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Dokumentenidentifikation DE112005001865T5 31.05.2007
Titel Nitridverbindungshalbleiter und Verfahren zur Herstellung desselben
Anmelder Sumitomo Chemical Co., Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kasahara, Kenji, Tsukuba, Ibaraki, JP;
Sasaki, Makoto, Tsukuba, Ibaraki, JP;
Shimizu, Masaya, Niihama, Ehime, JP
Vertreter Henkel, Feiler & Hänzel, 80333 München
DE-Aktenzeichen 112005001865
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, KE, KG, KM, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 28.07.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2005/014270
WO-Veröffentlichungsnummer 2006011675
WO-Veröffentlichungsdatum 02.02.2006
Date of publication of WO application in German translation 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse H01L 33/00(2006.01)A, F, I, 20070308, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/205(2006.01)A, L, I, 20070308, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Nitridverbindungshalbleiter der allgemeinen Formel InxGayAlzN (worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ z ≤ 1) und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

In den letzten Jahren wurde ein lichtemittierendes Element unter Verwendung eines Nitridverbindungshalbleiters der allgemeinen Formel InxGayAlzN (worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ z ≤ 1) als Lichtquelle für eine blaues, grünes oder weißes Licht emittierende Vorrichtung eingebaut und kommerziell verwendet. Bei diesem Typ eines lichtemittierenden Elements ist eine Nitridverbindungshalbleiterschicht auf einem Substrat, beispielsweise einem Saphirsubstrat, ausgebildet.

Bei dem Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung, wobei ein wie oben beschrieben aufgebautes lichtemittierendes Element eingebaut wird, oder in der Situation des Betreibens der lichtemittierenden Vorrichtung tritt, wenn aufgrund statischer Elektrizität ein großer Strom unmittelbar in der Nitridverbindungshalbleiterschicht fließt, das Problem auf, dass der Verbindungshalbleiter zerstört wird.

Um dieses Problem zu lösen, wurden bei einem Nitridverbindungshalbleiter, der ein Halbleiter-lichtemittierendes-Element bildet, ein Verfahren, wobei ein p-Mehrlagenfilm auf einer aus einem Mehrfachquantentopf bestehenden lichtemittierenden Schicht laminiert wird und eine undotierte Schicht zwischen dem p-Mehrlagenfilm und einer p-Kontaktschicht bei einer Temperatur von 1050 °C gebildet wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1); ein Verfahren, wobei ein n-Mehrlagenfilm, ein Mehrfachquantentopf und ein p-Mehrlagenfilm laminiert werden (siehe beispielsweise Patentdokument 2); und ein Verfahren, wobei eine n-Schicht, die eine niedrigere Elektronenkonzentration als eine n-Kontaktschicht aufweist, zwischen einer lichtemittierenden Schicht und der n-Kontaktschicht bei einer Temperatur von 1150 °C gebildet wird (siehe beispielsweise Patentdokument 3); und dgl. vorgeschlagen.

  • [Patentdokument 1] JP-A-2001-148507
  • [Patentdokument 2] JP-A-2000-244072
  • [Patentdokument 3] JP-A-9-92880

Jedoch konnte bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Bildung einer undotierten Schicht bei einer Temperatur von 1050 °C, bei dem Verfahren zur Laminierung eines n-Mehrlagenfilms, eines Mehrfachquantentopfs und eines p-Mehrlagenfilms und dgl. elektrostatische Durchschlagbeständigkeit nicht erreicht werden, und bei dem Verfahren, wobei eine n-Schicht mit einer niedrigen Elektronenkonzentration bei einer Temperatur von 1150 °C gebildet wird, bestand das Problem, dass zwar die elektrostatische Spannungsfestigkeit in Durchlassrichtung verbessert werden konnte, die Verbesserung der elektrostatischen Spannungsfestigkeit in Sperrrichtung jedoch unzureichend war.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Lösung der oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik und die Bereitstellung eines Nitridverbindungshalbleiters, der ein Element liefert, das eine hohe elektrostatische Durchschlagbeständigkeit zeigt, und eines Verfahrens zur Herstellung desselben.

