氮化镓类半导体元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种氮化镓类半导体元件，其特征在于，具备掺杂了镁的第一氮化镓类半导体膜、和在所述第一氮化镓类半导体膜之上设置的、掺杂了镁的第二氮化镓类半导体膜；在所述第一氮化镓类半导体膜中，镁浓度分布和氢浓度分布实质上是平坦的，而且镁浓度被保持为比氢浓度高；在所述第二氮化镓类半导体膜中，设置有朝着表面方向镁浓度减少而氢浓度增大的区域，在所述区域中的镁浓度被保持为比氢浓度高，同时还比所述第一氮化镓类半导体膜中的镁浓度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其涉及改善了p型杂质的活化率(或也称为激活率)的。
技术介绍
氮化镓类材料，具有较宽的能带隙和较高的饱和电子速度。因此，不仅用于发蓝光器件，还有希望作为场效应晶体管(Field EffectTransistorFET)或异质结双极型晶体管(Heterojunction BipolarTransistorHBT)之类的高速电子器件的材料。为了实现发光器件或电子器件，控制性良好地形成p型和n型导电层是重要的。在氮化镓类半导体材料中，通过以硅(Si)作为n型杂质，则可以形成n型导电层。另一方面，镁(Mg)或锌(Zn)可被选择作为p型杂质，但由于它们的杂质能级较深，活化率比较低。再加上，在用氮化镓类晶体生长中所用的有机金属气相沉积法(Metal OrganicChemical Vapor DepositionMOCVD)进行晶体生长时，载气中所用的氢气等发生分解而产生的氢原子，会形成和镁成键的Mg-H，使镁惰性化。作为提高镁的活化率的方法，已公开的有采用电子射线照射(非专利文献1)或热处理(非专利文献2)等进行后处理的技术。象这样在晶体生长后进行后处理的方法，存在需要用昂贵的制造装置、或由于工序数增加而导致生产率降低的缺点。另外，作为提高镁的活化率的其他方法，已公开的有用惰性气体作为晶体生长中的载气的方法(专利文献1)。但是，在用惰性气体作为载气的上述方法中，元件特性或可靠性不足。非专利文献1H.Amano，et al.Jpn.J.Phys.28(1989)L2112非专利文献2S.Nakamura，et al.Jpn.J.Appl.Phys.31(1992)1258专利文献1特开平8-325094号公报
技术实现思路
根据本专利技术的一个方案，提供一种氮化镓类半导体元件，其特征在于，具备掺杂了镁的第一氮化镓类半导体膜、和在所述第一氮化镓类半导体膜之上设置的、掺杂了镁的第二氮化镓类半导体膜；在所述第一氮化镓类半导体膜中，镁浓度分布和氢浓度分布实质上是平坦的，而且镁浓度被保持为比氢浓度高；在所述第二氮化镓类半导体膜中，设置有朝着表面方向镁的浓度减少而氢浓度增大的第一区域，在所述第一区域中的镁浓度被保持为比氢浓度高，同时还比所述第一氮化镓类半导体膜中的镁浓度高。根据本专利技术的另一个方案，提供一种氮化镓类半导体元件，其特征在于，具备掺杂了镁的第一氮化镓类半导体膜、和在所述第一氮化镓类半导体膜之上设置的、掺杂了镁的第二氮化镓类半导体膜；在所述第一氮化镓类半导体膜中，镁浓度分布和氢浓度分布实质上是平坦的，而且镁浓度被保持为比氢浓度高；在所述第二氮化镓类半导体膜中，设置有朝着表面方向镁的浓度而氢浓度增大的第一区域，在所述第一区域中的镁浓度被保持为比氢浓度高，同时还比所述第一氮化镓类半导体膜中的镁浓度高。根据本专利技术的再一个方案，提供一种氮化镓类半导体元件的制造方法，其特征在于，具有下述工序用有机金属气相沉积法，流过含氢比含氮更多的载气，同时生长掺杂了镁的第一氮化镓类半导体膜的工序；和在所述第一氮化镓类半导体膜生长成后，暂时中断III族原料气体供给的工序；和用有机金属气相沉积法，流过含氮比含氢更多的载气，同时在所述第一氮化镓类半导体膜上，生长掺杂了镁的第二氮化镓类半导体膜的工序。附图说明图1是表示本专利技术的第一实施方案中的氮化镓类半导体元件的镁和氢原子浓度分布设计值的曲线图。图2是表示本专利技术的第一实施方案中的氮化镓类半导体元件的要部的示意截面图。图3是表示本实施方案中的氮化镓类半导体元件的制造方法的要部的流程图。图4是表示本专利技术的第一实施方案中的氮化镓类半导体元件中，通过SIMS得到的镁和氢原子浓度分布实测值的曲线图。图5是表示对比较例中的氮化镓类半导体元件的镁和氢原子浓度分布进行说明的曲线图。图6是表示Cp2Mg及其分解生成物吸附在反应炉壁上的示意图。图7是表示Cp2Mg及其分解生成物从反应炉壁上脱离的示意图。图8是表示在反应炉壁上吸附和脱离达到平衡状态的示意图。图9是表示对本专利技术的实施方案的变型例中的氮化镓类半导体元件中的浓度分布进行例示的曲线图。图10是表示本变型例的氮化镓类半导体元件的要部截面的示意图。图11是本专利技术的第二实施方案的作为半导体发光元件的氮化镓类半导体元件的示意截面图。图12是本专利技术的第三实施方案的作为半导体激光元件的氮化镓类半导体元件的示意截面图。图13是本专利技术的第四实施方案的作为异质双极晶体管的氮化镓类半导体元件的工序截面图。图14是本专利技术的第四实施方案的作为异质双极晶体管的氮化镓类半导体元件的工序截面图。图15是本专利技术的第四实施方案的作为异质双极晶体管的氮化镓类半导体元件的工序截面图。图16是本专利技术的第四实施方案的作为异质双极晶体管的氮化镓类半导体元件的工序截面图。图17是本专利技术的第四实施方案的作为异质双极晶体管的氮化镓类半导体元件的工序截面图。图18是本专利技术的第四实施方案的作为异质双极晶体管的氮化镓类半导体元件的电极配置的示意平面图。图19是表示本专利技术的第四实施方案中的异质双极晶体管的静态特性的曲线图。具体实施例方式以下，参照附图，对本专利技术的实施方案进行说明。图1是示意地表示本专利技术的第一实施方案中的氮化镓类半导体元件中的镁浓度分布和氢原子浓度分布的曲线图。另外，图2是表示本专利技术的第一实施方案的氮化镓类半导体元件的要部的示意截面图。在本专利技术的说明书中，“氮化镓类半导体”包括具有由InxGayAl1-x-yN(其中，0≤x≤1、0≤y≤1、x+y≤1)表示的化学式，且组成比x和y在各种范围内变化的所有组成的半导体。另外，“氮化镓类半导体”中也包括下述两种情况在上述化学式中，还含有N(氮)以外的V族元素；或还含有为了控制导电型等而添加各种掺杂剂中的任一种。如图2所示，本实施方案的氮化镓类半导体元件具有在GaN基板10上依次层叠掺杂了作为p型杂质的镁的第一氮化镓类半导体膜12、同样掺杂了作为p型杂质的镁的第二氮化镓类半导体膜14而得到的构造。另外，p侧电极16设置在第二氮化镓类半导体膜14上。将第二氮化镓类半导体膜14的表面作为原点，离表面的距离用坐标x来表示。即，从作为表面的x＝0开始到x＝T1为止，是第二氮化镓类半导体膜14。另外，从x＝T1开始到x＝T2为止，是第一氮化镓类半导体膜12。在图1中，横坐标对应坐标x。另外，纵坐标表示作为p型杂质的镁的浓度(/cm3)和氢原子的浓度(/cm3)。镁浓度(Mg)用实线来表示，氢原子(H)浓度用一点点划线来表示。0≤x≤T1的区域由第二氮化镓类半导体膜14构成，T1≤x≤T2的区域由第一氮化镓类半导体膜12构成。关于镁浓度和氢原子浓度的设计值，在后面进行叙述。这里，对此层叠体的生长方法进行具体的说明。此层叠体是例如通过用MOCVD的方法进行晶体生长的工序而形成的。在此MOCVD法中，使用TMG(三甲基镓)作为III族原料，使用氨作为V族原料，使用Cp2Mg(二茂镁)作为用于掺杂镁的杂质原料。另外，作为用于将这些原料导入基板的载气，可以用氢气和氮气。图3是表示本实施方案中的氮化镓类半导体元件的制造方法的要部的流程图。首先，将GaN基板10的表面用有机溶剂等进行清洗后，通过加载锁定(load lock)装置将其导入至MOCVD装置的反应室中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓类半导体元件，其特征在于，具备：掺杂了镁的第一氮化镓类半导体膜、和在所述第一氮化镓类半导体膜之上设置的掺杂了镁的第二氮化镓类半导体膜；其中，在所述第一氮化镓类半导体膜中，镁浓度分布和氢浓度分布实质上是平坦的 ，而且镁浓度被保持为比氢浓度高；在所述第二氮化镓类半导体膜中，设置有朝着表面方向镁浓度减少、而氢浓度增大的第一区域，所述第一区域中的镁浓度被保持为比氢浓度高，同时还比所述第一氮化镓类半导体膜中的镁浓度高。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：菅原秀人，本乡智惠，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]