JP2006222225A - Method of manufacturing p-type nitride semiconductor and semiconductor apparatus - Google Patents

Method of manufacturing p-type nitride semiconductor and semiconductor apparatus Download PDF

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Nobukata Okano
展賢 岡野
Harunori Shiomi
治典 塩見
Muneyuki Kazetagawa
統之 風田川
Akira Omae
暁 大前
Sukeyuki Arimochi
祐之 有持
Takaaki Ami
隆明 網
Katsunori Yanashima
克典 簗嶋
Hironobu Narui
啓修 成井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a p-type nitride semiconductor capable of activating p-type impurities while controlling the shortage of nitrogen, and to provide a method of manufacturing a semiconductor apparatus using it. <P>SOLUTION: After forming a nitride semiconductor 12 including p-type impurities, the p-type impurities are activated by heat treatment in atmosphere containing such a halogenated nitrogen gas as NF<SB>3</SB>. Since the halogenated nitrogen gas is decomposed at low temperature of 200°C or less so that nitrogen and halogen may be produced, the discharge of hydrogen can be promoted by making halogen draw hydrogen contained in the nitride semiconductor 12, while enabling it to suppress the coming-off of nitrogen from the nitride semiconductor 12 caused by nitrogen. Therefore, the p-type impurities can be activated, while controlling the shortage of nitrogen. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、p型不純物を活性化する工程を含むp型窒化物半導体の製造方法およびそれを用いた半導体素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a p-type nitride semiconductor including a step of activating p-type impurities, and a method for manufacturing a semiconductor element using the same.

GaN、AlGaN混晶、GaInN混晶、あるいはこれらにホウ素(B)を任意の量で添加した窒化物半導体は、量子カスケード構造や量子井戸構造を発光層に用いることで、遠赤外領域から紫外領域までの幅広い発光波長帯域を得ることができる発光素子の構成材料として、あるいは電子素子の構成材料として有望視されている。特に、窒化物半導体を用いた発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)については既に実用化が図られている波長帯域があり、大きな注目を集めている。また、窒化物半導体を用いた半導体レーザ(LD;Laser Diode )の実現も報告されており、光ディスク装置の光源を初めとした応用が期待されている。   GaN, AlGaN mixed crystals, GaInN mixed crystals, or nitride semiconductors added with any amount of boron (B) to these can be used from the far infrared region to the ultraviolet region by using a quantum cascade structure or quantum well structure for the light emitting layer. It is promising as a constituent material of a light-emitting element capable of obtaining a wide emission wavelength band up to a region or as a constituent material of an electronic element. In particular, light emitting diodes (LEDs) using nitride semiconductors have already been put into practical use and are attracting great attention. In addition, the realization of a semiconductor laser (LD; Laser Diode) using a nitride semiconductor has been reported, and applications such as a light source of an optical disk device are expected.

ところで、このような素子において優れた特性を得るためには、半導体に対して電極を良好にオーミック接触させ、接触抵抗を低くすることが重要である。例えば、n型半導体については、ケイ素(Si)などのn型不純物を添加することにより比較的高いキャリア濃度を得ることができるが、p型半導体については、マグネシウム(Mg)などのp型不純物を添加しても水素(H)と結合しているために活性化率が低く、十分なキャリア濃度を得ることが難しい。そこで、p型不純物を活性化する必要がある。   By the way, in order to obtain excellent characteristics in such an element, it is important that the electrode is satisfactorily in ohmic contact with the semiconductor to reduce the contact resistance. For example, for an n-type semiconductor, a relatively high carrier concentration can be obtained by adding an n-type impurity such as silicon (Si), but for a p-type semiconductor, a p-type impurity such as magnesium (Mg) is added. Even if it is added, since it is bonded to hydrogen (H), the activation rate is low, and it is difficult to obtain a sufficient carrier concentration. Therefore, it is necessary to activate the p-type impurity.

p型不純物を活性化する方法としては、窒素雰囲気中などにおいて400℃以上の温度で熱処理する方法(特許文献1参照)、真空中において電子線を照射する方法(特許文献2参照)、または窒素雰囲気中などにおいて高周波電界を印加する方法(特許文献3参照)などが報告されている。
特許第2540791号公報 特許第2587825号公報 特開2001−351925号公報
As a method for activating the p-type impurity, a method of performing heat treatment at a temperature of 400 ° C. or higher in a nitrogen atmosphere or the like (see Patent Document 1), a method of irradiating an electron beam in a vacuum (see Patent Document 2), or nitrogen A method of applying a high-frequency electric field in an atmosphere or the like (see Patent Document 3) has been reported.
Japanese Patent No. 2540791 Japanese Patent No. 2587825 JP 2001-351925 A

しかしながら、これらの方法によればp型不純物を活性化することはできるものの、p型活性化に時間を要したり、または、窒化物半導体から窒素(N)が抜けて結晶性が低下してしまう場合があるという問題があった。   However, although these methods can activate p-type impurities, it takes time for p-type activation, or nitrogen (N) escapes from the nitride semiconductor and crystallinity decreases. There was a problem that it might end.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、窒素の抜けを抑制しつつp型不純物を活性化することができるp型窒化物半導体の製造方法、およびそれを用いた半導体素子の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to produce a p-type nitride semiconductor capable of activating p-type impurities while suppressing escape of nitrogen, and a semiconductor using the same. The object is to provide a method for manufacturing an element.

