氮化物系半导体元件及其制造方法技术

本发明专利技术的氮化物系半导体发光元件的制造方法包括：准备衬底(10)的工序；在衬底上形成具有由AlxInyGazN(x+y+z＝1，x≥0、y≥0、z≥0)半导体形成并且表面是m面的p型AldGaeN层(p型半导体区域)(26)的氮化物系半导体层叠结构的工序；在p型AldGaeN层(26)的表面上形成包括Mg以及Zn的至少一个的金属层(28)并进行加热处理的工序；除去金属层(28)的工序；以及在p型的AldGaeN层(26)的表面上形成p型电极的工序，通过加热处理，p型的AldGaeN层(26)中的N浓度变成高于Ga浓度。

【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氮化物半导体元件及其制造方法。特别地，本专利技术涉及一种从紫外到蓝色、绿色、橙色以及白色等的可见光区域整个波段中的发光二极管、激光二极管等的GaN系半导体发光元件。这种发光元件被期待应用于显示、照明以及光信息处理等领域。此夕卜，本专利技术还涉及一种用于氮化物系半导体元件中的电极的制造方法。
技术介绍
具有作为V族元素的氮(N)的氮化物半导体由于其带隙(b an dgap)大小的缘故而有望作为短波长发光元件的材料。其中，氮化镓系化合物半导体(GaN系半导体AlxGayInzN(x+y+z = Ι,χ彡0、y彡0、z彡O))的研究尤为盛行,蓝色发光二极管(LED)、绿色LED以及以GaN系半导体为材料的半导体激光器也正在应用到实际中。GaN系半导体具有纤锌矿(wurtzite)型结晶结构。图I示意性地表示GaN单位晶格。在AlxGayInzN(x+y+z = I, x彡O、y彡O、z彡O)半导体结晶中，图I所示的Ga的一部分能够被置换为Al以及/或者In。图2表示为了以4指数标记(六方晶指数)来表现纤锌矿型结晶结构的面一般所采用的四个向量al、a2、a3和C。基本向量c在方向上延伸，该方向被称为“c轴”。与c轴垂直的面(plane)被称为“c面”或“(0001)面”。此外，“c轴”以及“c面”有时也分别标记为“C轴”以及“C面”。在使用GaN系半导体制作半导体元件的情况下，作为使GaN系半导体结晶生长的衬底，使用以C面、S卩(0001)面为表面的衬底。然而，由于在C面中，Ga的原子层和氮的原子层的位置在c轴方向上略有偏离，因此形成极化(Electrical Polarization)。因而，“c”面也被称为“极性面”。极化的结果会在活性层的InGaN的量子阱方向上沿着c轴方向产生压电(piezo)电场。如果在发生层中产生这种压电电场，则由于载流子的量子限制斯塔克效应(stark effect)，活性层内的电子以及空穴的分布中产生位置偏离，因此内部量子效率降低。因而，如果是半导体激光器，则引起阈值电流的增大。如果是LED，则引起耗电增大以及发光效率的降低。此外，随着注入载流子密度的上升会引起压电电场的屏蔽(screening),还会产生发光波长的变化。因此，为了解决这些课题，正在研究使用表面具有非极性面、例如与方向垂直的被称为m面的(10-10)面的衬底。在此，在表示密勒指数(Miller index)的括号内的数字左侧标注的表示横杠。如图2所示，m面是与c轴(基本向量c)平行的面，而且与c面正交。由于在m面中Ga原子和氮原子存在于同一个原子面上，因此，在与m面垂直的方向上不会产生极化。其结果是，如果在与m面垂直的方向上形成半导体层叠结构，则在活性层中也不会产生压电电场，因此能够解决上述课题。m 面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面和(0-110)面的总称。此外，在本说明书中，“X面生长”是指在与六方晶纤锌矿结构的X面(X = c、m)垂直的方向上产生外延生长。在X面生长中，有时将X面称为“生长面”。另外，有时将通过X面生长所形成的半导体的层称为“X面半导体层”。现有技术文献专利文献专利文献I JP特开2005-197631号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术课题如上所述，虽然在m面衬底上生长的GaN系半导体元件与在c面衬底上生长的GaN系半导体元件相比具有显著的效果，但存在以下的问题。即，与在c面衬底上生长的GaN系半导体元件相比，在m面衬底上生长的GaN系半导体元件的接触电阻高，这在使用在m面衬底上生长的GaN系半导体元件方面会成为很大的技术障碍。 在这种状况下，本申请专利技术人为了解决在作为非极性面的m面上生长的GaN系半导体元件所具有的接触电阻高的这一问题，进行刻苦研究，结果发现了能够降低接触电阻的方法。本专利技术就是鉴于这一点而实现的，其主要目的是提供一种降低表面为m面的GaN系半导体元件中的接触电阻的结构以及制造方法。解决技术课题的手段本专利技术的氮化物系半导体发光元件的制造方法包括工序(a)，用于准备衬底；工序(b)，在上述衬底上形成具有P型半导体区域的氮化物系半导体层叠结构，该P型半导体区域由AlxInyGazN(x+y+z = l,x^ 0、y ^ 0、z ^ O)半导体形成并且表面是m面；工序(c),在上述P型半导体区域的表面上形成包括Mg以及Zn的至少一个的金属层并进行加热处理；工序(d)，除去上述金属层；以及工序(e)，在上述P型半导体区域的表面上形成P型电极，通过上述工序(c)的加热处理，上述P型半导体区域中的N浓度变成高于Ga浓度。在某一实施方式中，通过上述工序(C)的加热处理，上述P型半导体区域中的Ga空穴浓度变成高于N空穴浓度。在某一实施方式中，通过上述工序(C)的加热处理，几乎没有Mg或Zn从上述金属层扩散到上述P型半导体区域，。在某一实施方式中，上述P型电极包括Ag或Ag合金。在某一实施方式中，上述工序(e)包括在400°C以上600°C以下的温度下加热上述金属层的工序。在某一实施方式中，在上述工序(C)中，形成包括Mg层的上述金属层，上述Mg层是通过脉冲式照射电子束从而在上述P型半导体区域蒸镀Mg所形成的。在某一实施方式中，在上述金属层是Mg层的情况下，上述工序(C)中的上述加热处理是在550°C以上800°C以下的温度下进行的；在上述金属层是Zn层或Mg以及Zn的合金层的情况下，上述工序(c)中的上述加热处理是在400°C以上700°C以下的温度下进行的在某一实施方式中，上述工序(C)中的上述加热处理是在惰性气体的气氛中进行的。在某一实施方式中，包括在上述工序(b)之后除去上述衬底的工序。本专利技术的氮化物系半导体发光元件包括本专利技术的具有表面是m面的P型半导体区域的氮化物系半导体层叠结构和在上述P型半导体区域上设置的电极，上述P型半导体区域由AlxInyGazN(x+y+z = l,x^ 0、y彡0、z彡O)半导体形成,上述p型半导体区域中的N浓度高于Ga浓度。在某一实施方式中，上述P型半导体区域中的Ga孔穴浓度高于N空穴浓度。在某一实施方式中，上述电极包括Ag或Ag合金。专利技术效果根据本专利技术的氮化物半导体发光元件及其制造方法，在P型半导体层上形成的Ga空穴发挥作为载流子的作用，由此，能够降低P型半导体层的电阻。附图说明图I是示意性地表示GaN的单位晶格的立体图。 图2是表不纤锋矿型结晶结构的基本并进向量a” a2、a3的立体图。图3A是第一实施方式的氮化物系半导体发光元件100的剖面示意图。图3B是表示m面的结晶结构的图。图3C是表示c面的结晶结构的图。图3D是第一实施方式的氮化物系半导体发光元件100的剖面示意图。图3E是第一实施方式的氮化物系半导体发光元件100的剖面示意图。图4(a)到(C)的剖面图表示的是第一实施方式的氮化物系半导体发光元件100的制造工序中的在P型半导体层上形成金属层的工序，在最合适的温度下进行热处理的工序以及除去金属层的工序。图5A是经过SMS分析的m面GaN/Mg/Pt中的Ga的深度方向的分析图。图5B是经过SMS分析的m面GaN/Mg/Pt中的N的深度方向的分析图。图5C是经过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：安杖尚美，横川俊哉，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：