Als Ergebnis intensiver Untersuchungen zur Lösung der oben beschriebenen Probleme ermittelten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass die elektrostatische Spannungsfestigkeit durch die Ausbildung einer spezifischen Nitridhalbleiterschicht zwischen einer p-Kontaktschicht und einer n-Kontaktschicht drastisch verbessert wurde, was zur vorliegenden Erfindung führte.

Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung bereit:

  • (1) Ein Verfahren zur Herstellung eines Nitridverbindungshalbleiters der allgemeinen Formel InxGayAlzN (worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ z ≤ 1), das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein undotierter Nitridverbindungshalbleiter (A) der allgemeinen Formel InaGabAlcN (worin a + b + c = 1, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1 und 0 ≤ c ≤ 1) einer Dicke von 50 bis 500 nm zwischen einer p-Kontaktschicht und einer n-Kontaktschicht bei einer Temperatur im Bereich zwischen 550 und 850 °C gebildet wird;
  • (2) das Verfahren gemäß dem oben beschriebenen (1), wobei ein undotierter Nitridverbindungshalbleiter (B) der allgemeinen Formel IndGaeAlfN (worin d + e + f = 1, 0 ≤ d ≤ 1, 0 ≤ e ≤ 1 und 0 ≤ f ≤ 1) einer Dicke von 20 bis 600 nm zwischen dem Nitridverbindungshalbleiter (A) und der n-Kontaktschicht bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900 und 1200 °C gebildet wird; und
  • (3) einen Nitridverbindungshalbleiter, der durch ein Verfahren gemäß dem oben beschriebenen (1) oder (2) erhalten wurde.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein lichtemittierendes Element bereit, das den obigen Nitridverbindungshalbleiter aufweist.

Hierbei bedeutet das Wort "undotiert" in der vorliegenden Erfindung, dass Verunreinigungen nicht absichtlich zugegeben werden.

1 ist eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel für Nitridverbindungshalbleiter zeigt, die gemäß einem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden; und

2 ist ein Schaltdiagramm zum Testen der Beständigkeit eines lichtemittierenden Elements gegenüber elektrostatischer Entladung.

3 zeigt die Struktur des lichtemittierenden Elements der vorliegenden Erfindung.

Ein Beispiel für die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Nitridverbindungshalbleiter ist ein Verbindungshalbleiter der allgemeinen Formel InxGayAlzN (worin x + y + z = 1, 0 x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ z ≤ 1).

Als Substrat zum Züchten des Nitridverbindungshalbleiters können ein Nitridverbindungshalbleitersubstrat, ein Saphirsubstrat, ein SiC-Substrat, ein Si-Substrat, ein ZrB2-Substrat und dgl. vorzugsweise verwendet werden. Hierbei kann, wenn ein Nitridverbindungshalbleiter direkt auf den oben beschriebenen Substraten außer dem Nitridverbindungshalbleitersubstrat gezüchtet wird, wegen Gitterfehlanpassung kein Kristall ausreichend hoher Qualität produziert werden.

Es ist bekannt, dass in einem derartigen Fall ein Kristall hoher Qualität durch ein Zweistufenzuchtverfahren erhalten werden kann, wobei eine Schicht aus GaN, AlN, SiC oder dgl. zunächst auf einem Substrat als Pufferschicht gezüchtet wird und dann des weiteren eine Nitridverbindungshalbleiterschicht gezüchtet wird.

1 ist eine Schnittdarstellung, die ein Rahmenformat der Struktur eines Nitridverbindungshalbleiters, wofür die vorliegende Erfindung verwendet wird, zeigt.

Obwohl verschiedene bekannte Verfahren zu den Verfahren zur Herstellung des Nitridverbindungshalbleiters gehören, ist die Verwendung eines metallorganische Dampfphasenepitaxie-Verfahrens (MOVPE-Verfahren) bevorzugt. Hierin wird im folgenden ein Herstellungsverfahren unter Verwendung des MOVPE-Verfahrens beschrieben.

Eine GaN-Pufferschicht (Niedertemperaturpufferschicht) 2 wird auf einem Saphirsubstrat 1 ausgebildet und eine n-Kontaktschicht 3 wird auf der GaN-Pufferschicht ausgebildet. Die Dicke der GaN-Pufferschicht 2 beträgt vorzugsweise 10 bis 100 nm. Als Pufferschicht kann ein Mischkristall aus AlN und GaN der allgemeinen Formel GayAl1-yN (worin 0 < y < 1) ebenfalls verwendet werden.

