JPH10294490A - ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体、その製造方法および青色発光素子 - Google Patents
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体、その製造方法および青色発光素子Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体中のｐ型不
純物をより効率的に活性化する。 【解決手段】 気相成長法を用いてｐ型不純物を添加し
た窒化ガリウム系化合物半導体膜を形成する成膜工程
後、膜表面に平行に流れる一定流量の不活性ガスを供給
しながら前記窒化ガリウム系化合物半導体膜を４００℃
以上好ましくは７００℃以上でアニール処理を行う。
純物をより効率的に活性化する。 【解決手段】 気相成長法を用いてｐ型不純物を添加し
た窒化ガリウム系化合物半導体膜を形成する成膜工程
後、膜表面に平行に流れる一定流量の不活性ガスを供給
しながら前記窒化ガリウム系化合物半導体膜を４００℃
以上好ましくは７００℃以上でアニール処理を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体とその製造方法に関し、特にｐ型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体とその製造方法、およびｐ型の窒化
ガリウム系化合物半導体を有する発光素子に関する。
合物半導体とその製造方法に関し、特にｐ型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体とその製造方法、およびｐ型の窒化
ガリウム系化合物半導体を有する発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般式Ａｌ(x)Ｉｎ(y)Ｇａ(1-x-y)Ｎ
（１≧x≧０、１≧y≧０）で表される窒化ガリウム系化
合物半導体は、すぐれた青色発光素子材料として近年注
目されている。
（１≧x≧０、１≧y≧０）で表される窒化ガリウム系化
合物半導体は、すぐれた青色発光素子材料として近年注
目されている。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色
発光ダイオードは、サファイアを基板とし、この上にＭ
ＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Depositio
n）もしくＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）といった
方法を用いて形成された導電型の異なる複数の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層による積層構造を有する。
発光ダイオードは、サファイアを基板とし、この上にＭ
ＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Depositio
n）もしくＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）といった
方法を用いて形成された導電型の異なる複数の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層による積層構造を有する。
【０００４】例えば、ＰＮ接合型青色発光ダイオードで
は、サファイア基板上にＧａＮ層によるバッファ層を介
し、ｎ型のＧａＮ層とｐ型のＧａＮ層との積層構造が形
成されている。また、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の青色
発光ダイオードの場合は、同様なバッファ層上に、活性
層と呼ばれる実質的に真性なｉ型のＡｌ(x)Ｇａ(1-x)Ｎ
（１≧x≧０）層とその上下の活性層よりバンドギャッ
プの広いｎ型のＧａＮ層とｐ型のＧａＮ層からなる積層
構造が形成されている。
は、サファイア基板上にＧａＮ層によるバッファ層を介
し、ｎ型のＧａＮ層とｐ型のＧａＮ層との積層構造が形
成されている。また、ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の青色
発光ダイオードの場合は、同様なバッファ層上に、活性
層と呼ばれる実質的に真性なｉ型のＡｌ(x)Ｇａ(1-x)Ｎ
（１≧x≧０）層とその上下の活性層よりバンドギャッ
プの広いｎ型のＧａＮ層とｐ型のＧａＮ層からなる積層
構造が形成されている。
【０００５】このように、窒化ガリウム系化合物半導体
を用いて発光素子等の電子デバイスを作製するために
は、少なくともｎ型およびｐ型の導電型を有する窒化ガ
リウム系化合物半導体を形成する必要がある。
を用いて発光素子等の電子デバイスを作製するために
は、少なくともｎ型およびｐ型の導電型を有する窒化ガ
リウム系化合物半導体を形成する必要がある。
【０００６】通常、ＭＯＣＶＤ法を用いてノンドープの
窒化ガリウム系化合物半導体を形成する場合は、トリメ
チルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡ）およびアンモニア（ＮＨ3）等が反応ガスとして
使用され、水素（Ｈ2）ガス等がキャリヤガスとして使
用される。この時の基板温度は、８００℃〜１２００℃
とされる。
窒化ガリウム系化合物半導体を形成する場合は、トリメ
チルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（Ｔ
ＭＡ）およびアンモニア（ＮＨ3）等が反応ガスとして
使用され、水素（Ｈ2）ガス等がキャリヤガスとして使
用される。この時の基板温度は、８００℃〜１２００℃
とされる。
【０００７】また、反応ガスとともに、ｎ型ドーピング
ガスとして例えばモノシラン（ＳｉＨ4）ガスが加えら
れれば、低抵抗なｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体を
形成することができる。
ガスとして例えばモノシラン（ＳｉＨ4）ガスが加えら
れれば、低抵抗なｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体を
形成することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ｎ型の
窒化ガリウム系化合物半導体を形成する場合と同様なＭ
ＯＣＶＤ法を用い、気相反応時にｐ型のドーピングガ
ス、例えばシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2
Ｍｇ）を加えても、成膜後（アズデポ時）に得られる膜
は、低抵抗なｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体とはな
らない。膜中に不純物であるＭｇは添加されるものの、
これらが活性化されず、アクセプタとして寄与しないた
めである。よって、このままでは発光素子を構成するｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体層として利用することは
できない。このような傾向は、他のＺｎ等のｐ型不純物
を用いた場合も同様である。
窒化ガリウム系化合物半導体を形成する場合と同様なＭ
ＯＣＶＤ法を用い、気相反応時にｐ型のドーピングガ
ス、例えばシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2
Ｍｇ）を加えても、成膜後（アズデポ時）に得られる膜
は、低抵抗なｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体とはな
らない。膜中に不純物であるＭｇは添加されるものの、
これらが活性化されず、アクセプタとして寄与しないた
めである。よって、このままでは発光素子を構成するｐ
型窒化ガリウム系化合物半導体層として利用することは
できない。このような傾向は、他のＺｎ等のｐ型不純物
を用いた場合も同様である。
【０００９】ｐ型不純物を添加した窒化ガリウム系化合
物半導体が、電気的にｐ型を示しにくい理由は、十分に
あきらかにされていない。しかし、一般的には、ｐ型不
純物として用いられるＭｇやＺｎ等が水素と結合し、Ｍ
ｇ−Ｈ、Ｚｎ−Ｈ等の形で膜中に取り込まれていること
が要因といわれている。
物半導体が、電気的にｐ型を示しにくい理由は、十分に
あきらかにされていない。しかし、一般的には、ｐ型不
純物として用いられるＭｇやＺｎ等が水素と結合し、Ｍ
ｇ−Ｈ、Ｚｎ−Ｈ等の形で膜中に取り込まれていること
が要因といわれている。
【００１０】ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化ガリウム系化
合物半導体を形成する際、窒素（Ｎ）源として利用され
ているＮＨ3が分解され、原子状水素が発生し、これが
ｐ型不純物として添加されたＭｇやＺｎ等と反応して、
Ｍｇ−Ｈ、Ｚｎ−Ｈ等の結合を作るものと考えられてい
る。
合物半導体を形成する際、窒素（Ｎ）源として利用され
ているＮＨ3が分解され、原子状水素が発生し、これが
ｐ型不純物として添加されたＭｇやＺｎ等と反応して、
Ｍｇ−Ｈ、Ｚｎ−Ｈ等の結合を作るものと考えられてい
る。
【００１１】特開平３-２１８６２５では、ｐ型不純物
であるＭｇを添加したＧａＮ膜を成膜後、４００℃以上
の温度でアニール処理することで、ｐ型不純物を活性化
させる方法について開示している。同公報には、この方
法により、アズデポ時にアクセプタとして寄与するキャ
リヤ濃度（以下、アクセプタ濃度と呼ぶ）が８×１０10
／cm3であった膜を、アクセプタ濃度２×１０17／cm3に
改善できることが示されている。熱の供与によりＭｇ−
Ｈの結合を解離させることでｐ型不純物を電気的に活性
化させていると考えられている。
であるＭｇを添加したＧａＮ膜を成膜後、４００℃以上
の温度でアニール処理することで、ｐ型不純物を活性化
させる方法について開示している。同公報には、この方
法により、アズデポ時にアクセプタとして寄与するキャ
リヤ濃度（以下、アクセプタ濃度と呼ぶ）が８×１０10
／cm3であった膜を、アクセプタ濃度２×１０17／cm3に
改善できることが示されている。熱の供与によりＭｇ−
Ｈの結合を解離させることでｐ型不純物を電気的に活性
化させていると考えられている。
【００１２】本発明の目的は、窒化ガリウム系化合物半
導体中に添加されたｐ型不純物をより効率的に活性化で
きる新規なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法
とこの製造方法により作製したｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体を提供することである。
導体中に添加されたｐ型不純物をより効率的に活性化で
きる新規なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法
とこの製造方法により作製したｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体を提供することである。
【００１３】また、本発明の別の目的は、上記方法で作
製されたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色
発光素子を提供することである。
製されたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色
