JP2001102633A - 窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法Info
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- JP2001102633A JP2001102633A JP2000225975A JP2000225975A JP2001102633A JP 2001102633 A JP2001102633 A JP 2001102633A JP 2000225975 A JP2000225975 A JP 2000225975A JP 2000225975 A JP2000225975 A JP 2000225975A JP 2001102633 A JP2001102633 A JP 2001102633A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＩｎＧａＮ量子井戸活性層上にＡｌＧａＮ保
護層を設けた窒化物系化合物半導体発光素子において、
発光強度を増加し、面内均一性を向上する。 【解決手段】 活性層４を成長する工程１１０の後、成
長中断工程１１１を設けてその期間中に基板温度を昇温
する。その後、成長中断を一定期間継続する工程１１２
の後、その昇温した温度でＡｌＧａＮ保護層を成長する
工程１１３を行う。ＡｌＧａＮ保護層の結晶性および平
坦性が改善され、キャリアー濃度等の均一性も向上す
る。
護層を設けた窒化物系化合物半導体発光素子において、
発光強度を増加し、面内均一性を向上する。 【解決手段】 活性層４を成長する工程１１０の後、成
長中断工程１１１を設けてその期間中に基板温度を昇温
する。その後、成長中断を一定期間継続する工程１１２
の後、その昇温した温度でＡｌＧａＮ保護層を成長する
工程１１３を行う。ＡｌＧａＮ保護層の結晶性および平
坦性が改善され、キャリアー濃度等の均一性も向上す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザや発
光ダイオード等の窒化物系化合物半導体発光素子の製造
方法に関し、特に、窒化物系化合物半導体層からなる活
性層上にＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌyＧａ1-y
ＮjＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧ
ａ1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保
護層を設けた窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法
に関する。
光ダイオード等の窒化物系化合物半導体発光素子の製造
方法に関し、特に、窒化物系化合物半導体層からなる活
性層上にＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌyＧａ1-y
ＮjＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧ
ａ1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保
護層を設けた窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】活性層に窒化ガリウム系化合物半導体を
用いた発光素子は、各化合物半導体層の組成を調整する
ことにより青色から橙色までの幅広い波長で発光させる
ことができる。図２に、この窒化ガリウム系化合物半導
体を用いた発光ダイオードの一般的な構造を示す。
用いた発光素子は、各化合物半導体層の組成を調整する
ことにより青色から橙色までの幅広い波長で発光させる
ことができる。図２に、この窒化ガリウム系化合物半導
体を用いた発光ダイオードの一般的な構造を示す。
【０００３】この発光ダイオードは、サファイア基板１
上に、ＡｌＮバッファー層２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
３、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ単一量子井戸活性層４、Ｍｇドー
プｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層５、Ｍｇドープｐ型Ｇａ
Ｎ層６を順次積層した構造を備えている。ｐ型ＧａＮ層
６の上には透光性電極８およびｐ型電極９が形成され、
ｎ型ＧａＮ層３の露出部上にはｎ型電極７が形成されて
いる。ここで、保護層５は活性層をダメージから保護す
るために用いられる。
上に、ＡｌＮバッファー層２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
３、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ単一量子井戸活性層４、Ｍｇドー
プｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層５、Ｍｇドープｐ型Ｇａ
Ｎ層６を順次積層した構造を備えている。ｐ型ＧａＮ層
６の上には透光性電極８およびｐ型電極９が形成され、
ｎ型ＧａＮ層３の露出部上にはｎ型電極７が形成されて
いる。ここで、保護層５は活性層をダメージから保護す
るために用いられる。
【０００４】このような窒化ガリウム系化合物半導体発
光ダイオードは、従来、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気
相成長法）により図３に示すような半導体積層構造を形
成した後、エッチング工程と電極作製工程を経て作製さ
れる。なお、この図３において、１〜６は図２と同じも
のを示す。
光ダイオードは、従来、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気
相成長法）により図３に示すような半導体積層構造を形
成した後、エッチング工程と電極作製工程を経て作製さ
れる。なお、この図３において、１〜６は図２と同じも
のを示す。
【０００５】図１１は、ＭＯＣＶＤ法により図３に示し
た半導体積層構造を作製する場合について、従来の各工
程の基板加熱設定温度の変化を示す図である。この図を
参照しながら従来の窒化物系化合物半導体発光素子の製
造方法について説明する。
た半導体積層構造を作製する場合について、従来の各工
程の基板加熱設定温度の変化を示す図である。この図を
参照しながら従来の窒化物系化合物半導体発光素子の製
造方法について説明する。
【０００６】まず、工程８０１において、サファイア基
板１を室温から１１００℃に昇温する。次に、工程８０
２において、基板温度１１００℃にてＨ2キャリアーガ
スを供給し、基板クリーニングを２０分間行う。続い
て、工程８０３において、Ｈ2キャリアーガスを供給
し、基板温度を１１００℃から５５０℃まで降温する。
その後、工程８０４において、Ｈ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分供給し、基板温度を５５０℃に安定
させる。次に、工程８０５において、基板温度５５０℃
にてＨ2キャリアーガスとトリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡ）を９μｍｏｌ／分とＮＨ3を３．５ｌ／分供給
し、厚み３５ｎｍのＡｌＮバッファー層２を成長する。
続いて、工程８０６において、ＴＭＡの供給を停止し、
Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度
を５５０℃から１０５０℃まで昇温する。その後、工程
８０７において、Ｈ2キャリアーガスとトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）を５０μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分
とシラン（ＳｉＨ4）を１０ｎｍｏｌ／分供給し、厚み
３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を成長する。次に、
工程８０８において、ＴＭＧおよびＳｉＨ4の供給を停
止し、Ｈ2キャリアーガスまたはＮ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を７ｌ／分供給して基板温度を１０５０℃から７４
０℃まで降温する。続いて、工程８０９において、Ｎ2
キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給し、基板温度を
７４０℃に安定させる。その後、工程８１０において、
Ｎ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とトリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）を１７μｍｏｌ／分とＮＨ3
を２０ｌ／分供給し、厚み２ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ単
一量子井戸活性層４を成長する。次に、工程８１１にお
いて、基板温度７４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭ
Ｇを７μｍｏｌ／分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とジ
シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を
０．２μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み
２０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層５を
成長する。続いて、工程８１２において、Ｎ2キャリア
ーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給し、基板温度を７４０
℃から１０５０℃に昇温する。その後、工程８１３にお
いて、Ｈ2キャリアーガスにＴＭＧを５０μｍｏｌ／分
とＣｐ2Ｍｇを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分供給し
て、厚み３００ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ層６を成長
する。最後に工程８１４において、Ｈ2キャリアーガス
とＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度を降温する。以上
のような工程により図３に示した半導体積層構造を作製
していた。
板１を室温から１１００℃に昇温する。次に、工程８０
２において、基板温度１１００℃にてＨ2キャリアーガ
スを供給し、基板クリーニングを２０分間行う。続い
て、工程８０３において、Ｈ2キャリアーガスを供給
し、基板温度を１１００℃から５５０℃まで降温する。
その後、工程８０４において、Ｈ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分供給し、基板温度を５５０℃に安定
させる。次に、工程８０５において、基板温度５５０℃
にてＨ2キャリアーガスとトリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡ）を９μｍｏｌ／分とＮＨ3を３．５ｌ／分供給
し、厚み３５ｎｍのＡｌＮバッファー層２を成長する。
続いて、工程８０６において、ＴＭＡの供給を停止し、
Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度
を５５０℃から１０５０℃まで昇温する。その後、工程
８０７において、Ｈ2キャリアーガスとトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）を５０μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分
とシラン（ＳｉＨ4）を１０ｎｍｏｌ／分供給し、厚み
３μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を成長する。次に、
工程８０８において、ＴＭＧおよびＳｉＨ4の供給を停
止し、Ｈ2キャリアーガスまたはＮ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を７ｌ／分供給して基板温度を１０５０℃から７４
０℃まで降温する。続いて、工程８０９において、Ｎ2
キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給し、基板温度を
７４０℃に安定させる。その後、工程８１０において、
Ｎ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とトリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）を１７μｍｏｌ／分とＮＨ3
を２０ｌ／分供給し、厚み２ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ単
一量子井戸活性層４を成長する。次に、工程８１１にお
いて、基板温度７４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭ
Ｇを７μｍｏｌ／分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とジ
シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を
０．２μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み
２０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層５を
成長する。続いて、工程８１２において、Ｎ2キャリア
ーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給し、基板温度を７４０
℃から１０５０℃に昇温する。その後、工程８１３にお
いて、Ｈ2キャリアーガスにＴＭＧを５０μｍｏｌ／分
とＣｐ2Ｍｇを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分供給し
て、厚み３００ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ層６を成長
する。最後に工程８１４において、Ｈ2キャリアーガス
とＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度を降温する。以上
のような工程により図３に示した半導体積層構造を作製
していた。
【０００７】さらに、特開平９−３６４２９号公報に
は、工程８１０と工程８１１との間にIII族原料を供給
せずに成長を中断する工程を設けて、その後、同じ基板
温度でｐ型ＡｌＧａＮ層を成長する製造方法が記載され
ている。
は、工程８１０と工程８１１との間にIII族原料を供給
せずに成長を中断する工程を設けて、その後、同じ基板
温度でｐ型ＡｌＧａＮ層を成長する製造方法が記載され
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図１１に示すように、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層を形成
した後、連続してＡｌＧａＮ保護層を形成した窒化物系
化合物半導体発光素子では、目的とする２インチ基板全
面での高い発光効率と発光強度の均一性が得られない。
従って、基板全面では発光強度のばらつきが大きく、歩
留りが低いという問題点があった。このような面内ばら
つきが発生する原因としては、ＡｌＧａＮ層を低温で成
長しているため、ＡｌＧａＮ層の結晶性と平坦性が悪
く、また、キャリアー濃度等の均一性が良くないことが
考えられる。
図１１に示すように、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層を形成
した後、連続してＡｌＧａＮ保護層を形成した窒化物系
化合物半導体発光素子では、目的とする２インチ基板全
面での高い発光効率と発光強度の均一性が得られない。
従って、基板全面では発光強度のばらつきが大きく、歩
留りが低いという問題点があった。このような面内ばら
つきが発生する原因としては、ＡｌＧａＮ層を低温で成
長しているため、ＡｌＧａＮ層の結晶性と平坦性が悪
く、また、キャリアー濃度等の均一性が良くないことが
考えられる。
【０００９】一方、特開平９−３６４２９号公報の方法
では、ＩｎＧａＮ層の成長後に成長中断工程を設けて、
その後、同じ温度でＡｌＧａＮ層を成長することによ
り、発光強度の均一性に関して、成長中断工程を設けな
い製造方法よりは改善されている。しかし、このような
成長中断工程のみでは、２インチ基板全面で発光強度の
均一性を確保するまでには至っておらず、歩留りの向上
が十分に達成できていない。従って、高い発光効率と発
光強度の均一性のより優れた窒化物系化合物半導体発光
素子の製造方法が求められていた。
では、ＩｎＧａＮ層の成長後に成長中断工程を設けて、
その後、同じ温度でＡｌＧａＮ層を成長することによ
り、発光強度の均一性に関して、成長中断工程を設けな
い製造方法よりは改善されている。しかし、このような
成長中断工程のみでは、２インチ基板全面で発光強度の
均一性を確保するまでには至っておらず、歩留りの向上
が十分に達成できていない。従って、高い発光効率と発
光強度の均一性のより優れた窒化物系化合物半導体発光
素子の製造方法が求められていた。
【００１０】本発明はこのような従来技術の課題を解決
すべくなされたものであり、２インチ基板全面での強い
発光強度が得られ、発光強度の均一性により優れた窒化
物系化合物半導体発光素子を作製することができる窒化
物系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することを
目的とする。
すべくなされたものであり、２インチ基板全面での強い
発光強度が得られ、発光強度の均一性により優れた窒化
物系化合物半導体発光素子を作製することができる窒化
物系化合物半導体発光素子の製造方法を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物系化合物
半導体発光素子の製造方法は、窒化物系化合物半導体層
からなる活性層上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、
ＡｌyＧａ1-yＮjＡｓ1 -j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）ま
たはＡｌyＧａ1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）
からなる保護層を有する窒化物系化合物半導体発光素子
を製造する方法であって、該活性層の成長後に成長中断
期間を設けてその成長中断期間中に基板温度を昇温し、
その後、昇温させた温度で該保護層を成長し、そのこと
により上記目的が達成される。
半導体発光素子の製造方法は、窒化物系化合物半導体層
からなる活性層上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、
ＡｌyＧａ1-yＮjＡｓ1 -j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）ま
たはＡｌyＧａ1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）
からなる保護層を有する窒化物系化合物半導体発光素子
を製造する方法であって、該活性層の成長後に成長中断
期間を設けてその成長中断期間中に基板温度を昇温し、
その後、昇温させた温度で該保護層を成長し、そのこと
により上記目的が達成される。
【００１２】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の
製造方法は、窒化物系化合物半導体層からなる活性層上
に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌyＧａ1-yＮj
Ａｓ1 -j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧａ
1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保護
層を有する窒化物系化合物半導体発光素子を製造する方
法であって、該活性層の成長後に成長中断期間を設けて
その成長中断期間中に基板温度を昇温し、その後、基板
温度をさらに昇温しながら該保護層を成長し、そのこと
により上記目的が達成される。
製造方法は、窒化物系化合物半導体層からなる活性層上
に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌyＧａ1-yＮj
Ａｓ1 -j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧａ
1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保護
層を有する窒化物系化合物半導体発光素子を製造する方
法であって、該活性層の成長後に成長中断期間を設けて
その成長中断期間中に基板温度を昇温し、その後、基板
温度をさらに昇温しながら該保護層を成長し、そのこと
により上記目的が達成される。
【００１３】本発明の窒化物系化合物半導体発光素子の
製造方法は、窒化物系化合物半導体層からなる活性層上
に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌyＧａ1-yＮj
Ａｓ1 -j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧａ
1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保護
層を有する窒化物系化合物半導体発光素子を製造する方
法であって、該活性層の成長後に成長中断期間を設けて
その成長中断期間中に基板温度を昇温する工程と、その
後、その昇温させた温度でＡｌyＧａ1-yＮ層、Ａｌ yＧ
ａ1-yＮjＡｓ1-j層またはＡｌyＧａ1-yＮkＰ1-k層を成
長する工程とを２回以上繰り返して該保護層を形成し、
そのことにより上記目的が達成される。
製造方法は、窒化物系化合物半導体層からなる活性層上
に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌyＧａ1-yＮj
Ａｓ1 -j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧａ
1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保護
層を有する窒化物系化合物半導体発光素子を製造する方
法であって、該活性層の成長後に成長中断期間を設けて
その成長中断期間中に基板温度を昇温する工程と、その
後、その昇温させた温度でＡｌyＧａ1-yＮ層、Ａｌ yＧ
ａ1-yＮjＡｓ1-j層またはＡｌyＧａ1-yＮkＰ1-k層を成
長する工程とを２回以上繰り返して該保護層を形成し、
そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】前記成長中断期間中に、窒素雰囲気下また
は窒素にＶ族原料ガスを加えた雰囲気下で基板温度を昇
温するのが好ましい。
は窒素にＶ族原料ガスを加えた雰囲気下で基板温度を昇
温するのが好ましい。
【００１５】前記活性層がＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦
１）層、ＧａＮzＡｓ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＧａＮzＰ
1-z（０＜ｚ≦１）層、ＩｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦
ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層またはＩｎxＧａ1-xＮzＰ
1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層を含んでいてもよ
い。
１）層、ＧａＮzＡｓ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＧａＮzＰ
1-z（０＜ｚ≦１）層、ＩｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦
ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層またはＩｎxＧａ1-xＮzＰ
1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層を含んでいてもよ
い。
【００１６】以下、本発明の作用について説明する。
【００１７】本発明にあっては、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦
ｘ≦１）層、ＧａＮzＡｓ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＧａＮ
zＰ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＩｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０
≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層またはＩｎxＧａ1-xＮzＰ1-z
（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層等の窒化物系化合物半導
体を含む活性層の成長後に成長中断期間を設けてその成
長中断期間中に基板温度を昇温し、その後、昇温させた
温度でＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）保護層を成長する
ことにより、ＡｌＧａＮ保護層の結晶性と表面平坦性が
改善され、キャリアー濃度も均一化されるので、後述す
る実施形態１に示すように、基板全面で強い発光強度が
得られ、均一性のより優れた窒化物系化合物半導体発光
素子が得られる。なお、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）
保護層のＡｌ混晶比ｙが高すぎると、活性層の保護が不
十分になるので、ＡｌＧａＮ保護層のＡｌ混晶比は、０
以上０．２以下であるのが好ましい。さらに、保護層と
してＡｌyＧａ1-yＮjＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜
１）保護層またはＡｌyＧａ1 -yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、
０＜ｋ＜１）保護層を用いた場合についても同様であ
る。
ｘ≦１）層、ＧａＮzＡｓ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＧａＮ
zＰ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＩｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０
≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層またはＩｎxＧａ1-xＮzＰ1-z
（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層等の窒化物系化合物半導
体を含む活性層の成長後に成長中断期間を設けてその成
長中断期間中に基板温度を昇温し、その後、昇温させた
温度でＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）保護層を成長する
ことにより、ＡｌＧａＮ保護層の結晶性と表面平坦性が
改善され、キャリアー濃度も均一化されるので、後述す
る実施形態１に示すように、基板全面で強い発光強度が
得られ、均一性のより優れた窒化物系化合物半導体発光
素子が得られる。なお、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）
保護層のＡｌ混晶比ｙが高すぎると、活性層の保護が不
十分になるので、ＡｌＧａＮ保護層のＡｌ混晶比は、０
以上０．２以下であるのが好ましい。さらに、保護層と
してＡｌyＧａ1-yＮjＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜
１）保護層またはＡｌyＧａ1 -yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、
０＜ｋ＜１）保護層を用いた場合についても同様であ
る。
【００１８】または、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）
層、ＧａＮzＡｓ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＧａＮzＰ
1-z（０＜ｚ≦１）層、ＩｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦
ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層またはＩｎxＧａ1-xＮzＰ
1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層等の窒化物系化合物
半導体を含む活性層の成長後に成長中断期間を設けてそ
の成長中断期間中に基板温度を昇温し、その後、基板温
度をさらに昇温しながらＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）
保護層を成長することにより、後述する実施形態２に示
すように、さらに発光強度の増加と発光強度の面内分布
の均一化を図ることができる。さらに、保護層としてＡ
ｌyＧａ1-yＮjＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）保護
層またはＡｌyＧａ1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜
１）保護層を用いた場合についても同様である。
層、ＧａＮzＡｓ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＧａＮzＰ
1-z（０＜ｚ≦１）層、ＩｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦
ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層またはＩｎxＧａ1-xＮzＰ
1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層等の窒化物系化合物
半導体を含む活性層の成長後に成長中断期間を設けてそ
の成長中断期間中に基板温度を昇温し、その後、基板温
度をさらに昇温しながらＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）
保護層を成長することにより、後述する実施形態２に示
すように、さらに発光強度の増加と発光強度の面内分布
の均一化を図ることができる。さらに、保護層としてＡ
ｌyＧａ1-yＮjＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）保護
層またはＡｌyＧａ1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜
１）保護層を用いた場合についても同様である。
【００１９】または、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）
層、ＧａＮzＡｓ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＧａＮzＰ
1-z（０＜ｚ≦１）層、ＩｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦
ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層またはＩｎxＧａ1-xＮzＰ
1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層等の窒化物系化合物
半導体を含む活性層の成長後に成長中断期間を設けてそ
の成長中断期間中に基板温度を昇温する工程と、その
後、その昇温させた温度でＡｌyＧａ1-yＮ層を成長する
工程を２回以上繰り返すことにより、後述する実施形態
３に示すように、さらに発光強度の増加と発光強度の面
内分布の均一化を図ることができる。さらに、保護層と
してＡｌyＧａ1-yＮjＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜
１）保護層またはＡｌyＧａ1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、
０＜ｋ＜１）保護層を用いた場合についても同様であ
る。
層、ＧａＮzＡｓ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＧａＮzＰ
1-z（０＜ｚ≦１）層、ＩｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦
ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層またはＩｎxＧａ1-xＮzＰ
1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層等の窒化物系化合物
半導体を含む活性層の成長後に成長中断期間を設けてそ
の成長中断期間中に基板温度を昇温する工程と、その
後、その昇温させた温度でＡｌyＧａ1-yＮ層を成長する
工程を２回以上繰り返すことにより、後述する実施形態
３に示すように、さらに発光強度の増加と発光強度の面
内分布の均一化を図ることができる。さらに、保護層と
してＡｌyＧａ1-yＮjＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜
１）保護層またはＡｌyＧａ1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、
０＜ｋ＜１）保護層を用いた場合についても同様であ
る。
【００２０】上記成長中断期間中に、窒素雰囲気下また
は窒素にＶ族原料ガスを加えた雰囲気下で基板温度を昇
温することにより、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）量子
井戸活性層からのＩｎＮの再蒸発が抑制されるので、よ
り特性向上を図ることができる。さらに、ＧａＮzＡｓ
1-z（０＜ｚ≦１）、ＧａＮzＰ1-z（０＜ｚ≦１）、Ｉ
ｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）また
はＩｎxＧａ1-xＮzＰ1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）等
からなる量子井戸活性層を用いた場合でも、成長膜から
のＮ、Ａｓ、Ｐ化合物の再蒸発が起こり、その再蒸発を
抑制するため、上記成長中断期間中に、窒素雰囲気下ま
たは窒素にＶ族原料ガスを加えた雰囲気下で基板温度を
昇温することにより、特性向上を測ることが可能であ
る。
は窒素にＶ族原料ガスを加えた雰囲気下で基板温度を昇
温することにより、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）量子
井戸活性層からのＩｎＮの再蒸発が抑制されるので、よ
り特性向上を図ることができる。さらに、ＧａＮzＡｓ
1-z（０＜ｚ≦１）、ＧａＮzＰ1-z（０＜ｚ≦１）、Ｉ
ｎxＧａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）また
はＩｎxＧａ1-xＮzＰ1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）等
からなる量子井戸活性層を用いた場合でも、成長膜から
のＮ、Ａｓ、Ｐ化合物の再蒸発が起こり、その再蒸発を
抑制するため、上記成長中断期間中に、窒素雰囲気下ま
たは窒素にＶ族原料ガスを加えた雰囲気下で基板温度を
昇温することにより、特性向上を測ることが可能であ
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形
態では、図２および図３に示した窒化物系化合物半導体
発光ダイオードの製造を例にとって説明する。
いて図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形
態では、図２および図３に示した窒化物系化合物半導体
発光ダイオードの製造を例にとって説明する。
【００２２】（実施形態１）図１は本実施形態の窒化物
系化合物半導体発光素子の製造方法における各工程の基
板加熱設定温度の変化を示す図である。各半導体層の成
長はＭＯＣＶＤ法により行う。
系化合物半導体発光素子の製造方法における各工程の基
板加熱設定温度の変化を示す図である。各半導体層の成
長はＭＯＣＶＤ法により行う。
【００２３】まず、工程１０１において、サファイア基
板１を室温から１１００℃に昇温する。次に、工程１０
２において、基板温度１１００℃にてＨ2キャリアーガ
スを２０ｌ／分供給し、基板クリーニングを２０分間行
う。続いて、工程１０３において、基板温度を１１００
℃から５５０℃まで降温する。その後、工程１０４にお
いて、Ｈ2キャリアーガスとＮＨ3を３．５ｌ／分供給
し、基板温度を５５０℃に安定させる。次に、工程１０
５において、基板温度５５０℃にてＨ2キャリアーガス
とＴＭＡを９μｍｏｌ／分とＮＨ3を３．５ｌ／分供給
し、厚み３５ｎｍのＡｌＮバッファー層２を成長する。
続いて、工程１０６において、ＴＭＡの供給を停止し、
Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を３．５ｌ／分供給して基板
温度を５５０℃から１０５０℃まで昇温する。その後、
工程１０７において、Ｈ2キャリアーガスとＴＭＧを５
０μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分とＳｉＨ4を１０ｎｍ
ｏｌ／分供給し、厚み４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層
３を成長する。次に、工程１０８において、ＴＭＧおよ
びＳｉＨ4の供給を停止し、Ｈ2キャリアーガスまたはＮ
2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度を
１０５０℃から７４０℃まで降温する。続いて、工程１
０９において、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供
給し、基板温度を７４０℃に安定させる。その後、工程
１１０において、Ｎ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍ
ｏｌ／分とＴＭＩを１７μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ
／分供給し、厚み２ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ単一量子井
戸活性層４を成長する。
板１を室温から１１００℃に昇温する。次に、工程１０
２において、基板温度１１００℃にてＨ2キャリアーガ
スを２０ｌ／分供給し、基板クリーニングを２０分間行
う。続いて、工程１０３において、基板温度を１１００
℃から５５０℃まで降温する。その後、工程１０４にお
いて、Ｈ2キャリアーガスとＮＨ3を３．５ｌ／分供給
し、基板温度を５５０℃に安定させる。次に、工程１０
５において、基板温度５５０℃にてＨ2キャリアーガス
とＴＭＡを９μｍｏｌ／分とＮＨ3を３．５ｌ／分供給
し、厚み３５ｎｍのＡｌＮバッファー層２を成長する。
続いて、工程１０６において、ＴＭＡの供給を停止し、
Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を３．５ｌ／分供給して基板
温度を５５０℃から１０５０℃まで昇温する。その後、
工程１０７において、Ｈ2キャリアーガスとＴＭＧを５
０μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分とＳｉＨ4を１０ｎｍ
ｏｌ／分供給し、厚み４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮ層
３を成長する。次に、工程１０８において、ＴＭＧおよ
びＳｉＨ4の供給を停止し、Ｈ2キャリアーガスまたはＮ
2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度を
１０５０℃から７４０℃まで降温する。続いて、工程１
０９において、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供
給し、基板温度を７４０℃に安定させる。その後、工程
１１０において、Ｎ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍ
ｏｌ／分とＴＭＩを１７μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ
／分供給し、厚み２ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ単一量子井
戸活性層４を成長する。
【００２４】次に、工程１１１において、ＴＭＧおよび
ＴＭＩの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、また
はＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６
０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで昇温す
る。続いて、工程１１２において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給して基板温度を８４０℃に保
ち、成長中断を１６０秒間継続する。
ＴＭＩの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、また
はＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６
０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで昇温す
る。続いて、工程１１２において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給して基板温度を８４０℃に保
ち、成長中断を１６０秒間継続する。
【００２５】その後、工程１１３において、基板温度８
４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／
分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み２６ｎ
ｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層５を成長す
る。次に、工程１１４において、Ｎ2キャリアーガスと
ＮＨ3を２０ｌ／分供給し、基板温度を８４０℃から１
０５０℃に昇温する。続いて、工程１１５において、Ｈ
2キャリアーガスとＴＭＧを５０μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍ
ｇを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分供給して、厚み
３００ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ層６を成長する。そ
の後、工程１１６において、Ｈ2キャリアーガスにＮＨ3
を７ｌ／分供給して基板温度を降温する。以上により図
３に示した半導体積層構造を作製する。
４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／
分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み２６ｎ
ｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層５を成長す
る。次に、工程１１４において、Ｎ2キャリアーガスと
ＮＨ3を２０ｌ／分供給し、基板温度を８４０℃から１
０５０℃に昇温する。続いて、工程１１５において、Ｈ
2キャリアーガスとＴＭＧを５０μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍ
ｇを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分供給して、厚み
３００ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ層６を成長する。そ
の後、工程１１６において、Ｈ2キャリアーガスにＮＨ3
を７ｌ／分供給して基板温度を降温する。以上により図
３に示した半導体積層構造を作製する。
【００２６】次に、Ｍｇ活性化のためのアニールをＮ2
雰囲気中８００℃で２０分間行う。その後、ドライエッ
チングによりＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を一部露出させ
てｎ型電極７とｐ型透光性電極８とｐ型電極９を形成
し、図２に示したＬＥＤ構造を作製する。
雰囲気中８００℃で２０分間行う。その後、ドライエッ
チングによりＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を一部露出させ
てｎ型電極７とｐ型透光性電極８とｐ型電極９を形成
し、図２に示したＬＥＤ構造を作製する。
【００２７】このように、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層の
形成後、１６０秒間の成長中断工程を設けて基板温度を
昇温し、さらに、昇温した温度で１６０秒間の成長中断
工程を継続し、その後、昇温した温度でＡｌＧａＮ保護
層を成長して作製した発光ダイオードの発光強度につい
て、ＡｌＧａＮ保護層の成長温度をパラメータとして調
べた結果を図４に示す。ここでは２インチウェハー面内
での発光ダイオードの発光強度の最大値と最小値を示
し、その平均値を●で示している。
形成後、１６０秒間の成長中断工程を設けて基板温度を
昇温し、さらに、昇温した温度で１６０秒間の成長中断
工程を継続し、その後、昇温した温度でＡｌＧａＮ保護
層を成長して作製した発光ダイオードの発光強度につい
て、ＡｌＧａＮ保護層の成長温度をパラメータとして調
べた結果を図４に示す。ここでは２インチウェハー面内
での発光ダイオードの発光強度の最大値と最小値を示
し、その平均値を●で示している。
【００２８】この図４に示すように、ＩｎＧａＮ量子井
戸活性層を形成後、ＡｌＧａＮ保護層の形成前の成長中
断中に基板温度を昇温し、さらにその温度で成長中断を
継続した後、その昇温した温度でＡｌＧａＮ保護層を形
成することにより、ＩｎＧａＮ活性層を形成後にその基
板温度で連続してＡｌＧａＮ保護層を形成した場合（図
の左端のラインおよび●）に比べて発光強度が増加し、
面内の分布が減少することが分かる。
戸活性層を形成後、ＡｌＧａＮ保護層の形成前の成長中
断中に基板温度を昇温し、さらにその温度で成長中断を
継続した後、その昇温した温度でＡｌＧａＮ保護層を形
成することにより、ＩｎＧａＮ活性層を形成後にその基
板温度で連続してＡｌＧａＮ保護層を形成した場合（図
の左端のラインおよび●）に比べて発光強度が増加し、
面内の分布が減少することが分かる。
【００２９】本願発明者らの検討によれば、図４に示す
ように、成長中断昇温工程後のＡｌＧａＮ保護層の成長
温度が７５０℃以上１０５０℃以下の範囲で発光強度の
増加と発光強度の面内分布の減少が見られた。また、成
長中断工程を設けても、ＡｌＧａＮ保護層の成長温度が
７５０℃よりも低い場合には、ＡｌＧａＮ保護層の平坦
性の改善が進まないため、素子特性の改善は見られなか
った。一方、ＡｌＧａＮ保護層の成長温度が１１００℃
よりも高い場合には、ＩｎＧａＮ活性層のＩｎＮが熱に
よって蒸発する等のダメージを受け、発光強度が低下し
てしまうことが分かった。より好ましくはＡｌＧａＮ保
護層の成長温度が８００℃〜１１００℃であり、さらに
好ましくは８５０℃〜１０５０℃である。
ように、成長中断昇温工程後のＡｌＧａＮ保護層の成長
温度が７５０℃以上１０５０℃以下の範囲で発光強度の
増加と発光強度の面内分布の減少が見られた。また、成
長中断工程を設けても、ＡｌＧａＮ保護層の成長温度が
７５０℃よりも低い場合には、ＡｌＧａＮ保護層の平坦
性の改善が進まないため、素子特性の改善は見られなか
った。一方、ＡｌＧａＮ保護層の成長温度が１１００℃
よりも高い場合には、ＩｎＧａＮ活性層のＩｎＮが熱に
よって蒸発する等のダメージを受け、発光強度が低下し
てしまうことが分かった。より好ましくはＡｌＧａＮ保
護層の成長温度が８００℃〜１１００℃であり、さらに
好ましくは８５０℃〜１０５０℃である。
【００３０】さらに、発光ダイオードの発光強度の面内
平均値について、成長中断時間に対する依存性を調べた
結果を図５に示す。ここでは、ＡｌＧａＮ保護層を７４
０℃から１０００℃の範囲で成長した場合について示し
ている。
平均値について、成長中断時間に対する依存性を調べた
結果を図５に示す。ここでは、ＡｌＧａＮ保護層を７４
０℃から１０００℃の範囲で成長した場合について示し
ている。
【００３１】本願発明者らの検討によれば、成長中断時
間が１０秒から２０分（１２００秒）の範囲で発光強度
の増加が見られた。ここで、昇温時間が１０秒より短い
場合には、昇温速度が速すぎてクラックが発生するた
め、好ましくない。一方、昇温時間が２０分よりも長い
場合には、ＩｎＧａＮ活性層のＩｎＮが蒸発する等の悪
影響が強くなり、発光強度が低下してしまうことが分か
っている。
間が１０秒から２０分（１２００秒）の範囲で発光強度
の増加が見られた。ここで、昇温時間が１０秒より短い
場合には、昇温速度が速すぎてクラックが発生するた
め、好ましくない。一方、昇温時間が２０分よりも長い
場合には、ＩｎＧａＮ活性層のＩｎＮが蒸発する等の悪
影響が強くなり、発光強度が低下してしまうことが分か
っている。
【００３２】次に、ＡｌＧａＮ保護層表面の平坦性につ
いて調べた結果を示す。ＩｎＧａＮ量子井戸活性層を７
４０℃で成長後、１６０秒間の成長中断工程を設けて基
板温度を１００℃昇温し、さらに、８４０℃で１６０秒
間の成長中断工程を継続し、その後、８４０℃でＡｌＧ
ａＮ保護層を成長した試料について、ＡｌＧａＮ保護層
表面の状態を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した結果
を図６に示す。一方、成長中断を行わずにＩｎＧａＮ活
性層の成長後に連続してＡｌＧａＮ保護層を成長した試
料について、ＡｌＧａＮ保護層表面の状態をＡＦＭで観
察した結果を図７に示す。
いて調べた結果を示す。ＩｎＧａＮ量子井戸活性層を７
４０℃で成長後、１６０秒間の成長中断工程を設けて基
板温度を１００℃昇温し、さらに、８４０℃で１６０秒
間の成長中断工程を継続し、その後、８４０℃でＡｌＧ
ａＮ保護層を成長した試料について、ＡｌＧａＮ保護層
表面の状態を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した結果
を図６に示す。一方、成長中断を行わずにＩｎＧａＮ活
性層の成長後に連続してＡｌＧａＮ保護層を成長した試
料について、ＡｌＧａＮ保護層表面の状態をＡＦＭで観
察した結果を図７に示す。
【００３３】これらの図から、ＩｎＧａＮ量子井戸活性
層の成長後に成長中断工程を設けて基板温度を昇温し、
さらにその温度で成長中断工程を継続し、その後にＩｎ
ＧａＮ量子井戸活性層の成長温度よりも高い温度でＡｌ
ＧａＮ保護層を成長することにより、ＡｌＧａＮ保護層
の表面平坦性が改善されていることが分かった。
層の成長後に成長中断工程を設けて基板温度を昇温し、
さらにその温度で成長中断工程を継続し、その後にＩｎ
ＧａＮ量子井戸活性層の成長温度よりも高い温度でＡｌ
ＧａＮ保護層を成長することにより、ＡｌＧａＮ保護層
の表面平坦性が改善されていることが分かった。
【００３４】さらに、ＡｌＧａＮ保護層の表面平坦性に
ついて、成長中断時間とＡｌＧａＮ保護層の成長温度を
変化させて詳細に調べた。その結果、成長中断時間を５
秒以下としてこの間に基板温度を昇温し、ＩｎＧａＮ活
性層よりも高温でＡｌＧａＮ保護層を成長しても、Ａｌ
ＧａＮ保護層の平坦性は改善されなかった。また、この
条件で発光ダイオードを作製しても、発光強度およびそ
の均一性の改善は見られなかった。従って、（１）Ｉｎ
ＧａＮ活性層の成長後、一定期間以上の成長中断工程を
設けること、および（２）ＩｎＧａＮ活性層の成長温度
よりも高温でＡｌＧａＮ保護層を成長することの両方の
条件を満たすことでＡｌＧａＮ保護層の平坦性を向上さ
せて発光強度および均一性を向上させる効果が得られる
ことが分かった。なお、本実施形態では、ＩｎＧａＮ活
性層成長後の成長中断中に昇温した後、さらに成長中断
を継続し、その後、ＡｌＧａＮ保護層を成長している
が、この昇温後の成長中断工程を設けなくても平坦性は
わずかに改善され、その改善効果が見られた。但し、Ａ
ｌＧａＮ保護層の結晶性および平坦性の向上のために
は、昇温後に一定期間の成長中断工程を継続するのが好
ましい。なお、昇温温度が高い場合には下地に熱的なダ
メージが生じやすいため、必要以上に中断時間を長くす
ると、その悪影響が大きくなって発光強度が低下すると
考えられる。また、昇温温度が低い場合にはそのような
ダメージが生じないので、中断時間が長くても発光強度
は低下しないと考えられる。従って、中断時間は昇温温
度および昇温時間によって最適時間が変化する。例え
ば、図５のグラフによれば、８４０℃、９４０℃および
１０００℃の場合については、１２００秒以上の中断時
間で発光強度が０秒の値より低下しているので、５秒よ
り大で、かつ、１２００秒未満で発光強度向上の効果が
得られると考えられる。
ついて、成長中断時間とＡｌＧａＮ保護層の成長温度を
変化させて詳細に調べた。その結果、成長中断時間を５
秒以下としてこの間に基板温度を昇温し、ＩｎＧａＮ活
性層よりも高温でＡｌＧａＮ保護層を成長しても、Ａｌ
ＧａＮ保護層の平坦性は改善されなかった。また、この
条件で発光ダイオードを作製しても、発光強度およびそ
の均一性の改善は見られなかった。従って、（１）Ｉｎ
ＧａＮ活性層の成長後、一定期間以上の成長中断工程を
設けること、および（２）ＩｎＧａＮ活性層の成長温度
よりも高温でＡｌＧａＮ保護層を成長することの両方の
条件を満たすことでＡｌＧａＮ保護層の平坦性を向上さ
せて発光強度および均一性を向上させる効果が得られる
ことが分かった。なお、本実施形態では、ＩｎＧａＮ活
性層成長後の成長中断中に昇温した後、さらに成長中断
を継続し、その後、ＡｌＧａＮ保護層を成長している
が、この昇温後の成長中断工程を設けなくても平坦性は
わずかに改善され、その改善効果が見られた。但し、Ａ
ｌＧａＮ保護層の結晶性および平坦性の向上のために
は、昇温後に一定期間の成長中断工程を継続するのが好
ましい。なお、昇温温度が高い場合には下地に熱的なダ
メージが生じやすいため、必要以上に中断時間を長くす
ると、その悪影響が大きくなって発光強度が低下すると
考えられる。また、昇温温度が低い場合にはそのような
ダメージが生じないので、中断時間が長くても発光強度
は低下しないと考えられる。従って、中断時間は昇温温
度および昇温時間によって最適時間が変化する。例え
ば、図５のグラフによれば、８４０℃、９４０℃および
１０００℃の場合については、１２００秒以上の中断時
間で発光強度が０秒の値より低下しているので、５秒よ
り大で、かつ、１２００秒未満で発光強度向上の効果が
得られると考えられる。
【００３５】さらに、ＡｌＧａＮ保護層をＩｎＧａＮ活
性層よりも高温で成長した場合、ＡｌＧａＮ保護層成長
時のＣｐ2Ｍｇ流量を減らしても強い発光強度が得られ
る。従って、Ｍｇドーパントの活性化率も上昇している
ことが分かった。
性層よりも高温で成長した場合、ＡｌＧａＮ保護層成長
時のＣｐ2Ｍｇ流量を減らしても強い発光強度が得られ
る。従って、Ｍｇドーパントの活性化率も上昇している
ことが分かった。
【００３６】なお、ＡｌＧａＮ保護層の層厚に関して
は、薄過ぎるとＭｇドープｐ型ＧａＮ層成長のために基
板温度を昇温する際にＩｎＧａＮ活性層を保護すること
ができなかった。これに対して、ＡｌＧａＮ保護層の層
厚が厚過ぎると、素子の抵抗が増加して駆動電圧が上昇
する等、素子特性の悪化が見られた。従って、ＡｌＧａ
Ｎ保護層の層厚は１３ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲であ
るのが好ましく、この範囲で素子特性および面内分布の
改善効果が見られた。
は、薄過ぎるとＭｇドープｐ型ＧａＮ層成長のために基
板温度を昇温する際にＩｎＧａＮ活性層を保護すること
ができなかった。これに対して、ＡｌＧａＮ保護層の層
厚が厚過ぎると、素子の抵抗が増加して駆動電圧が上昇
する等、素子特性の悪化が見られた。従って、ＡｌＧａ
Ｎ保護層の層厚は１３ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲であ
るのが好ましく、この範囲で素子特性および面内分布の
改善効果が見られた。
【００３７】また、ＡｌＧａＮ保護層のＡｌ混晶比に関
しては、低過ぎるとＭｇドープｐ型ＧａＮ層成長のため
に基板温度を昇温する際にＡｌＧａＮ保護層が劣化し、
ＩｎＧａＮ活性層を保護し難くなる。しかし、本発明の
製造方法によれば、ＧａＮ保護層を用いても発光強度の
増加と面内均一性の改善に対して効果があることを確認
した。これに対して、ＡｌＧａＮ保護層のＡｌ混晶比が
高すぎると、格子定数の違いからクラックが発生し、活
性層を保護することができなくなることが分かった。従
って、ＡｌＧａＮ保護層のＡｌ混晶比は、０以上０．２
以下であるのが好ましく、この範囲で素子特性および面
内分布の改善効果が見られた。
しては、低過ぎるとＭｇドープｐ型ＧａＮ層成長のため
に基板温度を昇温する際にＡｌＧａＮ保護層が劣化し、
ＩｎＧａＮ活性層を保護し難くなる。しかし、本発明の
製造方法によれば、ＧａＮ保護層を用いても発光強度の
増加と面内均一性の改善に対して効果があることを確認
した。これに対して、ＡｌＧａＮ保護層のＡｌ混晶比が
高すぎると、格子定数の違いからクラックが発生し、活
性層を保護することができなくなることが分かった。従
って、ＡｌＧａＮ保護層のＡｌ混晶比は、０以上０．２
以下であるのが好ましく、この範囲で素子特性および面
内分布の改善効果が見られた。
【００３８】さらに、以上のような一定期間の成長中断
中に基板温度を一定温度昇温し、さらに一定期間成長温
度中断を継続した後、ＡｌＧａＮ保護層を高温で成長す
ることにより得られる素子特性及び面内分布の改善効果
は、ＩｎＧａＮ活性層のＩｎ混晶比が０以上１以下、よ
り好ましくは０．０５以上０．９以下の広い範囲の発光
素子に対して有効である。
中に基板温度を一定温度昇温し、さらに一定期間成長温
度中断を継続した後、ＡｌＧａＮ保護層を高温で成長す
ることにより得られる素子特性及び面内分布の改善効果
は、ＩｎＧａＮ活性層のＩｎ混晶比が０以上１以下、よ
り好ましくは０．０５以上０．９以下の広い範囲の発光
素子に対して有効である。
【００３９】なお、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層の成長温
度は、６５０℃程度〜８５０℃程度の範囲であるのが好
ましく、より好ましくは６５０℃〜８００℃程度であ
る。これは、上述の図４に示したように、ＡｌＧａＮ保
護層の成長温度が７５０℃〜１１００℃の範囲、より好
ましくは８００℃〜１０５０℃の範囲で発光強度の増加
や面内分布の減少効果が得られ、最適な成長温度が８５
０℃〜１０５０℃程度であると考えられるからである。
但し、ＩｎＧａＮの最適成長温度はＩｎ混晶比によって
変化するので、Ｉｎ混晶比が高い場合には成長温度を低
くし、Ｉｎ混晶比が低い場合には成長温度を高くするの
が好ましいと考えられる。
度は、６５０℃程度〜８５０℃程度の範囲であるのが好
ましく、より好ましくは６５０℃〜８００℃程度であ
る。これは、上述の図４に示したように、ＡｌＧａＮ保
護層の成長温度が７５０℃〜１１００℃の範囲、より好
ましくは８００℃〜１０５０℃の範囲で発光強度の増加
や面内分布の減少効果が得られ、最適な成長温度が８５
０℃〜１０５０℃程度であると考えられるからである。
但し、ＩｎＧａＮの最適成長温度はＩｎ混晶比によって
変化するので、Ｉｎ混晶比が高い場合には成長温度を低
くし、Ｉｎ混晶比が低い場合には成長温度を高くするの
が好ましいと考えられる。
【００４０】（実施形態２）本実施形態では、ＡｌＧａ
Ｎ保護層を基板温度を昇温させながら成長を行った例に
ついて説明する。
Ｎ保護層を基板温度を昇温させながら成長を行った例に
ついて説明する。
【００４１】図８は本実施形態の窒化物系化合物半導体
発光素子の製造方法における各工程の基板加熱設定温度
の変化を示す図である。各半導体層の成長はＭＯＣＶＤ
法により行う。
発光素子の製造方法における各工程の基板加熱設定温度
の変化を示す図である。各半導体層の成長はＭＯＣＶＤ
法により行う。
【００４２】まず、工程１０１から工程１１０までは実
施形態１と同様に行う。
施形態１と同様に行う。
【００４３】次に、工程１１１において、ＴＭＧおよび
ＴＭＩの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、また
はＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６
０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで昇温す
る。
ＴＭＩの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、また
はＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６
０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで昇温す
る。
【００４４】続いて、工程１１３において、Ｎ2キャリ
アーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＡを０．７μ
ｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２μｍｏｌ／分とＮＨ3を
２０ｌ／分供給し、基板温度を８４０℃から９４０℃ま
で昇温しながら厚み２６ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎ保護層５を成長する。その後、工程１１４に
おいて、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給
し、基板温度を９４０℃から１０５０℃に昇温する。
アーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＡを０．７μ
ｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２μｍｏｌ／分とＮＨ3を
２０ｌ／分供給し、基板温度を８４０℃から９４０℃ま
で昇温しながら厚み２６ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎ保護層５を成長する。その後、工程１１４に
おいて、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給
し、基板温度を９４０℃から１０５０℃に昇温する。
【００４５】次に、工程１１５および工程１１６を実施
形態１と同様に行って図３に示した半導体積層構造を作
製する。
形態１と同様に行って図３に示した半導体積層構造を作
製する。
【００４６】その後、実施形態１と同様に、Ｍｇ活性化
のためのアニールおよびＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を一
部露出させるためのドライエッチングを行い、ｎ型電極
７、ｐ型透光性電極８およびｐ型電極９を形成して図２
に示したＬＥＤ構造を作製する。
のためのアニールおよびＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を一
部露出させるためのドライエッチングを行い、ｎ型電極
７、ｐ型透光性電極８およびｐ型電極９を形成して図２
に示したＬＥＤ構造を作製する。
【００４７】このように、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層の
形成後、成長中断工程を設けて基板温度を昇温し、その
後、さらに基板温度を昇温しながらＡｌＧａＮ保護層を
成長した本実施形態の発光ダイオードによれば、発光強
度の増加および発光強度の分布低減の効果がさらに大き
くなることが分かっている。これは、基板温度を昇温し
ながらＡｌＧａＮ保護層を成長することで、熱によりＩ
ｎＧａＮ量子井戸活性層からＩｎが再蒸発して悪影響を
及ぼすのを抑制することができるためと考えられる。
形成後、成長中断工程を設けて基板温度を昇温し、その
後、さらに基板温度を昇温しながらＡｌＧａＮ保護層を
成長した本実施形態の発光ダイオードによれば、発光強
度の増加および発光強度の分布低減の効果がさらに大き
くなることが分かっている。これは、基板温度を昇温し
ながらＡｌＧａＮ保護層を成長することで、熱によりＩ
ｎＧａＮ量子井戸活性層からＩｎが再蒸発して悪影響を
及ぼすのを抑制することができるためと考えられる。
【００４８】なお、ＡｌＧａＮ保護層成長中の基板温度
の昇温は、７５０℃以上１１００℃以下、より好ましく
は８００℃以上１０５０℃の範囲内であれば、得られた
発光素子の発光強度が増加し、発光強度の分布を低減さ
せることができる。
の昇温は、７５０℃以上１１００℃以下、より好ましく
は８００℃以上１０５０℃の範囲内であれば、得られた
発光素子の発光強度が増加し、発光強度の分布を低減さ
せることができる。
【００４９】（実施形態３）本実施形態では、ＡｌＧａ
Ｎ保護層の成長温度を階段状に変化させながら成長させ
た例について説明する。
Ｎ保護層の成長温度を階段状に変化させながら成長させ
た例について説明する。
【００５０】図９は本実施形態の窒化物系化合物半導体
発光素子の製造方法における各工程の基板加熱設定温度
の変化を示す図である。各半導体層の成長はＭＯＣＶＤ
法により行う。
発光素子の製造方法における各工程の基板加熱設定温度
の変化を示す図である。各半導体層の成長はＭＯＣＶＤ
法により行う。
【００５１】まず、工程１０１から工程１１０までは実
施形態１と同様に行う。
施形態１と同様に行う。
【００５２】次に、工程１１１において、ＴＭＧおよび
ＴＭＩの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、また
はＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６
０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで昇温す
る。続いて、工程１１２において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給して基板温度を８４０℃に保
ち、成長中断を１６０秒間継続する。
ＴＭＩの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、また
はＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６
０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで昇温す
る。続いて、工程１１２において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給して基板温度を８４０℃に保
ち、成長中断を１６０秒間継続する。
【００５３】その後、工程１１３において、基板温度８
４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／
分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み１３ｎ
ｍの第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層５を
成長する。次に、工程７１６において、ＴＭＧおよびＴ
ＭＡの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、または
Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６０
秒間で基板温度を８４０℃から９４０℃まで昇温する。
続いて、工程７１７において、Ｎ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を２０ｌ／分供給して基板温度を９４０℃に保ち、
成長中断を１６０秒間継続する。その後、工程７１８に
おいて、基板温度９４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴ
ＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分と
Ｃｐ2Ｍｇを０．２μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供
給し、厚み１３ｎｍの第２のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0. 9Ｎ保護層５を成長する。次に、工程１１４におい
て、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ 3を２０ｌ／分供給し、基
板温度を９４０℃から１０５０℃に昇温する。
４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／
分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み１３ｎ
ｍの第１のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層５を
成長する。次に、工程７１６において、ＴＭＧおよびＴ
ＭＡの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、または
Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６０
秒間で基板温度を８４０℃から９４０℃まで昇温する。
続いて、工程７１７において、Ｎ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を２０ｌ／分供給して基板温度を９４０℃に保ち、
成長中断を１６０秒間継続する。その後、工程７１８に
おいて、基板温度９４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴ
ＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分と
Ｃｐ2Ｍｇを０．２μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供
給し、厚み１３ｎｍの第２のＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0. 9Ｎ保護層５を成長する。次に、工程１１４におい
て、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ 3を２０ｌ／分供給し、基
板温度を９４０℃から１０５０℃に昇温する。
【００５４】続いて、工程１１５および工程１１６を実
施形態１と同様に行って図３に示した半導体積層構造を
作製する。
施形態１と同様に行って図３に示した半導体積層構造を
作製する。
【００５５】その後、実施形態１と同様に、Ｍｇ活性化
のためのアニールおよびＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を一
部露出させるためのドライエッチングを行い、ｎ型電極
７、ｐ型透光性電極８およびｐ型電極９を形成して図２
に示したＬＥＤ構造を作製する。
のためのアニールおよびＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を一
部露出させるためのドライエッチングを行い、ｎ型電極
７、ｐ型透光性電極８およびｐ型電極９を形成して図２
に示したＬＥＤ構造を作製する。
【００５６】このように、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層の
形成後、成長中断工程を設けて基板温度を昇温し、昇温
した温度でＡｌＧａＮ保護層の一部を成長し、その後、
成長中断工程を設けて基板温度を昇温した後でＡｌＧａ
Ｎ保護層を再度成長させた本実施形態の発光ダイオード
によれば、発光強度の増加および発光強度の分布低減の
効果をさらに大きくすることができる。これは、ＡｌＧ
ａＮ保護層を成長温度を変化させて分割して成長するこ
とで成長層の歪みが低減されることと、熱によりＩｎＧ
ａＮ量子井戸活性層からＩｎが再蒸発して悪影響を及ぼ
すのを抑制することができるためと考えられる。
形成後、成長中断工程を設けて基板温度を昇温し、昇温
した温度でＡｌＧａＮ保護層の一部を成長し、その後、
成長中断工程を設けて基板温度を昇温した後でＡｌＧａ
Ｎ保護層を再度成長させた本実施形態の発光ダイオード
によれば、発光強度の増加および発光強度の分布低減の
効果をさらに大きくすることができる。これは、ＡｌＧ
ａＮ保護層を成長温度を変化させて分割して成長するこ
とで成長層の歪みが低減されることと、熱によりＩｎＧ
ａＮ量子井戸活性層からＩｎが再蒸発して悪影響を及ぼ
すのを抑制することができるためと考えられる。
【００５７】なお、本実施形態ではＡｌＧａＮ保護層
を、成長中断中の昇温工程を間に入れて２種類の成長温
度により２層に分けて成長させたが、ＡｌＧａＮ保護層
の合計層厚が５０ｎｍを超えない範囲であれば、成長中
断中の昇温工程の後にＡｌＧａＮ保護層を成長する工程
を複数回繰り返しても、同様に、発光強度およびその均
一性を向上させることができる。
を、成長中断中の昇温工程を間に入れて２種類の成長温
度により２層に分けて成長させたが、ＡｌＧａＮ保護層
の合計層厚が５０ｎｍを超えない範囲であれば、成長中
断中の昇温工程の後にＡｌＧａＮ保護層を成長する工程
を複数回繰り返しても、同様に、発光強度およびその均
一性を向上させることができる。
【００５８】（実施形態４）上記実施形態１〜実施形態
３では、活性層としてＩｎＧａＮ単一量子井戸構造の活
性層を用いたが、多重量子井戸構造の活性層を用いても
良い。
３では、活性層としてＩｎＧａＮ単一量子井戸構造の活
性層を用いたが、多重量子井戸構造の活性層を用いても
良い。
【００５９】本実施形態では、障壁層として、基板温度
８８０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ
／分とＴＭＩを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供
給して厚み５ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を成長し、ま
たは、Ｎ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分と
ＮＨ3を２０ｌ／分供給して厚み５ｎｍのＧａＮ層を成
長する。井戸層としては、基板温度７４０℃にてＮ2キ
ャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＩを１７
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給して厚み２ｎｍ
のＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ層を成長する。
８８０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ
／分とＴＭＩを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供
給して厚み５ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を成長し、ま
たは、Ｎ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分と
ＮＨ3を２０ｌ／分供給して厚み５ｎｍのＧａＮ層を成
長する。井戸層としては、基板温度７４０℃にてＮ2キ
ャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＩを１７
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給して厚み２ｎｍ
のＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ層を成長する。
【００６０】このように障壁層と井戸層の成長を繰り返
して多重量子井戸構造の活性層を成長後、成長を中断
し、その成長中断中に１６０秒間で基板温度を９４０℃
に昇温する。その後、基板温度９４０℃で成長中断を１
６０秒間継続した後、ＡｌＧａＮ保護層を成長し、上記
実施形態１と同様にして発光ダイオードを作製する。
して多重量子井戸構造の活性層を成長後、成長を中断
し、その成長中断中に１６０秒間で基板温度を９４０℃
に昇温する。その後、基板温度９４０℃で成長中断を１
６０秒間継続した後、ＡｌＧａＮ保護層を成長し、上記
実施形態１と同様にして発光ダイオードを作製する。
【００６１】このように、多重量子井戸構造を活性層に
用いた素子でも、多重量子井戸活性層の成長後、一定期
間の成長中断工程を設けてその成長中断期間中に基板温
度を昇温し、その温度で成長中断を一定期間継続した
後、ＡｌＧａＮ保護層を成長することで、発光強度の増
加および発光強度の面内分布の低減の効果を得ることが
できた。
用いた素子でも、多重量子井戸活性層の成長後、一定期
間の成長中断工程を設けてその成長中断期間中に基板温
度を昇温し、その温度で成長中断を一定期間継続した
後、ＡｌＧａＮ保護層を成長することで、発光強度の増
加および発光強度の面内分布の低減の効果を得ることが
できた。
【００６２】（実施形態５）上記実施形態１〜実施形態
４では、基板としてサファイア基板を用いたが、ＳｉＣ
基板やＧａＮ基板等の基板を用いてもよい。
４では、基板としてサファイア基板を用いたが、ＳｉＣ
基板やＧａＮ基板等の基板を用いてもよい。
【００６３】本実施形態では、ＧａＮ基板を用いた例と
して、図１０に示すような窒化物系化合物半導体発光ダ
イオードの製造について説明する。
して、図１０に示すような窒化物系化合物半導体発光ダ
イオードの製造について説明する。
【００６４】この発光ダイオードは、ｎ型ＧａＮ基板１
１上に、ＳｉドープＧａＮバッファー層１２、Ｓｉドー
プｎ型ＧａＮ層１３、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ単一量子井戸活
性層１４、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層１
５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層１６を順次積層した構造を
備えている。ｐ型ＧａＮ層１６の上には透光性電極１８
およびｐ型電極１９が形成され、ｎ型基板１１裏面には
ｎ型電極１７が形成されている。
１上に、ＳｉドープＧａＮバッファー層１２、Ｓｉドー
プｎ型ＧａＮ層１３、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ単一量子井戸活
性層１４、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層１
５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層１６を順次積層した構造を
備えている。ｐ型ＧａＮ層１６の上には透光性電極１８
およびｐ型電極１９が形成され、ｎ型基板１１裏面には
ｎ型電極１７が形成されている。
【００６５】本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素
子の製造方法における各工程の基板加熱設定温度の変化
は、実施形態１に示した図１と同様である。各半導体層
の成長はＭＯＣＶＤ法により行う。
子の製造方法における各工程の基板加熱設定温度の変化
は、実施形態１に示した図１と同様である。各半導体層
の成長はＭＯＣＶＤ法により行う。
【００６６】まず、工程１０１において、ＧａＮ１１を
室温から１１００℃に昇温する。次に、工程１０２にお
いて、基板温度１１００℃にてＨ2キャリアーガスを１
６．５ｌ／分とＮＨ3を３．５ｌ／分供給し、基板クリ
ーニングを２０分間行う。続いて、工程１０３におい
て、基板温度を１１００℃から５５０℃まで降温する。
その後、工程１０４において、Ｈ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分供給し、基板温度を５５０℃に安定
させる。次に、工程１０５において、基板温度５５０℃
にてＨ2キャリアーガスとＴＭＧを９μｍｏｌ／分とＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分とＳｉＨ4を２ｎｍｏｌ／分供給し、
厚み３５ｎｍのＳｉドープＧａＮバッファー層１２を成
長する。続いて、工程１０６において、ＴＭＧの供給を
停止し、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を３．５ｌ／分供給
して基板温度を５５０℃から１０５０℃まで昇温する。
その後、工程１０７において、Ｈ2キャリアーガスとＴ
ＭＧを５０μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分とＳｉＨ4を
１０ｎｍｏｌ／分供給し、厚み０．５μｍのＳｉドープ
ｎ型ＧａＮ層１３を成長する。次に、工程１０８におい
て、ＴＭＧおよびＳｉＨ4の供給を停止し、Ｈ2キャリア
ーガスまたはＮ2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給
して基板温度を１０５０℃から７４０℃まで降温する。
続いて、工程１０９において、Ｎ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を７ｌ／分供給し、基板温度を７４０℃に安定させ
る。その後、工程１１０において、Ｎ2キャリアーガス
とＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＩを１７μｍｏｌ／分
とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み２ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎ単一量子井戸活性層１４を成長する。
室温から１１００℃に昇温する。次に、工程１０２にお
いて、基板温度１１００℃にてＨ2キャリアーガスを１
６．５ｌ／分とＮＨ3を３．５ｌ／分供給し、基板クリ
ーニングを２０分間行う。続いて、工程１０３におい
て、基板温度を１１００℃から５５０℃まで降温する。
その後、工程１０４において、Ｈ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分供給し、基板温度を５５０℃に安定
させる。次に、工程１０５において、基板温度５５０℃
にてＨ2キャリアーガスとＴＭＧを９μｍｏｌ／分とＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分とＳｉＨ4を２ｎｍｏｌ／分供給し、
厚み３５ｎｍのＳｉドープＧａＮバッファー層１２を成
長する。続いて、工程１０６において、ＴＭＧの供給を
停止し、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を３．５ｌ／分供給
して基板温度を５５０℃から１０５０℃まで昇温する。
その後、工程１０７において、Ｈ2キャリアーガスとＴ
ＭＧを５０μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分とＳｉＨ4を
１０ｎｍｏｌ／分供給し、厚み０．５μｍのＳｉドープ
ｎ型ＧａＮ層１３を成長する。次に、工程１０８におい
て、ＴＭＧおよびＳｉＨ4の供給を停止し、Ｈ2キャリア
ーガスまたはＮ2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給
して基板温度を１０５０℃から７４０℃まで降温する。
続いて、工程１０９において、Ｎ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を７ｌ／分供給し、基板温度を７４０℃に安定させ
る。その後、工程１１０において、Ｎ2キャリアーガス
とＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＩを１７μｍｏｌ／分
とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み２ｎｍのＩｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎ単一量子井戸活性層１４を成長する。
【００６７】次に、工程１１１において、ＴＭＧおよび
ＴＭＩの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、また
はＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６
０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで昇温す
る。続いて、工程１１２において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給して基板温度を８４０℃に保
ち、成長中断を１６０秒間継続する。
ＴＭＩの供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスのみ、また
はＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して１６
０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで昇温す
る。続いて、工程１１２において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給して基板温度を８４０℃に保
ち、成長中断を１６０秒間継続する。
【００６８】その後、工程１１３において、基板温度８
４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／
分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み２６ｎ
ｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層１５を成長
する。次に、工程１１４において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、基板温度を８４０℃から
１０５０℃に昇温する。続いて、工程１１５において、
Ｈ2キャリアーガスとＴＭＧを５０μｍｏｌ／分とＣｐ2
Ｍｇを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分供給して、厚
み３００ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ層１６を成長す
る。その後、工程１１６において、Ｈ2キャリアーガス
にＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度を降温する。以上
により半導体積層構造を作製する。
４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／
分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み２６ｎ
ｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層１５を成長
する。次に、工程１１４において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、基板温度を８４０℃から
１０５０℃に昇温する。続いて、工程１１５において、
Ｈ2キャリアーガスとＴＭＧを５０μｍｏｌ／分とＣｐ2
Ｍｇを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分供給して、厚
み３００ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ層１６を成長す
る。その後、工程１１６において、Ｈ2キャリアーガス
にＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度を降温する。以上
により半導体積層構造を作製する。
【００６９】次に、Ｍｇ活性化のためのアニールをＮ2
雰囲気中８００℃で２０分間行う。その後、ｎ型電極１
７とｐ型透光性電極１８とｐ型電極１９を形成し、図１
０に示したＬＥＤ構造を作製する。
雰囲気中８００℃で２０分間行う。その後、ｎ型電極１
７とｐ型透光性電極１８とｐ型電極１９を形成し、図１
０に示したＬＥＤ構造を作製する。
【００７０】本実施形態によれば、ＧａＮ基板１１を用
いることで、基板と半導体成長層とにおいて熱膨張率差
および格子定数差が少なくなり、より良好な結晶性を有
する半導体成長層を得ることができる。また、（１）Ｉ
ｎＧａＮ活性層の成長後、一定期間以上の成長中断工程
を設けること、および（２）ＩｎＧａＮ活性層の成長温
度よりも高温でＡｌＧａＮ保護層を成長することの両方
の条件を満たすことでＡｌＧａＮ保護層の平坦性を向上
させることができる。
いることで、基板と半導体成長層とにおいて熱膨張率差
および格子定数差が少なくなり、より良好な結晶性を有
する半導体成長層を得ることができる。また、（１）Ｉ
ｎＧａＮ活性層の成長後、一定期間以上の成長中断工程
を設けること、および（２）ＩｎＧａＮ活性層の成長温
度よりも高温でＡｌＧａＮ保護層を成長することの両方
の条件を満たすことでＡｌＧａＮ保護層の平坦性を向上
させることができる。
【００７１】さらに、ＧａＮ基板１１は導電性を有し、
ｎ型電極１７をＧａＮ基板１１の裏面に形成することが
できるため、サファイア基板を用いた実施形態１〜実施
形態３のようにＭｇ活性化のためのアニール後にｎ型Ｇ
ａＮ層３を露出させるドライエッチング工程が不要とな
る。また、素子中の発光面積が広がり、基板側に出射さ
れる発光をｎ型電極１７で反射させて有効に取り出すこ
とができるため、サファイア基板を用いた素子と比較す
ると、同じ発光強度を得るために素子サイズを小さくす
ることができ、量産性を向上させることができる。さら
に、ＬＥＤランプを構成する場合には、ｎ型電極１７に
ＩＴＯ等の透光性を有する材料を用いることで、成長面
側をマウントすることができ、素子の放熱をより効率的
に行って信頼性を向上させることができる。
ｎ型電極１７をＧａＮ基板１１の裏面に形成することが
できるため、サファイア基板を用いた実施形態１〜実施
形態３のようにＭｇ活性化のためのアニール後にｎ型Ｇ
ａＮ層３を露出させるドライエッチング工程が不要とな
る。また、素子中の発光面積が広がり、基板側に出射さ
れる発光をｎ型電極１７で反射させて有効に取り出すこ
とができるため、サファイア基板を用いた素子と比較す
ると、同じ発光強度を得るために素子サイズを小さくす
ることができ、量産性を向上させることができる。さら
に、ＬＥＤランプを構成する場合には、ｎ型電極１７に
ＩＴＯ等の透光性を有する材料を用いることで、成長面
側をマウントすることができ、素子の放熱をより効率的
に行って信頼性を向上させることができる。
【００７２】上記実施形態１〜実施形態３ではサファイ
ア基板を用いたが、本実施形態のようにＧａＮ基板を用
いても、同様の効果が得られることを確認している。ま
た、ＧａＮ基板の面方位に関しては、｛０００１｝
面、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面、｛１−１０
１｝面および｛０１−１２｝面が好ましく、これらの面
方位から±２度ずれていても同様の効果が得られること
を確認している。
ア基板を用いたが、本実施形態のようにＧａＮ基板を用
いても、同様の効果が得られることを確認している。ま
た、ＧａＮ基板の面方位に関しては、｛０００１｝
面、｛１−１００｝面、｛１１−２０｝面、｛１−１０
１｝面および｛０１−１２｝面が好ましく、これらの面
方位から±２度ずれていても同様の効果が得られること
を確認している。
【００７３】さらに、ＧａＮ基板を用いた場合でも、多
重量子井戸構造の活性層を用いることができる。
重量子井戸構造の活性層を用いることができる。
【００７４】例えば、障壁層としては、基板温度８８０
℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分と
ＴＭＩを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給して
厚み５ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を成長し、または、
Ｎ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＮＨ3を
２０ｌ／分供給して厚み５ｎｍのＧａＮ層を成長する。
井戸層としては、基板温度７４０℃にてＮ2キャリアー
ガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＩを１７μｍｏｌ
／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給して厚み２ｎｍのＩｎ0.3
Ｇａ0.7Ｎ層を成長する。
℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分と
ＴＭＩを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給して
厚み５ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を成長し、または、
Ｎ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＮＨ3を
２０ｌ／分供給して厚み５ｎｍのＧａＮ層を成長する。
井戸層としては、基板温度７４０℃にてＮ2キャリアー
ガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＩを１７μｍｏｌ
／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給して厚み２ｎｍのＩｎ0.3
Ｇａ0.7Ｎ層を成長する。
【００７５】このように障壁層と井戸層の成長を繰り返
して多重量子井戸構造の活性層を成長後、成長を中断
し、その成長中断中に１６０秒間で基板温度を９４０℃
に昇温する。その後、基板温度９４０℃で成長中断を１
６０秒間継続した後、ＡｌＧａＮ保護層を成長し、Ｍｇ
活性化（ｐ型化）のためのアニール工程および電極形成
工程を経て発光ダイオードを作製する。
して多重量子井戸構造の活性層を成長後、成長を中断
し、その成長中断中に１６０秒間で基板温度を９４０℃
に昇温する。その後、基板温度９４０℃で成長中断を１
６０秒間継続した後、ＡｌＧａＮ保護層を成長し、Ｍｇ
活性化（ｐ型化）のためのアニール工程および電極形成
工程を経て発光ダイオードを作製する。
【００７６】このように、ＧａＮ基板を用い、多重量子
井戸構造を活性層に用いた素子でも、多重量子井戸活性
層の成長後、一定期間の成長中断工程を設けてその成長
中断期間中に基板温度を昇温し、その温度で成長中断を
一定期間継続した後、ＡｌＧａＮ保護層を成長すること
で、発光強度の増加および発光強度の面内分布の低減の
効果を得ることができた。
井戸構造を活性層に用いた素子でも、多重量子井戸活性
層の成長後、一定期間の成長中断工程を設けてその成長
中断期間中に基板温度を昇温し、その温度で成長中断を
一定期間継続した後、ＡｌＧａＮ保護層を成長すること
で、発光強度の増加および発光強度の面内分布の低減の
効果を得ることができた。
【００７７】（実施形態６）上記実施形態１〜実施形態
５では、活性層としてＩｎＧａＮ混晶系を用いたが、Ｇ
ａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＩｎＧａＮＡｓまたはＩｎＧａＮ
Ｐ等を用いてもよい。
５では、活性層としてＩｎＧａＮ混晶系を用いたが、Ｇ
ａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＩｎＧａＮＡｓまたはＩｎＧａＮ
Ｐ等を用いてもよい。
【００７８】本実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板とＩｎx
Ｇａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）活性層
とを用いた例について説明する。素子構造は、実施形態
５に示した図１０と同様であり、単一量子井戸活性層１
４は、一例として発光波長４７０ｎｍを得るためにＩｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ0.976Ａｓ0.024を用いた。
Ｇａ1-xＮzＡｓ1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）活性層
とを用いた例について説明する。素子構造は、実施形態
５に示した図１０と同様であり、単一量子井戸活性層１
４は、一例として発光波長４７０ｎｍを得るためにＩｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ0.976Ａｓ0.024を用いた。
【００７９】本実施形態の窒化物系化合物半導体発光素
子の製造方法における各工程の基板加熱設定温度の変化
は、実施形態１に示した図１と同様である。各半導体層
の成長はＭＯＣＶＤ法により行う。
子の製造方法における各工程の基板加熱設定温度の変化
は、実施形態１に示した図１と同様である。各半導体層
の成長はＭＯＣＶＤ法により行う。
【００８０】まず、工程１０１において、ＧａＮ１１を
室温から１１００℃に昇温する。次に、工程１０２にお
いて、基板温度１１００℃にてＨ2キャリアーガスを１
６．５ｌ／分とＮＨ3を３．５ｌ／分供給し、基板クリ
ーニングを２０分間行う。続いて、工程１０３におい
て、基板温度を１１００℃から５５０℃まで降温する。
その後、工程１０４において、Ｈ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分供給し、基板温度を５５０℃に安定
させる。次に、工程１０５において、基板温度５５０℃
にてＨ2キャリアーガスとＴＭＧを９μｍｏｌ／分とＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分とＳｉＨ4を２ｎｍｏｌ／分供給し、
厚み３５ｎｍのＳｉドープＧａＮバッファー層１２を成
長する。続いて、工程１０６において、ＴＭＧの供給を
停止し、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を３．５ｌ／分供給
して基板温度を５５０℃から１０５０℃まで昇温する。
その後、工程１０７において、Ｈ2キャリアーガスとＴ
ＭＧを５０μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分とＳｉＨ4を
１０ｎｍｏｌ／分供給し、厚み０．５μｍのＳｉドープ
ｎ型ＧａＮ層１３を成長する。次に、工程１０８におい
て、ＴＭＧおよびＳｉＨ4の供給を停止し、Ｈ2キャリア
ーガスまたはＮ2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給
して基板温度を１０５０℃から７４０℃まで降温する。
続いて、工程１０９において、Ｎ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を７ｌ／分供給し、基板温度を７４０℃に安定させ
る。その後、工程１１０において、Ｎ2キャリアーガス
とＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＩを１７μｍｏｌ／分
とＮＨ3を２０ｌ／分とＡｓＨ3を１０ｃｃｍ／分供給
し、厚み２ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ0.976Ａｓ0.024単一
量子井戸活性層１４を成長する。
室温から１１００℃に昇温する。次に、工程１０２にお
いて、基板温度１１００℃にてＨ2キャリアーガスを１
６．５ｌ／分とＮＨ3を３．５ｌ／分供給し、基板クリ
ーニングを２０分間行う。続いて、工程１０３におい
て、基板温度を１１００℃から５５０℃まで降温する。
その後、工程１０４において、Ｈ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分供給し、基板温度を５５０℃に安定
させる。次に、工程１０５において、基板温度５５０℃
にてＨ2キャリアーガスとＴＭＧを９μｍｏｌ／分とＮ
Ｈ3を３．５ｌ／分とＳｉＨ4を２ｎｍｏｌ／分供給し、
厚み３５ｎｍのＳｉドープＧａＮバッファー層１２を成
長する。続いて、工程１０６において、ＴＭＧの供給を
停止し、Ｎ2キャリアーガスとＮＨ3を３．５ｌ／分供給
して基板温度を５５０℃から１０５０℃まで昇温する。
その後、工程１０７において、Ｈ2キャリアーガスとＴ
ＭＧを５０μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分とＳｉＨ4を
１０ｎｍｏｌ／分供給し、厚み０．５μｍのＳｉドープ
ｎ型ＧａＮ層１３を成長する。次に、工程１０８におい
て、ＴＭＧおよびＳｉＨ4の供給を停止し、Ｈ2キャリア
ーガスまたはＮ2キャリアーガスとＮＨ3を７ｌ／分供給
して基板温度を１０５０℃から７４０℃まで降温する。
続いて、工程１０９において、Ｎ2キャリアーガスとＮ
Ｈ3を７ｌ／分供給し、基板温度を７４０℃に安定させ
る。その後、工程１１０において、Ｎ2キャリアーガス
とＴＭＧを７μｍｏｌ／分とＴＭＩを１７μｍｏｌ／分
とＮＨ3を２０ｌ／分とＡｓＨ3を１０ｃｃｍ／分供給
し、厚み２ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ0.976Ａｓ0.024単一
量子井戸活性層１４を成長する。
【００８１】次に、工程１１１において、ＴＭＧ、ＴＭ
ＩおよびＡｓＨ3の供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスの
み、またはＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給
して１６０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで
昇温する。続いて、工程１１２において、Ｎ2キャリア
ーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して基板温度を８４０
℃に保ち、成長中断を１６０秒間継続する。
ＩおよびＡｓＨ3の供給を停止し、Ｎ2キャリアーガスの
み、またはＮ2キャリアーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給
して１６０秒間で基板温度を７４０℃から８４０℃まで
昇温する。続いて、工程１１２において、Ｎ2キャリア
ーガスとＮＨ3を２０ｌ／分供給して基板温度を８４０
℃に保ち、成長中断を１６０秒間継続する。
【００８２】その後、工程１１３において、基板温度８
４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／
分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み２６ｎ
ｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層１５を成長
する。次に、工程１１４において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、基板温度を８４０℃から
１０５０℃に昇温する。続いて、工程１１５において、
Ｈ2キャリアーガスとＴＭＧを５０μｍｏｌ／分とＣｐ2
Ｍｇを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分供給して、厚
み３００ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ層１６を成長す
る。その後、工程１１６において、Ｈ2キャリアーガス
にＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度を降温する。以上
により半導体積層構造を作製する。
４０℃にてＮ2キャリアーガスとＴＭＧを７μｍｏｌ／
分とＴＭＡを０．７μｍｏｌ／分とＣｐ2Ｍｇを０．２
μｍｏｌ／分とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、厚み２６ｎ
ｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ保護層１５を成長
する。次に、工程１１４において、Ｎ2キャリアーガス
とＮＨ3を２０ｌ／分供給し、基板温度を８４０℃から
１０５０℃に昇温する。続いて、工程１１５において、
Ｈ2キャリアーガスとＴＭＧを５０μｍｏｌ／分とＣｐ2
Ｍｇを２μｍｏｌ／分とＮＨ3を７ｌ／分供給して、厚
み３００ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮ層１６を成長す
