JPH08148718A - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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- JPH08148718A JPH08148718A JP22181695A JP22181695A JPH08148718A JP H08148718 A JPH08148718 A JP H08148718A JP 22181695 A JP22181695 A JP 22181695A JP 22181695 A JP22181695 A JP 22181695A JP H08148718 A JPH08148718 A JP H08148718A
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- Semiconductor Lasers (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高輝度且つ高信頼性を有する窒化物系化合物半
導体からなる発光素子を提供する。 【解決手段】サファイア基板１１上に発光ダイオード４
０が配設される。発光ダイオード４０は、この順に気相
成長されたｎ型ＧａＮ層４３、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層４
４、ｐ型ＡｌＧａＮ層４５、ｐ型ＧａＮ層４６を具備す
る。ｐ型ＧａＮ層４６には及びｐ型ＡｌＧａＮ層４５に
は、夫々１×１０20ｃｍ-3、２×１０19ｃｍ-3の濃度で
マグネシウムが含有される。ｎ型ＧａＮ層４３及びｎ型
ＩｎＧａＮ発光層４４には５×１０18ｃｍ-3の濃度で水
素が含有され、これにより、ｐ型ＧａＮ層４６及びｐ型
ＡｌＧａＮ層４５からのマグネシウムの拡散が防止され
る。
導体からなる発光素子を提供する。 【解決手段】サファイア基板１１上に発光ダイオード４
０が配設される。発光ダイオード４０は、この順に気相
成長されたｎ型ＧａＮ層４３、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層４
４、ｐ型ＡｌＧａＮ層４５、ｐ型ＧａＮ層４６を具備す
る。ｐ型ＧａＮ層４６には及びｐ型ＡｌＧａＮ層４５に
は、夫々１×１０20ｃｍ-3、２×１０19ｃｍ-3の濃度で
マグネシウムが含有される。ｎ型ＧａＮ層４３及びｎ型
ＩｎＧａＮ発光層４４には５×１０18ｃｍ-3の濃度で水
素が含有され、これにより、ｐ型ＧａＮ層４６及びｐ型
ＡｌＧａＮ層４５からのマグネシウムの拡散が防止され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に形成され
た窒化物系の化合物半導体からなる化合物半導体装置に
関し、特に、化合物半導体発光装置に関する。
た窒化物系の化合物半導体からなる化合物半導体装置に
関し、特に、化合物半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、青色或いは紫色の発光ダイオード
用の材料として、一般式がＢＡｌＧａＩｎＮで表わされ
る窒化物系化合物半導体が知られている。この材料を利
用した発光ダイオードとして知られているものは、ＭＩ
Ｓ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ）構造のものである。このようなＭＩＳ型
の発光ダイオードは、動作電圧が高く、発光強度も弱
く、更に素子の寿命も短いという欠点がある。これらの
欠点に対する方策の一つとして、ｐｎ接合型にするとい
うことが既に知られている。
用の材料として、一般式がＢＡｌＧａＩｎＮで表わされ
る窒化物系化合物半導体が知られている。この材料を利
用した発光ダイオードとして知られているものは、ＭＩ
Ｓ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ）構造のものである。このようなＭＩＳ型
の発光ダイオードは、動作電圧が高く、発光強度も弱
く、更に素子の寿命も短いという欠点がある。これらの
欠点に対する方策の一つとして、ｐｎ接合型にするとい
うことが既に知られている。
【０００３】上記材料系は、主として有機金属気相成長
法（以下、ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（Ｍ
ＢＥ法）により、サファイア基板上に成長されている。
この方法に限らず窒化物系化合物半導体には、様々な問
題点がある。
法（以下、ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（Ｍ
ＢＥ法）により、サファイア基板上に成長されている。
この方法に限らず窒化物系化合物半導体には、様々な問
題点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】窒化物系化合物半導体
の問題点の１つは結晶成長過程における問題点である。
通常、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法といった非平衡状態を用
いた結晶成長では、まず成長するための結晶核が形成さ
れ、次に核全体が成長（３次元成長）し、その後複数の
核が結合し平坦膜となり、最後にその膜が成長軸方向に
成長（２次元成長）するという過程を経る。本発明者ら
がサファイアを基板として用いて結晶成長を行なったと
ころ、特に珪素を添加したｎ型結晶の成長においては、
故意に添加していないいわゆるアンドープ膜やマグネシ
ウムをドープしたｐ型膜と比較して３次元成長から２次
元成長へ移行する時間が長く、１μｍ以下の厚さを有す
る薄膜においては特に平坦膜が得られにくいという問題
点が判明した。
の問題点の１つは結晶成長過程における問題点である。
通常、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法といった非平衡状態を用
いた結晶成長では、まず成長するための結晶核が形成さ
れ、次に核全体が成長（３次元成長）し、その後複数の
核が結合し平坦膜となり、最後にその膜が成長軸方向に
成長（２次元成長）するという過程を経る。本発明者ら
がサファイアを基板として用いて結晶成長を行なったと
ころ、特に珪素を添加したｎ型結晶の成長においては、
故意に添加していないいわゆるアンドープ膜やマグネシ
ウムをドープしたｐ型膜と比較して３次元成長から２次
元成長へ移行する時間が長く、１μｍ以下の厚さを有す
る薄膜においては特に平坦膜が得られにくいという問題
点が判明した。
【０００５】２番目はこのようにしてできた結晶本質に
関する問題点である。一般に窒化物系化合物半導体で
は、窒素の蒸気圧が非常に高いため、結晶中に窒素空孔
が生成しやすいということがよく知られている。この窒
素空孔はエネルギーレベルの深いドナー準位を形成す
る。そのため特に発光素子においては発光層で生じた光
がこの深いドナー準位に関与した低エネルギーの遷移に
よって吸収され、素子の光取り出し効率が低減する。こ
のような窒素空孔を埋める手段としては特開昭４９−２
９７７０に記載されているように、窒素以外のＶ族元
素、具体的にには燐（Ｐ）や砒素（Ａｓ）を用いること
が知られている。しかしながら、例えば窒化ガリウム
（ＧａＮ）にこのような不純物を添加した場合において
は、ＧａＮよりも燐化ガリウム（ＧａＰ）或いは砒化ガ
リウム（ＧａＡｓ）の方がエネルギーギャップが著しく
小さい。このため、これらの混晶半導体においてはエネ
ルギーギャップが著しく低下し、窒化物系化合物半導体
の特性である大きなエネルギーギャップを利用した短い
波長の発光を得られないという問題点がある。
関する問題点である。一般に窒化物系化合物半導体で
は、窒素の蒸気圧が非常に高いため、結晶中に窒素空孔
が生成しやすいということがよく知られている。この窒
素空孔はエネルギーレベルの深いドナー準位を形成す
る。そのため特に発光素子においては発光層で生じた光
がこの深いドナー準位に関与した低エネルギーの遷移に
よって吸収され、素子の光取り出し効率が低減する。こ
のような窒素空孔を埋める手段としては特開昭４９−２
９７７０に記載されているように、窒素以外のＶ族元
素、具体的にには燐（Ｐ）や砒素（Ａｓ）を用いること
が知られている。しかしながら、例えば窒化ガリウム
（ＧａＮ）にこのような不純物を添加した場合において
は、ＧａＮよりも燐化ガリウム（ＧａＰ）或いは砒化ガ
リウム（ＧａＡｓ）の方がエネルギーギャップが著しく
小さい。このため、これらの混晶半導体においてはエネ
ルギーギャップが著しく低下し、窒化物系化合物半導体
の特性である大きなエネルギーギャップを利用した短い
波長の発光を得られないという問題点がある。
【０００６】３番目も結晶の品質の問題点である。半導
体素子形成に通常用いられているＳｉやＧａＡｓといっ
た半導体基板上に、窒化物系化合物半導体膜を形成した
場合においては、それらの半導体基板が立方晶系である
ために、基板上に成長された窒化物系化合物半導体膜も
基板の結晶型が保存され、エピタキシャル層が立方晶系
の膜となり、六方晶系の膜が得られない。このため、こ
れまではサファイアを基板として使用することで、六方
晶系の窒化物系化合物半導体膜を得ている。しかしなが
ら、このサファイアを基板として用いた場合には基板に
導電性がないために、積層された窒化物系化合物半導体
膜構造を形成した半導体素子、特に通常の発光素子にお
いては、表面に現われていない層へ電気的接触を図る場
合に表面からいくつかの層をエッチング除去する必要が
ある。本発明者らが実験を行なった結果、マグネシウム
を添加した通常のｐ型窒化物系化合物半導体結晶層では
エッチング処理によって除去することが非常に困難であ
るという問題点が判明した。
体素子形成に通常用いられているＳｉやＧａＡｓといっ
た半導体基板上に、窒化物系化合物半導体膜を形成した
場合においては、それらの半導体基板が立方晶系である
ために、基板上に成長された窒化物系化合物半導体膜も
基板の結晶型が保存され、エピタキシャル層が立方晶系
の膜となり、六方晶系の膜が得られない。このため、こ
れまではサファイアを基板として使用することで、六方
晶系の窒化物系化合物半導体膜を得ている。しかしなが
ら、このサファイアを基板として用いた場合には基板に
導電性がないために、積層された窒化物系化合物半導体
膜構造を形成した半導体素子、特に通常の発光素子にお
いては、表面に現われていない層へ電気的接触を図る場
合に表面からいくつかの層をエッチング除去する必要が
ある。本発明者らが実験を行なった結果、マグネシウム
を添加した通常のｐ型窒化物系化合物半導体結晶層では
エッチング処理によって除去することが非常に困難であ
るという問題点が判明した。
【０００７】４番目は結晶成長後の素子形成工程に関す
る問題である不純物の拡散である。本発明の対象である
窒化物系化合物半導体に限らず、半導体素子の作製工程
では、通常、結晶成長を行なった後に、様々な目的で熱
処理が施される。この場合、熱処理のために所望の領域
に止まっていることを望まれる不純物が拡散し、素子の
諸特性に対して悪影響を及ぼすという問題点がある。本
発明者らが実験を行なったところ、通常用いられる不純
物の中ではマグネシウムの拡散が最も顕著であることが
判明した。
る問題である不純物の拡散である。本発明の対象である
窒化物系化合物半導体に限らず、半導体素子の作製工程
では、通常、結晶成長を行なった後に、様々な目的で熱
処理が施される。この場合、熱処理のために所望の領域
に止まっていることを望まれる不純物が拡散し、素子の
諸特性に対して悪影響を及ぼすという問題点がある。本
発明者らが実験を行なったところ、通常用いられる不純
物の中ではマグネシウムの拡散が最も顕著であることが
判明した。
【０００８】上述のように、窒化物系化合物半導体膜に
は、その結晶自身の特性或いは結晶成長の観点から、平
坦な薄膜形成の困難さ、窒素空孔の存在、結晶をエッチ
ングする際の困難さ、熱処理工程における不純物の拡散
といった様々な問題点がある。これらの問題点は、特に
サファイアを基板として用いた窒化物系化合物半導体膜
半導体素子、特に発光素子を形成する上で大きな課題と
なっている。
は、その結晶自身の特性或いは結晶成長の観点から、平
坦な薄膜形成の困難さ、窒素空孔の存在、結晶をエッチ
ングする際の困難さ、熱処理工程における不純物の拡散
といった様々な問題点がある。これらの問題点は、特に
サファイアを基板として用いた窒化物系化合物半導体膜
半導体素子、特に発光素子を形成する上で大きな課題と
なっている。
【０００９】本発明は以上の問題点に鑑みてなされたも
ので、窒化物系化合物半導体層の形成において、不純物
添加という一つの手段を用いてこれらの問題点の解決を
はかることを目的とする。
ので、窒化物系化合物半導体層の形成において、不純物
添加という一つの手段を用いてこれらの問題点の解決を
はかることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点に係
る化合物半導体装置は、結晶基板と、前記基板に支持さ
れるように気相成長により形成された、ｎ型若しくはｉ
型の窒化物系化合物からなる半導体膜と、を具備し、前
記半導体膜が、その３次元成長から２次元成長への移行
を早めるため、１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3の
マグネシウム若しくは１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃ
ｍ-3の亜鉛を含有することを特徴とする。
る化合物半導体装置は、結晶基板と、前記基板に支持さ
れるように気相成長により形成された、ｎ型若しくはｉ
型の窒化物系化合物からなる半導体膜と、を具備し、前
記半導体膜が、その３次元成長から２次元成長への移行
を早めるため、１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3の
マグネシウム若しくは１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃ
ｍ-3の亜鉛を含有することを特徴とする。
【００１１】本発明の第２の視点に係る化合物半導体装
置は、結晶基板と、前記基板に支持されるように気相成
長により形成された、窒化物系化合物からなる半導体膜
と、を具備し、前記半導体膜が、その窒素空孔を埋める
ため、１×１０16ｃｍ-3〜５×１０17ｃｍ-3の炭素、１
×１０18ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3の酸素、１×１０16
ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3のセレン、若しくは１×１０
16ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3の硫黄を含有することを特
徴とする。
置は、結晶基板と、前記基板に支持されるように気相成
長により形成された、窒化物系化合物からなる半導体膜
と、を具備し、前記半導体膜が、その窒素空孔を埋める
ため、１×１０16ｃｍ-3〜５×１０17ｃｍ-3の炭素、１
×１０18ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3の酸素、１×１０16
ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3のセレン、若しくは１×１０
16ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3の硫黄を含有することを特
徴とする。
【００１２】本発明の第３の視点に係る化合物半導体装
置は、結晶基板と、前記基板に支持されるように気相成
長により形成され、且つマグネシウムを含有する、ｐ型
若しくはｉ型の窒化物系化合物からなる半導体膜を具備
し、前記半導体膜が、そのエッチングを容易にするた
め、１×１０16ｃｍ-3〜８×１０17ｃｍ-3の珪素を含有
することを特徴とする。
置は、結晶基板と、前記基板に支持されるように気相成
長により形成され、且つマグネシウムを含有する、ｐ型
若しくはｉ型の窒化物系化合物からなる半導体膜を具備
し、前記半導体膜が、そのエッチングを容易にするた
め、１×１０16ｃｍ-3〜８×１０17ｃｍ-3の珪素を含有
することを特徴とする。
【００１３】本発明の第４の視点に係る化合物半導体装
置は、結晶基板と、前記基板に支持され且つ互いに積層
された第１及び第２半導体膜を具備し、第１半導体膜が
気相成長により形成されたｎ型若しくはｉ型の窒化物系
化合物からなり、前記第２半導体膜がマグネシウムを含
有するｐ型若しくはｉ型の窒化物系化合物からなり、前
記第１半導体膜が、前記第２半導体膜からのマグネシウ
ムの拡散を防止するため、３×１０18ｃｍ-3〜１×１０
20ｃｍ-3の水素を含有することを特徴とする。
置は、結晶基板と、前記基板に支持され且つ互いに積層
された第１及び第２半導体膜を具備し、第１半導体膜が
気相成長により形成されたｎ型若しくはｉ型の窒化物系
化合物からなり、前記第２半導体膜がマグネシウムを含
有するｐ型若しくはｉ型の窒化物系化合物からなり、前
記第１半導体膜が、前記第２半導体膜からのマグネシウ
ムの拡散を防止するため、３×１０18ｃｍ-3〜１×１０
20ｃｍ-3の水素を含有することを特徴とする。
【００１４】本発明の第５の視点に係る化合物半導体装
置は、本発明の第１乃至４の視点の化合物半導体装置の
いずれかにおいて、前記半導体装置が、夫々が窒化物系
化合物からなり且つ前記基板に支持された発光ダイオー
ドを構成する複数の半導体膜を具備し、前記半導体膜は
前記複数の半導体膜に含まれることを特徴とする。
置は、本発明の第１乃至４の視点の化合物半導体装置の
いずれかにおいて、前記半導体装置が、夫々が窒化物系
化合物からなり且つ前記基板に支持された発光ダイオー
ドを構成する複数の半導体膜を具備し、前記半導体膜は
前記複数の半導体膜に含まれることを特徴とする。
【００１５】本発明の第６の視点に係る化合物半導体装
置は、本発明の第５の視点の化合物半導体装置におい
て、前記複数の半導体膜の夫々が、ＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＡｌＮからなる群から選択された材料から
なることを特徴とする。
置は、本発明の第５の視点の化合物半導体装置におい
て、前記複数の半導体膜の夫々が、ＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＡｌＮからなる群から選択された材料から
なることを特徴とする。
【００１６】本発明の効果は元素によって、その対象と
する問題点が異なる。そのため、それらの元素による問
題点への作用を個々に説明する。元素は、マグネシウム
及び亜鉛のグループ、炭素、酸素、セレン及び硫黄のグ
ループ、珪素、水素の４つに分けられる。
する問題点が異なる。そのため、それらの元素による問
題点への作用を個々に説明する。元素は、マグネシウム
及び亜鉛のグループ、炭素、酸素、セレン及び硫黄のグ
ループ、珪素、水素の４つに分けられる。
【００１７】まず、マグネシウム及び亜鉛のグループに
ついて説明する。これらの元素は第１の問題点である成
長時の結晶の平坦性に関するものである。本発明者らが
実験を行なった結果、Ｓｉを添加したｎ型窒化物系化合
物半導体結晶膜では３次元成長から２次元成長への移行
が遅いことは上述した通りである。このような成長に対
して、マグネシウムを同時に添加したところ、３次元成
長から２次元成長への移行がマグネシウムを添加しない
場合と比較して早い時間、即ち膜厚が薄い時で起こるこ
とが判明した。即ち、マグネシウムを添加することによ
って平坦な薄膜を形成することができるようになる。し
かしながら、マグネシウムは本来アクセプター性の不純
物であるため、大量に添加することはｎ型結晶の形成を
阻害する。そのため、本発明者らが実験を行なった結
果、ｎ型結晶の形成を阻害することなく、添加による効
果が得られる不純物濃度の範囲は、マグネシウムでは１
×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3であることが判明し
た。同様の効果は亜鉛においても確認されており、その
効果が現われる濃度範囲は１×１０15ｃｍ-3〜１×１０
17ｃｍ-3であることが判明した。
ついて説明する。これらの元素は第１の問題点である成
長時の結晶の平坦性に関するものである。本発明者らが
実験を行なった結果、Ｓｉを添加したｎ型窒化物系化合
物半導体結晶膜では３次元成長から２次元成長への移行
が遅いことは上述した通りである。このような成長に対
して、マグネシウムを同時に添加したところ、３次元成
長から２次元成長への移行がマグネシウムを添加しない
場合と比較して早い時間、即ち膜厚が薄い時で起こるこ
とが判明した。即ち、マグネシウムを添加することによ
って平坦な薄膜を形成することができるようになる。し
かしながら、マグネシウムは本来アクセプター性の不純
物であるため、大量に添加することはｎ型結晶の形成を
阻害する。そのため、本発明者らが実験を行なった結
果、ｎ型結晶の形成を阻害することなく、添加による効
果が得られる不純物濃度の範囲は、マグネシウムでは１
×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3であることが判明し
た。同様の効果は亜鉛においても確認されており、その
効果が現われる濃度範囲は１×１０15ｃｍ-3〜１×１０
17ｃｍ-3であることが判明した。
【００１８】次に、炭素、酸素、セレン、及び硫黄のグ
ループについて説明する。これらの元素は第２の問題点
である結晶中の窒素空孔の問題に関するものである。こ
れらの元素の原子は、窒化物系化合物半導体において窒
素サイトに入りやすいため、この化合物半導体に特有な
窒素空孔を埋めることができる。そのため、窒素空孔に
起因する深いドナー準位を消失させることができる。ま
た、上述した４種類の不純物元素はそれ自身、比較的浅
いドナーまたはアクセプターを形成する不純物であるこ
とから、不純物添加による深い不純物レベルの形成が生
じない。そのため、取り出し効率の損失を起こすことな
く、深いドナー準位を形成する窒素空孔を埋めることが
できる。一方、これらの不純物を過剰に添加することは
結晶性の低下による発光効率の低下を招くため望ましく
ない。このため、不純物濃度の適当な範囲を求めたとこ
ろ、炭素では１×１０16ｃｍ-3〜５×１０17ｃｍ-3、酸
素では１×１０18ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3、セレンで
は１×１０16ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3、硫黄１×１０
16ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3であることが判明した。
ループについて説明する。これらの元素は第２の問題点
である結晶中の窒素空孔の問題に関するものである。こ
れらの元素の原子は、窒化物系化合物半導体において窒
素サイトに入りやすいため、この化合物半導体に特有な
窒素空孔を埋めることができる。そのため、窒素空孔に
起因する深いドナー準位を消失させることができる。ま
た、上述した４種類の不純物元素はそれ自身、比較的浅
いドナーまたはアクセプターを形成する不純物であるこ
とから、不純物添加による深い不純物レベルの形成が生
じない。そのため、取り出し効率の損失を起こすことな
く、深いドナー準位を形成する窒素空孔を埋めることが
できる。一方、これらの不純物を過剰に添加することは
結晶性の低下による発光効率の低下を招くため望ましく
ない。このため、不純物濃度の適当な範囲を求めたとこ
ろ、炭素では１×１０16ｃｍ-3〜５×１０17ｃｍ-3、酸
素では１×１０18ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3、セレンで
は１×１０16ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3、硫黄１×１０
16ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3であることが判明した。
【００１９】第３に、珪素について説明する。この元素
は第３の問題点である結晶のエッチングの困難さに関す
るものである。本発明者らが実験を行なった結果、マグ
ネシウムを添加した通常のｐ型窒化物系化合物半導体結
晶層では、エッチング除去することが非常に困難であっ
た。しかし、これに珪素を微量添加したところ、エッチ
ングが容易に行なえることが判明した。しかしながら、
珪素は本来ｎ型を示すドナー性の不純物であるため、過
剰の添加はｐ型結晶の形成を阻害する。そのため、本発
明者らが実験を行なった結果、ｐ型結晶の形成を阻害す
ることなく、添加による効果が得られる不純物濃度の範
囲は、１×１０16ｃｍ-3〜８×１０17ｃｍ-3の珪素であ
ることが判明した。
は第３の問題点である結晶のエッチングの困難さに関す
るものである。本発明者らが実験を行なった結果、マグ
ネシウムを添加した通常のｐ型窒化物系化合物半導体結
晶層では、エッチング除去することが非常に困難であっ
た。しかし、これに珪素を微量添加したところ、エッチ
ングが容易に行なえることが判明した。しかしながら、
珪素は本来ｎ型を示すドナー性の不純物であるため、過
剰の添加はｐ型結晶の形成を阻害する。そのため、本発
明者らが実験を行なった結果、ｐ型結晶の形成を阻害す
ることなく、添加による効果が得られる不純物濃度の範
囲は、１×１０16ｃｍ-3〜８×１０17ｃｍ-3の珪素であ
ることが判明した。
【００２０】最後に、水素について説明する。基板上に
形成したｎ型ＧａＮ層とマグネシウム（Ｍｇ）を添加し
たｐ型ＧａＮ層とからなるｐｎ接合構造について考え
る。ｎ型層に水素が含まれていない場合、これらの構造
に熱処理を施したところ、Ｍｇはｐ型層からｎ型層へ拡
散する。このような熱拡散は、通常用いられる不純物元
素の中でＭｇについて顕著に見られるものである。Ｍｇ
の熱拡散は本来ｎ型であるべき結晶のキャリア濃度を著
しく低下させ、ｎ型層にｎ型としての役割を果たさせな
い現象を生じさせる。しかしながら、ｎ型層に適量の水
素が含まれている場合には、Ｍｇの拡散は抑制され、ｐ
型層からｎ型層へのＭｇの拡散は殆ど生じない。このよ
うに水素には不純物の拡散を抑制させる効果があるもの
と考えられる。本発明者らが実験を行なった結果、拡散
を抑制することができる水素濃度の範囲は１×１０18ｃ
ｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3であることが判明した。
形成したｎ型ＧａＮ層とマグネシウム（Ｍｇ）を添加し
たｐ型ＧａＮ層とからなるｐｎ接合構造について考え
る。ｎ型層に水素が含まれていない場合、これらの構造
に熱処理を施したところ、Ｍｇはｐ型層からｎ型層へ拡
