JP2002368269A - 窒化物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化物半導体素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 逆電圧印加時のリーク電流の電流電圧特性を
改善する窒化物半導体素子を提供する。 【解決手段】 ３族窒化物半導体からなる活性層６と、
活性層に隣接し、活性層のバンドギャップより大なるバ
ンドギャップを有する材料からなる障壁層７と、活性層
において貫通転位を囲む位置に形成された孔部に障壁層
と同一材料を装填することにより形成される埋め込み部
５１と、を有する窒化物半導体素子であって、埋め込み
部の底部において隣接する２つの半導体層のうち少なく
とも一方が、１Ｅ１６／ｃｃ〜１Ｅ１７／ｃｃの不純物
濃度を有する。
改善する窒化物半導体素子を提供する。 【解決手段】 ３族窒化物半導体からなる活性層６と、
活性層に隣接し、活性層のバンドギャップより大なるバ
ンドギャップを有する材料からなる障壁層７と、活性層
において貫通転位を囲む位置に形成された孔部に障壁層
と同一材料を装填することにより形成される埋め込み部
５１と、を有する窒化物半導体素子であって、埋め込み
部の底部において隣接する２つの半導体層のうち少なく
とも一方が、１Ｅ１６／ｃｃ〜１Ｅ１７／ｃｃの不純物
濃度を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３族窒化物からな
る半導体素子（以下、単に素子とも記述する）及びその
製造方法に関する。
る半導体素子（以下、単に素子とも記述する）及びその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】短波長光を放出する半導体発光素子、特
に短波長半導体レーザ素子用の材料として窒化ガリウム
（ＧａＮ）系化合物を用いた研究が多く行われている。
ＧａＮ系半導体レーザ素子は、基板結晶上に３族窒化物
半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１）のような半導体結晶膜を順次積層して作製され
る。この結晶膜の作製には、一般に有機金属気相成長法
（以下、ＭＯＣＶＤ法と称する。）が用いられる。該方
法において、３族原料のトリメチルガリウム（以下、Ｔ
ＭＧと称する。）や５族原料のアンモニア（ＮＨ3）等
の原料ガスを反応炉内に導き、９００〜１０００℃の温
度で反応させて基板上に化合物結晶を堆積させるのであ
る。原料ガスの成分比を変化させて順次積層すること
で、異なった化合物からなる多層膜構造が達成される。
に短波長半導体レーザ素子用の材料として窒化ガリウム
（ＧａＮ）系化合物を用いた研究が多く行われている。
ＧａＮ系半導体レーザ素子は、基板結晶上に３族窒化物
半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１）のような半導体結晶膜を順次積層して作製され
る。この結晶膜の作製には、一般に有機金属気相成長法
（以下、ＭＯＣＶＤ法と称する。）が用いられる。該方
法において、３族原料のトリメチルガリウム（以下、Ｔ
ＭＧと称する。）や５族原料のアンモニア（ＮＨ3）等
の原料ガスを反応炉内に導き、９００〜１０００℃の温
度で反応させて基板上に化合物結晶を堆積させるのであ
る。原料ガスの成分比を変化させて順次積層すること
で、異なった化合物からなる多層膜構造が達成される。
【０００３】このとき、積層された結晶膜中を貫通する
ような欠陥が多く存在すると、発光素子としての発光特
性が大きく劣化してしまう。この欠陥は、いわゆる貫通
転位と呼ばれているもので、結晶膜の成長方向へ膜中を
貫通して延在する線状の結晶欠陥である。こうした貫通
転位部分は、キャリアの非発光性再結合中心として働く
ため、貫通転位を多く含む膜からなる半導体発光素子の
発光効率は低い。このような欠陥は、基板とその上に成
膜される層との界面における結晶のミスフィット歪みを
起因として発生する。そこで、界面ミスフィットの影響
を減少させるべく、基板材料にはその上に成膜される結
晶に近い結晶構造、格子定数及び熱膨張率を有する材料
を選択することが行われる。
ような欠陥が多く存在すると、発光素子としての発光特
性が大きく劣化してしまう。この欠陥は、いわゆる貫通
転位と呼ばれているもので、結晶膜の成長方向へ膜中を
貫通して延在する線状の結晶欠陥である。こうした貫通
転位部分は、キャリアの非発光性再結合中心として働く
ため、貫通転位を多く含む膜からなる半導体発光素子の
発光効率は低い。このような欠陥は、基板とその上に成
膜される層との界面における結晶のミスフィット歪みを
起因として発生する。そこで、界面ミスフィットの影響
を減少させるべく、基板材料にはその上に成膜される結
晶に近い結晶構造、格子定数及び熱膨張率を有する材料
を選択することが行われる。
【０００４】窒化物半導体には格子整合する安価な基板
がないため、エピタキシャル成長用の基板として主にサ
ファイアが用いられている。この場合、格子不整合（サ
ファイアとＧａＮの間に１４％程度）に起因した貫通転
位が発生し、最も良い条件を選択してもその貫通転位密
度は１Ｅ８／ｃｍ2以上となってしまうことが避けられ
ない。ＥＬＯ(Epitaxially Lateral Over-growth)など
の技術を用いれば転位密度の大幅な低減が達成できる
が、製造コストが大幅に上昇してしまうため、発光ダイ
オードなどに適用することは実用的でない。
がないため、エピタキシャル成長用の基板として主にサ
ファイアが用いられている。この場合、格子不整合（サ
ファイアとＧａＮの間に１４％程度）に起因した貫通転
位が発生し、最も良い条件を選択してもその貫通転位密
度は１Ｅ８／ｃｍ2以上となってしまうことが避けられ
ない。ＥＬＯ(Epitaxially Lateral Over-growth)など
の技術を用いれば転位密度の大幅な低減が達成できる
が、製造コストが大幅に上昇してしまうため、発光ダイ
オードなどに適用することは実用的でない。
【０００５】窒化物半導体レーザ素子の特性を改善する
従来技術として特開２０００−２３２２３８号公報に開
示されたものがある。この技術においては、素子の作製
においてウエハ上の各層をエピタキシャル成長させるに
当り、活性層までの成膜を完了した時点で、貫通転位周
りに孔部すなわち凹部を存在させて、活性層より大なる
バンドギャップをもった材料で凹部埋め込み部を活性層
に形成してから、素子の上部構造部を成膜している。こ
の方法を用いると、丁度、貫通転位が存在する部分にキ
ャリアが注入されないため、素子の発光効率を改善でき
る。
従来技術として特開２０００−２３２２３８号公報に開
