专利名称：半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种在蓝紫色区域或紫外区域发光的发光二极管或半导体激光器元件等的发光元件或以千兆赫级动作的晶体管等半导体装置及其制造方法。
背景技术：
一般，用式BxAlyGa1-y-zInzN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1)表示的氮化物半导体，由于在GaN的情况下，是带隙能量具有3.4eV(室温)的非常大的宽带隙能量的半导体，所以期待能够在从蓝色到紫外色的大范围内，实现可视区发光的材料。此外，由于在高电场下，具有高的电子速度，因此也能够期待作为高温动作及高输出晶体管的材料。
以前，由于一般氮化物半导体的生长温度高，无点阵匹配的基板材料，因此也无具有良好结晶的氮化物半导体。可是，开发了在蓝宝石基板上，经由低温缓冲层，利用MOCVD法，生长氮化物半导体的技术，后来经过改进结晶性，发光二极管或半导体激光器达到商品化。一般，在形成在蓝宝石基板上的GaN结晶中，存在1×109cm-2左右的结晶缺陷，但在作为发光层采用InGaN的青色发光器件中，由于通过使In的组成不均匀，载流子局部化，因此即使具有高的结晶缺陷密度，也能够得到青色发光。
但是，由于结晶缺陷作为载流子的非发光性再结合中心发挥作用，因此降低发光效率，损害发光元件的可靠性。为解决此问题而开发的技术是，采用横向生长(Epitaxial Lateral Overgrowth)的低结晶缺陷化技术。例如，通过在SiO2膜等的掩模上横向生长GaN，或在基板上形成台阶差后，在该台阶差上横向生长GaN，能够将结晶缺陷密度降低到1×107cm-2左右。
如此，由于通过使氮化物半导体的结晶缺陷密度低结晶缺陷化，能大幅度提高氮化物半导体器件的特性，所以对低结晶缺陷化的研究开发十分活跃。
此外，除低结晶缺陷化技术外，注重氮化物半导体器件的高性能化的技术，即氮化物半导体表面的选择氧化技术。例如，以Si薄膜等作为掩模材料，通过在氧气氛中进行热处理，当在GaN表面形成氧化层后，去除掩模材料。另外，在GaN表面上制作场效应晶体管的时候，通过形成在GaN表面上的氧化层，能够进行器件的元件分离及器件的高耐压化(例如参照特开2001-26755号公报)。该选择氧化技术，也能够用于半导体激光器的电流窄化等，期待着更广泛的应用。
可是，在紫外发光器件中，需要将对于紫外光透明的AlGaN作为衬底。在此种情况下，如果以SiO2膜作为掩模，横向生长GaN，由于因在SiO2膜上析出多结晶，不能有选择地生长GaN，所以难于进行低结晶缺陷化。
此外，由于在紫外发光器件的活性层上，采用不含In的AlGaN的混晶，因此载流子的局部化小。结果，由于显著存在结晶缺陷中流动的无效电流，由此降低发光效率。
此外，一般，在器件制作中，多包括采用干蚀刻法形成台阶差，在该台阶差上形成电极的工序。在经过如此的工序形成的界面上，通过蚀刻损伤流动的无效电流增加，是劣化元件特性的主要原因。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种实现优良的元件特性的半导体装置及其制造方法。
为解决上述问题，本发明的第1半导体装置，是具有形成在基板上的由第1半导体层构成的有源层的半导体装置，其特征在于，在有源层上，形成由氧化层构成的第1氧化区域。
如果采用本发明的第1半导体装置，由于形成在有源层上的氧化层具有电流阻止层的作用，能够防止在有源层流动的无效电流，所以能够实现具有优良器件特性的半导体装置。
在本发明的第1半导体装置中，优选第1氧化区域形成在存在有源层上的结晶缺陷的附近。
如此，由于用氧化层有选择地覆盖存在有源层中的结晶缺陷，因此能够有选择地防止在以非发光性再结合中心动作的结晶缺陷中流动的无效电流。所以，能够实现具有优良器件特性的半导体装置。
在本发明的第1半导体装置中，优选还具有形成在有源层上的第2半导体层；在第2半导体层的表面及侧面中的至少一方，形成由氧化层构成的第2氧化区域。
如此，由于能够防止在第2半导体层的表面流动的无效电流，同时通过，例如用氧化层覆盖利用干蚀刻法等蚀刻的第2半导体层的侧面，能够防止在具有蚀刻损伤的侧面流动的无效电流，所以能够大幅度提高半导体装置的器件特性。
在本发明的第1半导体装置中，优选形成在第2半导体层的侧面的第2氧化区域的层厚，大于形成在第2半导体层的表面附近的第2氧化区域的层厚。
如此，由于利用氧化层有选择地覆盖半导体层的面，因此能够大幅度提高半导体装置的器件特性。
在本发明的第1半导体装置中，优选在有源层的侧面再形成第1氧化区域，形成在有源层的侧面的上述第1氧化区域的层厚，大于形成在上述第2半导体层的侧面的上述第2氧化区域的层厚。
如此，由于利用氧化层有选择地覆盖半导体层的侧面，因此能够大幅度提高半导体装置的器件特性。
