(57)【要約】【課題】    本発明は、このような問題を解決し、順方向電圧（Ｖｆ）の低い窒化物半導体素子を実現したＳｉ基板の上に窒化物半導体素子構造を有する窒化物半導体素子とその製造方法を提供する。【解決手段】  Ｓｉ基板上に窒化物半導体素子構造を形成してなる窒化物半導体素子の製造方法であって、Ｓｉ基板の窒化物半導体層素子構造を形成する面に、周期律表の第１３族元素をイオン注入する第１の工程と、第１の工程後、Ｓｉ基板を加熱処理する第２の工程と、第２の工程から連続して、窒化物半導体素子構造として、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを少なくともこの順に成長する第３の工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板上に、窒化物半導体素子構造を備える窒化物半導体素子であって、前記Ｓｉ基板は窒化物半導体層に接する側に周期律表の第１３族元素を含む第１領域と、第１領域から離れて第２領域とを有し、
前記Ｓｉ基板は、第１の領域の多数キャリアがホールであり、
前記第１の領域に接する窒化物半導体層は、窒化物半導体からなるｎ型半導体層であることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記Ｓｉ基板は、第１の領域において、前記第１３族元素の濃度が窒化物半導体層から離れるにつれて増加してなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記Ｓｉ基板は、第１の領域において、前記第１３族元素の濃度が窒化物半導体層から離れるにつれて増加し、さらに離れるにつれて減少してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記Ｓｉ基板は、第１の領域において結晶質であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１３族元素は、ＡｌまたはＢであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第１の領域において、窒化物半導体と接する領域の前記第１３族元素の不純物濃度が略１×１０１８ｃｍ−３以上略１×１０２２ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記Ｓｉ基板は第２の領域の多数キャリアがホールであり、ホールは第２の領域より第１の領域が多いことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記Ｓｉ基板に接する窒化物半導体層は、ｎ型ＧａＮ層、ｎ型ＡｌＮ層もしくはこれらの多層膜であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
窒化物半導体素子構造のｐ型窒化物半導体層に正電極を有し、Ｓｉ基板に負電極を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
Ｓｉ基板上に窒化物半導体素子構造を形成してなる窒化物半導体素子の製造方法であって、
Ｓｉ基板の窒化物半導体層素子構造を形成する面に、周期律表の第１３族元素をイオン注入する第１の工程と、
第１の工程後、Ｓｉ基板を加熱処理する第２の工程と、
第２の工程から連続して、窒化物半導体素子構造として、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを少なくともこの順に成長する第３の工程と、
を含むことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の工程において、前記第１３族元素は、Ｓｉ基板中であって、該Ｓｉ基板と窒化物半導体素子構造とが接する面から離れた位置にイオン注入することを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２の工程において、前記第１３族元素は、該第１３族元素の濃度が窒化物半導体層から離れるにつれて増加し、さらに離れるにつれて減少してなるように拡散することを特徴とする請求項１０または１１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２の工程において、前記Ｓｉ基板の窒化物