第iii族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本說(shuō)明書的技術(shù)領(lǐng)域涉及第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。更具體 地，本說(shuō)明書的技術(shù)領(lǐng)域涉及具有低驅(qū)動(dòng)電壓的第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，不存在具有能夠?qū)崿F(xiàn)與P型接觸層例如P 型GaN層完全歐姆接觸的功函數(shù)的電極材料。因此，在p型接觸層與p電極之間形成肖特 基接觸。優(yōu)選地，為了減小接觸電阻，載流子通過(guò)隧道效應(yīng)容易地隧穿肖特基勢(shì)皇。例如， 通過(guò)以高濃度向P型接觸層中摻雜P型摻雜劑來(lái)減薄肖特基勢(shì)皇。此外，為了使載流子容 易地隧穿肖特基勢(shì)皇，優(yōu)選地在肖特基勢(shì)皇中存在一些晶體缺陷，這是因?yàn)榻?jīng)由晶體缺陷 通過(guò)跳躍傳導(dǎo)（hoppingconduction)載流子容易地隧穿肖特基勢(shì)皇。
[0003] 日本公開(kāi)特許公報(bào)（特開(kāi)）第08-097471號(hào)公開(kāi)了一種包括第二接觸層62和第 一接觸層63的發(fā)光二極管10,第一接觸層63的Mg濃度高于第二接觸層62的Mg濃度（參 見(jiàn)第[0011]段和圖1)。因而，獲得具有低驅(qū)動(dòng)電壓的發(fā)光二極管（參見(jiàn)第[0009]段）。
[0004] 為了使載流子通過(guò)隧道效應(yīng)容易地隧穿肖特基勢(shì)皇，增加向P型接觸層摻雜的P 型摻雜劑例如Mg的濃度。為此，必須通過(guò)增加p型摻雜劑氣體的濃度來(lái)將高濃度的p型摻 雜劑結(jié)合到半導(dǎo)體晶體中。
[0005] 然而，就在開(kāi)始供給p型摻雜劑氣體之后或者在p型摻雜劑氣體的供給量快速增 加時(shí)，生長(zhǎng)中的P型接觸層的摻雜劑濃度低于期望的摻雜劑濃度。P型接觸層的摻雜劑濃度 往往隨著厚度的增加即生長(zhǎng)時(shí)間的推移而增加。這實(shí)現(xiàn)了在P型接觸層的接觸表面附近的 期望的摻雜劑濃度。
[0006] 因?yàn)閾诫s劑氣體或者從該氣體中生成的粒子通過(guò)記憶效應(yīng)吸附在室的內(nèi)壁上，所 以認(rèn)為就在開(kāi)始供給P型摻雜劑氣體或者使P型摻雜劑氣體以階躍函數(shù)的方式增加之后氣 體濃度是不穩(wěn)定的。因此，在晶體生長(zhǎng)表面上沒(méi)有實(shí)現(xiàn)期望的氣體濃度?；蛘?，由于P型摻 雜劑難以結(jié)合到第III族氮化物半導(dǎo)體中的特性，所以在薄的接觸層中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)高的摻雜 劑濃度。為了在半導(dǎo)體中實(shí)現(xiàn)期望濃度的P型摻雜劑（雜質(zhì)），P型接觸層的厚度必須大于 肖特基勢(shì)皇的厚度。由于過(guò)多串聯(lián)的電阻部件的增加或者非故意晶體缺陷的出現(xiàn)，電阻率 增加，從而增加了驅(qū)動(dòng)電壓。因而，為了制造具有低電阻率的半導(dǎo)體發(fā)光器件，重要的是提 供具有小的厚度和高的P型摻雜劑濃度的P型接觸層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 已經(jīng)構(gòu)想了本發(fā)明的技術(shù)以解決傳統(tǒng)技術(shù)中所涉及的前述技術(shù)問(wèn)題。因而，本技 術(shù)的一個(gè)目的是提供具有低的驅(qū)動(dòng)電壓的第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。另一目的是提 供用于制造該發(fā)光器件的方法。
[0008] 在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種用于制造第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的 方法，該方法包括下面的步驟：
[0009] 形成η型半導(dǎo)體層的η型半導(dǎo)體層形成步驟；
[0010] 在η型半導(dǎo)體層上形成發(fā)光層的發(fā)光層形成步驟；以及
[0011] 在發(fā)光層上形成Ρ型半導(dǎo)體層的Ρ型半導(dǎo)體層形成步驟。Ρ型半導(dǎo)體層形成步驟 包括如下步驟：
[0012] ρ型覆層形成步驟，所述ρ型覆層形成步驟通過(guò)供給包含至少第III族元素的第一 原料氣體和摻雜劑氣體在發(fā)光層上形成Ρ型覆層；
[0013] ρ型中間層形成步驟，所述ρ型中間層形成步驟通過(guò)在第一階段中供給第一原料 氣體和摻雜劑氣體在Ρ型覆層上形成Ρ型中間層；
[0014] 摻雜劑氣體供給步驟，所述摻雜劑氣體供給步驟在第二階段中供給摻雜劑氣體同 時(shí)停止供給第一原料氣體或者減少第一原料氣體的供給量，使得在形成Ρ型中間層之后第 III族氮化物半導(dǎo)體不生長(zhǎng)；以及
[0015] Ρ型接觸層形成步驟，所述Ρ型接觸層形成步驟通過(guò)在第二階段中的摻雜劑氣體 供給步驟之后的第三階段中供給第一原料氣體和摻雜劑氣體在Ρ型中間層上形成Ρ型接觸 層。
[0016] 在用于制造第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法中，使摻雜劑氣體的濃度在半 導(dǎo)體制造裝置的室內(nèi)部和在形成Ρ型接觸層之前的半導(dǎo)體晶體的表面附近增加。即，就在 形成Ρ型接觸層之前，生長(zhǎng)基底附近充分且穩(wěn)定地填充有摻雜劑氣體。因此，就在Ρ型接觸 層的生長(zhǎng)開(kāi)始之后，Mg容易快速地結(jié)合。能夠?qū)崿F(xiàn)具有小的厚度和高的Mg濃度的ρ型接 觸層?？梢孕纬捎捎谒淼佬?yīng)而使載流子容易渡越的肖特基勢(shì)皇。因此，能夠制造具有低 的驅(qū)動(dòng)電壓的第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件。
[0017] 本發(fā)明的第二方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一方面的第III族氮化物半導(dǎo) 體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在第二階段摻雜劑氣體供給步驟中摻雜劑氣體與 第一原料氣體的摩爾比高于P型中間層形成步驟中摻雜劑氣體與第一原料氣體的摩爾比。
[0018] 本發(fā)明的第三方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一或第二方面的第III族氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在P型接觸層形成步驟中摻雜劑氣體與第 一原料氣體的摩爾比高于在ρ型中間層形成步驟中摻雜劑氣體與第一原料氣體的摩爾比。
[0019] 本發(fā)明的第四方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第三方面中的任一方面的 第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在第二階段摻雜劑氣體供給 步驟中摻雜劑氣體的流量高于在P型中間層形成步驟中摻雜劑氣體的流量。此外，在P型 接觸層形成步驟中摻雜劑氣體的流量高于在P型中間層形成步驟中摻雜劑氣體的流量。
[0020] 本發(fā)明的第五方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第三方面中的任一方面的 第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在第二階段摻雜劑氣體供給 步驟中摻雜劑氣體的流量低于在P型接觸層形成步驟中摻雜劑氣體的流量。此外，在P型 接觸層形成步驟中摻雜劑氣體的流量高于在P型中間層形成步驟中摻雜劑氣體的流量。
[0021] 本發(fā)明的第六方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第三方面中的任一方面的 第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在第二階段摻雜劑氣體供給 步驟中摻雜劑氣體的流量高于在P型接觸層形成步驟中摻雜劑氣體的流量。此外，在P型 接觸層形成步驟中摻雜劑氣體的流量高于在P型中間層形成步驟中摻雜劑氣體的流量。
[0022] 本發(fā)明的第七方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第六方面中的任一方面的 第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在第二階段摻雜劑氣體供給 步驟中摻雜劑氣體的供給量逐漸增加。
[0023] 本發(fā)明的第八方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第七方面中的任一方面的 第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在P型接觸層形成步驟中第 一原料氣體的供給量等于在p型中間層形成步驟中第一原料氣體的供給量。
[0024] 本發(fā)明的第九方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第八方面中的任一方面的 第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在P型中間層形成步驟和P 型接觸層形成步驟中供給包含氮原子的第三原料氣體，并且在第二階段的摻雜氣體供給步 驟中停止供給第三原料氣體。
[0025] 本發(fā)明的第十方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第九方面中的任一方面的 第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中P型中間層形成步驟包括：在 P型覆層上形成第一P型中間層的步驟；以及在第一P型中間層上形成第二P型中間層的 步驟。
[0026] 本發(fā)明的第十一方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第十方面中的任一方面 的第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在第二階段中摻雜劑氣體 供給步驟在1秒至60秒的范圍內(nèi)執(zhí)行。
[0027] 本發(fā)明的第十二方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第十一方面中的任一方 面的第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中第一原料氣體是包含作 為第III族元素的鎵原子的氣體。此外，摻雜劑氣體為包含鎂原子的氣體。包含鎵原子的 氣體包括三甲基鎵（TMG)或三乙基鎵（TEG)。包含鎂原子的氣體包括雙（環(huán)戊二烯）鎂 (Mg(C5H5)2)或雙（乙基環(huán)戊二烯）鎂（EtCp2Mg:Mg(C2H5C5H4)2)。
[0028] 本發(fā)明的第十三方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第十二方面中的任一方 面的第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在P型中間層形成步驟 中供給至少氮?dú)庾鳛檩d氣。在載氣中氮原子的摩爾比在30%至80%的范圍內(nèi)。
[0029] 本發(fā)明的第十四方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第一至第六方面中的任一方面 的第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中在接近第二階段的開(kāi)始時(shí) 摻雜劑氣體的流量以階躍函數(shù)的方式增加。
[0030] 本發(fā)明的第十五方面涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的第十四方面的第III族氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法的具體實(shí)施方案，其中以階躍函數(shù)的方式已增加的摻雜劑氣體的流 量在第二階段和第三階段中保持不變。
[0031] 在本發(fā)明的第十六方面中，提供了一種第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件，其包括： η型半導(dǎo)體層；在η型半導(dǎo)體層上的發(fā)光層；在發(fā)光層上的p型半導(dǎo)體層；以及在p型半導(dǎo) 體層上的Ρ電極。Ρ型半導(dǎo)體層包括與Ρ電極接觸的Ρ型接觸層和與Ρ型接觸層接觸的Ρ 型中間層。Ρ型接觸層的厚度為〇.5nm至50nm。在ρ型接觸層中，從ρ型中間層的接觸表 面至P電極的接觸表面的Mg濃度變化率X在5X101%X彡1X102°的范圍內(nèi)，X:Mg濃度 變化率（cm3 ·nm3。
[0032] 本說(shuō)明書提供了具有低驅(qū)動(dòng)電壓的第III族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方 法。
【附圖說(shuō)明】
[0033]由于在結(jié)合附圖考慮的情況下，參照優(yōu)選實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的各 種其他目的、特征和許多附帶優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，所以可以容易地認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的各種 其他目的、特征以及許多附帶優(yōu)點(diǎn)，其中：
[0034] 圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0035] 圖2是根據(jù)該實(shí)施方案的p型接觸層附近的結(jié)構(gòu)的圖；
[0036] 圖3是描述用于形成根據(jù)該實(shí)施方案的發(fā)光器件的p型接觸層的第一方法的時(shí)序 圖；
[0037] 圖4是描述用于形成根據(jù)該實(shí)施方案的發(fā)光器件的p型接觸層的第二方法的時(shí)序 圖；
[0038] 圖5是描述用于形成根據(jù)該實(shí)施方案的發(fā)光器件的p型接觸層的第三方法的時(shí)序 圖；
[0039] 圖6是描述用于形成根據(jù)該實(shí)施方案的發(fā)光器件的p型接觸層的第四方法的時(shí)序 圖；
[0040] 圖7是描述用于形成根據(jù)該實(shí)施方案的發(fā)光器件的p型接觸層的第五方法的時(shí)序 圖；
[0041] 圖8是描述用于形成根據(jù)該實(shí)施方案的發(fā)光器件的p型接觸層的第六方法的時(shí)序 圖；
[0042] 圖9是描述用于制造根據(jù)該實(shí)施方案的發(fā)光器件的方法的示意圖（部分1);
[0043] 圖10是描述用于制造根據(jù)該實(shí)施方案的發(fā)光器件的方法的示意圖（部分2);
[0044] 圖11是描述用于制造根據(jù)該實(shí)施方案的發(fā)光器件的方法的示意圖（部分3);
[0045] 圖12是示出第二供給時(shí)間（第二階段）與驅(qū)動(dòng)電壓VF之間的關(guān)系的圖；