專利名稱：立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法。
氮化鎵，氮化銦，氮化鋁等的立方晶體氮化物半導(dǎo)體適合于用作藍(lán)色半導(dǎo)體激光器件和在高溫下高速動(dòng)作的晶體管等的材料。
以下，對(duì)現(xiàn)有的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
圖4示出了現(xiàn)有的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造工序。
如圖4(a)所示，首先，在把GaAs襯底4設(shè)置到生長(zhǎng)反應(yīng)爐內(nèi)之后，采用在As化合物氣氛中加熱到約600℃的辦法，除去存在于GaAs襯底4表面上的氧化物。其次，把生長(zhǎng)反應(yīng)爐的氣氛由As化合物切換為氨(NH3)或二甲基肼((CH3)2-N2-H2)等的氮化合物，繼續(xù)施行加熱處理。在該工序中的加熱處理，一般叫做‘表面氮化’，在該工序中GaAs襯底4表面的As原子被N原子置換，在GaAs襯底4的表面上形成薄的GaN晶體薄膜。之后，采用供給Ga化合物的辦法，如圖4(b)所示，在GaAs襯底4上形成立方晶體氮化物半導(dǎo)體的GaN晶體層5。
也可以不用GaAs襯底4而代之以用磷化鎵(GaP)襯底或者硅(Si)襯底等。
但是，在上述現(xiàn)有的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法中，在表面氮化工序中，在As原子和N原子進(jìn)行置換之際，Ga原子或GaN原子將殘留在襯底表面上。由于這些Ga原子和GaN原子表面遷移率高，而且在緩和起因于晶格不匹配的大的表面能的方向上作用有移動(dòng)力，故容易在GaAs襯底表面上移動(dòng)。為此，已經(jīng)確認(rèn)，在GaAs襯底表面上，將形成高度為數(shù)十到數(shù)百埃的晶面(facet)狀的凹凸(JPN.J.Appl.Phys.Vol.33(1994)pp.18-22；JapaneseJournal of Applied Physics(日本應(yīng)用物理雜志)33卷，1994年，18～22頁(yè))。該凹凸一旦形成，則存在著下述問(wèn)題其后的GaN晶體層的表面形態(tài)(morphology)將惡化，結(jié)果變成為在GaN晶體層中混合存在有六方晶體氮化物半導(dǎo)體，GaN晶體層的晶體性將顯著地降低。
本發(fā)明的目的是采用進(jìn)行表面氮化而不會(huì)在襯底上邊形成凹凸的辦法，提供可以在襯底上形成晶體性良好的立方晶體氮化物半導(dǎo)體的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法。
本發(fā)明的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件，采用使含鋁的立方晶體半導(dǎo)體層的一個(gè)表面先被氮化，再在該表面上邊形成立方晶體半導(dǎo)體層的辦法構(gòu)成。
此外，本發(fā)明的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法，采用先形成含鋁立方晶體的半導(dǎo)體層，再在氮化合物的氣氛中加熱該半導(dǎo)體層的辦法，使上述半導(dǎo)體層的一個(gè)表面氮化，之后，采用向上述半導(dǎo)體層上邊供給氮化合物與含有Ⅲ族元素化合物的辦法，在上述半導(dǎo)體層上形成立方晶體氮化物半導(dǎo)體層。
倘采用本發(fā)明，由于在半導(dǎo)體層中存在著表面遷移率極其之小的鋁原子，故表面氮化工序中的Ⅲ族原子和Ⅲ族原子與氮的化合物分子的表面擴(kuò)散受到抑制，為此，可以使半導(dǎo)體層的表面在保持平坦的狀態(tài)下照原樣進(jìn)行表面氮化。結(jié)果可以在表面氮化后的半導(dǎo)體層上形成平坦的立方晶體氮化物半導(dǎo)體層。


圖1示出了本發(fā)明的實(shí)施例1的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法。
圖2示出了上述立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層中的Al組分比與立方晶體氮化物半導(dǎo)體層表面的平坦性之間的關(guān)系。
圖3示出了本發(fā)明的實(shí)施例2的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法。
圖4示出的是現(xiàn)有的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法。
以下，用圖1到圖3說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。
實(shí)施例1圖1(c)是本發(fā)明的實(shí)施例1的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的剖面圖。在圖1(c)中，在用GaAs構(gòu)成的襯底1上邊已順次形成了由Al0.3Ga0.7As構(gòu)成的半導(dǎo)體層2和由GaN構(gòu)成的立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3。另外，與立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3接連的半導(dǎo)體層2的表面已經(jīng)進(jìn)行了表面氮化。
