JP2002026024A - Method of forming semiconductor layer - Google Patents

Method of forming semiconductor layer

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JP2002026024A JP2001116386A JP2001116386A JP2002026024A JP 2002026024 A JP2002026024 A JP 2002026024A JP 2001116386 A JP2001116386 A JP 2001116386A JP 2001116386 A JP2001116386 A JP 2001116386A JP 2002026024 A JP2002026024 A JP 2002026024A
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勲 木戸口
Yuzaburo Ban
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely reduce the resistance value of a p-type III-V compound semiconductor layer. SOLUTION: The method comprises a step for growing a low-temperature buffer layer 11, a GaN layer 12 and a p-type Al0.07Ga0.93N layer 13 on a sapphire substrate 10, a step for heating a tray mounting the substrate 10 quickly at a temperature rise rate of more than 0.3 deg.C/s from room temperature (25 deg.C) to 750 deg.C, a step for holding it at 750 deg.C for one hour, and a step for cooling it at a temperature fall rate of 10 deg.C/s to room temperature, thereby heat treating the p-type Al0.07Ga0.93N layer 13. This causes a temperature gradient in the p-type Al0.07Ga0.93N layer 13 in the vertical direction to the substrate, thereby discharging hydrogen atoms inactivating an n-type impurity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、波長帯が青紫光か
ら紫外光に至る短波長領域の光を出射する発光素子に用
いられるIII-V族の化合物半導体層の形成方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a group III-V compound semiconductor layer used in a light emitting device that emits light in a short wavelength range from blue-violet light to ultraviolet light.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、次世代の高密度光ディスク用光源
として、波長帯が青紫色から紫外光に至る短波長領域の
光を出射する発光素子に対する要望が高まり、特に、窒
化ガリウム(GaN)を主成分とするIII-V族化合物半
導体層の研究開発が盛んに行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, as a light source for next-generation high-density optical disks, there has been a growing demand for a light-emitting element that emits light in a short wavelength range from blue-violet to ultraviolet light. Research and development of III-V group compound semiconductor layers as main components have been actively carried out.

【0003】ところで、有機金属気相成長(MOVP
E)法により成長した窒化ガリウムを主成分とするIII-
V族化合物半導体層においては、p型不純物を導入して
低抵抗化を図っているが、水素のパッシベーションによ
って水素原子がp型不純物に結合し、これによって、p
型不純物が不活性化されてしまう。このため、p型のII
I-V族化合物半導体層の低抵抗化を図ることは困難であ
る。
By the way, metal organic chemical vapor deposition (MOVP)
E) Mainly composed of gallium nitride grown by method III)
In the group V compound semiconductor layer, a p-type impurity is introduced to reduce the resistance. However, hydrogen atoms are bonded to the p-type impurity by the passivation of hydrogen.
The mold impurities are inactivated. For this reason, the p-type II
It is difficult to reduce the resistance of the IV compound semiconductor layer.

【0004】そこで、特開平5−183189号公報に
おいては、基板上にp型の窒化ガリウム半導体層を成長
させた後、該窒化ガリウム半導体層に対して、水素を実
質的に含まない雰囲気中において500℃以上の温度の
熱処理を施すことにより、p型の窒化ガリウム半導体層
から水素を排出してp型不純物を活性化させ、これによ
り、p型の窒化ガリウム半導体層の低抵抗化を図る技術
が提案されている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-183189, after growing a p-type gallium nitride semiconductor layer on a substrate, the gallium nitride semiconductor layer is exposed to an atmosphere substantially free of hydrogen. A technique for evacuating hydrogen from a p-type gallium nitride semiconductor layer to activate p-type impurities by performing a heat treatment at a temperature of 500 ° C. or higher, thereby lowering the resistance of the p-type gallium nitride semiconductor layer Has been proposed.

【0005】また、特開平5−183189号公報に
は、p型の窒化ガリウム半導体層に対して前述の熱処理
を施すと、p型の窒化ガリウム半導体層の抵抗率を1×
106Ω・cm〜数Ω・cm程度に低減できると記載さ
れている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-183189 discloses that when the above-mentioned heat treatment is applied to a p-type gallium nitride semiconductor layer, the resistivity of the p-type gallium nitride semiconductor layer becomes 1 ×.
It is described that it can be reduced to about 10 6 Ω · cm to several Ω · cm.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本件発
明者らは、p型窒化ガリウム半導体層に対して、水素を
実質的に含まない雰囲気中において500℃以上の温度
の熱処理を施しても、p型窒化ガリウム半導体層の抵抗
率を1×106 Ω・cm〜数Ω・cm程度に確実に低減
することができないという事実に直面した。
However, the present inventors have found that even if the p-type gallium nitride semiconductor layer is subjected to a heat treatment at a temperature of 500 ° C. or more in an atmosphere containing substantially no hydrogen, The fact that the resistivity of the type gallium nitride semiconductor layer cannot be reliably reduced to about 1 × 10 6 Ω · cm to several Ω · cm has been encountered.

【0007】前記に鑑み、本発明は、p型のIII-V族化
合物半導体層の抵抗値を確実に低減できるようにするこ
とを目的とする。
In view of the foregoing, it is an object of the present invention to ensure that the resistance of a p-type III-V compound semiconductor layer can be reduced.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本件発明者らは、前記の
目的を達成できる方策について種々の検討を加えた結
果、熱処理工程の加熱過程において、化合物半導体層に
温度勾配を生じさせたり又は化合物半導体層の応力を緩
和させたりすると、化合物半導体層からp型不純物を不
活性化させている原子を排除できること、及び、加熱後
の冷却過程において、化合物半導体層を急速に冷却する
と、p型不純物を不活性化させる原子の化合物半導体層
への侵入を抑制できることを見出した。本件発明は、前
記の知見に基づいてなされたものであって、具体的に
は、第1〜第3の半導体層の形成方法によって実現され
る。
Means for Solving the Problems The present inventors have made various studies on measures to achieve the above object, and as a result, in the heating process of the heat treatment step, a compound semiconductor layer is caused to have a temperature gradient or a compound gradient. The atoms that inactivate the p-type impurities can be removed from the compound semiconductor layer by relaxing the stress of the semiconductor layer, and the p-type impurities can be rapidly cooled in the cooling process after heating. It has been found that the penetration of atoms into the compound semiconductor layer can be suppressed. The present invention has been made based on the above findings, and is specifically realized by the first to third semiconductor layer forming methods.

【0009】本発明に係る第1の半導体層の形成方法
は、p型不純物が導入されたIII-V族の化合物半導体層
を基板上に形成する工程と、化合物半導体層に対して熱
処理を行なう工程とを備え、熱処理工程は、化合物半導
体層を加熱する過程において、化合物半導体層に温度勾
配を生じさせることにより、化合物半導体層からp型不
純物を不活性化させている原子を排除する工程を含む。
A first method for forming a semiconductor layer according to the present invention comprises the steps of forming a group III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced on a substrate, and performing a heat treatment on the compound semiconductor layer. The heat treatment step includes a step of generating a temperature gradient in the compound semiconductor layer in a process of heating the compound semiconductor layer, thereby removing an atom inactivating the p-type impurity from the compound semiconductor layer. Including.

【0010】第1の半導体層の形成方法によると、化合
物半導体層を加熱する際に該化合物半導体層に温度勾配
を生じさせることにより、化合物半導体層からp型不純
物を不活性化させている原子を排除できるため、化合物
半導体層の抵抗値を確実に低減することができる。
[0010] According to the first method for forming a semiconductor layer, a temperature gradient is generated in the compound semiconductor layer when the compound semiconductor layer is heated, so that the p-type impurity is inactivated from the compound semiconductor layer. Can be eliminated, so that the resistance value of the compound semiconductor layer can be reliably reduced.

【0011】第1の半導体層の形成方法において、温度
勾配は、基板と垂直な方向に形成されることが好まし
い。
In the first method for forming a semiconductor layer, the temperature gradient is preferably formed in a direction perpendicular to the substrate.

【0012】このようにすると、p型不純物を不活性化
させている原子を化合物半導体層の全表面から外部に排
出できるので、化合物半導体層の抵抗値を確実に低減す
ることができる。
With this configuration, the atoms inactivating the p-type impurities can be discharged from the entire surface of the compound semiconductor layer to the outside, so that the resistance value of the compound semiconductor layer can be reliably reduced.

【0013】第1の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層を加熱する過程は、0.3℃/sよりも高い
昇温レートで化合物半導体層を加熱することにより、化
合物半導体層に基板と垂直な方向の温度勾配を生じさせ
る工程を含むことが好ましい。
[0013] In the first method for forming a semiconductor layer, the step of heating the compound semiconductor layer includes heating the compound semiconductor layer at a rate of temperature rise higher than 0.3 ° C./s, so that the compound semiconductor layer is bonded to the substrate. Preferably, the method includes a step of generating a temperature gradient in a vertical direction.

【0014】このようにすると、化合物半導体層の内部
に、基板側が高くて表面側が低くなるような温度勾配を
確実に生じさせて、p型不純物を不活性化させている原
子を化合物半導体層の表面から外部に確実に排出するこ
とができる。
This ensures that a temperature gradient is generated in the compound semiconductor layer such that the substrate side is high and the surface side is low, so that the atoms inactivating the p-type impurities are formed in the compound semiconductor layer. It can be reliably discharged from the surface to the outside.

【0015】第1の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層を加熱する過程は、10℃/sよりも高い昇
温レートで化合物半導体層を加熱することにより、化合
物半導体層に基板と垂直な方向の温度勾配を生じさせる
工程を含むことが好ましい。
In the first method for forming a semiconductor layer, the step of heating the compound semiconductor layer is performed by heating the compound semiconductor layer at a temperature rising rate higher than 10 ° C./s, so that the compound semiconductor layer is perpendicular to the substrate. Preferably, a step of generating a directional temperature gradient is included.

【0016】このようにすると、化合物半導体層の内部
に、基板側が高くて表面側が低くなる急激な温度勾配を
確実に生じさせて、p型不純物を不活性化させている原
子を化合物半導体層の表面から外部により一層確実に排
出することができる。
In this way, an abrupt temperature gradient in which the substrate side is high and the surface side is low is reliably generated inside the compound semiconductor layer, and the atoms inactivating the p-type impurities are removed from the compound semiconductor layer. It can be more reliably discharged from the surface to the outside.

【0017】第1の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層を加熱する過程は、化合物半導体層の表面に
冷却ガスをパルス的に供給することにより、化合物半導
体層に基板と垂直な方向の温度勾配を生じさせる工程を
含むことが好ましい。
In the first method for forming a semiconductor layer, the step of heating the compound semiconductor layer includes the step of supplying a cooling gas to the surface of the compound semiconductor layer in a pulsed manner so that the temperature of the compound semiconductor layer in a direction perpendicular to the substrate is increased. Preferably, a step of generating a gradient is included.

【0018】このようにすると、化合物半導体層の内部
に、基板側が高くて表面側が低くなるような温度勾配を
確実に生じさせて、p型不純物を不活性化させている原
子を化合物半導体層の表面から外部に確実に排出するこ
とができる。
In this way, a temperature gradient such that the substrate side is high and the surface side is low is reliably generated inside the compound semiconductor layer, and the atoms inactivating the p-type impurities are removed from the compound semiconductor layer. It can be reliably discharged from the surface to the outside.

【0019】この場合、化合物半導体層を加熱する過程
は窒素ガス雰囲気中で行なわれ、冷却ガスは水素ガスで
あることが好ましい。
In this case, the step of heating the compound semiconductor layer is performed in a nitrogen gas atmosphere, and the cooling gas is preferably hydrogen gas.

【0020】このようにすると、通常行なわれている熱
処理プロセスにおいて、窒素ガスに比べて熱伝導率が高
い水素ガスを用いて、化合物半導体層の内部に、基板側
が高くて表面側が低くなるような温度勾配を確実に生じ
させることができる。
In this manner, in a heat treatment process usually performed, a hydrogen gas having a higher thermal conductivity than a nitrogen gas is used, so that the substrate side is high and the surface side is low inside the compound semiconductor layer. A temperature gradient can be reliably generated.

【0021】第1の半導体層の形成方法において、温度
勾配は、基板と平行な方向に形成されることが好まし
い。
In the first method for forming a semiconductor layer, the temperature gradient is preferably formed in a direction parallel to the substrate.

【0022】このようにすると、p型不純物を不活性化
させている原子を化合物半導体層の温度が低い部分の表
面から外部に排出できるので、化合物半導体層の抵抗値
を確実に低減することができる。
With this configuration, the atoms inactivating the p-type impurities can be discharged to the outside from the surface of the low temperature portion of the compound semiconductor layer, so that the resistance value of the compound semiconductor layer can be reliably reduced. it can.

【0023】第1の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層を加熱する過程は、基板を第1の温度に設定
された第1のトレイ上で加熱した後、基板を、第1のト
レイと第1の温度よりも低い第2の温度に設定された第
2のトレイとに跨るように載置することにより、化合物
半導体層に基板と平行な方向の温度勾配を生じさせる工
程を含むことが好ましい。
In the method of forming the first semiconductor layer, the step of heating the compound semiconductor layer includes heating the substrate on a first tray set to a first temperature, and then, bonding the substrate to the first tray. A step of causing the compound semiconductor layer to generate a temperature gradient in a direction parallel to the substrate by placing the compound semiconductor layer on a second tray set at a second temperature lower than the first temperature. preferable.

【0024】このようにすると、化合物半導体層の内部
に、基板と平行な方向の温度勾配を確実に生じさせるこ
とができる。
With this configuration, a temperature gradient in a direction parallel to the substrate can be reliably generated inside the compound semiconductor layer.

【0025】第1の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層を加熱する過程は、基板を第1の温度に設定
された第1のトレイ上で加熱した後、基板を、第1のト
レイと第1の温度よりも低い第2の温度に設定された第
2のトレイと第2の温度よりも低い第3の温度に設定さ
れた第3のトレイとに跨るように載置することにより、
化合物半導体層に基板と平行な方向の温度勾配を生じさ
せる工程を含むことが好ましい。
In the method of forming the first semiconductor layer, the step of heating the compound semiconductor layer includes heating the substrate on a first tray set at a first temperature, and then heating the substrate with the first tray. By placing the second tray set at a second temperature lower than the first temperature and a third tray set at a third temperature lower than the second temperature, the tray is placed over the second tray.
It is preferable to include a step of causing a temperature gradient in a direction parallel to the substrate in the compound semiconductor layer.

【0026】このようにすると、化合物半導体層の内部
に、基板と平行な方向の温度勾配をより一層確実に生じ
させることができる。
With this configuration, a temperature gradient in a direction parallel to the substrate can be more reliably generated inside the compound semiconductor layer.

【0027】第1の半導体層の形成方法において、熱処
理を行なう工程は、化合物半導体層に対して複数回の加
熱及び冷却を行なって、化合物半導体層に複数回の温度
勾配を生じさせる工程を含むことが好ましい。
In the first method for forming a semiconductor layer, the step of performing a heat treatment includes a step of performing a plurality of times of heating and cooling the compound semiconductor layer to generate a plurality of temperature gradients in the compound semiconductor layer. Is preferred.

【0028】このようにすると、p型不純物を不活性化
させている原子を化合物半導体層から外部に排出する効
率が向上するので、化合物半導体層の抵抗値をより一層
確実に低減することができる。
With this configuration, the efficiency of discharging the atoms inactivating the p-type impurities from the compound semiconductor layer to the outside is improved, so that the resistance value of the compound semiconductor layer can be more reliably reduced. .

【0029】第1の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層は、III 族の元素として窒素を含むことが好
ましい。
In the first method for forming a semiconductor layer, the compound semiconductor layer preferably contains nitrogen as a group III element.

