JP2003124515A - Method for manufacturing nitride compound semiconductor and semiconductor element - Google Patents
Method for manufacturing nitride compound semiconductor and semiconductor elementInfo
- Publication number
- JP2003124515A JP2003124515A JP2001321552A JP2001321552A JP2003124515A JP 2003124515 A JP2003124515 A JP 2003124515A JP 2001321552 A JP2001321552 A JP 2001321552A JP 2001321552 A JP2001321552 A JP 2001321552A JP 2003124515 A JP2003124515 A JP 2003124515A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- type
- compound semiconductor
- group
- ion
- nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系化合物半
導体にp型ドーパントをドーピングして高キャリア濃度
のp型の窒化物系化合物半導体を製造するための方法及
びこの製造方法を用いて製造した発光素子及び電子素子
等の半導体素子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a high carrier concentration p-type nitride compound semiconductor by doping a nitride compound semiconductor with a p-type dopant, and a method for producing the same. The present invention relates to semiconductor devices such as the light emitting device and the electronic device.
【0002】[0002]
【従来の技術】GaN、AlGaN、InGaN、In
GaAlN等の窒化物系化合物半導体は、特に発光デバ
イスへの応用が期待されている。このため、GaNを代
表とする各種窒化物系化合物半導体を用いた半導体素子
の製造のために、従来から、p型不純物としてMgのド
ーピングを行ってp型不純物の高い活性化率を実現し、
高キャリア濃度のp型窒化物系化合物半導体を製造する
ための各種方法が提案されている。2. Description of the Related Art GaN, AlGaN, InGaN, In
Nitride-based compound semiconductors such as GaAlN are expected to be particularly applied to light emitting devices. Therefore, in order to manufacture a semiconductor device using various nitride-based compound semiconductors typified by GaN, conventionally, Mg is doped as a p-type impurity to realize a high activation rate of the p-type impurity,
Various methods have been proposed for producing a high carrier concentration p-type nitride compound semiconductor.
【0003】例えば、特開平6−232451号公報に
は、p型ドーパントとしてMgを用い、水素(H2 )を
含まない雰囲気下でアニールを行うことによりp型の窒
化物系化合物半導体を製造する方法が開示されている。
また、特開平11−162864号公報には、Mg、Z
n、Be等のp型ドーパントを800℃以上に加熱され
ているGaN系化合物半導体にイオン注入し、しかる
後、このイオン注入されたGaN系化合物半導体を窒素
ガスと上記p型不純物との混合ガス中で1200℃以上
で10分間熱処理を施すようにしたp型の窒化物系化合
物半導体を製造する方法が開示されている。For example, in JP-A-6-232451, a p-type nitride compound semiconductor is manufactured by using Mg as a p-type dopant and performing annealing in an atmosphere containing no hydrogen (H 2 ). A method is disclosed.
Further, in JP-A-11-162864, Mg, Z
A p-type dopant such as n or Be is ion-implanted into the GaN-based compound semiconductor heated to 800 ° C. or higher, and then the ion-implanted GaN-based compound semiconductor is mixed gas of nitrogen gas and the p-type impurity. Patent Document 1 discloses a method for producing a p-type nitride compound semiconductor in which heat treatment is performed at 1200 ° C. or higher for 10 minutes.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の方法に
よると、使用できるp型ドーパントは、実質的に、アク
セプタ準位が深く活性化率の小さいMgに限定されてし
まうため、出来上がったp型の窒化物系化合物半導体に
おけるキャリア濃度は比較的低いものとならざるを得
ず、高性能の発光素子又はその他の電子素子を製造する
のには不充分である。また、ドーピングをアニール処理
によって行うため母材の選択的なp型化は困難であり、
結局、素子作製のためにはエッチングプロセスが必要と
なり、コスト的に不利であるという問題も有している。However, according to the former method, the p-type dopant that can be used is practically limited to Mg having a deep acceptor level and a small activation rate. The carrier concentration in the nitride-based compound semiconductor is inevitably relatively low, which is insufficient for manufacturing a high-performance light emitting device or other electronic device. Further, since the doping is performed by the annealing treatment, it is difficult to selectively change the base material to p-type,
After all, an etching process is required for manufacturing the device, which is disadvantageous in terms of cost.
【0005】一方、後者の方法によると、イオン注入に
より適宜のp型ドーパントを選択的に注入して母材の一
部を選択的にp型化することはできるが、イオン注入時
に800℃以上の熱処理が必要な上に、イオン注入後
は、2MPa以上の高圧下で且つ1200℃以上の温度
で熱処理を施さなければならないという過酷な処理条件
が要求されるので、この方法によっては窒化物系化合物
半導体の製造が実際上困難であった。On the other hand, according to the latter method, it is possible to selectively inject a proper p-type dopant by ion implantation to selectively make a part of the base material into p-type, but at the time of ion implantation, 800 ° C. or more is used. In addition to the above heat treatment, it is necessary to perform heat treatment under high pressure of 2 MPa or higher and at a temperature of 1200 ° C. or higher after the ion implantation. The production of compound semiconductors has been difficult in practice.
【0006】本発明の目的は、過酷な製造条件を要求さ
れず、比較的簡便に高キャリア濃度のp型窒化物系化合
物半導体を形成することができる、窒化物系化合物半導
体の製造方法及び半導体素子を提供することにある。An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor and a semiconductor capable of forming a p-type nitride-based compound semiconductor with a high carrier concentration relatively easily without requiring severe manufacturing conditions. It is to provide an element.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者は高キャリア濃
度のp型窒化物系化合物半導体を製造する目的で種々実
験を重ねた結果、2族元素とN(窒素)とをイオン注入
した後に熱処理を行う方法によると、イオン注入時に試
料を加熱する必要がないこと、またイオン注入後の試料
のアニールにおいても高圧印加を必要としないことを見
いだし、さらに、この方法によれば、p型ドーパント元
素として、Mg以外にBe、Ca、Srなどを用いても
同様の方法で高い活性化率(従って高いキャリア濃度)
のp型窒化物系化合物半導体を得ることができることを
見いだし、本発明をなすに至ったものである。The present inventor has conducted various experiments for the purpose of producing a p-type nitride compound semiconductor having a high carrier concentration, and as a result, after ion-implanting a group 2 element and N (nitrogen). According to the method of heat treatment, it was found that it is not necessary to heat the sample at the time of ion implantation, and that high voltage application is not required even when annealing the sample after the ion implantation. Furthermore, according to this method, the p-type dopant is used. Even if Be, Ca, Sr or the like is used as the element other than Mg, a high activation rate (and thus a high carrier concentration) is obtained by the same method.
The inventors have found that the p-type nitride compound semiconductor can be obtained, and have completed the present invention.
【0008】請求項1の発明によれば、窒化物系化合物
半導体に2族元素とN(窒素)とをイオン注入し、しか
る後、イオン注入された前記窒化物系化合物半導体を熱
処理してp型の窒化物系化合物半導体を製造することを
特徴とする窒化物系化合物半導体の製造方法が提案され
る。According to the first aspect of the present invention, the group II element and N (nitrogen) are ion-implanted into the nitride-based compound semiconductor, and the ion-implanted nitride-based compound semiconductor is then heat-treated to p. A method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor is proposed, which is characterized by manufacturing a nitride-based compound semiconductor of the type.
【0009】請求項2の発明によれば、窒化物系化合物
半導体に2族元素、4族元素およびN(窒素)をイオン
注入し、しかる後、イオン注入された前記窒化物系化合
物半導体を熱処理してp型の窒化物系化合物半導体を製
造することを特徴とする窒化物系化合物半導体の製造方
法が提案される。According to the second aspect of the present invention, the group 2 element, the group 4 element and N (nitrogen) are ion-implanted into the nitride compound semiconductor, and then the ion-implanted nitride compound semiconductor is heat treated. Then, a method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor is proposed, which is characterized by manufacturing a p-type nitride-based compound semiconductor.
【0010】請求項3の発明によれば、請求項1または
2の発明において、前記2族元素が、Be、Mg、C
a、Srの群から選ばれる少なくとも1種である窒化物
系化合物半導体の製造方法が提案される。According to the invention of claim 3, in the invention of claim 1 or 2, the group 2 element is Be, Mg or C.
A method for producing a nitride-based compound semiconductor, which is at least one selected from the group consisting of a and Sr, is proposed.
【0011】請求項4の発明によれば、請求項2の発明
において、前記4族元素がC、Si、Ge、Sn、Pb
の群から選ばれる少なくとも1種である窒化物系化合物
半導体の製造方法が提案される。According to the invention of claim 4, in the invention of claim 2, the group 4 element is C, Si, Ge, Sn, or Pb.
A method for producing a nitride-based compound semiconductor, which is at least one selected from the group of, is proposed.
【0012】請求項5の発明によれば、請求項1、2、
3、または4の発明において、前記熱処理を1050℃
〜1400℃の温度範囲で且つ圧力が50KPa〜2M
Paの範囲の条件下で行うようにした窒化物系化合物半
導体の製造方法が提案される。According to the invention of claim 5, claims 1, 2 and
In the invention of 3 or 4, the heat treatment is performed at 1050 ° C.
~ 1400 ° C temperature range and pressure 50KPa ~ 2M
A method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor, which is performed under the condition of Pa, is proposed.
【0013】請求項6の発明によれば、請求項1、2、
3、4、または5の方法を用いて製造したことを特徴と
する半導体素子が提案される。According to the invention of claim 6, claims 1, 2 and
A semiconductor device is proposed which is manufactured by using the method of 3, 4, or 5.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0015】図1は、本発明の方法を用いて製造された
発光用半導体素子の拡大断面図である。この発光素子1
0は、窒化系化合物半導体を用いた発光ダイオードとし
て作製されたもので、半絶縁性であるサファイア基板1
の上に、GaNバッファ層2、n型層3、発光層4、A
lGaN層5を順次積層し、さらにn型層6を積層した
化合物半導体薄膜積層構造となっている。これらの各化
合物半導体薄膜層は、有機金属熱分解法(MOCVD
法)その他の適宜の公知のエピタキシャル成長法によっ
てサファイア基板1上に形成することができる。FIG. 1 is an enlarged sectional view of a light emitting semiconductor device manufactured by the method of the present invention. This light emitting element 1
Reference numeral 0 denotes a semi-insulating sapphire substrate 1 manufactured as a light-emitting diode using a nitride compound semiconductor.
GaN buffer layer 2, n-type layer 3, light emitting layer 4, A
The compound semiconductor thin film layered structure is formed by sequentially stacking the lGaN layers 5 and further stacking the n-type layer 6. Each of these compound semiconductor thin film layers is formed by a metal organic thermal decomposition method (MOCVD).
Method) It can be formed on the sapphire substrate 1 by any other appropriate known epitaxial growth method.
【0016】n型層6は、n型ドーパントとしてSiが
ドーピングされてn型となっているGaN層であり、こ
のn型層6の一部にはp型ドーパントのイオン注入によ
ってp型とされたイオン注入領域7が形成されている。
そして、n型層6の上にはn電極8が、イオン注入領域
7の上にはp電極9がそれぞれ設けられており、発光素
子10はn電極8及びp電極9を介して外部との電気的
接続が可能となっている。The n-type layer 6 is a GaN layer which is n-type doped with Si as an n-type dopant, and a part of this n-type layer 6 is made p-type by ion implantation of a p-type dopant. The ion implantation region 7 is formed.
An n-electrode 8 is provided on the n-type layer 6, and a p-electrode 9 is provided on the ion-implanted region 7. The light-emitting element 10 is connected to the outside via the n-electrode 8 and the p-electrode 9. Electrical connection is possible.
