JPH11145518A - 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法Info
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- JPH11145518A JPH11145518A JP33094497A JP33094497A JPH11145518A JP H11145518 A JPH11145518 A JP H11145518A JP 33094497 A JP33094497 A JP 33094497A JP 33094497 A JP33094497 A JP 33094497A JP H11145518 A JPH11145518 A JP H11145518A
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- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
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Abstract
(57)【要約】
【課題】熱処理温度を低減させること。
【解決手段】サファイア基板1上にはAlNから成るバッフ
ァ層2,Siドープのn型GaN層3,GaNから成るバリア層41とG
a0.8In0.2Nから成る井戸層42とが交互に積層された多重
量子井戸構造の発光層4及びp型GaN層5が順次積層形成さ
れている。その後、Co金属薄膜を層５の上に形成して熱
処理して層５を低抵抗化し、その金属薄膜を除去した。
そして、p型層5上にはCoから成る第1金属層61と,Auから
成る第2金属層62との透光性のp電極6と電極パッド7とを
順次形成し,n型層3上には,VとAl又はAl合金から成るn電
極8を形成した。p型層5上に形成された第1 金属層61は
酸化しやすいCoから成り, 酸化したCoは熱処理時にp型
層5から水素を引き抜いて還元反応を生じ, 熱処理をO2
雰囲気中で行うことで, 還元されたCoが再び酸化されて
p 型層5 から水素を引き抜く。このようにして,p型層5
のp型化が促進され, 熱処理温度を低減できる。
ァ層2,Siドープのn型GaN層3,GaNから成るバリア層41とG
a0.8In0.2Nから成る井戸層42とが交互に積層された多重
量子井戸構造の発光層4及びp型GaN層5が順次積層形成さ
れている。その後、Co金属薄膜を層５の上に形成して熱
処理して層５を低抵抗化し、その金属薄膜を除去した。
そして、p型層5上にはCoから成る第1金属層61と,Auから
成る第2金属層62との透光性のp電極6と電極パッド7とを
順次形成し,n型層3上には,VとAl又はAl合金から成るn電
極8を形成した。p型層5上に形成された第1 金属層61は
酸化しやすいCoから成り, 酸化したCoは熱処理時にp型
層5から水素を引き抜いて還元反応を生じ, 熱処理をO2
雰囲気中で行うことで, 還元されたCoが再び酸化されて
p 型層5 から水素を引き抜く。このようにして,p型層5
のp型化が促進され, 熱処理温度を低減できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム(Ga
N) 系化合物半導体の製造方法において、特に、低抵抗
なｐ型層を形成する方法に関する。
N) 系化合物半導体の製造方法において、特に、低抵抗
なｐ型層を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、短波長発光デバイス材料として用
いられるGaN をｐ型化する方法としては、例えばマグネ
シウム(Mg)などのｐ型不純物をドーピングしたGaN に対
して、電子線照射処理又は窒素雰囲気で熱処理する方法
が知られている。
いられるGaN をｐ型化する方法としては、例えばマグネ
シウム(Mg)などのｐ型不純物をドーピングしたGaN に対
して、電子線照射処理又は窒素雰囲気で熱処理する方法
が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】通常、アクセプタ不純
物をドーピングしただけのGaN では、ｐ型不純物原子と
水素原子とが結合しているために、ｐ型不純物原子がア
クセプタとして機能せず、このｐ型不純物原子をアクセ
プタとして機能させるためには、熱処理温度を700 ℃以
上の高温にしてｐ型不純物原子と水素原子とを解離させ
る必要がある。半導体に対する高温の熱処理は半導体層
内部への熱的ダメージを与えると同時に表面モフォロジ
ーの悪化を招くため、熱処理温度の低温化が求められて
いる。
物をドーピングしただけのGaN では、ｐ型不純物原子と
水素原子とが結合しているために、ｐ型不純物原子がア
クセプタとして機能せず、このｐ型不純物原子をアクセ
プタとして機能させるためには、熱処理温度を700 ℃以
上の高温にしてｐ型不純物原子と水素原子とを解離させ
る必要がある。半導体に対する高温の熱処理は半導体層
内部への熱的ダメージを与えると同時に表面モフォロジ
ーの悪化を招くため、熱処理温度の低温化が求められて
いる。
【０００４】従って、本発明の目的は、熱処理の低温化
を実現することである。
を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の手段によれば、ｐ型のGaN 系化
合物半導体を製造する方法において、アクセプタ不純物
の添加されたGaN 系化合物半導体の表面に金属から成る
薄膜を形成した後、熱処理を行う。これにより、薄膜を
構成する金属原子が、熱処理時にアクセプタ不純物の添
加されたGaN 系化合物半導体中の水素を引き抜いて還元
反応を起こすため、不純物がアクセプタとして機能し、
GaN 系化合物半導体中のｐ型化が促進され、内部までｐ
型化でき、低抵抗なｐ型半導体を得ることができる。
又、熱処理の低温化が可能となり、高温域での表面モフ
ォロジーの劣化を防止できる。
めに、請求項１に記載の手段によれば、ｐ型のGaN 系化
合物半導体を製造する方法において、アクセプタ不純物
の添加されたGaN 系化合物半導体の表面に金属から成る
薄膜を形成した後、熱処理を行う。これにより、薄膜を
構成する金属原子が、熱処理時にアクセプタ不純物の添
加されたGaN 系化合物半導体中の水素を引き抜いて還元
反応を起こすため、不純物がアクセプタとして機能し、
GaN 系化合物半導体中のｐ型化が促進され、内部までｐ
型化でき、低抵抗なｐ型半導体を得ることができる。
又、熱処理の低温化が可能となり、高温域での表面モフ
ォロジーの劣化を防止できる。
【０００６】請求項２に記載の手段によれば、少なくと
も酸素(O) を含む雰囲気中で熱処理が行われることによ
り、GaN 中から引き抜かれたH と酸化された金属とが反
応しH2O のような形でH を気相中へ逃がすことによって
金属原子が還元されるが、この金属原子が雰囲気中の酸
素により再び酸化されて水素引き抜き反応を生じさせる
ことが可能になるので、低抵抗化がより促進される。結
果的に、熱処理をより低温で行うことことができる。
尚、ここでいう酸素を含む雰囲気とは、例えばO2、O3、
CO、CO2 、NO、N2O 、NO2 、又は、H2O の少なくとも１
種又はこれらの混合ガス、又は、O2、O3、CO、CO2 、N
O、N2O 、NO2 、又は、H2O の少なくとも１種と不活性
ガスとの混合ガス、又は、O2、O3、CO、CO2 、NO、N2O
、NO2 、又は、H2O の混合ガスと不活性ガスとの混合
ガス等を用いることをいう。
も酸素(O) を含む雰囲気中で熱処理が行われることによ
り、GaN 中から引き抜かれたH と酸化された金属とが反
応しH2O のような形でH を気相中へ逃がすことによって
金属原子が還元されるが、この金属原子が雰囲気中の酸
素により再び酸化されて水素引き抜き反応を生じさせる
ことが可能になるので、低抵抗化がより促進される。結
果的に、熱処理をより低温で行うことことができる。
尚、ここでいう酸素を含む雰囲気とは、例えばO2、O3、
CO、CO2 、NO、N2O 、NO2 、又は、H2O の少なくとも１
種又はこれらの混合ガス、又は、O2、O3、CO、CO2 、N
O、N2O 、NO2 、又は、H2O の少なくとも１種と不活性
ガスとの混合ガス、又は、O2、O3、CO、CO2 、NO、N2O
、NO2 、又は、H2O の混合ガスと不活性ガスとの混合
ガス等を用いることをいう。
【０００７】請求項３に記載の手段によれば、薄膜を構
成する金属は、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、アルミニ
ウム(Al)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、マンガン(Mn)、バ
ナジウム(V) 及び金(Au)のうち少なくとも１種より成る
ことにより、請求項２に記載の手段を具体的に実現でき
る。
成する金属は、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、アルミニ
ウム(Al)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、マンガン(Mn)、バ
ナジウム(V) 及び金(Au)のうち少なくとも１種より成る
ことにより、請求項２に記載の手段を具体的に実現でき
る。
【０００８】請求項４に記載の手段によれば、薄膜が5
〜3000Åの膜厚に形成されることにより、GaN 系化合物
半導体を効果的に低抵抗化できる。
〜3000Åの膜厚に形成されることにより、GaN 系化合物
半導体を効果的に低抵抗化できる。
【０００９】又、請求項５に記載の手段によれば、熱処
理の後に、金属薄膜を除去し、GaN上に電極が形成され
ることにより、アロイ温度を最適化できるので駆動電圧
を低下することができる。
理の後に、金属薄膜を除去し、GaN上に電極が形成され
ることにより、アロイ温度を最適化できるので駆動電圧
を低下することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１は、サファイア基板１上に形成
されたGaN 系化合物半導体発光素子１０の断面構成を示
した模式図である。サファイア基板１の上には AlNから
成る膜厚約25nmのバッファ層２が設けられ、その上にSi
ドープの膜厚約４μｍのｎ型GaN 層３が形成されてい
る。このｎ型GaN 層３の上に膜厚約35ÅのGaN から成る
バリア層４１と膜厚約35ÅのGa0.8In0.2N から成る井戸
層４２とが交互に積層された多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）の発光層４が形成されている。バリア層４１は６
層、井戸層４２は５層である。発光層４の上には膜厚約
250nm のｐ型GaN 層５が形成されている。ｐ型GaN 層５
の上には金属蒸着による膜厚約15ÅのCoから成る第１金
属層６１と、膜厚約60ÅのAuから成る第２金属層６２と
が順次積層され、この第１金属層６１と第２金属層６２
とで透光性のｐ電極６が構成されている。このｐ電極６
上の所定領域に、CoもしくはNiとAu、Al、又はそれらの
合金から成る膜厚約1.5 μｍの電極パッド７が形成され
ている。又、ｎ型GaN 層３上には、膜厚約 200Åのバナ
ジウム(V) と膜厚約 1.8μｍのアルミニウム(Al)又はAl
合金で構成されたｎ電極８が形成されている。
基づいて説明する。図１は、サファイア基板１上に形成
されたGaN 系化合物半導体発光素子１０の断面構成を示
した模式図である。サファイア基板１の上には AlNから
成る膜厚約25nmのバッファ層２が設けられ、その上にSi
ドープの膜厚約４μｍのｎ型GaN 層３が形成されてい
る。このｎ型GaN 層３の上に膜厚約35ÅのGaN から成る
バリア層４１と膜厚約35ÅのGa0.8In0.2N から成る井戸
