JPH0940490A - 窒化ガリウム結晶の製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム結晶の製造方法Info
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- JPH0940490A JPH0940490A JP19149295A JP19149295A JPH0940490A JP H0940490 A JPH0940490 A JP H0940490A JP 19149295 A JP19149295 A JP 19149295A JP 19149295 A JP19149295 A JP 19149295A JP H0940490 A JPH0940490 A JP H0940490A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】成長プロセス終了後にアニールしなくてもｐ型
不純物の活性化を可能とする。 【解決手段】水素ガス雰囲気化でＮＨ3 とＴＭＡまたは
ＴＭＧによりサファイア基板上にＡｌＮまたはＧａＮの
バッファ層を設け、その上にＮＨ3 とＴＭＧによりｐｎ
接合をもつＧａＮのエピタキシャル成長を行なう。ｐｎ
接合を形成するためのドープ不純物には、ｎ型としては
ＳｉＨ4 を、ｐ型にはＣｐ2 Ｍｇを用いる。ＧａＮ結晶
の成膜を水素ガス雰囲気で行なった後の冷却過程で、１
０００℃以下の温度域における雰囲気に窒素ガスのみ
か、あるいは窒素ガスの割合が７０％〜１００％未満の
窒素ガスと水素ガスの混合ガスを使用する。
不純物の活性化を可能とする。 【解決手段】水素ガス雰囲気化でＮＨ3 とＴＭＡまたは
ＴＭＧによりサファイア基板上にＡｌＮまたはＧａＮの
バッファ層を設け、その上にＮＨ3 とＴＭＧによりｐｎ
接合をもつＧａＮのエピタキシャル成長を行なう。ｐｎ
接合を形成するためのドープ不純物には、ｎ型としては
ＳｉＨ4 を、ｐ型にはＣｐ2 Ｍｇを用いる。ＧａＮ結晶
の成膜を水素ガス雰囲気で行なった後の冷却過程で、１
０００℃以下の温度域における雰囲気に窒素ガスのみ
か、あるいは窒素ガスの割合が７０％〜１００％未満の
窒素ガスと水素ガスの混合ガスを使用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム結晶の
製造方法に係り、特にｐ型不純物を活性化するための熱
処理方法を改善したものに関する。
製造方法に係り、特にｐ型不純物を活性化するための熱
処理方法を改善したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】低消費電力で長寿命な発光素子である発
光ダイオードは、インジケータランプ、警告表示、公告
表示などに広く用いられている。現在、実用化されてい
る発光ダイオードの発光色は、赤色、橙色、黄色、緑色
である。赤・緑・青の光の三原色のうち、青色だけが実
用化されていない。青色発光ダイオードが実用化できれ
ばフルカラー表示が可能となり、情報表示を多彩に行な
うことができる。
光ダイオードは、インジケータランプ、警告表示、公告
表示などに広く用いられている。現在、実用化されてい
る発光ダイオードの発光色は、赤色、橙色、黄色、緑色
である。赤・緑・青の光の三原色のうち、青色だけが実
用化されていない。青色発光ダイオードが実用化できれ
ばフルカラー表示が可能となり、情報表示を多彩に行な
うことができる。
【０００３】青色を発光させるためには、広い禁制帯幅
をもつ半導体結晶が必要であり、そのため、窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ等の広い禁制帯幅の半
導体結晶について開発が進められている。なかでも、Ｇ
ａＮは直接遷移型であるため、高い発光効率が期待され
ている。
をもつ半導体結晶が必要であり、そのため、窒化ガリウ
ム（ＧａＮ）、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ等の広い禁制帯幅の半
