JP5019787B2 - 半導体積層体の処理方法、および窒化物系半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の半導体積層体は、窒化物系半導体層を基板上に複数積層してなる。窒化物系半導体層とは、具体的には、AlGaN、InGaN、GaNなど窒素を含む半導体、もしくはこれらの混晶半導体をいう。以下、本発明における半導体積層体の構造を図2に基づいて説明する。
基板200の上にMOCVD法を用いて、複数の前記窒化物系半導体層を順次、積層することにより行なう。まず、基板200を1000〜1200℃でベーキングを行なう。その後、1100〜1400℃でキャリアガスとして水素等を用いながら、原料として、たとえばトリメチルガリウムやアンモニア等を用いて、n型バッファ層201を形成する。そして、1000〜1300℃で上記と同様の方法で、原料としてトリメチルガリウム等を用いて、アンドープ層202を形成する。アンドープ層202の上にn型クラッド層203を形成する際は、n型ドーパントとして、モノシラン(SiH4)等をドープしながら、1000〜1300℃で原料として、たとえばトリメチルガリウムやアンモニア等を用いて行なう。
前記半導体積層体中、p型の窒化物系半導体層のp型ドーパントと結合している水素を切断し、低抵抗な半導体層を形成する。本発明においては、気体中での処理ではなく、液体に浸漬させるため均一な効果が得られるために低温の操作でよい。また、本発明において、処理温度が高いとき、要する処理時間は短縮され、処理時間と処理温度の関係は反比例する。
液体処理に用いる液体として好ましい水、エタノール、メタノール、インジウム、カリウム、ガリウム、セシウム、セレン、タリウム、ナトリウム、フランジウム、ボロニウム、ルビジウムは、処理が均一な効果を期待できるため、本発明に使用される。上記に挙げる物質は、前記液体全体の10〜100%含まれていると効果が見込まれ、ガリウムを液体中に含んでいるとき特に高い効果が見込まれる。また、窒素、アルゴン、二酸化炭素、酸素、アンモニアのいずれかが、液体中、30cm3/L程度溶け込んでいた場合に効果が見られる。前記の気体の中で、アンモニアを液体中に含んでいるときに特に高い効果が見込まれる。
液体、気体が入った閉鎖系の中に該半導体積層体をいれ、液体処理を行なう。この際に、具体的には、図1に示すような加熱装置を利用することができる。以下、該装置を用いた液体処理方法を例にして説明する。
複数の窒化物系半導体層を成長させた半導体積層体を素子化して、窒化物系半導体発光素子を形成する。
サファイア基板300の上にMOCVD法を用いて、複数の前記窒化物系半導体層310を順次、積層することにより行なう。まず、サファイア基板300を1000〜1300℃でベーキングを行なう。その後、1000〜1300℃でキャリアガスとして水素等を用いながら、原料として、たとえばトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムやアンモニアを用いて、n型AlGaNバッファ層301を形成する。そして、1000〜1300℃で上記と同様の方法で、原料としてトリメチルガリウム、アンモニウムを用いて、アンドープGaN層302を形成する。アンドープGaN層302の上にn型GaNクラッド層303を形成する際は、n型ドーパントとして、モノシラン(SiH4)等をドープしながら、1000〜1300℃でアンドープGaN層302と同様に行なう。
図1および図3に基づいて、本発明の窒化物系半導体発光素子の製造方法について説明する。
液体処理において、ガリウム液体を窒素ガス雰囲気に変え、処理温度を500℃にする以外は、全て実施例2と同様の方法で発光ダイオードを形成した。
実施例1と比較例1による発光ダイオードの性能を比べると、各々の電流20mAにおける前記電圧の差は、p型窒化物系半導体層の抵抗に依存していると考えられる。比較例1のように窒素ガス中で熱処理する場合、ドーパを不活化していた水素が結合から外れ、p型窒化物系半導体層に凝集し、表面から離脱しにくい傾向にあることがわかる。しかし、実施例1のような、液体処理する場合では、凝集した水素が該窒化物系半導体表面から取り除かれて、再度、該窒化物系半導体層に取り込まれることなく、一旦、低抵抗化したp型窒化物系半導体層は、低抵抗な状態が保持される。
抵抗率の面内分布を確認するため、サファイア基板上にMOCVD法で、1100℃でキャリアガスとして水素を、原料として、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニアを用いて、Mgイオンをドープしながら、0.4μm/hrで0.1μmのp型Al0.07Ga0.93N層を成長した。
抵抗率の面内分布を確認するため、サファイア基板上にMOCVD法で、1100℃でキャリアガスとして水素を、原料として、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、アンモニアを用いて、Mgイオンをドープしながら0.4μm/hrで0.1μmのp型Al0.07Ga0.93N層を成長した。
実施例2と比較例2を比べると、実施例2の方が高い性能を示した。まず、キャリア濃度は全般的に実施例2の方が低く、抵抗率の標準偏差も実施例2の方が低かった。これは、窒化物系半導体層表面の水素の除去が、実施例2のように、液体を使用した方が均一行なわれ、その結果、抵抗率の面内均一性が得られることによる。
Claims (4)
- 基板にp型窒化物半導体層を含む複数の窒化物系半導体層を成長してなる半導体積層体を50℃以上400℃未満のガリウム液体中に浸漬させて熱処理を行なうことにより、前記窒化物系半導体層に含まれるp型ドーパントと水素との結合を切断することを特徴とする半導体積層体の処理方法。
- 前記ガリウム液体は、融点が400℃以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体積層体の処理方法。
- 前記ガリウム液体に共存するガスは、アルゴンであることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体積層体の処理方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の処理方法を製造工程に含むことを特徴とする窒化物系半導体発光素子の製造方法。
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