【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法に関する。特に、イオン注入法により、ｐ型、又はｎ型不純物をドープして形成した窒化ガリウム系化合物半導体層を低温にて活性化処理する方法に関する。
ここで、半導体素子とは、ダブルへテロ構造を有する発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）、半導体レーザダイオード（以下、ＬＤという）、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）等の光を発する半導体素子をいう。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体レーザ素子、発光ダイオード等の半導体発光素子を用いた高輝度タイプの発光素子が量産されるようになり、特に、上記窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子は、その混晶比を変化させることにより、紫外領域から赤外領域まで発光色を調整することができる。
又、一般に、これらの窒化ガリウム系化合物半導体を形成する方法としては、有機金属化合物気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）や分子線エピタキシャル成長法（以下、ＭＢＥ法という）等の気相成長法や、液相エピタキシャル成長法（以下、ＬＰＥ法という）がよく知られている。
【０００３】
例えば、ＭＯＣＶＤ法を用いた方法について簡単に説明すると、例えば、６００〜７００℃に維持されたサファイヤ基板やＳｉＣ基板を設置した反応容器内に、反応ガスとなるＩＩＩ属元素としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリエチルインジウム（ＴＭＩ）等のアルキル基の有機金属を、Ｖ属元素としてＡｓＨ３やアンモニア（ＮＨ３）等の水素化合物を供給することにより、熱分解が起こり、エピタキシャル結晶層が生成される。
ＴＭＧやＴＭＩ等の有機金属は、常温では液体であるが、キャリアガスである水素でバブリングを行うことにより蒸発し、反応しやすい有機金属ガスとして反応容器内に供給される。
【０００４】
又、上記エピタキシャル結晶層を形成する際に、他の不純物ガスを供給しながら、窒化ガリウム系化合物半導体をｎ型、又はｐ型に積層する手法がよく用いられている。ｎ型不純物としては、Ｓｉが良く知られており、ｐ型不純物としては、ＺｎやＣｄ等が良く知られている。
【０００５】
これらｎ型、又はｐ型用ドーパントの添加には、ＳｉＨ４等の水素化物、またはＺｎ（Ｃ２Ｈ５）２等の有機金属が用いられるが、これらもキャリアガスである水素ガスにより反応容器内に供給される。
又、一般に、ｎ型不純物、又はｐ型不純物のドーピングを行う際には、上記気相成長法によりｎ型、又はｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層を形成した後に、窒化ガリウム系化合物半導体の全体に対してアニーリング（焼きなまし）が行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
その理由は、窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる際に、一般的にアンモニア（ＮＨ３）がＮ源として用いられるが、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長過程において、このアンモニアが分解して原子状水素が生成されると考えられ、この原子状水素が不純物としてｐ型ドーパントとしてドープされたＭｇと結合することにより、ｐ型不純物であるＭｇのアクセプターとしての作用を妨げていると考えられる。
【０００７】
又、ｎ型ドーパントとして導入されたＳｉ等の活性化を行うためには、高温に加熱する必要がある。そこで、気相成長法により、ｐ型、及びｎ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体を成長させた後に、窒化ガリウム系化合物半導体の全体に対して上記高温下におけるアニーリングを行うことにより、Ｍｇ−Ｈの形で結合されている水素が熱的に解離され、ｐ型不純物がアクセプターとして、及び加熱により活性化されたｎ型不純物がドナーとして正常に作用するようになるのである。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２５４０７９１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記水素を解離するためには、上記アニーリングを７００〜８００℃の高温で行う必要があるため、この高温下でアニーリングを行った場合、既に成長済みのＧａＮ層（常圧における分解温度は８４０℃）やＩｎＧａＮ層（常圧における分解温度は５５０℃）が熱分解してしまい、その結晶性が悪くなるという問題があった。
【００１０】
又、従来においては、上記不都合を回避するために、ｐ型、又はｎ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層の上に、例えばＧａＮからなるキャップ層（又は、保護層）を形成し、その後、上記アニーリングを行う手法が開発されているが、この方法では、別途キャップ層を形成しなければならず、又、アニーリングを行った後に、当該キャップ層を除去しなければならないため、気相成長法により、ｐ型、又はｎ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体を形成する工程が煩雑になるという問題があった。
【００１１】
ここで、上記の問題点は、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法において、ドーパント物質を当初から加えてエピタキシャル成長を行っているために生じるものと考えられる。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決し、高温によるアニーリングが不要であり、かつキャップ層の形成が不要な窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法は、気相成長法により、ｐ層領域が形成された窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、イオン注入法によりｐ層領域にｐ型不純物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｐ型不純物を活性化処理したことを特徴とする。
【００１４】
ここで、ｐ層領域にｐ型不純物を注入後、ｐ型不純物が注入されたｐ層領域の一部に、イオン注入法により金属添加物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｐ型不純物と金属添加物を活性化処理することができる。
【００１５】
又、金属添加物として、Ｉｎ、Ａｌ、またはＷより選択されたいずれか一種の材料を用いることができる。
【００１６】
又、加熱の方法として赤外光照射による光励起法を用い、ｐ層領域のみを活性化することができる。
【００１７】
又、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎより選択されたいずれか一種の材料を用いることができる。
【００１８】
又、ｐ層領域は、ｐ型ＧａＮ層、又はｐ型ＧａＮ層とｐ型 Ｇａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）による多層膜からなるものとすることができる。
【００１９】
次に、本発明の第２の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法は、気相成長法により、ｐ層領域が形成された窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、イオン注入法によりｐ層領域にｐ型不純物を注入し、その後、ｐ型不純物が注入されたｐ層領域の一部にイオン注入法を用いて不活性化不純物を注入することにより電流狭窄領域を形成し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｐ型不純物と不活性化不純物を反応させ、電流狭窄領域を高抵抗化処理したことを特徴とする。
【００２０】
ここで、加熱の方法として赤外光照射による光励起法を用い、ｐ層領域のみを活性化することができる。
【００２１】
又、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎより選択されたいずれか一種の材料を用いることができる。
【００２２】
又、ｐ層領域は、ｐ型ＧａＮ層とｐ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）からなる多層膜からなるものとすることができる。
【００２３】
次に、上記目的を達成するために、本発明の第３の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法は、気相成長法により、ｎ層領域が形成された窒化ガリウム系化合物半導体を成長後、イオン注入法によりｎ層領域にｎ型不純物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｎ型不純物を活性化処理したことを特徴とする。
【００２４】
ここで、ｎ層領域にｎ型不純物を注入後、ｎ型不純物が注入されたｎ層領域の一部に、イオン注入法により金属添加物を注入し、その後、不活性ガス雰囲気中で２００℃以上に加熱することにより、ｎ型不純物と金属添加物を活性化処理することができる。
【００２５】
又、金属添加物として、Ｉｎ、またはＡｌより選択されたいずれか一種の材料を用いることができる。
【００２６】
又、加熱の方法として赤外光照射による光励起法を用い、ｎ層領域のみを活性化することができる。
【００２７】
又、ｎ型不純物としてＳｉを用いることができる。
【００２８】
又、ｎ層領域は、ｎ型ＧａＮ層とｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）による多層膜からなるものとすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【００３０】
図１（ａ）に示す様に、例えばｎ型ＧａＮからなる基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法により、ＧａＡｌＮからなるｎ型クラッド層１０２、ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３、例えばＩｎＧａＮからなる発光層（又は、活性層）１０４を所定の厚さで順次積層する。
【００３１】
より具体的には、基板１０１に、４００〜７００℃の低温でキャリアガスＨ２とともにＴＭＧ、アンモニア、及びドーパントとしてのシラン（ＳｉＨ４）を供給するとともに、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の原料ガスを反応容器に加え、ｎ型ドーパントのＳｉを含有したｎ型のＧａｘＡｌ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）からなるｎ型のクラッド層１０２を成膜する。次に上記ＴＭＡの供給を止めることにより、ｎ型ドーパントのＳｉを含有したｎ型のＧａＮからなるｎ型のガイド層１０３を成膜する。
【００３２】
