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JP3221359B2 - P-type group III nitride semiconductor layer and method for forming the same - Google Patents

P-type group III nitride semiconductor layer and method for forming the same

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JP3221359B2
JP3221359B2 JP15531397A JP15531397A JP3221359B2 JP 3221359 B2 JP3221359 B2 JP 3221359B2 JP 15531397 A JP15531397 A JP 15531397A JP 15531397 A JP15531397 A JP 15531397A JP 3221359 B2 JP3221359 B2 JP 3221359B2
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JP
Japan
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type
nitride
gallium
growth
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JP15531397A
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隆 宇田川
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昭和電工株式会社
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】高い発光出力を発現するpn
接合を含むダブルヘテロ(DH)接合型の発光ダイオー
ド(LED)等の窒化物化合物半導体素子に利用される
p伝導形を呈する窒化ガリウム(GaN)や窒化アルミ
ニウム・ガリウム(AlGaN)混晶等の形成方法に係
わり、特に、低抵抗のp形III 族窒化物半導体層を特殊
な後処理を必要とせずに形成する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
Formation of p-type gallium nitride (GaN) or aluminum-gallium nitride (AlGaN) mixed crystal used in nitride compound semiconductor devices such as double hetero (DH) junction type light emitting diodes (LEDs) including junctions More particularly, the present invention relates to a method for forming a low-resistance p-type group III nitride semiconductor layer without requiring special post-processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイオード(diode)等の化合物半
導体素子にあって、pn接合は整流性を付帯させるため
の必須の構成要素である。一般式 Alx Gay Inz
N(x+y+z=1、0≦x,y,z≦1)で総括され
る窒化アルミニウム・ガリウム混晶系から構成される短
波長発光ダイオード(LED)にあっても、発光部はp
n接合を具備したダブルヘテロ接合から構成されるのが
通例となっている(J.Appl.Phys.、76
(12)(1994)、8189〜8191頁やJp
n.J.Appl.Phys.、Vol.34、Par
t2、No.7A(1995)、L797〜L799頁
参照)。発光強度に優れる窒化ガリウム系発光素子を得
る場合、金属−絶縁体−半導体(MIS)接合型に比較
して発光特性上、pn接合型が優位であるのは公知とな
っているからである(小池 正好他、「豊田合成技
報」、Vol.38、No.1(1996)、46〜4
9頁参照)。
2. Description of the Related Art Compounds such as diodes are used.
In a conductor element, a pn junction is used to add rectification
Is an essential component of. General formula Alx Gay Inz 
N (x + y + z = 1, 0 ≦ x, y, z ≦ 1)
Composed of aluminum nitride-gallium mixed crystal
Even in a wavelength light emitting diode (LED), the light emitting portion is p
Consisting of a double heterojunction with an n-junction
It is customary (J. Appl. Phys.,76
(12) (1994), pp. 8189-8191 and Jp.
n. J. Appl. Phys. ,Vol. 34, Par
t2, No. 7A (1995), L797-L799
reference). Gallium nitride based light emitting device with excellent light emission intensity
Metal-insulator-semiconductor (MIS) junction type
It is known that the pn junction type is superior in light emission characteristics.
(Masayoshi Koike et al., “Toyoda Gosei
Information ",Vol. 38, No. 1 (1996), 46-4
See page 9.)

【0003】従来の窒化物化合物発光素子に於けるp形
窒化物半導体層の利用状況をみるに、一つは上記の如く
のLEDにあって、窒化ガリウム・インジウム等から構
成される発光層に対してp形クラッド(clad)層と
して活用するものである。キャリア(担体)の再結合に
よる発光を発光層内に「閉じ込め」、高発光出力の顕現
を意図するダブルヘテロ接合構造にあって(岩崎 裕監
修、「オプトエレクトロニクス材料」(昭和60年6月
15日、電子通信学会発行)、91頁など参照)、p形
クラッド層は電子(electron)との再結合を果
たす正孔(hole)を発光領域に供給する役目を果た
している。窒化物化合物半導体発光素子に於ける他の利
用例は、p形窒化物半導体層をコンタクト層とする例で
ある。コンタクト層は電極を敷設するために、また、下
部のクラッド層並びに発光層の広範囲に動作電流を拡散
させるために設置する層であるため、p形の伝導形を呈
するといえども低抵抗層であることが要求される。図1
は、窒化ガリウム系材料から構成される従来の青色LE
Dの断面構造の模式図である。同図に掲示する積層構成
に、窒化ガリウム・インジウム発光層(104)上に接
合された上部クラッド層(105)としてのp形窒化ア
ルミニウム・ガリウム混晶層、及び上部クラッド層(1
05)上に配置されたp形窒化ガリウム(GaN)コン
タクト層に具体的なp形窒化物半導体層の利用状況をみ
られる。また、p形結晶基板を使用する場合には下部ク
ラッド層として使用する場合もある。
[0003] Looking at the usage of the p-type nitride semiconductor layer in the conventional nitride compound light emitting device, one is in the LED as described above, and the light emitting layer is composed of gallium indium or the like. On the other hand, it is used as a p-type clad layer. In a double-heterojunction structure intended to "confine" light emitted by the recombination of carriers in the light-emitting layer and to exhibit high light-emission output (supervised by Hiroshi Iwasaki, "Optoelectronic Materials" (June 15, 1985) The p-type cladding layer has a role of supplying holes for recombining with electrons to the light emitting region. Another application example of the nitride compound semiconductor light emitting device is an example in which a p-type nitride semiconductor layer is used as a contact layer. The contact layer is a layer provided for laying electrodes and for spreading the operating current over a wide area of the lower cladding layer and the light emitting layer. It is required that there be. FIG.
Is a conventional blue LE made of gallium nitride-based material.
It is a schematic diagram of the cross-section structure of D. In the laminated structure shown in the figure, a p-type aluminum-gallium nitride mixed crystal layer as an upper cladding layer (105) bonded on a gallium-indium indium light emitting layer (104) and an upper cladding layer (1)
05) P-type gallium nitride (GaN) contact layer disposed on the p-type nitride semiconductor layer is specifically used. When a p-type crystal substrate is used, it may be used as a lower cladding layer.

【0004】以上の如く、p形窒化物半導体層はpn接
合型の発光素子を構成するに必須である。p形窒化ガリ
ウム層を得る際には、マグネシウム(Mg)やベリリウ
ム(Be)等の元素周期律表の第II族元素がp形不純物
として添加される。これらのp形不純物の中では、マグ
ネシウムが代表的なp形不純物として利用されている。
従来のマグネシウムをドーピングした窒化ガリウム層の
形成方法を、例えば窒化アルミニウム・ガリウム混晶ク
ラッド層(図1の図番(105)に示す。)やマグネシ
ウムドープ窒化ガリウムコンタクト層(図1の(10
6))の成長を観るに、マグネシウムを所望の濃度にド
ーピングした単1層から構成するのが通例であった。換
言すれば、p形不純物がドーピングされた薄層を重層さ
せた多層構造から形成するものではなかった。また、実
用に供されているp形不純物をドーピングした窒化物半
導体層からなるp形層の積層構造は、窒化アルミニウム
混晶からなるp形層上に、窒化アルミニウム・ガリウム
混晶とは格子整合しない窒化ガリウムからなるp形層を
積層させる例に見られる様に(図1参照)、格子不整合
系の構成となっている。
[0004] As described above, the p-type nitride semiconductor layer is indispensable for constituting a pn junction type light emitting device. When obtaining a p-type gallium nitride layer, a Group II element of the periodic table such as magnesium (Mg) or beryllium (Be) is added as a p-type impurity. Among these p-type impurities, magnesium is used as a typical p-type impurity.
Conventional methods for forming a magnesium-doped gallium nitride layer include, for example, an aluminum nitride-gallium mixed crystal cladding layer (shown by reference numeral (105) in FIG. 1) and a magnesium-doped gallium nitride contact layer ((10 in FIG. 1)).
In order to observe the growth of 6)), it was customary to constitute a single layer doped with magnesium to a desired concentration. In other words, it was not formed from a multilayer structure in which thin layers doped with p-type impurities were stacked. In addition, a laminated structure of a p-type layer made of a nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity, which is practically used, has a p-type layer made of an aluminum nitride mixed crystal and a lattice match with an aluminum nitride-gallium mixed crystal. As shown in the example of laminating p-type layers made of gallium nitride which is not used (see FIG. 1), the structure is a lattice mismatch system.

【0005】しかし、従来の方法に則り形成されたマグ
ネシウムドープ窒化物半導体層は、as−grown状
態(成長後に加工が加えられておらず、成長直後の状態
をそのまま反映している状況を云う。)では、下地層の
敷設等の特殊な施策(特開平6−232451号公報明
細書参照)を講じない限り、低抵抗のp形層は得られな
いのが通説となっている。即ち、p形不純物を単に高濃
度にドーピングしたのみでは、低抵抗の窒化物半導体層
は得られ難い。コンタクト層の構成材料である窒化ガリ
ウム或いは短波長可視LEDの発光層となす窒化ガリウ
ム・インジウムは、アンドープ状態でn形である(特開
昭56−80183号公報、特公昭55−3834号公
報など参照)。従って、低抵抗のp形層が容易に形成出
来ない原因には、層内に残留するn形キャリアの濃度を
充分に上回る程には、p形不純物が電気的に活性化して
アクセプターとなっていないとも考えられる。また、成
膜時にp形不純物をドーピングした窒化物半導体層内に
取り込まれる水素がド−ピングされたp形不純物と複合
体を形成し、p形不純物を電気的に不活性化して、アク
セプターとなるのを阻害するためとも説明されている
(特開平5−183189号及び特開平5−19884
1号公報明細書並びにAppl.Phys.Let
t.、68(13)(1996)、1829〜1831
頁参照)。
However, a magnesium-doped nitride semiconductor layer formed according to a conventional method has an as-grown state (a state in which no processing has been performed after growth and the state immediately after growth is directly reflected. ), It is generally accepted that a low-resistance p-type layer cannot be obtained unless special measures such as laying an underlayer are taken (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-232451). That is, it is difficult to obtain a low-resistance nitride semiconductor layer simply by doping the p-type impurity at a high concentration. Gallium nitride, which is a constituent material of the contact layer, or gallium indium nitride, which is a light emitting layer of a short-wavelength visible LED, is n-type in an undoped state (JP-A-56-80183, JP-B-55-3834, etc.). reference). Therefore, the reason that a low-resistance p-type layer cannot be easily formed is that the p-type impurity is electrically activated to become an acceptor enough to sufficiently exceed the concentration of the n-type carrier remaining in the layer. It is thought that there is not. In addition, hydrogen taken into the nitride semiconductor layer doped with the p-type impurity during film formation forms a complex with the doped p-type impurity, electrically inactivates the p-type impurity, and forms a complex with the acceptor. (Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-183189 and 5-19884).
No. 1 and Appl. Phys. Let
t. , 68 (13) (1996), 1829-1831.
Page).

【0006】水素原子がp形不純物と複合体を形成する
ために、p形不純物の電気的な活性化が充分に達成され
ず、アクセプター濃度を有効に増加させるに至らず、結
果としてp形半導体層の形成を阻害するとされる現象
は、何も窒化物化合物半導体に限定されず、例えばセレ
ン化亜鉛(ZnSe)等のII−VI族化合物半導体につい
ても既に認められている(特開昭52−151563号
公報参照)。II−VI族化合物半導体にあって、p形層を
得るために従来から実施されている技法は、例えばp形
不純物がドーピングされたZnSe層に熱処理を施すこ
とである(上記の特開昭52−151563号公報参
照)。加熱処理に依りp形化を達成するこの旧来の手段
にならい、III 族窒化物半導体にあっても、加熱処理に
依ってp形不純物と水素との結合を解離させ、低抵抗の
p形窒化物半導体層を形成する方法が開示されている
(特開平5−183189号及び特開平5−19884
1号公報明細書参照)。
Since the hydrogen atoms form a complex with the p-type impurity, the electrical activation of the p-type impurity cannot be sufficiently achieved, and the acceptor concentration cannot be effectively increased. The phenomenon that is considered to hinder the formation of the layer is not limited to nitride compound semiconductors, and has already been observed for II-VI group compound semiconductors such as zinc selenide (ZnSe) (Japanese Patent Laid-Open No. 52-1982). No. 15,1563). A conventional technique for obtaining a p-type layer in a II-VI group compound semiconductor is, for example, to subject a ZnSe layer doped with a p-type impurity to a heat treatment (see Japanese Patent Application Laid-Open No. -155633). Following the conventional means of achieving p-type by heat treatment, even in group III nitride semiconductors, the bond between p-type impurities and hydrogen is dissociated by heat treatment to provide a low-resistance p-type nitride. Methods of forming a semiconductor layer are disclosed (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-183189 and 5-19884).
No. 1).

【0007】p形不純物がドーピングされたIII 族窒化
物半導体のp形化を意図した加熱処理方法には、発想を
同一とする種々の条件が提示されている。(イ)成膜時
に添加(ドーピング)されたIII 族窒化物半導体層を、
一旦冷却して成膜環境から取り出した後、改めて一定温
度で一定の時間加熱処理する技法(特開平5−1831
89号公報参照)、(ロ)p形不純物をドーピングした
III 族窒化物半導体層の成膜を終了した後、成膜温度か
ら室温に至る迄を自然冷却よりも遅い、緩慢な冷却速度
で冷却する技法(特開平8−32113号公報参照)な
どの加熱処理技法が開示されている。しかし、従来から
の加熱処理を施してp形化を果たす手段は、p形のII−
VI族化合物半導体の形成手段と概念を同一とするもので
あり、p形不純物をドーピングしたIII 族窒化物半導体
層を形成する前工程としての成長工程と、その層をp形
化するための後工程としての熱処理と、二段工程を必要
とする煩雑なものである。
[0007] Various conditions for making the same idea have been proposed for a heat treatment method intended to make a group III nitride semiconductor doped with a p-type impurity p-type. (A) The group III nitride semiconductor layer added (doped) during film formation is
Once cooled and taken out of the film-forming environment, it is heated again at a certain temperature for a certain time (JP-A-5-1831).
No. 89), and (b) doping with p-type impurities
After the film formation of the group III nitride semiconductor layer is completed, heating from a film formation temperature to room temperature at a slower cooling rate than natural cooling (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-32113). A processing technique is disclosed. However, a conventional means for performing a heat treatment to form a p-type is a p-type II-
It has the same concept as the means for forming a group VI compound semiconductor, and has a growth step as a step prior to forming a group III nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity and a step for forming the layer into a p-type impurity. It is a complicated process that requires a heat treatment as a process and a two-step process.

【0008】加熱処理によるp形化を達成する他の問題
点は、図1に掲示した様な積層体を構成するための加熱
処理中に熱解離による損失が発生することである。窒化
ガリウム(GaN)や窒化インジウム(InN)は、易
昇華性を有することは公知である。窒化ガリウムは約8
00℃で昇華する。窒化インジウムは更に低い温度で容
易に昇華し、真空中では約620℃でも昇華するとされ
ている(日本産業技術振興協会新材料委員会編、「化合
物半導体デバイス」(1973年9月15日、(財)日
本産業技術振興協会発行)、316頁及び397頁参
照)。従って、従来のp形化のための熱処理手法に於い
て、好ましい熱処理温度とされる600℃以上の温度で
は、窒化ガリウムと窒化インジウムとの混晶である窒化
ガリウム・インジウム混晶の昇華は避けられないものと
なる(特開平5−198841号公報参照)。窒化ガリ
ウム・インジウムは発光層を構成する材料である。従っ
て、p形化の加熱処理手段を実施することにより、積層
体(図1参照)の最表層のp形化の対象となる窒化ガリ
ウム層の損失を招きかねないばかりか、窒化ガリウム・
インジウム発光層の被熱による変質をもたらす不具合も
生じている。加熱時に於ける窒化物半導体層の揮散を抑
制する目的で、p形不純物がドーピングされた層の表面
に保護膜を配置する加熱処理技術も開示されている(上
記の特開平5−198841号公報参照)。ところが二
酸化珪素(SiO2 )や窒化珪素(SiN)などの保護
膜を被着させたところで、高温での熱処理では、保護膜
と被熱処理層との間にそもそも存在する熱膨張率の差が
更に顕著となるため、p形不純物ドープ層は過大な歪を
被る。これによりp形不純物ドープ層の結晶性は、転位
の発生等の原因でより悪化し、低抵抗のp形窒化物半導
体層が安定して得られなくなる。
Another problem of achieving the p-type by the heat treatment is that a loss due to thermal dissociation occurs during the heat treatment for forming the laminate as shown in FIG. It is known that gallium nitride (GaN) and indium nitride (InN) have an easy sublimation property. Gallium nitride is about 8
Sublimate at 00 ° C. It is said that indium nitride sublimates easily at lower temperatures and sublimates even in vacuum at about 620 ° C. (edited by the Japan Society for the Promotion of Industry, New Materials Committee, “Compound Semiconductor Device” (September 15, 1973, (Issued by the Japan Industrial Technology Promotion Association) (see pages 316 and 397). Therefore, in a conventional heat treatment method for forming a p-type, at a temperature of 600 ° C. or more, which is a preferable heat treatment temperature, sublimation of a gallium nitride-indium mixed crystal which is a mixed crystal of gallium nitride and indium nitride is avoided. (See JP-A-5-198841). Gallium indium nitride is a material for forming the light emitting layer. Therefore, by performing the p-type heat treatment, not only the loss of the gallium nitride layer to be p-typed on the outermost layer of the laminate (see FIG. 1) may be caused, but also the gallium nitride
There is also a problem that the indium light emitting layer is deteriorated by heat. For the purpose of suppressing the volatilization of the nitride semiconductor layer at the time of heating, a heat treatment technique of disposing a protective film on the surface of a layer doped with a p-type impurity has also been disclosed (Japanese Patent Laid-Open No. 5-198841 described above). reference). However, when a protective film such as silicon dioxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN) is applied, the difference in the coefficient of thermal expansion between the protective film and the heat-treated layer is further increased by heat treatment at a high temperature. Since the p-type impurity-doped layer becomes remarkable, it undergoes excessive strain. As a result, the crystallinity of the p-type impurity-doped layer is further deteriorated due to the occurrence of dislocation and the like, so that a low-resistance p-type nitride semiconductor layer cannot be stably obtained.

