JPH1041549A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents
発光素子及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH1041549A JPH1041549A JP10480497A JP10480497A JPH1041549A JP H1041549 A JPH1041549 A JP H1041549A JP 10480497 A JP10480497 A JP 10480497A JP 10480497 A JP10480497 A JP 10480497A JP H1041549 A JPH1041549 A JP H1041549A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gallium nitride
- compound semiconductor
- based compound
- semiconductor layer
- type
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた
半導体デバイスで、活性層下の高濃度Ｎ型層の結晶性を
向上させるために、アンドープの単結晶ＧａＮ層を形成
することによるスループットの低下、および成長層の劣
化を解消する。 【解決手段】 発光素子は、基板１１上に形成されたＮ
型の窒化ガリウム系化合物半導体層１２〜１４と、この
Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成されたＰ
型の窒化ガリウム系化合物半導体層１６とを有し、Ｎ型
の窒化ガリウム系化合物半導体層は、不純物濃度が膜厚
に応じて基板側から増加する領域１３を有する。また、
その製造方法は、反応室内にて、基板上に第一窒化ガリ
ウム系化合物半導体層１２を形成する工程と、第一窒化
ガリウム系化合物半導体層表面上に前記ドーピングガス
としてシランを導入し、Ｎ型不純物がドープされた第二
Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１３を反応室内に導
入するシランの流入量を変化させることにより、その不
純物濃度を基板側から増加させて形成する。
半導体デバイスで、活性層下の高濃度Ｎ型層の結晶性を
向上させるために、アンドープの単結晶ＧａＮ層を形成
することによるスループットの低下、および成長層の劣
化を解消する。 【解決手段】 発光素子は、基板１１上に形成されたＮ
型の窒化ガリウム系化合物半導体層１２〜１４と、この
Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成されたＰ
型の窒化ガリウム系化合物半導体層１６とを有し、Ｎ型
の窒化ガリウム系化合物半導体層は、不純物濃度が膜厚
に応じて基板側から増加する領域１３を有する。また、
その製造方法は、反応室内にて、基板上に第一窒化ガリ
ウム系化合物半導体層１２を形成する工程と、第一窒化
ガリウム系化合物半導体層表面上に前記ドーピングガス
としてシランを導入し、Ｎ型不純物がドープされた第二
Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１３を反応室内に導
入するシランの流入量を変化させることにより、その不
純物濃度を基板側から増加させて形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光素子及びその製
造方法、特に発光ダイオード、半導体レーザ等の発光素
子の構造とその製造方法に関する。
造方法、特に発光ダイオード、半導体レーザ等の発光素
子の構造とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より発光素子の実用的な材料として
は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム
（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌ
Ｎ）等の窒化ガリウム系化合物半導体が知られている。
は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム
（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＧａＡｌ
Ｎ）等の窒化ガリウム系化合物半導体が知られている。
【０００３】これらの材料を用いて製造された発光デバ
イスの一例として以下、図７および８を用いて従来の発
光ダイオードの構造及びその製造方法、問題点について
説明する。
イスの一例として以下、図７および８を用いて従来の発
光ダイオードの構造及びその製造方法、問題点について
説明する。
【０００４】図７（ａ）はエピタキシャル成長によって
複数の成長層を形成した異種ヘテロ接合を有する発光ダ
イオードの断面図である。また図７（ｂ）は図７（ａ）
に示した発光ダイオードにおけるＮ型不純物のプロファ
イルを示しており、その横軸はＮ型不純物の不純物濃度
を示し、その縦軸は図７（ａ）に対応し、基板の下面か
らの距離を示している。
複数の成長層を形成した異種ヘテロ接合を有する発光ダ
イオードの断面図である。また図７（ｂ）は図７（ａ）
に示した発光ダイオードにおけるＮ型不純物のプロファ
イルを示しており、その横軸はＮ型不純物の不純物濃度
を示し、その縦軸は図７（ａ）に対応し、基板の下面か
らの距離を示している。
【０００５】図７（ａ）に示すように従来の発光ダイオ
ードは、サファイア、ＳｉＣ等よりなる基板１１１表面
上に、非結晶のＧａＮよりなるバッファ層１１２（第一
ＧａＮ層）、単結晶のＧａＮよりなるスペーサ層１１３
（第二ＧａＮ層）、高濃度にＮ型不純物がドープされた
高濃度Ｎ型層１１４（第三ＧａＮ層）、ＩｎＧａＮより
なる活性層１１５（ＩｎＧａＮ層）、Ｐ型不純物がドー
プされたＡｌＧａＮ層１１６、高濃度にＰ型不純物がド
ープされたＧａＮよりなるコンタクト層（第四ＧａＮ
層）１１７の各成長層が積層に構成されている。
ードは、サファイア、ＳｉＣ等よりなる基板１１１表面
上に、非結晶のＧａＮよりなるバッファ層１１２（第一
ＧａＮ層）、単結晶のＧａＮよりなるスペーサ層１１３
（第二ＧａＮ層）、高濃度にＮ型不純物がドープされた
高濃度Ｎ型層１１４（第三ＧａＮ層）、ＩｎＧａＮより
なる活性層１１５（ＩｎＧａＮ層）、Ｐ型不純物がドー
プされたＡｌＧａＮ層１１６、高濃度にＰ型不純物がド
ープされたＧａＮよりなるコンタクト層（第四ＧａＮ
層）１１７の各成長層が積層に構成されている。
【０００６】Ｎ型不純物の不純物濃度は、第三ＧａＮ層
においては、１〜５×１０18atoms・cm-3程度であり、
その他の層においてはＮ型不純物の不純物濃度はバック
グラウンドレベルである１×１０15atoms ・cm-3程度で
ある。またこれらの各成長層は、導入する気体の種類及
び温度を変化させることによりＭＯ−ＣＶＤ（MatalOrg
anic-Chemical Vapour Deposition）法等の気相成長法
により形成されている。上記の構成において第三ＧａＮ
層１１４は、摂氏１０００〜１１００度程度の反応室内
にて、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモ
ニア（ＮＨ3 ）及びＴＭＧａ（トリメチルガリウム）を
導入することにより第二ＧａＮ層１１３を形成した後、
これに連続して上記のガスを導入したままＳｉＨ4 （シ
ランガス）をさらに供給することにより、Ｎ型不純物を
高濃度にドープして形成する。尚、第二ＧａＮ層の膜厚
は０．０１μｍ以上、第三ＧａＮ層の膜厚は０．１μｍ
で形成するのが望ましい。
においては、１〜５×１０18atoms・cm-3程度であり、
その他の層においてはＮ型不純物の不純物濃度はバック
グラウンドレベルである１×１０15atoms ・cm-3程度で
ある。またこれらの各成長層は、導入する気体の種類及
び温度を変化させることによりＭＯ−ＣＶＤ（MatalOrg
anic-Chemical Vapour Deposition）法等の気相成長法
により形成されている。上記の構成において第三ＧａＮ
層１１４は、摂氏１０００〜１１００度程度の反応室内
にて、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモ
ニア（ＮＨ3 ）及びＴＭＧａ（トリメチルガリウム）を
導入することにより第二ＧａＮ層１１３を形成した後、
これに連続して上記のガスを導入したままＳｉＨ4 （シ
ランガス）をさらに供給することにより、Ｎ型不純物を
高濃度にドープして形成する。尚、第二ＧａＮ層の膜厚
は０．０１μｍ以上、第三ＧａＮ層の膜厚は０．１μｍ
で形成するのが望ましい。
【０００７】ところで第二ＧａＮ層１１３は本来、機能
的に必要な層ではない。すなわち機能的にはバッファ層
として形成する第一ＧａＮ層上に、Ｎ型不純物が高濃度
にドープされた第三ＧａＮ層が形成されていれば、発光
素子として所望の動作を果たす。しかしながら非結晶で
形成されるＧａＮ層表面上に、高濃度の単結晶ＧａＮ層
を形成しようとする場合には、例えば図４（ａ）、
（ｂ）に示すように、第一ＧａＮ層１１２表面上には、
ピンホール２１１が生じたり、ドーパンドを核としたＧ
ａＮ層の異常成長２１２が生じる場合がある。従って従
来の発光ダイオードにおいては、第一ＧａＮ層１１２表
面上には単結晶の第二ＧａＮ層１１３をスペーサ層とし
て形成し、続いてＮ型不純物が高濃度にドープされた第
四ＧａＮ層１１４を形成している。
的に必要な層ではない。すなわち機能的にはバッファ層
として形成する第一ＧａＮ層上に、Ｎ型不純物が高濃度
にドープされた第三ＧａＮ層が形成されていれば、発光
素子として所望の動作を果たす。しかしながら非結晶で
形成されるＧａＮ層表面上に、高濃度の単結晶ＧａＮ層
