JP2002033279A - Manufacturing method of p-type nitride semiconductor - Google Patents

Manufacturing method of p-type nitride semiconductor

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a high quality p-type nitride semiconductor without annealing after formation. SOLUTION: With a board temperature about 1050 deg.C, a p-type nitride semiconductor layer comprising GaN doped with Mg is grown. Then in a cooling process, with the board temperature at 950-700 deg.C, cooling is done with combination of cooling time and hydrogen concentration of the atmosphere specified in a region ABCDEF which is enclosed with such points as point A (50, 1.0), point B (30, 1.8), point C (10, 4.1), point D (0, 15), point E (0, 0.5), and point F (50, 0.5), with hydrogen concentration (%) of atmosphere being X axis, a cooling time (minute) being Y axis, and coordinate being (X, Y).

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、発光素子や受光素
子、ダイオード、トランジスタ等に用いられるGaN系
III族窒化物半導体のうちのp型窒化物半導体、特に、
形成後のアニーリング処理が不要なp型窒化物半導体の
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a GaN-based light-emitting element, a light-receiving element, a diode, a transistor, etc.
A p-type nitride semiconductor among group III nitride semiconductors, in particular,
The present invention relates to a method for manufacturing a p-type nitride semiconductor that does not require annealing after formation.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ますます情報量が増大する光情報
処理装置等に用いられる短波長の発光素子の材料とし
て、比較的バンドギャップが大きいGaN系III族窒化
物半導体が注目されている。これらダイオード素子やレ
ーザ素子等の発光素子にはその接合面の近傍でキャリア
を再結合させ、その再結合光を放射するpn接合を有す
る構成が不可欠である。良く知られているように、Mg
等のアクセプタがドープされてなるp型窒化物半導体
は、Mgの活性化率がドナーと比べて著しく低いため、
低抵抗のp型窒化物半導体を得るのは容易でない。
2. Description of the Related Art In recent years, GaN-based group III nitride semiconductors having a relatively large bandgap have attracted attention as materials for short-wavelength light-emitting elements used in optical information processing apparatuses and the like in which the amount of information is increasing. It is indispensable for a light emitting element such as a diode element or a laser element to have a configuration in which carriers are recombined in the vicinity of the junction surface and a pn junction emits the recombined light. As is well known, Mg
P-type nitride semiconductor doped with an acceptor such as has an extremely low Mg activation rate as compared with the donor,
It is not easy to obtain a low-resistance p-type nitride semiconductor.

【0003】そこで、従来は、形成後に室温に戻しても
高抵抗であったp型窒化物半導体に対して熱処理(ポス
トアニーリング)を行なって、Mgと水素とからなる複
合体の水素をMgから解離させることにより、低抵抗の
p型窒化物半導体を得る方法が一般に行なわれている。
しかしながら、生産性の向上を図るためにも、ポストア
ニーリングを行なわずに低抵抗のp型窒化物半導体を得
る研究が進められつつある。
Therefore, heat treatment (post-annealing) is conventionally performed on the p-type nitride semiconductor, which had a high resistance even when it was returned to room temperature after its formation, to convert the hydrogen of the complex composed of Mg and hydrogen from Mg. A method of obtaining a low-resistance p-type nitride semiconductor by dissociation is generally performed.
However, research for obtaining a low-resistance p-type nitride semiconductor without performing post-annealing is also being pursued in order to improve productivity.

【0004】以下、特開平10−135575号公報に
開示されている、ポストアニーリングが不要な従来のp
型窒化物半導体の製造方法について説明する。
A conventional p-type disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-135575, which does not require post-annealing, will be described below.
A method for manufacturing a type nitride semiconductor will be described.

【0005】この公報には、有機金属気相成長(MOV
PE)法を用いて、サファイアからなる基板上に、TM
G等のIII族源、アンモニア等の窒素源及びp型ドーパ
ントを含む有機Mg化合物を、濃度が0.8容量%〜2
0容量%の水素ガスを含む窒素ガスをキャリアガスとし
て導入し、基板温度を1100℃としてp型窒化物半導
体を成長させる方法を開示している。これにより、Mg
と水素とからなる複合体の形成が阻止されることによ
り、成長時に低抵抗性を示すp型窒化物半導体を得てい
る。さらに、冷却工程においては、約32容量%のアン
モニアを含む窒素ガスの雰囲気で350℃まで降温し、
その後、アンモニアの導入を停止して室温まで降下させ
る方法を開示している。
This publication discloses metalorganic vapor phase epitaxy (MOV).
PE) on a substrate made of sapphire using the TM method.
An organic Mg compound containing a group III source such as G, a nitrogen source such as ammonia, and a p-type dopant is used at a concentration of 0.8% by volume to 2%.
A method is disclosed in which a nitrogen gas containing 0% by volume of hydrogen gas is introduced as a carrier gas, and a substrate temperature is set to 1100 ° C. to grow a p-type nitride semiconductor. Thereby, Mg
By preventing the formation of a complex consisting of hydrogen and hydrogen, a p-type nitride semiconductor exhibiting low resistance during growth is obtained. Further, in the cooling step, the temperature is lowered to 350 ° C. in a nitrogen gas atmosphere containing about 32% by volume of ammonia,
Thereafter, a method is disclosed in which the introduction of ammonia is stopped and the temperature is lowered to room temperature.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のポストアニーリングを行なわないp型窒化物半導体
の製造方法は以下のような問題がある。すなわち、前記
公報の発明者らがその後に公開した論文(Applie
d Physics Letters,vol.72,
(1998),p.1748)に示しているように、結
晶成長工程における水素濃度が2.4%から3.7%に
増加しただけで大幅にMgの活性化が劣り、非常に低い
水素濃度で成長させなければ、成長時にp型窒化物半導
体を得ることができない。その上、低い水素濃度でp型
窒化物半導体を成長させると、表面マイグレーションが
不十分となるため、表面上の最適位置に所定の原子が配
置されず、良質な結晶が得られない。
However, the above-mentioned conventional method of manufacturing a p-type nitride semiconductor without performing post annealing has the following problems. That is, a paper (Applier) published by the inventors of the above publication after that.
d Physics Letters, vol. 72,
(1998), p. As shown in 1748), when the hydrogen concentration in the crystal growth step is increased from 2.4% to 3.7%, the activation of Mg is significantly inferior. A p-type nitride semiconductor cannot be obtained during growth. In addition, when a p-type nitride semiconductor is grown at a low hydrogen concentration, surface migration becomes insufficient, so that predetermined atoms are not arranged at optimal positions on the surface, and high-quality crystals cannot be obtained.

【0007】本発明は、前記従来の問題を解決し、ポス
トアニーリングを行なうことなく良質なp型窒化物半導
体を得られるようにすることを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to obtain a high-quality p-type nitride semiconductor without performing post-annealing.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、p型窒化物半導体層形成工程において低
抵抗なp型窒化物半導体を形成した後、冷却工程におけ
る特定の基板温度範囲、即ちp型窒化物半導体層中のp
型ドーパントの不活性化が生じる基板温度範囲、である
略950℃〜略700℃において、冷却条件に工夫を施
したものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a p-type nitride semiconductor layer, comprising forming a low-resistance p-type nitride semiconductor in a p-type nitride semiconductor layer forming step, and then cooling the substrate to a specific substrate temperature in a cooling step. Range, that is, p in the p-type nitride semiconductor layer.
Cooling conditions were devised in a substrate temperature range of about 950 ° C. to about 700 ° C. in which inactivation of the type dopant occurs.

【0009】第1のp型窒化物半導体の製造方法は、前
記特定の基板温度範囲において、p型ドーパントの不活
性化が生じにくい雰囲気の水素濃度と冷却時間の組合わ
せでp型窒化物半導体層を冷却することを特徴とする。
The first method for producing a p-type nitride semiconductor is characterized in that the p-type nitride semiconductor is formed by combining the hydrogen concentration in an atmosphere in which the inactivation of the p-type dopant is unlikely to occur and the cooling time in the specific substrate temperature range. The method is characterized by cooling a layer.

【0010】また、第2のp型窒化物半導体の製造方法
は、前記特定の基板温度範囲において、p型ドーパント
の不活性化が生じにくい雰囲気の水素濃度と冷却速度の
組合わせでp型窒化物半導体層を冷却することを特徴と
する。
The second method of manufacturing a p-type nitride semiconductor is characterized in that the p-type nitride semiconductor is formed by combining the hydrogen concentration and the cooling rate in an atmosphere in which the inactivation of the p-type dopant hardly occurs in the specific substrate temperature range. The object semiconductor layer is cooled.

【0011】こうすることで、p型窒化物半導体の低抵
抗性をp型半導体として実用可能な範囲内に維持するこ
とができる。
[0011] By doing so, the low resistance of the p-type nitride semiconductor can be maintained within a range that can be practically used as a p-type semiconductor.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、基板の
上に、該基板の温度を略950℃以上に保持して、p型
ドーパント源と窒素源とIII族源とを導入することによ
り、前記基板上に低抵抗のp型窒化物半導体層を形成す
るp型窒化物半導体層形成工程と、前記p型窒化物半導
体層が形成された基板を冷却する冷却工程と、を備える
p型窒化物半導体の製造方法であって、前記冷却工程に
おける前記基板の温度が略950℃から略700℃まで
降下する間において、p型窒化物半導体層がその低抵抗
性を維持できる雰囲気の水素濃度と冷却時間の組合わせ
により冷却することを特徴とするものであり、冷却工程
におけるp型ドーパントの不活性化を抑制することがで
きるという作用を有する。
According to the first aspect of the present invention, a p-type dopant source, a nitrogen source and a group III source are introduced onto a substrate while maintaining the temperature of the substrate at about 950 ° C. or higher. Accordingly, the method includes a p-type nitride semiconductor layer forming step of forming a low-resistance p-type nitride semiconductor layer on the substrate, and a cooling step of cooling the substrate on which the p-type nitride semiconductor layer is formed. A method for manufacturing a p-type nitride semiconductor, wherein the temperature of the substrate in the cooling step falls from about 950 ° C. to about 700 ° C., and the p-type nitride semiconductor layer is maintained in an atmosphere capable of maintaining its low resistance. The cooling is performed by a combination of the hydrogen concentration and the cooling time, and has an effect that the inactivation of the p-type dopant in the cooling step can be suppressed.