次に、バンドギャップエネルギーがクラッド層のバンドギャップエネルギーよりも小さくなる材料、例えば前述のＴＭＡに代えてＴＭＩを導入し、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）からなる発光層（又は活性層）１０４を形成する。
【００３３】
次に、図１（ａ）に示す様に、前述のＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法を用いて、発光層１０４の表面上にノンドープＧａ１−ａＡｌａＮ（０＜ａ≦１）層１０５を、当該ＧａＡｌＮ層１０５の表面上にノンドープＧａＮ層１０６を所定の厚さで順次形成する。
【００３４】
より具体的には、前述のｎ型クラッド層１０２を形成する際に用いたガスと同じ原料ガスであって、シランを除いたガスを反応容器に導入し、ノンドープＧａ１−ａＡｌａＮ（０＜ａ≦１）層１０５を気相成長させる。次に、原料ガスからＴＭＡを除いて、キャリアガスＨ２、ＴＭＧ、アンモニアを原料ガスとして反応容器に供給し、ノンドープＧａＮ層１０６を気相成長させる。
【００３５】
このノンドープＧａＡｌＮ層１０５は、後にｐ型ドーパントをドープすることにより、ｐ型クラッド層となるものであり、又、ノンドープＧａＮ層１０６は、後にｐ型ドーパントをドープされることにより、ｐ型コンタクト層となるものである。
【００３６】
即ち、従来においては、前述の気相成長法を行う際に、例えば、前述のｎ型クラッド層１０２を形成する際に用いたガスと同じ原料ガスであって、不純物原料ガスを、シランからｐ型用ドーピングガス（例えば、シクロペンタジエニルマグネシウム）に代えることにより、既にｐ型ドーパント（例えば、Ｍｇ）がドープされたｐ型クラッド層等を成長させるが、本実施形態においては、以上に説明した様に、ＧａＡｌＮ層１０５とＧａＮ層１０６は各々ノンドープ層であり、ｐ型ドーパントをドープしておらず、従って、気相成長法によりエピタキシャル成長を行う段階においては、ＧａＡｌＮ層１０５とＧａＮ層１０６は、各々ｐ型化されていないことになる。尚、ＧａＡｌＮ層１０５とＧａＮ層１０６によりｐ層領域１０７が構成されている。
【００３７】
ここで、本発明のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法においては、上記ノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６から構成されるｐ層領域１０７をｐ型化するに際し、まず前記ｐ層領域１０７にイオン注入によりｐ型ドーパントを注入させ、その後、前記ｐ層領域１０７に対して赤外光照射を行う点に特徴がある。
【００３８】
即ち、図１（ｂ）に示す様に、上記気相成長法により、基板１０１上にｎ型クラッド層１０２からノンドープＧａＮ層１０６を形成した後、ノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６に対して、イオン注入法によりｐ型ドーパントであるＭｇを注入する。
【００３９】
より具体的には、注入物質であるＭｇを含むソーズガスをアーク放電によりプラズマ化させた後、質量分析器により注入物質イオンを分離し、このイオンをノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６に加速電圧５０〜２００ＫｅＶで打ち込む。注入エネルギーにより不純物分布の深さを、イオン電流により添加不純物量（ドーズ量）を制御することができる。
【００４０】
以上の工程により、本実施形態においては、気相成長法によりエピタキシャル成長されたノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６に対して、当該気相成長法を行った後に、ｐ型ドーパントであるＭｇをイオン注入法により打ち込むため、気相成長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体層の成長過程において、Ｎ源として用いられるアンモニアの分解により生成する原子状水素が、不純物としてドープされたＭｇと結合することはない。
【００４１】
従って、従来のごとく、Ｍｇ−Ｈの形で結合している水素を熱的に解離するための高温下におけるアニーリングを行わなくても、ｐ型不純物であるＭｇのアクセプターとしての作用が妨げられるという悪影響は生じないことになる。
【００４２】
又、上述のごとく、７００〜８００℃の高温下で行うアニーリングが不要であるため、既に成長済みのＧａＮ層（常圧における分解温度は８４０℃）やＩｎＧａＮ層（常圧における分解温度は５５０℃）の熱分解という不都合が発生しないため、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層上に、例えば、ＧａＮからなるキャップ層（又は、保護層）を形成する必要がない。従って、別途キャップ層を形成し、アニーリングを行った後に、当該キャップ層を除去しなければならないという不都合も生じないことになる。
【００４３】
次に、上記イオン注入法により注入したＭｇを活性化させる必要があるが、この活性化の方法としては、図１（ｃ）に示す様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、Ｍｇが注入されたｐ層領域１０７のみに赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより達成される。
【００４４】
この赤外光照射を行うことにより、ｐ層領域１０７に導入されたｐ型ドーパントであるＭｇが活性化されるため、前記Ｍｇが打ち込まれたノンドープＧａＡｌＮ層１０５はｐ型 Ｇａ１−ａＡｌａＮ（但し、０＜ａ≦１）からなるｐ型クラッド層１３２に、ノンドープ層１０６はｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１３３となり、ｐ層領域１０７は、ｐ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層１３２（但し、０＜ａ≦１）とｐ型ＧａＮ層１３３とからなる多層膜により構成されることになる。
【００４５】
ここで、赤外光としては、ハロゲンランプによる赤外ランプ、又はＣＯ２レーザ（１０．５μｍの赤外レーザ）を用いる。光励起による活性化の方法としては紫外光を用いて行う方法もあるが、当該紫外光を用いる方法では、紫外光は波長が短く（４００ｎｍ）、エネルギーが大きいため、光照射を行う際に、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法により形成されたＩｎＧａＮ層のＩｎを分解してしまうという不都合が生じてしまう。
【００４６】
一方、赤外光を用いた場合は、赤外光の波長は紫外光より長く、エネルギーが小さいため、この様な不都合が生じることはない。
【００４７】
又、赤外光照射による加熱温度が２００℃と低いのは、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化が開始される温度が２００℃だからである。
【００４８】
即ち、本実施形態においては、上述のごとく、Ｎ源として用いられるアンモニアの分解により生成する原子状水素が、不純物としてドープされたＭｇと結合することがないため、７００〜８００℃の高温下で行うアニーリングを行う必要がなく、注入されたｐ型ドーパントであるＭｇを活性化しさえすれば良いが、一般的に行われる上記アニーリングによりＭｇから解離されたＨ＋が、再度アンモニアと結合を開始する温度が２００℃であるため、赤外光照射による光励起により当該２００℃に加熱しさえすれば、Ｍｇのアクセプターとしての作用が妨げられるという悪影響は生じないと言えるからである。
【００４９】
又、光励起が行われるｐ層領域１０７は、厚さが数μｍであるため、基板全体を温める必要がなく、又、ＧａＮやＧａＡｌＮ等の窒化化合物は透明であり光を透すため、ｐ型ドーパントであるＭｇが注入されたｐ層領域１０７において、当該Ｍｇを活性化するためには、赤外光照射によりＭｇの活性化が開始される２００℃という低温で加熱してやれば良いからである。
【００５０】
以上の様に、本発明によれば、気相成長法により、基板１０１上にｎ型クラッド層１０２からノンドープＧａＮ層１０６を形成した後、ノンドープＧａＡｌＮ層１０５とノンドープＧａＮ層１０６により構成されるｐ層領域１０７に対して、イオン注入法によりｐ型ドーパントであるＭｇを注入し、その後、当該ｐ層領域１０７に低エネルギーの赤外光を照射することにより、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化を達成することができる。
【００５１】
従って、２００℃という低い加熱温度でｐ型ドーパントを活性化することができるとともに、熱エネルギー損失を少なくすることができる。
【００５２】
又、ドーパントの活性化に光照射を用いるため、大面積を高速で活性化処理することが可能になり、生産性の向上を図ることができる。
【００５３】
又、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法において、ドーパント物質を当初から加えてエピタキシャル成長を行うものではないため、Ｎ源として用いられるアンモニアの分解により生成する原子状水素が、不純物としてドープされたＭｇと結合することがない。
【００５４】
従って、７００〜８００℃の高温下で行うアニーリングを行う必要がなく、別途キャップ層を形成する必要もないため、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を簡易にすることができる。
【００５５】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図２は、本発明の第２の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【００５６】
本実施形態においては、電流狭窄層が形成されており、その製法に特徴があるが、以下に当該製法を説明する。
【００５７】
まず、図２（ａ）に示す様に、例えばｎ型ＧａＮからなる基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法により、ＧａＡｌＮからなるｎ型クラッド層１０２、ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３、例えばＩｎＧａＮからなる発光層（又は、活性層）１０４、ノンドープＧａＮ層１０８、ノンドープＧａＡｌＮ層１０５、及びノンドープＧａＮ層１０６を所定の厚さで順次積層する。尚、ノンドープＧａＮ層１０８、ノンドープＧａＡｌＮ層１０５、及びノンドープＧａＮ層１０６により、ｐ層領域１１０が構成されている。
【００５８】
次に、図２（ｂ）に示す様に、ｐ層領域１１０に対し、第１の実施形態と同様のイオン注入法にて、ｐ型ドーパントであるＭｇを注入する。次に、図２（ｃ）に示す様に、Ｍｇを注入した部分のうち、電流狭窄層を形成する部分に不活性化不純物であるプロトン（Ｈ＋）をイオン注入法により注入し、電流狭窄領域１３９を形成する。
【００５９】
次に、図２（ｄ）に示す様に、第１の実施形態と同様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、ｐ層領域１１０に対して赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより活性化を行い、ｐ型 Ｇａ１−ａＡｌａＮ（但し、０＜ａ≦１）からなるｐ型クラッド層１３２、ｐ型のＧａＮからなるｐ型コンタクト層１３３、及びｐ型のＧａＮからなるｐ型ガイド層１３５を形成するとともに、Ｍｇとプロトンの結合反応を起こし、電流狭窄領域１３９の高抵抗化を行い、電流狭窄層１０９を形成する。尚、上記赤外線照射後は、ｐ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層１３２（但し、０＜ａ≦１）とｐ型ＧａＮ層１３３、１３５からなる多層膜によりｐ層領域１１０が構成されることになる。