【0017】次に、n型層6の一部にp型GaN層であ
るイオン注入領域7を形成する方法について説明する。
n型層6の形成後、n型層6の上面にマスキングを施
し、イオン注入領域7を形成すべき領域に対応した部分
のみが露出した状態とする。次に、イオン注入装置(図
示せず)を用いて窒素(N)とp型ドーパントとなる2
族元素であるMgとをイオン注入領域7の露出部分に打
ち込む。ここで、イオン注入領域7に打ち込まれた元素
のイオン濃度のピーク値の表面からの深さとイオン濃度
プロファイルとは、発光素子10の特性を決定する重要
な要素であるが、これらは母材であるn型層6の材料及
びイオン注入する注入素子の種類、注入エネルギー等に
依存する。したがって、N及びMgのイオン濃度のピー
ク値の表面からの深さとこれらの元素のイオン濃度プロ
ファイルとを所望の状態とするため、イオン打込工程に
おける各条件を適宜に設定する必要がある。Next, a method of forming the ion-implanted region 7 which is a p-type GaN layer in a part of the n-type layer 6 will be described.
After the n-type layer 6 is formed, the upper surface of the n-type layer 6 is masked so that only the portion corresponding to the region where the ion implantation region 7 is to be formed is exposed. Next, using an ion implanter (not shown), nitrogen (N) and p-type dopant 2 are formed.
Mg, which is a group element, is implanted into the exposed portion of the ion implantation region 7. Here, the depth from the surface of the peak value of the ion concentration of the element implanted in the ion implantation region 7 and the ion concentration profile are important factors that determine the characteristics of the light emitting element 10. It depends on the material of a certain n-type layer 6, the type of implantation element for ion implantation, the implantation energy, and the like. Therefore, in order to bring the depths of the peak values of the ion concentrations of N and Mg from the surface and the ion concentration profile of these elements into a desired state, it is necessary to appropriately set each condition in the ion implantation step.
【0018】ここでは、p型ドーパントとなる2族元素
としてMgを選択した場合を説明したが、Mgのほか、
Be、Ca、Srをp型ドーパントとして同様に用いる
ことができる。Although the case where Mg is selected as the Group 2 element serving as the p-type dopant has been described here, in addition to Mg,
Be, Ca, and Sr can be similarly used as p-type dopants.
【0019】2族元素としていずれの元素をp型ドーパ
ントとして用いるにせよ、イオンの加速電圧は5keV
以上は必要であるが、母材に対する影響を考慮して10
00keV以下とするのが好ましい。また、イオン打ち
込みのためにイオン化された2族元素と窒素(N)と
は、n型層6に対して同時に打ち込む共注入が好ましい
が、必ずしもこれに限定せず、両者を別々に打ち込んで
もよい。いずれにしても、2族元素と窒素の各元素イオ
ンの平均飛程がほぼ同一となり、各元素イオンの濃度ピ
ーク位置がほぼ同一となるよう、イオン打ち込み時の加
速電圧を選定する必要がある。Regardless of which element is used as the Group 2 element as the p-type dopant, the ion accelerating voltage is 5 keV.
The above is necessary, but considering the effect on the base metal, 10
It is preferably set to 00 keV or less. Further, it is preferable to co-implant the ionized group 2 element and nitrogen (N) for the ion implantation into the n-type layer 6 at the same time, but the present invention is not necessarily limited to this, and both may be implanted separately. . In any case, it is necessary to select the accelerating voltage at the time of ion implantation so that the average range of each element ion of the group 2 element and nitrogen becomes almost the same and the concentration peak positions of each element ion become almost the same.
【0020】ここで、2族元素のドーズ量は、目的とす
るp型キャリア濃度及び注入する結晶であるn型層6の
バックグラウンドキャリア濃度により調整することが必
要であるが、概ね1×1012〜1×1017cm-2でよ
い。ここで、Nのドーズ量は、2族元素のドーズ量と同
等または2族元素のドーズ量よりやや多めであることが
望ましい。Here, the dose amount of the group 2 element needs to be adjusted depending on the target p-type carrier concentration and the background carrier concentration of the n-type layer 6 which is the crystal to be injected, but is generally 1 × 10. It may be 12 to 1 × 10 17 cm -2 . Here, the dose amount of N is preferably equal to or slightly larger than the dose amount of the group 2 element.
【0021】このように、p型ドーパントである2族元
素と窒素(N)とをイオン打ち込みによりn型層6のイ
オン注入領域7を形成すべき領域に注入すると、n型層
6内のこの領域内において2族過剰の結晶が生成されて
p型キャリアを補償することになるNの空孔が発生する
のを抑えることができるので、p型ドーパントの活性化
効率が高くなりこの領域を高キャリア濃度のp型半導体
とするのに有利である。このイオン打ち込み処理時の温
度条件は、室温程度の温度であれば充分であり、特に高
温に加熱する必要はない。その理由は後述する。しか
し、イオン打ち込み処理時に適宜の温度で熱処理を行っ
ても良いことは勿論である。In this way, when the group 2 element which is a p-type dopant and nitrogen (N) are implanted into the region of the n-type layer 6 where the ion-implanted region 7 is to be formed by ion implantation, this n-type layer 6 is formed. Since it is possible to suppress generation of N vacancies, which would generate excess Group 2 crystals in the region and thereby compensate for p-type carriers, the activation efficiency of the p-type dopant is increased, and this region is increased. It is advantageous to use a p-type semiconductor having a carrier concentration. The temperature condition at the time of this ion implantation treatment is sufficient if it is about room temperature, and it is not particularly necessary to heat it to a high temperature. The reason will be described later. However, it goes without saying that the heat treatment may be performed at an appropriate temperature during the ion implantation process.
