[发明专利]Ⅲ族类氮化物半导体器件及其制造方法

说明书

本发明涉及III族类氮化物半导体器件以及制造该器件的方法。

本申请是基于在此处引用的日本的专利权申请No.平11-130475和11-266499。

III族类氮化物半导体器件，例如蓝光发射器件等等，是通过下列步骤生产的：通过金属有机化学汽相淀积方法(在这个说明书中缩写为“MOCVD方法”)在一个蓝宝石基片上生长一Al_xGa_1-xN(0≤X≤1)的缓冲层；以及通过相同的MOCVD方法在该缓冲层上更进一步生长一个III族类氮化物复合的半导体层。

在这种MOCVD方法中，氨气和III族金属烷基化合物比如三甲基铝(TMA)、三甲基镓(TMG)和三甲基铟的气体被提供被加热到一合适温度的一个基片上，并且被热分解以使在该基片上形成一个期望的结晶的一个薄膜。在这个情况下，金属有机化合物比如TMA(三甲基铝)等，作为用于形成缓冲层的原材料气体是昂贵的。这是III族类氮化物半导体器件的成本增加的一个因素。

如果Al_xGa_1-xN(0≤X≤1)的缓冲层是用MOCVD方法之外的一种方法形成的，则可以避免使用金属有机化合物TMA、TMG(三甲基镓)等。例如，日本的专利权公报No.平5-86646已经建议了一种方法，在其中缓冲层是通过高频喷溅方法形成的；在包含氨气(在一实施例中为氨和氮)的一气氛中，在缓冲层被加热(到从800摄氏度到1000摄氏度的一个温度)之后，III族金属有机化合物被提供到缓冲层；然后III族类金属有机化合物在热的基片上被分解，以使它的氮化物薄膜蒸发生长以及相同的成分的Al_xGa_1-xN(0≤X≤1)生长在该缓冲层上。通过高频喷溅方法用于形成Al_xGa_1-xN(0≤X≤1)缓冲层的原料被高纯净金属铝和金属镓。具有这些金属的氩和氮的混合气体作为用作溅射气体的目标。在本例中，所有的原料是不贵的。因此，与使用昂贵金属有机化合物作为原料通过MOCVD方法形成缓冲层的情况相比，器件的成本可以降低。

虽然本发明的发明者试验过的在日本的专利公报No.5-86646中的方法，然而，通过MOCVD方法形成的将生长在用高频溅射方法形成的Al_xGa_1-xN(00≤X≤1)的缓冲层上的III族类氮化物半导体层的结晶度不能够满足发明者的要求。即，以上述的方式获得的III族类氮化物半导体层的结晶度低于由MOCVD方法形成的并将形成在通过MOCVD方法形成的Al_xGa_1-xN(0≤X≤1)的缓冲层上的III族类氮化物半导体层的结晶度。

本申请的发明者认真的进行了试验，以改进III族类氮化物半导体层的结晶度。结果，本发明人构思出了本申请的发明。

即，提供了一种III族类氮化物半导体器件，它包括：一个基片；—第一III族类氮化物化合物层，其具有50埃到3000埃的一厚度，并且是通过不使用金属有机化合物作为原料的一种方法形成在该基片上；以及—第二III族类氮化物化合物半导体层，其形成在第一III族类氮化物化合物层上。

根据上面描述的结构的III族类氮化物半导体器件，通过尝试优化将是缓冲层的第一III族类氮化物化合物层的厚度，形成在第一III族类氮化物化合物层上并具有器件功能的第二III族类氮化物化合物半导体层的结晶度被改进。

此外，第一III族类氮化物化合物层的厚度较好的是设置为在从50埃到3000埃的一范围内。如果该层薄于50埃，则该层不能履行缓冲层的功能。根据本发明人的试验，如果每一层是厚于3000埃，那么在第一III族类氮化物化合物层中或者形成在第一III族类氮化物化合物层上的第二III族类氮化物化合物半导体层中存在破裂的危险，即，层厚比50埃薄或者比3000埃厚都是不好的。

另一方面，然而，日本的专利公报平5-86646透露使用了厚度从1000埃到7000埃的一个缓冲层，事实上薄膜厚度范围的上限设置为3000埃是本发明者刚获得的新认识，并且利用其可以防止缓冲层或第二III族类氮化物化合物半导体层破碎。

在认真地考虑之后发明人更进一步进行了试验。结果，他们已经发现，当在通过直流磁电管溅射方法形成III族类氮化物的缓冲层的情况中，当缓冲层是在包含氢气和氨气的混合气体的气氛中加热时，形成在缓冲层上的第二III族类氮化物化合物半导体层的结晶度被改善。因此本发明人构思了本发明。

本发明的结构如下。