[go: up one dir, main page]

TWI387172B - 氮化物系半導體層積構造以及半導體光元件與其製造方法 - Google Patents

氮化物系半導體層積構造以及半導體光元件與其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI387172B
TWI387172B TW097121688A TW97121688A TWI387172B TW I387172 B TWI387172 B TW I387172B TW 097121688 A TW097121688 A TW 097121688A TW 97121688 A TW97121688 A TW 97121688A TW I387172 B TWI387172 B TW I387172B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
raw material
supply
nitride
based semiconductor
group iii
Prior art date
Application number
TW097121688A
Other languages
English (en)
Other versions
TW200908492A (en
Inventor
Ohno Akihito
Takemi Masayoshi
Tomita Nobuyuki
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of TW200908492A publication Critical patent/TW200908492A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI387172B publication Critical patent/TWI387172B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02576—N-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/0257—Doping during depositing
    • H01L21/02573—Conductivity type
    • H01L21/02579—P-type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
    • H10H20/8252—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN characterised by the dopants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
    • H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • H01S5/0202—Cleaving
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2009—Confining in the direction perpendicular to the layer structure by using electron barrier layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/2201—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure in a specific crystallographic orientation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
    • H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Description

氮化物系半導體層積構造以及半導體光元件與其製造方法
本發明係關於氮化物系半導體層積構造以及半導體光元件與其製造方法，特別係關於使用含有氨與聯氨衍生物的V族原料、與有機金屬化合物的III族原料，所形成氮化物系半導體積層構造、以及半導體光元件與其製造方法。
近年，因應光碟的高密度化，就從藍色區域延伸至紫外線區域可發光的半導體雷射研究開發正如火如荼的展開。此種藍紫色雷射二極體(以下將雷射二極體記為「LD」)所使用的GaN系化合物半導體，係有如：GaN、GaPN、GaNAs、InGaN、AlGaN、AlGaInN等。使用AlGaInN等氮化物系半導體的GaN系半導體雷射已然實用化。
氮化物系半導體的成長方法，一般就V族原料係使用NH3 ，但當使p型半導體層成長時，從NH3 所分解的氫原子(H)，將與p型摻質(例如Mg)結合，導致經成長後的p型半導體層呈高電阻。針對此現象的解決方法，有如利用施行結晶成長後熱處理而將Mg活化，便可達低電阻化。
但是，藉由施行熱處理，將有氮(N)脫離p型半導體層的表面，導致結晶劣化的情況。此外，亦有使用不會釋放出氫的氮材料(例如：聯氨系材料、或胺系材料)實施。
周知的氮化物系化合物半導體之製造方法，有揭示： 氮原料係一起使用氨與聯氨，並將聯氨濃度設定在1×10-3 體積%以上、且20體積%以下，並相對於氨供應量與聯氨供應量的合計，將聯氨的供應量比例設定在1×10-3 體積%以上、且10體積%以下。此外，有揭示載氣的氫、氮、氫、氦等氣體係可單獨使用、或混合使用，最好載氣中的氫濃度係在10體積%以下(例如參照專利文獻1、段落編號[0008]、[0012])。
此外，周知的AlGaInN薄膜形成法，有揭示：將基板溫度升溫至1000℃，添加V族原料的聯氨，並導入氨，經1分鐘後，導入III族原料的三甲基鎵，而成長膜厚3μm的GaN層後，便停止三甲基鎵的導入，將基板溫度降溫至800℃，同時導入三甲基鎵、三甲基鋁、及三甲基銦，而成長膜厚0.5μm的Al0.45 Ga0.5 In0.05 N層，停止三甲基鎵、三甲基鋁及三甲基銦的導入後，將基板溫度降溫，在到達300℃以下的溫度時，便停止聯氨與氨的導入(例如參照專利文獻2、段落編號[0031])。
再者，周知的氮化物系半導體發光元件之製造方法，有揭示下述方法。