本发明的第2半导体装置，是具有形成在基板上的由第1半导体层构成的有源层和形成在上述有源层上的第2半导体层的半导体装置，其特征在于，在有源层上，形成由氧化层构成的第1氧化区域。
如果采用本发明的第2半导体装置，由于第2半导体层不被氧化，只在有源层形成氧化层，所以能够利用氧化层降低电压上升，同时能够实现具有优良器件特性的半导体装置。
在本发明的第1或第2半导体装置中，优选有源层是发光二极管的活性层。
在本发明的第1或第2半导体装置中，优选有源层是发光二极管的光吸收层。
在本发明的第1或第2半导体装置中，优选有源层是半导体激光器的活性层。
在本发明的第1或第2半导体装置中，优选有源层是场效应晶体管的沟道层。
本发明的第1半导体装置的制造方法，其特征在于，具有在基板上形成由半导体层构成的有源层的工序；在上述有源层上有选择地形成由氧化层构成的氧化区域的工序。
如果采用本发明的第1半导体装置的制造方法，由于有选择地形成在有源层上的氧化层，具有电流阻止层的作用，所以不经过使衬底层低结晶缺陷化的工序，也能够制造具有优良器件特性的半导体装置。
在本发明的第1半导体装置的制造方法中，优选有选择地形成氧化区域的工序包括，在有源层上存在的结晶缺陷的附近，形成氧化区域的工序。
如此，由于能够防止以非发光性再结合中心动作的结晶缺陷中流动的无效电流，所以能够制造具有优良器件特性的半导体装置。
在本发明的第1半导体装置的制造方法中，优选有选择地形成氧化区域的工序包括，通过在含有水蒸气的气氛中进行的热处理，形成氧化区域的工序。
如此，由于形成在有源层上的氧化层，与通过氧氧化形成氧化层时相比，在存在结晶缺陷的区域，加厚地形成氧化层，由于氧化层构成的电流防止层的作用更有效，所以能够制造具有优良器件特性的半导体装置。
本发明的第2半导体装置的制造方法，其特征在于，具有在基板上形成由半导体层构成的有源层的工序；在上述有源层上形成第2半导体层的工序；在第2半导体层的面方位不同的至少2个面上，有选择地形成由氧化层构成的氧化区域的工序。
如果采用本发明的第2半导体装置的制造方法，例如，由于能够防止在具有由干蚀刻法等蚀刻形成的蚀刻损伤的面上流动的无效电流，所以不经过使衬底层低结晶缺陷化的工序，也能够大幅度提高半导体装置的器件特性。
在本发明的第2半导体装置的制造方法中，优选有选择地形成氧化区域的工序包括，以形成在至少2个面上的氧化区域的各自层厚相互不同的方式，形成氧化区域的工序。
如此，由于有选择地形成，在半导体层的面上具有不同膜厚的氧化层，因此能够大幅度提高半导体装置的器件特性。
在本发明的第2半导体装置的制造方法中，优选至少2个面中的1个面，是第2半导体层上的具有c面方位的面。
如此，能够防止在c面(主面)流动的无效电流。由此，能够制造具有优良器件特性的半导体装置。
在本发明的第2半导体装置的制造方法中，优选在第2半导体层上的具有c面方位的面上形成的氧化区域的层厚，小于在第2半导体层上的与具有上述c面方位的面不同的面上形成的氧化区域的层厚。
如此，能够防止在半导体层的与c面(主面)不同的面上流动的无效电流。由此，能够制造具有优良器件特性的半导体装置。
如果采用本发明的第1半导体装置，由于形成在有源层上的氧化层具有电流阻止层的作用，能够防止在有源层流动的无效电流所以，能够制造具有优良器件特性的半导体装置。
如果采用本发明的第2半导体装置，由于第2半导体层不被氧化，只在有源层形成氧化层，所以能够利用氧化层降低电压上升，同时能够实现具有优良器件特性的半导体装置。
如果采用本发明的第1半导体装置的制造方法，由于有选择地形成在有源层上的氧化层具有电流阻止层的作用，所以不经过使衬底层低结晶缺陷化的工序，也能够制造具有优良器件特性的半导体装置。
如果采用本发明的第2半导体装置的制造方法，例如，由于能够防止在具有由干蚀刻等蚀刻形成的蚀刻损伤的面上流动的无效电流，所以不经过使衬底层低结晶缺陷化的工序，也能够大幅度提高半导体装置的器件特性。
图1是表示本发明的第1实施方式的发光二极管的图，(a)是俯视图，(b)是Ib-Ib线的剖面图。
图2(a)～(d)是表示本发明的第1实施方式的发光二极管的制造方法的工序剖面图。
图3是本发明的第1实施方式的利用氧氧化的氧化膜的膜厚及利用水蒸气氧化的氧化膜的膜厚和发光二极管的发光效率的关系图。
图4是本发明的第1实施方式的利用氧氧化的氧化膜的膜厚及利用水蒸气氧化的氧化膜的膜厚和发光二极管的动作电压的关系图。
图5是表示本发明的第2实施方式的受光元件的图，(a)是俯视图，(b)是Vb-Vb线的剖面图。
图6是表示本发明的第3实施方式的半导体激光器装置的图，(a)是俯视图，(b)是VIb-VIb线的剖面图。
图7是表示本发明的第4实施方式的半导体激光器装置的图，(a)是俯视图，(b)是VIIb-VIIb线的剖面图。
