專利名稱：氮化物半導體裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氮化物半導體裝置及其制造方法，尤其涉及需要選擇性的蝕刻工藝的氮化物半導體裝置及其制造方法。
背景技術：
以氮化鎵(GaN)為代表的氮化物半導體，禁帶寬度大，介質(zhì)擊穿電壓、電子的飽和漂移速度大。因此，作為藍紫色半導體激光器裝置的材料以及高頻大功率半導體裝置等，近年來正在盛行研發(fā)，藍紫色半導體激光器裝置作為能夠進行高密度的信息記錄以及再生的高密度光盤的記錄用以及再生用光源。氮化物半導體屬于與用作紅色激光器裝置、高頻半導體裝置等的材料的鋁鎵砷(AWaAs)、用作紅外線激光器裝置的材料的銦鎵磷(InGaP)相同的III-V族半導體。但是，特性與這些材料大不相同，所以不能直接轉用現(xiàn)有的技術。因此，制造半導體裝置時的成品率低，期望成品率良好地制造由氮化物半導體構成的半導體裝置的技術的成熟。在采用氮化物半導體來制作半導體裝置時，需要選擇性的蝕刻工藝。例如，在層疊GaN層和AlGaN層來形成場效應晶體管(FET)時，為了減少柵極漏電流，已知選擇地蝕刻 AlGaN層的一部分來形成柵極凹槽(gate recess)構造。在該情況下，需要精度良好地選擇性地去除AlGaN層。此外，在形成采用了氮化物半導體的埋置型的半導體激光器裝置時，需要精度良好地選擇性地去除電流狹窄層。氮化物半導體的干法蝕刻，能夠比較容易地進行。但是，干法蝕刻對膜厚的控制性差。因此，例如在形成柵極凹槽構造時，難以留下一定厚度的AKiaN層而準確地停止蝕刻。 一旦干法蝕刻到AlGaN層與GaN層的界面，則不能形成作為電子通道的溝道，所以不能作為 FET來工作。此外，若AlGaN層的余留量有偏差，則FET的特性發(fā)生偏差。而且，在干法蝕刻中還有大量生成結晶缺陷的缺點。這種問題不僅發(fā)生在形成柵極凹槽構造時，還在埋置型的半導體激光器裝置中形成電流路徑時發(fā)生。另一方面，濕法蝕刻的膜厚控制性良好，具有能夠幾乎不生成結晶缺陷地進行蝕刻的優(yōu)點。因此，公開了通過對非晶體或多晶體的氮化物半導體進行濕法蝕刻來制作藍紫色激光器裝置的方法(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1 JP特開平11161160號公報但是，存在對晶體的氮化物半導體層不能容易地進行濕法蝕刻的問題。因此，在需要加工晶體的氮化物半導體層時，需要在對非晶體或者多晶體的氮化物半導體層進行了濕法蝕刻后，通過進行熱處理來進行結晶化。但是，對于這種方法，難以得到結晶性良好的氮化物半導體層。期望直接對結晶性的氮化物半導體進行濕法蝕刻，精度良好地進行加工的方法。此外，即使采用了濕法蝕刻也未必獲得完全的蝕刻選擇性，會產(chǎn)生蝕刻不足，或產(chǎn)生過蝕刻。為了提高半導體裝置的性能，需要更加準確地在界面停止蝕刻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，能夠在氮化物半導體的界面精度良好地停止蝕刻，能夠實現(xiàn)精度良好地進行了加工的氮化物半導體裝置。本發(fā)明是使氮化物半導體裝置具備結晶缺陷密度比蝕刻對象的氮化物半導體層大的缺陷導入層的結構。具體而言，例示的氮化物半導體裝置具備在基板上形成的第一氮化物半導體層、 在第一氮化物半導體層上形成的缺陷導入層、和在缺陷導入層上接觸形成的具有用于露出缺陷導入層的開口部的第二氮化物半導體層，缺陷導入層的結晶缺陷密度比第一氮化物半導體層以及第二氮化物半導體層的結晶缺陷密度大。根據(jù)例示的氮化物半導體裝置，在第二氮化物半導體層中提供空穴來進行光化學蝕刻，但在缺陷導入層中因為空穴由結晶缺陷而消耗所以不進行光化學蝕刻。因此，在第二氮化物半導體層和缺陷導入層的界面，能夠精度良好地使光化學蝕刻停止。其結果，能夠較大地提高需要選擇性蝕刻工藝的氮化物半導體裝置的加工精度以及再現(xiàn)性。在例示的氮化物半導體裝置中，優(yōu)選缺陷導入層的結晶缺陷密度是2. 9X IO7CnT2 以上，第二氮化物半導體層的結晶缺陷密度是2. 6X IO7CnT2以下。在例示的氮化物半導體裝置中，優(yōu)選還具備形成在第一氮化物半導體層和缺陷導入層之間并且雜質(zhì)被δ摻雜的δ摻雜層。在該情況下，δ摻雜層優(yōu)選包含1.3X IO19CnT3 以上的硅的結構。在例示的氮化物半導體裝置中，優(yōu)選缺陷導入層包含η型的雜質(zhì)的結構。在該情況下，優(yōu)選缺陷導入層的Si摻雜量是2 X IO19CnT3以上，第二氮化物半導體層的Si摻雜量是 4X IO1W3 以下。在例示的氮化物半導體裝置中，優(yōu)選為缺陷導入層包含ρ型的雜質(zhì)的結構。例示的氮化物半導體裝置優(yōu)選還具備在第二氮化物半導體層上按照填埋所述開口部的方式形成的第三氮化物半導體層，第一氮化物半導體層包含活性層以及形成在活性層和缺陷導入層之間的第一P型導光層，第二氮化物半導體層是η型電流阻擋層，第三氮化物半導體層包含第二 P型導光層，作為半導體激光器裝置發(fā)揮功能。根據(jù)這種結構，能夠再現(xiàn)性良好地準確地形成電流注入部。因此，能夠大幅提高埋置型氮化物半導體激光器裝置的成品率。在例示的氮化物半導體裝置中，優(yōu)選缺陷導入層的膜厚是0. 25nm以上且IOnm以下。根據(jù)這種結構，即使缺陷導入層是η型的層，也幾乎不產(chǎn)生由形成電位勢壘而引起的設備工作電壓的上升。例示的氮化物半導體裝置還可以構成為，還具備在開口部形成位于缺陷導入層上的柵極電極、形成在柵極電極的兩側的源極電極以及漏極電極、和形成在基板和第一氮化物半導體層之間的溝道層，作為晶體管發(fā)揮功能。根據(jù)這種結構，能夠再現(xiàn)性良好地準確地形成柵極凹槽構造。因此，能夠容易地實現(xiàn)柵極漏電流低并且高輸出的場效應晶體管。在例示的氮化物半導體裝置中，優(yōu)選缺陷導入層的膜厚是0. 25nm以上且30nm以下。根據(jù)這種結構，缺陷導入層幾乎不對基于柵極電壓的電流控制產(chǎn)生影響。例示的氮化物半導體裝置的制造方法的特征在于，具備在基板上結晶生長第一氮化物半導體層的工序(a)、在第一氮化物半導體層上形成缺陷導入層的工序(b)、在缺陷導入層上形成第二氮化物半導體層的工序(C)、和通過選擇性地光化學蝕刻第二氮化物半導體層從而形成露出缺陷導入層的開口部的工序(d)，缺陷導入層的結晶缺陷密度比第一氮化物半導體層以及第二氮化物半導體層大。例示的氮化物半導體裝置的制造方法，形成結晶缺陷密度比第一氮化物半導體層以及第二氮化物半導體層大的缺陷導入層，通過光化學蝕刻形成用于露出缺陷導入層的開口部。因此，能夠在第二氮化物半導體層和缺陷導入層的界面精度良好地停止光化學蝕刻。 因此，能夠大幅提高需要選擇性蝕刻工藝的氮化物半導體裝置的加工精度以及再現(xiàn)性。在例示的氮化物半導體裝置的制造方法中，優(yōu)選在工序(b)中，通過提供雜質(zhì)的同時進行結晶生長來形成缺陷導入層，向缺陷導入層的雜質(zhì)導入量比向第二氮化物半導體層的雜質(zhì)導入量多。在該情況下，可以在工序(b)中向缺陷導入層導入2 X IO19CnT3以上的硅，在工序 (c)中使導入第二氮化物半導體層的硅的量為4X IO18CnT3以下。例示的氮化物半導體裝置的制造方法，優(yōu)選在工序(a)之后且工序(b)之前還具備通過向第一氮化物半導體層的表面提供雜質(zhì)從而形成δ摻雜層的工序(e)，在工序(b) 中在S摻雜層上結晶生長缺陷導入層。在雜質(zhì)的S摻雜層上結晶生長的層的生長初期形成小孔(毫微級孔)，結晶缺陷密度變高。因此，能夠容易地形成缺陷導入層。在例示的氮化物半導體裝置的制造方法中，優(yōu)選在工序(e)中導入1. 3X IO19Cm-3 以上的硅。在例示的氮化物半導體裝置的制造方法中，優(yōu)選在工序(a)中通過有機金屬氣相生長法在給定結晶生長溫度下結晶生長第一氮化物半導體層，工序(b)是在保持結晶生長溫度的狀態(tài)下，通過停止提供用于結晶生長第一氮化物半導體層的有機金屬原料，從而在第一氮化物半導體層的上部形成缺陷導入層的工序。根據(jù)這種結構，能夠容易地在第一氮化物半導體層的上部形成缺陷導入層。(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導體裝置及其制造方法，在需要選擇性蝕刻工藝的氮化物半導體裝置，能夠比以往大幅地提高加工精度以及再現(xiàn)性。


圖1是表示用于光化學蝕刻的驗證的層疊體的剖視圖。圖2是表示層疊體的光化學蝕刻工序的示意圖。圖3是表示硅濃度影響蝕刻量的經(jīng)時變化的曲線圖。圖4是表示第一實施方式的半導體裝置的剖視圖。圖5是按照工序順序表示第一實施方式的半導體裝置的制造方法的剖視圖。圖6是按照工序順序表示第一實施方式的第一變形例的半導體裝置的制造方法的剖視圖。圖7是按照工序順序表示第一實施方式的第二變形例的半導體裝置的制造方法的剖視圖。圖8是表示第二實施方式的半導體裝置的剖視圖。
圖9是按照工序順序表示第二實施方式的半導體裝置的制造方法的剖視圖。圖10是按照工序順序表示第二實施方式的第一變形例的半導體裝置的制造方法的剖視圖。圖11是按照工序順序表示第二實施方式的第二變形例的半導體裝置的制造方法的剖視圖。
具體實施例方式首先，對本申請發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的使蝕刻比以往精度良好地在界面停止的方法進行說明。對于圖1所示那樣的氮化物半導體的層疊體60，進行了蝕刻的研究。在圖1中，層疊體60是在由氮化鎵(GaN)構成的基板51上依次形成的n_GaN層52、n_AWaN層53、n_GaN 層 54、InGaN 層 55、p_AlGaN 層 56、p_GaN 層 57 以及 n_AlGaN 層 58。n_AlGaN 層 58 的 Al 以及Ga的組成比分別是0. 15以及0. 85。濕法蝕刻采用了圖2所示那樣的光化學蝕刻。光化學蝕刻是采用紫外光和堿性溶液的濕法蝕刻。具體而言，首先在液體溫度20°C、濃度為lOmol/L的氫氧化鉀(KOH)溶液 68中，浸沒形成了具有條紋狀開口部的金屬掩模(metal mask)62的層疊體60。將金屬掩模62和由鉬等構成的陰極63連接后，向金屬掩模62的開口部照射波長比n-AKiaN層58的吸收端短的紫外光64。這次照射了波長為405nm、強度為約65mW/cm2的紫外光。對于照射紫外光，可以采用低壓紫外線燈等。金屬掩模62的開口部沿層疊體60的結晶軸的<1-100> 方向形成。本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了，根據(jù)n-AKkiN層58中包含的硅(Si)的量，n-AKkiN層58的蝕刻舉動發(fā)生較大的變化。圖3示出了在n-AWaN層58中摻雜了 4X 1018cm_3的Si的情況、 和摻雜了 2 X IO19CnT3的Si的情況下的蝕刻量的時間變化。在使Si的摻雜量為4X IO18CnT3 的情況下，蝕刻量伴隨時間增加。但是，在使Si的摻雜量為2X IO19CnT3的情況下，未產(chǎn)生蝕刻。在對GaN進行光化學蝕刻時，被認為按照以下的式(1)發(fā)生反應。GaN+60H>3h+ — GaO^+O. 5N2+3H20— (1)如式(1)所示，在氮化物半導體的光化學蝕刻中需要空穴?？昭ㄍㄟ^對氮化物半導體照射紫外線來提供。但是，若在氮化物半導體中摻雜了過多的Si，則形成大量的結晶缺陷，由紫外線照射產(chǎn)生的空穴通過非發(fā)光耦合而被消耗。據(jù)此，n-AWaN層58的Si摻雜量為2X1019cm_3時未產(chǎn)生光化學蝕刻的理由，可以認為是因為發(fā)生了與消耗反應所需的空穴相應的結晶缺陷。根據(jù)X射線衍射(XRD)的衍射峰值的半值寬度來估計了 n-AWaN層58的平均結晶缺陷密度時，Si的摻雜量為4X1018cm_3的情況下，約是2.6X107cm_2。另一方面，在Si 的摻雜量為2X IO19CnT3的情況下，約是2. 9X 107cm_2。據(jù)此，可以認為在結晶缺陷密度約為 2. 6 X IO7CnT2以下時能夠提供反應所需的空穴，在結晶缺陷密度為約2. 9 X IO7CnT2以上時空穴被消耗，未能進行蝕刻反應。根據(jù)該結果，在結晶缺陷密度為約2. 9X IO7CnT2以上的第一層上層疊了結晶缺陷密度為約2. 6 X IO7CnT2以下的第二層的情況下，第二層被光化學蝕刻而第一層不被光化學蝕刻。也就是說，能夠在結晶缺陷密度高的第一層與結晶缺陷密度低的第二層的界面準確
7地停止光化學蝕刻。空穴的發(fā)生量能夠根據(jù)紫外線照射的條件等而發(fā)生變化。因此，若在第一層和第二層之間存在相對結晶缺陷密度差，則能夠在第一層和第二層的界面準確地停止蝕刻。不發(fā)生蝕刻反應時的結晶缺陷密度比進行蝕刻反應時的結晶缺陷密度大約大10%。因此，在第一層的結晶缺陷密度比第二層大約大10%以上時，能夠在第一層和第二層的界面準確地停止光化學蝕刻。對于應用了本申請發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的在界面精度良好地使光化學蝕刻停止的條件的半導體裝置，以下說明具體的實施方式。但是，以下的實施方式是一例，對于需要選擇性蝕刻工藝的各種氮化物半導體裝置都能夠同樣地適用。