專(zhuān)利名稱(chēng)：第Ⅲ族元素氮化物半導(dǎo)體元件的生產(chǎn)方法
本申請(qǐng)基于日本專(zhuān)利申請(qǐng)2002-113058，其引入本文作為參考。
另一方面，第III族元素氮化物半導(dǎo)體中的p型層上涂上p型摻雜物。采用電子束照射p型層使p型層電阻降低的方法是已知的。
發(fā)明人已經(jīng)反復(fù)地考察了在同一側(cè)面形成n電極和p電極的第三族元素氮化物半導(dǎo)體元件，表明采用電子束照射可以減小p型層的電阻。結(jié)果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在n電極和p電極之間容易出現(xiàn)泄漏電流，而這是令人擔(dān)憂(yōu)的問(wèn)題。
因此本發(fā)明的目的是抑制泄漏電流。
在基體(11)上形成n型層(13)；在所述n型層(13)上形成含發(fā)光層的層(14)；在所述層(14)上形成p型層(15)，p型層(15)上涂有p型雜質(zhì)；蝕刻所述n型層(13)的至少一部分和所述層(14)的至少一部分使所述n型層(13)的至少一部分和所述層(14)的端面(31)露出來(lái)；在所述p型層的表面?zhèn)刃纬蓀電極(18)；在所述n型層(13)的所述露出來(lái)的部分上形成n電極(19)；用電子束照射所述p型層(15)以降低所述p型層的電阻；和在所述電子束照射步驟后至少酸化所述層(14)的所述露出來(lái)的端面(31)。
根據(jù)本發(fā)明方法的一種優(yōu)選實(shí)施方案，所述酸化步驟包括如下分步驟露出通過(guò)所述蝕刻形成的所述端面，同時(shí)在其他表面上形成抗蝕劑膜以保護(hù)所述其他表面；用酸處理上述暴露出的端面；去除上述抗蝕劑膜。
根據(jù)本發(fā)明方法的另一種優(yōu)選實(shí)施方案，其中所述酸是選自氫氟酸、鹽酸、硫酸和硝酸中的至少一種。
根據(jù)本發(fā)明方法的再一種優(yōu)選實(shí)施方案，其中所述含發(fā)光層的層包括含In的第III族元素氮化物半導(dǎo)體層，其在通過(guò)所述蝕刻形成的所述端面上被露出來(lái)。
圖2是表示酸化步驟的部分放大截面圖。
圖3是表示了根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施方案的發(fā)光元件和作為比較例的發(fā)光元件的Vf-If特性曲線(xiàn)圖。
圖4是Vf-If特性隨著活性層中組分銦的百分含量變化而變化的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式
按照本發(fā)明，能夠通過(guò)一種很簡(jiǎn)單且廉價(jià)的酸化處理蝕刻成的端面的方法成功地抑制泄漏電流發(fā)生。因此這樣得到的第III族元素氮化物半導(dǎo)體元件的性能被改進(jìn)(抑制了電能消耗)，同時(shí)其可靠性也得到改進(jìn)。
可以認(rèn)為，通過(guò)酸化處理蝕刻形成的端面能夠抑制泄漏電流發(fā)生的原因如下首先，為了減小p型層電阻在大氣壓力下使用電子束致使在元件周?chē)a(chǎn)生活性氧?；钚匝踉谖g刻形成的端面上和第III族元素氮化物原子反應(yīng)生成，從而在端面上形成氧化物。氧化物被認(rèn)為是泄漏電流發(fā)生的原因。根據(jù)發(fā)明人的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，尤其是在端面上活性氧和銦(In)反應(yīng)生成氧化銦時(shí)，該泄漏電流會(huì)變大。
因此在發(fā)明中用酸處理蝕刻形成的端面以除去上面的第III族元素氮化物成分的氧化物。順便提及，盡管干蝕刻能除去氧化物，但是因?yàn)楦晌g刻會(huì)給半導(dǎo)體元件帶來(lái)不可避免的傷害，使得干蝕刻并不合乎要求。
本發(fā)明的組成部分描述如下。第III族元素氮化物半導(dǎo)體元件第III族元素氮化物半導(dǎo)體元件的例子包括光學(xué)設(shè)備如發(fā)光二極管、受光二極管、激光二極管和太陽(yáng)能電池，雙極元件如整流器、半導(dǎo)體閘流管和晶體管，單極元件如場(chǎng)效應(yīng)晶體管，和電子元件如微波元件。
這些元件中每一個(gè)都基本上如此配置以使第III族元素氮化物半導(dǎo)體的各層層積在基體上形成一個(gè)元件，然后p電極和n電極在該元件的一個(gè)表面?zhèn)刃纬伞?br> 任何基體都可以用，只要第III族元素氮化物半導(dǎo)體各層都能在該基體上生長(zhǎng)。用來(lái)制造基體的材料包括藍(lán)寶石、尖晶石、硅、金剛砂、氧化鋅、磷化鎵、砷化鎵、氧化鎂和氧化錳。特別是藍(lán)寶石基體更適宜使用。特別指出的是，藍(lán)寶石基體的a面或c面更適合具有良好結(jié)晶度的第III族元素氮化物各半導(dǎo)體層的成長(zhǎng)。
第III族元素氮化物半導(dǎo)體各層層積在基體上。在該說(shuō)明書(shū)中，每一個(gè)第III族元素氮化物半導(dǎo)體都可以用一個(gè)通式來(lái)表達(dá)AlXGaYIn1-X-YN(0≤X≤1，0≤Y≤1，0≤X+Y≤1)，該通式包括所謂的二元化合物如AlN、GaN和InN以及所謂的三元化合物如AlXGa1-XN、AlXIn1-XN和GaXIn1-XN(其中0＜X＜1)。第III族元素至少可以被硼(B)、鉈(Tl)及其類(lèi)似元素部分地取代。氮(N)至少可以被磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)及其類(lèi)似元素部分地取代。第III族元素氮化物半導(dǎo)體的每一層都可以包含可選擇的攙雜物。Si、Ge、Se、Te、C及其類(lèi)似元素可以用作n型摻雜物。Mg、Zn、Be、Ca、Sr、Ba等可以用作P型摻雜物。形成第III族元素氮化物半導(dǎo)體每一層的方法都沒(méi)有特別限定。第III族元素氮化物半導(dǎo)體各層可以用已知方法形成，如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD法)、分子束取向附生法(MBE法)、鹵化物氣相取向附生法(HVPE法)、濺射法、離子電鍍法、或電子沉降法(electron showering method)。
在基體和第III族元素氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶層之間可以存在一個(gè)緩沖層。這個(gè)緩沖層用來(lái)改進(jìn)在該緩沖層上成長(zhǎng)的第III族元素氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶度。該緩沖層可以用第III族元素氮化物半導(dǎo)體來(lái)制造，例如AlN、InN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN。
一種金屬例如Al、V、Sn、Rh、Cr、Cr、Nb、Ta、Mo、W、Hf或者這些金屬中兩種或更多種組成的合金都可以用作n電極材料。N電極可以是組成不同的兩層或多層的層合物構(gòu)成的兩層或多層結(jié)構(gòu)。例如n電極可以是V和Al的雙層結(jié)構(gòu)。
一種金屬例如Rh、Au、Pt、Ag、Cu、Al、Ni、Co、Mg、Pd、Ru、Mn、Bi、Sn或Re，或者它們中兩種或更多種組成的合金都可以用作p電極材料。P電極可以是組成不同的兩層或多層的層合物構(gòu)成的兩層或多層結(jié)構(gòu)。
N極和p極都是用已知成膜方法制成，例如氣相沉積法或?yàn)R射法。
例如，第III族元素氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的生產(chǎn)過(guò)程如下。
首先制備第III族元素氮化物半導(dǎo)體各層賴(lài)以生長(zhǎng)的基體。半導(dǎo)體各層層積在基體上。其中N型第III族元素氮化物半導(dǎo)體層、包含第III族元素氮化物半導(dǎo)體發(fā)光層的層、用p型摻雜物涂過(guò)的第III族元素氮化物半導(dǎo)體層至少以此順序排列。
然后，經(jīng)過(guò)蝕刻過(guò)程把n型半導(dǎo)體層的一部分露出來(lái)。接著分別在涂過(guò)p型摻雜物的第III族元素氮化物半導(dǎo)體層和n型第III族元素氮化物半導(dǎo)體層上形成p電極和n電極。P電極和n電極能夠用已知方法如蒸發(fā)作用或?yàn)R射來(lái)形成。然后，基體用合適粒徑的研磨劑進(jìn)行摩擦得到一個(gè)需要的基體厚度。最后將基體切成碎片。電子束照射涂過(guò)p型摻雜物的第III族元素氮化物半導(dǎo)體電阻較高，如果除形成外不采取措施，則不能令人滿(mǎn)意地用作元件的半導(dǎo)體層。因此已經(jīng)提出用電子束照射該形成的層以降低該層電阻的技術(shù)(見(jiàn)日本專(zhuān)利公開(kāi)No.Hei.2-257679)。
從生產(chǎn)步驟的相互關(guān)系出發(fā)，在n電極和p電極形成之后再進(jìn)行電子束照射是優(yōu)選的。但是在p型層形成之后立即進(jìn)行電子束濺射是可能的。如果這樣，包含p型摻雜物的層的表面可能被破壞，這樣就可能出現(xiàn)p型層和在p型層上形成的電極之間的接觸電阻變大的危險(xiǎn)。
因此，優(yōu)選在電極形成和蝕刻步驟完成之后把晶片轉(zhuǎn)移到電子束照射裝置上進(jìn)行電子束照射。酸化處理如上描述，酸化處理是用來(lái)處理蝕刻形成的端面的。所用的酸的例子可以包括氫氟酸、鹽酸、硫酸和硝酸。酸的濃度和酸化處理時(shí)間按照半導(dǎo)體材料或電子束照射時(shí)間來(lái)合適地選擇。所有這些因素都可以根據(jù)是否除去可能在所述端面上形成的氧化物加以選擇或組合。
優(yōu)選地，在電極形成后進(jìn)行酸化處理時(shí)事先形成抗蝕劑層或類(lèi)似物來(lái)保護(hù)電極。但該步驟并不是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所必須的。
從下面對(duì)本發(fā)明附圖的詳細(xì)描述中可以明顯地看出本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。
下面以發(fā)光元件為例，描述本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案。


圖1是這個(gè)實(shí)施方案中發(fā)光元件10的典型截面圖。發(fā)光元件10中各層的說(shuō)明如下。

N型層13為以Si作為n型摻雜物涂過(guò)的GaN，它通過(guò)緩沖層12在基體11上形成。盡管上面是以藍(lán)寶石作為基體11，但基體11并不局限于此。例如，藍(lán)寶石、尖晶石、硅、金剛砂、氧化鋅、磷化鎵、砷化鎵、氧化鎂、氧化錳、硼化鋯、或者第III族元素氮化物半導(dǎo)體單晶都可以用作基體11。緩沖層12用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法(MOCVD法)由AlN形成，但緩沖層12并不局限于此。例如，GaN、InN、AlGaN、InGaN、或AlInGaN都可以用作緩沖層12的材料。分子束取向附生法(MBE法)、鹵化物氣相取向附生法(HVPE法)、濺射法、離子電鍍法、電子沉降法及其類(lèi)似方法都可以用作形成緩沖層12的方法。當(dāng)?shù)贗II族元素氮化物半導(dǎo)體用作基體11時(shí)，緩沖層12能夠得到分散，因?yàn)樵谶@種情況下形成在基體11上的各層可以以良好結(jié)晶度的方式生長(zhǎng)。
根據(jù)情況的需要，基體和緩沖層可以在半導(dǎo)體元件形成之后除去。
盡管上述n型層13由GaN制成，但也可以使用AlGaN、InGaN、或AlInGaN。
盡管上述中以Si作為n型摻雜物涂在n型層13上，但其它的n型雜質(zhì)例如Ge、Se、Te、或C也可以使用。
含有發(fā)光層的層14可以包含一個(gè)量子阱結(jié)構(gòu)(多重量子阱結(jié)構(gòu)或單量子阱結(jié)構(gòu))。發(fā)光元件結(jié)構(gòu)可以是單一異型、雙重異型，也可以是同質(zhì)連結(jié)型。
包含發(fā)光層的層14包含一個(gè)第III族元素氮化物半導(dǎo)體層，該第III族元素氮化物半導(dǎo)體層在p型層15一側(cè)涂過(guò)Mg或類(lèi)似物且具有寬帶隙。該方法能有效地阻止射入含發(fā)光層的層14的電子進(jìn)入p型層15。
以Mg作為p型摻雜物涂過(guò)的氮化鎵p型層15在包含發(fā)光層的層14上形成。作為p型層的材料，氮化鎵可以用AlGaN、InGaN、InAlGaN代替。作為p型摻雜物的Mg可以用Zn、Be、Ca、Sr、Ba代替。
在如上制成的發(fā)光二極管中，第III族元素氮化物半導(dǎo)體層的每一層都能在普通條件下用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法(MOCVD法)形成或者用分子束取向附生法(MBE法)、鹵化物氣相取向附生法(HVPE法)、濺射法、離子電鍍法、或電子沉降法形成。
n電極19由Al和V兩層構(gòu)成。在p型層15形成以后，蝕刻除去p型層15、包含發(fā)光層的層14和n型層13的一部分，用氣相沉積方法在n型層13的露出部分上形成n電極19。
透明的電極17是一層含金的薄膜。透明的電極17層積在p型層15上。P電極18也是用含金材料制成。P電極18用氣相沉積方法在透明電極17上形成。
接著，樣品用電子束照射儀器進(jìn)行處理，使得p型層15得到電子束的照射。低能電子束照射儀器在加速電壓為120kv的照射條件下使用，照射時(shí)間為3.5分鐘。
然后，在樣品表面上涂覆抗蝕劑膜21。再用影印石板術(shù)除去一部分抗蝕劑膜21，至少使蝕刻形成的端面31露出來(lái)，如圖2所示。在這種情況下，電極部分得到抗蝕劑膜21的有效保護(hù)是優(yōu)選的。有機(jī)抗蝕劑膜能被用作抗蝕劑膜21。
然后將樣品在2重量％的氫氟酸溶液中浸泡15秒。除去氫氟酸溶液后，用有機(jī)脫膜劑脫去抗蝕劑膜21。該方法防止了電極部分被損壞。
在前面敘述的步驟中形成各種半導(dǎo)體層和電極后，將樣品切成碎片。
圖3表示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案得到的發(fā)光元件10的Vf-If特性曲線(xiàn)和不進(jìn)行酸化處理得到的作為對(duì)比例的發(fā)光元件的Vf-If特性曲線(xiàn)。從圖3明顯地看到，不酸化處理作為對(duì)比例的發(fā)光元件在較低電壓時(shí)就有電流出現(xiàn)，而本發(fā)明的發(fā)光元件沒(méi)有出現(xiàn)泄漏電流。
然后，把含發(fā)光層的層14中InGaN層的In的百分含量從約20％改變到約8％的情況下，進(jìn)行同樣的試驗(yàn)。圖4表示了試驗(yàn)結(jié)果。
在這個(gè)例子中不管酸化進(jìn)行與否，都幾乎觀(guān)測(cè)不到泄漏電流。經(jīng)推測(cè)認(rèn)為，這是因?yàn)镮nGaN層中In的百分含量較低，使得在所用電子束照射條件下In原子和活性氧相互作用生成的氧化銦(InOX)的量很低。
因此，可以認(rèn)為在含銦的層中銦的百分含量不低于10％時(shí)，本發(fā)明提出的酸化處理具有極好的效果。銦的百分含量?jī)?yōu)選不低于15％，更優(yōu)選不低于20％。盡管如此，當(dāng)加工步驟中在表面上形成任何不需要的物質(zhì)如氧化物時(shí)，都可以采用本發(fā)明實(shí)質(zhì)內(nèi)容生產(chǎn)第III族氮化物半導(dǎo)體元件。上述的In的組成比例僅僅是為了舉例說(shuō)明，本發(fā)明并不限于該范圍。
本發(fā)明并不局限于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法描述和其具體實(shí)施方式
中。熟悉本領(lǐng)域的人員很容易想到的各種改變?nèi)绻幻撾x權(quán)利要求的范圍也包含在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)第III族元素氮化物半導(dǎo)體元件的方法，包括如下步驟在基體(11)上形成n型層(13)；在所述n型層(13)上形成含發(fā)光層的層(14)；在所述層(14)上形成p型層(15)，p型層(15)上涂有p型雜質(zhì)；蝕刻所述n型層(13)的至少一部分和所述層(14)的至少一部分使所述n型層(13)的至少一部分和所述層(14)的端面(31)露出來(lái)；在所述p型層的表面?zhèn)刃纬蓀電極(18)；在所述n型層(13)的所述露出來(lái)的部分上形成n電極(19)；用電子束照射所述p型層(15)以降低所述p型層的電阻；和在所述電子束照射步驟后至少酸化所述層(14)的所述露出來(lái)的端面(31)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)第III族元素氮化物半導(dǎo)體元件的方法，其中所述酸化步驟包括如下分步驟露出通過(guò)所述蝕刻形成的所述端面，同時(shí)在其他表面上形成抗蝕劑膜以保護(hù)所述其他表面；用酸處理上述暴露出的端面；去除上述抗蝕劑膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)第III族元素氮化物半導(dǎo)體元件的方法，其中所述酸是選自氫氟酸、鹽酸、硫酸和硝酸中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的生產(chǎn)第III族元素氮化物半導(dǎo)體元件的方法，其中所述含發(fā)光層的層包括含In的第III族元素氮化物半導(dǎo)體層，其在通過(guò)所述蝕刻形成的所述端面上被露出來(lái)。
全文摘要
一種生產(chǎn)第1II族元素氮化物半導(dǎo)體元件的方法，包括如下步驟在基體(11)上形成n型層(13)；在所述n型層(13)上形成含發(fā)光層的層(14)；在所述層(14)上形成p型層(15)，p型層(15)上涂有p型雜質(zhì)；蝕刻所述n型層(13)的至少一部分和所述層(14)的至少一部分使所述n型層(13)的至少一部分和所述層(14)的端面(31)露出來(lái)；在所述p型層的表面?zhèn)刃纬蓀電極(18)；在所述n型層(13)的所述露出來(lái)的部分上形成n電極(19)；用電子束照射所述p型層(15)以降低所述p型層的電阻；和在所述電子束照射步驟后至少酸化所述層(14)的所述露出來(lái)的端面(31)。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1452256SQ03122630
公開(kāi)日2003年10月29日 申請(qǐng)日期2003年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月16日
發(fā)明者千代敏明 申請(qǐng)人:豐田合成株式會(huì)社