【0022】次に、上述の如くn型層6の所定領域にイ
オン注入を行った後、イオン注入により生じた結晶格子
の乱れによる結晶性の低下を回復させ、p型ドーパント
を格子位置に移動させるため、熱処理(アニール)を行
う。この熱処理は、通常、GaNの成長温度程度あるい
はそれより高い温度で行うことが必要である。具体的に
は、1050℃〜1400℃の範囲内の温度条件で熱処
理を行うことにより良好に結晶性を回復させてp型ドー
パントを格子位置に位置させることができる。この熱処
理により、p型ドーパントが良好に活性化され、高キャ
リア濃度のp型のイオン注入領域7が得られる。Next, as described above, after ion implantation into a predetermined region of the n-type layer 6, the crystallinity deterioration caused by the disorder of the crystal lattice caused by the ion implantation is recovered, and the p-type dopant is moved to the lattice position. In order to do so, heat treatment (annealing) is performed. This heat treatment usually needs to be performed at a temperature about the growth temperature of GaN or higher. Specifically, by performing heat treatment under a temperature condition in the range of 1050 ° C. to 1400 ° C., the crystallinity can be recovered well and the p-type dopant can be positioned at the lattice position. By this heat treatment, the p-type dopant is satisfactorily activated, and the p-type ion implantation region 7 having a high carrier concentration is obtained.
【0023】このように、イオン注入領域7にあって
は、窒素も注入されているので、p型キャリアを補償し
て高キャリア濃度化(すなわちp型ドーパントの活性
化)を阻害する原因となるNの空孔の生成量が極めて少
ないと考えられる。このため、イオン打ち込み後におい
て熱処理するだけでも、ドーピングしたp型ドーパント
がイオン注入領域7の半導体結晶中で適切な場所へ移動
してp型ドーパントが効果的に活性化できる。したがっ
て、従来必要とされていた高圧下での熱処理は必ずしも
必要なく、上述した温度範囲内の温度によって熱処理す
るだけでp型ドーパントの所要の活性化を達成できるの
である。As described above, in the ion-implanted region 7, since nitrogen is also implanted, it becomes a cause of compensating for p-type carriers and hindering an increase in carrier concentration (that is, activation of p-type dopant). It is considered that the amount of N holes generated is extremely small. Therefore, even if only the heat treatment is performed after the ion implantation, the doped p-type dopant can be moved to an appropriate place in the semiconductor crystal of the ion implantation region 7 and the p-type dopant can be effectively activated. Therefore, the heat treatment under a high pressure which has been conventionally required is not always necessary, and the required activation of the p-type dopant can be achieved only by performing the heat treatment at a temperature within the above-mentioned temperature range.
【0024】同様の理由で、イオン打ち込み時における
熱処理は必ずしも必要とされないのである。すなわち、
イオン打ち込み時の熱処理は、イオン打ち込みにより結
晶中に入り込んだp型ドーパントを活性化のために適切
な場(格子位置)へ移動させるために行うのであるが、
上述の如くNも注入されることによりNの空孔の発生が
極めて少ないため、イオン打ち込み後の熱処理のみでp
型ドーパントの活性化を充分に行うことができるからで
ある。For the same reason, the heat treatment at the time of ion implantation is not always necessary. That is,
The heat treatment at the time of ion implantation is performed to move the p-type dopant that has entered the crystal by ion implantation to an appropriate field (lattice position) for activation.
As described above, since N is also injected, the generation of N vacancies is extremely small.
This is because the type dopant can be sufficiently activated.
【0025】一般に、窒化物系半導体は窒化物の蒸気圧
が高く、高温の熱処理ではp型キャリアを補償すること
になるNの空孔が生成されやすい。そこで、結晶表面で
Nが蒸発してNの空孔が発生するのを防止するため、N
の蒸発防止用のキャップ層をn型層6の表面に形成して
から熱処理を行ってもよい。なお、ラピッドサーマルア
ニールにより短時間の熱処理を行う場合にはNの蒸発は
少ないのでキャップ層を省略することも可能である。キ
ャップ層の材料としては、例えばAlN、AlGaN、
SiN等が好適である。In general, nitride-based semiconductors have a high vapor pressure of nitrides, and N-holes that compensate for p-type carriers are likely to be generated by high-temperature heat treatment. Therefore, in order to prevent N from evaporating on the crystal surface and generating N vacancies, N
The evaporation preventing cap layer may be formed on the surface of the n-type layer 6 and then heat treated. Note that when heat treatment is performed for a short time by rapid thermal annealing, the evaporation of N is small, so that the cap layer can be omitted. Examples of the material of the cap layer include AlN, AlGaN,
SiN or the like is suitable.
【0026】通常窒化物系半導体は作製の容易さからn
型層の上にp型層を成長させるので、両方の層に電極形
成するためには、エッチング工程によりn型層を露出さ
せることが必要である。しかし、発光素子10は、上述
の如く、n型層6の一部にイオン打ち込みを行ってp型
のイオン注入領域7を形成するものであるから、n型層
を露出させるためのエッチング工程が不要であり、n型
層6及びp型のイオン注入領域7の結晶表面にそれぞれ
n電極8とp電極9とを形成するだけでよいので、処理
工程を簡略化できる。Normally, a nitride-based semiconductor is n
Since the p-type layer is grown on the mold layer, it is necessary to expose the n-type layer by an etching process in order to form electrodes on both layers. However, as described above, the light emitting element 10 forms the p-type ion-implanted region 7 by ion-implanting a part of the n-type layer 6, so that the etching process for exposing the n-type layer is performed. Since it is unnecessary, it is only necessary to form the n-electrode 8 and the p-electrode 9 on the crystal surfaces of the n-type layer 6 and the p-type ion-implanted region 7, respectively, so that the processing steps can be simplified.
【0027】上記実施の形態では、n型層6に上述の如
くNと2族元素のp型ドーパントとをイオン注入してイ
オン注入領域7を形成する場合について説明したが、ノ
ンドープのGaNに同様にしてNと2族元素のp型ドー
パントとをイオン注入してp型の窒化物系化合物半導体
を製造することもでき、本発明はこのような製造方法を
も含むものである。In the above embodiment, the case where N and the p-type dopant of the group 2 element are ion-implanted into the n-type layer 6 to form the ion-implanted region 7 has been described, but similar to the case of non-doped GaN. Then, N and a p-type dopant of a Group 2 element may be ion-implanted to manufacture a p-type nitride compound semiconductor, and the present invention also includes such a manufacturing method.