【0013】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、前記雰囲気の水素濃度と前記冷却時間
の組合わせが、前記雰囲気の水素濃度(%)をX軸、前
記冷却時間(分)をY軸とし、座標を(X、Y)とし
て、点A(50、1.0)、点B(30、1.8)、点
C(10、4.1)、点D(0、15)、点E(0、
0.5)、及び点F(50、0.5)で表される各点に
よって囲まれた領域ABCDEF内で規定されることを
特徴とするものであり、冷却工程におけるp型ドーパン
トの不活性化をより確実に抑制することができるという
作用を有する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the combination of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling time is such that the hydrogen concentration (%) in the atmosphere is X-axis, the cooling time is (Minutes) on the Y axis and coordinates (X, Y), point A (50, 1.0), point B (30, 1.8), point C (10, 4.1), point D ( 0, 15), point E (0,
0.5) and an area ABCDEF surrounded by each point represented by a point F (50, 0.5), and is characterized by inactivation of a p-type dopant in a cooling step. This has the effect that the formation can be suppressed more reliably.

【0014】請求項3に記載の発明は、基板の上に、該
基板の温度を略950℃以上に保持して、p型ドーパン
ト源と窒素源とIII族源とを導入することにより、前記
基板上に低抵抗のp型窒化物半導体層を形成するp型窒
化物半導体層形成工程と、前記p型窒化物半導体層が形
成された基板を冷却する冷却工程と、を備えるp型窒化
物半導体の製造方法であって、前記冷却工程における前
記基板の温度が略800℃の時点において、p型窒化物
半導体層がその低抵抗性を維持できる雰囲気の水素濃度
と冷却速度の組合わせにより冷却することを特徴とする
ものであり、冷却工程におけるp型ドーパントの不活性
化を抑制することができるという作用を有する。
According to a third aspect of the present invention, the temperature of the substrate is maintained at about 950 ° C. or higher on a substrate, and a p-type dopant source, a nitrogen source and a group III source are introduced. P-type nitride comprising: a p-type nitride semiconductor layer forming step of forming a low-resistance p-type nitride semiconductor layer on a substrate; and a cooling step of cooling the substrate on which the p-type nitride semiconductor layer is formed. A method of manufacturing a semiconductor, wherein at the time when the temperature of the substrate in the cooling step is approximately 800 ° C., cooling is performed by a combination of a hydrogen concentration of an atmosphere in which the p-type nitride semiconductor layer can maintain its low resistance and a cooling rate. And has the effect of suppressing the inactivation of the p-type dopant in the cooling step.

【0015】請求項4に記載の発明は、請求項3に記載
の発明において、前記雰囲気の水素濃度と前記冷却速度
の組合わせが、前記雰囲気の水素濃度(%)をX軸、前
記冷却速度(℃/分)をY軸とし、座標を(X、Y)と
して、点O(50、250)、点P(30、140)、
点Q(10、61)、点R(0、17)、点S(0、5
00)、及び点T(50、500)で表される各点によ
って囲まれた領域OPQRST内で規定されることを特
徴とするものであり、冷却工程におけるp型ドーパント
の不活性化をより確実に抑制することができるという作
用を有する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the combination of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling rate is such that the hydrogen concentration (%) in the atmosphere is X-axis, the cooling rate is (° C./min) on the Y axis, coordinates on (X, Y), point O (50, 250), point P (30, 140),
Point Q (10, 61), point R (0, 17), point S (0, 5,
00) and an area OPQRST surrounded by each point represented by a point T (50, 500), whereby the passivation of the p-type dopant in the cooling step is further ensured. It has the effect of being able to be suppressed.

【0016】ここで、特定のガスの雰囲気の濃度とは、
その雰囲気におけるそのガスの容量比をいう。
Here, the concentration of the specific gas atmosphere is as follows.
It refers to the volume ratio of the gas in the atmosphere.

【0017】以下に、本発明のp型窒化物半導体の製造
方法に係わる実施の形態の具体例を、図面を参照しなが
ら説明する。
A specific example of an embodiment according to a method for manufacturing a p-type nitride semiconductor of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
の形態に係るp型窒化物半導体を示す構成断面図を示し
ている。図1に示すように、サファイアからなる基板1
1上には、GaNからなるバッファ層12と、GaNか
らなるp型窒化物半導体層13とが順次形成されてい
る。
Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a p-type nitride semiconductor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a substrate 1 made of sapphire
On 1, a buffer layer 12 made of GaN and a p-type nitride semiconductor layer 13 made of GaN are sequentially formed.

【0019】具体的には、基板11を反応管(図示せ
ず)内の基板ホルダーに保持し、基板11の温度を約1
000℃として窒素ガス及び水素ガスを流しながら、基
板11の表面をクリーニングした。
Specifically, the substrate 11 is held by a substrate holder in a reaction tube (not shown), and the temperature of the substrate 11 is reduced to about 1
The temperature of the substrate 11 was cleaned while flowing nitrogen gas and hydrogen gas at 000 ° C.

【0020】次に、基板11の温度を約550℃にまで
降下させ、キャリアガスとして窒素ガスを流しながら、
アンモニアとトリメチルガリウム(以下、TMGと略称
する。)を供給して、基板11の表面上に、バッファ層
12を形成した。
Next, the temperature of the substrate 11 is lowered to about 550 ° C., and while flowing nitrogen gas as a carrier gas,
A buffer layer 12 was formed on the surface of the substrate 11 by supplying ammonia and trimethylgallium (hereinafter abbreviated as TMG).

【0021】次に、反応管へのTMGの供給を一旦止め
て、基板温度を約1050℃にまで昇温した後、キャリ
アガスとして窒素ガス及び水素ガスを流しながら、アン
モニアとTMGとビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム(以下、Cp2Mgと略称する。)を供給して、p型
ドーパントであるMgをドープしたGaNからなるp型
窒化物半導体層13を、バッファ層12上に形成した。
Next, the supply of TMG to the reaction tube is stopped once, the substrate temperature is raised to about 1050 ° C., and ammonia, TMG and biscyclopentane are added while flowing nitrogen gas and hydrogen gas as carrier gases. Dienyl magnesium (hereinafter abbreviated as Cp 2 Mg) was supplied to form a p-type nitride semiconductor layer 13 made of GaN doped with Mg as a p-type dopant on the buffer layer 12.

【0022】次に、反応管へのTMGとCp2Mgとの
供給を停止した後、雰囲気ガスとして、窒素ガスと水素
ガスとアンモニアを流しながら、基板11の温度を10
50℃から700℃まで降下させ、さらにこの後、水素
ガスとアンモニアの供給を停止して、雰囲気ガスとして
窒素ガスを流しながら、基板11の温度が100℃以下
になるまで冷却した。
Next, after the supply of TMG and Cp 2 Mg to the reaction tube is stopped, the temperature of the substrate 11 is reduced to 10 while flowing nitrogen gas, hydrogen gas and ammonia as atmosphere gases.
The temperature was lowered from 50 ° C. to 700 ° C., and thereafter, the supply of hydrogen gas and ammonia was stopped, and the substrate 11 was cooled until the temperature of the substrate 11 became 100 ° C. or lower while flowing nitrogen gas as an atmospheric gas.

【0023】ここで、本発明の第1のp型窒化物半導体
の製造方法は、冷却工程において、基板温度が略950
℃〜略700℃の間で、p型ドーパントの不活性化が生
じにくい雰囲気の水素濃度と冷却時間の組合わせでp型
窒化物半導体層を冷却することが特徴であり、以下にこ
のことについて説明する。
Here, in the first method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to the present invention, in the cooling step, the substrate temperature is set to about 950 in the cooling step.
The method is characterized in that the p-type nitride semiconductor layer is cooled by a combination of the hydrogen concentration and the cooling time in an atmosphere in which the inactivation of the p-type dopant hardly occurs in a temperature range of from about 700 ° C. to about 700 ° C. explain.

【0024】本発明者らは、略950℃以上の基板温度
でp型窒化物半導体を形成した後の冷却工程において、
特に基板の温度範囲が略950℃〜略700℃の間にお
いて、雰囲気に存在する水素によりp型窒化物半導体の
正孔キャリア濃度が低減されるという事実を発見した。
In the cooling step after forming the p-type nitride semiconductor at a substrate temperature of about 950 ° C. or more, the present inventors
In particular, the inventors have found that when the temperature range of the substrate is between about 950 ° C. and about 700 ° C., the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor is reduced by hydrogen existing in the atmosphere.