【0009】低抵抗p形窒化物半導体層を加熱処理によ
り形成する際の問題点の払拭を意図して、熱処理によら
ないp形窒化物半導体層の形成方法も提示されている。
加熱手段によらないp形窒化物半導体層の形成方法と
は、p形不純物をドーピングした窒化物半導体層をイン
ジウム(In)を含有する混晶層上に堆積して、as−
grown状態でp形層を形成する手法である(特開平
6−232451号公報参照)。窒化ガリウム・インジ
ウム混晶の極く一般的な成膜温度は所望するインジウム
組成比等に依存するものの実用上は約800℃前後であ
る。一方、上記の如くの短波長可視LEDに利用される
p形窒化ガリウムやp形窒化アルミニウム・ガリウム混
晶の成膜温度は、良好な結晶性の層がもたらされるとい
う観点からすれば、概ね1000℃〜1200℃の高温
である。従って、窒化ガリウム・インジウム混晶層上に
as−grownでp形の窒化アルミニウム・ガリウム
混晶層を得ようとするならば、窒化ガリウム・インジウ
ム混晶層を約800℃で成膜した後、結晶性に優れる窒
化アルミニウム・ガリウム混晶層を得んがために約10
00℃を越える温度に昇温させる必要がある。約100
0℃の高温では、窒化ガリウム・インジウム混晶層は確
実に昇華し逸失する。即ち、熱処理によらずにas−g
rown状態でp形窒化物半導体層を形成する方法にあ
っても、ただ単に工程の煩雑化を招くのみで、工程の増
加に見合う安定したp形窒化物半導体層の形成方法には
遠く至らないものであった。
[0009] A method of forming a p-type nitride semiconductor layer without heat treatment has been proposed in order to eliminate problems in forming a low-resistance p-type nitride semiconductor layer by heat treatment.
A method for forming a p-type nitride semiconductor layer without using heating means is to deposit a nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity on a mixed crystal layer containing indium (In),
This is a technique of forming a p-type layer in a grown state (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-232451). An extremely general film forming temperature of gallium nitride / indium mixed crystal depends on a desired indium composition ratio or the like, but is practically about 800 ° C. On the other hand, the film forming temperature of the p-type gallium nitride or the p-type aluminum nitride-gallium mixed crystal used for the short-wavelength visible LED as described above is approximately 1000 from the viewpoint that a good crystalline layer is obtained. It is a high temperature of 1200C to 1200C. Therefore, if a p-type aluminum nitride-gallium mixed crystal layer is to be obtained as-grown on a gallium nitride-indium mixed crystal layer, a gallium nitride-indium mixed crystal layer is formed at about 800 ° C. Approximately 10 to obtain an aluminum nitride-gallium mixed crystal layer with excellent crystallinity
It is necessary to raise the temperature to a temperature exceeding 00 ° C. About 100
At a high temperature of 0 ° C., the gallium-indium nitride mixed crystal layer is surely sublimated and lost. That is, as-g regardless of heat treatment
Even in the method of forming a p-type nitride semiconductor layer in a row state, the method simply causes complication of the process, and does not reach a method of forming a stable p-type nitride semiconductor layer commensurate with the increase in the number of processes. Was something.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】p形化を意図した従来
技術の要旨は次の2点に要約される。即ち、(1)加熱
手段により、p形不純物と水素等の複合体を分離して電
気的に活性なアクセプターと成す後処理工程を必要とす
る技法、(2)インジウムを含有する混晶層を下地とす
ることによりp形不純物をドーピングした窒化物半導体
層の結晶性を向上させてas−grown状態でp形化
を図るための付加的な成長工程を必要とする技法であ
る。従来技術に共通する問題点は、易昇華性の窒化ガリ
ウム・インジウム混晶からなる発光層或いは上記の下地
層の加熱に伴う損失或いは変質にある。後処理工程とし
ての低抵抗のp形層の形成を意図した熱処理工程での受
熱により、発光層の結晶組織は変貌しその結晶の品質は
低下する。具体的には、インジウムの凝集等に起因して
発光層内部の結晶組織は乱れたものとなる。また、イン
ジウム含有III 族窒化物半導体層からなる下地の上へ新
たな層を積層形成する際には、as−grownでp形
III 族窒化物半導体層を形成する場合にもたらされる結
果と同様な不都合が生じる。即ち、インジウム液滴の発
生、液滴の凝集等によるインジウム含有III 族窒化物下
地層の変質が生じる。下地層の変性はインジウムを含有
するIII 族窒化物半導体発光層の品質の低下に波及す
る。時として、発光層の損失が生ずる。発光層の部分的
な損失が発生すれば、発光層の層厚は不均一なものとな
る。これにより、帰結されるところは発光特性に於ける
不均一性、特に、発光波長の不均一さが助長されること
にある。発光特性の向上に不都合なインジウムの凝集等
の熱的挙動を誘発せずに、as−grown状態で低抵
抗のp形窒化物半導体層が形成できる簡便な方法があれ
ば、上記の付帯的な加熱処理技法及び変質し易い下地層
を必要とする従来技術の問題点は解決される。
The gist of the prior art intended to be p-type is summarized in the following two points. That is, (1) a technique requiring a post-treatment step of separating a complex such as p-type impurity and hydrogen by a heating means to form an electrically active acceptor, and (2) a mixed crystal layer containing indium. This is a technique that requires an additional growth step for improving the crystallinity of a nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity by using as a base to achieve a p-type in an as-grown state. A problem common to the prior art is the loss or alteration due to heating of the light-emitting layer composed of the easily sublimable gallium-indium nitride mixed crystal or the underlayer. Due to heat reception in a heat treatment step intended to form a low-resistance p-type layer as a post-treatment step, the crystal structure of the light-emitting layer changes, and the quality of the crystal deteriorates. Specifically, the crystal structure inside the light emitting layer is disturbed due to aggregation of indium and the like. When a new layer is formed on the underlayer made of the indium-containing group III nitride semiconductor layer, the p-type is formed as-grown.
The same disadvantages as in the case of forming a group III nitride semiconductor layer occur. That is, alteration of the indium-containing group III nitride underlayer occurs due to generation of indium droplets, aggregation of the droplets, and the like. Modification of the underlayer affects the quality of the indium-containing group III nitride semiconductor light emitting layer. At times, loss of the light emitting layer occurs. If a partial loss of the light emitting layer occurs, the layer thickness of the light emitting layer becomes uneven. As a result, non-uniformity in light emission characteristics, particularly non-uniformity in light emission wavelength, is promoted. If there is a simple method capable of forming a low-resistance p-type nitride semiconductor layer in an as-grown state without inducing a thermal behavior such as indium aggregation which is inconvenient for improving the light emitting characteristics, The problems of the prior art, which require a heat treatment technique and an underlayer that is susceptible to deterioration, are solved.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、III
族窒化物半導体結晶上に、p形III族窒化物半導体層
をエピタキシャル成長させる方法であって、エピタキシ
ャル成長層の層厚が50nm以下の時点で成長を中断
し、成長温度に60秒以上保持したまま待機し、再び成
長を開始して、1層の層厚が50nm以下の複数の薄層
の積層体をエピタキシャル成長させることにより、重層
構成層からなるp形III族窒化物半導体層を形成する
ことを特徴とする。
Means for Solving the Problems That is, the present invention relates to III.
A p-type group III nitride semiconductor layer on a group III nitride semiconductor crystal
A method of epitaxially growing
The growth is stopped when the thickness of the vertical growth layer is 50 nm or less.
Wait for 60 seconds or more at the growth temperature,
Starting with a plurality of thin layers with a single layer thickness of 50 nm or less
Layer by epitaxial growth of
A p-type group III nitride semiconductor layer composed of a constituent layer is formed.

【0012】低抵抗のp形層を形成するために本発明が
主に対象とするIII 族窒化物化合物半導体とは、一般式
Alx Gay Inz N(x+y+z=1、0≦x,y,
z≦1)で総括されるものである。また、Alx Gay
Inza1-a (0<a≦1)及びAlx Gay In
zb As1-b (0<b≦1)で表される窒素以外にヒ
素(As)やリン(P)等の第V族元素を含む窒化物化
合物半導体も対象とする。特に、これらのIII 族窒化物
化合物半導体にあって、窒化ガリウム(GaN)と窒化
アルミニウム・ガリウム混晶(Alx Ga1-x N:0<
x≦1)である。
[0012] The group III nitride compound semiconductor in which the present invention to form a p-type layer of low resistance is mainly intended, the general formula Al x Ga y In z N ( x + y + z = 1,0 ≦ x, y ,
z ≦ 1). In addition, Al x Ga y
In z N a P 1-a (0 <a ≦ 1) and Al x Ga y In
z N b As 1-b nitride compound semiconductor containing a group V element such as arsenic (As) or phosphorus (P) in addition to the nitrogen represented by (0 <b ≦ 1) it is also of interest. In particular, in these group III nitride compound semiconductors, gallium nitride (GaN) and aluminum-gallium nitride mixed crystal (Al x Ga 1 -x N: 0 <
x ≦ 1).

【0013】本発明では、p形不純物がドーピングされ
た窒化物半導体層を薄層に分割してエピタキシャル成長
させる。p形不純物をドーピングした1層の層厚を50
nm以下とするIII 族窒化物半導体薄層を複数層重層し
て、全体として一つのp形のIII 族窒化物半導体層を構
成する。例えば、所望の層厚を100nmとするp形の
GaN層をas−grown状態で得るにあたっては、
例えば1層の層厚を50nmとするp形不純物をドーピ
ングした窒化ガリウム層を2層重層させて、合計の層厚
を100nmとするp形窒化ガリウム層を得る。また、
1層の層厚を20nmとするp形不純物がドーピングさ
れた窒化アルミニウム・ガリウム混晶層を7層重層し
て、合計の層厚を140nmとするp形窒化アルミニウ
ム・ガリウム混晶層を構成するのが、本発明に係わる別
の応用例である。重層させる各層の層厚は、概ね2nm
〜50nmとするのが好ましく、5nm〜50nmとす
るのが更に好ましい。p形窒化物半導体層として必要な
厚さは、クラッド層として使用する場合には200nm
程度、コンタクト層として使用する場合は100nmで
ある。従って2層ないし100層重層することになる。
重層構成層の層厚を例えば1〜2nm未満と極端に薄く
すると下層の表面を充分に一様に被覆することが出来な
い場合があり、不都合である。逆に厚くするとp形ドー
パントが均一に分布しなくなるからである。重層する各
層の層厚は必ずしも同厚とする必要はない。重層する
層、即ち、重層構成層の層数に特に限定はない。
In the present invention, a nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity is divided into thin layers and epitaxially grown. The thickness of one layer doped with a p-type impurity is 50
A plurality of group III nitride semiconductor thin layers having a thickness of nm or less are stacked to form one p-type group III nitride semiconductor layer as a whole. For example, to obtain a p-type GaN layer having a desired layer thickness of 100 nm in an as-grown state,
For example, two layers of gallium nitride layers doped with p-type impurities each having a thickness of 50 nm are stacked to obtain a p-type gallium nitride layer having a total thickness of 100 nm. Also,
Seven p-type impurity-doped aluminum gallium nitride mixed crystal layers each having a layer thickness of 20 nm are stacked to form a p-type aluminum nitride gallium mixed crystal layer having a total thickness of 140 nm. This is another application example according to the present invention. The thickness of each layer to be overlaid is approximately 2 nm
The thickness is preferably from 50 to 50 nm, more preferably from 5 to 50 nm. The thickness required for the p-type nitride semiconductor layer is 200 nm when used as a cladding layer.
The extent is about 100 nm when used as a contact layer. Therefore, two to 100 layers are stacked.
If the thickness of the multilayer constituting layer is extremely thin, for example, less than 1 to 2 nm, the surface of the lower layer may not be able to be coated sufficiently uniformly, which is inconvenient. Conversely, when the thickness is increased, the p-type dopant is not uniformly distributed. The layer thickness of each of the layers to be laminated does not necessarily have to be the same. There is no particular limitation on the number of layers to be overlaid, that is, the number of layers constituting the overlaid layers.

【0014】重層するp形不純物をドーピングした窒化
物半導体は、必ずしも同一に統一する必要はない。本発
明に係わるp形窒化物半導体層の形成方法の要旨は、薄
層を重層する分割成長方式を採用してas−grown
でp形窒化物半導体層を形成することにあり、重層構成
層の材質には本質的な限定が加わらないからである。即
ち、構成元素を異にしてなる窒化物半導体層を重層さ
せ、p形窒化物半導体層を形成する方法も許容される。
例えば、重層構成層の一方の層を窒化ガリウム(Ga
N)とし、他方をアルミニウム組成比をxとした窒化ア
ルミニウム・ガリウム混晶(Alx Ga1-x N:0<x
≦1)とする。層厚をほぼ等しくするそれらの層を交互
に重層させ、高温で重層を実施する期間に層間で生ずる
原子の相互拡散を利用して、結果として、アルミニウム
組成比を約x/2とする窒化アルミニウム・ガリウム混
晶層を形成する方法がある。所望するアルミニウム組成
比に応じて窒化アルミニウム・ガリウム混晶層のアルミ
ニウム組成比(x)に適宣変更を加えれば良い。
It is not necessary that the nitride semiconductors doped with the p-type impurity to be overlaid be the same. The gist of the method for forming a p-type nitride semiconductor layer according to the present invention is to adopt an as-grown method using a divided growth method in which thin layers are stacked.
The reason is that the p-type nitride semiconductor layer is formed by the method described above, and the material of the multi-layer constituent layer is not essentially limited. That is, a method of forming a p-type nitride semiconductor layer by laminating nitride semiconductor layers having different constituent elements is also acceptable.
For example, one of the multi-layered constituent layers is formed of gallium nitride (Ga
N), and the other is aluminum nitride-gallium mixed crystal (Al x Ga 1 -x N: 0 <x
≤ 1). Aluminum nitride having an aluminum composition ratio of about x / 2, resulting from the interdiffusion of atoms occurring between the layers during the layering operation at a high temperature, by alternately laminating those layers having substantially the same layer thickness. -There is a method of forming a gallium mixed crystal layer. The aluminum composition ratio (x) of the aluminum nitride / gallium mixed crystal layer may be appropriately changed according to the desired aluminum composition ratio.

【0015】本発明に係わる形成方法によって窒化物半
導体混晶からなるp形層を形成する場合にあって、必ず
しも各層の混晶比(組成比)を同一とする必要はない。
例えば、窒化アルミニウム・ガリウム混晶からなるp形
層を形成する場合、重層する窒化アルミニウム・ガリウ
ム各層のアルミニウム組成比は必ずしも統一する必要は
ない。例えば、アルミニウム組成比を段階的に増加或い
は減少させた窒化アルミニウム・ガリウム混晶からなる
層を、順次重層させて層厚の増加方向(重層方向)に対
してアルミニウム組成比を漸次変化させたp形窒化アル
ミニウム・ガリウム混晶層を形成しても良い。本発明の
手法の効果は、従来の窒化物半導体から構成される短波
長可視LEDにみられる如く、窒化ガリウム・インジウ
ム発光層上にp形の窒化アルミニウム・ガリウム混晶層
を配置する際などに顕現される。例えば、易昇華性の窒
化ガリウム・インジウム層上に先ず窒化アルミニウム
(AlN)若しくはアルミニウム組成比を大とする第1
の重層構成層を堆積する。窒化アルミニウム(AlN)
は窒化ガリウムや窒化インジウム並びにその混晶に比較
すれば、耐昇華性のある半導体材料である。従って、窒
化ガリウム・インジウム発光層上への高温での窒化アル
ミニウム・ガリウム混晶層の成膜時に於いても、窒化ア
ルミニウム層は殆ど昇華せず残存するため、発光層の熱
解離による損失を防止するに充分に足る保護膜となり得
る。即ち、本発明に係わるp形不純物をドーピングした
層がp形層の一構成層ともなり、なおかつ発光層の損失
を防止するための保護膜となる利点がある。次に窒化ガ
リウム層を第2の層として堆積する。その次に第1層よ
りもアルミニウム組成比をより小とする窒化アルミニウ
ム・ガリウム混晶層を堆積する。然る後、再び窒化ガリ
ウム層を堆積し、順次、アルミニウム組成比を減じた窒
化アルミニウム・ガリウム混晶層を重層して、層厚方向
にアルミニウム組成の勾配を内包する重層したp形層を
形成するのも本発明の一応用例である。重層する各層の
形成温度は、必ずしも同一とする必要はない。重層構成
層を構成する窒化物半導体材料の結晶性或いはその層が
担うp形層の構成要素以外の役目にも鑑みて、各層毎に
或いは構成材料毎に形成温度に変化を加えても、重層成
長方式に基づく本発明の趣旨に本質的な変化を来すもの
ではない。
When a p-type layer composed of a nitride semiconductor mixed crystal is formed by the formation method according to the present invention, it is not always necessary to make the mixed crystal ratio (composition ratio) of each layer the same.
For example, when forming a p-type layer made of an aluminum nitride-gallium mixed crystal, it is not always necessary to unify the aluminum composition ratio of the aluminum nitride-gallium layers to be stacked. For example, a layer composed of an aluminum nitride-gallium mixed crystal in which the aluminum composition ratio is increased or decreased stepwise is sequentially laminated, and the aluminum composition ratio is gradually changed in the direction of increasing the layer thickness (layer direction). An aluminum nitride-gallium mixed crystal layer may be formed. The effect of the method of the present invention is, for example, when a p-type aluminum nitride / gallium mixed crystal layer is arranged on a gallium nitride / indium light emitting layer, as seen in a conventional short wavelength visible LED composed of a nitride semiconductor. Revealed. For example, first, aluminum nitride (AlN) or a first aluminum alloy having a large aluminum composition ratio is formed on an easily sublimable gallium indium nitride layer.
Is deposited. Aluminum nitride (AlN)
Is a sublimation-resistant semiconductor material as compared with gallium nitride, indium nitride, and mixed crystals thereof. Therefore, even when the aluminum nitride-gallium mixed crystal layer is formed on the gallium nitride-indium light-emitting layer at a high temperature, the aluminum nitride layer remains without sublimation, thereby preventing loss due to thermal dissociation of the light-emitting layer. It can be a protective film that is enough to perform. That is, there is an advantage that the layer doped with the p-type impurity according to the present invention becomes a constituent layer of the p-type layer and also serves as a protective film for preventing the loss of the light emitting layer. Next, a gallium nitride layer is deposited as a second layer. Then, an aluminum nitride-gallium mixed crystal layer having a smaller aluminum composition ratio than the first layer is deposited. After that, a gallium nitride layer is deposited again, and an aluminum nitride-gallium mixed crystal layer having a reduced aluminum composition ratio is successively laminated to form a laminated p-type layer including a gradient of the aluminum composition in the layer thickness direction. This is one application example of the present invention. The formation temperatures of the respective layers to be layered need not necessarily be the same. In view of the crystallinity of the nitride semiconductor material constituting the multilayer constituent layer or the role other than the component of the p-type layer carried by the layer, even if the formation temperature is changed for each layer or for each constituent material, It does not materially change the spirit of the present invention based on the growth method.

【0016】本発明の薄層を分割して重層するいわゆる
分割成長方式とするのは以下の実験事実を基にした創意
によるものである。先ず、窒化ガリウム単結晶層(10
9)表面上にアルミニウム組成比を0.10とするマグ
ネシウム(Mg)をドーピングした窒化アルミニウム・
ガリウム混晶層(110)を従来法により200nmの
厚さに成長させた場合のアルミニウムとマグネシウム原
子の界面(111)近傍に於けるas−grown状態
での分布状況について説明する。図2は、エネルギー分
散型のX線微小領域分析法(一般には、EDXと呼称さ
れる。)による線分析で得られた、界面(111)近傍
に於けるアルミニウム原子の濃度分布状況(112)を
示すものである。成膜後に熱処理を施していないas−
grownの状態では、アルミニウム原子は窒化ガリウ
ム(109)と窒化アルミニウム・ガリウム混晶(11
0)との界面(111)近傍の、窒化アルミニウム・ガ
リウム混晶層(110)側に特に多く蓄積しているのが
示されている。図2は、また、この界面(111)近傍
の領域から外れた窒化アルミニウム・ガリウム混晶層
(110)の表面側では、アルミニウム原子の濃度は急
激に減少していることを併せて示している。換言すれ
ば、従来の一括成長法で成長させた窒化アルミニウム・
ガリウム混晶にあって、アルミニウム原子は被堆積層
(この場合は窒化ガリウム単結晶層(109))との界
面(111)近傍から混晶層の層厚の増加方向に濃度を
減ずる様に分布して存在するものとなる。この様な不均
一な構成元素としてのアルミニウムの不均一な分布は、
窒化アルミニウム・ガリウム混晶の成長温度に殆ど依存
せず、同混晶の極く一般的な成長温度である約1000
℃〜約1150℃で発生するものである。また、成長方
式例えば、常圧及び減圧方式の如何に拘らず、程度の差
異こそあれ発生するものである。特に、成長反応を実施
する成長環境の圧力よりも基板等の被堆積物表面近辺の
成膜が達せられる空間に於いて、原料ガス等の滞留する
時間をより短縮する条件を創出すると、より顕著にアル
ミニウム原子等の濃度変化が顕著となる傾向がある。換
言すれば、原料ガスの成膜空間からの脱出が円滑に行わ
れない、いわゆる成長関連ガスの「抜け」が円滑に進行
しない成長環境下では、堆積層界面の急峻化を達成する
のに難がある一方で、層内部のアルミニウム原子等の濃
度変化が緩和されることもある。しかし、程度の差こそ
あれ窒化アルミニウム・ガリウム混晶層の表層部でアル
ミニウム原子の濃度に減少を来すことに変化はない。
The so-called split growth method in which the thin layer is divided and overlaid according to the present invention is based on an idea based on the following experimental facts. First, a gallium nitride single crystal layer (10
9) Aluminum nitride doped with magnesium (Mg) having an aluminum composition ratio of 0.10.
The distribution of the gallium mixed crystal layer (110) in the as-grown state near the interface (111) between the aluminum and magnesium atoms when the gallium mixed crystal layer (110) is grown to a thickness of 200 nm by the conventional method will be described. FIG. 2 shows a concentration distribution state (112) of aluminum atoms near the interface (111) obtained by a line analysis by an energy dispersive X-ray micro area analysis method (generally referred to as EDX). It shows. As- without heat treatment after film formation
In the grown state, aluminum atoms are composed of gallium nitride (109) and aluminum-gallium nitride mixed crystal (11
It is shown that a large amount is accumulated particularly on the aluminum nitride-gallium mixed crystal layer (110) side near the interface (111) with (0). FIG. 2 also shows that the concentration of aluminum atoms on the surface side of the aluminum nitride-gallium mixed crystal layer (110) deviating from the region near the interface (111) sharply decreases. . In other words, aluminum nitride grown by the conventional batch growth method
In the gallium mixed crystal, the aluminum atoms are distributed so as to decrease the concentration from the vicinity of the interface (111) with the layer to be deposited (in this case, the gallium nitride single crystal layer (109)) in the direction of increasing the thickness of the mixed crystal layer. And exist. Such non-uniform distribution of aluminum as a non-uniform constituent element,
Almost independent of the growth temperature of the aluminum nitride-gallium mixed crystal, the extremely common growth temperature of the mixed crystal is about 1000
It occurs at from about 1150C to about 1150C. Further, regardless of the growth method, for example, the normal pressure and the decompression method, a difference occurs to some extent. In particular, in a space where a film can be formed near the surface of a deposition object such as a substrate in a space where deposition can be achieved rather than the pressure of a growth environment in which a growth reaction is performed, it is more remarkable to create a condition for shortening the residence time of a source gas or the like. Tends to have a remarkable change in the concentration of aluminum atoms and the like. In other words, in a growth environment in which the source gas does not escape from the film formation space smoothly, that is, the so-called “exit” of the growth-related gas does not progress smoothly, it is difficult to achieve a steep deposition layer interface. On the other hand, changes in the concentration of aluminum atoms and the like inside the layer may be reduced. However, there is no change in the concentration of aluminum atoms in the surface layer of the aluminum nitride-gallium mixed crystal layer to any extent.

【0017】一方、上記試料に於けるマグネシウム原子
の深さ方向の分布を図3に掲示する。このマグネシウム
原子の深さ方向の濃度分布は一般的な2次イオン質量分
析法(SIMS)により取得したものである。上記のア
ルミニウム原子の界面(111)近傍の分布状況と同じ
く、マグネシウム原子は下地の窒化ガリウム単結晶層
(109)と窒化アルミニウム・ガリウム混晶層(11
0)との界面(111)近傍の領域に、特に多量に蓄積
しているのが示されている。
On the other hand, FIG. 3 shows the distribution of magnesium atoms in the depth direction in the sample. This concentration distribution of magnesium atoms in the depth direction was obtained by general secondary ion mass spectrometry (SIMS). Similar to the distribution state near the interface (111) of aluminum atoms, magnesium atoms are deposited on the underlying gallium nitride single crystal layer (109) and aluminum nitride-gallium mixed crystal layer (11).
In particular, a large amount is shown to be accumulated in a region near the interface (111) with (0).

