JPH11238692A - 窒化物半導体の低抵抗化方法 - Google Patents
窒化物半導体の低抵抗化方法Info
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- JPH11238692A JPH11238692A JP3946298A JP3946298A JPH11238692A JP H11238692 A JPH11238692 A JP H11238692A JP 3946298 A JP3946298 A JP 3946298A JP 3946298 A JP3946298 A JP 3946298A JP H11238692 A JPH11238692 A JP H11238692A
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- nitride semiconductor
- semiconductor nitride
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 p型不純物をドープした窒化物半導体を低抵
抗にできる従来の技術よりも進歩した、他の新規な技術
を提供する。 【構成】 p型不純物をドープした窒化物半導体を成長
させた後、その窒化物半導体のバンドギャップエネルギ
ー以上のエネルギーを含む電磁波を照射する第工程と、
実質的に活性な水素を含まない雰囲気中において、その
窒化物半導体を熱処理する工程とを行う。電磁波照射に
より窒化物半導体に電子を供給して、p型不純物を結合
した水素を解離することにより、前記窒化物半導体の抵
抗率を低下させる。
抗にできる従来の技術よりも進歩した、他の新規な技術
を提供する。 【構成】 p型不純物をドープした窒化物半導体を成長
させた後、その窒化物半導体のバンドギャップエネルギ
ー以上のエネルギーを含む電磁波を照射する第工程と、
実質的に活性な水素を含まない雰囲気中において、その
窒化物半導体を熱処理する工程とを行う。電磁波照射に
より窒化物半導体に電子を供給して、p型不純物を結合
した水素を解離することにより、前記窒化物半導体の抵
抗率を低下させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はp型不純物をドープした
窒化物半導体(InaAlbGa1-a-bN、0≦a、0≦
b、a+b≦1)をさらに低抵抗化する方法に関する。
窒化物半導体(InaAlbGa1-a-bN、0≦a、0≦
b、a+b≦1)をさらに低抵抗化する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】窒化物半導体はp型窒化物半導体層とn
型窒化物半導体層との間にInGaNよりなる井戸層を
有する活性層を挟んだダブルへテロ構造のものが既に実
用化されている。そのp型窒化物半導体は、p型不純物
をドープした窒化物半導体を成長させた後、実質的に水
素を含まない雰囲気中において、400℃以上で熱処理
することによって得られる(Jpn.J.Appl.Phys.31,L139
(1992)、特許第2540791号)。この熱処理による
窒化物半導体のp型化方法は、p型不純物をドープして
も高抵抗なi型しか得られなかった従来の窒化物半導体
に画期的な飛躍をもたらし、現在のpn接合デバイスの
基本技術となっている。
型窒化物半導体層との間にInGaNよりなる井戸層を
有する活性層を挟んだダブルへテロ構造のものが既に実
用化されている。そのp型窒化物半導体は、p型不純物
をドープした窒化物半導体を成長させた後、実質的に水
素を含まない雰囲気中において、400℃以上で熱処理
することによって得られる(Jpn.J.Appl.Phys.31,L139
(1992)、特許第2540791号)。この熱処理による
窒化物半導体のp型化方法は、p型不純物をドープして
も高抵抗なi型しか得られなかった従来の窒化物半導体
に画期的な飛躍をもたらし、現在のpn接合デバイスの
基本技術となっている。
【0003】その後、窒化物半導体のp型化について
は、電極形成時に電極と一緒にアニールする技術、窒素
プラズマ中でアニールする技術、成長後に反応容器内を
ゆっくり冷やす技術等も提案されている。
は、電極形成時に電極と一緒にアニールする技術、窒素
プラズマ中でアニールする技術、成長後に反応容器内を
ゆっくり冷やす技術等も提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明はp型
不純物をドープした窒化物半導体を低抵抗にするため、
従来の技術よりも進歩した、他の新規な技術を提供する
ことにある。
不純物をドープした窒化物半導体を低抵抗にするため、
