Iii族氮化物半导体元件、iii族氮化物半导体元件的制造方法_3

文档序号:8262560阅读:来源:国知局
成膜炉10b来进行。如已经说明过的,半导体区域 53具有包含p型掺杂剂的III族氮化物半导体层。III族氮化物半导体层所含有的p型掺 杂剂例如可以为镁(Mg)、锌(Zn)、铍(Be)等。低氢含量膜55可以由与III族氮化物不同 的材料构成。III族氮化物半导体层的p型掺杂剂浓度为5X1016cnT3以上且1X1021cnT3以 下。
[0078] 低氢含量膜55例如可以具有lX102°cnT3以下的氢浓度,优选可以具有lX1018cnT3 以下的氢浓度。
[0079] 例如在成膜装置中在不使用含有氢作为构成元素的物质(例如原料、原料气体、 工艺气体、载气)的情况下通过干式工艺来进行低氢含量膜55的生长。低氢含量膜55可 以通过气相生长法形成。气相生长法的使用与湿式工艺相比更易于避免在形成低氢含量膜 55时可能产生的外延衬底E的污染。另外,低氢含量膜优选通过蒸镀法形成。能够使成膜 时氢的引入变少,并且成膜时对III族氮化物半导体表面的损伤少。
[0080] 低氢含量膜55可以包含例如硅氧化物、锆氧化物、铝氧化物、钛氧化物、钽氧化 物、Ti(钛)、Pd(钯)、Ni(镍)、Co(钴)、Pt(钼)、Rh(铑)中的至少任意一者。低氢含量 膜55含有这些材料时,在形成低氢含量膜55与III族氮化物半导体的结时不易在其界面 引起相互扩散。另外,使用该材料易于通过蒸镀法形成低氢含量膜。
[0081] 作为硅氧化物,例如可以使用Si02,其沉积方法和原料可以为使用Si02块的电子 束(EB)蒸镀、使用Si和02的反应性溅射等。作为锆氧化物,例如可以使用Zr02,其沉积方 法和原料可以为使用Zr02的EB蒸镀、溅射等。作为铝氧化物,例如可以使用A1203,其沉积 方法和原料可以为使用A1203的EB蒸镀、使用A1和02的反应性溅射等。作为钛氧化物,例 如可以使用Ti02,其沉积方法和原料可以为使用Ti02的EB蒸镀、使用Ti和02的反应性溅 射等。作为钽氧化物,例如可以使用Ta205,其沉积方法和原料可以为使用Ta205的EB蒸镀、 使用Ta和02的反应性溅射等。另外,在形成金属膜时,可以使用EB蒸镀或溅射法。
[0082] 低氢含量膜55的生长可以在超过摄氏100度的温度下进行。该成膜温度的控制 能够通过例如调整成膜炉l〇b的工作台9的温度来实现。通过使用超过摄氏100度的温度 (例如工作台等的温度)的成膜,能够降低在成膜中进入的水分的分解而产生的氢量。另 夕卜,低氢含量膜55的生长优选在摄氏300度以上的温度下进行。在低氢含量膜55的生长 时,能够促进低氢含量膜55的构成元素的迁移。该迁移能够有助于形成致密的膜。结果, 能够有助于降低氢残留。低氢含量膜55的生长优选在摄氏400度以下的温度下进行。能 够降低在生长低氢含量膜时有可能产生的半导体区域表面的粗糙。
[0083] 如图3的(b)部分所不,在工序S104中,在生长低氢含量膜55后对半导体区域53 进行活化退火,由P型掺杂剂的III族氮化物半导体层形成P型III族氮化物半导体层。 该活化退火通过使用热处理装置l〇c来进行。作为热处理装置10c,可以使用例如灯退火 炉等。退火时间例如为1分钟。另外,退火时间可以为30秒以上,为了进行氢脱离,保持一 定程度的时间是有效的。退火时间可以为60分钟以下的范围,这是因为,若退火时间过长, 则结晶劣化,缺陷增大,因此发光强度下降、或者接触电阻也反而发生劣化。需要说明的是, 在制造工序中进行用于活化退火的热处理的位置并不限定为本实施例,只要低氢含量膜55 的基底能够耐受用于活化退火的热处理即可。另外,关于形成低氢含量膜的位置,只要以提 供从半导体区域53向低氢含量膜55放出氢的途径的方式使低氢含量膜55与半导体区域 53的至少一部分相接、或者经由能够输送氢的构件间接地连接即可。
