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DE10134181A1 - P-type nitride semiconductor manufacturing method for light emitting and receiving elements, involves cooling substrate of nitride semiconductor layer in environment of hydrogen - Google Patents

P-type nitride semiconductor manufacturing method for light emitting and receiving elements, involves cooling substrate of nitride semiconductor layer in environment of hydrogen

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DE10134181A1
DE10134181A1 DE10134181A DE10134181A DE10134181A1 DE 10134181 A1 DE10134181 A1 DE 10134181A1 DE 10134181 A DE10134181 A DE 10134181A DE 10134181 A DE10134181 A DE 10134181A DE 10134181 A1 DE10134181 A1 DE 10134181A1
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DE
Germany
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nitride semiconductor
substrate
type nitride
cooling
semiconductor layer
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Hidenori Kamei
Shuichi Shinagawa
Hidemi Takeishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

A p-type nitride semiconductor layer is formed on a substrate maintained at temperature of more than 950 deg C by introducing p-type dopant, nitrogen and group III elements. The substrate is then cooled to the temperature of 700 deg C in the environment of hydrogen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft einen p-leitenden Nitrid- Halbleiter unter den Halbleitern auf Basis von Galliumnitrid (Gruppe III-V) zur Verwendung in Licht ausstrahlenden Ein­ richtungen, die blaues Licht oder ein anderes Licht mit kur­ zer Wellenlänge ausstrahlen; insbesondere einen Nitrid- Halbleiter, der nach dem Züchten keine Temper- bzw. Glühbe­ handlung (nachfolgend als "Temper"behandlung bezeichnet) er­ fordert. Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters ist ebenfalls in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.The present invention relates to a p-type nitride Semiconductors among those based on gallium nitride (Group III-V) for use in light emitting inputs directions that have blue light or another light with cure radiate zero wavelength; especially a nitride Semiconductor that has no temper or glow after growing action (hereinafter referred to as "temper" treatment) calls. One method of manufacturing a semiconductor is also included in the present invention.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Ein Halbleiter auf der Basis von Galliumnitrid (Gruppe III-V), der einen relativ großen Bandabstand aufweist, ist eines der zukünftigen Materialien, die für die Licht mit kurzer Wellenlänge ausstrahlenden Einrichtungen geeignet sind, die in optischen Informationsverarbeitungseinheiten verwendet werden, die die wachsende Menge von Informationsgehalten handhaben. Bei solchen Licht ausstrahlenden Einrichtung, wie einer Diodeneinrichtung oder einer Lasereinrichtung, ist ein PN-Übergang die wesentliche Struktur, wo die Träger in der Nähe des Übergangs rekombiniert werden und das Licht ausge­ strahlt wird. Wie gut bekannt ist, ist es nicht leicht, einen Nitrid-Halbleiter mit niedrigem spezifischem Widerstand be­ reitzustellen, weil im p-leitenden Nitrid-Halbleiter, der mit Magnesium, Mg, oder einem anderen Akzeptor dotiert ist, die Aktivierungsrate bzw. -geschwindigkeit des Akzeptors gegen­ über dem Donator deutlich geringer ist. A semiconductor based on gallium nitride (group III-V), that has a relatively large bandgap is one of the future materials for the light with short Wavelength emitting devices are suitable, the used in optical information processing units that keep the growing amount of information handle. With such light emitting device, such as a diode device or a laser device is a PN transition is the essential structure where the beams in the Near the junction can be recombined and the light out shines. As is well known, it is not easy to find one Nitride semiconductors with low resistivity because of the p-type nitride semiconductor that Magnesium, Mg, or another acceptor that is doped Activation rate or speed of the acceptor against above the donor is significantly lower.  

Der p-leitende Nitrid-Halbleiter zeigt einen hohen Wert des spezifischen Widerstandes, wenn er nach dem Züchten auf Raum­ temperatur zurückgeführt ist. Um einen niedrigen spezifischen Widerstand zu erhalten, war es normale Praxis, an einem p- leitenden Nitrid-Halbleiter ein Nachtempern oder eine andere Wärmebehandlung anzuwenden, um den Wasserstoff eines aus Mag­ nesium und Wasserstoff gebildeten Komplexes vom Magnesium ab­ zutrennen. Es werden Forschungstätigkeiten durchgeführt, um einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter mit niedrigem spezifi­ schem Widerstand ohne Anwendung des Nachtemperns bereitzu­ stellen. Wenn sich dies als erfolgreich herausstellt, bewirkt dies auch einen Vorteil für eine verbesserte Produktivität bei solchen Einrichtungen.The p-type nitride semiconductor shows a high value of specific resistance when after growing on space temperature is returned. To a low specific To get resistance, it was normal practice to conductive nitride semiconductor an after-anneal or another Heat treatment to apply the hydrogen one from Mag nesium and hydrogen complex formed from the magnesium to separate. Research activities are carried out to a p-type nitride semiconductor with low spec resistance without the use of post-annealing put. If this turns out to be successful, it works this is also an advantage for improved productivity at such facilities.

Zum Beispiel in der US-Patentveröffentlichung 5,932,896 (of­ fengelegtes japanisches Patent Nr. 135575/1998) ist ein Ver­ fahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ohne Anwendung des Nachtemperns offenbart.For example, in U.S. Patent Publication 5,932,896 (of Japanese Patent Laid-Open No. 135575/1998) is a ver drive to manufacture a p-type nitride semiconductor disclosed without the use of post-annealing.

Das in der obigen Veröffentlichung offenbarte Verfahren ver­ wendet einem Vorgang der metallorganischen Dampfphasenbe­ schichtung (MOCVD), um einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter auf einem Saphirsubstrat zu züchten, der eine organische Mag­ nesiumverbindung, die solch eine Quelle der Gruppe III wie Trimethylgallium (TMG) enthält, solche eine Stickstoffquelle wie Ammoniak (NH3) und ein p-Dotiermaterial auf dem Substrat mit 1100°C unter Verwendung eines Stickstoffträgergases ein­ führt, das Wasserstoffgas in einer Konzentration von 0,8-20 Vol.-% (capacity percent) enthält. Auf diese Weise wird die Bildung eines Magnesium-Wasserstoff-Komplexes blockiert und ein p-leitender Nitrid-Halbleiter bereitgestellt, der während der Wachstumsphase einen niedrigen spezifischen Widerstand zeigt. Sie offenbart auch einen Abkühlvorgang, bei dem die Temperatur in einer Atmosphäre von Stickstoffgas, das etwa 32 Vol.-% Ammoniak enthält, auf 350°C verringert wird und dann die Ammoniakzufuhr eingestellt und die Temperatur auf Raum­ temperatur verringert wird. The method disclosed in the above publication uses a metal organic vapor deposition (MOCVD) process to grow a p-type nitride semiconductor on a sapphire substrate containing an organic magnesium compound containing such a Group III source as trimethyl gallium (TMG ) contains such a nitrogen source as ammonia (NH 3 ) and a p-type dopant on the substrate at 1100 ° C using a nitrogen carrier gas, the hydrogen gas in a concentration of 0.8-20 vol .-% (capacity percent) contains. In this way, the formation of a magnesium-hydrogen complex is blocked and a p-type nitride semiconductor is provided which shows a low resistivity during the growth phase. It also discloses a cooling process in which the temperature in an atmosphere of nitrogen gas containing about 32 vol% ammonia is reduced to 350 ° C and then the ammonia supply is stopped and the temperature is reduced to room temperature.

Das oben beschriebene herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters, das das Nachtempern be­ seitigt, weist jedoch die folgenden Probleme auf. Wie nämlich der Erfinder der oben beschriebenen US P 5,932,896 und ein an­ derer Autor in einer Arbeit (Applied Physics Letters, Bd. 72, (1998), S. 1748) lehrte, verschlechtert sich die Aktivie­ rungsrate bzw. -geschwindigkeit von Magnesium deutlich, wenn sich während des Kristallwachstumsvorgangs die Wasserstoff­ konzentration nur von 2,4% auf 3,7% erhöhte, was bedeutet, dass ein p-leitender Nitrid-Halbleiter nur erhalten werden kann, wenn er unter einer sehr geringen Wasserstoffkonzentra­ tion gezüchtet wird. Was mehr ist: wenn ein Nitrid-Halbleiter unter einer geringen Wasserstoffkonzentration gezüchtet wird, stellt sich heraus, dass die Oberflächenwanderung unzurei­ chend ist und bestimmte spezifische Atome nicht an jeweiligen optimalen Punkten der Oberfläche angeordnet werden, was es schwierig macht, einen guten Kristall zu erhalten.The conventional manufacturing method described above a p-type nitride semiconductor, which be the post-annealing but has the following problems. How namely the inventor of US Pat. No. 5,932,896 described above and an whose author in a work (Applied Physics Letters, Vol. 72, (1998), p. 1748), the activity deteriorates rate or rate of magnesium clearly if hydrogen during the crystal growth process concentration only increased from 2.4% to 3.7%, which means that a p-type nitride semiconductor can only be obtained can if he is under a very low hydrogen concentration tion is bred. What's more: if a nitride semiconductor is grown under a low hydrogen concentration, turns out that the surface migration is insufficient and certain specific atoms are not attached to each optimal points of the surface are arranged what it difficult to get a good crystal.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung wendet sich den oben beschriebenen Problemen zu und strebt an, einen p-leitenden Nitrid- Halbleiter mit höherer Qualität anzubieten, ohne eine Behand­ lung des Nachtemperns zu benötigen.The present invention addresses those described above Problems and strives to use a p-type nitride Offer higher quality semiconductors without treatment need night tempering.

Das Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters umfasst einen Vorgang des Ausbildens eines p- leitenden Nitrid-Halbleiters mit niedrigem spezifischem Wi­ derstand im Wachstumsvorgang und einen Abkühlvorgang, bei dem die Abkühlzeit oder die Atmosphäre gesteuert wird, so dass die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes in einem praktischen Bereich gehalten wird, der als p-leitender Halbleiter nutzbar ist.The process for producing a p-type nitride Semiconductor includes a process of forming a p- conductive nitride semiconductor with low specific Wi the state of growth and a cooling process in which the cooling time or the atmosphere is controlled so that the property of low resistivity in a practical area that is held as p-type Semiconductor is usable.

Konkret beschrieben werden bei einem Verfahren zur Herstel­ lung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters der vorliegenden Erfindung, die Quelle des p-Dotiermaterials, die Stickstoff­ quelle und die Quelle der Gruppe III auf einem Substrat ein­ geführt, das bei einer Temperatur von 600°C oder höher gehal­ ten wird, um eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht mit niedrigem spezifischen Widerstand auf dem Substrat auszubil­ den, und wird das die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht tragende Substrat abgekühlt. Während des Abkühlvorgangs nimmt die Lochträgerdichte in der p-leitenden Nitrid- Halbleiterschicht ab.Described specifically in a manufacturing process development of a p-type nitride semiconductor of the present Invention, the source of the p-type dopant, the nitrogen  source and Group III source on a substrate performed, which is held at a temperature of 600 ° C or higher ten to a p-type nitride semiconductor layer low resistivity on the substrate and becomes the p-type nitride semiconductor layer cooled substrate. During the cooling process takes the hole carrier density in the p-type nitride Semiconductor layer.

Dadurch wird eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht auf ei­ nem Substrat in einer Atmosphäre ausgebildet, die eine spezi­ fische Menge an Wasserstoff enthält, die eine Deaktivierung des p-Dotiermaterials unterdrückt, und nimmt die Lochträger­ dichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht auf ein Ni­ veau ab, bei dem die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes beibehalten werden kann. Auf diese Weise wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter mit einer höheren Kristall­ qualität verfügbar gemacht, ohne dass irgendeine Behandlung des Nachtemperns benötigt wird.This results in a p-type nitride semiconductor layer on the egg nem substrate formed in an atmosphere that a speci fish amount of hydrogen that contains a deactivation suppresses the p-dopant, and takes the hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer on a Ni veau from which the property of low specific Resistance can be maintained. That way a p-type nitride semiconductor with a higher crystal quality made available without any treatment of post-heating is required.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist es bevorzugt, dass beim Abkühlvorgang die Lochträgerdichte des p-leitenden Nitrid-Halbleiters auf etwa 0%-95% abnimmt.In the present process for producing a p-type Nitride semiconductor, it is preferred that during the cooling process the hole carrier density of the p-type nitride semiconductor decreases about 0% -95%.

Zum Beispiel kann unter der Annahme, dass die Lochträgerdich­ te direkt nach dem Züchten etwa 2,0 × 1017 cm-3 beträgt, eine Konzentration von etwa 1,0 × 1016 cm-3 aufrechterhalten wer­ den, sogar wenn die Lochträgerdichte um 95% abnahm. Somit wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter bereitgestellt, der praktisch gut arbeitet.For example, assuming that the hole carrier density is about 2.0 × 10 17 cm -3 immediately after growing, a concentration of about 1.0 × 10 16 cm -3 can be maintained even if the hole carrier density is around 95 % decreased. Thus, a p-type nitride semiconductor is provided that works practically well.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist es bevorzugt, dass es beim Abkühlvor­ gang eine Prozedur zum Verringern der Substrattemperatur von der Züchttemperatur auf etwa 600°C innerhalb von 30 min ent­ hält. In the present process for producing a p-type Nitride semiconductor, it is preferred that it cool down started a procedure to lower the substrate temperature from the growing temperature to about 600 ° C within 30 min ent holds.  

Dies stellt sicher, dass die Lochträgerdichte einer p- leitenden Nitrid-Halbleiterschicht zur Aufrechterhaltung der Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes für ein praktisches Arbeiten ausreicht.This ensures that the hole carrier density of a p- conductive nitride semiconductor layer to maintain the Low resistivity property for one practical work is sufficient.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist es bevorzugt, dass die Atmosphäre für die Bildung einer Halbleiterschicht etwa 5-70 Vol.-% Was­ serstoff enthält.In the present process for producing a p-type Nitride semiconductor, it is preferred that the atmosphere for the formation of a semiconductor layer about 5-70 vol .-% What contains substance.

Wenn ein organometallisches Material als Quelle des Elements der Gruppe III oder des p-Dotiermaterials verwendet wird, ist normalerweise Wasserstoff zum erhöhen der Zerlegungseffizienz und Fördern der Oberflächenwanderung in der Atmosphäre ent­ halten. Wenn jedoch die Wasserstoffkonzentration über 70% liegt, wird die vom Wasserstoff verursachte Deaktivierungs­ wirkung am Akzeptor signifikant. Die Deaktivierung des p- Dotiermaterials kann sicher unterdrückt werden, wenn die Was­ serstoffkonzentration auf 5%-70% gemäß der vorliegenden Er­ findung gesteuert wird.If an organometallic material as the source of the element Group III or p-type dopant is used usually hydrogen to increase decomposition efficiency and promote surface migration in the atmosphere hold. However, if the hydrogen concentration exceeds 70% is the deactivation caused by the hydrogen effect on the acceptor significant. Deactivating the p- Doping material can be safely suppressed if the What hydrogen concentration to 5% -70% according to the present Er is controlled.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist es bevorzugt, dass die Atmosphäre, die während des Abkühlvorgangs eingeführt wird, bis die Substrat­ temperatur von der Züchttemperatur aus etwa 600°C erreicht, etwa 0-50 Vol.-% Wasserstoff enthält.In the present process for producing a p-type Nitride semiconductor, it is preferred that the atmosphere is introduced during the cooling process until the substrate temperature reached about 600 ° C from the growing temperature, contains about 0-50 vol .-% hydrogen.

Dadurch kann die Deaktivierung bei einem p-leitenden Nitrid- Halbleiter auf Grund des Wasserstoffs unterdrückt werden und wird die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes einer relativ hohen Lochträgerdichte in einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht gut aufrechterhalten.This can deactivate a p-type nitride Semiconductors are suppressed due to the hydrogen and becomes the property of low resistivity a relatively high hole carrier density in a p-type Nitride semiconductor layer well maintained.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters ist es bevorzugt, dass die Atmosphäre, die während des Abkühlvorgangs eingeführt wird, bis die Substrat­ temperatur von der Züchttemperatur aus etwa 600°C erreicht, Ammoniak, NH3, enthält.In the present process for producing a p-type nitride semiconductor, it is preferred that the atmosphere which is introduced during the cooling process until the substrate temperature reaches about 600 ° C. from the growth temperature contains ammonia, NH 3 .

Dadurch kann die Abtrennung von Stickstoff von der Oberfläche des gezüchteten p-leitenden Nitrid-Halbleiters unterdrückt und als Folge eine Verschlechterung der Oberfläche verhindert werden.This can remove nitrogen from the surface of the grown p-type nitride semiconductor and, as a result, prevents deterioration of the surface become.

Um die früher beschriebene Aufgabe zu erfüllen, bildet das vorliegende Herstellungsverfahren im Vorgang zur Ausbildung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter mit niedrigem spezifischem Widerstand aus und stellt dann einen bestimmten spezifischen Plan für den Abkühlvorgang bereit, der einen spezifischen Substrattempera­ turbereich, nämlich einen Substrattemperaturbereich von etwa 950°C-700°C, abdeckt, in dem die Deaktivierung des p- Dotiermaterials in der p-leitenden Nitrid-Hableiterschicht auftritt.To accomplish the task described earlier, this forms present manufacturing process in the process of training a p-type nitride semiconductor layer a p-type Nitride semiconductor with low resistivity and then make a specific plan for that Cooling process ready, the specific substrate temperature tur range, namely a substrate temperature range of about 950 ° C-700 ° C, in which the deactivation of the p- Doping material in the p-type nitride semiconductor layer occurs.

Konkret beschrieben wird beim vorliegenden Verfahren zur Her­ stellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht während des oben beschriebenen spe­ zifischen Substrattemperaturbereichs unter einer bestimmten spezifischen Bedingung abgekühlt, bei der die Deaktivierung des p-Dotiermaterials kaum auftritt, welche spezifische Be­ dingung sich aus einer Kombination der Wasserstoffkonzentra­ tion in der Atmosphäre und der Abkühlzeit zusammensetzt.The present method for manufacturing is specifically described position of a p-type nitride semiconductor, the p-type Nitride semiconductor layer during the spe specific substrate temperature range under a certain specific condition cooled when the deactivation of the p-doping material hardly occurs, which specific Be condition from a combination of the hydrogen concentration tion in the atmosphere and the cooling time.