層４２とが交互に積層された多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）の発光層４が形成されている。バリア層４１は６
層、井戸層４２は５層である。発光層４の上には膜厚約
250nm のｐ型GaN 層５が形成されている。ｐ型GaN 層５
の上には金属蒸着による膜厚約15ÅのCoから成る第１金
属層６１と、膜厚約60ÅのAuから成る第２金属層６２と
が順次積層され、この第１金属層６１と第２金属層６２
とで透光性のｐ電極６が構成されている。このｐ電極６
上の所定領域に、CoもしくはNiとAu、Al、又はそれらの
合金から成る膜厚約1.5 μｍの電極パッド７が形成され
ている。又、ｎ型GaN 層３上には、膜厚約 200Åのバナ
ジウム(V) と膜厚約 1.8μｍのアルミニウム(Al)又はAl
合金で構成されたｎ電極８が形成されている。
【００１１】次に、この発光素子１０の製造方法につい
て説明する。上記発光素子１０は、有機金属気相成長法
（以下「MOVPE 」と略す）による気相成長により製造さ
れた。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリア
ガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下
「TMG 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
（以下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH
3)3)（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペ
ンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg
」と記す）である。
て説明する。上記発光素子１０は、有機金属気相成長法
（以下「MOVPE 」と略す）による気相成長により製造さ
れた。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリア
ガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下
「TMG 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
（以下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH
3)3)（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペ
ンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg
」と記す）である。
【００１２】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とした単結晶のサファイア基板１をMOVPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速 2liter/分で約30分間反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板１をベーキングした。次
に、温度を400 ℃まで低下させて、H2を20liter/分、NH
3 を10liter/分、TMA を1.8 ×10-5モル／分で供給して
AlN のバッファ層２を約25nmの膜厚に形成した。
ａ面を主面とした単結晶のサファイア基板１をMOVPE 装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH2を流速 2liter/分で約30分間反応室に流しながら
温度1100℃でサファイア基板１をベーキングした。次
に、温度を400 ℃まで低下させて、H2を20liter/分、NH
3 を10liter/分、TMA を1.8 ×10-5モル／分で供給して
AlN のバッファ層２を約25nmの膜厚に形成した。
【００１３】次に、サファイア基板１の温度を1150℃に
保持し、N2又はH2を10liter/分、NH3 を10liter/分、TM
G を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、
H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを 5×10-9モ
ル／分で供給して、膜厚約４μｍ、電子濃度 1×1018/c
m3、シリコン濃度 2×1018/cm3のｎ型GaN 層３を形成し
た。上記のｎ型GaN 層３を形成した後、続いて、N2又は
H2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を2.0 ×10-4
モル／分で供給して、膜厚約35ÅのGaN から成るバリア
層４１を形成した。次に、N2又はH2、NH3 の供給量を一
定として、TMG を7.2 ×10-5モル／分、TMI を0.19×10
-4モル／分で供給して、膜厚約35ÅのGa0.8In0.2N から
成る井戸層４２を形成した。さらに、バリア層４１と井
戸層４２を同一条件で５周期形成し、その上にGaN から
成るバリア層４１を形成した。このようにして５周期の
ＭＱＷ構造の発光層４を形成した。
保持し、N2又はH2を10liter/分、NH3 を10liter/分、TM
G を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、
H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシランを 5×10-9モ
ル／分で供給して、膜厚約４μｍ、電子濃度 1×1018/c
m3、シリコン濃度 2×1018/cm3のｎ型GaN 層３を形成し
た。上記のｎ型GaN 層３を形成した後、続いて、N2又は
H2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を2.0 ×10-4
モル／分で供給して、膜厚約35ÅのGaN から成るバリア
層４１を形成した。次に、N2又はH2、NH3 の供給量を一
定として、TMG を7.2 ×10-5モル／分、TMI を0.19×10
-4モル／分で供給して、膜厚約35ÅのGa0.8In0.2N から
成る井戸層４２を形成した。さらに、バリア層４１と井
戸層４２を同一条件で５周期形成し、その上にGaN から
成るバリア層４１を形成した。このようにして５周期の
ＭＱＷ構造の発光層４を形成した。
【００１４】次に、サファイア基板１の温度を1100℃に
保持し、N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TM
G を1.12×10-4モル／分、CP2Mg を 2×10-5モル／分で
供給して、膜厚約250nm 、濃度 5×1019/cm3のMgをドー
プしたｐ型GaN 層５を形成した。そのｐ型GaN 層５上に
Coを厚さ100 Å（真空度10-3Paオーダーで蒸着）に形成
し、その後O2ガスを供給し、圧力10Pa、約650 ℃で６分
程度加熱した。次にCoを硝酸系エッチング液で除去し
た。次に、ｐ型GaN 層５上にエッチングマスクを形成
し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆われてい
ない部分のｐ型GaN 層５、発光層４及びｎ型GaN 層３の
一部を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングに
よりエッチングして、ｎ型GaN 層３の表面を露出させ
た。次に、以下の手順で、ｎ型GaN 層３に対するｎ電極
８とｐ型GaN 層５に対する透光性のｐ電極６とを形成し
た。
保持し、N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TM
G を1.12×10-4モル／分、CP2Mg を 2×10-5モル／分で
供給して、膜厚約250nm 、濃度 5×1019/cm3のMgをドー
プしたｐ型GaN 層５を形成した。そのｐ型GaN 層５上に
Coを厚さ100 Å（真空度10-3Paオーダーで蒸着）に形成
し、その後O2ガスを供給し、圧力10Pa、約650 ℃で６分
程度加熱した。次にCoを硝酸系エッチング液で除去し
た。次に、ｐ型GaN 層５上にエッチングマスクを形成
し、所定領域のマスクを除去して、マスクで覆われてい
ない部分のｐ型GaN 層５、発光層４及びｎ型GaN 層３の
一部を塩素を含むガスによる反応性イオンエッチングに
よりエッチングして、ｎ型GaN 層３の表面を露出させ
た。次に、以下の手順で、ｎ型GaN 層３に対するｎ電極
８とｐ型GaN 層５に対する透光性のｐ電極６とを形成し
た。
【００１５】(1) フォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフィによりｎ型GaN 層３の露出面上の所定領域に窓
を形成して、10-3Paオーダ以下の高真空に排気した後、
膜厚約 200Åのバナジウム(V) と膜厚約 1.8μｍのAlを
蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これによ
りｎ型GaN 層３の露出面上にｎ電極８が形成される。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、ｐ型GaN 層５の上のフォト
レジストを除去して、窓部を形成する。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたｐ型
GaN 層５上に、10-3Paオーダ以下の高真空に排気した
後、膜厚約15ÅのCoを成膜させて、第１金属層６１を形
成する。 (4) 続いて、第１金属層６１の上に膜厚約60ÅのAuを成
膜させて、第２金属層６２を形成する。
グラフィによりｎ型GaN 層３の露出面上の所定領域に窓
を形成して、10-3Paオーダ以下の高真空に排気した後、
膜厚約 200Åのバナジウム(V) と膜厚約 1.8μｍのAlを
蒸着した。次に、フォトレジストを除去する。これによ
りｎ型GaN 層３の露出面上にｎ電極８が形成される。 (2) 次に、表面上にフォトレジストを一様に塗布して、
フォトリソグラフィにより、ｐ型GaN 層５の上のフォト
レジストを除去して、窓部を形成する。 (3) 蒸着装置にて、フォトレジスト及び露出させたｐ型
GaN 層５上に、10-3Paオーダ以下の高真空に排気した
後、膜厚約15ÅのCoを成膜させて、第１金属層６１を形
成する。 (4) 続いて、第１金属層６１の上に膜厚約60ÅのAuを成
膜させて、第２金属層６２を形成する。
【００１６】(5) 次に、試料を蒸着装置から取り出し、
リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Au
を除去する。 (6) 次に、透光性のｐ電極６上の一部にボンディング用
の電極パッド７を形成するために、フォトレジストを一
様に塗布して、その電極パッド７の形成部分のフォトレ
ジストに窓を開ける。次に、CoもしくはNiとAu、Al、又
は、それらの合金を膜厚1.5 μｍ程度に、蒸着により成
膜させ、(5) の工程と同様に、リフトオフ法により、フ
ォトレジスト上に堆積したCoもしくはNiとAu、Al、又は
それらの合金から成る膜を除去して、電極パッド７を形
成する。 (7) その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガス
を供給して圧力 3Paとし、その状態で雰囲気温度を約 5
50℃にして、3 分程度、加熱し、ｐ型GaN 層５と第１金
属層６１と第２金属層６２との合金化処理、ｎ電極８と
ｎ型GaN 層３との合金化処理を行った。
リフトオフ法によりフォトレジスト上に堆積したCo、Au
を除去する。 (6) 次に、透光性のｐ電極６上の一部にボンディング用
の電極パッド７を形成するために、フォトレジストを一
様に塗布して、その電極パッド７の形成部分のフォトレ
ジストに窓を開ける。次に、CoもしくはNiとAu、Al、又
は、それらの合金を膜厚1.5 μｍ程度に、蒸着により成
膜させ、(5) の工程と同様に、リフトオフ法により、フ
ォトレジスト上に堆積したCoもしくはNiとAu、Al、又は
それらの合金から成る膜を除去して、電極パッド７を形
成する。 (7) その後、試料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガス
を供給して圧力 3Paとし、その状態で雰囲気温度を約 5
50℃にして、3 分程度、加熱し、ｐ型GaN 層５と第１金
属層６１と第２金属層６２との合金化処理、ｎ電極８と
ｎ型GaN 層３との合金化処理を行った。
【００１７】上記方法により得られた発光素子１０は、
従来に比較して低温（約650 ℃）でｐ型GaN 層５の低抵
抗化ができ、電極との合金化処理を最適温度の約550 ℃
で行うことにより、従来に比較して駆動電圧を低減する
ことが可能となった。
従来に比較して低温（約650 ℃）でｐ型GaN 層５の低抵
抗化ができ、電極との合金化処理を最適温度の約550 ℃
で行うことにより、従来に比較して駆動電圧を低減する
ことが可能となった。
【００１８】図２は、キャリア濃度及び導電率を測定す
るために用いたサンプル２０である。サファイア基板１
上には、図１の構成と同じ組成から成るバッファ層２、
ｐ型GaN 層５が形成されている。層５にCo金属を100 Å
の厚さに形成し、各温度にて６分間熱処理を行った後、
王水で処理して金属層を除去し、四隅に膜厚約3000Åの
ニッケル(Ni)９を蒸着して、測定を行った。又、比較対
象のために金属層を設けずに同様に処理した場合につい
ても測定した。
るために用いたサンプル２０である。サファイア基板１
上には、図１の構成と同じ組成から成るバッファ層２、
ｐ型GaN 層５が形成されている。層５にCo金属を100 Å
の厚さに形成し、各温度にて６分間熱処理を行った後、
王水で処理して金属層を除去し、四隅に膜厚約3000Åの
ニッケル(Ni)９を蒸着して、測定を行った。又、比較対
象のために金属層を設けずに同様に処理した場合につい
ても測定した。
【００１９】図３は、図２のサンプル２０を用いて、熱
処理温度とキャリア濃度との関係を示した特性図であ
る。この図では、○印及び●印が熱処理時に金属層を設
けた場合の結果を示し、□印及び■印が熱処理時に金属
層を設けない場合を示している。これにより、金属層を
設けて熱処理することによって、キャリア濃度が高ま
り、ｐ型化が促進されることがわかる。これは、金属層
が、熱処理時にｐ型GaN 層５から水素を引き抜いて還元
反応を生じるためにｐ型GaN 層５の低抵抗化が促進され
るためである。又、金属層を設けた結果のうち○印が、
O2雰囲気中で熱処理を行った結果を示し、●印がN2雰囲
気中で熱処理を行った結果を示すが、O2雰囲気中で熱処
理を行う方が、N2雰囲気中で行うよりキャリア濃度が高
い、即ちｐ型化が促進されていることがわかる。O2雰囲
気中で約550 ℃の熱処理により約1 ×1017/cm3のキャリ
ア濃度が得られ、約500 ℃の熱処理では約1 ×1014/cm3
のキャリア濃度が得られる。これは、O2雰囲気中で熱処
理することにより、前述の酸化還元反応によりｐ型GaN
層５から水素を引き抜いて連続した酸化還元反応によっ
て、ｐ型GaN 層５の低抵抗化が促進されるからである。
よって、O2雰囲気を用いることにより、約650 ℃の熱処
理で1 ×1018/cm3と最も高いキャリア濃度を得ることが
可能である。一方、その他の場合は更なる高温条件が必
要とされ、キャリア濃度は、金属層形成後にO2雰囲気で
熱処理した場合のキャリア濃度まで到達しなかった。
処理温度とキャリア濃度との関係を示した特性図であ
る。この図では、○印及び●印が熱処理時に金属層を設
けた場合の結果を示し、□印及び■印が熱処理時に金属
層を設けない場合を示している。これにより、金属層を
設けて熱処理することによって、キャリア濃度が高ま
り、ｐ型化が促進されることがわかる。これは、金属層
が、熱処理時にｐ型GaN 層５から水素を引き抜いて還元
反応を生じるためにｐ型GaN 層５の低抵抗化が促進され
るためである。又、金属層を設けた結果のうち○印が、
O2雰囲気中で熱処理を行った結果を示し、●印がN2雰囲
気中で熱処理を行った結果を示すが、O2雰囲気中で熱処
理を行う方が、N2雰囲気中で行うよりキャリア濃度が高
い、即ちｐ型化が促進されていることがわかる。O2雰囲
気中で約550 ℃の熱処理により約1 ×1017/cm3のキャリ
ア濃度が得られ、約500 ℃の熱処理では約1 ×1014/cm3
のキャリア濃度が得られる。これは、O2雰囲気中で熱処
理することにより、前述の酸化還元反応によりｐ型GaN
層５から水素を引き抜いて連続した酸化還元反応によっ
て、ｐ型GaN 層５の低抵抗化が促進されるからである。
よって、O2雰囲気を用いることにより、約650 ℃の熱処
理で1 ×1018/cm3と最も高いキャリア濃度を得ることが
可能である。一方、その他の場合は更なる高温条件が必
要とされ、キャリア濃度は、金属層形成後にO2雰囲気で
熱処理した場合のキャリア濃度まで到達しなかった。
【００２０】図４は、図２のサンプル２０を用いて、熱
処理温度と導電率との関係を示した特性図である。図中
の○印、●印及び■印は、図３と同じ条件で得られた結
果を示している。図３と同様な図４に示す特性が得られ
た。即ち、金属層が、熱処理時にｐ型GaN 層５から水素
を引き抜いて還元反応を生じるためにｐ型GaN 層５の低
抵抗化が促進されるので、金属層を設けない場合より、
金属層を設けた場合の方が高い導電率が得られる。又、
O2雰囲気中で熱処理することにより、還元された金属が
熱処理時に再び酸化されてｐ型GaN 層５から水素を引き
抜いて還元反応を生じるために、ｐ型GaN 層５の低抵抗
化が促進されるので、N2雰囲気中で熱処理を行う場合よ
りさらに高い導電率が得られる。図４より、約 1×10-2
/ Ωcm以上の高い導電率を得るには、O2雰囲気を用いれ
ば約550 ℃で熱処理すればよく、約650 ℃で熱処理すれ
ば最も高い導電率に達する。以上のことから、約600 ℃
以上の温度、望ましくは650 ℃で熱処理することで低抵
抗ｐ型半導体が得られることがわかる。
処理温度と導電率との関係を示した特性図である。図中
の○印、●印及び■印は、図３と同じ条件で得られた結
果を示している。図３と同様な図４に示す特性が得られ
た。即ち、金属層が、熱処理時にｐ型GaN 層５から水素
を引き抜いて還元反応を生じるためにｐ型GaN 層５の低
抵抗化が促進されるので、金属層を設けない場合より、
金属層を設けた場合の方が高い導電率が得られる。又、
O2雰囲気中で熱処理することにより、還元された金属が
熱処理時に再び酸化されてｐ型GaN 層５から水素を引き
抜いて還元反応を生じるために、ｐ型GaN 層５の低抵抗
化が促進されるので、N2雰囲気中で熱処理を行う場合よ
りさらに高い導電率が得られる。図４より、約 1×10-2
/ Ωcm以上の高い導電率を得るには、O2雰囲気を用いれ
ば約550 ℃で熱処理すればよく、約650 ℃で熱処理すれ
ば最も高い導電率に達する。以上のことから、約600 ℃
以上の温度、望ましくは650 ℃で熱処理することで低抵
抗ｐ型半導体が得られることがわかる。
【００２１】上記図３及び図４は、金属層をCoで構成し
たときの特性を示したものであるが、他のCo，Au，Ni，
Cu，Pd，Mn等の単層構造又はこれらの積層構造を用いた
場合も同様であった。これは、ｐ型GaN 層５上に前述の
各種の金属層を設けて熱処理することで、ｐ型GaN 層５
中の水素が金属層に吸着されるので、低抵抗化が促進さ
れるためである。さらに、O2雰囲気中で熱処理すること
で、金属層が酸化され、その酸化された金属層がさらに
水素を吸着してGaN 層５の低抵抗化を促進するので、金
属層に酸化性金属を用いれば効果的である。
たときの特性を示したものであるが、他のCo，Au，Ni，
Cu，Pd，Mn等の単層構造又はこれらの積層構造を用いた
場合も同様であった。これは、ｐ型GaN 層５上に前述の
各種の金属層を設けて熱処理することで、ｐ型GaN 層５
中の水素が金属層に吸着されるので、低抵抗化が促進さ
れるためである。さらに、O2雰囲気中で熱処理すること
で、金属層が酸化され、その酸化された金属層がさらに
水素を吸着してGaN 層５の低抵抗化を促進するので、金
属層に酸化性金属を用いれば効果的である。
【００２２】上記実施例では、ｐ電極６の形成後の熱処
理において、10PaのO2ガス雰囲気を用いたが、O2ガスの
圧力はこれ以上であっても十分な効果を発揮する。又、
ｐ電極６の形成後の熱処理において、N2ガスに対して１
％のO2ガスを含ませ、そのO2ガスの分圧を１００Paとし
た雰囲気中での熱処理を行ったが同様な効果が得られ
た。このように、純粋な酸素ガスの他、O2にN2,He,Ne,A
r,Krのうちの１種以上を加えたガスが利用可能であり、
圧力及びO2の分圧は、上述した圧力範囲で全て利用可能
である。
理において、10PaのO2ガス雰囲気を用いたが、O2ガスの
圧力はこれ以上であっても十分な効果を発揮する。又、
ｐ電極６の形成後の熱処理において、N2ガスに対して１
％のO2ガスを含ませ、そのO2ガスの分圧を１００Paとし
た雰囲気中での熱処理を行ったが同様な効果が得られ
た。このように、純粋な酸素ガスの他、O2にN2,He,Ne,A
r,Krのうちの１種以上を加えたガスが利用可能であり、
圧力及びO2の分圧は、上述した圧力範囲で全て利用可能
である。
【００２３】又、GaN 層５を低抵抗化するための金属層
の厚さは、5 〜3000Åであることが望ましい。金属層の
厚さが５Åより薄いと水素の引き抜き効果が弱くなり、
300Åより厚いとｐ層、金属層界面にO2が供給されにく
くなるからである。又、上記実施例では、発光素子１０
の発光層４はＭＱＷ構造としたが、ＳＱＷやGa0.08In
0.92N 等から成る単層、その他、任意の混晶比の４元、
３元系のAlGaInN としても良い。又、ｐ型不純物として
Mgを用いたがベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族元素を
用いることができる。本発明は従来の透光性の金属電極
を用いる場合はもちろん、フリップチップタイプのよう
に厚い電極を用いる場合にも適用できる。又、本発明は
ＬＥＤやＬＤの発光素子に利用可能であると共に受光素
子にも利用することができる。本実施例では、ｐ型GaN
層５を低抵抗化した後、金属層９を除去したが、この金
属層９を除去することなく、例えば、金属層９と同一金
属やオーミック性が得られる異種金属等を積層して透明
電極を構成しても良い。また、金属層９を除去すること
なく、オーミック性が得られる同種又は異種の金属から
成るフリップチップタイプの厚い金属電極を形成しても
良い。
の厚さは、5 〜3000Åであることが望ましい。金属層の
厚さが５Åより薄いと水素の引き抜き効果が弱くなり、
300Åより厚いとｐ層、金属層界面にO2が供給されにく
くなるからである。又、上記実施例では、発光素子１０
の発光層４はＭＱＷ構造としたが、ＳＱＷやGa0.08In
0.92N 等から成る単層、その他、任意の混晶比の４元、
３元系のAlGaInN としても良い。又、ｐ型不純物として
Mgを用いたがベリリウム(Be)、亜鉛(Zn)等の２族元素を
用いることができる。本発明は従来の透光性の金属電極
を用いる場合はもちろん、フリップチップタイプのよう
に厚い電極を用いる場合にも適用できる。又、本発明は
ＬＥＤやＬＤの発光素子に利用可能であると共に受光素
子にも利用することができる。本実施例では、ｐ型GaN
層５を低抵抗化した後、金属層９を除去したが、この金
属層９を除去することなく、例えば、金属層９と同一金
属やオーミック性が得られる異種金属等を積層して透明
電極を構成しても良い。また、金属層９を除去すること
なく、オーミック性が得られる同種又は異種の金属から
成るフリップチップタイプの厚い金属電極を形成しても
良い。
【図１】本発明の具体的な実施例に係わるGaN 系化合物
半導体素子の構造を示した模式的断面図。
半導体素子の構造を示した模式的断面図。
【図２】本発明の具体的な実施例に係わるGaN 系化合物
半導体素子の特性を測定するために用いられたサンプル
の構成を示した模式的斜視図。
半導体素子の特性を測定するために用いられたサンプル
の構成を示した模式的斜視図。
【図３】キャリア濃度と熱処理温度との関係を示した特
性図。
性図。
【図４】導電率と熱処理温度との関係を示した特性図。
１ サファイア基板 ２ バッファ層 ３ ｎ型GaN 層 ４ 発光層 ５ ｐ型GaN 層 ６ ｐ電極 ７ 電極パッド ８ ｎ電極 ９ 金属層 １０ 発光素子 ４１ バリア層 ４２ 井戸層 ６１ 第１金属層 ６２ 第２金属層
Claims (5)
- 【請求項１】 ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体を製
造する方法において、 アクセプタ不純物の添加された窒化ガリウム系化合物半
導体の表面に金属から成る薄膜を形成した後、熱処理を
することで低抵抗ｐ型半導体を得ることを特徴とする窒
化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項２】 前記熱処理は、少なくとも酸素(O) を含
む雰囲気中で行われることを特徴とする請求項１に記載
の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項３】 前記金属は、コバルト(Co)、ニッケル(N
i)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、マン
ガン(Mn)、バナジウム(V) 及び金(Au)のうち少なくとも
１種より成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の
窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項４】 前記薄膜は、5 〜3000Åの膜厚に形成さ
れたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に
記載の窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法。 - 【請求項５】 前記熱処理の後に、前記薄膜を除去した
後に電極を形成することを特徴とする窒化ガリウム系化
合物半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33094497A JP3509514B2 (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33094497A JP3509514B2 (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145518A true JPH11145518A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3509514B2 JP3509514B2 (ja) | 2004-03-22 |
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ID=18238172
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33094497A Expired - Fee Related JP3509514B2 (ja) | 1997-11-13 | 1997-11-13 | 窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法 |
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|---|---|
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Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11186605A (ja) * | 1997-12-18 | 1999-07-09 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体の電極形成方法及び素子の製造方法 |
| JP2001148534A (ja) * | 1999-09-09 | 2001-05-29 | Sharp Corp | Ｉｉｉ族窒化物半導体の電極形成方法 |
| JP2002026389A (ja) * | 2000-07-10 | 2002-01-25 | Showa Denko Kk | ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の作製方法、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製方法および窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| WO2001069659A3 (en) * | 2000-03-14 | 2002-02-21 | Cree Lighting Co | Fabrication of semiconductor materials and devices with controlled electrical conductivity |
| US6498111B1 (en) | 2000-08-23 | 2002-12-24 | Cree Lighting Company | Fabrication of semiconductor materials and devices with controlled electrical conductivity |