を形成しようとする場合には、例えば図４（ａ）、
（ｂ）に示すように、第一ＧａＮ層１１２表面上には、
ピンホール２１１が生じたり、ドーパンドを核としたＧ
ａＮ層の異常成長２１２が生じる場合がある。従って従
来の発光ダイオードにおいては、第一ＧａＮ層１１２表
面上には単結晶の第二ＧａＮ層１１３をスペーサ層とし
て形成し、続いてＮ型不純物が高濃度にドープされた第
四ＧａＮ層１１４を形成している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の窒
化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体デバイスで
は、発光層として機能する活性層下の高濃度Ｎ型層を形
成する際には、その結晶性を向上させるために、予めそ
の下面にスペーサ層としてアンドープの単結晶ＧａＮ層
を形成している。これらの各成長層の形成にはＭＯ−Ｃ
ＶＤ法等の気相成長法が用いられるが、成長速度が遅
く、本来、機能的に必要の無い層を形成するために、ス
ループットが低下することとなる。また機能的に必要の
無い層を形成することにより、発光素子の全体の膜厚も
増加することになる。膜厚が厚くなると、格子不接合に
よって、各成長層の歪量が増加することにもなり、機能
的に必要な成長層の劣化を招くことにもなる。
化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体デバイスで
は、発光層として機能する活性層下の高濃度Ｎ型層を形
成する際には、その結晶性を向上させるために、予めそ
の下面にスペーサ層としてアンドープの単結晶ＧａＮ層
を形成している。これらの各成長層の形成にはＭＯ−Ｃ
ＶＤ法等の気相成長法が用いられるが、成長速度が遅
く、本来、機能的に必要の無い層を形成するために、ス
ループットが低下することとなる。また機能的に必要の
無い層を形成することにより、発光素子の全体の膜厚も
増加することになる。膜厚が厚くなると、格子不接合に
よって、各成長層の歪量が増加することにもなり、機能
的に必要な成長層の劣化を招くことにもなる。
【０００９】従って本発明は上記のような問題点を踏ま
え、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光デバイス
を製造する際のスループットの向上と品質を向上させる
ための新規な製造とその製造方法を提供することを目的
とする。
え、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光デバイス
を製造する際のスループットの向上と品質を向上させる
ための新規な製造とその製造方法を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる発光素子
によれば、基板上に形成されたＮ型の窒化ガリウム系化
合物半導体層と、前記Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導
体層上に形成されたＰ型の窒化ガリウム系化合物半導体
層とを有し、前記Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層
は、不純物濃度が膜厚に応じて前記基板側から増加する
領域を有することを特徴とする。
によれば、基板上に形成されたＮ型の窒化ガリウム系化
合物半導体層と、前記Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導
体層上に形成されたＰ型の窒化ガリウム系化合物半導体
層とを有し、前記Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層
は、不純物濃度が膜厚に応じて前記基板側から増加する
領域を有することを特徴とする。
【００１１】また、本発明にかかる発光素子によれば、
基板と、第一のＮ型不純物の不純物濃度から第二のＮ型
不純物の不純物濃度まで増加して前記基板上に形成され
た第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記第二
のＮ型不純物の不純物濃度を有し前記第一Ｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層上に形成された第二Ｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、前記第二Ｎ型窒化ガリウム系
化合物半導体層上に形成されたＰ型窒化ガリウム系半導
体層とを有する。
基板と、第一のＮ型不純物の不純物濃度から第二のＮ型
不純物の不純物濃度まで増加して前記基板上に形成され
た第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記第二
のＮ型不純物の不純物濃度を有し前記第一Ｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層上に形成された第二Ｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、前記第二Ｎ型窒化ガリウム系
化合物半導体層上に形成されたＰ型窒化ガリウム系半導
体層とを有する。
【００１２】第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の
Ｎ型不純物の不純物濃度の変化は膜厚に応じて指数関数
的、直線的、飽和曲線的、ステップ状のいずれかの態様
で変化することが好ましい。
Ｎ型不純物の不純物濃度の変化は膜厚に応じて指数関数
的、直線的、飽和曲線的、ステップ状のいずれかの態様
で変化することが好ましい。
【００１３】第一及び第二のＮ型不純物の不純物濃度
は、１×１０13atoms ・cm-3乃至１×１０23atoms ・cm
-3の範囲内にあり、また、第一Ｎ型窒化ガリウム系化合
物半導体層の膜厚は０．０１乃至２．００μｍの範囲内
であると良い。
は、１×１０13atoms ・cm-3乃至１×１０23atoms ・cm
-3の範囲内にあり、また、第一Ｎ型窒化ガリウム系化合
物半導体層の膜厚は０．０１乃至２．００μｍの範囲内
であると良い。
【００１４】また、本発明にかかる発光素子は、基板
と、前記基板表面上に形成され第一の不純物濃度を有す
る第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記第一
Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上に形成され、
膜厚に応じて前記第一の不純物濃度から第二の不純物濃
度まで増加する第二Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
と、前記第二Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上
に形成され、前記第二の不純物濃度を有する第三Ｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体層と、前記第三Ｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層上に形成されたＰ型窒化ガリウム
系化合物半導体層とを有することを特徴とする。
と、前記基板表面上に形成され第一の不純物濃度を有す
る第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、前記第一
Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上に形成され、
膜厚に応じて前記第一の不純物濃度から第二の不純物濃
度まで増加する第二Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
と、前記第二Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上
に形成され、前記第二の不純物濃度を有する第三Ｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体層と、前記第三Ｎ型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層上に形成されたＰ型窒化ガリウム
系化合物半導体層とを有することを特徴とする。
【００１５】さらに本発明にかかる発光素子は、基板
と、この基板上にエピタキシャル成長により形成され、
前記基板側から不純物濃度が増加して形成された第一成
長層と、前記第一成長層上にエピタキシャル成長により
形成され、異種ヘテロ接合を有する第二成長層とを有す
ることを特徴とする。
と、この基板上にエピタキシャル成長により形成され、
前記基板側から不純物濃度が増加して形成された第一成
長層と、前記第一成長層上にエピタキシャル成長により
形成され、異種ヘテロ接合を有する第二成長層とを有す
ることを特徴とする。
【００１６】また、本発明にかかる発光素子は、基板上
に形成されたＰ型窒化ガリウム系化合物半導体層を少な
くとも一層有し、前記Ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導
体層は、不純物濃度が膜厚に応じて前記基板から増加す
る領域を有することを特徴とする。
に形成されたＰ型窒化ガリウム系化合物半導体層を少な
くとも一層有し、前記Ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導
体層は、不純物濃度が膜厚に応じて前記基板から増加す
る領域を有することを特徴とする。
【００１７】さらに、本発明にかかる発光素子は、基板
と、第一のＰ型不純物濃度から第二のＰ型不純物濃度ま
で増加して前記第二のＰ型不純物濃度まで増加して前記
基板上に形成された第一のＰ型窒化ガリウム系化合物半