【００６０】
ここで、本実施形態においては、低温で高抵抗な電流狭窄層を形成することができる点に特徴がある。
【００６１】
即ち、高抵抗化を行う場合、Ｍｇとアンモニアにより、Ｍｇ＋ＮＨ３→Ｍｇ−Ｈ＋ＮＨ２という反応を起こし、Ｍｇと水素を結びつけることにより高抵抗化を行うという手法が一般的に用いられるが、当該手法では、高温下で上記反応を起こすため、既に成長済みのＧａＮやＩｎＧａＮが熱分解することにより、その結晶性が悪くなるという問題生じてしまう。
【００６２】
一方、本実施形態においては、上述のごとく、Ｍｇとプロトンは、各々、イオン注入法により電流狭窄領域１３９に予め注入されており、位置的に近接しているため、Ｍｇとプロトンの結合反応を起こすために必要なエネルギーは、上記従来のＭｇとアンモニアを反応させる手法に比し少なくてよく、その結果、本実施形態においては、赤外線照射による光励起法を用いて２００℃以上に加熱しさえすれば、Ｍｇとプロトンの結合反応を容易に起こすことが可能となる。
【００６３】
以上より、本発明においては、第１の実施形態において説明した効果に加え、赤外線照射による光励起法を用いることにより、既に成長済みのＧａＮやＩｎＧａＮの熱分解による結晶性の悪化という問題を回避することができるとともに、電流狭窄領域の高抵抗化処理を容易に行うことができる。
【００６４】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図３は、本発明の第３の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【００６５】
本実施形態においては、ｐ型のＩｎＧａＮ層が形成されており、その製法に特徴があるが、以下に当該製法を説明する。
【００６６】
まず、図３（ａ）に示す様に、例えばｎ型ＧａＮからなる基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法により、ＧａＡｌＮからなるｎ型クラッド層１０２、ＧａＮからなるｎ型ガイド層１０３、例えばＩｎＧａＮからなる発光層（又は、活性層）１０４、ノンドープＧａＮ層１０６を所定の厚さで順次積層する。
【００６７】
尚、本実施形態においては、ｐ層領域１２５は、ノンドープＧａＮ層１０６からなる単層構造となっている。
【００６８】
次に、図３（ｂ）に示す様に、前記ノンドープＧａＮ層１０６に、第１の実施形態と同様のイオン注入法にて、ｐ型ドーパントであるＭｇを注入する。次に、図３（ｃ）に示す様に、前述のＭｇを注入したＧａＮ層１０６の一部（ＧａＮ層１０６の中央部以外の領域）である１１５の領域にＩｎ又はＡｌをイオン注入法により注入する。
【００６９】
次に、図３（ｄ）に示す様に、第１の実施形態と同様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、ＭｇとＩｎ（又はＡｌ）が注入されたＧａＮ層１０６に赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより活性化を行い、ｐ型のＧａＮ層１３３とｐ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６を形成する。
【００７０】
よって、本実施形態においては、ｐ層領域１２５は、ｐ型ＧａＮ層１３３により構成されることになる。
【００７１】
ここで、本実施形態においては、高速、かつ精度良く衝撃緩衝層、及びバンドギャップ調整層を形成することができる点に特徴がある。
【００７２】
即ち、従来、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層上にＡｕ等によるｐ型電極を設け、Ａｕ線等により当該ｐ型電極を外周器と接続する際に、ワイヤーボンディングを行うが、当該ワイヤーボンディングを行う際の機械的ストレスが、ｐ型電極からｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層を介して、発光層（又は、活性層）へと伝達されてしまい、発光層の出力低下の原因となっていた。
【００７３】
一方、本実施形態においては、上述のごとく、Ｍｇを注入したＧａＮ層１０６の一部にＩｎ（又は、Ａｌ）をイオン注入法により注入し、その後、赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより注入されたＩｎ（又は、Ａｌ）の活性化を行い、軟らかいＩｎ（又はＡｌ）を含むｐ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６を発光層１０４の上部に形成するため、当該ＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６が衝撃緩衝層として作用することになる。
【００７４】
従って、ワイヤーボンディングを行う際の機械的ストレスが発光層（又は、活性層）へと伝達されず、発光層（又は、活性層）の出力低下を防止することができる。
【００７５】
又、本実施形態においては、前述のイオン注入法、及び赤外線照射により、ｐ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６を発光層１０４の上部に形成することができ、当該ｐ型のＩｎＧａＮ層（又はＡｌＧａＮ層）１３６が発光層１０４のクラッド層（又は、バンドギャップ層）として機能する。
【００７６】
即ち、イオン打ち込みにより、バンドギャップエネルギーの大きい層を部分的に形成し、活性化できるため、本実施形態においては、キャリア（この場合は、正孔）をより精度良く閉じこめることが可能になるとともに、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法により当該クラッド層を形成する従来法に比し、高速かつ精度良くクラッド層を形成でき、経済性も向上すると言える。又、当該ｐ型のＩｎＧａＮ層（又はＡｌＧａＮ層）１３６は、クラック防止層としても機能する。
【００７７】
又、当該イオン打ち込みにより、クラッド層のバンドギャップと屈折率の制御を精度良く行うことができる。例えば、上記実施形態においては、ｐ型のＧａＮ層１３３（バンドギャップエネルギーは３．４ｅＶ、屈折率は２．６７）にＩｎ（又は、Ａｌ）をイオン注入したｐ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１３６のバンドギャップエネルギーは２．７ｅＶ（ＡｌＧａＮ層の場合は、３．９ｅＶ）となり、屈折率は２．８６（ＡｌＧａＮ層の場合は、２．６）となる。
【００７８】
以上より、本発明においては、第１の実施形態において説明した効果に加え、ワイヤーボンディングを行う際の機械的ストレスが発光層へと伝達されることによる発光層の出力低下という問題を回避することができるとともに、高速、かつ精度良くクラッド層を形成することができる。
【００７９】
尚、上記実施形態では、Ｍｇを注入したＧａＮ層１０６の一部にＩｎ（又は、Ａｌ）をイオン注入法により注入し、その後、赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより注入されたＩｎの活性化を行ったが、上記Ｉｎ（又は、Ａｌ）の代わりに、Ｗ（タングステン）を注入し、赤外線照射により当該Ｗを活性化することにより、高抵抗層を形成する構成としても良い。
【００８０】
又、図３（ｃ）においては、ＧａＮ層１０６の中央部以外の領域に対してＩｎ（又は、Ａｌ）のイオン注入を行ったが、図４に示す様に、ＧａＮ層１０６の中央部である１１６の領域に対してＩｎ（又は、Ａｌ）のイオン注入を行っても良い。
【００８１】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図５は、本発明の第４の実施形態であるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【００８２】
図５（ａ）に示す様に、例えばｎ型ＧａＮからなる基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等の気相成長法により、ＧａＮからなるノンドープＧａＮ層１２０、及びＧａＡｌＮからなるノンドープＧａＡｌＮ層１４１を所定の厚さで順次積層する。
【００８３】
より具体的には、まず、基板１０１に、４００〜７００℃の低温でキャリアガスＨ２とともに、ＴＭＧとアンモニアを供給することにより、ノンドープＧａＮ層１２０を形成する。次に、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の原料ガスを反応容器に加え、ノンドープＧａ１−ａＡｌａＮ層（但し、０＜ａ≦１）１４１を成膜する。
【００８４】
ここで、このノンドープＧａＮ層１２０は、後にｎ型ドーパントをドープされることにより、ｎ型コンタクト層となるものであり、又、ノンドープＧａＡｌＮ層１４１は、後にｎ型ドーパントをドープされることにより、ｎ型クラッド層となるものである。
【００８５】
即ち、従来においては、前述の気相成長法を行う際に、例えば、前述のノンドープＧａＮ層１２０、及びノンドープＧａＡｌＮ層１４１を形成する際に用いた原料ガスに、不純物原料ガスであるｎ型用ドーピングガス（例えば、シラン）を加えることにより、既にｎ型ドーパント（例えば、Ｓｉ）がドープされたｎ型コンタクト層やｎ型クラッド層を成長させるが、本実施形態においては、以上に説明した様に、ＧａＮ層１２０とＧａＡｌＮ層１４１は各々ノンドープ層であり、ｎ型ドーパントをドープしておらず、従って、気相成長法によりエピタキシャル成長を行う段階においては、ＧａＮ層１２０とＧａＡｌＮ層１４１は、各々ｎ型化されていないことになる。
【００８６】
尚、ＧａＮ層１２０とＧａＡｌＮ層１４１によりｎ層領域１２２が構成されている。
【００８７】
ここで、本発明のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法においては、上記ノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１から構成されるｎ層領域１２２をｎ型化するに際し、まず前記ｎ層領域１２２に対してイオン注入によりｎ型ドーパントを注入させ、その後、前記ｎ層領域１２２に対して赤外光照射を行う点に特徴がある。
【００８８】
即ち、本実施形態においては、図５（ｂ）に示す様に、上記気相成長法により、基板１０１上にノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１を形成した後、当該ノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１から構成されるｎ層領域１２２に対して、イオン注入法によりｎ型ドーパントであるＳｉを注入する。
【００８９】
より具体的には、注入物質であるＳｉを含むソーズガスをアーク放電によりプラズマ化させた後、質量分析器により注入物質イオンを分離し、このイオンをノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１に加速電圧５０〜２００ＫｅＶで打ち込む。注入エネルギーにより不純物分布の深さを、イオン電流により添加不純物量（ドーズ量）を制御することができる。
【００９０】
