JPH11251687A - 半導体の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化ガリウム系半導体に急峻なドーパントプ
ロファイルを持つｐ−ｎ接合を形成できるようにする。 【解決手段】 サファイアよりなる基板１０の上には、
ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１２、ｎ型Ａｌ
_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎよりなるｎ型クラッド層１３、ＧａＮよ
りなる第１の光ガイド層１４、Ｉｎ_0.20Ｇａ_0.80Ｎより
なる量子井戸活性層１５及びＧａＮよりなる第２の光ガ
イド層１６が順次形成されている。第２の光ガイド層１
６の上面には膜厚が２０ｎｍでｐ型ドーパントであるＭ
ｇとｎ型ドーパントであるＳｉとがコドープされたＡｌ
_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎよりなる拡散抑制層１７が形成され、該
拡散抑制層１７の上面にはｐ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎより
なるｐ型クラッド層１８が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、青紫色発光装置に
用いるＧａＮ系III −Ｖ族化合物半導体の製造方法及び
この化合物半導体を用いた半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、次世代のフルカラーディスプレイ
用の光源として青紫色光を放射する窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系のIII −Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光装
置の研究や開発が盛んに行なわれている。この半導体発
光装置は、活性層がｐ−ｎ接合で挟まれてなり、該活性
層に不純物が含まれないことが高品質化にとって重要と
なる。すなわち、ｐ型ドーパント及びｎ型ドーパントの
分布が急峻である必要がある。

【０００３】また、ＧａＮのようなワイドバンドギャッ
プの化合物半導体は、ｐ型ドーパントをドープしても水
素パッシベーションによってｐ型ドーパントの活性化が
抑制されるため、低抵抗なｐ型半導体層を得られにく
い。このため、低抵抗なｐ型半導体層を得るためには、
ｐ型ドーパントを高濃度にドープしてアニール処理等を
施す必要がある。

【０００４】以下、従来のｐ型ドーパントの制御方法に
ついて説明する。ＧａＮのｐ型ドーパントには、一般に
ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂ Ｍｇ）
が用いられている。しかしながら、結晶成長に有機金属
気相成長（ＭＯＶＰＥ）法を用いる場合には、成長時の
結晶中にｐ型ドーパントであるＭｇが所定の結晶以外に
まで拡散するという問題がある("Applied Physics Lett
ers, Vol.55 (1989) pp.1017-1019"）。また、この拡散
は成長時に生じるだけでなく、成長後のアニール処理に
よっても生じる可能性がある。

【０００５】さらに、ＭｇがＭＯＶＰＥ成長装置の反応
炉である石英リアクタに吸着するメモリ効果について検
討した結果が"Journal of Crystal Growth, Vol.145 (1
994)pp.214-218"に記載されている。この論文によれ
ば、Ｍｇがメモリ効果を有するため、短時間に多量のＣ
ｐ₂ Ｍｇを反応炉に導入してもＧａＮ結晶内のＭｇ分布
が急峻とはならず、ドープに遅延が生じることが示され
ている。

【０００６】一方、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系で、格
子整合できる基板上に成長するIII−Ｖ族化合物半導体
の場合には、ｎ型ドーパントであるＳｉを濃度が１×１
０²⁰ｃｍ^-3程度に高濃度にドープすることによりＭｇの
拡散を抑制できることが知られている("Journal of Cry
stal Growth, Vol.107 (1991) pp.779-783")。

【０００７】また、特開平６−２８３８２５号公報によ
れば、ＧａＮ系半導体発光装置において、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎよりなるｐ型クラッド層の一部をｐ型にドープしない
アンドープ層とすることにより、ｐ型クラッド層の直下
に形成される活性層へのＭｇの拡散を抑制できることが
示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧａＮ
系半導体はＧａＮと格子整合する基板が存在しないた
め、エピタキシャル基板を製造する際には、サファイア
（結晶Ａｌ₂ Ｏ₃ ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）等よりなる
格子不整合基板を用いたヘテロエピタキシャル成長とな
らざるを得ない。これにより、ＧａＡｓ系半導体では結
晶中の欠陥密度が１０³ ｃｍ^-2程度であるが、ＧａＮ系
半導体では欠陥密度が１０⁹ ｃｍ^-2程度と極めて多数の
貫通転位が生じるため、ｐ型ドーパントがこの貫通転位
を通って容易に拡散し、急峻な不純物プロファイルを持
つｐ−ｎ接合を得られないという問題がある。