【0018】六方晶ウルツァイト(Wurtzite)
構造にあってa軸の格子定数を3.180オングストロ
ーム(Å)とする窒化ガリウム下地層と、同構造でa軸
の格子定数がアルミニウム組成比に依って、3.111
(Å)以上3.180(Å)未満となる上層の窒化アル
ミニウム・ガリウム混晶とは、そもそも格子整合しない
(格子定数については、例えば、奥野 保男著、「発光
ダイオード」(平成5年1月20日、産業図書(株)発
行)、191頁の“化合物半導体の物性定数表”参
照)。従って、窒化ガリウムと窒化アルミニウム・ガリ
ウム混晶層との界面には、格子不整合に起因する歪が発
生し、この歪応力が波及する「場」に於いて、アルミニ
ウム並びにp形不純物であるマグネシウム原子の取り込
みが、特に顕著に生ずるものと考慮される。また、窒化
物半導体層の成長機構に見られる、特に成長初期に於け
る下地層表面に沿って起こる横方向の成長(2次元的成
長)が優勢に進行している期間内では、アルミニウム及
びマグネシウム原子が高い確率で層内に取り込まれるこ
とが、本発明者による実験結果から得られている(図3
参照)。横方向の成長が優勢である期間は、例えば成長
(成膜)時間と層厚の関係から知ることができる。図4
は、窒化ガリウム層上にアルミニウム組成比を0.15
とする窒化アルミニウム・ガリウム混晶(Al0.15Ga
0.85N)を1100℃で一般的な常圧MOCVD法で気
相成長した際の、層厚の成長時間依存性を示す図であ
る。同図に示す如く成長時間帯によって層厚の変化の様
式が異なる。成長初期の成長時間帯(113)では、層
厚に然したる増加が見られないのに対し、成長時間が或
る時間(115)(仮に、臨界時間と称す。)を経過し
た後の時間帯(114)に於いては、層厚は成長時間の
延長に伴い単調に増加する。この時間帯(114)で
は、3次元的な成長、即ち縦(鉛直)方向への成長が優
勢となるため、層厚の増加が顕著に現れるものと解釈さ
れる。一方、成長初期の時間帯(113)では、2次元
的な成長、即ち横(水平)方向への成長が優先的に進行
しており、このため、層厚の増加が顕著に発現しないの
である。臨界時間(115)に到達する以前に在る本発
明の云う横方向の成長が優先して進行している時間の範
囲は、上述の如く成長時間と層厚との対応関係から推し
量ることが出来る。層厚があまり薄いということは、横
方向に連続した膜が成長していない可能性も残してい
る。
Hexagonal wurtzite
A gallium nitride underlayer having an a-axis lattice constant of 3.180 angstroms (Å) in the structure, and an a-axis lattice constant of 3.111 in the same structure depending on the aluminum composition ratio.
(Å) The upper layer of aluminum nitride-gallium mixed crystal of not less than 3.180 (Å) does not lattice match in the first place (for the lattice constant, see, for example, Yasuo Okuno, “Light Emitting Diode” (January 1993) (Published by Sangyo Tosho Co., Ltd. on the 20th), page 191 “Table of physical properties of compound semiconductors”). Therefore, at the interface between gallium nitride and the aluminum-gallium nitride mixed crystal layer, a strain is generated due to lattice mismatch, and in the "field" where the strain stress propagates, aluminum and magnesium as a p-type impurity are generated. It is considered that the incorporation of atoms is particularly pronounced. In addition, aluminum and magnesium are observed during the period in which the lateral growth (two-dimensional growth) occurring along the surface of the underlying layer in the early stage of growth, which is observed in the growth mechanism of the nitride semiconductor layer, is predominantly progressing. It is obtained from the experimental results by the present inventor that atoms are taken into the layer with a high probability (FIG. 3).
reference). The period during which the lateral growth is dominant can be known, for example, from the relationship between the growth (film formation) time and the layer thickness. FIG.
Sets the aluminum composition ratio to 0.15 on the gallium nitride layer.
Aluminum gallium mixed crystal (Al 0.15 Ga
FIG. 4 is a diagram showing the growth time dependence of the layer thickness when 0.85 N) is vapor-phase grown at 1100 ° C. by a general atmospheric pressure MOCVD method. As shown in the figure, the mode of change in the layer thickness differs depending on the growth time zone. In the growth time zone (113) in the early stage of growth, the increase in the layer thickness is not observed, but the time after the growth time has passed a certain time (115) (tentatively referred to as critical time). In band (114), the layer thickness monotonically increases with increasing growth time. In this time zone (114), the three-dimensional growth, that is, the growth in the vertical (vertical) direction is predominant, so that it is interpreted that the increase in the layer thickness is remarkable. On the other hand, in the time zone (113) in the early stage of growth, two-dimensional growth, that is, growth in the lateral (horizontal) direction is proceeding preferentially, and therefore, the increase in the layer thickness does not appear significantly. . The range of time during which the lateral growth according to the present invention preferentially proceeds before reaching the critical time (115) can be inferred from the correspondence between the growth time and the layer thickness as described above. . The fact that the layer thickness is too small also leaves the possibility that a laterally continuous film has not grown.

【0019】格子歪による応力が及ぶ領域が占める割合
は、層厚が薄くなればなる程大となる。このことは、薄
層であれば上述の如くの構成元素或いはまたp形不純物
元素が取り込まれ易い、応力を内在し且つ成長初期の横
方向の成長が優先的に進行する層領域が占有する割合が
増加することを意味する。即ち、マグネシウムがドーピ
ングされた窒化アルミニウム・ガリウム混晶薄層にあっ
て、薄層とすればする程、その一構成元素であるアルミ
ニウムとp形不純物であるマグネシウムを共に高濃度に
含む領域のみが存在するようになる。この様な薄層を重
層して構成される窒化物半導体層は、当然のことながら
層厚方向でのp形不純物の濃度減少が回避されるため、
p形の窒化物半導体層をas−grown状態で形成す
るのに根本的に有利である。本発明が層厚を規定した薄
層を重層させてp形層を形成するとする根拠が此処にあ
る。
The proportion occupied by the region to which the stress caused by the lattice strain is occupied increases as the layer thickness decreases. This means that if the layer is thin, the above-mentioned constituent element or p-type impurity element is easily taken in. Means increase. In other words, in the aluminum nitride-gallium mixed crystal thin layer doped with magnesium, the thinner the layer, the more the region containing both aluminum, which is one of the constituent elements, and magnesium, which is a p-type impurity, in a high concentration. Will be present. In the nitride semiconductor layer formed by stacking such thin layers, a decrease in the concentration of the p-type impurity in the thickness direction is naturally avoided.
It is fundamentally advantageous to form a p-type nitride semiconductor layer in an as-grown state. This is the reason that the present invention forms a p-type layer by laminating thin layers having specified thicknesses.

【0020】本発明に規定される値を越える層厚を有す
る層にあっては、層厚が増す程応力歪が存在する領域が
減少する。これにより、層内に於ける構成元素或いはp
形不純物の濃度に分布を来すこととなる。図5は、本発
明の規定外の100nmの層厚を有する場合に於ける一
重層内部のp形不純物の濃度分布を模式的に示したもの
で、下地層との格子不整合性に起因する応力歪が及ぶ領
域が全厚に対して占める割合が低下するため、表面に向
けて原子濃度が減少することを示すものである。図6
は、図5に示す様な層厚方向に不均一なp形不純物の濃
度分布を有する層(116)を重層させた場合に帰結さ
れる深さの方向の濃度分布を模式的に示すものである。
重層させる層(116)自体がそもそも不均一な濃度分
布を有しているため、重層して帰結される層内の原子濃
度の分布も不均一となる。帰結される層内部のp形不純
物濃度が深さ方向に一定とならず増減する分布を有する
様な層は、as−grownでp形層とは成り難い。ま
た、規定外の厚い層厚を有する窒化アルミニウム・ガリ
ウム混晶層に端的に見られる様に、層厚が増加するに伴
いアルミニウム原子の取り込まれ率が極端に低下して、
表層部は窒化アルミニウム・ガリウム混晶とならず、窒
化ガリウムを主体とする層となる傾向がある。即ち、格
子歪が存在する或いは横方向の成長が優勢となる界面近
傍の領域以外では、アルミニウムが取り込まれ難くなり
混晶化が達成され難い傾向となる。窒化アルミニウムの
生成熱(エンタルピー)が76.0(kcal/mo
l)であるのに対し、窒化ガリウムのそれは、その約1
/3の26.4(kcal/mol)である(「発光ダ
イオード」(産業図書(株)発行)、192頁参照)。
この生成エネルギーの顕著な差からも、窒化ガリウムが
窒化アルミニウム・ガリウム混晶或いは窒化アルミニウ
ムよりもより容易に形成されることが裏付けられる。以
上、要約すれば、重層させる層(重層構成層)の厚さを
必要以上に大きくすると、構成元素及びp形不純物の層
厚方向に於ける濃度減少を誘引し、p形不純物の深さ方
向の不均一な分布がもたらされるためにas−grow
n状態でp形層を形成するのに不利となる。これが本発
明に於いて、重層させる各層、即ち、重層構成層の層厚
に規定を加える理由である。p形不純物の濃度分布を略
均一とする窒化物半導体層を得るのには、層厚の増加に
伴うp形不純物の濃度低下に見合う様に、ドーパントの
添加量を成長時間の経過と共に漸次増加させる精密なプ
ロセス制御が要求され、本発明によれば高度で煩雑な従
来の成長技法を流用する迄もなく、単に層厚を制限する
ことをもってp形不純物の濃度の均一性に優れる窒化物
半導体層を形成することができる。従って、p形不純物
のドーピング量を成長時間の増大と共に高濃度とする煩
雑な操作も要せず、層厚即ち、成長時間を制御する単純
な操作のみで濃度分布が均一な層が形成できる。本発明
では、p形不純物のドーピング濃度を特に高濃度に設定
する必要もなく、極く一般的な約1017cm-3〜約10
20cm-3とすれば事足りる。
In a layer having a layer thickness exceeding the value specified in the present invention, the area where the stress strain exists decreases as the layer thickness increases. Thereby, the constituent element or p in the layer
This results in a distribution in the concentration of the impurity. FIG. 5 schematically shows the concentration distribution of the p-type impurity in the single layer in the case where the layer thickness is out of the range of the present invention and is 100 nm, which is caused by lattice mismatch with the underlayer. This indicates that the ratio of the region to which the stress strain is applied decreases with respect to the total thickness, so that the atomic concentration decreases toward the surface. FIG.
FIG. 5 schematically shows the concentration distribution in the depth direction that results when a layer (116) having a non-uniform p-type impurity concentration distribution in the layer thickness direction as shown in FIG. is there.
Since the layer (116) to be layered has a non-uniform concentration distribution in the first place, the distribution of the atomic concentration in the layer consequently formed by layering is also non-uniform. A layer in which the resulting p-type impurity concentration inside the layer does not become constant in the depth direction but has a distribution that increases and decreases is difficult to become an as-grown p-type layer. In addition, as can be clearly seen in an aluminum nitride-gallium mixed crystal layer having an unusually large layer thickness, the incorporation rate of aluminum atoms is extremely reduced as the layer thickness increases,
The surface layer tends not to be a mixed crystal of aluminum nitride and gallium but to be a layer mainly composed of gallium nitride. That is, in regions other than the region near the interface where lattice strain is present or where lateral growth is dominant, aluminum tends to be hardly taken in and mixed crystal tends to be hardly achieved. The heat of formation (enthalpy) of aluminum nitride is 76.0 (kcal / mo)
l), whereas that of gallium nitride has about 1
/ 3 is 26.4 (kcal / mol) (see “Light-Emitting Diode” (published by Sangyo Tosho), page 192).
This remarkable difference in generation energy also supports that gallium nitride is formed more easily than aluminum nitride / gallium mixed crystal or aluminum nitride. In summary, if the thickness of the layer to be overlaid (overlying layer) is made larger than necessary, the concentration of the constituent elements and the p-type impurity in the layer thickness direction is reduced, and the depth of the p-type impurity in the depth direction is increased. As-grown due to the non-uniform distribution of
It is disadvantageous to form a p-type layer in the n state. This is the reason why in the present invention, the thicknesses of the layers to be laminated, that is, the layer thicknesses of the laminated constituent layers are added. In order to obtain a nitride semiconductor layer in which the concentration distribution of the p-type impurity is substantially uniform, the amount of the dopant to be added is gradually increased with the elapse of the growth time so as to match the decrease in the concentration of the p-type impurity with the increase in the layer thickness. According to the present invention, a nitride semiconductor having excellent uniformity of p-type impurity concentration can be obtained by simply limiting the layer thickness without using a complicated conventional growth technique. Layers can be formed. Therefore, a complicated operation of increasing the doping amount of the p-type impurity and increasing the growth time as well as the concentration is not required, and a layer having a uniform concentration distribution can be formed only by a simple operation of controlling the layer thickness, that is, the growth time. According to the present invention, it is not necessary to set the doping concentration of the p-type impurity to a particularly high concentration, and a very general doping concentration of about 10 17 cm −3 to about 10 10
A value of 20 cm -3 is sufficient.

【0021】図7に本発明の規定を満足する層厚の窒化
物半導体層を重層させて形成した、as−grown状
態でp形の上部クラッド層(105)とp形のコンタク
ト層(106)とを備えた、青色LED用途の積層体に
ついての構成元素及びドーパントの深さ方向のSIMS
分析結果を掲示する。合計層厚を100nmとする上部
クラッド層(105)は、室温で約380〜約390n
mの近紫外波長帯領域にフォトルミネッセンス(PL)
スペクトルを発する窒化ガリウム・インジウム発光層
(104)上に形成した。この上部クラッド層(10
5)は層厚を各50nmとするマグネシウムをドーピン
グした窒化アルミニウム・ガリウム混晶からなる重層構
成層を2層重層させて形成したものである。コンタクト
層(106)は、このp形窒化アルミニウム・ガリウム
混晶層からなる上部クラッド層(105)上に、層厚を
各50nmとするマグネシウムをドーピングした窒化ガ
リウムからなる重層構成層を2層重層させた、合計層厚
を100nmとするas−grown状態でp形の窒化
ガリウム層から形成した。図7に掲示される上部クラッ
ド層(105)内部に於いて、アルミニウム原子は、ほ
ぼ一定の濃度を保って一様に分布しているのが認められ
る。また、ドーパントであるマグネシウム原子もまた、
上部クラッド層(105)及びコンタクト層(106)
内でほぼ、一様に分布しているのが認められる。即ち、
本発明のp形層の形成方法に依れば、上部クラッド層
(105)及びコンタクト層(106)の表層部に於い
て、原子濃度の減少を来たすことはないため、as−g
rown状態で容易にp形層が形成されるのである。
FIG. 7 shows a p-type upper cladding layer (105) and a p-type contact layer (106) in an as-grown state, formed by laminating nitride semiconductor layers having a thickness satisfying the requirements of the present invention. SIMS in the depth direction of constituent elements and dopants for a laminate for blue LED applications, comprising:
Post the analysis results. The upper cladding layer (105) having a total layer thickness of 100 nm has a thickness of about 380 to about 390 n at room temperature.
photoluminescence (PL) in the near ultraviolet wavelength range
It was formed on a gallium-indium nitride light-emitting layer (104) emitting a spectrum. This upper cladding layer (10
5) is formed by laminating two laminated layers of aluminum-gallium mixed crystal doped with magnesium having a thickness of 50 nm each. The contact layer (106) is composed of two layers of magnesium-doped gallium nitride having a thickness of 50 nm each having a thickness of 50 nm on the upper cladding layer (105) made of the p-type aluminum nitride-gallium mixed crystal layer. The p-type gallium nitride layer was formed in an as-grown state with a total layer thickness of 100 nm. In the upper cladding layer (105) shown in FIG. 7, it is recognized that aluminum atoms are uniformly distributed while maintaining a substantially constant concentration. Also, the magnesium atom, which is a dopant,
Upper cladding layer (105) and contact layer (106)
It can be seen that they are almost evenly distributed within. That is,
According to the method of forming a p-type layer of the present invention, the surface concentration of the upper cladding layer (105) and the contact layer (106) does not cause a decrease in the atomic concentration.
The p-type layer is easily formed in the row state.

【0022】一方、図8は、本発明による重層手段で1
100℃で形成したp形窒化アルミニウム・ガリウム混
晶層からなる上部クラッド層(105)上に、同温度で
従来の技法により形成した層厚100nmのマグネシウ
ムドープ窒化ガリウムからなるコンタクト層(106)
を備えた積層体に関するSIMS分析結果を示すもので
ある。上部クラッド層(105)より下部の発光層(1
04)との構成は上記の図7に掲示する構成と同一であ
る。上部クラッド層(105)となる窒化アルミニウム
・ガリウム層の内部のアルミニウム及びマグネシウムの
原子濃度は、上記の如くほぼ一定となっており、双方の
原子の濃度が同層(105)の層厚方向で減少する傾向
はない。しかし、従来の形成技法になる窒化ガリウムコ
ンタクト層(106)内部のマグネシウム原子の濃度
は、同層(106)の表面から約50nmの表層部に於
いて、表面に向かって急激に減少している。同層(10
6)の表層部に於けるこのp形不純物(マグネシウム)
の急激な減少は、上述の原因に加え、高温の成膜環境下
に於けるマグネシウム不純物の蒸発、揮散によって更に
助長されるものと考慮される。何れが主たる原因であ
れ、電気的に活性化してアクセプター不純物となるp形
不純物が過小であれば、as−grown状態でp形層
を形成するのに妨げとなるのは確実である。この様な事
態の発生が知れた場合にあっては、p形不純物の急激な
減少が生じているマグネシウムドープ窒化ガリウムコン
タクト層(106)の表層部をプラズマエッチング法等
のプロセス技法により除去すれば、p形不純物の減少が
生じていない層の深部を表面に露呈することもできる。
しかし、この方法ではp形不純物がドーピングした窒化
物半導体層の成膜工程に加え、その表層部をエッチング
して除去するための特別な工程を必要とするものとな
る。結局、as−grown状態でp形層を提供する本
発明の形成方法に比較すれば、冗長で煩雑な工程を備え
たp形窒化物半導体層の形成方法となる。
On the other hand, FIG. 8 shows one example of the multilayer means according to the present invention.
On the upper cladding layer (105) made of a p-type aluminum-gallium nitride mixed crystal layer formed at 100 ° C., a contact layer (106) made of magnesium-doped gallium nitride having a layer thickness of 100 nm formed by a conventional technique at the same temperature.
12 shows a SIMS analysis result of the laminate having the above structure. The light emitting layer (1) below the upper cladding layer (105)
04) is the same as the configuration shown in FIG. The atomic concentration of aluminum and magnesium in the aluminum / gallium nitride layer serving as the upper cladding layer (105) is substantially constant as described above, and the concentration of both atoms is in the thickness direction of the same layer (105). There is no tendency to decrease. However, the concentration of magnesium atoms in the gallium nitride contact layer (106), which is a conventional forming technique, decreases rapidly toward the surface at a surface layer portion of about 50 nm from the surface of the same layer (106). . Same layer (10
This p-type impurity (magnesium) in the surface layer of 6)
It is considered that the rapid decrease in the amount is further promoted by the evaporation and volatilization of magnesium impurities in a high-temperature film-forming environment in addition to the above-described causes. Whatever the main cause, if the p-type impurity which is electrically activated and becomes an acceptor impurity is too small, it is certain that it will hinder the formation of a p-type layer in an as-grown state. If such a situation is known to occur, the surface layer of the magnesium-doped gallium nitride contact layer (106) in which the p-type impurity has been rapidly reduced may be removed by a process technique such as a plasma etching method. In addition, the deep portion of the layer where the reduction of the p-type impurity has not occurred can be exposed on the surface.
However, this method requires a special step of etching and removing the surface layer portion in addition to the step of forming the nitride semiconductor layer doped with the p-type impurity. As a result, as compared with the method of the present invention in which the p-type layer is provided in the as-grown state, the method of forming the p-type nitride semiconductor layer includes a redundant and complicated process.