発光素子を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明のｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体の製造方法の特徴は、気相成長法を用
いてｐ型不純物が添加された窒化ガリウム系化合物半導
体膜を形成する成膜工程後、前記窒化ガリウム系化合物
半導体膜の膜表面に平行な流れを有する一定流量の不活
性ガスを供給しながら前記窒化ガリウム系化合物半導体
膜を４００℃以上に加熱するアニール処理工程を有し、
前記不活性ガスの一定流量が、前記窒化ガリウム系化合
物半導体膜中に添加されたｐ型不純物の１％より多くを
電気的に活性化するように設定されることである。
ム系化合物半導体の製造方法の特徴は、気相成長法を用
いてｐ型不純物が添加された窒化ガリウム系化合物半導
体膜を形成する成膜工程後、前記窒化ガリウム系化合物
半導体膜の膜表面に平行な流れを有する一定流量の不活
性ガスを供給しながら前記窒化ガリウム系化合物半導体
膜を４００℃以上に加熱するアニール処理工程を有し、
前記不活性ガスの一定流量が、前記窒化ガリウム系化合
物半導体膜中に添加されたｐ型不純物の１％より多くを
電気的に活性化するように設定されることである。
【００１５】上記本発明のｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体の製造方法によれば、簡易な工程でｐ型不純物の活
性化率を改善させることが可能であり、低抵抗で良質な
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を提供できる。
導体の製造方法によれば、簡易な工程でｐ型不純物の活
性化率を改善させることが可能であり、低抵抗で良質な
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を提供できる。
【００１６】なお、基板温度を７００℃以上とし、膜中
に添加された不純物の活性化率を５％以上とするよう
に、不活性ガスの一定流量を設定すれば、さらに低抵抗
で良質なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体をより安定に
再現よく作製できる。
に添加された不純物の活性化率を５％以上とするよう
に、不活性ガスの一定流量を設定すれば、さらに低抵抗
で良質なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体をより安定に
再現よく作製できる。
【００１７】本発明の他のｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体の製造方法の特徴は、気相成長法を用いてｐ型不純
物が添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を形成す
る成膜工程後、前記窒化ガリウム系化合物半導体膜を、
１気圧以上に加圧した不活性ガス雰囲気中で４００℃以
上に加熱し、前記窒化ガリウム系化合物半導体膜中に添
加されたｐ型不純物の１％より多くを活性化するアニー
ル処理工程を有することである。
導体の製造方法の特徴は、気相成長法を用いてｐ型不純
物が添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を形成す
る成膜工程後、前記窒化ガリウム系化合物半導体膜を、
１気圧以上に加圧した不活性ガス雰囲気中で４００℃以
上に加熱し、前記窒化ガリウム系化合物半導体膜中に添
加されたｐ型不純物の１％より多くを活性化するアニー
ル処理工程を有することである。
【００１８】上記本発明の他のｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体の製造方法によれば、簡易な工程でｐ型不純物
の活性化率を改善させることが可能であり、低抵抗で良
質なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を提供できる。
物半導体の製造方法によれば、簡易な工程でｐ型不純物
の活性化率を改善させることが可能であり、低抵抗で良
質なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を提供できる。
【００１９】なお、基板温度を７００℃以上とし、膜中
に添加された不純物の活性化率を５％以上とするよう
に、不活性ガス雰囲気圧力を設定すれば、さらに低抵抗
で良質なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体をより安定に
再現よく作製できる。
に添加された不純物の活性化率を５％以上とするよう
に、不活性ガス雰囲気圧力を設定すれば、さらに低抵抗
で良質なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体をより安定に
再現よく作製できる。
【００２０】本発明の青色発光素子の特徴は、ｎ型不純
物が添加された第１窒化ガリウム系化合物半導体層と、
前記第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された
実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記
実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成
されたｐ型不純物が添加された第２窒化ガリウム系化合
物半導体層とを有する青色発光素子において、前記第２
窒化ガリウム系化合物半導体層が、気相成長法を用いて
形成した、ｐ型不純物が添加された窒化ガリウム系化合
物半導体膜を、前記窒化ガリウム系化合物半導体膜の膜
表面に平行に流れる不活性ガスを供給しながら４００℃
以上でアニール処理することにより得られた、前記ｐ型
不純物の活性化率が１％より高い値のｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体であることである。
物が添加された第１窒化ガリウム系化合物半導体層と、
前記第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された
実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記
実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成
されたｐ型不純物が添加された第２窒化ガリウム系化合
物半導体層とを有する青色発光素子において、前記第２
窒化ガリウム系化合物半導体層が、気相成長法を用いて
形成した、ｐ型不純物が添加された窒化ガリウム系化合
物半導体膜を、前記窒化ガリウム系化合物半導体膜の膜
表面に平行に流れる不活性ガスを供給しながら４００℃
以上でアニール処理することにより得られた、前記ｐ型
不純物の活性化率が１％より高い値のｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体であることである。
【００２１】さらに、前記第２窒化ガリウム系化合物半
導体層が、気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が
添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を、前記窒化
ガリウム系化合物半導体膜の膜表面に平行に流れる不活
性ガスを供給しながら７００℃以上でアニール処理する
ことにより得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が５％
以上のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であってもよ
い。
導体層が、気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が
添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を、前記窒化
ガリウム系化合物半導体膜の膜表面に平行に流れる不活
性ガスを供給しながら７００℃以上でアニール処理する
ことにより得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が５％
以上のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であってもよ
い。
【００２２】また、ｎ型不純物が添加された第１窒化ガ
リウム系化合物半導体層と、第１窒化ガリウム系化合物
半導体層上に形成されたｐ型不純物が添加された第２窒
化ガリウム系化合物半導体層とを有する青色発光素子に
おいても、上記と同様な構成の第２窒化ガリウム系化合
物半導体を用いることができる。
リウム系化合物半導体層と、第１窒化ガリウム系化合物
半導体層上に形成されたｐ型不純物が添加された第２窒
化ガリウム系化合物半導体層とを有する青色発光素子に
おいても、上記と同様な構成の第２窒化ガリウム系化合
物半導体を用いることができる。
【００２３】上記本発明の青色発光素子の特徴によれ
ば、発光強度が高く、消費電力の小さい窒化ガリウム系
青色発光素子を提供できる。
ば、発光強度が高く、消費電力の小さい窒化ガリウム系
青色発光素子を提供できる。
【００２４】本発明の他の青色発光素子の特徴は、ｎ型
不純物が添加された第１窒化ガリウム系化合物半導体層
と、前記第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成さ
れた実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、
前記実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に
形成されたｐ型不純物が添加された第２窒化ガリウム系
化合物半導体層とを有する青色発光素子において、前記
第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、気相成長法を用
いて形成した、ｐ型不純物が添加された窒化ガリウム系
化合物半導体膜を、１気圧以上に加圧した不活性ガス雰
囲気中、４００℃以上でアニール処理することにより得
られた、前記ｐ型不純物の活性化率が１％より高い値の
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であることである。
不純物が添加された第１窒化ガリウム系化合物半導体層
と、前記第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成さ
れた実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、
前記実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に
形成されたｐ型不純物が添加された第２窒化ガリウム系
化合物半導体層とを有する青色発光素子において、前記
第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、気相成長法を用
いて形成した、ｐ型不純物が添加された窒化ガリウム系
化合物半導体膜を、１気圧以上に加圧した不活性ガス雰
囲気中、４００℃以上でアニール処理することにより得
られた、前記ｐ型不純物の活性化率が１％より高い値の
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であることである。
【００２５】さらに、前記第２窒化ガリウム系化合物半
導体層が、気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が
