[發(fā)明專利]氮化物半導(dǎo)體元件及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080010085.1
• 申請日: 2010-02-17
• 公開（公告）號: CN102341922A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 福島康之;上田哲三
• 申請（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
• 主分類號: H01L33/32
• 分類號: H01L33/32;H01L21/205;H01L33/22
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能夠應(yīng)用于例如發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器等半導(dǎo)體元件的p型氮化物半導(dǎo)體層及其制造方法、以及采用了該p型氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體元件及其制造方法。

背景技術(shù)

由GaN、InN、AlN及它們的混晶(mix?crystal)構(gòu)成的所謂的氮化物半導(dǎo)體，具有與可視域到紫外域的波長區(qū)域?qū)?yīng)的帶隙(band?gap)，是能夠?qū)崿F(xiàn)在綠色或者藍色到紫外的波長范圍內(nèi)高輸出的發(fā)光二極管的材料。其是在藍寶石基板上被高質(zhì)量化，實現(xiàn)p型GaN以來，應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器、高亮度的發(fā)光二極管(Light?Emitting?Diode：LED)并被實用化的材料系。

提出了如下的技術(shù)：在藍寶石基板或Si基板上使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)造結(jié)晶生長時，在形成C面(0001)作為生長面的情況下，在氮化物半導(dǎo)體層中摻雜提供p型的雜質(zhì)Mg，并通過在400℃以上進行退火，從而得到低電阻的p型氮化物半導(dǎo)體層(例如，參照專利文獻1)。在該技術(shù)被發(fā)表之后，在各種研究機構(gòu)開始研究p型氮化物半導(dǎo)體。例如在專利文獻2中示出了使結(jié)晶生長后的冷卻速度變慢的技術(shù)，在專利文獻3中示出了同時進行電極的退火和p層的退火的技術(shù)等。此外另一方面，也在研究代替Mg來提供p型的雜質(zhì)，并且有如下報告：將與C面(0001)不同的(1-101)面作為生長面而添加碳(C)后，形成淺的能級(準位)，成為良好的p型氮化物半導(dǎo)體層(例如，參照非專利文獻1、2)。

專利文獻1：日本專利第2540791號公報

專利文獻2：日本特開平8-32113號公報

專利文獻3：日本特開平8-51235號公報

非專利文獻1：T.Hikosaka、T.Narita、Y.Honda、M.Yamaguchi、and?N.Sawakia、Appl.Phys.Lett.84、4717(2004)

非專利文獻2：Norikatsu?KOIDE、Toshiki?HIKOSAKA、Yoshio?HONDA、Masahito?YAMAGUCHI?and?Nobuhiko?SAWAKI、Jpn.J.Appl.Phys.、45、7655(2006).

但是，雖然說通過退火得到了p型層，但其載流子濃度只不過是比1×10¹⁸/cm³還小的值，為了改善氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的電氣特性，還需要載流子濃度高的p型層。此外，若需要退火，則工時變多，制造成本增加。而且，存在添加的Mg擴散到發(fā)光層的問題。若Mg擴散，則在發(fā)光層發(fā)生結(jié)晶缺陷從而導(dǎo)致內(nèi)部量子效率降低，發(fā)光效率顯著降低。另一方面，作為上述發(fā)光元件的另一例，如非專利文獻1以及非專利文獻2中所述，在將與C面(0001)不同的(1-101)面作為生長面的GaN層中添加碳(C)并生長的情況下，雖然得到低電阻的p型層，但是不能利用C面(0001)上的生長條件，并且現(xiàn)狀下需要采用對使Si的(001)面傾斜了7°的傾斜基板等進行了凹凸加工的基板，工時變多，制造成本增加。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是在不進行退火或基板加工的情況下能夠形成載流子濃度高的低電阻的p型氮化物半導(dǎo)體層。

為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明所涉及的氮化物半導(dǎo)體元件具有：第一氮化物半導(dǎo)體層，其將C面作為生長面，并且在上表面具有凹凸；和第二氮化物半導(dǎo)體層，其在第一氮化物半導(dǎo)體層上按照與凹凸接觸的方式形成，并且為p型，位于凹凸的側(cè)壁正上方的第二氮化物半導(dǎo)體層的p型載流子濃度為1×10¹⁸/cm³以上。

通過采用這種構(gòu)成，即使不采用現(xiàn)有技術(shù)中必須的用于使p型雜質(zhì)活性化的退火，也可以得到空穴濃度為10¹⁸cm^-3以上的高濃度的良好的p型氮化物半導(dǎo)體層。此外，因為不需要對基板進行加工，所以工時減少，能夠低成本地進行制造。

在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選在第二氮化物半導(dǎo)體層中，添加有碳(C)作為提供p型的雜質(zhì)。

在本發(fā)明的氮化物半導(dǎo)體元件中，優(yōu)選作為提供p型的雜質(zhì)，除了C之外，還添加有Mg、Zn、Ca以及Be中的至少一種。通過采用這種構(gòu)成，即使是在第一氮化物半導(dǎo)體層以及第二氮化物半導(dǎo)體的凹凸包含C面(0001)的構(gòu)成，第二氮化物半導(dǎo)體也可以高效地顯示低電阻的p型。這里，Mg、Zn、Ca以及Be等在III族位點的晶格中穩(wěn)定化，C在V族位點的晶格中穩(wěn)定化。因此，可以同時添加C和Mg、Zn、Ca以及Be等。