【0023】本発明では、薄層を積層させてas−gr
own状態で低抵抗のp形層を形成するに際し、特別に
下地層を敷設する場合にあっては、インジウムを構成元
素として含有しないIII 族窒化物半導体層を下地層とし
て採用することを推奨する。特に、重層を構成する元素
を含み、インジウムを構成元素として含有しいIII 族窒
化物半導体を下地層とするのを推奨する。下地層を、重
層させる層を構成する元素を含む窒化物半導体層すれ
ば、下地層表面への吸着及び付着がより確固たるものと
なる。これにより、重層構成層内には高濃度に且つ深さ
方向に均一な構成元素の濃度分布が帰結される。また、
インジウムを構成元素としないIII 族窒化物半導体層で
あれば、上記した如くの不都合なインジウムの熱的挙動
により下地層しいてはインジジウム含有III 族窒化物発
光層の損壊が抑制できる。本発明に係わる下地層と重層
構成層との構成例には、下地層を窒化アルミニウム・ガ
リウム混晶(Alx Ga1-x N:0≦x≦1)とし、重
層構成層を同じく窒化アルミニウム・ガリウム混晶(A
y Ga1-y N:0≦y≦1)がある。本構成例に於い
て、下地層と重層構成層、特に下地層と接合する重層構
成層のアルミニウム組成比(x及びy)を一致させると
好ましい結果が帰結される。何故ならば、窒化アルミニ
ウム・ガリウム混晶に於いて、アルミニウム組成比が同
一であれば(此処では、x=y)、相互の層の格子定数
は一致するため、双方の層の接合界面でのミスフィット
転位の発生が抑制されるからである。別の組合せ例に
は、下地層を窒化ガリウムとし、重層構成層を窒化アル
ミニウム・ガリウム混晶(Alx Ga1-x N:0≦x≦
1)とする例が挙げられる。下地層の設置によりそれに
重層する層内の構成元素の原子濃度が一定に維持される
効果は、窒化アルミニウム・ガリウム混晶からなる重層
構成層を窒化アルミニウム下地層上に形成する場合にも
認められる。
In the present invention, as-gr is formed by laminating thin layers.
In the case where a low resistance p-type layer is formed in the down state and a base layer is specially laid, it is recommended that a group III nitride semiconductor layer containing no indium as a constituent element be used as the base layer. . In particular, it is recommended to use a group III nitride semiconductor containing an element constituting the multilayer and containing indium as a constituent element as the underlayer. If the underlying layer is a nitride semiconductor layer containing an element constituting the layer to be overlaid, the adsorption and adhesion to the surface of the underlying layer will be more reliable. This results in a uniform concentration distribution of the constituent elements in the multi-layer constituent layer with high concentration and uniform in the depth direction. Also,
In the case of a group III nitride semiconductor layer not containing indium as a constituent element, damage to the indium-containing group III nitride light emitting layer can be suppressed in the underlayer due to the inconvenient thermal behavior of indium as described above. In the configuration example of the underlayer and the multi-layer constituent layer according to the present invention, the base layer is made of an aluminum nitride-gallium mixed crystal (Al x Ga 1 -xN: 0 ≦ x ≦ 1), and the multi-layer constituent layer is made of aluminum nitride.・ Gallium mixed crystal (A
l y Ga 1-y N: 0 ≦ y ≦ 1) is. In this configuration example, a favorable result is obtained when the aluminum composition ratio (x and y) of the base layer and the multilayer constituent layer, particularly, the aluminum constituent layer to be bonded to the base layer is matched. Because, in the aluminum nitride-gallium mixed crystal, if the aluminum composition ratio is the same (here, x = y), the lattice constants of the layers match each other, and therefore, at the junction interface of both layers. This is because the occurrence of misfit dislocation is suppressed. In another combination example, the base layer is gallium nitride, and the multi-layer constituent layer is an aluminum nitride-gallium mixed crystal (Al x Ga 1 -xN: 0 ≦ x ≦
An example of 1) is given. The effect of maintaining the atomic concentration of the constituent elements in the overlying layer constant by the provision of the underlayer is also observed when the overlying layer composed of the aluminum nitride-gallium mixed crystal is formed on the aluminum nitride underlayer. .

【0024】下地層を設置する場合、下地層の層厚は5
0nm以下に限定する。層厚を過大とすると、例えば窒
化アルミニウム・ガリウム混晶層の形成を意図したとこ
ろで、表層部は窒化ガリウムに転化し易くなる現象は、
下地層或いは重層構成層に拘り無く発生する。従って、
窒化アルミニウム・ガリウム混晶からなる下地層の層厚
が50nm以上と過大であると、下地層の表面に露呈す
るアルミニウム原子の面密度が低下する事態を招く。例
えば、一構成元素としてアルミニウムを含む重層構成層
を窒化アルミニウム・ガリウム混晶層からなる層厚が1
00nmを越える下地層上に形成したところで、重層構
成層内部のアルミニウム原子の濃度を高く且つ深さ方向
に均一に出来るとは限らず、単にアルミニウム原子の表
面での濃度を減ずるのみである。図9は、層厚を50n
mとする窒化アルミニウムからなる下地層(117)に
層厚を50nmとする窒化アルミニウム・ガリウム混晶
からなる重層構成層(116)を形成した場合の、重層
構成層(116)内部のアルミニウム原子の深さ方向の
分布の様態を示す図である。アルミニウムを含む下地層
(117)の存在により、重層構成層(116)の内部
のアルミニウム原子はより高濃度にかつ表層部で濃度に
減少を来すこと無く、略均一に分布しているのは明白で
ある。この様に、層内のみでなく表面領域にもアルミニ
ウム原子が高濃度に存在している重層構成層上には、や
はりアルミニウム原子をより高濃度に含む重層構成層を
形成することができる。即ち、下地層の存在はその直上
に積層する重層構成層のみでなく、その重層構成層上に
新たに形成する重層構成層についても高濃度で且つ略均
一な構成元素の分布をもたらすに有益である。下地層の
配置が重層構成層内部の元素の濃度と分布に関してもた
らす作用は、構成元素に限らず発揮される。例えば、下
地層に重層構成層にドーピングする予定のマグネシウム
を高濃度にドーピングすれば、下地層上への高温での重
層構成層の成長時に発生する重層構成層の表面からのマ
グネシウム不純物の蒸発、揮散による同層内のマグネシ
ウム濃度の低下を補完するに充分なマグネシウムが下地
層側から拡散により供給されるからである。
When the underlayer is provided, the thickness of the underlayer is 5
It is limited to 0 nm or less. If the layer thickness is excessive, for example, the purpose of forming an aluminum nitride-gallium mixed crystal layer, the phenomenon that the surface layer portion is easily converted to gallium nitride is as follows.
It occurs irrespective of the underlying layer or the multi-layered layer. Therefore,
If the thickness of the underlayer made of a mixed crystal of aluminum nitride and gallium is excessively large, such as 50 nm or more, the area density of aluminum atoms exposed on the surface of the underlayer may be reduced. For example, a multilayer structure layer containing aluminum as one constituent element is made of an aluminum nitride-gallium mixed crystal layer having a thickness of 1 layer.
When formed on a base layer having a thickness of more than 00 nm, the concentration of aluminum atoms in the multilayer constituting layer cannot always be increased and made uniform in the depth direction, but merely decreases the concentration of aluminum atoms on the surface. FIG. 9 shows that the layer thickness is 50 n.
In the case where a multi-layered structure layer (116) made of a mixed crystal of aluminum nitride and gallium having a layer thickness of 50 nm is formed on a base layer (117) made of aluminum nitride having a thickness of m, aluminum atoms in the multi-layered structure layer (116) It is a figure showing a mode of distribution in the depth direction. Due to the presence of the base layer (117) containing aluminum, the aluminum atoms in the multilayer constituting layer (116) are distributed at a higher concentration and substantially uniformly without decreasing the concentration at the surface layer. It is obvious. In this manner, a multilayer constituent layer containing aluminum atoms at a higher concentration can be formed on the multilayer constituent layer in which aluminum atoms are present at a high concentration not only in the layer but also in the surface region. In other words, the presence of the underlayer is beneficial not only for the multilayer constituent layer laminated immediately thereon but also for the multilayer constituent layer newly formed on the multilayer constituent layer to provide a high concentration and substantially uniform distribution of the constituent elements. is there. The effect of the arrangement of the underlayer on the concentration and distribution of the elements inside the multilayer constituent layer is exerted not only for the constituent elements. For example, if the underlayer is doped with a high concentration of magnesium to be doped into the overlying layer, magnesium impurities are evaporated from the surface of the overlying layer when the overlying layer is grown at a high temperature on the underlayer. This is because magnesium sufficient to supplement the decrease in magnesium concentration in the same layer due to volatilization is supplied from the underlayer by diffusion.

【0025】as−grownでのp形層の形成を更に
容易にするには、重層構成層に比較的浅い準位を形成す
るp形不純物に加え、shallowな不純物ではない
が、n形キャリアを電気的に補償できる比較的深い準位
を形成するdeepなp形不純物を共存させる手段があ
る。III 族窒化物半導体にあって比較的浅い準位を形成
するshallowな第II族元素には、マグネシウムや
ベリリウムなどが挙げられる。一方、deepな不純物
の代表的なものには亜鉛(Zn)がある。亜鉛等のde
epな不純物は、窒化ガリウム内のn形キャリアを電気
的に補償できる。電気的な補償により残留ドナー不純物
が減少された状況で、マグネシウム等のshallow
なp形不純物を共存させれば、電気的に活性化したアク
セプターの濃度の増加が果たせる。即ち、deepな不
純物の作用により残留ドナー濃度を低下させることがで
きるため、相対的にアクセプターが高濃度に存在する重
層構成層を得ることができる。この様な重層構成層はア
クセプター濃度が高いが故に、as−grown状態で
低抵抗のp形窒化物半導体層を得るのに尚一層の優位性
がもたらされる。添加するdeepな不純物の量は残留
ドナー濃度と等量とすれば理論的には電気的に補償して
高抵抗層となすことができるが、確実な補償を達成する
には残留ドナー濃度を上回る濃度にdeepな不純物を
ドーピングするのが好ましい。例えば、deepな不純
物として亜鉛を選択した場合にあっては、残留ドナー濃
度を勘案して、約1017cm-3から約1020cm-3程度
に添加するのが好ましい。更に、好ましくは、約1×1
18cm-3から約5×19cm-3の濃度範囲に亜鉛をドー
ピングするのが好ましい。
In order to further facilitate the formation of a p-type layer as-grown, in addition to a p-type impurity which forms a relatively shallow level in the multi-layer structure layer, an n-type carrier which is not a shallow impurity is used. There is a means for coexisting a deep p-type impurity which forms a relatively deep level which can be electrically compensated. Shallow group II elements that form relatively shallow levels in group III nitride semiconductors include magnesium and beryllium. On the other hand, zinc (Zn) is a typical deep impurity. De such as zinc
Ep impurities can electrically compensate for n-type carriers in gallium nitride. In a situation where the residual donor impurities are reduced by the electric compensation, the shallow of magnesium or the like is reduced.
The coexistence of an appropriate p-type impurity can increase the concentration of the electrically activated acceptor. That is, since the residual donor concentration can be reduced by the action of deep impurities, it is possible to obtain a multilayer structure in which the acceptor exists at a relatively high concentration. Since such an overlying layer has a high acceptor concentration, it provides further superiority in obtaining a low-resistance p-type nitride semiconductor layer in an as-grown state. If the amount of the deep impurity to be added is equal to the residual donor concentration, it can theoretically be electrically compensated to form a high-resistance layer, but in order to achieve reliable compensation, it exceeds the residual donor concentration. It is preferable to dope a deep impurity. For example, when zinc is selected as a deep impurity, it is preferable to add zinc to about 10 17 cm -3 to about 10 20 cm -3 in consideration of the residual donor concentration. Further, preferably, about 1 × 1
Preferably, zinc is doped in a concentration range from 0 18 cm −3 to about 5 × 19 cm −3 .

【0026】本発明に係わる重層構成層並びに下地層は
一般的な有機金属気相成長(MOCVD)法やハロゲン
方式やハイドライド(hydride)方式の汎用的な
気相成長(VPE)法、或いはまた分子線エピタキシャ
ル(MBE)法など利用して形成できる。これらの気相
成長法にあっては、成膜時間の制御によって層厚は簡便
に制御できる。成長系に導入するIII族元素の原料を
切り換えて連続して一括してp形不純物をドーピングし
た窒化物半導体層を形成するのが従来からの一般的な成
長手段である。これに対し本発明では、横方向の成長が
優勢となる成長初期の状態を各重層構成層毎に創出する
ために、重層構造を構成する各層の成膜時間帯間に、6
0秒間以上の成膜を中断する時間的な間隔を設ける成長
中断方式の成長手段を採用する。60秒間以上、成長温
度に保持することにより、既に成長を終えた重層構成層
内のp形不純物の濃度分布を均一となす効果がある。
地層及び重層構成層にp形不純物をドーピングするに際
し、p形ドーパントの導入時にドーパント供給配管系内
の圧力変動等の事由により、成膜の初期にドーパントが
一次的に成長系内に突出する場合もある。本発明では成
膜(成長)の初期にp形不純物及び構成元素が取り込ま
れ易い現象を見出し、それを根拠としているのであるか
ら、流量的な変化によりp形不純物の濃度分布の均一性
が阻害されるのであれば、配管系統の圧力の均衡をより
良く保持する等の措置を講ずる必要がある。成長初期に
於ける極端に過多なp形不純物の蓄積を回避する他の手
段には、変調ドープ(modulation dop
e)電界効果型トランジスタ(MODFET)用途の変
調ドーピング半導体層の成長に一般的に利用されるデル
タ(δ)ドーピング技法(供給量をデルタ関数的に瞬時
に変化させる方法)、或いはそれに類似した方法を利用
して、p形不純物の深さ方向の濃度分布を調整する方法
もある。
The multilayer constituent layer and the underlayer according to the present invention may be formed by a general metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a general vapor-phase growth (VPE) method of a halogen method or a hydride method, or a molecular method. It can be formed by using a line epitaxial (MBE) method or the like. In these vapor phase growth methods, the layer thickness can be easily controlled by controlling the film formation time. Conventionally, a general growth method is to form a nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity continuously and collectively by switching the source of a group III element to be introduced into a growth system. In the present invention contrast, the initial growth state lateral growth is dominant in order to create for each multilayer structure layer between deposition time between zones of each layer constituting the multilayer structure, 6
The deposition of more than 0 seconds to adopt growth hand stage of growth interruption method of providing a time interval interruption. 60 seconds or more, growth temperature
Layer structure layer that has already grown
This has the effect of making the concentration distribution of the p-type impurity in the inside uniform. When doping a p-type impurity into the underlayer and the multilayer constituent layer, the dopant temporarily protrudes into the growth system at an early stage of film formation due to pressure fluctuations in the dopant supply piping system when the p-type dopant is introduced. In some cases. In the present invention, a phenomenon in which p-type impurities and constituent elements are easily taken in at the initial stage of film formation (growth) is found, and this is based on the phenomenon. Therefore, a change in flow rate hinders the uniformity of the concentration distribution of p-type impurities. If so, it is necessary to take measures such as better maintaining the pressure balance in the piping system. Other means of avoiding the accumulation of excessive p-type impurities during the early stages of growth include modulation doping.
e) Delta (δ) doping technique commonly used to grow modulation-doped semiconductor layers for field effect transistor (MODFET) applications (a method of instantaneously changing the supply amount in a delta function), or a similar method. There is also a method of adjusting the concentration distribution of the p-type impurity in the depth direction by utilizing the above method.

【0027】本発明のp形層の形成方法はまた、量子井
戸構造を有する発光部に対するp形クラッド層を形成す
る際にも応用できる。例えば、本発明の重層方式で形成
されたp形窒化物半導体層を配置する例には次の様なも
のが挙げられる。 (a)窒化ガリウム・インジウム層を井戸(well)
層とし、窒化ガリウム層を障壁(barrier)層と
する単一若しくは多重量子井戸構造からなる発光部上に
p形クラッド層として配置されたp形層。 (b)窒化ガリウム・インジウム層を井戸(well)
層とし、窒化アルミニウム・ガリウム混晶層からなる障
壁(barrier)層とする単一若しくは多重量子井
戸構造からなる発光部上にp形クラッド層として配置さ
れたp形層。 (c)窒化ガリウム・インジウム井戸(well)層と
窒化アルミニウム・ガリウム混晶障壁層からなる単一若
しくは多重量子井戸構造にあって、障壁層に接合する禁
止帯間の急峻な変化を避けるために備えられたバンドギ
ャップを調整するための層上に設けられたp形層など。
これらの積層構造は、サファイア、炭化珪素(SiC)
や酸化亜鉛(ZnO)等の窒化物化合物半導体の成膜用
として公知の材料を基板として堆積することができる。
基板には、ハフニウム(Hf)等の金属材料やヒ化ガリ
ウム(GaAs)やリン化ガリウム(GaP)等の面心
立方格子構造のIII −V族化合物半導体結晶若しくはシ
リコン(Si)等の元素(単体)半導体結晶も使用でき
る。何れの半導体結晶基板も導電形は不問である。基板
表面をなす結晶面の面方位やオフ−アングル(off−
angle:ミスオリエンテーション角度)等の仕様は
低温緩衝層の成長方式や成長条件に鑑みて、当事者が適
宣選択できる範囲にある窒化ガリウム(GaN)と格子
不整合度が0.5%未満と小さいリチウム(Li)とガ
リウム(Ga)或いはリチウムとアルミニウム(Al)
との複合酸化物であるリチウムガーレート(Li2 Ga
3 )やリチウムアルミネート(Li2 AlO3 )等も
基板として使用できる。
The method of forming a p-type layer according to the present invention can also be applied to forming a p-type clad layer for a light emitting portion having a quantum well structure. For example, examples of arranging a p-type nitride semiconductor layer formed by the multilayer method of the present invention include the following. (A) Gallium-indium nitride layer is formed in a well
A p-type layer disposed as a p-type cladding layer on a light emitting portion having a single or multiple quantum well structure using a gallium nitride layer as a barrier layer. (B) A gallium indium nitride layer is formed in a well.
A p-type layer disposed as a p-type cladding layer on a light-emitting portion having a single or multiple quantum well structure as a layer and a barrier layer made of an aluminum nitride-gallium mixed crystal layer. (C) In a single or multiple quantum well structure composed of a gallium indium well layer and an aluminum gallium mixed crystal barrier layer, in order to avoid a steep change between the forbidden bands bonded to the barrier layer. A p-type layer provided on a layer for adjusting a provided band gap;
These laminated structures are made of sapphire, silicon carbide (SiC)
A known material for film formation of a nitride compound semiconductor such as zinc or zinc oxide (ZnO) can be deposited as a substrate.
The substrate is made of a metal material such as hafnium (Hf), a III-V compound semiconductor crystal having a face-centered cubic lattice structure such as gallium arsenide (GaAs) or gallium phosphide (GaP), or an element such as silicon (Si). (Single) semiconductor crystal can also be used. The conductivity type of any of the semiconductor crystal substrates does not matter. The plane orientation and off-angle (off-angle) of the crystal plane forming the substrate surface
angle (mis-orientation angle) and the like, the degree of lattice mismatch with gallium nitride (GaN) is less than 0.5% with gallium nitride (GaN) within a range that can be appropriately selected by the parties in view of the growth method and growth conditions of the low-temperature buffer layer. Lithium (Li) and gallium (Ga) or lithium and aluminum (Al)
Lithium oxide (Li 2 Ga) which is a composite oxide with
O 3 ) and lithium aluminate (Li 2 AlO 3 ) can also be used as the substrate.

【0028】更に、本発明に係わる具体的な化合物半導
体素子として、次記の素子が例示できる。 (ア)キャリア濃度を約1〜10×1017cm-3、層厚
を約20〜80nm、インジウム組成比を約5%(0.
05)〜約10%(0.10)とする窒化ガリウム・イ
ンジウム発光層と、本発明に係わる重層方式により形成
したキャリア濃度が約1×1016cm-3〜約5×1018
cm-3とし、合計層厚をおおよそ5nmから15nmと
するマグネシウムがドーピングされたp形の窒化ガリウ
ム層を重層した重層p形層とを備えた窒化ガリウム系発
光ダイオード。 (イ)珪素(Si)や硫黄(S)等のn形ドーパントが
ドーピングされたキャリア濃度を約1〜80×1017
-3とし、層厚が約2〜80nmとする窒化インジウム
若しくは窒化ガリウム・インジウム混晶からなる単結晶
等の粒体を含むn形窒化ガリウムからなる発光層と、発
光層よりも低キャリア濃度でアルミニウム組成を約5%
〜約20%とする本発明に係わる形成方法に依って形成
されたp形窒化アルミニウム・ガリウム混晶を重層した
重層p形層を備えた短波長発光ダイオード。 (ウ)亜鉛やマグネシウム等のp形不純物を故意に添加
せずに、珪素(Si)、錫(Sn)、硫黄(S)やセレ
ン(Se)等のn形ドーパントがドーピングされたキャ
リア濃度を約0.1〜10×1017cm-3とし、層厚が
約1〜20nmとする、窒化インジウム若しくは窒化ガ
リウム・インジウム混晶からなる単結晶等の粒体を含
み、室温で約380〜390nmの近紫外波長帯にPL
発光を生ずることを特徴とする窒化ガリウム・インジウ
ムからなる発光層若しくは井戸層と、本発明に係わる形
成方法に依って形成されたp形窒化アルミニウム・ガリ
ウム混晶若しくは窒化ガリウムからなる重層p形層を備
えた短波長発光ダイオード若しくは短波長レーザダイオ
ード。 (エ)インジウム組成比を約2%(0.02)〜10%
(0.10)とする窒化ガリウム・インジウム層にあっ
て、相分離或いはそれに類似した現象により層内に窒化
ガリウム・インジウム混晶若しくは窒化インジウムを主
体とする微結晶体を含む発光層(若しくは井戸層)と、
窒化ガリウム若しくは窒化アルミニウム・ガリウム混晶
からなる重層と、障壁層に接合するクラッド層等との間
の禁止帯幅の急峻な変化を避けるために設けた介在層
と、キャリア濃度を約0.05〜約50×1018
-3、層厚約5〜50nmの範囲とする亜鉛、マグネシ
ウムやベリリウム等のp形不純物をドーピングしたp形
窒化アルミニウム・ガリウム混晶層若しくはp形窒化ガ
リウム層からなる重層p形層が配置された短波長発光ダ
イオード若しくはレーザダイオード。
Further, as specific compound semiconductor devices according to the present invention, the following devices can be exemplified. (A) The carrier concentration is about 1 to 10 × 10 17 cm −3 , the layer thickness is about 20 to 80 nm, and the indium composition ratio is about 5% (0.
05) to about 10% (0.10), a gallium / indium nitride light emitting layer, and a carrier concentration of about 1 × 10 16 cm −3 to about 5 × 10 18 formed by the multilayer method according to the present invention.
A gallium nitride-based light emitting diode comprising: a p-type layer in which a magnesium-doped p-type gallium nitride layer having a total layer thickness of about 5 nm to 15 nm is set to be cm −3 . (A) The carrier concentration of an n-type dopant such as silicon (Si) or sulfur (S) is increased to about 1 to 80 × 10 17 c
and m -3, a light emitting layer composed of n-type gallium nitride comprising grains of single crystals such as made of indium nitride or gallium indium nitride mixed crystal layer thickness is about 2 to 80 nm, a low carrier concentration than the light-emitting layer About 5% aluminum composition
A short-wavelength light emitting diode including a p-type layer in which a p-type aluminum-gallium nitride mixed crystal is formed by the formation method according to the present invention to about 20%. (C) Without intentionally adding a p-type impurity such as zinc or magnesium, the concentration of a carrier doped with an n-type dopant such as silicon (Si), tin (Sn), sulfur (S) or selenium (Se) is increased. A particle of about 0.1 to 10 × 10 17 cm −3 and a layer thickness of about 1 to 20 nm, including a single crystal made of indium nitride or a mixed crystal of gallium nitride and indium, and having a layer thickness of about 380 to 390 nm at room temperature PL in the near ultraviolet wavelength band
A light emitting layer or well layer made of gallium indium nitride, which emits light; and a p-type layer made of a p-type aluminum nitride-gallium mixed crystal or gallium nitride formed by the forming method according to the present invention. A short wavelength light emitting diode or a short wavelength laser diode comprising: (D) Indium composition ratio of about 2% (0.02) to 10%
In the gallium indium nitride layer to be (0.10), a light emitting layer (or well) containing a gallium indium nitride mixed crystal or a microcrystal mainly composed of indium nitride in the layer due to phase separation or a phenomenon similar thereto. Layers),
An intervening layer provided to avoid a sharp change in the band gap between a multi-layer made of gallium nitride or an aluminum nitride-gallium mixed crystal and a cladding layer or the like bonded to the barrier layer; ~ 50 × 10 18 c
A p-type aluminum nitride-gallium mixed crystal layer doped with a p-type impurity such as zinc, magnesium, and beryllium having a layer thickness of about m- 3 and a thickness of about 5 to 50 nm, or a p-type gallium nitride p-type layer is provided. Short wavelength light emitting diode or laser diode.

【0029】[0029]

【作用】層厚の50nm以下とする薄層を重層してp形
III 族窒化物半導体層を形成することは、同層内に於け
る構成元素及びp形不純物の濃度分布の均一化をもたら
す。薄層に分割して成長するに当たり、薄層の構成元素
を含むIII 族窒化物半導体層の下地層として配置は、重
層する薄層内部の構成元素の分布をより高濃度に且つ均
一に分布させるに有益である。
The p-type is formed by laminating a thin layer having a thickness of 50 nm or less.
The formation of the group III nitride semiconductor layer leads to a uniform concentration distribution of the constituent elements and the p-type impurities in the layer. In growing the thin layer in a divided manner, the arrangement of the group III nitride semiconductor layer containing the constituent elements of the thin layer as an underlayer makes the distribution of the constituent elements inside the overlying thin layer more uniform and evenly distributed. It is useful.

【0030】[0030]

【実施例】【Example】

(実施例1)本発明の詳細をas−grown状態でp
形の窒化ガリウム層の重層構成により重層p形層を形成
する例から説明する。先ず、(0001)面(いわゆる
C面)サファイア(アルミナ単結晶)からなる基板(1
01)に、常圧の有機金属気相成長法(MOCVD法)
により、温度430℃でアンドープの窒化ガリウムから
なる低温緩衝層(102)を成長させた。低温緩衝層
(102)は、ガリウム(Ga)原料としてトリメチル
ガリウム((CH33 Ga:TMG)を、窒素(N)
原料としてアンモニア(NH3 )を使用して成長させ
た。ガリウム原料は、TMGを0℃に保持し、毎分20
ccの水素ガスでバブリング(発泡)させ、TMGの蒸
気を随伴するバブリング用水素ガスを成長系内に導入す
ることをもって供給した。アンモニアの流量は毎分1.
0l(リットル)とした。キャリアガスには水素ガスを
使用し、その流量は8.0l/分とした。層厚は約7n
mであった。
(Example 1) The details of the present invention were described in the as-grown state by p
An example in which a multi-layered p-type layer is formed by a multi-layered gallium nitride layer will be described. First, a substrate (1) made of (0001) plane (so-called C plane) sapphire (alumina single crystal)
01), normal pressure metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)
As a result, a low-temperature buffer layer (102) made of undoped gallium nitride was grown at a temperature of 430 ° C. The low-temperature buffer layer (102) is made of trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga: TMG) as a gallium (Ga) raw material and nitrogen (N).
The growth was carried out using ammonia (NH 3 ) as a raw material. The gallium raw material is TMG maintained at 0 ° C. and 20 g / min.
The mixture was bubbled (foamed) with cc of hydrogen gas, and supplied by introducing hydrogen gas for bubbling accompanied with vapor of TMG into the growth system. The flow rate of ammonia is 1.
It was 0 l (liter). Hydrogen gas was used as the carrier gas, and the flow rate was 8.0 l / min. Layer thickness is about 7n
m.

【0031】低温緩衝層(102)上には、同原料を使
用して、キャリア濃度を2×1018cm-3とする珪素
(Si)をドーピングしたn形の窒化ガリウム層(10
3)を、薄層を重層させることなく一括して成長した。
TMGは13℃に保持し、バブリング用の水素流量は2
0cc/分とした。アンモニアガスの流量は6.0l/
分に設定した。キャリアガスには、体積混合比を1:1
とする水素とアルゴン(Ar)の混合ガスを利用し、そ
の流量は6.0l/分とした。温度1100℃でのn形
窒化ガリウム層(103)の成長時には、成長反応系内
に体積濃度にして約1.2ppmのジシラン(Si2
6 )を含むジシラン−水素 (H2 )混合ガスを毎分5
ccの割合で導入した。n形窒化ガリウム層(103)
の層厚は約3.2μmであった。
On the low-temperature buffer layer (102), using the same material, an n-type gallium nitride layer (10) doped with silicon (Si) having a carrier concentration of 2 × 10 18 cm -3.
3) was grown at a time without forming a thin layer.
TMG was maintained at 13 ° C., and the hydrogen flow rate for bubbling was 2
0 cc / min. The flow rate of ammonia gas is 6.0 l /
Set to minutes. The carrier gas has a volume mixing ratio of 1: 1.
A mixed gas of hydrogen and argon (Ar) was used, and the flow rate was 6.0 l / min. At the time of growing the n-type gallium nitride layer (103) at a temperature of 1100 ° C., about 1.2 ppm by volume of disilane (Si 2 H) is contained in the growth reaction system.
6 ) containing disilane-hydrogen (H 2 ) mixed gas containing 5
cc. n-type gallium nitride layer (103)
Was about 3.2 μm.

【0032】n形窒化ガリウム層(103)の成長をガ
リウム原料(TMG)成長系内への供給を停止すること
をもって終了した後、窒素原料のアンモニアの系内への
導入を継続した状態で暫時(5分間)待機した。成長温
度に変更を加えずに5分間待機後、層厚を100nm
(=0.1μm)とするマグネシウムをドーピングした
p形窒化ガリウム層(116)を分割成長方式によって
形成すべく、n形窒化ガリウム層(103)上に層厚を
50nmとする第1の重層構成層(116−1)の形成
を開始した。第1の重層構成層(116−1)の形成
は、流量を6.0l/分とする水素−アルゴン混合ガス
(体積混合比=1:1)からなるキャリアガスにガリウ
ム原料の蒸気を随伴する水素バブリングガス及び窒素源
を添加することをもって開始した。TMG及びアンモニ
アを供給する条件は、前記のn形窒化ガリウム層(10
3)の場合と同一とした。また、形成時には、マグネシ
ウム(Mg)を原子濃度にして約2×1020cm-3とな
る様に添加した。マグネシウムは、ビス−メチルシクロ
ペンタジエニルマグネシウム(bis−((CH3 )C
542 Mg)によりドーピングした。このマグネシ
ウム源は温度30℃に保持して昇華した蒸気を、毎分4
0ccの流量の水素ガスで成長系内へ随伴することによ
り添加した。TMG、アンモニア原料及びマグネシウム
源のキャリアガスへの添加による成長反応系内への供給
を正確に7.5分間に亘り継続して層厚を50nmとす
る第1の重層構成層(116−1)を形成した。第1の
重層構成層(116−1)の形成をガリウム原料の成長
系内への導入を停止して、第1の重層構成層(116−
1)の形成を終了した。ガリウム原料の供給を停止する
と同時にマグネシウム源の供給も停止して、成長系内に
は、水素−アルゴン混合ガスによって搬送されるアンモ
ニアガスのみが供給される状況とした。
After the growth of the n-type gallium nitride layer (103) is terminated by stopping the supply of the gallium source (TMG) into the growth system, the introduction of the nitrogen source into the system is continued for a while. (5 minutes) Wait. After waiting for 5 minutes without changing the growth temperature, the layer thickness is reduced to 100 nm.
(= 0.1 μm) In order to form a p-type gallium nitride layer (116) doped with magnesium by the split growth method, a first multilayer structure having a layer thickness of 50 nm is formed on the n-type gallium nitride layer (103). The formation of the layer (116-1) was started. The formation of the first multilayer constituent layer (116-1) involves the vapor of a gallium raw material accompanying a carrier gas composed of a hydrogen-argon mixed gas (volume mixing ratio = 1: 1) at a flow rate of 6.0 l / min. Started by adding hydrogen bubbling gas and nitrogen source. The conditions for supplying TMG and ammonia are as described above for the n-type gallium nitride layer (10
Same as 3). At the time of formation, magnesium (Mg) was added so as to have an atomic concentration of about 2 × 10 20 cm −3 . Magnesium is bis-methylcyclopentadienyl magnesium (bis-((CH 3 ) C
5 H 4 ) 2 Mg). This magnesium source keeps the temperature sublimated at 30 ° C.
Hydrogen gas at a flow rate of 0 cc was added by accompanying the inside of the growth system. First multilayer constituent layer (116-1) in which the supply of TMG, ammonia raw material and magnesium source to the growth reaction system by adding to the carrier gas is continued for exactly 7.5 minutes and the layer thickness is 50 nm. Was formed. The formation of the first multilayer component (116-1) is stopped by stopping the introduction of the gallium raw material into the growth system.
The formation of 1) was completed. The supply of the gallium raw material was stopped at the same time as the supply of the magnesium source was stopped, so that only the ammonia gas carried by the hydrogen-argon mixed gas was supplied into the growth system.

【0033】この状況で3分間経過した後、原料ガス及
びマグネシウム源の成長系内への供給を再開し、第1の
重層構成層(116−1)と同一の成長条件をもってマ
グネシウムをドーピングした第2の重層構成層(116
−2)を第1の重層構成層(116−1)上に積層し
た。第1と第2の重層構成層を形成する間に時間的な間
隔を設けたのは、重層構成層を成長する毎に成長を中断
することをもって、各成長層に改めて横(水平)方向の
成長が優勢となる成長初期の段階を付与するためであ
る。以上、第1及び第2の成長層を本発明の形成方法に
より重層させて、合計層厚を100nmとするマグネシ
ウムがドーピングされた窒化ガリウム層(116)を形
成した。得られた積層体は室温近傍の温度迄、自然冷却
した。
After 3 minutes have passed in this situation, the supply of the source gas and the magnesium source into the growth system is resumed, and the magnesium doped under the same growth conditions as the first multi-layered layer (116-1). 2 multi-layered constituent layers (116
-2) was laminated on the first multilayer component layer (116-1). The time interval is provided between the formation of the first and second multilayer constituent layers, because the growth is interrupted each time the multilayer constituent layer is grown, so that each of the growth layers is renewed in the horizontal (horizontal) direction. This is to provide an early growth stage in which growth becomes dominant. As described above, the first and second growth layers were stacked by the formation method of the present invention to form a magnesium-doped gallium nitride layer (116) having a total thickness of 100 nm. The obtained laminate was naturally cooled to a temperature near room temperature.

【0034】一般の透過型電子顕微鏡(略称:TEM)
により、積層体の断面構造を観察した。撮像した断面T
EM像から、上記成長条件下で成膜した低温緩衝層(1
02)は単結晶層を主体として構成されているのが認め
られた。特に、サファイア基板(101)の表面近傍の
領域は、単結晶層で被覆されてのが明瞭に判別された。
低温緩衝層(102)とn形窒化ガリウム層(103)
との界面を起源として発生すると見受けられる転位は、
基板(101)表面(C面)に対して、ほぼ鉛直方向に
n形窒化ガリウム層(103)内に伝幡していた。しか
し、大部分の転位はn形窒化ガリウム層(103)の層
のほぼ中央の領域で水平方向に逃避していた。このた
め、n形窒化ガリウム層(103)の表層部は、低温緩
衝層(102)とn形窒化ガリウム層(103)との界
面領域に比較すれば、密度にしておおよそ、104 cm
-2 程度と転位の少ない領域となっていた。n形窒化ガ
リウム層(103)とその上に重層された第1の重層構
成層(116−1)との界面、及び第1及び第2の重層
構成層((116−1)及び(116−2))との界面
には、TEM像上に10nm未満の極く幅の狭い線状の
黒色のコントラストが認められた。このコントラスト
は、各重層構成層内部の界面近傍領域に於ける結晶歪が
関与したものと解釈された。また、第1及び第2の重層
構成層((116−1)及び(116−2))の内部に
は、新たな転位が特に顕著に発生しているとは認められ
なかった。
General transmission electron microscope (abbreviation: TEM)
, The cross-sectional structure of the laminate was observed. Cross section T imaged
From the EM image, the low-temperature buffer layer (1
02) was confirmed to be composed mainly of a single crystal layer. In particular, it was clearly determined that the area near the surface of the sapphire substrate (101) was covered with the single crystal layer.
Low temperature buffer layer (102) and n-type gallium nitride layer (103)
Dislocations that appear to originate from the interface with
It propagated in the n-type gallium nitride layer (103) in a direction substantially perpendicular to the surface (C-plane) of the substrate (101). However, most of the dislocations escaped in the horizontal direction in a substantially central region of the n-type gallium nitride layer (103). For this reason, the surface portion of the n-type gallium nitride layer (103) has a density of about 10 4 cm in comparison with the interface region between the low-temperature buffer layer (102) and the n-type gallium nitride layer (103).
It was an area with few dislocations, about -2 . The interface between the n-type gallium nitride layer (103) and the first multilayer component layer (116-1) overlaid thereon, and the first and second multilayer component layers ((116-1) and (116- At the interface with 2)), a very narrow linear black contrast of less than 10 nm was observed on the TEM image. This contrast was interpreted to be due to the crystal strain in the region near the interface inside each multilayer constituent layer. Further, it was not recognized that new dislocations were particularly remarkably generated inside the first and second multilayer constituent layers ((116-1) and (116-2)).

【0035】図10は、上記の積層体についてのマグネ
シウム(Mg)ドーパントの深さ方向の濃度分布を示す
SIMS分析結果である。2つの重層構成層内部のマグ
ネシウムの原子濃度は約1.7×1020cm-3となって
いた。また、マグネシウム原子は、n形窒化ガリウム層
(103)と第1の重層構成層(116−1)との界面
近傍領域及び第1と第2の重層構成層((116−1)
と(116−2))との界面近傍領域にあって、若干な
がら高濃度に存在した。しかし、層厚方向に平均すれ
ば、重層構成層の深さ方向に略均一に分布するものとな
った(図10参照)。
FIG. 10 is a SIMS analysis result showing the concentration distribution in the depth direction of the magnesium (Mg) dopant in the above-mentioned laminate. The atomic concentration of magnesium inside the two stacked constituent layers was about 1.7 × 10 20 cm −3 . In addition, magnesium atoms are present in the vicinity of the interface between the n-type gallium nitride layer (103) and the first multilayer constituent layer (116-1) and in the first and second multilayer constituent layers ((116-1)
And (116-2)) in the region near the interface, which was present at a slightly high concentration. However, when they were averaged in the layer thickness direction, they were distributed almost uniformly in the depth direction of the multilayer component layer (see FIG. 10).

【0036】積層体の表面層をなすマグネシウムをドー
ピングした窒化ガリウムから第2の重層構成層(116
−2)の表面濃度を一般の電解C−V法で測定したとこ
ろ、ホール(正孔)濃度を約7×1017cm-3とするp
形層と計測された。表面の抵抗は20ミリオーム・セン
チ(mΩ・cm)と低抵抗を示した。積層体の表面に通
常のフォトリソグラフィー技法を利用して、一部の領域
のn形窒化ガリウム層(103)の表面を露出するため
のパターニングを施した。次に、パターニングされた領
域に在るp形重層構成層((116−1)及び(116
−2))をアルゴン(Ar)/水素/メタン(CH4
混合ガスを使用するプラズマエッチングにより、n形窒
化ガリウム層(103)の表層部が露呈する迄除去し
た。然る後に、第2の重層構成層(116−2)上と露
呈させたn形窒化ガリウム層(103)上の一部領域
に、通常の真空蒸着法によりアルミニウム(Al)を被
着してp形電極(正電極)(107)及びn形電極(負
電極)(108)となした。図11に電極((107)
及び(108))を設置した後の積層体の断面模式図を
掲示する。両電極間の電流−電圧(I−V)特性は図1
2に示す如くの整流性が認められるものとなった。
The second multi-layered structure layer (116) is formed from magnesium-doped gallium nitride forming the surface layer of the laminate.
When the surface concentration in -2) was measured by a general electrolytic CV method, the hole (hole) concentration was set to about 7 × 10 17 cm -3.
It was measured as a stratum. The surface resistance was as low as 20 milliohm-cm (mΩ · cm). The surface of the stacked body was subjected to patterning to expose the surface of the n-type gallium nitride layer (103) in a partial region by using a normal photolithography technique. Next, the p-type multilayer constituent layers ((116-1) and (116-1) in the patterned region
-2)) argon (Ar) / hydrogen / methane (CH 4)
The n-type gallium nitride layer (103) was removed by plasma etching using a mixed gas until the surface portion was exposed. Thereafter, aluminum (Al) is applied by a normal vacuum deposition method to a part of the region on the second multilayer constituent layer (116-2) and on the exposed n-type gallium nitride layer (103). A p-type electrode (positive electrode) (107) and an n-type electrode (negative electrode) (108) were formed. FIG. 11 shows the electrodes ((107)
And (108)) show a schematic cross-sectional view of the laminate after installation. The current-voltage (IV) characteristic between both electrodes is shown in FIG.
Rectification as shown in FIG. 2 was observed.

【0037】(比較例1)上記実施例1の条件に従い、
C面サファイア基板表面上に窒化ガリウム低温緩衝層及
びn形の窒化ガリウム層を順次積層した。n形窒化ガリ
ウム層(103)上には、従来の一括成長法により層厚
を100nmとするマグネシウムをドーピングした窒化
ガリウム層(118)を堆積させた。即ち、マグネシウ
ムドープ窒化ガリウム層を実施例1に記載の薄層を重層
させる分割成長技法ではなく、一括して形成した。図1
3に、従来の一括成長法でn形窒化ガリウム層(10
3)上に堆積したマグネシウムドープ窒化ガリウム層
(118)内部のマグネシウム原子の深さ方向の濃度分
布を示す。この濃度分布は、一般的なSIMS分析法に
依って得たものである。同図から示す様に、マグネシウ
ムの原子濃度の分布は明らかに不均一で、表面に向けて
急激に減少するのが認められた。
(Comparative Example 1) According to the conditions of Example 1 above,
A low-temperature gallium nitride buffer layer and an n-type gallium nitride layer were sequentially laminated on the surface of the C-plane sapphire substrate. On the n-type gallium nitride layer (103), a magnesium-doped gallium nitride layer (118) having a layer thickness of 100 nm was deposited by a conventional batch growth method. That is, the magnesium-doped gallium nitride layer was formed collectively instead of the divisional growth technique of stacking thin layers described in Example 1. FIG.
Third, an n-type gallium nitride layer (10
3) shows the concentration distribution in the depth direction of magnesium atoms inside the magnesium-doped gallium nitride layer (118) deposited thereon. This concentration distribution is obtained by a general SIMS analysis method. As shown in the figure, the distribution of the atomic concentration of magnesium was clearly non-uniform, and was found to decrease sharply toward the surface.

【0038】ホール(Hall)効果法の測定結果によ
れば、一括成長方式で形成したマグネシウムドープ窒化
ガリウム層(118)は全体としてn形であると判定さ
れた。特に、表層部はタングステン(W)プローブを使
用した触針法での電流の流通の状況が、プローブ間の印
加電圧40Vに対して、10μA未満であることから高
抵抗層であると判断された。その他、電解C−V法によ
る測定結果を勘案しても、従来法で成長させたマグネシ
ウムをドーピングした層厚を100nmとする窒化ガリ
ウム層は、少なくともas−grown状態でp形層と
は認められなかった。ちなみに、本比較例に係わる積層
体を800℃で20分間アルゴン(Ar)気流中で熱処
理したところ、マグネシウムドープ窒化ガリウム層(1
18)には、as−grown状態に比し若干ながら導
電性が付与されているのが確認された。しかし、実施例
1に記載のマグネシウムドープ窒化ガリウム層程、低抵
抗であるとは認められず、表面の抵抗は約1キロオーム
(kΩ)を越えると判定された。実施例1に記載の分割
成長方式で形成したマグネシウムドープ重層p形窒化ガ
リウム層と同程度の約数〜数十ミリオーム・センチ(m
Ω・cm)の抵抗率が計測されるに至るには、層厚の約
1/2に相当する約50nmの厚さにわたり表層部を除
去した表面に於いてであった。
According to the measurement result of the Hall effect method, it was determined that the magnesium-doped gallium nitride layer (118) formed by the batch growth method was n-type as a whole. In particular, the surface layer was determined to be a high resistance layer because the current flow in the stylus method using a tungsten (W) probe was less than 10 μA with respect to an applied voltage of 40 V between the probes. . In addition, even in consideration of the measurement results by the electrolytic CV method, the gallium nitride layer grown by the conventional method and having a thickness of 100 nm doped with magnesium is recognized as a p-type layer at least in the as-grown state. Did not. Incidentally, when the laminate according to this comparative example was heat-treated at 800 ° C. for 20 minutes in an argon (Ar) stream, a magnesium-doped gallium nitride layer (1
In 18), it was confirmed that conductivity was slightly imparted as compared with the as-grown state. However, it was not recognized that the resistance was lower than that of the magnesium-doped gallium nitride layer described in Example 1, and it was determined that the surface resistance exceeded about 1 kohm (kΩ). The same number as that of the magnesium-doped p-type gallium nitride layer formed by the split growth method described in the first embodiment is about several to several tens of milliohm-cm (m).
(.OMEGA..cm) was measured on the surface where the surface layer was removed over a thickness of about 50 nm corresponding to about 1/2 of the layer thickness.

【0039】(実施例2)平均粒径を約3μmとするダ
イヤモンド砥粒により両面(表裏面)に鏡面研磨加工を
施した厚さを約90μmとする直径1インチのサファイ
ア(α−Al23 単結晶)を基板(101)として使
用した。表面の面方位は(0001)面(いわゆるC
面)である。基板(101)の鏡面研磨された表面は先
ず、アセトン(acetone)等の有機溶媒により脱
脂し、その後、比抵抗を約18メガオーム(MΩ)とす
る超純水で水洗した後、市販の半導体工業用の高純度の
弗酸(HF)水溶液を使用して酸洗浄を施した。然る
後、再び超純水により水洗後、赤外線ランプから放射さ
れる赤外線を照射し処理した表面を加温して乾燥させ
た。
(Example 2) Sapphire (α-Al 2 O) having a diameter of 1 inch and a thickness of about 90 μm obtained by subjecting both surfaces (front and back) to mirror polishing using diamond abrasive grains having an average particle diameter of about 3 μm. 3 single crystals) was used as the substrate (101). The plane orientation of the surface is (0001) plane (so-called C
Plane). The mirror-polished surface of the substrate (101) is first degreased with an organic solvent such as acetone, and then washed with ultrapure water having a specific resistance of about 18 megaohms (MΩ). Acid cleaning was performed using a high-purity aqueous solution of hydrofluoric acid (HF). Thereafter, after washing with ultrapure water again, the treated surface was irradiated with infrared rays radiated from an infrared lamp to be heated and dried.

【0040】防塵ゲート弁を擁する一般的なインターロ
ック機構を介して大気を遮断した環境下で、常圧方式の
MOCVD成長炉に配置された基板支持台(サセプタ
ー)上の所定の位置に清浄化したサファイア基板(10
1)の一主面を上にして載置した。パラジウム(Pd)
透過膜方式並びに深冷吸着方式を併用して高純度に精製
された水素(H2 )ガスを成長炉内に通流し、水素ガス
からなる雰囲気を創出した。成長炉内の圧力はほぼ大気
圧に維持した。水素ガスの反応炉への流通を開始してか
ら15分経過後、上記の基板支持台を冠し、セラミック
ヒーターをエレメントとする抵抗加熱型ヒーターに電源
を投入し、基板(101)の温度を室温から1150℃
に昇温した。同温度で基板(101)の一主面に上記の
水素ガスを間断無く通流させた状態で40分間保持し、
基板表面に対し周知のサーマルエッチングを施した。
In an environment where the atmosphere is shut off through a general interlock mechanism having a dustproof gate valve, the substrate is cleaned to a predetermined position on a substrate support (susceptor) arranged in an atmospheric pressure type MOCVD growth furnace. Sapphire substrate (10
1) Placed with one main surface facing up. Palladium (Pd)
Hydrogen (H 2 ) gas purified to a high purity by using both the permeable membrane method and the cryogenic adsorption method was passed through the growth furnace to create an atmosphere composed of hydrogen gas. The pressure in the growth furnace was maintained at approximately atmospheric pressure. Fifteen minutes after the start of the flow of the hydrogen gas into the reaction furnace, the substrate support was covered, and the power was turned on to a resistance heating heater having a ceramic heater as an element, and the temperature of the substrate (101) was reduced. Room temperature to 1150 ° C
The temperature rose. At the same temperature, the hydrogen gas was held for 40 minutes in a state where the hydrogen gas was continuously flowed through one main surface of the substrate (101).
Well-known thermal etching was performed on the substrate surface.

【0041】次に、上記の抵抗加熱型ヒーターに供給す
る電力量を減じて、基板(101)の温度を420℃に
低下させた。420℃に降下後、温度が安定するに至る
迄約25分間待機した。この間に反応炉へ供給する水素
ガスの流量を毎分8リットルに調整した。然る後、MO
CVD反応炉内に載置された基板表面へ向けて窒素
(N)源であるアンモニア(NH3 )ガスを毎分1リッ
トルの流量で供給し、成長雰囲気を水素:アンモニア流
量比=8:1の窒素源を含む水素雰囲気とした。その
後、アンモニアガス(窒素源)のMOCVD反応炉内へ
の供給を継続した状態で、20分間にわたりガリウム
(Ga)源の供給を継続して、層厚を15nmとするア
ンドープ窒化ガリウム(GaN)からなる低温緩衝層
(102)を成長した。上記のガリウム源には、半導体
工業用のトリメチルガリウム((CH33Ga:TM
G)を使用した。TMGの反応炉内への供給量は毎分2
×10-6モル(mol.)とした。従って、窒化ガリウ
ム(GaN)低温緩衝層の成膜時に於ける、いわゆるV
/III 比(アンモニア/TMG流量比)は約2.2×1
4 となった。断面TEM技法による観察では、基板
(101)の表面は数層の単結晶低温緩衝層で被覆され
ていた。低温緩衝層(102)の成長は、ガリウム源と
したTMGの略大気圧の成長反応系への供給の停止をも
って終了した。
Next, the amount of electric power supplied to the above-described resistance heater was reduced to lower the temperature of the substrate (101) to 420 ° C. After dropping to 420 ° C., it waited for about 25 minutes until the temperature became stable. During this time, the flow rate of hydrogen gas supplied to the reactor was adjusted to 8 liters per minute. After that, MO
Ammonia (NH 3 ) gas as a nitrogen (N) source is supplied at a flow rate of 1 liter per minute toward the surface of the substrate placed in the CVD reactor, and the growth atmosphere is hydrogen: ammonia flow ratio = 8: 1. And a hydrogen atmosphere containing a nitrogen source. After that, while supplying ammonia gas (nitrogen source) into the MOCVD reactor, supply of gallium (Ga) source is continued for 20 minutes, and undoped gallium nitride (GaN) having a layer thickness of 15 nm is used. A low temperature buffer layer (102) was grown. The gallium source includes trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga: TM) for semiconductor industry.
G) was used. The supply rate of TMG into the reactor is 2 per minute
× 10 -6 mol (mol.). Therefore, the so-called V at the time of forming the gallium nitride (GaN) low-temperature buffer layer is
/ III ratio (ammonia / TMG flow ratio) is about 2.2 × 1
0 4 after. Observation by the cross-sectional TEM technique revealed that the surface of the substrate (101) was covered with several single-crystal low-temperature buffer layers. The growth of the low-temperature buffer layer (102) was terminated by stopping the supply of TMG as a gallium source to the growth reaction system at substantially atmospheric pressure.

【0042】然る後に、反応炉に供給する気体種を水素
からアルゴンガスに変換した。アルゴンガスの流量を3
リットル/分、アンモニアガスの流量を1リットル/分
とした流量条件下で基板(101)の温度を1100℃
に上昇させた。基板(101)の温度が1100℃に到
達した時点で水素ガスの反応炉への供給を毎分3リット
ルの流量をもって再開した。平行してアンモニアガスの
反応炉への供給量を毎分6リットルに増加させた。この
水素ガス或いはアンモニアガスの供給量の増加に伴う基
板(101)の温度の短期的な揺らぎが解消された時点
で、上記のガリウム源の反応炉への供給を再開した。ガ
リウム源の蒸気は13℃に保持して液体としたTMGを
毎分20ccの水素ガスによりバブリング(発泡)する
ことをもって反応炉へ随伴した。ガリウム源の蒸気を随
伴する水素バブリングガスの反応炉への添加に同期させ
て、珪素(Si)のドーピングガスを反応炉へ供給し
た。珪素のドーピングガスには、体積濃度を約5ppm
とする水素希釈のジシラン(Si26 )ガスを使用し
た。当ジシランガスの流量は毎分10ccとした。ガリ
ウム源等の供給を90分間に亘り継続して、キャリア濃
度を約3×1018cm-3とし、層厚を約3.2μmとす
るn形の窒化ガリウム層(103)を成長させた。
Thereafter, the gas species supplied to the reactor was converted from hydrogen to argon gas. Argon gas flow rate of 3
The temperature of the substrate (101) was set to 1100 ° C. under the flow rate conditions of 1 liter / minute and the ammonia gas flow rate of 1 liter / minute.
Was raised. When the temperature of the substrate (101) reached 1100 ° C., the supply of hydrogen gas to the reactor was restarted at a flow rate of 3 liters per minute. In parallel, the supply of ammonia gas to the reactor was increased to 6 liters per minute. When the short-term fluctuation of the temperature of the substrate (101) due to the increase in the supply amount of the hydrogen gas or the ammonia gas was eliminated, the supply of the gallium source to the reactor was restarted. The vapor of the gallium source was kept at 13 ° C. and liquid TMG was bubbled (foamed) with 20 cc of hydrogen gas per minute to accompany the reactor. A doping gas of silicon (Si) was supplied to the reactor in synchronization with the addition of the hydrogen bubbling gas accompanying the vapor of the gallium source to the reactor. The doping gas of silicon has a volume concentration of about 5 ppm
Hydrogen diluted disilane (Si 2 H 6 ) gas was used. The flow rate of the disilane gas was 10 cc / min. The supply of a gallium source or the like was continued for 90 minutes to grow an n-type gallium nitride layer (103) having a carrier concentration of about 3 × 10 18 cm −3 and a layer thickness of about 3.2 μm.

【0043】次に、基板(101)の温度を1100℃
から発光層(104)の成長温度である830℃に約1
0分間で降下させた。基板温度を降下させる間には、反
応炉へのキャリアガスとしての水素ガスの供給を停止し
た。アンモニアガスの流量を毎分6リットル及びアルゴ
ンガスの流量を毎分3リットルとした流量条件下に於い
て、上記のガリウム源及び新たにインジウム源の反応炉
への供給を開始した。インジウム源には、結合価を1価
とするシクロペンタジエニルインジウム(C55 In
(I))を利用した。同インジウム源を収納したステン
レス鋼製の収納容器は、ペルチェ効果を利用した電子式
恒温槽により65℃に保持した。昇華により発生したイ
ンジウム源の蒸気は、毎分120ccの流量の水素ガス
で略大気圧に保持した反応炉内に随伴した。電子式恒温
槽により0℃に保持した上記のガリウム源を収納するス
テンレス鋼製発泡容器(バブラー)内には、TMGの蒸
気を随伴するために毎分3.2ccの流量の水素ガスを
流通した。ガリウム及びインジウムの合計の供給量(II
I 族元素の供給モル数の総量)に対するインジウムの供
給量(モル数)の比率、いわゆるインジウムの気相組成
比は0.5と計算された。上記のガリウム源及びインジ
ウム源の供給を7.5分間にわたり継続して、インジウ
ム組成比(固相組成比)を6%(0.06)とし、層厚
を約30nmとする珪素(Si)をドープした窒化ガリ
ウム・インジウムからなる発光層(104)を形成し
た。珪素は上記のジシラン(体積濃度=5ppm)−水
素混合ガスを利用してドーピングした。同混合ガスの流
量は、毎分10ccに設定した。インジウム組成比は、
同一の成長条件下で得られた窒化ガリウム・インジウム
結晶体の試作試料から発せられる近紫外スペクトルの波
長位置が約384nmであることを基にして、既に、開
示されている窒化ガリウム・インジウム混晶に於ける禁
止帯幅とインジウム組成比との関係図(特公昭55−3
834号公報参照)から算定した。発光層(104)の
厚さは、明視野断面TEM(透過電子顕微鏡)像から計
測した。
Next, the temperature of the substrate (101) is set to 1100 ° C.
From about 830 ° C., which is the growth temperature of the light emitting layer (104).
Dropped in 0 minutes. While lowering the substrate temperature, supply of hydrogen gas as a carrier gas to the reaction furnace was stopped. Under the conditions of a flow rate of ammonia gas of 6 liters per minute and a flow rate of argon gas of 3 liters per minute, the supply of the gallium source and the new indium source to the reactor was started. As the indium source, cyclopentadienyl indium (C 5 H 5 In) having a monovalent valence is used.
(I)) was used. The storage container made of stainless steel containing the indium source was kept at 65 ° C. by an electronic thermostat utilizing the Peltier effect. The vapor of the indium source generated by the sublimation was entrained in the reactor which was maintained at approximately atmospheric pressure with hydrogen gas at a flow rate of 120 cc / min. A hydrogen gas at a flow rate of 3.2 cc / min was passed through a stainless steel foam container (bubbler) containing the above-mentioned gallium source, which was maintained at 0 ° C. by an electronic thermostat, in order to accompany the vapor of TMG. . Total supply of gallium and indium (II
The ratio of the supply amount (mole number) of indium to the supply amount (mole number) of the group I element, that is, the gas phase composition ratio of indium was calculated to be 0.5. The supply of the gallium source and the indium source is continued for 7.5 minutes, silicon (Si) having an indium composition ratio (solid phase composition ratio) of 6% (0.06) and a layer thickness of about 30 nm is produced. A light emitting layer (104) made of doped gallium indium nitride was formed. Silicon was doped using the above-mentioned disilane (volume concentration = 5 ppm) -hydrogen mixed gas. The flow rate of the mixed gas was set at 10 cc / min. The indium composition ratio is
Based on the fact that the wavelength position of the near-ultraviolet spectrum emitted from a trial sample of a gallium-indium nitride crystal obtained under the same growth conditions is about 384 nm, the already disclosed gallium-indium nitride mixed crystal has been disclosed. Between forbidden band width and indium composition ratio in Japan (Japanese Patent Publication No. 55-3)
834). The thickness of the light-emitting layer (104) was measured from a bright-field cross-sectional TEM (transmission electron microscope) image.

【0044】インジウム源の反応炉への供給を停止して
窒化ガリウム・インジウム混晶発光層(104)の形成
を終えた後、ガリウム源、窒素源並びにアルゴンガスの
流量を一定に維持したままで、830℃で窒化ガリウム
からなる第1の重層構成層(116−1)を形成した。
即ち、インジウム源の供給のみを停止し、他の原料ガス
の反応炉への供給を継続した状態で発光層(104)の
場合と同温度で窒化ガリウムからなる第1の重層構成層
(116−1)を成長させた。p形不純物としてマグネ
シウムをドーピングした。マグネシウムのドーピングガ
スには、実施例1と同じくビスメチルシクロペンタジエ
ニルマグネシウムを利用し、流量条件も実施例1と同一
とした。原料ガス及びマグネシウム源の成長系内への流
通を正確に3分間継続し、層厚を10nmするマグネシ
ウムドープ窒化ガリウム層(116−1)(第1の重層
構成層)を形成した。
After the supply of the indium source to the reaction furnace was stopped to complete the formation of the gallium / indium mixed crystal light emitting layer (104), the flow rates of the gallium source, the nitrogen source and the argon gas were kept constant. At 830 ° C. to form a first multi-layer constituent layer (116-1) made of gallium nitride.
That is, only the supply of the indium source is stopped, and the supply of the other source gases to the reaction furnace is continued, and the first multilayer constituent layer (116-) made of gallium nitride is formed at the same temperature as that of the light emitting layer (104). 1) was grown. Magnesium was doped as a p-type impurity. As the doping gas of magnesium, bismethylcyclopentadienylmagnesium was used as in Example 1, and the flow conditions were the same as in Example 1. The flow of the source gas and the magnesium source into the growth system was continued for exactly 3 minutes to form a magnesium-doped gallium nitride layer (116-1) (first multilayer constituent layer) having a layer thickness of 10 nm.

【0045】第1の重層構成層(116−1)の形成を
終了した後、基板(101)の温度を再び1100℃に
上昇させた。温度のハンチング(揺らぎ)が消衰する迄
暫時待機する間に、成長炉内へ3リットル/分の流量を
もって水素ガスの供給を再開した。1100℃に到達し
て約2分間を経過して温度の揺らぎが微小となったと認
められた後、成長炉内にガリウム源を再び添加して、第
1の重層構成層(116−1)上への第2の重層構成層
(116−2)の形成を開始した。TMGは電子式恒温
槽により13℃に保持した。TMGの蒸気を随伴するバ
ブリング用途の水素ガスの流量は毎分8.0ccとし
た。一方、マグネシウム源は30℃に保持し、同源の昇
華蒸気を随伴する水素ガスの流量は毎分40ccとし
た。マグネシウム源及びガリウム原料の供給を7.5分
間にわたり継続して、層厚を50nmとするマグネシウ
ムをドーピングした窒化ガリウムからなる第2の重層構
成層(116−2)を形成した。異なる成長温度並びに
層厚が相違した第1及び第2の重層構成層((116−
1)及び(116−2))を各々分割して成長させて、
合計層厚を60nmとするマグネシウムドープ窒化ガリ
ウム層からなる重層p形層を形成した。同層の成長終了
後、成長系内へ流通するガス種を毎分3リットルの流量
のアルゴンと毎分1リットルの流量のアンモニアガスの
みとして冷却を開始した。冷却の中途には、或る温度で
一定時間保持する操作或いは特定の温度帯域間で冷却速
度を調節することなく室温近傍の温度迄自然冷却した。
After completing the formation of the first multilayer constitution layer (116-1), the temperature of the substrate (101) was raised to 1100 ° C. again. The hydrogen gas supply was resumed at a flow rate of 3 liters / minute into the growth furnace while waiting for a while until the temperature hunting (fluctuation) disappeared. After about 2 minutes after reaching 1100 ° C., it was recognized that the temperature fluctuation became minute, and then a gallium source was added again into the growth furnace, and the first multilayer constituent layer (116-1) was added. The formation of the second multilayer constituent layer (116-2) was started. TMG was kept at 13 ° C. by an electronic thermostat. The flow rate of hydrogen gas for bubbling with TMG vapor was 8.0 cc / min. On the other hand, the magnesium source was kept at 30 ° C., and the flow rate of hydrogen gas accompanying the sublimation vapor of the source was 40 cc / min. The supply of the magnesium source and the gallium raw material was continued for 7.5 minutes to form a second multilayer constituent layer (116-2) made of magnesium-doped gallium nitride having a layer thickness of 50 nm. First and second multilayer constituent layers ((116-
1) and (116-2)) are separately grown.
A multilayer p-type layer composed of a magnesium-doped gallium nitride layer having a total layer thickness of 60 nm was formed. After completion of the growth of the same layer, cooling was started with only the gas species flowing into the growth system at a flow rate of 3 liters per minute of argon and ammonia gas at a flow rate of 1 liter per minute. In the course of cooling, natural cooling was performed to a temperature near room temperature without maintaining a certain temperature for a certain period of time or adjusting the cooling rate between specific temperature zones.

【0046】図14に、得られた積層体のマグネシウム
(Mg)の深さ方向の濃度分布を表す。マグネシウムは
第2の重層構成層(116−2)の表層部でもその濃度
を減ずることなく、第1及び第2の重層構成層内部でほ
ぼ均一な濃度で一様に分布しているのが認められた。ま
た、同積層体の断面TEM像の模写図を図15に示す。
電子顕微鏡に依る観察によっても重層構成層間の界面は
明瞭に認められるのは希有であって、全んどの試料には
界面の位置を特定するには至らなかった。このため、断
面TEM像の撮像時にコントラストを強調できる層厚に
注意深く精密に薄層化された試料を用いて観察を繰り返
した。それに依れば、層厚を50nm以下とする第1及
び第2の重層構成層((116−1)及び(116−
2))の内部には、その下層のn形窒化ガリウム層(図
示せず)から伝幡する転位(121)等の結晶欠陥の他
には、新たに発生して転位や積層欠陥等に起因するコン
トラストは認められなかった。
FIG. 14 shows the concentration distribution of magnesium (Mg) in the depth direction of the obtained laminate. Magnesium was found to be uniformly distributed at a substantially uniform concentration inside the first and second multilayer constituent layers without reducing its concentration even in the surface portion of the second multilayer constituent layer (116-2). Was done. FIG. 15 shows a schematic view of a cross-sectional TEM image of the laminate.
It is rare that the interface between the layers constituting the multilayered structure is clearly recognized even by observation with an electron microscope, and the position of the interface could not be specified for all samples. For this reason, observation was repeated using a sample which was carefully and precisely thinned to a layer thickness capable of enhancing the contrast when capturing a cross-sectional TEM image. According to this, the first and second multilayer constituent layers ((116-1) and (116-
2)), in addition to crystal defects such as dislocations (121) propagated from the underlying n-type gallium nitride layer (not shown), newly generated and caused by dislocations, stacking faults, and the like. No contrast was observed.

【0047】電解C−V法によりマグネシウムをドーピ
ングした窒化ガリウム層からなる重層p形層の表面キャ
リア濃度を計測したところ、正孔濃度を約8×1017
-3とするp形層であることが示された。即ち、この結
果により、as−grownで高キャリア濃度で低抵抗
のp形層が形成されていることが示された。また、この
積層体に発光ダイオードとなすべき公知のパターニング
加工やエッチング加工を施し、図16に示す様な平面形
状のチップを試作した。このチップを検体として、pn
接合の存在を確認するための通常の手法であるEBIC
(電子線励起電流)法でpn接合が形成されている領域
を確認した。その結果、銀(Ag)からなるp形電極
(107)が敷設されている領域からEBIC像が得ら
れた。このことから、pn接合がp形電極(107)直
下のほぼ、全域に存在するのが確認された。また、両電
極((107)及び(108))間に順方向の20ミリ
アンペア(mA)の電流を通流したところ、p形電極
(107)直下のほぼ全域が青色に発光した。両電極間
の電流−電圧特性から見ても、逆方向電流の漏れ(リー
ク)電流成分もマイナス10Vで5μA未満と微小であ
った。これより、p形不純物をドープした窒化物半導体
層に成膜後にアニール工程等の付加工程を要せず、as
−grown状態で良好なpn接合特性をもたらす低抵
抗のp形層がもたらされることが判明した。また、順方
向電圧は約5から約6Vであった。n形電極(108)
を構成するアルミニウム電極の厚さを増して、p形電極
(107)の高さとほぼ同等とした上で、フリップ・フ
ロップ方式で電極側でチップを台座(ステム)に接着さ
せ、両面研磨した基板(101)の裏面側から発光が外
部へ放射される様にマウントした。その後、据え付けた
チップの外周を、基板裏面側から放射される発光を配向
角度を約45度として放射する集光レンズを備えた主に
半導体封止用の透明エポキシ樹脂からなる外囲器でモー
ルドした。発光スペクトルの解析が行える一般的なスペ
クトルアナライザーを使用して測光された主たる発光波
長は、約445nmであった。その他、微弱ながら約3
85nmの近紫外帯域の発光と約570nmを中心とす
る黄色帯の半値幅の広い発光が確認された。発光出力は
約0.3ミリワット程度であった。以上、本発明の方法
により形成されたas−grown状態のp形層は、短
波長可視LEDに充分な特性を潜在しているものと判断
された。
When the surface carrier concentration of the multilayer p-type layer comprising the gallium nitride layer doped with magnesium was measured by the electrolytic CV method, the hole concentration was found to be about 8 × 10 17 c.
It was shown to be a p-type layer with m- 3 . That is, this result showed that a low-resistance p-type layer having a high carrier concentration and a low resistance was formed as-grown. Further, this laminate was subjected to a known patterning process and an etching process for forming a light emitting diode, and a chip having a planar shape as shown in FIG. 16 was prototyped. Using this chip as a sample, pn
EBIC, the usual method for confirming the presence of a junction
The region where the pn junction was formed was confirmed by the (electron beam excitation current) method. As a result, an EBIC image was obtained from the region where the p-type electrode (107) made of silver (Ag) was laid. From this, it was confirmed that the pn junction existed almost entirely under the p-type electrode (107). When a forward current of 20 milliamperes (mA) was passed between the electrodes (107) and (108), almost the entire area immediately below the p-type electrode (107) emitted blue light. From the viewpoint of the current-voltage characteristics between the two electrodes, the leakage current component of the reverse current was as small as less than 5 μA at −10 V. As a result, an additional step such as an annealing step is not required after the film is formed on the nitride semiconductor layer doped with the p-type impurity.
-It has been found that a low resistance p-type layer which provides good pn junction properties in the grown state is provided. The forward voltage was about 5 to about 6V. N-type electrode (108)
After increasing the thickness of the aluminum electrode constituting the above to make the height substantially equal to the height of the p-type electrode (107), the chip is adhered to the base (stem) on the electrode side by the flip-flop method, and the substrate polished on both sides (101) was mounted so that light emission was emitted from the back side to the outside. Then, the outer periphery of the mounted chip is molded with an envelope mainly made of transparent epoxy resin for semiconductor encapsulation with a condenser lens that emits light emitted from the back side of the substrate at an orientation angle of about 45 degrees. did. The main emission wavelength measured using a general spectrum analyzer capable of analyzing the emission spectrum was about 445 nm. In addition, about 3
Emission in the near-ultraviolet band of 85 nm and emission in a yellow band centered at about 570 nm with a wide half width were confirmed. The emission output was about 0.3 milliwatt. As described above, it was determined that the p-type layer in the as-grown state formed by the method of the present invention has sufficient properties for a short-wavelength visible LED.

【0048】(比較例2)両面研磨した(0001)−
サファイア基板上に、実施例2と同様に窒化ガリウム低
温緩衝層、珪素ドープn形窒化ガリウム層及び珪素ドー
プn形窒化ガリウム・インジウム発光層を順次積層させ
た。発光層の成長を終了した後、発光層の成長温度であ
る830℃で、実施例2に記載の条件をもって層厚を1
0nmとするマグネシウムをドーピングした窒化ガリウ
ム層を成長させた。
(Comparative Example 2) Double-side polished (0001)-
A gallium nitride low-temperature buffer layer, a silicon-doped n-type gallium nitride layer, and a silicon-doped n-type gallium-indium nitride light-emitting layer were sequentially laminated on a sapphire substrate in the same manner as in Example 2. After the growth of the light emitting layer was completed, the layer thickness was reduced to 1 at 830 ° C., which is the growth temperature of the light emitting layer, under the conditions described in Example 2.
A gallium nitride layer doped with magnesium to a thickness of 0 nm was grown.

【0049】然る後、基板の温度を1100℃に上昇さ
せて、基板温度が安定する迄暫時待機した。その後、実
施例2の流量条件は踏襲して、成長時間のみを3倍の2
2.5分間に延長して層厚を150nmとするマグネシ
ウムがドーピングされた窒化ガリウム層を成長させた。
この層厚は、本発明に係わる重層構成層の層厚の規定の
約1.5倍に相当する厚いものである。即ち、実施例2
とは最表層を構成するマグネシウムドープ窒化ガリウム
層の層厚が顕著に相違するものである。
Thereafter, the temperature of the substrate was raised to 1100 ° C., and the system was temporarily waited until the substrate temperature was stabilized. Thereafter, the flow condition of Example 2 is followed, and only the growth time is tripled to 2 times.
Extending to 2.5 minutes, a magnesium-doped gallium nitride layer having a layer thickness of 150 nm was grown.
This layer thickness is as thick as about 1.5 times the prescribed layer thickness of the multi-layer constituting layer according to the present invention. That is, the second embodiment
Is that the layer thickness of the magnesium-doped gallium nitride layer constituting the outermost layer is remarkably different.

【0050】SIMS分析法により、マグネシウムドー
プ窒化ガリウム層内のマグネシウム原子の深さ方向の分
布を確認したところ、マグネシウムの原子濃度は層深部
より積層体の表面に向けて急激に低下していた。SIM
S分析上、表面の影響を強く被らない表面より約15n
mの深さに於けるマグネシウムの原子濃度は約3×10
17cm-3であった。ちなみに、同層の深部のマグネシウ
ムの原子濃度は約1.5×1020cm-3であった。この
マグネシウムの原子濃度の表面に於ける低下に対応する
かの如く、電解C−V法では同層の表層領域は高抵抗で
あると測定された。インジウムを電極としたファン デ
ア パウ(Van der Pauw)方式に基づく通
常のホール(Hall)効果測定法では、入力抵抗が高
いために充分に良好なオーミック性を示す電極とはなら
ず、このため測定値のバラツキが大きく、伝導形もn
形、p形の何れかであるか正確に判別することが出来な
かった。
When the distribution of magnesium atoms in the depth direction of the magnesium in the magnesium-doped gallium nitride layer was confirmed by SIMS analysis, the atomic concentration of magnesium decreased sharply from the depth of the layer toward the surface of the laminate. SIM
On S analysis, about 15n from the surface not strongly affected by the surface
The atomic concentration of magnesium at a depth of m is about 3 × 10
17 cm -3 . Incidentally, the atomic concentration of magnesium deep in the same layer was about 1.5 × 10 20 cm −3 . The electrolytic CV method determined that the surface region of the same layer had high resistance, as corresponding to the decrease in the atomic concentration of magnesium at the surface. In a normal Hall (Hall) effect measurement method based on the Van der Pauw method using indium as an electrode, an electrode exhibiting a sufficiently good ohmic property is not obtained due to a high input resistance. Large variation in value, n-type
It was not possible to accurately determine whether it was a p-type or a p-type.

【0051】また、断面TEM法で撮像された明視野透
過電子顕微鏡像より、得られた積層体、特に厚い厚さを
有する最表層のマグネシウムドープ窒化ガリウム層の内
部の結晶欠陥の発生の状況に関する情報を得た。その結
果、最表層であるマグネシウムドープ窒化ガリウム層の
内部の層厚が約100nmを越える領域で多数の積層欠
陥が発生しているのが認められた。それより表面に至る
間の領域には、積層欠陥が高密度に発生する領域に端を
発すると見受けられる転位(実際には、黒色の線状のコ
ントラストとして撮像される。)が密集していた。即
ち、積層するp形不純物をドーピングした窒化物半導体
層には、p形不純物の濃度減少に加えて結晶欠陥の発生
から観て好ましい層厚の規定が必要とされることが教示
された。
Further, from the bright-field transmission electron microscope image taken by the cross-sectional TEM method, the state of occurrence of crystal defects inside the obtained laminate, particularly the outermost magnesium-doped gallium nitride layer having a large thickness, is shown. Got information. As a result, it was recognized that a large number of stacking faults occurred in a region where the thickness of the innermost magnesium-doped gallium nitride layer exceeded about 100 nm. Dislocations (actually imaged as a black linear contrast) that seem to start from a region where stacking faults occur at a high density were dense in the region from the surface to the surface. . That is, it has been taught that it is necessary to define a preferable layer thickness in view of the occurrence of crystal defects in addition to the decrease in the concentration of the p-type impurity in the nitride semiconductor layer doped with the p-type impurity.

【0052】本比較例で得たas−grown状態の積
層体を利用して、実施例2に記載と同様のLEDを作製
した(図16参照)。しかし、I−V特性には、正常な
pn接合の形成を示す整流性が発現されず、40V程度
の高電圧を電極間に印加したところ、順方向に流通する
電流は高々1〜2mA未満と小であった。これは、比較
例2に係わるp形不純物がドーピングされた窒化ガリウ
ム層の表層部が高抵抗となっているためであった。この
様な低電流ではp形電極が敷設された領域では発光を呈
するものの、その発光色は白色で且つ発光強度は微弱で
あり、領域内の数箇所で青色の発光が得られる程度であ
った。この青色の発光を呈する領域は、恐らく転位が密
集した領域であって、転位を介して選択的に電流が多く
流通するためと推定された。何れにしても、重層するp
形不純物がドーピングされた窒化物半導体層が厚くなる
と、LEDの発光強度の向上には何等の寄与をもたらさ
ないものとなった。
Using the laminate in the as-grown state obtained in this comparative example, an LED similar to that described in Example 2 was produced (see FIG. 16). However, in the IV characteristics, the rectifying property indicating the formation of a normal pn junction is not exhibited, and when a high voltage of about 40 V is applied between the electrodes, the current flowing in the forward direction is at most less than 1 to 2 mA. It was small. This was because the surface layer of the gallium nitride layer doped with the p-type impurity according to Comparative Example 2 had high resistance. At such a low current, light is emitted in the region where the p-type electrode is laid, but the emission color is white and the emission intensity is weak, and blue emission can be obtained at several points in the region. . This region emitting blue light was probably a region where dislocations were dense, and it was presumed that a large amount of current selectively flowed through the dislocations. In any case, p
When the thickness of the nitride semiconductor layer doped with the impurity is increased, no contribution is made to the improvement of the emission intensity of the LED.

【0053】本比較例の積層体にあって、その最表層で
あるマグネシウムドープ窒化ガリウム層を表面から約1
00nmにわたりエッチングして除去し、層厚を約50
nmとした上で、電解C−V法により表面のキャリア濃
度を測定すると約5×1017cm-3となった。また、ホ
ール効果測定の結果等を勘案すると残存する同層はp形
の伝導層であると判定された。この様に、最表層のマグ
ネシウムドープ窒化ガリウム層の表層部を除去した上
で、その表面上に上記の方法により作製されたLEDに
あっては、実施例2に記載と同様の整流性を有するI−
V特性が得られた。これは、マグネシウムがドーピング
された窒化ガリウム層の層厚が本発明の規定する層厚を
越えない範囲にあれば、容易にp形伝導性を呈する窒化
物半導体層が形成されることを意味していた。しかし、
本発明の規定を越える厚い層厚のp形不純物がドーピン
グされた窒化物半導体層を一括して成長したる後、エッ
チング等の手段により層厚を本発明が規定する層厚に減
ずる措置には、付帯的な後工程が要求されるため、工程
の煩雑性或いは窒化物半導体素子の生産に於ける経済性
からみても、本発明の形成方法に勝る便法とは成り得な
いと判断された。
In the laminate of the present comparative example, the magnesium-doped gallium nitride layer, which is the outermost layer, was placed about 1 mm from the surface.
And removed over a thickness of about 50 nm.
After measuring the carrier concentration on the surface by the electrolytic CV method, the value was about 5 × 10 17 cm −3 . Also, in consideration of the results of the Hall effect measurement and the like, the remaining layer was determined to be a p-type conductive layer. Thus, after removing the surface layer portion of the magnesium-doped gallium nitride layer of the outermost layer, the LED manufactured on the surface by the above method has the same rectifying property as described in Example 2. I-
V characteristics were obtained. This means that if the layer thickness of the magnesium-doped gallium nitride layer does not exceed the layer thickness specified in the present invention, a nitride semiconductor layer exhibiting p-type conductivity is easily formed. I was But,
After collectively growing a nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity having a large thickness exceeding the specification of the present invention, measures to reduce the layer thickness to the thickness specified by the present invention by means such as etching are as follows. Since an additional post-process is required, it has been determined that the method cannot be more convenient than the forming method of the present invention in view of the complexity of the process or the economical efficiency in the production of the nitride semiconductor device. .

【0054】(実施例3)上記の実施例2の成長条件に
従い、サファイアC面基板(101)上に縦型の常圧M
OCVD法により、窒化ガリウム低温緩衝層(10
2)、珪素ドープn形窒化ガリウム層(103)、及び
珪素ドープn形窒化ガリウム・インジウム発光層(10
4)を順次堆積した。その後、実施例2に記載の手法に
より、成長温度830℃に於いて、発光層(104)上
に層厚を10nmとするアンドープの窒化ガリウム層を
下地層(117)として堆積した。同層の堆積が終了し
た後、基板(101)の温度を830℃より1100℃
に昇温した。
(Embodiment 3) According to the growth conditions of the above-described Embodiment 2, a vertical normal pressure M was placed on a sapphire C-plane substrate (101).
The gallium nitride low-temperature buffer layer (10
2), a silicon-doped n-type gallium nitride layer (103), and a silicon-doped n-type gallium indium nitride light-emitting layer (10
4) was sequentially deposited. Thereafter, at a growth temperature of 830 ° C., an undoped gallium nitride layer having a layer thickness of 10 nm was deposited as a base layer (117) at a growth temperature of 830 ° C. by the method described in Example 2. After the deposition of the same layer is completed, the temperature of the substrate (101) is increased from 830 ° C. to 1100 ° C.
The temperature rose.

【0055】昇温後、温度が安定する迄暫時待機した後
(約5分間)、流量比を1:1とし、総流量を6リット
ル(l)/分とする水素−アルゴン混合ガスからなる搬
送(キャリア)ガスにアルミニウム源を随伴する水素バ
ブリングガスを添加した。アルミニウム源にはトリメチ
ルアルミニウム((CH33 Al:一般呼称TMA)
を使用した。TMAは電子式恒温槽により50℃の恒温
に保持した。液化したTMAをバブリング(発泡)し、
その蒸気を随伴する水素ガスの流量は50cc/分とし
た。アルミニウム源のキャリアガスへの添加と同時に、
実施例2に記載のマグネシウム源(bis−((CH3
542 Mg)を実施例2と同一の流量条件をもっ
て成長反応系内に導入した。マグネシウム源の導入量は
原子濃度が約2×1020cm-3となる様に設定した。ア
ルミニウム源及びマグネシウム源の導入(供給)を正確
に5分間継続して、マグネシウムをドーピングした窒化
アルミニウム(AlN)からなる第1の重層構成層(1
16−1)を下地層(117)上に形成した。窒素源と
してアンモニアの流量を毎分6lに維持した状態で、ア
ルミニウム源及びマグネシウム源の供給を一旦中断して
窒化アルミニウム層の形成を終了した。窒化アルミニウ
ム層の成長を終えた後は、上記のキャリアガスとアンモ
ニアガスのみが成長反応系内に導入される状態とした。
正確に3分間成長を中断した後、再びTMA及びマグネ
シウム源と成長系内へ供給すると共に、新たにTMGの
供給を開始して、層厚を20nmとする第2の重層構成
層(116−2)とした窒化アルミニウム・ガリウム混
晶層を第1の重層構成層上に形成した。混晶のアルミニ
ウム組成比は10%(0.10)を意図したため、アル
ミニウム源の供給(添加)流量は、上記の第1の重層構
成層を形成する場合の1/10とした。再び、III 族原
料及びマグネシウム源の供給を中断して第2の重層構成
層(116−2)の形成を終了した後、正確に3分間の
間隔をおいて、第2の重層構成層(116−2)と同一
のアルミニウム組成及び層厚を有する第3の重層構成層
(116−3)を第2の重層構成層(116−2)上に
形成した。これより、3つの重層構成層(116−1〜
116−3)からなるマグネシウムがドーピングされ
た、合計層厚を50nmとする窒化アルミニウム・ガリ
ウム混晶層からなる重層p形上部クラッド層(105)
を形成した。
After the temperature is raised, after waiting for a while until the temperature is stabilized (about 5 minutes), the carrier is formed of a hydrogen-argon mixed gas having a flow ratio of 1: 1 and a total flow of 6 liter (l) / min. A hydrogen bubbling gas accompanied by an aluminum source was added to the (carrier) gas. Aluminum source is trimethyl aluminum ((CH 3 ) 3 Al: general name TMA)
It was used. TMA was kept at a constant temperature of 50 ° C. by an electronic thermostat. Bubbling (foaming) the liquefied TMA,
The flow rate of the hydrogen gas accompanying the vapor was 50 cc / min. At the same time as adding the aluminum source to the carrier gas,
The magnesium source (bis-((CH 3
C 5 H 4 ) 2 Mg) was introduced into the growth reaction system under the same flow conditions as in Example 2. The introduction amount of the magnesium source was set so that the atomic concentration became about 2 × 10 20 cm −3 . The introduction (supply) of the aluminum source and the magnesium source is continued for exactly 5 minutes, so that the first multilayer constituent layer (1) made of magnesium-doped aluminum nitride (AlN) is formed.
16-1) was formed on the underlayer (117). With the flow rate of ammonia as the nitrogen source maintained at 6 l / min, the supply of the aluminum source and the magnesium source was temporarily interrupted to terminate the formation of the aluminum nitride layer. After the growth of the aluminum nitride layer was completed, only the carrier gas and the ammonia gas were introduced into the growth reaction system.
After the growth was interrupted for exactly 3 minutes, the supply of TMA and the magnesium source and the growth system was started again, and the supply of TMG was started again, and the second multilayer constituent layer (116-2) having a layer thickness of 20 nm was started. ) Was formed on the first multi-layer structure layer. Since the aluminum composition ratio of the mixed crystal was intended to be 10% (0.10), the supply (addition) flow rate of the aluminum source was set to 1/10 of that in the case of forming the above-mentioned first multilayer constituent layer. Again, after the supply of the group III raw material and the magnesium source is interrupted and the formation of the second multilayer constituent layer (116-2) is completed, the second multilayer constituent layer (116 A third multilayer constituent layer (116-3) having the same aluminum composition and layer thickness as in -2) was formed on the second multilayer constituent layer (116-2). From this, the three multilayer constituent layers (116-1 to 116-1)
A p-type upper cladding layer (105) made of an aluminum-gallium nitride mixed crystal layer with a total layer thickness of 50 nm doped with magnesium consisting of 116-3)
Was formed.

【0056】第3の重層構成層(116−3)の形成を
III 族原料の供給を停止することをもって終了し、正確
に3分間に亘り成長を中断した後、層厚を30nmとす
るマグネシウム(Mg)をドーピングした窒化ガリウム
(GaN)層(116)を本発明の重層方式により形成
すべく、窒化ガリウムからなる第1の重層構成層(11
6−1)を形成した。ガリウム源及びマグネシウム源は
上記の第2乃至第3の窒化アルミニウム・ガリウム混晶
からなる重層構成層の形成に使用したのと同一とし、且
つその供給流量も同一とした。第1窒化ガリウム層の形
成はガリウム源の成長反応系内への供給の停止をもって
中断した。これに併せて、同時にマグネシウム源の供給
を停止した。その後、基板温度を1100℃に維持し、
上記のキャリアガスの構成比率及び流量並びにアンモニ
アガスの流量を上記と同一に保持した状態で正確に3分
間成長を中断した後、略大気圧下に保持された成長反応
系内に再びガリウム源及びマグネシウム源を添加(導
入)し始め、マグネシウムがドーピングされた第2の窒
化ガリウム重層構成層(116−2)を形成した。第2
の窒化ガリウム重層構成層(116−2)の層厚は、第
1の窒化ガリウム重層構成層(116−1)と同じく3
0nmとした。第2の窒化ガリウム重層構成層(116
−2)の形成時には、高温(1100℃)に於けるマグ
ネシウムの成長表面からの蒸発揮散を危惧して、マグネ
シウム源のドーピング量を第1の窒化ガリウム層(11
6−2)の形成時に於ける場合の2倍とした。即ち、3
0℃の一定温度に保持されたビスメチルシクロペンタジ
エニルマグネシウムの昇華蒸気を随伴する水素ガスの流
量を80cc/分とした。これら第1及び第2窒化ガリ
ウム層を重層させて、分割成長方式により窒化ガリウム
コンタクト層(106)を形成した。第2の窒化ガリウ
ム層の形成を終了した後は直ちに冷却を開始して、室温
近傍の温度に低下する迄自然放冷した。以上、本実施例
の積層体の形成手段の特徴を要約すれば、窒化ガリウム
・インジウム発光層上にp形不純物をドーピングした窒
化アルミニウム・ガリウム混晶層及び窒化ガリウム層を
順次堆積してなる従来の積層構成にあって、発光層上に
配置するp形不純物がドーピングされた層が一括ではな
く分割して重層して構成されていることにある。
The formation of the third multilayer constituent layer (116-3)
The present invention provides a magnesium (Mg) -doped gallium nitride (GaN) layer (116) having a layer thickness of 30 nm after terminating by stopping the supply of the group III raw material and suspending the growth for exactly 3 minutes. In order to form the first multilayer constituent layer (11) made of gallium nitride,
6-1) was formed. The gallium source and the magnesium source were the same as those used in the formation of the second and third aluminum nitride-gallium mixed crystal layers, and the supply flow rates were also the same. The formation of the first gallium nitride layer was interrupted by stopping the supply of the gallium source into the growth reaction system. At the same time, the supply of the magnesium source was stopped at the same time. Thereafter, the substrate temperature is maintained at 1100 ° C.
After suspending the growth for exactly 3 minutes while keeping the composition ratio and the flow rate of the carrier gas and the flow rate of the ammonia gas the same as above, the gallium source and the gallium source are again introduced into the growth reaction system maintained at approximately atmospheric pressure. A magnesium source was started to be added (introduced) to form a second gallium nitride multilayer constituent layer (116-2) doped with magnesium. Second
Has the same thickness as the first gallium nitride multilayer constituent layer (116-1).
It was set to 0 nm. The second gallium nitride multilayer constituent layer (116
At the time of forming -2), the doping amount of the magnesium source was changed to the first gallium nitride layer (11) because of fear of the magnesium evaporating from the growth surface at a high temperature (1100 ° C.).
The value was twice that in the case of forming 6-2). That is, 3
The flow rate of hydrogen gas accompanying the sublimation vapor of bismethylcyclopentadienyl magnesium maintained at a constant temperature of 0 ° C. was set to 80 cc / min. The first and second gallium nitride layers were overlaid to form a gallium nitride contact layer (106) by a split growth method. Immediately after the completion of the formation of the second gallium nitride layer, the cooling was started, and the mixture was allowed to cool naturally until the temperature dropped to around room temperature. As described above, the characteristics of the means for forming the laminate of this embodiment can be summarized as follows. Is that the layer doped with the p-type impurity disposed on the light-emitting layer is formed not as a batch but as a divided layer.

【0057】SIMS分析に依れば、第1乃至第3の窒
化アルミニウム・ガリウム混晶層並びに第1乃至第2窒
化のガリウム重層構成層の各層内部では、アルミニウム
及びマグネシウムが略一様に分布しているのが認められ
た。マグネシウムの原子濃度は、第2の窒化ガリウム層
内部が最高であり、その原子濃度は3.2×1020cm
-3と計測された。また、最表層表面に於けるマグネシウ
ム原子濃度の低下も認められなかった。一方、第2の窒
化ガリウム層の表面近傍のキャリア濃度は約6×1017
cm-3であり、且つ同層の表面はp形であると判定され
た。一般的なステップエッチング法により、重層構成層
を順次エッチング除去して、下層の重層構成層のキャリ
ア濃度及び伝導形を順次測定及び判定した結果では、第
1の窒化ガリウム層はp形であり、キャリア濃度は約2
×1017cm-3で、第2及び第3の窒化アルミニウム・
ガリウム混晶各層もキャリア濃度を何れも約5×1016
cm-3とするp形層であった。第1の重層構成層である
窒化アルミニウム層のキャリア濃度及び伝導形を電解C
−V法やホール効果測定法で判定するのは、層厚が薄い
ために正確な測定を行うに至らず、測定用として別途窒
化ガリウム・インジウム上に堆積した層厚を50nmと
するマグネシウムドープ窒化アルミニウム層を利用し
た。この層に関しては、電解C−V法及びホール効果測
定法による結果を纏めると、ホール(正孔)濃度を約1
×1016cm-3とするp形層であると判定された。
According to the SIMS analysis, aluminum and magnesium are distributed almost uniformly in each of the first to third aluminum / gallium mixed crystal layers and the first and second gallium multi-layered constituent layers. Was recognized. The atomic concentration of magnesium is highest inside the second gallium nitride layer, and its atomic concentration is 3.2 × 10 20 cm.
It was measured as -3 . Also, no decrease in the concentration of magnesium atoms on the surface of the outermost layer was observed. On the other hand, the carrier concentration near the surface of the second gallium nitride layer is about 6 × 10 17
cm −3 and the surface of the layer was determined to be p-type. By the general step etching method, the multilayer constituent layer is sequentially etched and removed, and the carrier concentration and the conductivity type of the lower multilayer constituent layer are sequentially measured and determined. As a result, the first gallium nitride layer is p-type, Carrier concentration is about 2
× 10 17 cm -3 , second and third aluminum nitride
Each gallium mixed crystal layer also has a carrier concentration of about 5 × 10 16
The p-type layer had a size of cm −3 . The carrier concentration and the conductivity type of the aluminum nitride layer, which is the first multilayer constituent layer, are determined by electrolytic C
Judgment by the -V method or the Hall effect measurement method does not allow accurate measurement due to the small thickness of the layer. Magnesium-doped nitride with a 50 nm layer thickness separately deposited on gallium indium nitride for measurement An aluminum layer was used. With respect to this layer, the results of the electrolytic CV method and the Hall effect measurement method are summarized as follows.
It was determined to be a p-type layer having a size of × 10 16 cm -3 .

【0058】上記の積層体に公知のパターニング技術、
プラズマエッチング技術等を利用して、LEDを構成し
た。図17に作製したLEDの断面模式図を示す。n形
電極(108)の層厚は、上記のプラズマエッチングに
よるエッチングの深さとp形電極(107)の層厚との
合計の層厚にほぼ等しくした。p形電極(107)の銀
(Ag)膜の厚さは約1μmとした。この厚さでは、コ
ンタクト層(106)側から発光層(104)を起源と
する発光を遮蔽するに充分な厚さであった。即ち、発光
層(104)からコンタクト層(106)を介して外部
に取り出すのを妨げるのに充分な厚さの金属膜をp形電
極(107)として配置した。然る後、電極を形成した
表面に一般的なプラズマCVD法を利用して約200n
mの厚さの窒化珪素(SiN)膜(120)を堆積し
た。その後、n形及びp形電極((107)及び(10
8))の上方の領域に被着した窒化珪素保護膜をバッフ
ァード(buffered)弗酸により選択的に除去し
て、両電極の表面を露出させた。
A known patterning technique for the laminate
The LED was constructed using a plasma etching technique or the like. FIG. 17 shows a schematic sectional view of the manufactured LED. The layer thickness of the n-type electrode (108) was substantially equal to the total layer thickness of the etching depth by the above-described plasma etching and the layer thickness of the p-type electrode (107). The thickness of the silver (Ag) film of the p-type electrode (107) was about 1 μm. This thickness was sufficient to shield light emitted from the light emitting layer (104) from the contact layer (106) side. That is, a metal film having a thickness sufficient to prevent the light-emitting layer (104) from being taken out to the outside via the contact layer (106) was disposed as the p-type electrode (107). Thereafter, the surface on which the electrodes are formed is applied for about 200 n using a general plasma CVD method.
An m-thick silicon nitride (SiN) film (120) was deposited. Thereafter, n-type and p-type electrodes ((107) and (10)
8)) The silicon nitride protective film deposited on the region above was selectively removed with buffered hydrofluoric acid to expose the surfaces of both electrodes.

【0059】いわゆる、電極表面を露出させる保護膜の
「窓開け」加工後、各素子の周囲に格子状に設けた凹状
のスクライブライン(スクライブ用溝)に沿ってダイヤ
モンドスクライバーを数回、反復して走行させて個別に
分離して一辺を約350μmとする正方形チップ(ch
ip)となした。チップは極く一般的なLEDチップ用
の台座にマウントした。マウント方法はいわゆるフリッ
プフロップ方式で、台座の電極通電部分に上記の両電極
を対向して配置し、台座の各電極と電気的に導通させて
配置した。即ち、発光層からの発光をコンタクト層側か
ら取り出すのではなく、両面研磨加工を施したサファイ
ア基板の裏面側から発光を取り出す、従来とは異なる表
面実装マウント方式とした。一般の半導体素子封止用の
エポキシ樹脂で封止した後、上述の各積層体から作製さ
れたLEDを任意に10個採取し発光特性等を計測し
た。表1に本実施例及び同数の従来品(現状で市販され
ているLED)の特性値を比較してまとめる。本実施例
のLEDは基板の裏面側から発光を取り出す方式のLE
Dである。従来品とは、発光層上に一括成長したp形窒
化アルミニウム・ガリウム混晶層とp形窒化ガリウム層
とを備えたLEDである。表1の発光波長及び半波値は
順方向電流20mAで測定したもの、発光出力は順方向
に4Vの電圧を印加して測定したものである。
After the so-called "window opening" of the protective film for exposing the electrode surface, the diamond scriber is repeated several times along concave scribe lines (scribe grooves) provided in a grid around each element. Square chip (ch having a side of about 350 μm)
ip). The chip was mounted on a very common pedestal for LED chips. The mounting method is a so-called flip-flop method, in which the above-mentioned two electrodes are arranged to face the electrode energized portion of the pedestal and are electrically connected to the respective electrodes of the pedestal. That is, instead of taking out light emission from the light emitting layer from the contact layer side, light emission is taken out from the back surface side of the sapphire substrate that has been subjected to double-side polishing, and a surface mounting mounting method different from the conventional one is used. After sealing with a general semiconductor element sealing epoxy resin, 10 LEDs manufactured from each of the above-described laminates were arbitrarily sampled, and luminescence characteristics and the like were measured. Table 1 summarizes and compares the characteristic values of the present embodiment and the same number of conventional products (currently commercially available LEDs). The LED of the present embodiment is a LE of a type in which light is emitted from the back side of the substrate.
D. The conventional product is an LED provided with a p-type aluminum-gallium nitride mixed crystal layer and a p-type gallium nitride layer grown on the light-emitting layer at one time. The emission wavelength and half-wave value in Table 1 were measured at a forward current of 20 mA, and the emission output was measured by applying a voltage of 4 V in the forward direction.

【0060】表1に示す如く、本発明により形成された
p形窒化物半導体層を備えたLEDは発光特性上、均一
性に優れるものと判断される。特に、本発明により形成
されたp形窒化物半導体層を備えたLEDについては、
比較例に記すLEDの順方向電圧が約10V或いはそれ
を越えるものであるのに対し、総じて約3Vと低くなっ
ているのも特徴であった。この原因には、主に本発明に
より形成されたp形層のキャリア濃度は層内でほぼ一様
であり、特にp形層の表面近傍領域でp形不純物の濃度
低下に因る高抵抗領域が形成されないために、p形電極
の接触抵抗が低下したためと判断された。即ち、順方向
電圧が低いことにより、同一の電圧を印荷した際に(本
実施例にあっては、4V)流通する電流が増加し、これ
が発光出力の増大をもたらすものと解釈された。
As shown in Table 1, it is judged that the LED provided with the p-type nitride semiconductor layer formed according to the present invention has excellent uniformity in light emission characteristics. In particular, for an LED having a p-type nitride semiconductor layer formed according to the present invention,
It was also characterized in that the forward voltage of the LED described in the comparative example was about 10 V or more, whereas the forward voltage was about 3 V as a whole. This is mainly due to the fact that the carrier concentration of the p-type layer formed according to the present invention is almost uniform in the layer, and particularly in the region near the surface of the p-type layer, the high resistance region due to the decrease in the concentration of the p-type impurity. It was determined that the contact resistance of the p-type electrode was reduced because no was formed. That is, when the forward voltage is low, the current flowing when the same voltage is applied (4 V in the present embodiment) is increased, which is interpreted as causing an increase in light emission output.

【0061】表1に掲げた特性値を測定した10個のL
EDに限らず、実施例3で作製した他の100個のLE
Dを任意にサンプリングして、特性の均一性を評価し
た。例えば、順方向電圧(いわゆるVf )の均一性につ
いては、100個のLEDの中に2個程順方向電圧が2
ボルト以下の異常に低いLEDが存在したが、他のLE
Dの順方向電圧は概ね約3V前後であった。分布の中心
値で示せば約2.9Vであった。発光出力の分布幅も概
ね、1.2〜1.4mWであって、やはり2個程低発光
出力(0.5mW未満)のLEDが存在した。発光出力
の中心値は約1.3mWであった。順方向電圧が異常で
あるLEDと低発光出力のLEDとは同一では無かっ
た。何れにしても、本発明に依るp形窒化物半導体層の
形成方法は、特性をほぼ均一とするLEDをもたらす波
及効果を有するものであった。
The ten L values for which the characteristic values listed in Table 1 were measured
Not only the ED, but also the other 100 LEs produced in Example 3
D was sampled arbitrarily to evaluate the uniformity of the characteristics. For example, regarding the uniformity of the forward voltage (so-called Vf), about two out of 100 LEDs have a forward voltage of two.
There was an abnormally low LED below volts, but other LE
The forward voltage of D was about 3V. It was about 2.9 V as indicated by the central value of the distribution. The distribution width of the light emission output was approximately 1.2 to 1.4 mW, and there were also about two LEDs having a low light emission output (less than 0.5 mW). The center value of the light emission output was about 1.3 mW. The LED with abnormal forward voltage and the LED with low light output were not the same. In any case, the method of forming a p-type nitride semiconductor layer according to the present invention has a ripple effect that results in an LED having substantially uniform characteristics.

【0062】[0062]

【表1】 [Table 1]

【0063】[0063]

【発明の効果】低抵抗のp形窒化物半導体層がp形化の
ための専用の工程を設けずにas−grown状態で形
成できる。また、本発明のp形窒化物化合物半導体層の
形成方法は、しいては特性の均一性に優れる発光素子を
提供できる波及効果を有している。
According to the present invention, a low-resistance p-type nitride semiconductor layer can be formed in an as-grown state without providing a dedicated process for p-type formation. Further, the method for forming a p-type nitride compound semiconductor layer of the present invention has a ripple effect that can provide a light-emitting element having excellent uniformity of characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の青色LEの断面構造を示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a conventional blue LE.

【図2】窒化アルミニウム・ガリウム混晶層のアルミニ
ウム原子の濃度分布を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a concentration distribution of aluminum atoms in an aluminum nitride-gallium mixed crystal layer.

【図3】窒化アルミニウム・ガリウム混晶層のマグネシ
ウム原子の濃度分布を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a concentration distribution of magnesium atoms in an aluminum nitride-gallium mixed crystal layer.

【図4】成長時間と層厚の関係を模式的に示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a relationship between a growth time and a layer thickness.

【図5】大きな層厚の窒化アルミニウム・ガリウム混晶
のp形不純物の濃度分布を模式的に示す図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the concentration distribution of a p-type impurity in a mixed aluminum-gallium nitride crystal having a large layer thickness.

【図6】厚さの厚い層を重層させて形成した層の深さ方
向のp形不純物の原子濃度分布を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an atomic concentration distribution of a p-type impurity in a depth direction of a layer formed by stacking thick layers.

【図7】本発明の薄い層厚を有する層を積層させて形成
したp形窒化物半導体層の深さ方向のSIMS分析の結
果を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a result of a SIMS analysis in a depth direction of a p-type nitride semiconductor layer formed by stacking layers having a small thickness according to the present invention.

【図8】本発明による窒化アルミニウム・ガリウム混晶
層上に従来の手段により形成した窒化ガリウム層を具備
した積層体についての、SIMS分析の結果を示す図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing the result of SIMS analysis of a laminate having a gallium nitride layer formed by conventional means on an aluminum-gallium nitride mixed crystal layer according to the present invention.

【図9】下地層上に本発明の窒化アルミニウム・ガリウ
ム混晶層を重層させた場合のアルミニウム原子の深さ方
向の分布を示す図である。
FIG. 9 is a view showing the distribution of aluminum atoms in the depth direction when the aluminum nitride-gallium mixed crystal layer of the present invention is overlaid on an underlayer.

【図10】実施例1の積層体についてののマグネシウム
の濃度分布を示す図である。
FIG. 10 is a graph showing a magnesium concentration distribution of the laminate of Example 1.

【図11】実施例1の積層体から作製したpn接合型ダ
イオードの構造を示す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing the structure of a pn junction diode manufactured from the laminate of Example 1.

【図12】実施例1のダイオードのI−V特性を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing IV characteristics of the diode of Example 1.

【図13】従来のマグネシウムドープ窒化ガリウム層内
部のマグネシウム原子の濃度分布を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a concentration distribution of magnesium atoms inside a conventional magnesium-doped gallium nitride layer.

【図14】実施例2のp形窒化ガリウム層内部のマグネ
シウム原子の濃度分布を示す図である。
FIG. 14 is a graph showing the concentration distribution of magnesium atoms inside a p-type gallium nitride layer of Example 2.

【図15】実施例2のp形窒化ガリウム層内部の断面T
EM像を模写した図である。
FIG. 15 is a cross section T inside the p-type gallium nitride layer of Example 2.
It is the figure which copied the EM image.

【図16】実施例2の発光ダイオードチップの平面形状
を示す模式図である。
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a planar shape of a light emitting diode chip according to a second embodiment.

【図17】実施例3の発光ダイオードの断面模式図であ
る。
FIG. 17 is a schematic sectional view of a light-emitting diode according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(101) 基板 (102) 低温緩衝層 (103) n形窒化ガリウム層 (104) 発光層 (105) 上部クラッド層 (106) コンタクト層 (107) p形電極(負電極) (108) n形電極(正電極) (109) 窒化ガリウム単結晶層 (110) p形不純物をドーピングした窒化アルミニ
ウム・ガリウム混晶層 (111) p形不純物をドーピングした窒化アルミニ
ウム・ガリウム混晶層 と窒化ガリウム単結晶層との界面 (112) アルミニウム原子の濃度分布プロファイル (113) 縦(鉛直)方向よりも横(水平)方向の2
次元的な成長が優勢に進行する成長初期の時間帯 (114) 横(水平)方向よりも縦(鉛直)方向の3
次元的な成長が優勢に進行する成長初期の時間帯 (115) 2次元的成長から3次元的な成長に移行す
る点(臨界点) (116) p形不純物をドーピングした重層構成層 (117) 下地層 (118) 従来の一括成長方式で成長した窒化ガリウ
ム層 (120) 窒化珪素膜 (121) 転位
(101) substrate (102) low-temperature buffer layer (103) n-type gallium nitride layer (104) light-emitting layer (105) upper cladding layer (106) contact layer (107) p-type electrode (negative electrode) (108) n-type electrode (Positive electrode) (109) Gallium nitride single crystal layer (110) Aluminum nitride-gallium mixed crystal layer doped with p-type impurity (111) Aluminum nitride-gallium mixed crystal layer doped with p-type impurity and gallium nitride single crystal layer (112) Concentration distribution profile of aluminum atoms (113) 2 in the horizontal (horizontal) direction rather than the vertical (vertical) direction
Time period of initial growth in which dimensional growth predominates (114) 3 in the vertical (vertical) direction rather than the horizontal (horizontal) direction
Time period of initial growth in which dimensional growth predominates (115) Point where two-dimensional growth shifts to three-dimensional growth (critical point) (116) Multi-layered layer doped with p-type impurities (117) Underlayer (118) Gallium nitride layer grown by conventional batch growth method (120) Silicon nitride film (121) Dislocation

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 III族窒化物半導体結晶上に、p形I
II族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる方法
であって、エピタキシャル成長層の層厚が50nm以下
の時点で成長を中断し、成長温度に60秒以上保持した
まま待機し、再び成長を開始して、1層の層厚が50n
m以下の複数の薄層の積層体を形成することを特徴とす
るp形III族窒化物半導体層の形成方法。
1. A p-type I semiconductor on a group III nitride semiconductor crystal.
A method for epitaxially growing a group II nitride semiconductor layer, wherein the growth is interrupted when the thickness of the epitaxially grown layer is 50 nm or less, and is kept at a growth temperature for 60 seconds or more, and then the growth is started again, and 50n layer thickness
A method for forming a p-type group III nitride semiconductor layer, comprising forming a laminate of a plurality of thin layers of m or less.
【請求項2】 請求項1に記載の形成方法により形成さ
れた、層厚を50nm以下とする複数の薄層の積層体か
らなることを特徴とするp形III族窒化物半導体層。
2. A p-type group III nitride semiconductor layer formed by the formation method according to claim 1, comprising a laminate of a plurality of thin layers having a layer thickness of 50 nm or less.
【請求項3】 p形III族窒化物半導体層中のp形ド
ーパントの濃度分布が層厚内でほぼ一定であることを特
徴とする請求項2に記載のp形III族窒化物半導体
層。
3. The p-type group III nitride semiconductor layer according to claim 2, wherein the concentration distribution of the p-type dopant in the p-type group III nitride semiconductor layer is substantially constant within the layer thickness.
【請求項4】 請求項2または3に記載のp形III族
窒化物半導体層をクラッド層として使用したことを特徴
とする半導体発光素子。
4. A semiconductor light emitting device using the p-type group III nitride semiconductor layer according to claim 2 as a cladding layer.
【請求項5】 請求項2または3に記載のp形III族
窒化物半導体層をコンタクト層として使用したことを特
徴とする半導体発光素子。
5. A semiconductor light-emitting device using the p-type group III nitride semiconductor layer according to claim 2 as a contact layer.
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