為達氮化物系半導體發光元件的高品質化，便將GaN層的成長溫度設為降低於習知，並將GaN層與GaInN活性層的成長溫度差控制在150℃以內。若舉MOCVD法為例，將選擇聯氨、其取代體、及胺系氮化合物中任一者，特別係即使700℃以下的低溫度仍具有高分解效率的氮化合物。可將該等進行混合，亦可含有氨。此外，Ga源係使用 TMG(三甲基鎵)、或TEG(三乙基鎵)，In源係使用TMI(三甲基銦)，及Al源係使用TMA(三甲基鋁)。n型摻質係使用SiH4 ，p型摻質係使用雙甲基環戊二烯鎂。
首先，在c面藍寶石基板上依較低溫度成長GaN第1緩衝層(低溫成長層)，接著，依700℃的一定成長溫度，成長GaN第2緩衝層、n-GaN接觸層、n-AlGaN覆蓋層、n-GaN光導層、及GaInN活性層，然後，依照如同習知相同的成長溫度，如同習知，在GaInN活性層上依序形成p-GaN光導層、AlGaN障壁層、p-AlGaN覆蓋層、及p-GaN接觸層。(例如參照專利文獻3、段落編號[0013]、[0023]~[0025]、及第2圖)。
再者，周知的p型III族氮化物半導體之製造方法，有揭示：將環境形成單甲基聯氨與NH3 的混合氣體，並將溫度下降至810℃，以氫為載氣，並供應TMG、TMI、TMA、(EtCp)2 Mg，成長出由各層厚度分別為6nm的In0.05 Al0.24 Ga0.71 N層、與In0.2 Ga0.80 N層，進行50週期成長的超晶格所構成p覆蓋層0.6μm厚，將溫度上升至1050℃，再積層p型GaN接觸層0.2μm厚(例如參照專利文獻4、段落編號[0085])。
再者，周知的p型III族氮化物半導體之製造方法，有揭示：將已形成無摻雜GaN緩衝層的c面藍寶石基板，放入MOCVD裝置的反應爐內，將載氣的N2 氣體導入於反應爐內之後，使基板溫度上升，在超過500℃時，便依2m-mol/分導入N原料的三甲基胺，將基板溫度保持850℃，接著， 對反應爐內將Ga原料的TMG依10μ-mol/分供應、將p型摻質的環戊二烯鎂(CP2 Mg)依25μ-mol/分供應，經施行2小間的成長，便成長出經摻雜p型雜質之Mg的p型GaN層。
此外，尚有揭示：將已形成無摻雜GaN緩衝層的c面藍寶石基板，放入MOCVD裝置的反應爐內，將載氣的N2 氣體導入於反應爐內之後，使基板溫度上升，在超過500℃時，便將N原料的1,1-二甲聯氨依2m-mol/分導入，將基板溫度保持於850℃，接著，對反應爐內將Ga原料的TMG依10μ-mol/分供應，將p型摻質的DMZ依25μ-mol/分供應，經施行2小間的成長，便成長出經摻雜p型雜質之Zn的p型GaN層。(例如參照專利文獻5、段落編號[0027]~[0028]、[0032])。
再者，周知的p型III族氮化物半導體之製造方法，有揭示：利用MOCVD法，且將三甲基鎵(TMGa)、三甲基銦(TMIn)分別使用為Ga與In的原料，將雙環戊二烯鎂(CP2 Mg)使用為p型摻質，而p-GaN層係在二甲聯氨(DMHy)與NH3 的混合氣體環境中進行成長，U-GaN、N-GaN、及MQW係在NH3 環境中形成。此外，DMHy、第三丁基聯氨(TBHy)等聯氨原料，係使用於較低溫的GaN、InGaN之層形成，因為該實驗中係將結果馬上進行比較，因而依照習知利用NH3 形成p-GaN的相同條件，在超過1000℃的溫度下成長p-GaN。(參照非專利文獻1、427頁2. Experiments)
[專利文獻1]日本專利特開平9-251957號公報 [專利文獻2]日本專利特開平8-56015號公報[專利文獻3]日本專利特開2004-47867號公報[專利文獻4]日本專利特開2002-319743號公報[專利文獻5]日本專利第3711635號公報
[非專利文獻1]Eun-Hyun Park et al., "As-grown p-type GaN growth by dimethylhydrazine nitrogen precursor," Journal of Crystal Growth 272(2004)426-431
就氮化物系半導體之成長方法，當V族原料係使用氨(NH3 )的情況，從NH3 所生成的H自由基將被取入於結晶中，導致發生H鈍化情形，即p型摻質的活化率將降低，導致p型半導體層呈高電阻。因而，當使用NH3 的情況，為提高p型摻質的活化率便必須施行退火，導致製造步驟趨於複雜，且將有氮(N)脫離p型半導體層的表面，導致結晶劣化的情況。
另一方面，當V族原料係取代NH3 ，改為使用不會發生H自由基的材料(例如二甲聯氨(UDMHy))，並使用有機金屬化合物的III族原料時，將有碳(C)被取入於結晶中，導致p型半導體層呈高電阻的情況等問題。
本發明係為能上述問題而完成，第1目的在於提供具有使用有機金屬化合物的III族原料、與含聯氨衍生物的 V族原料，所形成低電阻p型氮化物系半導體層的氮化物系半導體積層構造；第2目的在於提供：具有使用含：有機金屬化合物的III族原料、與含聯氨衍生物的V族原料，所形成低電阻p型氮化物系半導體層的半導體發光元件；第3目的在於提供依簡單步驟，製造具有使用有機金屬化合物的III族原料、與含聯氨衍生物的V族原料，所形成低電阻p型氮化物系半導體層的氮化物系半導體積層構造之製造方法；第4目的在於提供依簡單步驟，製造具有使用有機金屬化合物的III族原料、與含聯氨衍生物的V族原料，所形成低電阻p型氮化物系半導體層的半導體發光元件之製造方法。
本發明的氮化物系半導體積層構造，係包括：基板及p型氮化物系半導體層，該p型氮化物系半導體層係配設於該基板上，且使用有機金屬化合物的III族原料、含有氨與聯氨衍生物的V族原料、及p型雜質原料所形成，含有的碳濃度在1×1018 cm-3 以下。
本發明的氮化物系半導體積層構造，係具有：使用含有氨與聯氨衍生物的V族原料、及有機金屬化合物的III族原料所形成，且碳濃度在1×1018 cm-3 以下，電阻值較低的p型氮化物系半導體層，將構成動作效率佳的氮化物系半導體積層構造。
以下的實施形態，將就半導體光元件的p型層進行說明，惟未必僅侷限於半導體光元件，亦可適用於一般的半導體裝置，例如電晶體等的p型層。此外，就半導體光元件係以例如脊形導波路型藍紫色LD為例進行說明，惟並不僅侷限於脊形導波路型藍紫色LD，適用於全盤的藍紫色LD均可獲得同樣的效果。
實施形態1.
第1圖所示係本發明一實施形態的GaN積層構造切剖示意圖。另外，各圖中，相同元件符號係表示相同元件、或相當的元件。
第1圖中，GaN積層構造10係例如藍紫色LD積層構造的其中一部分結構。
基板的GaN基板12係將(0001)面使用為主面，在該主面上將配設著p型氮化物系半導體層的p-GaN層14。
針對該GaN積層構造10的製造步驟進行說明。
