JPH11298043A - 半導体素子およびｉｉｉ族窒化物超格子構造の作製方法 - Google Patents
半導体素子およびｉｉｉ族窒化物超格子構造の作製方法Info
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- JPH11298043A JPH11298043A JP10224898A JP10224898A JPH11298043A JP H11298043 A JPH11298043 A JP H11298043A JP 10224898 A JP10224898 A JP 10224898A JP 10224898 A JP10224898 A JP 10224898A JP H11298043 A JPH11298043 A JP H11298043A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低抵抗のｐ型伝導性薄膜層を用いた高性能半
導体素子を可能とすること。 【解決手段】 ＩＩＩ族窒化物半導体層を含む半導体素
子において、ＩＩＩ族窒化物の閃亜鉛鉱型層とウルツ鉱
型層とでなる超格子構造にアクセプタ不純物を添加した
ｐ型伝導性薄膜層をその構造に含むことに特徴を有して
いる。すなわち、裏面に約２００ｎｍのＳｉＯ2 をスッ
パッタリングにより堆積したＧａＡｓ基板９、厚さ約１
０ｎｍのＳｉドープＧａＮ緩衝層１０、厚さ１μｍのＳ
ｉドープｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１、厚さ
０．２μｍのノンドープＧａＮ活性層１２、膜厚０．３
μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１
３、膜厚１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１
４からなるヘテロ構造である。クラッド層１３、コンタ
クト層１４を堆積する過程では原料以外にＰＨ3を流し
た。
導体素子を可能とすること。 【解決手段】 ＩＩＩ族窒化物半導体層を含む半導体素
子において、ＩＩＩ族窒化物の閃亜鉛鉱型層とウルツ鉱
型層とでなる超格子構造にアクセプタ不純物を添加した
ｐ型伝導性薄膜層をその構造に含むことに特徴を有して
いる。すなわち、裏面に約２００ｎｍのＳｉＯ2 をスッ
パッタリングにより堆積したＧａＡｓ基板９、厚さ約１
０ｎｍのＳｉドープＧａＮ緩衝層１０、厚さ１μｍのＳ
ｉドープｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１、厚さ
０．２μｍのノンドープＧａＮ活性層１２、膜厚０．３
μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１
３、膜厚１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１
４からなるヘテロ構造である。クラッド層１３、コンタ
クト層１４を堆積する過程では原料以外にＰＨ3を流し
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子およびＩ
ＩＩ族窒化物超格子構造の作製方法に関する。
ＩＩ族窒化物超格子構造の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ族窒化物半導体では緑から青の発
光ダイオードが実用化されている。さらにレーザダイオ
ードの実用化、量産が期待されているが、再現性良く特
性の良い素子を作製することが難しい。その主たる原因
は素子抵抗が高いためであり、中でも低抵抗なｐ型伝導
層の実現が課題となっている。低抵抗化を図るためには
正孔濃度を上げることが重要であるが、ＩＩＩ族窒化物
ではアクセプタ準位が深いため、アクセプタの活性化率
が低くなり、十分に高い正孔濃度を得ることが難しい。
さらに正孔濃度は結晶品質に非常に敏感であるため大量
のアクセプタ不純物を加えた上で再現性良く高濃度ｐ型
層を作製することも難しい。これによって、レーザダイ
オード等の高電流密度を必要とする素子では素子抵抗が
高くなることにより発熱が大きく、素子特性が動作中に
大きく低下するという問題がある。このような問題に対
して十分高い正孔濃度を得る試みとして、ＡｌＧａＮ／
ＧａＮ組成変調超格子構造を用いた変調ドーピングが用
いられている。
光ダイオードが実用化されている。さらにレーザダイオ
ードの実用化、量産が期待されているが、再現性良く特
性の良い素子を作製することが難しい。その主たる原因
は素子抵抗が高いためであり、中でも低抵抗なｐ型伝導
層の実現が課題となっている。低抵抗化を図るためには
正孔濃度を上げることが重要であるが、ＩＩＩ族窒化物
ではアクセプタ準位が深いため、アクセプタの活性化率
が低くなり、十分に高い正孔濃度を得ることが難しい。
さらに正孔濃度は結晶品質に非常に敏感であるため大量
のアクセプタ不純物を加えた上で再現性良く高濃度ｐ型
層を作製することも難しい。これによって、レーザダイ
オード等の高電流密度を必要とする素子では素子抵抗が
高くなることにより発熱が大きく、素子特性が動作中に
大きく低下するという問題がある。このような問題に対
して十分高い正孔濃度を得る試みとして、ＡｌＧａＮ／
ＧａＮ組成変調超格子構造を用いた変調ドーピングが用
いられている。
【０００３】図４は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ組成変調超格
子の価電子帶頂上付近のバンド構造及びアクセプタ準位
を表した図である。バンドギヤップエネルギーの大きな
ＡｌＧａＮ中にのみドーピングを行うと、図に示すよう
に、ＡｌＧａＮ層中アクセプタレべルのＧａＮ価電子帯
頂上からの深さ（図中ΔＥ’ａ）はＧａＮのアクセプタ
レべル（図中ΔＥａ）と比べると浅い。このため、Ｇａ
Ｎの価電子帯に励起される正孔のみかけ上アクセプタレ
べルが浅くなり、活性化率向上につながるものである。
活性化率をより大きくするために、ＡｌＧａＮのＡｌＮ
組成を大きくしてＧａＮとＡｌＧａＮの価電子帯頂上の
不連続差，いわゆるΔＥｖを大きくすることが考えられ
る。
子の価電子帶頂上付近のバンド構造及びアクセプタ準位
を表した図である。バンドギヤップエネルギーの大きな
ＡｌＧａＮ中にのみドーピングを行うと、図に示すよう
に、ＡｌＧａＮ層中アクセプタレべルのＧａＮ価電子帯
頂上からの深さ（図中ΔＥ’ａ）はＧａＮのアクセプタ
レべル（図中ΔＥａ）と比べると浅い。このため、Ｇａ
Ｎの価電子帯に励起される正孔のみかけ上アクセプタレ
べルが浅くなり、活性化率向上につながるものである。
活性化率をより大きくするために、ＡｌＧａＮのＡｌＮ
組成を大きくしてＧａＮとＡｌＧａＮの価電子帯頂上の
不連続差，いわゆるΔＥｖを大きくすることが考えられ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＡｌＮ組成を大きくす
ることによリＧａＮとＡｌＧａＮの価電子帯頂上の不連
続差ΔＥｖは大きくなるが、ＡｌＮ組成増大にともなっ
てアクセプタ準位も深くなるため、ＡｌＧａＮ中のアク
セプタレベルとＧａＮの価電子帯頂上を効率的に近づけ
ることができず、十分な効果が得られていない。さら
に、ＧａＮとＡｌＧａＮの超格子ではＡｌＮ組成が大き
くなるとＧａＮとの格子定数差が大きくなることによ
り、結晶性が悪化し、正孔の活性化がより難しくなると
いう問題が生じる。このため、十分に正孔濃度の高い低
抵抗ｐ型ＩＩＩ族窒化物薄膜を用いた半導体素子を再現
性良く作製する技術が望まれていた。
ることによリＧａＮとＡｌＧａＮの価電子帯頂上の不連
続差ΔＥｖは大きくなるが、ＡｌＮ組成増大にともなっ
てアクセプタ準位も深くなるため、ＡｌＧａＮ中のアク
セプタレベルとＧａＮの価電子帯頂上を効率的に近づけ
ることができず、十分な効果が得られていない。さら
に、ＧａＮとＡｌＧａＮの超格子ではＡｌＮ組成が大き
くなるとＧａＮとの格子定数差が大きくなることによ
り、結晶性が悪化し、正孔の活性化がより難しくなると
いう問題が生じる。このため、十分に正孔濃度の高い低
抵抗ｐ型ＩＩＩ族窒化物薄膜を用いた半導体素子を再現
性良く作製する技術が望まれていた。
【０００５】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、低抵抗のｐ型伝導性薄膜層
を用いた高性能半導体素子を得ることを可能とするこ
と、及び低抵抗ｐ型ＩＩＩ族窒化物超格子構造の作製方
法を提供するものである。
されたもので、その目的は、低抵抗のｐ型伝導性薄膜層
を用いた高性能半導体素子を得ることを可能とするこ
と、及び低抵抗ｐ型ＩＩＩ族窒化物超格子構造の作製方
法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】これまで、ＩＩＩ族窒化
物は安定状態のウルツ鉱型の結晶構造相以外に準安定状
態の閃亜鉛鉱型構造の結晶構造をもつ相の存在が知られ
ている。また、両相のバンドギヤップエネルギーが違う
ことは良く知られており、本発明者らはウルツ鉱型／閃
亜鉛鉱型窒化物ヘテロ界面でのバンドラインアップがタ
イプＩＩ構造になることを、フォトルミネッセンススペ
クトルを解析することにより見出した。すなわち、荷電
子帯の上端のバンド構造はウルツ鉱型に比べ閃亞鉛鉱型
窒化物のエネルギが小さい。両構造を用いてウルツ鉱／
閃亜鉛鉱型窒化物超格子構造にアクセプタ不純物を添加
すると、各々の層中でアクセプタ準位が形成される。
物は安定状態のウルツ鉱型の結晶構造相以外に準安定状
態の閃亜鉛鉱型構造の結晶構造をもつ相の存在が知られ
ている。また、両相のバンドギヤップエネルギーが違う
ことは良く知られており、本発明者らはウルツ鉱型／閃
亜鉛鉱型窒化物ヘテロ界面でのバンドラインアップがタ
イプＩＩ構造になることを、フォトルミネッセンススペ
