DE10134181B4 - Process for producing a p-type nitride semiconductor - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters, welches umfasst:
Einen eine Halbleiterschicht ausbildenden Vorgang zum Ausbilden einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht (13) mit niedrigem spezifischem Widerstand auf einem Substrat (11), das bei einer Temperatur von 600°C oder mehr gehalten wird, indem eine Quelle für ein p-Dotiermittel, eine Stickstoffquelle und eine Quelle für Gruppe III auf das Substrat (11) geführt werden, und einen Abkühlvorgang zum Abkühlen des die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht (13) tragenden Substrates (11);
gekennzeichnet durch
Vorbestimmen der Abnahme der Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht (13) in einem Bereich von 0% bis 95%, und Steuern der Abkühlzeit und der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre beim Abkühlvorgang, um die vorbestimmte Abnahme der Lochträgerdichte zu erreichen.
A method of making a p-type nitride semiconductor comprising:
A process of forming a semiconductor layer for forming a p-type low resistivity nitride semiconductor layer (13) on a substrate (11) maintained at a temperature of 600 ° C or more by using a source of a p-type dopant, a nitrogen source and a group III source are supplied to the substrate (11), and a cooling process for cooling the substrate (11) supporting the p-type nitride semiconductor layer (13);
marked by
Predicting the decrease in the hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer (13) in a range of 0% to 95%, and controlling the cooling time and the concentration of hydrogen in the atmosphere in the cooling process to achieve the predetermined decrease in the hole carrier density.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters auf der Basis von Galliumnitrid (Gruppe III–V) zur Verwendung in Licht ausstrahlenden Einrichtungen, die blaues Licht oder ein anderes Licht mit kurzer Wellenlänge ausstrahlen; insbesondere ein Verfahren, das nach dem Züchten keine Temper- bzw. Glühbehandlung (nachfolgend als "Temper"behandlung bezeichnet) erfordert.The The present invention relates to a process for producing a p-type nitride semiconductor based on gallium nitride (Group III-V) for use in light radiating devices, the blue light or another Light with a short wavelength radiate in particular a method which after breeding no Tempering or annealing treatment (hereinafter referred to as "temper" treatment) requires.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Ein Halbleiter auf der Basis von Galliumnitrid (Gruppe III–V), der einen relativ großen Bandabstand aufweist, ist eines der zukünftigen Materialien, die für die Licht mit kurzer Wellenlänge ausstrahlenden Einrichtungen geeignet sind, die in optischen Informationsverarbeitungseinheiten verwendet werden, die die wachsende Menge von Informationsgehalten handhaben. Bei solchen Licht ausstrahlenden Einrichtung, wie einer Diodeneinrichtung oder einer Lasereinrichtung, ist ein PN-Übergang die wesentliche Struktur, wo die Träger in der Nähe des Übergangs rekombinieren und das Licht ausgestrahlt wird. Wie gut bekannt ist, ist es nicht leicht, einen Nitrid-Halbleiter mit niedrigem spezifischem Widerstand bereitzustellen, weil im p-leitenden Nitrid-Halbleiter, der mit Magnesium, Mg, oder einem anderen Akzeptor dotiert ist, die Aktivierungsrate bzw. -geschwindigkeit des Akzeptors gegenüber dem Donator deutlich geringer ist.One Based on gallium nitride (Group III-V), the a relatively large one Band gap is one of the future materials responsible for the light with a short wavelength radiating devices are used in optical information processing units used, which is the growing amount of information handle. In such a light emitting device, such as a diode device or a laser device, a PN junction is the essential structure, where the carriers near of the transition recombine and the light is emitted. As is well known, It is not easy to have a low specific nitride semiconductor Provide resistance because in the p-type nitride semiconductor, which is doped with magnesium, Mg, or another acceptor, the activation rate of the acceptor over the Donor is significantly lower.

Der p-leitende Nitrid-Halbleiter zeigt einen hohen Wert des spezifischen Widerstandes, wenn er nach dem Züchten auf Raumtemperatur zurückgeführt ist. Um einen niedrigen spezifischen Widerstand zu erhalten, war es normale Praxis, an einem p-leitenden Nitrid-Halbleiter ein Nachtempern oder eine andere Wärmebehandlung anzuwenden, um den Wasserstoff eines aus Magnesium und Wasserstoff gebildeten Komplexes vom Magnesium abzutrennen. Es werden Forschungstätigkeiten durchgeführt, um einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter mit niedrigem spezifischem Widerstand ohne Anwendung des Nachtemperns bereitzustellen. Wenn sich dies als erfolgreich herausstellt, bewirkt dies auch einen Vorteil für eine verbesserte Produktivität bei solchen Einrichtungen.Of the p-type nitride semiconductor shows a high value of specific Resistance, if he after breeding is returned to room temperature. It was normal to get a low resistivity Practice, on a p-type nitride semiconductor annealing or a other heat treatment apply to the hydrogen of a magnesium and hydrogen Separate complex formed from magnesium. There will be research activities carried out, around a p-type nitride semiconductor with low resistivity without the use of post annealing provide. If this turns out to be successful, causes this is also an advantage for improved productivity such facilities.

Zum Beispiel in der US-Patentveröffentlichung 5,932,896 A (offengelegte japanische Patentanmeldung JP 10-135575 A) ist ein Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ohne Anwendung des Nachtemperns offenbart.To the Example in the US patent publication No. 5,932,896 A (Japanese Laid-Open Patent Application No. 10-135575 A) is a method for producing a p-type nitride semiconductor without Application of post-heating disclosed.

Das in der obigen Veröffentlichung offenbarte Verfahren verwendet einen Vorgang der metallorganischen Dampfphasenbeschichtung (MOCVD), um einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter auf einem Saphirsubstrat zu züchten. Dazu werden eine organische Magnesiumverbindung, eine Quelle der Gruppe III wie Trimethylgallium (TMG), eine Stickstoffquelle wie Ammoniak (NH3) und ein p-Dotiermaterial dem Substrat mit 1100°C unter Verwendung eines Stickstoffträgergases, das Wasserstoffgas in einer Konzentration von 0,8–20 Vol.-% (capacity percent) enthält, zugeführt. Auf diese Weise wird die Bildung eines Magnesium-Wasserstoff-Komplexes blockiert und ein p-leitender Nitrid-Halbleiter bereitgestellt, der während der Wachstumsphase einen niedrigen spezifischen Widerstand zeigt. Sie offenbart auch einen Abkühlvorgang, bei dem die Temperatur in einer Atmosphäre von Stickstoffgas, das etwa 32 Vol.-% Ammoniak enthält, auf 350°C verringert wird und dann die Ammoniakzufuhr eingestellt und die Temperatur auf Raumtemperatur verringert wird.The method disclosed in the above publication uses an organometallic vapor phase deposition (MOCVD) process to grow a p-type nitride semiconductor on a sapphire substrate. To this end, an organic magnesium compound, a Group III source such as trimethylgallium (TMG), a nitrogen source such as ammonia (NH 3 ) and a p-type dopant are added to the substrate at 1100 ° C using a nitrogen carrier gas containing hydrogen gas at a concentration of 0.8 Contains -20 vol .-% (capacity percent), fed. In this way, the formation of a magnesium-hydrogen complex is blocked and a p-type nitride semiconductor is provided, which exhibits a low resistivity during the growth phase. It also discloses a cooling process in which the temperature is reduced to 350 ° C in an atmosphere of nitrogen gas containing about 32% by volume of ammonia and then the ammonia feed is adjusted and the temperature is lowered to room temperature.

Das oben beschriebene herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters, das das Nachtempern beseitigt, weist jedoch die folgenden Probleme auf. Wie nämlich der Erfinder in der oben beschriebenen US 5,932,896 A und ein anderer Autor in einer Arbeit (Applied Physics Letters, Bd. 72, (1998), S. 1748) lehrte, verschlechtert sich die Aktivierungsrate bzw. -geschwindigkeit von Magnesium deutlich, wenn sich während des Kristallwachstumsvorgangs die Wasserstoffkonzentration nur von 2,4% auf 3,7% erhöhte, was bedeutet, dass ein p-leitender Nitrid-Halbleiter nur erhalten werden kann, wenn er unter einer sehr geringen Wasserstoffkonzentration gezüchtet wird. Was mehr ist: wenn ein Nitrid-Halbleiter unter einer geringen Wasserstoffkonzentration gezüchtet wird, stellt sich heraus, dass die Oberflächenwanderung unzureichend ist und bestimmte spezifische Atome nicht an jeweiligen optimalen Punkten der Oberfläche angeordnet werden, was es schwierig macht, einen guten Kristall zu erhalten.However, the above-described conventional method for producing a p-type nitride semiconductor which eliminates the post-annealing has the following problems. As the inventor in the above-described US 5,932,896 A and another author in a work (Applied Physics Letters, Vol. 72, (1998), p. 1748) taught, the rate of activation of magnesium deteriorates markedly as the hydrogen concentration only increases from 2.4 during the crystal growth process % to 3.7%, meaning that a p-type nitride semiconductor can only be obtained when grown under a very low hydrogen concentration. What is more, when a nitride semiconductor is grown under a low hydrogen concentration, it turns out that the surface migration is insufficient and certain specific atoms are not placed at respective optimum points of the surface, making it difficult to obtain a good crystal.

Aus der EP 0 805 500 A1 und der US 5 891 790 A sind Verfahren zum Herstellen von p-leitenden Nitrid-Halbleitern bekannt, bei denen keine Nachtemperschritt benötigt wird. Hierzu wird in der US 5 891 790 A1 vor dem Abkühlvorgang die Zufuhr von Wasserstoff enthaltenden Gasen abgestellt. In der EP 0 805 500 A1 wird dazu die Zufuhr von H2 eingestellt.From the EP 0 805 500 A1 and the US 5,891,790 A For example, methods for producing p-type nitride semiconductors are known in which no post-annealing step is needed. This is in the US 5,891,790 A1 shut off the supply of hydrogen-containing gases before the cooling process. In the EP 0 805 500 A1 For this purpose, the supply of H 2 is set.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung wendet sich den oben beschriebenen Problemen zu und strebt an, einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter mit höherer Qualität anzubieten, ohne eine Behandlung des Nachtemperns zu benötigen und bei dem der niedrige spezifische Widerstand in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird.The The present invention addresses the problems described above and is seeking to offer a higher quality p-type nitride semiconductor, without needing a treatment of re-tempering and at which the low resistivity is kept in a predetermined range.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.These The object is achieved by the method according to claim 1.

Das Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters umfasst einen Vorgang des Ausbildens eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters mit niedrigem spezifischem Wider stand im Wachstumsvorgang und einen Abkühlvorgang, bei dem die Abkühlzeit und die Atmosphäre gesteuert wird, so dass die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes in einem praktischen Bereich gehalten wird, der als p-leitender Halbleiter nutzbar ist.The A method for producing a p-type nitride semiconductor comprises a process of forming a p-type nitride semiconductor with low specific resistance stood in the growth process and a cooling, at which the cooling time and the atmosphere is controlled so that the property of the low specific Resistance is held in a practical area, which as p-type semiconductor is usable.

Während des Abkühlvorgangs nimmt die Lochträgerdichte in der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht ab.During the cooling process takes the hole carrier density in the p-type nitride semiconductor layer.

Dadurch wird eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht auf einem Substrat in einer Atmosphäre ausgebildet, die eine spezifische Menge an Wasserstoff enthält, die eine Deaktivierung des p-Dotiermaterials unterdrückt, und nimmt die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht auf ein Niveau ab, bei dem die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes beibehalten werden kann. Auf diese Weise wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter mit einer höheren Kristallqualität verfügbar gemacht, ohne dass irgendeine Behandlung des Nachtemperns benötigt wird.Thereby becomes a p-type nitride semiconductor layer on a substrate in an atmosphere formed, which contains a specific amount of hydrogen, the suppresses deactivation of the p-type dopant, and decreases the hole carrier density the p-type nitride semiconductor layer to a level where the property of the low specific Resistance can be maintained. In this way, a p-type Nitride semiconductor with a higher one crystal quality available done without any need for any post-heat treatment.

Zum Beispiel kann unter der Annahme, dass die Lochträgerdichte direkt nach dem Züchten etwa 2,0 × 1017 cm–3 beträgt, eine Konzentration von etwa 1,0 × 1016 cm–3 aufrechterhalten werden, sogar wenn die Lochträgerdichte um 95% abnahm. Somit wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter bereitgestellt, der praktisch gut arbeitet.For example, assuming that the hole carrier density immediately after culturing is about 2.0 × 10 17 cm -3 , a concentration of about 1.0 × 10 16 cm -3 can be maintained even if the hole carrier density decreased by 95% , Thus, a p-type nitride semiconductor is provided which works practically well.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist es bevorzugt, dass es beim Abkühlvorgang eine Prozedur zum Verringern der Substrattemperatur von der Züchttemperatur auf etwa 600°C innerhalb von 30 min enthält.At the present method for producing a p-type nitride semiconductor it is preferred that during the cooling process there is a procedure for Reduce the substrate temperature from the breeding temperature to about 600 ° C within of 30 min.

Dies stellt sicher, dass die Lochträgerdichte einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht zur Aufrechterhaltung der Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes für ein praktisches Arbeiten ausreicht.This Make sure the hole carrier density a p-type nitride semiconductor layer for maintenance the property of low resistivity for a practical Sufficient work.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist es bevorzugt, dass die Atmosphäre für die Bildung einer Halbleiterschicht etwa 5–70 Vol.-% Wasserstoff enthält.At the present method for producing a p-type nitride semiconductor it is preferred that the atmosphere for the formation of a semiconductor layer about 5-70 Vol .-% hydrogen.

Wenn ein organometallisches Material als Quelle des Elements der Gruppe III oder des p-Dotiermaterials verwendet wird, ist normalerweise Wasserstoff zum Erhöhen der Zerlegungseffizienz und Fördern der Oberflächenwanderung in der Atmosphäre enthalten. Wenn jedoch die Wasserstoffkonzentration über 70% liegt, wird die vom Wasserstoff verursachte Deaktivierungswirkung am Akzeptor signifikant. Die Deaktivierung des p-Dotiermaterials kann sicher unterdrückt werden, wenn die Wasserstoffkonzentration auf 5%–70% gemäß der vorliegenden Erfindung gesteuert wird.If an organometallic material as a source of the element of the group III or the p-type dopant is usually used to increase the hydrogen Cutting efficiency and conveying the surface migration in the atmosphere contain. However, if the hydrogen concentration is above 70%, becomes the deactivation effect caused by the hydrogen at the acceptor significant. The deactivation of the p-type dopant can be sure repressed when the hydrogen concentration is at 5% -70% according to the present invention is controlled.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist es bevorzugt, dass die Atmosphäre, die während des Abkühlvorgangs eingeführt wird, bis die Substrattemperatur von der Züchttemperatur aus etwa 600°C erreicht, etwa 0–50 Vol.-% Wasserstoff enthält.At the present method for producing a p-type nitride semiconductor It is preferable that the atmosphere during the cooling process introduced until the substrate temperature reaches about 600 ° C from the breeding temperature, about 0-50 Vol .-% hydrogen.

Dadurch kann die Deaktivierung bei einem p-leitenden Nitrid-Halbleiter auf Grund des Wasserstoffs unterdrückt werden und wird die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes als Folge einer relativ hohen Lochträgerdichte in einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht gut aufrechterhalten.Thereby may be the deactivation of a p-type nitride semiconductor Reason of hydrogen suppressed become and become the property of low resistivity as a result of a relatively high hole carrier density in a p-type Nitride semiconductor layer well maintained.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist es bevorzugt, dass die Atmosphäre, die während des Abkühlvorgangs eingeführt wird bis die Substrat temperatur von der Züchttemperatur aus etwa 600°C erreicht, Ammoniak, NH3, enthält.In the present process for producing a p-type nitride semiconductor, it is preferable that the atmosphere introduced during the cooling process until the substrate temperature reaches about 600 ° C. from the growth temperature include ammonia, NH 3 .

Dadurch kann die Abtrennung von Stickstoff von der Oberfläche des gezüchteten p-leitenden Nitrid-Halbleiters unterdrückt und als Folge eine Verschlechterung der Oberfläche verhindert werden.Thereby can be the removal of nitrogen from the surface of the bred p-type nitride semiconductor suppresses and as a result deterioration the surface be prevented.

Um die früher beschriebene Aufgabe zu erfüllen, bildet das vorliegende Herstellungsverfahren im Vorgang zur Ausbildung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter mit niedrigem spezifischem Widerstand aus und stellt dann einen bestimmten spezifischen Plan für den Abkühlvorgang bereit, der einen spezifischen Substrattemperaturbereich, nämlich einen Substrattemperaturbereich von etwa 950°C-700°C, abdeckt, in dem die Deaktivierung des p-Dotiermaterials in der p-leitenden Nitrid-Hableiterschicht auftritt.Around the sooner to fulfill the task described forms the present manufacturing process in the process of training a p-type nitride semiconductor layer, a p-type nitride semiconductor with low resistivity and then set one specific plan for the cooling process ready, a specific substrate temperature range, namely a Substrate temperature range of about 950 ° C-700 ° C, covering in which the deactivation of the p-type dopant occurs in the p-type nitride Hableiterschicht.

Konkret beschrieben wird beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht während des oben beschriebenen spezifischen Substrattemperaturbereichs unter einer bestimmten spezifischen Bedingung abgekühlt, bei der die Deaktivierung des p-Dotiermaterials kaum auftritt, welche spezifische Bedingung sich aus einer Kombination der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlzeit zusammensetzt.Concrete is described in the present process for the preparation of a p-type nitride semiconductor, the p-type nitride semiconductor layer while of the specific substrate temperature range described above cooled down a certain specific condition in which the deactivation Of the p-type dopant hardly occurs, which specific condition from a combination of hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling composed.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters wird die p-leitende Nitrid-Schicht während des oben beschriebenen spezifischen Substrattemperaturbereichs unter einer bestimmten spezifischen Bedingung abgekühlt, bei der die Deaktivierung des p-Dotiermaterials kaum auftritt, welche spezifische Bedingung sich aus einer Kombination der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit zusammensetzt.At the present method for producing a p-type nitride semiconductor becomes the p-type nitride layer during the above-described specific substrate temperature range below a certain specific Condition cooled, in which the deactivation of the p-doping material hardly occurs, which specific condition is a combination of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling rate composed.

Dies macht es möglich, dass ein p-leitender Nitrid-Halbleiter die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes in einem bestimmten Bereich beibehält, in dem er als praktischer p-leitender Halbleiter arbeiten kann.This make it possible, that a p-type nitride semiconductor has the property of low specific resistance in a certain area in which he can work as a practical p-type semiconductor.

Ferner betrifft ein p-leitender Nitrid-Halbleiter der vorliegenden Erfindung einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter, der auf einem Substrat bei einer Züchttemperatur von 600°C oder höher ausgebildet wird, bei dem die Lochträgerdichte sofort nach dem Abkühlvorgang etwa 5%–100% derjenigen bei der Züchttemperatur beträgt.Further relates to a p-type nitride semiconductor of the present invention a p-type nitride semiconductor attached to a substrate a breeding temperature of 600 ° C or higher is formed, in which the hole carrier density immediately after the cooling process about 5% -100% that at the breeding temperature is.

In einem Fall, in dem die Lochträgerdichte direkt nach dem Züchten etwa 2,0 × 1017 cm–3 beträgt, kann eine Konzentration von etwa 1,0 × 1016 cm–3 bereitgestellt werden, sogar wenn die Lochträgerdichte auf 5% derjenigen direkt nach dem Züchten abnahm. Somit wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter bereitgestellt, der im praktischen Gebrauch arbeitet.In a case where the hole carrier density immediately after culturing is about 2.0 × 10 17 cm -3 , a concentration of about 1.0 × 10 16 cm -3 can be provided even if the hole carrier density is set to 5% of that directly decreased after breeding. Thus, a p-type nitride semiconductor is provided which operates in practical use.

Ein weiterer p-leitender Nitrid-Halbleiter der vorliegenden Erfindung betrifft einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter, der auf einem Substrat nacheinander bei der Züchttemperatur von 600°C oder höher ausgebildet wird, wobei die Wasserstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche gleich etwa der 1 bis 10-fachen derjenigen im Inneren des p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist.One another p-type nitride semiconductor of the present invention relates to a p-type nitride semiconductor mounted on a substrate one after the other at the breeding temperature of 600 ° C or higher is formed, wherein the hydrogen concentration in the vicinity of the surface is the same about 1 to 10 times that inside the p-type nitride semiconductor is.

Bei dem herkömmlichen p-leitenden Nitrid-Halbleiter, der durch die Vorgänge hergestellt wird, die von einer Behandlung des Nachtemperns begleitet werden, ist die Wasserstoffkonzentration in der Nähe der ihr ausgesetzten Oberfläche um mehr als 10-mal größer als diejenige im Inneren des p-leitenden Nitrid-Halbleiters. Bei einem p-leitenden Nitrid-Halbleiter der vorliegenden Erfindung bleibt jedoch die Wasserstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des p-leitenden Nitrid- Halbleiters auf dem gleichen Niveau, oder innerhalb des etwa 10-fachen, derjenigen im Inneren des p-leitenden Nitrid-Halbleiters. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem p-Dotiermaterial ein p-leitender Nitrid-Halbleiter mit einer verbesserten Aktivierungsrate bzw. -geschwindigkeit bereitgestellt.at the conventional one p-type nitride semiconductor, produced by the processes being accompanied by a treatment of the remixing the hydrogen concentration near the surface exposed to it is more than 10 times larger than the one inside the p-type nitride semiconductor. At a p-type nitride semiconductor however, the hydrogen concentration remains in the present invention near the surface of the p-type nitride semiconductor at the same level, or within about 10 times that one inside the p-type nitride semiconductor. Therefore, according to the present Invention with the p-type dopant a p-type nitride semiconductor provided with an improved activation rate.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 1 FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor in Embodiment 1 of the present invention. FIG.

2 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Abkühlzeit während des Abkühlvorgangs bei einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 Fig. 12 is a graph showing the dependence of the hole carrier density on the cooling time during the cooling process in a method of manufacturing a p-type nitride semiconductor in Embodiment 1 of the present invention.

3 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. 3 FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor in Embodiment 2 of the present invention. FIG.

4 ist eine graphische Darstellung, die die Verteilung der Wasserstoffkonzentration in Tiefenrichtung bei Licht ausstrahlenden Einrichtungen mit dem Nitrid-Halbleiter in der Ausführungsform 2, einschließlich einer ersten Modifikation und einer Vergleichsprobe, der vorliegenden Erfindung zeigt. 4 is a graph showing the distribution of hydrogen concentration in depth In light emitting devices with the nitride semiconductor in Embodiment 2, including a first modification and a comparative sample, the present invention shows.

5 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Haltetemperatur für das Substrat während des Abkühlvorgangs in einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 5 Fig. 12 is a graph showing the dependence of the hole carrier density on the holding temperature for the substrate during the cooling process in a method of manufacturing a p-type nitride semiconductor in an embodiment of the present invention.

6 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Zeit zum Abkühlen des Substrats von etwa 950°C auf etwa 700°C während des Abkühlvorgangs in einem Verfahren zur Hestellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 Fig. 4 is a graph showing the dependence of the hole carrier density on the time for cooling the substrate from about 950 ° C to about 700 ° C during the cooling process in a method of preparing a p-type nitride semiconductor in an embodiment of the present invention.

7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Zeit zum Abkühlen des Substrats von etwa 950°C auf etwa 700°C während des Abkühlvorgangs in einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 7 FIG. 15 is a graph showing the relationship between the concentration of hydrogen in the atmosphere and the time for cooling the substrate from about 950 ° C. to about 700 ° C. during the cooling process in a method of manufacturing a p-type nitride semiconductor in an embodiment of FIG present invention.

8 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit des Substrats bei etwa 800°C während des Abkühlvorgangs in einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 8th Fig. 12 is a graph showing the relationship between the concentration of hydrogen in the atmosphere and the cooling rate of the substrate at about 800 ° C during the cooling process in a method of manufacturing a p-type nitride semiconductor in an embodiment of the present invention.

9 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 9 Fig. 12 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor in another embodiment of the present invention.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Es werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.It become embodiments of the present invention with reference to the drawings.

(Ausführungsform 1)(embodiment 1)

Es wird eine erste beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.It will be a first exemplary embodiment of the present Invention described with reference to the accompanying drawings.

1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters, der gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, zeigt. Auf einem aus Saphir bestehenden Substrat 11 sind eine aus Galliumnitrid (GaN) gebildete Pufferschicht zur Verringerung des Gitterversatzes zwischen dem Halbleiter, der auf dem Substrat 11 gezüchtet werden soll, und dem Saphir und eine aus GaN ausgebildete p-leitende Nitrid-Halbeiterschicht 13 in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet. 1 FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor fabricated according to a first exemplary embodiment of the present invention. FIG. On a substrate made of sapphire 11 are a buffer layer formed of gallium nitride (GaN) to reduce the lattice mismatch between the semiconductor deposited on the substrate 11 and the sapphire and a GaN p-type nitride semiconductor layer 13 arranged one above the other in this order.

Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der obigen p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht beschrieben. Zuerst wird das Substrat 11, das eine hochglanzpolierte Hauptoberfläche aufweist, in einer Reaktionskammer (nicht gezeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten und dann wird die Temperatur des Substrates auf etwa 1000°C erhöht und Wasserstoffgas auf das Substrat 11 geführt, während es etwa 10 min lang erhitzt wird. Somit werden Flecken aus organischer Substanz und an der Hauptoberfläche haftende Feuchtigkeit entfernt.Hereinafter, the method for producing the above p-type nitride semiconductor layer will be described. First, the substrate 11 having a mirror-finished main surface disposed in a reaction chamber (not shown) and held by a substrate holder, and then the temperature of the substrate is raised to about 1000 ° C and hydrogen gas is applied to the substrate 11 while heating for about 10 minutes. Thus, organic matter stains and moisture adhering to the main surface are removed.

Die Substrattemperatur wird auf etwa 550°C verringert und dann wird Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 16 Liter/min und Ammoniakgas, NH3, als Stickstoffquelle mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, Trimethylgallium (TMG) als Quelle der Gruppe III mit einem Durchsatz von etwa 40 μmol/min auf das Substrat 11 geführt. Somit wird die Pufferschicht 12 aus GaN auf der Hauptoberfläche des Substrates 11 bis zu einer Dicke von 25 nm gezüchtet.The substrate temperature is reduced to about 550 ° C and then nitrogen gas as the carrier gas at a rate of about 16 liters / min and ammonia gas, NH 3 , as a nitrogen source at a rate of about 4 l / min, trimethylgallium (TMG) as a source of the group III with a throughput of about 40 .mu.mol / min to the substrate 11 guided. Thus, the buffer layer becomes 12 GaN on the main surface of the substrate 11 grown to a thickness of 25 nm.

Die TMG-Zufuhr zur Reaktionskammer wird einmal eingestellt und die Substrattemperatur wird auf etwa 1050°C erhöht; und auf der Pufferschicht 12 wird eine 2 μm dicke p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 aus mit Mg dotiertem GaN gezüchtet, indem Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 μmol/min und Magnesium als p-Dotiermaterial enthaltendes Bicyclopentadienylmagnesium (Cp2Mg) mit einem Durchsatz von etwa 0,2 μmol/min etwa 60 min lang auf das Substrat 11 geführt wird. Der obige Durchsatz von Wasserstoffgas beinhaltet das zum Verdampfen des TMG und des Cp2Mg benötigte Wasserstoffgas.The TMG supply to the reaction chamber is adjusted once and the substrate temperature is raised to about 1050 ° C; and on the buffer layer 12 becomes a 2 μm thick p-type nitride semiconductor layer 13 grown from Mg doped GaN, by nitrogen gas at a rate of about 13 l / min, hydrogen gas at a rate of about 3 l / min as a carrier gas and ammonia gas, NH 3 , at a rate of about 4 l / min, TMG with a Throughput of about 80 .mu.mol / min and containing as p-type dopant Bicyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) at a rate of about 0.2 .mu.mol / min for about 60 minutes on the substrate 11 to be led. The above throughput of hydrogen gas includes the hydrogen gas needed to vaporize the TMG and the Cp 2 Mg.

Die Zufuhren an TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer werden eingestellt und dann wird das Substrat 11 von der Züchttemperatur auf Raumtemperatur herunter abgekühlt; während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min., Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas auf das Substrat 11 geführt werden. Nachdem das Abkühlen beendet ist, wird das die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 tragende Substrat 11 aus der Reaktionskammer genommen.The feeds of TMG and Cp 2 Mg to the reaction chamber are set and then the substrate becomes 11 cooled from the breeding temperature to room temperature; nitrogen gas at a rate of about 13 l / min, hydrogen gas at a rate of about 3 l / min, and ammonia gas, NH 3 , at a rate of about 4 l / min as ambient gas to the substrate 11 be guided. After the cooling is completed, it becomes the p-type nitride semiconductor layer 13 carrying substrate 11 taken from the reaction chamber.

Nun wird im Folgenden der Abkühlvorgang der vorliegenden Erfindung, der bei dem die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 tragenden Substrat angewendet werden soll, beschrieben.Now, the cooling process of the present invention, that of the p-type nitride semiconductor layer, will be described below 13 carrying substrate is described.

2 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Abkühlzeit während des Abkühlvorgangs bei einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Lochträgerdichten der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschichten 13, die fünf verschiedene Abkühlzeitspannen von 5 min bis 40 min zur Verringerung der Substrattemperatur von 1050°C, oder der Züchttemperatur, auf 600°C aufwiesen, wurde gemessen. Die Messung der Lochträgerdichte wurde durch Messen des Hall-Effekts mit einem quadratischen Probechip mit 5 mm durchgeführt, der durch Trennen speziell für die Messung der in den fünf verschiedenen Fällen bereitgestellten Substrate 11 hergestellt wurde. 2 FIG. 12 is a graph showing the dependence of the hole carrier density on the cooling time during the cooling process in a method of manufacturing a p-type nitride semiconductor in the first exemplary embodiment of the present invention. FIG. The hole carrier densities of the p-type nitride semiconductor layers 13 which measured five different cooling times from 5 minutes to 40 minutes to reduce the substrate temperature from 1050 ° C, or the growth temperature, to 600 ° C was measured. The hole carrier density measurement was performed by measuring the Hall effect with a 5 mm square sample chip prepared by cutting specifically for the measurement of the substrates provided in the five different cases 11 was produced.

Wie in 2 zu sehen ist, zeigen alle fünf Probechips die p-Leitung und die Lochträgerdichte nimmt mit der Zeit zum Abkühlen von der Züchttemperatur auf 600°C ab. Durch Extrapolieren der geraden Linie von 2 zur y-Achse für die Abkühlzeit Null kann festgestellt werden, dass die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 der vorliegenden Ausführungsform eine p-Leitung mit etwa 2 × 1017 cm–3 Lochträgerdichte direkt nach ihrer Züchtung zeigt.As in 2 As can be seen, all five sample chips show the p-type conduction and the hole carrier density decreases with time to cool down from the culture temperature to 600 ° C. By extrapolating the straight line of 2 to the y-axis for the cooling time zero can be found that the p-type nitride semiconductor layer 13 In the present embodiment, a p-type conductivity of about 2 × 10 17 cm -3 hole carrier density immediately after its growth.

2 zeigt auch, dass die Lochträgerdichte bei 5 min Abkühlzeit 1,2 × 1017 cm–3 beträgt, bei 20 min Abkühlzeit 3,0 × 1016 cm–3 beträgt, was etwa 7% der Konzentration vor dem Abkühlen entspricht, und bei 30 min Abkühlzeit 1,0 × 1016 cm–3 beträgt, was etwa 5% der Konzentration vor dem Abkühlen entspricht. Der Fall mit der Abkühlzeit von 30 min ist fast an der unteren Grenze, die für eine p-leitende Schicht in einer Einrichtung verwendet werden kann. In dem Falle mit einer Abkühlzeit von 40 min beträgt die Konzentration 2,2 × 1015 cm–3, was angibt, dass die Trägerdichte für eine Verwendung in einer Einrichtung nicht ausreicht. 2 also shows that the hole carrier density is 1.2 × 10 17 cm -3 at 5 min cooling time, 3.0 × 10 16 cm -3 at 20 min cooling time, which corresponds to about 7% of the pre-cooling concentration, and 30 min cooling time is 1.0 × 10 16 cm -3 , which corresponds to about 5% of the concentration before cooling. The case with the cooling time of 30 minutes is almost at the lower limit that can be used for a p-type layer in a device. In the case with a cooling time of 40 minutes, the concentration is 2.2 × 10 15 cm -3 , indicating that the carrier density is insufficient for use in a device.

(Erste Modifikation der Ausführungsform 1)(First modification of the embodiment 1)

Unten wird ein Verfahren zur Herstellung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht gemäß einem ersten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform 1 beschrieben.Below discloses a method for producing a p-type nitride semiconductor layer according to one First Modification Example of Embodiment 1 described.

Die erste Pufferschicht 12 und die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 mit einer Lochträgerdichte von etwa 2 × 1017 cm–3 werden durch das gleiche Verfahren wie in Ausführungsform 1 in der Reihenfolge auf dem Substrat 11 ausgebildet, wie in 1 gezeigt.The first buffer layer 12 and the p-type nitride semiconductor layer 13 with a hole carrier density of about 2 × 10 17 cm -3 are prepared in the order on the substrate by the same method as Embodiment 1 11 trained as in 1 shown.

Unten wird die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Konzentration an im Umgebungsgas enthaltenem Wasserstoffgas während des Abkühlungsvorgangs im ersten Modifikationsbeispiel beschrieben. Die Lochträgerdichte wurde bei Verwendung von vier verschiedenen Atmosphären mit vier verschiedenen Wasserstoffgaskonzentrationen, 0%, 30%, 50% und 70% gemessen. Die Konzentration von Ammoniakgas, NH3, in jeder der Atmosphären betrug etwa 20%, der Rest war Stickstoffgas. Das Substrat wurde in etwa 5 min von etwa 1050°C, oder der Züchttemperatur, auf etwa 600°C abgekühlt.Below, the dependence of the hole carrier density on the concentration of hydrogen gas contained in the ambient gas during the cooling process in the first modification example will be described. The hole carrier density was measured using four different atmospheres with four different hydrogen gas concentrations, 0%, 30%, 50% and 70%. The concentration of ammonia gas, NH 3 , in each of the atmospheres was about 20%, the remainder being nitrogen gas. The substrate was cooled to about 600 ° C in about 5 minutes from about 1050 ° C, or the growth temperature.

