專(zhuān)利名稱(chēng)：Iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法及iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法、及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
現(xiàn)有技術(shù)專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載了ー種II1-V族氮化物半導(dǎo)體的制造方法。通過(guò)該方法，可以制造出重現(xiàn)性好并且能夠得到低接觸電阻的歐姆電扱。非專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載了對(duì)P型GaN的歐姆接觸。包含Ni/Au的金屬沉積在p型GaN上。然后，通過(guò)熱處理，在非晶N1-Ga-O相和大的Au晶粒的存在下，將金屬鎳轉(zhuǎn)化為NiO?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2008-300421號(hào)公報(bào)非專(zhuān)利文獻(xiàn)非專(zhuān)利文獻(xiàn)I Jin-Kuo Ho 等，JOURNAL OF APLIED PHYSICS,第 86 卷第 8期，1999，“Low-resistance ohmic contacts to p-type GaN achieved by the oxidationof Ni/Au films”

發(fā)明內(nèi)容
期望得到對(duì)氮化鎵等氮化鎵基半導(dǎo)體的非c面的更好的歐姆接觸。根據(jù)發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，氮化鎵等氮化鎵基半導(dǎo)體的非C面，即半極性面，在曝露于含有氧的氣氛中吋，比C面更容易被氧化。由該發(fā)現(xiàn)顯示出，重要的是降低電極膜所接合的氮化鎵基半導(dǎo)體表面的氧濃度。但是，在制造エ序中容易產(chǎn)生氧的混入。另外，根據(jù)發(fā)明人的另ー發(fā)現(xiàn)，在半極性面中切斷氧與鎵的鍵合并不容易。這樣就認(rèn)為，金屬/半導(dǎo)體的界面中氧濃度的降低與氮化鎵基半導(dǎo)體層的半極性面所固有的性質(zhì)有密切關(guān)聯(lián)。本發(fā)明鑒于所述情況而作出，其目的在于提供ー種具有良好歐姆接觸的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法。另外，本發(fā)明的目的在于提供ー種具有良好歐姆接觸的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。本發(fā)明的ー個(gè)方式為ー種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法。該方法包括:(a)在真空腔室內(nèi)，以攝氏300度以上的襯底溫度，在不進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的成膜的情況下將外延襯底曝露在鎵氣氛中的エ序；和(b)在所述真空腔室內(nèi)，在所述外延襯底的主面上形成用于電極的導(dǎo)電膜,從而形成襯底產(chǎn)物的エ序。所述外延襯底的所述主面具有包含氮化鎵基半導(dǎo)體的半極性，所述外延襯底包含含有III族氮化物半導(dǎo)體的有源層。根據(jù)該制造方法，在真空腔室內(nèi)，以攝氏300度以上的襯底溫度，在不進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的成膜的情況下將外延襯底曝露在鎵氣氛中。盡管在該曝露エ序之前在外延襯底的III族氮化物半導(dǎo)體的表面形成有氧化物，但是在曝露エ序中鎵被供給至氮化鎵基半導(dǎo)體的半極性主面，位于半極性主面的表面的鎵氧化物被還原，從而被改性為熔點(diǎn)低的鎵氧化物。此時(shí)的反應(yīng)如下所示。Ga203+4Ga — 3Ga20。該鎵氧化物Ga2O根據(jù)其熔點(diǎn)并通過(guò)曝露エ序中襯底溫度的作用，從氮化鎵基半導(dǎo)體釋放到真空腔室的空中。因此，在半極性主面與電極膜形成接合之前，通過(guò)對(duì)富于與氧的鍵合性的半極性主面照射鎵，可以降低半極性主面附近的氧濃度。由此，可以制造出具有良好歐姆接觸的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法可以還包括在襯底的主面上生長(zhǎng)半導(dǎo)體區(qū)域而形成所述外延襯底的エ序。所述襯底的所述主面包含III族氮化物半導(dǎo)體。所述半導(dǎo)體區(qū)域優(yōu)選包含第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層、所述有源層、及第ニ導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層，所述外延襯底優(yōu)選包含所述襯底，所述襯底的所述主面優(yōu)選以10度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜，所述外延襯底的所述主面優(yōu)選以10度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。根據(jù)該制造方法，當(dāng)傾斜角為10度以上且80度以下的范圍時(shí)，氮化鎵基半導(dǎo)體的半極性面富干與氧的鍵合性。因此，在形成歐姆電極時(shí)，氧的降低是重要的。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，所述外延襯底優(yōu)選包含設(shè)置在所述有源層上的P型氮化鎵基半導(dǎo)體層；所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體層優(yōu)選含有鎂作為摻雜劑；所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體層的主面優(yōu)選構(gòu)成所述外延襯底的所述主面。根據(jù)該制造方法，可以形成與p型氮化鎵基半導(dǎo)體層形成歐姆接觸的電極。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，所述導(dǎo)電膜優(yōu)選包含Au、Pd、N1、Rh、Al、T1、Zn、Cu、In、Ta、Pt、Tl 中的任ー種。該制造方法中，優(yōu)選包含 Au、Pd、N1、Rh、Al、T1、Zn、Cu、In、Ta、Pt、Il中的至少任ー種。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，所述襯底溫度優(yōu)選為所述外延襯底的形成中成膜溫度中的最低溫度以下。根據(jù)該制造方法，可以減少通過(guò)曝露エ序中的改性處理而可能產(chǎn)生的對(duì)有源層的熱應(yīng)力。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，所述最低溫度優(yōu)選為攝氏900度以下。根據(jù)該制造方法，利用鎵氧化物具有各種熔點(diǎn)，可以降低半極性主面中的氧濃度。作為鎵氧化物，例如存在以下的氧化物。Ga2O3具有較高的熔點(diǎn)(例如攝氏1725度，I個(gè)大氣壓，RT)，而Ga2O具有較低的熔點(diǎn)(例如攝氏500度，I X 10_6托)。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，所述有源層優(yōu)選包含InGaN層，所述外延襯底的所述襯底溫度優(yōu)選為所述有源層的所述InGaN層的生長(zhǎng)溫度以下。根據(jù)該制造方法，可以避免有源層的InGaN層的品質(zhì)因曝露エ序中的熱處理而下降。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法可以還包括在將所述襯底產(chǎn)物從所述真空腔室取出后，對(duì)所述電極進(jìn)行圖案形成的エ序。該方法優(yōu)選在形成所述導(dǎo)電膜后不進(jìn)行用于所述電極的合金化。根據(jù)該制造方法，也可以不進(jìn)行用于電極的合金化。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，所述襯底的所述III族氮化物半導(dǎo)體優(yōu)選為GaN。另外，本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，所述外延襯底的所述主面優(yōu)選包含GaN。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法，可以還包括在將所述外延襯底配置于所述真空腔室內(nèi)后在所述有源層上進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的成膜，從而形成所述外延襯底的エ序。根據(jù)該制造方法，可以降低通過(guò)該成膜而生長(zhǎng)的III族氮化物半導(dǎo)體的氧濃度。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，優(yōu)選在將所述外延襯底曝露在鎵氣氛中后，不進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的成膜，而進(jìn)行所述導(dǎo)電膜的形成。根據(jù)該制造方法，可以在通過(guò)改性而提供的半極性面上形成歐姆電扱。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，所述外延襯底的所述主面優(yōu)選以63度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。該角度范圍內(nèi)的半極性面具有容易被氧化的階差。本發(fā)明的ー個(gè)方式的制造方法中，與所述導(dǎo)電膜形成接觸的氮化鎵基半導(dǎo)體層中的氧濃度可以為IXlO18Cnr3以下。根據(jù)該制造方法，可降低與電極形成接合的氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域的氧濃度。本發(fā)明的另ー個(gè)方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件包含:(a)第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層，(b)設(shè)置在所述第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層的主面上的有源層，(C)設(shè)置在所述有源層的主面上的III族氮化物半導(dǎo)體層，和(d)與所述III族氮化物半導(dǎo)體層形成接合的電極。所述III族氮化物半導(dǎo)體層具有第二導(dǎo)電型，所述接合相對(duì)于與所述第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層的c軸正交的基準(zhǔn)面傾斜。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，由于所述接合相對(duì)于與第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層的c軸正交的基準(zhǔn)面傾斜，因此，電極與第二 III族氮化物半導(dǎo)體層的半極性面接合。由于電極與該半極性面形成接合，因此該接合顯示出良好的歐姆特性。本發(fā)明的另ー個(gè)方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述接合可以以10度以上且80度以下的范圍的角度從與所述基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，以10度以上且80度以下的范圍的角度傾斜的半極性面比c面(極性面)更容易被氧化，因此所述方式是優(yōu)選的。本發(fā)明的另ー個(gè)方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述電極可以包含Au、Pd、N1、Rh、Al、T1、Zn、Cu、In、Ta、Pt、Tl中的任ー種。該III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選包含 Au、Pd、N1、Rh、Al、T1、Zn、Cu、In、Ta、Pt、Tl 中的至少任ー種。本發(fā)明的另ー個(gè)方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，可以還包含具有包含III族氮化物半導(dǎo)體的主面的支撐基體。所述支撐基體的所述主面以10度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜，所述第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層、所述有源層、及所述III族氮化物半導(dǎo)體層在所述支撐基體的所述主面的法線方向上排列。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，對(duì)包含在以10度以上且80度以下的范圍的角度傾斜的半極性面上依次排列的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體疊層的半極性上表面提供了良好的歐姆接觸。本發(fā)明的另ー個(gè)方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述支撐基體的所述III族氮化物半導(dǎo)體優(yōu)選為GaN。另外，本發(fā)明的另ー個(gè)方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述III族氮化物半導(dǎo)體層的主面優(yōu)選包含GaN。
本發(fā)明的另ー個(gè)方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述有源層包含含有銦作為III族構(gòu)成元素的氮化鎵基半導(dǎo)體層，所述有源層以在360nm以上且600nm以下的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有峰值發(fā)光波長(zhǎng)的方式設(shè)置。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，可以降低360nm以上且600nm以下的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電壓。本發(fā)明的所述目的及其它目的、特征、以及優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)參考附圖而展開(kāi)的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的以下的詳細(xì)內(nèi)容而更容易明白。發(fā)明的效果如以上說(shuō)明的，根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方式，提供了具有良好歐姆接觸的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法。另外，根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方式，提供了具有良好歐姆接觸的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。


圖1是示意性地示出本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法中主要エ序的附圖；圖2是示意性地示出本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法中主要エ序的附圖；圖3是示意性地示出本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法中主要エ序的附圖；圖4是示意性地示出本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法中主要エ序的附圖；圖5是示出GaN區(qū)域與金屬(金)的界面附近的透射型電子顯微鏡(TEM)圖像的附圖；圖6是示出利用二次離子質(zhì)譜(SIMS)法測(cè)定用于電極形成的底層氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域中的氧濃度的結(jié)果的附圖；圖7是示出電流-電壓特性的附圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)參考作為例示示出的附圖并考慮以下的詳細(xì)內(nèi)容而容易地理解。接下來(lái)，在參考附圖的同時(shí)，說(shuō)明本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法、以及III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的實(shí)施方式。在可能的情況下，對(duì)相同部分標(biāo)注相同符號(hào)。圖1 圖4是示意性地示出本實(shí)施方式的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法中主要エ序的附圖。如圖1的(a)部分所示，エ序SlOl中準(zhǔn)備襯底11。襯底11具有包含III族氮化物半導(dǎo)體的主面11a。主面Ila相對(duì)于與在III族氮化物半導(dǎo)體的c軸的方向上延伸的基準(zhǔn)軸(由向量VC表示)正交的平面傾斜，因此顯示出半極性。襯底11的III族氮化物半導(dǎo)體例如可以包含GaN等。如圖1的(b)部分所示，エ序S102中，在生長(zhǎng)爐IOa中在襯底11上生長(zhǎng)用于半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體疊層13，從而形成外延襯底E。接下來(lái)，對(duì)ー個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在將襯底11配置到生長(zhǎng)爐IOa中后，向生長(zhǎng)爐IOa中供給氨氣和氫氣從而進(jìn)行襯底11的主面Ila的熱清洗。然后，在生長(zhǎng)爐IOa中，在襯底11的主面Ila上依次生長(zhǎng)多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體層。作為在生長(zhǎng)爐IOa中的生長(zhǎng)法，可以使用例如有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法。半導(dǎo)體疊層13包含稱(chēng)為n型III族氮化物半導(dǎo)體區(qū)域15的第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層、有源層17、和稱(chēng)為p型III族氮化物半導(dǎo)體區(qū)域19的第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層。n型III族氮化物半導(dǎo)體區(qū)域15例如可以包含GaN、AlGaN、InAlGaN等。p型III族氮化物半導(dǎo)體區(qū)域19例如可以包含GaN、AlGaN, InAlGaN等，并且可以包含電子阻擋層27和p型包覆層29。p型III族氮化物半導(dǎo)體區(qū)域19在必要的情況下可以包含p型接觸層。有源層17例如具有量子阱結(jié)構(gòu)21，量子阱結(jié)構(gòu)21可以包含交替排列的勢(shì)壘層23和阱層25。勢(shì)壘層23的帶隙大于阱層25的帶隙。勢(shì)壘層23例如可以包含GaN、InGaN、InAlGaN等，阱層25例如可以包含GaN、InGaN, InAlGaN等。エ序S102中在襯底11的主面Ila上生長(zhǎng)半導(dǎo)體疊層13而形成外延襯底時(shí)，襯底11的主面Ila優(yōu)選以10度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸Cx正交的面傾斜。另外，外延襯底E的主面優(yōu)選以10度以上且80度以下的范圍的角度從與基準(zhǔn)軸Cx正交的面傾斜。當(dāng)它們的傾斜角為10度以上且80度以下的范圍時(shí)，氮化鎵基半導(dǎo)體的半極性面富于與氧的鍵合性。因此，在形成歐姆電極時(shí)，氧的降低是重要的。外延襯底E的主面中的傾斜角優(yōu)選以63度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。該角度范圍內(nèi)的半極性面具有容易被氧化的階差。如圖1的(c)部分所示，エ序S103中，將外延襯底E從生長(zhǎng)爐IOa中取出后，外延襯底E曝露在含氧的大氣中。結(jié)果，在露出于外延襯底E的表面的氮化鎵基半導(dǎo)體面上形成作為自然氧化物的氧化鎵12。在將外延襯底E從生長(zhǎng)爐IOa中取出后，如圖2的(a)部分所示，エ序S104中將外延襯底E配置到處理裝置IOb中。然后，如圖2的(b)部分所示，エ序S105中，利用處理裝置IOb將外延襯底E加熱。在加熱條件的一例中，加熱溫度例如為攝氏750度，熱處理時(shí)間為30分鐘，熱處理的氣氛例如為Ga氣氛。該溫度范圍例如可以為攝氏300度以上,這是因?yàn)?在為該溫度以下時(shí),Ga氧化物Ga2O3不會(huì)被還原為蒸氣壓更高的Ga2O。另外，該溫度范圍例如可以為攝氏900度以下的范圍，這是為了避免對(duì)有源層17的損傷。熱處理的氣氛例如可以為Ga氣氛。在外延襯底E的加熱后，在不打破真空的情況下，如圖2的(C)部分所示，エ序S106中，在處理裝置IOb的腔室內(nèi)形成含鎵的氣氛，從而將外延襯底E的表面13a曝露在該氣氛中。為了避免氮化鎵基半導(dǎo)體的生長(zhǎng)，該處理的氣氛中優(yōu)選不含有氮。該處理中的襯底溫度的范圍例如可以為攝氏300度以上，這是因?yàn)?，在為該溫度以下吋，Ga氧化物Ga2O3不會(huì)被還原為蒸氣壓更高的Ga20。另外，該溫度范圍例如可以為攝氏900度以下的范圍，這是為了避免對(duì)有源層17的損傷。用于該熱處理的持續(xù)時(shí)間例如為30分鐘。用于該加熱エ序和曝露エ序的襯底溫度優(yōu)選為外延襯底E的形成中的成膜溫度中的最低溫度以下，從而可以減少有可能通過(guò)加熱エ序和曝露エ序中的改性處理而產(chǎn)生的對(duì)有源層的熱應(yīng)力。有源層包含InGaN層時(shí)，外延襯底E的襯底溫度優(yōu)選為例如有源層的InGaN阱層的生長(zhǎng)溫度以下，從而可以避免有源層的InGaN層的品質(zhì)因加熱エ序和曝露エ序中的熱處理而下降。該エ序的一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)外延襯底E的表面13a的曝露可以通過(guò)對(duì)表面13a照射鎵助熔劑31實(shí)現(xiàn)。鎵與氧的化合物具有各種形態(tài)。并且，鎵氧化物具有各種熔點(diǎn)。利用該熔點(diǎn)的差異，可以降低半極性主面中的氧濃度。作為鎵氧化物，例如有如下物質(zhì)。Ga2O3的熔點(diǎn)(例如攝氏1725度，ー個(gè)大氣壓，RT)較高，但Ga2O的熔點(diǎn)(例如攝氏500度，I X 10_6托)較低。至此為止的エ序中，在將外延襯底E配置到處理裝置IOb的真空腔室內(nèi)后，進(jìn)行通過(guò)加熱和Ga照射實(shí)施的改性處理。然后，在必要的情況下，如圖3的(a)部分所示，エ序S107中，在不打破真空的情況下，在處理裝置IOb的真空腔室中，在包含有源層17的半導(dǎo)體疊層13上生長(zhǎng)氮化鎵基半導(dǎo)體層33，從而可以形成新的外延襯底E2。根據(jù)該方法，可以降低通過(guò)該成膜生長(zhǎng)的III族氮化物半導(dǎo)體的氧濃度。在后續(xù)的エ序中在氮化鎵基半導(dǎo)體層33上沉積用于電極的金屬，因此優(yōu)選在氮化鎵基半導(dǎo)體層33中添加所期望的導(dǎo)電型摻雜劑，例如鎂、鋅等p型摻雜劑。p型摻雜劑的濃度例如可以為IXlO16cnT3以上且IXlO21cnT3以下。根據(jù)該制造方法，可以形成與p型氮化鎵基半導(dǎo)體層形成歐姆接觸的電極。在除去鎵氣氛后，如圖3的(b)部分所示，エ序S107中，在不打破真空的情況下，在處理裝置IOb的真空腔室中，在外延襯底E2的主面上形成用于電極的導(dǎo)電膜35，從而形成襯底產(chǎn)物SP。根據(jù)該制造方法，在處理裝置IOb的真空腔室內(nèi)以攝氏300度以上的襯底溫度，在不進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的成膜的情況下將外延襯底E曝露在鎵氣氛中。盡管在該曝露エ序之前在外延襯底E的III族氮化物半導(dǎo)體的表面上形成有氧化鎵Ga2O3，在曝露エ序中鎵被供給至氮化鎵基半導(dǎo)體半極性主面13a從而氧化鎵Ga2O3被改性,半極性主面被改性為熔點(diǎn)低的Ga氧化物Ga20。該Ga氧化物Ga2O根據(jù)其熔點(diǎn)并通過(guò)曝露エ序中的襯底溫度的作用，從氮化鎵基半導(dǎo)體表面釋放到生長(zhǎng)爐IOa的真空腔室的空中。因此，在半極性主面13a與電極膜形成接合之前，通過(guò)對(duì)富干與氧的鍵合性的半極性主面13a照射Ga，可以降低半極性主面附近的氧濃度。因此，可以制造出具有良好歐姆接觸的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。本實(shí)施方式中，將外延襯底E曝露在鎵氣氛中后，可以在不進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的成膜的情況下，進(jìn)行導(dǎo)電膜35等金屬的成膜。根據(jù)該方法，可以在通過(guò)改性提供的半極性面13a上形成歐姆電扱。導(dǎo)電膜35 優(yōu)選包含 Au、Pd、N1、Rh、Al、T1、Zn、Cu、In、Ta、Pt、Tl 中的任ー種。該制造方法中，優(yōu)選包含Au、Pd、N1、Rh、Al、T1、Zn、Cu、In、Ta、Pt、Tl中的至少任ー種。如圖3的(C)部分所示，エ序S109中，將外延襯底E2從處理裝置IOb中取出后，外延襯底E2曝露在含氧的大氣中。但是，包含氮化鎵基半導(dǎo)體的半極性面已由導(dǎo)電膜35覆蓋，因此，在襯底產(chǎn)物SP的表面上，金屬膜露出。如圖3的(c)部分所示，從處理裝置IOb中取出的襯底產(chǎn)物SP被放置在含氧的大氣中。將襯底產(chǎn)物SP從處理裝置IOb的真空腔室中取出后，如圖4的(a)部分所示，エ序SllO中，對(duì)導(dǎo)電膜35進(jìn)行圖案形成，從而形成電極37。該方法在形成導(dǎo)電膜35后不進(jìn)行用于電極37的合金化。通過(guò)不進(jìn)行用于電極37的合金化，具有防止加熱所引起的電極劣化或電極與半導(dǎo)體的界面異常的優(yōu)點(diǎn)。如圖4的(b)部分所示，エ序Slll中，在襯底11的背面Ilb上形成電極39。在電極39的形成之前，為了得到所期望的厚度而將襯底11的背面進(jìn)行研磨，從而可以形成經(jīng)研磨的背面。通過(guò)這些エ序，制作出襯底產(chǎn)物SP3。然后，進(jìn)行襯底產(chǎn)物SP3的分離，得到III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件41。III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件41包含:第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層43，設(shè)置在第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層43的主面上的有源層45，設(shè)置在有源層45的主面上的第一 III族氮化物半導(dǎo)體層49，設(shè)置在第一 III族氮化物半導(dǎo)體層49的主面上的第二 III族氮化物半導(dǎo)體層51，和設(shè)置在第二 III族氮化物半導(dǎo)體層51的主面上的電極53。第二 III族氮化物半導(dǎo)體層51與第一 III族氮化物半導(dǎo)體層49形成第一接合Jl。電極53與第二 III族氮化物半導(dǎo)體層51形成第二接合J2。第一和第二接合Jl、J2相對(duì)于與第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層43的c軸VC43正交的基準(zhǔn)面傾斜。有源層45的主面相對(duì)于與第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層43的c軸VC43正交的基準(zhǔn)面傾斜。構(gòu)成有源層45的阱層45b和勢(shì)壘層45a沿相對(duì)于與第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層43的c軸VC43正交的基準(zhǔn)面傾斜的平面延伸。第一和第二 III族氮化物半導(dǎo)體層49、51具有第二導(dǎo)電型。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件41，由于第二接合J2相對(duì)于與c軸VC43正交的基準(zhǔn)面傾斜，因此，電極53與第二 III族氮化物半導(dǎo)體層51的半極性面接合。由于電極53與該半極性面51a形成接合，因此，第二接合J2顯示出良好的歐姆特性。第一和第二接合Jl、J2相對(duì)于主面55a實(shí)質(zhì)平行，第一和第二接合Jl、J2優(yōu)選以10度以上且80度以下的范圍的角度從與基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件41可以還包含支撐基體55，支撐基體55具有包含III族氮化物半導(dǎo)體的主面55a。支撐基體55的主面55a以10度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸VC55延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。III族氮化物半導(dǎo)體層43、有源層45、第一 III族氮化物半導(dǎo)體層49、和第二 III族氮化物半導(dǎo)體層51在支撐基體55的主面55a的法線Nx的方向上排列。支撐基體55的主面55a優(yōu)選以63度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。該角度范圍內(nèi)的半極性面具有容易被氧化的階差。為了得到良好的歐姆特性，第二 III族氮化物半導(dǎo)體層51中的氧濃度優(yōu)選為IXlO18Cm-3 以下。有源層45包含含有銦作為III族構(gòu)成元素的氮化鎵基半導(dǎo)體層，有源層45例如以在500nm以上且540nm以下的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有峰值發(fā)光波長(zhǎng)的方式設(shè)置。圖5是示出GaN區(qū)域與電極(金屬)的界面附近的透射型電子顯微鏡(TEM)圖像的附圖。參考圖5的(a)部分，其示出在c面上形成金(Au)膜時(shí)所形成的接合。參考圖5的(b)部分，其示出在{20-21}面上形成金膜時(shí)所形成的接合。圖5的(b)部分的接合中，在金(Au)與{20-21}-GaN的界面觀察到拍攝得較暗的層，該暗層比圖5的(b)部分中的界面的暗層厚。該暗層表示界面中的氧化物。如根據(jù)圖5所理解的，半極性面中氧化物層比C面厚。(實(shí)施例1)圖6表示利用二次離子質(zhì)譜(SIMS)法測(cè)定用于電極形成的底層的氮化鎵基半導(dǎo)體區(qū)域中的氧濃度的結(jié)果的附圖。為了進(jìn)行二次離子質(zhì)譜的評(píng)價(jià)，準(zhǔn)備以下的器件結(jié)構(gòu)。在從橫軸的左側(cè)至右側(cè)(深度0.3iim至0.7iim的方向)的方法中，將以下的層在{20-21}GaN襯底上依次排列。ud-GaN:630nm。p-GaN:50nm。p-GaN:400nm。n-GaN:1000nm。準(zhǔn)備直至圖6所示的虛線JC線為止的外延襯底。外延襯底包含{20-21} GaN襯底、n 型 GaN 層(IOOOnm)、p 型 GaN 層(400nm)、及 p 型 GaN 層(50nm)。n 型 GaN 層(IOOOnm)、P 型 GaN 層(400nm)、及 p 型 GaN 層(50nm)在{20-21} GaN 襯底上生長(zhǎng)。p 型 GaN 層(50nm)的表面曝露在含氧的大氣中。準(zhǔn)備具有所述結(jié)構(gòu)的外延襯底Al、A2。將外延襯底Al配置到分子束外延(MBE)裝置中后，在不照射Ga助熔劑的情況下，在p型GaN層(50nm)上利用MBE法生長(zhǎng)非摻雜GaW630nm)層而形成外延襯底BI。另外，將外延襯底A2配置到分子束外延(MBE)裝置中后，照射Ga助熔劑后接著在p型GaN層(50nm)上利用MBE法生長(zhǎng)非摻雜GaN(630nm)層而形成外延襯底B2。鎵照射的條件例如下所述。襯底溫度:攝氏750度。Ga助熔劑量:1.4X10—6托(I托以133.322帕斯卡換算)。照射時(shí)間:30分鐘。參考圖6，在無(wú)Ga助熔劑照射的測(cè)定結(jié)果BI的表面，在SIMS分析中觀察到氧峰值(超過(guò)I X IO19CnT3且接近于I X IO20Cm-3的峰值)，在利用MBE法生長(zhǎng)的GaN層中觀察到平坦的氧濃度(比I X IO18CnT3大的穩(wěn)態(tài)值)。另外，參考圖6，在有Ga助熔劑照射的測(cè)定結(jié)果B2的表面，在SIMS分析中未觀察到任何氧峰值，測(cè)定結(jié)果BI中的氧峰值(超過(guò)I X IO19CnT3且接近IX 102°cm_3的峰值)消失。圖6的結(jié)果顯示，通過(guò)進(jìn)行Ga助熔劑的照射，可以減少因與含氧的大氣接觸所形成的鎵氧化物。通過(guò)在Ga助熔劑的照射后接著形成導(dǎo)電膜，可以在鎵氧化物的量降低的半極性面上形成用于電極的導(dǎo)電膜。另外，通過(guò)在Ga助熔劑的照射后接著形成氮化鎵基半導(dǎo)體膜，可以降低該半導(dǎo)體膜中的氧濃度，可以在氧濃度低的氮化鎵基半導(dǎo)體膜的半極性面上形成用于電極的導(dǎo)電膜。圖7是示出電流-電壓特性的附圖。圖7的(a)部分示出了測(cè)定中所使用的器件結(jié)構(gòu)。外延襯底包含{20-21} GaN襯底、n型GaN層(IOOOnm)、p型GaN層(400nm)、第一 p型 GaN 層(50nm)和第二 p 型 GaN 層(50nm)。n 型 GaN 層(IOOOnm)、p 型 GaN 層(400nm)、第一 p型GaN層(50nm)和第二 p型GaN層(50nm)在{20-21} GaN襯底上生長(zhǎng)。第一 p型GaN層(50nm)的表面曝露在含氧的大氣中。在第一 p型GaN層(50nm)上,在不照射Ga助熔劑的情況下，使用MBE裝置生長(zhǎng)第二 p型GaN層(50nm),并且在第二 p型GaN層(50nm)上形成金電極，從而制作襯底產(chǎn)物Cl。另外，使用MBE裝置照射Ga助熔劑后，接著生長(zhǎng)第二P型GaN層(50nm)，并且在第二 p型GaN層(50nm)上形成金電極，從而制作襯底產(chǎn)物C2。制作出具有包含厚度2000nm的金電極的所述結(jié)構(gòu)的襯底產(chǎn)物Cl、C2。如圖7的(b)部分所示，可以理解，通過(guò)Ga助熔劑的應(yīng)用，能夠改善歐姆特性并降低驅(qū)動(dòng)電壓。根據(jù)本實(shí)施方式，接觸電阻為1X10_3Q ^cm2以下。另外，金的反應(yīng)性低，因此金電極的使用對(duì)于研究氧化膜的影響是優(yōu)選的。因此，電極的材料不限定為金。電極所接合的氮化鎵基半導(dǎo)體中的氧分布根據(jù)Ga照射而變化。具體而言，通過(guò)Ga照射，降低了電扱/半導(dǎo)體膜界面中的氧化膜的量。除本說(shuō)明書(shū)中所公開(kāi)的實(shí)驗(yàn)外，還進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，包含這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果在內(nèi)，金屬/半導(dǎo)體的界面中的氧濃度為該金屬所接合的氮化鎵基半導(dǎo)體層的內(nèi)部(距離界面IOOnm的深度)的氧濃度的10倍以下。半導(dǎo)體層的種類(lèi)不變。(實(shí)施例2)發(fā)明人通過(guò)模擬來(lái)估測(cè)了 Ga照射中的真空度與襯底溫度的關(guān)系。所述模擬通過(guò)利用Outotec Research Oy公司制造的稱(chēng)為HSC Chemistry的化學(xué)反應(yīng)/平衡計(jì)算軟件導(dǎo)出。以下示出所估測(cè)的情況。氣氛壓力，加熱溫度(攝氏)。7.50E-02，攝氏 1070 度以上。7.50E-03，攝氏 860 度以上。7.50E-04，攝氏 710 度以上。7.50E-05，攝氏 610 度以上。7.50E-06，攝氏 540 度以上。7.50E-07，攝氏 490 度以上。7.50E-08，攝氏 450 度以上。7.50E-09，攝氏 400 度以上。7.50E-10，攝氏 370 度以上。7.50E-11，攝氏 340 度以上。7.50E-12，攝氏 310 度以上。7.50E-13，攝氏 290 度以上。表述“7.50E-13”表示“7.50X10_13”。根據(jù)該估測(cè)，隨著減小Ga照射中的真空度的值(高真空)，可以減小襯底溫度。在優(yōu)選的實(shí)施方式中圖示并說(shuō)明了本發(fā)明的原理，但本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，本發(fā)明可以在不脫離其原理的情況下變更配置和詳細(xì)內(nèi)容。本發(fā)明并不限定于本實(shí)施方式所公開(kāi)的特定構(gòu)成。因此，來(lái)自權(quán)利要求書(shū)及其精神的范圍的全部修改和變更均可申請(qǐng)權(quán)利。產(chǎn)業(yè)實(shí)用性如以上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，提供ー種具有良好歐姆接觸的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法。另外，根據(jù)本實(shí)施方式，提供ー種具有良好歐姆接觸的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。符號(hào)說(shuō)明IOa生長(zhǎng)爐
IOb處理裝置11 襯底12自然氧化物氧化鎵13半導(dǎo)體疊層13a半導(dǎo)體疊層的表面E、E2外延襯底15n型III族氮化物半導(dǎo)體區(qū)域17有源層19p型III族氮化物半導(dǎo)體區(qū)域21量子阱結(jié)構(gòu)23勢(shì)壘層25 阱層27電子阻擋層29p型包覆層31鎵助熔劑33氮化鎵基半導(dǎo)體層35導(dǎo)電膜SP3襯底產(chǎn)物41III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件43第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層45第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層47有源層49第一 III族氮化物半導(dǎo)體層51第二 III族氮化物半導(dǎo)體層53 電極J1、J2 接合55支撐基體
權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，用于制造III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中， 所述方法包括: 在真空腔室內(nèi)，以攝氏300度以上的襯底溫度，在不進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的成膜的情況下將外延襯底曝露在鎵氣氛中的エ序；和 在所述真空腔室內(nèi)，在所述外延襯底的主面上形成用于電極的導(dǎo)電膜，從而形成襯底產(chǎn)物的エ序，并且 所述外延襯底的所述主面具有包含氮化鎵基半導(dǎo)體的半極性， 所述外延襯底包含含有III族氮化物半導(dǎo)體的有源層。
2.按權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中， 還包括在襯底的主面上生長(zhǎng)半導(dǎo)體區(qū)域而形成所述外延襯底的エ序，并且 所述襯底的所述主面包含III族氮化物半導(dǎo)體， 所述半導(dǎo)體區(qū)域包含第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層、所述有源層、及第ニ導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層， 所述外延襯底包含 所述襯底， 所述襯底的所述主面以10度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜， 所述外延襯底的所述主面以10度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。
3.按權(quán)利要求1或2所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中， 所述外延襯底包含設(shè)置在所述有源層上的P型氮化鎵基半導(dǎo)體層； 所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體層含有鎂作為摻雜劑； 所述P型氮化鎵基半導(dǎo)體層的主面構(gòu)成所述外延襯底的所述主面。
4.按權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，所述導(dǎo)電膜包含 Au、Pd、N1、Rh、Al、T1、Zn、Cu、In、Ta、Pt、Tl 中的任ー種。
5.按權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，所述襯底溫度為所述外延襯底的形成中成膜溫度中的最低溫度以下。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，所述襯底溫度為攝氏900度以下。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中， 所述有源層包含InGaN層； 所述外延襯底的所述襯底溫度為所述有源層的所述InGaN層的生長(zhǎng)溫度以下。
8.按權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中， 還包括在將所述襯底產(chǎn)物從所述真空腔室取出后，對(duì)所述電極進(jìn)行圖案形成的エ序， 該方法在形成所述導(dǎo)電膜后不進(jìn)行用于所述電極的合金化。
9.按權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中， 所述襯底的所述III族氮化物半導(dǎo)體為GaN， 所述外延襯底的所述主面包含GaN。
10.按權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中， 所述外延襯底的所述主面以63度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。
11.按權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中， 在將所述外延襯底曝露在鎵氣氛中后，不進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的成膜，而進(jìn)行所述導(dǎo)電膜的形成。
12.按權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中， 還包括在將所述外延襯底曝露在鎵氣氛中后，在所述真空腔室內(nèi)，在所述有源層上進(jìn)行氮化鎵基半導(dǎo)體的成膜的エ序。
13.按權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中， 與所述導(dǎo)電膜形成接觸的氮化鎵基半導(dǎo)體層中的氧濃度為IXlO18cnT3以下。
14.一種III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中， 所述III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件包含: 第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層； 設(shè)置在所述第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層的主面上的有源層； 設(shè)置在所述有源層的主面上的III族氮化物半導(dǎo)體層；和 與所述III族氮化物半導(dǎo)體層形成接合的電極，并且 所述III族氮化物半導(dǎo)體層具有第二導(dǎo)電型， 所述接合相對(duì)于與所述第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層的c軸正交的基準(zhǔn)面傾斜。
15.按權(quán)利要求14所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中， 所述接合以10度以上且80度以下的范圍的角度從與沿所述c軸的方向延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜。
16.按權(quán)利要求14或15所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述電極包含Au、Pd、N1、Rh、Al、T1、Zn、Cu、In、Ta、Pt、Tl 中的任ー種。
17.按權(quán)利要求14至16中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中， 還包含具有包含III族氮化物半導(dǎo)體的主面的支撐基體，并且 所述支撐基體的所述主面以10度以上且80度以下的范圍的角度從與沿該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸延伸的基準(zhǔn)軸正交的面傾斜， 所述第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層、所述有源層、及所述III族氮化物半導(dǎo)體層在所述支撐基體的所述主面的法線方向上排列。
18.按權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中， 所述支撐基體的所述III族氮化物半導(dǎo)體為GaN， 所述III族氮化物半導(dǎo)體層的主面包含GaN。
19.按權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中， 所述III族氮化物半導(dǎo)體層中的氧濃度為IXlO18Cnr3以下。
20.按權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，所述有源層包含含有銦作為III族構(gòu)成元素的氮化鎵基半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有良好歐姆接觸的III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。該III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，接合JC相對(duì)于與氮化鎵基半導(dǎo)體層的c軸正交的基準(zhǔn)面傾斜，電極與該氮化鎵基半導(dǎo)體層的半極性面接合。但是，該氮化鎵基半導(dǎo)體層中的氧濃度使得生長(zhǎng)為用以形成接合JC的氮化鎵基半導(dǎo)體層中的氧濃度被降低。因電極與該氮化鎵基半導(dǎo)體層的半極性面形成接合，因此金屬/半導(dǎo)體接合顯示出良好的歐姆特性。
文檔編號(hào)H01L33/32GK103098241SQ20118004347
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者吉本晉, 三橋史典 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社