图8是表示本发明的第5实施方式的进行氧氧化时的形成在GaN层上的氧化膜的形状的剖面图。
图9是表示本发明的第5实施方式的进行水蒸气氧化时的形成在GaN层上的氧化膜的形状的剖面图。
图10(a)是用于定义本发明的第5实施方式的氧化膜的厚度及氧化深度的剖面图，(b)是利用氧氧化的氧化膜的膜厚及利用水蒸气氧化的氧化膜的膜厚与结晶缺陷区域中的氧化深度的关系图。
图11是表示本发明的第6实施方式的场效应晶体管的图，(a)是俯视图，(b)是XIb-XIb线的剖面图。
图12是表示本发明的第7实施方式的形成在氮化物半导体层的不同面上的氧化膜的TEM断面图。
图中101、201、301、401、501、601、701蓝宝石基板102、202、302、402、502、602、702缓冲层103、203、303、403、503、603、703、704未掺杂层104、204、304、404n型包覆层105、305、405活性层106、206、306、406p型包覆层107、207、407p型透明电极108、208、307、408p型电极109、209、308、409p型电极焊盘
110、210、310、410、706n型电极111、211、311、411、707n型电极焊盘112、212、312、412、710在侧面加厚形成的氧化膜113、213、313、413、711b在结晶缺陷上深度氧化的氧化膜205受光有源层314脊型波导504、505、506、604、605、606氧化层705沟道层708栅绝缘膜709栅电极711a元件分离氧化膜具体实施方式
以下，参照
本发明的各实施方式。
第1实施方式以下，说明本发明的第1实施方式的半导体装置及其制造方法。
首先，以发光二极管为例，说明本发明的第1实施方式的半导体装置。
图1(a)及(b)表示本发明的第1实施方式的作为半导体装置的发光二极管，图1(a)是俯视图，图1(b)是图1(a)所示的Ib-Ib线的剖面图。
如图1(a)及(b)所示，在蓝宝石基板101上，从下依次叠层由AlN或GaN构成的缓冲层102、由AlGaN的混晶构成的未掺杂层103、由AlGaN的混晶构成的n型包覆层104、由AlGaN/AlGaN的叠层膜构成的活性层105及由AlGaN构成的p型包覆层106。在p型包覆层106上，全面形成p型透明电极107，在p型透明电极107上的一角，经由p型电极108，形成电极焊盘109。此外，通过干蚀刻，形成蚀刻p型包覆层106、活性层105及n型包覆层104而构成的台阶差，在与电极焊盘109对角的位置，即在构成台阶差的n型包覆层104上，从下依次形成n型电极110及电极焊盘111。
另外，n型包覆层104及p型包覆层106，作为掺杂剂分别采用Si及Mg，各载流子密度，在是n型包覆层104时为2×1018cm-3，在是p型包覆层106时为5×1017cm-3。
此外，构成上述第1实施方式的发光二极管的各层的组成及层厚的一例，示于下列(表1)。
此外，如图1(a)及(b)所示，在未掺杂层103、n型包覆层104、活性层105及p型包覆层106上，结晶缺陷贯通，结晶缺陷密度为5×109cm-2左右。在结晶缺陷达到p型包覆层106的上面的地方，在存在结晶缺陷的区域，形成深度氧化的氧化膜113。在存在结晶缺陷的区域深度氧化的氧化膜113的深度，例如是50nm，结晶缺陷氧化到贯通活性层105的深度。此外，在不存在结晶缺陷的区域，薄型氧化，其氧化的厚度，例如是20nm。
此处，在存在结晶缺陷的区域深度氧化的氧化膜113，在采用含有水蒸气的气体氧化p型包覆层106后，通过去除形成在其表面的薄的氧化膜而形成。在通过干蚀刻到达n型包覆层104的台阶差上，在构成台阶差的n型包覆层104、活性层105及p型包覆层106的侧面，形成厚度氧化的氧化膜112。由此，能够防止在n型包覆层104、活性层105及p型包覆层106的侧面的电流的漏泄。另外，氧化膜112的厚度，例如是100nm。
由于形成在n型包覆层104、活性层105及p型包覆层106的侧面的氧化膜112及在存在结晶缺陷的区域深度氧化的氧化膜113是绝缘体，所以能够防止在n型包覆层104、活性层105及p型包覆层106的侧面流动的漏泄电流和通过结晶缺陷流动的非发光电流。由此，由于有选择地在无结晶缺陷的发光区域注入电流，因此能够实现高效率的发光二极管。
下面，参照图2(a)～(d)，说明作为本发明的第1实施方式的半导体装置的制造方法的一例，上述的紫外发光二极管的制造方法。图2(a)～(d)是表示本发明的第1实施方式的紫外发光二极管的制造方法的要部工序剖面图。
首先，如图2(a)所示，在蓝宝石基板101上，采用MOCVD法，从下依次叠层由AlN或GaN构成的缓冲层102、由AlGaN的混晶构成的未掺杂层103、由AlGaN的混晶构成的n型包覆层104、由AlGaN/AlGaN的叠层膜构成的活性层105及由AlGaN构成的p型包覆层106。