(第一實施方式)圖4示出第一實施方式的氮化物半導體裝置的剖面結構。此外，圖5按工序順序示出第一實施方式的氮化物半導體裝置的制造方法。如圖4所示，本實施方式的氮化物半導體裝置是埋置型的半導體激光器裝置。在第一 P型導光層107和電流阻擋層109之間形成有缺陷導入層108。通過形成缺陷導入層108，蝕刻電流阻擋層109來形成電流注入部110 時，幾乎不產(chǎn)生過蝕刻或者蝕刻不足。若具體說明制造方法，則首先，如圖5(a)所示，通過有機金屬化學氣相生長 (MOCVD)法，在由η型氮化鎵(GaN)或者氮化鋁鎵(AWaN)構成的基板101的主面上，形成層疊構造體116。層疊構造體116由從基板101側依次生長的η型GaN層102、η型包覆層 103、η型導光層104、量子阱活性層105、ρ型電子勢壘層106、第一 ρ型導光層107、缺陷導入層108以及電流阻擋層109構成。對于MOCVD法的III族有機金屬原料，可以使用例如TMG(Trimethyl Gallium，三甲基鎵)、TMA CTrimethyl Alminium，三甲基鋁)以及 TiOn (Trimethyl Indium，三甲基銦) 等，對于V族原料，可以使用氨氣等?？梢允褂肨ESi (Tetra Ethyl Silane)作為η型摻雜劑，可以使用 Cp2Mg(Biscyclopentadienyl magnesium)作為 ρ 型的摻雜劑。η型GaN層102的膜厚可以是2 μ m。η型包覆層103可以是例如膜厚為1. 6 μ m的 η型Al0.05Ga0.95N, η型導光層104可以是例如膜厚為150nm的η型GaN0量子阱活性層105 可以是例如膜厚為3nm由InaitlGEia9ciN構成的阱層和膜厚為7. 5nm由Ιηα(12&ια98Ν構成的勢壘層。P型電子勢壘層106可以是例如膜厚為IOnm的ρ型Ala 16Ga0.84N,第一 ρ型導光層107 可以是例如膜厚為IOnm的ρ型GaN。缺陷導入層108可以是使Si的濃度為2 X IO19CnT3而結晶生長的膜厚為3nm的Al0.15Ga0.85No電流阻擋層109可以是使Si的濃度為4X IO1W3 而結晶生長的厚度為125nm的Ala 15G￡ia85N。接著，如圖5(b)所示，通過光化學蝕刻選擇性地去除電流阻擋層109從而形成開口部109a。缺陷導入層108與電流阻擋層109相比，結晶缺陷密度大約大10%。因此，在電流阻擋層109和缺陷導入層108的界面，光化學蝕刻停止。對于光化學蝕刻，首先，在電流阻擋層109上形成具有條紋狀的開口部的金屬掩模。之后，在連接了金屬掩模和陰極的狀態(tài)下將層疊構造體116浸沒在蝕刻液中，照射紫外線。金屬掩模的開口部可以沿層疊構造體116的結晶軸的<1-100>方向形成。蝕刻液可以是lOmol/L的KOH溶液，液體溫度可以是20°C。照射的紫外線可以是使波長為405nm的照射強度約為65mW/cm2。
接著，如圖5(c)所示，在形成了開口部109a的電流阻擋層109上，通過MOCVD法依次形成第二 P型導光層111、P型包覆層112以及P型接觸層113。第二 P型導光層111 可以是例如膜厚為IOnm的ρ型GaN，p型包覆層112可以是例如膜厚為40nm的ρ型AlGaN， P型接觸層113可以是例如膜厚為40nm的ρ型GaN。由此，在開口部109a形成電流注入部 110。接著，如圖5(d)所示，在ρ型接觸層113上，形成例如由鎳(Ni)和金(Au)的層疊膜構成的P側電極114，在基板101的與η型GaN層102相反側的面(背面)上，形成例如由鈦(Ti)和鋁(Al)的層疊膜構成的η側電極115。另外，η側電極115不局限于形成在基板101的背面，也可以去除層疊構造體116的一部分從而使η型半導體層露出，而形成在露出的η型半導體層上。之后，進行斷裂(breaking)或者切割(cleavage)等，分離為單個的半導體裝置。電流阻擋層109的膜厚需要具有足夠阻擋電流的厚度。因此，優(yōu)選約50nm以上的厚度。此外，因為若太厚則有可能產(chǎn)生裂縫(crack)，所以優(yōu)選約500nm以下。缺陷導入層108只要是1原子層的膜厚就能夠使光化學蝕刻停止。因此，優(yōu)選膜厚為0. 25nm以上。但是，因為若缺陷導入層108的膜厚變厚，則變得不能高效率地進行電流注入，所以優(yōu)選使膜厚為IOnm以下。若膜厚為IOnm以下，則即使缺陷導入層108是η型層，也幾乎不發(fā)生形成電位勢壘而導致的設備工作電壓的上升。在本實施方式中，通過摻雜Si使其濃度成為2X1019cm_3，從而形成缺陷導入層 108。但是，如先前所述，結晶缺陷密度比電流阻擋層109大約大10%以上即可，也可以代替摻雜Si而摻雜其他η型雜質(zhì)。此外，對于缺陷導入層108，并不必需是η型，也可以摻雜 P型雜質(zhì)。對于雜質(zhì)的摻雜，可以在使TESi或者Cp2Mg等的III族元素以外的有機金屬結晶生長時混入。通常的GaN基板的結晶缺陷密度是5Χ IO4CnT2左右。因此，不摻雜雜質(zhì)而在GaN基板上生長的AWaN層的結晶缺陷密度是5X IO5CnT2 5Χ 106cm_2左右?？紤]該值和電流阻擋層109的摻雜量來決定缺陷導入層108的摻雜量即可。此外，也可以不在結晶生長時導入雜質(zhì)，在進行了結晶生長后，通過離子注入等導入雜質(zhì)來使結晶缺陷密度上升。而且，也可以不導入雜質(zhì)而通過對由結晶生長而形成的半導體層進行干法蝕刻或者再蒸發(fā)來使結晶缺陷密度上升。此外，結晶缺陷密度能夠根據(jù)成膜溫度、V族元素與III族元素的提供量之比以及成膜時腔室內(nèi)的壓力等而發(fā)生變化。因此，也可以通過改變這些參數(shù)來形成缺陷導入層108。此外，缺陷導入層108的III族元素的組成并不必需與電流阻擋層109 —致。因此，可以使缺陷導入層108為GaN或者AlN等，使其為Al組成與電流阻擋層109不同的 AlGaN也沒有問題，此外，能夠從由AlxG￡^ni_x_yN(0彡χ彡1、0彡y彡1、x+y彡1)表示的氮化物半導體中任意進行選擇。(第一實施方式的第一變形例)在第一實施方式中，給出了在第一 ρ型導光層107上通過MOCVD法使摻雜了高濃度雜質(zhì)的半導體層結晶生長來形成缺陷導入層108的方法。但是，也可以通過如下方法來形成缺陷導入層108。如圖6(a)所示，與第一實施方式同樣地在基板101上通過MOCVD法結晶生長到第一 P型導光層107。
接著，如圖6(b)所示，暫時中斷結晶生長，在第一 ρ型導光層107的表面上提供 TESi并形成Si濃度為1.3X IO19CnT3以上的δ摻雜層121。在提供了 Si的δ摻雜層121 中，形成Si-N共價鍵，表面的懸掛鍵(dangling bond)被終結。接著，在δ摻雜層121上進行例如η型AKiaN層的生長。在δ摻雜層121上進行η型AKkiN層的生長時，在生長初期，不吸附III族元素的( ，形成小孔(nano hole 毫微級孔)產(chǎn)生結晶缺陷。進行生長時，小孔被填埋，結晶缺陷密度減小。因此，如圖6(c)所示，能夠形成膜厚為3nm左右的缺陷導入層108和電流阻擋層109。根據(jù)δ摻雜層121的雜質(zhì)量、δ摻雜層121上形成的氮化物半導體層的生長溫度以及V族元素和III族元素的提供量之比等，能夠使缺陷導入層108的膜厚發(fā)生變化。之后，與第一實施方式同樣地，通過進行電流阻擋層109的光化學蝕刻、第二 ρ型導光層111等的再生長、電極形成以及切割等，得到如圖6(d)所示的埋置型半導體激光器
直ο在本變形例中，以同一成膜條件連續(xù)地形成了缺陷導入層108和電流阻擋層109， 但是也可以在中途改變成膜條件。例如，若在生長初期，使Al的提供量較多，之后減少Al提供量來進行生長，則能夠使缺陷導入層108和電流阻擋層109為Al組成不同的層。此外， 若在生長初期提供P型雜質(zhì)，之后切換為η型雜質(zhì)，則能夠形成ρ型的缺陷導入層108和η 型的電流阻擋層109。此外，δ摻雜層121可以摻雜Si以外的雜質(zhì)，也可以摻雜Mg等的ρ型雜質(zhì)。(第一實施方式的第二變形例)還可以如下地形成缺陷導入層108。首先，如圖7(a)所示，與第一實施方式同樣地在基板101上通過MOCVD法結晶生長到第一 P型導光層107。接著，在維持結晶生長溫度的情況下停止提供有機金屬原料。據(jù)此，在第一 P型導光層107的表面附近生成許多結晶缺陷，如圖7(b)所示，形成膜厚為數(shù)nm的缺陷導入層108。接著，如圖7(c)所示，再次提供有機金屬原料從而生長電流阻擋層109。之后，與第一實施方式同樣地，通過進行電流阻擋層 109的光化學蝕刻、第二 ρ型導光層111等的再生長、電極形成以及切割等，得到如圖7(d) 所示的埋置型半導體激光器裝置。在第一實施方式及其變形例中，使基板為GaN或者AWaN，但是也可以采用SiC基板等。此外，還可以是采用了絕緣性的藍寶石基板等的結構。(第二實施方式)以下，參照附圖來說明本發(fā)明的第二實施方式。圖8示出第二實施方式的半導體裝置的剖面結構。圖9按工序順序示出第二實施方式的半導體裝置的制造方法。如圖8所示，第二實施方式的氮化物半導體裝置是具有柵極凹槽構造的場效應晶體管(FET)。在溝道層202上依次形成第一半導體層203、缺陷導入層204以及第二半導體層205。通過在第一半導體層203和第二半導體層205之間形成缺陷導入層204，能夠準確地在第二半導體層205和缺陷導入層204的界面停止蝕刻。因此，能夠選擇性地去除第二半導體層205從而容易地形成柵極凹槽構造。對本實施方式的半導體裝置的制造方法進行說明，首先如圖9(a)所示，在例如由藍寶石構成的基板201上依次形成溝道層202、第一半導體層203、缺陷導入層204以及第二半導體層205。溝道層202可以是膜厚為Iymm GaN。第一半導體層203可以是例如膜厚為IOnm的Al0.25Ga0.75No缺陷導入層204可以是例如膜厚為5nm的Al0.25Ga0.75No第二半導體層205可以是例如膜厚為15nm的Ala25GEta75I 缺陷導入層204與第二半導體層205相比，形成為結晶缺陷密度大約大10%以上。 具體而言，與第一實施方式同樣地進行結晶生長時，可以通過混入TESi或者Cp2Mg等的III 族有機金屬原料以外的有機金屬原料來使結晶性劣化。此外，也可以不在結晶生長時導入雜質(zhì)，在進行了結晶生長后，通過離子注入等導入雜質(zhì)來使結晶缺陷密度上升。而且，可以不注入雜質(zhì)而通過對由結晶生長而形成的半導體層進行干法蝕刻或者再蒸發(fā)來使結晶缺陷密度上升。此外，能夠根據(jù)成膜溫度、V族元素和III族元素的提供量之比以及成膜時腔室內(nèi)的壓力等，使結晶缺陷密度發(fā)生變化。因此，可以通過改變這些參數(shù)來形成缺陷導入層 204。接著，在第二半導體層205上形成了金屬掩模后，進行光化學蝕刻，從而選擇性地去除第二半導體層205，如圖9(b)所示，形成開口部20fe。對于光化學蝕刻，可以與第一實施方式同樣地進行，可以使用lOmol/L的KOH溶液作為蝕刻液，在液體溫度20°C下照射波長為405nm的強度約為65mW/cm2的紫外光。接著，如圖9(c)所示，在開口部20 的兩側，通過干法蝕刻形成到達溝道層202 和第一半導體層203的界面的下側的開口部20加。接著，如圖9(d)所示，采用電子束蒸鍍法以及剝離(lift-off)法，在各個開口部 20 形成作為源極電極以及漏極電極的歐姆(ohmic)電極207，在開口部20 形成柵極電極 208。在本實施方式中，使第一半導體層203、缺陷導入層204以及第二半導體層205為 Ala25Giia75N,但是只要使溝道層202產(chǎn)生二維電子氣，則可以是任何組成。此外，第一半導體層203、缺陷導入層204以及第二半導體層205也不必需是相同的組成(組份)，可以任意地組合用AlxGiiyIni_x_yN(0彡χ彡1、0彡y彡1、x+y彡1)表示的氮化物半導體。第二半導體層205可以不進行摻雜或者被摻雜為η型。第一半導體層203也可以不進行摻雜或者被摻雜η型。第一半導體層203被摻雜為η型時，能夠使二維電子氣濃度上升。缺陷導入層204只要是1原子層以上就能夠使光化學蝕刻停止。因此，只要膜厚為0. 25nm以上即可。但是，缺陷導入層204的膜厚變厚時基于柵極電壓的電流控制變得困難，所以優(yōu)選使膜厚為30nm以下。(第二實施方式的第一變形例)在第二實施方式中，給出了通過MOCVD法使摻雜了高濃度雜質(zhì)的半導體層在第一半導體層203上結晶生長，由此形成缺陷導入層204的方法。但是，也可以通過如下方法來形成缺陷導入層204。如圖10(a)所示，與第二實施方式同樣地通過MOCVD法在基板201上結晶生長到第二半導體層205。接著，如圖10(b)所示，暫時中斷結晶生長，在第二半導體層205的表面上提供 TESi來形成Si濃度為1. 3X IO19CnT3以上的δ摻雜層221。在提供了 Si的δ摻雜層221 中，形成Si-N的共價鍵，表面的懸掛鍵被終結。接著，在δ摻雜層221上進行例如AKiaN層的生長。在δ摻雜層221上進行 AlGaN層的生長時，在生長初期，不吸附III族元素的( ，形成小孔(nano hole)產(chǎn)生結晶缺陷。生長進行時，小孔被填埋，結晶缺陷密度減小。因此，如圖10(c)所示，生長初期的數(shù) nm成為缺陷導入層204，之后能夠形成第二半導體層205。之后，與第二實施方式同樣地，通過進行第二半導體層205的光化學蝕刻以及電極形成，得到圖10(d)所示的FET。在本變形例中，以同一成膜條件連續(xù)地形成了缺陷導入層204和第二半導體層 205，但是也可以在中途改變成膜條件。例如，若在生長初期使Al的提供量較多，之后減少 Al提供量來進行生長，則能夠使缺陷導入層204和第二半導體層205為Al組成不同的層。 此外，δ摻雜層121也可以摻雜Si以外的雜質(zhì)，還可以摻雜Mg等的ρ型雜質(zhì)。(第二實施方式的第二變形例)還可以如下地進行缺陷導入層204的形成。首先，如圖11(a)所示，與第二實施方式同樣地通過MOCVD法在基板201上結晶生長到第一半導體層203。接著，在維持結晶生長溫度的情況下，停止提供有機金屬原料。由此，在第一半導體層203的表面附近生成許多結晶缺陷，如圖11(b)所示，形成膜厚為數(shù)nm的缺陷導入層204。接著，如圖11(c)所示，生長第二半導體層205。之后，與第二實施方式同樣地，通過進行第二半導體層205的光化學蝕刻以及電極形成來得到圖11(d)所示的FET。在第二實施方式及其變形例中，采用了歐姆電極207直接與二維電子氣接觸的結構，但是只要歐姆電極207與二維電子氣能夠歐姆連接，則可以是任何結構。雖然采用了柵極電極208與缺陷導入層204直接接觸的結構，但是也可以采用如下結構例如在凹槽部形成P型的GaN層等，在ρ型層上形成柵極電極208。據(jù)此，能夠容易地常截止(normal off) 化。在該情況下，只要形成為柵極電極208與ρ型層歐姆接觸即可。在第二實施方式及其變形例中采用了藍寶石基板，但是也可以采用GaN、AlGaN或者SiC等其他基板。在第二實施方式及其變形例中，針對FET進行了說明，但是也能夠適用于需要選擇性蝕刻工藝的其他氮化物半導體裝置。在第一實施方式、第二實施方式及其變形例中，采用了 KOH作為光化學蝕刻的蝕刻液，但是也可以使用其他堿性溶液。此外，對于陰極，采用離子化傾向比氫大的材料。(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)根據(jù)本發(fā)明的氮化物半導體裝置及其制造方法，與以往相比，能夠提高氮化物半導體的加工精度以及再現(xiàn)性，尤其作為需要選擇性蝕刻工藝的氮化物半導體裝置及其制造方法等是有用的。(符號說明)51基板
52n-GaN層
53n-AlGaN層
54n-GaN層
55InGaN層
56P-AlGaN層
57P-GaN層
58n-AlGaN層
60層疊體
62金屬掩模
63陰極
64紫外光
68氫氧化鉀溶液
101基板
102η型(^aN層
103η型包覆層
104η型導光層
105量子阱活性層
106P型電子勢壘層
107第一P型導光層
108缺陷導入層
109電流阻擋層
109a開口部
110電流注入部
111第二P型導光層
112P型包覆層
113P型接觸層
114P側電極
115η側電極
116層疊構造體
121δ摻雜層
201基板
202溝道層
202a開口部
203第一半導體層
204缺陷導入層
205第二半導體層
205a開口部
207歐姆電極
208柵極電極
221δ摻雜層
權利要求
1.一種氮化物半導體裝置，具備 第一氮化物半導體層，其形成在基板上；缺陷導入層，其形成在所述第一氮化物半導體層上；和第二氮化物半導體層，其在所述缺陷導入層上接觸地形成，并具有用于露出所述缺陷導入層的開口部，所述缺陷導入層與所述第一氮化物半導體層以及第二氮化物半導體層相比，結晶缺陷密度大。
2.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體裝置，其中， 所述缺陷導入層的結晶缺陷密度為2. 9X IO7CnT2以上，所述第二氮化物半導體層的結晶缺陷密度為2. 6X IO7CnT2以下。
3.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體裝置，其中，還具備δ摻雜層，其形成在所述第一氮化物半導體層和所述缺陷導入層之間，并且雜質(zhì)被S摻雜。
4.根據(jù)權利要求3所述的氮化物半導體裝置，其中， 所述S摻雜層包含1. 3Χ IO19CnT3以上的硅。
5.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體裝置，其中， 所述缺陷導入層包含η型的雜質(zhì)。
6.根據(jù)權利要求5所述的氮化物半導體裝置，其中， 所述缺陷導入層的硅的摻雜量是2Χ IO19CnT3以上， 所述第二氮化物半導體層的硅的摻雜量是4Χ IO18CnT3以下。
7.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體裝置，其中， 所述缺陷導入層包含P型的雜質(zhì)。
8.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體裝置，其中，還具備在所述第二氮化物半導體層上按照填埋所述開口部的方式形成的第三氮化物半導體層，所述第一氮化物半導體層包含活性層以及形成在該活性層與所述缺陷導入層之間的第一 P型導光層，所述第二氮化物半導體層是η型電流阻擋層， 所述第三氮化物半導體層包含第二 P型導光層， 所述氮化物半導體裝置作為半導體激光器裝置發(fā)揮功能。
9.根據(jù)權利要求8所述的氮化物半導體裝置，其中， 所述缺陷導入層的膜厚為0. 25nm以上且IOnm以下。
10.根據(jù)權利要求1所述的氮化物半導體裝置，其中，還具備 柵極電極，其在所述開口部中形成在所述缺陷導入層上； 歐姆電極，其形成在所述柵極電極的兩側；和溝道層，其形成在所述基板與所述第一氮化物半導體層之間， 所述氮化物半導體裝置作為晶體管發(fā)揮功能。
11.根據(jù)權利要求10所述的氮化物半導體裝置，其中， 所述缺陷導入層的膜厚是0. 25nm以上且30nm以下。
12.—種氮化物半導體裝置的制造方法，具備以下工序 工序a，在基板上結晶生長第一氮化物半導體層；工序b，在所述第一氮化物半導體層上形成缺陷導入層； 工序c，在所述缺陷導入層上結晶生長第二氮化物半導體層；和工序d，通過對所述第二氮化物半導體層選擇性地進行光化學蝕刻，形成用于露出所述缺陷導入層的開口部，所述缺陷導入層與所述第一氮化物半導體層以及第二氮化物半導體層相比，結晶缺陷密度大。
13.根據(jù)權利要求12所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其中，在所述工序b中，通過提供雜質(zhì)的同時進行結晶生長來形成所述缺陷導入層， 向所述缺陷導入層的雜質(zhì)導入量比向所述第二氮化物半導體層的雜質(zhì)導入量多。
14.根據(jù)權利要求13所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其中， 在所述工序b中，在所述缺陷導入層中導入2X1019cm_3以上的硅，在所述工序c中，使導入所述第二氮化物半導體層中的硅的量為4X IO18CnT3以下。
15.根據(jù)權利要求12所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其中，在所述工序a之后且所述工序b之前還具備工序e，在所述工序e中，通過向所述第一氮化物半導體層的表面提供雜質(zhì)從而形成S摻雜層，在所述工序b中，在所述δ摻雜層上結晶生長所述缺陷導入層。
16.根據(jù)權利要求15所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其中， 在所述工序e中，導入1.3X IO19CnT3以上的硅。
17.根據(jù)權利要求12所述的氮化物半導體裝置的制造方法，其中，在所述工序a中，通過有機金屬氣相生長法在給定結晶生長溫度下結晶生長所述第一氮化物半導體層，所述工序b是在保持所述給定結晶生長溫度的狀態(tài)下，通過停止提供用于結晶生長所述第一氮化物半導體層的有機金屬原料，從而在所述第一氮化物半導體層的上部形成所述缺陷導入層的工序。
全文摘要
氮化物半導體裝置具備在基板(101)上形成的第一氮化物半導體層(107)、在第一氮化物半導體層(107)上形成的缺陷導入層(108)、以及在缺陷導入層(108)上接觸形成的具有露出缺陷導入層(108)的開口部的第二氮化物半導體層(109)。缺陷導入層(108)與第一氮化物半導體層(107)以及第二氮化物半導體層(109)相比，結晶缺陷密度較大。
文檔編號H01L21/338GK102265474SQ20098015276
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權日2009年6月15日
發(fā)明者春日井秀紀, 梶谷亮, 田村聰之 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社