氮化物半导体元器件制造技术

本发明专利技术涉及一种发光元器件等的氮化物半导体元器件，是在一层或二层以上的氮化物半导体层所组成的ｎ导电侧半导体区域与一层或二层以上的氮化物半导体层所组成的ｐ导电侧半导体区域之间形成活性层的氮化物半导体元器件，所述ｐ导电侧或ｎ导电侧半导体区域的至少一层氮代物半导体层是分别由氮化物半导体所组成并且组成互异的第１层与第２层积层而成的超格子层。根据上述结构，即可降低元器件所用电流、电压，实现效率高的元器件。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用氮化物半导体(InXAlYGa1-X-YN，0≤X，0≤Y，X+Y≤1)的元器件，该氮化物半导体用于LED(发光二极管)、LD(激光二极管)或超发光二极管(SLD)等发光元器件，太阳能电池、光传感器等受光元器件，或者晶体管、功率元器件等电子元器件。
技术介绍
氮化物半导体作为高亮度青色LED、纯绿色LED的材料，最近才在蓝色LED显示器、交通信号等方面实用化。用于元器件的LED具有异质结构，其中具有InGaN所组成井层的单一量子井结构(SQWSingle-Quantum-Well)或多重量子井结构(MQWMulu-Quantum-well)的活性层夹在n型氮化物半导体层与p型氮化物半导体层之间。青色、绿色等波长用增减InGaN井层的In组成比来决定。本申请人在最近首次向全世界发表用该材料在脉冲电流、室温下的410nm激光振荡(例如，Jpn.J.Appl.phys.35(1996)L74、Jpn.J.Appl.Phys.35(1996)L217等)。此种激光元器件具有双异质结构，其所具多重量子井结构的活性层使用InGaN所组成的井层，显示在脉幅2μs、脉冲周期2ms条件下，有阈值电流为610mA，阈值电流密度为8.7kA/cm2、410nm的振荡。且已将此经过改进的激光元器件发表于Appl.phys.Lett.(物理学报)69(1996)1477。该激光元器件具有脊形带构成p型氮化物半导体层一部份的结构，并显示有脉冲幅度1μs、脉冲周期1ms、占空率0.1％、阈值电流187mA、阈值电流密度3kA/cm2、410nm的振荡。且初次在室温下连续振荡成功，并将其发表。(例如日经电子1996年12月2日号技术快报，Appl.phys.Lett.69(1996)3034.Appl.phys。Lett.69(1996)4056等)。这种激光元件显示在20℃下，在阈值电流密度3.6kA/cm2，阈值电压5.5V、1.5mW输出中，连续振荡27小时。氮化物半导体所组成的成青色、绿色LED的正向电流(If)为20mA，正向电压(Vf)为3.4V至3.6V，由于与GaAlAs是半导体所组成的红色LED相比高出2V以上，所以最好降低Vf。且LD的阈值电流，电压仍然很高，为了在室温下长时间连续振荡，有必要实现这种阈值电流、电压降低且效率高的元器件。若可降低激光元器件的阈值电压，一旦此技术适用于LED元件，LED元件的Vf降低便可预期。因此，本专利技术目的主要在于借助于降低由氮化物组成的LD元件的阈值的电流、电压，实现长时间的连续振荡。此外，本说明书中所用一般式InXGa1-XN、AlYGa1-YN等单纯表示氮化物半导体层的组成式，即使不同的层例如以同一组成式来表示，其层中的X值、Y值所表示的也不一致。专利技术概述本专利技术的第一氮化物半导体元器件是具有一层或二层以上氮化物半导体层所组成的p导电侧半导体区域，以及经此p导电侧的半导体区域注入载流子进行预定动作的氮化物半导体所组成的活性层，上述P导电侧的半导体区域的至少一层氮化物半导体层是分别由氮化物半导体所组成且组成互异的第1层与第2层所积层而成的超格子层。这样，能改善作为上述超格子层的氮化物半导体层的结晶性，且该氮化物半导体层的电阻值即可降至极低。由于借此可使上述p导电侧半导体区域的电阻值变小，所以可提高上述氮化物半导体元器件的电效率。此处p侧半导体区域是指活性层与正电极(p电极)间一层或二层以上氮化物半导体层所组成的区域，n导电侧半导体区域则指夹住活性层的p导电侧与相反侧的一层或二层以上氮化物半导体层所组成的区域，n导电侧半导体区域则指夹住活性层的p导电侧与相反侧的一层或二层以上氮化物半导体层所组成的氮化物半导体层组成的区域。