【０００９】また、特開平６−２８３８２５号公報に開
示された従来の半導体発光装置は、拡散抑制層としてＧ
ａＮよりもバンドギャップが大きいＡｌＧａＮ層をアン
ドープとしているため、ｐ−ｎ接合部の直列抵抗が増加
するという問題があり、直列抵抗の増加は、発光装置の
動作中の発熱を促進し、発光装置の信頼性を著しく低下
させる。

【００１０】本発明は、前記従来の問題を解決し、窒化
ガリウム系半導体に急峻なドーパントプロファイルを持
つｐ−ｎ接合を形成できるようにすることを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、窒化ガリウム系半導体において、ｐ型半
導体層とｎ型半導体層とよりなるｐ−ｎ接合部における
ｐ型半導体層のｎ型半導体層側の領域にｐ型ドーパント
とｎ型ドーパントとを同時にドープ（コドープ）してな
る半導体層を設ける構成とする。

【００１２】本発明に係る半導体の製造方法は、窒化ガ
リウム系半導体と格子整合されない基板上にアンドープ
又はｎ型窒化ガリウム系半導体よりなる第１の半導体層
を形成する工程と、第１の半導体層の上に窒化ガリウム
系半導体よりなる第２の半導体層をｐ型ドーパントとｎ
型ドーパントとをコドープしながら形成する工程と、第
２の半導体層の上にｐ型窒化ガリウム系半導体よりなる
第３の半導体層を形成する工程とを備えている。

【００１３】本発明の半導体の製造方法によると、アン
ドープ又はｎ型窒化ガリウム系半導体よりなる第１の半
導体層とｐ型窒化ガリウム系半導体よりなる第３の半導
体層との間に、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとをコ
ドープした第２の半導体層を形成するため、第２の半導
体層におけるｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとがクー
ロン相互作用により電気的に中性な原子対を形成するの
で、第３の半導体層に含まれるｐ型ドーパントが拡散し
にくくなる。

【００１４】本発明の半導体の製造方法において、第２
の半導体層の膜厚が５ｎｍ以上且つ５００ｎｍ以下であ
ることが好ましい。

【００１５】本発明の半導体の製造方法が、第３の半導
体層の上にガリウム原子を吸収する第４の半導体層を形
成する工程と、第４の半導体層に対して熱処理を行なう
工程とをさらに備えていることが好ましい。

【００１６】本発明に係る第１の半導体装置は、窒化ガ
リウム系半導体と格子整合されない基板上に形成された
ｎ型窒化ガリウム系半導体よりなる第１のクラッド層
と、第１のクラッド層の上に形成された窒化ガリウム系
半導体よりなる活性層と、活性層の上に形成され、ｐ型
ドーパントとｎ型ドーパントとがコドープされた窒化ガ
リウム系半導体よりなる拡散抑制層と、拡散抑制層の上
に形成されたｐ型窒化ガリウム系半導体よりなる第２の
クラッド層とを備えている。

【００１７】第１の半導体装置によると、活性層とｐ型
窒化ガリウム系半導体よりなる第２のクラッド層との間
に、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとがコドープされ
てなる拡散抑制層が形成されているため、該拡散抑制層
におけるｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとがクーロン
相互作用により電気的に中性な原子対を形成するので、
第２のクラッド層に含まれるｐ型ドーパントが活性層側
に拡散しにくくなる。

【００１８】本発明に係る第２の半導体装置は、窒化ガ
リウム系半導体と格子整合されない基板上に形成された
ｎ型窒化ガリウム系半導体よりなる第１のクラッド層
と、第１のクラッド層の上に形成された窒化ガリウム系
半導体よりなる活性層と、活性層の上に形成されたｎ型
窒化ガリウム系半導体よりなる拡散抑制層と、拡散抑制
層の上に形成されたｐ型窒化ガリウム系半導体よりなる
第２のクラッド層とを備えている。

【００１９】第２の半導体装置によると、活性層とｐ型
窒化ガリウム系半導体よりなる第２のクラッド層との間
に、ｎ型窒化ガリウム系半導体よりなる拡散抑制層が形
成されているため、第２のクラッド層に含まれるｐ型ド
ーパントが拡散抑制層にまで拡散してくると、ｐ型ドー
パントと該拡散抑制層中のｎ型ドーパントとがクーロン
相互作用により電気的に中性な原子対を形成するので、
第２のクラッド層に含まれるｐ型ドーパントが活性層側
に拡散しにくくなる。

【００２０】第１又は第２の半導体装置において、拡散
抑制層の膜厚が正孔の拡散長以下であることが好まし
い。

【００２１】第１又は第２の半導体装置において、拡散
抑制層の膜厚が５ｎｍ以上且つ５００ｎｍ以下であるこ
とが好ましい。

【００２２】第１又は第２の半導体装置が、第２のクラ
ッド層の上に形成されたｐ型窒化ガリウム系半導体より
なるコンタクト層と、該コンタクト層の上面に形成さ
れ、ガリウム原子を吸収するガリウム吸収層とをさらに
備えていることが好ましい。

【００２３】第１又は第２の半導体装置において、ｐ型
ドーパントがマグネシウムであり、ｎ型ドーパントがシ
リコンであることが好ましい。

【００２４】第１又は第２の半導体装置において、拡散
抑制層がＡｌ_x Ｇａ_1-x Ｎ（但し、０＜ｘ＜１とす
る。）よりなることが好ましい。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明に係る
第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００２６】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係
る半導体発光装置の断面構成を示し、図１（ｂ）は比較
用の半導体発光装置の断面構成を示している。まず、図
１（ａ）及び（ｂ）に示す半導体発光装置の製造方法を
説明する。図１（ａ）及び（ｂ）において、あらかじめ
サファイア（結晶Ａｌ₂ Ｏ₃ ）よりなる基板１０に対し
て有機溶剤を用いた超音波洗浄を行ない、続いて、有機
金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）装置（図示せず）の反応炉
内に設けられたサセプタ上に基板１０を保持する。次
に、反応炉内を真空排気した後、圧力が７０Ｔｏｒｒの
水素雰囲気において基板１０を約１１００℃で１５分間
加熱することにより基板表面の熱クリーニングを行な
う。

【００２７】続いて、反応炉を約５００℃にまで降温し
た後、ガリウム源であるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）
を流量が２μモル／分で、窒素源であるアンモニアを流
量が２．５Ｌ／分で、キャリアガスである水素を流量が
２Ｌ／分でそれぞれ反応炉に導入して、基板１０の上面
に膜厚が３０ｎｍのＧａＮよりなる低温バッファ層１１
を成長させる。

【００２８】次に、反応炉を約１０００℃にまで昇温し
た後、ｎ型ドーパントであるＳｉを含むシランガス（Ｓ
ｉＨ₄ ）を新たに反応炉に導入して、低温バッファ層１
１の上面に膜厚が３μｍで不純物濃度が１×１０¹⁸ｃｍ
^-3のｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１２を成長さ
せ、続いて、アルミニウム源であるトリメチルアルミニ
ウム（ＴＭＡ）を新たに反応炉に導入して、ｎ型コンタ
クト層１２の上面に膜厚が０．３μｍで不純物濃度が１
×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎよりなるｎ型
クラッド層１３を成長させる、続いて、ＴＭＡの導入を
止め、ｎ型クラッド層１３の上面に膜厚が０．１μｍの
ＧａＮよりなる第１の光ガイド層１４を成長させる。

【００２９】次に、反応炉を約８００℃に降温した後、
窒素をキャリアガスとし膜厚が３ｎｍのＩｎ_0.20Ｇａ
_0.80Ｎよりなる量子井戸活性層１５及び膜厚が０．１μ
ｍのＧａＮよりなる第２の光ガイド層１６を順次成長さ
せる。

【００３０】次に、再度反応炉を約１０００℃にまで昇
温し、ｐ型ドーパントであるＭｇを含むＣｐ₂ Ｍｇガス
をＭｇの不純物濃度が５×１０¹⁹ｃｍ^-3となり、且つ、
ｎ型ドーパントであるＳｉを含むＳｉＨ₄ ガスをＳｉの
不純物濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3となるように原料ガスに
添加しながら、第２の光ガイド層１６の上面に膜厚が２
０ｎｍのＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎよりなる拡散抑制層１７を
成長させ、続いて、ＳｉＨ₄ ガスの供給を止めて、拡散
抑制層１７の上面に膜厚が０．２８μｍのｐ型Ａｌ_0.1
Ｇａ_0.9 Ｎよりなるｐ型クラッド層１８を成長させる。
ここで、図１（ｂ）に示す半導体発光装置の場合は、拡
散抑制層１７を設けないのでｐ型クラッド層１８の膜厚
が０．３μｍとなる。

