CN114122199A - p型第III族氮化物半导体的制造方法 - Google Patents
p型第III族氮化物半导体的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114122199A CN114122199A CN202110884946.9A CN202110884946A CN114122199A CN 114122199 A CN114122199 A CN 114122199A CN 202110884946 A CN202110884946 A CN 202110884946A CN 114122199 A CN114122199 A CN 114122199A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- concentration
- group iii
- nitride semiconductor
- layer
- iii nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 39
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 26
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 abstract description 43
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 abstract description 8
- 239000000470 constituent Substances 0.000 abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 142
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 89
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 6
- 229910019080 Mg-H Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 i.e. Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- USZGMDQWECZTIQ-UHFFFAOYSA-N [Mg](C1C=CC=C1)C1C=CC=C1 Chemical compound [Mg](C1C=CC=C1)C1C=CC=C1 USZGMDQWECZTIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000005136 cathodoluminescence Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen(.) Chemical compound [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及包含Al作为必需构成要素的p型第III族氮化物半导体的制造方法。使包含Al作为必需构成要素的p型第III族氮化物半导体的载流子浓度提高。通过MOCVD法在发光层(13)上形成由掺杂Mg的AlGaN构成的电子阻挡层(14)。这里，电子阻挡层(14)以p型化的热处理前的H浓度与Mg浓度之比H/Mg成为50～100％的方式形成。H/Mg可以通过电子阻挡层(14)的生长温度、V/III比、Mg浓度等来控制。
Description
技术领域
本发明涉及包含Al作为必需构成要素的p型第III族氮化物半导体的制造方法。
背景技术
在由第III族氮化物半导体构成的紫外线发光的发光元件中，在发光层上形成由p－AlGaN构成的电子阻挡层，防止电子扩散到p侧从而实现发光效率的提高。
在非专利文献1中表明了在图2和图3中GaN、AlN中的H+、H-的形成能的边界(形成能相对于费米能级的最大值)位于距离AlN的导带2.5eV附近，GaN与H+、H-的形成能的边界位置(距离导带0.5eV)大不相同。另外，表明了在Mg被掺入到GaN、AlN中时，形成Mg－H的情况比Mg单质的形成能低，因此容易被掺入到第III族位点。
在非专利文献2中表明了，对于GaN，在Mg浓度为3×1019cm-3以下的情况下，Mg浓度与H浓度相等，形成Mg－H的复合物。形成Mg－H的复合物后通过热处理使H从GaN中脱离，可以得到p型。表明了净的受主浓度等于通过热处理而脱离的H浓度。另一方面，表明了在Mg浓度为3×1019cm-3以上的情况下，Mg浓度与H浓度不相等，一部分形成Mg－H的复合物，剩余可能形成Mg单质或Mg簇。另外，未观察到由热处理而引起的H的脱离。因此，表明了通过由过量掺杂的Mg产生的Mg2N3、氮空位而补偿载流子，不能得到高载流子浓度。
在非专利文献3中提到了通过控制第III族氮化物半导体的费米能级来抑制各种缺陷的可能性。
现有技术文献
专利文献