添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を、１気圧以
上に加圧した不活性ガス雰囲気中、７００℃以上でアニ
ール処理することにより得られた、前記ｐ型不純物の活
性化率が５％以上のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体で
あってもよい。
導体層が、気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が
添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を、１気圧以
上に加圧した不活性ガス雰囲気中、７００℃以上でアニ
ール処理することにより得られた、前記ｐ型不純物の活
性化率が５％以上のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体で
あってもよい。
【００２６】また、ｎ型不純物が添加された第１窒化ガ
リウム系化合物半導体層と、第１窒化ガリウム系化合物
半導体層上に形成されたｐ型不純物が添加された第２窒
化ガリウム系化合物半導体層とを有する青色発光素子に
おいても、上記と同様な構成の第２窒化ガリウム系化合
物半導体を用いることができる。
リウム系化合物半導体層と、第１窒化ガリウム系化合物
半導体層上に形成されたｐ型不純物が添加された第２窒
化ガリウム系化合物半導体層とを有する青色発光素子に
おいても、上記と同様な構成の第２窒化ガリウム系化合
物半導体を用いることができる。
【００２７】上記本発明の他の青色発光素子の特徴によ
れば、発光強度が高く、消費電力の小さい窒化ガリウム
系青色発光素子を提供できる。
れば、発光強度が高く、消費電力の小さい窒化ガリウム
系青色発光素子を提供できる。
【００２８】
（第１の実施の形態：ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
の製造方法）本発明の第１の実施の形態について、図１
〜図２を参照して説明する。ここでは、単層のｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体の製造方法について説明する。
の製造方法）本発明の第１の実施の形態について、図１
〜図２を参照して説明する。ここでは、単層のｐ型窒化
ガリウム系化合物半導体の製造方法について説明する。
【００２９】第１の実施の形態の主な特徴は、ＭＯＣＶ
Ｄ法等を用いてｐ型不純物を添加した窒化ガリウム系化
合物半導体を成膜後、不活性ガスを流しながら膜のアニ
ール処理を行うことにより、膜中に添加されているｐ型
不純物を活性化することである。
Ｄ法等を用いてｐ型不純物を添加した窒化ガリウム系化
合物半導体を成膜後、不活性ガスを流しながら膜のアニ
ール処理を行うことにより、膜中に添加されているｐ型
不純物を活性化することである。
【００３０】アニール処理時の不活性ガスの流量が、窒
化ガリウム系化合物半導体中のｐ型不純物に与える効果
について、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半
導体層を単層形成した試料を用いて確認した。以下、そ
の結果について説明する。
化ガリウム系化合物半導体中のｐ型不純物に与える効果
について、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半
導体層を単層形成した試料を用いて確認した。以下、そ
の結果について説明する。
【００３１】まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア
基板上に膜厚約２μｍのｐ型不純物を含むＧａＮ膜を成
膜した。成膜条件は、基板温度を約１０００℃〜１２０
０℃とし、雰囲気圧力を１ａｔｍとした。反応ガスとし
ては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（Ｎ
Ｈ3）を用い、ドーパントガスとしては、シクロペンタ
ジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を、キャリヤガス
としては、窒素（Ｎ2）と水素（Ｈ2）を用いた。各ガス
の流量は、ＴＭＧを１００ＳＣＣＭ、ＮＨ3を１０ＳＬ
Ｍ、Ｃｐ2Ｍｇを５０ＳＣＣＭ、Ｎ2を５ＳＬＭ、Ｈ2を
１５ＳＬＭとした。
基板上に膜厚約２μｍのｐ型不純物を含むＧａＮ膜を成
膜した。成膜条件は、基板温度を約１０００℃〜１２０
０℃とし、雰囲気圧力を１ａｔｍとした。反応ガスとし
ては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（Ｎ
Ｈ3）を用い、ドーパントガスとしては、シクロペンタ
ジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を、キャリヤガス
としては、窒素（Ｎ2）と水素（Ｈ2）を用いた。各ガス
の流量は、ＴＭＧを１００ＳＣＣＭ、ＮＨ3を１０ＳＬ
Ｍ、Ｃｐ2Ｍｇを５０ＳＣＣＭ、Ｎ2を５ＳＬＭ、Ｈ2を
１５ＳＬＭとした。
【００３２】成膜後に得られたＧａＮ膜中には、約１×
１０20ｃｍ-3のＭｇが不純物として添加されていたが、
導電型に寄与するアクセプタ濃度は、一般的なホール測
定法（ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法）では、測定限界以
下であった。よって少なくとも１０17ｃｍ-7より小さい
ものと考えられる。
１０20ｃｍ-3のＭｇが不純物として添加されていたが、
導電型に寄与するアクセプタ濃度は、一般的なホール測
定法（ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法）では、測定限界以
下であった。よって少なくとも１０17ｃｍ-7より小さい
ものと考えられる。
【００３３】次に、ＧａＮ膜を形成した基板をＭＯＣＶ
Ｄチャンバより取り出し、以下の方法でアニール処理を
行った。アニール処理に用いた装置は、図１（ａ）に示
すように、電気炉２０中に両側が開放された石英管を通
したものである。使用した石英管の直径は３．５インチ
〜６インチである。
Ｄチャンバより取り出し、以下の方法でアニール処理を
行った。アニール処理に用いた装置は、図１（ａ）に示
すように、電気炉２０中に両側が開放された石英管を通
したものである。使用した石英管の直径は３．５インチ
〜６インチである。
【００３４】石英管の中央に基板３０を設置し、まず、
石英管内をＮ2で置換した。その後、基板表面に平行に
流れるＮ2を一定流量供給しながら、基板温度を７００
℃まで上昇させ、７００℃に達したところで、約１０分
間その温度を維持した。その後、室温まで基板を冷却し
た。
石英管内をＮ2で置換した。その後、基板表面に平行に
流れるＮ2を一定流量供給しながら、基板温度を７００
℃まで上昇させ、７００℃に達したところで、約１０分
間その温度を維持した。その後、室温まで基板を冷却し
た。
【００３５】他の条件は同一とし、アニール時に供給す
るＮ2ガスの流量のみを変え、複数のＧａＮ膜の試料に
ついてそれぞれアニール処理を行った。アニール処理
後、各試料のＧａＮ膜中のアクセプタ濃度を測定した。
るＮ2ガスの流量のみを変え、複数のＧａＮ膜の試料に
ついてそれぞれアニール処理を行った。アニール処理
後、各試料のＧａＮ膜中のアクセプタ濃度を測定した。
【００３６】図２は、アニール時に供給したＮ2ガスの
流量とＧａＮ膜中のアクセプタ濃度の関係を示したグラ
フである。グラフの目盛りは両対数としている。横軸が
Ｎ2ガスの供給流量、縦軸がＧａＮ膜中のアクセプタ濃
度を示す。尚、ここに示した「Ｎ2ガスの流量」とは、
Ｎ2の総流量をガスの流れに垂直な石英管の断面積で割
り、単位断面積（１ｍｍ2）あたりの流量に換算した値
である。
流量とＧａＮ膜中のアクセプタ濃度の関係を示したグラ
フである。グラフの目盛りは両対数としている。横軸が
Ｎ2ガスの供給流量、縦軸がＧａＮ膜中のアクセプタ濃
度を示す。尚、ここに示した「Ｎ2ガスの流量」とは、
Ｎ2の総流量をガスの流れに垂直な石英管の断面積で割
り、単位断面積（１ｍｍ2）あたりの流量に換算した値
である。
【００３７】図２のグラフから明らかなように、ＧａＮ
膜のアクセプタ濃度は、アニール時に供給するＮ2ガス
の流量に大きく依存し、Ｎ2ガスの流量を上げる程アク
セプタ濃度が上昇した。両対数グラフ上で両者の関係は
ほぼ直線で示された。
膜のアクセプタ濃度は、アニール時に供給するＮ2ガス
の流量に大きく依存し、Ｎ2ガスの流量を上げる程アク
セプタ濃度が上昇した。両対数グラフ上で両者の関係は
ほぼ直線で示された。
【００３８】なお、単位断面積あたりのＮ2ガス流量は
Ｎ2ガスの流速に対応しており、このグラフよりＮ2ガス
の流速を高める程アクセプタ濃度が上昇するということ
もいえる。
Ｎ2ガスの流速に対応しており、このグラフよりＮ2ガス
の流速を高める程アクセプタ濃度が上昇するということ
もいえる。
【００３９】Ｎ2ガス流量がゼロの条件下、７００℃で
アニール処理を行った場合のアクセプタ濃度は、約１０
18ｃｍ-3程度であり、活性化率、即ちＧａＮ膜中のＭｇ
不純物濃度に対するアクセプタ濃度の比率は約１％に過
ぎない。
アニール処理を行った場合のアクセプタ濃度は、約１０
18ｃｍ-3程度であり、活性化率、即ちＧａＮ膜中のＭｇ
不純物濃度に対するアクセプタ濃度の比率は約１％に過
ぎない。
【００４０】しかし、Ｎ2ガス流量を０．５ｃｃ／ｍｉ
ｎにするとアクセプタ濃度は、約５×１０18ｃｍ-3とな
り、活性化率が約５％にも上昇した。なお、この流量
０．５ｃｃ／ｍｉｎを平均線流速に換算すると約０．５
ｍｍ／ｍｉｎとなる。
ｎにするとアクセプタ濃度は、約５×１０18ｃｍ-3とな
り、活性化率が約５％にも上昇した。なお、この流量
０．５ｃｃ／ｍｉｎを平均線流速に換算すると約０．５
ｍｍ／ｍｉｎとなる。
【００４１】さらに、Ｎ2ガス流量を１ｃｃ／ｍｉｎに
するとアクセプタ濃度は、３〜５×１０18ｃｍ-3とな
り、活性化率はさらに上昇した。Ｎ2ガス流量を１．５
ｃｃ／ｍｉｎ以上にするとアクセプタ濃度は、６×１０
18〜１．７×１０19ｃｍ-3となった。このように、アニ
ール時にＮ2ガスの流れを供給することで、添加された
ｐ型不純物の活性化率を向上させることができた。
するとアクセプタ濃度は、３〜５×１０18ｃｍ-3とな
り、活性化率はさらに上昇した。Ｎ2ガス流量を１．５
ｃｃ／ｍｉｎ以上にするとアクセプタ濃度は、６×１０
18〜１．７×１０19ｃｍ-3となった。このように、アニ
ール時にＮ2ガスの流れを供給することで、添加された
ｐ型不純物の活性化率を向上させることができた。
【００４２】一般に、１０17ｃｍ-3以上のアクセプタ濃
度を有するＧａＮ膜は、後述するようにＤＨ型青色発光
ダイオードのｐ型クラッド層として用いることが可能で
あり、さらに、１０19ｃｍ-3以上のアクセプタ濃度を有
するＧａＮ膜は、電極との良好なオーミックコンタクト
を得ることができるため、コンタクト層として利用でき
る。
度を有するＧａＮ膜は、後述するようにＤＨ型青色発光
ダイオードのｐ型クラッド層として用いることが可能で
あり、さらに、１０19ｃｍ-3以上のアクセプタ濃度を有
するＧａＮ膜は、電極との良好なオーミックコンタクト
を得ることができるため、コンタクト層として利用でき
る。
【００４３】膜中に添加されても、アクセプタとして寄
与しない不純物の存在は、結晶中に格子欠陥を作り、結
晶性を悪化させ、ホールや電子等のキャリヤのトラップ
中心となりやすい。よって、同一のアクセプタ濃度を有
する膜においては、活性化率が高い膜程、即ち、アニー
ル時のＮ2ガスの流量が高い膜程、欠陥等が少なく、低
抵抗で良質な膜となる。
