JPH10178208A

JPH10178208A - 窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型化する方法

Info

Publication number: JPH10178208A
Application number: JP9098495A
Authority: JP
Inventors: Shuji Nakamura; 修二中村; Shigeto Iwasa; 成人岩佐
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合
物半導体を低抵抗なｐ型とする窒化ガリウム系化合物半
導体をｐ型化する方法を提供する。【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型化す
る方法は、気相成長法により、水素を含む窒素源ガスを
使用して、ｐ型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導
体層を成長させ、その後、アニーリングしてｐ型不純物
の含まれる窒化ガリウム系化合物半導体層から水素を除
去してｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とすることを
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】本発明は紫外、青色発光レー
ザーダイオード、紫外、青色発光ダイオード等に利用さ
れる窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型化する方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】青色発光素子は、ＩＩ−ＶＩ族のＺｎＳ
ｅ、ＩＶ−ＩＶ族のＳｉＣ、ＩＩＩ−Ｖ族のＧａＮ等を
用いて研究が進められ、最近、その中でも窒化ガリウム
系化合物半導体〔Ｉｎ_xＡｌ_YＧａ_1-x-YＮ（０≦X、０≦
Y、X+Y≦１）〕が、常温で、比較的優れた発光を示すこ
とが発表され注目されている。その窒化物半導体を有す
る青色発光素子は、基本的に、サファイアよりなる基板
の上に一般式がＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦
Y、X+Y≦１）で表される窒化物半導体のエピタキシャル
層が順にｎ型およびｉ型、あるいはｐ型に積層された構
造を有するものである。

【０００３】窒化物半導体を積層する方法として、有機
金属化合物気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法という。）、
分子線エピタキシー法（以下ＭＢＥ法という。）等の気
相成長法がよく知られている。例えば、ＭＯＣＶＤ法を
用いた方法について簡単に説明すると、この方法は、サ
ファイア基板を設置した反応容器内に反応ガスとして有
機金属化合物ガス｛トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア等｝を供
給し、結晶成長温度をおよそ９００℃〜１１００℃の高
温に保持して、基板上に窒化物半導体を成長させ、また
必要に応じて他の不純物ガスを供給しながら窒化物半導
体をｎ型、ｉ型、あるいはｐ型に積層する方法である。
基板にはサファイアの他にＳｉＣ、Ｓｉ等もあるが一般
的にはサファイアが用いられている。ｎ型不純物として
はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ（但し、窒化物半導体の場合、ｎ型
不純物をドープしなくともｎ型になる性質がある。）が
良く知られており、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｃｄ、Ｂ
ｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ等が挙げられるが、その中でもＭ
ｇ、Ｚｎが最もよく知られている。

【０００４】また、ＭＯＣＶＤ法による窒化物半導体の
形成方法の一つとして、高温でサファイア基板上に直接
窒化物半導体を成長させると、その表面状態、結晶性が
著しく悪くなるため、高温で成長を行う前に、まず６０
０℃前後の低温でＡｌＮよりなるバッファ層を形成し、
続いてバッファ層の上に、高温で成長を行うことによ
り、結晶性が格段に向上することが明らかにされている
（特開平２−２２９４７６号公報）。また、本発明者は
特願平３−８９８４０号において、ＡｌＮをバッファ層
とする従来の方法よりも、ＧａＮをバッファ層とする方
が優れた結晶性の窒化物半導体が積層できることを示し
た。

