JP3522610B2 - Method for manufacturing p-type nitride semiconductor - Google Patents

Method for manufacturing p-type nitride semiconductor

Info

Publication number
JP3522610B2
JP3522610B2 JP29331999A JP29331999A JP3522610B2 JP 3522610 B2 JP3522610 B2 JP 3522610B2 JP 29331999 A JP29331999 A JP 29331999A JP 29331999 A JP29331999 A JP 29331999A JP 3522610 B2 JP3522610 B2 JP 3522610B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride semiconductor
type nitride
substrate
cooling
semiconductor layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP29331999A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001119065A (en
Inventor
修一 品川
英徳 亀井
英見 武石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP29331999A priority Critical patent/JP3522610B2/en
Priority to US09/680,943 priority patent/US7056755B1/en
Publication of JP2001119065A publication Critical patent/JP2001119065A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3522610B2 publication Critical patent/JP3522610B2/en
Priority to US11/395,128 priority patent/US20060183260A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、青色光等の短波長
光を発光する発光装置等に用いられるGaN系III 族窒
化物半導体のうちのp型窒化物半導体、特に、成長後の
アニーリング処理が不要なp型窒化物半導体の製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a p-type nitride semiconductor among GaN group III nitride semiconductors used in a light emitting device or the like that emits short-wavelength light such as blue light, and particularly to an annealing treatment after growth. The present invention relates to a method for manufacturing a p-type nitride semiconductor that does not require

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ますます情報量が増大する光情報
処理装置等に用いられる短波長の発光素子の材料とし
て、比較的バンドギャップが大きいGaN系III 族窒化
物半導体が注目されている。これらダイオード素子やレ
ーザ素子等の発光素子にはその接合面の近傍でキャリア
を再結合させ、その再結合光を放射するpn接合を有す
る構成が不可欠である。良く知られているように、マグ
ネシウム(Mg)等のアクセプタがドープされてなるp
型窒化物半導体は、マグネシウムの活性化率がドナーと
比べて著しく低いため、低抵抗のp型窒化物半導体を得
るのは容易でない。
2. Description of the Related Art In recent years, a GaN group III nitride semiconductor having a relatively large band gap has been attracting attention as a material for a light emitting element having a short wavelength used in an optical information processing apparatus and the like, which has an increasing amount of information. It is indispensable for the light emitting elements such as the diode element and the laser element to have a pn junction that recombines carriers near the junction surface and emits the recombined light. As is well known, p doped with an acceptor such as magnesium (Mg)
Since the activation rate of magnesium in the type nitride semiconductor is significantly lower than that of the donor, it is not easy to obtain a p-type nitride semiconductor having low resistance.

【0003】そこで、従来は、成長後に室温に戻しても
高抵抗であったp型窒化物半導体に対して熱処理(ポス
トアニーリング)を行なって、マグネシウムと水素とか
らなる複合体の水素をマグネシウムから解離させること
により、低抵抗のp型窒化物半導体を得る方法が一般に
行なわれている。しかしながら、生産性の向上を図るた
めにも、ポストアニーリングを行なわずに低抵抗のp型
窒化物半導体を得る研究が進められつつある。
Therefore, in the past, heat treatment (post-annealing) was performed on a p-type nitride semiconductor, which had a high resistance even after returning to room temperature after growth, so that hydrogen in a composite of magnesium and hydrogen was converted from magnesium. A method of obtaining a low resistance p-type nitride semiconductor by dissociation is generally performed. However, in order to improve the productivity, research is underway to obtain a low-resistance p-type nitride semiconductor without performing post-annealing.

【0004】以下、特開平10−135575号公報に
開示されている、ポストアニーリングが不要な従来のp
型窒化物半導体の製造方法について説明する。
The conventional p-type disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-135575, which does not require post-annealing, is described below.
A method of manufacturing the type nitride semiconductor will be described.

【0005】この公報には、有機金属気相成長(MOV
PE)法を用いて、サファイアからなる基板上に、TM
G等のIII 族源、アンモニア等の窒素源及びp型ドーパ
ントを含む有機マグネシウム化合物を、濃度が0.8容
量%〜20容量%の水素ガスを含む窒素ガスをキャリア
ガスとして導入し、基板温度を1100℃としてp型窒
化物半導体を成長させる方法を開示している。これによ
り、マグネシウムと水素とからなる複合体の形成が阻止
されることにより、成長時に低抵抗性を示すp型窒化物
半導体を得ている。さらに、冷却工程においては、約3
2容量%のアンモニアを含む窒素ガスの雰囲気で350
℃まで降温し、その後、アンモニアの導入を停止して室
温まで降下させる方法を開示している。
This publication describes metal organic vapor phase epitaxy (MOV).
PE) on the substrate made of sapphire
A group III source such as G, a nitrogen source such as ammonia, and an organomagnesium compound containing a p-type dopant are introduced as a carrier gas of nitrogen gas containing hydrogen gas at a concentration of 0.8% to 20% by volume, and the substrate temperature is At 1100 ° C. for growing a p-type nitride semiconductor. As a result, the formation of a complex of magnesium and hydrogen is blocked, and a p-type nitride semiconductor having low resistance during growth is obtained. Furthermore, in the cooling process, about 3
350 in a nitrogen gas atmosphere containing 2% by volume of ammonia
Disclosed is a method of lowering the temperature to 0 ° C. and then stopping the introduction of ammonia to lower the temperature to room temperature.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のポストアニーリングを行なわないp型窒化物半導体
の製造方法は以下のような問題がある。すなわち、前記
公報の発明者らがその後に公開した論文(Applied Phys
ics Letters,vol.72,(1998),p.1748)に示しているよう
に、結晶成長工程における水素濃度が2.4%から3.
7%に増加しただけで大幅にマグネシウムの活性化が劣
り、非常に低い水素濃度で成長させなければ、成長時に
p型窒化物半導体を得ることができない。その上、低い
水素濃度でp型窒化物半導体を成長させると、表面マイ
グレーションが不十分となるため、表面上の最適位置に
所定の原子が配置されず、良質な結晶が得られない。
However, the conventional method for manufacturing a p-type nitride semiconductor that does not perform post-annealing has the following problems. That is, the paper (Applied Phys
ics Letters, vol.72, (1998), p.1748), the hydrogen concentration in the crystal growth step is 2.4% to 3.
Even if it is increased to 7%, the activation of magnesium is significantly inferior, and a p-type nitride semiconductor cannot be obtained at the time of growth unless it is grown at a very low hydrogen concentration. Moreover, when a p-type nitride semiconductor is grown at a low hydrogen concentration, surface migration becomes insufficient, so that predetermined atoms are not arranged at optimum positions on the surface, and a good crystal cannot be obtained.

【0007】本発明は、前記従来の問題を解決し、ポス
トアニーリングを行なうことなく良質なp型窒化物半導
体を得られるようにすることを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to obtain a good quality p-type nitride semiconductor without performing post-annealing.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、p型窒化物半導体の製造方法を、成長工
程において低抵抗なp型窒化物半導体を形成し、冷却工
程において、冷却時間又は雰囲気を制御することによ
り、その低抵抗性をp型半導体として実用可能な範囲内
に維持する構成とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for manufacturing a p-type nitride semiconductor, in which a low-resistance p-type nitride semiconductor is formed in a growth step, and a cooling step is performed. By controlling the cooling time or the atmosphere, the low resistance is maintained within a practical range as a p-type semiconductor.

【0009】具体的に、本発明に係るp型窒化物半導体
の製造方法は、容量比が5%〜70%の水素を含む雰囲
気において温度が600℃を越える基板温度で保持され
た基板の上に、p型ドーパント源と窒素源とIII族源と
を導入することにより、基板上にp型窒化物半導体層を
形成する半導体層形成工程と、p型窒化物半導体層が形
成された基板を冷却する冷却工程とを備え、高温状態で
成長させた前記p型窒化物半導体層は、高温状態から6
00℃まで冷却する冷却時間によって室温での前記p型
窒化物半導体中のキャリア濃度が減少するp型窒化物半
導体の製造方法であって、p型窒化物半導体層を形成し
た高温状態の基板を600℃まで冷却する冷却時間と室
温における前記p型窒化物半導体層中のキャリア濃度の
関係において、室温での前記p型窒化物半導体層中のキ
ャリア濃度が、前記関係から想定される高温状態から6
00℃まで冷却する冷却時間が0分の時の室温における
p型窒化物半導体層中のキャリア濃度に対して60%以
上存在するように前記冷却時間を5分以内に設定する。
Specifically, the p-type nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention is performed in an atmosphere containing hydrogen at a capacity ratio of 5% to 70%.
A semiconductor in which a p-type nitride semiconductor layer is formed on a substrate by introducing a p-type dopant source, a nitrogen source, and a group III source onto the substrate held at a substrate temperature of 600 ° C. or higher in air. The p-type nitride semiconductor layer grown in a high temperature state includes a layer forming step and a cooling step of cooling the substrate on which the p-type nitride semiconductor layer is formed.
A method of manufacturing a p-type nitride semiconductor in which the carrier concentration in the p-type nitride semiconductor at room temperature is reduced by cooling time for cooling to 00 ° C., wherein a substrate in a high temperature state in which a p-type nitride semiconductor layer is formed is used. Regarding the relationship between the cooling time for cooling to 600 ° C. and the carrier concentration in the p-type nitride semiconductor layer at room temperature, the carrier concentration in the p-type nitride semiconductor layer at room temperature changes from the high temperature state assumed from the above relationship. 6
The cooling time is set within 5 minutes so that 60% or more of the carrier concentration in the p-type nitride semiconductor layer at room temperature when the cooling time for cooling to 00 ° C. is 0 minutes is present.

