CN1848452A - 氮化镓类半导体元件及其制造方法 - Google Patents

氮化镓类半导体元件及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1848452A
CN1848452A CNA2006100743033A CN200610074303A CN1848452A CN 1848452 A CN1848452 A CN 1848452A CN A2006100743033 A CNA2006100743033 A CN A2006100743033A CN 200610074303 A CN200610074303 A CN 200610074303A CN 1848452 A CN1848452 A CN 1848452A
Authority
CN
China
Prior art keywords
based semiconductor
gallium nitride
nitride based
semiconductor film
magnesium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2006100743033A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100485955C (zh
Inventor
菅原秀人
本乡智惠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN1848452A publication Critical patent/CN1848452A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100485955C publication Critical patent/CN100485955C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73—Bipolar junction transistors
    • H01L29/737—Hetero-junction transistors
    • H01L29/7371—Vertical transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02389—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/207—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds further characterised by the doping material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/36—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/6631—Bipolar junction transistors [BJT] with an active layer made of a group 13/15 material
    • H01L29/66318—Heterojunction transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
    • H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/305—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table characterised by the doping materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明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。

Description

氮化镓类半导体元件及其制造方法
本申请是以于2005年4月5日递交的日本专利申请第2005-108474号作为基础，并要求该专利申请作为优先权；其全部内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及氮化镓类半导体元件及其制造方法，尤其涉及改善了p型杂质的活化率(或也称为激活率)的氮化镓类半导体元件及其制造方法。
背景技术
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 EffectTransistor：FET)或异质结双极型晶体管(Heterojunction BipolarTransistor：HBT)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 Deposition：MOCVD)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1：H.Amano，et al.Jpn.J.Phys.28(1989)L2112
非专利文献2：S.Nakamura，et al.Jpn.J.Appl.Phys.31(1992)1258
专利文献1：特开平8-325094号公报
发明内容
根据本发明的一个方案，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。
根据本发明的另一个方案，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。
根据本发明的再一个方案，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是表示本发明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是表示本发明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是表示本发明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是表示对本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是本发明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是表示本发明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。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方案进行说明。
图1是示意地表示本发明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是表示本发明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。
在本发明的说明书中，“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。然后，将此GaN基板10，在供给载气和氨的环境中，加热到例如1100℃。基板温度达到1100℃后，供给作为生长原料的TMG和作为杂质原料的Cp2Mg，开始生长(步骤S102)。在本实施方案中，当第一氮化镓类半导体膜12生长到厚度为T2之后，暂时停止作为III族原料的TMG的供给。
此后，例如，在30秒间，将载气从“富氢”慢慢变为“富氮”，通过将此状态保持10秒，以期达到稳定化。然后，再次开始供给作为III族原料的TMG和Cp2Mg(步骤S110)。其后，将第二氮化镓类半导体膜14生长至膜厚为T1(步骤S112)。在第二氮化镓类半导体膜14生长成后，停止供给作为原料气体的TMG和Cp2Mg，在氮气和氨气的环境下进行降温。当基板温度达到350℃时，进一步停止供给氨气。
其次，给出在第一氮化镓类半导体膜12的生长中气体流量条件的一个例子。可以将总流量设定为30slm，其中氨气为9.5slm，且作为载气，设定氢气为15.5slm/氮气为5.0slm。此载气，由于氢气流量比氮气流量更多，被称为“富氢气体”。这里，“slm”是气体流量的单位，将在0℃、101325帕斯卡(P)下的流量，以升/分钟(1/m)来表示。
另外，还给出第二氮化镓类半导体膜14的生长中气体流量条件的一个例子。在总流量45slm中，可以将氨气设定为4slm，且作为载气，设定氢气为0.3slm/氮气为40.7slm。此载气，由于氮气流量比氢气流量更多，被称为“富氮气体”。
在任一种情况下，在供给作为III族原料的TMG和作为杂质原料的Cp2Mg的载气中，都可以使用氢气。这是基于下述的实验结果，即在氢气中，可以促进这些原料的分解和进入晶体中，而在氮气中，不能分解这些原料，且不能扩散到载气中，在表面形态学(morphology)方面变得“粗糙”。作为III族原料、V族原料和杂质原料的载气所使用的氢气的范围，优选为总流量的0.5～20％，若也考虑富氮条件，则尤其优选为0.5～0.8％。
另外，在第二氮化镓类半导体膜14生长时的气体流量条件中，将氨气流量设为4slm。氨气的流量小，通过氨气的分解而生成的氢气的影响可以降低。但是，氨气流量过小时，会对晶体生长造成坏影响，因此，氨气的流量优选为总流量的5～10％。
若考虑到氨气是总流量的5～10％，则第二氮化镓类半导体膜14的生长中氮气在总流量中所占比例，优选为70～94.5％，氢气在总流量中所占比例，如上所述，优选为0.5～20％。
下面，对图1中表示的镁浓度和氢原子浓度分布的曲线图，进行更详细的说明。在本实施方案中，例如，第一氮化镓类半导体膜12的镁浓度被设定为3×1019cm-3(区域A)，第二氮化镓类半导体膜14的镁浓度被设定为更高，在稳定区域(区域C)中为1×1020cm-3。
本具体例子中的特征是，在第二氮化镓类半导体膜14中，与第一氮化镓类半导体膜12(区域A)相接的区域B的镁浓度，可以比稳定区域中的设定值更高。即，在第一氮化镓类半导体膜12形成后，如图3所例示的那样，进行载气转换(S106)和气体稳定化(S108)。在这之后，再次开始供给III族原料和Cp2Mg(S110)。这样的话，产生了镁浓度急剧增加的R≤x≤T1的区域。在x＝R时，镁浓度增高至2×1020cm-3的最大值，此后，从朝着表面的方向依次减少，在0≤x≤Q的稳定区域C中，变成平衡状态，达到设计值1×1020cm-3。也可以认为R≤x≤T1的区域是在第二氮化镓类半导体膜14的生长中，通过镁的扩散而形成的。另外，也可以认为是，在生长中断中堆积在生长前沿的镁，在随后的第二氮化镓类半导体膜14开始生长的同时，进入了晶体的内部。
另一方面，氢原子浓度在Q≤x≤T1的区域B中朝着表面方向而增大。但是，由于伴随着镁浓度变化，氢原子的进入量发生了变化，所以在Q≤x≤R和R≤x≤T1的区域中，浓度斜率不同。另外，不仅在富氮的生长区域B和C中，氢原子浓度可以降至比镁浓度更低，而且在用富氢形成的生长区域A中，也可以将氢原子浓度降至比镁浓度更低。这样的氮化镓类层叠体对于光学器件和电子器件的构造方面极其有效。也即，在第二氮化镓类半导体膜14上，由于形成了p侧电极16，优选有效受主的浓度(即空穴浓度)较高。在镁浓度可以变得更高、且降低了活化率的氢原子浓度可以更为降低的本构造中，有可能达到更高的有效受主浓度。
图4是用二次离子质谱仪(SIMS)得到的镁(Mg)和氢原子(H)浓度的x(nm)分布实测值。在此例中，设定T1＝100nm，T2＝2.1μm。在x≤50的区域中，镁浓度大致为1×1020cm-3；在50≤x≤T1的区域中，镁浓度上升至大致为2×1020cm-3的峰值；在100≤x的区域中，镁浓度大致为3×1019cm-3，与图1中所表示的分布很好地吻合。同样，在x≤50的区域中，氢原子浓度大致为5×1019cm-3；在100≤x的区域中，氢原子浓度为2×1019cm-3，也与图1中相关的所述分布很好地吻合。
在用SIMS进行的测定中，在测定样品的表面附近有吸附的影响，由于测定中发生误差的情况较多，因此在图4中，省略了表面附近的数据。另外，在图4中所表示的数据中，当用SIMS进行测定时，由于从高浓度侧(即表面侧)开始进行分析，可以认为会发生样品中含有的镁(Mg)和氢(H)通过1次离子束被埋入样品中的“撞击效应”(knockon effect)。因此可以看出，从通过富氢载气生长的区域A开始，直至通过富氮载气生长的区域B的界面中，镁(Mg)和氢原子(H)的浓度比实际的分布更平稳地变化。也就是说可以认为，镁(Mg)和氢原子(H)的浓度比图4所表示的测定结果更急剧地变化。
