TWI520325B

TWI520325B - Manufacture of nitride semiconductor structures

Info

Publication number: TWI520325B
Application number: TW101136604A
Authority: TW
Inventors: Tohru Murata
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2016-02-01
Also published as: CN103050594A; TW201320330A; CN103050594B; JP2013084832A

Description

氮化物半導體結構之製造方法

本發明係關於一種氮化物半導體結構之製造方法。

含氮之III-V族化合物半導體(III族氮化物半導體)具有相當於具有紅外至紫外區域之波長之光能的帶隙，故而，作為發出具有自紅外線至紫外線區域之波長之光之發光元件或接收具有該區域之波長之光之受光元件的材料較為有益。

又，III族氮化物半導體係構成III族氮化物半導體之原子間之鍵結較強，絕緣崩潰電壓較高，且飽和電子速度較大，故作為耐高溫、高輸出、高頻電晶體等電子器件之材料亦較為有益。

進而，III族氮化物半導體對環境幾乎無害，亦作為易處理之材料而受到關注。

為使用作為如上述般優異之材料的III族氮化物半導體，製作實用性之氮化物半導體元件，而必需於特定之基板上積層包含III族氮化物半導體之薄膜之III族氮化物半導體層，形成特定之元件結構。

此處，作為基板，最佳為，使用具有可使III族氮化物半導體於基板上直接成長之晶格常數及熱膨脹係數之包含III族氮化物半導體之基板，且作為包含III族氮化物半導體之基板，較佳為例如採用氮化鎵(GaN)基板等。

然而，GaN基板係現狀為尺寸較小為直徑2英吋以下，而且極其高價，故而不實用。

因此，就現狀而言，作為氮化物半導體元件之製作用之基板，採用與III族氮化物半導體之晶格常數差及熱膨脹係數差較大之藍寶石基板或碳化矽(SiC)基板等。

於藍寶石基板與作為代表性之III族氮化物半導體之GaN之間，存在約16%左右之晶格常數差。又，於SiC基板與GaN之間存在約6%左右之晶格常數差。於如此較大之晶格常數差存在於基板與成長於該基板上之III族氮化物半導體之間之情形時，一般而言，難以於基板上使包含III族氮化物半導體之結晶磊晶成長。例如，於在藍寶石基板上直接使GaN結晶磊晶成長之情形時，存在無法避免GaN結晶之三維成長，從而無法獲得具有平坦之表面之GaN結晶之類的問題。

因此，通常係於基板與III族氮化物半導體之間，形成用以將基板與III族氮化物半導體之間之晶格常數差消除之稱為所謂緩衝層之層。

例如，於專利文獻1(日本專利第3026087號公報)中，記載有如下之方法，即，藉由MOVPE(Metal organic Vapor Phase Epitaxy，金屬有機氣相磊晶)法而於藍寶石基板上形成AlN之緩衝層後，使包含Al_xGa_1-xN之III族氮化物半導體進行成長。

然而，即便專利文獻1記載之方法中，亦難以再現性良好地獲得具有平坦之表面之AlN之緩衝層。認為其原因在於：於藉由MOVPE法而形成AlN之緩衝層之情形時，用作原料氣體之三甲基鋁(TMA，Trimethylaluminum)氣體與氨(NH₃)氣體容易在氣相中產生反應。

因此，於專利文獻1記載之方法中，難以使表面平坦且缺陷密度較小之高品質之包含Al_xGa_1-xN之III族氮化物半導體再現性良好地於AlN之緩衝層上成長。

又，例如於專利文獻2(日本專利特公平5-86646號公報)中，揭示有藉由施加直流偏壓之高頻濺鍍法而於藍寶石基板上形成Al_xGa_1-xN(0<x≦1)緩衝層之方法。

然而，藉由專利文獻2記載之方法而形成於Al_xGa_1-xN(0<x≦1)緩衝層上之III族氮化物半導體，並非如專利文獻3(日本專利第3440873號公報)之段落[0004]及專利文獻4(日本專利第3700492號公報)之段落[0004]中記載，具有優異之結晶性。

因此，於專利文獻3中，提出有於氫氣與氨氣之混合氣體之環境下，對利用DC(Direct current，直流)磁控濺鍍法而形成之包含III族氮化物半導體之緩衝層進行熱處理之方法，又，於專利文獻4中，提出有藉由DC磁控濺鍍法而於升溫至400℃以上之藍寶石基板上形成50埃(Angstrom)以上3000埃以下之膜厚之包含III族氮化物半導體之緩衝層。

又，於專利文獻5(日本專利特開2008-34444號公報)中，提出有藉由高頻濺鍍法而於加熱至750℃之藍寶石基板上形成包含AlN之柱狀結晶之緩衝層之方法。

又，於專利文獻6(日本專利第3950471號公報)中，記載有為使結晶缺陷較少之III族氮化物半導體成長，而於基板表面設置凹凸結構，且於該凹凸上使III族氮化物半導體橫向成長之情形。

進而，於專利文獻7(日本專利特開2006-352084號公報)之段落[0043]及[0044]中，記載有包含兩階段之成長，該兩階段之成長係包含於設置凹凸結構之基板上，使GaN層「以成為於斜面包括相對於藍寶石基板11之主面傾斜之刻面的等腰三角形之剖面形狀之方式，使GaN層12成長」之步驟；「其次，將成長條件設定為橫向成長成為支配性的條件，繼續成長...使GaN層12橫向成長，直至其表面成為與藍寶石基板11之主面平行之平坦面為止。」之步驟。

為使結晶缺陷較少之高品質之III族氮化物半導體成長，而亦對作為其基底之氮化物半導體基底層，要求結晶缺陷較少且具有較高之結晶性。

而且，進而近年來，為有效地製造高品質之III族氮化物半導體，而較強地期望使具有平坦之表面且結晶性較高之氮化物半導體基底層可抑制翹曲地以較大之成長速度進行成長。

鑒於上述之情況，本發明之目的在於提供一種可使具有平坦之表面且結晶性較高之氮化物半導體基底層抑制翹曲地較大地成長速度進行成長的氮化物半導體結構之製造方法。

本發明係氮化物半導體結構之製造方法，其包括如下之步驟：準備於表面包括凹部與設置在凹部之間的凸部之包含三方晶剛玉或六方晶之結晶的基板；於基板上形成氮化物半導體中間層；於氮化物半導體中間層上，形成第1氮化物半導體基底層；於第1氮化物半導體基底層上，形成第2氮化物半導體基底層；以及藉由MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化學氣相沈積)法而於第2氮化物半導體基底層上形成第3氮化物半導體基底層；且，第1氮化物半導體基底層之表面係包括第1斜刻面、及第1平坦區域，第1氮化物半導體基底層之表面中之第1斜刻面之面積比率小於第1平坦區域之面積比率，第2氮化物半導體基底層係包括包圍凸部之第2斜刻面，第3氮化物半導體基底層之下表面係接觸於第2斜刻面，且於形成第3氮化物半導體基底層之步驟中，將第3氮化物半導體基底層之成長時每一單位時間供給之V族原料氣體之莫耳量與每一單位時間供給之III族原料氣體之莫耳量之比，即V/III比設為700以下，將第3氮化物半導體基底層之成長時之壓力設為26.6kPa以上，將第3氮化物半導體基底層之成長速度設為2.5μm/小時以上。

此處，於本發明之氮化物半導體結構之製造方法中，較佳為，在形成第3氮化物半導體基底層之步驟中，於第3氮化物半導體基底層之成長時供給未達198slm之氫。

根據本發明，可提供一種可使具有平坦之表面且結晶性較高之氮化物半導體基底層抑制翹曲地較大之成長速度進行成長之氮化物半導體結構之製造方法。

本發明之上述及其他目的、特徵、態樣及優點應由與隨附圖式關聯地理解之本發明相關之下述詳細之說明而明確。

以下對本發明之實施形態進行說明。再者，於本發明之圖式中，同一參照符號係表示同一部分或相符部分。

<藍寶石基板及氮化物半導體結晶之結晶方位>

(AlGaIn)N系之氮化物半導體結晶之晶系通常為六方晶，又，藍寶石之晶系為三方晶剛玉，但可由六方晶之記法表示。因此，於藍寶石基板及氮化物半導體結晶中之任一者中，均將c軸方向設為[0001]，將a1軸方向設為[-2110]，將a2軸方向設為[1-210]，將a3軸方向設為[11-20]，將a1軸方向、a2軸方向及a3軸方向之3方向合併記為a軸方向或<11-20>方向。又，將分別垂直於c軸方向及<11-20>方向且等效之3方向記為m軸方向(最具代表性為<1-100>方向)。

再者，於表示結晶面及方向之情形時，原本應於所需之數字上標註橫線進行表現，但由於表現方法存在制約，故而於本說明書中，取代於所需之數字上標註橫線之表現，而於所需之數字之前標註「-」進行表現。例如，根據結晶學之記法，1之相反方向為方便起見而於1之上標記橫線之處標記為「-1」。

<實施形態1>

以下，參照圖1~圖10，對作為本發明之氮化物半導體結構之製造方法之一例之實施形態1之氮化物半導體結構之製造方法進行說明。再者，於本發明之氮化物半導體結構之製造方法中，勿庸置疑，亦可於下述各步驟間包含其他步驟。

(準備基板之步驟)

首先，如圖1之示意性剖面圖所示，進行準備基板1之步驟。此處，作為基板1，例如可準備包含三方晶剛玉或者六方晶之結晶之基板1。作為包含三方晶剛玉或者六方晶之結晶之基板1，例如可使用包含藍寶石(Al₂O₃)單晶、AlN單晶或者GaN單晶等之基板。

又，基板1之表面40可為c面或相對c面具有5°以內之傾斜之表面，傾斜之方向例如可僅為m(sub)軸(<1-100>)方向，亦可僅為a(sub)軸(<11-20>)方向，或者亦可為兩方向合成所得之方向。更具體而言，作為基板1，可準備基板1之表面40自c面(法線為c軸之面)向基板之m(sub)軸<1-100>方向傾斜0.15°~0.35°者等。

再者，於本說明書中，由於基板之結晶方向與基板上之氮化物半導體層之結晶方向不同，故而對基板之結晶方向附注「sub」，且對氮化物半導體層之結晶方向附注「layer」。此處，必需注意基板之結晶軸與氮化物半導體層之結晶軸之關係。於基板為藍寶石單晶之情形時，基板之a(sub)軸方向與氮化物半導體層之m(layer)軸方向一致，且基板之m(sub)軸方向與氮化物半導體層之a(layer)軸方向一致。另一方面，於基板為AlN單晶或GaN單晶之情形時，基板之a(sub)軸方向與氮化物半導體層之a(layer)軸方向一致，且基板之m(sub)軸方向與氮化物半導體層之m(layer)軸方向一致。

又，基板1之口徑並無特別限定特定，但例如可設為150 mm(約6英吋)。作為基板1，先前通常使用50.8 mm(2英吋)左右之口徑之基板，但為了提昇生產率，較佳為使用大口徑之基板。然而，於使用大口徑之基板1之情形時，於基板1上形成氮化物半導體層後應變累積，故而易產生基板1之破裂或者氮化物半導體層之表面上容易產生裂痕。本發明係即便於如下所述使用100 mm(約4英吋)以上之大口徑之基板1之情形時，亦可抑制基板1之破裂或氮化物半導體層之表面上產生裂痕。

其次，如圖2之示意性剖面圖所示，於基板1之表面40形成凹部1b、及設置於凹部1b之間之凸部1a。此種基板1之表面之凸部1a及凹部1b例如可藉由如下步驟而形成，上述步驟包括：於基板1之表面40上形成規定凸部1a之平面配置之掩膜之圖案化步驟；及使用藉由該圖案化步驟而形成之掩膜，對基板1之表面40進行蝕刻，形成凹部1b之步驟。此處，圖案化步驟可由通常之光微影步驟實施。蝕刻步驟例如可藉由乾式蝕刻法或濕式蝕刻法而實施。然而，為使凸部1a之形狀成為下述包含前端部之形狀，較佳為，藉由容易控制凸部1a之形狀之乾式蝕刻法實施。

於圖3中表示圖2所示之基板1之表面之一例之示意性放大平面圖。於圖3所示之基板1之表面之平面視圖中，平面形狀為圓形之凸部1a例如分別位於虛擬之三角形1t之頂點，且排列於虛擬之三角形1t之3邊之各邊之方向。於本例中，凸部1a係排列於基板1之表面之a(sub)軸方向(<11-20>方向)，並且分別排列於相對於基板1之表面之a(sub)軸方向呈+60°之斜度之方向及相對於基板1之表面之a(sub)軸方向呈-60°之斜度之方向。再者，於本說明書中，將基板1之表面之平面視圖中，相對於a(sub)軸方向呈+60°之斜度之方向及相對於a(sub)軸方向呈-60°之斜度之方向分別稱為u方向。

再者，作為凸部1a之平面形狀之圓形的圓之中心並非必需與三角形1t之頂點完全一致，只要實質上一致即可。具體而言，於圓之中心偏離該圓之半徑以下之情形時，存在下述第1氮化物半導體基底層相較凸部1a之區域上穩定地於凹部1b之區域上開始成長之傾向。而且，若第1氮化物半導體基底層之成長進一步進行，則第1氮化物半導體基底層存在如下所述可以凸部1a為中心，於凸部1a之外側形成包圍凸部1a之至少6個斜刻面之傾向。

凸部1a之底面上之平面形狀並不限定於圓形，例如亦可為六邊形及/或三角形等多邊形。

又，於基板1之表面之平面視圖中，於頂點配置有凸部1a之虛擬之三角形1t之各內角之角度較佳為50°以上70°以下。於此情形時，存在下述第1氮化物半導體基底層相較凸部1a之區域上穩定地於凹部1b之區域上開始成長之傾向。而且，若第1氮化物半導體基底層之成長進一步進行，則第1氮化物半導體基底層存在如下所述可以凸部1a 為中心，於凸部1a之外側形成包圍凸部1a之至少6個斜刻面之傾向。

又，於基板1之表面之平面視圖中，相鄰之凸部1a之間隔較佳為0.2 μm以上7 μm以下，更佳為2 μm左右。於相鄰之凸部1a之間隔為0.2 μm以上7 μm以下之情形時，存在製程方面之問題減少之傾向。作為製程方面之問題，例如可列舉用以使凸部1a之高度增高之乾式蝕刻時間變長，或者使下述第2氮化物半導體基底層之上表面完全地變為平坦為止所需之成長時間變得過長等問題。再者，於本說明書中，相鄰之凸部1a之間隔係指相鄰之凸部1a之間之最短距離。

又，於基板1之表面之平面視圖中，凸部1a之圓形之圓之直徑較佳為相鄰之凸部1a之間隔之1/2以上3/4以下。例如，於相鄰之凸部1a之間隔為2 μm之情形時，凸部1a之圓形之圓之直徑更佳為1.2 μm左右。於凸部1a之圓形之圓之直徑為相鄰之凸部1a之間隔之1/2以上3/4以下之情形時，尤其為1.2 μm左右之情形時，存在下述第1氮化物半導體基底層相較凸部1a之區域上穩定地於凹部1b之區域上開始成長之傾向。而且，若第1氮化物半導體基底層之成長進一步進行，則第1氮化物半導體基底層存在如下所述可以凸部1a為中心，於凸部1a之外側形成包圍凸部1a之至少6個斜刻面之傾向。

又，凸部1a之高度較佳為凸部1a之圓形之圓之直徑之1/4以上1以下。例如於凸部1a之圓形之圓之直徑為1.2 μm 之情形時，凸部1a之高度更佳為0.6 μm左右。於此情形時，存在下述第1氮化物半導體基底層相較凸部1a之區域上穩定地於凹部1b之區域上開始成長之傾向。而且，若第1氮化物半導體基底層之成長進一步進行，則第1氮化物半導體基底層存在如下所述可以凸部1a為中心，於凸部1a之外側形成包圍凸部1a之至少6個斜刻面之傾向。

於圖4中表示沿著圖3所示之通過凸部中心之B-B線之示意性放大剖面圖。如圖4所示，於基板1之表面之平面視圖中之通過凸部1a中心的剖面視圖中，凸部1a較佳為包括前端部1c之形狀。再者，於本說明書中，所謂凸部1a包括前端部1c之形狀係指於基板1之表面之平面視圖中之通過凸部1a中心的剖面視圖中，成為凸部1a之上表面為不平坦之形狀。於凸部1a之上表面為平坦之情形時，存在下述第1氮化物半導體基底層不僅於凹部1b成長，亦於凸部1a之平坦之上表面成長之情形。另一方面，於凸部1a為包括前端部1c之形狀之情形時，可認為由於下述之第1氮化物半導體基底層自凹部1b進行成長，接著進行成長之下述第2氮化物半導體基底層於凸部1a之前端部1c之上方會合，故而，產生結晶缺陷之區域受到限定，使作為整體之缺陷之數量減少。

亦可於下述氮化物半導體中間層之形成前，進行基板1之表面之預處理。作為基板1之表面之預處理之一例，例如可列舉藉由進行RCA(Radio of Corporation of America，美國無線電公司)清洗(依序進行稀氫氟酸水溶液(HF)處理、氨(NH₄OH)+過氧化氫(H₂O₂)處理、鹽酸(HCl)+過氧化氫(H₂O₂)處理、超純水清洗之清洗)，而將基板1之表面氫封端化之處理。藉此，存在可於基板1之表面上再現性良好地積層良好結晶性之氮化物半導體中間層的傾向。

又，作為基板1之表面之預處理之另一例，可列舉將基板1之表面曝露於氮氣之電漿中的處理。藉此，存在可將附著於基板1之表面之有機物或氧化物等異物去除，調節基板1之表面之狀態之傾向。尤其，於基板1為藍寶石基板之情形時，藉由將基板1之表面曝露於氮氣之電漿中，而存在將基板1之表面氮化，使積層於基板1之表面上之氮化物半導體中間層容易面內均勻地形成之傾向。

(形成氮化物半導體中間層之步驟)

其次，如圖5之示意性剖面圖所示，於基板1之表面上形成氮化物半導體中間層2。此處，氮化物半導體中間層2例如可於N₂與Ar之混合環境中，藉由濺鍍Al靶材之反應性濺鍍法而形成。