非专利文献1：PHYSICAL REVIEW LETTERS 108,156403(2012)
非专利文献2：APPLIED PHYSICS LETTERS 98,213505(2011)
非专利文献3：JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 120,185704(2016)
发明内容
为了提高紫外线发光元件的输出，需要提高p－AlGaN的载流子浓度。另外，如果能够实现不使用由p－GaN构成的接触层的深紫外线发光元件，则可以抑制p层的光吸收，可以使在将GaN用于p层的情况下的光提取效率从7％左右理论上提高到80％。但是，在AlGaN中Mg活化能高，受主被补偿到氮空位，因此难以提高p－AlGaN的载流子浓度，对于p－AlGaN与金属的接触也困难。
因此本发明的目的在于提高以Al为必需构成要素的掺杂Mg的p型第III族氮化物半导体的载流子浓度。
发明人为了提高p－AlGaN的载流子浓度而重复地研究，结果发现在AlGaN中与GaN不同，Mg浓度与H浓度不相等。即，在GaN中生成Mg与H的键Mg－H，Mg容易进入Ga位点，由此可以实现载流子浓度的提高，但是可知在AlGaN中H浓度比Mg浓度低，Mg－H变少，因此载流子浓度不提高。而且发明人发现，通过抑制氮空位的产生而使H浓度与Mg浓度之比接近100％，由此可以提高载流子浓度并降低电阻。本发明是基于发明人的上述发现而完成的。
本发明是一种p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，在以Al为必需构成要素的掺杂Mg的p型第III族氮化物半导体的制造方法中，在p型化的热处理前，以晶体中的H浓度与Mg浓度之比成为50～100％的方式形成掺杂Mg的第III族氮化物半导体。
以Al为必需构成要素的第III族氮化物半导体为AlN、AlGaN、AlInN或AlGaInN。
第III族氮化物半导体的生长温度优选为1100℃以上。
第III族氮化物半导体的V/III比优选为2000～10000。
第III族氮化物半导体的Mg浓度优选为1×1018～2×1020/cm3。进一步优选为7×1018～7×1019/cm3。
CL(阴极发光)光谱中的3～3.8eV的峰强度与4.37～4.6eV的峰强度之比优选为3以下。4.37～4.6eV的峰表示由第III族位点的Mg引起的跃迁，3～3.8eV的峰表示从由第V族空位引起的缺陷能级的跃迁。
第III族氮化物半导体的生长压力优选为10～60kPa。
第III族氮化物半导体的C浓度优选为1×1017/cm3以下。
根据本发明，可以提高以Al为必需构成要素的掺杂Mg的p型第III族氮化物半导体的载流子浓度，可以实现低电阻化。
附图说明
图1是表示实施例1的发光元件的构成的图。
图2是表示H/Mg与生长温度的关系的图表。
图3是表示H/Mg与V/III比的关系的图表。
图4是表示H/Mg与峰强度比的关系的图表。
图5是表示发光元件的输出P0与V/III比的关系的图表。
图6是表示发光元件的正向电压Vf与V/III比的关系的图表。
图7是表示H/Mg与Mg浓度的关系的图表。
图8是表示H浓度与Mg浓度的关系的图表。
图9是表示C浓度与生长温度的关系的图表。
图10是表示C浓度与生长压力的关系的图表。
图11是表示C浓度与V/III比的关系的图表。
符号说明
10：基板
11：缓冲层
12：n接触层
13：发光层
14：电子阻挡层
15：p接触层
16：透明电极
17：p电极
18：n电极
具体实施方式
以下，参照图对本发明的具体实施例进行说明，但是本发明不限定于实施例。
实施例1
图1是表示实施例1的发光元件的构成的图。是倒装型的紫外线发光元件，具有基板10、缓冲层11、n接触层12、发光层13、电子阻挡层14、p接触层15、透明电极16、p电极17和n电极18。
(各层的构成)
首先，对实施例1的发光元件的各层的构成进行说明。
基板10是由蓝宝石构成的生长基板。基板10的厚度例如为900μm。除蓝宝石以外，也可以使用AlN、Si、SiC、ZnO等。
缓冲层11位于基板10上。缓冲层11为依次层叠有核层、低温缓冲层、高温缓冲层这3层的结构。核层由在低温下生长的未掺杂的AlN构成，是成为晶体生长的晶核的层。核层的厚度例如为10nm。低温缓冲层是由在比核层更高温下生长的未掺杂的AlN构成的层。低温缓冲层的厚度例如为0.3μm。高温缓冲层是由在比低温缓冲层更高温下生长的未掺杂的AlN构成的层。高温缓冲层的厚度例如为2.7μm。通过设置这样的缓冲层11，可以减少AlN的贯穿位错的密度。
n接触层12位于缓冲层11上。n接触层12由n－AlxGayN(其中x+y＝1)构成。Si浓度优选为1×1019～5×1019/cm3。这是因为可以兼顾实施例1的发光元件的发光效率提高和低电阻化。作为n接触层12的构成的一个例子，Al组成100x摩尔％(以下，组成是指摩尔％(AlN摩尔％)。x为组成比)为62摩尔％，厚度为1.3μm，Si浓度为2×1019/cm3。