半導体層と接する面近傍が結晶質となるように加熱処理することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１３族元素は、ＡｌまたはＢであることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第２の工程後の窒化物半導体層と接する面近傍における前記第１３族元素の不純物濃度が略１×１０１８ｃｍ−３以上略１×１０２２ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記Ｓｉ基板は、ｐ型Ｓｉ基板であり、第１の工程と第２の工程により、さらにｐ型化することを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記Ｓｉ基板に接する窒化物半導体層は、窒化物半導体からなるｎ型半導体層であることを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
第３の工程後、ｐ型窒化物半導体層に正電極を形成し、Ｓｉ基板に負電極を形成してなることを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の窒化物半導体層を有してなる窒化物半導体素子に関し、特にＳｉ基板上に複数の窒化物半導体層が積層されてなる窒化物半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体素子において、その基板にサファイアを用いたＬＥＤ素子やレーザ素子が多く知られているが、サファイアが高価なため、窒化物半導体素子のコストを削減することが困難になる。さらに、サファイアは絶縁体であるため、これを基板として用いる場合には、基板の裏面に電極を設けることに代えて、基板の上にある窒化物半導体層の一部を露出させて、同一面側に２つの電極を形成しなければならなくなる。このように窒化物半導体層の一部を露出させた構造の場合、基板一枚単位で取れる窒化物半導体素子の取れ数が少なくなり、コストの削減が困難となる。そこでＳｉやＳｉＣなどの導電性基板上に窒化物半導体層が積層された窒化物半導体素子も知られており、２つの電極を対向させて設けることが可能で取れ数が多くなる利点を有する。特にサファイアよりも高価なＳｉＣ基板に対しＳｉ基板は安価であることで、特許文献１や２にあるように、種々のＳｉ基板上に窒化物半導体層を積層した窒化物半導体素子が提案されている。また特許文献３では、Ｓｉ基板を用いた化合物半導体の結晶成長方法として、Ｓｉ基板上にｐ型不純物ドーピング層を形成して、ｐ型不純物ドーピング層上にガリウム砒素などのｐ型エピタキシャル層を成長させている。また特許文献２は、ｎ型シリコン基板上に窒化物半導体をｎ型とｐ型の順で作製し、半導体発光素子を形成することが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７９２５８号公報
【特許文献２】特開２００３−８０６１号公報
【特許文献３】特開平８−２３６４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｓｉ基板上に窒化物半導体層を積層して窒化物半導体素子を作成する場合、ｎ型のＳｉ基板上にｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを順に積層すると、従来のサファイア基板を用いて、サファイア基板上にｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを積層した窒化物半導体素子と比べて、順方向電圧（Ｖｆ）が非常に高いという問題があった。また、Ｓｉ基板上にｎ型窒化物半導体層を形成して、その両者でのＩ−Ｖ特性を調べてみると、直線性は得られず、これらの界面はショットキー接触であった。
【０００５】
また、Ｓｉ基板としてｐ型のＳｉ基板を用いて、窒化物半導体をｐ型、ｎ型の順で積層する場合、ｐ型窒化物半導体層が十分なｐ型になりにくく、くわえてその上のｎ型窒化物半導体層の結晶性が非常に悪く、窒化物半導体素子としての特性を満たすには程遠いものであり、例えばＬＥＤ素子では発光効率が非常に悪く実用できるものではなかった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決し、順方向電圧（Ｖｆ）の低い窒化物半導体素子を実現したＳｉ基板の上に窒化物半導体素子構造を有する窒化物半導体素子とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の窒化物半導体素子およびその製造方法は、次の（１）〜（１９）からなる。