示されたものがある。この技術においては、素子の作製
においてウエハ上の各層をエピタキシャル成長させるに
当り、活性層までの成膜を完了した時点で、貫通転位周
りに孔部すなわち凹部を存在させて、活性層より大なる
バンドギャップをもった材料で凹部埋め込み部を活性層
に形成してから、素子の上部構造部を成膜している。こ
の方法を用いると、丁度、貫通転位が存在する部分にキ
ャリアが注入されないため、素子の発光効率を改善でき
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体をサファ
イア基板などの異種基板上に成長して作製した接合素子
の場合、ＧａＡｓなどを用いて作製した素子と比較し
て、逆電圧印加時のリーク電流が大きいという特徴があ
る。これは、上記したように、成長膜中の貫通転位密度
が高いからである。
イア基板などの異種基板上に成長して作製した接合素子
の場合、ＧａＡｓなどを用いて作製した素子と比較し
て、逆電圧印加時のリーク電流が大きいという特徴があ
る。これは、上記したように、成長膜中の貫通転位密度
が高いからである。
【０００７】発明者は、上記従来技術において、素子へ
の順方向注入時における貫通転位による発光効率の低下
は避けられ発光特性が改善されるが、逆電圧印加時のリ
ーク電流不良が改善されないという問題点を知見した。
逆電圧印加時のリーク電流の増加は、素子の歩留まりの
向上の妨げになる。例えば、発光ダイオードの仕様に
は、逆電圧印加時のリーク電流値が所定以下である旨の
項目があり、一例を挙げると、５Ｖ印加時に１０μＡ未
満といったものである。
の順方向注入時における貫通転位による発光効率の低下
は避けられ発光特性が改善されるが、逆電圧印加時のリ
ーク電流不良が改善されないという問題点を知見した。
逆電圧印加時のリーク電流の増加は、素子の歩留まりの
向上の妨げになる。例えば、発光ダイオードの仕様に
は、逆電圧印加時のリーク電流値が所定以下である旨の
項目があり、一例を挙げると、５Ｖ印加時に１０μＡ未
満といったものである。
【０００８】そこで本発明は、窒化物半導体素子におけ
る逆電圧印加時の電流電圧特性が悪い即ち、リーク電流
が多いという問題点に鑑みなされたもので、基板上に成
膜される結晶膜中を貫通するような欠陥の発生を許容
し、良好な電流電圧特性を有する窒化物半導体素子及び
その製造方法を提供することを目的とする。
る逆電圧印加時の電流電圧特性が悪い即ち、リーク電流
が多いという問題点に鑑みなされたもので、基板上に成
膜される結晶膜中を貫通するような欠陥の発生を許容
し、良好な電流電圧特性を有する窒化物半導体素子及び
その製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体素
子は、３族窒化物半導体からなる活性層と、前記活性層
に隣接し、前記活性層のバンドギャップより大なるバン
ドギャップを有する材料からなる障壁層と、前記活性層
において貫通転位を囲む位置に形成された孔部に前記障
壁層と同一材料を装填することにより形成される埋め込
み部と、を有する窒化物半導体素子であって、前記埋め
込み部の底部において隣接する2つの半導体層のうち少
なくとも一方が、１Ｅ１６／ｃｃ〜１Ｅ１７／ｃｃの不
純物濃度を有することを特徴とする。
子は、３族窒化物半導体からなる活性層と、前記活性層
に隣接し、前記活性層のバンドギャップより大なるバン
ドギャップを有する材料からなる障壁層と、前記活性層
において貫通転位を囲む位置に形成された孔部に前記障
壁層と同一材料を装填することにより形成される埋め込
み部と、を有する窒化物半導体素子であって、前記埋め
込み部の底部において隣接する2つの半導体層のうち少
なくとも一方が、１Ｅ１６／ｃｃ〜１Ｅ１７／ｃｃの不
純物濃度を有することを特徴とする。
【００１０】本発明の窒化物半導体素子においては、前
記活性層は単一又は多重量子井戸構造を有することを特
徴とする。本発明の窒化物半導体素子においては、前記
障壁層は前記孔部を埋め、その表面が平坦な面で構成さ
れていることを特徴とする。本発明の窒化物半導体素子
においては、前記埋め込み部は、錐体形状若しくは切頭
錐体形状又はこれらが連結した形状を有することを特徴
とする。
記活性層は単一又は多重量子井戸構造を有することを特
徴とする。本発明の窒化物半導体素子においては、前記
障壁層は前記孔部を埋め、その表面が平坦な面で構成さ
れていることを特徴とする。本発明の窒化物半導体素子
においては、前記埋め込み部は、錐体形状若しくは切頭
錐体形状又はこれらが連結した形状を有することを特徴
とする。
【００１１】本発明の窒化物半導体素子においては、前
記３族窒化物半導体は（ＡｌxＧａ1 -x）1-yＩｎyＮ（０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）であることを特徴とする。本発
明の窒化物半導体素子製造方法は、３族窒化物半導体か
らなる活性層と、前記活性層に隣接し前記活性層のバン
ドギャップより大なるバンドギャップを有する材料から
なる障壁層と、前記活性層において貫通転位を囲む位置
に形成された孔部に前記障壁層と同一材料を装填するこ
とにより形成される埋め込み部と、を有する窒化物半導
体素子の製造方法であって、基板上に成膜された複数の
半導体層上に３族窒化物半導体の３族窒化物半導体の活
性層を形成する活性層形成工程と、前記孔部を前記活性
層に形成するピット形成工程と、前記活性層上に前記障
壁層の材料を積層し、前記孔部の側面を界面とする前記
貫通転位の周囲に拡がる埋め込み部を形成する埋込部形
成工程と、を含み、前記活性層形成工程前における、前
記埋め込み部の底部において隣接する２つの前記半導体
層の成膜工程のうちの少なくとも一方において、不純物
添加濃度を１Ｅ１６／ｃｃ〜１Ｅ１７／ｃｃに設定する
ことを特徴とする。
記３族窒化物半導体は（ＡｌxＧａ1 -x）1-yＩｎyＮ（０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）であることを特徴とする。本発
明の窒化物半導体素子製造方法は、３族窒化物半導体か
らなる活性層と、前記活性層に隣接し前記活性層のバン
ドギャップより大なるバンドギャップを有する材料から
なる障壁層と、前記活性層において貫通転位を囲む位置
に形成された孔部に前記障壁層と同一材料を装填するこ
とにより形成される埋め込み部と、を有する窒化物半導
体素子の製造方法であって、基板上に成膜された複数の
半導体層上に３族窒化物半導体の３族窒化物半導体の活
性層を形成する活性層形成工程と、前記孔部を前記活性
層に形成するピット形成工程と、前記活性層上に前記障
壁層の材料を積層し、前記孔部の側面を界面とする前記
貫通転位の周囲に拡がる埋め込み部を形成する埋込部形
