JP3254931B2 - ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 - Google Patents
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
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Landscapes
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は青色または紫色発光半導
体レーザダイオード、青色または紫色発光ダイオードの
デバイスの製造方法、及び前記発光デバイスに用いられ
るp型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法に係わ
り、特に気相成長によりp型窒化ガリウム系化合物半導
体を全体または部分的に低抵抗にする製造方法に関す
る。
体レーザダイオード、青色または紫色発光ダイオードの
デバイスの製造方法、及び前記発光デバイスに用いられ
るp型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法に係わ
り、特に気相成長によりp型窒化ガリウム系化合物半導
体を全体または部分的に低抵抗にする製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】青色発光素子はフルカラーディスプレー
や高密度記録可能な光ディスク用光源として期待されて
おり、ZnSe等のII-VI族化合物半導体やSiC、GaN等のIII
-V族化合物半導体等を用いて盛んに研究がなされてい
る。
や高密度記録可能な光ディスク用光源として期待されて
おり、ZnSe等のII-VI族化合物半導体やSiC、GaN等のIII
-V族化合物半導体等を用いて盛んに研究がなされてい
る。
【０００３】特に最近AlGaN、GaN等を用いて青色の発光
ダイオードが実現され窒化ガリウム系化合物半導体を用
いた発光素子は注目されている。窒化ガリウム系化合物
半導体の積層方法としては有機金属気相成長法（MOVPE
法）や分子線エピタキシー法（MBE法）等が一般的に用
いられている。
ダイオードが実現され窒化ガリウム系化合物半導体を用
いた発光素子は注目されている。窒化ガリウム系化合物
半導体の積層方法としては有機金属気相成長法（MOVPE
法）や分子線エピタキシー法（MBE法）等が一般的に用
いられている。
【０００４】例えば、MOVPE法を用いた成長方法につい
て説明すると、サファイア基板を設置した反応炉に有機
金属であるトリメチルガリウム（TMG）、トリメチルア
ルミニウム（TMA）、アンモニア等を水素ガスをキャリ
アガスとして供給し、600℃程度の低温でGaNやAlN等の
バッファ層を積層した後、1000℃程度の高温でGaN、AlG
aN等の窒化ガリウム系化合物半導体を堆積する。この時
必要に応じ、不純物をドープしてp型、i型、n型層を作
製しダブルヘテロ構造等のデバイス構造を作製する。p
型不純物としてはMg、Znが知られている。
て説明すると、サファイア基板を設置した反応炉に有機
金属であるトリメチルガリウム（TMG）、トリメチルア
ルミニウム（TMA）、アンモニア等を水素ガスをキャリ
アガスとして供給し、600℃程度の低温でGaNやAlN等の
バッファ層を積層した後、1000℃程度の高温でGaN、AlG
aN等の窒化ガリウム系化合物半導体を堆積する。この時
必要に応じ、不純物をドープしてp型、i型、n型層を作
製しダブルヘテロ構造等のデバイス構造を作製する。p
型不純物としてはMg、Znが知られている。
【０００５】しかしながら従来のMOVPE成長では低抵抗
なp型窒化ガリウム系化合物半導体を得ることはでき
ず、MgやZnをドープしても高抵抗な半絶縁性の層しかで
きない。そこで例えば高抵抗なMgドープのp型窒化ガリ
ウム系化合物半導体基板に加速電圧が6〜30kV程度の電
子線を照射したり、特開平5-183189号公報にあるように
窒化ガリウム系化合物半導体の分解圧以上に加圧した窒
素雰囲気において400℃以上でアニーリングすることに
より低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体を作製し
ていた。このように低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物
半導体を作製するためには、MOVPE成長後に何等かの処
理を行う工程が必要である。
なp型窒化ガリウム系化合物半導体を得ることはでき
ず、MgやZnをドープしても高抵抗な半絶縁性の層しかで
きない。そこで例えば高抵抗なMgドープのp型窒化ガリ
ウム系化合物半導体基板に加速電圧が6〜30kV程度の電
子線を照射したり、特開平5-183189号公報にあるように
窒化ガリウム系化合物半導体の分解圧以上に加圧した窒
素雰囲気において400℃以上でアニーリングすることに
より低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体を作製し
ていた。このように低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物
半導体を作製するためには、MOVPE成長後に何等かの処
理を行う工程が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように低抵抗なｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体を得るためには結晶成長
後にアニールを行うのでさらに付加的な工程が必要であ
る。
型窒化ガリウム系化合物半導体を得るためには結晶成長
後にアニールを行うのでさらに付加的な工程が必要であ
る。
【０００７】また低抵抗なｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体を得るために電子線の照射があるが、この方法では
電子が侵入できる極表面のみしか低抵抗にならず、また
電子線を照射した部分だけが低抵抗になるという利点が
あるものの基板全体を低抵抗にするためには基板に一様
に電子線を照射する必要があり均一性に難があった。
導体を得るために電子線の照射があるが、この方法では
電子が侵入できる極表面のみしか低抵抗にならず、また
電子線を照射した部分だけが低抵抗になるという利点が
あるものの基板全体を低抵抗にするためには基板に一様
に電子線を照射する必要があり均一性に難があった。
【０００８】また電子線の照射によるダメージで表面に
欠陥が生じることがあり、結晶性の低下に問題があっ
た。
欠陥が生じることがあり、結晶性の低下に問題があっ
た。
【０００９】一方、窒素雰囲気中のアニーリングでは基
板全体に低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体が得
られるものの選択的に低抵抗な層は得られずデバイス作
製上の自由度が小さい。
板全体に低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体が得
られるものの選択的に低抵抗な層は得られずデバイス作
製上の自由度が小さい。
【００１０】従って本発明の第一の目的は低抵抗なp型
窒化ガリウム系化合物半導体を得るための工程を簡略化
するため、MOVPE成長そのもので低抵抗なp型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を製造することであり、第二の目的
は表面だけでなく厚み全体にわたって基板のある位置に
選択的に低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体層を
結晶性を損なうこと無く製造する方法を提供することに
ある。
窒化ガリウム系化合物半導体を得るための工程を簡略化
するため、MOVPE成長そのもので低抵抗なp型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を製造することであり、第二の目的
は表面だけでなく厚み全体にわたって基板のある位置に
選択的に低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体層を