Vorzugsweise beträgt, um die Betriebsspannung eines lichtemittierenden Elements nicht zu erhöhen, die n-Ladungsträgerkonzentration in der n-Kontaktschicht 3 1 × 1018 cm–3 oder mehr und 1 × 1021 cm–3 oder weniger. Eine derartige n-Kontaktschicht kann durch ein bekanntes Verfahren, wobei eine adäquate Menge eines n-Dotierungsstoffgases oder eines Organometallmaterials zugegeben wird, wenn der Kristall von InxGayAlzN (worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ z ≤ 1) bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900 und 1100 °C gezüchtet wird, ohne weiteres erhalten werden. Als Material des n-Dotierungsstoffs ist Silan, Disilan, Monogerman, Tetramethylgermanium oder dgl. bevorzugt. Eine n-Ladungsträgerkonzentration, die 1 × 1021 cm–3 übersteigt, ist nicht bevorzugt, da die Kristallisierungseigenschaften schlecht werden und die Eigenschaften des lichtemittierenden Elements nachteilig beeinflusst werden.

Ferner kommt es, wenn das Mischungsverhältnis von In und Al in dem Mischkristall hoch ist, zu einer Verringerung der Kristallqualität und einer Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, daher beträgt die In-Komponente vorzugsweise 5 % oder weniger und noch günstiger 1 % oder weniger. Die Al-Komponente beträgt vorzugsweise 5 % oder weniger und noch günstiger 1 % oder weniger. Noch besser besteht die n-Kontaktschicht 3 aus GaN.

Auf der oben beschriebenen n-Kontaktschicht 3 wird ein undotierter Nitridverbindungshalbleiter 4 der allgemeinen Formel InaGabAlcN (worin a + b + c = 1, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1 und 0 ≤ c ≤ 1) ausgebildet. Die Halbleiterschicht 4 wird bei einer Temperatur im Bereich zwischen 550 und 850 °C, vorzugsweise im Bereich zwischen 700 und 800 °C gezüchtet. Beispielsweise wird zum Züchten eines Kristalls die Züchtungstemperatur auf 775 °C eingestellt, Ammoniakgas als Material der Gruppe V verwendet und Triethylgallium als Material der Gruppe III verwendet. Hierbei ist es wichtig, dass zu dieser Zeit kein n-Dotierungsstoffgas und p-Dotierungsstoffgas absichtlich zugegeben werden, um Nichtdotierungsbedingungen herzustellen. Die n-Ladungsträgerkonzentration der unter diesen Kristallzüchtungsbedingungen gebildeten Nitridverbindungshalbleiterschicht 4 kann 1 × 1017 bis 1 × 1018 cm–3 betragen.

In dem Nitridverbindungshalbleiter 4 beträgt, da die Kristallqualität verringert und die Ladungsträgerkonzentration erhöht ist, wenn der Mischkristallanteil von In und Al hoch ist, insbesondere bei niedrigen Temperaturen die In-Komponente vorzugsweise 5 % oder weniger und noch günstiger 1 % oder weniger. Die Al-Komponente beträgt vorzugsweise 5 % oder weniger und noch günstiger 1 % oder weniger. Der Nitridverbindungshalbleiter 4 ist noch besser GaN.

Wenn die Filmdicke der Nitridverbindungshalbleiterschicht 4 übermäßig dünn ist, besteht die Tendenz, dass die Wirkung einer Verbesserung der elektrostatischen Spannungsfestigkeit verringert wird, und wenn sie übermäßig dick ist, können Elementeigenschaften nachteilig beeinflusst werden, beispielsweise eine Erhöhung des Leckstroms, wenn das lichtemittierende Element betrieben wird. Daher liegt die Filmdicke der Nitridverbindungshalbleiterschicht 4 normalerweise im Bereich zwischen 50 und 500 nm und noch besser im Bereich zwischen 70 und 250 nm.

Obwohl die Nitridverbindungshalbleiterschicht 4 als Sperrschicht, die mit der unteren Oberfläche der Topfschicht, die wie im folgenden beschrieben eine lichtemittierende Schicht ist, in Kontakt steht, wirkt, kann sie jedoch zwischen der n-Kontaktschicht und der Sperrschicht ausgebildet werden. Sie kann auch als Sperrschicht, die mit der oberen Oberfläche der Topfschicht in Kontakt steht, wirken oder sie kann zwischen der p-Kontaktschicht und der Sperrschicht ausgebildet werden.