本专利技术第二氮物半导体元器件是一层或二层以上氮化物半导体所组成n导电半导体区域与一层或二层以上氮化物半导体层组成的p导电侧半导体区域之间具有氮化物半导体所组成的活性层的氮化物半导体元器件，上述p导电侧半导体区域或上述n导电侧半导电体区域的至少一层氮化物半导体层是分别是由氮化物半导体所组成且组成互异的第1层与第2层所积层而成的超格子层。这样则由于可增进上述超格子层的结晶性并将此氮化物半导体层的电阻值降到极低，且由在上述p导电侧半导体区域和上述n导电侧半导体区域的电阻变小，所以可提高上述氮化物半导体元器件的电效率。在本专利技术第一和第二氮化半导体元器件中，为了进一步增进上述超格子层的结晶性，上述超格子层最好由具有100以下膜厚的氮化物半导体所组成第1层，及组成上与此第1层互异并具有100以下膜厚的氮化物半导体所组成的第2层积层而成。此外，在本专利技术第一或第二氮化物半导体元器件中，为了将载流子封闭于活性层中，上述第1层及第2层中至少一层由带隙能量较大且至少含有Al的氮化物半导体组成，且进一步最好以AlYGa1-YN(0＜Y≤1)组成。在本专利技术第一或第二氮化物半导体元器件中，最好第1层由InXGa1-XN(0≤X≤1)组成，第2层由AlYGa1-YN(0≤Y≤1，X＝Y≠0)组成。这样，由于氮化物半导体整体的结晶性得以增进，所以可提高此氮化物半导体元器件的输出(提高电效率)。因此，在该元器件为LED元器件或LD元器件情形下，可降低正向电压(以下单指Vf)、阈值电流、电压等。为了进一步组成结晶缺陷少的层，本专利技术第一或第二氮化物半导体元器件，在上述超格子层中，最好进一步上述第1层由以InxGa1-xN(0≤X≤1)式子表示的氮化物半导体组成，且上述第二层由以AlYGa1-YN(0＜Y＜1)代表的氮化物半导体组成。在本专利技术第一或第二氮化物半导体元器件中，上述第1层及第2层的膜厚最好在70以下，较佳者设定在40以下。且上述第1层及第2层的膜厚最好在5以上，较佳者在10以上。借助于设定在此范围，可结晶性良好地形成难以生长的AlYGa1-YN(0＜Y≤1)等氮化物半导体层的结晶性。特别是在以p电极与活性层之间的p导电侧半导体区域的氮化物半导体层内至少一层和/或n电极组成的电流注入层的n侧接触层与活性层间的n导电半导体区域的氮化物半导体层内至少一层为超格子层情形下，将构成此超格子层的第1层及第2层设定成上述膜厚的效果更大。在本专利技术第一或第二氮化物半导体元器件中，最好在上述p导电侧半导体区域中具备组成p电极用p侧接触层，用来作为一氮化物半导体层，且此p侧接触层的膜厚设定在500以下。这样，借助于薄地形成p侧接触层，即可降低此p侧接触层厚度方向的电阻值。因此，本专利技术最好进一步将p侧接触层的膜厚设定在300以下。且此p侧接触层的膜厚下限最好设定在10以上，使p型接触层下面的半导体层不露出。本专利技术第二氮化物半导体元器件，包括在p导电侧的半导体区域用氮化物半导体层来作为形成p电极用的p侧接触层情形下，上述超格子层最好组成在上述活性层与上述p侧接触层之间。本专利技术第二氮化物半导体元器件最好进一步具有经由第1缓冲层组成于基板上并由膜厚0.1μm以上氮化物半导体所组成的第2缓冲层，以及此第2缓冲层上所组成且由n型杂质掺杂的氮化物半导体所组成的用来作为上述氮化物半导体层的n侧接触层，并且n电极形成于此n侧接触层上。为了进一步形成结晶性良好的上述第2缓冲层，上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体元器件，是在一层或二层以上的氮化物半导体层所组成的Ｐ导电侧半导体区域之间具有氮化物半导体所组成活性层，其特征在于，所述ｎ导电侧半导体区域的至少一层氮化物半导体层是由组成上互异且ｎ型杂质浓度上互异的第１及第２氮化物半导 体层所积层而成的ｎ侧超格子层，在所述ｎ侧超格子层中，所述第１氮化物半导体层具有较所述第２氮化氮半导体层大的带隙能量以及较所述第２氮化物半导体层大的ｎ型杂质浓度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长滨慎一，妹尾雅之，中村修二，
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]