【0030】このようにすると、青紫光から紫外光に至
る短波長領域の光を出射する発光素子に用いられるIII-
V族の窒化物半導体層の抵抗値を低減することができ
る。
By doing so, the light emitting element used in a light emitting element that emits light in a short wavelength range from blue-violet light to ultraviolet light can be used.
The resistance value of the group V nitride semiconductor layer can be reduced.

【0031】この場合、窒素を含む化合物半導体層は、
発光素子のクラッド層、コンタクト層又は光ガイド層で
あることが好ましい。
In this case, the compound semiconductor layer containing nitrogen is
It is preferably a clad layer, a contact layer or a light guide layer of a light emitting device.

【0032】このようにすると、発光素子の動作電圧を
低減して消費電力の低減を図り、これによって、発光素
子の発熱を抑制して信頼性を向上させることができる。
With this configuration, the operating voltage of the light emitting element is reduced to reduce the power consumption, thereby suppressing the heat generation of the light emitting element and improving the reliability.

【0033】本発明に係る第2の半導体層の形成方法
は、p型不純物が導入されたIII-V族の化合物半導体層
を基板上に形成する工程と、化合物半導体層に対して熱
処理を行なう工程とを備え、熱処理を行なう工程は、化
合物半導体層を加熱した後に冷却する過程において、化
合物半導体層を急速に冷却することにより、p型不純物
を不活性化させる原子が化合物半導体層に侵入すること
を抑制する工程を含む。
In a second method for forming a semiconductor layer according to the present invention, a step of forming a group III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced on a substrate, and a step of performing a heat treatment on the compound semiconductor layer The step of performing a heat treatment is a step of cooling the compound semiconductor layer after heating the compound semiconductor layer, whereby the atoms for inactivating the p-type impurities penetrate into the compound semiconductor layer by rapidly cooling the compound semiconductor layer. And a step of suppressing such a situation.

【0034】第2の半導体装置の形成方法によると、熱
処理工程の加熱後の冷却過程において、p型不純物を不
活性化させる原子が化合物半導体層に侵入する事態を抑
制できるため、化合物半導体層の抵抗値を低減すること
ができる。
According to the second method for forming a semiconductor device, in the cooling step after the heating in the heat treatment step, the situation in which atoms for inactivating the p-type impurities enter the compound semiconductor layer can be suppressed. The resistance value can be reduced.

【0035】第2の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層を冷却する過程は、0.3℃/sよりも高い
降温レートで化合物半導体層を冷却する工程を含むこと
が好ましい。
In the second method for forming a semiconductor layer, the step of cooling the compound semiconductor layer preferably includes a step of cooling the compound semiconductor layer at a temperature lowering rate higher than 0.3 ° C./s.

【0036】このようにすると、熱処理工程の冷却過程
において、p型不純物を不活性化させる原子が化合物半
導体層に侵入する事態を確実に抑制できるため、化合物
半導体層の抵抗値を確実に低減することができる。
In this manner, in the cooling step of the heat treatment step, the situation where atoms for inactivating the p-type impurities enter the compound semiconductor layer can be reliably suppressed, so that the resistance value of the compound semiconductor layer is reliably reduced. be able to.

【0037】第2の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層を冷却する過程は、10℃/sよりも高い降
温レートで化合物半導体層を冷却する工程を含むことが
好ましい。
In the second method of forming a semiconductor layer, the step of cooling the compound semiconductor layer preferably includes a step of cooling the compound semiconductor layer at a temperature lowering rate higher than 10 ° C./s.

【0038】このようにすると、熱処理工程の冷却過程
において、p型不純物を不活性化させる原子が化合物半
導体層に侵入する事態をより一層確実に抑制できるた
め、化合物半導体層の抵抗値をより一層低減することが
できる。
In this manner, in the cooling step of the heat treatment step, the situation in which atoms for inactivating the p-type impurities penetrate into the compound semiconductor layer can be suppressed more reliably, so that the resistance value of the compound semiconductor layer can be further increased. Can be reduced.

【0039】第2の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層を冷却する過程は、化合物半導体層の表面に
冷却ガスを供給する工程を含むことが好ましい。
In the second method for forming a semiconductor layer, the step of cooling the compound semiconductor layer preferably includes a step of supplying a cooling gas to the surface of the compound semiconductor layer.

【0040】このようにすると、熱処理工程の冷却過程
において、p型不純物を不活性化させる原子が化合物半
導体層に侵入する事態を確実に抑制できるため、化合物
半導体層の抵抗値を確実に低減することができる。
In this way, in the cooling step of the heat treatment step, the situation in which atoms for inactivating the p-type impurities enter the compound semiconductor layer can be reliably suppressed, so that the resistance value of the compound semiconductor layer is reliably reduced. be able to.

【0041】化合物半導体層の表面に冷却ガスを供給し
て化合物半導体層を急速に冷却する場合、化合物半導体
層を冷却する過程は窒素ガス雰囲気中で行なわれ、冷却
ガスは水素ガスであることが好ましい。
When the compound semiconductor layer is rapidly cooled by supplying a cooling gas to the surface of the compound semiconductor layer, the process of cooling the compound semiconductor layer is performed in a nitrogen gas atmosphere, and the cooling gas may be hydrogen gas. preferable.

【0042】このようにすると、通常行なわれている熱
処理プロセスにおいて、窒素ガスに比べて熱伝導率が高
い水素ガスを用いて、p型不純物を不活性化させる原子
が化合物半導体層に侵入する事態を確実に抑制すること
ができる。
In this way, in a normal heat treatment process, the case where atoms inactivating p-type impurities enter the compound semiconductor layer by using hydrogen gas having a higher thermal conductivity than nitrogen gas. Can be reliably suppressed.

【0043】この場合、水素ガスの分圧は33%以上で
あることが好ましい。
In this case, the partial pressure of the hydrogen gas is preferably 33% or more.

【0044】このようにすると、p型不純物を不活性化
させる原子が化合物半導体層に侵入する事態をより一層
確実に抑制することができる。
This makes it possible to more reliably suppress the situation where atoms for inactivating the p-type impurities enter the compound semiconductor layer.

【0045】化合物半導体層の表面に冷却ガスを供給し
て化合物半導体層を急速に冷却する場合、化合物半導体
層を冷却する過程は、基板の温度が500℃以下のとき
に冷却ガスを供給する工程を含むことが好ましい。
In the case of rapidly cooling the compound semiconductor layer by supplying a cooling gas to the surface of the compound semiconductor layer, the step of cooling the compound semiconductor layer is a step of supplying a cooling gas when the temperature of the substrate is 500 ° C. or less. It is preferable to include

【0046】このようにすると、p型不純物を不活性化
させる原子が化合物半導体層に侵入する事態をより一層
確実に抑制することができる。
This makes it possible to more reliably suppress the situation where atoms for inactivating the p-type impurities enter the compound semiconductor layer.

【0047】第2の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層は、III 族の元素として窒素を含むことが好
ましい。
In the second method for forming a semiconductor layer, the compound semiconductor layer preferably contains nitrogen as a group III element.

【0048】このようにすると、青紫光から紫外光に至
る短波長領域の光を出射する発光素子に用いられるIII-
V族の窒化物半導体層の抵抗値を低減することができ
る。
In this way, the light emitting element used for emitting light in a short wavelength range from blue-violet light to ultraviolet light can be used as a light emitting element.
The resistance value of the group V nitride semiconductor layer can be reduced.

【0049】この場合、窒素を含む化合物半導体層は、
発光素子のクラッド層、コンタクト層又は光ガイド層で
あることが好ましい。
In this case, the compound semiconductor layer containing nitrogen is
It is preferably a clad layer, a contact layer or a light guide layer of a light emitting device.

【0050】このようにすると、発光素子の動作電圧を
低減して消費電力の低減を図り、これによって、発光素
子の発熱を抑制して信頼性を向上させることができる。
By doing so, the operating voltage of the light emitting element is reduced to reduce power consumption, thereby suppressing heat generation of the light emitting element and improving reliability.

【0051】本発明に係る第3の半導体層の形成方法
は、p型不純物が導入されたIII-V族の化合物半導体層
を基板上に形成する工程と、化合物半導体層に対して熱
処理を行なう工程とを備え、熱処理を行なう工程は、化
合物半導体層を加熱する過程において、化合物半導体層
の内部応力を緩和させることにより、化合物半導体層か
らp型不純物を不活性化させている原子を排除する工程
を含む。
In a third method of forming a semiconductor layer according to the present invention, a step of forming a group III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced on a substrate, and a step of performing heat treatment on the compound semiconductor layer. The step of performing a heat treatment comprises removing, in the process of heating the compound semiconductor layer, atoms inactivating the p-type impurity from the compound semiconductor layer by relaxing internal stress of the compound semiconductor layer. Process.

【0052】第3の半導体層の形成方法によると、化合
物半導体層を加熱する際に該化合物半導体層の内部応力
を緩和させることにより、化合物半導体層からp型不純
物を不活性化させている原子を排除できるため、化合物
半導体層の抵抗値を確実に低減することができる。
According to the third method for forming a semiconductor layer, when the compound semiconductor layer is heated, the internal stress of the compound semiconductor layer is relaxed, so that the p-type impurity is inactivated from the compound semiconductor layer. Can be eliminated, so that the resistance value of the compound semiconductor layer can be reliably reduced.

【0053】第3の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層を加熱する過程は、基板がおかれている雰囲
気の圧力を変化させることにより、化合物半導体層の内
部応力を緩和させる工程を含むことが好ましい。
In the third method for forming a semiconductor layer, the step of heating the compound semiconductor layer includes a step of relaxing the internal stress of the compound semiconductor layer by changing the pressure of the atmosphere in which the substrate is placed. Is preferred.

【0054】このようにすると、通常行なわれている熱
処理プロセスにおいて、アニール炉の圧力を変化させる
ことにより、p型不純物を不活性化させる原子が化合物
半導体層に侵入する事態を簡易且つ確実に抑制すること
ができる。
In this manner, in the ordinary heat treatment process, by changing the pressure of the annealing furnace, the situation in which atoms for inactivating the p-type impurities enter the compound semiconductor layer can be easily and reliably suppressed. can do.

【0055】基板がおかれている雰囲気の圧力を変化さ
せて化合物半導体層の内部応力を緩和させる場合、化合
物半導体層を加熱する過程は、雰囲気の圧力を大気圧よ
りも高く変化させる工程を含むことが好ましい。
In the case where the internal stress of the compound semiconductor layer is relaxed by changing the pressure of the atmosphere in which the substrate is placed, the step of heating the compound semiconductor layer includes a step of changing the pressure of the atmosphere higher than the atmospheric pressure. Is preferred.

【0056】このようにすると、p型不純物を不活性化
させる原子が化合物半導体層に侵入する事態をより一層
確実に抑制することができる。
This makes it possible to more reliably suppress the situation where atoms for inactivating the p-type impurities enter the compound semiconductor layer.

【0057】基板がおかれている雰囲気の圧力を変化さ
せて化合物半導体層の内部応力を緩和させる場合、化合
物半導体層を加熱する過程は、基板の温度が500℃以
下のときに雰囲気の圧力を変化させる工程を含むことが
好ましい。
When the internal stress of the compound semiconductor layer is relaxed by changing the pressure of the atmosphere in which the substrate is placed, the process of heating the compound semiconductor layer is performed when the temperature of the substrate is 500 ° C. or less. It is preferable to include a step of changing.

【0058】このようにすると、p型不純物を不活性化
させる原子が化合物半導体層に侵入する事態をより一層
確実に抑制することができる。
This makes it possible to more reliably suppress the situation where atoms for inactivating the p-type impurities enter the compound semiconductor layer.

【0059】第3の半導体層の形成方法において、化合
物半導体層は、III 族の元素として窒素を含むことが好
ましい。
In the third method for forming a semiconductor layer, the compound semiconductor layer preferably contains nitrogen as a group III element.

【0060】このようにすると、青紫光から紫外光に至
る短波長領域の光を出射する発光素子に用いられるIII-
V族の窒化物半導体層の抵抗値を低減することができ
る。
In this manner, the light emitting element used in a light emitting device that emits light in a short wavelength range from blue-violet light to ultraviolet light is used.
The resistance value of the group V nitride semiconductor layer can be reduced.

【0061】この場合、窒素を含む化合物半導体層は、
発光素子のクラッド層、コンタクト層又は光ガイド層で
あることが好ましい。
In this case, the compound semiconductor layer containing nitrogen is
It is preferably a clad layer, a contact layer or a light guide layer of a light emitting device.

【0062】このようにすると、発光素子の動作電圧を
低減して消費電力の低減を図り、これによって、発光素
子の発熱を抑制して信頼性を向上させることができる。
In this way, the operating voltage of the light emitting element is reduced to reduce the power consumption, thereby suppressing the heat generation of the light emitting element and improving the reliability.

【0063】[0063]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態に係る半導体層の形成方法について、
図1及び図2を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) Hereinafter, a method for forming a semiconductor layer according to a first embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS.

【0064】第1の実施形態は、主に短波長の発光素子
(半導体レーザ素子)に用いられる、窒化ガリウムを主
成分とするp型の化合物半導体層、例えばp型Alx
1-xN半導体層(0≦x≦1)の低抵抗化を実現でき
る方法であるが、第1の実施形態は、p型不純物が導入
された他のIII-V族化合物半導体層についても同様に適
用することができる。
In the first embodiment, a p-type compound semiconductor layer containing gallium nitride as a main component, for example, a p-type Al x G, mainly used for a light emitting element (semiconductor laser element) having a short wavelength.
This is a method capable of realizing a reduction in the resistance of the a 1-x N semiconductor layer (0 ≦ x ≦ 1). However, the first embodiment is directed to another group III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced. Can be similarly applied.

【0065】まず、サファイア基板10の表面を酸性溶
液を用いて洗浄した後、サファイア基板10をMOVP
E装置の反応炉(図示は省略している)内のサセプタに
保持し、その後、反応炉内を真空状態にする。次に、反
応炉内を圧力が40kPaの水素雰囲気にした後、反応
炉の温度を約1100℃にまで昇温してサファイア基板
10を加熱することにより、サファイア基板10の表面
に対して約10分間のサーマルクリーニングを行なう。
First, after cleaning the surface of the sapphire substrate 10 using an acidic solution, the sapphire substrate 10 is
It is held on a susceptor in a reaction furnace (not shown) of the E apparatus, and then the inside of the reaction furnace is evacuated. Next, after the inside of the reaction furnace is set to a hydrogen atmosphere having a pressure of 40 kPa, the temperature of the reaction furnace is raised to about 1100 ° C. and the sapphire substrate 10 is heated, so that the surface of the sapphire substrate 10 Perform a minute of thermal cleaning.

【0066】次に、反応炉を約500℃にまで降温した
後、反応炉内に、6mL/min(標準状態)の流量の
トリメチルガリウム(TMG)と、7.5mL/min
(標準状態)の流量のアンモニア(NH3 )ガスと、キ
ャリアガスとしての水素とを同時に供給することによ
り、サファイア基板10の上に、20nmの厚さを持つ
GaN層よりなる低温バッファ層11を成長させる。
Next, after the temperature of the reactor was lowered to about 500 ° C., trimethyl gallium (TMG) at a flow rate of 6 mL / min (standard state) and 7.5 mL / min were introduced into the reactor.
By supplying ammonia (NH 3 ) gas at a flow rate of (standard state) and hydrogen as a carrier gas at the same time, a low-temperature buffer layer 11 made of a GaN layer having a thickness of 20 nm is formed on the sapphire substrate 10. Let it grow.

【0067】次に、反応炉を約1000℃にまで昇温し
て、低温バッファ層11の上に、0.5μmの厚さを持
つGaN層12を成長させる。
Next, the temperature of the reaction furnace is raised to about 1000 ° C., and a GaN layer 12 having a thickness of 0.5 μm is grown on the low-temperature buffer layer 11.