Ferner kann eine undotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 7 der allgemeinen Formel IndGaeAlfN (worin d + e + f = 1, 0 ≤ d ≤ 1, 0 ≤ e ≤ 1 und 0 ≤ f ≤ 1) zwischen der n-Kontaktschicht 3 und der Nitridverbindungshalbleiterschicht 4 ausgebildet werden. Dies ist bevorzugt, da bessere elektrostatische Spannungsfestigkeitseigenschaften, gute LED-Lichtemissionseigenschaften und elektrische Eigenschaften erhalten werden können. Die Halbleiterschicht 7 wird bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900 und 1200 °C, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1000 und 1150 °C gezüchtet. Beispielsweise wird ein Kristall bei einer Züchtungstemperatur von 1100 °C unter Verwendung von Ammoniakgas als Material der Gruppe V und Triethylgallium als Material der Gruppe III gezüchtet. Hierbei werden zu dieser Zeit das n-Dotierungsstoffgas und das p-Dotierungsstoffgas nicht absichtlich zugemischt, um Nichtdotierungsbedingungen herzustellen. Die n-Ladungsträgerkonzentration der unter diesen Kristallzuchtbedingungen gebildeten Halbleiterschicht 7 kann weniger als 5 × 1016 cm–3, vorzugsweise 1 × 1016 cm–3 oder weniger betragen.

Wenn jedoch eine derartige Schicht mit niedriger Ladungsträgerkonzentration übermäßig dick ist, wird sie zur Reihenwiderstandskomponente des lichtemittierenden Elements; daher beträgt die Filmdicke der Halbleiterschicht 7 vorzugsweise 600 nm oder weniger, noch günstiger 10 bis 300 nm und noch besser 50 bis 300 nm.

Wenn in dem Nitridverbindungshalbleiter 7 der Mischkristallanteil von In und Al hoch ist, kommt es zu einer Verringerung der Kristallqualität insbesondere bei niedrigen Temperaturen und einer Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration; daher beträgt die In-Komponente vorzugsweise 5 % oder weniger und noch günstiger 1 % oder weniger. Die Al-Komponente beträgt vorzugsweise 5 % oder weniger und noch günstiger 1 % oder weniger. Noch besser besteht die n-Kontaktschicht 7 aus GaN.

Als nächstes wird eine lichtemittierende Schicht 5 auf der oben beschriebenen Nitridverbindungshalbleiterschicht 4gebildet. Die in 1 gezeigte lichtemittierende Schicht 5 ist eine Mehrfachquantentopfstruktur, die aus den GaN-Schichten 5A bis 5E, die Sperrschichten sind, und IngGahN-Schichten (worin g + h = 1, 0 < g < 1, 0 < h < 1) 5F bis 5J, die Topfschichten sind, besteht. Obwohl die Topfschichten aus fünf Schichten bestehen, ist es ausreichend, wenn mindestens eine Topfschicht vorhanden ist. Hierbei können die Filmdicke und der Mischkristallanteil der GaN-Schichten 5A bis 5E und IngGahN-Schichten 5F bis 5J entsprechend den Eigenschaften des als Ziel angestrebten lichtemittierenden Elements in geeigneter Weise bestimmt werden. Beispielsweise kann, wenn ein blaues Licht emittierendes Element mit einer Emissionswellenlänge von etwa 470 nm das Ziel ist, die Dicke der GaN-Schicht 3 bis 30 nm betragen, die Dicke der IngGahN-Schicht 1 bis 5 nm betragen und die durchschnittliche In-Komponente etwa 5 bis 40 % betragen.

