DE112005002133T5 - Schichtstapelstruktur mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern vom N-Typ - Google Patents

Schichtstapelstruktur mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern vom N-Typ Download PDF

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Hitoshi Ichihara Takeda
Hisayuki Ichihara Miki
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Toyoda Gosei Co Ltd
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Showa Denko KK
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Abstract

Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern, mit einer ersten n-Schicht, die über eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält, und eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, verfügt, und einer zweiten n-Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit einer mittleren Konzentration unter der der ersten n-Schicht enthält, wobei die zweite n-Schicht benachbart zur Schicht in der ersten n-Schicht liegt, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält.

Description

  • Querverweis auf eine einschlägige Anmeldung
  • Diese Anmeldung ist eine gemäß §111(a) 35 U.S.C. eingereichte Anmeldung, die gemäß §119(e)(1) 35 U.S.C. den Nutzen des Anmeldungsdatums der am 21. September 2004 gemäß §111(b) 35 U.S.C. eingereichten vorläufigen Anmeldung Nr. 60/611,285 beansprucht.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtstapelstruktur mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern vom n-Typ und ein Licht emittierendes Bauteil mit derartigen n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern, das diese Halbleiter-Schichtstapelstruktur enthält.
  • Hintergrundbildende Technik
  • Herkömmlicherweise wird ein auf einem Substrat ausgebildeter Gruppe-III-Nitridhalbleiter als Funktionsmaterial zum Herstellen Licht emittierender Bauteile mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern mit pn-Übergang verwendet, die sichtbares Lichts kurzer Wellenlänge emittieren, wie Leuchtdioden (LEDs) und Laserdioden (LDs) (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldungs-Offenlegung (kokai) Nr. 2000-332364). Beispielsweise wird bei der Herstellung einer LED, die Licht im nahen UV, blaues Licht oder grünes Licht emittiert, Aluminiumgalliumnitrid (AlXGaYN, 0≤X, Y≤1, X + Y = 1) vom n- oder vom p-Typ zum Herstellen einer Mantelschicht verwendet (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldungs-Offenlegung (kokai) Nr. 2003-229645). In ähnlicher Weise wird Galliumindiumnitrid (GaYInZN, 0≤Y, Z≤1, Y + Z = 1) zur Herstellung einer Licht emittierenden Schicht verwendet (siehe z. B. die japanische Patentveröffentlichung (kokoku) Nr. 55-3834).
  • Allgemein wird bei herkömmlichen Licht emittierenden Bauteilen mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern eine als Mantelschicht dienende Schicht aus einem Gruppe-III-Nitridhalbleiter vom n- oder p-Typ mit einer Licht emittierenden Schicht verbunden, um ein Licht emittierendes Element mit Heteroübergangsstruktur herzustellen, um eine hohe Emissionsintensität zu erzielen. Um beispielsweise ein Licht emittierendes Element mit Doppelheteroübergangsstruktur herzustellen, wird die Licht emittierende Schicht aus einem Halbleiter wie GaYInZN (0≤Y, Z≤1, Y + Z = 1) aufgebaut, mit dem eine Schicht aus einem Gruppe-III-Nitridhalbleiter vom p-Typ verbunden wird (siehe z. B. das von Isamu AKASAKI geschriebene und herausgegebene Buch "Group III-V Compound Semiconductors", veröffentlicht von Baifukan Co., Ltd., Kapitel 13, 20. Mai 1995).
  • Herkömmlicherweise wird im Allgemeinen eine beispielsweise zwischen ein Substrat und eine Licht emittierende Schicht eingefügte Schicht aus einem n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter aus einem mit Silicium (Si) dotierten Gruppe-III-Nitridhalbleiter hergestellt. In diesem Zusammenhang wird eine Halbleiterschicht, beispielsweise eine mit Si-dotierte n-AlXGaYN (0≤X, Y≤1, X + Y = 1) verwendet, deren spezifischer Widerstand durch Modifizieren der Menge von als Dotierstoff dienendem Silicium (Si) kontrolliert wird (siehe beispielsweise das japanische Patent Nr. 3383242).
  • Aus dem Gesichtspunkt des Aufrechterhaltens stabiler Kristallinität und elektrischer Eigenschaften bis zu relativ hoher Konzentration heraus, wird Si häufig als n-Fremdstoff verwendet, womit jedoch ein Problem dahingehend einhergeht, dass es zu Rissen kommt, wenn es in großen Mengen dotiert wird. Als andere Fremdstoffe vom n-Typ neben Silicium sind andererseits Germanium (Ge), Schwefel (S), Zinn (Sn), Selen (Se) und Tellur (Te) be kannt (siehe beispielsweise die japanische Patentanmeldungs-Offenlegung (kokai) Nr. 4-170397 sowie das japanische Patent Nr. 3504976). Im Vergleich mit Si ist jedoch die Dotiereffizienz niedrig, was nicht vorteilhaft ist, um eine Schicht aus einem n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter mit niedrigem Widerstand zu erhalten. Wenn beispielsweise eine Dotierung mit Ge hoher Konzentration erfolgt, um eine n-Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht mit niedrigem Widerstand zu erhalten, tritt ein Defekt entsprechend einer Erzeugung kleiner Löcher (Pits) in der Oberfläche der n-Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht auf, wodurch die Ebenheit beeinträchtigt ist.
  • Wenn durch Ausbilden einer Licht emittierenden Schicht oder eines anderen pn-Übergangs auf einer mit Fremdstoffen vom n-Typ dotierten Schicht hergestellt wird, führt die Erzeugung von Pits, selbst wenn sie winzig sind, zum Problem eines Ausleckens des Stroms, und es ist die elektrostatische Durchbruchspannung beeinträchtigt.
  • Um die elektrostatische Durchbruchspannung zu verbessern, ist eine Technik bekannt, deren wesentlicher Punkt darin besteht, dass "die n-seitige Nitridhalbleiterschicht eine n-seitige Anzahl von Schichten aufweist, die durch Auflaminieren mindestens zweier Arten von Nitridhalbleiterschichten mit derselben Zusammensetzung, die mit n-Fremdstoffen verschiedener Konzentrationen dotiert sind, aufgebaut wird" (siehe das japanische Patent Nr. 3063756). Gemäß diesem Patentdokument besteht der Effekt der mehreren Schichten, die die n-seitige Anzahl von Schichten bilden, die mit verschiedenen Konzentrationen dotiert sind, darin, dass "vom Substrat her auftretende Kristalldefekte gestoppt werden können und die Kristallinität in der auf den mehreren Schichten gezüchteten Schicht verbessert werden kann". Das heißt, dass durch diese Technologie Versetzungen verringert werden sollen, wie sie vom Substrat her auftreten, jedoch nicht Versetzungen oder Pits, wie sie in der Schicht hoher Fremdstoff konzentration in der n-Halbleiterschicht selbst auftreten. Bei dieser Technologie starten die mehreren n-seitigen Schichten mit einer undotierten Schicht, und sie enden mit einer Schicht hoher Fremdstoff konzentration, wobei die Tendenz besteht, dass in dieser Versetzungen und Pits auftreten.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern mit niedrigem Widerstand und hervorragender Ebenheit, wobei in der obersten Fläche wenige Risse und Pits erzeugt werden, und ein Licht emittierendes Bauteil mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern unter Verwendung derselben zu schaffen, wobei sich eine niedrige Durchlassspannung, eine hervorragende Lichtemissionseffizienz, eine hohe Sperrspannung und eine hervorragende elektrostatische Durchbruchspannung zeigen.
  • Durch die Erfindung ist Folgendes geschaffen:
    • (1) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern, mit einer ersten n-Schicht, die über eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält, und eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, verfügt, und einer zweiten n-Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit einer mittleren Konzentration unter der der ersten n-Schicht enthält, wobei die zweite n-Schicht benachbart zur Schicht in der ersten n-Schicht liegt, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält.
    • (2) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach dem obigen Punkt (1), bei der die Fremdstoffatome n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter mit höherer Konzentration enthaltenden Schichten und die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltenden Schichten abwechselnd und periodisch in der ersten n-Schicht vorliegen.
    • (3) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach dem obigen Punkt (1) oder (2), bei der die zweite n-Schicht nicht dotiert ist.
    • (4) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach dem obigen Punkt (1) oder (2), bei der die zweite n-Schicht eine Schicht bildet, die homogen mit Fremdstoffatomen vom n-Typ dotiert ist.
    • (5) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach dem obigen Punkt (1) oder (2), bei der die zweite n-Schicht über eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält, und eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, verfügt.
    • (6) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach dem obigen Punkt (5), bei der die Schichten, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthalten, und die Schichten, die Fremdstoffe vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthalten, abwechselnd und periodisch in der zweiten n-Schicht vorhanden sind.
    • (7) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach dem obigen Punkt (5) oder (6), bei der die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltende Schicht in der zweiten n-Schicht über eine Konzentration unter der der Schicht in der ersten n-Schicht verfügt, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält.
    • (8) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (5) bis (7), bei der die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthal tende Schicht in der zweiten n-Schicht über eine Konzentration unter der der Schicht in der ersten n-Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, verfügt.
    • (9) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (5) bis (8), bei der das Verhältnis (thd/tld) der Dicke (thd) der Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltenden Schicht zur Dicke (tld) der Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltenden Schicht in der zweiten n-Schicht kleiner als das in der ersten n-Schicht ist.
    • (10) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (5) bis (9), bei der die Dicke der Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltenden Schicht in der zweiten n-Schicht kleiner als die in der ersten n-Schicht ist.
    • (11) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (5) bis (10), bei der die Dicke der Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltenden Schicht in der zweiten n-Schicht größer als die in der ersten n-Schicht ist.
    • (12) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (5) bis (11), bei der die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltende Schicht und die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltende Schicht in der zweiten n-Schicht Dicken aufweisen, die 0,5 bis 500 nm betragen.
    • (13) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (5) bis (12), bei der, in der zweiten n-Schicht, die Dicke der Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltenden Schicht der Dicke der Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltenden Schicht entspricht oder größer als diese ist.
    • (14) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (6) bis (13), bei der, in der zweiten n-Schicht, die Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält und die Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, eine Wiederholungsperiodenzahl von 2 bis 20 aufweisen.
    • (15) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (5) bis (14), bei der, in der zweiten n-Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltende Schicht nicht absichtlich mit Fremdstoffatomen vom n-Typ dotiert ist.
    • (16) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (1) bis (15), bei der die Dicke der zweiten n-Schicht 0,01 bis 0,5 μm beträgt.
    • (17) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (1) bis (16), bei der die mittlere Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der zweiten n-Schicht nicht größer als 1/2 der mittleren Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der ersten n-Schicht ist.
    • (18) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der obigen Punkte (1) bis (17), bei der die in der ersten n-Schicht und/oder der zweiten n-Schicht enthaltenen Fremdstoffatome vom n-Typ beliebige einer Art sind, oder eine Kombination zweier oder mehrerer Arten solcher sind, die aus der aus Silicium (Si), Germanium (Ge), Schwefel (S), Selen (Se), Zinn (Sn) und Tellur (Te) bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
    • (19) Eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach dem obigen Punkt (18), bei der die Fremdstoffatome vom n-Typ beliebige einer Art, oder eine Kombination zweier oder mehrerer Arten solcher sind, die aus der aus Silicium (Si), Germanium (Ge) und Zinn (Sn) bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
    • (20) Eine Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern, mit einer Licht emittierenden Schicht mit einem Gruppe-III-Nitridhalbleiter auf einem Substrat und mit einer Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Punkte (1) bis (19) zwischen dem Substrat und der Licht emittierenden Schicht.
    • (21) Eine Lampe mit einem Licht emittierenden Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach dem obigen Punkt (20).
    • (22) Eine Lampe mit einem Licht emittierenden Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach dem obigen Punkt (20) sowie einem Fluoreszenzmaterial.
    • (23) Ein elektronisches Bauteil mit einer Lampe nach dem obigen Punkt (21) oder (22).
    • (24) Eine Maschine mit einem elektrischen Bauteil nach dem obigen Punkt (23).
    • (25) Eine Spieleinrichtung mit einem elektronischen Bauteil nach dem obigen Punkt (23).
  • Bei der erfindungsgemäßen Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern verfügt die erste Schicht vom n-Typ über Schichten mit niedrigem Widerstand, die Fremdstoffatome mit hoher Konzentration enthalten, und Schichten, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedriger Konzentration enthalten, die abwechselnd aufgeschichtet sind und in denen feine Pits, Versetzungsenden und Verspannungen, wie sie in der obersten Fläche auftreten, durch die zweite Schicht n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter eingebettet sind, was es ermöglicht, eine Halbleiterschicht n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter mit niedrigem Widerstand und hervorragender Ebenheit zu erhalten. Daher zeigt ein unter Verwendung dieser Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern erhaltenes Licht emittierendes Bauteil eine niedrige Durchlassspannung und eine hervorragende Lichtemissionseffizienz, ohne dass ein Abfallen der Sperrspannung, hervorgerufen durch einen Leckstrom, möglich wäre, und es zeigt eine hervorragende elektrostatische Durchbruchspannung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm zum schematischen Veranschaulichen der Schichtstapelstruktur eines gemäß den Beispielen 1 bis 6 hergestellten Licht emittierenden Bauteils.
  • 2 ist ein Diagramm zum schematischen Veranschaulichen der ebenen Formen der Elektroden eines gemäß den Beispielen 1 bis 6 hergestellten Licht emittierenden Bauteils.
  • 3 ist ein schematischer Querschnitt einer gemäß einem Beispiel 7 hergestellten Lampe.
  • Beste Arten zum Ausführen der Erfindung
  • Bei der Erfindung kann das Substrat, auf das eine Schicht eines n-Gruppe-III-Nitridhalbleiters aufgeschicht wird, über einen relativ hohen Schmelzpunkt (d.h. hohe Wärmebeständigkeit) verfügen. Zu Beispielen des Materials des Substrats gehören einkristalline Oxidmaterialien wie Saphir (α-Al2O3-Einkristall), Zinkoxid (ZnO) und Galliumlithiumoxid (LiGaO2) sowie einkristalline Gruppe-IV-Halbleiter wie ein Silicium-Einkristall und kubischer oder hexagonales Siliciumcarbid (SiC). Alternativ kann als Substratmaterial auch ein einkristallines Gruppe-III-V-Verbindungshalbleitermaterial wie Galliumphosphid (GaP) verwendet werden. Vorteilhafterweise wird als Substratmaterial ein optisch transparentes, einkristallines Material verwendet, durch das von der Licht emittierenden Schicht emittiertes Licht durchgelassen werden kann. Darunter ist Saphir bevorzugt.
  • Die erfindungsgemäße Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern wird aus einem durch die folgende Formel repräsentierten Gruppe-III-Nitridhalbleiter hergestellt: AlXGaYInZN1-aMa (0 ≤ X ≤ 1, 0 ≤ Y ≤ 1, 0 ≤ Z ≤ 1. X + Y + Z = 1, und 0 ≤ a < 1 wobei M ein Element der Gruppe V, das nicht Stickstoff ist, repräsentiert). Wenn das Substrat eine Gitterfehlanpassung zur auf ihn hergestellten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht zeigt, wird die Schicht vorzugsweise unter Einfügung einer Niedertemperatur-Pufferschicht oder einer Hochtemperatur-Pufferschicht, die die Fehlanpassung lindert und für eine Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht hoher Kristallinität sorgt, aufgeschichtet. Eine derartige Pufferschicht kann aus Aluminiumgalliumnitrid (AlXGaYInZN: 0 ≤ X, Y, Z ≤ 1, X + Y + Z = 1) bestehen.
  • Die Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht mit der oben angegebenen Zusammensetzung kann durch eine Dampfphasen-Züchtungsmaßnahme hergestellt werden, wie metallorganische, chemische Dampfabscheidung (als MOCVD, MOVPE oder OMVPE abgekürzt), Molekularstrahlepitaxie (MBE), Halogendampfphasenwachstum oder Hydriddampfphasenwachstum. Unter diesen Verfahren wird vorzugsweise MOCVD verwendet.
  • Bei MOCVD wird Wasserstoff (H2) oder Stickstoff (N2) als Trägergas verwendet, Trimethylgallium (TMG) oder Triethylgallium (TEG) wird als Ga-Quelle (Quelle für ein Gruppe-III-Element) verwendet, Trimethylaluminium (TMA) oder Triethylaluminium (TEA) wird als Al-Quelle (Quelle eines Gruppe-III-Elements) verwendet, Tri methylindium (TMI) oder Trimethylindium (TEI) wird als In-Quelle (Quelle eines Gruppe-III-Elements) verwendet und Ammoniak (NH3), Hydrazin (N2H4) oder dergleichen wird als Stickstoffquelle verwendet.
  • Das bei der Erfindung verwendete Fremdstoffatom vom n-Typ ist vorzugsweise ein Element oder eine Kombination von zwei oder mehr Elementen, die aus der aus Silicium (Si), Germanium (Ge), Schwefel (S), Selen (Se), Zinn (Sn) und Tellur (Te) bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Zu für die n-Fremdstoffe verwendbaren Ausgangsmaterialien gehören Hydride dieser Elemente, beispielsweise Monosilan (SiH4), Disilan (SiH6), German (GeH4), Schwefelwasserstoff (H2S), Selenwasserstoff (H2Se), Tellurwasserstoff (H2Te) und dergleichen sowie organische Verbindungen dieser Elemente, beispielsweise Tetramethylsilicium ((CH2)4Si), Tetraethylsilicium ((C2H5)4Si), Tetramethylgermanium ((CH2)4Ge), Tetraethylgermanium ((C2H5)4Ge), Diethylselen ((C2H5)4Se), Diisopropylselen ((C2H5)4Se), Diethylsulfid ((C2H5)4S), Diisopropylsulfid ((C3H7)2S), Tetramethylzinn ((CH3)4Sn), Tetraehtylzinn ((C2H5)4Sn), Dimethyltellur ((CH3)2Te), Diethyltellur ((C2H5)2Te) und dergleichen. Beim MBE-Prozess kann als Dotierstoffquelle auch elementares Germanium verwendet werden.
  • Wenn MOCVD verwendet wird, wird vorzugsweise eine interessierende Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht aus einer der oben genannten Züchtungsquellen bei 900°C bis 1250°C auf ein Substrat aufgewachsen.
  • Eine erste n-Schicht gemäß der Erfindung verfügt über eine Struktur, bei der eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedriger Konzentration enthält, auf eine Schicht aufgeschichtet ist, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit hoher Konzentration enthält. Daher ist die Ebenheit der obersten Fläche der ersten n-Schicht verbessert, da Risse und Pits, wie sie an der Oberfläche der Schicht gebildet werden, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit hoher Konzentration enthält, die über niedrigen Widerstand verfügt, mit einem Anteil der Schicht aufgefüllt werden, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedriger Konzentration enthält.
  • Die Schicht mit Fremdstoffatomen vom n-Typ mit höherer Konzentration und die Schicht mit Fremdstoffatomen vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration werden durch Modifizieren der Menge einer Dotierstoffquelle vom n-Typ hergestellt, die während des Züchtens einer Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht dem Dampfphasen-Reaktionssystem zugeführt wird. Bei einer beispielhaften Prozedur wird eine große Menge einer Dotierstoffquelle vom n-Typ momentan dem Dampfzüchtungs-Reaktionssystem zugeführt, um dadurch eine Schicht mit Fremdstoffatomen vom n-Typ mit höherer Konzentration auszubilden, wobei anschließend eine undotierte Schicht (d.h. eine Schicht mit der Konzentration 0 an Fremdstoffatomen vom n-Typ) ausgebildet wird, ohne dass die Ge-Dotierstoffquelle in das Dampfzüchtungs-Reaktionssystem eingeleitet würde. Bei einer alternativen Prozedur wird, nach Abschluss der Züchtung einer Schicht mit Fremdstoffatomen vom n-Typ mit höherer Konzentration, der Züchtungsvorgang unterbrochen, und es wird eine Schicht mit Fremdstoffatomen vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration bei neu eingestellten Züchtungsbedingungen (beispielsweise V/III-Quellenverhältnis), die zum Herstellen einer Schicht mit Fremdstoffatomen vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration geeignet sind, gezüchtet.
  • Durch Modifizieren der Menge der Dotierstoffquelle vom n-Typ, die auf zeitabhängige Weise dem Dampfzüchtungs-Reaktionssystem zugeführt wird, werden dünne Schichten, mit jeweils einer spezifizierten Konzentration von Fremdstoffatomen vom n-Typ, abwechselnd und periodisch aufgeschichtet. Bei der Erfindung verfügt die erste Schicht vom n-Typ, die über eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit hoher Konzentration enthält, und eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedriger Konzentra tion enthält, verfügt, vorzugsweise über eine Struktur, bei der eine große Anzahl dünner Schichten mit Fremdstoffatomen vom n-Typ höherer Konzentration und dünner Schichten mit Fremdstoffatomen vom n-Typ niedrigerer Konzentration abwechselnd und periodisch aufgeschichtet sind.
  • Bei der obigen Struktur verfügt jede Schicht mit Fremdstoffatomen vom n-Typ mit höherer Konzentration geeigneterweise über eine Dicke von 0,5 nm bis 500 nm, vorzugsweise 2 nm bis 200 nm, bevorzugter 3 nm bis 50 nm. Wenn die Dicke kleiner als 0,5 nm ist, ist die Menge des n-Dotierstoffs in der gesamten Schicht eines n-Gruppe-III-Nitridhalbleiters unzureichend, was den Widerstand erhöht, wohingegen dann, wenn die Dicke größer als 500 nm ist, Risse und Pits, wie sie in der Schicht mit höherer Konzentration erzeugt werden, nicht durch einen Teil der Schicht mit niedrigerer Konzentration vollständig aufgefüllt werden können, was zu schlechter Ebenheit führt. Wenn die Dicke der Schicht mit niedrigerer Konzentration erhöht wird, um Risse und Pits ausreichend aufzufüllen, steigt auch der Widerstand der gesamten Schicht aus einem n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter an.
  • Ähnlich wie bei der dünnen Schicht mit Fremdstoffatomen vom n-Typ mit höherer Konzentration verfügt jede Schicht mit Fremdstoffatomen vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration über eine Dicke von 0,5 nm bis 500 nm, bevorzugter 2 nm bis 200 nm, besonders bevorzugt von 3 nm bis 50 nm. Wenn die Dicke kleiner als 0,5 nm ist, können Risse und Pits, wie sie in der Schicht mit höherer Konzentration erzeugt werden, durch einen Teil der Schicht mit niedrigerer Konzentration nicht vollständig aufgefüllt werden, was zu schlechter Ebenheit führt, wohingegen dann, wenn die Dicke größer als 500 nm ist, der Widerstand der gesamten Schicht aus einem n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter erhöht ist, was von Nachteil ist, um ein Licht emittierendes Bauteil mit einem Gruppe-III-Nitridhalbleiter herzustellen, das eine niedrige Durchlassspannung (Vf) oder Schwellenspannung (Vth) zeigt.
  • In einer ersten n-Schicht wird eine Einheit aus einer Schicht mit höherer Konzentration und einer Schicht mit niedrigerer Konzentration, die miteinander in Kontakt stehen, als Wiederholungszyklus bezeichnet. In einem Wiederholungszyklus beträgt die Summe der Dicke der Schicht mit höherer Konzentration und derjenigen der Schicht mit niedrigerer Konzentration, d.h. die Dicke des Wiederholungszyklus, geeigneterweise 1 nm bis 1000 nm, bevorzugt 4 nm bis 400 nm, bevorzugter 6 nm bis 100 nm. Wenn die Dicke über 1000 nm beträgt, kann die Bildung von Rissen und Pits nicht verhindert werden, oder der Widerstand der Schicht mit periodischer Variation der Konzentration des n-Fremdstoffs ist erhöht. Wenn die Gesamtdicke kleiner als 1 nm ist, muss die Zuführmenge der Dotierstoffquelle vom n-Typ häufig modifiziert werden, wodurch die Betriebseffizienz abnimmt.
  • Wenn in einem einzelnen Wiederholungszyklus die Schicht mit höherer Konzentration dicker als die Schicht mit niedrigerer Konzentration ist, kann die Bildung von Rissen und Pits nicht ausreichend verhindert werden, und es kann keine zufriedenstellende Ebenheit erzielt werden, wohingegen dann, wenn die Schicht mit niedrigerer Konzentration eine Dicke aufweist, die in einem einzelnen Wiederholungszyklus derjenigen der Schicht mit höherer Konzentration entspricht oder größer ist, hohe Ebenheit erzielt werden kann. Daher verfügt die Schicht mit niedrigerer Konzentration vorzugsweise über eine Dicke, die nicht kleiner als die der Schicht mit höherer Konzentration ist.
  • Die gesamte erste n-Schicht verfügt vorzugsweise über eine Dicke von 0,1 μm bis 10 μm, bevorzugter 0,3 μm bis 7 μm, besonders bevorzugt 0,5 μm bis 5 μm. Wenn die Schichtdicke kleiner als 0,1 μm ist, zeigt das hergestellte Licht emittierende Bauteil eine hohe Durchlassspannung, wohingegen dann, wenn die Dicke über 10 μm beträgt, ein mit der Zunahme einhergehender Effekt nicht erzielt werden kann, sondern lediglich die Kosten ansteigen.
  • Unter Berücksichtigung der Dicke eines einzelnen Wiederholungszyklus sowie der Dicke der gesamten ersten n-Schicht beträgt die Anzahl aufgeschichteter Wiederholungszyklen vorzugsweise 1 bis 10000, bevorzugter 10 bis 100000, besonders bevorzugt 20 bis 200. Beispielsweise wird eine Einheit (Wiederholungszyklus) aus einer Schicht mit höherer Konzentration (Dicke: 10 nm) und einer Schicht mit niedrigerer Konzentration (Dicke: 10 nm) 100 mal aufgeschichtet, um dadurch eine erste n-Schicht mit einer Dicke von 2 μm herzustellen.
  • Die Schicht mit höherer Konzentration verfügt vorzugsweise über eine Konzentration von Fremdstoffatomen vom n-Typ von 5 × 1017 cm–3 bis 5 × 1019 cm–3, bevorzugter 1 × 1018 cm–3 bis 3 × 1019 cm–3, besonders bevorzugt 3 × 1 × 1018 cm–3 bis 2 × 1019 cm–3. Wenn die Konzentration kleiner als 5 × 1017 cm–3 ist, steigt der Widerstand der gesamten n-Halbleiterschicht an, und die Herstellung einer LED, die eine niedrige Durchlassspannung zeigt, wird schwierig. Wenn die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ über 5 × 1019 cm–3 beträgt, wird die Ladungsträgerkonzentration ungefähr (3 bis 4) × 1019 cm–3. Wenn das Fremdstoffatom vom n-Typ mit einer Konzentration über dieser Konzentration dotiert wird, nimmt die Dichte von Rissen und Pits an der Oberfläche stark zu, was nicht bevorzugt ist. Die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der Schicht mit höherer Konzentration ist in der gesamten ersten n-Schicht nicht notwendigerweise gleichmäßig, sondern die Konzentration kann zyklusweise kontinuierlich oder diskret variieren. Außerdem kann eine einzelne Dünnschicht eine Variation der Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ zeigen. Ferner ist das Fremdstoffelement vom n-Typ nicht notwendigerweise von einer Art, sondern es kann ein Fremdstoffelement vom n-Typ als Kombination zweier oder mehrerer Elemente verwendet werden.
  • Vorzugsweise verfügt die Schicht mit niedrigerer Konzentration über eine Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ, die nied riger als die in der Schicht mit höherer Konzentration ist und 2 × 1019 cm–3 oder weniger entspricht. Wenn die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ über 2 × 1019 cm–3 beträgt, nimmt die Dichte der Risse und Pits an der Oberfläche stark zu, was nicht bevorzugt ist. So beträgt die Konzentration an Fremdstoffatomen vom n-Typ bevorzugter 1 × 1019 cm–3 oder weniger, besonders bevorzugt 5 1 × 1018 cm–3 oder weniger. Bevorzugt ist die Untergrenze der Konzentration so niedrig wie möglich, und die Schicht mit niedrigerer Konzentration ist nicht absichtlich mit Fremdstoffatomen vom n-Typ dotiert. Wenn die Schicht mit niedrigerer Konzentration aus einer undotierten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht hergestellt wird, um die Konzentration an Fremdstoffatomen vom n-Typ weiter zu senken, wird der Effekt des Auffüllens von Rissen und Pits, wie sie an der Oberfläche der Schicht mit höherer Konzentration erzeugt werden, weiter verbessert, was bevorzugt ist, um eine Halbleiterschicht n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter mit ebener Fläche herzustellen. Es ist zu beachten, dass dann, wenn die Schicht mit niedrigerer Konzentration über eine niedrigere Konzentration an Fremdstoffatomen vom n-Typ und eine niedrigere Ladungsträgerkonzentration verfügt, die Dicke derselben vorzugsweise verringert wird.
  • Ähnlich wie bei der Schicht mit höherer Konzentration ist die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der Schicht mit niedrigerer Konzentration in der gesamten ersten n-Schicht nicht notwendigerweise gleichmäßig, sondern die Konzentration kann zyklusweise kontinuierlich oder diskret variieren. Außerdem kann eine einzelne Dünnschicht eine Variation der Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ aufweisen. Ferner ist das n-Fremdstoffelement nicht notwendigerweise von einer Art, sondern ein solches kann als Kombination zweier oder mehrerer Elemente verwendet werden.