【０００８】
（１）本発明の窒化物半導体素子は、
Ｓｉ基板上に、窒化物半導体素子構造を備える窒化物半導体素子であって、前記Ｓｉ基板は窒化物半導体層に接する側に周期律表の第１３族元素を含む第１領域と、第１領域から離れて第２領域とを有し、前記Ｓｉ基板は、第１の領域の多数キャリアがホールであり、前記第１の領域に接する窒化物半導体層は、窒化物半導体からなるｎ型半導体層であることを特徴とする。
【０００９】
このような（１）の窒化物半導体素子とすることで、Ｓｉ基板から窒化物半導体素子構造に好適にキャリアとなる電子を供給することが可能となり、Ｖｆの低い窒化物半導体素子を得ることができる。
【００１０】
（２）さらに本発明の窒化物半導体素子は、（１）であって、前記Ｓｉ基板は、第１の領域において、前記第１３族元素の濃度が窒化物半導体層から離れるにつれて増加してなることを特徴とする。
【００１１】
（３）さらに本発明の窒化物半導体素子は、（１）または（２）であって、前記Ｓｉ基板は、第１の領域において、前記第１３族元素の濃度が窒化物半導体層から離れるにつれて増加し、さらに離れるにつれて減少してなることを特徴とする。
【００１２】
（４）さらに本発明の窒化物半導体素子は、（１）〜（３）のいずれか１つであって、前記Ｓｉ基板は、第１の領域において結晶質であることを特徴とする。
【００１３】
（５）さらに本発明の窒化物半導体素子は、（１）〜（４）のいずれか１つであって、前記第１３族元素は、ＡｌまたはＢであることを特徴とする。
【００１４】
（６）さらに本発明の窒化物半導体素子は、（１）〜（５）のいずれか１つであって、前記第１の領域において、窒化物半導体と接する領域の前記第１３族元素の不純物濃度が略１×１０１８ｃｍ−３以上略１×１０２２ｃｍ−３以下であることを特徴とする。
【００１５】
（７）さらに本発明の窒化物半導体素子は、（１）〜（６）のいずれか１つであって、前記Ｓｉ基板は第２の領域の多数キャリアがホールであり、ホールは第２の領域より第１の領域が多いことを特徴とする。
【００１６】
（８）さらに本発明の窒化物半導体素子は、（１）〜（７）のいずれか１つであって、前記Ｓｉ基板に接する窒化物半導体層は、ｎ型ＧａＮ層、ｎ型ＡｌＮ層もしくはこれらの多層膜であることを特徴とする。
【００１７】
（９）さらに本発明の窒化物半導体素子は、（１）〜（８）のいずれか１つであって、窒化物半導体素子構造のｐ型窒化物半導体層に正電極を有し、Ｓｉ基板に負電極を有することを特徴とする。
【００１８】
（１０）また本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、Ｓｉ基板上に窒化物半導体素子構造を形成してなる窒化物半導体素子の製造方法であって、Ｓｉ基板の窒化物半導体層素子構造を形成する面に、周期律表の第１３族元素をイオン注入する第１の工程と、第１の工程後、Ｓｉ基板を加熱処理する第２の工程と、第２の工程から連続して、窒化物半導体素子構造として、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを少なくともこの順に成長する第３の工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
このような（１０）の方法で窒化物半導体素子を製造することで、Ｓｉ基板から窒化物半導体素子構造に好適にキャリアとなる電子を供給することが可能となり、Ｖｆの低い窒化物半導体素子を得ることができる。
【００２０】
（１１）さらに本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、（１０）であって、前記第１の工程において、前記第１３族元素は、Ｓｉ基板中であって、該Ｓｉ基板と窒化物半導体素子構造とが接する面から離れた位置にイオン注入することを特徴とする。
【００２１】
（１２）さらに本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、（１０）または（１１）であって、前記第２の工程において、前記第１３族元素は、該第１３族元素の濃度が窒化物半導体層から離れるにつれて増加し、さらに離れるにつれて減少してなるように拡散することを特徴とする。