成工程と、を含み、前記活性層形成工程前における、前
記埋め込み部の底部において隣接する２つの前記半導体
層の成膜工程のうちの少なくとも一方において、不純物
添加濃度を１Ｅ１６／ｃｃ〜１Ｅ１７／ｃｃに設定する
ことを特徴とする。
【００１２】本発明の窒化物半導体素子製造方法におい
ては、前記ピット形成工程は、前記活性層形成工程前
に、６００〜８５０℃の温度で前記半導体層を形成する
工程を含むことを特徴とする。本発明の窒化物半導体素
子製造方法においては、前記ピット形成工程は、前記活
性層形成工程後に、前記活性層をエッチングする工程を
含むことを特徴とする。
ては、前記ピット形成工程は、前記活性層形成工程前
に、６００〜８５０℃の温度で前記半導体層を形成する
工程を含むことを特徴とする。本発明の窒化物半導体素
子製造方法においては、前記ピット形成工程は、前記活
性層形成工程後に、前記活性層をエッチングする工程を
含むことを特徴とする。
【００１３】本発明の窒化物半導体素子製造方法におい
ては、前記活性層をエッチングする工程において、貫通
転位に沿って食刻の一部が前記半導体層に到達する時点
でエッチングを終了することを特徴とする。
ては、前記活性層をエッチングする工程において、貫通
転位に沿って食刻の一部が前記半導体層に到達する時点
でエッチングを終了することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明による実施例の３
族窒化物からなるｐｎ接合を有する発光ダイオードにつ
いての実施例を図面を用いて説明する。図１は実施例の
発光ダイオードを示す。この素子は、サファイア基板１
上に順に積層された、ＧａＮ（又はＡｌＮ）層２、ｎ型
ＧａＮ層３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0 .9Ｎ層４、ｎ型ＧａＮ層
５、ＩｎＧａＮを主たる構成要素とする活性層６、ｐ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７、及びｐ型ＧａＮ層８からなる。
この素子は、ｐ型ＧａＮ層８に接続されたｐ側電極１
３、及びｎ型ＧａＮ層３に接続されたｎ側電極１４を備
えている。この素子は電極を除きＳｉＯ2の絶縁膜１１
で被覆保護されている。この半導体素子では、活性層６
において電子と正孔を再結合させることによって発光す
る。ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７は注入されたキャリア
（特に電子）の閉じ込めを強化する障壁層である。ｐ型
ＧａＮ層８はコンタクト層である。ｎ型ＧａＮ層５はピ
ット発生層である。ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層４は第１の
低不純物濃度層である。また、ピット発生層５は第２の
低不純物濃度層でもある。ｎ型ＧａＮ層３は電流の流路
として設けられている下地層であり、基板であるサファ
イアに全く導電性がないために設けられている。また、
ＧａＮ（又はＡｌＮ）層２は低温成膜されたいわゆるバ
ッファ層であり、ＧａＮにとっての異種物質であるサフ
ァイア基板１上に平滑膜を作製するために形成されてい
る。
族窒化物からなるｐｎ接合を有する発光ダイオードにつ
いての実施例を図面を用いて説明する。図１は実施例の
発光ダイオードを示す。この素子は、サファイア基板１
上に順に積層された、ＧａＮ（又はＡｌＮ）層２、ｎ型
ＧａＮ層３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0 .9Ｎ層４、ｎ型ＧａＮ層
５、ＩｎＧａＮを主たる構成要素とする活性層６、ｐ型
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７、及びｐ型ＧａＮ層８からなる。
この素子は、ｐ型ＧａＮ層８に接続されたｐ側電極１
３、及びｎ型ＧａＮ層３に接続されたｎ側電極１４を備
えている。この素子は電極を除きＳｉＯ2の絶縁膜１１
で被覆保護されている。この半導体素子では、活性層６
において電子と正孔を再結合させることによって発光す
る。ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層７は注入されたキャリア
（特に電子）の閉じ込めを強化する障壁層である。ｐ型
ＧａＮ層８はコンタクト層である。ｎ型ＧａＮ層５はピ
ット発生層である。ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層４は第１の
低不純物濃度層である。また、ピット発生層５は第２の
低不純物濃度層でもある。ｎ型ＧａＮ層３は電流の流路
として設けられている下地層であり、基板であるサファ
イアに全く導電性がないために設けられている。また、
ＧａＮ（又はＡｌＮ）層２は低温成膜されたいわゆるバ
ッファ層であり、ＧａＮにとっての異種物質であるサフ
ァイア基板１上に平滑膜を作製するために形成されてい
る。
【００１５】図２に示すように、素子は、活性層６にお
いて、ピット発生層５からコンタクト層８へ伸びる貫通
転位１５を囲みその周囲に拡がる界面５０により画定さ
れる障壁層７と同一材料からなる埋め込み部５１を備え
ている。埋め込み部５１の底部において隣接する２つの
半導体層４，５（第１及び第２の低不純物濃度層）のう
ちの少なくとも一方は、１Ｅ１６／ｃｃ〜１Ｅ１７／ｃ
ｃの低い不純物添加濃度を有する。すなわち、活性層６
内に設けられた埋め込み部５１すなわち孔部は、孔部の
底部すなわち逆錐状孔部の頂点Ｐが低不純物濃度のピッ
ト発生層５内に位置するように設けられている。ピット
発生層５の低不純物濃度層の下部には、ｎ型不純物が添
加され高い導電性を有する（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）が設けられている。
いて、ピット発生層５からコンタクト層８へ伸びる貫通
転位１５を囲みその周囲に拡がる界面５０により画定さ
れる障壁層７と同一材料からなる埋め込み部５１を備え
ている。埋め込み部５１の底部において隣接する２つの
半導体層４，５（第１及び第２の低不純物濃度層）のう
ちの少なくとも一方は、１Ｅ１６／ｃｃ〜１Ｅ１７／ｃ
ｃの低い不純物添加濃度を有する。すなわち、活性層６
内に設けられた埋め込み部５１すなわち孔部は、孔部の
底部すなわち逆錐状孔部の頂点Ｐが低不純物濃度のピッ
ト発生層５内に位置するように設けられている。ピット
発生層５の低不純物濃度層の下部には、ｎ型不純物が添
加され高い導電性を有する（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）が設けられている。
【００１６】かかる発光ダイオードに順方向電流を注入