【0025】図2は、本発明の一実施の形態に係るp型
窒化物半導体の製造方法の冷却工程における正孔キャリ
ア濃度に対する基板保持温度依存性を示すグラフであ
る。即ち、基板温度1050℃でMgドープGaN層を
形成した後、冷却工程において、ある基板温度で10分
間保持して、その後室温まで冷却した場合のp型窒化物
半導体の正孔キャリア濃度を示したものであり、横軸に
10分間保持した基板温度を、縦軸に正孔キャリア濃度
をプロットしたものである。冷却工程における雰囲気
は、窒素をベースとして、アンモニア濃度を20%と
し、水素濃度を30%と0%の2通りで行った。図2か
ら明らかなように、水素濃度が30%の場合、略800
℃を最小点として950℃〜700℃の温度域で正孔キ
ャリア濃度の著しい低下がみられた。一方、水素濃度が
0%の場合は、同じ温度域で正孔キャリア濃度の低下が
みられたが、その程度は小さかった。即ち、950℃〜
700℃の温度範囲において雰囲気に存在する水素濃度
に応じて、p型窒化物半導体の正孔キャリア濃度が低下
することが明らかとなった。この正孔キャリア濃度の低
下は、p型窒化物半導体中のp型ドーパントが水素と結
合して不活性化するためと推測される。水素濃度が0%
の場合でも若干の低下が生じたのは、アンモニアが分解
して生じた水素が影響したものと考えられる。
FIG. 2 is a graph showing the dependence of the hole carrier concentration on the substrate holding temperature in the cooling step of the method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention. That is, the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor when the Mg-doped GaN layer was formed at a substrate temperature of 1050 ° C., held at a certain substrate temperature for 10 minutes in a cooling step, and then cooled to room temperature was shown. In this figure, the horizontal axis plots the substrate temperature held for 10 minutes, and the vertical axis plots the hole carrier concentration. The atmosphere in the cooling step was based on nitrogen, with an ammonia concentration of 20% and a hydrogen concentration of 30% and 0%. As is apparent from FIG. 2, when the hydrogen concentration is 30%, approximately 800
A significant decrease in the hole carrier concentration was observed in a temperature range of 950 ° C. to 700 ° C. with the minimum point at ° C. On the other hand, when the hydrogen concentration was 0%, the hole carrier concentration decreased in the same temperature range, but the degree was small. That is, 950 ° C.
It has been found that the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor decreases in accordance with the concentration of hydrogen existing in the atmosphere in the temperature range of 700 ° C. This decrease in the hole carrier concentration is presumed to be due to the inactivation of the p-type dopant in the p-type nitride semiconductor by bonding with hydrogen. 0% hydrogen concentration
It is considered that the slight decrease also occurred in the case of the above, due to the influence of hydrogen generated by decomposition of ammonia.

【0026】さらに、本発明者らは、冷却工程におい
て、基板温度が略950℃から略700℃まで降下する
冷却時間と、正孔キャリア濃度の関係を調べた。
Furthermore, the present inventors examined the relationship between the hole carrier concentration and the cooling time during which the substrate temperature drops from approximately 950 ° C. to approximately 700 ° C. in the cooling step.

【0027】図3は、本発明の一実施の形態に係るp型
窒化物半導体の製造方法の冷却工程における正孔キャリ
ア濃度に対する略950℃から略700℃までの基板冷
却時間依存性を示すグラフである。即ち、基板温度10
50℃でMgをドープしたGaN層を形成した後、冷却
工程において、種々の冷却速度で700℃まで冷却し、
その後室温まで冷却した場合のp型窒化物半導体の正孔
キャリア濃度を示したものであり、横軸に基板温度が略
950℃から略700℃まで降下するのに要する冷却時
間を、縦軸に正孔キャリア濃度をプロットしたものであ
る。冷却速度は少なくとも基板温度が略950℃〜略7
00℃の間はほぼ一定となるように制御した。冷却工程
における雰囲気は、窒素をベースとして、アンモニア濃
度を20%とし、水素濃度を50%、30%、10%、
及び0%の4通りで行った。図3から明らかなように、
いずれの水素濃度においても、冷却時間が長くなるに伴
い正孔キャリア濃度が低下した。図3から、室温での正
孔キャリア濃度が約1×1016cm-3となる冷却時間を
求めた結果、水素濃度が50%、30%、10%、及び
0%の場合で、各々1.0分、1.8分、4.1分、及
び15分であった。即ち、p型半導体として実用的な約
1×1016cm-3以上を確保するためには、水素濃度が
50%、30%、10%、及び0%の場合で、基板温度
が略950℃から略700℃までの冷却時間が各々1.
0分、1.8分、4.1分、及び15分以内とする必要
があることが分かった。
FIG. 3 is a graph showing the dependence of the hole carrier concentration on the substrate cooling time from about 950 ° C. to about 700 ° C. in the cooling step of the method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention. It is. That is, the substrate temperature 10
After forming a GaN layer doped with Mg at 50 ° C., in a cooling step, it is cooled to 700 ° C. at various cooling rates,
It shows the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor when subsequently cooled to room temperature, the horizontal axis represents the cooling time required for the substrate temperature to drop from approximately 950 ° C. to approximately 700 ° C., and the vertical axis represents It is a plot of hole carrier concentration. The cooling rate should be at least about 950 ° C. to about 7
The temperature was controlled to be substantially constant during 00 ° C. The atmosphere in the cooling step is based on nitrogen with an ammonia concentration of 20% and a hydrogen concentration of 50%, 30%, 10%,
And 0%. As is clear from FIG.
At any hydrogen concentration, the hole carrier concentration decreased as the cooling time became longer. From FIG. 3, the cooling time at which the hole carrier concentration at room temperature was about 1 × 10 16 cm −3 was determined. As a result, when the hydrogen concentration was 50%, 30%, 10%, and 0%, the cooling time was 1%. 0.0, 1.8, 4.1, and 15 minutes. That is, in order to secure a practical level of about 1 × 10 16 cm −3 or more as a p-type semiconductor, the substrate temperature is about 950 ° C. when the hydrogen concentration is 50%, 30%, 10%, and 0%. From 700 ° C to approximately 700 ° C.
It was found that it was necessary to be within 0, 1.8, 4.1 and 15 minutes.

【0028】図4は、本発明の一実施の形態に係るp型
窒化物半導体の製造方法の冷却工程における雰囲気の水
素濃度と略950℃から略700℃までの基板冷却時間
の関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration in the atmosphere and the substrate cooling time from about 950 ° C. to about 700 ° C. in the cooling step of the method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention. It is.

【0029】上述の結果より、p型窒化物半導体を形成
した後の冷却工程において、基板温度が略950℃から
略700℃まで降下する間に、p型ドーパントの不活性
化が生じにくい雰囲気の水素濃度と冷却時間の組合わせ
として、図4に示すように、雰囲気の水素濃度(%)を
X軸、基板温度が略950℃〜略700℃の間の冷却時
間(分)をY軸とし、座標を(X、Y)として、点A
(50、1.0)、点B(30、1.8)、点C(1
0、4.1)、点D(0、15)、点E(0、0.
5)、及び点F(50、0.5)で表される各点によっ
て囲まれた領域ABCDEF内で規定される組合わせを
選択することが好ましい。ここで、水素濃度に無関係に
直線EFで規定される下限の冷却時間が0.5分である
のは、これより短い冷却時間で冷却すると、熱衝撃によ
りp型窒化物半導体にクラックが入りやすくなるからで
ある。
According to the above results, in the cooling step after the formation of the p-type nitride semiconductor, while the substrate temperature is reduced from about 950 ° C. to about 700 ° C., the atmosphere in which the inactivation of the p-type dopant hardly occurs. As a combination of the hydrogen concentration and the cooling time, as shown in FIG. 4, the hydrogen concentration (%) of the atmosphere is set on the X axis, and the cooling time (minute) when the substrate temperature is between about 950 ° C. and about 700 ° C. is set on the Y axis. , Coordinates (X, Y), point A
(50, 1.0), point B (30, 1.8), point C (1
0, 4.1), point D (0, 15), point E (0, 0.
5) and a combination defined in an area ABCDEF surrounded by points represented by points F (50, 0.5). The reason why the lower limit of the cooling time defined by the straight line EF is 0.5 minutes regardless of the hydrogen concentration is that if the cooling time is shorter than this, the p-type nitride semiconductor is easily cracked by thermal shock. Because it becomes.

【0030】(実施の形態2)本発明の第2のp型窒化
物半導体の製造方法によって、第1の実施の形態と同様
に図1に示す断面構造のp型窒化物半導体を作製した。
(Embodiment 2) A p-type nitride semiconductor having a cross-sectional structure shown in FIG. 1 was manufactured in the same manner as in the first embodiment by the second method for manufacturing a p-type nitride semiconductor of the present invention.

【0031】まず、第1の実施の形態と同様の方法を用
いて、図1に示すように、基板11上に、バッファ層1
2と、p型窒化物半導体層13を順次形成する。
First, using the same method as in the first embodiment, as shown in FIG.
2 and a p-type nitride semiconductor layer 13 are sequentially formed.

【0032】ここで、本発明の第2のp型窒化物半導体
の製造方法は、冷却工程における基板の温度が略800
℃の時点において、p型ドーパントの不活性化が生じに
くい雰囲気の水素濃度と冷却速度の組合わせでp型窒化
物半導体層を冷却する。
Here, in the second method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to the present invention, the temperature of the substrate in the cooling step is approximately 800.
At the time of ° C., the p-type nitride semiconductor layer is cooled by a combination of the hydrogen concentration and the cooling rate in an atmosphere where the inactivation of the p-type dopant hardly occurs.

