專利名稱：具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件和半導(dǎo)體元件的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件和半導(dǎo)體元件的形成方法。
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)1(特開2001-168471號公報(bào))中記載了一種氮化物半導(dǎo)體激光元件。在氮化物半導(dǎo)體激光元件中，在具有量子井結(jié)構(gòu)的活性層內(nèi)的井層和阻擋層之間全部形成中間層。這種中間層由比阻擋層帶隙能量大的AldGa1-dN(0.30≤d≤1)組成。通過追加中間層能夠使氮化物半導(dǎo)體激光元件的閾值和驅(qū)動電壓降低。
這種氮化物半導(dǎo)體激光元件中，在由含有銦的氮化物半導(dǎo)體組成的井層與阻擋層之間，形成由比阻擋層帶隙能量大的AlGaN組成的中間層，以改善氮化物半導(dǎo)體激光元件的發(fā)光效率。
文獻(xiàn)2(特開平10-84132號公報(bào))中記載了一種稱作半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光元件。這種半導(dǎo)體發(fā)光元件具備超晶格結(jié)構(gòu)的發(fā)光區(qū)域，這種發(fā)光區(qū)域中，在量子井層與阻擋層之間形成有緩沖層。在量子井層與緩沖層之間的電位勢壘，比緩沖層的無量子井層與阻擋層之間的電位勢壘小。緩沖層形成得實(shí)質(zhì)上不會變成阻擋層。由于緩沖層的晶格常數(shù)是在量子井層的晶格常數(shù)與緩沖層的晶格常數(shù)之間，所以能夠緩和在阻擋層與量子井層的晶格常數(shù)之差引起的應(yīng)力。在這種半導(dǎo)體發(fā)光元件中，量子井層由InXGa1-XN(0＜X)組成，而緩沖層則由InYGa1-YN(0＜Y＜X)組成。一旦在阻擋層中配入銦，由于量子井層與阻擋層之間的電位勢壘就會減小，所以可以用GaN形成阻擋層。
文獻(xiàn)3(特開平6-268257號公報(bào))中記載了一種氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件。這種氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件，作為發(fā)光區(qū)域具有在n型氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層與p型發(fā)光元件氮化鎵系化合物半導(dǎo)體層之間交互層疊了X值各異的InXGa1-XN(其中0＜X＜1)層的多層膜層。構(gòu)成多層膜層的InXGa1-XN層各層的膜厚，是5～50埃范圍內(nèi)。這樣能夠進(jìn)一步提高氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光輸出效率。
文獻(xiàn)4(特開2002-43618號公報(bào))中記載的氮化物半導(dǎo)體制造方法，具有攝氏750度溫度下使井層生長的工序，和在此工序后使阻擋層生長的工序。此方法中，一邊升溫一邊使阻擋層進(jìn)行生長的第一半導(dǎo)體層，和在此生長后在恒定溫度下立即使阻擋層進(jìn)行生長的第二半導(dǎo)體層。
在文獻(xiàn)1記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，被稱為中間層的半導(dǎo)體層由與阻擋層相比禁帶增大的AlGaN半導(dǎo)體形成。在InGaN半導(dǎo)體層上(井層)上形成這種AlGaN半導(dǎo)體層(中間層)之后，升溫至阻擋層生長溫度下使井層內(nèi)的銦產(chǎn)生分解。這種分解很難形成具有陡峭的界面的量子井結(jié)構(gòu)。
在文獻(xiàn)2記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，被稱為緩沖層的半導(dǎo)體層形成得實(shí)質(zhì)上不會變成阻擋層。由于緩沖層的晶格常數(shù)是在在量子井層的晶格常數(shù)與阻擋層的晶格常數(shù)之間，所以可以緩和因阻擋層與量子井層的晶格常數(shù)之差引起的應(yīng)力。然而，在量子井層與緩沖層之間形成有顯示較大電位勢壘的界面。由于緩沖層的晶格常數(shù)是在阻擋層的晶格常數(shù)與量子井層的晶格常數(shù)之間，不一定在阻擋層之間設(shè)置有井層和緩沖層以及其間的井層，所以在量子井結(jié)構(gòu)中，將會增加顯示較大電位勢壘的界面數(shù)目。
在文獻(xiàn)3記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，通過使不同組成的InGaN層在攝氏800度下反復(fù)生長，形成發(fā)光區(qū)域。一旦使InGaN層在攝氏800度左右溫度下反復(fù)生長，InGaN層的平坦性就會緩緩惡化，因而很難獲得具有陡峭的界面的InGaN層。
單一或多重量子井結(jié)構(gòu)之所以必要，是因?yàn)榫畬优c阻擋層之間的界面陡峭的緣故。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種能在量子井結(jié)構(gòu)內(nèi)提供陡峭的界面的半導(dǎo)體元件和形成半導(dǎo)體元件的方法。
本發(fā)明的一方面涉及具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的形成方法。這種方法具備(a)在第一溫度下形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井膜的工序；(b在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一阻擋膜的工序；(c形成所述第一阻擋膜后，不進(jìn)行成膜而變更溫度的工序；和(d)該溫度的變化完成后，于高于上述第一溫度的第二溫度下，在所述第一阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第二阻擋膜的工序，在高于所述第一溫度并低于所述第二溫度的第三溫度下形成所述第一阻擋膜，所述第一阻擋膜的銦組成比所述井膜的銦組成小。
根據(jù)此方法，在井膜上形成第一阻擋膜工序之后，有不進(jìn)行成膜而變更溫度的期間。用第一阻擋膜將井膜覆蓋后，在第二溫度下于第一阻擋膜上形成第二阻擋膜。因此，可以提供一種量子井結(jié)構(gòu)的平坦性提高，同時井膜與阻擋膜之間具有陡峭的界面。
本發(fā)明方法中，形成井膜后繼續(xù)形成第一阻擋膜時，所述第一阻擋膜的至少一部分，也可以在變更溫度的情況下形成。
此方法中，第一阻擋膜的一部分可以在從第一溫度向第二溫度提高的過程中形成，在能夠使第一阻擋膜的結(jié)晶性緩緩提高的同時，能夠使溫度變更中井膜遭受的損壞減少。
本發(fā)明的另一方面，涉及一種形成具有半導(dǎo)體量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的方法。這種方法具備(a)在第一溫度下形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井膜的工序，(b在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一阻擋膜的工序，(c形成所述第一阻擋膜后，不進(jìn)行成膜而使溫度上升的工序，和(d)于第二溫度下在所述第一阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第二阻擋膜的工序；所述第一阻擋膜的至少一部分，在從所述第一溫度向所述第三溫度升溫的期間內(nèi)形成，在溫度上升的所述工序中，于規(guī)定期間內(nèi)使所述溫度從所述第三溫度上升至所述第二溫度，所述第一阻擋膜的銦組成比所述井膜的銦組成小，從所述第一溫度向所述第三溫度升溫的時間比所述規(guī)定期間短。
在形成第一阻擋膜后，不進(jìn)行成膜而使溫度升上至第二溫度的期間內(nèi)，可以對第一阻擋膜熱處理。此期間內(nèi)，原子將在第一阻擋膜上遷移。結(jié)果可以提供一種活性區(qū)域的結(jié)晶性得到提高，同時適于形成第二阻擋膜用的半導(dǎo)體面。
本發(fā)明的其他方面，涉及一種形成具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的方法。這種方法具備(a)在第一溫度下形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井膜的工序，(b在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一阻擋膜的工序，(c形成所述第一阻擋膜后，不進(jìn)行成膜而使溫度上升至第二溫度的工序，(d)在形成所述第二阻擋膜之前，不進(jìn)行成膜而將第二溫度在規(guī)定期間內(nèi)保持的工序，和(e)在所述第二溫度下，在所述第一阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第二阻擋膜的工序；所述第一阻擋膜的至少一部分，在從所述第一溫度向比所述第二溫度低的第三溫度的升溫期間內(nèi)形成，在溫度上升的所述工序中，使所述溫度從所述第三溫度上升至所述第二溫度，所述第一阻擋膜的銦組成比所述井膜的銦組成小，從所述第一溫度向所述第三溫度的升溫時間比所述規(guī)定時間短。
在第二阻擋膜形成之前，不進(jìn)行成膜而保持第二溫度的期間內(nèi)，可以對第一阻擋膜進(jìn)行熱處理。此期間內(nèi)，原子將在第一阻擋膜上遷移。結(jié)果可以提供一種活性區(qū)域的結(jié)晶性得到提高，同時適于形成第二阻擋膜的半導(dǎo)體面。
本發(fā)明的涉及的方法中，所述規(guī)定期間優(yōu)選1分鐘以上和5分鐘以下。根據(jù)此方法，當(dāng)不進(jìn)行成膜而使溫度上升的期間內(nèi)或者不進(jìn)行成膜而使溫度保持時間短的情況下，遷移不會充分產(chǎn)生。而當(dāng)這些期間長的情況下，因在生長表面上附著的雜質(zhì)和/或活性層的結(jié)晶品質(zhì)劣化，所以發(fā)光元件的發(fā)光特性不會提高。
本發(fā)明的方法中，在所述井膜上形成第一阻擋膜的所述工序，能夠在第一溫度下形成井膜的上述工序之后繼續(xù)進(jìn)行。
這種方法中，形成第一阻擋膜的工序，由于是與形成井膜工序?qū)嵸|(zhì)上連續(xù)進(jìn)行的，所以能夠防止在應(yīng)當(dāng)變成井膜與第一阻擋膜的界面的半導(dǎo)體表面上的污染，而且在后續(xù)進(jìn)行的升溫工序中能夠有效地減少井膜劣化。
本發(fā)明的方法中，第一阻擋膜由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成，X1是大于0小于1的數(shù)，所述第二阻擋膜由InX2Ga1-X2N半導(dǎo)體組成，X2是0以上小于1的數(shù)，所述井膜由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成，X3是大于0小于1的數(shù)，而且X3大于X1。
根據(jù)這種方法，在由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成的井膜與由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成的第一阻擋膜之間，可以提供一種陡峭的界面。
本發(fā)明的又一方面，涉及形成具有半導(dǎo)體量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的方法。這種方法具備(a)形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一阻擋膜的工序，(b在所述第一阻擋膜形成后，不進(jìn)行成膜而變更溫度的工序，(c在改變溫度的上述工序之后，在所述第一阻擋膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成第二阻擋膜的工序，和(d)于第一溫度下在所述第二阻擋膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井膜的工序，所述第一阻擋膜事先在比所述第一溫度高的第二溫度下形成，所述第二阻擋膜在比所述第二溫度低但比所述第一溫度高的第三溫度下形成，所述第二阻擋膜的銦組成，比所述井膜的銦組成小。
根據(jù)這種方法，在形成第一阻擋膜工序進(jìn)行之后，存在不進(jìn)行成膜而變更溫度的期間。此后，在第一阻擋膜上形成第二阻擋膜，在井膜形成之前，用第二阻擋膜將第一阻擋膜覆蓋。因此，在井膜與阻擋膜之間可以提供陡峭的界面。
本發(fā)明的方法中，在第一阻擋膜上形成第二阻擋膜的上述工序中，所述第二阻擋膜的至少一部分，也可以在所述第一溫度下形成。
這種方法中，第二阻擋膜的一部分在第一溫度下形成，在使井膜的成膜溫度穩(wěn)定的期間內(nèi)由于殘余的第二阻擋膜生長，所以能夠縮短變更溫度所需的期間。
本發(fā)明的方法中，在第二阻擋膜上形成井膜的上述工序，也可以在所述第一阻擋膜上形成第二阻擋膜的上述工序之后繼續(xù)進(jìn)行。
這種方法中，形成井膜的工序與形成第二阻擋膜的工序?qū)嵸|(zhì)上連續(xù)進(jìn)行。
這種方法中，由于形成井膜的工序與形成第二阻擋膜的工序?qū)嵸|(zhì)上連續(xù)進(jìn)行，所以可以防止井膜與第一阻擋膜界面的污染。
本發(fā)明的方法中，所述第一阻擋膜由InX2Ga1-X2N半導(dǎo)體組成，X2是0以上，小于1的數(shù)，所述第二阻擋膜由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成，X1是大于0小于1的數(shù)，所述井膜由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成，X3是大于0小于1的數(shù)，而且X3大于X1。
根據(jù)這種方法，在由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成的井膜與由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成的第二阻擋膜之間，可以提供一種陡峭的界面。
本發(fā)明的方法具備(e)在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第三阻擋膜的工序，和(f)在所述第三阻擋膜形成后，不進(jìn)行成膜而變更溫度的工序，以及在變更溫度的上述工序后，于第二溫度下在所述第三阻擋膜上形成第四阻擋膜的工序；所述第三阻擋膜，在低于所述第二溫度和高于所述第一溫度的第四溫度下形成，所述第三阻擋膜的銦組成小于所述井膜的銦組成。
根據(jù)這種方法，在井膜上形成第三阻擋膜后，設(shè)置有不進(jìn)行成膜而變更溫度的期間。在第二溫度下在第三阻擋膜上形成第四阻擋膜之前，用第三阻擋膜將井膜覆蓋。因此，井膜與阻擋膜之間的界面將顯示優(yōu)良的鮮明性。
本發(fā)明的方法中，在井膜上形成第三阻擋膜的上述工序中，所述第三阻擋膜的至少一部分，也可以在變更溫度的條件下形成。
這種方法中，第三阻擋膜的一部分或全部，可以在溫度上升的條件下形成，因此能夠緩緩提高第三阻擋膜的結(jié)晶性，同時還能減少溫度變更中井膜受到的損壞。
本發(fā)明涉及的方法具備(e)在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第三阻擋膜的工序，(f)所述第三阻擋膜形成后，不進(jìn)行成膜而使溫度上升的工序，和(g)在所述第二溫度下在所述第三阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第四阻擋膜的工序，所述第三阻擋膜的至少一部分，可以在從所述第一溫度至比所述第二溫度低的第四溫度的升溫期間內(nèi)形成，在使溫度上升的上述工序中，所述溫度在規(guī)定期間內(nèi)從所述第四溫度上升至所述第二溫度，所述第三阻擋膜的銦組成小于所述井膜的銦組成，從所述第一溫度至第四溫度的升溫時間，也可以比所述規(guī)定期間短。
形成第三阻擋膜后，不進(jìn)行成膜而使溫度升上至第二溫度的期間內(nèi)，可以熱處理第三阻擋膜。此期間內(nèi)，原子將在第三阻擋膜上遷移。結(jié)果，可以提供一種活性區(qū)域的結(jié)晶性得到提高，同時適于形成第四阻擋膜用的基底面。
本發(fā)明涉及的方法具備(e)在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第三阻擋膜的工序，(f)所述第三阻擋膜形成后，不進(jìn)行成膜而使溫度上升至所述第二溫度的工序，(g)在不進(jìn)行成膜而使溫度上升至所述第二溫度后，不進(jìn)行成膜而在規(guī)定期間內(nèi)保持所述第二溫度的工序，和(h)在所述第二溫度下在所述第三阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第四阻擋膜的工序；所述第三阻擋膜的至少一部分，可以在從所述第一溫度至比所述第二溫度低的第四溫度的升溫期間內(nèi)形成，在使溫度上升的上述工序中，所述溫度，從所述第四溫度上升至所述第二溫度，所述第三阻擋膜的銦組成小于所述井膜的銦組成，從所述第一溫度至第四溫度的升溫時間也可以比所述規(guī)定期間短。
在形成第四阻擋膜之前，不進(jìn)行成膜而在第二溫度的保持期間內(nèi)，可以熱處理第三阻擋膜。此期間內(nèi)，原子將在第三阻擋膜上遷移。其結(jié)果，可以提供一種活性區(qū)域的結(jié)晶性得到提高，同時適于第四阻擋膜用形成用的基底面。
本發(fā)明涉及的方法中，所述規(guī)定期間優(yōu)選是1分鐘以上5分鐘以下。根據(jù)這種方法，在不成膜而使溫度上升的期間或者不成膜而溫度保持時間短的情況下不會產(chǎn)生遷移。而當(dāng)這些期間長的情況下，由于雜質(zhì)在生長表面上的附著和/或活性層的結(jié)晶品質(zhì)劣化，而不能提高發(fā)光元件的發(fā)光特性。
本發(fā)明方法中，在所述井膜上形成第三阻擋膜的上述工序，也可以在所述第二阻擋膜上于第一溫度下形成井膜的上述工序之后，繼續(xù)進(jìn)行。
這種方法中，形成第三阻擋膜的工序，由于實(shí)質(zhì)上與形成井膜的工序連續(xù)進(jìn)行，所以能夠防止井膜與第三阻擋膜間界面的污染，而且能夠有效地減少在繼續(xù)進(jìn)行的升溫工序中井膜劣化。
本發(fā)明的方法中，所述第四阻擋膜由InX5Ga1-X5N半導(dǎo)體組成，X5是0以上小于1的數(shù)，所述第三阻擋膜由InX4Ga1-X4N半導(dǎo)體組成，X4是大于0小于1的數(shù)，X3大于X4。
根據(jù)這種方法，在由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成的井膜與由InX4Ga1-X4N半導(dǎo)體組成的第三阻擋膜之間，可以提供陡峭的界面。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件具備(a)由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井區(qū)域，和(b具有由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一半導(dǎo)體層以及由含有氮和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第二半導(dǎo)體層的第一阻擋區(qū)域；所述第一半導(dǎo)體層事先被設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層與所述井區(qū)域之間，所述第一半導(dǎo)體層的銦組成比所述井區(qū)域的銦組成小。
根據(jù)這種半導(dǎo)體元件，第一阻擋區(qū)域的第一半導(dǎo)體層的銦組成比井區(qū)域的銦組成小，而且第一半導(dǎo)體層被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層與井區(qū)域之間。一旦根據(jù)第一半導(dǎo)體層，就能在阻擋區(qū)域與井區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)具有陡峭的界面的量子井結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體元件中，因銦偏析產(chǎn)生的量子井內(nèi)的缺陷密度優(yōu)選是1×106cm-2以下。在抑制銦偏析缺陷的產(chǎn)生層，通過于比井層更高溫下使阻擋區(qū)域的第二半導(dǎo)體層生長，可以提高活性層的結(jié)晶性。
本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，還具備(c具有由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第三半導(dǎo)體層以及由含有氮和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第四半導(dǎo)體層的第二阻擋區(qū)域；而所述井區(qū)域事先被設(shè)置在所述第一阻擋區(qū)域與所述第二阻擋區(qū)域之間，所述第三半導(dǎo)體層事先被設(shè)置在所述第四半導(dǎo)體層與所述井區(qū)域之間，所述第三半導(dǎo)體層的銦組成比所述井區(qū)域的銦組成小。
根據(jù)這種半導(dǎo)體元件，第二阻擋區(qū)域的第三半導(dǎo)體層的銦組成比井區(qū)域的銦組成小，而且第三半導(dǎo)體層被設(shè)置在第四半導(dǎo)體層與井區(qū)域之間。若根據(jù)第三半導(dǎo)體層，則能在阻擋區(qū)域與井區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)具有陡峭的界面的量子井結(jié)構(gòu)。
根據(jù)這種半導(dǎo)體元件，所述第一半導(dǎo)體層由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成，X1是大于0小于1的數(shù)，所述第二半導(dǎo)體層由InX2Ga1-X2N半導(dǎo)體組成，X2是0以上小于1的數(shù)，所述井區(qū)域由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成，X3是大于0小于1的數(shù)，X3大于X1。X3-X1是0.04以上。
根據(jù)本發(fā)明，由于由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成的第一半導(dǎo)體層與由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成的井區(qū)域之間銦在組成上差異是0.04以上，所以即使將含有銦的第一半導(dǎo)體層設(shè)置在井區(qū)域與第二半導(dǎo)體層之間，第一半導(dǎo)體層也能對井區(qū)域起阻擋層作用，能將載流子封閉在井區(qū)域內(nèi)。
在本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第一半導(dǎo)體層的厚度優(yōu)選是1納米以上。若根據(jù)此范圍內(nèi)的膜厚，則當(dāng)事先在基板上設(shè)置井區(qū)域，在這種井區(qū)域上設(shè)置第一阻擋區(qū)域形成層疊結(jié)構(gòu)的情況下，能夠在第二半導(dǎo)體層形成過程中保護(hù)井區(qū)域的表面。在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體元件的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第一半導(dǎo)體層的厚度優(yōu)選是5納米以下。根據(jù)此范圍內(nèi)的膜厚，能使第二阻擋層具有充分厚度，提高第一阻擋區(qū)域的結(jié)晶性。
根據(jù)本發(fā)明，所述第四半導(dǎo)體層由InX5Ga1-X5N半導(dǎo)體組成，X5是0以上小于1的數(shù)，所述第三半導(dǎo)體層由InX4Ga1-X4N半導(dǎo)體組成，X4是大于0小于1的數(shù)。
根據(jù)這種半導(dǎo)體元件，由于由第三半導(dǎo)體層與井區(qū)域之間銦在組成上差值X3-X4是0.04以上，所以即使將含銦的第三半導(dǎo)體層設(shè)置在井區(qū)域與第四半導(dǎo)體層之間，第三半導(dǎo)體層也具有阻擋層作用，能將載流子封閉在井區(qū)域內(nèi)。
在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體元件的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第三半導(dǎo)體層的厚度優(yōu)選是1納米以上。若根據(jù)此范圍內(nèi)的膜厚，則當(dāng)事先將第二阻擋區(qū)域設(shè)置在基板上，在此第二阻擋區(qū)域上設(shè)置井區(qū)域形成有層疊結(jié)構(gòu)的情況下，能夠在第四的井區(qū)域形成優(yōu)選的表面。在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體元件的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述第三半導(dǎo)體層的厚度優(yōu)選是5納米以下。若根據(jù)此范圍內(nèi)的膜厚，則能使第四阻擋層具有充分厚度，提高第二阻擋區(qū)域的結(jié)晶性。


本發(fā)明的上述目的和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，在參照附圖進(jìn)行的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的以下詳細(xì)說明之后，將更加容易明白。
圖1是表示半導(dǎo)體元件的圖。
圖2A～圖2C是表示幾種活性區(qū)域構(gòu)成的圖。
圖3A是表示同溫度下形成的、具有5周期的井層和阻擋層的量子井結(jié)構(gòu)的(0002)面測定結(jié)果的XRD曲線圖。圖3B是表示包含5周期的井層和阻擋層A、B、C的量子井結(jié)構(gòu)的(0002)面測定結(jié)果的XRD曲線圖。
圖4是表示第一種實(shí)施方式中的變形例活性區(qū)域中電位勢壘的圖。
圖5是表示第一種實(shí)施方式中的電位勢壘的圖。
圖6是表示第一種實(shí)施方式中的變形例活性區(qū)域中電位勢壘的圖。
圖7A和圖7B是本發(fā)明涉及的第二種實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件形成方法的說明圖。
圖8A是表示形成井層和阻擋層用的溫度曲線的圖，圖8B是根據(jù)表示圖8A所示溫度曲線P制作的量子井結(jié)構(gòu)的圖。
圖9A是表示形成井層和阻擋層用的溫度曲線的圖，圖9B是根據(jù)表示圖9A所示溫度曲線P制作的量子井結(jié)構(gòu)的圖。
圖10A和圖10B是本發(fā)明涉及的第二種實(shí)施方式中的半導(dǎo)體元件形成方法的說明圖。
圖11A是表示本實(shí)施方式涉及的發(fā)光二極管的圖，圖11B是表示具有其他結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的圖。
圖12A和圖12B是分別表示圖11A和圖11B結(jié)構(gòu)中原子力顯微鏡(AFM)圖像的圖。
圖13A是表示圖11A所示的發(fā)光二極管用外延層表面的熒光顯微鏡圖像的圖，圖13B是表示圖11B所示的發(fā)光二極管用外延層表面的熒光顯微鏡圖像的圖。
圖14A是表示本發(fā)明涉及的第三種實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件形成方法中成膜溫度曲線的圖。圖14B是表示根據(jù)圖14A所示的制作方法制成的半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的圖。
圖15A是表示本發(fā)明涉及的第三種實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件形成方法的一個變形例中成膜溫度曲線的圖。圖15B是表示根據(jù)圖15A所示制作方法制成的半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的圖。
圖16A是表示本發(fā)明涉及的第三種實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件形成方法的另一變形例中成膜溫度曲線的圖。圖16B是表示根據(jù)圖16A所示制作方法制成的半導(dǎo)體元件結(jié)構(gòu)的圖。
圖17A和圖17B是表示發(fā)光二極管的發(fā)光圖像的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，可以參照作為實(shí)例所示的附圖考慮以下的詳細(xì)說明后將能容易理解。以下參照附圖就稱作半導(dǎo)體光元件的半導(dǎo)體元件以及半導(dǎo)體元件形成方法中所涉及的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在可能的情況下，對同一部分將賦予同一符號。
(第一種實(shí)施方式)圖1是表示半導(dǎo)體元件的圖。圖2A～圖2C是表示幾個活性區(qū)域的實(shí)例。半導(dǎo)體元件1包含具有量子井結(jié)構(gòu)的活性區(qū)域3?；钚詤^(qū)域3，包含井區(qū)域5和阻擋區(qū)域7。井區(qū)域5由含有氮、銦和鎵的III～V族氮化物半導(dǎo)體組成。阻擋區(qū)域7由含有氮、銦和鎵的III～V族氮化物半導(dǎo)體組成。
如圖2A所示，阻擋區(qū)域7a具有第一半導(dǎo)體層9a和第二半導(dǎo)體層11a。第一半導(dǎo)體層9a至少由含有氮、銦和鎵的III～V族氮化物半導(dǎo)體組成。第二半導(dǎo)體層11a至少由含有氮和鎵的III～V族氮化物半導(dǎo)體組成，可以含有銦。在第一半導(dǎo)體層9a被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層11a與井區(qū)域5a之間。第一半導(dǎo)體層9a的銦組成，比井區(qū)域5a、5b的銦組成少。若當(dāng)含有銦的情況下，和第二半導(dǎo)體層11a的銦組成比第一半導(dǎo)體層9a的銦組成少。
根據(jù)這種半導(dǎo)體元件，在第一阻擋區(qū)域7a中，第一半導(dǎo)體層9a和井區(qū)域都含有銦，而且由于第一半導(dǎo)體層9a被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層11a與井區(qū)域5之間，所以在井區(qū)域與阻擋區(qū)域的界面可以實(shí)現(xiàn)陡峭的量子井結(jié)構(gòu)。
而且如圖2B所示，阻擋區(qū)域7b具有第三半導(dǎo)體層13b和第二半導(dǎo)體層11b。第三半導(dǎo)體層13b，至少由含有氮、銦和鎵的III～V族氮化物半導(dǎo)體組成。第二半導(dǎo)體層11b至少由含有氮和鎵的III～V族氮化物半導(dǎo)體組成，可以含有銦。在第三半導(dǎo)體層13b，被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層11b與井區(qū)域5b之間。或者若含有銦，則第二半導(dǎo)體層11b的銦組成比第三半導(dǎo)體層13b的銦組成少。第三半導(dǎo)體層13b的銦組成，比井區(qū)域5a、5b的銦組成少。
根據(jù)這種半導(dǎo)體元件1，由于井區(qū)域5b和第三半導(dǎo)體層13b都含有銦，而且第三半導(dǎo)體層113b被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層11b與井區(qū)域5之間，所以井區(qū)域與阻擋區(qū)域的界面可以實(shí)現(xiàn)陡峭的量子井結(jié)構(gòu)。
如圖2C所示，阻擋區(qū)域7c具有第一半導(dǎo)體曾9c、第二半導(dǎo)體層11c和第三半導(dǎo)體層13c。第一半導(dǎo)體曾9c，至少由含有氮、銦和鎵的III～V族氮化物半導(dǎo)體組成。第二半導(dǎo)體層11c至少由含有氮和鎵的III～V族氮化物半導(dǎo)體組成，可以含有銦。第三半導(dǎo)體層13c，至少由含有氮、銦和鎵的III～V族氮化物半導(dǎo)體組成。第一半導(dǎo)體曾9c，被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層11c與井區(qū)域5a之間。第三半導(dǎo)體曾13c，被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層11c與井區(qū)域5b之間。若若含有銦，則第二半導(dǎo)體層11c的銦組成比第一半導(dǎo)體層9c和第三半導(dǎo)體層13c的銦組成少。第一和第三半導(dǎo)體層9c、13c的銦組成，比井區(qū)域5a、5b的銦組成少。
根據(jù)這種半導(dǎo)體元件，由于第一和第三半導(dǎo)體層9c、13c以及井區(qū)域5a、5b都含有銦，而且第一和第三半導(dǎo)體層9c、13c被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層11c與井區(qū)域5a和5b之間，所以阻擋區(qū)域7c與井區(qū)域5a和5b之間的界面可以實(shí)現(xiàn)陡峭的量子井結(jié)構(gòu)。
參照圖1，在支持基體15的主面15a上設(shè)置有活性區(qū)域3。作為支持基體15，例如可以使用氮化鎵基板，支持基體15可以包含氮化鎵基板和被設(shè)置在該基板上的氮化鎵層。半導(dǎo)體光元件1可以包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層17和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層19?；钚詤^(qū)域3被設(shè)置在第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層19與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層17之間。半導(dǎo)體光元件1可以包括第二導(dǎo)電型接觸層18。第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層19被設(shè)置在第二導(dǎo)電型接觸層18與活性區(qū)域3之間。在半導(dǎo)體光元件1中，將接觸層18覆蓋而設(shè)置有電極20a，電極20b被設(shè)置在支持基體15的里面15b上。
在活性區(qū)域3中，如圖2A(和圖2C所示，將阻擋區(qū)域7a、7c的第二半導(dǎo)體層11a、11c覆蓋而設(shè)置有第一半導(dǎo)體層9a、9c。而且在阻擋區(qū)域7a、7c上設(shè)置有井區(qū)域5a、5c。形成阻擋區(qū)域7a、7c的第二半導(dǎo)體層11a、11c之后，在形成井區(qū)域5a、5c之前，形成有與第二半導(dǎo)體層11a、11c組成不同的第一半導(dǎo)體層9a、9c。而且第一半導(dǎo)體層9a、9c的構(gòu)成元素若與井區(qū)域5a、5c的構(gòu)成元素實(shí)質(zhì)上相同，則第一半導(dǎo)體層9a、9c能夠提供適于形成井區(qū)域5a、5c用的基底。
而且在活性區(qū)域3中，如圖2B和圖2C所示，在井區(qū)域5b、5b上設(shè)置有阻擋區(qū)域7b、7c。覆蓋井區(qū)域5b、5b而設(shè)置有第三半導(dǎo)體層13b、13c。形成井區(qū)域阻5b、5b之后，在形成阻擋區(qū)域7a(7c的第二半導(dǎo)體層11b、11c之前，可以形成與第二半導(dǎo)體層11b、11c組成不同的第三半導(dǎo)體層13b、13c。第三半導(dǎo)體層13b、13c的構(gòu)成元素若與井區(qū)域5b、5c的構(gòu)成元素實(shí)質(zhì)上相同，則在第二半導(dǎo)體層11b、11c的形成過程中，可以用第三半導(dǎo)體層13b、13c保護(hù)井區(qū)域5b、5c。
在本實(shí)施例涉及的一個實(shí)施例的半導(dǎo)體元件中，阻擋區(qū)域的第二半導(dǎo)體層11a、11b和11c，由InX2Ga1-X2N半導(dǎo)體組成。其中X20以上小于1。阻擋區(qū)域的第一和第三半導(dǎo)體層9a、9c、13b、13c，由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成。其中X1大于0小于1。井區(qū)域5a、5b，可以由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成。其中X3大于0小于1。而且X3大于X2，X1大于X2(0≤X2＜X1＜X3)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成的第一和第三半導(dǎo)體層9a、9c、13b、13c，與由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成的井區(qū)域5a、5b之間在銦組成上的差異(X3-X1)是0.04以上。若是此范圍內(nèi)，第一和第三半導(dǎo)體層將起著阻擋層作用，能夠?qū)⑤d流子封閉在量子井區(qū)域內(nèi)。X1-X2優(yōu)選是0.02以下，若是此范圍內(nèi)，則第一和第三半導(dǎo)體層將起著阻擋區(qū)域的作用，具有將載流子封閉在量子井區(qū)域內(nèi)的效果。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一和第三半導(dǎo)體層9a、9c、13b、13c的厚度，優(yōu)選是1納米以上。若膜厚是此范圍內(nèi)，則在第二半導(dǎo)體層11b和11c的形成過程中能夠保護(hù)井區(qū)域5b，而且能夠提供適于在第二半導(dǎo)體層11a上形成井區(qū)域5a的表面。而且在優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一和第三半導(dǎo)體層9a、9c、13b、13c的厚度，優(yōu)選是5納米以上。若膜厚是此范圍內(nèi)，則能使第二半導(dǎo)體層11a、11b和11c具有充分的膜厚，提高阻擋區(qū)域的結(jié)晶性。
而且阻擋區(qū)域的厚度，優(yōu)選是5納米以上。若膜厚是此范圍內(nèi)，則可以形成至少兩層的半導(dǎo)體層。阻擋區(qū)域的厚度優(yōu)選是30納米以下，一旦超過此范圍，就會使驅(qū)動電壓增高，元件的壽命縮短。
作為本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的一個實(shí)例，可以舉出發(fā)光二極管。這種發(fā)光二極管具有下述結(jié)構(gòu)基板氮化鎵基板n型金屬包層摻雜Si的GaN半導(dǎo)體層阻擋A層未摻雜的GaN層，15納米五次重復(fù)下述四層的結(jié)構(gòu)阻擋B層未摻雜的In0.01Ga0.99層，3納米井層未摻雜的In0.15Ga0.85層，2.5納米阻擋C層未摻雜的In0.01Ga0.99層，3納米阻擋A層未摻雜的GaN層，15納米p型金屬包層Mg摻雜的Al0.15Ga0.85N半導(dǎo)體層p型接觸層Mg摻雜的GaN半導(dǎo)體層。
圖4、圖5和圖6是表示幾個變形例中活性區(qū)域的電位勢壘的圖。參照圖4，在阻擋區(qū)域7的第二半導(dǎo)體層11與井區(qū)域5之間設(shè)置有第三半導(dǎo)體層13。在第三半導(dǎo)體層13與井區(qū)域5之間形成有較大的電位勢壘。在井區(qū)域5與第二半導(dǎo)體層11之間的第三半導(dǎo)體層13中，電位勢壘單調(diào)變化。在活性區(qū)域3中周期地排列井區(qū)域5、第三半導(dǎo)體層13和第二半導(dǎo)體層11。阻擋區(qū)域由于具有組成互相不同的多個半導(dǎo)體層，所以可以提高活性區(qū)域3中的周期性。第二半導(dǎo)體層11的阻擋勢壘B2，比第三半導(dǎo)體層13的阻擋勢壘B3大。
參照圖5，在阻擋區(qū)域7的第二半導(dǎo)體層11與井區(qū)域5之間設(shè)置有第三半導(dǎo)體層13，在第二半導(dǎo)體層11與其它井區(qū)域5之間設(shè)置有第一半導(dǎo)體層9。在第一和第三半導(dǎo)體層9、13與井區(qū)域5之間形成有較大的電位勢壘。在井區(qū)域5與第二半導(dǎo)體層11之間的第一和第三半導(dǎo)體層9、13中，電位勢壘單調(diào)變化。在活性區(qū)域3中周期地排列著井區(qū)域5、第一半導(dǎo)體層9、第二半導(dǎo)體層11和第三半導(dǎo)體層13。阻擋區(qū)域由于具有組成互相不同的多個半導(dǎo)體層，所以可以提高活性區(qū)域3中的周期性。第二半導(dǎo)體層11的阻擋勢壘B2，比第一半導(dǎo)體層9的阻擋勢壘B1大。第二半導(dǎo)體層11的阻擋勢壘B2比第三半導(dǎo)體層13的阻擋勢壘B3大。
參照圖6，在阻擋區(qū)域7的第二半導(dǎo)體層11與井區(qū)域5之間設(shè)置有第三半導(dǎo)體層13，在第二半導(dǎo)體層11與其它井區(qū)域5之間設(shè)置有第一半導(dǎo)體層9。在第一和第三半導(dǎo)體層9、13與井區(qū)域5之間形成有大的電位勢壘。在井區(qū)域5與第二半導(dǎo)體層11之間的第三半導(dǎo)體層13中，電位勢壘單調(diào)變化。在井區(qū)域與第二半導(dǎo)體層11之間的第一半導(dǎo)體層9中，電位勢壘幾乎恒定。在活性區(qū)域3中周期地排列著井區(qū)域5、第一半導(dǎo)體層9、第二半導(dǎo)體層11和第三半導(dǎo)體層13。阻擋區(qū)域由于具有組成互相不同的多個半導(dǎo)體層，所以可以提高活性區(qū)域3中的周期性。第二半導(dǎo)體層11的阻擋勢壘B2，比第一半導(dǎo)體層9的阻擋勢壘B1大。第二半導(dǎo)體層11的阻擋勢壘B2比第三半導(dǎo)體層13的阻擋勢壘B3大。
正如以上說明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體光元件，可以在量子井結(jié)構(gòu)內(nèi)的井區(qū)域與阻擋區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)陡峭的界面。
(第二種實(shí)施方式)以下說明具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的形成方法。圖7A和圖7B是表示本發(fā)明涉及的第二種實(shí)施方式中半導(dǎo)體元件的形成方法。
如圖7A所示準(zhǔn)備基板。作為基板可以使用氮化鎵單晶晶片。必要時，可以在此晶片上形成氮化鎵膜。這種氮化鎵膜及其后續(xù)的制造工序中形成的III-V族氮化物半導(dǎo)體膜，例如可以根據(jù)有機(jī)金屬氣相生長法制作。接著說明用氮化鎵基板21形成半導(dǎo)體元件的方法。在氮化鎵基板21上形成稱作氮化鎵層23的III-V族氮化物半導(dǎo)體膜。氮化鎵膜23具有n導(dǎo)電類型。在一個實(shí)施例中，使用氮化鎵膜23作為金屬包層。
參照圖7B，在氮化鎵層23上提供在活性區(qū)域25中形成稱作外延晶片的半導(dǎo)體基板生產(chǎn)物E1?；钚詤^(qū)域25具有包含井膜和阻擋半導(dǎo)體膜的量子井結(jié)構(gòu)。圖8A是表示形成井膜和阻擋半導(dǎo)體膜用的溫度曲線圖。圖8B是表示根據(jù)圖8A所示溫度曲線P制作的量子井結(jié)構(gòu)的圖。參照圖8B，在氮化鎵層23上形成阻擋A膜26、阻擋B膜27、井膜28、阻擋C膜29。如圖8A所示，在時刻t0，將有機(jī)金屬氣相生長裝置設(shè)置在攝氏1000度溫度TB下。為形成阻擋膜根據(jù)原料氣體在溫度TB下形成阻擋A膜26。阻擋A膜26，例如可以是未摻雜GaN膜或未摻雜InGaN膜這一III-V族氮化物半導(dǎo)體膜。在時刻t1與t2之間，形成了阻擋A膜26。在時刻t2停止供給原料氣體，完成阻擋A膜26的形成。在時刻t3開始變更溫度。在時刻t4溫度為TW。開始變更溫度后，為形成阻擋B膜根據(jù)原料氣體形成阻擋B膜27。在時刻t4與t5之間，在形成井膜28之前形成阻擋B膜27。阻擋B膜27，例如由至少含有例如稱作未摻雜InGaN膜的氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成。阻擋B膜27的一部分或者全部也可以在溫度TW下形成。在優(yōu)選的實(shí)施例中，阻擋B膜27可以在溫度TW下形成。在時刻T5，有機(jī)金屬氣相生長裝置是適于形成井膜用的溫度TW(例如攝氏820度)。將原料氣體從阻擋B膜27用原料氣體改為井膜28用原料氣體。井膜28在溫度TW下形成。井膜28由至少含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成。在優(yōu)選的實(shí)施例中，在阻擋B膜27上形成的工序之后進(jìn)行井膜28的形成，與阻擋B膜27的形成實(shí)質(zhì)上連續(xù)進(jìn)行井膜28的形成。
根據(jù)這種方法，在形成阻擋A膜26工序進(jìn)行后有不進(jìn)行成膜而變更溫度的期間。此后在形成井膜28之前，在阻擋A膜26上形成阻擋B膜27。因此可以在井膜28與阻擋B膜27之間形成有陡峭的界面。阻擋A膜26在比溫度TW高的溫度TB下形成。阻擋B膜27的至少一部分在溫度TW下形成。阻擋B膜27的銦組成比井膜28的銦組成小。阻擋A膜26例如可以是未摻雜GaN膜，阻擋B膜27例如可以是未摻雜In0.01Ga0.99N膜，井膜28例如可以是未摻雜In0.15Ga0.85N膜。
在時刻T6，有機(jī)金屬氣相生長裝置是適于形成井膜用的攝氏820度的溫度TW。進(jìn)而在本實(shí)施例中，在時刻T6，供給阻擋C膜用原料氣體，在井膜28上形成阻擋C膜29。例如將井膜用原料氣體更改為阻擋C膜29用原料氣體。阻擋C膜29，由含有氮、鎵和銦的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成。阻擋C膜29的形成溫度從溫度TW開始。與開始形成阻擋C膜29的同時，或者在開始形成阻擋C膜29之后，在某時刻T7(T6≤T7)時，開始變更溫度。溫度開始升上后，停止供給阻擋C膜用原料氣體。在時刻T6與T8之間，形成阻擋C膜29。在時刻T8與T9之間，具有不進(jìn)行成膜而變更溫度的期間。在時刻T9，有機(jī)金屬氣相生長裝置的溫度變成T8。也就是說，阻擋C膜29事先在比溫度TW低并在溫度TW以上溫度下形成，阻擋C膜29的銦組成比井膜28的銦組成低。阻擋C膜29例如可以是未摻雜In0.01Ga0.99N膜。
根據(jù)這種方法，在形成井膜28后不進(jìn)行成膜而變更溫度的工序之前，具有形成阻擋C膜29的工序。因此，能夠在井膜28與阻擋C膜29之間形成陡峭的界面。
圖9A是表示形成井膜和阻擋半導(dǎo)體膜用的溫度曲線圖。圖9B是表示根據(jù)圖9A所示的溫度曲線制作的量子井結(jié)構(gòu)的圖。參照圖9B，進(jìn)一步在阻擋C膜29上形成有阻擋A膜30、阻擋B膜31、井膜32和阻擋C膜33。為了形成這些氮化物半導(dǎo)體膜，準(zhǔn)備如圖9A所示的時序S1，并根據(jù)這種時序重復(fù)所需次數(shù)。本實(shí)施方式中，時序(sequence)S1與時序S0實(shí)質(zhì)上相同，在時序S0中的時刻T1至T9，分別與時序S1中時刻T10至T18對應(yīng)。
重復(fù)這些操作后，在時刻T19與T20之間于阻擋C膜33上形成阻擋A膜34。這樣可以形成了活性區(qū)域25。
圖10A和圖10B是表示本發(fā)明涉及的第二種實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件形成方法的圖。
如圖10A所示，在活性區(qū)域25上形成至少含有氮、鋁和鎵的III-V族氮化物膜35，提供稱作外延晶片的半導(dǎo)體基板產(chǎn)物E2。III-V族氮化物膜35，具有p型導(dǎo)電類型。在一個實(shí)施例中，可以使用III-V族氮化物膜35作為金屬包層，例如由AlGaN半導(dǎo)體組成。以下如圖10B所示，在III-V族氮化物膜35上，形成至少含有氮和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體膜37，提供稱作外延晶片的半導(dǎo)體基板產(chǎn)物E3。III-V族氮化物半導(dǎo)體膜37具有p型導(dǎo)電類型。在一個實(shí)施例中，可以使用III-V族氮化物半導(dǎo)體膜37作為接觸層，由GaN半導(dǎo)體組成。
本實(shí)施方式中，雖然形成了具有阻擋A膜、阻擋B膜和阻擋C膜的阻擋區(qū)域，但是基于本實(shí)施方式的說明，也能形成具有阻擋A膜和阻擋B膜的阻擋區(qū)域，而且還可以形成具有阻擋A膜和阻擋C膜的阻擋區(qū)域。
由于阻擋A膜和阻擋C膜由不含鋁的III-V族氮化物組成，所以阻擋B膜和阻擋C的禁帶寬度，比膜阻擋A膜的禁帶寬度大。因此，阻擋B膜和阻擋C膜的結(jié)晶性比在攝氏800度左右生長的AlGaN膜的結(jié)晶性好，而且比施加在井膜上的變形也小。由于阻擋B膜位于井膜之下，所以在從阻擋A膜的生長溫度變更為井膜的生長溫度的過程中，在阻擋A膜的表面上產(chǎn)生的污染不會與井膜接觸。由于在井膜的上側(cè)形成阻擋C膜，所以在從井膜的成膜溫度變更為阻擋A膜的生長溫度的過程中，可以防止井膜中的銦分解。阻擋B膜和阻擋C膜，由于具有比井膜的銦組成小的銦組成，所以在成膜裝置溫度變化的過程中，被阻擋C膜覆蓋的井膜中的銦不會分解。因此可以得到優(yōu)質(zhì)的井層。由于將厚度比阻擋A膜薄的阻擋B膜和阻擋C膜，設(shè)置在井膜與阻擋A膜之間，所以能夠形成高溫下顯示良好結(jié)晶性的阻擋A膜。
稱為氮化鎵層的阻擋A膜，可以使用載氣H2分步生長。在優(yōu)選的實(shí)施例中，阻擋A膜的生長溫度是攝氏900度以上。而且阻擋A膜的生長溫度優(yōu)選是攝氏1200度以下。能提高阻擋半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性和平坦性。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，井膜的生長溫度優(yōu)選根據(jù)所需的銦組成選擇的是攝氏600度以上，而且優(yōu)選是攝氏900度以下。
阻擋B膜和阻擋C膜的一部分或者全部，可以在溫度變更中進(jìn)行。由此，可以縮短形成活性區(qū)域所需的時間。結(jié)果可以縮短井區(qū)域是比其成膜溫度高的溫度下的時間。
在包含由InGaN組成的井層與由GaN(或InGaN)組成的阻擋層的量子井結(jié)構(gòu)中，在相同溫度和相同氣氛中形成井層和阻擋層。正如以上說明的那樣，阻擋層的最佳沉積溫度，比井層的最佳沉積溫度高。一旦使阻擋層在比井層的沉積溫度高的高溫下生長，就提高阻擋層的結(jié)晶性。另一方面，一旦將井層暴露在比其沉積溫度高的溫度時，井層的構(gòu)成元素就會分解，其表面上的構(gòu)成元素，例如銦就會逃逸。由于這種逃逸，難以得到表面陡峭的優(yōu)良量子井結(jié)構(gòu)，而一旦在低溫下形成阻擋層，結(jié)晶缺陷就容易產(chǎn)生。
在本實(shí)施方式涉及的方法中，由于在井膜生長之前形成追加的阻擋半導(dǎo)體膜，所以能提高井膜的結(jié)晶性。而且由于在井膜生長之后形成追加的阻擋半導(dǎo)體膜，所以能夠在無損于井膜的結(jié)晶性以及井膜與阻擋膜之間表面陡峭性的情況下，提高阻擋半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性。圖3A和圖3B是表示XRD評價(jià)曲線的圖，圖3A表現(xiàn)出比圖3B更高次的附屬峰(satellite peak)。根據(jù)此方法形成的發(fā)光二極管的這種半導(dǎo)體發(fā)光元件，將顯示良好的發(fā)光特性。
以上說明了幾個實(shí)施方式，圖11A是表示本實(shí)施方式涉及的發(fā)光二極管的圖。以下說明發(fā)光二極管51的制作。在含有氨(NH3)和氫氣(H2)的氣氛中，在攝氏1050度左右溫度下對GaN基板53作10分鐘左右的前處理(熱清洗)。經(jīng)過這種前處理后，一邊添加硅一邊使GaN半導(dǎo)體在GaN基板53上于攝氏1150度溫度下生長，例如形成2微米的n型GaN膜55。然后，在攝氏900度溫度下使InGaN半導(dǎo)體生長，例如得到15納米的未摻雜(以下記作“ud”)In0.01Ga0.99N膜57。然后變更溫度。在攝氏820度溫度下使InGaN半導(dǎo)體生長，例如得到3納米的ud-In0.015Ga0.985N膜59。ud-In0.01Ga0.99N膜57和ud-In0.015Ga0.985N膜59，均起著金屬包層的作用。
接著，在攝氏820度溫度下使InGaN半導(dǎo)體生長，例如得到2.5納米的ud-In0.015Ga0.985N膜65。ud-In0.015Ga0.985N膜65作為井區(qū)域而工作。
形成ud-In0.015Ga0.985N膜65之后，將溫度從攝氏820度變更為攝氏900度。在此溫度變化中使InGaN半導(dǎo)體生長，例如得到3納米的ud-InUGa1-UN膜67。這種半導(dǎo)體膜67的銦組成隨著從井膜中逃逸而減少。ud-InUGa1-UN膜67構(gòu)成阻擋區(qū)域的一部分。在一個實(shí)施例中，可以根據(jù)在攝氏820度下形成In0.015Ga0.985N膜用的氣體流量比。
當(dāng)溫度穩(wěn)定達(dá)到攝氏900度后，在該溫度下使InGaN半導(dǎo)體生長，例如得到12納米的ud-In0.01Ga0.99N膜69。ud-In0.01Ga0.99N膜69由一部分阻擋區(qū)域73構(gòu)成。
ud-In0.01Ga0.99N膜69形成后，將溫度從攝氏900度變更至820度溫度下。當(dāng)溫度穩(wěn)定達(dá)到攝氏820度后，在該溫度下使InGaN半導(dǎo)體生長，例如得到3納米的ud-In0.015Ga0.985N膜71。ud-In0.015Ga0.985N膜71由一部分阻擋區(qū)域73構(gòu)成。
重復(fù)這些工序，最終形成五個井區(qū)域65和四個阻擋區(qū)域73。形成這些井區(qū)域和阻擋區(qū)域之后，形成上部金屬包層63。將溫度從攝氏820度變更至900度。在此溫度變化中使InGaN半導(dǎo)體生長，例如得到3納米的ud-InVGa1-VN膜72。這種半導(dǎo)體膜72的銦組成隨著從井膜逃逸而減少。ud-InVGa1-VN膜72構(gòu)成上部金屬包層63的一部分。在一個實(shí)施例中，可以根據(jù)在攝氏820度下形成In0.015Ga0.985N膜的氣體流量比。在該溫度下使InGaN半導(dǎo)體生長，例如得到15納米的ud-In0.01Ga0.99N膜75。ud-In0.01Ga0.99N膜75構(gòu)成上部金屬包層63的一部分。
接著在攝氏1100度溫度下使摻雜鎂的AlGaN半導(dǎo)體生長，例如得到20納米的p型Al0.15Ga0.85N膜77。p型Al0.15Ga0.85N膜77起著第二金屬包層的作用。然后，使摻雜鎂的GaN半導(dǎo)體生長，例如得到50納米的p型GaN膜79。p型GaN膜79起接觸層作用。
進(jìn)而在基板53的背面上形成由Ti/Al組成的陰極電極81，在接觸層上形成由Ni/Au組成的半透明電極83。在半透明電極83形成由Ti/Au組成的平板電極85。
圖11B是表示具有其他結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的圖。以下說明發(fā)光二極管91的制作。在發(fā)光二極管91中，特別是在相同溫度，例如攝氏820度下形成下部金屬包層93、井區(qū)域95、阻擋區(qū)域97和上部金屬包層99。
圖12A和圖12B是分別表示圖11A和圖11B結(jié)構(gòu)中的原子間力顯微鏡(AFM)圖像。這些原子間力顯微鏡照片，表示在不使p型AlGaN層和p型GaN層生長的情況下，對量子井結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行攝影的圖像(10微米×10微米的區(qū)域)。圖12B所示的原子間力顯微鏡圖像，與井層和阻擋層在相同溫度下形成的發(fā)光二極管對應(yīng)，顯示有因銦的偏析而產(chǎn)生的四個缺陷。另一方面，圖12A所示的原子間力顯微鏡圖像，與在比井層成膜溫度高的溫度下形成了阻擋層的發(fā)光二極管對應(yīng)，沒有因銦的偏析而產(chǎn)生的缺陷。若在良好的MQW面上于10微米×10微米的區(qū)域內(nèi)缺陷密度是一個以下，則與每平方厘米相當(dāng)?shù)娜毕菝芏认Ｍ?×106個(1×106/cm)以下。圖12B中出現(xiàn)的缺陷起因于In的偏析，當(dāng)InGaN生長溫度較低的情況、InGaN的In組成較高的情況下，以及在InGaN生長過程中(V族氣體的摩爾數(shù))/(III族氣體的摩爾數(shù))較低的情況下，均容易產(chǎn)生。通過使阻擋層在比井層更高的溫度下生長，能夠提高活性層的結(jié)晶性，抑制這種缺陷的產(chǎn)生。
圖13A是表示圖11A所示的發(fā)光二極管用外延層表面熒光顯微鏡的圖像。圖13B是圖11B所示的發(fā)光二極管用外延層表面熒光顯微鏡的圖像。觀察這些圖像時，可以根據(jù)365納米的激發(fā)波長。
參照圖13A，由于在與井區(qū)域不同的溫度下形成阻擋區(qū)域，所以阻擋膜的結(jié)晶性良好。發(fā)光二極管51以幾乎均勻的強(qiáng)度發(fā)光。另一方面，參照圖13B，由于在與井區(qū)域相同的溫度下形成阻擋區(qū)域，所以阻擋膜的結(jié)晶性不太好。井區(qū)域的膜質(zhì)不均勻，在發(fā)光二極管中出現(xiàn)非發(fā)光區(qū)域。
在450納米的發(fā)光波長中，發(fā)光二極管51的光發(fā)光功率，是發(fā)光二極管91發(fā)光功率的2.5倍。
(第三種實(shí)施方式)以下說明具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的形成方法。圖14A和圖14B是表示本發(fā)明涉及的第三種實(shí)施方式半導(dǎo)體元件形成方法的圖。這種方法在以下各點(diǎn)上與圖9A和圖9B所示的實(shí)施方式不同。也就是說，在時刻t7與時刻t9之間使溫度上升，在時刻t9與時刻t21(代替t10)間的期間M1內(nèi)保持溫度TB，在時刻t21與時刻t11間形成阻擋A膜30a。在時刻t16與時刻t18之間使溫度上升，在時刻t18與時刻t22(代替t19)間的期間M1內(nèi)保持溫度TB，在時刻t22與時刻t20間形成阻擋A膜34a。
在本實(shí)施例中首先形成阻擋膜后，設(shè)置不進(jìn)行成膜而在期間M1內(nèi)保持溫度TB的工序。在此期間M1內(nèi)，在比井膜的成膜溫度和升溫期間內(nèi)溫度高的TB溫度下，能夠使被成膜的阻擋膜表面的原子遷移。因此，能夠提供一種阻擋膜表面的平坦性、和已經(jīng)成膜的活性區(qū)域用半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性提高，而且在適于后面阻擋膜成膜的基底。
圖15A和圖15B是分別表示本發(fā)明涉及的第三種實(shí)施方式中一種半導(dǎo)體元件形成方法變形例的圖。這種方法，在以下各點(diǎn)上與圖9A和圖9B所示的實(shí)施方式不同。也就是說，在時刻t7與時刻t24之間使溫度上升，在時刻t6與時刻t23(代替t8)之間形成阻擋C膜29b。在時刻t23與時刻t24之間的期間M2內(nèi)不成膜而使溫度上升，當(dāng)溫度穩(wěn)定后在時刻t25(代替時刻t10)與時刻t11之間形成阻擋A膜30b。而且在時刻t16與時刻t27之間使溫度上升，在時刻t15與時刻t26(代替時刻t17)之間形成阻擋C膜33b。在時刻t26與時刻t27之間的期間M2內(nèi)不成膜而使溫度上升，當(dāng)溫度穩(wěn)定后在時刻t28(代替時刻t19)與時刻t20之間形成阻擋A膜34b。
在這種變形例中，首先形成阻擋膜后，設(shè)置不進(jìn)行成膜而變更溫度的工序。利用此工序能夠使被成膜的阻擋膜表面上原子遷移。由此，可以提供一種阻擋膜表面的平坦性、和已經(jīng)成膜的活性區(qū)域用半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性提高，適于后面阻擋膜成膜的基底。
圖16A和圖16B是表示本發(fā)明涉及的第三種實(shí)施方式中一種半導(dǎo)體元件形成方法變形例的圖。這種方法，在以下各點(diǎn)上與圖9A和圖9B所示的實(shí)施方式不同。也就是說，在時刻t5與時刻t23(代替時刻t8)之間形成有阻擋C膜29c。在時刻t29與時刻t30之間不成膜而使溫度上升，同時在時刻t30與時刻t31之間保持溫度TB。當(dāng)溫度穩(wěn)定后，在時刻t31(代替時刻t10)與時刻t11之間形成阻擋A膜30c。而且在時刻t15與時刻t32(代替時刻t17)之間形成阻擋C膜33c，在時刻t32與時刻t33之間，不成膜而使溫度上升，同時在時刻t33與時刻t34之間保持溫度TB。當(dāng)溫度穩(wěn)定后，在時刻t34(代替時刻t19)與時刻t20之間形成阻擋A膜34C。
這種變形例中，首先形成阻擋膜后，設(shè)置有不進(jìn)行成膜而變更溫度，并在此后保持溫度的工序。利用此工序可以使被成膜的阻擋膜表面上原子遷移。因此，可以提供一種阻擋膜表面的平坦性、和已經(jīng)成膜的活性區(qū)域用半導(dǎo)體膜的結(jié)晶性提高，適于后面阻擋膜成膜的基底。
正如以上說明的那樣，在這些實(shí)施例和變形例中，在期間M1(例如時刻t9與時刻t21之間的期間)、M2、M3內(nèi)在不進(jìn)行成膜而對已經(jīng)生長的半導(dǎo)體膜實(shí)施熱處理。這種期間內(nèi)，使原子在第三阻擋膜上遷移。為使充分量原子產(chǎn)生遷移，例如優(yōu)選在高于攝氏860度的溫度TM下進(jìn)行熱處理。
期間M1、M2、M3優(yōu)選是5分鐘以下。根據(jù)這種方法，在不成膜而使溫度上升的期間內(nèi)或者當(dāng)不成膜而溫度保持時間短的情況下，遷移產(chǎn)生得并不充分。而當(dāng)此期間長的情況下，由于生長表面上附著的雜質(zhì)和/或因活性層的結(jié)晶品質(zhì)劣化，不能提高發(fā)光元件的發(fā)光特性。
圖17A和圖17B是表示發(fā)光二極管的發(fā)光圖像的圖。這種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，與圖11A所示的實(shí)質(zhì)上相同。在圖17A所示的在變更溫度的情況下使生長的InGaN層67形成30秒鐘之后，將升溫至攝氏900度的升溫時間和溫度穩(wěn)定用保持時間總計(jì)設(shè)定為2分鐘。在圖17B所示的發(fā)光二極管的制作中，當(dāng)井膜65、71形成之后，與圖17A所示的發(fā)光二極管的制作沒有不同(不成膜而變更溫度的期間)。這種發(fā)光二極管，通過控制生長速度使第一阻擋層的膜厚相同。
這些發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度相等。參照圖17A，發(fā)光二極管能均勻發(fā)光，與之相比參照圖17B，在發(fā)光面上可以看到亮點(diǎn)。亮點(diǎn)的發(fā)生起因于邊升溫邊成膜的阻擋層的結(jié)晶性。阻擋層的結(jié)晶性，靠近井層的區(qū)域差，據(jù)認(rèn)為這是因?yàn)樵诓皇蛊浞磸?fù)的情況下對于進(jìn)行下一井層的生長產(chǎn)生有害影響的緣故。井層由于由In組成高的InGaN組成，所以基底的結(jié)晶性差而且品質(zhì)容易劣化。
圖17A所示的發(fā)光二極管的制作中，在不進(jìn)行成膜而改變溫度的期間內(nèi)，原子在第一阻擋膜的表面附近產(chǎn)生遷移，第一阻擋膜的結(jié)晶性和平坦性將變得良好。也就是說，在比井層高的溫度下使阻擋層生長的情況下，通過使上述的生長中斷，可以使活性層的結(jié)晶性恢復(fù)，可以進(jìn)一步提高活性層的品質(zhì)。
在文獻(xiàn)4中，井膜上有兩個阻擋層，邊升溫邊使第一阻擋層生長，當(dāng)溫度達(dá)到高溫之后再使第二阻擋層生長。形成第二阻擋層時，增大生長速度，增加氫氣(H2)分壓，變更V/III摩爾比減小等生長條件。在文獻(xiàn)4中，事先邊升溫邊使第一阻擋層生長，使第一阻擋層與第二阻擋層連續(xù)成膜。據(jù)認(rèn)為在這種方法中，第一阻擋層的結(jié)晶性緩緩升高，所以井層附近區(qū)域的結(jié)晶性并不充分。井層附近區(qū)域結(jié)晶性惡化的結(jié)果，在其上形成的膜的品質(zhì)不會改善，隨著活性層整個厚度的增加，結(jié)晶性不充分的影響將會變得逐漸顯著。因此，對使高亮度化重要的MQW這一表面膜質(zhì)的提高受到限制。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中雖然圖示說明了本發(fā)明的原理，但是在不超出本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)ε渲煤图?xì)節(jié)作出變更。本發(fā)明并不限于本實(shí)施方式公開的那些特定結(jié)構(gòu)。例如，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，雖然對稱作發(fā)光二極管的半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明并不限于發(fā)光層用的量子井結(jié)構(gòu)，而且本發(fā)明不僅能用于半導(dǎo)體發(fā)光元件，而且也能用于具有量子井結(jié)構(gòu)的其他半導(dǎo)體器件。因此，在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)做出的修改及變更都應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的形成方法，其中具備在第一溫度下形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井膜的工序，在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一阻擋膜的工序，形成所述第一阻擋膜后，不進(jìn)行成膜而變更溫度的工序，和該溫度的變化完成后，在高于所述第一溫度的第二溫度下，在所述第一阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第二阻擋膜的工序；在高于所述第一溫度并低于所述第二溫度的第三溫度下形成所述第一阻擋膜，所述第一阻擋膜的銦組成比所述井膜的銦組成小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述井膜上形成第一阻擋膜的所述工序中，所述第一阻擋膜的至少一部分在變更溫度的情況下形成。
3.一種形成具有半導(dǎo)體量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的方法，其中具備在第一溫度下形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井膜的工序，在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一阻擋膜的工序，形成所述第一阻擋膜后，不進(jìn)行成膜而使溫度上升的工序，和于第二溫度下在所述第一阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第二阻擋膜的工序；所述第一阻擋膜的至少一部分，在從所述第一溫度向所述第三溫度升溫的期間內(nèi)形成，在溫度上升的上述工序中，于規(guī)定期間內(nèi)使所述溫度從所述第三溫度上升至所述第二溫度，所述第一阻擋膜的銦組成比所述井膜的銦組成小，從所述第一溫度向所述第三溫度升溫的時間比所述規(guī)定期間短。
4.一種形成具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的方法，其中具備在第一溫度下形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井膜的工序，在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一阻擋膜的工序，形成所述第一阻擋膜后，不進(jìn)行成膜而使溫度上升至第二溫度的工序，在形成所述第二阻擋膜之前，不進(jìn)行成膜而將所述第二溫度保持規(guī)定期間的工序，和在所述第二溫度下，在所述第一阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第二阻擋膜的工序；所述第一阻擋膜的至少一部分，在從所述第一溫度向比所述第二溫度低的第三溫度的升溫期間內(nèi)形成，在使溫度上升的所述工序中，使所述溫度從所述第三溫度上升至所述第二溫度，所述第一阻擋膜的銦組成，比所述井膜的銦組成小，從所述第一溫度向所述第三溫度升溫的時間比所述規(guī)定時間短。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述規(guī)定期間是1分鐘以上和5分鐘以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在所述井膜上形成第一阻擋膜的所述工序，在第一溫度下形成井膜的所述工序后繼續(xù)進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一阻擋膜由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成，X1是大于0小于1的數(shù)，所述第二阻擋膜由InX2Ga1-X2N半導(dǎo)體組成，X2是0以上小于1的數(shù)，所述井膜由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成，X3是大于0小于1的數(shù)，而且X3大于X1。
8.一種形成具有半導(dǎo)體量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件的方法，其中具備形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一阻擋膜的工序，在所述第一阻擋膜形成后，不進(jìn)行成膜而變更溫度的工序，在改變溫度的上述工序之后，在所述第一阻擋膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第二阻擋膜的工序，和于第一溫度下在所述第二阻擋膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井膜的工序；所述第一阻擋膜事先在比所述第一溫度高的第二溫度下形成，所述第二阻擋膜在比所述第二溫度低但比所述第一溫度高的第三溫度下形成，所述第二阻擋膜的銦組成比所述井膜的銦組成小。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中在所述第一阻擋膜上形成第二阻擋膜的上述工序中，所述第二阻擋膜的至少一部分在所述第一溫度下形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中在第一溫度下在所述第二阻擋膜上形成井膜的上述工序，在所述第一阻擋膜上形成第二阻擋膜的上述工序之后繼續(xù)進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求8～10中任何一項(xiàng)所述方法，其中所述第一阻擋膜由InX2Ga1-X2N半導(dǎo)體組成，X2是0以上小于1的數(shù)，所述第二阻擋膜由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成，X1是大于0小于1的數(shù)，所述井膜由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成，X3是大于0小于1的數(shù)，而且X3大于X1。
12.根據(jù)權(quán)利要求8～11中任何一項(xiàng)所述的方法，其中具備在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成第三阻擋膜的工序，在所述第三阻擋膜形成后，不進(jìn)行成膜而變更溫度的工序，和在變更溫度的上述工序后，于第二溫度下在所述第三阻擋膜上形成第四阻擋膜的工序；在低于所述第二溫度和高于所述第一溫度的第四溫度下形成所述第三阻擋膜，所述第三阻擋膜的銦組成小于所述井膜的銦組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在井膜上形成第三阻擋膜的上述工序中，所述第三阻擋膜的至少一部分在變更溫度的條件下形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求8～11中任何一項(xiàng)所述的方法，其中具備在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第三阻擋膜的工序，所述第三阻擋膜形成后，不進(jìn)行成膜而使溫度上升的工序，和在所述第二溫度下在所述第三阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第四阻擋膜的工序；所述第三阻擋膜的至少一部分在從所述第一溫度至比所述第一溫度低的第四溫度的升溫期間內(nèi)形成，在使溫度上升的上述工序中，所述溫度在規(guī)定期間內(nèi)從所述第四溫上升至所述第二溫度，所述第三阻擋膜的銦組成小于所述井膜的銦組成，從所述第一溫度至第四溫度的升溫時間比所述規(guī)定期間短。
15.根據(jù)權(quán)利要求8～11中任何一項(xiàng)所述的方法，其中具備在所述井膜上形成由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第三阻擋膜的工序，所述第三阻擋膜形成后，不進(jìn)行成膜而使溫度上升至所述第二溫度的工序，不進(jìn)行成膜而使溫度上升至所述第二溫度的工序后，不進(jìn)行成膜而在規(guī)定期間保持所述第二溫度的工序，和在所述第二溫度下在所述第三阻擋膜上形成由III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第四阻擋膜的工序；所述第三阻擋膜的至少一部分在從所述第一溫度至比所述第二溫度低的第四溫度的升溫期間內(nèi)形成，在使溫度上升的上述工序中，將所述溫度從所述第四溫度上升至所述第二溫度，所述第三阻擋膜的銦組成小于所述井膜的銦組成，從所述第一溫度至第四溫度的升溫時間比所述規(guī)定期間短。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其中所述規(guī)定期間是1分鐘以上5分鐘以下。
17.根據(jù)權(quán)利要求12～16中任何一項(xiàng)所述的方法，其中在所述井膜上形成第三阻擋膜的上述工序，于第一溫度下在所述第二阻擋膜上形成井膜的上述工序之后繼續(xù)進(jìn)行。
18.根據(jù)權(quán)利要求12～17中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第四阻擋膜由InX5Ga1-X5N半導(dǎo)體組成，X5是0以上小于1的數(shù)，所述第三阻擋膜由InX4Ga1-X4N半導(dǎo)體組成，X4是大于0小于1的數(shù)，X3大于X4。
19.一種具有量子井結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件，其中具備由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的井區(qū)域，和具有由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第一半導(dǎo)體層以及由含有氮和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第二半導(dǎo)體層的第一阻擋區(qū)域；所述第一半導(dǎo)體層事先被設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層與所述井區(qū)域之間，所述第一半導(dǎo)體層的銦組成比所述井區(qū)域的銦組成小。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體元件，其中起因于銦偏析產(chǎn)生的量子井內(nèi)的缺陷密度是1×106cm-2以下。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的半導(dǎo)體元件，其中還具備具有由含有氮、銦和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第三半導(dǎo)體層以及由含有氮和鎵的III-V族氮化物半導(dǎo)體組成的第四半導(dǎo)體層的第二阻擋區(qū)域；所述井區(qū)域事先被設(shè)置在所述第一阻擋區(qū)域與所述第二阻擋區(qū)域之間，所述第三半導(dǎo)體層事先被設(shè)置在所述第四半導(dǎo)體層與所述井區(qū)域之間，所述第三半導(dǎo)體層的銦組成比所述井區(qū)域的銦組成小。
22.根據(jù)權(quán)利要求19～21中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中所述第一半導(dǎo)體層由InX1Ga1-X1N半導(dǎo)體組成，X1是大于0小于1的數(shù)，所述第二半導(dǎo)體層由InX2Ga1-X2N半導(dǎo)體組成，X2是0以上小于1的數(shù)，所述井區(qū)域由InX3Ga1-X3N半導(dǎo)體組成，X3是大于0小于1的數(shù)，X3大于X1，X3-X1是0.04以上。
23.根據(jù)權(quán)利要求19～22中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述第一半導(dǎo)體層的厚度是1納米以上，所述第一半導(dǎo)體層的厚度是5納米以下。
24.根據(jù)權(quán)利要求19～23中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中所述第四半導(dǎo)體層由InX5Ga1-X5N半導(dǎo)體組成，X5是0以上小于1的數(shù)，所述第三半導(dǎo)體層由InX4Ga1-X4N半導(dǎo)體組成，X4大于0小于1，X3-X4是0.04以上。
25.權(quán)利要求19～24中任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件，其中，所述第三半導(dǎo)體層的厚度是1納米以上，所述第三半導(dǎo)體層的厚度是5納米以下。
全文摘要
半導(dǎo)體元件(1)包含具有量子井結(jié)構(gòu)的活性區(qū)域(3)。活性區(qū)域(3)包含井區(qū)域(5)和阻擋區(qū)域(7)。井區(qū)域(5)由含有氮、銦和鎵的III－V族化合物半導(dǎo)體組成。阻擋區(qū)域(7a)具有第一半導(dǎo)體層(9a)和第二半導(dǎo)體層(11a)。第一半導(dǎo)體層(9a)，由至少含有氮、銦和鎵的III－V族化合物半導(dǎo)體組成。第二半導(dǎo)體層(11a)，由至少含有氮和鎵的III－V族化合物半導(dǎo)體組成。第一半導(dǎo)體層(9a)被設(shè)置在第二半導(dǎo)體層(11a)與井區(qū)域(5)之間。第一半導(dǎo)體層(9a)的銦組成，比第二半導(dǎo)體層(11a)的銦組成小。第一半導(dǎo)體層(9a)的銦組成比井區(qū)域的銦組成小。
文檔編號H01L21/20GK1658454SQ20051000945
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者京野孝史, 上野昌紀(jì), 秋田勝史 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社