導体層と、前記第二のＰ型不純物の不純物濃度を有し前
記第一Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成され
た第二Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とを有するこ
とを特徴とする発光素子。
と、第一のＰ型不純物濃度から第二のＰ型不純物濃度ま
で増加して前記第二のＰ型不純物濃度まで増加して前記
基板上に形成された第一のＰ型窒化ガリウム系化合物半
導体層と、前記第二のＰ型不純物の不純物濃度を有し前
記第一Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成され
た第二Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層とを有するこ
とを特徴とする発光素子。
【００１８】前記第一Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
層のＰ型不純物の不純物濃度は膜厚に応じて直線的、指
数関数的、飽和曲線的、ステップ状に変化していること
が好ましい。前記第一及び第二のＰ型不純物濃度は、１
×１０13〜１×１０23の範囲内にあり、前記第一Ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体層の膜厚は、０．０１乃至
２．００μｍの範囲であると良い。
層のＰ型不純物の不純物濃度は膜厚に応じて直線的、指
数関数的、飽和曲線的、ステップ状に変化していること
が好ましい。前記第一及び第二のＰ型不純物濃度は、１
×１０13〜１×１０23の範囲内にあり、前記第一Ｐ型窒
化ガリウム系化合物半導体層の膜厚は、０．０１乃至
２．００μｍの範囲であると良い。
【００１９】また、本発明にかかる発光素子の製造方法
によれば、反応室内にて、基板上に第一窒化ガリウム系
化合物半導体層を形成する工程と、前記第一窒化ガリウ
ム系化合物半導体層表面上に前記ドーピングガスとして
シランガスを導入し、Ｎ型不純物がドープされた第二Ｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する工程とを有
し、前記反応室内に土にするシランガスの流入量を変化
させることにより、前記第二のＮ型窒化ガリウム系化合
物半導体層の不純物濃度を前記基板側から増加させて形
成することを特徴とする。
によれば、反応室内にて、基板上に第一窒化ガリウム系
化合物半導体層を形成する工程と、前記第一窒化ガリウ
ム系化合物半導体層表面上に前記ドーピングガスとして
シランガスを導入し、Ｎ型不純物がドープされた第二Ｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する工程とを有
し、前記反応室内に土にするシランガスの流入量を変化
させることにより、前記第二のＮ型窒化ガリウム系化合
物半導体層の不純物濃度を前記基板側から増加させて形
成することを特徴とする。
【００２０】以上の構成により、発光素子の製造にかか
るスループットを向上させることができ、発光素子にお
ける格子不接合による歪量の増加を防ぐことができ、成
長層の劣化を防ぐことができる。
るスループットを向上させることができ、発光素子にお
ける格子不接合による歪量の増加を防ぐことができ、成
長層の劣化を防ぐことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】はじめに図１を参照して本発明の
発光デバイスの構造について説明する。図１（ａ）はエ
ピタキシャル成長によって複数の成長層を形成したヘテ
ロ接合を有する発光ダイオードの断面図である。図１
（ｂ）は図１（ａ）に示した発光ダイオードにおけるＮ
型不純物のプロファイルを示しており、その横軸はＮ型
不純物の不純物濃度を示し、その横軸は図１（ａ）に対
応して、基板の下面からの距離を示している。
発光デバイスの構造について説明する。図１（ａ）はエ
ピタキシャル成長によって複数の成長層を形成したヘテ
ロ接合を有する発光ダイオードの断面図である。図１
（ｂ）は図１（ａ）に示した発光ダイオードにおけるＮ
型不純物のプロファイルを示しており、その横軸はＮ型
不純物の不純物濃度を示し、その横軸は図１（ａ）に対
応して、基板の下面からの距離を示している。
【００２２】本発明の発光ダイオードではサファイアよ
りなる基板１１表面上に、膜厚０．０１μｍ〜２．００
μｍ程度の非結晶のＧａＮよりなるバッファ層１２（第
一ＧａＮ層）、膜厚０．０１μｍ〜０．０５μｍ程度、
Ｎ型不純物の不純物濃度がバックグラウンドレベルから
所望の不純物濃度、例えば１×１０13atoms ・cm-3程度
から１×１０23atoms ・cm-3まで増加するＮ型変調ドー
プ層１３（便宜上、これを第二ＧａＮ層と称する。）、
膜厚０．０１μｍ以上、Ｎ型不純物の不純物濃度が所望
の不純物濃度、例えば１×１０23atoms ・cm-3程度の高
濃度Ｎ型層１４（第三ＧａＮ層）、膜厚０．０１μｍ〜
０．０３μｍのＩｎＧａＮよりなる活性層１５（ＩｎＧ
ａＮ層）、膜厚０．１μｍ〜０．３μｍのＰ型不純物の
ドープされたＡｌＧａＮ層１６、膜厚０．０５μｍ以上
の高濃度にＰ型不純物がドープされたＧａＮよりなるコ
ンタクト層（第四ＧａＮ層）１７よりなる積層が形成さ
れている。
りなる基板１１表面上に、膜厚０．０１μｍ〜２．００
μｍ程度の非結晶のＧａＮよりなるバッファ層１２（第
一ＧａＮ層）、膜厚０．０１μｍ〜０．０５μｍ程度、
Ｎ型不純物の不純物濃度がバックグラウンドレベルから
所望の不純物濃度、例えば１×１０13atoms ・cm-3程度
から１×１０23atoms ・cm-3まで増加するＮ型変調ドー
プ層１３（便宜上、これを第二ＧａＮ層と称する。）、
膜厚０．０１μｍ以上、Ｎ型不純物の不純物濃度が所望
の不純物濃度、例えば１×１０23atoms ・cm-3程度の高
濃度Ｎ型層１４（第三ＧａＮ層）、膜厚０．０１μｍ〜
０．０３μｍのＩｎＧａＮよりなる活性層１５（ＩｎＧ
ａＮ層）、膜厚０．１μｍ〜０．３μｍのＰ型不純物の
ドープされたＡｌＧａＮ層１６、膜厚０．０５μｍ以上
の高濃度にＰ型不純物がドープされたＧａＮよりなるコ
ンタクト層（第四ＧａＮ層）１７よりなる積層が形成さ
れている。
【００２３】尚、上記に示した各膜の膜厚、不純物濃度
は上記の数値のみに限定されることはなく、特に第三Ｇ
ａＮ層の不純物濃度は１×１０13atoms ・cm-3程度以上
から１×１０23atoms ・cm-3以下の範囲であればよく、
これと共に第三ＧａＮ層の不純物濃度は、第一ＧａＮ層
の不純物濃度から第三ＧａＮ層の不純物濃度に変化して
いればよい。
は上記の数値のみに限定されることはなく、特に第三Ｇ
ａＮ層の不純物濃度は１×１０13atoms ・cm-3程度以上
から１×１０23atoms ・cm-3以下の範囲であればよく、
これと共に第三ＧａＮ層の不純物濃度は、第一ＧａＮ層
の不純物濃度から第三ＧａＮ層の不純物濃度に変化して
いればよい。
【００２４】ここで従来の発光デバイスと異なる構成
は、従来形成していたスペーサ層（第二ＧａＮ層）の代
わりに、Ｎ型変調ドープ層１３を形成し、さらにこれに
連続して高濃度Ｎ型層１４を形成した点にある。すなわ
ち本発明によれば、本来機能的に必要の無い層を形成す
ること無く、バッファ層表面上より動作に必要なＮ型層
をその表面上より徐々にＮ型不純物の不純物濃度を上昇
するように形成する。
は、従来形成していたスペーサ層（第二ＧａＮ層）の代
わりに、Ｎ型変調ドープ層１３を形成し、さらにこれに
連続して高濃度Ｎ型層１４を形成した点にある。すなわ
ち本発明によれば、本来機能的に必要の無い層を形成す
ること無く、バッファ層表面上より動作に必要なＮ型層
をその表面上より徐々にＮ型不純物の不純物濃度を上昇
するように形成する。
【００２５】Ｎ型不純物の不純物濃度は、第三ＧａＮ層
において１×１０18atoms ・cm-3程度であり、第二Ｇａ
Ｎ層では基板側でバックグラウンドレベル、第三ＧａＮ
層側では不純物濃度は１×１０18atoms ・cm-3程度とな
るように増加している。このＮ型不純物の不純物濃度の
変化については種々の態様が考えられる。これらの態様
について図２を参照して説明する。尚、図２において横
軸は主に第二ＧａＮ層基板側からの距離（図中１４で示
す範囲。）、縦軸は不純物濃度を示している。
において１×１０18atoms ・cm-3程度であり、第二Ｇａ
Ｎ層では基板側でバックグラウンドレベル、第三ＧａＮ
層側では不純物濃度は１×１０18atoms ・cm-3程度とな
るように増加している。このＮ型不純物の不純物濃度の
変化については種々の態様が考えられる。これらの態様
について図２を参照して説明する。尚、図２において横
軸は主に第二ＧａＮ層基板側からの距離（図中１４で示
す範囲。）、縦軸は不純物濃度を示している。
【００２６】不純物濃度の変化は曲線（Ａ）で示すよう
に基板側で緩やかに、第三ＧａＮ層側で大きく変化する
ような指数関数的な変化により形成するのが望ましい。
これは第一ＧａＮ層表面上に成長するＮ型変調ドープ層
が、ピンホールを発生しない有限の厚さを必要とし、こ
のピンホールを発生しない程度の膜厚まで形成されたＮ
型変調ドープ層は、その後、徐々に不純物濃度を上昇さ
せても、安定して結晶成長するからである。 実施例２ 図２の線（Ｂ）を参照して本発明の第二の実施例につい
て説明する。線（Ｂ）で示されるようにＮ型変調ドープ
層が、基板側から直線的に増加して第三Ｎ型ＧａＮ層の
不純物濃度まで形成している。この様な変調ドープ方法
を行うことで、成長レートやドーピング効率の変動を少
なくすることが可能となる。
に基板側で緩やかに、第三ＧａＮ層側で大きく変化する
ような指数関数的な変化により形成するのが望ましい。
これは第一ＧａＮ層表面上に成長するＮ型変調ドープ層
が、ピンホールを発生しない有限の厚さを必要とし、こ