【００３１】次に、ｐ型クラッド層１８の上面に膜厚が
０．４μｍでＭｇの不純物濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3のｐ
⁺ 型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１９を成長させ、
続いて、成長したエピタキシャル基板に対して窒素雰囲
気中で温度が７００℃、１時間のアニール処理を行なっ
てｐ型クラッド層１８及びｐ型コンタクト層１９を低抵
抗化する。

【００３２】次に、エピタキシャル基板の一部に対して
ドライエッチングを行なってｎ型コンタクト層１２を露
出させ、該露出面にＴｉ／Ａｕよりなるｎ側電極２０を
選択的に形成すると共に、ｐ型コンタクト層１９の上面
に幅が１０μｍでＮｉ／Ａｕよりなるストライプ形状の
ｐ側電極２１を形成する。また、ｎ型クラッド層１３，
第１の光ガイド層１４，量子井戸活性層１５，第２の光
ガイド層１６，拡散抑制層１７，ｐ型クラッド層１８及
びｐ型コンタクト層１９に対してドライエッチングを行
なって共振器を形成する。

【００３３】以下、前記のように構成された半導体発光
装置の特性を図面を参照しながら説明する。

【００３４】図２（ａ）は本実施形態に係る半導体発光
装置を２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法を用いて測定
したドーパントプロファイルを示し、図２（ｂ）は比較
用の半導体発光装置のドーパントプロファイルを示して
いる。図２（ａ）に示すように、エピタキシャル基板の
上面からの深さが０．７μｍ〜０．９μｍの間に位置す
る光ガイド層１４，１６及び量子井戸活性層１５には、
ｐ型ドーパントのＭｇが拡散せず急峻なド−パントプロ
ファイルを得られており、拡散抑制層１７が有効に働い
ていることが分かる。一方、図２（ｂ）に示すように拡
散抑制層１７を設けない場合には、光ガイド層１４，１
６及び量子井戸活性層１５が形成されている領域にまで
ｐ型ドーパントのＭｇが拡散していることが分かる。

【００３５】さらに、ｐ型クラッド層１８及びｐ型コン
タクト層１９を低抵抗化するアニール処理の前に、ｐ型
コンタクト層１９の上面にスパッタ法を用いて膜厚が８
０ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）よりなり、Ｇａ原子
を吸収するガリウム吸収層を堆積させた後、アニール処
理を行なうと、図２（ａ）に示すドーパントプロファイ
ルよりもさらに急峻なプロファイルを得ることができ
る。これは、ＳｉＯ₂ よりなるガリウム吸収層がアニー
ル処理中にＧａ原子を吸収してｐ型コンタクト層１９に
多数の空孔を生じさせ、ｐ型ドーパントであるＭｇ原子
が該空孔に捕縛されることにより活性層側に拡散しにく
くなるためである。

【００３６】図３（ａ）は本実施形態に係る半導体発光
装置の発光スペクトル強度を表わし、図３（ｂ）は比較
用の半導体発光装置の発光スペクトルを表わしている。
図３（ａ）は本実施形態に係る半導体発光装置に２０ｍ
Ａの直流電流を室温で注入して動作させた場合であっ
て、量子井戸活性層１５からの量子準位発光である４２
０ｎｍのスペクトルのみが現われている。

【００３７】一方、図３（ｂ）に示す比較用の半導体発
光装置の場合は、量子井戸活性層１５からの量子準位発
光である４２０ｎｍのスペクトルとＭｇの拡散により形
成された準位である４５０ｎｍのスペクトルが重複して
現われている。なお、注入する直流電流を２ｍＡと小さ
くすると、４５０ｎｍのスペクトルがより顕著となる。
これは、注入されたキャリアが、波長が４５０ｎｍの低
エネルギー側の発光準位で発光に寄与し、注入電流の増
加と共に波長が４２０ｎｍの高エネルギー側の発光準位
に遷移することに起因する。すなわち、拡散抑制層１７
を設けない場合には、量子井戸活性層１５の量子準位発
光に寄与しない無効電流が多く、色純度の低下及び発光
効率の低下を招くことになる。

【００３８】本実施形態に係る半導体発光装置の場合
は、ｐ型ドーパントの活性層側への拡散を抑制する拡散
抑制層１７を有しており、量子井戸活性層１５にｐ型ド
ーパントであるＭｇが拡散しにくいため、低電流から２
０ｍＡまで４２０ｎｍのスペクトルのみが観察され、注
入されたキャリアが量子準位からの発光に有効に寄与し
ていることが分かる。

【００３９】また、本実施形態に係る半導体発光装置と
比較用の半導体発光装置との各電流−電圧特性を比較し
た結果、拡散抑制層１７を設けたことによる直列抵抗の
増加はみられず、両発光装置とも直流電流２０ｍＡの注
入時に５Ｖ程度の電圧を示した。これは、拡散抑制層１
７の膜厚が２０ｎｍ程度では、注入された正孔が比較的
容易に活性層側に注入されることを意味し、該膜厚が５
ｎｍ〜５００ｎｍ程度であれば、望ましくは１０ｎｍ〜
８０ｎｍ程度であれば、しきい値電圧の上昇を招くこと
なく波長が４２０ｎｍの青紫色光を得ることができる。

【００４０】以上説明したように、本実施形態に係る半
導体発光装置は、第２の光ガイド層１６とｐ型クラッド
層１８との間にｐ型ドーパントであるＭｇの活性層側へ
の拡散を抑制する拡散抑制層１７を有しているため、発
光装置の直列抵抗を増加させることなく、色純度及び発
光効率を大幅に向上させることができる。

【００４１】また、拡散抑制層１７にＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9
Ｎを用いているため、ＡｌＧａＮは結晶格子の結合力が
ＧａＮよりも大きいので、Ｍｇの拡散をより効果的に抑
制できる。

【００４２】なお、本実施形態においては、ｐ型ドーパ
ントにマグネシウム（Ｍｇ）を用いたが、これに限ら
ず、炭素（Ｃ），亜鉛（Ｚｎ）及びベリリウム（Ｂｅ）
を用いてもよく、また、ｎ型ドーパントにシリコン（Ｓ
ｉ）を用いたが、酸素（Ｏ）であってもよい。

【００４３】また、基板にサファイア（結晶Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）を用いたが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いてもよ
い。この場合は、炭化ケイ素が導電性を有するため、ｎ
側電極２０を形成するためのエピタキシャル基板のエッ
チングが不要となり、基板１０のｐ側電極２１と反対側
の面にｎ側電極２０を形成できる。

【００４４】（第２の実施形態）以下、本発明に係る第
２の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００４５】図４は本発明の第２の実施形態に係る半導
体発光装置の断面構成を示し、図４において、図１
（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号
を付すことにより説明を省略する。

【００４６】本実施形態の特徴は、量子井戸活性層１５
をｎ型クラッド層１３とｐ型クラッド層１８とよりなる
ｐ−ｎ接合で挟まずに、ｎ型クラッド層１３に埋め込む
構成とする。

【００４７】まず、図４に示す半導体発光装置の製造方
法を説明する。第１の実施形態と同様に、ＭＯＶＰＥ法
を用いてサファイアよりなる基板１０の上に低温バッフ
ァ層１１及びｎ型コンタクト層１２を順次成長させた
後、ｎ型コンタクト層１２の上面に膜厚が０．２８μｍ
で不純物濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.1 Ｇａ
_0.9 Ｎよりなる第１のｎ型クラッド層１３Ａを成長させ
る。

【００４８】次に、第１のｎ型クラッド層１３Ａの上面
に膜厚が０．１μｍのＧａＮよりなる第１の光ガイド層
１４、膜厚が３ｎｍのＩｎ_0.20Ｇａ_0.80Ｎよりなる量子
井戸活性層１５及び膜厚が０．１μｍのＧａＮよりなる
第２の光ガイド層１６を順次成長させる。続いて、第２
の光ガイド層１６の上面に第１のｎ型クラッド層１３Ａ
と同一の組成を有し、膜厚が２０ｎｍの拡散抑制層とし
ての第２のｎ型クラッド層１３Ｂを成長させる。

【００４９】次に、第２のｎ型クラッド層１３Ｂの上面
に膜厚が０．３μｍのｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9 Ｎよりなる
ｐ型クラッド層１８と、膜厚が０．４μｍでＭｇの不純
物濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3のｐ⁺ 型ＧａＮよりなるｐ型
コンタクト層１９を順次成長させる。続いて、ｐ型コン
タクト層１９の上面にスパッタ法を用いて膜厚が８０ｎ
ｍの酸化シリコンよりなるガリウム吸収層２２を堆積さ
せた後、アニール処理を行なって、ｐ型クラッド層１８
及びｐ型コンタクト層１９を低抵抗化する。

【００５０】次に、エピタキシャル基板の一部に対して
ドライエッチングを行なってｎ型コンタクト層１２を露
出させ、該露出面にＴｉ／Ａｕよりなるｎ側電極２０を
選択的に形成すると共に、ガリウム吸収層２２を選択的
に除去した後、ｐ型コンタクト層１９の上面に幅が１０
μｍでＮｉ／Ａｕよりなるストライプ形状のｐ側電極２
１を形成する。また、第１のｎ型クラッド層１３Ａ，第
１の光ガイド層１４，量子井戸活性層１５，第２の光ガ
イド層１６，第２のｎ型クラッド層１３Ｂ，ｐ型クラッ
ド層１８及びｐ型コンタクト層１９に対してドライエッ
チングを行なって共振器を形成する。

【００５１】このように、本実施形態においては、ｐ型
クラッド層１８の成長時及びその後のアニール処理時に
おいて、第２の光ガイド層１６の上面に既に第２のｎ型
クラッド層１３Ｂが形成されているため、ｐ型クラッド
層１８から量子井戸活性層１５までの距離が大きくなる
と共に、ｐ型クラッド層１８からのｐ型ドーパントが第
２のｎ型クラッド層１３Ｂ中のｎ型ドーパントとクーロ
ン相互作用により電気的に中性な原子対を形成するた
め、活性層側への拡散がより強く抑制されるようにな
る。

【００５２】以下、前記のように構成された半導体発光
装置の特性を図面を参照しながら説明する。

【００５３】図５は本実施形態に係る半導体発光装置を
ＳＩＭＳ法を用いて測定したドーパントプロファイルを
示している。図５に示すように、エピタキシャル基板の
上面からの深さが０．７２μｍ〜０．９２μｍの間に位
置する光ガイド層１４，１６及び量子井戸活性層１５よ
りなる活性領域には、ｐ型ドーパントのＭｇが拡散せず
急峻なド−パントプロファイルが得られており、第２の
ｎ型クラッド層１３Ｂが拡散抑制層として有効に働いて
いることが分かる。

【００５４】さらに、本実施形態に係る半導体発光装置
は、直流電流の注入においても、低電流注入時から量子
井戸活性層１５の量子準位発光である４２０ｎｍのスペ
クトルのみが観察されることから、注入されたキャリア
がＩｎＧａＮよりなる量子井戸活性層１５の量子準位発
光にのみ寄与しており、また、電流−電圧特性において
も、量子井戸活性層１５をｐ−ｎ接合部ではなく、ｎ型
クラッド層１３Ａ，１３Ｂ中に埋め込んだことによる直
列抵抗の著しい増加は確認されず、直流電流が２０ｍＡ
の場合に６Ｖ程度の電圧値を示した。ここでも、第２の
ｎ型クラッド層１３Ｂの膜厚が正孔の拡散長程度である
５ｎｍ〜５００ｎｍ程度、望ましくは１０ｎｍ〜８０ｎ
ｍであれば、しきい値電圧の上昇を招くことなく波長が
４２０ｎｍの青紫色光を得ることができる。

【００５５】以上説明したように、本実施形態に係る半
導体発光装置は、ｎ型クラッド層中に活性領域を埋め込
むことにより、ｐ型クラッド層側からｐ型ドーパントで
あるＭｇの活性層側への拡散を抑制するため、急峻なド
ーパントプロファイルを容易に且つ確実に得ることがで
き、色純度及び発光効率が大幅に向上する。

【００５６】また、ｐ型コンタクト層１９の上面にＧａ
原子を吸収するガリウム吸収層２２を有しているため、
Ｇａ原子の空孔にＭｇが捕縛されることにより、Ｍｇの
活性層側への拡散が一層抑制される。

【００５７】また、拡散抑制層となる第２のｎ型クラッ
ド層１３ＢがＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎよりなるため、ＡｌＧ
ａＮは結晶格子の結合力がＧａＮよりも大きいので、Ｍ
ｇの拡散をより効果的に抑制できることになる。

【００５８】なお、本実施形態においても、ｐ型ドーパ
ントにマグネシウム（Ｍｇ）を用いたが、これに限ら
ず、炭素（Ｃ），亜鉛（Ｚｎ）及びベリリウム（Ｂｅ）
を用いてもよく、また、ｎ型ドーパントにシリコン（Ｓ
ｉ）を用いたが、酸素（Ｏ）であってもよい。

【００５９】また、基板にサファイア（結晶Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）を用いたが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いてもよ
い。

【００６０】また、第１及び第２の実施形態に示したｐ
型ドーパントの拡散抑制方法は、ＧａＮ系半導体におけ
るｐ−ｎ接合の優れた界面制御を容易に行なえるため、
発光装置のみならず、他の電子デバイスにも適用でき
る。

【００６１】

【発明の効果】本発明に係る半導体の製造方法による
と、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとがコドープされ
た第２の半導体層において、ｐ型ドーパントとｎ型ドー
パントとが電気的に中性な原子対を形成するため、第３
の半導体層に含まれるｐ型ドーパントの拡散を抑制する
ので、結晶中のｐ型ドーパントの分布が急峻となり、第
１の半導体層がｎ型の場合には界面制御に優れたｐ−ｎ
接合を形成できる。

【００６２】本発明の半導体の製造方法において、第２
の半導体層の膜厚が５ｎｍ以上且つ５００ｎｍ以下であ
ると、第１の半導体層と第３の半導体層との直列抵抗値
を増大させることなくｐ型ドーパントの第１の半導体層
側への拡散を確実に抑制できる。

【００６３】本発明の半導体の製造方法が、第３の半導
体層の上にガリウム原子を吸収する第４の半導体層を形
成する工程と、第４の半導体層に対して熱処理を行なう
工程とをさらに備えていると、第３の半導体層のガリウ
ム原子が第４の半導体層に吸収されて形成された空孔に
ｐ型ドーパントが捕縛されるため、ｐ型ドーパントの第
１の半導体層側への拡散をさらに抑制できる。

【００６４】本発明に係る第１の半導体装置によると、
ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとがコドープされた拡
散抑制層において、該ｐ型ドーパントと該ｎ型ドーパン
トとが電気的に中性な原子対を形成するため、第２のク
ラッド層に含まれるｐ型ドーパントの拡散を抑制するの
で、結晶中のｐ型ドーパントの分布が急峻となり、第１
のクラッド層と第２のクラッド層とが界面制御に優れた
ｐ−ｎ接合を形成する。

【００６５】本発明に係る第２の半導体装置によると、
ｎ型の拡散抑制層において、第２のクラッド層からのｐ
型ドーパントと該拡散抑制層中のｎ型ドーパントとが電
気的に中性な原子対を形成し、該拡散抑制層がｐ型ドー
パントの活性層側への拡散を抑制するため、結晶中のｐ
型ドーパントの分布が急峻となり、第１のクラッド層と
第２のクラッド層とが界面制御に優れたｐ−ｎ接合を形
成する。

【００６６】第２の半導体装置において、拡散抑制層の
膜厚が正孔の拡散長以下であると、正孔の注入が妨げら
れることなく、ｐ型ドーパントの拡散を確実に抑制でき
る。

【００６７】第１又は第２の半導体装置において、拡散
抑制層の膜厚が５ｎｍ以上且つ５００ｎｍ以下である
と、正孔の注入が妨げられることなく、すなわち、しき
い値電圧が増大することなくｐ型ドーパントの拡散を確
実に抑制できる。

【００６８】第１又は第２の半導体装置が、第２のクラ
ッド層の上に形成されたｐ型窒化ガリウム系半導体より
なるコンタクト層と、該コンタクト層の上面に形成さ
れ、ガリウム原子を吸収するガリウム吸収層とをさらに
備えていると、第２のクラッド層のガリウム原子がガリ
ウム吸収層に吸収されて形成された空孔にｐ型ドーパン
トが捕縛されるため、ｐ型ドーパントの活性層側への拡
散をさらに抑制できる。

【００６９】第１又は第２の半導体装置において、ｐ型
ドーパントがマグネシウムであり、ｎ型ドーパントがシ
リコンであると、窒化ガリウム系半導体において界面制
御に優れたｐ−ｎ接合を確実に形成できる。

【００７０】第１又は第２の半導体装置において、拡散
抑制層がＡｌ_x Ｇａ_1-x Ｎ（但し、０＜ｘ＜１とす
る。）よりなると、Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ｎは結晶格子の結合
力がＧａＮよりも大きいので、ｐ型ドーパントの拡散を
より効果的に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るＧａＮ
系半導体発光装置を示す構成断面図である。（ｂ）は拡
散抑制層を設けない比較用のＧａＮ系半導体発光装置を
示す構成断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るＧａＮ
系半導体発光装置のドーパントプロファイルを表わすグ
ラフである。（ｂ）は拡散抑制層を設けない比較用のＧ
ａＮ系半導体発光装置のドーパントプロファイルを表わ
すグラフである。

【図３】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るＧａＮ
系半導体発光装置の発光スペクトル強度を表わすグラフ
である。（ｂ）は拡散抑制層を設けない比較用のＧａＮ
系半導体発光装置の発光スペクトル強度を表わすグラフ
である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係るＧａＮ系半導体
発光装置を示す構成断面図である。

【図５】本発明の第２の実施形態に係るＧａＮ系半導体
発光装置のドーパントプロファイルを表わすグラフであ
る。

【符号の説明】

１０ 基板 １１ 低温バッファ層 １２ ｎ型コンタクト層 １３ ｎ型クラッド層（第１のクラッド層） １３Ａ 第１のｎ型クラッド層 １３Ｂ 第２のｎ型クラッド層（拡散抑制層） １４ 第１の光ガイド層 １５ 量子井戸活性層 １６ 第２の光ガイド層 １７ 拡散抑制層 １８ ｐ型クラッド層（第２のクラッド層） １９ ｐ型コンタクト層 ２０ ｎ側電極 ２１ ｐ側電極 ２２ ガリウム吸収層

フロントページの続き (72)発明者 木戸口 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 宮永 良子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 上山 智 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 粂 雅博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化ガリウム系半導体と格子整合されな
   い基板上にアンドープ又はｎ型窒化ガリウム系半導体よ
   りなる第１の半導体層を形成する工程と、 前記第１の半導体層の上に窒化ガリウム系半導体よりな
   る第２の半導体層をｐ型ドーパントとｎ型ドーパントと
   をコドープしながら形成する工程と、 前記第２の半導体層の上にｐ型窒化ガリウム系半導体よ
   りなる第３の半導体層を形成する工程とを備えているこ
   とを特徴とする半導体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第２の半導体層の膜厚は５ｎｍ以上
   且つ５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に
   記載の半導体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第３の半導体層の上にガリウム原子
   を吸収する第４の半導体層を形成する工程と、 前記第４の半導体層に対して熱処理を行なう工程とをさ
   らに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導
   体の製造方法。
4. 【請求項４】 窒化ガリウム系半導体と格子整合されな
   い基板上に形成されたｎ型窒化ガリウム系半導体よりな
   る第１のクラッド層と、 前記第１のクラッド層の上に形成された窒化ガリウム系
   半導体よりなる活性層と、 前記活性層の上に形成され、ｐ型ドーパントとｎ型ドー
   パントとがコドープされた窒化ガリウム系半導体よりな
   る拡散抑制層と、 前記拡散抑制層の上に形成されたｐ型窒化ガリウム系半
   導体よりなる第２のクラッド層とを備えていることを特
   徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 窒化ガリウム系半導体と格子整合されな
   い基板上に形成されたｎ型窒化ガリウム系半導体よりな
   る第１のクラッド層と、 前記第１のクラッド層の上に形成された窒化ガリウム系
   半導体よりなる活性層と、 前記活性層の上に形成されたｎ型窒化ガリウム系半導体
   よりなる拡散抑制層と、 前記拡散抑制層の上に形成されたｐ型窒化ガリウム系半
   導体よりなる第２のクラッド層とを備えていることを特
   徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 前記拡散抑制層の膜厚は正孔の拡散長以
   下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導
   体装置。
7. 【請求項７】 前記拡散抑制層の膜厚は５ｎｍ以上且つ
   ５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５
   に記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 前記第２のクラッド層の上に形成された
   ｐ型窒化ガリウム系半導体よりなるコンタクト層と、 前記コンタクト層の上面に形成され、ガリウム原子を吸
   収するガリウム吸収層とをさらに備えていることを特徴
   とする請求項４又は５に記載の半導体装置。
9. 【請求項９】 ｐ型ドーパントはマグネシウムであり、
   ｎ型ドーパントはシリコンであることを特徴とする請求
   項４又は５に記載の半導体装置。
10. 【請求項１０】 前記拡散抑制層はＡｌ_x Ｇａ_1-x Ｎ
    （但し、０＜ｘ＜１とする。）よりなることを特徴とす
    る請求項４又は５に記載の半導体装置。