【０００５】しかしながら、窒化物半導体を有する青色
発光デバイスは未だ実用化には至っていない。なぜな
ら、窒化物半導体が低抵抗なｐ型にできないため、ダブ
ルヘテロ、シングルヘテロ等の数々の構造の発光素子が
できないからである。気相成長法でｐ型不純物をドープ
した窒化物半導体を成長しても、得られた窒化物半導体
はｐ型とはならず、抵抗率が１０⁸Ω・ｃｍ以上の高抵
抗な半絶縁材料、すなわちｉ型となってしまうのが実状
であった。このため現在、青色発光素子の構造は基板の
上にバッファ層、ｎ型層、その上にｉ型層を順に積層し
た、いわゆるＭＩＳ構造のものしか知られていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高抵抗なｉ型を低抵抗
化してｐ型に近づけるための手段として特開平２−２５
７６７９号公報において、ｐ型不純物としてＭｇをドー
プした高抵抗なｉ型窒化ガリウム化合物半導体を最上層
に形成した後に、加速電圧６ｋＶ〜３０ｋＶの電子線を
その表面に照射することにより、表面から約０．５μｍ
の層を低抵抗化する技術が開示されている。しかしなが
ら、この方法では電子線の侵入深さのみ、すなわち極表
面しか低抵抗化できず、また電子線を走査しながらウエ
ハー全体を照射しなければならないため面内均一に低抵
抗化できないという問題があった。

【０００７】従って本発明の目的は、ｐ型不純物がドー
プされた窒化物半導体を低抵抗なｐ型とし、さらに膜厚
によらず窒化ガリウム系化合物半導体の抵抗値を均一に
できる窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型化する方法を
提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体をｐ型化する方法は、気相成長法により、
水素を含む窒素源ガスを使用して、ｐ型不純物を含む窒
化ガリウム系化合物半導体層を成長させる。その後、ｐ
型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層をアニー
リングし、この半導体層から水素を除去して、ｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層とする。なお、本発明におい
て、ｐ型不純物の含まれる窒化ガリウム系化合物半導体
から除去される水素とは、必ずしも水素が全て除去され
るのではなく、一部の水素が除去されることも、本発明
の範囲内であることは言うまでもない。

【０００９】さらに、本発明の請求項２に記載する窒化
ガリウム系化合物半導体をｐ型化する方法は、ｐ型不純
物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層を、水素を含ま
ない雰囲気でアニーリングして、ｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体層とする。

【００１０】アニーリング（Annealing：焼きなまし、
熱処理）は、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体層を成長した後、反応容器内で行ってもよい
し、ウエハーを反応容器から取り出してアニーリング専
用の装置で行ってもよい。アニーリング雰囲気は真空
中、Ｎ₂、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の不活性ガス、またはこ
れらの混合ガス雰囲気中で行い、好ましくは、アニーリ
ング温度における窒化ガリウム系化合物半導体の分解圧
以上で加圧した窒素雰囲気中で行う。なぜなら、窒素雰
囲気として加圧することにより、アニーリング中に、窒
化ガリウム系化合物半導体中のＮが分解して出て行くの
を防止する作用があるからである。

【００１１】例えばＧａＮの場合、ＧａＮの分解圧は８
００℃で約０．０１気圧、１０００℃で約１気圧、１１
００℃で約１０気圧程である。このため、窒化ガリウム
系化合物半導体を４００℃以上でアニーリングする際、
多かれ少なかれ窒化ガリウム系化合物半導体の分解が発
生し、その結晶性が悪くなる傾向にある。従って前記の
ように窒素で加圧することにより分解を防止できる。

【００１２】アニーリング温度は、たとえば、４００℃
以上、好ましくは７００℃以上で、１分以上保持、好ま
しくは１０分以上保持して行う。１０００℃以上で行っ
ても、前記したように窒素で加圧することにより分解を
防止することができ、後に述べるように、安定して、結
晶性の優れたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体が得られ
る。

【００１３】また、アニーリング中の、窒化ガリウム系
化合物半導体の分解を抑える手段として、ｐ型不純物を
ドープした窒化ガリウム系化合物半導体層の上にさらに
キャップ層を形成させたのち、アニーリングを行っても
よい。キャップ層とは、すなわち保護膜であって、それ
をｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体
の上に形成した後、４００℃以上でアニーリングするこ
とによって、加圧下はいうまでもなく、減圧、常圧中に
おいても、窒化ガリウム系化合物半導体を分解させるこ
となく低抵抗なｐ型とすることができる。

【００１４】キャップ層を形成するには、ｐ型不純物を
ドープした窒化ガリウム系化合物半導体層を形成した
後、続いて反応容器内で形成してもよいし、また、ウエ
ハーを反応容器から取り出し、他の結晶成長装置、例え
ばプラズマＣＶＤ装置等で形成してもよい。キャップ層
の材料としては、窒化ガリウム系化合物半導体の上に形
成できる材料で、４００℃以上で安定な材料であればど
のようなものでもよく、好ましくはＧａ_xＡｌ_1-XＮ（但
し０≦X≦１）、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＯ₂を挙げることがで
き、アニーリング温度により材料の種類を適宜選択す
る。また、キャップ層の膜厚は通常０．０１〜５μｍの
厚さで形成する。０．０１μｍより薄いと保護膜として
の効果が十分に得られず、また５μｍよりも厚いと、ア
ニーリング後、キャップ層をエッチングにより取り除
き、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を露出させるの
に手間がかかるため、経済的ではない。

【００１５】

【作用】図１は、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム
系化合物半導体層がアニーリングによって低抵抗なｐ型
に変わることを示す図である。ただし、この図は、ＭＯ
ＣＶＤ法を用いて、サファイア基板上にまずＧａＮバッ
ファ層を形成し、その上にｐ型不純物としてＭｇをドー
プしながらＧａＮ層を４μｍの膜厚で形成した後、ウエ
ハーを取り出し、温度を変化させて窒素雰囲気中でアニ
ーリングを１０分間行った後、ウエハーのホール測定を
行い、抵抗率をアニーリング温度の関数としてプロット
した図である。

【００１６】この図からわかるように、アニーリング時
間を１０分に設定すると、４００℃を越えるあたりから
急激にＭｇをドープしたＧａＮ層の抵抗率が減少し、７
００℃以上からはほぼ一定の低抵抗なＰ型特性を示し、
アニーリングの効果が現れている。なお、アニーリング
しないＧａＮ層と７００℃以上でアニーリングしたＧａ
Ｎ層のホール測定結果は、アニーリング前のＧａＮ層は
抵抗率２×１０⁵Ω・ｃｍ、ホールキャリア濃度８×１
０¹⁰／ｃｍ³であったのに対し、アニーリング後のＧａ
Ｎ層は抵抗率２Ω・ｃｍ、ホールキャリア濃度２×１０
¹⁷／ｃｍ³であった。

【００１７】さらに、７００℃でアニーリングした上記
４μｍのＧａＮ層をエッチングして２μｍの厚さにし、
ホール測定を行った結果、ホールキャリア濃度２×１０
¹⁷／ｃｍ³、抵抗率３Ω・ｃｍであり、エッチング前と
ほぼ同一の値であった。すなわちＰ型不純物をドープし
たＧａＮ層がアニーリングによって、深さ方向均一に全
領域にわたって低抵抗なｐ型となっていた。

【００１８】また、図２は、同じくＭＯＣＶＤ法を用い
て、サファイア基板上にＧａＮバッファ層とＭｇをドー
プした４μｍのＧａＮ層を形成したウエハーを用い、１
０００℃で窒素雰囲気中２０分間のアニーリングを行
い、２０気圧の加圧下で行ったウエハー（ａ）と、大気
圧で行ったウエハー（ｂ）のｐ型ＧａＮ層にそれぞれＨ
ｅ−Ｃｄレーザーを励起光源として照射し、そのフォト
ルミネッセンス強度で結晶性を比較して示す図であり、
そのフォトルミネッセンスの４５０ｎｍにおける青色発
光強度が強いほど、結晶性が優れていると評価すること
ができる。

【００１９】図２に示すように、１０００℃以上の高温
でアニーリングを行った場合、ＧａＮ層が熱分解するこ
とにより、その結晶性が悪くなる傾向にあるが、加圧す
ることにより熱分解を防止でき、優れた結晶性のｐ型Ｇ
ａＮ層が得られる。