本発明によるp型窒化物半導体の製造方法は、p型不純物を含む窒化物半導体について、ハロゲン化窒素ガスを含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行うものである。   The method for producing a p-type nitride semiconductor according to the present invention performs a process of activating a p-type impurity in an atmosphere containing a nitrogen halide gas for a nitride semiconductor containing a p-type impurity.

本発明による半導体素子の製造方法は、p型不純物を含む窒化物半導体について、ハロゲン化窒素ガスを含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行う工程を含むものである。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of performing a process of activating a p-type impurity in an atmosphere containing a nitrogen halide gas for a nitride semiconductor containing the p-type impurity.

本発明のp型窒化物半導体の製造方法および本発明による半導体素子の製造方法によれば、ハロゲン化窒素ガスを含有する雰囲気中でp型不純物を活性化するようにしたので、ハロゲン化窒素ガスが分解して生じた窒素により、窒化物半導体から窒素が抜けることを抑制することができる。また、ハロゲン化窒素ガスが分解して生じたハロゲンにより、窒化物半導体に含まれる水素を引き寄せて、水素の放出を促進させることができる。よって、窒素の抜けを抑制しつつ、p型不純物を活性化することができる。   According to the method for manufacturing a p-type nitride semiconductor of the present invention and the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a p-type impurity is activated in an atmosphere containing a nitrogen halide gas. It is possible to prevent nitrogen from being released from the nitride semiconductor due to the nitrogen generated by the decomposition of. In addition, the halogen generated by the decomposition of the nitrogen halide gas can attract hydrogen contained in the nitride semiconductor and promote the release of hydrogen. Therefore, the p-type impurity can be activated while suppressing the escape of nitrogen.

特に、ハロゲン化窒素ガスは低温でも分解するので、熱処理によりp型不純物を活性化する場合には、例えば600℃以下の低温においてもp型不純物を容易に活性化することができる。よって、窒素の抜けをより抑制することができると共に、熱による劣化が大きい層を有していても、その劣化を抑制することができる。従って、半導体素子の性能および信頼性を向上させることができる。   In particular, since the nitrogen halide gas is decomposed even at a low temperature, when the p-type impurity is activated by heat treatment, the p-type impurity can be easily activated even at a low temperature of, for example, 600 ° C. or lower. Therefore, it is possible to further suppress the escape of nitrogen, and it is possible to suppress the deterioration even when a layer having a large deterioration due to heat is included. Therefore, the performance and reliability of the semiconductor element can be improved.

また、ハロゲン化窒素ガスと不活性ガスとを含有する雰囲気中において処理するようにすれば、窒化物半導体の表面にハロゲン化物が形成されてしまうことを抑制することができる。   Further, if the treatment is performed in an atmosphere containing a nitrogen halide gas and an inert gas, it is possible to suppress the formation of a halide on the surface of the nitride semiconductor.

更に、ハロゲン化窒素ガス、またはハロゲン化窒素ガスおよび不活性ガスに加えて、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスのうちの少なくとも一方を含有する雰囲気中において処理するようにすれば、窒化物半導体結晶の種類に応じて、その結晶に含まれる水素を引き寄せる力を微妙に制御し、結晶外に水素または水素イオンを追い出すことができる。   Furthermore, if the treatment is performed in an atmosphere containing at least one of oxygen gas and carbon dioxide gas in addition to nitrogen halide gas or nitrogen halide gas and inert gas, the type of nitride semiconductor crystal Accordingly, the force of attracting hydrogen contained in the crystal can be finely controlled to drive out hydrogen or hydrogen ions out of the crystal.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1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における一工程を表すものである。なお、窒化物半導体というのは、ガリウム(Ga),アルミニウム(Al),インジウム(In)およびホウ素などからなる長周期型周期表の13族元素のうちの少なくとも1種と、窒素,ヒ素(As)およびリン(P)などからなる長周期型周期表の15族元素のうちの少なくとも窒素とを含むものを言う。具体的には、GaN、AlGaN混晶、GaInN混晶、AlGaInN混晶、GaNAs混晶、AlGaNAs混晶、GaInNAs混晶、AlGaInNAs混晶、あるいはこれらにホウ素を任意の量で添加した混晶などがある。   FIG. 1 shows one step in a method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to an embodiment of the present invention. Note that a nitride semiconductor means at least one of group 13 elements of a long-period periodic table made of gallium (Ga), aluminum (Al), indium (In), boron, and the like, nitrogen, arsenic (As ) And phosphorus (P), etc., and those containing at least nitrogen among group 15 elements of the periodic table. Specifically, there are GaN, AlGaN mixed crystal, GaInN mixed crystal, AlGaInN mixed crystal, GaNAs mixed crystal, AlGaNAs mixed crystal, GaInNAs mixed crystal, AlGaInNAs mixed crystal, or a mixed crystal obtained by adding an arbitrary amount of boron to these. is there.

まず、図1に示したように、例えば、サファイア(α−Al2 3 )よりなる基板11のc面に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により、マグネシウムなどのp型不純物を含む窒化物半導体12を成長させる。 First, as shown in FIG. 1, for example, magnesium is formed on the c-plane of the substrate 11 made of sapphire (α-Al 2 O 3 ) by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. The nitride semiconductor 12 containing the p-type impurity is grown.

その際、ガリウムの原料ガスには例えばトリメチルガリウム((CH3 3 Ga)あるいはトリエチルガリウム((C2 5 3 Ga)、アルミニウムの原料ガスには例えばトリメチルアルミニウム((CH3 3 Al)、インジウムの原料ガスには例えばトリメチルインジウム((CH3 3 In)、ホウ素の原料ガスには例えばトリメチルホウ素((CH3 3 B)、窒素の原料ガスには例えばアンモニア(NH3 )、マグネシウムの原料ガスには例えばビス=シクロペンタジエニルマグネシウム((C5 5 2 Mg)、メチルシクロペンタジエニルマグネシウム((CH3 )(C5 5 )Mg)あるいはエチルシクロペンタジエニルマグネシウム((C2 5 )(C5 5 )Mg)を用いる。 At that time, for example, trimethyl gallium ((CH 3 ) 3 Ga) or triethyl gallium ((C 2 H 5 ) 3 Ga) is used as a gallium source gas, and trimethyl aluminum ((CH 3 ) 3 Al is used as an aluminum source gas. ), For example, trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) for a source gas of indium, for example, trimethylboron ((CH 3 ) 3 B) for a source gas of boron, for example, ammonia (NH 3 ) for a source gas of nitrogen Examples of magnesium source gas include bis = cyclopentadienyl magnesium ((C 5 H 5 ) 2 Mg), methyl cyclopentadienyl magnesium ((CH 3 ) (C 5 H 5 ) Mg), or ethyl cyclopentadi Enilmagnesium ((C 2 H 5 ) (C 5 H 5 ) Mg) is used.

成長させた窒化物半導体12には水素原子が含まれており、この水素との結合によりp型不純物は活性化が阻害されている。なお、p型不純物としては、マグネシウムの他にも、ベリリウム(Be),カルシウム(Ca)または亜鉛(Zn)なども挙げられ、これらの2種以上を混合して用いてもよい。   The grown nitride semiconductor 12 contains hydrogen atoms, and activation of the p-type impurity is inhibited by the bond with the hydrogen. In addition to magnesium, examples of p-type impurities include beryllium (Be), calcium (Ca), and zinc (Zn), and a mixture of two or more of these may be used.

次いで、窒化物半導体12を、ハロゲン化窒素ガスを含有する雰囲気中において熱処理し、p型不純物を活性化する。その際、ハロゲン化窒素ガスは分解して窒素とハロゲンとを生じ、窒素により窒化物半導体12から窒素の抜けを抑制すると共に、ハロゲンにより窒化物半導体12に含まれる水素を引き寄せ、放出を促進させる。ハロゲン化窒素ガスは200℃以下の低温においても分解し、また、ハロゲンにより水素の放出を促進させることができるので、熱処理温度を600℃以下の低温としてもp型不純物は容易に活性化される。よって、熱処理によりp型不純物を活性化させる場合には、処理温度を高くするとp型不純物の活性化率は高いが、窒化物半導体12から窒素が抜けてしまい、処理温度を低くすると窒素の抜けは少なくなるが、p型不純物の活性化率は低下してしまうという問題があったが、ハロゲン化窒素ガスを用いることにより、処理温度を低くしてもp型不純物の活性化率を高めることができると共に、窒素の抜けを更に抑制することができる。   Next, the nitride semiconductor 12 is heat-treated in an atmosphere containing a nitrogen halide gas to activate p-type impurities. At that time, the nitrogen halide gas is decomposed to generate nitrogen and halogen, which suppresses the escape of nitrogen from the nitride semiconductor 12 by nitrogen and attracts the hydrogen contained in the nitride semiconductor 12 by the halogen to promote the release. . Nitrogen halide gas is decomposed even at a low temperature of 200 ° C. or lower, and the release of hydrogen can be promoted by halogen, so that the p-type impurity is easily activated even when the heat treatment temperature is as low as 600 ° C. or lower. . Therefore, when the p-type impurity is activated by heat treatment, the activation rate of the p-type impurity is high when the processing temperature is increased, but nitrogen is released from the nitride semiconductor 12, and when the processing temperature is lowered, the nitrogen is released. However, there is a problem that the activation rate of the p-type impurity decreases, but the activation rate of the p-type impurity can be increased even when the processing temperature is lowered by using a nitrogen halide gas. In addition, nitrogen escape can be further suppressed.

ハロゲン化窒素ガスとしては、例えば、三フッ化窒素(NF3 )ガス,三塩化窒素(NCl3 )ガスまたは三塩化臭素(NBr3 )ガスが挙げられる。ハロゲン化窒素ガスには、1種を単独で用いても2種以上を混合して用いてもよいが、中でもフッ化窒素ガスが好ましい。ハロゲンはいずれも電気陰性度の高い元素であるが、フッ素はハロゲンの中だけでなく他の元素に比べても最も電気陰性度が高いので、水素を引き寄せる力が大きいからである。 Examples of the halogenated nitrogen gas include nitrogen trifluoride (NF 3 ) gas, nitrogen trichloride (NCl 3 ) gas, and bromine trichloride (NBr 3 ) gas. As the halogenated nitrogen gas, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used, and among these, nitrogen fluoride gas is preferable. This is because halogen is an element having a high electronegativity, but fluorine has the highest electronegativity not only in the halogen but also in other elements, and therefore has a large power to attract hydrogen.

熱処理時の雰囲気はハロゲン化窒素ガスのみとしてもよいが、ハロゲン化窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスとした方が好ましく、その場合、ハロゲン化窒素ガスの濃度は例えば0.1mol%〜50mol%とすることが好ましい。ハロゲン化窒素ガスは微量でも上述した効果を得ることができ、また、ハロゲン化窒素ガスの濃度が高いと窒化物半導体12の表面にハロゲン化物の被膜が形成されてしまう場合もあるからである。不活性ガスとしては、窒素(N2 )ガス、ヘリウム(He)ガス、アルゴン(Ar)ガスあるいはネオン(Ne)ガスなどが挙げられ、中でも窒素ガスが汎用性の点からも好ましい。 The atmosphere during the heat treatment may be only nitrogen halide gas, but it is preferable to use a mixed gas of nitrogen halide gas and inert gas. In this case, the concentration of nitrogen halide gas is, for example, 0.1 mol% to 50 mol. % Is preferable. This is because the effects described above can be obtained even with a small amount of nitrogen halide gas, and if the concentration of the nitrogen halide gas is high, a film of halide may be formed on the surface of the nitride semiconductor 12. Examples of the inert gas include nitrogen (N 2 ) gas, helium (He) gas, argon (Ar) gas, and neon (Ne) gas. Among these, nitrogen gas is preferable from the viewpoint of versatility.

また、ハロゲン化窒素ガス、またはハロゲン化窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスに、酸素(O2 )ガスあるいは二酸化炭素(CO2 )ガスまたはその両方を混合してもよい。酸素ガスおよび二酸化炭素ガスも窒化物半導体12に含まれる水素を引き寄せる作用を有しているが、物質によりその力が異なるので、それを利用することにより、窒化物半導体12の結晶の種類に応じて、その結晶中の水素を引き寄せる力を微妙に制御することができるからである。この場合、酸素ガスまたは二酸化炭素ガスの濃度は、例えば0.1mol%〜50mol%とすることが好ましい。 In addition, oxygen (O 2 ) gas, carbon dioxide (CO 2 ) gas, or both may be mixed in a halogenated nitrogen gas or a mixed gas of a halogenated nitrogen gas and an inert gas. Oxygen gas and carbon dioxide gas also have an action of attracting hydrogen contained in the nitride semiconductor 12, but the force differs depending on the substance, so that it can be used depending on the type of crystal of the nitride semiconductor 12. This is because the force of attracting hydrogen in the crystal can be finely controlled. In this case, the concentration of oxygen gas or carbon dioxide gas is preferably 0.1 mol% to 50 mol%, for example.

熱処理温度は、例えば250℃以上600℃以下とすることが好ましく、処理時間は5分から60分程度とすることが好ましい。熱による劣化があまり大きくない窒化物半導体の場合にはこれよりも高い温度で処理してもよいが、熱による劣化が大きいインジウムを含有する窒化物半導体、例えばGaInN混晶、InN混晶、GaInNAs混晶、AlGaInNAs混晶、AlGaInN混晶、BGaInN混晶、BInN混晶、BInNAs混晶、BAlInN混晶、BAlGaInNAs混晶、あるいはBAlGaInN混晶などの場合には、このように低温とすることが好ましい。但し、温度をあまり低くするとp型不純物を活性化するのに時間がかかるので、500℃以上600℃以下の範囲内とすれば、処理時間も短くすることができるので好ましい。   The heat treatment temperature is preferably 250 ° C. or more and 600 ° C. or less, for example, and the treatment time is preferably about 5 to 60 minutes. In the case of a nitride semiconductor that is not significantly deteriorated by heat, it may be processed at a temperature higher than this, but a nitride semiconductor containing indium that is greatly deteriorated by heat, for example, GaInN mixed crystal, InN mixed crystal, GaInNAs In the case of a mixed crystal, an AlGaInNAs mixed crystal, an AlGaInN mixed crystal, a BGaInN mixed crystal, a BInN mixed crystal, a BInNAs mixed crystal, a BAlInN mixed crystal, a BAlGaInNAs mixed crystal, or a BAlGaInN mixed crystal, such a low temperature is preferable. . However, if the temperature is too low, it takes time to activate the p-type impurity, and therefore, if it is in the range of 500 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, the processing time can be shortened, which is preferable.

これにより、p型窒化物半導体がえられる。   Thereby, a p-type nitride semiconductor is obtained.

次に、このp型窒化物半導体の製造方法を用いた半導体素子の製造方法、具体的にはLEDあるいはLDなどの発光素子の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor element using this method for manufacturing a p-type nitride semiconductor, specifically, a method for manufacturing a light emitting element such as an LED or an LD will be described.

図2は本実施の形態に係るp型窒化物半導体の製造方法を用いて製造する発光素子の層構造を表すものである。まず、例えば、サファイアよりなる基板21を用意し、この基板21のc面上に、MOCVD法によりn型窒化物半導体層である各層をそれぞれ成長させる。具体的には、例えば、n型不純物であるケイ素を添加したn型GaNあるいはn型AlGaN混晶よりなるn型第1コンタクト層22、ケイ素を添加したn型GaInN混晶あるいはn型AlGaInN混晶よりなるn型第2コンタクト層23、ケイ素を添加したn型GaNあるいはn型AlGaN混晶よりなるn型クラッド層24、ケイ素を添加したn型GaN,n型GaInN混晶あるいはn型AlGaInN混晶よりなる第1ガイド層25を順次成長させる。なお、これらの少なくとも1層にホウ素を添加する場合もあり、第1ガイド層25はn型不純物を添加せずn型としない場合もある。また、n型第1コンタクト層22とn型第2コンタクト層23とはどちらか一方のみを形成するようにしてもよく、LEDの場合には、n型クラッド層24は形成しなくてもよい。   FIG. 2 shows a layer structure of a light-emitting element manufactured using the method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to the present embodiment. First, for example, a substrate 21 made of sapphire is prepared, and each layer that is an n-type nitride semiconductor layer is grown on the c-plane of the substrate 21 by MOCVD. Specifically, for example, an n-type first contact layer 22 made of an n-type GaN or n-type AlGaN mixed crystal to which silicon as an n-type impurity is added, an n-type GaInN mixed crystal or an n-type AlGaInN mixed crystal to which silicon is added. N-type second contact layer 23 made of silicon, n-type cladding layer 24 made of silicon-doped n-type GaN or n-type AlGaN mixed crystal, silicon-doped n-type GaN, n-type GaInN mixed crystal or n-type AlGaInN mixed crystal The first guide layer 25 made of these is sequentially grown. Note that boron may be added to at least one of these layers, and the first guide layer 25 may not be n-type without adding n-type impurities. Further, only one of the n-type first contact layer 22 and the n-type second contact layer 23 may be formed. In the case of an LED, the n-type cladding layer 24 may not be formed. .

次いで、n型窒化物半導体層の上に、例えば、MOCVD法により組成の異なるBx Aly Gaz In1-(x+y+z) N混晶層(但し、1≧x≧0、1≧y≧0、1≧z≧0、x+y+z=1)を組み合わせて積層した多重量子井戸構造を有する活性層26を成長させる。その際、少なくとも井戸層にはインジウムを添加する。 Then, on the n-type nitride semiconductor layer, for example, different B x compositions by MOCVD Al y Ga z In 1- (x + y + z) N mixed crystal layer (where, 1 ≧ x ≧ 0, 1 An active layer 26 having a multiple quantum well structure laminated by combining ≧ y ≧ 0, 1 ≧ z ≧ 0, x + y + z = 1) is grown. At that time, at least indium is added to the well layer.

続いて、活性層26の上に、例えばMOCVD法によりp型不純物を含む窒化物半導体層である各層をそれぞれ成長させる。具体的には、例えば、マグネシウムを添加したGaN,GaInN混晶あるいはn型AlGaInN混晶よりなる第2ガイド層27、マグネシウムを添加したAlGaN混晶あるいはn型AlGaInN混晶よりなるp型キャップ層(p型障壁層)28、マグネシウムを添加したGaNあるいはAlGaN混晶よりなるp型クラッド層29、マグネシウムを添加したGaNあるいはGaNAs混晶よりなるp型第1コンタクト層30、マグネシウムを添加したGaInN混晶,GaInNAs混晶あるいはAlGaInNAs混晶よりなるp型第2コンタクト層31を順次成長させる。なお、これらの少なくとも1層にホウ素を添加する場合もあり、第2ガイド層27はp型不純物を添加せずp型としない場合もある。また、p型第1コンタクト層30とp型第2コンタクト層31とはどちらか一方のみを形成するようにしてもよく、LEDの場合には、p型クラッド層29は形成しなくてもよい。   Subsequently, each layer, which is a nitride semiconductor layer containing a p-type impurity, is grown on the active layer 26 by, for example, MOCVD. Specifically, for example, a second guide layer 27 made of GaN, GaInN mixed crystal or n-type AlGaInN mixed crystal to which magnesium is added, a p-type cap layer made of AlGaN mixed crystal or n-type AlGaInN mixed crystal to which magnesium is added ( p-type barrier layer) 28, p-type cladding layer 29 made of GaN or AlGaN mixed crystal to which magnesium is added, p-type first contact layer 30 made of GaN or GaNAs mixed crystal to which magnesium is added, GaInN mixed crystal to which magnesium is added , GaInNAs mixed crystal or AlGaInNAs mixed crystal is sequentially grown. Note that boron may be added to at least one of these layers, and the second guide layer 27 may not be p-type without adding p-type impurities. Only one of the p-type first contact layer 30 and the p-type second contact layer 31 may be formed. In the case of an LED, the p-type cladding layer 29 may not be formed. .

そののち、上述したp型窒化物半導体の製造方法と同様にして、ハロゲン化窒素ガスを含有する雰囲気中において熱処理を行い、第2ガイド層27,p型キャップ層28,p型クラッド層29,p型第1コンタクト層30およびp型第2コンタクト層31に含まれるp型不純物を活性化させる。その際、井戸層がインジウムを含有する窒化物半導体により構成される活性層26は、熱による劣化が大きいが、本実施の形態によれば、600℃以下の低温で処理することができるので、劣化を抑制することができる。   Thereafter, in the same manner as in the above-described method for manufacturing a p-type nitride semiconductor, heat treatment is performed in an atmosphere containing a nitrogen halide gas, and the second guide layer 27, the p-type cap layer 28, the p-type cladding layer 29, The p-type impurities contained in the p-type first contact layer 30 and the p-type second contact layer 31 are activated. At that time, the active layer 26 in which the well layer is composed of a nitride semiconductor containing indium is greatly deteriorated by heat, but according to the present embodiment, it can be processed at a low temperature of 600 ° C. or lower. Deterioration can be suppressed.

更に、p型第2コンタクト層31の上に、後述するn側電極32の形成位置に対応してストライプ形状の図示しないレジストパターンを形成する。そののち、このレジストパターンをマスクとして例えばRIE(Reactive Ion etching;反応性イオンエッチング)法により、p型第2コンタクト層31,p型第1コンタクト層30,p型クラッド層29,p型キャップ層28,第2ガイド層27,活性層26,第1ガイド層25およびn型クラッド層24を順次選択的に除去し、n型第2コンタクト層23を露出させる。次いで、図示しないレジストパターンを除去し、露出させたn型第2コンタクト層23の上にn側電極32を形成する。また、p型第2コンタクト層31の上にp側電極33を形成する。これにより、図2に示した発光素子が完成する。   Further, a resist pattern (not shown) having a stripe shape is formed on the p-type second contact layer 31 in correspondence with a formation position of an n-side electrode 32 described later. Thereafter, the p-type second contact layer 31, the p-type first contact layer 30, the p-type cladding layer 29, and the p-type cap layer are formed by, for example, RIE (Reactive Ion Etching) using this resist pattern as a mask. 28, the second guide layer 27, the active layer 26, the first guide layer 25, and the n-type cladding layer 24 are selectively removed in order, and the n-type second contact layer 23 is exposed. Next, the resist pattern (not shown) is removed, and the n-side electrode 32 is formed on the exposed n-type second contact layer 23. A p-side electrode 33 is formed on the p-type second contact layer 31. Thereby, the light emitting element shown in FIG. 2 is completed.

このように本実施の形態によれば、ハロゲン化窒素ガスを含有する雰囲気中でp型不純物を活性化するようにしたので、ハロゲン化窒素ガスが分解して生じた窒素により、窒化物半導体から窒素が抜けることを抑制することができると共に、ハロゲン化窒素ガスが分解して生じたハロゲンにより、窒化物半導体に含まれる水素を引き寄せて、水素の放出を促進させることができる。また、ハロゲン化窒素ガスは低温でも分解するので、例えば600℃以下の低温においてもp型不純物を容易に活性化することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the p-type impurity is activated in the atmosphere containing the nitrogen halide gas, the nitrogen generated by the decomposition of the nitrogen halide gas causes the nitride semiconductor to be activated. The release of nitrogen can be suppressed, and the halogen generated by the decomposition of the nitrogen halide gas can attract the hydrogen contained in the nitride semiconductor and promote the release of hydrogen. Further, since the nitrogen halide gas is decomposed even at a low temperature, the p-type impurity can be easily activated even at a low temperature of, for example, 600 ° C. or lower.

よって、窒素の抜けを抑制することができると共に、熱による劣化が大きい層を有していても、その劣化を抑制することができる。特に、半導体素子の製造においては、p型窒化物半導体層を形成する前に、熱による劣化が大きい層が既に形成されている場合があるが、p型窒化物半導体層に限らず、他の層についても劣化を抑制することができる。従って、半導体素子の性能および信頼性を向上させることができる。   Therefore, it is possible to suppress the escape of nitrogen, and it is possible to suppress the deterioration even when a layer having a large deterioration due to heat is included. In particular, in the manufacture of a semiconductor device, there is a case where a layer that is greatly deteriorated by heat is already formed before forming the p-type nitride semiconductor layer. However, the present invention is not limited to the p-type nitride semiconductor layer. Degradation can also be suppressed for the layer. Therefore, the performance and reliability of the semiconductor element can be improved.

また、ハロゲン化窒素ガスと不活性ガスとを含有する雰囲気中において処理するようにすれば、窒化物半導体の表面にハロゲン化物が形成されてしまうことを抑制することができる。   Further, if the treatment is performed in an atmosphere containing a nitrogen halide gas and an inert gas, it is possible to suppress the formation of a halide on the surface of the nitride semiconductor.

更に、ハロゲン化窒素ガス、またはハロゲン化窒素ガスおよび不活性ガスに加えて酸素ガスおよび二酸化炭素ガスのうちの少なくとも一方を含有する雰囲気中において処理するようにすれば、窒化物半導体結晶の種類に応じて、その結晶に含まれる水素を引き寄せる力を微妙に制御し、結晶外に水素または水素イオンを追い出すことができる。   Furthermore, if the treatment is performed in an atmosphere containing at least one of a nitrogen halide gas or a nitrogen halide gas and an inert gas and at least one of an oxygen gas and a carbon dioxide gas, the type of nitride semiconductor crystal can be reduced. Accordingly, the force that attracts hydrogen contained in the crystal can be finely controlled to drive out hydrogen or hydrogen ions to the outside of the crystal.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、熱処理によりp型不純物を活性化させる場合について説明したが、他の方法によりp型不純物を活性化するようにしてもよい。p型不純物を活性化する他の方法としては、例えば、電子線を照射(特許文献2参照)または高周波電界の印加(特許文献3参照)があり、これらについてもハロゲン化窒素ガスを含有する雰囲気中において処理を行うようにすれば、窒化物半導体から窒素のが抜けることを抑制することができる。   While the present invention has been described with reference to the embodiment and examples, the present invention is not limited to the above embodiment and can be variously modified. For example, in the above embodiment, the case where the p-type impurity is activated by the heat treatment has been described. However, the p-type impurity may be activated by another method. Other methods for activating the p-type impurity include, for example, irradiation with an electron beam (see Patent Document 2) or application of a high-frequency electric field (see Patent Document 3), which also includes an atmosphere containing a nitrogen halide gas. If the treatment is performed inside, it is possible to suppress the escape of nitrogen from the nitride semiconductor.

また、上記実施の形態では、MOCVD法により窒化物半導体12を成長させる場合について説明したが、MBE(Molecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシー)法,MOMBE(Metal Organic Molecular Beam Epitaxy;有機金属分子線エピタキシー)法,ハイドライド気相成長法あるいはハライド気相成長法などの他の方法により形成するようにしてもよい。なお、ハイドライド気相成長法とはハイドライド(水素化物)が反応もしくは原料ガスの輸送に寄与する気相成長法のことであり、ハライド気相成長法とはハライド(ハロゲン化物)が反応もしくは原料ガスの輸送に寄与する気相成長法のことである。   In the above embodiment, the case where the nitride semiconductor 12 is grown by the MOCVD method has been described. However, the MBE (Molecular Beam Epitaxy) method, the MOMBE (Metal Organic Molecular Beam Epitaxy) method, and the like. It may be formed by other methods such as a method, a hydride vapor phase growth method or a halide vapor phase growth method. The hydride vapor phase growth method is a vapor phase growth method in which hydride (hydride) contributes to the reaction or transport of the source gas, and the halide vapor phase growth method is a reaction in which the halide (halide) is reacted or the source gas. It is a vapor phase growth method that contributes to the transport of methane.

更に、上記実施の形態では、プレーナ(平面)型のサファイアよりなる基板11,21を用いるようにしたが、ZnO,AlN,Si,スピネル(MgAl2 4 ),GaN,SiC,GaAs,GaPあるいはInPなどの他の材料よりなる基板を用いるようにしてもよい。また、これらプレーナ(平面)型の基板を任意のマスクパターンでエッチング加工し、凹部を形成した、リセス(Recess) 型の基板を用いるようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the substrates 11 and 21 made of planar (planar) sapphire are used, but ZnO, AlN, Si, spinel (MgAl 2 O 4 ), GaN, SiC, GaAs, GaP or A substrate made of another material such as InP may be used. Further, a recess type substrate in which a concave portion is formed by etching the planar type substrate with an arbitrary mask pattern may be used.

加えて、上記実施の形態では、半導体素子の製造方法としてLEDあるいはLDなどの発光素子の製造方法を具体例に挙げて説明したが、本発明は、太陽電池、フォトダイオード、トランジスタあるいはサイリスタなどp型窒化物半導体を必要とする他の半導体素子を製造する場合についても適用することができる。   In addition, in the above-described embodiment, a method for manufacturing a light emitting device such as an LED or LD has been described as a specific example of a method for manufacturing a semiconductor device. The present invention can also be applied to the case of manufacturing other semiconductor elements that require a type nitride semiconductor.

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一工程を表す断面図である。It is sectional drawing showing 1 process of the manufacturing method of the p-type nitride semiconductor which concerns on one embodiment of this invention. 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を用いて作製する半導体レーザの構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the semiconductor laser produced using the manufacturing method of the p-type nitride semiconductor which concerns on one embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11,21…基板、12…窒化物半導体、22…n型第1コンタクト層、23…n型第2コンタクト層、24…n型クラッド層、25…第1ガイド層、26…活性層、27…第2ガイド層、28…p型キャップ層、29…p型クラッド層、30…p型第1コンタクト層、31…p型第2コンタクト層、32…n側電極、33…p側電極。
11, 21 ... substrate, 12 ... nitride semiconductor, 22 ... n-type first contact layer, 23 ... n-type second contact layer, 24 ... n-type cladding layer, 25 ... first guide layer, 26 ... active layer, 27 2nd guide layer, 28 ... p-type cap layer, 29 ... p-type cladding layer, 30 ... p-type first contact layer, 31 ... p-type second contact layer, 32 ... n-side electrode, 33 ... p-side electrode.

Claims (12)

p型不純物を含む窒化物半導体について、ハロゲン化窒素ガスを含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行うことを特徴とするp型窒化物半導体の製造方法。   A method for producing a p-type nitride semiconductor, comprising: performing a treatment for activating a p-type impurity in an atmosphere containing a nitrogen halide gas for a nitride semiconductor containing a p-type impurity. ハロゲン化窒素ガスに加えて、不活性ガスを含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行うことを特徴とする請求項1記載のp型窒化物半導体の製造方法。   The method for producing a p-type nitride semiconductor according to claim 1, wherein a treatment for activating the p-type impurity is performed in an atmosphere containing an inert gas in addition to the halogenated nitrogen gas. 更に、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスのうちの少なくとも一方を含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行うことを特徴とする請求項2記載のp型窒化物半導体の製造方法。   The method for producing a p-type nitride semiconductor according to claim 2, further comprising a step of activating the p-type impurity in an atmosphere containing at least one of oxygen gas and carbon dioxide gas. ハロゲン化窒素ガスに加えて、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスのうちの少なくとも一方を含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行うことを特徴とする請求項1記載のp型窒化物半導体の製造方法。   2. The p-type nitride semiconductor according to claim 1, wherein a treatment for activating the p-type impurity is performed in an atmosphere containing at least one of oxygen gas and carbon dioxide gas in addition to nitrogen halide gas. Manufacturing method. 前記ハロゲン化窒素ガスとして、三フッ化窒素ガス,三塩化窒素ガスおよび三塩化臭素ガスからなる群のうちの少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項1記載のp型窒化物半導体の製造方法。   2. The production of a p-type nitride semiconductor according to claim 1, wherein at least one selected from the group consisting of nitrogen trifluoride gas, nitrogen trichloride gas and bromine trichloride gas is used as the nitrogen halide gas. Method. 前記p型不純物として、マグネシウム(Mg),ベリリウム(Be),カルシウム(Ca)および亜鉛(Zn)からなる群のうちの少なくとも1種を含む窒化物半導体についてp型不純物を活性化する処理を行うことを特徴とする請求項1記載のp型窒化物半導体の製造方法。   As the p-type impurity, a nitride semiconductor including at least one selected from the group consisting of magnesium (Mg), beryllium (Be), calcium (Ca), and zinc (Zn) is activated. The method for producing a p-type nitride semiconductor according to claim 1. p型不純物を含む窒化物半導体について、ハロゲン化窒素ガスを含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行う工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。   A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of activating a p-type impurity in an atmosphere containing a nitrogen halide gas for a nitride semiconductor containing a p-type impurity. ハロゲン化窒素ガスに加えて、不活性ガスを含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行うことを特徴とする請求項7記載の半導体素子の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a treatment for activating the p-type impurity is performed in an atmosphere containing an inert gas in addition to the halogenated nitrogen gas. 更に、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスのうちの少なくとも一方を含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行うことを特徴とする請求項8記載の半導体素子の製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 8, further comprising a step of activating the p-type impurity in an atmosphere containing at least one of oxygen gas and carbon dioxide gas. ハロゲン化窒素ガスに加えて、酸素ガスおよび二酸化炭素ガスのうちの少なくとも一方を含有する雰囲気中でp型不純物を活性化する処理を行うことを特徴とする請求項7記載の半導体素子の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein a treatment for activating the p-type impurity is performed in an atmosphere containing at least one of oxygen gas and carbon dioxide gas in addition to nitrogen halide gas. . 前記ハロゲン化窒素ガスとして、三フッ化窒素ガス,三塩化窒素ガスおよび三塩化臭素ガスからなる群のうちの少なくとも1種を用いることを特徴とする請求項7記載の半導体素子の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor element according to claim 7, wherein at least one selected from the group consisting of nitrogen trifluoride gas, nitrogen trichloride gas, and bromine trichloride gas is used as the nitrogen halide gas. 前記p型不純物として、マグネシウム(Mg),ベリリウム(Be),カルシウム(Ca)および亜鉛(Zn)からなる群のうちの少なくとも1種を含む窒化物半導体についてp型不純物を活性化する処理を行うことを特徴とする請求項7記載の半導体素子の製造方法。
As the p-type impurity, a nitride semiconductor including at least one selected from the group consisting of magnesium (Mg), beryllium (Be), calcium (Ca), and zinc (Zn) is activated. 8. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein:
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