次に、上記イオン注入法により注入したＳｉを活性化させる必要があるが、この活性化の方法としては、図５（ｃ）に示す様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、Ｓｉが注入されたｎ層領域１２２のみに赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより達成される。この赤外光照射を行うことにより、ｎ層領域１２２に導入されたｎ型ドーパントであるＳｉが活性化されるため、前記Ｓｉが打ち込まれたノンドープＧａＮ層１２０はｎ型のＧａＮからなるｎ型コンタクト層１２１に、ノンドープＧａＡｌＮ層１４１はｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ（但し、０＜ａ≦１）からなる ｎ型クラッド層１２３になり、ｎ層領域１２２は、ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層１２３（但し、０＜ａ≦１）とｎ型ＧａＮ層１２１とから構成されることになる。
【００９１】
ここで、赤外光としては、第１の実施形態と同様、ハロゲンランプによる赤外ランプ、又はＣＯ２レーザ（１０．５μｍの赤外レーザ）を用いる。又、赤外光照射による加熱温度が２００℃と低いのは、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化温度と同様に、ｎ型ドーパントであるＳｉの活性化が開始される温度が２００℃だからである。即ち、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法において、ドーパント物質を当初から加えてエピタキシャル成長を行う従来の方法においては、ｐ型ドーパントの活性化を図るとともにｎ型ドーパントであるＳｉを活性化するために、窒化ガリウム系化合物半導体の全体を７００〜８００℃の高温下でアニーリングしなければならないが、本実施形態においては、赤外光照射による光励起により当該２００℃に加熱しさえすれば、注入されたｎ型ドーパントであるＳｉを活性化することができる。又、光励起が行われるｎ層領域１２２は、厚さが数μｍであるため、基板全体を温める必要がなく、又、ＧａＮやＧａＡｌＮ等の窒化化合物は透明であり光を透すため、ｎ型ドーパントであるＳｉが注入されたｎ層領域１２２において当該Ｓｉを活性化するためには、赤外光照射によりＳｉの活性化が開始される２００℃という低温で加熱してやれば良いからである。
【００９２】
以上の様に、本発明によれば、気相成長法により、基板１０１上に形成されたノンドープＧａＮ層１２０とノンドープＧａＡｌＮ層１４１により構成されるｎ層領域１２２に対して、イオン注入法によりｎ型ドーパントであるＳｉを注入し、その後、当該ｎ層領域１２２に低エネルギーの赤外光を照射することにより、ｎ型ドーパントであるＳｉの活性化を達成することができる。従って、２００℃という低い加熱温度でｎ型ドーパントを活性化することができるとともに、熱エネルギー損失を少なくすることができる。又、ドーパントの活性化に光照射を用いるため、大面積を高速で活性化処理することが可能になり、生産性の向上を図ることができる。
【００９３】
又、上述のごとく、７００〜８００℃の高温下で行うアニーリングが不要であるため、既に成長済みのＧａＮ層（常圧における分解温度は８４０℃）の熱分解という不都合が発生せず、ｎ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層上に、例えば、ＧａＮからなるキャップ層（又は、保護層）を形成する必要がない。従って、別途キャップ層を形成し、アニーリングを行った後に、当該キャップ層を除去しなければならないという不都合も生じないため、窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を簡易にすることができる。
【００９４】
尚、図６に示す様に、図５（ａ）に示したノンドープＧａＡｌＮ層１４１の表面上に、ＭＯＣＶＤ法等の気層成長法により、ノンドープＧａＮ層１４２を形成し、その後、ｎ層領域１２４に対して、Ｓｉ等のｎ型ドーパントをイオン注入法により注入しても良い。
【００９５】
当該Ｓｉが打ち込まれたノンドープＧａＮ層１４２は、赤外光照射によりｎ型ドーパントであるＳｉが活性化され、ｎ型のＧａＮからなるｎ型ガイド層となるため、ｎ層領域１２４は、ｎ型Ｇａ１−ａＡｌａＮ層１２３（但し、０＜ａ≦１）とｎ型ＧａＮ層１２１とｎ型ガイド層であるｎ型ＧａＮ層から構成されることになる。
【００９６】
この場合も、図５（ａ）〜（ｃ）に示した第４の実施形態において説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
又、図５（ｂ）に示したＳｉ注入を行った後、図７に示す様に、Ｓｉが注入されたＧａＡｌＮ層１４１の中央部領域に対し、イオン注入法により、Ｉｎ（又は、Ａｌ）を注入した構成としても良い。この場合も、図３（ｄ）の場合と同様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、ＳｉとＩｎ（又はＡｌ）が注入されたＧａＡｌＮ層１４１に赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより、Ｓｉ、及びＩｎ（又はＡｌ）の活性化を行い、ｎ型のＩｎＧａＡｌＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１２７を形成することができる。
【００９８】
この場合、図５（ａ）〜（ｃ）に示した第４の実施形態において説明した効果に加え、前述のイオン注入法、及び赤外線照射により、ｎ型のＩｎＧａＡｌＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１２７を形成することができ、当該ｎ型のＩｎＧａＡｌＮ層（又はＡｌＧａＮ層）１２７が発光層（又は、活性層）のクラッド層（又は、バンドギャップ層）として機能する。
【００９９】
即ち、イオン打ち込みにより、バンドギャップエネルギーの大きい層を部分的に形成し、活性化できるため、本実施形態においては、キャリア（この場合は、電子）をより精度良く閉じこめることが可能になるとともに、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法により当該クラッド層を形成する従来法に比し、高速かつ精度良くクラッド層を形成でき、経済性も向上すると言える。
【０１００】
又、当該ｎ型のＩｎＧａＡｌＮ層（又はＡｌＧａＮ層）１２７は、クラック防止層としても機能する。
【０１０１】
又、図３（ａ）〜（ｄ）において説明した第３の実施形態と同様に、当該イオン打ち込みにより、クラッド層のバンドギャップと屈折率の制御を精度良く行うことができる。
【０１０２】
又、図８に示す様に、図６に示したＳｉ注入を行った後、Ｓｉが注入されたＧａＮ層１４２の中央部領域に対し、イオン注入法により、Ｉｎ（又は、Ａｌ）を注入した構成としても良い。
【０１０３】
この場合も、図３（ｄ）の場合と同様に、窒素等の不活性ガス雰囲気中で、ＳｉとＩｎ（又はＡｌ）が注入されたＧａＮ層１４２に赤外光を照射し、光励起により２００℃以上に加熱することにより、Ｓｉ、及びＩｎ（又はＡｌ）の活性化を行い、ｎ型のＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）１２６を形成することができ、図７において説明した効果と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【０１０５】
例えば、本発明の実施形態では、ＧａＮ系化合物半導体の製造方法について説明したが、他の半導体材料、例えば、ＩｎＧａＡｌＮのＮの一部又は全部をＡｓおよび／またはＰ等で置換した材料や、ＧａＡｓ系化合物半導体を用いた半導体発光素子にも本発明を適用できる。
【０１０６】
又、本発明の実施形態では、ｐ型ドーパントとしてＭｇを例に挙げて説明したが、ＣａやＺｎ等のｐ型ドーパントを使用しても良い。
【０１０７】
更に、本発明の実施形態では、ＧａＮ系発光素子の構造を説明するために、便宜上、基板が下層側に位置し、これにＧａＮ系結晶層が上方へ積み重ねられる構造とし、下層側をｎ型、上層側をｐ型として説明を行ったが、ｎ型を上層側、ｐ型を下層側とした構成としても良い。
【０１０８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明した様に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法によれば、気相成長法により、基板上に各層を形成後、イオン注入法によりｐ型、又はｎ型ドーパントを注入し、低エネルギーの赤外光を照射することにより、ｐ型、又はｎ型ドーパントの活性化を達成することができる。従って、２００℃という低い加熱温度でｐ型、又はｎ型ドーパントを活性化することができるとともに、熱エネルギー損失を少なくすることができる。又、ドーパントの活性化に光照射を用いるため、大面積を高速で活性化処理することが可能になり、生産性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【図３】本発明の第３の実施形態であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【図４】第３の実施形態に係るｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程の変型例を示す断面説明図である。
【図５】本発明の第４の実施形態であるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程を示す断面説明図である。
【図６】第４の実施形態に係るｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程の変型例を示す断面説明図である。
【図７】第４の実施形態に係るｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程の変型例を示す断面説明図である。
【図８】第４の実施形態に係るｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造工程の変型例を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１０１：基板
１０２：ｎ型クラッド層
１０３：ｎ型ガイド層
１０４：発光層（又は、活性層）
１０７、１１０、１２５：ｐ層領域
１０９：電流狭窄層
１２１：ｎ型コンタクト層
１２２、１２４：ｎ層領域
１２３：ｎ型クラッド層
１２６：ｎ型ＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）
１２７：ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）
１３２：ｐ型クラッド層
１３３：ｐ型コンタクト層
１３５：ｐ型ガイド層
１３６：ｐ型ＩｎＧａＮ層（又は、ＡｌＧａＮ層）
１３９：電流狭窄領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor. In particular, the present invention relates to a method for activating a gallium nitride-based compound semiconductor layer formed by doping a p-type or n-type impurity at a low temperature by an ion implantation method.