其次用圖1(a)到圖1(c)對(duì)立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先，采用把圖1(a)所示的襯底1在分子束外延(MBE)裝置中邊照射As分子束邊加熱到約600℃的辦法，除去存在于襯底1表面上的氧化物。之后，采用供給Ga和Al的辦法，如圖1(b)所示，形成由Al0.3Ga0.7As構(gòu)成的半導(dǎo)體層2，并在該半導(dǎo)體層2的膜厚變成為約0.1μm的時(shí)候，中止供給Al、Ga和As。
其次，開(kāi)始進(jìn)行二甲基肼的照射以開(kāi)始進(jìn)行半導(dǎo)體層2的表面氮化。在表面氮化期間，用反射高能電子衍射計(jì)(RHEED)監(jiān)視表明半導(dǎo)體層2的表面結(jié)晶狀態(tài)的RHEED圖案，用從表明Al0.3Ga0.7As的存在的RHEED圖案遷移到表明Al0.3Ga0.7N的存在的RHEED圖案的時(shí)刻，可以從半導(dǎo)體層2的表面確認(rèn)多個(gè)原子層的As原子已被置換為N原子，就是說(shuō)，可以確認(rèn)半導(dǎo)體層2表面已被氮化。在實(shí)施例1中，從開(kāi)始提供二甲基肼到產(chǎn)生這樣RHEED圖案的遷移為止，大約需要5分鐘的時(shí)間。
在確認(rèn)了該遷移之后，采用除二甲基肼之外還供給Ga的辦法，使之生長(zhǎng)由GaN構(gòu)成的立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3。
在實(shí)施例1中，觀察到了意味著從表面氮化開(kāi)始到立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3的生長(zhǎng)結(jié)束為止，表面氮化后的半導(dǎo)體層2的表面和立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3的表面是原子層級(jí)平坦的條狀的RHEED圖案。由以上的情況就可以確認(rèn)立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3的結(jié)晶性是優(yōu)良的。
圖2示出了半導(dǎo)體層2的Al的組分比與立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3的表面的平坦性之間的關(guān)系。就如由圖2所看到的那樣，若半導(dǎo)體層2中含有Al，則可以改善立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3的表面平坦性，特別是在Al的組分比大于0.1時(shí)，立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3的表面平坦性，與不含Al的情況下(Al的組分比為0)相比改善了約20倍。
此外，已經(jīng)確認(rèn)作為半導(dǎo)體層2，一般說(shuō)，在AlxGayIn1-x-yAs(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜x+y≤1)的情況下，作為立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3，在AluGavIn1-u-vN(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)的情況下是合適的。
實(shí)施例2
圖3(c)是本發(fā)明的實(shí)施例2中的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的剖面圖。在圖3(c)，在由GaP構(gòu)成的襯底1上邊已順次形成了由Al0.1Ga0.9P構(gòu)成的半導(dǎo)體層2和由GaN構(gòu)成的立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3。另外，與立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3接連的半導(dǎo)體層2的表面已經(jīng)進(jìn)行了表面氮化。
其次，用圖3(a)到圖3(c)對(duì)立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先，采用把圖3(a)所示的襯底1在分子束外延(MBE)裝置中邊照射P分子束邊加熱到約700℃的辦法，除去存在于襯底1表面上的氧化物。之后，采用供給Ga和Al的辦法，如圖3(b)所示，形成由Al0.1Ga0.9P構(gòu)成的半導(dǎo)體層2約0.1μm的厚度時(shí)中止供給Al、Ga和P。
以下，用和實(shí)施例1的情況相同的方法，制造立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件。另外，在這種情況下，半導(dǎo)體層2的表面氮化大約需要10分鐘。