【００２２】
（１３）さらに本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、（１０）〜（１２）のいずれか１つであって、前記第２の工程において、前記Ｓｉ基板の窒化物半導体層と接する面近傍が結晶質となるように加熱処理することを特徴とする。
【００２３】
（１４）さらに本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、（１０）〜（１３）のいずれか１つであって、前記第１３族元素は、ＡｌまたはＢであることを特徴とする。
【００２４】
（１５）さらに本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、（１０）〜（１４）のいずれか１つであって、前記第２の工程後の窒化物半導体層と接する面近傍における前記第１３族元素の不純物濃度が略１×１０１８ｃｍ−３以上略１×１０２２ｃｍ−３以下であることを特徴とする。
【００２５】
（１６）さらに本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、（１０）〜（１５）のいずれか１つであって、前記Ｓｉ基板は、ｐ型Ｓｉ基板であり、第１の工程と第２の工程により、さらにｐ型化することを特徴とする。
【００２６】
（１７）さらに本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、（１０）〜（１６）のいずれか１つであって、前記Ｓｉ基板に接する窒化物半導体層は、窒化物半導体からなるｎ型半導体層であることを特徴とする。
【００２７】
（１８）さらに本発明の窒化物半導体素子の製造方法は、（１０）〜（１７）のいずれか１つであって、第３の工程後、ｐ型窒化物半導体層に正電極を形成し、Ｓｉ基板に負電極を形成してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明の窒化物半導体素子または窒化物半導体素子の製造方法より、順方向電圧（Ｖｆ）を従来よりも低くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明の窒化物半導体素子およびその製造方法を詳細に説明する。
【００３０】
図１（ａ）と（ｂ）は本発明の実施の形態に係る窒化物半導体素子の模式的断面図であり、図１（ａ）に示すように、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体素子は、Ｓｉ基板の上に窒化物半導体積層構造を有し、その積層構造は、基板側からｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを順に有する。そして、Ｓｉ基板は、図１（ｂ）に示すように、窒化物半導体層に接する側に周期律表の第１３族元素を含む第１領域と、第１領域から離れた、窒化物半導体層と反対側に第２領域とを有してなる。つまりＳｉ基板は、ｎ型窒化物半導体層と接する側、特にｎ型窒化物半導体層と接する面近傍にＳｉのｐ型不純物となる第１３族元素を有しており、多数キャリアがホールであるＳｉ基板、つまりｐ型のＳｉ基板であることで、ｎ型窒化物半導体層とのオーミック特性がよくなった。そして窒化物半導体素子において、Ｓｉ基板は窒化物半導体素子構造にキャリアとしての電子を効率よく供給するようになり、さらには窒化物半導体素子においてＶｆの低い発光素子が得られた。
【００３１】
ｐ型不純物を含み多数キャリアがホールとなるＳｉが電子を供給するｎ側に設けられることでＶｆの低い発光素子が得られる理由は定かではないが、次のような作用によるものと考えられる。
【００３２】
図２（ａ）と（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る窒化物系半導体素子の一部についてのエネルギーバンドを仮説として示す図である。
【００３３】