Beim vorliegenden Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters wird die p-leitende Nitrid-Schicht während des oben beschriebenen spezifischen Substrattemperaturbe­ reichs unter einer bestimmten spezifischen Bedingung abge­ kühlt, bei der die Deaktivierung des p-Dotiermaterials kaum auftritt, welche spezifische Bedingung sich aus einer Kombi­ nation der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit zusammensetzt. In the present process for producing a p-type Nitride semiconductor becomes the p-type nitride layer during of the specific substrate temperature described above empire under a certain specific condition cools, with the deactivation of the p-dopant hardly occurs, which specific condition results from a station wagon nation of hydrogen concentration in the atmosphere and Cooling rate composed.  

Dies macht es möglich, dass ein p-leitender Nitrid-Halbleiter die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes in einem bestimmten Bereich beibehält, in dem er als praktischer p-leitender Halbleiter arbeiten kann.This makes it possible for a p-type nitride semiconductor the property of low resistivity in maintains a certain area in which it is considered practical p-type semiconductor can work.

Ferner betrifft ein p-leitender Nitrid-Halbleiter der vorlie­ genden Erfindung einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter, der auf einem Substrat bei einer Züchttemperatur von 600°C oder höher ausgebildet wird, bei dem die Lochträgerdichte sofort nach dem Abkühlvorgang etwa 5%-100% derjenigen bei der Züchttem­ peratur beträgt.Furthermore, a p-type nitride semiconductor relates to the present invention a p-type nitride semiconductor based on a substrate at a growing temperature of 600 ° C or higher is formed, in which the hole carrier density immediately after the cooling process about 5% -100% of that in the cultivated temperature is.

In einem Fall, in dem die Lochträgerdichte direkt nach dem Züchten etwa 2,0 × 1017 cm-3 beträgt, kann eine Konzentration von etwa 1,0 × 1016 cm-3 bereitgestellt werden, sogar wenn die Lochträgerdichte auf 5% derjenigen direkt nach dem Züch­ ten abnahm. Somit stellt es einen p-leitenden Nitrid- Halbleiter bereit, der im praktischen Gebrauch arbeitet.In a case where the hole carrier density is about 2.0 × 10 17 cm -3 immediately after growing, a concentration of about 1.0 × 10 16 cm -3 can be provided even if the hole carrier density is 5% of that directly decreased after breeding. Thus, it provides a p-type nitride semiconductor that works in practical use.

Ein weiterer p-leitender Nitrid-Halbleiter der vorliegenden Erfindung betrifft einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter, der auf einem Substrat nacheinander bei der Züchttemperatur von 600°C oder höher ausgebildet wird, wobei der p-leitende Nit­ rid-Halbleiter ihr an der obersten Oberfläche ausgesetzt wird, wobei die Wasserstoffkonzentration in der Nähe der Oberseite die gleiche ist oder innerhalb etwa des 10-fachen derjenigen im Inneren des p-leitenden Nitrid-Halbleiters liegt.Another p-type nitride semiconductor of the present Invention relates to a p-type nitride semiconductor which on a substrate in succession at the growing temperature of 600 ° C or higher is formed, the p-type nit rid semiconductors exposed to it on the top surface the hydrogen concentration is close to the Top is the same or within about 10 times that inside the p-type nitride semiconductor lies.

Bei dem herkömmlichen p-leitenden Nitrid-Halbleiter, der durch die Vorgänge hergestellt wird, die von einer Behandlung des Nachtemperns begleitet werden, ist die Wasserstoffkon­ zentration in der Nähe der ihr ausgesetzten Oberseite um mehr als 10-mal größer als diejenige im Inneren des p-leitenden Nitrid-Halbleiters. Bei einem p-leitenden Nitrid-Halbleiter der vorliegenden Erfindung bleibt jedoch die Wasserstoffkon­ zentration in der Nähe der Oberseite des p-leitenden Nitrid- Halbleiters auf dem gleichen Niveau, oder innerhalb des etwa 10-fachen, derjenigen im Inneren des p-leitenden Nitrid- Halbleiters. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem p-Dotiermaterial ein p-leitender Nitrid-Halbleiter mit einer verbesserten Aktivierungsrate bzw. -geschwindigkeit be­ reitgestellt.In the conventional p-type nitride semiconductor, the through the processes produced by a treatment accompanied by night heating is the hydrogen con center near the exposed top by more than 10 times larger than that inside the p-type Nitride semiconductor. With a p-type nitride semiconductor however, the hydrogen con remains in the present invention center near the top of the p-type nitride  Semiconductor at the same level, or within about 10 times that inside the p-type nitride Semiconductor. Therefore, according to the present invention a p-type nitride semiconductor with the p-type dopant an improved activation rate or speed Semi asked.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p- leitenden Nitrid-Halbleiters in der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor in Embodiment 1 of the present invention.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Abkühlzeit während des Abkühlvorgangs bei einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in der Ausfüh­ rungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 2 is a graph showing the dependence of the hole carrier density on the cooling time during the cooling process in a method for producing a p-type nitride semiconductor in Embodiment 1 of the present invention.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p- leitenden Nitrid-Halbleiters in der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor in the embodiment 2 of the present invention.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Verteilung der Wasserstoffkonzentration in Tiefenrichtung bei Licht ausstrahlenden Einrichtungen mit dem Nitrid- Halbleiter in der Ausführungsform 2, einschließlich einer ersten Modifikation und einer Vergleichsprobe, der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 4 is a graph showing the distribution of the hydrogen concentration in the depth direction at the light emitting means with the nitride semiconductor in the embodiment 2, including a first modification and a comparative sample of the present invention.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Haltetemperatur für das Substrat während des Abkühlvorgangs in einem Verfah­ ren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 5 is a graph showing the dependence of the ren hole carrier density of the holding temperature for the substrate during the cooling process in a procedural conductive p-for manufacturing a nitride semiconductor shows in an embodiment of the present invention.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Zeit zum Abkühlen des Substrats von etwa 950°C auf etwa 700°C während des Abkühlvorgangs in einem Verfahren zur Herstellung ei­ nes p-leitenden Nitrid-Halbleiters in einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 6 is a graph showing the dependence of the hole carrier density on the time for cooling the substrate from about 950 ° C to about 700 ° C during the cooling process in a method for producing a p-type nitride semiconductor in one embodiment of the present invention.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in der Atmo­ sphäre und der Zeit zum Abkühlen des Substrats von etwa 950°C auf etwa 700°C während des Abkühlvorgangs in einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters in einer Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung zeigt. Fig. 7 is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration in the atmosphere and the time for cooling the substrate from about 950 ° C to about 700 ° C during the cooling process in a process for producing a p-type nitride semiconductor shows in an embodiment of the prior invention.

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in der Atmo­ sphäre und der Abkühlgeschwindigkeit des Substrats bei etwa 800°C während des Abkühlvorgangs in einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 8 is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling rate of the substrate at about 800 ° C during the cooling process in a process for producing a p-type nitride semiconductor in an embodiment of the present invention ,

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p- leitenden Nitrid-Halbleiters in einer weiteren Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 9 is a cross-sectional view of the lead form the structure of a p-type nitride semiconductor in a further of the present invention.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Es werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.Embodiments of the present invention are presented below Described with reference to the drawings.

(Ausführungsform 1)(Embodiment 1)

Es wird eine erste beispielhafte Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen beschrieben. There will be a first exemplary embodiment of the present ing invention with reference to the accompanying drawings described.  

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p- leitenden Nitrid-Halbleiters gemäß einer ersten beispielhaf­ ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Auf ei­ nem aus Saphir bestehenden Substrat 11 sind eine aus Gallium­ nitrid (GaN) gebildete Pufferschicht zur Verringerung des Gitterversatzes zwischen einem bestimmten Halbleiter, der auf dem Substrat 11 gezüchtet werden soll, und dem Saphir und ei­ ne aus GaN ausgebildete p-leitende Nitrid-Halbeiterschicht 13 in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet. Fig. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor according to a first beispielhaf th embodiment of the present invention. On a substrate 11 made of sapphire, there is a buffer layer formed of gallium nitride (GaN) to reduce the lattice offset between a specific semiconductor that is to be grown on the substrate 11 and the sapphire and a p-type nitride formed of GaN. Semiconductor layer 13 arranged one above the other in this order.

Im Folgenden wird das Verfahren zur Herstellung der obigen p- leitenden Nitrid-Halbleiterschicht beschrieben. Zuerst wird das Substrat 11, das eine hochglanzpolierte Hauptoberfläche aufweist, in einer Reaktionskammer (nicht gezeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten und dann wird die Tem­ peratur des Substrates auf etwa 1000°C erhöht und Wasser­ stoffgas auf das Substrat 11 geführt, während es etwa 10 min lang erhitzt wird. Somit werden Flecken aus organischer Sub­ stanz und an der Hauptoberfläche haftende Feuchtigkeit ent­ fernt.The method for producing the above p-type nitride semiconductor layer is described below. First, the substrate 11 having a mirror-finished main surface is placed in a reaction chamber (not shown) and held by a substrate holder, and then the temperature of the substrate is raised to about 1000 ° C and hydrogen gas is supplied to the substrate 11 while it is is heated for about 10 minutes. This removes stains from organic matter and moisture adhering to the main surface.

Die Substrattemperatur wird auf etwa 550°C verringert und dann wird Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 16 Liter/min und Ammoniakgas, NH3, als Stickstoffquelle mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, Trimethylgallium (TMG) als Quelle der Gruppe III mit einem Durchsatz von etwa 40 µmol/min auf das Substrat 11 geführt. Somit wird die Puffer­ schicht 12 aus GaN auf der Hauptoberfläche des Substrates 11 bis zu einer Dicke von 25 nm gezüchtet.The substrate temperature is reduced to about 550 ° C and then nitrogen gas as a carrier gas with a throughput of about 16 liters / min and ammonia gas, NH 3 , as a nitrogen source with a throughput of about 4 l / min, trimethyl gallium (TMG) as the source of the group III with a throughput of about 40 µmol / min on the substrate 11 . Thus, the buffer layer 12 made of GaN is grown on the main surface of the substrate 11 to a thickness of 25 nm.

Die TMG-Zufuhr zur Reaktionskammer wird einmal eingestellt und die Substrattemperatur wird auf etwa 1050°C erhöht; und auf der Pufferschicht 12 wird eine 2 µm dicke p-leitende Nit­ rid-Halbleiterschicht 13 aus mit Mg dotiertem GaN gezüchtet, indem Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trä­ gergas und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 µmol/min und Mag­ nesium als p-Dotiermaterial enthaltendes Bicyclopentadienyl­ magnesium (Cp2Mg) mit einem Durchsatz von etwa 0,2 µmol/min etwa 60 min lang auf das Substrat 11 geführt wird. Der obige Durchsatz von Wasserstoffgas beinhaltet das zum Verdampfen des TMG und des Cp2Mg benötigte Wasserstoffgas.The TMG feed to the reaction chamber is stopped once and the substrate temperature is raised to about 1050 ° C; and on the buffer layer 12 , a 2 µm thick p-type nitride semiconductor layer 13 made of Mg-doped GaN is grown by using nitrogen gas with a throughput of about 13 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 3 l / min as the carrier gas and ammonia gas, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min, TMG with a throughput of about 80 µmol / min and magnesium as p-dopant containing bicyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) with a throughput of about 0.2 µmol / min on the substrate 11 for about 60 min. The above throughput of hydrogen gas includes the hydrogen gas needed to vaporize the TMG and the Cp 2 Mg.

Die Zufuhren an TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer werden ein­ gestellt und dann wird das Substrat 11 von der Züchttempera­ tur auf Raumtemperatur herunter abgekühlt, während Stick­ stoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoff­ gas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas auf das Substrat 11 geführt werden. Nachdem das Abkühlen be­ endet ist, wird das die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 tragende Substrat 11 aus der Reaktionskammer genommen.The supplies of TMG and Cp 2 Mg to the reaction chamber are set and then the substrate 11 is cooled down from the growing temperature to room temperature while nitrogen gas with a throughput of about 13 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 3 l / min and ammonia gas, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min as ambient gas on the substrate 11 . After the cooling has ended, the substrate 11 carrying the p-type nitride semiconductor layer 13 is removed from the reaction chamber.

Nun werden im Folgenden im Abkühlvorgang der vorliegenden Er­ findung enthaltene spezifische Merkmale beschrieben, welcher Abkühlvorgang bei dem die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 tragenden Substrat angewendet werden soll.Specific features contained in the cooling process of the present invention will now be described below, which cooling process is to be applied to the substrate carrying the p-type nitride semiconductor layer 13 .

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Abkühlzeit während des Abkühl­ vorgangs bei einem Verfahren zur Herstellung eines p- leitenden Nitrid-Halbleiters in der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Loch­ trägerdichte wurde mit den p-leitenden Nitrid- Halbleiterschichten 13 gemessen, die fünf verschiedene Ab­ kühlzeitspannen von 5 min bis 40 min zur Verringerung der Substrattemperatur von 1050°C, oder der Züchttemperatur, auf 600°C aufwiesen. Die Messung der Lochträgerdichte wurde durch Messen des Hall-Effekts mit einem quadratischen Probechip mit 5 mm durchgeführt, der durch Trennen speziell für die Messung in fünf verschiedenen Fällen bereitgestellten Substrate 11 hergestellt wurde. Fig. 2 is a graph showing the dependency of hole carrier density of the cooling time during the cool down process in a method for producing a p-type nitride semiconductor in the first exemplary embodiment of the present invention. The hole carrier density was measured with the p-type nitride semiconductor layers 13 , which had five different cooling periods from 5 minutes to 40 minutes to reduce the substrate temperature from 1050 ° C., or the growth temperature, to 600 ° C. The measurement of the hole carrier density was carried out by measuring the Hall effect with a square sample chip with 5 mm, which was produced by separating substrates 11 provided specifically for the measurement in five different cases.

Wie in Fig. 2 zu sehen ist, zeigen alle fünf Probechips die p-Leitung und die Lochträgerdichte nimmt mit denjenigen ab, die zum Abkühlen von der Züchttemperatur auf 600°C eine län­ gere Zeit aufwiesen. Durch Extrapolieren der geraden Linie von Fig. 2 zum y-Teil für die Abkühlzeit Null kann festge­ stellt werden, dass die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 der vorliegenden Ausführungsform eine p-Leitung mit etwa 2 × 1017 cm-3 Lochträgerdichte direkt nach ihrer Züchtung zeigt.As can be seen in Fig. 2, all five test chips show the p-line and the hole carrier density decreases with those that had a longer time to cool from the growing temperature to 600 ° C. By extrapolating the straight line from FIG. 2 to the y-part for the cooling time zero, it can be ascertained that the p-type nitride semiconductor layer 13 of the present embodiment directly follows a p-type line with approximately 2 × 10 17 cm -3 hole carrier density of their breeding shows.

Fig. 2 zeigt auch, dass die Lochträgerdichte bei 5 min Ab­ kühlzeit 1,2 × 1017 cm-3 beträgt, bei 20 min Abkühlzeit 3,0 × 1016 cm-3 beträgt, was etwa 7% der Konzentration vor dem Ab­ kühlen entspricht, und bei 30 min Abkühlzeit 1,0 × 1016 cm-3 beträgt, was etwa 5% der Konzentration vor dem Abkühlen ent­ spricht. Der Fall mit der Abkühlzeit von 30 min ist fast an der unteren Grenze, die für eine p-leitende Schicht in einer Einrichtung verwendet werden kann. In dem Falle mit einer Ab­ kühlzeit von 40 min beträgt die Konzentration 2,2 × 1015 cm-3, was angibt, dass die Trägerdichte für eine Verwendung in einer Einrichtung nicht ausreicht. Fig. 2 also shows that the hole carrier density at 5 min cooling time is 1.2 × 10 17 cm -3 , at 20 min cooling time is 3.0 × 10 16 cm -3 , which is about 7% of the concentration before cooling corresponds, and at 30 min cooling time is 1.0 × 10 16 cm -3 , which speaks ent about 5% of the concentration before cooling. The case with the cooling time of 30 minutes is almost at the lower limit that can be used for a p-type layer in a device. In the case with a cooling time of 40 minutes, the concentration is 2.2 × 10 15 cm -3 , which indicates that the carrier density is not sufficient for use in a device.

(Erste Modifikation der Ausführungsform 1)(First modification of embodiment 1)

Unten wird ein Verfahren zur Herstellung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht gemäß einem ersten Modifikationsbei­ spiel der Ausführungsform 1 beschrieben.Below is a method of making a p-type Nitride semiconductor layer according to a first modification Game of embodiment 1 described.

Die erste Pufferschicht 12 und die p-leitende Nitrid- Halbleiterschicht 13 mit einer Lochträgerdichte von etwa 2 × 1017 cm-3 werden durch das gleiche Verfahren wie in Ausfüh­ rungsform 1 in der Reihenfolge auf dem Substrat 11 ausgebil­ det, wie in Fig. 1 gezeigt.The first buffer layer 12 and the p-type nitride semiconductor layer 13 with a hole carrier density of approximately 2 × 10 17 cm -3 are formed by the same method as in embodiment 1 in the order on the substrate 11 as in FIG. 1 shown.

Unten wird die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Kon­ zentration an im Umgebungsgas enthaltenem Wasserstoffgas wäh­ rend des Abkühlungsvorgangs im ersten Modifikationsbeispiel beschrieben. Die Lochträgerdichte wurde mit denjenigen gemes­ sen, die vier verschiedene Atmosphären mit vier verschiedenen Wasserstoffgaskonzentrationen, 0%, 30%, 50% und 70%, durch­ liefen. Die Konzentration von Ammoniakgas, NH3, in jeder der Atmosphären betrug etwa 20%, der Rest war Stickstoffgas. Das Substrat wurde in etwa 5 min von etwa 1050°C, oder der Zücht­ temperatur, auf etwa 600°C abgekühlt.The dependence of the hole carrier density on the concentration of hydrogen gas contained in the ambient gas during the cooling process in the first modification example is described below. The hole carrier density was measured with those that passed through four different atmospheres with four different hydrogen gas concentrations, 0%, 30%, 50% and 70%. The concentration of ammonia gas, NH 3 , in each of the atmospheres was about 20%, the rest was nitrogen gas. The substrate was cooled from about 1050 ° C, or the growth temperature, to about 600 ° C in about 5 minutes.