作為氮化物半導體中間層2，例如可積層包含由Al_x0Ga_y0N(0≦x0≦1、0≦y0≦1、x0+y0≠0)之式表示之氮化物半導體之層。其中，作為氮化物半導體中間層2，較佳為積層包含由AlN或Al_x1Ga_1-x1N(0.5<x1≦1)之式表示之氮化物半導體(氮化鋁)之層。於此情形時，存在可獲得沿基板1之表面之法線方向延伸之包含結晶粒為等粒之柱狀結晶之集合體的良好之結晶性之氮化物半導體中間層2之傾向。氮化物半導體中間層2亦可包含微量之氧。

氮化物半導體中間層2之厚度較佳為5 nm以上100 nm以下。於氮化物半導體中間層2之厚度未達5 nm之情形時，存在氮化物半導體中間層2未充分發揮作為緩衝層之功能之虞。於氮化物半導體中間層2之厚度超過100 nm之情形時，存在作為緩衝層之功能未提昇，僅氮化物半導體中間層2之形成時間變長之虞。又，更佳為，使氮化物半導體中間層2之厚度為10 nm以上50 nm以下。於此情形時，存在可使氮化物半導體中間層2作為緩衝層之功能於面內均勻地發揮之傾向。作為氮化物半導體中間層2之一例，可以約30 nm之厚度形成略微含氧之AlN膜。

氮化物半導體中間層2之形成時之基板1之溫度較佳為300℃以上1000℃以下。於氮化物半導體中間層2之形成時之基板1之溫度未達300℃之情形時，存在氮化物半導體中間層2無法覆蓋基板1之表面之整面，導致基板1之表面之一部分自氮化物半導體中間層2露出之虞。又，於氮化物半導體中間層2之積層時之基板1之溫度超過1000℃之情形時，存在基板1之表面上之原料之電子遷移過度活躍，形成相較柱狀結晶之集合體更接近單晶膜之氮化物半導體中間層2，導致氮化物半導體中間層2作為緩衝層之功能低下之虞。

(形成氮化物半導體基底層之步驟)

其次，如圖6之示意性剖面圖所示，於氮化物半導體中間層2之表面上，形成包括第1斜刻面3f與第1平坦區域3c之第1氮化物半導體基底層3。而且，如圖7之示意性剖面圖所示，於第1氮化物半導體基底層3之表面上，形成包括第2斜刻面4r與第2平坦區域4c之第2氮化物半導體基底層4。又，如圖8之示意性剖面圖所示，以接觸於第2氮化物半導體基底層4之第2斜刻面4r及第2平坦區域4c之方式，形成第3氮化物半導體基底層5。根據以上所述，製造於基板1上依序積層有氮化物半導體中間層2、第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5之實施形態1之氮化物半導體結構。

此處，第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5可分別藉由例如MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法，而依序形成於氮化物半導體中間層2之表面上。

更具體而言，如圖9之示意性剖面圖所示，首先，主要於凹部1b中之氮化物半導體中間層2之表面上，形成第1氮化物半導體基底層3(例如，厚度t₃=300 nm)，繼而，至少於第1氮化物半導體基底層3之表面上，形成第2氮化物半導體基底層4(例如，厚度t₄=1800 nm)，其後，至少於第2氮化物半導體基底層4之表面上，形成第3氮化物半導體基底層5(例如，厚度t₅=6000 nm)。

[氮化物半導體基底層之各層之成長模式]

其次，參照圖10之示意性剖面圖，對製造結晶缺陷較少且具有平坦之上表面5U之第3氮化物半導體基底層5之前之氮化物半導體基底層之各層之成長模式進行說明。

首先，使第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5(以下，設為「氮化物半導體基底層之各層」)分別選擇適當之成長模式進行成長。以下，於本說明書中，以下述方式便利地定義成長模式。

二維成長模式：容易獲得平坦之表面之成長模式

三維成長模式：容易形成斜刻面之成長模式

2.5維成長模式：二維成長模式與三維成長模式之中間之成長模式

[氮化物半導體基底層之成長模式與成長參數之關係]

其次，用於氮化物半導體基底層之各層成長之成長模式之切換可藉由分別適當地選擇(A)成長溫度、(B)成長壓力、(C)V/III比、(D)基板之轉數、及(E)氫氣相對於載氣總體積之體積比之5個成長參數而實施。

具體而言，可藉由以下之(A)、(B)、(C)、(D)及(E)中之至少1個成長參數或其組合而實現。此處，本發明者經努力研究，結果可知該等3個各成長參數與氮化物半導體基底層之成長模式之關聯。

(A)成長溫度

成長溫度越高越容易成為二維成長模式，成長溫度越低越容易成為三維成長模式。

(B)成長壓力

成長壓力越低越容易成為二維成長模式，成長壓力越高越容易成為三維成長模式。

(C)V/III比

V/III比越小越容易成為二維成長模式，V/III比越大越容易成為三維成長模式。再者，V/III比係氮化物半導體基底層之成長時每一單位時間供給之V族原料氣體之莫耳量與每一單位時間供給之III族原料氣體之莫耳量之比。

(D)基板之轉數

基板之每一單位時間之轉數越大越容易成為二維成長模式，基板之每一單位時間之轉數越小越容易成為三維成長模式。

(E)氫氣相對於載氣總體積之體積比

氫氣相對於載氣總體積之體積比越小越容易成為二維成長模式，氫氣相對於載氣總體積之體積比越大越容易成為三維成長模式。

因此，為形成結晶缺陷較少且結晶性較高之具有平坦之上表面5U的第3氮化物半導體基底層5，首先，較佳為，使第1氮化物半導體基底層3以可獲得平坦之表面之「二維成長模式」與優先地呈現斜刻面之結晶面之「三維成長模式」之中間之成長模式之「2.5維成長模式」進行成長。

藉此，第1氮化物半導體基底層3之表面包括第1斜刻面3f及第1平坦區域3c。繼而，各第1氮化物半導體基底層3之表面上之第1斜刻面3f之面積比率變得小於第1平坦區域3c之面積比率。

第2氮化物半導體基底層4以可形成第2斜刻面4r之方式以「三維成長模式」進行成長。

藉此，第2氮化物半導體基底層4之表面包括第2斜刻面 4r及第2平坦區域4c。繼而，各第2氮化物半導體基底層4之表面之平面視圖中之第2斜刻面4r之面積比率變得小於第2平坦區域4c之面積比率大。

進而，為了將第2斜刻面4r嵌入，形成平坦之上表面5U，較佳為，使第3氮化物半導體基底層5之下層5A及上層5B分別以「二維成長模式」進行成長。

藉此，可形成結晶缺陷較少、結晶性良好且具有平坦之上表面5U之第3氮化物半導體基底層5。

即，藉由於第1氮化物半導體基底層3之表面設置第1斜刻面3f，而使沿氮化物半導體層之c(layer)軸方向延伸之位錯於第1斜刻面3f之方向上彎曲，藉此，減少該位錯之數量。

繼而，藉由設置第2氮化物半導體基底層4之表面之平面視圖中比第2平坦區域4c之面積比率大之面積比率之第2斜刻面4r，而使沿氮化物半導體層之c(layer)軸方向延伸之位錯於第2斜刻面4r之方向上彎曲，進而減少該位錯之數量。

於以此方式使沿著氮化物半導體層之c(layer)軸方向延伸之位錯之數量減少之第2氮化物半導體基底層4之表面上，以促進具有平坦之表面之氮化物半導體層成長之二維成長模式使第3氮化物半導體基底層5成長，藉此，可形成結晶缺陷較少、結晶性良好且具有平坦之上表面5U之第3氮化物半導體基底層5。

綜合以上之結果，則形成第1氮化物半導體基底層3及第 2氮化物半導體基底層4之步驟較佳為以滿足選自由以下之(i)、(ii)、(iii)、(iv)及(v)所組成之群中之至少一個條件的方式實施。藉此，存在可獲得不易產生裂痕且X射線搖擺曲線之半高寬較窄之氮化物半導體基底層之傾向。

(i)將第1氮化物半導體基底層3之成長時之成長溫度設為第2氮化物半導體基底層4之成長時之成長溫度以上。

(ii)將第1氮化物半導體基底層3之成長時之壓力設為第2氮化物半導體基底層之成長時之壓力以下。

(iii)將第1氮化物半導體基底層3之成長時供給之氣體之V/III比設為第2氮化物半導體基底層4之成長時供給之氣體之V/III比以下。

(iv)將第1氮化物半導體基底層3之成長時基板1之每一單位時間之轉數設為第2氮化物半導體基底層4之成長時基板1之每一單位時間之轉數以上。

(v)將第1氮化物半導體基底層3之成長時氫氣相對於載氣總體積之體積比設為第2氮化物半導體基底層4之成長時氫氣相對於載氣總體積之體積比以下。

又，較佳為，形成第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5之步驟以滿足選自由以下之(I)、(II)、(III)、(IV)及(V)所組成之群中之至少一個條件之方式實施，並且以滿足選自由以下之(a)、(b)、(c)、(d)及(e)所組成之群中之至少一個條件之方式實施。藉此，存在可獲得不易產生裂痕、X射線搖擺曲線之半高寬較窄、結晶性良好且具有平坦之上表面5U之第 3氮化物半導體基底層5的傾向。

(I)將第3氮化物半導體基底層5之成長時之成長溫度設為第1氮化物半導體基底層3之成長時之成長溫度以上。

(II)將第3氮化物半導體基底層5之成長時之壓力設為第1氮化物半導體基底層3之成長時之壓力以下。

(III)將第3氮化物半導體基底層5之成長時供給之氣體之V/III比設為第1氮化物半導體基底層3之成長時供給之氣體之V/III比以下。

(IV)將第3氮化物半導體基底層5之成長時基板1之每一單位時間之轉數設為第1氮化物半導體基底層3之成長時基板1之每一單位時間之轉數以上。

(V)將第3氮化物半導體基底層5之成長時氫氣相對於載氣總體積之體積比設為第1氮化物半導體基底層3之成長時氫氣相對於載氣總體積之體積比以下。此處所謂載氣係指自簇射頭噴出之氣體。

(a)將第3氮化物半導體基底層5之成長時之成長溫度設為第2氮化物半導體基底層4之成長時之成長溫度以上。

(b)將第3氮化物半導體基底層5之成長時之壓力設為第2氮化物半導體基底層4之成長時之壓力以下。

(c)將第3氮化物半導體基底層5之成長時供給之氣體之V/III比設為第2氮化物半導體基底層4之成長時供給之氣體之V/III比以下。

(d)將第3氮化物半導體基底層5之成長時基板1之每一單位時間之轉數設為第2氮化物半導體基底層4之成長時基板 1之每一單位時間之轉數以上。

(e)將第3氮化物半導體基底層5之成長時氫氣相對於載氣總體積之體積比設為第2氮化物半導體基底層4之成長時氫氣相對於載氣總體積之體積比以下。

進而，於形成第3氮化物半導體基底層5之步驟中，可藉由全部滿足以下之(f)~(h)之條件，而使具有平坦之表面且結晶性較高之第3氮化物半導體基底層5抑制翹曲地以較大之成長速度進行成長。

(f)將第3氮化物半導體基底層5之成長時供給之氣體之V/III比設為700以下。

(g)將第3氮化物半導體基底層5之成長時之壓力設為26.6 kPa以上。

(h)將第3氮化物半導體基底層5之成長速度設為2.5 μm/小時以上。

進而，於形成第3氮化物半導體基底層5之步驟中，可藉由滿足以下之(k)之條件，而使第3氮化物半導體基底層5之成長時之III族原料氣體之濃度上升，延長MOCVD裝置之成長室內之III族原料氣體之滯留時間，故而，可進一步增加第3氮化物半導體基底層5之成長速度。第3氮化物半導體基底層5之成長速度具有不僅可藉由上述(f)、(g)、(h)及(k)之條件，而且可藉由使MOCVD裝置之成長室內之排氣速度降低而進一步增加之傾向。

(k)於第3氮化物半導體基底層5之成長時供給未達198 slm之氫。

[第1氮化物半導體基底層3]

於圖11中表示第1氮化物半導體基底層3之表面之一例之示意性放大平面圖。如圖11所示，第1氮化物半導體基底層3係包含於凸部1a之外側包圍凸部1a之第1斜刻面3f。

又，包圍1個凸部1a之第1斜刻面3f與包圍另一個凸部1a之第1斜刻面3f係由第1氮化物半導體基底層3之第1平坦區域3c連結。

第1氮化物半導體基底層3之第1斜刻面3f係自第1氮化物半導體基底層3之第1平坦區域3c朝向基板1之凸部1a一面下降一面傾斜。

於圖12中表示第1氮化物半導體基底層3之表面之另一例之示意性放大平面圖。於圖12所示之例中，呈現如下之特徵：基板1之凹部1b之大致整面由第1氮化物半導體基底層3之第1平坦區域3c均勻地覆蓋，且第1斜刻面3f略微地形成於凸部1a之周圍。

即，於圖12所示之例中，與圖11所示之例相比，於第1氮化物半導體基底層3之表面上，第1平坦區域3c所佔之面積比率變得大於第1斜刻面3f所佔之面積比率。

於圖13中表示沿著圖12之B-B之示意性放大剖面圖。第1氮化物半導體基底層3係自基板1之凹部1b之上方之區域選擇性地進行成長。繼而，藉由第1氮化物半導體基底層3之成長之進行，基板1之凹部1b之上方之區域之大致整面由第1氮化物半導體基底層3之第1平坦區域3c均勻地覆蓋，且第1刻面3f略微地形成於基板1之凸部1a之周圍。

於圖14中表示第1氮化物半導體基底層3之表面之另一例之示意性放大平面圖。於圖14所示之例中，呈現第1氮化物半導體基底層3之表面上形成有粗糙面區域3d之特徵。

此處，即便於第1氮化物半導體基底層3具有例如60 nm以上較大之層厚之情形時，亦於基板1之凹部1b之上方區域之第1氮化物半導體基底層3之表面上，混合存在有第1平坦區域3c、及相較第1平坦區域3c粗糙之粗糙面區域3d。於此情形時，若於該粗糙面區域3d之表面上使第2氮化物半導體基底層4成長，則存在產生第2氮化物半導體基底層4之表面容易變成更大之粗糙面，進而於該表面上進行成長之第3氮化物半導體基底層5之表面難以變得平坦化之問題之可能性。

因此，較佳為，使第1氮化物半導體基底層3於粗糙面區域3d佔據第1氮化物半導體基底層3之表面之面積比率達到5%以下之條件下進行成長。於此情形時，存在第1氮化物半導體基底層3之表面上進行成長之第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5分別成為結晶缺陷較少且結晶性良好之膜之傾向。

[第2氮化物半導體基底層4]

於圖15中表示於第1氮化物半導體基底層3之形成後成長所得之第2氮化物半導體基底層4之表面之一例之示意性放大平面圖。第2氮化物半導體基底層4係包含於基板1之凸部1a之外側包圍凸部1a之6個第2斜刻面4r。

於圖15所示之平面視圖中，第2斜刻面4r係於a(sub)軸方向出現兩個，且於相對a(sub)軸方向以+60°之角度傾斜之方向及相對a(sub)軸方向以-60°之角度傾斜之方向(兩者均為u方向)上分別各出現兩個(將此情形設為「實例1」)。

更具體而言，6個第2斜刻面4r中之圖15所示之第2氮化物半導體基底層4之表面之平面視圖中出現於a(sub)軸方向之兩個第2斜刻面4r係相對於a(sub)軸方向(<11-20>方向)向斜上方傾斜，且第2斜刻面4r沿該傾斜之方向延伸。

又，同樣地，第2氮化物半導體基底層4之表面之平面視圖中相對a(sub)軸方向以+60°之角度傾斜之方向及相對a(sub)軸方向以-60°之角度傾斜之方向(兩者均為u方向)上分別各出現兩個之第2斜刻面4r亦分別相對於相對a(sub)軸方向以+60°之角度傾斜之方向及相對a(sub)軸方向以-60°之角度傾斜之方向，朝向斜上方傾斜，且第2斜刻面4r沿該傾斜之方向延伸。

於圖16中表示沿著圖15之B-B之示意性放大剖面圖。圖16中出現之第2斜刻面4r係於第2斜刻面4r所存在之範圍內，亦於其剖面之縱深方向上同樣地出現之面。

又，包圍1個凸部1a之第2斜刻面4r與包圍另1個凸部1a之第2斜刻面4r係由第2氮化物半導體基底層4之上表面4c而連結。

此處，包圍凸部1a之外周之6個第2斜刻面4r係分別藉由自凸部1a朝向斜上方延伸而傾斜。

於圖17中表示第1氮化物半導體基底層3之形成後成長所得之第2氮化物半導體基底層4之表面之另一例之示意性放大平面圖。於圖17所示之例中，表示基板1之表面之凸部1a分別沿相對a(sub)軸方向傾斜+30°之方向及相對a(sub)軸方向傾斜-30°之方向排列時之第2氮化物半導體基底層4之第2斜刻面4r與第2平坦區域4c之位置關係(將該情形作為「實例2」)。

於以形成6個第2斜刻面4r之三維成長模式使第2氮化物半導體基底層4進行成長之情形時，第2氮化物半導體基底層4之第2斜刻面4r及第2平坦區域4c容易分別受到基板1之凸部1a之排列之影響。

於實例2中，於第2氮化物半導體基底層4之表面之平面視圖中，第2氮化物半導體基底層4之第2平坦區域4c之形狀成為如三角形相連之形狀，且於切換為第3氮化物半導體基底層5之成長模式即二維成長模式後，於第2平坦區域4c上，形成第3氮化物半導體基底層5。第2氮化物半導體基底層4之第2平坦區域4c之結晶缺陷存在繼續傳遞至第3氮化物半導體基底層5之傾向，故存在第2氮化物半導體基底層4之表面上所佔之第2平坦區域4c之面積更小之實例1之情形與實例2之情形相比，於第3氮化物半導體基底層5中成為結晶缺陷較少之良好之結晶性之膜的傾向。

[第3氮化物半導體基底層5]

第3氮化物半導體基底層5之厚度較佳為凸部1a之高度之2倍以上。例如，於凸部1a之高度為0.6 μm之情形時，較佳為1.2 μm以上。於第3氮化物半導體基底層5之厚度為凸部1a之高度之2倍以上之情形時，可於第3氮化物半導體基底層5中嵌入凸部1a的傾向變大，故而，第3氮化物半導體基底層5之上表面5U變平坦之傾向變大。

[其他]

再者，作為第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4、第3氮化物半導體基底層5，例如可使用包含由Al_x2Ga_y2In_z2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、0≦z2≦1、x2+y2+z2≠0)之式表示之III族氮化物半導體之層。又，第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5較佳為將相同之組成作為材料，僅改變成長條件。

較佳為，自第1氮化物半導體基底層3之成長時之成長模式向第2氮化物半導體基底層4之成長時之成長模式之切換、以及自第2氮化物半導體基底層4之成長時之成長模式向第3氮化物半導體基底層5之成長時之成長模式之切換時，分別設置例如2秒~60秒左右之成長中斷時間，且於此期間變更成長條件，但亦可連續地改變條件。

作為第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4、第3氮化物半導體基底層5，較佳為分別使用包含Ga作為III族元素之氮化物半導體層，以避免再現包含柱狀結晶之集合體之氮化物半導體中間層2中之位錯等結晶缺陷。

為避免再現氮化物半導體中間層2中之位錯，而必需於與氮化物半導體中間層2之界面附近使位錯成環狀，但於第1氮化物半導體基底層3包括含Ga之III族氮化物半導體之情形時，容易產生位錯環。因此，存在如下傾向：可藉由分別使用包括含Ga之III族氮化物半導體之第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4、及第3氮化物半導體基底層5，而於與氮化物半導體中間層2之界面附近將位錯環狀化封閉，抑制位錯自氮化物半導體中間層2再現於第2氮化物半導體基底層4。

較佳為，使第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5分別為無摻雜，但亦可使第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5分別成為n型摻雜。於形成n型摻雜之情形時，n型摻雜劑亦可於1×10¹⁷ cm^-3以上1×10¹⁹ cm^-3以下之範圍內進行摻雜。

作為n型摻雜劑，例如可使用選自由矽、鍺及錫所組成之群中之至少一個等，其中較佳為使用矽。於n型摻雜劑中使用矽之情形時，較佳為，使用矽烷氣體或二矽烷氣體作為n型摻雜氣體。

第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5各自成長時之基板1之溫度較佳為800℃以上1250℃以下，更佳為900℃以上1150℃以下。於第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5各自成長時之基板1之溫度為800℃以上1250℃以下之情形時，尤其900℃以上1150℃以下之情形時，存在可使結晶缺陷較少之結晶性優異之第1氮化物半導體基底層3、第2氮化物半導體基底層4及第3氮化物半導體基底層5進行成長之傾向。

(氮化物半導體發光二極體元件之製造方法)

以下，參照圖18，對作為本發明之氮化物半導體元件之製造方法之一例的實施形態1之氮化物半導體發光二極體元件之製造方法進行說明。實施形態1之氮化物半導體發光二極體元件之特徵在於使用實施形態1之氮化物半導體結構而製造。再者，勿庸置疑，亦於以下中，下述步驟間可包含其他步驟。

首先，例如藉由MOCVD法，而於以上述方式製作之實施形態1之氮化物半導體結構之第3氮化物半導體基底層5之平坦之上表面5U上形成n型氮化物半導體接觸層7。

作為n型氮化物半導體接觸層7，例如可於包含由Al_x3Ga_y3In_z3N(0≦x3≦1、0≦y3≦1、0≦z3≦1、x3+y3+z3≠0)之式表示之III族氮化物半導體之層，形成摻雜有n型摻雜劑之層等。

其中，較佳為，n型氮化物半導體接觸層7係於由Al_x4Ga_1-x4N(0≦x4≦1，較佳為0≦x4≦0.5，更佳為0≦x4≦0.1)之式表示之III族氮化物半導體中摻雜有矽作為n型摻雜劑之氮化物半導體層。

n型摻雜劑對n型氮化物半導體接觸層7之摻雜濃度較佳為5×10¹⁷ cm^-3以上5×10¹⁹ cm^-3以下。於此情形時，存在如下之傾向：可維持n型氮化物半導體接觸層7與n側電極20之良好之歐姆接觸，抑制n型氮化物半導體接觸層7中裂痕之產生，且可維持n型氮化物半導體接觸層7之良好之結晶性。

繼而，例如藉由MOCVD法而於n型氮化物半導體接觸層7之表面上形成n型氮化物半導體披覆層9。

作為n型氮化物半導體披覆層9，例如可形成包含由Al_x5Ga_y5In_z5N之式(0≦x5≦1、0≦y5≦1、0≦z5≦1、x5+y5+z5≠0)表示之III族氮化物半導體之層中摻雜有n型摻雜劑之層等。又，n型氮化物半導體披覆層9亦可為將包含III族氮化物半導體之複數個氮化物半導體層異質接合而成之結構或超晶格(Superlattice)結構。

n型氮化物半導體披覆層9之厚度並無特別限定，但較佳為0.005 μm以上0.5 μm以下，更佳為0.005 μm以上0.1 μm以下。

n型摻雜劑對n型氮化物半導體披覆層9之摻雜濃度，較佳為1×10¹⁷ cm^-3以上1×10²⁰ cm^-3以下，更佳為1×10¹⁸ cm^-3以上1×10¹⁹ cm^-3以下。於此情形時，存在可維持n型氮化物半導體披覆層9之良好之結晶性，且可降低元件之動作電壓之傾向。

其次，例如藉由MOCVD法，而於n型氮化物半導體披覆層9之表面上形成氮化物半導體活性層11。

於氮化物半導體活性層11例如包括單一量子井(SQW，Single Quantum Well)結構之情形時，作為氮化物半導體活性層11，例如可使用使包含由Ga_1-z6In_z6N(0<z6<0.4)之式表示之III族氮化物半導體之層為量子井層者。

氮化物半導體活性層11之厚度並無特別限定，但較佳為 1 nm以上10 nm以下，更佳為1 nm以上6 nm以下。於氮化物半導體活性層11之厚度為1 nm以上10 nm以下之情形時，尤其1 nm以上6 nm以下之情形時，存在可使氮化物半導體發光二極體元件100之發光輸出提昇之傾向。

於氮化物半導體活性層11例如包括使包含由Ga_1-z6In_z6N(0<z6<0.4)之式表示之III族氮化物半導體之層為量子井層之單一量子井(SQW)結構之情形時，可以氮化物半導體發光二極體元件100之發光波長成為所期望之發光波長之方式，控制氮化物半導體活性層11之In組成及厚度。

然而，若氮化物半導體活性層11之形成時之基板1之溫度較低，則存在結晶性變差之虞，另一方面，若氮化物半導體活性層11之形成時之基板1之溫度較高，則存在InN之昇華變得顯著，In萃取至固相中之效率降低導致In組成產生變動之虞。因此，包括將包含由Ga_1-z6In_z6N(0<z6<0.4)之式表示之III族氮化物半導體之層作為井層之單一量子井(SQW)結構的氮化物半導體活性層11之形成時之基板1之溫度較佳為700℃以上900℃以下，更佳為750℃以上850℃以下。

又，作為氮化物半導體活性層11，例如亦可使用包括交替逐層地積層包含由Ga_1-z6In_z6N(0<z6<0.4)之式表示之III族氮化物半導體之量子井層、與帶隙大於量子井層之包含由Al_x7Ga_y7In_z7N(0≦x7≦1、0≦y7≦1、0≦z7≦1、x7+y7+z7≠0)之式表示之III族氮化物半導體之量子障壁層所得之多重量子井(MQW)結構者。再者，亦可對上述之量子井層及/或量子障壁層中摻雜n型或p型之摻雜劑。

繼而，例如藉由MOCVD法而於氮化物半導體活性層11之表面上形成p型氮化物半導體披覆層13。

作為p型氮化物半導體披覆層13，例如可積層由Al_x8Ga_y8In_z8N(0≦x8≦1、0≦y8≦1、0≦z8≦1、x8+y8+z8≠0)之式表示之III族氮化物半導體中摻雜有p型摻雜劑之層等。其中，作為p型氮化物半導體披覆層13，較佳為積層由Al_x8Ga_1-x8N(0<x8≦0.4，較佳為0.1≦x8≦0.3)之式表示之III族氮化物半導體中摻雜有p型摻雜劑之層。再者，例如可使用鎂等作為p型摻雜劑。

p型氮化物半導體披覆層13之帶隙係考慮到對氮化物半導體活性層11之光侷限(optical confinement)之觀點，較佳為大於氮化物半導體活性層11之帶隙。

p型氮化物半導體披覆層13之厚度並無特別限定，但較佳為0.01 μm以上0.4 μm以下，更佳為0.02 μm以上0.1 μm以下。

p型摻雜劑對p型氮化物半導體披覆層13之摻雜濃度較佳為1×10¹⁸ cm^-3以上1×10²¹ cm^-3以下，更佳為1×10¹⁹ cm^-3以上1×10²⁰ cm^-3以下。於p型摻雜劑對p型氮化物半導體披覆層13之摻雜濃度為1×10¹⁸ cm^-3以上1×10²¹ cm^-3以下之情形時，尤其1×10¹⁹ cm^-3以上1×10²⁰ cm^-3以下之情形時，存在可獲得良好之結晶性之p型氮化物半導體披覆層13之傾向。

又，作為p型氮化物半導體披覆層13，例如可使用包括交替逐層地積層包含由Al_x8aGa_1-x8aN(0<x8a≦0.4，較佳為0.1≦x8a≦0.3)之式表示之III族氮化物半導體之層(A層)、與帶隙小於A層之包含Al_x8bGa_y8bIn_z8bN(0≦x8b≦1、0≦y8b≦1、0≦z8b≦1、x8b+y8b+z8b≠0)之式表示之III族氮化物半導體之層(B層)所得之超晶格結構之層。再者，於該超晶格結構中，可對A層及B層之各者中摻雜p型摻雜劑，亦可對A層或B層中之僅一層中摻雜p型摻雜劑。

其次，例如藉由MOCVD法而於p型氮化物半導體披覆層13之表面上形成p型氮化物半導體接觸層15。

作為p型氮化物半導體接觸層15，例如可積層由Al_x9Ga_y9In_z9N(0≦x9≦1、0≦y9≦1、0≦z9≦1、x9+y9+z9≠0)之式表示之III族氮化物半導體中摻雜有p型摻雜劑之層等。其中，作為p型氮化物半導體接觸層15，較佳為使用GaN層中摻雜有p型摻雜劑之層。於此情形時，存在可維持p型氮化物半導體接觸層15之良好之結晶性且可獲得與透光性電極層19良好之歐姆接觸的傾向。

p型摻雜劑對p型氮化物半導體接觸層15之摻雜濃度較佳為1×10¹⁸ cm^-3以上1×10²¹ cm^-3以下，更佳為5×10¹⁹ cm^-3以上5×10²⁰ cm^-3以下。於p型摻雜劑對p型氮化物半導體接觸層15之摻雜濃度為1×10¹⁸ cm^-3以上1×10²¹ cm^-3以下之情形時，尤其5×10¹⁹ cm^-3以上5×10²⁰ cm^-3以下之情形時，存在可維持與透光性電極層19良好之歐姆接觸，抑制p型氮化物半導體接觸層15中裂痕之產生，從而維持p型氮化物半導體接觸層15之良好之結晶性之傾向。

p型氮化物半導體接觸層15之厚度並無特別限定，較佳為0.01 μm以上0.5 μm以下，更佳為0.05 μm以上0.2 μm以下。於p型氮化物半導體接觸層15之厚度為0.01 μm以上0.5 μm以下之情形時，尤其0.05 μm以上0.2 μm以下之情形時，存在可使氮化物半導體發光二極體元件100之發光輸出提昇之傾向。

再者，於n型氮化物半導體接觸層7、n型氮化物半導體披覆層9、氮化物半導體活性層11、p型氮化物半導體披覆層13及p型氮化物半導體接觸層15分別包含III族氮化物半導體之情形時，該等層可分別例如藉由使用有以下氣體之MOCVD法而積層。

即，對MOCVD裝置之反應爐之內部，供給例如選自由三甲基鎵(TMG(Trimethylgallium))、三甲基鋁(TMA)及三甲基銦(TMI(Trimethylindium))所組成之群中之至少一種III族元素之有機金屬原料氣體、以及例如氨等氮原料氣體，並使該等熱分解進行反應，藉此，分別積層上述層。

又，於摻雜作為n型摻雜劑之矽之情形時，例如將矽烷(SiH₄)或者二矽烷(Si₂H₆)作為摻雜氣體添加於上述原料氣體中供給至MOCVD裝置之反應爐之內部，藉此，可摻雜矽。

又，於摻雜作為p型摻雜劑之鎂之情形時，例如將雙環戊二烯基鎂(CP₂Mg)作為摻雜氣體添加於上述原料氣體中供給至MOCVD裝置之反應爐之內部，藉此，可摻雜鎂。

繼而，於p型氮化物半導體接觸層15之表面上形成例如包含ITO(Indium Tin Oxide，氧化銦錫)之透光性電極層19後，於透光性電極層19之表面上形成p側電極21。可形成例如鎳層、鋁層、鈦層及金層之積層膜作為p側電極21。

繼而，藉由蝕刻而將p側電極21之形成後之積層體之一部分去除，藉此，使n型氮化物半導體接觸層7之表面之一部分露出。

繼而，於n型氮化物半導體接觸層7露出之表面上形成n側電極20。可形成例如鎳層、鋁層、鈦層及金層之積層膜作為n側電極20。

其後，於n側電極20之形成後之積層體之整面上，形成SiO₂等絕緣保護膜23，且以露出p側電極21及n側電極20之方式，於絕緣保護膜23上設置開口部，將形成有複數個氮化物半導體發光二極體元件100之晶圓分割為單獨之元件，藉此，可製作實施形態1之氮化物半導體發光二極體元件100。

此處，晶圓之分割例如可藉由對基板1上形成有上述結構之晶圓之背面進行研削及研磨，形成鏡狀之面後，將晶圓分割為280 μm×550 μm見方之長方形狀之晶片而實施。

以上述方式製作之實施形態1之氮化物半導體發光二極體元件100係於具有平坦之表面、結晶性較高、翹曲得到抑制且以較大之成長速度製造之第3氮化物半導體基底層5之上表面5U上，依序積層有n型氮化物半導體接觸層7、n型氮化物半導體披覆層9、氮化物半導體活性層11、p型氮化物半導體披覆層13、及p型氮化物半導體接觸層15。

因此，n型氮化物半導體接觸層7、n型氮化物半導體披覆層9、氮化物半導體活性層11、p型氮化物半導體披覆層13及p型氮化物半導體接觸層15係位錯密度變低，具有優異之結晶性。

因此，由具有如此優異結晶性之氮化物半導體層形成之實施形態1之氮化物半導體發光二極體元件100成為動作電壓低且發光輸出高之元件，從而可進一步有效地製造。

再者，將以實例1之條件製成之氮化物半導體發光二極體元件100作為裸晶(不進行下述之樹脂密封)評價用元件，使30 mA之電流流入10個元件後，確認到可獲得平均光輸出39 mW、動作電壓3.0 V及發光波長455 nm之動作電壓較低且發光輸出較高之元件。

(發光裝置)

又，亦可使用實施形態1之氮化物半導體發光二極體元件100，製造圖19所示構成之實施形態1之發光裝置110。

此處，實施形態1之發光裝置110係例如將實施形態1之氮化物半導體發光二極體元件100設置於第2引線框架31上，利用第1金屬線33將氮化物半導體發光二極體元件100之p側電極21與第1引線框架30電性連接，並且利用第2金屬線34將氮化物半導體發光二極體元件100之n側電極20與第2引線框架31電性連接。繼而，藉由透明之模具樹脂35對氮化物半導體發光二極體元件100進行鑄模，藉此，可製造砲彈型之形狀之發光裝置110。

圖19所示之構成之實施形態1之發光裝置110係使用實施形態1之氮化物半導體發光二極體元件100，故可製成動作電壓較低且發光輸出較高且可有效製造之發光裝置。

<實施形態2>

實施形態2之特徵在於，其係作為使用由實施形態1製造之氮化物半導體結構之電子器件之氮化物半導體電晶體元件。

於圖20中表示實施形態2之氮化物半導體電晶體元件300之示意性剖面圖。氮化物半導體電晶體元件300包括：基板1，其包含凸部1a配置於等效之3個a(sub)軸方向之以c面為主面之藍寶石基板；以及氮化物半導體結構，其包括於基板1之表面上依序積層之含AlN等之氮化物半導體中間層2、包含未摻雜GaN等之第1氮化物半導體基底層3、包含未摻雜GaN等之第2氮化物半導體基底層4、及包含未摻雜GaN等之第3氮化物半導體基底層5。

而且，於結晶缺陷較少之具有良好之結晶性之第2氮化物半導體基底層5之平坦之上表面5a上，積層有包含未摻雜GaN等之氮化物半導體電子渡越層71，且於氮化物半導體電子渡越層71之表面上，積層有包含n型AlGaN等之n型氮化物半導體電子供給層73。

於n型氮化物半導體電子供給層73之表面上包括閘極電極77，且於閘極電極77之兩側包括包含n型GaN等之源極接觸層75S與汲極接觸層75D。又，於源極接觸層75S上包括源極電極78S，於汲極接觸層75D上包括汲極電極78D。

以下，對實施形態2之氮化物半導體電晶體元件300之製造方法之一例進行說明。首先，以與實施形態1相同之方式，於包括凸部1a及凹部1b之基板1之表面上，藉由反應性濺鍍法而形成含AlN之氮化物半導體中間層2。

繼而，藉由與實施形態1相同條件之MOCVD法，而於氮化物半導體中間層2之表面上，依序使包含未摻雜GaN之第1氮化物半導體基底層3、及包含未摻雜GaN之第1氮化物半導體基底層4進行成長。此處，第2氮化物半導體基底層4係以如下之條件(例如實例1之條件)進行成長，上述條件係於第1氮化物半導體基底層4之表面之平面視圖中，出現於a(sub)軸方向上出現之兩個斜刻面4r、以及於相對a(sub)軸方向以+60°之角度傾斜之方向及相對a(sub)軸方向以-60°之角度傾斜之方向上分別各出現兩個之斜刻面4r。

繼而，藉由與實施形態1相同條件之MOCVD法，而於第2氮化物半導體基底層4之表面上，使包含未摻雜GaN之第3氮化物半導體基底層5成長。此處，第3氮化物半導體基底層5係以嵌入第1氮化物半導體基底層4之斜刻面4r且出現平坦之上表面5U之條件進行成長。

繼而，藉由MOCVD法，而於第3氮化物半導體基底層5之平坦之上表面5U上積層包含n型Al_xGa_1-xN之氮化物半導體電子渡越層71，且於氮化物半導體電子渡越層71之表面上積層n型氮化物半導體電子供給層73。

其後，於n型氮化物半導體電子供給層73之表面上形成源極接觸層75S及汲極接觸層75D後，分別形成源極電極78S、汲極電極78D及閘極電極77。根據以上所述，可製作實施形態2之氮化物半導體電晶體元件300。

即便於實施形態2之氮化物半導體電晶體元件300中，亦與實施形態1同樣地，於結晶性較高、翹曲得到抑制且以較大之成長速度製造之第3氮化物半導體基底層5之平坦之上表面5U上，積層有氮化物半導體電子渡越層71及n型氮化物半導體電子供給層73等氮化物半導體層。藉此，尤其氮化物半導體電子渡越層71之最上表面之二維電子渡越區域中之結晶缺陷減少，故而可使電子之遷移率提昇。

因此，即便於實施形態2之氮化物半導體電晶體元件300中，就積層於第3氮化物半導體基底層5之表面上之各層而言，亦可形成位錯密度低且結晶性優異之層，故而可製成電子遷移率等特性提昇之元件。

例

<實施例>

首先，準備口徑6英吋且厚度1.3 mm之包含藍寶石單晶之基板。繼而，於該基板上形成圖3所示之規定凸部之平面配置的掩膜，且使用該掩膜，對基板之表面進行乾式蝕刻，於圖3所示之平面配置中形成凹部。

藉此，將基板之表面之凸部排列於基板之表面之a(sub)軸方向(<11-20>方向)，並且分別排列於相對基板之表面之a(sub)軸方向呈+60°傾斜之方向及相對基板之表面之a(sub)軸方向呈-60°傾斜之方向(均為u方向)。此處，於基板之表面之平面視圖中，凸部分別位於圖3所示之虛擬之三角形1t之頂點，且沿著虛擬之三角形之3邊之各邊的方向週期性排列。進而，凸部之底面之平面形狀為圓形。又，於基板之表面之平面視圖中，相鄰之凸部之間隔為2 μm，且作為凸部之底面之平面形狀之圓形之圓之直徑為1.2 μm左右，凸部之高度為0.6 μm左右。進而，基板之表面之凸部及凹部分別具有圖4所示之剖面，且凸部包括前端部1c。

繼而，進行凸部及凹部之形成後之基板之表面之RCA清洗。繼而，於腔室中設置上述RCA清洗後之基板，並導入N₂與Ar，將基板加熱至650℃，於N₂與At之混合環境中，藉由濺鍍Al靶材之反應性濺鍍法而於包括凸部及凹部之基板之表面上，形成沿基板之表面之法線方向延伸之包含結晶粒為等粒之柱狀結晶之集合體且包含AlN結晶的厚度30 nm之氮化物半導體中間層。

如上所述將形成至氮化物半導體中間層為止之晶圓設置於立式MOCVD裝置內，一面將晶圓之基板之溫度加熱至1000℃，一面使晶圓之基板以轉數600 RPM進行旋轉，於立式MOCVD裝置內之環境之壓力為66.6 kPa之狀態下，對立式MOCVD裝置內，供給作為V族原料氣體之氨氣與作為III族原料氣體之TMG(Trimethylgallium，三甲基鎵)之混合氣體作為原料氣體，並且僅供給氫氣(流量：129 slm)作為載氣，藉此，利用MOCVD法使未摻雜GaN結晶成長5分鐘，形成厚度300 nm之第1氮化物半導體基底層。

此處，原料氣體係以原料氣體之V/III比達到1165之方式供給。再者，由於僅供給氫氣作為載氣，故而，可明確第1氮化物半導體基底層之成長時氫氣相對於載氣總體積之體積比為1。

其後，繼續以與上述相同之條件，使未摻雜GaN結晶進一步成長，形成厚度1.8 μm之實施例1之第2氮化物半導體基底層。

其後，使基板之轉數上升至1200 RPM，於立式MOCVD裝置之成長室內之環境之壓力下降至26.6 kPa之狀態下，供給作為V族原料氣體之氨氣(氨氣流量：25 slm)與作為III族原料氣體之TMG(三甲基鎵流量：340 sccm)之混合氣體作為原料氣體(V/III比：656)，並且僅供給氫氣(流量：153 slm)作為載氣，藉此，利用MOCVD法使未摻雜GaN結晶成長72分鐘，於第2氮化物半導體基底層上形成厚度5.0 μm之第3氮化物半導體基底層(成長速度：4.17 μm/小時)，從而製成實施例之氮化物半導體結構。繼而，於實施例之氮化物半導體結構之第3氮化物半導體基底層上，積層厚度2.8 μm之包含n型GaN之n型氮化物半導體接觸層。

其後，藉由先前以來所使用之方法，而於n型氮化物半導體接觸層上，依序積層n型氮化物半導體超晶格層、氮化物半導體發光層、p型氮化物半導體披覆層、p型氮化物半導體接觸層及透光性電極層。

其後，藉由先前以來所使用之方法，而使n型氮化物半導體接觸層之表面露出，於n型氮化物半導體接觸層之露出表面上形成n側電極，於透光性電極層之表面上形成p側電極。

其後，藉由包含SiO₂之絕緣保護膜而覆蓋透光性電極層、p型氮化物半導體接觸層、p型氮化物半導體披覆層、氮化物半導體發光層、n型氮化物半導體超晶格層及n型氮化物半導體接觸層之各自之表面。

其後，藉由先前以來所使用之方法而分割為晶片狀，製成實施例之氮化物半導體發光二極體元件。

<比較例>

除以如下之方式製作第3氮化物半導體基底層以外，以與實施例相同之方式，製作比較例之氮化物半導體結構。

使基板之轉數上升至1200 RPM，於立式MOCVD裝置之成長室內之環境之壓力為17.2 kPa之狀態下，供給作為V族原料氣體之氨氣(氨氣流量：25 slm)與作為III族原料氣體之TMG(三甲基鎵流量：274 sccm)之混合氣體(V/III比：814)作為原料氣體，並且僅供給氫氣(流量：198 slm)作為載氣，藉此，利用MOCVD法使未摻雜GaN結晶成長140分鐘，於第2氮化物半導體基底層上形成厚度5.0 μm之第3氮化物半導體基底層(成長速度：2.14 μm/小時)，製成比較例之氮化物半導體結構。其後，以與實施例相同之方式，於比較例之氮化物半導體結構之第3氮化物半導體基底層上，積層厚度2.8 μm之包含n型GaN之n型氮化物半導體接觸層。

<評價>

對於以如上之方式製作之實施例之氮化物半導體結構與比較例之氮化物半導體結構，於在第3氮化物半導體基底層上形成n型氮化物半導體接觸層之階段，分別對(1)層厚之面內分佈、(2)薄片電阻之面內分佈、(3)結晶性、(4)翹曲之大小、及(5)表面形態及結晶缺陷進行評價。

(1)層厚之面內分佈

藉由光致發光測定法，對自第1氮化物半導體基底層至n型氮化物半導體接觸層為止之層厚之面內分佈進行測定。層厚係利用分光干涉，藉由分光器而決定算出每一波長之分光反射率。於圖21(a)中表示實施例之層厚之面內分佈，於圖21(b)中表示比較例之層厚之面內分佈。

若將圖21(a)與圖21(b)加以比較，則圖21(b)所示之比較例之層厚之面內分佈係n型氮化物半導體接觸層之表面之中心至端部，層厚呈等高線狀變厚。然而，於圖21(a)所示之實施例之層厚之面內分佈中，未成為此種等高線狀之分佈。又，實施例之層厚之面內分佈之層厚之偏差未出現較大之差異，而比較例之層厚之面內分佈中出現之自定向平面朝向順時鐘方向存在之端部之層厚部亦將該差異之產生抑制。因此，根據此結果，認為實施例之氮化物半導體結構之第3氮化物半導體基底層與比較例之氮化物半導體結構之第3氮化物半導體基底層相比，表面較為平坦。

(2)薄片電阻之面內分佈

於圖22(a)中表示實施例之薄片電阻之面內分佈，於圖22(b)中表示比較例之薄片電阻之面內分佈。此處，薄片電阻係使用非接觸之薄片電阻測定器進行測定。

若將圖22(a)與圖22(b)進行比較，則可發現圖22(a)所示之實施例之薄片電阻之面內分佈相較圖22(b)所示之比較例之薄片電阻之面內分佈，均勻性顯得較高，但薄片電阻之平均值中未出現差異。

(3)結晶性

藉由X射線搖擺曲線繞射法(XRC，X-ray Rocking Curve)，對形成於實施例與比較例之氮化物半導體結構之第3氮化物半導體基底層上之n型氮化物半導體接觸層之結晶性進行評價。

ω測定之GaN(0004)面之波峰半高寬係實施例為30 arcsec，比較例為30 arcsec，GaN(10-12)面之波峰半高寬係實施例為116 arcsec，比較例為113 arcsec，兩者中未出現較大之差異。根據此結果，認為於實施例及比較例中之任一者之氮化物半導體結構中，第3氮化物半導體基底層均具有良好之結晶性。

可認為其原因在於，實施例與比較例之氮化物半導體結構之第1氮化物半導體基底層及第2氮化物半導體基底層之成長條件相同，故於實施例與比較例中，該等層之刻面形狀不存在差異。

(4)翹曲之大小

對於實施例與比較例之各者，對n型氮化物半導體接觸層之形成後之晶圓之翹曲進行測定。晶圓之翹曲係如圖23之示意性側視圖所示，以基準平面為最小平方平面，將非吸附之全測定點數據之最大值與最小值之差值作為翹曲之大小。

其結果，實施例之晶圓之翹曲為97 μm，比較例之晶圓之翹曲為100 μm，可確認實施例相較比較例，翹曲得到抑制。因此，根據該結果，可認為實施例之氮化物半導體結構相較比較例之氮化物半導體結構，翹曲得到抑制。

(5)表面形態及結晶缺陷

對實施例與比較例之各者，觀察n型氮化物半導體接觸層之形成後之晶圓之表面形態及結晶缺陷。此處，表面形態係藉由利用微分干涉顯微鏡(金屬顯微鏡)進行觀察而評價。又，結晶缺陷係藉由EPD(etch pit density，蝕刻斑密度)測定而評價。

於圖24(a)及圖24(b)中，表示實施例之晶圓之表面形態之微分干涉顯微鏡(金屬顯微鏡)的觀察圖像，且於圖24(c)及圖24(d)中表示實施例之晶圓之EPD測定之結晶缺陷之觀察圖像。此處，圖24(a)及圖24(c)分別為5倍之倍率下之觀察圖像，圖24(b)及圖24(d)分別為20倍之倍率下之觀察圖像。

於圖25(a)及圖25(b)中，表示比較例之晶圓之表面形態之微分干涉顯微鏡(金屬顯微鏡)之觀察圖像，於圖25(c)及圖25(d)中表示比較例之晶圓之EPD測定之結晶缺陷之觀察圖像。此處，圖25(a)及圖25(c)分別為5倍之倍率下之觀察圖像，圖25(b)及圖25(d)分別為20倍之倍率下之觀察圖像。

如根據圖24(a)~(d)與圖25(a)~(d)之比較明確所示，於實施例與比較例之晶圓之表面形態及結晶缺陷中幾乎未發現差異。

<綜述>

根據以上之實施例與比較例之比較，可藉由滿足以下之1)~3)之條件，而將第3氮化物半導體基底層之成長時間自140分鐘大幅縮短至72分鐘，且可使具有平坦之表面、結晶性較高且翹曲得到抑制之第3氮化物半導體基底層進行成長。藉此，可大幅地減少III族原料氣體之使用量，且可如比較例所示，抑制端部中局部地具有較厚之層厚的邊緣部之產生。

1)使作為III族原料氣體之TMG之流量自274 sccm增加至340 sccm。

2)使作為載氣之氫氣之流量自198 slm減少至153 slm。

3)使第3氮化物半導體基底層之成長時之壓力自17.2 kPa增加至26.6 kPa。

又，僅使III族原料氣體之流量增加，無法期望如上所述大幅之成長時間之縮短，但可藉由將作為載氣之氫氣之流量減少至153 slm，而使第3氮化物半導體基底層之成長時之成長室內之III族原料氣體之濃度上升，藉此，可期望上述大幅之成長時間之縮短。此時，使立式MOCVD裝置之成長室之排氣裝置之排氣速度降低，使III族原料氣體滯留於成長室內，藉此，可使第3氮化物半導體基底層之成長速度進一步增加。

本發明可利用於氮化物半導體結構之製造方法中，又，亦可利用於氮化物半導體發光二極體元件及氮化物半導體電晶體元件之製造方法中。

已對本發明進行了詳細之說明表示，但應明確理解此僅為用於例示，而不可作為限定，發明之範圍係由隨附之申請專利範圍解釋。

1‧‧‧基板

1a‧‧‧凸部

1b‧‧‧凹部

1c‧‧‧前端部

1t‧‧‧三角形

2‧‧‧氮化物半導體中間層

3‧‧‧第1氮化物半導體基底層

3c‧‧‧第1平坦區域

3d‧‧‧粗糙面區域

3f‧‧‧第1斜刻面

4‧‧‧第2氮化物半導體基底層

4c‧‧‧第2平坦區域

4r‧‧‧第2斜刻面

5‧‧‧第3氮化物半導體基底層

5U‧‧‧上表面

7‧‧‧n型氮化物半導體接觸層

9‧‧‧n型氮化物半導體披覆層

11‧‧‧氮化物半導體活性層

13‧‧‧p型氮化物半導體披覆層

15‧‧‧p型氮化物半導體接觸層

19‧‧‧透光性電極層

20‧‧‧n側電極

21‧‧‧p側電極

23‧‧‧絕緣保護膜

30‧‧‧第1引線框架

31‧‧‧第2引線框架

33‧‧‧第1金屬線

34‧‧‧第2金屬線

35‧‧‧模具樹脂

40‧‧‧基板之表面

71‧‧‧氮化物半導體電子渡越層

73‧‧‧n型氮化物半導體電子供給層

75D‧‧‧汲極接觸層

75S‧‧‧源極接觸層

77‧‧‧閘極電極

78D‧‧‧汲極電極

78S‧‧‧源極電極

100‧‧‧發光二極體元件

110‧‧‧發光裝置

300‧‧‧氮化物半導體電晶體元件

t3‧‧‧厚度

t4‧‧‧厚度

t5‧‧‧厚度

圖1係將實施形態1之氮化物半導體結構之製造方法之製造步驟的一部分進行圖解之示意性剖面圖。

圖2係將實施形態1之氮化物半導體結構之製造方法之製造步驟的另一部分進行圖解之示意性剖面圖。

圖3係圖2所示之基板之表面之一例的示意性放大平面圖。

圖4係沿著圖3所示之通過凸部中心之B-B線之示意性放大剖面圖。

圖5係將實施形態1之氮化物半導體結構之製造方法之製造步驟的另一部分進行圖解之示意性剖面圖。

圖6係將實施形態1之氮化物半導體結構之製造方法之製造步驟的另一部分進行圖解之示意性剖面圖。

圖7係將實施形態1之氮化物半導體結構之製造方法之製造步驟的另一部分進行圖解之示意性剖面圖。

圖8係將實施形態1之氮化物半導體結構之製造方法之製造步驟的另一部分進行圖解之示意性剖面圖。

圖9係將實施形態1之氮化物半導體結構之製造方法之製造步驟的另一部分進行圖解之示意性剖面圖。

圖10係用以對氮化物半導體基底層之各層之成長模式進行說明之示意性剖面圖。

圖11係第1氮化物半導體基底層之表面之一例之示意性放大平面圖。

圖12係第1氮化物半導體基底層之表面之另一例之示意性放大平面圖。

圖13係沿著圖12之B-B之示意性放大剖面圖。

圖14係第1氮化物半導體基底層之表面之另一例之示意性放大平面圖。

圖15係於第1氮化物半導體基底層之形成後成長所得之第2氮化物半導體基底層之表面之一例的示意性放大平面圖。

圖16係沿著圖15之B-B之示意性放大剖面圖。

圖17係於第1氮化物半導體基底層之形成後成長所得之第2氮化物半導體基底層表面之另一例之示意性放大平面圖。

圖18係實施形態1之氮化物半導體發光二極體元件之示意性剖面圖。

圖19係實施形態1之發光裝置之示意性剖面圖。

圖20係實施形態2之氮化物半導體電晶體元件之示意性剖面圖。

圖21(a)係表示實施例之層厚之面內分佈之圖，圖21(b)係表示比較例之層厚之面內分佈之圖。

圖22(a)係表示實施例之薄片電阻之面內分佈之圖，圖22(b)係表示比較例之薄片電阻之面內分佈之圖。

圖23係將實施例及比較例之晶圓之翹曲之測定方法進行圖解之示意性側視圖。

圖24(a)及圖24(b)係實施例之晶圓之表面形態之微分干涉顯微鏡(金屬顯微鏡)的觀察圖像，圖24(c)及圖24(d)係實施例之晶圓之EPD測定之結晶缺陷的觀察圖像。

圖25(a)及圖25(b)係比較例之晶圓之表面形態之微分干涉顯微鏡(金屬顯微鏡)的觀察圖像，圖25(c)及圖25(d)係比較例之晶圓之EPD測定之結晶缺陷的觀察圖像。