【0033】図2に示したように、基板温度が略950
℃〜略700℃の間において、最もp型ドーパントの不
活性化が顕著に進行するのは、基板温度が略800℃で
ある。したがって、基板温度が略800℃付近にある時
間を極力短くすること、言い換えれば、略800℃での
冷却速度を所定の値以上にすることが、p型窒化物半導
体の低抵抗性を維持する上で効果的である。
As shown in FIG. 2, the substrate temperature is approximately 950
The temperature at which the deactivation of the p-type dopant proceeds most remarkably between about 700 ° C. and about 700 ° C. is when the substrate temperature is about 800 ° C. Therefore, shortening the time when the substrate temperature is approximately 800 ° C. as short as possible, in other words, setting the cooling rate at approximately 800 ° C. to a predetermined value or more maintains the low resistance of the p-type nitride semiconductor. It is effective on.

【0034】そこで、図3から、p型半導体として実用
的な約1×1016cm-3以上を確保するためには、基板
温度が略800℃における冷却速度が、水素濃度が50
%、30%、10%、及び0%の場合に、各々250℃
/分、140℃/分、61℃/分、及び17℃/分以上
とする必要があることが分かった。
[0034] Therefore, from Fig. 3, in order to ensure practical about 1 × 10 16 cm -3 or more as a p-type semiconductor, the substrate temperature is the cooling rate at approximately 800 ° C., the hydrogen concentration of 50
%, 30%, 10%, and 0%, respectively, at 250 ° C.
/ Min, 140 ° C / min, 61 ° C / min, and 17 ° C / min.

【0035】図5は、本発明の一実施の形態に係るp型
窒化物半導体の製造方法の冷却工程における雰囲気の水
素濃度と略800℃における基板冷却速度の関係を示す
グラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration in the atmosphere and the substrate cooling rate at approximately 800 ° C. in the cooling step of the method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention.

【0036】上述の結果より、p型窒化物半導体を形成
した後の冷却工程において、基板温度が略800℃で、
p型ドーパントの不活性化が生じにくい雰囲気の水素濃
度と冷却速度の組合わせとして、図5に示すように、雰
囲気の水素濃度(%)をX軸、基板温度が略800℃で
の冷却速度(℃/分)をY軸とし、座標を(X、Y)と
して、点O(50、250)、点P(30、140)、
点Q(10、61)、点R(0、17)、点S(0、5
00)、及び点T(50、500)で表される各点によ
って囲まれた領域OPQRST内で規定される組合わせ
を選択することが好ましい。ここで、水素濃度に無関係
に直線STで規定される上限の冷却速度が500℃/分
であるのは、これより速い冷却速度で冷却すると、熱衝
撃によりp型窒化物半導体にクラックが入りやすくなる
からである。
From the above results, in the cooling step after the formation of the p-type nitride semiconductor, the substrate temperature was about 800 ° C.
As shown in FIG. 5, the hydrogen concentration (%) of the atmosphere is the X-axis, and the cooling rate at a substrate temperature of about 800 ° C. is shown in FIG. (° C./min) on the Y axis, coordinates on (X, Y), point O (50, 250), point P (30, 140),
Point Q (10, 61), point R (0, 17), point S (0, 5,
00) and a combination defined in an area OPQRST surrounded by points represented by points T (50, 500). Here, the upper limit of the cooling rate defined by the straight line ST irrespective of the hydrogen concentration is 500 ° C./min. When the cooling rate is higher than this, cracks easily occur in the p-type nitride semiconductor due to thermal shock. Because it becomes.

【0037】基板11には、サファイア以外に、Si
C、スピネル、Si、GaAs等の窒化物半導体とは異
種材料からなるものを用いることができ、また、GaN
等の窒化物半導体からなるものを用いることもできる。
基板11が異種材料からなる場合は、基板11とその上
に形成するp型窒化物半導体層13との間に、窒化物半
導体と基板11との結晶の格子不整合を緩和するため
に、略400℃〜略600℃の低い基板温度でGaN等
からなるバッファ層12を形成する。基板11が窒化物
半導体からなる場合は、バッファ層12を形成すること
なく、基板11上に直接にp型窒化物半導体層13を形
成することができる。
The substrate 11 is made of, in addition to sapphire, Si
C, spinel, Si, GaAs, and other nitride semiconductors can be used.
And the like can also be used.
When the substrate 11 is made of a dissimilar material, the substrate 11 and the p-type nitride semiconductor layer 13 formed on the substrate 11 are substantially arranged to reduce lattice mismatch between crystals of the nitride semiconductor and the substrate 11. The buffer layer 12 made of GaN or the like is formed at a low substrate temperature of 400 ° C. to approximately 600 ° C. When the substrate 11 is made of a nitride semiconductor, the p-type nitride semiconductor layer 13 can be formed directly on the substrate 11 without forming the buffer layer 12.

【0038】p型窒化物半導体層13は、予め基板11
の上にn型窒化物半導体層や窒化物半導体からなる活性
層を形成した後に、この上に形成することで、pn接合
を有する素子層構成とすることもできる。
The p-type nitride semiconductor layer 13 is formed on the substrate 11 in advance.
An active layer made of an n-type nitride semiconductor layer or a nitride semiconductor is formed thereon, and then formed on the active layer, thereby forming an element layer having a pn junction.

【0039】p型窒化物半導体層13は、基板11の温
度を略950℃以上に保持して、p型ドーパント源と窒
素源とIII族源とを導入することにより形成することが
できる。基板温度としては、略950℃〜略1200℃
の範囲が望ましい。基板温度が950℃より低いと、p
型窒化物半導体層13の形成過程においてp型ドーパン
トが水素と結合して不活性化しやすくなり、低抵抗なp
型窒化物半導体層が形成できないからであり、1200
℃より高いと、良好な結晶性を有するp型窒化物半導体
層が形成困難となるからである。
The p-type nitride semiconductor layer 13 can be formed by maintaining the temperature of the substrate 11 at about 950 ° C. or higher and introducing a p-type dopant source, a nitrogen source and a group III source. The substrate temperature is about 950 ° C. to about 1200 ° C.
Is desirable. When the substrate temperature is lower than 950 ° C., p
In the process of forming the p-type nitride semiconductor layer 13, the p-type dopant is easily deactivated by bonding with hydrogen, and the p-type dopant has a low resistance.
This is because a nitride semiconductor layer cannot be formed.
If the temperature is higher than ℃, it is difficult to form a p-type nitride semiconductor layer having good crystallinity.

【0040】p型窒化物半導体層13は、GaNやAl
GaN、InGaN、InAlGaN等の単層、若しく
はこれらの層を積層したものを用いることができるが、
略950℃以上の基板温度で良好な結晶性が得られやす
いAlxGa1-xN(0≦x<1)、またはこれに微量の
Inがドープされたものを用いることが好ましい。
The p-type nitride semiconductor layer 13 is made of GaN or Al
A single layer of GaN, InGaN, InAlGaN, or the like, or a stack of these layers can be used.
It is preferable to use Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x <1), which easily obtains good crystallinity at a substrate temperature of about 950 ° C. or higher, or a material obtained by doping this with a small amount of In.

【0041】p型窒化物半導体層13のp型ドーパント
としては、MgやZn、Cd、C等を用いることができ
るが、比較的容易にp型伝導が得られるMgを用いるこ
とが好ましい。p型ドーパントの濃度は、1×1019
-3以上で5×1020cm-3未満とすることが望まし
い。p型ドーパント濃度が1×1019cm-3よりも低く
なると、p型窒化物半導体層13の正孔キャリア濃度が
低くなり、また、p型窒化物半導体層13の上に電極を
形成する際にオーミック接触抵抗が高くなるからであ
り、5×1020cm-3よりも高くなると、p型ドーパン
トを高濃度にドープしたことに起因してp型窒化物半導
体層13の結晶性が悪くなり、p型伝導が得られにくく
なるからである。
As the p-type dopant of the p-type nitride semiconductor layer 13, Mg, Zn, Cd, C or the like can be used, but it is preferable to use Mg which can obtain p-type conduction relatively easily. The concentration of the p-type dopant is 1 × 10 19 c
Desirably, the value is not less than m −3 and less than 5 × 10 20 cm −3 . When the p-type dopant concentration is lower than 1 × 10 19 cm −3 , the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layer 13 decreases, and when forming an electrode on the p-type nitride semiconductor layer 13 If the ohmic contact resistance is higher than 5 × 10 20 cm −3 , the crystallinity of the p-type nitride semiconductor layer 13 is deteriorated due to the high concentration of the p-type dopant. This is because it becomes difficult to obtain p-type conduction.

【0042】p型窒化物半導体層13を形成する際の反
応管内の雰囲気は、濃度が5%〜70%程度の水素を含
むことが好ましく、濃度が10%〜30%程度の水素を
含むことがさらに好ましい。濃度が5%より低くなる
と、形成表面での原子のマイグレーションが低下するこ
とでp型窒化物半導体層13の結晶性の劣化が生じるよ
うになり、且つ、p型窒化物半導体層13へのp型ドー
パントの取り込まれ率が低下するからであり、濃度が7
0%を越えると、p型窒化物半導体層13の形成過程に
おける水素によるp型ドーパントの不活性化が生じるよ
うになるからである。
The atmosphere in the reaction tube when forming the p-type nitride semiconductor layer 13 preferably contains hydrogen having a concentration of about 5% to 70%, and contains hydrogen having a concentration of about 10% to 30%. Is more preferred. If the concentration is lower than 5%, the migration of atoms on the formation surface is reduced, so that the crystallinity of the p-type nitride semiconductor layer 13 is deteriorated. This is because the incorporation rate of the type dopant decreases, and the concentration is 7
If it exceeds 0%, the p-type dopant is inactivated by hydrogen in the process of forming the p-type nitride semiconductor layer 13.