のピンホールを発生しない程度の膜厚まで形成されたＮ
型変調ドープ層は、その後、徐々に不純物濃度を上昇さ
せても、安定して結晶成長するからである。 実施例２ 図２の線（Ｂ）を参照して本発明の第二の実施例につい
て説明する。線（Ｂ）で示されるようにＮ型変調ドープ
層が、基板側から直線的に増加して第三Ｎ型ＧａＮ層の
不純物濃度まで形成している。この様な変調ドープ方法
を行うことで、成長レートやドーピング効率の変動を少
なくすることが可能となる。
【００２７】例えば、ドーピングガスを供給する際に生
じるガス供給系・ガス種の変化が、基板に到達する直
前、或いは基板上の雰囲気ガスを冷却する等の微少な揺
らぎを発生する。ここで、ドーピングガスを線形に変化
させると、温度制御が追いつくことで成長温度が一定に
保たれる。よって、温度に起因する成長レートや、ドー
ピング効率の変動が減少する。 実施例３ 図２の線（Ｃ）を参照して本発明の第三の実施例につい
て説明する。線（Ｃ）で示されるように、Ｎ型変調ドー
プ層を、基板側からステップ状に増加して第三Ｎ型Ｇａ
Ｎ層の不純物濃度まで形成している。この様な変調ドー
プを行うと、成長表面の復元をしながら成長することに
なるので比較的短成長時間、或いは比較的薄層とした変
調ドープ層上に高濃度にドーピングしたＮ層を形成する
ことが可能となる。
じるガス供給系・ガス種の変化が、基板に到達する直
前、或いは基板上の雰囲気ガスを冷却する等の微少な揺
らぎを発生する。ここで、ドーピングガスを線形に変化
させると、温度制御が追いつくことで成長温度が一定に
保たれる。よって、温度に起因する成長レートや、ドー
ピング効率の変動が減少する。 実施例３ 図２の線（Ｃ）を参照して本発明の第三の実施例につい
て説明する。線（Ｃ）で示されるように、Ｎ型変調ドー
プ層を、基板側からステップ状に増加して第三Ｎ型Ｇａ
Ｎ層の不純物濃度まで形成している。この様な変調ドー
プを行うと、成長表面の復元をしながら成長することに
なるので比較的短成長時間、或いは比較的薄層とした変
調ドープ層上に高濃度にドーピングしたＮ層を形成する
ことが可能となる。
【００２８】また、結晶の回復を図りながら成長するた
めに、成長表面の平坦性が良い。この効果を実現するた
めに極端な場合には周期的にアンドープ層を挟んでもよ
い。
めに、成長表面の平坦性が良い。この効果を実現するた
めに極端な場合には周期的にアンドープ層を挟んでもよ
い。
【００２９】更に、このステップは程度によるが１段で
もその効果は得られる。 実施例４ 図２の曲線（Ｄ）を参照して本発明の第四の実施例につ
いて説明する。線（Ｄ）で示されるようにＮ型変調ドー
プ層を、基板側から飽和曲線的に増加するように形成す
る。この様な変調ドープ層を形成すると、変調ドープ層
中の低濃度領域を極小に設定できる。このため、全体の
成長厚みを減らして成長時間の短縮が可能となる。よっ
て量産を行うにあたってスループットの高い工程を形成
できる。 実施例５ 図５を参照しながら本発明の第五の実施例について説明
する。図３（ａ）は、本実施例を用いて形成した窒化ガ
リウム系化合物半導体を素子化したものの断面図であ
る。図３（ｂ）は図３（ａ）の素子を上部からみた図
（上面図）である。図中の５１，５２で現した部分はそ
れぞれｎ側電極、ｐ側電極である。これまで述べてきた
実施例１〜４の手法を用いて結晶成長したウェーハを用
いた。これに、パターニングを施し、ＲＩＥ（reactive
ion etching）、ＲＩＢＥ（reactiveion beam etchin
g)、ＣＤＥ（chemical dry etching）等のドライエッチ
ングを行った。エッチング後の表面５３は、高濃度Ｎ型
ＧａＮ層１４の中で得ている。
もその効果は得られる。 実施例４ 図２の曲線（Ｄ）を参照して本発明の第四の実施例につ
いて説明する。線（Ｄ）で示されるようにＮ型変調ドー
プ層を、基板側から飽和曲線的に増加するように形成す
る。この様な変調ドープ層を形成すると、変調ドープ層
中の低濃度領域を極小に設定できる。このため、全体の
成長厚みを減らして成長時間の短縮が可能となる。よっ
て量産を行うにあたってスループットの高い工程を形成
できる。 実施例５ 図５を参照しながら本発明の第五の実施例について説明
する。図３（ａ）は、本実施例を用いて形成した窒化ガ
リウム系化合物半導体を素子化したものの断面図であ
る。図３（ｂ）は図３（ａ）の素子を上部からみた図
（上面図）である。図中の５１，５２で現した部分はそ
れぞれｎ側電極、ｐ側電極である。これまで述べてきた
実施例１〜４の手法を用いて結晶成長したウェーハを用
いた。これに、パターニングを施し、ＲＩＥ（reactive
ion etching）、ＲＩＢＥ（reactiveion beam etchin
g)、ＣＤＥ（chemical dry etching）等のドライエッチ
ングを行った。エッチング後の表面５３は、高濃度Ｎ型
ＧａＮ層１４の中で得ている。
【００３０】ここで、高濃度Ｎ型ＧａＮ層１４の厚みは
横方向に電流を流すために一定の規格（キャリア濃度と
移動度とで決定される）値を必要とする。
横方向に電流を流すために一定の規格（キャリア濃度と
移動度とで決定される）値を必要とする。
【００３１】この高濃度Ｎ型ＧａＮ層１４の表面５３に
Ｎ型電極を形成する。次いで、コンタクト層１７の表面
５４にｐ型電極５２を形成する。なお、これらｐ表面、
ｎ表面は、ｐ／ｎ界面を含めて絶縁膜や誘電体薄膜等で
保持されている。この後、ダイシングおよびスクライビ
ングにより素子形状に分離を行う。
Ｎ型電極を形成する。次いで、コンタクト層１７の表面
５４にｐ型電極５２を形成する。なお、これらｐ表面、
ｎ表面は、ｐ／ｎ界面を含めて絶縁膜や誘電体薄膜等で
保持されている。この後、ダイシングおよびスクライビ
ングにより素子形状に分離を行う。
【００３２】これら分離された素子はマウントされ、図
５に示すように組立てが行われる。チップの電極パッド
には図５（ａ）に示すボールボンディングあるいは図５
（ｂ）に示すウェッジボンディングが行われる。図５
（ａ）のボールボンディングよりも図５（ｂ）の様にウ
ェッジボンディングを用いる方がボンディングパッドを
小さくできるのでより好ましい。また、図５（ｃ）の様
にフリップチップマウントを行う方法もある。図５
（ｄ）に図５（ｂ）のウェッジボンディングを適用した
場合の上面図を示す。図から分かるように、ボールボン
ドを行う場合のパッド７５より小さいパッド７６となっ
ている。これは、ボールボンディングを行う場合のパッ
ドはボール径＋αで１００ｕｍ〜１２０ｕｍが必要であ
るが、ウェッジの場合にはワイア径の２５ｕｍ〜５０ｕ
ｍで済むからである。図５（ｅ）に、図５（ｃ）のフリ
ップチップマウントを適用した場合の上面図を示す。図
５（ｅ）から分かるように、ボール用パッド７５と比較
して、更にパッド７７，７８が縮小されている。これ
は、フリップチップマウントを行うための半田バンプの
形成には数〜数十ｕｍのパッドで十分であるためであ
る。また、電極は通常２個所（７７或いは７８の片側或
いは両方）あれば十分であるが、図５（ｅ）の様に固定
のため４点全てを設ける方がより良い。これらの電極を
接続した後、樹脂でモールドする等で固定し完成する。 実施例６ 本発明の第六の実施例について、例としてこれまで述べ
てきた窒化ガリウム系化合物半導体を使って説明する。
図２及び図４を参照しながら説明する。図４は本実施例
を説明するために模式化したＭＯ−ＣＶＤ装置の断面図
である。成長室５１には、キャリアガス供給用の配管５
７、アンモニア等Ｖ族を供給する配管、ＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）等のIII 族原子を供給する配管５８、ｎ
型ドーパント５９を供給する配管５６、及び、バックグ
ラウンド補償ガス６０（以下補償ガスと略）を供給する
配管５５が接続されており、成長に寄与するガスはここ
から供給される。そして、反応後、及び成長に寄与しな
かった残ガスは排気５４を通って排ガス処理装置へと排
出される。この成長室の内部には、ヒータ５２上に基板
５３が配置され、上述の成長ガスを供給することで窒化
ガリウム系化合物半導体層を成長する。
５に示すように組立てが行われる。チップの電極パッド
には図５（ａ）に示すボールボンディングあるいは図５
（ｂ）に示すウェッジボンディングが行われる。図５
（ａ）のボールボンディングよりも図５（ｂ）の様にウ
ェッジボンディングを用いる方がボンディングパッドを
小さくできるのでより好ましい。また、図５（ｃ）の様
にフリップチップマウントを行う方法もある。図５
（ｄ）に図５（ｂ）のウェッジボンディングを適用した
場合の上面図を示す。図から分かるように、ボールボン
ドを行う場合のパッド７５より小さいパッド７６となっ
ている。これは、ボールボンディングを行う場合のパッ
ドはボール径＋αで１００ｕｍ〜１２０ｕｍが必要であ
るが、ウェッジの場合にはワイア径の２５ｕｍ〜５０ｕ
ｍで済むからである。図５（ｅ）に、図５（ｃ）のフリ
ップチップマウントを適用した場合の上面図を示す。図
５（ｅ）から分かるように、ボール用パッド７５と比較
して、更にパッド７７，７８が縮小されている。これ
は、フリップチップマウントを行うための半田バンプの
形成には数〜数十ｕｍのパッドで十分であるためであ
る。また、電極は通常２個所（７７或いは７８の片側或
いは両方）あれば十分であるが、図５（ｅ）の様に固定
のため４点全てを設ける方がより良い。これらの電極を
接続した後、樹脂でモールドする等で固定し完成する。 実施例６ 本発明の第六の実施例について、例としてこれまで述べ
てきた窒化ガリウム系化合物半導体を使って説明する。
図２及び図４を参照しながら説明する。図４は本実施例
を説明するために模式化したＭＯ−ＣＶＤ装置の断面図
である。成長室５１には、キャリアガス供給用の配管５
７、アンモニア等Ｖ族を供給する配管、ＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）等のIII 族原子を供給する配管５８、ｎ
