DE112007000349T5

DE112007000349T5 - Nitridhalbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112007000349T5
Application number: DE112007000349T
Authority: DE
Inventors: Ken Nakahara
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-12-11
Also published as: US8154036B2; US20090057695A1; KR20080091826A; JP2007214384A; CN101390224A; TW200802969A; WO2007091651A1

Abstract

Nitridhalbleitervorrichtung, die zumindest eine n-Elektrode, eine n-Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und eine p-Halbleiterschicht in sequentieller Folge aufweist,
wobei die n-Halbleiterschicht umfasst:
eine n-GaN-Kontaktschicht mit n-Dotierstoff-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3;
wobei die n-Elektrode auf einer Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellt ist; und
wobei eine Erzeugungsschicht auf einer anderen Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellt ist, die zumindest Al_xGa_1-xN (0 < x < 1) oder In_xGa_1-xN (0 < x < 1) aufweist, und eine Elektronenansammlungsschicht zum Ansammeln von Schichtelektronen an einer Grenzfläche mit der n-GaN-Kontaktschicht erzeugt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Nitridhalbleitervorrichtung, die in sequentieller Folge zumindest eine n-Elektrode, eine n-Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und eine p-Halbleiterschicht beinhaltet.
Stand der Technik
Bis jetzt wurden Nitridhalbleitervorrichtungen in blauen LED (Lichtemissionsdioden), die als Lichtquellen zur Beleuchtung, Hintergrundbeleuchtung und dergleichen dienen, sowie in grünen LED verwendet, die als Lichtquellen für weiße Beleuchtung dienen. Zudem wird bei weißer Beleuchtung die weiße Farbe unter Verwendung einer roten LED, einer blauen LED und einer grünen LED ausgebildet.
Gemäß 11 sind bei einer Nitridhalbleitervorrichtung eine aus einer n-Halbleiterschicht ausgebildete Nitridhalbleiterschicht, eine aktive MQW-Schicht 505 und eine p-Halbleiterschicht auf einem Substrat 500 geschichtet. Das Substrat 500 weist vorzugsweise leitende Eigenschaften auf, so dass das Substrat 500 einen Pfad für einen elektrischen Stromfluss in die Nitridhalbleiterschicht über das Substrat 500 ausbilden kann. Ein Substrat mit leitenden Eigenschaften ist jedoch kostenintensiver im Vergleich zu einem Substrat ohne leitende Eigenschaften. Aus diesem Grund wurde ein Versuch in Betracht gezogen, die leitenden Eigenschaften zu verleihen, indem ein Dotierstoff in ein Substrat ohne die leitenden Eigenschaften dotiert wird.
Wenn das Substrat 500 mit dem Dotierstoff dotiert ist, steigt jedoch das Lichtabsorptionsausmaß an dem Substrat 500, und die Eigenschaften der Nitridhalbleitervorrichtung werden dadurch beeinflusst. Demzufolge wird im Allgemeinen ein Substrat ohne leitende Eigenschaften und ohne Dotierung mit einem Dotierstoff als das Substrat 500 verwendet (beispielsweise ein Saphirsubstrat oder dergleichen).
Wenn ein Substrat ohne die leitenden Eigenschaften und ohne Dotierung mit einem Dotierstoff als das Substrat 500 verwendet wird, muss die Nitridhalbleitervorrichtung auf einer Hauptoberflächenseite des Substrates 500 einen Pfad enthalten, durch den elektrischer Strom fließt.
Im Einzelnen ist gemäß 11 die Nitridhalbleitschicht (eine n-Pufferschicht 501 bis eine p-Kontaktschicht 507) auf dem Substrat 500 geschichtet, und dann wird ein Teil der Nitridhalbleiterschicht von der Seite der p-Kontaktschicht 507 geätzt, bis eine n-Kontaktschicht 502 freigelegt ist. Sodann wird eine n-Elektrode 514 auf einer Hauptoberfläche der freigelegten n-Kontaktschicht 502 ausgebildet. Eine p-Elektrode 508 wird ferner auf einer Hauptoberfläche der p-Kontaktschicht 507 ausgebildet. Dadurch kann eine Nitridhalbleitervorrichtung zwischen der n-Elektrode 514 und der p-Elektrode 508 ausgebildet werden, die einen Pfad enthält, durch den der elektrische Strom fließt, ohne das Substrat 500 dazwischen zu passieren.
Es ist jedoch eine Eigenschaft des elektrischen Stromes, dass der elektrische Strom bei gleichem Widerstandswert den kürzeren Weg nimmt. Daher konzentriert sich der elektrische Strom bei der bekannten Nitridhalbleitervorrichtung nach 12 in einem Abschnitt entsprechend einer Linie L von der p-Elektrode 508 zur n-Elektrode 514, wenn ein elektrischer Stromfluss zwischen der n-Elektrode 514 und der p-Elektrode 508 verursacht wird. Dies führt zu dem Problem, dass der elektrische Strom nicht gleichmäßig durch jede Schicht der Nitridhalbleitervorrichtung fließt.
Folglich war es schwierig, das Licht aus der aktiven MQW-Schicht 505 der Nitridhalbleitervorrichtung gleichmäßig zu emittieren.
Darüber hinaus ist gemäß der vorstehend beschriebenen Nitridhalbleitervorrichtung eine elektrische Spannung in dem Abschnitt entsprechend der Linie L von der p-Elektrode 508 zur n-Elektrode 514 auf dieselbe Weise wie der elektrische Stromfluss konzentriert. Dies führt zu dem Problem, dass in dem entsprechenden Abschnitt leicht ein elektrostatischer Zusammenbruch auftritt.
Da zudem gemäß der vorstehend beschriebenen Nitridhalbleitervorrichtung die p-Elektrode 508 und die n-Elektrode 514 auf einer Hauptoberflächenseite des Substrates 500 ausgebildet sind, tritt das Problem auf, dass der für die Nitridhalbleitervorrichtung erforderliche Chipbereich im Vergleich zu einer Nitridhalbleitervorrichtung mit einer auf einer Hauptoberflächenseite eines Substrates ausgebildeten n-Elektrode und einer auf dessen anderer Hauptoberflächenseite ausgebildeten p-Elektrode ansteigt. Folglich verringert sich die Produktivität für die Nitridhalbleitervorrichtung.
Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme wurde ein Verfahren zur Herstellung einer Nitridhalbleitervorrichtung in Gegenelektrodenbauart vorgeschlagen. Bei diesem vorgeschlagenen Verfahren wird eine Nitridhalbleiterschicht auf einem Substrat geschichtet, und eine p-Elektrode wird auf einer Hauptoberfläche der Nitridhalbleiterschicht ausgebildet, die Nitridhalbleiterschicht wird dann von dem Substrat getrennt, und eine n-Elektrode wird auf einer Hauptoberfläche der Gegenseite der Oberfläche ausgebildet, auf der die p-Elektrode der Nitridhalbleiterschicht ausgebildet ist.
Im Einzelnen wird bei einem Beispiel von einer Nitridhalbleitervorrichtung in Gegenelektrodenbauart unter Verwendung eines Substrates aus Saphir und einer Nitridhalbleiterschicht aus einem GaN-basierten Halbleiter die Nitridhalbleiterschicht auf dem Substrat geschichtet, und eine p-Elektrode wird auf einer Hauptoberfläche der Nitridhalbleiterschicht ausgebildet.
Danach wird die Seite der Nitridhalbleiterschicht von der Substratseite mit einem Excimerlaserlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 300 nm oder weniger mit einer Bestrahlungsenergie von mehreren 100 mJ/cm² bestrahlt. Dadurch wird die Nitridhalbleiterschicht nahe einer Grenzoberfläche des Substrates und der Nitridhalbleiterschicht thermisch zersetzt, um die Nitridhalbleiterschicht von dem Substrat zu trennen, wodurch eine n-Elektrode auf einer freigelegten Hauptoberfläche der Nitridhalbleiterschicht ausgebildet wird.
Das Verfahren zur Herstellung einer Nitridhalbleitervorrichtung auf diese Weise für den Erhalt einer Nitridhalbleitervorrichtung in Gegenelektrodenbauart wurde beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-168820 offenbart.
Die Verwendung des vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahrens ermöglicht den Erhalt einer Nitridhalbleitervorrichtung in Gegenelektrodenbauart, welche eine p-Elektrode auf einer Hauptoberfläche einer Nitridhalbleiterschicht und eine n-Elektrode auf deren anderer Hauptoberfläche auf dieselbe Weise wie bei einem Substrat mit leitenden Eigenschaften ausbildet. Daher kann eine Nitridhalbleitervorrichtung mit verbesserter Lichtabgabeeffizienz hergestellt werden.
Erfindungsoffenbarung
Gemäß 13 enthält jedoch eine durch das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren erzeugte Nitridhalbleitervorrichtung lediglich eine n-Kontaktschicht 602 und eine n-Mantelschicht 604 zwischen einer n-Elektrode 614 und einer aktiven MQW-Schicht 605, da die Nitridhalbleiterschicht vom Substrat getrennt wird. Demzufolge beträgt der Abstand von der n-Elektrode 614 zu der aktiven MQW-Schicht 605 der Nitridhalbleitervorrichtung lediglich einige μm, was im Vergleich zu der Breite der n-Kontaktschicht 602 und der n-Mantelschicht 604 kurz ist.
Folglich ergibt sich bei der n-Halbleiterschicht eine große Differenz zwischen dem linearen Abstand von der n-Elektrode 614 zu der aktiven MQW-Schicht 605 und der Distanz, um die n-Elektrode 614 von der aktiven MQW-Schicht 605 zu erreichen, während in annähernd horizontaler Richtung bezüglich der Kristallwachstumsrichtung diffundiert wird.
Bei der Nitridhalbleitervorrichtung weist der elektrische Strom die Eigenschaft auf, bei gleichem Widerstandswert entlang des kürzeren Abstands zu fließen. Dies führt zu dem Problem, dass der elektrische Strom nicht homogen in annähernd horizontaler Richtung bezüglich der Kristallwachstumsrichtung zwischen der n-Elektrode 614 und der aktiven MQW-Schicht 605 diffundiert, wenn ein elektrischer Stromfluss zwischen der n-Elektrode 614 und der p-Elektrode 608 verursacht wird. Der elektrische Strom fließt im Gegenteil wahrscheinlich linear.
Darüber hinaus weist die Nitridhalbleitervorrichtung das Problem auf, dass die aktive MQW-Schicht 605 Schwierigkeiten hat, Licht gleichmäßig zu emittieren, da der homogen diffundierende elektrische Strom kaum bis zu der aktiven MQW-Schicht 605 fließt.
Zur Lösung dieser Probleme wurde ein Anstieg der Fläche bei der n-Elektrode 614 vorgeschlagen, so dass der elektrische Strom homogen diffundiert und bis zu der aktiven MQW-Schicht 605 fließt. Dies verursacht jedoch das Problem der Abnahme der Lichtabgabeeffizienz der Nitridhalbleitervorrichtung, da ein Anstieg bei der Fläche der n-Elektrode 614 eine Blockade des von der n-Kontaktschicht 602 emittierten Lichts verursacht. Es wurde außerdem vorgeschlagen, die Dicke der jeweiligen Schichten der n-Halbleiterschicht zwischen der n-Elektrode 614 und der aktiven MQW-Schicht 605 zu erhöhen, um den Abstand von der n-Elektrode 614 bis zur aktiven MQW-Schicht 605 lang genug zu machen, so dass der elektrische Strom bis zu der aktiven MQW-Schicht 605 fließen kann, während er homogen diffundiert. Dies verursacht jedoch das Problem des Anstiegs bei der Zeit für das Kristallwachstum und erhöht dadurch die Herstellungskosten. Darüber hinaus steigt die auf die Nitridhalbleiterschicht angelegte Verspannung und verursacht Schäden bei der Nitridhalbleiterschicht, da der Abstand zu dem Substrat von einem Trägersubstrat ansteigt, das die Nitridhalbleiterschicht stützt, wenn die Nitridhalbleiterschicht von dem Substrat getrennt wird.
Weiterhin wurde vorgeschlagen, die Dotierungsmenge von n-Dotierstoffen zum Reduzieren des Widerstandswertes der n-Halbleiterschicht zu erhöhen. Dies führt jedoch zu einer Verschlechterung der Lichtemissionseigenschaften, da die Kristallinität in der n-Halbleiterschicht durch Erhöhen der Dotiermenge von beispielsweise Si verschlechtert wird, und daher die Qualität der durch Kristallwachstum auf der n-Halbleiterschicht ausgebildeten aktiven MQW-Schicht 605 verschlechtert wird.
Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nitridhalbleitervorrichtung bereitzustellen, die verbesserte Lumineszenzeigenschaften und eine dünne Schichtdicke einer n-Halbleiterschicht zwischen einer n-Elektrode und einer aktiven Schicht aufweist. Eine erste Ausgestaltung der Erfindung wird als eine Nitridhalbleitervorrichtung zusammengefasst, die in sequentieller Folge zumindest eine n-Elektrode, eine n-Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und eine p-Halbleiterschicht beinhaltet, wobei die n-Halbleiterschicht umfasst: eine n-GaN-Kontaktschicht mit n-Dotierstoff-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration in einem Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3; die auf einer Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellte n-Elektrode; und eine auf der anderen Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellte Erzeugungsschicht mit zumindest Al_xGa_1-xN (0 < × < 1) oder In_xGa_1-xN (0 < x < 1), die eine Elektronenansammlungsschicht zur Ansammlung von Elektronen an einer Grenzfläche mit der n-GaN-Kontaktschicht erzeugt.
Gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung ist die Erzeugungsschicht mit zumindest Al_xGa_1-xN (0 < x < 1) oder In_xGa_1-xN (0 < x < 1) auf der n-GaN-Kontaktschicht mit dem n-Dotierstoff-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3 bereitgestellt. Wenn ein elektrischer Stromfluss zwischen der n-Elektrode und der p-Elektrode verursacht wird, kann dadurch die Elektronenansammlungsschicht an der Grenzfläche der n-GaN-Kontaktschicht und der Erzeugungsschicht erzeugt werden. Die Elektronenansammlungsschicht sammelt Elektronen zweidimensional nahe der Grenzfläche der n-GaN-Kontaktschicht und der Erzeugungsschicht an, und erlaubt einen leichten elektrischen Stromfluss aufgrund eines geringen Widerstands.
Wenn der elektrische Strom zwischen der n-Elektrode und der p-Elektrode in der Nitridhalbleitervorrichtung fließt, diffundiert demzufolge der elektrische Strom, der von der n-Elektrode geflossen ist, ungefähr in horizontaler Richtung bezüglich der Kristallwachstumsrichtung in der Elektronenansammlungsschicht, um sofort in der gesamten Elektronenansammlungsschicht zu diffundieren. Der in der Elektronenansammlungsschicht über die Elektronenansammlungsschicht diffundierte elektrische Strom fließt homogen zur aktiven Schicht, wodurch der aktiven Schicht eine gleichmäßige Lichtemission ermöglicht wird. Da somit der elektrische Strom gleichmäßig in der Elektronenansammlungsschicht diffundiert werden kann, kann eine Nitridhalbleitervorrichtung mit verbesserter Lumineszenz und einer dünnen Schichtdicke der n-Halbleiterschicht zwischen der n-Elektrode und der aktiven Schicht erhalten werden.
Bei der ersten Ausgestaltung der Erfindung kann die Erzeugungsschicht eine Übergitterstruktur aufweisen, bei der eine Al_xGa_1-xN-Schicht (0 < x < 1) und eine Al_yGa_1-yN-Schicht (0 ≤ y < 1, y < x), die voneinander verschiedene Zusammensetzungsformeln aufweisen, aufeinander abwechselnd geschichtet sind, und die Dicke der Al_xGa_1-xN-Schicht und der Al_yGa_1-yN-Schicht kann jeweils kleiner gleich 30 nm sein.
Die Erzeugungsschicht kann zudem eine Übergitterstruktur aufweisen, bei der eine In_xGa_1-xN-Schicht (0 < x < 1) und eine Al_yGa_1-yN-Schicht (0 < y < 1) abwechselnd aufeinander geschichtet sind, und die Dicke der In_xGa_1-xN-Schicht und der Al_yGa_1-yN-Schicht kann jeweils kleiner gleich 30 nm sein.
Darüber hinaus kann die Erzeugungsschicht eine Übergitterstruktur aufweisen, bei der eine In_xGa_1-xN-Schicht (0 < x < 1) und eine In_yGa_1-yN-Schicht (0 < y < 1, y < x) mit voneinander verschiedenen Zusammensetzungsformeln abwechselnd aufeinander geschichtet sind, und die Dicke der In_xGa_1-xN-Schicht und der In_yGa_1-yN-Schicht kann jeweils kleiner gleich 30 nm sein.
Gemäß dieser Ausgestaltung weist die Erzeugungsschicht eine Übergitterstruktur auf, und die Dicke pro Schicht ist kleiner gleich 30 nm. Demzufolge werden die Elektronen nahe der Grenzfläche der n-GaN-Kontaktschicht und der Erzeugungsschicht weiter zweidimensional angesammelt, und die Elektronenansammlungsschicht kann mit geringem Widerstand erzeugt werden. Folglich kann eine Nitridhalbleitervorrichtung mit verbesserten Lumineszenzeigenschaften und einer dünnen Schichtdicke der n-Halbleiterschicht zwischen der n-Elektrode und der aktiven Schicht erhalten werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Ansicht einer Querschnittsstruktur einer Nitridhalbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt das Verfahren zur Herstellung der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt das Verfahren zur Herstellung der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt das Verfahren zur Herstellung der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt eine Ansicht zur Darstellung einer Elektronenansammlungsschicht der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt eine Ansicht der Querschnittsstruktur einer Nitridhalbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt eine Ansicht der Querschnittsstruktur einer Nitridhalbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9 zeigt eine Ansicht der Querschnittsstruktur einer Nitridhalbleitervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
10 zeigt eine Ansicht der Elektronentransfermenge und der Helligkeit einer Nitridhalbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel.
11 zeigt eine Ansicht einer Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
12 zeigt eine Ansicht der Querschnittsstruktur der bekannten Nitridhalbleitervorrichtung.
13 zeigt eine Ansicht der Querschnittsstruktur einer bekannten Nitridhalbleitervorrichtung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es versteht sich, dass gleiche oder ähnliche Abschnitte durch dieselben oder ähnliche Bezugszeichen in der nachstehenden Beschreibung oder der Zeichnung bezeichnet sind. Es versteht sich jedoch ferner, dass die Zeichnung lediglich schematische Darstellungen enthält, und dass die Verhältnisse der jeweiligen Dimensionen und dergleichen sich von den tatsächlichen unterscheiden.
Somit sollten spezifische Dimensionen und dergleichen in Anbetracht der nachstehenden Beschreibung bestimmt werden. Es versteht sich, dass es Unterschiede in den Bezügen und Verhältnissen der Dimensionen in der Zeichnung geben kann.
(Konfiguration einer Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung)
Eine Nitridhalbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 zeigt die Querschnittsstruktur der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Als Beispiel der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt eine Beschreibung einer als Lichtquelle verwendeten blauen LED sowie einer blauen LED und einer grünen LED, die als Lichtquellen für weiße Beleuchtung verwendet werden.
Gemäß 1 beinhaltet die Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Nitridhalbleiterschicht, bei der eine n-Halbleiterschicht, eine aktive MQW-Schicht 105 und eine p-Halbleiterschicht geschichtet sind.
Bei der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die n-Halbleiterschicht eine zwischen einer n-Elektrode 114 und der aktiven MQW-Schicht 105 geschichtete Nitridhalbleiterschicht und beinhaltet eine n-GaN-Kontaktschicht 102, eine n-AlGaN-Schicht 103 und eine n-Mantelschicht 104.
Die n-Halbleiterschicht beinhaltet: die aus n-Dotierstoff-dotiertem GaN ausgebildete n-GaN-Kontaktschicht 102 mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁵ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3; die auf einer Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht 102 bereitgestellte n-Elektrode 114; und eine auf der anderen Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht 102 bereitgestellte Erzeugungsschicht, die aus Al_xGa_1-xN (0 < x < 1) ausgebildet ist. Dabei erzeugt die Erzeugungsschicht eine Elektronenansammlungsschicht, die Elektronen an der Grenzfläche mit der n-GaN-Kontaktschicht 102 ansammelt.
Bei der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die p-Halbleiterschicht eine zwischen einer transparenten Elektrode 108 und der aktiven MQW-Schicht 105 geschichtete Nitridhalbleiterschicht und beinhaltet eine p-Mantelschicht 106 und eine p-Kontaktschicht 107.
Die p-Halbleiterschicht beinhaltet die transparente Elektrode 108 als eine p-Elektrode auf einer Hauptoberfläche der p-Kontaktschicht 107.
Die Nitridhalbleitervorrichtung beinhaltet außerdem eine reflektierende Spiegelschicht 111 auf der transparenten Elektrode 108, wodurch das von der aktiven MQW-Schicht emittierte Licht durch die reflektierende Spiegelschicht 111 reflektiert wird, um die Lumineszenzeigenschaften von Licht weiter zu verbessern, das von der n-GaN-Kontaktschicht 102 emittiert wird.
Die Nitridhalbleitervorrichtung beinhaltet außerdem ein Trägersubstrat 113, das mit einer dazwischen angeordneten Haftschicht 112 mit der reflektierenden Spiegelschicht 111 verbunden ist.
Auf der Seitenoberfläche der Nitridhalbleiterschicht ist eine aus SiN oder dergleichen ausgebildete isolierende Schicht ausgebildet.
Die n-Elektrode 114 weist eine Ti-Schicht und eine Al-Schicht auf, die in sequentieller Folge auf einer Hauptoberfläche (die nachstehend als „untere Oberfläche" in Bezug genommen ist, wobei die untere Oberfläche die Oberfläche bezeichnet, auf der die n-AlGaN-Schicht 103 nicht in der n-GaN-Kontaktschicht 102 der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel geschichtet ist) der n-GaN-Kontaktschicht 102 geschichtet sind, und steht in ohmschen Kontakt mit der n-GaN-Kontaktschicht 102. Es versteht sich, dass die n-Elektrode 114 auch nur aus der Al-Schicht ausgebildet sein kann.
Die transparente Elektrode 108 ist eine aus ZnO ausgebildete p-Elektrode auf einer Hauptoberfläche (die nachstehend als „obere Oberfläche" bezeichnet ist, wobei die obere Oberfläche die Oberfläche bezeichnet, auf der die p-Mantelschicht 106 nicht in der p-Kontaktschicht 107 der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildet ist) der p-Kontaktschicht 107.
Die n-GaN-Kontaktschicht 102 ist aus dem n-Dotierstoff-dotierten GaN mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3 ausgebildet. Die Elektronenkonzentration der n-GaN-Kontaktschicht 102 liegt vorzugsweise im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 1 × 10¹⁸ cm^–3.
Für die n-Dotierstoffdotierung wird beispielsweise eine Si-Dotierung oder dergleichen verwendet.
Ferner kann die n-GaN-Kontaktschicht 102 eine Übergitterstruktur aufweisen, bei der die Dicke pro Schicht kleiner gleich 10 nm beträgt. Bei dem vorliegenden Beispiel beträgt die Dicke pro Schicht der n-GaN-Kontaktschicht 102 vorzugsweise kleiner gleich 5 nm.
Die n-AlGaN-Schicht 103 ist aus mit Si dotiertem Al_0,08GaN ausgebildet und wirkt als die Erzeugungsschicht zur Erzeugung der Elektronenansammlungsschicht, die Elektronen ansammelt. Es versteht sich, dass die Zusammensetzung der n-AlGaN-Schicht 103 nicht auf Al₀ _, ₀₈GaN beschränkt ist, solange Al_xGa_1-xN (0 < x < 1) erfüllt ist (dasselbe wird nachstehend für die n-AlGaN-Schicht 103 angenommen.
Die n-Mantelschicht 104 ist aus mit Si dotiertem GaN ausgebildet. Die aktive MQW-Schicht 105 weist eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW-Struktur) auf, die durch einen Nitridhalbleiter mit In ausgebildet ist.
