[发明专利]氮化物半导体器件及其基板、和稀土元素添加氮化物层的形成方法、以及红色发光器件及其制造方法

说明书

本发明提供一种氮化物半导体层的制造技术，在偏角倾斜基板上形成氮化物半导体层来制作半导体器件时，不存在与GaN发生混晶化而招致产生晶格应变、晶体缺陷的风险，另外，使用无需持续性添加的材料，来防止宏观台阶的发生，由此能够稳定地供给高品质的半导体器件。一种氮化物半导体器件，其是在基板上设置氮化物半导体层而构成的氮化物半导体器件，基板为偏角倾斜基板，在基板上设有添加有稀土元素的稀土元素添加氮化物层作为基底处理层，在稀土元素添加氮化物层之上设有氮化物半导体层。

技术领域

本发明涉及氮化物半导体器件及其基板、和稀土元素添加氮化物层的形成方法、以及红色发光器件及其制造方法。

背景技术

近年来，发光二极管(LED：Light Emitting Diode)、激光二极管(LD：LaserDiode)等发光器件被广泛使用。例如LED被用于各种显示器件、以移动电话为首的液晶显示器的背光灯、白色照明等，另一方面，LD作为蓝光光盘用光源被用于高清视频的录制播放、光通信、CD、DVD等。

另外，最近，移动电话用MMIC(monolithic microwace integrated circuit：单片微波集成电路)、HEMT(High Electron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管)等高频器件、面向汽车关联的逆变器用功率晶体管、肖特基势垒二极管(SBD)等高输出功率器件的用途扩大。

构成这些器件的半导体元件一般通过在蓝宝石等的基板上形成氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)等氮化物半导体层从而制作。

一直以来，作为在基板上形成氮化物半导体层的方法，一般采用在基板的(0001)(c面)上使氮化物半导体层结晶生长的方法，但该方法中，有时由于成膜中产生的应变而发生压电极化，产生不能如当初的期待得到器件特性的问题。即，伴随压电极化的发生，在氮化物半导体层中产生内部电场而电子与空穴的波函数分离，由此氮化物半导体层中的辐射复合概率降低，有时不能体现期待的器件特性。

因此，正在研究使用具有相对于c面微倾斜的面的基板(偏角倾斜基板)，将该微倾斜面作为成膜面，沿着结晶轴从[0001]方向微倾斜几度的方位生长，使氮化物半导体层发挥降低晶体缺陷密度和提高发光效率等多个优越性，实现器件特性的提高(例如专利文献1)。

图8是说明使用了该偏角倾斜基板的结晶生长的图，Ga如图8的下段右侧大圆所示，以沿着仅隔距离c相邻的c面的中央部的形式吸附，GaN结晶生长。并且，如图8的下段中央所示，使c面仅倾斜角度θ。其结果是，如图8的上段所示，偏角倾斜基板中的台阶高度(Ga-N单分子层的厚度)成为(c/2)，平台宽度(Ga原子能够扩散的幅度)成为(c/2tanθ)。

然而，在该方法的情况下，明确了若想要实现降低晶体缺陷密度、飞跃性地提高发光效率等而过度增大偏角，则平台宽度急剧变窄，因此出现伴随台阶聚集机制的巨大的宏观台阶，在制作氮化物半导体发光器件、电子器件时，产生不能得到符合设计的器件特性的新的问题。

图9是具体示出该偏角与平台宽度的关系的图，纵轴为平台宽度，横轴为偏角θ。由图9可知，平台宽度与偏角的大小呈逆相关的关系，仅仅使偏角θ从0.15°变为1°，平台宽度就从99.0nm向14.9nm急剧变窄。并且，若该平台宽度过度变窄，则发生台阶聚集而导致出现台阶高度大的宏观台阶。

若出现这样的宏观台阶，则由于台阶附近的原子种(例如Ga)导致的导入效率的差异，而在制作混晶(例如AlGaN)时在结晶内产生强的组成分布，在制作量子阱结构等要求控制在几nm尺度的纳米结构时，对器件特性产生较大影响。特别是在发光器件的领域内，发光波长的严格控制变得困难等，在实用化上有很多课题。

另外，对于该宏观台阶而言，即使通过研磨、蚀刻使基板的表面平滑化，若在其上形成氮化物半导体层则会再次出现宏观台阶，因此仍得不到符合设计的器件特性。