与しない不純物の存在は、結晶中に格子欠陥を作り、結
晶性を悪化させ、ホールや電子等のキャリヤのトラップ
中心となりやすい。よって、同一のアクセプタ濃度を有
する膜においては、活性化率が高い膜程、即ち、アニー
ル時のＮ2ガスの流量が高い膜程、欠陥等が少なく、低
抵抗で良質な膜となる。
【００４４】このように、Ｎ2ガスフロー中でのアニー
ル処理が、ｐ型のＧａＮ膜の活性化率を改善させる理由
についてはあきらかではない。しかし、一般に言われて
いるように、アニールの効果が熱的にＭｇ−Ｈの結合を
切断し、水素ガスをＧａＮ膜から離脱させる効果である
とすれば、アニール時のＮ2ガスのフローは、ＧａＮ膜
から離脱した水素を効率良く連れ去り、常にＧａＮ膜表
面をリフレッシュさせ、境界層での水素濃度を低く押さ
え、濃度勾配効果により水素離脱反応の速度を高めてい
るものと推測される。このような効果は、Ｎ2ガスの代
わりにアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の他の不
活性ガスを用いた場合にも期待できる。
ル処理が、ｐ型のＧａＮ膜の活性化率を改善させる理由
についてはあきらかではない。しかし、一般に言われて
いるように、アニールの効果が熱的にＭｇ−Ｈの結合を
切断し、水素ガスをＧａＮ膜から離脱させる効果である
とすれば、アニール時のＮ2ガスのフローは、ＧａＮ膜
から離脱した水素を効率良く連れ去り、常にＧａＮ膜表
面をリフレッシュさせ、境界層での水素濃度を低く押さ
え、濃度勾配効果により水素離脱反応の速度を高めてい
るものと推測される。このような効果は、Ｎ2ガスの代
わりにアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の他の不
活性ガスを用いた場合にも期待できる。
【００４５】また、Ｎ2ガスフロー中でＧａＮ膜のアニ
ール処理を行うことは、高温時に発生しやすいＧａＮ膜
からのＮの離脱を抑制し、Ｎ離脱による結晶構造の崩れ
を抑制する効果も有していると考えられる。特に、Ｎ2
ガスフローの加速は、基板表面の局部的なＮ2圧を高
め、ＧａＮ膜からのＮの離脱を効果的に抑制しているこ
とも予想される。
ール処理を行うことは、高温時に発生しやすいＧａＮ膜
からのＮの離脱を抑制し、Ｎ離脱による結晶構造の崩れ
を抑制する効果も有していると考えられる。特に、Ｎ2
ガスフローの加速は、基板表面の局部的なＮ2圧を高
め、ＧａＮ膜からのＮの離脱を効果的に抑制しているこ
とも予想される。
【００４６】以上に説明したように、従来のようにＭＯ
ＣＶＤ法を用いて窒化ガリウム系化合物半導体を成膜
後、加熱アニールのみを行うのでは、せいぜい１％程度
の活性化率しか得ることはできないが、Ｎ2ガスをフロ
ーしながらアニールを行った場合は、活性化率を５％以
上とすることが容易となり、低抵抗で発光効率の高い良
質な窒化ガリウム系化合物半導体膜を提供できる。
ＣＶＤ法を用いて窒化ガリウム系化合物半導体を成膜
後、加熱アニールのみを行うのでは、せいぜい１％程度
の活性化率しか得ることはできないが、Ｎ2ガスをフロ
ーしながらアニールを行った場合は、活性化率を５％以
上とすることが容易となり、低抵抗で発光効率の高い良
質な窒化ガリウム系化合物半導体膜を提供できる。
【００４７】なお、上述した実施の形態おいては、図１
（ａ）に示すように開管方式の円筒状の石英管を用いて
アニール処理を行った例を示したが、図２（ｂ）に示す
ような石英管の一方が封じられている半封管方式の円筒
チャンバを用いてもよい。また、アニール時間は１０分
以上としてもよい。
（ａ）に示すように開管方式の円筒状の石英管を用いて
アニール処理を行った例を示したが、図２（ｂ）に示す
ような石英管の一方が封じられている半封管方式の円筒
チャンバを用いてもよい。また、アニール時間は１０分
以上としてもよい。
【００４８】以上には、基板温度を７００℃とした場合
について説明したが、発明者らの実験によれば、基板温
度を７００℃〜１１００℃まで変化させた場合も、基板
温度７００℃の場合に得られる活性化率と大きな差は認
められなかった。
について説明したが、発明者らの実験によれば、基板温
度を７００℃〜１１００℃まで変化させた場合も、基板
温度７００℃の場合に得られる活性化率と大きな差は認
められなかった。
【００４９】アニール時の基板温度が４００℃未満の場
合には、膜中のｐ型不純物を活性化させる効果はほとん
どない。また、アニール時の基板温度が４００℃〜７０
０℃の間においては、活性化率は基板温度にも依存し、
基板温度が高い程、活性化率も高い。よって、安定で高
い活性化率を得るためには、７００℃以上の温度とする
ことが好ましい。
合には、膜中のｐ型不純物を活性化させる効果はほとん
どない。また、アニール時の基板温度が４００℃〜７０
０℃の間においては、活性化率は基板温度にも依存し、
基板温度が高い程、活性化率も高い。よって、安定で高
い活性化率を得るためには、７００℃以上の温度とする
ことが好ましい。
【００５０】なお、再現性よく低抵抗なｐ型ＧａＮ膜を
形成するためには、できるだけ高い活性化率、例えば５
％以上の活性化率を得るようにアニール時のガス流量を
設定することが好ましい。
形成するためには、できるだけ高い活性化率、例えば５
％以上の活性化率を得るようにアニール時のガス流量を
設定することが好ましい。
【００５１】以上の実施の形態においては、Ｍｇをｐ型
不純物として使用しているが、これ以外にも亜鉛（Ｚ
ｎ）や、ベリリウム（Ｂｅ）等その他のｐ型不純物を使
用してもよい。また、ＭＯＣＶＤ装置とは別なアニール
装置を用いているが、ＭＯＣＶＤを用いて成膜した後、
同一チャンバ内でアニール処理を行うことも可能であ
る。
不純物として使用しているが、これ以外にも亜鉛（Ｚ
ｎ）や、ベリリウム（Ｂｅ）等その他のｐ型不純物を使
用してもよい。また、ＭＯＣＶＤ装置とは別なアニール
装置を用いているが、ＭＯＣＶＤを用いて成膜した後、
同一チャンバ内でアニール処理を行うことも可能であ
る。
【００５２】（第２の実施の形態：ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体の製造方法）本発明の第２の実施の形態に
ついて、図１〜図２を参照して説明する。ここでは、単
層のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法につい
て説明する。
化合物半導体の製造方法）本発明の第２の実施の形態に
ついて、図１〜図２を参照して説明する。ここでは、単
層のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法につい
て説明する。
【００５３】第２の実施の形態の主な特徴は、ＭＯＣＶ
Ｄ法等を用いてｐ型不純物を添加した窒化ガリウム系化
合物半導体を成膜後、不活性ガス雰囲気の加圧下で膜を
アニール処理することである。
Ｄ法等を用いてｐ型不純物を添加した窒化ガリウム系化
合物半導体を成膜後、不活性ガス雰囲気の加圧下で膜を
アニール処理することである。
【００５４】アニール時の不活性ガスの加圧が、窒化ガ
リウム系化合物半導体中のｐ型不純物の活性化に与える
効果について、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合
物半導体層を単層形成した試料を用いて確認した。以
下、この検討結果について説明する。
リウム系化合物半導体中のｐ型不純物の活性化に与える
効果について、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合
物半導体層を単層形成した試料を用いて確認した。以
下、この検討結果について説明する。
【００５５】まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、第１の実施
の形態の場合と同様な条件を用い、サファイア基板上に
膜厚約２μｍのｐ型不純物を含むＧａＮ膜を成膜した。
第１の実施の形態と同様、成膜後に得られるＧａＮ膜中
には、約１×１０20ｃｍ-3のＭｇが不純物として添加さ
れた。
の形態の場合と同様な条件を用い、サファイア基板上に
膜厚約２μｍのｐ型不純物を含むＧａＮ膜を成膜した。
第１の実施の形態と同様、成膜後に得られるＧａＮ膜中
には、約１×１０20ｃｍ-3のＭｇが不純物として添加さ
れた。
【００５６】この後、ＧａＮ膜を形成した基板をアニー
ル装置に移し、アニール処理を行った。アニール処理に
用いた装置は、図１（ｃ）に示すように、電気炉２０中
に両側を封じることが可能な封管方式の石英管を通した
ものである。
ル装置に移し、アニール処理を行った。アニール処理に
用いた装置は、図１（ｃ）に示すように、電気炉２０中
に両側を封じることが可能な封管方式の石英管を通した
ものである。
【００５７】石英管の中央に基板３０を設置し、まず、
石英容器内をＮ2で置換した。この後、排気側のバルブ
を閉じＮ2ガスを供給し、１気圧以上の所定の圧力に調
整するとともに、基板温度を上昇させ、７００℃に達し
たら約１０分間その温度を維持した。
石英容器内をＮ2で置換した。この後、排気側のバルブ
を閉じＮ2ガスを供給し、１気圧以上の所定の圧力に調
整するとともに、基板温度を上昇させ、７００℃に達し
たら約１０分間その温度を維持した。
【００５８】図３は、アニール時のＮ2ガスの圧力とＧ
ａＮ膜中のアクセプタ濃度の関係を示したグラフであ
る。グラフの目盛りは両対数である。横軸がＮ2ガスの
圧力、縦軸がＧａＮ膜中のアクセプタ濃度を示す。
ａＮ膜中のアクセプタ濃度の関係を示したグラフであ
る。グラフの目盛りは両対数である。横軸がＮ2ガスの
圧力、縦軸がＧａＮ膜中のアクセプタ濃度を示す。
【００５９】図３のグラフから明かなように、ＧａＮ膜
のアクセプタ濃度は、アニール時の雰囲気圧力に大きく
依存し、圧力を上げる程アクセプタ濃度が上昇した。両
対数グラフ上で両者の関係はほぼ直線で示される。
のアクセプタ濃度は、アニール時の雰囲気圧力に大きく
依存し、圧力を上げる程アクセプタ濃度が上昇した。両
対数グラフ上で両者の関係はほぼ直線で示される。
【００６０】例えば、Ｎ2ガス圧が１ａｔｍより低い場
合は、アニール処理による活性化率の上昇はほとんど観
察されなかったが、Ｎ2ガス圧１ａｔｍでは、アクセプ
タ濃度は、１〜１．５×１０18ｃｍ-3となった。さら
に、Ｎ2ガス圧５ａｔｍの条件下では、アクセプタ濃度
は、１〜１．７×１０19ｃｍ-3であった。
合は、アニール処理による活性化率の上昇はほとんど観
察されなかったが、Ｎ2ガス圧１ａｔｍでは、アクセプ
タ濃度は、１〜１．５×１０18ｃｍ-3となった。さら
に、Ｎ2ガス圧５ａｔｍの条件下では、アクセプタ濃度
は、１〜１．７×１０19ｃｍ-3であった。
【００６１】アニール時のＮ2ガスの圧力を１ａｔｍ以
上とすることで、活性化率、即ちＧａＮ膜中のＭｇ不純
物濃度に対するアクセプタ濃度の比率を３〜５％とする
ことが可能となる。
上とすることで、活性化率、即ちＧａＮ膜中のＭｇ不純
物濃度に対するアクセプタ濃度の比率を３〜５％とする
ことが可能となる。
【００６２】アニール時のＮ2ガス圧を上げることで、
ＧａＮ膜に添加されたＭｇの電気的な活性化率を大きく
改善できる理由はあきらかではない。しかし、少なくと
も高いＮ2ガス圧は、アニール中に発生しやすいＧａＮ
膜からのＮの離脱を抑制し、Ｎの離脱による結晶構造の
崩れを防止するためと考えられる。
ＧａＮ膜に添加されたＭｇの電気的な活性化率を大きく
改善できる理由はあきらかではない。しかし、少なくと
も高いＮ2ガス圧は、アニール中に発生しやすいＧａＮ
膜からのＮの離脱を抑制し、Ｎの離脱による結晶構造の
崩れを防止するためと考えられる。
【００６３】なお、Ｎ2ガス以外の不活性ガスを用いる