Here, the semiconductor element refers to a semiconductor element that emits light, such as a light emitting diode (hereinafter, referred to as an LED) having a double heterostructure, a semiconductor laser diode (hereinafter, referred to as an LD), a super luminescent diode (SLD), or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, semiconductor laser devices using gallium nitride-based compound semiconductors such as GaN, InGaN, and AlGaN, and high-brightness type light-emitting devices using semiconductor light-emitting devices such as light-emitting diodes have been mass-produced. A light-emitting element using a system compound semiconductor can adjust a luminescent color from an ultraviolet region to an infrared region by changing the mixed crystal ratio.
Generally, as a method for forming these gallium nitride-based compound semiconductors, a vapor phase growth method such as a metal organic compound vapor phase growth method (hereinafter, referred to as MOCVD method) or a molecular beam epitaxial growth method (hereinafter, referred to as MBE method). Also, a liquid phase epitaxial growth method (hereinafter, referred to as an LPE method) is well known.
[0003]
For example, the method using the MOCVD method will be briefly described. For example, in a reaction vessel provided with a sapphire substrate or a SiC substrate maintained at 600 to 700 ° C., trimethylgallium (TMG) is used as a group III element serving as a reaction gas. Metal such as triethylindium (TMI) or an alkyl group such as AsH 3 Or ammonia (NH 3 ), Thermal decomposition occurs and an epitaxial crystal layer is generated.
Organic metals, such as TMG and TMI, are liquid at room temperature, but are vaporized by bubbling with hydrogen as a carrier gas and supplied to the reaction vessel as an easily reactable organic metal gas.
[0004]
In forming the epitaxial crystal layer, a method of laminating a gallium nitride-based compound semiconductor into an n-type or a p-type while supplying another impurity gas is often used. As an n-type impurity, Si is well known, and as a p-type impurity, Zn and Cd are well known.
[0005]
For the addition of these n-type or p-type dopants, SiH 4 Or Zn (C 2 H 5 ) 2 Or the like, which are also supplied into the reaction vessel by hydrogen gas as a carrier gas.
In general, when doping an n-type impurity or a p-type impurity, a gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with an n-type or p-type impurity is formed by the above-described vapor deposition method, and then a gallium nitride-based compound semiconductor layer is formed. Annealing (annealing) is performed on the entire compound semiconductor (for example, see Patent Document 1).
[0006]
The reason is that when growing a gallium nitride-based compound semiconductor layer, ammonia (NH 3 ) Is used as an N source. In the growth process of the gallium nitride based compound semiconductor layer, it is considered that this ammonia is decomposed to generate atomic hydrogen, and this atomic hydrogen is doped as an impurity as a p-type dopant. It is considered that the binding to the Mg prevents the action of the p-type impurity Mg as an acceptor.
[0007]
Further, in order to activate Si or the like introduced as an n-type dopant, it is necessary to heat to a high temperature. Therefore, after growing a gallium nitride-based compound semiconductor doped with p-type and n-type impurities by a vapor phase growth method, annealing of the entire gallium nitride-based compound semiconductor at the above-mentioned high temperature is performed, whereby Mg Hydrogen bonded in the form of -H is thermally dissociated, so that the p-type impurity functions normally as an acceptor and the n-type impurity activated by heating functions normally as a donor.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2540791
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to dissociate the hydrogen, it is necessary to perform the annealing at a high temperature of 700 to 800 ° C. Therefore, when annealing is performed at this high temperature, the already grown GaN layer (the decomposition temperature at normal pressure is 840 ° C.) and the InGaN layer (decomposition temperature at normal pressure is 550 ° C.) thermally decompose, resulting in poor crystallinity.
[0010]
Conventionally, in order to avoid the above disadvantage, a cap layer (or a protective layer) made of, for example, GaN is formed on a gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with a p-type or n-type impurity, Thereafter, a method of performing the above-described annealing has been developed. However, in this method, a cap layer must be separately formed, and after performing the annealing, the cap layer must be removed. The growth method has a problem that a step of forming a gallium nitride-based compound semiconductor doped with a p-type or n-type impurity is complicated.
[0011]
Here, it is considered that the above-mentioned problem occurs due to the fact that epitaxial growth is performed by adding a dopant substance from the beginning in a vapor phase growth method such as the MOCVD method.
[0012]
An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor that does not require annealing at high temperatures and does not require formation of a cap layer.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor according to the present invention comprises the steps of: growing a gallium nitride-based compound semiconductor having a p-layer region formed thereon by a vapor phase growth method; A p-type impurity is implanted into the p-layer region, and thereafter the p-type impurity is activated by heating to 200 ° C. or more in an inert gas atmosphere.
[0014]
Here, after a p-type impurity is implanted into the p-layer region, a metal additive is implanted by ion implantation into a part of the p-layer region into which the p-type impurity has been implanted. By performing the above heating, the p-type impurity and the metal additive can be activated.
[0015]
Further, as the metal additive, any one material selected from In, Al, and W can be used.
[0016]
Further, a photo-excitation method using infrared light irradiation is used as a heating method, and only the p-layer region can be activated.
[0017]
In addition, any one material selected from Mg, Ca, and Zn can be used as the p-type impurity.
[0018]
The p-layer region is a p-type GaN layer, or a p-type GaN layer and a p-type Ga 1-a Al a It may be composed of a multilayer film composed of N layers (where 0 <a ≦ 1).
[0019]
Next, in the second method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor of the present invention, after growing a gallium nitride-based compound semiconductor having a p-layer region formed by a vapor phase growth method, the p-layer region is formed by ion implantation. Type impurity is implanted, and then a current confinement region is formed by implanting an inactive impurity by ion implantation into a part of the p-layer region into which the p-type impurity has been implanted. By heating to a temperature of 200 ° C. or more inside, the p-type impurity and the inactivating impurity are reacted, and the current confining region is subjected to a high resistance treatment.
[0020]
Here, a photoexcitation method using infrared light irradiation is used as a heating method, and only the p-layer region can be activated.
[0021]
In addition, any one material selected from Mg, Ca, and Zn can be used as the p-type impurity.
[0022]
The p-layer region includes a p-type GaN layer and a p-type Ga layer. 1-a Al a It may be composed of a multilayer film composed of N layers (where 0 <a ≦ 1).
[0023]
Next, in order to achieve the above object, a third method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor according to the present invention comprises the steps of: growing a gallium nitride-based compound semiconductor on which an n-layer region is formed; An n-type impurity is implanted into the n-layer region by an implantation method, and thereafter, the n-type impurity is activated by heating to 200 ° C. or more in an inert gas atmosphere.
[0024]
Here, after an n-type impurity is implanted into the n-layer region, a metal additive is implanted by ion implantation into a part of the n-layer region into which the n-type impurity has been implanted. By performing the heating described above, the activation treatment of the n-type impurity and the metal additive can be performed.
[0025]
Further, as the metal additive, any one material selected from In or Al can be used.
[0026]
In addition, a light excitation method using infrared light irradiation is used as a heating method, and only the n-layer region can be activated.
[0027]
Further, Si can be used as the n-type impurity.
[0028]
The n-layer region includes an n-type GaN layer and an n-type Ga 1-a Al a It may be composed of a multilayer film composed of N layers (where 0 <a ≦ 1).
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing a manufacturing process of a p-type gallium nitride-based compound semiconductor according to a first embodiment of the present invention.
[0030]
As shown in FIG. 1A, an n-type cladding layer 102 made of GaAlN and an n-type guide layer made of GaN are formed on a substrate 101 made of, for example, n-type GaN by a vapor growth method such as MOCVD or MBE. 103, a light emitting layer (or active layer) 104 made of, for example, InGaN is sequentially laminated with a predetermined thickness.
[0031]
More specifically, the carrier gas H is applied to the substrate 101 at a low temperature of 400 to 700 ° C. 2 Together with TMG, ammonia, and silane (SiH 4 ), A source gas of TMA (trimethylaluminum) is added to the reaction vessel, and n-type Ga containing n-type dopant Si is added. x Al 1-x An n-type cladding layer 102 made of N (0 ≦ x <1) is formed. Next, by stopping the supply of TMA, an n-type guide layer 103 made of n-type GaN containing n-type dopant Si is formed.
[0032]
Next, a material whose band gap energy is smaller than the band gap energy of the cladding layer, for example, TMI is introduced instead of the above-described TMA, and In is introduced. y Ga 1-y A light emitting layer (or active layer) 104 made of N (0 <y ≦ 1) is formed.