散する。このような熱拡散は、通常用いられる不純物元
素の中でＭｇについて顕著に見られるものである。Ｍｇ
の熱拡散は本来ｎ型であるべき結晶のキャリア濃度を著
しく低下させ、ｎ型層にｎ型としての役割を果たさせな
い現象を生じさせる。しかしながら、ｎ型層に適量の水
素が含まれている場合には、Ｍｇの拡散は抑制され、ｐ
型層からｎ型層へのＭｇの拡散は殆ど生じない。このよ
うに水素には不純物の拡散を抑制させる効果があるもの
と考えられる。本発明者らが実験を行なった結果、拡散
を抑制することができる水素濃度の範囲は１×１０18ｃ
ｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3であることが判明した。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
しながら以下に説明する。 （第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
に係る発光ダイオード１０の断面を示す。
しながら以下に説明する。 （第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
に係る発光ダイオード１０の断面を示す。
【００２２】発光ダイオード１０は、サファイア基板１
１を有しており、そのサファイア基板１１の一主面１１
ａ上に、格子不整合を緩和することを目的としたバッフ
ァ層１２が５０ｎｍの厚さで形成されている。更にバッ
ファ層１２の上に、順に、厚さ４μｍのｎ型ＧａＮ層１
３、厚さ５０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮ発光層１４、クラッ
ド層として厚さ１５０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層１５、厚
さ３００ｎｍのｐ型ＧａＮ層１６が積層されている。ｎ
型ＧａＮ層１３はクラッド層としても働く。
１を有しており、そのサファイア基板１１の一主面１１
ａ上に、格子不整合を緩和することを目的としたバッフ
ァ層１２が５０ｎｍの厚さで形成されている。更にバッ
ファ層１２の上に、順に、厚さ４μｍのｎ型ＧａＮ層１
３、厚さ５０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮ発光層１４、クラッ
ド層として厚さ１５０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層１５、厚
さ３００ｎｍのｐ型ＧａＮ層１６が積層されている。ｎ
型ＧａＮ層１３はクラッド層としても働く。
【００２３】これらのｎ型ＧａＮ層１３からｐ型ＧａＮ
層１６までの各層には、２×１０17ｃｍ-3の炭素が含有
されている。また、第２の実施の形態で述べるように、
ｐ型ＡｌＧａＮ層１５及びｐ型ＧａＮ層１６にＳｉが微
量添加され、これらがエッチングしやすいようになって
いる。
層１６までの各層には、２×１０17ｃｍ-3の炭素が含有
されている。また、第２の実施の形態で述べるように、
ｐ型ＡｌＧａＮ層１５及びｐ型ＧａＮ層１６にＳｉが微
量添加され、これらがエッチングしやすいようになって
いる。
【００２４】結晶成長の後、ｐ型ＧａＮ層１６からｎ型
ＩｎＧａＮ層１４までが、ｎ型ＧａＮ層１３が露出する
までエッチングされ、その後、ほぼ全面が厚さ４００ｎ
ｍのＳｉＯ2 膜１７で覆われる。このＳｉＯ2 膜１７の
必要な部分に孔が形成され、ｐ型層１６に対してＡｕ−
Ｎｉ膜１８が、ｎ型層１３に対してＡｌ膜１９が形成さ
れ、オーミック電極が配設される。
ＩｎＧａＮ層１４までが、ｎ型ＧａＮ層１３が露出する
までエッチングされ、その後、ほぼ全面が厚さ４００ｎ
ｍのＳｉＯ2 膜１７で覆われる。このＳｉＯ2 膜１７の
必要な部分に孔が形成され、ｐ型層１６に対してＡｕ−
Ｎｉ膜１８が、ｎ型層１３に対してＡｌ膜１９が形成さ
れ、オーミック電極が配設される。
【００２５】以下に、発光ダイオード１０の製造方法の
実施例を順に説明する。この発光ダイオード１０は、周
知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による気相成
長により製造した。用いたガスは、原料ガスとしてアン
モニア（ＮＨ3）、シラン（ＳｉＨ4 ）及び四塩化炭素
（ＣＣｌ4 ）を用い、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）
及び窒素（Ｎ2 ）を用いた。有機金属原料として、トリ
メチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）（以下、ＴＭＧと
記す）、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）
（以下、ＴＭＡと記す）、トリメチルインジウム（（Ｃ
Ｈ3 ）3 Ｉｎ）（以下、ＴＭＩと記す）、ジメチル亜鉛
（（ＣＨ3 ）2 Ｚｎ）（以下、ＤＭＺと記す）、ビスシ
クロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2Ｍ
ｇ）（以下、Ｃｐ2 Ｍｇと記す）を用いた。
実施例を順に説明する。この発光ダイオード１０は、周
知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）による気相成
長により製造した。用いたガスは、原料ガスとしてアン
モニア（ＮＨ3）、シラン（ＳｉＨ4 ）及び四塩化炭素
（ＣＣｌ4 ）を用い、キャリアガスとして水素（Ｈ2 ）
及び窒素（Ｎ2 ）を用いた。有機金属原料として、トリ
メチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）（以下、ＴＭＧと
記す）、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）
（以下、ＴＭＡと記す）、トリメチルインジウム（（Ｃ
Ｈ3 ）3 Ｉｎ）（以下、ＴＭＩと記す）、ジメチル亜鉛
（（ＣＨ3 ）2 Ｚｎ）（以下、ＤＭＺと記す）、ビスシ
クロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2Ｍ
ｇ）（以下、Ｃｐ2 Ｍｇと記す）を用いた。
【００２６】まず、有機洗浄、酸洗浄及び熱処理によっ
て洗浄したｃ面１１ａを一主面とした単結晶のサファイ
ア基板１１をＭＯＣＶＤ装置の反応室に載置された加熱
可能なサセプタ上に装着した。次に、常圧でＨ2 を１０
Ｌ／分の流量で流しながら、温度１０５０℃で約１０分
間、サファイア基板１１の一主面１１ａを気相エッチン
グした。
て洗浄したｃ面１１ａを一主面とした単結晶のサファイ
ア基板１１をＭＯＣＶＤ装置の反応室に載置された加熱
可能なサセプタ上に装着した。次に、常圧でＨ2 を１０
Ｌ／分の流量で流しながら、温度１０５０℃で約１０分
間、サファイア基板１１の一主面１１ａを気相エッチン
グした。
【００２７】次に、サファイア基板１１を５１０℃まで
降温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を５Ｌ／分、ＮＨ3 を
１０Ｌ／分、及びＴＭＧを２５ｃｃ／分の各流量で６分
間流すことによって、バッファ層１２を形成した。
降温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を５Ｌ／分、ＮＨ3 を
１０Ｌ／分、及びＴＭＧを２５ｃｃ／分の各流量で６分
間流すことによって、バッファ層１２を形成した。
【００２８】次に、サファイア基板１１を１０２０℃ま
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を５Ｌ／
分、ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、１０
０ｐｐｍのＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、及びＣＣｌ4 を５ｃ
ｃ／分の各流量で６０分流すことによって、ｎ型ＧａＮ
層１３を形成した。
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を５Ｌ／
分、ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、１０
０ｐｐｍのＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、及びＣＣｌ4 を５ｃ
ｃ／分の各流量で６０分流すことによって、ｎ型ＧａＮ
層１３を形成した。
【００２９】次に、サファイア基板１１を８００℃まで
降温し、Ｈ2 を５Ｌ／分、Ｎ2 を１５Ｌ／分、ＮＨ3 を
１０Ｌ／分、ＴＭＧを３ｃｃ／分、ＴＭＩを１００ｃｃ
／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、ＤＭＺを１０ｃｃ／分、
及びＣＣｌ4 を５ｃｃ／分の各流量で１５分流すことに
よって、ｎ型ＩｎＧａＮ層１４を形成した。
降温し、Ｈ2 を５Ｌ／分、Ｎ2 を１５Ｌ／分、ＮＨ3 を
１０Ｌ／分、ＴＭＧを３ｃｃ／分、ＴＭＩを１００ｃｃ
／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、ＤＭＺを１０ｃｃ／分、
及びＣＣｌ4 を５ｃｃ／分の各流量で１５分流すことに
よって、ｎ型ＩｎＧａＮ層１４を形成した。
【００３０】次に、サファイア基板１１を１０２０℃ま
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を５Ｌ／
分、ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、ＴＭ
Ａを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを３０ｃｃ／分、ＣＣｌ
4 を２５ｃｃ／分、及びＳｉＨ4 を０．１ｃｃ／分の各
流量で５分流すことによって、ｐ型ＡｌＧａＮ層１５を
形成した。
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を５Ｌ／
分、ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、ＴＭ
Ａを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを３０ｃｃ／分、ＣＣｌ
4 を２５ｃｃ／分、及びＳｉＨ4 を０．１ｃｃ／分の各
流量で５分流すことによって、ｐ型ＡｌＧａＮ層１５を
形成した。
【００３１】更に、サファイア基板を１０２０℃に保温
したまま、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2を５Ｌ／分、ＮＨ3
を１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを３
０ｃｃ／分、ＣＣｌ4 を５ｃｃ／分、及びＳｉＨ4 を
０．１ｃｃ／分の各流量で５分程度流すことによって、
ｐ型ＧａＮ層１６を形成した。この様にＣＣｌ4 を成長
ガスに使用することで各成長層に炭素を含有させること
ができる。
したまま、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2を５Ｌ／分、ＮＨ3
を１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを３
０ｃｃ／分、ＣＣｌ4 を５ｃｃ／分、及びＳｉＨ4 を
０．１ｃｃ／分の各流量で５分程度流すことによって、
ｐ型ＧａＮ層１６を形成した。この様にＣＣｌ4 を成長
ガスに使用することで各成長層に炭素を含有させること
ができる。
【００３２】この後、ＴＭＧ、Ｃｐ2 Ｍｇ及びＣＣｌ4
の流れを切り、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を５Ｌ／分、及
びＮＨ3 を１０Ｌ／分の各流量で流しながらサファイア
基板１１を７００℃まで降温した。更に、Ｈ2 及びＮＨ
3 を切り、Ｎ2 を５Ｌ／分で保持しながらサファイア基
板１１をサセプタ上に放置し、室温まで降温した（図８
参照）。
の流れを切り、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を５Ｌ／分、及
びＮＨ3 を１０Ｌ／分の各流量で流しながらサファイア
基板１１を７００℃まで降温した。更に、Ｈ2 及びＮＨ
3 を切り、Ｎ2 を５Ｌ／分で保持しながらサファイア基
板１１をサセプタ上に放置し、室温まで降温した（図８
参照）。
【００３３】ここで、Ｈ2 及びＮＨ3 を切り、Ｎ2 のみ
にする温度は３００℃以上であることが必要であり、５
００℃以上であることが望ましい。これは高温の水素雰
囲気下では成長結晶膜の表面付近の不純物が活性水素に
よって不活性化するためであると考えられる。そのた
め、このような高温の水素雰囲気下では活性化される不
純物の割合は１％程度にすぎない。この様な場合には、
活性化されていない不純物は格子欠陥を作り、非発光再
結合中心となるため素子の効率を著しく低下させる。こ
れに対して上述したような高温で切り替えを行った場合
には、添加された不純物の少なくとも７％以上、多くの
場合１０％以上が活性化されていることが判明した。
にする温度は３００℃以上であることが必要であり、５
００℃以上であることが望ましい。これは高温の水素雰
囲気下では成長結晶膜の表面付近の不純物が活性水素に
よって不活性化するためであると考えられる。そのた
め、このような高温の水素雰囲気下では活性化される不
純物の割合は１％程度にすぎない。この様な場合には、
活性化されていない不純物は格子欠陥を作り、非発光再
結合中心となるため素子の効率を著しく低下させる。こ
れに対して上述したような高温で切り替えを行った場合
には、添加された不純物の少なくとも７％以上、多くの
場合１０％以上が活性化されていることが判明した。
【００３４】また、基板の冷却速度は５０℃／分以下で
あることが望ましい。これ以上の速度で冷却した場合に
は、特にＡｌを加えた混晶系、例えばＡｌＧａＮ等にお
いて、結晶に熱応力が掛かるため、結晶表面にクラック
が生じることがある。
あることが望ましい。これ以上の速度で冷却した場合に
は、特にＡｌを加えた混晶系、例えばＡｌＧａＮ等にお
いて、結晶に熱応力が掛かるため、結晶表面にクラック
が生じることがある。
【００３５】なお、室温まで降温する際のガスとして
は、母体結晶の構成元素の１つであるＮ2 を用いること
が望ましいが、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスを用いること
も可能である。
は、母体結晶の構成元素の１つであるＮ2 を用いること
が望ましいが、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスを用いること
も可能である。
【００３６】この様な工程を経ることで、不純物の活性
化率を向上させるために従来とられてきた熱アニール等
の工程を必要としなくなるため、工程の簡略化を図るこ
とができ、製造に要する時間の短縮も図ることができ
る。更に、熱アニール等の後工程を経るよりも高い活性
化率を得ることができる。
化率を向上させるために従来とられてきた熱アニール等
の工程を必要としなくなるため、工程の簡略化を図るこ
とができ、製造に要する時間の短縮も図ることができ
る。更に、熱アニール等の後工程を経るよりも高い活性
化率を得ることができる。
【００３７】次に、窒化物系化合物半導体層が成長した
サファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、レ
ジスト等を用いることによってマスクとし、アルカリ系
の水溶液によってｎ型ＧａＮ層１３が露出するまでエッ
チングし、メサ構造とした。その後、ＣＶＤ装置によっ
て、表面にＳｉＯ2 膜１７を約４００ｎｍ形成した。こ
の膜によってメサ構造側面に露出したｐｎ接合界面付近
のリーク電流は抑制され、素子の劣化は抑制される。
サファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、レ
ジスト等を用いることによってマスクとし、アルカリ系
の水溶液によってｎ型ＧａＮ層１３が露出するまでエッ
チングし、メサ構造とした。その後、ＣＶＤ装置によっ
て、表面にＳｉＯ2 膜１７を約４００ｎｍ形成した。こ
の膜によってメサ構造側面に露出したｐｎ接合界面付近
のリーク電流は抑制され、素子の劣化は抑制される。
【００３８】次に、ＳｉＯ2 膜１７に弗酸系の溶液を用
いて、ｐ型ＧａＮ層１６が約１００μｍ角の大きさで、
またｎ型ＧａＮ層１３が約１００μｍφの大きさで露出
するように孔を形成した。この孔を通して、ｐ型層１６
に対して約１μｍのＡｕ−Ｎｉ膜１８を、ｎ型層１３に
対して約６００ｎｍのＡｌ膜１９を形成し、オーミック
電極とした。以上の工程で発光ダイオードが完成した。
いて、ｐ型ＧａＮ層１６が約１００μｍ角の大きさで、
またｎ型ＧａＮ層１３が約１００μｍφの大きさで露出
するように孔を形成した。この孔を通して、ｐ型層１６
に対して約１μｍのＡｕ−Ｎｉ膜１８を、ｎ型層１３に
対して約６００ｎｍのＡｌ膜１９を形成し、オーミック
電極とした。以上の工程で発光ダイオードが完成した。
【００３９】かかる発光ダイオード１０における各層の
不純物濃度はｐ型ＧａＮ層１６中のＭｇ濃度のみが１×
１０20ｃｍ-3であり、ｎ型ＧａＮ層１３、ｎ型ＩｎＧａ
Ｎ層１４、及びｐ型ＡｌＧａＮ層１５に各々含まれるＳ
ｉ、Ｚｎ、Ｍｇの濃度は２×１０19ｃｍ-3であった。ま
た、ｎ型ＧａＮ層１３からｐ型ＧａＮ層１６までの各層
中に含まれる炭素濃度は２×１０17ｃｍ-3であった。
不純物濃度はｐ型ＧａＮ層１６中のＭｇ濃度のみが１×
１０20ｃｍ-3であり、ｎ型ＧａＮ層１３、ｎ型ＩｎＧａ
Ｎ層１４、及びｐ型ＡｌＧａＮ層１５に各々含まれるＳ
ｉ、Ｚｎ、Ｍｇの濃度は２×１０19ｃｍ-3であった。ま
た、ｎ型ＧａＮ層１３からｐ型ＧａＮ層１６までの各層
中に含まれる炭素濃度は２×１０17ｃｍ-3であった。
【００４０】この様にして形成された発光ダイオード１
０を約３５０μｍ角の大きさでダイシングして、ステム
上にマウント、モールドし、ランプ化した。このように
して形成された発光ダイオードにおいては、順方向電流
２０ｍＡに対して２〜３ｍＷ程度の光出力を得ることが
でき、寿命も約２万時間を実現することができた。これ
らの値は、炭素を実質的に含まない、即ち、測定時の検
出限界以下であるような場合の同様の構造を有する発光
ダイオードの特性と比較して約２〜３倍の向上となって
いる。
０を約３５０μｍ角の大きさでダイシングして、ステム
上にマウント、モールドし、ランプ化した。このように
して形成された発光ダイオードにおいては、順方向電流
２０ｍＡに対して２〜３ｍＷ程度の光出力を得ることが
でき、寿命も約２万時間を実現することができた。これ
らの値は、炭素を実質的に含まない、即ち、測定時の検
出限界以下であるような場合の同様の構造を有する発光
ダイオードの特性と比較して約２〜３倍の向上となって
いる。
【００４１】この炭素濃度については１×１０16ｃｍ-3
から５×１０17ｃｍ-3までの領域でこれまで述べてきた
ような効果が見られた。これより少ない場合には、窒素
空孔による深い準位の形成によって取り出し効率に低下
が見られた。即ち、炭素添加による効果が現われなかっ
た。一方、この範囲よりも多い場合には、炭素が結晶内
において析出し、非発光再結合センターや、結晶欠陥の
要因となり、効果が現われなくなった。効果が顕著に現
われるためには、炭素濃度が５×１０16ｃｍ-3以上で且
つ５×１０17ｃｍ-3以下であることが望ましく、更には
炭素濃度が１×１０17ｃｍ-3から３×１０17ｃｍ-3まで
の範囲にあるとき、取り出し効率が極大値をとった。
から５×１０17ｃｍ-3までの領域でこれまで述べてきた
ような効果が見られた。これより少ない場合には、窒素
空孔による深い準位の形成によって取り出し効率に低下
が見られた。即ち、炭素添加による効果が現われなかっ
た。一方、この範囲よりも多い場合には、炭素が結晶内
において析出し、非発光再結合センターや、結晶欠陥の
要因となり、効果が現われなくなった。効果が顕著に現
われるためには、炭素濃度が５×１０16ｃｍ-3以上で且
つ５×１０17ｃｍ-3以下であることが望ましく、更には
炭素濃度が１×１０17ｃｍ-3から３×１０17ｃｍ-3まで
の範囲にあるとき、取り出し効率が極大値をとった。
【００４２】ここでは、発光層をＩｎＧａＮにした場合
について述べたが、発光層がＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮで
形成されている場合でも同様の効果が得られた。 （第２の実施の形態）図２は本発明の第２の実施の形態
に係る発光ダイオード２０の断面を示す。
について述べたが、発光層がＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮで
形成されている場合でも同様の効果が得られた。 （第２の実施の形態）図２は本発明の第２の実施の形態
に係る発光ダイオード２０の断面を示す。
【００４３】発光ダイオード２０は、サファイア基板２
１を有しており、そのサファイア基板２１上に、格子不
整合を緩和するためにＧａＮのバッファ層２２が５０ｎ
ｍの厚さで形成されている。そのバッファ層２２の上
に、順に、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮ層２３、厚さ１００
ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮ発光層２４、クラッド層として厚
さ３００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層２５、厚さ５００ｎｍ
のｐ型ＧａＮ層２６が積層されている。
１を有しており、そのサファイア基板２１上に、格子不
整合を緩和するためにＧａＮのバッファ層２２が５０ｎ
ｍの厚さで形成されている。そのバッファ層２２の上
に、順に、厚さ３μｍのｎ型ＧａＮ層２３、厚さ１００
ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮ発光層２４、クラッド層として厚
さ３００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層２５、厚さ５００ｎｍ
のｐ型ＧａＮ層２６が積層されている。
【００４４】各層の不純物濃度は以下の通りである。ｐ
型ＧａＮ層２６ではＭｇ濃度が１×１０20ｃｍ-3、Ｓｉ
濃度は１×１０17ｃｍ-3である。ｐ型ＡｌＧａＮ層２５
ではＭｇ濃度が２×１０19ｃｍ-3、Ｓｉ濃度は１×１０
17ｃｍ-3である。ｎ型ＩｎＧａＮ層２４ではＳｉ濃度が
２×１０19ｃｍ-3、Ｚｎ濃度が１×１０18ｃｍ-3であ
る。ｎ型ＧａＮ層２３中のＳｉ濃度は２×１０19ｃｍ-3
である。
型ＧａＮ層２６ではＭｇ濃度が１×１０20ｃｍ-3、Ｓｉ
濃度は１×１０17ｃｍ-3である。ｐ型ＡｌＧａＮ層２５
ではＭｇ濃度が２×１０19ｃｍ-3、Ｓｉ濃度は１×１０
17ｃｍ-3である。ｎ型ＩｎＧａＮ層２４ではＳｉ濃度が
２×１０19ｃｍ-3、Ｚｎ濃度が１×１０18ｃｍ-3であ
る。ｎ型ＧａＮ層２３中のＳｉ濃度は２×１０19ｃｍ-3
である。
【００４５】以下に、発光ダイオード２０の製造方法の
実施例を順に説明する。まず、有機洗浄、酸洗浄及び熱
処理によって洗浄したａ面（（１１-2０）面）を主面と
した単結晶のサファイア基板２１をＭＯＣＶＤ装置の反
応室に載置された加熱可能なサセプタ上に装着した。次
に、常圧でＨ2 を１０Ｌ／分の流量で流しながら、温度
１０５０℃で約１０分間、サファイア基板２１の一主面
を気相エッチングした。
実施例を順に説明する。まず、有機洗浄、酸洗浄及び熱
処理によって洗浄したａ面（（１１-2０）面）を主面と
した単結晶のサファイア基板２１をＭＯＣＶＤ装置の反
応室に載置された加熱可能なサセプタ上に装着した。次
に、常圧でＨ2 を１０Ｌ／分の流量で流しながら、温度
１０５０℃で約１０分間、サファイア基板２１の一主面
を気相エッチングした。
【００４６】次に、サファイア基板２１を５１０℃まで
降温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の各流量で流すこと
によって、バッファ層２２を形成した。
降温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の各流量で流すこと
によって、バッファ層２２を形成した。
【００４７】次に、サファイア基板２１を１０２０℃ま
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／
分、ＮＨ3 を５Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、ＳｉＨ
4 を５ｃｃ／分の各流量で６０分流すことによって、ｎ
型ＧａＮ層２３を形成した。
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／
分、ＮＨ3 を５Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、ＳｉＨ
4 を５ｃｃ／分の各流量で６０分流すことによって、ｎ
型ＧａＮ層２３を形成した。
【００４８】次に、サファイア基板２１を８００℃まで
降温し、Ｈ2 を１０Ｌ／分、Ｎ2 を１５Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、トリエチルガリウム（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇ
ａ）（以下、ＴＥＧと記す）を３ｃｃ／分、ＴＭＩを３
０ｃｃ／分、ＤＭＺを１ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／
分の各流量で３０分流すことによって、ｎ型ＩｎＧａＮ
層２４を形成した。この層形成においてのＺｎ添加は発
光中心としての役割と同時に、平坦な薄膜成長を助ける
役割をも合わせ持っている。
降温し、Ｈ2 を１０Ｌ／分、Ｎ2 を１５Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、トリエチルガリウム（（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇ
ａ）（以下、ＴＥＧと記す）を３ｃｃ／分、ＴＭＩを３
０ｃｃ／分、ＤＭＺを１ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／
分の各流量で３０分流すことによって、ｎ型ＩｎＧａＮ
層２４を形成した。この層形成においてのＺｎ添加は発
光中心としての役割と同時に、平坦な薄膜成長を助ける
役割をも合わせ持っている。
【００４９】次に、サファイア基板２１を１０２０℃ま
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／
分、ＮＨ3 を５Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、ＴＭＡ
を２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分、ＳｉＨ4
を１ｃｃ／分の各流量で１０分間流すことによって、ｐ
型ＡｌＧａＮ層２５を形成した。
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／
分、ＮＨ3 を５Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、ＴＭＡ
を２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分、ＳｉＨ4
を１ｃｃ／分の各流量で１０分間流すことによって、ｐ
型ＡｌＧａＮ層２５を形成した。
【００５０】更に、サファイア基板２１を１０２０℃に
保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを１０
０ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分の各流量で１０分程
度流すことによって、ｐ型ＧａＮ層２６を形成した。
保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを１０
０ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分の各流量で１０分程
度流すことによって、ｐ型ＧａＮ層２６を形成した。
【００５１】この後、ＴＭＧ、Ｃｐ2 Ｍｇ、及びＳｉＨ
4 を切り、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2を１０Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分の各流量で流したまま、サファイア基板２
１を８００℃まで降温した。その後、Ｎ2 を１０Ｌ／分
流しながらサファイア基板２１をサセプタ上に放置し、
室温まで降温した。
4 を切り、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2を１０Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分の各流量で流したまま、サファイア基板２
１を８００℃まで降温した。その後、Ｎ2 を１０Ｌ／分
流しながらサファイア基板２１をサセプタ上に放置し、
室温まで降温した。
【００５２】次に、窒化物系化合物半導体層が成長した
サファイア基板２１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、レ
ジスト等を用いることによってマスクとし、アルカリ系
の水溶液によってｎ型ＧａＮ層２３が露出するまでエッ
チングし、メサ構造とした。その後、ＣＶＤ装置によっ
て、表面にＳｉＯ2 膜２７を約２００ｎｍ形成した。こ
の膜によってメサ構造側面に露出したｐｎ接合界面付近
のリーク電流は抑制され、素子の劣化は抑制される。
サファイア基板２１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、レ
ジスト等を用いることによってマスクとし、アルカリ系
の水溶液によってｎ型ＧａＮ層２３が露出するまでエッ
チングし、メサ構造とした。その後、ＣＶＤ装置によっ
て、表面にＳｉＯ2 膜２７を約２００ｎｍ形成した。こ
の膜によってメサ構造側面に露出したｐｎ接合界面付近
のリーク電流は抑制され、素子の劣化は抑制される。
【００５３】次に、ＳｉＯ2 膜２７に弗酸系の溶液を用
いて、ｐ型ＧａＮ層２６が約１００μｍ角の大きさで、
またｎ型ＧａＮ層２３が約１２０μｍφの大きさで露出
するように孔を形成した。この孔を通して、ｐ型ＧａＮ
層２６に対して約２μｍのＡｕ−Ｎｉ膜２８を、ｎ型層
２３に対して約１μｍのＡｌ−Ｔｉ膜２９を形成し、オ
ーミック電極とした。
いて、ｐ型ＧａＮ層２６が約１００μｍ角の大きさで、
またｎ型ＧａＮ層２３が約１２０μｍφの大きさで露出
するように孔を形成した。この孔を通して、ｐ型ＧａＮ
層２６に対して約２μｍのＡｕ−Ｎｉ膜２８を、ｎ型層
２３に対して約１μｍのＡｌ−Ｔｉ膜２９を形成し、オ
ーミック電極とした。
【００５４】このようにして形成された発光ダイオード
２０を約３５０μｍ角の大きさでダイシングして、ステ
ム上にマウント、モールドし、ランプ化した。このよう
にして形成された発光ダイオード２０は、発光強度にお
いても信頼性においても第１の実施の形態で示した発光
ダイオード１０と同程度の性能を示した。
２０を約３５０μｍ角の大きさでダイシングして、ステ
ム上にマウント、モールドし、ランプ化した。このよう
にして形成された発光ダイオード２０は、発光強度にお
いても信頼性においても第１の実施の形態で示した発光
ダイオード１０と同程度の性能を示した。
【００５５】かかる発光ダイオード２０において、本発
明の主旨であるｐ型ＧａＮ層２６及びｐ型ＡｌＧａＮ層
２５におけるＳｉ濃度は上述した通り、いずれの層も２
×１０17ｃｍ-3であった。この濃度においてｐ型ＧａＮ
層２６及びｐ型ＡｌＧａＮ層２５はエッチング除去する
ことができ、素子を形成することが可能であった。この
ようにエッチングが可能であった濃度は１×１０16ｃｍ
-3以上を必要とした。一方、Ｓｉは本来ドナー性の不純
物であるため、過剰の添加は本来ｐ型であるべきＧａＮ
層２６及びＡｌＧａＮ層２５をｎ型に変化させてしまう
という問題を生じる。そのため、Ｓｉ濃度の上限は、そ
の層のアクセプター濃度に依存するが、素子形成に必要
なｐ型のキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3であることか
ら、Ｓｉ濃度が８×１０17ｃｍ-3以下ではｎ型に転じる
ことが少ないということが判明した。更に、Ｓｉ濃度が
５×１０17ｃｍ-3以下であることが望ましく、５×１０
16ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下の濃度であることが
素子形成に最も望ましいものであった。
明の主旨であるｐ型ＧａＮ層２６及びｐ型ＡｌＧａＮ層
２５におけるＳｉ濃度は上述した通り、いずれの層も２
×１０17ｃｍ-3であった。この濃度においてｐ型ＧａＮ
層２６及びｐ型ＡｌＧａＮ層２５はエッチング除去する
ことができ、素子を形成することが可能であった。この
ようにエッチングが可能であった濃度は１×１０16ｃｍ
-3以上を必要とした。一方、Ｓｉは本来ドナー性の不純
物であるため、過剰の添加は本来ｐ型であるべきＧａＮ
層２６及びＡｌＧａＮ層２５をｎ型に変化させてしまう
という問題を生じる。そのため、Ｓｉ濃度の上限は、そ
の層のアクセプター濃度に依存するが、素子形成に必要
なｐ型のキャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3であることか
ら、Ｓｉ濃度が８×１０17ｃｍ-3以下ではｎ型に転じる
ことが少ないということが判明した。更に、Ｓｉ濃度が
５×１０17ｃｍ-3以下であることが望ましく、５×１０
16ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下の濃度であることが
素子形成に最も望ましいものであった。
【００５６】（第３の実施の形態）図３は本発明の第３
の実施の形態に係る発光ダイオード３０の断面を示す。
発光ダイオード３０は、結晶性のＡｌＮ基板３１を有し
ており、そのＡｌＮ基板３１上に、順に、厚さ４μｍの
ｎ型ＡｌＧａＮ層３３、厚さ１００ｎｍのｎ型ＧａＮ発
光層３４、クラッド層として厚さ３００ｎｍのｐ型Ａｌ
ＧａＮ層３５、厚さ５００ｎｍのｐ型ＧａＮ層３６が積
層されている。また、ｎ型ＡｌＮ層３３からｐ型ＧａＮ
層３６までの各層中には酸素が１×１０18ｃｍ-3含有さ
れている。
の実施の形態に係る発光ダイオード３０の断面を示す。
発光ダイオード３０は、結晶性のＡｌＮ基板３１を有し
ており、そのＡｌＮ基板３１上に、順に、厚さ４μｍの
ｎ型ＡｌＧａＮ層３３、厚さ１００ｎｍのｎ型ＧａＮ発
光層３４、クラッド層として厚さ３００ｎｍのｐ型Ａｌ
ＧａＮ層３５、厚さ５００ｎｍのｐ型ＧａＮ層３６が積
層されている。また、ｎ型ＡｌＮ層３３からｐ型ＧａＮ
層３６までの各層中には酸素が１×１０18ｃｍ-3含有さ
れている。
【００５７】以下に、発光ダイオード３０の製造方法の
実施例を順に説明する。まず、有機洗浄、酸洗浄及び熱
処理によって洗浄したＡｌＮ基板３１をＭＯＣＶＤ装置
の反応室に載置された加熱可能なサセプタ上に装着し
た。次に、常圧でＨ2 を１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら、温度１０５０℃で約１０分間、ＡｌＮ基板の一主面
を気相エッチングした。
実施例を順に説明する。まず、有機洗浄、酸洗浄及び熱
処理によって洗浄したＡｌＮ基板３１をＭＯＣＶＤ装置
の反応室に載置された加熱可能なサセプタ上に装着し
た。次に、常圧でＨ2 を１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら、温度１０５０℃で約１０分間、ＡｌＮ基板の一主面
を気相エッチングした。
【００５８】次に、ＡｌＮ基板３１を１０００℃まで降
温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、
ＮＨ3 を５Ｌ／分、ＴＭＡを２５ｃｃ／分、ＴＭＧを５
０ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、０．１％に希釈し
た酸素（Ｏ2 ）を２０ｃｃ／分の各流量で６０分流すこ
とによって、ｎ型ＡｌＧａＮ層３３を形成した。
温且つ保温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、
ＮＨ3 を５Ｌ／分、ＴＭＡを２５ｃｃ／分、ＴＭＧを５
０ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、０．１％に希釈し
た酸素（Ｏ2 ）を２０ｃｃ／分の各流量で６０分流すこ
とによって、ｎ型ＡｌＧａＮ層３３を形成した。
【００５９】次に、ＡｌＮ基板３１を１０００℃に保持
したまま、Ｈ2 を１０Ｌ／分、Ｎ2を１５Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、ＴＥＧを３ｃｃ／分、ＤＭＺを１０ｃｃ
／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、希釈した酸素Ｏ2 を３０
０ｃｃ／分の各流量で４分流すことによって、ｎ型Ｇａ
Ｎ層３４を形成した。
したまま、Ｈ2 を１０Ｌ／分、Ｎ2を１５Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、ＴＥＧを３ｃｃ／分、ＤＭＺを１０ｃｃ
／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分、希釈した酸素Ｏ2 を３０
０ｃｃ／分の各流量で４分流すことによって、ｎ型Ｇａ
Ｎ層３４を形成した。
【００６０】次に、ＡｌＮ基板を１０００℃に保温し、
Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を５Ｌ／
分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、ＴＭＡを２５ｃｃ／分、Ｃ
ｐ2Ｍｇを１００ｃｃ／分、希釈したＯ2 を２００ｃｃ
／分の各流量で５分間流すことによって、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層３５を形成した。
Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を５Ｌ／
分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、ＴＭＡを２５ｃｃ／分、Ｃ
ｐ2Ｍｇを１００ｃｃ／分、希釈したＯ2 を２００ｃｃ
／分の各流量で５分間流すことによって、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層３５を形成した。
【００６１】更に、ＡｌＮ基板を１０００℃に保温した
まま、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を
５Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを３０ｃ
ｃ／分、希釈したＯ2 を２００ｃｃ／分の各流量で２０
分程度流すことによって、ｐ型ＧａＮ層３６を形成し
た。
まま、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3 を
５Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを３０ｃ
ｃ／分、希釈したＯ2 を２００ｃｃ／分の各流量で２０
分程度流すことによって、ｐ型ＧａＮ層３６を形成し
た。
【００６２】この後、ＡｌＮ基板３１を９００℃まで降
温し、常圧でＮＨ3 を１０Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分の
各流量で流しながらこれをサセプタ上に放置した。窒化
物系化合物半導体層が成長したＡｌＮ基板３１をＭＯＣ
ＶＤ装置から取り出し、レジスト等を用いることによっ
てマスクとし、アルカリ系の水溶液によってｎ型ＡｌＧ
ａＮ層３３が露出するまでエッチングし、メサ構造とし
た。その後、ＣＶＤ装置によって、表面にＳｉＯ2 膜３
７を約３００ｎｍ形成した。この膜によってメサ構造側
面に露出したｐｎ接合界面付近のリーク電流は抑制さ
れ、素子の劣化は抑制される。
温し、常圧でＮＨ3 を１０Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分の
各流量で流しながらこれをサセプタ上に放置した。窒化
物系化合物半導体層が成長したＡｌＮ基板３１をＭＯＣ
ＶＤ装置から取り出し、レジスト等を用いることによっ
てマスクとし、アルカリ系の水溶液によってｎ型ＡｌＧ
ａＮ層３３が露出するまでエッチングし、メサ構造とし
た。その後、ＣＶＤ装置によって、表面にＳｉＯ2 膜３
７を約３００ｎｍ形成した。この膜によってメサ構造側
面に露出したｐｎ接合界面付近のリーク電流は抑制さ
れ、素子の劣化は抑制される。
【００６３】次に、ＳｉＯ2 膜３７に弗酸系の溶液を用
いて、ｐ型ＧａＮ層３６が約１００μｍ角の大きさで、
またｎ型ＡｌＧａＮ層３３が約１００μｍφの大きさで
露出するように孔を形成した。この孔を通して、ｐ型Ｇ
ａＮ層３６に対して約２μｍのＡｕ−Ｎｉ膜３８を、ｎ
型ＡｌＧａＮ層３３に対して約１μｍのＡｌ膜３９を形
成し、オーミック電極とした。
いて、ｐ型ＧａＮ層３６が約１００μｍ角の大きさで、
またｎ型ＡｌＧａＮ層３３が約１００μｍφの大きさで
露出するように孔を形成した。この孔を通して、ｐ型Ｇ
ａＮ層３６に対して約２μｍのＡｕ−Ｎｉ膜３８を、ｎ
型ＡｌＧａＮ層３３に対して約１μｍのＡｌ膜３９を形
成し、オーミック電極とした。
【００６４】このようにして形成された発光ダイオード
３０を約４００μｍ角の大きさでダイシングして、ステ
ム上にマウント、モールドし、ランプ化した。このよう
にして形成された発光ダイオード３０は、発光強度にお
いても信頼性においても第１の実施の形態で示した発光
ダイオード１０と同程度の性能を示した。
３０を約４００μｍ角の大きさでダイシングして、ステ
ム上にマウント、モールドし、ランプ化した。このよう
にして形成された発光ダイオード３０は、発光強度にお
いても信頼性においても第１の実施の形態で示した発光
ダイオード１０と同程度の性能を示した。
【００６５】かかる発光ダイオード３０において各層の
不純物濃度はｐ型ＧａＮ層３６中のＭｇ濃度のみが１×
１０20ｃｍ-3であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層３３からｐ型Ａ
ｌＧａＮ層３５までに含まれるＳｉ、Ｚｎ、Ｍｇ濃度は
２×１０19ｃｍ-3であった。また、本実施の形態の特徴
である酸素濃度は上述した値１×１０18ｃｍ-3を含む１
×１０18ｃｍ-3から１×１０20ｃｍ-3までの領域で窒素
空孔を埋めることによる効果が見られた。これより少な
い場合には、発光強度に効果が見られなかった。一方、
この範囲よりも多い場合には、装置内で爆発する恐れが
あるため、装置の安全性に問題が生じる。この中でも１
×１０18ｃｍ-3から１×１０19ｃｍ-3の酸素濃度の場合
に発光素子として特性が最も向上した。
不純物濃度はｐ型ＧａＮ層３６中のＭｇ濃度のみが１×
１０20ｃｍ-3であり、ｎ型ＡｌＧａＮ層３３からｐ型Ａ
ｌＧａＮ層３５までに含まれるＳｉ、Ｚｎ、Ｍｇ濃度は
２×１０19ｃｍ-3であった。また、本実施の形態の特徴
である酸素濃度は上述した値１×１０18ｃｍ-3を含む１
×１０18ｃｍ-3から１×１０20ｃｍ-3までの領域で窒素
空孔を埋めることによる効果が見られた。これより少な
い場合には、発光強度に効果が見られなかった。一方、
この範囲よりも多い場合には、装置内で爆発する恐れが
あるため、装置の安全性に問題が生じる。この中でも１
×１０18ｃｍ-3から１×１０19ｃｍ-3の酸素濃度の場合
に発光素子として特性が最も向上した。
【００６６】（第４の実施の形態）図４は本発明の第４
の実施の形態に係る発光ダイオード４０の断面を示す。
発光ダイオード４０は、サファイア基板１１を有してお
り、そのサファイア基板１１の一主面上に、格子不整合
を緩和するためにバッファ層４２が５０ｎｍの厚さで形
成されている。そのバッファ層４２の上に、順に、厚さ
４μｍのｎ型ＧａＮ層４３、厚さ５０ｎｍのｎ型ＩｎＧ
ａＮ発光層４４、クラッド層として厚さ１５０ｎｍのｐ
型ＡｌＧａＮ層４５、厚さ３００ｎｍのｐ型ＧａＮ層４
６が積層されている。これらのｎ型ＧａＮ層４３及びｎ
型ＩｎＧａＮ層４５には、夫々水素が５×１０18ｃｍ-3
含まれている。
の実施の形態に係る発光ダイオード４０の断面を示す。
発光ダイオード４０は、サファイア基板１１を有してお
り、そのサファイア基板１１の一主面上に、格子不整合
を緩和するためにバッファ層４２が５０ｎｍの厚さで形
成されている。そのバッファ層４２の上に、順に、厚さ
４μｍのｎ型ＧａＮ層４３、厚さ５０ｎｍのｎ型ＩｎＧ
ａＮ発光層４４、クラッド層として厚さ１５０ｎｍのｐ
型ＡｌＧａＮ層４５、厚さ３００ｎｍのｐ型ＧａＮ層４
６が積層されている。これらのｎ型ＧａＮ層４３及びｎ
型ＩｎＧａＮ層４５には、夫々水素が５×１０18ｃｍ-3
含まれている。
【００６７】更に、結晶成長の後、ｎ型ＩｎＧａＮ層４
４からｐ型ＧａＮ層４６までが、ｎ型ＧａＮ層４３が露
出するまでエッチングされ、その後、ほぼ全面が厚さ４
００ｎｍのＳｉＯ2 膜４７で覆われる。このＳｉＯ2 膜
４７の必要な部分に孔が形成され、ｐ型層４６に対して
Ａｕ−Ｎｉ膜４８が、ｎ型層４３に対してＡｌ膜４９が
形成され、オーミック電極が配設される。
４からｐ型ＧａＮ層４６までが、ｎ型ＧａＮ層４３が露
出するまでエッチングされ、その後、ほぼ全面が厚さ４
００ｎｍのＳｉＯ2 膜４７で覆われる。このＳｉＯ2 膜
４７の必要な部分に孔が形成され、ｐ型層４６に対して
Ａｕ−Ｎｉ膜４８が、ｎ型層４３に対してＡｌ膜４９が
形成され、オーミック電極が配設される。
【００６８】以下に、発光ダイオード４０の製造方法の
実施例を順に説明する。まず、有機洗浄、酸洗浄及び熱
処理によって洗浄したＣ面を主面とした単結晶のサファ
イア基板１１をＭＯＣＶＤ装置の反応室に載置された加
熱可能なサセプタ上に装着した。次に、常圧でＨ2 を２
０Ｌ／分の流量で流しながら、温度１１００℃で約１０
分間、サファイア基板１１を気相エッチングした。
実施例を順に説明する。まず、有機洗浄、酸洗浄及び熱
処理によって洗浄したＣ面を主面とした単結晶のサファ
イア基板１１をＭＯＣＶＤ装置の反応室に載置された加
熱可能なサセプタ上に装着した。次に、常圧でＨ2 を２
０Ｌ／分の流量で流しながら、温度１１００℃で約１０
分間、サファイア基板１１を気相エッチングした。
【００６９】次に、サファイア基板１１を５００℃まで
降温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、ＴＭＡを４０ｃｃ
／分の各流量で流すことによって、バッファ層４２を形
成した。
降温し、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、ＮＨ3
を５Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、ＴＭＡを４０ｃｃ
／分の各流量で流すことによって、バッファ層４２を形
成した。
【００７０】次に、サファイア基板１１を１０２０℃ま
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を２０Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／
分、ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｓｉ
Ｈ4を１ｃｃ／分の各流量で６０分流すことによって、
ｎ型ＧａＮ層４３を形成した。
で昇温且つ保温し、Ｈ2 を２０Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／
分、ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、Ｓｉ
Ｈ4を１ｃｃ／分の各流量で６０分流すことによって、
ｎ型ＧａＮ層４３を形成した。
【００７１】次に、サファイア基板１１を８００℃まで
降温し、Ｈ2 を２０Ｌ／分、Ｎ2 を１５Ｌ／分、ＮＨ3
を１０Ｌ／分、ＴＥＧを３ｃｃ／分、ＴＭＩを３０ｃｃ
／分、ＤＭＺを１ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分の各
流量で１５分流すことによってｎ型ＩｎＧａＮ層４４を
形成した。
降温し、Ｈ2 を２０Ｌ／分、Ｎ2 を１５Ｌ／分、ＮＨ3
を１０Ｌ／分、ＴＥＧを３ｃｃ／分、ＴＭＩを３０ｃｃ
／分、ＤＭＺを１ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を１ｃｃ／分の各
流量で１５分流すことによってｎ型ＩｎＧａＮ層４４を
形成した。
【００７２】次に、サファイア基板１１を１０２０℃ま
で昇温し、保温した状態で、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を
１０Ｌ／分、ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／
分、ＴＭＡを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを３０ｃｃ／
分、ＳｉＨ4 を０．１ｃｃ／分の各流量で５分間流すこ
とによって、ｐ型ＡｌＧａＮ層４５を形成した。
で昇温し、保温した状態で、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を
１０Ｌ／分、ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／
分、ＴＭＡを２５ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを３０ｃｃ／
分、ＳｉＨ4 を０．１ｃｃ／分の各流量で５分間流すこ
とによって、ｐ型ＡｌＧａＮ層４５を形成した。
【００７３】更に、サファイア基板１１を１０２０℃に
保温したまま、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、
ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍ
ｇを１００ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を０．１ｃｃ／分の各流
量で５分程度流すことによって、ｐ型ＧａＮ層４６を形
成した。上記ｐ型ＡｌＧａＮ層４５及びｐ型ＧａＮ層４
６の成長では第２の実施の形態で述べたエッチングの容
易性のためにＳｉを添加した。
保温したまま、Ｈ2 を１５Ｌ／分、Ｎ2 を１０Ｌ／分、
ＮＨ3 を１０Ｌ／分、ＴＭＧを５０ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍ
ｇを１００ｃｃ／分、ＳｉＨ4 を０．１ｃｃ／分の各流
量で５分程度流すことによって、ｐ型ＧａＮ層４６を形
成した。上記ｐ型ＡｌＧａＮ層４５及びｐ型ＧａＮ層４
６の成長では第２の実施の形態で述べたエッチングの容
易性のためにＳｉを添加した。
【００７４】この後、サファイア基板１１を８００℃ま
で降温し、常温でＮ2 を１０Ｌ／分流しながらサセプタ
上に放置した。窒化物系化合物半導体層が成長したサフ
ァイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ＣＶＤ
装置によって、表面にＳｉＯ2 膜４７を約４００ｎｍ形
成した。このＳｉＯ2 膜４７をマスクとして、周知の反
応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）によってｎ型Ｇａ
Ｎ層４３が露出するまでエッチングし、メサ構造とし
た。このＳｉＯ2 膜４７に弗酸系の溶液を用いて、ｐ型
ＧａＮ層４６が約１００μｍ角の大きさで露出するよう
に孔を形成した。この孔を通して、ｐ型層４６に対して
約１μｍのＡｕ−Ｎｉ膜４８を形成し、またｎ型層４３
に対して約６００ｎｍのＡｌ膜４９を形成し、夫々オー
ミック電極とした。
で降温し、常温でＮ2 を１０Ｌ／分流しながらサセプタ
上に放置した。窒化物系化合物半導体層が成長したサフ
ァイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、ＣＶＤ
装置によって、表面にＳｉＯ2 膜４７を約４００ｎｍ形
成した。このＳｉＯ2 膜４７をマスクとして、周知の反
応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）によってｎ型Ｇａ
Ｎ層４３が露出するまでエッチングし、メサ構造とし
た。このＳｉＯ2 膜４７に弗酸系の溶液を用いて、ｐ型
ＧａＮ層４６が約１００μｍ角の大きさで露出するよう
に孔を形成した。この孔を通して、ｐ型層４６に対して
約１μｍのＡｕ−Ｎｉ膜４８を形成し、またｎ型層４３
に対して約６００ｎｍのＡｌ膜４９を形成し、夫々オー
ミック電極とした。
【００７５】このようにして形成された発光ダイオード
４０を約３５０μｍ角の大きさでダイシングした後、ラ
ンプ化した。このようにして形成された発光ダイオード
４０においては、先に述べた発光ダイオード１０と同程
度の発光強度、信頼性を有していた。
４０を約３５０μｍ角の大きさでダイシングした後、ラ
ンプ化した。このようにして形成された発光ダイオード
４０においては、先に述べた発光ダイオード１０と同程
度の発光強度、信頼性を有していた。
【００７６】かかる発光ダイオード４０における各層の
不純物濃度はｐ型ＧａＮ層４６中のＭｇ濃度のみが１×
１０20ｃｍ-3であり、ｎ型ＧａＮ層４３からｐ型ＡｌＧ
ａＮ層４５までに含まれるＳｉ、Ｚｎ、Ｍｇ濃度は２×
１０19ｃｍ-3であった。また、本発明の主旨であるｎ型
ＧａＮ層４３及びｎ型ＩｎＧａＮ層４４に含まれる水素
濃度５×１０18ｃｍ-3であるが、３×１０18ｃｍ-3から
１×１０20ｃｍ-3までの領域で、ｐ型ＡｌＧａＮ層４５
及びｐ型ＧａＮ層４６からのＭｇの拡散を抑制すること
ができた。これより少ない場合には、ｎ型層４３及び４
４へのＭｇの拡散が著しく、これらの層が補償効果によ
って絶縁層化する、或いはｐ型に変化してしまう現象が
見られた。一方、これより水素は多い場合にはキャリア
の要因となる不純物元素に対して水素が結合し、キャリ
ア不活性化の要因となった。従って、水素濃度が上記の
範囲３×１０18ｃｍ-3から１×１０20ｃｍ-3である必要
がある。更に望ましくは、３×１０18ｃｍ-3から１×１
０19ｃｍ-3程度の濃度である場合にその効果が顕著に現
われた。
不純物濃度はｐ型ＧａＮ層４６中のＭｇ濃度のみが１×
１０20ｃｍ-3であり、ｎ型ＧａＮ層４３からｐ型ＡｌＧ
ａＮ層４５までに含まれるＳｉ、Ｚｎ、Ｍｇ濃度は２×
１０19ｃｍ-3であった。また、本発明の主旨であるｎ型
ＧａＮ層４３及びｎ型ＩｎＧａＮ層４４に含まれる水素
濃度５×１０18ｃｍ-3であるが、３×１０18ｃｍ-3から
１×１０20ｃｍ-3までの領域で、ｐ型ＡｌＧａＮ層４５
及びｐ型ＧａＮ層４６からのＭｇの拡散を抑制すること
ができた。これより少ない場合には、ｎ型層４３及び４
４へのＭｇの拡散が著しく、これらの層が補償効果によ
って絶縁層化する、或いはｐ型に変化してしまう現象が
見られた。一方、これより水素は多い場合にはキャリア
の要因となる不純物元素に対して水素が結合し、キャリ
ア不活性化の要因となった。従って、水素濃度が上記の
範囲３×１０18ｃｍ-3から１×１０20ｃｍ-3である必要
がある。更に望ましくは、３×１０18ｃｍ-3から１×１
０19ｃｍ-3程度の濃度である場合にその効果が顕著に現
われた。
【００７７】（第５の実施の形態）図５は本発明の第５
の実施の形態に係る発光ダイオード５０の断面を示す。
第５の実施の形態が上述した４つの実施の形態と大きく
異なる点は基板にＳｉＣを使用した点である。各窒化物
半導体層における主たる不純物は、ＳｉＣ基板５１がＮ
（窒素）、ｎ型ＧａＮ層５３がＳｉ、ｎ型ＩｎＧａＮ発
光層５４がＳｉ及びＺｎ、クラッド層であるｐ型ＡｌＧ
ａＮ層５５及びｐ型ＧａＮ層５６がＭｇである。これら
の濃度については、上述４つの実施の形態と同様、ｎ型
ＩｎＧａＮ層５４中のＺｎ、ｐ型ＡｌＧａＮ層５５中の
Ｍｇについては２×１０19ｃｍ-3であり、ｐ型ＧａＮ層
５６中のＭｇについては１×１０20ｃｍ-3である。ま
た、Ｓｉについては、ｎ型層５３及び５４で１×１０19
ｃｍ-3程度、ｐ型層５５及び５６で８×１０16ｃｍ-3で
ある。その他の不純物としては、ｎ型ＧａＮ層５３から
ｐ型ＧａＮ層５６までの各層に夫々炭素が１×１０18ｃ
ｍ-3、酸素が１×１０18ｃｍ-3含まれている。
の実施の形態に係る発光ダイオード５０の断面を示す。
第５の実施の形態が上述した４つの実施の形態と大きく
異なる点は基板にＳｉＣを使用した点である。各窒化物
半導体層における主たる不純物は、ＳｉＣ基板５１がＮ
（窒素）、ｎ型ＧａＮ層５３がＳｉ、ｎ型ＩｎＧａＮ発
光層５４がＳｉ及びＺｎ、クラッド層であるｐ型ＡｌＧ
ａＮ層５５及びｐ型ＧａＮ層５６がＭｇである。これら
の濃度については、上述４つの実施の形態と同様、ｎ型
ＩｎＧａＮ層５４中のＺｎ、ｐ型ＡｌＧａＮ層５５中の
Ｍｇについては２×１０19ｃｍ-3であり、ｐ型ＧａＮ層
５６中のＭｇについては１×１０20ｃｍ-3である。ま
た、Ｓｉについては、ｎ型層５３及び５４で１×１０19
ｃｍ-3程度、ｐ型層５５及び５６で８×１０16ｃｍ-3で
ある。その他の不純物としては、ｎ型ＧａＮ層５３から
ｐ型ＧａＮ層５６までの各層に夫々炭素が１×１０18ｃ
ｍ-3、酸素が１×１０18ｃｍ-3含まれている。
【００７８】製造方法については、これまで述べてきた
４つの実施の形態と同様にＭＯＣＶＤ法を用いた。この
実施の形態でも第１及び第２の実施の形態と同様の効果
を奏することに加えて、結晶欠陥密度も非常に低減し、
発光ダイオード１０と比較して、発光強度について約２
倍、寿命について約３倍の性能向上をはかることができ
た。
４つの実施の形態と同様にＭＯＣＶＤ法を用いた。この
実施の形態でも第１及び第２の実施の形態と同様の効果
を奏することに加えて、結晶欠陥密度も非常に低減し、
発光ダイオード１０と比較して、発光強度について約２
倍、寿命について約３倍の性能向上をはかることができ
た。
【００７９】（第６の実施の形態）図６は本発明の第６
の実施の形態に係るレーザダイオード６０の断面を示
す。レーザダイオード６０は、サファイア基板６１を有
しており、そのサファイア基板上６１に順に、厚さ５０
ｎｍのＧａＮバッファ層６２、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ
層６３、厚さ５００ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ（Ａｌの組成
比０．３）層６４、厚さ１００ｎｍのアンドープＧａＮ
層６５、厚さ５００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ（Ａｌの組成
比０．３）層６６、厚さ３００ｎｍのｐ型ＧａＮ層６７
が形成されている。
の実施の形態に係るレーザダイオード６０の断面を示
す。レーザダイオード６０は、サファイア基板６１を有
しており、そのサファイア基板上６１に順に、厚さ５０
ｎｍのＧａＮバッファ層６２、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮ
層６３、厚さ５００ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ（Ａｌの組成
比０．３）層６４、厚さ１００ｎｍのアンドープＧａＮ
層６５、厚さ５００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ（Ａｌの組成
比０．３）層６６、厚さ３００ｎｍのｐ型ＧａＮ層６７
が形成されている。
【００８０】これらの各層の不純物濃度は、ｎ型ＧａＮ
層６３ではＳｉが２×１０19ｃｍ-3及びＭｇが５×１０
16ｃｍ-3、ｎ型ＡｌＧａＮ層６４ではＳｉが２×１０19
ｃｍ-3及びＭｇが８×１０16ｃｍ-3、アンドープＧａＮ
層６５ではＭｇが１×１０17ｃｍ-3、ｐ型ＡｌＧａＮ層
６６ではＭｇが３×１０19ｃｍ-3、ｐ型ＧａＮ層６７で
はＭｇが１×１０20ｃｍ-3である。
層６３ではＳｉが２×１０19ｃｍ-3及びＭｇが５×１０
16ｃｍ-3、ｎ型ＡｌＧａＮ層６４ではＳｉが２×１０19
ｃｍ-3及びＭｇが８×１０16ｃｍ-3、アンドープＧａＮ
層６５ではＭｇが１×１０17ｃｍ-3、ｐ型ＡｌＧａＮ層
６６ではＭｇが３×１０19ｃｍ-3、ｐ型ＧａＮ層６７で
はＭｇが１×１０20ｃｍ-3である。
【００８１】この素子の製造方法はこれまで示してきた
実施の形態と同様に行った。ｎ型ＧａＮ層６３からアン
ドープＧａＮ層６５までの各層には平坦な薄膜形成のた
めに上述した濃度でＭｇを添加した。かかるＭｇの濃度
は１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3で効果が見られ
た。これより少ない場合には平坦な薄膜が得られなかっ
た。一方、これより多い場合においてはｎ型層ではキャ
リア濃度に低減が見られ、更にＳｉを添加しなければな
らず、平坦な膜が得られにくくなった。このため、Ｍｇ
濃度は１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3が適当で、
１×１０16ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3の濃度であること
が望ましい。
実施の形態と同様に行った。ｎ型ＧａＮ層６３からアン
ドープＧａＮ層６５までの各層には平坦な薄膜形成のた
めに上述した濃度でＭｇを添加した。かかるＭｇの濃度
は１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3で効果が見られ
た。これより少ない場合には平坦な薄膜が得られなかっ
た。一方、これより多い場合においてはｎ型層ではキャ
リア濃度に低減が見られ、更にＳｉを添加しなければな
らず、平坦な膜が得られにくくなった。このため、Ｍｇ
濃度は１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3が適当で、
１×１０16ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3の濃度であること
が望ましい。
【００８２】（第７の実施の形態）図７は本発明の第７
の実施の形態に係る発光ダイオード７０の断面を示す。
発光ダイオード７０は、ａ面（（１１-2０）面）を主面
とするサファイア基板７１上に形成されたものである。
層構造はサファイア基板７１から順に、ＧａＮバッファ
層７２、ＺｎドープＧａＮ層７３、Ｓｉドープｎ型Ｇａ
Ｎ層７４、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層７５、Ｍｇドープｐ型
ＡｌＧａＮ層７６、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層７７であ
る。
の実施の形態に係る発光ダイオード７０の断面を示す。
発光ダイオード７０は、ａ面（（１１-2０）面）を主面
とするサファイア基板７１上に形成されたものである。
層構造はサファイア基板７１から順に、ＧａＮバッファ
層７２、ＺｎドープＧａＮ層７３、Ｓｉドープｎ型Ｇａ
Ｎ層７４、ｎ型ＩｎＧａＮ発光層７５、Ｍｇドープｐ型
ＡｌＧａＮ層７６、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層７７であ
る。
【００８３】ＧａＮバッファ層７２は厚さが０．１μｍ
であり、サファイア基板とＧａＮ層との格子不整合とを
緩和するためにある。ＧａＮ層７３は厚さが０．３μｍ
であり、本発明の主旨である２次元成長の促進をはかる
ためにＺｎを添加している。Ｚｎの濃度は１×１０15ｃ
ｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3が適当で、１×１０15ｃｍ-3〜
３×１０16ｃｍ-3の濃度であることが望ましい。Ｓｉド
ープｎ型ＧａＮ層７４は厚さが４μｍであり、発光層に
電子を注入するためにある。また、基板に絶縁物である
サファイアを用いているためにエッチングによってｎ型
層を露出させなければならないため、層７４は厚めに形
成している。層７４のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3
程度である。
であり、サファイア基板とＧａＮ層との格子不整合とを
緩和するためにある。ＧａＮ層７３は厚さが０．３μｍ
であり、本発明の主旨である２次元成長の促進をはかる
ためにＺｎを添加している。Ｚｎの濃度は１×１０15ｃ
ｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3が適当で、１×１０15ｃｍ-3〜
３×１０16ｃｍ-3の濃度であることが望ましい。Ｓｉド
ープｎ型ＧａＮ層７４は厚さが４μｍであり、発光層に
電子を注入するためにある。また、基板に絶縁物である
サファイアを用いているためにエッチングによってｎ型
層を露出させなければならないため、層７４は厚めに形
成している。層７４のキャリア濃度は２×１０18ｃｍ-3
程度である。
【００８４】ｎ型ＩｎＧａＮ発光層７５は厚さが０．３
μｍである。また、発光波長を４５０ｎｍ程度に合わせ
るため、Ｉｎの組成比は６％である場合には、ＳｉとＺ
ｎとを同時に添加している。Ｉｎ組成を３０％程度まで
上げた場合にはＳｉのみを添加することで発光波長を調
整することが可能である。
μｍである。また、発光波長を４５０ｎｍ程度に合わせ
るため、Ｉｎの組成比は６％である場合には、ＳｉとＺ
ｎとを同時に添加している。Ｉｎ組成を３０％程度まで
上げた場合にはＳｉのみを添加することで発光波長を調
整することが可能である。
【００８５】Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層７６は厚さが
０．２μｍであり、発光層に正孔を注入する働きをす
る。また、Ａｌの組成比については、電子のオーバーフ
ローを抑制するためには大きいことが望ましい一方、ｐ
型キャリア濃度を確保するためには組成比は小さい方が
望ましい。これらの条件の複合により、Ａｌの組成比は
５％から２５％までの範囲にあることが望ましく、更に
は１０％から２０％の間にあることがより望ましい。
０．２μｍであり、発光層に正孔を注入する働きをす
る。また、Ａｌの組成比については、電子のオーバーフ
ローを抑制するためには大きいことが望ましい一方、ｐ
型キャリア濃度を確保するためには組成比は小さい方が
望ましい。これらの条件の複合により、Ａｌの組成比は
５％から２５％までの範囲にあることが望ましく、更に
は１０％から２０％の間にあることがより望ましい。
【００８６】Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層７７は厚さが０．
２μｍであり、ＡｌＧａＮ層７６では良好なオーミック
接触をとることが困難であることから形成されたもので
ある。キャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3以上程度あるこ
とが望ましく、ここでは２×１０18ｃｍ-3と設定した。
また、ｐ型層７６及び７７にはエッチングの実現を考慮
してＳｉを微量添加した。
２μｍであり、ＡｌＧａＮ層７６では良好なオーミック
接触をとることが困難であることから形成されたもので
ある。キャリア濃度は１×１０18ｃｍ-3以上程度あるこ
とが望ましく、ここでは２×１０18ｃｍ-3と設定した。
また、ｐ型層７６及び７７にはエッチングの実現を考慮
してＳｉを微量添加した。
【００８７】オーミック電極としては、ｐｎ両方の層上
にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ３００ｎｍの積層構造７８を形成
し、良好なオーミック電極形成のための熱処理をほどこ
した後、ボンディング用として更にＴｉ５０ｎｍ、Ａｕ
２μｍの積層構造７９を形成した。このような発光ダイ
オード７０においては２０ｍＡで２ｃｄ程度の輝度を示
した。
にＮｉ２０ｎｍ、Ａｕ３００ｎｍの積層構造７８を形成
し、良好なオーミック電極形成のための熱処理をほどこ
した後、ボンディング用として更にＴｉ５０ｎｍ、Ａｕ
２μｍの積層構造７９を形成した。このような発光ダイ
オード７０においては２０ｍＡで２ｃｄ程度の輝度を示
した。
【００８８】本発明は上記実施の形態に限定されるもの
ではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。上記実施の形態では発光素子につ
いて説明したが、上記実施の形態で説明した膜をチャネ
ル領域に使用した薄膜トランジスタやエミッタ、ベー
ス、コレクタに使ったヘテロ接合型バイポーラトランジ
スタ等も実現することができる。この場合結晶性が向上
した膜でトランジスタを形成できることから高速動作の
可能なデバイスの提供を期待できる。
ではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。上記実施の形態では発光素子につ
いて説明したが、上記実施の形態で説明した膜をチャネ
ル領域に使用した薄膜トランジスタやエミッタ、ベー
ス、コレクタに使ったヘテロ接合型バイポーラトランジ
スタ等も実現することができる。この場合結晶性が向上
した膜でトランジスタを形成できることから高速動作の
可能なデバイスの提供を期待できる。
【００８９】
【発明の効果】本発明によれば、各々の窒化物系化合物
半導体層中に炭素、珪素などの原子を含むことにより、
窒化物系化合物半導体結晶において、結晶成長、窒素空
孔、エッチング、及び不純物拡散といった諸問題が解決
され、良質で扱いやすい結晶を得ることができる。更
に、発光素子の発光強度や信頼性を向上させることがで
きる。
半導体層中に炭素、珪素などの原子を含むことにより、
窒化物系化合物半導体結晶において、結晶成長、窒素空
孔、エッチング、及び不純物拡散といった諸問題が解決
され、良質で扱いやすい結晶を得ることができる。更
に、発光素子の発光強度や信頼性を向上させることがで
きる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の構
造断面図。
造断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の構
造断面図。
造断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の構
造断面図。
造断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る発光素子の構
造断面図。
造断面図。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る発光素子の構
造断面図。
造断面図。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る発光素子の構
造断面図。
造断面図。
【図７】本発明の第７の実施の形態に係る発光素子の構
造断面図。
造断面図。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の製
造方法における降温時の操作を説明するための図。
造方法における降温時の操作を説明するための図。
１１、２１、６１、７１…サファイア基板、３１…Ａｌ
Ｎ基板、５１…ＳｉＣ基板、１２、２２、４２、６２、
７２…バッファ層、１３、２３、４３、５３、６３、７
４…ｎ型ＧａＮ層、３３…ＡｌＧａＮ層、１４、２４、
４４、５４、７５…ｎ型ＩｎＧａＮ発光層、３４…Ｇａ
Ｎ発光層、１５、２５、３５、４５、５５、６６、７６
…ｐ型ＡｌＧａＮ層、１６、２６、３６、４６、５６、
６７、７７…ｐ型ＧａＮ層、６４…ｎ型ＡｌＧａＮ層、
６５…アンドープＧａＮ層、７３…ＺｎドープＧａＮ
層。
Ｎ基板、５１…ＳｉＣ基板、１２、２２、４２、６２、
７２…バッファ層、１３、２３、４３、５３、６３、７
４…ｎ型ＧａＮ層、３３…ＡｌＧａＮ層、１４、２４、
４４、５４、７５…ｎ型ＩｎＧａＮ発光層、３４…Ｇａ
Ｎ発光層、１５、２５、３５、４５、５５、６６、７６
…ｐ型ＡｌＧａＮ層、１６、２６、３６、４６、５６、
６７、７７…ｐ型ＧａＮ層、６４…ｎ型ＡｌＧａＮ層、
６５…アンドープＧａＮ層、７３…ＺｎドープＧａＮ
層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 秀人 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝堀川町工場内 (72)発明者 国分 義弘 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 山本 雅裕 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (6)
- 【請求項１】結晶基板と、前記基板に支持されるように
気相成長により形成された、ｎ型若しくはｉ型の窒化物
系化合物からなる半導体膜と、を具備し、前記半導体膜
が、その３次元成長から２次元成長への移行を早めるた
め、１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3のマグネシウ
ム若しくは１×１０15ｃｍ-3〜１×１０17ｃｍ-3の亜鉛
を含有することを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項２】結晶基板と、前記基板に支持されるように
気相成長により形成された、窒化物系化合物からなる半
導体膜と、を具備し、前記半導体膜が、その窒素空孔を
埋めるため、１×１０16ｃｍ-3〜５×１０17ｃｍ-3の炭
素、１×１０18ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3の酸素、１×
１０16ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3のセレン、若しくは１
×１０16ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3の硫黄を含有するこ
とを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項３】結晶基板と、前記基板に支持されるように
気相成長により形成され、且つマグネシウムを含有す
る、ｐ型若しくはｉ型の窒化物系化合物からなる半導体
膜を具備し、前記半導体膜が、そのエッチングを容易に
するため、１×１０16ｃｍ-3〜８×１０17ｃｍ-3の珪素
を含有することを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項４】結晶基板と、前記基板に支持され且つ互い
に積層された第１及び第２半導体膜を具備し、第１半導
体膜が気相成長により形成されたｎ型若しくはｉ型の窒
化物系化合物からなり、前記第２半導体膜がマグネシウ
ムを含有するｐ型若しくはｉ型の窒化物系化合物からな
り、前記第１半導体膜が、前記第２半導体膜からのマグ
ネシウムの拡散を防止するため、３×１０18ｃｍ-3〜１
×１０20ｃｍ-3の水素を含有することを特徴とする化合
物半導体装置。 - 【請求項５】前記半導体装置が、夫々が窒化物系化合物
からなり且つ前記基板に支持された発光ダイオードを構
成する複数の半導体膜を具備し、前記半導体膜は前記複
数の半導体膜に含まれることを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の化合物半導体装置。 - 【請求項６】前記複数の半導体膜の夫々が、ＧａＮ、Ｉ
ｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮからなる群から選択された材
料からなることを特徴とする請求項５に記載の化合物半
導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22181695A JP3761935B2 (ja) | 1994-09-19 | 1995-08-30 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22277394 | 1994-09-19 | ||
| JP6-222773 | 1994-09-19 | ||
| JP22181695A JP3761935B2 (ja) | 1994-09-19 | 1995-08-30 | 化合物半導体装置 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001345191A Division JP3722426B2 (ja) | 1994-09-19 | 2001-11-09 | 化合物半導体装置 |
| JP2002333708A Division JP3735601B2 (ja) | 1994-09-19 | 2002-11-18 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08148718A true JPH08148718A (ja) | 1996-06-07 |
| JP3761935B2 JP3761935B2 (ja) | 2006-03-29 |
Family
ID=26524521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22181695A Expired - Lifetime JP3761935B2 (ja) | 1994-09-19 | 1995-08-30 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3761935B2 (ja) |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10294490A (ja) * | 1997-04-17 | 1998-11-04 | Toshiba Electron Eng Corp | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体、その製造方法および青色発光素子 |
| JPH11112109A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-04-23 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| US5932896A (en) * | 1996-09-06 | 1999-08-03 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Nitride system semiconductor device with oxygen |
| JP2001148545A (ja) * | 1999-09-09 | 2001-05-29 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法 |
| WO2001013435A3 (en) * | 1999-08-17 | 2001-07-12 | Honeywell Inc | High gain gan/algan heterojunction phototransistor |
| JP2001298214A (ja) * | 2000-02-10 | 2001-10-26 | Sharp Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US6815730B2 (en) | 2001-01-31 | 2004-11-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride-based semiconductor light-emitting device |
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