  • Bei der Erfindung ist die zweite n-Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit einer Konzentration unter der mittleren Konzentra tion der ersten n-Schicht insgesamt enthält, benachbart zur Schicht vorhanden, die an der obersten Fläche der ersten n-Schicht Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedriger Konzentration enthält. Dann werden feine Pits, Versetzungsenden und Verspannungen, wie sie an der obersten Fläche der ersten n-Schicht auftreten, durch die zweite n-Schicht eingebettet, was zu einer weiteren Verbesserung der Ebenheit der Oberfläche der Schicht aus einem n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter beiträgt. Der Effekt zeigt sich dann besonders, wenn die erste n-Schicht die Schichten, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit hoher Konzentration enthalten, und die Schichten, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedriger Konzentration enthalten, periodisch und abwechselnd aufgeschichtet enthält. Der Effekt dahingehend, dass die Pitdichte an der Oberfläche weiter verringert ist, zeigt sich in auffälligem Maß sowohl bei der Sperrspannung als auch der elektrostatischen Durchbruchspannung, wenn eine Struktur mit Bauteilfunktionen wie einer aktiven Schicht und einem pn-Übergang darauf hergestellt wird.
  • Die zweite n-Schicht muss benachbart zur Schicht mit niedrigerer Konzentration in der ersten n-Schicht vorhanden sein. Die erste n-Schicht wird mit einer Schichtstapelstruktur aus einer Schicht mit höherer Konzentration und einer Schicht mit niedrigerer Konzentration ausgebildet, um die Pits, die sich in der Schicht mit höherer Konzentration ausbilden, mit einem Teil der Schicht mit niedrigerer Konzentration aufzufüllen. Um eine oberste Fläche mit niedriger Pitdichte zu erhalten, ist es erforderlich, dass die abschließende Schicht in der n-Schicht eine Schicht mit niedriger Konzentration ist.
  • Wenn die erste n-Schicht die Schichten mit höherer Konzentration und die Schichten mit niedrigerer Konzentration enthält, die abwechselnd und periodisch aufgeschichtet sind, kann die abschließende Periode mit der Schicht mit höherer Konzentration enden, und darauf kann die zweite n-Schicht ausgebildet sein. In diesem Fall kann die abschließende Schicht mit höherer Konzentration in der ersten n-Schicht als Teil der zweiten n-Schicht angesehen werden.
  • Es ist wünschenswert, dass die zweite n-Schicht über eine Dicke von 0,001 μm bis 0,5 μm verfügt. Wenn die Dicke kleiner als dieser Bereich ist, zeigt sich ein verringerter Effekt zum Einbetten kleiner Pits, Versetzungsenden und Verspannungen, wie sie an der obersten Fläche der ersten n-Schicht auftreten. Wenn die Dicke größer als dieser Bereich wird, steigt andererseits die Ansteuerspannung an. Es ist erwünscht, dass die Dicke bevorzugter 0,005 μm bis 0,2 μm, und am bevorzugtesten 0,01 μm bis 0,15 μm beträgt, um einen weiter verbesserten Effekt zu erzielen.
  • Es ist erwünscht, dass die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der zweiten n-Schicht nicht größer als 1/2 der mittleren Konzentration insgesamt in der ersten n-Schicht ist. Wünschenswertererweise ist die Konzentration nicht größer als 1/10, und insbesondere ist sie nicht größer als 1/50, um den Effekt zu erzielen. Die Schicht kann selbstverständlich undotiert sein. Wenn die Schicht undotiert ist, ist der Effekt einer Einebnung der obersten Fläche am stärksten zu erwarten. Gemäß der Beziehung mit der Filmdicke ist jedoch einem Anstieg der Ansteuerungsspannung Aufmerksamkeit zu schenken.
  • Die zweite n-Schicht kann eine solche sein, die homogen mit den Fremdstoffatomen vom n-Typ dotiert ist, jedoch ist es eher bevorzugt, dass sie über eine Struktur verfügt, die dadurch erhalten wird, dass Schichten mit höherer Konzentration und Schichten mit niedrigerer Konzentration, wie in der ersten n-Schicht, periodisch und abwechselnd auflaminiert werden, und zwar aus dem Gesichtspunkt des Einebnens der Oberfläche und des Verringerns des Widerstands heraus. Die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der zweiten n-Schicht, auf die in diesem Fall Bezug genommen wird, steht für die mittlere Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ, wie bei der ersten n-Schicht.
  • Um die zweite n-Schicht aus einer Struktur aufzubauen, bei der die Schichten, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit hoher Konzentration enthalten, und die Schichten, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedriger Konzentration enthalten, abwechselnd und periodisch aufgeschichtet sind, kann die Konzentration von Fremdstoffatome in den Schichten mit höherer Konzentration verringert werden, oder die Konzentration von Fremdstoffatomen in den Schichten mit niedrigerer Konzentration kann verringert werden, jeweils im Vergleich zu denen bei der ersten n-Schicht. Andernfalls können beide gleichzeitig beeinflusst werden. Jedoch ist die Struktur, bei der die Konzentration von Fremdstoffatomen in den Schichten mit höherer Konzentration verringert ist, aus dem Standpunkt einer Kontrolle der mittleren Dotierstoffmenge hervorragend, es zeigt sich ein erhöhter Einebnungseffekt, und demgemäß zeigt sich der am meisten erwünschte Effekt betreffend die Einebnung.
  • Das Verhältnis (thd/tld) der Dicke (thd) der Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit hoher Konzentration enthält, zur Dicke (tld) der Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedriger Konzentration in der zweiten n-Schicht enthält, kann kleiner als in der ersten n-Schicht sein. Die Dicke der Schicht mit höherer Konzentration in der zweiten n-Schicht kann verringert werden, oder die Dicke der darin enthaltenen Schicht mit niedrigerer Konzentration kann erhöht werden, jeweils im Vergleich zur ersten n-Schicht. Andernfalls können beide derselben gleichzeitig beeinflusst werden. Jedoch zeigt die Struktur mit einer Erhöhung der Dicke der Schicht mit niedrigerer Konzentration einen verbesserten Effekt betreffend das Auffüllen der Pits, und demgemäß zeigt sich der am stärksten bevorzugte Effekt betreffend das Einebnen.
  • Es ist erwünscht, dass die Schichten mit höherer Konzentration und die Schichten mit niedrigerer Konzentration in der zweiten n-Schicht über Dicken verfügen, die jeweils nicht kleiner als 0,5 nm, aber nicht größer als 500 nm sind. Wenn die Dicken der Schichten größer als der obige Bereich werden, wird der spezifische Widerstand in der vertikalen Richtung unregelmäßig, und die Schichten können nicht mehr zum Durchleiten eines elektrischen Stroms verwendet werden. Wenn die Dicken kleiner als der obige Bereich sind, nimmt der Effekt zum Auffüllen der Pits ab. Ferner sind die Dicken wünschenswerterweise nicht kleiner als 1 μm, aber nicht größer als 100 nm, und insbesondere werden in einem Bereich nicht unter 5 nm aber nicht über 50 nm günstige Eigenschaften erzielt.
  • Die Schicht mit höherer Konzentration oder die Schicht mit niedrigerer Konzentration kann dicker als die andere sein. Aus dem Gesichtspunkt des Effekts des Auffüllens der Pits ist es jedoch erwünscht, dass die beiden über dieselbe Dicke verfügen, oder dass die Schicht mit niedrigerer Konzentration die größere Dicke aufweist.
  • Die Wiederholungsperiodenzahl der Schichten mit höherer Konzentration und der Schichten mit niedrigerer Konzentration ist wünschenswerterweise, unter Berücksichtigung der Dicke der zweiten n-Schicht insgesamt sowie der Dicken der Schichten mit höherer Konzentration und der Schichten mit niedrigerer Konzentration, 2 bis 20. Wünschenswertererweise ist die Zahl nicht größer als das 15-fache, und am wünschenswertesten ist es, dass sie nicht größer als das 10-fache ist. Wenn die Periodenzahl zunimmt, nimmt die Anzahl der Umschaltvorgänge eines Ventils beim Züchten des Halbleiters stark zu, was eine erhöhte Belastung der Herstellvorrichtung bedeutet.
  • Die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der Schicht mit höherer Konzentration in der zweiten n-Schicht ist wün schenswerterweise nicht kleiner als 1 × 1016 cm–3, jedoch nicht größer als 2,5 × 1019 cm–3, wünschenswertererweise nicht kleiner als 1 × 1017 cm–3, jedoch nicht größer als 5 1 × 1018 cm–3, und besonders wünschenswert nicht kleiner als 2 × 1017 cm–3, jedoch nicht größer als 2,5 1 × 1018 cm–3. Wenn die Konzentration nicht größer als 1 × 1016 cm–3 ist, zeigt die Schichtstapelstruktur der zweiten n-Schicht einen kleinen Effekt betreffend das Absenken des Widerstands. Wenn die Konzentration nicht kleiner als 2,5 × 1019 cm–3 ist, ist andererseits der Einebnungseffekt für die Oberfläche verringert. Wie bei der ersten n-Schicht muss die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der Schicht mit höherer Konzentration nicht notwendigerweise in der gesamten zweiten n-Schicht konstant bleiben, sondern sie kann für jede Periode kontinuierlich oder diskret variieren. Ferner kann die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in jeder Dünnschicht variieren. Das Fremdstoffelement vom n-Typ muss nicht von einer Art sein, sondern es kann eine Kombination von Elementen zweier oder mehrerer Arten sein.
  • Es ist wünschenswert, dass die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der Schicht mit niedrigerer Konzentration in der zweiten n-Schicht nicht niedriger als die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der Schicht mit höherer Konzentration ist, und dass sie nicht höher als 1 × 1019 cm–3 ist. Wenn die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ 1 × 1019 cm–3 überschreitet, ist der Einebnungseffekt für die Oberfläche verringert. Bevorzugter beträgt die Konzentration nicht mehr als 2 1 × 1018 cm–3, und besonders bevorzugt nicht mehr als 1 × 1018 cm–3. Hinsichtlich der Untergrenze gilt, dass es umso besser ist, je niedriger sie liegt, und es erwünscht, dass die Schicht gar nicht dotiert ist. Wenn die Schicht mit niedrigerer Konzentration unter Verwendung einer dünnen, undotierten Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht gebildet wird, um die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ weiter zu verringern, ist der Effekt betreffend das Auffüllen von Rissen und Pits, wie sie in der O berfläche der Schicht mit höherer Konzentration erzeugt werden, weiter verbessert, was zum Erzielen einer n-Halbleiterschicht mit ebener Oberfläche wünschenswert ist. Es ist erwünscht, die Dicke der Schicht mit niedrigerer Konzentration zu verringern, wenn sie Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration und Ladungsträger mit niedrigerer Konzentration enthält.
  • Auch in der Schicht mit niedrigerer Konzentration muss, wie in der Schicht mit höherer Konzentration, die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in ihr nicht notwendigerweise in der gesamten zweiten n-Schicht konstant bleiben, sondern sie kann für jede Periode kontinuierlich oder diskret variieren. Ferner kann die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in jeder Dünnschicht variieren. Das n-Fremdstoffelement muss nicht von einer Art sein, sondern es kann eine Kombination von Elementen zweier oder mehrerer Arten sein.
  • Die Fremdstoffatome vom n-Typ, mit denen die erste n-Schicht und/oder die zweite n-Schicht dotiert sind, können von einer Art oder zwei oder mehrere Arten sein, wie sie aus der aus Silicium (Si), Germanium (Ge), Schwefel (S), Selen (Se), Zinn (Sn) und Tellur (Te) bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Darunter sind Si, Ge, S und Sn erwünscht, da sie als gute n-Dotierstoffe verwendbar sind.
  • Die Fremdstoffatome vom n-Typ, mit denen die erste n-Schicht und die zweite n-Schicht dotiert sind, können gleich oder verschieden sein. Die Struktur kann dergestalt sein, dass die erste n-Schicht mit Ge dotiert ist und die zweite n-Schicht mit Si dotiert ist.
  • Die Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ kann beispielsweise durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) bestimmt werden, wobei es sich um eine Technik handelt, zu der es gehört, eine Oberfläche einer Probe mit einem Primärionenstrahl zu be strahlen und die freigesetzten, ionisierten Elemente durch Massenanalyse zu analysieren. Die Technik ermöglicht eine Quantifizierung eines speziellen Elements und die Betrachtung eines Konzentrationsverteilungsprofils desselben in der Tiefenrichtung. Das in der Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht vorhandene Fremdstoffatom vom n-Typ wird durch diese Technik auf effektive Weise quantifiziert. Bei der Analyse kann auch die Dicke jeder Schicht berechnet werden.
  • Wenn ein Licht emittierendes Bauteil mit einem Gruppe-III-Nitridhalbleiter unter Verwendung der Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern herzustellen ist, kann diese Schichtstapelstruktur irgendwo zwischen dem Substrat und der Licht emittierenden Schicht angeordnet werden. Beispielsweise kann dafür gesorgt werden, dass sie direkt mit der Oberfläche des Schichtstapelstrukturs verbunden wird, oder es kann dafür gesorgt werden, dass sie mit einer Pufferschicht verbunden ist, die an der Oberfläche des Substrats vorhanden ist. Andernfalls kann dafür gesorgt werden, dass sie mit der Basisschicht aus undotiertem GaN oder dergleichen verbunden wird. In diesem Fall wird die Schichtstapelstruktur so angeordnet, dass sich die erste n-Schicht auf der Seite des Substrats befindet, diese erste n-Schicht aufgeschichtet wird, und dann die zweite n-Schicht aufgeschichtet wird, um feine Pits auf effiziente Weise aufzufüllen, wie sie an der Oberfläche der ersten n-Schicht auftreten.
  • Durch Anbringen einer Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht auf der Schichtstapelstruktur mit einem n-Halbleiter gemäß der Erfindung, die sich nahe am Substrat oder einer Schicht wie einer Pufferschicht befindet, zeigt diese Gruppe-III-Nitridhalbleiterschicht hervorragende Kristallinität. Dies, da eine Ausbreitung von Fehlanpassungsversetzungen und anderen Versetzungen, zu denen es durch eine Gitterfehlanpassung mit dem Substrat kommt, zu einer oberen Schicht hin durch Anbringen der Schichtstapelstruk tur mit einem n-Halbleiter gemäß der Erfindung verhindert werden kann.
  • Wenn die Schichtstapelstruktur mit einem n-Halbleiter gemäß der Erfindung angebracht ist, kann eine Ausbreitung von Versetzungen, die sich durch eine Schicht unter der Halbleiter-Schichtstapelstruktur gemäß der Erfindung hindurchdringen, verhindert werden. Daher zeigt die auf der Schichtstapelstruktur mit einem n-Halbleiter gemäß der Erfindung hergestellte Licht emittierende Schicht hervorragende Kristallinität, wodurch ein Licht emittierendes Bauteil mit einem Gruppe-III-Nitridhalbleiter, das hohe Emissionseffizienz zeigt, hergestellt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern, die stark eingeebnet ist und einen niedrigen Widerstand zeigt, kann als n-Kontaktschicht zum Ausbilden einer Negativelektrode eines Licht emittierenden Bauteils verwendet werden. Das erhaltene Licht emittierende Bauteil zeigt solche Effekte wie eine Unterdrückung des Leckstroms und eine Erhöhung der elektrostatischen Durchbruchspannung.
  • Wenn insbesondere eine Verwendung als n-Kontaktschicht der Licht emittierenden Bauteilstruktur erfolgt, zeigt sich der Effekt deutlich, wenn die Licht emittierende Schicht über eine Quantentrogstruktur verfügt. Die Quantentrogstruktur ist eine Auflaminierung von Dünnfilmen, und es besteht die Tendenz, dass Lecks auftreten, wenn die Basisschichten schlechte Ebenheit aufweisen. Unter Verwendung der Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern gemäß der Erfindung ist es daher ermöglicht, die Eigenschaften zu verbessern.
  • Für die Licht emittierende Schicht besteht keine spezielle Einschränkung, und es kann jede beliebige bekannte Licht emittierende Schicht verwendet werden. Zu Beispielen einer Licht emittierenden Schicht aus einem Gruppe-III-Nitridhalbleiter gehören solche mit Einzelquantentrogstruktur oder Mehrfachquantentrogstruktur mit einer Zusammensetzung, die durch AlXGaYInZN1-aMa (0 ≤ X ≤ 1, 0 ≤ Y ≤ 1, 0 ≤ Z ≤ 1, X + Y + Z = 1, und 0 ≤ a < 1 wobei M ein Element der Gruppe V, das nicht Stickstoff ist, repräsentiert). Für den Gruppe-III-Nitridhalbleiter vom p-Typ zum Herstellen eines Licht emittierenden Elements mit Doppelhetero-Übergangsstruktur besteht keine spezielle Einschränkung, sondern es kann eine Anzahl bekannter Halbleiter verwendet werden, die mit einem p-Dotierstoff (beispielsweise Mg oder Zn) dotiert sind und durch die oben angegebene Formel repräsentiert sind.
  • Nach Abschluss des Aufschichtens interessierender Halbleiterschichten werden eine Positivelektrode und eine Negativelektrode an vorbestimmten Positionen ausgebildet. Für die Positiv- und die Negativelektrode zur Verwendung bei Licht emittierenden Verbindungshalbleiter-Bauteilen besteht keine spezielle Einschränkung, sondern es kann jede beliebige Positiv- oder Negativelektrode mit einer Anzahl von Zusammensetzungen und Strukturen bei der Erfindung verwendet werden. Für das Verfahren zum Herstellen der Elektroden besteht keine spezielle Einschränkung, sondern es kann jedes beliebige bekannte Verfahren wie Vakuumdampfabscheidung oder Sputtern verwendet werden.
  • Die Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern gemäß der Erfindung kann zur Herstellung von Leuchtdioden, Laserdioden und elektronischen Bauteilen verwendet werden. Ferner ist es möglich, ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern unter Verwendung der Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern gemäß der Erfindung herzustellen, wobei das Licht emittierende Bauteil mit einer transparenten Schicht versehen wird, wozu man sich beispielsweise auf viele bekannte Maßnahmen zum Herstellen einer Lampe stützt. Ferner ist es möglich, eine weiße Lampe oder einen Chip durch Kombinieren eines Licht emittierenden Bauteils mit einem Gruppe-III-Nitridhalbleiter mit einer Abdeckung mit einem halbleiter mit einer Abdeckung mit einem Fluoreszenzmaterial und einem Harzverguss herzustellen.
  • Die Verwendung der Schichtstapelstruktur gemäß der Erfindung ermöglicht es, ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern mit hervorragender elektrostatischer Durchbruchspannung und guten Eigenschaften zu erhalten, das wenig altert. Das heißt, dass es die Erfindung ermöglicht, eine LED-Lampe mit hervorragender elektrostatischer Durchbruchspannung herzustellen, die gut altert. Daher zeigen elektronische Bauteile wie Handys, Displays und Anzeigetafeln, die LED-Lampen gemäß der Erfindung enthalten, sowie Autos, Maschinen, wie Computerspieleinrichtungen, wie Spielmaschinen, die dieses elektronische Bauteil enthalten, hohe Zuverlässigkeit gegen verschiedene beeinträchtigende Faktoren wie statische Elektrizität und Alterung, und sie behalten gute Eigenschaften bei.
  • BEISPIELE
  • Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf Beispiele weiter detailliert beschrieben, auf die jedoch die Erfindung in keiner Weise eingeschränkt ist.
  • (Beispiel 1)
  • Ein Licht emittierendes Bauteil wurde unter Verwendung der Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern gemäß der Erfindung hergestellt. Die 1 ist ein Diagramm zum schematischen Veranschaulichen der bei diesem Beispiel hergestellten Halbleiter-Stapelstruktur eines Licht emittierenden Bauteils. Die Bezugszahl 101 kennzeichnet ein Substrat aus Saphir, 102 kennzeichnet eine Hochtemperatur-Pufferschicht aus AlN, und 103 kennzeichnet einen Basisschicht aus undotiertem GaN. Die Bezugszahl 104 kennzeichnet eine erste n-Schicht aus Ge-dotiertem GaN, die im Licht emittierenden Bauteil als n-Kontaktschicht wirkt. Die Bezugszahl 105 kennzeichnet eine zweite n-Schicht aus Ge-dotiertem GaN, und 104 und 105 bilden die Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern gemäß der Erfindung. Die Bezugszahl 106 kennzeichnet eine n-Mantelschicht aus Si-dotiertem InGaN, 107 kennzeichnet eine Licht emittierende Schicht mit einer Mehrfachquantentrogstruktur, 108 kennzeichnet eine p-Mantelschicht aus Mg-dotiertem AlGaN und 109 kennzeichnet eine p-Kontaktschicht aus Mg-dotiertem AlGaN.
  • Bei der oben angegebenen Schichtstruktur mit einem Saphirsubstrat und Schichten aus Gruppe-III-Nitridhalbleitern, die aufeinanderfolgend auf das Substrat aufgeschichtet sind, wurde durch herkömmliche Unterdruck-MOCVD mittels der folgenden Prozedur hergestellt. Als Erstes wurde ein (0001)-Saphirsubstrat 101 auf einem Träger aus Graphit hoher Reinheit (für Halbleiter) durch einen Hochfrequenz(HF)-Induktionsheizer auf eine Filmbildungstemperatur erwärmt. Das auf dem Träger platzierte Saphirsubstrat wurde in einem Dampfzüchtungs-Reaktorofen aus rostfreiem Stahl platziert, und dieser wurde mit Stickstoff gespült.
  • Nach dem Durchströmen von Stickstoff im Dampfzüchtungs-Reaktorofen für 8 Minuten wurde das Substrat 101 durch den Induktionsheizer über 10 Minuten hinweg von Raumtemperatur auf 600°C erwärmt. Während das Substrat 101 auf 600°C gehalten wurde, wurde dafür gesorgt, dass Wasserstoffgas und Stickstoffgas so in den Dampfzüchtungs-Reaktorofen strömten, dass der Druck in ihm auf 1,5 × 104 Pa eingestellt wurde. Die Oberfläche des Substrats 101 wurde dadurch thermisch gereinigt, dass es für 2 Minuten unter diesen Temperatur/Druck-Bedingungen verbleiben konnte. Nach Abschluss der thermischen Reinigung wurde die Zufuhr von Stickstoffgas gestoppt, jedoch wurde Wasserstoff dem Reaktorofen kontinuierlich zugeführt.
  • Anschließend wurde das Substrat 101 unter Wasserstoff auf 1120°C erhitzt. Nach Bestätigung, dass eine konstante Temperatur von 1120°C erzielt war, wurde Trimethylaluminium(TMA)-Dampf enthaltendes Wasserstoffgas für eine vorbestimmte Zeitperiode an den Dampfzüchtungs-Reaktorofen geliefert. Durch diesen Schrift wurde dafür gesorgt, dass das zugeführte TMA mit n-Atomen reagierte, die durch Zersetzung stickstoffhaltiger Abscheidungen an der Innenwand des Reaktorofens freigesetzt wurden, um dadurch eine aus einem Aluminiumnitrid(AlN)-Dünnfilm bestehende Hochtemperatur-Pufferschicht 102 mit einer Dicke einiger nm auf dem Saphirsubstrat 101 abzuscheiden. Es wurde die Zufuhr von TMA-Dampf enthaltendem Wasserstoffgas in den Dampfzüchtungs-Reaktorofen gestoppt, um dadurch die Züchtung von AlN abzuschließen. Die Bedingungen wurden für einige Zeit aufrechterhalten, wodurch der im Ofen verbliebene TMA-Dampf vollständig entfernt wurde.
  • Anschließend wurde Ammoniak(NH3)gas an den Dampfzüchtungs-Reaktorofen geliefert. Nach einer vorbestimmten Zeitperiode ab dem Start der Zufuhr von Ammoniakgas wurde die Trägertemperatur unter Ammoniakströmung auf 1040°C abgesenkt. Nach Bestätigung, dass die Trägertemperatur auf 1040°C abgesenkt war und der Träger auf einer konstanten Temperatur von 1040°C gehalten wurde, wurde die Zufuhr von Trimethylgallium (TMG) in den Dampfzüchtungs-Reaktorofen gestartet, und es wurde eine Basisschicht 103 aus undotiertem GaN für eine vorbestimmte Zeitperiode aufgewachsen. Die Dicke der Basisschicht 103 wurde auf 8 μm eingestellt.
  • Anschließend wurde das Substrat 1 auf 1120°C erwärmt. Nach Abschluss, dass eine konstante Temperatur von 1120°C erzielt war, wurde Tetramethylgermanium ((CH3)4GE) für eine vorbestimmte Zeitperiode zugeführt, gefolgt von einem Stoppen der Zufuhr für dieselbe Zeitperiode. Der Zyklus wurde 100 mal wiederholt, um dadurch eine Ge-dotierte erste n-Schicht 104 mit einer Dicke von 2,0 μm aufzuwachsen, die aus Schichten mit hoher Konzentration an Ge und Schichten mit niedriger Konzentration an Ge bestand und in der die Konzentration an Ge periodisch schichtweise variierte.
  • Anschließend wurde das Wachstum dadurch einmal unterbrochen, dass der Fluss an Trimethylgallium und Tetramethylgermanium unterbrochen wurde, während die Substrattemperatur unverändert aufrechterhalten blieb, um die Strömungsrate des Tetramethylgermaniums während dieser Periode auf 1/50 einzustellen. Wenn die Strömungrate stabilisiert war, wurde der Fluss von Trimethylgallium und Tetramethylgermanium wiederaufgenommen und für eine vorbestimmte Zeitperiode fortgesetzt. Danach wurde der Fluss des Tetramethylgermaniums für dieselbe Zeitperiode unterbrochen. Dieser Zyklus wurde 10 mal wiederholt, um die aus Ge-dotiertem GaN bestehenden zweite n-Schicht 105 mit einer Dicke von 0,2 μm auszubilden.
  • Nachdem die Züchtung der Ge-dotierten zweiten n-Schicht 105 beendet war, wurde eine n-Mantelschicht 106 aus Si-dotiertem n-In0,03Ga0,97N bei 720°c aufgeschichtet. Die n-Mantelschicht 106 wurde unter Aufrechterhaltung einer Dicke von 18 nm unter Verwendung von Triethylgalllium (TEG) als Galliumquelle und Trimethylindium (TMI) als Indiumquelle gezüchtet. Die Dotierung mit Si betrug ungefähr 1 × 1018 cm–3.
  • Als Nächstes wurde auf der n-Mantelschicht 106 eine Licht emittierende Schicht 107 mit Mehrfachquantentrogstruktur hergestellt, die eine Struktur mit fünf Perioden war, mit Barriereschichten aus GaN und Trogschichten aus In0,25Ga0,75N, wobei die Temperatur des Substrats 101 auf 720°C gehalten wurde. In der Licht emittierenden Schicht 107 der Mehrfachquantentrogstruktur wurde die GaN-Barriereschicht in Verbindung mit der n-Mantelschicht 106 angebracht, und darauf wurde die In0,25Ga0,75N-Trogschicht angebracht. Dies wurde fünfmal wiederholt, und danach wurde auf der fünften Trogschicht eine sechste GaN-Barriereschicht ausgebildet, um die Licht emittierende Schicht 107 mit Mehrfachquantentrogstruktur zu halten, die eine Struktur mit 5 Perioden war.
  • Die GaN-Barriereschicht wurde unter Verwendung von Triethylgallium (TEG) als Galliumquelle gezüchtet. Die Schicht verfügte über eine Dicke von 16 nm, und sie war mit Si dotiert. Die Si-Dotierung betrug ungefähr 1 × 1017 cm–3. Die In0,25Ga0,75N-Trogschicht wurde unter Verwendung von Triethylgallium (TEG) als Galliumquelle und Trimethylindium (TMI) als Indiumquelle gezüchtet. Die Schicht verfügte über eine Dicke von 2,5 nm, jedoch war sie nicht dotiert.
  • Auf der Licht emittierenden Schicht 107 der Mehrfachquantentrogstruktur wurde eine p-Mantelschicht 108 aus mit Magnesium (Mg) dotiertem Al0,07Ga0,93N hergestellt. Als Quelle für die Mg-Dotierung wurde Biscyclopentadienyl-Mg verwendet. Die Schichtdicke betrug 10 nm. Auf der p-Mantelschicht 108 wurde ferner eine p-Kontaktschicht 109 aus mit Mg dotiertem Al0,02Ga0,98N hergestellt. Das Mg wurde so zugesetzt, dass die Konzentration positiver Löcher in der p-Kontaktschicht 109 8 × 1017 cm–3 betrug.
  • Nachdem die Züchtung der p-Kontaktschicht 109 abgeschlossen war, wurde die Zufuhr elektrischer Energie zum Induktionsheizer unterbrochen, und das Substrat 101 konnte auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abkühlen. Während die Temperatur abnahm, wurde die Atmosphäre im Dampfzüchtungs-Reaktorofen durch alleine Stickstoff ersetzt. Nachdem geklärt war, dass die Temperatur des Substrats 101 auf die Raumtemperatur gefallen war, wurde die Schichtstruktur dem Dampfzüchtungs-Reaktorofen entnommen. Zu diesem Zeitpunkt zeigte die obige p-Kontaktschicht 109 aus Al0,02Ga0,98N bereits p-Leitfähigkeit, auch ohne Ausführen eines Temperungsvorgangs zum elektrischen Aktivieren des p-Ladungsträgers (Mg).
  • Als Nächstes wurde unter Verwendung der bekannten Fotolithografietechnologie und Trockenätztechnologie eine Schicht, die Ge-Atome mit hoher Konzentration in der ersten n-Schicht 104 enthielt, nur in einem Bereich freigelegt, in dem eine ohmsche Elektrode 101 vom n-Typ auszubilden war. Auf der freigelegten Fläche der Ge-Atome mit höherer Konzentration enthaltenden Schicht wurde eine ohmsche Schicht 201 vom n-Typ hergestellt, wobei Titan und Gold darauf laminiert wurden (Titan befand sich auf der Seite des Halbleiters). Unter Verwendung einer üblichen Vakuumaufdampfeinrichtung und einer bekannten Fotolithografieeinrichtung wurde auf der gesamten Oberfläche der verbliebenen p-Kontaktschicht 109 der Stapelstruktur die ohmsche Elektrode 202 vom p-Typ durch aufeinanderfolgendes Auflaminieren von Platin und Gold von der Halbleiterseite her ausgebildet. Danach wurde ein Bondkontaktfleck 203 vom p-Typ aus Au/Ti/Al/Ti/Au auf einem Teil der ohmschen Elektrode 202 vom p-Typ ausgebildet. Die 2 veranschaulicht die ebenen Formen der Elektroden.
  • Danach wurde die Stapelstruktur in LED-Chips quadratischer Form (350 μm × 350 μm) zerteilt, und jeder Chip wurde auf einem Leiterrahmen platziert, an den ein Golddraht gebondet wurde, damit der Betriebsstrom für das Bauteil vom Leiterrahmen zum LED-Chip fließen konnte.
  • Beim Durchleiten eines Durchlassbetriebsstroms für das Bauteil zwischen den ohmschen Elektroden 201 und 202 vom n-Typ und vom p-Typ über den Leiterrahmen zeigte der Chip eine Durchlassspannung von 3,2 V bei einem Durchlassstrom von 20 mA. Die Emissionsmittenwellenlänge des Bands der Emission blauen Lichts bei einem Durchlassstrom von 20 mA ergab sich zu 460 nm. Die Emissionsstärke des vom Chip emittierten Lichts, wie durch eine typische Integrationskugel bestimmt, betrug 5 mW. So wurde ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern, das eine hohe Emissionsintensität erzielte, erfolgreich hergestellt.
  • Die Spannung wurde zu nicht weniger als 20 V gemessen, wenn versucht wurde, einen Strom von 10 mA in der Sperrrichtung durchzuschicken. Nachdem ein Test auf die elektrostatische Durchbruchspannung ausgeführt worden war, zeigten acht von zehn Punkten keinen Durchbruch, obwohl in einem Maschinenmodell ein elektrostatischer Schlag von 500 V ausgeführt wurde.
  • Die erste n-Schicht 104 und die zweite n-Schicht 105 der erhaltenen Stapelstruktur wurden einer SIMS-Analyse unterzogen. Im Ergebnis enthielt, in der ersten n-Schicht 104, die Schicht mit höherer Konzentration Ge-Atome mit einer Konzentration von 1,2 × 1019 cm–3, und sie verfügte über eine Dicke von 10 nm. Die Schicht mit niedrigerer Konzentration enthielt Ge-Atome mit einer Konzentration von 1 × 1018 cm–3, und sie verfügte über eine Dicke von 10 nm. In der zweiten n-Schicht 105 enthielt die Schicht mit höherer Konzentration Ge-Atome mit einer Konzentration von 2,4 × 1017 cm–3, und sie verfügte über eine Dicke von 10 nm. Die Schicht mit niedrigerer Konzentration enthielt Ge-Atome mit einer Konzentration, die niedriger als eine erfassbare Untergrenze war, weswegen sie nicht bestimmt werden konnte, und sie verfügte über eine Dicke von 10 nm. Daher enthielt die erste n-Schicht 104 Ge-Atome mit einer mittleren Konzentration von 6,5 1 × 1018 cm–3, und die zweite n-Schicht 105 enthielt Ge-Atome mit einer mittleren Konzentration von 1,2 × 1017 cm–3.
  • Die Oberfläche der zweiten n-Schicht 105 war sehr eben, und sie zeigte eine Pitdichte von nicht über. 20 Pits/cm2.
  • Die Bedingungen zur SIMS-Messung bestanden aus der Verwendung von Cs+ als Primärionenspezies, dem Anlegen einer Beschleunigungsspannung von 14,5 keV und dem Durchschicken eines Ionenstroms von 40 nA. Der Rasterbereich betrug 100 μm2, und der Analysierbereich betrug 30 μm2.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass die erste n-Schicht 104 dadurch hergestellt wurde, dass Tetramethylgallium dauernd strömte, um die Schicht homogen mit Ge zu dotieren, und dass die zweite n-Schicht 105 nicht hergestellt wurde.
  • Das erhaltene Licht emittierende Bauteil wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 bewertet. Die Durchlassspannung hatte den hohen Wert von 3,5 V, und die Lichtintensität hatte den niedrigen Wert von 3,5 mW. Ferner betrug die Spannung für einen Fluss des Sperrstroms von 10 μA 5 V, und die Anzahl der leckenden Chips betrug ungefähr die Hälfte. Chips mit guter Sperrspannung wurden dem Test auf die elektrostatische Durchbruchspannung unterzogen, wobei sich ergab, dass alle zehn Chips durch einen elektrostatischen Schlag von 50 V zerstört wurden.
  • Nachdem die erste n-Schicht 104 hergestellt worden war, wurde deren Oberfläche betrachtet, wobei sich ergab, dass die Pitdichte in der Oberfläche den sehr hohen Wert von 106 Pit/cm2 oder mehr hatte und die Oberfläche nicht eben war.
  • (Beispiel 2)
  • Bei diesem Beispiel wurde ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass die Konzentrationen der Fremdstoffatome in der Schicht mit höherer Konzentration und der Schicht mit niedrigerer Konzentration in der zweiten n-Schicht 105 gleich wie die Konzentration der Fremdstoffatome in der n-Schicht 104 eingestellt wurden, die Dicke der Schicht mit höherer Konzentration auf 3 nm verringert wurde, die Dicke der Schicht mit niedrigerer Konzentration auf 30 nm erhöht wurde und die Wiederholungsperiodenzahl der Schichten mit höherer Konzentration unter der Schichten mit niedrigerer Konzentration auf 5 eingestellt wurde. Daher enthielt die erste n-Schicht 104 Ge-Atome mit einer mittleren Konzentration von 6,5 1 × 1018 cm–3, was dieselbe wie die beim Beispiel 1 war, und die zweite n-Schicht 105 enthielt Ge-Atome mit einer mittleren Konzentration von 2 1 × 1018 cm–3.
  • Das erhaltene Licht emittierende Bauteil wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 bewertet. Der Chip zeigte bei einem Durchlassstrom von 20 mA eine Durchlassspannung von 3,3 V. Die Emissionszentrumswellenlänge des Emissionsbands blauen Lichts beim Durchlassstrom von 20 mA ergab sich zu 455 nm. Die Emissionsintensität des vom Chip emittierten Lichts wurde mit einer typischen Integrierkugel zu 4,8 mW bestimmt. So wurde erfolgreich ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern hergestellt, das eine hohe Emissionsintensität erzielte.
  • Wenn versucht wurde, einen Strom von 10 μA in der Sperrrichtung durchzuleiten, wurde eine Spannung nicht unter 20 V gemessen. Nachdem der Test für die elektrostatische Durchbruchspannung ausgeführt worden war, waren sieben der zehn Punkte nicht durchgebrochen, obwohl ein elektrostatischer Schlag von 200 V gemäß einem Maschinenmodell verabreicht wurde.
  • Nachdem die zweite n-Schicht 105 hergestellt worden war, wurde deren Oberfläche betrachtet, wobei es sich ergab, dass die Pitdichte an der Oberfläche den geringen Wert von 20 Pits/cm2 oder weniger aufwies und dass die Oberfläche sehr eben war.
  • (Beispiel 3)
  • Bei diesem Beispiel wurde ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass die zweite n-Schicht 105 unter Verwendung einer homogen mit Ge mit niedrigerer Konzentration dotierten Schicht hergestellt wurde. In der zweiten n-Schicht 105 wurde die Menge der Dotierung mit Ge auf 1/25 derjenigen der Schicht mit höherer Konzentration in der ersten n-Schicht 104 eingestellt und die Dicke wurde auf 0,04 μm eingestellt. Das heißt, dass die zweite n-Schicht 105 Ge-Atome mit einer Konzentration von 4,8 × 1017 cm–3 enthielt.
  • Das erhaltene Licht emittierende Bauteil wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 bewertet. Der Chip zeigte bei einem Durchlassstrom von 20 mA eine Durchlassspannung von 3,2 V. Die Emissionszentrumswellenlänge des Emissionsbands blauen Lichts beim Durchlassstrom von 20 mA ergab sich zu 465 nm. Die Emissionsintensität des vom Chip emittierten Lichts, wie durch eine typische Integrierkugel ermittelt, betrug 5,2 mW. Demgemäß wurde ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern erfolgreich hergestellt.
  • Wenn versucht wurde, einen Strom von 100 μA in der Sperrrichtung zu leiten, wurde eine Spannung nicht unter 20 V gemessen. Nachdem der Test auf die elektrostatische Durchbruchspannung ausgeführt worden war, waren neun von zehn Punkten nicht durchgebrochen, obwohl ein elektrostatischer Schock von 500 V gemäß einem Maschinenmodell verabreicht wurde.
  • Nachdem die zweite n-Schicht 105 hergestellt worden war, wurde deren Oberfläche betrachtet, wobei sich ergab, dass die Pitdichte an der Oberfläche den geringen Wert von 20 Pits/cm2 oder weniger aufwies und die Oberfläche sehr eben war.
  • (Beispiel 4)
  • Bei diesem Beispiel wurde ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass die erste und die zweite n-Schicht 104 und 105 unter Verwendung von Diethylsulfid ((C2H5)2S) statt unter Verwendung von Tetramethylgermanium ((CH2)4GE) hergestellt wurden.
  • Das erhaltene Licht emittierende Bauteil wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 bewertet. Der Chip zeigte bei einem Durchlassstrom von 20 mA eine Durchlassspannung von 3,1 V. Die Emissionszentrumswellenlänge des Emissionsbands blauen Lichts beim Durchlassstrom von 20 mA ergab sich zu 470 nm. Die Emissionsintensität des vom Chip emittierten Lichts, wie durch eine typische Integrierkugel ermittelt, betrug 4,6 mW. Demgemäß wurde ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern erfolgreich hergestellt.
  • Wenn versucht wurde, einen Strom von 100 μA in der Sperrrichtung zu leiten, wurde eine Spannung nicht unter 20 V gemessen. Nachdem der Test auf die elektrostatische Durchbruchspannung ausgeführt worden war, waren neun von zehn Punkten nicht durchgebrochen, obwohl ein elektrostatischer Schock von 500 V gemäß einem Maschinenmodell verabreicht wurde.
  • Nachdem die zweite n-Schicht 105 hergestellt worden war, wurde deren Oberfläche betrachtet, wobei sich ergab, dass die Pitdichte an der Oberfläche den geringen Wert von 20 Pits/cm2 oder weniger aufwies und die Oberfläche sehr eben war.
  • (Beispiel 5)
  • Bei diesem Beispiel wurde ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass die erste und die zweite n-Schicht 104 und 105 unter Verwendung von Tetramethylzinn ((CH3)4Sn) statt unter Verwendung von Tetramethylgermanium ((CH2)4GE) hergestellt wurden.
  • Das erhaltene Licht emittierende Bauteil wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 bewertet. Der Chip zeigte bei einem Durchlassstrom von 20 mA eine Durchlassspannung von 3,1 V. Die Emissionszentrumswellenlänge des Emissionsbands blauen Lichts beim Durchlassstrom von 20 mA ergab sich zu 458 nm. Die Emissionsintensität des vom Chip emittierten Lichts, wie durch eine typische Integrierkugel ermittelt, betrug 4,7 mW.
  • Wenn versucht wurde, einen Strom von 100 μA in der Sperrrichtung zu leiten, wurde eine Spannung nicht unter 20 V gemessen. Nachdem der Test auf die elektrostatische Durchbruchspannung ausgeführt worden war, waren neun von zehn Punkten nicht durchgebrochen, obwohl ein elektrostatischer Schock von 500 V gemäß einem Maschinenmodell verabreicht wurde.
  • Nachdem die zweite n-Schicht 105 hergestellt worden war, wurde deren Oberfläche betrachtet, wobei sich ergab, dass die Pitdichte an der Oberfläche den geringen Wert von 20 Pits/cm2 oder weniger aufwies und die Oberfläche sehr eben war.
  • (Beispiel 6)
  • Bei diesem Beispiel wurde ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass die erste und die zweite n-Schicht 104 und 105 unter Verwendung von Monosilan (SiH4) statt unter Verwendung von Tetramethylgermanium ((CH2)4GE) hergestellt wurden.
  • Das erhaltene Licht emittierende Bauteil wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 bewertet. Der Chip zeigte bei einem Durchlassstrom von 20 mA eine Durchlassspannung von 2,9 V. Die Emissionszentrumswellenlänge des Emissionsbands blauen Lichts beim Durchlassstrom von 20 mA ergab sich zu 455 nm. Die Emissionsintensität des vom Chip emittierten Lichts, wie durch eine typische Integrierkugel ermittelt, betrug 5,2 mW.
  • Wenn versucht wurde, einen Strom von 100 μA in der Sperrrichtung zu leiten, wurde eine Spannung nicht unter 20 V gemessen. Nachdem der Test auf die elektrostatische Durchbruchspannung ausgeführt worden war, waren neun von zehn Punkten nicht durchgebrochen, obwohl ein elektrostatischer Schock von 500 V gemäß einem Maschinenmodell verabreicht wurde.
  • Nachdem die zweite n-Schicht 105 hergestellt worden war, wurde deren Oberfläche betrachtet, wobei sich ergab, dass die Pitdichte an der Oberfläche den geringen Wert von 20 Pits/cm2 oder weniger aufwies und die Oberfläche sehr eben war.
  • (Beispiel 7)
  • Bei diesem Beispiel wurde eine LED-Lampe, wie sie in der 3 dargestellt ist, gemäß der folgenden Prozedur unter Verwendung des gemäß dem Beispiel 1 hergestellten Licht emittierenden Bauteils (LED-Chip) mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern hergestellt.
  • Als Erstes wurde ein LED-Chip 36 auf einem zweiten Leiterrahmen 34 mit der Seite des Saphirsubstrats nach unten zeigend platziert und daran mit einem Kleber befestigt. Die ohmsche Elektro de vom n-Typ wurde mit einem ersten Leiterrahmen 33 verbunden, und der Bondkontaktfleck wurde unter Verwendung von Au-Drähten 35 mit dem zweiten Leiterrahmen 34 verbunden, so dass dem LED-Chip 36 ein Bauteiltreiberstrom zugeführt werden konnte. Der gesamte Körper wurde mit transparentem Epoxyharz 37 in die Form einer LED-Lampe vergossen.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die bei der Erfindung hergestellte Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern zeigt hervorragende Oberflächenebenheit und niedrigen Widerstand. Daher ist diese Halbleiter-Schichtstapelstruktur für ein Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern von Nutzen.
  • Zusammenfassung:
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern mit niedrigen Widerstand und hervorragender Ebenheit zu schaffen, wobei in der obersten Fläche wenige Risse und Pits gebildet sind. Die erfindungsgemäße Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern ist mit Folgendem versehen: einer ersten n-Schicht, die über eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält, und eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, verfügt, und einer zweiten n-Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit einer mittleren Konzentration unter der der ersten n-Schicht enthält, wobei die zweite n-Schicht benachbart zur Schicht in der ersten n-Schicht liegt, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält.
    •

Claims (25)

  1. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern, mit einer ersten n-Schicht, die über eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält, und eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, verfügt, und einer zweiten n-Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit einer mittleren Konzentration unter der der ersten n-Schicht enthält, wobei die zweite n-Schicht benachbart zur Schicht in der ersten n-Schicht liegt, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält.
  2. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach Anspruch 1, bei der die Fremdstoffatome n-Gruppe-III-Nitridhalbleiter mit höherer Konzentration enthaltenden Schichten und die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltenden Schichten abwechselnd und periodisch in der ersten n-Schicht vorliegen.
  3. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zweite n-Schicht nicht dotiert ist.
  4. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zweite n-Schicht eine Schicht bildet, die homogen mit Fremdstoffatomen vom n-Typ dotiert ist.
  5. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach Anspruch 1 oder 2, bei der die zweite n-Schicht über eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält, und eine Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, verfügt.
  6. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach Anspruch 5, bei der die Schichten, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthalten, und die Schichten, die Fremdstoffe vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthalten, abwechselnd und periodisch in der zweiten n-Schicht vorhanden sind.
  7. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltende Schicht in der zweiten n-Schicht über eine Konzentration unter der der Schicht in der ersten n-Schicht verfügt, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält.
  8. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltende Schicht in der zweiten n-Schicht über eine Konzentration unter der der Schicht in der ersten n-Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, verfügt.
  9. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei der das Verhältnis (thd/tld) der Dicke (thd) der Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltenden Schicht zur Dicke (tld) der Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltenden Schicht in der zweiten n-Schicht kleiner als das in der ersten n-Schicht ist.
  10. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der die Dicke der Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltenden Schicht in der zweiten n-Schicht kleiner als die in der ersten n-Schicht ist.
  11. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei der die Dicke der Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltenden Schicht in der zweiten n-Schicht größer als die in der ersten n-Schicht ist.
  12. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei der die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltende Schicht und die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltende Schicht in der zweiten n-Schicht Dicken aufweisen, die 0,5 bis 500 nm betragen.
  13. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei der, in der zweiten n-Schicht, die Dicke der Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltenden Schicht der Dicke der Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthaltenden Schicht entspricht oder größer als diese ist.
  14. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 6 bis 13, bei der, in der zweiten n-Schicht, die Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit höherer Konzentration enthält und die Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthält, eine Wiederholungsperiodenzahl von 2 bis 20 aufweisen.
  15. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 5 bis 14, bei der, in der zweiten n-Schicht, die Fremdstoffatome vom n-Typ mit niedrigerer Konzentration enthaltende Schicht nicht absichtlich mit Fremdstoffatomen vom n-Typ dotiert ist.
  16. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die Dicke der zweiten n-Schicht 0,01 bis 0,5 μm beträgt.
  17. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der die mittlere Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der zweiten n-Schicht nicht größer als 1/2 der mittleren Konzentration der Fremdstoffatome vom n-Typ in der ersten n-Schicht ist.
  18. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei der die in der ersten n-Schicht und/oder der zweiten n-Schicht enthaltenen Fremdstoffatome vom n-Typ beliebige einer Art sind, oder eine Kombination zweier oder mehrerer Arten solcher sind, die aus der aus Silicium (Si), Germanium (Ge), Schwefel (S), Selen (Se), Zinn (Sn) und Tellur (Te) bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
  19. Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach Anspruch 18, bei der die Fremdstoffatome vom n-Typ beliebige einer Art, oder eine Kombination zweier oder mehrerer Arten solcher sind, die aus der aus Silicium (Si), Germanium (Ge) und Zinn (Sn) bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
  20. Licht emittierendes Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern, mit einer Licht emittierenden Schicht mit einem Gruppe-III-Nitridhalbleiter auf einem Substrat und mit einer Schichtstapelstruktur mit n-Gruppe-III-Nitridhalbleitern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 zwischen dem Substrat und der Licht emittierenden Schicht.
  21. Lampe mit einem Licht emittierenden Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach Anspruch 20.
  22. Lampe mit einem Licht emittierenden Bauteil mit Gruppe-III-Nitridhalbleitern nach Anspruch 20 sowie einem Fluoreszenzmaterial.
  23. Elektronisches Bauteil mit einer Lampe nach Anspruch 21 oder 22.
  24. Maschine mit einem elektrischen Bauteil nach Anspruch 23.
  25. Spieleinrichtung mit einem elektronischen Bauteil nach Anspruch 23.
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