[0084] 如已经说明过的,III族氮化物半导体层可以具备例如Mg掺杂GaN、Mg掺杂A1N、 Mg惨杂InN、Mg惨杂AlGaN、Mg惨杂InGaN、Mg惨杂InAlGaN、Mg惨杂InAIN中的至少任意 一者。另外,这些层中可以包含B。能够对上述III族氮化物半导体应用活化退火。该制作 方法使构成半导体元件的各种III族氮化物半导体中P型掺杂剂的活化成为可能。在活化 退火中,可在实质上不改变III族氮化物半导体层中的P型掺杂剂浓度的情况下,降低III 族氮化物半导体层中的氢浓度。
[0085] 活化退火中,在半导体区域(具有包含p型掺杂剂的III族氮化物半导体层的半 导体区域)53上生长具有低氢浓度的低氢含量膜55后,对半导体区域53进行活化退火,从 而由III族氮化物半导体层形成P型III族氮化物半导体层。根据该热处理方法,在活化 退火时,在生长由与III族氮化物不同的材料构成的低氢含量膜55后进行热处理。在半导 体区域53内的III族氮化物半导体层中,氢与p型掺杂剂发生键合。由于低氢含量膜55 具有低的氢浓度,在活化退火时不产生多余的氢,因此能够更有效地进行活化,能够促进经 由低氢含量膜55的氢放出。具有低氢浓度的低氢含量膜55优选例如比半导体区域53内 的氢浓度小。
[0086] 活化退火的温度TA例如可以为摄氏600度以上、期望可以为摄氏800度以上。在 该热处理温度的范围内,能够进一步促进氢的放出。活化退火的温度可以为摄氏1100度以 下。这是因为,若温度过高,则活性层的结晶性劣化,发光强度下降,或者接触层也由于Ga 在低氢含量膜中扩散从而导致接触电阻下降。
[0087] 如已经说明过的,衬底51的主面(例如由III族氮化物构成的主面)51a例如可 以为半极性面和无极性面中的任意一种。另一方面,根据发明人的发现,在活化退火时氢难 以从在半极性面上生长的III族氮化物、氮化镓半导体的半极性表面脱离。例如在相同的 热处理条件下对c面上的III族氮化物、氮化镓半导体和半极性面上的III族氮化物、氮化 镓半导体进行活化退火时,根据比较,c面中的活化程度与半极性面中的活化程度相比,显 示出更良好的结果。
[0088] 因此,在用于半极性面的III族氮化物、氮化镓半导体中的活化的热处理时,正在 寻求用于促进活化的方法。在这样的技术背景下,根据发明人的发现,若活化退火时盖层膜 中的氢浓度高,则在退火中放出氢的同时,该氢放出阻碍氢自半导体的放出。
[0089] 在六方晶系III族氮化物中,作为极性面,有c面,作为无极性面,有m面和a面。 用于结晶生长的半导体衬底的主面相对于与结晶轴的c轴、a轴和m轴垂直的平面以某种程 度的较大角度倾斜时,其主面显示出与极性面和无极性面不同的性质。相对于c轴为-10度 至+10度的倾斜角范围内的面取向显示出极性的性质。相对于a轴和m轴为-10度至+10 度的倾斜角范围内的面取向显示出无极性的性质。相对于c轴为-10度至+10度的倾斜角 范围外的面取向以及相对于a轴和m轴为-10度至+10度的倾斜角范围外的面取向显示出 半极性的性质。
[0090] 从活化退火中的氢放出的观点出发,具有半极性的性质的面取向与c面相比,具 有氢特别难以脱离的性质。根据发明人的发现,衬底的主面的法线轴与衬底的III族氮化 物的c轴所成的角度处于45度以上且80度以下或100度以上且135度以下的角度范围时, 该角度范围的半极性面与c面相比,氢特别难以脱离。通过有机金属气相生长法在上述角 度范围的半极性面上生长包含III族氮化物半导体层的半导体区域53时,能够应用本实施 方式所涉及的活化退火。
[0091] 上述的半导体区域53能够包含与低氢含量膜55形成接触的半极性面。该半极性 面由III族氮化物半导体构成。具有半极性面的半导体区域与具有c面的半导体区域相比, 氢难以从III族氮化物半导体脱离。
[0092] 低氢含量膜55可以与III族氮化物半导体层相接。该方式中,氢原子从半导体区 域53内氢浓度更大的III族氮化物半导体层向氢浓度更低的低氢含量膜55移动。
[0093] 在形成p型III族氮化物半导体层后,如图4的(a)部分所示,在工序S105中,可 以在需要时除去低氢含量膜。
