JPH07273366A - Ｉｉｉ族窒化物発光素子の製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物発光素子の製造方法Info
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- JPH07273366A JPH07273366A JP5754594A JP5754594A JPH07273366A JP H07273366 A JPH07273366 A JP H07273366A JP 5754594 A JP5754594 A JP 5754594A JP 5754594 A JP5754594 A JP 5754594A JP H07273366 A JPH07273366 A JP H07273366A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アクセプタ不純物の成長層内部の相互拡散を
抑制し、所望の発光中心以外の発光中心の活性化を抑え
た高精度の青緑色・青色・紫外発光ダイオード及び半導
体レーザダイオードの製造方法を提供する。 【構成】 II族元素が添加されたIII族窒化物半導体(Al
xGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層からなる半
導体発光素子の製造方法であって、II族元素が添加され
た少なくとも１つのIII族窒化物半導体(AlxGa1-x)1-yIn
yN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層を形成する工程と、結晶
層の最表面上に低加速電子線を照射し、結晶層のみを改
質する低加速電子線照射処理工程と、結晶層の最表面上
に光エネルギーを吸収する薄膜を形成する工程と、光エ
ネルギーを吸収する薄膜を加熱手段により、加熱し、結
晶層のみを改質する表面パルス加熱処理工程とを含む。
抑制し、所望の発光中心以外の発光中心の活性化を抑え
た高精度の青緑色・青色・紫外発光ダイオード及び半導
体レーザダイオードの製造方法を提供する。 【構成】 II族元素が添加されたIII族窒化物半導体(Al
xGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層からなる半
導体発光素子の製造方法であって、II族元素が添加され
た少なくとも１つのIII族窒化物半導体(AlxGa1-x)1-yIn
yN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層を形成する工程と、結晶
層の最表面上に低加速電子線を照射し、結晶層のみを改
質する低加速電子線照射処理工程と、結晶層の最表面上
に光エネルギーを吸収する薄膜を形成する工程と、光エ
ネルギーを吸収する薄膜を加熱手段により、加熱し、結
晶層のみを改質する表面パルス加熱処理工程とを含む。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光ダイオード及び半
導体レーザダイオードなどの発光素子に関し、特に、青
色発光可能なワイドギャップ半導体として注目されてい
るIII族窒化物半導体(Ga1-xAlx)1-yInyNの単結晶にマグ
ネシウム(Mg)や亜鉛(Zn)などのII族元素が添加された結
晶層からなる半導体発光素子の作製方法に関する。
導体レーザダイオードなどの発光素子に関し、特に、青
色発光可能なワイドギャップ半導体として注目されてい
るIII族窒化物半導体(Ga1-xAlx)1-yInyNの単結晶にマグ
ネシウム(Mg)や亜鉛(Zn)などのII族元素が添加された結
晶層からなる半導体発光素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】気相成長により作製されMgやZnなどのII
族元素が添加されたアルミニウム(Al),ガリウム(Ga),イ
ンジウム(In)及び窒素(N)[(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,
0≦y≦1)]の結晶は、成長したままでは高抵抗であり、
また青色や紫外線の発光特性も悪いため、青色発光ダイ
オードを作製してもその発光特性は芳しくないことが知
られている。
族元素が添加されたアルミニウム(Al),ガリウム(Ga),イ
ンジウム(In)及び窒素(N)[(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,
0≦y≦1)]の結晶は、成長したままでは高抵抗であり、
また青色や紫外線の発光特性も悪いため、青色発光ダイ
オードを作製してもその発光特性は芳しくないことが知
られている。
【０００３】近年、MgやZnを添加し高抵抗化した(AlxGa
1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)結晶に特殊な処理を施す
ことにより、低抵抗ｐ型化する方法が報告されている。
H.Amano等は結晶に低加速電子線照射処理を施すことに
より、低抵抗ｐ型化することを見いだしている(H.Aman
o, M.Kito, K.Hiramatsu and I.Akasaki, Jpn. J. App