一般就為形成氮化物系半導體積層構造的結晶成長，有利用例如：有機金屬氣相沉積法(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)、氫化物氣相磊晶法(HVPE)等方式實施，在此將利用例如MOCVD法實施。
III族原料係使用有機金屬化合物的三甲基鎵(TMGa)。
V族原料係使用氨氣與聯氨衍生物，例如1,2-二甲聯氨。p型雜質原料係使用例如環戊二烯鎂(CP2 Mg)。
該等原料氣體的載氣係使用氮(N2 )氣。
基板係使用例如GaN，結晶成長的主面係使用(0001)面。
另外，本實施形態中，有機金屬化合物係使用三甲基鎵(TMGa)，但是亦可使用三乙基鎵(TEGa)。
再者，聯氨衍生物係使用1,2-二甲聯氨，但亦可使用1,1-二甲聯氨。
再者，基板係使用GaN基板，並不僅侷限於此，亦可使用諸如藍寶石、SiC、Si晶圓等。
首先，將GaN基板12載置於MOCVD裝置的反應爐內之後，便一邊將氨氣依1.3×10-1 mol/min與將氮氣依20 l/min進行供應，一邊將GaN基板12的溫度上升至例如1000℃。
將GaN基板12的溫度升溫至1000℃後，便開始將載氣的氮氣一起與TMG依1.2×10-4 mol/min進行供應，並分別將CP2 Mg依9.0×10-7 mol/min，及經添加依V族原料所供應氨氣而形成的V族原料之1,2-二甲聯氨，依1.1×10-3 mol/min流量進行供應，便在GaN基板12的主面上，成長出層厚1μm的p型GaN層14(以下，將「n型」記為「n-」，且將「p型」記為「p-」，特別係當無摻雜雜質的無摻雜時，便記為「i-」)。
此情況，1,2-二甲聯氨對III族材料的供應莫耳比係9.4，氨對1,2-二甲聯氨的供應莫耳比係120。
然後，停止III族材料的TMG與p型雜質原料的CP2 Mg 之供應，在V族原料供應下冷卻至300℃左右，亦停止V族原料的供應，並冷卻至室溫。
另外，亦可在停止III族材料的TMGa、與p型雜質原料的CP2 Mg供應時，便亦停止氨氣，而殘留V族原料的1,2-二甲聯氨，並冷卻至300℃左右。相較於氨氣之下，因為1,2-二甲聯氨將依較低溫度進行分解，因而N從結晶面發生再離脫的情形將減少，可使表面形態呈良好。
將依此所成長的p-GaN層14利用Van der Pauw法施行電洞測定，並求取p-GaN層14的載子(電洞)濃度。結果，得知p-GaN層14在室溫下的電洞濃度為7×1017 cm-3 ，電阻率將具有0.7Ωcm的值。
將依照本實施形態所形成的p-GaN層14，與依照習知方法所形成的p-GaN層進行比較。
依照習知製造方法所形成的p-GaN層，V族原料僅有氨氣，而其他製造方法則雖依照與p-Ga-N層14相同的方法進行成長，但是剛成長後(as-grown)的狀態將呈高電阻，因而將更進一步施行熱處理。
即，將GaN基板載置於MOCVD裝置的反應爐內之後，便一邊將氨依4.0×10-1 mol/min與氮氣依20 l/min進行供應，一邊將GaN基板溫度上升至例如1000℃。在使GaN基板的溫度上升至1000℃後，便將載氣的流量10 l/min氮氣與流量10 l/min氫(H2 )氣之混合氣體，一起與TMGa依1.2×10-4 mol/min、CP2 Mg依9.0×10-7 mol/min開始進行供應，便在GaN基板12主面上成長出層厚1μm的p-GaN 層。
然後，停止III族材料的TMGa與p型雜質原料的CP2 Mg之供應，在V族原料供應下冷卻至300℃左右，亦停止V族原料的供應，並冷卻至室溫。
依使所成長的p-GaN層在剛成長後(as-grown)狀態下，將呈非常高電阻並無法導電，因而將在氮(N2 )氣體環境中施行900℃的熱處理而p型化。
將依此結束熱處理的p-GaN層利用Van der Pauw法施行電洞測定，結果，經熱處理後的p-GaN層電洞濃度，在室溫下將為7×1017 cm-3 ，電阻率為1.0Ωcm值。
本實施形態1的p-GaN層14將不需要在成長後為使p型雜質活化而施行的熱處理，除可使步驟趨於簡單之外，相較於依照習知製造方法所形成經施行熱處理過的p-GaN層之下，得知電阻率值將可減少約30%左右。
其次，針對根據本實施形態1在形成p-GaN層14之際，未使用有機金屬化合物的III族原料與V族原料的聯氨衍生物，例如僅使用1,2-二甲聯氨，更添加氨的理由進行說明。
在形成p-GaN層時，若僅使用V族原料的氨(NH3 )氣，從NH3 所生成的H自由基將被取入於p-GaN的結晶中，而H自由基將與p型雜質產生反應，便將發生H鈍化(p型雜質的活化率降低)狀況。
[化1]
在此，若V族原料係取代氨氣，改為使用二甲聯氨(UDMHy)，從UDMHy所生成的CH3 自由基將與同時生成的H自由基產生反應，從UDMHy所生成的H自由基便不會被取入於p-GaN的結晶中。
然而，因為III族原料係使用有機金屬化合物的三甲基鎵(TMGa)，因而將從TMGa游離出CH3 自由基，該CH3 自由基將形成CH4 且未被排出，而CH3 自由基便將被取入於結晶中，造成結晶中的碳濃度提高，導致p-GaN的電阻率提高。
所以，當V族原料係從氨氣完全取代使用二甲聯氨(UDMHy)的情況，因為從CH3 自由基將生成CH4 ，因而必要的H自由基將不足，本實施形態中便設定為添加能供應為 生成CH4 而所必要H自由基量的既定NH3 。
即，首先當利用二甲聯氨(UDMHy)形成p-GaN層之際，為能減被取入於結晶中的碳濃度(換句話說，抑制補償受體的碳取入情形)，便由NH3 供應為能將從二甲聯氨(UDMHy)所游離CH3 自由基，形成CH4 並排出時所需要的必要H自由基。
然而，若同時從NH3 所生成的H自由基過多，便將發生H鈍化情形，因而必須將H自由基供應源的NH3 供應量盡可能設為最小極限。
依此，藉由III族原料係使用三甲基鎵，且V族原料係使用氨與二甲聯氨，p型雜質原料係使用環戊二烯鎂(CP2 Mg)，便可構成具有所含碳濃度在1×1018 cm-3 以下之p型氮化物系半導體層的氮化物系半導體積層構造。
再者，藉由將三甲基鎵、氨及二甲聯氨依既定比率供應，且p型雜質係使用環戊二烯鎂(CP2 Mg)，便可依簡單步驟製得具有含碳濃度較低且低電阻率低之p-GaN層的氮化物系半導體積層構造。
變化例1
在以上的製造步驟中，針對原料氣體的載氣係單獨使用氮(N2 )氣的情況進行說明，惟載氣亦可使用氮(N2 )氣與氫(H2 )氣的混合氣體，或者載氣亦可單獨使用氫(H2 )氣。
即，當氫氣的體積組成比設為x，將氮氣的體積組成比設為1-x時，將可在1≧x≧0範圍使用氫氣與氮氣的混合氣體進行製造。先前的製造方法係單獨使用氮氣，並將 供應流量設定為氮氣20 l/min，但是當例如氫氣與氮氣的1:1混合氣體時，只要設定為氮氣10 l/min供應流量、氫氣10 l/min供應流量的混合氣體便可。