【0043】冷却工程は、少なくとも基板温度が略95
0℃を下回るまでの間は、雰囲気のアンモニア濃度が5
%以上であることが好ましい。アンモニア濃度が5%よ
り低いと、p型窒化物半導体表面から窒素が脱離して表
面の結晶性が劣化しやすくなるからである。
In the cooling step, at least the substrate temperature is about 95
Until the temperature falls below 0 ° C., the ammonia concentration in the atmosphere is 5%.
% Is preferable. If the ammonia concentration is lower than 5%, nitrogen is desorbed from the surface of the p-type nitride semiconductor, and the crystallinity of the surface is likely to deteriorate.

【0044】また、冷却工程は、基板温度が略950℃
〜略700℃の間は、雰囲気のアンモニア濃度が30%
以下であることが好ましい。アンモニア濃度が30%よ
り高いと、アンモニアの熱分解で生じる水素が増加して
p型窒化物半導体の正孔キャリア濃度が低下しやすくな
るからである。
In the cooling step, the substrate temperature is approximately 950 ° C.
When the temperature is approximately 700 ° C., the ammonia concentration in the atmosphere is 30%.
The following is preferred. If the ammonia concentration is higher than 30%, the amount of hydrogen generated by the thermal decomposition of ammonia increases and the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor tends to decrease.

【0045】[0045]

【実施例】以下、本発明のp型窒化物半導体の製造方法
の実施例について図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0046】(実施例1)本実施例においては、図1に
示す断面構造を有するp型窒化物半導体を作製した。
Example 1 In this example, a p-type nitride semiconductor having a sectional structure shown in FIG. 1 was manufactured.

【0047】まず、表面を鏡面に仕上げられたサファイ
アからなる基板11を反応管(図示せず)内の基板ホル
ダーに載置した後、基板11の温度を約1000℃とし
て、窒素ガスを5リットル/分及び水素ガスを5リット
ル/分で流しながら、基板11を約10分間加熱するこ
とにより、基板11の表面に付着している有機物等の汚
れや水分を除去した。
First, a substrate 11 made of sapphire having a mirror-finished surface is placed on a substrate holder in a reaction tube (not shown). The substrate 11 was heated for about 10 minutes while flowing hydrogen gas at a rate of 5 liters / minute and hydrogen gas at a rate of 5 liters / minute, thereby removing dirt and moisture such as organic substances attached to the surface of the substrate 11.

【0048】次に、基板11の温度を約550℃にまで
降下させ、キャリアガスとして窒素ガスを約16リット
ル/分で流しながら、アンモニアを約4リットル/分、
TMGを約40μmol/分、で供給して、基板11の
表面上に、GaNからなるバッファ層12を約0.03
μmの厚さで形成した。
Next, the temperature of the substrate 11 is lowered to about 550 ° C., and ammonia is supplied at about 4 liter / min while flowing nitrogen gas as carrier gas at about 16 liter / min.
TMG is supplied at a rate of about 40 μmol / min, and a buffer layer 12 made of GaN is formed on the surface of the substrate 11 by about 0.03 μm.
It was formed with a thickness of μm.

【0049】次に、反応管へのTMGの供給を一旦止め
て、基板温度を約1050℃にまで昇温した後、キャリ
アガスとして窒素ガスを約12リットル/分及び水素ガ
スを約4リットル/分で流しながら、アンモニアを約4
リットル/分、TMGを約80μmol/分、Cp2
gを約0.2μmol/分、で供給して、p型ドーパン
トであるMgをドープしたGaNからなるp型窒化物半
導体層13を、バッファ層12上に、2μmの厚さで形
成した。このp型窒化物半導体層13のMg濃度は約2
×1019cm-3であった。ここでいう水素ガスの流量に
は、TMGとCp2Mgとを気化させるための水素ガス
をも含めている。
Next, the supply of TMG to the reaction tube was stopped once, the substrate temperature was raised to about 1050 ° C., and about 12 liters / minute of nitrogen gas and about 4 liters / minute of hydrogen gas were used as carrier gases. While flowing ammonia for about 4 minutes.
Liter / min, TMG about 80 μmol / min, Cp 2 M
g was supplied at about 0.2 μmol / min, and a p-type nitride semiconductor layer 13 made of GaN doped with Mg as a p-type dopant was formed on the buffer layer 12 to a thickness of 2 μm. The Mg concentration of this p-type nitride semiconductor layer 13 is about 2
× 10 19 cm -3 . Here, the flow rate of the hydrogen gas includes the hydrogen gas for vaporizing TMG and Cp 2 Mg.

【0050】次に、反応管へのTMGとCp2Mgとの
供給を停止した後、雰囲気ガスとして、窒素ガスを約1
2リットル/分、水素ガスを約4リットル/分、アンモ
ニアを約4リットル/分、で流しながら、基板11の温
度を1050℃から950℃まで約0.5分で降下させ
た。
Next, after the supply of TMG and Cp 2 Mg to the reaction tube was stopped, about 1 nitrogen gas was used as an atmosphere gas.
The temperature of the substrate 11 was lowered from 1050 ° C. to 950 ° C. in about 0.5 minutes while flowing 2 liters / minute, hydrogen gas at about 4 liters / minute, and ammonia at about 4 liters / minute.

【0051】この後、水素ガスの供給を停止して、雰囲
気ガスとして、窒素ガスを約16リットル/分、アンモ
ニアを約4リットル/分、で流しながら、基板11の温
度を950℃から700℃まで約1.2分で降下させ
た。この時の基板11の温度が略800℃における冷却
速度は約210℃/分であった。その後は、アンモニア
の供給を停止して、雰囲気ガスとして窒素ガスを約20
リットル/分で流しながら、基板11の温度が100℃
以下になるまで冷却した。
Thereafter, the supply of hydrogen gas is stopped, and the temperature of the substrate 11 is raised from 950 ° C. to 700 ° C. while flowing nitrogen gas at about 16 liters / minute and ammonia at about 4 liters / minute as atmosphere gases. Down in about 1.2 minutes. At this time, the cooling rate when the temperature of the substrate 11 was approximately 800 ° C. was about 210 ° C./min. Thereafter, the supply of ammonia was stopped, and nitrogen gas was supplied as atmospheric gas for about 20 hours.
The temperature of the substrate 11 is 100 ° C. while flowing at a rate of 1 liter / minute.
It cooled until it became below.

【0052】冷却後、反応管からp型窒化物半導体層1
3がその表面に形成された基板11を取り出し、ポスト
アニーリングを行うことなく、基板11を5mm角の大
きさのチップに切り出し、Van der Pauw法
によるホール効果測定を実施したところ、正孔キャリア
濃度は1.6×1017cm-3であり、低抵抗で且つ良質
なp型半導体層が形成できた。冷却前のp型窒化物半導
体層13の正孔キャリア濃度は、図3において冷却時間
を零に外挿して求まる約2.0×1017cm-3であった
と推測されるので、冷却工程における正孔キャリア濃度
の減少を約20%の減少に抑えることができた。
After cooling, the p-type nitride semiconductor layer 1 is removed from the reaction tube.
3 takes out the substrate 11 formed on its surface, cuts the substrate 11 into chips each having a size of 5 mm square without performing post annealing, and performs a Hall effect measurement by a Van der Pauw method. Was 1.6 × 10 17 cm −3 , and a low-resistance and high-quality p-type semiconductor layer could be formed. Since the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layer 13 before cooling is estimated to be about 2.0 × 10 17 cm −3 obtained by extrapolating the cooling time to zero in FIG. The decrease in the hole carrier concentration could be suppressed to about 20%.

【0053】(実施例2)実施例2においては、上記実
施例1において、冷却工程における雰囲気の条件を変化
させた以外は、上記実施例1と同様の手順でp型窒化物
半導体を作製した。
(Example 2) In Example 2, a p-type nitride semiconductor was manufactured in the same procedure as in Example 1 except that the conditions of the atmosphere in the cooling step were changed. .

【0054】具体的には、p型窒化物半導体層13を形
成した後、反応管へのTMGとCp 2Mgとの供給を停
止し、雰囲気ガスとして、窒素ガスを約12リットル/
分、水素ガスを約4リットル/分、アンモニアを約4リ
ットル/分、で流しながら、基板11の温度を1050
℃から700℃まで約1.7分で降下させた。この時、
基板11の温度が1050℃から950℃まで降下する
のに約0.5分、950℃から700℃まで降下するの
に約1.2分を要した。また、この時の基板11の温度
が800℃における冷却速度は約210℃/分であっ
た。
Specifically, the p-type nitride semiconductor layer 13 is formed
After completion, TMG and Cp were added to the reaction tube. TwoSuspend supply with Mg
And nitrogen gas of about 12 liters /
, About 4 liters / minute of hydrogen gas and about 4 liters of ammonia
The temperature of the substrate 11 was raised to 1050 while flowing at
The temperature was lowered from 700C to 700C in about 1.7 minutes. At this time,
The temperature of the substrate 11 drops from 1050 ° C. to 950 ° C.
It takes about 0.5 minutes to drop from 950 ℃ to 700 ℃
Took about 1.2 minutes. Also, the temperature of the substrate 11 at this time
However, the cooling rate at 800 ° C. was about 210 ° C./min.
Was.

【0055】基板11の温度が700℃を下回った後
は、水素ガスとアンモニアとの供給を停止して、雰囲気
ガスとして窒素ガスを約20リットル/分で流しなが
ら、基板11の温度が100℃以下になるまで冷却し
た。
After the temperature of the substrate 11 falls below 700 ° C., the supply of hydrogen gas and ammonia is stopped, and the temperature of the substrate 11 is reduced to 100 ° C. while flowing nitrogen gas at about 20 liters / minute as an atmosphere gas. It cooled until it became below.

