JPH09129929A - 青色発光素子及びその製造方法 - Google Patents
青色発光素子及びその製造方法Info
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- JPH09129929A JPH09129929A JP23067996A JP23067996A JPH09129929A JP H09129929 A JPH09129929 A JP H09129929A JP 23067996 A JP23067996 A JP 23067996A JP 23067996 A JP23067996 A JP 23067996A JP H09129929 A JPH09129929 A JP H09129929A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造工程の短縮された窒化ガリウム系青色発
光素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 第１の導電型の不純物が添加された第１
の窒化ガリウム系半導体層と、実質的に真正な窒化ガリ
ウム系半導体活性層と、前記第１の導電型とは反対の第
２の導電型の不純物が添加された第２の窒化ガリウム系
半導体層が積層され、前記第１及び第２の窒化ガリウム
系半導体層及び前記窒化ガリウム系半導体活性層は、熱
ＣＶＤで形成された後不活性ガス中で自然放冷される。
光素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 第１の導電型の不純物が添加された第１
の窒化ガリウム系半導体層と、実質的に真正な窒化ガリ
ウム系半導体活性層と、前記第１の導電型とは反対の第
２の導電型の不純物が添加された第２の窒化ガリウム系
半導体層が積層され、前記第１及び第２の窒化ガリウム
系半導体層及び前記窒化ガリウム系半導体活性層は、熱
ＣＶＤで形成された後不活性ガス中で自然放冷される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、窒化ガリウム系
化合物半導体を用いた青色発光素子及びその製造方法に
関する。
化合物半導体を用いた青色発光素子及びその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌＮ
といった、窒化ガリウム系化合物半導体が、青色発光ダ
イオード（ＬＥＤ）や青色レーザーダイオード（ＬＤ）
の材料として、注目されている。この化合物半導体を使
うことによって、これまで困難であった十分な強度の青
色光を発することが可能となってきた。
といった、窒化ガリウム系化合物半導体が、青色発光ダ
イオード（ＬＥＤ）や青色レーザーダイオード（ＬＤ）
の材料として、注目されている。この化合物半導体を使
うことによって、これまで困難であった十分な強度の青
色光を発することが可能となってきた。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体を使った青色
発光素子としては、例えば、特開平４ー３２１２８０そ
の他に幾つか提案されている。図７に、このような従来
のＬＥＤの基本構造を示す。すなわち、青色発光素子２
は、サファイヤ基板２００の上にバッファ層２０１を介
して積層されたＮ型ＧａＮ半導体層２０２、Ｐ型ＧａＮ
半導体層２０３からなっている。これらＮ型ＧａＮ半導
体層２０２、Ｐ型ＧａＮ半導体層２０３間の空乏層に、
キャリアを注入することによって発光を行うことができ
る。
発光素子としては、例えば、特開平４ー３２１２８０そ
の他に幾つか提案されている。図７に、このような従来
のＬＥＤの基本構造を示す。すなわち、青色発光素子２
は、サファイヤ基板２００の上にバッファ層２０１を介
して積層されたＮ型ＧａＮ半導体層２０２、Ｐ型ＧａＮ
半導体層２０３からなっている。これらＮ型ＧａＮ半導
体層２０２、Ｐ型ＧａＮ半導体層２０３間の空乏層に、
キャリアを注入することによって発光を行うことができ
る。
【０００４】このような青色発光素子を製造するには、
先ずＣＶＤ等でサファイヤ基板を結晶成長させ、その上
に各層を形成する窒化ガリウムの半導体を積層してい
く。その後、適当な大きさに切り分けて個々のチップを
分離する。最後に、そのチップをワイヤーフレームに接
続し、必要な配線を行って製品にする。
先ずＣＶＤ等でサファイヤ基板を結晶成長させ、その上
に各層を形成する窒化ガリウムの半導体を積層してい
く。その後、適当な大きさに切り分けて個々のチップを
分離する。最後に、そのチップをワイヤーフレームに接
続し、必要な配線を行って製品にする。
【０００５】一方、不活性ガス中での自然冷却工程は、
特開平８−１２５２２２号公報に記述がある。しかしな
がら、本公報に記載されているような室温までの雰囲気
を不活性ガスに置換するためには、公報に記載されてい
るとおり反応管中を高温状態のまま真空に排気しなけれ
ばならない。このような工程では、基板が成長が生じる
程度の高温であるため、排気の際に成長した結晶が再蒸
発してしまい、成長した結晶が残らない、あるいは結晶
の膜厚が減少してしまうという問題点があった。
特開平８−１２５２２２号公報に記述がある。しかしな
がら、本公報に記載されているような室温までの雰囲気
を不活性ガスに置換するためには、公報に記載されてい
るとおり反応管中を高温状態のまま真空に排気しなけれ
ばならない。このような工程では、基板が成長が生じる
程度の高温であるため、排気の際に成長した結晶が再蒸
発してしまい、成長した結晶が残らない、あるいは結晶
の膜厚が減少してしまうという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の窒化
ガリウム系青色発光素子では、半導体に導入した不純物
は積層しただけでは、十分に活性化されていない。従っ
て、後工程として、熱アニールを行う必要があった。
ガリウム系青色発光素子では、半導体に導入した不純物
は積層しただけでは、十分に活性化されていない。従っ
て、後工程として、熱アニールを行う必要があった。
【０００７】このような熱アニール工程を設けること
は、工程数や処理時間を増加させるだけでなく、６００
℃以上という高温に窒化ガリウム半導体を長時間晒すこ
とになるので、結晶からの窒素の抜けや、表面モホロジ
ーの悪化につながる。従って、窒素の抜けによる半導体
特性の変化や、表面モホロジーの悪化によって、青色発
光特性や歩留まりの向上が困難となっている。
は、工程数や処理時間を増加させるだけでなく、６００
℃以上という高温に窒化ガリウム半導体を長時間晒すこ
とになるので、結晶からの窒素の抜けや、表面モホロジ
ーの悪化につながる。従って、窒素の抜けによる半導体
特性の変化や、表面モホロジーの悪化によって、青色発
光特性や歩留まりの向上が困難となっている。
【０００８】従って、本発明の目的は、製造工程の少な
い窒化ガリウム系青色発光素子及びその製造方法を提供
することである。
い窒化ガリウム系青色発光素子及びその製造方法を提供
することである。
【０００９】本発明の他の目的は、歩留まりのよい窒化
ガリウム系青色発光素子及びその製造方法を提供するこ
とである。
ガリウム系青色発光素子及びその製造方法を提供するこ
とである。
【００１０】本発明の更に他の目的は、量産に適した窒
化ガリウム系青色発光素子及びその製造方法を提供する
ことである。
化ガリウム系青色発光素子及びその製造方法を提供する
ことである。
【００１１】本発明の更に他の目的は、発光強度が大き
く消費電力の小さい窒化ガリウム系青色発光素子及びそ
の製造方法を提供することである。
く消費電力の小さい窒化ガリウム系青色発光素子及びそ
の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する為
に、本発明による青色発光素子は、第１の導電型の不純
物が添加された第１の窒化ガリウム系半導体層と、実質
的に真正な窒化ガリウム系半導体活性層と、前記第１の
導電型とは反対の第２の導電型の不純物が添加された第
２の窒化ガリウム系半導体層が積層されている。そし
て、前記第１及び第２の窒化ガリウム系半導体層及び前
記窒化ガリウム系半導体活性層は、熱ＣＶＤで形成され
た後不活性ガス中で自然放冷され、添加された不純物の
７％以上が活性化されている。
に、本発明による青色発光素子は、第１の導電型の不純
物が添加された第１の窒化ガリウム系半導体層と、実質
的に真正な窒化ガリウム系半導体活性層と、前記第１の
導電型とは反対の第２の導電型の不純物が添加された第
２の窒化ガリウム系半導体層が積層されている。そし
て、前記第１及び第２の窒化ガリウム系半導体層及び前
記窒化ガリウム系半導体活性層は、熱ＣＶＤで形成され
た後不活性ガス中で自然放冷され、添加された不純物の
７％以上が活性化されている。
【００１３】又、本発明による青色発光素子の製造方法
によれば、第１の導電型の不純物が添加された第１の窒
化ガリウム系半導体層と、実質的に真正な窒化ガリウム
系半導体活性層と、前記第１の導電型とは反対の第２の
導電型の不純物が添加された第２の窒化ガリウム系半導
体層とを、真空チャンバ内で熱ＣＶＤで形成した後、不
活性ガス中で自然放冷される。
によれば、第１の導電型の不純物が添加された第１の窒
化ガリウム系半導体層と、実質的に真正な窒化ガリウム
系半導体活性層と、前記第１の導電型とは反対の第２の
導電型の不純物が添加された第２の窒化ガリウム系半導
体層とを、真空チャンバ内で熱ＣＶＤで形成した後、不
活性ガス中で自然放冷される。
【００１４】以上のような構成により、本発明によれ
ば、熱アニール工程を必要とせず、製造工程が簡略さ
れ、歩留まりが向上する。又、本発明によれば、発光強
度が大きく消費電力の小さい窒化ガリウム系化合物半導
体青色発光素が実現する。
ば、熱アニール工程を必要とせず、製造工程が簡略さ
れ、歩留まりが向上する。又、本発明によれば、発光強
度が大きく消費電力の小さい窒化ガリウム系化合物半導
体青色発光素が実現する。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明による窒
化ガリウム系化合物半導体青色発光ダイオードの製造方
法を説明する。
化ガリウム系化合物半導体青色発光ダイオードの製造方
法を説明する。
【００１６】窒化ガリウム系化合物半導体青色発光ダイ
オード１は、サファイヤ基板１００の上に、窒化ガリウ
ム系半導体バッファ層１０１、窒化ガリウム系Ｎ型半導
体コンタクト層１０２が形成され、その上に、窒化ガリ
ウム系Ｎ型半導体クラッド層１０３、窒化ガリウム系半
導体活性層１０４、窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッド
層１０５、窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層１０
６及び窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタクト層１０２に
接続した電極１０８と窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッ
ド層１０５に接続した電極１０７が形成されている。
オード１は、サファイヤ基板１００の上に、窒化ガリウ
ム系半導体バッファ層１０１、窒化ガリウム系Ｎ型半導
体コンタクト層１０２が形成され、その上に、窒化ガリ
ウム系Ｎ型半導体クラッド層１０３、窒化ガリウム系半
導体活性層１０４、窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッド
層１０５、窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層１０
６及び窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタクト層１０２に
接続した電極１０８と窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッ
ド層１０５に接続した電極１０７が形成されている。
【００１７】本発明では、窒化ガリウム系半導体とし
て、ＩｎＡｌＧａＮ化合物半導体を用いた。これは、そ
の組成を調整することで、広範囲の青色発光を実現する
ことができる。以下に具体的な組成の例を記載する。こ
こでは、ＩｎＡｌＧａＮ化合物半導体の各成分比を表す
ために、Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎという表記を
使う。ここで、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 と、x +
y ≦ 1 が満たされている。
て、ＩｎＡｌＧａＮ化合物半導体を用いた。これは、そ
の組成を調整することで、広範囲の青色発光を実現する
ことができる。以下に具体的な組成の例を記載する。こ
こでは、ＩｎＡｌＧａＮ化合物半導体の各成分比を表す
ために、Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎという表記を
使う。ここで、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 と、x +
y ≦ 1 が満たされている。
【００１８】窒化ガリウム系Ｎ型半導体バッファ層１０
１は、窒化ガリウム系半導体コンタクト層１０２と、サ
ファイヤ基板１００との格子間の不整合を緩和するもの
である。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメー
タの値は、例えば、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好まし
くは、0 ≦ x ≦ 0.5、0 ≦ y ≦ 0.5 に選ばれる。
１は、窒化ガリウム系半導体コンタクト層１０２と、サ
ファイヤ基板１００との格子間の不整合を緩和するもの
である。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメー
タの値は、例えば、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好まし
くは、0 ≦ x ≦ 0.5、0 ≦ y ≦ 0.5 に選ばれる。
【００１９】窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタクト層１
０２は、電極１０８へのコンタクト面を設けるためのも
のである。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメ
ータの値は、窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタクト層１
０２の場合、例えば、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ま
しくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3 に選ばれ
る。やはり、Ｎ型とするために、シリコンやセレンとい
った不純物が添加されているが、その不純物濃度は、6
x 1018cm-3である。
０２は、電極１０８へのコンタクト面を設けるためのも
のである。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメ
ータの値は、窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタクト層１
０２の場合、例えば、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ま
しくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3 に選ばれ
る。やはり、Ｎ型とするために、シリコンやセレンとい
った不純物が添加されているが、その不純物濃度は、6
x 1018cm-3である。
【００２０】窒化ガリウム系Ｎ型半導体クラッド層１０
３は、発光領域を形成するＰＩＮ接合のＮ側を構成す
る。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメータの
値は、発光させたい波長によって適宜調整されるが、例
えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y≦ 1 好ましくは、0 ≦ x
≦ 0.3、0.1 ≦ y ≦ 1 に選ばれる。又、やはり、
Ｎ型とするために、シリコンやセレンといった不純物が
添加されているが、その不純物濃度は、3 x 1018cm-3で
ある。
３は、発光領域を形成するＰＩＮ接合のＮ側を構成す
る。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメータの
値は、発光させたい波長によって適宜調整されるが、例
えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y≦ 1 好ましくは、0 ≦ x
≦ 0.3、0.1 ≦ y ≦ 1 に選ばれる。又、やはり、
Ｎ型とするために、シリコンやセレンといった不純物が
添加されているが、その不純物濃度は、3 x 1018cm-3で
ある。
【００２１】窒化ガリウム系半導体活性層１０４は、発
光領域の中心となる領域を形成する実質的に真正半導体
の層である。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラ
メータの値は、発光させたい波長によって適宜調整され
るが、例えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましく
は、0 ≦ x≦ 0.6、0 ≦ y≦ 0.5に選ばれる。
光領域の中心となる領域を形成する実質的に真正半導体
の層である。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラ
メータの値は、発光させたい波長によって適宜調整され
るが、例えば、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましく
は、0 ≦ x≦ 0.6、0 ≦ y≦ 0.5に選ばれる。
【００２２】窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッド層１０
５は、発光領域を形成するＰＩＮ接合のＰ側を構成す
る。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメータの
値は、窒化ガリウム系Ｎ型半導体クラッド層１０３及び
窒化ガリウム系半導体活性層１０４との関係で、発光さ
せたい波長によって適宜調整されるが、例えば、0 ≦ x
≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0.
1 ≦ y ≦ 1.0 に選ばれる。又、Ｐ型とするために、
マグネシューム、ベリリューム、亜鉛といった不純物が
添加されている。不純物濃度は、3 x 1018cm-3である。
５は、発光領域を形成するＰＩＮ接合のＰ側を構成す
る。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメータの
値は、窒化ガリウム系Ｎ型半導体クラッド層１０３及び
窒化ガリウム系半導体活性層１０４との関係で、発光さ
せたい波長によって適宜調整されるが、例えば、0 ≦ x
≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ましくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0.
1 ≦ y ≦ 1.0 に選ばれる。又、Ｐ型とするために、
マグネシューム、ベリリューム、亜鉛といった不純物が
添加されている。不純物濃度は、3 x 1018cm-3である。
【００２３】窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層１
０６は、電極１０７へのコンタクト面を設けるためのも
のである。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメ
ータの値は、窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタクト層１
０２の場合、例えば、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ま
しくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3 に選ばれ
る。又、Ｐ型とするために、やはりマグネシューム、ベ
リリューム、亜鉛といった不純物が添加されている。不
純物濃度は、8 x 1018cm-3である。
０６は、電極１０７へのコンタクト面を設けるためのも
のである。Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1-x-y) Ｎの各パラメ
ータの値は、窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタクト層１
０２の場合、例えば、0 ≦ x≦ 1、0 ≦ y ≦ 1 好ま
しくは、0 ≦ x ≦ 0.3、0 ≦ y ≦ 0.3 に選ばれ
る。又、Ｐ型とするために、やはりマグネシューム、ベ
リリューム、亜鉛といった不純物が添加されている。不
純物濃度は、8 x 1018cm-3である。
【００２４】電極１０７は、窒化ガリウム系半導体活性
層１０４の発光にたいして透明な電極である。具体的に
は、ＩＴＯ（インジューム・チン・オキサイド）のよう
な金属と酸素の化合物から形成されるが、Ａｌ、Ｎｉ等
の金属を十分薄く形成してもよい。
層１０４の発光にたいして透明な電極である。具体的に
は、ＩＴＯ（インジューム・チン・オキサイド）のよう
な金属と酸素の化合物から形成されるが、Ａｌ、Ｎｉ等
の金属を十分薄く形成してもよい。
【００２５】電極１０８は、もう一方の電極であるが、
特に透明である必要はない。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ
等の金属で形成してもよい。
特に透明である必要はない。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ
等の金属で形成してもよい。
【００２６】以上の設定では、Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(1
-x-y) Ｎの各パラメータの値は、窒化ガリウム系Ｎ型半
導体クラッド層１０３及び窒化ガリウム系Ｐ型半導体ク
ラッド層１０５のバンドギャップが、窒化ガリウム系半
導体活性層１０４のバンドギャップよりも大きくなるよ
う決められている。このようにすることによって、窒化
ガリウム系半導体活性層１０４へ注入されるキャリアの
量を多くし、発光強度を更に向上させることができる。
-x-y) Ｎの各パラメータの値は、窒化ガリウム系Ｎ型半
導体クラッド層１０３及び窒化ガリウム系Ｐ型半導体ク
ラッド層１０５のバンドギャップが、窒化ガリウム系半
導体活性層１０４のバンドギャップよりも大きくなるよ
う決められている。このようにすることによって、窒化
ガリウム系半導体活性層１０４へ注入されるキャリアの
量を多くし、発光強度を更に向上させることができる。
【００２７】これらの窒化ガリウム系半導体の積層体
は、サファイヤ基板の上に熱ＣＶＤ等で形成される。図
２に、ＣＶＤ装置の概略を示す。この装置は、真空チャ
ンバ２０と、その中に設けられた基板ホルダ２１と、反
応ガス導入管２２と、排気管２３と、基板ホルダ２１に
置かれた基板を加熱する高周波コイル（図不示）とから
なっている。
は、サファイヤ基板の上に熱ＣＶＤ等で形成される。図
２に、ＣＶＤ装置の概略を示す。この装置は、真空チャ
ンバ２０と、その中に設けられた基板ホルダ２１と、反
応ガス導入管２２と、排気管２３と、基板ホルダ２１に
置かれた基板を加熱する高周波コイル（図不示）とから
なっている。
【００２８】先ず、基板ホルダ２１にサファイヤ基板１
００を載置し、真空チャンバ２０内を７６０から１Ｔｏ
ｒｒまで排気する。その後、高周波加熱を開始すると共
に、有機金属を含む反応ガスを導入する。反応ガスとし
ては、例えば、Ga(CH 3 ) 3、In(CH 3 ) 3 、Al(CH 3 )
3 及び NH 3 で、水素や窒素等からなるキャリアガス
と共に導入される。反応圧力は、約７６０Ｔｏｒｒであ
る。
００を載置し、真空チャンバ２０内を７６０から１Ｔｏ
ｒｒまで排気する。その後、高周波加熱を開始すると共
に、有機金属を含む反応ガスを導入する。反応ガスとし
ては、例えば、Ga(CH 3 ) 3、In(CH 3 ) 3 、Al(CH 3 )
3 及び NH 3 で、水素や窒素等からなるキャリアガス
と共に導入される。反応圧力は、約７６０Ｔｏｒｒであ
る。
【００２９】このようにして、窒化ガリウム系半導体の
形成が行われる。その際、反応ガスの夫々の成分比率を
切り替えて、各層の成分比を調節する。又、不純物を添
加するために、適宜 SiH4 やCP2 M g 等を導入する。
形成が行われる。その際、反応ガスの夫々の成分比率を
切り替えて、各層の成分比を調節する。又、不純物を添
加するために、適宜 SiH4 やCP2 M g 等を導入する。
【００３０】図３を参照して、窒化ガリウム系半導体を
形成する際の、真空チャンバ２０内の温度変化を説明す
る。先ず、基板温度を、１０００乃至１４００℃例えば
１２００℃に上げて、窒化ガリウム系半導体バッファ層
を形成する。その後、温度を５０℃乃至２００℃分、即
ち８００乃至１２００℃迄下げる。例えば１２００℃の
場合、１１００℃まで下げて、適当な不純物を添加した
Ｎ型コンタクト層やＮ型クラッド層を形成する。活性層
の形成では、温度を更に３００℃から６００℃分下げ
る。即ち、１１００℃の場合、そこから例えば６００℃
から９００℃まで下げる。最後に、基板温度を再び最初
の温度、例えば１１００℃に上げて、Ｐ型クラッド層や
Ｐ型コンタクト層を形成して必要な積層体が完成する。
形成する際の、真空チャンバ２０内の温度変化を説明す
る。先ず、基板温度を、１０００乃至１４００℃例えば
１２００℃に上げて、窒化ガリウム系半導体バッファ層
を形成する。その後、温度を５０℃乃至２００℃分、即
ち８００乃至１２００℃迄下げる。例えば１２００℃の
場合、１１００℃まで下げて、適当な不純物を添加した
Ｎ型コンタクト層やＮ型クラッド層を形成する。活性層
の形成では、温度を更に３００℃から６００℃分下げ
る。即ち、１１００℃の場合、そこから例えば６００℃
から９００℃まで下げる。最後に、基板温度を再び最初
の温度、例えば１１００℃に上げて、Ｐ型クラッド層や
Ｐ型コンタクト層を形成して必要な積層体が完成する。
【００３１】本発明では、この後、真空チャンバ２０内
部の反応ガスを、不活性ガスで完全に置き換える。不活
性ガスとしては、窒素を用いるのが好ましいが、He、Ar
等他の不活性ガスを用いてもよい。
部の反応ガスを、不活性ガスで完全に置き換える。不活
性ガスとしては、窒素を用いるのが好ましいが、He、Ar
等他の不活性ガスを用いてもよい。
【００３２】真空チャンバ２０が不活性ガスで満たされ
た後、内部の圧力を６００乃至９００Ｔｏｒｒ例えば７
６０Ｔｏｒｒに調整し、そのままの状態で、２時間から
３時間程度放置する。すると、基板温度が、室温のレベ
ル（例えば約２５℃）まで下がるので、サファイヤ基板
を真空チャンバ２０から取り出す。
た後、内部の圧力を６００乃至９００Ｔｏｒｒ例えば７
６０Ｔｏｒｒに調整し、そのままの状態で、２時間から
３時間程度放置する。すると、基板温度が、室温のレベ
ル（例えば約２５℃）まで下がるので、サファイヤ基板
を真空チャンバ２０から取り出す。
【００３３】以上のように真空チャンバ２０から取り出
されたサファイヤ基板は、そのままダイアモンドカッタ
ーで、適当な大きさに切り分けて多数のチップを得る。
そのチップで、青色発光素子を作成すると、十分な強度
の発光が見られるので、後処理としての熱アニールが不
要であることが分かる。
されたサファイヤ基板は、そのままダイアモンドカッタ
ーで、適当な大きさに切り分けて多数のチップを得る。
そのチップで、青色発光素子を作成すると、十分な強度
の発光が見られるので、後処理としての熱アニールが不
要であることが分かる。
【００３４】本発明では、真空チャンバ２０から取り出
されたサファイヤ基板に、後処理としての熱アニールを
行なう必要がなく工程が簡略化され、製造にかかわる時
間も短縮される。しかし、形成された素子自体も、従来
に比較して発光強度が大きくなる傾向がある。
されたサファイヤ基板に、後処理としての熱アニールを
行なう必要がなく工程が簡略化され、製造にかかわる時
間も短縮される。しかし、形成された素子自体も、従来
に比較して発光強度が大きくなる傾向がある。
【００３５】この理由は、次のように考えられる。すな
わち、従来の方法では、不純物を活性化するために、熱
アニールを行っているが、実測してみると実際に活性化
されるのは、添加された不純物の約１％に過ぎないこと
が分かっている。残りの９９％は無駄になるだけでな
く、格子欠陥を作り、キャリアのトラップ中心となって
しまう。従って、注入されたキャリアのかなりの部分
は、そこに捕獲されてしまい、有効な発光を行なうこと
ができない。
わち、従来の方法では、不純物を活性化するために、熱
アニールを行っているが、実測してみると実際に活性化
されるのは、添加された不純物の約１％に過ぎないこと
が分かっている。残りの９９％は無駄になるだけでな
く、格子欠陥を作り、キャリアのトラップ中心となって
しまう。従って、注入されたキャリアのかなりの部分
は、そこに捕獲されてしまい、有効な発光を行なうこと
ができない。
【００３６】これに対して、本発明のような方法では、
実測してみると実際に活性化されるのは、添加された不
純物の少なくとも７％以上、通常は約１０％あり、キャ
リア自体の量が非常に多い。更に、抵抗も減るので、低
消費電力の素子が実現できる。
実測してみると実際に活性化されるのは、添加された不
純物の少なくとも７％以上、通常は約１０％あり、キャ
リア自体の量が非常に多い。更に、抵抗も減るので、低
消費電力の素子が実現できる。
【００３７】図４は本発明の別の実施形態である発光ダ
イオード５００の構造断面図である。この構造断面図を
用いながら、発光ダイオード５００の製造方法を順に説
明する。
イオード５００の構造断面図である。この構造断面図を
用いながら、発光ダイオード５００の製造方法を順に説
明する。
【００３８】まず、有機洗浄および酸洗浄をほどこした
ｃ面を主面としたサファイア基板５０１をＭＯＣＶＤ装
置内の加熱可能なサセプタ上に載置する。この場合の加
熱方法は、抵抗体ヒーターによってもよいし、誘導加熱
による方法も可能である。
ｃ面を主面としたサファイア基板５０１をＭＯＣＶＤ装
置内の加熱可能なサセプタ上に載置する。この場合の加
熱方法は、抵抗体ヒーターによってもよいし、誘導加熱
による方法も可能である。
【００３９】このサファイア基板５０１に水素を１０Ｌ
／分流しながら、１１００℃、１０分程度の熱処理を加
え、基板表面の加工ダメージおよび酸化物を除去した。
／分流しながら、１１００℃、１０分程度の熱処理を加
え、基板表面の加工ダメージおよび酸化物を除去した。
【００４０】次に、温度を５５０℃まで低下させて、水
素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ
／分、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を２５ｃｃ／分で
４分間供給して、厚さ３０ｎｍのＧａＮバッファ層５０
２を形成した。
素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ
／分、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を２５ｃｃ／分で
４分間供給して、厚さ３０ｎｍのＧａＮバッファ層５０
２を形成した。
【００４１】次に、ＴＭＧの供給を停止し、５０℃／分
以下の速度で１１００℃まで昇温した。この時の昇温速
度が５０℃より大きいと、バッファ層５０２の表面があ
れ、単結晶層の表面に凸凹が生じる。
以下の速度で１１００℃まで昇温した。この時の昇温速
度が５０℃より大きいと、バッファ層５０２の表面があ
れ、単結晶層の表面に凸凹が生じる。
【００４２】次に、温度を１１００℃で保持し、水素を
１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分で６０分間供給して、窒化
ガリウム系単結晶半導体（ＧａＮ）のバツファ層５０３
を厚さ１．８μｍで成長した。
１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分で６０分間供給して、窒化
ガリウム系単結晶半導体（ＧａＮ）のバツファ層５０３
を厚さ１．８μｍで成長した。
【００４３】次に、温度を１１００℃で保持したまま、
原料ガスにシランガス１０ｃｃ／分を加えてさらに１３
０分間供給して、Ｎ型ＧａＮコンタクト兼注入層５０４
を厚さ４μｍで形成した。
原料ガスにシランガス１０ｃｃ／分を加えてさらに１３
０分間供給して、Ｎ型ＧａＮコンタクト兼注入層５０４
を厚さ４μｍで形成した。
【００４４】次に、ＴＭＧ、シランガスおよび水素の供
給を停止して７８０℃まで降温した。
給を停止して７８０℃まで降温した。
【００４５】次に、温度を７８０℃で保持したまま、窒
素を２０Ｌ／分、水素を１００ｃｃ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分、ＴＭＧを１２ｃｃ／分、ＴＭＩ（トリメチ
ルインジウム）を１５０ｃｃ／分、シランガスを３ｃｃ
／分、ＤＭＺ（ジメチルジンク）を２０ｃｃ／分で６分
間供給して、厚さ０．２μｍの発光層であるｌｎＧａＮ
半導体活性層５０５を形成した。
素を２０Ｌ／分、水素を１００ｃｃ／分、アンモニアを
１０Ｌ／分、ＴＭＧを１２ｃｃ／分、ＴＭＩ（トリメチ
ルインジウム）を１５０ｃｃ／分、シランガスを３ｃｃ
／分、ＤＭＺ（ジメチルジンク）を２０ｃｃ／分で６分
間供給して、厚さ０．２μｍの発光層であるｌｎＧａＮ
半導体活性層５０５を形成した。
【００４６】次に、窒素を２０Ｌ／分、水素を１００ｃ
ｃ／分、アンモニアを１０Ｌ／分流しながら、１１００
℃まで昇温した。
ｃ／分、アンモニアを１０Ｌ／分流しながら、１１００
℃まで昇温した。
【００４７】次に、温度を１１００℃で保持し、窒素を
２０Ｌ／分、水素を１５０ｃｃ／分、アンモニアを１０
Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロ
ペンタジエニルマグネシウム）を５０ｃｃ／分で１０分
間流しながら、厚さ０．３μｍのＰ型ＧａＮコンタクト
兼注入層５０６を形成した。
２０Ｌ／分、水素を１５０ｃｃ／分、アンモニアを１０
Ｌ／分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロ
ペンタジエニルマグネシウム）を５０ｃｃ／分で１０分
間流しながら、厚さ０．３μｍのＰ型ＧａＮコンタクト
兼注入層５０６を形成した。
【００４８】本実施例においてはＰ型層は１層とした
が、コンタクト層と注入層とを分離することも可能であ
る。この場合は、コンタクト層をＧａＮ、注入層をＡ１
ＧａＮとし、キャリア濃度を注入層よりもコンタクト層
の方を高くすることが望ましい。
が、コンタクト層と注入層とを分離することも可能であ
る。この場合は、コンタクト層をＧａＮ、注入層をＡ１
ＧａＮとし、キャリア濃度を注入層よりもコンタクト層
の方を高くすることが望ましい。
【００４９】次に、供給ガスを窒素３０Ｌ／分に切り換
えて室温まで降温した。このような成長の結果、Ｐ型Ｇ
ａＮ層中ではＭｇ濃度 3 x1019cm-3に対して、活性化率
８％を示した。この場合の活性化率とは、アクセプタ濃
度をＭｇ濃度で規格化したもので定義するものとする。
一方、降温時の雰囲気を４００℃までの範囲で窒素２０
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、４００℃から室温ま
でを窒素のみ３０Ｌ／分で行なっても、活性化率は７％
以上を維持することができた。
えて室温まで降温した。このような成長の結果、Ｐ型Ｇ
ａＮ層中ではＭｇ濃度 3 x1019cm-3に対して、活性化率
８％を示した。この場合の活性化率とは、アクセプタ濃
度をＭｇ濃度で規格化したもので定義するものとする。
一方、降温時の雰囲気を４００℃までの範囲で窒素２０
Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、４００℃から室温ま
でを窒素のみ３０Ｌ／分で行なっても、活性化率は７％
以上を維持することができた。
【００５０】一般に窒化ガリウム系半導体には窒素抜け
の問題があるが、その防止には窒素そのものよりも窒素
イオンを生成することの出来る化合物の方が効果があ
る。その意味で、窒素に加えアンモニアを導入する意味
がある。しかし、アンモニアが多すぎると、もう１つの
要素である水素の影響が出てきて好ましくない。実験的
には、窒素２に対してアンモニア１の割合程度が良いこ
とが分かっている。
の問題があるが、その防止には窒素そのものよりも窒素
イオンを生成することの出来る化合物の方が効果があ
る。その意味で、窒素に加えアンモニアを導入する意味
がある。しかし、アンモニアが多すぎると、もう１つの
要素である水素の影響が出てきて好ましくない。実験的
には、窒素２に対してアンモニア１の割合程度が良いこ
とが分かっている。
【００５１】このようにして形成した層構造について、
７５０℃、１分の熱処理を施すことにより、Ｐ型層５０
６のキャリア濃度をさらに増加させることができ、 2 x
1017cm-3のＰ型結晶を実現することができた。
７５０℃、１分の熱処理を施すことにより、Ｐ型層５０
６のキャリア濃度をさらに増加させることができ、 2 x
1017cm-3のＰ型結晶を実現することができた。
【００５２】次に、以上のようにして形成した層構造
を、ＳｉＯ2 などでパター二ングし、Ｃｌ2 や、これに
ＢＣｌ3 を加えたガスなどを用いて、反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）法で一部をＮ型ＧａＮ層５０４が表面
に現われるまでエッチングした。
を、ＳｉＯ2 などでパター二ングし、Ｃｌ2 や、これに
ＢＣｌ3 を加えたガスなどを用いて、反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）法で一部をＮ型ＧａＮ層５０４が表面
に現われるまでエッチングした。
【００５３】次に、Ｐ型層５０６に対する電極として、
Ｎｉを２０ｎｍ、金を４００ｎｍ（図中５１０）、周知
の真空蒸着法やスパッタ法などを用いて形成した。ま
た、Ｎ型層５０４に対する電極としてＴｉを２０ｎｍ、
金を４００ｎｍ（図中５１１）を形成した。Ｐ型層への
電極としては、Ｎｉ／Ａｕの積層構造のほかに、Ｐｄ、
Ｔｉ、Ｐｔ，Ｉｎの単層、あるいはＮｉやＡｕを含めた
積層構造、合金でも可能である。Ｎ型層への電極として
は、Ｔｉ、Ａｕのほかに、Ａｌ、Ｉｎの単層、あるいは
ＴｉやＡｕを含めた積層構造や合金も可能である。
Ｎｉを２０ｎｍ、金を４００ｎｍ（図中５１０）、周知
の真空蒸着法やスパッタ法などを用いて形成した。ま
た、Ｎ型層５０４に対する電極としてＴｉを２０ｎｍ、
金を４００ｎｍ（図中５１１）を形成した。Ｐ型層への
電極としては、Ｎｉ／Ａｕの積層構造のほかに、Ｐｄ、
Ｔｉ、Ｐｔ，Ｉｎの単層、あるいはＮｉやＡｕを含めた
積層構造、合金でも可能である。Ｎ型層への電極として
は、Ｔｉ、Ａｕのほかに、Ａｌ、Ｉｎの単層、あるいは
ＴｉやＡｕを含めた積層構造や合金も可能である。
【００５４】次に、Ｐ型電極５１０上にＳｉＯ2 などの
保護膜を形成し、素子の形成が完成した。
保護膜を形成し、素子の形成が完成した。
【００５５】本実施例では、発光ダイオードについて説
明したが、本発明の主旨はＰ型層の製造工程であるの
で、主旨を逸脱しない限り、ＧａＮ系を用いた半導体レ
ーザでも可能である。
明したが、本発明の主旨はＰ型層の製造工程であるの
で、主旨を逸脱しない限り、ＧａＮ系を用いた半導体レ
ーザでも可能である。
【００５６】図５を参照して、このような半導体レーザ
を利用した青色発光素子の構造の例を説明する。
を利用した青色発光素子の構造の例を説明する。
【００５７】図５に示すようにサファイヤ基板７０１の
上に、窒化ガリウム系半導体バッファ層７０２、窒化ガ
リウム系Ｎ型半導体コンタクト層７０３、窒化ガリウム
系Ｎ型半導体層７０４、窒化ガリウム系Ｎ型半導体クラ
ッド層７０５、窒化ガリウム系半導体活性層層７０６、
窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッド層７０７、窒化ガリ
ウム系Ｐ型半導体層７０８，窒化ガリウム系Ｐ型半導体
層７０９，窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層７１
０が積層されている。
上に、窒化ガリウム系半導体バッファ層７０２、窒化ガ
リウム系Ｎ型半導体コンタクト層７０３、窒化ガリウム
系Ｎ型半導体層７０４、窒化ガリウム系Ｎ型半導体クラ
ッド層７０５、窒化ガリウム系半導体活性層層７０６、
窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッド層７０７、窒化ガリ
ウム系Ｐ型半導体層７０８，窒化ガリウム系Ｐ型半導体
層７０９，窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層７１
０が積層されている。
【００５８】ここでも図４の例と同様に、反応性イオン
エッチング法で一部を窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタ
クト層７０３が表面に現われるまでエッチングし、露出
した表面に下からＴｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｕの順序で積層
してＮ型電極を形成した。その場合の厚みは、夫々２０
０μｍ、４０００Å、２００μｍ、１μｍである。又、
窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層７１０の上に
は、ＳｉＯ2 膜を介してＰ型電極７１１を、下からＰ
ｔ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔｉの順序で積層して形成した。その
場合の厚みは、夫々２００μｍ、４０００Å、２００μ
ｍ、１μｍである。Ｐ型電極７１１は、下からＰｄ、Ｔ
ｉ、Ｐｔ、Ｔｉを、この順序で積層して形成してもよ
い。その場合の厚みは、夫々２００μｍ、４０００Å、
２００μｍ、１μｍである。
エッチング法で一部を窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタ
クト層７０３が表面に現われるまでエッチングし、露出
した表面に下からＴｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｕの順序で積層
してＮ型電極を形成した。その場合の厚みは、夫々２０
０μｍ、４０００Å、２００μｍ、１μｍである。又、
窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層７１０の上に
は、ＳｉＯ2 膜を介してＰ型電極７１１を、下からＰ
ｔ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔｉの順序で積層して形成した。その
場合の厚みは、夫々２００μｍ、４０００Å、２００μ
ｍ、１μｍである。Ｐ型電極７１１は、下からＰｄ、Ｔ
ｉ、Ｐｔ、Ｔｉを、この順序で積層して形成してもよ
い。その場合の厚みは、夫々２００μｍ、４０００Å、
２００μｍ、１μｍである。
【００５９】窒化ガリウム系半導体活性層７０６に用い
る窒化ガリウム系半導体としては、量子井戸構造のＩｎ
(x) Ｇａ(1-x) Ｎ化合物半導体を用いている。その組成
は、x = 0.05、y = 0.95のものを２５Åの厚みに、又、
x = 0.20、y = 0.80のものを２５Åの厚みに夫々交互に
２０周期ほど積層し、多層の量子井戸を形成している。
る窒化ガリウム系半導体としては、量子井戸構造のＩｎ
(x) Ｇａ(1-x) Ｎ化合物半導体を用いている。その組成
は、x = 0.05、y = 0.95のものを２５Åの厚みに、又、
x = 0.20、y = 0.80のものを２５Åの厚みに夫々交互に
２０周期ほど積層し、多層の量子井戸を形成している。
【００６０】その他の窒化ガリウム系半導体層はＧａＮ
を基本としており、厚みは例えばサファイヤ基板７０１
が７０μｍ、窒化ガリウム系半導体バッファ層７０２が
５００Å、窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタクト層７０
３が４μｍ、窒化ガリウム系Ｎ型半導体層７０４が 0.3
μｍ、窒化ガリウム系Ｎ型半導体クラッド層７０５が0.
2μｍ、窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッド層７０７が
0.2μｍ、窒化ガリウム系Ｐ型半導体層７０８が 0.3μ
ｍ、窒化ガリウム系Ｐ型半導体層７０９が 0.9μｍ、窒
化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層７１０が 0.1μｍ
である。
を基本としており、厚みは例えばサファイヤ基板７０１
が７０μｍ、窒化ガリウム系半導体バッファ層７０２が
５００Å、窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタクト層７０
３が４μｍ、窒化ガリウム系Ｎ型半導体層７０４が 0.3
μｍ、窒化ガリウム系Ｎ型半導体クラッド層７０５が0.
2μｍ、窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッド層７０７が
0.2μｍ、窒化ガリウム系Ｐ型半導体層７０８が 0.3μ
ｍ、窒化ガリウム系Ｐ型半導体層７０９が 0.9μｍ、窒
化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層７１０が 0.1μｍ
である。
【００６１】又、不純物濃度は、例えば、窒化ガリウム
系Ｎ型半導体コンタクト層７０３が2 x1018cm-3、窒化
ガリウム系Ｎ型半導体層７０４が 5 x1017cm-3、窒化ガ
リウム系Ｎ型半導体クラッド層７０５が 5 x1017cm-3、
窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッド層７０７が 5 x1017
cm-3、窒化ガリウム系Ｐ型半導体層７０８が 5 x1017cm
-3、窒化ガリウム系Ｐ型半導体層７０９が 3 x1018c
m-3、窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層７１０が
2 x1019cm-3である。
系Ｎ型半導体コンタクト層７０３が2 x1018cm-3、窒化
ガリウム系Ｎ型半導体層７０４が 5 x1017cm-3、窒化ガ
リウム系Ｎ型半導体クラッド層７０５が 5 x1017cm-3、
窒化ガリウム系Ｐ型半導体クラッド層７０７が 5 x1017
cm-3、窒化ガリウム系Ｐ型半導体層７０８が 5 x1017cm
-3、窒化ガリウム系Ｐ型半導体層７０９が 3 x1018c
m-3、窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト層７１０が
2 x1019cm-3である。
【００６２】又、窒化ガリウム系Ｐ型半導体層７０８ま
で積層した段階で、窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタク
ト層７０３まで反応性イオンエッチング法でエッチング
し、Ｚｎで高抵抗としたＧａＮ層をエッチングした部分
に埋めこんで、共鳴部分を限定しても良い。その様な構
造を図６に示す。ここで高抵抗ＧａＮ層８００には、2
x 1018cm-3のＺｎが導入されている。
で積層した段階で、窒化ガリウム系Ｎ型半導体コンタク
ト層７０３まで反応性イオンエッチング法でエッチング
し、Ｚｎで高抵抗としたＧａＮ層をエッチングした部分
に埋めこんで、共鳴部分を限定しても良い。その様な構
造を図６に示す。ここで高抵抗ＧａＮ層８００には、2
x 1018cm-3のＺｎが導入されている。
【００６３】
【発明の効果】従って、本発明による窒化ガリウム系化
合物半導体青色発光素子では、製造工程が簡略され、歩
留まりが向上する。
合物半導体青色発光素子では、製造工程が簡略され、歩
留まりが向上する。
【００６４】又、本発明よれば、発光強度が大きく消費
電力の小さい窒化ガリウム系化合物半導体青色発光素子
が実現できる。
電力の小さい窒化ガリウム系化合物半導体青色発光素子
が実現できる。
【図１】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青色
発光ダイオードの半導体チップの層構造を示す断面図。
発光ダイオードの半導体チップの層構造を示す断面図。
【図２】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青色
発光ダイオードの半導体チップの層構造を形成するＣＤ
Ｖ装置を示す概略図。
発光ダイオードの半導体チップの層構造を形成するＣＤ
Ｖ装置を示す概略図。
【図３】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青色
発光ダイオードの製造工程における温度変化を示す図。
発光ダイオードの製造工程における温度変化を示す図。
【図４】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青色
発光ダイオードの別の例を示す図。
発光ダイオードの別の例を示す図。
【図５】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青色
発光ダイオードの半導体レーザーを利用した例を示す
図。
発光ダイオードの半導体レーザーを利用した例を示す
図。
【図６】本発明による窒化ガリウム系化合物半導体青色
発光ダイオードの半導体レーザーを利用した別の例を示
す図。
発光ダイオードの半導体レーザーを利用した別の例を示
す図。
【図７】窒化ガリウム系化合物半導体青色発光ダイオー
ドの半導体チップの層構造の従来例を示す断面図。
ドの半導体チップの層構造の従来例を示す断面図。
１、２ 窒化ガリウム系化合物半導体青色発光ダイオー
ドの半導体チップ ２０ 真空チャンバ ２１ ホルダ ２２ 反応ガス導入管 ２３ 排気管 １００、２００、５０１、７０１ サファイヤ基板 １０１、２０１、７０２ 窒化ガリウム系Ｎ型半導体バ
ッファ層 １０２、５０４、７０３ 窒化ガリウム系Ｎ型半導体コ
ンタクト層 １０３、２０２ 窒化ガリウム系Ｎ型半導体層 １０４、５０５、７０６ 窒化ガリウム系半導体活性層 １０５、２０３ 窒化ガリウム系Ｐ型半導体層 １０６、７１０ 窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト
層 １０７、１０８、２０４、２０５、５１２ 電極
ドの半導体チップ ２０ 真空チャンバ ２１ ホルダ ２２ 反応ガス導入管 ２３ 排気管 １００、２００、５０１、７０１ サファイヤ基板 １０１、２０１、７０２ 窒化ガリウム系Ｎ型半導体バ
ッファ層 １０２、５０４、７０３ 窒化ガリウム系Ｎ型半導体コ
ンタクト層 １０３、２０２ 窒化ガリウム系Ｎ型半導体層 １０４、５０５、７０６ 窒化ガリウム系半導体活性層 １０５、２０３ 窒化ガリウム系Ｐ型半導体層 １０６、７１０ 窒化ガリウム系Ｐ型半導体コンタクト
層 １０７、１０８、２０４、２０５、５１２ 電極
Claims (11)
- 【請求項１】 第１の導電型の不純物が添加された第１
の窒化ガリウム系半導体層と、実質的に真正な窒化ガリ
ウム系半導体活性層と、前記第１の導電型とは反対の第
２の導電型の不純物が添加された第２の窒化ガリウム系
半導体層が積層され、前記第１及び第２の窒化ガリウム
系半導体層及び前記窒化ガリウム系半導体活性層は、熱
ＣＶＤで形成された後不活性ガス中で自然放冷され、添
加された不純物の７％以上が活性化されていることを特
徴とする青色発光素子。 - 【請求項２】 前記第１及び第２の窒化ガリウム系半導
体層及び前記窒化ガリウム系半導体活性層は、サファイ
ヤ基板上に形成されていることを特徴とする請求項１記
載の青色発光素子。 - 【請求項３】 前記サファイヤ基板と前記第１の窒化ガ
リウム系半導体層間には、第１の導電型を持つ窒化ガリ
ウム系半導体バッファ層が形成されていることを特徴と
する請求項１記載の青色発光素子。 - 【請求項４】 第１の導電型の不純物が添加された第１
の窒化ガリウム系半導体層と、実質的に真正な窒化ガリ
ウム系半導体活性層と、前記第１の導電型とは反対の第
２の導電型の不純物が添加された第２の窒化ガリウム系
半導体層とを、真空チャンバ内で形成した後、不活性ガ
ス中で自然放冷することを特徴とする青色発光素子の製
造方法。 - 【請求項５】 基板を真空チャンバ内に入れる段階と、
基板温度を１０００乃至１４００℃に加熱し窒化ガリウ
ム系半導体バッファ層を形成する段階と、前記窒化ガリ
ウム系半導体バッファ層の形成が終わった後に基板温度
を５０℃乃至２００℃だけ下げ不純物を添加した窒化ガ
リウム系半導体からなるＮ型コンタクト層及びＮ型クラ
ッド層を形成する段階と、温度を更に３００℃から６０
０℃だけ下げ窒化ガリウム系半導体からなる活性層を形
成する段階と、基板温度を１０００乃至１４００℃に加
熱し、Ｐ型クラッド層及びＰ型コンタクト層を形成する
段階と、真空チャンバ内部の反応ガスを不活性ガスで置
き換える段階と、前記真空チャンバが不活性ガスで満た
された後、内部の圧力を６００乃至９００Ｔｏｒｒ例え
ば７６０Ｔｏｒｒに調整する段階と、そのままの状態
で、２時間から３時間程度放置して基板温度を、室温ま
で自然冷却する段階とからなる青色発光素子の製造方
法。 - 【請求項６】 前記不活性ガスは、窒素又はHe、Arであ
ることを特徴とする青色発光素子の製造方法。 - 【請求項７】 サファイア基板上に、ＧａＮからなるバ
ッファ層と、第１の導電型のＩｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(z)
Ｎ半導体層（x + y + z ≦ 1 、0 ≦ x ≦1、0 ≦ y
≦ 1、0 ≦ z ≦ 1）と、第１導電型のＩｎ(x) Ａｌ
(y) Ｇａ(z)Ｎ半導体層（x + y + z ≦ 1 、0 ≦ x
≦ 1、0 ≦ y ≦ 1、0 ≦ z ≦ 1）からなる活性層
と、第２の導電型のＩｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(z) Ｎ半導体
層（x +y + z ≦ 1 、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1、0
≦ z ≦ 1）とを具備した青色発光素子の製造方法に
おいて、Ｐ型Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(z) Ｎ半導体層（x
+y + z ≦ 1 、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1、0 ≦ z
≦ 1）を形成する工程が、キャリアガスが実質的に不
活性ガスであり、原料ガスが有機金属ガスとアンモニア
ガスとを用いた成長工程と、成長後ただちに不活性ガス
中で自然冷却する工程とからなることを特徴とする青色
発光素子の製造方法。 - 【請求項８】 上記請求項７において、Ｐ型不純物の活
性化率が７％以上であることを特徴とする青色発光素子
の製造方法。 - 【請求項９】 サファイア基板上にＡｌ(a) Ｇａ(b) Ｎ
（a + b ≦ 1 、0≦ a ≦ 1 ）からなるバッファ層
と、第１導電型のＩｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(z)Ｎ半導体層
（x + y + z ≦ 1 、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦ y ≦ 1、0
≦ z ≦ 1）と｀第１導電型のＩｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ
(z) Ｎ半導体層（x + y + z ≦ 1 、0≦ x ≦ 1、0
≦ y ≦ 1、0 ≦ z ≦ 1）からなる活性層と、第２の
導電型のＩｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(z) Ｎ半導体層（x + y
+ z ≦ 1 、0 ≦ x ≦ 1、0 ≦y ≦ 1、0 ≦ z ≦
1）と、を具備した青色発光素子の製造方法において、
Ｐ型Ｉｎ(x) Ａｌ(y) Ｇａ(z) Ｎ半導体層（x + y + z
≦ 1 、0 ≦ x ≦ 1、0≦ y ≦ 1、0 ≦ z ≦ 1）
を形成する工程が、キャリアガスが実質的に不活性ガス
であり、原料ガスが有機金属ガスとアンモニアガスとを
用いた成長工程と、成長後ただちに不活性ガス中で自然
冷却する工程と、室温降温後、再度４００℃以上の温度
で熱処理する工程とを含むことを特徴とする青色発光素
子の製造方法。 - 【請求項１０】 上記請求項７において、自然冷却工程
中の一部にアンモニアガスを同時に流しておくことを特
徴とする青色発光素子の製造方法。 - 【請求項１１】 上記請求項１０において、自然冷却工
程中の一部が、成長温度から３５０℃〜６００℃の温度
までであることを特徴とする青色発光素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP23067996A JP2919788B2 (ja) | 1995-08-31 | 1996-08-30 | 半導体装置、半導体装置の製造方法、及び窒化ガリウム系半導体の成長方法 |
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|---|---|---|---|
| JP7-223993 | 1995-08-31 | ||
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- 1996-08-30 JP JP23067996A patent/JP2919788B2/ja not_active Expired - Lifetime
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