JP4466107B2 - 窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子を形成する方法 - Google Patents
窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子を形成する方法 Download PDFInfo
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Phys. Stat. Sol. (a) 194, No. 2 pp407-413, 2002
また、本発明の一側面によれば、窒化物半導体素子は、(a)III族窒化物基板と、(b)インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む第1のIII−V化合物半導体層を含みコンタクト層のための半導体領域と、(c)インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を含んでおり前記III族窒化物基板と前記第1のIII−V化合物半導体層との間に設けられた活性領域と、(d)p型のInAlGaN層からなるクラッド層と、(e)前記クラッド層及び前記コンタクト層と前記活性領域との間に設けられた別のクラッド層とを備える。前記コンタクト層は前記クラッド層上に設けられ、前記別のクラッド層はInGaN層からなり、前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板を含み、前記半導体領域は、量子井戸構造を有しており、前記半導体領域は、さらに第2および第3のIII−V化合物半導体層を含み、前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている。
前記コンタクト層は前記クラッド層上に設けられ、前記別のクラッド層はInGaN層からなり、前記半導体領域は、量子井戸構造を有しており、前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板を含み、前記半導体領域は、さらに第2および第3のIII−V化合物半導体層を含み、前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている。
また、本発明の別の側面によれば、窒化物半導体素子は、(a)III族窒化物基板と、(b)第1のInX1AlY1Ga1−Y1−X1N井戸層(0<X1<1、0≦Y1<1、0<X1+Y1<1)および第2のInX2AlY2Ga1−Y2−X2Nバリア層(0<X2<1、0≦Y2<1、0<X2+Y2<1)を含む量子井戸領域と、(c)インジウム、ガリウム、アルミニウムおよび窒素を少なくとも含む第1のIII−V化合物半導体層を含みコンタクト層のための半導体領域と、(d)p型のInAlGaN層からなるクラッド層と、(e)前記クラッド層および前記コンタクト層と前記量子井戸領域との間に設けられた別のクラッド層とを備える。前記量子井戸領域は、前記III族窒化物基板と前記半導体領域との間に設けられ、前記コンタクト層は前記クラッド層上に設けられ、前記別のクラッド層はInGaN層からなり、前記半導体領域は、量子井戸構造を有しており、前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板を含み、前記半導体領域は、さらに第2および第3のIII−V化合物半導体層を含み、前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている。
また、本発明のまた更なる別の側面に係る方法は、(a)インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、(b)前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、クラッド層を成長する工程と、(c)前記クラッド層上に別のクラッド層を成長する工程と、(d)前記別のクラッド層上にIII族窒化物半導体コンタクト層を成長する工程とを備え、前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている。前記III族窒化物半導体コンタクト層は、第1、第2及び第3のIII−V化合物半導体層を有し、前記別のクラッド層はInAlGaN層を有し、前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板であり、前記クラッド層、前記別のクラッド層及び前記III族窒化物半導体コンタクト層は摂氏700度以上摂氏1000度以下の温度で形成され、前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成る。
また、窒化物半導体素子を形成する方法に係る方法は、(a)インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、(b)前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、InGaNからなるIII−V化合物半導体層、III族窒化物半導体クラッド層およびIII族窒化物半導体コンタクト層を含む半導体領域を形成する工程とを備える。前記III族窒化物半導体コンタクト層は、第1、第2及び第3のIII−V化合物半導体層を有し、前記III族窒化物半導体クラッド層はInAlGaN層を有し、前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板であり、前記半導体領域は摂氏700度以上摂氏1000度以下の温度で形成され、前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、前記半導体領域の少なくとも一部分はマグネシウムでドープされている。
図1(A)は、第1の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図1(B)は、第1の実施の形態の一変形例の窒化物半導体素子を示す図面である。
半導体領域5内の第1のIII−V化合物半導体層は、例えばIII族窒化物半導体層であり、一例を示せば、InGaAlN半導体層である。活性領域7内のIII族窒化物半導体層は、例えばInGaN半導体から成る。この窒化物半導体素子1によれば、InAlGaN半導体は比較的低い温度で形成することができ、InGaN半導体も比較的低い温度で形成することができる。
III族窒化物基板3:n型GaN基板、
III族窒化物半導体層15:Siドープn型GaN半導体
2マイクロメートル
第1のクラッド層11:アンドープIn0.01Ga0.99N半導体
15ナノメートル
量子井戸構造9:5周期
井戸層9a:アンドープIn0.15Ga0.85N半導体
1.6ナノメートル
バリア層9b:アンドープIn0.01Ga0.99N半導体
15ナノメートル
第2のクラッド層13:アンドープIn0.01Ga0.99N半導体
15ナノメートル
III族窒化物半導体層7:Mgドープp型In0.05Al0.25Ga0.80N半導体
20ナノメートル
バンドギャップ:3.7eV
コンタクト層17:Mgドープp型In0.01Ga0.99N半導体
50ナノメートル
電極(アノード):Ni/Au
電極(カソード):Ti/Au
から構成される。
III族窒化物半導体層:Mgドープp型Al0.15Ga0.85N半導体
20ナノメートル
コンタクト層:Mgドープp型GaN半導体
50ナノメートル
で発光ダイオードAと異なる。
図2(A)は、本発明の第2の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図2(B)は、この窒化物半導体素子の一変形例を示す図面である。図2(C)は、この窒化物半導体素子の別の変形例を示す図面である。
MgドープIn0.01Ga0.99N半導体層: 厚さ2ナノメートル、
ドーパント濃度1×1020cm−3
アンドープIn0.02Al0.32Ga0.66N半導体層:
厚さ2ナノメートル、
p型In0.01Ga0.99N半導体層17: 厚さ50ナノメートル
である。In0.02Al0.32Ga0.66N半導体のバンドギャップは、約4エレクトロンボルト(だたし、1eVは1.602×10―19ジュール)である。
アンドープIn0.01Ga0.99N半導体層: 厚さ2ナノメートル、
MgドープIn0.02Al0.32Ga0.66N半導体層:
厚さ2ナノメートル、
ドーパント濃度1×1020cm−3
である。
MgドープIn0.01Ga0.99N半導体層: 厚さ2ナノメートル、
ドーパント濃度1×1020cm−3
MgドープIn0.02Al0.32Ga0.66N半導体層:
厚さ2ナノメートル、
ドーパント濃度1×1020cm−3
である。
図3(A)は、本発明の第3の実施の形態に係る窒化物半導体素子を示す図面である。図3(B)は、この窒化物半導体素子の一変形例を示す図面である。図3(C)は、この窒化物半導体素子の別の変形例を示す図面である。
MgドープIn0.01Ga0.99N半導体層: 厚さ2ナノメートル、
ドーパント濃度1×1020cm−3
アンドープIn0.02Al0.07Ga0.91N半導体層:
厚さ2ナノメートル
である。In0.02Al0.07Ga0.91N半導体のバンドギャップは、約3.45エレクトロンボルト(1eVは、1.602×10−19ジュール)であり、アルミニウム組成は、クラッド層の半導体より小さい。
アンドープIn0.01Ga0.99N半導体層: 厚さ2ナノメートル、
MgドープIn0.02Al0.07Ga0.91N半導体層:
厚さ2ナノメートル、
ドーパント濃度1×1020cm−3
である。
MgドープIn0.01Ga0.99N半導体層: 厚さ2ナノメートル、
ドーパント濃度1×1020cm−3
MgドープIn0.02Al0.07Ga0.91N半導体層:
厚さ2ナノメートル、
ドーパント濃度1×1020cm−3
である。
図4(A)、図4(B)および図4(C)は、第4の実施の形態に係る窒化物半導体素子を形成する方法の工程を示す図面である。図5(A)、図5(B)および図5(C)は、この実施の形態に係る窒化物半導体素子を形成する方法の工程を示す図面である。
63…第2のクラッド膜、65…III−V化合物半導体膜、67…コンタクト膜、71…第3のクラッド領域、73…井戸膜、75…バリア膜、77…コンタクト膜、81…第3のクラッド膜、83…コンタクト膜、85…井戸膜、87…バリア膜
Claims (10)
- III族窒化物基板と、
インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む第1のIII−V化合物半導体層を含みクラッド層のための半導体領域と、
インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を含んでおり前記III族窒化物基板と前記第1のIII−V化合物半導体層との間に設けられた活性領域と、
p型のInGaN層からなるコンタクト層と、
前記クラッド層及び前記コンタクト層と前記活性領域との間に設けられた別のクラッド層と
を備え、
前記コンタクト層は前記クラッド層上に設けられ、
前記別のクラッド層はInGaN層からなり、
前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板を含み、
前記半導体領域は、量子井戸構造を有しており、
前記半導体領域は、さらに第2および第3のIII−V化合物半導体層を含み、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている、窒化物半導体素子。 - III族窒化物基板と、
第1のInX1AlY1Ga1−Y1−X1N井戸層(0<X1<1、0≦Y1<1、0<X1+Y1<1)および第2のInX2AlY2Ga1−Y2−X2Nバリア層(0<X2<1、0≦Y2<1、0<X2+Y2<1)を含む量子井戸領域と、
インジウム、ガリウム、アルミニウムおよび窒素を少なくとも含む第1のIII−V化合物半導体層を含みクラッド層のための半導体領域と、
p型のInGaN層からなるコンタクト層と、
前記クラッド層および前記コンタクト層と前記量子井戸領域との間に設けられた別のクラッド層と
を備え、
前記量子井戸領域は、前記III族窒化物基板と前記半導体領域との間に設けられ、
前記コンタクト層は前記クラッド層上に設けられ、
前記別のクラッド層はInGaN層からなり、
前記半導体領域は、量子井戸構造を有しており、
前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板を含み、
前記半導体領域は、さらに第2および第3のIII−V化合物半導体層を含み、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている、窒化物半導体素子。 - III族窒化物基板と、
インジウム元素、ガリウム元素、アルミニウム元素および窒素元素を少なくとも含む第1のIII−V化合物半導体層を含みコンタクト層のための半導体領域と、
インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を含んでおり前記III族窒化物基板と前記第1のIII−V化合物半導体層との間に設けられた活性領域と、
p型のInAlGaN層からなるクラッド層と、
前記クラッド層及び前記コンタクト層と前記活性領域との間に設けられた別のクラッド層と
を備え、
前記コンタクト層は前記クラッド層上に設けられ、
前記別のクラッド層はInGaN層からなり、
前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板を含み、
前記半導体領域は、量子井戸構造を有しており、
前記半導体領域は、さらに第2および第3のIII−V化合物半導体層を含み、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている、窒化物半導体素子。 - III族窒化物基板と、
第1のInX1AlY1Ga1−Y1−X1N井戸層(0<X1<1、0≦Y1<1、0<X1+Y1<1)および第2のInX2AlY2Ga1−Y2−X2Nバリア層(0<X2<1、0≦Y2<1、0<X2+Y2<1)を含む量子井戸領域と、
インジウム、ガリウム、アルミニウムおよび窒素を少なくとも含む第1のIII−V化合物半導体層を含みコンタクト層のための半導体領域と、
p型のInAlGaN層からなるクラッド層と、
前記クラッド層および前記コンタクト層と前記量子井戸領域との間に設けられた別のクラッド層と
を備え、
前記量子井戸領域は、前記III族窒化物基板と前記半導体領域との間に設けられ、
前記コンタクト層は前記クラッド層上に設けられ、
前記別のクラッド層はInGaN層からなり、
前記半導体領域は、量子井戸構造を有しており、
前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板を含み、
前記半導体領域は、さらに第2および第3のIII−V化合物半導体層を含み、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている、窒化物半導体素子。 - 前記コンタクト層上に設けられた電極と、
前記GaN基板の裏面に設けられた別の電極と
を更に備え、
前記GaN基板は導電性を有する、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の窒化物半導体素子。 - 窒化物半導体素子を形成する方法であって、
インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、
前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、クラッド層を成長する工程と、
前記クラッド層上に別のクラッド層を成長する工程と、
前記別のクラッド層上にIII族窒化物半導体コンタクト層を成長する工程と
を備え、
前記別のクラッド層は、第1、第2及び第3のIII−V化合物半導体層を有し、
前記III族窒化物半導体コンタクト層はInGaN層を有し、
前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板であり、
前記クラッド層、前記別のクラッド層及び前記III族窒化物半導体コンタクト層は摂氏700度以上摂氏1000度以下の温度で形成され、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている、方法。 - 窒化物半導体素子を形成する方法であって、
インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、
前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、InGaNからなるIII−V化合物半導体層、III族窒化物半導体クラッド層およびIII族窒化物半導体コンタクト層を含む半導体領域を形成する工程と
を備え、
前記III族窒化物半導体クラッド層は、第1、第2及び第3のIII−V化合物半導体層を有し、
前記III族窒化物半導体コンタクト層はInGaN層を有し、
前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板であり、
前記半導体領域は摂氏700度以上摂氏1000度以下の温度で形成され、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、
前記半導体領域の少なくとも一部分はマグネシウムでドープされている、方法。 - 窒化物半導体素子を形成する方法であって、
インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、
前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、クラッド層を成長する工程と、
前記クラッド層上に別のクラッド層を成長する工程と、
前記別のクラッド層上にIII族窒化物半導体コンタクト層を成長する工程と
を備え、
前記III族窒化物半導体コンタクト層は、第1、第2及び第3のIII−V化合物半導体層を有し、
前記別のクラッド層はInAlGaN層を有し、
前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板であり、
前記クラッド層、前記別のクラッド層及び前記III族窒化物半導体コンタクト層は摂氏700度以上摂氏1000度以下の温度で形成され、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層および前記第2のIII−V化合物半導体層の少なくとも一層は、マグネシウムでドープされている、方法。 - 窒化物半導体素子を形成する方法であって、
インジウム元素を含むIII族窒化物半導体層を有する活性領域をIII族窒化物基板上に形成する工程と、
前記活性領域をIII族窒化物基板上に形成した後に、InGaNからなるIII−V化合物半導体層、III族窒化物半導体クラッド層およびIII族窒化物半導体コンタクト層を含む半導体領域を形成する工程と
を備え、
前記III族窒化物半導体コンタクト層は、第1、第2及び第3のIII−V化合物半導体層を有し、
前記III族窒化物半導体クラッド層はInAlGaN層を有し、
前記III族窒化物基板は貫通転位密度1×10 7 cm −2 以下のGaN基板を含み、
前記半導体領域は摂氏700度以上摂氏1000度以下の温度で形成され、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、前記第2のIII−V化合物半導体層と前記第3のIII−V化合物半導体層との間に設けられており、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、量子井戸構造の井戸層であり、
前記第1のIII−V化合物半導体層は、量子井戸構造のバリア層であり、
前記第2および第3のIII−V化合物半導体層の各々は、InGaN半導体から成り、
前記第1のIII−V化合物半導体層はInAlGaN半導体から成り、
前記半導体領域の少なくとも一部分はマグネシウムでドープされている、方法。 - 前記III族窒化物半導体コンタクト層上にアノード電極のための電極を形成する工程を更に備える、請求項6から請求項9のいずれか一項に記載された方法。
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