Eine p-Kontaktschicht 6 wird auf der oben beschriebenen lichtemittierenden Schicht 5 ausgebildet. In der p-Kontaktschicht 6 beträgt, um die Betriebsspannung des lichtemittierenden Elements nicht zu erhöhen, die p-Ladungsträgerkonzentration vorzugsweise 5 × 1015 cm–3 oder mehr und noch besser 1 × 1016 bis 5 × 1019 cm–3. Eine derartige p-Kontaktschicht kann durch ein bekanntes Verfahren, wobei nach dem Einmischen einer geeigneten Menge eines gasförmigen Materials als Lotierungsstoff zum Züchten des Kristalls eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, wenn der InaGabAlcN (worin a + b + c = 1, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1 und 0 ≤ c ≤ 1)-Kristall bei einer Züchtungstemperatur von 800 °C bis 1100 °C gezüchtet wird, ohne weiteres erhalten werden.

In der p-Kontaktschicht 6 besteht, wenn der Mischkristallanteil von Al hoch ist, die Tendenz zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstands, wobei die Al-Komponente normalerweise 5 % oder weniger und vorzugsweise 1 % oder weniger beträgt.

Die p-Kontaktschicht 6 ist noch günstiger InGaN oder GaN und noch besser GaN.

Wenn die einzelnen oben beschriebenen Schichten unter Verwendung des MOVPE-Verfahrens gezüchtet werden, können die im folgenden angegebenen Materialien in geeigneter Weise gewählt und verwendet werden.

Die Beispiele für Galliummaterialien der Gruppe III umfassen Trialkylgallium der allgemeinen Formel R1R2R3Ga (worin R1, R2 und R3 Niederalkylgruppen bezeichnen), wie Trimethylgallium (TMG) und Triethylgallium (TEG).

Aluminiummaterialien umfassen Trialkylaluminium der allgemeinen Formel R1R2R3Al (worin R1, R2 und R3 Niederalkylgruppen bezeichnen), wie Trimethylaluminium (TMA), Triethylaluminium (TEA) und Triisobutylaluminium.

Indiummaterialien umfassen Trialkylindium der allgemeinen Formel R1R2R3In (worin R1, R2 und R3 Niederalkylgruppen bezeichnen), wie Trimethylindium (TMI) und Triethylindium; Trialkylindiumverbindungen, in denen eine bis drei Alkylgruppen durch Halogenatome ersetzt sind, wie Diethylindiumchlorid; und eine halogenierte Indiumverbindung der allgemeinen Formel InX (worin X ein Halogenatom ist), wie Indiumchlorid.

Beispiele für Materialien der Gruppe V umfassen Ammoniak, Hydrazin, Methylhydrazin, 1,1-Dimethylhydrazin, 1,2-Dimethylhydrazin, tert-Butylamin und Ethylendiamin. Diese Materialien können allein oder in einer optionalen Kombination verwendet werden. Von diesen Materialien sind Ammoniak und Hydrazin bevorzugt, da sie keine Kohlenstoffatome in den Molekülen enthalten und eine geringe Wirkung einer Kohlenstoffkontamination auf den Halbleiter haben.

Beispiele für p-Dotierungsstoffe umfassen Mg, Zn, Cd, Ca, Be und dgl. Von diesen werden Mg und Ca vorzugsweise verwendet. Als Material für Mg, das ein p-Dotierungsstoff ist, kann beispielsweise Bis(cyclopentadienyl)magnesium ((C5H5)2Mg), Bis(methylcyclopentadienyl)magnesium ((C5H4CH3)2Mg), Bis(ethylcyclopentadienyl)magnesium ((C5H9C2H5)2Mg) oder dgl. verwendet werden. Als Material für Ca können Bis(cyclopentadienyl)calcium ((C5H5)2Ca) und die Derivate desselben, beispielsweise Bis(methylcyclopentadienyl)calcium ((C5H4CH3)2Ca), Bis(ethylcyclopentadienyl)calcium ((C5H4C2H5)2Ca), oder Bis(perfluorcyclopentadienyl)calcium ((C5F5)2Ca), Di-1-napththalinylcalcium und die Derivate desselben oder Calciumacetylid und die Derivate desselben, beispielsweise Bis(4,4-difluor-3-buten-1-inyl)calcium oder Bis(phenylethinyl)calcium, verwendet werden. Diese Materialien können allein oder in einer Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden.

Obwohl in dieser Ausführungsform der Fall, wobei ein MOVPE-Verfahren verwendet wird, beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern es können auch andere bekannte Verfahren zum Züchten des Kristalls eines Halbleiters einer Verbindung der Gruppe III–V, wie Molekularstrahlepitaxie, verwendet werden.