发光层13位于n接触层12上。发光层13是阱层为两层的MQW结构。即，是依次层叠有第1势垒层、第1阱层、第2势垒层、第2阱层、第3势垒层的结构。第1阱层和第2阱层由n－AlxGayN(其中x+y＝1)构成。其Al组成根据期望的发光波长来设定。例如波长为210～360nm，特别为250～300nm。第1势垒层、第2势垒层和第3势垒层由Al组成比第1阱层和第2阱层高的n－Alx1Gay1N(其中x1+y1＝1，x≤x1)构成。作为第1阱层和第2阱层的构成的一个例子，Al组成为40摩尔％，厚度为2.4nm，Si浓度为9×1018/cm3。作为第1势垒层和第2势垒层的构成的一个例子，Al组成为55摩尔％，厚度为11nm，Si浓度为9×1018/cm3。作为第3势垒层的构成的一个例子，Al组成为55摩尔％，厚度为4nm，Si浓度为5×1018/cm3。
电子阻挡层14位于发光层13上。电子阻挡层14由Al组成比第3势垒层高的掺杂Mg的p－AlGaN构成。通过电子阻挡层14而抑制电子扩散到p接触层15侧。电子阻挡层14不需要是单层，可以由多个层构成。例如，可以是交替地重复层叠Al组成不同的2层而成的构成。另外，也可以是使Al组成从第3势垒层向p接触层15倾斜的构成。
电子阻挡层14的优选的构成如下。Al组成为60～90摩尔％，厚度为10～50nm，Mg浓度为7×1018～1×1020/cm3，载流子浓度为1×1016～1×1017/cm3。作为一个例子，Al组成为80摩尔％，厚度为25nm，Mg浓度为5×1019/cm3。
p接触层15位于电子阻挡层14上。p接触层15是依次层叠有第一p接触层15A和第二p接触层15B的结构。第一p接触层15A由掺杂Mg的p－AlGaN构成，第二p接触层15B由掺杂Mg的p－GaN构成。第一p接触层15A的Al组成小于电子阻挡层14的Al组成且以不吸收发光波长的光的方式来设定。通过将p接触层15制成这样的2层构成，从而抑制由p接触层15引起的光吸收，提高光输出。以往由于不能提高p－AlGaN的载流子浓度，所以难以将p接触层15制成这样的构成。但是，根据后述的方法能够形成载流子浓度高的p－AlGaN，因此可以采用这样的p接触层15的构成。
第一p接触层15A的优选的构成如下。Al组成为60～90摩尔％，厚度为10～50nm，Mg浓度为7×1018～1×1020/cm3，载流子浓度为1×1016～1×1017/cm3。作为一个例子，Al组成为50摩尔％，厚度为50nm，Mg浓度为5×1019/cm3。
第二p接触层15B的优选的构成如下。厚度为10～30nm，Mg浓度为1×1020～6×1020/cm3。作为一个例子，厚度为18nm，Mg浓度为4×1020/cm3。
在p接触层15表面的一部分区域设置有槽。槽是贯穿p接触层15和发光层13而到达n接触层的深度。该槽用于设置n电极18。
透明电极16位于p接触层15上。透明电极16的材料例如为IZO、ITO、ICO、ZnO、MgZnO等透明导电性氧化物。这里所说的透明是指可见光波长区域的透射率高。作为一个例子，使用膜厚为2nm的薄膜ITO。
p电极17位于透明电极16上。p电极17为Rh、Ni/Al、Pd/Al、Pd/Al/Au、Ni/Au、Al等。作为一个例子，使用Al。
n电极18位于在槽的底面露出的n接触层12上。n电极18为Ti/Al/Ni、V/Al/Ni、V/Al/Ru等。
以上，对于实施例1的发光元件，由p－AlGaN构成的电子阻挡层14和第一p接触层15A的载流子浓度高，降低电阻。另外，由GaN构成的第二p接触层15B的厚度薄，因此从发光层13辐射的光的吸收少。因此，根据实施例1的发光元件，可以提高光输出，可以降低正向电压。
(关于发光元件的制造工序)
接下来，对实施例1的发光元件的制造工序进行说明。应予说明，在第III族氮化物半导体的晶体生长中使用MOCVD法，使用氨作为氮源，使用三甲基镓或三乙基镓作为Ga源，使用三甲基铝作为Al源。另外，使用硅烷作为n型掺杂剂气体，使用双(环戊二烯基)镁作为p型掺杂剂气体。另外，使用氢气、氮气作为载气。
首先，准备由蓝宝石构成的基板10。然后，在基板10上形成缓冲层11。缓冲层11的形成首先通过MOCVD法形成由AlN构成的核层。生长温度例如为880℃。接着，通过MOCVD法在核层上依次形成由AlN构成的低温缓冲层、高温缓冲层。
接下来，通过MOCVD法在缓冲层11上形成由n－AlGaN构成的n接触层12。
接下来，通过MOCVD法在n接触层12上形成发光层13。发光层13的形成通过依次层叠第1势垒层、第1阱层、第2势垒层、第2阱层、第3势垒层来形成。
接下来，通过MOCVD法在发光层13上形成由掺杂Mg的AlGaN构成的电子阻挡层14。这里，电子阻挡层14以p型化的热处理前的H浓度(个数/cm3)与Mg浓度(个数/cm3)之比H/Mg成为50～100％(H/Mg×100％，以下H/Mg同样地以％表示)的方式来形成。更优选的H/Mg的范围为70～100％，进一步优选为80～100％。将H/Mg设为这样的范围的理由如下。
在GaN中，H+、H-的形成能的边界接近导带，容易形成H+。因此容易形成Mg与H的键Mg－H，Mg容易进入Ga位点，由此可以提高载流子浓度。另一方面，发明人发现在AlGaN中，在p型化的热处理前H浓度比Mg浓度低。如果H浓度低于Mg浓度，则p－AlGaN的载流子浓度变低。认为其理由如下。AlGaN的H+、H-的形成能的边界(形成能相对于费米能级的最大值)接近价带。因此，电子相对于H的导带的跃迁能量变大，因此不易形成H+。由于不易形成H+，所以由AlGaN中的氮缺陷引起的施主的影响变大，比起H+、H-的形成能的边界，费米能级位于更接近导带的一侧。由于费米能级接近导带，进一步阻碍了H+的形成。从这些理由可认为在AlGaN中生长的晶体中的H浓度低于Mg浓度。其结果是不易形成Mg－H，Mg不易进入Ga位点，载流子浓度不提高。
因此，在实施例1中，在p型化的热处理前将晶体中的H/Mg设为50～100％，使H浓度接近Mg浓度。如果这样，则可以使AlGaN的费米能级接近价带，可以减少AlGaN中的氮缺陷。于是，在AlGaN中容易形成H+，可以增加Mg与H的键即Mg－H，Mg容易被掺入到受主位点。其结果可以提高AlGaN的载流子浓度。
H/Mg可以通过电子阻挡层14的生长温度、V/III比、Mg浓度等来控制。例如，通过将生长温度、V/III比、Mg浓度设为以下的范围，可以将H/Mg控制在50～100％。
生长温度为1100℃以上。生长温度的上限只要为AlGaN不蒸发的范围即可，例如为1400℃以下。更优选为1250℃以上，进一步优选为1300℃以上。
V/III比为2000～10000。更优选为3000～9000，进一步优选为4000～8000。
Mg浓度为1×1018～2×1020/cm3。在掺杂了多于2×1020/cm3的Mg的情况下，第III族(Al和Ga)和第V族(N)的排列反转，发生极性反转。在发生极性反转的情况下，容易掺入C、O等杂质，使电气特性劣化。进一步优选为7×1018～7×1019/cm3。
另外，H/Mg也可以通过CL光谱的峰强度比来控制。具体而言，如果使3～3.8eV的峰强度与4.37～4.6eV的峰强度之比为3以下，则可以使H/Mg为50～100％。应予说明，4.37～4.6eV的峰表示由第III族位点的Mg引起的跃迁，3～3.8eV的峰表示从由第V族空位引起的缺陷能级的跃迁。CL光谱优选为充分低温、例如10K以下的值。
生长压力优选为10～60kPa。这是因为在AlGaN的情况下，如果生长压力高，则Al和NH3发生寄生反应，无法顺利生长。另外，为了将C浓度控制在后述的范围，也优选将生长压力设为上述范围。
C浓度优选为1×1017/cm3以下。C置换第V族位点的N，进行像施主一样的动作，补偿受主。因此，认为费米能级向导带侧移动，成为阻碍H+形成的重要因素。即，C浓度被认为是载流子补偿重要因素，如果C浓度高，则H/Mg减少。C浓度越低越好，下限不特别规定，但是1×1016/cm3左右为背景水平。生长温度越高，V/III比越高，生长压力越高，越可以降低C浓度。例如，通过将生长温度设为1050～1300℃、V/III比设为1000～10000、生长压力设为10～60kPa，可以将C浓度控制在1×1017/cm3以下。应予说明，认为由C浓度引起的载流子补偿的强度弱于由第V族空位引起的载流子补偿。
接下来，通过MOCVD法在电子阻挡层14上形成p接触层15。p接触层15的形成通过依次层叠由掺杂Mg的AlGaN构成的第一p接触层15A、由掺杂Mg的GaN构成的第二p接触层15B来形成。这里，第一p接触层15A与电子阻挡层14同样地以H/Mg成为50～100％的方式来形成。由此可以提高第一p接触层15A的载流子浓度。
然后，在氮气氛下进行热处理，由此进行电子阻挡层14和p接触层15的p型化。由于使p型化的热处理前的H/Mg为50～100％，所以可以使得p型化的热处理后的电子阻挡层14、第一p接触层15A的载流子浓度为高于以往的制造方法的值。
接下来，对p接触层15表面的规定区域进行干式蚀刻，形成到达n接触层12的深度的槽。
接下来，在p接触层15上形成透明电极16。接下来，在透明电极16上形成p电极17，在露出于槽的底面的n接触层12上形成n电极。透明电极16、p电极17和n电极18通过溅射、蒸镀等来形成。通过以上方式制造实施例1的发光元件。
接下来，对与实施例1相关的各种实验例进行说明。
(实验1)
制作在由蓝宝石构成的基板上依次层叠由AlN构成的缓冲层、未掺杂的AlGaN、掺杂Mg的p－AlGaN而得的试样，通过二次离子质谱法(SIMS)测定p－AlGaN的H浓度、Mg浓度、C浓度、H/Mg，通过CL光谱测定由第V族空位和第III族位点Mg引起的跃迁。
图2是表示H/Mg与p－AlGaN的生长温度的关系的图表。p－AlxGa1－xN的Al组成100x为35摩尔％、60摩尔％、80摩尔％、100摩尔％(即AlN)这4种。应予说明，该生长温度为利用热电偶测定基板而得的值，基板表面温度比测定的生长温度低80～100℃。如图2所示，可知生长温度越高，H/Mg越高，越接近100％。