【0028】また、いずれにしても、p型の窒化物系化
合物半導体を製造するために注入すべき元素は、2族元
素とNとに限定されるものではなく、2族元素とNとに
加えて、4族元素もイオン注入するようにして同様にp
型の窒化物系化合物半導体を製造することができる。In any case, the elements to be implanted for producing the p-type nitride compound semiconductor are not limited to the group 2 elements and N, but to the group 2 elements and N. In addition, by implanting ions of Group 4 elements as well, p
Type nitride-based compound semiconductors can be manufactured.
【0029】この場合には、2族元素、4族元素及びN
を同時に、あるいは別々にn型GaN層又はノンドープ
GaN層等の適宜の窒化物系化合物半導体にイオン打ち
込みし、しかる後、イオン打ち込みされた窒化物系化合
物半導体を同様にして熱処理すればよい。4族元素とし
ては、C、Si、Ge、Sn、Pb等を用いることがで
き、2族元素と4族元素との組み合わせはどのような組
み合わせであってもよい。In this case, a Group 2 element, a Group 4 element and N
Are simultaneously or separately ion-implanted into an appropriate nitride-based compound semiconductor such as an n-type GaN layer or a non-doped GaN layer, and then the ion-implanted nitride-based compound semiconductor may be similarly heat-treated. As the Group 4 element, C, Si, Ge, Sn, Pb, or the like can be used, and the combination of the Group 2 element and the Group 4 element may be any combination.
【0030】Nイオン、2族元素イオン及び4族元素イ
オンを注入する実施形態の場合にも、Nイオンと2族元
素イオンとの注入の場合と同様に、各イオンの平均飛程
が略等しくなるようにイオン打ち込みのための加速電圧
を選び、各濃度ピーク位置が同一となるようにすること
が望ましい。Also in the case of the embodiment in which N ions, 2 group element ions and 4 group element ions are implanted, the average range of each ion is approximately the same as in the case of implantation of N ions and 2 group element ions. It is desirable to select an accelerating voltage for ion implantation so that the concentration peak positions are the same.
【0031】この場合のNのドーズ量は、2族元素又は
4族元素と同程度、あるいは2族元素又は4族元素より
もやや多めであるのが好ましい。そして、2族元素のド
ーズ量と4族元素のドーズ量との比は、1:10〜1
0:1の範囲であるのが好ましく、2:1〜1:2の範
囲程度に抑えるのがより好ましい。In this case, the dose amount of N is preferably the same as that of the group 2 element or the group 4 element, or slightly larger than that of the group 2 element or the group 4 element. The ratio of the dose amount of the group 2 element to the dose amount of the group 4 element is 1:10 to 1
It is preferably in the range of 0: 1 and more preferably in the range of 2: 1 to 1: 2.
【0032】上述の如く、2族及び又は4族のp型ドー
パントとNとを、ノンドープの又はn型の窒化物系化合
物半導体にイオン打ち込みしてp型化を図ることによ
り、イオン打ち込み時に窒化物系化合物半導体を加熱す
ることなく、室温レベルで扱うことができる上に、イオ
ン打ち込み後における結晶性回復のための熱処理におい
ても高圧印加の必要がなく、またその温度も1050℃
〜1400℃の範囲内で適宜に設定するようにして高キ
ャリア濃度のp型層を得ることができる。すなわち、窒
化物系化合物半導体を過酷な条件にさらすことなく、そ
のp型化を図り、高キャリア濃度化を達成することがで
きる。As described above, p-type dopants of Group 2 and / or Group 4 and N are ion-implanted into the non-doped or n-type nitride compound semiconductor to make them p-type, thereby nitriding at the time of ion implantation. The physical compound semiconductor can be handled at room temperature level without heating, and it is not necessary to apply a high voltage in the heat treatment for recovering the crystallinity after ion implantation, and the temperature is 1050 ° C.
A p-type layer having a high carrier concentration can be obtained by appropriately setting the temperature within the range of ˜1400 ° C. That is, without exposing the nitride-based compound semiconductor to harsh conditions, it is possible to achieve the p-type and achieve a high carrier concentration.
【0033】このように、イオン注入により、比較的容
易に高いキャリア濃度のp型層を得ることができるた
め、高性能の発光素子やトランジスタなどの電子デバイ
スを製造する上で非常に有用である。また、イオン注入
処理によりp型化を図る構成であるので、所要の領域の
みを選択的にp型化することができ、エッチング工程を
省略したプロセスを構築できるため、発光素子その他の
各種電子素子等の窒化物系化合物半導体素子の製造工程
の簡素化に役立ち、低コスト化を期待することができ
る。As described above, since the p-type layer having a high carrier concentration can be relatively easily obtained by the ion implantation, it is very useful in manufacturing a high-performance electronic device such as a light emitting element or a transistor. . Further, since the p-type is formed by the ion implantation process, only a required region can be selectively made into the p-type, and a process without an etching step can be constructed. Therefore, various light-emitting elements and other various electronic elements can be constructed. It is useful for simplifying the manufacturing process of the nitride-based compound semiconductor device such as, and the cost reduction can be expected.
【0034】以上、本発明の種々の実施の形態について
説明したが、ノンドープGaNのp型化及びn型のGa
Nのp型化の場合に適用できるのは勿論のこと、GaN
のほか、AlGaN、InGaN、InGaAlN等の
窒化物系化合物半導体に対しても同様にして本発明を適
用し、同様の効果を得ることができる。Although various embodiments of the present invention have been described above, non-doped GaN is changed to p-type and n-type Ga.
It is of course applicable to the case of converting N to p-type, and GaN
In addition to the above, the present invention can be similarly applied to nitride-based compound semiconductors such as AlGaN, InGaN, and InGaAlN, and similar effects can be obtained.