従来の技術よりも進歩した、他の新規な技術を提供する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体の
低抵抗化方法は、p型不純物をドープした窒化物半導体
を成長させた後、その窒化物半導体のバンドギャップエ
ネルギー以上のエネルギーを含む光を照射する第1の工
程と、実質的に活性な水素を含まない雰囲気中におい
て、その窒化物半導体を熱処理する第2の工程とを行う
ことにより、前記窒化物半導体の抵抗率を低下させるこ
とを特徴とする。なお、第1の工程と第2の工程とは別
々に行うこともできるが、同時に行う方が効果的であ
り、さらに好ましい。
低抵抗化方法は、p型不純物をドープした窒化物半導体
を成長させた後、その窒化物半導体のバンドギャップエ
ネルギー以上のエネルギーを含む光を照射する第1の工
程と、実質的に活性な水素を含まない雰囲気中におい
て、その窒化物半導体を熱処理する第2の工程とを行う
ことにより、前記窒化物半導体の抵抗率を低下させるこ
とを特徴とする。なお、第1の工程と第2の工程とは別
々に行うこともできるが、同時に行う方が効果的であ
り、さらに好ましい。
【0006】また本発明の方法では、前記熱処理温度が
200℃以上であることを特徴とする。
200℃以上であることを特徴とする。
【0007】さらに、前記光照射を行うときの波長は、
主発光波長が400nm以下の光であることを特徴とす
る。具体的には紫外線、X線等を照射することが望まし
い。
主発光波長が400nm以下の光であることを特徴とす
る。具体的には紫外線、X線等を照射することが望まし
い。
【0008】
【発明の実施の形態】図1はp型不純物をドープした窒
化物半導体層の抵抗率と、熱処理温度との関係を、本発
明の方法と、従来の方法とで比較して示す図である。具
体的には、Mgをドープしたアズグローン(as-grown)
のGaN層に主発光波長365nm(≒3.4eV=G
aNのバンドギャップエネルギー)の紫外線を照射しな
がら、窒素雰囲気中で10分間、熱処理した時の抵抗率
が低下する状態を示している。なお、従来の方法は紫外
線を照射しない他は同様にして熱処理している。
化物半導体層の抵抗率と、熱処理温度との関係を、本発
明の方法と、従来の方法とで比較して示す図である。具
体的には、Mgをドープしたアズグローン(as-grown)
のGaN層に主発光波長365nm(≒3.4eV=G
aNのバンドギャップエネルギー)の紫外線を照射しな
がら、窒素雰囲気中で10分間、熱処理した時の抵抗率
が低下する状態を示している。なお、従来の方法は紫外
線を照射しない他は同様にして熱処理している。
【0009】いずれの方法においても、熱処理により窒
化物半導体の抵抗率が低下する。熱処理による低抵抗化
の作用としては次のようなことが考えられている。即
ち、GaN成長中に、主として原料ガスとして用いられ
るアンモニアのような、原料に水素を含む原料ガスが、
成長中、若しくは成長後に、反応容器内において分解し
て、活性な水素ができ、この活性化水素が半導体層内に
おいて、例えばMg−Hのようにp型不純物と結びつい
て複合体を形成する。p型不純物と結びついた水素はp
型不純物を不活性化して、正常なアクセプタとして作用
するのを妨げている。そこで熱処理を行うことにより、
Mg−Hの水素を熱的に解離させ、この水素を半導体層
中から追い出し、p型不純物を正常なアクセプターとし
て作用させるということである。
化物半導体の抵抗率が低下する。熱処理による低抵抗化
の作用としては次のようなことが考えられている。即
ち、GaN成長中に、主として原料ガスとして用いられ
るアンモニアのような、原料に水素を含む原料ガスが、
成長中、若しくは成長後に、反応容器内において分解し
て、活性な水素ができ、この活性化水素が半導体層内に
おいて、例えばMg−Hのようにp型不純物と結びつい
て複合体を形成する。p型不純物と結びついた水素はp
型不純物を不活性化して、正常なアクセプタとして作用
するのを妨げている。そこで熱処理を行うことにより、
Mg−Hの水素を熱的に解離させ、この水素を半導体層
中から追い出し、p型不純物を正常なアクセプターとし
て作用させるということである。
【0010】さらに本発明のように、紫外線を照射しな
がら行う方が、従来の方法に比べて、同一抵抗率を得る
ための熱処理温度を低下させることができる。これは次
のような作用による。即ちGaNのバンドギャップエネ
ルギー以上の電磁波を照射すると、GaN中の価電子帯
にある電子が励起される。この電子がMg−HのH+と
結合してHを中性化し、Mg−H複合体からHを解離す
ると考えられる。即ち、窒化物半導体のバンドギャップ
エネルギーよりも大きなエネルギーを有する電磁波を照
射することによって、水素に電子を供給して、その水素
を窒化物半導体中から出すのである。しかし、電磁波照
射のエネルギーは小さく熱処理に比較して小さいので、
電磁波照射だけでは大きな抵抗率の低下は望めない。そ
こで、熱処理を加えてやることにより、Mg−HのHを
熱的に解離すると共に、電子が供給されたHを結晶中か
ら出て行きやすくするのである。そのため、従来の方法
に比べて低温で熱処理の効果が得られる。従って、本発
明の方法では第1の工程と第2の工程とは特に同時に行
う必要はなく、先に第1の工程を行い、次に第2の工程
を行っても良いが、最も望ましくは第1の工程と、第2
の工程とを同時に行うと、最も効果的に抵抗を下げるこ
とができる。また、電磁波の作用としては、紫外線のよ
うな窒化物半導体のバンドギャップエネルギー以上の電
磁波を照射することにより、Mg−H複合体の電子状態
が励起され、複合体の分解が起こりやすくなったとも推
察できる。
がら行う方が、従来の方法に比べて、同一抵抗率を得る
ための熱処理温度を低下させることができる。これは次
のような作用による。即ちGaNのバンドギャップエネ
ルギー以上の電磁波を照射すると、GaN中の価電子帯
にある電子が励起される。この電子がMg−HのH+と
結合してHを中性化し、Mg−H複合体からHを解離す
ると考えられる。即ち、窒化物半導体のバンドギャップ
エネルギーよりも大きなエネルギーを有する電磁波を照
射することによって、水素に電子を供給して、その水素
を窒化物半導体中から出すのである。しかし、電磁波照
射のエネルギーは小さく熱処理に比較して小さいので、
電磁波照射だけでは大きな抵抗率の低下は望めない。そ
こで、熱処理を加えてやることにより、Mg−HのHを
熱的に解離すると共に、電子が供給されたHを結晶中か
ら出て行きやすくするのである。そのため、従来の方法
に比べて低温で熱処理の効果が得られる。従って、本発
明の方法では第1の工程と第2の工程とは特に同時に行
う必要はなく、先に第1の工程を行い、次に第2の工程
を行っても良いが、最も望ましくは第1の工程と、第2
の工程とを同時に行うと、最も効果的に抵抗を下げるこ
とができる。また、電磁波の作用としては、紫外線のよ
うな窒化物半導体のバンドギャップエネルギー以上の電
磁波を照射することにより、Mg−H複合体の電子状態
が励起され、複合体の分解が起こりやすくなったとも推
察できる。
【0011】熱処理温度は、図に示すように200℃以
上、さらに好ましくは300℃以上、最も好ましくは4
00℃以上の温度で行うことが望ましい。またこの温度
は照射する電磁波のエネルギーによって変化させること
もできる。例えば、X線のようなエネルギーの大きな電
磁波を照射すると熱処理温度をさらに低下させることが
できる。また紫外線を照射しながら、200℃前後にお
いて長時間行っても抵抗率を低下させることはできる
が、工業的に短時間で処理する目的では、400℃以上
で行うことが望ましい。なお本請求項において活性な水
素とは、例えばアンモニアが分解してできた水素、水素
プラズマのように、窒化物半導体に再ドープされて、そ
の窒化物半導体を高抵抗にする水素であり、この活性水
素を熱処理中に含むと、窒化物半導体が高抵抗となる。
上、さらに好ましくは300℃以上、最も好ましくは4
00℃以上の温度で行うことが望ましい。またこの温度
は照射する電磁波のエネルギーによって変化させること
もできる。例えば、X線のようなエネルギーの大きな電
磁波を照射すると熱処理温度をさらに低下させることが
できる。また紫外線を照射しながら、200℃前後にお
いて長時間行っても抵抗率を低下させることはできる
が、工業的に短時間で処理する目的では、400℃以上
で行うことが望ましい。なお本請求項において活性な水
素とは、例えばアンモニアが分解してできた水素、水素
プラズマのように、窒化物半導体に再ドープされて、そ
の窒化物半導体を高抵抗にする水素であり、この活性水
素を熱処理中に含むと、窒化物半導体が高抵抗となる。
【0012】
【実施例】[実施例1]MOVPE法により2インチφ
のサファイア基板の上に、500℃においてGaNより
なるバッファ層を200オングストロームの膜厚で成長
させ、その上にMgを1×1020/cm3ドープしたGa
N層を4μmの膜厚で成長させる。このGaN層は抵抗
率が105/Ω・cm2であり、ほとんどホール測定ができ
ない。
のサファイア基板の上に、500℃においてGaNより
なるバッファ層を200オングストロームの膜厚で成長
させ、その上にMgを1×1020/cm3ドープしたGa
N層を4μmの膜厚で成長させる。このGaN層は抵抗
率が105/Ω・cm2であり、ほとんどホール測定ができ
ない。
【0013】成長後、そのウェーハを石英管よりなる熱
処理装置に移し、その石英管の外からGaN層面に、主
発光波長350nmの紫外線(トプコンFI−5L)を
照射しながら、窒素雰囲気中、600℃で10分間熱処