【００２０】また、図３は、同じくサファイア基板上に
ＧａＮバッファ層とＭｇをドープした４μｍのＧａＮ層
を形成したウエハー（ｃ）と、さらにその上にキャップ
層としてＡｌＮ層を０．５μｍの膜厚で成長させたウエ
ハー（ｄ）とを、今度は大気圧中において、１０００
℃、窒素雰囲気で２０分間のアニーリングを行った後、
エッチングによりキャップ層を取り除いて露出させたｐ
型ＧａＮ層の結晶性を、同じくフォトルミネッセンス強
度で比較して示す図である。

【００２１】図３に示すように、キャップ層を成長させ
ずにアニーリングを行ったｐ型ＧａＮ層（ｃ）は高温で
のアニーリングになるとｐ型ＧａＮ層の分解が進むた
め、４５０ｎｍでの発光強度は弱くなってしまう。しか
し、キャップ層（この場合ＡｌＮ）を成長させることに
より、キャップ層のＡｌＮは分解するがｐ型ＧａＮ層は
分解しないため、発光強度は依然強いままである。

【００２２】アニーリングにより低抵抗なｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体が得られる理由は以下のとおりであ
ると推察される。

【００２３】すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体層
の成長において、Ｎ源として、ＮＨ₃が用いられてお
り、成長中にこのＮＨ₃が分解して原子状水素ができる
と考えられる。この原子状水素がアクセプター不純物と
してドープされたＭｇ、Ｚｎ等と結合することにより、
Ｍｇ、Ｚｎ等のｐ型不純物がアクセプターとして働くの
を妨げていると考えられる。このため、反応後のｐ型不
純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体は高抵抗
を示す。

【００２４】ところが、成長後アニーリングを行うこと
により、Ｍｇ−Ｈ、Ｚｎ−Ｈ等の形で結合している水素
が熱的に解離されて、ｐ型不純物をドープした窒化ガリ
ウム系化合物半導体層から出て行き、正常にｐ型不純物
がアクセプターとして働くようになるため、低抵抗なｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体が得られるのである。従
って、アニーリング雰囲気中にＮＨ₃、Ｈ₂等の水素原子
を含むガスを使用しない。また、キャップ層において
も、水素原子を含む材料を使用することは以上の理由で
好ましくない。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下実施例で本発明を詳述する。［実施例１］まず良く洗浄したサファイア基板を反応容
器内のサセプターに設置する。容器内を真空排気した
後、水素ガスを流しながら基板を１０５０℃で、２０分
間加熱し、表面の酸化物を除去する。その後、温度を５
１０℃にまで冷却し、５１０℃においてＧａ源としてＴ
ＭＧガスを２７×１０^-6モル／分、Ｎ源としてアンモニ
アガスを４．０リットル／分、キャリアガスとして水素
ガスを２．０リットル／分で流しながら、ＧａＮバッフ
ァ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００２６】次にＴＭＧガスのみを止めて温度を１０３
０℃まで上昇させた後、再びＴＭＧガスを５４×１０^-6
モル／分、新たにＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマ
グネシウム）ガスを３．６×１０^-6モル／分で流しなが
ら６０分間成長させて、ＭｇをドープしたＧａＮ層を４
μｍの膜厚で成長させる。

【００２７】冷却後、以上を成長させたウエハーを反応
容器から取り出し、アニーリング装置に入れ、常圧、窒
素雰囲気中で８００℃で２０分間保持してアニーリング
を行った。

【００２８】アニーリングして得られたｐ型ＧａＮ層の
ホール測定を行った結果、抵抗率２Ω・ｃｍ、ホールキ
ャリア濃度２×１０¹⁷／ｃｍ³と優れたｐ型特性を示し
た。

【００２９】［実施例２］実施例１において、Ｍｇドー
プＧａＮ層を成長させた後、Ｃｐ₂Ｍｇガスを止め、続
いてキャップ層としてＧａＮ層を０．５μｍの膜厚で成
長させる。

