氮化物半导体器件制造技术

一种氮化物半导体器件，具有较高的电极接触性能。该氮化物半导体器件包括由Ⅲ族类氮化物半导体制成的半导体层、及用于向该半导体层提供载流子的金属电极。该器件具有第一接触层，由Ⅲ族类氮化物半导体（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［１－ｙ］Ｉｎ↓［ｙ］Ｎ（０≤ｘ≤１，０＜ｙ≤１）和加入到其中的Ⅱ族类元素制成，它层叠于在该半导体层和该金属电极之间；该器件还具有第二接触层，由Ⅲ族类氮化物半导体Ａｌ↓［ｘ’］Ｇａ↓［１－ｘ’］Ｎ（０≤ｘ’≤１）制成，并被层叠于该第一接触层和该金属电极之间。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种III族类氮化物半导体器件，更具体地说，是涉及在III族类氮化物半导体器件的半导体和金属电极之间的电接触性能的一种改进。本领域技术人员都知道，在p型半导体/金属边界上的电荷迁移基本上依赖于该半导体的价带和该金属的费米能级之间的能量差。依赖该能量差，形成欧姆接触或肖特基接触。目前，尚没有为p型氮化物半导体充分减小肖特基势垒的金属，通过简单地选择最佳电极金属并不能获得该接触性能的进一步改善。为了改善电极和半导体之间的电接触性能，常规的方法是采用具有小带隙的半导体层作为与金属的接触层。在公开号为平成10-65216的日本专利中公开了一种试图降低与电极的接触电阻的方案，该方案是通过采用包括铟并具有小带隙的氮化物半导体作为与电极的接触层。在一种用于改善接触性能的常见方法中，采用具有高载流子浓度的半导体层用于与金属的接触层。然而众所周知的是，当带隙较大时，上述方法难以获得高载流子密度。AlGaN基氮化物也具有较大的带隙，特别是对于p型氮化物，难以获得高载流子密度。现在已知的是，当InN摩尔分数在InGaN中增大时，获得较高的空穴浓度(Jpn.J.Appl，Phys.39(2000)337 Kumakura等人)。然而，上述的各种方法都未获得在电极接触性能方面较优的半导体器件。本专利技术的目的和概述鉴于上述情况提出本专利技术，本专利技术的目的是提供一种具有改善的电极接触性能的III族类氮化物半导体器件。根据本专利技术的一方面的氮化物半导体器件，它包括由III族类氮化物半导体制成的半导体层和用于向该半导体层提供载流子的金属电极，该器件包括第一接触层，由III族类氮化物半导体(AlxGa1-x)1-yInyN(0≤x≤1，0＜y≤1)和II族类元素制成，该III族类氮化物半导体被沉积在该半导体层和该金属电极之间，该II族类元素被加入到该III族类氮化物半导体；及第二接触层，由III族类氮化物半导体Alx’Ga1-x’N(0≤x’≤1)制成，并被沉积在该第一接触层和该金属电极之间。在本专利技术的氮化物半导体器件中，该第二接触层可具有被加入其中的II族类元素。在本专利技术的氮化物半导体器件中，该第二接触层可具有500或更小的厚度。在本专利技术的氮化物半导体器件中，上述的II族类元素可以是镁。在本专利技术的氮化物半导体器件中，该第一接触层可以是InyGa1-yN(0.05≤y≤0.4)。在本专利技术的氮化物半导体器件中，该第一接触层在特性上可具有10至1000之范围中的厚度。在本专利技术的氮化物半导体器件中，该氮化物半导体器件可以是一种发光器件。对于包括由III族类氮化物制成的半导体层和用于向该半导体层提供载流子(即空穴)的金属电极的器件，本专利技术的专利技术人对它的电极接触性能进行了详细的实验，目的在于改善该器件的电特性以获得本专利技术。例如，在上述的公开号为平成10-65216的日本专利中公开了一种器件，利用由p型InGaN制成的接触层制造出该器件，通过热退火处理向该p型InGaN提供高空穴浓度，并对该器件进行接触性能的研究。但是没有获得明显的改善。另一方面，在本专利技术的方法中，当生成InGaN层或类似层(构成其中加入有镁的第一接触层)后，较薄的GaN层或类似层被生成在最顶层的表面上作为第二接触层，通过施加热退火处理来影响向p型的转化。这一过程被发现用于改善该所完成的器件的接触性能。实施例的详细说明以下将结合实施例并参照附图说明根据本专利技术的器件。图1示出根据本专利技术具有多量子阱结构(MQW)的半导体发光器件。该器件包括具有多层氮化物半导体晶体薄膜的多层结构，这些薄膜是由(AlxGa1-x)1-yInyN(0≤x≤1，0＜y≤1)来表示的，按顺序外延生成在由蓝宝石制成的衬底1上。在由蓝宝石制成的衬底1上，按顺序层叠有由AlN、GaN等制成的低温缓冲层2和掺杂有硅等材料用于生成传导层的n型GaN基层3。在该n型GaN基层3上设置有活性层(active layer)4。在该活性层4上按顺序沉积有掺镁的AlGaN电子势垒层5、掺镁的InGaN层6和掺镁的GaN层7，它们通过热退火处理被转化为p型。在该p型掺镁的GaN层7和该n型GaN基层3上进一步沉积绝缘层8，并在相应的窗口中分别形成p侧电极9和n侧电极10，发光器件是由前述的各部分组成。以下将详细描述制造根据本专利技术的氮化物半导体发光器件的方法。在此，在本专利技术中，除非有另外的指示，采用有机金属气相沉积法(MOCVD)作为沉积方法。同样，除非另有指示，采用氢气作为用于前体(precursor)之迁移中的气体。蓝宝石衬底1被装入MOCVD反应器(未示出)，在低温下，在该蓝宝石衬底上生成AlN缓冲层2。然后，分别以1.7×10-4摩尔/分、9.0×10-2摩尔/分和7.2×10-9摩尔/分的流速向反应器提供三甲基镓(TMG)、氨和甲基硅烷，以便在1050℃的衬底温度下生成掺硅的n型GaN层3，其厚度约为6μm。随后，该衬底温度被降低至780℃，而氨以9.0×10-2摩尔/分的速度被提供给该反应器。改前体气体为氮气，Iny1Ga1-y1N(y1＝0.1)/Iny2Ga1-y2N(y2＝0.01)＝30/60被层叠5次，以形成MQW活性层4，该层起着发光层的作用。在该活性层4中的Iny1Ga1-y1N(y1＝0.1)层的生成中，TMG是以4.8×10-6摩尔/分的速度被提供，三甲基铟(TMI)是以2.6×10-5摩尔/分的速度被提供，氨是以3.1×10-1摩尔/分的速度被提供。在Iny2Ga1-y2N(y2＝0.01)层的生成中，TMG是以4.8×10-6摩尔/分的速度被提供，TMI是以2.6×10-6摩尔/分的速度被提供，氨是以3.1×10-1摩尔/分的速度被提供。随后，氢气被用作载流子气体，衬底温度被增大并被保持在1050℃，TMG是以7×10-6摩尔/分的速度被提供，三甲基铝(TMA)是以1.2×10-6摩尔/分的速度被提供；双乙基环戊二烯基镁(bisethylcyclopentadienyl magnesium)(EtCp2Mg){Mg(C2H5C5H4)2}是以5.2×10-7摩尔/分的速度被提供；氨是以2.2×10-1摩尔/分的速度被提供，以便在厚度为0.02μm的活性层4上立即生成由AlxGa1-xN(x＝0.2)组成的电子势垒层5。随后，衬底温度被降低到770℃。改载流子气体为氮气，掺镁的InxGa1-xN(x＝0.14)层生成在厚度为0.1μm的电子势垒层5上。接下来，衬底温度为770℃，TMG是以1.0×10-5摩尔/分的速度被提供；TMI是以1.7×10-5摩尔/分的速度被提供；EtCp2Mg是以8.8×10-8摩尔/分的速度被提供；氨是以4.5×10-1摩尔/分的速度被提供，以便沉积掺镁的InGaN层6。随后，停止供应TMI，EtCp2Mg的提供被改为2.3×10-7摩尔/分的速度，以便生成掺镁的GaN层7，即在第一接触层6上、厚度为10的第二接触层，从而完成图2所示的晶片。在由掺镁GaN制成的最终第二接触层7的生成中，其厚度是通过外延生成第二接触层7达40秒来确定的。调整EtCp2Mg的流速，使得在氮气中以950℃热退火达5分钟后、空穴的浓度为最小。为检查形成于接触电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体器件，包括由Ⅲ族类氮化物半导体制成的半导体层和用于向该半导体层提供载流子的金属电极，所述器件包括：第一接触层，由Ⅲ族类氮化物半导体（Ａｌ↓［ｘ］Ｇａ↓［１－ｘ］）↓［１－ｙ］Ｉｎ↓［ｙ］Ｎ（０≤ｘ≤１，０＜ｙ≤１）制成， 它沉积在所述半导体层和所述金属电极之间，并具有被加入到所述Ⅲ族类氮化物半导体的Ⅱ族类元素；及第二接触层，由Ⅲ族类氮化物半导体Ａｌ↓［ｘ’］Ｇａ↓［１－ｘ’］Ｎ（０≤ｘ’≤１）制成，并被沉积在所述第一接触层和所述金属电极之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥宏和，太田启之，渡边温，
申请(专利权)人：先锋株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]