专利名称：氮化物半导体结构的制造方法
技术领域：
本发明涉及氮化物半导体结构的制造方法。
背景技术：
因为含氮的II1-V族化合物半导体(III族氮化物半导体)具有相当于具有从红外线到紫外线区域的波长的光的能量的带隙，所以，作为发出具有从红外线到紫外线区域的波长的光的发光元件，或者接受具有该区域的波长的光的受光元件的材料是有用的。而且，III族氮化物半导体因为构成III族氮化物半导体的原子间的键合力强、绝缘击穿电压高且饱和电子速度大，所以作为耐高温、高输出、高频晶体管等电子器件的材料也是有用的。进而，III族氮化物半导体几乎不会破坏环境，所以也作为容易处理的材料而备受瞩目。为了使用如上所述的优异材料即III族氮化物半导体制作实用的氮化物半导体元件，需要在规定的基板上层积由III族氮化物半导体薄膜形成的III族氮化物半导体层，形成规定的元件结构。在此，作为基板，使用由具有能够在基板上使III族氮化物半导体直接生长的晶格系数及热膨胀系数的III族氮化物半导体形成的基板是最合适的，作为由III族氮化物半导体形成的基板，例如优选使用氮化镓(GaN)基板等。然而，GaN基板在现有状况下其尺寸较小， 直径为2英寸以下，而且价格昂贵，所以是不实用的。因此，在现有状况下，作为用于制作氮化物半导体元件的基板，使用与III族氮化物半导体的晶格系数差及热膨胀系数差较大的蓝宝石基板或碳化硅(SiC)基板等。在蓝宝石基板与作为典型的III族氮化物半导体的GaN之间存在大约16%左右的晶格系数差。而且，在SiC基板与GaN之间存在大约6%左右的晶格系数差。在基板和在该基板上生长的III族氮化物半导体之间存在这样大的晶格系数差的情况下，通常难以在基板上使由III族氮化物半导体形成的晶体外延生长。例如，在蓝宝石基板上使GaN晶体直接外延生长的情况下，无法避免GaN晶体的三维生长，因此存在不能得到具有平坦表面的GaN晶体的问题。因此，通常在基板与III族氮化物半导体之间，形成用来消除基板与III族氮化物半导体之间的晶格系数差的称之为缓冲层的层。例如，在专利文献I (日本专利第3026087号公报)中公开了，在蓝宝石基板上通过金属有机化合物气相外延(MOVPE)法形成AlN的缓冲层后，使由AlxGahN形成的III族氮化物半导体生长的方法。然而，即使在专利文献I所述的方法中，也难以再现性良好地得到具有平坦表面的AlN的缓冲层。可以认为其原因在于，在通过MOVPE法形成AlN缓冲层的情况下，作为原料气使用的三甲基铝(TMA)气体和氨气(NH3)容易在气相中发生反应。
因此，在专利文献I所述的方法中，难以在AlN缓冲层上使由表面平坦且缺陷密度小的高品质AlxGapxN形成的III族氮化物半导体再现性良好地生长。另外，例如在专利文献2 (日本特公平5-86646号公报)中公开了，在蓝宝石基板上通过施加直流偏压的高频溅射法形成AlxGahN (O < X ^ I)缓冲层的方法。然而，通过专利文献2所述的方法在AlxGa^N (O < x ^ I)缓冲层上形成的III族氮化物半导体正如专利文献3 (日本专利第3440873号公报)的段落
及专利文献
4(日本专利第3700492号公报)的段落
所述，不具有良好的结晶度。因此，在专利文献3中提出了在氢气和氨气的混合气体环境下，对通过DC磁控溅射法形成的由III族氮化物半导体构成的缓冲层进行热处理的方法，而且，在专利文献4中提出了在升温至400°C以上的蓝宝石基板上，通过DC磁控溅射法形成由膜厚为50埃以上、3000埃以下的III族氮化物半导体形成的缓冲层的方法。还有，在专利文献5 (日本特开2008-34444号公报)中已经提出了在加热至750°C的蓝宝石基板上，通过高频溅射法形成由AlN柱状晶体构成的缓冲层的方法。另外，在专利文献6 (日本专利第3950471号公报)中已经公开了，为了使结晶缺陷少的III族氮化物半导体生长，在基板表面设置凹凸结构，并在其上使III族氮化物半导体横向生长的内容。并且，在专利文献7 (日本特开2006-352084号公报)的段落
及
中公开了如下两阶段的生长， 一个阶段为在设有凹凸结构的基板上使GaN层形成为“以在斜面上具有与蓝宝石基板11主表面倾斜的小平面的等腰三角形的剖面形状的方式使GaN层12生长”；另一阶段为“接着，将生长条件设定成以横向生长为主导的条件，继续生长……使GaN层12横向生长直至其表面成为与蓝宝石基板11的主表面平行的平坦面”。为了使结晶缺陷少的高品质III族氮化物半导体生长，对于作为其基础的氮化物半导体基础层，也要求结晶缺陷少且具有较高的结晶度。近年来，为了有效制作高品质的III族氮化物半导体，在抑制弯曲的情况下以较大的生长速度生长具有平坦表面且结晶度高的氮化物半导体基础层的要求越来越高。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供能够在抑制弯曲的情况下以较大的生长速度生长具有平坦表面且结晶度高的氮化物半导体基础层的氮化物半导体结构的制造方法。本发明提供一种氮化物半导体结构的制造方法，包括准备基板的工序，该基板在表面具有凹部和设置于凹部之间的凸部且由三方晶系刚玉或六方晶系晶体形成；在基板上形成氮化物半导体中间层的工序；在氮化物半导体中间层上形成第一氮化物半导体基础层的工序；在第一氮化物半导体基础层上形成第二氮化物半导体基础层的工序；在第二氮化物半导体基础层上通过MOCVD法形成第三氮化物半导体基础层的工序；第一氮化物半导体基础层的表面具有第一小斜面和第一平坦区域，在第一氮化物半导体基础层表面中第一小斜面所占面积比例小于第一平坦区域所占面积比例，第二氮化物半导体基础层具有环绕凸部的第二小斜面，第三氮化物半导体基础层的下表面与第二小斜面相接，在形成第三氮化物半导体基础层的工序中，生长第三氮化物半导体基础层时单位时间所提供的V族原料气的摩尔量与单位时间所提供的III族原料气的摩尔量之比即V/III比为700以下，第三氮化物半导体基础层生长时的压力为26. 6kPa以上，第三氮化物半导体基础层的生长速度为
2.5 μ m/h 以上。在此，在本发明的氮化物半导体结构的制造方法中，在形成第三氮化物半导体基础层的工序中，优选在第三氮化物半导体基础层的生长时提供不足198slm的氢。根据本发明，能够提供在抑制弯曲的情况下以较大的生长速度生长具有平坦表面且结晶度高的氮化物半导体基础层的氮化物半导体结构的制造方法。关于本发明的上述及其他的目的、特征、方面及优点，可通过结合附图理解的、对于本发明的详细说明而变得更为清楚。
图1是对第一实施方式的氮化物半导体结构制造方法中的一部分制造工序进行图解的剖面示意图；图2是对第一实施方式的氮化物半导体结构制造方法中的另一部分制造工序进行图解的剖面示意图；图3是图2所不的基板表面的一例的俯视放大不意图；图4是沿通过图3所示的凸部中心的B-B线的剖面放大示意图；图5是对第一实施方式的氮化物半导体结构制造方法中的另一部分制造工序进行图解的剖面示意图；图6是对第一实施方式的氮化物半导体结构制造方法中的另一部分制造工序进行图解的剖面示意图；图7是对第一实施方式的氮化物半导体结构制造方法中的另一部分制造工序进行图解的剖面示意图；图8是对第一实施方式的氮化物半导体结构制造方法中的另一部分制造工序进行图解的剖面示意图；图9是对第一实施方式的氮化物半导体结构制造方法中的另一部分制造工序进行图解的剖面示意图；图10是用来说明氮化物半导体基础层的各层的生长模式的剖面示意图；图11是第一氮化物半导体基础层的表面的一例的俯视放大示意图；图12是第一氮化物半导体基础层的表面的另一例的俯视放大示意图；图13是沿图12的B-B的剖面放大示意图；图14是第一氮化物半导体基础层的表面的另一例的俯视放大不意图；图15是在形成第一氮化物半导体基础层后所生长的第二氮化物半导体基础层表面的一例的俯视放大示意图；图16是沿图15的B-B的剖面放大示意图；图17是在形成第一氮化物半导体基础层后所生长的第二氮化物半导体基础层表面的另一例的俯视放大不意图；图18是第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件的剖面示意图；图19是第一实施方式的发光装置的剖面示意图20是第二实施方式的氮化物半导体晶体管元件的剖面示意图；图21 Ca)是表示实施例的层厚的面内分布的示意图，图21 (b)是表示比较例的层厚的面内分布的示意图；图22 Ca)表示实施例的薄膜电阻的面内分布的示意图，图22 (b)是表示比较例的薄膜电阻的面内分布的示意图；图23是图解实施例及比较例的晶片弯曲的测量方法的侧视图；图24 (a)及图24 (b)是通过微分干涉显微镜(金属显微镜)观察实施例的晶片表面形态的图像，图24 (c)及图24 (d)是实施例的晶片通过EH)测量观察到的结晶缺陷的图像；图25 (a)及图25 (b)是通过微分干涉显微镜(金属显微镜)观察比较例的晶片表面形态的图像，图25 (c)及图25 (d)是比较例的晶片通过EH)测量观察到的结晶缺陷的图像。