導体結晶について開発が進められている。なかでも、Ｇ
ａＮは直接遷移型であるため、高い発光効率が期待され
ている。
【０００４】発光ダイオード用ＧａＮエピタキシャルウ
ェハの構造は、基板にサファイアを、その上に窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）やＧａＮのバッファ層を設け、さら
にその上に、ｎ型ＧａＮ、ｐ型ＧａＮのエピタキシャル
層を成長させた構造となっている。
ェハの構造は、基板にサファイアを、その上に窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）やＧａＮのバッファ層を設け、さら
にその上に、ｎ型ＧａＮ、ｐ型ＧａＮのエピタキシャル
層を成長させた構造となっている。
【０００５】これらのエピタキシャル層の成長には、水
素ガスをキャリアガスとして、有機金属ガスであるトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）、及びアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを用いて行
なう。ドープ不純物には、ｎ型としてはシラン（ＳｉＨ
4 ）をｐ型にはビスシクロペンタディエニルマグネシウ
ム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を用いる。成長過程、冷却過程とも水
素雰囲気で行なわれる。
素ガスをキャリアガスとして、有機金属ガスであるトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）、及びアンモニア（ＮＨ3 ）ガスを用いて行
なう。ドープ不純物には、ｎ型としてはシラン（ＳｉＨ
4 ）をｐ型にはビスシクロペンタディエニルマグネシウ
ム（Ｃｐ2 Ｍｇ）を用いる。成長過程、冷却過程とも水
素雰囲気で行なわれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したＧａＮの成長
方法において、ｐ型不純物を十分にドープしてＧａＮ結
晶の成長を行なっても、成長後の結晶には、ｐ型キャリ
アは非常に少なく、結晶は高抵抗を示す。これはｐ型不
純物の活性化が低いためである。
方法において、ｐ型不純物を十分にドープしてＧａＮ結
晶の成長を行なっても、成長後の結晶には、ｐ型キャリ
アは非常に少なく、結晶は高抵抗を示す。これはｐ型不
純物の活性化が低いためである。
【０００７】発光ダイオードが高輝度で発光するために
は電子と正孔が必要であり、正孔はｐ型不純物が活性化
してできる。ｐ型不純物の活性化が低いと輝度が低くな
ってしまう。
は電子と正孔が必要であり、正孔はｐ型不純物が活性化
してできる。ｐ型不純物の活性化が低いと輝度が低くな
ってしまう。
【０００８】ｐ型不純物を活性化させるために、従来
は、成長過程、冷却過程を経て結晶を成長した後、成長
装置から結晶を取り出し、電子線照射や窒素雰囲気での
アニール処理工程が行なわれている。すなわち、成長プ
ロセス以外にｐ型不純物を活性化させるためだけの別工
程を必要としていた。なお、ここで、成長プロセスと
は、成膜過程後の冷却過程までも含めた工程をいう。
は、成長過程、冷却過程を経て結晶を成長した後、成長
装置から結晶を取り出し、電子線照射や窒素雰囲気での
アニール処理工程が行なわれている。すなわち、成長プ
ロセス以外にｐ型不純物を活性化させるためだけの別工
程を必要としていた。なお、ここで、成長プロセスと
は、成膜過程後の冷却過程までも含めた工程をいう。
【０００９】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、成長プロセスだけでｐ型不純物の活性化を大
幅に高めることができる新規なＧａＮ結晶の製造方法を
提供することにある。
を解消し、成長プロセスだけでｐ型不純物の活性化を大
幅に高めることができる新規なＧａＮ結晶の製造方法を
提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のＧａＮ結晶の製
造方法は、ＧａＮ結晶の原料となる有機金属及びアンモ
ニアを用いた気相成長法によってｐｎ接合をもつＧａＮ
結晶を製造する方法おいて、ＧａＮ結晶の成膜を水素ガ
ス雰囲気において行なった後の冷却過程の内、１０００
℃以下の温度域における雰囲気として窒素ガスのみを使
用するようにしたものである。
造方法は、ＧａＮ結晶の原料となる有機金属及びアンモ
ニアを用いた気相成長法によってｐｎ接合をもつＧａＮ
結晶を製造する方法おいて、ＧａＮ結晶の成膜を水素ガ
ス雰囲気において行なった後の冷却過程の内、１０００
℃以下の温度域における雰囲気として窒素ガスのみを使
用するようにしたものである。
【００１１】この場合、窒素ガスのみとせずに、窒素ガ
スと水素ガスからなる混合ガスとしてもよく、そのとき
窒素ガスの割合は７０％〜１００％未満である。
スと水素ガスからなる混合ガスとしてもよく、そのとき
窒素ガスの割合は７０％〜１００％未満である。
【００１２】ＧａＮ結晶の成長プロセスは、前処理過
程、成膜過程、冷却過程の３つの過程を備える。前処理
過程は表面処理などを行ない、成膜過程はバッファ層や
ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる。冷却過程は、Ｇ
ａＮ層の成膜に必要な高温の成長温度から降温するため
にエピタキシャルウェハを冷却する。
程、成膜過程、冷却過程の３つの過程を備える。前処理
過程は表面処理などを行ない、成膜過程はバッファ層や
ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる。冷却過程は、Ｇ
ａＮ層の成膜に必要な高温の成長温度から降温するため
にエピタキシャルウェハを冷却する。
【００１３】ＧａＮ結晶の成長を行なうためにサファイ
ア基板を用いる。また、本発明に用いる有機金属は、Ｔ
ＭＧ、ＴＭＡなどの有機金属ガスである。水素ガス雰囲
気下でＮＨ3 とＴＭＡまたはＴＭＧによりサファイア基
板上にＡｌＮまたはＧａＮのバッファ層を設け、その上
にＮＨ3 とＴＭＧによりＧａＮの成長を行なう。
ア基板を用いる。また、本発明に用いる有機金属は、Ｔ
ＭＧ、ＴＭＡなどの有機金属ガスである。水素ガス雰囲
気下でＮＨ3 とＴＭＡまたはＴＭＧによりサファイア基
板上にＡｌＮまたはＧａＮのバッファ層を設け、その上
にＮＨ3 とＴＭＧによりＧａＮの成長を行なう。
【００１４】ｐｎ接合を形成するためのドープ不純物に
は、ｎ型としてはＳｉＨ4 を、ｐ型にはＣｐ2 Ｍｇを用
いる。成膜過程は水素雰囲気で行なわれるが、冷却過程
は窒素ガスのみか、または窒素と水素との混合ガス雰囲
気とする。これにより、ｐ型不純物の活性化が大幅に高
められる。
は、ｎ型としてはＳｉＨ4 を、ｐ型にはＣｐ2 Ｍｇを用
いる。成膜過程は水素雰囲気で行なわれるが、冷却過程
は窒素ガスのみか、または窒素と水素との混合ガス雰囲
気とする。これにより、ｐ型不純物の活性化が大幅に高
められる。
【００１５】エピタキシャル成長は、有機金属気相成長
法（ＭＯＶＰＥ法）で行なうことができる。その場合、
縦型炉を使用することもできるが、横型炉を使用するこ
とが好ましい。
法（ＭＯＶＰＥ法）で行なうことができる。その場合、
縦型炉を使用することもできるが、横型炉を使用するこ
とが好ましい。
【００１６】ＧａＮ結晶の成長を水素キャリアにおいて
行なった後の冷却過程において、雰囲気として窒素ガス
を使用するのは、結晶の温度が１０００℃以下の温度に
なってからとする。１０００℃以上の状態では、水素ガ
スとアンモニアガスを用いる。これは、１０００℃以上
の状態では、雰囲気が窒素ガスだけでは、ＧａＮ結晶か
らの窒素解離が起きるからである。
行なった後の冷却過程において、雰囲気として窒素ガス
を使用するのは、結晶の温度が１０００℃以下の温度に
なってからとする。１０００℃以上の状態では、水素ガ
スとアンモニアガスを用いる。これは、１０００℃以上
の状態では、雰囲気が窒素ガスだけでは、ＧａＮ結晶か
らの窒素解離が起きるからである。
【００１７】成膜後の結晶冷却過程において、雰囲気ガ
スとして水素ガスではなく、窒素ガスまたは水素との混
合ガス（窒素雰囲気等）を使用すると、従来、ｐ型不純
物の活性化のために、成長プロセスとは別工程で行なっ
ていた窒素雰囲気下でのアニールと同じ条件が形成され
る。すなわち、ＧａＮ結晶を窒素雰囲気等で冷却熱処理
すると、解離されないまま結晶中に取り込まれてｐ型不
純物と結びつき、ｐ型不純物の活性化を抑え込んでいた
結晶原料原子の結びつきが解かれて、、結晶中にドープ
したｐ型不純物原子の活性化あるいはｐ型不純物原子へ
の分解が促進される。その結果、ｐ型不純物の活性化が
向上する。
スとして水素ガスではなく、窒素ガスまたは水素との混
合ガス（窒素雰囲気等）を使用すると、従来、ｐ型不純
物の活性化のために、成長プロセスとは別工程で行なっ
ていた窒素雰囲気下でのアニールと同じ条件が形成され
る。すなわち、ＧａＮ結晶を窒素雰囲気等で冷却熱処理
すると、解離されないまま結晶中に取り込まれてｐ型不
純物と結びつき、ｐ型不純物の活性化を抑え込んでいた
結晶原料原子の結びつきが解かれて、、結晶中にドープ
したｐ型不純物原子の活性化あるいはｐ型不純物原子へ
の分解が促進される。その結果、ｐ型不純物の活性化が
向上する。
【００１８】このように本発明によれば、ＧａＮ結晶の
成長プロセス中にｐ型活性化のためのアニール処理を組
み込んでしまうので、結晶製造工程の簡素化が図れる。
成長プロセス中にｐ型活性化のためのアニール処理を組
み込んでしまうので、結晶製造工程の簡素化が図れる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明のＧａＮ結晶の製造
方法の実施例を説明するが、ここでは次の３つの特性比
較に基づいて説明していく。
方法の実施例を説明するが、ここでは次の３つの特性比
較に基づいて説明していく。
【００２０】(1) ｐ型不純物をドープしたＧａＮのエピ
タキシャル成長を行ない、従来技術で処理した従来例の
結晶と、本発明方法で処理した実施例の結晶との特性比
較をウェハレベルで行なった。また、水素ガスに代えて
窒素ガスをキャリアガスとして成長させた比較例の結晶
についての特性も併せて評価した。
タキシャル成長を行ない、従来技術で処理した従来例の
結晶と、本発明方法で処理した実施例の結晶との特性比
較をウェハレベルで行なった。また、水素ガスに代えて
窒素ガスをキャリアガスとして成長させた比較例の結晶
についての特性も併せて評価した。
【００２１】(2) ｐｎ接合を有するＧａＮ結晶のエピタ
キシャル成長を行ない、従来技術で処理した従来例の結
晶と、本発明方法で処理した実施例の結晶とのそれぞれ
から発光ダイオードを作製し、ダイオードレベルの特性
比較を行なった。
キシャル成長を行ない、従来技術で処理した従来例の結
晶と、本発明方法で処理した実施例の結晶とのそれぞれ
から発光ダイオードを作製し、ダイオードレベルの特性
比較を行なった。
【００２２】(3) 冷却過程の雰囲気ガスを、窒素のみと
せずに、窒素と水素の混合ガスとし、その割合を変えて
処理した結晶の特性比較をウェハレベルで行なった。
せずに、窒素と水素の混合ガスとし、その割合を変えて
処理した結晶の特性比較をウェハレベルで行なった。
【００２３】（ウェハレベルの特性比較）エピタキシャ
ル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で行な
った。横型炉を使用し、成長圧力は１．３×１０4 Ｐａ
で行なった。基板には表面を鏡面仕上げしたサファイア
基板を用いた。
ル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で行な
った。横型炉を使用し、成長圧力は１．３×１０4 Ｐａ
で行なった。基板には表面を鏡面仕上げしたサファイア
基板を用いた。
【００２４】図１に示すように、冷却過程の前までは従
来例、本実施例とも条件は同じである。成長は、まず、
流量１０ｌ／ｍｉｎの水素雰囲気下で１１２５℃でサフ
ァイア基板を２０分間保持し、表面処理を行なった（前
処理過程）。
来例、本実施例とも条件は同じである。成長は、まず、
流量１０ｌ／ｍｉｎの水素雰囲気下で１１２５℃でサフ
ァイア基板を２０分間保持し、表面処理を行なった（前
処理過程）。
【００２５】次に、５５０℃に降温させた後、２５μｍ
ｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、５ｌ／ｍｉｎのＮＨ3 、および
５ｌ／ｍｉｎの水素を３分間流し、ＡｌＮのバッファ層
を成長させた（バッファ層成膜過程）。
ｏｌ／ｍｉｎのＴＭＡ、５ｌ／ｍｉｎのＮＨ3 、および
５ｌ／ｍｉｎの水素を３分間流し、ＡｌＮのバッファ層
を成長させた（バッファ層成膜過程）。
【００２６】そして、次に、１０００℃に昇温し、８０
μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、５ｌ／ｍｉｎのＮＨ3 、２
ｎｍｍｏｌ／ｍｉｎのＣｐ2 Ｍｇ、および５ｌ／ｍｉｎ
の水素を２０分間流し、ｐ型ＧａＮ層を成長させた。Ｇ
ａＮ層は約１μｍ成長した（ＧａＮ層成膜過程）。
μｍｏｌ／ｍｉｎのＴＭＧ、５ｌ／ｍｉｎのＮＨ3 、２
ｎｍｍｏｌ／ｍｉｎのＣｐ2 Ｍｇ、および５ｌ／ｍｉｎ
の水素を２０分間流し、ｐ型ＧａＮ層を成長させた。Ｇ
ａＮ層は約１μｍ成長した（ＧａＮ層成膜過程）。
【００２７】ここで、成膜後の冷却過程では、水素雰囲
気のままで冷却する従来技術による従来例の方法と、窒
素雰囲気で冷却する本発明による実施例の方法とで、そ
れぞれ別個に処理し、両者の特性比較を行なった。両者
の成長プログラムは図１に示す。
気のままで冷却する従来技術による従来例の方法と、窒
素雰囲気で冷却する本発明による実施例の方法とで、そ
れぞれ別個に処理し、両者の特性比較を行なった。両者
の成長プログラムは図１に示す。
【００２８】まず、従来例の方法で冷却した。この冷却
過程では、１０００℃での成長終了後、直ちに雰囲気ガ
スを１０ｌ／ｍｉｎの水素だけにしてから冷却を開始
し、１００℃まで冷却した。冷却速度は１０００℃から
６００℃までは０．２５℃／秒で、６００℃から１００
℃までは０．７５℃／秒で行なった。
過程では、１０００℃での成長終了後、直ちに雰囲気ガ
スを１０ｌ／ｍｉｎの水素だけにしてから冷却を開始
し、１００℃まで冷却した。冷却速度は１０００℃から
６００℃までは０．２５℃／秒で、６００℃から１００
℃までは０．７５℃／秒で行なった。
【００２９】次に、本実施例の方法で冷却した。この冷
却過程では、１０００℃での成長終了後、直ちに雰囲気
ガスを１０ｌ／ｍｉｎの窒素だけにしてから冷却を開始
し、１００℃まで冷却した。冷却速度は、従来例と同じ
く、１０００℃から６００℃までは０．２５℃／秒で、
６００℃から１００℃までは０．７５℃／秒で行なっ
た。
却過程では、１０００℃での成長終了後、直ちに雰囲気
ガスを１０ｌ／ｍｉｎの窒素だけにしてから冷却を開始
し、１００℃まで冷却した。冷却速度は、従来例と同じ
く、１０００℃から６００℃までは０．２５℃／秒で、
６００℃から１００℃までは０．７５℃／秒で行なっ
た。
【００３０】この２つの結晶の比抵抗をvan der Pauw法
により測定した。その結果を図２に示す。従来例による
結晶では１０6 Ω・cm以上の高比抵抗を示し、成長プロ
セスのみではｐ型不純物の活性化が非常に低いことがわ
かった。一方、本実施例による結晶では成長プロセスの
みでも３０Ω・cmの低比抵抗を示し、ｐ型不純物の活性
化が高いことがわかった。
により測定した。その結果を図２に示す。従来例による
結晶では１０6 Ω・cm以上の高比抵抗を示し、成長プロ
セスのみではｐ型不純物の活性化が非常に低いことがわ
かった。一方、本実施例による結晶では成長プロセスの
みでも３０Ω・cmの低比抵抗を示し、ｐ型不純物の活性
化が高いことがわかった。
【００３１】次に、成膜および冷却をすべて、窒素ガス
をキャリアガスとして成長させた比較例により成長させ
たところ、結晶表面はくもり、結晶は異常成長してい
た。したがって、窒素ガスのみでの成長は適さないこと
がわかった。
をキャリアガスとして成長させた比較例により成長させ
たところ、結晶表面はくもり、結晶は異常成長してい
た。したがって、窒素ガスのみでの成長は適さないこと
がわかった。
【００３２】（発光ダイオードレベルの特性比較）次
に、図３に示した青色発光ダイオードチップを製作し、
発光出力を比較した。結晶成長は上記したＭＯＶＰＥ法
を用いて同様に行なった。すなわち、サファイア基板１
上に、ＡｌＮバッファ層２を成長した後、ｎ型不純物を
ドープして層厚２．５μｍ、キャリア濃度１×１０18cm
-3のｎ型ＧａＮ層３を成長させ、その上に前述したのと
同条件のＣｐ2 Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４を１μ
ｍ成膜させた。
に、図３に示した青色発光ダイオードチップを製作し、
発光出力を比較した。結晶成長は上記したＭＯＶＰＥ法
を用いて同様に行なった。すなわち、サファイア基板１
上に、ＡｌＮバッファ層２を成長した後、ｎ型不純物を
ドープして層厚２．５μｍ、キャリア濃度１×１０18cm
-3のｎ型ＧａＮ層３を成長させ、その上に前述したのと
同条件のＣｐ2 Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４を１μ
ｍ成膜させた。
【００３３】ｎ型ＧａＮ層３はドープ不純物としてＳｉ
Ｈ4 を用いた。１ｐｐｍ濃度で１０ｃｃ／ｍｉｎ流し
た。このときのＴＭＧ、ＮＨ3 、水素の条件は、Ｃｐ2
Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４の場合と同じである。
Ｈ4 を用いた。１ｐｐｍ濃度で１０ｃｃ／ｍｉｎ流し
た。このときのＴＭＧ、ＮＨ3 、水素の条件は、Ｃｐ2
Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４の場合と同じである。
【００３４】ここで、成膜後の冷却では、水素雰囲気の
ままで冷却する従来例の方法と、窒素雰囲気で冷却する
本発明による実施例の方法とで、それぞれ別個に処理し
てＧａＮエピタキシャルウェハを得た。
ままで冷却する従来例の方法と、窒素雰囲気で冷却する
本発明による実施例の方法とで、それぞれ別個に処理し
てＧａＮエピタキシャルウェハを得た。
【００３５】両ウェハに所定のプロセス（エッチング
等）を施し、電極５を取り付けて図３の発光ダイオード
チップを製作した。
等）を施し、電極５を取り付けて図３の発光ダイオード
チップを製作した。
【００３６】製作した各チップに電流を２０mA流し、発
光出力を測定した。従来例の方法で冷却したウェハから
製作した発光ダイオードチップの発光出力は２５μＷで
あったが、本実施例の方法で冷却したウェハから製作し
た発光ダイオードチップの発光出力は２００μＷと８倍
高い値であった。本実施例で作製した結晶の方が高い発
光出力が得られることが確かめられた。
光出力を測定した。従来例の方法で冷却したウェハから
製作した発光ダイオードチップの発光出力は２５μＷで
あったが、本実施例の方法で冷却したウェハから製作し
た発光ダイオードチップの発光出力は２００μＷと８倍
高い値であった。本実施例で作製した結晶の方が高い発
光出力が得られることが確かめられた。
【００３７】（窒素と水素の割合を変えたときのウェハ
レベルの特性比較）上記の実施例においては、冷却過程
の雰囲気ガスが窒素のみの場合で、ｐ型不純物の活性化
が高くなることが確かめられた。次に冷却過程の雰囲気
ガスが窒素と水素の混合ガスの場合について調べてみよ
う。
レベルの特性比較）上記の実施例においては、冷却過程
の雰囲気ガスが窒素のみの場合で、ｐ型不純物の活性化
が高くなることが確かめられた。次に冷却過程の雰囲気
ガスが窒素と水素の混合ガスの場合について調べてみよ
う。
【００３８】ｐ型不純物をドープしたＧａＮ層のエピタ
キシャル成長を行ない、冷却過程を窒素と水素の混合ガ
スで行なった。そして、結晶の特性評価をした。成長方
法は、ウェハレベルでの実施例と同様である。冷却過程
の冷却速度も同様とした。冷却過程の窒素と水素の混合
ガスの流量は全体で１０ｌ／ｍｉｎとした。そして、窒
素と水素の割合を変えて冷却し、結晶の比抵抗を調べ
た。図４にその結果を示す。
キシャル成長を行ない、冷却過程を窒素と水素の混合ガ
スで行なった。そして、結晶の特性評価をした。成長方
法は、ウェハレベルでの実施例と同様である。冷却過程
の冷却速度も同様とした。冷却過程の窒素と水素の混合
ガスの流量は全体で１０ｌ／ｍｉｎとした。そして、窒
素と水素の割合を変えて冷却し、結晶の比抵抗を調べ
た。図４にその結果を示す。
【００３９】窒素の割合が７０％から１００％の場合、
比抵抗が３０Ω・cmから６０Ω・cmとなったが、窒素の
割合が７０％より低い場合には１０6 Ω・cm以上の高抵
抗を示した。これよりｐ型不純物を活性化させる上で、
成長後の冷却過程で、雰囲気ガスとして窒素の割合が７
０％から１００％の窒素と水素の混合ガスで効果がある
ことがわかった。
比抵抗が３０Ω・cmから６０Ω・cmとなったが、窒素の
割合が７０％より低い場合には１０6 Ω・cm以上の高抵
抗を示した。これよりｐ型不純物を活性化させる上で、
成長後の冷却過程で、雰囲気ガスとして窒素の割合が７
０％から１００％の窒素と水素の混合ガスで効果がある
ことがわかった。
【００４０】
(1) 請求項１に記載の発明によれば、冷却過程を窒素ガ
ス雰囲気で行なうようにしたので、１回の成長プロセス
でＧａＮ結晶にドープしたｐ型不純物の活性化を高める
ことができ、成長プロセスとは別に活性化の工程を設け
る必要がない。その結果、工程の簡素化が図れてＧａＮ
結晶を安価に製造することができる。
ス雰囲気で行なうようにしたので、１回の成長プロセス
でＧａＮ結晶にドープしたｐ型不純物の活性化を高める
ことができ、成長プロセスとは別に活性化の工程を設け
る必要がない。その結果、工程の簡素化が図れてＧａＮ
結晶を安価に製造することができる。
【００４１】(2) 請求項２に記載の発明によれば、特定
割合の窒素ガスと水素ガスの混合ガスによっても(1) と
同様の効果を発揮できる。
割合の窒素ガスと水素ガスの混合ガスによっても(1) と
同様の効果を発揮できる。
【図１】本発明の実施例と従来例の冷却過程を含む成長
プロセスの温度、ガス流量のプログラム図。
プロセスの温度、ガス流量のプログラム図。
【図２】本実施例と従来例の方法から得た結晶の比抵抗
を示す比較図。
を示す比較図。
【図３】本実施例と従来例の発光ダイオードの発光出力
特性を比較するために製作した発光ダイオードチップの
断面図。
特性を比較するために製作した発光ダイオードチップの
断面図。
【図４】本発明の他の実施例での冷却過程における混合
ガスの窒素の割合と結晶の比抵抗の関係を示す図。
ガスの窒素の割合と結晶の比抵抗の関係を示す図。
１ サファイア基板 ２ ＡｌＮバッファ層 ３ ｎ型ＧａＮ層 ４ ｐ型ＧａＮ層 ５ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 隈 彰二 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社アドバンスリサーチセンタ内
Claims (2)
- 【請求項１】窒化ガリウム結晶の原料となる有機金属及
びアンモニアを用いた気相成長法によってｐｎ接合をも
つ窒化ガリウム結晶を製造する方法おいて、窒化ガリウ
ムの成膜を水素ガス雰囲気において行なった後の冷却過
程の内、１０００℃以下の温度域における雰囲気として
窒素ガスのみを使用することを特徴とする窒化ガリウム
結晶の製造方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の窒化ガリウム結晶の製造
方法において、上記窒素ガスのみを使用することに代え
て、窒素ガスの割合が７０％〜１００％未満である窒素
ガスと水素ガスからなる混合ガスを使用することを特徴
とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
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