る。その後、工程１１６において、Ｈ2キャリアーガス
にＮＨ3を７ｌ／分供給して基板温度を降温する。以上
により半導体積層構造を作製する。
【００８３】次に、Ｍｇ活性化のためのアニールをＮ2
雰囲気中８００℃で２０分間行う。その後、ｎ型電極１
７とｐ型透光性電極１８とｐ型電極１９を形成し、図１
０に示したＬＥＤ構造を作製する。
雰囲気中８００℃で２０分間行う。その後、ｎ型電極１
７とｐ型透光性電極１８とｐ型電極１９を形成し、図１
０に示したＬＥＤ構造を作製する。
【００８４】同じ発光波長を得ようとした場合、活性層
にＩｎＧａＮＡｓまたはＩｎＧａＮＰを用いることによ
り、活性層にＩｎＧａＮを用いる場合に比べて、活性層
成長後の昇温工程での再蒸発が懸念されるＩｎＮの組成
を少なくすることが可能である。さらに、ＧａＮＡｓま
たはＧａＮＰのようにＩｎＮを全く含まない活性層を用
いることも可能である。これにより、ＩｎＮの再蒸発に
よる昇温工程中の活性層の劣化が少なくなり、ＡｌＧａ
Ｎ保護層の平坦性を十分に改善して、素子の発光強度お
よび面内分布を改善することができる。
にＩｎＧａＮＡｓまたはＩｎＧａＮＰを用いることによ
り、活性層にＩｎＧａＮを用いる場合に比べて、活性層
成長後の昇温工程での再蒸発が懸念されるＩｎＮの組成
を少なくすることが可能である。さらに、ＧａＮＡｓま
たはＧａＮＰのようにＩｎＮを全く含まない活性層を用
いることも可能である。これにより、ＩｎＮの再蒸発に
よる昇温工程中の活性層の劣化が少なくなり、ＡｌＧａ
Ｎ保護層の平坦性を十分に改善して、素子の発光強度お
よび面内分布を改善することができる。
【００８５】さらに、多重量子井戸構造の井戸層および
障壁層としても、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＩｎＧａＮＡ
ｓ、ＩｎＧａＮＰ等を用いることができる。障壁層と井
戸層の成長を繰り返して多重量子井戸構造の活性層を成
長後、成長を中断し、その成長中断中に１６０秒間で基
板温度を９４０℃に昇温する。その後、基板温度９４０
℃で成長中断を１６０秒間継続した後、ＡｌＧａＮ保護
層を成長し、Ｍｇ活性化（ｐ型化）のためのアニール工
程および電極形成工程を経て発光ダイオードを作製す
る。
障壁層としても、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＩｎＧａＮＡ
ｓ、ＩｎＧａＮＰ等を用いることができる。障壁層と井
戸層の成長を繰り返して多重量子井戸構造の活性層を成
長後、成長を中断し、その成長中断中に１６０秒間で基
板温度を９４０℃に昇温する。その後、基板温度９４０
℃で成長中断を１６０秒間継続した後、ＡｌＧａＮ保護
層を成長し、Ｍｇ活性化（ｐ型化）のためのアニール工
程および電極形成工程を経て発光ダイオードを作製す
る。
【００８６】このように、ＡｓまたはＰを含む窒化物系
化合物半導体を用いた多重量子井戸構造を活性層に用い
た素子でも、多重量子井戸活性層の成長後、一定期間の
成長中断工程を設けてその成長中断期間中に基板温度を
昇温し、その温度で成長中断を一定期間継続した後、Ａ
ｌＧａＮ保護層を成長することで、発光強度の増加およ
び発光強度の面内分布の低減の効果を得ることができ
た。
化合物半導体を用いた多重量子井戸構造を活性層に用い
た素子でも、多重量子井戸活性層の成長後、一定期間の
成長中断工程を設けてその成長中断期間中に基板温度を
昇温し、その温度で成長中断を一定期間継続した後、Ａ
ｌＧａＮ保護層を成長することで、発光強度の増加およ
び発光強度の面内分布の低減の効果を得ることができ
た。
【００８７】なお、上記実施形態１〜実施形態６では結
晶成長をＭＯＣＶＤ法により行ったが、ＭＢＥ法等、他
の成長方法を用いることも可能である。また、発光素子
として発光ダイオードを例として説明したが、半導体レ
ーザ素子についても本発明は適用可能である。さらに、
成長中断中にはＮ2キャリアーガスのみ、またはＮ2キャ
リアーガスとＮＨ3を供給して基板温度を昇温したが、
活性層にＶ族原料としてＮ以外にＡｓやＰを含む場合に
は、窒素にＡｓＨ3やＰＨ3等のＶ族原料ガスを加えた雰
囲気下で基板温度を昇温させてもよい。
晶成長をＭＯＣＶＤ法により行ったが、ＭＢＥ法等、他
の成長方法を用いることも可能である。また、発光素子
として発光ダイオードを例として説明したが、半導体レ
ーザ素子についても本発明は適用可能である。さらに、
成長中断中にはＮ2キャリアーガスのみ、またはＮ2キャ
リアーガスとＮＨ3を供給して基板温度を昇温したが、
活性層にＶ族原料としてＮ以外にＡｓやＰを含む場合に
は、窒素にＡｓＨ3やＰＨ3等のＶ族原料ガスを加えた雰
囲気下で基板温度を昇温させてもよい。
【００８８】さらに、上記実施形態１〜実施形態６で
は、活性層上にＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）保護層を
成長させた例について説明したが、ＡｌyＧａ1-yＮjＡ
ｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧａ1-y
ＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保護層を
成長する場合についても、同様の効果が得られる。
は、活性層上にＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）保護層を
成長させた例について説明したが、ＡｌyＧａ1-yＮjＡ
ｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧａ1-y
ＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保護層を
成長する場合についても、同様の効果が得られる。
【００８９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
窒化物系化合物半導体を含む活性層の成長後に成長中断
期間を設けてその成長中断期間中に基板温度を昇温し、
その後、昇温させた温度でＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮＡｓ
またはＡｌＧａＮＰからなる保護層を成長することによ
り、保護層の結晶性と表面平坦性を大幅に改善すると共
に、キャリアー（Ｍｇ）の活性化率を向上することがで
きるので、発光強度が高く、均一性に優れた窒化物系化
合物半導体発光素子を得ることができる。
窒化物系化合物半導体を含む活性層の成長後に成長中断
期間を設けてその成長中断期間中に基板温度を昇温し、
その後、昇温させた温度でＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮＡｓ
またはＡｌＧａＮＰからなる保護層を成長することによ
り、保護層の結晶性と表面平坦性を大幅に改善すると共
に、キャリアー（Ｍｇ）の活性化率を向上することがで
きるので、発光強度が高く、均一性に優れた窒化物系化
合物半導体発光素子を得ることができる。
【００９０】さらに、成長中断期間中に基板温度を昇温
した後、基板温度をさらに昇温しながらＡｌＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮＡｓまたはＡｌＧａＮＰからなる保護層を成長
することにより、活性層からのＩｎの再蒸発を抑制して
発光強度の増加と発光強度の面内分布の均一性をより向
上させることができる。
した後、基板温度をさらに昇温しながらＡｌＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮＡｓまたはＡｌＧａＮＰからなる保護層を成長
することにより、活性層からのＩｎの再蒸発を抑制して
発光強度の増加と発光強度の面内分布の均一性をより向
上させることができる。
【００９１】或いは、成長中断期間中に基板温度を昇温
する工程と、その後、その昇温させた温度でＡｌＧａＮ
層、ＡｌＧａＮＡｓ層またはＡｌＧａＮＰ層を成長する
工程を２回以上繰り返して保護層を形成することによ
り、成長層の歪みを低減すると共に、活性層からのＩｎ
の再蒸発を抑制することができるので、発光強度の増加
と発光強度の面内分布の均一性をより向上させることが
できる。
する工程と、その後、その昇温させた温度でＡｌＧａＮ
層、ＡｌＧａＮＡｓ層またはＡｌＧａＮＰ層を成長する
工程を２回以上繰り返して保護層を形成することによ
り、成長層の歪みを低減すると共に、活性層からのＩｎ
の再蒸発を抑制することができるので、発光強度の増加
と発光強度の面内分布の均一性をより向上させることが
できる。
【図１】実施形態１の窒化物系化合物半導体発光素子の
各製造工程における基板加熱設定温度の変化を示す図で
ある。
各製造工程における基板加熱設定温度の変化を示す図で
ある。
【図２】一般的な窒化物系化合物半導体発光素子の概略
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図３】図２の窒化物系化合物半導体発光素子における
半導体積層構造を示す断面図である。
半導体積層構造を示す断面図である。
【図４】ＡｌＧａＮ保護層の成長温度と窒化物系化合物
半導体発光素子の発光強度との関係を示す図である。
半導体発光素子の発光強度との関係を示す図である。
【図５】成長中断時間と窒化物系化合物半導体発光素子
の発光強度との関係を示す図である。
の発光強度との関係を示す図である。
【図６】成長中断期間中に昇温し、高温で成長したＡｌ
ＧａＮ層の表面状態のＡＦＭ観察図である。
ＧａＮ層の表面状態のＡＦＭ観察図である。
【図７】成長を中断せずに成長したＡｌＧａＮ層の表面
状態のＡＦＭ観察図である。
状態のＡＦＭ観察図である。
【図８】実施形態２の窒化物系化合物半導体発光素子の
各製造工程における基板加熱設定温度の変化を示す図で
ある。
各製造工程における基板加熱設定温度の変化を示す図で
ある。
【図９】実施形態３の窒化物系化合物半導体発光素子の
各製造工程における基板加熱設定温度の変化を示す図で
ある。
各製造工程における基板加熱設定温度の変化を示す図で
ある。
【図１０】実施形態５および実施形態６の窒化物系化合
物半導体発光素子の概略構造を示す断面図である。
物半導体発光素子の概略構造を示す断面図である。
【図１１】従来の窒化物系化合物半導体発光素子の各製
造工程における基板加熱設定温度の変化を示す図であ
る。
造工程における基板加熱設定温度の変化を示す図であ
る。
１ サファイヤ基板 ２、１２ バッファー層 ３、１３ ｎ型ＧａＮ層 ４、１４ アンドープＩｎＧａＮ活性層 ５、１５ ＡｌＧａＮ保護層 ６、１６ ｐ型ＧａＮ層 ７、１７ ｎ型電極 ８、１８ ｐ型透光性電極 ９、１９ ｐ型電極 １１ ＧａＮ基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２３Ｃ 16/52 Ｃ２３Ｃ 16/52 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｓ 5/323 Ｈ０１Ｓ 5/323 (72)発明者 山田 英司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 高平 宜幸 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 窒化物系化合物半導体層からなる活性層
上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌyＧａ1-yＮ
jＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧａ
1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保護
層を有する窒化物系化合物半導体発光素子を製造する方
法であって、 該活性層の成長後に成長中断期間を設けてその成長中断
期間中に基板温度を昇温し、その後、昇温させた温度で
該保護層を成長する窒化物系化合物半導体発光素子の製
造方法。 - 【請求項２】 窒化物系化合物半導体層からなる活性層
上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌyＧａ1-yＮ
jＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧａ
1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保護
層を有する窒化物系化合物半導体発光素子を製造する方
法であって、 該活性層の成長後に成長中断期間を設けてその成長中断
期間中に基板温度を昇温し、その後、基板温度をさらに
昇温しながら該保護層を成長する窒化物系化合物半導体
発光素子の製造方法。 - 【請求項３】 窒化物系化合物半導体層からなる活性層
上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）、ＡｌyＧａ1-yＮ
jＡｓ1-j（０≦ｙ≦１、０＜ｊ＜１）またはＡｌyＧａ
1-yＮkＰ1-k（０≦ｙ≦１、０＜ｋ＜１）からなる保護
層を有する窒化物系化合物半導体発光素子を製造する方
法であって、 該活性層の成長後に成長中断期間を設けてその成長中断
期間中に基板温度を昇温する工程と、その後、その昇温
させた温度でＡｌyＧａ1-yＮ層、ＡｌyＧａ1-yＮjＡｓ
1-j層またはＡｌyＧａ1-yＮkＰ1-k層を成長する工程と
を２回以上繰り返して該保護層を形成する窒化物系化合
物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記成長中断期間中に、窒素雰囲気下ま
たは窒素にＶ族原料ガスを加えた雰囲気下で基板温度を
昇温する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の窒化
物系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記活性層がＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦
１）層、ＧａＮzＡｓ1-z（０＜ｚ≦１）層、ＧａＮzＰ
1-z（０＜ｚ≦１）層、ＩｎxＧａ1-xＮzＡｓ 1-z（０≦
ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層またはＩｎxＧａ1-xＮzＰ
1-z（０≦ｘ≦１、０＜ｚ≦１）層を含む請求項１乃至
請求項４のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体発光
素子。
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|---|---|---|---|
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| JP11-211408 | 1999-07-26 | ||
| JP21140899 | 1999-07-26 | ||
| JP2000225975A JP2001102633A (ja) | 1999-07-26 | 2000-07-26 | 窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法 |
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