[0033]
Next, as shown in FIG. 1A, a non-doped Ga is formed on the surface of the light emitting layer 104 by using a vapor phase growth method such as the MOCVD method or the MBE method described above. 1-a Al a An N (0 <a ≦ 1) layer 105 and a non-doped GaN layer 106 are sequentially formed on the surface of the GaAlN layer 105 with a predetermined thickness.
[0034]
More specifically, the same source gas as the gas used in forming the above-described n-type cladding layer 102 except for silane is introduced into the reaction vessel, and non-doped Ga 1-a Al a An N (0 <a ≦ 1) layer 105 is vapor-phase grown. Next, TMA is removed from the source gas, and the carrier gas H 2 , TMG, and ammonia are supplied to the reaction vessel as source gases, and the non-doped GaN layer 106 is vapor-phase grown.
[0035]
The non-doped GaAlN layer 105 becomes a p-type clad layer by doping a p-type dopant later, and the non-doped GaN layer 106 becomes a p-type contact layer by doping the p-type dopant later. It is what becomes.
[0036]
That is, conventionally, when the above-described vapor phase growth method is performed, for example, the same source gas as that used when forming the above-described n-type cladding layer 102 is used, and the impurity source gas is converted from silane to p-type. A p-type cladding layer or the like already doped with a p-type dopant (for example, Mg) is grown by replacing with a mold doping gas (for example, cyclopentadienylmagnesium). As described above, the GaAlN layer 105 and the GaN layer 106 are each a non-doped layer and are not doped with a p-type dopant. Therefore, at the stage of performing epitaxial growth by a vapor phase growth method, the GaAlN layer 105 and the GaN layer 106 are , Respectively, are not p-type. Note that a p-layer region 107 is constituted by the GaAlN layer 105 and the GaN layer 106.
[0037]
Here, in the method of manufacturing a p-type gallium nitride-based compound semiconductor according to the present invention, when the p-layer region 107 composed of the non-doped GaAlN layer 105 and the non-doped GaN layer 106 is made to be p-type, Is implanted with a p-type dopant by ion implantation, and thereafter, the p-layer region 107 is irradiated with infrared light.
[0038]
That is, as shown in FIG. 1B, after the non-doped GaN layer 106 is formed from the n-type cladding layer 102 on the substrate 101 by the above-mentioned vapor phase growth method, the non-doped GaAlN layer 105 and the non-doped GaN layer 106 are formed. Then, Mg as a p-type dopant is implanted by an ion implantation method.
[0039]
More specifically, after a source gas containing Mg, which is an injection substance, is turned into plasma by arc discharge, ions of the injection substance are separated by a mass spectrometer, and the ions are applied to a non-doped GaAlN layer 105 and a non-doped GaN layer 106 at an accelerating voltage. Drive in at 50 to 200 KeV. The depth of the impurity distribution can be controlled by the implantation energy, and the amount of the added impurity (dose) can be controlled by the ion current.
[0040]
According to the above steps, in the present embodiment, the non-doped GaAlN layer 105 and the non-doped GaN layer 106 epitaxially grown by the vapor growth method are subjected to the vapor growth method, and then the p-type dopant Mg is ionized. In the process of growing a gallium nitride-based compound semiconductor layer using a vapor phase growth method, atomic hydrogen generated by decomposition of ammonia used as an N source is combined with Mg doped as an impurity because the implantation is performed by an implantation method. There is no.
[0041]
Therefore, even if annealing at a high temperature for thermally dissociating hydrogen bonded in the form of Mg—H is not performed as in the related art, the action of Mg as a p-type impurity as an acceptor is prevented. No adverse effects will occur.
[0042]
Further, as described above, since annealing at a high temperature of 700 to 800 ° C. is unnecessary, a GaN layer (decomposition temperature at normal pressure is 840 ° C.) or an InGaN layer (decomposition temperature at normal pressure is 550 ° C.) Since the inconvenience of thermal decomposition does not occur, it is not necessary to form a cap layer (or a protective layer) made of, for example, GaN on a gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with a p-type impurity. Therefore, the inconvenience that the cap layer must be removed after separately forming the cap layer and performing the annealing does not occur.
[0043]
Next, it is necessary to activate the Mg implanted by the above-described ion implantation method. The activation method is, as shown in FIG. 1 (c), performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen. This is achieved by irradiating only the implanted p-layer region 107 with infrared light and heating it to 200 ° C. or higher by photoexcitation.
[0044]
By performing this infrared light irradiation, Mg which is a p-type dopant introduced into the p-layer region 107 is activated, so that the non-doped GaAlN layer 105 into which the Mg is implanted becomes p-type Ga 1-a Al a In the p-type cladding layer 132 made of N (where 0 <a ≦ 1), the non-doped layer 106 becomes a p-type contact layer 133 made of p-type GaN, and the p-layer region 107 becomes p-type Ga 1-a Al a It is constituted by a multilayer film composed of the N layer 132 (where 0 <a ≦ 1) and the p-type GaN layer 133.
[0045]
Here, as the infrared light, an infrared lamp using a halogen lamp or CO 2 2 A laser (10.5 μm infrared laser) is used. As a method of activation by light excitation, there is a method of using ultraviolet light. In the method of using ultraviolet light, since ultraviolet light has a short wavelength (400 nm) and a large energy, MOCVD is used for light irradiation. Disadvantageously, In of the InGaN layer formed by the vapor deposition method such as the method is decomposed.
[0046]
On the other hand, when infrared light is used, the wavelength of the infrared light is longer than the ultraviolet light and the energy is small, so that such a problem does not occur.
[0047]
Further, the reason why the heating temperature by infrared light irradiation is as low as 200 ° C. is that the temperature at which activation of Mg as a p-type dopant is started is 200 ° C.
[0048]
That is, in the present embodiment, as described above, atomic hydrogen generated by decomposition of ammonia used as an N source does not combine with Mg doped as an impurity, and therefore, at a high temperature of 700 to 800 ° C. It is not necessary to perform annealing, and it is only necessary to activate Mg, which is an implanted p-type dopant. However, H that is dissociated from Mg by the above-described annealing generally performed is not necessary. + However, since the temperature at which bonding with ammonia starts again is 200 ° C., it can be said that there is no adverse effect that the action of Mg as an acceptor is hindered only by heating to 200 ° C. by photoexcitation by infrared light irradiation. Because.
[0049]
Further, the p-layer region 107 where photoexcitation is performed has a thickness of several μm, so that there is no need to heat the entire substrate, and a nitride compound such as GaN or GaAlN is transparent and transmits light. This is because, in order to activate the Mg in the p-layer region 107 into which the dopant Mg has been implanted, it is sufficient to heat the substrate at a low temperature of 200 ° C. at which activation of Mg is started by irradiation with infrared light.
[0050]
As described above, according to the present invention, after the non-doped GaN layer 106 is formed from the n-type clad layer 102 on the substrate 101 by the vapor phase growth method, the p-type layer composed of the non-doped GaAlN layer 105 and the non-doped GaN layer 106 is formed. Mg, which is a p-type dopant, is implanted into the layer region 107 by an ion implantation method, and then the p-layer region 107 is irradiated with low-energy infrared light to activate the Mg, which is a p-type dopant. Can be achieved.
[0051]
Therefore, the p-type dopant can be activated at a low heating temperature of 200 ° C., and the heat energy loss can be reduced.
[0052]
Further, since light irradiation is used for activating the dopant, a large area can be activated at a high speed, and the productivity can be improved.
[0053]
In addition, in a vapor phase growth method such as the MOCVD method, since the epitaxial growth is not performed by adding a dopant substance from the beginning, atomic hydrogen generated by the decomposition of ammonia used as an N source is doped with Mg doped as an impurity. No binding.
[0054]
Accordingly, there is no need to perform annealing performed at a high temperature of 700 to 800 ° C., and it is not necessary to separately form a cap layer, so that the manufacturing process of the gallium nitride-based compound semiconductor can be simplified.
[0055]
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view showing a manufacturing process of a p-type gallium nitride-based compound semiconductor according to a second embodiment of the present invention.
[0056]
In the present embodiment, the current confinement layer is formed, and its manufacturing method is characterized. The manufacturing method will be described below.
[0057]
First, as shown in FIG. 2A, an n-type cladding layer 102 made of GaAlN and an n-type GaN made of GaN are formed on a substrate 101 made of, for example, n-type GaN by a vapor growth method such as MOCVD or MBE. A guide layer 103, for example, a light-emitting layer (or active layer) 104 made of InGaN, a non-doped GaN layer 108, a non-doped GaAlN layer 105, and a non-doped GaN layer 106 are sequentially stacked at a predetermined thickness. The non-doped GaN layer 108, the non-doped GaAlN layer 105, and the non-doped GaN layer 106 form a p-layer region 110.
[0058]
Next, as shown in FIG. 2B, Mg as a p-type dopant is implanted into the p-layer region 110 by the same ion implantation method as in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 2C, of the portion where the current constriction layer is formed, the proton (H + ) Is implanted by ion implantation to form a current confinement region 139.
[0059]
Next, as shown in FIG. 2D, similarly to the first embodiment, the p-layer region 110 is irradiated with infrared light in an inert gas atmosphere such as nitrogen, and 200 ° C. by photoexcitation. Activation is performed by heating as described above, and p-type Ga 1-a Al a A p-type cladding layer 132 made of N (where 0 <a ≦ 1), a p-type contact layer 133 made of p-type GaN, and a p-type guide layer 135 made of p-type GaN are formed. Is caused, the resistance of the current confinement region 139 is increased, and the current confinement layer 109 is formed. After the infrared irradiation, p-type Ga 1-a Al a The p-layer region 110 is constituted by a multilayer film including the N layer 132 (where 0 <a ≦ 1) and the p-type GaN layers 133 and 135.
[0060]
Here, the present embodiment is characterized in that a current constriction layer having a high resistance at a low temperature can be formed.
[0061]
That is, when increasing the resistance, Mg + NH is used to make Mg + NH. 3 → Mg-H + NH 2 Is generally used to increase the resistance by combining Mg and hydrogen. However, in this method, the above-mentioned reaction occurs at a high temperature, so that already grown GaN or InGaN is thermally decomposed. This causes a problem that the crystallinity is deteriorated.
[0062]
On the other hand, in the present embodiment, as described above, Mg and protons are previously implanted into the current confinement region 139 by the ion implantation method, and are close to each other. The energy required to raise the energy may be smaller than the conventional method of reacting Mg and ammonia. As a result, in the present embodiment, even if the temperature is increased to 200 ° C. or more using the photo-excitation method by infrared irradiation. If this is the case, it becomes possible to easily cause a bonding reaction between Mg and protons.
[0063]
As described above, in the present invention, in addition to the effects described in the first embodiment, the problem of deterioration in crystallinity due to thermal decomposition of already grown GaN or InGaN is avoided by using a photoexcitation method using infrared irradiation. In addition to the above, the process for increasing the resistance of the current constriction region can be easily performed.
[0064]
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 3 is an explanatory sectional view showing a manufacturing process of a p-type gallium nitride-based compound semiconductor according to a third embodiment of the present invention.
[0065]
In the present embodiment, a p-type InGaN layer is formed and has a feature in its manufacturing method. The manufacturing method will be described below.
[0066]
First, as shown in FIG. 3A, an n-type cladding layer 102 made of GaAlN and an n-type cladding layer made of GaN are formed on a substrate 101 made of, for example, n-type GaN by a vapor growth method such as MOCVD or MBE. A guide layer 103, for example, a light emitting layer (or active layer) 104 made of InGaN, and a non-doped GaN layer 106 are sequentially laminated at a predetermined thickness.
[0067]
In the present embodiment, the p-layer region 125 has a single-layer structure including the non-doped GaN layer 106.
[0068]
Next, as shown in FIG. 3B, Mg as a p-type dopant is implanted into the non-doped GaN layer 106 by the same ion implantation method as in the first embodiment. Next, as shown in FIG. 3C, In or Al is ion-implanted into a region 115 which is a part of the GaN layer 106 into which Mg has been implanted (a region other than the center of the GaN layer 106). inject.
[0069]
Next, as shown in FIG. 3D, in the same manner as in the first embodiment, infrared light is applied to the GaN layer 106 into which Mg and In (or Al) have been injected in an inert gas atmosphere such as nitrogen. Is activated by heating to 200 ° C. or more by photoexcitation to form a p-type GaN layer 133 and a p-type InGaN layer (or AlGaN layer) 136.
[0070]
Therefore, in the present embodiment, the p-layer region 125 is constituted by the p-type GaN layer 133.
[0071]
Here, the present embodiment is characterized in that the impact buffer layer and the band gap adjusting layer can be formed at high speed and with high accuracy.
[0072]
That is, conventionally, a p-type electrode made of Au or the like is provided on a contact layer made of p-type GaN, and wire bonding is performed when the p-type electrode is connected to a peripheral device by an Au wire or the like. Mechanical stress is transmitted from the p-type electrode to the light-emitting layer (or the active layer) via the p-type contact layer and the p-type clad layer, causing a decrease in output of the light-emitting layer. .
[0073]
On the other hand, in the present embodiment, as described above, In (or Al) is implanted into a part of the GaN layer 106 implanted with Mg by ion implantation, and then irradiated with infrared light, and 200 ° C. By heating as described above, the injected In (or Al) is activated, and a p-type InGaN layer (or AlGaN layer) 136 containing soft In (or Al) is formed on the light emitting layer 104. Therefore, the InGaN layer (or AlGaN layer) 136 functions as an impact buffer layer.
[0074]
Therefore, the mechanical stress during the wire bonding is not transmitted to the light emitting layer (or the active layer), and the output of the light emitting layer (or the active layer) can be prevented from being reduced.
[0075]
Further, in this embodiment, the p-type InGaN layer (or AlGaN layer) 136 can be formed on the light emitting layer 104 by the above-described ion implantation method and infrared irradiation, and the p-type InGaN layer can be formed. The (or AlGaN layer) 136 functions as a cladding layer (or a band gap layer) of the light emitting layer 104.
[0076]
That is, since a layer having a large band gap energy can be partially formed and activated by ion implantation, carriers (in this case, holes) can be more accurately confined in the present embodiment. It can be said that the cladding layer can be formed at high speed and with high accuracy and the economic efficiency is improved as compared with the conventional method of forming the cladding layer by a vapor phase growth method such as MOCVD. Further, the p-type InGaN layer (or AlGaN layer) 136 also functions as a crack prevention layer.
[0077]
In addition, the ion implantation makes it possible to control the band gap and the refractive index of the cladding layer with high accuracy. For example, in the above embodiment, a p-type InGaN layer (or AlGaN) in which In (or Al) is ion-implanted into the p-type GaN layer 133 (band gap energy is 3.4 eV and refractive index is 2.67). The layer 136 has a band gap energy of 2.7 eV (3.9 eV for an AlGaN layer) and a refractive index of 2.86 (2.6 for an AlGaN layer).
[0078]
As described above, in the present invention, in addition to the effects described in the first embodiment, it is possible to avoid a problem of a decrease in output of the light emitting layer due to transmission of mechanical stress during wire bonding to the light emitting layer. And a cladding layer can be formed at high speed and with high accuracy.
[0079]
In the above embodiment, In (or Al) is implanted into a part of the GaN layer 106 implanted with Mg by ion implantation, and then irradiated with infrared light and heated to 200 ° C. or more by light excitation. Of the implanted In was performed, but instead of In (or Al), W (tungsten) was implanted, and the W was activated by infrared irradiation to form a high resistance layer. It is good also as composition.
[0080]
Further, in FIG. 3C, In (or Al) ions are implanted into a region other than the central portion of the GaN layer 106, but as shown in FIG. In (or Al) ion implantation may be performed on a certain 116 region.
[0081]
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 5 is an explanatory sectional view showing a manufacturing process of an n-type gallium nitride-based compound semiconductor according to a fourth embodiment of the present invention.
[0082]
As shown in FIG. 5A, for example, a non-doped GaN layer 120 made of GaN and a non-doped GaAlN layer 141 made of GaAlN are formed on a substrate 101 made of n-type GaN by a vapor growth method such as MOCVD or MBE. Are sequentially laminated at a predetermined thickness.
[0083]
More specifically, first, carrier gas H is applied to substrate 101 at a low temperature of 400 to 700 ° C. 2 At the same time, the non-doped GaN layer 120 is formed by supplying TMG and ammonia. Next, a source gas of TMA (trimethylaluminum) is added to the reaction vessel, and non-doped Ga is added. 1-a Al a An N layer (where 0 <a ≦ 1) 141 is formed.
[0084]
Here, the non-doped GaN layer 120 becomes an n-type contact layer by being doped with an n-type dopant later, and the non-doped GaAlN layer 141 is later doped with an n-type dopant. It becomes an n-type cladding layer.
[0085]
That is, conventionally, when performing the above-mentioned vapor phase growth method, for example, the source gas used when forming the above-mentioned non-doped GaN layer 120 and the non-doped GaAlN layer 141 is replaced with an n-type impurity source gas. By adding a doping gas (for example, silane), an n-type contact layer or an n-type cladding layer already doped with an n-type dopant (for example, Si) is grown. In this embodiment, as described above, The GaN layer 120 and the GaAlN layer 141 are each a non-doped layer and are not doped with an n-type dopant. Therefore, at the stage of performing epitaxial growth by the vapor phase growth method, the GaN layer 120 and the GaAlN layer 141 This means that it is not n-type.
[0086]
The GaN layer 120 and the GaAlN layer 141 form an n-layer region 122.
[0087]
Here, in the method of manufacturing an n-type gallium nitride-based compound semiconductor of the present invention, when the n-layer region 122 composed of the non-doped GaN layer 120 and the non-doped GaAlN layer 141 is made n-type, first, the n-layer region 122 In this case, an n-type dopant is implanted by ion implantation, and thereafter, the n-layer region 122 is irradiated with infrared light.
[0088]
That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 5B, after the non-doped GaN layer 120 and the non-doped GaAlN layer 141 are formed on the substrate 101 by the above-described vapor deposition method, the non-doped GaN layer 120 and the non-doped GaN layer Si, which is an n-type dopant, is implanted into the n-layer region 122 composed of the GaAlN layer 141 by an ion implantation method.