l.phys.Vol.28,1989,pp-L2112-L2114)。また、S.Nakamu
ra等は、窒素雰囲気大気圧下または加圧下で加熱処理を
結晶に施すことにより、やはり低抵抗ｐ型化することを
見いだしている(S.Nakamura,T.Mukai,M.Senoh,N.Iwasa,
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31, 1992,pp-L139-L142)。
1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)結晶に特殊な処理を施す
ことにより、低抵抗ｐ型化する方法が報告されている。
H.Amano等は結晶に低加速電子線照射処理を施すことに
より、低抵抗ｐ型化することを見いだしている(H.Aman
o, M.Kito, K.Hiramatsu and I.Akasaki, Jpn. J. App
l.phys.Vol.28,1989,pp-L2112-L2114)。また、S.Nakamu
ra等は、窒素雰囲気大気圧下または加圧下で加熱処理を
結晶に施すことにより、やはり低抵抗ｐ型化することを
見いだしている(S.Nakamura,T.Mukai,M.Senoh,N.Iwasa,
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31, 1992,pp-L139-L142)。
【０００４】低加速電子線照射処理は青色発光強度を増
大させ、しかも低抵抗化するため処理法として優れてい
るが、同時に他の発光中心も増大させてしまう。このた
め、例えば青色発光ダイオードを作製する場合も、黄色
発光が混在し色純度に問題がある。この理由は、電子線
照射では、ｐ型伝導性のもととなるが成長したままでは
不活性なアクセプタ不純物を活性化させるだけでなく、
黄色発光中心をも活性化させてしまうからである。発光
ダイオードの製作上、必要な発光中心とアクセプタ不純
物を選択的に活性化させることができない。
大させ、しかも低抵抗化するため処理法として優れてい
るが、同時に他の発光中心も増大させてしまう。このた
め、例えば青色発光ダイオードを作製する場合も、黄色
発光が混在し色純度に問題がある。この理由は、電子線
照射では、ｐ型伝導性のもととなるが成長したままでは
不活性なアクセプタ不純物を活性化させるだけでなく、
黄色発光中心をも活性化させてしまうからである。発光
ダイオードの製作上、必要な発光中心とアクセプタ不純
物を選択的に活性化させることができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一方、窒素雰囲気下で
加熱処理を行っても、結晶層を低抵抗化することができ
る。しかしこの場合、ｐ型伝導性のもととなるアクセプ
タ不純物を活性化させるだけでなく、青色発光の発光強
度の増大が電子線照射に比べて弱いという問題がある。
また、通常の加熱処理では成長層全体を加熱するが、加
熱時間が長く、温度の立ち上がり及び立ち下がり時間も
無視できない。このため、素子内部での母体元素やアク
セプタ不純物の成長層間の相互拡散が生じ易く、特に急
峻な界面を必要とする青緑色・青色・紫外発光ダイオー
ドや半導体レーザダイオードの作製には問題となる。
加熱処理を行っても、結晶層を低抵抗化することができ
る。しかしこの場合、ｐ型伝導性のもととなるアクセプ
タ不純物を活性化させるだけでなく、青色発光の発光強
度の増大が電子線照射に比べて弱いという問題がある。
また、通常の加熱処理では成長層全体を加熱するが、加
熱時間が長く、温度の立ち上がり及び立ち下がり時間も
無視できない。このため、素子内部での母体元素やアク
セプタ不純物の成長層間の相互拡散が生じ易く、特に急
峻な界面を必要とする青緑色・青色・紫外発光ダイオー
ドや半導体レーザダイオードの作製には問題となる。
【０００６】本発明の目的は、アクセプタ不純物の成長
層内部の相互拡散を抑制し、所望の発光中心以外の発光
中心の活性化を抑えた高精度の青緑色・青色・紫外発光
ダイオード及び半導体レーザダイオードの製造方法を提
供することにある。
層内部の相互拡散を抑制し、所望の発光中心以外の発光
中心の活性化を抑えた高精度の青緑色・青色・紫外発光
ダイオード及び半導体レーザダイオードの製造方法を提
供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のIII族窒化物発
光素子の製造方法は、II族元素が添加されたIII族窒化
物半導体(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層
からなる半導体発光素子の製造方法であって、II族元素
が添加された少なくとも１つのIII族窒化物半導体(AlxG
a1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層を形成する工
程と、前記結晶層の最表面上に低加速電子線を照射し、
前記結晶層のみを改質する低加速電子線照射処理工程
と、前記結晶層の最表面上に光エネルギーを吸収する薄
膜を形成する工程と、前記光エネルギーを吸収する薄膜
を加熱手段により、加熱し、前記結晶層のみを改質する
表面パルス加熱処理工程とを含むことを特徴とする。
光素子の製造方法は、II族元素が添加されたIII族窒化
物半導体(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層
からなる半導体発光素子の製造方法であって、II族元素
が添加された少なくとも１つのIII族窒化物半導体(AlxG
a1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層を形成する工
程と、前記結晶層の最表面上に低加速電子線を照射し、
前記結晶層のみを改質する低加速電子線照射処理工程
と、前記結晶層の最表面上に光エネルギーを吸収する薄
膜を形成する工程と、前記光エネルギーを吸収する薄膜
を加熱手段により、加熱し、前記結晶層のみを改質する
表面パルス加熱処理工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
【作用】本発明によれば、(1)表面パルス加熱処理工程
において、MgやZnなどのII族アクセプタ不純物を含んだ
III族窒化物半導体結晶層のみに熱を加え、他の層には
熱を加えないで成長層内部の相互拡散を抑制し、更に、
(2)低加速電子線照射処理工程において、付随的に生じ
る青色や紫外の発光中心以外の発光中心の活性化を抑え
ることができるので、高精度の青緑色・青色・紫外発光
ダイオードや青緑色・青色・紫外半導体レーザダイオー
ドが実現可能となる。
において、MgやZnなどのII族アクセプタ不純物を含んだ
III族窒化物半導体結晶層のみに熱を加え、他の層には
熱を加えないで成長層内部の相互拡散を抑制し、更に、
(2)低加速電子線照射処理工程において、付随的に生じ
る青色や紫外の発光中心以外の発光中心の活性化を抑え
ることができるので、高精度の青緑色・青色・紫外発光
ダイオードや青緑色・青色・紫外半導体レーザダイオー
ドが実現可能となる。
【０００９】
【実施例】本発明の発明者は、サファイア基板上に、気
相成長法、特に原料として有機金属化合物ガスを用いた
有機金属化合物気相成長法(MOCVD)により、MgやZnなど
のII族アクセプタ不純物をドープした発光特性が良好で
かつ低抵抗な(Ga1-xAlx)1-yInyN単結晶を得るべく表面
処理方法を種々検討した結果、本発明を完成した。
相成長法、特に原料として有機金属化合物ガスを用いた
有機金属化合物気相成長法(MOCVD)により、MgやZnなど
のII族アクセプタ不純物をドープした発光特性が良好で
かつ低抵抗な(Ga1-xAlx)1-yInyN単結晶を得るべく表面
処理方法を種々検討した結果、本発明を完成した。
【００１０】以下に、本発明によるサファイア基板上へ
の(Ga1-xAlx)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の単結晶のＳＨ
構造の発光ダイオードを作製する方法の実施例を説明す
る。以下に説明する実施例は、本発明を例示するに過ぎ
ず、本発明を限定するものではない。本実施例の発光ダ
イオードは、図１に示すように、サファイア基板１、Al
Nのバッファ層２、Siドープｎ型GaN層３、Siドープｎ型
GaNガイド層４、MgドープGaN層５及び電極６Ａ，６Ｂか
らなり、ポリイミド保護層７で表面が保護されている。
の(Ga1-xAlx)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の単結晶のＳＨ
構造の発光ダイオードを作製する方法の実施例を説明す
る。以下に説明する実施例は、本発明を例示するに過ぎ
ず、本発明を限定するものではない。本実施例の発光ダ
イオードは、図１に示すように、サファイア基板１、Al
Nのバッファ層２、Siドープｎ型GaN層３、Siドープｎ型
GaNガイド層４、MgドープGaN層５及び電極６Ａ，６Ｂか
らなり、ポリイミド保護層７で表面が保護されている。
【００１１】膜厚制御性に優れる有機金属化合物気相成
長装置を用いて各層を成膜する。まず、サファイア基板
１を用意する。サファイアと(Ga1-xAlx)1-yInyN(0≦x≦
1,0≦y≦1)との間には格子定数差が１０％以上あるの
で、AlNのバッファ層２をサファイア基板上に６００℃
以下の低温で膜厚５０nm程度で堆積して、このバッファ
層上に、(Ga1-xAlx)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)結晶、例
えばSiドープｎ型GaN層３をエピタキシャル成長させ
て、低抵抗のエピタキシャル基板を作成する。
長装置を用いて各層を成膜する。まず、サファイア基板
１を用意する。サファイアと(Ga1-xAlx)1-yInyN(0≦x≦
1,0≦y≦1)との間には格子定数差が１０％以上あるの
で、AlNのバッファ層２をサファイア基板上に６００℃
以下の低温で膜厚５０nm程度で堆積して、このバッファ
層上に、(Ga1-xAlx)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)結晶、例
えばSiドープｎ型GaN層３をエピタキシャル成長させ
て、低抵抗のエピタキシャル基板を作成する。
【００１２】その後、Siドープｎ型GaN層４を選択的に
成長させ引続き、該ｎ型GaN層４上にMgドープGaN層５を
成長させる。成長炉よりウェーハを取り出し、最上表面
のMgドープGaN層５に対して低加速電子線照射処理をな
し、さらに光エネルギーを吸収する薄膜であるクロム(C
r)等の金属膜を結晶最上表面に形成して、赤外線ランプ
などの赤外線照射装置からの赤外線による表面パルス加
熱処理を行う。
成長させ引続き、該ｎ型GaN層４上にMgドープGaN層５を
成長させる。成長炉よりウェーハを取り出し、最上表面
のMgドープGaN層５に対して低加速電子線照射処理をな
し、さらに光エネルギーを吸収する薄膜であるクロム(C
r)等の金属膜を結晶最上表面に形成して、赤外線ランプ
などの赤外線照射装置からの赤外線による表面パルス加
熱処理を行う。
【００１３】次に、Siドープｎ型GaN層３及びMgドープ
ｐ型GaN領域５のそれぞれにAuなどの金属電極６Ａ，６
Ｂを蒸着し、図１に示す発光ダイオードを得る。ｎ型Ga
N層３側を負、Mgドープｐ型GaN領域５側を正としてバイ
アスをかけることにより、室温において青紫色の発光を
確認できる。このように、MgやZnなどのII族元素が添加
されたIII族窒化物半導体(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0
≦y≦1)により形成された発光ダイオードにおいて、II
族元素が添加されたIII族窒化物半導体結晶の最表面に
光エネルギーを吸収する薄膜を形成し、光源より例えば
赤外線を短時間照射することにより、上記発光ダイオー
ドの最表面のMgやZnなどが添加された(AlxGa1-x)1-yIny
N(0≦x≦1,0≦y≦1)層のみを熱的にきわめて短時間に改
質する表面パルス加熱処理法と、上記発光ダイオードの
表面を、微小スポット径の電子線により低加速電子線照
射を行い、上記MgやZnなどが添加された(AlxGa1-x)1-yI
nyN(0≦x≦1,0≦y≦1)層の一部を改質する低加速電子線
照射処理法を組み合わせて行うことにより、極めて輝度
の高い青緑色・青色・紫外発光ダイオードや青色・紫外
半導体レーザダイオードを作製することができる。
ｐ型GaN領域５のそれぞれにAuなどの金属電極６Ａ，６
Ｂを蒸着し、図１に示す発光ダイオードを得る。ｎ型Ga
N層３側を負、Mgドープｐ型GaN領域５側を正としてバイ
アスをかけることにより、室温において青紫色の発光を
確認できる。このように、MgやZnなどのII族元素が添加
されたIII族窒化物半導体(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0
≦y≦1)により形成された発光ダイオードにおいて、II
族元素が添加されたIII族窒化物半導体結晶の最表面に
光エネルギーを吸収する薄膜を形成し、光源より例えば
赤外線を短時間照射することにより、上記発光ダイオー
ドの最表面のMgやZnなどが添加された(AlxGa1-x)1-yIny
N(0≦x≦1,0≦y≦1)層のみを熱的にきわめて短時間に改
質する表面パルス加熱処理法と、上記発光ダイオードの
表面を、微小スポット径の電子線により低加速電子線照
射を行い、上記MgやZnなどが添加された(AlxGa1-x)1-yI
nyN(0≦x≦1,0≦y≦1)層の一部を改質する低加速電子線
照射処理法を組み合わせて行うことにより、極めて輝度
の高い青緑色・青色・紫外発光ダイオードや青色・紫外
半導体レーザダイオードを作製することができる。
【００１４】以下に、具体的に実験を行った低加速電子
線照射処理及び表面パルス加熱処理を行った発光ダイオ
ードについて説明する。 (低加速電子線照射処理)MOCVD法により作製されたMg添
加GaN層５に、図２（ａ）に示すように高輝度電子銃を
用いて表１に示す条件でその表面から低加速電子線を照
射した。これにより、成長したままでは、極めて高抵抗
であった試料が、低加速電子線照射処理により室温にお
いて抵抗率０．２Ω・ｃｍ、正孔濃度２×１０18ｃｍ-3
の低抵抗ｐ型結晶に改質された。なお、低加速電子線照
射処理の条件としては、加速電圧は５ＫＶ〜２５ＫＶの
範囲が望ましく、これより低い電圧では効果がなく、こ
れより高い電圧では試料に損傷を与える。スポット径は
１μｍ未満であることが好ましく、これより大きいと電
流密度が低くなり過ぎ十分な効果が得られない。試料電
流は１ｎＡ〜３００ｎＡの範囲が望ましく、これより小
さいと十分な効果が得られず、これより大きいと、かえ
って発光特性を劣化させてしまう。１点あたりの照射時
間は０．５μ秒〜３００μ秒程度が望ましい。これより
短いと十分な効果が得られない。実際の照射工程として
は、この時間が１００μ秒を超えると、処理に要する時
間が長くなりすぎるため実際的でない。試料温度は４．
２Ｋ〜７００Ｋの間で行うことが望ましい。低温では十
分な効果があり、これ以上の温度で処理を行うと電子線
照射装置内が真空であるため、Ｍｇ添加ＧａＮ層の窒素
の脱離が生じるので好ましくない。
線照射処理及び表面パルス加熱処理を行った発光ダイオ
ードについて説明する。 (低加速電子線照射処理)MOCVD法により作製されたMg添
加GaN層５に、図２（ａ）に示すように高輝度電子銃を
用いて表１に示す条件でその表面から低加速電子線を照
射した。これにより、成長したままでは、極めて高抵抗
であった試料が、低加速電子線照射処理により室温にお
いて抵抗率０．２Ω・ｃｍ、正孔濃度２×１０18ｃｍ-3
の低抵抗ｐ型結晶に改質された。なお、低加速電子線照
射処理の条件としては、加速電圧は５ＫＶ〜２５ＫＶの
範囲が望ましく、これより低い電圧では効果がなく、こ
れより高い電圧では試料に損傷を与える。スポット径は
１μｍ未満であることが好ましく、これより大きいと電
流密度が低くなり過ぎ十分な効果が得られない。試料電
流は１ｎＡ〜３００ｎＡの範囲が望ましく、これより小
さいと十分な効果が得られず、これより大きいと、かえ
って発光特性を劣化させてしまう。１点あたりの照射時
間は０．５μ秒〜３００μ秒程度が望ましい。これより
短いと十分な効果が得られない。実際の照射工程として
は、この時間が１００μ秒を超えると、処理に要する時
間が長くなりすぎるため実際的でない。試料温度は４．
２Ｋ〜７００Ｋの間で行うことが望ましい。低温では十
分な効果があり、これ以上の温度で処理を行うと電子線
照射装置内が真空であるため、Ｍｇ添加ＧａＮ層の窒素
の脱離が生じるので好ましくない。
【００１５】
【表１】
【００１６】(表面パルス加熱処理)次に、低加速電子線
照射処理したMg添加GaN層５の表面に、図２（ｂ）に示
すように金属剥離用及びGaNとの界面反応保護用の金（A
u）またはMg薄膜１０を膜厚０．０５μｍで抵抗加熱に
より真空蒸着する。その後、図２（ｃ）に示すように赤
外線ランプからの赤外線の吸収層として膜厚０．３μｍ
のクロム(Cr)層１１を蒸着した。この赤外線吸収層１１
の厚さが０．５mm以上であると、急峻な温度の上昇と試
料表面のみの加熱とが行えない。
照射処理したMg添加GaN層５の表面に、図２（ｂ）に示
すように金属剥離用及びGaNとの界面反応保護用の金（A
u）またはMg薄膜１０を膜厚０．０５μｍで抵抗加熱に
より真空蒸着する。その後、図２（ｃ）に示すように赤
外線ランプからの赤外線の吸収層として膜厚０．３μｍ
のクロム(Cr)層１１を蒸着した。この赤外線吸収層１１
の厚さが０．５mm以上であると、急峻な温度の上昇と試
料表面のみの加熱とが行えない。
【００１７】つぎに試料を加熱炉の石英管内部に挿入
後、真空中または不活性ガス雰囲気中に保持し、図２
（ｄ）に示すように赤外線ランプにより赤外線を試料へ
照射し、Cr層１１を急速加熱し、試料の表面パルス加熱
処理を行う。所定の処理温度に達すまでの時間は約０．
５秒である。温度の制御は赤外線ランプに流す電流量を
制御することにより行った。Cr層１１の温度は、放射温
度計により測定した。
後、真空中または不活性ガス雰囲気中に保持し、図２
（ｄ）に示すように赤外線ランプにより赤外線を試料へ
照射し、Cr層１１を急速加熱し、試料の表面パルス加熱
処理を行う。所定の処理温度に達すまでの時間は約０．
５秒である。温度の制御は赤外線ランプに流す電流量を
制御することにより行った。Cr層１１の温度は、放射温
度計により測定した。
【００１８】試料は設定された処理温度に到達後、所定
時間その温度を保持する。保持時間は処理温度及び試料
の大きさによって異なるが、例えば、１ｃｍ角、厚さ
０．２５mmのサファイア基板を用いたウエハを処理する
ときは、試料温度が１１４０℃の場合は６０秒間保持す
る。また、試料温度１０００℃の場合は１２０秒以内が
適切である。試料表面からどの程度の深さまで処理可能
であるかは、蒸着したCr層１１の厚さによってが決ま
る。例えば試料がGaNでCr層の厚さが０．３μｍのとき
は、表面から約０．２μｍまでのGaNが処理される。処
理温度７００〜１２００℃の範囲内であることが好まし
い。
時間その温度を保持する。保持時間は処理温度及び試料
の大きさによって異なるが、例えば、１ｃｍ角、厚さ
０．２５mmのサファイア基板を用いたウエハを処理する
ときは、試料温度が１１４０℃の場合は６０秒間保持す
る。また、試料温度１０００℃の場合は１２０秒以内が
適切である。試料表面からどの程度の深さまで処理可能
であるかは、蒸着したCr層１１の厚さによってが決ま
る。例えば試料がGaNでCr層の厚さが０．３μｍのとき
は、表面から約０．２μｍまでのGaNが処理される。処
理温度７００〜１２００℃の範囲内であることが好まし
い。
【００１９】しかる後、赤外線ランプへの電源の供給を
停止し、室温まで冷却する。所定の温度から室温に至る
までの時間は約５秒である。立上り立下がり時の昇降温
度勾配は３０℃／秒以上であることが望ましく、これよ
り小さいと通常の加熱処理との効果の差が現れない。前
記の立ち下がりの時間は、使用した赤外線ランプの時定
数によって決まっており、シャッターなどにより赤外線
の照射を機械的に遮れば、更に短時間で処理可能であ
る。
停止し、室温まで冷却する。所定の温度から室温に至る
までの時間は約５秒である。立上り立下がり時の昇降温
度勾配は３０℃／秒以上であることが望ましく、これよ
り小さいと通常の加熱処理との効果の差が現れない。前
記の立ち下がりの時間は、使用した赤外線ランプの時定
数によって決まっており、シャッターなどにより赤外線
の照射を機械的に遮れば、更に短時間で処理可能であ
る。
【００２０】なお、ここでのパルス加熱処理は単一の熱
パルスでも複数でも良く、例えば、１１４０℃、３０秒
の処理を２回繰り返した場合は、１１４０℃、６０秒の
処理を１回行ったものと同様の効果を示す。最後に、図
２（ｅ）に示すように加熱炉から取りだした試料の表面
の金或いはMg層１０及びCr層１１を王水により除去す
る。
パルスでも複数でも良く、例えば、１１４０℃、３０秒
の処理を２回繰り返した場合は、１１４０℃、６０秒の
処理を１回行ったものと同様の効果を示す。最後に、図
２（ｅ）に示すように加熱炉から取りだした試料の表面
の金或いはMg層１０及びCr層１１を王水により除去す
る。
【００２１】（低加速電子線照射処理及び表面パルス加
熱処理の評価）図３に示すグラフにおいて、の曲線が
成長したままのMg添加GaN層５の試料、の曲線が低加
速電子線照射処理のみのMg添加GaN層５の試料、の曲
線が表面パルス加熱処理のみのMg添加GaN層５の試料、
の曲線が低加速電子線照射処理及び表面パルス加熱処
理をしたMg添加GaN層５の試料のそれぞれのフォトルミ
ネッセンススペクトル特性を示す。
熱処理の評価）図３に示すグラフにおいて、の曲線が
成長したままのMg添加GaN層５の試料、の曲線が低加
速電子線照射処理のみのMg添加GaN層５の試料、の曲
線が表面パルス加熱処理のみのMg添加GaN層５の試料、
の曲線が低加速電子線照射処理及び表面パルス加熱処
理をしたMg添加GaN層５の試料のそれぞれのフォトルミ
ネッセンススペクトル特性を示す。
【００２２】曲線及びを比較すると、成長したまま
のMg添加GaN層の試料のフォトルミネッセンススペクト
ル特性は１０倍にしてプロットしてあるが、低加速電子
線照射処理により青色発光強度及び黄色発光強度（500
〜600nm）が二桁程度増大したことが分かる。表面パル
ス加熱処理のみのMg添加GaN層の試料のフォトルミネッ
センススペクトル特性は１０倍にしてプロットしてある
が、曲線からは表面パルス加熱処理のみでは強度が十
分でないことが分かる。
のMg添加GaN層の試料のフォトルミネッセンススペクト
ル特性は１０倍にしてプロットしてあるが、低加速電子
線照射処理により青色発光強度及び黄色発光強度（500
〜600nm）が二桁程度増大したことが分かる。表面パル
ス加熱処理のみのMg添加GaN層の試料のフォトルミネッ
センススペクトル特性は１０倍にしてプロットしてある
が、曲線からは表面パルス加熱処理のみでは強度が十
分でないことが分かる。
【００２３】曲線からは低加速電子線照射処理と表面
パルス加熱処理の処理を組み合せることにより黄色発光
が抑制される一方で、青色発光のみが低加速電子線照射
処理の処理の強度を保っていることが分かる。このよう
に、図３から明らかなように低加速電子線照射処理と表
面パルス加熱処理を組み合わせた処理を行ったものの発
光特性がもっともよい。
パルス加熱処理の処理を組み合せることにより黄色発光
が抑制される一方で、青色発光のみが低加速電子線照射
処理の処理の強度を保っていることが分かる。このよう
に、図３から明らかなように低加速電子線照射処理と表
面パルス加熱処理を組み合わせた処理を行ったものの発
光特性がもっともよい。
【００２４】また、低加速電子線照射処理と表面パルス
加熱処理を組み合せた処理を行った試料はｐ型伝導性を
示し、室温で抵抗率は０．２Ω・ｃｍ、正孔濃度は２×
１０ 18ｃｍ-3であった。作成された図１に示すSi添加ｎ
型GaN層４並びに上記低加速電子線照射処理及び表面パ
ルス加熱処理を組み合わせた処理を行ったMg添加GaN層
５を有する発光ダイオードの電極に電流を流し発光させ
ると、図４に示すように、波長４２0ｎｍにピークを持
つ青色発光のみが観測され、その効率は約１．５％であ
った。
加熱処理を組み合せた処理を行った試料はｐ型伝導性を
示し、室温で抵抗率は０．２Ω・ｃｍ、正孔濃度は２×
１０ 18ｃｍ-3であった。作成された図１に示すSi添加ｎ
型GaN層４並びに上記低加速電子線照射処理及び表面パ
ルス加熱処理を組み合わせた処理を行ったMg添加GaN層
５を有する発光ダイオードの電極に電流を流し発光させ
ると、図４に示すように、波長４２0ｎｍにピークを持
つ青色発光のみが観測され、その効率は約１．５％であ
った。
【００２５】(他の実施例)図５に示すように、ＭＯＣＶ
Ｄ装置を用いて、第１の実施例と同様のエピタキシャル
基板のSiドープｎ型GaN層３上にSi添加ｎ型AlGaN層２１
をエピタキシャル成長させて、該Si添加ｎ型AlGaN層２
１上に、膜厚１０ｎｍのアンドープGaInNの活性層２２
を形成し、その上にMg添加AlGaN層２３を形成し、その
上にMg添加GaN層２４を形成し、Mg添加GaN層２４に上記
低加速電子線照射処理と表面パルス加熱処理を組み合わ
せた処理を行い、第１の実施例と同様にAu電極６Ａ，６
Ｂを形成し、ダブルヘテロ接合型半導体レーザダイオー
ドを作製した。この素子に電流を流し発光させたところ
室温で波長402.5nmで誘導放出が観測され、純度の高い
青紫色発光のみが観測された。
Ｄ装置を用いて、第１の実施例と同様のエピタキシャル
基板のSiドープｎ型GaN層３上にSi添加ｎ型AlGaN層２１
をエピタキシャル成長させて、該Si添加ｎ型AlGaN層２
１上に、膜厚１０ｎｍのアンドープGaInNの活性層２２
を形成し、その上にMg添加AlGaN層２３を形成し、その
上にMg添加GaN層２４を形成し、Mg添加GaN層２４に上記
低加速電子線照射処理と表面パルス加熱処理を組み合わ
せた処理を行い、第１の実施例と同様にAu電極６Ａ，６
Ｂを形成し、ダブルヘテロ接合型半導体レーザダイオー
ドを作製した。この素子に電流を流し発光させたところ
室温で波長402.5nmで誘導放出が観測され、純度の高い
青紫色発光のみが観測された。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、II族元
素が添加されたIII族窒化物半導体(Al xGa1-x)1-yInyN(0
≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層からなる半導体発光素子の製
造方法において、II族元素が添加された少なくとも１つ
のIII族窒化物半導体(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y
≦1)の結晶層を形成する工程と、結晶層の最表面上に低
加速電子線を照射し、II族元素添加III族窒化物半導体
の結晶層のみを改質する低加速電子線照射処理工程と、
結晶層の最表面上に光エネルギーを吸収する薄膜を形成
する工程と、光エネルギーを吸収する薄膜を加熱手段に
より、加熱し、結晶層のみを改質する表面パルス加熱処
理工程とを含むので、純度の高い青緑色・青色・紫外線
を発光する発光ダイオードや半導体レーザダイオードな
どのIII族窒化物半導体発光素子を得ることができる。
素が添加されたIII族窒化物半導体(Al xGa1-x)1-yInyN(0
≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層からなる半導体発光素子の製
造方法において、II族元素が添加された少なくとも１つ
のIII族窒化物半導体(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y
≦1)の結晶層を形成する工程と、結晶層の最表面上に低
加速電子線を照射し、II族元素添加III族窒化物半導体
の結晶層のみを改質する低加速電子線照射処理工程と、
結晶層の最表面上に光エネルギーを吸収する薄膜を形成
する工程と、光エネルギーを吸収する薄膜を加熱手段に
より、加熱し、結晶層のみを改質する表面パルス加熱処
理工程とを含むので、純度の高い青緑色・青色・紫外線
を発光する発光ダイオードや半導体レーザダイオードな
どのIII族窒化物半導体発光素子を得ることができる。
【図１】本発明による実施例のII族元素が添加されたII
I族窒化物半導体からなるｐｎ接合型GaN青色発光ダイオ
ードの概略構成断面図である。
I族窒化物半導体からなるｐｎ接合型GaN青色発光ダイオ
ードの概略構成断面図である。
【図２】本発明による実施例の低加速電子線照射処理及
び表面パルス加熱処理工程におけるII族元素が添加され
たIII族窒化物半導体結晶層の概略構成断面図である。
び表面パルス加熱処理工程におけるII族元素が添加され
たIII族窒化物半導体結晶層の概略構成断面図である。
【図３】本実施例における、成長したままの試料、
低加速電子線照射処理のみの試料、表面パルス加熱処
理のみの試料、低加速電子線照射処理及び表面パルス
加熱処理をした試料のそれぞれのフォトルミネッセンス
スペクトル特性を示すグラフである。
低加速電子線照射処理のみの試料、表面パルス加熱処
理のみの試料、低加速電子線照射処理及び表面パルス
加熱処理をした試料のそれぞれのフォトルミネッセンス
スペクトル特性を示すグラフである。
【図４】本発明による実施例の低加速電子線照射処理及
び表面パルス加熱処理の組合せを用いて作製したｐｎ接
合型GaN青色発光ダイオードの発光スペクトル特性を示
すグラフである。
び表面パルス加熱処理の組合せを用いて作製したｐｎ接
合型GaN青色発光ダイオードの発光スペクトル特性を示
すグラフである。
【図５】本発明による他の実施例の低加速電子線照射処
理及び表面パルス加熱処理の組合せを用いて作製したAl
GaN／InGaNダブルヘテロ接合型半導体レーザダイオード
の概略構成断面図である。
理及び表面パルス加熱処理の組合せを用いて作製したAl
GaN／InGaNダブルヘテロ接合型半導体レーザダイオード
の概略構成断面図である。
１ サファイア基板 ２ AlNバッファ層 ３ Siドープｎ型GaN単結晶層 ４ Siドープｎ型GaN単結晶層 ５ Mgドープｐ型GaN単結晶層 ６Ａ，６Ｂ 金属電極 ７ ポリイミド保護膜 ２１ Siドープｎ型AlGaN単結晶層 ２２ アンドープＩｎGaN単結晶層 ２３ Mgドープｐ型AlGaN単結晶層 ２４ Mgドープｐ型GaN単結晶層
フロントページの続き (71)出願人 000241463 豊田合成株式会社 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区神丘町２丁目21 虹 ケ丘東団地19号棟103号室 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者 田中 利之 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 當摩 照夫 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号パイ オニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 真部 勝英 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 II族元素が添加されたIII族窒化物半導
体(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層からな
る半導体発光素子の製造方法であって、 II族元素が添加された少なくとも１つのIII族窒化物半
導体(AlxGa1-x)1-yInyN(0≦x≦1,0≦y≦1)の結晶層を形
成する工程と、 前記結晶層の最表面上に低加速電子線を照射し、前記結
晶層のみを改質する低加速電子線照射処理工程と、 前記結晶層の最表面上に光エネルギーを吸収する薄膜を
形成する工程と、 前記光エネルギーを吸収する薄膜を加熱手段により、加
熱し、前記結晶層のみを改質する表面パルス加熱処理工
程とを含むことを特徴とする製造方法。 - 【請求項２】 前記加熱手段は赤外線照射装置であるこ
とを特徴とする請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 前記表面パルス加熱処理工程において、
光エネルギーを吸収する薄膜の膜厚は０．５mm以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の製造方法。 - 【請求項４】 前記表面パルス加熱処理工程において、
処理時の前記光エネルギーを吸収する薄膜の温度は７０
０〜１２００℃の範囲内であることを特徴とする請求項
１記載の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5754594A JPH07273366A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | Ｉｉｉ族窒化物発光素子の製造方法 |
| US08/411,467 US5496766A (en) | 1994-03-28 | 1995-03-28 | Method for producing a luminous element of III-group nitride |
| DE19511415A DE19511415C2 (de) | 1994-03-28 | 1995-03-28 | Verfahren zum Herstellen eines p-leitenden Schichtbereiches für Halbleiterleuchtelemente aus Gruppe III-Nitrid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5754594A JPH07273366A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | Ｉｉｉ族窒化物発光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07273366A true JPH07273366A (ja) | 1995-10-20 |
Family
ID=13058752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5754594A Pending JPH07273366A (ja) | 1994-03-28 | 1994-03-28 | Ｉｉｉ族窒化物発光素子の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5496766A (ja) |
| JP (1) | JPH07273366A (ja) |
| DE (1) | DE19511415C2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1197742A (ja) * | 1997-09-22 | 1999-04-09 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
| JP2005072205A (ja) * | 2003-08-22 | 2005-03-17 | Seiko Epson Corp | 熱処理方法、配線パターンの形成方法、電気光学装置の製造方法、電気光学装置及び電子機器 |
| JP2005317823A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Nitride Semiconductor Co Ltd | 窒化ガリウム系発光装置 |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3452982B2 (ja) * | 1994-08-24 | 2003-10-06 | ローム株式会社 | Ｌｅｄプリントヘッド、およびｌｅｄアレイチップ、ならびにそのｌｅｄアレイチップの製造方法 |
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