型ドーパント５９を供給する配管５６、及び、バックグ
ラウンド補償ガス６０（以下補償ガスと略）を供給する
配管５５が接続されており、成長に寄与するガスはここ
から供給される。そして、反応後、及び成長に寄与しな
かった残ガスは排気５４を通って排ガス処理装置へと排
出される。この成長室の内部には、ヒータ５２上に基板
５３が配置され、上述の成長ガスを供給することで窒化
ガリウム系化合物半導体層を成長する。
【００３３】ところで、本発明の趣旨は、基板側から不
純物濃度が増加して形成された成長層を有することであ
る。よって、基板側のバックグラウンド不純物濃度を下
げ、成長方向に増加させることで得られた図２の（Ａ）
〜（Ｄ）の不純物プロファイルも当然含まれる。
純物濃度が増加して形成された成長層を有することであ
る。よって、基板側のバックグラウンド不純物濃度を下
げ、成長方向に増加させることで得られた図２の（Ａ）
〜（Ｄ）の不純物プロファイルも当然含まれる。
【００３４】以下に、図４の装置を用いてこの形成方法
を説明する。装置内にキャリアガス、成長ガスの他に例
えば総流量の１ｐｐｍ以下（例えば１ｐｐｂ程度）のＯ
２等の補償ガス６０を供給する。この補償ガスの供給量
を下限から始めてバックグラウンドレベルまで減らす。
または、補償ガスでバックグラウンドレベルを下げたま
ま、ＳｉＨ４等のドーピングガスを例えば順次増加して
供給する。これらの方法で、図２の（Ａ）〜（Ｄ）の所
望の不純物濃度プロファイルを持たせることが容易にで
きる。 実施例７ 図６を参照しながら、本発明の第七の実施例について説
明する。図６（ａ）はエピタキシャル成長によって複数
の成長層を形成した異種ヘテロ接合を有する発光素子の
断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に対応した発
光素子のｐ型不純物のプロファイルを示している。図
中、横軸はｐ型不純物の不純物濃度を示し、縦軸は図６
（ａ）に対応して基板からの距離を示している。
を説明する。装置内にキャリアガス、成長ガスの他に例
えば総流量の１ｐｐｍ以下（例えば１ｐｐｂ程度）のＯ
２等の補償ガス６０を供給する。この補償ガスの供給量
を下限から始めてバックグラウンドレベルまで減らす。
または、補償ガスでバックグラウンドレベルを下げたま
ま、ＳｉＨ４等のドーピングガスを例えば順次増加して
供給する。これらの方法で、図２の（Ａ）〜（Ｄ）の所
望の不純物濃度プロファイルを持たせることが容易にで
きる。 実施例７ 図６を参照しながら、本発明の第七の実施例について説
明する。図６（ａ）はエピタキシャル成長によって複数
の成長層を形成した異種ヘテロ接合を有する発光素子の
断面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に対応した発
光素子のｐ型不純物のプロファイルを示している。図
中、横軸はｐ型不純物の不純物濃度を示し、縦軸は図６
（ａ）に対応して基板からの距離を示している。
【００３５】なお異種ヘテロ接合としてはＧａＡｓ／Ｓ
ｉ・Ｉｎｐ／ＧａＡｓ・ＧａＮ／Ａｌ２Ｏ３・ＧａＮ／
Ｓｉ・ＧａＮ／ＳｉＣのような種々のヘテロ接合を含
む。
ｉ・Ｉｎｐ／ＧａＡｓ・ＧａＮ／Ａｌ２Ｏ３・ＧａＮ／
Ｓｉ・ＧａＮ／ＳｉＣのような種々のヘテロ接合を含
む。
【００３６】本実施例の発光素子では、サファイアより
なる基板８１表面上に膜厚０．０１〜２．００ｕｍ程度
の非晶質ＧａＮよりなるバッファ層８２と、膜厚０．０
１〜０．５ｕｍ程度で、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ等のｐ型不純
物濃度がバックグラウンドレベルから所望の不純物濃
度、例えば１×１０13ｃｍ-3程度から１×１０23ｃｍ-3
程度まで増加するｐ型変調ドープ層８４と、膜厚０．０
１μｍ以上でｐ型不純物の不純物濃度が所望の不純物濃
度、例えば１×１０18ｃｍ-3程度から１×１０23ｃｍ-3
程度の高濃度ｐ型層８５と、膜厚０．０１〜０．０３μ
ｍ程度で、ＩｎＧａＮよりなる活性層８６と、膜厚０．
０１〜２．０μｍ程度で、ｎ型不純物濃度がドープされ
たＡｌＧａＮ層８７よりなる。
なる基板８１表面上に膜厚０．０１〜２．００ｕｍ程度
の非晶質ＧａＮよりなるバッファ層８２と、膜厚０．０
１〜０．５ｕｍ程度で、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ等のｐ型不純
物濃度がバックグラウンドレベルから所望の不純物濃
度、例えば１×１０13ｃｍ-3程度から１×１０23ｃｍ-3
程度まで増加するｐ型変調ドープ層８４と、膜厚０．０
１μｍ以上でｐ型不純物の不純物濃度が所望の不純物濃
度、例えば１×１０18ｃｍ-3程度から１×１０23ｃｍ-3
程度の高濃度ｐ型層８５と、膜厚０．０１〜０．０３μ
ｍ程度で、ＩｎＧａＮよりなる活性層８６と、膜厚０．
０１〜２．０μｍ程度で、ｎ型不純物濃度がドープされ
たＡｌＧａＮ層８７よりなる。
【００３７】なお、上記の膜厚、不純物濃度は実施例１
で述べたのと同じ理由で上記数値のみに限定されるもの
では無い。
で述べたのと同じ理由で上記数値のみに限定されるもの
では無い。
【００３８】尚、各層の構成については上記の種類に限
定されることはなく、各種の窒化ガリウム系化合物半導
体を用いて形成することが可能である。例えば基板１１
はサファイアの他、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、また第一
ＧａＮ層はＩｎｘＡｌｙＧａ1-(x+y) Ｎ、また第二、第
三ＧａＮはＡｌｘＧａ(1-x) Ｎ、またＩｎＧａＮ層はＩ
ｎｘＧａ(1-x) Ｎ、またＡｌＧａＮ層はＡｌｘＧａ
(1-x) Ｎ、また第四ＧａＮ層はＩｎｘＡｌｙＧａ
1-(x+y) Ｎ（上記の各ｘ、ｙは、０または１である。）
によりそれぞれ形成することができる。
定されることはなく、各種の窒化ガリウム系化合物半導
体を用いて形成することが可能である。例えば基板１１
はサファイアの他、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、また第一
ＧａＮ層はＩｎｘＡｌｙＧａ1-(x+y) Ｎ、また第二、第
三ＧａＮはＡｌｘＧａ(1-x) Ｎ、またＩｎＧａＮ層はＩ
ｎｘＧａ(1-x) Ｎ、またＡｌＧａＮ層はＡｌｘＧａ
(1-x) Ｎ、また第四ＧａＮ層はＩｎｘＡｌｙＧａ
1-(x+y) Ｎ（上記の各ｘ、ｙは、０または１である。）
によりそれぞれ形成することができる。
【００３９】続いて図１における本発明の発光ダイオー
ドの製造方法について説明する。
ドの製造方法について説明する。
【００４０】はじめにサファイア基板１１を反応室に載
置し、摂氏５００度〜６００程度に加熱する。次にこの
反応室内にキャリアガスとして水素、窒素あるいはこれ
らの混合ガス、原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）及
びＴＭＧａ（トリメチルガリウム）を導入することによ
り非結晶の第一ＧａＮ層１２を形成する。次に反応室内
の温度を１０００度〜１１００度程度に上昇させ、上記
同様のガスを導入しさらに、これと共にＮ型不純物のド
ーピングのためＳｉＨ４（シランガス）を導入する。
置し、摂氏５００度〜６００程度に加熱する。次にこの
反応室内にキャリアガスとして水素、窒素あるいはこれ
らの混合ガス、原料ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）及
びＴＭＧａ（トリメチルガリウム）を導入することによ
り非結晶の第一ＧａＮ層１２を形成する。次に反応室内
の温度を１０００度〜１１００度程度に上昇させ、上記
同様のガスを導入しさらに、これと共にＮ型不純物のド
ーピングのためＳｉＨ４（シランガス）を導入する。
【００４１】ここで成長させようとする膜はＮ型不純物
の不純物濃度が徐々に増加するように形成するが、この
制御はシランガスの流量を制御することにより容易に制
御することができる。すなわちここでＧａＮ層の成長と
共に、シランガスの流量を指数関数的に増加させれば、
それに対応して形成されるＮ型変調ドープ層の不純物濃
度も指数関数的に増加させることができる。また不純物
濃度を直線的に増加させて形成する場合には、シランガ
スの流量も直線的に、不純物濃度を飽和曲線的に増加さ
せて形成する場合には、シランガスの流量も飽和曲線的
に、また不純物濃度をステップ状に増加させて形成する
場合には、シランガスの流量もステップ状に増加させれ
ばよい。
の不純物濃度が徐々に増加するように形成するが、この
制御はシランガスの流量を制御することにより容易に制
御することができる。すなわちここでＧａＮ層の成長と
共に、シランガスの流量を指数関数的に増加させれば、
それに対応して形成されるＮ型変調ドープ層の不純物濃
度も指数関数的に増加させることができる。また不純物
濃度を直線的に増加させて形成する場合には、シランガ
スの流量も直線的に、不純物濃度を飽和曲線的に増加さ
せて形成する場合には、シランガスの流量も飽和曲線的
に、また不純物濃度をステップ状に増加させて形成する
場合には、シランガスの流量もステップ状に増加させれ
ばよい。
【００４２】尚、本発明での一例としてはシランガスの
濃度を１ｐｐｍ程度、流量を０〜２００ｓｃｃｍ程度ま
で変化させて形成することにより、第二ＧａＮ層の不純
物濃度を所望の値に変化させて形成することができる。
濃度を１ｐｐｍ程度、流量を０〜２００ｓｃｃｍ程度ま
で変化させて形成することにより、第二ＧａＮ層の不純
物濃度を所望の値に変化させて形成することができる。
【００４３】次に反応室内の温度を保ったまま、或いは
若干低下させＴＭＩ（トリメチルインジウム）を導入す
ることによりＩｎＧａＮ層を形成する。さらにＴＭＡｌ