結晶性を損なうこと無く製造する方法を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の成長方法
は気相成長により基板上にバッファ層を介してp型窒化
ガリウム系化合物半導体層を堆積した後、その冷却時に
気相雰囲気を切り替えることにより低抵抗のp型窒化ガ
リウム系化合物半導体層を成長させることを特徴とす
る。
は気相成長により基板上にバッファ層を介してp型窒化
ガリウム系化合物半導体層を堆積した後、その冷却時に
気相雰囲気を切り替えることにより低抵抗のp型窒化ガ
リウム系化合物半導体層を成長させることを特徴とす
る。
【００１２】詳しく述べると、この成長方法は気相成長
法により反応炉内に原料ガスを供給し、p型窒化ガリウ
ム系化合物半導体をエピタキシャル成長させる方法であ
ってサファイア基板上にGaxAl1-xN(0≦x≦1)で表される
バッファ層を600℃で成長した後、MgやZn等のp型不純物
をドープした窒化ガリウム系化合物半導体を1000℃前後
でエピタキシャル成長する。
法により反応炉内に原料ガスを供給し、p型窒化ガリウ
ム系化合物半導体をエピタキシャル成長させる方法であ
ってサファイア基板上にGaxAl1-xN(0≦x≦1)で表される
バッファ層を600℃で成長した後、MgやZn等のp型不純物
をドープした窒化ガリウム系化合物半導体を1000℃前後
でエピタキシャル成長する。
【００１３】窒素原料としてアンモニアを用いた場合、
気相成長後の冷却時の600℃以上の温度域においてアン
モニアの供給を停止し、それ以下の温度では原料のキャ
リアガスである水素または窒素雰囲気で室温まで冷却す
る。
気相成長後の冷却時の600℃以上の温度域においてアン
モニアの供給を停止し、それ以下の温度では原料のキャ
リアガスである水素または窒素雰囲気で室温まで冷却す
る。
【００１４】本発明の第二の成長方法は窒素の原料とし
てエチルアジドをキャリアガスとして水素を用いて供給
した場合、気相成長後の冷却時の600℃以上の温度域に
おいてキャリアガスを水素から窒素に切り替えそれ以下
の温度域では窒素雰囲気で室温まで冷却し、低抵抗なp
型窒化ガリウム系化合物半導体層を製造することを特徴
とする。
てエチルアジドをキャリアガスとして水素を用いて供給
した場合、気相成長後の冷却時の600℃以上の温度域に
おいてキャリアガスを水素から窒素に切り替えそれ以下
の温度域では窒素雰囲気で室温まで冷却し、低抵抗なp
型窒化ガリウム系化合物半導体層を製造することを特徴
とする。
【００１５】本発明の第三の成長方法は気相成長により
基板上にバッファ層を介してp型窒化ガリウム系化合物
半導体層を堆積した後、前記エピタキシャル成長層上に
誘電体膜を選択的に堆積し、これを600℃以上の水素化
物ガスまたは水素をキャリアガスとする有機窒素雰囲気
中で熱処理した後、前記雰囲気のままで室温まで冷却す
ることを特徴とする。
基板上にバッファ層を介してp型窒化ガリウム系化合物
半導体層を堆積した後、前記エピタキシャル成長層上に
誘電体膜を選択的に堆積し、これを600℃以上の水素化
物ガスまたは水素をキャリアガスとする有機窒素雰囲気
中で熱処理した後、前記雰囲気のままで室温まで冷却す
ることを特徴とする。
【００１６】詳しく述べると、この成長方法はまず前記
第一の成長方法同様、気相成長法により反応炉内に原料
ガスを供給し、p型窒化ガリウム系化合物半導体をエピ
タキシャル成長させる方法であってサファイア基板上に
GaxAl1-xN(0≦x≦1)で表されるバッファ層を600℃で成
長した後、1000℃前後でMgやZn等のp型不純物をドープ
したp型窒化ガリウム系化合物半導体単層をエピタキシ
ャル成長する。気相成長の冷却時における原料ガスの供
給方法は必ずしも第一の成長方法と同一である必要はな
く、例えば窒素原料としてアンモニアを用いた場合これ
を室温まで供給しながら冷却しても良い。
第一の成長方法同様、気相成長法により反応炉内に原料
ガスを供給し、p型窒化ガリウム系化合物半導体をエピ
タキシャル成長させる方法であってサファイア基板上に
GaxAl1-xN(0≦x≦1)で表されるバッファ層を600℃で成
長した後、1000℃前後でMgやZn等のp型不純物をドープ
したp型窒化ガリウム系化合物半導体単層をエピタキシ
ャル成長する。気相成長の冷却時における原料ガスの供
給方法は必ずしも第一の成長方法と同一である必要はな
く、例えば窒素原料としてアンモニアを用いた場合これ
を室温まで供給しながら冷却しても良い。
【００１７】次に前記エピタキシャル成長層上にSiO2、
SiN等から成る誘電体膜を選択的に400nm程度堆積する。
次に600℃以上でアンモニア、アルシン、ホスフィン等
の水素化物ガスの何れか一つあるいはこれらの混合雰囲
気で熱処理し、そのままの雰囲気を保って室温まで冷却
する。
SiN等から成る誘電体膜を選択的に400nm程度堆積する。
次に600℃以上でアンモニア、アルシン、ホスフィン等
の水素化物ガスの何れか一つあるいはこれらの混合雰囲
気で熱処理し、そのままの雰囲気を保って室温まで冷却
する。
【００１８】本発明の第四の成長方法は、前記誘電体膜
を堆積したp型窒化ガリウム系化合物半導体基板を600℃
以上で水素をキャリアガスとするエチルアジド雰囲気中
で熱処理し、そのままの雰囲気を保って室温まで冷却す
ることを特徴とする。
を堆積したp型窒化ガリウム系化合物半導体基板を600℃
以上で水素をキャリアガスとするエチルアジド雰囲気中
で熱処理し、そのままの雰囲気を保って室温まで冷却す
ることを特徴とする。
【００１９】本発明の第五の成長方法は気相成長法によ
り反応炉内に原料ガスを供給し、p型窒化ガリウム系化
合物半導体をエピタキシャル成長させる方法であってサ
ファイア基板上にGaxAl1-xN(0≦x≦1)で表されるバッフ
ァ層を600℃で成長した後、1000℃前後でMgやZn等のp型
不純物をドープしたp型窒化ガリウム系化合物半導体のp
型層、ドーピング無しのi層、さらにSiやSn等のn型不純
物をドープしたn型層から成るダブルヘテロ構造をエピ
タキシャル成長した後、気相成長の冷却時において窒素
原料としてアンモニアを用いた場合これを室温まで供給
しながら冷却し、前記エピタキシャル成長層上にSiO2、
SiN等から成る誘電体膜を選択的に400nm程度堆積する。
次に600℃以上でアンモニア、アルシン、ホスフィン等
の水素化物ガスの何れか一つあるいはこれらの混合雰囲
気で熱処理し、そのままの雰囲気を保って室温まで冷却
することを特徴とする。
り反応炉内に原料ガスを供給し、p型窒化ガリウム系化
合物半導体をエピタキシャル成長させる方法であってサ
ファイア基板上にGaxAl1-xN(0≦x≦1)で表されるバッフ
ァ層を600℃で成長した後、1000℃前後でMgやZn等のp型
不純物をドープしたp型窒化ガリウム系化合物半導体のp
型層、ドーピング無しのi層、さらにSiやSn等のn型不純
物をドープしたn型層から成るダブルヘテロ構造をエピ
タキシャル成長した後、気相成長の冷却時において窒素
原料としてアンモニアを用いた場合これを室温まで供給
しながら冷却し、前記エピタキシャル成長層上にSiO2、
SiN等から成る誘電体膜を選択的に400nm程度堆積する。
次に600℃以上でアンモニア、アルシン、ホスフィン等
の水素化物ガスの何れか一つあるいはこれらの混合雰囲
気で熱処理し、そのままの雰囲気を保って室温まで冷却
することを特徴とする。
【００２０】本発明の第六の成長方法は、前記誘電体膜
を選択的に堆積したp型窒化ガリウム系化合物半導体のp
型層、ドーピング無しのi層、さらにSiやSn等のn型不純
物をドープしたn型層から成るダブルヘテロ構造を含む
基板を600℃以上で水素をキャリアガスとするエチルア
ジド雰囲気中で熱処理し、そのままの雰囲気を保って室
温まで冷却することを特徴とする。
を選択的に堆積したp型窒化ガリウム系化合物半導体のp
型層、ドーピング無しのi層、さらにSiやSn等のn型不純
物をドープしたn型層から成るダブルヘテロ構造を含む
基板を600℃以上で水素をキャリアガスとするエチルア
ジド雰囲気中で熱処理し、そのままの雰囲気を保って室
温まで冷却することを特徴とする。
【００２１】
【作用】本発明によって低抵抗な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通りであると推察さ
れる。即ち通常のp型窒化ガリウム系化合物半導体の気
相成長においては窒素源として一般にアンモニア(NH3)
が用いられており、成長中はこのアンモニアが分解して
原子状水素が結晶中に侵入または結晶中から放出され
る。
合物半導体が得られる理由は以下の通りであると推察さ
れる。即ち通常のp型窒化ガリウム系化合物半導体の気
相成長においては窒素源として一般にアンモニア(NH3)
が用いられており、成長中はこのアンモニアが分解して
原子状水素が結晶中に侵入または結晶中から放出され
る。
【００２２】成長後の冷却中に室温までアンモニアを供
給し続けると、600℃付近でp型不純物であるMgやZnの周
辺で窒素と原子状水素の結合が安定となり、N-H結合が
できてホールの供給が阻止されるので高抵抗なp型窒化
ガリウム系化合物半導体になる（水素パッシベーショ
ン）。すなわち気相成長の際にp型窒化ガリウム系化合
物半導体が高抵抗になるのは主に気相成長後の冷却過程
で決まると考えられる。従って、気相成長後の冷却時に
おいてMgやZnに隣接するN-H結合が不安定で解離してい
る600℃以上で原子状水素の供給を停止し、600℃では容
易に分解しない水素ガスや水素を含まない窒素ガス雰囲
気で室温まで冷却すれば原子状水素は結晶中から気相中
に拡散放出されて、低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物
半導体が得られるものと考えられる。
給し続けると、600℃付近でp型不純物であるMgやZnの周
辺で窒素と原子状水素の結合が安定となり、N-H結合が
できてホールの供給が阻止されるので高抵抗なp型窒化
ガリウム系化合物半導体になる（水素パッシベーショ
ン）。すなわち気相成長の際にp型窒化ガリウム系化合
物半導体が高抵抗になるのは主に気相成長後の冷却過程
で決まると考えられる。従って、気相成長後の冷却時に
おいてMgやZnに隣接するN-H結合が不安定で解離してい
る600℃以上で原子状水素の供給を停止し、600℃では容
易に分解しない水素ガスや水素を含まない窒素ガス雰囲
気で室温まで冷却すれば原子状水素は結晶中から気相中
に拡散放出されて、低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物
半導体が得られるものと考えられる。
【００２３】従って、本発明の成長方法によれば、p型
窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長で窒素原料とし
てアンモニアを用いた場合、冷却時に600℃以上でアン
モニアの供給を停止すれば、結晶中の水素が外部に放出
され低抵抗化する。
窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長で窒素原料とし
てアンモニアを用いた場合、冷却時に600℃以上でアン
モニアの供給を停止すれば、結晶中の水素が外部に放出
され低抵抗化する。
【００２４】また、気相成長中に原子状水素が侵入する
のを避けるために、水素と窒素の直接結合を含まない原
料のエチルアジド（EtN3）が考えられる。しかしなが
ら、この原料は原料のキャリアガスである水素と反応す
ることによって結晶成長に寄与できるため、エチルアジ
ドと水素雰囲気のまま室温まで冷却すると水素パッシベ
ーションが起こる。
のを避けるために、水素と窒素の直接結合を含まない原
料のエチルアジド（EtN3）が考えられる。しかしなが
ら、この原料は原料のキャリアガスである水素と反応す
ることによって結晶成長に寄与できるため、エチルアジ
ドと水素雰囲気のまま室温まで冷却すると水素パッシベ
ーションが起こる。
【００２５】そこで本発明の成長方法によれば気相成長
後の冷却過程において600℃以上の温度域でキャリアガ
スを水素から窒素に切り替えることにより、結晶中から
原子状水素を放出できるので低抵抗なp型窒化ガリウム
系化合物半導体が得られる。
後の冷却過程において600℃以上の温度域でキャリアガ
スを水素から窒素に切り替えることにより、結晶中から
原子状水素を放出できるので低抵抗なp型窒化ガリウム
系化合物半導体が得られる。
【００２６】次に本発明により選択的に低抵抗な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通り
である。気相成長後の冷却過程で室温までアンモニアを
供給し続けると600℃付近でp型窒化ガリウム系化合物半
導体内のN-H結合が安定でかつ気相中のアンモニア内のN
-H結合が分解するので水素パッシベーションが起こるも
のと考えられる。アンモニアの分解は窒化ガリウム系化
合物半導体表面の触媒反応で起こる。そこで窒化ガリウ
ム系化合物半導体表面にSiO2やSi3N4等の誘電体膜を堆
積するとこの触媒効果がなくなりアンモニアの分解効率
が激減する。したがって600℃付近では気相雰囲気から
の原子状水素の供給はなくなり低抵抗なp型窒化ガリウ
ム系化合物半導体が得られる。従って、本発明の成長方
法によれば前記誘電体膜のマスクを基板上に選択的に堆
積し、アンモニアやアルシン、ホスフィン等の水素化物
ガスで室温まで冷却するとマスク部分は低抵抗でそれ以
外は高抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体が得られ
る。
化ガリウム系化合物半導体が得られる理由は以下の通り
である。気相成長後の冷却過程で室温までアンモニアを
供給し続けると600℃付近でp型窒化ガリウム系化合物半
導体内のN-H結合が安定でかつ気相中のアンモニア内のN
-H結合が分解するので水素パッシベーションが起こるも
のと考えられる。アンモニアの分解は窒化ガリウム系化
合物半導体表面の触媒反応で起こる。そこで窒化ガリウ
ム系化合物半導体表面にSiO2やSi3N4等の誘電体膜を堆
積するとこの触媒効果がなくなりアンモニアの分解効率
が激減する。したがって600℃付近では気相雰囲気から
の原子状水素の供給はなくなり低抵抗なp型窒化ガリウ
ム系化合物半導体が得られる。従って、本発明の成長方
法によれば前記誘電体膜のマスクを基板上に選択的に堆
積し、アンモニアやアルシン、ホスフィン等の水素化物
ガスで室温まで冷却するとマスク部分は低抵抗でそれ以
外は高抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体が得られ
る。
【００２７】本発明の成長方法によれば、前記誘電体膜
のマスクをp型窒化ガリウム系化合物半導体基板上に選
択的に堆積し、エチルアジドを水素をキャリアガスとし
て600℃以上の温度で熱処理を行うと、600℃以上では前
記原料の反応により結晶中に水素が侵入し、室温までこ
の雰囲気を保って冷却するとマスクを堆積した部分では
水素の侵入が無いので低抵抗化し、それ以外の部分では
水素パッシベーションのため高抵抗化する。
のマスクをp型窒化ガリウム系化合物半導体基板上に選
択的に堆積し、エチルアジドを水素をキャリアガスとし
て600℃以上の温度で熱処理を行うと、600℃以上では前
記原料の反応により結晶中に水素が侵入し、室温までこ
の雰囲気を保って冷却するとマスクを堆積した部分では
水素の侵入が無いので低抵抗化し、それ以外の部分では
水素パッシベーションのため高抵抗化する。
【００２８】また、本発明の製造方法によれば、p型窒
化ガリウム系化合物半導体を含むダブルヘテロ構造を有
する基板上に誘電体マスクを選択的に堆積しアンモニア
やアルシン、ホスフィン等の水素化物ガスで室温まで冷
却すると前記理由と同様に触媒効果が働いて誘電体マス
ク以外が高抵抗化されるので、誘電体マスクを堆積した
部分のみに電流が流れ、電流狭窄される。本発明の成長
方法によれば、前記誘電体膜を選択的に堆積したp型窒
化ガリウム系化合物半導体を含むダブルヘテロ構造を有
する基板を600℃以上でエチルアジドと水素雰囲気で熱
処理すると、前記原料が反応して原子状水素が発生す
る。この雰囲気を保って室温まで冷却すると600℃以下
でN-H結合が安定となると、誘電体膜を堆積した領域で
は、前記反応が抑制されそれ以外では基板の触媒効果に
より促進されるので、誘電体膜を堆積した領域以外の以
外のp型窒化ガリウム系半導体層が高抵抗化され、デバ
イスにして電流を注入した場合、電流狭窄される。
化ガリウム系化合物半導体を含むダブルヘテロ構造を有
する基板上に誘電体マスクを選択的に堆積しアンモニア
やアルシン、ホスフィン等の水素化物ガスで室温まで冷
却すると前記理由と同様に触媒効果が働いて誘電体マス
ク以外が高抵抗化されるので、誘電体マスクを堆積した
部分のみに電流が流れ、電流狭窄される。本発明の成長
方法によれば、前記誘電体膜を選択的に堆積したp型窒
化ガリウム系化合物半導体を含むダブルヘテロ構造を有
する基板を600℃以上でエチルアジドと水素雰囲気で熱
処理すると、前記原料が反応して原子状水素が発生す
る。この雰囲気を保って室温まで冷却すると600℃以下
でN-H結合が安定となると、誘電体膜を堆積した領域で
は、前記反応が抑制されそれ以外では基板の触媒効果に
より促進されるので、誘電体膜を堆積した領域以外の以
外のp型窒化ガリウム系半導体層が高抵抗化され、デバ
イスにして電流を注入した場合、電流狭窄される。
【００２９】
【実施例】以下、実施例で本発明を詳細に説明する。
【００３０】（実施例１）まず、サファイア基板を反応
炉内のサセプター上に設置し真空排気した後、大気圧の
水素雰囲気において1150℃で10分間加熱し基板のクリー
ニングを行う。次に、600℃まで冷却し、TMAを3μモル/
分、NH3を1.3l/分、キャリア水素を2.5l/分流してAlNバ
ッファ層を約40nm成長させる。次にTMAの供給のみを停
止し温度を1030℃まで上昇させた後、TMGを60μモル/
分、CP2Mgを5μモル/分流してMgをドープしたGaN層を約
1μmの膜厚で成長させる。
炉内のサセプター上に設置し真空排気した後、大気圧の
水素雰囲気において1150℃で10分間加熱し基板のクリー
ニングを行う。次に、600℃まで冷却し、TMAを3μモル/
分、NH3を1.3l/分、キャリア水素を2.5l/分流してAlNバ
ッファ層を約40nm成長させる。次にTMAの供給のみを停
止し温度を1030℃まで上昇させた後、TMGを60μモル/
分、CP2Mgを5μモル/分流してMgをドープしたGaN層を約
1μmの膜厚で成長させる。
【００３１】次にTMG及びCP2Mgの供給を停止して成長を
終了した後加熱ヒータを切り、アンモニアと水素の混合
雰囲気で自然冷却する。600℃になるとアンモニアの供
給を停止し、水素のみの雰囲気に切り替えてそのまま室
温まで冷却する。
終了した後加熱ヒータを切り、アンモニアと水素の混合
雰囲気で自然冷却する。600℃になるとアンモニアの供
給を停止し、水素のみの雰囲気に切り替えてそのまま室
温まで冷却する。
【００３２】図1は気相成長後の冷却時にアンモニアと
水素の混合雰囲気から水素のみの雰囲気に切り替える温
度を変えてMgドープGaN層の抵抗率を測定した結果であ
る。600℃以上でアンモニアの供給を停止することによ
り抵抗率1.5Ωcmと極めて低抵抗なp型GaNが得られた。
水素の混合雰囲気から水素のみの雰囲気に切り替える温
度を変えてMgドープGaN層の抵抗率を測定した結果であ
る。600℃以上でアンモニアの供給を停止することによ
り抵抗率1.5Ωcmと極めて低抵抗なp型GaNが得られた。
【００３３】同様に、気相成長後の冷却時においてアン
モニアと水素の混合雰囲気から窒素または窒素と水素の
混合雰囲気に切り替える温度を変えてMgドープGaN層の
抵抗率を測定する実験を行ったところ、アンモニアから
水素への切り替えの実験と同様に、400℃から600℃の間
で急激な変化が起こり、600℃以上でアンモニアと水素
の混合雰囲気から窒素または窒素と水素の混合雰囲気に
切り替えることにより、いずれの場合においても抵抗率
が1.0Ωcmと極めて低抵抗なp-GaNが得られた。
モニアと水素の混合雰囲気から窒素または窒素と水素の
混合雰囲気に切り替える温度を変えてMgドープGaN層の
抵抗率を測定する実験を行ったところ、アンモニアから
水素への切り替えの実験と同様に、400℃から600℃の間
で急激な変化が起こり、600℃以上でアンモニアと水素
の混合雰囲気から窒素または窒素と水素の混合雰囲気に
切り替えることにより、いずれの場合においても抵抗率
が1.0Ωcmと極めて低抵抗なp-GaNが得られた。
【００３４】このようにいずれの雰囲気でもアンモニア
の供給を600℃以上で停止すると低抵抗が得られた。以
上の結果から気相成長後の冷却時において600℃以上で
アンモニアの供給を停止し、水素、窒素、アルゴン等の
不活性ガス単独または混合雰囲気で室温まで冷却を行う
と低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体が得られる
ことがわかった。
の供給を600℃以上で停止すると低抵抗が得られた。以
上の結果から気相成長後の冷却時において600℃以上で
アンモニアの供給を停止し、水素、窒素、アルゴン等の
不活性ガス単独または混合雰囲気で室温まで冷却を行う
と低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体が得られる
ことがわかった。
【００３５】尚、本実施例では低抵抗なp型窒化物系化
合物半導体を得るために最高の効果が得られる600℃以
上で冷却雰囲気の切り替えを行ったが、実験から明らか
なように400℃以上なら程度の差はあるが低抵抗化の効
果が得られる。
合物半導体を得るために最高の効果が得られる600℃以
上で冷却雰囲気の切り替えを行ったが、実験から明らか
なように400℃以上なら程度の差はあるが低抵抗化の効
果が得られる。
【００３６】さらに、本発明によれば結晶中においてN-
H結合が安定となる温度以上で原子状水素の供給を停止
しているので、p型GaNに限らずAlGaN、AlGaInN、InGaN
等すべてのp型窒化物系化合物半導体を低抵抗化するの
に有効であることは明らかである。
H結合が安定となる温度以上で原子状水素の供給を停止
しているので、p型GaNに限らずAlGaN、AlGaInN、InGaN
等すべてのp型窒化物系化合物半導体を低抵抗化するの
に有効であることは明らかである。
【００３７】（実施例２）まず、サファイア基板を反応
炉内のサセプター上に設置し真空排気した後、大気圧の
水素雰囲気において1150℃で10分間加熱し基板のクリー
ニングを行う。次に、600℃まで冷却し、TMAを3μモル/
分、NH3を1.3l/分、キャリア水素を2.5l/分流してAlNバ
ッファ層を約40nm成長させる。
炉内のサセプター上に設置し真空排気した後、大気圧の
水素雰囲気において1150℃で10分間加熱し基板のクリー
ニングを行う。次に、600℃まで冷却し、TMAを3μモル/
分、NH3を1.3l/分、キャリア水素を2.5l/分流してAlNバ
ッファ層を約40nm成長させる。
【００３８】次に、TMAの供給を停止した後温度を700℃
に上昇させた後アンモニアの供給を停止しエチルアジド
（EtN3）を6mモル/分供給する。次にTMGを60μモル/
分、CP2Mgを5μモル/分流してMgをドープしたGaN層を約
1μmの膜厚で成長させる。次にTMG及びCP2Mgの供給を停
止して成長を終了した後加熱ヒータを切り、エチルアジ
ドと水素の混合雰囲気で自然冷却する。600℃になると
キャリア水素の供給を停止し、キャリアガスとして窒素
を供給し、エチルアジドと窒素の混合雰囲気で室温まで
冷却する。エチルアジドを用いてGaNのエピタキシャル
成長を行うとエチルアジドとキャリア水素が反応してエ
チルアジドの分解が起こり成長が行われる。従って、成
長中は原子状水素が結晶内外に存在することになる。冷
却時結晶中でN-H結合が安定となる前、すなわち600℃以
上でキャリアガスを水素から窒素に切り替えるとエチル
アジドの分解が抑制され気相中に水素原子が存在しなく
なり、結晶中から水素原子が放出されて低抵抗なp型GaN
が得られる。
に上昇させた後アンモニアの供給を停止しエチルアジド
（EtN3）を6mモル/分供給する。次にTMGを60μモル/
分、CP2Mgを5μモル/分流してMgをドープしたGaN層を約
1μmの膜厚で成長させる。次にTMG及びCP2Mgの供給を停
止して成長を終了した後加熱ヒータを切り、エチルアジ
ドと水素の混合雰囲気で自然冷却する。600℃になると
キャリア水素の供給を停止し、キャリアガスとして窒素
を供給し、エチルアジドと窒素の混合雰囲気で室温まで
冷却する。エチルアジドを用いてGaNのエピタキシャル
成長を行うとエチルアジドとキャリア水素が反応してエ
チルアジドの分解が起こり成長が行われる。従って、成
長中は原子状水素が結晶内外に存在することになる。冷
却時結晶中でN-H結合が安定となる前、すなわち600℃以
上でキャリアガスを水素から窒素に切り替えるとエチル
アジドの分解が抑制され気相中に水素原子が存在しなく
なり、結晶中から水素原子が放出されて低抵抗なp型GaN
が得られる。
【００３９】エチルアジドを用いてp型GaNのエピタキシ
ャル成長を行った場合、MgドープGaN層の抵抗率を冷却
時におけるキャリアガス切り替え温度に対してプロット
した結果を図2に示す。結果から明らかなように400℃以
上でキャリアガスを水素から窒素に切り替えることによ
ってMgドープGaN層の低抵抗化が得られており600℃以上
でほぼ完全に水素パッシベーションが回避できる。
ャル成長を行った場合、MgドープGaN層の抵抗率を冷却
時におけるキャリアガス切り替え温度に対してプロット
した結果を図2に示す。結果から明らかなように400℃以
上でキャリアガスを水素から窒素に切り替えることによ
ってMgドープGaN層の低抵抗化が得られており600℃以上
でほぼ完全に水素パッシベーションが回避できる。
【００４０】なお、本発明においても結晶中においてN-
H結合が安定となる温度以上で原子状水素の供給を停止
しているので、p型GaNに限らずAlGaN、AlGaInN、InGaN
等すべてのp型窒化物系化合物半導体を低抵抗化するの
に有効であることは明らかである。
H結合が安定となる温度以上で原子状水素の供給を停止
しているので、p型GaNに限らずAlGaN、AlGaInN、InGaN
等すべてのp型窒化物系化合物半導体を低抵抗化するの
に有効であることは明らかである。
【００４１】さらに、窒素原料としてはエチルアジドに
限らず、ヒドラジン（N2H4）等の有機窒素原料であれば
同様の効果が得られる。
限らず、ヒドラジン（N2H4）等の有機窒素原料であれば
同様の効果が得られる。
【００４２】（実施例３）図3に示すように実施例1また
は実施例2のようにしてエピタキシャル成長したMgドー
プのp-GaN2上に、ホトリソグラフィー技術により10μ×
10μ角のSiO2膜1を10μ間隔ごとに選択的に堆積する。S
iO2膜の厚みは400nmである。次に、前記基板を反応炉内
のサセプター上に設置し真空排気した後アンモニアと水
素を供給し大気圧とする。アンモニアの供給は1.3l/分
の割合で行う。次に炉内の温度を1000℃まで上昇させ、
30分間一定温度に保つ。最後にアンモニアと水素を供給
し続けたまま、室温まで自然冷却する。
は実施例2のようにしてエピタキシャル成長したMgドー
プのp-GaN2上に、ホトリソグラフィー技術により10μ×
10μ角のSiO2膜1を10μ間隔ごとに選択的に堆積する。S
iO2膜の厚みは400nmである。次に、前記基板を反応炉内
のサセプター上に設置し真空排気した後アンモニアと水
素を供給し大気圧とする。アンモニアの供給は1.3l/分
の割合で行う。次に炉内の温度を1000℃まで上昇させ、
30分間一定温度に保つ。最後にアンモニアと水素を供給
し続けたまま、室温まで自然冷却する。
【００４３】Mgをドープしたp-GaNはアンモニアによっ
て供給される水素で不活性化されることはよく知られて
いるが、この水素パッシベーションは実施例1で示した
ように成長または熱処理後の冷却時、特に400-600℃の
温度域で起こる。従って、Mgをドープしたp-GaN上にSiO
2やSiN等の誘電体膜を堆積すれば、その上でのアンモニ
アの分解効率が下がり結晶中への水素原子の侵入がなく
なるので、水素パッシベーションが起きずp-GaNの低抵
抗化が図れる。
て供給される水素で不活性化されることはよく知られて
いるが、この水素パッシベーションは実施例1で示した
ように成長または熱処理後の冷却時、特に400-600℃の
温度域で起こる。従って、Mgをドープしたp-GaN上にSiO
2やSiN等の誘電体膜を堆積すれば、その上でのアンモニ
アの分解効率が下がり結晶中への水素原子の侵入がなく
なるので、水素パッシベーションが起きずp-GaNの低抵
抗化が図れる。
【００４４】図4はそれぞれ実施例1のようにしてエピタ
キシャル成長したMgドープのp-GaN2上の全面に4000Åの
SiO2膜1を堆積した試料（with SiO2）及びSiO2膜を堆積
していない試料（without SiO2）を、大気圧のアンモニ
アと水素の混合雰囲気中で熱処理した後、冷却時におい
てアンモニアの供給を停止する温度を変化させて、その
時の抵抗率を観測した結果を示す。アンモニアの供給は
1.3l/分の割合で行った。SiO2膜を堆積した試料ではい
ずれの条件でも低い抵抗率が得られるのに対し、SiO2膜
を堆積していない試料では、600℃以下までアンモニア
を供給し続けると高抵抗化し、400℃でほぼ限界までい
くことがわかる。アンモニアの供給量を増やして分圧を
増大させると、SiO2膜を堆積していない試料ではさらに
低抵抗化される。従って選択的にSiO2膜を堆積してアン
モニア等の水素化物ガス雰囲気において熱処理を行うと
任意の場所を任意の程度に高抵抗化できる。また、本発
明では成長または熱処理の冷却時における400-600℃の
温度域だけが問題であるので、熱処理前のMgドープのp-
GaNは必ずしも実施例1または実施例2のようにもともと
低抵抗である必要はなく、高抵抗の膜でも一旦600℃以
上に昇温することによってN-H結合が切られるので問題
はない。
キシャル成長したMgドープのp-GaN2上の全面に4000Åの
SiO2膜1を堆積した試料（with SiO2）及びSiO2膜を堆積
していない試料（without SiO2）を、大気圧のアンモニ
アと水素の混合雰囲気中で熱処理した後、冷却時におい
てアンモニアの供給を停止する温度を変化させて、その
時の抵抗率を観測した結果を示す。アンモニアの供給は
1.3l/分の割合で行った。SiO2膜を堆積した試料ではい
ずれの条件でも低い抵抗率が得られるのに対し、SiO2膜
を堆積していない試料では、600℃以下までアンモニア
を供給し続けると高抵抗化し、400℃でほぼ限界までい
くことがわかる。アンモニアの供給量を増やして分圧を
増大させると、SiO2膜を堆積していない試料ではさらに
低抵抗化される。従って選択的にSiO2膜を堆積してアン
モニア等の水素化物ガス雰囲気において熱処理を行うと
任意の場所を任意の程度に高抵抗化できる。また、本発
明では成長または熱処理の冷却時における400-600℃の
温度域だけが問題であるので、熱処理前のMgドープのp-
GaNは必ずしも実施例1または実施例2のようにもともと
低抵抗である必要はなく、高抵抗の膜でも一旦600℃以
上に昇温することによってN-H結合が切られるので問題
はない。
【００４５】次に、選択的にp-GaNを高抵抗化する別の
方法について説明する。SiO2膜を選択的に堆積した前記
ウエハを、反応炉内のサセプター上に設置し真空排気し
た後エチルアジドと水素を供給し大気圧とする。エチル
アジドの供給は6mモル/分の割合で行う。次に炉内の温
度を700℃まで上昇させ、30分間一定温度に保つ。最後
にエチルアジドと水素を供給し続けたまま、室温まで自
然冷却する。700℃の熱処理中においてはエチルアジド
と水素が反応してNHやNH2等の中間生成物ができる。こ
れらはSiO2膜を堆積していないGaN上ではその触媒反応
のためにさらに分解して水素原子ができMgアクセプタの
水素パッシベーションが起こる。一方SiO2膜を堆積した
領域では、NHやNH2等の中間生成物の分解効率が下が
り、水素パッシベーションが抑制される。従ってSiO2膜
を選択的に堆積することにより、GaN上の任意の位置に
高抵抗層と低抵抗層が得られる。
方法について説明する。SiO2膜を選択的に堆積した前記
ウエハを、反応炉内のサセプター上に設置し真空排気し
た後エチルアジドと水素を供給し大気圧とする。エチル
アジドの供給は6mモル/分の割合で行う。次に炉内の温
度を700℃まで上昇させ、30分間一定温度に保つ。最後
にエチルアジドと水素を供給し続けたまま、室温まで自
然冷却する。700℃の熱処理中においてはエチルアジド
と水素が反応してNHやNH2等の中間生成物ができる。こ
れらはSiO2膜を堆積していないGaN上ではその触媒反応
のためにさらに分解して水素原子ができMgアクセプタの
水素パッシベーションが起こる。一方SiO2膜を堆積した
領域では、NHやNH2等の中間生成物の分解効率が下が
り、水素パッシベーションが抑制される。従ってSiO2膜
を選択的に堆積することにより、GaN上の任意の位置に
高抵抗層と低抵抗層が得られる。
【００４６】なお本実施例ではp-GaNで説明したが、p型
GaNに限らずAlGaN、AlGaInN、InGaN等すべてのp型窒化
物系化合物半導体を低抵抗化するのに有効であることは
明らかである。
GaNに限らずAlGaN、AlGaInN、InGaN等すべてのp型窒化
物系化合物半導体を低抵抗化するのに有効であることは
明らかである。
【００４７】さらに、窒素原料としてはエチルアジドに
限らず、ヒドラジン（N2H4）等の有機窒素原料であれば
同様の効果が得られる。
限らず、ヒドラジン（N2H4）等の有機窒素原料であれば
同様の効果が得られる。
【００４８】また、本実施例ではSiO2膜を用いて説明し
たが、水素化物ガスや有機窒素原料の分解効率を低下さ
せる膜なら、SiN等の誘電体や他の半導体でも同様の効
果が得られることは明らかである。
たが、水素化物ガスや有機窒素原料の分解効率を低下さ
せる膜なら、SiN等の誘電体や他の半導体でも同様の効
果が得られることは明らかである。
【００４９】（実施例４）まず、サファイア基板3を反
応炉内のサセプター上に設置し真空排気した後、大気圧
の水素雰囲気において1150℃で10分間加熱し基板のクリ
ーニングを行う。次に、600℃まで冷却し、TMAを3μモ
ル/分、NH3を1.3l/分、キャリア水素を2.5l/分流してAl
Nバッファ層4を約40nm成長させる。次にTMAの供給のみ
を停止し温度を1030℃まで上昇させた後、TMGを60μモ
ル/分、SiH4を1μモル/分、供給してn-GaN層5を堆積す
る。さらにTMAを60μモル/分の供給を加えてn-Al0.1Ga
0.9N6を堆積した後、アンモニアと水素の混合雰囲気で
温度を800℃までさげ、アンモニアの流量を10l/分に上
げる。次にTMGを60μモル/分、TMIを500μモル/分供給
してアンドープIn0.1Ga0.9N層7を堆積した後、TMG、TMI
の供給を停止して、アンモニアの流量を1.3l/分にさげ
て温度を1030℃に上げた後、さらにCP2Mgを5μモル/
分、TMGを60μモル/分、TMAを60μモル/分流してMgをド
ープしたp-Al0.1Ga0.9N層8を成長させる。次に、TMAの
供給を停止してp-GaN層9を成長させる。
応炉内のサセプター上に設置し真空排気した後、大気圧
の水素雰囲気において1150℃で10分間加熱し基板のクリ
ーニングを行う。次に、600℃まで冷却し、TMAを3μモ
ル/分、NH3を1.3l/分、キャリア水素を2.5l/分流してAl
Nバッファ層4を約40nm成長させる。次にTMAの供給のみ
を停止し温度を1030℃まで上昇させた後、TMGを60μモ
ル/分、SiH4を1μモル/分、供給してn-GaN層5を堆積す
る。さらにTMAを60μモル/分の供給を加えてn-Al0.1Ga
0.9N6を堆積した後、アンモニアと水素の混合雰囲気で
温度を800℃までさげ、アンモニアの流量を10l/分に上
げる。次にTMGを60μモル/分、TMIを500μモル/分供給
してアンドープIn0.1Ga0.9N層7を堆積した後、TMG、TMI
の供給を停止して、アンモニアの流量を1.3l/分にさげ
て温度を1030℃に上げた後、さらにCP2Mgを5μモル/
分、TMGを60μモル/分、TMAを60μモル/分流してMgをド
ープしたp-Al0.1Ga0.9N層8を成長させる。次に、TMAの
供給を停止してp-GaN層9を成長させる。
【００５０】次にTMG及びCP2Mgの供給を停止して成長を
終了した後加熱ヒータを切り、アンモニアと水素の混合
雰囲気で自然冷却する。600℃になるとアンモニアの供
給を停止し、水素のみの雰囲気に切り替えてそのまま室
温まで冷却する（図5a）。次に、ホトリソグラフィー技
術を用いて、厚さ4000Åで幅5μmのSiO2ストライプ10を
350μm周期で堆積する（図5b）。次に、前記基板を反応
炉内のサセプター上に設置し真空排気した後アンモニア
と水素を供給し大気圧とする。アンモニアの供給は1.3l
/分の割合で行う。次に炉内の温度を1000℃まで上昇さ
せ、30分間一定温度に保つ。最後にアンモニアと水素を
供給し続けたまま、室温まで自然冷却する。
終了した後加熱ヒータを切り、アンモニアと水素の混合
雰囲気で自然冷却する。600℃になるとアンモニアの供
給を停止し、水素のみの雰囲気に切り替えてそのまま室
温まで冷却する（図5a）。次に、ホトリソグラフィー技
術を用いて、厚さ4000Åで幅5μmのSiO2ストライプ10を
350μm周期で堆積する（図5b）。次に、前記基板を反応
炉内のサセプター上に設置し真空排気した後アンモニア
と水素を供給し大気圧とする。アンモニアの供給は1.3l
/分の割合で行う。次に炉内の温度を1000℃まで上昇さ
せ、30分間一定温度に保つ。最後にアンモニアと水素を
供給し続けたまま、室温まで自然冷却する。
【００５１】最後の熱処理によりSiO2ストライプ10以外
のp型層（R領域）は水素パッシベーションで高抵抗化さ
れる（図5c）。従って熱処理の後、SiO2を除去して、陽
電極、陰電極を付けた後、ウエハを共振構造を持った半
導体レーザチップに分解した後p-GaNからホールを、n-G
aNから電子を供給すれば、電流はストライプ状の低抵抗
を流れて活性層にホールが供給されることになり、電流
狭窄が行われ、横モード制御型の青色半導体レーザが製
造できる。
のp型層（R領域）は水素パッシベーションで高抵抗化さ
れる（図5c）。従って熱処理の後、SiO2を除去して、陽
電極、陰電極を付けた後、ウエハを共振構造を持った半
導体レーザチップに分解した後p-GaNからホールを、n-G
aNから電子を供給すれば、電流はストライプ状の低抵抗
を流れて活性層にホールが供給されることになり、電流
狭窄が行われ、横モード制御型の青色半導体レーザが製
造できる。
【００５２】また、熱処理を実施例3と同様にエチルア
ジドと水素を用いて行ってもSiO2ストライプ以外のp型
層を高抵抗化することが可能であり、同様の効果が得ら
れる。窒素原料としてはエチルアジドに限らず、ヒドラ
ジン（N2H4）等の有機窒素原料であれば同様の効果が得
られる。
ジドと水素を用いて行ってもSiO2ストライプ以外のp型
層を高抵抗化することが可能であり、同様の効果が得ら
れる。窒素原料としてはエチルアジドに限らず、ヒドラ
ジン（N2H4）等の有機窒素原料であれば同様の効果が得
られる。
【００５３】なお、本実施例ではSiO2膜を用いて説明し
たが、水素化物ガスや有機窒素原料の分解効率を低下さ
せる膜なら、SiN等の誘電体や他の半導体でも同様の効
果が得られることは実施例3と同様に明らかである。
たが、水素化物ガスや有機窒素原料の分解効率を低下さ
せる膜なら、SiN等の誘電体や他の半導体でも同様の効
果が得られることは実施例3と同様に明らかである。
【００５４】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明の製造方法
によれば、従来のように低抵抗なp型窒化ガリウム系化
合物半導体を得るために気相成長後基板を室温に冷却し
た後アニールするという複雑な工程を行うことなく、気
相成長後の冷却雰囲気の切り替えのみという簡素な工程
で低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体が得られ
る。
によれば、従来のように低抵抗なp型窒化ガリウム系化
合物半導体を得るために気相成長後基板を室温に冷却し
た後アニールするという複雑な工程を行うことなく、気
相成長後の冷却雰囲気の切り替えのみという簡素な工程
で低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物半導体が得られ
る。
【００５５】さらに、基板の触媒効果を利用して原料の
熱分解による原子状水素の発生を選択的に制御できるの
で、従来電子線照射やアニールではできなかったエピタ
キシャル成長層の深さ方向全般に渡り、基板上に選択的
に低抵抗部と高抵抗部の作製が実現できる。したがっ
て、ダブルヘテロ構造を持つ基板に対して選択的に抵抗
を変化させられるので、青色半導体レーザの電流狭窄が
可能となる。
熱分解による原子状水素の発生を選択的に制御できるの
で、従来電子線照射やアニールではできなかったエピタ
キシャル成長層の深さ方向全般に渡り、基板上に選択的
に低抵抗部と高抵抗部の作製が実現できる。したがっ
て、ダブルヘテロ構造を持つ基板に対して選択的に抵抗
を変化させられるので、青色半導体レーザの電流狭窄が
可能となる。
【図１】気相成長後の冷却時にアンモニアと水素の混合
雰囲気から水素のみの雰囲気に切り替える温度を変えて
MgドープGaN層の抵抗率を測定した結果を示す図
雰囲気から水素のみの雰囲気に切り替える温度を変えて
MgドープGaN層の抵抗率を測定した結果を示す図
【図２】エチルアジドを用いてp型GaNのエピタキシャル
成長を行い、冷却時においてキャリアガスの水素を窒素
に切り替える温度を変えてMgドープGaN層の抵抗率を測
定した結果を示す図
成長を行い、冷却時においてキャリアガスの水素を窒素
に切り替える温度を変えてMgドープGaN層の抵抗率を測
定した結果を示す図
【図３】p-GaN上に、ホトリソグラフィー技術により10
μ×10μ角のSiO2膜を10μ間隔ごとに選択的に堆積した
図
μ×10μ角のSiO2膜を10μ間隔ごとに選択的に堆積した
図
【図４】Mgドープのp-GaN上の全面に4000ÅのSiO2膜を
堆積した試料及びSiO2膜を堆積していない試料を、大気
圧のアンモニアと水素の混合雰囲気中で熱処理した後、
冷却時においてアンモニアの供給を停止する温度を変化
させて、その時の抵抗率を観測した結果を示す図
堆積した試料及びSiO2膜を堆積していない試料を、大気
圧のアンモニアと水素の混合雰囲気中で熱処理した後、
冷却時においてアンモニアの供給を停止する温度を変化
させて、その時の抵抗率を観測した結果を示す図
【図５】(a)は窒化物系青色半導体レーザの素子断面図
でSiO2膜を用いて熱処理を行い電流狭窄を行う製造方法
の一工程図 (b)は窒化物系青色半導体レーザの素子断面図でSiO2膜
を用いて熱処理を行い電流狭窄を行う製造方法の一工程
図 (c)は窒化物系青色半導体レーザの素子断面図でSiO2膜
を用いて熱処理を行い電流狭窄を行う製造方法の一工程
図
でSiO2膜を用いて熱処理を行い電流狭窄を行う製造方法
の一工程図 (b)は窒化物系青色半導体レーザの素子断面図でSiO2膜
を用いて熱処理を行い電流狭窄を行う製造方法の一工程
図 (c)は窒化物系青色半導体レーザの素子断面図でSiO2膜
を用いて熱処理を行い電流狭窄を行う製造方法の一工程
図
1 SiO2 2 p-GaN 3 サファイア基板 4 AlN 5 n-GaN 6 n-AlGaN 7 InGaN 8 p-AlGaN 9 p-GaN 10 SiO2
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−249795（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−314821（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−232451（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−109636（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−209120（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268259（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−183189（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/205 H01L 33/00 H01S 3/094
Claims (14)
- 【請求項１】ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体の気相成長冷却時に、大気圧下、４００℃以
上の温度で水素化物ガスを含む雰囲気から水素または窒
素の雰囲気に切り替えることを特徴とするｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項２】水素化物ガスがアンモニアであることを特
徴とする請求項１に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体の製造方法。 - 【請求項３】窒素と水素の結合を含まない有機Ｖ族原料
を用いたｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物
半導体の気相成長冷却時に、４００℃以上の温度でキャ
リアガスを水素から窒素雰囲気に切り替えることを特徴
とするｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項４】有機Ｖ族原料がエチルアジド（ＥｔＮ3）
であることを特徴とする請求項３に記載のｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項５】ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体の一部に選択的に誘電体膜を堆積する工程
と、４００℃以上の温度域で熱処理を行う工程を有する
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法であって、
前記窒化ガリウム系化合物半導体のうち前記誘電体膜が
堆積された部分の抵抗を、前記誘電体膜が堆積されなか
った部分の抵抗よりも低くすることを特徴とするｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項６】ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体の一部に選択的に誘電体膜を堆積する工程
と、４００℃以上の温度域で熱処理を行う工程を有する
ことを特徴とするｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製
造方法であって、前記熱処理を行う雰囲気が水素化物ガ
スまたは水素をキャリアガスとする有機Ｖ族であること
を特徴とするｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方
法。 - 【請求項７】ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体の一部に選択的に誘電体膜を堆積する工程
と、４００℃以上の温度域で熱処理を行う工程を有する
ことを特徴とするｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製
造方法であって、前記熱処理を行う雰囲気が水素化物ガ
スまたは水素をキャリアガスとする有機Ｖ族であり、前
記水素化物ガスがアンモニアで、前記有機Ｖ族がエチル
アジド（ＥｔＮ3）であることを特徴とするｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項８】ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体の一部に選択的に誘電体膜を堆積する工程
と、４００℃以上の温度域で熱処理を行う工程を有する
ことを特徴とするｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製
造方法であって、前記熱処理を行う雰囲気が水素化物ガ
スまたは水素をキャリアガスとする有機Ｖ族であり、前
記水素化物ガスがアルシンまたはホスフィンであること
を特徴とするｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方
法。 - 【請求項９】誘電体膜がＳｉＯ2であることを特徴とす
る請求項５に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の
製造方法。 - 【請求項１０】ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系
化合物半導体層をクラッド層とする窒化ガリウム系化合
物半導体層からなるダブルヘテロ構造を有する基板の一
部に選択的に誘電体膜を堆積する工程と、４００℃以上
の温度域で熱処理を行う工程を有することを特徴とする
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項１１】熱処理雰囲気が水素化物ガスまたは水素
をキャリアガスとする有機Ｖ族であることを特徴とする
請求項１０に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の
製造方法。 - 【請求項１２】水素化物ガスがアンモニアで、有機Ｖ族
がエチルアジド（ＥｔＮ3）であることを特徴とする請
求項１１に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製
造方法。 - 【請求項１３】誘電体膜がＳｉＯ2であることを特徴と
する請求項１０に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体の製造方法。 - 【請求項１４】ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系
化合物半導体の気相成長冷却時に、大気圧下、４００℃
以上の温度で水素化物ガスを含む雰囲気から、水素原子
を発生しないガス雰囲気に切り替えることを特徴とする
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25054094A JP3254931B2 (ja) | 1994-10-17 | 1994-10-17 | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25054094A JP3254931B2 (ja) | 1994-10-17 | 1994-10-17 | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08115880A JPH08115880A (ja) | 1996-05-07 |
| JP3254931B2 true JP3254931B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
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| JP25054094A Expired - Fee Related JP3254931B2 (ja) | 1994-10-17 | 1994-10-17 | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
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| US6258617B1 (en) | 1995-08-31 | 2001-07-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing blue light emitting element |
| EP1041610B1 (en) * | 1997-10-30 | 2010-12-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | GaN SINGLE CRYSTALLINE SUBSTRATE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME |
| JPH11204833A (ja) * | 1998-01-08 | 1999-07-30 | Pioneer Electron Corp | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP4100759B2 (ja) * | 1998-03-24 | 2008-06-11 | 住友電気工業株式会社 | 化合物半導体装置の製造方法 |
| KR100329117B1 (ko) * | 1998-07-16 | 2002-08-21 | 광주과학기술원 | Mg이도핑된p-형질화갈륨(GaN)박막의제조방법 |
| JP3833848B2 (ja) * | 1999-05-10 | 2006-10-18 | パイオニア株式会社 | ３族窒化物半導体素子製造方法 |
| JP2002319743A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Ricoh Co Ltd | ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体および半導体装置およびその作製方法 |
| JP2005159035A (ja) * | 2003-11-26 | 2005-06-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光ダイオード及び発光装置 |
| JP4952055B2 (ja) * | 2006-05-19 | 2012-06-13 | 住友電気工業株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体を成長する方法、およびｉｉｉ族窒化物半導体装置を作製する方法 |
| JP4416044B1 (ja) | 2008-10-07 | 2010-02-17 | 住友電気工業株式会社 | ｐ型窒化ガリウム系半導体を作製する方法、窒化物系半導体素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハを作製する方法 |
| JP2009177219A (ja) * | 2009-05-15 | 2009-08-06 | Mitsubishi Chemicals Corp | ＧａＮ系半導体素子の製造方法 |
| JP2010021576A (ja) * | 2009-10-19 | 2010-01-28 | Ricoh Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP5240171B2 (ja) * | 2009-11-20 | 2013-07-17 | 住友電気工業株式会社 | 窒化ガリウム系半導体、半導体光素子、半導体レーザ、発光ダイオード |
| CN106299060B (zh) * | 2015-05-28 | 2018-05-01 | 苏州新纳晶光电有限公司 | 一种具低阻的P型GaN外延层制备方法 |
| JP2016054321A (ja) * | 2015-12-08 | 2016-04-14 | 株式会社リコー | 半導体装置 |
| CN112331752A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-02-05 | 至芯半导体(杭州)有限公司 | 一种具有低电阻率p型层的深紫外led外延制造方法 |
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| JP2809045B2 (ja) * | 1992-11-20 | 1998-10-08 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
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| JP2778405B2 (ja) * | 1993-03-12 | 1998-07-23 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| JP2790235B2 (ja) * | 1993-04-28 | 1998-08-27 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系化合物半導体のｐ型化方法 |
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-
1994
- 1994-10-17 JP JP25054094A patent/JP3254931B2/ja not_active Expired - Fee Related
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