理を行う。
処理装置に移し、その石英管の外からGaN層面に、主
発光波長350nmの紫外線(トプコンFI−5L)を
照射しながら、窒素雰囲気中、600℃で10分間熱処
理を行う。
【0014】熱処理後、そのGaN層のホール測定を行
うと抵抗率は2Ω・cmであり、ホールキャリア濃度は、
5×1017/cm3と優れたp型特性を示し、さらに3μ
mの深さでエッチングして、同様にホール測定を行って
も、ほぼ同一のキャリア濃度を示し、深さ方向に対して
も均一にp型化していることが判明した。
うと抵抗率は2Ω・cmであり、ホールキャリア濃度は、
5×1017/cm3と優れたp型特性を示し、さらに3μ
mの深さでエッチングして、同様にホール測定を行って
も、ほぼ同一のキャリア濃度を示し、深さ方向に対して
も均一にp型化していることが判明した。
【0015】[実施例2]実施例1において、p型不純
物としてBeを用いBeを1×1020/cm3ドープする
他は同様にしたところ、抵抗率は10Ω・cmであり、ホ
ールキャリア濃度は、1×1017/cm3とp型特性を示
し、深さ方向に対しても同様にp型化されていた。
物としてBeを用いBeを1×1020/cm3ドープする
他は同様にしたところ、抵抗率は10Ω・cmであり、ホ
ールキャリア濃度は、1×1017/cm3とp型特性を示
し、深さ方向に対しても同様にp型化されていた。
【0016】[実施例3]実施例1において、温度を4
00℃にして、単位面積あたりの紫外線強度を4倍にし
たランプを使用したところ、1時間で実施例1とほぼ同
等の特性を有するp型が得られた。
00℃にして、単位面積あたりの紫外線強度を4倍にし
たランプを使用したところ、1時間で実施例1とほぼ同
等の特性を有するp型が得られた。
【0017】[実施例4]実施例3において、主発光波
長315nmのUVランプを用い、強度を実施例3とほ
ぼ同一にして照射したところ、実施例3よりも短時間で
同等の特性を有するp型が得られた。
長315nmのUVランプを用い、強度を実施例3とほ
ぼ同一にして照射したところ、実施例3よりも短時間で
同等の特性を有するp型が得られた。
【0018】[実施例5]図2は本発明の方法を用いて
得られたLED素子の構造を示す模式的な断面図であ
り、以下この図を元に述べる。
得られたLED素子の構造を示す模式的な断面図であ
り、以下この図を元に述べる。
【0019】サファイア(C面)よりなる基板1の上
に、 200オングストロームのGaNよりなるバッファ層2 1μmのアンドープGaNよりなる第1の窒化物半導体
層3 3μmのSiドープGaNよりなる第2の窒化物半導体
層4 100オングストロームのアンドープGaNよりなる第
3の窒化物半導体層5 30オングストロームのアンドープIn0.4Ga0.6N層
よりなる活性層6 0.1μmのMgを1×1020/cm3ドープしたp型A
l0.1Ga0.9Nよりなるp側クラッド層7 0.1μmのMgを1×1020/cm3ドープしたp型G
aNよりなるp側コンタクト層8を順に積層する。
に、 200オングストロームのGaNよりなるバッファ層2 1μmのアンドープGaNよりなる第1の窒化物半導体
層3 3μmのSiドープGaNよりなる第2の窒化物半導体
層4 100オングストロームのアンドープGaNよりなる第
3の窒化物半導体層5 30オングストロームのアンドープIn0.4Ga0.6N層
よりなる活性層6 0.1μmのMgを1×1020/cm3ドープしたp型A
l0.1Ga0.9Nよりなるp側クラッド層7 0.1μmのMgを1×1020/cm3ドープしたp型G
aNよりなるp側コンタクト層8を順に積層する。
【0020】ウェーハ積層後、実施例1と同じく石英製
の熱処理装置に入れ、315nmのUVランプを照射し
ながら窒素雰囲気中、600℃で熱処理したところ、p
コンタクト層8は実施例1とほぼ同一のキャリア濃度を
有するp型となり、クラッド層7はそれよりもキャリア
濃度の小さいp型となった。
の熱処理装置に入れ、315nmのUVランプを照射し
ながら窒素雰囲気中、600℃で熱処理したところ、p
コンタクト層8は実施例1とほぼ同一のキャリア濃度を
有するp型となり、クラッド層7はそれよりもキャリア
濃度の小さいp型となった。
【0021】その後、最上層のp側コンタクト層8の表
面に所定の形状のマスクを形成し、RIE(反応性イオ
ンエッチング)装置でp側コンタクト層側からエッチン
グを行い、図2に示すように第2の窒化物半導体層4の
表面を露出させる。
面に所定の形状のマスクを形成し、RIE(反応性イオ
ンエッチング)装置でp側コンタクト層側からエッチン
グを行い、図2に示すように第2の窒化物半導体層4の
表面を露出させる。
【0022】エッチング後、最上層にあるp側コンタク
ト層のほぼ全面に膜厚200オングストロームのNiと