下面，对本具体例与本发明者所研究的比较例的差异进行说明。
在比较例中，使第一氮化镓类半导体膜12，通过与本具体例相同的富氢生长条件，形成厚度仅为2.0微米。在这种情况下，与本具体例一样，进行暂时停止供给III族原料的生长中断，使得可以用相同的条件进行比较。在此之后，再次通过富氢生长条件，形成厚度为100纳米的第二氮化镓类半导体膜14。
图5是表示比较例中的镁浓度分布(用实线表示)和氢原子(H)浓度分布(用一点点划线表示)的图。在这里，T1＝100nm，T2＝2.1μm。
第一氮化镓类半导体膜12(区域A)的氢原子(H)浓度，在比较例中为4×1019cm-3(用SIMS得到的实测值)，与此相对应，在第一实施方案中，可以减半为2×1019cm-3。这些可以说明如下：在本具体例的情况中，刚生长后为4×1019cm-3的氢原子浓度，当第二氮化镓类半导体膜14生长时，由于将环境气体转换为富氮，膜14内处于平衡状态的氢原子被排出到晶体外部，从而氢原子浓度减少至2×1019cm-3。
另外，在比较例中，第二氮化镓类半导体膜14(区域D)的氢原子(H)浓度，在直至100纳米的深度，为1×1020cm-3(用SIMS得到的实测值)。另一方面，在本实施方案中，第二氮化镓类半导体膜14中的氢原子浓度，在与区域A相接的Q≤x≤T1的区域B中，从2×1019cm-3开始到5×1019cm-3为止，从朝着表面的方向增加，而在0≤x≤Q的区域C中，大致达到5×1019cm-3的恒定值，在任一个区域都比比较例低。
象这样，在比较例中，在第一氮化镓类半导体膜12(区域A)中，氢原子浓度比镁浓度高；在第二氮化镓类半导体膜14中，镁浓度与氢原子浓度大致相同。其结果是，由于和氢原子结合的镁增加，非活化率变高。进行电学特性评价的结果是：比较例的膜是高电阻的，若不进行热处理，则很难工作。
下面，对本实施方案中的区域B内的镁和氢原子浓度分布的变化原因，进行更详细的说明。在本具体例的氮化镓类半导体膜的生长中，使用了MOCVD装置。
图6～图8是表示MOCVD装置内，反应室的反应炉壁中的Cp2Mg及其分解生成物的吸附、脱离的示意图。从图6中的石英管20的左侧，导入载气、III族原料气体、杂质原料气体。GaN基板10被设置在加热的基座26上。
在氮化镓类材料中，作为p型杂质的镁的活化率一般较低。因此，为了得到规定的有效受主浓度(即空穴浓度)，需要供给大量的镁。在这种情况下，若在富氢的载气环境中生长，在MOCVD装置的反应炉壁22等中，当气体的供给停止后，还有大量的Cp2Mg及其分解生成物以吸附状态残留下来。这些残留物，在随后的晶体生长工序中，会进入生长膜中。这种现象是氮化镓类半导体生长中所用的MOCVD装置中共同的现象，被称为“镁记忆效应”等(J.Crystal Growth，Vol.93(1998)p624)。
即使在本实施方案中，在富氢载气环境中的第一氮化镓类半导体膜12的生长中，也会发生这种现象，如图6所示，在p型氮化镓类半导体生长时，Cp2Mg和其分解生成物28，吸附在反应炉壁22上。与此相对应，根据本发明者的研究结果，可以知道，在富氮载气环境中的第二氮化镓类半导体膜14的生长中，如图8所示，在反应炉壁22上吸附的Cp2Mg和其分解生成物28的量减少了。
也就是说，若将富氢的载气环境转换成富氮的载气环境，镁对反应炉壁22的脱离量要多于吸附量，产生了进入晶体中的镁量增加的过渡期(图7)。当从反应炉壁22上的脱离量较多时，可以掺杂只那么多量的镁。而且此时，不需要增加作为镁的载气的氢气量。因此，可以提高被掺杂的镁的活化率。另外，当象这样从反应炉壁22脱离的大量镁进入晶体中时，可以推测氢的进入降低。
这样一来，可以认为图1中表示的区域B(Q≤x≤T1)中镁浓度和氢浓度，产生了过渡性的变化。
区域B中的镁和氢浓度，可以通过Cp2Mg的供给量、载气的种类、反应炉壁22的材质和构造等进行控制。根据本发明者的研究，Cp2Mg的吸附效果在石英中比在不锈钢(sus)中显著。因此，当用石英和其他材料组合形成MOCVD的反应室时，通过适当调整石英部件的形状和面积等，可以控制吸附量。
若不进行伴随着载气转换的生长中断，不能得到陡峭的界面。另一方面，若生长中断过长，由于从反应炉壁脱离的镁等被排出反应炉外，很难通过进入结晶而得到镁具有更高浓度的区域。
根据本发明者的实验，在本具体例中，可以不进行电子射线照射或热处理等的后处理，使得第二氮化镓类半导体膜14的电阻率约为2Ω·cm。这样，可以满足作为用于构成元件的p型导电型的要求。
另外，当用C-V法对有效受主的浓度进行测定时，结果在区域C中是3×1018cm-3，在与区域A的界面接近的区域B中为1×1019cm-3。这些电阻率和有效受主浓度的测定值，证实了可以控制氢(H)的进入量，改善镁的活化率。
图9是对本实施方案中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。
另外，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。
即，在本变型例中，在与图1和图2相关的所述第二氮化镓类半导体膜14中，具有除去区域C而将区域B设置在上层的构造。
这可以通过例如在与图1或图8相关的所述方法形成氮化镓类半导体元件之后，对第二氮化镓类半导体膜14进行刻蚀，从而除去区域C而形成。这样做，若在受主浓度较高的区域B上形成p侧电极16，则可以切实降低接触电阻。另外，在本变型例中，也可以对区域B的一部分进行进一步的刻蚀，使镁浓度更高的区域露出表面。如果这样做，可以进一步有效地降低与p侧电极16的接触电阻。
下面，对本发明的第二实施方案中的半导体发光元件进行说明。
图11是本发明的第二实施方案中的氮化镓类半导体发光元件的示意截面图。
在n-GaN的基板10上，将n-GaN的基底层32(膜厚约为2微米)、InGaN类多量子阱(MQW，Multiple Quantum Well)活性层30(膜厚约为0.045微米)、成为p-AlGaN包层的第一氮化镓类半导体膜12(膜厚为0.5微米)、成为p-GaN接触层的第二氮化镓类半导体膜14(膜厚为0.03微米)依次进行层叠。p侧电极16，优选是可以透过从活性层30发出的光的薄膜金属(导电性光透过金属)。n侧的电极34在n-GaN的基板10的背面形成。作为活性层，可以做成由5层InGaN阱层(3nm)、和6层InGaN阻挡层(5nm)交替层叠而得到的MQW构造。通过向InGaN类MQW活性层30注入的电流，在以虚线表示的发光区域33中，可以得到发光波长为380～540nm的发射光(发射光V)。