【００３０】実施例１と同様にアニーリング装置におい
て、常圧下、窒素とアルゴンの混合ガス雰囲気中、８０
０℃で２０分間アニーリングを行う。その後、ドライエ
ッチングにより、表面から０．５μｍの層を取り除き、
キャップ層を除去してｐ型ＧａＮ層を露出させ、同様に
ホール測定を行った結果、抵抗率２Ω・ｃｍ、キャリア
濃度１．５×１０¹⁷／ｃｍ³と優れたｐ型特性を示し
た。なおフォトルミネッセンスの４５０ｎｍの青色発光
強度は、実施例１と比較して約４倍強かった。

【００３１】［実施例３］実施例１において、Ｍｇドー
プＧａＮ層を成長させた後、ウエハーを反応容器から取
り出し、アニーリング装置において、２０気圧、窒素雰
囲気中、８００℃で２０分間アニーリングを行う。ホー
ル測定を行った結果、抵抗率２Ω・ｃｍ、キャリア濃度
２．０×１０¹⁷／ｃｍ³と優れたｐ型特性を示し、フォ
トルミネッセンスの４５０ｎｍの発光強度は、実施例１
に比較して約４倍強かった。

【００３２】［実施例４］実施例１において、Ｍｇドー
プＧａＮ層を成長させた後、ウエハーを反応容器から取
り出し、プラズマＣＶＤ装置を用い、その上にキャップ
層としてＳｉＯ₂層を０．５μｍの膜厚で形成する。

【００３３】アニーリング装置において、窒素雰囲気、
大気圧中、１０００℃で２０分間アニーリングを行う。
その後、フッ酸でＳｉＯ₂キャップ層を取り除き、ｐ型
ＧａＮ層を露出させ、同様にホール測定を行った結果、
抵抗率２Ω・ｃｍ、キャリア濃度２．０×１０^I7／ｃｍ
³と優れたｐ型特性を示した。またフォトルミネッセン
スの４５０ｎｍの発光強度は、キャップ層を形成せず同
一条件でアニーリングを行ったものと比較して、約２０
倍も強かった。

【００３４】［実施例５］実施例１において、Ｍｇドー
プＧａＮ層を成長させた後、引き続き、Ｃｐ₂Ｍｇガス
を止め、新たにＴＭＡガスを６×１０^-6モル／分とＳｉ
Ｈ₄（モノシラン）ガスを２．２×１０^-10モル／分を２
０分間流して、Ｓｉがドープされたｎ型Ｇａ_0.9Ａｌ_0.1
Ｎ層を０．８μｍの厚さで成長させる。

【００３５】ＴＭＧガス、ＴＭＡガス、ＳｉＨ₄ガスを
止め、水素ガスとアンモニアガスを流しながら、室温ま
で冷却した後、ウエハーを取りだして、アニーリング装
置に入れ、窒素雰囲気中で７００℃で２０分間保持して
アニーリングを行う。

【００３６】このようにしてサファイア基板上にｐ型Ｇ
ａＮ層とｎ型Ｇａ_0.9Ａｌ_0.1Ｎ層が順に積層されたシン
グルヘテロ構造の素子ができた。この素子の窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を、常法に従いｎ型Ｇａ_0.9Ａｌ_0.1
Ｎ層の一部をエッチングしてｐ型ＧａＮ層の一部を露出
させ、それぞれの層にオーミック電極をつけた後、ダイ
シングソーでチップ状にカットした。露出したｎ型層お
よびｐ型層から電極を取りだし、その後モールドして青
色発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードの特
性は順方向電流２０ｍＡ、順方向電圧５Ｖで発光出力９
０μＷの青色発光を示し、ピーク波長は４３０ｎｍであ
った。この発光出力は青色発光ダイオードの出力として
は過去に報告されたことがない高い値である。

【００３７】一方、アニーリングをせず、同様のシング
ルヘテロ構造を有する発光ダイオードを製作したとこ
ろ、この発光ダイオードは順方向電流２０ｍＡにおい
て、順方向電圧は６０Ｖ近くもあり、しかも発光は微か
には黄色っぽく光るのみで、すぐに壊れてしまい発光出
力は測定不能であった。

【００３８】［実施例６］実施例１と同様にしてサファ
イア基板の上にＧａＮバッファ層を２００オングストロ
ームの膜厚で形成する。

【００３９】次にＴＭＧガスのみを止め、温度を１０３
０℃にまで上昇させた後、再びＴＭＧガスを５４×１０
^-6モル／分と、新たにＳｉＨ₄（モノシラン）ガスを
２．２×１０^-10モル／分で流しながら６０分間成長さ
せて、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮ層を４μｍの膜厚
で成長する。

【００４０】続いてＳｉＨ₄ガスを止め、Ｃｐ₂Ｍｇガス
を３．６×１０^-6モル／分で流しながら３０分間成長さ
せて、ＭｇドープＧａＮ層を２．０μｍの厚さで成長さ
せる。

【００４１】ＴＭＧガス、Ｃｐ₂Ｍｇガスを止め、水素
ガスとアンモニアガスを流しながら、室温まで冷却した
後、反応容器内に流れるガスを窒素ガスに置換し、窒素
ガスを流しながら反応容器内の温度を１０００℃まで上
昇させ、反応容器内で２０分間保持してアニーリングを
行う。

【００４２】このようにして得られた素子を発光ダイオ
ードにして発光させたところ４３０ｎｍ付近に発光ピー
クを持つ青色発光を示し、発光出力は２０ｍＡで５０μ
Ｗであり、順方向電圧は同じく２０ｍＡで４Ｖであっ
た。またアニーリングを行わず同様の構造の素子を作製
し発光ダイオードとしたところ、２０ｍＡにおいてわず
かに黄色に発光し、すぐにダイオードが壊れてしまっ
た。

【００４３】

【発明の効果】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体を
ｐ型化する方法は、下記の極めて優れた特長を実現す
る。これまで、ｐ型不純物をドープしても、低抵抗なｐ
型層にするのが極めて難しかった窒化ガリウム系化合物
半導体を、アニーリングして低抵抗なｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体にできる。本発明の窒化ガリウム系化合
物半導体をｐ型化する方法は、ｐ型不純物を含む窒化ガ
リウム系化合物半導体層を、水素を含む窒素源ガスを使
用して成長させる。この状態で成長される窒化ガリウム
系化合物半導体層は、成長中に窒素源ガスに含まれる水
素がｐ型不純物と結合する。水素に結合されたｐ型不純
物は、アクセプターとして働くのが妨げられる。このた
め、ｐ型不純物をドープしても、窒化ガリウム系化合物
半導体層はｐ型とならずに、高抵抗な半導体層となる。
ところが、本発明の製造方法は、成長後に、水素を含ま
ない雰囲気でアニーリングを行うので、アニーリングす
るときに、ｐ型不純物と結合している水素が熱的に解離
される。このため、窒化ガリウム系化合物半導体層にド
ープされたｐ型不純物は、正常にアクセプターとして働
くようになり、低抵抗なｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体となる。したがって、本発明の窒化ガリウム系化合物
半導体をｐ型化する方法は、ｐ型不純物をドープした窒
化ガリウム系化合物半導体層をアニーリングするという
極めて簡単な方法で、この層をｐ型化できる。このた
め、窒化ガリウム系化合物半導体を使用した発光素子等
を、極めて低コストに、多量生産できる特長がある。電
子線照射で、ｐ型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半
導体をｐ型化する従来の方法は、電子ビームを加速し
て、ｐ型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層の
表面に衝突させる。電子ビームでｐ型化される半導体層
は、スポットに集束された電子ビームでｐ型化される。
スポットにｐ型化される半導体層は、広い面積の窒化ガ
リウム系化合物半導体層の全体をｐ型化するために、電
子ビームを走査する必要がある。このため、窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を広い面積でｐ型化するのに時間が
かかり、能率よく多量の窒化ガリウム系化合物半導体層
をｐ型化できない。さらに、電子ビームで窒化ガリウム
系化合物半導体層をｐ型化する方法は、ｐ型不純物を含
む窒化ガリウム系化合物半導体を真空中に配設して、電
子ビームを照射する必要がある。このため、従来の方法
は、窒化ガリウム系化合物半導体層をｐ型化するため
に、気密に密閉できる容器に入れて真空にする必要があ
り、また、電子ビームで、局部的に極めて限られた狭い
領域をｐ型化することから、ｐ型不純物を含む窒化ガリ
ウム系化合物半導体層を能率よく、さらに、ｐ型不純物
を含む窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させた複数
枚のウエハーを積層して、一緒にｐ型化することができ
ない。ところが、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
をｐ型化する方法は、ｐ型不純物を含む窒化ガリウム系
化合物半導体層を、アニーリングして能率よくｐ型化し
ているので、複数枚のウエハーをアニーリングして、こ
のウエハーに成長されるｐ型不純物を含む窒化ガリウム
系化合物半導体層を、簡単かつ容易に、しかも極めて安
価に能率よくｐ型化できる。このため、ｐ型化された窒
化ガリウム系化合物半導体を使用した、優れた発光特性
の発光素子を、理想的な状態で生産できる特長を実現す
る。本発明の窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型化する
方法は、ｐ型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体
層の全面を均一にｐ型化できる特長がある。それは、ｐ
型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層を、アニ
ーリングしてｐ型化しているので、アニーリングすると
きに、窒化ガリウム系化合物半導体層の全体が均一に加
熱してｐ型化されるからである。電子ビームを照射して
ｐ型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型化
している従来の方法は、局部的にしかｐ型化できない電
子ビームを走査して、全面をｐ型化するので、全面を均
一にｐ型化するのが極めて難しい。とくに、ｐ型化する
能率を高くするために、線状に走査する電子ビームの間
隔を広くすると、走査線の境界で確実にｐ型化できなく
なる弊害が発生する。反対に、線状に走査する電子ビー
ムの間隔を狭くすると、大きな面積の窒化ガリウム系化
合物半導体層を能率よくｐ型化できなくなる。本発明の
窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型化する方法は、ｐ型
不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層を、局部的
にｐ型化するのではない。アニーリングしてｐ型化させ
る窒化ガリウム系化合物半導体層は、全面が加熱され
て、均一にｐ型化される。このことは、半導体ウエハー
を製作するときに極めて大切なことである。それは、窒
化ガリウム系化合物半導体層を備える発光素子等は、大
きなウエハーにを製作し、これを小さく切断してチップ
を製作するので、窒化ガリウム系化合物半導体層が均一
にｐ型化されていないと、製作されたチップの歩留が著
しく低下してしまうからである。ｐ型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層
が、深くｐ型化されて、全体としてより均一にｐ型化さ
れて、優れた発光特性を実現する。これに対して、ｐ型
不純物を含む半導体層を、電子ビームでｐ型化している
従来の方法は、極表面しかｐ型化して低抵抗化されてい
ない。加速された電子ビームを深く打ち込むことができ
ないからである。本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
をｐ型化する方法は、ｐ型不純物の含まれる窒化ガリウ
ム系化合物半導体の全体を、アニーリングにより加熱し
て、ｐ型化しているので、ｐ型不純物を含む窒化ガリウ
ム系化合物半導体の全体が加熱されてより均一にｐ型化
される。ｐ型化された窒化ガリウム系化合物半導体は、
極めて高輝度な発光素子等を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るアニーリング温度
と、抵抗率の関係を示す図。

【図２】本発明の一実施例に係るｐ型ＧａＮ層の結晶
性をフォトルミネッセンス強度で比較して示す図。

【図３】本発明の一実施例に係るｐ型ＧａＮ層の結晶
性をフォトルミネッセンス強度で比較して示す図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気相成長法により、水素を含む窒素源ガ
スを使用して、ｐ型不純物を含む窒化ガリウム系化合物
半導体層を成長させた後、アニーリングしてｐ型不純物
の含まれる窒化ガリウム系化合物半導体層から水素を除
去してｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とすることを
特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体をｐ型化する方
法。
【請求項２】ｐ型不純物を含む窒化ガリウム系化合物
半導体層を、水素を含まない雰囲気でアニーリングして
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とすることを特徴と
する請求項１に記載される窒化ガリウム系化合物半導体
をｐ型化する方法。