【0068】次に、反応炉内に、1.7mL/min
(標準状態)のトリメチルアルミニウム(TMA)と、
30mL/min(標準状態)のビスシクロペンタジエ
ニルマグネシウム(Cp2Mg:p型不純物)とを追加的
に供給して、GaN層12の上に、0.7μmの厚さを
持つp型Al0.07Ga0.93N層13を成長させる。
Next, 1.7 mL / min was introduced into the reactor.
(Standard state) trimethylaluminum (TMA);
Biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg: p-type impurity) of 30 mL / min (standard state) is additionally supplied, and p-type Al having a thickness of 0.7 μm is formed on the GaN layer 12. A 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is grown.

【0069】次に、サファイア基板10をMOVPE装
置の反応炉からアニール炉に移送し、サファイア基板1
0をアニール炉内のトレイ上に載置した後、アニール炉
内を一旦真空状態にしてから該アニール炉内に窒素ガス
を3L/min(標準状態)の流量で導入して炉内を大
気圧にする。
Next, the sapphire substrate 10 is transferred from the reaction furnace of the MOVPE apparatus to the annealing furnace, and
0 is placed on a tray in the annealing furnace, the inside of the annealing furnace is once evacuated, and then nitrogen gas is introduced into the annealing furnace at a flow rate of 3 L / min (standard state) so that the inside of the furnace is at atmospheric pressure. To

【0070】次に、サファイア基板10が載置されてい
るトレイを、室温(25℃)から750℃まで、毎秒
0.15℃(0.15℃/s)〜毎秒150℃(150
℃/s)の種々の昇温レートで加熱した後、750℃の
温度で1時間保持し、その後、毎秒10℃(10℃/
s)の降温レートで室温まで冷却することにより、p型
Al0.07Ga0.93N層13に対して熱処理を行なう。
尚、この熱処理工程においては、アニール炉内に窒素ガ
スを3mL/min(標準状態)の流量で導入し続けて
炉内を大気圧に保っておく。
Next, the tray on which the sapphire substrate 10 is placed is moved from room temperature (25 ° C.) to 750 ° C., from 0.15 ° C./s (0.15 ° C./s) to 150 ° C./s (150 ° C./s).
° C / s), hold at a temperature of 750 ° C for 1 hour, then 10 ° C / sec (10 ° C /
The p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is subjected to a heat treatment by cooling to room temperature at the temperature lowering rate of s).
In this heat treatment step, nitrogen gas is continuously introduced into the annealing furnace at a flow rate of 3 mL / min (standard state) to keep the inside of the furnace at atmospheric pressure.

【0071】熱処理工程が完了すると、サファイア基板
10をアニール炉の外部に取り出した後、p型Al0.07
Ga0.93N層13の上面に、一辺が5mmの正方形の四
隅に直径が2mmの開口部を有するマスクを形成した
後、サファイア基板10を真空蒸着装置に移送する。
When the heat treatment step is completed, the sapphire substrate 10 is taken out of the annealing furnace, and then the p-type Al 0.07
After a mask having openings of 2 mm in diameter at four corners of a square having a side of 5 mm is formed on the upper surface of the Ga 0.93 N layer 13, the sapphire substrate 10 is transferred to a vacuum evaporation apparatus.

【0072】次に、真空蒸着装置内において、抵抗加熱
法により、p型Al0.07Ga0.93N層13の上面に約5
nmの厚さのマグネシウム(Mg)膜をマスクを介して
堆積した後、電子ビーム(EB)によりマグネシウム膜
の上に約200nmの厚さの金(Au)電極を堆積し
て、p型Al0.07Ga0.93N層13の上に直径が2mm
の円電極(テスト用電極)を形成する。尚、マグネシウ
ム膜はp型Al0.07Ga 0.93N層13と金電極とのオー
ミック接触をとり易くするために設けられる。
Next, resistance heating is performed in a vacuum evaporation apparatus.
P-type Al0.07Ga0.93Approximately 5
nm-thick magnesium (Mg) film through a mask
After deposition, magnesium film by electron beam (EB)
A gold (Au) electrode having a thickness of about 200 nm
And p-type Al0.07Ga0.932 mm in diameter on the N layer 13
(Electrode for test) is formed. In addition, Magnesium
Film is p-type Al0.07Ga 0.93Au between the N layer 13 and the gold electrode
It is provided to make it easy to make a mic contact.

【0073】次に、サファイア基板10を真空蒸着装置
から外部に取り出した後、サファイア基板10を円電極
が四隅に位置するように5mm角のチップ状に切り出
し、その後、p型Al0.07Ga0.93N層13の電気的特
性を評価するために、室温でホール測定を行なう。
Next, after taking out the sapphire substrate 10 from the vacuum evaporation apparatus, the sapphire substrate 10 is cut into a chip of 5 mm square so that the circular electrodes are located at the four corners, and thereafter, p-type Al 0.07 Ga 0.93 N In order to evaluate the electrical characteristics of the layer 13, a hole measurement is performed at room temperature.

【0074】図2は、熱処理工程における昇温レートと
p型Al0.07Ga0.93N層13の抵抗率との関係を示し
ており、図2から明らかなように、昇温レートが0.3
℃/s以下の場合には抵抗率は約5Ω・cmであるが、
昇温レートが0.3℃/sよりも高くなると、抵抗率が
急激に低下する。また、昇温レートが10℃/sよりも
高くなると、抵抗率は約4Ω・cmで一定になる。つま
り、昇温レートが10℃/sよりも高くなると、抵抗率
の低減は飽和する。
FIG. 2 shows the relationship between the rate of temperature rise in the heat treatment step and the resistivity of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13. As is clear from FIG.
When the temperature is not more than 5 ° C./s, the resistivity is about 5Ω · cm.
When the temperature rise rate is higher than 0.3 ° C./s, the resistivity sharply decreases. When the rate of temperature rise is higher than 10 ° C./s, the resistivity becomes constant at about 4 Ω · cm. That is, when the rate of temperature rise is higher than 10 ° C./s, the decrease in resistivity is saturated.

【0075】昇温レートが0.3℃/sよりも高くなる
と、抵抗率が急激に低下する理由については次のように
考えられる。すなわち、昇温レートが高いため、サファ
イア基板10とp型Al0.07Ga0.93N層13との間に
温度差が発生し、これに伴って、p型Al0.07Ga0.93
N層13の内部に積層方向(基板に垂直な方向)の急激
な温度勾配が生じる。p型不純物(Mg)を不活性化さ
せている水素原子は、p型Al0.07Ga0.93N層13に
おける温度の高い部位(基板側の部位)から温度の低い
部位(表面側の部位)に移動するため、p型不純物(M
g)を不活性化させている水素原子は、p型Al0.07
0.93N層13における温度の高い部位(基板側の部
位)から温度の低い部位(表面側の部位)に移動するた
め、p型Al0.07Ga0.93N層13の表面から効率良く
排出されるのである。
The reason why the resistivity sharply decreases when the heating rate is higher than 0.3 ° C./s is considered as follows. That is, since the temperature rise rate is high, a temperature difference occurs between the sapphire substrate 10 and the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13, and accordingly, the p-type Al 0.07 Ga 0.93
A sharp temperature gradient occurs in the laminating direction (the direction perpendicular to the substrate) inside the N layer 13. Hydrogen atoms that inactivate the p-type impurity (Mg) move from a high-temperature portion (substrate-side portion) to a low-temperature portion (front-side portion) in the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13. Therefore, a p-type impurity (M
The hydrogen atom that inactivates g) is p-type Al 0.07 G
To move from the high temperature portion (portion on the substrate side) to the low temperature portion (portion on the surface side) of a 0.93 N layer 13, since the surface of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is efficiently discharged is there.

【0076】従って、熱処理工程の加熱過程を、0.3
℃/sよりも高い昇温レートで行なうと、p型不純物を
不活性化させている水素原子を効率良く排出でき、特に
10℃/sよりも高い昇温レートで加熱すると、水素原
子の排出効率が一層向上する。
Therefore, the heating process in the heat treatment step is performed for 0.3
When the heating is performed at a heating rate higher than 10 ° C./s, the hydrogen atoms inactivating the p-type impurities can be efficiently discharged. In particular, when the heating is performed at a heating rate higher than 10 ° C./s, the discharging of the hydrogen atoms is performed. The efficiency is further improved.

【0077】尚、前述の実験は、Alの組成が7%であ
るp型Al0.07Ga0.93N層13に対して行なったが、
Alの組成が7%よりも高いp型AlxGa1-xN層
(0.07<x≦1)に対しては、10℃/sよりも高
い昇温レートで加熱すると、p型不純物を不活性化させ
ている水素原子を効率良く排出することができ、特に1
50℃/s以上の昇温レートで加熱すると、水素原子の
排出効率が一層向上する。
The above experiment was performed on the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 having an Al composition of 7%.
For a p-type Al x Ga 1 -xN layer (0.07 <x ≦ 1) in which the Al composition is higher than 7%, the p-type impurity is heated at a heating rate higher than 10 ° C./s. Hydrogen atoms that inactivate hydrogen can be efficiently discharged.
Heating at a heating rate of 50 ° C./s or more further improves the efficiency of discharging hydrogen atoms.

【0078】(第1の実施形態の変形例)第1の実施形
態における熱処理工程において、サファイア基板10が
載置されているトレイを、室温(25℃)から750℃
まで、毎秒10℃(10℃/s)の昇温レートで加熱し
た後、750℃の温度での加熱過程において、p型Al
0. 07Ga0.93N層13の表面に冷却ガスとして水素ガス
をパルス的に導入し(水素ガスの10秒間の導入工程
と、水素ガスの10秒間の非導入工程とを繰り返し行な
い)、その後、トレイの温度を室温まで冷却する実験も
行なった。この場合、水素ガスの非導入工程では3L/
min(標準状態)の流量の窒素ガスのみを導入し、水
素ガスの導入工程では2L/min(標準状態)の流量
の窒素ガスと1L/min(標準状態)の流量の水素ガ
スとの混合ガス(水素ガスの分圧:33.3%)を導入
する。
(Modification of First Embodiment) In the heat treatment step in the first embodiment, the tray on which the sapphire substrate 10 is placed is moved from room temperature (25 ° C.) to 750 ° C.
After heating at a rate of 10 ° C. (10 ° C./s) per second until heating at a temperature of 750 ° C., p-type Al
0. The hydrogen gas was introduced in pulses as 07 Ga 0.93 cooling gas to the surface of the N layer 13 (and the step of introducing 10 seconds hydrogen gas performs repeated and non-introduction step of 10 seconds hydrogen gas), then, An experiment was also conducted in which the temperature of the tray was cooled to room temperature. In this case, 3 L /
Introducing only nitrogen gas at a flow rate of min (standard state), and in the step of introducing hydrogen gas, a mixed gas of nitrogen gas at a flow rate of 2 L / min (standard state) and hydrogen gas at a flow rate of 1 L / min (standard state) (Partial pressure of hydrogen gas: 33.3%).

【0079】このようにすると、p型Al0.07Ga0.93
N層13の内部に積層方向(基板に垂直な方向)の急激
な温度勾配が生じるので、p型不純物(Mg)を不活性
化させている水素原子は、p型Al0.07Ga0.93N層1
3における温度の高い部位(基板側の部位)から温度の
低い部位(表面側の部位)に移動するため、p型Al
0.07Ga0.93N層13の表面から効率良く排出される。
In this way, p-type Al0.07Ga0.93
Abrupt in the lamination direction (direction perpendicular to the substrate) inside the N layer 13
Inactive p-type impurity (Mg)
Hydrogen atom is converted to p-type Al0.07Ga0.93N layer 1
From the high temperature part (substrate side part) in 3
To move to a lower site (surface side site), p-type Al
0.07Ga0.93It is efficiently discharged from the surface of the N layer 13.

【0080】ところで、第1の実施形態及びその変形例
においては、熱処理工程は1回であったが、これに代え
て、熱処理工程(加熱過程及び冷却過程)を複数回行な
うことが好ましい。このようにすると、p型Al0.07
0.93N層13の内部に積層方向の急激な温度勾配が複
数回生じるので、p型不純物(Mg)を不活性化させて
いる水素原子は、p型Al0.07Ga0.93N層13の表面
から一層効率良く排出される。
By the way, in the first embodiment and its modified example, the heat treatment step is performed once, but instead, the heat treatment step (heating step and cooling step) is preferably performed a plurality of times. By doing so, p-type Al 0.07 G
Since a rapid temperature gradient in the stacking direction occurs a plurality of times inside the a 0.93 N layer 13, hydrogen atoms inactivating the p-type impurity (Mg) are removed from the surface of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13. It is discharged more efficiently.

【0081】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態に係る半導体層の形成方法について、図1及び
図3を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a method for forming a semiconductor layer according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0082】第2の実施形態は、主に短波長の発光素子
(半導体レーザ素子)に用いられる、窒化ガリウムを主
成分とするp型の化合物半導体層、例えばp型Alx
1-xN半導体層(0≦x≦1)の低抵抗化を実現でき
る方法であるが、第2の実施形態は、p型不純物が導入
された他のIII-V族化合物半導体層についても同様に適
用することができる。
In the second embodiment, a p-type compound semiconductor layer containing gallium nitride as a main component, for example, a p-type Al x G, mainly used for a light emitting element (semiconductor laser element) having a short wavelength.
This is a method capable of realizing low resistance of the a 1-x N semiconductor layer (0 ≦ x ≦ 1). The second embodiment is directed to another III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced. Can be similarly applied.

【0083】まず、第1の実施形態と同様にして、MO
VPE法により、サファイア基板10の上に、低温バッ
ファ層11及びGaN層12を介して、0.7μmの厚
さを持つp型Al0.07Ga0.93N層13を成長させる。
First, as in the first embodiment, the MO
A p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 having a thickness of 0.7 μm is grown on the sapphire substrate 10 via the low-temperature buffer layer 11 and the GaN layer 12 by the VPE method.

【0084】次に、サファイア基板10をMOVPE装
置の反応炉からアニール炉に移送し、サファイア基板1
0をアニール炉内のトレイ上に載置した後、アニール炉
内を一旦真空状態にしてから該アニール炉内に窒素ガス
を3L/min(標準状態)の流量で導入して炉内を大
気圧にする。
Next, the sapphire substrate 10 is transferred from the reaction furnace of the MOVPE apparatus to the annealing furnace,
0 is placed on a tray in the annealing furnace, the inside of the annealing furnace is once evacuated, and then nitrogen gas is introduced into the annealing furnace at a flow rate of 3 L / min (standard state) so that the inside of the furnace is at atmospheric pressure. To

【0085】次に、サファイア基板10が載置されてい
るトレイを、室温(25℃)から750℃まで、毎秒1
0℃(10℃/s)の昇温レートで加熱した後、750
℃の温度で1時間保持し、その後、毎秒0.15℃
(0.15℃/s)〜毎秒150℃(150℃/s)の
種々の降温レートで室温まで冷却することにより、p型
Al0.07Ga0.93N層13に対して熱処理工程(加熱過
程及び冷却過程)を行なう。尚、この熱処理工程におい
ては、アニール炉内に窒素ガスを3mL/min(標準
状態)の流量で導入し続けて炉内を大気圧に保ってお
く。
Next, the tray on which the sapphire substrate 10 is placed is moved from room temperature (25 ° C.) to 750 ° C. for one second per second.
After heating at a heating rate of 0 ° C. (10 ° C./s), 750
℃ 1 hour, then 0.15 ℃ per second
The p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is subjected to a heat treatment step (heating step and cooling step) by cooling to room temperature at various cooling rates of (0.15 ° C./s) to 150 ° C. (150 ° C./s) per second. Process). In this heat treatment step, nitrogen gas is continuously introduced into the annealing furnace at a flow rate of 3 mL / min (standard state) to keep the inside of the furnace at atmospheric pressure.

【0086】熱処理工程が完了すると、サファイア基板
10をアニール炉の外部に取り出した後、p型Al0.07
Ga0.93N層13の上面に、一辺が5mmの正方形の四
隅に直径が2mmの開口部を有するマスクを形成した
後、サファイア基板10を真空蒸着装置に移送する。
When the heat treatment step is completed, the sapphire substrate 10 is taken out of the annealing furnace, and then the p-type Al 0.07
After a mask having openings of 2 mm in diameter at four corners of a square having a side of 5 mm is formed on the upper surface of the Ga 0.93 N layer 13, the sapphire substrate 10 is transferred to a vacuum evaporation apparatus.

【0087】次に、真空蒸着装置内において、抵抗加熱
法により、p型Al0.07Ga0.93N層13の上面に約5
nmの厚さのマグネシウム(Mg)膜をマスクを介して
堆積した後、電子ビーム(EB)によりマグネシウム膜
の上に約200nmの厚さの金(Au)電極を堆積し
て、p型Al0.07Ga0.93N層13の上に直径が2mm
の円電極(テスト用電極)を形成する。
Next, in a vacuum evaporation apparatus, about 5 μm is formed on the upper surface of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 by a resistance heating method.
After depositing a magnesium (Mg) film having a thickness of nm through a mask, a gold (Au) electrode having a thickness of about 200 nm is deposited on the magnesium film by electron beam (EB), and p-type Al 0.07 2 mm in diameter on the Ga 0.93 N layer 13
(Electrode for test) is formed.

【0088】次に、サファイア基板10を真空蒸着装置
から外部に取り出した後、サファイア基板10を円電極
が四隅に位置するように5mm角のチップ状に切り出
し、その後、p型Al0.07Ga0.93N層13の電気的特
性を評価するために、室温でホール測定を行なった。
Next, after taking out the sapphire substrate 10 from the vacuum evaporation apparatus, the sapphire substrate 10 is cut into chips of 5 mm square so that the circular electrodes are located at the four corners, and then p-type Al 0.07 Ga 0.93 N Hall measurements were made at room temperature to evaluate the electrical properties of layer 13.

【0089】図3は、熱処理工程の加熱後の冷却過程に
おける降温レートとp型Al0.07Ga0.93N層13の抵
抗率との関係を示しており、図3から明らかなように、
降温レートが0.3℃/s以下の場合には抵抗率は約5
Ω・cmであるが、降温レートが0.3℃/sよりも高
くなると、抵抗率が急激に低下する。また、降温レート
が10℃/sよりも高くなると、抵抗率は約4Ω・cm
で一定になる。つまり、降温レートが10℃/sよりも
高くなると、抵抗率の低減は飽和する。
FIG. 3 shows the relationship between the temperature drop rate and the resistivity of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 in the cooling step after heating in the heat treatment step. As is clear from FIG.
When the cooling rate is 0.3 ° C./s or less, the resistivity is about 5
Although the resistivity is Ω · cm, when the cooling rate is higher than 0.3 ° C./s, the resistivity sharply decreases. When the temperature drop rate is higher than 10 ° C./s, the resistivity becomes about 4 Ω · cm.
Becomes constant. That is, when the temperature drop rate is higher than 10 ° C./s, the decrease in the resistivity is saturated.

【0090】降温レートが0.3℃/sよりも高くなる
と、抵抗率が急激に低下する理由については次のように
考えられる。すなわち、降温レートが高いため、サファ
イア基板10ひいてはp型Al0.07Ga0.93N層13が
急速に冷却されるので、冷却過程において、p型不純物
(Mg)を不活性化させる水素原子がp型Al0.07Ga
0.93N層13に侵入する事態が抑制され、これによっ
て、p型Al0.07Ga0. 93N層13の抵抗率を大きく低
減できるのである。
The reason why the resistivity sharply decreases when the cooling rate is higher than 0.3 ° C./s is considered as follows. That is, since the sapphire substrate 10 and thus the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 are rapidly cooled due to the high temperature drop rate, hydrogen atoms that inactivate the p-type impurities (Mg) are converted into p-type Al in the cooling process. 0.07 Ga
0.93 N layer 13 situation in which the penetration is suppressed, thereby, it can greatly reduce the resistivity of the p-type Al 0.07 Ga 0. 93 N layer 13.

【0091】従って、熱処理工程における加熱後の冷却
過程を、0.3℃/sよりも高い降温レートで行なう
と、p型不純物を不活性化させる水素原子の侵入を抑制
でき、特に10℃/sよりも高い降温レートで冷却する
と、水素原子の侵入を一層抑制することができる。
Therefore, if the cooling step after heating in the heat treatment step is performed at a temperature lowering rate higher than 0.3 ° C./s, the penetration of hydrogen atoms for inactivating the p-type impurities can be suppressed, and in particular, 10 ° C./s When cooling is performed at a temperature lowering rate higher than s, penetration of hydrogen atoms can be further suppressed.

【0092】尚、前述の実験は、Alの組成が7%であ
るp型Al0.07Ga0.93N層13に対して行なったが、
Alの組成が7%よりも高いp型AlxGa1-xN層
(0.07<x≦1)に対しては、10℃/sよりも高
い降温レートで冷却すると、p型不純物を不活性化させ
る水素原子を効率良く排出することができ、特に150
℃/s以上の降温レートで冷却する、水素原子の侵入抑
制効果が一層向上する。
The above experiment was performed on the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 having an Al composition of 7%.
For a p-type Al x Ga 1 -xN layer (0.07 <x ≦ 1) in which the composition of Al is higher than 7%, p-type impurities are reduced by cooling at a temperature lowering rate higher than 10 ° C./s. Hydrogen atoms to be deactivated can be efficiently discharged.
The cooling effect at a temperature lowering rate of not less than ° C./s further enhances the effect of suppressing the entry of hydrogen atoms.

【0093】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態に係る半導体層の形成方法について、図1及び
図4を参照しながら説明する。
(Third Embodiment) A method for forming a semiconductor layer according to a third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0094】第3の実施形態は、主に短波長の発光素子
(半導体レーザ素子)に用いられる、窒化ガリウムを主
成分とするp型の化合物半導体層、例えばp型Alx
1-xN半導体層(0≦x≦1)の低抵抗化を実現でき
る方法であるが、第3の実施形態は、p型不純物が導入
された他のIII-V族化合物半導体層についても同様に適
用することができる。
In the third embodiment, a p-type compound semiconductor layer containing gallium nitride as a main component, for example, a p-type Al x G, mainly used for a light emitting element (semiconductor laser element) having a short wavelength.
This is a method capable of realizing a reduction in the resistance of the a 1-x N semiconductor layer (0 ≦ x ≦ 1). The third embodiment relates to another III-V group compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced. Can be similarly applied.

【0095】まず、第1の実施形態と同様にして、MO
VPE法により、サファイア基板10の上に、低温バッ
ファ層11及びGaN層12を介して、0.7μmの厚
さを持つp型Al0.07Ga0.93N層13を成長させる。
First, as in the first embodiment, the MO
A p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 having a thickness of 0.7 μm is grown on the sapphire substrate 10 via the low-temperature buffer layer 11 and the GaN layer 12 by the VPE method.

【0096】次に、サファイア基板10をMOVPE装
置の反応炉からアニール炉に移送し、サファイア基板1
0をアニール炉内のトレイ上に載置した後、アニール炉
内を一旦真空状態にしてから該アニール炉内に窒素ガス
を3L/min(標準状態)の流量で導入して炉内を大
気圧にする。
Next, the sapphire substrate 10 is transferred from the reaction furnace of the MOVPE apparatus to the annealing furnace,
0 is placed on a tray in the annealing furnace, the inside of the annealing furnace is once evacuated, and then nitrogen gas is introduced into the annealing furnace at a flow rate of 3 L / min (standard state) so that the inside of the furnace is at atmospheric pressure. To

【0097】次に、サファイア基板10が載置されてい
るトレイを、室温(25℃)から750℃まで、毎秒1
0℃(10℃/s)の昇温レートで加熱した後、750
℃の温度で1時間保持し、その後、トレイの温度を室温
まで冷却することにより、p型Al0.07Ga0.93N層1
3に対して熱処理を行なう。
Next, the tray on which the sapphire substrate 10 is placed is moved from room temperature (25 ° C.) to 750 ° C. for one second per second.
After heating at a heating rate of 0 ° C. (10 ° C./s), 750
C. for 1 hour, and then the temperature of the tray is cooled to room temperature, whereby the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 1
3 is subjected to heat treatment.

【0098】第3の実施形態の特徴として、熱処理工程
における加熱後の冷却過程において、アニール炉内に、
窒素ガスと水素ガスとの混合ガス、例えば2L/min
(標準状態)の流量の窒素ガスと1L/min(標準状
態)の流量の水素ガスとの混合ガス(水素ガスの分圧:
33%)、又は1L/min(標準状態)の流量の窒素
ガスと2L/min(標準状態)の流量の水素ガスとの
混合ガス(水素ガスの分圧:67%)を導入し続けて炉
内を大気圧に保っておく。
As a feature of the third embodiment, in a cooling process after heating in a heat treatment process,
Mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas, for example, 2 L / min
A mixed gas of nitrogen gas at a flow rate of (standard state) and hydrogen gas at a flow rate of 1 L / min (standard state) (partial pressure of hydrogen gas:
33%) or a mixture gas of nitrogen gas at a flow rate of 1 L / min (standard state) and hydrogen gas at a flow rate of 2 L / min (standard state) (partial pressure of hydrogen gas: 67%). Keep the inside at atmospheric pressure.

【0099】このように、加熱後の冷却過程においてア
ニール炉内に水素ガスを導入すると、水素ガスの熱伝導
率は窒素ガスの熱伝導率よりも大きいため、p型Al
0.07Ga0.93N層13の表面が急速に冷却されるので、
p型不純物(Mg)を不活性化させる水素原子がp型A
0.07Ga0.93N層13に侵入する事態が抑制され、こ
れによって、p型Al0.07Ga0.93N層13の抵抗率を
大きく低減することができる。
As described above, when hydrogen gas is introduced into the annealing furnace during the cooling process after heating, the thermal conductivity of hydrogen gas is higher than the thermal conductivity of nitrogen gas.
Since the surface of the 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is rapidly cooled,
Hydrogen atoms that inactivate p-type impurities (Mg) are p-type A
The situation of intrusion into the l 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is suppressed, whereby the resistivity of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 can be greatly reduced.

【0100】熱処理工程が完了すると、サファイア基板
10をアニール炉の外部に取り出した後、p型Al0.07
Ga0.93N層13の上面に、一辺が5mmの正方形の四
隅に直径が2mmの開口部を有するマスクを形成した
後、サファイア基板10を真空蒸着装置に移送する。
When the heat treatment step is completed, the sapphire substrate 10 is taken out of the annealing furnace, and the p-type Al 0.07
After a mask having openings of 2 mm in diameter at four corners of a square having a side of 5 mm is formed on the upper surface of the Ga 0.93 N layer 13, the sapphire substrate 10 is transferred to a vacuum evaporation apparatus.

【0101】次に、真空蒸着装置内において、抵抗加熱
法により、p型Al0.07Ga0.93N層13の上面に約5
nmの厚さのマグネシウム(Mg)膜をマスクを介して
堆積した後、電子ビーム(EB)によりマグネシウム膜
の上に約200nmの厚さの金(Au)電極を堆積し
て、p型Al0.07Ga0.93N層13の上に直径が2mm
の円電極(テスト電極)を形成する。
Next, in a vacuum evaporation apparatus, about 5 μm is formed on the upper surface of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 by a resistance heating method.
After depositing a magnesium (Mg) film having a thickness of nm through a mask, a gold (Au) electrode having a thickness of about 200 nm is deposited on the magnesium film by electron beam (EB), and p-type Al 0.07 2 mm in diameter on the Ga 0.93 N layer 13
Of a circular electrode (test electrode).

【0102】次に、サファイア基板10を真空蒸着装置
から外部に取り出した後、サファイア基板10を円電極
が四隅に位置するように5mm角のチップ状に切り出
し、その後、p型Al0.07Ga0.93N層13の電気的特
性を評価するために、室温でホール測定を行なった。
Next, after taking out the sapphire substrate 10 from the vacuum evaporation apparatus, the sapphire substrate 10 is cut into chips of 5 mm square so that the circular electrodes are located at the four corners, and thereafter, p-type Al 0.07 Ga 0.93 N Hall measurements were made at room temperature to evaluate the electrical properties of layer 13.

【0103】図4は、加熱後の冷却過程においてアニー
ル炉に導入する混合ガス中の水素ガスの分圧とp型Al
0.07Ga0.93N層13の抵抗率との関係を示している。
図4から明らかなように、水素ガスの分圧が大きくなる
と、つまり導入される水素ガスの量が多くなると、急速
冷却の効果が促進されて抵抗率が低くなることが分か
る。また、水素ガスの分圧が0%のときに約4Ω・cm
である抵抗率を、水素ガスの分圧を33%にすると約
3.5Ω・cmに低減できることも分かる。しかしなが
ら、水素ガスの分圧が67%以上になっても、抵抗率は
約3.5Ω・cmで一定であり、水素ガスの導入による
冷却効果が飽和すると考えられる。
FIG. 4 shows the relationship between the partial pressure of hydrogen gas in the mixed gas introduced into the annealing furnace and the p-type Al in the cooling process after heating.
The relationship with the resistivity of the 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is shown.
As is clear from FIG. 4, when the partial pressure of the hydrogen gas increases, that is, when the amount of the introduced hydrogen gas increases, the effect of the rapid cooling is promoted and the resistivity decreases. When the partial pressure of hydrogen gas is 0%, about 4 Ω · cm
It can also be understood that the resistivity can be reduced to about 3.5 Ω · cm by setting the partial pressure of the hydrogen gas to 33%. However, even if the partial pressure of the hydrogen gas becomes 67% or more, the resistivity is constant at about 3.5 Ω · cm, and it is considered that the cooling effect by the introduction of the hydrogen gas is saturated.

【0104】ところで、加熱後の冷却過程において、7
50℃から500℃までは3L/min(標準状態)の
流量の窒素ガスのみを導入し、500℃から室温までは
2L/min(標準状態)の流量の窒素ガスと1L/m
in(標準状態)の流量の水素ガスとの混合ガス(水素
ガスの分圧:33%)を導入する実験も行なった。つま
り、基板温度が500℃以下のときに冷却ガス(水素ガ
ス)を導入して、p型Al0.07Ga0.93N層13を急速
に冷却する実験を行なった。
By the way, in the cooling process after heating, 7
From 50 ° C. to 500 ° C., only nitrogen gas at a flow rate of 3 L / min (standard state) is introduced. From 500 ° C. to room temperature, nitrogen gas at a flow rate of 2 L / min (standard state) and 1 L / m
An experiment was also conducted in which a mixed gas (partial pressure of hydrogen gas: 33%) with hydrogen gas at a flow rate of in (standard state) was introduced. That is, an experiment was conducted in which a cooling gas (hydrogen gas) was introduced when the substrate temperature was 500 ° C. or lower to rapidly cool the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13.

【0105】この場合には、p型Al0.07Ga0.93N層
13の抵抗率を約3Ω・cmに低減できることが分かっ
た。これは、水素ガス導入時の温度を500℃以下にす
ることにより、p型Al0.07Ga0.93N層13に水素原
子が侵入する事態を一層抑制して、p型不純物の不活性
化を一層抑制できるためであると考えられる。
In this case, it was found that the resistivity of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 could be reduced to about 3 Ω · cm. This is because, by setting the temperature at the time of introducing hydrogen gas to 500 ° C. or lower, the situation where hydrogen atoms enter the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is further suppressed, and the inactivation of the p-type impurities is further suppressed. It is thought that it is possible.

【0106】(第4の実施形態)以下、本発明の第4の
実施形態に係る半導体層の形成方法について、図1及び
図5を参照しながら説明する。
(Fourth Embodiment) Hereinafter, a method for forming a semiconductor layer according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0107】第4の実施形態は、主に短波長の発光素子
(半導体レーザ素子)に用いられる、窒化ガリウムを主
成分とするp型の化合物半導体層、例えばp型Alx
1-xN半導体層(0≦x≦1)の低抵抗化を実現でき
る方法であるが、第4の実施形態は、p型不純物が導入
された他のIII-V族化合物半導体層についても同様に適
用することができる。
In the fourth embodiment, a p-type compound semiconductor layer containing gallium nitride as a main component, for example, a p-type Al x G, mainly used for a light emitting element (semiconductor laser element) having a short wavelength.
This is a method capable of realizing low resistance of the a 1-x N semiconductor layer (0 ≦ x ≦ 1). The fourth embodiment is directed to another III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced. Can be similarly applied.

【0108】まず、第1の実施形態と同様にして、MO
VPE法により、サファイア基板10の上に、低温バッ
ファ層11及びGaN層12を介して、0.7μmの厚
さを持つp型Al0.07Ga0.93N層13を成長させる。
First, as in the first embodiment, the MO
A p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 having a thickness of 0.7 μm is grown on the sapphire substrate 10 via the low-temperature buffer layer 11 and the GaN layer 12 by the VPE method.

【0109】次に、サファイア基板10をMOVPE装
置の反応炉からアニール炉に移送し、サファイア基板1
0をアニール炉内のトレイ上に載置した後、アニール炉
内を一旦真空状態にしてから該アニール炉内に窒素ガス
を3L/min(標準状態)の流量で導入して炉内を大
気圧にする。
Next, the sapphire substrate 10 is transferred from the reaction furnace of the MOVPE apparatus to the annealing furnace,
0 is placed on a tray in the annealing furnace, the inside of the annealing furnace is once evacuated, and then nitrogen gas is introduced into the annealing furnace at a flow rate of 3 L / min (standard state) so that the inside of the furnace is at atmospheric pressure. To

【0110】次に、サファイア基板10に対する第1回
目の熱処理工程を行なう。すなわち、サファイア基板1
0が載置されているトレイを、室温(25℃)から75
0℃まで、毎秒10℃(10℃/s)の昇温レートで加
熱した後、750℃の温度で1時間保持し、その後、ト
レイの温度を室温まで冷却する。尚、第1回目の熱処理
工程においては、炉内に窒素ガスを3mL/min(標
準状態)の流量で導入し続けて炉内を大気圧に保ってお
く。
Next, a first heat treatment step for sapphire substrate 10 is performed. That is, the sapphire substrate 1
0 from the room temperature (25 ° C.) to 75
After heating to 0 ° C. at a rate of 10 ° C. (10 ° C./s) per second, the temperature is maintained at 750 ° C. for 1 hour, and then the temperature of the tray is cooled to room temperature. In the first heat treatment step, nitrogen gas is continuously introduced into the furnace at a flow rate of 3 mL / min (standard state) to keep the inside of the furnace at atmospheric pressure.

【0111】次に、サファイア基板10に対する第2回
目の熱処理工程を行なう。すなわち、第1回目の熱処理
工程と同様、サファイア基板10が載置されているトレ
イを、室温から750℃まで、毎秒10℃(10℃/
s)の昇温レートで加熱した後、750℃の温度で1時
間保持し、その後、トレイの温度を室温まで冷却する。
尚、第2回目の熱処理工程においても、炉内に窒素ガス
を3mL/min(標準状態)の流量で導入し続けて炉
内を大気圧に保っておく。
Next, a second heat treatment step for sapphire substrate 10 is performed. That is, similarly to the first heat treatment step, the tray on which the sapphire substrate 10 is placed is moved from room temperature to 750 ° C. at 10 ° C./sec (10 ° C./sec.).
After heating at the heating rate of s), the temperature is maintained at 750 ° C. for 1 hour, and then the temperature of the tray is cooled to room temperature.
In the second heat treatment step, nitrogen gas is continuously introduced into the furnace at a flow rate of 3 mL / min (standard state) to keep the inside of the furnace at atmospheric pressure.

【0112】以後、第1回目及び第2回目の熱処理工程
と同様の熱処理工程を例えば4回行なう。つまり、例え
ば合計6回の熱処理工程を行なう。
Thereafter, heat treatment steps similar to the first and second heat treatment steps are performed, for example, four times. That is, for example, a total of six heat treatment steps are performed.

【0113】6回の熱処理工程が完了すると、サファイ
ア基板10をアニール炉の外部に取り出した後、p型A
0.07Ga0.93N層13の上面に、一辺が5mmの正方
形の四隅に直径が2mmの開口部を有するマスクを形成
した後、サファイア基板10を真空蒸着装置に移送す
る。
When the six heat treatment steps are completed, the sapphire substrate 10 is taken out of the annealing furnace, and the p-type A
After a mask having openings of 2 mm in diameter at four corners of a square having a side of 5 mm is formed on the upper surface of the l 0.07 Ga 0.93 N layer 13, the sapphire substrate 10 is transferred to a vacuum evaporation apparatus.

【0114】次に、真空蒸着装置内において、抵抗加熱
法により、p型Al0.07Ga0.93N層13の上面に約5
nmの厚さのマグネシウム(Mg)膜をマスクを介して
堆積し、電子ビーム(EB)によりマグネシウム膜の上
に約200nmの厚さの金(Au)電極を堆積して、p
型Al0.07Ga0.93N層13の上に直径が2mmの円電
極(テスト電極)を形成する。
Next, in a vacuum evaporation apparatus, about 5 μm is formed on the upper surface of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 by a resistance heating method.
A magnesium (Mg) film having a thickness of about 200 nm is deposited through a mask, and a gold (Au) electrode having a thickness of about 200 nm is deposited on the magnesium film by electron beam (EB).
A circular electrode (test electrode) having a diameter of 2 mm is formed on the mold Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13.

【0115】次に、サファイア基板10を真空蒸着装置
から外部に取り出した後、サファイア基板10を円電極
が四隅に位置するように5mm角のチップ状に切り出
し、その後、p型Al0.07Ga0.93N層13の電気的特
性を評価するために、室温でホール測定を行なった。
Next, after taking out the sapphire substrate 10 from the vacuum evaporation apparatus, the sapphire substrate 10 is cut into a 5 mm square chip so that the circular electrodes are located at the four corners, and thereafter, p-type Al 0.07 Ga 0.93 N Hall measurements were made at room temperature to evaluate the electrical properties of layer 13.

【0116】図5は、熱処理工程の回数とp型Al0.07
Ga0.93N層13の抵抗率との関係を示している。図5
から、熱処理工程の回数が増加するに伴って抵抗率が約
4.0Ω・cmから約3.5Ω・cmに低減すること、
及び熱処理工程が4回以上になると、抵抗率の低減が飽
和することが分かる。
FIG. 5 shows the number of heat treatment steps and p-type Al 0.07
The relationship with the resistivity of the Ga 0.93 N layer 13 is shown. FIG.
From that the resistivity decreases from about 4.0 Ω · cm to about 3.5 Ω · cm as the number of heat treatment steps increases,
It can be seen that when the number of heat treatment steps is four or more, the decrease in resistivity is saturated.

【0117】ところで、各回の熱処理工程における75
0℃の温度での保持時間を1時間から6時間までの間で
変化させる実験も行なったが、保持時間が増加しても、
保持時間が1時間のときと抵抗率は同じであった。
By the way, in each heat treatment step, 75%
An experiment was also performed in which the holding time at a temperature of 0 ° C. was changed from 1 hour to 6 hours.
The resistivity was the same as when the holding time was 1 hour.

【0118】従って、昇温レートが0.3℃/sよりも
高い急速加熱を伴う熱処理工程を複数回行なって、p型
Al0.07Ga0.93N層13の内部に複数回の温度勾配を
生じさせることにより、水素ガスの排出を促進してp型
Al0.07Ga0.93N層13の抵抗率を一層低減すること
ができる。
Therefore, a heat treatment step involving rapid heating at a temperature rise rate higher than 0.3 ° C./s is performed a plurality of times to generate a plurality of temperature gradients inside the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13. Thereby, the discharge of the hydrogen gas is promoted, and the resistivity of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 can be further reduced.

【0119】(第5の実施形態)以下、本発明の第5の
実施形態に係る半導体層の形成方法について、図1及び
図6を参照しながら説明する。
(Fifth Embodiment) Hereinafter, a method of forming a semiconductor layer according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0120】第5の実施形態は、主に短波長の発光素子
(半導体レーザ素子)に用いられる、窒化ガリウムを主
成分とするp型の化合物半導体層、例えばp型Alx
1-xN半導体層(0≦x≦1)の低抵抗化を実現でき
る方法であるが、第5の実施形態は、p型不純物が導入
された他のIII-V族化合物半導体層についても同様に適
用することができる。
In the fifth embodiment, a p-type compound semiconductor layer containing gallium nitride as a main component, for example, a p-type Al x G, mainly used for a light emitting element (semiconductor laser element) having a short wavelength.
This is a method capable of realizing a low resistance of the a 1-x N semiconductor layer (0 ≦ x ≦ 1). The fifth embodiment relates to another III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced. Can be similarly applied.

【0121】まず、第1の実施形態と同様にして、MO
VPE法により、サファイア基板10の上に、低温バッ
ファ層11及びGaN層12を介して、0.7μmの厚
さを持つp型Al0.07Ga0.93N層13を成長させる。
First, as in the first embodiment, the MO
A p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 having a thickness of 0.7 μm is grown on the sapphire substrate 10 via the low-temperature buffer layer 11 and the GaN layer 12 by the VPE method.

【0122】次に、サファイア基板10をMOVPE装
置の反応炉からアニール炉に移送し、サファイア基板1
0をアニール炉内のトレイ上に載置した後、アニール炉
内を一旦真空状態にしてから該アニール炉内に窒素ガス
を3L/min(標準状態)の流量で導入して炉内を大
気圧にする。
Next, the sapphire substrate 10 is transferred from the reaction furnace of the MOVPE apparatus to the annealing furnace,
0 is placed on a tray in the annealing furnace, the inside of the annealing furnace is once evacuated, and then nitrogen gas is introduced into the annealing furnace at a flow rate of 3 L / min (standard state) so that the inside of the furnace is at atmospheric pressure. To

【0123】次に、サファイア基板10が載置されてい
るトレイを、室温(25℃)から750℃まで、毎秒1
0℃(10℃/s)の昇温レートで加熱した後、750
℃の温度で1時間保持し、その後、毎秒10℃(10℃
/s)の降温レートで室温に下げる。
Next, the tray on which the sapphire substrate 10 is placed is moved from room temperature (25.degree. C.) to 750.degree.
After heating at a heating rate of 0 ° C. (10 ° C./s), 750
C. for 1 hour, and then at 10 ° C. per second (10 ° C.
/ S) to room temperature at a rate of temperature decrease.

【0124】第5の実施形態の特徴として、熱処理工程
の加熱過程においては、アニール炉内に窒素ガスを3m
L/min(標準状態)の流量で導入し続ける一方、ア
ニール炉内の気体を排出するための排出路に設けられた
流量調整弁を調節することにより、アニール炉内の圧力
を制御する。
As a feature of the fifth embodiment, in the heating step of the heat treatment step, nitrogen gas is introduced into the annealing furnace for 3 m.
The pressure in the annealing furnace is controlled by adjusting a flow control valve provided in a discharge path for discharging gas in the annealing furnace while continuously introducing the gas at a flow rate of L / min (standard state).

【0125】このようにすると、加熱過程においてp型
Al0.07Ga0.93N層13の圧縮応力が緩和されるた
め、p型不純物(Mg)を不活性化させている水素原子
がp型Al0.07Ga0.93N層13から外部に排出され
る。
In this manner, the compressive stress of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is reduced in the heating process, so that the hydrogen atoms that inactivate the p-type impurity (Mg) become p-type Al 0.07 Ga 0.93 Exhausted from the N layer 13 to the outside.

【0126】熱処理工程が完了すると、サファイア基板
10をアニール炉の外部に取り出した後、p型Al0.07
Ga0.93N層13の上面に、一辺が5mmの正方形の四
隅に直径が2mmの開口部を有するマスクを形成した
後、サファイア基板10を真空蒸着装置に移送する。
When the heat treatment step is completed, the sapphire substrate 10 is taken out of the annealing furnace, and then the p-type Al 0.07
After a mask having openings of 2 mm in diameter at four corners of a square having a side of 5 mm is formed on the upper surface of the Ga 0.93 N layer 13, the sapphire substrate 10 is transferred to a vacuum evaporation apparatus.

【0127】次に、真空蒸着装置内において、抵抗加熱
法により、p型Al0.07Ga0.93N層13の上面に約5
nmの厚さのマグネシウム(Mg)膜をマスクを介して
堆積した後、電子ビーム(EB)によりマグネシウム膜
の上に約200nmの厚さの金(Au)電極を堆積し
て、p型Al0.07Ga0.93N層13の上に直径が2mm
の円電極(テスト電極)を形成する。
Next, in a vacuum deposition apparatus, about 5 μm is formed on the upper surface of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 by a resistance heating method.
After depositing a magnesium (Mg) film having a thickness of nm through a mask, a gold (Au) electrode having a thickness of about 200 nm is deposited on the magnesium film by electron beam (EB), and p-type Al 0.07 2 mm in diameter on the Ga 0.93 N layer 13
Of a circular electrode (test electrode).

【0128】次に、サファイア基板10を真空蒸着装置
から外部に取り出した後、サファイア基板10を円電極
が四隅に位置するように5mm角のチップ状に切り出
し、その後、p型Al0.07Ga0.93N層13の電気的特
性を評価するために、室温でホール測定を行なった。
Next, after taking out the sapphire substrate 10 from the vacuum evaporation apparatus, the sapphire substrate 10 is cut into a 5 mm square chip shape so that the circular electrodes are located at the four corners, and thereafter, p-type Al 0.07 Ga 0.93 N Hall measurements were made at room temperature to evaluate the electrical properties of layer 13.

【0129】図6は、750℃の温度下における熱処理
時の雰囲気圧力と、サファイア基板10の上に形成され
ている積層膜の断面形状との関係を示しており、雰囲気
圧力が大気圧よりも高くなると、例えば1.5気圧以上
になると、p型Al0.07Ga 0.93N層13の圧縮応力が
大きく緩和されるため、p型不純物(Mg)を不活性化
させている水素原子がp型Al0.07Ga0.93N層13か
ら外部に効率良く排出されるので、p型Al0.07Ga
0.93N層13の抵抗率は低減する。
FIG. 6 shows a heat treatment at a temperature of 750 ° C.
When the atmospheric pressure is formed on the sapphire substrate 10
The relationship with the cross-sectional shape of the laminated film
When the pressure becomes higher than the atmospheric pressure, for example, 1.5 atmospheres or more
Becomes p-type Al0.07Ga 0.93The compressive stress of the N layer 13 is
Deactivates p-type impurity (Mg) because it is greatly relaxed
The hydrogen atom is p-type Al0.07Ga0.93N layer 13
From the p-type Al0.07Ga
0.93The resistivity of the N layer 13 decreases.

【0130】ところで、サファイア基板10を室温から
750℃に加熱する過程において、サファイア基板10
の熱膨張率はp型Al0.07Ga0.93N層13の熱膨張率
よりも小さいため、図6に示すように、雰囲気圧力が
1.0気圧のときにはp型Al 0.07Ga0.93N層13に
は圧縮応力(矢印で示す)が生じているが、雰囲気圧力
が1.5気圧になると圧縮応力は緩和される。この応力
の緩和が、p型不純物を不活性化させている水素原子を
p型Al0.07Ga0.93N層13から外部に排出させる駆
動力になるので、p型Al0.07Ga0.93N層13の抵抗
率は低減する。
By the way, the sapphire substrate 10 is moved from room temperature.
In the process of heating to 750 ° C., the sapphire substrate 10
Has a coefficient of thermal expansion of p-type Al0.07Ga0.93Thermal expansion coefficient of N layer 13
Therefore, as shown in FIG.
At 1.0 atm, p-type Al 0.07Ga0.93N layer 13
Indicates that a compressive stress (indicated by an arrow) is generated
Becomes 1.5 atm, the compressive stress is relaxed. This stress
Relaxes the hydrogen atoms that inactivate the p-type impurity
p-type Al0.07Ga0.93A drive to be discharged from the N layer 13 to the outside
Because it becomes power, p-type Al0.07Ga0.93Resistance of N layer 13
The rate decreases.

【0131】この場合、雰囲気圧力が1.0気圧のまま
であると、p型Al0.07Ga0.93N層13の抵抗率は約
4.0Ω・cmであるが、雰囲気圧力が1.5である
と、抵抗率は約3.5Ω・cmになることが確認でき
た。
In this case, if the atmospheric pressure is kept at 1.0 atm, the resistivity of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is about 4.0 Ω · cm, but the atmospheric pressure is 1.5. It was confirmed that the resistivity became about 3.5 Ω · cm.

【0132】尚、サファイア基板10を加熱する過程に
おいて、雰囲気圧力を大気圧より低くしても、p型Al
0.07Ga0.93N層13の圧縮応力は緩和されるが、雰囲
気圧力を大気圧よりも高くすると、応力の緩和効果が促
進されて、抵抗率は大きく低減する。
In the process of heating the sapphire substrate 10, even if the atmospheric pressure is lower than the atmospheric pressure, the p-type Al
Although the compressive stress of the 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is relieved, when the atmospheric pressure is higher than the atmospheric pressure, the effect of relieving the stress is promoted and the resistivity is greatly reduced.

【0133】また、本実施形態においては、熱処理工程
の温度を750℃に設定したが、加熱過程の雰囲気圧力
を大気圧よりも高くする場合には、一般に低抵抗化が困
難であるとされている500℃以下の熱処理温度であっ
ても、p型Al0.07Ga0.93N層13の圧縮応力を緩和
する効果が得られることが確認された。
Further, in this embodiment, the temperature of the heat treatment step is set to 750 ° C. However, when the atmospheric pressure in the heating process is higher than the atmospheric pressure, it is generally considered that it is difficult to lower the resistance. It was confirmed that the effect of relaxing the compressive stress of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 was obtained even at a heat treatment temperature of 500 ° C. or less.

【0134】また、本実施形態においては、サファイア
基板10の熱膨張率がp型Al0.07Ga0.93N層13の
熱膨張率よりも小さいため、p型Al0.07Ga0.93N層
13に圧縮応力が生じるが、基板の熱膨張力が化合物半
導体層の熱膨張力よりも大きい場合には、化合物半導体
層に引張応力が生じる。この場合にも、雰囲気圧力を大
気圧よりも高くしたり又は低くしたりすると、化合物半
導体層に生じている引張応力は緩和される。
[0134] In the present embodiment, since the thermal expansion coefficient of the sapphire substrate 10 is smaller than the thermal expansion coefficient of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13, compressive stress in the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 However, when the thermal expansion force of the substrate is larger than that of the compound semiconductor layer, a tensile stress is generated in the compound semiconductor layer. Also in this case, when the atmospheric pressure is set higher or lower than the atmospheric pressure, the tensile stress generated in the compound semiconductor layer is reduced.

【0135】(第6の実施形態)以下、本発明の第6の
実施形態に係る半導体層の形成方法について、図1及び
図7を参照しながら説明する。
(Sixth Embodiment) Hereinafter, a method for forming a semiconductor layer according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0136】第6の実施形態は、主に短波長の発光素子
(半導体レーザ素子)に用いられる、窒化ガリウムを主
成分とするp型の化合物半導体層、例えばp型Alx
1-xN半導体層(0≦x≦1)の低抵抗化を実現でき
る方法であるが、第6の実施形態は、p型不純物が導入
された他のIII-V族化合物半導体層についても同様に適
用することができる。
In the sixth embodiment, a p-type compound semiconductor layer containing gallium nitride as a main component, for example, a p-type Al x G, mainly used for a light emitting element (semiconductor laser element) having a short wavelength.
This is a method capable of realizing a low resistance of the a 1-x N semiconductor layer (0 ≦ x ≦ 1). The sixth embodiment is directed to another III-V group compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced. Can be similarly applied.

【0137】まず、第1の実施形態と同様にして、MO
VPE法により、サファイア基板10の上に、低温バッ
ファ層11及びGaN層12を介して、0.7μmの厚
さを持つp型Al0.07Ga0.93N層13を成長させる。
First, as in the first embodiment, the MO
A p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 having a thickness of 0.7 μm is grown on the sapphire substrate 10 via the low-temperature buffer layer 11 and the GaN layer 12 by the VPE method.

【0138】次に、積層膜が形成されているサファイア
基板10をMOVPE装置の反応炉からアニール炉に移
送し、窒素ガスが3L/min(標準状態)の流量で導
入されることにより大気圧に保たれているアニール炉内
において、サファイア基板10ひいてはp型Al0.07
0.93N層13に対して次のようにして熱処理を行な
う。
Next, the sapphire substrate 10 on which the laminated film has been formed is transferred from the reaction furnace of the MOVPE apparatus to the annealing furnace, and nitrogen gas is introduced at a flow rate of 3 L / min (standard state) to reach atmospheric pressure. In the kept annealing furnace, the sapphire substrate 10 and thus p-type Al 0.07 G
The heat treatment is performed on the a 0.93 N layer 13 as follows.

【0139】まず、図7に示すように、アニール炉には
位置されている放熱台20の上には、第1のヒーター2
1aにより例えば750℃に加熱される第1のトレイ2
1と、第2のヒーター22aにより例えば570℃に加
熱される第2のトレイ22と、第3のヒーター23aに
より例えば375℃に加熱される第3のトレイ23とが
配置されており、アニール炉に移送された基板24(サ
ファイア基板10の上に、低温バッファ層11、GaN
層12及びp型Al0.07Ga0.93N層13が順次積層さ
れてなる積層体を基板24と称する。)を第1のトレイ
21の上に載置した後、第1のトレイ21を室温(25
℃)から750℃にまで毎秒10℃(10℃/s)の昇
温レートで昇温し、基板24を750℃の温度で1時間
加熱する。
First, as shown in FIG. 7, a first heater 2 is placed on a radiator 20 located in an annealing furnace.
First tray 2 heated to, for example, 750 ° C. by 1a
1, a second tray 22 heated to, for example, 570 ° C. by the second heater 22a, and a third tray 23 heated to, for example, 375 ° C. by the third heater 23a, Transferred to the substrate 24 (on the sapphire substrate 10, the low-temperature buffer layer 11, the GaN
A laminated body in which the layer 12 and the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 are sequentially laminated is referred to as a substrate 24. ) Is placed on the first tray 21, and then the first tray 21 is cooled to room temperature (25 ° C.).
C) to 750 ° C. at a rate of 10 ° C. (10 ° C./s) per second, and the substrate 24 is heated at a temperature of 750 ° C. for 1 hour.

【0140】次に、基板24を基板搬送具25により平
行移動させて、基板24を750℃に設定されている第
1のトレイ21と570℃に設定されている第2のトレ
イ22とに跨るように載置する。このようにすると、p
型Al0.07Ga0.93N層13には、基板に平行な方向に
急激な温度勾配が生じる。このため、p型不純物(M
g)を不活性化させている水素原子は、p型Al0.07
0.93N層13における温度の高い部位(第1のトレイ
側の部位)から温度の低い部位(第2のトレイ側の部
位)に移動するので、p型Al0.07Ga0.93N層13か
ら効率良く排出され、p型Al0.07Ga0.93N層13の
抵抗値は低減する。
Next, the substrate 24 is moved in parallel by the substrate transfer tool 25 so that the substrate 24 straddles the first tray 21 set at 750 ° C. and the second tray 22 set at 570 ° C. As shown. In this way, p
The type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 has a sharp temperature gradient in a direction parallel to the substrate. Therefore, the p-type impurity (M
The hydrogen atom that inactivates g) is p-type Al 0.07 G
Since the a 0.93 N layer 13 moves from a high-temperature portion (the portion on the first tray side) to a low-temperature portion (the portion on the second tray side), the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is efficiently moved. The resistance value of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 is reduced.

【0141】熱処理工程が完了すると、サファイア基板
10をアニール炉の外部に取り出した後、p型Al0.07
Ga0.93N層13の上面に、一辺が5mmの正方形の四
隅に直径が2mmの開口部を有するマスクを形成した
後、サファイア基板10を真空蒸着装置に移送する。
When the heat treatment step is completed, the sapphire substrate 10 is taken out of the annealing furnace, and the p-type Al 0.07
After a mask having openings of 2 mm in diameter at four corners of a square having a side of 5 mm is formed on the upper surface of the Ga 0.93 N layer 13, the sapphire substrate 10 is transferred to a vacuum evaporation apparatus.

【0142】次に、真空蒸着装置内において、抵抗加熱
法により、p型Al0.07Ga0.93N層13の上面に約5
nmの厚さのマグネシウム(Mg)膜をマスクを介して
堆積した後、電子ビーム(EB)によりマグネシウム膜
の上に約200nmの厚さの金(Au)電極を堆積し
て、p型Al0.07Ga0.93N層13の上に直径が2mm
の円電極(テスト用電極)を形成する。
Next, in a vacuum evaporation apparatus, about 5 μm is formed on the upper surface of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 by a resistance heating method.
After depositing a magnesium (Mg) film having a thickness of nm through a mask, a gold (Au) electrode having a thickness of about 200 nm is deposited on the magnesium film by electron beam (EB), and p-type Al 0.07 2 mm in diameter on the Ga 0.93 N layer 13
(Electrode for test) is formed.

【0143】次に、サファイア基板10を真空蒸着装置
から外部に取り出した後、サファイア基板10を円電極
が四隅に位置するように5mm角のチップ状に切り出
し、その後、p型Al0.07Ga0.93N層13の電気的特
性を評価するために、室温でホール測定を行なった。そ
の結果、p型Al0.07Ga0.93N層13の抵抗値は約
3.5Ω・cmであった。
Next, after taking out the sapphire substrate 10 from the vacuum evaporation apparatus, the sapphire substrate 10 is cut into a chip of 5 mm square so that the circular electrodes are located at the four corners, and thereafter, p-type Al 0.07 Ga 0.93 N Hall measurements were made at room temperature to evaluate the electrical properties of layer 13. As a result, the resistance value of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 was about 3.5 Ω · cm.

【0144】尚、第6の実施形態では、基板20を第1
のトレイ21と第2のトレイ22とに跨るように載置し
て、p型Al0.07Ga0.93N層13に基板と平行な方向
に温度勾配を生じさせたが、これに代えて、基板20を
第1のトレイ21と第2のトレイ22と第3のトレイ2
3とに跨るように載置して、p型Al0.07Ga0.93N層
13に基板と平行な方向に温度勾配を生じさせてもよ
い。このように基板20を温度が異なる3つのトレイに
跨るように載置すると、p型Al0.07Ga0.93N層13
に生じる温度勾配が一層急激になるので、p型Al0.07
Ga0.93N層13の抵抗値は一層低減する。
Note that in the sixth embodiment, the substrate 20 is
Was placed so as to straddle the first tray 21 and the second tray 22, and a temperature gradient was generated in the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 in a direction parallel to the substrate. To the first tray 21, the second tray 22, and the third tray 2.
3 so that a temperature gradient may be generated in the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13 in a direction parallel to the substrate. When the substrate 20 is placed so as to straddle three trays having different temperatures, the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 13
Since the temperature gradient generated in the p-type Al 0.07
The resistance value of the Ga 0.93 N layer 13 is further reduced.

【0145】(第7の実施形態)以下、本発明の第7の
実施形態に係る半導体層の形成方法について、図8及び
図9を参照しながら説明する。
(Seventh Embodiment) Hereinafter, a method for forming a semiconductor layer according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0146】第7の実施形態は、発光素子(レーザ素
子)のクラッド層、コンタクト層又は光ガイド層に用い
られるp型の化合物半導体層の低抵抗化を図ることによ
り、発光素子の動作電流を低減し、これにより発光素子
の信頼性を向上させる方法である。
In the seventh embodiment, the operating current of the light emitting device is reduced by reducing the resistance of the p-type compound semiconductor layer used for the cladding layer, contact layer or light guide layer of the light emitting device (laser device). This is a method for reducing the number of light emitting elements and thereby improving the reliability of the light emitting element.

【0147】まず、図8に示すように、例えば直径が5
cmであるサファイア基板30をMOVPE装置の反応
炉(図示は省略している)内のサセプタに保持し、その
後、反応炉内を真空状態にする。次に、反応炉内を圧力
が40kPaの水素雰囲気にした後、反応炉の温度を約
1100℃にまで昇温してサファイア基板20を加熱す
ることにより、サファイア基板30の表面に対して約1
0分間のサーマルクリーニングを行なう。
First, as shown in FIG.
cm of sapphire substrate 30 is held on a susceptor in a reaction furnace (not shown) of the MOVPE apparatus, and then the reaction furnace is evacuated. Next, after the inside of the reaction furnace is set to a hydrogen atmosphere having a pressure of 40 kPa, the temperature of the reaction furnace is raised to about 1100 ° C. and the sapphire substrate 20 is heated, whereby about 1
Perform thermal cleaning for 0 minutes.

【0148】次に、反応炉の温度を約500℃にまで降
温した後、反応炉内に、6mL/min(標準状態)の
流量のトリメチルガリウム(TMG)と、7.5L/m
in(標準状態)の流量のアンモニア(NH3 )ガス
と、キャリアガスとしての水素とを同時に供給すること
により、サファイア基板20の上に、20nmの厚さを
持つGaN層よりなる低温バッファ層(図示は省略して
いる)を成長させる。
Next, after lowering the temperature of the reaction furnace to about 500 ° C., trimethylgallium (TMG) at a flow rate of 6 mL / min (standard state) and 7.5 L / m
By supplying ammonia (NH 3 ) gas at a flow rate of in (standard state) and hydrogen as a carrier gas at the same time, a low-temperature buffer layer (GaN) having a thickness of 20 nm on the sapphire substrate 20 is formed. (Not shown) is grown.

【0149】次に、反応炉の温度を約1000℃にまで
昇温した後、該反応炉内にn型不純物を含むシラン(S
iH4 )ガスを供給して、低温バッファ層の上に、シリ
コンからなる不純物の濃度が約1×1018cm-3であり
且つ厚さが約4μmであるn型GaN層よりなるn型コ
ンタクト層31を成長させる。
Next, after raising the temperature of the reaction furnace to about 1000 ° C., silane containing n-type impurities (S
iH 4 ) gas is supplied, and an n-type GaN layer having an impurity concentration of silicon of about 1 × 10 18 cm −3 and a thickness of about 4 μm is formed on the low-temperature buffer layer. The layer 31 is grown.

【0150】次に、反応炉内に、1.7mL/minの
流量のトリメチルアルミニウム(TMA)を追加的に供
給することにより、n型コンタクト層31の上に、シリ
コンからなる不純物の濃度が5×1017cm-3のであり
且つ厚さが約0.7μmであるn型Al0.07Ga0.93
層よりなるn型クラッド層32を成長させる。
Next, trimethylaluminum (TMA) at a flow rate of 1.7 mL / min is additionally supplied into the reaction furnace, so that the concentration of the impurity made of silicon becomes 5 on the n-type contact layer 31. N-type Al 0.07 Ga 0.93 N of × 10 17 cm -3 and a thickness of about 0.7 μm
An n-type cladding layer 32 composed of a layer is grown.

【0151】次に、トリメチルアルミニウム(TMA)
の供給のみを停止して、n型クラッド層32の上に、シ
リコンからなる不純物の濃度が約1×1018cm-3であ
り且つ厚さが約100nmであるn型GaN層よりなる
第1の光ガイド層33を成長させる。
Next, trimethyl aluminum (TMA)
Is stopped, and the n-type GaN layer having an impurity concentration of silicon of about 1 × 10 18 cm −3 and a thickness of about 100 nm is formed on the n-type cladding layer 32. Is grown.

【0152】次に、反応炉の温度を約800℃にまで降
温した後、キャリアガスを水素ガスからアンモニアガス
に変更すると共に、反応炉内にトリメチルインジウム
(TMI)とトリメチルガリウム(TMG)とを交互に
供給することにより、第1の光ガイド層33の上に、約
3nmの厚さを有するIn0.1Ga0.9N層よりなる量子
井戸層(3層)と約9nmの厚さを有するGaN層より
なるバリア層(2層)とからなる多重量子井戸構造を有
する活性層34を形成する。
Next, after the temperature of the reactor was lowered to about 800 ° C., the carrier gas was changed from hydrogen gas to ammonia gas, and trimethylindium (TMI) and trimethylgallium (TMG) were introduced into the reactor. By supplying them alternately, a quantum well layer (three layers) made of an In 0.1 Ga 0.9 N layer having a thickness of about 3 nm and a GaN layer having a thickness of about 9 nm are formed on the first optical guide layer 33. An active layer having a multiple quantum well structure composed of two barrier layers is formed.

【0153】次に、反応炉の温度を再び約1000℃に
まで昇温した後、キャリアガスを窒素ガスから水素ガス
に変更すると共に、反応炉内に、トリメチルガリウム
(TMG)、アンモニア(NH3 )ガス及びトリメチル
アルミニウム(TMA)と共に、p型不純物であるビス
シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg )ガス
を供給することにより、活性層34の上に、マグネシウ
ムからなる不純物の濃度が5×1017cm-3であり且つ
厚さが約20nmであるp型Al0.15Ga0.85N層より
なるキャップ層35を成長させる。
Next, after the temperature of the reaction furnace was raised again to about 1000 ° C., the carrier gas was changed from nitrogen gas to hydrogen gas, and trimethylgallium (TMG), ammonia (NH 3 ) By supplying biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) gas, which is a p-type impurity, together with the gas and trimethylaluminum (TMA), the concentration of the impurity made of magnesium is 5 × 10 A cap layer 35 made of a p-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer of 17 cm −3 and a thickness of about 20 nm is grown.

【0154】次に、キャップ層35の上に、マグネシウ
ムからなる不純物の濃度が1×10 18cm-3であり且つ
厚さが約150nmである第2の光ガイド層36を成長
させた後、該第2の光ガイド層36の上に、マグネシウ
ムからなる不純物の濃度が5×1017cm-3であり且つ
厚さが約0.7μmであるp型Al0.07Ga0.93N層よ
りなるp型クラッド層37を成長させ、その後、p型ク
ラッド層37の上に、マグネシウムからなる不純物の濃
度が1×1018cm-3であり且つ厚さが約0.1μmで
あるp型GaN層よりなるp型コンタクト層38を成長
させる。
Next, the magnesium layer was placed on the cap layer 35.
1 × 10 18cm-3And
Growing a second light guide layer 36 having a thickness of about 150 nm
After that, the magnesium light is applied on the second light guide layer 36.
5 × 1017cm-3And
P-type Al with a thickness of about 0.7 μm0.07Ga0.93N layer
A p-type cladding layer 37 is grown.
On the lad layer 37, an impurity concentration of magnesium is formed.
Degree 1 × 1018cm-3And the thickness is about 0.1μm
Growing a p-type contact layer 38 consisting of a certain p-type GaN layer
Let it.

【0155】次に、p型不純物が導入されたIII-V族の
化合物半導体層、例えば、第2の光ガイド層36、p型
クラッド層37及びp型コンタクト層38に対する熱処
理を行なう。これらのp型のIII-V族化合物半導体層に
対する熱処理の方法としては、第1〜第6の実施形態に
係る半導体層の形成方法を適用できるが、ここでは、第
4の実施形態を適用する場合について説明する。
Next, heat treatment is performed on the group III-V compound semiconductor layer into which the p-type impurity has been introduced, for example, the second light guide layer 36, the p-type cladding layer 37, and the p-type contact layer 38. As a method of heat-treating these p-type III-V compound semiconductor layers, the method of forming a semiconductor layer according to the first to sixth embodiments can be applied. Here, the fourth embodiment is applied. The case will be described.

【0156】サファイア基板30をMOVPE装置の反
応炉からアニール炉に移送し、サファイア基板30をア
ニール炉内のトレイ上に載置した後、アニール炉内を一
旦真空状態にしてから該アニール炉内に窒素ガスを3L
/min(標準状態)の流量で導入して炉内を大気圧に
する。
The sapphire substrate 30 is transferred from the reaction furnace of the MOVPE apparatus to the annealing furnace, and the sapphire substrate 30 is placed on a tray in the annealing furnace. 3 L of nitrogen gas
/ Min (standard state) to bring the inside of the furnace to atmospheric pressure.

【0157】次に、サファイア基板30が載置されてい
るトレイを、室温(25℃)から750℃まで、毎秒1
0℃(10℃/s)の昇温レートで加熱した後、750
℃の温度で1時間保持し、その後、トレイの温度を室温
まで冷却することにより、第1回目の熱処理を施す。
尚、第1回目の熱処理工程においては、炉内に窒素ガス
を3mL/min(標準状態)の流量で導入し続けて炉
内を大気圧に保っておく。
Next, the tray on which the sapphire substrate 30 is placed is moved from room temperature (25 ° C.) to 750 ° C. for one second per second.
After heating at a heating rate of 0 ° C. (10 ° C./s), 750
The temperature is kept at 1 ° C. for 1 hour, and then the first heat treatment is performed by cooling the tray to room temperature.
In the first heat treatment step, nitrogen gas is continuously introduced into the furnace at a flow rate of 3 mL / min (standard state) to keep the inside of the furnace at atmospheric pressure.

【0158】次に、サファイア基板30が載置されてい
るトレイを、室温(25℃)から750℃まで、毎秒1
0℃(10℃/s)の昇温レートで加熱した後、750
℃の温度で1時間保持し、その後、トレイの温度を室温
まで冷却することにより、第2回目の熱処理を施す。
尚、第2回目の熱処理工程においても、炉内に窒素ガス
を3mL/min(標準状態)の流量で導入し続けて炉
内を大気圧に保っておく。
Next, the tray on which the sapphire substrate 30 is placed is moved from room temperature (25 ° C.) to 750 ° C. for one second per second.
After heating at a heating rate of 0 ° C. (10 ° C./s), 750
The temperature is maintained at a temperature of 1 ° C. for 1 hour, and then the temperature of the tray is cooled to room temperature, whereby a second heat treatment is performed.
In the second heat treatment step, nitrogen gas is continuously introduced into the furnace at a flow rate of 3 mL / min (standard state) to keep the inside of the furnace at atmospheric pressure.

【0159】第1回目及び第2回目の熱処理工程が完了
すると、選択的ドライエッチング法により、n型コンタ
クト層31を露出させた後、該n型コンタクト層31の
上面にチタン膜とアルミニウム膜との積層膜からなるn
側電極39を形成する。
When the first and second heat treatment steps are completed, the n-type contact layer 31 is exposed by a selective dry etching method, and then a titanium film and an aluminum film are formed on the upper surface of the n-type contact layer 31. Consisting of a laminated film of
The side electrode 39 is formed.

【0160】次に、p型コンタクト層38を、約2μm
のリッジ幅を有するリッジ状に加工した後、p型コンタ
クト層38の上に、ニッケル膜と金膜との積層膜からな
るストライプ状のp側電極40を形成する。この場合、
n側電極39とp側電極40とは、二酸化珪素(SiO
2 )からなる絶縁膜41により絶縁されている。
Next, the p-type contact layer 38 is formed to a thickness of about 2 μm.
Then, a stripe-shaped p-side electrode 40 made of a laminated film of a nickel film and a gold film is formed on the p-type contact layer 38. in this case,
The n-side electrode 39 and the p-side electrode 40 are made of silicon dioxide (SiO
It is insulated by the insulating film 41 made of 2 ).

【0161】次に、積層体に対して劈開を行なうことに
より、共振器長が750μmである発光素子(半導体レ
ーザ素子)を形成した後、共振器の一方の劈開面に二酸
化珪素及び二酸化チタン(TiO2 )からなり反射率が
90%である高反射コーティング層を形成して、発光素
子(半導体レーザ素子)を得る。
Next, a light emitting device (semiconductor laser device) having a cavity length of 750 μm is formed by cleaving the laminate, and then silicon dioxide and titanium dioxide ( A light-emitting device (semiconductor laser device) is obtained by forming a high-reflection coating layer made of TiO 2 ) having a reflectance of 90%.

【0162】第7の実施形態によると、p型不純物が導
入されたIII-V族の化合物半導体層、例えば、第2の光
ガイド層36、p型クラッド層37又はp型コンタクト
層38に対して、2回の熱処理が行なわれるため、第2
の光ガイド層36、p型クラッド層37又はp型コンタ
クト層38の不純物を不活性化させている原子を排除で
き、これによって、これらの化合物半導体層の抵抗値を
確実に低減することができる。
According to the seventh embodiment, a group III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced, for example, the second light guide layer 36, the p-type cladding layer 37 or the p-type contact layer 38 The second heat treatment is performed,
Atoms that inactivate the impurities in the light guide layer 36, the p-type cladding layer 37, or the p-type contact layer 38 can be eliminated, whereby the resistance of these compound semiconductor layers can be reliably reduced. .

【0163】室温から750℃まで、10℃/sの昇温
レートで加熱する加熱する熱処理を2回行なって得られ
た(第4の実施形態に相当)発光素子のレーザ素子特性
を測定したところ、p型Al0.07Ga0.93N層からなる
p型クラッド層37の抵抗率は約3.5Ω・cmであ
り、室温から750℃まで、0.3℃/sの昇温レート
で加熱する熱処理を1回行なって得られた(第1の実施
形態に相当)発光素子のレーザ素子特性を測定したとこ
ろ、p型Al0.07Ga0.93N層からなるp型クラッド層
37の抵抗率は約5Ω・cmであった。
The laser device characteristics of the light emitting device obtained by performing twice the heat treatment of heating from room temperature to 750 ° C. at a rate of 10 ° C./s (corresponding to the fourth embodiment) were measured. The resistivity of the p-type cladding layer 37 made of a p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer is about 3.5 Ω · cm, and heat treatment is performed from room temperature to 750 ° C. at a rate of 0.3 ° C./s. When the laser device characteristics of the light emitting device obtained by performing the process once (corresponding to the first embodiment) were measured, the resistivity of the p-type cladding layer 37 composed of the p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer was about 5 Ω · cm. Met.

【0164】図9は、p型クラッド層37の抵抗率が約
3.5Ω・cmの場合と約5Ω・cmの場合とにおけ
る、発光素子の動作電圧としきい値電流との関係を示し
ており、p型クラッド層37の抵抗率が低いときには、
しきい値電流を一定にしたときの動作電流は低減するこ
とが分かる。例えば、p型クラッド層37の抵抗率が約
3.5Ω・cmの場合、しきい値電流が50mAのとき
の動作電流は5Vであって消費電力は約0.25Wであ
り、p型クラッド層37の抵抗率が約5Ω・cmの場
合、しきい値電流が60mAのときの動作電流は6Vで
あって消費電力は約0.36Wである。
FIG. 9 shows the relationship between the operating voltage of the light emitting element and the threshold current when the resistivity of the p-type cladding layer 37 is about 3.5 Ω · cm and about 5 Ω · cm. When the resistivity of the p-type cladding layer 37 is low,
It can be seen that the operating current when the threshold current is constant is reduced. For example, when the resistivity of the p-type cladding layer 37 is about 3.5 Ω · cm, the operation current when the threshold current is 50 mA is 5 V, the power consumption is about 0.25 W, and the p-type cladding layer 37 When the resistivity of the 37 is about 5 Ω · cm, the operating current is 6 V and the power consumption is about 0.36 W when the threshold current is 60 mA.

【0165】これらのことから、p型不純物が導入され
たIII-V族の化合物半導体層に対して第1〜第6の実施
形態に係る半導体層の形成方法を適用すると、得られる
発光素子の動作電圧を低減して消費電力を低減すること
ができ、これによって、発光素子の発熱を抑制して信頼
性を向上させることができる。
From these facts, when the method of forming a semiconductor layer according to the first to sixth embodiments is applied to a group III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity has been introduced, the resulting light emitting device The operating voltage can be reduced and power consumption can be reduced, whereby heat generation of the light-emitting element can be suppressed and reliability can be improved.

【0166】尚、第1〜第6の実施形態においては、基
板としてサファイア基板を用いたが、これに代えて、炭
化珪素基板を用いてもよい。
Although the sapphire substrate is used as the substrate in the first to sixth embodiments, a silicon carbide substrate may be used instead.

【0167】[0167]

【発明の効果】本発明に係る第1の半導体層の形成方法
によると、化合物半導体層を加熱する際に該化合物半導
体層に温度勾配を生じさせることにより、化合物半導体
層からp型不純物を不活性化させている原子を排除でき
るため、化合物半導体層の抵抗値を確実に低減すること
ができる。
According to the first method for forming a semiconductor layer according to the present invention, a temperature gradient is generated in the compound semiconductor layer when the compound semiconductor layer is heated, so that p-type impurities are not removed from the compound semiconductor layer. Since the activated atoms can be eliminated, the resistance value of the compound semiconductor layer can be reliably reduced.

【0168】本発明に係る第2の半導体装置の形成方法
によると、熱処理工程の冷却過程において、p型不純物
を不活性化させる原子が化合物半導体層に侵入する事態
を抑制できるため、化合物半導体層の抵抗値を低減する
ことができる。
According to the second method for forming a semiconductor device of the present invention, in the cooling step of the heat treatment step, the situation in which atoms for inactivating p-type impurities enter the compound semiconductor layer can be suppressed. Can be reduced.

【0169】本発明に係る第3の半導体層の形成方法に
よると、化合物半導体層を加熱する際に該化合物半導体
層の内部応力を緩和させることにより、化合物半導体層
からp型不純物を不活性化させている原子を排除できる
ため、化合物半導体層の抵抗値を確実に低減することが
できる。
According to the third method for forming a semiconductor layer of the present invention, the internal stress of the compound semiconductor layer is relaxed when the compound semiconductor layer is heated, so that the p-type impurities are inactivated from the compound semiconductor layer. Since it is possible to eliminate the atoms that are being caused, the resistance value of the compound semiconductor layer can be reliably reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1〜第6の実施形態に係る半導体層の形成方
法の対象となる積層構造の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a laminated structure to be subjected to a method of forming a semiconductor layer according to first to sixth embodiments.

【図2】第1の実施形態に係る半導体層の形成方法の熱
処理工程における、昇温レートとp型Al0.07Ga0.93
N層の抵抗率との関係を示す特性図である。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a temperature rise rate and p-type Al 0.07 Ga 0.93 in a heat treatment step of the semiconductor layer forming method according to the first embodiment;
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship with the resistivity of an N layer.

【図3】第2の実施形態に係る半導体層の形成方法の熱
処理工程の加熱後の冷却過程における、降温レートとp
型Al0.07Ga0.93N層の抵抗率との関係を示す特性図
である。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a temperature drop rate and p in a cooling process after heating in a heat treatment process in a method for forming a semiconductor layer according to a second embodiment;
It is a characteristic view which shows the relationship with the resistivity of type | mold Al0.07Ga0.93N layer.

【図4】第3の実施形態に係る半導体層の形成方法の熱
処理工程の加熱後の冷却過程における、アニール炉に導
入する混合ガス中の水素ガスの分圧とp型Al0.07Ga
0.93N層の抵抗率との関係を示す特性図である。
FIG. 4 is a view showing heat of a method for forming a semiconductor layer according to a third embodiment;
In the cooling process after heating in the treatment process,
Partial pressure of hydrogen gas in mixed gas and p-type Al0.07Ga
0.93FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship with the resistivity of an N layer.

【図5】第4の実施形態に係る半導体層の形成方法にお
ける、熱処理工程の回数とp型Al0.07Ga0.93N層の
抵抗率との関係を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between the number of heat treatment steps and the resistivity of a p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer in the method for forming a semiconductor layer according to the fourth embodiment.

【図6】第5の実施形態に係る半導体層の形成方法にお
ける、熱処理時の雰囲気圧力と、サファイア基板の上に
形成されている積層膜の断面形状との関係を示す断面図
である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a relationship between an atmospheric pressure during heat treatment and a cross-sectional shape of a laminated film formed on a sapphire substrate in a method for forming a semiconductor layer according to a fifth embodiment.

【図7】第6の実施形態に係る半導体層の形成方法にお
いて、p型Al0.07Ga0.93N層に基板と平行な温度勾
配を生じさせる方法を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method of generating a temperature gradient parallel to a substrate in a p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer in a method of forming a semiconductor layer according to a sixth embodiment.

【図8】第7の実施形態に係る半導体層の形成方法の対
象となる発光素子の断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a light-emitting element that is an object of a method for forming a semiconductor layer according to a seventh embodiment.

【図9】第7の実施形態に係る半導体層の形成方法によ
り得られる発光素子の動作電圧としきい値電流との関係
を示す特性図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between an operating voltage and a threshold current of a light emitting element obtained by a method for forming a semiconductor layer according to a seventh embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 サファイア基板 11 低温バッファ層 12 GaN層 13 p型Al0.07Ga0.93N層 20 放熱台 21 第1のトレイ 21a 第1のヒーター 22 第2のトレイ 22a 第2のヒーター 23 第2のトレイ 23a 第3のヒーター 24 基板 25 基板搬送具 30 サファイア基板 31 n型コンタクト層 32 n型クラッド層 33 第1の光ガイド層 34 活性層 35 キャップ層 36 第2の光ガイド層 37 p型クラッド層 38 p型コンタクト層 39 n側電極 40 p側電極 REFERENCE SIGNS LIST 10 sapphire substrate 11 low-temperature buffer layer 12 GaN layer 13 p-type Al 0.07 Ga 0.93 N layer 20 heat sink 21 first tray 21 a first heater 22 second tray 22 a second heater 23 second tray 23 a third Heater 24 substrate 25 substrate carrier 30 sapphire substrate 31 n-type contact layer 32 n-type clad layer 33 first light guide layer 34 active layer 35 cap layer 36 second light guide layer 37 p-type clad layer 38 p-type contact Layer 39 n-side electrode 40 p-side electrode

フロントページの続き (72)発明者 木戸口 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA11 AA13 AA17 BA02 BA08 BA38 CA05 DA03 FA10 LA14 5F045 AA04 AB14 AB17 AC08 AC12 AD09 AD14 AF09 BB04 CA10 DA53 EJ02 HA06 HA16 5F073 AA13 AA45 AA74 AA83 CA07 CB05 CB07 CB19 CB20 DA05 DA16 DA35 EA23 Continuing on the front page (72) Inventor Isao Kidoguchi 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. ) 4K030 AA11 AA13 AA17 BA02 BA08 BA38 CA05 DA03 FA10 LA14 5F045 AA04 AB14 AB17 AC08 AC12 AD09 AD14 AF09 BB04 CA10 DA53 EJ02 HA06 HA16 5F073 AA13 AA45 AA74 AA83 CA07 CB05 CB07 CB19 CB20 DA05 DA16

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 p型不純物が導入されたIII-V族の化合
物半導体層を基板上に形成する工程と、前記化合物半導
体層に対して熱処理を行なう工程とを備え、 前記熱処理を行なう工程は、前記化合物半導体層を加熱
する過程において、前記化合物半導体層に温度勾配を生
じさせることにより、前記化合物半導体層から前記p型
不純物を不活性化させている原子を排除する工程を含む
ことを特徴とする半導体層の形成方法。
A step of forming a group III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced on a substrate; and a step of performing a heat treatment on the compound semiconductor layer. A step of generating a temperature gradient in the compound semiconductor layer in the step of heating the compound semiconductor layer, thereby removing an atom that inactivates the p-type impurity from the compound semiconductor layer. Forming a semiconductor layer.
【請求項2】 前記温度勾配は、前記基板と垂直な方向
に形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体
層の形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the temperature gradient is formed in a direction perpendicular to the substrate.
【請求項3】 前記化合物半導体層を加熱する過程は、
0.3℃/sよりも高い昇温レートで前記化合物半導体
層を加熱することにより、前記化合物半導体層に前記基
板と垂直な方向の前記温度勾配を生じさせる工程を含む
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体層の形成方
法。
3. The step of heating the compound semiconductor layer,
Heating the compound semiconductor layer at a heating rate higher than 0.3 ° C./s to cause the compound semiconductor layer to generate the temperature gradient in a direction perpendicular to the substrate. Item 3. A method for forming a semiconductor layer according to Item 2.
【請求項4】 前記化合物半導体層を加熱する過程は、
10℃/sよりも高い昇温レートで前記化合物半導体層
を加熱することにより、前記化合物半導体層に前記基板
と垂直な方向の前記温度勾配を生じさせる工程を含むこ
とを特徴とする請求項2に記載の半導体層の形成方法。
4. The step of heating the compound semiconductor layer,
3. The method according to claim 2, further comprising the step of heating the compound semiconductor layer at a temperature raising rate higher than 10 ° C./s to cause the compound semiconductor layer to generate the temperature gradient in a direction perpendicular to the substrate. 3. The method for forming a semiconductor layer according to item 1.
【請求項5】 前記化合物半導体層を加熱する過程は、
前記化合物半導体層の表面に冷却ガスをパルス的に供給
することにより、前記化合物半導体層に前記基板と垂直
な方向の前記温度勾配を生じさせる工程を含むことを特
徴とする請求項2に記載の半導体層の形成方法。
5. The step of heating the compound semiconductor layer,
3. The method according to claim 2, further comprising a step of supplying the cooling gas to the surface of the compound semiconductor layer in a pulsed manner to generate the temperature gradient in a direction perpendicular to the substrate in the compound semiconductor layer. A method for forming a semiconductor layer.
【請求項6】 前記化合物半導体層を加熱する過程は、
窒素ガス雰囲気中で行なわれ、前記冷却ガスは水素ガス
であることを特徴とする請求項5に記載の半導体層の形
成方法。
6. The step of heating the compound semiconductor layer,
The method according to claim 5, wherein the method is performed in a nitrogen gas atmosphere, and the cooling gas is a hydrogen gas.
【請求項7】 前記温度勾配は、前記基板と平行な方向
に形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体
層の形成方法。
7. The method according to claim 1, wherein the temperature gradient is formed in a direction parallel to the substrate.
【請求項8】 前記化合物半導体層を加熱する過程は、
前記基板を第1の温度に設定された第1のトレイ上で加
熱した後、前記基板を、前記第1のトレイと前記第1の
温度よりも低い第2の温度に設定された第2のトレイと
に跨るように載置することにより、前記化合物半導体層
に前記基板と平行な方向の前記温度勾配を生じさせる工
程を含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体層の
形成方法。
8. The step of heating the compound semiconductor layer,
After heating the substrate on a first tray set at a first temperature, the substrate is moved to the first tray at a second temperature set at a second temperature lower than the first temperature. The method for forming a semiconductor layer according to claim 7, further comprising a step of causing the compound semiconductor layer to generate the temperature gradient in a direction parallel to the substrate by placing the compound semiconductor layer on a tray.
【請求項9】 前記化合物半導体層を加熱する過程は、
前記基板を第1の温度に設定された第1のトレイ上で加
熱した後、前記基板を、前記第1のトレイと前記第1の
温度よりも低い第2の温度に設定された第2のトレイと
前記第2の温度よりも低い第3の温度に設定された第3
のトレイとに跨るように載置することにより、前記化合
物半導体層に前記基板と平行な方向の前記温度勾配を生
じさせる工程を含むことを特徴とする請求項7に記載の
半導体層の形成方法。
9. The step of heating the compound semiconductor layer,
After heating the substrate on a first tray set at a first temperature, the substrate is moved to the first tray at a second temperature set at a second temperature lower than the first temperature. Tray and a third set at a third temperature lower than the second temperature
8. The method for forming a semiconductor layer according to claim 7, further comprising a step of causing the compound semiconductor layer to generate the temperature gradient in a direction parallel to the substrate by placing the compound semiconductor layer on a tray. .
【請求項10】 前記熱処理を行なう工程は、前記化合
物半導体層に対して複数回の加熱及び冷却を行なって、
前記化合物半導体層に複数回の温度勾配を生じさせる工
程を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体層の
形成方法。
10. The step of performing the heat treatment includes heating and cooling the compound semiconductor layer a plurality of times,
The method according to claim 1, further comprising a step of generating a plurality of temperature gradients in the compound semiconductor layer.
【請求項11】 前記化合物半導体層は、III 族の元素
として窒素を含むことを特徴とする請求項1に記載の半
導体層の形成方法。
11. The method according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer contains nitrogen as a group III element.
【請求項12】 前記化合物半導体層は、発光素子のク
ラッド層、コンタクト層又は光ガイド層であることを特
徴とする請求項11に記載の半導体層の形成方法。
12. The method according to claim 11, wherein the compound semiconductor layer is a clad layer, a contact layer, or a light guide layer of a light emitting device.
【請求項13】 p型不純物が導入されたIII-V族の化
合物半導体層を基板上に形成する工程と、前記化合物半
導体層に対して熱処理を行なう工程とを備え、前記熱処
理を行なう工程は、前記化合物半導体層を加熱した後に
冷却する過程において、前記化合物半導体層を急速に冷
却することにより、前記p型不純物を不活性化させる原
子が前記化合物半導体層に侵入することを抑制する工程
を含むことを特徴とする半導体層の形成方法。
13. A method comprising: forming a group III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced on a substrate; and performing a heat treatment on the compound semiconductor layer. A step of cooling the compound semiconductor layer after heating the compound semiconductor layer, thereby rapidly cooling the compound semiconductor layer to thereby prevent atoms for inactivating the p-type impurities from entering the compound semiconductor layer. A method for forming a semiconductor layer, comprising:
【請求項14】 前記化合物半導体層を冷却する過程
は、0.3℃/sよりも高い降温レートで前記化合物半
導体層を冷却する工程を含むことを特徴とする請求項1
3に記載の半導体層の形成方法。
14. The method according to claim 1, wherein the step of cooling the compound semiconductor layer includes a step of cooling the compound semiconductor layer at a temperature lowering rate higher than 0.3 ° C./s.
4. The method for forming a semiconductor layer according to 3.
【請求項15】 前記化合物半導体層を冷却する過程
は、10℃/sよりも高い降温レートで前記化合物半導
体層を冷却する工程を含むことを特徴とする請求項13
に記載の半導体層の形成方法。
15. The method according to claim 13, wherein the step of cooling the compound semiconductor layer includes a step of cooling the compound semiconductor layer at a temperature lowering rate higher than 10 ° C./s.
3. The method for forming a semiconductor layer according to item 1.
【請求項16】 前記化合物半導体層を冷却する過程
は、前記化合物半導体層の表面に冷却ガスを供給する工
程を含むことを特徴とする請求項13に記載の半導体層
の形成方法。
16. The method according to claim 13, wherein the step of cooling the compound semiconductor layer includes a step of supplying a cooling gas to a surface of the compound semiconductor layer.
【請求項17】 前記化合物半導体層を冷却する過程
は、窒素ガス雰囲気中で行なわれ、前記冷却ガスは水素
ガスであることを特徴とする請求項16に記載の半導体
層の形成方法。
17. The method according to claim 16, wherein the step of cooling the compound semiconductor layer is performed in a nitrogen gas atmosphere, and the cooling gas is a hydrogen gas.
【請求項18】 前記水素ガスの分圧は33%以上であ
ることを特徴とする請求項17に記載の半導体層の形成
方法。
18. The method according to claim 17, wherein the partial pressure of the hydrogen gas is 33% or more.
【請求項19】 前記化合物半導体層を冷却する過程
は、前記基板の温度が500℃以下のときに前記冷却ガ
スを供給する工程を含むことを特徴とする請求項16に
記載の半導体層の形成方法。
19. The method according to claim 16, wherein cooling the compound semiconductor layer includes supplying the cooling gas when the temperature of the substrate is 500 ° C. or less. Method.
【請求項20】 前記化合物半導体層は、III 族の元素
として窒素を含むことを特徴とする請求項13に記載の
半導体層の形成方法。
20. The method according to claim 13, wherein the compound semiconductor layer contains nitrogen as a group III element.
【請求項21】 前記化合物半導体層は、発光素子のク
ラッド層、コンタクト層又は光ガイド層であることを特
徴とする請求項20に記載の半導体層の形成方法。
21. The method according to claim 20, wherein the compound semiconductor layer is a clad layer, a contact layer, or a light guide layer of a light emitting device.
【請求項22】 p型不純物が導入されたIII-V族の化
合物半導体層を基板上に形成する工程と、前記化合物半
導体層に対して熱処理を行なう工程とを備え、前記熱処
理を行なう工程は、前記化合物半導体層を加熱する過程
において、前記化合物半導体層の内部応力を緩和させる
ことにより、前記化合物半導体層から前記p型不純物を
不活性化させている原子を排除する工程を含むことを特
徴とする半導体層の形成方法。
22. A method comprising the steps of: forming a group III-V compound semiconductor layer into which a p-type impurity is introduced on a substrate; and performing a heat treatment on the compound semiconductor layer. And heating the compound semiconductor layer to reduce an internal stress of the compound semiconductor layer, thereby removing an atom that inactivates the p-type impurity from the compound semiconductor layer. Forming a semiconductor layer.
【請求項23】 前記化合物半導体層を加熱する過程
は、前記基板がおかれている雰囲気の圧力を変化させる
ことにより、前記化合物半導体層の内部応力を緩和させ
る工程を含むことを特徴とする請求項22に記載の半導
体層の形成方法。
23. The step of heating the compound semiconductor layer includes a step of relaxing internal stress of the compound semiconductor layer by changing a pressure of an atmosphere in which the substrate is placed. Item 23. The method for forming a semiconductor layer according to Item 22.
【請求項24】 前記化合物半導体層を加熱する過程
は、前記雰囲気の圧力を大気圧よりも高く変化させる工
程を含むことを特徴とする請求項23に記載の半導体層
の形成方法。
24. The method according to claim 23, wherein the step of heating the compound semiconductor layer includes a step of changing the pressure of the atmosphere to be higher than the atmospheric pressure.
【請求項25】 前記化合物半導体層を加熱する過程
は、前記基板の温度が500℃以下のときに前記雰囲気
の圧力を変化させる工程を含むことを特徴とする請求項
23に記載の半導体層の形成方法。
25. The method according to claim 23, wherein the step of heating the compound semiconductor layer includes a step of changing the pressure of the atmosphere when the temperature of the substrate is 500 ° C. or less. Forming method.
【請求項26】 前記化合物半導体層は、III 族の元素
として窒素を含むことを特徴とする請求項22に記載の
半導体層の形成方法。
26. The method according to claim 22, wherein the compound semiconductor layer contains nitrogen as a group III element.
【請求項27】 前記化合物半導体層は、発光素子のク
ラッド層、コンタクト層又は光ガイド層であることを特
徴とする請求項26に記載の半導体層の形成方法。
27. The method according to claim 26, wherein the compound semiconductor layer is a clad layer, a contact layer, or a light guide layer of a light emitting device.
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