本実施の形態に係る窒化物系半導体素子においては、Ｓｉ基板の能動領域をｎ型ではなくｐ型としているが、このようにすると、Ｓｉ基板の能動領域と窒化物半導体層の能動領域とがともに縮退すると考えられ、Ｓｉ基板の能動領域のフェルミ準位が価電子帯中に存在するようになり、窒化物半導体層の能動領域のフェルミ準位が伝導帯中に存在するようになると考えられる。この縮退状態は、Ｓｉ基板が完全に縮退していることが好ましく、Ｓｉ基板と窒化物半導体層の両方が縮退していることがさらに好ましい。このように縮退状態となることで、Ｖｆの低い発光素子が得られる。これらのフェルミ準位は、図２（ａ）に示すように、熱平衡状態において等しくなるが、窒化物系半導体素子に順方向電圧をかけると、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板の能動領域のフェルミ準位が窒化物半導体層の能動領域のフェルミ準位よりも高くなると考えられ、Ｓｉ基板の価電子帯における多数の電子が狭い空乏層のあった領域をトンネルして窒化物半導体層３の伝導帯に注入されると考えられる。
【００３４】
このように本実施の形態により、基板にＳｉを用いる窒化物系半導体素子において、従来よりも、小さな電圧で大きな電流を流すことが可能となり、順方向電圧（Ｖｆ）を従来よりも低くすることが可能となるのは、以上のような理論に基づくものと考えられる。
【００３５】
ここで能動領域とは、窒化物系半導体素子の基本構造を決定する領域であり、素子において正電極と負電極との間に電圧を印加したときに電流が通過する領域のことをいう。
【００３６】
また、本実施の形態における窒化物半導体素子の製造方法について、説明する。図３は本発明の実施の形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を説明する図である。本実施の形態の製造方法は、図３（Ａ）に示すように、まずＳｉ基板の窒化物半導体層素子構造を形成する面に、周期律表の第１３族元素をイオン注入する。つまり図３（Ｂ）に示すようにのようにイオン注入により、第１３族元素を含んだＳｉ基板が得られる。次にＳｉ基板を加熱処理し、さらに続けて図３（Ｃ）に示すように、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを順に成長することで窒化物半導体素子を得ることができる。このようにイオン注入することにより、従来よりも順方向電圧（Ｖｆ）の低い窒化物半導体素子が得られる。
【００３７】
本実施の形態の窒化物半導体素子は、Ｓｉ基板はイオン注入により好適に窒化物半導体素子構造に電子を供給する窒化物半導体素子を得ているが、このイオン注入は、Ｓｉ基板の窒化物半導体と接する面（窒化物半導体素子構造との界面）ではなく、面から離れた位置を狙って注入することが好ましい。接する面を狙って注入し、接する面（界面）で周期律表の第１３族元素の濃度が最も高くなると、結晶性のよい窒化物半導体素子構造が形成できず、素子構造自体の特性が低下し、Ｖｆの低い窒化物半導体素子を得ることができない傾向にある。ここで面から離れた位置は、窒化物半導体を有する側のＳｉ基板の表面から深さ方向に１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３８】
これに対し、窒化物半導体素子構造と接する面から離れた位置にイオン注入すると、濃度プロファイルは図４のようになり、注入する元素は広がりを持ってＳｉ基板に含まれるようになり、その濃度プロファイルの裾が窒化物半導体素子構造と接する面に位置するようになり、その面において、好ましいｐ型のＳｉとなると共に、窒化物半導体素子構造が結晶性よく得られ、Ｖｆの低い窒化物半導体素子が得られるようになる。つまりＳｉ基板は、前記第１３族元素の濃度が窒化物半導体層から離れるにつれて増加してなること、さらには第１３族元素の濃度が窒化物半導体層から離れるにつれて増加し、さらに離れるにつれて減少してなることが好ましい。
【００３９】