Die Ergebnisse der Messung sind:
The results of the measurement are:

  • 1. 0% Wasserstoffkonzentration etwa 2 × 1017 cm-3, gleich der direkt nach dem Züchten1. 0% hydrogen concentration about 2 × 10 17 cm -3 , equal to that immediately after growing
  • 2. 30% Wasserstoffkonzentration etwa 4,2 × 1016 cm-3 2. 30% hydrogen concentration about 4.2 × 10 16 cm -3
  • 3. 50% Wasserstoffkonzentration etwa 1 × 1016 cm-3, gleich etwa 5% derjenigen direkt nach dem Züchten3. 50% hydrogen concentration about 1 × 10 16 cm -3 , equal to about 5% of that immediately after growing
  • 4. 70% Wasserstoffkonzentration etwa 2,5 × 1015 cm-3, gleich etwa 1% derjenigen direkt nach dem Züchten4. 70% hydrogen concentration about 2.5 × 10 15 cm -3 , equal to about 1% of that immediately after growing

Wie oben zu sehen wird die p-leitende Schicht für eine Ver­ wendung ein einer Einrichtung unzulänglich, wenn sie in einer Umgebung mit einer Wasserstoffkonzentration von 70% abgekühlt wird, sogar wenn sie in einer Zeitspanne von 5 min auf 600°C abgekühlt wird.As can be seen above, the p-type layer is used for a ver Use of an institution is inadequate if it is in a Cooled environment with a hydrogen concentration of 70% even if it reaches 600 ° C in a period of 5 minutes is cooled.

(Zweite Modifikation der Ausführungsform 1)(Second modification of embodiment 1)

Unten wird ein Verfahren zur Herstellung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht gemäß einem zweiten Modifikations­ beispiel der Ausführungsform 1 beschrieben.Below is a method of making a p-type Nitride semiconductor layer according to a second modification example of embodiment 1 described.

Die erste Pufferschicht 12 und die p-leitende Nitrid- Halbleiterschicht 13 mit einer Lochträgerdichte von etwa 2 × 1017 cm-3 werden durch das gleiche Verfahren wie in Ausfüh­ rungsform 1 in der Reihenfolge auf dem Substrat 11 ausgebil­ det, wie in Fig. 1 gezeigt.The first buffer layer 12 and the p-type nitride semiconductor layer 13 with a hole carrier density of approximately 2 × 10 17 cm -3 are formed by the same method as in embodiment 1 in the order on the substrate 11 as in FIG. 1 shown.

Es wird die Abhängigkeit der Lochträgerdichte von der Kon­ zentration an in der Atmosphäre enthaltenem Ammoniakgas, NH3, während des Abkühlungsvorgangs im zweiten Modifikationsbei­ spiel beschrieben. Die Konzentration von Wasserstoffgas in der Atmosphäre betrug etwa 15%, der Rest war Stickstoffgas. Das Substrat wurde in etwa 5 min von etwa 1050°C, oder der Züchttemperatur, auf etwa 600°C abgekühlt.The dependency of the hole carrier density on the concentration of ammonia gas, NH 3 , contained in the atmosphere during the cooling process is described in the second modification example. The concentration of hydrogen gas in the atmosphere was about 15%, the rest was nitrogen gas. The substrate was cooled from about 1050 ° C, or the growing temperature, to about 600 ° C in about 5 minutes.

Als Ergebnis der Messung wurde bestätigt, dass es kaum einen Unterschied in der Abnahmegeschwindigkeit der Lochträgerdich­ te während des Abkühlvorgangs gibt, sogar wenn die Konzentra­ tion des Ammoniakgases, NH3, variiert wurde; sie bleibt auf einer Höhe, die der einer Konzentration von Ammoniakgas, NH3, von 20% entspricht. Wenn die Konzentration an Ammoniakgas, NH3, in einem Bereich von 0%-0,5% liegt, verschlechtert sich die Kristalleigenschaft aufgrund einer Abtrennung von Stickstoff von der Oberfläche der p-leitenden Nitrid- Halbleiterschicht 13.As a result of the measurement, it was confirmed that there was little difference in the rate of decrease of the hole carrier density during the cooling process even when the ammonia gas concentration, NH 3 , was varied; it remains at a level which corresponds to a concentration of ammonia gas, NH 3 , of 20%. When the concentration of ammonia gas, NH 3 , is in a range of 0% -0.5%, the crystal property deteriorates due to separation of nitrogen from the surface of the p-type nitride semiconductor layer 13 .

(Dritte Modifikation der Ausführungsform 1)(Third modification of embodiment 1)

Unten wird ein Verfahren zur Herstellung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht gemäß einem dritten Modifikations­ beispiel der Ausführungsform 1 beschrieben. Im vorliegenden Modifikationsbeispiel wird die Abhängigkeit der Lochträger­ dichte während der Ausbildung der in Fig. 1 gezeigten p- leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 von der Wasserstoffgas­ konzentration im Trägergas beschrieben. In der Ausführungs­ form 1 betrug die Wasserstoffgaskonzentration im Trägergas etwa 15%; während im vorliegenden Modifikationsbeispiel die Konzentration des Wasserstoffgases im Trägergas in fünf Schritten mit einem Intervall von 5% von 0% bis 20% und in sechs Schritten mit einem Intervall von 10% von 20% bis 80%, insgesamt elf Schritten, variiert. Im Fall einer Wasserstoff­ gaskonzentration von 0% wurden TMG bzw. Cp2Mg unter Verwen­ dung von Stickstoffgas verdampft.A method for producing a p-type nitride semiconductor layer according to a third modification example of embodiment 1 is described below. In the present modification example, the dependency of the hole carrier density during the formation of the p-type nitride semiconductor layer 13 shown in FIG. 1 on the hydrogen gas concentration in the carrier gas is described. In embodiment 1, the hydrogen gas concentration in the carrier gas was about 15%; while in the present modification example the concentration of the hydrogen gas in the carrier gas varies in five steps with an interval of 5% from 0% to 20% and in six steps with an interval of 10% from 20% to 80%, a total of eleven steps. In the case of a hydrogen gas concentration of 0%, TMG or Cp 2 Mg were evaporated using nitrogen gas.

Das Ergebnis der Messungen an jeder der p-leitenden Nitrid- Halbleiterschichten 13, die in einer Atmosphäre gezüchtet wurden, in der die Wasserstoffgaskonzentration in einen Be­ reich von 5%-70% fällt, gab an, dass die Lochträgerdichte direkt nach dem Züchten 1 × 1016 cm-3 oder mehr betrug, was bedeutet, dass sie eine p-Leitungseigenschaft aufweisen; der Wert wurde ähnlich dem, was in Fig. 2 gezeigt wurde, durch Extrapolieren der Abkühlzeit von Null erhalten. Konkreter be­ trugt die Lochträgerdichte etwa 5 × 1016 cm-3 oder mehr bei einer Wasserstoffgaskonzentration von etwa 5%-50%, etwa 1 × 1017 cm-3 oder mehr bei einer Wasserstoffgaskonzentration von etwa 10%-20%. Wenn unter anderen Fällen in einer Wasser­ stoffkonzentration von 15% gezüchtet wird, zeigt die Lochträ­ gerdichte direkt nach dem Züchten seinen Höchstwert in einer Höhe von 2 × 1017 cm-3.The result of the measurements on each of the p-type nitride semiconductor layers 13 grown in an atmosphere in which the hydrogen gas concentration falls in a range of 5% -70% indicated that the hole carrier density was 1 × immediately after the growth 10 was 16 cm -3 or more, which means that they have a p-type property; the value was obtained similar to what was shown in Fig. 2 by extrapolating the cooling time from zero. More specifically, the hole carrier density is about 5 × 10 16 cm -3 or more with a hydrogen gas concentration of about 5% -50%, about 1 × 10 17 cm -3 or more with a hydrogen gas concentration of about 10% -20%. If, in other cases, a hydrogen concentration of 15% is used for cultivation, the perforated carrier density shows its maximum value at a height of 2 × 10 17 cm -3 immediately after cultivation.

Hinsichtlich der gesamten Linienbreite bei der Hälfte der Hö­ he der Rocking-Kurve, die ein Kriterium für die Bewertung der Kristalleigenschaft darstellt, wird sie mit steigender Was­ serstoffgaskonzentration geringer; die gesamte Linienbreite bei der Hälfte des Maximumwertes ist geringer als 300 s, wenn die Konzentration des Wasserstoffgases 10% oder mehr beträgt. Wenn jedoch in einer Atmosphäre mit einer Wasserstoffgaskon­ zentration von Null gezüchtet wird, wird die gesamte Linien­ breite bei der Hälfte des Maximums der Rocking-Kurve bei der Röntgenbeugung 500 s bis eine wesentlich verschlechterte Kristalleigenschaft. Ferner macht es der hohe spezifische Wi­ derstand unmöglich, die Lochträgerdichte zu messen.With regard to the total line width at half the height hey the rocking curve which is a criterion for evaluating the Represents crystal property, it becomes with increasing what hydrogen gas concentration lower; the entire line width at half the maximum value is less than 300 s if the concentration of the hydrogen gas is 10% or more. However, when in an atmosphere with a hydrogen gas concentration is grown from zero, the entire lines width at half the maximum of the rocking curve at the X-ray diffraction 500 s to a significantly worsened one Crystal property. Furthermore, the high specific Wi was impossible to measure the hole carrier density.

Wenn in einer Atmosphäre mit einer Wasserstoffgaskonzentrati­ on von etwa 80% gezüchtet wird, macht es aus dem gleichen Grunde der hohe spezifische Widerstand unmöglich, die Loch­ trägerdichte zu messen. Der Grund dafür ist vermutlich eine erhöhte Menge an während des Wachstumsvorgangs in den GaN aufgenommenen Wasserstoffatomen, die die Aktivierungsge­ schwindigkeit beim Magnesium verringert.When in an atmosphere with a hydrogen gas concentration one is bred by about 80%, it does the same Because of the high specific resistance impossible, the hole to measure carrier density. The reason for this is probably one increased amount of GaN during growth recorded hydrogen atoms, which the Aktivierungsge Magnesium speed reduced.

Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform Ammoniak, NH3, als Stickstoffquelle verwendet wurde, können auch andere organi­ sche Stickstoffmaterialien, wie Hydrazin, N2H4, Ethyladzid, C2H5NH2, für den Zweck verwendet werden.Although ammonia, NH 3 was used as the nitrogen source in the present embodiment, other organic nitrogen materials such as hydrazine, N 2 H 4 , ethyl adzide, C 2 H 5 NH 2 can also be used for the purpose.

(Ausführungsform 2)(Embodiment 2)

Es wird eine zweite beispielhafte Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen beschrieben.There will be a second exemplary embodiment of the present ing invention with reference to the accompanying drawings described.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau einer Licht ausstrahlenden Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die epitaktische Schicht einer Licht aus­ strahlenden Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter in der zweiten Ausführungsform umfasst eine Pufferschicht 22 aus nicht do­ tiertem GaN, die auf einem Saphirsubstrat 21 angeordnet ist, eine n-leitende Kontaktschicht 23 aus mit Si dotiertem GaN, eine Licht ausstrahlende Schicht 24 aus nicht dotiertem In­ GaN, eine erste Plattierschicht 25 aus nicht dotiertem GaN, eine p-leitende zweite Plattierschicht 26 aus mit Mg dotier­ tem AlGaN und eine p-leitende Kontaktschicht 27 aus mit Mg dotiertem GaN, die in dieser Reihenfolge übereinander ange­ ordnet sind. Auf der p-leitenden Kontaktschicht 27 befindet sich eine lichtdurchlässige positive Elektrode 28, die aus Ni- und Au-Schichten besteht, die in der Reihenfolge darauf übereinander angeordnet sind. Eine negative Elektrode 29 aus Al ist auf dem freiliegenden Bereich der n-leitenden Kontakt­ schicht 23 ausgebildet. Somit ist die vorliegende Licht aus­ strahlende Einrichtung eine Leuchtdiode mit einem pn-Übergang der aus der n-leitenden Kontaktschicht 23 und der zweiten Plattierschicht 26, wobei die nicht dotierte, Licht ausstrah­ lende Schicht 24 und die erste Plattierschicht 25 dazwischen angeordnet sind. Fig. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a light emitting device having nitride semiconductor according to a second exemplary embodiment of the present invention. The epitaxial layer of a light emitting device with nitride semiconductor in the second embodiment comprises a buffer layer 22 made of undoped GaN, which is arranged on a sapphire substrate 21 , an n-type contact layer 23 made of Si doped GaN, a light emitting layer 24 made of undoped In GaN, a first plating layer 25 made of undoped GaN, a p-type second plating layer 26 made of Mg-doped AlGaN and a p-type contact layer 27 made of Mg-doped GaN, which are arranged one above the other in this order , On the p-type contact layer 27 there is a translucent positive electrode 28 , which consists of Ni and Au layers, which are arranged one above the other in the order. A negative electrode 29 made of Al is formed on the exposed area of the n-type contact layer 23 . Thus, the present light from the radiating device is a light-emitting diode with a pn junction between the n-type contact layer 23 and the second cladding layer 26 , the undoped, light-emitting layer 24 and the first cladding layer 25 being arranged between them.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Leuchtdi­ ode mit dem obigen Aufbau beschrieben. In the following, a method for producing the light diodes ode described with the above structure.  

Zuerst wird ein Substrat 21, das eine hochglanzpolierte Hauptoberfläche aufweist, in einer Reaktionskammer (nicht ge­ zeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten und dann wird die Temperatur des Substrates auf etwa 1000°C er­ höht und Wasserstoffgas auf das Substrat 21 geführt, während es etwa 10 min lang erhitzt wird. Somit werden Flecken aus organischer Substanz und an der Hauptoberfläche haftende Feuchtigkeit entfernt und eine saubere Oberfläche bereitge­ stellt.First, a substrate 21 having a mirror-finished main surface is placed in a reaction chamber (not shown) and held by a substrate holder, and then the temperature of the substrate is raised to about 1000 ° C and hydrogen gas is supplied to the substrate 21 while it is is heated for about 10 minutes. This removes stains from organic matter and moisture adhering to the main surface and provides a clean surface.

Die Substrattemperatur wird auf etwa 550°C verringert und dann wird Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 16 l/min und Ammoniakgas, NH3, als Stickstoffquelle mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min und Trimethylgallium (TMG) als Quelle der Gruppe III mit einem Durchsatz von etwa 40 µmol/min auf das Substrat 21 geführt; somit wird die Puffer­ schicht 22 mit GaN auf auf der Hauptoberfläche des Substrates 21 mit einer Dicke von 25 nm ausgebildet. Der Durchsatz das Wasserstoffgases im Trägergas beinhaltet das zum Verdampfen des TMG oder des Cp2Mg benötigte Wasserstoffgas.The substrate temperature is reduced to about 550 ° C and then nitrogen gas as a carrier gas with a throughput of about 16 l / min and ammonia gas, NH 3 , as a nitrogen source with a throughput of about 4 l / min and trimethyl gallium (TMG) as a source of the group III with a throughput of about 40 µmol / min on the substrate 21 ; thus, the buffer layer 22 with GaN is formed on the main surface of the substrate 21 with a thickness of 25 nm. The throughput of the hydrogen gas in the carrier gas includes the hydrogen gas required to vaporize the TMG or the Cp 2 Mg.

Die TMG-Zufuhr zur Reaktionskammer wird einmal eingestellt und die Substrattemperatur wird auf etwa 1050°C erhöht, und auf der Pufferschicht 22 wird eine 2 µm dicke p-leitende Kon­ taktschicht 23 aus mit Si dotiertem GaN gezüchtet, indem Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasser­ stoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 µmol/min und Magnesium und 10 ppm Silicium enthaltendes Monosilan, SiH4, ein n- Dotiermaterial, mit einem Durchsatz von etwa 10 cm3/min etwa 60 min lang auf das Substrat 21 geführt wird.The TMG supply to the reaction chamber is adjusted once and the substrate temperature is raised to approximately 1050 ° C., and a 2 μm thick p-type contact layer 23 made of Si-doped GaN is grown on the buffer layer 22 by using nitrogen gas with a throughput of approximately 13 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 3 l / min as carrier gas and ammonia gas, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min, TMG with a throughput of about 80 µmol / min and magnesium and 10 ppm silicon containing monosilane, SiH 4 , an n-doping material, with a throughput of about 10 cm 3 / min for about 60 min on the substrate 21 .

Die Zufuhren an TMG- und SiH4-Gas werden eingestellt und dann wird die Substrattemperatur auf etwa 750°C gesenkt. Bei die­ ser Züchttemperatur wird auf der n-leitenden Kontaktschicht 23 eine SQW-Licht emittierende Schicht (SQW light emitting layer) 24 aus 3 nm dickem InGaN gezüchtet, indem Stickstoff­ gas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min, Am­ moniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 6 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 4 µmol/min und Trimethylindium (TMI), eine weitere Quelle der Gruppe III, mit einem Durch­ satz von etwa 5 µmol/min auf das Substrat 21 geführt wird. Die In-Zusammensetzung in der Licht ausstrahlenden Schicht 24 des vorliegenden Falles beträgt etwa 0,2.The TMG and SiH 4 gas supplies are stopped and then the substrate temperature is lowered to about 750 ° C. At this growth temperature, an SQW light-emitting layer 24 made of 3 nm thick InGaN is grown on the n-type contact layer 23 by using nitrogen gas as carrier gas with a throughput of about 14 l / min. NH 3 , with a throughput of about 6 l / min, TMG with a throughput of about 4 µmol / min and trimethylindium (TMI), another source of group III, with a throughput of about 5 µmol / min onto the substrate 21 to be led. The In composition in the light emitting layer 24 of the present case is about 0.2.

Die Zufuhr des TMI wird eingestellt, während das Stickstoff- Trägergas, das Ammoniakgas, NH3, als Stickstoffquelle und das TMG als Quelle der Gruppe III mit dem Durchsatz entsprechend weiter auf das Substrat 21 strömen gelassen werden. Auf diese Weise wird während der Temperaturerhöhung des Substrates auf etwa 1050°C eine erste Plattierschicht 25 aus GaN auf der Licht ausstrahlenden Schicht 24 bis zu einer Dicke von 10 nm gezüchtet.The supply of the TMI is stopped while the nitrogen carrier gas, the ammonia gas, NH 3 , as the nitrogen source and the TMG as the group III source are further flowed to the substrate 21 with the flow rate accordingly. In this way, a first plating layer 25 made of GaN is grown on the light-emitting layer 24 to a thickness of 10 nm while the temperature of the substrate is raised to approximately 1050 ° C.