【0035】[0035]
【実施例】(実施例1)GaN試料にMgとNとを共注
入し、1100℃で10秒間アニールを行い、SPPで
p型化した場合の実施例について説明する。ノンドープ
GaN試料(膜厚3μ、n型キャリア濃度1×1016)
に、イオン注入装置にて、室温で、MgおよびNを、イ
オンエネルギーをMg20keV、N13keVで、ど
ちらもドーズ量2×1014cm-2でイオン注入した。イ
オン注入後の試料を、1100℃で10秒間熱処理し
た。イオン注入後の試料について、その容量−電圧特性
を測定してキャリア濃度を求めたところ、p型であり、
表面付近でキャリア濃度1.9×1017cm-3であっ
た。イオン注入直後の試料では、77Kフォトルミネッ
センス測定ではイオン注入によるダメージのため通常見
られる発光ピークは全く認められなかったが、熱処理後
の試料では、Mg特有の発光ピークが現れていた。EXAMPLES Example 1 An example in which Mg and N are co-implanted into a GaN sample, annealed at 1100 ° C. for 10 seconds, and p-type is formed by SPP will be described. Non-doped GaN sample (thickness 3μ, n-type carrier concentration 1 × 10 16 )
Then, at room temperature, Mg and N were ion-implanted with an ion energy of Mg 20 keV and N 13 keV at a dose of 2 × 10 14 cm -2 . The sample after ion implantation was heat-treated at 1100 ° C. for 10 seconds. When the carrier concentration of the sample after ion implantation was measured to determine the carrier concentration, it was p-type,
The carrier concentration was 1.9 × 10 17 cm −3 near the surface. In the sample immediately after the ion implantation, the emission peak that is usually seen in 77K photoluminescence measurement due to damage due to the ion implantation was not observed at all, but in the sample after the heat treatment, the emission peak peculiar to Mg appeared.
【0036】(実施例2)GaN試料にMgとSiとN
とを共注入し、1100℃で10秒間アニールを行い、
SPPでp型化した場合の実施例について説明する。ノ
ンドープGaN試料(膜厚3μ、n型キャリア濃度1×
1016)に、イオン注入装置にて、室温で、Mg、Si
およびNを、それぞれ20keV、23keV、13k
eVのイオンエネルギーで、ドーズ量をそれぞれ2×1
014、7×1013、2×1014cm-2の条件でイオン注
入した。イオン注入後の試料を、1100℃で10秒間
熱処理した。イオン注入後の試料について、その容量−
電圧特性を測定してキャリア濃度を求めたところ、p型
であり、表面付近でキャリア濃度1.59×1018cm
-3であった。イオン注入直後の試料では、77Kフォト
ルミネッセンス測定ではイオン注入によるダメージのた
め通常見られる発光ピークは全く認められなかったが、
熱処理後の試料では、いわゆるDAペア発光特有のピー
クが現れており、結晶性が回復していることを確認し
た。(Example 2) Mg, Si and N were added to a GaN sample.
And co-implant and anneal at 1100 ° C. for 10 seconds,
An example of p-type conversion by SPP will be described. Non-doped GaN sample (thickness 3μ, n-type carrier concentration 1 ×
10 16 ) at room temperature with an ion implanter, Mg, Si
And N are 20 keV, 23 keV, and 13 k, respectively.
Each dose is 2 × 1 with ion energy of eV.
Ion implantation was performed under the conditions of 0 14 , 7 × 10 13 , and 2 × 10 14 cm −2 . The sample after ion implantation was heat-treated at 1100 ° C. for 10 seconds. The capacity of the sample after ion implantation −
When the carrier concentration was determined by measuring the voltage characteristics, it was found to be p-type, and the carrier concentration was 1.59 × 10 18 cm near the surface.
It was -3 . In the sample immediately after ion implantation, the luminescence peak which is usually seen in 77K photoluminescence measurement due to damage due to ion implantation was not recognized at all.
In the sample after the heat treatment, a peak peculiar to so-called DA pair emission appeared, and it was confirmed that the crystallinity was recovered.
【0037】(実施例3)GaN試料にBeとNとを共
注入し、1100℃で10秒間アニールを行い、SPP
でp型化した場合の実施例について説明する。ノンドー
プGaN試料(膜厚3μ、n型キャリア濃度1×1
016)に、イオン注入装置にて、室温で、BeおよびN
を、それぞれ10keV、13keVのエネルギーで、
どちらもドーズ量2×1014cm-2でイオン注入した。
イオン注入後の試料を、1100℃で10秒間熱処理し
た。イオン注入後の試料について、その容量−電圧特性
を測定してキャリア濃度を求めたところ、p型であり、
表面付近でキャリア濃度1.0×1019cm-3であっ
た。イオン注入直後の試料では、77Kフォトルミネッ
センス測定ではイオン注入によるダメージのため通常見
られる発光ピークは全く認められなかったが、熱処理後
の試料では、いわゆるバンド端発光ピークが現れてお
り、結晶性が回復していることを確認した。Example 3 Be and N were co-implanted into a GaN sample and annealed at 1100 ° C. for 10 seconds to obtain SPP.
A description will be given of an example in the case of converting to a p-type. Non-doped GaN sample (thickness 3μ, n-type carrier concentration 1 × 1
0 16 ) in an ion implanter at room temperature with Be and N 2.
At 10 keV and 13 keV energies,
Both were ion-implanted with a dose amount of 2 × 10 14 cm −2 .
The sample after ion implantation was heat-treated at 1100 ° C. for 10 seconds. When the carrier concentration of the sample after ion implantation was measured to determine the carrier concentration, it was p-type,
The carrier concentration was 1.0 × 10 19 cm −3 near the surface. In the sample immediately after the ion implantation, the emission peak that is usually seen in 77K photoluminescence measurement due to the damage due to the ion implantation was not recognized at all, but in the sample after the heat treatment, the so-called band edge emission peak appeared, and the crystallinity was I confirmed that it was recovered.