图3是表示H/Mg与形成p－AlGaN时的V/III比的关系的图表。p－AlGaN的Al组成为35摩尔％、50摩尔％、85摩尔％。如图3所示，可知V/III比越高，H/Mg越高，越接近100％。另外，从图3可以推测，如果V/III比为2000～10000，则可以使H/Mg为50％以上。另外，从图2、3可以推测，Al组成在20摩尔％～40摩尔％或70摩尔％～90摩尔％的范围内可以进一步提高H/Mg。认为Al组成在50摩尔％附近不易提高H/Mg，这与AlGaN中的缺陷或位错密度有关。在AlGaN层的Al组成高的情况下，与基底的AlN层的晶格匹配性不大，很少发生失配位错。另一方面，在AlGaN层的Al组成低的情况下，在AlGaN生长开始时经常发生失配位错，但是随着生长膜厚增加，失配位错彼此重叠并减少。因此，认为在作为中间组成的Al组成50摩尔％附近，H/Mg不易提高。
图4是表示H/Mg与峰强度比的关系的图表。峰强度比表示AlGaN的第V族空位的量，为Al组成50摩尔％的p－AlGaN的CL光谱中的3～3.8eV的峰强度与4.37～4.6eV的峰强度之比。4.37～4.6eV的峰表示由第III族位点的Mg(MgIII)引起的跃迁，3～3.8eV的峰表示从由第V族空位(VN)引起的缺陷能级的跃迁。如图4所示，可知随着峰强度比变小，H/Mg增加，如果峰强度比为3以下，则可以使H/Mg为50％以上。
图7是表示H/Mg与Mg浓度的关系的图表，图8是表示H浓度与Mg浓度的关系的图表。如图7所示，可知有Mg浓度越高，H/Mg越高的倾向。另外，如图8所示，可知直到Mg浓度为2×1019/cm3附近，随着Mg浓度的增加，H浓度大致以线性增加，但是如果超过2×1019/cm3，则H浓度饱和。如果考虑该结果和实际设备中实用的Mg浓度，则认为Mg浓度最佳为7×1018～7×1019/cm3的范围。
图9是表示C浓度与生长温度的关系的图表，图10是表示C浓度与生长压力的关系的图表，图11是表示C浓度与V/III比的关系的图表。如图9所示，可知生长温度越高，C浓度越降低。另外，如图10所示，可知生长压力越高，C浓度越降低。另外，如图11所示，可知V/III比越高，C浓度越降低。这样，可知C浓度可以通过生长温度、生长压力、V/III比来控制，可以控制在1×1017/cm3以下。
(实验2)
改变形成电子阻挡层14和第一p接触层15A时的V/III比来制作实施例1的发光元件，测定输出P0和正向电压Vf。
图5是表示发光元件的输出P0与V/III比的关系的图表。如图5所示，V/III比越大，输出P0越高，特别是V/III比在2000以上，输出P0的提高大。如图3所示，由于V/III比的提高而H/Mg变大，认为电子阻挡层14和第一p接触层15A的载流子浓度提高，因此输出P0提高。
图6是表示发光元件的正向电压Vf与V/III比的关系的图表。如图6所示，V/III比越大，正向电压Vf越少，确认了由电子阻挡层14和第一p接触层15A的载流子浓度提高引起的低电阻化。
(变形例)
实施例1实现了p－AlGaN的载流子浓度提高，但是本发明不仅适用于AlGaN，还适用于AlN、AlInN、AlGaInN。即，只要是以Al为必需构成要素的第III族氮化物半导体就都适用。另外，本发明只要以Al为必需构成要素，则Al组成的值不受限，但如果Al组成为20摩尔％～40摩尔％或70摩尔％～90摩尔％，则H/Mg更容易提高，载流子浓度的提高也更容易。
工业上的可利用性
本发明适用于紫外线发光元件的制造，特别适于波长为250～300nm的情况。
Claims (10)
1.一种p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，在以Al为必需构成要素的掺杂Mg的p型第III族氮化物半导体的制造方法中，
在p型化的热处理前，以晶体中的H浓度与Mg浓度之比成为50～100％的方式形成掺杂Mg的第III族氮化物半导体。
2.根据权利要求1所述的p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，所述第III族氮化物半导体的生长温度为1100℃以上。
3.根据权利要求1所述的p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，所述第III族氮化物半导体的V/III比为2000～10000。
4.根据权利要求2所述的p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，所述第III族氮化物半导体的V/III比为2000～10000。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，所述第III族氮化物半导体的Mg浓度为1×1018～2×1020/cm3。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，所述第III族氮化物半导体的Mg浓度为7×1018～7×1019/cm3。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，所述第III族氮化物半导体的Al组成为20％～40％或70％～90％。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，CL光谱中的3～3.8eV的峰强度与4.37～4.6eV的峰强度之比为3以下。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，所述第III族氮化物半导体的生长压力为10～60kPa。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的p型第III族氮化物半导体的制造方法，其特征在于，所述第III族氮化物半导体的C浓度为1×1017/cm3以下。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020-142146 | 2020-08-25 | ||