【0010】本発明に係るp型窒化物半導体の製造方法
によると、p型ドーパントの不活性化を抑制できる程度
の水素を含む雰囲気で、基板上に低抵抗のp型窒化物半
導体層を形成しておき、p型窒化物半導体層の正孔キャ
リア濃度がその低抵抗性を維持できる程度に減少するた
、ポストアニーリングを行なうことなく、結晶品質に
優れるp型窒化物半導体を得ることができる。
According to the p-type nitride semiconductor manufacturing method of the present invention, a low-resistance p-type nitride semiconductor layer is formed on a substrate in an atmosphere containing hydrogen to the extent that the inactivation of the p-type dopant can be suppressed. In addition, the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layer is reduced to such an extent that its low resistance can be maintained .
Because, without performing post annealing, it is possible to obtain a p-type nitride semiconductor having excellent crystal quality.

【0011】本発明に係るp型窒化物半導体の製造方法
は、冷却工程において、p型窒化物半導体層の正孔キャ
リア濃度の減少率が0%〜95%程度であることが好ま
しい。このようにすると、例えば、成長直後の正孔キャ
リア濃度が2.0×1017cm-3程度とすると、正孔キ
ャリア濃度が95%減少したとしても1.0×1016
-3程度の濃度が確保されるため、十分に実用に耐える
p型窒化物半導体を得ることができる。
In the p-type nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the reduction rate of the hole carrier concentration in the p-type nitride semiconductor layer is about 0% to 95% in the cooling step. By doing so, for example, assuming that the hole carrier concentration immediately after growth is about 2.0 × 10 17 cm −3 , even if the hole carrier concentration is reduced by 95%, 1.0 × 10 16 c
Since a concentration of about m −3 is secured, a p-type nitride semiconductor that can withstand practical use can be obtained.

【0012】本発明に係るp型窒化物半導体の製造方法
において、冷却工程が、基板温度が成長温度から約60
0℃までを30分以内で降下するように冷却する工程を
含むことが好ましい。このようにすると、p型窒化物半
導体層の正孔キャリア濃度の実用に耐える程度の低抵抗
性を確実に維持できる。
In the p-type nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention, in the cooling step, the substrate temperature is about 60 ° C. from the growth temperature.
It is preferable to include a step of cooling to 0 ° C. within 30 minutes. By so doing, it is possible to reliably maintain the low resistance of the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layer that is practically useable.

【0013】本発明に係るp型窒化物半導体の製造方法
において、半導体層形成工程における雰囲気が容量比が
5%〜70%程度の水素を含むことが好ましい。一般
に、III族源又はp型ドーパントとして有機金属材料を
用いる場合には、これらの分解効率を高めるために、ま
た、表面マイグレーションを促進するために雰囲気中に
水素を含ませている。しかしながら、添加する水素濃度
が70%を越えると、水素によるアクセプタの不活性化
(パッシベーション)が顕著となるため、本発明のよう
に5%〜70%程度の水素濃度とすると、p型ドーパン
トの不活性化を確実に抑制できる。
In the p-type nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the atmosphere in the semiconductor layer forming step contains hydrogen in a capacity ratio of about 5% to 70%. Generally, when an organometallic material is used as a group III source or p-type dopant, hydrogen is included in the atmosphere in order to enhance the decomposition efficiency of these and to promote surface migration. However, when the hydrogen concentration to be added exceeds 70%, the inactivation (passivation) of the acceptor due to hydrogen becomes remarkable. Therefore, when the hydrogen concentration is about 5% to 70% as in the present invention, the p-type dopant is Inactivation can be surely suppressed.

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】本発明に係るp型窒化物半導体の製造方法
は、冷却工程において、基板温度が成長温度から約60
0℃にまで降下する間の雰囲気に、容量比が0%〜50
%程度の水素を含むことが好ましい。このようにする
と、p型窒化物半導体層における水素によるパッシベー
ションを抑制できるため、p型窒化物半導体層の正孔キ
ャリア濃度の低抵抗性を確実に維持できる。
In the p-type nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention , in the cooling step, the substrate temperature is about 60 from the growth temperature.
In the atmosphere while the temperature drops to 0 ° C, the capacity ratio is 0% to 50%.
It is preferable to contain hydrogen of about%. By doing so, passivation of hydrogen in the p-type nitride semiconductor layer can be suppressed, so that the low resistance of the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layer can be reliably maintained.

【0018】本発明に係るp型窒化物半導体の製造方法
は、冷却工程において、基板温度が成長温度から約60
0℃にまで降下する間の雰囲気にアンモニアを含むこと
が好ましい。このようにすると、成長したp型窒化物半
導体の表面からの窒素の脱離が抑制されるため、該表面
の劣化を防止できる。
In the p-type nitride semiconductor manufacturing method according to the present invention , the substrate temperature is about 60 ° C. from the growth temperature in the cooling step.
It is preferable to include ammonia in the atmosphere while the temperature is lowered to 0 ° C. By doing so, desorption of nitrogen from the surface of the grown p-type nitride semiconductor is suppressed, and thus deterioration of the surface can be prevented.

【0019】[0019]

【0020】本発明に係るp型窒化物半導体は、基板上
に温度が600℃よりも高い成長温度で形成されたp型
窒化物半導体を対象とし、冷却直後の正孔キャリア濃度
が、成長温度における正孔キャリア濃度の5%〜100
%程度である。
The p-type nitride semiconductor according to the present invention is intended for a p-type nitride semiconductor formed on a substrate at a growth temperature higher than 600 ° C., and the hole carrier concentration immediately after cooling is the growth temperature. 5% to 100 of the hole carrier concentration in
%.

【0021】本発明のp型窒化物半導体によると、成長
直後の正孔キャリア濃度が2.0×1017cm-3程度で
あれば、冷却直後に正孔キャリア濃度が成長直後の5%
となったとしても1.0×1016cm-3程度の濃度が確
保されるため、十分に実用に耐えるp型窒化物半導体と
なる。
According to the p-type nitride semiconductor of the present invention, when the hole carrier concentration immediately after growth is about 2.0 × 10 17 cm −3 , the hole carrier concentration immediately after cooling is 5% immediately after growth.
Even if it becomes, a concentration of about 1.0 × 10 16 cm −3 is secured, so that it becomes a p-type nitride semiconductor that can sufficiently withstand practical use.

【0022】本発明に係る他のp型窒化物半導体は、基
板上に温度が600℃よりも高い成長温度で順次形成さ
れたp型窒化物半導体を対象とし、p型窒化物半導体は
その上面を露出しており、p型窒化物半導体の上面近傍
の水素濃度は、p型窒化物半導体の内部の水素濃度と等
しいか又は約10倍以内である。
Another p-type nitride semiconductor according to the present invention is intended for a p-type nitride semiconductor sequentially formed on a substrate at a growth temperature higher than 600 ° C., and the p-type nitride semiconductor has an upper surface. Is exposed and the hydrogen concentration near the upper surface of the p-type nitride semiconductor is equal to or less than about 10 times the hydrogen concentration inside the p-type nitride semiconductor.

【0023】従来のポストアニーリングを行なう製造方
法により得られるp型窒化物半導体の場合には、露出し
た上面近傍の水素濃度は、p型窒化物半導体の内部の水
素濃度よりも10倍以上大きい。しかしながら、本発明
のp型窒化物半導体によると、p型窒化物半導体の上面
近傍の水素濃度が、該p型窒化物半導体の内部の水素濃
度と等しいか又は約10倍以内であるため、p型ドーパ
ントの活性化率が向上しているp型窒化物半導体とな
る。
In the case of the p-type nitride semiconductor obtained by the conventional method of performing post-annealing, the hydrogen concentration near the exposed upper surface is 10 times or more higher than the hydrogen concentration inside the p-type nitride semiconductor. However, according to the p-type nitride semiconductor of the present invention, the hydrogen concentration near the upper surface of the p-type nitride semiconductor is equal to or less than about 10 times the hydrogen concentration inside the p-type nitride semiconductor. The p-type nitride semiconductor has an improved activation rate of the type dopant.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)本発明の実施の
形態1について図面を参照しながら説明する。
Embodiment 1 Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0025】図1は本発明の実施の形態1に係るp型窒
化物半導体の構成断面図を示している。図1に示すよう
に、サファイアからなる基板11上には、窒化ガリウム
(GaN)からなり、基板11上に成長させる所望の半
導体とサファイアとの結晶の格子不整合を緩和するバッ
ファ層12と、GaNからなるp型窒化物半導体層13
とが順次形成されている。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, on a substrate 11 made of sapphire, a buffer layer 12 made of gallium nitride (GaN) and relaxing a lattice mismatch between a desired semiconductor grown on the substrate 11 and sapphire. P-type nitride semiconductor layer 13 made of GaN
And are sequentially formed.

【0026】以下、前記のように構成されたp型窒化物
半導体層の製造方法を説明する。まず、鏡面状の主面を
持つ基板11を反応管(図示せず)内の基板ホルダに保
持し、その後、基板11の温度を約1000℃として水
素ガスを基板11上に導入しながら、基板11を約10
分間加熱することにより、基板11の主面に付着してい
る有機物等の汚れや水分を除去する。
A method of manufacturing the p-type nitride semiconductor layer having the above structure will be described below. First, the substrate 11 having a mirror-like main surface is held in a substrate holder in a reaction tube (not shown), and then the temperature of the substrate 11 is set to about 1000 ° C. while introducing hydrogen gas onto the substrate 11, 11 to about 10
By heating for a minute, dirt and moisture such as organic substances attached to the main surface of the substrate 11 are removed.

【0027】次に、基板11の温度を約550℃にまで
降下させ、キャリアガスとして流量が約16L/分の窒
素ガスと、流量が約4L/分の窒素源としてのアンモニ
ア(NH3)ガスと、流量が約40μmol/分のIII
族源としてのトリメチルガリウム(TMG)とを基板1
1上に導入することにより、基板11の主面上に、厚さ
が25nmでGaNからなるバッファ層12を成長させ
る。
Next, the temperature of the substrate 11 is lowered to about 550 ° C., nitrogen gas having a flow rate of about 16 L / min as carrier gas and ammonia (NH 3 ) gas as a nitrogen source having a flow rate of about 4 L / min. And a flow rate of about 40 μmol / min III
Substrate 1 with trimethylgallium (TMG) as a group source
Introduced on the substrate 1, the buffer layer 12 made of GaN with a thickness of 25 nm is grown on the main surface of the substrate 11.

【0028】次に、反応管へのTMGの供給をいったん
止めて、基板温度を約1050℃にまで昇温した後、流
量が約13L/分の窒素ガス及び流量が約3L/分の水
素ガスをキャリアガスとし、流量が約4L/分のアンモ
ニアガスと、流量が約80μmol/分のTMGと、流
量が約0.2μmol/分でp型ドーパントであるマグ
ネシウムを含むビスシクロペンタジエニルマグネシウム
(Cp2Mg)とを基板11上に約60分間導入するこ
とにより、バッファ層12上に、厚さが2μmでMgが
ドープされたGaNからなるp型窒化物半導体層13を
成長させる。ここでいう水素ガスの流量には、TMGと
Cp2Mgとを気化させるための水素ガスをも含めてい
る。
Next, after temporarily stopping the supply of TMG to the reaction tube and raising the substrate temperature to about 1050 ° C., the nitrogen gas flow rate is about 13 L / min and the hydrogen gas flow rate is about 3 L / min. As a carrier gas, a flow rate of about 4 L / min of ammonia gas, a flow rate of about 80 μmol / min of TMG, and a flow rate of about 0.2 μmol / min of biscyclopentadienyl magnesium containing magnesium as a p-type dopant ( Cp 2 Mg) is introduced onto the substrate 11 for about 60 minutes to grow the p-type nitride semiconductor layer 13 made of Mg-doped GaN having a thickness of 2 μm on the buffer layer 12. The hydrogen gas flow rate referred to here includes hydrogen gas for vaporizing TMG and Cp 2 Mg.

【0029】次に、反応管へのTMGとCp2Mgとの
供給を停止した後、雰囲気ガスとして、流量が約13L
/分の窒素ガス、流量が約3L/分の水素ガス及び流量
が約4L/分のアンモニアガスを基板11上に導入しな
がら、基板11を成長温度から室温にまで冷却する。冷
却後、p型窒化物半導体層13が形成された基板11を
反応管から取り出す。
Next, after the supply of TMG and Cp 2 Mg to the reaction tube was stopped, the flow rate of the atmospheric gas was about 13 L.
The substrate 11 is cooled from the growth temperature to room temperature while introducing nitrogen gas / minute, hydrogen gas having a flow rate of about 3 L / minute, and ammonia gas having a flow rate of about 4 L / minute onto the substrate 11. After cooling, the substrate 11 on which the p-type nitride semiconductor layer 13 is formed is taken out from the reaction tube.

【0030】以下、p型窒化物半導体層13が形成され
た基板11に対する本願発明の冷却方法の特徴を説明す
る。
The features of the cooling method of the present invention for the substrate 11 on which the p-type nitride semiconductor layer 13 is formed will be described below.

【0031】図2は本発明の実施の形態1に係るp型窒
化物半導体の製造方法の冷却工程における正孔キャリア
濃度に対する冷却時間依存性を示すグラフ。ここでは、
基板温度を成長温度の1050℃付近から600℃にま
で降下させる場合の冷却時間として、5分から40分ま
での間を5種類に分けて、p型窒化物半導体層13の正
孔キャリア濃度を測定している。正孔キャリア濃度は、
5種類の測定用のサンプルとして基板11から5mm角
の大きさのチップを切り出し、それぞれ切り出されたチ
ップのホール効果を測定することにより行なっている。
FIG. 2 is a graph showing the cooling time dependency on the hole carrier concentration in the cooling step of the method for manufacturing the p-type nitride semiconductor according to the first embodiment of the present invention. here,
As the cooling time for lowering the substrate temperature from around 1050 ° C. of the growth temperature to 600 ° C., the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layer 13 was measured by dividing it into 5 types from 5 minutes to 40 minutes. is doing. The hole carrier concentration is
As a sample for five kinds of measurement, a chip of 5 mm square is cut out from the substrate 11, and the Hall effect of each cut chip is measured.

【0032】図2に示すように、5種類のサンプルの導
電型はすべてp型を示しているが、成長温度から600
℃までの冷却時間が長くなるに連れて、正孔キャリア濃
度が低下していることが分かる。また、図2に示す直線
を冷却時間が0分となるy切片として外挿することによ
り、本実施の形態に係るp型窒化物半導体層13は、成
長直後の正孔キャリア濃度が約2×1017cm-3のp導
電型を示すといえる。
As shown in FIG. 2, the conductivity type of each of the five types of samples is p-type.
It can be seen that the hole carrier concentration decreases as the cooling time to ℃ becomes longer. By extrapolating the straight line shown in FIG. 2 as a y-intercept where the cooling time is 0 minutes, the p-type nitride semiconductor layer 13 according to the present embodiment has a hole carrier concentration of about 2 × immediately after growth. It can be said to exhibit a p-type conductivity of 10 17 cm -3 .

【0033】また、図2に示すように、冷却時間が5分
の場合の正孔キャリア濃度は1.2×1017cm-3を示
し、冷却時間が20分の場合の正孔キャリア濃度は冷却
前の濃度の約7%に相当する3.0×1016cm-3を示
し、冷却時間が30分の場合は冷却前の濃度の5%に相
当する1.0×1016cm-3を示す。冷却時間が30分
の場合は、デバイスに用いるp型層としての下限に近
い。さらに、冷却時間が40分の場合はその濃度が2.
2×1015cm-3を示し、デバイスには不充分のキャリ
ア濃度となる。
Further, as shown in FIG. 2, the hole carrier concentration when the cooling time is 5 minutes is 1.2 × 10 17 cm −3, and the hole carrier concentration when the cooling time is 20 minutes is It shows 3.0 × 10 16 cm −3 corresponding to about 7% of the concentration before cooling, and 1.0 × 10 16 cm −3 corresponding to 5% of the concentration before cooling when the cooling time is 30 minutes. Indicates. When the cooling time is 30 minutes, it is close to the lower limit of the p-type layer used for the device. Furthermore, when the cooling time is 40 minutes, the concentration is 2.
It shows 2 × 10 15 cm −3 , which is an insufficient carrier concentration for the device.

【0034】(実施の形態1の第1変形例)以下、第1
の実施形態の第1変形例に係るp型窒化物半導体層の製
造方法を説明する。
(First Modification of First Embodiment) Hereinafter, the first modification will be described.
A method for manufacturing the p-type nitride semiconductor layer according to the first modification of the embodiment will be described.

【0035】まず、図1に示すように、実施の形態1と
同様の方法を用いて、基板11上にバッファ層12、及
び正孔キャリア濃度が約2×1017cm-3のp型窒化物
半導体層13を順次形成する。
First, as shown in FIG. 1, the buffer layer 12 on the substrate 11 and the p-type nitridation having a hole carrier concentration of about 2 × 10 17 cm −3 are formed by the same method as in the first embodiment. The semiconductor layer 13 is sequentially formed.

【0036】次に、第1変形例に係る冷却工程における
正孔キャリア濃度に対する雰囲気ガス中の水素ガス濃度
依存性について説明する。ここでは、雰囲気ガス中の水
素ガス濃度を0%、30%、50%及び70%と4種類
に分けて正孔キャリア濃度の測定を行なっている。いず
れの場合も、雰囲気中のアンモニアガス濃度を約20%
とし、残りを窒素ガスとしている。基板温度の降温条件
は、成長温度の約1050℃から約600℃までを約5
分間で冷却している。
Next, the dependence of the hole carrier concentration on the hydrogen gas concentration in the atmosphere gas in the cooling step according to the first modification will be described. Here, the hole carrier concentration is measured by dividing the hydrogen gas concentration in the atmosphere gas into four types of 0%, 30%, 50% and 70%. In either case, the concentration of ammonia gas in the atmosphere is about 20%.
And the rest is nitrogen gas. The substrate temperature is lowered from about 1050 ° C to about 600 ° C, which is a growth temperature, to about 5 ° C.
Cooling in minutes.

【0037】測定結果を以下に示す。The measurement results are shown below.

【0038】1)水素濃度が0%の雰囲気の場合、 成長直後と同値の約2×1017cm-3 2)水素濃度が30%の雰囲気の場合、 4.2×1016cm-3 3)水素濃度が50%の雰囲気の場合、 成長直後の約5%である約1×1016cm-3 4)水素濃度が70%の雰囲気の場合、 成長直後の約1%である約2.5×1015cm-3 このように、水素濃度が70%の雰囲気中で冷却する
と、600℃までを5分間で降温しても、デバイスに用
いるp型層として不充分となる。
1) In an atmosphere having a hydrogen concentration of 0%, about 2 × 10 17 cm −3, which is the same value as immediately after growth, 2) In an atmosphere having a hydrogen concentration of 30%, 4.2 × 10 16 cm −3 3. ) In an atmosphere with a hydrogen concentration of 50%, it is about 5% immediately after growth, about 1 × 10 16 cm -3 4) In an atmosphere with a hydrogen concentration of 70%, it is about 1% immediately after growth. 5 × 10 15 cm −3 As described above, when cooling is performed in an atmosphere having a hydrogen concentration of 70%, even if the temperature is lowered to 600 ° C. for 5 minutes, the p-type layer used in the device is insufficient.

【0039】(実施の形態1の第2変形例)以下、実施
の形態1の第2変形例に係るp型窒化物半導体層の製造
方法を説明する。
(Second Modification of First Embodiment) A method for manufacturing a p-type nitride semiconductor layer according to the second modification of the first embodiment will be described below.

【0040】まず、図1に示すように、実施の形態1と
同様の方法を用いて、基板11上にバッファ層12、及
び正孔キャリア濃度が約2×1017cm-3のp型窒化物
半導体層13を順次形成する。
First, as shown in FIG. 1, the buffer layer 12 on the substrate 11 and the p-type nitridation having a hole carrier concentration of about 2 × 10 17 cm −3 are formed by the same method as in the first embodiment. The semiconductor layer 13 is sequentially formed.

【0041】次に、第2変形例の冷却工程における正孔
キャリア濃度に対する雰囲気ガス中のアンモニアガス濃
度依存性について説明する。雰囲気中の水素ガス濃度は
約15%とし、残りは窒素ガスとする。また、基板温度
の降温条件は、成長温度の約1050℃から600℃ま
でを約5分間で冷却している。
Next, the dependence of the hole carrier concentration on the ammonia gas concentration in the atmosphere gas in the cooling step of the second modification will be described. The hydrogen gas concentration in the atmosphere is about 15%, and the rest is nitrogen gas. The substrate temperature is lowered from the growth temperature of about 1050 ° C. to 600 ° C. in about 5 minutes.

【0042】測定の結果、アンモニアガス濃度を変化さ
せても、冷却工程における正孔キャリア濃度の減少率
は、アンモニアガス濃度が20%の場合とほとんど違い
がないことを確認している。なお、アンモニアガス濃度
が0%〜0.5%の範囲では、p型窒化物半導体層13
の表面から窒素が脱離することにより、結晶性が劣化す
る。
As a result of the measurement, it has been confirmed that even if the ammonia gas concentration is changed, the reduction rate of the hole carrier concentration in the cooling step is almost the same as that when the ammonia gas concentration is 20%. Note that when the ammonia gas concentration is in the range of 0% to 0.5%, the p-type nitride semiconductor layer 13 is
The desorption of nitrogen from the surface of the Al deteriorates the crystallinity.

【0043】(実施の形態1の第3変形例)以下、実施
の形態1の第3変形例に係るp型窒化物半導体層の製造
方法を説明する。本変形例は、図1に示すp型窒化物半
導体層13の形成工程における正孔キャリア濃度に対す
るキャリアガス中の水素ガス濃度依存性について説明す
る。実施の形態1においては、キャリアガス中の水素ガ
スの濃度は約15%としている。本変形例においては、
キャリアガス中の水素ガスの濃度を0%〜20%までは
5%ごとの5種類とし、20%〜80%までの範囲は1
0%ごとの6種類とし、併せて11種類に分けている。
なお、水素ガス濃度が0%の場合は、TMG及びCp2
Mgは窒素ガスを用いてそれぞれの気化を行なってい
る。
(Third Modification of First Embodiment) A method of manufacturing a p-type nitride semiconductor layer according to a third modification of the first embodiment will be described below. In this modification, the dependence of the hole carrier concentration on the hydrogen gas concentration in the carrier gas in the step of forming the p-type nitride semiconductor layer 13 shown in FIG. 1 will be described. In the first embodiment, the concentration of hydrogen gas in the carrier gas is about 15%. In this modification,
The concentration of hydrogen gas in the carrier gas is 5% in 5% increments from 0% to 20%, and the range from 20% to 80% is 1
There are 6 types for each 0% and a total of 11 types.
When the hydrogen gas concentration is 0%, TMG and Cp 2
Mg is vaporized using nitrogen gas.

【0044】測定の結果、水素ガス濃度が5%〜70%
程度の範囲で成長したp型窒化物半導体層13におい
て、図2と同様に、冷却時間を0分として外挿すること
により求めた値は、成長直後の正孔キャリア濃度とし
て、それぞれが1×1016cm-3以上であり、p型を示
している。より具体的には、水素ガス濃度が5%〜50
%程度の場合は正孔キャリア濃度が約5×1016cm-3
以上となり、水素ガス濃度が10%〜20%程度の場合
は正孔キャリア濃度が約1×1017cm-3以上となる。
なかでも、水素ガス濃度を15%で成長させた場合は、
成長直後の正孔キャリア濃度が最も高くなり、その値は
2×1017cm-3を示す。
As a result of the measurement, the hydrogen gas concentration is 5% to 70%.
In the p-type nitride semiconductor layer 13 grown in a certain range, similarly to FIG. 2, the value obtained by extrapolation with the cooling time being 0 minute is 1 × each as the hole carrier concentration immediately after the growth. It is 10 16 cm −3 or more, indicating a p-type. More specifically, the hydrogen gas concentration is 5% to 50%.
%, The hole carrier concentration is about 5 × 10 16 cm -3
As described above, when the hydrogen gas concentration is about 10% to 20%, the hole carrier concentration is about 1 × 10 17 cm −3 or more.
Above all, when the hydrogen gas concentration was grown to 15%,
Immediately after the growth, the hole carrier concentration becomes highest, and the value is 2 × 10 17 cm −3 .

【0045】一方、結晶性の目安となるX線回折による
ロッキングカーブの半値幅は、水素ガス濃度の増加と共
に小さくなり、水素ガス濃度が10%以上の場合は半値
幅は300秒以下を示す。ところが、水素ガス濃度が0
%で成長した場合は、X線回折によるロッキングカーブ
の半値幅は500秒となり、大幅に結晶性が悪化する。
また、高抵抗であるため正孔キャリア濃度の測定は不可
能となる。
On the other hand, the full width at half maximum of the rocking curve by X-ray diffraction, which is a measure of crystallinity, becomes smaller as the hydrogen gas concentration increases, and the full width at half maximum shows 300 seconds or less when the hydrogen gas concentration is 10% or more. However, the hydrogen gas concentration is 0
%, The full width at half maximum of the rocking curve by X-ray diffraction is 500 seconds, and the crystallinity is significantly deteriorated.
Further, the high resistance makes it impossible to measure the hole carrier concentration.

【0046】同様に、水素ガス濃度が約80%で成長し
た場合も、高抵抗であり、正孔キャリア濃度の測定は不
可能となる。これは、成長中にGaN結晶中に取り込ま
れる水素原子の量が多くなり、マグネシウムの活性化率
が低くなったためと考えられる。
Similarly, when the hydrogen gas concentration is grown to about 80%, the resistance is high and the hole carrier concentration cannot be measured. It is considered that this is because the amount of hydrogen atoms taken into the GaN crystal during the growth increased and the activation rate of magnesium decreased.

【0047】なお、本実施形態においては、窒素源とし
てアンモニアを用いたが、例えば、ヒドラジン(N
24)やエチルアジド(C25NH2)等の有機窒素原
料であればよい。
In this embodiment, ammonia is used as the nitrogen source, but for example, hydrazine (N
Any organic nitrogen raw material such as 2 H 4 ) or ethyl azide (C 2 H 5 NH 2 ) may be used.

【0048】(実施の形態2)以下、本発明の実施の形
態2について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0049】図3は本発明の実施の形態2に係る窒化物
半導体発光素子を示す構成断面図を示している。図3に
示すように、本実施の形態2に係る窒化物半導体発光素
子のエピタキシャル層は、サファイアからなる基板21
上に、ノンドープのGaNからなるバッファ層22と、
シリコン(Si)がドープされたGaNからなるn型コ
ンタクト層23と、ノンドープのInGaNからなる発
光層24と、ノンドープのGaNからなる第1のクラッ
ド層25と、マグネシウムがドープされたAlGaNか
らなるp型の第2のクラッド層26と、マグネシウムが
ドープされたGaNからなるp型コンタクト層27とが
順次積層されて構成されている。p型コンタクト層27
上には、ニッケル(Ni)と金(Au)とがこの順に積
層されてなる透光性のp側電極28が形成されており、
n型コンタクト層23が露出された領域上にアルミニウ
ム(Al)からなるn側電極29が形成されている。こ
のように、本発光素子は、ノンドープの発光層24及び
第1のクラッド層25を介在させ、n型コンタクト層2
3と第2のクラッド層26とのpn接合を持つ発光ダイ
オード素子である。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the epitaxial layer of the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment includes a substrate 21 made of sapphire.
A buffer layer 22 made of non-doped GaN, and
An n-type contact layer 23 made of GaN doped with silicon (Si), a light emitting layer 24 made of non-doped InGaN, a first cladding layer 25 made of non-doped GaN, and p made of AlGaN doped with magnesium. The second type cladding layer 26 and the p-type contact layer 27 made of magnesium-doped GaN are sequentially laminated. p-type contact layer 27
A translucent p-side electrode 28 is formed on the top of which nickel (Ni) and gold (Au) are laminated in this order.
An n-side electrode 29 made of aluminum (Al) is formed on the exposed region of the n-type contact layer 23. As described above, the present light emitting device includes the n-type contact layer 2 with the non-doped light emitting layer 24 and the first cladding layer 25 interposed.
3 is a light emitting diode element having a pn junction between the second cladding layer 26 and the second cladding layer 26.

【0050】以下、前記のように構成された発光ダイオ
ード素子の製造方法について説明する。
Hereinafter, a method of manufacturing the light emitting diode element having the above structure will be described.

【0051】まず、鏡面状の主面を持つ基板21を反応
管(図示せず)内の基板ホルダに保持し、その後、基板
21の温度を約1000℃として水素ガスを基板21上
に導入しながら、基板21を約10分間加熱する。これ
により、基板21の主面に付着している有機物等の汚れ
や水分を除去して清浄面を得る。
First, the substrate 21 having a mirror-like main surface is held in a substrate holder inside a reaction tube (not shown), and then the temperature of the substrate 21 is set to about 1000 ° C. and hydrogen gas is introduced onto the substrate 21. Meanwhile, the substrate 21 is heated for about 10 minutes. As a result, dirt and water such as organic substances attached to the main surface of the substrate 21 are removed to obtain a clean surface.

【0052】次に、基板21の温度を約550℃にまで
降下させ、キャリアガスとして流量が約16L/分の窒
素ガスと、流量が約4L/分の窒素源としてのアンモニ
アガスと、流量が約40μmol/分のIII 族源として
のTMGとを基板21上に導入することにより、基板2
1の主面上に、厚さが25nmでGaNからなるバッフ
ァ層22を成長させる。ここでは、キャリアガスに含ま
れる水素ガスの流量は、TMG又はCp2Mgを気化さ
せるために用いる水素ガスをも含んでいる。
Next, the temperature of the substrate 21 is lowered to about 550 ° C., nitrogen gas having a flow rate of about 16 L / min as carrier gas, and ammonia gas as a nitrogen source having a flow rate of about 4 L / min are flown at a flow rate of about 4 L / min. By introducing about 40 μmol / min of TMG as a group III source onto the substrate 21, the substrate 2
A buffer layer 22 having a thickness of 25 nm and made of GaN is grown on the main surface of 1. Here, the flow rate of the hydrogen gas contained in the carrier gas also includes the hydrogen gas used for vaporizing TMG or Cp 2 Mg.

【0053】次に、反応管へのTMGの供給をいったん
止めて、基板温度を約1050℃にまで昇温した後、流
量が約13L/分の窒素ガス及び流量が約3L/分の水
素ガスをキャリアガスとし、流量が約4L/分のアンモ
ニアガスと、流量が約80μmol/分のTMGと、流
量が約10cc/分でn型ドーパントであるシリコンを
含む10ppmのモノシラン(SiH4)ガスとを基板
21上に約60分間導入することにより、バッファ層2
2上に、厚さが2μmでSiがドープされたGaNから
なるn型コンタクト層23を成長させる。
Next, after temporarily stopping the supply of TMG to the reaction tube and raising the substrate temperature to about 1050 ° C., the nitrogen gas flow rate is about 13 L / min and the hydrogen gas flow rate is about 3 L / min. As a carrier gas, an ammonia gas with a flow rate of about 4 L / min, TMG with a flow rate of about 80 μmol / min, and 10 ppm monosilane (SiH 4 ) gas containing silicon as an n-type dopant at a flow rate of about 10 cc / min. Of the buffer layer 2 on the substrate 21 for about 60 minutes.
An n-type contact layer 23 having a thickness of 2 μm and made of Si-doped GaN is grown on the substrate 2.

【0054】次に、TMG及びSiH4ガスの供給を停
止した後、基板温度を約750℃にまで降温させる。こ
の成長温度で、キャリアガスとして流量が約14L/分
の窒素ガスと、流量が約6L/分のアンモニアガスと、
流量が約4μmol/分のTMGと、流量が約5μmo
l/分の別のIII 族源であるトリメチルインジウム(T
MI)とを基板21上に導入することにより、n型コン
タクト層23上に、厚さが3nmのInGaNからなる
単一量子井戸構造の発光層24を成長させる。この場
合、発光層24のIn組成は約0.2となる。
Next, after stopping the supply of TMG and SiH 4 gas, the substrate temperature is lowered to about 750 ° C. At this growth temperature, nitrogen gas having a flow rate of about 14 L / min and ammonia gas having a flow rate of about 6 L / min as carrier gases,
TMG flow rate is about 4 μmol / min and flow rate is about 5 μmo
trimethyl indium (T
(MI) is introduced onto the substrate 21 to grow a light emitting layer 24 having a single quantum well structure made of InGaN and having a thickness of 3 nm on the n-type contact layer 23. In this case, the In composition of the light emitting layer 24 is about 0.2.

【0055】次に、TMIの供給を停止した後、キャリ
アガスの窒素ガス、窒素源のアンモニアガス及びIII 族
源のTMGをそのままの流量で基板21に導入し、基板
温度が約1050℃にまで昇温するまでの間に、発光層
24上に厚さが10nmのGaNからなる第1のクラッ
ド層25を成長させる。
Next, after stopping the supply of TMI, nitrogen gas as a carrier gas, ammonia gas as a nitrogen source and TMG as a group III source are introduced into the substrate 21 at the same flow rates until the substrate temperature reaches about 1050.degree. Until the temperature is raised, the first cladding layer 25 made of GaN having a thickness of 10 nm is grown on the light emitting layer 24.

【0056】次に、基板温度が約1050℃に達した
後、流量が約13L/分の窒素ガス及び流量が約3L/
分の水素ガスをキャリアガスとし、流量が約4L/分の
アンモニアガスと、流量が約40μmol/分のTMG
と、流量が約6μmol/分の別のIII 族源であるトリ
メチルアルミニウム(TMA)と、流量が約0.1μm
ol/分のCp2Mgとを基板21上に導入することに
より、第1のクラッド層25上に、厚さが0.2μmで
Mgがドープされたp型AlGaNからなる第2のクラ
ッド層26を成長させる。
Next, after the substrate temperature reaches about 1050 ° C., the flow rate of nitrogen gas is about 13 L / min and the flow rate is about 3 L / min.
Minute hydrogen gas as a carrier gas, the flow rate is about 4 L / min ammonia gas, and the flow rate is about 40 μmol / min TMG.
And another group III source trimethylaluminum (TMA) with a flow rate of about 6 μmol / min and a flow rate of about 0.1 μm
By introducing ol / min of Cp 2 Mg onto the substrate 21, the second cladding layer 26 made of Mg-doped p-type AlGaN having a thickness of 0.2 μm is formed on the first cladding layer 25. Grow.

【0057】次に、TMAの供給を停止した後、基板温
度は約1050℃のままで、流量が約13L/分の窒素
ガス及び流量が約3L/分の水素ガスをキャリアガスと
し、流量が約4L/分のアンモニアガスと、流量が約8
0μmol/分のTMGと、流量が約0.2μmol/
分のCp2Mgとを基板21上に導入することにより、
第2のクラッド層26上に、厚さが0.3μmでMgが
ドープされたp型GaNからなるp型コンタクト層27
を成長させる。
Next, after the supply of TMA was stopped, the substrate temperature was kept at about 1050 ° C., the nitrogen gas flow rate was about 13 L / min, and the hydrogen gas flow rate was about 3 L / min. About 4 L / min of ammonia gas and a flow rate of about 8
TMG of 0 μmol / min and flow rate of about 0.2 μmol / min
By introducing Cp 2 Mg of the amount on the substrate 21,
On the second cladding layer 26, a p-type contact layer 27 made of p-type GaN having a thickness of 0.3 μm and doped with Mg.
Grow.

【0058】次に、p型コンタクト層27を形成した
後、雰囲気ガスとして、流量が約13L/分の窒素ガ
ス、流量が約3L/分の水素ガス及び流量が約4L/分
のアンモニアガスとを反応管に導入しながら、基板温度
を成長温度から室温にまで冷却し、これら複数の窒化物
半導体層からなる積層体(エピタキシャル層)が形成さ
れた基板21を反応管から取り出す。このとき、雰囲気
ガス中の水素ガス濃度は約15%、アンモニアガス濃度
は約20%である。ここでは、基板21を成長温度の約
1050℃から600℃にまで冷却する冷却時間を5分
としている。
Next, after forming the p-type contact layer 27, nitrogen gas having a flow rate of about 13 L / min, hydrogen gas having a flow rate of about 3 L / min, and ammonia gas having a flow rate of about 4 L / min are used as atmosphere gases. While the substrate temperature is being introduced into the reaction tube, the substrate temperature is cooled from the growth temperature to room temperature, and the substrate 21 on which the stacked body (epitaxial layer) including the plurality of nitride semiconductor layers is formed is taken out from the reaction tube. At this time, the hydrogen gas concentration in the atmosphere gas is about 15%, and the ammonia gas concentration is about 20%. Here, the cooling time for cooling the substrate 21 from the growth temperature of about 1050 ° C. to 600 ° C. is set to 5 minutes.

【0059】以上のようにして得られた窒化物半導体
層、特に、p型の第2のクラッド層26及びp型コンタ
クト層27は、実施の形態1と同様の成長方法及び冷却
方法によって形成されている。従って、第2のクラッド
層26及びp型コンタクト層27にドープされたマグネ
シウムを活性化させるためのポストアニーリングを行な
わなくても、低抵抗で且つ良質なp型半導体層が形成さ
れている。
The nitride semiconductor layer thus obtained, in particular, the p-type second cladding layer 26 and the p-type contact layer 27 are formed by the same growth method and cooling method as in the first embodiment. ing. Therefore, a p-type semiconductor layer having low resistance and good quality is formed without performing post-annealing for activating the magnesium doped in the second cladding layer 26 and the p-type contact layer 27.

【0060】次に、例えばCVD法を用いて、p型コン
タクト層27上にシリコン酸化膜を堆積させ、その後、
フォトリソグラフィ法を用いて、堆積したシリコン酸化
膜に対して所定形状のパターニングを行なって、シリコ
ン酸化膜からなるエッチング用のマスクパターンを形成
する。続いて、このマスクパターンを用いてエピタキシ
ャル層に対して、n型コンタクト層23が露出するまで
反応性イオンエッチングを行なう。
Next, a silicon oxide film is deposited on the p-type contact layer 27 by using, for example, the CVD method, and then,
The deposited silicon oxide film is patterned into a predetermined shape by photolithography to form a mask pattern for etching made of the silicon oxide film. Then, using this mask pattern, reactive ion etching is performed on the epitaxial layer until the n-type contact layer 23 is exposed.

【0061】次に、例えば蒸着法を用いて、露出したn
型コンタクト層23上にn側電極29を選択的に形成
し、同様にしてp型コンタクト層27上にp側電極28
を選択的に形成する。
Next, using the vapor deposition method, for example, the exposed n
The n-side electrode 29 is selectively formed on the p-type contact layer 23, and similarly, the p-side electrode 28 is formed on the p-type contact layer 27.
Are selectively formed.

【0062】次に、基板21のエピタキシャル層と反対
側の面(裏面)を基板21の厚さが100μm程度にな
るまで研磨し、スクライブによってチップ状に分離す
る。分離された個々のチップを素子形成面側を上向きに
して、電極を有するステム上に固着し、続いて、チップ
上のp側電極28とn側電極29とをそれぞれステムの
電極にワイヤにより結線し、その後、チップを樹脂封止
して発光ダイオード素子を得る。
Next, the surface (back surface) of the substrate 21 opposite to the epitaxial layer is polished until the thickness of the substrate 21 becomes about 100 μm, and separated into chips by scribing. The separated individual chips are fixed to the stem having electrodes with the element formation surface side facing upward, and then the p-side electrode 28 and the n-side electrode 29 on the chip are connected to the stem electrodes by wires. After that, the chip is sealed with resin to obtain a light emitting diode element.

【0063】このようにして得られた発光ダイオード素
子に対して、20mAの順方向電流により駆動すると、
ピーク波長が470nmの青色光が出力されることを確
認している。このときの発光出力は2.0mWであり、
順方向動作電圧は4.0Vである。
When the light emitting diode element thus obtained is driven by a forward current of 20 mA,
It has been confirmed that blue light with a peak wavelength of 470 nm is output. The light emission output at this time is 2.0 mW,
The forward operating voltage is 4.0V.

【0064】(実施の形態2の第1変形例)本実施の形
態2に係る冷却工程において、エピタキシャル層が形成
された基板21を成長温度の約1050℃から600℃
にまで冷却する冷却時間を25分として、図3に示す構
成の発光ダイオード素子を形成する。このようにして形
成された発光ダイオード素子に対して、20mAの順方
向電流で駆動すると、ピーク波長が470nmの青色光
が出力されることを確認している。この場合の発光出力
は0.5mWで、順方向動作電圧は5.0Vである。
(First Modification of Second Embodiment) In the cooling step according to the second embodiment, the substrate 21 having the epitaxial layer formed thereon is grown at a temperature of about 1050 ° C. to 600 ° C.
The light emitting diode element having the structure shown in FIG. 3 is formed by setting the cooling time to 25 minutes to 25 minutes. It has been confirmed that when the light emitting diode element thus formed is driven by a forward current of 20 mA, blue light having a peak wavelength of 470 nm is output. In this case, the light emission output is 0.5 mW and the forward operation voltage is 5.0V.

【0065】(比較例)本実施の形態に係る冷却工程に
おいて、エピタキシャル層が形成された基板21を成長
温度の約1050℃から600℃にまで冷却する冷却時
間を40分として、図3に示す構成の発光ダイオード素
子を形成する。このようにして形成された発光ダイオー
ド素子に対して、20mAの順方向電流で駆動したとこ
ろ、高抵抗で電流が流れず、発光しないことを確認して
いる。
(Comparative Example) In the cooling step according to the present embodiment, the cooling time for cooling the substrate 21 on which the epitaxial layer is formed from the growth temperature of about 1050 ° C. to 600 ° C. is 40 minutes, and is shown in FIG. A light emitting diode element having a structure is formed. It has been confirmed that, when the light emitting diode element thus formed is driven with a forward current of 20 mA, no current flows due to high resistance and no light is emitted.

【0066】図4は本発明の実施の形態2、その第1変
形例及び比較例に係る窒化物半導体発光素子における表
面から深さ方向の水素分布を表わすグラフであり,SI
MSの分布による結果である。前記の3通りの異なる冷
却時間で測定した場合の水素濃度を表わしている。ここ
で、図4において、図3に示す半導体層と対応する領域
には同一の符号を付している。また、成長温度の105
0℃付近から600℃にまで冷却する冷却時間は、曲線
1Aが本実施形態の5分の場合を、曲線1Bがその一変
形例である25分の場合を、曲線1Cが比較例である4
0分の場合を示している。
FIG. 4 is a graph showing the hydrogen distribution in the depth direction from the surface in the nitride semiconductor light emitting devices according to the second embodiment of the present invention, its first modification and comparative example.
It is a result by distribution of MS. It represents the hydrogen concentration when measured at the above three different cooling times. Here, in FIG. 4, regions corresponding to the semiconductor layers shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. Also, the growth temperature of 105
Regarding the cooling time for cooling from around 0 ° C. to 600 ° C., the curve 1A is the case of 5 minutes of the present embodiment, the curve 1B is a modification thereof of 25 minutes, and the curve 1C is the comparative example.
The case of 0 minutes is shown.

【0067】図4の曲線1Aから分かるように、冷却時
間が5分の場合は、表面付近の水素濃度は約3.0×1
19cm-3であり、表面から基板方向(n型コンタクト
層23方向)に向かうにつれて減少し、第2のクラッド
層26においては水素濃度はほぼ一定の約1.0×10
19cm-3を示している。また、第1のクラッド層25、
発光層24及びn型コンタクト層2は、検出下限の2.
0×1018cm-3以下である。
As can be seen from the curve 1A in FIG. 4, when the cooling time is 5 minutes, the hydrogen concentration near the surface is about 3.0 × 1.
0 19 cm −3 , which decreases from the surface toward the substrate (n-type contact layer 23 direction), and in the second cladding layer 26, the hydrogen concentration is approximately constant, about 1.0 × 10 5.
It shows 19 cm -3 . In addition, the first cladding layer 25,
The light emitting layer 24 and the n-type contact layer 2 have detection limits of 2.
It is 0 × 10 18 cm −3 or less.

【0068】第1変形例に係る曲線1Bに示す冷却時間
が25分の場合は、表面付近の水素濃度は約1.0×1
20cm-3であり、表面から基板方向に向かうにつれて
減少し、第2のクラッド層26において水素濃度はほぼ
一定の約1×1019cm-3を示すことが分かる。
When the cooling time shown in the curve 1B according to the first modification is 25 minutes, the hydrogen concentration near the surface is about 1.0 × 1.
It can be seen that it is 0 20 cm −3 , decreases from the surface toward the substrate, and the hydrogen concentration in the second cladding layer 26 is approximately constant at about 1 × 10 19 cm −3 .

【0069】比較例に係る曲線1Cに示す冷却時間が4
0分の場合は、表面付近の水素濃度は約3.0×1020
cm-3であり、表面から基板方向に向かうにつれて減少
し、第2のクラッド層26において水素濃度はほぼ一定
の約1×1019cm-3を示している。
The cooling time shown in the curve 1C according to the comparative example is 4
At 0 minutes, the hydrogen concentration near the surface is approximately 3.0 x 10 20.
cm −3 , which decreases in the direction from the surface to the substrate, and the hydrogen concentration in the second cladding layer 26 is about 1 × 10 19 cm −3, which is almost constant.

【0070】また、図4に示すように、冷却時間が25
分以下の場合は、p型コンタクト層27の上面の水素濃
度は第2のクラッド層26の水素濃度の10倍以内であ
ることが分かる。
Further, as shown in FIG. 4, the cooling time is 25
In the case of not more than the minute, it is found that the hydrogen concentration on the upper surface of the p-type contact layer 27 is within 10 times the hydrogen concentration of the second cladding layer 26.

【0071】以上説明したように、本実施の形態及びそ
の第1変形例によると、p型の第2のクラッド層26及
びp型コンタクト層27の成長時におけるキャリアガス
に、約5容量%〜約70容量%、好ましくは約15容量
%の水素ガスを含めて成長させることにより、成長直後
に低抵抗で且つ高品質のp型半導体層を得ることができ
る。
As described above, according to the present embodiment and the first modification thereof, the carrier gas during the growth of the p-type second cladding layer 26 and the p-type contact layer 27 contains about 5% by volume to the carrier gas. A high-quality p-type semiconductor layer having a low resistance can be obtained immediately after the growth by including about 70% by volume, preferably about 15% by volume of hydrogen gas.

【0072】さらに、冷却工程において、600℃以上
の成長温度から600℃程度にまで冷却する冷却時間を
約30分以内、好ましくは5分程度とし、雰囲気ガスを
約50容量%以下の水素ガス及び約0.5容量%以上の
アンモニアガスとから構成することにより、p型半導体
層の正孔キャリア濃度の減少率を0%〜95%程度に抑
えることができる。その結果、低電圧で高出力の窒化物
半導体発光素子を実現できる。
Further, in the cooling step, the cooling time for cooling from the growth temperature of 600 ° C. or higher to about 600 ° C. is set within about 30 minutes, preferably about 5 minutes, and the atmosphere gas is about 50% by volume or less of hydrogen gas and By using about 0.5% by volume or more of ammonia gas, the reduction rate of the hole carrier concentration of the p-type semiconductor layer can be suppressed to about 0% to 95%. As a result, it is possible to realize a high output nitride semiconductor light emitting device at a low voltage.

【0073】[0073]

【発明の効果】本発明に係るp型窒化物半導体の製造方
法によると、p型ドーパントの不活性化を抑制できる程
度の水素を含む雰囲気で基板上に低抵抗のp型窒化物半
導体層を形成しておき、p型窒化物半導体層の正孔キャ
リア濃度がその低抵抗性を維持できる程度に減少する冷
却時間又は雰囲気でp型窒化物半導体層を冷却するた
め、ポストアニーリングを行なうことなく、結晶品質に
優れるp型窒化物半導体を得ることができる。
According to the method of manufacturing a p-type nitride semiconductor of the present invention, a low-resistance p-type nitride semiconductor layer is formed on a substrate in an atmosphere containing hydrogen to the extent that deactivation of the p-type dopant can be suppressed. Since the p-type nitride semiconductor layer is formed and cooled in a cooling time or atmosphere in which the hole carrier concentration of the p-type nitride semiconductor layer is reduced to such an extent that its low resistance can be maintained, post-annealing is not performed. A p-type nitride semiconductor having excellent crystal quality can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態1に係るp型窒化物半導体
を示す構成断面図
FIG. 1 is a structural cross-sectional view showing a p-type nitride semiconductor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1に係るp型窒化物半導体
の製造方法の冷却工程における正孔キャリア濃度に対す
る冷却時間依存性を示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing the cooling time dependency on the hole carrier concentration in the cooling step of the method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態2に係る窒化物半導体発光
素子を示す構成断面図
FIG. 3 is a structural cross-sectional view showing a nitride semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施の形態2、その第1変形例及び比
較例に係る窒化物半導体発光素子における表面から深さ
方向の水素濃度分布を表わすグラフ
FIG. 4 is a graph showing the hydrogen concentration distribution from the surface to the depth direction in the nitride semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention, its first modification and its comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 バッファ層 13 p型窒化物半導体層 21 基板 22 バッファ層 23 n型コンタクト層 24 発光層 25 第1のクラッド層 26 第2のクラッド層 27 p型コンタクト層 28 p側電極 29 n側電極 11 board 12 buffer layers 13 p-type nitride semiconductor layer 21 board 22 Buffer layer 23 n-type contact layer 24 Light-emitting layer 25 First clad layer 26 Second cladding layer 27 p-type contact layer 28 p-side electrode 29 n-side electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武石 英見 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−40490(JP,A) 特開 平10−313133(JP,A) 特開 平11−238692(JP,A) 特開 平10−135575(JP,A) 特開 平6−326416(JP,A) 特開 平8−325094(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hidemi Takeishi 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) Reference JP-A-9-40490 (JP, A) JP-A-10 -313133 (JP, A) JP-A-11-238692 (JP, A) JP-A-10-135575 (JP, A) JP-A-6-326416 (JP, A) JP-A-8-325094 (JP, A) ) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50 H01L 33/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 容量比が5%〜70%の水素を含む雰囲
気において温度が600℃を越える基板温度で保持され
た基板の上に、p型ドーパント源と窒素源とIII族源と
を導入することにより、前記基板上にp型窒化物半導体
層を形成する半導体層形成工程と、 前記p型窒化物半導体層が形成された基板を冷却する冷
却工程とを備え、 高温状態で成長させた前記p型窒化物半導体層は、高温
状態から600℃まで冷却する冷却時間によって室温で
の前記p型窒化物半導体中のキャリア濃度が減少するp
型窒化物半導体の製造方法であって、 p型窒化物半導体層を形成した高温状態の基板を600
℃まで冷却する冷却時間と室温における前記p型窒化物
半導体層中のキャリア濃度の関係において、室温での前
記p型窒化物半導体層中のキャリア濃度が、前記関係か
ら想定される高温状態から600℃まで冷却する冷却時
間が0分の時の室温におけるp型窒化物半導体層中のキ
ャリア濃度に対して60%以上存在するように前記冷却
時間を5分以内に設定することを特徴とするp型窒化物
半導体の製造方法。
1. An atmosphere containing hydrogen in a volume ratio of 5% to 70%.
A p-type nitride semiconductor layer is formed on the substrate by introducing a p-type dopant source, a nitrogen source and a group III source onto the substrate which is kept at a substrate temperature higher than 600 ° C. in air. A semiconductor layer forming step and a cooling step of cooling the substrate on which the p-type nitride semiconductor layer is formed are provided, and the p-type nitride semiconductor layer grown in a high temperature state is cooled from a high temperature state to 600 ° C. The cooling time decreases the carrier concentration in the p-type nitride semiconductor at room temperature p
A method of manufacturing a p-type nitride semiconductor, comprising:
Regarding the relationship between the cooling time for cooling to ° C and the carrier concentration in the p-type nitride semiconductor layer at room temperature, the carrier concentration in the p-type nitride semiconductor layer at room temperature is 600 from the high temperature state assumed from the above relationship. The cooling time is set within 5 minutes so that 60% or more of the carrier concentration in the p-type nitride semiconductor layer at room temperature when the cooling time for cooling to 0 ° C. is 0 minutes is present. Type nitride semiconductor manufacturing method.
【請求項2】 前記冷却工程において、基板温度が前記
半導体層形成工程における基板温度から600℃にまで
降下する工程の雰囲気が、容量比が0%〜50%の水素
を含む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 atmosphere in the step of lowering the substrate temperature from the substrate temperature in the semiconductor layer forming step to 600 ° C. in the cooling step contains hydrogen with a capacity ratio of 0% to 50%. The method for manufacturing a p-type nitride semiconductor according to claim 1.
【請求項3】 前記冷却工程において、基板温度が前記
半導体層形成工程における基板温度から600℃にまで
降下する工程の雰囲気がアンモニアを含むことを特徴と
する請求項1記載のp型窒化物半導体の製造方法。
3. The p-type nitride semiconductor according to claim 1, wherein, in the cooling step, the atmosphere in the step of lowering the substrate temperature from the substrate temperature in the semiconductor layer forming step to 600 ° C. contains ammonia. Manufacturing method.
JP29331999A 1999-10-15 1999-10-15 Method for manufacturing p-type nitride semiconductor Expired - Fee Related JP3522610B2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29331999A JP3522610B2 (en) 1999-10-15 1999-10-15 Method for manufacturing p-type nitride semiconductor
US09/680,943 US7056755B1 (en) 1999-10-15 2000-10-10 P-type nitride semiconductor and method of manufacturing the same
US11/395,128 US20060183260A1 (en) 1999-10-15 2006-04-03 P-type nitride semiconductor and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP29331999A JP3522610B2 (en) 1999-10-15 1999-10-15 Method for manufacturing p-type nitride semiconductor

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001372296A Division JP2002203798A (en) 2001-12-06 2001-12-06 P-type nitride semiconductor and its manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001119065A JP2001119065A (en) 2001-04-27
JP3522610B2 true JP3522610B2 (en) 2004-04-26

Family

ID=17793302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP29331999A Expired - Fee Related JP3522610B2 (en) 1999-10-15 1999-10-15 Method for manufacturing p-type nitride semiconductor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3522610B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006112167A1 (en) 2005-04-01 2006-10-26 Sharp Kabushiki Kaisha METHOD FOR MANUFACTURING p TYPE NITRIDE SEMICONDUCTOR AND SEMICONDUCTOR DEVICE MANUFACTURED BY SUCH METHOD
KR100707798B1 (en) 2006-06-30 2007-04-18 서울옵토디바이스주식회사 Method of forming p-type compound semiconductor layer
DE112007000059T5 (en) 2006-06-30 2008-08-21 Seoul Opto Device Co. Ltd., Ansan A method of forming a compound semiconductor layer of P-type
JP4416044B1 (en) 2008-10-07 2010-02-17 住友電気工業株式会社 Method for fabricating p-type gallium nitride based semiconductor, method for fabricating nitride based semiconductor element, and method for fabricating epitaxial wafer
JPWO2010116424A1 (en) 2009-04-08 2012-10-11 パナソニック株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP2009177219A (en) * 2009-05-15 2009-08-06 Mitsubishi Chemicals Corp METHOD FOR MANUFACTURING GaN-BASED SEMICONDUCTOR DEVICE
JPWO2011070760A1 (en) * 2009-12-09 2013-04-22 パナソニック株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
CN102769078A (en) * 2012-07-13 2012-11-07 合肥彩虹蓝光科技有限公司 Method for manufacturing high-growth-rate LED (light-emitting diode) with P-type GaN structure
CN102842661A (en) * 2012-09-12 2012-12-26 合肥彩虹蓝光科技有限公司 Epitaxial growth method for gallium-nitride-based (GaN-based) light-emitting diode (LED)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001119065A (en) 2001-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3209096B2 (en) Group III nitride compound semiconductor light emitting device
JP3846150B2 (en) Group III nitride compound semiconductor device and electrode forming method
US9324908B2 (en) Nitride semiconductor light-emitting element
JP3753793B2 (en) Group 3 nitride compound semiconductor light emitting device
JPH06232451A (en) Growing method of p-type gallium nitride
JPH05183189A (en) Manufacture of p-type gallium nitride based compound semiconductor
US20060183260A1 (en) P-type nitride semiconductor and method of manufacturing the same
JPWO2006109760A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2001230447A (en) Manufacture method for iii nitride-based compound semiconductor element
US6365923B1 (en) Nitride semiconductor light-emitting element and process for production thereof
JP3772707B2 (en) Method for manufacturing group 3 nitride compound semiconductor light emitting device
JP4901115B2 (en) Gallium nitride semiconductor device
JP3522610B2 (en) Method for manufacturing p-type nitride semiconductor
TWI270218B (en) Gallium nitride-based semiconductor device
KR20060085662A (en) Method for manufacturing p-type group iii nitride semiconductor, and group iii niride semiconductor light-emitting device
US20070015306A1 (en) Manufacturing method of P type group III nitride semiconductor layer and light emitting device
JP4103309B2 (en) Method for manufacturing p-type nitride semiconductor
JP2713094B2 (en) Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same
JP3497790B2 (en) Method for manufacturing p-type gallium nitride based semiconductor and light emitting device using p-type gallium nitride based semiconductor
JP4705384B2 (en) Gallium nitride semiconductor device
JP4006537B2 (en) Method for manufacturing P-type nitride semiconductor
JP4720519B2 (en) Method for manufacturing p-type nitride semiconductor
JPH11177135A (en) Gallium nitride semiconductor element and its manufacture
JPH10144960A (en) Method for manufacturing p-type nitride semiconductor and nitride semiconductor element
JPH10289877A (en) Forming method of compound semiconductor and semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20031219

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040204

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080220

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090220

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100220

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100220

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110220

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120220

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130220

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130220

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140220

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees