[发明专利]氮化物类半导体叠层结构及半导体光元件以及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物类半导体叠层结构及半导体光元件以及其制造方法，特别是使用包含氨和肼衍生物的V族原料和有机金属化合物的III族原料形成的氮化物类半导体叠层结构、半导体光元件以及其制造方法。

背景技术

近年来，由于光盘的高密度化，盛行研究开发从蓝色区域到紫外线区域可发光的半导体激光器。作为使用于这种蓝紫色激光二极管(以下将激光二极管称为LD)的GaN类化合物半导体，例如有GaN、GaPN、GaNAs、InGaN、AlGaN、AlGaInN等。采用AlGaInN等氮化物类半导体的GaN类半导体激光器已经实用化。

作为氮化物类半导体的成长方法，一般作为V族原料采用NH₃，但在使p型半导体层成长时从NH₃分解的氢原子(H)与p型掺杂剂、例如Mg结合，成长后的p型半导体层显示出高电阻。作为其解决方法，例如通过结晶成长后进行热处理使Mg活化，可以实现低电阻化。

但是，由于进行热处理，氮(N)从p型半导体层的表面脱离，存在结晶恶化的情况。或者，有时也使用不释放氢的氮材料如肼类材料、胺类材料。

作为公知的氮化物类化合物半导体的制造方法，公开了：作为氮原料将氨和肼一起使用，使肼的浓度为1×10^-3体积％～20体积％，使肼的供给量相对于氨的供给量和肼的供给量之和的比例为1×10^-3体积％～10体积％。而且公开了：作为载气可以单独或混合使用氢、氮、氩、氦等气体，但载气中的氢浓度优选为10体积％以下(例如参照专利文献1段[0008]、[0012])。

另外，作为公知的AlGaInN薄膜形成法，公开有：使基板温度升到1000℃，作为V族原料除肼之外导入氨，一分钟后导入作为III族原料的三甲基镓成长膜厚3μm的GaN层后，停止三甲基镓的导入，将基板温度降到800℃，同时导入三甲基镓、三甲基铝和三甲基铟，成长膜厚0.5μm的Al0.45GaO.5In0.05N层，停止三甲基镓、三甲基铝和三甲基铟的导入后，使基板温度降温，达到300℃以下的温度时停止肼和氨的导入(例如参照专利文献2段[0031])。

另外作为公知的氮化物类半导体发光元件的制造方法，公开了以下方法。

为实现氮化物类半导体发光元件的高品质化，指出使GaN层的成长温度比以往低、将GaN层和GaInN活性层的成长温度差控制在150℃以内。以MOCVD法为例，选择肼、其取代体及胺类氮化物的任何一种，特别是即使在700℃以下的低温下分解效率也高的氮化合物。可以是将这些混合的混合物，也可以含氨。另外作为Ga源使用TMG(三甲基镓)或TEG(三乙基镓)、作为In源使用TMI(三甲基铟)、作为Al源，使用TMA(三甲基铝)、作为n型掺杂剂，使用SiH₄、作为p型掺杂剂使用双甲基环戊二烯基镁。

首先在c面蓝宝石基板上在低温下成长GaN第一缓冲层(低温成长层)，接着在700℃的一定成长温度下成长GaN第二缓冲层、n-GaN接触层(コンタクト)、n-AlGaN披覆层(クラツド)、n-GaN光导层(光ガイド)、GaInN活性层，然后以和以往相同的成长温度和以往一样地在GaInN活性层上依次形成p-GaN光导层、AlGaN阻挡层(障壁)、p-AlGaN披覆层、p-GaN接触层(例如参照专利文献3段[0013]、[0023]～[0025]及图2)。

另外作为公知的p型III族氮化物半导体的制造方法，公开了：将一甲基肼和NM₃的混合气体作为氛围气，将温度下降到810℃，将氢作为载气供给TMG、TMI、TMA、(EtCp)₂Mg，由使各层的厚度分别为6nm的In_0.05Al_0.24Ga_0.71N层和In_0.2Ga_0.80N层分别成长50周期的超格子构成的p披覆层成长0.6μm的厚度，温度上升到1050℃，使p型GaN接触层层叠成0.2μm的厚度(例如参照专利文献4段[0085])。