具体实施例方式下面说明本发明的实施方式。需要说明的是，在本发明的附图中，相同附图标记表示相同部分或相应的部分。〈蓝宝石基板及氮化物半导体晶体的结晶方位〉(AlGaIn) N类的氮化物半导体晶体的结晶系是普通的六方晶，而且蓝宝石的结晶系虽为三方晶系刚玉，但可以用六方晶的符号来表示。因此，在蓝宝石基板及氮化物半导体晶体中，都将c轴方向表不为
,将al轴方向表不为[-2110],将a2轴方向表不为[1-210]，将a3轴方向表示 为[11-20]，将al轴方向、a2轴方向及a3轴方向这三个方向合并表示为a轴方向或〈11-20〉方向。而且，将与c轴方向及〈11-20〉方向分别垂直且等价的三个方向表示为m轴方向(最典型的为〈1-100〉方向)。需要说明的是，在表示结晶面及方向时，本来应该在必要的数字上面附加横线来表现的，但由于受到表现方法的限制，在本说明书中，在必要的数字前面附加“来取代在必要的数字上面附加横线的表现。例如，根据结晶学的表示方法，将I的反向记为在I的上面附加横线，但在本说明书中为方便起见表示为“ -1”。〈第一实施方式〉下面参照图f图10，说明本发明的氮化物半导体结构的制造方法的一例即第一实施方式的氮化物半导体结构的制造方法。另外，在本发明的氮化物半导体结构的制造方法中，在后述的各工序间当然也可以包括其他的工序。(准备基板的工序)首先，如图1的剖面示意图所示，进行准备基板I的工序。在此，作为基板1，例如可以准备由三方晶系刚玉或六方晶系晶体形成的基板I。作为由三方晶系刚玉或六方晶系晶体形成的基板1，例如可以使用由蓝宝石(Al2O3)单晶、AlN单晶或GaN单晶等形成的基板。而且，基板I的表面40可以是c面或者是与c面具有5°以内倾斜的表面，倾斜的方向例如可以只是m (sub)轴(〈1-100〉)方向，也可以只是a (sub)轴(〈11-20〉)方向，或者也可以是这两个方向合成的方向。更具体地说，作为基板1，可以准备基板I的表面40从c面(法线为c轴的面)向基板的m (sub)轴〈1-100〉方向倾斜O. 15°35°的基板等。
另外，在本说明书中，基板的结晶方向与基板上的氮化物半导体层的结晶方向不同，所以对基板的结晶方向附注“sub”，对氮化物半导体层的结晶方向附注“layer”。在此，需要注意基板的结晶轴与氮化物半导体层的结晶轴的关系。在基板为蓝宝石单晶的情况下，基板的a (sub)轴方向与氮化物半导体层的m (layer)轴方向一致,基板的m (sub)轴方向与氮化物半导体层的a (layer)轴方向一致。另一方面，在基板为AlN单晶或GaN单晶的情况下，基板的a (sub)轴方向与氮化物半导体层的a (layer)轴方向一致,基板的m(sub)轴方向与氮化物半导体层的m (layer)轴方向一致。而且，虽然未特别限定基板I的口径，但是例如可以为150mm(约6英寸)。作为基板1，目前通常使用50. 8_ (2英寸)左右口径的基板，但为了提高生产率，优选使用大口径的基板。然而，在使用大口径的基板I的情况下，因为在基板I上形成氮化物半导体层后积累了形变，所以基板I容易开裂或在氮化物半导体层的表面容易产生裂纹。根据本发明，即使在使用IOOmm (约4英寸)以上大口径的基板I的情况下，也能够抑制基板I开裂或在氮化物半导体层的表面产生裂纹，对此将在后面叙述。接着，如图2的剖面示意图所示，在基板I的表面40形成凹部Ib及设置于凹部Ib之间的凸部la。这种基板I表面的凸部Ia及凹部Ib例如能够通过如下工序形成，即该工序包括在基板I的表面40上形成规定凸部Ia的平面配置的掩模的构图工序，以及使用通过该构图工序形成的掩模蚀刻基板I的表面40而形成凹部Ib的工序。在此，构图工序可以通过普通的光刻工序进行。蚀刻工序例如可以通过干式蚀刻法或湿式蚀刻法进行。然而，为了使凸部Ia的形状形成为具有后述的前端部的形状，优选通过容易控制凸部Ia的形状的干式蚀刻法来进行蚀刻。图3表不图2所不的基板I表面的一例的俯视放大不意图。在图3所不的基板I表面的俯视中，俯视形状为圆形的凸部Ia例如分别位于假想的三角形It的顶点，排列在假设的三角形It三个边的各边方向上。在本例中，凸部Ia排列在基板I表面的a (sub)轴方向(〈11-20〉方向)上，同时也分别排列在与基板I表面的a (sub)轴方向形成+ 60°倾斜的方向以及与基板I表面的a (sub)轴方向形成一 60°倾斜的方向上。需要说明的是，在本说明书中，在基板I表面的俯视中，将与a (sub)轴方向形成+ 60°倾斜的方向及与a(sub)轴方向形成一 60°倾斜的方向分别称为u方向。另外，凸部Ia的俯视形状为圆形的圆中心不一定必须与三角形It的顶点完全一致，只要实质上一致即可。具体地说，在圆中心具有其圆的半径以下的偏心的情况下，存在后述的第一氮化物半导体基础层倾向于在比凸部Ia的区域稳定的凹部Ib的区域上开始生长。如果第一氮化物半导体基础层的生长进一步发展，则如后所述，第一氮化物半导体基础层能够倾向于以凸部Ia为中心在凸部Ia的外侧形成环绕凸部Ia的至少六个小斜面。凸部Ia底面的俯视形状不限于圆形，例如可以是六角形及/或三角形等多角形。而且，在基板I表面的俯视中，在顶点配置凸部Ia的假想的三角形It各内角的角度优选为50°以上、70°以下。在该情况下，后述的第一氮化物半导体基础层倾向于开始在比凸部Ia的区域稳定的凹部Ib的区域上生长。如果第一氮化物半导体基础层的生长进一步发展，则如后所述，第一氮 化物半导体基础层能够倾向于以凸部Ia为中心在凸部Ia的外侧形成环绕凸部Ia的至少六个小斜面。
而且，在基板I表面的俯视中，相邻凸部Ia的间隔优选为0.2μπι以上、7μπι以下，更优选为2 μ m左右。在相邻凸部Ia的间隔为O. 2 μ m以上、7 μ m以下的情况下，具有工艺上问题减少的倾向。作为工艺上的问题，例如可举出如下问题，即为了增加凸部Ia的高度而导致干式蚀刻时间增加、为了使后述的第二氮化物半导体基础层的上表面完全平坦而导致所需生长时间过长等问题。需要说明的是，在本说明书中，相邻凸部Ia的间隔表示相邻凸部Ia之间的最短距离。而且，在基板I表面的俯视中，凸部Ia的圆形圆的直径优选为相邻凸部Ia之间间隔的1/2以上、3/4以下。例如，在相邻凸部Ia的间隔为2μπι的情况下，凸部Ia的圆形圆的直径更优选为1. 2μπι左右。在凸部Ia的圆形圆的直径为相邻凸部Ia的间隔的1/2以上、3/4以下的情况下，特别是在1. 2μπι左右的情况下，后述的第一氮化物半导体基础层倾向于开始在比凸部Ia的区域稳定的凹部Ib的区域上生长。如果第一氮化物半导体基础层的生长进一步发展，则如后所述，第一氮化物半导体基础层能够倾向于以凸部Ia为中心在凸部Ia的外侧形成环绕凸部Ia的至少六个小斜面。还有，凸部Ia的 高度优选为凸部Ia的圆形圆的直径的1/4以上、I以下。例如，在凸部Ia的圆形圆的直径为1. 2 μ m的情况下，凸部Ia的高度更优选为O. 6 μ m左右。在该情况下，后述的第一氮化物半导体基础层倾向于开始在比凸部Ia的区域稳定的凹部Ib的区域上生长。如果第一氮化物半导体基础层的生长进一步发展，则如后所述，第一氮化物半导体基础层能够倾向于以凸部Ia为中心在凸部Ia的外侧形成环绕凸部Ia的至少六个小斜面。图4表示沿通过图3所示的凸部中心的B-B线的剖面放大示意图。如图4所示,在通过基板I表面的俯视中的凸部Ia中心的剖视中，凸部Ia优选为具有前端部Ic的形状。