| JP2005033212A (ja) * | 2003-07-11 | 2005-02-03 | Samsung Electronics Co Ltd | 高性能の窒化ガリウム系発光素子のための薄膜電極およびその製造方法 |
| JP2007141983A (ja) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Sharp Corp | 窒化物半導体のアニール処理方法とその方法を用いて作製された半導体装置 |
| JP2007311375A (ja) * | 2006-05-16 | 2007-11-29 | Showa Denko Kk | ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の作製方法及び発光素子の作製方法。 |
| US7364929B2 (en) | 2006-03-22 | 2008-04-29 | Opnext Japan, Inc. | Nitride semiconductor based light-emitting device and manufacturing method thereof |
| JP2008244160A (ja) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Toyoda Gosei Co Ltd | ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体に対する電極形成方法及びｐ型ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の製造方法 |
| US7485902B2 (en) * | 2002-09-18 | 2009-02-03 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light-emitting device |
| JP2010537436A (ja) * | 2007-08-31 | 2010-12-02 | ラティス パワー （チアンシ） コーポレイション | 低温でｐ型ＩＩＩ−Ｖ窒化物半導体材料に低抵抗率オーム接点を製作する方法 |
| CN102544271A (zh) * | 2012-03-21 | 2012-07-04 | 中国科学院半导体研究所 | 利用双成核层生长高质量氮化镓外延结构的方法 |
| CN102569567A (zh) * | 2012-03-21 | 2012-07-11 | 中国科学院半导体研究所 | 氮化物led外延结构的生长方法 |
| JP2015060854A (ja) * | 2013-09-17 | 2015-03-30 | 沖電気工業株式会社 | 窒化物半導体発光ダイオード、及びその製造方法 |
| JP2015082641A (ja) * | 2013-10-24 | 2015-04-27 | 住友電気工業株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法 |
| JP2015109438A (ja) * | 2013-12-05 | 2015-06-11 | アイメック・ヴェーゼットウェーＩｍｅｃ Ｖｚｗ | 半導体デバイスにおけるｃｍｏｓ適合コンタクト層の製造方法 |
| CN114649448A (zh) * | 2022-03-15 | 2022-06-21 | 江苏第三代半导体研究院有限公司 | 低欧姆接触氮化物发光二极管芯片及其制备方法 |
| JP2024080988A (ja) * | 2022-12-05 | 2024-06-17 | 豊田合成株式会社 | 発光素子およびその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6070526B2 (ja) | 2013-12-11 | 2017-02-01 | 豊田合成株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1997
- 1997-11-13 JP JP33094497A patent/JP3509514B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH11186605A (ja) * | 1997-12-18 | 1999-07-09 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体の電極形成方法及び素子の製造方法 |
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| JP2004528700A (ja) * | 2000-03-14 | 2004-09-16 | クリー インコーポレイテッド | 制御された導電率を有する半導体材料および半導体デバイスの製造方法 |
| WO2001069659A3 (en) * | 2000-03-14 | 2002-02-21 | Cree Lighting Co | Fabrication of semiconductor materials and devices with controlled electrical conductivity |
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| JP2007141983A (ja) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Sharp Corp | 窒化物半導体のアニール処理方法とその方法を用いて作製された半導体装置 |
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