Nachdem die Substrattemperatur bei 1050°C ankommt, werden Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasser­ stoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 40 µmol/min, Trimethylalumi­ nium (TMA) als weitere Quelle der Gruppe III mit einem Durch­ satz von etwa 6 µmol/min und Cp2Mg mit einem Durchsatz von etwa 0,1 µmol/min auf das Substrat 21 geführt, um eine zweite Plattierschicht 26 aus mit Mg dotiertem AlGaN auf der ersten Plattierschicht 25 bis zu einer Dicke von 0,2 µm zu züchten.After the substrate temperature reaches 1050 ° C., nitrogen gas with a throughput of about 13 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 3 l / min as carrier gas and ammonia gas, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min, TMG with a throughput of about 40 µmol / min, trimethylaluminium (TMA) as a further source of group III with a throughput of about 6 µmol / min and Cp 2 Mg with a throughput of about 0.1 µmol / min on the substrate 21 to grow a second plating layer 26 of Mg-doped AlGaN on the first plating layer 25 to a thickness of 0.2 µm.

Nach dem Einstellen der TMA-Zufuhr und dem Halten der Sub­ strattemperatur auf etwa 1050°C werden Stickstoffgas mit ei­ nem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 µmol/min und Cp2Mg mit einem Durchsatz von etwa 0,2 µmol/min auf das Substrat geführt, um eine p- leitende Kontaktschicht aus mit Mg dotiertem, p-leitendem GaN auf der zweiten Plattierschicht 26 bis zu einer Dicke von 0,3 µm zu züchten.After adjusting the TMA supply and maintaining the substrate temperature at about 1050 ° C, nitrogen gas with a throughput of about 13 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 3 l / min as carrier gas and ammonia gas, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min, TMG with a throughput of about 80 µmol / min and Cp 2 Mg with a throughput of about 0.2 µmol / min on the substrate to form a p-type contact layer made of Mg-doped, to grow p-type GaN on the second plating layer 26 to a thickness of 0.3 µm.

Nachdem die p-leitende Kontaktschicht 27 ausgebildet ist, wird die Temperatur von der Züchttemperatur auf Raumtempera­ tur gesenkt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min und Ammoniakgas, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas in die Reaktionskammer eingeführt wer­ den. Das Substrat 21, das eine epitaktische Schicht trägt, die aus einer Vielzahl von Nitrid-Halbleiterschichten gebil­ det ist, wird aus der Reaktionskammer genommen. Im Umgebungs­ gas beträgt die Wasserstoffgaskonzentration etwa 15%, die Konzentration an Ammoniakgas, NH3, beträgt etwa 20%. Das Sub­ strat 21 wurde in 5 min von der Züchttemperatur, etwa 1050°C, auf 600°C abgekühlt.After the p-type contact layer 27 is formed, the temperature is lowered from the growing temperature to room temperature, while nitrogen gas with a throughput of about 13 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 3 l / min and ammonia gas, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min as ambient gas into the reaction chamber. The substrate 21 , which has an epitaxial layer formed of a plurality of nitride semiconductor layers, is taken out of the reaction chamber. In the ambient gas, the hydrogen gas concentration is about 15%, the concentration of ammonia gas, NH 3 , is about 20%. The substrate 21 was cooled from the growing temperature, about 1050 ° C., to 600 ° C. in 5 minutes.

Die so bereitgestellten Nitrid-Halbleiterschichten, unter an­ derem die p-leitende zweite Plattierschicht 26 und die p- leitende Kontaktschicht 27, wurden durch den gleichen Wachs­ tumsvorgang und das Abkühlungsverfahren wie in Ausführungs­ form 1 ausgebildet. Daher wurden bessere p-leitende Halblei­ terschichten mit niedrigem spezifischem Widerstand bereitge­ stellt, ohne die Nachtemperbehandlung zu durchlaufen, die zum Aktivieren des Mg benötigt wird, mit dem die zweite Plattier­ schicht 26 und die p-leitende Kontaktschicht dotiert ist.The nitride semiconductor layers thus provided, including the p-type second plating layer 26 and the p-type contact layer 27 , were formed by the same growth process and the cooling method as in embodiment 1 . Therefore, better p-type semiconductor layers with low resistivity have been provided without undergoing the post-annealing treatment needed to activate the Mg with which the second plating layer 26 and the p-type contact layer are doped.

Als nächstes wird, beispielsweise durch Anwendung eines CVD- Vorgangs, auf der p-leitenden Kontaktschicht 27 durch Ab­ scheidung eine Siliciumoxidschicht ausgebildet, es wird ein spezielles Muster durch Photolithographie bereitgestellt, um eine Ätzmaske zu bilden, und dann wird die epitaktische Schicht durch einen reaktiven Ionenätzvorgang unter Verwen­ dung der Maske geätzt, bis die n-leitende Kontaktschicht 23 freigelegt ist. Next, for example by using a CVD process, a silicon oxide layer is formed on the p-type contact layer 27 by deposition, a special pattern is provided by photolithography to form an etching mask, and then the epitaxial layer is replaced by a reactive one Ion etching using the mask is etched until the n-type contact layer 23 is exposed.

Eine n-Elektrode 29 wird auf der freiliegenden Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 23 beispielsweise unter Verwendung eines Verdampfungsvorgangs selektiv ausgebildet; in der glei­ chen Weise wird eine p-Elektrode 28 auf der p-leitenden Kon­ taktschicht 27 selektiv ausgebildet.An n-electrode 29 is selectively formed on the exposed surface of the n-type contact layer 23 using, for example, an evaporation process; in the same manner, a p-electrode 28 is selectively formed on the p-type contact layer 27 .

Die Unterseite oder die der epitaktischen Schicht entgegenge­ setzte Seite des Substrates 21 wird geschliffen, um die Dicke des Substrats 21 auf etwa 100 µm zu bringen, und das Substrät wird durch Zerschneiden in Chips getrennt. Jeder der getrenn­ ten Chips wird an einem Fuß mit Elektroden daran mit der die Einrichtung tragenden Oberfläche nach oben befestigt. Die p- Elektrode 28 und die n-Elektrode 29 des Chips werden mit je­ weiligen Elektroden des Fußes verbunden und dann wird der ge­ samte Chip mit einem Harz geformt, um eine fertige Leuchtdio­ de zu werden.The bottom or the opposite side of the epitaxial layer of the substrate 21 is ground to bring the thickness of the substrate 21 to about 100 microns, and the substrate is separated by cutting into chips. Each of the separated chips is attached to a foot with electrodes thereon with the surface supporting the device facing up. The p-electrode 28 and the n-electrode 29 of the chip are connected to respective electrodes of the foot and then the entire chip is molded with a resin to become a finished light-emitting diode.

Es wurde bestätigt, das die durch die oben beschriebene Pro­ zedur bereitgestellte Leuchtdiode blaues Licht mit einer Peak-Wellenlänge von 470 nm ausstrahlt, wenn sie mit 20 mA Strom in Durchlassrichtung betrieben wird. Die Lichtleistung betrug 2,0 mW, die Betriebsspannung in Durchlassrichtung be­ trug 4,0 V.It has been confirmed that the by Pro zedur provided blue light with a light emitting diode Peak wavelength of 470 nm emits when at 20 mA Electricity is operated in the forward direction. The light output was 2.0 mW, the operating voltage in the forward direction be carried 4.0 V.

(Erste Modifikation der Ausführungsform 2)(First modification of embodiment 2)

Es wurde eine Leuchtdiode mit dem Aufbau von Fig. 3 bereitge­ stellt, indem die Abkühlzeit der Ausführungsform 2 auf 25 min modifiziert wurde, in der die Temperatur des die epitaktische Schicht tragenden Substrats 21 von der Züchttemperatur, etwa 1050°C, auf 600°C gesenkt wird. Die obige Leuchtdiode strahl­ te blaues Licht mit einer Peak-Welölenlänge von 470 nm aus, wenn sie mit einem Strom von 20 mA in Durchlassrichtung be­ trieben wurde. Die Lichtleistung betrug 0,5 mW, die Betriebs­ spannung in Durchlassrichtung betrug 5,0 V. A light-emitting diode having the structure of FIG. 3 was provided by modifying the cooling time of embodiment 2 to 25 minutes, in which the temperature of the substrate 21 carrying the epitaxial layer rose from the growth temperature, approximately 1050 ° C., to 600 ° C. is lowered. The above LED emitted blue light with a peak wavelength of 470 nm when it was operated with a current of 20 mA in the forward direction. The light output was 0.5 mW, the operating voltage in the forward direction was 5.0 V.

(Vergleichsbeispiel)(Comparative Example)

Es wurde eine Leuchtdiode mit dem Aufbau von Fig. 3 bereitge­ stellt, indem die Abkühlzeit der Ausführungsform 2 auf 40 min modifiziert wurde, in der die Temperatur des die epitaktische Schicht tragenden Substrats 21 von der Züchttemperatur, etwa 1050°C, auf 600°C gesenkt wird. Die obige Leuchtdiode wurde mit einem Strom von 20 mA in Durchlassrichtung betrieben, aber der elektrische Strom floss wegen des hohen Widerstandes nicht, somit wurde kein Licht ausgestrahlt.A light-emitting diode with the structure of FIG. 3 was provided by modifying the cooling time of embodiment 2 to 40 min, in which the temperature of the substrate 21 carrying the epitaxial layer rose from the growth temperature, approximately 1050 ° C., to 600 ° C. is lowered. The above light emitting diode was operated with a current of 20 mA in the forward direction, but the electrical current did not flow due to the high resistance, so no light was emitted.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, die die Wasserstoff­ verteilung in Richtung der Tiefe von der Oberfläche mit den Licht ausstrahlenden Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter in Ausführungsform 2, in der ersten Modifikation der Ausfüh­ rungsform 2 und dem Vergleichsbeispiel zeigt, die durch SIMS (sekundäre Ionenmassenspektroskopie) gemessen wurde. Die Was­ serstoffkonzentration wird hinsichtlich der oben beschriebe­ nen drei verschiedenen Zeitspannen gezeigt, die für das Ab­ kühlen bereitgestellt wurden. In Fig. 4 sind die Bereiche, die den Halbleiterschichten von Fig. 3 entsprechen, entspre­ chend durch Bereitstellung der gleichen Markierungen identi­ fiziert. Kurve 1A stellt den Fall von Ausführungsform 2 dar, bei dem die Abkühlzeit von der Züchttemperatur von etwa 1050°C auf 600°C 5 min beträgt, Kurve 1B stellt den Fall der Modifikation dar, bei dem sie 25 min beträgt, und Kurve 1C stellt den Fall des Vergleichsbeispiels dar, bei dem sie 40 min beträgt. Fig. 4 is a graph showing the hydrogen distribution in the depth direction from the surface with the light-emitting device with nitride semiconductor in Embodiment 2, in the first modification of Embodiment 2 and the comparative example by SIMS (secondary Ion mass spectroscopy) was measured. The hydrogen concentration is shown in terms of the three different time periods described above that were provided for cooling. In Fig. 4, the areas corresponding to the semiconductor layers of Fig. 3 are identified accordingly by providing the same markings. Curve 1 A shows the case of Embodiment 2 are, in which the cooling time of the growth temperature of about 1050 ° C to 600 ° C for 5 minutes, curve 1 B illustrates the case of the modification in which it is 25 min, and curve 1 C represents the case of the comparative example in which it is 40 min.

Kurve 1A in Fig. 4, die die Abkühlzeit 5 min darstellt, gibt an, dass die Wasserstoffkonzentration an einem Punkt nahe der Oberfläche etwa 3,0 × 1019 cm-3 beträgt, welche Konzentration mit dem Fortschreiten zum Substrat hin (die Richtung zur n- leitenden Kontaktschicht 23 hin) abnimmt, und in der zweiten Plattierschicht 26 wird die Wasserstoffkonzentration bei etwa 1,0 × 1019 cm-3 fast konstant. In der ersten Plattierschicht 25, der Licht ausstrahlenden Schicht 24 und der n-leitenden Kontaktschicht 23 ist sie geringer als 2,0 × 1018 cm-3, wel­ ches die untere Nachweisgrenze ist.Curve 1 A in Fig. 4, which shows the cooling time for 5 min, indicates that the hydrogen concentration -3 is, at a point near the surface of about 3.0 × 10 19 cm which concentration down with the progression toward the substrate (the direction towards the n-type contact layer 23 ) decreases, and in the second plating layer 26 the hydrogen concentration becomes almost constant at about 1.0 × 10 19 cm -3 . In the first plating layer 25 , the light emitting layer 24 and the n-type contact layer 23 , it is less than 2.0 × 10 18 cm -3 , which is the lower detection limit.

Kurve 1B der ersten Modifikation, die die Abkühlzeit 25 min darstellt, gibt an, dass die Wasserstoffkonzentration an ei­ nem Punkt nahe der Oberfläche etwa 1,0 × 1020 cm-3 beträgt, welche Konzentration mit dem Fortschreiten zum Substrat hin abnimmt, und in der zweiten Plattierschicht 26 ist die Was­ serstoffkonzentration bei etwa 1 × 1018 cm-3 fast konstant.Curve 1 B of the first modification, which is the cooling time 25 min, indicates that the hydrogen concentration -3 is cm to ei nem point near the surface of about 1.0 × 10 20 decreases which concentration with the progress towards the substrate, and in the second plating layer 26 , the concentration of hydrogen is almost constant at about 1 × 10 18 cm -3 .

Kurve 1C des Vergleichsbeispiels, die die Abkühlzeit 40 min darstellt, gibt an, dass die Wasserstoffkonzentration an ei­ nem Punkt nahe der Oberfläche etwa 3,0 × 1020 cm-3 beträgt, welche Konzentration mit dem Fortschreiten zum Substrat hin abnimmt, und in der zweiten Plattierschicht 26 ist die Was­ serstoffkonzentration bei etwa 1 × 1019 cm-3 fast konstant.Curve 1 C of the comparative example, illustrating the cooling time 40 min, indicates that the hydrogen concentration of egg nem point near the surface of about 3.0 × 10 20 cm -3, decreases which concentration with the progress towards the substrate, and the second plating layer 26 , the hydrogen concentration is almost constant at about 1 × 10 19 cm -3 .

Fig. 4 gibt auch an, dass in dem Fall, in dem die Abkühlzeit kützer als 25 min ist, die Wasserstoffkonzentration an der Oberseite der p-leitenden Kontaktschicht 27 innerhalb 10-mal derjenigen in der zweiten Plattierschicht 26 liegt. FIG. 4 also indicates that in the case where the cooling time is shorter than 25 minutes, the hydrogen concentration at the top of the p-type contact layer 27 is within 10 times that in the second plating layer 26 .

Wie die obige Ausführungsform 2 und ihre erste Modifikation angeben, wird eine bessere p-leitende Schicht, die direkt nach dem Züchten mit einem niedrigen spezifischen Widerstand versehen ist, verfügbar gemacht, indem man das während des Züchtens der p-leitenden zweiten Plattierschicht 26 und der p-leitenden Kontaktschicht 27 verwendete Trägergas etwa 5 bis 70 Vol.-% Wasserstoff, vorzugsweise etwa 15 Vol.-% Wasser­ stoff enthalten lässt.As the above embodiment 2 and its first modification indicate, a better p-type layer provided with a low resistivity immediately after growing is made available by doing so during the growth of the p-type second plating layer 26 and the P-type contact layer 27 used carrier gas contains about 5 to 70 vol .-% hydrogen, preferably about 15 vol .-% hydrogen.

Ferner kann die abnehmende Rate der Lochträgerdichte der p- leitenden Halbleiterschicht auf etwa 0% bis 95% gedrückt wer­ den, indem die Abkühlzeit im Abkühlvorgang, in dem sie von der Züchttemperatur, die höher als 600°C ist, auf etwa 600°C abgekühlt wird, so eingestellt wird, dass sie kürzer als etwa 30 min, vorzugsweise etwa 5 min beträgt, und indem das Atmo­ sphärengas mit Wasserstoffgas mit etwa 50 Vol.-% oder weniger und Ammoniakgas, NH3, mit etwa 0,5 Vol.-% oder mehr gebildet wird. Als Ergebnis wird eine Licht ausstrahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter mit geringer Betriebsspannung in Durch­ lassrichtung und hoher Leistung ausgeführt.Furthermore, the decreasing rate of the hole carrier density of the p-type semiconductor layer can be suppressed to about 0% to 95% by the cooling time in the cooling process in which it is cooled from the growing temperature higher than 600 ° C to about 600 ° C is set to be less than about 30 minutes, preferably about 5 minutes, and by making the atmospheric gas with hydrogen gas at about 50% by volume or less and ammonia gas, NH 3 , at about 0.5% by volume. % or more is formed. As a result, a light-emitting device with nitride semiconductor with a low operating voltage in the forward direction and high performance is performed.

(Ausführungsform 3)(Embodiment 3)

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p- leitenden Nitrid-Halbleiters gemäß einer dritten beispielhaf­ ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Auf ei­ nem aus Saphir bestehenden Substrat 11 werden eine aus GaN gebildete Pufferschicht 12 und eine aus GaN gebildete p- leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 in der Reihenfolge über­ einander angeordnet. Fig. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a p-type nitride semiconductor according to a third beispielhaf th embodiment of the present invention. On a substrate 11 made of sapphire, a buffer layer 12 made of GaN and a p-type nitride semiconductor layer 13 made of GaN are arranged one above the other in the order.

In der Praxis wird das Substrat 11 in einer Reaktionskammer (nicht gezeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten und dann wird die Temperatur des Substrates 11 auf etwa 1000°C erhöht und die Oberfläche des Substrates 11 durch Einführen eines Stickstoffgas- und Wasserstoffgasstroms ge­ reinigt.In practice, the substrate 11 is placed in a reaction chamber (not shown) and held by a substrate holder, and then the temperature of the substrate 11 is raised to about 1000 ° C and the surface of the substrate 11 is cleaned by introducing a nitrogen gas and hydrogen gas stream.

Die Substrattemperatur wird auf etwa 550°C gesenkt und dann wird Stickstoffgas als Trägergas eingeführt und werden Ammo­ niak, NH3, und Trimethylgallium (TMG) zugeführt, um auf der Oberfläche des Substrats 11 eine Pufferschicht 12 zu bilden.The substrate temperature is lowered to about 550 ° C and then nitrogen gas is introduced as a carrier gas and ammonia, NH 3 , and trimethyl gallium (TMG) are supplied to form a buffer layer 12 on the surface of the substrate 11 .