場合も同様な効果が期待できる。
場合も同様な効果が期待できる。
【００６４】上述した第２の実施の形態においては、図
１（ｃ）に示すように封管方式の円筒状の石英管を用い
てアニール処理を行った例を示しているが、図２（ｂ）
に示すような石英管の一方のみが封じられている半封管
方式の円筒チャンバを用いてもよい。また、これ以外の
装置であって、加圧下で基板温度を７００℃以上に加熱
できるチャンバであってもよい。
１（ｃ）に示すように封管方式の円筒状の石英管を用い
てアニール処理を行った例を示しているが、図２（ｂ）
に示すような石英管の一方のみが封じられている半封管
方式の円筒チャンバを用いてもよい。また、これ以外の
装置であって、加圧下で基板温度を７００℃以上に加熱
できるチャンバであってもよい。
【００６５】（第３の実施の形態：ｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体の製造方法）上述した第１の実施の形態に
おける方法と第２の実施の形態における方法とを組み合
わせたアニール処理を行っても、窒化ガリウム系化合物
半導体に添加されたｐ型不純物の活性化率を上昇させる
効果が期待できる。即ち、ＭＯＣＶＤ法等を用いてｐ型
不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体を成膜
後、不活性ガス雰囲気の加圧下で、かつ不活性ガスをフ
ローさせながら、アニール処理を行うことで、膜中に添
加されているｐ型不純物を活性化する方法である。
化合物半導体の製造方法）上述した第１の実施の形態に
おける方法と第２の実施の形態における方法とを組み合
わせたアニール処理を行っても、窒化ガリウム系化合物
半導体に添加されたｐ型不純物の活性化率を上昇させる
効果が期待できる。即ち、ＭＯＣＶＤ法等を用いてｐ型
不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体を成膜
後、不活性ガス雰囲気の加圧下で、かつ不活性ガスをフ
ローさせながら、アニール処理を行うことで、膜中に添
加されているｐ型不純物を活性化する方法である。
【００６６】例えば、ＭＯＣＶＤ法等を用いてＭｇの不
純物が添加されたＧａＮ膜を形成した基板を、図１
（ｃ）に示すような、封管方式の石英管内に基板３０を
設置し、石英管１０内をＮ2で置換し、最終的に、容器
内を一気圧以上の一定気圧、例えば５気圧にする。供給
バルブと排気バルブを設定し、反応管容器内の圧力を維
持した状態で反応管の単位断面積あたり５ｃｃ／ｍｉｎ
以上の流量でＮ2ガスを流す。基板を７００℃まで加熱
し、７００℃に達したらその温度を約１０分間維持す
る。
純物が添加されたＧａＮ膜を形成した基板を、図１
（ｃ）に示すような、封管方式の石英管内に基板３０を
設置し、石英管１０内をＮ2で置換し、最終的に、容器
内を一気圧以上の一定気圧、例えば５気圧にする。供給
バルブと排気バルブを設定し、反応管容器内の圧力を維
持した状態で反応管の単位断面積あたり５ｃｃ／ｍｉｎ
以上の流量でＮ2ガスを流す。基板を７００℃まで加熱
し、７００℃に達したらその温度を約１０分間維持す
る。
【００６７】このように、不活性ガスの流速効果と不活
性ガスによる加圧効果とを組み合わせたアニール処理を
行えば、高い活性化率を有するｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体を得ることができる。
性ガスによる加圧効果とを組み合わせたアニール処理を
行えば、高い活性化率を有するｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体を得ることができる。
【００６８】（第４の実施の形態：青色発光ダイオード
の作製）第４の実施の形態においては、上述した第１の
実施の形態に述べたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
用いた青色発光ダイオードの製造方法について説明す
る。
の作製）第４の実施の形態においては、上述した第１の
実施の形態に述べたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を
用いた青色発光ダイオードの製造方法について説明す
る。
【００６９】図４（ａ）〜図５（ｆ）は、青色発光ダイ
オードの各製造工程におけるデバイスの構造断面図であ
る。以下、これらの図面を参照しながら説明する。
オードの各製造工程におけるデバイスの構造断面図であ
る。以下、これらの図面を参照しながら説明する。
【００７０】まず、図４（ａ）に示すように、サファイ
ア基板６０上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて膜厚約１．８μ
ｍのノンドープのＧａＮ膜によるバッファ層７０を形成
する。
ア基板６０上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて膜厚約１．８μ
ｍのノンドープのＧａＮ膜によるバッファ層７０を形成
する。
【００７１】ＭＯＣＶＤ法の条件としては、例えば基板
温度を約１１００℃とし、雰囲気圧力を約１ａｔｍとす
る。反応ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）
とアンモニア（ＮＨ3）を用い、キャリヤガスとして
は、窒素（Ｎ2）と水素（Ｈ2）を用いる。各ガスの流量
は、ＴＭＧを１００ＳＣＣＭ、ＮＨ3を１０ＳＬＭ、Ｎ2
を５ＳＬＭ、Ｈ2を２０ＳＬＭとする。
温度を約１１００℃とし、雰囲気圧力を約１ａｔｍとす
る。反応ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）
とアンモニア（ＮＨ3）を用い、キャリヤガスとして
は、窒素（Ｎ2）と水素（Ｈ2）を用いる。各ガスの流量
は、ＴＭＧを１００ＳＣＣＭ、ＮＨ3を１０ＳＬＭ、Ｎ2
を５ＳＬＭ、Ｈ2を２０ＳＬＭとする。
【００７２】なお、バッファ層７０、および後述するｎ
型クラッド層８０、活性層９０、ｐ型注入層９０とｐ型
コンタクト層１００は、いずれもＭＯＣＶＤ法を用い作
製され、使用する主な反応ガスが共通するので、同一装
置を用い、同一チャンバ内で連続に成膜を行うことが工
程簡略化のために好ましい。
型クラッド層８０、活性層９０、ｐ型注入層９０とｐ型
コンタクト層１００は、いずれもＭＯＣＶＤ法を用い作
製され、使用する主な反応ガスが共通するので、同一装
置を用い、同一チャンバ内で連続に成膜を行うことが工
程簡略化のために好ましい。
【００７３】図４（ｂ）に示すように、バッファ層７０
の上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて膜厚約４μｍのＧａＮ膜
によるｎ型クラッド層８０を形成する。ｎ型クラッド層
８０の成膜条件は、ドーピングガスとして、流量１０Ｓ
ＣＣＭのモノシラン（ＳｉＨ4）ガスを反応ガスに加え
る他は、上述したバッファ層の成膜条件と変わらない。
の上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて膜厚約４μｍのＧａＮ膜
によるｎ型クラッド層８０を形成する。ｎ型クラッド層
８０の成膜条件は、ドーピングガスとして、流量１０Ｓ
ＣＣＭのモノシラン（ＳｉＨ4）ガスを反応ガスに加え
る他は、上述したバッファ層の成膜条件と変わらない。
【００７４】次に、図４（ｃ）に示すように、ｎ型クラ
ッド層８０上にＭＯＣＶＤ法を用いて膜厚約０．２μｍ
のＩｎＧａＮ膜からなる活性層９０を形成する。
ッド層８０上にＭＯＣＶＤ法を用いて膜厚約０．２μｍ
のＩｎＧａＮ膜からなる活性層９０を形成する。
【００７５】活性層９０の成膜条件は、基板温度を約７
８０℃、雰囲気圧力を約１Ｐａとする。反応ガスとし
て、ＴＭＧとＮＨ3に、トリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）、ジメチルジンク（ＤＭＺ）、さらにモノシランガ
スを加える。キャリヤガスとしては、窒素（Ｎ2）と水
素（Ｈ2）を用いる。
８０℃、雰囲気圧力を約１Ｐａとする。反応ガスとし
て、ＴＭＧとＮＨ3に、トリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）、ジメチルジンク（ＤＭＺ）、さらにモノシランガ
スを加える。キャリヤガスとしては、窒素（Ｎ2）と水
素（Ｈ2）を用いる。
【００７６】各ガスの流量は、ＴＭＧを１２ＳＣＣＭ、
ＮＨ3を１０ＳＬＭ、ＴＭＩを１５０ＳＣＣＭ、ＤＭＺ
を２０ＳＣＣＭ、Ｎ2を５ＳＬＭ、Ｈ2を２０ＳＬＭとす
る。なお、モノシランガスとＤＭＺの流量は、実質的に
活性層がｉ層となるように調整する。
ＮＨ3を１０ＳＬＭ、ＴＭＩを１５０ＳＣＣＭ、ＤＭＺ
を２０ＳＣＣＭ、Ｎ2を５ＳＬＭ、Ｈ2を２０ＳＬＭとす
る。なお、モノシランガスとＤＭＺの流量は、実質的に
活性層がｉ層となるように調整する。
【００７７】続けて、図５（ｄ）に示すように、活性層
９０上に、膜厚約０．３μｍのＧａＮ膜によるｐ型クラ
ッド層１００を形成する。このｐ型クラッド層１００
は、上述した第１の実施の形態に基づく製造方法を用い
て形成する。即ち、ＭＯＣＶＤ法を用いてＭｇが約１×
１０20ｃｍ-3添加されたＧａＮ膜を形成する。
９０上に、膜厚約０．３μｍのＧａＮ膜によるｐ型クラ
ッド層１００を形成する。このｐ型クラッド層１００
は、上述した第１の実施の形態に基づく製造方法を用い
て形成する。即ち、ＭＯＣＶＤ法を用いてＭｇが約１×
１０20ｃｍ-3添加されたＧａＮ膜を形成する。
【００７８】この時の成膜条件は、例えば基板温度を約
１０００℃〜１２００℃とし、雰囲気圧力を１ａｔｍと
する。反応ガスとしては、ＴＭＧ、ＮＨ3を用い、ドー
パントガスとして、Ｃｐ2Ｍｇを、キャリヤガスとして
は、窒素（Ｎ2）と水素（Ｈ2）を用いる。各ガスの流量
は、ＴＭＧを１００ＳＣＣＭ、ＮＨ３を１０ＳＬＭ、Ｃ
ｐ2Ｍｇを５０ＳＣＣＭ、Ｎ2を５ＳＬＭ、Ｈ2を２０Ｓ
ＬＭとする。
１０００℃〜１２００℃とし、雰囲気圧力を１ａｔｍと
する。反応ガスとしては、ＴＭＧ、ＮＨ3を用い、ドー
パントガスとして、Ｃｐ2Ｍｇを、キャリヤガスとして
は、窒素（Ｎ2）と水素（Ｈ2）を用いる。各ガスの流量
は、ＴＭＧを１００ＳＣＣＭ、ＮＨ３を１０ＳＬＭ、Ｃ
ｐ2Ｍｇを５０ＳＣＣＭ、Ｎ2を５ＳＬＭ、Ｈ2を２０Ｓ
ＬＭとする。
【００７９】成膜後、ＭＯＣＶＤ用チャンバから基板を
取り出し、アニール装置に移設する。使用するアニール
装置は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示したような円筒形
石英チャンバを用いることができるが、これ以外の矩形
断面を有するチャンバや、石英以外の材質、例えばステ
ンレス（ＳＵＳ）性のチャンバ等であっても構わない。
取り出し、アニール装置に移設する。使用するアニール
装置は、図１（ａ）〜図１（ｃ）に示したような円筒形
石英チャンバを用いることができるが、これ以外の矩形
断面を有するチャンバや、石英以外の材質、例えばステ
ンレス（ＳＵＳ）性のチャンバ等であっても構わない。
【００８０】アニール装置内を十分にＮ2で置換した
後、基板表面に平行に流れる所定流量のＮ2を供給す
る。例えばガスの流れの方向に対し垂直に切断する面の
単位面積（１ｃｍ2）あたりのガス流量を好ましくは１
ｃｃ／ｍｉｎ以上となるようにＮ2を供給する。Ｎ2を流
しながら基板温度を約７００℃まで上げ、この温度で約
１０分以上維持する。
後、基板表面に平行に流れる所定流量のＮ2を供給す
る。例えばガスの流れの方向に対し垂直に切断する面の
単位面積（１ｃｍ2）あたりのガス流量を好ましくは１
ｃｃ／ｍｉｎ以上となるようにＮ2を供給する。Ｎ2を流
しながら基板温度を約７００℃まで上げ、この温度で約
１０分以上維持する。
【００８１】アニール処理後のＧａＮ膜のアクセプタ濃
度は、１０19ｃｍ-3以上となり電極とオーミックなコン
タクトを得ることが可能となり、コンタクト層としても
利用することができる。
度は、１０19ｃｍ-3以上となり電極とオーミックなコン
タクトを得ることが可能となり、コンタクト層としても
利用することができる。
【００８２】なお、クラッド層とコンタクト層をそれぞ
れ独立に形成することも可能である。この場合において
は、アニール処理後のクラッド層のアクセプタ濃度が、
１０17ｃｍ-3以上好ましくは１０18ｃｍ-3以上となるよ
うに、またコンタクト層のアクセプタ濃度が１０19ｃｍ
-3以上となるように、それぞれ調整するとよい。
れ独立に形成することも可能である。この場合において
は、アニール処理後のクラッド層のアクセプタ濃度が、
１０17ｃｍ-3以上好ましくは１０18ｃｍ-3以上となるよ
うに、またコンタクト層のアクセプタ濃度が１０19ｃｍ
-3以上となるように、それぞれ調整するとよい。
【００８３】図５（ｅ）に示すように、電極形成のた
め、ｐ型クラッド１００と活性層９０およびｎ型クラッ
ド層８０の一部の層をエッチングし、ｎ型クラッド層８
０の面を露出させる。このためには、窒化ガリウム系化
合物半導体の層構造の上に通常のフォトリソグラフィ工
程を用いて、ＳｉＯ2膜等によるマスクパターンを形成
し、これをエッチングマスクとして、Ｃｌ2やＢＣｌ3等
を加えたガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）法で、エッチングを行うと良い。
め、ｐ型クラッド１００と活性層９０およびｎ型クラッ
ド層８０の一部の層をエッチングし、ｎ型クラッド層８
０の面を露出させる。このためには、窒化ガリウム系化
合物半導体の層構造の上に通常のフォトリソグラフィ工
程を用いて、ＳｉＯ2膜等によるマスクパターンを形成
し、これをエッチングマスクとして、Ｃｌ2やＢＣｌ3等
を加えたガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩ
Ｅ）法で、エッチングを行うと良い。
【００８４】図５（ｆ）に示すように、ｐ型クラッド層
１００、およびｎ型クラッド層８０の各露出表面上に電
極１１０と電極１２０をそれぞれ形成する。
１００、およびｎ型クラッド層８０の各露出表面上に電
極１１０と電極１２０をそれぞれ形成する。
【００８５】ｐ型クラッド層１００上の電極１１０は、
スパッタリング法を用いて膜厚約２０ｎｍのニッケル
（Ｎｉ）膜と膜厚約４００ｎｍの金（Ａｕ）からなるＮ
ｉ／Ａｕ膜を形成し、これをフォトリソグラフィ工程を
用いてパターニングすることにより得られる。ｎ型クラ
ッド層８０上の電極１２０も、同様にスパッタリング法
を用いて膜厚約２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜と膜厚約４
００ｎｍの金（Ａｕ）からなるＴｉ／Ａｕ膜を形成し、
フォトリソグラフィ工程を用いてパターニングすること
により得られる。
スパッタリング法を用いて膜厚約２０ｎｍのニッケル
（Ｎｉ）膜と膜厚約４００ｎｍの金（Ａｕ）からなるＮ
ｉ／Ａｕ膜を形成し、これをフォトリソグラフィ工程を
用いてパターニングすることにより得られる。ｎ型クラ
ッド層８０上の電極１２０も、同様にスパッタリング法
を用いて膜厚約２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜と膜厚約４
００ｎｍの金（Ａｕ）からなるＴｉ／Ａｕ膜を形成し、
フォトリソグラフィ工程を用いてパターニングすること
により得られる。
【００８６】さらに、基板表面上にＳｉＯ2膜等のパッ
シベーション膜を形成すれば、発光素子構造が完成す
る。
シベーション膜を形成すれば、発光素子構造が完成す
る。
【００８７】以上の製造工程を経て完成された図５
（ｆ）に示す発光素子は、バンドギャップの小さい活性
層をバンドギャップが大きいｐ型クラッド層とｎ型クラ
ッド層で挟んだいわゆるＤＨ型構造の青色発光ダイオー
ドであるが、発光ダイオードの構造は、これに限られな
い。
（ｆ）に示す発光素子は、バンドギャップの小さい活性
層をバンドギャップが大きいｐ型クラッド層とｎ型クラ
ッド層で挟んだいわゆるＤＨ型構造の青色発光ダイオー
ドであるが、発光ダイオードの構造は、これに限られな
い。
【００８８】例えば図６に示すような、ＰＮ接合型青色
発光ダイオードを形成してもよい。ＰＮ接合型青色発光
ダイオードは、サファイア基板２００上にＧａＮ系半導
体層によるバッファ層２１０が形成され、バッファ層２
１０上にｎ型ＧａＮ層２２０とｐ型ＧａＮ層２３０から
なるｐｎ接合が形成される。積層膜の一部はエッチング
され、ｎ型ＧａＮ層２２０が一部露出され、ｎ型ＧａＮ
層２２０とｐ型ＧａＮ層２３０の各層上にそれぞれ電極
２４０と電極２５０が形成される。
発光ダイオードを形成してもよい。ＰＮ接合型青色発光
ダイオードは、サファイア基板２００上にＧａＮ系半導
体層によるバッファ層２１０が形成され、バッファ層２
１０上にｎ型ＧａＮ層２２０とｐ型ＧａＮ層２３０から
なるｐｎ接合が形成される。積層膜の一部はエッチング
され、ｎ型ＧａＮ層２２０が一部露出され、ｎ型ＧａＮ
層２２０とｐ型ＧａＮ層２３０の各層上にそれぞれ電極
２４０と電極２５０が形成される。
【００８９】バッファ層２１０は上述したＤＨ型発光ダ
イオードのバッファ層７０と同様な方法で、ｎ型ＧａＮ
層２２０とｐ型ＧａＮ層２３０はＤＨ型発光ダイオード
のｎ型クラッド層８０とｐ型クラッド層１００と同様な
方法で、電極２４０と電極２５０は、ＤＨ型発光ダイオ
ードの電極１２０、１１０と同様な方法でそれぞれ形成
することができる。
イオードのバッファ層７０と同様な方法で、ｎ型ＧａＮ
層２２０とｐ型ＧａＮ層２３０はＤＨ型発光ダイオード
のｎ型クラッド層８０とｐ型クラッド層１００と同様な
方法で、電極２４０と電極２５０は、ＤＨ型発光ダイオ
ードの電極１２０、１１０と同様な方法でそれぞれ形成
することができる。
【００９０】以上に、ｐ型クラッド層を第１の実施の形
態におけるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法
を用いて作製する青色発光ダイオードの製造方法の例に
ついて述べたが、同様に、ｐ型クラッド層を第２の実施
の形態、若しくは第３の実施の形態における製造方法を
用いて作製することも可能である。いずれの製造方法を
用いても、活性化率の高い低抵抗なｐ型クラッド層が形
成できる。勿論ｐ型コンタクト層も同様に形成可能であ
る。
態におけるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法
を用いて作製する青色発光ダイオードの製造方法の例に
ついて述べたが、同様に、ｐ型クラッド層を第２の実施
の形態、若しくは第３の実施の形態における製造方法を
用いて作製することも可能である。いずれの製造方法を
用いても、活性化率の高い低抵抗なｐ型クラッド層が形
成できる。勿論ｐ型コンタクト層も同様に形成可能であ
る。
【００９１】（第５の実施の形態：半導体レーザの作
製）第５の実施の形態においては、上述した第１〜第３
の実施の形態に述べた製造方法で作製するｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体を用いた半導体レーザについて説明
する。
製）第５の実施の形態においては、上述した第１〜第３
の実施の形態に述べた製造方法で作製するｐ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体を用いた半導体レーザについて説明
する。
【００９２】図７は、第５の実施の形態における半導体
レーザの一構造例を示す断面図である。
レーザの一構造例を示す断面図である。
【００９３】同図に示すように、板厚約７０μｍのサフ
ァイア基板３００上に、膜厚約５０ｎｍのバッファ層３
１０、約４μｍのｎ型コンタクト層３２０、約０．３μ
ｍのｎ型半導体層３３０、約０．２μｍのｎ型クラッド
層３４０、約５０ｎｍの活性層３５０、約０．２μｍの
ｐ型クラッド層３６０、０．３μｍのｐ型半導体層３７
０、約０．９μｍのｐ型半導体層３８０、約０．１μｍ
のｐ型コンタクト層３９０がこの順番に積層されてい
る。これらの積層はいずれも窒化ガリウム系化合物半導
体層である。
ァイア基板３００上に、膜厚約５０ｎｍのバッファ層３
１０、約４μｍのｎ型コンタクト層３２０、約０．３μ
ｍのｎ型半導体層３３０、約０．２μｍのｎ型クラッド
層３４０、約５０ｎｍの活性層３５０、約０．２μｍの
ｐ型クラッド層３６０、０．３μｍのｐ型半導体層３７
０、約０．９μｍのｐ型半導体層３８０、約０．１μｍ
のｐ型コンタクト層３９０がこの順番に積層されてい
る。これらの積層はいずれも窒化ガリウム系化合物半導
体層である。
【００９４】図６に示した発光ダイオードの場合と同様
に、窒化ガリウム系化合物半導体によるこれらの積層
は、その一部をｎ型コンタクト層３２０が露出するよう
にエッチングされている。このｎ型コンタクト層３２０
の露出面上には、下側からＴｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｕの順
に積層された電極４２０が形成されている。なお、各層
の膜厚は、下側より２００μｍ、４００ｎｍ、２００μ
ｍ、１μｍである。
に、窒化ガリウム系化合物半導体によるこれらの積層
は、その一部をｎ型コンタクト層３２０が露出するよう
にエッチングされている。このｎ型コンタクト層３２０
の露出面上には、下側からＴｉ、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｕの順
に積層された電極４２０が形成されている。なお、各層
の膜厚は、下側より２００μｍ、４００ｎｍ、２００μ
ｍ、１μｍである。
【００９５】また、ｐ型コンタクト層３９０上には、Ｓ
ｉＯ2膜４００が形成され、このＳｉＯ２膜４００上に
下よりプラチナ（Ｐｔ）、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔｉの順で積層
された電極４１０が形成されている。なお、各層の膜厚
は、下層より順に２００μｍ、４００ｎｍ、２００μ
ｍ、１μｍである。この電極４１０はＳｉＯ2膜４００
に形成された開口を介してｐ型コンタクト層３９０に接
続されている。
ｉＯ2膜４００が形成され、このＳｉＯ２膜４００上に
下よりプラチナ（Ｐｔ）、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔｉの順で積層
された電極４１０が形成されている。なお、各層の膜厚
は、下層より順に２００μｍ、４００ｎｍ、２００μ
ｍ、１μｍである。この電極４１０はＳｉＯ2膜４００
に形成された開口を介してｐ型コンタクト層３９０に接
続されている。
【００９６】活性層３５０としては、量子井戸構造のＩ
ｎ(X)Ｇａ(1-x)Ｎ化合物半導体を用いることができる。
例えば、膜厚約２．５ｎｍ、x＝０．０５であるＩｎ(0.
05)Ｇａ(0.95)の層と膜厚約２．５ｎｍ、x＝０．２０で
あるＩｎ(0.2)Ｇａ(0.8)の層とを交互に２０周期積層し
た、多層量子井戸構造とすることができる。
ｎ(X)Ｇａ(1-x)Ｎ化合物半導体を用いることができる。
例えば、膜厚約２．５ｎｍ、x＝０．０５であるＩｎ(0.
05)Ｇａ(0.95)の層と膜厚約２．５ｎｍ、x＝０．２０で
あるＩｎ(0.2)Ｇａ(0.8)の層とを交互に２０周期積層し
た、多層量子井戸構造とすることができる。
【００９７】ｐ型、若しくはｎ型の各層のキャリヤ濃度
は、例えば、ｎ型コンタクト層３２０は約２×１０18ｃ
ｍ-3、ｎ型半導体層３３０は約５×１０17ｃｍ-3、ｎ型
クラッド層３４０は約５×１０17ｃｍ-3、ｐ型クラッド
層３６０は約５×１０17ｃｍ-3、ｐ型半導体層３７０は
約５×１０17ｃｍ-3、ｐ型半導体層３８０は約３×１０
18ｃｍ-3、ｐ型コンタクト層３９０は２×１０19ｃｍ-3
とすることができる。
は、例えば、ｎ型コンタクト層３２０は約２×１０18ｃ
ｍ-3、ｎ型半導体層３３０は約５×１０17ｃｍ-3、ｎ型
クラッド層３４０は約５×１０17ｃｍ-3、ｐ型クラッド
層３６０は約５×１０17ｃｍ-3、ｐ型半導体層３７０は
約５×１０17ｃｍ-3、ｐ型半導体層３８０は約３×１０
18ｃｍ-3、ｐ型コンタクト層３９０は２×１０19ｃｍ-3
とすることができる。
【００９８】上述するように半導体レーザの構造は、第
４の実施の形態において述べた発光ダイオードの構造と
相違するが、各半導体素子を構成するｎ型、およびｐ型
の窒化ガリウム系化合物半導体の各層の製造方法は、第
４の実施の形態において説明したＭＯＣＶＤ法を用いた
各層の製造方法とほぼ共通するものである。
４の実施の形態において述べた発光ダイオードの構造と
相違するが、各半導体素子を構成するｎ型、およびｐ型
の窒化ガリウム系化合物半導体の各層の製造方法は、第
４の実施の形態において説明したＭＯＣＶＤ法を用いた
各層の製造方法とほぼ共通するものである。
【００９９】特に、上述する半導体レーザにおいては、
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層であるｐ型クラッド
層３６０とｐ型半導体層３７０、３８０およびｐ型コン
タクト層３９０は、第１〜第３の実施の形態におけるい
ずれの製造方法を用いても作製することが可能である。
ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層であるｐ型クラッド
層３６０とｐ型半導体層３７０、３８０およびｐ型コン
タクト層３９０は、第１〜第３の実施の形態におけるい
ずれの製造方法を用いても作製することが可能である。
【０１００】以上、実施例に沿って本発明を説明した
が、本発明は、これらに制限されるものではない。例え
ば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。
が、本発明は、これらに制限されるものではない。例え
ば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当
業者に自明であろう。
【０１０１】
【発明の効果】本発明によれば、気相成長法を用いてｐ
型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体膜を形
成する成膜工程後、前記窒化ガリウム系化合物半導体膜
を不活性ガスを一定流速で流しながらアニール処理を行
うことにより、従来のように加熱のみによるアニール処
理の場合に比較し、膜中のｐ型不純物の活性化率を大き
く改善させることが可能となる。
型不純物を添加した窒化ガリウム系化合物半導体膜を形
成する成膜工程後、前記窒化ガリウム系化合物半導体膜
を不活性ガスを一定流速で流しながらアニール処理を行
うことにより、従来のように加熱のみによるアニール処
理の場合に比較し、膜中のｐ型不純物の活性化率を大き
く改善させることが可能となる。
【０１０２】又、不活性ガスの加圧条件下においてアニ
ールを行うことによっても、同様に膜中のｐ型不純物の
活性化率を改善させることができる。
ールを行うことによっても、同様に膜中のｐ型不純物の
活性化率を改善させることができる。
【０１０３】活性化率を改善することにより、より結晶
欠陥等が少なく低抵抗なｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層を形成することが可能となる。
欠陥等が少なく低抵抗なｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層を形成することが可能となる。
【０１０４】また、本発明の製造方法で作製したｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体層をｐ型クラッド層やｐ型コ
ンタクト層として利用することにより、消費電力が小さ
く、発光強度の強い青色発光ダイオードや半導体レーザ
等の発光素子を提供することができる。
化ガリウム系化合物半導体層をｐ型クラッド層やｐ型コ
ンタクト層として利用することにより、消費電力が小さ
く、発光強度の強い青色発光ダイオードや半導体レーザ
等の発光素子を提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態において使用するアニール
装置の例を示す概略装置断面図である。
装置の例を示す概略装置断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるアニール時
に供給するガス流量の効果を説明するためのグラフであ
る。
に供給するガス流量の効果を説明するためのグラフであ
る。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるアニール時
に行う加圧の効果を説明するためのグラフである。
に行う加圧の効果を説明するためのグラフである。
【図４】本発明の第４の実施の形態におけるＤＨ型青色
発光ダイオードの製造工程を示す各工程における断面図
である。
発光ダイオードの製造工程を示す各工程における断面図
である。
【図５】本発明の第４の実施の形態におけるＤＨ型青色
発光ダイオードの製造工程を示す各工程における素子の
断面図である。
発光ダイオードの製造工程を示す各工程における素子の
断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態におけるＰＮ接合型
青色発光ダイオードの構造を示す素子断面図である。
青色発光ダイオードの構造を示す素子断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態における半導体レー
ザの構造を示す素子断面図である。
ザの構造を示す素子断面図である。
１０・・・開管方式石英管、 ２０・・・加熱炉 ３０・・・基板 ４０・・・半封管方式石英管 ５０・・・封管方式石英管 ６０・・・サファイア基板 ７０・・・バッファ層 ８０・・・ｎ型クラッド層 ９０・・・活性層 １００・・ｐ型クラッド層 １１０・・電極 １２０・・電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 秀人 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 (72)発明者 磯本 建次 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内
Claims (19)
- 【請求項１】 気相成長法を用いてｐ型不純物が添加さ
れた窒化ガリウム系半導体膜を形成する成膜工程後、 前記窒化ガリウム系化合物半導体膜の膜表面に平行な流
れを有する一定流量の不活性ガスを供給しながら、前記
窒化ガリウム系化合物半導体膜を４００℃以上に加熱す
るアニール処理工程を有し、 不活性ガスの前記一定流量が、前記窒化ガリウム系化合
物半導体膜中に添加されたｐ型不純物の１％より多くを
活性化するように設定されるｐ型窒化ガリウム系化合物
半導体の製造方法。 - 【請求項２】 気相成長法を用いてｐ型不純物が添加さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体膜を形成する成膜工程
後、 前記窒化ガリウム系化合物半導体膜の膜表面に平行な流
れを有する一定流量の不活性ガスを供給しながら、前記
窒化ガリウム系化合物半導体膜を７００℃以上に加熱す
るアニール処理工程を有し、 不活性ガスの前記一定流量が、前記窒化ガリウム系化合
物半導体膜中に添加されたｐ型不純物の５％以上を活性
化するように設定されるｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体の製造方法。 - 【請求項３】 不活性ガスの前記一定流量が、 前記不活性ガスの流れに対し垂直な単位断面積（１ｃｍ
2）あたり、０．５ｃｃ／ｍｉｎ以上である請求項２に
記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項４】 不活性ガスの前記一定流量が、 平均線速度５ｍｍ／ｍｉｎ以上の流速となるように設定
される請求項２に記載のｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体の製造方法。 - 【請求項５】 気相成長法を用いてｐ型不純物が添加さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体膜を形成する成膜工程
後、 前記窒化ガリウム系化合物半導体膜を、１気圧以上に加
圧した不活性ガス雰囲気中で４００℃以上に加熱するア
ニール処理工程を有し、 前記不活性ガス雰囲気の圧力が、前記窒化ガリウム系化
合物半導体膜中に添加されたｐ型不純物の１％より多く
を活性化するように設定されるｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体の製造方法。 - 【請求項６】 気相成長法を用いてｐ型不純物が添加さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体膜を形成する成膜工程
後、 前記窒化ガリウム系化合物半導体膜を、１気圧以上に加
圧した不活性ガス雰囲気中で７００℃以上に加熱するア
ニール処理工程を有し、 前記不活性ガス雰囲気の圧力が、前記窒化ガリウム系化
合物半導体膜中に添加されたｐ型不純物の５％以上を活
性化するように設定されるｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体の製造方法。 - 【請求項７】 前記不活性ガスが、窒素である請求項１
から請求項６のいずれか１に記載のｐ型窒化ガリウム系
化合物半導体の製造方法。 - 【請求項８】 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純
物が添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を、 前記窒化ガリウム系化合物半導体膜の膜表面に平行に流
れる不活性ガスを供給しながら４００℃以上でアニール
処理することにより得られた、前記ｐ型不純物の活性化
率が１％より高い値であるｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体。 - 【請求項９】 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純
物が添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を、 前記窒化ガリウム系化合物半導体膜の膜表面に平行に流
れる不活性ガスを供給しながら７００℃以上でアニール
処理することにより得られた、前記ｐ型不純物の活性化
率が５％以上の値であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体。 - 【請求項１０】 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不
純物が添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を、 １気圧以上に加圧した不活性ガス雰囲気中、４００℃以