【0056】冷却後、反応管からp型窒化物半導体層1
3がその表面に形成された基板11を取り出し、基板1
1を5mm角の大きさのチップに切り出し、ホール効果
測定を実施したところ、正孔キャリア濃度は約4.6×
1016cm-3であった。冷却前のp型窒化物半導体層1
3の正孔キャリア濃度は、約2.0×1017cm-3であ
ったと推測されるので、冷却工程における正孔キャリア
濃度の減少を約77%の減少に抑えることができた。
After cooling, the p-type nitride semiconductor layer 1 is removed from the reaction tube.
3 takes out the substrate 11 formed on its surface,
1 was cut out into a chip having a size of 5 mm square, and the Hall effect was measured. The hole carrier concentration was about 4.6 ×
It was 10 16 cm -3 . P-type nitride semiconductor layer 1 before cooling
Since the hole carrier concentration of No. 3 was estimated to be about 2.0 × 10 17 cm −3 , the decrease of the hole carrier concentration in the cooling step could be suppressed to about 77%.

【0057】(比較例1)比較例1においては、上記実
施例2において、冷却工程における冷却時間(あるいは
冷却速度)を変化させた以外は、上記実施例2と同様の
手順でp型窒化物半導体を作製した。
Comparative Example 1 In Comparative Example 1, a p-type nitride was produced in the same procedure as in Example 2 except that the cooling time (or cooling rate) in the cooling step was changed. A semiconductor was manufactured.

【0058】具体的には、p型窒化物半導体層13を形
成した後、反応管へのTMGとCp 2Mgとの供給を停
止し、雰囲気ガスとして、窒素ガスを約12リットル/
分、水素ガスを約4リットル/分、アンモニアを約4リ
ットル/分、で流しながら、基板11の温度を1050
℃から700℃まで約5.6分で降下させた。この時、
基板11の温度が1050℃から950℃まで降下する
のに約1.6分、950℃から700℃まで降下するの
に約4.0分を要した。また、この時の基板11の温度
が800℃における冷却速度は約63℃/分であった。
Specifically, the p-type nitride semiconductor layer 13 is formed
After completion, TMG and Cp were added to the reaction tube. TwoSuspend supply with Mg
And nitrogen gas of about 12 liters /
, About 4 liters / minute of hydrogen gas and about 4 liters of ammonia
The temperature of the substrate 11 was raised to 1050 while flowing at
The temperature was lowered from ℃ to 700 ℃ in about 5.6 minutes. At this time,
The temperature of the substrate 11 drops from 1050 ° C. to 950 ° C.
It takes about 1.6 minutes to drop from 950 ℃ to 700 ℃
Took about 4.0 minutes. Also, the temperature of the substrate 11 at this time
However, the cooling rate at 800 ° C. was about 63 ° C./min.

【0059】基板11の温度が700℃を下回った後
は、水素ガスとアンモニアとの供給を停止して、雰囲気
ガスとして窒素ガスを約20リットル/分で流しなが
ら、基板11の温度が100℃以下になるまで冷却し
た。
After the temperature of the substrate 11 falls below 700 ° C., the supply of hydrogen gas and ammonia is stopped, and the temperature of the substrate 11 is reduced to 100 ° C. while flowing nitrogen gas as an atmospheric gas at about 20 liters / minute. It cooled until it became below.

【0060】冷却後、反応管からp型窒化物半導体層1
3がその表面に形成された基板11を取り出し、基板1
1を5mm角の大きさのチップに切り出し、ホール効果
測定を実施したところ、正孔キャリア濃度は約2×10
15cm-3で、高抵抗あった。冷却前のp型窒化物半導体
層13の正孔キャリア濃度は、約2.0×1017cm -3
であったと推測されるので、冷却工程において、正孔キ
ャリア濃度は約99%減少した。
After cooling, the p-type nitride semiconductor layer 1 is removed from the reaction tube.
3 takes out the substrate 11 formed on its surface,
1 is cut into 5mm square chips, and the Hall effect
The measurement showed that the hole carrier concentration was about 2 × 10
Fifteencm-3And there was high resistance. P-type nitride semiconductor before cooling
The hole carrier concentration of layer 13 is about 2.0 × 1017cm -3
In the cooling process,
Carrier concentration was reduced by about 99%.

【0061】(実施例3)図6は、本発明の他の実施の
形態に係るp型窒化物半導体を示す構成断面図である。
(Embodiment 3) FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor according to another embodiment of the present invention.

【0062】本実施例においては、図6に示す断面構造
を有する、p型窒化物半導体層を最上面に配置した窒化
物半導体発光素子を作製した。
In this example, a nitride semiconductor light emitting device having a cross-sectional structure shown in FIG. 6 and having a p-type nitride semiconductor layer disposed on the uppermost surface was manufactured.

【0063】窒化物半導体発光素子は、Siがドープさ
れたn型GaNからなる基板21上に、ノンドープのG
aNからなる第1のn型クラッド層22と、ノンドープ
のAlGaNからなる第2のn型クラッド層23と、ノ
ンドープのInGaNからなる発光層24と、ノンドー
プのGaNからなる中間層25と、Mgがドープされた
AlGaNからなるp型クラッド層26とが順次積層さ
れて構成されている。p型クラッド層26上には、Pt
とAuとがこの順に積層されてなるp側電極27が形成
されており、基板21が露出された領域上にTiとAu
からなるn側電極28が形成されている。このように、
本発光素子は、発光層24を挟んでpn接合が形成され
ている発光ダイオードである。
The nitride semiconductor light emitting device is obtained by forming a non-doped G on a substrate 21 made of n-type GaN doped with Si.
a first n-type cladding layer 22 made of aN, a second n-type cladding layer 23 made of non-doped AlGaN, a light emitting layer 24 made of non-doped InGaN, an intermediate layer 25 made of non-doped GaN, A p-type clad layer 26 made of doped AlGaN is sequentially laminated. Pt on the p-type cladding layer 26
And Au are laminated in this order to form a p-side electrode 27, and Ti and Au are formed on the region where the substrate 21 is exposed.
Is formed. in this way,
This light emitting element is a light emitting diode in which a pn junction is formed with the light emitting layer 24 interposed therebetween.

【0064】以下、前記のように構成された発光ダイオ
ード素子の製造方法について説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the light emitting diode device configured as described above will be described.

【0065】まず、表面を鏡面に仕上げられ、Siがド
ープされることによりn型とされているGaNからなる
基板21を反応管(図示せず)内の基板ホルダーに載置
した後、基板21の温度を約1100℃として、窒素ガ
スを4リットル/分、水素ガスを4リットル/分、アン
モニアを2リットル/分で流しながら、基板21を約1
分間加熱することにより、基板21の表面に付着してい
る有機物等の汚れや水分を除去した。
First, a substrate 21 made of GaN having a mirror-finished surface and made n-type by doping with Si is placed on a substrate holder in a reaction tube (not shown). At a temperature of about 1100 ° C., while flowing nitrogen gas at 4 liters / minute, hydrogen gas at 4 liters / minute, and ammonia at 2 liters / minute, the substrate 21 is heated at about 1 liter / minute.
By heating for minutes, dirt such as organic substances and moisture adhering to the surface of the substrate 21 were removed.

【0066】次に、基板21の温度を約1100℃に保
持したままで、キャリアガスとして窒素ガスを約13リ
ットル/分及び水素ガスを約3リットル/分で流しなが
ら、アンモニアを約4リットル/分、TMGを約80μ
mol/分、で供給して、ノンドープのGaNからなる
第1のn型クラッド層22を0.5μmの厚さで形成し
た。
Next, while maintaining the temperature of the substrate 21 at about 1100 ° C., while supplying nitrogen gas as a carrier gas at about 13 liters / minute and hydrogen gas at about 3 liters / minute, ammonia was supplied at about 4 liters / minute. Min, TMG about 80μ
The first n-type cladding layer 22 made of non-doped GaN was formed at a thickness of 0.5 μm.

【0067】第1のn型クラッド層22を形成後、基板
21の温度を約1100℃に保持したままで、キャリア
ガスとして窒素ガスを約15リットル/分及び水素ガス
を約3リットル/分で流しながら、アンモニアを約2リ
ットル/分、TMGを約40μmol/分、トリメチル
アルミニウム(以下、TMAと略称する。)を約3μm
ol/分、で供給して、ノンドープのAl0.05Ga0.95
Nからなる第2のn型クラッド層23を0.05μmの
厚さで形成した。
After forming the first n-type cladding layer 22, while maintaining the temperature of the substrate 21 at about 1100 ° C., about 15 liters / minute of nitrogen gas and about 3 liters / minute of hydrogen gas are used as carrier gases. While flowing, about 2 L / min of ammonia, about 40 μmol / min of TMG, and about 3 μm of trimethylaluminum (hereinafter abbreviated as TMA).
ol / min, undoped Al 0.05 Ga 0.95
A second n-type cladding layer 23 made of N was formed with a thickness of 0.05 μm.

【0068】第2のn型クラッド層23を形成後、TM
GとTMAの供給を止め、基板21の温度を約700℃
にまで降下させ、この温度に維持して、キャリアガスと
して窒ガスを約14リットル/分、アンモニアを約6リ
ットル/分、TMGを約4μmol/分、トリメチルイ
ンジウム(以下、TMIと略称する。)を約1μmol
/分、で供給して、ノンドープのIn0.15Ga0.85Nか
らなる単一量子井戸構造の発光層24を0.002μm
の厚さで形成した。
After forming the second n-type cladding layer 23, the TM
Stop supplying G and TMA and reduce the temperature of substrate 21 to about 700 ° C.
, And maintained at this temperature. Nitrogen gas is used as a carrier gas at about 14 L / min, ammonia at about 6 L / min, TMG at about 4 μmol / min, and trimethylindium (hereinafter abbreviated as TMI). About 1 μmol
Per minute, the light emitting layer 24 having a single quantum well structure made of non-doped In 0.15 Ga 0.85 N is 0.002 μm.
The thickness was formed.

【0069】発光層24を成長後、TMIの供給を止
め、キャリアガスとして窒素ガスを約14リットル/分
で流しながら、アンモニアを6リットル/分、TMGを
2μmol/分で供給して、基板21の温度を1050
℃に向けて昇温させながら、アンドープのGaNからな
る中間層25を0.004μmの厚さで成長させた。
After the growth of the light emitting layer 24, the supply of TMI was stopped, and ammonia was supplied at 6 L / min and TMG was supplied at 2 μmol / min while flowing nitrogen gas as a carrier gas at about 14 L / min. Temperature of 1050
While increasing the temperature to ° C., an intermediate layer 25 made of undoped GaN was grown to a thickness of 0.004 μm.

【0070】基板21の温度が1050℃に達したら、
キャリアガスとして窒素ガスを14リットル/分及び水
素ガスを4リットル/分で流しながら、アンモニアを2
リットル/分、TMGを40μmol/分、TMAを3
μmol/分、Cp2Mgを0.4μmol/分、で供
給して、MgをドープしたAl0.05Ga0.95Nからなる
p型クラッド層26を0.2μmの厚さで成長させた。
このp型クラッド層26のMg濃度は約8×1019cm
-3であった。
When the temperature of the substrate 21 reaches 1050 ° C.,
While flowing nitrogen gas at 14 liters / minute and hydrogen gas at 4 liters / minute as carrier gas, ammonia was
Liter / min, TMG 40 μmol / min, TMA 3
By supplying μmol / min and Cp 2 Mg at 0.4 μmol / min, a p-type cladding layer 26 made of Mg-doped Al 0.05 Ga 0.95 N was grown to a thickness of 0.2 μm.
The Mg concentration of this p-type cladding layer 26 is about 8 × 10 19 cm
Was -3 .

【0071】p型クラッド層26を成長後、TMGとT
MAとCp2Mgの供給を止め、雰囲気ガスとして、窒
素ガスを約14リットル/分、水素ガスを約4リットル
/分、アンモニアを約2リットル/分、で流しながら、
基板21の温度を1050℃から950℃まで約0.5
分で降下させた。
After the growth of the p-type cladding layer 26, TMG and T
The supply of MA and Cp 2 Mg was stopped, and nitrogen gas was flowed at about 14 liters / minute, hydrogen gas at about 4 liters / minute, and ammonia at about 2 liters / minute as atmosphere gases.
The temperature of the substrate 21 is increased from 1050 ° C. to 950 ° C. by about 0.5
Dropped in minutes.

【0072】この後、水素ガスの供給を停止して、雰囲
気ガスとして、窒素ガスを約18リットル/分、アンモ
ニアを約2リットル/分、で流しながら、基板21の温
度を950℃から700℃まで約1.2分で降下させ
た。この時の基板21の温度が略800℃における冷却
速度は約210℃/分であった。
Thereafter, the supply of hydrogen gas is stopped, and the temperature of the substrate 21 is raised from 950 ° C. to 700 ° C. while flowing nitrogen gas at about 18 liters / minute and ammonia at about 2 liters / minute as atmosphere gases. Down in about 1.2 minutes. At this time, the cooling rate when the temperature of the substrate 21 was approximately 800 ° C. was about 210 ° C./min.

【0073】基板21の温度が700℃を下回ってか
ら、アンモニアの供給を停止して、雰囲気ガスとして窒
素ガスを約20リットル/分で流しながら、基板21の
温度が100℃以下になるまで冷却した後、基板21を
反応管から取り出した。
After the temperature of the substrate 21 falls below 700 ° C., the supply of ammonia is stopped, and cooling is performed until the temperature of the substrate 21 becomes 100 ° C. or lower while flowing nitrogen gas as an atmospheric gas at about 20 liters / minute. After that, the substrate 21 was taken out of the reaction tube.

【0074】得られた窒化物半導体層、特に、p型クラ
ッド層26は、ドープされたMgを活性化させるための
ポストアニーリングを行なわなくても、低抵抗で且つ良
質なp型半導体層であった。
The obtained nitride semiconductor layer, in particular, the p-type cladding layer 26 is a low-resistance and high-quality p-type semiconductor layer without performing post-annealing for activating doped Mg. Was.

【0075】このようにして形成した窒化物半導体から
なる積層構造に対して、ポストアニールを施すことな
く、その表面上にCVD法によりSiO2膜を堆積させ
た後、フォトリソグラフィとウェットエッチングにより
略方形状にパターンニングしてエッチング用のSiO2
マスクを形成させた。そして、反応性イオンエッチング
法により、p型クラッド層26と中間層25と発光層2
4と第2のn型クラッド層23と第1のn型クラッド層
22と基板21の一部を約1μmの深さで積層方向と逆
の方向に向かって除去させて、基板21の表面を露出さ
せた。そして、フォトリソグラフィーと蒸着法により、
露出させた基板21の表面上の一部に、0.1μm厚の
Tiと0.5μm厚のAuを積層したn側電極28を蒸
着形成させた。さらに、エッチング用のSiO2マスク
をウェットエッチングにより除去させた後、フォトリソ
グラフィーと蒸着法により、p型クラッド層26の表面
上のほぼ全面に、0.3μm厚のPtと0.5μm厚の
Auとからなるp側電極27を蒸着形成させた。
[0099] The post-annealing is not performed on the laminated structure formed of the nitride semiconductor formed as described above, and a SiO 2 film is deposited on the surface thereof by a CVD method. SiO 2 for patterning into a square shape for etching
A mask was formed. Then, the p-type cladding layer 26, the intermediate layer 25, and the light emitting layer 2 are formed by a reactive ion etching method.
4, the second n-type cladding layer 23, the first n-type cladding layer 22, and a part of the substrate 21 are removed at a depth of about 1 μm in a direction opposite to the laminating direction, and the surface of the substrate 21 is removed. Exposed. And by photolithography and vapor deposition,
An n-side electrode 28 formed by laminating 0.1 μm thick Ti and 0.5 μm thick Au was formed on a part of the exposed surface of the substrate 21 by vapor deposition. Further, after the etching SiO 2 mask is removed by wet etching, Pt of 0.3 μm thickness and Au of 0.5 μm thickness are formed on almost the entire surface of the p-type cladding layer 26 by photolithography and vapor deposition. Was formed by vapor deposition.

【0076】この後、基板21の裏面を研磨して100
μm程度の厚さに調整し、スクライブによりチップ状に
分離した。
Thereafter, the back surface of the substrate 21 is polished to 100
The thickness was adjusted to about μm, and separated into chips by scribing.

【0077】上述の結果、図6に示す窒化物半導体発光
素子が得られた。
As a result, the nitride semiconductor light emitting device shown in FIG. 6 was obtained.

【0078】この発光素子を、電極形成面側を下向きに
して、正負一対の電極を有するSiダイオードの上にA
uバンプにより接着させた。このとき、発光素子のp側
電極27およびn側電極28が、それぞれSiダイオー
ドの負電極および正電極と接続されるようして発光素子
を搭載する。この後、発光素子を搭載させたSiダイオ
ードを、Agペーストによりステム上に載置し、Siダ
イオードの正電極をステム上の電極にワイヤで結線し、
その後樹脂モールドして発光ダイオードを作製した。こ
の発光ダイオードを20mAの順方向電流で駆動したと
ころ、ピーク発光波長470nmの青色で発光し、基板
21の裏面側から均一な面発光が得られた。このときの
発光出力は4mWであり、順方向動作電圧は3.4Vで
あった。
The light emitting device was placed on a Si diode having a pair of positive and negative electrodes with the electrode forming surface side facing downward.
Adhered by u bump. At this time, the light emitting element is mounted such that the p-side electrode 27 and the n-side electrode 28 of the light emitting element are connected to the negative electrode and the positive electrode of the Si diode, respectively. Thereafter, the Si diode on which the light emitting element is mounted is mounted on the stem by using Ag paste, and the positive electrode of the Si diode is connected to the electrode on the stem with a wire.
Thereafter, resin molding was performed to produce a light emitting diode. When this light-emitting diode was driven with a forward current of 20 mA, light was emitted in blue with a peak emission wavelength of 470 nm, and uniform surface light emission was obtained from the back side of the substrate 21. At this time, the light emission output was 4 mW, and the forward operating voltage was 3.4 V.

【0079】以上説明したように、本実施例によると、
p型窒化物半導体層形成工程において、p型クラッド層
26として低抵抗で且つ高品質のp型半導体層を形成で
き、さらに、冷却工程において、p型クラッド層26の
低抵抗性を維持して冷却することができる。その結果、
ポストアニーリング等の特別な処理を実施することな
く、低電圧及び高出力で動作する窒化物半導体発光素子
を実現できる。
As described above, according to this embodiment,
In the p-type nitride semiconductor layer forming step, a low-resistance and high-quality p-type semiconductor layer can be formed as the p-type cladding layer 26. Further, in the cooling step, the p-type cladding layer 26 maintains low resistance. Can be cooled. as a result,
A nitride semiconductor light emitting device that operates at low voltage and high output can be realized without performing special processing such as post annealing.

【0080】[0080]

【発明の効果】本発明に係るp型窒化物半導体の製造方
法によると、基板上に低抵抗のp型窒化物半導体層を形
成しておき、冷却工程における特定の基板温度範囲にお
いて、p型ドーパントの不活性化が生じにくい雰囲気の
水素濃度と冷却時間の組合わせ、又は雰囲気の水素濃度
と冷却速度の組合わせでp型窒化物半導体層を冷却する
ため、ポストアニーリング等の特別な処理を行なうこと
なく、低抵抗で結晶品質に優れるp型窒化物半導体を得
ることができる。
According to the method of manufacturing a p-type nitride semiconductor according to the present invention, a p-type nitride semiconductor layer having a low resistance is formed on a substrate, and a p-type nitride semiconductor layer is formed in a specific substrate temperature range in a cooling step. In order to cool the p-type nitride semiconductor layer with a combination of the hydrogen concentration in the atmosphere where the inactivation of the dopant is unlikely to occur and the cooling time, or a combination of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling rate, special treatment such as post annealing is performed. Without performing the method, a p-type nitride semiconductor having low resistance and excellent crystal quality can be obtained.

【0081】また、p型窒化物半導体の製造工程を簡略
化できるので、p型窒化物半導体を用いた窒化物半導体
素子の製造コストを低減できる。
Further, since the manufacturing process of the p-type nitride semiconductor can be simplified, the manufacturing cost of the nitride semiconductor device using the p-type nitride semiconductor can be reduced.

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

【図1】本発明の一実施の形態に係るp型窒化物半導体
を示す構成断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a p-type nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention;

【図2】本発明の一実施の形態に係るp型窒化物半導体
の製造方法の冷却工程における正孔キャリア濃度に対す
る基板保持温度依存性を示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing a substrate holding temperature dependency on a hole carrier concentration in a cooling step in a method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態に係るp型窒化物半導体
の製造方法の冷却工程における正孔キャリア濃度に対す
る略950℃から略700℃までの基板冷却時間依存性
を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing the dependence of the hole carrier concentration on the substrate cooling time from about 950 ° C. to about 700 ° C. in the cooling step of the method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施の形態に係るp型窒化物半導体
の製造方法の冷却工程における雰囲気の水素濃度と略9
50℃から略700℃までの基板冷却時間の関係を示す
グラフ
FIG. 4 shows the hydrogen concentration of the atmosphere in the cooling step of the p-type nitride semiconductor manufacturing method according to one embodiment of the present invention, which is about 9;
Graph showing the relationship between the substrate cooling time from 50 ° C. to approximately 700 ° C.

【図5】本発明の一実施の形態に係るp型窒化物半導体
の製造方法の冷却工程における雰囲気の水素濃度と略8
00℃における基板冷却速度の関係を示すグラフ
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration of the atmosphere and the concentration of about 8 in the cooling step of the method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to one embodiment of the present invention;
Graph showing the relationship between the substrate cooling rate at 00 ° C.

【図6】本発明の他の実施の形態に係るp型窒化物半導
体を示す構成断面図
FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor according to another embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 バッファ層 13 p型窒化物半導体層 21 基板 22 第1のn型クラッド層 23 第2のn型クラッド層 24 発光層 25 中間層 26 p型クラッド層 27 p側電極 28 n側電極 Reference Signs List 11 substrate 12 buffer layer 13 p-type nitride semiconductor layer 21 substrate 22 first n-type clad layer 23 second n-type clad layer 24 light emitting layer 25 intermediate layer 26 p-type clad layer 27 p-side electrode 28 n-side electrode

フロントページの続き (72)発明者 武石 英見 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 AA20 BA08 BA38 DA08 FA10 JA06 JA10 JA11 LA15 5F041 AA40 AA42 CA34 CA40 CA46 CA57 CA65 CA82 CA92 DA02 DA07 DA43 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AC19 AD09 AD14 AF02 AF09 BB16 CA10 CA13 DA53 DA63 DA68 EE15 EJ02 GB05 GB15 5F073 AA74 CA07 CB04 CB05 CB06 DA05 DA35 EA29 5F088 AB07 AB17 BA18 CB04 CB18 FA05 GA02 Continued on the front page (72) Inventor Hidemi Takeishi 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F-term (reference) 4K030 AA11 AA13 AA20 BA08 BA38 DA08 FA10 JA06 JA10 JA11 LA15 5F041 AA40 AA42 CA34 CA40 CA46 CA57 CA65 CA82 CA92 DA02 DA07 DA43 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AC19 AD09 AD14 AF02 AF09 BB16 CA10 CA13 DA53 DA63 DA68 EE15 EJ02 GB05 GB15 5F073 AA74 CA07 CB04 CB05 CB06 DA05 DA35 EA29 5F088 AB07 AB17 BA18 CB04 CB04

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板の上に、該基板の温度を略950℃以
上に保持して、p型ドーパント源と窒素源とIII族源と
を導入することにより、前記基板上に低抵抗のp型窒化
物半導体層を形成するp型窒化物半導体層形成工程と、 前記p型窒化物半導体層が形成された基板を冷却する冷
却工程と、を備えるp型窒化物半導体の製造方法であっ
て、 前記冷却工程における前記基板の温度が略950℃から
略700℃まで降下する間において、p型窒化物半導体
層がその低抵抗性を維持できる雰囲気の水素濃度と冷却
時間の組合わせにより冷却することを特徴とするp型窒
化物半導体の製造方法。
1. A low-resistance p-type impurity is introduced onto a substrate by introducing a p-type dopant source, a nitrogen source and a group III source onto the substrate while maintaining the temperature of the substrate at about 950 ° C. or higher. A method for producing a p-type nitride semiconductor, comprising: a p-type nitride semiconductor layer forming step of forming a p-type nitride semiconductor layer; and a cooling step of cooling a substrate on which the p-type nitride semiconductor layer is formed. While the temperature of the substrate drops from about 950 ° C. to about 700 ° C. in the cooling step, the p-type nitride semiconductor layer is cooled by a combination of a hydrogen concentration of an atmosphere capable of maintaining its low resistance and a cooling time. A method for producing a p-type nitride semiconductor.
【請求項2】前記雰囲気の水素濃度と前記冷却時間の組
合わせが、前記雰囲気の水素濃度(%)をX軸、前記冷
却時間(分)をY軸とし、座標を(X、Y)として、点
A(50、1.0)、点B(30、1.8)、点C(1
0、4.1)、点D(0、15)、点E(0、0.
5)、及び点F(50、0.5)で表される各点によっ
て囲まれた領域ABCDEF内で規定されることを特徴
とする請求項1に記載のp型窒化物半導体の製造方法。
2. The combination of the hydrogen concentration of the atmosphere and the cooling time is such that the hydrogen concentration (%) of the atmosphere is the X axis, the cooling time (min) is the Y axis, and the coordinates are (X, Y). , Point A (50, 1.0), point B (30, 1.8), point C (1
0, 4.1), point D (0, 15), point E (0, 0.
5) The method of manufacturing a p-type nitride semiconductor according to claim 1, wherein the method is defined in an area ABCDEF surrounded by points represented by points F (50, 0.5).
【請求項3】基板の上に、該基板の温度を略950℃以
上に保持して、p型ドーパント源と窒素源とIII族源と
を導入することにより、前記基板上に低抵抗のp型窒化
物半導体層を形成するp型窒化物半導体層形成工程と、 前記p型窒化物半導体層が形成された基板を冷却する冷
却工程と、を備えるp型窒化物半導体の製造方法であっ
て、 前記冷却工程における前記基板の温度が略800℃の時
点において、p型窒化物半導体層がその低抵抗性を維持
できる雰囲気の水素濃度と冷却速度の組合わせにより冷
却することを特徴とするp型窒化物半導体の製造方法。
3. A low-resistance p-type dopant is introduced onto the substrate by introducing a p-type dopant source, a nitrogen source and a group III source onto the substrate while maintaining the temperature of the substrate at about 950 ° C. or higher. A method for producing a p-type nitride semiconductor, comprising: a p-type nitride semiconductor layer forming step of forming a p-type nitride semiconductor layer; and a cooling step of cooling a substrate on which the p-type nitride semiconductor layer is formed. Wherein at the time when the temperature of the substrate in the cooling step is approximately 800 ° C., the p-type nitride semiconductor layer is cooled by a combination of a hydrogen concentration in an atmosphere capable of maintaining its low resistance and a cooling rate. For producing a nitride semiconductor.
【請求項4】前記雰囲気の水素濃度と前記冷却速度の組
合わせが、前記雰囲気の水素濃度(%)をX軸、前記冷
却速度(℃/分)をY軸とし、座標を(X、Y)とし
て、点O(50、250)、点P(30、140)、点
Q(10、61)、点R(0、17)、点S(0、50
0)、及び点T(50、500)で表される各点によっ
て囲まれた領域OPQRST内で規定されることを特徴
とする請求項3に記載のp型窒化物半導体の製造方法。
4. The combination of the hydrogen concentration of the atmosphere and the cooling rate is such that the hydrogen concentration (%) of the atmosphere is the X axis, the cooling rate (° C./min) is the Y axis, and the coordinates are (X, Y). ), Point O (50, 250), point P (30, 140), point Q (10, 61), point R (0, 17), point S (0, 50).
4. The method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to claim 3, wherein the method is defined in an area OPQRST surrounded by points 0) and T (50, 500).
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