JP3497790B2 - Ｐ型窒化ガリウム系半導体の製造方法及びｐ型窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子 - Google Patents
Ｐ型窒化ガリウム系半導体の製造方法及びｐ型窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青色発光が可能な
発光ダイオード、レーザダイオード等に用いられるＰ型
窒化ガリウム系半導体の製造方法と、この製造方法によ
って製造されたＰ型窒化ガリウム系半導体を用いた発光
素子とに関する。
発光ダイオード、レーザダイオード等に用いられるＰ型
窒化ガリウム系半導体の製造方法と、この製造方法によ
って製造されたＰ型窒化ガリウム系半導体を用いた発光
素子とに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系化合物半導体は、かねてから困
難であった青色発光を実現して発光ダイオード素子に用
いられるものである。発光ダイオードは、Ｐ型半導体と
Ｎ型半導体とのＰＮ接合によって発光する。また、ＰＮ
接合に挟まれる部分を単一量子井戸構造や多重量子井戸
構造等にして、発光効率を格段に向上させた発光ダイオ
ードが製造されている。このように発光効率に優れた発
光ダイオードの基本的条件は、良好なＰ型、Ｎ型結晶を
製造することにある。
難であった青色発光を実現して発光ダイオード素子に用
いられるものである。発光ダイオードは、Ｐ型半導体と
Ｎ型半導体とのＰＮ接合によって発光する。また、ＰＮ
接合に挟まれる部分を単一量子井戸構造や多重量子井戸
構造等にして、発光効率を格段に向上させた発光ダイオ
ードが製造されている。このように発光効率に優れた発
光ダイオードの基本的条件は、良好なＰ型、Ｎ型結晶を
製造することにある。
【０００３】従来から、ＧａＮ系化合物半導体におい
て、Ｎ型結晶は比較的容易に得られていたが、Ｐ型結晶
を製造することは困難であり、最近になって以下の２つ
の方法が開発されるにいたった。
て、Ｎ型結晶は比較的容易に得られていたが、Ｐ型結晶
を製造することは困難であり、最近になって以下の２つ
の方法が開発されるにいたった。
【０００４】まずは、特開平０２−２５７６７９号公報
において開示されているように、常圧気相成長法によっ
てＭｇ、Ｚｎ等のＰ型不純物をＧａＮ系化合物半導体に
ドーピングして製膜し、その上から電子線を照射するこ
とでＰ型結晶を得る方法である。
において開示されているように、常圧気相成長法によっ
てＭｇ、Ｚｎ等のＰ型不純物をＧａＮ系化合物半導体に
ドーピングして製膜し、その上から電子線を照射するこ
とでＰ型結晶を得る方法である。
【０００５】他の方法としては、特開平０５−１８３１
８９号公報において開示されているように、常圧気相成
長法によってＭｇ、Ｚｎ等のＰ型不純物をＧａＮ系化合
物半導体にドーピングして製膜し、その後、窒素雰囲気
下でアニールすることでＰ型結晶を得るという方法であ
る。
８９号公報において開示されているように、常圧気相成
長法によってＭｇ、Ｚｎ等のＰ型不純物をＧａＮ系化合
物半導体にドーピングして製膜し、その後、窒素雰囲気
下でアニールすることでＰ型結晶を得るという方法であ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した２つの方法
は、ＧａＮ系化合物半導体においてＰ型結晶の製造を可
能にしたという点では優れたものであるが、以下のよう
な問題点を抱えている。まず、前者の方法では、電子線
を照射するという性質上、量産化に不向きであるという
問題点がある。また、電子線の侵入深さ、すなわち０．
５μｍ程度の極表面しかＰ型結晶を得られないとい問題
点もある。
は、ＧａＮ系化合物半導体においてＰ型結晶の製造を可
能にしたという点では優れたものであるが、以下のよう
な問題点を抱えている。まず、前者の方法では、電子線
を照射するという性質上、量産化に不向きであるという
問題点がある。また、電子線の侵入深さ、すなわち０．
５μｍ程度の極表面しかＰ型結晶を得られないとい問題
点もある。
【０００７】一方、後者の方法では、量産性には優れて
いるが、アニール炉等の特別な設備を必要とするという
問題点を有している。また、この方法は、Ｐ型不純物を
ドープしたＧａＮ系化合物半導体の温度を下げる段階で
半導体中に水素が残留することで高抵抗化し、その後の
水素のない窒素雰囲気下でアニールすることで半導体か
ら水素を追い出して低抵抗のＰ型ＧａＮ系化合物半導体
を得るようにするという通常のＰ型半導体の製造方法か
らみるとかなり複雑な行程である。従って、この方法
は、微妙な条件に左右され再現性があまりよくないので
ある。
いるが、アニール炉等の特別な設備を必要とするという
問題点を有している。また、この方法は、Ｐ型不純物を
ドープしたＧａＮ系化合物半導体の温度を下げる段階で
半導体中に水素が残留することで高抵抗化し、その後の
水素のない窒素雰囲気下でアニールすることで半導体か
ら水素を追い出して低抵抗のＰ型ＧａＮ系化合物半導体
を得るようにするという通常のＰ型半導体の製造方法か
らみるとかなり複雑な行程である。従って、この方法
は、微妙な条件に左右され再現性があまりよくないので
ある。
【０００８】本発明は上記事情に鑑みて創案されたもの
で、特別な設備を必要とすることなく、量産製に優れた
Ｐ型窒化ガリウム系半導体の製造方法と、この製造方法
によって製造されたＰ型窒化ガリウム系半導体を用いた
発光素子とを提供することを目的としている。
で、特別な設備を必要とすることなく、量産製に優れた
Ｐ型窒化ガリウム系半導体の製造方法と、この製造方法
によって製造されたＰ型窒化ガリウム系半導体を用いた
発光素子とを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係るＰ型窒化ガ
リウム系半導体の製造方法は、減圧気相成長法によって
Ｐ型不純物をドーピングしたＧａＮ系化合物半導体層を
形成した後、その上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数
十Å程度の膜を４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス
雰囲気下で降温させるようにしている。
リウム系半導体の製造方法は、減圧気相成長法によって
Ｐ型不純物をドーピングしたＧａＮ系化合物半導体層を
形成した後、その上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数
十Å程度の膜を４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス
雰囲気下で降温させるようにしている。
【００１０】また、本発明に係るＰ型窒化ガリウム系半
導体を用いた発光素子は、減圧気相成長法によってＰ型
不純物をドーピングしたＧａＮ系化合物半導体層を形成
した後に、その上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数十
Å程度の膜を４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰
囲気下で降温させることで製造されたＰ型窒化ガリウム
系半導体を用いている。
導体を用いた発光素子は、減圧気相成長法によってＰ型
不純物をドーピングしたＧａＮ系化合物半導体層を形成
した後に、その上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数十
Å程度の膜を４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰
囲気下で降温させることで製造されたＰ型窒化ガリウム
系半導体を用いている。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
Ｐ型窒化ガリウム系半導体の製造方法によって製造され
たＰ型窒化ガリウム系半導体の概略的断面図、図２は本
発明の実施の形態に係るＰ型窒化ガリウム系半導体の製
造方法によって製造されたＰ型窒化ガリウム系半導体を
用いた発光素子の概略的断面図、図３は本発明の実施の
形態に係るＰ型窒化ガリウム系半導体の製造方法によっ
て製造されたＰ型窒化ガリウム系半導体を用いた発光素
子の概略的断面図である。
Ｐ型窒化ガリウム系半導体の製造方法によって製造され
たＰ型窒化ガリウム系半導体の概略的断面図、図２は本
発明の実施の形態に係るＰ型窒化ガリウム系半導体の製
造方法によって製造されたＰ型窒化ガリウム系半導体を
用いた発光素子の概略的断面図、図３は本発明の実施の
形態に係るＰ型窒化ガリウム系半導体の製造方法によっ
て製造されたＰ型窒化ガリウム系半導体を用いた発光素
子の概略的断面図である。
【００１２】本発明の実施の形態に係るＰ型窒化ガリウ
ム系半導体の製造方法は、減圧気相成長法によってＰ型
不純物としての、マグネシウムをドーピングしたＧａＮ
系化合物半導体層としてのＭｇドープＧａＮ層６００を
基板としてのサファイア基板１００に形成した後、その
上に、少なくとも４００℃以上の温度では電子が主なキ
ャリアとなる金属からなる膜として数十Å程度のＺｎ膜
７００を４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰囲気
としての窒素ガス雰囲気下で降温させるようになってい
る。
ム系半導体の製造方法は、減圧気相成長法によってＰ型
不純物としての、マグネシウムをドーピングしたＧａＮ
系化合物半導体層としてのＭｇドープＧａＮ層６００を
基板としてのサファイア基板１００に形成した後、その
上に、少なくとも４００℃以上の温度では電子が主なキ
ャリアとなる金属からなる膜として数十Å程度のＺｎ膜
７００を４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰囲気
としての窒素ガス雰囲気下で降温させるようになってい
る。
【００１３】まず、サファイア基板１００にサーマルク
リーニングを施す。すなわち、減圧ＭＯＣＶＤ装置（減
圧気相成長装置）内で水素を供給しながら、サファイア
基板１００を１０５０℃に加熱することでクリーニング
するのである。
リーニングを施す。すなわち、減圧ＭＯＣＶＤ装置（減
圧気相成長装置）内で水素を供給しながら、サファイア
基板１００を１０５０℃に加熱することでクリーニング
するのである。
【００１４】次に、サファイア基板１００の温度を５１
０℃にまで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとして
アンモニア、トリメチルアルミニウムを供給してサファ
イア基板１００の表面にＡｌＮバッファ層２００を形成
する。このＡｌＮバッファ層２００は約２００Åであ
る。
０℃にまで低下させ、窒素、水素をキャリアガスとして
アンモニア、トリメチルアルミニウムを供給してサファ
イア基板１００の表面にＡｌＮバッファ層２００を形成
する。このＡｌＮバッファ層２００は約２００Åであ
る。
【００１５】次に、サファイア基板１００の温度を１０
００℃に上昇させて、前記キャリアガスを用いてアンモ
ニア、トリメチルガリウムを流す。この時、同時にＮ型
不純物としてのシリコンを用いてＮ型ＧａＮであるＳｉ
ドープＧａＮ層３００を約１．２μｍ成長させる。
００℃に上昇させて、前記キャリアガスを用いてアンモ
ニア、トリメチルガリウムを流す。この時、同時にＮ型
不純物としてのシリコンを用いてＮ型ＧａＮであるＳｉ
ドープＧａＮ層３００を約１．２μｍ成長させる。
【００１６】次に、トリメチルインジウムを断続的に流
しつつ、Ｎ型ＧａＮとＮ型ＩｎＧａＮの多重量子井戸
（ＭＱＷ）からなる活性層４００をＳｉドープＧａＮ層
３００の上に約４００Å成長させる。なお、この活性層
４００の成長の際のサファイア基板１００の温度は７５
０℃である。
しつつ、Ｎ型ＧａＮとＮ型ＩｎＧａＮの多重量子井戸
（ＭＱＷ）からなる活性層４００をＳｉドープＧａＮ層
３００の上に約４００Å成長させる。なお、この活性層
４００の成長の際のサファイア基板１００の温度は７５
０℃である。
【００１７】さらに、サファイア基板１００の温度を９
５０℃として、ＡｌＮとＰ型ＧａＮの超格子からなるキ
ャップ層５００を前記活性層４００の上に成長させる。
このキャップ層５００は約２００Åの厚さである。
５０℃として、ＡｌＮとＰ型ＧａＮの超格子からなるキ
ャップ層５００を前記活性層４００の上に成長させる。
このキャップ層５００は約２００Åの厚さである。
【００１８】次に、キャリアガスに不純物としてマグネ
シウムを加え、ＭｇドープＧａＮ層６００を約０．２μ
ｍ成長させる。このＭｇドープＧａＮ層６００の成長に
際しては、サファイア基板１００の温度を８５０℃とす
る。
シウムを加え、ＭｇドープＧａＮ層６００を約０．２μ
ｍ成長させる。このＭｇドープＧａＮ層６００の成長に
際しては、サファイア基板１００の温度を８５０℃とす
る。
【００１９】次に、サファイア基板１００の温度を８０
０℃にし、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を５０ｔｏｒｒ
とする。これと同時に、水素、アンモニアの供給を止
め、速やかに減圧ＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガ
スである窒素ガスに切り替える。
０℃にし、減圧ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を５０ｔｏｒｒ
とする。これと同時に、水素、アンモニアの供給を止
め、速やかに減圧ＭＯＣＶＤ装置内の雰囲気を不活性ガ
スである窒素ガスに切り替える。
【００２０】そして、キャリアガスとして窒素ガスを用
い、トリメチルジンクを流して、膜厚が数十ÅのＺｎ膜
７００を形成する。このＺｎ膜７００は、少なくとも４
００℃以上の温度では電子が主なキャリアとなる金属か
らなる膜である。そして、このままの状態、すなわち窒
素雰囲気下でサファイア基板１００の温度を約１００℃
以下にまで低下させる。
い、トリメチルジンクを流して、膜厚が数十ÅのＺｎ膜
７００を形成する。このＺｎ膜７００は、少なくとも４
００℃以上の温度では電子が主なキャリアとなる金属か
らなる膜である。そして、このままの状態、すなわち窒
素雰囲気下でサファイア基板１００の温度を約１００℃
以下にまで低下させる。
【００２１】これで、窒化ガリウム半導体が完成する。
このＰ型窒化ガリウム系半導体を発光素子である発光ダ
イオードとして用いるには、図２に示すように、Ｓｉド
ープＧａＮ層３００の一部を常法のエッチングで露出さ
せるとともに、このＳｉドープＧａＮ層３００にＴｉ／
ＡｕからなるＮ電極８００を形成する必要がある。ま
た、Ｚｎ膜７００の上に、ＡｕＧｅ合金からなる半透明
の厚さ約１００ÅのＰ電極９００を形成する。なお、こ
の両電極８００、９００の形成に際しては、１００℃を
超えないようにするとともに、両電極８００、９００へ
の熱処理はまったく行わないようにする。両電極８０
０、９００が形成されたならば、個々の発光ダイオード
としてダイシングする。
このＰ型窒化ガリウム系半導体を発光素子である発光ダ
イオードとして用いるには、図２に示すように、Ｓｉド
ープＧａＮ層３００の一部を常法のエッチングで露出さ
せるとともに、このＳｉドープＧａＮ層３００にＴｉ／
ＡｕからなるＮ電極８００を形成する必要がある。ま
た、Ｚｎ膜７００の上に、ＡｕＧｅ合金からなる半透明
の厚さ約１００ÅのＰ電極９００を形成する。なお、こ
の両電極８００、９００の形成に際しては、１００℃を
超えないようにするとともに、両電極８００、９００へ
の熱処理はまったく行わないようにする。両電極８０
０、９００が形成されたならば、個々の発光ダイオード
としてダイシングする。
【００２２】このようにして製造された発光ダイオード
は、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６Ｖと非常に低い
ことが確認された。また、明るさの点においても特開平
０５−１８３１８９号公報において開示されたものに同
様の電極を形成したものと同様であることが確認され
た。
は、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６Ｖと非常に低い
ことが確認された。また、明るさの点においても特開平
０５−１８３１８９号公報において開示されたものに同
様の電極を形成したものと同様であることが確認され
た。
【００２３】このように減圧気相成長法によってＰ型不
純物としての，マグネシウムをドーピングしたＭｇドー
プＧａＮ層６００をサファイア基板１００に形成した
後、その上に、少なくとも４００℃以上の温度では電子
が主なキャリアとなるＺｎ膜７００を形成し、減圧不活
性ガスとしての窒素ガス雰囲気下で降温させるようにな
っている。
純物としての，マグネシウムをドーピングしたＭｇドー
プＧａＮ層６００をサファイア基板１００に形成した
後、その上に、少なくとも４００℃以上の温度では電子
が主なキャリアとなるＺｎ膜７００を形成し、減圧不活
性ガスとしての窒素ガス雰囲気下で降温させるようにな
っている。
【００２４】なお、Ｎ型ＧａＮは水素、窒素に反応しに
くい点からＺｎ膜の代わりに用いることも可能である。
なお、『水素、窒素に反応しにくい点』が有利な理由に
ついては後述する。
くい点からＺｎ膜の代わりに用いることも可能である。
なお、『水素、窒素に反応しにくい点』が有利な理由に
ついては後述する。
【００２５】次に、上述したようなＰ型窒化ガリウム系
半導体の製造方法を発明するにいたった道筋を説明す
る。
半導体の製造方法を発明するにいたった道筋を説明す
る。
【００２６】Ｐ型不純物をドーピングしたＧａＮ系化合
物半導体の抵抗率がアニールによって低下するのは、半
導体の結晶成長時に混入していた水素がＰ型不純物の活
性化を妨げることによるものであることが最近判明し
た。すなわち、半導体の結晶成長時に半導体中に混入し
ていた水素がアニールによって半導体表面から離脱する
ため、Ｐ型不純物が活性化することで抵抗率が低下する
のである。かかる現象は、高輝度発光ダイオード、赤色
レーザダイオード等に利用されるＡｌＧａＩｎＰ型半導
体では以前から報告されていたことであり、特にＧａＮ
系化合物半導体に限ったことではない。
物半導体の抵抗率がアニールによって低下するのは、半
導体の結晶成長時に混入していた水素がＰ型不純物の活
性化を妨げることによるものであることが最近判明し
た。すなわち、半導体の結晶成長時に半導体中に混入し
ていた水素がアニールによって半導体表面から離脱する
ため、Ｐ型不純物が活性化することで抵抗率が低下する
のである。かかる現象は、高輝度発光ダイオード、赤色
レーザダイオード等に利用されるＡｌＧａＩｎＰ型半導
体では以前から報告されていたことであり、特にＧａＮ
系化合物半導体に限ったことではない。
【００２７】また、ＡｌＧａＩｎＰ型半導体では、Ｐ型
不純物をドーピングしたＡｌＧａＩｎＰ型半導体を成長
後に窒素雰囲気等の水素のない条件下でアニールするこ
とで低抵抗のＰ型結晶を得ることも知られていた。ま
た、Ｐ型不純物をドーピングしたＡｌＧａＩｎＰ型半導
体を成長さけた後、引き続いてその上にＳｉドープＧａ
Ａｓ等のＮ型半導体を成長させておいて降温すれば、低
抵抗のＰ型ＡｌＧａＩｎＰ型半導体が得られことも知ら
れていた。この場合、表面のＳｉドープＧａＡｓ等は、
通常のケミカルエッチングで除去すればＰ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ型半導体に与えるダメージは少ない。
不純物をドーピングしたＡｌＧａＩｎＰ型半導体を成長
後に窒素雰囲気等の水素のない条件下でアニールするこ
とで低抵抗のＰ型結晶を得ることも知られていた。ま
た、Ｐ型不純物をドーピングしたＡｌＧａＩｎＰ型半導
体を成長さけた後、引き続いてその上にＳｉドープＧａ
Ａｓ等のＮ型半導体を成長させておいて降温すれば、低
抵抗のＰ型ＡｌＧａＩｎＰ型半導体が得られことも知ら
れていた。この場合、表面のＳｉドープＧａＡｓ等は、
通常のケミカルエッチングで除去すればＰ型ＡｌＧａＩ
ｎＰ型半導体に与えるダメージは少ない。
【００２８】そこで、Ｐ型不純物をドーピングしたＧａ
Ｎ系化合物半導体層を製膜し、降温時に雰囲気を窒素に
置換すれば、容易に低抵抗のＰ型ＧａＮ系化合物半導体
を得られると考えて実験を行った。この時、降温時の減
圧ＭＯＣＶＤ装置の成長室の圧力を５００ｔｏｒｒとし
たが、ある程度の電流は流れるものの高抵抗であった。
Ｎ系化合物半導体層を製膜し、降温時に雰囲気を窒素に
置換すれば、容易に低抵抗のＰ型ＧａＮ系化合物半導体
を得られると考えて実験を行った。この時、降温時の減
圧ＭＯＣＶＤ装置の成長室の圧力を５００ｔｏｒｒとし
たが、ある程度の電流は流れるものの高抵抗であった。
【００２９】そこで、降温時の成長室の圧力を５０ｔｏ
ｒｒと１／１０にしたところ、抵抗率が３Ωｃｍ程度の
ものはできるが、再現性が乏しかった。ただし、低抵抗
のＰ型化に必要なアニール温度は４００〜５００℃であ
り、従来必要とされた６００℃よりかなり低いものであ
り、減圧ＭＯＣＶＤ法の効果を確認することができた。
ｒｒと１／１０にしたところ、抵抗率が３Ωｃｍ程度の
ものはできるが、再現性が乏しかった。ただし、低抵抗
のＰ型化に必要なアニール温度は４００〜５００℃であ
り、従来必要とされた６００℃よりかなり低いものであ
り、減圧ＭＯＣＶＤ法の効果を確認することができた。
【００３０】そこで、Ｎ型半導体を表面に成長させてお
くならば、ＧａＮ系化合物半導体でも、アニールせずに
低抵抗のＰ型結晶を得ることができると考えた。通常、
ＧａＮ系半導体を成長させる装置では、ＧａＡｓを成長
させられないため、Ｐ型不純物をドーピングしたＧａＮ
系化合物半導体の表面に、ＳｉをドープしたＮ型ＧａＮ
を成長させ、成長後速やかに窒素雰囲気に置換し降温し
た。次に、ＧａＮ系半導体は容易には化学薬品でエッチ
ングできないので、塩素ガスを用いたプラズマエッチン
グ装置で表面のＮ型ＧａＮ層を除去し、Ｐ型不純物をド
ーピングしたＧａＮ系化合物半導体の抵抗を測定した
が、いずれの実験でも高抵抗であった。
くならば、ＧａＮ系化合物半導体でも、アニールせずに
低抵抗のＰ型結晶を得ることができると考えた。通常、
ＧａＮ系半導体を成長させる装置では、ＧａＡｓを成長
させられないため、Ｐ型不純物をドーピングしたＧａＮ
系化合物半導体の表面に、ＳｉをドープしたＮ型ＧａＮ
を成長させ、成長後速やかに窒素雰囲気に置換し降温し
た。次に、ＧａＮ系半導体は容易には化学薬品でエッチ
ングできないので、塩素ガスを用いたプラズマエッチン
グ装置で表面のＮ型ＧａＮ層を除去し、Ｐ型不純物をド
ーピングしたＧａＮ系化合物半導体の抵抗を測定した
が、いずれの実験でも高抵抗であった。
【００３１】実験を重ねるうち、成長後に窒素中でアニ
ールし低抵抗のＰ型化済のウエハをプラズマエッチング
装置でほんの数秒間プラズマにさらすだけで、せっかく
Ｐ型化したウエハの表面が高抵抗になってしまうことに
気がついた。 これは、プラズマエッチング装置内には
エッチングガス以外に、水や炭化水素等が残留してお
り、これらに含まれる水素がプラズマとなり、半導体内
に侵入することで高抵抗化すると考えられる。
ールし低抵抗のＰ型化済のウエハをプラズマエッチング
装置でほんの数秒間プラズマにさらすだけで、せっかく
Ｐ型化したウエハの表面が高抵抗になってしまうことに
気がついた。 これは、プラズマエッチング装置内には
エッチングガス以外に、水や炭化水素等が残留してお
り、これらに含まれる水素がプラズマとなり、半導体内
に侵入することで高抵抗化すると考えられる。
【００３２】そこで、図３に示すように、Ｓｉをドープ
したＳｉ高ドープＮ型ＧａＮ層７５０を形成し、窒素雰
囲気下で降温し、電極を形成した。もし、Ｐ型化してい
るのであれば、最表面に非常に薄いＳｉ高ドープＮ型Ｇ
ａＮ層７５０とその下のＰ型ＧａＮ層とは、トンネル効
果によって電流が流れるのではないかと考えた。する
と、２０ｍＡの電流で動作電圧が６〜７Ｖと通常よりは
高いものの、明るさにおいてはアニールした場合とほぼ
同レベルの発光ダイオードとすることができた。明るさ
が同じということは、活性層近辺は十分良質のＰ型にな
っているが、最表面のところで、最表面のところにＮ型
ＧａＮ層があるため、抵抗が若干高いと考えられた。
したＳｉ高ドープＮ型ＧａＮ層７５０を形成し、窒素雰
囲気下で降温し、電極を形成した。もし、Ｐ型化してい
るのであれば、最表面に非常に薄いＳｉ高ドープＮ型Ｇ
ａＮ層７５０とその下のＰ型ＧａＮ層とは、トンネル効
果によって電流が流れるのではないかと考えた。する
と、２０ｍＡの電流で動作電圧が６〜７Ｖと通常よりは
高いものの、明るさにおいてはアニールした場合とほぼ
同レベルの発光ダイオードとすることができた。明るさ
が同じということは、活性層近辺は十分良質のＰ型にな
っているが、最表面のところで、最表面のところにＮ型
ＧａＮ層があるため、抵抗が若干高いと考えられた。
【００３３】この現象を理論面から考察する。４００℃
以上の高温では、水素分子は原子状水素となり、Ｐ型半
導体の中では正孔の存在によって陽子となり，相当自由
に動き回れると考えられる。そして、そのままの状態で
結晶の温度を下げれば水素原子は半導体中にそのまま残
留し、Ｐ型化を阻止すると考えられる。このような状態
のものを窒素雰囲気下でアニールすると、高温では再び
水素が自由に動き回れるようになり、時間をかければ半
導体中から追い出すことができると考えられる。そし
て、十分時間が経過した後に降温すれば、低抵抗のＰ型
半導体を得ることができるのである。
以上の高温では、水素分子は原子状水素となり、Ｐ型半
導体の中では正孔の存在によって陽子となり，相当自由
に動き回れると考えられる。そして、そのままの状態で
結晶の温度を下げれば水素原子は半導体中にそのまま残
留し、Ｐ型化を阻止すると考えられる。このような状態
のものを窒素雰囲気下でアニールすると、高温では再び
水素が自由に動き回れるようになり、時間をかければ半
導体中から追い出すことができると考えられる。そし
て、十分時間が経過した後に降温すれば、低抵抗のＰ型
半導体を得ることができるのである。
【００３４】また、表面にＮ型結晶を成長させておいた
場合には、電子が多量に存在するため、高温では自由に
動ける陽子は表面近くで電子と結合して水素原子となる
確率が高くなる。さらに、水素原子は水素分子となり、
結晶外に出ていく確率が増加し結果としてそのまま降温
しても残留する水素は少ないため低抵抗のＰ型半導体を
得ることができると考えられる。このため、表面にＮ型
結晶を成長させる目的が、ある程度自由な電子を存在さ
せるためならば、除去しにくいＧａＮ結晶ではなく、金
属でもよいことになる。
場合には、電子が多量に存在するため、高温では自由に
動ける陽子は表面近くで電子と結合して水素原子となる
確率が高くなる。さらに、水素原子は水素分子となり、
結晶外に出ていく確率が増加し結果としてそのまま降温
しても残留する水素は少ないため低抵抗のＰ型半導体を
得ることができると考えられる。このため、表面にＮ型
結晶を成長させる目的が、ある程度自由な電子を存在さ
せるためならば、除去しにくいＧａＮ結晶ではなく、金
属でもよいことになる。
【００３５】そこで、発光ダイオード構造を形成し、そ
の表面に非常に薄い（数１０Å）Ｚｎ膜を付着した後、
窒素雰囲気化で降温し、アニールを行うことなく通常の
工程で電極を形成して発光ダイオードを製作した。する
と、２０ｍＡで動作電圧が３．６Ｖと非常に低く、かつ
アニールしたものと同等の明るさとすることができた。
の表面に非常に薄い（数１０Å）Ｚｎ膜を付着した後、
窒素雰囲気化で降温し、アニールを行うことなく通常の
工程で電極を形成して発光ダイオードを製作した。する
と、２０ｍＡで動作電圧が３．６Ｖと非常に低く、かつ
アニールしたものと同等の明るさとすることができた。
【００３６】Ｚｎではなく、Ａｌ、Ｍｇで同じにように
すると、動作電圧は１０Ｖ以上になり、しかも一瞬光っ
ただけで容易に壊れることが判明した。これは、高温で
はＺｎは窒素と反応しないが、Ａｌ、Ｍｇは窒素と反応
し窒化物を形成することに起因すると考えられる。Ａ
ｌ、Ｍｇの窒化物は絶縁物であり自由な電子を持たない
ため、水素を追い出す能力がなく、また電極との間に高
抵抗層を形成したためと考えられる。
すると、動作電圧は１０Ｖ以上になり、しかも一瞬光っ
ただけで容易に壊れることが判明した。これは、高温で
はＺｎは窒素と反応しないが、Ａｌ、Ｍｇは窒素と反応
し窒化物を形成することに起因すると考えられる。Ａ
ｌ、Ｍｇの窒化物は絶縁物であり自由な電子を持たない
ため、水素を追い出す能力がなく、また電極との間に高
抵抗層を形成したためと考えられる。
【００３７】従って、Ｚｎではなく、水素、窒素に反応
しにくいＮ型ＧａＮ半導体でもよいことがわかる。
しにくいＮ型ＧａＮ半導体でもよいことがわかる。
【００３８】かかる実験等によって本願発明がなされた
のである。
のである。
【００３９】本発明に係るＰ型窒化ガリウム系半導体の
製造方法は、減圧気相成長法によってＰ型不純物をドー
ピングしたＧａＮ系化合物半導体層を形成した後、その
上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数十Å程度の膜を４
００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰囲気下で降温さ
せるようにしている。
製造方法は、減圧気相成長法によってＰ型不純物をドー
ピングしたＧａＮ系化合物半導体層を形成した後、その
上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数十Å程度の膜を４
００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰囲気下で降温さ
せるようにしている。
【００４０】この方法によると、減圧下であるため、気
体の流れを常圧の場合と比較して格段に早くでき、Ｐ窒
化を妨げる水素を速やかに除去できるという利点もあ
り、減圧気相成長装置から取り出した時点で、低抵抗の
Ｐ型ＧａＮ系化合物半導体を得ることができる。しか
も、減圧気相成長法（減圧ＭＯＣＶＤ）は量産製に優れ
たものである。従って、窒化ガリウム系化合物半導体、
特に窒化ガリウム系化合物青色、緑色半導体の量産に資
するものである。
体の流れを常圧の場合と比較して格段に早くでき、Ｐ窒
化を妨げる水素を速やかに除去できるという利点もあ
り、減圧気相成長装置から取り出した時点で、低抵抗の
Ｐ型ＧａＮ系化合物半導体を得ることができる。しか
も、減圧気相成長法（減圧ＭＯＣＶＤ）は量産製に優れ
たものである。従って、窒化ガリウム系化合物半導体、
特に窒化ガリウム系化合物青色、緑色半導体の量産に資
するものである。
【００４１】また、前記金属としてＺｎを使用した場合
には、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６Ｖと非常に低
いものとすることができた。また、明るさの点において
も従来のものと同様であることが確認された。また、Ｚ
ｎの代わりにＮ型窒化ガリウムを使用しても、明るさの
点では同等である。ただし、動作電圧はいくぶん高くな
る。
には、２０ｍＡの電流で動作電圧が３．６Ｖと非常に低
いものとすることができた。また、明るさの点において
も従来のものと同様であることが確認された。また、Ｚ
ｎの代わりにＮ型窒化ガリウムを使用しても、明るさの
点では同等である。ただし、動作電圧はいくぶん高くな
る。
【００４２】従って、減圧気相成長法によってＰ型不純
物をドーピングしたＧａＮ系化合物半導体層を形成した
後に、その上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数十Å程
度の膜を４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰囲気
下で降温させることで製造されたＰ型窒化ガリウム系半
導体を用いた発光素子は、明るさの点では従来と同じで
ありながら、量産性に優れたものである。
物をドーピングしたＧａＮ系化合物半導体層を形成した
後に、その上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数十Å程
度の膜を４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰囲気
下で降温させることで製造されたＰ型窒化ガリウム系半
導体を用いた発光素子は、明るさの点では従来と同じで
ありながら、量産性に優れたものである。
【００４３】従って、前記金属としてＺｎを使用する
と、動作電圧が非常に低い発光素子とすることができ
る。
と、動作電圧が非常に低い発光素子とすることができ
る。
【図１】本発明の実施の形態に係るＰ型窒化ガリウム系
半導体の製造方法によって製造されたＰ型窒化ガリウム
系半導体の概略的断面図である。
半導体の製造方法によって製造されたＰ型窒化ガリウム
系半導体の概略的断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＰ型窒化ガリウム系
半導体の製造方法によって製造されたＰ型窒化ガリウム
系半導体を用いた発光素子の概略的断面図である。
半導体の製造方法によって製造されたＰ型窒化ガリウム
系半導体を用いた発光素子の概略的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＰ型窒化ガリウム系
半導体の製造方法によって製造されたＰ型窒化ガリウム
系半導体を用いた発光素子の概略的断面図である。 １００ サファイア基板（基板） ６００ ＭｇドープＧａＮ層（Ｐ型不純物をドーピン
グしたＧａＮ系化合物半導体） ７００ Ｚｎ膜（少なくとも４００℃以上の温度では
電子が主なキャリアとなる金属） ７５０ Ｓｉ高ドープＧａＮ層
半導体の製造方法によって製造されたＰ型窒化ガリウム
系半導体を用いた発光素子の概略的断面図である。 １００ サファイア基板（基板） ６００ ＭｇドープＧａＮ層（Ｐ型不純物をドーピン
グしたＧａＮ系化合物半導体） ７００ Ｚｎ膜（少なくとも４００℃以上の温度では
電子が主なキャリアとなる金属） ７５０ Ｓｉ高ドープＧａＮ層
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−92881（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−144962（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−274557（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
H01L 21/205
H01L 21/322 - 21/326
H01S 5/00 - 5/50
Claims (2)
- 【請求項１】 減圧気相成長法によってＰ型不純物をド
ーピングしたＧａＮ系化合物半導体層を形成した後、そ
の上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数十Å程度の膜を
４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰囲気下で降温
させることを特徴とするＰ型窒化ガリウム系半導体の製
造方法。 - 【請求項２】 減圧気相成長法によってＰ型不純物をド
ーピングしたＧａＮ系化合物半導体層を形成した後に、
その上に、Ｚｎ又はＮ型ＧａＮからなる数十Å程度の膜
を４００℃以上で形成し、減圧不活性ガス雰囲気下で降
温させることで製造されたＰ型窒化ガリウム系半導体を
用いたことを特徴とする発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33717599A JP3497790B2 (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | Ｐ型窒化ガリウム系半導体の製造方法及びｐ型窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33717599A JP3497790B2 (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | Ｐ型窒化ガリウム系半導体の製造方法及びｐ型窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001156003A JP2001156003A (ja) | 2001-06-08 |
| JP3497790B2 true JP3497790B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=18306163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33717599A Expired - Fee Related JP3497790B2 (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | Ｐ型窒化ガリウム系半導体の製造方法及びｐ型窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3497790B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100525545B1 (ko) * | 2003-06-25 | 2005-10-31 | 엘지이노텍 주식회사 | 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| JP4967243B2 (ja) * | 2005-03-08 | 2012-07-04 | 三菱化学株式会社 | ＧａＮ系発光ダイオードおよび発光装置 |
| JP4956902B2 (ja) * | 2005-03-18 | 2012-06-20 | 三菱化学株式会社 | ＧａＮ系発光ダイオードおよびそれを用いた発光装置 |
| KR101308130B1 (ko) | 2008-03-25 | 2013-09-12 | 서울옵토디바이스주식회사 | 발광 소자 및 그 제조 방법 |
| 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 |
| KR20110133241A (ko) | 2010-06-04 | 2011-12-12 | 서울옵토디바이스주식회사 | 발광 다이오드 제조 방법 |
| JP5321656B2 (ja) * | 2011-08-05 | 2013-10-23 | 三菱化学株式会社 | ＧａＮ系発光ダイオードおよび発光装置 |
| JP5304855B2 (ja) * | 2011-08-12 | 2013-10-02 | 三菱化学株式会社 | ＧａＮ系発光ダイオードおよびそれを用いた発光装置 |
| EP3905344A4 (en) * | 2018-12-24 | 2022-08-03 | Quanzhou Sanan Semiconductor Technology Co., Ltd. | LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF |
-
1999
- 1999-11-29 JP JP33717599A patent/JP3497790B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001156003A (ja) | 2001-06-08 |
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