相關其他的製造條件均完全如同先前就載氣單獨使用氮(N2 )氣時的製造條件。
依此將載氣設為氮(N2 )氣與氫(H2 )氣的混合氣體，所製得變化例1的p-GaN層14，相較於依照先前製造條件(即載氣係單獨使用氮(N2 )氣)所製得的p-GaN層14之下，將可使表面形貌呈良好。
再者，針對依此所成長的本變化例1之p-GaN層14，利用Van der Pauw法施行電洞測定，並求取p-GaN層14的載子(電洞)濃度。結果，得知變化例1的p-GaN層14在室溫下的電洞濃度為5×10-7 cm-3 ，電阻率具有0.9Ωcm的值。
因為本變化例1的p-GaN層14係呈p型電導，雖不需要施行熱處理，但若嘗試在氮(N2 )氣環境中施行700℃的熱處理，電洞濃度將增加至7×1017 cm-3 ，電阻率將為0.6Ωcm，得知將可獲得具有非常良好電氣特性的p-GaN層。
若變化例1的p-GaN層14追加施行熱處理，相較於載氣係單獨使用氮(N2 )氣而進行製造的p-GaN層14之下，經熱處理後的電阻率亦較低。此現象可認為藉由載氣係使用氮(N2 )氣與氫(H2 )氣的混合氣體，便將提升表面的平坦性，而改善結晶性。
第2圖所示係本發明一實施形態的p-GaN層中，電阻率對NH3 /聯氨供應莫耳比的依存性圖。
第2圖中，橫軸係NH3 /聯氨供應莫耳比，即相對於聯氨的供應莫耳流量之下，NH3 的供應莫耳流量，縱軸係p-GaN層的電阻率(Ωcm)。
第2圖所示圖形係成長溫度1000℃，相對III族材料供應莫耳流量的聯氨供應莫耳流量為9.4，載氣係使用氮(N2 )氣與氫(H2 )氣的混合氣體，且比率為1:1的情況。
第2圖中，若NH3 /聯氨供應莫耳比在10以下，H自由基的供應便將不足，導致結晶中的碳濃度將增加，因而將呈高電阻。另一方面，NH3 /聯氨供應莫耳比在500至1000之間將急遽上升，此現象係因NH3 的過剩供應而使H被取入於結晶中，導致發生H鈍化的緣故所致。由此現象得知，NH3 /聯氨供應莫耳比的範圍最好設定在10以上、且小於1000，尤以20以上、且500以下為佳。
第3圖所示係本發明一實施形態的p-GaN層電阻率，對聯氨/III族材料供應莫耳比的依存性圖。
第3圖中，橫軸係聯氨/III族材料供應莫耳比，即相對於III族材料供應莫耳流量之下，聯氨的供應莫耳流量，縱軸係p-GaN層的電阻率(Ωcm)。第3圖的圖形係成長溫度設為1000℃，NH3 /聯氨供應莫耳比為120，載氣係使用氮(N2 )氣與氫(H2 )氣的混合氣體，且比率為1:1的情況。
第3圖中，聯氨/III族材料供應莫耳比在20與25 之間將急遽上升，此現象係因為結晶中所含的碳濃度增加而引發，因而必須將聯氨/III族材料供應莫耳比設定為少於25。此外，若聯氨/III族材料供應莫耳比少於1，結晶中便將發生V族的空孔，導致結晶劣化，因而聯氨/III族材料供應莫耳比最好設定為1以上、且小於20，尤以3以上、且15以下為佳。
第4圖所示係本發明一實施形態的p-GaN層中，碳濃度對成長溫度的依存性圖。
第4圖中，橫軸係成長溫度，等於基板的溫度。縱軸係結晶中的碳濃度。第4圖的圖形係聯氨/III族材料供應莫耳比設為9.4，NH3 /聯氨供應莫耳比設為120，載氣係使用氮(N2 )氣與氫(H2 )氣的混合氣體，且比率為1:1的情況。
第4圖中，因為在800℃至900℃間，結晶中的碳濃度將急遽減少，因而成長溫度必須超過800℃。若降低成長溫度，氨的分解便將減少，便不會有CH3 自由基成為CH4 且被釋放出，判斷將被取入於結晶中。此外，p-GaN可進行結晶成長的溫度係1200℃。所以，製造步驟中的成長溫度最好設定在超過800℃且低於1200℃的範圍內，尤以900℃以上、且低於1200℃之間。
第5圖所示係本發明一實施形態的p-GaN層中，電阻率對碳濃度的依存性圖。
第5圖中，橫軸係p-GaN層的碳濃度，縱軸係電阻率。
第5圖中，1×1016 cm-3 係碳的檢測極限，若考慮能使用為裝置的最大電阻值，判斷碳濃度必須在1×1018 cm-3 以 下。
p-GaN的結晶中最好未含有碳，但是當使用聯氨的情況，因為多少將有碳會被取入於p-GaN的結晶中，因而藉由選定本實施形態的製造條件，便可將p-GaN層的碳濃度設定在1×1018 cm-3 以下。
另外，即使載氣僅使用氫氣，仍可形成低電阻的p-GaN層。因為1000℃左右的成長溫度將不會出現氫氣解離，因而將存在維持氫分子的狀態，而不會被取入於結晶中，判斷被取入於結晶中的氫自由基，係以從氨所分解的H自由基為主體，因而即使載氣係單獨使用氫氣，仍可形成低電阻的p-GaN層。
所以，當將氫氣的體積組成比設為x，將氮氣的體積組成比設為1-x時，即使在包括x=1在內的1≧x≧0範圍內，使用氫氣與氮氣的混合氣體施行製造，仍可形成低電阻的p-GaN層。
依如上述，本發明一實施形態的氮化物系半導體積層構造，因為係包括：基板及p型氮化物系半導體層(其係配置於該基板上，且使用：有機金屬化合物的III族原料、含有氨與聯氨衍生物的V族原料、及p型雜質原料而形成，所含有的碳濃度在1×1018 cm-3 以下)，因而藉由該構造，便可構成含有使用有機金屬化合物的III族原料、與含有氨與聯氨衍生物的V族原料所形成，且碳濃度在1×1018 cm-3 以下、電阻值較低的p型氮化物系半導體層，且動作效率佳的氮化物系半導體積層構造。
再者，本發明一實施形態的氮化物系半導體積層構造之製造方法，係包括：將基板裝設於反應爐內，供應既定的V族原料，並使基板溫度上升至超過800℃、且低於1200℃的步驟；在該經升溫的基板溫度下，進行載氣供應(載氣係使用氮氣與氫氣，且當將氫氣體積組成比設為x，將氮氣體積組成比設為1-x時，將為1≧x≧0)，同時將有機金屬化合物的III族原料、含有氨與聯氨衍生物的V族原料、及p型雜質原料，依相對III族原料的聯氨衍生物供應莫耳比小於25，且相對聯氨衍生物的氨供應莫耳比在10以上、且少於1000的條件，分別依既定莫耳流量進行供應，而形成p型氮化物系半導體層的步驟；以及停止有機金屬化合物的III族原料與p型雜質原料的供應，並將基板溫度冷卻至室溫的步驟；因而藉由該項構造便可依簡單步驟製造動作效率佳的下述氮化物系半導體積層構造。該氮化物系半導體積層構造係含有將有機金屬化合物的III族原料、及含有氨與聯氨衍生物的V族原料，依既定供應流量比進行供應，且供應p型雜質原料而形成，可防止因聯氨衍生物所衍生的碳(C)被取入於p型氮化物系半導體層中，同時亦可防止從有機金屬化合物的III族原料所生成之C，被取入於p型氮化物系半導體層中，且電阻值低的p型氮化物系半導體層。
實施形態2.