Auを含む透光性のp電極9と、そのp電極9の上にボ
ンディング用のAuよりなるpパッド電極10を0.5
μmの膜厚で形成する。一方エッチングにより露出させ
た第2の窒化物半導体層4の表面にはWとAlを含むn
電極11を形成する。最後にp電極9の表面を保護する
ためにSiO2よりなる絶縁膜12を図2に示すように
形成した後、ウェーハをスクライブにより分離して35
0μm角のLED素子とする。
ト層のほぼ全面に膜厚200オングストロームのNiと
Auを含む透光性のp電極9と、そのp電極9の上にボ
ンディング用のAuよりなるpパッド電極10を0.5
μmの膜厚で形成する。一方エッチングにより露出させ
た第2の窒化物半導体層4の表面にはWとAlを含むn
電極11を形成する。最後にp電極9の表面を保護する
ためにSiO2よりなる絶縁膜12を図2に示すように
形成した後、ウェーハをスクライブにより分離して35
0μm角のLED素子とする。
【0023】このLED素子は順方向電圧20mA、V
f3.4Vにおいて、520nmの純緑色発光を示し
た。
f3.4Vにおいて、520nmの純緑色発光を示し
た。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法を用
いることにより、従来よりも低温でp型窒化物半導体が
得られる。本発明の方法はレーザ素子、LED素子等窒
化物半導体を用いたあらゆる電子デバイスに適用可能で
ある。
いることにより、従来よりも低温でp型窒化物半導体が
得られる。本発明の方法はレーザ素子、LED素子等窒
化物半導体を用いたあらゆる電子デバイスに適用可能で
ある。
【図1】 p型不純物をドープした窒化物半導体層の抵
抗率と、熱処理温度との関係を本発明の方法と従来の方
法とで比較して示す図。
抗率と、熱処理温度との関係を本発明の方法と従来の方
法とで比較して示す図。
【図2】 本発明の方法を用いて得られたLED素子の
構造を示す模式断面図。
構造を示す模式断面図。
1・・・サファイア基板 2・・・バッファ層 3・・・第1の窒化物半導体層 4・・・第2の窒化物半導体層(コンタクト層) 5・・・第3の窒化物半導体層 6・・・活性層 7・・・p側クラッド層 8・・・p側コンタクト層 9・・・p電極 10・・・pパッド電極 11・・・n電極 12・・・絶縁膜
Claims (4)
- 【請求項1】 p型不純物をドープした窒化物半導体を
成長させた後、その窒化物半導体のバンドギャップエネ
ルギー以上のエネルギーを含む電磁波を照射する第1の
工程と、実質的に活性な水素を含まない雰囲気中におい
て、その窒化物半導体を熱処理する第2の工程とを行う
ことにより、前記窒化物半導体の抵抗率を低下させるこ
とを特徴とする窒化物半導体の低抵抗化方法。 - 【請求項2】 前記第1の工程と第2の工程とを同時に
行うことを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体の
低抵抗化方法。 - 【請求項3】 前記熱処理温度が200℃以上であるこ
とを特徴とする請求項1または2に記載の窒化物半導体
の低抵抗化方法。 - 【請求項4】 前記電磁波は主発光波長が400nm以
下の光であることを請求項1乃至3の内のいずれか1項
に記載の窒化物半導体の低抵抗化方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3946298A JPH11238692A (ja) | 1998-02-23 | 1998-02-23 | 窒化物半導体の低抵抗化方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3946298A JPH11238692A (ja) | 1998-02-23 | 1998-02-23 | 窒化物半導体の低抵抗化方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11238692A true JPH11238692A (ja) | 1999-08-31 |
Family
ID=12553728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3946298A Withdrawn JPH11238692A (ja) | 1998-02-23 | 1998-02-23 | 窒化物半導体の低抵抗化方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11238692A (ja) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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