專利名稱：氮化物類半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)、晶體管等氮化物類半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
用于構(gòu)成氮化物類半導(dǎo)體元件的基板由藍(lán)寶石、碳化硅或者硅構(gòu)成。硅基板與藍(lán)寶石基板及碳化硅基板相比，具有容易切斷，成本低的優(yōu)點(diǎn)。此外，硅基板能夠得到在藍(lán)寶石基板中不能得到的導(dǎo)電性。因此，能夠?qū)⒐杌遄鳛殡娏魍肥褂?。但是，由于硅基板與氮化物半導(dǎo)體之間的電位勢壘而產(chǎn)生比較大的壓降，因而發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電壓比較高。
在特開2002-208729號(hào)公報(bào)(以下，稱為專利文獻(xiàn)1)中，公布了用于解決硅基板中的上述缺點(diǎn)的技術(shù)。在該專利文獻(xiàn)1中，在n型硅基板上，依次外延生長作為緩沖層的AlN(氮化鋁)層、具有與硅基板同樣導(dǎo)電類型的n型InGaN(氮化鎵銦)層、n型GaN(氮化鎵)層、由InGaN構(gòu)成的有源層及p型GaN層。當(dāng)采用該技術(shù)時(shí)，InGaN層的In與Ga及AlN層的Al在硅基板中擴(kuò)散，在硅基板的表面區(qū)中產(chǎn)生由Ga、In、Al與Si構(gòu)成的合金層，即產(chǎn)生金屬化合物區(qū)。該合金層具有降低硅與AlN之間的異質(zhì)結(jié)的電位勢壘的功能。其結(jié)果是，能夠降低在發(fā)光二極管中流過預(yù)定的電流時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓，降低電力損失，提高效率。
但是，即使在形成這樣的合金層的情況下，n型硅基板與氮化物半導(dǎo)體之間的電位勢壘也比較大，發(fā)光二極管的壓降即驅(qū)動(dòng)電壓與使用藍(lán)寶石基板的發(fā)光二極管相比高到1.2倍左右。
上述問題，在發(fā)光二極管以外的、在硅基板的厚度方向上流過電流的其他的半導(dǎo)體元件中也產(chǎn)生，例如在晶體管中也產(chǎn)生。
作為發(fā)光二極管的其他的問題，存在很難容易地形成能夠滿足光的取出與電連接兩者的電極。即，一般情況下，在具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)的表面上設(shè)置氧化銦(In2O3)與氧化錫(ZnO2)的混合物(以下，稱為ITO)等的光透射性電極，進(jìn)而在光透射性電極的表面上的大體中央上設(shè)置用于連接導(dǎo)線等的光非透射性的接合焊盤電極。由于光透射性電極例如是10nm左右厚度的薄的導(dǎo)體膜，所以接合焊盤電極的金屬材料在光透射性電極中或者在光透射性電極與半導(dǎo)體區(qū)兩者中擴(kuò)散，在半導(dǎo)體區(qū)與接合焊盤電極之間形成肖特基勢壘。由于該肖特基勢壘具有阻止發(fā)光二極管的正向電流的功能，所以流過半導(dǎo)體區(qū)的接合焊盤電極的下面的部分的電流被肖特基勢壘抑制，相反，半導(dǎo)體區(qū)的外周側(cè)部分的電流增大。因此，接合焊盤電極下面的肖特基勢壘具有與眾所周知的電流阻擋層同樣的功能，對提高發(fā)光效率有貢獻(xiàn)。眾所周知，所謂的電流阻擋層是限制流過與有源層中的接合焊盤電極對置的區(qū)域中的電流的層。眾所周知，流過與有源層中的接合焊盤電極對置的區(qū)域中的電流，是對發(fā)光效率沒有貢獻(xiàn)的無效電流。
但是，如已經(jīng)說明的那樣，使用n型硅基板的發(fā)光二極管的正向驅(qū)動(dòng)電壓比較大。這樣，在發(fā)光二極管的正向驅(qū)動(dòng)電壓比較大時(shí)，硅基板及半導(dǎo)體區(qū)中的電力損失也增大，在這里的發(fā)熱量也增大，上述的肖特基勢壘區(qū)的溫度也增大，上述的肖特基勢壘的特性劣化，通過該肖特基勢壘的漏電流增大，相反，外周側(cè)部分的電流減小。由此，由肖特基勢壘引起的電流阻擋功能降低，發(fā)光效率也降低。
對于為了限制接合焊盤電極的下部的無效電流而在接合焊盤電極與半導(dǎo)體區(qū)之間設(shè)置由絕緣性材料構(gòu)成的眾所周知的電流阻擋層的發(fā)光二極管，利用電流阻擋層的作用能夠提高其發(fā)光效率，但相反地卻需要用于形成電流阻擋層的特別的工序，發(fā)光二極管的成本必然增高。
專利文獻(xiàn)1特開2002-208729號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明欲解決的課題是使用硅基板的氮化物類半導(dǎo)體元件的壓降大而且驅(qū)動(dòng)電壓高的課題。
為解決上述課題，本發(fā)明的氮化物類半導(dǎo)體元件的特征在于，具備具有導(dǎo)電性的p型硅基板；在上述p型硅基板的一個(gè)主面上形成的n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)；用于形成配置在上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)上的半導(dǎo)體元件的主要部分的主半導(dǎo)體區(qū)；與上述主半導(dǎo)體區(qū)連接的第1電極；以及與上述p型硅基板的另一個(gè)主面連接的第2電極。
上述半導(dǎo)體元件的主要部分意味著半導(dǎo)體元件的有源部或者激活部。此外，上述半導(dǎo)體元件能夠具有上述第1及第2電極之外的另外的電極。
作為上述半導(dǎo)體元件，在構(gòu)成發(fā)光二極管時(shí)，在上述主半導(dǎo)體區(qū)上最好至少包含有源層與p型氮化物半導(dǎo)體層。
作為上述半導(dǎo)體元件，在構(gòu)成晶體管時(shí)，在上述主半導(dǎo)體區(qū)上最好至少包含p型基區(qū)與n型發(fā)射區(qū)。
作為上述半導(dǎo)體元件，在構(gòu)成絕緣柵型場效應(yīng)晶體管時(shí)，在上述主半導(dǎo)體區(qū)上最好至少包含p型體區(qū)與n型源區(qū)。
上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)最好在能夠形成從該n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)向著上述p型硅基板的電流通路的狀態(tài)下，與上述p型硅基板接觸。
上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)最好是在用化學(xué)式AlaInbGa1-a-bN表示的材料中摻雜了n型雜質(zhì)的區(qū)域，其中，a及b是滿足0≤a＜1、0≤b＜1的數(shù)值。
上述半導(dǎo)體元件最好進(jìn)而具備配置在上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)與上述p型硅基板之間的中介層，該中介層用具有能夠得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度而且具有比上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)大的電阻率的材料形成。
上述中介層的材料最好是例如用化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN表示的包含鋁的氮化物半導(dǎo)體，其中，x及y是滿足0＜x≤1、0≤y＜1、0＜x+y≤1的數(shù)值。
上述半導(dǎo)體元件最好進(jìn)而具有配置在上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)與上述主半導(dǎo)體區(qū)之間的多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)，上述多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)包括由包含第1比例的Al(鋁)的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)第1層、以及由不包含Al或者包含比上述第1比例小的第2比例的Al的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)第2層，上述第1層與上述第2層交替層疊。
上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)包括由包含第1比例的Al(鋁)的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)第1層、以及由不含Al或者包含比上述第1比例小的第2比例的Al的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)第2層，是上述第1層與上述第2層交替層疊的多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)。
上述多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)的上述第1層，最好由用化學(xué)式AlxMyGa1-x-yN表示的材料構(gòu)成，其中，上述M是從In(銦)與B(硼)中選擇的至少一種元素，上述x及y是滿足0＜x≤1、0≤y＜1、x+y≤1的數(shù)值，而且，具有能夠得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度。
上述多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)的上述第2層，最好由用化學(xué)式AlaMbGa1-a-bN表示的材料構(gòu)成，其中，上述M是從In(銦)與B(硼)中選擇的至少一種元素，上述a及b是滿足0≤a＜1、0≤b≤1、a+b≤1、a＜x的數(shù)值。
作為上述半導(dǎo)體元件，在構(gòu)成發(fā)光二極管時(shí)，最好設(shè)置與上述p型氮化物半導(dǎo)體層電連接的陽極作為上述第1電極，設(shè)置陰極作為上述第2電極。
能夠用與上述p型氮化物半導(dǎo)體層電連接的具有光透射性的導(dǎo)電膜和在上述導(dǎo)電膜的表面的一部分上形成的連接用金屬層，來構(gòu)成上述發(fā)光二極管的上述第1電極。
在上述發(fā)光二極管的上述主半導(dǎo)體區(qū)的上述p型氮化物半導(dǎo)體層與上述導(dǎo)電膜之間，能夠配置n型氮化物半導(dǎo)體層。
作為上述半導(dǎo)體元件，在構(gòu)成晶體管時(shí)，最好設(shè)置與上述n型發(fā)射區(qū)電連接的發(fā)射極作為上述第1電極，設(shè)置集電極作為上述第2電極，進(jìn)而，設(shè)置與上述p型基區(qū)電連接的基極。
作為上述半導(dǎo)體元件，在構(gòu)成絕緣柵型場效應(yīng)晶體管時(shí)，最好設(shè)置與上述n型源區(qū)電連接的源電極作為上述第1電極，設(shè)置漏電極作為上述第2電極，進(jìn)而，設(shè)置柵電極。
發(fā)明的效果按照本發(fā)明，保持主半導(dǎo)體區(qū)的結(jié)晶性能良好、就能夠容易地達(dá)到大幅度降低半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電壓。即，無論使用n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)與否，在與其直接接觸或者由中介層介于其間接觸的硅基板上使用與現(xiàn)有的相反導(dǎo)電類型的p型硅基板。因此，在n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)與p型硅基板的異質(zhì)結(jié)界面上存在界面能級(jí)。此外，在包括具有量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的中介層的情況下，該中介層介于其間，在n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)與p型硅基板之間存在界面能級(jí)。上述界面能級(jí)是對n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)與p型硅基板之間的電傳導(dǎo)有貢獻(xiàn)的能級(jí)。通過存在上述界面能級(jí)，p型硅基板內(nèi)的載流子(電子)經(jīng)由上述界面能級(jí)良好地注入到n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)中。其結(jié)果是，p型硅基板與n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)之間的異質(zhì)結(jié)的電位勢壘，或者由具有量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的中介層介于其間n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)與p型硅基板之間的界面的電位勢壘減小，能夠大幅度降低半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓降低時(shí)，半導(dǎo)體元件的電力損失減小。
此外，能夠用將現(xiàn)有的n型硅基板變更為p型硅基板的簡單的方法，達(dá)到降低驅(qū)動(dòng)電壓。因此，不伴隨成本的上升，就能夠謀求驅(qū)動(dòng)電壓的降低。
在本發(fā)明的具體例的發(fā)光二極管中，在上述第1電極由與上述p型氮化物半導(dǎo)體層電連接的具有光透射性的導(dǎo)電膜和在上述導(dǎo)電膜的表面的一部分上形成的連接用金屬層構(gòu)成的情況下，如上所述，在連接用金屬層與半導(dǎo)體區(qū)之間產(chǎn)生肖特基勢壘，該肖特基勢壘發(fā)揮阻止發(fā)光二極管的正向電流的功能。在具有該肖特基勢壘的發(fā)光二極管中，當(dāng)發(fā)光二極管的電力損失及發(fā)熱大時(shí)，就降低因肖特基勢壘引起的發(fā)光二極管正向電流的阻止功能。與此相反，由于本發(fā)明的具體例的發(fā)光二極管的電力損失及發(fā)熱小，所以因肖特基勢壘引起的發(fā)光二極管的正向電流的阻止功能能夠抑制降低，提高發(fā)光效率。


圖1是概略地表示本發(fā)明實(shí)施例1的發(fā)光二極管的剖面圖。
圖2是表示圖1的發(fā)光二極管及現(xiàn)有的發(fā)光二極管的正向電壓與電流的關(guān)系的特性圖。
圖3是表示比較圖1的發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電壓的降低效果與現(xiàn)有的發(fā)光二極管的能帶圖。
圖4是概略地表示本發(fā)明實(shí)施例2的發(fā)光二極管的剖面圖。
圖5是概略地表示本發(fā)明實(shí)施例3的發(fā)光二極管的剖面圖。
圖6是概略地表示本發(fā)明實(shí)施例4的發(fā)光二極管的剖面圖。
圖7是概略地表示本發(fā)明實(shí)施例5的發(fā)光二極管的剖面圖。
圖8是概略地表示本發(fā)明實(shí)施例6的晶體管的剖面圖。
圖9是概略地表示本發(fā)明實(shí)施例7的場效應(yīng)晶體管的剖面圖。
符號(hào)說明1 p型硅基板3 n型緩沖區(qū)4、4a、4b 主半導(dǎo)體區(qū)5、6 第1及第2電極11 中介層具體實(shí)施方式
接著，參照圖1～圖9說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
實(shí)施例1圖1所示的作為本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的發(fā)光二極管，具有p型硅基板1、作為n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)的緩沖區(qū)3、用于構(gòu)成發(fā)光二極管的主要部即激活部的主半導(dǎo)體區(qū)4、第1及第2電極5、6。主半導(dǎo)體區(qū)4由在緩沖區(qū)3上依次外延生長的n型氮化物半導(dǎo)體層13、有源層14及p型氮化物半導(dǎo)體層15構(gòu)成。
p型硅基板1是本發(fā)明的特征結(jié)構(gòu)要件，無論在該層上配置n型緩沖區(qū)3與否，具有與之相反的導(dǎo)電類型。在該硅基板1中摻雜例如濃度5×1018cm-3～5×1019cm-3左右的p型雜質(zhì)即發(fā)揮作為受主雜質(zhì)功能的例如B(硼)等3族元素。因此，硅基板1是具有0.0001Ω·cm～0.01Ω·cm左右的低的電阻率的導(dǎo)電性基板，發(fā)揮作為第1及第2電極5、6之間的電流通路的功能。此外，該硅基板1具有能夠發(fā)揮作為其上的緩沖區(qū)3及主半導(dǎo)體區(qū)4等的機(jī)械支撐基板功能的厚度，例如具有350nm厚度。
作為配置在p型硅基板1上的n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)的緩沖區(qū)3由3族的1個(gè)或者多個(gè)元素與5族的氮構(gòu)成的n型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。用于該緩沖區(qū)3的n型氮化物半導(dǎo)體最好是在用化學(xué)式AlaInbGa1-a-bN表示的n型氮化物半導(dǎo)體中添加了n型雜質(zhì)(施主雜質(zhì))的氮化物半導(dǎo)體，其中，a及b是滿足0≤a＜1、0≤b＜1、a+b＜1的數(shù)值。即，緩沖區(qū)3最好由從AlInGaN(氮化鎵銦鋁)、GaN(氮化鎵)、AlInN(氮化銦鋁)、AlGaN(氮化鎵鋁)中選擇的材料構(gòu)成，由氮化鎵銦鋁(AlInGaN)構(gòu)成更好。上述化學(xué)式中的a是0.1～0.7，b是0.0001～0.5更好。該實(shí)施例1的緩沖區(qū)3的組成是Al0.5In0.01Ga0.49N。
緩沖區(qū)3主要具有用于使硅基板1的面方位在其上形成的由氮化物半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成的主半導(dǎo)體區(qū)4中良好地繼承的緩沖功能。為了良好地發(fā)揮該緩沖功能，緩沖區(qū)3最好具有10nm或以上的厚度。但是，為了防止緩沖區(qū)3的裂紋，最好使緩沖區(qū)3的厚度為500nm或以下。該實(shí)施例1的緩沖區(qū)3的厚度是30nm。
氮化物半導(dǎo)體的導(dǎo)帶的最低能級(jí)與硅的價(jià)帶的最高能級(jí)的能量差比較小。因此，在由n型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的緩沖區(qū)3與p型硅基板1的界面2中，形成眾所周知的類型2或者類型3的異質(zhì)結(jié)。在這里，所謂的類型2的異質(zhì)結(jié)是指在能帶圖中形成異質(zhì)結(jié)的2個(gè)半導(dǎo)體的一個(gè)價(jià)帶的最高能級(jí)位于另一個(gè)半導(dǎo)體的價(jià)帶的最高能級(jí)與導(dǎo)帶的最低能級(jí)之間，而且一個(gè)導(dǎo)帶的最低能級(jí)位于比另一個(gè)導(dǎo)帶的最低能級(jí)之上的結(jié)。此外，所謂的類型3的異質(zhì)結(jié)是指形成異質(zhì)結(jié)的2個(gè)半導(dǎo)體的一個(gè)價(jià)帶的最高能級(jí)位于比另一個(gè)半導(dǎo)體的導(dǎo)帶的最低能級(jí)之上的結(jié)。在本實(shí)施例中，在由n型氮化物類化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的緩沖區(qū)3與p型硅基板1的異質(zhì)結(jié)是上述類型2的情況下，該異質(zhì)結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)能夠用圖3(B)表示。再有，該圖3(B)表示熱平衡狀態(tài)中的n型緩沖區(qū)3與p型硅基板1的能帶結(jié)構(gòu)。在圖3(A)、(B)中，Ev表示價(jià)帶的最高能級(jí)，Ec表示導(dǎo)帶的最低能級(jí)，Ef表示費(fèi)米能級(jí)。此外，在圖3(B)的禁帶中所示的Et表示p型硅基板1與n型緩沖區(qū)3之間的異質(zhì)結(jié)的界面能級(jí)。在形成圖3(B)所示的上述類型2的異質(zhì)結(jié)的情況下，在異質(zhì)結(jié)的界面2中存在許多界面能級(jí)Et，位于p型硅基板1的價(jià)帶中的載流子(電子)經(jīng)由該界面能級(jí)Et良好地注入由n型半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成的緩沖區(qū)3的導(dǎo)帶中。其結(jié)果是，p型硅基板1與n型緩沖區(qū)3之間的異質(zhì)結(jié)的勢壘減小，驅(qū)動(dòng)電壓能夠大幅度降低。
在形成類型3的異質(zhì)結(jié)的情況下，位于p型硅基板1的價(jià)帶中的載流子(電子)直接注入到由n型半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成的緩沖區(qū)3的導(dǎo)帶中。因此，即使在形成類型3的異質(zhì)結(jié)的情況下，在p型硅基板1與由n型半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成的緩沖區(qū)3之間的異質(zhì)結(jié)的勢壘減小，驅(qū)動(dòng)電壓能夠大幅度降低。
用于眾所周知的雙異質(zhì)結(jié)型結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的主半導(dǎo)體區(qū)4，由在緩沖區(qū)3上依次配置的n型氮化物半導(dǎo)體層13、有源層14、p型氮化物半導(dǎo)體層15構(gòu)成。再有，也能夠?qū)⒅靼雽?dǎo)體區(qū)4稱為發(fā)光功能區(qū)或者發(fā)光激活區(qū)。并且，通過在由n型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的緩沖區(qū)3上保持與主半導(dǎo)體區(qū)4的n型氮化物半導(dǎo)體層13同樣功能，能夠從主半導(dǎo)體區(qū)4中省去n型氮化物半導(dǎo)體層13。此外，能夠省去有源層14使n型氮化物半導(dǎo)體層13與p型氮化物半導(dǎo)體層15直接接觸。
主半導(dǎo)體區(qū)4的n型氮化物半導(dǎo)體層13最好忽略n型雜質(zhì)由用下述化學(xué)式表示的材料構(gòu)成。
AlxInyGa1-x-yN，其中，x及y是滿足0≤x＜1、0≤y＜1的數(shù)值。
該實(shí)施例的n型氮化物半導(dǎo)體層13由與上述化學(xué)式中的x＝0、y＝0相當(dāng)?shù)膎型GaN構(gòu)成，具有厚度約2μm。該n型氮化物半導(dǎo)體層13是也能夠稱為發(fā)光二極管的n包層的氮化物半導(dǎo)體層，具有比有源層14大的能帶間隙。
有源層14最好由用下述化學(xué)式表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，AlxInyGa1-x-yN，其中，x及y是滿足0≤x＜1、0≤y＜1的數(shù)值。
在該實(shí)施例中，有源層14用氮化鎵銦(InGaN)形成。再有，在圖1中，雖然是用一層概略地表示有源層14，但實(shí)際上具有眾所周知的多量子阱結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，也能夠用一層構(gòu)成有源層14。此外，在該實(shí)施例中，雖然在有源層14中沒有摻雜決定導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，但是能夠摻雜p型或者n型雜質(zhì)。
配置在有源層14上的p型氮化物半導(dǎo)體層15最好忽略p型雜質(zhì)由用下述化學(xué)式表示的材料構(gòu)成，AlxInyGa1-x-yN，其中，x及y是滿足0≤x＜1、0≤y＜1的數(shù)值。
在該實(shí)施例中，p型氮化物半導(dǎo)體層15用厚度500nm的p型GaN形成。該p型氮化物半導(dǎo)體層15是也能夠稱為p包層的氮化物半導(dǎo)體層，具有比有源層14還大的能帶間隙。
由于構(gòu)成主半導(dǎo)體區(qū)4的n型氮化物半導(dǎo)體層13、有源層14及p型氮化物半導(dǎo)體層15，由緩沖區(qū)3介于其間形成在硅基板1上，故其晶體性能比較好。
作為陽極的第1電極5與p型氮化物半導(dǎo)體層15連接，作為陰極的第2電極6與硅基板1的下面連接。再有，為了連接第1電極5，在p型氮化物半導(dǎo)體層15上追加設(shè)置接觸用的p型氮化物半導(dǎo)體層，在這里能夠連接第1電極5。
接著，說明圖1的發(fā)光二極管的制造方法。
首先，準(zhǔn)備在用密勒指數(shù)表示的結(jié)晶的面方位中具有以(111)面為主面的p型硅基板1。
接著，用HF類的腐蝕液對硅基板1實(shí)施眾所周知的氫終結(jié)處理。
接著，將基板1投入到眾所周知的OMVPE(Organometallic VaporPhase Epitaxy)即有機(jī)金屬氣相生長裝置的反應(yīng)室中，升溫到例如1170℃。接著，在1170℃下進(jìn)行10分鐘的熱清洗，在除去基板1的表面的氧化膜后，設(shè)定在1000℃或以上的預(yù)定溫度，例如設(shè)定在1000～1100℃，然后，通過OMVPE法在硅基板1上外延生長緩沖區(qū)3。在緩沖區(qū)3由n型氮化鎵銦鋁(AlInGaN)構(gòu)成的情況下，在反應(yīng)室中以預(yù)定的比例導(dǎo)入眾所周知的三甲基鋁氣體(以下，稱為TMA)、三甲基銦氣體(以下，稱為TMI)、三甲基鎵氣體(以下，稱為TMG)、氨氣與硅烷氣體(SiH4)。硅烷氣體(SiH4)的Si(硅)發(fā)揮作為n型雜質(zhì)的功能。
接著，在緩沖區(qū)3上通過眾所周知的外延生長法依次形成n型氮化物半導(dǎo)體層13、有源層14與p型氮化物半導(dǎo)體層15，得到主半導(dǎo)體區(qū)4。例如，為了形成由n型GaN構(gòu)成的n型氮化物半導(dǎo)體層13，將基板1的溫度設(shè)定在例如1000～1110℃，例如，以預(yù)定的比例將TMG、硅烷(SiH4)與氨供給反應(yīng)室。由此，得到由厚度2μm的n型GaN構(gòu)成的n型氮化物半導(dǎo)體層13。該n型氮化物半導(dǎo)體層13的n型雜質(zhì)濃度例如是3×1018cm-3，比硅基板1的雜質(zhì)濃度低。在n型氮化物半導(dǎo)體層13開始形成時(shí)，由于其下的緩沖區(qū)3的晶體性能保持良好，所以主半導(dǎo)體區(qū)4的n型氮化物半導(dǎo)體層13具有繼承緩沖區(qū)3的晶體性能的良好的結(jié)晶性能。
接著，在發(fā)揮作為n型包層功能的n型氮化物半導(dǎo)體層13上，形成眾所周知的多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層14。在圖1中，為了簡化圖示，將多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層14表示為1層，實(shí)際上是由多個(gè)勢壘層與多個(gè)阱層構(gòu)成，勢壘層與阱層交替重復(fù)配置，例如4次重復(fù)配置。在形成該有源層14時(shí)，在形成由n型GaN構(gòu)成的n型氮化物半導(dǎo)體層13后，停止向OMVPE裝置反應(yīng)室的氣體供給，將基板1的溫度下降到800℃，然后，以預(yù)定的比例在反應(yīng)室中供給TMG、TMI及氨氣，形成例如由In0.02Ga0.98N構(gòu)成的且具有厚度13nm的勢壘層，接著，改變TMI的比例，形成例如由In0.2Ga0.8N構(gòu)成的且具有厚度例如3nm的阱層。通過例如4次重復(fù)該勢壘層及阱層的形成，得到多量子阱結(jié)構(gòu)的有源層14。有源層14繼承其下面的n型氮化物半導(dǎo)體層13的結(jié)晶性能，具有良好的結(jié)晶性能。再有，能夠在有源層14中摻雜例如p型的雜質(zhì)。
接著，將硅基板1的溫度上升到1000～1110℃，以預(yù)定的比例在OMVPE裝置的反應(yīng)室中供給例如三甲基鎵(TMG)、氨氣、二茂鎂氣體(Biscyclopentadienyl，以下，稱為Cp2Mg)，在有源層14上形成由厚度約500nm的p型GaN構(gòu)成的p型氮化物半導(dǎo)體層15。導(dǎo)入鎂(Mg)的濃度例如3×1018cm-3，發(fā)揮作為p型雜質(zhì)的功能。
接著，通過眾所周知的真空蒸鍍法形成第1及第2電極5，完成發(fā)光二極管。
圖2的特性曲線A表示在第1電極5上施加正、在第2電極6上施加負(fù)的正向電壓時(shí)，在上述實(shí)施例1的發(fā)光二極管中，流過該發(fā)光二極管的電流。圖2的B特性曲線表示在使基板1與上述專利文獻(xiàn)1同樣具有n型硅基板的現(xiàn)有的發(fā)光二極管上施加正向電壓時(shí)的發(fā)光二極管的電流。從該圖2可知，為了在發(fā)光二極管上流過20mA的電流所必需的驅(qū)動(dòng)電壓在特性曲線A時(shí)是3.36V，在特性曲線B時(shí)是3.98V。因此，通過將基板1的導(dǎo)電類型從現(xiàn)有的n型變更到p型這樣極其簡單的方法，就能夠使用于流過20mA電流的驅(qū)動(dòng)電壓降低0.62V。
接著，參照圖3的能帶圖說明本實(shí)施例的效果。為了進(jìn)行比較，在圖3(A)中表示現(xiàn)有技術(shù)的異質(zhì)結(jié)的能帶狀態(tài)，圖3(B)表示本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)的能帶狀態(tài)。
圖3(A)所示的現(xiàn)有技術(shù)的異質(zhì)結(jié)由n型Si基板(n-Si)與在其上直接外延生長的n型氮化物半導(dǎo)體層(AlInGaN)構(gòu)成。由于在該圖3(A)的異質(zhì)結(jié)中產(chǎn)生具有高度比較高的ΔEb的勢壘，故包含該異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電壓比較大。
與此相反，圖3(B)所示的本發(fā)明的實(shí)施例的p型硅基板1與由n型氮化物半導(dǎo)體(AlInGaN)構(gòu)成的n型緩沖區(qū)3的異質(zhì)結(jié)的勢壘比較低，而且，在該異質(zhì)結(jié)的界面2上存在許多界面能級(jí)Et。該界面能級(jí)Et位于p型硅基板1的價(jià)帶的最高能級(jí)與n型緩沖區(qū)3的導(dǎo)帶的最低能級(jí)之間，具有提高在異質(zhì)結(jié)的界面2的電子及空穴的發(fā)生及再結(jié)合的功能。將包含該界面能級(jí)Et的界面2及其附近區(qū)域稱為電子及空穴的發(fā)生及再結(jié)合的促進(jìn)區(qū)。在本實(shí)施例中，在圖3(B)中界面2的右側(cè)所示的p型硅基板1內(nèi)的載流子(電子)能夠經(jīng)由該界面能級(jí)Et良好地注入到在界面2的左側(cè)所示的n型緩沖區(qū)3中。由此，載流子能夠有效地從p型硅基板1輸送到n型緩沖區(qū)3中。其結(jié)果是，p型硅基板1與n型緩沖區(qū)3之間的異質(zhì)結(jié)對p型硅基板1內(nèi)的載流子(電子)的勢壘比較小，能夠大幅度降低發(fā)光二極管的正向的驅(qū)動(dòng)電壓。
如上所述，按照本實(shí)施例，能夠良好地保持主半導(dǎo)體區(qū)4的結(jié)晶性能，容易地達(dá)到大幅度降低發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓降低時(shí)，發(fā)光二極管的功耗減小。
此外，用將現(xiàn)有的n型硅基板變更為p型硅基板1這樣簡單的方法，能夠達(dá)到降低發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電壓。因此，不會(huì)伴隨著發(fā)光二極管的成本上升，就能夠謀求驅(qū)動(dòng)電壓的降低。
實(shí)施例2接著，說明圖4所示的實(shí)施例2的發(fā)光二極管。但是，在圖4及后述的圖5～圖9中，在實(shí)質(zhì)上與圖1相同的部分上標(biāo)注同樣符號(hào)，省略其說明。
圖4的發(fā)光二極管設(shè)置在圖1的緩沖區(qū)3上附加了多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)20的變形的緩沖區(qū)3a，除此之外與圖1是相同的結(jié)構(gòu)。圖4的變形緩沖區(qū)3a，是通過在與圖1同樣形成的n型氮化鎵銦鋁(AlInGaN)構(gòu)成的n型緩沖區(qū)3上，配置多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)20而成。圖4的多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)20通過重復(fù)交替配置的多個(gè)第1層21與多個(gè)第2層22構(gòu)成。多個(gè)第1層21由包含第1比例的Al(鋁)的氮化物半導(dǎo)體形成。多個(gè)第2層22由沒有包含Al或者包含比上述第1比例小的第2比例的Al的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。
上述第1層21最好忽略n型雜質(zhì)由用下述化學(xué)式表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，AlxMyGa1-x-yN，其中，上述M是從In(銦)與B(硼)中選擇的至少1種元素，上述x及y是滿足0＜x≤1、0≤y＜1、x+y≤1的數(shù)值。
上述第1層21最好具有能夠得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度，例如具有1～10nm的厚度。再有，在該實(shí)施例中，第1層21由n型AlN構(gòu)成，包含Si(硅)作為n型雜質(zhì)。但是，第1層21也可以是不包含n型雜質(zhì)的非摻雜的氮化物半導(dǎo)體。
上述第2層22最好由忽略n型雜質(zhì)用下述化學(xué)式表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，AlaMbGa1-a-bN，其中，上述M是從In(銦)與B(硼)中選擇的至少1種元素，上述a及b是滿足0≤a＜1、0≤b≤1、a+b≤1、a＜x的數(shù)值。
第2層22最好包含Si(硅)作為n型雜質(zhì)。此外，該第2層22最好用與n型緩沖區(qū)3同樣的氮化物半導(dǎo)體形成，在該實(shí)施例中，由n型GaN構(gòu)成。再有，第2層22的厚度最好是比第1層21更厚而且是不發(fā)生量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度即10μm或以上。但是，也能夠使第2層22成為能夠得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度或者與第1層21相同的厚度。
在形成變形緩沖區(qū)3a的多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)20時(shí)，在形成下側(cè)的n型緩沖區(qū)3后，例如以TMA(三甲基鋁)50μmol/min、硅烷(SiH4)20nmol/min、氨0.14mol/min的比例流到反應(yīng)室中，外延生長厚度5nm的由n型AlN構(gòu)成的第1層21。然后，停止TMA的供給，繼續(xù)供給硅烷與氨，與此同時(shí)，以50μmol/min的比例流TMG，外延生長由厚度25nm的n型GaN構(gòu)成的第2層22。重復(fù)進(jìn)行20次第1及第2層21、22的形成工序，得到多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)20。在圖4中，為了簡化圖示，第1及第2層21、22僅僅分別表示4層。
如圖4所示，當(dāng)追加多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)20時(shí)，能夠改善緩沖區(qū)3a的最上面的平坦性。
再有，在圖4中，也能夠省去緩沖區(qū)3，使多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)20與p型硅基板1直接接觸。即，能夠設(shè)置圖4的多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)20以代替圖1及圖6～圖9的緩沖區(qū)3。在使圖4的多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)20與p型硅基板1直接接觸的情況下，最好在第1及第2層21、22兩者上添加n型雜質(zhì)。
實(shí)施例3圖5所示的實(shí)施例3的發(fā)光二極管，在圖1的p型硅基板1與n型緩沖區(qū)3之間配置由包含鋁的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的中介層11，而且，將n型緩沖區(qū)3兼用作為n型包層，其他與圖1是同樣結(jié)構(gòu)。在圖5中，中介層11與n型緩沖區(qū)3的組合表示為變形緩沖區(qū)3b，有源層14與由InGaN構(gòu)成的p型氮化物半導(dǎo)體區(qū)15a的組合表示為主半導(dǎo)體區(qū)4a。
中介層11最好由用下述化學(xué)式表示的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。
AlxInyGa1-x-yN其中，x及y是滿足0＜x≤1、0≤y＜1、0＜x+y≤1的數(shù)值。在該實(shí)施例3中，在中介層11中不包含n型雜質(zhì)。但是，在中介層11中也能夠包含n型雜質(zhì)。
中介層11是具有比n型緩沖區(qū)3的電阻率高的電阻率的膜。該中介層11最好具有1～60nm范圍的厚度，此外，更希望具有能夠得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的例如1～10nm的厚度，并且，最好具有2～3nm左右的厚度。在中介層11具有能夠得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度的情況下，對由n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成的n型緩沖區(qū)3與p型硅基板1之間的導(dǎo)電性，實(shí)質(zhì)上能夠忽略中介層11。因此，p型硅基板1內(nèi)的載流子(電子)，經(jīng)由存在于n型緩沖區(qū)3與p型硅基板1之間的異質(zhì)結(jié)界面中的界面能級(jí)Et，良好地注入到由n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)構(gòu)成的n型緩沖區(qū)3中。其結(jié)果是，與實(shí)施例1同樣，p型硅基板1與n型緩沖區(qū)3之間的異質(zhì)結(jié)的勢壘減小，發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電壓能夠大幅度降低。中介層11在特性上最好是中介層11與p型硅基板1之間的晶格常數(shù)的差比n型緩沖區(qū)3或者主半導(dǎo)體區(qū)4～4c與p型硅基板1之間的晶格常數(shù)的差小的材料。此外，中介層11在特性上最好是中介層與p型硅基板1之間的熱膨脹系數(shù)的差，比n型緩沖區(qū)3或者主半導(dǎo)體區(qū)4～4c與p型硅基板1之間的熱膨脹系數(shù)的差更小的材料。
實(shí)施例4圖6所示的實(shí)施例4的發(fā)光二極管具有變形了的第1電極5a，其他與圖1是相同的結(jié)構(gòu)。
圖6的第1電極5a由光透射性導(dǎo)電膜51和連接用金屬層52構(gòu)成，上述光透射性導(dǎo)電膜51由在主半導(dǎo)體區(qū)4的表面即在p型氮化物半導(dǎo)體層15的表面的幾乎全體上形成的氧化銦(In2O3)與氧化錫(ZnO2)的混合物即ITO等構(gòu)成，上述連接用金屬層52是在該導(dǎo)電膜51的表面上的大體中央部分上形成的，也能夠稱為接合焊盤電極。
光透射性導(dǎo)電膜51具有10nm左右的厚度，與p型氮化物半導(dǎo)體層15電阻性接觸。連接用金屬層52由Ni(鎳)、Au(金)、Al(鋁)等金屬構(gòu)成，形成允許形成沒有圖示的導(dǎo)線接合的厚度。由于該連接用金屬層52比導(dǎo)電膜51厚，故實(shí)質(zhì)上使在主半導(dǎo)體區(qū)4中發(fā)生的光不能透過。雖然沒有圖示，但在連接用金屬層52形成時(shí)或者在其后的工序中存在連接用金屬層52的金屬擴(kuò)散到導(dǎo)電膜51或者導(dǎo)電膜51與主半導(dǎo)體區(qū)4的表面的一部分中的區(qū)域，在金屬層52與主半導(dǎo)體區(qū)4之間形成肖特基勢壘。
在第1及第2電極5a、6之間施加第1電極5a的電位比第2電極6的電位高的正向電壓時(shí)，電流從導(dǎo)電膜51流到主半導(dǎo)體區(qū)4中。由于連接用金屬層52與主半導(dǎo)體區(qū)4肖特基接觸，所以通過肖特基勢壘抑制電流，由連接用金屬層52與主半導(dǎo)體區(qū)4之間的肖特基勢壘介于其間，幾乎不流過電流。因此，從導(dǎo)電膜51流入主半導(dǎo)體區(qū)4的外周側(cè)部分的電流成分占據(jù)第1及第2電極5a、6之間的電流的大部分?；诹鬟^主半導(dǎo)體區(qū)4的外周側(cè)部分的電流所發(fā)生的光，不被光不透射性的連接用金屬層52妨礙地從光透射性導(dǎo)電膜51的上方取出。
如已經(jīng)說明過的那樣，隨著溫度的上升肖特基勢壘劣化，通過肖特基勢壘的漏電流增大。由于圖6的實(shí)施例4的發(fā)光二極管與圖1的實(shí)施例1的發(fā)光二極管同樣，是使用p型硅基板1構(gòu)成的發(fā)光二極管，所以與實(shí)施例1同樣正向的驅(qū)動(dòng)電壓比較小，功耗及發(fā)熱比使用現(xiàn)有的n型硅基板的發(fā)光二極管小。因此，抑制基于硅基板1及主半導(dǎo)體區(qū)4的發(fā)熱的連接用金屬層52與主半導(dǎo)體區(qū)4之間的肖特基勢壘的劣化，通過肖特基勢壘的電流減小。其結(jié)果是，在第1及第2電極5a、6之間的電流與使用現(xiàn)有的n型硅基板的發(fā)光二極管同樣的情況下，流過主半導(dǎo)體區(qū)4的外周側(cè)部分的電流對全電流的比例增大，發(fā)光效率比使用現(xiàn)有的n型硅基板的發(fā)光二極管的發(fā)光效率大。此外，在圖6的主半導(dǎo)體區(qū)4及硅基板1的發(fā)熱與使用現(xiàn)有的n型硅基板的發(fā)光二極管的發(fā)熱可以相同的情況下，能夠在主半導(dǎo)體區(qū)4的外周側(cè)部分流過比現(xiàn)有更大的電流，發(fā)光效率增大。
即使在該實(shí)施例4中，也能夠與實(shí)施例1同樣地得到基于p型硅基板1的效果。
再有，圖6的變形的第1電極5a的結(jié)構(gòu)也能夠應(yīng)用于圖4及圖5所示的實(shí)施例2及3的發(fā)光二極管。
實(shí)施例5圖7所示的實(shí)施例5的發(fā)光二極管，在圖6的實(shí)施例4的發(fā)光二極管的第1電極5a與主半導(dǎo)體區(qū)4之間附加n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53，除此之外是與圖6相同的結(jié)構(gòu)。n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53最好由忽略n型雜質(zhì)能夠用下述化學(xué)式表示的材料構(gòu)成。
AlxInyGa1-x-yN其中，x及y是滿足0≤x＜1、0≤y＜1的數(shù)值。
圖7的實(shí)施例5的n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53由相當(dāng)于上述化學(xué)式中的x＝0、y＝0的n型GaN構(gòu)成。
在圖7中附加的n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53的一個(gè)主面與p型氮化物半導(dǎo)體層15接觸，另一個(gè)主面與光透射性導(dǎo)電膜51接觸。在光透射性導(dǎo)電膜51由ITO構(gòu)成的情況下，由于ITO具有與n型半導(dǎo)體同樣的特性，導(dǎo)電膜51與n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53的歐姆接觸的電阻值極低，在這里的功耗減小，進(jìn)一步降低正向驅(qū)動(dòng)電壓，提高發(fā)光效率。
為了防止n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53與p型氮化物半導(dǎo)體層15之間的pn結(jié)妨礙正向電流，最好使n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53的厚度為1～30nm，為5～10nm更好。此外，n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53的厚度最好是能夠得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度。
當(dāng)在圖7的第1及第2電極5a、6之間施加正向電壓時(shí)，電流由n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53介于其間從導(dǎo)電膜51流入到p型氮化物半導(dǎo)體層15中。在該實(shí)施例5中，在由n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53介于其間的狀態(tài)的p型輔助氮化物半導(dǎo)體層15與導(dǎo)電膜51之間的正向壓降，比圖6的p型輔助氮化物半導(dǎo)體層15與導(dǎo)電膜51之間的正向壓降更小。因此，能夠降低正向驅(qū)動(dòng)電壓，提高發(fā)光效率。
能夠?qū)D7的第1電極5a的結(jié)構(gòu)及n型輔助氮化物半導(dǎo)體層53應(yīng)用于圖4及圖5的實(shí)施例2及3。
實(shí)施例6圖8所示的實(shí)施例6的晶體管，將用于圖1的發(fā)光二極管的主半導(dǎo)體區(qū)4置換成用于晶體管的主半導(dǎo)體區(qū)4b，除此之外與圖1是相同的結(jié)構(gòu)。在該圖8中，主半導(dǎo)體區(qū)4b的n型GaN構(gòu)成的n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)13及比它更下側(cè)的結(jié)構(gòu)與圖1是相同的。為了構(gòu)成晶體管，主半導(dǎo)體區(qū)4b在作為集電極區(qū)發(fā)揮功能的n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)13之外，具有在其上外延生長的由p型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的基極區(qū)31與在其上外延生長的由n型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)射極區(qū)32。在基極區(qū)31上連接基極33，在發(fā)射極區(qū)32上連接作為第1電極的發(fā)射極34。p型硅基板1的下面的電極6發(fā)揮作為集電極的功能。
由于圖8的晶體管是npn型晶體管，所以將其導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)時(shí)，使集電極6為最高電位，從集電極6側(cè)向著發(fā)射極34側(cè)流過電流。即使在該晶體管中，也能夠與圖1同樣地降低2個(gè)電極6、34之間的導(dǎo)通時(shí)的壓降。
實(shí)施例7圖9所示的實(shí)施例7的絕緣柵型場效應(yīng)晶體管，將用于圖1的發(fā)光二極管的主半導(dǎo)體區(qū)4置換成用于場效應(yīng)晶體管的主半導(dǎo)體區(qū)4c，除此之外，是與圖1相同的結(jié)構(gòu)。在圖9的主半導(dǎo)體區(qū)4c上，設(shè)置由與圖1相同的n型GaN構(gòu)成的n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)13。在圖9中，n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)13發(fā)揮作為漏區(qū)的功能。通過在n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)13中導(dǎo)入p型雜質(zhì)，設(shè)置由p型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的體區(qū)41，通過在該體區(qū)41中導(dǎo)入n型雜質(zhì)，設(shè)置由n型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的源區(qū)42。在源區(qū)42與作為漏區(qū)的n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)13之間的體區(qū)41的表面上，絕緣膜43介于其間配置柵電極44。在源區(qū)42上連接作為第1電極的源電極45。p型硅基板1的下面的第2電極6發(fā)揮作為漏電極的功能。
即使在圖9的場效應(yīng)晶體管中，導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)時(shí)的源電極45與漏電極6之間的壓降也減小。
本發(fā)明不是僅限于上述的實(shí)施例，例如也能夠是下述的變形。
(1)能夠?qū)D6及圖7的發(fā)光二極管的緩沖區(qū)3、圖8的晶體管的緩沖區(qū)3及圖9的場效應(yīng)晶體管的緩沖區(qū)3置換成圖4的緩沖區(qū)3a或者圖5的緩沖區(qū)3b。
(2)能夠?qū)D8及圖9的緩沖區(qū)3兼用作集電極區(qū)或者漏區(qū)。
(3)在圖4、圖6、圖7、圖8及圖9中，能夠在緩沖區(qū)3與p型硅基板1之間配置具有由與圖5同樣的AlN等構(gòu)成的量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的中介層11。即，在圖4、圖6、圖7、圖8及圖9中，能夠?qū)Ⅻc(diǎn)劃線11’與p型硅基板1之間作為由AlN等構(gòu)成的具有量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的中介層。
(4)在各實(shí)施例的緩沖區(qū)3、3a、3b中能夠進(jìn)一步附加其他的半導(dǎo)體層。
(5)雖然在各實(shí)施方式中，在緩沖區(qū)3、3a、3b中包含In，但也可以是不包含In的層。
(6)能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于具有pn結(jié)的整流二極管和具有肖特基勢壘電極的肖特基二極管中。此外，能夠?qū)⒈景l(fā)明應(yīng)用于在基板1的厚度方向上流過電流的所有半導(dǎo)體元件中。
工業(yè)上的可應(yīng)用性本發(fā)明能夠應(yīng)用于發(fā)光二極管、晶體管、場效應(yīng)晶體管及整流二極管等半導(dǎo)體元件中。
權(quán)利要求
1.一種氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，具備具有導(dǎo)電性的p型硅基板；在上述p型硅基板的一個(gè)主面上形成的n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)；用于形成配置在上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)上的半導(dǎo)體元件的主要部分的主半導(dǎo)體區(qū)；與上述主半導(dǎo)體區(qū)連接的第1電極；以及與上述p型硅基板的另一個(gè)主面連接的第2電極。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)在能夠形成從該n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)向著上述p型硅基板的電流通路的狀態(tài)下，與上述p型硅基板接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)是在用化學(xué)式AlaInbGa1-a-bN表示的材料中摻雜了n型雜質(zhì)的區(qū)域，其中，a及b是滿足0≤a＜1、0≤b＜1的數(shù)值。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，還具備配置在上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)與上述p型硅基板之間的中介層，該中介層用具有能夠得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度而且具有比上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)大的電阻率的材料形成。
5.如權(quán)利要求4所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述中介層的材料是包含鋁的氮化物半導(dǎo)體。
6.如權(quán)利要求5所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)是在用化學(xué)式AlaInbGa1-a-bN表示的材料中摻雜了n型雜質(zhì)的區(qū)域，其中，a及b是滿足0≤a＜1、0≤b＜1的數(shù)值，而且，上述中介層是用化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN表示的材料構(gòu)成，其中，x及y是滿足0＜x≤1、0≤y＜1、0＜x+y≤1、a＜x的數(shù)值。
7.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，還具有配置在上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)與上述主半導(dǎo)體區(qū)之間的多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)，上述多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)包括由包含第1比例的Al(鋁)的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)第1層、以及由不包含Al或者包含比上述第1比例小的第2比例的Al的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)第2層，上述第1層與上述第2層交替層疊。
8.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述n型氮化物半導(dǎo)體區(qū)包括由包含第1比例的Al(鋁)的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)第1層、以及由不含Al或者包含比上述第1比例小的第2比例的Al的氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)第2層，是上述第1層與上述第2層交替層疊的多層結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)。
9.如權(quán)利要求7或者8所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述第1層由用化學(xué)式AlxMyGa1-x-yN表示的材料構(gòu)成，其中，上述M是從In(銦)與B(硼)中選擇的至少一種元素，上述x及y是滿足0＜x≤1、0≤y＜1、x+y≤1的數(shù)值，而且，具有能夠得到量子力學(xué)的隧道效應(yīng)的厚度，上述第2層由用化學(xué)式AlaMbGa1-a-bN表示的材料構(gòu)成，其中，上述M是從In(銦)與B(硼)中選擇的至少一種元素，上述a及b是滿足0≤a＜1、0≤b≤1、a+b≤1、a＜x的數(shù)值。
10.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述主半導(dǎo)體區(qū)是用于形成發(fā)光二極管的區(qū)域，至少具有有源層和配置在該有源層上的p型氮化物半導(dǎo)體層，上述第1電極是與上述p型氮化物半導(dǎo)體層電連接的陽極，上述第2電極是陰極。
11.如權(quán)利要求10所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述第1電極包括由與上述p型氮化物半導(dǎo)體層電連接的具有光透射性的導(dǎo)電膜和在上述導(dǎo)電膜的表面的一部分上形成的連接用金屬層。
12.如權(quán)利要求11所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述主半導(dǎo)體區(qū)還具有配置在上述p型氮化物半導(dǎo)體層上的n型氮化物半導(dǎo)體層，上述導(dǎo)電膜與上述n型氮化物半導(dǎo)體層連接。
13.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述主半導(dǎo)體區(qū)是用于構(gòu)成晶體管的區(qū)域，至少具有p型基區(qū)與n型發(fā)射區(qū)，上述第1電極是與上述n型發(fā)射區(qū)電連接的發(fā)射極，上述第2電極是集電極，進(jìn)而，具有與上述p型基區(qū)電連接的基極。
14.如權(quán)利要求1所述的氮化物類半導(dǎo)體元件，其特征在于，上述主半導(dǎo)體區(qū)是用于構(gòu)成絕緣柵型場效應(yīng)晶體管的區(qū)域，至少具有p型體區(qū)和與該p型體區(qū)鄰接配置的n型源區(qū)，上述第1電極是與上述n型源區(qū)電連接的源電極，上述第2電極是漏電極，進(jìn)而，具有柵電極。
全文摘要
準(zhǔn)備了摻雜p型雜質(zhì)而且具有充分導(dǎo)電性的p型硅基板1。在基板1上依次外延生長由n型AlInGaN構(gòu)成的緩沖區(qū)3、由n型GaN構(gòu)成的n型氮化物半導(dǎo)體層13、有源層14及由p型GaN構(gòu)成的p型氮化物半導(dǎo)體層15。通過p型硅基板1與由n型AlGaInN構(gòu)成的n型緩沖區(qū)3的異質(zhì)結(jié)中的界面能級(jí)，提高硅基板1的載流子向n型緩沖區(qū)3的輸運(yùn)效率，降低發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電壓。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1842917SQ20048002480
公開日2006年10月4日 申請日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月24日
發(fā)明者大塚康二, 杢哲次, 佐藤純治, 多田善紀(jì), 吉田隆 申請人:三墾電氣株式會(huì)社