第6圖所示係本發明一實施形態的LD立體示意圖。
第6圖中，該LD20係屬於導波路脊型藍紫色LD，在 基板的n-GaN基板22一主面之(0001)面上，依序積層著：由n-GaN形成的層厚1μm緩衝層24、在該緩衝層24上由n-Al0.07 Ga0.93 N形成的層厚1.0μm之n覆蓋層26、在n覆蓋層26上由n-GaN形成的層厚0.1μm之n側光導層28、及活性層30。
活性層30係將由In0.12 Ga0.88 N構成層厚3.5nm的井層、與由GaN構成層厚7.0nm的障壁層，進行交錯積層而形成3配對的多層量子井構造。
在該活性層30上，依序積層：由p-Al0.2 Ga0.8 N形成層厚0.02μm的p型電子障壁層32、及由p-GaN形成層厚0.1μm的p側光導層34。接著，在p側光導層34上，配設：將構成平台狀部其中一部分，且由p-Al0.07 Ga0.93 N形成層厚0.4μm的p覆蓋層36；以及配設於該p覆蓋層36上，且將構成平台狀部其中一部分並由p-GaN形成層厚0.1μm的p型接觸層38。
p覆蓋層36與p接觸層38將形成導波路脊樑40。導波路脊樑40係配設於將成為LD20共振器端面的劈裂面寬度方向中央部分處，並朝將成為共振器端面的二劈裂面之間延伸。
在導波路脊樑40的側壁及裸露出的p側光導層34表面上，配設由例如SiO2 構成的氧化矽膜42。在導波路脊樑40的上表面將設置氧化矽膜42的開口部44，而裸露出p接觸層38的表面，並配設電耦接該所裸露p接觸層且由Pt與Au膜構成的p側電極46。更在n-GaN基板22的背 面，配設利用真空蒸鍍法依序積層著Ti與Al膜而形成的n側電極48。
其次，針對LD20的製造方法進行說明。
半導體積層構造的結晶成長方法係使用例如MOCVD法。
III族原料係使用三甲基鎵(TMGa)、三甲基鋁(TMA)、三甲基銦(TMI)。
再者，V族原料係使用氨(NH3 )氣與聯氨衍生物(例如1,2-二甲聯氨)。n型雜質原料係使用例如單矽烷(SiH4 )，p型雜質原料係使用例如環戊二烯鎂(CP2 Mg)。
首先，將n-GaN基板22設定在載氣為使用氮氣與氫氣的混合氣體中，一邊供應氨(NH3 )氣，一邊將n-GaN基板22的溫度上升至例如1000℃。然後，開始供應三甲基鎵(TMGa)氣體與單矽烷(SiH4 )氣體，便在n-GaN基板22主面上，成長出由n-GaN所形成層厚1μm的緩衝層24。
接著，開始供應三甲基鋁(TMA)，而成長出由n-Al0.07 Ga0.93 N形成層厚1.0μm的n覆蓋層26。
接著，停止供應三甲基鋁(TMA)，而成長出由n-GaN形成層厚0.1μm的n側光導層28。
接著，停止三甲基鎵(TMGa)氣體與單矽烷(SiH4 )氣體的供應，並將基板溫度降溫至700℃。
然後，將載氣設為僅有氮氣，並供應三甲基鎵(TMGa)氣體、三甲基銦(TMI)、及氨(NH3 )氣，而成長出由In0.12 Ga0.88 N構成層厚3.5nm的井層，停止供應三甲基銦 (TMI)，藉由三甲基鎵(TMGa)氣體與氨(NH3 )氣的供應，便形成由GaN構成層厚7.0nm的障壁層，藉由交錯積層形成3配對，便成長出MQW構造的活性層30。
然後便施行p型層的形成，而就p型層的形成係依照如同實施形態1所記載製造方法的相同製造方法實施。
形成p型層時的載氣係可僅為氮氣，亦可為氮氣與氫氣的混合氣體，亦可僅為氫氣，如實施形態1中所說明，當將氫氣體積組成比設為x，將氮氣體積組成比設為1-x時，便可在1≧x≧0範圍內使用氫氣與氮氣的混合氣體施行製造。所以，此處一例係將氫氣設為10 l/min的供應流量，將氮氣設為10 l/min的供應流量，且將氫氣與氮氣設為1:1的混合氣體。
首先，一邊供應氨氣1.3×10-1 mol/min與氮氣20 l/min，一邊將基板溫度從700℃再度升溫至1000℃後，便將開始供應載氣的氫氣與氮氣之1:1混合氣體，並分別開始將III族原料的三甲基鎵(TMGa)氣體依2.4×10-4 mol/min、三甲基鋁(TMA)氣體依4.4×10-5 mol/min、環戊二烯鎂(CP2 Mg)依3.0×10-7 mol/min、V族原料之經添加氨氣的1,2-二甲聯氨依1.1×10-3 mol/min的流量進行供應，使成長出由p-Al0.2 Ga0.8 N形成層厚0.02μm的p型電子障壁層32。此情況，1,2-二甲聯氨對III族原料的供應莫耳比係3.9，氨對1,2-二甲聯氨的供應比係120。
接著，停止三甲基鋁(TMA)的供應，並供應載氣，同時分別將TMG依1.2×10-4 mol/min、將CP2 Mg依1.0×10-7 mol/min、將經添加V族原料氨氣的V族原料1,2-二甲聯氨依1.1×10-3 mol/min的流量進行供應，便成長出層厚0.1μm且由p-GaN構成的p側光導層34。
其次，再度開始供應三甲基鋁(TMA)，並分別將三甲基鎵(TMGa)氣體依2.4×10-4 mol/min、將三甲基鋁(TMA)氣體依1.4×10-5 mol/min、將環成二烯鎂(CP2 Mg)依3.0×10-7 mol/min進行供應，便成長出由p-Al0.07 Ga0.93 N形成層厚0.4μm的p覆蓋層36。此情況，1,2-二甲聯氨對III族原料的供應莫耳比係4.3，氨對1,2-二甲聯氨的供應比係120。該p覆蓋層36的碳濃度係1×1018 cm-3 以下。
其次，停止三甲基鋁(TMA)的供應，並供應載氣，且分別將TMG依1.2×10-4 mol/min、將CP2 Mg依9.0×10-7 mol/min、將經添加V族原料氨氣的V族原料之1,2-二甲聯氨依1.1×10-3 mol/min的流量進行供應，便成長出層厚0.1μm且由p-GaN形成的p型接觸層38。
另外，在形成p型層時，將如同實施形態1，1,2-二甲聯氨對III族材料的供應莫耳比係9.4，氨對1,2-二甲聯氨的供應莫耳比係120。
再者，實施形態2在形成p型層時，將如同實施形態1的情況，依照下述製造條件實施。
即，聯氨/III族材料供應莫耳比必須設為小於25，最好1以上、且小於20，尤以3以上、且15以下為佳。
再者，NH3 /聯氨供應莫耳比的範圍係10以上、且小於1000，尤以20以上、且500以下為佳。
再者，製造步驟中的成長溫度係在超過800℃、且低於1200℃的範圍內，尤以900℃以上、且低於1200℃之間為佳。
再者，如同實施形態1，實施形態2的情況亦是例如p-GaN的情況，若使用聯氨，多少將有碳被取入於p-GaN結晶中，因而藉由選定本實施形態的製造方法，便可將p-GaN層的碳濃度設定在1×1018 cm-3 以下。
然後，停止供應III族材料的TMG、與p型雜質原料的CP2 Mg，在V族原料供應下冷卻至300℃左右，停止V族原料的供應，並冷卻至室溫。
另外，亦可在停止III族材料的TMG、與p型雜質原料的CP2 Mg供應時，亦停止氨氣，而殘留V族原料的1,2-二甲聯氨，並冷卻至300℃左右。
接著，形成導波路脊樑40。
在已完成結晶成長的晶圓整面上施行光阻塗佈，利用微影形成對應平台狀部形狀的光阻圖案。以該光阻圖案為遮罩，利用例如反應性離子蝕刻(RIE)法，施行蝕刻至將p覆蓋層36除去、或殘留少許p覆蓋層36程度為止。藉由該項蝕刻，便形成光導波構造的導波路脊樑40。該RIE的蝕刻氣體係使用例如氯系氣體。
接著，在殘留當作遮罩使用的光阻圖案狀態下，再度在n-GaN基板22上整面利用例如CVD法、真空蒸鍍法、濺鍍法等，形成例如厚度0.2μm且由SiO2 構成的氧化矽膜42，再將光阻除去，同時利用所謂剝離法將脊形導波路 脊樑40上的氧化矽膜42除去。藉此，便在導波路脊樑40上的氧化矽膜42中形成開口部44。
接著，在n-GaN基板22上整面利用例如真空蒸鍍法，依序形成Pt與Au膜之後，再施行光阻塗佈，利用微影、及濕式蝕刻或乾式蝕刻，形成電耦接於從開口部44所露出p接觸層38表面的p側電極46。
接著，在n-GaN基板22背面整面利用真空蒸鍍法依序形成Ti與Al膜，並施行為使n側電極48歐姆接觸的融合處理。
接著，將n-GaN基板22利用劈裂等方式在壓條上施行加工，而形成共振器的二端面，更在該等共振器的端面施行塗佈後，再將壓條利用劈裂等形成晶片形狀，便完成LD20。
本實施形態2的LD20中，當形成p型層時，聯氨/III族材料供應莫耳比係小於25，最好1以上、且小於20，尤以3以上、且15以下為佳，且NH3 /聯氨供應莫耳比的範圍最好10以上、且小於1000，尤以20以上、且500以下為佳，且在製造步驟中的成長溫度最好超過800℃、且低於1200℃的範圍內，尤以900℃以上、且低於1200℃之間為佳。
所以，當V族原料係從氨氣完全取代使用二甲聯氨(UDMHy)的情況，因為從CH3 自由基將生成CH4 ，因而必要的H自由基將不足，本實施形態中便設定為添加能供應為生成CH4 而所必要H自由基量的既定NH3 。
即，首先當利用二甲聯氨(UDMHy)形成p-GaN層之際，為能減被取入於結晶中的碳濃度(換句話說，抑制補償受體的碳取入情形)，便由NH3 供應為能將從二甲聯氨(UDMHy)所游離CH3 自由基，形成CH4 並排出時所需要的必要H自由基。
然而，若同時從NH3 所生成的H自由基過多，便將發生H鈍化情形，因而必須將H自由基供應源的NH3 供應量盡可能設為最小極限。
依此，藉由III族原料係使用三甲基鎵，且V族原料係使用氨與二甲聯氨，p型雜質原料係使用環戊二烯鎂(CP2 Mg)，便可構成具有所含碳濃度在1×1018 cm-3 以下之p型氮化物系半導體層的半導體發光元件。
再者，藉由將三甲基鎵、氨及二甲聯氨依既定比率供應，且p型雜質係使用環戊二烯鎂(CP2 Mg)，便可依簡單步驟製得具有含碳濃度較低且低電阻率低之p型氮化物系半導體層的半導體發光元件。
依如上述，本發明一實施形態的半導體發光元件，因為包括：基板；配設於該基板上的氮化物系半導體之n型覆蓋層；配設置該n型覆蓋層上的活性層；以及配設於該活性層上，且使用有機金屬化合物的III族原料、含有氨與聯氨衍生物的V族原料、及p型雜質原料所形成，且所含有碳濃度在1×1018 cm-3 以下的p型氮化物系半導體之p型覆蓋層；因而藉由該構成，便可構成具有使用有機金屬化合物的III族原料、及含有氨與聯氨衍生物之V族原料 所形成，且碳濃度在1×1018 cm-3 以下，電阻值較低的p型氮化物系半導體之p型覆蓋層，且動作效率佳的半導體光元件。
再者，本發明一實施形態的半導體發光元件之製造方法，係包括：將基板裝設於反應爐內，供應既定的V族原料，並使基板溫度上升至超過800℃、且低於1200℃的步驟；在該經升溫的基板溫度下，依既定供應莫耳比進行III族原料、V族原料及n型雜質原料的供應，而形成n型氮化物系半導體層的步驟；將基板設定於既定成長溫度，並將既定的III族原料與V族原料依既定供應莫耳比進行供應，而形成具有量子井構造氮化物系半導體之活性層的步驟；將氨與氮氣依既定莫耳比進行供應，將基板溫度設定為超過800℃、且低於1200℃，進行載氣供應(載氣係使用氮氣與氫氣，且當將氫氣體積組成比設為x，將氮氣體積組成比設為1-x時，將為1≧x≧0)，同時將有機金屬化合物的III族原料、含有氨與聯氨衍生物的V族原料、及p型雜質原料，依相對III族原料的聯氨衍生物供應莫耳比小於25，且相對聯氨衍生物的氨供應莫耳比在10以上、且少於1000的條件，分別依既定莫耳流量進行供應，而形成p型氮化物系半導體層的步驟；以及停止有機金屬化合物的III族原料與p型雜質原料的供應，並將基板溫度冷卻至室溫的步驟；因而藉由該項構造便可依簡單步驟製造動作效率佳的下述半導體光元件。該半導體光元件係含有將有機金屬化合物的III族原料、及含有氨與聯氨衍 生物的V族原料，依既定供應流量比進行供應，且供應p型雜質原料而形成，可防止因聯氨衍生物所衍生的碳(C)被取入於p型氮化物系半導體層中，同時亦可防止從有機金屬化合物的III族原料所生成之C，被取入於p型氮化物系半導體層中，且電阻值低的p型氮化物系半導體層。
產業上之可利用性
依如上述，本發明的氮化物系半導體積層構造、及半導體光元件與其製造方法，將可提升使用有機金屬化合物的III族原料、及含有氨與聯氨衍生物的V族原料，所形成氮化物系半導體積層構造及半導體光元件的性能，並可將製造方法簡單化。
10‧‧‧GaN積層構造
12‧‧‧GaN基板
14‧‧‧p-GaN層
20‧‧‧LD
22‧‧‧n-GaN基板
24‧‧‧緩衝層
26‧‧‧n覆蓋層
28‧‧‧n側光導層
30‧‧‧活性層
32‧‧‧p型電子障壁層
34‧‧‧p側光導層
36‧‧‧p覆蓋層
38‧‧‧p型接觸層
40‧‧‧導波路脊樑
42‧‧‧氧化矽膜
44‧‧‧開口部
46‧‧‧p側電極
48‧‧‧n側電極
第1圖係本發明一實施形態的GaN積層構造切剖示意圖。
第2圖係本發明一實施形態的p-GaN層之電阻率對NH3 /聯氨供應莫耳比的依存性圖。
第3圖係本發明一實施形態的p-GaN層之電阻率對聯氨/III族材料供應莫耳比的依存性圖。
第4圖係本發明一實施形態的p-GaN層之碳濃度對成長溫度的依存性圖。
第5圖係本發明一實施形態的p-GaN層之電阻率對碳濃度的依存性圖。
第6圖係本發明一實施形態的LD立體示意圖。
10‧‧‧GaN積層構造
12‧‧‧GaN基板
14‧‧‧p-GaN層

Claims (10)

  1. 一種氮化物系半導體積層構造之製造方法，包括：將基板裝設於反應爐內，供應既定的V族原料，並使基板溫度上升至超過900℃、且低於1200℃的步驟；在該已上升的基板溫度下，供應載氣，同時將有機金屬化合物的III族原料、含有氨與聯氨衍生物的V族原料、及p型雜質原料，依聯氨衍生物對III族原料的供應莫耳比小於25，氨對聯氨衍生物的供應莫耳比在10以上、且小於500的方式，分別依既定莫耳流量進行供應，而形成p型氮化物系半導體層的步驟；該載氣係使用氮氣與氫氣，且當將氫氣體積組成比設為x、將氮氣體積組成比設為1-x時，設定為1≧x≧0；以及停止有機金屬化合物的III族原料與p型雜質原料的供應，並將基板溫度冷卻至室溫的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之氮化物系半導體積層構造之製造方法，其中，將基板溫度冷卻至室溫的步驟中，除將停止有機金屬化合物的III族原料與p型雜質原料的供應之外，亦將停止氨的供應。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之氮化物系半導體積層構造之製造方法，其中，在形成p型氮化物系半導體層的步驟中，聯氨衍生物對有機金屬化合物的III族原料之供應莫耳比，係小於20。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之氮化物系半導體積層構造之製造方法，其中，在形成p型氮化物系半導體層的 步驟中，聯氨衍生物對有機金屬化合物的III族原料之供應莫耳比，係15以下。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之氮化物系半導體積層構造之製造方法，其中，聯氨衍生物係1,1-二甲聯氨、或1,2-二甲聯氨。
  6. 一種半導體發光元件之製造方法，包括：將基板裝設於反應爐內，供應既定的V族原料，並將基板溫度上升至超過900℃、且低於1200℃的步驟；在該已上升的基板溫度下，將III族原料、V族原料及n型雜質原料依既定供應莫耳比進行供應，而形成n型氮化物系半導體層的步驟；將基板設定於既定的成長溫度，並將既定的III族原料與V族原料依既定供應莫耳比進行供應，而形成具有量子井構造氮化物系半導體之活性層的步驟；將氨與氮氣依既定莫耳比進行供應，並將基板溫度設定為超過900℃、且低於1200℃，同時將有機金屬化合物的III族原料、含有氨與聯氨衍生物的V族原料、及p型雜質原料，依聯氨衍生物對III族原料的供應莫耳比小於25，氨對聯氨衍生物的供應莫耳比在10以上、且小於500的方式，分別依既定莫耳流量進行供應，而形成p型氮化物系半導體層的步驟；該載氣係使用氮氣與氫氣，且當將氫氣體積組成比設為x、將氮氣體積組成比設為1-x時，設定為1≧x≧0；以及停止有機金屬化合物的III族原料與p型雜質原料的 供應，並將基板溫度冷卻至室溫的步驟。
  7. 如申請專利範圍第6項之半導體發光元件之製造方法，其中，將基板溫度冷卻至室溫的步驟中，除將停止有機金屬化合物的III族原料與p型雜質原料的供應之外，亦將停止氨的供應。
  8. 如申請專利範圍第6或7項之半導體發光元件之製造方法，其中，在形成p型氮化物系半導體層的步驟中，聯氨衍生物對有機金屬化合物的III族原料之供應莫耳比，係小於20。
  9. 如申請專利範圍第6或7項之半導體發光元件之製造方法，其中，在形成p型氮化物系半導體層的步驟中，聯氨衍生物對有機金屬化合物的III族原料之供應莫耳比，係15以下。
  10. 如申請專利範圍第6或7項之半導體發光元件之製造方法，其中，聯氨衍生物係1,1-二甲聯氨、或1,2-二甲聯氨。
TW097121688A 2007-07-02 2008-06-11 氮化物系半導體層積構造以及半導體光元件與其製造方法 TWI387172B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007174440A JP4234180B2 (ja) 2007-07-02 2007-07-02 窒化物系半導体積層構造の製造方法および半導体光素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW200908492A TW200908492A (en) 2009-02-16
TWI387172B true TWI387172B (zh) 2013-02-21

Family

ID=40214059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW097121688A TWI387172B (zh) 2007-07-02 2008-06-11 氮化物系半導體層積構造以及半導體光元件與其製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7763486B2 (zh)
JP (1) JP4234180B2 (zh)
CN (1) CN101340058B (zh)
TW (1) TWI387172B (zh)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5218117B2 (ja) * 2008-03-18 2013-06-26 三菱電機株式会社 窒化物半導体積層構造及び光半導体装置並びにその製造方法
JP5169972B2 (ja) * 2008-09-24 2013-03-27 三菱電機株式会社 窒化物半導体装置の製造方法
JP2011151074A (ja) * 2010-01-19 2011-08-04 Mitsubishi Electric Corp 窒化物半導体装置の製造方法
JP2011159771A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Nec Corp 窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光素子の製造方法、および電子装置
CN103794611B (zh) * 2010-05-24 2017-03-01 杭州海存信息技术有限公司 多位元三维掩膜编程存储器
CN103187502B (zh) * 2011-12-29 2016-07-06 财团法人工业技术研究院 氮化物半导体发光元件
WO2013157881A1 (ko) * 2012-04-19 2013-10-24 서울반도체 주식회사 반도체 장치 및 이를 제조하는 방법
US10153394B2 (en) 2012-11-19 2018-12-11 Genesis Photonics Inc. Semiconductor structure
TWI535055B (zh) 2012-11-19 2016-05-21 新世紀光電股份有限公司 氮化物半導體結構及半導體發光元件
TWI524551B (zh) 2012-11-19 2016-03-01 新世紀光電股份有限公司 氮化物半導體結構及半導體發光元件
JP6249868B2 (ja) * 2014-04-18 2017-12-20 サンケン電気株式会社 半導体基板及び半導体素子
KR102188493B1 (ko) * 2014-04-25 2020-12-09 삼성전자주식회사 질화물 단결정 성장방법 및 질화물 반도체 소자 제조방법
CN104201256B (zh) * 2014-08-26 2017-09-26 中国科学院半导体研究所 低电阻率低温p型铝镓氮材料的制备方法
TWI738640B (zh) 2016-03-08 2021-09-11 新世紀光電股份有限公司 半導體結構
CN106206876A (zh) * 2016-08-29 2016-12-07 扬州中科半导体照明有限公司 一种发光二极管外延片的制造方法
CN106328772B (zh) * 2016-08-29 2018-12-11 扬州中科半导体照明有限公司 一种高质量氮化物外延片的制备方法
TWI717386B (zh) 2016-09-19 2021-02-01 新世紀光電股份有限公司 含氮半導體元件
JP7043802B2 (ja) * 2017-11-16 2022-03-30 住友電気工業株式会社 垂直共振型面発光レーザ、垂直共振型面発光レーザを作製する方法
CN110828623B (zh) * 2019-11-15 2020-10-02 芜湖德豪润达光电科技有限公司 发光二极管制备方法和发光二极管
JP7265108B2 (ja) * 2020-05-19 2023-04-26 豊田合成株式会社 ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体の製造方法、半導体装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5740192A (en) * 1994-12-19 1998-04-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser
US6508879B1 (en) * 1999-11-12 2003-01-21 Sony Corporation Method of fabricating group III-V nitride compound semiconductor and method of fabricating semiconductor device

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3239622B2 (ja) 1994-08-12 2001-12-17 松下電器産業株式会社 半導体薄膜の形成方法
US6617235B2 (en) 1995-03-30 2003-09-09 Sumitomo Chemical Company, Limited Method of manufacturing Group III-V compound semiconductor
JP3198912B2 (ja) 1995-03-30 2001-08-13 住友化学工業株式会社 ３−５族化合物半導体の製造方法
JPH08316151A (ja) 1995-05-17 1996-11-29 Fujitsu Ltd 半導体の製造方法
JP2872096B2 (ja) * 1996-01-19 1999-03-17 日本電気株式会社 低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法
JPH09251957A (ja) 1996-03-15 1997-09-22 Sumitomo Chem Co Ltd ３−５族化合物半導体の製造方法
JP3711635B2 (ja) 1996-06-17 2005-11-02 ソニー株式会社 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の成長方法
JP2001015437A (ja) 1999-06-29 2001-01-19 Nec Corp Ｉｉｉ族窒化物結晶成長法
JP2002319743A (ja) 2001-04-20 2002-10-31 Ricoh Co Ltd ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体および半導体装置およびその作製方法
JP2003178987A (ja) 2001-12-13 2003-06-27 Hitachi Cable Ltd 窒化物系化合物半導体の製造方法及び窒化物系化合物半導体ウェハ並びに窒化物系化合物半導体デバイス
JP2004047867A (ja) 2002-07-15 2004-02-12 Sony Corp 窒化物系半導体発光素子の製造方法
WO2005022655A1 (en) * 2003-09-03 2005-03-10 Epivalley Co., Ltd. Algainn based optical device and fabrication method thereof
JP3833227B2 (ja) * 2003-11-04 2006-10-11 昭和電工株式会社 ＩＩＩ族窒化物ｐ型半導体の製造方法およびＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
JP2008078186A (ja) 2006-09-19 2008-04-03 Mitsubishi Chemicals Corp 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5740192A (en) * 1994-12-19 1998-04-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor laser
US6508879B1 (en) * 1999-11-12 2003-01-21 Sony Corporation Method of fabricating group III-V nitride compound semiconductor and method of fabricating semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009016452A (ja) 2009-01-22
US7763486B2 (en) 2010-07-27
JP4234180B2 (ja) 2009-03-04
CN101340058B (zh) 2011-01-19
CN101340058A (zh) 2009-01-07
TW200908492A (en) 2009-02-16
US20090008659A1 (en) 2009-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI387172B (zh) 氮化物系半導體層積構造以及半導體光元件與其製造方法
JP3909605B2 (ja) 窒化物半導体素子およびその製造方法
KR101149901B1 (ko) 질화물 반도체장치의 제조방법
US20100289056A1 (en) Semiconductor light-emitting devices
TWI473374B (zh) 氮化物半導體裝置之製造方法
US20100133506A1 (en) Nitride semiconductor light emitting element and method for manufacturing nitride semiconductor
JP5218117B2 (ja) 窒化物半導体積層構造及び光半導体装置並びにその製造方法
JPH10135575A (ja) 窒化物系半導体素子及びその製造方法
JP3269344B2 (ja) 結晶成長方法および半導体発光素子
JPH11340510A (ja) 半導体素子及びその製造方法
US20110198566A1 (en) Method for manufacturing light emitting element and light emitting element
JP4940670B2 (ja) 窒化物半導体発光素子を作製する方法
JP2001068733A (ja) 半導体素子、半導体発光素子およびその製造方法ならびに量子箱の形成方法
JP4261592B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
US6552376B1 (en) Group III nitride compound semiconductor device
JP4284944B2 (ja) 窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法
JP2006140530A (ja) ｐ型窒化物半導体の製造方法
JP4798211B2 (ja) 窒化物系半導体積層構造の製造方法
JP4198003B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
JP2004087762A (ja) 窒化物系半導体発光素子
JP4057473B2 (ja) 化合物半導体発光素子及びその製造方法
JP3867625B2 (ja) 窒化物半導体発光素子
JP2009026956A (ja) 発光素子、発光素子のための基板生産物、および発光素子を作製する方法
JP2000174336A (ja) ＧａＮ系半導体発光素子およびその製造方法
JP2008047940A (ja) 化合物半導体発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees