JP3447940B2

JP3447940B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3447940B2
Application number: JP35465597A
Authority: JP
Inventors: 川千里古; 崎治彦岡; 原秀人菅; 木伸洋鈴
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 2003-09-16
Anticipated expiration: 2017-12-24
Also published as: JPH11186174A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、紫外線
を照射することにより効率的に活性化されたｐ型の窒化
ガリウム系化合物半導体層を有する半導体装置及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、紫外から可視光領域までの発光が
得られる半導体装置として、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物
半導体を用いたものが知られている。

【０００３】なお、本明細書において「窒化ガリウム系
化合物半導体」とは、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において
組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させたすべて
の組成の半導体を含むものとする。例えば、ＩｎＧａＮ
（ｘ＝０．４、ｙ＝０）も「窒化ガリウム系化合物半導
体」に含まれるものとする。

【０００４】これらの窒化ガリウム系化合物半導体は、
その光学遷移が直接遷移型であるために、高効率で発光
再結合を生じさせることが可能である。また、その遷移
エネルギの範囲は、２〜６．２エレクトロンボルトと広
い。したがって、各種の短波長半導体レーザあるいは高
輝度可視ＬＥＤなどの高効率発光素子の材料として、そ
の開発が進められている。

【０００５】これらの窒化ガリウム系化合物半導体を用
いた半導体装置として、発光素子を例に挙げて以下に説
明する。

【０００６】図８は、従来の半導体発光素子の構成を表
す概略説明図である。すなわち、同図（ａ）は、その結
晶成長工程における積層構造を表す概略断面図である。
同図に例示したものは、活性層としてＩｎＧａＮ層を用
いたダブルヘテロ構造の発光ダイオードの積層構造であ
る。基板１１０としては単結晶サファイアが用いられ、
基板１１０の上には、ＧａＮバッファ層１２０、ｎ型Ｇ
ａＮ層１３０、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４０、Ｉｎ
ＧａＮ活性層１５０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６
０、ｐ^＋型ＧａＮコンタクト層１７０がエピタキシャル
成長によって順次積層されている。

【０００７】このようにして得られた積層構造は、この
後、図８（ｂ）に示したように、一部がエッチングされ
てｎ型ＧａＮ層１３０が露出され、ｐ側電極２１０とｎ
側電極２２０とがそれぞれ形成されて発光素子が完成す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の発光素
子の製造に際しては、図８（ａ）に示したような積層構
造を形成した後に、その最上層のｐ型コンタクト層１７
０に含有されているｐ型不純物を活性化する必要があ
る。この活性化の方法としては、これまでに幾つかの方
法が提案されている。

【０００９】そのひとつは、電子線を照射する方法であ
り、例えば、赤崎らによる特許出願（特願平２−２６１
４号）において開示されている。また、もうひとつの方
法は、４００℃〜１１００℃程度の高温で加熱すること
によりｐ型ド−パントであるＭｇと結合している水素を
解離させて活性化を行う方法であり、例えば、中村らに
よる特許出願（特開平５−１８３１８９号）において開
示されている。

【００１０】しかし、前述の電子線照射による方法で
は、電子ビームが半導体層のごく表面付近で減衰してし
まうために、ｐ型半導体層の内部まで効率良く活性化す
ることが困難であるという問題があった。

【００１１】さらに、電子ビームを照射するためには、
真空中であることが必要とされる。従って、処理装置が
複雑で大型、且つ高価であるという問題もあった。

【００１２】また、一度にウェーハの全面に電子ビーム
を照射することができず、細い電子ビームでウェ−ハ表
面を順次走査する必要がある。このために、処理スルー
プットが低く、量産性に欠けるという問題もあった。

【００１３】一方、前述の熱アニールによる方法では、
低温では十分な活性化を実現できず、また、熱処理温度
が高い場合には、活性化は比較的良好に行うことができ
るが、温度が高いために、化合物半導体の組成が変動し
たり、ドーパントや不純物の拡散などが生ずという問題
があった。例えば、窒化ガリウム系化合物半導体のイン
ジウムの組成はバンドキャップなどの基本的な性質を決
定する要素であるが、高温で熱処理すると、その値が変
化して発光波長などの基本的な特性が変化してしまうと
いう問題があった。

【００１４】また、一般に、半導体装置の製造に際して
は、工程が進行するに従って加熱温度を抑制することが
望ましいが、このような高温のアニール処理を実施する
と、その他の工程に対する制限が多くなり、製造パラメ
ータの自由度が低下するという問題もあった。

【００１５】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
である。すなわち、本発明は、簡易に極めて高効率且つ
効果的にドーパントが活性化された窒化ガリウム系化合
物半導体層を有する半導体装置及びその製造方法を提供
することを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の半導
体装置は、基板と、前記基板上にエピタキシャル成長し
てなる少なくとも１層の窒化ガリウム系化合物半導体層
とを少なくとも備えた半導体装置であって、前記窒化ガ
リウム系化合物半導体層の少なくともいずれかは、紫外
線を照射することにより、その照射方向に沿ってキャリ
ア濃度が減少する分布を有するものとして構成されてい
ることを特徴とし、紫外線を照射することによって、ド
ーパントと水素との結合を分離してドーパントを効率的
に活性化することができる。同時に、ドナーとして作用
し、ｐ型層を補償している窒化ガリウム系化合物半導体
層中の空孔を減少させ、実効的なキャリア濃度を増加さ
せることができる。

【００１７】または、本発明による半導体装置は、基板
と、前記基板上にエピタキシャル成長してなる窒化ガリ
ウム系化合物半導体からなるｎ型層と、窒化ガリウム系
化合物半導体からなる発光層と、窒化ガリウム系化合物
半導体からなるｐ型層と、前記ｐ型層に接続されたｐ側
電極と、を少なくとも備えた半導体装置であって、前記
ｐ型層は、前記ｐ側電極との前記接続部から内部に向か
ってアクセプタ濃度が減少するものとして構成されてい
ることを特徴とし、紫外線を照射することによって、ｐ
側電極とのコンタクト部分のキャリア濃度を効率的に高
くすることができ、接触抵抗を低減して良好な特性を提
供することができる。

【００１８】また、本発明によれば、紫外線の照射に際
しては、従来よりも低い５０℃〜４００℃の温度範囲に
おいて加熱すれば十分に活性化を図ることができる。

【００１９】また、紫外線の中心波長は３８０ｎｍ以下
であることが望ましく、さらに、窒素雰囲気とすること
が望ましい。

【００２０】さらに、本発明によれば、半導体装置の内
部に設けられた発光層から放出される紫外線を用いて同
様に活性化を図ることができる。

【００２１】この場合には、紫外線のピーク波長を約３
００〜４００ｎｍ程度とすることにより、表面付近のキ
ャリア濃度を高く形成することができる。

【００２２】これまで、窒化ガリウム系化合物半導体材
科のｐ型不純物の活性化技術では、４００℃以上での高
温アニールが主流となっている。この高温アニールは、
ｐ型不純物と水素とを断ち切ることにより、ｐ型のアク
セプタとして活性化させるものである。これに対して、
本発明によれば、ｐ型不純物と水素とを断ち切るだけで
なく、本質的な結晶品位を改善することにより、さらに
効果的に活性化することができる。さらに、本発明によ
れば、４００℃以上の高温の熱処理が不要となるという
利点も生ずる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しつつ、本発明
の実施の形態について説明する。図１は、本発明の概念
を例示する説明図である。すなわち、本発明において
は、窒化ガリウム系化合物半導体に対して、紫外線を照
射することにより、含有されているドーパントを活性化
させることを特徴とする。ここで、窒化ガリウム系化合
物半導体としては、あらゆる組成のものを適用すること
ができる。また、その導電型についてもｎ型でもｐ型で
も良い。但し、後に詳述するように、発光素子などの多
くの用途において、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体
層に適用して、特に有利な効果を得ることができる。

【００２４】ここで、紫外線の波長は、照射する窒化ガ
リウム系化合物半導体の組成などに応じて適宜選択する
ことができる。また、照射の際に同時に５０℃〜４００
℃の低温範囲で加熱することにより、さらに効果的に活
性化を行うことができる。

【００２５】図２は、本発明者の実験により得られた結
果を例示するグラフ図である。すなわち、同図は、ｐ型
のドーパントを含有させたＧａＮ層に対して紫外線を照
射した場合のシート抵抗の測定値を表す。同図の縦軸は
ＧａＮ層のシート抵抗を表し、横軸は紫外線の照射時間
を表す。ここでは紫外線の波長は、３８０ｎｍとした。

【００２６】同図から分かるように、紫外線を約５分間
以上照射するとシート抵抗の低下が顕著に表れ、照射時
間が長くなるにつれてシート抵抗が低下する。また、紫
外線の照射強度が大きい方が、シート抵抗の低下が顕著
であることがわかる。実用的には、１００ｍＷ／ｃｍ^２
程度の強度において３０分〜６０分の間、照射すること
が望ましい。

【００２７】図３は、本発明者による別の実験の結果を
表すグラフ図である。すなわち、同図は、本発明の方法
により紫外線を照射したｐ型ＧａＮ層の不純物濃度とア
クセプタ濃度の深さ方向のプロファイル図である。ここ
で、試料としてはＧａＮ層を用い、ＭＯ−ＣＶＤ法によ
り、ｐ型ドーパントとしてＭｇを約５×１０²⁰ｃｍ^-3の
濃度にドーピングした。また、照射した紫外線の中心波
長は、３８０ｎｍとし、その照射強度は約１００ｍＷ／
ｃｍ^２とした。さらに、紫外線の照射は、大気圧の窒素
ガス雰囲気中で行い、照射時のウェーハ温度は、約４０
０℃に維持した。また、不純物濃度は２次イオン質量分
析法（ＳＩＭＳ）により測定し、キャリア濃度分布はＣ
Ｖ測定法により測定した。

【００２８】実験の結果、紫外線の照射前は、ＧａＮ層
のキャリア濃度は、約１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であり、ド
ーピングしたＭｇは、殆ど活性化されていないことが分
かった。これに対して、本発明の方法により紫外線を約
６０分間照射した結果、同図に示したように、ＧａＮ層
の表面付近でのアクセプタ濃度は、１×１０¹⁹ｃｍ^-3以
上と測定され、また、表面から約０．２μｍ以上の深さ
においてもキャリア濃度は１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度であ
り、極めて高い効率でＭｇが活性化されることが確認さ
れた。このように、本発明の方法によると、半導体層の
表面に近づくに従って高くなるようなキャリア濃度分布
を有するのは、照射した紫外線が半導体層の表面付近で
吸収されて、内部において順次減衰するからであると推
測される。

【００２９】また、同図においては、使用した測定装置
の精度の関係上、深さが０．１μｍよりも浅い領域にお
いては、正確なキャリア濃度が得られていないが、同図
に示したキャリア濃度の曲線から、表面付近では、Ｍｇ
の活性化率は、ほぼ１００％に近いものと推測される。

【００３０】このように極めて高い活性化率が得られる
理由としては、以下の２つが考えられる。すなわち、第
１に、紫外線の照射によって、Ｍｇと水素との結合を分
離することができると考えられる。このような水素は、
結晶成長中にドーパントであるＭｇと結合して電気的に
不活性化させると考えられている。紫外線の照射によっ
て、このようなＭｇと水素との結合を分離するために必
要なエネルギーを与えることができ、Ｍｇをアクセプタ
として活性化することができるものと推測される。

【００３１】第２に、紫外線の照射によって、結晶内部
あるいは雰囲気中の窒素が結晶中を移動し、結晶に含ま
れる窒素空孔を埋めることが考えられる。この結果、結
晶中に存在していた窒素空孔が減少し、結晶性が回復さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体が得られる。このよう
に窒素空孔が窒素により埋められると、ｐ型不純物を補
償していたドナーが減少する。その結果として、Ｍｇの
活性化により得られたアクセプタが補償されることがな
くなり、実効的なアクセプタ濃度の上昇が得られる。

【００３２】ここで、本発明者の実験の結果、用いる紫
外線のピーク波長が３００〜４００ｎｍの範囲内にある
場合に、特に良好な結果が得られることが分かった。こ
の理由は、紫外線の波長がこれよりも長いと、前述した
マグネシウムなどのドーパントの活性化や窒素空孔の減
少などの作用を十分に得ることができず、一方、紫外線
の波長がこれよりも短いと、窒化ガリウム系半導体層に
おける吸収が激しいために、表面層において殆んど吸収
され、内部まで到達して作用することができないからで
あると考えられる。

【００３３】本発明によれば、従来よりもはるかに低温
において、高い効率でｐ型ドーパントを活性化すること
ができる。従って、高温でアニールすることにより生ず
る半導体層の組成の変動や不純物の拡散、ドーパントの
流れ出しなどの問題を解消することができる。

【００３４】また、本発明によれば、紫外線の吸収プロ
ファイルに対応して、不純物を活性化することが可能
で、特に、半導体層の表面付近のキャリア濃度を極めて
高くすることができる。このように表面のキャリア濃度
を高くできると、電極金属とのオーミック接触を容易に
確保することができ、接触抵抗を低減することができ
る。とくに、窒化ガリウム系化合物半導体の場合には、
バンド・ギャップが比較的大きいために、特にｐ型の半
導体層に対して、従来は、良好なオーミック接触を確保
し難いという問題があった。図１に例示したような多く
の半導体装置において、ｐ型コンタクト層の役割は電極
金属層とのオーミック接触を得ることであり、本発明に
より、その表面で高いキャリア濃度が得られると、低抵
抗のｐ側コンタクトを容易に確保することが可能とな
り、半導体装置の製造上、極めて有利である。

【００３５】また、このような、キャリア濃度のプロフ
ァイルは、紫外線の波長を適宜選択することにより、調
節することができる。すなわち、紫外線の波長を長くす
ると、ＧａＮ層における吸収が低下するために、減衰が
低減してＧａＮ層の内部まで紫外線が到達することがで
きる。その結果として、ＧａＮ層の内部まで高い効率で
活性化することができ、緩やかなキャリア濃度プロファ
イルを得ることができる。

【００３６】これに対して、紫外線の波長を短くする
と、ＧａＮ層における吸収が増加するために、ＧａＮ層
の表面付近で急激に吸収され、急峻に強度が減衰する。
その結果として、表面付近が高く、内部において急激に
減衰するようなキャリア濃度プロファイルを得ることが
できる。

【００３７】以下に、本発明を発光素子に適用した具体
例について説明する。

【００３８】図４は、本発明による半導体装置の構成を
表す概略説明図である。すなわち、同図（ａ）は、その
結晶成長工程における積層構造を表す概略断面図であ
り、同図（ｂ）は、その完成後の概略断面図である。同
図に例示したものは、活性層としてＩｎＧａＮ層を用い
たダブルヘテロ構造の発光ダイオードの積層構造であ
る。

【００３９】まず、同図（ａ）に示したような積層構造
を形成する。基板１１としては単結晶サファイアが用い
られ、基板１１の上には、ＧａＮバッファ層１２、ｎ型
ＧａＮ層１３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ＩｎＧ
ａＮ活性層１５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６、ｐ^＋
型ＧａＮコンタクト層１７がエピタキシャル成長によっ
て順次積層されている。

【００４０】結晶成長方法としては、例えば有機金属気
相化学成長法（ＭＯ−ＣＶＤ法）が用いられる。そのキ
ャリアガスとして、水素（Ｈ_２）、窒素（Ｎ_２）のいず
れか一方、或いは両者の混合ガスを用いることができ
る。原料ガスとしてＩＩＩ族にはＴＭＧ（トリメチルガ
リウム）、ＴＭＩ（トリメチルインディウム）、ＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）のバブリングガスをそれぞ
れ用い、Ｖ族にはＮＨ３（アンモニア）を用いることが
できる。また、これらの他に、ドーピングガスとして、
ｎ型不純物にはシリコン（Ｓｉ）をＳｉＨ４（モノシラ
ン）ガス、ｐ型不純物にはマグネシウム（Ｍｇ）をＣｐ
２Ｍｇ（ピスシクロペンタジエニルマグネシウム）のバ
ブリングガスとして供給する。

【００４１】次に、図４（ｂ）に示したように、積層構
造の一部をエッチング除去し、ｎ型ＧａＮ１３を露出さ
せる。エッチング法としては、例えば、ＲｌＥ（Ｒｅａ
ｃｔｉｖｅｌｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）を用いることが
できる。

【００４２】次に、本発明においては、ｐ型ＧａＮコン
タクト層１７の表面に紫外線を照射して、ｐ型不純物を
活性化する。

【００４３】図５は、紫外線照射を行う装置の構成を例
示する概略断面図である。図４（ｂ）に示したようにエ
ッチング加工されたウェーハ２０は、装置５０の内部に
設けられた熱板５２の上に設置される。ウェーハ２０の
上方には、紫外線光源５３が設けられ、ウェーハ２０を
加熱しながら紫外線５４を照射できる構造とされてい
る。また、この周囲は、筐体５５で囲われ、紫外線の漏
洩を抑制するとともに、窒素ガス５６を流して装置内部
を窒素雰囲気にすることができるようにされている。

【００４４】紫外線５４の中心波長は３８０ｎｍ以下
で、ウェーハ２０の表面において約１００ｍＷ／ｃｍ^２
程度の強度を有するようにすることが望ましい。

【００４５】このようにして照射された紫外線５４は、
ｐ型ＧａＮ層１７において吸収される。まず、ｐ型Ｇａ
Ｎ層１７の内部に存在するｐ型ドーパントと水素との結
合を切断し、ｐ型ドーパントを水素から開放することに
よって活性化する。また、同時に、ｐ型ＧａＮ層１７の
内部でエネルギーを得た窒素、或いは雰囲気中の窒素が
結晶中を移動し、結晶に含まれる窒素空孔を埋める。こ
の結果、結晶中に存在していた窒素空孔が減少し、結晶
性が回復された窒化ガリウム系化合物半導体が得られ
る。また、窒素空孔が窒素により埋められると、ｐ型不
純物を補償していたドナーが減少し、実効的なアクセプ
タ濃度の上昇が得られる。

【００４６】本発明の実験によれば、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層の層厚が、０．５〜０．６μｍ程度の場合には、
紫外線の波長を約３８０ｎｍ程度とした場合に、最も良
好なキャリア濃度プロファイルが得られた。

【００４７】本発明者の試作の結果、図４に示した発光
素子は、動作電圧４．５ボルト、動作電流２０ミリアン
ペアにおいて、〜１ｍＷの発光輝度を得ることができ
た。比較のために試作した、従来の高温アニール法によ
り活性化処理を施した発光素子においては、動作電圧が
４．８ボルト、動作電流が２０ミリアンペア、発光輝度
が〜１ｍＷであった。すなわち、本発明による発光素子
は、従来の素子と比較して、動作電圧が低く、同等の発
光輝度が得られていることが分かった。本発明による発
光素子において、このように動作電圧を低下することが
できたのは、ｐ型コンタクト層１７の活性化を従来より
も効率的に実現できからであると考えられる。

【００４８】次に、本発明のもうひとつの適用例につい
て説明する。

【００４９】図６は、本発明にかかる半導体装置の概略
構成を表す説明図である。すなわち、同図（ａ）は、そ
の積層構造を表す断面図であり、同図（ｂ）は、その完
成状態の概略断面図である。

【００５０】本実施形態にかかる半導体装置は、活性層
としてＩｎＧａＮ層を用いたダブルヘテロ構造の発光ダ
イオードである。その概略構成は、図４に例示したもの
と類似している。すなわち、その積層構造は、同図
（ａ）に示したように、例えば、サファイア基板４１の
上には、ＧａＮバッファ層４２、ｎ型ＧａＮ層４３、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層４４、ＩｎＧａＮ活性層４５、
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４６、ｐ^＋型ＧａＮコンタク
ト層４７がエピタキシャル成長によって順次積層されて
いる。ここで、本実施形態においては、活性層４５のイ
ンジウムのＩＩＩ族全体に占める組成比を約１５％以下
として、発光の中心波長が約４００ｎｍ以下となるよう
にすることが望ましい。また、結晶成長法としては、例
えば、ＭＯ−ＣＶＤ法を用いることができ、前述したよ
うな手順で各層をエピタキシャル成長することができ
る。

【００５１】次に、同図（ｂ）に示したように、上述の
積層構造を有するウェーハにパターンニングを施し、Ｒ
ｌＥによってｎ型層４３を露出させた、ｐ側電極５１と
ｎ側電極５２とをそれぞれ形成して発光素子４０を得
る。

【００５２】しかる後に、発光素子４０を加熱しなが
ら、通電して発光させる。

【００５３】図７は、この様子を表す概略説明図であ
る。すなわち、発光素子４０は、筐体６２の内部に設け
られた熱板６３の上に設置される。設置された発光素子
４０は、適宜配線６４により接続される。この状態で、
発光素子４０を約３５０℃程度に加熱し、筐体６２の内
部に窒素６５を流す。この際に、配線６４を介して、発
光素子４０に通電し、発光させる。ここで、同図に示し
た例においては、ウェーハ上に複数の発光素子４０が形
成されている状態を表している。ウェーハをダイシング
することにより、それぞれの発光素子４０を分離して熱
板６３の上に設置しても良い。

【００５４】ここで、発光素子４０は、通電により上述
したように４００ｎｍ以下の波長帯で発光する。活性層
４５から放出された、この紫外線は上下のＧａＮ層、す
なわちｎ型ＧａＮ層４３とｐ型ＧａＮコンタクト層４７
で吸収される。その結果として、それぞれのＧａＮ層に
含まれるドーパントが活性化される。すなわち、前述し
たように、紫外線を吸収することにより、ドーパントと
水素との結合が分離され活性化されるとともに、ＧａＮ
層の窒素空孔が充填されて結晶性が回復すると共に、ド
ナー密度が低減してアクセプタの補償が抑制される。こ
の効果は、特に、ｐ型ＧａＮ層４７において顕著であ
り、アクセプタ濃度を上昇させて、ｐ側電極５１のコン
タクト抵抗を効果的に低下させることができる。

【００５５】本実施形態においても、用いる紫外線のピ
ーク波長は、前述したような理由により、３００〜４０
０ｎｍの範囲にあることが望ましい。

【００５６】また、本実施形態においては、図５に例示
したように、ｐ型ＧａＮ層の上方から紫外線を照射する
場合と比較して、紫外線の照射方向が逆である。すなわ
ち、本実施形態においては、活性層４５から紫外線が照
射されるために、ｐ型ＧａＮ層４７は、活性層の側が高
い効率で活性化される傾向を有する。しかし、本実施形
態にかかる発光素子４０においても活性層４５の組成を
調節してその発光波長を調節することができる。たとえ
ば、前述した３００〜４００ｎｍの範囲内において、若
干長めの波長となるようにすれば、活性層４５から放出
した紫外線は、ｐ型ＧａＮ層４７の下層部において吸収
されて急峻に減衰することなく、その上層部、すなわ
ち、ｐ側電極５１とのコンタクト部付近まで、到達する
ことができる。その結果として、電極のコンタクト部付
近を効率的に活性化し、キャリア濃度を上昇させて、コ
ンタクト抵抗を効果的に低減することができる。

【００５７】本実施形態においても、従来のような高温
のアニール処理を必要としない。従って、熱処理に伴う
半導体層の組成の変動や不純物の拡散などの問題を解消
することができる。また、本実施形態によれば、特別な
紫外線の光源も必要とせず、発光素子そのものから放出
される光を用いてＧａＮ層の活性化を実施することがで
きる。従って、簡易な設備で効率的に活性化処理を施す
ことができるようになる。

【００５８】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具
体例に限定されるものではない。

【００５９】例えば、本発明の素子構造としては、前述
したダブルへテロ型の発光ダイオード以外にも、各種の
構造を有する発光ダイオード、レーザ、その他の発光素
子あるいは受光素子、電子素子などについて同様に適用
することができる。

【００６０】また、紫外線の照射を受けてドーパントが
活性化される半導体層の位置も、最上層のものには限定
されない。例えば、積層構造の内部に位置する半導体層
であっても、紫外線が到達できれば、本発明は同様に適
用することができる。例えば、紫外線の入射方向に他の
半導体層が介在しているような場合においても、紫外線
がその半導体層を有る程度透過すれば、その下層に位置
する半導体層を活性化することができる。

【００６１】また、例えば、基板が紫外線に対して、有
る程度の透光性を有する場合には、基板の裏面側から紫
外線を照射することにより、基板の上に形成されている
半導体層の活性化処理を実行することもできる。

【００６２】また、積層構造の基板材料についても、前
述したサファイアに限定されず、この他にも、ＳｉＣ、
スピネル、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＭｇＯその他各種
の材料を用いることができる。

【００６３】また、窒化ガリウム系化合物半導体の結晶
成長法もＭＯ−ＣＶＤ法に限定されるものではない。こ
の他にも、例えば、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、
化学ビーム・エピタキシー法（ＣＢＥ）、クロライドＣ
ＶＤ法など、種々の方法を用いることができる。

【００６４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に説明する効果を奏する。

【００６５】まず、本発明によれば、従来よりもはるか
に低温において、高い効率でｐ型ドーパントを活性化す
ることができる。従って、高温でアニールすることによ
り生ずる半導体層の組成の変動や不純物の拡散、ドーパ
ントの流れ出しなどの問題を解消することができる。

【００６６】また、本発明によれば、紫外線の吸収プロ
ファイルに対応して、不純物を活性化することが可能
で、特に、半導体層の表面付近のキャリア濃度を極めて
高くすることができる。このように表面のキャリア濃度
を高くできると、電極金属とのオーミック接触を容易に
確保することができ、接触抵抗を低減することができ
る。とくに、窒化ガリウム系化合物半導体の場合には、
バンド・ギャップが比較的大きいために、特にｐ型の半
導体層に対して、従来は、良好なオーミック接触を確保
し難いという問題があった。これに対して、本発明によ
れば、ｐ型コンタクト層の表面で高いキャリア濃度が得
られ、低抵抗のｐ側コンタクトを容易に確保することが
可能となり、半導体装置の製造上、極めて有利である。

【００６７】また、本発明によれば、このようなキャリ
ア濃度のプロファイルは、紫外線の波長を適宜選択する
ことにより、調節することができる。すなわち、紫外線
の波長を長くすると、ＧａＮ層の内部まで高い効率で活
性化することができ、緩やかなキャリア濃度プロファイ
ルを得ることができる。これに対して、紫外線の波長を
短くすると、ＧａＮ層の表面付近が高く、内部において
急激に減衰するようなキャリア濃度プロファイルを得る
ことができる。

【００６８】さらに、本発明によれば、高温に加熱した
り電子線を照射するための複雑且つ高価な装置を必要と
せず、製造コストを低減することもできる。

【００６９】以上説明したように、本発明によれば、簡
易な構成で、効率的に窒化ガリウム系化合物半導体のド
ーパントを活性化することができるようになり、その産
業上のメリットは多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を表す説明図である。

【図２】本発明者の実験の結果を表すグラフ図である。

【図３】本発明者の実験の結果を表すグラフ図である。

【図４】本発明による半導体装置の構成を表す概略説明
図である。すなわち、同図（ａ）は、その結晶成長工程
における積層構造を表す概略断面図であり、同図（ｂ）
は、その完成後の概略断面図である。

【図５】紫外線照射を行う装置の構成を例示する概略断
面図である。

【図６】本発明のもうひとつの実施形態にかかる半導体
装置の概略構成を表す説明図である。すなわち、同図
（ａ）は、その積層構造を表す断面図であり、同図
（ｂ）は、その完成状態の概略断面図である。

【図７】紫外線照射の様子を表す概略説明図である。

【図８】従来の半導体発光素子の構成を表す概略説明図
である。すなわち、同図（ａ）は、その結晶成長工程に
おける積層構造を表す概略断面図である。

【符号の説明】

１１、４１、１１０基板１２、４２、１２０バッファ層１３、４３、１３０ｎ型層１４、４４、１４０クラッド層１５、４５、１５０活性層１６、４６、１６０クラッド層１７、４７、１７０ｐ型コンタクト層５１、５２、２１０、２２０電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菅原秀人神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝川崎事業所内 (72)発明者鈴木伸洋神奈川県川崎市幸区堀川町72番地株式会社東芝川崎事業所内 (56)参考文献特開平７−97300（ＪＰ，Ａ) 特開平９−266218（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 33/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、窒化ガリウム系化合物半導体から
なるｎ型層と、前記基板上に形成された発光層と、窒化
ガリウム系化合物半導体からなるｐ型層と、を少なくと
も有する半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置に通電することにより前記発光層から放
出される紫外線を前記ｐ型層に入射させて、前記ｐ型層
に含有されているｐ型ドーパントを活性化する工程を備
えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記紫外線は、ピーク波長が３００ｎｍ〜
４００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項３】前記活性化する工程は、窒素を含む雰囲気
において実施されることを特徴とする請求項１乃至２の
いずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記活性化する工程は、５０℃以上で４０
０℃以下の温度範囲において実施されることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。