JPH09199758A - 低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents
低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶成長後の熱処理などの工程を用いずに、
量産性に優れた気相成長方法を得ること。 【解決手段】 結晶成長終了直後の前記基板結晶の温度
が摂氏７００度以上であり、かつ結晶成長終了後の前記
基板結晶の摂氏７００度以下での冷却を、水素を含まな
いキャリアガスの雰囲気中で行う。
量産性に優れた気相成長方法を得ること。 【解決手段】 結晶成長終了直後の前記基板結晶の温度
が摂氏７００度以上であり、かつ結晶成長終了後の前記
基板結晶の摂氏７００度以下での冷却を、水素を含まな
いキャリアガスの雰囲気中で行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の気相成長
方法に属し、特に低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体の気相成長方法に属する。
方法に属し、特に低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体の気相成長方法に属する。
【０００２】
【従来の技術】従来より気相成長によりｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体を得る方法としては、ｐ型ドーパント
原料としてマグネシウム有機金属を用いる方法が一般的
である。マグネシウムは現在知られているｐ型不純物の
中で最も浅いアクセプタ準位を作ることが知られてい
る。
ム系化合物半導体を得る方法としては、ｐ型ドーパント
原料としてマグネシウム有機金属を用いる方法が一般的
である。マグネシウムは現在知られているｐ型不純物の
中で最も浅いアクセプタ準位を作ることが知られてい
る。
【０００３】しかしながら、気相成長プロセス中のガス
に含まれる水素がマグネシウムと結合してマグネシウム
を電気的に不活性化する水素パシベーションのために、
成長直後の結晶は高抵抗になることが知られている。
に含まれる水素がマグネシウムと結合してマグネシウム
を電気的に不活性化する水素パシベーションのために、
成長直後の結晶は高抵抗になることが知られている。
【０００４】図６は、従来のｐドープ窒化ガリウム結晶
成長プロセスにおける結晶の温度プロファイルと、結晶
成長室中のガスの種類を表す模式図である（例えば、
Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ他、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ ｖｏ
ｌ．３０，Ｎｏ．１０Ａ，Ｌ１７０８からＬ１７１１ペ
ージ、１９９１年）。図６において、結晶成長温度は１
０３０℃である。基板結晶はサファイア、成長中のキャ
リアガスは水素、ガリウム原料はトリメチルガリウム
（ＴＭＧ）、窒素原料はアンモニア、ｐ型ドーパント原
料はシクロペンタディエチルマグネシウム（ＣＰ2 Ｍ
ｇ）である。
成長プロセスにおける結晶の温度プロファイルと、結晶
成長室中のガスの種類を表す模式図である（例えば、
Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ他、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒ
ｎａｌ ｏｆ ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ ｖｏ
ｌ．３０，Ｎｏ．１０Ａ，Ｌ１７０８からＬ１７１１ペ
ージ、１９９１年）。図６において、結晶成長温度は１
０３０℃である。基板結晶はサファイア、成長中のキャ
リアガスは水素、ガリウム原料はトリメチルガリウム
（ＴＭＧ）、窒素原料はアンモニア、ｐ型ドーパント原
料はシクロペンタディエチルマグネシウム（ＣＰ2 Ｍ
ｇ）である。
【０００５】また、結晶成長後の基板冷却は、水素キャ
リアガスとアンモニアの雰囲気で行われる。図６におい
て、高温での結晶成長中に水素は結晶に取り込まれず、
主に成長終了後の基板結晶冷却中に水素が結晶表面から
拡散し、マグネシウムと結合して水素パシベーションを
引き起こす。基板結晶冷却中の水素源としては、アンモ
ニア中の窒素と直接結合した水素、水素キャリアガスの
水素がある。
リアガスとアンモニアの雰囲気で行われる。図６におい
て、高温での結晶成長中に水素は結晶に取り込まれず、
主に成長終了後の基板結晶冷却中に水素が結晶表面から
拡散し、マグネシウムと結合して水素パシベーションを
引き起こす。基板結晶冷却中の水素源としては、アンモ
ニア中の窒素と直接結合した水素、水素キャリアガスの
水素がある。
【０００６】図７は、図６のｐ型窒化ガリウム気相成長
方法を用いて製作される発光ダイオード結晶の層構造を
示している（例えば、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ他、Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ６４，Ｎ
ｏ．１３，１６８７から１６８９ページ、１９９４
年）。
方法を用いて製作される発光ダイオード結晶の層構造を
示している（例えば、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ他、Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ６４，Ｎ
ｏ．１３，１６８７から１６８９ページ、１９９４
年）。
【０００７】発光ダイオード結晶は、サファイア基板１
５上のＧａＮバッファ層１６、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
１７、ＩｎＧａＮ活性層１８、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層１９、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層２０とから成ってい
る。気相成長の結果水素パシベーションされた高抵抗の
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を低抵抗化する手法と
しては、低エネルギーの電子線照射を行う方法（特開平
３−２１８６２５号公報を参照）、水素原子を含まない
気相雰囲気中で４００℃以上の温度、望ましくは７００
℃程度の温度で熱アニールを行う方法（特開平５−１８
３１８９号公報を参照）が提案されている。
５上のＧａＮバッファ層１６、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層
１７、ＩｎＧａＮ活性層１８、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａ
Ｎ層１９、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層２０とから成ってい
る。気相成長の結果水素パシベーションされた高抵抗の
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を低抵抗化する手法と
しては、低エネルギーの電子線照射を行う方法（特開平
３−２１８６２５号公報を参照）、水素原子を含まない
気相雰囲気中で４００℃以上の温度、望ましくは７００
℃程度の温度で熱アニールを行う方法（特開平５−１８
３１８９号公報を参照）が提案されている。
【０００８】また、気相成長法を用いる場合でも、結晶
成長後の処理を必要とせずに低抵抗ｐ型を得る為の方法
として、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜
＝ｙ＜１）層の上にマグネシウムドープ窒化ガリウムを
成長する方法（特開平６−２３２４５１号公報を参照）
が提案されている。
成長後の処理を必要とせずに低抵抗ｐ型を得る為の方法
として、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１，０＜
＝ｙ＜１）層の上にマグネシウムドープ窒化ガリウムを
成長する方法（特開平６−２３２４５１号公報を参照）
が提案されている。
【０００９】一方、水素を含まない原料のみで成長を行
う分子ビームエピタキシー法では、低抵抗のｐ型窒化ガ
リウムが得られることが知られている。この場合は、ガ
リウム原料として金属ガリウム、窒素原料として窒素プ
ラズマを用いる。
う分子ビームエピタキシー法では、低抵抗のｐ型窒化ガ
リウムが得られることが知られている。この場合は、ガ
リウム原料として金属ガリウム、窒素原料として窒素プ
ラズマを用いる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】気相成長後の処理を行
ってｐ型窒化ガリウムの低抵抗化を行う場合、電子線照
射を用いると、電子線の進入深さ程度（０．５μｍ程
度）の厚さの層しか低抵抗化できず生産性が低いという
問題がある。
ってｐ型窒化ガリウムの低抵抗化を行う場合、電子線照
射を用いると、電子線の進入深さ程度（０．５μｍ程
度）の厚さの層しか低抵抗化できず生産性が低いという
問題がある。
【００１１】また、熱アニールを用いる場合は、低抵抗
化できる層厚は数μｍ程度と厚く、生産性に優れるが、
熱アニールによって窒化ガリウムの窒素が脱離し、結晶
の熱劣化が避けられない。結晶の熱劣化は高温でアニー
ルするほど顕著である。
化できる層厚は数μｍ程度と厚く、生産性に優れるが、
熱アニールによって窒化ガリウムの窒素が脱離し、結晶
の熱劣化が避けられない。結晶の熱劣化は高温でアニー
ルするほど顕著である。
【００１２】特開平６−２３２４５１号公報に開示され
ている方法では、インジウムを含む窒化ガリウム系化合
物半導体が比較的やわらかいことを利用して、この上に
成長する窒化ガリウムの欠陥を低減して低抵抗ｐ型層を
得るものであるが、結晶の層構造が制限され、この方法
による低抵抗化の効果は熱アニール程ではない。
ている方法では、インジウムを含む窒化ガリウム系化合
物半導体が比較的やわらかいことを利用して、この上に
成長する窒化ガリウムの欠陥を低減して低抵抗ｐ型層を
得るものであるが、結晶の層構造が制限され、この方法
による低抵抗化の効果は熱アニール程ではない。
【００１３】一方、分子ビームエピタキシー法は、現在
得られる結晶が気相成長法によるものに及ばず、また量
産性を気相成長法の方が優れる。
得られる結晶が気相成長法によるものに及ばず、また量
産性を気相成長法の方が優れる。
【００１４】それ故に、本発明は、量産性に優れる気相
成長法を用いて、高い結晶品質を持ちかつ低抵抗のｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体を、熱アニール、電子線照
射等の余分のプロセスを必要とせずに得ることにあり、
結晶成長後の熱処理などの工程を用いずに量産性に優れ
た気相成長方法により低抵抗のｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体を得る低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
の気相成長方法を提供することにある。
成長法を用いて、高い結晶品質を持ちかつ低抵抗のｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体を、熱アニール、電子線照
射等の余分のプロセスを必要とせずに得ることにあり、
結晶成長後の熱処理などの工程を用いずに量産性に優れ
た気相成長方法により低抵抗のｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体を得る低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
の気相成長方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水素、
窒素等のキャリアガス中に、III 属元素化合物の原料ガ
スと窒素化合物の原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希
釈して加熱した基板結晶上に、ｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体を形成する工程を含む気相成長方法において、
結晶成長終了直後の前記基板結晶の温度が摂氏７００度
以上であり、かつ結晶成長終了後の前記基板結晶の摂氏
７００度以下での冷却を、前記水素を除いたキャリアガ
スの雰囲気中で行うことを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体の気相成長方法が得られる。
窒素等のキャリアガス中に、III 属元素化合物の原料ガ
スと窒素化合物の原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希
釈して加熱した基板結晶上に、ｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体を形成する工程を含む気相成長方法において、
結晶成長終了直後の前記基板結晶の温度が摂氏７００度
以上であり、かつ結晶成長終了後の前記基板結晶の摂氏
７００度以下での冷却を、前記水素を除いたキャリアガ
スの雰囲気中で行うことを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体の気相成長方法が得られる。
【００１６】また、本発明によれば、結晶成長終了後の
前記基板結晶の摂氏７００度以下での冷却を、水素を除
くキャリアガスに窒素と水素の直接結合の個数が３より
少ない有機窒素化合物ガスを混合したガスの雰囲気中で
行うことを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体の気相成長方法が得られる。
前記基板結晶の摂氏７００度以下での冷却を、水素を除
くキャリアガスに窒素と水素の直接結合の個数が３より
少ない有機窒素化合物ガスを混合したガスの雰囲気中で
行うことを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体の気相成長方法が得られる。
【００１７】また、本発明によれば、水素、窒素等のキ
ャリアガス中に、III 属元素化合物の原料ガスと窒素化
合物の原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希釈して、加
熱した基板結晶上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
形成する工程を含む気相成長において、ｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を含む必要な多層膜を形成した後
に、前記基板結晶の温度が摂氏７００度以上の状態で、
結晶表面層としてｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を
形成し、この後前記基板結晶の冷却を行うことを特徴と
する気相成長方法低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体の気相成長方法が得られる。
ャリアガス中に、III 属元素化合物の原料ガスと窒素化
合物の原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希釈して、加
熱した基板結晶上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
形成する工程を含む気相成長において、ｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を含む必要な多層膜を形成した後
に、前記基板結晶の温度が摂氏７００度以上の状態で、
結晶表面層としてｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を
形成し、この後前記基板結晶の冷却を行うことを特徴と
する気相成長方法低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体の気相成長方法が得られる。
【００１８】また、本発明によれば、水素、窒素等のキ
ャリアガス中に、III 属元素化合物の原料ガスと窒素化
合物の原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希釈して、加
熱した基板結晶上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
形成する工程を含む気相成長において、ｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を含む必要な多層膜を形成した後
に、前記基板結晶の温度が摂氏７００度以上の状態で、
Ｖ属元素としてＡｓのみ又はＰのみ又はＡｓとＰの双方
を含むｎ型III −Ｖ属化合物半導体層を形成し、この後
前記基板結晶を冷却することを特徴とする低抵抗ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法が得られる。
ャリアガス中に、III 属元素化合物の原料ガスと窒素化
合物の原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希釈して、加
熱した基板結晶上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
形成する工程を含む気相成長において、ｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を含む必要な多層膜を形成した後
に、前記基板結晶の温度が摂氏７００度以上の状態で、
Ｖ属元素としてＡｓのみ又はＰのみ又はＡｓとＰの双方
を含むｎ型III −Ｖ属化合物半導体層を形成し、この後
前記基板結晶を冷却することを特徴とする低抵抗ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法が得られる。
【００１９】さらに、本発明によれば、水素、窒素等の
キャリアガス中に、III 属元素化合物の原料ガスと窒素
化合物の原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希釈して、
加熱した基板結晶上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
を形成する工程を含む気相成長において、ｐ−ｎ接合を
持った窒化ガリウム系化合物半導体ダイオードを形成す
る際に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の成長後にｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体のみを形成することを特
徴とし、かつ成長終了時の前記基板結晶の温度が７００
℃以上であることを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体の気相成長方法が得られる。
キャリアガス中に、III 属元素化合物の原料ガスと窒素
化合物の原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希釈して、
加熱した基板結晶上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
を形成する工程を含む気相成長において、ｐ−ｎ接合を
持った窒化ガリウム系化合物半導体ダイオードを形成す
る際に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の成長後にｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体のみを形成することを特
徴とし、かつ成長終了時の前記基板結晶の温度が７００
℃以上であることを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体の気相成長方法が得られる。
【００２０】
【作用】気相成長中の水素パシベーションは、結晶温度
７００度以上では起こりにくい。また、水素パシベーシ
ョンされたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体は４００度
から７００度以上の温度で水素を放出する。４００度か
ら７００度での熱アニールによるｐ型層の低抵抗化が可
能なことがこれを物語っている。
７００度以上では起こりにくい。また、水素パシベーシ
ョンされたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体は４００度
から７００度以上の温度で水素を放出する。４００度か
ら７００度での熱アニールによるｐ型層の低抵抗化が可
能なことがこれを物語っている。
【００２１】したがって、結晶温度７００度以上で成長
したｐ型窒化ガリウムは、主に成長終了後の冷却時に水
素パシベーションされる。また、この場合の水素パシベ
ーションにおいては、結晶表面から水素が拡散するが、
負電荷に帯電したｐ型ドーパントと結合する水素は正電
荷に帯電している。従って、正電荷を持った水素の拡散
は、負電荷に帯電したアクセプタがないｎ型半導体層で
は遅くなる。
したｐ型窒化ガリウムは、主に成長終了後の冷却時に水
素パシベーションされる。また、この場合の水素パシベ
ーションにおいては、結晶表面から水素が拡散するが、
負電荷に帯電したｐ型ドーパントと結合する水素は正電
荷に帯電している。従って、正電荷を持った水素の拡散
は、負電荷に帯電したアクセプタがないｎ型半導体層で
は遅くなる。
【００２２】本発明の低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体の気相成長方法では、ｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体の結晶成長後に、結晶温度７００度以上で雰囲気
ガスを窒素、ヘリウム、アルゴンなどの水素を含まない
不活性ガスのみに切り替え、結晶を冷却するものであ
る。これにより、結晶冷却中に水素が結晶に取り込まれ
るのを防止して水素パシベーションを防止する。
半導体の気相成長方法では、ｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体の結晶成長後に、結晶温度７００度以上で雰囲気
ガスを窒素、ヘリウム、アルゴンなどの水素を含まない
不活性ガスのみに切り替え、結晶を冷却するものであ
る。これにより、結晶冷却中に水素が結晶に取り込まれ
るのを防止して水素パシベーションを防止する。
【００２３】また、本発明の低抵抗ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体の気相成長方法では、前記記載の方法に加
えて、結晶冷却中の雰囲気ガスに窒素と水素の直接結合
の個数が３より少ない有機窒素化合物ガスを加える。こ
のような有機窒素化合物ガスは、水素源がアンモニアよ
り少ないために水素パシベーションが少なく、かつ活性
窒素を供給することができるため結晶冷却中の結晶の熱
劣化を抑制できる。
化合物半導体の気相成長方法では、前記記載の方法に加
えて、結晶冷却中の雰囲気ガスに窒素と水素の直接結合
の個数が３より少ない有機窒素化合物ガスを加える。こ
のような有機窒素化合物ガスは、水素源がアンモニアよ
り少ないために水素パシベーションが少なく、かつ活性
窒素を供給することができるため結晶冷却中の結晶の熱
劣化を抑制できる。
【００２４】また、本発明の低抵抗ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体の気相成長方法では、ｐ型層の結晶成長
後、結晶温度７００度以上でｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層を結晶表面層として形成し、この後結晶を冷却
するものである。ｎ型層の水素拡散が遅いことを利用し
て結晶表面層よりも基板側に水素が拡散することを抑制
する。結晶表面層は結晶冷却後エッチング除去する。
化合物半導体の気相成長方法では、ｐ型層の結晶成長
後、結晶温度７００度以上でｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層を結晶表面層として形成し、この後結晶を冷却
するものである。ｎ型層の水素拡散が遅いことを利用し
て結晶表面層よりも基板側に水素が拡散することを抑制
する。結晶表面層は結晶冷却後エッチング除去する。
【００２５】また、本発明の低抵抗ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体の気相成長方法は、前記結晶表面層とし
て、結晶温度７００度以上で、ヒ素または燐をＶ属元素
として含むｎ型層を形成し、この後結晶を冷却するもの
である。これによって結晶冷却後に結晶表面層を選択的
にエッチング除去することが容易になる。
化合物半導体の気相成長方法は、前記結晶表面層とし
て、結晶温度７００度以上で、ヒ素または燐をＶ属元素
として含むｎ型層を形成し、この後結晶を冷却するもの
である。これによって結晶冷却後に結晶表面層を選択的
にエッチング除去することが容易になる。
【００２６】さらに、本発明の低抵抗ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体の気相成長方法は、ｐ−ｎダイオード結
晶を形成する際に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の
成長後、成長温度７００度以上でｎ型窒化ガリウム系化
合物半導体のみを形成し、この後結晶を冷却するもので
ある。ｎ型層の水素拡散が遅いことを利用して、ｐ型層
に水素が拡散することを抑制する。この場合、結晶冷却
後のエッチングは不要でとなる。
系化合物半導体の気相成長方法は、ｐ−ｎダイオード結
晶を形成する際に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の
成長後、成長温度７００度以上でｎ型窒化ガリウム系化
合物半導体のみを形成し、この後結晶を冷却するもので
ある。ｎ型層の水素拡散が遅いことを利用して、ｐ型層
に水素が拡散することを抑制する。この場合、結晶冷却
後のエッチングは不要でとなる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下に説明する本発明の第１乃至
５の実施の形態例における低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体の気相成長方法は、水素、窒素等のキャリア
ガス中に、III 属元素化合物の原料ガスと窒素化合物の
原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希釈して、加熱した
基板結晶上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を形成す
る工程を含む。
５の実施の形態例における低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体の気相成長方法は、水素、窒素等のキャリア
ガス中に、III 属元素化合物の原料ガスと窒素化合物の
原料ガスとｐ型ドーパントガスとを希釈して、加熱した
基板結晶上にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を形成す
る工程を含む。
【００２８】本発明の第１の実施の形態例における低抵
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
結晶成長終了直後の基板結晶の温度が摂氏７００度以上
であり、かつ結晶成長終了後の基板結晶の摂氏７００度
以下での冷却を、水素を含まないキャリアガスの雰囲気
中で行う。キャリアガスとしては、ヘリウム、窒素、ア
ルゴンなどの水素を含まない不活性ガスを用いる。
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
結晶成長終了直後の基板結晶の温度が摂氏７００度以上
であり、かつ結晶成長終了後の基板結晶の摂氏７００度
以下での冷却を、水素を含まないキャリアガスの雰囲気
中で行う。キャリアガスとしては、ヘリウム、窒素、ア
ルゴンなどの水素を含まない不活性ガスを用いる。
【００２９】図１は、本発明の第１の実施の形態例とし
て低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方
法にかかる気相結晶成長プロセスにおける基板結晶の温
度プロファイルと、結晶成長室中のガスの種類を表す模
式図を示している。図１において、ｐ型窒化ガリウムを
含む結晶成長時の結晶基板温度は１０３０度である。結
晶成長終了後の結晶基板冷却時には、７００度以上にお
いては水素キャリアガスとアンモニアの気相雰囲気で行
い、７００度において雰囲気ガスを窒素ガスのみに切り
替える。結晶表面は７００度以下の冷却中に熱劣化を受
ける。結晶を冷却後、熱劣化した結晶表面層の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層をエッチング除去する。
て低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方
法にかかる気相結晶成長プロセスにおける基板結晶の温
度プロファイルと、結晶成長室中のガスの種類を表す模
式図を示している。図１において、ｐ型窒化ガリウムを
含む結晶成長時の結晶基板温度は１０３０度である。結
晶成長終了後の結晶基板冷却時には、７００度以上にお
いては水素キャリアガスとアンモニアの気相雰囲気で行
い、７００度において雰囲気ガスを窒素ガスのみに切り
替える。結晶表面は７００度以下の冷却中に熱劣化を受
ける。結晶を冷却後、熱劣化した結晶表面層の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層をエッチング除去する。
【００３０】結晶成長中、及び結晶成長終了後のアンモ
ニア雰囲気中での基板結晶冷却時の温度は、従来例の特
開平５−１８３１８９号公報におけるアニール温度（４
００−７００℃）以上であるため、この時点では水素パ
シベーションは起こらない。７００度以下での基板結晶
冷却時には、雰囲気ガスが窒素のみであるため、結晶表
面から水素が拡散することはない。但し、結晶表面層は
冷却中に熱劣化を受ける。結晶を冷却後、熱劣化した結
晶表面層の窒化ガリウム系化合物半導体層をエッチング
除去すれば、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗ｐ型層を
持った結晶が得られる。
ニア雰囲気中での基板結晶冷却時の温度は、従来例の特
開平５−１８３１８９号公報におけるアニール温度（４
００−７００℃）以上であるため、この時点では水素パ
シベーションは起こらない。７００度以下での基板結晶
冷却時には、雰囲気ガスが窒素のみであるため、結晶表
面から水素が拡散することはない。但し、結晶表面層は
冷却中に熱劣化を受ける。結晶を冷却後、熱劣化した結
晶表面層の窒化ガリウム系化合物半導体層をエッチング
除去すれば、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗ｐ型層を
持った結晶が得られる。
【００３１】本発明の第２の実施の形態例における低抵
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
第１の実施の形態例の気相成長方法において、結晶成長
終了後の基板結晶の摂氏７００度以下での冷却を、水素
を含まないキャリアガスに、窒素と水素の直接結合の個
数が３より少ない有機窒素化合物ガスを混合したガスの
雰囲気中で行う。有機窒素源としては、例えばターシャ
ル・ブチル・アミン、アジ化エチル、ジメチルヒドラジ
ン等を用いる。
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
第１の実施の形態例の気相成長方法において、結晶成長
終了後の基板結晶の摂氏７００度以下での冷却を、水素
を含まないキャリアガスに、窒素と水素の直接結合の個
数が３より少ない有機窒素化合物ガスを混合したガスの
雰囲気中で行う。有機窒素源としては、例えばターシャ
ル・ブチル・アミン、アジ化エチル、ジメチルヒドラジ
ン等を用いる。
【００３２】図２は、本発明の第２の実施の形態例の低
抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法に
かかる気相結晶成長プロセスにおける基板結晶の温度プ
ロファイルと、結晶成長室中のガスの種類を表す模式図
である。図２において、ｐ型窒化ガリウムを含む結晶成
長時の結晶基板温度は１０３０度である。結晶成長終了
後の結晶基板冷却時には、７００度以上においては水素
キャリアガスとアンモニアの気相雰囲気で行い、７００
度において雰囲気ガスを窒素ガスとジメチルヒドラジン
の混合ガスに切り替え、室温まで基板結晶を冷却する。
抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法に
かかる気相結晶成長プロセスにおける基板結晶の温度プ
ロファイルと、結晶成長室中のガスの種類を表す模式図
である。図２において、ｐ型窒化ガリウムを含む結晶成
長時の結晶基板温度は１０３０度である。結晶成長終了
後の結晶基板冷却時には、７００度以上においては水素
キャリアガスとアンモニアの気相雰囲気で行い、７００
度において雰囲気ガスを窒素ガスとジメチルヒドラジン
の混合ガスに切り替え、室温まで基板結晶を冷却する。
【００３３】第２の実施の形態例の低抵抗ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体の気相成長方法において、結晶成長
中、及び結晶成長終了後のアンモニア雰囲気中での基板
結晶冷却時の温度は、従来例の特開平５−１８３１８９
号公報におけるアニール温度（４００−７００℃）以上
であるため、この時点では水素パシベーションは起こら
ない。７００度以下での基板結晶冷却時には、雰囲気ガ
スが窒素とジメチルヒドラジンのみであるため、アンモ
ニア雰囲気中での冷却に比べて水素パシベーションは少
ない。ジメチルヒドラジンの水素−窒素直接結合の数は
２であり、アンモニアの場合の３に比べて少ないためで
ある。
ウム系化合物半導体の気相成長方法において、結晶成長
中、及び結晶成長終了後のアンモニア雰囲気中での基板
結晶冷却時の温度は、従来例の特開平５−１８３１８９
号公報におけるアニール温度（４００−７００℃）以上
であるため、この時点では水素パシベーションは起こら
ない。７００度以下での基板結晶冷却時には、雰囲気ガ
スが窒素とジメチルヒドラジンのみであるため、アンモ
ニア雰囲気中での冷却に比べて水素パシベーションは少
ない。ジメチルヒドラジンの水素−窒素直接結合の数は
２であり、アンモニアの場合の３に比べて少ないためで
ある。
【００３４】また、第１の実施の形態例とは異なり、ジ
メチルヒドラジンの熱分解により得られる活性窒素雰囲
気中で結晶を冷却するため、結晶表面の熱劣化は抑制さ
れる。この第２の実施の形態例では、所望の結晶の層構
造に依存せず、生産性が高い。ちなみに、有機窒素源を
用いた窒化ガリウム化合物半導体の気相成長ではアンモ
ニアを用いるものほどよい結晶が得られていないが、表
面保護のみに用いる場合は問題ない。
メチルヒドラジンの熱分解により得られる活性窒素雰囲
気中で結晶を冷却するため、結晶表面の熱劣化は抑制さ
れる。この第２の実施の形態例では、所望の結晶の層構
造に依存せず、生産性が高い。ちなみに、有機窒素源を
用いた窒化ガリウム化合物半導体の気相成長ではアンモ
ニアを用いるものほどよい結晶が得られていないが、表
面保護のみに用いる場合は問題ない。
【００３５】本発明の第３の実施の形態例における低抵
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む必要な多層膜
を形成した後に、基板結晶の温度が摂氏７００度以上の
状態で、結晶表面層としてｎ型窒化ガリウム系化合物半
導体層を形成し、この後基板結晶の冷却を行うものであ
る。
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む必要な多層膜
を形成した後に、基板結晶の温度が摂氏７００度以上の
状態で、結晶表面層としてｎ型窒化ガリウム系化合物半
導体層を形成し、この後基板結晶の冷却を行うものであ
る。
【００３６】図３は、本発明の第３の実施の形態例にお
ける低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体にかかる気
相結晶成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード
結晶の層構造を示している。図３において、発光ダイオ
ード結晶は、サファイア基板１上のＧａＮバッファ層
２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３、ＩｎＧａＮ活性層４、
Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ
層６、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ結晶表面層７とから成って
いる。Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型
ＧａＮ層６、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ結晶表面層７の結晶
成長時の結晶基板温度は１０３０度である。結晶成長終
了後の冷却時には、従来技術の冷却プロセスを用いる。
この気相成長方法においては、第１及び第２の実施形態
例で説明した冷却プロセスを用いてもよい。結晶を室温
に冷却後、結晶表面層７はエッチング除去される。
ける低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体にかかる気
相結晶成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード
結晶の層構造を示している。図３において、発光ダイオ
ード結晶は、サファイア基板１上のＧａＮバッファ層
２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３、ＩｎＧａＮ活性層４、
Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ
層６、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ結晶表面層７とから成って
いる。Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型
ＧａＮ層６、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ結晶表面層７の結晶
成長時の結晶基板温度は１０３０度である。結晶成長終
了後の冷却時には、従来技術の冷却プロセスを用いる。
この気相成長方法においては、第１及び第２の実施形態
例で説明した冷却プロセスを用いてもよい。結晶を室温
に冷却後、結晶表面層７はエッチング除去される。
【００３７】図３に示したＳｉドープｎ型ＧａＮ結晶表
面層７の結晶成長終了時の温度は、従来例の特開平５−
１８３１８９号公報におけるアニール温度（４００−７
００℃）以上であるため、この時点までには水素パシベ
ーションは起こらない。結晶成長終了後の冷却時には結
晶表面から水素が拡散するが、負電荷に帯電したアクセ
プタ（Ｍｇ）と結合する水素は正電荷に帯電している。
正電荷を持った水素の拡散は、負電荷に帯電したアクセ
プタがないＳｉドープｎ型半導体層７では遅くなるた
め、正電荷を持った水素は結晶最表面のＳｉドープｎ型
ＧａＮ層７に蓄積され、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層
５，Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層６が水素パシベーションさ
れることはない。結晶を室温に冷却後、結晶表面層をエ
ッチング除去すれば、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗
ｐ型層を持った結晶が得られる。
面層７の結晶成長終了時の温度は、従来例の特開平５−
１８３１８９号公報におけるアニール温度（４００−７
００℃）以上であるため、この時点までには水素パシベ
ーションは起こらない。結晶成長終了後の冷却時には結
晶表面から水素が拡散するが、負電荷に帯電したアクセ
プタ（Ｍｇ）と結合する水素は正電荷に帯電している。
正電荷を持った水素の拡散は、負電荷に帯電したアクセ
プタがないＳｉドープｎ型半導体層７では遅くなるた
め、正電荷を持った水素は結晶最表面のＳｉドープｎ型
ＧａＮ層７に蓄積され、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層
５，Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層６が水素パシベーションさ
れることはない。結晶を室温に冷却後、結晶表面層をエ
ッチング除去すれば、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗
ｐ型層を持った結晶が得られる。
【００３８】本発明の第４の実施の形態例における低抵
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む必要な多層膜
を形成した後に、基板結晶の温度が摂氏７００度以上の
状態で、Ｖ属元素としてＡｓのみ又はＰのみ又はＡｓと
Ｐの双方を含むｎ型III −Ｖ属化合物半導体層を形成
し、この後前記基板結晶を冷却するものである。
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む必要な多層膜
を形成した後に、基板結晶の温度が摂氏７００度以上の
状態で、Ｖ属元素としてＡｓのみ又はＰのみ又はＡｓと
Ｐの双方を含むｎ型III −Ｖ属化合物半導体層を形成
し、この後前記基板結晶を冷却するものである。
【００３９】図４は、第４の実施の形態例における低抵
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体にかかる気相結晶成
長プロセスを用いて作成される発光ダイオード結晶の層
構造を示している。図４において、発光ダイオード結晶
は、サファイア基板１上のＧａＮバッファ層２、Ｓｉド
ープｎ型ＧａＮ層３、ＩｎＧａＮ活性層４、Ｍｇドープ
ｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層６、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＡｓ結晶表面層８とから成っている。Ｍ
ｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５，Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層
６の結晶成長時の結晶基板温度は１０３０度である。Ｍ
ｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５，Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層
６の結晶成長後、結晶基板温度を８００度に下げ、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＡｓ結晶表面層８を形成する。結晶成長
終了後の冷却時には、従来技術の冷却プロセスを用い
る。また、本発明の第１及び第２の実施の形態例に用い
た冷却プロセスを用いてもよい。結晶を室温に冷却後、
Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ
層６の結晶表面層はエッチング除去される。
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体にかかる気相結晶成
長プロセスを用いて作成される発光ダイオード結晶の層
構造を示している。図４において、発光ダイオード結晶
は、サファイア基板１上のＧａＮバッファ層２、Ｓｉド
ープｎ型ＧａＮ層３、ＩｎＧａＮ活性層４、Ｍｇドープ
ｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層６、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＡｓ結晶表面層８とから成っている。Ｍ
ｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５，Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層
６の結晶成長時の結晶基板温度は１０３０度である。Ｍ
ｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５，Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層
６の結晶成長後、結晶基板温度を８００度に下げ、Ｓｉ
ドープｎ型ＧａＡｓ結晶表面層８を形成する。結晶成長
終了後の冷却時には、従来技術の冷却プロセスを用い
る。また、本発明の第１及び第２の実施の形態例に用い
た冷却プロセスを用いてもよい。結晶を室温に冷却後、
Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ
層６の結晶表面層はエッチング除去される。
【００４０】第４の実施の形態例の低抵抗ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体の気相成長方法においては、第３の
実施の形態例における結晶表面層がＳｉドープｎ型Ｇａ
Ａｓ層８に置き代わっている。ＧａＡｓは格子定数が窒
化ガリウム系化合物半導体よりも１５％程度大きいた
め、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ層８の結晶表面層は多結晶
またはアモルファス状になる。本発明では、結晶表面層
を含む結晶成長が終了した時の温度は、従来例の特開平
５−１８３１８９号公報におけるアニール温度（４００
−７００℃）以上であるため、結晶表面層形成までの時
点で水素パシベーションは起こらない。結晶成長終了後
の結晶冷却時には、第３の実施の形態例と同じ原理でＭ
ｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５，Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層
６の水素パシベーションが防止できる。結晶を室温まで
冷却後、結晶表面層のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層８をエ
ッチング除去すれば、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗
ｐ型層を持った結晶が得られる。この方法は、所望の結
晶の層構造に依存しない。また、窒化ガリウム系化合物
半導体は容易にウエットエッチングできないが、ＧａＡ
ｓは硫酸−過酸化水素水溶液により容易にエッチングで
きるため、結晶表面層のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層８を
容易に選択的に除去できる。なお、第４の実施の形態例
では結晶表面層がＧａＡｓであるが、結晶表面層はＩｎ
Ｐ，ＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ等のＶ属元
素としてＡｓまたはＰを含む化合物半導体のいずれでも
よい。
ウム系化合物半導体の気相成長方法においては、第３の
実施の形態例における結晶表面層がＳｉドープｎ型Ｇａ
Ａｓ層８に置き代わっている。ＧａＡｓは格子定数が窒
化ガリウム系化合物半導体よりも１５％程度大きいた
め、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ層８の結晶表面層は多結晶
またはアモルファス状になる。本発明では、結晶表面層
を含む結晶成長が終了した時の温度は、従来例の特開平
５−１８３１８９号公報におけるアニール温度（４００
−７００℃）以上であるため、結晶表面層形成までの時
点で水素パシベーションは起こらない。結晶成長終了後
の結晶冷却時には、第３の実施の形態例と同じ原理でＭ
ｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層５，Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層
６の水素パシベーションが防止できる。結晶を室温まで
冷却後、結晶表面層のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層８をエ
ッチング除去すれば、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗
ｐ型層を持った結晶が得られる。この方法は、所望の結
晶の層構造に依存しない。また、窒化ガリウム系化合物
半導体は容易にウエットエッチングできないが、ＧａＡ
ｓは硫酸−過酸化水素水溶液により容易にエッチングで
きるため、結晶表面層のＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層８を
容易に選択的に除去できる。なお、第４の実施の形態例
では結晶表面層がＧａＡｓであるが、結晶表面層はＩｎ
Ｐ，ＧａＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ等のＶ属元
素としてＡｓまたはＰを含む化合物半導体のいずれでも
よい。
【００４１】本発明の第５の実施の形態例における低抵
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
ｐ−ｎ接合を持った窒化ガリウム系化合物半導体ダイオ
ードを形成する際に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
の成長後にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体のみを形成
し、かつ成長終了時の基板結晶温度が７００℃以上とし
ている。
抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法は、
ｐ−ｎ接合を持った窒化ガリウム系化合物半導体ダイオ
ードを形成する際に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
の成長後にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体のみを形成
し、かつ成長終了時の基板結晶温度が７００℃以上とし
ている。
【００４２】図５は、本発明の第５の実施の形態例にお
ける低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体にかかる気
相結晶成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード
結晶の層構造を示す。図５において、発光ダイオード結
晶は、サファイア基板９上のＧａＮバッファ層１０、Ｍ
ｇドープｐ型ＧａＮ層１１、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ
層１２、ＩｎＧａＮ活性層１３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
層１４とから成っている。Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層１
１，Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層１２及びＳｉドープｎ
型ＧａＮ層１４の結晶成長時の結晶基板温度は１０３０
度である。初めにｐ型窒化ガリウム系半導体層であるＭ
ｇドープｐ型ＧａＮ層１１，Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ
層１２が、最後にＳｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ型窒化ガ
リウム層）１４が形成され、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１
４が結晶最表面層になる。結晶成長終了後の冷却時に
は、従来技術の冷却プロセスを用いる。本発明の第１及
び第２の実施の形態例に示した冷却プロセスを用いても
よい。
ける低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体にかかる気
相結晶成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード
結晶の層構造を示す。図５において、発光ダイオード結
晶は、サファイア基板９上のＧａＮバッファ層１０、Ｍ
ｇドープｐ型ＧａＮ層１１、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ
層１２、ＩｎＧａＮ活性層１３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
層１４とから成っている。Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層１
１，Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層１２及びＳｉドープｎ
型ＧａＮ層１４の結晶成長時の結晶基板温度は１０３０
度である。初めにｐ型窒化ガリウム系半導体層であるＭ
ｇドープｐ型ＧａＮ層１１，Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ
層１２が、最後にＳｉドープｎ型ＧａＮ層（ｎ型窒化ガ
リウム層）１４が形成され、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１
４が結晶最表面層になる。結晶成長終了後の冷却時に
は、従来技術の冷却プロセスを用いる。本発明の第１及
び第２の実施の形態例に示した冷却プロセスを用いても
よい。
【００４３】この低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体の気相成長方法において、結晶成長終了時の温度は、
従来例の特開平５−１８３１８９号公報におけるアニー
ル温度（４００−７００℃）以上であるため、この時点
までには水素パシベーションは起こらない。この場合、
結晶表面はＳｉドープｎ型ＧａＮ層１４になっている。
結晶成長終了後の冷却時には結晶表面から水素が拡散す
るが、負電荷に帯電したアクセプタ（Ｍｇ）と結合する
水素は正電荷に帯電している。正電荷を持った水素の拡
散は、負電荷に帯電したアクセプタがないｎ型半導体層
では遅くなるため、正電荷を持った水素は結晶最表面の
Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１４に蓄積され、Ｍｇドープｐ
型ＧａＮ層１１，Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層１２が水
素パシベーションされることはない。この場合は結晶を
室温に冷却後の結晶表面層エッチング除去が不要であ
る。この方法により、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗
ｐ型層を持った結晶が得られる。この低抵抗ｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体の気相成長方法では、所望の結晶
の層構造に依存しない。
体の気相成長方法において、結晶成長終了時の温度は、
従来例の特開平５−１８３１８９号公報におけるアニー
ル温度（４００−７００℃）以上であるため、この時点
までには水素パシベーションは起こらない。この場合、
結晶表面はＳｉドープｎ型ＧａＮ層１４になっている。
結晶成長終了後の冷却時には結晶表面から水素が拡散す
るが、負電荷に帯電したアクセプタ（Ｍｇ）と結合する
水素は正電荷に帯電している。正電荷を持った水素の拡
散は、負電荷に帯電したアクセプタがないｎ型半導体層
では遅くなるため、正電荷を持った水素は結晶最表面の
Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層１４に蓄積され、Ｍｇドープｐ
型ＧａＮ層１１，Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層１２が水
素パシベーションされることはない。この場合は結晶を
室温に冷却後の結晶表面層エッチング除去が不要であ
る。この方法により、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗
ｐ型層を持った結晶が得られる。この低抵抗ｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体の気相成長方法では、所望の結晶
の層構造に依存しない。
【００４４】
【発明の効果】第１の実施の形態例の低抵抗ｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、冷却
後、熱劣化した結晶表面層の窒化ガリウム系化合物半導
体層をエッチング除去すれば、所望の層構造を持ち、か
つ低抵抗ｐ型層を持った結晶が得られ、所望の結晶の層
構造に依存せず、生産性が高くなる。
リウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、冷却
後、熱劣化した結晶表面層の窒化ガリウム系化合物半導
体層をエッチング除去すれば、所望の層構造を持ち、か
つ低抵抗ｐ型層を持った結晶が得られ、所望の結晶の層
構造に依存せず、生産性が高くなる。
【００４５】第２の実施の形態例の低抵抗ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、ジメチル
ヒドラジン等の熱分解により得られる活性窒素雰囲気中
で結晶を冷却するため、結晶表面の熱劣化は抑制され、
所望の結晶の層構造に依存せず、生産性が高くなる。
ウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、ジメチル
ヒドラジン等の熱分解により得られる活性窒素雰囲気中
で結晶を冷却するため、結晶表面の熱劣化は抑制され、
所望の結晶の層構造に依存せず、生産性が高くなる。
【００４６】第３の実施の形態例の低抵抗ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、正電荷を
持った水素の拡散が負電荷に帯電したアクセプタがない
ｎ型半導体層７では遅くなるため、正電荷を持った水素
は結晶最表面のｎ型ＧａＮ層に蓄積され、ｐ型層が水素
パシベーションされることがなく、結晶を室温に冷却
後、結晶表面層をエッチング除去すれば、所望の層構造
を持ち、かつ低抵抗ｐ型層を持った結晶が得られるとと
もに、所望の結晶の層構造に依存せず、生産性が高くな
る。
ウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、正電荷を
持った水素の拡散が負電荷に帯電したアクセプタがない
ｎ型半導体層７では遅くなるため、正電荷を持った水素
は結晶最表面のｎ型ＧａＮ層に蓄積され、ｐ型層が水素
パシベーションされることがなく、結晶を室温に冷却
後、結晶表面層をエッチング除去すれば、所望の層構造
を持ち、かつ低抵抗ｐ型層を持った結晶が得られるとと
もに、所望の結晶の層構造に依存せず、生産性が高くな
る。
【００４７】第４の実施の形態例の低抵抗ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、結晶成長
終了後の結晶冷却時には、ｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体層の水素パシベーションが防止でき、結晶を室温ま
で冷却後、結晶表面層のＧａＡｓ層をエッチング除去す
れば、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗ｐ型層を持った
結晶が得られるとともに所望の結晶の層構造に依存しな
い。また、ＧａＡｓは硫酸−過酸化水素水溶液により容
易にエッチングできるため、結晶表面層のＧａＡｓ層を
容易に選択的に除去できる。
ウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、結晶成長
終了後の結晶冷却時には、ｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体層の水素パシベーションが防止でき、結晶を室温ま
で冷却後、結晶表面層のＧａＡｓ層をエッチング除去す
れば、所望の層構造を持ち、かつ低抵抗ｐ型層を持った
結晶が得られるとともに所望の結晶の層構造に依存しな
い。また、ＧａＡｓは硫酸−過酸化水素水溶液により容
易にエッチングできるため、結晶表面層のＧａＡｓ層を
容易に選択的に除去できる。
【００４８】第５の実施の形態例の低抵抗ｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、正電荷を
持った水素の拡散は、負電荷に帯電したアクセプタがな
いｎ型半導体層では遅くなるため正電荷を持った水素は
結晶最表面のｎ型ＧａＮ層に蓄積され、ｐ型層が水素パ
シベーションされることはなく、結晶を室温に冷却後の
結晶表面層エッチング除去が不要であり、所望の層構造
を持ち、かつ低抵抗ｐ型層を持った結晶が得られる。
ウム系化合物半導体の気相成長方法によれば、正電荷を
持った水素の拡散は、負電荷に帯電したアクセプタがな
いｎ型半導体層では遅くなるため正電荷を持った水素は
結晶最表面のｎ型ＧａＮ層に蓄積され、ｐ型層が水素パ
シベーションされることはなく、結晶を室温に冷却後の
結晶表面層エッチング除去が不要であり、所望の層構造
を持ち、かつ低抵抗ｐ型層を持った結晶が得られる。
【００４９】したがって、所望の結晶の層構造に依存せ
ず、表面層のエッチングも不要であり、生産性が高くな
る。
ず、表面層のエッチングも不要であり、生産性が高くな
る。
【図１】本発明の第１の実施の形態例にかかる気相結晶
成長プロセスにおける基板結晶の温度プロファイルと、
結晶成長室中のガスの種類を表す模式図である。
成長プロセスにおける基板結晶の温度プロファイルと、
結晶成長室中のガスの種類を表す模式図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例にかかる気相結晶
成長プロセスにおける基板結晶の温度プロファイルと、
結晶成長室中のガスの種類を表す模式図である。
成長プロセスにおける基板結晶の温度プロファイルと、
結晶成長室中のガスの種類を表す模式図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態例にかかる気相結晶
成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード結晶の
層構造を示す構成図である。
成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード結晶の
層構造を示す構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態例にかかる気相結晶
成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード結晶の
層構造を示す構成図である。
成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード結晶の
層構造を示す構成図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態例にかかる気相結晶
成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード結晶の
層構造を示す構成図である。
成長プロセスを用いて作成される発光ダイオード結晶の
層構造を示す構成図である。
【図６】従来技術のｐドープ窒化ガリウム気相結晶成長
プロセスにおける結晶の温度プロファイルと、結晶成長
室中のガスの種類を表す模式図である。
プロセスにおける結晶の温度プロファイルと、結晶成長
室中のガスの種類を表す模式図である。
【図７】従来技術の気相結晶成長プロセスを用いて作成
される発光ダイオード結晶の層構造を示す構成図であ
る。
される発光ダイオード結晶の層構造を示す構成図であ
る。
１，９，１５ サファイア基板 ２，１０，１６ ＧａＮバッファ層 ３，１４，１７ Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層 ４，１３，１８ ＩｎＧａＮ活性層 ５，１２，１９ Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ層 ６，１１，２０ Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層 ７ Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層 ８ Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ層
Claims (7)
- 【請求項１】 水素、窒素等のキャリアガス中に、III
属元素化合物の原料ガスと窒素化合物の原料ガスとｐ型
ドーパントガスとを希釈して加熱した基板結晶上に、ｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体を形成する工程を含む気
相成長方法において、 結晶成長終了直後の前記基板結晶の温度が摂氏７００度
以上であり、かつ結晶成長終了後の前記基板結晶の摂氏
７００度以下での冷却を、前記水素を除いたキャリアガ
スの雰囲気中で行うことを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガ
リウム系化合物半導体の気相成長方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の低抵抗ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体の気相成長方法において、キャリアガス
として、ヘリウム、窒素、アルゴンのうち少なくとも１
つの不活性ガスを用いることを特徴とする低抵抗ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の低抵抗ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体の気相成長方法において、結晶成長終了
後の前記基板結晶の摂氏７００度以下での冷却を、水素
を除くキャリアガスに窒素と水素の直接結合の個数が３
より少ない有機窒素化合物ガスを混合したガスの雰囲気
中で行うことを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体の気相成長方法。 - 【請求項４】 請求項３記載の低抵抗ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体の気相成長方法において、前記有機窒素
源として、ターシャル・ブチル・アミン、アジ化エチ
ル、ジメチルヒドラジンのうち少なくとも１つの有機窒
素をを用いることを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体の気相成長方法。 - 【請求項５】 水素、窒素等のキャリアガス中に、III
属元素化合物の原料ガスと窒素化合物の原料ガスとｐ型
ドーパントガスとを希釈して、加熱した基板結晶上にｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体を形成する工程を含む気
相成長において、 ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む必要な多層膜
を形成した後に、前記基板結晶の温度が摂氏７００度以
上の状態で、結晶表面層としてｎ型窒化ガリウム系化合
物半導体層を形成し、この後前記基板結晶の冷却を行う
ことを特徴とする低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体の気相成長方法。 - 【請求項６】 水素、窒素等のキャリアガス中に、III
属元素化合物の原料ガスと窒素化合物の原料ガスとｐ型
ドーパントガスとを希釈して、加熱した基板結晶上にｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体を形成する工程を含む気
相成長において、 ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を含む必要な多層膜
を形成した後に、前記基板結晶の温度が摂氏７００度以
上の状態で、Ｖ属元素としてＡｓのみ又はＰのみ又はＡ
ｓとＰの双方を含むｎ型III −Ｖ属化合物半導体層を形
成し、この後前記基板結晶を冷却することを特徴とする
低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方
法。 - 【請求項７】 水素、窒素等のキャリアガス中に、III
属元素化合物の原料ガスと窒素化合物の原料ガスとｐ型
ドーパントガスとを希釈して、加熱した基板結晶上にｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体を形成する工程を含む気
相成長において、 ｐ−ｎ接合を持った窒化ガリウム系化合物半導体ダイオ
ードを形成する際に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
の成長後にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体のみを形成
することを特徴とし、かつ成長終了時の前記基板結晶の
温度が７００℃以上であることを特徴とする低抵抗ｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP729896A JP2872096B2 (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 |
| US08/785,654 US5902393A (en) | 1996-01-19 | 1997-01-17 | Method for growing p-type gallium nitride based compound semiconductors by vapor phase epitaxy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP729896A JP2872096B2 (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199758A true JPH09199758A (ja) | 1997-07-31 |
| JP2872096B2 JP2872096B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=11662127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP729896A Expired - Lifetime JP2872096B2 (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 低抵抗ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の気相成長方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5902393A (ja) |
| JP (1) | JP2872096B2 (ja) |
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