JP3180710B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は紫外、青色発光レー
ザーダイオード、紫外、青色発光ダイオード等の発光デ
バイスに利用される窒化ガリウム系化合物半導体よりな
る発光素子の製造方法に係り、詳しくは、ｐ−ｎ接合を
有する発光素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】青色発光素子は、ＩＩ−ＶＩ族のＺｎＳ
ｅ、ＩＶ−ＩＶ族のＳｉＣ、ＩＩＩ−Ｖ族のＧａＮ等を
用いて研究が進められ、最近、その中でも窒化ガリウム
系化合物半導体〔Ｉｎ_ｘＡｌ_ＹＧａ_{１−ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦
X、０≦Y、X+Y≦１）〕が、常温で、比較的優れた発光
を示すことが発表され注目されている。その窒化物半導
体を有する青色発光素子は、基本的に、サファイアより
なる基板の上に一般式がＩｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ
（０≦X、０≦Y、X+Y≦１）で表される窒化物半導体の
エピタキシャル層が順にｎ型およびｉ型、あるいはｐ型
に積層された構造を有するものである。

【０００３】窒化物半導体を積層する方法として、有機
金属化合物気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法という。）、
分子線エピタキシー法（以下ＭＢＥ法という。）等の気
相成長法がよく知られている。例えば、ＭＯＣＶＤ法を
用いた方法について簡単に説明すると、この方法は、サ
ファイア基板を設置した反応容器内に反応ガスとして有
機金属化合物ガス｛トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア等｝を供
給し、結晶成長温度をおよそ９００℃〜１１００℃の高
温に保持して、基板上に窒化物半導体を成長させ、また
必要に応じて他の不純物ガスを供給しながら窒化物半導
体をｎ型、ｉ型、あるいはｐ型に積層する方法である。
基板にはサファイアの他にＳｉＣ、Ｓｉ等もあるが一般
的にはサファイアが用いられている。ｎ型不純物として
はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ（但し、窒化物半導体の場合、ｎ型
不純物をドープしなくともｎ型になる性質がある。）が
良く知られており、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｃｄ、Ｂ
ｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ等が挙げられるが、その中でもＭ
ｇ、Ｚｎが最もよく知られている。

【０００４】また、ＭＯＣＶＤ法による窒化物半導体の
形成方法の一つとして、高温でサファイア基板上に直接
窒化物半導体を成長させると、その表面状態、結晶性が
著しく悪くなるため、高温で成長を行う前に、まず６０
０℃前後の低温でＡｌＮよりなるバッファ層を形成し、
続いてバッファ層の上に、高温で成長を行うことによ
り、結晶性が格段に向上することが明らかにされている
（特開平２−２２９４７６号公報）。また、本発明者は
特願平３−８９８４０号において、ＡｌＮをバッファ層
とする従来の方法よりも、ＧａＮをバッファ層とする方
が優れた結晶性の窒化物半導体が積層できることを示し
た。

【０００５】しかしながら、窒化物半導体を有する青色
発光デバイスは未だ実用化には至っていない。なぜな
ら、窒化物半導体が低抵抗なｐ型にできないため、ダブ
ルヘテロ、シングルヘテロ等の数々の構造の発光素子が
できないからである。気相成長法でｐ型不純物をドープ
した窒化物半導体を成長しても、得られた窒化物半導体
はｐ型とはならず、抵抗率が１０^８Ω・ｃｍ以上の高抵
抗な半絶縁材料、すなわちｉ型となってしまうのが実状
であった。このため現在、青色発光素子の構造は基板の
上にバッファ層、ｎ型層、その上にｉ型層を順に積層し
た、いわゆるＭＩＳ構造のものしか知られていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高抵抗なｉ型を低抵抗
化してｐ型に近づけるための手段として特開平２−２５
７６７９号公報において、ｐ型不純物としてＭｇをドー
プした高抵抗なｉ型窒化ガリウム化合物半導体を最上層
に形成した後に、加速電圧６ｋＶ〜３０ｋＶの電子線を
その表面に照射することにより、表面から約０．５μｍ
の層を低抵抗化する技術が開示されている。しかしなが
ら、この方法では電子線の侵入深さのみ、すなわち極表
面しか低抵抗化できず、また電子線を走査しながらウエ
ハー全体を照射しなければならないため面内均一に低抵
抗化できないという問題があった。