Das lichtemittierende Element der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren erhaltenen Nitridverbindungshalbleiter aufweist.

Beispielsweise ist 3 eine Schnittdarstellung, die ein Beispiel für das lichtemittierende Element, das einen Nitridverbindungshalbleiter gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, zeigt. Nach dem herkömmlichen Verfahren wird auf dem Nitridverbindungshalbleiter eine p-Elektrode auf einer p-Kontaktschicht ausgebildet und eine n-Elektrode auf einer n-Kontaktschicht ausgebildet, worauf ein Zerspanprozess folgt. Der Nitridverbindungshalbleiter nach dem Zerspanprozess wird auf einem einstückig am inneren Ende des ersten Leadframe 34 ausgebildeten Träger fixiert. Ein zweites Leadframe 36 wird so angebracht, dass es näherungsweise parallel zum ersten Leadframe 34 wird. Die n-Elektrode des lichtemittierenden Elements 32 wird elektrisch mit dem Trägerteil durch einen ersten Verbindungsleiter 33 verbunden und die p-Elektrode wird elektrisch mit dem zweiten Leadframe 36 durch einen zweiten Verbindungsleiter 35 verbunden. Die inneren Enden des ersten Leadframe 34 und des zweiten Leadframe 36 werden mit einem transparenten wärmehärtbaren Harz 31 versiegelt. Demgemäß kann Lichtemission von dem lichtemittierenden Element durch Anlegen einer Spannung zwischen dem ersten Leadframe und dem zweiten Leadframe erhalten werden. Das Licht von dem lichtemittierende Element wird durch das transparente wärmehärtbare Harz 31 nach außen emittiert.

Beispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.

Beispiel 1

Als Substrat wurde ein Saphir, dessen C-Oberfläche spiegelglanzpoliert wurde, verwendet. Das Verfahren zum Züchten eines Kristalls wurde durch ein MOVPE-Verfahren durchgeführt und ein Zweistufenzüchtungsverfahren unter Verwendung von bei einer niedrigen Temperatur gezüchtetem GaN wurde als eine Pufferschicht verwendet. Der Druck in dem Züchtungsofen wurde auf 1 Atmosphäre eingestellt, die Substrattemperatur wurde auf 550 °C eingestellt, Wasserstoffgas wurde als das Trägergas verwendet und TMG und Ammoniak wurden zugeführt, wobei eine GaN-Pufferschicht einer Dicke von etwa 50 nm gezüchtet wurde.

Als nächstes wurden nach Erhöhen der Substrattemperatur auf 1120 °C Wasserstoff-Trägergas, TMG, Silan und Ammoniak zugeführt, um eine Si-dotierte n-GaN-Schicht einer Dicke von etwa 4 &mgr;m zu züchten, und die Zufuhr von lediglich Silan wurde gestoppt, um eine undotierte GaN-Schicht einer Dicke von 300 nm zu züchten.

Dann wurde die Substrattemperatur auf 780 °C eingestellt, der Druck in dem Züchtungsofen auf 50 kPa eingestellt, Stickstoff als das Trägergas verwendet und 610 sccm TEG und 40 slm Ammoniak zugeführt, um eine undotierte GaN-Schicht einer Dicke von 100 nm als die Nitridverbindungshalbleiterschicht A der vorliegenden Erfindung zu züchten.

Dann wurden 610 sccm TEG, 1160 sccm TMI und 40 slm Ammoniak zugeführt, um eine In0,12Ga0,88N-Schicht einer Dicke von 3 nm zu züchten. Dann wurden 610 sccm TEG und 40 slm Ammoniak zugeführt, um eine undotierte GaN-Schicht einer Dicke von 15 nm zu züchten.

Die Operationen zum Züchten der In0,12Ga0,88N-Topfschicht (3 nm) und der undotierten GaN-Sperrschicht (15 nm) wurden weitere vier Male wiederholt; jedoch wurde nur die Filmdicke der obersten undotierten GaN-Sperrschicht auf 18 nm gebracht.

Dann wurden nach Erhöhen der Substrattemperatur auf 940 °C 600 sccm TEG, 200 sccm TMA, 3000 sccm Bis(cyclopentadienyl)magnesium (im folgenden als EtCp2Mg abgekürzt) und 40 slm Ammoniak zugeführt, um eine Mg-dotierte Al0,1Ga0,9N-Schicht (Schutzschicht) einer Dicke von 30 nm zu züchten. Ferner wurden nach Erhöhen der Substrattemperatur auf 1000 °C EtCp2Mg und Ammoniak zugeführt, um eine Mg-dotierte p-GaN-Schicht einer Dicke von 150 nm als p-Schicht zu züchten.

Der auf diese Weise hergestellte Nitridverbindungshalbleiterprüfling wird aus dem Reaktionsofen entnommen und dann einem Glühen von 700 °C während 20 min unterworfen, um eine Mg-dotierte GaN-Schicht (Deckschicht) in eine p-Schicht geringen Widerstands umzuwandeln.

Elektroden wurden durch ein normales Verfahren auf dem auf diese Weise erhaltenen Prüfling zur Bildung einer Leuchtdiode (im folgenden als LED abgekürzt) ausgebildet. Eine Ni-Au-Legierung wurde als p-Elektrode verwendet und Al wurde als n-Elektrode verwendet. Wenn ein Strom von 20 mA in dieser LED in Durchlassrichtung floss, zeigte die LED eine deutliche blaue Lichtemission. Die Beständigkeit der LED gegenüber Elektrizitätsentladung wurde wie folgt getestet.

2 ist ein Schaltdiagramm der Schaltung zum Testen der Beständigkeit der LED gegenüber Elektrizitätsentladung. Hierbei bezeichnen Vo eine variable Gleichstromquelle, Rp und R Widerstände, C einen Kondensator und Sw einen Wechselschalter. Als Test wurde der im folgenden angegebene Maschinenmodelltest durchgeführt. Der Maschinenmodelltest ist ein Modell für die Entladung von statischer Elektrizität von einer elektrostatisch aufgeladenen Vorrichtung oder einer Ladevorrichtung zu einer LED unter den Bedingungen R = 0 &OHgr; und C = 200 pF. Nach Einstellen der Spannung der variablen Gleichstromquelle Vo in 2 auf einen bestimmten Wert und Schalten des Wechselschalters Sw, wie durch eine durchgezogene Linie angegeben, zum Aufladen des Kondensators C über den Widerstand Rp wird der Wechselschalter Sw zum Entladen zur LED, wie die punktierte Linie zeigt, geschaltet. Nach dreimaligem Wiederholen der Tests wurde die Spannung-Strom-Kennlinie des lichtemittierenden Elements beurteilt. Eine Änderung der Spannung-Strom-Kennlinie des lichtemittierenden Elements ermöglicht die Beurteilung, ob das Element zerstört wurde oder nicht. Hierin wird im folgenden der Vo-Wert, bei dem 50 % der gesamten getesteten Elemente zerstört wurden, als elektrostatischer Spannungsfestigkeitswert bezeichnet. Der elektrostatische Spannungsfestigkeitswert betrug in diesem Beispiel 417 V.

Beispiel 2

Eine LED wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die Filmdicke der Nitridhalbleiterschicht A 200 nm betrug. Wenn ein Strom von 20 mA in dieser LED in Durchlassrichtung floss, zeigte die LED deutliche blaue Lichtemission. Die elektrostatische Spannungsfestigkeit betrug 417 V.

Beispiel 3

Eine LED wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die Filmdicke der Nitridhalbleiterschicht B 150 nm betrug. Wenn ein Strom von 20 mA in dieser LED in Durchlassrichtung floss, zeigte die LED deutliche blaue Lichtemission. Die elektrostatische Spannungsfestigkeit betrug 200 V.

Vergleichsbeispiel 1

Eine LED wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die Substrattemperatur, wenn die Nitridhalbleiterschicht A gezüchtet wurde, 889 °C betrug. Wenn ein Strom von 20 mA in dieser LED in Durchlassrichtung floss, zeigte die LED deutliche blaue Lichtemission. Die elektrostatische Spannungsfestigkeit betrug 75 V.

Vergleichsbeispiel 2

Eine LED wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die Filmdicke der Nitridverbindungshalbleiterschicht A 15 nm betrug. Wenn ein Strom von 20 mA in dieser LED in Durchlassrichtung floss, zeigte die LED deutliche blaue Lichtemission. Die elektrostatische Spannungsfestigkeit betrug 60 V.

Vergleichsbeispiel 3

Eine LED wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei jedoch die Substrattemperatur, wenn die Nitridhalbleiterschicht A gezüchtet wurde, 1124 °C betrug und die Filmdicke 300 nm betrug. Wenn ein Strom von 20 mA in dieser LED in Durchlassrichtung floss, zeigte die LED deutliche blaue Lichtemission. Die elektrostatische Spannungsfestigkeit betrug 88 V.

Die Tabelle 1 zeigt die Züchtungsbedingungen und die elektrostatische Spannungsfestigkeit von Nitridhalbleiterschichten A.

Die Ladungsträgerkonzentration der Nitridhalbleiterschicht A wird wie im folgenden ermittelt: Eine Niedertemperaturpufferschicht wird auf einem Saphirsubstrat gezüchtet, und auf dieser Niedertemperaturpufferschicht wird eine GaN-Masseschicht, von der zuvor bekannt ist, dass sie eine Trägerkonzentration von 1 × 1016 cm–3 oder weniger aufweist, in einer Dicke von etwa 3000 nm gezüchtet und darauf wird die interessierende Nitridhalbleiterschicht A in einer Dicke von etwa 200 nm gezüchtet. Der auf diese Weise erhaltene Prüfling wird einem Lochmessverfahren unterzogen, wobei die Ladungsträgerkonzentration der Nitridhalbleiterschicht A erhalten wird.

In blaues Licht emittierenden Dioden in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 betrugen die elektrostatischen Spannungsfestigkeiten weniger als 100 V.

Andererseits betrug die elektrostatische Spannungsfestigkeit im Falle der Beispiele 1 und 2 417 Volt und im Falle von Beispiel 3 200 V. Mit anderen Worten wurde festgestellt, dass in den LEDs, die durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, die Spannungsfestigkeit gegenüber elektrostatischer Zerstörung deutlich verbessert ist, insbesondere in den Beispielen 1 und 2 um etwa 300 V oder mehr verbessert ist.

Gemäß Beispiel 1, wobei jedoch die Züchtungstemperatur und Dicke der Nitridhalbleiterschichten A und B wie in der folgenden Tabelle 2 angegeben geändert wurden, wurden Nitridverbindungshalbleiter mit hervorragender elektrostatischer Spannungsfestigkeit erhalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine elektrostatische Zerstörung eines Nitridverbindungshalbleiters verhindert werden, auch wenn ein durch statische Elektrizität verursachter Stoß von anomal hoher Spannung und großem Strom dem Nitridverbindungshalbleiter aufgeprägt wird.

Zusammenfassung

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung eines Nitridverbindungshalbleiters der allgemeinen Formel InxGayAlzN (worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ z ≤ 1), das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein undotierter Nitridverbindungshalbleiter (A) der allgemeinen Formel InaGabAlcN (worin a + b + c = 1, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1 und 0 ≤ c ≤ 1) einer Dicke von 50 bis 500 nm zwischen einer p-Kontaktschicht und einer n-Kontaktschicht bei einer Temperatur im Bereich zwischen 550 und 850 °C gebildet wird.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung eines Nitridverbindungshalbleiters der allgemeinen Formel InxGayAlzN (worin x + y + z = 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und 0 ≤ z ≤ 1), das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein undotierter Nitridverbindungshalbleiter (A) der allgemeinen Formel InaGabAlcN (worin a + b + c = 1, 0 ≤ a ≤ 1, 0 ≤ b ≤ 1 und 0 ≤ c ≤ 1) einer Dicke von 50 bis 500 nm zwischen einer p-Kontaktschicht und einer n-Kontaktschicht bei einer Temperatur im Bereich zwischen 550 und 850 °C gebildet wird. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein undotierter Nitridverbindungshalbleiter (B) der allgemeinen Formel IndGaeAlfN (worin d + e + f = 1, 0 ≤ d ≤ 1, 0 ≤ e ≤ 1 und 0 ≤ f ≤ 1) einer Dicke von 20 bis 600 nm zwischen dem Nitridverbindungshalbleiter (A) und der n-Kontaktschicht bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900 und 1200 °C gebildet wird. Nitridverbindungshalbleiter, der durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 erhalten wurde.






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