WO2020175125A1 - 半導体装置 - Google Patents

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芳孝 谷保
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device made of a nitride semiconductor.
  • nitride semiconductors have attracted attention as a material for forming semiconductor light-emitting devices such as light-emitting diodes (I-Mi) and semiconductor lasers (!_ 0) that can cover a wide emission wavelength range from ultraviolet to red. ing.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 since the type nitride semiconductor has a deep acceptor level, it is difficult to form a low-resistance type semiconductor layer having a high hole concentration at room temperature (Non-Patent Documents 1 and 2). Therefore, the reduction of the resistance of the type nitride semiconductor, especially, the realization of the low resistance type layer in the 8 I ⁇ 3 1 ⁇ 1 system, which has a large band gap, contributes greatly to the development of the ultraviolet light emitting device.
  • Non-Patent Document 3 As another technique for realizing a high hole concentration, a P-type layer using AIGAN with a graded AI composition has been proposed (Non-Patent Document 3).
  • the hole concentration of the p-type layer made of p-type AIG a N is inversely proportional to the layer thickness of the p-type layer, so there is a problem that the hole concentration decreases as the layer thickness of the p-type layer increases.
  • Patent Document 1 Patent 363 1 1 57 gazette
  • Non-Patent Document 1 H, Amano et a 1. ,” Growth and conductivity control of hig h qua L i ty ALGaN and its app L i cat i on to high-performance ultraviolet L aser diodes”, Proc. SPIE , Vol. 7216, 72161B, 2009.
  • Non-Patent Document 2 H X Jiang and J Y Lin, “Hexagonal boron nitride for deep ultraviolet photon ic devices”, Semiconductor Science and Techno Logy, vol. 29, 084003, 2014.
  • Non-Patent Document 3 ⁇ Simon et al., v Po Lar i zat i on-induced Ho Le Doping in Wi de. Band-Gap Uniaxial Semiconductor Heterostructures' Science, vol. 3 27, 5961, pp. 60-64, 2010 .
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a p-type semiconductor layer made of a nitride semiconductor and having a high hole concentration and a low resistance.
  • a semiconductor device includes a type semiconductor layer formed on a substrate,
  • the 0-type semiconductor layer is composed of a plurality of unit semiconductor layers, and each of the plurality of unit semiconductor layers is composed of a type of nitride semiconductor whose main surface is a polar plane or a semipolar plane.
  • Each of the plurality of unit semiconductor layers is composed of nitrogen and two or more elements, and the composition thereof changes in the stacking direction.
  • each of the plurality of unit semiconductor layers is changed so that the lattice constant in the O axis direction increases in the +O axis direction.
  • impurities are introduced into each of the plurality of unit semiconductor layers to be a type O.
  • the unit semiconductor layer is 8 I
  • the composition ratio of 8 I and ⁇ 3 changes in the stacking direction.
  • a light emitting layer and an n-type semiconductor layer are further provided on the substrate.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a partial configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory view for explaining the improvement of the hole concentration in the type semiconductor layer of the present invention.
  • FIG. 3 is a 1 to 1 8 8 0 3 3 ⁇ IV! image (3) of the type semiconductor layer 10 2 in Example 1 (3), and an 8 I composition of the 0 3 mapping image ( ⁇ ), ⁇ Fig. 3 is a characteristic diagram showing an image of the 0 3 mapping of three compositions ( ⁇ ).
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing the measurement results of the hole concentration of each sample in Example 2. ⁇ 2020/175 125 4 (:171? 2020/005085
  • FIG. 5 shows deep ultraviolet using the type semiconductor layer of the present invention!
  • -Fig. 6 is a perspective view showing the configuration of Minami 0.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing the measurement results of the emission spectrum of each 1_M0 sample in Example 3.
  • FIG. 7 is a characteristic diagram showing the layer thickness dependence of the unit semiconductor layer of the emission intensity of deep ultraviolet 1_M 0 of Example 3.
  • This semiconductor device includes a type semiconductor layer 10 2 formed on a substrate 10 1.
  • the type semiconductor layer 1 0 2 is composed of a plurality of unit semiconductor layers 1 2 1, and each of the plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 is a type of nitride semiconductor whose main surface is a polar plane or a semipolar plane. It consists of
  • the substrate 101 is composed of, for example, 300 parts. For example, by performing crystal growth of a nitride semiconductor in the O-axis direction, a type semiconductor layer 10 2 including a plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 having a main surface as a polar plane can be formed.
  • the nitride semiconductor that constitutes the unit semiconductor layer 1 21 is composed of nitrogen and two or more elements, and the composition of each of the plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 changes in the stacking direction. ..
  • the lattice constant in the ⁇ axis direction changes so as to increase in the + ⁇ axis direction. ..
  • the thickness of each of the plurality of unit semiconductor layers 1 21 is such that the lattice does not relax, the lattice constants parallel to the plane of the substrate 10 1 are substantially the same.
  • the unit semiconductor layer 1 21 is composed of, for example, 8*10 3 1 ⁇ 1, and the composition ratio of 8*0 3 changes in the stacking direction. Further, for example, the composition of each of the plurality of unit semiconductor layers 1 21 changes continuously (for example, linearly) in the stacking direction. The composition of each of the plurality of unit semiconductor layers 1 21 may change stepwise in the stacking direction. Further, each of the plurality of unit semiconductor layers 1 21 is formed as a mold by introducing impurities. In addition, in this way, each composition in the thickness direction ⁇ 2020/175 125 5 units (:171? 2020 /005085
  • the changing laminated structure of the plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 is sometimes called a superlattice structure.
  • the semiconductor device of the embodiment includes, for example, the substrate 1
  • 0 is a light emitting device further including a light emitting layer and a gate-shaped semiconductor layer.
  • a light emitting diode I-Mi
  • a semiconductor laser can be obtained by combining a cavity with a structure in which the light emitting layer is sandwiched between the type semiconductor layer 102 and the n- type semiconductor layer.
  • the hole concentration in the type semiconductor layer 102 can be further increased. This point will be described below.
  • the type semiconductor layer 102 is composed of 8° ⁇ 3 1 ⁇ 1 crystal-grown on a substrate whose main surface has a plane orientation of (0 0 0 1)
  • the improvement of pore concentration will be explained with reference to FIG.
  • (3) in Fig. 2 shows one composition gradient composed of 8 ⁇ ⁇ 3 1 ⁇ 1 that was changed from left to right on the paper (in the direction of the 10th axis) so as to reduce the composition of 8 ⁇ .
  • 3 shows a type semiconductor layer by layer.
  • (13) in FIG. 2 shows a change in polarization charge in the layer thickness direction of the type semiconductor layer shown in (3) in FIG.
  • ( ⁇ ) in FIG. 2 shows the state of polarization charge of the entire layer of the type semiconductor layer shown in (8) of FIG.
  • ( ⁇ 0 in Fig. 2 indicates a type semiconductor layer composed of a plurality of compositionally graded layers. Each compositionally graded layer reduces the composition of the iron from the left side to the right side of the paper (in the ten-axis direction). Changed to It consists of.
  • the variation of the eight composition of each compositionally graded layer is the same as the variation of the eight composition of the type semiconductor layer shown in (3) of Fig. 2.
  • (6) in FIG. 2 shows a change in polarization charge in the layer thickness direction of the type semiconductor layer shown in () in FIG.
  • () in FIG. 2 shows the state of polarization charge of the entire layer of the type semiconductor layer shown in () in FIG.
  • the layer positive and negative polarization charges are generated in each of the unit parts (_1 _ 0) adjacent in the ⁇ axis direction.
  • the unit part is a part with a constant composition ratio in the ⁇ axis direction.
  • the type semiconductor layer shown in (3) and the compositionally graded layers of the type semiconductor layer shown in (0) in FIG. 2 have the same eighty-eight composition change amount.
  • tapping indicates spontaneous polarization, yelling piezo polarization, and electric charge.
  • the effective polarization charge is negative at the interface between the [1st] unit and the [+] 1st unit.
  • the type semiconductor layer 10 2 from a plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 made of a type nitride semiconductor whose main surface is a polar plane or a semipolar plane is a negative polarization charge. It can be seen that this is effective as a technique for increasing. Since acceptor impurities in the nitride semiconductor are ionized and holes are induced in the region of negative polarization charge, they become a type, and an increase in negative polarization charge leads to an increase in hole concentration.
  • each unit semiconductor layer 1 21 is formed by doping with an acceptor impurity.
  • IV! 9 is generally used as this acceptor impurity, but not limited to this, 2.1 ⁇ , 38 ⁇ , 0 ⁇ % And Tami are applicable as acceptor impurities.
