專利名稱：氮化物半導體裝置的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由III - V族氮化物類半導體構成的氮化物半導體裝置的制造方法，特 別涉及能夠以簡單的工序制造優(yōu)良的氮化物半導體裝置的制造方法。
背景技術：
作為半導體激光器元件或發(fā)光二極管等的發(fā)光元件或電子器件的材料，普遍地進 行III- V族氮化物類半導體的研究開發(fā)。利用其特性，藍色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管以 及作為高密度光盤光源的藍紫色半導體激光器已被實用化。在氮化物類半導體的結晶生長中，作為V族原料氣體，氨(NH3)被廣泛使用。此外， 對于發(fā)光元件的活性層中所使用的hGaN來說，由于h容易從表面再蒸發(fā)，所以，若不在約 900°C以下生長，則不結晶。在該溫度范圍，NH3W分解效率非常低，所以，需要很多NH3。并 且，需要有效地增加V /III比，必須降低生長速度，所以，存在非本意的雜質混入到晶體中 的問題。在發(fā)出藍色到綠色的可見光的情況下，需要使活性層中所使用的InGaN的h成分 為20%以上。在該情況下，必須在約800°C以下進行生長，需要更多的NH3。并且，對于h成 分超過20%的InGaN來說，由于熱而容易惡化，因此存在如下問題由于InGaN活性層上生 長的覆蓋層或接觸層的生長工序或晶片工藝工序中的熱處理，活性層惡化，發(fā)光效率降低， 器件特性惡化。為了解決上述問題，公開了如下方法(例如，參照專利文獻1):作為V族原料氣體， 代替NH3，使用分解效率較好的胼(hydrazine)。此外，還公開了如下方法(例如，參照專利文 獻2)為了使活性層的熱損傷降低，在900°C以下生長ρ層。專利文獻1特開2001_144325號公報專利文獻2特開2004-87565號公報
但是，僅使用胼作為V族原料氣體，存在如下問題=InGaN活性層的高質量化不充分， 特別是在發(fā)出從藍色到綠色的可見光的情況下，發(fā)光特性惡化。此外，存在如下問題即便 在900°C以下生長ρ層，在用于將用作ρ型摻雜劑的Mg活性化的800°C 1000°C的高溫退 火中，熱損傷進入活性層，發(fā)光特性惡化。該問題在活性層波長超過藍色的長波長區(qū)域顯著 發(fā)生。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了解決如上所述的課題而進行的，其目的在于得到能夠以簡單的工序 制造優(yōu)良的氮化物半導體裝置的制造方法。本發(fā)明提供一種氮化物半導體裝置的制造方法，其特征在于，具備如下工序在 襯底上形成η型氮化物類半導體層；在所述η型氮化物類半導體層上，使用氨和胼衍生物 (hydrazine derivative)作為V族原料，并且在載氣中添加氫，形成由含h的氮化物類半 導體構成的活性層；在所述活性層上，使用氨和胼衍生物作為V族原料，形成ρ型氮化物類半導體層。 根據(jù)本發(fā)明，能夠以簡單的工序制造優(yōu)良的氮化物半導體裝置。


圖1是表示實施方式1的氮化物半導體裝置的剖面圖。
圖2是將圖1的氮化物半導體裝置的活性層放大后的剖面圖。
圖3是示出ρ型GaN層的電阻率的NH3/胼供給摩爾比依賴性的圖。
圖4是示出ρ型GaN層的電阻率的胼/ III族原料供給摩爾比依賴性的圖。
圖5是示出ρ型GaN層的碳濃度的生長溫度依賴性的圖。
圖6是示出進行了實施方式1的活性層的光致發(fā)光(PL)測定的結果的圖。
圖7是示出ρ型GaN層的電阻率的碳濃度依賴性的圖。
圖8是示出實施方式2的氮化物半導體裝置的剖面圖。
圖9是將圖8的氮化物半導體裝置的活性層放大后的剖面圖。
圖10是示出實施方式3的氮化物半導體裝置的剖面圖。
圖11是將圖10的氮化物半導體裝置的活性層放大后的剖面圖。
附圖標記說明
10 η型GaN襯底(襯底)
12 η型Alaci3Giia97N覆蓋層(η型氮化物類半導體層) 14 η型GaN光引導層(η型氮化物類半導體層) 16、36、38 活性層
18 ρ型Ala2G^8N電子阻擋層(ρ型氮化物類半導體層)
20 ρ型GaN光引導層(ρ型氮化物類半導體層)
22 ρ型Alaci3Giia97N覆蓋層(ρ型氮化物類半導體層)
24 ρ型GaN接觸層(ρ型氮化物類半導體層)
38a Ina2GEia8N 阱層(阱層)
38b Al0.03In0.002Ga0.968N 阻擋層(阻擋層)
圖3中的 表示Tg = 1000°C、阱/III族材料=9.4
圖3中的□表示Tg = 900°C、阱/ III族材料=2
圖3中的Δ表示Tg = 900°C、阱/ III族材料=19。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。對相同的構成要素標注相同的附 圖標記，并且省略說明。實施方式1
圖1是示出實施方式1的氮化物半導體裝置的剖面圖。該氮化物半導體裝置是氮化物 類半導體激光器。在作為η型GaN襯底10的主面的(0001)面上，依次形成有厚度為2. 0 μ m的η型 Al。. C13G^197N覆蓋層12、厚度為0. Ιμπι的η型GaN光引導層14、活性層16、厚度為0. 02 μ m 的ρ型Ala2GEia8N電子阻擋層18、厚度為0. 1 μ m的ρ型GaN光引導層20、厚度為0. 5 μ m的P型Al0.03Ga0.97N覆蓋層22、厚度為0. 06 μ m的ρ型GaN接觸層24。ρ型Ala 03Ga0.97N覆蓋層22和ρ型GaN接觸層M形成波導脊沈。波導脊沈形成 在諧振器的寬度方向的中央部分，并且在成為諧振器端面的兩解理面之間延伸。在波導脊沈的側壁以及露出的ρ型GaN光引導層20的表面上配設有SiO2膜28。 在波導脊26的上表面設置有SW2膜28的開口部30，ρ型GaN接觸層M的表面從該開口 部30露出。在該露出的ρ型GaN接觸層M上形成有ρ側電極32。在η型GaN襯底10的 背面形成有η側電極34。圖2是將圖1的氮化物半導體裝置的活性層放大后的剖面圖?；钚詫?6是將厚 度為3. Onm的Ina2Giia8N阱層16a和厚度為16. Onm的GaN阻擋層16b交替地層疊兩對的多
重量子阱結構。對實施方式1的氮化物半導體裝置的制造方法進行說明。使用MOCVD法作為晶體 生長方法。作為III族原料，使用作為有機金屬化合物的三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)、三 甲基銦(TMI)。作為V族原料，使用氨(NH3)和1，2-二甲基胼(胼衍生物)。作為η型雜質原 料，使用硅烷(SiH4),作為ρ型雜質原料，使用二茂鎂(CP2Mg)。作為這些原料氣體的載氣， 使用氫氣(H2)、氮氣(N2)。但是，作為ρ型雜質，也可以使用Si或Ca等代替Mg。首先，準備預先利用熱清洗等對表面進行了清潔的η型GaN襯底10。并且，將η 型GaN襯底10載置在MOCVD裝置的反應爐內之后，一邊供給NH3 —邊使η型GaN襯底10 的溫度上升至1000°C。然后，開始供給TMG、TMA, SiH4,在η型GaN襯底10的主面上形成η 型Alatl3Giia97N覆蓋層12。然后，停止供給ΤΜΑ，形成η型GaN光引導層14。然后，停止供給 TMG和SiH4,使η型GaN襯底10的溫度降溫至750°C。然后，作為載氣，在N2氣體中混合少量的吐氣體，供給氨、1，2-二甲基胼、TMG、TMI， 形成In0.2Ga0.8N阱層16a。然后，停止供給TMI，供給氨、1，2- 二甲基胼、TMG，形成GaN阻擋 層16b。將其交替地層疊兩對，從而形成多重量子阱(MQW)結構的活性層16。此處，H2氣體 流量為全部氣體流量的0. 1 5%的范圍。然后，一邊供給流量為1. 3X KTmol/min的NH3和流量為20L/min的氮氣，一邊 再次使η型GaN襯底10的溫度從750°C上升至1000°C。并且，將以1:1混合了氫氣和 氮氣的氣體作為載氣，作為III族原料，供給流量為2.4X10-4mol/min的TMG以及流量為 4. 4X 10_5mol/min 的 TMA、流量為 3. 0X 10_7mol/min 的 CP2Mg,作為 V族原料，除了 NH3 之外， 還供給流量為1. lX10_3mOl/min的1，2-二甲基胼，形成ρ型Ala2G^l8N電子阻擋層18。在 該情況下，1，2-二甲基胼與III族原料的供給摩爾比是3. 9力氏與1，2-二甲基胼的供給摩爾 比是120。然后，停止供給ΤΜΑ，與載氣一起，供給流量為1. 2Χ 10_4mOl/min的TMG、流量為 1. OXKTmol/min的CP2Mg,作為V族原料，除了 NH3之外，還供給流量為1. 1 X 10_3mol/min 的1，2-二甲基胼，形成ρ型GaN光引導層20。然后，再次開始供給TMA，并且供給流量為2. 4 X lO^mol/min的TMG、流量為 1.4X10_5mol/min 的 TMA、流量為 3. 0 X 10_7mol/min 的 CP2Mg,作為 V 族原料，供給 NH3 和 1，2- 二甲基胼，形成ρ型Ala ^3Giia97N覆蓋層22。在該情況下，1，2- 二甲基胼與III族原料的 供給摩爾比是4. 3，NH3與1，2- 二甲基胼的供給比是120。ρ型Alatl3Giia97N覆蓋層22的碳 濃度為IXlO18Cm-3以下。
然后，停止供給TMA，與載氣一起，供給流量為1. 2X 10_4mOl/min的TMG、流量為 9. 0Xl(T7mol/min的CP2Mg,作為V族原料，除了 NH3之外，還供給流量為1. 1 X 10_3mol/min 的1，2- 二甲基胼，形成ρ型GaN接觸層24。在該情況下，1，2- 二甲基胼與III族材料的供給 摩爾比是9. 4，NH3與1，2- 二甲基胼的供給比是120。然后，停止供給作為III族材料的TMG和作為ρ型雜質原料的CP2Mg, —邊供給V族 原料，一邊冷卻至300°C左右。并且，也停止供給V族原料，冷卻至室溫。而且，在停止供給 TMG和CP2Mg時，也停止供給NH3, —邊僅供給1，2- 二甲基胼一邊冷卻至300°C左右也可以， 也可以同時停止供給NH3和1，2-二甲基胼。在進行了以上的晶體生長之后，在ρ型GaN接觸層M上的整個面涂敷抗蝕劑，利 用光刻法形成與臺面狀部的形狀對應的抗蝕劑圖形。將該抗蝕劑圖形作為掩模，利用反應 性離子刻蝕(RIE)法，從ρ型GaN接觸層M刻蝕至ρ型Alatl3Giia97N覆蓋層22當中，形成成 為光波導結構的波導脊26。作為RIE的刻蝕氣體，例如，使用氯系氣體。然后，在殘留抗蝕劑圖形的狀態(tài)下，利用例如CVD法、真空蒸鍍法、濺射法等，在η 型GaN襯底10上的整個面形成厚度為0. 2 μ m的SiO2膜觀。并且，在除去抗蝕劑圖形的同 時，利用所謂的剝離法除去位于波導脊26上的SW2膜28。由此，在波導脊沈上，在SW2膜 28上形成有開口部30。然后，利用真空蒸鍍法在ρ型GaN接觸層M上依次形成Pt以及Au膜。之后，涂 敷抗蝕劑(未圖示)，進行光刻法以及濕法蝕刻或者干法蝕刻，由此，形成與P型GaN接觸層 24歐姆接觸的ρ側電極32。然后，利用真空蒸鍍法在η型GaN襯底10的背面依次形成Ti膜、Pt膜以及Au膜， 形成η側電極34。然后，利用解理等將η型GaN襯底10加工為條(bar)形，形成諧振器的 兩端面。并且，在對諧振器的端面實施了涂層之后，將條解理為芯片(chip)形狀，由此，制 造出實施方式1的氮化物半導體裝置。在上述制造方法中，在形成活性層16時，作為V族材料，使用氨和1，2_ 二甲基胼 的混合氣體。由此，即使在生長溫度為900°C以下的低溫，也能夠提高有效的V/III比，抑制 作為晶體缺陷的N空穴的產(chǎn)生，能夠降低雜質的混入。而且，對于本實施方式的制造方法來 說，不限于InGaN量子阱結構，能夠應用于含^的活性層。此外，在載氣中添加百分之幾的H2，由此，在hGaN生長中發(fā)揮刻蝕作用，能夠降低 h偏析(segregation)，能夠生長光學特性良好的量子阱結構。此外，也可以在InGaN活性層中導入SiH4,例如，以載流子濃度為IX IO18CnT3的方 式進行摻雜，由此，以Si填埋N空穴的方式產(chǎn)生作用，使成為非發(fā)光中心的點缺陷降低，抑 制雜質的混入，能夠使結晶性進一步提高。在^成分超過20%這樣的要得到藍色以上的發(fā) 光的情況下，在更低溫度下進行生長，所以，V族材料的分解效率下降，容易在hGaN晶體 中產(chǎn)生N空穴，所以，由Si摻雜所導致的結晶性提高的效果更加顯著。然后，對形成ρ型氮化物類半導體層時使用NH3和胼衍生物(例如，1，2- 二甲基胼) 這二者的理由進行說明。在形成ρ型氮化物類半導體層時，當僅使用NH3作為V族原料時，從NH3生成的H 自由基組入到P型氮化物類半導體層的晶體中，H自由基與ρ型雜質反應，產(chǎn)生H鈍化(ρ型 雜質的活性化率降低)。因此，存在如下問題為了活性化，需要熱處理工序，由于熱處理而產(chǎn)生從晶體的最表面的N脫逸，晶體質量降低。此外，存在如下問題由于熱處理工序，活性 層受到損傷，發(fā)光特性降低。化學式1
權利要求
1.一種氮化物半導體裝置的制造方法，其特征在于，具備如下工序 在襯底上形成η型氮化物類半導體層；在所述η型氮化物類半導體層上，使用氨和胼衍生物作為V族原料，并且在載氣中添 加氫，形成由含^的氮化物類半導體構成的活性層；在所述活性層上，使用氨和胼衍生物作為V族原料，形成ρ型氮化物類半導體層。
2.如權利要求1所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其特征在于， 在所述活性層中摻雜Si作為雜質。
3.如權利要求1或2所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其特征在于，在形成所述P型氮化物類半導體層的工序中，使所述氨與所述胼衍生物的供給摩爾比 為10以上且小于1000。
4.如權利要求1或2所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其特征在于，在形成所述P型氮化物類半導體層的工序中，使用有機金屬化合物作為III族原料，使 所述胼衍生物與所述有機金屬化合物的供給摩爾比為1以上且小于25。
5.如權利要求1或2所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其特征在于，在形成所述P型氮化物類半導體層的工序中，使所述襯底的溫度為900°C以上且小于 1100°C。
6.如權利要求1或2所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其特征在于， 所述活性層是具有由InGaN構成的阱層和由InMGaN構成的阻擋層的量子阱結構。
7.如權利要求6所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其特征在于， 所述阱層具有壓縮應變，所述阻擋層具有拉伸應變。
全文摘要
本發(fā)明涉及氮化物半導體裝置的制造方法。在n型GaN襯底(10)上形成n型Al0.03Ga0.97N覆蓋層(12)以及n型GaN光引導層(14)。在n型GaN光引導層(14)上，使用氨和肼衍生物作為Ⅴ族原料，在載氣中添加氫，形成由含In的氮化物類半導體構成的活性層(16)。在活性層(16)上，使用氨和肼衍生物作為Ⅴ族原料，形成p型Al0.2Ga0.8N電子阻擋層(18)、p型GaN光引導層(20)、p型Al0.03Ga0.97N覆蓋層(22)、p型GaN接觸層(24)。
文檔編號H01S5/343GK102130425SQ201110020200
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權日2010年1月19日
發(fā)明者大野彰仁, 山本高裕, 竹見政義 申請人:三菱電機株式會社