【０００７】従って本発明の目的は、ｐ型不純物がドー
プされた窒化物半導体を低抵抗なｐ型とし、さらに膜厚
によらず抵抗値がウエハー全体に均一であり、発光素子
をダブルヘテロ、シングルヘテロ構造可能な構造とでき
るｐ−ｎ接合を有する窒化物半導体よりなる発光素子の
製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子の製造方法は、気相成長法によ
り、基板上に、少なくともｎ型窒化ガリウム系化合物半
導体層と、マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合物半
導体層とを成長させ、成長されたｎ型窒化ガリウム系化
合物半導体層とマグネシウムを含む窒化ガリウム系化合
物半導体層の全体をアニーリングして、マグネシウムを
含む窒化ガリウム系化合物半導体層をｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体層としている。

【０００９】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子の製造方法は、実質的に水素を含まない雰
囲気中、４００℃以上でアニーリングして、マグネシウ
ムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層から水素を除去
してｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とする。なお、
本発明において、マグネシウムの含まれる窒化ガリウム
系化合物半導体から除去される水素とは、必ずしも水素
が全て除去されるのではなく、一部の水素が除去される
ことも、本発明の範囲内であることは言うまでもない。

【００１０】アニーリング（Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：焼き
なまし、熱処理）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成長した後、反応容器内で行っ
てもよいし、ウエハーを反応容器から取り出してアニー
リング専用の装置を用いて行ってもよい。アニーリング
雰囲気は真空中、Ｎ_２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の不活性ガ
ス、またはこれらの混合ガス雰囲気中で行い、好ましく
は、アニーリング温度における窒化ガリウム系化合物半
導体の分解圧以上で加圧した窒素雰囲気中で行う。なぜ
なら、窒素雰囲気として加圧することにより、アニーリ
ング中に、窒化ガリウム系化合物半導体中のＮが分解し
て出て行くのを防止する作用があるからである。

【００１１】例えばＧａＮの場合、ＧａＮの分解圧は８
００℃で約０．０１気圧、１０００℃で約１気圧、１１
００℃で約１０気圧程である。このため、窒化ガリウム
系化合物半導体を４００℃以上でアニーリングする際、
多かれ少なかれ窒化ガリウム系化合物半導体の分解が発
生し、その結晶性が悪くなる傾向にある。従って前記の
ように窒素で加圧することにより分解を防止できる。

【００１２】アニーリング温度は、たとえば、４００℃
以上、好ましくは７００℃以上で、１分以上保持、好ま
しくは１０分以上保持して行う。１０００℃以上で行っ
ても、前記したように窒素で加圧することにより分解を
防止することができ、後に述べるように、安定して、結
晶性の優れたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体が得られ
る。

【００１３】また、アニーリング中の、窒化ガリウム系
化合物半導体の分解を抑える手段として、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の上にさらに
キャップ層を形成させたのち、アニーリングを行っても
よい。キャップ層とは、すなわち保護膜であって、それ
をｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体
の上に形成した後、４００℃以上でアニーリングするこ
とによって、加圧下はいうまでもなく、減圧、常圧中に
おいても、窒化ガリウム系化合物半導体を分解させるこ
となく低抵抗なｐ型とすることができる。

【００１４】キャップ層を形成するには、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、続いて反応容器内で形成してもよいし、また、ウエ
ハーを反応容器から取り出し、他の結晶成長装置、例え
ばプラズマＣＶＤ装置等で形成してもよい。キャップ層
の材料としては、窒化ガリウム系化合物半導体の上に形
成できる材料で、４００℃以上で安定な材料であればど
のようなものでもよく、好ましくはＧａ_ｘＡｌ_１−ＸＮ
（但し０≦X≦１）、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２を挙げるこ
とができ、アニーリング温度により材料の種類を適宜選
択する。また、キャップ層の膜厚は通常０．０１〜５μ
ｍの厚さで形成する。０．０１μｍより薄いと保護膜と
しての効果が十分に得られず、また５μｍよりも厚い
と、アニーリング後、キャップ層をエッチングにより取
り除き、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を露出させ
るのに手間がかかるため、経済的ではない。

【００１５】

【作用】図１は、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム
系化合物半導体層がアニーリングによって低抵抗なｐ型
に変わることを示す図である。ただし、この図は、ＭＯ
ＣＶＤ法を用いて、サファイア基板上にまずＧａＮバッ
ファ層を形成し、その上にｐ型不純物としてＭｇをドー
プしながらＧａＮ層を４μｍの膜厚で形成した後、ウエ
ハーを取り出し、温度を変化させて窒素雰囲気中でアニ
ーリングを１０分間行った後、ウエハーのホール測定を
行い、抵抗率をアニーリング温度の関数としてプロット
した図である。

【００１６】この図からわかるように、アニーリング時
間を１０分に設定すると、４００℃を越えるあたりから
急激にＭｇをドープしたＧａＮ層の抵抗率が減少し、７
００℃以上からはほぼ一定の低抵抗なＰ型特性を示し、
アニーリングの効果が現れている。なお、アニーリング
しないＧａＮ層と７００℃以上でアニーリングしたＧａ
Ｎ層のホール測定結果は、アニーリング前のＧａＮ層は
抵抗率２×１０^５Ω・ｃｍ、ホールキャリア濃度８×１
０^１０／ｃｍ^３であったのに対し、アニーリング後のＧ
ａＮ層は抵抗率２Ω・ｃｍ、ホールキャリア濃度２×１
０^１７／ｃｍ^３であった。

【００１７】さらに、７００℃でアニーリングした上記
４μｍのＧａＮ層をエッチングして２μｍの厚さにし、
ホール測定を行った結果、ホールキャリア濃度２×１０
^１７／ｃｍ^３、抵抗率３Ω・ｃｍであり、エッチング前
とほぼ同一の値であった。すなわちＰ型不純物をドープ
したＧａＮ層がアニーリングによって、深さ方向均一に
全領域にわたって低抵抗なｐ型となっていた。

【００１８】また、図２は、同じくＭＯＣＶＤ法を用い
て、サファイア基板上にＧａＮバッファ層とＭｇをドー
プした４μｍのＧａＮ層を形成したウエハーを用い、１
０００℃で窒素雰囲気中２０分間のアニーリングを行
い、２０気圧の加圧下で行ったウエハー（ａ）と、大気
圧で行ったウエハー（ｂ）のｐ型ＧａＮ層にそれぞれＨ
ｅ−Ｃｄレーザーを励起光源として照射し、そのフォト
ルミネッセンス強度で結晶性を比較して示す図であり、
そのフォトルミネッセンスの４５０ｎｍにおける青色発
光強度が強いほど、結晶性が優れていると評価すること
ができる。

【００１９】図２に示すように、１０００℃以上の高温
でアニーリングを行った場合、ＧａＮ層が熱分解するこ
とにより、その結晶性が悪くなる傾向にあるが、加圧す
ることにより熱分解を防止でき、優れた結晶性のｐ型Ｇ
ａＮ層が得られる。

【００２０】また、図３は、同じくサファイア基板上に
ＧａＮバッファ層とＭｇをドープした４μｍのＧａＮ層
を形成したウエハー（ｃ）と、さらにその上にキャップ
層としてＡｌＮ層を０．５μｍの膜厚で成長させたウエ
ハー（ｄ）とを、今度は大気圧中において、１０００
℃、窒素雰囲気で２０分間のアニーリングを行った後、
エッチングによりキャップ層を取り除いて露出させたｐ
型ＧａＮ層の結晶性を、同じくフォトルミネッセンス強
度で比較して示す図である。

【００２１】図３に示すように、キャップ層を成長させ
ずにアニーリングを行ったｐ型ＧａＮ層（ｃ）は高温で
のアニーリングになるとｐ型ＧａＮ層の分解が進むた
め、４５０ｎｍでの発光強度は弱くなってしまう。しか
し、キャップ層（この場合ＡｌＮ）を成長させることに
より、キャップ層のＡｌＮは分解するがｐ型ＧａＮ層は
分解しないため、発光強度は依然強いままである。

【００２２】アニーリングにより低抵抗なｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体が得られる理由は以下のとおりであ
ると推察される。

【００２３】すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体層
の成長において、Ｎ源として、一般にＮＨ_３が用いられ
ており、成長中にこのＮＨ_３が分解して原子状水素がで
きると考えられる。この原子状水素がアクセプター不純
物としてドープされたＭｇ、Ｚｎ等と結合することによ
り、Ｍｇ、Ｚｎ等のｐ型不純物がアクセプターとして働
くのを妨げていると考えられる。このため、反応後のｐ
型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体は高
抵抗を示す。

【００２４】ところが、成長後アニーリングを行うこと
により、Ｍｇ−Ｈ、Ｚｎ−Ｈ等の形で結合している水素
が熱的に解離されて、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から出て行き、正常にｐ型不純物
がアクセプターとして働くようになるため、低抵抗なｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体が得られるのである。従
って、アニーリング雰囲気中にＮＨ_３、Ｈ_２等の水素原
子を含むガスを使用することは好ましくない。また、キ
ャップ層においても、水素原子を含む材料を使用するこ
とは以上の理由で好ましくない。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下実施例で本発明を詳述する。 ［実施例１］ まず良く洗浄したサファイア基板を反応容器内のサセプ
ターに設置する。容器内を真空排気した後、水素ガスを
流しながら基板を１０５０℃で、２０分間加熱し、表面
の酸化物を除去する。その後、温度を５１０℃にまで冷
却し、５１０℃においてＧａ源としてＴＭＧガスを２７
×１０^−６モル／分、Ｎ源としてアンモニアガスを４．
０リットル／分、キャリアガスとして水素ガスを２．０
リットル／分で流しながら、ＧａＮバッファ層を２００
オングストロームの膜厚で成長させる。

【００２６】次にＴＭＧガスのみを止めて温度を１０３
０℃まで上昇させた後、再びＴＭＧガスを５４×１０
^−６モル／分、新たにＣｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニ
ルマグネシウム）ガスを３．６×１０^−６モル／分で流
しながら６０分間成長させて、ＭｇをドープしたＧａＮ
層を４μｍの膜厚で成長させる。

【００２７】冷却後、以上を成長させたウエハーを反応
容器から取り出し、アニーリング装置に入れ、常圧、窒
素雰囲気中で８００℃で２０分間保持してアニーリング
を行った。

【００２８】アニーリングして得られたｐ型ＧａＮ層の
ホール測定を行った結果、抵抗率２Ω・ｃｍ、ホールキ
ャリア濃度２×１０^１７／ｃｍ^３と優れたｐ型特性を示
した。

【００２９】［実施例２］ 実施例１において、ＭｇドープＧａＮ層を成長させた
後、Ｃｐ_２Ｍｇガスを止め、続いてキャップ層としてＧ
ａＮ層を０．５μｍの膜厚で成長させる。

【００３０】実施例１と同様にアニーリング装置におい
て、常圧下、窒素とアルゴンの混合ガス雰囲気中、８０
０℃で２０分間アニーリングを行う。その後、ドライエ
ッチングにより、表面から０．５μｍの層を取り除き、
キャップ層を除去してｐ型ＧａＮ層を露出させ、同様に
ホール測定を行った結果、抵抗率２Ω・ｃｍ、キャリア
濃度１．５×１０^１７／ｃｍ^３と優れたｐ型特性を示し
た。なおフォトルミネッセンスの４５０ｎｍの青色発光
強度は、実施例１と比較して約４倍強かった。

【００３１】［実施例３］ 実施例１において、ＭｇドープＧａＮ層を成長させた
後、ウエハーを反応容器から取り出し、アニーリング装
置において、２０気圧、窒素雰囲気中、８００℃で２０
分間アニーリングを行う。ホール測定を行った結果、抵
抗率２Ω・ｃｍ、キャリア濃度２．０×１０^１７／ｃｍ
^３と優れたｐ型特性を示し、フォトルミネッセンスの４
５０ｎｍの発光強度は、実施例１に比較して約４倍強か
った。

【００３２】［実施例４］ 実施例１において、ＭｇドープＧａＮ層を成長させた
後、ウエハーを反応容器から取り出し、プラズマＣＶＤ
装置を用い、その上にキャップ層としてＳｉＯ_２層を
０．５μｍの膜厚で形成する。

【００３３】アニーリング装置において、窒素雰囲気、
大気圧中、１０００℃で２０分間アニーリングを行う。
その後、フッ酸でＳｉＯ_２キャップ層を取り除き、ｐ型
ＧａＮ層を露出させ、同様にホール測定を行った結果、
抵抗率２Ω・ｃｍ、キャリア濃度２．０×１０^Ｉ７／ｃ
ｍ^３と優れたｐ型特性を示した。またフォトルミネッセ
ンスの４５０ｎｍの発光強度は、キャップ層を形成せず
同一条件でアニーリングを行ったものと比較して、約２
０倍も強かった。

【００３４】［実施例５］ 実施例１において、ＭｇドープＧａＮ層を成長させた
後、引き続き、Ｃｐ_２Ｍｇガスを止め、新たにＴＭＡガ
スを６×１０^−６モル／分とＳｉＨ_４（モノシラン）ガ
スを２．２×１０^−１０モル／分を２０分間流して、Ｓ
ｉがドープされたｎ型Ｇａ_０．９Ａｌ_０．１Ｎ層を０．
８μｍの厚さで成長させる。

【００３５】ＴＭＧガス、ＴＭＡガス、ＳｉＨ_４ガスを
止め、水素ガスとアンモニアガスを流しながら、室温ま
で冷却した後、ウエハーを取りだして、アニーリング装
置に入れ、窒素雰囲気中で７００℃で２０分間保持して
アニーリングを行う。

【００３６】このようにしてサファイア基板上にｐ型Ｇ
ａＮ層とｎ型Ｇａ_０．９Ａｌ_０．１Ｎ層が順に積層され
たシングルヘテロ構造の素子ができた。この素子の窒化
ガリウム系化合物半導体層を、常法に従いｎ型Ｇａ
_０．９Ａｌ_０．１Ｎ層の一部をエッチングしてｐ型Ｇａ
Ｎ層の一部を露出させ、それぞれの層にオーミック電極
をつけた後、ダイシングソーでチップ状にカットした。
露出したｎ型層およびｐ型層から電極を取りだし、その
後モールドして青色発光ダイオードを作製した。この発
光ダイオードの特性は順方向電流２０ｍＡ、順方向電圧
５Ｖで発光出力９０μＷの青色発光を示し、ピーク波長
は４３０ｎｍであった。この発光出力は青色発光ダイオ
ードの出力としては過去に報告されたことがない高い値
である。

【００３７】一方、アニーリングをせず、同様のシング
ルヘテロ構造を有する発光ダイオードを製作したとこ
ろ、この発光ダイオードは順方向電流２０ｍＡにおい
て、順方向電圧は６０Ｖ近くもあり、しかも発光は微か
には黄色っぽく光るのみで、すぐに壊れてしまい発光出
力は測定不能であった。

【００３８】［実施例６］ 実施例１と同様にしてサファイア基板の上にＧａＮバッ
ファ層を２００オングストロームの膜厚で形成する。

【００３９】次にＴＭＧガスのみを止め、温度を１０３
０℃にまで上昇させた後、再びＴＭＧガスを５４×１０
^−６モル／分と、新たにＳｉＨ_４（モノシラン）ガスを
２．２×１０^−１０モル／分で流しながら６０分間成長
させて、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮ層を４μｍの膜
厚で成長する。

【００４０】続いてＳｉＨ_４ガスを止め、Ｃｐ_２Ｍｇガ
スを３．６×１０^−６モル／分で流しながら３０分間成
長させて、ＭｇドープＧａＮ層を２．０μｍの厚さで成
長させる。

【００４１】ＴＭＧガス、Ｃｐ_２Ｍｇガスを止め、水素
ガスとアンモニアガスを流しながら、室温まで冷却した
後、反応容器内に流れるガスを窒素ガスに置換し、窒素
ガスを流しながら反応容器内の温度を１０００℃まで上
昇させ、反応容器内で２０分間保持してアニーリングを
行う。

【００４２】このようにして得られた素子を発光ダイオ
ードにして発光させたところ４３０ｎｍ付近に発光ピー
クを持つ青色発光を示し、発光出力は２０ｍＡで５０μ
Ｗであり、順方向電圧は同じく２０ｍＡで４Ｖであっ
た。またアニーリングを行わず同様の構造の素子を作製
し発光ダイオードとしたところ、２０ｍＡにおいてわず
かに黄色に発光し、すぐにダイオードが壊れてしまっ
た。

【００４３】

【発明の効果】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発
光素子の製造方法は、下記の極めて優れた特長を実現す
る。 これまで、ｐ型不純物をドープしても、低抵抗
なｐ型層にするのが極めて難しかった窒化ガリウム系化
合物半導体層を、アニーリングして低抵抗なｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層にでき、このｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体層によって、極めて優れた発光特性の発
光素子が実現できる。とくに、本発明の発光素子の製造
方法は、マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合物半導
体層を、アニーリングするという極めて簡単な方法でｐ
型化しているので、極めて低コストに、窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子を多量生産できる特長がある。電
子線照射で、マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合物
半導体層をｐ型化している従来の発光素子は、電子ビー
ムを加速して、マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合
物半導体層の表面に衝突させる。電子ビームでｐ型化さ
れる半導体層は、スポットに集束された電子ビームでｐ
型化される。スポットにｐ型化される半導体層は、広い
面積の窒化ガリウム系化合物半導体層の全体をｐ型化す
るために、電子ビームを走査する必要がある。このた
め、窒化ガリウム系化合物半導体層を広い面積でｐ型化
するのに時間がかかり、能率よく多量の窒化ガリウム系
化合物半導体層をｐ型化できない。さらに、電子ビーム
で窒化ガリウム系化合物半導体層をｐ型化する発光素子
は、マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体を
真空中に配設して、電子ビームを照射する必要がある。
このため、従来の発光素子は、窒化ガリウム系化合物半
導体層をｐ型化するために、気密に密閉できる容器に入
れて真空にする必要があり、また、電子ビームで、局部
的に極めて限られた狭い領域をｐ型化することから、マ
グネシウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層を能率
よく、さらに、マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合
物半導体層を成長させた複数枚のウエハーを積層して、
一緒にｐ型化することができない。ところが、本発明の
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法は、マ
グネシウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層をアニ
ーリングしてｐ型化しているので、マグネシウムを含む
窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させた複数枚のウ
エハーを、簡単かつ容易に、しかも極めて安価に能率よ
くｐ型化して、優れた発光特性にできるという、正に理
想的な特長を実現する。 本発明の窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の製造方法は、マグネシウムを含む
窒化ガリウム系化合物半導体層の全面を均一にｐ型化で
きる特長がある。それは、マグネシウムを含む窒化ガリ
ウム系化合物半導体層をアニーリングしてｐ型化してい
るので、アニーリングするときに、窒化ガリウム系化合
物半導体層の全体が均一に加熱してｐ型化されるからで
ある。電子ビームを照射してマグネシウムを含む窒化ガ
リウム系化合物半導体層をｐ型化している従来の窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子は、局部的にしかｐ型化
できない電子ビームを走査して、全面をｐ型化するの
で、全面を均一にｐ型化するのが極めて難しい。とく
に、ｐ型化する能率を高くするために、線状に走査する
電子ビームの間隔を広くすると、走査線の境界で確実に
ｐ型化できなくなる弊害が発生する。反対に、線状に走
査する電子ビームの間隔を狭くすると、大きな面積の窒
化ガリウム系化合物半導体層を能率よくｐ型化できなく
なる。本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
製造方法は、マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合物
半導体層を、局部的にｐ型化しているのではない。アニ
ーリングしてｐ型化している窒化ガリウム系化合物半導
体層は、全面が加熱されて、均一にｐ型化されている。
このことは、半導体ウエハーを製作するときに極めて大
切なことである。それは、窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子は、大きな、ウエハーを製作し、これを小さく
切断して窒化ガリウム系化合物半導体発光素子のチップ
を製作するので、窒化ガリウム系化合物半導体層が均一
にｐ型化されていないと、製作されたチップの歩留が著
しく低下してしまうからである。 マグネシウムを含
む窒化ガリウム系化合物半導体層が、深くｐ型化され
て、全体としてより均一にｐ型化されて、優れた発光特
性を実現する。これに対して、マグネシウムを含む半導
体層を、電子ビームでｐ型化している従来の窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子は、マグネシウムを含む半導
体層を最上層とし、しかも、その極表面しかｐ型化して
低抵抗化されていない。加速された電子ビームを深く打
ち込むことができないからである。本発明の窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子の製造方法は、マグネシウム
の含まれる窒化ガリウム系化合物半導体の全体を、アニ
ーリングにより加熱して、ｐ型化しているので、マグネ
シウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層の全体が加
熱されてより均一にｐ型化されて、極めて高輝度な発光
素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係るアニーリング温度
と、抵抗率の関係を示す図。

【図２】 本発明の一実施例に係るｐ型ＧａＮ層の結晶
性をフォトルミネッセンス強度で比較して示す図。

【図３】 本発明の一実施例に係るｐ型ＧａＮ層の結晶
性をフォトルミネッセンス強度で比較して示す図。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−72589（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−23284（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−119196（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−303064（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−142188（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−218625（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−203388（ＪＰ，Ａ) 米国特許5252499（ＵＳ，Ａ) Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａ ｌ Ｇｒｏｗｔｈ，42（1977）ｐ．136 −143 Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ ｓ，Ｖｏｌ．30，Ｎｏ．10Ａ，ｐ．Ｌ 1708−Ｌ1711（Ｏｃｔ．1991) Ｉｎｓｔ．Ｐｈｙｓ．Ｃｏｎｆ．Ｓｅ ｒ．Ｎｏ106 Ｃｈａｐｔｅｒ ８，ｐ. 575−580 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 H01L 21/20 - 21/205 H01L 21/324

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相成長法により、基板上に、少なくと
   もｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、マグネシウム
   を含む窒化ガリウム系化合物半導体層とを成長させた
   後、成長されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層とマ
   グネシウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層の全体
   を、実質的に水素を含まない雰囲気中、４００℃以上で
   アニーリングすることにより、前記マグネシウムを含む
   窒化ガリウム系化合物半導体層から水素を出して、ｐ型
   窒化ガリウム系化合物半導体層とする窒化ガリウム系化
   合物半導体発光素子の製造方法。