Die TMG-Zufuhr zur Reaktionskammer wird einmal eingestellt und die Substrattemperatur wird auf etwa 1050°C erhöht, und es wird eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 aus GaN, das mit Mg dotiert ist, welches ein p-Dotiermaterial ist, auf der Pufferschicht 12 gezüchtet, indem Ammoniak, NH3, TMG und Bicyclopentadienylmagnesium (Cp2Mg) zugeführt werden, während Stickstoffgas und Wasserstoffgas als Trägergas eingeführt werden. The TMG supply to the reaction chamber is adjusted once and the substrate temperature is raised to about 1050 ° C., and a p-type nitride semiconductor layer 13 made of GaN doped with Mg, which is a p-type dopant, is placed on the buffer layer 12 grown by adding ammonia, NH 3 , TMG and bicyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) while introducing nitrogen gas and hydrogen gas as a carrier gas.

Die Zufuhren an TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer werden ein­ gestellt und dann wird das Substrat 11 von 1050°C auf 700°C abgekühlt, wobei der Umgebungsstrom an Stickstoffgas, Wasser­ stoffgas und Ammoniakgas, NH3, aufrechterhalten wird. Danach wird die Zufuhr von Wasserstoffgas und Ammoniak, NH3, einge­ stellt und das Substrat 11 wird unter 100°C abgekühlt, wobei der Stickstoffgasstrom als Umgebungsgas aufrechterhalten wird.The supplies of TMG and Cp 2 Mg to the reaction chamber are set and then the substrate 11 is cooled from 1050 ° C to 700 ° C, the ambient flow of nitrogen gas, hydrogen gas and ammonia gas, NH 3 , is maintained. Thereafter, the supply of hydrogen gas and ammonia, NH 3 , is set and the substrate 11 is cooled below 100 ° C, the nitrogen gas flow being maintained as the ambient gas.

Das Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters in Ausführungsform 3 zeichnet sich dadurch aus, dass die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht im Abkühlvorgang während etwa 950°C - etwa 700°C Substrattemperatur unter ei­ ner Kombination der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphä­ re und der Abkühlzeit abgekühlt wird, bei der die Deaktivie­ rung bei dem p-Dotiermaterial kaum auftritt. Eine weitere Be­ schreibung in dieser Hinsicht folgt.The process for producing a p-type nitride Semiconductor in embodiment 3 is characterized by that the p-type nitride semiconductor layer in the cooling process while about 950 ° C - about 700 ° C substrate temperature under egg ner combination of the hydrogen concentration in the atmosphere right and the cooling time at which the deactivation tion hardly occurs in the p-doping material. Another Be writing follows in this regard.

Bezüglich des Abkühlvorgangs, der auf einen p-leitenden Nit­ rid-Halbleiter anzuwenden ist, nachdem er bei einer Substrat­ temperatur von etwa 950°C oder höher ausgebildet wurde, fan­ den die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Tatsache her­ aus, dass die Lochträgerdichte im p-leitenden Nitrid- Halbleiter speziell während eines Temperaturbereichs von etwa 950°C - etwa 700°C Substrattemperatur durch in der Umgebung vorhandenen Sauerstoff verringert wird.Regarding the cooling process, which is based on a p-type nit rid semiconductor is to be applied after being on a substrate temperature of about 950 ° C or higher, fan the inventors of the present invention derived the fact that the hole carrier density in the p-type nitride Semiconductors specifically over a temperature range of approximately 950 ° C - about 700 ° C substrate temperature due to the environment existing oxygen is reduced.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte in Ausführungsform 3 von der Haltetempe­ ratur für das Substrat während des Abkühlvorgangs zeigt. Die jeweiligen in der graphischen Darstellung gezeigten Tempera­ turen stellen nämlich eine Temperatur dar, bei der ein Sub­ strat, das eine bei einer Substrattemperatur von 1050°C aus­ gebildete, mit Magnesium dotiere GaN-Schicht trägt, während des Abkühlvorgangs 10 min lang gehalten wird, bevor es auf Raumtemperatur abgekühlt wird; die horizontale Achse stellt die Substrattemperatur dar, bei der es 10 min lang gehalten wird, während die Lochträgerdichte auf der vertikalen Achse aufgetragen ist. Die Atmosphäre für den Abkühlvorgang wurde mit einer Konzentration von Ammoniak, NH3, von 20% in Stick­ stoffbase in zwei Versionen mit verschiedenen Wasserstoffkon­ zentrationen, 30% und 0%, hergestellt. Wie in Fig. 5 gezeigt nimmt im Falle einer Wasserstoffkonzentration von 30% die Lochträgerdichte bei den Temperaturen zwischen 950°C-700°C signifikant ab, wobei die geringste bei etwa 800°C liegt. Der Fall einer Wasserstoffkonzentration von 0% zeigt auch ähnli­ che Tendenzen bei den gleichen Temperaturen, aber der Betrag der Abnahme war geringer. Es wurde nämlich geklärt, dass die Lochträgerdichte bei einem p-leitenden Nitrid-Halbleiter in Übereinstimmung mit der Konzentration an in der Atmosphäre vorhandenem Wasserstoff im Temperaturbereich 950°C-700°C abnimmt. Es wird angenommen, dass das Sinken der Lochträger­ dichte durch ein p-Dotiermaterial verursacht wurde, das im p- leitenden Nitrid-Halbleiter enthalten ist, welches p- Dotiermaterial als Folge einer Kopplung mit Wasserstoff deak­ tiviert wird. Das geringfügige Absinken, das sogar auch im Falle einer Wasserstoffkonzentration von 0% auftrat, scheint durch Wasserstoff bewirkt worden zu sein, der aus zerfallenem Ammoniak, NH3, erzeugt wurde. Fig. 5 is a graph showing the dependency of the hole carrier density in Embodiment 3 on the holding temperature for the substrate during the cooling process. The respective temperatures shown in the graph represent a temperature at which a substrate which carries a magnesium-doped GaN layer formed at a substrate temperature of 1050 ° C. is held for 10 minutes during the cooling process, before it is cooled to room temperature; the horizontal axis represents the substrate temperature at which it is held for 10 minutes, while the hole carrier density is plotted on the vertical axis. The atmosphere for the cooling process was created with a concentration of ammonia, NH 3 , of 20% in nitrogen base in two versions with different hydrogen concentrations, 30% and 0%. As shown in Fig. 5, in the case of a hydrogen concentration of 30%, the hole carrier density decreases significantly at temperatures between 950 ° C-700 ° C, the lowest being about 800 ° C. The case of 0% hydrogen concentration also shows similar tendencies at the same temperatures, but the amount of decrease was less. It has been clarified that the hole carrier density in a p-type nitride semiconductor decreases in accordance with the concentration of hydrogen present in the atmosphere in the temperature range 950 ° C.-700 ° C. It is believed that the decrease in hole carrier density was caused by a p-type dopant contained in the p-type nitride semiconductor, which p-type dopant is deactivated as a result of coupling with hydrogen. The slight drop, which even occurred at 0% hydrogen concentration, appears to have been caused by hydrogen generated from decayed ammonia, NH 3 .

Ferner wurde auch die Beziehung zwischen der Lochträgerdichte und der Abkühlzeit untersucht, die im Abkühlvorgang zum Sen­ ken der Substrattemperatur von etwa 950°C auf etwa 700°C ge­ nommen wurde.Furthermore, the relationship between the hole carrier density was also and the cooling time examined in the cooling process for Sen ken the substrate temperature from about 950 ° C to about 700 ° C ge was taken.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der Lochträgerdichte in Ausführungsform 3 von der Abkühlzeit für das Substrat zeigt, die im Abkühlvorgang zum Senken von etwa 950°C auf etwa 700°C genommen wurde. Es wurden nämlich mit Mg dotierte GaN-Schichten, die bei Substrattemperaturen von 1050°C ausgebildet wurden, bei verschiedenen Abkühlge­ schwindigkeiten auf 700°C und dann auf Raumtemperatur abge­ kühlt; die horizontale Achse stellt die für das Senken der Substrattemperatur von etwa 950°C auf etwa 700°C genommene Abkühlzeit dar, während die Lochträgerdichte auf der vertika­ len Achse aufgetragen ist. Die Abkühlgeschwindigkeit wurde so gesteuert, dass sie wenigstens während des Substrattempera­ turbereichs von etwa 950°C bis etwa 700°C im Wesentlichen konstant war. Die Atmosphäre für den Abkühlvorgang wurde mit einer Konzentration von Ammoniak, NH3, von 20% in Stickstoff­ base in vier Versionen mit verschiedenen Wasserstoffkonzent­ rationen, 50%, 30%, 10% und 0%, hergestellt. Wie in Fig. 6 zu sehen nahm in allen Fällen mit verschiedenen Wasserstoffkon­ zentrationen die Lochträgerdichte mit der Verlängerung der Abkühlzeit ab. Es wurde aus Fig. 6 die Abkühlzeit berechnet, die benötigt wurde, damit die Lochträgerdichte bei Raumtempe­ ratur etwa 1 × 1016 cm-3 wurde; die Ergebnisse waren: 1,0 min, 1,8 min, 4,1 min und 15 min für die Wasserstoffkonzenta­ tionen 50%, 30%, 10% bzw. 0%. Um den Wert von etwa 1 × 1016 cm-3 oder höher sicherzustellen, die die Anforderung ist, da­ mit es sich um einen praktisch verwendbaren p-leitenden Halb­ leiter handelt, wurde nämlich herausgefunden, dass die Ab­ kühlzeit zum Senken der Substrattemperatur von etwa 950°C auf etwa 700°C für die Fälle der Wasserstoffkonzentrationen von 50%, 30%, 10% und 0% innerhalb von 1,0 min, 1,8 min, 4,1 min bzw. 15 min liegen müssen. Fig. 6 is a graph showing the dependency of the hole carrier density in Embodiment 3 on the cooling time for the substrate, which was taken in the cooling process to lower from about 950 ° C to about 700 ° C. It was namely with Mg-doped GaN layers, which were formed at substrate temperatures of 1050 ° C, at various cooling speeds to 700 ° C and then cooled to room temperature; the horizontal axis represents the cooling time taken for lowering the substrate temperature from approximately 950 ° C. to approximately 700 ° C., while the hole carrier density is plotted on the vertical axis. The cooling rate was controlled to be substantially constant at least during the substrate temperature range from about 950 ° C to about 700 ° C. The atmosphere for the cooling process was created with a concentration of ammonia, NH 3 , of 20% in nitrogen base in four versions with different hydrogen concentrations, 50%, 30%, 10% and 0%. As can be seen in FIG. 6, the hole carrier density decreased with the extension of the cooling time in all cases with different hydrogen concentrations. It was calculated from Figure 6, the cooling time that was required so that the hole carrier density at room temperature was about 1 × 10 16 cm -3 ; the results were: 1.0 min, 1.8 min, 4.1 min and 15 min for the 50%, 30%, 10% and 0% hydrogen concentrations, respectively. Namely, to ensure the value of about 1 × 10 16 cm -3 or higher, which is the requirement because it is a practical p-type semiconductor, it has been found that the cooling time for lowering the substrate temperature is about 950 ° C to about 700 ° C for the cases of hydrogen concentrations of 50%, 30%, 10% and 0% must be within 1.0 min, 1.8 min, 4.1 min and 15 min, respectively.

Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre der Abkühlzeit für das Substrat, die für eine Senkung von etwa 950°C auf etwa 700°C während des Abkühlvorgangs genommen wird, in einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters gemäß einer Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung zeigt. Fig. 7 is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration in the atmosphere of the cooling time for the substrate, which is taken for a decrease from about 950 ° C to about 700 ° C during the cooling process in a process for producing a p -conductive nitride semiconductor according to an embodiment of the present invention shows.

Auf der Basis der obigen Ergebnisse kann festgestellt werden, dass die Kombinationen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Kühlzeit, unter welchen Kombinationen die Deakivierung eines p-Dotiermaterials schwer auftritt, während des Abkühlvorgangs für das Substrat von etwa 950°C auf etwa 700°C, der kommt, nachdem ein p-leitender Halbleiter ausge­ bildet ist, in einen in Fig. 7 gezeigten Bereich fallen soll­ te; in einer Koordinate (X, Y), bei der die X-Achse die Was­ serstoffkonzentration (%) in der Atmosphäre darstellt, wäh­ rend die Y-Achse die Abkühlzeit (min) darstellt, die zum Ab­ kühlen eines Substrates von etwa 950°C auf etwa 700°C genom­ men wird, ist der Bereich durch ein Gebiet gezeigt, das von den Punkten A-B-C-D-E-F umgeben ist, wobei der Punkt A (50, 1,0), Punkt B (30, 1,8), Punkt C (10, 4,1), Punkt D (0, 5), Punkt E (0, 0,5) und Punkt F (50, 0,5) sind. Der Grund, warum die unterste Grenze der Abkühlzeit ungeach­ tet der Wasserstoffkonzentration durch eine gerade Linie E-F mit 0,5 min spezifiziert ist, ist der, dass wenn er in ei­ ner kürzeren Abkühlzeit als dieser abgekühlt wird, der p- leitende Nitrid-Halbleiter in Gefahr ist, durch Risse beschä­ digt zu werden, die durch Thermoschock verursacht werden.Based on the above results, it can be seen that the combinations of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling time, among which combinations the deactivation of a p-type dopant is difficult to occur, during the cooling process for the substrate from about 950 ° C to about 700 ° C , which comes after a p-type semiconductor is formed, should fall into an area shown in FIG. 7; in a coordinate (X, Y), in which the X axis represents the hydrogen concentration (%) in the atmosphere, while the Y axis represents the cooling time (min), which is used to cool a substrate from approximately 950 ° C. is taken to about 700 ° C, the area is shown by an area surrounded by points ABCDEF, with point A (50, 1.0), point B (30, 1.8), point C ( 10, 4.1), point D (0, 5), point E (0, 0.5) and point F (50, 0.5). The reason why the lowest limit of the cooling time regardless of the hydrogen concentration is specified by a straight line EF of 0.5 min is that if it is cooled in a shorter cooling time than this, the p-type nitride semiconductor in There is a risk of being damaged by cracks caused by thermal shock.

(Ausführungsform 4)(Embodiment 4)

Ähnlich wie in Ausführungsform 3 wird ein p-leitender Nitrid- Halbleiter mit dem Aufbau von Fig. 1 durch ein Verfahren ge­ mäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung hergestellt.Similar to Embodiment 3, a p-type nitride semiconductor having the structure of FIG. 1 is manufactured by a method according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.

Zuerst werden in der gleichen Weise wie in Ausführungsform 3 eine Pufferschicht 12 und eine p-leitende Nitrid- Halbleiterschicht 13 in der Reihenfolge auf einem Substrat 11, wie in Fig. 1 gezeigt, ausgebildet.First, in the same manner as in Embodiment 3, a buffer layer 12 and a p-type nitride semiconductor layer 13 are formed on a substrate 11 in order as shown in FIG. 1.

Bei dem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters in Ausführungsform 4 wird die p-leitende Nitrid- Halbleiterschicht, wenn die Substrattemperatur in der Nähe von etwa 800°C liegt, unter einer Kombination der Wasser­ stoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwin­ digkeit abgekühlt, bei der die Deaktivierung bei dem p- Dotiermaterial kaum auftritt. In the process for producing a p-type nitride Semiconductor in embodiment 4, the p-type nitride Semiconductor layer when the substrate temperature is close of about 800 ° C, under a combination of water concentration of substances in the atmosphere and the cooling rate cooled down in which the deactivation at the p- Doping material hardly occurs.  

Wie in Fig. 5 zu sehen entsteht die Deaktivierung des p- Dotiermittels am deutlichsten, wenn die Substrattemperatur in einem Bereich zwischen etwa 950°C und etwa 700°C etwa 800°C beträgt. Um die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Wider­ standes eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters aufrechtzuerhal­ ten, ist es daher effektiv, die Bewegungszeit des Substrates in der Nähe von 800°C so kurz wie möglich zu machen. Mit an­ deren Worten: die Abkühlgeschwindigkeit bei etwa 800°C sollte schneller sein als spezifiziert.As can be seen in FIG. 5, the deactivation of the p-dopant occurs most clearly when the substrate temperature is approximately 800 ° C. in a range between approximately 950 ° C. and approximately 700 ° C. In order to maintain the property of the low resistivity of a p-type nitride semiconductor, it is effective to make the moving time of the substrate near 800 ° C as short as possible. In other words, the cooling rate at around 800 ° C should be faster than specified.

Aus Fig. 6 ist zu entnehmen, dass, um den Wert von etwa 1 × 1016 cm-3 oder höher sicherzustellen, der eine Anforderung ist, damit es sich um einen praktischen p-leitenden Halblei­ ter handelt, die Abkühlgeschwindigkeit in der Nähe einer Sub­ strattemperatur von etwa 800°C für die Fälle einer Wasser­ stoffkonzentration von 50%, 30%, 10% und 0% 250°C/min, 140°C/min, 61°C/min bzw. 17°C/min oder mehr betragen muss.From Fig. 6, it can be seen that, in order to ensure the value of about 1 × 10 16 cm -3 or higher, which is a requirement for it to be a practical p-type semiconductor, the cooling rate is close to one Sub strate temperature of about 800 ° C for the cases of a hydrogen concentration of 50%, 30%, 10% and 0% 250 ° C / min, 140 ° C / min, 61 ° C / min or 17 ° C / min or must be more.

Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit des Substrats in der Nähe von 800°C während des Abkühlvorgangs bei einem Verfahren zur Herstel­ lung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 8 is a graph showing the relationship between the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling rate of the substrate lung near 800 ° C during the cooling process in a method for the manufacture of a p-type nitride semiconductor according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.

Auf der Basis der obigen Ergebnisse kann festgestellt werden, dass die Kombinationen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit, unter welchen Kom­ binationen die Deakivierung eines p-Dotiermaterials bei einer Substrattemperatur von 800°C schwer auftritt, während des Ab­ kühlvorgangs, der kommt, nachdem ein p-leitender Halbleiter ausgebildet ist, in einen in Fig. 8 gezeigten Bereich fallen sollte; in einer Koordinate (X, Y), bei der die X-Achse die Wasserstoffkonzentration (%) in der Atmosphäre darstellt, während die Y-Achse die Abkühlgeschwindigkeit (°C/min) in der Nähe einer Substrattemperatur von 800°C darstellt, ist der Bereich durch ein Gebiet gezeigt, das von den Punkten O-P-Q-R-S-T umgeben ist, wobei der Punkt O (50, 250), Punkt P (30, 140), Punkt Q (10, 61), Punkt R (0, 17), Punkt S (0, 500) und Punkt T (50, 500) sind. Der Grund, warum die obere Grenze der Abkühlgeschwindigkeit für die Wasserstoffkonzent­ ration irrelevant durch eine gerade Linie S-T mit 500°C/min spezifiziert ist, ist der, dass wenn er mit einer grö­ ßeren Abkühlgeschwindigkeit als dieser abgekühlt wird, ein p- leitender Nitrid-Halbleiter in Gefahr ist, durch Risse auf Grund eines Thermoschocks beschädigt zu werden.Based on the above results, it can be determined that the combinations of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling rate, under which combinations, the deactivation of a p-type dopant is difficult at a substrate temperature of 800 ° C. during the cooling process that comes after a p-type semiconductor is formed, should fall within a range shown in Fig. 8; in a coordinate (X, Y) where the X axis represents the hydrogen concentration (%) in the atmosphere, while the Y axis represents the cooling rate (° C / min) near a substrate temperature of 800 ° C the area is shown by an area surrounded by points OPQRST, where point O (50, 250), point P (30, 140), point Q (10, 61), point R (0, 17), point S (0, 500) and point T (50, 500). The reason why the upper limit of the cooling rate for the hydrogen concentration is irrelevant specified by a straight line ST at 500 ° C / min is that if it is cooled at a higher cooling rate than this, a p-type nitride Semiconductors are at risk of being damaged by cracks due to thermal shock.

Das Substrat 11 kann neben Saphir aus verschiedenen anderen Materialien als der Nitrid-Halbleiter, wie SiC, Spinell, Si, GaAs, usw., bestehen. Auch kann es aus GaN oder weiteren Nit­ rid-Halbleitermaterialien bestehen. In einem Falle, in dem das Substrat 11 aus solche einem anderen Material besteht, wird eine Pufferschicht 12 aus GaN, usw., bei einer niedrigen Substrattemperatur von etwa 400°C - etwa 600°C zwischen dem Substrat 11 und der darauf auszubildenden p-leitenden Nitrid- Halbleiterschicht 13 in der Reihenfolge ausgebildet, um den Gitterversatz zwischen dem Nitrid-Halbleiter und dem Substrat 11 zu verringern. In einem Fall, in dem das Substrat 11 aus einem Nitrid-Halbleiter besteht, kann eine p-leitende Nitrid- Halbleiterschicht ohne Bereitstellung einer Pufferschicht 12 direkt auf dem Substrat 11 ausgebildet werden.In addition to sapphire, the substrate 11 can be made of various materials other than the nitride semiconductor, such as SiC, spinel, Si, GaAs, etc. It can also consist of GaN or other nitride semiconductor materials. In a case where the substrate 11 is made of such a different material, a buffer layer 12 made of GaN, etc., is deposited at a low substrate temperature of about 400 ° C - about 600 ° C between the substrate 11 and the p- conductive nitride semiconductor layer 13 is formed in the order to reduce the lattice offset between the nitride semiconductor and the substrate 11 . In a case where the substrate 11 is made of a nitride semiconductor, a p-type nitride semiconductor layer can be formed directly on the substrate 11 without providing a buffer layer 12 .

Die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 kann auf einem Substrat 11 bereitgestellt werden, auf dem eine n-leitende Nitrid-Halbleiterschicht und eine aktive Schicht eines Nit­ rit-Halbleiters im Voraus ausgebildet werden. Somit kann der Schichtenaufbau einer Einrichtung mit pn-Übergang gebildet werden.The p-type nitride semiconductor layer 13 may be provided on a substrate 11 on which an n-type nitride semiconductor layer and an active layer of a nitride semiconductor are formed in advance. The layer structure of a device with a pn junction can thus be formed.

Die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 ausgebildet wer­ den, indem die Quellen eines p-Dotiermaterials, Stickstoff und Quellen für Gruppe III eingeführt werden, während die Substrattemperatur 11 bei etwa 950°C oder höher gehalten wird. Ein bevorzugter Temperaturbereich für das Substrat be­ trägt etwa 950°C - etwa 1200°C. Wenn die Substrattemperatur unter 950°C liegt, koppelt sich während der Bildung der p- leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 das p-Dotiermittel leicht mit Wasserstoff, was es inaktiv macht. Dies macht eine Bildung einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht mit nied­ rigem spezifischem Widerstand schwierig. Wenn die Substrat­ temperatur höher als 1200°C liegt, wird es schwierig, eine p- leitende Nitrid-Halbleiterschicht mit besserer Kristalleigen­ schaft auszubilden.The p-type nitride semiconductor layer 13 is formed by introducing the sources of a p-type dopant, nitrogen and sources for group III while maintaining the substrate temperature 11 at about 950 ° C or higher. A preferred temperature range for the substrate is about 950 ° C - about 1200 ° C. If the substrate temperature is below 950 ° C., during the formation of the p-type nitride semiconductor layer 13, the p-type dopant easily couples with hydrogen, making it inactive. This makes it difficult to form a p-type nitride semiconductor layer having a low resistivity. If the substrate temperature is higher than 1200 ° C, it becomes difficult to form a p-type nitride semiconductor layer with better crystal properties.

Die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 kann in Form einer einzigen Schicht aus GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN usw. oder durch Anordnen einiger dieser Schichten übereinander bereit­ gestellt werden. Von diesen ist Alx Ga1-x N (0 = x < 1), wel­ ches eine bessere Kristalleigenschaft bei einer Substrattem­ peratur von etwa 950°C oder höher bereitstellt, oder dieses, mit einer sehr geringen Menge an In dotiert, bevorzugt.The p-type nitride semiconductor layer 13 can be provided in the form of a single layer made of GaN, AlGaN, InGaN, InAlGaN etc. or by arranging some of these layers one above the other. Of these, Al x Ga 1-x N (0 = x <1), which provides a better crystal property at a substrate temperature of about 950 ° C or higher, or this, doped with a very small amount of In, is preferred.

Für das p-Dotiermaterial für die p-leitende Nitrid- Halbleiterschicht 13 kann Mg, Zn, Cd, C usw. verwendet wer­ den. Von diesen ist Mg bevorzugt, mit welchem die p-Leitung relativ leicht verfügbar gemacht wird. Die Konzentration des p-Dotiermittels sollte vorzugsweise nicht weniger als 1 × 1019 cm-3 und nicht mehr als 5 × 1020 cm-3 betragen. Wenn die Konzentration an p-Dotiermittel geringer als 1 × 1019 cm-3 ist, wird die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid- Halbleiterschicht 13 gering und wird der Ohmsche Kontaktwi­ derstand hoch, wenn auf der p-leitenden Nitrid- Halbleiterschicht 13 eine Elektrode ausgebildet wird. Wenn sie höher als 5 × 1020 cm-3 liegt, verschlechtert sich die Kristalleigenschaft der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 auf Grund dessen, dass das p-Dotiermaterial bis zu einer hohen Konzentration dotiert wurde, was es schwierig macht, die p-Leitung zu erhalten. For the p-type dopant for the p-type nitride semiconductor layer 13 , Mg, Zn, Cd, C, etc. can be used. Of these, Mg is preferred, with which the p-line is made relatively readily available. The concentration of the p-type dopant should preferably be not less than 1 × 10 19 cm -3 and not more than 5 × 10 20 cm -3 . When the concentration of p-type dopant is less than 1 × 10 19 cm -3 , the hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer 13 becomes low and the ohmic contact resistance becomes high when an electrode is formed on the p-type nitride semiconductor layer 13 is trained. If it is higher than 5 × 10 20 cm -3 , the crystal property of the p-type nitride semiconductor layer 13 deteriorates due to the fact that the p-type dopant has been doped to a high concentration, making it difficult to To get lead.

Was die Atmosphäre in einer Reaktionskammer zum Ausbilden der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 betrifft, ist es be­ vorzugt, dass sie Wasserstoff in einer Konzentration von 5%-70%, bevorzugter in einer Konzentration von 10%-30% ent­ hält. Wenn die Konzentration geringer als 5% ist, verschlech­ tert sich die Kristalleigenschaft der p-leitenden Nitrid- Halbleiterschicht 13 auf Grund einer verringerten Atomwande­ rung an der Oberfläche für die Ausbildung und die Geschwin­ digkeit, mit der das p-Dotiermittel in die p-leitende Nitrid- Halbleiterschicht 13 aufgenommen wird, nimmt ab. Wenn die Konzentration über 70% hinaus geht, wird das p-Dotiermaterial während der Bildung der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 durch Wasserstoff deaktiviert.As for the atmosphere in a reaction chamber for forming the p-type nitride semiconductor layer 13 , it is preferable that it contains hydrogen in a concentration of 5% -70%, more preferably in a concentration of 10% -30%. If the concentration is less than 5%, the crystal property of the p-type nitride semiconductor layer 13 deteriorates due to reduced atomic migration at the surface for the formation and the speed at which the p-type dopant enters the p-type Nitride semiconductor layer 13 is recorded, decreases. If the concentration exceeds 70%, the p-type dopant is deactivated by hydrogen during the formation of the p-type nitride semiconductor layer 13 .

Beim Abkühlvorgang sollte die Konzentration an Ammoniak, NH3, in der Atmosphäre vorzugsweise bei 5% oder mehr gehalten wer­ den, wenigstens zu der Zeit, zu der die Substrattemperatur geringer als 950°C wird. Wenn die Konzentration unter 5% liegt, trennt sich Stickstoff leicht von der Oberfläche des p-leitenden Nitrid-Halbleiters ab, was leicht zu einer ver­ schlechterten Kristalleigenschaft an der Oberfläche führt.During the cooling process, the concentration of ammonia, NH 3 , in the atmosphere should preferably be kept at 5% or more, at least at the time when the substrate temperature becomes lower than 950 ° C. If the concentration is below 5%, nitrogen easily separates from the surface of the p-type nitride semiconductor, which tends to result in deteriorated crystal property on the surface.

Auch sollte beim Abkühlvorgang die Konzentration an Ammoniak, NH3, in der Atmosphäre während der Zeit, zu der die Substrat­ temperatur etwa 950°C - etwa 700°C beträgt, vorzugsweise 30% oder weniger betragen. Wenn sie höher als 30% liegt, nimmt die Lochträgerdichte im p-leitenden Nitridhalbleiter wegen des erhöhten Wasserstoffs leicht ab, der als Folge einer thermischen Zersetzung von Ammoniak, NH3, erzeugt wird.Also, during the cooling process, the concentration of ammonia, NH 3 , in the atmosphere during the time when the substrate temperature is about 950 ° C - about 700 ° C should preferably be 30% or less. If it is higher than 30%, the hole carrier density in the p-type nitride semiconductor decreases slightly due to the increased hydrogen generated as a result of thermal decomposition of ammonia, NH 3 .

KONKRETES BEISPIELCONCRETE EXAMPLE

Nun wird im Folgenden das Verfahren zur Herstellung eines p- leitenden Nitrid-Halbleiters der vorliegenden Erfindung an konkreten Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen be­ schrieben. Now the process for producing a p- conductive nitride semiconductor of the present invention concrete examples with reference to the drawings wrote.  

(Konkretes Beispiel 1)(Concrete example 1)

Es wurde ein p-leitender Nitrid-Halbleiter hergestellt, des­ sen Querschnittsaufbau wie in Fig. 1 gezeigt ist.A p-type nitride semiconductor was manufactured, the cross-sectional structure of which is shown in FIG. 1.

Zuerst wurde ein Substrat 11, das eine hochglanzpolierte Hauptoberfläche aufweist, in einer Reaktionskammer (nicht ge­ zeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten und dann wurde die Temperatur des Substrates auf etwa 1000°C er­ höht und Stickstoffgas mit 5 l/min, Wasserstoffgas mit 5 l/min eingeführt, während das Substrat etwa 10 min lang er­ hitzt wurde. Somit wurden Flecken aus organischer Substanz und an der Hauptoberfläche des Substrates 11 haftende Feuch­ tigkeit entfernt.First, a substrate 11 having a mirror-finished main surface was placed in a reaction chamber (not shown) and held by a substrate holder, and then the temperature of the substrate was raised to about 1000 ° C and nitrogen gas at 5 l / min, hydrogen gas with 5 L / min introduced while the substrate was heated for about 10 minutes. Thus, stains of organic matter and moisture adhering to the main surface of the substrate 11 were removed.

Die Substrattemperatur wurde auf etwa 550°C verringert und dann wurde Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 16 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 40 µmol/min eingeführt, um auf der Oberfläche des Substrates 11 eine Puf­ ferschicht 12 aus GaN bis zu einer Dicke von etwa 0,03 µm auszubilden.The substrate temperature was reduced to about 550 ° C and then nitrogen gas as carrier gas with a throughput of about 16 l / min and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min, TMG with a throughput of about 40 µmol / min introduced in order to form a buffer layer 12 made of GaN on the surface of the substrate 11 to a thickness of approximately 0.03 μm.

Die TMG-Zufuhr zur Reaktionskammer wurde einmal eingestellt und die Substrattemperatur wurde auf etwa 1050°C erhöht und auf der Pufferschicht 12 wurde eine 2 µm dicke p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht 13 aus GaN, das mit Mg, einem p- Dotiermaterial, dotiert war, gezüchtet, indem Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 12 l/min, Wasserstoffgas mit ei­ nem Durchsatz von etwa 4 l/min als Trägergas und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 µmol/min und Cp2Mg mit einem Durchsatz von etwa 0,2 µmol/min eingeführt wurde. Die Mg-Konzentration im p-leitenden Nitrid-Halbleiter betrug etwa 2 × 1019 cm-3. Der Durchsatz von Wasserstoffgas beinhaltet das zum Verdamp­ fen des TMG und des Cp2Mg benötigte Wasserstoffgas. The TMG feed to the reaction chamber was adjusted once and the substrate temperature was raised to approximately 1050 ° C. and a 2 μm thick p-type nitride semiconductor layer 13 made of GaN, which was doped with Mg, a p-doping material, was deposited on the buffer layer 12 , grown by nitrogen gas with a throughput of about 12 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 4 l / min as carrier gas and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min, TMG with a throughput of about 80 µmol / min and Cp 2 Mg with a throughput of about 0.2 µmol / min was introduced. The Mg concentration in the p-type nitride semiconductor was approximately 2 × 10 19 cm -3 . The throughput of hydrogen gas includes the hydrogen gas required to vaporize the TMG and the Cp 2 Mg.

Die Zufuhr von TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer wurde einge­ stellt und dann wurde das Substrat 11 von 1050°C auf 950°C in etwa 0,5 min abgekühlt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 12 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durch­ satz von etwa 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas eingeführt wurden.The supply of TMG and Cp 2 Mg to the reaction chamber was turned on and then the substrate 11 was cooled from 1050 ° C to 950 ° C in about 0.5 min while nitrogen gas with a throughput of about 12 l / min, hydrogen gas with a Through rate of about 4 l / min and ammonia, NH 3 , with a flow rate of about 4 l / min were introduced as the ambient gas.

Und dann wurde das Wasserstoffgas eingestellt und wurde Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 16 l/min, Ammoni­ ak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungs­ gas zugeführt, während die Temperatur des Substrates 11 in etwa 1,2 min von 950°C auf 700°C gesenkt wurde. Die Abkühlge­ schwindigkeit für das Substrat 11 in der Nähe von 800°C be­ trug etwa 210°C/min, Danach wurde die Zufuhr von Ammoniak, NH3, eingestellt und Stickstoffgas wurde als Umgebungsgas mit einem Durchsatz von etwa 20 l/min weiter strömen gelassen, bis die Substrattemperatur geringer als 100°C wurde.And then the hydrogen gas was adjusted and nitrogen gas was supplied as the ambient gas at a flow rate of about 16 l / min, ammonia, NH 3 , at a flow rate of about 4 l / min, while the temperature of the substrate 11 was about 1.2 min was reduced from 950 ° C to 700 ° C. The cooling speed for the substrate 11 near 800 ° C was about 210 ° C / min. Thereafter, the supply of ammonia, NH 3 , was stopped and nitrogen gas was continued to flow as the ambient gas at a flow rate of about 20 l / min left until the substrate temperature became less than 100 ° C.

Nachdem das Abkühlen beendet war, wurde das mit der p- leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 versehene Substrat 11 aus der Reaktionskammer genommen. Das Substrat 11 wurde in einzelne Chips von 5 mm im Quadrat getrennt, ohne ein Nach­ tempern zu durchlaufen. Der Hall-Effekt des Chips wurde durch das Verfahren nach Van der Pauw gemessen; das Ergebnis zeig­ te, dass die Lochträgerdichte 1,6 × 1017 cm-3 betrug und es eine bessere p-leitende Halbleiterschicht mit niedrigem spe­ zifischem Widerstand gab. Die Lochträgerdichte der p- leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 vor dem Abkühlen wurde mit etwa 2,0 × 1017 cm-3 als Ergebnis einer Extrapolation der Abkühlzeit von Null in Fig. 6 geschätzt. Folglich wurde die Abnahme der Lochträgerdichte während des Abkühlvorgangs in­ nerhalb etwa 20% unterdrückt.After the cooling was completed, the substrate 11 provided with the p-type nitride semiconductor layer 13 was taken out of the reaction chamber. The substrate 11 was separated into individual chips of 5 mm square without undergoing post-annealing. The Hall effect of the chip was measured by the Van der Pauw method; the result showed that the hole carrier density was 1.6 × 10 17 cm -3 and there was a better p-type semiconductor layer with a low specific resistance. The hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer 13 before cooling was estimated to be approximately 2.0 × 10 17 cm -3 as a result of an extrapolation of the cooling time from zero in FIG. 6. As a result, the decrease in hole carrier density was suppressed within about 20% during the cooling process.

(Konkretes Beispiel 2)(Concrete example 2)

Ein p-leitender Nitrid-Halbleiter des vorliegenden Beispiels 2 wurde in der gleichen Prozedur wie in Beispiel 1 herge­ stellt, außer dass die Bedingungen der Atmosphäre während des Abkühlvorgangs modifiziert wurden.A p-type nitride semiconductor of the present example 2 was prepared in the same procedure as in Example 1  except that the conditions of the atmosphere during the Cooling process were modified.

Praktisch beschrieben wurde, nachdem die p-leitende Halblei­ terschicht 13 ausgebildet war, die Zufuhr von TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer eingestellt und dann wurde das Substrat 11 von 1050°C auf 700°C in etwa 1,7 min abgekühlt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 12 l/min, Wasser­ stoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas zugeführt wurden. Es dauerte etwa 0,5 min, bis die Temperatur des Substrates 11 von 1050°C auf 950°C herunterkam, etwa 1,2 min von 950°C auf 700°. Die Abkühlgeschwindigkeit für das Substrat 11 in der Nähe von 800°C betrug etwa 210°C/min,Practically, after the p-type semiconductor layer 13 was formed, the supply of TMG and Cp 2 Mg to the reaction chamber was stopped, and then the substrate 11 was cooled from 1050 ° C to 700 ° C in about 1.7 minutes while nitrogen gas with a throughput of about 12 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 4 l / min and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min as ambient gas. It took about 0.5 minutes for the temperature of the substrate 11 to come down from 1050 ° C. to 950 ° C., and about 1.2 minutes from 950 ° C. to 700 °. The cooling rate for the substrate 11 in the vicinity of 800 ° C. was approximately 210 ° C./min,

Nachdem die Temperatur des Substrates 11 geringer als 700°C wurde, wurde die Zufuhr von Wasserstoffgas und Ammoniak, NH3, eingestellt und Stickstoffgas wurde als Umgebungsgas mit ei­ nem Durchsatz von etwa 20 l/min weiter strömen gelassen, bis die Substrattemperatur geringer als 100°C wurde.After the temperature of the substrate 11 became lower than 700 ° C, the supply of hydrogen gas and ammonia, NH 3 , was stopped and nitrogen gas was allowed to continue flowing as an ambient gas at a flow rate of about 20 l / min until the substrate temperature was lower than 100 ° C.

Nachdem das Abkühlen beendet war, wurde das mit der p- leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 versehene Substrat 11 aus der Reaktionskammer genommen. Das Substrat 11 wurde in einzelne Chips von 5 mm im Quadrat getrennt. Der Hall-Effekt des Chips wurde gemessen. Das Ergebnis der Messung zeigte, dass die Lochträgerdichte etwa 4,6 × 1016 cm-3 betrug. Die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 vor dem Abkühlen wurde mit etwa 2,0 × 1017 cm-3 angenommen. Folglich wurde die Abnahme der positiven Lochträgerdichte während des Abkühlvorgangs innerhalb etwa 77% unterdrückt.After the cooling was completed, the substrate 11 provided with the p-type nitride semiconductor layer 13 was taken out of the reaction chamber. The substrate 11 was separated into individual 5 mm square chips. The Hall effect of the chip was measured. The result of the measurement showed that the hole carrier density was about 4.6 × 10 16 cm -3 . The hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer 13 before cooling was assumed to be approximately 2.0 × 10 17 cm -3 . As a result, the decrease in the positive hole carrier density during the cooling process was suppressed within about 77%.

(Vergleichsbeispiel 1)(Comparative Example 1)

Ein p-leitender Nitrid-Halbleiter des vorliegenden Ver­ gleichsbeispiels 1 wurde in der gleichen Prozedur wie im kon­ kreten Beispiel 2 hergestellt, außer dass die Abkühlzeit (oder -geschwindigkeit) während des Abkühlvorgangs modifiziert wurden.A p-type nitride semiconductor of the present ver same example 1 was in the same procedure as in the con creten Example 2, except that the cooling time  (or speed) modified during the cooling process were.

Praktisch beschrieben wurde, nachdem die p-leitende Halblei­ terschicht 13 ausgebildet war, die Zufuhr von TMG und Cp2Mg zur Reaktionskammer eingestellt und dann wurde das Substrat 11 von 1050°C auf 700°C in etwa 5,6 min abgekühlt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 12 l/min, Wasser­ stoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Umgebungsgas zugeführt wurden. Es dauerte etwa 1,6 min, bis die Temperatur des Substrates 11 von 1050°C auf 950°C herunterkam, etwa 4,0 min von 950°C auf 700°. Die Abkühlgeschwindigkeit für das Substrat 11 in der Nähe von 800°C betrug etwa 63°C/min.Practically, after the p-type semiconductor layer 13 was formed, the supply of TMG and Cp 2 Mg to the reaction chamber was stopped, and then the substrate 11 was cooled from 1050 ° C to 700 ° C in about 5.6 minutes while nitrogen gas with a throughput of about 12 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 4 l / min and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min as ambient gas. It took about 1.6 minutes for the temperature of the substrate 11 to come down from 1050 ° C. to 950 ° C., and about 4.0 minutes from 950 ° C. to 700 °. The cooling rate for the substrate 11 near 800 ° C was about 63 ° C / min.

Nachdem die Temperatur des Substrates 11 geringer als 700°C wurde, wurde die Zufuhr von Wasserstoffgas und Ammoniak, NH3, eingestellt und Stickstoffgas wurde als Umgebungsgas mit ei­ nem Durchsatz von etwa 20 l/min weiter strömen gelassen, bis die Substrattemperatur geringer als 100°C wurde.After the temperature of the substrate 11 became lower than 700 ° C, the supply of hydrogen gas and ammonia, NH 3 , was stopped and nitrogen gas was allowed to continue flowing as an ambient gas at a flow rate of about 20 l / min until the substrate temperature was lower than 100 ° C.

Nachdem das Abkühlen beendet war, wurde das mit der p- leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 versehene Substrat 11 aus der Reaktionskammer genommen. Das Substrat 11 wurde in einzelne Chips von 5 mm im Quadrat getrennt. Der Hall-Effekt des Chips wurde gemessen. Das Ergebnis der Messung zeigte, dass die Lochträgerdichte etwa 2 × 1015 cm-3 betrug, ein ho­ her spezifischer Widerstand.After the cooling was completed, the substrate 11 provided with the p-type nitride semiconductor layer 13 was taken out of the reaction chamber. The substrate 11 was separated into individual 5 mm square chips. The Hall effect of the chip was measured. The result of the measurement showed that the hole carrier density was approximately 2 × 10 15 cm -3 , a higher specific resistance.

Die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht 13 vor dem Abkühlen wurde mit etwa 2,0 × 1017 cm-3 angenom­ men. Folglich nahm die Lochträgerdichte während des Abkühl­ vorgangs um etwa 99% ab. The hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer 13 before cooling was assumed to be approximately 2.0 × 10 17 cm -3 . As a result, the hole carrier density decreased by about 99% during the cooling process.

(Konkretes Beispiel 3)(Concrete example 3)

Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines p- leitenden Nitrid-Halbleiters gemäß einer weiteren beispiel­ haften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 9 is a cross-sectional view of another exemplary embodiment showing the construction of a p-type nitride semiconductor according to the present invention.

Im vorliegenden konkreten Beispiel wurde eine Leicht aus­ strahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter von Fig. 9 her­ gestellt, bei der eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht am weitesten oben angeordnet war.In the present concrete example, a light-emitting device with nitride semiconductor from FIG. 9 was produced, in which a p-type nitride semiconductor layer was arranged at the top.

Die Licht ausstrahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter um­ fasst eine erste n-leitende Plattierschicht 22 aus nicht do­ tiertem GaN, eine zweite n-leitende Plattierschicht 23 aus nicht dotiertem AlGaN, eine Licht ausstrahlende Schicht 24 aus nicht dotiertem InGaN und eine Zwischenschicht 25 aus nicht dotiertem GaN und eine p-leitende Plattierschicht 26 aus mit Mg dotiertem AlGaN, die in der Reihenfolge auf einem Substrat 21 aus mit Si dotiertem n-leitenden GaN übereinander angeordnet sind. Auf der p-leitenden Plattierschicht 26 be­ findet sich eine aus Pt und Au bestehende p-Elektrode 27, die in der Reihenfolge angeordnet ist, während eine n-Elektrode 28 aus Ti und Au besteht, welche auf dem freiliegenden Gebiet des Substrates 21 angeordnet ist. Somit ist die vorliegenden Licht ausstrahlende Einrichtung eine Leuchtdiode, die mit der Licht ausstrahlenden Schicht 24 einen pn-Übergang dazwischen bildet.The light-emitting device with nitride semiconductor comprises a first n-type cladding layer 22 made of undoped GaN, a second n-type cladding layer 23 made of undoped AlGaN, a light-emitting layer 24 made of undoped InGaN and an intermediate layer 25 made of not doped GaN and a p-type plating layer 26 made of Mg-doped AlGaN, which are arranged one above the other on a substrate 21 made of Si-doped n-type GaN. On the p-type plating layer 26, there is a p-electrode 27 made of Pt and Au which is arranged in order, while an n-electrode 28 is made of Ti and Au which is arranged on the exposed area of the substrate 21 , Thus, the present light emitting device is a light emitting diode which forms a pn junction therebetween with the light emitting layer 24 .

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der Leuchtdi­ ode mit der obigen Konfiguration beschrieben.In the following, a method for producing the light diodes or described with the above configuration.

Zuerst wurde ein Substrat 21, das aus GaN besteht, das mit Si dotiert ist, um eine n-Eigenschaft bereitzustellen, und eine hochglanzpolierte Oberfläche aufweist, in einer Reaktionskam­ mer (nicht gezeigt) angeordnet und von einem Substrathalter gehalten. Die Temperatur des Substrats 21 wurde auf etwa 1100°C erhöht und das Substrat 21 wurde etwa 1 min lang er­ hitzt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von 4 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von 2 l/min dem Substrat 21 zuge­ führt wurde. Somit wurden Flecken aus organischer Substanz und an der Oberfläche haftende Feuchtigkeit entfernt.First, a substrate 21 made of GaN doped with Si to provide an n property and having a mirror-polished surface was placed in a reaction chamber (not shown) and held by a substrate holder. The temperature of the substrate 21 was raised to about 1100 ° C and the substrate 21 was heated for about 1 minute while nitrogen gas at a flow rate of 4 l / min, hydrogen gas at a flow rate of 4 l / min and ammonia, NH 3 , with a throughput of 2 l / min the substrate 21 was supplied. This removed stains from organic matter and moisture adhering to the surface.

Die Substrattemperatur wurde bei etwa 1.100°C gehalten und es wurde Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 13 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trä­ gergas und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 80 µmol/min einge­ führt, um die erste n-leitende Plattierschicht 22 aus nicht dotiertem GaN bis zu einer Dicke von 0,5 µm auszubilden.The substrate temperature was kept at about 1,100 ° C. and nitrogen gas with a throughput of about 13 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 3 l / min as carrier gas and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 4 l / min min, TMG introduced with a throughput of about 80 µmol / min to form the first n-type plating layer 22 made of undoped GaN to a thickness of 0.5 µm.

Nachdem die erste n-leitende Plattierschicht 22 ausgebildet war, wurde die Temperatur des Substrates 21 bei etwa 1050°C gehalten und wurde Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 15 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 3 l/min als Trägergas und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 2 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 40 µmol/min und Trimethylaluminium (TMA) mit einem Durchsatz von etwa 3 µmol/min eingeführt, um eine 0,05 µm dicke zweite n-leitende Plattierschicht 23 aus nicht dotiertem Al0.05Ga0.95N auszu­ bilden.After the first n-type plating layer 22 was formed, the temperature of the substrate 21 was kept at about 1050 ° C and became nitrogen gas with a flow rate of about 15 l / min, hydrogen gas with a flow rate of about 3 l / min as carrier gas and ammonia , NH 3 , with a throughput of about 2 l / min, TMG with a throughput of about 40 µmol / min and trimethylaluminum (TMA) with a throughput of about 3 µmol / min to a 0.05 µm thick second n- to form conductive plating layer 23 of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N.

Nachdem die zweite n-leitende Plattierschicht 23 ausgebildet war, wurde die Zufuhr von TMG und TMA eingestellt, wurde die Temperatur des Substrates 21 auf etwa 700°C gesenkt und auf dieser Höhe gehalten. Als Trägergas wurde Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min, Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 6 l/min, TMG mit einem Durchsatz von etwa 4 µmol/min und Trimethylindium (TMI) mit einem Durchsatz von etwa 1 µmol/min eingeführt, um eine SQW-Licht ausstrahlende Schicht 24 aus nicht dotiertem In0.15Ga0.85N bis zu einer Di­ cke von etwa 0,002 µm auszubilden. After the second n-type plating layer 23 was formed, the supply of TMG and TMA was stopped, the temperature of the substrate 21 was lowered to about 700 ° C. and kept at this level. Nitrogen gas with a throughput of about 14 l / min, ammonia, NH 3 with a throughput of about 6 l / min, TMG with a throughput of about 4 µmol / min and trimethylindium (TMI) with a throughput of about 1 were used as carrier gas µmol / min introduced to form a SQW light-emitting layer 24 of undoped In 0.15 Ga 0.85 N up to a thickness of about 0.002 µm.

Nachdem die Licht ausstrahlende Schicht 24 gezüchtet war, wurde die Zufuhr von TMI eingestellt und wurde Stickstoffgas als Trägergas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min und Ammo­ niak, NH3, mit einem Durchsatz von 6 l/min, TMG mit einem Durchsatz von 2 µmol/min weiter auf das Substrat 21 strömen gelassen, wobei die Substrattemperatur zu 1050°C hin erhöht wurde. Auf diese Weise wurde die Zwischenschicht 25 aus nicht dotiertem GaN bis zu einer Dicke von 0,004 µm ausgebildet.After the light emitting layer 24 was grown, the supply of TMI was stopped and became nitrogen gas as a carrier gas with a flow rate of about 14 l / min and ammonia, NH 3 , with a flow rate of 6 l / min, TMG with a flow rate of Allow 2 µmol / min to flow onto the substrate 21 , the substrate temperature being increased to 1050 ° C. In this way, the intermediate layer 25 was formed from undoped GaN to a thickness of 0.004 μm.

Nachdem die Temperatur des Substrates 21 1050°C erreichte, wurde Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min als Trä­ gergas und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von 2 l/min, TMG mit einem Durchsatz von 40 µmol/min, TMA mit einem Durch­ satz von 3 µmol/min und Cp2Mg mit einem Durchsatz von 0,4 µmol/min eingeführt, um eine p-leitende Plattierschicht 26 aus mit Mg dotiertem Al0.05Ga0.95N bis zu einer Dicke von 0,2 µm auszubilden. Die Mg-Konzentration in der p-leitenden Plat­ tierschicht betrug etwa 8 × 1019 cm-3.After the temperature of the substrate 21 reached 1050 ° C, nitrogen gas with a flow rate of about 14 l / min, hydrogen gas with a flow rate of about 4 l / min as carrier gas and ammonia, NH 3 , with a flow rate of 2 l / min , TMG with a throughput of 40 µmol / min, TMA with a throughput of 3 µmol / min and Cp 2 Mg with a throughput of 0.4 µmol / min were introduced to a p-type plating layer 26 made of Mg-doped Al 0.05 Ga 0.95 N to a thickness of 0.2 microns. The Mg concentration in the p-type platier layer was approximately 8 × 10 19 cm -3 .

Nachdem die p-leitende Plattierschicht 26 gezüchtet war, wur­ de die Zufuhr von TMG, TMA und Cp2Mg und wurde die Temperatur des Substrates 21 von 1050°C auf 950°C in etwa 0,5 min ge­ senkt, während Stickstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 14 l/min, Wasserstoffgas mit einem Durchsatz von etwa 4 l/min und Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 2 l/min als Umgebungsgas eingeführt wurden.After the p-type plating layer 26 was grown, the supply of TMG, TMA and Cp 2 Mg was decreased, and the temperature of the substrate 21 was lowered from 1050 ° C to 950 ° C in about 0.5 min while nitrogen gas was supplied with a Throughput of about 14 l / min, hydrogen gas with a throughput of about 4 l / min and ammonia, NH 3 , with a throughput of about 2 l / min as ambient gas were introduced.

Die Zufuhr des Wasserstoffgases wurde eingestellt und dann wurde die Temperatur des Substrates 21 von 950°C auf 700°C in etwa 1,2 min gesenkt, während Stickstoffgas mit einem Durch­ satz von etwa 18 l/min, Ammoniak, NH3, mit einem Durchsatz von etwa 21/min als Umgebungsgas zugeführt wurden. Die Ab­ kühlgeschwindigkeit für das Substrat 21 in der Nähe von 800°C betrug etwa 210°C/min, Nachdem die Temperatur des Substrates 21 geringer als 700°C wurde, wurde die Zufuhr von Ammoniak, NH3, eingestellt, wäh­ rend Stickstoffgas als Umgebungsgas mit einem Durchsatz von etwa 20 l/min weiter strömen gelassen wurde, bis die Tempera­ tur des Substrates 21 geringer als 100°C wurde. Dann wurde das Substrat 21 aus der Reaktionskammer genommen.The supply of the hydrogen gas was stopped and then the temperature of the substrate 21 was lowered from 950 ° C to 700 ° C in about 1.2 minutes, while nitrogen gas with a throughput of about 18 l / min, ammonia, NH 3 , with a Throughput of about 21 / min were supplied as the ambient gas. The cooling rate for the substrate 21 near 800 ° C was about 210 ° C / min. After the temperature of the substrate 21 became lower than 700 ° C, the supply of ammonia, NH 3 , was stopped while nitrogen gas as Ambient gas was allowed to continue to flow at a flow rate of about 20 l / min until the temperature of the substrate 21 became less than 100 ° C. Then the substrate 21 was taken out of the reaction chamber.

Die somit bereitgestellten Nitrid-Halbleiterschichten, unter anderem die p-leitende Plattierschicht 26, erwiesen sich selbst als bessere p-leitende Halbleiterschichten mit niedri­ gem spezifischem Widerstand, ohne den Nachtempervorgang zum Aktivieren des dotierten Mg zu durchlaufen.The nitride semiconductor layers thus provided, including the p-type cladding layer 26 , proved themselves to be better p-type semiconductor layers with low resistivity without going through the post-annealing process to activate the doped Mg.

Als nächstes wurde über die Oberfläche des Nitrid-Halbleiters mit einem somit ausgebildeten Aufbau aus übereinander ange­ ordneten Schichten durch einen CVD-Vorgang eine SiO2-Schicht abgeschieden, ohne irgend ein Nachtempern anzuwenden. Darauf wurde durch Photolithographie und einen Nassätzvorgang ein rechteckiges Muster bereitgestellt und eine Ätzmaske aus SiO2 ausgebildet. Unter Anwendung eines Vorgangs des reaktiven Io­ nenätzens wurden die p-leitende Plattierschicht 26, die Zwi­ schenschicht 25, die Licht ausstrahlende Schicht 24, die zweite n-leitende Plattierschicht 23, die erste n-leitende Plattierschicht 22 und ein Teil des Substrates in einer Rich­ tung umgekehrt zur Stapelrichtung entfernt, bis das Substrat 21 bis zu einer Tiefe von etwa 1 µm weggeätzt war. Somit wur­ de die Oberfläche des Substrates 21 teilweise freigelegt. Auf einem Teil der freiliegenden Oberfläche des Substrates 21 wurde eine n-Elektrode 28 ausgebildet, indem durch Photoli­ thographie und einen Verdampfungsvorgang 0,1 µm dickes Ti und 0,5 µm dickes Au übereinander angeordnet wurden. Nach dem Entfernen der Ätzmaske aus SiO2 durch einen Nassätzvorgang wurde eine aus 0,3 µm dickem Pt und 0,5 µm dickem Au beste­ hende p-Elektrode 27, die den größten Teil der Oberfläche der p-leitenden Plattierschicht 26 bedeckte, unter Anwendung der Photolithographie und eines Verdampfungsvorgangs bereitge­ stellt. Die Dicke des Substrates 21 wurde durch Schleifen der Rückseite auf eine Dicke von 100 µm eingestellt und dann durch Zerschneiden in einzelne Chips getrennt.Next, an SiO 2 layer was deposited over the surface of the nitride semiconductor with a thus formed structure of layers arranged one above the other by a CVD process without using any post-annealing. A rectangular pattern was provided thereon by photolithography and a wet etching process, and an etching mask made of SiO 2 was formed. Using a reactive ion etching process, the p-type plating layer 26 , the intermediate layer 25 , the light emitting layer 24 , the second n-type plating layer 23 , the first n-type plating layer 22 and a part of the substrate were in one layer device removed in the opposite direction to the stacking direction until the substrate 21 was etched away to a depth of approximately 1 μm. Thus, the surface of the substrate 21 was partially exposed. On part of the exposed surface of the substrate 21 , an n-electrode 28 was formed by stacking 0.1 µm thick Ti and 0.5 µm thick Au by photolithography and evaporation. After removing the etching mask from SiO 2 by a wet etching process, a p-electrode 27 consisting of 0.3 μm thick Pt and 0.5 μm thick Au, which covered most of the surface of the p-type plating layer 26 , was used the photolithography and an evaporation process provides. The thickness of the substrate 21 was adjusted to a thickness of 100 μm by grinding the back and then cut into individual chips by cutting.

Somit wurde in dem Aufbau, wie in Fig. 9 dargestellt, eine Licht ausstrahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter bereit­ gestellt.Thus, in the structure as shown in Fig. 9, a light-emitting device with nitride semiconductor was provided.

Die Licht ausstrahlende Einrichtung wurde mit den Elektroden des Chips nach unten an einer Si-Diode angebracht, an der ein Paar positiver und negativer Elektroden bereitgestellt sind. Sie sind durch einen Au-Höcker miteinander verbunden. Die Licht ausstrahlende Einrichtung wurde so angebracht, dass die p-Elektrode 27 bzw. die n-Elektrode 28 mit der negativen Elektrode und der positiven Elektrode der Si-Diode verbunden werden. Dann wurde die die Licht ausstrahlende Einrichtung tragende Si-Diode unter Verwendung von Ag-Paste an einem Fuß angebracht, die positive Elektrode der Si-Diode wurde mit ei­ nem Draht an einer Elektrode am Fuß angeschlossen und dann mit einem Harz geformt, um eine fertige Leuchtdiode bereitzu­ stellen. Die Leuchtdiode wurde mit einem Strom in Durchlass­ richtung von 20 mA betrieben und sie strahlte blaues Licht mit einer Peak-Wellenlänge von 470 nm aus, wobei sie von der Rückseite des Substrates 21 aus eine gleichmäßige Lichtaus­ strahlung zeigte. Die Lichtleistung betrug 4 mW, die Be­ triebsspannung in Durchlassrichtung betrug 3,4 V.The light emitting device was attached with the electrodes of the chip down to an Si diode on which a pair of positive and negative electrodes are provided. They are connected by an Au hump. The light emitting device was attached so that the p-electrode 27 and the n-electrode 28 are connected to the negative electrode and the positive electrode of the Si diode. Then, the Si diode carrying the light emitting device was attached to a base using Ag paste, the positive electrode of the Si diode was connected with a wire to an electrode on the base, and then molded with a resin to make a finished one To provide LED. The light-emitting diode was operated with a current in the forward direction of 20 mA and it emitted blue light with a peak wavelength of 470 nm, showing a uniform light radiation from the back of the substrate 21 . The light output was 4 mW, the operating voltage in the forward direction was 3.4 V.

Wie im obigen beschrieben wurde im vorliegenden konkreten Beispiel eine p-leitende Halbleiterschicht mit niedrigem spe­ zifischem Widerstand und besserer Qualität als die p-leitende Plattierschicht 26 und im Vorgang zur Ausbildung der p- leitenden Nitrid-Halbleiterschicht ausgebildet; und sie kann im Abkühlvorgang abgekühlt werden, während die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes der p-leitenden Plat­ tierschicht 26 beibehalten wird. Als Folge wird eine Licht ausstrahlende Einrichtung mit Nitrid-Halbleiter, die mit ei­ ner geringen Spannung arbeitet und eine hohe Leistung er­ bringt, verfügbar gemacht, ohne irgendeine Nachtemperbehand­ lung oder eine weitere solche spezifische Verarbeitung zu er­ fordern.As described above, in the present concrete example, a p-type semiconductor layer having a low specific resistance and better quality than the p-type plating layer 26 was formed and in the process of forming the p-type nitride semiconductor layer; and it can be cooled in the cooling process while maintaining the low resistivity property of the p-type plat layer 26 . As a result, a nitride semiconductor light emitting device that operates at a low voltage and performs well is made available without requiring any post-annealing treatment or other such specific processing.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters der vorliegenden Erfindung wird auf einem Sub­ strat eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand in einer Atmosphäre ausgebildet, die Wasserstoff bis zu einem bestimmten spezifischen Grade ent­ hält, bei dem die Deaktivierung eines p-Dotiermittels gut un­ terdrückt werden kann; und wird die somit ausgebildete p- leitende Nitrid-Halbleiterschicht in einer bestimmten spezi­ fischen Abkühlzeit oder Atmosphäre abgekühlt, so dass die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht in einer Weise abnimmt, in der die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes ziemlich beibehalten wird. Als Er­ gebnis wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter mit einer bes­ seren Kristalleigenschaft verfügbar gemacht, ohne dass ir­ gendeine Nachtemperbehandlung benötigt wird.In a process for producing a p-type nitride Semiconductor of the present invention is based on a sub strat a low p-type nitride semiconductor layer resistivity in an atmosphere that Hydrogen to a certain specific degree holds, in which the deactivation of a p-dopant well un can be suppressed; and will the p- conductive nitride semiconductor layer in a certain speci fish cooling time or atmosphere cooled so that the Hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer in decreases in a way in which the property of the low resistivity is pretty much maintained. As he The result is a p-type nitride semiconductor with a special made available its crystal properties without ir an after-heat treatment is needed.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters der vorliegenden Erfindung wird auf einem Sub­ strat eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht ausgebildet und wird die p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht während ei­ nes bestimmten spezifischen Substrattemperaturbereichs im Ab­ kühlvorgang unter einer bestimmten spezifischen Kombination von Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und Abkühlzeit oder Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und Abkühlge­ schwindigkeit abgekühlt, unter welcher Kombination das p- Dotiermatieral kaum deaktiviert wird. Als Ergebnis wird ein p-leitender Nitrid-Halbleiter mit niedrigem spezifischem Wi­ derstand und einer besseren Kristallqualität verfügbar ge­ macht, ohne dass irgendeine Nachtemperbehandlung oder eine andere solche spezifische Verarbeitung benötigt wird.In a process for producing a p-type nitride Semiconductor of the present invention is based on a sub Strat a p-type nitride semiconductor layer is formed and the p-type nitride semiconductor layer during ei certain specific substrate temperature range in the Ab cooling process under a certain specific combination of hydrogen concentration in the atmosphere and cooling time or hydrogen concentration in the atmosphere and cooling speed cooled, under which combination the p- Doping material is hardly deactivated. As a result, a P-type nitride semiconductor with low specific Wi resistance and better crystal quality available makes without any post-treatment or a other such specific processing is needed.

Ferner kann beim Verfahren der vorliegenden Erfindung der Herstellungsvorgang für den p-leitenden Nitrid-Halbleiter vereinfacht werden, so dass die Kosten für die Herstellung einer Nitrid-Halbleitereinrichtung, die einen p-leitenden Nitrid-Halbleiter einschließt, verringert werden können.Furthermore, in the method of the present invention, the Manufacturing process for the p-type nitride semiconductor be simplified so that the cost of manufacture  a nitride semiconductor device having a p-type Includes nitride semiconductors can be reduced.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters, welches umfasst:
einen eine Halbleiterschicht ausbildenden Vorgang zum Ausbilden einer p-leitenden Nitrid-Halbleiterschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand auf einem Substrat, das bei einer Temperatur von 600°C oder mehr gehalten wird, indem eine Quelle für ein p-Dotiermittel, eine Stickstoffquelle und eine Quelle für Gruppe III auf das Substrat geführt werden, und
einen Abkühlvorgang zum Abkühlen des die p-leitende Nit­ rid-Halbleiterschicht tragenden Substrates; bei dem die Lochträgerdichte der p-leitenden Nitrid- Halbleiterschicht während des Abkühlvorgangs abnimmt.
1. A method for producing a p-type nitride semiconductor, which comprises:
a semiconductor layer forming process for forming a low resistivity p-type nitride semiconductor layer on a substrate maintained at a temperature of 600 ° C or more by a source of a p-type dopant, a nitrogen source and a source of Group III are guided to the substrate, and
a cooling process for cooling the substrate carrying the p-type nitride semiconductor layer; in which the hole carrier density of the p-type nitride semiconductor layer decreases during the cooling process.
2. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters nach Anspruch 1, bei dem die Abnahmerate der Lochträgerdichte 0%-95% beträgt.2. Process for producing a p-type nitride A semiconductor according to claim 1, wherein the decrease rate of Hole carrier density is 0% -95%. 3. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Abkühlvorgang eine Prozedur enthält, während der das Substrat innerhalb von 30 min von der Substrattemperatur im eine Halbleiterschicht ausbildenden Vorgang auf 600°C abgekühlt wird.3. Process for producing a p-type nitride A semiconductor according to claim 1 or claim 2, wherein the Cooling process includes a procedure during which the Substrate within 30 min of the substrate temperature in the process of forming a semiconductor layer to 600 ° C is cooled. 4. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Atmo­ sphäre im eine Halbleiterschicht bildenden Vorgang etwa 5-70 Vol.-% Wasserstoff enthält.4. Process for producing a p-type nitride Semiconductor according to claim 1, 2 or 3, wherein the Atmo sphere in the process forming a semiconductor layer Contains 5-70 vol .-% hydrogen. 5. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die wäh­ rend der Prozedur- eingeführt Atmosphäre im Abkühlvorgang zum Abkühlen eines Substrates von einer Substrattempera­ tur im eine Halbleiterschicht bildenden Vorgang auf 600°C etwa 5-50 Vol.-% Wasserstoff enthält.5. Process for producing a p-type nitride Semiconductor according to claim 1, 2 or 3, in which the sel During the procedure- introduced atmosphere in the cooling process for cooling a substrate from a substrate temperature  structure in the process forming a semiconductor layer 600 ° C contains about 5-50 vol .-% hydrogen. 6. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die wäh­ rend der Prozedur eingeführt Atmosphäre im Abkühlvorgang zum Abkühlen eines Substrates von der Substrattemperatur im eine Halbleiterschicht bildenden Vorgang auf 600°C Ammoniak, NH3, enthält.6. A method for producing a p-type nitride semiconductor according to claim 1, 2 or 3, wherein the atmosphere introduced during the procedure in the cooling process for cooling a substrate from the substrate temperature in the process forming a semiconductor layer to 600 ° C ammonia, NH 3 , contains. 7. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters, welches umfasst:
einen eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht ausbil­ denden Vorgang zum Ausbilden einer p-leitenden Nitrid- Halbleiterschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand auf einem Substrat, das bei einer Temperatur von 950°C oder mehr gehalten wird, indem eine Quelle für ein p- Dotiermittel, eine Stickstoffquelle und eine Quelle für Gruppe III auf das Substrat geführt werden, und
einen Abkühlvorgang zum Abkühlen des die p-leitende Nit­ rid-Halbleiterschicht tragenden Substrates; bei dem das Substrat im Abkühlvorgang während einer Prozedur zum Abkühlen des Substrates von etwa 950°C auf etwa 700°C unter bestimmten spezifischen Kombinationen der Wasser­ stoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlzeit abgekühlt wird, bei denen die p-leitende Nitridhalblei­ terschicht die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Widerstandes beibehalten kann.
7. A method for producing a p-type nitride semiconductor, which comprises:
a process of forming a p-type nitride semiconductor layer to form a low-resistivity p-type nitride semiconductor layer on a substrate held at a temperature of 950 ° C. or more by using a source of a p-type dopant, a nitrogen source and a group III source are applied to the substrate, and
a cooling process for cooling the substrate carrying the p-type nitride semiconductor layer; in which the substrate is cooled in the cooling process during a procedure for cooling the substrate from approximately 950 ° C. to approximately 700 ° C. under certain specific combinations of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling time, in which the p-type nitride semiconductor layer has the property of can maintain low resistivity.
8. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters nach Anspruch 7, bei dem die Kombination der Wasserstoffkonzentration in der At­ mosphäre und der Abkühlzeit in ein Gebiet fällt, das durch Punkte A-B-C-D-E-F in einer X-Y- Koordinate spezifiziert werden kann, wobei die X-Achse die Wasserstoffkonzentration (%) in der Atmosphäre dar­ stellt und die Y-Achse die Abkühlzeit (min) darstellt, in dem der Punkt A (50, 1,5), Punkt B (30, 1,8), Punkt C (10, 4,1), Punkt D (0, 15), Punkt E (0, 0,5) und Punkt F (50, 0,5) sind.8. Process for producing a p-type nitride The semiconductor of claim 7, wherein the combination of the hydrogen concentration in the At atmosphere and the cooling time falls in an area that by points A-B-C-D-E-F in an X-Y- Coordinate can be specified with the X axis represents the hydrogen concentration (%) in the atmosphere and the Y axis represents the cooling time (min),  in which point A (50, 1.5), point B (30, 1.8), point C (10, 4.1), point D (0, 15), point E (0, 0.5) and point F (50, 0.5). 9. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters, welches umfasst:
einen eine p-leitende Nitrid-Halbleiterschicht ausbil­ denden Vorgang zum Ausbilden einer p-leitenden Nitrid- Halbleiterschicht mit niedrigem spezifischem Widerstand auf einem Substrat, das bei einer Temperatur von 950°C oder mehr gehalten wird, indem eine Quelle für ein p- Dotiermittel, eine Stickstoffquelle und eine Quelle für Gruppe III auf das Substrat geführt werden, und
einen Abkühlvorgang zum Abkühlen des die p-leitende Nit­ rid-Halbleiterschicht tragenden Substrates; bei dem das Substrat in der Nähe von etwa 800°C unter bestimmten spezifischen Kombinationen der Wasserstoffkonzentration in der Atmosphäre und der Abkühlgeschwindigkeit abge­ kühlt wird, bei denen die p-leitende Nitridhalbleiter­ schicht die Eigenschaft des niedrigen spezifischen Wi­ derstandes beibehalten kann.
9. A method for producing a p-type nitride semiconductor, which comprises:
a process of forming a p-type nitride semiconductor layer to form a low-resistivity p-type nitride semiconductor layer on a substrate held at a temperature of 950 ° C. or more by using a source of a p-type dopant, a nitrogen source and a group III source are applied to the substrate, and
a cooling process for cooling the substrate carrying the p-type nitride semiconductor layer; in which the substrate is cooled in the vicinity of about 800 ° C under certain specific combinations of the hydrogen concentration in the atmosphere and the cooling rate, in which the p-type nitride semiconductor layer can maintain the property of low specific resistance.
10. Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid- Halbleiters nach Anspruch 9, bei dem die Kombination der Wasserstoffkonzentration in der At­ mosphäre und der Abkühlzeit in ein Gebiet fällt, das durch Punkte O-P-Q-R-S-T in einer X-Y- Koordinate spezifiziert werden kann, wobei die X-Achse die Wasserstoffkonzentration (%) in der Atmosphäre dar­ stellt und die Y-Achse die Abkühlgeschwindigkeit (°C/min) darstellt, in dem der Punkt O (50, 250), Punkt P (30, 140), Punkt Q (10, 61), Punkt R (0, 17), Punkt S (0, 500) und Punkt T (50, 500) sind.10. Process for producing a p-type nitride The semiconductor of claim 9, wherein the combination of the hydrogen concentration in the At atmosphere and the cooling time falls in an area that by points O-P-Q-R-S-T in an X-Y- Coordinate can be specified with the X axis represents the hydrogen concentration (%) in the atmosphere and the Y axis represents the cooling rate (° C / min) in which point O (50, 250), point P (30, 140), point Q (10, 61), point R (0, 17), point S. (0, 500) and point T (50, 500). 11. p-leitender Nitrid-Halbleiter, der auf einem Substrat bei einer Temperatur von 600°C oder höher gezüchtet wird, bei dem die Lochträgerdichte sofort nach dem Ab­ kühlvorgang gleich etwa 5%-100% der Lochträgerdichte bei der Züchttemperatur beträgt.11. p-type nitride semiconductor on a substrate grown at a temperature of 600 ° C or higher is, in which the hole carrier density immediately after the Ab  cooling process equal to about 5% -100% of the density of the perforated beams at the growing temperature. 12. p-leitender Nitrid-Halbleiter, der auf einem Substrat bei einer Temperatur von 600°C oder höher gezüchtet wird, wobei die Oberseite des p-leitenden Nitrid- Halbleiters freiliegt, bei dem die Wasserstoffkonzentration in der Nähe der Oberseite des p-leitenden Nitrid-Halbleiters gleich dem 1- bis 10-fachen derjenigen im Inneren des p-leitenden Nitrid- Halbleiters ist.12. p-type nitride semiconductor on a substrate grown at a temperature of 600 ° C or higher with the top of the p-type nitride Semiconductor is exposed, in which the hydrogen concentration near the top of the p-type nitride semiconductor is equal to 1- to 10 times that inside the p-type nitride Is semiconductor.
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