した場合、図２に示すｎ型のピット発生層５から注入さ
れた電子はＩｎ組成の高い（すなわちバンドギャップの
小さい）活性層６に注入される。また、ｐ型ＧａＮコン
タクト層８から注入される正孔も、同様の理由により活
性層６に集められる。この時、貫通転位１５の周囲が、
ＩｎＧａＮからなるＩｎ組成の高い活性層６と比較して
もバンドギャップが大きいＡｌＧａＮ埋め込み部５１に
被われているため、電子１６も正孔１７もこのＡｌＧａ
Ｎ埋め込み部５１に阻まれて貫通転位１５に到達するこ
とができない。よって、埋め込み部５１によって非発光
性再結合中心として働く貫通転位部分にキャリアが達し
ないために、素子の発光効率は埋め込み部５１がないも
のに比して高くなる。
した場合、図２に示すｎ型のピット発生層５から注入さ
れた電子はＩｎ組成の高い（すなわちバンドギャップの
小さい）活性層６に注入される。また、ｐ型ＧａＮコン
タクト層８から注入される正孔も、同様の理由により活
性層６に集められる。この時、貫通転位１５の周囲が、
ＩｎＧａＮからなるＩｎ組成の高い活性層６と比較して
もバンドギャップが大きいＡｌＧａＮ埋め込み部５１に
被われているため、電子１６も正孔１７もこのＡｌＧａ
Ｎ埋め込み部５１に阻まれて貫通転位１５に到達するこ
とができない。よって、埋め込み部５１によって非発光
性再結合中心として働く貫通転位部分にキャリアが達し
ないために、素子の発光効率は埋め込み部５１がないも
のに比して高くなる。
【００１７】さらに本発明において、貫通転位１５を囲
む埋め込み部５１の頂点Ｐ近傍の低不純物濃度層が逆電
圧印加時のリーク電流の抑制効果をもたらす。一般に、
窒化物半導体の発光ダイオードの効率を高めるために
は、活性層又はその隣接層をｎ型ドーピングすることに
より、無バイアス時のキャリア濃度を高めることが有効
である。しかし、ｎ型ドーピング濃度が高過ぎると空乏
層が薄くなり空乏層にかかる電界強度が大きくので、高
密度の貫通転位が存在する場合、これを伝わるリーク電
流量が多くなる。一方、本発明によれば、図２に示すよ
うに、逆電圧印加時のリーク電流経路である貫通転位周
りからｎ型ドーピング濃度領域を埋め込み部５１により
除去している。よって、活性層自体のｎ型ドーピング濃
度を高めることが可能となるとともに、貫通転位近傍の
空乏層厚さを低不純物濃度層のパラメータにより制御で
きるようになる。
む埋め込み部５１の頂点Ｐ近傍の低不純物濃度層が逆電
圧印加時のリーク電流の抑制効果をもたらす。一般に、
窒化物半導体の発光ダイオードの効率を高めるために
は、活性層又はその隣接層をｎ型ドーピングすることに
より、無バイアス時のキャリア濃度を高めることが有効
である。しかし、ｎ型ドーピング濃度が高過ぎると空乏
層が薄くなり空乏層にかかる電界強度が大きくので、高
密度の貫通転位が存在する場合、これを伝わるリーク電
流量が多くなる。一方、本発明によれば、図２に示すよ
うに、逆電圧印加時のリーク電流経路である貫通転位周
りからｎ型ドーピング濃度領域を埋め込み部５１により
除去している。よって、活性層自体のｎ型ドーピング濃
度を高めることが可能となるとともに、貫通転位近傍の
空乏層厚さを低不純物濃度層のパラメータにより制御で
きるようになる。
【００１８】さらに、本発明によれば、図５に示すよう
に、逆電圧印加時のリーク電流経路である貫通転位周り
からｎ型ドーピング濃度領域を埋め込み部５１により除
去しているので、活性層６及びピット発生層５間に高い
ドーピング濃度のｎ型ドーピング層５ａを設けることも
できる。図１に示した素子構造は、サファイアＡ面基板
上に素子の層構造をＭＯＣＶＤにより成膜する以下の作
製工程にて、製造される。実施例としては活性層に自然
位(in-situ)で貫通転位部に孔部を開ける方法を採用す
る。すなわち、特定の成膜条件下で、結晶成長すると貫
通転位上での成長が抑制されることを利用する。
に、逆電圧印加時のリーク電流経路である貫通転位周り
からｎ型ドーピング濃度領域を埋め込み部５１により除
去しているので、活性層６及びピット発生層５間に高い
ドーピング濃度のｎ型ドーピング層５ａを設けることも
できる。図１に示した素子構造は、サファイアＡ面基板
上に素子の層構造をＭＯＣＶＤにより成膜する以下の作
製工程にて、製造される。実施例としては活性層に自然
位(in-situ)で貫通転位部に孔部を開ける方法を採用す
る。すなわち、特定の成膜条件下で、結晶成長すると貫
通転位上での成長が抑制されることを利用する。
【００１９】まず、サファイア基板１を成膜用ＭＯＣＶ
Ｄ成長炉に装填し、１０５０℃の温度において３００Ｔ
ｏｒｒの圧力の水素気流中で１０分間保持し、サファイ
ア基板１の表面の熱クリーニングを行なう。この後、サ
ファイア基板１をその温度が４００℃になるまで降温
し、水素ガスをキャリアガスとして用い、窒素原料であ
るアンモニア（ＮＨ3）とＡｌ原料であるトリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）を成長炉内に導入し、ＡｌＮから
なるバッファ層２を５０ｎｍの厚さに堆積させる。
Ｄ成長炉に装填し、１０５０℃の温度において３００Ｔ
ｏｒｒの圧力の水素気流中で１０分間保持し、サファイ
ア基板１の表面の熱クリーニングを行なう。この後、サ
ファイア基板１をその温度が４００℃になるまで降温
し、水素ガスをキャリアガスとして用い、窒素原料であ
るアンモニア（ＮＨ3）とＡｌ原料であるトリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）を成長炉内に導入し、ＡｌＮから
なるバッファ層２を５０ｎｍの厚さに堆積させる。
【００２０】続いてＴＭＡの供給を止め、ＮＨ3のみを
流したまま、バッファ層２が成膜されたサファイア基板
１の温度を再び１０５０℃に昇温し、トリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）を導入してｎ型ＧａＮ下地層３を積層す
る。この時、ｎ型ＧａＮ下地層３中のＳｉ濃度が２Ｅ１
８／ｃｃとなるように、ｎ型不純物であるＳｉの原料と
してメチルシラン（Ｍｅ−ＳｉＨ3）を成長雰囲気ガス
に添加する。
流したまま、バッファ層２が成膜されたサファイア基板
１の温度を再び１０５０℃に昇温し、トリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）を導入してｎ型ＧａＮ下地層３を積層す
る。この時、ｎ型ＧａＮ下地層３中のＳｉ濃度が２Ｅ１
８／ｃｃとなるように、ｎ型不純物であるＳｉの原料と
してメチルシラン（Ｍｅ−ＳｉＨ3）を成長雰囲気ガス
に添加する。
【００２１】ｎ型ＧａＮ下地層３が４μｍ程度成長した
時点で、メチルシランの供給量を１／２０に減少し、第