（トリメチルアルミニウム）とＣｐ２Ｍｇ（ビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム）を導入することによりＰ
型不純物が導入されたＡｌＧａＮ層を形成する。さらに
ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ
を導入することによりＧａＮコンタクト層をそれぞれ形
成する。以上の工程により本発明の発光ダイオードの製
造工程の一例が終了する。
若干低下させＴＭＩ（トリメチルインジウム）を導入す
ることによりＩｎＧａＮ層を形成する。さらにＴＭＡｌ
（トリメチルアルミニウム）とＣｐ２Ｍｇ（ビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム）を導入することによりＰ
型不純物が導入されたＡｌＧａＮ層を形成する。さらに
ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ
を導入することによりＧａＮコンタクト層をそれぞれ形
成する。以上の工程により本発明の発光ダイオードの製
造工程の一例が終了する。
【００４４】尚、上記の実施の形態においては主に発光
ダイオードの構成及びその製造方法について示している
が、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、半導体レ
ーザ等の発光デバイスについても本発明を適用できる。
ダイオードの構成及びその製造方法について示している
が、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、半導体レ
ーザ等の発光デバイスについても本発明を適用できる。
【００４５】本発明によれば、従来の発光デバイスにお
いて形成していたスペーサ層としてアンドープの単結晶
ＧａＮ層を形成することなく、バッファ層表面上にＮ型
変調ドープ層と高濃度Ｎ型層とを連続的にシランガスの
流量を変化させることのみにより、異常成長無く結晶性
を安定して形成することができる。すなわち機能的には
必要の無いスペーサ層を形成することなく、バッファ層
表面上に直接動作に寄与するＮ型層を形成することがで
きるため、スペーサ層を形成するために生じていたスル
ープットの低下を防ぐことができる。また、スペーサ層
を形成することがないため、発光素子全体の膜厚も多少
減少するため、格子不整合による歪量の増加を防ぐこと
ができ、成長層の劣化を防ぐことができる。
いて形成していたスペーサ層としてアンドープの単結晶
ＧａＮ層を形成することなく、バッファ層表面上にＮ型
変調ドープ層と高濃度Ｎ型層とを連続的にシランガスの
流量を変化させることのみにより、異常成長無く結晶性
を安定して形成することができる。すなわち機能的には
必要の無いスペーサ層を形成することなく、バッファ層
表面上に直接動作に寄与するＮ型層を形成することがで
きるため、スペーサ層を形成するために生じていたスル
ープットの低下を防ぐことができる。また、スペーサ層
を形成することがないため、発光素子全体の膜厚も多少
減少するため、格子不整合による歪量の増加を防ぐこと
ができ、成長層の劣化を防ぐことができる。
【００４６】
【発明の効果】本発明にかかる発光素子によれば、基板
上に形成されたＮ型の窒化ガリウム系化合物半導体層
と、Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成され
たＰ型の窒化ガリウム系化合物半導体層とを有し、Ｎ型
の窒化ガリウム系化合物半導体層は、不純物濃度が膜厚
に応じて前記基板側から増加する領域を有しているの
で、異常成長無く結晶性を安定して形成することができ
るため、発光素子の製造にかかるスループットを向上さ
せることができる。
上に形成されたＮ型の窒化ガリウム系化合物半導体層
と、Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成され
たＰ型の窒化ガリウム系化合物半導体層とを有し、Ｎ型
の窒化ガリウム系化合物半導体層は、不純物濃度が膜厚
に応じて前記基板側から増加する領域を有しているの
で、異常成長無く結晶性を安定して形成することができ
るため、発光素子の製造にかかるスループットを向上さ
せることができる。
【００４７】また、本発明にかかる発光素子の製造方法
によれば、従来の発光デバイスにおいて形成していたス
ペーサ層としてアンドープの単結晶ＧａＮ層を形成する
ことなく、バッファ層表面上にＮ型変調ドープ層と高濃
度Ｎ型層とを連続的にシランガスの流量を変化させるこ
とのみにより、異常成長無く結晶性を安定して形成する
ことができるため、発光素子の製造にかかるスループッ
トを向上させることができる。さらに発光素子全体の膜
厚も多少減少させることができるため、格子不整合によ
る歪量の増加を防ぐことができ、成長層の劣化を防ぐこ
とができる。
によれば、従来の発光デバイスにおいて形成していたス
ペーサ層としてアンドープの単結晶ＧａＮ層を形成する
ことなく、バッファ層表面上にＮ型変調ドープ層と高濃
度Ｎ型層とを連続的にシランガスの流量を変化させるこ
とのみにより、異常成長無く結晶性を安定して形成する
ことができるため、発光素子の製造にかかるスループッ
トを向上させることができる。さらに発光素子全体の膜
厚も多少減少させることができるため、格子不整合によ
る歪量の増加を防ぐことができ、成長層の劣化を防ぐこ
とができる。
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態を説明する
発光ダイオードの断面図及び（ｂ）はＮ型不純物の不純
物プロファイルを示すグラフ。
発光ダイオードの断面図及び（ｂ）はＮ型不純物の不純
物プロファイルを示すグラフ。
【図２】本発明のＮ型変調ドープ層の不純物プロファイ
ル。
ル。
【図３】（ａ）は窒化ガリウム系化合物半導体の断面
図、（ｂ）はその上面図。
図、（ｂ）はその上面図。
【図４】ＭＯ−ＣＶＤ装置を示す構成図。
【図５】本発明の発光ダイオードの組立を説明する図で
あって、（ａ）および（ｂ）は電極にワイヤが接合され
る様子を示す説明図、（ｃ）はウェッジボンディング従
来の問題点を示す説明図、（ｄ）は（ｂ）のウェッジボ
ンディングが行われた様子を示す上面図、（ｅ）は
（ｃ）のボンディングが行われた様子を示す上面図。
あって、（ａ）および（ｂ）は電極にワイヤが接合され
る様子を示す説明図、（ｃ）はウェッジボンディング従
来の問題点を示す説明図、（ｄ）は（ｂ）のウェッジボ
ンディングが行われた様子を示す上面図、（ｅ）は
（ｃ）のボンディングが行われた様子を示す上面図。
【図６】（ａ）は異種ヘテロ接合を含む発光素子の断面
図、（ｂ）はそのＰ型不純物のプロファイルを示すグラ
フ。
図、（ｂ）はそのＰ型不純物のプロファイルを示すグラ
フ。
【図７】（ａ）は従来の発光ダイオードを示す断面図、
（ｂ）はそのＮ型不純物のプロファイルを示すグラフ。
（ｂ）はそのＮ型不純物のプロファイルを示すグラフ。
【図８】従来技術に固有の問題を示す模式図。
１１，１１１ 基板 １２，１１２ バッファ層（第一ＧａＮ層） １３ Ｎ型変調ドープ層（第二ＧａＮ層） １４，１１４ 高濃度Ｎ型層（第三ＧａＮ層） １５，１１５ 活性層（ＩｎＧａＮ層） １６，１１６ ＡｌＧａＮ層 １７，１１７ コンタクト層（第四ＧａＮ層） １１３ スペーサ層１１３（第二ＧａＮ層） ２１１ ピンホール ２１２ ＧａＮ層の異常成長
───────────────────────────────────────────────────── 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】基板上に形成されたＮ型の窒化ガリウム系
化合物半導体層と、前記Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半
導体層上に形成されたＰ型の窒化ガリウム系化合物半導
体層とを有する発光素子において、 前記Ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層は、不純物濃
度が膜厚に応じて前記基板側から増加する領域を有する
ことを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】基板と、 第一のＮ型不純物の不純物濃度から第二のＮ型不純物の
不純物濃度まで増加して前記基板上に形成された第一Ｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記第二のＮ型不純物の不純物濃度を有し前記第一Ｎ型
窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成された第二Ｎ型
窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記第二Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成さ
れたＰ型窒化ガリウム系半導体層と、 を有することを特徴とする発光素子。 - 【請求項３】前記第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体
層は、Ｎ型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて指数関数
的に変化していることを特徴とする請求項２記載の発光
素子。 - 【請求項４】前記第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体
層は、Ｎ型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて直線的に
変化していることを特徴とする請求項２記載の発光素
子。 - 【請求項５】前記第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体