[0094] 硅氧化物、例如Si02的除去例如通过氢氟酸湿式蚀刻、CF4干式蚀刻等来进行。锆 氧化物、例如Zr02的除去例如通过氢氟酸等来进行。铝氧化物、例如A1203的除去通过氢氟 酸等来进行。钛氧化物、例如Ti02的除去通过氢氟酸等来进行。钽氧化物、例如Ta205的除 去通过氢氟酸等来进行。Ti(钛)、Pd(钯)、Ni(镍)、Co(钴)、Pt(钼)、Rh(铑)的除去 通过氢氟酸、王水、盐酸等来进行。
[0095] 在除去低氢含量膜55后,如图4的(b)部分所不,使半导体区域53的表面53a在 活化处理后的外延衬底EA的表面露出。在外延衬底EA的一例中,通过活化而由III族氮化 物半导体层改性形成的P型III族氮化物半导体层在半导体区域53的表面53a露出。低 氢含量膜55在活化退火时能够减少原子自用于器件的p型III族氮化物半导体层的表面 的缺失。
[0096] 在接下来的工序中,对结束活化退火后的外延衬底EA进行例如用于形成脊形结 构和形成电极的工艺。
[0097] 在除去低氢含量膜55后,对半导体区域进行加工而形成脊形结构。然后,形成p 电极、脊侧壁的Si02保护膜。另外,背面研磨后形成n电极。
[0098] 根据该制作半导体元件的方法,可以将低氢含量膜55在用于热处理后除去,因此 能够避免将低氢含量膜同时用于其它用途的复杂度。低氢含量膜55在活化退火时能够减 少原子自用于器件的P型III族氮化物半导体层的表面的缺失。氢原子从氢浓度更大的 III族氮化物半导体层向氢浓度更小的低氢含量膜移动。
[0099] 图5是示出本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的结构的图。图5中记载 了XYZ座标系S和结晶座标系CR。结晶座标系CR具有c轴、a轴和m轴。
[0100]III族氮化物半导体激光元件11包含第一III族氮化物半导体区域13、活性层 15、和第二III族氮化物半导体区域17。第一III族氮化物半导体区域13具有由六方晶系 III族氮化物半导体构成的半极性面13a。活性层15设置在第一III族氮化物半导体区域 13的半极性面13a上。第二III族氮化物半导体区域17设置在第一III族氮化物半导体 区域13的半极性面13a上。活性层15设置在第一III族氮化物半导体区域13与第二III 族氮化物半导体区域17之间。活性层15的振荡波长可以处于400nm以上且550nm以下的 范围。振荡波长优选处于480nm以上且550nm以下的范围,更优选活性层15的振荡波长处 于510nm以上且540nm以下的范围。活性层15例如可以具有单量子阱结构或多量子阱结 构等量子阱结构。第一III族氮化物半导体区域13、活性层15和第二III族氮化物半导体 区域17沿层叠轴Ax(座标系S的Z轴的方向)依次排列。电极19设置在第二III族氮化 物半导体区域17上,并且与第二III族氮化物半导体区域17的接触层29形成接触。半极 性面13a(衬底主面也同样)与座标系S的X轴和Y轴所规定的平面实质上平行地设置。
[0101] 第一III族氮化物半导体区域13包括光导层21和第一覆层23。光导层21设置在 第一覆层23上。活性层15设置在光导层21上。第一覆层23由第一导电型(例如n型) 的III族氮化物半导体构成。光导层21设置在活性层15与第一覆层23之间,并且与活性 层15相接。光导层21包含第一光导层21a,并且具备含有铟作为III族构成兀素的氮化 镓半导体。第二III族氮化物半导体区域17设置在活性层15上。第二III族氮化物半导 体区域17包含另一光导层25和第二覆层27。第二覆层27由第二导电型(例如p型)的 III族氮化物半导体构成,并且设置在光导层25上。光导层25设置在活性层15与第二覆 层27之间,并且能够与活性层15相接。光导层25包含第二光导层25a,并且具备含有铟作 为III族构成元素的氮化镓半导体。第二III族氮化物半导体区域17具有脊形结构35。 需要时,光导层25可以包含载流子阻挡层25c。
[0102] 光
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