上でアニール処理することにより得られた、前記ｐ型不
純物の活性化率が１％より高い値であるｐ型窒化ガリウ
ム系化合物半導体。 - 【請求項１１】 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不
純物が添加された窒化ガリウム系化合物半導体膜を、 １気圧以上に加圧した不活性ガス雰囲気中、７００℃以
上でアニール処理することにより得られた、前記ｐ型不
純物の活性化率が５％以上の値であるｐ型窒化ガリウム
系化合物半導体。 - 【請求項１２】 ｎ型不純物が添加された第１窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、 前記第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された
実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に
形成されたｐ型不純物が添加された第２窒化ガリウム系
化合物半導体層とを有する青色発光素子において、 前記第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が添加された
窒化ガリウム系化合物半導体膜を、前記窒化ガリウム系
化合物半導体膜の膜表面に平行に流れる不活性ガスを供
給しながら４００℃以上でアニール処理することにより
得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が１％より高い値
であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であることを特
徴とする青色発光素子。 - 【請求項１３】 ｎ型不純物が添加された第１窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、 前記第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された
実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に
形成されたｐ型不純物が添加された第２窒化ガリウム系
化合物半導体層とを有する青色発光素子において、 前記第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が添加された
窒化ガリウム系化合物半導体膜を、前記窒化ガリウム系
化合物半導体膜の膜表面に平行に流れる不活性ガスを供
給しながら７００℃以上でアニール処理することにより
得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が５％以上の値で
あるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であることを特徴
とする青色発光素子。 - 【請求項１４】 ｎ型不純物が添加された第１窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、 第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成されたｐ型
不純物が添加された第２窒化ガリウム系化合物半導体層
とを有する青色発光素子において、 前記第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が添加された
窒化ガリウム系化合物半導体膜を、前記窒化ガリウム系
化合物半導体膜の膜表面に平行に流れる不活性ガスを供
給しながら４００℃以上でアニール処理することにより
得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が１％より高い値
であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であることを特
徴とする青色発光素子。 - 【請求項１５】 ｎ型不純物が添加された第１窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、 前記第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された
ｐ型不純物が添加された第２窒化ガリウム系化合物半導
体層とを有する青色発光素子において、 前記第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が添加された
窒化ガリウム系化合物半導体膜を、前記窒化ガリウム系
化合物半導体膜の膜表面に平行に流れる不活性ガスを供
給しながら７００℃以上でアニール処理することにより
得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が５％以上の値で
あるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であることを特徴
とする青色発光素子。 - 【請求項１６】 ｎ型不純物が添加された第１窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、 前記第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された
実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に
形成されたｐ型不純物が添加された第２窒化ガリウム系
化合物半導体層とを有する青色発光素子において、 前記第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が添加された
窒化ガリウム系化合物半導体膜を、１気圧以上に加圧し
た不活性ガス雰囲気中、４００℃以上でアニール処理す
ることにより得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が１
％より高い値であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体で
あることを特徴とする青色発光素子。 - 【請求項１７】 ｎ型不純物が添加された第１窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、 前記第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された
実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記実質的にｉ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に
形成されたｐ型不純物が添加された第２窒化ガリウム系
化合物半導体層とを有する青色発光素子において、 前記第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が添加された
窒化ガリウム系化合物半導体膜を、１気圧以上に加圧し
た不活性ガス雰囲気中、７００℃以上でアニール処理す
ることにより得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が５
％以上の値であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であ
ることを特徴とする青色発光素子。 - 【請求項１８】 ｎ型不純物が添加された第１窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、 第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成されたｐ型
不純物が添加された第２窒化ガリウム系化合物半導体層
とを有する青色発光素子において、 前記第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が添加された
窒化ガリウム系化合物半導体膜を、１気圧以上に加圧し
た不活性ガス雰囲気中、４００℃以上でアニール処理す
ることにより得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が１
％より高い値であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体で
あることを特徴とする青色発光素子。 - 【請求項１９】 ｎ型不純物が添加された第１窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、 第１窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成されたｐ型
不純物が添加された第２窒化ガリウム系化合物半導体層
とを有する青色発光素子において、 前記第２窒化ガリウム系化合物半導体層が、 気相成長法を用いて形成した、ｐ型不純物が添加された
窒化ガリウム系化合物半導体膜を、１気圧以上に加圧し
た不活性ガス雰囲気中、７００℃以上でアニール処理す
ることにより得られた、前記ｐ型不純物の活性化率が５
％以上の値であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体であ
ることを特徴とする青色発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10050697A JPH10294490A (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体、その製造方法および青色発光素子 |
| US09/060,068 US6017807A (en) | 1997-04-17 | 1998-04-15 | P-type GaN compound semiconductor and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10050697A JPH10294490A (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体、その製造方法および青色発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10294490A true JPH10294490A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=14275840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10050697A Pending JPH10294490A (ja) | 1997-04-17 | 1997-04-17 | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体、その製造方法および青色発光素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6017807A (ja) |
| JP (1) | JPH10294490A (ja) |
Cited By (2)
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| JP2018125430A (ja) * | 2017-02-01 | 2018-08-09 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6017807A (en) | 2000-01-25 |
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