１の低不純物濃度層としてｎ型ＡｌＧａＮ層４を０．１
μｍ成膜する。第１の低不純物濃度層であるｎ型ＡｌＧ
ａＮ層４の成長が完了した時点で、ＮＨ3以外の原料ガ
スの供給を停止するとともに、ウエハを６００〜８５０
℃の温度範囲で下げ、例えば温度７７０℃になった時点
でキャリアガスを水素から窒素に切り替える。ガス流の
状態が安定した時点で、再びＴＭＣとメチルシランを導
入し、第２の低不純物濃度層としてＳｉドープｎ型Ｉｎ
ＧａＮ層５を４００Å成膜する。この第２の低不純物濃
度層のｎ型ＩｎＧａＮ層５は、ピット発生層として働
く。この工程で、結晶成長しない部分の初期段階を作り
込む。なお、ピット発生層５はＩｎＧａＮに限らず、Ｇ
ａＮ、ＡｌＧａＮなど活性層を構成する材料のバンドギ
ャップ以上の大きさを持つ材料でもよい。また、アンド
ープのものでもよい。成長温度を下げることによってピ
ットの発生が促されるが、成長温度を８５０℃程度以下
で成長させないと十分に促進できない。また、成長温度
６００℃以下ではピットは発生するが、基本的な膜質が
悪化するため好ましくない。また、貫通転位の部分に結
晶成長をしない部分を確実に発生させるためには、ピッ
ト発生層５の膜厚は、１００Å以上必要であり、さら
に、望ましくは、２００Å程度まであるほうがよい。こ
のようにして、次工程における貫通転位上での結晶成長
が抑制されピットに起因する孔部が生じる。
時点で、メチルシランの供給量を１／２０に減少し、第
１の低不純物濃度層としてｎ型ＡｌＧａＮ層４を０．１
μｍ成膜する。第１の低不純物濃度層であるｎ型ＡｌＧ
ａＮ層４の成長が完了した時点で、ＮＨ3以外の原料ガ
スの供給を停止するとともに、ウエハを６００〜８５０
℃の温度範囲で下げ、例えば温度７７０℃になった時点
でキャリアガスを水素から窒素に切り替える。ガス流の
状態が安定した時点で、再びＴＭＣとメチルシランを導
入し、第２の低不純物濃度層としてＳｉドープｎ型Ｉｎ
ＧａＮ層５を４００Å成膜する。この第２の低不純物濃
度層のｎ型ＩｎＧａＮ層５は、ピット発生層として働
く。この工程で、結晶成長しない部分の初期段階を作り
込む。なお、ピット発生層５はＩｎＧａＮに限らず、Ｇ
ａＮ、ＡｌＧａＮなど活性層を構成する材料のバンドギ
ャップ以上の大きさを持つ材料でもよい。また、アンド
ープのものでもよい。成長温度を下げることによってピ
ットの発生が促されるが、成長温度を８５０℃程度以下
で成長させないと十分に促進できない。また、成長温度
６００℃以下ではピットは発生するが、基本的な膜質が
悪化するため好ましくない。また、貫通転位の部分に結
晶成長をしない部分を確実に発生させるためには、ピッ
ト発生層５の膜厚は、１００Å以上必要であり、さら
に、望ましくは、２００Å程度まであるほうがよい。こ
のようにして、次工程における貫通転位上での結晶成長
が抑制されピットに起因する孔部が生じる。
【００２２】次に、ｎ型ピット発生層５の成長が完了し
た時点でＴＭＧ及びＭｅ−ＳｉＨ3の供給を停止して降
温を開始し、基板温度を７５０℃とする。基板温度が７
５０℃となった時点でキャリアガスを水素から窒素に切
換え、ガス流の状態が安定した時点でＴＭＧ、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）及びＭｅ−ＳｉＨ3を導入して
Ｉｎ組成の高い活性層６を成長する。
た時点でＴＭＧ及びＭｅ−ＳｉＨ3の供給を停止して降
温を開始し、基板温度を７５０℃とする。基板温度が７
５０℃となった時点でキャリアガスを水素から窒素に切
換え、ガス流の状態が安定した時点でＴＭＧ、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）及びＭｅ−ＳｉＨ3を導入して
Ｉｎ組成の高い活性層６を成長する。
【００２３】次の埋め込み部を形成する工程でＡｌＧａ
Ｎの平坦化を良好に進行させるためには、１０００℃以
上の成膜温度が必要になる。この成膜温度への昇温過程
の間に、すでに成長が完了しているＩｎＧａＮ活性層６
の成分の蒸発が生じ、活性層６が劣化してしまう傾向が
ある。そこで、ＩｎＧａＮ活性層６の成膜が完了した時
点で、低温ＡｌＧａＮ障壁層７１の成長を行う。この低
温ＡｌＧａＮ障壁層７１はＡｌＧａＮ障壁層７の一部を
なす膜であり、低温ＡｌＧａＮ障壁層７１の成膜は雰囲
気ガス内のＧａＮと比較してＡｌＮの方がはるかに高温
安定性が高い性質を利用するものである。ＡｌＮ組成比
０．２程度の低温ＡｌＧａＮ障壁層７１を極くわずかの
膜厚で積層しておくことで、上記のＧａＮ成分の蒸発現
象を有効に阻止できる。低温ＡｌＧａＮ障壁層７１の膜
厚は、数分子層程度すなわち２０Å程度以上であること
が望ましい。この膜厚を厚くしすぎると、ｐ型層からの
正孔の注入を阻害するため１００Å未満であることが望
ましい。活性層６の成膜後に続いて基板温度を変更せず
に、ただちに低温ＡｌＧａＮ障壁層７１を成長させる。
低温ＡｌＧａＮ障壁層７１は低温で成長するため、ピッ
ト部はほとんど埋め込まれない。
Ｎの平坦化を良好に進行させるためには、１０００℃以
上の成膜温度が必要になる。この成膜温度への昇温過程
の間に、すでに成長が完了しているＩｎＧａＮ活性層６
の成分の蒸発が生じ、活性層６が劣化してしまう傾向が
ある。そこで、ＩｎＧａＮ活性層６の成膜が完了した時
点で、低温ＡｌＧａＮ障壁層７１の成長を行う。この低
温ＡｌＧａＮ障壁層７１はＡｌＧａＮ障壁層７の一部を
なす膜であり、低温ＡｌＧａＮ障壁層７１の成膜は雰囲
気ガス内のＧａＮと比較してＡｌＮの方がはるかに高温
安定性が高い性質を利用するものである。ＡｌＮ組成比
０．２程度の低温ＡｌＧａＮ障壁層７１を極くわずかの
膜厚で積層しておくことで、上記のＧａＮ成分の蒸発現
象を有効に阻止できる。低温ＡｌＧａＮ障壁層７１の膜
厚は、数分子層程度すなわち２０Å程度以上であること
が望ましい。この膜厚を厚くしすぎると、ｐ型層からの
正孔の注入を阻害するため１００Å未満であることが望
ましい。活性層６の成膜後に続いて基板温度を変更せず
に、ただちに低温ＡｌＧａＮ障壁層７１を成長させる。
低温ＡｌＧａＮ障壁層７１は低温で成長するため、ピッ
ト部はほとんど埋め込まれない。
【００２４】次に、キャリアガスとしての水素とＮＨ3
を流しつつ、基板温度を再び１０５０℃に昇温し、ＴＭ
Ｇ，ＴＭＡとｐ型不純物であるＭｇの原料としてエチル
−シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｅｔ−Ｃｐ２Ｍ
ｇ）を導入してｐ型ＡｌＧａＮ層の障壁層７を低温Ａｌ
ＧａＮ障壁層７１上に０．０２μｍ積層する。ｐ型Ａｌ
ＧａＮの障壁層７を成膜した時点の断面では、１０５０
℃という高温であることと、表面が平坦化し易いという
ＡｌＧａＮの性質のため、複数のピット（凹部）がｐ型