層は、Ｎ型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて飽和曲線
的に変化していることを特徴とする請求項２記載の発光
素子。 - 【請求項６】前記第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体
層は、Ｎ型不純物の不純物濃度が膜厚に応じてステップ
状に変化していることを特徴とする請求項２記載の発光
素子。 - 【請求項７】前記第一及び第二のＮ型不純物の不純物濃
度は、１×１０13atoms ・cm-3乃至１×１０23atoms ・
cm-3の範囲内にあることを特徴とする請求項２記載の発
光素子。 - 【請求項８】前記第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体
層の膜厚は０．０１乃至２．００μｍの範囲内であるこ
とを特徴とする請求項２記載の発光素子。 - 【請求項９】基板と、 前記基板表面上に形成され第一の不純物濃度を有する第
一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層と、 前記第一Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上に形
成され、膜厚に応じて前記第一の不純物濃度から第二の
不純物濃度まで増加する第二Ｎ型窒化ガリウム系化合物
半導体層と、 前記第二Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層表面上に形
成され、前記第二の不純物濃度を有する第三Ｎ型窒化ガ
リウム系化合物半導体層と、 前記第三Ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層上に形成さ
れたＰ型窒化ガリウム系化合物半導体層とを有すること
を特徴とする発光素子。 - 【請求項１０】基板と、 この基板上にエピタキシャル成長により形成され、前記
基板側から不純物濃度が増加して形成された第一成長層
と、 前記第一成長層上にエピタキシャル成長により形成さ
れ、異種ヘテロ接合を有する第二成長層とを有すること
を特徴とする発光素子。 - 【請求項１１】基板上に形成されたＰ型窒化ガリウム系
化合物半導体層を少なくとも一層有する発光素子におい
て、前記Ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層は、不純
物濃度が膜厚に応じて前記基板から増加する領域を有す
ることを特徴とする発光素子。 - 【請求項１２】基板と、第一のＰ型不純物濃度から第二
のＰ型不純物濃度まで増加して前記第二のＰ型不純物濃
度まで増加して前記基板上に形成された第一のＰ型窒化
ガリウム系化合物半導体層と、前記第二のＰ型不純物の
不純物濃度を有し前記第一Ｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体層上に形成された第二Ｐ型窒化ガリウム系化合物半
導体層とを有することを特徴とする発光素子。 - 【請求項１３】前記第一Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層は、Ｐ型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて直線的
に変化していることを特徴とする請求項１２に記載の発
光素子。 - 【請求項１４】前記第一Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層は、Ｐ型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて指数関
数的に変化していることを特徴とする請求項１２に記載
の発光素子。 - 【請求項１５】前記第一Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層は、Ｐ型不純物の不純物濃度が膜厚に応じて飽和曲
線的に変化していることを特徴とする請求項１２に記載
の発光素子。 - 【請求項１６】前記第一Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層は、Ｐ型不純物の不純物濃度が膜厚に応じてステッ
プ状に変化していることを特徴とする請求項１２に記載
の発光素子。 - 【請求項１７】前記第一及び第二のＰ型不純物濃度は、
１×１０13〜１×１０23の範囲内にあることを特徴とす
る請求項１２に記載の発光素子。 - 【請求項１８】前記第一Ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体層の膜厚は、０．０１乃至２．００μｍの範囲である
ことを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。 - 【請求項１９】反応室内にて、基板上に第一窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を形成する工程と、前記第一窒化ガ
リウム系化合物半導体層表面上に前記ドーピングガスと
してシランを導入し、Ｎ型不純物がドープされた第二Ｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する工程とを有
する発光素子の製造方法において、 前記反応室内に導入するシランの流入量を変化させるこ
とにより、前記第二のＮ型窒化ガリウム系化合物半導体
層の不純物濃度を前記基板側から増加させて形成するこ
とを特徴とする発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10480497A JP3576743B2 (ja) | 1996-04-22 | 1997-04-22 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9989196 | 1996-04-22 | ||
| JP8-99891 | 1996-04-22 | ||
| JP10480497A JP3576743B2 (ja) | 1996-04-22 | 1997-04-22 | 発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041549A true JPH1041549A (ja) | 1998-02-13 |
| JP3576743B2 JP3576743B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=26440987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10480497A Expired - Lifetime JP3576743B2 (ja) | 1996-04-22 | 1997-04-22 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3576743B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6841800B2 (en) | 1997-12-26 | 2005-01-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| WO2005106981A1 (en) * | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Showa Denko K.K. | Group iii nitride semiconductor light-emitting device |
| JP2005340762A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-12-08 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2005340789A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-12-08 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2006013473A (ja) * | 2004-05-24 | 2006-01-12 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2006019713A (ja) * | 2004-06-03 | 2006-01-19 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびそれを用いたｌｅｄ |
| KR100622060B1 (ko) * | 2005-07-25 | 2006-09-11 | 기아자동차주식회사 | 차량의 개폐형 컵 홀더 |
| US7365369B2 (en) | 1997-06-11 | 2008-04-29 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| WO2009046577A1 (en) * | 2007-10-12 | 2009-04-16 | Lattice Power (Jiangxi) Corporation | Method for fabricating an n-type semiconductor material using silane as a precursor |
| JP2014082313A (ja) * | 2012-10-16 | 2014-05-08 | Japan Oclaro Inc | ＧａＮ系半導体光素子及び光モジュール |