クトルを解析することにより見出した。すなわち、荷電
子帯の上端のバンド構造はウルツ鉱型に比べ閃亞鉛鉱型
窒化物のエネルギが小さい。両構造を用いてウルツ鉱／
閃亜鉛鉱型窒化物超格子構造にアクセプタ不純物を添加
すると、各々の層中でアクセプタ準位が形成される。
【０００７】本発明の発明者らはＩＩＩ族窒化物の結晶
成長中にリン原料を流すことにより、容易にウルツ鉱／
閃亜鉛鉱型超格子を制御して作製できることを見出し
た。さらに、この現象を利用してアクセプタ不純物を添
加して作製したウルツ鉱型／閃亜鉛鉱型ＩＩＩ族窒化物
構造変調超格子を用いて、見かけ上のアクセプタ準位を
低下させることにより正孔の活性化率向上を図った膜を
実現した。さらにこれにより低抵抗になったｐ型ＩＩＩ
族窒化物薄膜を高性能半導体素子への適用を図った。
成長中にリン原料を流すことにより、容易にウルツ鉱／
閃亜鉛鉱型超格子を制御して作製できることを見出し
た。さらに、この現象を利用してアクセプタ不純物を添
加して作製したウルツ鉱型／閃亜鉛鉱型ＩＩＩ族窒化物
構造変調超格子を用いて、見かけ上のアクセプタ準位を
低下させることにより正孔の活性化率向上を図った膜を
実現した。さらにこれにより低抵抗になったｐ型ＩＩＩ
族窒化物薄膜を高性能半導体素子への適用を図った。
【０００８】この超格子構造は、ＩＩＩ族窒化物の結晶
成長中に少量のリン原料を添加することによって容易に
形成できる。リン原料によりリン化物が析出することに
より、ＩＩＩ族窒化物の２次元ステップフロ−成長が阻
害される。このため、細かい積層の変化が導入され、結
果として構造変調超格子が形成される。リン原料が窒素
原料に対するモル比が１０％より大きくなると、リン化
物の析出が多くなりすぎるため、窒化物に大きな欠陥が
生じてｐ型化が困難になる。したがって、リン原料流量
は１０％以下に抑える必要がある。この方法を用いる
と、従来型のＭＯＶＰＥ装置を用いて容易にこの構造変
調超格子構造を実現でき、不純物アクセプタの添加も従
来と同様な方法でおこなうことが可能である。さらに、
リン原料流量の変化によりウルツ鉱型層と閃亜鉛鉱型層
の比を変化させた所望のウルツ鉱型／閃亜鉛鉱型ＩＩＩ
族窒化物超格子構造を作成することも可能である。
成長中に少量のリン原料を添加することによって容易に
形成できる。リン原料によりリン化物が析出することに
より、ＩＩＩ族窒化物の２次元ステップフロ−成長が阻
害される。このため、細かい積層の変化が導入され、結
果として構造変調超格子が形成される。リン原料が窒素
原料に対するモル比が１０％より大きくなると、リン化
物の析出が多くなりすぎるため、窒化物に大きな欠陥が
生じてｐ型化が困難になる。したがって、リン原料流量
は１０％以下に抑える必要がある。この方法を用いる
と、従来型のＭＯＶＰＥ装置を用いて容易にこの構造変
調超格子構造を実現でき、不純物アクセプタの添加も従
来と同様な方法でおこなうことが可能である。さらに、
リン原料流量の変化によりウルツ鉱型層と閃亜鉛鉱型層
の比を変化させた所望のウルツ鉱型／閃亜鉛鉱型ＩＩＩ
族窒化物超格子構造を作成することも可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】上記課題を解決するために本発明
の半導体素子は、ＩＩＩ族窒化物半導体層を含む半導体
素子において、ＩＩＩ族窒化物の閃亜鉛鉱型層とウルツ
鉱型層とでなる超格子構造にアクセプタ不純物を添加し
たｐ型伝導性薄膜層をその構造に含むことに特徴を有し
ている。また、前記アクセプタ不純物がＭｇであること
に特徴を有している。
の半導体素子は、ＩＩＩ族窒化物半導体層を含む半導体
素子において、ＩＩＩ族窒化物の閃亜鉛鉱型層とウルツ
鉱型層とでなる超格子構造にアクセプタ不純物を添加し
たｐ型伝導性薄膜層をその構造に含むことに特徴を有し
ている。また、前記アクセプタ不純物がＭｇであること
に特徴を有している。
【００１０】上記課題を解決するために本発明のＩＩＩ
族窒化物超格子構造の作製方法は、ＩＩＩ族原料と窒素
原料とアクセプタ不純物原料とを用いて有機金属気相成
長法によってＩＩＩ族窒化物半導体相を成長させる際
に、窒素原料に対してモル比１０％以下のフォスフィン
またはターシャリブチルフォスフィンまたはイソブチル
フォスフィンを添加して成長させることに特徴を有して
いる。
族窒化物超格子構造の作製方法は、ＩＩＩ族原料と窒素
原料とアクセプタ不純物原料とを用いて有機金属気相成
長法によってＩＩＩ族窒化物半導体相を成長させる際
に、窒素原料に対してモル比１０％以下のフォスフィン
またはターシャリブチルフォスフィンまたはイソブチル
フォスフィンを添加して成長させることに特徴を有して
いる。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例について説明する。なお、実
施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない
範囲で、種々の変更或いは改良を行いうることはいうま
でもない。
施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない
範囲で、種々の変更或いは改良を行いうることはいうま
でもない。
【００１２】以下、本発明の第１実施例を図面に基づい
て説明する。図１は、半導体発光素子の断面を表した図
である。裏面に約２００ｎｍのＳｉＯ2 をスッパッタリ
ングにより堆積したＧａＡｓ（１００）基板９を有機洗
浄した後、硫酸過酸化水素水水溶液で表面の加工損傷層
を除去する。この後、有機金属気相エピタキシャル成長
法により、基板を砒素雰囲気中約７２０℃で熱処理し、
まず５５０℃で厚さ約１０ｎｍのＳｉドープＧａＮ緩衝
層１０を堆積後、９５０℃で厚さ１μｍのＳｉドープｎ
型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１、厚さ０．２μｍ
のノンドープＧａＮ活性層１２、膜厚０．３μｍのＭｇ
ドープｐ型Ａｌ 0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１３、膜厚１
μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１４からなる
ヘテロ構造を堆積する。
て説明する。図１は、半導体発光素子の断面を表した図
である。裏面に約２００ｎｍのＳｉＯ2 をスッパッタリ
ングにより堆積したＧａＡｓ（１００）基板９を有機洗
浄した後、硫酸過酸化水素水水溶液で表面の加工損傷層
を除去する。この後、有機金属気相エピタキシャル成長
法により、基板を砒素雰囲気中約７２０℃で熱処理し、
まず５５０℃で厚さ約１０ｎｍのＳｉドープＧａＮ緩衝
層１０を堆積後、９５０℃で厚さ１μｍのＳｉドープｎ
型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１、厚さ０．２μｍ
のノンドープＧａＮ活性層１２、膜厚０．３μｍのＭｇ
ドープｐ型Ａｌ 0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１３、膜厚１
μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１４からなる
ヘテロ構造を堆積する。
【００１３】Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッ
ド層１３、膜厚１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタク
ト層１４を堆積する過程では原料以外にＰＨ3 を流し
た。このとき、ＮＨ3 １００ｃｃｍに対し、１０００ｐ
ｐｍに水素希釈したＰＨ3 を５０ｃｃｍ供給した。窒素
雰囲気中９００℃で１０分間熱処理した後、基板裏面の
ＳｉＯ2 を緩衝フッ酸で除去し、膜表面にｐ型電極１
５、基板側にｎ型電極１６を形成する。端面は基板とと
もに襞開することによって作製した。
ド層１３、膜厚１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタク
ト層１４を堆積する過程では原料以外にＰＨ3 を流し
た。このとき、ＮＨ3 １００ｃｃｍに対し、１０００ｐ
ｐｍに水素希釈したＰＨ3 を５０ｃｃｍ供給した。窒素
雰囲気中９００℃で１０分間熱処理した後、基板裏面の
ＳｉＯ2 を緩衝フッ酸で除去し、膜表面にｐ型電極１
５、基板側にｎ型電極１６を形成する。端面は基板とと
もに襞開することによって作製した。
【００１４】ｐ型電極に正の電圧をｎ型電極に負の電圧
を加えると、活性層は３８９ｎｍの波長でレーザ発振し
た。最大出力は１３ｍＷであり、外部量子効率は７％で
あった。ｐ型層の成長過程にＰＨ3 を用いなかった場
合、発光は確認できたが、発振はしなかった。ｐ型層の
成長過程にＰＨ3 を用いることにより立方晶／六方晶超
格子構造が形成され、立方晶層の価電子帯上端のエネル
ギーが六方晶のそれより低いため、Ｍｇ準位の見かけ上
の深さが浅くなり、活性化率が上がった。このｐ型層の
ホール測定から、ＰＨ3 を用いなかった場合１×１０17
ｃｍ-3であったキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3まで上
がり、抵抗率が１×１０-2（Ωｃｍ）から２×１０
-3（Ωｃｍ）に下がっていることを確認した。この結
果、活性層に効率的に電流を注入することが可能にな
リ、レーザ発振が可能になった。
を加えると、活性層は３８９ｎｍの波長でレーザ発振し
た。最大出力は１３ｍＷであり、外部量子効率は７％で
あった。ｐ型層の成長過程にＰＨ3 を用いなかった場
合、発光は確認できたが、発振はしなかった。ｐ型層の
成長過程にＰＨ3 を用いることにより立方晶／六方晶超
格子構造が形成され、立方晶層の価電子帯上端のエネル
ギーが六方晶のそれより低いため、Ｍｇ準位の見かけ上
の深さが浅くなり、活性化率が上がった。このｐ型層の
ホール測定から、ＰＨ3 を用いなかった場合１×１０17
ｃｍ-3であったキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3まで上
がり、抵抗率が１×１０-2（Ωｃｍ）から２×１０
-3（Ωｃｍ）に下がっていることを確認した。この結
果、活性層に効率的に電流を注入することが可能にな
リ、レーザ発振が可能になった。
【００１５】本発明の第２実施例を図面に基づいて説明
する。図２は、半導体発光素子の断面を表した図であ
る。サファイア（０００１）基板１７を有機洗浄した
後、硫酸過酸化水素水水溶液で表面の加工損傷層を除去
する。この後、有機金属気相エピタキシャル成長法によ
り、基板を水素雰囲気中約１１００℃で熱処理し、まず
５７０℃で厚さ約１０ｎｍのノンドープＧａＮ緩衝層１
８を堆積後、１０５０℃で厚さ２μｍのＳｉドープｎ型
ＧａＮ層１９、厚さ１μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ0. 15Ｇ
ａ0.85Ｎ光閉じ込め層２０、０．２μｍのＳｉドープｎ
型ＧａＮキャリア閉じ込め層２１、厚さ１０ｎｍのＩｎ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎと厚さ１０ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎを
交互に６層積層した多重量子井戸層２２、膜厚０．２μ
ｍのＭｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層２３、膜
厚１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ光閉じ込
め層２４、膜厚１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタク
ト層２５からなるヘテロ構造を堆積する。
する。図２は、半導体発光素子の断面を表した図であ
る。サファイア（０００１）基板１７を有機洗浄した
後、硫酸過酸化水素水水溶液で表面の加工損傷層を除去
する。この後、有機金属気相エピタキシャル成長法によ
り、基板を水素雰囲気中約１１００℃で熱処理し、まず
５７０℃で厚さ約１０ｎｍのノンドープＧａＮ緩衝層１
８を堆積後、１０５０℃で厚さ２μｍのＳｉドープｎ型
ＧａＮ層１９、厚さ１μｍのＳｉドープｎ型Ａｌ0. 15Ｇ
ａ0.85Ｎ光閉じ込め層２０、０．２μｍのＳｉドープｎ
型ＧａＮキャリア閉じ込め層２１、厚さ１０ｎｍのＩｎ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎと厚さ１０ｎｍのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎを
交互に６層積層した多重量子井戸層２２、膜厚０．２μ
ｍのＭｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層２３、膜
厚１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ光閉じ込
め層２４、膜厚１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタク
ト層２５からなるヘテロ構造を堆積する。
【００１６】Ｍｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層
２３、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ 0.85Ｎ光閉じ込め層
２４、膜厚１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層
２５を堆積する過程では原料以外にターシャリブチルフ
ォスフィン（ＴＢＰ）を流した。このとき、ＮＨ3 ２１
ｍに対し、ＴＢＰをバブラ水素流量１００ｃｃｍで供給
した。窒素雰囲気中９００℃で１０分間熱処埋した後、
ドライエッチングにより、ＳｉドープＧａＮ層までエッ
チングした表面にｎ型電極２６、膜表面側にｐ型電極２
７を形成する。端面はドライエッチングによって作製し
た。
２３、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ 0.85Ｎ光閉じ込め層
２４、膜厚１μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層
２５を堆積する過程では原料以外にターシャリブチルフ
ォスフィン（ＴＢＰ）を流した。このとき、ＮＨ3 ２１
ｍに対し、ＴＢＰをバブラ水素流量１００ｃｃｍで供給
した。窒素雰囲気中９００℃で１０分間熱処埋した後、
ドライエッチングにより、ＳｉドープＧａＮ層までエッ
チングした表面にｎ型電極２６、膜表面側にｐ型電極２
７を形成する。端面はドライエッチングによって作製し
た。
【００１７】ｐ型電極に正の電圧をｎ型電極に負の電圧
を加えると、４１０ｎｍの波長でレーザ発振した。最大
出力は１３ｍＷであり、外部量子効率は７％であった。
ｐ型層の成長過程にＴＢＰを用いなかった場合、発光は
確認できたが、発振はしなかった。ｐ型層の成長過程に
ＴＢＰを用いることにより立方晶／六方晶超格子構造が
形成され、立方晶層のＭｇアクセプタの活性化が上が
り、Ｍｇ準位の見かけ上の深さが浅くなり、活性化率が
上がった。このｐ型層のホール測定により、ＴＢＰを用
いなかった場合２×１０17ｃｍ-3であったキャリア濃度
が４×１０18ｃｍ -3まで上がり、抵抗率が４×１０
-2（Ωｃｍ）から４×１０-3（Ωｃｍ）に下がっている
ことを確認した。この結果、活性層に効率的に電流を注
入することが可能になリ、レーザ発振が可能になった。
を加えると、４１０ｎｍの波長でレーザ発振した。最大
出力は１３ｍＷであり、外部量子効率は７％であった。
ｐ型層の成長過程にＴＢＰを用いなかった場合、発光は
確認できたが、発振はしなかった。ｐ型層の成長過程に
ＴＢＰを用いることにより立方晶／六方晶超格子構造が
形成され、立方晶層のＭｇアクセプタの活性化が上が
り、Ｍｇ準位の見かけ上の深さが浅くなり、活性化率が
上がった。このｐ型層のホール測定により、ＴＢＰを用
いなかった場合２×１０17ｃｍ-3であったキャリア濃度
が４×１０18ｃｍ -3まで上がり、抵抗率が４×１０
-2（Ωｃｍ）から４×１０-3（Ωｃｍ）に下がっている
ことを確認した。この結果、活性層に効率的に電流を注
入することが可能になリ、レーザ発振が可能になった。
【００１８】図３は、本発明のＩＩＩ族窒化物超格子構
造の作製方法における六方晶／立方晶構造変調超格子の
価電子帯頂上付近のバンド構造及びアクセプタ準位を表
した図である。図において、ｈ−ＧａＮ及びｃ−ＧａＮ
はそれぞれウルツ鉱型ＧａＮ及び閃亜鉛鉱型ＧａＮを示
しており、ＩＩＩ族窒化物の中で代表的なＧａＮ（窒化
ガリウム）である。アクセプタ不純物を添加することに
よって形成されるアクセプタ準位はウルツ鉱型と閃亜鉛
鉱型それぞれの価電子帯頂上からほぼ同じ深さ（Ｅａ）
であるため、閃亜鉛鉱型構造のアクセプタ準位はウルツ
構造からみると浅く（Ｅ’ａ）、見かけ上のアクセプタ
レベルは浅くなる。このためヘテロ界面において容易に
正孔が活性化できる。この結果、正孔の活性化率が高く
なるため、正孔キャリア濃度を高くすることが可能とな
り、ｐ型層の抵抗を大幅に低減できる。
造の作製方法における六方晶／立方晶構造変調超格子の
価電子帯頂上付近のバンド構造及びアクセプタ準位を表
した図である。図において、ｈ−ＧａＮ及びｃ−ＧａＮ
はそれぞれウルツ鉱型ＧａＮ及び閃亜鉛鉱型ＧａＮを示
しており、ＩＩＩ族窒化物の中で代表的なＧａＮ（窒化
ガリウム）である。アクセプタ不純物を添加することに
よって形成されるアクセプタ準位はウルツ鉱型と閃亜鉛
鉱型それぞれの価電子帯頂上からほぼ同じ深さ（Ｅａ）
であるため、閃亜鉛鉱型構造のアクセプタ準位はウルツ
構造からみると浅く（Ｅ’ａ）、見かけ上のアクセプタ
レベルは浅くなる。このためヘテロ界面において容易に
正孔が活性化できる。この結果、正孔の活性化率が高く
なるため、正孔キャリア濃度を高くすることが可能とな
り、ｐ型層の抵抗を大幅に低減できる。
【００１９】また、ウルツ鉱型と閃亜鉛鉱型構造の違い
は原子層の積層順の違いのみであるため、ウルツ鉱型ｃ
軸と閃亜鉛鉱型［１１１］軸が平行になるようにヘテロ
構造を形成すると、欠陥なくヘテロ構造の形成が可能で
ある。さらに、これら二つの結晶構造間でボンド長がほ
とんど同じであるため、格子定数差が無視できる条件で
結晶品質を損なうことなく超格子構造を実現できる利点
もある。
は原子層の積層順の違いのみであるため、ウルツ鉱型ｃ
軸と閃亜鉛鉱型［１１１］軸が平行になるようにヘテロ
構造を形成すると、欠陥なくヘテロ構造の形成が可能で
ある。さらに、これら二つの結晶構造間でボンド長がほ
とんど同じであるため、格子定数差が無視できる条件で
結晶品質を損なうことなく超格子構造を実現できる利点
もある。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、Ｍ
ｇアクセプタの見かけ上の準位が浅くなり活性化率が上
がったため、高正孔濃度のｐ型ドーピングが可能となっ
た。これにより、ｐ型層の抵抗およびｐ型電極の接触抵
抗が低下した結果、素子の抵抗が下がり素子の高効率化
が図れる。さらに、抵抗による発熱のための素子性能の
低下も大幅に防止でき、半導体素子性能が向上する。ま
た、リン原料流量を変化させるだけで超格子構造の作成
が可能なため、非常に容易に、また、再現性良く膜の作
成が可能である。
ｇアクセプタの見かけ上の準位が浅くなり活性化率が上
がったため、高正孔濃度のｐ型ドーピングが可能となっ
た。これにより、ｐ型層の抵抗およびｐ型電極の接触抵
抗が低下した結果、素子の抵抗が下がり素子の高効率化
が図れる。さらに、抵抗による発熱のための素子性能の
低下も大幅に防止でき、半導体素子性能が向上する。ま
た、リン原料流量を変化させるだけで超格子構造の作成
が可能なため、非常に容易に、また、再現性良く膜の作
成が可能である。
【図１】本発明の実施例における半導体発光素子の断面
を表した図である。
を表した図である。
【図２】本発明の他の実施例における半導体発光素子の
断面を表した図である。
断面を表した図である。
【図３】本発明のＩＩＩ族窒化物超格子構造の作製方法
における六方晶／立方晶構造変調超格子の価電子帯頂上
付近のバンド構造及びアクセプタ準位を表した図であ
る。
における六方晶／立方晶構造変調超格子の価電子帯頂上
付近のバンド構造及びアクセプタ準位を表した図であ
る。
【図４】ＡｌＧａＮ／ＧａＮ組成変調超格子の価電子帶
頂上付近のバンド構造及びアクセプタ準位を表した図で
ある。
頂上付近のバンド構造及びアクセプタ準位を表した図で
ある。
１ ウルツ鉱ＩＩＩ族窒化物層 ２ 閃亜鉛鉱ＩＩＩ族窒化物層 ３ アクセプタ準位 ４ 正孔 ５ ＧａＮ層 ６ ＡｌＧａＮ層 ７ アクセプタ準位 ８ 正孔 ９ ＧａＡｓ（１００）基板 １０ ＳｉドープＧａＮ緩衝層 １１ ＳｉドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １２ ＧａＮ活性層 １３ ＭｇドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １４ ＭｇドープＧａＮコンタクト層 １５ ｐ型電極 １６ ｎ型電極 １７ サファイア（０００１）基板 １８ ＧａＮ緩衝層 １９ Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層 ２０ Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ光閉じ込め層 ２１ Ｓｉドープｎ型ＧａＮキャリア閉じ込め層 ２２ Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ／Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ多重量
子井戸層 ２３ Ｍｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層 ２４ Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ光閉じ込め層 ２５ Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層 ２６ ｎ型電極 ２７ ｐ型電極
子井戸層 ２３ Ｍｇドープｐ型ＧａＮキャリア閉じ込め層 ２４ Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ光閉じ込め層 ２５ Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層 ２６ ｎ型電極 ２７ ｐ型電極
Claims (3)
- 【請求項１】 ＩＩＩ族窒化物半導体層を含む半導体素
子において、 ＩＩＩ族窒化物の閃亜鉛鉱型層とウルツ鉱型層とでなる
超格子構造にアクセプタ不純物を添加したｐ型伝導性薄
膜層をその構造に含むことを特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 前記アクセプタ不純物がＭｇであること
を特徴とする請求項１記載の半導体素子。 - 【請求項３】 ＩＩＩ族原料と窒素原料とアクセプタ不
純物原料とを用いて有機金属気相成長法によってＩＩＩ
族窒化物半導体相を成長させる際に、窒素原料に対して
モル比１０％以下のフォスフィンまたはターシャリブチ
ルフォスフィンまたはイソブチルフォスフィンを添加し
て成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物超格子構
造の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10224898A JP3413811B2 (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 半導体素子およびｉｉｉ族窒化物超格子構造の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10224898A JP3413811B2 (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 半導体素子およびｉｉｉ族窒化物超格子構造の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11298043A true JPH11298043A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3413811B2 JP3413811B2 (ja) | 2003-06-09 |
Family
ID=14322315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10224898A Expired - Fee Related JP3413811B2 (ja) | 1998-04-14 | 1998-04-14 | 半導体素子およびｉｉｉ族窒化物超格子構造の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3413811B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007254161A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法およびｉｉｉ族窒化物結晶の製造装置 |
| JP2013522903A (ja) * | 2010-03-15 | 2013-06-13 | ユーリ、ゲオールギエビッチ、シュレター | 異相界面を備えた発光素子 |
| JP2014143330A (ja) * | 2013-01-25 | 2014-08-07 | Asahi Kasei E-Materials Corp | 半導体発光素子用基材の製造方法、半導体発光素子の製造方法、及び、ＧａＮ系半導体発光素子 |
| CN110692120A (zh) * | 2017-03-31 | 2020-01-14 | 剑桥实业有限公司 | 闪锌矿结构iii族氮化物 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02275682A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-11-09 | Toshiba Corp | 化合物半導体材料とこれを用いた半導体素子およびその製造方法 |
| JPH05243613A (ja) * | 1992-03-02 | 1993-09-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 発光素子およびその製造方法 |
| JPH07263744A (ja) * | 1994-03-23 | 1995-10-13 | Shiro Sakai | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の積層超格子構造及びそれを用いた発光素子 |
| JPH08181386A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体光素子 |
| JPH08264896A (ja) * | 1995-03-22 | 1996-10-11 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
-
1998
- 1998-04-14 JP JP10224898A patent/JP3413811B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02275682A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-11-09 | Toshiba Corp | 化合物半導体材料とこれを用いた半導体素子およびその製造方法 |
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| JP4647525B2 (ja) * | 2006-03-20 | 2011-03-09 | 日本碍子株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法 |
| JP2013522903A (ja) * | 2010-03-15 | 2013-06-13 | ユーリ、ゲオールギエビッチ、シュレター | 異相界面を備えた発光素子 |
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| CN110692120A (zh) * | 2017-03-31 | 2020-01-14 | 剑桥实业有限公司 | 闪锌矿结构iii族氮化物 |
| CN110692120B (zh) * | 2017-03-31 | 2023-04-21 | 剑桥实业有限公司 | 闪锌矿结构iii族氮化物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3413811B2 (ja) | 2003-06-09 |
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