ＡｌＧａＮで埋められる。よって、一旦平滑化がなされ
た後は、障壁層７上の成膜すべき各層は平坦に成膜され
得る。埋め込み部５１が錐体形状若しくは切頭錐体形状
の形成されるが、ピット形状に応じてこれらが連結した
形状ともなる。
を流しつつ、基板温度を再び１０５０℃に昇温し、ＴＭ
Ｇ，ＴＭＡとｐ型不純物であるＭｇの原料としてエチル
−シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｅｔ−Ｃｐ２Ｍ
ｇ）を導入してｐ型ＡｌＧａＮ層の障壁層７を低温Ａｌ
ＧａＮ障壁層７１上に０．０２μｍ積層する。ｐ型Ａｌ
ＧａＮの障壁層７を成膜した時点の断面では、１０５０
℃という高温であることと、表面が平坦化し易いという
ＡｌＧａＮの性質のため、複数のピット（凹部）がｐ型
ＡｌＧａＮで埋められる。よって、一旦平滑化がなされ
た後は、障壁層７上の成膜すべき各層は平坦に成膜され
得る。埋め込み部５１が錐体形状若しくは切頭錐体形状
の形成されるが、ピット形状に応じてこれらが連結した
形状ともなる。
【００２５】実施例の発光素子において、低温ＡｌＧａ
Ｎ障壁層７１のＡｌＮ組成比は、ＡｌＧａＮ障壁層７の
ＡｌＮ組成比より小さい。すなわち、低温ＡｌＧａＮ障
壁層７１のＡｌＮ組成比が、ＡｌＧａＮ障壁層７のＡｌ
Ｎ組成比より大きくなると、ｐ型５から注入される正孔
が、よりＡｌＮ組成比の小さい（すなわちバンドキャッ
プの小さい）ＡｌＧａＮ障壁層７からなる埋め込み部５
１に注入され易くなってしまうからである。
Ｎ障壁層７１のＡｌＮ組成比は、ＡｌＧａＮ障壁層７の
ＡｌＮ組成比より小さい。すなわち、低温ＡｌＧａＮ障
壁層７１のＡｌＮ組成比が、ＡｌＧａＮ障壁層７のＡｌ
Ｎ組成比より大きくなると、ｐ型５から注入される正孔
が、よりＡｌＮ組成比の小さい（すなわちバンドキャッ
プの小さい）ＡｌＧａＮ障壁層７からなる埋め込み部５
１に注入され易くなってしまうからである。
【００２６】低温ＡｌＧａＮ障壁層７１のＡｌＮ組成比
をＡｌＧａＮ障壁層７のものより小さくすることで、ｎ
型層から注入された電子１６と同様に、ｐ型層側から注
入される正孔は埋め込み部５１に阻止されて貫通転位１
５に到達できなくなる。したがって、活性層成長後、活
性層の成長温度と略同一の温度で低温ＡｌＧａＮ障壁層
７１を形成し、昇温後に第２のＡｌＧａＮ障壁層７を形
成する。また、低温ＡｌＧａＮ障壁層７１のＡｌＮ組成
比より、第２のＡｌＧａＮ障壁層７のＡｌＮ組成比を大
きくする。
をＡｌＧａＮ障壁層７のものより小さくすることで、ｎ
型層から注入された電子１６と同様に、ｐ型層側から注
入される正孔は埋め込み部５１に阻止されて貫通転位１
５に到達できなくなる。したがって、活性層成長後、活
性層の成長温度と略同一の温度で低温ＡｌＧａＮ障壁層
７１を形成し、昇温後に第２のＡｌＧａＮ障壁層７を形
成する。また、低温ＡｌＧａＮ障壁層７１のＡｌＮ組成
比より、第２のＡｌＧａＮ障壁層７のＡｌＮ組成比を大
きくする。
【００２７】続いてＴＭＡの供給を停止し、障壁層７上
にｐ型ＧａＮコンタクト層８を０．１μｍ成長する。そ
の後、ＴＭＧ，Ｅｔ−Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止し、降温
を開始し、基板温度が４００℃になった時点でＮＨ3の
供給も停止し、基板温度が室温になった時点でウエハを
反応炉より取り出す。ウエハを熱処理炉に設置し、処理
温度は８００℃、時間は２０分、雰囲気は大気圧の窒素
でｐ型発現処理を行なう。
にｐ型ＧａＮコンタクト層８を０．１μｍ成長する。そ
の後、ＴＭＧ，Ｅｔ−Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止し、降温
を開始し、基板温度が４００℃になった時点でＮＨ3の
供給も停止し、基板温度が室温になった時点でウエハを
反応炉より取り出す。ウエハを熱処理炉に設置し、処理
温度は８００℃、時間は２０分、雰囲気は大気圧の窒素
でｐ型発現処理を行なう。
【００２８】得られたウエハの各々に対し、ｐ側電極用
テラスとｎ側電極用の電流経路構造を形成する。一般的
なフォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）を用いて、ｐ型膜を含む不要な部分をウエハから除
去し、部分的にｎ型ＧａＮ下地膜３を露出させる。エッ
チングマスクを除去後、ＳｉＯ2保護膜をスパッタリン
グなどの方法によって堆積させ、このＳｉＯ2膜に対
し、ｐ型テラス部にｐ側電極用窓部を、ｎ層露出部分に
ｎ側電極用窓部を形成する。
テラスとｎ側電極用の電流経路構造を形成する。一般的
なフォトリソグラフィ、反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）を用いて、ｐ型膜を含む不要な部分をウエハから除
去し、部分的にｎ型ＧａＮ下地膜３を露出させる。エッ
チングマスクを除去後、ＳｉＯ2保護膜をスパッタリン
グなどの方法によって堆積させ、このＳｉＯ2膜に対
し、ｐ型テラス部にｐ側電極用窓部を、ｎ層露出部分に
ｎ側電極用窓部を形成する。
【００２９】ｎ型ＧａＮ層３が露出している部分に、Ｔ
ｉ（チタン）を５０ｎｍ、続いてＡｌ（アルミニウム）
を２００ｎｍ蒸着し、ｎ側電極１４を形成する。ｐ型Ｇ
ａＮ層が露出している部分には、Ｎｉ（ニッケル）を５
０ｎｍ、Ａｕ（金）を２００ｎｍ蒸着してｐ側電極１３
を形成する。このようにして作製されたウエハを劈開
し、図１に示す発光素子を作製した。その後、各素子へ
逆電圧を印加して電圧電流特性の測定を行なった。
ｉ（チタン）を５０ｎｍ、続いてＡｌ（アルミニウム）
を２００ｎｍ蒸着し、ｎ側電極１４を形成する。ｐ型Ｇ
ａＮ層が露出している部分には、Ｎｉ（ニッケル）を５
０ｎｍ、Ａｕ（金）を２００ｎｍ蒸着してｐ側電極１３
を形成する。このようにして作製されたウエハを劈開
し、図１に示す発光素子を作製した。その後、各素子へ
逆電圧を印加して電圧電流特性の測定を行なった。
【００３０】図３は、本発明の実施例に基づき作製され
たＬＥＤ素子の逆電圧電流リーク特性を示す図である。
図４は、比較対象用に作製した従来例のＬＥＤ素子の逆
電圧電流リーク特性図である。この比較用素子は、前述
のウエハ成膜工程において、第１の低不純物濃度層４を
成膜せず、ＧａＮ下地層の膜厚さを０．１μｍ厚くし、
かつピット発生層５（第２の低不純物濃度層）における
Ｓｉ濃度をＧａＮ下地層と同一に設定した以外は図３の
ものと同一の構造を有している。図３及び図４から明ら
かなように、本発明に基づく実施例の素子ではリーク電
流が激減している。本発明では、ピット発生層のＳｉド
ーピング量を、従来より大幅に下げ、１Ｅ１７／ｃｃと
低く設定している。この結果、逆錐状孔部の頂点近傍に
形成される空乏層の特にｎ層側の厚さが大幅に増大す
る。また、ピット発生層５下部にも第１の低不純物濃度
層４を設けているので、たとえピット発生層の最下端で
ピットが発生しても、空乏層は第１の低不純物濃度層４
内に形成される。従って、逆電圧印加時の空乏層中の電
界が効果的に低減され、リーク電流が低減されるのであ
る。本発明の効果を十分なものとするには、第１及び第
２の低不純物濃度層中の不純物濃度を１Ｅ１７／ｃｃ以
下とすることが好ましい。但し、極端に低く設定する
と、順方向動作時の電圧が上昇する傾向があるため１Ｅ
１６／ｃｃ未満とすることは好ましくない。また、十分
な効果を上げるためには、第１の低不純物濃度層４の厚
さが０．０５μｍ以上あることが好ましいが、０．２μ
ｍを大幅に越えるほど厚く設定をすると、順方向動作時
の電圧が上昇してしまう。
たＬＥＤ素子の逆電圧電流リーク特性を示す図である。
図４は、比較対象用に作製した従来例のＬＥＤ素子の逆
電圧電流リーク特性図である。この比較用素子は、前述
のウエハ成膜工程において、第１の低不純物濃度層４を
成膜せず、ＧａＮ下地層の膜厚さを０．１μｍ厚くし、
かつピット発生層５（第２の低不純物濃度層）における
Ｓｉ濃度をＧａＮ下地層と同一に設定した以外は図３の
ものと同一の構造を有している。図３及び図４から明ら
かなように、本発明に基づく実施例の素子ではリーク電
流が激減している。本発明では、ピット発生層のＳｉド
ーピング量を、従来より大幅に下げ、１Ｅ１７／ｃｃと
低く設定している。この結果、逆錐状孔部の頂点近傍に
形成される空乏層の特にｎ層側の厚さが大幅に増大す
る。また、ピット発生層５下部にも第１の低不純物濃度
層４を設けているので、たとえピット発生層の最下端で
ピットが発生しても、空乏層は第１の低不純物濃度層４
内に形成される。従って、逆電圧印加時の空乏層中の電
界が効果的に低減され、リーク電流が低減されるのであ
る。本発明の効果を十分なものとするには、第１及び第
２の低不純物濃度層中の不純物濃度を１Ｅ１７／ｃｃ以
下とすることが好ましい。但し、極端に低く設定する
と、順方向動作時の電圧が上昇する傾向があるため１Ｅ
１６／ｃｃ未満とすることは好ましくない。また、十分
な効果を上げるためには、第１の低不純物濃度層４の厚
さが０．０５μｍ以上あることが好ましいが、０．２μ
ｍを大幅に越えるほど厚く設定をすると、順方向動作時
の電圧が上昇してしまう。
【００３１】上記実施例の場合は、ｎ型層中の空乏層の
厚さを増大させることで、リーク電流の低減を得るもの
である。一方、逆錐状孔部の頂点のｐ型側、すなわちｐ
型ＡｌＧａＮ障壁層におけるＭｇドーピング量を低減し
ても空乏層の厚さを増大させることができ、リーク電流
が低減される。しかしながらこの方法は前述の実施例ほ
ど好ましい結果が得られない。順方向電流注入時（つま
り通常動作時）の発光特性が犠牲になってしまうのであ
る。ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層の主な働きは、ｎ型層から活
性層に注入された電子がｐ層側へ溢れ出す（オーバーフ
ローと呼ぶ）を阻止することであるが、Ｍｇドーピング
量を低減するとこのｐ型ＡｌＧａＮ障壁層のフェルミ準
位がバンドギャップの中央寄りに移動し、その結果、電
子に対する実効障壁高さが減少してしまうからである。
また、ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層の働きの一つは、逆錐状孔
部を平坦に埋め込むことであるが、Ｍｇドーピング量を
大幅に低減すると、この作用もまた阻害される傾向があ
るからである。
厚さを増大させることで、リーク電流の低減を得るもの
である。一方、逆錐状孔部の頂点のｐ型側、すなわちｐ
型ＡｌＧａＮ障壁層におけるＭｇドーピング量を低減し
ても空乏層の厚さを増大させることができ、リーク電流
が低減される。しかしながらこの方法は前述の実施例ほ
ど好ましい結果が得られない。順方向電流注入時（つま
り通常動作時）の発光特性が犠牲になってしまうのであ
る。ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層の主な働きは、ｎ型層から活
性層に注入された電子がｐ層側へ溢れ出す（オーバーフ
ローと呼ぶ）を阻止することであるが、Ｍｇドーピング
量を低減するとこのｐ型ＡｌＧａＮ障壁層のフェルミ準
位がバンドギャップの中央寄りに移動し、その結果、電
子に対する実効障壁高さが減少してしまうからである。
また、ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層の働きの一つは、逆錐状孔
部を平坦に埋め込むことであるが、Ｍｇドーピング量を
大幅に低減すると、この作用もまた阻害される傾向があ
るからである。
【００３２】さらに本発明は整流用ダイオードなどの非
発光素子に適用できる。この場合も、実施例の場合と同
様に顕著な効果が得られる。上記実施例では活性層に自
然位(in-situ)で貫通転位部に孔部を開ける方法を用い
たが、他の実施例としては活性層形成後にエッチングに
より貫通転位部周囲に孔部を開ける方法を採用すること
もできる。すなわち、成長途中のウエハをエピタキシャ
ル成長装置の外部に取り出して上記のエッチングを行な
うこともできる。
発光素子に適用できる。この場合も、実施例の場合と同
様に顕著な効果が得られる。上記実施例では活性層に自
然位(in-situ)で貫通転位部に孔部を開ける方法を用い
たが、他の実施例としては活性層形成後にエッチングに
より貫通転位部周囲に孔部を開ける方法を採用すること
もできる。すなわち、成長途中のウエハをエピタキシャ
ル成長装置の外部に取り出して上記のエッチングを行な
うこともできる。
【００３３】また、上記実施例は単層膜構造のＬＥＤ
（発光ダイオード）の場合について述べたが、本発明は
多層膜構造を有する半導体レーザ素子の作製に用いても
同様の効果を上げることができる。
（発光ダイオード）の場合について述べたが、本発明は
多層膜構造を有する半導体レーザ素子の作製に用いても
同様の効果を上げることができる。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、活性層のバンドギャッ
プより大なるバンドギャップを有する埋め込み部が貫通
転位を囲み貫通転位近傍にキャリアが拡散しないので、
素子の発光特性が向上するとともに、逆電圧印加時のリ
ーク電流を低減できる。
プより大なるバンドギャップを有する埋め込み部が貫通
転位を囲み貫通転位近傍にキャリアが拡散しないので、
素子の発光特性が向上するとともに、逆電圧印加時のリ
ーク電流を低減できる。
【図１】本発明の発光ダイオードの概略断面図。
【図２】本発明の発光ダイオードの活性層を示す概略拡
大断面図。
大断面図。