然后，如图2(b)所示，采用干蚀刻，通过蚀刻p型包覆层106、活性层105及n型包覆层104，形成后述的n电极110用的台阶差。
然后，如图2(c)所示，通过在水蒸气气氛中，进行热处理，形成在p型包覆层106、活性层105及n型包覆层104的侧面厚度氧化形成的氧化膜112及在存在结晶缺陷的区域深度氧化形成的氧化膜113。在该热处理中，从结晶缺陷达到p型包覆层106及n型包覆层104的表面的部分，有选择地深度氧化，形成氧化膜。此外，氧化进展到活性层105上存在的结晶缺陷，氧化成为非发光性中心的结晶缺陷。此外，在p型包覆层106及n型包覆层104的表面上的不存在结晶缺陷的区域，薄型形成氧化膜。因此，在p型包覆层106及n型包覆层104的上面，在存在结晶缺陷的区域形成厚的氧化膜113，同时在不存在结晶缺陷的区域形成未图示的薄的氧化膜。另外，在通过干蚀刻形成的台阶差的侧面，由于氧化速度快，所以形成厚的氧化膜112。此处的水蒸气氧化，可以在以下的条件下进行。例如，可以在一边在石英管中导入3mL/min(标准状态)的水蒸气和5×10-3mL/min(标准状态)的氮气，一边升温到900℃～1000℃，以氧化到作为氧化膜所需的厚度例如20nm的厚度的方式，保持高温后，降温的条件下进行水蒸气氧化。另外，此处所述的水蒸气氧化的条件，在后述的第2～第4实施方式中也相同。
然后，通过在氨气氛中的热处理或RIE，蚀刻去除形成在p型包覆层106及n型包覆层104上的薄的氧化膜，露出p型包覆层106及n型包覆层104。氧化膜112和氧化膜113，由于膜厚度厚，未被完全蚀刻，残留下来。此处的干蚀刻，蚀刻去除形成在p型包覆层106及n型包覆层104的表面上的薄的氧化膜，同时可以蚀刻去除未完全去除氧化膜112和氧化膜113而残存程度的厚度份(例如20nm)。另外，关于蚀刻的方法，可以在采用ECR-RIE或ICP的同时，使用BCl3等含氯的气体进行蚀刻。此外，此处所述的干蚀刻的条件，在后述的第2～第4实施方式中也相同。
然后，如图2(d)所示，在n型包覆层104上，依次形成n型电极110及电极焊盘111，同时在p型包覆层106上依次形成p型透明电极107、p型电极108及电极焊盘109。
如上所述，由于有选择地在成为非发光性再结合中心的结晶缺陷处形成氧化层，形成的氧化层成为绝缘体，因此能够实现可有选择地向不存在结晶缺陷的区域注入电流的器件结构。
下面，参照图3及图4，说明提高本发明的第1实施方式的发光二极管的特性的机理。
图3表示氧化膜的厚度与发光强度的关系。
如图3所示，在进行氧氧化的时候，不随着氧化膜的膜厚度的增加，在不存在结晶缺陷的区域加厚形成氧化膜。因此，由于不减少活性层105的非发光性再结合中心，所以不升高发光强度。此外如果通过进行氧化增加氧化膜的膜厚，由于减少活性层105上的发光区域，因此降低发光强度。
另外，在采用水蒸气进行氧化的情况下，随着氧化膜的膜厚度的增加，在不存在结晶缺陷的区域加深形成氧化膜。因此，由于成为活性层105的非发光性再结合中心的结晶缺陷，变成由氧化物构成的绝缘体，有选择地在不存在结晶缺陷的区域流动电流，所以升高发光效率。此外，如果通过进行氧化增加氧化膜的膜厚，由于减少活性层105上的发光区域，因此降低发光强度。
图4表示氧化膜的厚度与动作电压的关系。
如图4所示，在进行氧氧化的情况下，由于在存在结晶缺陷的区域进行的氧化的速度和在不存在结晶缺陷的区域的表面进行的氧化的速度的选择性低，随着氧化膜的膜厚度的增加，不仅在存在结晶缺陷的区域，而且在发光区域也氧化，所以动作电压上升。另外，在采用水蒸气进行氧化的情况下，由于在存在结晶缺陷的区域进行的氧化的速度和在不存在结晶缺陷的区域的表面进行的氧化的速度的选择性大，能够有选择地氧化存在结晶缺陷的区域，所以动作电压的升高小。因此，能够实现提高发光特性。
第2实施方式以下，说明本发明的第2实施方式的半导体装置及其制造方法。
首先，以光电检测器为例，说明本发明的第2实施方式的半导体装置。
图5(a)及(b)表示本发明的第2实施方式的作为半导体装置的光电检测器，图5(a)是俯视图，图5(b)是图5(a)所示的Vb-Vb线的剖面图。
如图5(a)及(b)所示，在蓝宝石基板201上，从下依次叠层由AlN或GaN构成的缓冲层202、由AlGaN的混晶构成的未掺杂层203、由AlGaN的混晶构成的n型包覆层204、由AlGaN构成的受光有源层205及由AlGaN构成的p型包覆层206。在p型包覆层206上，全面形成p型透明电极207。此外，在p型包覆层206、受光有源层205及n型包覆层204，通过干蚀刻这些层，形成台阶差，在该台阶差上，经由后述的氧化膜212，从下依次形成环状的p型电极208及电极焊盘209，然后，从下依次形成n型电极210及电极焊盘211。
另外，n型包覆层204及p型包覆层206，作为掺杂剂分别采用Si及Mg，各载流子密度，在是n型包覆层204时为5×1017cm-3，在是p型包覆层206时为5×1017cm-3。
此外，构成上述第2实施方式的光电检测器的各层的组成及层厚的一例，示于下列(表2)。
如图5(a)及(b)所示，在未掺杂层203、n型包覆层204、受光有源层205及p型包覆层206上，结晶缺陷贯通，结晶缺陷密度为5×109cm-2左右。在结晶缺陷达到p型包覆层206的上面的地方，在存在结晶缺陷的区域，形成深度氧化的氧化膜213。在存在结晶缺陷的区域深度氧化的氧化膜213的深度，例如是50nm，结晶缺陷氧化到贯通受光有源层205的深度。
此外，在存在结晶缺陷的区域深度氧化的氧化膜213，在采用含有水蒸气的气体沿p型包覆层206氧化结晶缺陷后，通过去除形成在其表面的薄的氧化膜而形成。在通过干蚀刻，形成蚀刻n型包覆层204、受光有源层205及p型包覆层206形成的台阶差，在构成台阶差的n型包覆层204、受光有源层205及p型包覆层206的侧面，形成厚度氧化而成的氧化膜212。由此，能够防止在n型包覆层204、受光有源层205及p型包覆层206的侧面的电流的漏泄。
由于形成在n型包覆层204、受光有源层205及p型包覆层206的侧面的氧化膜212及在存在结晶缺陷的区域深度氧化而成的氧化膜213是绝缘体，能够防止在n型包覆层204、受光有源层205及p型包覆层206的侧面流动的漏泄电流和通过结晶缺陷流动的非发光电流，所以能够有选择地在无结晶缺陷的发光区域注入电流。此外，由于在外加偏压时，形成防止成为噪音的载流子的发生，不存在结晶缺陷的受光区域有选择地发挥作用，因此能够实现低噪音、高效率的光电检测器。
第3实施方式以下，说明本发明的第3实施方式的半导体装置及其制造方法。
首先，以半导体激光器为例，说明本发明的第3实施方式的半导体装置。
图6(a)及(b)表示本发明的第3实施方式的作为半导体装置的半导体激光器，图6(a)是俯视图，图6(b)是图6(a)所示的VIb-VIb线的剖面图。
如图6(a)及(b)所示，在蓝宝石基板301上，从下依次叠层由AlN或GaN构成的缓冲层302、由AlGaN的混晶构成的未掺杂层303、由AlGaN的混晶构成的n型包覆层304、由GaN/AlGaN的叠层膜构成的活性层305及由AlGaN构成的p型包覆层306。在p型包覆层306上，通过干蚀刻，形成宽1.5μm的条形状的脊型波导314，在该脊型波导314上，从下依次形成p型电极307及电极焊盘308。然后，p型包覆层306，通过干蚀刻，蚀刻到厚度达到150nm。
此外，通过干蚀刻，形成蚀刻p型包覆层306、活性层305及n型包覆层304形成的台阶差，在构成该台阶差的n型包覆层304上，形成n型电极310及电极焊盘311。
另外，n型包覆层304及p型包覆层306，作为掺杂剂分别采用Si及Mg，各载流子密度，在是n型包覆层304时为2×1018cm-3，在是p型包覆层306时为5×1017cm-3。
此外，构成上述第3实施方式的半导体激光器的各层的组成及层厚的一例，示于下列(表3)。
此外，如图6(a)及(b)所示，在未掺杂层303、n型包覆层304、活性层305及p型包覆层306上，结晶缺陷贯通，结晶缺陷密度为5×109cm-2左右。在结晶缺陷达到p型包覆层306的上面的地方，在存在结晶缺陷的区域，形成深度氧化而成的氧化膜313。在存在结晶缺陷的区域深度氧化而成的氧化膜313的深度，例如是50nm，结晶缺陷氧化到贯通活性层305的深度。
此外，深度氧化结晶缺陷的区域而成的氧化膜313，通过采用含有水蒸气的气体沿p型包覆层306及脊型波导314氧化结晶缺陷而形成。在以通过干蚀刻达到n型包覆层304的方式形成的台阶差上，在构成台阶差的脊型波导314的侧面和p型包覆层306、活性层305及n型包覆层304的侧面，形成厚度氧化而成的氧化膜312。由此，能够防止在脊型波导314的侧面和p型包覆层306、n型包覆层304、活性层305的侧面的电流的漏泄。
由于形成在脊型波导3 14的侧面和p型包覆层306、n型包覆层304及活性层305的侧面的氧化膜312及在存在结晶缺陷的区域深度氧化而成的氧化膜313是绝缘体，能够防止在脊型波导3 14的侧面和p型包覆层306、活性层305及n型包覆层304的侧面流动的漏泄电流和通过结晶缺陷流动的非发光电流，所以能够有选择地在无结晶缺陷的发光区域注入电流。由此，能够实现具有低阈值的高效率的半导体激光器。
第4实施方式以下，说明本发明的第4实施方式的半导体装置及其制造方法。
首先，以半导体激光器元件为例，说明本发明的第4实施方式的半导体装置。
图7(a)及(b)表示本发明的第4实施方式的作为半导体装置的发光二极管，图7(a)是俯视图，图7(b)是图7(a)所示的VIIb-VIIb线的剖面图。
如图7(a)及(b)所示，在蓝宝石基板401上，从下依次叠层由AlN或GaN构成的缓冲层402、由AlGaN的混晶构成的未掺杂层403、由AlGaN的混晶构成的n型包覆层404、由AlGaN/AlGaN的叠层膜构成的活性层405及由AlGaN构成的p型包覆层406。在p型包覆层406上，全面形成p型透明电极407，在p型透明电极407上的一角，经由p型电极408，形成电极焊盘409。此外，通过干蚀刻，形成蚀刻p型包覆层406、活性层405及n型包覆层404形成的台阶差，在与电极焊盘409对角的位置，即在构成台阶差的n型包覆层404上，从下依次形成n型电极410及电极焊盘411。
另外，n型包覆层404及p型包覆层406，作为掺杂剂分别采用Si及Mg，各载流子密度，在是n型包覆层404时为2×1018cm-3，在是p型包覆层406时为5×1017cm-3。
此外，构成上述第4实施方式的发光二极管的各层的组成及层厚的一例，示于下列(表4)。
如图7(a)及(b)所示，在未掺杂层403、n型包覆层404、活性层405及p型包覆层406上，结晶缺陷贯通，结晶缺陷密度为5×109cm-2左右。此处，在活性层405的内部，形成在活性层405中的存在结晶缺陷的区域有选择地深度氧化而成的氧化膜413。在存在结晶缺陷的区域深度氧化而成的氧化膜413的深度，例如是10nm，结晶缺陷氧化到只贯通活性层405的深度。
此外，在存在结晶缺陷的区域深度氧化而成的氧化膜413，在生长活性层405后，通过采用含有水蒸气的气体氧化结晶缺陷而形成。如此，与氧化结晶缺陷同时，在活性层405的表面上，形成厚度例如2nm的薄的氧化膜。因此，通过用氨气进行热处理，能去除形成在表面的薄的氧化膜。在该热处理中，未去除地残存在深度氧化结晶缺陷的区域而成的氧化膜413。之后，生长p型包覆层406，埋入在存在结晶缺陷的区域深度氧化而成的氧化膜413。
由于在活性层405中的存在结晶缺陷处深度氧化而成的氧化膜413是绝缘体，所以能够防止经由结晶缺陷流动的非发光电流。此外，由于以不在贯通p型包覆层406的结晶缺陷上形成氧化膜的方式，只氧化活性层405中的存在结晶缺陷的区域，所以能够在活性层405中的存在结晶缺陷的区域，有选择地形成微少的绝缘膜。由此，由于能够有选择地向活性层405中的不存在结晶缺陷的发光区域注入电流，所以能够实现高效率的发光二极管。
第5实施方式以下，参照图8及图9说明本发明的第5实施方式。
图8是表示在氧气氛中氧化具有结晶缺陷的GaN层时，含有形成的氧化层的试样的剖面图，图9是表示在水蒸气气氛中氧化具有结晶缺陷的GaN层时，含有形成的氧化层的试样的剖面图。
首先，如图8所示，利用生长温度例如500℃的条件下的MOCVD法，在蓝宝石基板501上，在生长由GaN构成的缓冲层502后，经由缓冲层502，再生长GaN层503。然后，进行干蚀刻，在GaN层503上形成台阶差。此外，GaN层503的结晶缺陷密度，例如为2×109cm-2左右。
此处，如果在氧气氛中氧化GaN层503，如图8所示，在GaN层503的表面形成由Ga2O3构成的氧化层504、505及506。在GaN层503上的不存在结晶缺陷的区域形成的氧化膜即氧化层505，是层厚均匀的氧化膜，氧化层505的厚度，例如为75nm。此外，在GaN层503上的存在结晶缺陷的区域形成的氧化膜即氧化层504，深度形成在结晶缺陷中。氧化层504的厚度，例如为150nm。此外，在通过干蚀刻形成的台阶差的侧面形成的氧化膜即氧化层506，具有与具有均匀层厚的氧化层505大致同等的厚度。
以上的氧氧化，例如，可以在一边在石英管中导入3mL/min(标准状态)的氧气，一边升温到1000℃，以氧化到作为氧化膜所需的厚度例如30nm的厚度的方式，在高温下保温6分钟后，降温的条件下进行。
另外，如图9所示，利用MOCVD法，在蓝宝石基板601上，在生长由GaN构成的缓冲层602后，经由缓冲层602，再生长GaN层603。然后，进行干蚀刻，在GaN层603上形成台阶差。
此处，如果在水蒸气气氛中氧化GaN层603，在GaN层603的表面上形成由Ga2O3构成的氧化层604、605及606。在GaN层603上的不存在结晶缺陷的区域形成的氧化膜即氧化层605，是层厚均匀的氧化膜，氧化层605的厚度，例如为30nm。此外，在GaN层603上的存在结晶缺陷的区域形成的氧化膜即氧化层604，深度形成在结晶缺陷。氧化层604的厚度，例如为150nm，与上述氧氧化时的氧化层504的层厚相比，深度大幅度增加。此外，在通过干蚀刻形成的台阶差的侧面形成的氧化膜即氧化层606，与具有均匀层厚的氧化层605相比，由于氧化进展快，所以氧化层606的厚度，例如为150nm。
以上的水蒸气氧化，例如，可以在一边在石英管中导入3mL/min(标准状态)的水蒸气和5×10-3mL/min(标准状态)的氮气，一边升温到1000℃，以氧化到作为氧化膜所需的厚度例如30nm的厚度的方式，在高温下保温90分钟后，降温的条件下进行。
如以上的说明，由于进行氧化的气氛是氧或是水蒸气，因此在存在结晶缺陷的区域及在通过干蚀刻形成的台阶差的侧面的氧化速度有很大差别。
下面，就氧化层的厚度和形成在存在结晶缺陷的区域的氧化层的氧化深度的关系，分别说明水蒸气氧化和氧氧化时的情况。
图10(a)是用于定义氧化层的厚度和形成在存在结晶缺陷的区域的氧化层的氧化深度的关系的剖面图，图10(b)表示在不存在结晶缺陷的区域形成的氧化层的厚度和在存在结晶缺陷达到GaN表面的结晶缺陷的区域深度氧化的氧化层的厚度(氧化深度)的关系。
首先，如图10(a)所示，将在不存在结晶缺陷的区域形成的氧化层的厚度，定义为氧化层的厚度10a，同时，将在存在结晶缺陷达到GaN表面的结晶缺陷上深度氧化的氧化层的厚度，定义为氧化深度10b。
在如此定义的时候，如图10(b)所示，在进行氧氧化的情况下，氧化层的厚度10a和氧化深度10b的比为1∶2左右，另外，在进行水蒸气氧化的情况下，氧化层的厚度10a和氧化深度10b的比为1∶5左右。因此，从图10(b)所示的结果看出，进行水蒸气氧化时与进行氧氧化时相比，能够有选择地深度氧化存在结晶缺陷的区域。
第6实施方式以下，说明本发明的第6实施方式的半导体装置及其制造方法。
首先，以场效应晶体管为例，说明本发明的第6实施方式的半导体装置。
图11(a)及(b)表示本发明的第6实施方式的作为半导体装置的场效应晶体管，图11(a)是俯视图，图11(b)是图11(a)所示的XIb-XIb线的剖面图。
如图11(a)及(b)所示，在蓝宝石基板701上，从下依次叠层由AlN或GaN构成的缓冲层702、由GaN构成的未掺杂层703及704、由AlGaN的混晶构成的沟道层705。另外，在未掺杂层703上，形成元件分离氧化膜711a。此外，在沟道层705上，从下依次形成n型电极706及电极焊盘707，同时，从下依次形成栅氧化膜708及栅电极709。
此外，构成上述第6实施方式的场效应晶体管的各层的组成及层厚的一例，示于下列(表5)。
如图11(a)及(b)所示，在未掺杂层703及704、沟道层705上，结晶缺陷贯通，结晶缺陷密度为5×109cm-2左右。在结晶缺陷达到沟道层705的表面的地方，在存在结晶缺陷的区域，形成深度氧化的氧化膜711b。在存在结晶缺陷的区域深度氧化的氧化膜711b的深度，例如是30nm，结晶缺陷氧化到贯通未掺杂层704的深度。
此外，在存在结晶缺陷的区域深度氧化的氧化膜711b，通过采用含有水蒸气的气体，沿沟道层705氧化结晶缺陷而形成。如此，与氧化结晶缺陷同时，在沟道层705的表面上，形成膜厚度薄的氧化膜。另外，形成在表面上的薄的氧化膜，例如可以通过用氨气进行热处理去除。在该热处理中，在结晶缺陷深度氧化的氧化膜711b未去除而残存。此外在以通过干蚀刻达到未掺杂层703的方式形成的台阶差上，在构成台阶差的未掺杂层703、未掺杂层704及沟道层705的侧面，形成厚度氧化而成的氧化膜710。由此，能够防止在未掺杂层703、未掺杂层704及沟道层705的侧面的电流的漏泄。
由于在存在结晶缺陷的区域厚度氧化而成的氧化膜711b和在未掺杂层703、未掺杂层704及沟道层705的侧面形成的氧化膜710是绝缘体，因此，能够防止经由结晶缺陷流动的非发光电流和在未掺杂层703、未掺杂层704及沟道层705的侧面流动的漏泄电流。由此，由于不存在结晶缺陷的沟道区域发挥选择性的功能，所以能够实现高效率的场效应晶体管。
第7实施方式以下，参照图12，说明本发明的第7实施方式的半导体装置的制造方法。
在上述的第1～第6实施方式中，介绍了在氧化半导体层或由半导体层构成的有源层时，形成在表面和侧面的氧化层的厚度的差异，但在第7实施方式中，具体说明此点。
图12，作为一例，就氧化GaN层的情况，表示GaN层的断面TEM照片，用于说明在GaN层上的具有各不同面方位的面上形成的氧化层的层厚。
如图12所示，在采用利用MOCVD法的选择生长技术，例如生长显示如面A～面C所示的不同面方位的GaN层801后，通过在水蒸气气氛中进行温度1000℃及90分钟的热处理，形成由Ga2O3构成的热氧化膜802。
如图12所示，(0001)面是面A(主面)的热氧化膜802的厚度为60nm左右，比较薄，另外，与(0001)面不同的(面B)及(面C)的氧化膜的厚度为200nm以上，比较厚。
如此，通过进行水蒸气氧化，能够有选择地氧化氮化物半导体上的具有各不同面方位的面。因此，在上述的第1～第6实施方式所示，能够在存在结晶缺陷的区域，形成深的氧化膜，或能够在台阶差的侧面形成厚的氧化膜。另外，此处，说明了氧化氮化物半导体上的具有各不同面方位的面的情况，但也不局限于氮化物半导体，半导体一般都能适用。
此外，鉴于此点，对第1～第7实施方式的半导体装置，进行了多种氧化，结果发现，在去除有源层的半导体层的侧面形成的氧化膜的厚度，小于形成在有源层的侧面的氧化膜的厚度。如此，通过能够加厚形成在有源层的侧面形成的氧化膜的厚度，能够防止有源层的侧面的电流的漏泄电流。所以，能够实现具有优良器件特性的半导体装置。
本发明适用于发光二极管或半导体激光器等发光元件、或以千兆赫级动作的场效应晶体管等。
表1
表2
表3
表4
表5
权利要求
1.一种半导体装置，具有形成在基板上的由第1半导体层构成的有源层，其特征在于，在上述有源层上，形成由氧化层构成的第1氧化区域。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，上述第1氧化区域形成在上述有源层上的存在结晶缺陷的附近。
3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，还具有形成在上述有源层上的第2半导体层；在上述第2半导体层的表面及侧面中的至少一方上，形成由氧化层构成的第2氧化区域。
4.如权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，在上述第2半导体层的侧面上形成的上述第2氧化区域的层厚，大于在上述第2半导体层的表面上形成的上述第2氧化区域的层厚。
5.如权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，上述第1氧化区域还形成在上述有源层的侧面；在上述有源层的侧面上形成的上述第1氧化区域的层厚，大于在上述第2半导体层的侧面上形成的上述第2氧化区域的层厚。
6.一种半导体装置，具有形成在基板上的由第1半导体层构成的有源层和形成在上述有源层上的第2半导体层，其特征在于，在上述有源层上，形成由氧化层构成的第1氧化区域。
7.如权利要求1或6所述的半导体装置，其特征在于，上述有源层是发光二极管的活性层。
8.如权利要求1或6所述的半导体装置，其特征在于，上述有源层是光电二极管的光吸收层。
9.如权利要求1或6所述的半导体装置，其特征在于，上述有源层是半导体激光器的活性层。
10.如权利要求1或6所述的半导体装置，其特征在于，上述有源层是场效应晶体管的沟道层。
11.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有在基板上形成由半导体层构成的有源层的工序；在上述有源层上有选择地形成由氧化层构成的氧化区域的工序。
12.如权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，有选择地形成上述氧化区域的工序，包括在上述有源层上存在结晶缺陷的附近形成上述氧化区域的工序。
13.如权利要求11所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，有选择地形成上述氧化区域的工序，包括通过在含有水蒸气的气氛中进行的热处理，形成上述氧化区域的工序。
14.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有在基板上形成由第1半导体层构成的有源层的工序；在上述有源层上形成第2半导体层的工序；在上述第2半导体层的面方位不同的至少2个面上，有选择地形成由氧化层构成的氧化区域的工序。
15.如权利要求14所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，有选择地形成上述氧化区域的工序，包括以形成在上述至少2个面上的上述氧化区域的各自层厚相互不同的方式，形成上述氧化区域的工序。
16.如权利要求15所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，上述至少2个面中的1个面，是上述第2半导体层上的具有c面方位的面。
17.如权利要求16所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在上述第2半导体层上的具有c面方位的面上形成的上述氧化区域的层厚，小于在上述第2半导体层上的与具有上述c面方位的面不同的面上形成的上述氧化区域的层厚。
全文摘要
一种半导体装置，具有形成在蓝宝石基板(101)上的由第1半导体层构成的有源层(活性层)(105)，在有源层(活性层)(105)上，形成由氧化层构成的第1氧化区域。根据本发明的半导体装置，可以提高半导体装置的元件特性。
文档编号H01L29/66GK1581526SQ20041005635
公开日2005年2月16日 申请日期2004年8月6日 优先权日2003年8月7日
发明者中山久志, 上田哲三, 油利正昭, 泷泽俊幸 申请人:松下电器产业株式会社