氮化物半导体器件制造技术

本发明专利技术提供一种具有多量子阱结构激活层的第一氮化物半导体光发射器件，该器件具有改进的发光强度和优良的耐静电压特性，从而能把应用扩展到多种产品中。激活层７是由包含Ｉｎ↓［ａ］Ｇａ↓［１－ａ］Ｎ（０≤ａ＜１）的多个量子阱结构构成。在包含ｐ型杂质的激活层上形成ｐ覆层８。ｐ覆层８是由包括含Ａｌ的第一氮化物半导体膜和具有不同于所述第一氮化物半导体膜成分的第二氮化物半导体膜的多膜层构成。做为选择，ｐ覆层８是由Ａｌ↓［ｂ］Ｇａ↓［１－ｂ］Ｎ（０≤ｂ≤１）制成的单一分层的层构成。在ｐ覆层８上生成ｐ型杂质浓度比ｐ覆层８低的低掺杂层９。在低掺杂层９上生长ｐ型杂质浓度比ｐ覆层８和低掺杂层９高的ｐ接触层。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光发射器件，如发光二极管(LED)和激光二极管(LD)，一种光电探测器，如太阳能电池和光学传感器，以及用于电子设备的其它氮化物半导体器件，如，晶体管和功率器件(它由分子式如InXAlYGa1-X-YN，0≤X，0≤Y，X+Y≤1表示)。
技术介绍
氮化物半导体器件已被实际开发，用于高发光的蓝色LED和纯绿色LED，以构成全色LED显示器、交通信号和图像扫描器的的光源。LED器件主要包含蓝宝石基片、GaN制成的缓冲层、掺杂Si的GaN制成的n接触层、由InGaN单个量子阱(SQW)结构或由包含InGaN的多量子阱(MQW)结构构成的激活层、由掺杂Mg的AlGaN构成的P覆层，以及由掺杂Mg的GaN构成的P接触层，其中，将那些层依次形成在基片上。LED器件有优良的光电特性，例如，在正向电流20mA情况下，蓝色的LED具有450nm的峰值波长，5mW的发光强度，以及9.1％的外部量子效率，而绿色LED具有520nm的峰值波长，3mW的发光强度，以及6.3％的外部量子效率。由于多量子阱结构具有多个微带，即使对于小的电流，每一微带也有效地发光，这是改善器件特所期望的，例如，具有多量子阱结构特性的激活层的LED器件具有比单量子阱结构大的发光强度。例如，日本专利申请JP10-135514中描述了具有多量子阱结构之激活层的LED器件，它包括具有不掺杂GaN之阻挡层和不掺杂InGaN之阱层的光发射层，还包括具有能带隙比激活层的阻挡层大的覆层，以便改善发光效率和发光强度。然而，作为用于照明灯的光源以及/或者暴露于直接的阳光外部显示器，普通LED器件的发光强度是不够的。很久以来即感到需要有发光强度得到改善的、具有量子阱结构之激活层的光发射器件，但是这种具有较高发光强度的LED器件还是不适用。另外，氮化物半导体构成的器件具有分层结构，它在抗静电电压方面可能是天生较差的。因此，即使比人能够感受到的电压低得多的100V静电电压，也可能轻易地损坏氮化物半导体器件。在处理该器件方面，实质上存在损坏器件特性的风险，例如，在将它取出抗静电的袋子，以及将它装配到产品中的情况下。因此，期望改进器件的静电耐压，以减低上述风险，从而提高氮化物半导体器件的可靠性。本专利技术的第二目的是提供一种具有被改进之耐静电电压特性的氮化物半导体光发射器件。通过有如下面将要描述的本专利技术第(1)至(14)项内容所述的第一氮化物半导体器件可以实现第一目的。(1)一种氮化物半导体器件，它包括基片和介于该基片与一激活层间的n区氮化物半导体分层结构，其特征在于包含InaGa1-aN(0≤a＜1)的多量子阱结构的激活层；在激活层上成形的p型多膜层，该p型多膜层包括含Al的第一氮化物半导体膜，具有不同于第一氮化物半导体膜成分的第二氮化物半导体膜，至少第一和第二氮化物半导体膜之一含有p型杂质；在p型多膜层上形成的p型低掺杂层，它具有比p型多膜层低的p型杂质浓度；以及在p型低掺杂层上形成的p接触层，它具有比p型多膜层更高的p型杂质浓度。(2)按照(1)项所述的氮化物半导体器件，其中p型低掺杂层是AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)制成的，而且p型低掺杂层具有比p型多膜层小的Al成分比。(3)按照(1)项所述的氮化物半导体器件，其中p型低掺杂层是由AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)构成的层的多膜分层结构形成的，而且p型低掺杂层的Al成分比小于p型多膜层的Al成分比。(4)一种氮化物半导体器件，它包括基片和介于该基片与一激活层之间的n区氮化物半导体分层结构，其特征在于包含InaGa1-aN(0≤a＜1)的多量子阱结构的激活层；在激活层上形成的p型单一分层的层，并由包含p型杂质的AlbGa1-bN(0≤b≤1)制成；在p型单一分层的层上形成的p型低掺杂层，它具有比p型单一分层的层更低的p型杂质浓度；以及在p型低掺杂层上形成的p接触层，它具有比p型单一分层的层更高的p型杂质浓度。(5)按照(4)项所述的氮化物半导体器件，其中p型低掺杂层由AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)制成，而且p型低掺杂层具有比p型单一分层的层更小的Al成分比。(6)按照(4)项所述的氮化物半导体器件，其中p型低掺杂层由AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)制成，而且p型低掺杂层的平均Al成分比小于p型单一分层的层的平均Al成分比。(7)按照(1)至(6)项中之一所述的氮化物半导体器件，其中在p型多膜层和p接触层内包含的杂质或者在p型单一分层的层和p接触层内包含的杂质被扩散进入p型低掺杂层。(8)按照(1)至(3)和(7)项之一所述的氮化物半导体器件，其中多膜层具有在5×1017/cm3至1×1021/cm3范围内的p型杂质浓度。(9)按照(4)至(7)项之一所述的氮化物半导体器件，其中单一膜层具有在5×1017/cm3至1×1021/cm3范围内的p型杂质浓度。(10)根据(1)至(9)项之一所述氮化物半导体器件，其中低掺杂层具有小于1×1019/cm3的p型杂质浓度。(11)按照(1)至(10)项之一所述的氮化物半导体器件，其中p接触层具有在1×1018/cm3至5×1021/cm3范围内的p型杂质浓度。(12)根据(1)至(11)项之一所述的氮化物半导体器件，其中n区氮化物半导体分层结构包括n区多膜层，该层具有未掺杂的氮化物半导体构成的下层膜，掺杂n型杂质的中间膜，以及由不掺杂的氮化物半导体构成的上层膜。(13)根据(1)至(12)之一所述氮化物半导体器件，其中n区氮化物半导体分层结构还包括在基片上依次形成的不掺杂的GaN层和包含n型杂质的n接触层。(14)根据(13)项所述氮化物半导体器件，其中不掺杂GaN层、n接触层以及n型第一多膜层的总厚度在2至20微米范围内。因此，本专利技术的第一氮化物半导体器件包含p型层(p型多膜层或P型单一分层的层)、低掺杂层以及p接触层，它们依次淀积在激活层上(在器件的p区)。p型层、低掺杂层以及p接触层中的每一层被调整到分别具有稍为中等掺杂、低掺杂和高掺杂的p型杂质浓度。p型杂质浓度的组合分布导致发光强度和耐静电电压的提高。虽然p型层通常用作覆层，但是它并不限定于此，即使p型层不用作覆层它也将在本专利技术的范围内。另外，p型低掺杂层由AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)构成，而且具有比p型层的Al成分比小的Al成分比(在此是指p型层是多膜层的平均Al成分比)，所以低掺杂层可以变薄，同时有利于保持发光强度和静电耐压。因此，低掺杂层的制造步骤可以缩短。根据本专利技术的第一氮化物半导体器件，p型低掺杂层可以由包括AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)所构成的层的多膜层形成的，其中p型低掺杂层的平均Al成分比设定为小于p型多膜覆层的平均Al成分比。p型低掺杂层包含p型杂质，这不仅是因为在制作过程中来自杂质气源的杂质流入p型低掺杂层，而且是因为在制作过程中相邻的p覆层内的杂质扩散进入p型低掺杂层。因此，通过调整p型低掺杂层的p型杂质浓度，可以轻易地调整p覆层的p型杂质浓度。如上面描述的，p覆层(p型多膜层或p型单一分层的层)，将低掺杂层以及p接触层调整到分别具有相当于中等掺杂、低掺杂和高掺杂的p型杂质浓度，另外，最好使它们分别落在5×1017/cm3至1×1021/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体器件，它包括基片和介于所述基片和一激活层之间的ｎ区氮化物半导体分层结构，其特征在于： 所述多量子阱结构的激活层包含Ｉｎ↓［ａ］Ｇａ↓［１－ａ］Ｎ（０≤ａ＜１）； 在所述激活层上形成的ｐ型多膜层，所述ｐ型多膜层包括： 包含Ａｌ的第一氮化物半导体膜， 具有与所述第一氮化物半导体膜的成分不同成分的第二氮化物半导体膜，至少所述第一和第二氮化物半导体膜之一含有ｐ型杂质； 在所述ｐ型多膜层上形成的ｐ型低掺杂层，它具有比所述ｐ型多膜层低的ｐ型杂质浓度；以及 在所述ｐ型低掺杂层上形成的ｐ接触层，它具有比所述ｐ型多膜层更高的ｐ型杂质浓度。

【技术特征摘要】
JP 1999-4-21 113050/99;JP 1999-9-8 254238/99;JP 191.一种氮化物半导体器件，它包括基片和介于所述基片和一激活层之间的n区氮化物半导体分层结构，其特征在于所述多量子阱结构的激活层包含InaGa1-aN(0≤a＜1)；在所述激活层上形成的p型多膜层，所述p型多膜层包括包含Al的第一氮化物半导体膜，具有与所述第一氮化物半导体膜的成分不同成分的第二氮化物半导体膜，至少所述第一和第二氮化物半导体膜之一含有p型杂质；在所述p型多膜层上形成的p型低掺杂层，它具有比所述p型多膜层低的p型杂质浓度；以及在所述p型低掺杂层上形成的p接触层，它具有比所述p型多膜层更高的p型杂质浓度。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体器件，其特征在于所述p型低掺杂层是AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)制成的，而且所述p型低掺杂层具有比所述p型多膜层小的Al成分比。3.根据权利要求1所述氮化物半导体器件，其特征在于所述p型低掺杂层是由AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)所构成的层的多膜分层结构形成，而且所述p型低掺杂层的平均Al成分比小于所述p型多膜层的平均Al成分比。4.一种氮化物半导体器件，它包括基片和介于所述基片和一激活层之间的n区氮化物半导体分层结构，其特征在于所述多量子阱结构的激活层包含InaGa1-aN(0≤a＜1)；在所述激活层上形成的p型单一分层的层，并且由包含p型杂质的AlbGa1-bN(0≤b≤1)制成；在所述p型单一分层的层上形成的p型低掺杂层，它具有比所述p型单一分层的层低的p型杂质浓度；以及在所述p型低掺杂层上形成的p接触层，它具有比所述p型单一分层的层更高的p型杂质浓度。5.根据权利要求4所述的氮化物半导体器件，其特征在于所述p型低掺杂层是由AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)制成的，而且所述p型低掺杂层具有比所述p型单一分层的层小的Al成分比。6.根据权利要求4所述氮化物半导体器件，其特征在于所述p型低掺杂层是由AlsGa1-sN(0＜s＜0.5)构成的，而且所述p型低掺杂层的平均Al成分比小于所述p型单一分层的层的平均Al成分比。7.根据权利要求1至6中任一项所述的氮化物半导体器件，其特征在于在所述p型多膜层和p接触层内包含的杂质，或者在所述p型单一分层的层和所述p接触层内包含的杂质被扩散进入所述p型低掺杂层。8.根据权利要求1至3和7之一所述的氮化物半导体器件，其特征在于所述多膜层具有在5×1017/cm3至1×1021/cm3范围内的p型杂质浓度。9.根据权利要求4至7之一所述的氮化物半导体器件，其特征在于所述单一分层的层具有在5×1017/cm3至1×1021/cm3范围内的p型杂质浓度。10.根据权利要求1至9之一所述氮化物半导体器件，其特征在于所述低掺杂层具有小于1×1019/cm3的p型杂质浓度。11.根据权利要求1至9之一所述的氮化物半导体器件，其特征在于所述p接触层具有在1×1018/cm3至5×1021/cm3范围内的p型杂质浓度。12.根据权利要求1至9之一所述的氮化物半导体器件，其特征在于所述n区氮化物半导体分层结构包括n区多膜层，它具有由不掺杂的氮化物半导体构成的下层膜、掺杂有n型杂质的中间膜，以及由不掺杂的氮化物半导体构成的上层膜。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷沢公二，
申请(专利权)人：日亚化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]