【図３】本発明による実施例の発光ダイオードの電圧電
流特性を示すグラフ。
流特性を示すグラフ。
【図４】比較例の発光ダイオードの電圧電流特性を示す
グラフ。
グラフ。
【図５】本発明の他の実施例の発光ダイオードの活性層
を示す概略拡大断面図。
を示す概略拡大断面図。
１ サファイア基板 ２ 低温成膜ＧａＮ（又はＡｌＮ）層 ３ ｎ型ＧａＮ層 ４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（第１の低不純物濃度層） ５ ピット発生層（第２の低不純物濃度層） ６ ＩｎＧａＮ活性層 ７ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ障壁層 ８ ｐ型ＧａＮコンタクト層 １１ ＳｉＯ2絶縁膜 １３ ｐ側電極 １４ ｎ側電極 １５ 貫通転位 ７１ 低温ＡｌＧａＮ障壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園部 雅之 京都府京都市右京区西院溝崎町21番地 ロ ーム株式会社内 (72)発明者 伊藤 範和 京都府京都市右京区西院溝崎町21番地 ロ ーム株式会社内 (72)発明者 藤井 哲雄 京都府京都市右京区西院溝崎町21番地 ロ ーム株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA21 CA04 CA40 CA83 CA85 CB03 5F073 AA04 AA51 CA07 CB05 CB07 CB22 DA05 DA25
Claims (9)
- 【請求項１】 ３族窒化物半導体からなる活性層と、前
記活性層に隣接し、前記活性層のバンドギャップより大
なるバンドギャップを有する材料からなる障壁層と、前
記活性層において貫通転位を囲む位置に形成された孔部
に前記障壁層と同一材料を装填することにより形成され
る埋め込み部と、を有する窒化物半導体素子であって、 前記埋め込み部の底部において隣接する２つの半導体層
のうち少なくとも一方が、１Ｅ１６／ｃｃ〜１Ｅ１７／
ｃｃの不純物濃度を有することを特徴とする窒化物半導
体素子。 - 【請求項２】 前記活性層は単一又は多重量子井戸構造
を有することを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体
素子。 - 【請求項３】 前記障壁層は前記孔部を埋め、その表面
が平坦な面で構成されていることを特徴とする請求項１
又は２記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項４】 前記埋め込み部は、錐体形状若しくは切
頭錐体形状又はこれらが連結した形状を有することを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の窒化物半導体
素子。 - 【請求項５】 前記３族窒化物半導体は（ＡｌxＧ
ａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の窒化
物半導体素子。 - 【請求項６】 ３族窒化物半導体からなる活性層と、前
記活性層に隣接し前記活性層のバンドギャップより大な
るバンドギャップを有する材料からなる障壁層と、前記
活性層において貫通転位を囲む位置に形成された孔部に
前記障壁層と同一材料を装填することにより形成される
埋め込み部と、を有する窒化物半導体素子の製造方法で
あって、 基板上に成膜された複数の半導体層上に３族窒化物半導
体の活性層を形成する活性層形成工程と、 前記孔部を前記活性層に形成するピット形成工程と、 前記活性層上に前記障壁層の材料を積層し、前記孔部の
側面を界面とする前記貫通転位の周囲に拡がる埋め込み
部を形成する埋込部形成工程と、を含み、 前記活性層形成工程前における、前記埋め込み部の底部
において隣接する２つの前記半導体層の成膜工程のうち
の少なくとも一方において、不純物添加濃度を１Ｅ１６
／ｃｃ〜１Ｅ１７／ｃｃに設定することを特徴とする窒
化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記ピット形成工程は、前記活性層形成
工程前に、６００〜８５０℃の温度で前記半導体層を形
成する工程を含むことを特徴とする請求項６記載の窒化
物半導体素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記ピット形成工程は、前記活性層形成
工程後に、前記活性層をエッチングする工程を含むこと
を特徴とする請求項６記載の窒化物半導体素子の製造方
法。 - 【請求項９】 前記活性層をエッチングする工程におい
て、貫通転位に沿って食刻の一部が前記半導体層に到達
する時点でエッチングを終了することを特徴とする請求
項８記載の窒化物半導体素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
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| DE60217943T DE60217943T2 (de) | 2001-06-12 | 2002-06-06 | Nitrid-Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung |
| EP02012624A EP1267422B1 (en) | 2001-06-12 | 2002-06-06 | Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same |
| TW091112407A TW569470B (en) | 2001-06-12 | 2002-06-07 | Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US10/166,048 US6693303B2 (en) | 2001-06-12 | 2002-06-11 | Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same |
| KR10-2002-0032837A KR100448662B1 (ko) | 2001-06-12 | 2002-06-12 | 질화물반도체소자 및 그 제조방법 |
| CN02123204.0A CN1249820C (zh) | 2001-06-12 | 2002-06-12 | 氮化物半导体器件及其制造方法 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| CN (1) | CN1249820C (ja) |
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