通过适当使用氨、TMG(三甲基镓)、TMA(三甲基铝)、TMI(三甲基铟)作为生长原料、Cp2Mg作为p型杂质原料、SiH4作为n型杂质原料、氢气和氮气作为载气的MOCVD法，进行晶体生长。本具体例的特征是，成为p-AlGaN包层的第一氮化镓类半导体膜12，在富氢载气的环境中进行生长，其后转换成富氮载气环境，使成为p-GaN接触层的第二氮化镓类半导体膜14(膜厚为0.03微米)进行生长。即，在图11中，使T1＝0.03μm、T2＝0.53μm。
在这样的层叠体中，在使成为接触层的第二氮化镓类半导体膜14在富氮载气环境中进行生长的工序中，由于成为包层的第一氮化镓类半导体膜12中的氢原子排出到外部，包层中的镁无需后处理就可以活性化。另外，成为接触层的第二氮化镓类半导体膜14，由于在富氮载气环境中进行生长，抑制了氢原子的进入，提高了镁的活化率，无需后处理就可以得到低电阻的p型。
另外，由于镁的记忆效应而在富氢载气环境下吸附在反应炉壁上的Cp2Mg及其分解生成物，在富氮载气环境下发生脱离。由于这样的脱离，第二氮化镓类半导体膜14的生长初期的镁浓度，比平衡状态高。由于脱离的镁进行掺杂时氢的进入量较少，如图1所例示的那样，氢原子浓度比平衡状态减少。
象这样，将镁以更高浓度进行掺杂，且氢降至更低的浓度，其结果是，有可能提高有效受主的浓度。如果将p侧电极16在此区域(即图1中的B区域)中形成，有可能大幅度减少接触电阻。为了使有效受主浓度较高的B区域与p侧电极接触，可以采取将B区域实质性地成为表面的下述方法中的任何一种方法：使第二氮化镓类半导体膜14生长得较薄；或者如与图9和图10中有关的所述那样，在生长后进行刻蚀除去区域C。根据发明者的试制结果，当半导体发光元件的驱动电流是20mA时，工作电压大约改善了0.2V。
下面，对本发明的第三实施方案中的半导体激光元件进行说明。
图12是本发明的第三实施方案中的氮化镓类半导体激光元件的示意截面图。
在n-GaN的基板10上，将n-GaN的基底层50(膜厚为2.0微米)、n-AlGaN包层49(膜厚为0.5微米)、GaN导向层48(膜厚为0.1微米)、InGaN类MQW活性层46(膜厚为0.049微米)、GaN导向层44(膜厚为0.1微米)、p-AlGaN防溢出层42(膜厚为0.01微米)、成为p-GaN/AlGaN超晶格包层的第一氮化镓类半导体膜12(膜厚为0.5微米)、成为p-GaN接触层的第二氮化镓类半导体膜14(膜厚为0.03微米)依次进行层叠。p侧电极16，与p-GaN接触层相连，n侧的电极34，与n-GaN的基板10的背面相连。活性层46通过将3层InGaN阱层(3nm)和4层InGaN阻挡层(10nm)交替层叠而得到的MQW构造构成。
将成为p-GaN/AlGaN超晶格包层的第一氮化镓类半导体膜12和成为p-GaN接触层的第二氮化镓类半导体膜14，布图加工成条纹状的脊形波导通路。然后，在脊形的侧面17和脊形的肋部18，粘附上由硅氧化膜等组成的绝缘膜40。通过向InGaN类MQW活性层46中注入的电流，在与纸面垂直的方向发射发光波长为380～450nm的激光。这种情况下，通过n-AlGaN包层49和p-GaN/AlGaN超晶格包层，光在x方向被封闭。另一方面，沿着条纹的方向，通过粘附了绝缘膜40的脊形波导通路，光被封闭。其结果是，激光从以虚线表示的发光区域47发射。
通过适当使用氨、TMG(三甲基镓)、TMA(三甲基铝)、TMI(三甲基铟)作为生长原料、Cp2Mg作为p型杂质原料、SiH4作为n型杂质原料、氢气和氮气作为载气的MOCVD法，进行晶体生长。本具体例的特征是，成为p-GaN/AlGaN超晶格包层的第一氮化镓类半导体膜12，在富氢载气的环境中进行生长，其后转换成富氮载气环境，成为p-GaN接触层的第二氮化镓类半导体膜14进行生长。即在图12中，使T1＝0.03μm、T2＝0.53μm。
在这样的层叠体中，在第二氮化镓类半导体膜14在富氮载气环境中进行生长的工序中，由于第一氮化镓类半导体膜12中的氢被排出到外部，镁无需后处理就可以活性化。另外，第二氮化镓类半导体膜14，由于在富氮载气环境中进行生长，抑制了氢原子的进入，提高了镁的活化率，无需后处理就可以形成p型。
另外，由于镁的记忆效应而在富氢载气环境下吸附在反应炉壁上的Cp2Mg及其分解生成物，在富氮载气环境下发生脱离。由于这些脱离的Cp2Mg及其分解生成物进入晶体中，第二氮化镓类半导体膜14的生长初期的镁浓度，比平衡状态高。由于对脱离的镁进行掺杂时，氢的进入量较少，如图1所例示的那样，氢原子浓度比平衡状态减少。这样的话，可以得到镁的更高浓度和氢的更低浓度，其结果是，有可能提高有效受主的浓度。如果将p侧电极16在此区域(即图1中的B区域)中形成，则有可能大幅度减少接触电阻。
根据发明者的试制结果，可以得到具有良好特性的半导体激光元件，即发光波长在410nm处连续振荡、驱动电流为100mA时工作电压是5.0V、阀电流密度为3kA/cm2的半导体激光元件。尤其是由于形成了提高了有效受主浓度的接触层14，其结果是工作电压降低了0.5V。
下面，对本发明的第四实施方案中的异质双极晶体管进行说明。
图13～图17是此异质双极晶体管的工序截面图。
首先，如图13所示，在n-GaN的基板10上，依次将n-GaN的集电极层70(施主浓度约为5×1016cm-3，厚度约为0.7微米)、p-GaN基极层72(空穴浓度约为5×1017cm-3，厚度约为0.15微米)、n+-Al0.1Ga0.9N发射极层74(施主浓度为5×1018cm-3，厚度约为0.5微米)，通过例如MOCVD法进行生长。在这种情况下，可以设定载气为富氢的，施主为硅，受主是镁。
图14表示，将经过布图化的绝缘膜76作为掩模，将发射极层74通过反应离子刻蚀(RIE)进行刻蚀的截面的示意图。可以设定为发射长L是20～50微米，发射宽W1约为2微米。若发射宽W1变大，则产生电流集中到周边部位、发射中央部电流很难流动的“电流集中效应”。其结果是，接合容量增加，电流增益降低，所以发射宽W1优选为1～3微米。
在此之后，在发射极层74上粘附上氮化硅这样的绝缘膜78，进行布图化。然后再次通过MOCVD法，在p-GaN基极层72上，使第一氮化镓类半导体膜12(膜厚为0.2微米)和第二氮化镓类半导体膜14(膜厚为0.03微米)选择性地生长(图15)。在这种情况下，与第一实施方案相同，第一氮化镓类半导体膜12，在富氢载气环境下生长。在此之后，暂时中断供给III族原料气体和Cp2Mg气体，将载气环境转换成富氮的，然后再次供给原料气体和Cp2Mg气体。
第二氮化镓类半导体膜14的镁浓度，通过记忆效应，与第一实施方案相同，可以比稳定状态更高(区域B)。另外，氢原子浓度可以比稳定状态更低。此结果是，空穴浓度可以增高。一般来说，由于基载流子的浓度小于等于1×1018cm-3，若要形成与基极的电阻接合，需要更高浓度的接触层。在C-V法测定中，第二氮化镓类半导体膜14的有效受主浓度测得为1×1019cm-3，所以可以将区域B设成低电阻的接触层。
接下来，如图16所示那样，以绝缘膜(图中未表示出来)或抗蚀剂(图中未表示出来)作为掩模，对第二氮化镓类半导体膜14、第一氮化镓类半导体膜12、和p型基极层12进行布图化，将全体用绝缘膜(例如硅氧化膜)80覆盖。
其后，为了形成发射极84和基极82，在基极层12的上部，将绝缘膜80通过刻蚀而除去。
图17是表示，在发射电极84、基极82、集电极(下面)86形成之后的剖面的示意图。
这些电极可以通过举离(lift off)工序等形成。在这种情况下，优选通过将第二氮化镓类半导体膜14较薄地形成，或如前面就图9和图10所述的那样，在膜生长后，将其表面稍微进行刻蚀的方法，使高浓度的区域B和基极82相接触，以降低电阻。
图18是对发射极和基极的设置进行例示的示意平面图。
发射电极84由覆盖长度L的发射极的指状部92和焊盘90构成。在焊盘90的正下方，设置了绝缘膜80。另外，基极82由指状部94和焊盘96构成。在这种情况下，在焊盘96的正下方，也设置了绝缘膜80。为了使指状部和焊盘不发生“阶梯切削”，可以对绝缘膜80的厚度和电极厚度进行适当的选择。作为发射极84和集电极86，可以用例如Ti/Al/Pt/Au。另外，作为基极82，可以用例如Ni/Au。
图19是对此异质双极晶体管的静态特性进行例示的图。
当集电极-发射极间的电压VCE为15V时，电流放大率(β＝IC/IB)约为4.8。双极晶体管的共发射极功率增益G是，G＝fT/(8πf2rBCC)。其中，fT是特征频率，f是工作频率，rB是基极电阻，CC是集电极容量。基极电阻rB越小，增益G可以越高。因此，优选基极接触电阻尽可能地小。以前，镁浓度和活化率较低，基极电阻rB的降低有限度。在本具体例中，在富氮载气环境中，通过进行第二氮化镓类半导体膜14的晶体生长，得到基极接触电阻可以降低的有效受主浓度。
在上述具体例中，对与在GaN基板上进行晶体生长相关的构造进行了说明。但是，并不限定与此，只要是可以使GaN进行晶体生长的基板就可以，例如蓝宝石、氧化铝(Al2O3)、SiC、Si、GaAs等。另外，关于镁浓度，也不限定于上述的具体例，可以选择在各种元件中的适宜值。而且，关于反应炉的部件材质，也可以用石英以外的SUS、碳、以及对这些表面进行了涂布的材料。
以上，是参照具体例对本发明的实施方案进行了说明。但是，本发明并不限于此。
例如，关于构成半导体发光元件、半导体激光元件、异质双极晶体管等氮化镓类半导体元件的各要素的尺寸、材质、配置关系等，以及关于其制造方法，即使本领域的技术人员加上了各种的设计变更，只要具有本发明的宗旨，也包括在本发明的范围中。

Claims (20)

1.一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。
2.根据权利要求1所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，还具备：
在所述第一氮化镓类半导体膜之下设置的发光层、和
在所述第二氮化镓类半导体膜上设置的p侧电极，
其中，电流经过所述p侧电极，流入所述发光层中，从而产生发光。
3.根据权利要求1所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，在所述第二氮化镓类半导体膜中，还设置有镁浓度分布和氢浓度分布实质上是平坦的第二区域。
4.根据权利要求3所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，所述第二区域中的所述镁浓度比所述氢浓度高。
5.根据权利要求2所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，所述第一氮化镓类半导体膜含有AlGaN，所述第二氮化镓类半导体膜含有GaN。
6.根据权利要求5所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，所述发光层含有InGaN。
7.根据权利要求1所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，还具备：
在基板上设置的由n型的第三氮化镓类半导体膜构成的集电极层、和
在所述集电极层上的一部分上并在所述第一氮化镓类半导体膜之下设置的由p型第四氮化镓类半导体膜构成的基极层、和
在所述基极层之上的一部分上设置的由n型第五氮化镓类半导体膜构成的发射极层、和
在所述第二氮化镓类半导体膜上设置的基极，
其中，所述集电极层、所述基极层、和所述发射极层，构成了异质双极晶体管。
8.根据权利要求1所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，所述第二氮化镓类半导体膜中的镁浓度的最大值大于等于1×1020cm-3。
9.一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和氢浓度增大的第一区域，并且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。
10.根据权利要求9所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，在所述第二氮化镓类半导体膜中，还设置有朝着表面方向镁浓度减少而氢浓度增大的第二区域，并且在所述第二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。