  • the concentration of the acceptor impurity in the unit semiconductor layer 1 2 1 Each, 2 X 1 ⁇ 16 Rei_rei_1_ 3 or 2 X 1 ⁇ 20 Rei_rei_1_ 3 hereinafter is preferred.
  • the concentration of acceptor impurities in each unit semiconductor layer 1 2 1 is 2 XI. If it is less than 1, the hole concentration will decrease, and ⁇ 2020/175 125 7 (:171? 2020 /005085
  • the hole injection efficiency of the type semiconductor layer 102 may decrease.
  • the concentration of acceptor impurities in each unit semiconductor layer 1 2 1 is 2 X.
  • each unit semiconductor layer 1 2 1 acceptor impurity is determined by secondary ion mass spectrometry. You can check it.
  • each unit semiconductor layer 1 2 1 is not doped with acceptor impurities, if each unit semiconductor layer 1 2 1 has an acceptor defect or the like, a hole supply source exists. Therefore, it can be a mold. Even if the acceptor impurities are not doped to each unit semiconductor layer 1 21, if the type semiconductor layer 10 2 is arranged in contact with the layer made of the type nitride semiconductor, the hole supply source is Since it exists, the type semiconductor layer 102 can be a type.
  • the unit semiconductor layer 1 21 preferably has a single crystal structure over the entire region, but it is partially polycrystalline or amorphous so as not to lose various properties of the crystalline nitride semiconductor. Regions may be unevenly distributed.
  • the layer thickness of each of the plurality of unit semiconductor layers 1 21 is preferably 2% to 50% with respect to the layer thickness of the type semiconductor layer 10 2.
  • the layer thickness of each of the plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 is less than 2% of the layer thickness of the type semiconductor layer 1 02, the potential of the interface between the adjacent unit semiconductor layers 1 2 1 is increased. Since the number of barriers increases, the type semiconductor layer 102 was applied to the light emitting device. In this case, the hole injection efficiency may decrease. Further, if the layer thickness of each of the plurality of unit semiconductor layers 1 21 exceeds 50% of the layer thickness of the p-type semiconductor layer 102, the hole concentration may decrease and the resistance may increase. In addition, more preferably, the layer thickness of each of the plurality of unit semiconductor layers 1 21 is 5% to 40% of the layer thickness of the p-type semiconductor layer 102.
  • the plurality of unit semiconductor layers 1 21 need not all have the same layer thickness.
  • a part of the plurality of unit semiconductor layers 1 21 forming the p-type semiconductor layer 1 02 may have a layer thickness different from the other layers.
  • a 10-layer unit semiconductor layer 1 21 with a layer thickness of 2 O nm and a 2-layer unit semiconductor layer 1 21 with a layer thickness of 50 nm each give a p-type semiconductor layer with a layer thickness of 300 nm. It may be 10 02.
  • HAAD F high-angle scattered electron
  • the element distribution of the p-type semiconductor layer 102 composed of a plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 is specified by elemental analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (E DS). EDS is measured by the EDS measurement device attached to the ST EM device. Another elemental analysis method is S I MS.
  • the p-type semiconductor layer 102 (unit semiconductor layer 1 21) in the embodiment can be formed by various epitaxial growth methods, for example.
  • the epitaxial growth method it is preferable to adopt, for example, a MOV P E (metal organic vapor phase epitaxy) method.
  • MOV P E metal organic vapor phase epitaxy
  • the epitaxial growth method is not limited to the MOV PE method, and, for example, the HV PE (hydride vapor phase epitaxy) method, the MBE (molecular beam epitaxy) method, the sputter method or the like may be adopted.
  • the p-type semiconductor layer 102 is prepared by preparing the substrate 101, then introducing (carrying in) the substrate 101 into the film forming chamber of the epitaxial growth apparatus, and performing the epitaxial growth method. ⁇ 2020/175 125 9 units (: 171-1? 2020 /005085
  • each source gas is not particularly limited, and, for example, triethyl gallium (Chomi 03) may be used as the source gas of 3 and a hydrazine derivative or the like may be used as the source gas of 1 ⁇ 1.
  • heating for activating the type impurities is performed.
  • the heating device for heating for example, a lamp heating device, an electric furnace or the like can be adopted.
  • Type impurities refer to acceptor impurities, for example IV! 9.
  • the unit semiconductor layer 1 21 is provided on the substrate 10 1 whose main surface is the (0 0 0 1) plane.
  • the present invention is not limited to this.
  • a type semiconductor layer 1 0 2 is formed by a plurality of unit semiconductor layers 1 2 1. It is possible.
  • the multiple unit semiconductor layers 1 2 1 grow crystals in the axial direction, and by increasing the octagonal composition X in the crystal growth direction, negative polarization charges are induced and holes are generated. To be done.
  • (1 is also possible to form a type semiconductor layer 10 2 of a plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 by crystal growth of
  • the substrate 101 is not limited to 3 I ⁇ , but sapphire, ⁇ 3 1 ⁇ 1, 8 Hachi 1 ⁇ 1, IV!
  • the unit semiconductors layers 1 2 1 is not limited to eight ⁇ 3 Bok, I 1 ⁇ eight 1 ⁇ I
  • the hole concentration of the type semiconductor layer 102 can be measured by the Hall effect measuring method. The details are given below.
  • the activation energy is obtained by measuring the temperature by changing the temperature when measuring the Hall effect of the type semiconductor layer 102, and calculating the slope when the logarithm of the carrier concentration is plotted against the reciprocal of the temperature (Arrhenius plot).
  • the type semiconductor layer 10 2 (unit semiconductor layer 1 21) of the embodiment has a high composition of 10 I (father >0.7) even if it is 10 17 ⁇ . Since the above high hole concentration can be obtained, it can be suitably applied also to deep ultraviolet 1_Mitsuguchi and deep ultraviolet 1_0 having an emission wavelength of 300 n or less.
  • Example 1 will be described.
  • Example 1 on the substrate 101 made of semi-insulating 4 N-3 I 0 and having the main surface with the plane orientation of (0 0 0 1), first, 1 ⁇ /1 ⁇ ?
  • a buffer layer was formed by growing Hachijo 1 ⁇ ! by the Mitsumi method, and a plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 were laminated on this buffer layer to form a type semiconductor layer 1 0 2.
  • Unit semiconductor layer 1 2 1 is IV! Consists of, thickness
  • Each of the plurality of unit semiconductor layers 1 21 has the composition father of I reduced from 0.9 to 0.7 in the crystal growth direction. Further, the type semiconductor layer 10 2 was composed of 10 unit semiconductor layers 1 2 1.
  • Fig. 3 shows that the type semiconductor layer 102 in the above-mentioned Example 1 has 1 to 1 88 0-
  • Fig. 3 shows the image of 3-chome IV! (3), the image of E8 I composition mapping ( ⁇ ), and ⁇ the composition of 3 O3 mapping ( ⁇ ).
  • ⁇ the composition of 3 O3 mapping
  • Example 2 will be described.
  • 1 ⁇ / is formed on the substrate 101 with the semi-insulating property 41 to 1_3 ⁇ 3 and the main surface plane orientation is (0001).
  • 10 V 1 method is used to grow 8 1 ⁇ 1 to form a buffer layer, and a plurality of unit semiconductor layers 1 2 1 are stacked on this buffer layer to form a 200 n thick type semiconductor layer 102.
  • Example 2 Sample 1 was type semiconductors layer 1 02 units of the semiconductor layer 1 2 1 by stacking 40 layers of a thickness of 1 O n unit semiconductor layer 1 2 1 20 stratification layer to type semiconductor layer 1 02 m and sample 2, thickness 20 n m a unit semiconductor layer 1 2 1 1 ⁇ layer laminated type semiconductor layer 1 02 and sample 3, the thickness 50 n unit semiconductor layer 1 2 1 a 4-layer laminate of the m Te type semiconductor layer 1 02 and samples 4 to form sample 5 and a thickness of 1 0 O n unit semiconductor layer 1 2 1 2-layer type semiconductor layer 1 02 are stacked in m.
  • one unit semiconductor layer 1 2 1 has 8 I Eight composition X of 0.9 to ⁇ in the crystal growth direction.
  • the activation was carried out by heating with a flow of 1 ⁇ ] 2 for 10 minutes at 0°.
  • Comparative Example 2 This is a sample in which the type semiconductor layer 102 is composed of the upper semiconductor layer 1 21. Further, as the ratio Comparative Examples were prepared comparative sample 2 according ⁇ type semiconductor layer of the layer thickness 200 n consisting of eight ⁇ 0.8 ⁇ 3 0.2 1 ⁇ 1 type doped with IV! 9. The composition of Comparative Sample 2 did not change in the thickness direction. In all the comparison samples, the amount of 1/19 doving is 2X 1 Is. Further, after forming the respective comparative sample, using a lamp heating device, 800 ° ⁇ Among 1 0 minutes, and heated with a 1 ⁇ 1 2 flow was conducted activation.
  • Example 2 the hole concentrations of the type semiconductor layers 102 of Samples 1 to 5 and the ⁇ type semiconductor layers of Comparative Samples 1 and 2 were measured.
  • the hole concentration can be measured using the Gvan der 3 ⁇ ” method.
  • the Hall effect measuring device and its measurement condition examples are shown below.
  • Hall effect measuring device "[3 ⁇ 4 63 ⁇ 63 8300” manufactured by Toyo Technica Measurement conditions: room temperature (about 25° ⁇ , about 0.25 [ding], about 10 -4 to 10 -9 [ Hachi], 80 Magnetic field Hall measurement.
  • the sample shape was a plate shape of about 5 x 5 in plan view.
  • Fig. 4 shows the measurement results of the hole concentration described above. As shown in Figure 4, thickness 2
  • “Ding” is temperature
  • “” is hole concentration at temperature Ding
  • “ n ⁇ ” is a constant
  • “M 3” is activation energy
  • “1 ⁇ ” is Boltzmann's constant.
  • the activation energy of Sample 2 was 5 210 16 V.
  • the activation energy of Comparative Sample 1 was 171 0 16 V, which was higher than that of Sample 2, and Comparative Sample 1 was found to have a higher temperature dependence than Sample 2.
  • Example 3 deep ultraviolet !_day 0 was prepared and evaluated.
  • the prepared deep UV will be described with reference to FIG.
  • This deep ultraviolet On the substrate 201, a buffer layer 202, an n-type semiconductor layer 203, a light emitting layer 204, an electron block layer 205, a type semiconductor layer 206, and a contact layer 2007 are provided. .. Further, an electrode 20 8 is formed on the gate-shaped semiconductor layer 20 3 around the mesa formed by the light emitting layer 204, the electron block layer 205, the type semiconductor layer 206, and the contact layer 20 7. ing. In addition, a semitransparent electrode layer 209 and an electrode 210 are formed on the contact layer 207.
  • the substrate 20 1 is composed of semi-insulating 4 1 ⁇ 1 _ 3 ⁇ ⁇ 3, and the main surface has a plane orientation of (
  • the buffer layer 202 is composed of 8*1 ⁇ 1
  • the gate-shaped semiconductor layer 20_3 is composed of a silicon-doped door-shaped 8*1 ⁇ 1/8*1 31! superlattice.
  • the light emitting layer 204 is composed of 8 I ⁇ 3 1 ⁇ 1 multiple quantum wells
  • the electron blocking layer 20 5 is composed of 8 1 1!.
  • the type semiconductor layer 206 is the type semiconductor layer 102 of the above-mentioned embodiment, each of which is eight layers. ⁇ 2020/175 125 14 ⁇ (: 171? 2020 /005085
  • the contact layer 207 is composed of IV! 9-doped type ⁇ 8 1 ⁇ 1.
  • Each semiconductor layer can be formed by sequentially performing crystal growth on the substrate 201 by the 1 ⁇ /IOV method. Further, the light emitting layer 204, the electron blocking layer 205, the type semiconductor layer 206, and the contact layer 20 7 are patterned by a known lithography technique and etching technique to form a mesa. The upper surface of the 1! type semiconductor layer 203 is exposed around the. On the upper surface of the n-type semiconductor layer 203 exposed in this way, a well-known vapor deposition method and lift-off method are used to form an electrode 208 with a size of 1/8/1/1 ⁇ 1/8. .. In addition, a semi-transparent electrode layer 209 is formed on the contact layer 207 formed on the mesa, and an electrode 209 is formed on the semi-transparent electrode layer 209. To form.
  • Example 3 thickness 1 0 nm 1_ viewed unit semiconductor layer was -type semiconductor layer 2 0 6 laminated 2 0 layer 0 sample 1, the unit semiconductor layer having a thickness of 2 0 n m _ Type semiconductor layer 2 0 6 by stacking 10 layers !_ Miko Sample 2, 4 unit semiconductor layers with a thickness of 50 n were stacked to form a type semiconductor layer 206! 3. Two kinds of unit semiconductor layers each having a thickness of 100 n were laminated to form a type semiconductor layer 206. In each of the !_ 0 samples, the proportion of the octagonal composition of 8° was decreased from 0.9 to 0.7 in the crystal growth direction in one unit semiconductor layer.
  • 1_ snake 0 sample Dobingu amount of 1 ⁇ / 1 9 is a 2 1 Rei_19 0 -3. Further, after forming the respective 1_ Snake 0 samples, using a lamp heating device, 8 0 0 ° ⁇ Among 1 0 minutes, and heated with a 1 ⁇ 1 2 flow was conducted activation.
  • a comparison 1__ 0 sample 1 was prepared using a 2 0 0 n type semiconductor layer 206. Comparison The composition ratio was decreased from 0.9 to 0.7 in the crystal growth direction of the type semiconductor layer 206. Comparison Sample 1 is This is a sample in which the lateral semiconductor layer 206 is formed. As a comparative example, IV! 9 eighth doped mold ⁇ 0.8 ⁇ 3 0.2 ⁇ 2020/175 125 15 ⁇ (:171? 2020/005085
  • Comparative 1_M0 0 Sample 2 was prepared using a type semiconductor layer 206 with a layer thickness of 2 1 0]. Comparative 1_M 0 Sample 2 has the same composition in the thickness direction. In any of the comparison 1__ 0 samples, Is. Further, after forming the respective comparison 1_ snake 0 samples, using a lamp heating device, 8 0 0 ° ⁇ Among 1 0 minutes, and heated with a 1 ⁇ 1 2 flow was conducted activation.
  • Fig. 6 shows the measurement results of the emission spectrum of each of the above-mentioned !_ 0 samples.
  • Fig. 7 shows the results of the layer thickness dependence of the unit semiconductor layer of the emission intensity of deep-ultraviolet !_ _ 0 of Example 3.
  • Luminous intensity increases as thinning the layer thickness 2 0 0 n, reaches a maximum value at a layer thickness of 5 0 n m (! _ Snake 0 Sample 3).
  • Unit semiconductor layer thickness Comparison 1_ Min 0 Emission intensity about 8 times that of Sample 1.
  • the type semiconductor layer is composed of a plurality of unit semiconductor layers, and each of the plurality of unit semiconductor layers has a main surface of a polar plane or a semipolar plane.
  • Each of the plurality of unit semiconductor layers was made of a nitride semiconductor of which the composition was changed in the stacking direction.
  • the efficiency of hole injection from the type semiconductor layer to the light emitting layer (active layer) of 1_0 or 1_0 can be improved, and the emission intensity can be increased.
  • the unit semiconductor layer has a composition of 8
  • Type semiconductor layer is 1 ⁇ 17 ⁇ - for 3 or more high hole density can be obtained, it can be suitably used for a light-emitting wavelength 3 0 0 n 01 following deep ultraviolet 1_ Snake port and deep ultraviolet 1_ 0.

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Abstract

ｐ型半導体層（１０２）は、複数の単位半導体層（１２１）から構成され、複数の単位半導体層（１２１）の各々は、主表面を極性面または半極性面とされたｐ型の窒化物半導体から構成されている。単位半導体層（１２１）を構成する窒化物半導体は、窒素と２つ以上の元素から構成され、複数の単位半導体層（１２１）の各々は、例えばｃ軸方向の格子定数が＋ｃ軸方向に大きくなるように積層方向に組成が変化している。

Description

\¥02020/175125 1 卩（：17 2020/005085
明 細 書
発明の名称 ： 半導体装置
技術分野
[0001 ] 本発明は、 窒化物半導体から構成された半導体装置に関する。
背景技術
Figure imgf000003_0001
、 バンドギャップエネルギーが大きく、 かつ直接遷移型の半導体材料である という特徴を有している。 このため、 窒化物半導体は、 紫外線から赤色まで の広い発光波長範囲をカバーできる発光ダイオード （I -巳〇） や半導体レー ザ （!_ 0） などの半導体発光素デバイスを構成する材料として注目されてい る。
[0003] 近年、 窒化物半導体を用いた発光デバイスにおいて、 発光波長を短波長化 することにより、 殺菌 ·浄水、 各種医療分野、 公害物質の高速分解処理など の非常に幅広い分野での応用が期待されている。 例えば、 深紫外領域 （波長 : 2 0 0 n m〜3 5 0 n m） で発光する半導体発光素子の研究開発が各研究 機関で精力的に行われている。 この種の発光デバイスでは、 発光層への電流 注入のために、 型の層と门型の層とが用いられる。 しかし、 型の窒化物 半導体は、 アクセプタ準位が深いことから、 室温において高い正孔濃度を有 する低抵抗な 型半導体層を作製することが困難である （非特許文献 1 , 2 ） 。 このため、 型の窒化物半導体の低抵抗化、 とりわけ、 大きなバンドギ ャップを有する八 I ◦ 3 1\1系における低抵抗 型層の実現は、 紫外発光素子 の発展に大きく寄与する。
[0004] 型窒化物半導体の低抵抗化のために 型で高い正孔濃度を実現する技術 としては、 アクセプタ不純物をドービングした八 I
Figure imgf000003_0002
）（ 3 ^ 1X1 （ 父¹ 7） 超格子構造が挙げられる （特許文献 1） 。 この技術では、 超格子内 に発生する分極電界を利用し、 高濃度の正孔を得ている。 しかしながら、 上 述した超格子構造では、 八 I ◦ 3 !\1バリア層が 型層から活性層への正孔注 入を阻害し、 発光デバイスの発光効率が低下するなどの課題があった。 他の 高い正孔濃度を実現する技術として、 A I組成を傾斜させた A I G a Nによ る P型層が提案されている （非特許文献 3） 。 この技術では p型 A I G a N からなる p型層の正孔濃度は p型層の層厚に反比例するため、 p型層の層厚 増加とともに正孔濃度が低下する課題があった。
先行技術文献
特許文献
[0005] 特許文献 1 :特許 363 1 1 57公報
非特許文献
[0006] 非特許文献 1 : H, Amano et a 1. , ” Growth and conductivity control of hig h qua L i ty ALGaN and its app L i cat i on to high-performance ultraviolet L aser diodes”， Proc. SPIE, Vol. 7216, 72161B, 2009.
非特許文献 2 : H X Jiang and J Y Lin, ” Hexagonal boron nitride for deep ultraviolet photon i c devices”， Semiconductor Science and Techno Logy, vol. 29, 084003, 2014.
非特許文献 3 :丄 Simon et al. , vPo Lar i zat i on-induced Ho Le Doping in Wi de. Band-Gap Uniaxial Semiconductor Heterostructures' Science, vol. 3 27, 5961, pp. 60-64, 2010.
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0007] 上記のように、 A I G a Nなどの窒化物半導体からなる p型層を発光デバ イスに適用すると、 正孔注入効率が低いため、 発光効率の低下を招くという 問題があった。
[0008] 本発明は、 以上のような問題点を解消するためになされたものであり、 窒 化物半導体からなる正孔濃度が高く低抵抗な p型半導体層の提供を目的とす る。
課題を解決するための手段 〇 2020/175125 3 卩（：171? 2020 /005085
［0009］ 本発明に係る半導体装置は、 基板の上に形成された 型半導体層を備え、
0型半導体層は、 複数の単位半導体層から構成され、 複数の単位半導体層の 各々は、 主表面を極性面または半極性面とされた 型の窒化物半導体から構 成され、 窒化物半導体は、 窒素と 2つ以上の元素から構成され、 複数の単位 半導体層の各々は、 積層方向に組成が変化している。
［0010］ 上記半導体装置の一構成例において、 複数の単位半導体層の各々は、 〇軸 方向の格子定数が +〇軸方向に大きくなるように変化している。
［001 1］ 上記半導体装置の一構成例において、 複数の単位半導体層の各々は、 組成 が連続的に変化している。
［0012］ 上記半導体装置の一構成例において、 複数の単位半導体層の各々は、 不純 物が導入されて〇型とされている。
［0013］ 上記半導体装置の一構成例において、 単位半導体層は、 八 I
Figure imgf000005_0001
から構 成され、 八 I と◦ 3との組成比が積層方向に変化している。
［0014］ 上記半導体装置の一構成例において、 基板の上に、 発光層および n型の半 導体層をさらに備える。
発明の効果
［0015］ 以上説明したことにより、 本発明によれば、 窒化物半導体からなる正孔濃 度が高く低抵抗な 型半導体層が提供できる。
図面の簡単な説明
［0016］ ［図 1］図 1は、 本発明の実施の形態に係る半導体装置の一部構成を示す断面図 である。
［図 2］図 2は、 本発明の 型半導体層における正孔濃度の向上について説明す る説明図である。
［図 3］図 3は、 実施例 1 における 型半導体層 1 0 2の、 1~1八八0 ー 3丁巳 IV!像 （ 3） , 八 I組成の巳 0 3マッピング像 （匕） 、 ◦ 3組成の巳 0 3マッ ビング像 （〇） を示す特性図である。
［図 4］図 4は、 実施例 2における各試料のホール濃度の測定結果を示す特性図 である。 〇 2020/175125 4 卩（：171? 2020 /005085
［図 5］図 5は、 本発明の 型半導体層を用いた深紫外！-巳 0の構成を示す斜視 図である。
［図 6］図 6は、 実施例 3における各 1_巳 0試料の発光スぺクトルの測定結果を 示す特性図である。
［図 7］図 7は、 実施例 3の深紫外 1_巳 0の発光強度の、 単位半導体層の層厚依 存性を示す特性図である。
発明を実施するための形態
［0017］ 以下、 本発明の実施の形態に係る半導体装置について図 1 を参照して説明 する。 この半導体装置は、 基板 1 0 1の上に形成された 型半導体層 1 0 2 を備える。 型半導体層 1 0 2は、 複数の単位半導体層 1 2 1から構成され 、 複数の単位半導体層 1 2 1の各々は、 主表面を極性面または半極性面とさ れた 型の窒化物半導体から構成されている。 基板 1 0 1は、 例えば、 3 丨 〇から構成されている。 例えば、 窒化物半導体を〇軸方向に結晶成長するこ とで、 主表面を極性面とした複数の単位半導体層 1 2 1 による 型半導体層 1 〇 2が形成できる。
［0018］ 単位半導体層 1 2 1 を構成する窒化物半導体は、 窒素と 2つ以上の元素か ら構成され、 複数の単位半導体層 1 2 1の各々は、 積層方向に組成が変化し ている。 例えば、 複数の単位半導体層 1 2 1の各々は、 〇軸方向への結晶成 長により形成されている場合、 〇軸方向の格子定数が +〇軸方向に大きくな るように変化している。 なお、 複数の単位半導体層 1 2 1の各々は、 格子が 緩和しない範囲の厚さである場合、 基板 1 〇 1の平面に平行な格子定数は、 ほぼ一致している。
［0019］ 単位半導体層 1 2 1は、 例えば、 八 丨 〇 3 1\1から構成され、 八 丨 と〇 3と の組成比が積層方向に変化している。 また、 例えば、 複数の単位半導体層 1 2 1の各々は、 組成が積層方向に連続的 （例えば線形） に変化している。 複 数の単位半導体層 1 2 1の各々は、 組成が積層方向に階段状に変化する構成 とすることもできる。 また、 複数の単位半導体層 1 2 1の各々は、 不純物が 導入されて 型とされている。 なお、 このように、 各々の組成が厚さ方向に 〇 2020/175125 5 卩（：171? 2020 /005085
変化している複数の単位半導体層 1 2 1の積層構造を、 超格子構造と呼ぶ場 合もある。
[0020] 実施の形態の半導体装置は、 型半導体層 1 0 2に加え、 例えば、 基板 1
0 1の上に、 発光層および门型の半導体層をさらに備える発光デバイスであ る。 例えば、 型半導体層 1 0 2と、 n型の半導体層とで発光層を挟む構成 とすることで、 発光ダイオード （I -巳〇） が構成できる。 また、 型半導体 層 1 0 2と、 n型の半導体層とで発光層を挟む構成に、 共振器を組み合わせ ることで、 半導体レーザとすることができる。
[0021 ] 実施の形態によれば、 型半導体層 1 0 2における正孔濃度をより高くす ることができる。 この点について、 以下に説明する。 以下では、 型半導体 層 1 〇 2を、 主表面の面方位を （0 0 0 1） 面とした基板の上に結晶成長し た八 丨 ◦ 3 1\1から構成した場合を例に、 正孔濃度の向上について図 2を参照 して説明する。
[0022] 図 2の （3） は、 紙面左から右にかけて （十〇軸方向に） 八 丨の組成を減 少させるように変化させた八 丨 ◦ 3 1\1から構成した 1つの組成傾斜層による 型半導体層を示している。 また、 図 2の （13） は、 図 2の （3） に示す 型半導体層の層厚方向における分極電荷の変化を示している。 また、 図 2の （〇） は、 図 2の （8） に示す 型半導体層の層全体の分極電荷の状態を示 している。
[0023] 図 2の （¢0 は、 複数の組成傾斜層による 型半導体層を示している。 各 組成傾斜層は、 紙面左から右にかけて （十〇軸方向に） 丨の組成を減少さ せるように変化させた八 丨
Figure imgf000007_0001
から構成している。 また、 各組成傾斜層の 八 丨組成の変化量は、 図 2の （3） に示す 型半導体層における八 I組成の 変化量と同一としている。 また、 図 2の （6） は、 図 2の （ ） に示す 型 半導体層の層厚方向における分極電荷の変化を示している。 また、 図 2の （ 干） は、 図 2の （ ） に示す 型半導体層の層全体の分極電荷の状態を示し ている。
[0024] 〇軸方向に
Figure imgf000007_0002
〇 2020/175125 6 卩（：171? 2020 /005085
層では、 〇軸方向に隣り合う単位部分 （ _1〇 の間の各々において、 正負の 分極電荷が発生する。 単位部分は、 〇軸方向にある一定の組成比の部分であ る。 図 2の （3） に示す 型半導体層と、 図 2の （¢0 に示す 型半導体層 の各組成傾斜層とは、 八 丨組成の変化量が同一である。
[0025] 図 2の （匕） および図 2の （6） に示すように、 隣り合う 丨番目の単位部 分と 丨 + 1番目の単位部分との界面の実効的な分極電荷は 「 [
Figure imgf000008_0001
-
Figure imgf000008_0002
] / ＜0」 の式で表すことができる。 なお、 叩は自発 分極、 叫よピエゾ分極、 は電気素量を示している。 丨番目の単位部分と 丨 + 1番目の単位部分との界面において実効的な分極電荷は負となる。
[0026] 以上のことより、 図 2の （8） に示す 型半導体層には、 図 2の （〇） に 示すように負の分極電荷が発生する。 一方、 図 2の （¢0 に示す複数の組成 傾斜層による 型半導体層には、 各組成傾斜層に、 図 2の （3） に示す 型 半導体層と同じ負の分極電荷が発生する。 このため、 図 2の （¢0 に示す複 数の組成傾斜層による 型半導体層は、 図 2の （3） に示す 型半導体層と 比べて負の分極電荷を増加させることができる。
[0027] このように、 主表面を極性面または半極性面とされた 型の窒化物半導体 による複数の単位半導体層 1 2 1から 型半導体層 1 0 2を構成することは 、 負の分極電荷を増加させる技術として有効であることが分かる。 窒化物半 導体におけるアクセプタ不純物がイオン化し、 負の分極電荷の領域に正孔が 誘起されることで 型となるので、 負の分極電荷の増加は、 正孔濃度の増加 につながる。
[0028] なお、 各々の単位半導体層 1 2 1 には、 アクセプタ不純物をドーピングす ることで 型とすることが好ましい。 このアクセプタ不純物として一般的に IV! 9が用いられるが、 これに限らず、 2. 1^ , 巳㊀、 0 ^ %
Figure imgf000008_0003
および巳 などがアクセプタ不純物として適用可能である。 各々の単位半導体層 1 2 1 におけるアクセプタ不純物の濃度は、 2 X 1 〇16〇〇1_3以上 2 X 1 〇20〇〇1_3以 下が好ましい。 各々の単位半導体層 1 2 1 におけるアクセプタ不純物の濃度 が 2 X I
Figure imgf000008_0004
未満であると、 正孔濃度が低下し、 例えば発光デバイスに 〇 2020/175125 7 卩（：171? 2020 /005085
用いた際に 型半導体層 1 0 2のホール注入効率が低下するおそれがある。
[0029] また、 各々の単位半導体層 1 2 1 におけるアクセプタ不純物の濃度が 2 X
1 を超えると、 いわゆる自己補償効果のため正孔濃度が大幅に低下 し、 型半導体層 1 〇 2が高抵抗化するおそれがある。 各々の単位半導体層 1 2 1 アクセプタ不純物の濃度は、 2次イオン質量分析法
Figure imgf000009_0001
によ り確認することができる。
[0030] なお、 各々の単位半導体層 1 2 1 にアクセプタ不純物がドーピングされて いない場合でも、 各々の単位半導体層 1 2 1 にアクセプタ性の欠陥などが存 在する場合、 正孔供給源が存在するため 型となりうる。 また、 各々の単位 半導体層 1 2 1 にアクセプタ不純物がドービングされていない場合でも、 型半導体層 1 0 2に、 型の窒化物半導体による層が接して配置されている 場合、 正孔供給源が存在するため、 型半導体層 1 0 2は、 型になりうる
[0031 ] ところで、 図 2の （〇 に示すように、 図 2の （¢1） に示す 型半導体層 では、 隣り合う各組成傾斜層の界面に正の分極電荷が発生するため、 この界 面において正孔分布が不連続となり、 空乏化するおそれがある。 この、 隣り 合う各組成傾斜層の界面での空乏化を補償するための技術として、 アクセプ 夕不純物のデルタドーピングが考えられる。 例えば、 隣り合う単位半導体層 1 2 1の界面にアクセプタ不純物として IV! 9のデルタドーピングを行うこと で、 上記界面における価電子帯の障壁を低減することができる。
[0032] また、 単位半導体層 1 2 1は、 全域が単結晶構造であることが好ましいが 、 結晶質の窒化物半導体の種々の性質を失わない程度に、 部分的に、 多結晶 またはアモルファスな領域が偏在していてもよい。 複数の単位半導体層 1 2 1の各々の層厚は、 型半導体層 1 〇 2の層厚に対して 2 %〜 5 0 %である ことが好ましい。
[0033] 複数の単位半導体層 1 2 1の各々の層厚が、 型半導体層 1 0 2の層厚に 対して 2 %未満であると、 隣り合う単位半導体層 1 2 1の界面のポテンシャ ル障壁の数が増加するため、 型半導体層 1 0 2を発光デバイスに適用した 場合に正孔注入効率が低下するおそれがある。 また、 複数の単位半導体層 1 2 1の各々の層厚が、 p型半導体層 1 02の層厚に対して 50 %を超えると 、 正孔濃度が低下して高抵抗化するおそれがある。 なお、 より好ましくは、 複数の単位半導体層 1 2 1の各々の層厚は、 p型半導体層 1 02の層厚に対 して 5%〜 40%である。
[0034] また、 複数の単位半導体層 1 2 1は、 全て同じ層厚である必要はない。 p 型半導体層 1 〇 2を構成する複数の単位半導体層 1 2 1の一部が、 他とは異 なる層厚とされていてもよい。 例えば、 各々の層厚 2 O n mの 1 0層の単位 半導体層 1 2 1 と、 各々の層厚 50 n mの 2層の単位半導体層 1 2 1 とから 、 層厚 300 n mの p型半導体層 1 02としてもよい。
[0035] 複数の単位半導体層 1 2 1から構成した p型半導体層 1 02の断面構造は 、 高角散乱電子 （HAAD F） 像において、 明瞭に確認される。 なお、 HA AD F像とは、 走査透過電子顕微鏡 （ST EM） によって得られる、 高角度 に非弾性散乱された電子の積分強度のマツビング像である。 H A A D F像に おいては、 像強度は原子番号の 2乗に比例し、 原子番号が大きい原子が存在 する箇所ほど明るく （白く） 観察される。
[0036] また、 複数の単位半導体層 1 2 1から構成した p型半導体層 1 02の元素 分布は、 エネルギー分散型 X線分光法 （E DS） で元素分析することで特定 される。 E DSは、 ST EM装置に付帯している E DS測定装置により測定 される。 その他の元素分析方法としては、 S I MSがある。
[0037] 実施の形態における p型半導体層 1 02 （単位半導体層 1 2 1） は、 例え ば、 種々のエピタキシャル成長法により形成することができる。 エピタキシ ャル成長法は、 例えば、 MOV P E （metal organic vapor phase epitaxy） 法を採用することが好ましい。 なお、 エピタキシャル成長法は、 MOV P E 法に限らず、 例えば、 HV P E （hydride vapor phase epitaxy） 法、 MB E （molecular beam epitaxy） 法、 スパツタ法などを採用してもよい。
[0038] p型半導体層 1 02は、 基板 1 01 を準備した後、 基板 1 01 をエピタキ シャル成長装置の成膜室に導入 （搬入） し、 エピタキシャル成長法により単 〇 2020/175125 9 卩（：171? 2020 /005085
位半導体層 1 2 1 を積層することで製造する。 ェピタキシャル成長装置とし て1\/1〇 ？巳装置を採用し、 単位半導体層
Figure imgf000011_0001
から構成する 場合、 八 丨の原料ガスとしては、 トリメチルアルミニウム （丁 1\/1八 丨） を採 用することが好ましい。 また、 ◦ 3の原料ガスとしては、 トリメチルガリウ ム （丁1\/1〇 3） を採用することが好ましい。 1\1の原料ガスとしては、
Figure imgf000011_0002
採用することが好ましい。 また、 型導電性に寄与する不純物である IV! 9の 原料ガスとしては、 ビスシクロペンタジェニルマグネシウム （〇 21\/1 9） を 採用することが好ましい。 また、 キャリアガスとしては、 例えば、 1~12ガス、
1\12ガス、 1~12ガスと 1\12ガスとの混合ガスなどを採用することが好ましい。 また 各原料ガスは、 特に限定されず、 例えば、 ◦ 3の原料ガスとしてトリェチル ガリウム （丁巳〇 3） 、 1\1の原料ガスとしてヒドラジン誘導体などを採用し てもよい。
[0039] 上述したことにより複数の単位半導体層 1 2 1 を積層した後、 型不純物 を活性化するための加熱を行う。 加熱を行うための加熱装置としては、 例え ば、 ランプ加熱装置、 電気炉などを採用することができる。 型不純物は、 アクセプタ不純物を意味し、 例えば IV! 9である。
[0040] 上述した例では、 単位半導体層 1 2 1 として、 主表面を（0 0 0 1）面とし た基板 1 0 1の上に八 丨
Figure imgf000011_0003
を結晶成長しているが、 これに限るもので はない。 例えば、 主表面を（0 0 0— 1）面とした基板 1 0 1の上に八 I , 0 を結晶成長することでも、 複数の単位半導体層 1 2 1 による 型半導体層 1 0 2が形成可能である。 この場合、 複数の単位半導体層 1 2 1は、 軸 方向に結晶成長するものとなり、 結晶成長方向に対して八 丨組成 Xを増加さ せることで、 負の分極電荷が誘起され正孔が生成される。 また、 主表面を（1
Figure imgf000011_0004
を結晶成長することで、 複 数の単位半導体層 1 2 1 による 型半導体層 1 0 2を形成することもできる
[0041 ] また、 基板 1 0 1は、 3 I 〇に限らず、 サファイア、 ◦ 3 1\1、 八 丨 1\1、 IV!
9八 丨 2〇4、 3 丨 〇2、 ！\/! 9〇、 å n 0 ^ 〇1〇 8〇3、 3〇八 丨 1\/1 9〇4、 门 〇 2020/175125 10 卩（：171? 2020 /005085
3、 ◦ 3八 3 3 丨などの他の材料から構成することもできる。 また、 単位半 導体層 1 2 1は、 八 丨 3卜 に限らず、 I
Figure imgf000012_0001
1 \八 1卜 、 I
\八
Figure imgf000012_0002
や、 これらの組み合わせから構成することもできる。
[0042] ところで、 型半導体層 1 0 2の正孔濃度は、 ホール効果測定法により測 定することができる。 詳細は以下に示すが、 型半導体層 1 0 2の正孔濃度
Figure imgf000012_0003
以下であると、 型半導体層 1 0 2を発光デバイスに適用した場合に良好な 発光特性が得られやすい。 活性化エネルギーは、 型半導体層 1 0 2のホー ル効果測定の際に温度を変えて測定し、 キャリア濃度の対数を温度の逆数に 対してプロッ ト （アレニウスプロッ ト） したときの傾きによって求められる
[0043] 実施の形態の 型半導体層 1 0 2 （単位半導体層 1 2 1） は、 高い八 I組 成 （父＞0 . 7） においても、 1 0 17〇
Figure imgf000012_0004
以上の高い正孔濃度が得られるた め、 発光波長 3 0 0 n 以下の深紫外 1_巳口や深紫外 1_ 0においても好適に 適用可能である。
[0044] 以下、 実施例を用いてより詳細に説明する。
[0045] [実施例 1 ]
はじめに、 実施例 1 について説明する。 実施例 1では、 半絶縁性 4 N - 3 I 〇からなり、 主表面の面方位を （0 0 0 1） とした基板 1 0 1の上に、 ま ず、 1\/1〇 ？巳法により八 丨 1\!を成長させてバッファ層を形成し、 このバッ ファ層の上に複数の単位半導体層 1 2 1 を積層して 型半導体層 1 0 2を形 成した。 単位半導体層 1 2 1は、 IV! 9 ドープ八
Figure imgf000012_0005
ら構成し、 厚さ
2 0 n とした。 複数の単位半導体層 1 2 1の各々は、 Iの組成父を結晶 成長方向に対して〇. 9から〇. 7に減少させた。 また、 1 0層の単位半導 体層 1 2 1から 型半導体層 1 0 2を構成した。
[0046] 図 3に、 上述した実施例 1 における 型半導体層 1 0 2の、 1~1八八0 ー
3丁巳 IV!像 （ 3） , 八 I組成の巳 0 3マッピング像 （匕） 、 ◦ 3組成の巳 0 3マッピング像 （〇） を示す。 この測定には、
Figure imgf000012_0006
（日 〇 2020/175125 11 卩（：171? 2020 /005085
本電子製） を利用し、 測定における加速電圧は 2001< Vとした。 AD E P 丁 1 01 0 い/八〇 卩 製） を用いた 3 丨 1\/13の測定により、 単位半導体層 1 2 1 における IV! 9のドービング量は 2 X 1 019〇〇1-3であることが分かった。 また、 同じ 3 丨 1\/13による測定で、 単位半導体層 1 2 1 においては、 八 丨組 成 Xが〇. 9から〇. 7に変化していることが確認された。
[0047] なお、 図 3の （3） の 1~1八八0 ー3丁巳1\/1像に示すように、 隣り合う単 位半導体層 1 2 1の界面は急峻であり、 層厚 20 n の単位半導体層 1 2 1 が作製されていることが確認された。 また、 図 3の （1〇） , （〇）
Figure imgf000013_0001
マッピング像から、 I および◦ 3の組成は、 結晶成長方向に対して線形に 変化している状態で、 単位半導体層 1 2 1が繰り返し積層されていることが 確認された。 なお、 1つの単位半導体層 1 2 1 における平均八 丨組成は父= 〇. 8である。
[0048] [実施例 2 ]
次に、 実施例 2について説明する。 実施例 2では、 前述した実施例 1 と同 様に、 半絶縁性 41~1_3 丨 <3からなり、 主表面の面方位を （0001） とし た基板 1 01の上に、 まず、 1\/1〇 V 巳法により八 丨 1\1を成長させてバッフ ァ層を形成し、 このバッファ層の上に複数の単位半導体層 1 2 1 を積層し、 厚さ 200 n の 型半導体層 1 02を形成した。
[0049] 実施例 2では、
Figure imgf000013_0002
の単位半導体層 1 2 1 を 40層積層して 型半 導体層 1 02とした試料 1、 厚さ 1 O n mの単位半導体層 1 2 1 を 20層積 層して 型半導体層 1 02とした試料 2、 厚さ 20 n mの単位半導体層 1 2 1 を 1 〇層積層して 型半導体層 1 02とした試料 3、 厚さ 50 n mの単位 半導体層 1 2 1 を 4層積層して 型半導体層 1 02とした試料 4、 厚さ 1 0 O n mの単位半導体層 1 2 1 を 2層積層して 型半導体層 1 02とした試料 5を作製した。 いずれの試料においても、 1つの単位半導体層 1 2 1 におい ては、 八 I
Figure imgf000013_0003
の八 丨組成 Xを、 結晶成長方向に対して〇. 9から〇.
7に減少させた。 いずれの試料においては、 1\/19のドーピング量は 2 1 〇19
〇 -3である。 また、 各試料を作製した後に、 ランプ加熱装置を用い、 800 〇 2020/175125 12 卩（：171? 2020 /005085
°〇で 1 0分間、 1\]2フローをしながら加熱して、 活性化を実施した。
[0050] また、 比較例として、
Figure imgf000014_0001
らなる層厚
200 n mの 型半導体層による比較試料 1 を作製した。 比較試料 1 におい ては、 I
Figure imgf000014_0002
31_）（1\1の I組成 Xを、 型半導体層の結晶成長方向に対して 〇. 9から〇. 7に減少させた。 比較試料 1は、
Figure imgf000014_0003
位半導体層 1 2 1から 型半導体層 1 02を構成した試料である。 また、 比 較例として、 IV! 9をドープした 型の八 丨 0.8〇 30.21\1からなる層厚 200 n の〇型半導体層による比較試料 2を作製した。 比較試料 2は、 厚さ方向に組 成が変化していない。 いずれの比較試料においては、 1\/19のドービング量は 2X 1
Figure imgf000014_0004
である。 また、 各比較試料を作製した後に、 ランプ加熱装置 を用い、 800°〇で 1 0分間、 1\12フローをしながら加熱して、 活性化を実施 した。
[0051] 実施例 2では、 試料 1〜 5の 型半導体層 1 02, 比較試料 1 , 2におけ る〇型半導体層の正孔濃度を測定した。 正孔濃度は Gvan der 3^」 法を用 いて測定することができる。 ホール効果測定装置およびその測定条件例は以 下に示す。
[0052] ホール効果測定装置：東陽テクニカ製の 「[¾ 63 丨 丁 63 8300」 測定条件：室温 （約 25°〇 、 約〇. 25 [丁] 、 約 1 0 -4〜 1 0 -9 [八 ] 、 八〇磁場ホール測定。
-試料形状は、 平面視約 5 X 5 の板状とした。
[0053] 上述したホール濃度の測定結果を図 4に示す。 図 4に示すように、 厚さ 2
0 n までは、 単位半導体層 1 2 1の厚さが小さいほど、 正孔濃度が高いこ とがわかる。 単位半導体層 1 2 1の厚さを 50 n 以下にすることで 1 〇 〇 以上の正孔濃度が得られている （試料 1〜 4） 。 この結果は、 比較試料 1 と比較して、 1ケタ以上の正孔濃度が上昇している。 分極ドーピングに加え 、 複数の単位半導体層 1 2 1から 型半導体層 1 02を構成することで、 多 くの負の分極電荷が各単位半導体層 1 2 1 に誘起されるため、 正孔濃度が増 〇 2020/175125 13 卩（：171? 2020 /005085
加したためと考えられる。 また、 比較試料 2については、 抵抗率が 9 . 6 X 1 04〇〇 と高いため、 ホール効果測定を用いて正孔濃度を測定することが できなかった。 非特許文献 1 , 2に記載されていることから、 比較試料 2の 正孔濃度は
Figure imgf000015_0001
以下と考えられる。
[0054] また、 試料 2と、 比較試料 1 について、 温度を室温から 5 0 0 <まで変化 させて正孔濃度の温度依存性の測定を行った。 = 11 0 6父
Figure imgf000015_0002
） の式にしたがって、 横軸に温度の逆数、 縦軸に正孔濃度の対数を取り、 そ の傾き （活性化エネルギー =巳 3） を求めた。 ここで、 「丁」 は温度、 「 」 は温度丁での正孔濃度、 「n ø」 は定数、 「巳 3」 は活性化エネルギー、 そ して 「1<」 はボルツマン定数を示す。 この結果、 試料 2は、 活性化エネルギ —が 5 2 01 6 Vとなった。 一方、 比較試料 1の活性化エネルギーは 1 7 1 01 6 Vとなり、 試料 2より活性化エネルギーが高くなり、 比較試料 1は試料 2 より温度依存性が高いことが分かった。
[0055] [実施例 3 ]
実施例 3では、 深紫外 !_日 0を作製して評価を実施した。 作製した深紫外 について、 図 5を参照して説明する。 この深紫外
Figure imgf000015_0003
基板 2 0 1の上にバッファ層 2 0 2、 n型半導体層 2 0 3、 発光層 2 0 4、 電子ブロ ック層 2 0 5、 型半導体層 2 0 6、 コンタクト層 2 0 7を備える。 また、 発光層 2 0 4、 電子ブロック層 2 0 5、 型半導体層 2 0 6、 コンタクト層 2 0 7によるメサの周囲において、 门型半導体層 2 0 3の上に電極 2 0 8が 形成されている。 また、 コンタクト層 2 0 7の上に、 半透明電極層 2 0 9、 電極 2 1 0が形成されている。
[0056] 基板 2 0 1は、 半絶縁性 4 1~1 _ 3 丨 <3から構成され、 主表面の面方位が （
0 0 0 1） とされている。 バッファ層 2 0 2は、 八 丨 1\1から構成され、 门型 半導体層 2 0 3は、 シリコンをドープした门型の八 丨 1\1 /八 丨 ◦ 3 1\!超格子か ら構成され、 発光層 2 0 4は、 八 I ◦ 3 1\1の多重量子井戸から構成され、 電 子ブロック層 2 0 5は、 八 丨 1\!から構成されている。 また、 型半導体層 2 0 6は、 前述した実施の形態の 型半導体層 1 0 2であり、 各々が八 丨 〇 2020/175125 14 卩（：171? 2020 /005085
1\］から構成され組成が変化している複数の単位半導体層から構成されている 。 また、 コンタクト層 2 0 7は、 IV! 9がドープされた 型の◦ 8 1\1から構成 されている。
［0057］ 各半導体の層は、 1\/1〇 V 巳法により基板 2 0 1の上に順次に結晶成長す ることで形成することができる。 また、 発光層 2 0 4、 電子ブロック層 2 0 5、 型半導体層 2 0 6、 コンタクト層 2 0 7を、 公知のリソグラフィー技 術およびエッチング技術によりバターニングすることでメサを形成し、 この メサの周囲に 1·!型半導体層 2 0 3の上面を露出させる。 このようにして露出 させた n型半導体層 2 0 3の上面に、 よく知られた蒸着法およびリフトオフ 法により、 丁 丨 /八 丨 / 1\1 丨 /八リの電極 2 0 8を形成する。 また、 メサに 形成したコンタクト層 2 0 7の上に、 /八リの半透明電極層 2 0 9を形 成し、 半透明電極層 2 0 9の上に、 八リからなる電極 2 1 0を形成する。
［0058］ 実施例 3では、 厚さ 1 0 n mの単位半導体層を 2 0層積層して 型半導体 層 2 0 6とした1_巳 0試料1、 厚さ 2 0 n mの単位半導体層を 1 0層積層し て〇型半導体層 2 0 6とした !_巳口試料 2、 厚さ 5 0 n の単位半導体層を 4層積層して 型半導体層 2 0 6とした !_巳口試料 3、 厚さ 1 0 0 n の単 位半導体層を 2層積層して 型半導体層 2 0 6とした !_巳 0試料 4を作製し た。 いずれの !_巳 0試料においても、 1つの単位半導体層においては、 八 し ◦ の八 丨組成父を、 結晶成長方向に対して〇. 9から〇. 7に減少させ た。 いずれの 1_巳 0試料においては、 1\/1 9のドービング量は 2 1 〇19 0 -3 である。 また、 各 1_巳 0試料を作製した後に、 ランプ加熱装置を用い、 8 0 0 °〇で 1 0分間、 1\12フローをしながら加熱して、 活性化を実施した。
［0059］ また、 比較例として、
Figure imgf000016_0001
からなる層厚
2 0 0 n の 型半導体層 2 0 6による比較 1_巳 0試料 1 を作製した。 比較
Figure imgf000016_0002
丨組成父を、 型半導体層 2 0 6の結晶成長方向に対して〇. 9から〇. 7に減少させた。 比較
Figure imgf000016_0003
試料 1は、
Figure imgf000016_0004
ら 型半導体層 2 0 6を構成 した試料である。 また、 比較例として、 IV! 9をドープした 型の八 丨 0.8〇 30.2 〇 2020/175125 15 卩（：171? 2020 /005085
1\]からなる層厚 2 0 0 n〇1の 型半導体層 2 0 6による比較 1_巳 0試料 2を 作製した。 比較 1_巳 0試料 2は、 厚さ方向に組成が変化していない。 いずれ の比較 1_巳 0試料においては、
Figure imgf000017_0001
である 。 また、 各比較 1_巳 0試料を作製した後に、 ランプ加熱装置を用い、 8 0 0 °〇で 1 0分間、 1\12フローをしながら加熱して、 活性化を実施した。
[0060] 上述した各 !_巳 0試料について発光スぺクトルの測定結果を図 6に示す。
図 6において、 （3） は、 ！_巳 0試料 1の発光スペクトルの測定結果を示し 、 （ ） は、 ！_巳 0試料 2の発光スペクトルの測定結果を示し、 （〇） は、
!_巳 0試料 3の発光スペクトルの測定結果を示し、 ） は、 ！_巳 0試料 4 の発光スペクトルの測定結果を示す。 また、 図 6において、 （㊀） は、 比較 !_巳 0試料 1の発光スペクトルの測定結果を示し、 （チ） は、
Figure imgf000017_0002
料 2の発光スぺクトルの測定結果を示す。
[0061 ] 図 6に示す波長 2 5 2 n 付近に観測された巳 !_ピークは、 発光層 2 0 4 を構成する八
Figure imgf000017_0003
〜 4の結果に示されているように、 複数の単位半導体層から 型半導体層 2 0 6を構成することで、 比較
Figure imgf000017_0004
試料 1 , 2に対して発光強度が増大した
[0062] 図 7に、 実施例 3の深紫外 !_巳 0の発光強度の、 単位半導体層の層厚依存 性の結果を示す。 層厚 2 0 0 n から薄くするにしたがって発光強度が増加 し、 層厚 5 0 n m （!_巳 0試料 3） で最大値となった。 単位半導体層の層厚
Figure imgf000017_0005
比較 1_巳 0試料 1 に対して約 8倍の発光強度で ある。 複数の単位半導体層から 型半導体層 2 0 6を構成し、 単位半導体層 の層厚を短くすることで、 多くの負の分極電荷が誘起されるため、 型半導 体層 2 0 6の正孔濃度が増加する。 この結果、 型半導体層 2 0 6から発光 層 2 0 4への正孔注入効率が増加し、 発光強度が増大したと考えられる。
[0063] 一方、 単位半導体層の層厚を 5 0 n からさらに薄くすると、 発光強度が 低下していく傾向が見られた。 この原因として、 単位半導体層の薄層化に伴 い、 隣り合う単位半導体層の界面のポテンシャル障壁の数が増加するため、 〇 2020/175125 16 卩（：171? 2020 /005085
〇型半導体層 2 0 6から発光層 2 0 4への正孔注入効率が低下したことが考 えられる。 以上から、 発光強度を高めるためには、 型半導体層 2 0 6にお ける高正孔濃度、 および単位半導体層界面のポテンシャルバリア数の低減の 両方が必要であることが分かる。
[0064] 以上に説明したように、 本発明では、 型半導体層を、 複数の単位半導体 層から構成し、 複数の単位半導体層の各々を、 主表面を極性面または半極性 面とされた 型の窒化物半導体から構成し、 複数の単位半導体層の各々は、 積層方向に組成を変化させた。 この結果、 本発明によれば、 窒化物半導体か らなる正孔濃度が高く低抵抗な 型半導体層が提供できる。
[0065] 本発明によれば、 1_巳 0や1_ 0の、 型半導体層から発光層 （活性層） へ のホール注入効率が改善され、 発光強度を増大させることができる。 例えば 、 単位半導体層を、 八 丨組成父＞0 . 7とした八
Figure imgf000018_0001
型半導体層は、 1 〇17〇 -3以上の高い正孔濃度が得られるため、 発光波長 3 0 0 n 01以下の深紫外 1_巳口や深紫外 1_ 0に好適に用いることができる。
[0066] なお、 本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、 本 発明の技術的思想内で、 当分野において通常の知識を有する者により、 多く の変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
符号の説明
[0067] 1 0 1 基板、 1 0 2 型半導体層、 1 2 1 単位半導体層。

Claims

\¥02020/175125 17 卩（：17 2020/005085 請求の範囲
[請求項 1 ] 基板の上に形成された 型半導体層を備え、
前記 型半導体層は、 複数の単位半導体層から構成され、 前記複数の単位半導体層の各々は、 主表面を極性面または半極性面 とされた 型の窒化物半導体から構成され、
前記窒化物半導体は、 窒素と 2つ以上の元素から構成され、 前記複数の単位半導体層の各々は、 積層方向に組成が変化している ことを特徴とする半導体装置。
[請求項 2] 請求項 1記載の半導体装置において、
前記複数の単位半導体層の各々は、 〇軸方向の格子定数が +〇軸方 向に大きくなるように変化していることを特徴とする半導体装置。
[請求項 3] 請求項 1 または 2記載の半導体装置において、
前記複数の単位半導体層の各々は、 組成が連続的に変化しているこ とを特徴とする半導体装置。
[請求項 4] 請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の半導体装置において、
前記複数の単位半導体層の各々は、 不純物が導入されて 型とされ ていることを特徴とする半導体装置。
[請求項 5] 請求項 1〜 4のいずれか 1項に記載の半導体装置において、
前記単位半導体層は、
Figure imgf000019_0001
ら構成され、 丨 と◦ 3との組 成比が積層方向に変化していることを特徴とする半導体装置。
[請求項 6] 請求項 1〜 5のいずれか 1項に記載の半導体装置において、
前記基板の上に、 発光層および〇型の半導体層をさらに備えること を特徴とする半導体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024218958A1 (ja) * 2023-04-21 2024-10-24 日本電信電話株式会社 光デバイス
WO2025100352A1 (ja) * 2023-11-10 2025-05-15 出光興産株式会社 紫外発光素子
WO2026053277A1 (ja) * 2024-09-03 2026-03-12 Ｎｔｔ株式会社 光デバイス

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998031055A1 (en) * 1997-01-09 1998-07-16 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor device
JP2000223790A (ja) * 1999-01-29 2000-08-11 Toshiba Corp 窒化物系半導体レーザ装置
JP2006344689A (ja) * 2005-06-07 2006-12-21 Rohm Co Ltd 半導体素子
JP2014116580A (ja) * 2012-09-14 2014-06-26 Palo Alto Research Center Inc 短波長発光素子のためのｐ側層
JP2017517148A (ja) * 2014-05-27 2017-06-22 ザ・シランナ・グループ・プロプライエタリー・リミテッドＴｈｅ Ｓｉｌａｎｎａ Ｇｒｏｕｐ Ｐｔｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ 半導体構造と超格子とを用いた高度電子デバイス
US20170200865A1 (en) * 2014-07-02 2017-07-13 Trustees Of Boston University Ultraviolet light emitting diodes

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3631157B2 (ja) 2001-03-21 2005-03-23 日本電信電話株式会社 紫外発光ダイオード
JP4075324B2 (ja) * 2001-05-10 2008-04-16 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子
US7358522B2 (en) * 2001-11-05 2008-04-15 Nichia Corporation Semiconductor device
KR100850950B1 (ko) * 2006-07-26 2008-08-08 엘지전자 주식회사 질화물계 발광 소자
US20080054248A1 (en) * 2006-09-06 2008-03-06 Chua Christopher L Variable period variable composition supperlattice and devices including same
US8415682B2 (en) * 2007-12-28 2013-04-09 Rohm Co., Ltd. Light emitting semiconductor device having an improved outward luminosity efficiency and fabrication method for the light emitting semiconductor device
KR101000279B1 (ko) * 2008-04-15 2010-12-10 우리엘에스티 주식회사 비대칭적 단위 유닛으로 구성된 클래드층을 이용한발광소자
JP5572976B2 (ja) * 2009-03-26 2014-08-20 サンケン電気株式会社 半導体装置
US8426844B2 (en) * 2010-08-04 2013-04-23 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device, light emitting device package, and display device therewith
JP5804768B2 (ja) * 2011-05-17 2015-11-04 古河電気工業株式会社 半導体素子及びその製造方法
WO2013018937A1 (ko) * 2011-07-29 2013-02-07 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
JP6265328B2 (ja) * 2013-07-29 2018-01-24 国立大学法人 名古屋工業大学 半導体積層構造およびこれを用いた半導体素子
JP6226627B2 (ja) * 2013-08-09 2017-11-08 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法
JP5698321B2 (ja) * 2013-08-09 2015-04-08 Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体エピタキシャル基板およびｉｉｉ族窒化物半導体発光素子ならびにこれらの製造方法
US10804423B2 (en) * 2013-09-03 2020-10-13 Sensor Electronic Technology, Inc. Optoelectronic device with modulation doping
WO2015181648A1 (en) * 2014-05-27 2015-12-03 The Silanna Group Pty Limited An optoelectronic device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998031055A1 (en) * 1997-01-09 1998-07-16 Nichia Chemical Industries, Ltd. Nitride semiconductor device
JP2000223790A (ja) * 1999-01-29 2000-08-11 Toshiba Corp 窒化物系半導体レーザ装置
JP2006344689A (ja) * 2005-06-07 2006-12-21 Rohm Co Ltd 半導体素子
JP2014116580A (ja) * 2012-09-14 2014-06-26 Palo Alto Research Center Inc 短波長発光素子のためのｐ側層
JP2017517148A (ja) * 2014-05-27 2017-06-22 ザ・シランナ・グループ・プロプライエタリー・リミテッドＴｈｅ Ｓｉｌａｎｎａ Ｇｒｏｕｐ Ｐｔｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ 半導体構造と超格子とを用いた高度電子デバイス
US20170200865A1 (en) * 2014-07-02 2017-07-13 Trustees Of Boston University Ultraviolet light emitting diodes

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024218958A1 (ja) * 2023-04-21 2024-10-24 日本電信電話株式会社 光デバイス
WO2025100352A1 (ja) * 2023-11-10 2025-05-15 出光興産株式会社 紫外発光素子
WO2026053277A1 (ja) * 2024-09-03 2026-03-12 Ｎｔｔ株式会社 光デバイス

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