Im Einzelnen weist die aktive MQW-Schicht 105 eine MQW-Struktur auf, bei der eine aus In₀ _, ₁₇GaN ausgebildete Topfschicht mit einer Dicke von 3 nm und eine aus undotiertem GaN mit einer Dicke von 10 nm ausgebildete Barrierenschicht jeweils acht Mal abwechselnd geschichtet sind.
Die p-Mantelschicht 108 ist aus undotiertem GaN oder In_0,01GaN mit ungefähr 1% In ausgebildet.
Die p-Kontaktschicht 107 ist aus mit Mg dotiertem GaN ausgebildet. Es versteht sich, dass die p-Kontaktschicht 107 in ohmschen Kontakt mit der transparenten Elektrode 108 steht.
(Verfahren zur Herstellung einer Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung)
Nachstehend sind die bei einem Verfahren zur Herstellung der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durchzuführenden Vorgänge unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
Gemäß den 2 und 3 wird bei Schritt S101 ein Vorgang zur Schichtung einer n-GaN-Kontaktschicht durchgeführt. Bei diesem Vorgang wird die n-GaN-Kontaktschicht 102 durch Kristallwachstum auf einem aus Saphir ausgebildeten Substrat ausgebildet (das nachstehend als „Substrat 100" bezeichnet ist).
Genauer wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Substrat 100 zunächst in eine MOCVD-Vorrichtung (metallorganische chemische Gasphasenabscheidung) eingesetzt, und eine thermische Reinigung wird auf dem Substrat 100 durch Erhöhen der Temperatur auf ungefähr 1050°C durchgeführt, während ein Wasserstoffgasfluss bewirkt wird.
Als zweites wird die Temperatur der MOCVD-Vorrichtung auf ungefähr 600°C herabgesetzt, und ein Kristallwachstum einer n-Pufferschicht 101 wird auf dem Substrat 100 durch einen Epitaxiewachstumsvorgang (der nachstehend vereinfacht als „Kristallwachstumsvorgang" bezeichnet ist) durchgeführt.
Als drittes wird die Temperatur in der MOCVD-Vorrichtung erneut auf ungefähr 1000°C erhöht, um die n-GaN-Kontaktschicht 102 durch den Kristallwachstumsvorgang auf der n-Pufferschicht 101 auszubilden. Die n-GaN-Kontaktschicht 102 ist aus Si-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration im Bereich 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3 ausgebildet. Die Elektronenkonzentration der n-GaN-Kontaktschicht 102 liegt vorzugsweise im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 1 × 10¹⁸ cm^–3.
Bei Schritt S102 wird ein Vorgang zum Schichten einer aus AlGaN ausgebildeten Erzeugungsschicht durchgeführt. Die Erzeugungsschicht erzeugt die Elektronenansammlungsschicht, die Elektronen an der Grenzfläche mit der n-GaN-Kontaktschicht 102 ansammelt.
Im Einzelnen wird bei dem Vorgang zum Schichten der Erzeugungsschicht die n-AlGaN-Schicht 103 durch den Kristallwachstumsvorgang auf der n-GaN-Kontaktschicht 102 ausgebildet. Dabei wird die n-AlGaN-Schicht 103 aus mit Si dotiertem Al₀ _, ₀₈GaN ausgebildet und wirkt als die Erzeugungsschicht, welche die Elektronenansammlungsschicht erzeugt.
3 zeigt eine Schnittansicht der Nitridhalbleitervorrichtung nachdem der Vorgang zum Schichten der Erzeugungsschicht durchgeführt ist.
Bei Schritt S103 wird ein Vorgang zum Schichten der Nitridhalbleiterschicht auf der n-AlGaN-Schicht 103 durchgeführt.
Im Einzelnen wird bei dem Vorgang zum Schichten der Nitridhalbleiterschicht auf der n-AlGaN-Schicht 103 die aus Si-dotiertem GaN ausgebildete n-Mantelschicht 104 zunächst durch den Kristallwachstumsvorgang auf der n-AlGaN-Schicht 103 ausgebildet. Die n-Halbleiterschicht wird durch den Kristallwachstumsvorgang der n-Mantelschicht 104 geschichtet.
Als zweites wird die aktive MQW-Schicht 105 mit der MQW-Struktur durch den Kristallwachstumsvorgang ausgebildet, indem auf der n-Mantelschicht 104 jeweils acht Mal eine aus In₀ _, ₁₇GaN ausgebildete Topfschicht mit einer Dicke von 3 nm und einer aus undotiertem GaN ausgebildete Barrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm geschichtet werden.
Als drittes wird auf der aktiven MQW-Schicht 105 die aus einer undotierten GaN-Schicht oder einer InGaN-Schicht mit einer In-Zusammensetzung von ungefähr 1% ausgebildete p-Mantelschicht 106 durch den Kristallwachstumsvorgang ausgebildet.
Als viertes wird auf der p-Mantelschicht 106 die aus Mg-dotiertem GaN ausgebildete p-Kontaktschicht 107 durch den Kristallwachstumsvorgang ausgebildet, während die Temperatur in der MOCVD-Vorrichtung weiter erhöht wird. Die p-Halbleiterschicht wird durch den Kristallwachstumsvorgang der p-Kontaktschicht 107 geschichtet.
Als fünftes wird auf der p-Kontaktschicht 107 unter Verwendung eines Molekularstrahlepitaxieverfahrens die aus Ga-dotiertem ZnO ausgebildete transparente Elektrode 108 mit einem niedrigen spezifischen Widerstand von etwa 2 × 10^–9 Ωcm ausgebildet.
Als sechstes wird durch Ätzen von der transparenten Elektrode 108 bis zu der Nitridhalbleiterschicht eine Schnittnut zum Unterteilen der Nitridhalbleiterschicht in die Größen der Nitridhalbleitervorrichtungen ausgebildet.
Genauer kann die Schnittnut durch Ätzen der Nitridhalbleiterschicht und der transparenten Elektrode 108, bis die n-Pufferschicht 101 von der transparenten Elektrode 108 freigelegt ist, durch ein induktiv gekoppeltes Plasmaverfahren (ICP) oder dergleichen ausgebildet werden, nachdem eine aus SiO₂ oder dergleichen ausgebildete dielektrische Schicht oder eine Resistlackmaske auf der transparenten Elektrode 108 ausgebildet wurde.
Als siebtes wird auf einer freigelegten Oberfläche wie etwa der Seitenoberfläche der transparenten Elektrode 108 und der Nitridhalbleiterschicht die aus SiN oder dergleichen ausgebildete isolierende Schicht 109 unter Verwendung von P-CVD (plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung) oder Zerstäuben ausgebildet.
Als achtes wird ein Kontaktloch 110 ausgebildet, indem ein Trockenätzvorgang auf der isolierenden Schicht 109 unter Verwendung eines CF₄-basierten Gases durchgeführt wird. Die isolierende Schicht 109 wird auf der transparenten Elektrode 108 ausgebildet.
Es versteht sich, dass nur die transparente Elektrode 108 geätzt werden kann, wenn der Trockenätzvorgang durchgeführt wird, da die Ätzrate der aus ZnO ausgebildeten transparenten Elektrode 108 niedrig ist. Auf diese Weise können die anderen Schichten geschützt werden. 4 zeigt eine Schnittansicht der Nitridhalbleitervorrichtung, nachdem der Nitridhalbleiterschichtungsvorgang durchgeführt ist.
Bei Schritt S104 wird ein Vorgang zum Trennen der Nitridhalbleiterschicht von dem Substrat 100 durchgeführt.
Im Einzelnen wird die reflektierende Spiegelschicht 111 zunächst durch sequentielles Schichten einer Al-Schicht, einer Ti-Schicht und einer Au-Schicht auf der isolierenden Schicht 109 ausgebildet. Die isolierende Schicht 109 ist auf der transparenten Elektrode 108 und der p-Kontaktschicht 107 ausgebildet, die von dem Kontaktloch 110 freigelegt sind. Nachdem die Goldschicht geschichtet ist, ist vorzuziehen, eine Strukturierung gemäß der Form der Nitridhalbleitervorrichtung anzuwenden, und einen Goldplattierungsvorgang von mehreren μm durch einen elektrolytischen Plattiervorgang durchzuführen.
Es versteht sich, dass eine Schicht aus anderen silberweißen Metallen wie etwa eine Silberschicht ebenfalls anstelle der Al-Schicht verwendet werden können. Eine Legierungsschicht aus Au und Sn kann ebenfalls anstelle der Goldschicht verwendet werden. Die Goldschicht kann außerdem unmittelbar auf der Al-Schicht geschichtet sein, ohne die Ti-Schicht zu verwenden.
Als zweites wird der Ätzvorgang auf denselben Abschnitten wie der Ätzvorgang zur Ausbildung der Schnittnut zum Unterteilen der Nitridhalbleiterschicht in Größen für die Nitridhalbleitervorrichtungen durchgeführt, bis das Substrat 100 freigelegt ist. Es versteht sich, dass ein pn-Übergangsabschnitt der Nitridhalbleiterschicht durch die isolierende Schicht 109 geschützt ist und somit nicht unnötig durch den Ätzvorgang beschädigt wird.
Als drittes wird die aus einer Legierungsschicht aus Au und Sn oder nur aus einer Au Schicht ausgebildete Haftschicht 112 auf das Trägersubstrat 113 aufgebracht, das aus einem hochwärmeleitenden Material wie etwa Cu oder AlN ausgebildet ist. Ein Teil der Haftschicht 112 wird durch Wärme geschmolzen und die reflektierende Spiegelschicht 111 und das Trägersubstrat 113 werden unter Druck verbunden. Bei der Druckverbindung werden das Trägersubstrat 113 und die Nitridhalbleiterschicht vorzugsweise durch eine aus Kohlenstoff ausgebildete Vorrichtung bei einer Temperatur von ungefähr 400°C sandwichartig umgeben. Da die Wärmeausdehnung von Kohlenstoff gering ist, kann demzufolge eine Ausdehnungskraft so groß wie die Nitridhalbleiterschicht und das Trägersubstrat 113 eine optimale Verbindung durchführen.
5 zeigt eine Schnittansicht der Nitridhalbleitervorrichtung nach der Druckverbindung der reflektierenden Spiegelschicht 111 und des Trägersubstrats 113 durch den Trennungsvorgang.
Als viertes wird die Nitridhalbleiterschicht von der Seite des Substrates 100 mit einem KrF-Laserlicht mit einer Wellenlänge von ungefähr 248 nm und einer Bestrahlungsenergie von ungefähr 300 bis 400 J/cm² bestrahlt. Daher wird die n-Pufferschicht 101 nahe der Grenzfläche zwischen dem Substrat 100 und der n-Pufferschicht 101 thermisch zersetzt, und die n-Pufferschicht 101 wird von der Nitridhalbleiterschicht von dem Substrat 100 getrennt.
Das KrF-Laserlicht wird nahezu vollständig durch das aus Saphir ausgebildete Substrat 100 durchgelassen, und wird nahezu vollständig durch die aus GaN ausgebildete n-Pufferschicht 101 absorbiert. Folglich steigt die Temperatur der n-Pufferschicht 101 nahe der Grenzfläche des Substrates 100 und der n-Pufferschicht 101 rapide an, wodurch die n-Pufferschicht 101 thermisch zersetzt wird.
Es versteht sich, dass zum Zeitpunkt der Wärmezersetzung erzeugtes N₂-Gas in die Lücken zwischen den Nitridhalbleiterschichten fließt und keinen Druck auf die Nitridhalbleiterschicht aufbringt, wodurch kein Problem wie etwa ein Riss in der Nitridhalbleiterschicht verursacht wird.
Bei Schritt S105 wird ein Vorgang zur Ausbildung der n-Elektrode 114 auf der unteren Oberfläche der Nitridhalbleiterschicht durchgeführt.
Im Einzelnen wird auf der unteren Oberfläche der n-GaN-Kontaktschicht 102 durch den Trennvorgang verbleibendes Ga zunächst durch das Durchführen eines Ätzvorgangs mit einer Säure, einer Base oder dergleichen entfernt. Es ist vorzuziehen, ferner einen Trockenätzvorgang nach dem Ätzen mit einer Base oder dergleichen durchzuführen, so dass die n-GaN-Kontaktschicht 102 geätzt wird. Durch das Durchführen des Trockenätzvorgangs werden die ohmschen Eigenschaften der n-GaN-Kontaktschicht 102 und der n-Elektrode 114 weiter verbessert.
Als zweites werden eine Ti-Schicht und eine Al-Schicht auf der unteren Oberfläche der n-GaN-Kontaktschicht 102 zum Ausbilden der n-Elektrode 114 sequentiell geschichtet. Die n-Elektrode 114 steht im ohmschen Kontakt mit der unteren Oberfläche der n-GaN-Kontaktschicht 102. Es versteht sich, dass die n-Elektrode 114 auch nur durch das Schichten der Al-Schicht ausgebildet werden kann, ohne die Ti-Schicht zu verwenden.
Folglich ist die in 1 gezeigte Nitridhalbleitervorrichtung abgeschlossen.
(Betriebsweise/Wirkung der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung)
Gemäß 6 beinhaltet die n-Halbleiterschicht in der Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die aus n-Dotierstoff-dotiertem GaN ausgebildete n-GaN-Kontaktschicht 102 mit einer Elektronenkonzentration in einem Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3, und auf der n-GaN-Kontaktschicht 102 die aus AlGaN ausgebildete und als die Erzeugungsschicht dienende n-AlGaN-Schicht 103, welche die Elektronenansammlungsschicht zum Ansammeln von Elektronen an der Grenzfläche mit der n-GaN-Kontaktschicht 102 erzeugt. Wenn elektrischer Strom zwischen der n-Elektrode 114 und der transparenten Elektrode 108 fließt, und wenn die transparente Elektrode 108 die p-Elektrode ist, wirkt daher die n-AlGaN-Schicht 103 als die Erzeugungsschicht, welche die Elektronenansammlungsschicht erzeugt, und die Elektronenansammlungsschicht kann an der Grenzfläche der n-GaN-Kontaktschicht 102 und der n-AlGaN-Schicht 103 erzeugt werden.
Die somit erzeugte Elektronenansammlungsschicht sammelt die Elektronen nahe der Grenzfläche der n-GaN-Kontaktschicht 102 und der n-AlGaN-Schicht 103 zweidimensional an und erleichtert den elektrischen Stromfluss aufgrund geringen Widerstands.
Folglich diffundiert der elektrische Strom umgehend von der n-Elektrode 114 in die gesamte Elektronenansammlungsschicht ungefähr in horizontaler Richtung bezüglich der Kristallwachstumsrichtung, wenn der elektrische Strom zwischen der n-Elektrode 114 und der transparenten Elektrode 108 in der Nitridhalbleitervorrichtung fließt. Der über die Elektronenansammlungsschicht diffundierte elektrische Strom fließt homogen zu der aktiven MQW-Schicht 105 und diffundiert in die gesamte Nitridhalbleiterschicht, womit ermöglicht wird, dass die aktive MQW-Schicht 105 das Licht gleichmäßig emittiert. Folglich kann eine Nitridhalbleitervorrichtung erhalten werden, die verbesserte Lumineszenzeigenschaften und eine dünne Schichtdicke der n-Halbleiterschicht zwischen der n-Elektrode 114 und der aktiven MQW-Schicht 105 aufweist.
Die Elektronenkonzentration der n-GaN-Kontaktschicht 102 liegt vorzugsweise im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 1 × 10¹⁸ cm^–3, wodurch die Helligkeit der Nitridhalbleitervorrichtung weiter verbessert werden kann.
(Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung)
Eine Nitridhalbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 7 weiter beschrieben.
Es versteht sich, dass nachstehend hauptsächlich die Unterschiede gegenüber dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die n-AlGaN-Schicht 103, die aus Si-dotiertem Al₀ _, ₀₈GaN ausgebildet ist und die Elektronenansammlungsschicht erzeugt, als die Erzeugungsschicht auf der n-GaN-Kontaktschicht 102 ausgebildet.
Im Gegensatz dazu ist bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eine aus In_xGa_1-xN (0 < x < 1) ausgebildete n-InGaN-Schicht 203 als die Erzeugungsschicht auf einer n-GaN-Kontaktschicht 202 ausgebildet.
Die n-InGaN-Schicht 203 ist beispielsweise aus Si-dotiertem In₀ _, ₀₅GaN ausgebildet.
Es versteht sich, dass die Zusammensetzung der n-InGaN-Schicht 203 nicht auf In_0,05GaN beschränkt ist, solange In_xGa_1-xN (0 < x < 1) erfüllt ist (dasselbe ist nachstehend für die n-InGaN-Schicht angenommen).
Die n-Halbleiterschicht beinhaltet die aus Si-dotiertem GaN ausgebildete n-GaN-Kontaktschicht 202 mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3, und auf der n-GaN-Kontaktschicht 202 die als die aus InGaN ausgebildete Erzeugungsschicht dienende n-InGaN-Schicht 203, die eine Elektronenansammlungsschicht zum Ansammeln von Elektronen an der Grenzfläche mit der n-GaN-Kontaktschicht 202 erzeugt. Wenn elektrischer Strom zwischen einer n-Elektrode 214 und einer transparenten Elektrode 208 fließt, und wenn die transparente Elektrode 208 eine p-Elektrode ist, wirkt daher die n-InGaN-Schicht 203 als die Erzeugungsschicht, welche die Elektronenansammlungsschicht erzeugt. Folglich können die Elektronen nahe der Grenzfläche der n-GaN-Kontaktschicht 202 und der n-InGaN-Schicht 203 weiter zweidimensional angesammelt werden, und eine Elektronenansammlungsschicht mit geringem Widerstand kann erzeugt werden.
Folglich diffundiert der elektrische Strom umgehend von der n-Elektrode 214 in die gesamte Elektronenansammlungsschicht ungefähr in horizontaler Richtung bezüglich der Kristallwachstumsrichtung, wenn der elektrische Strom zwischen der n-Elektrode 214 und der transparenten Elektrode 208 in die Nitridhalbleitervorrichtung fließt. Der über die Elektronenansammlungsschicht diffundierte elektrische Strom fließt homogen in die aktive MQW-Schicht 205 und diffundiert in der gesamten Nitridhalbleiterschicht, womit der aktiven MQW-Schicht 205 ermöglicht wird, das Licht gleichmäßig zu emittieren. Folglich kann eine Nitridhalbleitervorrichtung erhalten werden, die verbesserte Lumineszenzeigenschaften und eine dünne Schichtdicke der n-Halbleiterschicht zwischen der n-Elektrode 214 und der aktiven MQW-Schicht 205 aufweist.
(Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung)
Eine Nitridhalbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Es versteht sich, dass nachstehend hauptsächlich die Unterschiede gegenüber dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist auf der n-GaN-Kontaktschicht 102 die aus Si-dotiertem Al_0,08GaN ausgebildete n-AlGaN-Schicht 103 als die Erzeugungsschicht ausgebildet, welche die Elektronenansammlungsschicht erzeugt.
Im Gegensatz dazu ist bei dem dritten Ausführungsbeispiel auf einer n-GaN-Kontaktschicht 302 eine InGaN/GaN-Übergitterschicht 303 als die Erzeugungsschicht ausgebildet. Die InGaN/GaN-Übergitterschicht 303 weist eine Übergitterstruktur auf, bei der eine In_xGa_1-xN-Schicht (0 < x < 1) und eine In_yGa_1-yN-Schicht (0 ≤ y < 1, y < x) mit unterschiedlicher Zusammensetzungsformel abwechselnd aufeinander geschichtet sind und die In_xGa_1-xN-Schicht und die In_yGa_1-yN-Schicht jeweils eine Dicke von kleiner gleich 30 nm aufweisen.
Die InGaN/GaN-Übergitterschicht 303 ist beispielsweise mit einer Übergitterstruktur ausgebildet, bei der eine InGaN-Schicht aus Si-dotiertem In₀,₀₅GaN mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht und einer GaN-Schicht aus Si-dotiertem GaN mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht abwechselnd auf der n-GaN-Kontaktschicht 302 geschichtet sind.
Es versteht sich, das undotierte InGaN-Schichten und undotierte GaN-Schichten ebenfalls anstelle der Si-dotierten InGaN-Schichten und Si-dotierten GaN-Schichten verwendet werden können.
Folglich beinhaltet die n-Halbleiterschicht die n-GaN-Kontaktschicht 302 aus Si-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3 und die InGaN/GaN-Übergitterschicht 303 mit der Übergitterstruktur, bei der die InGaN-Schicht mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht und eine GaN-Schicht mit einer Dicke kleiner gleich 30 nm pro Schicht auf der n-GaN-Kontaktschicht 302 abwechselnd geschichtet sind. Wenn der elektrische Strom zwischen einer n-Elektrode 314 und einer transparenten Elektrode 308 fließt, und wenn die transparente Elektrode eine p-Elektrode ist, wirkt dadurch die InGaN/GaN-Übergitterschicht 303 als die Erzeugungsschicht, welche die Elektronenansammlungsschicht erzeugt. Folglich können die Elektronen nahe der Grenzfläche der n-GaN-Kontaktschicht 302 und der InGaN/GaN-Übergitterschicht 303 weiter zweidimensional angesammelt werden, und die Elektronenansammlungsschicht mit geringem Widerstand kann erzeugt werden.
Folglich diffundiert der elektrische Strom von der n-Elektrode 314 umgehend in die gesamte Elektronenansammlungsschicht ungefähr in horizontaler Richtung bezüglich der Kristallwachstumsrichtung, wenn der elektrische Strom zwischen der n-Elektrode 314 und der transparenten Elektrode 308 in der Nitridhalbleitervorrichtung fließt. Der über die Elektronenansammlungsschicht diffundierte elektrische Strom fließt homogen in die aktive MQW-Schicht 305 und diffundiert in die gesamte Nitridhalbleiterschicht, womit der aktiven MQW-Schicht 305 ermöglicht wird, das Licht gleichmäßig zu emittieren. Folglich kann eine Nitridhalbleitervorrichtung erhalten werden, die eine verbesserte Lumineszenzeigenschaft und eine dünne Schichtdicke der n-Halbleiterschicht zwischen der n-Elektrode 314 und der aktiven MQW-Schicht 305 aufweist.
(Nitridhalbleitervorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung)
Eine Nitridhalbleitervorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Es versteht sich, dass nachstehend hauptsächlich die Unterschiede gegenüber dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die n-AlGaN-Schicht 103, die aus Si dotiertem Al₀,₀₈GaN ausgebildet ist und als die die Elektronenansammlungsschicht erzeugende Erzeugungsschicht wirkt, als die Erzeugungsschicht auf der n-GaN-Kontaktschicht 102 ausgebildet.
Demgegenüber ist bei dem vierten Ausführungsbeispiel auf einer n-GaN-Kontaktschicht 402 eine InGaN/AlGaN-Übergitterschicht 403 als die Erzeugungsschicht ausgebildet. Die InGaN/AlGaN-Übergitterschicht 403 weist eine Übergitterstruktur auf, bei der eine In_xGa_1-xN-Schicht (0 < x < 1) und eine Al_yGa_1-yN-Schicht (0 < y < 1) abwechselnd aufeinander geschichtet sind, und die In_xGa_1-xN-Schicht und die Al_yGa_1-yN-Schicht weisen jeweils eine Dicke von kleiner gleich 30 nm auf.
Die InGaN/AlGaN-Übergitterschicht 403 ist beispielsweise mit einer Übergitterstruktur ausgebildet, bei der eine aus Si-dotiertem In_0,05GaN ausgebildete InGaN-Schicht mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht und eine aus Si-dotierten Al_0,02GaN ausgebildete AlGaN-Schicht mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht auf der n-GaN-Kontaktschicht 402 abwechselnd geschichtet sind.
Es versteht sich, dass undotierte InGaN-Schichten und undotierte AlGaN-Schichten jedenfalls anstelle der Si-dotierten InGaN-Schichten und der Si-dotierten AlGaN-Schichten in der InGaN/AlGaN-Übergitterschicht 403 verwendet werden können. Folglich beinhaltet die n-Halbleiterschicht die aus Si-dotiertem GaN ausgebildete n-GaN-Kontaktschicht 402 mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3 sowie die InGaN/AlGaN-Übergitterschicht 403 mit der Übergitterstruktur, bei der die InGaN-Schicht mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht und einer AlGaN-Schicht mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht auf der n-GaN-Kontaktschicht 402 abwechselnd geschichtet sind. Wenn zwischen der n-Elektrode 414 und der transparenten Elektrode 408 elektrischer Strom fließt und wenn die transparente Elektrode 408 eine p-Elektrode ist, wirkt dadurch die InGaN/AlGaN-Übergitterschicht 403 als die Erzeugungsschicht, welche eine Elektronenansammlungsschicht erzeugt. Folglich können die Elektronen nahe der Grenzfläche der n-GaN-Kontaktschicht 402 und der InGaN/AlGaN-Übergitterschicht 403 weiter zweidimensional angesammelt werden, und die Elektronenansammlungsschicht kann mit niedrigem Widerstand erzeugt werden.
Folglich diffundiert der elektrische Strom von der n-Elektrode 414 umgehend in die gesamte Elektronenansammlungsschicht ungefähr in horizontaler Richtung bezüglich der Kristallwachstumsrichtung, wenn zwischen der n-Elektrode 414 und der transparenten Elektrode 408 in der Nitridhalbleitervorrichtung elektrischer Strom fließt. Der über die Elektronenansammlungsschicht diffundierte elektrische Strom fließt homogen zu der aktiven MQW-Schicht 405 und diffundiert in die gesamte Nitridhalbleiterschicht, womit der aktiven MQW-Schicht 405 ermöglicht wird, Licht gleichmäßig zu emittieren. Folglich kann eine Nitridhalbleitervorrichtung erhalten werden, die verbesserte Lumineszenzeigenschaften und eine dünne Schichtdicke der n-Halbleiterschicht zwischen der n-Elektrode 414 und der aktiven MQW-Schicht 405 aufweist.
(Andere Ausführungsbeispiele)
Die Erfindung ist anhand der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschrieben, aber die einen Teil der vorliegenden Offenbarung bildende Beschreibung und Zeichnung ist nicht als die Erfindung beschränkend zu verstehen. Die vorliegende Offenbarung verdeutlicht dem Fachmann verschiedene alternative Ausführungsbeispiele, Beispiele und Anwendungen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise die aus Si-dotiertem Al₀ _, ₀₈GaN ausgebildete n-AlGaN-Schicht 103 als die Erzeugungsschicht auf die n-GaN-Kontaktschicht 102 ausgebildet, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Als die Erzeugungsschicht kann ebenso eine AlGaN/GaN-Übergitterschicht auf der n-GaN-Kontaktschicht 102 ausgebildet werden. Die AlGaN/GaN-Übergitterschicht weist eine Übergitterstruktur auf, bei der eine Al_xGa_1-xN-Schicht (0 < x < 1) und eine Al_yGa_1-yN-Schicht (0 ≤ y < 1, 0 < x) mit verschiedenen Zusammensetzungsformeln abwechselnd aufeinander geschichtet sind, und die Al_xGa_1-xN-Schicht und die Al_yGa_1-yN-Schicht weisen jeweils eine Dicke von kleiner gleich 30 nm auf.
Die AlGaN/GaN-Übergitterschicht kann beispielsweise mit einer Übergitterstruktur ausgebildet werden, bei der die aus Si-dotiertem Al₀ _, ₀₂GaN ausgebildeten AlGaN-Schichten mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht und die aus Si-dotiertem GaN ausgebildeten GaN-Schichten mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht auf der n-GaN-Kontaktschicht 102 abwechselnd geschichtet sind.
Außerdem können undotierte AlGaN-Schichten und undotierte GaN-Schichten anstelle der Si dotierten AlGaN-Schichten und der Si dotierten GaN-Schichten in der AlGaN/GaN-Übergitterschicht verwendet werden.
Folglich beinhaltet eine n-Halbleiterschicht eine aus Si-dotiertem GaN ausgebildete n-GaN-Kontaktschicht mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3 sowie die AlGaN/GaN-Übergitterschicht mit der Übergitterstruktur, bei der die AlGaN-Schicht mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht und eine GaN-Schicht mit einer Dicke von kleiner gleich 30 nm pro Schicht auf der n-GaN-Kontaktschicht abwechselnd geschichtet sind. Wenn zwischen der n-Elektrode und der transparenten Elektrode elektrischer Strom fließt und wenn die transparente Elektrode eine p-Elektrode ist, wirkt dadurch die AlGaN/GaN-Übergitterschicht als die Erzeugungsschicht, welche eine Elektronenansammlungsschicht erzeugt. Folglich können die Elektroden nahe der Grenzfläche der GaN-Kontaktschicht und der AlGaN/GaN-Übergitterschicht weiter zweidimensional angesammelt werden und eine Elektronenansammlungsschicht kann mit niedrigem Widerstand erzeugt werden.
Vorstehend ist beschrieben, dass die Nitridhalbleiterschicht durch einen Kristallwachstumsvorgang unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet wird, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der Nitridhalbleiter kann ebenfalls durch einen Kristallwachstumsvorgang unter Verwendung eines HVPE-Verfahrens, eines Gasquellen-MBE-Verfahrens oder dergleichen ausgebildet werden. Die Kristallstruktur der Nitridhalbleiterschicht kann zudem eine Wurtzit- oder Zinkblendestruktur aufweisen. Die Ebenenrichtung für das Kristallwachstum ist ferner nicht auf [0001] beschränkt und kann außerdem [11–20] oder [1–100] sein.
Ferner wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel das aus Saphir ausgebildete Substrat 100 als das Substrat für die Nitridhalbleiterschicht verwendet, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Ein Substrat, durch das ein Wachstum der Nitridhalbleiterschicht erhalten werden kann, beispielsweise SiC, ZnO, LAO, Spinell, Al_xGa_1-xN (0 < x ≤ 1) und dergleichen, kann ebenfalls verwendet werden.
Weiterhin wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein KrF-Laser bei dem Trennungsvorgang verwendet, aber der Trennungsvorgang kann ebenfalls mit anderen Excimerlasern (ArF: etwa 193 nm Wellenlänge, XeCl: etwa 308 nm Wellenlänge, YAG in dritter Oberschwingung: etwa 355 nm Wellenlänge, Saphirtitan in dritter Oberschwingung: etwa 360 nm Wellenlänge, He-Cd: etwa 325 nm Wellenlänge) oder dergleichen durchgeführt werden.
Gemäß vorstehender Beschreibung ist offensichtlich, dass die Erfindung verschiedene Ausführungsbeispiele und dergleichen beinhaltet, die vorliegend nicht auf diese Weise beschrieben sind. Somit ist der technische Bereich der Erfindung nur durch die beanspruchten Erfindungselemente gemäß dem angemessenen Bereich der Patentansprüche auf der Grundlage der vorstehenden Beschreibung definiert.
Beispiele
Nachstehend ist die Erfindung anhand von Beispielen weiter detailliert beschrieben, aber die Erfindung ist in keinster Weise auf die nachstehend beschriebenen Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1, Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1)
Eine Nitridhalbleitervorrichtung mit zumindest einer n-Elektrode, einer n-Halbleiterschicht, einer aktiven Schicht und einer p-Halbleiterschicht, die in dieser Reihenfolge geschichtet sind, wurde derart hergestellt, dass die Nitridhalbleitervorrichtung eine aus Si-dotiertem GaN mit einer in Tabelle 1 gezeigten Elektronenkonzentration ausgebildete n-GaN-Kontaktschicht, die auf einer Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellte n-Elektrode sowie eine auf der anderen Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellte und aus Al_xGa_1-xN (0 < x < 1) ausgebildete Erzeugungsschicht beinhaltet, wobei die Erzeugungsschicht eine Elektronenansammlungsschicht an der Grenzfläche mit der n-GaN-Kontaktschicht erzeugt.
Im Einzelnen wurde bei dem Vorgang zum Schichten der in 2 gezeigten n-GaN-Kontaktschicht das Substrat 100 zunächst in eine MOCVD-Vorrichtung (metallorganische Gasphasenabscheidung) eingesetzt, und die thermische Reinigung wurde auf dem Substrat 100 durch Erhöhen der Temperatur auf ungefähr 1050°C durchgeführt, während ein Wasserstoffgasfluss bewirkt wurde.
Als zweites wurde die Temperatur in der MOCVD-Vorrichtung auf ungefähr 600°C herabgesetzt, und durch einen Kristallwachstumsvorgang eine aus GaN ausgebildete n-Pufferschicht 101 auf dem Substrat 100 ausgebildet.
Als drittes wurde die Temperatur in der MOCVD-Vorrichtung erneut auf ungefähr 1000°C erhöht, um die n-GaN-Kontaktschicht 102 durch einen Kristallwachstumsvorgang auf der n-Pufferschicht 101 auszubilden. Die n-GaN-Kontaktschicht 102 ist aus Si-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration von 1 × 10¹⁷ cm^–3 ausgebildet. Dann wurde der Vorgang zum Schichten der Erzeugungsschicht bis zu dem Vorgang zum Ausbilden der n-Elektrode durchgeführt, so dass die Nitridhalbleitervorrichtung gemäß Beispiel 1 hergestellt war.
In ähnlicher Weise wurde eine Nitridhalbleitervorrichtung gemäß Beispiel 2 hergestellt. Die Nitridhalbleitervorrichtung gemäß Beispiel 2 beinhaltet eine n-GaN-Kontaktschicht, die aus Si-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^–3 ausgebildet ist.
In ähnlicher Weise wurde eine Nitridhalbleitervorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 hergestellt. Die Nitridhalbleitervorrichtung gemäß Vergleichsbeispiel 1 beinhaltet eine n-GaN-Kontaktschicht, die aus Si-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration von 1 × 10¹⁹ cm^–3 ausgebildet ist.

Messungen über ein Ausmaß des Elektronentransfers, eine elektrische Leitfähigkeit, einen elektrischen Widerstand und die Helligkeit wurden an den Nitridhalbleitervorrichtungen durchgeführt. Die Messergebnisse sind in Tabelle 1 und in 10 gezeigt.

	Elektronenkonzentration	Ausmaß des Elektronentransfers	Elektrische Leitfähigkeit	Spezifischer Widerstand
Einheit	cm^–3	cm²/Vs		Ωcm
Beispiel 1	1,00E + 17	600	9,60E + 02	1,04E – 01
Beispiel 2	1,00E + 18	250	4,00E + 03	2,50E – 02
Vergleichsbeispiel 1	1,00E + 19	100	1,60E + 04	6,25E – 03

Tabelle 1

Gemäß Tabelle 1 zeigten die Nitridhalbleitervorrichtungen von Beispiel 1, Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 1, welche die aus Si-dotiertem GaN ausgebildete n-GaN-Kontaktschicht mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 1 × 10¹⁷ cm^–3 bis 1 × 10¹⁹ cm^–3 beinhalteten, einen geringen spezifischen Widerstand und ein verbessertes Ausmaß an Elektronentransfer.
Gemäß 10 zeigte die Nitridhalbleitervorrichtung nach Beispiel 2 ein besonders ausgezeichnetes Ausmaß an Elektronentransfer und Helligkeit.
Demgegenüber zeigte die Nitridhalbleitervorrichtung des Vergleichsbeispiels 1 ein geringes Ausmaß an Elektronentransfer und Helligkeit im Vergleich zu der Nitridhalbleitervorrichtung nach Beispiel 2. Folglich wurde herausgefunden, dass die Helligkeit der Nitridhalbleitervorrichtung abnimmt und dadurch keine ausreichende Lichtemissionseigenschaft erhalten werden kann, wenn die Elektronenkonzentration der n-GaN-Kontaktschicht der Nitridhalbleitervorrichtung größer gleich 5 × 10¹⁸ cm^–3 ist.
Außerdem wurde herausgefunden, dass die Helligkeit der Nitridhalbleitervorrichtung abnimmt und dadurch keine ausreichende Lichtemissionseigenschaft erhalten werden kann, wenn die Elektronenkonzentration der n-GaN-Kontaktschicht kleiner gleich 5 × 10¹⁶ cm^–3 ist, wenn angenommen wird, dass eine ähnliche Änderung in der Helligkeit bei der Nitridhalbleitervorrichtung mit der aus Si-dotiertem GaN ausgebildeten n-GaN-Kontaktschicht mit einer Elektronenkonzentration von kleiner gleich 1 × 10¹⁷ cm^–3 auftritt, da die Änderung der Helligkeit bei der Nitridhalbleitervorrichtung mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 1 × 10¹⁷ cm^–3 bis 1 × 10¹⁹ cm^–3 auftrat.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Erfindungsgemäß kann eine Nitridhalbleitervorrichtung mit verbesserten Lumineszenzeigenschaften und einer dünnen Schichtdicke der n-Halbleiterschicht zwischen einer n-Elektrode und einer aktiven Schicht bereitgestellt werden.
Zusammenfassung
Eine erfindungsgemäße Nitridhalbleitervorrichtung beinhaltet in sequentieller Folge zumindest eine n-Elektrode, eine n-Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und eine p-Halbleiterschicht. Die n-Halbleiterschicht umfasst: eine n-GaN-Kontaktschicht mit n-Dotierstoff-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3; wobei die n-Elektrode auf einer Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellt ist; und eine Erzeugungsschicht, die auf einer anderen Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellt ist und zumindest Al_xGa_1-xN (0 < x < 1) oder In_xGa_1-xN (0 < x < 1) beinhaltet, sowie eine Elektronenansammlungsschicht zum Ansammeln von Schichtelektronen an einer Grenzfläche mit der n-GaN-Kontaktschicht erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-168820 [0014]

Claims

Nitridhalbleitervorrichtung, die zumindest eine n-Elektrode, eine n-Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und eine p-Halbleiterschicht in sequentieller Folge aufweist, wobei die n-Halbleiterschicht umfasst: eine n-GaN-Kontaktschicht mit n-Dotierstoff-dotiertem GaN mit einer Elektronenkonzentration im Bereich von 5 × 10¹⁶ cm^–3 bis 5 × 10¹⁸ cm^–3; wobei die n-Elektrode auf einer Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellt ist; und wobei eine Erzeugungsschicht auf einer anderen Hauptoberfläche der n-GaN-Kontaktschicht bereitgestellt ist, die zumindest Al_xGa_1-xN (0 < x < 1) oder In_xGa_1-xN (0 < x < 1) aufweist, und eine Elektronenansammlungsschicht zum Ansammeln von Schichtelektronen an einer Grenzfläche mit der n-GaN-Kontaktschicht erzeugt.
Nitridhalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erzeugungsschicht eine Übergitterstruktur aufweist, bei der eine Al_xGa_1-xN-Schicht (0 < x < 1) und eine Al_yGa_{1-yN-Schicht (0 ≤ y < 1, y < x) mit voneinander} verschiedenen Zusammensetzungsformeln abwechselnd aufeinander geschichtet sind, und die jeweilige Dicke der Al_xGa_1-xN-Schicht und der Al_yGa_1-yN-Schicht kleiner gleich 30 nm ist.
Nitridhalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erzeugungsschicht eine Übergitterstruktur aufweist, bei der eine In_xGa_1-xN-Schicht (0 < x < 1) und eine Al_yGa_1-yN-Schicht (0 < y < 1) abwechselnd aufeinander geschichtet sind, und die jeweilige Dicke der In_xGa_1-xN-Schicht und der Al_yGa_1-yN-Schicht kleiner gleich 30 nm ist.
Nitridhalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Erzeugungsschicht eine Übergitterstruktur aufweist, bei der eine In_xGa_1-xN-Schicht (0 < x < 1) und eine In_yGa_1-yN-Schicht (0 ≤ y < 1, y < x) mit voneinander verschiedenen Zusammensetzungsformeln abwechselnd aufeinander geschichtet sind, und die jeweilige Dicke der In_xGa_1-xN-Schicht und der In_yGa_1-yN-Schicht kleiner gleich 30 nm ist.