さらに本実施の形態の窒化物半導体素子は、イオン注入後に加熱処理することが好ましく、加熱処理することで、注入された第１３族元素はＳｉ内で拡散し、濃度プロファイルで高い濃度から低い濃度へと移動するようになる。このように加熱処理することにより、さらに窒化物半導体層と接する面が好ましいｐ型のＳｉとなる（多数キャリアがホールとなる）と共に、窒化物半導体素子構造が結晶性よく得られ、Ｖｆの低い窒化物半導体素子が得られるようになる。また、イオン注入によるＳｉへのダメージが窒化物半導体層と接する面に影響を与えにくいことから、その面に高い濃度の第１３族元素をダメージを少なく形成することが可能となる。このような熱拡散による第１３族元素の移動は、図５の（Ａ）から（Ｂ）となるように、イオン注入された最も濃度の高い位置から、低い位置へ移動する。図５は、（Ａ）が加熱処理前の濃度プロファイルであり、（Ｂ）が加熱処理後の濃度プロファイルである。特に窒化物半導体素子構造側へ移動することで、窒化物半導体素子構造との界面近傍において、比較的高い濃度の第１３族元素が存在するようになる。また、加熱処理すると第１３族元素がイオン注入されたＳｉ基板は、結晶質となり、Ｓｉ基板から窒化物半導体素子構造へさらにキャリアが供給されやすくなるとともに、結晶性よく窒化物半導体層を成長できるので好ましい。加熱処理を行わないと、イオン注入した領域におけるＳｉ基板は、アモルファスの領域が観測されるが、加熱処理を行うことで、結晶質となる。結晶質は異なる結晶方位をもつ多結晶とみられる。これらのアモルファスの状態と結晶質の状態とは、例えば日本電子製のＪＥＭ−２０１０Ｆを用いて、電子線回折像を観測することでわかる。また本発明において、特に窒化物半導体と接する領域の前記第１３族元素の不純物濃度が略１×１０１８ｃｍ−３以上略１×１０２２ｃｍ−３以下であることが好ましいが、一考察ではあるが、さらに窒化物半導体と接する領域に結晶粒界か格子欠陥のようなものが観測され、そこに第１３族元素が偏析される程度の高い不純物濃度であることが、Ｓｉ基板からの多くのキャリアを供給できる点で好ましい。結晶粒界か格子欠陥の観測は、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）で観測され、また第１３族元素の偏析は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）を用いて、図５（Ｂ）に示すような窒化物半導体と接する領域にイオン注入によるピークａとは異なるピークｂが観測されることからわかる。つまり、図５の（Ｂ）に示すような、イオン注入によるピークと、偏析とみられるピークとの少なくとも２つのピークを有するＳｉ基板の深さ方向のプロファイルを有することで、特にＳｉ基板から窒化物半導体層、さらには窒化物半導体素子構造へのキャリアが最も効率よく注入されるものとなる。また偏析とみられるピークは、ＳＩＭＳの測定点により異なって観られ、２つ以上のピークが表面側に観られることもある。分析、観察で用いる装置としては、例えばＴＥＭは日本電子製のＪＥＭ−２０１０Ｆで、結晶粒界か格子欠陥は、加速電圧が２００ｋＶ以上で観察できる。またＳＩＭＳはＡＴＯＭＩＫＡ社製のＳＩＭＳ４５００で測定できる。
【００４０】
本発明の実施の形態における窒化物半導体素子の周期律表の第１３族元素は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎとすることが好ましく、特にＡｌであることが最も好ましい。Ａｌを用いることで、窒化物半導体と接する領域にこのましいＡｌの存在領域ができ、好適に窒化物半導体素子構造に電子を供給することが可能となる。またイオン注入を用いることで、Ａｌを容易にドーピングすることができるとともに、本実施の形態に示す濃度プロファイルが得られやすい傾向にある。
【００４１】
また本発明の実施の形態における窒化物半導体素子は、Ｓｉ基板の第１の領域であって、窒化物半導体と接する領域において、特に窒化物半導体と接する面において、周期律表の第１３族元素の濃度が略１×１０１８ｃｍ−３以上略１×１０２２ｃｍ−３以下であることが好ましく、これにより好ましいｐ型Ｓｉ基板となる。またＳｉ基板とｎ型窒化物半導体層との界面において、オーミック特性がよくなり、Ｉ−Ｖ特性が略線形となる傾向にある。
【００４２】
また本実施の形態の窒化物半導体素子は、Ｓｉ基板は、第１の領域の多数キャリアがホールであれば、ｎ型のＳｉ基板を用いても、ｐ型のＳｉ基板を用いてもよい。つまり、ｎ型のＳｉ基板の第１の領域にＡｌをイオン注入して、第１の領域の多数キャリアをホールとすることも可能である。さらに、Ｓｉ基板は、好ましくは第２の領域の多数キャリアがホールであり、ホールは第１の領域が第２の領域より多いことが好ましい。Ｓｉ基板が第１の領域および第２の領域ともに多数キャリアがホールであること、つまりＳｉ基板がｐ型であることで、Ｓｉ基板全体を窒化物半導体素子の能動領域とすることができ、Ｓｉ基板の窒化物半導体層と接する面の反対側の面（裏面）に負電極を設けたり、その他のいずれの面にも負電極を設けることが可能となる。また、第１の領域において、ホールとなるキャリア濃度を高くしやすく、イオン注入量に対する多数キャリアの量が全体的に多くすることができるので好ましい。例えばイオン注入量を少なくし、Ｓｉ基板へのイオン注入によるダメージを低減することが可能となる。特に製造工程における加熱処理により、ｐ型Ｓｉ基板の第１の領域をさらにｐ型化（多数キャリアのホールをさらに高濃度に）することが可能となる。また別の形態として、ｎ型Ｓｉ基板を用い、第２の領域が多数キャリアが電子となるＳｉ基板を用いると、Ｓｉ基板内でｎ型とｐ型の両方の導電型を有するようになり、ツエナーダイオード特性を有する窒化物半導体素子、言い換えれば窒化物半導体素子内において、ツエナー特性を有する素子とすることができる。
【００４３】
また本実施の形態の窒化物半導体素子は、Ｓｉ基板に接する窒化物半導体層は、窒化物半導体からなるｎ型の半導体層であることが好ましく、特にｎ型ＧａＮ層、ｎ型ＡｌＮ層、もしくはこれらの多層膜であることが好ましい。接する層が窒化物半導体からなるｎ型の半導体層であることで、窒化物半導体素子構造に効率よく電子を供給することができ、さらにｎ型ＧａＮ層、ｎ型ＡｌＮ層、もしくはこれらの多層膜であることで、その上に結晶性のよい窒化物半導体層を得ることができる。これらは窒化物半導体素子構造のｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とが結晶性よく成長できるバッファ層として機能するものと考えられる。また、これら層が、ｐ型Ｓｉ基板との間で好ましい電子の移動をもたらすが、さらにこれらの層とｐ型Ｓｉ基板との間に、これらの層を直接接して設ける場合と素子の電気的特性が変わらない程度であれば、金属や半導体などの薄膜の層や島状の領域を有していてもよい。
【００４４】
また、本実施の形態の窒化物半導体素子は、ｐ型窒化物半導体層に正電極を、Ｓｉ基板に負電極を有することが好ましく、これにより正電極と負電極とを同一面側に設けた窒化物半導体素子と比べて、素子を小型化することが可能となる。また、負電極をＳｉ基板の、窒化物半導体層と接する面に対向する面（接する面と反対の面）に設けることで、能動領域における電子は縦方向に移動するのみとなり、電子の移動が効率よい。窒化物半導体発光素子においては、発光効率のよい素子が得られる。
【実施例１】
【００４５】
実施例１として、ｐ型Ｓｉ基板を用いて、Ａｌをイオン注入し、加熱処理し、さらにｎ型窒化物半導体層を形成した素子のＩ−Ｖ特性を測定した。
【００４６】
まずｐ型Ｓｉ基板を用意し、Ａｌをイオン注入する。次に加熱処理として、基板を１０００℃で１０分保持する。
【００４７】
さらにＳｉ基板をＭＯＶＰＥ装置にセットし、イオン注入した面側に、ｎ型窒化物半導体層としてＳｉドープのＡｌＮを５０オングストロームの膜厚で成長し、続けてＳｉドープのＧａＮを５０００オングストロームの膜厚で成長した。
【００４８】
これにより得られた素子を、ｐ型Ｓｉ基板とｎ型ＧａＮ層との間でＩ−Ｖ特性を測定したら、図６の（Ａ）のように略線形となり、オーミック特性が得られていることが確認できた。
【００４９】
（比較例１）
ここで、比較例１として、ｎ型Ｓｉ基板を用いて基板上にそのまま実施例１と同様のｎ型窒化物半導体層を成長して、Ｉ−Ｖ特性を測定したところ、図６の（Ｂ）のように、ショットキー特性を示した。
【実施例２】
【００５０】
実施例２として、ｐ型のＳｉ基板にＡｌをイオン注入し、窒化物半導体素子構造を形成して半導体発光素子を得た。
【００５１】
Ｂがドープされたｐ型のＳｉ基板を用意し、このＳｉ基板の表面に、ドーズ量が２×１０１６／ｃｍ２、加速エネルギーが８０ｋｅＶでＡｌをイオン注入した。イオン注入された基板をＭＯＶＰＥ装置にセットし、基板を１０００℃まで昇温し、一定時間保持した。続けて実施例１と同様に、ＳｉドープのＡｌＮ、ＳｉドープのＧａＮを成長した。
【００５２】
続けて、窒化物半導体素子構造として、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層を順に積層し、ｐ型のＳｉ基板の窒化物半導体を形成した面と反対の面（裏面）にｎ電極を、ｐ型窒化物半導体層の表面にｐ電極を形成して、窒化物半導体発光素子を得た。
【００５３】
この素子は、Ｓｉ基板について、窒化物半導体層を成長した面から深さ方向にみたＡｌの濃度プロファイルは、図５の（Ｂ）であり、深さ方向に１２０ｎｍの位置にイオン注入によるピークがみられた。
【００５４】
得られた窒化物半導体素子は、５ｍＡでＶｆが３．２Ｖであった。
（比較例２）
【００５５】
実施例２の比較例として、ｐ型Ｓｉ基板を用い、イオン注入をせず、実施例２と同様に窒化物半導体層および窒化物半導体素子構造を積層した。得られた窒化物半導体素子は、５ｍＡでＶｆが５．３Ｖであった。
（比較例３）
【００５６】
実施例２の比較例として、ｐ型Ｓｉ基板を用い、このＳｉ基板の表面に、ドーズ量が２×１０１５／ｃｍ２、加速エネルギーが２０ｋｅＶでＡｌをイオン注入した。イオン注入された基板をＭＯＶＰＥ装置にセットし、基板を１０００℃まで昇温し、一定時間保持した。続けて実施例１と同様に、ＳｉドープのＡｌＮ、ＳｉドープのＧａＮを成長した。続けて実施例２と同様に窒化物半導体素子構造を積層した。この素子は、Ｓｉ基板について、窒化物半導体層を成長した面から深さ方向にみたＡｌの濃度プロファイルは、表面近傍にピークを有するようになり、深さ方向に４０ｎｍの位置にイオン注入によるピークがみられた。図７に模式的に濃度プロファイルを示す。
【００５７】
得られた窒化物半導体素子は、５ｍＡでＶｆは５．５Ｖであった。
（比較例４）
【００５８】
実施例２の比較例として、ｐ型Ｓｉ基板を用い、このＳｉ基板の表面に、ドーズ量が２×１０１６／ｃｍ２、加速エネルギーが２０ｋｅＶでＡｌをイオン注入した。イオン注入された基板をＭＯＶＰＥ装置にセットし、基板を１０００℃まで昇温し、一定時間保持した。続けて実施例１と同様に、ＳｉドープのＡｌＮ、ＳｉドープのＧａＮを成長した。続けて実施例２と同様に窒化物半導体素子構造を積層したが、成長する窒化物半導体層がピットが多くなり、また平坦な層が形成できない状態で、窒化物半導体素子構造を形成することができなかった。得られた窒化物半導体素子は、窒化物半導体素子構造に複数のピットが観測され、平坦な窒化物半導体層が積層できなかった。
【実施例３】
【００５９】
実施例３では、イオン注入する元素をＡｌからＢ（ホウ素）とした他は、実施例２と同様にして窒化物半導体発光素子を得る。
【００６０】
得られた窒化物半導体素子は、５ｍＡでＶｆが３．２Ｖとなった。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の窒化物半導体素子は、発光素子について説明したが、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層を少なくとも積層した受光素子などにも適用可能であり、また窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体素子の模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る窒化物系半導体素子の一部についてのエネルギーバンドを仮説として示す図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態に係る窒化物半導体素子の製造方法を説明する図である。
【図４】Ｓｉ基板において、窒化物半導体素子構造と接する面から深さ方向にみた第１３族元素の濃度プロファイルを説明する図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る、Ｓｉ基板における第１３族元素の濃度プロファイルを示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る、Ｓｉ基板とｎ型窒化物半導体層との界面におけるＩ−Ｖ特性（電流―電圧特性）を示す図である。
【図７】本発明の実施例に対する比較例のＳｉ基板における濃度プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・Ｓｉ基板、
２・・・窒化物半導体、
１０１・・・第１領域、
１０２・・・第２領域、
２１０・・・ｎ型窒化物半導体層、
２２０・・・ｐ型窒化物半導体層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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