需要说明的是，在本说明书中，“凸部Ia为具有前端部Ic的形状”，是指在通过基板I表面的俯视中的凸部Ia中心的剖视中，凸部Ia的上表面形成为不平坦的形状。在凸部Ia的上表面为平坦的情况下，不只在凹部Ib上，在凸部Ia的平坦的上表面上也会生长后述的第一氮化物半导体基础层。与之相对，在凸部Ia为具有前端部Ic的形状的情况下，因为后述的第一氮化物半导体基础层从凹部Ib开始生长，接着生长的后述的第二氮化物半导体基础层在凸部Ia的前端部Ic的上方会合，所以可以认为能够限制产生结晶缺陷的区域，减少整体的缺陷数量。也可以在形成后述的氮化物半导体中间层之前对基板I的表面进行前处理。作为基板I的表面的前处理的一例，例如能够举出通过进行RCA清洗(依次进行稀释的氢氟酸溶液(HF)处理、氨(NH4OH) +过氧化氢(H2O2)处理、盐酸(HCl) +过氧化氢(H2O2)处理、超纯水清洗)，使基板I的表面氢终端化(水素終端化)的处理。由此，具有能够在基板I的表面上再现性良好地层积良好结晶度的氮化物半导体中间层的倾向。而且，作为基板I的表面的前处理的另一例，可以举出将基板I的表面暴露于氮气的等离子体中的处理。由此，具有能够除去附着于基板I表面的有机物及氧化物等异物以整合基板I的表面状态的倾向。特别是，在基板I为监宝石基板的情况下，通过将基板I的表面暴露于氮气的等离子体中，使基板I的表面氮化，从而具有容易在面内均匀地形成层积于基板I的表面上的氮化物半导体中间层的倾向。(形成氮化物半导体中间层的工序)
接着，如图5的剖面示意图所示，在基板I的表面上形成氮化物半导体中间层2。在此，氮化物半导体中间层2例如能够在N2与Ar的混合气体环境中通过对Al靶材进行溅射的反应性溅射法来形成。作为氮化物半导体中间层2，例如可以层积由分子式AlxtlGaytlN (O ^ x0 ^1、O ^ yO ^ K x0+y0 Φ O)所表示的氮化物半导体形成的层。其中，作为氮化物半导体中间层2，优选层积由分子式AlN或AlxlGai_xlN (O. 5 < xl ( I)所表示的氮化物半导体(氮化铝)形成的层。在该情况下，具有能够获得在基板I的表面的法线方向上延伸的、由晶粒整齐的柱状晶体集合体形成的良好结晶度的氮化物半导体中间层2的倾向。氮化物半导体中间层2也可以含有微量的氧。氮化物半导体中间层2的厚度优选为5nm以上、IOOnm以下。在氮化物半导体中间层2的厚度不足5nm的情况下，氮化物半导体中间层2可能不能充分发挥作为缓冲层的作用。在氮化物半导体中间层2的厚度超过IOOnm的情况下，可能不能提高作为缓冲层的作用，而只延长了氮化物半导体中间层2的形成时间。而且，氮化物半导体中间层2的厚度更优选为IOnm以上、50nm以下。在该情况下，具有能够在面内均匀地发挥氮化物半导体中间层2作为缓冲层的作用的倾向。作为氮化物半导体中间层2的一例，能够以约30nm的厚度形成含有少量氧的AlN膜。形成氮化物半导体中间层2时的基板I的温度优选为300°C以上、1000°C以下。在形成氮化物半导体中间层2时的基板I的温度不足300°C的情况下，氮化物半导体中间层2不能覆盖基板I的整个表面，有可能基板I的表面的一部分从氮化物半导体中间层2中露出。而且，在层积氮化物半导体中间层2时的基板I的温度超过1000°C的情况下，由于原料在基板I的表面的迁移变得过于活跃，与其说由柱状晶体的集合体形成氮化物半导体中间层2，不如说形成了接近于单晶膜的氮化物半导体中间层2，从而可能会降低氮化物半导体中间层2作为缓冲层的作用 。(形成氮化物半导体基础层的工序)接着，如图6的剖面示意图所示，在氮化物半导体中间层2的表面上形成具有第一小斜面3f和第一平坦区域3c的第一氮化物半导体基础层3。然后，如图7的剖面示意图所示，在第一氮化物半导体基础层3的表面上形成具有第二小斜面4r和第二平坦区域4c的第二氮化物半导体基础层4。而且，如图8的剖面示意图所示，形成第三氮化物半导体基础层5，使之与第二氮化物半导体基础层4的第二小斜面4r及第二平坦区域4c连接。由此，制造出在基板I上依次层积氮化物半导体中间层2、第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5的第一实施方式的氮化物半导体结构。在此,第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层 5 能够分别通过例如 MOCVD (Metal Organic ChemicalVapor Deposition :金属有机物化学气相沉积)法，依次形成于氮化物半导体中间层2的表面上。更具体地说，如图9的剖面示意图所示，首先，主要在凹部Ib的氮化物半导体中间层2的表面上形成第一氮化物半导体基础层3 (例如厚度t3=300nm)，接着，至少在第一氮化物半导体基础层3的表面上形成第二氮化物半导体基础层4 (例如厚度t4=1800nm)，之后，至少在第二氮化物半导体基础层4的表面上形成第三氮化物半导体基础层5 (例如厚度t5=6000nm)。
〔氮化物半导体基础层的各层的生长模式〕接着，如图10的剖面示意图所示，说明直至制造出结晶缺陷少且具有平坦上表面5U的第三氮化物半导体基础层5的氮化物半导体基础层的各层的生长模式。首先，第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5 (以下称为“氮化物半导体基础层的各层”)分别选择适合的生长模式生长。下面，在本说明书中，如下方便地定义生长模式。二维生长模式容易获得平坦表面的生长模式三维生长模式容易形成小斜面的生长模式二维半生长模式介于二维生长模式和三维生长模式之间的生长模式〔氮化物半导体基础层的生长模式与生长参数的关系〕接着，通过适当地选择(A)生长温度、(B)生长压力、(C) V/III比、(D)基板的转速、(E)氢气体积与载流子气体的总体积之比这五个生长参数，能够分别对氮化物半导体基础层的各层的生长所使用的生长模式进行切换。具体地说，能够通过下面的(A)、(B)、(C)、(D)及(E)中的至少一个生长参数或组合来实现各生长模式的切换。在此，本发明的发明人专心研究的结果为，能够得知这五个生长参数分别与氮化物半导体基础层的生长模式的关系。(A)生长温度生长温度越高，则越容易选择二维生长模式，生长温度越低，则越容易选择三维生长模式。
(B)生长压力生长压力越低，则越容易选择二维生长模式，生长压力越高，则越容易选择三维生长模式。(C)V/III 比V/III比越小，则越容易选择二维生长模式，V/III比越大，则越容易选择三维生长模式。V/III比是氮化物半导体基础层生长时单位时间所提供的V族原料气的摩尔量与单位时间所提供的III族原料气的摩尔量之比。(D)基板的转速基板单位时间的转速越大，则越容易选择二维生长模式，基板单位时间的转速越小，则越容易选择三维生长模式。(E)氢气体积与载流子气体的总体积之比氢气体积与载流子气体的总体积之比越小，则越容易选择二维生长模式，氢气体积与载流子气体的总体积之比越大，则越容易选择三维生长模式。因此，为了形成结晶缺陷少、结晶度高且具有平坦上表面的第三氮化物半导体基础层5，首先，第一氮化物半导体基础层3优选通过介于能够获得平坦表面的“二维生长模式”与小斜面结晶面优先出现的“三维生长模式”之间的生长模式即“二维半生长模式”生长。由此,第一氮化物半导体基础层3的表面具有第一小斜面3f和第一平坦区域3c。而且，在各第一氮化物半导体基础层3表面中，第一小斜面3f所占面积比例小于第一平坦区域3c所占面积比例。
第二氮化物半导体基础层4通过“三维生长模式”生长以形成第二小斜面4r。由此，第二氮化物半导体基础层4的表面具有第二小斜面4r和第二平坦区域4c。而且，在各第二氮化物半导体基础层4的表面的俯视中，第二小斜面4r所占面积比例大于第二平坦区域4c所占面积比例。进而，第三氮化物半导体基础层5的下层5A及上层5B为了分别填埋第二小斜面4r而形成平坦上表面5U优选通过“二维生长模式”生长。由此，能够形成结晶缺陷少、结晶度良好且具有平坦上表面的第三氮化物半导体基础层5。S卩，因在第一氮化物半导体基础层3的表面设置第一小斜面3f而使沿氮化物半导体层的c(layer)轴方向延伸的位错向第一小斜面3f的方向弯曲，从而减少该位错的数量。而且，因设置第二氮化物半导体基础层4表面的俯视中所占面积比例大于第二平坦区域4c所占面积比例的第二小斜面4r而使沿氮化物半导体层的c (layer)轴方向延伸的位错向第二小斜面4r的方向倾斜，从而进一步减少位错的数量。这样，在减少了沿氮化物半导体层的c (layer)轴方向延伸的位错数量的第二氮化物半导体基础层4的表面上，通过促进具有平坦表面的氮化物半导体层的生长的二维生长模式，使第三氮化物半导体基础 层5生长，由此能够形成结晶缺陷少、结晶度良好且具有平坦上表面5U的第三氮化物半导体基础层5。综上所述，形成第一氮化物半导体基础层3及第二氮化物半导体基础层4的工序优选进行为满足下面的(1)、(^)、(^1)、(“)及(0条件中的至少一个条件。由此，具有能够得到难以生成裂纹且X射线摇摆曲线的半值宽度狭窄的氮化物半导体基础层的倾向。(i)第一氮化物半导体基础层3生长时的生长温度为第二氮化物半导体基础层4生长时的生长温度以上。(ii)第一氮化物半导体基础层3生长时的压力为第二氮化物半导体基础层4生长时的压力以下。(iii)第一氮化物半导体基础层3生长时所提供的气体的V/III比为第二氮化物半导体基础层4生长时所提供的气体的V/III比以下。(iv)第一氮化物半导体基础层3生长时的基板I单位时间的转速为第二氮化物半导体基础层4生长时的基板I单位时间的转速以上。(V)第一氮化物半导体基础层3生长时氢气体积相对载流子气体的总体积之比为第二氮化物半导体基础层4生长时氢气体积相对载流子气体的总体积之比以下。而且，形成第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5的工序优选进行为满足由下面的(I)、(II)、(III)、(IV)及(V)条件中的至少一个条件，并且满足下面的(a)、(b)、(C)、(d)及(e)条件中的至少一个条件。由此，具有能够得到难以生成裂纹、X射线摇摆曲线的半值宽度狭窄、结晶度良好且具有平坦上表面5U的第三氮化物半导体基础层5的倾向。(I)第三氮化物半导体基础层5生长时的生长温度为第一氮化物半导体基础层3生长时的生长温度以上。(II)第三氮化物半导体基础层5生长时的压力为第一氮化物半导体基础层3生长时的压力以下。
(III)第三氮化物半导体基础层5生长时所提供的气体的V/III比为第一氮化物半导体基础层3生长时所提供的气体的V/III比以下。(IV)第三氮化物半导体基础层5生长时的基板I单位时间的转速为第一氮化物半导体基础层3生长时的基板I单位时间的转速以上。(V)第三氮化物半导体基础层5生长时氢气体积相对载流子气体的总体积之比为第一氮化物半导体基础层3生长时氢气体积相对载流子气体的总体积之比以下。所谓载流子气体，是指从喷头喷出的气体。(a)第三氮化物半导体基础层5生长时的生长温度为第二氮化物半导体基础层4生长时的生长温度以上。(b)第三氮化物半导体基础层5生长时的压力为第二氮化物半导体基础层4生长时的压力以下。
·
(c)第三氮化物半导体基础层5生长时所提供的气体的V/III比为第二氮化物半导体基础层4生长时所提供的气体的V/III比以下。Cd)第三氮化物半导体基础层5生长时的基板I单位时间的转速为第二氮化物半导体基础层4生长时的基板I单位时间的转速以上。(e)第三氮化物半导体基础层5生长时氢气体积相对载流子气体的总体积之比为第二氮化物半导体基础层4生长时氢气体积相对载流子气体的总体积之比以下。进而，在形成第三氮化物半导体基础层5的工序中，通过满足下面(f) (h)所有的条件，能够在抑制弯曲的情况下以较大的生长速度使具有平坦表面且结晶度高的第三氮化物半导体基础层5生长。(f)第三氮化物半导体基础层5生长时所提供的气体的V/III比为700以下。(g)第三氮化物半导体基础层5生长时的压力为26. 6kPa以上。(h)第三氮化物半导体基础层5的生长速度为2. 5 μ m/h以上。进而，在形成第三氮化物半导体基础层5的工序中，通过满足下面(k)条件，能够使第三氮化物半导体基础层5生长时的III族原料气的浓度升高，延长III族原料气在MOCVD装置的生长室内的滞留时间，所以能够进一步提高第三氮化物半导体基础层5的生长速度。除了上述(f)、(g)、(h)及(k)的条件以外，还可以通过降低MOCVD装置的生长室内的排气速度，倾向于能够进一步提高第三氮化物半导体基础层5的生长速度。(k)在生长第三氮化物半导体基础层5时提供不足198slm的氢。〔第一氮化物半导体基础层3〕图11表不第一氮化物半导体基础层3的表面的一例的俯视放大不意图。如图11所示，第一氮化物半导体基础层3在凸部Ia的外侧具有环绕凸部Ia的第一小斜面3f。而且，环绕一个凸部Ia的第一小斜面3f与环绕另一个凸部Ia的第一小斜面3f通过第一氮化物半导体基础层3的第一平坦区域3c连接。第一氮化物半导体基础层3的第一小斜面3f从第一氮化物半导体基础层3的第一平坦区域3c向基板I的凸部Ia倾斜下降。图12表不第一氮化物半导体基础层3的表面的另一例的俯视放大不意图。图12所示的实例的特征在于，由第一氮化物半导体基础层3的第一平坦区域3c均匀地覆盖基板I的凹部Ib的大致整个面，在凸部Ia的周围略微形成有第一小斜面3f。
即在图12所示的实例中，与图11所示的实例相比，在第一氮化物半导体基础层3的表面上，第一平坦区域3c所占面积比例大于第一小斜面3f所占面积比例。图13表不沿图12的B-B的剖面放大不意图。第一氮化物半导体基础层3从基板I的凹部Ib的上方区域开始有选择地进行生长。随着第一氮化物半导体基础层3的生长，由第一氮化物半导体基础层3的第一平坦区域3c均匀地覆盖基板I的凹部Ib上方区域的大致整个面，在基板I凸部Ia的周围略微形成第一小斜面3f。图14表不第一氮化物半导体基础层3的表面的另一例的俯视放大图。图14所不的实例的特征在于，在第一氮化物半导体基础层3的表面形成有粗糙面区域3d。在此，即使在第一氮化物半导体基础层3具有例如60nm以上的层厚的情况下，在基板I的凹部Ib上方区域的第一氮化物半导体基础层3的表面上，混合存在第一平坦区域3c及比第一平坦区域3c粗糙的粗糙面区域3d。在该情况下，如果在该粗糙面区域3d的表面上生长第二氮化物半导体基础层4，则第二氮化物半导体基础层4的表面容易形成更大的粗糙面，可能导致进而在其上生长的第三氮化物半导体基础层5的表面难以平坦的问题。因此，第一氮化物半导体基础层3优选在粗糙面区域3d占第一氮化物半导体基础层3表面的面积比例为5%以下的条件下生长。在该情况下，在第一氮化物半导体基础层3的表面上生长的第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5分别具有形成结晶缺陷少、结晶度良好的膜的倾向。〔第二氮化物半导体基础层4〕图15表示形成第一氮化物半导体基础层3后所生长的第二氮化物半导体基础层4的表面一例的俯视放大示意图。第二氮化物半导体基础层4在基板的凸部Ia的外侧具有环绕凸部Ia的六个第二小斜 面4r。在图15所示的俯视中，第二小斜面4r在a(sub)轴方向上出现两个，在与a(sub)轴方向倾斜+60°角度的方向及与a (sub)轴方向倾斜一 60°角度的方向(都是u方向)上分别各出现两个(将该情况作为“第一例”)。更具体地说，在六个第二小斜面4r中，在图15所示的第二氮化物半导体基础层4的表面的俯视中，在a (sub)轴方向上出现的第二小斜面4r相对a (sub)轴方向(〈11_20〉方向)向斜上方倾斜，在该倾斜方向上延伸第二小斜面4r。同样地，在第二氮化物半导体基础层4的表面的俯视中，在与a (sub)轴方向倾斜+60°角度的方向及与a (sub)轴方向倾斜一 60°角度的方向(都是u方向)上分别各出现两个的第二小斜面4r，也在与a (sub)轴方向倾斜+ 60°角度的方向及与a (sub)轴方向倾斜一 60°角度的方向上分别向斜上方倾斜，在该倾斜方向上延伸第二小斜面4r。图16表示沿图15的B-B的剖面放大示意图。出现在图16中的第二小斜面4r是在第二小斜面4r所在的范围内沿其剖面的朝向内侧的方向同样出现的面。而且，环绕一个凸部Ia的第二小斜面4r与环绕另一个凸部Ia的第二小斜面4r通过第二氮化物半导体基础层4的上表面4c连接。在此，环绕凸部Ia外周的六个第二小斜面4r分别从凸部Ia向斜上方伸展而倾斜。图17表示形成第一氮化物半导体基础层3后所生长的第二氮化物半导体基础层4表面的另一例的俯视放大不意图。在图17所不的实例中，表不基板I的表面的凸部Ia分别在与a (sub)轴方向倾斜+ 30°的方向及与a (sub)轴方向倾斜一 30°的方向上排列的情况下第二氮化物半导体基础层4的第二小斜面4r与第二平坦区域4c的位置关系(将该情况作为“第二例”)。在通过形成六个第二小斜面4r的三维生长模式使第二氮化物半导体基础层4生长的情况下，第二氮化物半导体基础层4的第二小斜面4r及第二平坦区域4c分别容易受到基板I的凸部Ia的排列的影响。在第二例中，在第二氮化物半导体基础层4表面的俯视中，第二氮化物半导体基础层4的第二平坦区域4c的形状为三角形连接的形状，在切换为第三氮化物半导体基础层5的生长模式即二维生长模式后，在第二平坦区域4c上形成第三氮化物半导体基础层5。由于第二氮化物半导体基础层4的第二平坦区域4c的结晶缺陷具有向第三氮化物半导体基础层5延续分布的倾向，所以，第二平坦区域4c占第二氮化物半导体基础层4表面的面积较小的第一例与第二例的情况相比，具有在第三氮化物半导体基础层5上形成结晶缺陷少且良好结晶度的膜的倾向。〔第三氮化物半导体基础层5〕第三氮化物半导体基础层5的厚度优选为凸部Ia的高度的二倍以上。例如，在凸部Ia的高度为O. 6μηι的情 况下,第三氮化物半导体基础层5的厚度优选为1. 2 μ m以上。在第三氮化物半导体基础层5的厚度为凸部Ia的高度的二倍以上的情况下，在第三氮化物半导体基础层5中能够填埋凸部Ia的倾向增大，所以，第三氮化物半导体基础层5的上表面5U形成为平坦的倾向增大。〔其他〕作为第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5，能够使用例如由分子式Alx2Gay2Inz2N (O彡x2彡1、0彡y2彡1、0彡z2彡1、x2+y2+z2 Φ O)所表示的III族氮化物半导体形成的层。而且，第一氮化物半导体基础层
3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5作为材料优选为相同组成，优选只改变生长条件。在从第一氮化物半导体基础层3生长时的生长模式切换为第二氮化物半导体基础层4生长时的生长模式，并且从第二氮化物半导体基础层4生长时的生长模式切换为第三氮化物半导体基础层5生长时的生长模式时，优选分别设置例如2秒飞O秒左右的生长中断时间，在该其间改变生长条件，但也可以连续地改变条件。作为第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5，为了不使由柱状晶体的集合体形成的氮化物半导体中间层2中的位错等结晶缺陷延续，分别优选使用含有作为III族元素的Ga的氮化物半导体层。为了不使氮化物半导体中间层2中的位错延续而需要在与氮化物半导体中间层2的界面附近使位错成环，但在第一氮化物半导体基础层3由含有Ga的III族氮化物半导体形成的情况下位错容易成环。因此，通过分别使用由含有Ga的III族氮化物半导体形成的第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5,在与氮化物半导体中间层2的界面附近使位错成环而闭锁，从而具有能够抑制位错从氮化物半导体中间层2向第二氮化物半导体基础层4延续的倾向。
虽然优选第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4、第三氮化物半导体基础层5分别为非掺杂，但是第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5也可以分别为η型掺杂。在η型掺杂的情况下，η型掺杂剂可以在lX1017cm_3以上、I X IO19CnT3以下的范围内掺杂。作为η型掺杂剂，例如可以使用硅、锗及锡中的至少一种等，其中优选使用硅。在作为η型掺杂剂使用硅的情况下，作为η型掺杂气体，优选使用硅烷气或乙硅烷气。第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5分别生长时的基板I的温度优选为800°C以上、1250°C以下，更优选为900°C以上、11500C以下。在第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5分别生长时的基板I的温度为800°C以上、1250°C以下的情况下，特别是在900°C以上、1150°C以下的情况下，具有能够使结晶缺陷少的结晶度良好的第一氮化物半导体基础层3、第二氮化物半导体基础层4及第三氮化物半导体基础层5生长的倾向。(氮化物半导体发光二极管元件的制造方法)下面参照图18，针对本发明氮化物半导体元件的制造方法的一例即第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件的制造方法进行说明。第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件的特征为使用第一实施方式的氮化物半导体结构制造。在下面，在后述的工序之间当然也可以包括其他的工序。首先，例如通过MOCVD法，在按照上述方法制作的第一实施方式氮化物半导体结构的第三氮化物半导体基础层5的平坦上表面5U上形成η型氮化物半导体接触层7。作为η型氮化物半导体接触层7，能够形成例如在由分子式Alx3Gay3Inz3N(O ^ x3 ^ 1>0 ^ y3 ^ 1>0 ^ z3 ^1、x3+y3+z3 ^ O)所表示的III族氮化物半导体形成的层中掺杂η型掺杂剂的层等。其中，作为η型氮化物半导体基础层7,优选为在分子式Alx4Ga1I4N (O ^ x4 ^1、优选O < χ4 < O. 5、更优选O < χ4 < O.1)所表示的III族氮化物半导体中作为η型掺杂剂掺杂硅的氮化物半导体层。η型掺杂剂向η型氮化物半导体接触层7的掺杂浓度优选为5Χ IO17CnT3以上、
5X IO19CnT3以下。在该情况下，具有能够维持η型氮化物半导体接触层7与η侧电极20的良好的欧姆接触、抑制η型氮化物半导体接触层7产生裂纹、并且维持η型氮化物半导体接触层7的良好的结晶度的倾向。接着，例如通过MOCVD法，在η型氮化物半导体接触层7的表面上形成η型氮化物半导体镀层9。作为η型氮化物半导体镀层9，例如能够形成在由分子式Alx5Gay5Inz5N(O ^ x5 ^ 1>0 ^ y5 ^ 1>0 ^ z5 ^1、x5+y5+z5 ^ O)所表示的III族氮化物半导体形成的氮化物半导体层中掺杂有η型掺杂剂的层等。而且，η型氮化物半导体镀层9也可以具有由III族氮化物半导体形成的多个氮化物半导体层的异质结结构或超晶格结构。虽然未特别限定η型氮化物半导体镀层9的厚度，但优选为O. 005 μ m以上、O. 5 μ m以下，更优选为O. 005 μ m以上、O.1 μ m以下。
η型掺杂剂向η型氮化物半导体镀层9的掺杂浓度优选为IX IO17CnT3以上、IXlO20Cm-3以下，更优选为IXlO18cnT3以上、I X IO19CnT3以下。在该情况下，具有能够维持η型氮化物半导体镀层9的良好结晶度、并且能够降低元件的工作电压的倾向。接着，例如通过MOCVD法，在η型氮化物半导体镀层9的表面上形成氮化物半导体有缘层11。在氮化物半导体有缘层11例如具有单一量子阱(SQW)结构的情况下，作为氮化物半导体有缘层11，例如可以使用由分子式Gah6Inz6N (O < ζ6 < O. 4)所表示的III族氮化物半导体形成的氮化物半导体层作为量子阱层的结构。虽然未特别限定氮化物半导体有缘层11的厚度，但优选为Inm以上、IOnm以下，更优选为Inm以上、6nm以下。在氮化物半导体有缘层11的厚度为Inm以上、IOnm以下的情况下，特别是在Inm以上、6nm以下的情况下，具有能够提高氮化物半导体发光二极管元件100的发光输出的倾向。在氮化物半导体有缘层11具有例如由分子式Gah6Inz6N (O < z6 < O. 4)所表示的III族氮化物半导体形成的层作为量子阱层的单一量子阱(SQW)结构的情况下，为了使氮化物半导体发光二极管元件100的发光波长成为所希望的发光波长，能够控制氮化物半导体有缘层11的In组成及厚度。然而，如果氮化物半导体有缘层11形成时的基板I的温度低，则其结晶度可能恶化，另一方面，如果氮化物半导体有缘层11形成时的基板I的温度高，则InN的升华显著，In向固相中的吸收效率降低，可能会使In组成变化。因此，由以分子式Gai_z6Inz6N(0 < z6< O. 4)表示的III族氮化物半导体形成的层作为阱层的单一量子阱(SQW)结构所形成的氮化物半导体有缘层11形成时的基板I的温度优选为700°C以上、900°C以下，更优选为750°C以上、850°C以下。而且，作为氮化 物半导体有缘层11，例如也可以使用具有多层量子阱(MQW)结构的层，该多层量子阱结构是将由分子式Gah6Inz6N (O < z6 < O. 4)所表示的III族氮化物半导体形成的量子阱层和带隙大于该量子阱层的由分子式Alx7Gay7Inz7N (0^x7^1、
O^ y7 ^ UO ^ z7 ^1、x7+y7+z7 ^ O)所表示的III氮化物半导体形成的量子势垒层一层一层交替地层积而形成的。也可以在上述量子阱层和/或量子势垒层中掺杂η型或P型掺杂剂。接着，例如通过MOCVD法，在氮化物半导体有缘层11的表面上形成P型氮化物半导体镀层13。作为P型氮化物半导体镀层13，例如可以层积在由分子式Alx8Gay8Inz8N(O ^ x8 ^ 1、0 ^ y8 ^ 1、0 ^ z8 ^1、x8+y8+z8幸O)所表示的III族氮化物半导体中掺杂P型掺杂剂的层等，其中，作为P型氮化物半导体镀层13，优选层积在由分子式Alx8Gah8N(O < x8 ^ O. 4、优选为O.1 < x8 < O. 3)所表示的III族氮化物半导体中掺杂P型掺杂剂的层。作为P型掺杂剂，例如可以使用镁等。从对氮化物半导体有缘层11进行光限制的观点出发，P型氮化物半导体镀层13的带隙优选大于氮化物半导体有缘层11的带隙。虽然未特别限定P型氮化物半导体镀层13的厚度，但优选为O. 01 μ m以上、O. 4 μ m以下，更优选为O. 02 μ m以上、O.1 μ m以下。P型掺杂剂向P型氮化物半导体镀层13的掺杂浓度优选为lX1018cm_3以上、IXlO21cnT3以下，更优选为IXlO19cnT3以上、I X 102°cm_3以下。在P型掺杂剂向P型氮化物半导体镀层13的掺杂浓度为I X IO18CnT3以上、I X IO21CnT3以下，特别是在I X 1019cm_3以上、IXlO20Cm-3以下的情况下，具有能够获得良好结晶度的P型氮化物半导体镀层13的倾向。而且，作为P型氮化物半导体镀层13，例如也可以使用具有超晶格结构的层，该超晶格结构是将由分子式Alx8aGai_x8aN(0 < x8a彡O. 4，优选为O.1 ( x8a ^ O. 3)所表示的III族氮化物半导体形成的层(A层)和带隙小于A层的由分子式Alx8bGay8bInz8bN(0 ( x8b (1、
0< y8b < 1、0 < z8b ^1、x8b+y8b+z8b幸0)所表示的III氮化物半导体形成的层(B层)一层一层地交替层积而形成的。在该超晶格结构中，可以分别向A层及B层掺杂P型掺杂剂，也可以只向A层或B层的一个层中掺杂P型掺杂剂。接着，例如通过MOCVD法，在P型氮化物半导体镀层13的表面上形成p型氮化物半导体接触层15。作为P型氮化物半导体接触层15，例如可以层积在由分子式Alx9Gay9Inz9N(O ^ x9 ^ 1、0 ^ y9 ^ 1、0 ^ z9 ^1、x9+y9+z9幸O)所表示的III族氮化物半导体中掺杂P型掺杂剂的层等，其中，作为P型氮化物半导体接触层15，优选使用向GaN层掺杂P型掺杂剂的层。在该情况下，具有能够维持P型氮化物半导体接触层15的良好结晶度、并且能够得到与透光性电极层19的良好的欧姆接触的倾向。P型掺杂剂向P型氮化物半导体接触层15的掺杂浓度优选为lX1018cm_3以上、
1X 1021cm_3以下，更优选为5X 1019cm_3以上、5X IO20Cm-3以下。在p型掺杂剂向p型氮化物半导体接触层15的掺杂浓度为IXlO18cnT3以上、IXlO21cnT3以下的情况下，特别是在5X IO19CnT3以上、5X102°cm_3以下的情况下，具有能够维持与透光性电极层19的良好的欧姆接触、抑制P型氮化物半导体接触层15产生裂纹、以及维持P型氮化物半导体接触层15的良好结晶度的倾向。虽然未特别限定P型氮化物半导体接触层15的厚度，但优选为O. 01 μ m以上、O. 5 μ m以下，更优选为 O. 05 μ m以上、O. 2 μ m以下。在p型氮化物半导体接触层15的厚度为O. ο μπ 以上、O. 5μ 以下的情况下，特别是在O. 05μπ 以上、O. 2μπ 以下的情况下，具有能够提高氮化物半导体发光二极管元件100的发光输出的倾向。另外，在由III族氮化物半导体分别构成η型氮化物半导体接触层7、η型氮化物半导体镀层9、氮化物半导体有缘层11、P型氮化物半导体镀层13及P型氮化物半导体接触层15的情况下，能够通过使用例如以下气体的MOCVD法分别层积这些层。即向MOCVD装置的反应炉内部提供例如在三甲基镓(TMG )、三甲基铝(TMA )及三甲基铟(TMI)中选择的至少一种III族元素的有机金属原料气、以及例如氨等氮原料气，对这些气体进行热分解，使之反应，由此能够分别层积上述的层。而且，在掺杂η型掺杂剂即硅的情况下，向MOCVD装置的反应炉内部除了上述原料气以外，还提供例如硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H4)作为掺杂气体，由此能够掺杂硅。还有，在掺杂P型掺杂剂即镁的情况下，向MOCVD装置的反应炉内部除了上述原料气以外，还提供例如二茂基镁(CP2Mg)作为掺杂气体，由此能够掺杂镁。接着，在P型氮化物半导体接触层15的表面上形成例如由IT0(IndiumTin Oxide 氧化铟锡)形成的透光性电极层19后，在透光性电极层19的表面上形成P侧电极21。作为P侧电极21，例如能够形成镍层、铝层、钛层及金层的层积膜。然后，通过蚀刻除去P侧电极21形成后的层积体的一部分，由此露出η型氮化物半导体接触层7的表面的一部分。接着，在η型氮化物半导体接触层7露出的表面上形成η侧电极20。作为η侧电极20，例如能够形成镍层、铝层、钛层及金层的层积膜。之后，在η侧电极20形成后的层积体的整个表面上形成SiO2等绝缘保护膜23，为使P侧电极21及η侧电极20露出而在绝缘保护膜23设有开口部，并且将形成了多个氮化物半导体发光二极管元件100的晶片分割成单个的元件，由此能够制作出第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100。在此，例如对已在基板I上形成有上述结构的晶片进行研磨及抛光而形成镜状表面后，将晶片分割成280 μ mX 550 μ m的长方形的芯片，由此能够对晶片进行分割。按照上述方法制作的第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100在具有平坦表面、结晶度高、可抑制弯曲、且以较大的生长速度所制造的第三氮化物半导体基础层5的上表面5U上，依次层积η型氮化物半导体接触层7、η型氮化物半导体镀层9、氮化物半导体有缘层11、P型氮化物半导体镀层13及P型氮化物半导体接触层15。因此，η型氮化物半导体接触层7、η型氮化物半导体镀层9、氮化物半导体有缘层IUp型氮化物半导体镀层13及P型氮化物半导体接触层15的位错密度降低，具有良好的结晶度。因此，由这样的具 有良好结晶度的氮化物半导体层所形成的第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100成为工作电压低、发光输出高的元件，而且能够有效地被制造。需要说明的是，将在第一例的条件下制成的氮化物半导体发光二极管元件100作为用来评价裸芯片(未进行后续的树脂密封)的元件，在十个元件中导通30mA电流时，确认能够得到平均光输出为39mW、工作电压为3. OV及发光波长为455nm的工作电压低的、发光输出闻的兀件。(发光装置)而且，使用第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100也可以制造图19所示结构的第一实施方式的发光装置110。在此，在第一实施方式的发光装置110中，例如将第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100设置在第二引线框架31上，通过第一金属线33电连接氮化物半导体发光二极管元件100的P侧电极21与第一引线框架30，并且通过第二金属线34电连接氮化物半导体发光二极管元件100的η侧电极20与第二引线框架31。然后，通过透明成型树脂35模制氮化物半导体发光二极管元件100，由此，能够制造出炮弹形的发光装置110。图19所示结构的第一实施方式的发光装置110因为使用了第一实施方式的氮化物半导体发光二极管元件100，所以能够成为工作电压低、发光输出高、且可有效制造的发光装置。〈第二实施方式〉第二实施方式的特征在于，氮化物半导体晶体管元件是使用通过第一实施方式制造的氮化物半导体结构的电子器件。图20表示第二实施方式的氮化物半导体晶体管元件300的剖面示意图。氮化物半导体晶体管元件300具有氮化物半导体结构，该氮化物半导体结构包括由以在等价的三个a (sub)轴方向上配置有凸部Ia的c面为主表面的蓝宝石基板构成的基板I,在基板I的表面上依次层积的由AlN等形成的氮化物半导体中间层2、由非掺杂GaN等形成的第一氮化物半导体基础层3、由非掺杂GaN等形成的第二氮化物半导体基础层4、由非掺杂GaN等形成的第三氮化物半导体基础层5。然后，在结晶缺陷少且具有良好结晶度的第三氮化物半导体基础层5的平坦上表面5a上层积由非掺杂GaN等形成的氮化物半导体电子传输层71，在氮化物半导体电子传输层71的表面上层积由η型AlGaN等形成的η型氮化物半导体电子供给层73。在η型氮化物半导体电子供给层73的表面上设置有栅极电极77，在栅极电极77的两侧设置有由η型GaN等形成的源极接触层75S和漏极接触层75D。而且，在源极接触层75S上设置有源极电极78S，在漏极接触层7 上设置漏极电极78D。下面，说明第二实施方式的氮化物半导体晶体管元件300的制造方法的一例。首先，与第一实施方式相同，在具有凸部Ia及凹部Ib的基板I的表面上，通过反应性溅射法，形成由AlN形成的氮化物半导体中间层2。接着，通过与第一实施方式相同条件的MOCVD法，在氮化物半导体中间层2的表面上，依次使由非掺杂GaN形成的第一氮化物半导体基础层3和由非掺杂GaN形成的第二氮化物半导体基础层4生长。在此，第二氮化物半导体基础层4在以下条件下生长在第二氮化物半导体基础层4的表面的俯视中，在a (sub)轴方向上出现两个小斜面4r，以及在与a(sub)轴方向倾斜+ 60°角度的方向及与a (sub)轴方向倾斜-60°角度的方向上分别各出现两个的小斜面4r出现(例如，第一例的条件)。然后，通过与第一实施方式相同条件的MOCVD法，在第二氮化物半导体基础层4的表面上，使由非掺杂GaN形成的第三氮化物半导体基础层5生长。在此，第三氮化物半导体基础层5在填埋第一氮化物半导体基础层4的小斜面4r而出现平坦上表面5U的条件下生长。 接着，通过MOCVD法，在第三氮化物半导体基础层5的平坦上表面5U上层积由η型AlxGahN形成的氮化物半导体电子传输层71，在氮化物半导体电子传输层71的表面上层积η型氮化物半导体电子供给层73。之后，在η型氮化物半导体电子供给层73的表面上形成源极接触层75S及漏极接触层7 后，分别形成源极电极78S、漏极电极78D及栅极电极77。由此，能够制作出第二实施方式的氮化物半导体晶体管元件300。在第二实施方式的氮化物半导体晶体管元件300中，也与第一实施方式相同，在结晶度高、可抑制弯曲且以较大的生长速度所制造的第三氮化物半导体基础层5的平坦上表面5U上，层积氮化物半导体电子传输层71及η型氮化物半导体电子供给层73等氮化物半导体层。由此，因为特别是能够减少氮化物半导体电子传输层71最上面的二维电子传输区域的结晶缺陷，所以能够提高电子的迁移率。因此，第二实施方式的氮化物半导体晶体管元件300因为层积于第三氮化物半导体接触层5的表面上的各层也能够形成为位错密度低、结晶度良好的层，所以提高了电子迁移率等特性。〈实施例〉首先，准备由口径为6英寸、厚度为1. 3mm的由蓝宝石单晶构成的基板。接着，在该基板上形成规定图3所示的凸部的平面配置的掩模，使用该掩模对基板的表面进行干式蚀刻，在图3所示的平面配置上形成凹部。由此，基板表面的凸部排列在基板表面的a (sub)轴方向(〈11-20〉方向)上，并且在与基板表面的a (sub)轴方向倾斜+ 60°的方向及与基板表面的a (sub)轴方向倾斜一60°的方向(都是u方向)上分别排列。在此，在基板表面的俯视中，凸部分别位于图3所示的假想的三角形It顶点，周期性地排列在假想的三角形三边的各边的方向上。而且，凸部底面的俯视形状为圆形。另外，在基板表面的俯视中，相邻凸部的间隔为2μπι，凸部底面的俯视形状即圆形圆的直径为1.2μπι左右，凸部的高度为0.6μπι左右。而且，基板表面的凸部及凹部分别具有图4所示的剖面，凸部具有前端部lc。接着，对凸部及凹部形成后的基板表面进行RCA清洗。然后，在腔体中设置上述RCA清洗后的基板，导入N2和Ar，将基板加热至650°，在N2和Ar的混合气体环境中，通过对Al靶材进行溅射的反应性溅射法，在具有凸部及凹部的基板的表面上，形成在基板的表面的法线方向上延伸的、由晶粒整齐的柱状晶体集合体所形成的AlN晶体构成的厚度为30nm的氮化物半导体中间层。将按照上述方式形成至氮化物半导体中间层的晶片设置在立式MOCVD装置内，将晶片的基板的温度加热至1000°，并且以600RPM转速旋转晶片的基板，在立式MOCVD装置内的环境压力为66. 6kPa的状 态下，向立式MOCVD装置内提供作为原料气的V族原料气即氨气和III族原料气即TMG (三甲基镓)的混合气体，并且作为载流子气体只提供氢气(流量129slm)，由此，通过MOCVD法，使非掺杂GaN晶体生长五分钟，形成厚度为300nm的第一氮化物半导体基础层。在此，将原料气供给为原料气的V/III比为1165。需要说明的是，因为作为载流子气体只提供氢气，所以显而易见的是第一氮化物半导体基础层生长时氢气体积与所有载流子气体的体积之比为I。之后，在与上述相同的条件下，继续使非掺杂GaN晶体进一步生长，从而形成厚度为1. 8 μ m的第一实施例的第二氮化物半导体基础层。之后，将基板的转速升高至1200RPM，在将立式MOCVD装置的生长室内的环境压力降低为26. 6kPa的状态下，提供作为原料气的V族原料气即氨气(氨气流量25slm)和III族原料气即TMG (三甲基稼流量340sCCm) (V/III比656)的混合气体，并且作为载流子气体只提供氢气(流量153slm)，由此，通过MOCVD法，使非掺杂GaN晶体生长72分钟，在第二氮化物半导体基础层上形成(生长速度4. 17 μπι/h)厚度为5. O μ m的第三氮化物半导体基础层，从而制作出实施例的氮化物半导体结构。然后，在实施例的氮化物半导体结构的第三氮化物半导体基础层上，层积厚度为2. 8 μ m的、由η型GaN形成的η型氮化物半导体接触层。之后，通过目前一直所使用的方法，在η型氮化物半导体接触层上依次层积η型氮化物半导体超晶格层、氮化物半导体发光层、P型氮化物半导体镀层、P型氮化物半导体接触层及透光性电极层。之后，通过目前一直所使用的方法，使η型氮化物半导体接触层的表面露出，在η型氮化物半导体接触层露出的表面上形成η侧电极，在透光性电极层的表面上形成P侧电极。
之后，使用由SiO2形成的绝缘保护膜覆盖透光性电极层、P型氮化物半导体接触层、P型氮化物半导体镀层、氮化物半导体发光层、η型氮化物半导体超晶格层及η型氮化物半导体接触层的各表面。之后，通过目前一直所使用的方法，分割为芯片状，制作出实施例的氮化物半导体发光二极管元件。〈比较例〉在比较例的氮化物半导体结构的制作中，除了按照如下方法制作第三氮化物半导体基础层以外，其他都与实施例相同。将基板的转速升高至1200RPM，在立式MOCVD装置的生长室内的环境压力为
17.2kPa的状态下，提供作为原料气的V族原料气即氨气(氨气流量25slm)和III族原料气即TMG (三甲基稼流量274sCCm) (V/III比814)的混合气体，并且作为载流子气体只提供氢气(流量198slm)，由此，·通过MOCVD法，使非掺杂GaN晶体生长140分钟，在第二氮化物半导体基础层上形成(生长速度2. Hym/h)厚度为5. Oym的第三氮化物半导体基础层，从而制作出比较例的氮化物半导体结构。之后，与实施例相同，在比较例的氮化物半导体结构的第三氮化物半导体基础层上层积厚度为2. 8 μ m的、由η型GaN形成的η型氮化物半导体接触层。〈评价〉在第三氮化物半导体基础层上形成η型氮化物半导体接触层的阶段，对于按照上述方法制作的实施例的氮化物半导体结构和比较例的氮化物半导体结构，在(I)层厚的面内分布、(2)薄膜电阻的面内分布、(3)结晶度、(4)弯曲的程度、(5)表面形态及结晶缺陷方面分别进行评价。(I)层厚的面内分布通过光致发光测量法，测量第一氮化物半导体基础层至η型氮化物半导体接触层的层厚的面内分布。层厚利用分光干涉，并使用分光镜确定每段波长的光谱反射率而算出。图21 (a)表不实施例的层厚的面内分布，图21 (b)表不比较例的层厚的面内分布。比较图21 (a)和图21 (b)可知，图21 (b)所示的比较例的层厚在面内分布为从η型氮化物半导体接触层的表面中心至端部层厚呈等高线状地逐渐增厚。然而，在图21
(a)所示的实施例的层厚的面内分布中，未形成上述那样的等高线状分布。而且，在实施例的层厚的面内分布中层厚未出现较大的偏差，抑制了曾在比较例的层厚的面内分布中出现的、从定向平面按顺时针方向所存在的端部层厚部的产生。因此，根据该结果可以认为，与比较例的氮化物半导体结构的第三氮化物半导体基础层相比，实施例的氮化物半导体结构的第三氮化物半导体基础层的表面平坦。( 2 )薄膜电阻的面内分布图22 Ca)表示实施例的薄膜电阻的面内分布，图22 (b)表示比较例的薄膜电阻的面内分布。在此，薄膜电阻使用非接触式薄膜电阻测量装置进行测量。比较图22 (a)和图22 (b)可知，与图22 (b)所示的比较例的薄膜电阻的面内分布相比，图22 Ca)所示实施例的薄膜电阻的面内分布的均匀性较高，在薄膜电阻的平均值上未发现差异。(3)结晶度
通过X射线摇摆曲线衍射法(XRC)，分别对形成于实施例与比较例的氮化物半导体结构的第三氮化物半导体基础层上的η型氮化物半导体接触层的结晶度进行评价。通过ω测量的结果，GaN (0004)面的半峰宽在实施例为30arcsec，比较例为30arcsec,GaN (10-12)面的半峰宽在实施例为116arcsec,比较例为113arcsec,两者未发现较大的差异。根据该结果可以认为，在实施例及比较例的任一个氮化物半导体结构中，第三氮化物半导体基础层都具有良好的结晶度。这可以认为是因为实施例与比较例的氮化物半导体结构的第一氮化物半导体基础层及第二氮化物半导体基础层的生长条件相同，因而在实施例与比较例中这些层的小平面形状不存在差异。(4)弯曲的程度针对实施例和比较例，分别测量η型氮化物半导体接触层形成后的晶片的弯曲。如图23的侧面示意图所示，晶片的弯曲是将基准平面作为最小二乘平面，将未吸附的所有测量点的数据的最大值与最小值的差值作为弯曲的大小。其结果为，实施例的晶片的弯曲大小为97 μ m，比较例的晶片的弯曲大小为100 μ m,可确认实施例比比较例更能够抑制弯曲。因此，根据该结果可认为，实施例的氮化物半导体结构比比较例的氮化物半导体结构更能够抑制弯曲。(5)表面形态及结晶缺陷针对实施例与比较例，分别观察了 η型氮化物半导体接触层形成后的晶片的表面形态及结晶缺陷。在此，通过微分干涉显微镜(金属显微镜)观察表面形态，并由此进行评价。而且，通过EPD (腐蚀坑密度)测量评价结晶缺陷。图24 (a)及图24 (b)表示通过微分干涉显微镜(金属显微镜)观察到的实施例的晶片表面形态的图像，图24 (c)及图24 (d)表不通过EF1D测量观察到的实施例的晶片结晶缺陷的图像。在此，图24 (a)及图24 (c)分别是以5倍的放大倍率观察到的图像，图24(b)及图24 Cd)分别是以20倍的放大倍率观察到的图像。图25 (a)及图25 (b)表示通过微分干涉显微镜(金属显微镜)观察到的比较例的晶片表面形态的图像，图25 (c)及图25 (d)表示通过EH)测量观察到的比较例的晶片结晶缺陷的图像。在此，图25 (a)及图25 (c)分别是以5倍的放大倍率观察到的图像，图25
(b)及图25 Cd)分别是以20倍的放大倍率观察到的图像。通过图24 (a) (d)与图25 (a) (d)的比较可知，实施例与比较例的晶片表面形态与结晶缺陷几乎未发现差异。〈总结〉根据上述实施例与比较例的比较，通过满足以下I) 3)的条件，能够将第三氮化物半导体基础层的生长时间由140分钟大幅度缩短至72分钟，从而能够使具有平坦表面、结晶度高、可抑制弯曲的第三氮化物半导体基础层生长。由此，能够大幅度地降低III族原料气的使用量，能够抑制产生像比较例那样在端部局部具有较厚层厚的边缘部。I)使III族原料气即TMG流量从274sccm增加至340sccm。2)使载流子气体即氢气流量从198slm减少至153slm。3)使第三氮化物半导体基础层生长时的压力从17. 2kPa增加至26. 6kPa。而且，虽然只通过增加III族原料气的流量，不能期待如上所述的较幅度缩短生长时间，但是，通过将载流子气体即氢气流量减少至153slm，能够使第三氮化物半导体基础层生长时生长室内的III族原料气的浓度升高，从而能够有望如上所述那样大幅度地缩短生长时间。此时，通过降低立式MOCVD装置生长室的排气装置的排气速度，使III族原料气滞留于生长室内，能够进一步增大第三氮化物半导体基础层的生长速度。 本发明能够应用于氮化物半导体结构的制造方法，而且也能够应用于氮化物半导体发光二极管元件及氮化物半导体晶体管元件的制造方法。 虽然详细地说明了本发明，但这只是例示而非限制。本发明的范围由权利要求书记载来说解释是不言而喻 的。
权利要求
1.一种氮化物半导体结构的制造方法，其特征在于，包括 准备基板的工序，该基板在表面具有凹部和设置于所述凹部之间的凸部且由三方晶系刚玉或六方晶系晶体形成； 在所述基板上形成氮化物半导体中间层的工序； 在所述氮化物半导体中间层上形成第一氮化物半导体基础层的工序； 在所述第一氮化物半导体基础层上形成第二氮化物半导体基础层的工序； 在所述第二氮化物半导体基础层上通过MOCVD法形成第三氮化物半导体基础层的工序; 所述第一氮化物半导体基础层的表面具有第一小斜面和第一平坦区域； 在所述第一氮化物半导体基础层的所述表面中，所述第一小斜面所占面积比例小于所述第一平坦区域所占面积比例； 所述第二氮化物半导体基础层具有环绕所述凸部的第二小斜面； 所述第三氮化物半导体基础层的下表面与所述第二小斜面相接； 在形成所述第三氮化物半导体基础层的工序中，所述第三氮化物半导体基础层生长时单位时间所提供的V族原料气的摩尔量与单位时间所提供的III族原料气的摩尔量之比即V/III比为700以下，所述第三氮化物半导体基础层生长时的压力为26. 6kPa以上，所述第三氮化物半导体基础层的生长速度为2. 5 μ m/h以上。
2.如权利要求1所述的氮化物半导体结构的制造方法，其特征在于，在形成所述第三氮化物半导体基础层的工序中，在所述第三氮化物半导体基础层生长时提供不足198slm的氢。
全文摘要
本发明提供一种氮化物半导体结构的制造方法。在形成第三氮化物半导体基础层的工序中，第三氮化物半导体基础层生长时单位时间所提供的V族原料气的摩尔量与单位时间所提供的III族原料气的摩尔量之比即V/III比为700以下，第三氮化物半导体基础层生长时的压力为26.6kPa以上，第三氮化物半导体基础层的生长速度为2.5μm/h以上。
文档编号H01L33/12GK103050594SQ20121038535
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者村田彻 申请人:夏普株式会社