[0089]
More specifically, after a source gas containing Si as an injection substance is turned into plasma by arc discharge, ions of the injection substance are separated by a mass spectrometer, and the ions are supplied to a non-doped GaN layer 120 and a non-doped GaAlN layer 141 by an accelerating voltage. Drive in at 50 to 200 KeV. The depth of the impurity distribution can be controlled by the implantation energy, and the amount of the added impurity (dose) can be controlled by the ion current.
[0090]
Next, it is necessary to activate the Si implanted by the above-described ion implantation method. As a method of the activation, as shown in FIG. This is achieved by irradiating only the implanted n-layer region 122 with infrared light and heating it to 200 ° C. or higher by light excitation. By performing this infrared light irradiation, Si, which is an n-type dopant introduced into the n-layer region 122, is activated. Therefore, the non-doped GaN layer 120 into which the Si is implanted is made of n-type GaN. The non-doped GaAlN layer 141 has an n-type Ga 1-a Al a The n-type cladding layer 123 is formed of N (where 0 <a ≦ 1). 1-a Al a It is composed of an N layer 123 (where 0 <a ≦ 1) and an n-type GaN layer 121.
[0091]
Here, as the infrared light, similarly to the first embodiment, an infrared lamp using a halogen lamp or CO 2 2 A laser (10.5 μm infrared laser) is used. Further, the reason that the heating temperature by infrared light irradiation is as low as 200 ° C. is because the temperature at which the activation of Si as an n-type dopant is started is 200 ° C., similarly to the activation temperature of Mg as a p-type dopant. is there. That is, in a vapor phase growth method such as the MOCVD method, in a conventional method in which a dopant substance is added from the beginning and epitaxial growth is performed, in order to activate a p-type dopant and activate Si which is an n-type dopant, Although the entire gallium nitride-based compound semiconductor must be annealed at a high temperature of 700 to 800 ° C., in this embodiment, the injected n is only required to be heated to 200 ° C. by photoexcitation by infrared light irradiation. Si, which is a type dopant, can be activated. Further, the n-layer region 122 in which photoexcitation is performed has a thickness of several μm, so that it is not necessary to heat the entire substrate, and a nitride compound such as GaN or GaAlN is transparent and transmits light. This is because, in order to activate the Si in the n-layer region 122 into which Si as a dopant has been implanted, heating may be performed at a low temperature of 200 ° C. at which activation of Si is started by irradiation with infrared light.
[0092]
As described above, according to the present invention, the n-layer region 122 composed of the non-doped GaN layer 120 and the non-doped GaAlN layer 141 formed on the substrate 101 is vapor-deposited by the ion implantation method. By implanting Si as a type dopant and then irradiating the n-layer region 122 with low-energy infrared light, activation of Si as an n-type dopant can be achieved. Accordingly, the n-type dopant can be activated at a low heating temperature of 200 ° C., and the heat energy loss can be reduced. Further, since light irradiation is used for activating the dopant, a large area can be activated at a high speed, and the productivity can be improved.
[0093]
Further, as described above, since annealing performed at a high temperature of 700 to 800 ° C. is unnecessary, the inconvenience of thermal decomposition of the already grown GaN layer (decomposition temperature at normal pressure is 840 ° C.) does not occur, and n-type There is no need to form a cap layer (or a protective layer) made of, for example, GaN on the gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with impurities. Therefore, there is no inconvenience that the cap layer must be removed after separately forming the cap layer and performing the annealing, so that the manufacturing process of the gallium nitride-based compound semiconductor can be simplified.
[0094]
As shown in FIG. 6, a non-doped GaN layer 142 is formed on the surface of the non-doped GaAlN layer 141 shown in FIG. However, an n-type dopant such as Si may be implanted by an ion implantation method.
[0095]
The non-doped GaN layer 142 into which the Si is implanted activates the n-type dopant Si by irradiating infrared light, and becomes an n-type guide layer made of n-type GaN. Ga 1-a Al a It is composed of an N layer 123 (where 0 <a ≦ 1), an n-type GaN layer 121 and an n-type GaN layer serving as an n-type guide layer.
[0096]
Also in this case, the same effects as those described in the fourth embodiment shown in FIGS. 5A to 5C can be obtained.
[0097]
After the Si implantation shown in FIG. 5B is performed, as shown in FIG. 7, the central region of the GaAlN layer 141 into which Si has been implanted is ion-implanted with In (or Al). May be injected. Also in this case, similarly to the case of FIG. 3D, the GaAlN layer 141 into which Si and In (or Al) are implanted is irradiated with infrared light in an inert gas atmosphere such as nitrogen, and 200 μm by light excitation. By heating to a temperature equal to or higher than ° C., Si and In (or Al) are activated, and an n-type InGaAlN layer (or AlGaN layer) 127 can be formed.
[0098]
In this case, in addition to the effects described in the fourth embodiment shown in FIGS. 5A to 5C, the n-type InGaAlN layer (or AlGaN layer) 127 is formed by the above-described ion implantation method and infrared irradiation. And the n-type InGaAlN layer (or AlGaN layer) 127 functions as a cladding layer (or band gap layer) of the light emitting layer (or active layer).
[0099]
That is, since a layer having a large band gap energy can be partially formed and activated by ion implantation, carriers (in this case, electrons) can be more accurately confined in the present embodiment. It can be said that the clad layer can be formed at a higher speed and with higher accuracy than in the conventional method in which the clad layer is formed by a vapor phase growth method such as the MOCVD method, and the economic efficiency is improved.
[0100]
Further, the n-type InGaAlN layer (or AlGaN layer) 127 also functions as a crack prevention layer.
[0101]
Also, as in the third embodiment described with reference to FIGS. 3A to 3D, the ion implantation can control the band gap and the refractive index of the cladding layer with high accuracy.
[0102]
As shown in FIG. 8, after performing the Si implantation shown in FIG. 6, In (or Al) is implanted by ion implantation into the central region of the GaN layer 142 into which Si has been implanted. It is good also as composition.
[0103]
Also in this case, similarly to the case of FIG. 3D, the GaN layer 142 into which Si and In (or Al) are injected is irradiated with infrared light in an inert gas atmosphere such as nitrogen, By heating to a temperature equal to or higher than 0 ° C., activation of Si and In (or Al) can be performed, and an n-type InGaN layer (or AlGaN layer) 126 can be formed, and the same effect as that described in FIG. The effect can be obtained.
[0104]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made based on the gist of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0105]
For example, in the embodiment of the present invention, a method of manufacturing a GaN-based compound semiconductor has been described. However, other semiconductor materials, for example, a material in which part or all of N of InGaAlN is replaced with As and / or P, or GaAs The present invention can also be applied to a semiconductor light emitting device using a compound semiconductor.
[0106]
Further, in the embodiment of the present invention, Mg has been described as an example of the p-type dopant, but a p-type dopant such as Ca or Zn may be used.
[0107]
Further, in the embodiment of the present invention, in order to describe the structure of the GaN-based light emitting device, for convenience, the substrate is located on the lower layer side, and the GaN-based crystal layer is stacked thereon, and the lower layer side is n-type. Although the description has been made on the assumption that the upper layer side is p-type, the configuration may be such that the n-type is upper layer side and the p-type is lower layer side.
[0108]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor of the present invention, after forming each layer on a substrate by a vapor phase growth method, p-type or n-type dopant is ion-implanted. By implanting and irradiating with low-energy infrared light, activation of a p-type or n-type dopant can be achieved. Therefore, the p-type or n-type dopant can be activated at a low heating temperature of 200 ° C., and the heat energy loss can be reduced. Further, since light irradiation is used for activating the dopant, a large area can be activated at a high speed, and the productivity can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a process for manufacturing a p-type gallium nitride-based compound semiconductor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a p-type gallium nitride-based compound semiconductor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory sectional view showing a manufacturing process of a p-type gallium nitride-based compound semiconductor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view showing a modification of the manufacturing process of the p-type gallium nitride-based compound semiconductor according to the third embodiment.
FIG. 5 is an explanatory sectional view showing a manufacturing process of an n-type gallium nitride-based compound semiconductor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory sectional view showing a modification of the manufacturing process of the n-type gallium nitride-based compound semiconductor according to the fourth embodiment.
FIG. 7 is an explanatory sectional view showing a modification of the manufacturing process of the n-type gallium nitride-based compound semiconductor according to the fourth embodiment.
FIG. 8 is an explanatory sectional view showing a modification of the manufacturing process of the n-type gallium nitride-based compound semiconductor according to the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
101: Substrate
102: n-type cladding layer
103: n-type guide layer
104: light emitting layer (or active layer)
107, 110, 125: p-layer region
109: current confinement layer
121: n-type contact layer
122, 124: n-layer region
123: n-type cladding layer
126: n-type InGaN layer (or AlGaN layer)
127: n-type InGaAlN layer (or AlGaN layer)
132: p-type cladding layer
133: p-type contact layer
135: p-type guide layer
136: p-type InGaN layer (or AlGaN layer)
139: Current constriction region