| US9112083B2 (en) | 2001-05-30 | 2015-08-18 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| WO2017179868A1 (ko) * | 2016-04-12 | 2017-10-19 | 주식회사 루미스탈 | 반절연 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 기판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 질화물 반도체 기판 |
| JP2022079200A (ja) * | 2020-11-16 | 2022-05-26 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子 |
-
1997
- 1997-04-22 JP JP10480497A patent/JP3576743B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7365369B2 (en) | 1997-06-11 | 2008-04-29 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7002184B2 (en) | 1997-12-26 | 2006-02-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallum-nitride-group compound-semiconductor |
| US6841800B2 (en) | 1997-12-26 | 2005-01-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| US9112083B2 (en) | 2001-05-30 | 2015-08-18 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| JP2005340789A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-12-08 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2005340762A (ja) * | 2004-04-28 | 2005-12-08 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| WO2005106981A1 (en) * | 2004-04-28 | 2005-11-10 | Showa Denko K.K. | Group iii nitride semiconductor light-emitting device |
| JP2006013473A (ja) * | 2004-05-24 | 2006-01-12 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
| JP2006019713A (ja) * | 2004-06-03 | 2006-01-19 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびそれを用いたｌｅｄ |
| KR100622060B1 (ko) * | 2005-07-25 | 2006-09-11 | 기아자동차주식회사 | 차량의 개폐형 컵 홀더 |
| WO2009046577A1 (en) * | 2007-10-12 | 2009-04-16 | Lattice Power (Jiangxi) Corporation | Method for fabricating an n-type semiconductor material using silane as a precursor |
| JP2014082313A (ja) * | 2012-10-16 | 2014-05-08 | Japan Oclaro Inc | ＧａＮ系半導体光素子及び光モジュール |
| WO2017179868A1 (ko) * | 2016-04-12 | 2017-10-19 | 주식회사 루미스탈 | 반절연 질화물 반도체층을 포함하는 질화물 반도체 기판 제조 방법 및 이에 의해 제조된 질화물 반도체 기판 |
| JP2022079200A (ja) * | 2020-11-16 | 2022-05-26 | 日亜化学工業株式会社 | 発光素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3576743B2 (ja) | 2004-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7760785B2 (en) | Group-III nitride semiconductor device | |
| US6790279B2 (en) | Method for manufacturing group III nitride compound semiconductor and a light-emitting device using group III nitride compound semiconductor | |
| JP3909811B2 (ja) | 窒化物半導体素子及びその製造方法 | |
| US6441403B1 (en) | Semiconductor device with roughened surface increasing external quantum efficiency | |
| JP3864735B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| US8329489B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor light emitting device | |
| JP2002217115A (ja) | 結晶膜、結晶基板および半導体装置 | |
| JP2002016000A (ja) | 窒化物系半導体素子および窒化物系半導体基板 | |
| JP3576743B2 (ja) | 発光素子 | |
| JP2016058693A (ja) | 半導体装置、半導体ウェーハ、及び、半導体装置の製造方法 | |
| KR100583163B1 (ko) | 질화물 반도체 및 그 제조방법 | |
| JPH0963962A (ja) | 結晶成長方法および半導体発光素子 | |
| US6320207B1 (en) | Light emitting device having flat growth GaN layer | |
| JP2003273469A (ja) | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 | |
| JP4103309B2 (ja) | ｐ型窒化物半導体の製造方法 | |
| US8445303B2 (en) | Method of manufacturing semiconductor device and semiconductor device | |
| JPH11274563A (ja) | 半導体装置および半導体発光素子 | |
| KR101476143B1 (ko) | 화합물 반도체 에피택셜 웨이퍼 및 그 제조방법 | |
| CN100452583C (zh) | 氮化物半导体元件和其制造方法 | |
| JP2005136162A (ja) | 化合物半導体素子の製造方法 | |
| JP4153673B2 (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| JP5874689B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JP2013062442A (ja) | 窒化物半導体電子デバイス、窒化物半導体電子デバイスを作製する方法 | |
| JP4333092B2 (ja) | 窒化物半導体の製造方法 | |
| JP2728672B2 (ja) | 半導体レーザ装置、ダブルヘテロウエハおよびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20031219 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040212 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040702 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040708 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080716 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090716 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090716 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100716 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110716 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120716 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130716 Year of fee payment: 9 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |