TWI238474B - Semiconductor device, manufacturing method for the same, and the light emitting device - Google Patents

Description

1238474 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於將單體之磷化硼（B P )或 當成電極接觸層使用，以構成半導體發光元件 裝置的技術。 【先前技術】 習知上，例如藍色帶的短波長發光二極體 :LED )或雷射二極體（英語略稱：LD )係利 化物半導體所構成（例如，參考非專利文獻1 纖維鋅礦結晶型（Wurtzite )的氮化鎵銦混！ GaxIni_xN: 0<X<1)層被利用於構成發光層（ 專利文獻1)。另外，更廣禁帶（band gap) (AlxGa]_xN : OS XS 1 )係被使用於構成對於 (〇<Χ<1 )發光層之包覆障壁層（參考上述之 1 ) ° 另一方面，最近本申請人揭示了：以廣禁 化硼（boron monophosphide:化學式 BP)來 氮化物半導體以構成半導體發光元件（參考曰 2 0 0 1 - 1 5 8 2 82 號）。 另外，磷化硼與上述之纖維鋅礦結晶型的 物半導體不同，可容易由縮小之價電子帶之能 構造獲得P型之傳導層（例如，參考專利文獻 ，p型之磷化硼層可被當成形成P型歐姆電 其之混晶層 等之半導體 (英語略稱 用ΠΙ足氮 )。例如， 晶（組成式 例如，參考 之氮化鋁鎵 ^ GaxIni.xN 非專利文獻 帶之單體磷 代替III族 本專利g願 1 π族氮化 帶（band ) 2 )。因此 極之接觸（ -4 - (2) 1238474

c 0 n t a c t )層使用（例如，參考專利文獻3 )。例如，揭示 有與P型磷化硼層的表面接觸而設置由金（元素記號： Au)、鋅（元素記號：Zn)合金所形成的p型歐姆電極 ，以構成發光元件之技術（參考上述之專利3 )。習知上 ，設置歐姆性電極之P型磷化硼層係例如藉由有機金屬化 學氣相沈積法（英語略稱：MOCVD)等之氣相沈積手段 在ΙΠ族氮化物半導體層上添加（doping (摻雜））鎂（ 元素記號：M g )而形成，此爲一般的通例（例如，參考 上述非專利文獻1 )。 〔專利文獻1〕 參考日本專利特公昭5 5 - 3 8 3 4號公報 〔專利文獻2〕 參考日本專利特開平2 - 2 8 8 3 8 8號公報 〔專利文獻3〕

參考日本專利特開平1 〇 - 2 4 2 5 6 8號公報 〔非專利文獻1〕 赤崎勇編著「III族氮化物半導體」、1 9 99年12 月8日，初版、（股）培風館1 3章以及14章 【發明內容】 例如，在設置歐姆接觸性電極當成接觸層使用上，需 要低電阻，且結晶性優異的磷化硼層。但是，在設置於 III族氮化物半導體層上的情形下，習知的磷化硼層係做 成與111族氣化物半導體層的纖維鋅礦結晶型（W u r t z i t e -5- (3) 1238474 )之結晶型不同的閃鋅礦結晶型，而且，晶格常數也與 III族氮化物半導體層不同故，變成含有多數錯位之結晶 性差的磷化硼層。 另外，習知上，爲了獲得p型傳導性接觸層，需要^添 加M g等繁雜的成長操作。特別是，μ g等不純物與構成 磷化硼系半導體之元素（構成元素）的硼（B )在高溫化 合而發生硼的空孔（vacancy )，結果變成無法穩定形成 低電阻的p型磷化硼系半導體層。 本發明爲了解決上述習知技術的問題點，提供利用由 =與具備帶來吸收錯位而結晶性優異之上層的結晶構造的 結晶基板或基板上的結晶層接合之底部層，和例如合適於 形成歐姆電極之結晶構造所形成的表面層所構成的單體磷 化硼或其混晶層，以構成半導體裝置之技術。^ 特別是，提出利用防止由於不純物的擴散、侵入使得 結晶基板或基板上的成長層變得雜亂之故意不添加不純物 的低電阻單體磷化硼或其之混晶層，以構成半導體發光元 件之技術。 另外，一倂提出具備由本發明之結晶構造所形成的單 體磷化硼層或其混晶層之半導體裝置的製造方法。 〔解決課題之手段〕 即本發明爲了達成上述目的，提供下述： (1 ) 一種半導體裝置，是針對在結晶基板的表面上 或在形成於基板結晶上的結晶層之表面上，具備有單體磷 -6- (4) ! 1238474 ! 化硼或其混晶層’在該憐化硼或其混晶層上具備歐姆電極 1 而成的半導體裝置，其特徵爲：上述碟化硼或其混晶層係 底部由多結晶層所構成’其上部的表面部由單結晶層所構 成，歐姆電極與該單結晶層的表面接觸。 (2) 如上述（Ο所記載之半導體裝置，其中，形成 上述磷化硼或其混晶層的表面部之單結晶層，是由{ 1] 1 }結晶面所構成。 (3) 如上述（2)所記載之半導體裝置，其中，成ά 上述磷化硼或其混晶層的基底之上述基板或形成在基板上 之結晶層，係設其表面爲{ 1 π丨結晶面之立方結晶閃鋅 礦結晶型結晶或鑽石型結晶層。 (4) 如上述（2)所記載之半導體裝置，其中，成爲 上述磷化硼或其混晶層的基底之上述基板或形成在基板上 之結晶層，係設其表面爲{ 0 0 0 1 }結晶面之六方結晶纖維 鲜礦結晶型結晶層。 (5 ).如上述（1 )〜（4 )中任一項所記載之半導體 裝置’其中’成爲上述磷化硼或其混晶層的基底之上述基 板或形成在基板上之結晶層，係ΠΙ族氮化物半導體。 (6 )如上述（：[)〜（5 )中任一項所記載之半導體 裝置’其中’成爲上述磷化硼或其混晶層的基底之上述基 板或形成在基板上之結晶層，係氮化鎵銦混晶（組成式 GaxIn!.xN ： 0<X<1 )、氮化鋁鎵（AlxGabXN: OSXgl) GaxIni.xN ( 0<χ<ι )、氮化硼鎵（BxGa^xN : 0 g X $ 1 )’或者氮化磷鋁鎵（AlxGabXNYP]_Y: i，〇<γ$ (5) 1238474 (7 )如上述（1 )〜（6 )中任一項所記載之半導體 裝置，其中，上述磷化硼或其混晶層之底部多結晶層或表 面部單結晶層之任一者都由非摻雜磷化硼或其混晶層所構 成。 (8) 如上述（1)〜（7)中任一項所記載之半導體 裝置，其中，在上述憐化硼或其混晶層和上述歐姆電極的 中間，部份地設置有由氧化物或氮化物所形成的絕緣性中 間層。 (9) 如上述（8)所記載之半導體裝置，其中，上述 中間層係由添加與磷或形成磷化硼之混晶的磷不同的第V 族元素之氧化物或氮化物的絕緣性層所構成。 (10) 由如上述（1)〜（9)中任一項所記載之半導 體裝置所形成的發光元件。 (1 1 )如上述（1 0 )所記載之發光元件，其中，含 族氮化物層當成發光層。 (1 2 )如上述（1 )〜（1 1 )中任一項所記載之半導 體#置之製造方法’是針對包含：在結晶基板的表面上， 或者形成於基板結晶上的結晶層之表面上，形成單體磷化 硼或其混晶層，在該磷化硼或其混晶層上配置歐姆電極之 工程的半導體裝置之製造方法，其特徵爲：在75(rc以上 1 2 0 0 °C以下之溫度’將v/III比率當成第}比率以氣相沈 積單體磷化硼或其混晶層的底部之多結晶層後，在上述之 溫度範圍，以超過第1 V / Π I比率而在2 0 0 0以下的第 (6) ! 1238474 ί 2V/III比率，在多結晶層上氣相沈積單結晶層。 (13) 如上述（12)所記載之半導體裝置之製造方法 ，其中，以設表面爲{ 1 1 1丨結晶面之立方結晶閃鋅礦結 晶型或鑽石結晶型結晶爲基板，或者以設形成在具有上述 結晶面之基板結晶上之表面爲丨111丨結晶面之結晶層爲 基底，以氣相沈積由{ 1 1 1丨結晶面所構成之單體磷化硼 (B P )層或其混晶層。 (14) 如上述（12)所記載之半導體裝置之製造方法 ，其中，以設表面爲{ 〇 〇 〇 1 }結晶面之六方結晶纖維鋅礦 結晶型結晶爲基板，或者以設形成在具有上述結晶面之基 板結晶上之表面爲{ 000 1 }結晶面之結晶層爲基底，以氣 相沈積由{ 1 η }結晶面所構成之單體磷化硼（BP )層或 其混晶層。 (15) 如上述（12)〜（14)中任一項所記載之半導 體裝置之製造方法，其中，設置與形成底部的多結晶層之 上部的表面部的磷化硼（ΒΡ )或其混晶的單結晶層接觸 之中間層後，在中間層的周邊，形成與由磷化硼或其混晶 形成的單結晶層之表面接觸的歐姆性電極。 【實施方式】 本發明中，半導體裝置或者構成半導體之結晶基板或 者形成在基板結晶上的結晶層並無特別限定。本發明雖適 合於將III氮化物半導體等化合物半導體使用於發光層之 半導體發光元件，但是可以使用在本發明之電極接觸層構 -9- ' (7) 1238474 造爲必要的所有半導體裝置。關於半導體發光元件，發光 層的種類、構造及其他，也無特別限定。成爲基底之結晶 基板或形成在基板結晶上的結晶層也不特別限定爲多結晶 或非晶質等，本發明之效用係就單結晶的結晶基板或結晶 層最得以發揮。例如，發光元件中，基底結晶層並不限定 t 爲發光層，也可爲電流阻止層、包覆層，結晶層也可由磷 ： 化硼或以其爲基材之混晶的多結晶層能夠成長者所構成。 結晶基板或形成在基板結晶上的結晶層，具體有例如：磷 % 化硼鎵（組成式BxGai-xP: 0<X<1)或磷化硼銦（組成式 Bxlni_xp : 0<X<1 )結晶層。另外，半導體裝置例如有具 備η型磷化硼結晶層之電場效應型電晶體，該^型磷化硼 結晶層係設置爲以：由η型氮化鎵（G aN )形成的電子輸 送（通道）層，和由其上之η型氮化錦鎵混晶（AUGahN :)形成之電子供給層爲基底結晶層。

在本發明中，構成接觸層之磷化硼或者以其爲基材之 混晶’由於可容易形成導電性良好之低電阻結晶層，以及 與電極可良好歐姆接觸故，作爲接觸層很優異。因此，在 本發明中，可將磷化硼或以其爲基材之混晶層合適地使用 作爲以p型氮化鋁鎵、氮化硼鎵、或者氮化磷鋁鎵等p型 ΠΙ族氮化物半導體層爲基底之電極接觸層。另外，也可 以使用在以η型氮化鋁鎵（組成式AlxGa^N: OSX^l )、η型氮化鎵銦（組成式GaxIn].xN : OS XS I )等η型 ΙΠ組氮化物半導體爲基底之情形。 本發明之「以磷化硼爲基材之混晶（磷化硼系混晶） -10- (8) 1238474 」係含硼（B )與磷（P )爲橇成元素之3種元素以上的 多元（多元素）結晶，例如，磷化鋁硼混晶（組成式AhjBxP • 0<X<1 )。另外’爲憐化硼鎵（組成式BxGal-xP : 0<X<1)或憐化硼銦（組成式〇K)等。在 上述構成元素之外，含與磷（Ρ)不同之第V族元素的砷 t 化憐化硼（組成式Β Ρ γ A s ! · γ : 〇 < γ <；〗）等是本發明之碟化 ： 棚系半導體混晶的別的例子。立方結晶之閃鋅礦結晶型（ zinc blende )之磷化硼系混晶，依據硼（B )或磷（p )的 組成比’可與實用之基板材料之矽（元素記號：s i )單結 晶（矽）、氮化鎵（化學式：GaN )或磷化鎵（化學式 GaP)等之ΙΠ-V族化合物半導體單結晶晶格匹配。因此 ’在追些阜結晶上原本可形成錯合（misfit)錯位少之 BxGai_xP ( 〇<Χ<1 )或 ΒχΙη]·χΡ ( 〇<χ<1 )等磷化硼系混晶 層。

但是’在磷化硼或以其爲基材之混晶層與成爲基底之 111 - V族半導體，例如η丨族氮化物等之半導體層熱膨脹係 數不同時’由於熱變形，會有使基底半導體層劣化的問題 。本發明係發現，作爲磷化硼或以其爲基材之混晶層，藉 由上部表面層以單結晶層構成，而且，底部以多結晶層構 成’下部多結晶層由於結晶粒界的存在，而發揮吸收某種 程度熱變形（熱膨脹差）之作用，得以解決上述問題。另 外’雖然也存在有在成爲基底之III族氮化物半導體層上 直接成長磷化硼或以其爲基材之混晶層時，無法成長良好 之憐化硼或以其爲基材之混晶層的狀況，但是，由於多結 -11 - 1238474 Ο) 晶層介於其間，也有能夠形成憐化硼或以其爲基材之混晶 層的良好單結晶層之效果。 本發明之磷化硼以及磷化硼系混晶的多結晶層以及單 結晶層’例如可依據以二氛化硼（分子式：B C13 )或三氣 化憐（分子式：PC13)爲原料之齒素（halogen)法（參 考「曰本結晶成長學會誌」、Vol.24，No· 2 ( 1997)、 1 5 0頁）來進行氣相沈積。另外，可藉由以雙硼烷（b 2 Η 6 )或膦（分子式·· ΡΗ3 )等爲原料之氫化物法（參考 J.Crystal Growth, 24/25 ( 1 974 ) 、193 〜196 頁），以及 分子束磊晶法（參考 J.Solid State Chem. 133 ( 1997)、 269〜272頁）來進行氣相沈積。另外，可藉由有機金屬 化學氣相沈積（MOCVD )法（參考Inst. Phys· Conf. Ser” No.129 ( IOP Publishing Ltd. ( UK ^ 1 993 ) 、157 〜 162頁）來進行氣相沈積。 在結晶基板的表面上’或形成於基板結晶上之結晶層 的表面上製造由本發明之結晶構造所形成的單體磷化硼或 其混晶層，首先，在7 5 0 °C以上1 2 0 0 °C以下的溫度，將 V/III比率當成第1比率（例如，1 00以上，特gij是以1 00 〜2 0 0之範圍最好）’予以氣相沈積單體磷化硼（BP )或 其之混晶層的底部的多結晶層。V/III比率係實施氣相沈 積所供給之V族元素的原子總濃度對ni族元素的原子總 濃度之比率。例如，在磷化硼（BP )之氣相沈積中，所 供給之磷（P )原子之合計濃度對硼（B )原子之合計濃 度的比率。接著，以75CTC以上]20CTC以下之溫度，以超 -12- (10) 1238474 過第1 V / Π I比率之2 0 0 〇以下的第2 V /111比率，如此便可 在多結晶層上氣相沈積單結晶層。在超過丨2 〇 (TC之高溫 中’容易形成B13P2等之多量體的磷化硼結晶（參考j. Am. Ceramic Soc·，47(1) (1964) 、44 〜46 頁），無法 穩定形成由單體磷化硼所形成的結晶層，並不恰當。 形成單體磷化硼或以其爲基材之磷化硼矽混晶的多結 晶層時之第1V/III比率，以設爲100以上爲佳。特別是 ，以設在1 〇〇〜200之範圍最好。如第1 V/III比率未滿 1 〇〇 ’特別是在50以下的低比率時，容易形成非晶質層， 並不恰當。此底部的多結晶層如上述般，可緩和由於基底 層和設置在多結晶層上之單結晶層間的熱膨脹率差所導致 之熱變形，在獲得變形少之良質的單結晶層上有貢獻。 如設V/III比率在600以上2 000以下之第2比率， 則由設置在上部之磷化硼（BP )或其之混晶所形成的單 結晶層可適當地形成。雖可在形成多結晶層後，以形成單 結晶層之條件來形成磷化硼或以其爲基材之磷化硼系混晶 ，但是，例如利用相同的氣相沈積設備，將V/III比率由 第1比率瞬間變成第2比率時，可簡便地形成在多結晶層 上具備單結晶層之構造的結晶層。V/III比率之由第〗比 率往第2比率之變化雖也可慢些，但是，直到單結晶化爲 止需要多餘之層厚，非所期望。 多結晶或單結晶之判別可藉由X射線繞射或電子束 繞射手段之繞射影像來判別。如依據這些繞射手段，可判 別磷化硼或其混晶之多結晶層是{】00丨結晶、{ m }結 -13- (11) 1238474 晶、以及{ 1 1 0丨結晶混合存在，或者是由與這些方位不 同的結晶與非晶質所形成的多結晶等。由非晶質之電子束 繞射影像會變暈（halo)。 在本發明中’特別是以由{ 11 1丨結晶面所構成的單 體磷化硼或以其爲基材之磷化硼系混晶來構成成爲上部的 表面部之單結晶層爲佳。立方結晶之閃鋅礦結晶型的單體 憐化硼或碟化硼系混晶之{ 11 1丨結晶面，係構成元素之 硼（B)或磷（P)在每單位面積最緻密塡充，且具有堅 固結合而構成的結晶面。因此，在有效阻止自基底層之錯 位的傳輸上變得有利。藉由將立方結晶閃鋅礦結晶型之{ 1 1 1 }結晶面當成表面之結晶作爲基板，或者將形成在具 有上述結晶面之基板結晶上的表面爲{ 1 1 1 }結晶層當成 基底予以氣相沈積，可有效率地製造由{ 1 1 1 }結晶面所 形成的單結晶層。單結晶層是由由{ 1 i】}結晶面所構成 ’可藉由上述之X射線繞射或電子束繞射手段來調查。 另外’由{ 1] 1丨結晶面所形成的單結晶層也可藉由 將表面爲{ 000 1 }結晶面之六方結晶纖維鋅礦結晶型結晶 當成基板’或者將形成在具有上述結晶面之基板結晶上的 表面設爲{ 000 1丨結晶面之結晶層當成基底予以氣相沈積 而適當地構成。例如，纖維鋅礦結晶型（Wurtzite )的氮 化鎵（G aN )之{ 〇 〇 〇 ] }結晶面的底面a軸之晶格常數爲 〇-3l8nm。另一方面，單體磷化硼單結晶的晶格常數爲 〇,4 3 8nm之故（參考寺本巖著，「半導體裝置槪論」、 1 99 5年3月20日（股）培風館發行，28頁），其{ 1 1〇 -14 - (12) 1238474 }結晶面之晶格面間隔變成 〇.3 2 0nm。此晶格常數和晶格 面間隔爲相當一致故，在{ 0 0 0 1 } — G aN結晶面上可簡便 地氣相沈積磷化硼層。 另外，特別是在本發明中，特徵爲：可由故意不添加 不純物之非摻雜磷化硼或其之混晶層構成底部的多結晶層

以及表面部的單結晶層之任一者。如以非摻雜之磷化硼層 或其之混晶層構成多結晶層，則在抑制起因於氣相成長該 多結晶層時的不純物之熱擴散所致的基底層的劣化上，可 以獲得相當的效果。例如，藉由以非摻雜的磷化硼系混晶 層構成設置在發光層上的多結晶層，可達到有效抑制發光 層之載子濃度或傳導型的變化。藉由將多結晶層上的單結 晶層做成非摻雜層，在抑制基底層的變質上更有效果。

如依據本發明，而設置與由磷化硼或其之混晶所形成 的單結晶層接觸之歐姆性電極，則可構成電氣耐壓性優異 的半導體裝置。特別是，由{ 1 1 1 }結晶面構成的單結晶 層’由於自基底層之錯位傳輸受到抑制，變成結晶缺陷少 的良質之結晶層。因此，可構成能夠避免起因於介由錯位 之洩漏的耐壓不良之電極。對η型磷化硼或η型磷化硼系 混晶呈歐姆接觸性之電極，可由金（元素記號：An ) / 鍺（元素記號：Ge )合金、金（Au ) /錫（元素記號： Sn)等之金（Au)合金構成。關於p型磷化硼層或p型 磷化硼系混晶層，可由金（Au ) /鈹（元素記號：B e ) 或者金（An )/鋅（元素記號：Zn )等之金合金構成。 即使由同一金屬材料構成歐姆電極，磷化硼層或磷化硼系 - 15- (13) 1238474 混晶層之載子濃度高，電阻率低，可合適地形成呈現接觸 電阻小之良好的歐姆特性的歐姆電極。 在獲得上述之單結晶層的合適之V /111比率的範圍中 ，藉由將v /111比率設定爲高比率側，可以獲得更高的載 子濃度、更低電阻率之單結晶層。設載子濃度在 、 lX1018cm·3以上，電阻率在〇.1 Ω · cm以下之單結晶層， ·_ 在形成歐姆電極上更爲合適。由於多結晶層內之結晶粒界 等’在由單體磷化硼或其之混晶形成的多結晶層上無法形 % 成顯示良好歐姆接觸特性之歐姆電極。但是，如利用此種 載子濃度高、低電阻之單結晶層，則可簡便地形成帶來良 好歐姆接觸特性之歐姆電極。

反之’由磷化硼或其之混晶形成的單結晶層有限定自 歐姆電極所供給以驅動元件之電流（元件驅動電流）於電 極之正下方區域，而短路性地洩漏之傾向。特別是在發光 元件等當中，爲了避免元件驅動電流流入此被限定之區域 ’作成在歐姆性電極和磷化硼層或其之混晶層的單結晶層 之中間’部份地設置由：對於單結晶層爲非歐姆性接觸之 金屬材料’或由氧化物或氮化物形成之絕緣性材料所形成 的中間層’合適上設置在歐姆性電極的中央部正下方，以 分散電流路徑之構造，有相當效果。關於η型磷化硼或其 β η型混晶層，以形成非歐姆性接觸之金屬材料而言，可 舉金 （Au)/鈹（Be)合金、金（Au)/鋅（Zn)合金 胃例。另一方面，關於ρ型磷化硼或其之ρ型混晶層，以 形成非歐姆性接觸之金屬材料而言，可舉金（Au )/鍺 -16- (14) 1238474 (Ge)合金、金（Au) /錫（Sn)合 姆性金屬材料一般可藉由真空蒸鍍法等 利用周知的微影法技術之選擇圖案技法 平面形狀’使限定殘留在歐姆電極之下 由氧化物或氮化物形成之絕緣性材 別有效。構成中間層之絕緣性材料的好 矽（Si02 )或氮化矽（Si3N4 )。這些 氣相沈積法（CVD )、電漿 CVD法等 止因磷等第 V族元素的擴散而導致磷 的損傷，其形成溫度期望在低於7 5 〇 °C 在100°C〜400 °C。形成後，藉由利用周 選擇圖案技法，加工成所期望的平面形 殘留在歐姆電極之下方的區域。 如由添加與磷（元素記號：P )或 的憐不同的第V族元素（N、As、Sb、 化物的絕緣層構成中間層時，可構成與 晶層的單結晶層之密接性優異，且可防 流的短路性洩漏之歐姆電極。另外，最 的第V族元素之絕緣層可抑制歐姆電 (alloy )時之例如磷自磷化硼單結晶； ，可有助於防止磷化硼單結晶層之結晶 制由單體磷化硼或其之混晶所形成的單 的第V族原子之相互擴散上有效果。 N2)之環境內，以3 5 0 °C〜5 5 0 °C施以合 金爲例。這些非歐 形成。之後，藉由 ，加工成所期望的 方的特定區域。 料來構成中間層特 例子，可舉：氧化 絕緣層可藉由化學 手段形成，爲了防 化硼系單結晶層等 之低溫。特別期望 知的微影法技術之 狀’使絕緣層限定 形成磷化硼之混晶 B i )之氧化物或氮 磷化硼層或其之混 止上述元件驅動電 初含憐或與隣不同 極之合金化熱處理 罾往絕緣層之取入 性的劣化。即在抑 結晶層與絕緣層間 在氫（H2 )或氮（ 金化（a 11 〇 y )處理 -17- (15) (15)1238474 時較爲合適的，是磷等之原子濃度在5X1 Ο18原子/ cm3以 上之1X102G原子/cm3的Si〇2或Si3N4絕緣層。 具備上述中間層構造的歐姆電極例如在中央部份設置 與磷化硼或其之混晶的單結晶層接觸的中間層後，在中間 層的周圍可與由上述磷化硼或其之混晶形成的單結晶層的 表面接觸而形成。如此配置時，例如，即使在夾住活性層 而上下具有電極之發光元件等半導體元件之情形下，得以 防止元件驅動電流短路性地限定流入中間層的正下方區域 ，介由與單結晶層形成歐姆性接觸之歐姆電極，可使廣範 圍地流入單結晶層。如設中間層的層厚成爲極端大，則單 結晶層的表面和歐姆電極的間隔分隔開之故，在中間層的 周緣，歐姆電極和單結晶層的密接性特別弱小。因此，有 礙於充分穩定地構成與單結晶層之密接性優異的歐姆電極 。因此，中間層的層厚最好在1 OOnm以下。反之，爲了 防止元件驅動電流的流通，期望設爲5 nm以上的層厚。 〔作用〕 一種將設置在結晶基板的表面上或者由形成於基板結 晶上之結晶層所形成的基底的表面上之下部的底部設爲多 結晶層，將其上部的表面部設爲單結晶層之單體磷化硼層 或其之混晶層，該多結晶層具有緩和基底層和短結晶層間 的熱變形之作用，單結晶層具有帶來歐姆特性優異之歐姆 性電極的作用。 ， 部份地設置在由磷化硼或其之混晶層形成的單結晶層 -18- (16) 1238474 表面上之絕緣層等中間層，具有擴散元件驅動電流於基底 的廣範圍之作用。 〔實施例〕 以由具備設表層爲單結晶層之磷化硼層而成的發光二 極體（LED )爲例，具體說明本發明之半導體裝置。 第1圖係模型顯示記載於本實施例而由積層構造體 I f形咸4勺LED 1 0的剖面構造。構成磊晶積層構造體1 !之 基板1 〇 1係使用磷（P )摻雜η型（1 1 1 ) - S i單結晶。利 用常壓（略大氣壓）有機金屬氣相沈積法（MOCVD )手 段，基板1 0 1的（1 1 1 )-表面上以非摻雜方式堆積由η型 單體磷化硼（ΒΡ )形成之下部包覆層1 〇2。η型下部包覆 層102係藉由三乙基硼（C2H5) Β) /膦（ΡΗ3) /氫（ Η2)反應而在950 °C形成。η型下部包覆層102的層厚設 爲 44〇nm，在波長 4 3 0nm〜460nm之藍色頻帶光可獲得 4 0 %以上的反射率。在中斷上述硼源的供給而停止η型下 部包覆層102的氣相沈積厚，在膦（ΡΗ3)與氫（Η2)的 混合環境中，將η型S i單結晶基板1 01的溫度降低爲 82 5 〇C。 然後，藉由三乙基鎵（分子式：（CH3)3Ga)/三 乙基銦（分子式：（CH3 ) 31η) /氨（分子式：NH3 ) / H2反應系統常壓MOCVD手段，於8 25 °C將η型氮化鎵銦 (GaxInnN: OSX^l)層當成發光層103而與η型下部 包覆層]02連接設置。成爲η型發光層103之氮化鎵銦層 -19- (17) 1238474 係由銦組成比（=1 - X )不同之多數相（p h a s e )所形成的 多相構造（m u 11 i - p h a s e )的 G a x I η ! · x N層所構成。銦的平 均組成比爲0.06 ( =6% )。由此η型GaG.94In().()6N層所形 成的發光層103的層厚設爲60nm。發光層1 03係設置在 以{ 1 1 1丨結晶面爲表面之{ U 1丨·磷化硼層（下部包覆 層102)上之故，變成由以{ 0001}-結晶面爲表面之 Ga〇.94ln〇.()6N 層所構成。停止（CH3) 3〇a 以及（CH3) 3ln 的供給，結束η型G a 〇. 9 41 η 〇. 〇 6 N層之氣相沈積。 在ΝΗ3和Η2之混合環境中，維持基板101的溫度在 8 2 5 t下，藉由上述之（C2H5) Β) /膦（ΡΗ3) /氫（Η2 )反應系統常壓MOCVD手段，在發光層1 03上形成由非 摻雜之碟化硼層形成的ρ型多結晶層104。多結晶層1〇4 係設V/III比率（=PH3/(C2H5) 3Β)爲150而使之氣相 沈積。由磷化硼形成之多結晶層1 04在室溫的載子濃度， 依據一般的霍爾（Hall )效應測量法，爲8X1016cnT3。停 止硼源之（C2H5 ) 3B的供給，結束層厚設爲20nm之由磷 化硼形成的多結晶層1 04的氣相沈積後，一面流通PH3和 H2，一面將矽（Si )單結晶碁板101的溫度上升至1〇5〇 〇C。 接著，藉由（C2H5 ) B ) / PH3/ H2反應系統常壓 MOCVD手段，繼續在憐化硼之多結晶層104上形成由非 摻雜之p型磷化硼形成的（Π 1 )-單結晶層105。p型磷 化硼單結晶層105係在設V/III比率爲高於多結晶層104 之9 00所形成。如依據一般的霍爾效應測量法，在室溫的 -20> (18) 1238474 載子濃度爲2X10)9cm·3，電阻率爲4Χ10_2Ώ · cm。層厚 設爲1 0 0nm。冷卻後，以一般的電子束繞設手段來解析由 非摻雜P型磷化硼形成的多結晶層1 〇4以及單結晶層1 05 的結晶構造。由碟化棚形成的多、結晶層104變成幾乎由定 向在< 1 1 1 >結晶方位之柱狀的磷化硼的單結晶集合體所 構成。另外，磷化硼的單結晶層1〇5爲由{ 1 1 1 }耠^面 所形St的單結處層。由以上的多結晶層以及單蠢晶層1 0 4 、：105所形成之磷化硼層106可當成兼爲接觸層之上部包 覆層1 0 6使用。 將單結晶的p型磷化硼層106的表面一旦以膜厚爲 7 5nm之磷（P )摻雜的二氧化矽（Si02 )膜予以覆蓋。藉 由通常的CVD手段所形成的二氧化矽膜的內部之磷原子 的濃度設爲9X1 019原子/cm3。接著，利用周知的微影法 技術和選擇圖案技術，限定在單結晶之P型磷化硼層1 〇 6 的中央直徑1 〇 〇 # m.之圓形區域，殘留設置二氧化矽膜爲 中間層1 0 7。覆蓋在其他區域之二氧化矽膜則利用一般的 氟化氫（化學式：HF )酸予以去除。之後，藉由一般的 真空蒸鍍手段，設置金/鈹（An 99重量％、Be 1重量％ ) 合金膜成爲覆蓋殘留設置之中間層107的表面，以及二氧 化矽膜被去除了之上部包覆層106的表面。接著，再度利 用周知的微影法技術以及選擇圖案技術，只殘留設置在殘 留設置中間層107之區域。殘留設置之An / Be合金膜之 區域係設爲與平面視圖爲圓形之中間層1 07的中心一致之 直徑1 5 0 // m的圓形。藉此，形成比圓形的中間層1 〇 7相 -21 - (19) 1238474 對大的Au/Be合金膜的外緣區域與單結晶的p型磷化硼層 106的表面接觸之p型歐姆電極108。另外，對p型歐姆 電極1 〇 8，在選擇圖案後，於氫氣氣流中，以4 5 0 °C施以 3分鐘之合金化處理（alloy)。另一方面，在η型矽（Si )單結晶基板1 0 1的背面全面形成由鋁（A1 ) /銻（Sb ) 合金形成的η型歐姆電極109。 之後，藉由通常的切斷手段，切斷爲個別的元件，構 成ρη接合型DH構造之LED10。在兩歐姆電極108、109 間，以順向通以20微安培（m A )之動作電流，由LED 1 σ 發出波長設爲約44 Onm之藍紫光。利用一般的積分球所 測量的晶片狀態之亮度爲8微坎德拉（m c d )。另外，由 p型歐姆電極108所遮住之區域外的發光層103的廣範圍 區域帶來均勻強度之發光。此認爲係在p型歐姆電極1 0 8 的正下方配置絕緣性中間層1 0 7之故，元件驅動電流往發 光層1 〇 3之短路性流通被阻礙故。而且，可解釋爲將p型 歐姆電極1 0 8與低電阻的單結晶之p型磷化硼層】〇 6接觸 設置故，平面地擴散於歐姆電極108外的發光層1〇3之區 域故。順向電流設爲2 0mA時的順向電壓（所謂之V f) 爲3.7V，反向電流設爲lOem時的反向電壓（Vr)則在 8V以上。另外，沒有見到元件驅動電流之長期通電所致 的發光強度的變化以及Vf與Vr的變化。此係在發光層 1 〇 3接合設置多結晶之磷化硼層1 〇 4故，與發光層丨〇 3的 晶格不匹配性被緩和，在良好的結晶性之磷化硼單結晶層 105設置歐姆電極1〇8之故。 - 22- (20) 1238474 〔發明效果〕 如利用設本發明之下層部爲多結晶層，其上層部爲單 結晶層之磷化硼系半導體，例如，可以簡便地形成兼爲即 使在非摻雜狀態，也可以形成電極之接觸層的上部包覆層 故，例如，可以提供長期可高強度銳光之整流特性優異的 化合物半導體發光元件。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示第1實施例之化合物半導體發光元件（ led )的剖面構造模型圖。 符號說明 10 : LED (發光二極體） U : LED用途積層構造體 1 0 1 : S i單結晶基板 102 :磷化硼下部包覆層 103 :發光層 104 :磷化硼多結晶層 105 :磷化硼單結晶層 106 :磷化硼上部包覆層 1 〇 7 :中間層 1 〇 8 : p型歐姆電極 1 0 9 : η型歐姆電極 -23-

Claims (1)

1. (1) 1238474 拾、申請專利範圍 第93102207號專 中文申請專利範 1. 一種半導體裝置，是針 形成於基板結晶上的結晶層之 或其混晶層，在該憐化硼或其 的半導體裝置，其特徵爲： 上述磷化硼或其混晶層係 其上ρβ的表面部由單結晶層所 層的表面接觸； 形成上述磷化硼或其混晶 由丨1】I }結晶面所構成。 2 ·如申請專利範圍第1項 ’成爲上述碟化硼或其混晶層 基板上之結晶層，係設其表谊 晶閃鋅礦結晶型結晶或鑽石型 3 .如申請專利範圍第〗項 ，成爲上述磷化硼或其混晶層 基板上之結晶層’係設其表面 晶纖維辞礦結晶型結晶層^ 4 ·如申請專利範圍第1項 半導體裝置’其中，成爲上述 利申請案 圍修正本 民國94年3月1 8日修正 對在結晶基板的表面上或在 表面上，具備有單體磷化硼 混晶層上具備歐姆電極而成 ，底部由多結晶層所構成， 構成，歐姆電極與該單結晶 層的表面部之單結晶層，是 所記載之半導體裝置，其中 的基底之上述基板或形成在 丨爲丨1 11丨結晶面之立方結 結晶層。 所記載之半導體裝置，其中 的基底之上述基板或形成在 爲{ 0001丨結晶面之六方結 〜第3項中任一項所記載之 碟化硼或其混晶層的基底之 (2) 1238474 上述基板或形成在基板上之結晶層，係ΠΙ族氮化物半導 體。 5 ·如申請專利範圍第！項所記載之半導體裝置，其中 ’成爲上述磷化硼或其混晶層的基底之上述基板或形成在 基板上之結晶層，係氮化鎵銦混晶（組成式GaxIni_xN : 0<X<1)、氮化鋁鎵（AlxGai.xN: 0SXS1) 、GaxIn】.xN (0<X<1)、氮化硼鎵（BxGa】.xN:OSX$l)，或者氮 化鱗鋁鎵（AlxGabxNyPhY : OSXS 1，〇<Υ$ 1)。 6·如申請專利範圍第丨項所記載之半導體裝置，其中 ’上述磷化硼或其混晶層之底部多結晶層或表面部單結晶 層之任一者，都由非摻雜磷化硼或其混晶層所構成。 7 ·如申請專利範圍第！項所記載之半導體裝置，其中 ’在上述磷化硼或其混晶層和上述歐姆電極的中間，部份 地設置有由氧化物或氮化物所形成的絕緣性中間層。 8 .如申請專利範圍第7項所記載之半導體裝置，其中 ，上述中間層係由添加與磷或形成磷化硼之混晶的磷不同 的第V族元素之氧化物或氮化物的絕緣性層所構成。 9 · 一種發光元件，其特徵爲·· 由如申請專利範圍第1項〜第8項中任一項所記載之 半導體裝置所形成。 1 0·如申請專利範圍第9項所記載之發光元件，其中 ，含當成發光層之III族氮化物層。 11. 一種半導體裝置之製造方法，是針對包含：在如 申請專利範圍第1項〜第8項中任一項所記載之半導體裝 -2- 1238474 (3) 置’以及如申請專利範圍第9項或第1 〇項所記載之發光 元件的結晶基板的表面上，或者形成於基板結晶上的結晶 層之表面上，形成單體磷化硼或其混晶層，在該憐化硼或 其混晶層上配置歐姆電極之工程的半導體裝置之製造方法 ，其特徵爲： 在7 50°C以上1 200°C以下之溫度，將V/III比率當成 第1比率以氣相沈積單體磷化硼或其混晶層的底部之多結 晶層後，在上述之溫度範圍，以超過第1V/III比率而在 2〇〇〇以下的第2V/III比率，在多結晶層上氣相沈積單結 晶層。 1 2 .如申請專利範圍第！丨項所記載之半導體裝置之製 造方法’其中，以設表面爲{ n丨丨結晶面之立方結晶閃 鋅礦結晶型或鑽石結晶型結晶爲基板，或者以設形成在具 有上述結晶面之基板結晶上之表面爲{ 1 1 1 }結晶面之結 晶層爲基底，以氣相沈積由{ 1 1 ]}結晶面所構成之單體 磷化硼（B P )層或其混晶層。 1 3 .如申請專利範圍第〗1項所記載之半導體裝置之製 造方法，其中，以設表面爲丨0 0 0 1丨結晶面之六方結晶纖 維鋅礦結晶型結晶爲基板，或者以設形成在具有上述結晶 面之基板結晶上之表面爲{ 0 0 0 1丨結晶面之結晶層爲基底 ’以氣相沈積由{ 1 1】}結晶面所構成之單體憐化硼（B P )層或其混晶層。 ]4 ·如申請專利範圍第1 1項〜第】3項中任一項所記 載之半導體裝置之製造方法，其中，設置與形成底部的多 1238474 (4) 結晶層之上部的表面部的磷化硼（BP )或其混晶的單結 晶層接觸之中間層後，在中間層的周邊，形成與由磷化硼 或其混晶形成的單結晶層之表面接觸的歐姆性電極。 -4 -