| JP2020142146A JP7484572B2 (ja) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114122199A true CN114122199A (zh) | 2022-03-01 |
Family
ID=80440766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110884946.9A Pending CN114122199A (zh) | 2020-08-25 | 2021-08-03 | p型第III族氮化物半导体的制造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7484572B2 (zh) |
| CN (1) | CN114122199A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003264345A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-09-19 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2007165515A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| WO2016143653A1 (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | 株式会社トクヤマ | Ｉｉｉ族窒化物積層体、及び該積層体を有する発光素子 |
| CN107210339A (zh) * | 2015-02-05 | 2017-09-26 | 同和电子科技有限公司 | 第iii族氮化物半导体发光元件和其制造方法 |
| JP2020098908A (ja) * | 2018-12-14 | 2020-06-25 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3833227B2 (ja) | 2003-11-04 | 2006-10-11 | 昭和電工株式会社 | ＩＩＩ族窒化物ｐ型半導体の製造方法およびＩＩＩ族窒化物半導体発光素子 |
| JP5046324B2 (ja) | 2007-02-01 | 2012-10-10 | 日本碍子株式会社 | ＭｇドープＩＩＩ族窒化物半導体のＰ型導電性向上方法およびＰ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法 |
| JP6356530B2 (ja) | 2014-08-08 | 2018-07-11 | ウシオ電機株式会社 | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2017017172A (ja) | 2015-06-30 | 2017-01-19 | キヤノン株式会社 | 面発光レーザ、レーザアレイ、固体レーザ、情報取得装置、画像形成装置、及びレーザアレイの製造方法 |
| JP2017028076A (ja) | 2015-07-22 | 2017-02-02 | 株式会社トクヤマ | Ｉｉｉ族窒化物発光素子の製造方法 |
| JP6379265B1 (ja) | 2017-09-12 | 2018-08-22 | 日機装株式会社 | 窒化物半導体発光素子及び窒化物半導体発光素子の製造方法 |
-
2020
- 2020-08-25 JP JP2020142146A patent/JP7484572B2/ja active Active
-
2021
- 2021-08-03 CN CN202110884946.9A patent/CN114122199A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003264345A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-09-19 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2007165515A (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-28 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| CN107210339A (zh) * | 2015-02-05 | 2017-09-26 | 同和电子科技有限公司 | 第iii族氮化物半导体发光元件和其制造方法 |
| CN109980057A (zh) * | 2015-02-05 | 2019-07-05 | 同和电子科技有限公司 | 第iii族氮化物半导体发光元件和其制造方法 |
| WO2016143653A1 (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-15 | 株式会社トクヤマ | Ｉｉｉ族窒化物積層体、及び該積層体を有する発光素子 |
| JP2020098908A (ja) * | 2018-12-14 | 2020-06-25 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7484572B2 (ja) | 2024-05-16 |
| JP2022037808A (ja) | 2022-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11024769B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting element and method of manufacturing same | |
| CN109980057B (zh) | 第iii族氮化物半导体发光元件和其制造方法 | |
| CN111164768B (zh) | 深紫外发光元件及其制造方法 | |
| TWI659547B (zh) | Iii族氮化物半導體發光元件的製造方法 | |
| CN101262037B (zh) | 氮化物半导体发光装置 | |
| WO2011077473A1 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
| TW201841385A (zh) | Iii族氮化物半導體發光元件及其製造方法 | |
| JP2010028072A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| US9196786B2 (en) | Semiconductor light emitting element and method for manufacturing the same | |
| CN107004744A (zh) | 第iii族氮化物半导体发光器件的制造方法和第iii族氮化物半导体发光器件 | |
| JP6323782B2 (ja) | 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法 | |
| TWI585993B (zh) | Nitride light emitting device and manufacturing method thereof | |
| JP5974980B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| CN114122199A (zh) | p型第III族氮化物半导体的制造方法 | |
| KR100850780B1 (ko) | 질화물계 반도체 발광소자의 제조방법 | |
| US20150263220A1 (en) | Semiconductor light-emitting element and method for manufacturing the same | |
| CN113330586A (zh) | 深紫外发光元件用反射电极的制造方法、深紫外发光元件的制造方法及深紫外发光元件 | |
| US8367529B2 (en) | Method for preparing a semiconductor | |
| US20230420603A1 (en) | Method of manufacturing semiconductor light-emitting element | |
| JP2007201145A (ja) | ｎ型ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の成長方法 | |
| JP2022110973A (ja) | 発光素子の製造方法、及び発光素子の水素の抜き出し方法 | |
| JP2003051613A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体及び素子の製造方法 | |
| JP6103268B2 (ja) | 窒化物発光素子及びその製造方法 | |
| JP2004289013A (ja) | ＡｌＧａＮ系化合物半導体のｐ型活性化方法 | |
| JP2021197531A (ja) | 発光素子及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |