JPH10144960A - ｐ型窒化物半導体の製造方法及び窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 主としてキャリア濃度の高いｐ型窒化物半導
体が得られる製造方法を提供することにより、そのｐ型
窒化物半導体を用いた各種デバイスの発光効率、受光効
率を向上させる。 【構成】 気相成長法により、ｎ型不純物とｐ型不純物
とを同時にドープして、さらに結晶中に水素を含む窒化
物半導体を成長させた後、その窒化物半導体層中に含ま
れる水素を除く方法と、ｎ型窒化物半導体層と、インジ
ウムを含む窒化物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化物
半導体層と、ｐ電極層とを順に有する窒化物半導体素子
において、前記活性層と、前記ｐ電極層との間に、ｐ型
不純物とｎ型不純物とがドープされたｐ型窒化物半導体
層を少なくとも１層有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はｐ型窒化物半導体
（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）
の成長方法と、そのｐ型窒化物半導体を用いてＬＥＤ、
ＬＤ等の発光デバイス、太陽電池、光センサー等の受光
デバイスに応用される窒化物半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体は格子欠陥が非常に多い半
導体材料であり、さらに、ノンドープ（不純物をドープ
しない状態）で結晶内部にできた窒素空孔によりｎ型の
導電性を示すことが知られている。そのため、ｐ型不純
物を窒化物半導体にドープしても高抵抗なｉ（insulate
r）型にしかならず、低抵抗なｐ型結晶を得るのが難し
い材料であった。

【０００３】しかし、１９８３年、Saparinらが、Ｚｎ
をドープしたｉ型ＧａＮ層に、試料温度３００Ｋにおい
て、２０ｋｅＶ、２００Ａ／cm²を越えない範囲で電子
線照射処理を行うことによって、ＺｎドープＧａＮのフ
ォトルミネセンス（ＰＬ）強度が向上することを見い出
した（Vestnik Moskovskogo Universiteta. Fizika,Vo
l.38, No.3, pp 56-59,1983)。また、特開昭６３−２３
９９８９号公報に、前記技術と類似した電子線照射処理
技術が示された。その後、特開平２−２５７６７９号公
報において、ＭｇをドープしたＧａＮに電子線照射処理
を行い、ＰＬ強度が向上することが示された。ＰＬ強度
が向上するということは、即ち、電子線照射部分の抵抗
率が低下して、ｉ型がｐ型に接近していることを示して
いる。これらの電子線照射の技術をＭｇドープＧａＮを
例にとって説明すると、成長直後のＭｇドープＧａＮで
は、ＭｇがＧａサイトに入っておらず、格子間位置のよ
うなところにいる。このためＭｇはアクセプターとして
働かずにＭｇドープＧａＮは高抵抗を示す。このｉ型Ｇ
ａＮに電子線照射することにより、電子線のエネルギー
でＭｇが移動してＧａサイトに入り、Ｍｇがアクセプタ
ーとして働くようになって低抵抗を示すようになるとい
う。

【０００４】一方、電子線照射とは別に、本出願人は特
開平５−１８３１８９号公報において、ｐ型不純物をド
ープした窒化物半導体をアニーリングすることによりｐ
型とする技術を示した。この技術は、水素が半導体中に
混入されてＭｇと結合して高抵抗となっているＭｇドー
プＧａＮから、アニーリングすることにより水素を除去
し、Ｍｇを正常なアクセプターとして作用させて、低抵
抗なｐ型を得る技術である。この技術が発表されてから
様々な研究機関でｐ型窒化物半導体が研究されるように
なった。例えば特開平８−３２１１３号には冷却速度を
遅くする技術、特開平８−５１２３５号には電極アニー
ルとｐアニールを同時に行う技術、特開平８−８４６０
にはｐ層の上にｎ層を載せた状態でアニールする技術等
が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アニー
リングによりｐ型層が得られたといっても、そのキャリ
ア濃度は１×１０¹⁸／cm³以下にしか過ぎず、さらにキ
ャリア濃度の高いｐ型層が求められている。キャリア濃
度の高いｐ型層が得られると、窒化物半導体を用いたＬ
ＥＤ、ＬＤ等のＶｆが極端に低下し、ＬＤに至っては発
熱量が少なくなるので連続発振が可能となる。従って、
本発明の目的とするところは、主としてキャリア濃度の
高いｐ型窒化物半導体が得られる製造方法を提供するこ
とにより、そのｐ型窒化物半導体を用いた各種デバイス
の発光効率、受光効率を向上させることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のｐ型窒化物半導
体の製造方法は、気相成長法により、ｎ型不純物と、ｐ
型不純物とを同時にドープして、さらに結晶中に水素を
含む窒化物半導体を成長させた後、その窒化物半導体層
中に含まれる水素を除くことを特徴とする。本発明では
ｐ型不純物とは、周期律表第２Ａ族、及び第２Ｂ族より
選択される少なくとも１種の元素を指し、さらに、ｎ型
不純物とは、周期律表第４Ａ族、第４Ｂ族、第６Ａ族、
及び第６Ｂ族より選択される少なくとも１種の元素を指
すものとする。従って、本発明の方法では複数のｐ型不
純物と、複数のｎ型不純物を一つの半導体層に同時にド
ープする技術も本発明の範囲に含まれる。なお、窒化物
半導体層に含まれる水素を除くとは、水素を全て除くの
ではく、微量除去することも本発明の範囲に含まれる。

【０００７】また、本発明の製造方法では水素を除く手
段がアニーリング（熱処理）であることを特徴とする。
アニーリングにはランプアニール、プラズマアニール、
反応容器内でのアニール、冷却速度を遅くしてアニール
する等の手段も含まれる。またアニーリングの他、電子
線照射技術もあるが、実用的、工業的にはアニーリング
が最も好ましい。アニーリングする場合、アニーリング
温度は３００℃以上が最も好ましく、水素を含まない雰
囲気中で行う。水素を含む雰囲気中で行うとＨが再吸蔵
されてしまうからである。

【０００８】さらに、本発明の製造方法ではｐ型不純物
と、ｎ型不純物とを同時にドープする窒化物半導体は、
インジウムを含む窒化物半導体よりなる活性層を成長さ
せた後に、成長させることを特徴とする。これは後にア
ニーリングする場合においても同様である。

【０００９】また、ｐ型不純物とｎ型不純物をドープす
る場合、ｎ型不純物のドープ量が、ｐ型不純物のドープ
量に対して、０．１％以上で、ｐ型不純物のドープ量を
越えない範囲にあることを特徴とする。

【００１０】さらに、ｎ型不純物のドープ量を調整する
ことにより、窒化物半導体の正孔キャリア濃度を調整す
ることを特徴とする。正孔キャリア濃度を調整できると
ｐ−、ｐ＋等の窒化物半導体が容易にできる。

【００１１】ｐ型不純物は、前記のように周期律表第２
Ａ族、及び第２Ｂ族より選択される少なくとも１種の元
素であるが、その中でも好ましくはＭｇ、Ｂａ、Ｃａ、
Ｓｒ、Ｚｎ等の環境にほとんど無害で、取り扱いやすい
元素が好ましく、その中でも、特にＭｇが最も高キャリ
ア濃度のｐ型が得られる。さらに、ｎ型不純物は、周期
律表第４Ａ族、第４Ｂ族、第６Ａ族、第６Ｂ族より選択
される少なくとも１種の元素であるが、好ましくはＳ
ｉ、Ｇｅ、Ｏ、Ｓを用い、その中でも特にＳｉ、Ｇｅの
内の少なくとも１種を用いると、高キャリア濃度のｐ型
が得られやすい。

【００１２】本発明の窒化物半導体素子は、ｎ型窒化物
半導体層と、インジウムを含む窒化物半導体よりなる活
性層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｐ電極層とを順に有す
る窒化物半導体素子において、前記活性層と、前記ｐ電
極層との間に、ｐ型不純物とｎ型不純物とがドープされ
たｐ型窒化物半導体層を少なくとも１層有することを特
徴とする。即ち、ｎ型層とＩｎを含む活性層とｐ型層と
を有し、そのｐ型層の表面にｐ電極が形成された素子で
あれば、ｐ電極と活性層との間にあるｐ型層の少なくと
も１層にはｎ型不純物と、ｐ型不純物がドープされてい
ることを特徴とする。活性層はＩｎを含む窒化物半導体
層を有していれば良く、単一量子井戸構造、多重量子井
戸構造の活性層が特に好ましい。なお、ＩｎＧａＮより
なる井戸層とＡｌＧａＮ、若しくはＧａＮよりなる障壁
層とを積層した多重量子井戸構造よりなる活性層も、片
方の井戸層、若しくは障壁層のいずれか一方にＩｎが含
まれていれば、本発明の範囲内であることはいうまでも
ない。

【００１３】ｎ型不純物とｐ型不純物がドープされたｐ
型窒化物半導体層のｎ型不純物のドープ量が、ｐ型不純
物のドープ量に対して、０．１％以上で、ｐ型不純物の
ドープ量を越えない範囲であることを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の素子でも、製造方法と同
様に、前記ｐ型不純物とｎ型不純物とがドープされたｐ
型窒化物半導体層は、ｐ型不純物がＭｇであり、ｎ型不
純物がＳｉ、Ｇｅの内の少なくとも一種であることを特
徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は従来のｐ型不純物のみをド
ープした窒化物半導体と、本発明のｐ型不純物と、ｎ型
不純物を同時にドープした窒化物半導体とが、アニーリ
ングによって低抵抗なｐ型に変わることを比較して示す
図である。これはサファイア基板の上にＧａＮよりなる
バッファ層を２００オングストローム成長させ、その上
に、ＭｇをドープしたＧａＮ（従来）、ＭｇとＳｉとを
ドープしたＧａＮ（本発明）の抵抗率をそれぞれ温度の
関数としてプロットして示す図である。

【００１６】この図に示すように、本発明によると従来
と比べて抵抗率が２桁近く低下する。抵抗率が２桁も低
下すると、ｐ型層に形成したオーミック電極の接触抵抗
がさらに低下するので、素子のＶｆを大幅に低下させる
ことができる。また、従来では４００℃付近から抵抗率
が低下し始めていたのに対し、本発明では３００℃付近
から抵抗率が低下し始める。アニーリング温度が低下す
るということは、従来に比較して短時間でｐ型化でき、
さらに、アニーリング装置の選択肢も広がり、熱処理で
きる装置であれば、ほとんどの手段が使用できるように
なるという効果がある。なお、図１はＭｇドープＧａＮ
について示したものであるが、他の窒化物半導体、例え
ばＡｌＧａＮのようなＡｌを含む窒化物半導体について
も同様の傾向があることが確認された。さらに他のｐ型
不純物、例えばＺｎ、Ｂａ、Ｂｅ等についても同様の傾
向があり、さらにまた他のｎ型不純物、例えばＯ、Ｇｅ
等についても同様の傾向があることが確認された。

【００１７】窒化物半導体（以下、本発明の説明におい
て、窒化物半導体をＧａＮということがある。）は有機
金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハライド気相成長法
（ＨＶＰＥ）、ガスソース分子線気相成長法（ＧＳ−Ｍ
ＢＥ）法等の気相成長法により成長される。それらの気
相成長法では原料ガスにＮ源として、アンモニア、ヒド
ラジン等のＨを含む化合物が使用される。これらの水素
化合物がＧａＮ成長時、若しくは成長後に、反応容器内
において分解して、どうしてもｐ型不純物と共にＧａＮ
層中に取り込まれる。ドープされたｐ型不純物の多くは
ＧａＮ結晶内においてＧａサイトに入っておらず、Ｇａ
とＮの中間のような位置にある。しかもｐ型不純物は結
晶中にドープされるＨと結合しており不活性化してい
る。そこで、本発明ではｎ型不純物をｐ型不純物と同時
にドープすることにより、Ｇａサイトに入っていないｐ
型不純物がｎ型不純物で置き換わり、ｐ型不純物がＧａ
サイトに入りやすくする。しかもｎ型不純物を後からイ
オンインプランテーション等で打ち込むのではなく、ｐ
型不純物と同時にドープするために、ｎ型不純物がＧａ
とＮの中間位置に入りやすくなって、よりｐ型不純物を
Ｇａサイトに入りやすくする。つまり、水素を除去する
前に、Ｇａサイトに入るｐ型不純物の量を多くできるた
め、ｐ型不純物と結合した水素が除去されてから、アク
セプターとして作用するｐ型不純物量が増えるのでキャ
リア濃度が大幅に向上する。

【００１８】図２はＳｉとＭｇをドープして、アニーリ
ングにより低抵抗なｐ型としたｐ型窒化物半導体層のＳ
ｉ濃度と正孔キャリア濃度との関係を示す図である。こ
れはＭＯＣＶＤ法により、ＭｇとＳｉとをドープしたＧ
ａＮを成長させる際に、Ｓｉ源のガス流量を変えて、Ｍ
ｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたＧａＮ層に、Ｓｉを数
々の濃度でドープしたＧａＮ層を作製し、そのＧａＮ層
のキャリア濃度と、Ｓｉ濃度との関係を示している。

【００１９】図２に示すように、ｐ型ＧａＮは、Ｍｇを
１×１０²⁰／cm³もドープしているにもかかわらず、キ
ャリア濃度は３×１０¹⁷／cm³しか過ぎない。これは正
常なアクセプターとして作用しているｐ型不純物が如何
に少ないかを示している。しかしながら、Ｓｉを１×１
０¹⁷／cm³付近（Ｍｇに対して０．１％）以上ドープす
ることにより、キャリア濃度が２桁も上がり、５×１０
¹⁸／cm³〜８×１０¹⁹／cm³付近でほぼ一定となる。そし
て、ドープしたｐ型不純物の量と同じ程度になると、ド
ナーとアクセプターとが相殺するようになり、ｎ型不純
物の量がｐ型不純物を超えると、ｎ型となるために、正
孔キャリア濃度は負の値となる。従って、ｐ型不純物に
対するｎ型不純物の好ましいドープ量は、０．１％以上
で、ｐ不純物量を超えない範囲が望ましく、さらに好ま
しくは１％以上、最も好ましくは５％以上、８０％以下
である。このようにｐ型不純物とｎ型不純物を同時にド
ープするとキャリア濃度は２桁も向上するが、未だドー
プしたｐ型不純物の量だけのキャリア濃度を得ることは
難しい。これはＧａサイトに入っていないｐ型不純物が
まだ数多く残っていることと、格子欠陥が多く存在する
ためと推察される。

【００２０】また本発明では、ｐ型不純物とｎ型不純物
を同時にドープすることにより、ｐ型層のキャリア濃度
をｎ型不純物で調整できる。つまり従来であれば、ｐ型
不純物濃度と、アニーリングのみでキャリア濃度を調整
していたが、新たにｎ型不純物をドープして、ｎ型不純
物の量を変化させることにより、容易にキャリア濃度が
調整できる。このため、活性層から上のｐ型層を、例え
ばキャリア濃度の小さいｐ−層、キャリア濃度の大きい
ｐ＋層と順に積層して、キャリア濃度の大きいｐ＋層に
ｐ電極を形成すると、キャリアの注入効率が向上して出
力が向上する。

【００２１】さらに、本発明の製造方法ではｐ型不純物
と、ｎ型不純物とを同時にドープする窒化物半導体は、
インジウムを含む窒化物半導体よりなる活性層を成長さ
せた後に、成長させることが望ましい。Ｉｎを含む活性
層、特にＩｎＧａＮは、その結晶の性質が、他のＡｌを
含む窒化物半導体に比べて柔らかいか、若しくは弾性が
ある。そのためＩｎＧａＮがバッファ層のような役割を
する。従ってＩｎＧａＮの上に成長される窒化物半導体
は結晶の性質が良くなり、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパ
ントをドープして、高キャリア濃度のｐ型になりやす
い。

【００２２】

【実施例】以下、図面を元に本発明の窒化物半導体素子
について説明する。図１は本発明の一実施例に係る窒化
物半導体発光素子の構造を示す模式的な断面図であり、
具体的にはＬＥＤの構造を示している。

【００２３】サファイア（Ｃ面）よりなる基板１を反応
容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、水
素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇さ
せ、基板のクリーニングを行う。基板１にはサファイア
Ｃ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その
他、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板の
他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることもで
きる。

【００２４】続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリ
アガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）とを用い、基板１上にＧａＮよりなるバ
ッファ層２を約２００オングストロームの膜厚で成長さ
せる。バッファ層はＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が、
９００℃以下の温度で、膜厚数十オングストローム〜数
百オングストロームで形成できる。このバッファ層は基
板と窒化物半導体との格子定数不正を緩和するために形
成されるが、窒化物半導体の成長方法、基板の種類等に
よっては省略することも可能である。

【００２５】バッファ層２成長後、ＴＭＧのみ止めて、
温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃になった
ら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、ドーパ
ントガスにシランガスを用い、ｎ型コンタクト層３とし
て、Ｓｉを８×１０¹⁸／cm³ドープしたＳｉドープｎ型
ＧａＮ層を５μｍの膜厚で成長させる。またこの層は、
電極を形成するべきコンタクト層としてだけではなく、
キャリアを閉じこめるｎ型のクラッド層としても作用す
る。ｎ型コンタクト層３はＩｎ_XＡｌ_YＧａ_{1-X- Y}Ｎ（０
≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特にＧ
ａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもｎ型不純物、特にＳｉ若
しくはＧｅをドープしたＧａＮで構成することにより、
キャリア濃度の高いｎ型層が得られ、またｎ電極と好ま
しいオーミック接触が得られる。ｎ電極の材料としては
Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若し
くは合金が好ましいオーミックが得られる。

【００２６】次に、温度を８００℃にして、キャリアガ
スを窒素に切り替え、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリ
メチルインジウム）、アンモニアを用いて、膜厚３０オ
ングストロームの単一量子井戸構造（ＳＱＷ：Single Q
uantum Well）のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる活性層４を
成長させる。Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる活性層４
は単一量子井戸構造、若しくは多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ：Multi Quantum Well）とすることが望ましい。活性
層をＳＱＷ、ＭＱＷのような量子井戸構造で構成する場
合、少なくともＩｎ含む窒化物半導体よりなる井戸層を
有することが望ましく、単一井戸層の好ましい膜厚は７
０オングストローム以下、さらに好ましくは５０オング
ストローム以下の膜厚に調整する。ＭＱＷの場合、障壁
層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒
化物半導体層で構成し、膜厚は１５０オングストローム
以下、さらに好ましくは１００オングストローム以下に
調整する。ＭＱＷの場合、障壁層も特にＩｎを含む窒化
物半導体とする必要はないが、好ましくはＩｎを含む井
戸層よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体とす
る。なぜなら、Ｉｎを含む窒化物半導体は、ＡｌＧａ
Ｎ、ＧａＮよりも成長温度が低い。つまり分解温度がＡ
ｌＧａＮよりも低い。低温で成長させるＩｎＧａＮより
なる井戸層の上に、高温で成長させるＡｌＧａＮよりな
る障壁層を積層しようとすると、少なからずＩｎＧａＮ
が分解する。そのためＩｎＧａＮよりなる井戸層とＩｎ
ＧａＮよりなる障壁層とを積層するのであれば、同一温
度で成長できるため、先に成長させたＩｎＧａＮ層が分
解することがないので、高出力な発光素子を実現するこ
とができる。

【００２７】活性層４成長後、温度を１０５０℃にし
て、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム）、アンモニア、ｎ型不純物ガスにシランガス、ｐ型
不純物ガスにＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネ
シウム）ガスを同時に用いて、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³
と、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープした低キャリア濃度
のｐ−型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型クラッド層５を
０．５μｍの膜厚で成長させる。活性層に接するるｐ型
層を、Ａｌを含む窒化物半導体層、好ましくはＡｌ _XＧ
ａ_1-XＮ（０＜X≦１）とすると発光出力が向上する。こ
のｐ型クラッド層５は１００オングストローム以上、２
μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以
上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。１００オ
ングストロームよりも薄いとクラッド層として作用しに
くく、２μｍよりも厚いと結晶中にクラックが入りやす
くなるからである。

【００２８】続いて、温度を１０３０℃に保ち、ＴＭＡ
のガスを止め、シランガスの流量を多くし、Ｍｇを１×
１０²⁰／cm³、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープした高キャ
リア濃度のｐ＋型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層５を
０．５μｍの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層５は
ｐ型のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）で構成することができるが、特に好ましくはＩｎ_X
Ｇａ_1-XＮ（０≦X≦１）とする。本発明のように１×１
０¹⁹／cm³以上のキャリア濃度が得られるｐ型層をコン
タクト層とすると、オーミック電極材料との接触抵抗が
下がる。ｐ型層と好ましいオーミックが得られる電極材
料には、例えばＣｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｔｉ等があ
る。

【００２９】反応終了後、温度を６００℃まで下げ、窒
素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、アニーリ
ングを行い、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層中に含
まれるの水素の一部を除去し、ｐ型層をさらに低抵抗化
する。

【００３０】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、図３に示すように、ＲＩＥ装置でにより最上
層のｐ型コンタクト層６側からエッチングを行い、ｎ電
極８を形成すべきｎ型コンタクト層３の表面を露出させ
る。

【００３１】次に、ｐ型コンタクト層１２にＮｉとＡｕ
よりなるｐ電極７を形成し、一方、露出したｎ型コンタ
クト３にはＴｉとＡｌよりなるｎ電極８を形成する。

【００３２】以上のようにして、ｐ電極７、ｎ電極８を
形成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研
磨剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側のサフ
ァイア基板１をラッピングし、基板の厚さを９０μｍと
して、サファイア基板側をスクライブして３５０μｍ角
のＬＥＤチップとする。このＬＥＤチップを順方向電流
（Ｉｆ）２０ｍＡで発光させたところ、ｐ層にＳｉをド
ープしない従来のＬＥＤは（順方向電圧）Ｖｆが３．５
Ｖであったのに対し、本発明のＬＥＤは２．８Ｖと０．
７Ｖも低下した。また発光波長４５０ｎｍにおいて、出
力は従来のＬＥＤに比較して１．３倍に向上した。

【００３３】［実施例２］実施例１において、ｐ型クラ
ッド層５及びｐ型コンタクト層６を成長させる際に、ｎ
型不純物源としてゲルマンガス（ＧｅＨ4）を用いる他
は同様にして、ＬＥＤを作製したところ、実施例１とほ
ぼ同等の特性を有するＬＥＤ素子を得た。

【００３４】［実施例３］実施例１において、ｐ型クラ
ッド層５を成長させる際にＳｉを１×１０¹⁹／cm ³ドー
プする他は同様にして、ＬＥＤ素子を作製したところ、
Ｖｆは実施例１のものとほぼ同等であり、出力は従来の
ＬＥＤと比較して１．２倍であった。

【００３５】

【発明の効果】本発明の素子に類似した技術として、特
開平８−４６２４０号公報に、ｐ型ドーパントと、ｎ型
ドーパントをドープしたｐ型の発光層（活性層）を有す
るダブルへテロ構造の素子が示されている。この技術は
活性層にｎ型ドーパントと、ｐ型ドーパントとをドープ
したｐ型として、活性層とｐ層との導電型を一致させ
て、連続した価電子帯を形成することにより、ｎ層から
の電子を活性層深くまで注入して、電子の注入量を増加
させて発光輝度を向上させるものである。一方、本発明
の技術は活性層に２種類のドーパントをドープするので
はなく、活性層よりも上にあるｐ型層に２種類のドーパ
ントをドープしてｐ層のキャリア濃度を増加させる点か
異なる。そのため本発明では本質的に活性層に注入され
る正孔の数が増え、発光効率が向上することはもちろん
のこと、ｐ層のキャリア濃度が増加するので、ｐ層と好
ましいオーミックが得られるｐ電極を形成するとさらに
接触抵抗を下げることができてＶｆを大幅に低下させる
ことができる。このような本発明の技術は、ＬＥＤ、Ｌ
Ｄのような発光デバイスだけではなく、トランジスタ、
ＦＥＴ、ＭＯＳ等の窒化物半導体をを用いた全ての電子
デバイスに適用できることはいうまでもない。

【００３６】窒化物半導体素子のＶｆが低下すると、窒
化物半導体を利用したフルカラーディスプレイに非常に
好都合である。即ち、現在のフルカラーディスプレイ
は、赤色ＬＥＤがＧａＡｓ系またはＡｌＩｎＧａＰ系の
半導体材料よりなり、緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤが窒化
物半導体よりなる。ＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系の赤
色ＬＥＤはＶｆが１Ｖ台であるのに対して、窒化物半導
体のＬＥＤは従来では３．５Ｖもあった。そのため青
色、緑色ＬＥＤの電流を下げて使用して、ＬＥＤに多大
な発熱を与えないようにして使用されていた。一方、赤
色ＬＥＤは緑色、青色ＬＥＤと輝度バランスをとるため
に、個数を増やしたり、規格値いっぱいで使用されるよ
うな過酷な条件で使用されていた。そのため、赤色ＬＥ
Ｄは、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤに比べて、発熱による信
頼性が低いという欠点があった。しかしながら、本発明
によると緑色、青色ＬＥＤのＶｆが低下したので、全体
の発熱量が低下させることができる。そのため、本発明
のフルカラーディスプレイを実現すると、全体の信頼性
が向上する。さらに、信号灯のような過酷な条件で使用
される場合においても、Ｖｆが低下すると発熱量も少な
くなり、信頼性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ｎ型不純物と、ｐ型不純物とをドープした本
発明のｐ型窒化物半導体と、従来のｐ型窒化物半導体に
おいて、アニール温度と抵抗率の関係を比較して示す
図。

【図２】 本発明の方法における窒化物半導体層のＳｉ
濃度と、正孔キャリア濃度との関係を示す図。

【図３】 本発明の一実施例によるＬＥＤ素子の構造を
示す模式断面図。

【符号の説明】

１・・・基板 ２・・・バッファ層 ３・・・ｎ型コンタクト層 ４・・・活性層 ５・・・ｐ型クラッド層 ６・・・ｐ型コンタクト層 ７・・・ｐ電極 ８・・・ｎ電極

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相成長法により、ｎ型不純物とｐ型不
   純物とを同時にドープして、さらに結晶中に水素を含む
   窒化物半導体を成長させた後、その窒化物半導体層中に
   含まれる水素を除くことを特徴とするｐ型窒化物半導体
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記水素を除く手段がアニーリングであ
   ることを特徴とする請求項１に記載のｐ型窒化物半導体
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記アニーリング温度が３００℃以上で
   あることを特徴とする請求項２に記載のｐ型窒化物半導
   体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記窒化物半導体は、インジウムを含む
   窒化物半導体よりなる活性層を成長させた後に、成長さ
   せることを特徴とする請求項１乃至３の内のいずれか１
   項に記載のｐ型窒化物半導体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記ｎ型不純物のドープ量が、ｐ型不純
   物のドープ量に対して、０．１％以上で、ｐ型不純物の
   ドープ量を越えない範囲であることを特徴とする請求項
   １乃至４の内のいずれか１項に記載のｐ型窒化物半導体
   の製造方法。
6. 【請求項６】 前記ｎ型不純物のドープ量を調整するこ
   とにより、窒化物半導体の正孔キャリア濃度を調整する
   ことを特徴とする請求項１乃至５の内のいずれか１項に
   記載のｐ型窒化物半導体の製造方法。
7. 【請求項７】 前記ｐ型不純物がＭｇであり、前記ｎ型
   不純物がＳｉ、Ｇｅの内の少なくとも１種であることを
   特徴とする請求項１乃至６の内のいずれか１項に記載の
   ｐ型窒化物半導体の成長方法。
8. 【請求項８】 ｎ型窒化物半導体層と、インジウムを含
   む窒化物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化物半導体層
   と、ｐ電極層とを順に有する窒化物半導体素子におい
   て、前記活性層と、前記ｐ電極層との間に、ｐ型不純物
   とｎ型不純物とがドープされたｐ型窒化物半導体層を少
   なくとも１層有することを特徴とする窒化物半導体素
   子。
9. 【請求項９】 前記ｐ型不純物とｎ型不純物とがドープ
   されたｐ型窒化物半導体層のｎ型不純物のドープ量が、
   ｐ型不純物のドープ量に対して、０．１％以上で、ｐ型
   不純物のドープ量を越えない範囲であることを特徴とす
   る請求項８に記載の窒化物半導体素子。
10. 【請求項１０】 前記ｐ型不純物とｎ型不純物とがドー
    プされたｐ型窒化物半導体層は、ｐ型不純物がＭｇであ
    り、ｎ型不純物がＳｉ、Ｇｅの内の少なくとも一種であ
    ることを特徴とする請求項８または９に記載の窒化物半
    導体素子。