【0038】(実施例4)GaN試料にCaとNとを共
注入し、1100℃で10秒間アニールを行い、SPP
でp型化した場合の実施例について説明する。ノンドー
プGaN試料(膜厚3μ、n型キャリア濃度1×1
016)に、イオン注入装置にて、室温で、CaおよびN
を、それぞれ33keV、13keVのエネルギーで、
どちらもドーズ量2×1014cm-2でイオン注入した。
イオン注入後の試料を、1100℃で10秒間熱処理し
た。イオン注入後の試料について、その容量−電圧特性
を測定してキャリア濃度を求めたところ、p型であり、
表面付近でキャリア濃度1.4×1018cm-3であっ
た。イオン注入直後の試料では、77Kフォトルミネッ
センス測定ではイオン注入によるダメージのため通常見
られる発光ピークは全く認められなかったが、熱処理後
の試料では、いわゆるバンド端発光ピークが現れてお
り、結晶性が回復していることを確認した。Example 4 Ca and N were co-implanted into a GaN sample and annealed at 1100 ° C. for 10 seconds to obtain SPP.
A description will be given of an example in the case of converting to a p-type. Non-doped GaN sample (thickness 3μ, n-type carrier concentration 1 × 1
0 16 ) in an ion implanter at room temperature for Ca and N 2
At the energies of 33 keV and 13 keV,
Both were ion-implanted with a dose amount of 2 × 10 14 cm −2 .
The sample after ion implantation was heat-treated at 1100 ° C. for 10 seconds. When the carrier concentration of the sample after ion implantation was measured to determine the carrier concentration, it was p-type,
The carrier concentration was 1.4 × 10 18 cm −3 near the surface. In the sample immediately after the ion implantation, the emission peak that is usually seen in 77K photoluminescence measurement due to the damage due to the ion implantation was not recognized at all, but in the sample after the heat treatment, the so-called band edge emission peak appeared, and the crystallinity was I confirmed that it was recovered.
【0039】(実施例5)GaN試料にSrとNとを共
注入し、1100℃で10秒間アニールを行い、SPP
でp型化した場合の実施例について説明する。ノンドー
プGaN試料(膜厚3μ、n型キャリア濃度1×1
016)に、イオン注入装置にて、室温で、SrおよびN
を、それぞれ55keV、13keVのエネルギーで、
どちらもドーズ量2×1014cm-2でイオン注入した。
イオン注入後の試料を、1100℃で10秒間熱処理し
た。イオン注入後の試料について、その容量−電圧特性
を測定してキャリア濃度を求めたところ、p型であり、
表面付近でキャリア濃度6.0×1018cm-3であっ
た。イオン注入直後の試料では、77Kフォトルミネッ
センス測定ではイオン注入によるダメージのため通常見
られる発光ピークは全く認められなかったが、熱処理後
の試料では、いわゆるバンド端発光ピークが現れてお
り、結晶性が回復していることを確認した。Example 5 Sr and N were co-implanted into a GaN sample and annealed at 1100 ° C. for 10 seconds to obtain SPP.
A description will be given of an example in the case of converting to a p-type. Non-doped GaN sample (thickness 3μ, n-type carrier concentration 1 × 1
0 16 ) at room temperature with an ion implanter,
At energies of 55 keV and 13 keV,
Both were ion-implanted with a dose amount of 2 × 10 14 cm −2 .
The sample after ion implantation was heat-treated at 1100 ° C. for 10 seconds. When the carrier concentration of the sample after ion implantation was measured to determine the carrier concentration, it was p-type,
The carrier concentration near the surface was 6.0 × 10 18 cm −3 . In the sample immediately after the ion implantation, the emission peak that is usually seen in 77K photoluminescence measurement due to the damage due to the ion implantation was not recognized at all, but in the sample after the heat treatment, the so-called band edge emission peak appeared, and the crystallinity was I confirmed that it was recovered.
【0040】[0040]
【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、2族及び
又は4族のp型ドーパントとNとを、窒化物系化合物半
導体にイオン打ち込みしてp型化を図ることにより、イ
オン打ち込み時に窒化物系化合物半導体を加熱すること
なく、イオン打ち込み後における熱処理においても高圧
印加の必要なしに高キャリア濃度のp型層を得ることが
できる。このように、窒化物系化合物半導体を過酷な条
件にさらすことなく、そのp型化を図り、高キャリア濃
度化を達成することができるので、高性能の発光素子や
トランジスタなどの電子デバイスを製造する上で非常に
有用である。また、イオン注入処理によりp型化を図る
構成であるので、所要の領域のみを選択的にp型化する
ことができ、エッチング工程を省略したプロセスを構築
できるため、発光素子その他の各種電子素子等の窒化物
系化合物半導体素子の製造工程の簡素化に役立ち、低コ
スト化を期待することができる。As described above, according to the present invention, p-type dopants of Group 2 and / or Group 4 and N are ion-implanted into a nitride-based compound semiconductor to make it p-type. A p-type layer having a high carrier concentration can be obtained without heating the nitride-based compound semiconductor and without applying a high voltage even in the heat treatment after ion implantation. In this way, it is possible to achieve a high carrier concentration by making the p-type of the nitride-based compound semiconductor without exposing it to harsh conditions, and thus manufacturing high-performance electronic devices such as light-emitting devices and transistors. It is very useful to do. Further, since the p-type is formed by the ion implantation process, only a required region can be selectively made into the p-type, and a process without an etching step can be constructed. Therefore, various light-emitting elements and other various electronic elements can be constructed. It is useful for simplifying the manufacturing process of the nitride-based compound semiconductor device such as, and the cost reduction can be expected.
【図1】本発明の方法を用いて製造された発光用半導体
素子の拡大断面図。FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a light emitting semiconductor device manufactured using the method of the present invention.
1 サファイア基板 2 GaNバッファ層 3 n型層 4 発光層 5 AlGaN層 6 n型層 7 イオン注入領域 8 n電極 9 p電極 10 発光素子 1 sapphire substrate 2 GaN buffer layer 3 n-type layer 4 Light emitting layer 5 AlGaN layer 6 n-type layer 7 Ion implantation area 8 n electrode 9 p electrode 10 Light emitting element
Claims (6)
(窒素)とをイオン注入し、しかる後、イオン注入され
た前記窒化物系化合物半導体を熱処理してp型の窒化物
系化合物半導体を製造することを特徴とする窒化物系化
合物半導体の製造方法。1. A group II element and N in a nitride compound semiconductor.
(Nitrogen) is ion-implanted, and then the ion-implanted nitride compound semiconductor is heat treated to manufacture a p-type nitride compound semiconductor. .
元素およびN(窒素)をイオン注入し、しかる後、イオ
ン注入された前記窒化物系化合物半導体を熱処理してp
型の窒化物系化合物半導体を製造することを特徴とする
窒化物系化合物半導体の製造方法。2. A nitride-based compound semiconductor is ion-implanted with a Group 2 element, a Group 4 element and N (nitrogen), and then the ion-implanted nitride-based compound semiconductor is subjected to a heat treatment to p.
Type nitride compound semiconductor is manufactured.
rの群から選ばれる少なくとも1種である請求項1また
は2記載の窒化物系化合物半導体の製造方法。3. The group 2 element is Be, Mg, Ca, S
The method for producing a nitride-based compound semiconductor according to claim 1, which is at least one selected from the group of r.
Pbの群から選ばれる少なくとも1種である請求項2記
載の窒化物系化合物半導体の製造方法。4. The group 4 element is C, Si, Ge, Sn,
The method for producing a nitride-based compound semiconductor according to claim 2, which is at least one selected from the group of Pb.
温度範囲で且つ圧力が50KPa〜2MPaの範囲の条
件下で行うようにした請求項1、2、3、または4記載
の窒化物系化合物半導体の製造方法。5. The nitride-based compound semiconductor according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein the heat treatment is performed under a temperature range of 1050 ° C. to 1400 ° C. and a pressure of 50 KPa to 2 MPa. Manufacturing method.
を用いて製造したことを特徴とする半導体素子。6. A semiconductor device manufactured by using the method according to claim 1, 2, 3, 4, or 5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001321552A JP2003124515A (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Method for manufacturing nitride compound semiconductor and semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001321552A JP2003124515A (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Method for manufacturing nitride compound semiconductor and semiconductor element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003124515A true JP2003124515A (en) | 2003-04-25 |
Family
ID=19138746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001321552A Pending JP2003124515A (en) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | Method for manufacturing nitride compound semiconductor and semiconductor element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003124515A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008135700A (en) * | 2006-11-01 | 2008-06-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Manufacturing method of group iii nitride film, and group iii nitride semiconductor device |
JP2020025056A (en) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | 株式会社アルバック | Method for manufacturing group III nitride semiconductor and ion implantation apparatus |
JP2021028932A (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-25 | 富士電機株式会社 | Manufacturing method of nitride semiconductor device and nitride semiconductor device |
JP2021068722A (en) * | 2019-10-17 | 2021-04-30 | 株式会社東芝 | Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device |
US11062907B2 (en) | 2018-04-02 | 2021-07-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
-
2001
- 2001-10-19 JP JP2001321552A patent/JP2003124515A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008135700A (en) * | 2006-11-01 | 2008-06-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Manufacturing method of group iii nitride film, and group iii nitride semiconductor device |
US11062907B2 (en) | 2018-04-02 | 2021-07-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
JP7389543B2 (en) | 2018-04-02 | 2023-11-30 | 富士電機株式会社 | nitride semiconductor device |
JP2020025056A (en) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | 株式会社アルバック | Method for manufacturing group III nitride semiconductor and ion implantation apparatus |
JP2021028932A (en) * | 2019-08-09 | 2021-02-25 | 富士電機株式会社 | Manufacturing method of nitride semiconductor device and nitride semiconductor device |
JP7404703B2 (en) | 2019-08-09 | 2023-12-26 | 富士電機株式会社 | Nitride semiconductor device manufacturing method and nitride semiconductor device |
US11862686B2 (en) | 2019-08-09 | 2024-01-02 | Fuji Electric Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
JP2021068722A (en) * | 2019-10-17 | 2021-04-30 | 株式会社東芝 | Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device |
JP7362410B2 (en) | 2019-10-17 | 2023-10-17 | 株式会社東芝 | Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7294859B2 (en) | Methods of treating a silicon carbide substrate for improved epitaxial deposition and resulting structures and devices | |
JP5358955B2 (en) | Method for forming p-type gallium nitride based semiconductor region | |
US8093597B2 (en) | In situ dopant implantation and growth of a III-nitride semiconductor body | |
US9536741B2 (en) | Method for performing activation of dopants in a GaN-base semiconductor layer by successive implantations and heat treatments | |
US9514962B2 (en) | Method for performing activation of dopants in a GaN-base semiconductor layer | |
JP2016072630A (en) | METHOD FOR DOPING GaN-BASE SEMICONDUCTOR | |
CN108281514B (en) | Preparation method of light-emitting diode epitaxial wafer | |
JP2009094337A (en) | Method of manufacturing semiconductor element | |
US20080090395A1 (en) | Method for producing p-type group III nitride semiconductor and method for producing electrode for p-type group III nitride semiconductor | |
JP2004356257A (en) | Manufacturing method for p-type iii nitride semiconductor | |
EP3157068B1 (en) | Semiconductor multilayer structure and method for producing same | |
CN114512580B (en) | Light-emitting diode | |
JP2007305630A (en) | Field effect transistor and manufacturing method thereof | |
JP2010118672A (en) | Method of treating silicon carbide substrate for improved epitaxial deposition, and structure and device provided by the same | |
JP2004260198A (en) | Method for forming semiconductor material of low-resistance-type compounds | |
JP2003124515A (en) | Method for manufacturing nitride compound semiconductor and semiconductor element | |
JP2006059956A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JPH11162864A (en) | Manufacture of p-type gan-based compound semiconductor | |
JP2020155469A (en) | Method for manufacturing nitride semiconductor device | |
JP4137223B2 (en) | Method for producing compound semiconductor | |
JP6714841B2 (en) | Method for manufacturing nitride semiconductor device | |
Zolper | Ion Implantation Doping and Isolation of III-Nitride Materials | |
KR20150133628A (en) | Light emitting device and method of fabricating the same | |
CN117013361A (en) | Ohmic contact generation method based on P-type gallium nitride and semiconductor device | |
KR20060072411A (en) | A manufacturing method of semiconductor device using the epitaxial process |