Die Ergebnisse der Messung sind: 1) 0% Wasserstoffkonzentration etwa 2 × 1017 cm–3, gleich der direkt nach dem Züchten 2) 30% Wasserstoffkonzentration etwa 4,2 × 1016 cm–3 3) 50% Wasserstoffkonzentration etwa 1 × 1016 cm–3, gleich etwa 5% derjenigen direkt nach dem Züchten 4) 70% Wasserstoffkonzentration etwa 2,5 × 1015 cm–3, gleich etwa 1% derjenigen direkt nach dem Züchten The results of the measurement are: 1) 0% hydrogen concentration about 2 × 10 17 cm -3 , right after the breeding 2) 30% hydrogen concentration about 4.2 × 10 16 cm -3 3) 50% hydrogen concentration about 1 × 10 16 cm -3 , about 5% of those directly after breeding 4) 70% hydrogen concentration about 2.5 × 10 15 cm -3 , equal to about 1% of those directly after breeding

Wie oben zu sehen wird die p-leitende Schicht für eine Verwendung in einer Einrichtung unzulänglich, wenn sie in einer Umgebung mit einer Wasserstoffkonzentration von 70% abgekühlt wird, sogar wenn sie in einer Zeitspanne von 5 min auf 600°C abgekühlt wird.As The p-type layer will be seen above for use in one Establishment inadequate if in an environment with a hydrogen concentration of 70% chilled even when cooled to 600 ° C in a period of 5 minutes.

(Zweite Modifikation der Ausführungsform 1)(Second Modification of the Embodiment 1)

Unten wird ein Verfahren zur Herstellung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht gemäß einem zweiten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform 1 beschrieben.Below discloses a method for producing a p-type nitride semiconductor layer according to one second modification example of the embodiment 1 described.

Die erste Pufferschicht 12 und die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 mit einer Lochträgerdichte von etwa 2 × 1017 cm–3 werden durch das gleiche Verfahren wie in Ausführungsform 1 in der Reihenfolge auf dem Substrat 11 ausgebildet, wie in 1 gezeigt.The first buffer layer 12 and the p-type nitride semiconductor layer 13 with a hole carrier density of about 2 × 10 17 cm -3 are prepared in the order on the substrate by the same method as Embodiment 1 11 trained as in 1 shown.

Es wird die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Konzentration an in der Atmosphäre enthaltenem Ammoniakgas, NH3, während des Abkühlungsvorgangs im zweiten Modifikationsbei spiel beschrieben. Die Konzentration von Wasserstoffgas in der Atmosphäre betrug etwa 15%, der Rest war Stickstoffgas. Das Substrat wurde in etwa 5 min von etwa 1050°C, oder der Züchttemperatur, auf etwa 600°C abgekühlt.The dependence of the hole carrier density on the concentration of ammonia gas contained in the atmosphere, NH 3 , during the cooling process in the second Modifikationsbei game will be described. The concentration of hydrogen gas in the atmosphere was about 15%, the rest was nitrogen gas. The substrate was cooled to about 600 ° C in about 5 minutes from about 1050 ° C, or the growth temperature.

Als Ergebnis der Messung wurde bestätigt, dass es kaum einen Unterschied in der Abnahmegeschwindigkeit der Lochträgerdichte während des Abkühlvorgangs gibt, sogar wenn die Konzentration des Ammoniakgases, NH3, variiert wurde; sie bleibt auf einer Höhe, die der einer Konzentration von Ammoniakgas, NH3, von 20% entspricht. Wenn die Konzentration an Ammoniakgas, NH3, in einem Bereich von 0%–0,5% liegt, verschlechtert sich die Kristalleigenschaft aufgrund einer Abtrennung von Stickstoff von der Oberfläche der p-leitenden Nitrid-Halbeiterschicht 13.As a result of the measurement, it was confirmed that there is little difference in the rate of decrease of the hole carrier density during the cooling process, even when the concentration of the ammonia gas, NH 3 , was varied; it remains at a level corresponding to a concentration of ammonia gas, NH 3 , of 20%. When the concentration of ammonia gas, NH 3 , is in a range of 0% -0.5%, the crystal property due to separation of nitrogen from the surface of the p-type nitride semiconductor layer deteriorates 13 ,

(Dritte Modifikation der Ausführungsform 1)(Third Modification of the Embodiment 1)

Unten wird ein Verfahren zur Herstellung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht gemäß einem dritten Modifikationsbeispiel der Ausführungsform 1 beschrieben. Im vorliegenden Modifikationsbeispiel wird die Abhängigkeit der Lochträgerdichte während der Ausbildung der in 1 gezeigten p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 von der Wasserstoffgaskonzentration im Trägergas beschrieben. In der Ausführungsform 1 betrug die Wasserstoffgaskonzentration im Trägergas etwa 15%; während im vorliegenden Modifikationsbeispiel die Konzentration des Wasserstoffgases im Trägergas in fünf Schritten mit einem Intervall von 5% von 0% bis 20% und in sechs Schritten mit einem Intervall von 10% von 20% bis 80%, insgesamt elf Schritten, variiert. Im Fall einer Wasserstoffgaskonzentration von 0% wurden TMG bzw. Cp2Mg unter Verwendung von Stickstoffgas verdampft.A method of manufacturing a p-type nitride semiconductor layer according to a third modification example of the embodiment 1 will be described below. In the present modification example, the dependence of the hole carrier density during the formation of in 1 shown p-type nitride semiconductor layer 13 described by the hydrogen gas concentration in the carrier gas. In Embodiment 1, the hydrogen gas concentration in the carrier gas was about 15%; while in the present modification example, the concentration of the hydrogen gas in the carrier gas varies in five steps with an interval of 5% from 0% to 20% and in six steps with an interval of 10% from 20% to 80%, a total of eleven steps. In the case of a hydrogen gas concentration of 0%, TMG and Cp 2 Mg were evaporated using nitrogen gas, respectively.

Das Ergebnis der Messungen an jeder der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschichten 13, die in einer Atmosphäre gezüchtet wurden, in der die Wasserstoffgaskonzentration in einen Be reich von 5%–70% fällt, gab an, dass die Lochträgerdichte direkt nach dem Züchten 1 × 1016 cm–3 oder mehr betrug, was bedeutet, dass sie eine p-Leitungseigenschaft aufweisen; der Wert wurde ähnlich dem, was in 2 gezeigt wurde, durch Extrapolieren der Abkühlzeit auf Null erhalten. Konkreter betrugt die Lochträgerdichte etwa 5 × 1016 cm–3 oder mehr bei einer Wasserstoffgaskonzentration von etwa 5%–50%, etwa 1 × 1017 cm–3 oder mehr bei einer Wasserstoffgaskonzentration von etwa 10%–20%. Wenn unter anderen Fällen in einer Wasserstoffkonzentration, von 15% gezüchtet wird, zeigt die Lochträgerdichte direkt nach dem Züchten seinen Höchstwert in einer Höhe von 2 × 1017 cm–3.The result of measurements on each of the p-type nitride semiconductor layers 13 grown in an atmosphere in which the hydrogen gas concentration falls within a range of 5% -70% indicated that the hole carrier density immediately after culturing was 1 × 10 16 cm -3 or more, which means that they have a p-type conductivity; the value became similar to what was in 2 was shown by extrapolating the cooling time to zero. More concretely, the hole carrier density was about 5 × 10 16 cm -3 or more at a hydrogen gas concentration of about 5% -50%, about 1 × 10 17 cm -3 or more at a hydrogen gas concentration of about 10% -20%. When, in other cases, a hydrogen concentration of 15% is grown, the hole carrier density immediately after culturing has its peak at a height of 2 × 10 17 cm -3 .

Die Halbwertsbreite der Rocking-Kurve, die ein Kriterium für die Bewertung der Kristalleigenschaft darstellt, wird mit steigender Wasserstoffgaskonzentration geringer; die Halbwertsbreite ist geringer als 300'', wenn die Konzentration des Wasserstoffgases 10% oder mehr beträgt. Wenn jedoch in einer Atmosphäre mit einer Wasserstoffgaskonzentration von Null gezüchtet wird, wird die Halbwertsbreite der Rocking-Kurve bei der Röntgenbeugung 500'', was eine wesentlich verschlechterte Kristalleigenschaft anzeigt. Ferner macht es der hohe spezifische Widerstand unmöglich, die Lochträgerdichte zu messen.The Half-width of the rocking curve, which is a criterion for the rating represents the crystal property becomes with increasing hydrogen gas concentration lower; the half width is less than 300 "when the concentration of hydrogen gas 10% or more. If, however, in an atmosphere is grown with zero hydrogen gas concentration, becomes the half width of the rocking curve in X-ray diffraction 500 '', which is a significant indicating deteriorated crystal property. Furthermore, it does that high specific resistance impossible the hole carrier density to eat.

Wenn in einer Atmosphäre mit einer Wasserstoffgaskonzentration von etwa 80% gezüchtet wird, macht es aus dem gleichen Grunde der hohe spezifische Widerstand unmöglich, die Lochträgerdichte zu messen. Der Grund dafür ist vermutlich eine erhöhte Menge an während des Wachstumsvorgangs in das GaN aufgenommenen Wasserstoffatomen, die die Aktivierungsgeschwindigkeit beim Magnesium verringert.If in an atmosphere is grown with a hydrogen gas concentration of about 80% it is impossible for the same reason the high resistivity that Hole carrier density to eat. The reason for this is probably an elevated one Amount of during the growth process into the hydrogen atoms taken up in the GaN, which reduces the activation rate of magnesium.

Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform Ammoniak, NH3, als Stickstoffquelle verwendet wurde, können auch andere Stickstoffmaterialien, wie Hydrazin, N2H4, Ethylamin, C2H5NH2, für den Zweck verwendet werden.Although ammonia, NH 3 , was used as the nitrogen source in the present embodiment, may also include other nitrogen materials such as hydrazine, N 2 H 4, ethylamine, C 2 H 5 NH 2 are used for the purpose.

(Ausführungsform 2)(embodiment 2)

Es wird eine zweite beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.It will be a second exemplary embodiment of the present Invention described with reference to the accompanying drawings.

3 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Licht ausstrahlenden Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die epitaktische Schicht einer Licht ausstrahlenden Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter in der zweiten Ausführungsform umfasst eine Pufferschicht 22 aus nicht dotiertem GaN, die auf einem Saphirsubstrat 21 angeordnet ist, eine n-leitende Kontaktschicht 23 aus mit Si dotiertem GaN, eine Licht ausstrahlende Schicht 24 aus nicht dotiertem InGaN, eine erste Plattierschicht 25 aus nicht dotiertem GaN, eine p-leitende zweite Plattierschicht 26 aus mit Mg dotiertem AlGaN und eine p-leitende Kontaktschicht 27 aus mit Mg dotiertem GaN, die in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind. Auf der p-leitenden Kontaktschicht 27 befindet sich eine lichtdurchlässige positive Elektrode 28, die aus Ni- und Au-Schichten besteht, die in der Reihenfolge darauf übereinander angeordnet sind. Eine negative Elektrode 29 aus Al ist auf dem freiligenden Bereich der n-leitenden Kontaktschicht 23 ausgebildet. Somit ist die vorliegende Licht ausstrahlende Einrichtung eine Leuchtdiode mit einem pn-Übergang aus der n-leitenden Kontaktschicht 23 und der zweiten Plattierschicht 26, wobei die nicht dotierte, Licht ausstrahlende Schicht 24 und die erste Plattierschicht 25 dazwischen angeordnet sind. 3 FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor light emitting device according to a second exemplary embodiment of the present invention. FIG. The epitaxial layer of a nitride semiconductor light emitting device in the second embodiment comprises a buffer layer 22 of undoped GaN deposited on a sapphire substrate 21 is arranged, an n-type contact layer 23 made of Si-doped GaN, a light-emitting layer 24 of undoped InGaN, a first cladding layer 25 of undoped GaN, a p-type second cladding layer 26 of Mg-doped AlGaN and a p-type contact layer 27 of Mg-doped GaN stacked in this order. On the p-type contact layer 27 there is a translucent positive electrode 28 consisting of Ni and Au layers stacked on top of each other in order. A negative electrode 29 Al is on the exposed region of the n-type contact layer 23 educated. Thus, the present light emitting device is a light emitting diode with a pn junction of the n-type contact layer 23 and the second plating layer 26 wherein the undoped, light emitting layer 24 and the first cladding layer 25 are arranged between them.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Leuchtdiode mit dem obigen Aufbau beschrieben.in the Below is a method for producing the light emitting diode with the above structure.

Zuerst wird ein Substrat 21, das eine hochglanzpolierte Hauptoberfläche aufweist, in einer Reaktionskammer (nicht gezeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten und dann wird die Temperatur des Substrates auf etwa 1000°C erhöht und Wasserstoffgas auf das Substrat 21 geführt, während es etwa 10 min lang erhitzt wird. Somit werden Flecken aus organischer Substanz und an der Hauptoberfläche haftende Feuchtigkeit entfernt und eine saubere Oberfläche bereitgestellt.First, a substrate 21 having a mirror-finished main surface disposed in a reaction chamber (not shown) and held by a substrate holder, and then the temperature of the substrate is raised to about 1000 ° C and hydrogen gas is applied to the substrate 21 while heating for about 10 minutes. Thus, organic matter stains and moisture adhering to the main surface are removed and a clean surface is provided.

Die Substrattemperatur wird auf etwa 550°C verringert und dann wird Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 16 l/min und Ammoniakgas, NH3, als Stickstoffquelle mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min und Trimethylgallium (TMG) als Quelle der Gruppe III mit einem Durchsatz von etwa 40 μmol/min auf das Substrat 21 geführt; somit wird die Pufferschicht 22 mit GaN auf der Hauptoberfläche des Substrates 21 mit einer Dicke von 25 nm ausgebildet. Der Durchsatz das Wasserstoffgases im Trägergas beinhaltet das zum Verdampfen des TMG oder des Cp2Mg benötigte Wasserstoffgas.The substrate temperature is reduced to about 550 ° C and then nitrogen gas as a carrier gas at a rate of about 16 l / min and ammonia gas, NH 3 , as a nitrogen source at a rate of about 4 l / min and trimethylgallium (TMG) as a source of the group III with a throughput of about 40 .mu.mol / min to the substrate 21 guided; thus, the buffer layer becomes 22 with GaN on the main surface of the substrate 21 formed with a thickness of 25 nm. The flow rate of the hydrogen gas in the carrier gas includes the hydrogen gas needed to vaporize the TMG or the Cp 2 Mg.

Die TMG-Zufuhr zur Reaktionskammer wird einmal eingestellt und die Substrattemperatur wird auf etwa 1050°C erhöht, und auf der Pufferschicht 22 wird eine 2 μm dicke n-leitende Kontaktschicht 23 aus mit Si dotiertem GaN gezüchtet, indem Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 μmol/min und Monosilan, SiH4, das Silicium, eine n-Dotiermaterial enthält, mit einem Durchsatz von etwa 10 cm3/min etwa 60 min lang auf das Substrat 21 geführt wird.The TMG feed to the reaction chamber is adjusted once and the substrate temperature is increased to about 1050 ° C, and on the buffer layer 22 becomes a 2 μm thick n-type contact layer 23 grown from Si doped GaN, by nitrogen gas at a rate of about 13 l / min, hydrogen gas at a rate of about 3 l / min as a carrier gas and ammonia gas, NH 3 , at a rate of about 4 l / min, TMG with a Throughput of about 80 .mu.mol / min and monosilane, SiH 4 , the silicon containing an n-type dopant material, with a throughput of about 10 cm 3 / min for about 60 minutes on the substrate 21 to be led.

Die Zufuhren an TMG- und SiH4-Gas werden eingestellt und dann wird die Substrattemperatur auf etwa 750°C gesenkt. Bei dieser Züchttemperatur wird auf der n-leitenden Kontaktschicht 23 eine SQW-Licht emittierende Schicht (SQW light emitting layer) 24 aus 3 nm dickem InGaN gezüchtet, indem Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min, Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 6 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 4 μmol/min und Trimethylindium (TMI), eine weitere Quelle der Gruppe III, mit einem Durchsatz von etwa 5 μmol/min auf das Substrat 21 geführt wird. Der In-Anteil der Gruppe III Elemente in der Licht ausstrahlenden Schicht 24 des vorliegenden Falles beträgt etwa 0,2.The feeds of TMG and SiH 4 gas are adjusted and then the substrate temperature is lowered to about 750 ° C. At this growth temperature, on the n-type contact layer 23 an SQW light emitting layer (SQW light emitting layer) 24 grown from 3 nm thick InGaN by passing nitrogen gas as a carrier gas at a rate of about 14 l / min, ammonia gas, NH 3 , at a rate of about 6 l / min, TMG at a rate of about 4 μmol / min and trimethylindium (TMI ), another group III source, at a rate of about 5 μmol / min to the substrate 21 to be led. The In portion of Group III elements in the light-emitting layer 24 of the present case is about 0.2.

Die Zufuhr des TMI wird eingestellt, während das Stickstoff-Trägergas, das Ammoniakgas, NH3, als Stickstoffquelle und das TMG als Quelle der Gruppe III mit dem Durchsatz entsprechend weiter auf das Substrat 21 strömen gelassen werden. Auf diese Weise wird während der Temperaturerhöhung des Substrates auf etwa 1050°C eine erste Plattierschicht 25 aus GaN auf der Licht ausstrahlenden Schicht 24 bis zu einer Dicke von 10 nm gezüchtet.The feed of the TMI is adjusted while the nitrogen carrier gas, the ammonia gas, NH 3 , as the nitrogen source, and the TMG as the Group III source continue to flow through the substrate 21 be flown. In this way, during the temperature elevation of the substrate to about 1050 ° C, a first plating layer 25 GaN on the light emitting layer 24 grown to a thickness of 10 nm.

Nachdem die Substrattemperatur bei 1050°C ankommt, werden Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 40 μmol/min, Trimethylaluminium (TMA) als weitere Quelle der Gruppe III mit einem Durchsatz von etwa 6 μmol/min und Cp2Mg mit einem Durchsatz von etwa 0,1 μmol/min auf das Substrat 21 geführt, um eine zweite Plattierschicht 26 aus mit Mg dotiertem AlGaN auf der ersten Plattierschicht 25 bis zu einer Dicke von 0,2 μm zu züchten.After the substrate temperature arrives at 1050 ° C, nitrogen gas at a rate of about 13 l / min, hydrogen gas at a rate of about 3 l / min as a carrier gas and ammonia gas, NH 3 , at a rate of about 4 l / min, TMG at a rate of about 40 μmol / min, trimethylaluminum (TMA) as another Group III source at a rate of about 6 μmol / min, and Cp 2 Mg at a throughput of about 0.1 μmol / min onto the substrate 21 led to a second cladding layer 26 of Mg-doped AlGaN on the first cladding layer 25 to grow to a thickness of 0.2 microns.

Nach dem Einstellen der TMA-Zufuhr und dem Halten der Substrattemperatur auf etwa 1050°C werden Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 μmol/min und Cp2Mg mit einem Durchsatz von etwa 0,2 μmol/min auf das Substrat geführt, um eine p-leitende Kontaktschicht aus mit Mg dotiertem, p-leitendem GaN auf der zweiten Plattierschicht 26 bis zu einer Dicke von 0,3 μm zu züchten.After adjusting the TMA supply and maintaining the substrate temperature at about 1050 ° C, nitrogen gas at a rate of about 13 L / min, hydrogen gas at a rate of about 3 L / min as a carrier gas and ammonia gas, NH 3 , at a throughput about 4 l / min, TMG at a rate of about 80 μmol / min, and Cp 2 Mg at a rate of about 0.2 μmol / min were applied to the substrate to form a p-type contact layer of Mg-doped, p- conductive GaN on the second cladding layer 26 to grow to a thickness of 0.3 microns.

Nachdem die p-leitende Kontaktschicht 27 ausgebildet ist, wird die Temperatur von der Züchttemperatur auf Raumtemperatur gesenkt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas in die Reaktionskammer eingeführt werden. Das Substrat 21, das eine epitaktische Schicht trägt, die aus einer Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten gebildet ist, wird aus der Reaktionskammer genommen. Im Umgebungsgas beträgt die Wasserstoffgaskonzentration etwa 15%, die Konzentration an Ammoniakgas, NH3, beträgt etwa 20%. Das Substrat 21 wurde in 5 min von der Züchttemperatur, etwa 1050°C, auf 600°C abgekühlt.After the p-type contact layer 27 is formed, the temperature is lowered from the growing temperature to room temperature, while nitrogen gas at a rate of about 13 l / min, hydrogen gas at a rate of about 3 l / min and ammonia gas, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min be introduced as ambient gas in the reaction chamber. The substrate 21 supporting an epitaxial layer formed of a plurality of nitride semiconductor layers is taken out of the reaction chamber. In the ambient gas, the hydrogen gas concentration is about 15%, the concentration of ammonia gas, NH 3 , is about 20%. The substrate 21 was cooled in 5 minutes from the breeding temperature, about 1050 ° C, to 600 ° C.

Die so bereitgestellten Nitrid-Halbleiterschichten, unter anderem die p-leitende zweite Plattierschicht 26 und die p-leitende Kontaktschicht 27, wurden durch den gleichen Wachstumsvorgang und das Abkühlungsverfahren wie in Ausführungsform 1 ausgebildet. Daher wurden bessere p-leitende Halbleiterschichten mit niedrigem spezifischem Widerstand bereitgestellt, ohne die Nachtemperbehandlung zu durchlaufen, die zum Aktivieren des Mg benötigt wird, mit dem die zweite Plattierschicht 26 und die p-leitende Kontaktschicht dotiert ist.The thus provided nitride semiconductor layers, including the p-type second cladding layer 26 and the p-type contact layer 27 were formed by the same growth process and the cooling process as in Embodiment 1. Therefore, better low resistivity p-type semiconductor layers have been provided without undergoing the post-anneal treatment needed to activate the Mg with which the second cladding layer 26 and the p-type contact layer is doped.

Als nächstes wird, beispielsweise durch Anwendung eines CVD-Vorgangs, auf der p-leitenden Kontaktschicht 27 durch Abscheidung eine Siliciumoxidschicht ausgebildet, es wird ein spezielles Muster durch Photolithographie bereitgestellt, um eine Ätzmaske zu bilden, und dann wird die epitaktische Schicht durch einen reaktiven Ionenätzvorgang unter Verwendung der Maske geätzt, bis die n-leitende Kontaktschicht 23 freigelegt ist.Next, for example, by using a CVD process, on the p-type contact layer 27 formed by depositing a silicon oxide layer, a special pattern is provided by photolithography to form an etching mask, and then the epitaxial layer is etched by a reactive ion etching using the mask until the n-type contact layer 23 is exposed.

Eine n-Elektrode 29 wird auf der freiliegenden Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 23 beispielsweise unter Verwendung eines Verdampfungsvorgangs selektiv ausgebildet; in der gleichen Weise wird eine p-Elektrode 28 auf der p-leitenden Kontaktschicht 27 selektiv ausgebildet.An n-electrode 29 becomes on the exposed surface of the n-type contact layer 23 for example, selectively formed using an evaporation process; in the same way becomes a p-electrode 28 on the p-type contact layer 27 selectively formed.

Die Unterseite oder die der epitaktischen Schicht entgegengesetzte Seite des Substrates 21 wird geschliffen, um die Dicke des Substrats 21 auf etwa 100 μm zu bringen, und das Substrat wird durch Zerschneiden in Chips getrennt. Jeder der getrennten Chips wird an einem Fuß mit Elektroden daran mit der die Einrichtung tragenden Oberfläche nach oben befestigt. Die p-Elektrode 28 und die n-Elektrode 29 des Chips werden mit jeweiligen Elektroden des Fußes verbunden und dann wird der gesamte Chip mit einem Harz umformt, um eine fertige Leuchtdiode zu werden.The underside or the side of the substrate opposite the epitaxial layer 21 is ground to the thickness of the substrate 21 to about 100 microns, and the substrate is separated by dicing into chips. Each of the separate chips is attached to a foot having electrodes thereon with the device bearing surface facing up. The p-electrode 28 and the n-electrode 29 of the chip are connected to respective electrodes of the foot and then the entire chip is reshaped with a resin to become a finished light emitting diode.

Es wurde bestätigt, dass die durch die oben beschriebene Prozedur bereitgestellte Leuchtdiode blaues Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 470 nm ausstrahlt, wenn sie mit 20 mA Strom in Durchlassrichtung betrieben wird. Die Lichtleistung betrug 2,0 mW, die Betriebsspannung in Durchlassrichtung betrug 4,0 V.It was confirmed, that provided by the procedure described above light emitting diode emitting blue light with a peak wavelength of 470 nm, when operated with 20 mA forward current. The Light output was 2.0 mW, the operating voltage in the forward direction was 4.0 V.

(Erste Modifikation der Ausführungsform 2)(First modification of the embodiment 2)

Es wurde eine Leuchtdiode mit dem Aufbau von 3 bereitgestellt, indem die Abkühlzeit der Ausführungsform 2 auf 25 min modifiziert wurde, in der die Temperatur des die epitaktische Schicht tragenden Substrats 21 von der Züchttemperatur, etwa 1050°C, auf 600°C gesenkt wird. Die obige Leuchtdiode strahlte blaues Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 470 nm aus, wenn sie mit einem Strom von 20 mA in Durchlassrichtung betrieben wurde. Die Lichtleistung betrug 0,5 mW, die Betriebsspannung in Durchlassrichtung betrug 5,0 V.It was a light-emitting diode with the structure of 3 by modifying the cooling time of Embodiment 2 to 25 minutes, in which the temperature of the substrate carrying the epitaxial layer is modified 21 is lowered from the breeding temperature, about 1050 ° C, to 600 ° C. The above LED emit blue light having a peak wavelength of 470 nm when it was forward-biased with a current of 20 mA. The light power was 0.5 mW, the operating voltage in the forward direction was 5.0 V.

(Vergleichsbeispiel)(Comparative Example)

Es wurde eine Leuchtdiode mit dem Aufbau von 3 bereitgestellt, indem die Abkühlzeit der Ausführungsform 2 auf 40 min modifiziert wurde, in der die Temperatur des die epitaktische Schicht tragenden Substrats 21 von der Züchttemperatur, etwa 1050°C, auf 600°C gesenkt wird. Wegen des hohen Widerstandes floss der elektrische Strom in obiger Leuchtdiode nicht, somit wurde kein Licht ausgestrahlt.It was a light-emitting diode with the structure of 3 by modifying the cooling time of Embodiment 2 to 40 minutes, in which the temperature of the substrate carrying the epitaxial layer 21 is lowered from the breeding temperature, about 1050 ° C, to 600 ° C. Because of the high resistance, the electric current did not flow in the above LED, thus no light was emitted.

4 ist eine graphische Darstellung, die die Wasserstoffverteilung in Richtung der Tiefe von der Oberfläche bei den Licht ausstrahlenden Einrichtungen mit Nitrid-Halbleiter in Ausführungsform 2, in der ersten Modifikation der Ausführungsform 2 und dem Vergleichsbeispiel zeigt, die durch SIMS (Sekundärionenmassenspektroskopie) gemessen wurde. Die Wasserstoffkonzentration wird hinsichtlich der oben beschriebenen drei verschiedenen Zeitspannen gezeigt, die für das Abkühlen bereitgestellt wurden. In 4 sind die Bereiche, die den Halbleiterschichten von 3 entsprechen, durch Bereitstellung der gleichen Bezugszeichen identifiziert. Kurve 1A stellt den Fall von Ausführungsform 2 dar, bei der die Abkühlzeit von der Züchttemperatur von etwa 1050°C auf 600°C 5 min beträgt, Kurve 1B stellt den Fall der Modifikation dar, bei der sie 25 min beträgt, und Kurve 1C stellt den Fall des Vergleichsbeispiels dar, bei dem sie 40 min beträgt. 4 FIG. 12 is a graph showing hydrogen distribution in the direction of depth from the surface in the nitride semiconductor light emitting devices in Embodiment 2, the first modification of Embodiment 2, and Comparative Example measured by SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy). The hydrogen concentration is shown in terms of the three different time periods provided above for cooling. In 4 are the areas that the semiconductor layers of 3 identified by providing the same reference numerals. Curve 1A FIG. 12 illustrates the case of Embodiment 2, in which the cooling time from the growth temperature of about 1050 ° C to 600 ° C is 5 minutes, curve 1B represents the case of modification in which it is 25 minutes, and curve 1C represents the case of the comparative example in which it is 40 minutes.

Kurve 1A in 4, die die Abkühlzeit 5 min darstellt, gibt an, dass die Wasserstoffkonzentration an einem Punkt nahe der Oberfläche etwa 3,0 × 1019 cm–3 beträgt, welche Konzentration mit dem Fortschreiten zum Substrat hin (die Richtung zur n-leitenden Kontaktschicht 23 hin) abnimmt, und in der zweiten Plattierschicht 26 wird die Wasserstoffkonzentration bei etwa 1,0 × 1019 cm–3 fast konstant. In der ersten Plattierschicht 25, der Licht ausstrahlenden Schicht 24 und der n-leitenden Kontaktschicht 23 ist sie geringer als 2,0 × 1018 cm–3, welches die untere Nachweisgrenze ist.Curve 1A in 4 , which represents the cooling time of 5 minutes, indicates that the hydrogen concentration at a point near the surface is about 3.0 × 10 19 cm -3 , which concentration as it proceeds to the substrate (the direction to the n-type contact layer) 23 towards) and in the second cladding layer 26 For example, the hydrogen concentration becomes almost constant at about 1.0 × 10 19 cm -3 . In the first cladding layer 25 , the light emitting layer 24 and the n-type contact layer 23 it is less than 2.0 × 10 18 cm -3 , which is the lower detection limit.

Kurve 1B der ersten Modifikation, die die Abkühlzeit 25 min darstellt, gibt an, dass die Wasserstoffkonzentration an einem Punkt nahe der Oberfläche etwa 1,0 × 1020 cm–3 beträgt, welche Konzentration mit dem Fortschreiten zum Substrat hin abnimmt, und in der zweiten Plattierschicht 26 ist die Wasserstoffkonzentration bei etwa 1 × 1019 cm–3 fast konstant.Curve 1B The first modification representing the cooling time of 25 minutes indicates that the hydrogen concentration at a point near the surface is about 1.0 × 10 20 cm -3 , which concentration decreases with the progress toward the substrate, and in the second clad layer 26 the hydrogen concentration is almost constant at about 1 × 10 19 cm -3 .

Kurve 1C des Vergleichsbeispiels, die die Abkühlzeit 40 min darstellt, gibt an, dass die Wasserstoffkonzentration an einem Punkt nahe der Oberfäche etwa 3,0 × 1020 cm–3 beträgt, welche Konzentration mit dem Fortschreiten zum Substrat hin abnimmt, und in der zweiten Plattierschicht 26 ist die Wasserstoffkonzentration bei etwa 1 × 1019 cm–3 fast konstant.Curve 1C of the comparative example, which represents the cooling time of 40 minutes, indicates that the hydrogen concentration at a point near the surface is about 3.0 × 10 20 cm -3 , which concentration decreases with the progress toward the substrate, and in the second clad layer 26 the hydrogen concentration is almost constant at about 1 × 10 19 cm -3 .

4 gibt auch an, dass in dem Fall, in dem die Abkühlzeit kürzer als 25 min ist, die Wasserstoffkonzentration an der Oberseite der p-leitenden Kontaktschicht 27 unterhalb 10-mal derjenigen in der zweiten Plattierschicht 26 liegt. 4 also indicates that in the case where the cooling time is shorter than 25 minutes, the hydrogen concentration at the top of the p-type contact layer 27 below 10 times that in the second cladding layer 26 lies.

Wie die obige Ausführungsform 2 und ihre erste Modifikation angeben, wird eine bessere p-leitende Schicht, die direkt nach dem Züchten mit einem niedrigen spezifischen Widerstand versehen ist, verfügbar gemacht, indem man das während des Züchtens der p-leitenden zweiten Plattierschicht 26 und der p-leitenden Kontaktschicht 27 verwendete Trägergas etwa 5 bis 70 Vol.-% Wasserstoff, vorzugsweise etwa 15 Vol.-% Wasserstoff enthalten lässt.As the above Embodiment 2 and its first modification indicate, a better p-type layer provided with a low resistivity immediately after growth is made available by growing it during growth of the p-type second cladding layer 26 and the p-type contact layer 27 used carrier gas can contain about 5 to 70 vol .-% hydrogen, preferably about 15 vol .-% hydrogen.

Ferner kann die abnehmende Rate der Lochträgerdichte der p-leitenden Halbleiterschicht auf etwa 0% bis 95% gedrückt werden, indem die Abkühlzeit im Abkühlvorgang, in dem sie von der Züchttemperatur, die höher als 600°C ist, auf etwa 600°C abgekühlt wird, so eingestellt wird, dass sie kürzer als etwa 30 min, vorzugsweise etwa 5 min beträgt, und indem das Atmo sphärengas mit Wasserstoffgas mit etwa 50 Vol.-% oder weniger und Ammoniakgas, NH3, mit etwa 0,5 Vol.-% oder mehr gebildet wird. Als Ergebnis wird eine Licht ausstrahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter mit geringer Betriebsspannung in Durchlassrichtung und hoher Leistung ausgeführt.Further, the decreasing rate of the hole carrier density of the p-type semiconductor layer can be suppressed to about 0% to 95% by cooling the cooling time to about 600 ° C in the cooling process in which it is cooled from the growth temperature higher than 600 ° C is set to be shorter than about 30 minutes, preferably about 5 minutes, and by the atmosphere gas with hydrogen gas having about 50% by volume or less and ammonia gas, NH 3 , having about 0.5% by volume or more is formed. As a result, a low-voltage forward-conducting, high-power nitride semiconductor light-emitting device is realized.

(Ausführungsform 3)(embodiment 3)

1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Auf einem aus Saphir bestehenden Substrat 11 werden eine aus GaN gebildete Pufferschicht 12 und eine aus GaN gebildete p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 in der Reihenfolge übereinander angeordnet. 1 FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor according to a third exemplary embodiment of the present invention. FIG. On a substrate made of sapphire 11 become a buffer layer formed of GaN 12 and a p-type nitride semiconductor layer formed of GaN 13 arranged one above the other in order.

In der Praxis wird das Substrat 11 in einer Reaktionskammer (nicht gezeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten und dann wird die Temperatur des Substrates 11 auf etwa 1000°C erhöht und die Oberfläche des Substrates 11 durch Einführen eines Stickstoffgas- und Wasserstoffgasstroms gereinigt.In practice, the substrate becomes 11 in a reaction chamber (not shown) and arranged by a Substrate holder held and then the temperature of the substrate 11 increased to about 1000 ° C and the surface of the substrate 11 purified by introducing a nitrogen gas and hydrogen gas stream.

Die Substrattemperatur wird auf etwa 550°C gesenkt und dann wird Stickstoffgas als Trägergas eingeführt und werden Ammoniak, NH3, und Trimethylgallium (TMG) zugeführt, um auf der Oberfläche des Substrats 11 eine Pufferschicht 12 zu bilden.The substrate temperature is lowered to about 550 ° C and then nitrogen gas is introduced as a carrier gas and ammonia, NH 3 , and trimethylgallium (TMG) are fed to the surface of the substrate 11 a buffer layer 12 to build.

Die TMG-Zufuhr zur Reaktionskammer wird einmal eingestellt und die Substrattemperatur wird auf etwa 1050°C erhöht, und es wird eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 aus GaN, das mit Mg dotiert ist, welches ein p-Dotiermaterial ist, auf der Pufferschicht 12 gezüchtet, indem Ammoniak, NH3, TMG und Bicyclopentadienylmagnesium (Cp2Mg) zugeführt werden, während Stickstoffgas und Wasserstoffgas als Trägergas eingeführt werden.The TMG supply to the reaction chamber is once set, and the substrate temperature is raised to about 1050 ° C, and it becomes a p-type nitride semiconductor layer 13 of GaN doped with Mg, which is a p-type dopant, on the buffer layer 12 grown by supplying ammonia, NH 3 , TMG and bicyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) while introducing nitrogen gas and hydrogen gas as a carrier gas.

Die Zufuhren an TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer werden eingestellt und dann wird das Substrat 11 von 1050°C auf 700°C abgekühlt, wobei der Umgebungsstrom an Stickstoffgas, Wasserstoffgas und Ammoniakgas, NH3, aufrechterhalten wird. Danach wird die Zufuhr von Wasserstoffgas und Ammoniak, NH3, eingestellt und das Substrat 11 wird unter 100°C abgekühlt, wobei der Stickstoffgasstrom als Umgebungsgas aufrechterhalten wird.The feeds of TMG and Cp 2 Mg to the reaction chamber are set and then the substrate becomes 11 cooled from 1050 ° C to 700 ° C, wherein the ambient flow of nitrogen gas, hydrogen gas and ammonia gas, NH 3 , is maintained. Thereafter, the supply of hydrogen gas and ammonia, NH 3 , is adjusted and the substrate 11 is cooled below 100 ° C, wherein the nitrogen gas stream is maintained as ambient gas.

Das Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in Ausführungsform 3 zeichnet sich dadurch aus, dass die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht im Abkühlvorgang während etwa 950°C–etwa 700°C Substrattemperatur unter einer Kombination der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlzeit abgekühlt wird, bei der die Deaktivierung bei dem p-Dotiermaterial kaum auftritt. Eine weitere Beschreibung in dieser Hinsicht folgt.The Method for producing a p-type nitride semiconductor in embodiment 3 is characterized in that the p-type nitride semiconductor layer in the cooling process while about 950 ° C-about 700 ° C substrate temperature under a combination of hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling chilled in which deactivation hardly occurs in the p-type dopant. A further description in this regard follows.

Bezüglich des Abkühlvorgangs, der auf einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter anzuwenden ist, nachdem er bei einer Substrattemperatur von etwa 950°C oder höher ausgebildet wurde, fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Tatsache heraus, dass die Lochträgerdichte im p-leitenden Nitrid-Halbleiter speziell während eines Temperaturbereichs von etwa 950°C–etwa 700°C Substrattemperatur durch in der Umgebung vorhandenen Wasserstoff verringert wird.Regarding the cooling process, to be applied to a p-type nitride semiconductor after it was formed at a substrate temperature of about 950 ° C or higher found the inventors of the present invention, the fact that the hole carrier density in the p-type nitride semiconductor especially during a temperature range from about 950 ° C to about 700 ° C substrate temperature is reduced by existing hydrogen in the environment.

5 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte in Ausführungsform 3 von der Haltetemperatur für das Substrat während des Abkühlvorgangs zeigt. Die jeweiligen in der graphischen Darstellung gezeigten Temperaturen stellen nämlich eine Temperatur dar, bei der ein Substrat, das eine bei einer Substrattemperatur von 1050°C ausgebildete, mit Magnesium dotiere GaN-Schicht trägt, während des Abkühlvorgangs 10 min lang gehalten wird, bevor es auf Raumtemperatur abgekühlt wird; die horizontale Achse stellt die Substrattemperatur dar, bei der es 10 min lang gehalten wird, während die Lochträgerdichte auf der vertikalen Achse aufgetragen ist. Die Atmosphäre für den Abkühlvorgang wurde mit einer Konzentration von Ammoniak, NH3, von 20% in Stickstoff in zwei Versionen mit verschiedenen Wasserstoffkonzentrationen, 30% und 0%, hergestellt. Wie in 5 gezeigt nimmt im Falle einer Wasserstoffkonzentration von 30% die Lochträgerdichte bei den Temperaturen zwischen 950°C–700°C signifikant ab, wobei die geringste bei etwa 800°C liegt. Der Fall einer Wasserstoffkonzentration von 0% zeigt auch ähnliche Tendenzen bei den gleichen Temperaturen, aber der Betrag der Abnahme war geringer. Es wurde nämlich geklärt, dass die Lochträgerdichte bei einem p-leitenden Nitrid-Halbleiter in Übereinstimmung mit der Konzentration an in der Atmosphäre vorhandenem Wasserstoff im Temperaturbereich 950°C-700°C abnimmt. Es wird angenommen, dass das Sinken der Lochträgerdichte durch ein p-Dotiermaterial verursacht wurde, das im p-leitenden Nitrid-Halbleiter enthalten ist, welches p-Dotiermaterial als Folge einer Kopplung mit Wasserstoff deaktiviert wird. Das geringfügige Absinken, das sogar auch im Falle einer Wasserstoffkonzentration von 0% auftrat, scheint durch Wasserstoff bewirkt worden zu sein, der aus zerfallenem Ammoniak, NH3, erzeugt wurde. 5 FIG. 10 is a graph showing the dependence of the hole carrier density in Embodiment 3 on the holding temperature for the substrate during the cooling process. FIG. Namely, the respective temperatures shown in the graph represent a temperature at which a substrate carrying a Mg-doped GaN layer formed at a substrate temperature of 1050 ° C is held for 10 minutes during the cooling process before it rises Room temperature is cooled; the horizontal axis represents the substrate temperature at which it is held for 10 minutes while the hole carrier density is plotted on the vertical axis. The atmosphere for the cooling process was prepared with a concentration of ammonia, NH 3 , of 20% in nitrogen in two versions with different hydrogen concentrations, 30% and 0%. As in 5 shown decreases in the case of a hydrogen concentration of 30%, the hole carrier density at temperatures between 950 ° C-700 ° C significantly, with the lowest is about 800 ° C. The case of a hydrogen concentration of 0% also shows similar tendencies at the same temperatures, but the amount of decrease was smaller. Namely, it has been clarified that the hole carrier density in a p-type nitride semiconductor decreases in accordance with the concentration of hydrogen present in the atmosphere in the temperature range 950 ° C-700 ° C. It is believed that the sinking of the hole carrier density was caused by a p-doping material contained in the p-type nitride semiconductor, which p-type dopant is deactivated as a result of coupling with hydrogen. The slight decrease, which occurred even in the case of a hydrogen concentration of 0%, appears to have been caused by hydrogen generated from decomposed ammonia, NH 3 .

Ferner wurde auch die Beziehung zwischen der Lochträgerdichte und der Abkühlzeit untersucht, die im Abkühlvorgang zum Senken der Substrattemperatur von etwa 950°C auf etwa 700°C genommen wurde.Further the relationship between the hole carrier density and the cooling time was also investigated in the cooling process to lower the substrate temperature from about 950 ° C to about 700 ° C has been.

6 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte in Ausführungsform 3 von der Abkühlzeit für das Substrat zeigt, die im Abkühlvorgang zum Senken von etwa 950°C auf etwa 700°C genommen wurde. Es wurden nämlich mit Mg dotierte GaN-Schichten, die bei Substrattemperaturen von 1050°C ausgebildet wurden, bei verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten auf 700°C und dann auf Raumtemperatur abgekühlt; die horizontale Achse stellt die für das Senken der Substrattemperatur von etwa 950°C auf etwa 700°C genommene 6 Fig. 4 is a graph showing the dependence of the hole carrier density in Embodiment 3 on the cooling time for the substrate taken in the cooling process for lowering from about 950 ° C to about 700 ° C. Namely, Mg-doped GaN layers formed at substrate temperatures of 1050 ° C were cooled at different cooling rates to 700 ° C and then to room temperature; the horizontal axis represents that taken for lowering the substrate temperature from about 950 ° C to about 700 ° C

Abkühlzeit dar, während die Lochträgerdichte auf der vertikalen Achse aufgetragen ist. Die Abkühlgeschwindigkeit wurde so gesteuert, dass sie wenigstens während des Substrattemperaturbereichs von etwa 950°C bis etwa 700°C im Wesentlichen konstant war. Die Atmosphäre für den Abkühlvorgang wurde mit einer Konzentration von Ammoniak, NH3, von 20% in Stickstoff in vier Versionen mit verschiedenen Wasserstoffkonzentrationen, 50%, 30%, 10% und 0%, hergestellt. Wie in 6 zu sehen nahm in allen Fällen mit verschiedenen Wasserstoffkonzentrationen die Lochträgerdichte mit der Verlängerung der Abkühlzeit ab. Es wurde aus 6 die Abkühlzeit berechnet, die benötigt wurde, damit die Lochträgerdichte bei Raumtemperatur etwa 1 × 1016 cm–3 wurde; die Ergebnisse waren: 1,0 min, 1,8 min, 4,1 min und 15 min für die Wasserstoffkonzentationen 50%, 30%, 10% bzw. 0%. Um den Wert von etwa 1 × 1016 cm–3 oder höher sicherzustellen, was die Anforderung ist, damit es sich um einen praktisch verwendbaren p-leitenden Halbleiter handelt, wurde nämlich herausgefunden, dass die Abkühlzeit zum Senken der Substrattemperatur von etwa 950°C auf etwa 700°C für die Fälle der Wasserstoffkonzentrationen von 50%, 30%, 10% und 0% innerhalb von 1,0 min, 1,8 min, 4,1 min bzw. 15 min liegen müssen.Cooling time, while the hole carrier density is plotted on the vertical axis. The cooling rate was controlled to be substantially constant at least during the substrate temperature range of about 950 ° C to about 700 ° C. The atmosphere for the cooling process was prepared with a concentration of ammonia, NH 3 , of 20% in nitrogen in four versions with different hydrogen concentrations, 50%, 30%, 10% and 0%. As in 6 In all cases, with different hydrogen concentrations, the hole carrier density decreased with the lengthening of the cooling time. It was off 6 calculated the cooling time required for the hole carrier density to become about 1 × 10 16 cm -3 at room temperature; the results were 1.0 min, 1.8 min, 4.1 min and 15 min for the hydrogen concentrations 50%, 30%, 10% and 0%, respectively. Namely, to ensure the value of about 1 × 10 16 cm -3 or higher, which is the requirement for being a practical p-type semiconductor, it has been found that the cooling time for lowering the substrate temperature is about 950 ° C at about 700 ° C for the cases of hydrogen concentrations of 50%, 30%, 10% and 0% within 1.0 min, 1.8 min, 4.1 min and 15 min, respectively.

7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre der Abkühlzeit für das Substrat, die für eine Senkung von etwa 950°C auf etwa 700°C während des Abkühlvorgangs genommen wird, in einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 7 FIG. 12 is a graph showing the relationship between the concentration of hydrogen in the atmosphere of the cooling time for the substrate, which is taken to decrease from about 950 ° C. to about 700 ° C. during the cooling process, in a process for producing a p-type nitride Semiconductor according to an embodiment of the present invention.

Auf der Basis der obigen Ergebnisse kann festgestellt werden, dass die Kombinationen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Kühlzeit, während des Abkühlvorgangs für das Substrat von etwa 950°C auf etwa 700°C, der kommt, nachdem ein p-leitender Halbleiter ausge bildet ist, in einen in 7 gezeigten Bereich fallen sollte. In dem Koordinationssystem (X, Y), bei dem die X-Achse die Wasserstoffkonzentration (%) in der Atmosphäre darstellt, während die Y-Achse die Abkühlzeit (min) darstellt, die zum Abkühlen eines Substrates von etwa 950°C auf etwa 700°C genommen wird, ist der Bereich durch ein Gebiet gezeigt, das von den Punkten A–B–C–D–E–F umgeben ist, wobei der Punkt A (50, 1,0), Punkt B (30, 1,8), Punkt C (10, 4,1), Punkt D (0, 15), Punkt E (0, 0,5) und Punkt F (50, 0,5) sind. Der Grund, warum die unterste Grenze der Abkühlzeit ungeachtet der Wasserstoffkonzentration durch eine gerade Linie E-F mit 0,5 min spezifiziert ist, ist der, dass wenn er in einer kürzeren Abkühlzeit als dieser abgekühlt wird, der p-leitende Nitrid-Halbleiter in Gefahr ist, durch Risse beschädigt zu werden, die durch Thermoschock verursacht werden.On the basis of the above results, it can be found that the combinations of the concentration of hydrogen in the atmosphere and the cooling time during the cooling process for the substrate from about 950 ° C to about 700 ° C, which comes after a p-type semiconductor out forms is in one in 7 range should fall. In the coordination system (X, Y), where the X-axis represents the hydrogen concentration (%) in the atmosphere, while the Y-axis represents the cooling time (min) used to cool a substrate from about 950 ° C to about 700 ° C, the area is shown by an area surrounded by the points A-B-C-D-E-F, where the point A (50, 1.0), point B (30, 1, 8), point C (10, 4, 1), point D (0, 15), point E (0, 0.5) and point F (50, 0.5). The reason why the lowest limit of the cooling time is specified by a straight line EF of 0.5 min regardless of the hydrogen concentration is that when it is cooled in a shorter cooling time than this, the p-type nitride semiconductor is in danger to be damaged by cracks caused by thermal shock.

(Ausführungsform 4)(embodiment 4)

Ähnlich wie in Ausführungsform 3 wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter mit dem Aufbau von 1 durch ein Verfahren gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt.Similar to Embodiment 3, a p-type nitride semiconductor having the structure of FIG 1 produced by a method according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.

Zuerst werden in der gleichen Weise wie in Ausführungsform 3 eine Pufferschicht 12 und eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 in der Reihenfolge auf einem Substrat 11, wie in 1 gezeigt, ausgebildet.First, in the same manner as Embodiment 3, a buffer layer is formed 12 and a p-type nitride semiconductor layer 13 in order on a substrate 11 , as in 1 shown, trained.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in Ausführungsform 4 wird die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht, wenn die Substrattemperatur in der Nähe von etwa 800°C liegt, unter einer Kombination der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt, bei der die Deaktivierung bei dem p-Dotiermaterial kaum auftritt.at the method for producing a p-type nitride semiconductor in embodiment 4 becomes the p-type nitride semiconductor layer when the substrate temperature near from about 800 ° C lies under a combination of hydrogen concentration in the the atmosphere and the cooling rate cooled, in which the deactivation hardly occurs at the p-type dopant.

Wie in 5 zu sehen entsteht die Deaktivierung des p-Dotiermittels am deutlichsten, wenn die Substrattemperatur in einem Bereich zwischen etwa 950°C und etwa 700°C etwa 800°C beträgt. Um die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters aufrechtzuerhalten, ist es daher effektiv, die Verweildauer des Substrates in der Nähe von 800°C so kurz wie möglich zu machen.As in 5 to see the deactivation of the p-type dopant most clearly when the substrate temperature in a range between about 950 ° C and about 700 ° C is about 800 ° C. Therefore, in order to maintain the low resistivity property of a p-type nitride semiconductor, it is effective to make the residence time of the substrate in the vicinity of 800 ° C as short as possible.

Aus 6 ist zu entnehmen, dass, um eine Löcherkonzentration von etwa 1 × 1016 cm–3 oder höher sicherzustellen, was eine Anforderung ist, damit es sich um einen praktischen p-leitenden Halbleiter handelt, die Abkühlgeschwindigkeit in der Nähe einer Substrattemperatur von etwa 800°C für die Fälle einer Wasserstoffkonzentration von 50%, 30%, 10% und 0% 250°C/min, 140°C/min, 61°C/min bzw. 17°C/min oder mehr betragen muss.Out 6 It can be seen that, to ensure a hole concentration of about 1 × 10 16 cm -3 or higher, which is a requirement for being a practical p-type semiconductor, the cooling speed is close to a substrate temperature of about 800 ° C for the cases of a hydrogen concentration of 50%, 30%, 10% and 0% must be 250 ° C / min, 140 ° C / min, 61 ° C / min and 17 ° C / min or more.

8 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit des Substrats in der Nähe von 800°C während des Abkühlvorgangs bei einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 8th FIG. 10 is a graph showing the relationship between the concentration of hydrogen in the atmosphere and the cooling rate of the substrate in the vicinity of 800 ° C during the cooling process in a method of manufacturing a p-type nitride semiconductor according to a fourth exemplary embodiment of the present invention ,

Auf der Basis der obigen Ergebnisse kann festgestellt werden, dass die Kombinationen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit, während des Abkühlvorgangs, der kommt, nachdem ein p-leitender Halbleiter ausgebildet ist, in einen in 8 gezeigten Bereich fallen sollte; in dem Koordinationssystem (X, Y), bei dem die X-Achse die Wasserstoffkonzentration (%) in der Atmosphäre darstellt, während die Y-Achse die Abkühlgeschwindigkeit (°C/min) in der Nähe einer Substrattemperatur von 800°C darstellt, ist der Bereich durch ein Gebiet gezeigt, das von den Punkten O–P–Q–R–S–T umgeben ist, wobei der Punkt O (50, 250), Punkt P (30, 140), Punkt Q (10, 61), Punkt R (0, 17), Punkt S (0, 500) und Punkt T (50, 500) sind. Der Grund, warum die obere Grenze der Abkühlgeschwindigkeit für die Wasserstoffkonzentration irrelevant durch eine gerade Linie S-T mit 500°C/min spezifiziert ist, ist der, dass wenn mit einer größeren Abkühlgeschwindigkeit als dieser abgekühlt wird, ein p-leitender Nitrid-Halbleiter in Gefahr ist, durch Risse auf Grund eines Thermoschocks beschädigt zu werden.On the basis of the above results, it can be found that the combinations of the concentration of hydrogen in the atmosphere and the cooling rate, during the cooling process, which comes after a p-type semiconductor is formed into an in 8th should be shown; in the coordination system (X, Y), in which the X-axis represents the hydrogen concentration (%) in the atmosphere, while the Y-axis represents the cooling rate (° C / min) in the vicinity of a substrate temperature of 800 ° C the area is shown by an area surrounded by the points O-P-Q-R-S-T, where the point O (50, 250), point P (30, 140), point Q (10, 61) , Point R (0, 17), point S (0, 500) and point T (50, 500). The reason why the upper limit of the cooling rate for hydrogen concentration is irrelevant by a straight line ST at 500 ° C / min is that when cooled at a cooling rate higher than that, a p-type nitride semiconductor is in danger is to be damaged by cracks due to thermal shock.

Das Substrat 11 kann neben Saphir aus verschiedenen anderen Materialien, wie SiC, Spinell, Si, GaAs, usw., bestehen. Auch kann es aus GaN oder weiteren Nitrid-Halbleitermaterialien bestehen. In einem Falle, in dem das Substrat 11 aus keinem Nitridhalbleiter besteht, wird eine Pufferschicht 12 aus GaN, usw., bei einer niedrigen Substrattemperatur von etwa 400°C–etwa 600°C zwischen dem Substrat 11 und der darauf auszubildenden p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 in der Reihenfolge ausgebildet, um den Gitterversatz zwischen dem Nitrid-Halbleiter und dem Substrat 11 zu verringern. In einem Fall, in dem das Substrat 11 aus einem Nitrid-Halbleiter besteht, kann eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht ohne Bereitstellung einer Pufferschicht 12 direkt auf dem Substrat 11 ausgebildet werden.The substrate 11 Besides sapphire, it can consist of various other materials such as SiC, spinel, Si, GaAs, etc. It may also consist of GaN or other nitride semiconductor materials. In a case where the substrate 11 is not a nitride semiconductor, becomes a buffer layer 12 of GaN, etc., at a low substrate temperature of about 400 ° C-about 600 ° C between the substrate 11 and the p-type nitride semiconductor layer to be formed thereon 13 formed in order to reduce the lattice offset between the nitride semiconductor and the substrate 11 to reduce. In a case where the substrate 11 is made of a nitride semiconductor, a p-type nitride semiconductor layer can be provided without providing a buffer layer 12 directly on the substrate 11 be formed.

Die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 kann auf einem Substrat 11 bereitgestellt werden, auf dem eine n-leitende Nitrid-Halbleiterschicht und eine aktive Schicht eines Nitrid-Halbleiters im Voraus ausgebildet werden. Somit kann der Schichtenaufbau einer Einrichtung mit pn-Übergang gebildet werden.The p-type nitride semiconductor layer 13 can on a substrate 11 on which an n-type nitride semiconductor layer and an active layer of a nitride semiconductor are formed in advance. Thus, the layer structure of a device with pn junction can be formed.

Die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 kann ausgebildet werden, indem die Quellen eines p-Dotiermaterials, Stickstoff und Quellen für Gruppe III eingeführt werden, während die Substrattemperatur 11 bei etwa 950°C oder höher gehalten wird. Ein bevorzugter Temperaturbereich für das Substrat beträgt etwa 950°C–etwa 1200°C. Wenn die Substrattemperatur unter 950°C liegt, koppelt sich während der Bildung der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 das p-Dotiermittel leicht mit Wasserstoff, was es inaktiv macht. Dies macht eine Bildung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand schwierig. Wenn die Substrattemperatur höher als 1200°C liegt, wird es schwierig, eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht mit guter Kristalleigenschaft auszubilden.The p-type nitride semiconductor layer 13 can be formed by introducing the sources of a p-type dopant, nitrogen and sources of group III while the substrate temperature 11 is kept at about 950 ° C or higher. A preferred temperature range for the substrate is about 950 ° C-about 1200 ° C. When the substrate temperature is below 950 ° C, it couples during formation of the p-type nitride semiconductor layer 13 the p-type dopant easily with hydrogen, which makes it inactive. This makes it difficult to form a p-type nitride semiconductor layer having a low resistivity. When the substrate temperature is higher than 1200 ° C, it becomes difficult to form a p-type nitride semiconductor layer having good crystal property.

Die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 kann in Form einer einzigen Schicht aus GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN usw. oder durch Anordnen einiger dieser Schichten übereinander bereitgestellt werden. Von diesen ist AlxGa1-xN (0 ≤ x < 1), welches eine bessere Kristalleigenschaft bei einer Substrattemperatur von etwa 950°C oder höher bereitstellt und mit einer sehr geringen Menge an In dotiert sein kann, bevorzugt.The p-type nitride semiconductor layer 13 may be provided in the form of a single layer of GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN, etc., or by superimposing some of these layers. Of these, Al x Ga 1-x N (0 ≤ x <1), which provides a better crystal property at a substrate temperature of about 950 ° C or higher and may be doped with a very small amount of In, is preferable.

Für das p-Dotiermaterial für die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 kann Mg, Zn, Cd, C verwendet werden. Von diesen ist Mg bevorzugt, mit welchem die p-Leitung relativ leicht verfügbar gemacht wird. Die Konzentration des p-Dotiermittels sollte vorzugsweise nicht weniger als 1 × 1019 cm–3 und nicht mehr als 5 × 1020 cm–3 betragen. Wenn die Konzentration an p-Dotiermittel geringer als 1 × 1019 cm–3 ist, wird die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 gering und wird der Ohmsche Kontaktwiderstand hoch, wenn auf der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 eine Elektrode ausgebildet wird. Wenn sie höher als 5 × 1020 cm–3 liegt, verschlechtert sich die Kristalleigenschaft der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13; was es schwierig macht, die p-Leitung zu erhalten.For the p-type dopant for the p-type nitride semiconductor layer 13 Mg, Zn, Cd, C can be used. Of these, Mg is preferable with which the p-type conduction is relatively easily made available. The concentration of the p-type dopant should preferably be not less than 1 × 10 19 cm -3 and not more than 5 × 10 20 cm -3 . When the concentration of p-type dopant is less than 1 × 10 19 cm -3 , the hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer becomes 13 low and the ohmic contact resistance becomes high when on the p-type nitride semiconductor layer 13 an electrode is formed. If it is higher than 5 × 10 20 cm -3 , the crystal property of the p-type nitride semiconductor layer deteriorates 13 ; which makes it difficult to obtain the p-type.

Was die Atmosphäre in einer Reaktionskammer zum Ausbilden der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 betrifft, ist es bevorzugt, dass sie Wasserstoff in einer Konzentration von 5%–70%, bevorzugter in einer Konzentration von 10%–30% enthält. Wenn die Konzentration geringer als 5% ist, verschlechtert sich die Kristalleigenschaft der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 auf Grund einer verringerten Atomwanderung an der Oberfläche für die Ausbildung und die Geschwindigkeit, mit der das p-Dotiermittel in die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 aufgenommen wird, nimmt ab. Wenn die Konzentration über 70% hinaus geht, wird das p-Dotiermaterial während der Bildung der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 durch Wasserstoff deaktiviert.What the atmosphere in a reaction chamber for forming the p-type nitride semiconductor layer 13 is concerned, it is preferred that it contains hydrogen in a concentration of 5% -70%, more preferably in a concentration of 10% -30%. When the concentration is less than 5%, the crystal property of the p-type nitride semiconductor layer deteriorates 13 due to a reduced atomic migration at the surface for formation and the rate at which the p-type dopant enters the p-type nitride semiconductor layer 13 recorded, decreases. When the concentration exceeds 70%, the p-type dopant becomes p-type during formation of the nitride semiconductor layer 13 deactivated by hydrogen.

Beim Abkühlvorgang sollte die Konzentration an Ammoniak, NH3, in der Atmosphäre vorzugsweise bei 5% oder mehr gehalten werden, wenigstens zu der Zeit, zu der die Substrattemperatur geringer als 950°C wird. Wenn die Konzentration unter 5% liegt, trennt sich Stickstoff leicht von der Oberfläche des p-leitenden Nitrid-Halbleiters ab, was leicht zu einer verschlechterten Kristalleigenschaft an der Oberfläche führt.In the cooling process, the concentration of ammonia, NH 3 , in the atmosphere should preferably be kept at 5% or more, at least at the time when the substrate temperature becomes lower than 950 ° C. When the concentration is less than 5%, nitrogen easily separates from the surface of the p-type nitride semiconductor, which easily results in deteriorated crystal property at the surface.

Auch sollte beim Abkühlvorgang die Konzentration an Ammoniak, NH3, in der Atmosphäre während der Zeit, zu der die Substrattemperatur etwa 950°C–etwa 700°C beträgt, vorzugsweise 30% oder weniger betragen. Wenn sie höher als 30% liegt, nimmt die Lochträgerdichte im p-leitenden Nitridhalbleiter wegen des erhöhten Wasserstoffs leicht ab, der als Folge einer thermischen Zersetzung von Ammoniak, NH3, erzeugt wird.Also, in the cooling process, the concentration of ammonia, NH 3 , in the atmosphere during the time when the substrate temperature is about 950 ° C-about 700 ° C should preferably be 30% or less. If it is higher than 30%, the hole carrier density in the p-type nitride semiconductor slightly decreases because of the increased hydrogen generated as a result of thermal decomposition of ammonia, NH 3 .

KONKRETES BEISPIELCONCRETE EXAMPLE

Nun wird im Folgenden das Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters der vorliegenden Erfindung an konkreten Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.Now In the following, the process for producing a p-type nitride semiconductor will be described of the present invention by concrete examples with reference described on the drawings.

(Konkretes Beispiel 1)(Concrete example 1)

Es wurde ein p-leitender Nitrid-Halbleiter hergestellt, dessen Querschnittsaufbau wie in 1 gezeigt ist.A p-type nitride semiconductor was produced whose cross-sectional structure is as in 1 is shown.

Zuerst wurde ein Substrat 11, das eine hochglanzpolierte Hauptoberfläche aufweist, in einer Reaktionskammer (nicht gezeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten und dann wurde die Temperatur des Substrates auf etwa 1000°C erhöht und Stickstoffgas mit 5 l/min, Wasserstoffgas mit 5 l/min eingeführt, während das Substrat etwa 10 min lang erhitzt wurde. Somit wurden Flecken aus organischer Substanz und an der Hauptoberfläche des Substrates 11 haftende Feuchtigkeit entfernt.First, it became a substrate 11 having a mirror-finished main surface disposed in a reaction chamber (not shown) and held by a substrate holder, and then the temperature of the substrate was raised to about 1000 ° C and nitrogen gas was introduced at 5 L / min, hydrogen gas at 5 L / min while the substrate was heated for about 10 minutes. Thus, stains were formed of organic matter and on the main surface of the substrate 11 sticking moisture away.

Die Substrattemperatur wurde auf etwa 550°C verringert und dann wurde Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 16 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 40 μmol/min eingeführt, um auf der Oberfläche des Substrates 11 eine Pufferschicht 12 aus GaN bis zu einer Dicke von etwa 0,03 μm auszubilden.The substrate temperature was reduced to about 550 ° C and then nitrogen gas as a carrier gas at a rate of about 16 l / min and ammonia, NH 3 , at a rate of about 4 l / min, TMG at a rate of about 40 .mu.mol / min introduced to on the surface of the substrate 11 a buffer layer 12 GaN to form to a thickness of about 0.03 microns.

Die TMG-Zufuhr zur Reaktionskammer wurde einmal eingestellt und die Substrattemperatur wurde auf etwa 1050°C erhöht und auf der Pufferschicht 12 wurde eine 2 μm dicke p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 aus GaN, das mit Mg, einem p-Dotiermaterial, dotiert war, gezüchtet, indem Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 12 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Trägergas und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 μmol/min und Cp2Mg mit einem Durchsatz von etwa 0,2 μmol/min eingeführt wurden. Die Mg-Konzentration im p-leitenden Nitrid-Halbleiter betrug etwa 2 × 1019 cm–3. Der Durchsatz von Wasserstoffgas beinhaltet das zum Verdampfen des TMG und des Cp2Mg benötigte Wasserstoffgas.The TMG feed to the reaction chamber was once set and the substrate temperature was increased to about 1050 ° C and to the buffer layer 12 became a 2 μm thick p-type nitride semiconductor layer 13 of GaN doped with Mg, a p-type dopant, by nitrogen gas at a rate of about 12 l / min, hydrogen gas at a rate of about 4 l / min as a carrier gas, and ammonia, NH 3 , at a rate at about 4 l / min, TMG at a rate of about 80 μmol / min and Cp 2 Mg at a rate of about 0.2 μmol / min. The Mg concentration in the p-type nitride semiconductor was about 2 × 10 19 cm -3 . The throughput of hydrogen gas includes the hydrogen gas needed to vaporize the TMG and Cp 2 Mg.

Die Zufuhr von TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer wurde eingestellt und dann wurde das Substrat 11 von 1050°C auf 950°C in etwa 0,5 min abgekühlt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 12 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas eingeführt wurden.The supply of TMG and Cp 2 Mg to the reaction chamber was stopped and then the substrate became 11 cooled from 1050 ° C to 950 ° C in about 0.5 minutes, while nitrogen gas at a rate of about 12 l / min, hydrogen gas at a rate of about 4 l / min and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min were introduced as ambient gas.

Und dann wurde das Wasserstoffgas eingestellt und wurde Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 16 l/min, Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas zugeführt, während die Temperatur des Substrates 11 in etwa 1,2 min von 950°C auf 700°C gesenkt wurde. Die Abkühlgeschwindigkeit für das Substrat 11 in der Nähe von 800°C betrug etwa 210°C/min. Danach wurde die Zufuhr von Ammoniak, NH3, eingestellt und Stickstoffgas wurde als Umgebungsgas mit einem Durchsatz von etwa 20 l/min weiter strömen gelassen, bis die Substrattemperatur geringer als 100°C wurde.And then, the hydrogen gas was adjusted and nitrogen gas was supplied at a rate of about 16 l / min, ammonia, NH 3 , at a rate of about 4 l / min as the ambient gas, while the temperature of the substrate 11 was lowered from 950 ° C to 700 ° C in about 1.2 minutes. The cooling rate for the substrate 11 near 800 ° C was about 210 ° C / min. Thereafter, the supply of ammonia, NH 3 , was stopped and nitrogen gas was allowed to flow as the ambient gas at a rate of about 20 l / min until the substrate temperature became lower than 100 ° C.

Nachdem das Abkühlen beendet war, wurde das mit der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 versehene Substrat 11 aus der Reaktionskammer genommen. Das Substrat 11 wurde in einzelne Chips von 5 mm im Quadrat getrennt, ohne ein Nachtempern zu durchlaufen. Der Hall-Effekt des Chips wurde durch das Verfahren nach Van der Pauw gemessen; das Ergebnis zeigte, dass die Lochträgerdichte 1,6 × 1017 cm–3 betrug und es eine gute p-leitende Halbleiterschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand gab. Die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 vor dem Abkühlen wurde mit etwa 2,0 × 1017 cm–3 als Ergebnis einer Extrapolation der Abkühlzeit auf Null in 6 geschätzt. Folglich wurde die Abnahme der Lochträgerdichte während des Abkühlvorgangs innerhalb etwa 20% unterdrückt.After the cooling was completed, it became the p-type nitride semiconductor layer 13 provided substrate 11 taken from the reaction chamber. The substrate 11 was separated into individual chips of 5 mm square without undergoing post-annealing. The Hall effect of the chip was measured by the Van der Pauw method; the result showed that the hole carrier density was 1.6 × 10 17 cm -3 and there was a good p-type semiconductor layer with low resistivity. The hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer 13 before cooling, at about 2.0 × 10 17 cm -3 as a result of extrapolation of the cooling time to zero in 6 estimated. Consequently, the decrease in the hole carrier density during the cooling process was suppressed within about 20%.

(Konkretes Beispiel 2)(Concrete example 2)

Ein p-leitender Nitrid-Halbleiter des vorliegenden Beispiels 2 wurde in der gleichen Prozedur wie in Beispiel 1 herge stellt, außer dass die Bedingungen der Atmosphäre während des Abkühlvorgangs modifiziert wurden.A p-type nitride semiconductor of the present example 2 was prepared in the same procedure as in Example 1 Herge except that the conditions of the atmosphere were modified during the cooling process.

Nachdem die p-leitende Halbleiterschicht 13 ausgebildet war, wurde die Zufuhr von TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer eingestellt und dann wurde das Substrat 11 von 1050°C auf 700°C in etwa 1,7 min abgekühlt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 12 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas zugeführt wurden. Es dauerte etwa 0,5 min, bis die Temperatur des Substrates 11 von 1050°C auf 950°C herunterkam, etwa 1,2 min von 950°C auf 700°C. Die Abkühlgeschwindigkeit für das Substrat 11 in der Nähe von 800°C betrug etwa 210°C/min.After the p-type semiconductor layer 13 was formed, the supply of TMG and Cp 2 Mg was adjusted to the reaction chamber and then the substrate became 11 cooled from 1050 ° C to 700 ° C in about 1.7 minutes, while nitrogen gas at a rate of about 12 l / min, hydrogen gas at a rate of about 4 l / min and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min were supplied as ambient gas. It took about 0.5 min to reach the temperature of the substrate 11 from 1050 ° C to 950 ° C, for about 1.2 minutes from 950 ° C to 700 ° C. The cooling rate for the substrate 11 near 800 ° C was about 210 ° C / min.

Nachdem die Temperatur des Substrates 11 geringer als 700°C wurde, wurde die Zufuhr von Wasserstoffgas und Ammoniak, NH3, eingestellt und Stickstoffgas wurde als Umgebungsgas mit einem Durchsatz von etwa 20 l/min weiter strömen gelassen, bis die Substrattemperatur geringer als 100°C wurde.After the temperature of the substrate 11 was lower than 700 ° C, the supply of hydrogen gas and ammonia, NH 3 , was adjusted and nitrogen gas was allowed to flow as ambient gas at a rate of about 20 l / min until the substrate temperature became lower than 100 ° C.

Nachdem das Abkühlen beendet war, wurde das mit der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 versehene Substrat 11 aus der Reaktionskammer genommen. Das Substrat 11 wurde in einzelne Chips von 5 mm im Quadrat getrennt. Der Hall-Effekt des Chips wurde gemessen. Das Ergebnis der Messung zeigte, dass die Lochträgerdichte etwa 4,6 × 1016 cm–3 betrug. Die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 vor dem Abkühlen wurde mit etwa 2,0 × 1017 cm–3 angenommen. Folglich wurde die Abnahme der positiven Lochträgerdichte während des Abkühlvorgangs innerhalb etwa 77% unterdrückt.After the cooling was completed, it became the p-type nitride semiconductor layer 13 provided substrate 11 taken from the reaction chamber. The substrate 11 was separated into individual chips of 5 mm square. The Hall effect of the chip was measured. The result of the measurement showed that the hole carrier density was about 4.6 × 10 16 cm -3 . The hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer 13 before cooling, it was assumed to be about 2.0 × 10 17 cm -3 . Consequently, the decrease in the positive punch carrier density during the cooling process was suppressed within about 77%.

(Vergleichsbeispiel 1)Comparative Example 1

Ein p-leitender Nitrid-Halbleiter des vorliegenden Vergleichsbeispiels 1 wurde in der gleichen Prozedur wie im konkreten Beispiel 2 hergestellt, außer dass die Abkühlzeit (o der -geschwindigkeit) während des Abkühlvorgangs modifiziert wurden.One p-type nitride semiconductor of the present comparative example 1 was prepared in the same procedure as in Example 2, except that the cooling time (o the speed) during the cooling process were modified.

Nachdem die p-leitende Halbleiterschicht 13 ausgebildet war, wurde die Zufuhr von TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer eingestellt und dann wurde das Substrat 11 von 1050°C auf 700°C in etwa 5,6 min abgekühlt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 12 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas zugeführt wurden. Es dauerte etwa 1,6 min, bis die Temperatur des Substrates 11 von 1050°C auf 950°C herunterkam, etwa 4,0 min von 950°C auf 700°. Die Abkühlgeschwindigkeit für das Substrat 11 in der Nähe von 800°C betrug etwa 63°C/min.After the p-type semiconductor layer 13 was formed, the supply of TMG and Cp 2 Mg was adjusted to the reaction chamber and then the substrate became 11 cooled from 1050 ° C to 700 ° C in about 5.6 min, while nitrogen gas at a rate of about 12 l / min, hydrogen gas at a rate of about 4 l / min and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min were supplied as ambient gas. It took about 1.6 min, until the temperature of the substrate 11 from 1050 ° C to 950 ° C, about 4.0 minutes from 950 ° C to 700 °. The cooling rate for the substrate 11 near 800 ° C was about 63 ° C / min.

Nachdem die Temperatur des Substrates 11 geringer als 700°C wurde, wurde die Zufuhr von Wasserstoffgas und Ammoniak, NH3, eingestellt und Stickstoffgas wurde als Umgebungsgas mit einem Durchsatz von etwa 20 l/min weiter strömen gelassen, bis die Substrattemperatur geringer als 100°C wurde.After the temperature of the substrate 11 was lower than 700 ° C, the supply of hydrogen gas and ammonia, NH 3 , was adjusted and nitrogen gas was allowed to flow as ambient gas at a rate of about 20 l / min until the substrate temperature became lower than 100 ° C.

Nachdem das Abkühlen beendet war, wurde das mit der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 versehene Substrat 11 aus der Reaktionskammer genommen. Das Substrat 11 wurde in einzelne Chips von 5 mm im Quadrat getrennt. Der Hall-Effekt des Chips wurde gemessen. Das Ergebnis der Messung zeigte, dass die Lochträgerdichte etwa 2 × 1015 cm–3 betrug.After the cooling was completed, it became the p-type nitride semiconductor layer 13 provided substrate 11 taken from the reaction chamber. The substrate 11 was separated into individual chips of 5 mm square. The Hall effect of the chip was measured. The result of the measurement showed that the hole carrier density was about 2 × 10 15 cm -3 .

Die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 vor dem Abkühlen wurde mit etwa 2,0 × 1017 cm–3 angenommen. Folglich nahm die Lochträgerdichte während des Abkühlvorgangs um etwa 99% ab.The hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer 13 before cooling, it was assumed to be about 2.0 × 10 17 cm -3 . Consequently, the hole carrier density decreased by about 99% during the cooling process.

(Konkretes Beispiel 3)(Concrete example 3)

9 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters, der gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, zeigt. 9 FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor fabricated according to another exemplary embodiment of the present invention. FIG.

Im vorliegenden konkreten Beispiel wurde eine Licht ausstrahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter hergestellt, bei der eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht am weitesten oben angeordnet war.in the The present concrete example has been a light emitting device made with nitride semiconductors, at the top of a p-type nitride semiconductor layer was arranged.

Die Licht ausstrahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter umfasst eine erste n-leitende Plattierschicht 22 aus nicht dotiertem GaN, eine zweite n-leitende Plattierschicht 23 aus nicht dotiertem AlGaN, eine Licht ausstrahlende Schicht 24 aus nicht dotiertem InGaN und eine Zwischenschicht 25 aus nicht dotiertem GaN und eine p-leitende Plattierschicht 26 aus mit Mg dotiertem AlGaN, die in der Reihenfolge auf einem Substrat 21 aus mit Si dotiertem n-leitenden GaN übereinander angeordnet sind. Auf der p-leitenden Plattierschicht 26 befindet sich eine aus Pt und Au bestehende p-Elektrode 27, die in der Reihenfolge angeordnet ist, während eine n-Elektrode 28 aus Ti und Au besteht, welche auf dem freiliegenden Gebiet des Substrates 21 angeordnet ist. Somit ist die vorliegenden Licht ausstrahlende Einrichtung eine Leuchtdiode, die einen pn-Übergang mit der Licht ausstrahlenden Schicht 24 dazwischen bildet.The nitride semiconductor light emitting device comprises a first n-type cladding layer 22 of undoped GaN, a second n-type cladding layer 23 of undoped AlGaN, a light emitting layer 24 of undoped InGaN and an intermediate layer 25 of undoped GaN and a p-type cladding layer 26 from Mg-doped AlGaN, in order on a substrate 21 of Si doped n-type GaN are arranged one above the other. On the p-type cladding layer 26 there is a p-electrode consisting of Pt and Au 27 which is arranged in order while an n-electrode 28 Ti and Au, which are in the exposed area of the substrate 21 is arranged. Thus, the present light emitting device is a light emitting diode having a pn junction with the light emitting layer 24 forms between.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Leuchtdiode mit der obigen Konfiguration beschrieben.in the Below is a method for producing the light emitting diode with of the above configuration.

Zuerst wurde ein Substrat 21, das aus GaN besteht, das mit Si dotiert ist, um eine n-Eigenschaft bereitzustellen, und eine hochglanzpolierte Oberfläche aufweist, in einer Reaktionskammer (nicht gezeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten. Die Temperatur des Substrats 21 wurde auf etwa 1100°C erhöht und das Substrat 21 wurde etwa 1 min lang er hitzt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von 4 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von 2 l/min dem Substrat 21 zugeführt wurden. Somit wurden Flecken aus organischer Substanz und an der Oberfläche haftende Feuchtigkeit entfernt.First, it became a substrate 21 GaN composed of GaN doped with Si to provide an n-type property and having a mirror-finished surface, disposed in a reaction chamber (not shown) and held by a substrate holder. The temperature of the substrate 21 was increased to about 1100 ° C and the substrate 21 It was heated for about 1 minute while nitrogen gas at a flow rate of 4 l / min, hydrogen gas at a flow rate of 4 l / min and ammonia, NH 3 , at a rate of 2 l / min to the substrate 21 were fed. Thus, organic matter stains and surface moisture were removed.

Die Substrattemperatur wurde bei etwa 1.100°C gehalten und es wurden Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 μmol/min eingeführt, um die erste n-leitende Plattierschicht 22 aus nicht dotiertem GaN bis zu einer Dicke von 0,5 μm auszubilden.The substrate temperature was maintained at about 1100 ° C and there were nitrogen gas at a rate of about 13 l / min, hydrogen gas at a rate of about 3 l / min as a carrier gas and ammonia, NH 3 , at a rate of about 4 l / min , TMG introduced at a rate of about 80 μmol / min to the first n-type cladding layer 22 of undoped GaN to a thickness of 0.5 μm.

Nachdem die erste n-leitende Plattierschicht 22 ausgebildet war, wurde die Temperatur des Substrates 21 bei etwa 1050°C gehalten und wurden Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 15 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 2 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 40 μmol/min und Trimethylaluminium (TMA) mit einem Durchsatz von etwa 3 μmol/min eingeführt, um eine 0,05 μm dicke zweite n-leitende Plattierschicht 23 aus nicht dotiertem Al0.05Ga0.95N auszubilden.After the first n-type cladding layer 22 was formed, the temperature of the substrate was 21 held at about 1050 ° C and were nitrogen gas at a rate of about 15 l / min, hydrogen gas at a rate of about 3 l / min as a carrier gas and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 2 l / min, TMG with a Throughput of about 40 .mu.mol / min and trimethylaluminum (TMA) with a throughput of about 3 .mu.mol / min introduced to a 0.05 micron thick second n-type cladding layer 23 of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N.

Nachdem die zweite n-leitende Plattierschicht 23 ausgebildet war, wurde die Zufuhr von TMG und TMA eingestellt, wurde die Temperatur des Substrates 21 auf etwa 700°C gesenkt und auf dieser Höhe gehalten. Es wurden Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min, Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 6 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 4 μmol/min und Trimethylindium (TMI) mit einem Durchsatz von etwa 1 μmol/min eingeführt, um eine SQW-Licht ausstrahlende Schicht 24 aus nicht dotiertem In0.15Ga0.85N bis zu einer Dicke von etwa 0,002 μm auszubilden.After the second n-type plating layer 23 was formed, the supply of TMG and TMA was adjusted, the temperature of the substrate was 21 lowered to about 700 ° C and held at this altitude. Nitrogen gas as a carrier gas at a rate of about 14 l / min, ammonia, NH 3 , at a rate of about 6 l / min, TMG at a rate of about 4 μmol / min and trimethylindium (TMI) at a rate of about 1 μmol / min introduced to a SQW light emitting layer 24 of undoped In 0.15 Ga 0.85 N to form a thickness of about 0.002 microns.

Nachdem die Licht ausstrahlende Schicht 24 gezüchtet war, wurde die Zufuhr von TMI eingestellt und wurden Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von 6 l/min, TMG mit einem Durchsatz von 2 μmol/min weiter auf das Substrat 21 strömen gelassen, wobei die Substrattemperatur zu 1050°C hin erhöht wurde. Auf diese Weise wurde die Zwischenschicht 25 aus nicht dotiertem GaN bis zu einer Dicke von 0,004 μm ausgebildet.After the light-emitting layer 24 The supply of TMI was stopped, and nitrogen gas as a carrier gas at a rate of about 14 l / min and ammonia, NH 3 , at a rate of 6 l / min, TMG at a rate of 2 μmol / min substratum 21 allowed to flow, wherein the substrate temperature was increased to 1050 ° C out. In this way, the intermediate layer became 25 formed of non-doped GaN to a thickness of 0.004 microns.

Nachdem die Temperatur des Substrates 21 1050°C erreichte, wurden Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Trägergas und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von 2 l/min, TMG mit einem Durchsatz von 40 μmol/min, TMA mit einem Durchsatz von 3 μmol/min und Cp2Mg mit einem Durchsatz von 0,4 μmol/min eingeführt, um eine p-leitende Plattierschicht 26 aus mit Mg dotiertem Al0.05Ga0.95N bis zu einer Dicke von 0,2 μm auszubilden. Die Mg-Konzentration in der p-leitenden Plattierschicht betrug etwa 8 × 1019 cm–3.After the temperature of the substrate 21 Reached 1050 ° C were nitrogen gas at a rate of about 14 l / min, hydrogen gas at a rate of about 4 l / min as the carrier gas and ammonia, NH 3 , at a rate of 2 l / min, TMG at a rate of 40 μmol / min, TMA at a rate of 3 μmol / min and Cp 2 Mg at a rate of 0.4 μmol / min introduced to form a p-type cladding layer 26 from Mg-doped Al 0.05 Ga 0.95 N to form a thickness of 0.2 microns. The Mg concentration in the p-type cladding layer was about 8 × 10 19 cm -3 .

Nachdem die p-leitende Plattierschicht 26 gezüchtet war, wurde die Zufuhr von TMG, TMA und Cp2Mg beendet und wurde die Temperatur des Substrates 21 von 1050°C auf 950°C in etwa 0,5 min gesenkt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 2 l/min als Umgebungsgas eingeführt wurden.After the p-type cladding layer 26 was bred, the supply of TMG, TMA and Cp 2 Mg was stopped and became the temperature of the substrate 21 from 1050 ° C to 950 ° C in about 0.5 minutes, while nitrogen gas at a rate of about 14 l / min, hydrogen gas at a rate of about 4 l / min and ammonia, NH 3 , at a rate of about 2 l / min were introduced as ambient gas.

Die Zufuhr des Wasserstoffgases wurde eingestellt und dann wurde die Temperatur des Substrates 21 von 950°C auf 700°C in etwa 1,2 min gesenkt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 18 l/min, Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 2 l/min als Umgebungsgas zugeführt wurden. Die Abkühlgeschwindigkeit für das Substrat 21 in der Nähe von 800°C betrug etwa 210°C/min.The supply of the hydrogen gas was stopped and then the temperature of the substrate became 21 from 950 ° C to 700 ° C in about 1.2 minutes, while feeding nitrogen gas at a rate of about 18 l / min, ammonia, NH 3 , at a rate of about 2 l / min as the ambient gas. The cooling rate for the substrate 21 near 800 ° C was about 210 ° C / min.

Nachdem die Temperatur des Substrates 21 geringer als 700°C wurde, wurde die Zufuhr von Ammoniak, NH3, eingestellt, während Stickstoffgas als Umgebungsgas mit einem Durchsatz von etwa 20 l/min weiter strömen gelassen wurde, bis die Temperatur des Substrates 21 geringer als 100°C wurde. Dann wurde das Substrat 21 aus der Reaktionskammer genommen.After the temperature of the substrate 21 was less than 700 ° C, the supply of Ammo ammonia, NH 3 , while nitrogen gas was allowed to flow as ambient gas at a rate of about 20 l / min until the temperature of the substrate 21 less than 100 ° C was. Then the substrate became 21 taken from the reaction chamber.

Die somit bereitgestellten p-Nitrid-Halbleiterschichten, unter anderem die p-leitende Plattierschicht 26, erwiesen sich selbst als gute p-leitende Halbleiterschichten mit niedrigem spezifischem Widerstand, ohne den Nachtempervorgang zum Aktivieren des dotierten Mg zu durchlaufen.The thus provided p-nitride semiconductor layers, including the p-type cladding layer 26 , themselves proved to be good p-type low resistivity semiconductor layers without undergoing the post-annealing process to activate the doped Mg.

Als nächstes wurde über die Oberfläche des Nitrid-Halbleiters mit einem somit ausgebildeten Aufbau aus übereinander angeordneten Schichten durch einen CVD-Vorgang eine SiO2-Schicht abgeschieden, ohne irgend ein Nachtemperm anzuwenden. Darauf wurde durch Photolithographie und einen Nassätzvorgang ein rechteckiges Muster bereitgestellt und eine Ätzmaske aus SiO2 ausgebildet. Unter Anwendung eines Vorgangs des reaktiven Ionenätzens wurden die p-leitende Plattierschicht 26, die Zwischenschicht 25, die Licht ausstrahlende Schicht 24, die zweite n-leitende Plattierschicht 23, die erste n-leitende Plattierschicht 22 und ein Teil des Substrates in einer Richtung umgekehrt zur Stapelrichtung entfernt, bis das Substrat 21 bis zu einer Tiefe von etwa 1 μm weggeätzt war. Somit wurde die Oberfläche des Substrates 21 teilweise freigelegt. Auf einem Teil der freiliegenden Oberfläche des Substrates 21 wurde eine n-Elektrode 28 ausgebildet, indem durch Photolithographie und einen Verdampfungsvorgang 0,1 μm dickes Ti und 0,5 μm dickes Au übereinander angeordnet wurden. Nach dem Entfernen der Ätzmaske aus SiO2 durch einen Nassätzvorgang wurde eine aus 0,3 μm dickem Pt und 0,5 μm dickem Au bestehende p-Elektrode 27, die den größten Teil der Oberfläche der p-leitenden Plattierschicht 26 bedeckte, unter Anwendung der Photolithographie und eines Verdampfungsvorgangs bereitgestellt. Die Dicke des Substrates 21 wurde durch Schleifen der Rückseite auf eine Dicke von 100 μm eingestellt und dann durch Zerschneiden in einzelne Chips getrennt.Next, an SiO 2 layer was deposited over the surface of the nitride semiconductor with a stacked layer structure thus formed by a CVD process, without applying any night-time tempering. Then, a rectangular pattern was provided by photolithography and a wet etching, and an etching mask of SiO 2 was formed. Using a reactive ion etching process, the p-type cladding layer became 26 , the intermediate layer 25 , the light emitting layer 24 , the second n-type cladding layer 23 , the first n-type cladding layer 22 and removing a portion of the substrate in a direction reverse to the stacking direction until the substrate 21 was etched away to a depth of about 1 micron. Thus, the surface of the substrate became 21 partially uncovered. On a part of the exposed surface of the substrate 21 became an n-electrode 28 formed by superimposing 0.1 μm thick Ti and 0.5 μm thick Au by photolithography and an evaporation process. After removing the etching mask of SiO 2 by wet etching, a p-electrode consisting of 0.3 μm thick Pt and 0.5 μm thick Au was formed 27 covering most of the surface of the p-type cladding layer 26 provided using photolithography and an evaporation process. The thickness of the substrate 21 was set by grinding the backside to a thickness of 100 μm and then separated by dicing into individual chips.

Somit wurde in dem Aufbau, wie in 9 dargestellt, eine Licht ausstrahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter bereitgestellt.Thus, in the construction as in 9 1, a light-emitting device with nitride semiconductor is provided.

Die Licht ausstrahlende Einrichtung wurde mit den Elektroden des Chips nach unten an einer Si-Diode angebracht, an der ein Paar positiver und negativer Elektroden bereitgestellt sind. Sie sind durch einen Au-Höcker miteinander verbunden. Die Licht ausstrahlende Einrichtung wurde so angebracht, dass die p-Elektrode 27 bzw. die n-Elektrode 28 mit der negativen Elektrode und der positiven Elektrode der Si-Diode verbunden werden. Dann wurde die die Licht ausstrahlende Einrichtung tragende Si-Diode unter Verwendung von Ag-Paste an einem Fuß angebracht, die positive Elektrode der Si-Diode wurde mit einem Draht an einer Elektrode am Fuß angeschlossen und dann mit einem Harz umformt, um eine fertige Leuchtdiode bereitzustellen. Die Leuchtdiode wurde mit einem Strom in Durchlassrichtung von 20 mA betrieben und sie strahlte blaues Licht mit einer Spitzenwellenlänge von 470 nm aus, wobei sie von der Rückseite des Substrates 21 aus eine gleichmäßige Lichtausstrahlung zeigte. Die Lichtleistung betrug 4 mW, die Betriebsspannung in Durchlassrichtung betrug 3,4 V.The light emitting device was attached with the electrodes of the chip down to a Si diode on which a pair of positive and negative electrodes are provided. They are connected by an Au cusp. The light emitting device was mounted so that the p-electrode 27 or the n-electrode 28 be connected to the negative electrode and the positive electrode of the Si diode. Then, the Si-diode supporting the light-emitting device was attached to a foot using Ag paste, the positive electrode of the Si-diode was connected to an electrode on the foot with a wire, and then molded with a resin to form a finished light-emitting diode provide. The LED was operated with a forward current of 20mA and emitted blue light with a peak wavelength of 470nm from the back side of the substrate 21 showed a uniform light emission. The light power was 4 mW, the operating voltage in the forward direction was 3.4 V.

Wie im Obigen beschrieben, wurde im vorliegenden konkreten Beispiel eine p-leitende Halbleiterschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand und guter Qualität als die p-leitende Plattierschicht 26 ausgebildet. Im Abkühlvorgang wird die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes der p-leitenden Plattierschicht 26 beibehalten. Als Folge wird eine Licht ausstrahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter, die mit einer geringen Spannung arbeitet und eine hohe Leistung erbringt, verfügbar gemacht, ohne irgendeine Nachtemperbehand lung oder eine weitere solche spezifische Verarbeitung zu erfordern.As described above, in the present concrete example, a p-type semiconductor layer having low resistivity and good quality has been used as the p-type cladding layer 26 educated. In the cooling process, the low resistivity property of the p-type cladding layer becomes 26 maintained. As a result, a nitride semiconductor light emitting device operating at a low voltage and high in performance is provided without requiring any post-annealing or other such specific processing.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters der vorliegenden Erfindung wird auf einem Substrat eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand in einer Atmosphäre ausgebildet, die Wasserstoff bis zu einem bestimmten spezifischen Grade enthält, bei dem die Deaktivierung eines p-Dotiermittels gut unterdrückt werden kann; und wird die somit ausgebildete p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht in einer bestimmten spezifischen Abkühlzeit oder Atmosphäre abgekühlt, so dass die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht in einer Weise abnimmt, in der die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes ziemlich beibehalten wird. Als Ergebnis wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter mit einer guten Kristalleigenschaft verfügbar gemacht, ohne dass irgendeine Nachtemperbehandlung benötigt wird.at a method for producing a p-type nitride semiconductor The present invention is a p-type on a substrate Nitride semiconductor layer with low resistivity in an atmosphere formed, the hydrogen up to a specific specific Contains grade, in which the deactivation of a p-type dopant are well suppressed can; and becomes the p-type nitride semiconductor layer thus formed cooled in a specific specific cooling time or atmosphere, so that the hole carrier density the p-type nitride semiconductor layer decreases in a manner in that the property of low resistivity quite is maintained. As a result, a p-type nitride semiconductor made available with a good crystal property without any Night tempering needed becomes.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters der vorliegenden Erfindung wird auf einem Substrat eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht ausgebildet und wird die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht während eines bestimmten spezifischen Substrattemperaturbereichs im Abkühlvorgang unter einer bestimmten spezifischen Kombination von Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und Abkühlzeit oder Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt, unter welcher Kombination das p-Dotiermatieral kaum deaktiviert wird. Als Ergebnis wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter mit niedrigem spezifischem Widerstand und einer guten Kristallqualität verfügbar gemacht, ohne dass irgendeine Nachtemperbehandlung oder eine andere solche spezifische Verarbeitung benötigt wird.In a method for producing a p-type nitride semiconductor of the present invention, a p-type nitride semiconductor layer is formed on a substrate, and the p-type nitride semiconductor layer is cooled during a certain specific substrate temperature range under a certain specific combination of hydrogen concentration in the atmosphere and cooling time or hydrogen concentration in the atmosphere and cooling rate cooled, under which combination the p-type dopant is hardly deactivated. As a result, a p-type nitride semiconductor having a low resistivity and a good crystal quality is provided without requiring any post-annealing or other such specific processing.

Ferner kann beim Verfahren der vorliegenden Erfindung der Herstellungsvorgang für den p-leitenden Nitrid-Halbleiter vereinfacht werden, so dass die Kosten für die Herstellung einer Nitrid-Halbleitereinrichtung, die einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter einschließt, verringert werden können.Further In the method of the present invention, the manufacturing process for the p-type nitride semiconductor be simplified, so that the cost of producing a nitride semiconductor device, the a p-type nitride semiconductor can be reduced.

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters, welches umfasst: Einen eine Halbleiterschicht ausbildenden Vorgang zum Ausbilden einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht (13) mit niedrigem spezifischem Widerstand auf einem Substrat (11), das bei einer Temperatur von 600°C oder mehr gehalten wird, indem eine Quelle für ein p-Dotiermittel, eine Stickstoffquelle und eine Quelle für Gruppe III auf das Substrat (11) geführt werden, und einen Abkühlvorgang zum Abkühlen des die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht (13) tragenden Substrates (11); gekennzeichnet durch Vorbestimmen der Abnahme der Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht (13) in einem Bereich von 0% bis 95%, und Steuern der Abkühlzeit und der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre beim Abkühlvorgang, um die vorbestimmte Abnahme der Lochträgerdichte zu erreichen.A method of fabricating a p-type nitride semiconductor, comprising: a semiconductor layer-forming process of forming a p-type nitride semiconductor layer ( 13 ) with low resistivity on a substrate ( 11 ) maintained at a temperature of 600 ° C or more by exposing a source of a p-type dopant, a nitrogen source and a group III source to the substrate ( 11 ) and a cooling process for cooling the p-type nitride semiconductor layer ( 13 ) supporting substrate ( 11 ); characterized by predetermining the decrease in the hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer ( 13 ) in a range of 0% to 95%, and controlling the cooling time and the hydrogen concentration in the atmosphere in the cooling process to achieve the predetermined decrease in the hole carrier density. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters nach Anspruch 1, bei dem der Abkühlvorgang eine Prozedur enthält, während der das Substrat (11) innerhalb von 30 min von der Substrattemperatur im eine Halbleiterschicht ausbildenden Vorgang auf 600°C abgekühlt wird.A method of fabricating a p-type nitride semiconductor according to claim 1, wherein the cooling process includes a procedure during which the substrate ( 11 ) is cooled to 600 ° C within 30 minutes from the substrate temperature in the process of forming a semiconductor layer. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Atmosphäre im eine Halbleiterschicht bildenden Vorgang 5–70 Vol.-% Wasserstoff enthält.Process for producing a p-type nitride semiconductor according to claim 1 or 2, wherein the atmosphere in a semiconductor layer forming process 5-70 Vol .-% hydrogen contains. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die während einer Prozedur eingeführte Atmosphäre im Abkühlvorgang zum Abkühlen des Substrates (11) von einer Substrattemperatur im eine Halbleiterschicht bildenden Vorgang auf 600°C 5–50 Vol.-% Wasserstoff enthält.A method of fabricating a p-type nitride semiconductor according to claim 1 or 2, wherein the atmosphere introduced during a procedure in the cooling process for cooling the substrate ( 11 ) from a substrate temperature in the semiconductor layer forming process to 600 ° C 5-50 vol .-% hydrogen. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die während einer Prozedur eingeführte Atmosphäre im Abkühlvorgang zum Abkühlen des Substrates (11) von der Substrattemperatur im eine Halbleiterschicht bildenden Vorgang auf 600°C Ammoniak, NH3, enthält.A method of fabricating a p-type nitride semiconductor according to claim 1 or 2, wherein the atmosphere introduced during a procedure in the cooling process for cooling the substrate ( 11 ) from the substrate temperature in the process forming a semiconductor layer to 600 ° C ammonia, NH 3 . Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das Substrat (11) auf einer Temperatur von 950°C oder mehr gehalten wird, und bei dem das Substrat (11) im Abkühlvorgang während einer Prozedur zum Abkühlen des Substrates (11) von 950°C auf 700°C unter bestimmten spezifischen Kombinationen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlzeit abgekühlt wird, bei denen die p-leitende Nitridhalbleiterschicht (13) die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes beibehalten kann.A method of making a p-type nitride semiconductor according to any of claims 1-5, wherein the substrate ( 11 ) is maintained at a temperature of 950 ° C or more, and wherein the substrate ( 11 ) in the cooling process during a procedure for cooling the substrate ( 11 ) is cooled from 950 ° C to 700 ° C under certain specific combinations of the concentration of hydrogen in the atmosphere and the cooling time during which the p-type nitride semiconductor layer ( 13 ) can maintain the property of low resistivity. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters nach Anspruch 6, bei dem die Kombination der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlzeit in ein Gebiet fällt, das durch Punkte A–B–C–D–E–F in einer X-Y-Koordinate spezifiziert werden kann, wobei die X-Achse die Wasserstoffkonzentration (%) in der Atmosphäre darstellt und die Y-Achse die Abkühlzeit (min) darstellt, in dem der Punkt A(50, 1,5), Punkt B (30, 1,8), Punkt C (10, 4,1), Punkt D (0, 15), Punkt E (0, 0,5) und Punkt F (50, 0,5) sind.Process for producing a p-type nitride semiconductor according to claim 6, wherein the combination of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling time falling into an area that by points A-B-C-D-E-F in a X-Y coordinate specified where the x-axis is the hydrogen concentration (%) in the atmosphere represents and the Y-axis represents the cooling time (min), in the point A (50, 1.5), point B (30, 1.8), point C (10, 4.1), Point D (0, 15), point E (0, 0.5) and point F (50, 0.5). Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters nach einem der Ansprüche 1–7, wobei das Substrat (11) auf einer Temperatur von 950°C oder mehr gehalten wird, und bei dem das Substrat (11) in der Nähe von 800°C unter bestimmten spezifischen Kombinationen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt wird, bei denen die p-leitende Nitridhalbleiterschicht (13) die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes beibehalten kann.A process for producing a p-type nitride semiconductor according to any one of claims 1-7, wherein the substrate ( 11 ) is maintained at a temperature of 950 ° C or more, and wherein the substrate ( 11 ) is cooled in the vicinity of 800 ° C under certain specific combinations of the concentration of hydrogen in the atmosphere and the cooling rate at which the p-type nitride semiconductor layer ( 13 ) can maintain the property of low resistivity. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbeiters nach Anspruch 8, bei I dem die Kombination der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlzeit in ein Gebiet fällt, das durch Punkte O – P – Q – R – S – T in einer X-Y-Koordinate spezifiziert werden kann, wobei die X-Achse die Wasserstoffkonzentration (%) in der Atmosphäre darstellt und die Y-Achse die Abkühlgeschwindigkeit (°C/min) darstellt, in dem der Punkt O(50, 250). Punkt P (30, 140), Punkt Q (10, 61), Punkt R (0, 17), Punkt S (0, 500) und Punkt T (50, 500) sind.A method of making a p-type nitride semiconductor according to claim 8, wherein the combination of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling time falls within a range represented by points O - P - Q - R - S - T in an XY Coordinate can be specified, where the X-axis represents the hydrogen concentration (%) in the atmosphere and the Y-axis represents the cooling rate (° C / min), in the point O (50, 250). Point P (30, 140), point Q (10, 61), point R (0, 17), point S (0, 500) and point T (50, 500). Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die Oberfläche des p-leitenden Nitrid-Halbleiters (13) frei liegt, und bei dem die Wasserstoffkonzentration in der Nähe der Oberfläche des p-leitenden NitridHalbleiters (13) gleich dem 1- bis 10-fachen derjenigen im Inneren des p-leitenden Nitrid-Halbleiters (13) ist.A method for producing a p-type nitride semiconductor according to any one of claims 1-9, wherein the surface of the p-type nitride semiconductor ( 13 ) and in which the concentration of hydrogen in the vicinity of the surface of the p-type nitride semiconductor ( 13 ) equal to 1 to 10 times that inside the p-type nitride semiconductor ( 13 ).
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