氮化物半导体晶体及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氮化物半导体晶体及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于以氮化镓(GaN)为代表的氮化物半导体为直接跃迀型半导体，且其带隙也较宽而为0.7?6.2eV，从而被广泛用于高效的蓝色发光二极管元件(LED)等之中。氮化物半导体晶体的成长方法虽然有很多种，但是广泛使用了所制备的晶体的组分控制较容易且批量生产性优异的金属有机气相沉积法(MOCVD)。而且，以下专利文献I中，公开了使用表面活性剂而将P型氮化物半导体与P侧电极之间的界面设为陡峭及平坦的方法。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2009-277931号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的课题
[0007]然而，由于通常的气相成长法中的氮化物半导体晶体的成膜温度比较高地为大约100tC，从而制造成本较高，成膜装置的小型化也较困难。此外，在低于100tC的温度条件下进行氮化物半导体晶体的成膜的情况下，存在晶体表面以及晶体彼此的界面的平坦性大幅恶化的问题点。而且，在低温下成膜的P型GaN通过上述晶体性的降低，从而还存在无法显示充分的P型传导性的问题。
[0008]本发明是鉴于上述现有的情况而实施的，其目的在于，在低温条件下制备出高品质的氮化物半导体晶体。
[0009]用于解决课题的方法
[0010]第一发明的氮化物半导体晶体，其通过将作为原料的III族元素以及/或者其化合物、氮元素以及/或者其化合物、Sb元素以及/或者其化合物供给到基板上从而使至少一层以上的氮化物半导体膜气相成长而被制备出，其特征在于，
[0011]在至少一层以上的所述氮化物半导体晶体膜中，其成长过程中的所述Sb元素相对于所述氮元素的供给比为0.004以上。
[0012]第二发明的氮化物半导体晶体的特征在于，晶体中的Sb组分为0.04%以上。
[0013]由于这些氮化物半导体晶体表面平坦性较高且具有高品质，从而作为发光/受光设备及电子设备等的半导体设备较为有效。
[0014]第三发明的氮化物半导体的制备方法为，通过将作为原料的III族元素以及/或者其化合物、氮元素以及/或者其化合物、Sb元素以及/或者其化合物供给到基板上，从而使至少一层以上的氮化物半导体膜气相成长，其特征在于，
[0015]至少一层以上的所述氮化物半导体膜的成长过程中的所述Sb元素相对于所述氮元素的供给比为0.004以上。
[0016]该氮化物半导体的制备方法通过将Sb元素相对于氮元素的供给比设为0.004以上，从而能够在低温下制备具有高品质的氮化物半导体膜的氮化物半导体晶体。此外，由于该制备方法在制备氮化物半导体晶体的混合晶体时，还能够抑制由热量而导致的分相，因此所获得的晶体的组分控制较为容易。另外，该制备方法在将氮化物半导体膜依次层积而成长时，能够防止由热量而引起的基膜的特性恶化。
【附图说明】
[0017]图1为实施例1的氮化物半导体晶体的截面图。
[0018]图2为同样地表示低温成膜GaN层的表面SEM像的图，其中，(a)为表示无Sb供给的样品的图，(b)为表示有Sb供给的样品的图。
[0019]图3为同样地表示低温成膜GaN层的表面的AFM像的图，其中，(a)为表示无Sb供给的样品的图，(b)为表示有Sb供给的样品的图。
[0020]图4为同样地表示低温成膜GaN层的PL光谱的坐标图，其中，(a)为表示在950°C下成膜的样品的图，(b)为表示在850°C下成膜的样品的图。
[0021]图5为同样地表示低温成膜GaN层的X射线衍射测量结果的坐标图，其中，(a)为表示在950°C下成膜的样品的图，(b)为表示在850°C下成膜的样品的图。
[0022]图6为同样地表示相对于低温成膜GaN层的复合膜的深度方向的、Sb浓度的S頂S曲线的坐标图。
[0023]图7为实施例2的AlInN/GaN异质接合构造的剖视图。
[0024]图8为实施例3的氮化物半导体发光二极管元件结构的剖视图。
【具体实施方式】
[0025]对本发明中的优选实施方式进行说明。
[0026]第一发明或第二发明的氮化物半导体晶体能够在晶体中掺杂受主杂质。在该情况下，通过在氮化物半导体晶体中以0.04%以上的组分而包含Sb，从而使氮化物半导体的价电子带上端上升，且由于伴随于此而与受主杂质能级的能量差减小，从而易于获得较高的空穴浓度。
[0027]在第三发明的氮化物半导体晶体的制备方法中，所述氮化物半导体膜能够通过以基膜的成膜温度以下的成膜温度而进行成膜。在该情况下，通过氮化物半导体膜的成膜能够防止基膜的热劣化，并提升了设备的设计/试作自由度。
[0028]接下来，参照附图对将第一发明或第二发明的氮化物半导体晶体与第三发明的氮化物半导体晶体的制备方法具体化了的实施例1?4进行说明。
[0029]〈实施例1>
[0030]通过金属有机气相沉积法(MOCVD)并按照以下顺序而制备出图1中所示的结构的氮化物半导体晶体的样品。首先，将Icm角的c面蓝宝石基板101设置在有机金属气相成长(MOCVD)装置的反应炉内。之后，通过使氢流入反应炉内并进行升温，从而进行蓝宝石基板101表面的热清洗。接着，通过将基板温度(成膜温度)设为630°C，并使作为载气的氢与作为原料的氨(氮化合物)及三甲基镓(TMGa JII族化合物)流入反应炉内，从而在蓝宝石基板101上成长20nm的氮化镓(GaN)的低温缓冲层102。之后，通过将基板温度升温至1130°C，并使相同的载气与上述原料流入，从而成长3 μπι的非掺杂的基GaN层(i_GaN:基膜)103。另外，从蓝宝石基板101起到基GaN层103为止相当于基板105。
[0031]而且，将基板温度降温至希望的温度，并加入作为载气的氢、作为原料的TMGa、氨，并作为Sb化合物而供给锑三乙酯(TESb)，且在基GaN层103上，成长(成膜)2 μ m的低温成膜GaN层104。关于低温成膜GaN层(氮化物半导体膜)104的成膜时的气体流量，分别为氨 27mmol/min、TMGa28 μ mol/min、TESb 98ymol/min。关于气体流量比(供给比)，氨相对于TMGa的比(以下记载为N/Ga)为大约1000。此外，TESb相对于氨的比(以下记载为Sb/N)为大约 0.004。
[0032]准备了在供给TESb的同时，将低温成膜GaN层104在750°C、850°C、950°C的三个等级的基板温度下进行成膜的样品S0、S1、S2。此外，作为比较例，准备了未供给TESb而在与样品S0、S1、S2相同的基板温度条件下，进行了低温成膜GaN层104的成膜的样品C0、C1、C20另外，以下将样品S0、S1、S2及样品CO、Cl、C2分别称为有Sb供给的样品、无Sb供给的样品。
[0033]接下来，示出了有Sb供给的样品S0、S1、S2与无Sb供给的样品C0、C1、C2的晶体性的评价结果。
[0034]图2中分别图示了在750°C下成膜的样品S0、CO、在850°C下成膜的样品S1、Cl、以及在950°C下成膜的样品S2、C2的表面扫描电子显微镜像(表面SEM像)。图2 (a)表不无Sb供给的样品CO、Cl、C2的表面SEM像。图2 (b)表示有Sb供给的样品S0、S1、S2的表面SEM像。关于无Sb供给的样品C2，观察到晶体表面上有多个倒六棱锥形状的坑。此外，关于在无Sb供给下以与样品C2相比而低温的条件而成膜的样品CO、Cl，由于通过坑而覆盖了表面整体，因而暗示了随着基板温度降低晶体性及表面平坦性将会恶化。但是，关于有Sb供给的样品S0、S1、S2，任意一个晶体表面都没有确认到坑，从而获得了良好的表面平坦性。
[0035]另外，为了观察更微观的表面平坦性，进行了对在750°C下成膜的样品S0、CO、在850°C下成膜的样品S1、Cl、在950°C下成膜的样品S2、C2的由原子力显微镜(AFM)而实施的表面高低差的转换测量。图3 (a)表示无Sb供给的样