即使在實(shí)施例2中，也觀察到了意味著從表面氮化開(kāi)始到立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3的生長(zhǎng)結(jié)束為止，表面氮化后的半導(dǎo)體層2的表面和立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3的表面是原子層級(jí)平坦的條狀的RHEED圖案，可以確認(rèn)已經(jīng)形成了結(jié)晶性優(yōu)良的立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3。
在上述的實(shí)施例1和2中，雖然用的是襯底1，但是，只要把半導(dǎo)體層2做成為用作襯底所需的足夠的厚度，不用襯底1也可以制造立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件。
另外，已經(jīng)確認(rèn)作為半導(dǎo)體層2，一般說(shuō)，在AlxGayIn1-x-yP(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜x+y≤1)的情況下，作為立方晶體氮化物半導(dǎo)體層3，在AluGavIn1-u-vN(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)的情況下是合適的。
此外，作為基板，在應(yīng)用InAs,InP的含有In的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體的情況下，或者，作為在表面氮化中所用的氮化合物，即使應(yīng)用氨或氮基等的原料也可以得到同樣的效果。
還有，在晶體生長(zhǎng)中，除分子束外延法之外，即使利用例如MOCVD法或鹵化物VPE法也可以得到同樣的效果。
如上所述，本發(fā)明具有可以提供具有結(jié)晶性優(yōu)良的立方晶體氮化物半導(dǎo)體層的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的效果。
權(quán)利要求
1.一種立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件，其特征是含鋁的立方晶體半導(dǎo)體層的一個(gè)表面已被氮化，在該表面上邊，形成立方晶體氮化物半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件，其特征是上述半導(dǎo)體層由AlxGayIn1-x-yAs(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜x+y≤1)構(gòu)成，上述立方晶體氮化物半導(dǎo)體層由AluGavIn1-u-vN(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件，其特征是上述半導(dǎo)體層由AlxGayIn1-x-yP(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜x+y≤1)構(gòu)成，上述立方晶體氮化物半導(dǎo)體層由AluGavIn1-u-vN(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)構(gòu)成。
4.一種立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是形成含鋁的立方晶體半導(dǎo)體層，采用在氮化合物的氣氛中加熱該半導(dǎo)體層的辦法，使上述半導(dǎo)體層的一個(gè)表面氮化，之后，采用向上述半導(dǎo)體層上供給氮化合物和含Ⅲ族元素的化合物的辦法，在上述半導(dǎo)體層上形成立方晶體氮化物半導(dǎo)體層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是上述半導(dǎo)體層由AlxGayIn1-x-yAs(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜x+y≤1)構(gòu)成，上述立方晶體氮化物半導(dǎo)體層由AluGavIn1-u-vN(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的立方晶體氮化物半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征是上述半導(dǎo)體層由AlxGayIn1-x-yP(0＜x≤1,0≤y≤1,0＜x+y≤1)構(gòu)成，上述立方晶體氮化物半導(dǎo)體層由AluGavIn1-u-vN(0≤u≤1,0≤v≤1,0≤u+v≤1)構(gòu)成。
全文摘要
目的是在立方晶體Ⅲ－Ⅴ族化合物半導(dǎo)體襯底上邊,形成表面平坦性和結(jié)晶性良好的立方晶體氮化物半導(dǎo)體晶體。其構(gòu)成是:具有含鋁的立方晶體半導(dǎo)體層,在氮化合物氣氛中加熱該半導(dǎo)體層2,使半導(dǎo)體層的一個(gè)表面氮化,之后,采用向上述半導(dǎo)體層上供給氮化合物和含Ⅲ族元素的化合物的辦法,在上述半導(dǎo)體層2上形成立方體氮化物半導(dǎo)體層3。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1207575SQ98116669
公開(kāi)日1999年2月10日 申請(qǐng)日期1998年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月31日
發(fā)明者油利正昭, 上田哲三, 馬場(chǎng)孝明 申請(qǐng)人:松下電子工業(yè)株式會(huì)社