JPH10178212A

JPH10178212A - 窒化ガリウム系化合物半導体とこの半導体を使用した発光素子の製造方法

Info

Publication number: JPH10178212A
Application number: JP9098499A
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
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JP3301345B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マグネシウムをドープした窒化ガリウム系化
合物半導体層を低抵抗なｐ型とする窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
製造方法は、気相成長法により、基板上に、ｎ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層と、水素の結合されたマグネシ
ウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させ
る。成長されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層とｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体層の全体をアニーリング
して、マグネシウムの含まれる窒化ガリウム系化合物半
導体層からマグネシウムと結合している水素を除去し、
マグネシウムよりも水素量の少なくなったｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層とする。

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の発光デ
バイスに利用される窒化ガリウム系化合物半導体とこの
半導体よりなる発光素子の製造方法に関する。

【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
によらず抵抗値がウエハー全体に均一であり、発光素子
をダブルヘテロ、シングルヘテロ構造可能な構造とでき
るｐ−ｎ接合を有する窒化物半導体とこの半導体よりな
る発光素子の製造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】本発明の請求項１に記載
する窒化ガリウム系化合物半導体は、気相成長法によ
り、マグネシウムおよび水素を含む窒化ガリウム系化合
物半導体層が成長され、成長された窒化ガリウム系化合
物半導体層はアニーリングされて、マグネシウムを含む
窒化ガリウム系化合物半導体層からマグネシウムと結合
している水素が除去されて、マグネシウムよりも水素量
が少なくなってｐ型窒化ガリウム系化合物半導体となっ
ている。

【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発光素子の製造方法は、気相成
長法により、基板上に、少なくともｎ型窒化ガリウム系
化合物半導体層と、マグネシウムを含む窒化ガリウム系
化合物半導体層とを成長させ、成長されたｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層とマグネシウムを含む窒化ガリウ
ム系化合物半導体層の全体をアニーリングして、マグネ
シウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層をｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体層としている。

【００１０】とくに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子の製造方法は、マグネシウムを含む窒化ガ
リウム系化合物半導体層に、水素の結合されたマグネシ
ウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させ、
その後にアニーリングして、マグネシウムを含む窒化ガ
リウム系化合物半導体層から、マグネシウムに結合して
いる水素を除去して、マグネシウムよりも水素の少ない
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とする。水素はマグ
ネシウムに結合して、窒化ガリウム系化合物半導体に含
まれるので、アニーリングして水素が除去されると、水
素量はマグネシウムよりも少なくなる。なお、本発明に
おいて、マグネシウム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。

【００１１】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
リング専用の装置を用いて行ってもよい。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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】

【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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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、一般に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と結合することにより、Ｍｇ
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。

【００２５】ところが、成長後アニーリングを行うこと
により、Ｍｇ−Ｈ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。Ｍｇ−Ｈの形で
結合している水素が熱的に解離されて、窒化ガリウム系
化合物半導体層から出て行くので、水素量はマグネシウ
ムよりも少なくなる。アニーリングしてマグネシウムに
結合する水素を除去するので、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することは好
ましくない。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。

【００２６】

【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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】［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。

【００３１】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。

【００３２】［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。

【００３３】［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。

【００３４】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。

【００３５】［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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】［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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】

【発明の効果】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体と
この半導体を使用した発光素子の製造方法は、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
半導体層を、アニーリングして低抵抗なｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体層にでき、このｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体層によって、極めて優れた発光特性の発光素
子が実現できる。とくに、本発明の窒化ガリウム系化合
物半導体と、この半導体を使用してなる発光素子の製造
方法は、マグネシウムを含む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ｐ
型化しているので、極めて低コストに、窒化ガリウム系
化合物半導体と発光素子を多量生産できる特長がある。
電子線照射で、マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合
物半導体層をｐ型化している従来の発光素子は、電子ビ
ームを加速して、マグネシウム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型化する発光素子
は、マグネシウム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、従来の発光素子は、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、マ
グネシウム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、マグネシウム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と、この半導体を使用して
なる発光素子の製造方法は、マグネシウムを含む窒化ガ
リウム系化合物半導体層をアニーリングして、マグネシ
ウムと結合している水素を除去してｐ型化しているの
で、マグネシウム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、簡単かつ容易に、し
かも極めて安価に能率よくｐ型化して、優れた発光特性
にできるという、正に理想的な特長を実現する。

【００４５】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
と、この半導体を使用してなる発光素子の製造方法は、
マグネシウム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、マグネシ
ウム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、マグネシウムと結合している水素を除去して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マグネシウムを
含む窒化ガリウム系化合物半導体層をｐ型化している従
来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、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
と、この半導体を使用してなる発光素子の製造方法は、
マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層を、
局部的にｐ型化しているのではない。アニーリングして
ｐ型化している窒化ガリウム系化合物半導体層は、全面
が加熱され、マグネシウムに結合している水素が熱で解
離され、マグネシウムよりも水素量が少なくなって均一
にｐ型化されている。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発光素子は、大きな、ウエハーを
製作し、これを小さく切断して窒化ガリウム系化合物半
導体発光素子の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。

【００４６】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体
と、この半導体を使用してなる発光素子は、マグネシウ
ム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、発光素子
は優れた発光特性を実現する。これに対して、マグネシ
ウムを含む半導体層を、電子ビームでｐ型化している従
来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、マグネシ
ウムを含む半導体層を最上層とし、しかも、その極表面
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と、この半導体を使用
してなる発光素子の製造方法は、マグネシウムの含まれ
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、マグネシウムに結合している水素を除去
してｐ型化しているので、マグネシウムを含む窒化ガリ
ウム系化合物半導体層の全体が加熱されてより均一にｐ
型化されて、極めて高輝度な発光素子を実現できる。

【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、マグネシウムおよび
水素を含む窒化ガリウム系化合物半導体層が成長され、
成長された窒化ガリウム系化合物半導体層がアニーリン
グされて、マグネシウムを含む窒化ガリウム系化合物半
導体層からマグネシウムと結合している水素が除去さ
れ、マグネシウムよりも水素量が少なくなっているｐ型
窒化ガリウム系化合物半導体。
【請求項２】気相成長法により、基板上に、少なくと
もｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、マグネシウム
および水素を含む窒化ガリウム系化合物半導体層とを成
長させ、成長されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
とマグネシウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体層の
全体をアニーリングして、マグネシウムを含む窒化ガリ
ウム系化合物半導体層からマグネシウムと結合している
水素を除去し、マグネシウムよりも水素量が少なくなっ
ているｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とする窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子の製造方法。