11.根据权利要求9所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，还具备：
在所述第一氮化镓类半导体膜之下设置的发光层、和
在所述第二氮化镓类半导体膜上设置的p侧电极，
其中，电流经过所述p侧电极，流入所述发光层中，从而产生发光。
12.根据权利要求11所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，所述第一氮化镓类半导体膜含有AlGaN，所述第二氮化镓类半导体膜含有GaN。
13.根据权利要求12所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，所述发光层含有InGaN。
14.根据权利要求9所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，还具备：
在基板上设置的由n型的第三氮化镓类半导体膜构成的集电极层、和
在所述集电极层上的一部分上、并且在所述第一氮化镓类半导体膜之下设置的由p型第四氮化镓类半导体膜构成的基极层、和
在所述基极层之上的一部分上设置的由n型第五氮化镓类半导体膜构成的发射极层、和
在所述第二氮化镓类半导体膜上设置的基极，
其中，所述集电极层、所述基极层、和所述发射极层构成异质双极晶体管。
15.根据权利要求9所述的氮化镓类半导体元件，其特征在于，所述第二氮化镓类半导体膜中的镁浓度的最大值大于等于1×1020cm-3。
16.一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。
17.根据权利要求16所述的氮化镓类半导体元件的制造方法，其特征在于，在生长所述第二氮化镓类半导体膜的工序中，形成了朝着表面方向镁浓度和氢浓度增大的第一区域。
18.根据权利要求17所述的氮化镓类半导体元件的制造方法，其特征在于，在生长所述第二氮化镓类半导体膜的工序中，还形成了朝着表面方向镁浓度减少、而氢浓度增大的第二区域。
19.根据权利要求18所述的氮化镓类半导体元件的制造方法，其特征在于，在所述第二氮化镓类半导体膜的生长工序中，还形成了镁浓度和氢浓度实质上是平坦的第三区域。
20.根据权利要求16所述的氮化镓类半导体元件的制造方法，其特征在于，在有机金属气相沉积装置中设置的、用于导入生长气体的反应炉的至少一部分使用石英。
CNB2006100743033A 2005-04-05 2006-04-05 氮化镓类半导体元件及其制造方法 Expired - Fee Related CN100485955C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005108474 2005-04-05
JP108474/2005 2005-04-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1848452A true CN1848452A (zh) 2006-10-18
CN100485955C CN100485955C (zh) 2009-05-06

Family

ID=36643210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2006100743033A Expired - Fee Related CN100485955C (zh) 2005-04-05 2006-04-05 氮化镓类半导体元件及其制造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7714350B2 (zh)
EP (1) EP1710841A3 (zh)
JP (1) JP2010045396A (zh)
CN (1) CN100485955C (zh)
TW (1) TW200711171A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102800770A (zh) * 2011-05-24 2012-11-28 株式会社东芝 氮化物半导体层及其形成方法以及半导体发光器件
CN102800810A (zh) * 2011-05-27 2012-11-28 浦项工科大学校产学协力团 电极和包括其的电子器件
CN103311397A (zh) * 2012-03-13 2013-09-18 台积固态照明股份有限公司 通过压力缓降生长改进的LED的p-GaN层
CN103329276A (zh) * 2011-01-25 2013-09-25 住友电气工业株式会社 氮化物半导体元件的制造方法
CN104541359A (zh) * 2012-05-16 2015-04-22 三垦电气株式会社 氮化物半导体装置的制造方法
CN104716175A (zh) * 2013-12-11 2015-06-17 丰田合成株式会社 半导体装置及其制造方法

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080104148A (ko) * 2006-02-17 2008-12-01 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 반극성 (Ａｌ,Ｉｎ,Ｇａ,Ｂ)Ｎ 광전자 소자들의 성장 방법
US8652948B2 (en) * 2007-11-21 2014-02-18 Mitsubishi Chemical Corporation Nitride semiconductor, nitride semiconductor crystal growth method, and nitride semiconductor light emitting element
CN101971364B (zh) 2008-11-06 2013-05-15 松下电器产业株式会社 氮化物类半导体元件及其制造方法
JP5394717B2 (ja) * 2008-12-15 2014-01-22 日本オクラロ株式会社 窒化物半導体光素子の製造方法
WO2011013621A1 (ja) * 2009-07-31 2011-02-03 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザダイオード
JP4769905B2 (ja) * 2009-12-10 2011-09-07 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 ｐ型ＡｌＧａＮ層の製造方法およびＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
WO2011077704A1 (ja) * 2009-12-25 2011-06-30 パナソニック株式会社 窒化物系半導体素子およびその製造方法
JP2012094688A (ja) * 2010-10-27 2012-05-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP5175918B2 (ja) 2010-12-01 2013-04-03 株式会社東芝 半導体発光素子
JP6054620B2 (ja) * 2012-03-29 2016-12-27 トランスフォーム・ジャパン株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法
JP2014127708A (ja) * 2012-12-27 2014-07-07 Toshiba Corp 半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法
JP6170300B2 (ja) * 2013-01-08 2017-07-26 住友化学株式会社 窒化物半導体デバイス
JP2015043413A (ja) 2013-07-22 2015-03-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 窒化物半導体発光素子
JP6001627B2 (ja) * 2014-12-08 2016-10-05 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法
EP3442026B1 (en) 2017-08-11 2023-03-08 IMEC vzw Gate for an enhancement-mode transistor
JP7204570B2 (ja) * 2019-04-15 2023-01-16 株式会社東芝 半導体装置及びその製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5693963A (en) * 1994-09-19 1997-12-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Compound semiconductor device with nitride
DE69637304T2 (de) * 1995-03-17 2008-08-07 Toyoda Gosei Co., Ltd. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung bestehend aus einer III-V Nitridverbindung
JP3198912B2 (ja) 1995-03-30 2001-08-13 住友化学工業株式会社 ３−５族化合物半導体の製造方法
US6020602A (en) * 1996-09-10 2000-02-01 Kabushiki Kaisha Toshba GaN based optoelectronic device and method for manufacturing the same
JP3433075B2 (ja) * 1997-11-19 2003-08-04 株式会社東芝 窒化物系半導体素子の製造方法
JPH11177134A (ja) 1997-12-15 1999-07-02 Sharp Corp 半導体素子の製造方法及び半導体素子、並びに発光素子の製造方法及び発光素子
JP2000183466A (ja) * 1998-12-21 2000-06-30 Toshiba Corp 化合物半導体レーザおよびその製造方法
JP3233139B2 (ja) * 1999-09-30 2001-11-26 松下電器産業株式会社 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
JP2001119064A (ja) * 1999-10-15 2001-04-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 窒化物半導体発光素子
JP4103309B2 (ja) 2000-07-13 2008-06-18 松下電器産業株式会社 ｐ型窒化物半導体の製造方法
JP2001298214A (ja) 2000-02-10 2001-10-26 Sharp Corp 半導体発光素子およびその製造方法
JP4162385B2 (ja) * 2000-03-02 2008-10-08 株式会社リコー ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法
JP3453558B2 (ja) * 2000-12-25 2003-10-06 松下電器産業株式会社 窒化物半導体素子
TW540170B (en) * 2002-07-08 2003-07-01 Arima Optoelectronics Corp Ohmic contact structure of semiconductor light emitting device and its manufacturing method
JP2004103930A (ja) * 2002-09-11 2004-04-02 Mitsubishi Cable Ind Ltd ｐ型ＧａＮ系化合物半導体の製造方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103329276A (zh) * 2011-01-25 2013-09-25 住友电气工业株式会社 氮化物半导体元件的制造方法
CN102800770A (zh) * 2011-05-24 2012-11-28 株式会社东芝 氮化物半导体层及其形成方法以及半导体发光器件
US8829544B2 (en) 2011-05-24 2014-09-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device, nitride semiconductor layer, and method for forming nitride semiconductor layer
CN102800770B (zh) * 2011-05-24 2015-06-10 株式会社东芝 氮化物半导体层及其形成方法以及半导体发光器件
US9190559B2 (en) 2011-05-24 2015-11-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device, nitride semiconductor layer, and method for forming nitride semiconductor layer
US9601662B2 (en) 2011-05-24 2017-03-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor light emitting device, nitride semiconductor layer, and method for forming nitride semiconductor layer
CN102800810A (zh) * 2011-05-27 2012-11-28 浦项工科大学校产学协力团 电极和包括其的电子器件
CN103311397A (zh) * 2012-03-13 2013-09-18 台积固态照明股份有限公司 通过压力缓降生长改进的LED的p-GaN层
CN103311397B (zh) * 2012-03-13 2017-07-11 晶元光电股份有限公司 通过压力缓降生长改进的LED的p‑GaN层
CN104541359A (zh) * 2012-05-16 2015-04-22 三垦电气株式会社 氮化物半导体装置的制造方法
CN104716175A (zh) * 2013-12-11 2015-06-17 丰田合成株式会社 半导体装置及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010045396A (ja) 2010-02-25
EP1710841A2 (en) 2006-10-11
CN100485955C (zh) 2009-05-06
EP1710841A3 (en) 2009-07-01
US20060220044A1 (en) 2006-10-05
TW200711171A (en) 2007-03-16
US7714350B2 (en) 2010-05-11
TWI323044B (zh) 2010-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1848452A (zh) 氮化镓类半导体元件及其制造方法
CN100350641C (zh) 氮化物半导体器件
CN1251335C (zh) 以氮化镓为基底的半导体发光装置及其制造方法
CN1268046C (zh) 用于形成第ⅲ主族氮化物半导体层的方法以及半导体器件
CN101262037B (zh) 氮化物半导体发光装置
EP2504869B1 (en) Led with improved injection efficiency
CN1698212A (zh) 使用氮化物半导体的发光器件和其制造方法
CN1577743A (zh) GaN基底和其制备方法、氮化物半导体器件和其制备方法
CN101069289A (zh) 氮化物半导体发光器件及其制造方法
CN1340215A (zh) 氮化半导体器件及其制造方法
JP2009277882A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法及びｉｉｉ族窒化物半導体発光素子、並びにランプ
CN103824917B (zh) 一种led制备方法、led和芯片
CN1819288A (zh) Ⅲ族氮化物系化合物半导体发光元件及其制造方法
JP2009295753A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法及びｉｉｉ族窒化物半導体発光素子、並びにランプ
CN102104094B (zh) 发光元件及其制造方法
KR20090057453A (ko) Ⅲ족 질화물 화합물 반도체 발광 소자의 제조 방법, 및 ⅲ족 질화물 화합물 반도체 발광 소자, 및 램프
CN1086514C (zh) 具有减小电阻的化合物半导体器件
CN101522942A (zh) Ⅲ族氮化物化合物半导体叠层结构体的成膜方法
CN1639934A (zh) 半导体激光器和其制造方法
CN1489248A (zh) 氮化物系半导体激光元件
CN1943047A (zh) 氮化镓基半导体器件
CN105098001B (zh) 发光设备及其制造方法
CN101290963B (zh) 氮化物半导体发光元件
CN108550676A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN108281519A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20180117

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: Kabushiki Kaisha TOSHIBA

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: Toshiba Corp.

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090506

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee