立方晶体氮化物半导体器件及其制造方法技术

目的是在立方晶体Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体衬底上边，形成表面平坦性和结晶性良好的立方晶体氮化物半导体晶体。其构成是：具有含铝的立方晶体半导体层，在氮化合物气氛中加热该半导体层２，使半导体层的一个表面氮化，之后，采用向上述半导体层上供给氮化合物和含Ⅲ族元素的化合物的办法，在上述半导体层２上形成立方体氮化物半导体层３。（*该技术在2018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。氮化镓，氮化铟，氮化铝等的立方晶体氮化物半导体适合于用作蓝色半导体激光器件和在高温下高速动作的晶体管等的材料。以下，对现有的立方晶体氮化物半导体器件的制造方法进行说明。图4示出了现有的立方晶体氮化物半导体器件的制造工序。如图4(a)所示，首先，在把GaAs衬底4设置到生长反应炉内之后，采用在As化合物气氛中加热到约600℃的办法，除去存在于GaAs衬底4表面上的氧化物。其次，把生长反应炉的气氛由As化合物切换为氨(NH3)或二甲基肼((CH3)2-N2-H2)等的氮化合物，继续施行加热处理。在该工序中的加热处理，一般叫做‘表面氮化’，在该工序中GaAs衬底4表面的As原子被N原子置换，在GaAs衬底4的表面上形成薄的GaN晶体薄膜。之后，采用供给Ga化合物的办法，如图4(b)所示，在GaAs衬底4上形成立方晶体氮化物半导体的GaN晶体层5。也可以不用GaAs衬底4而代之以用磷化镓(GaP)衬底或者硅(Si)衬底等。但是，在上述现有的立方晶体氮化物半导体器件的制造方法中，在表面氮化工序中，在As原子和N原子进行置换之际，Ga原子或GaN原子将残留在衬底表面上。由于这些Ga原子和GaN原子表面迁移率高，而且在缓和起因于晶格不匹配的大的表面能的方向上作用有移动力，故容易在GaAs衬底表面上移动。为此，已经确认，在GaAs衬底表面上，将形成高度为数十到数百埃的晶面(facet)状的凹凸(JPN.J.Appl.Phys.Vol.33(1994)pp.18-22；JapaneseJournal of Applied Physics(日本应用物理杂志)33卷，1994年，18～22页)。该凹凸一旦形成，则存在着下述问题其后的GaN晶体层的表面形态(morphology)将恶化，结果变成为在GaN晶体层中混合存在有六方晶体氮化物半导体，GaN晶体层的晶体性将显著地降低。本专利技术的目的是采用进行表面氮化而不会在衬底上边形成凹凸的办法，提供可以在衬底上形成晶体性良好的立方晶体氮化物半导体的。本专利技术的立方晶体氮化物半导体器件，采用使含铝的立方晶体半导体层的一个表面先被氮化，再在该表面上边形成立方晶体半导体层的办法构成。此外，本专利技术的立方晶体氮化物半导体器件的制造方法，采用先形成含铝立方晶体的半导体层，再在氮化合物的气氛中加热该半导体层的办法，使上述半导体层的一个表面氮化，之后，采用向上述半导体层上边供给氮化合物与含有Ⅲ族元素化合物的办法，在上述半导体层上形成立方晶体氮化物半导体层。倘采用本专利技术，由于在半导体层中存在着表面迁移率极其之小的铝原子，故表面氮化工序中的Ⅲ族原子和Ⅲ族原子与氮的化合物分子的表面扩散受到抑制，为此，可以使半导体层的表面在保持平坦的状态下照原样进行表面氮化。结果可以在表面氮化后的半导体层上形成平坦的立方晶体氮化物半导体层。附图说明图1示出了本专利技术的实施例1的立方晶体氮化物半导体器件的制造方法。图2示出了上述立方晶体氮化物半导体器件的半导体层中的Al组分比与立方晶体氮化物半导体层表面的平坦性之间的关系。图3示出了本专利技术的实施例2的立方晶体氮化物半导体器件的制造方法。图4示出的是现有的立方晶体氮化物半导体器件的制造方法。以下，用图1到图3说明本专利技术的实施例。实施例1图1(c)是本专利技术的实施例1的立方晶体氮化物半导体器件的剖面图。在图1(c)中，在用GaAs构成的衬底1上边已顺次形成了由Al0.3Ga0.7As构成的半导体层2和由GaN构成的立方晶体氮化物半导体层3。另外，与立方晶体氮化物半导体层3接连的半导体层2的表面已经进行了表面氮化。其次用图1(a)到图1(c)对立方晶体氮化物半导体器件的制造方法进行说明。首先，采用把图1(a)所示的衬底1在分子束外延(MBE)装置中边照射As分子束边加热到约600℃的办法，除去存在于衬底1表面上的氧化物。之后，采用供给Ga和Al的办法，如图1(b)所示，形成由Al0.3Ga0.7As构成的半导体层2，并在该半导体层2的膜厚变成为约0.1μm的时候，中止供给Al、Ga和As。其次，开始进行二甲基肼的照射以开始进行半导体层2的表面氮化。在表面氮化期间，用反射高能电子衍射计(RHEED)监视表明半导体层2的表面结晶状态的RHEED图案，用从表明Al0.3Ga0.7As的存在的RHEED图案迁移到表明Al0.3Ga0.7N的存在的RHEED图案的时刻，可以从半导体层2的表面确认多个原子层的As原子已被置换为N原子，就是说，可以确认半导体层2表面已被氮化。在实施例1中，从开始提供二甲基肼到产生这样RHEED图案的迁移为止，大约需要5分钟的时间。在确认了该迁移之后，采用除二甲基肼之外还供给Ga的办法，使之生长由GaN构成的立方晶体氮化物半导体层3。在实施例1中，观察到了意味着从表面氮化开始到立方晶体氮化物半导体层3的生长结束为止，表面氮化后的半导体层2的表面和立方晶体氮化物半导体层3的表面是原子层级平坦的条状的RHEED图案。由以上的情况就可以确认立方晶体氮化物半导体层3的结晶性是优良的。图2示出了半导体层2的Al的组分比与立方晶体氮化物半导体层3的表面的平坦性之间的关系。就如由图2所看到的那样，若半导体层2中含有Al，则可以改善立方晶体氮化物半导体层3的表面平坦性，特别是在Al的组分比大于0.1时，立方晶体氮化物半导体层3的表面平坦性，与不含Al的情况下(Al的组分比为0)相比改善了约20倍。此外，已经确认作为半导体层2，一般说，在AlxGayIn1-x-yAs(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜x+y≤1)的情况下，作为立方晶体氮化物半导体层3，在AluGavIn1-u-vN(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)的情况下是合适的。实施例2图3(c)是本专利技术的实施例2中的立方晶体氮化物半导体器件的剖面图。在图3(c)，在由GaP构成的衬底1上边已顺次形成了由Al0.1Ga0.9P构成的半导体层2和由GaN构成的立方晶体氮化物半导体层3。另外，与立方晶体氮化物半导体层3接连的半导体层2的表面已经进行了表面氮化。其次，用图3(a)到图3(c)对立方晶体氮化物半导体器件的制造方法进行说明。首先，采用把图3(a)所示的衬底1在分子束外延(MBE)装置中边照射P分子束边加热到约700℃的办法，除去存在于衬底1表面上的氧化物。之后，采用供给Ga和Al的办法，如图3(b)所示，形成由Al0.1Ga0.9P构成的半导体层2约0.1μm的厚度时中止供给Al、Ga和P。以下，用和实施例1的情况相同的方法，制造立方晶体氮化物半导体器件。另外，在这种情况下，半导体层2的表面氮化大约需要10分钟。即使在实施例2中，也观察到了意味着从表面氮化开始到立方晶体氮化物半导体层3的生长结束为止，表面氮化后的半导体层2的表面和立方晶体氮化物半导体层3的表面是原子层级平坦的条状的RHEED图案，可以确认已经形成了结晶性优良的立方晶体氮化物半导体层3。在上述的实施例1和2中，虽然用的是衬底1，但是，只要把半导体层2做成为用作衬底所需的足够的厚度，不用衬底1也可以制造立方晶体氮化物半导体器件。另外，已经确认作为半导体层2，一般说，在AlxGayIn1-x-yP(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立方晶体氮化物半导体器件，其特征是：含铝的立方晶体半导体层的一个表面已被氮化，在该表面上边，形成立方晶体氮化物半导体层。

【技术特征摘要】
JP 1997-7-31 205673/971.一种立方晶体氮化物半导体器件，其特征是含铝的立方晶体半导体层的一个表面已被氮化，在该表面上边，形成立方晶体氮化物半导体层。2.根据权利要求1所述的立方晶体氮化物半导体器件，其特征是上述半导体层由AlxGayIn1-x-yAs(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜x+y≤1)构成，上述立方晶体氮化物半导体层由AluGavIn1-u-vN(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)构成。3.根据权利要求1所述的立方晶体氮化物半导体器件，其特征是上述半导体层由AlxGayIn1-x-yP(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜x+y≤1)构成，上述立方晶体氮化物半导体层由AluGavIn1-u-vN(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)构成。4.一种立方晶体氮化物半导体器件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：油利正昭，上田哲三，马场孝明，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]