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JPH10178211A - Method for changing conductivity type of gallium nitride base compound semiconductor to p-type - Google Patents

Method for changing conductivity type of gallium nitride base compound semiconductor to p-type

Info

Publication number
JPH10178211A
JPH10178211A JP9098498A JP9849897A JPH10178211A JP H10178211 A JPH10178211 A JP H10178211A JP 9098498 A JP9098498 A JP 9098498A JP 9849897 A JP9849897 A JP 9849897A JP H10178211 A JPH10178211 A JP H10178211A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type
gallium nitride
compound semiconductor
based compound
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9098498A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuji Nakamura
修二 中村
Shigeto Iwasa
成人 岩佐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Chemical Industries Ltd filed Critical Nichia Chemical Industries Ltd
Priority to JP9098498A priority Critical patent/JPH10178211A/en
Publication of JPH10178211A publication Critical patent/JPH10178211A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To change the conductivity type of a gallium nitride base compound semiconductor doped with p-type impurities to a low-resistivity p-type and to ensure a uniform resistivity of the p-type gallium nitride compound semiconductor on the whole wafer. SOLUTION: A method for changing the conductivity type of a gallium nitride compound semiconductor to p-type comprises a step of growing a buffer layer by vapor deposition on a substrate, a step of growing a gallium nitride compound semiconductor layer containing p-type impurities on a wafer on which the buffer layer is grown and a step of annealing the buffer layer and the wafer on which the gallium nitride compound semiconductor layer is grown to change the conductivity type of the gallium nitride compound semiconductor layer containing p-type impurities to p-type. If the annealing time is set to 10min., the resistivity of the GaN layer doped with Mg starts decreasing suddenly at a temperature exceeding 400 deg.C and a constantly low resistivity as p-type characteristic is exhibited at 700 deg.C and higher, which is an effect of annealing.

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】本発明は、紫外、青色発光レ
ーザーダイオード、紫外、青色発光ダイオード等の発光
デバイスに利用される窒化ガリウム系化合物半導体であ
って、p型不純物をドープしている窒化ガリウム系化合
物半導体をp型化する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor for use in light-emitting devices such as ultraviolet and blue light-emitting laser diodes, ultraviolet and blue light-emitting diodes, and more particularly to gallium nitride doped with p-type impurities. The present invention relates to a method for converting a p-type compound semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】青色発光素子は、II−VI族のZnS
e、IV−IV族のSiC、III−V族のGaN等を
用いて研究が進められ、最近、その中でも窒化ガリウム
系化合物半導体〔InxAlYGa1-x-YN(0≦X、0≦
Y、X+Y≦1)〕が、常温で、比較的優れた発光を示すこ
とが発表され注目されている。その窒化物半導体を有す
る青色発光素子は、基本的に、サファイアよりなる基板
の上に一般式がInXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦
Y、X+Y≦1)で表される窒化物半導体のエピタキシャル
層が順にn型およびi型、あるいはp型に積層された構
造を有するものである。
2. Description of the Related Art A blue light emitting device is a ZnS of II-VI group.
e, studies using SiC of the IV-IV group, GaN of the III-V group, etc., have recently been conducted, and among them, gallium nitride-based compound semiconductors [In x Al Y Ga 1- x Y N (0 ≦ X, 0 ≦
Y, X + Y ≦ 1)] have been reported to exhibit relatively excellent luminescence at room temperature, and have attracted attention. The blue light-emitting device having the nitride semiconductor is basically formed on a substrate made of sapphire by a general formula of In x Al Y Ga 1 -XYN (0 ≦ X, 0 ≦
Y, X + Y ≦ 1) has a structure in which epitaxial layers of a nitride semiconductor represented by the following formula are stacked in order of n-type and i-type or p-type.

【0003】窒化物半導体を積層する方法として、有機
金属化合物気相成長法(以下MOCVD法という。)、
分子線エピタキシー法(以下MBE法という。)等の気
相成長法がよく知られている。例えば、MOCVD法を
用いた方法について簡単に説明すると、この方法は、サ
ファイア基板を設置した反応容器内に反応ガスとして有
機金属化合物ガス{トリメチルガリウム(TMG)、ト
リメチルアルミニウム(TMA)、アンモニア等}を供
給し、結晶成長温度をおよそ900℃〜1100℃の高
温に保持して、基板上に窒化物半導体を成長させ、また
必要に応じて他の不純物ガスを供給しながら窒化物半導
体をn型、i型、あるいはp型に積層する方法である。
基板にはサファイアの他にSiC、Si等もあるが一般
的にはサファイアが用いられている。n型不純物として
はSi、Ge、Sn(但し、窒化物半導体の場合、n型
不純物をドープしなくともn型になる性質がある。)が
良く知られており、p型不純物としてはZn、Cd、B
e、Mg、Ca、Ba等が挙げられるが、その中でもM
g、Znが最もよく知られている。
As a method of laminating a nitride semiconductor, a metal organic compound vapor deposition method (hereinafter referred to as MOCVD method),
Vapor phase growth methods such as molecular beam epitaxy (hereinafter referred to as MBE) are well known. For example, the method using the MOCVD method will be briefly described. In this method, an organometallic compound gas such as trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA), ammonia or the like is used as a reaction gas in a reaction vessel provided with a sapphire substrate. Is supplied, the crystal growth temperature is maintained at a high temperature of about 900 ° C. to 1100 ° C., and the nitride semiconductor is grown on the substrate. , I-type, or p-type.
In addition to sapphire, the substrate may be SiC, Si, or the like, but sapphire is generally used. Well-known n-type impurities are Si, Ge, and Sn (however, in the case of a nitride semiconductor, they have a property of becoming n-type without doping with an n-type impurity). Cd, B
e, Mg, Ca, Ba and the like.
g and Zn are best known.

【0004】また、MOCVD法による窒化物半導体の
形成方法の一つとして、高温でサファイア基板上に直接
窒化物半導体を成長させると、その表面状態、結晶性が
著しく悪くなるため、高温で成長を行う前に、まず60
0℃前後の低温でAlNよりなるバッファ層を形成し、
続いてバッファ層の上に、高温で成長を行うことによ
り、結晶性が格段に向上することが明らかにされている
(特開平2−229476号公報)。
Further, as one method of forming a nitride semiconductor by the MOCVD method, if a nitride semiconductor is grown directly on a sapphire substrate at a high temperature, the surface state and crystallinity are significantly deteriorated. Before you do,
Forming a buffer layer made of AlN at a low temperature of about 0 ° C.,
Subsequently, it has been revealed that the crystallinity is remarkably improved by performing growth at a high temperature on the buffer layer (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-229476).

【0005】しかしながら、窒化物半導体を有する青色
発光デバイスは未だ実用化には至っていない。なぜな
ら、窒化物半導体が低抵抗なp型にできないため、ダブ
ルヘテロ、シングルヘテロ等の数々の構造の発光素子が
できないからである。気相成長法でp型不純物をドープ
した窒化物半導体を成長しても、得られた窒化物半導体
はp型とはならず、抵抗率が108Ω・cm以上の高抵
抗な半絶縁材料、すなわちi型となってしまうのが実状
であった。このため現在、青色発光素子の構造は基板の
上にバッファ層、n型層、その上にi型層を順に積層し
た、いわゆるMIS構造のものしか知られていない。
However, a blue light emitting device having a nitride semiconductor has not yet been put to practical use. This is because a nitride semiconductor cannot be made into a p-type with low resistance, so that a light-emitting element having various structures such as a double hetero structure and a single hetero structure cannot be formed. Even if a nitride semiconductor doped with a p-type impurity is grown by a vapor phase growth method, the obtained nitride semiconductor does not become p-type and a high-resistance semi-insulating material having a resistivity of 10 8 Ω · cm or more. That is, it was the actual situation that it became i-type. For this reason, at present, only the so-called MIS structure of a blue light emitting element is known, in which a buffer layer, an n-type layer, and an i-type layer are sequentially stacked on a substrate.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】高抵抗なi型を低抵抗
化してp型に近づけるための手段として特開平2−25
7679号公報において、p型不純物としてMgをドー
プした高抵抗なi型窒化ガリウム化合物半導体を最上層
に形成した後に、加速電圧6kV〜30kVの電子線を
その表面に照射することにより、表面から約0.5μm
の層を低抵抗化する技術が開示されている。しかしなが
ら、この方法では電子線の侵入深さのみ、すなわち極表
面しか低抵抗化できず、また電子線を走査しながらウエ
ハー全体を照射しなければならないため面内均一に低抵
抗化できないという問題があった。
As means for lowering the resistance of a high-resistance i-type so as to approach the p-type, Japanese Patent Laid-Open No. 2-25 / 1990
No. 7679, a high-resistance i-type gallium nitride compound semiconductor doped with Mg as a p-type impurity is formed in the uppermost layer, and then the surface is irradiated with an electron beam having an accelerating voltage of 6 kV to 30 kV so that about 0.5 μm
A technique for reducing the resistance of a layer has been disclosed. However, this method has a problem that only the penetration depth of the electron beam, that is, the resistance can be reduced only on the very surface, and the entire wafer must be irradiated while scanning the electron beam, so that the resistance cannot be reduced uniformly in the plane. there were.

【0007】従って本発明の目的は、p型不純物がドー
プされた窒化物半導体を低抵抗なp型とし、さらにp型
化された窒化ガリウム系化合物半導体の抵抗値をウエハ
ー全体に均一にできる窒化ガリウム系化合物半導体をp
型化する方法を提供するものである。
Accordingly, an object of the present invention is to make a nitride semiconductor doped with a p-type impurity a low-resistance p-type, and furthermore to make the resistance of the p-type gallium nitride-based compound semiconductor uniform over the entire wafer. Gallium compound semiconductor
It provides a way to type.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体をp型化する方法は、気相成長法で、基板
の表面に、バッファー層を成長させる工程と、バッファ
ー層の成長されたウエハーに、p型不純物のドープされ
た窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる工程と、
バッファー層と窒化ガリウム系化合物半導体層が成長さ
れたウエハーを、アニーリングして、p型不純物の含ま
れる窒化ガリウム系化合物半導体層をp型化する工程と
からなる。
According to the present invention, there is provided a method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor to a p-type by a vapor phase growth method, comprising the steps of: growing a buffer layer on the surface of a substrate; Growing a gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with a p-type impurity on the wafer;
Annealing the wafer on which the buffer layer and the gallium nitride-based compound semiconductor layer have been grown to convert the gallium nitride-based compound semiconductor layer containing p-type impurities into p-type.

【0009】さらに、本発明の請求項2に記載する窒化
ガリウム系化合物半導体をp型化する方法は、バッファ
ー層をGaN層とする。
Further, in the method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor to a p-type according to the second aspect of the present invention, the buffer layer is a GaN layer.

【0010】さらにまた、本発明の請求項3に記載する
窒化ガリウム系化合物半導体をp型化する方法は、基板
に、バッファー層と、n型窒化ガリウム系化合物半導体
層と、p型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層
とを成長させたウエハーを、アニーリングして、p型不
純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体をp型化する。
Further, according to a third aspect of the present invention, in the method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor to a p-type, the substrate includes a buffer layer, an n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, and a p-type impurity. The wafer on which the gallium nitride-based compound semiconductor layer is grown is annealed to convert the gallium nitride-based compound semiconductor containing p-type impurities into p-type.

【0011】アニーリング(Annealing:焼きなまし、
熱処理)は、p型不純物をドープした窒化ガリウム系化
合物半導体層を成長した後、反応容器内で行ってもよい
し、ウエハーを反応容器から取り出してアニーリング専
用の装置で行ってもよい。アニーリング雰囲気は真空
中、N2、He、Ne、Ar等の不活性ガス、またはこ
れらの混合ガス雰囲気中で行い、好ましくは、アニーリ
ング温度における窒化ガリウム系化合物半導体の分解圧
以上で加圧した窒素雰囲気中で行う。なぜなら、窒素雰
囲気として加圧することにより、アニーリング中に、窒
化ガリウム系化合物半導体中のNが分解して出て行くの
を防止する作用があるからである。
Annealing (Annealing: annealing,
The heat treatment) may be performed in a reaction vessel after growing a gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with a p-type impurity, or may be performed using an apparatus dedicated to annealing after removing the wafer from the reaction vessel. The annealing atmosphere is performed in a vacuum, in an atmosphere of an inert gas such as N 2 , He, Ne, or Ar, or in a mixed gas atmosphere thereof. Preferably, nitrogen is pressurized at a temperature higher than the decomposition pressure of the gallium nitride-based compound semiconductor at the annealing temperature. Perform in an atmosphere. This is because pressurization in a nitrogen atmosphere has an effect of preventing N in the gallium nitride-based compound semiconductor from decomposing and coming out during annealing.

【0012】例えばGaNの場合、GaNの分解圧は8
00℃で約0.01気圧、1000℃で約1気圧、11
00℃で約10気圧程である。このため、窒化ガリウム
系化合物半導体を400℃以上でアニーリングする際、
多かれ少なかれ窒化ガリウム系化合物半導体の分解が発
生し、その結晶性が悪くなる傾向にある。従って前記の
ように窒素で加圧することにより分解を防止できる。
For example, in the case of GaN, the decomposition pressure of GaN is 8
About 0.01 atm at 00 ° C, about 1 atm at 1000 ° C, 11
It is about 10 atmospheres at 00 ° C. Therefore, when annealing a gallium nitride-based compound semiconductor at 400 ° C. or higher,
More or less decomposition of the gallium nitride-based compound semiconductor occurs, and its crystallinity tends to deteriorate. Accordingly, decomposition can be prevented by pressurizing with nitrogen as described above.

【0013】アニーリング温度は、たとえば、400℃
以上、好ましくは700℃以上で、1分以上保持、好ま
しくは10分以上保持して行う。1000℃以上で行っ
ても、前記したように窒素で加圧することにより分解を
防止することができ、後に述べるように、安定して、結
晶性の優れたp型窒化ガリウム系化合物半導体が得られ
る。
The annealing temperature is, for example, 400 ° C.
The above is carried out at preferably 700 ° C. or more, for 1 minute or more, preferably for 10 minutes or more. Even at a temperature of 1000 ° C. or higher, decomposition can be prevented by pressurizing with nitrogen as described above, and as described later, a stable p-type gallium nitride-based compound semiconductor having excellent crystallinity can be obtained. .

【0014】また、アニーリング中の、窒化ガリウム系
化合物半導体の分解を抑える手段として、p型不純物を
ドープした窒化ガリウム系化合物半導体層の上にさらに
キャップ層を形成させたのち、アニーリングを行っても
よい。キャップ層とは、すなわち保護膜であって、それ
をp型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体
の上に形成した後、400℃以上でアニーリングするこ
とによって、加圧下はいうまでもなく、減圧、常圧中に
おいても、窒化ガリウム系化合物半導体を分解させるこ
となく低抵抗なp型とすることができる。
As a means for suppressing the decomposition of the gallium nitride-based compound semiconductor during the annealing, a cap layer may be further formed on the gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with a p-type impurity, followed by annealing. Good. The cap layer is a protective film, which is formed on a gallium nitride-based compound semiconductor doped with a p-type impurity, and then annealed at 400 ° C. or more to reduce the pressure, not to mention the pressure. Even under normal pressure, the gallium nitride-based compound semiconductor can be made into a low-resistance p-type without decomposing.

【0015】キャップ層を形成するには、p型不純物を
ドープした窒化ガリウム系化合物半導体層を形成した
後、続いて反応容器内で形成してもよいし、また、ウエ
ハーを反応容器から取り出し、他の結晶成長装置、例え
ばプラズマCVD装置等で形成してもよい。キャップ層
の材料としては、窒化ガリウム系化合物半導体の上に形
成できる材料で、400℃以上で安定な材料であればど
のようなものでもよく、好ましくはGaxAl1-XN(但
し0≦X≦1)、Si34、SiO2を挙げることがで
き、アニーリング温度により材料の種類を適宜選択す
る。また、キャップ層の膜厚は通常0.01〜5μmの
厚さで形成する。0.01μmより薄いと保護膜として
の効果が十分に得られず、また5μmよりも厚いと、ア
ニーリング後、キャップ層をエッチングにより取り除
き、p型窒化ガリウム系化合物半導体層を露出させるの
に手間がかかるため、経済的ではない。
In order to form a cap layer, a gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with a p-type impurity may be formed and then formed in a reaction vessel, or a wafer may be taken out of the reaction vessel. It may be formed by another crystal growth apparatus such as a plasma CVD apparatus. As the material of the cap layer, any material can be used as long as it is a material that can be formed on a gallium nitride-based compound semiconductor and is stable at 400 ° C. or higher, and preferably Ga x Al 1 -XN (where 0 ≦ X ≦ 1), Si 3 N 4 , and SiO 2, and the type of material is appropriately selected depending on the annealing temperature. The cap layer is usually formed with a thickness of 0.01 to 5 μm. When the thickness is less than 0.01 μm, the effect as a protective film cannot be sufficiently obtained. When the thickness is more than 5 μm, it takes time to remove the cap layer by etching after annealing and expose the p-type gallium nitride-based compound semiconductor layer. This is not economical.

【0016】[0016]

【作用】図1は、p型不純物をドープした窒化ガリウム
系化合物半導体層がアニーリングによって低抵抗なp型
に変わることを示す図である。ただし、この図は、MO
CVD法を用いて、サファイア基板上にまずGaNバッ
ファ層を形成し、その上にp型不純物としてMgをドー
プしながらGaN層を4μmの膜厚で形成した後、ウエ
ハーを取り出し、温度を変化させて窒素雰囲気中でアニ
ーリングを10分間行った後、ウエハーのホール測定を
行い、抵抗率をアニーリング温度の関数としてプロット
した図である。
FIG. 1 is a diagram showing that a gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with a p-type impurity changes to a low-resistance p-type by annealing. However, this figure shows the MO
First, a GaN buffer layer is formed on a sapphire substrate using a CVD method, and a GaN layer is formed to a thickness of 4 μm while doping Mg as a p-type impurity thereon. Then, the wafer is taken out and the temperature is changed. FIG. 3 is a diagram in which holes are measured on a wafer after annealing is performed for 10 minutes in a nitrogen atmosphere, and resistivity is plotted as a function of annealing temperature.

【0017】この図からわかるように、アニーリング時
間を10分に設定すると、400℃を越えるあたりから
急激にMgをドープしたGaN層の抵抗率が減少し、7
00℃以上からはほぼ一定の低抵抗なP型特性を示し、
アニーリングの効果が現れている。なお、アニーリング
しないGaN層と700℃以上でアニーリングしたGa
N層のホール測定結果は、アニーリング前のGaN層は
抵抗率2×105Ω・cm、ホールキャリア濃度8×1
10/cm3であったのに対し、アニーリング後のGa
N層は抵抗率2Ω・cm、ホールキャリア濃度2×10
17/cm3であった。
As can be seen from this figure, when the annealing time is set to 10 minutes, the resistivity of the Mg-doped GaN layer rapidly decreases from around 400 ° C.
It shows almost constant low-resistance P-type characteristics from 00 ° C.
The effect of annealing appears. The GaN layer not annealed and the Ga annealed at 700 ° C. or more
The hole measurement results of the N layer show that the GaN layer before annealing has a resistivity of 2 × 10 5 Ω · cm and a hole carrier concentration of 8 × 1.
0 10 / cm 3 , whereas Ga after annealing
The N layer has a resistivity of 2Ω · cm and a hole carrier concentration of 2 × 10
17 / cm 3 .

【0018】さらに、700℃でアニーリングした上記
4μmのGaN層をエッチングして2μmの厚さにし、
ホール測定を行った結果、ホールキャリア濃度2×10
17/cm3、抵抗率3Ω・cmであり、エッチング前と
ほぼ同一の値であった。すなわちP型不純物をドープし
たGaN層がアニーリングによって、深さ方向均一に全
領域にわたって低抵抗なp型となっていた。
Further, the 4 μm GaN layer annealed at 700 ° C. is etched to a thickness of 2 μm,
As a result of the hole measurement, a hole carrier concentration of 2 × 10
17 / cm 3 and resistivity 3 Ω · cm, which were almost the same values as before etching. That is, the GaN layer doped with the P-type impurity becomes low-resistance p-type uniformly in the depth direction over the entire region by annealing.

【0019】また、図2は、同じくMOCVD法を用い
て、サファイア基板上にGaNバッファ層とMgをドー
プした4μmのGaN層を形成したウエハーを用い、1
000℃で窒素雰囲気中20分間のアニーリングを行
い、20気圧の加圧下で行ったウエハー(a)と、大気
圧で行ったウエハー(b)のp型GaN層にそれぞれH
e−Cdレーザーを励起光源として照射し、そのフォト
ルミネッセンス強度で結晶性を比較して示す図であり、
そのフォトルミネッセンスの450nmにおける青色発
光強度が強いほど、結晶性が優れていると評価すること
ができる。
FIG. 2 shows a wafer obtained by forming a GaN buffer layer and a Mg-doped GaN layer of 4 μm on a sapphire substrate by MOCVD.
Annealing was performed for 20 minutes in a nitrogen atmosphere at 000 ° C., and the p-type GaN layers of the wafer (a) performed under a pressure of 20 atm and the wafer (b) performed at an atmospheric pressure were respectively subjected to H annealing.
FIG. 3 is a diagram illustrating irradiation with an e-Cd laser as an excitation light source, and comparison of crystallinity with photoluminescence intensity thereof.
The higher the blue luminescence intensity of the photoluminescence at 450 nm, the better the crystallinity can be evaluated.

【0020】図2に示すように、1000℃以上の高温
でアニーリングを行った場合、GaN層が熱分解するこ
とにより、その結晶性が悪くなる傾向にあるが、加圧す
ることにより熱分解を防止でき、優れた結晶性のp型G
aN層が得られる。
As shown in FIG. 2, when annealing is performed at a high temperature of 1000 ° C. or higher, the crystallinity of the GaN layer tends to be degraded due to the thermal decomposition. P-type G with excellent crystallinity
An aN layer is obtained.

【0021】また、図3は、同じくサファイア基板上に
GaNバッファ層とMgをドープした4μmのGaN層
を形成したウエハー(c)と、さらにその上にキャップ
層としてAlN層を0.5μmの膜厚で成長させたウエ
ハー(d)とを、今度は大気圧中において、1000
℃、窒素雰囲気で20分間のアニーリングを行った後、
エッチングによりキャップ層を取り除いて露出させたp
型GaN層の結晶性を、同じくフォトルミネッセンス強
度で比較して示す図である。
FIG. 3 shows a wafer (c) in which a GaN buffer layer and a 4 μm Mg-doped GaN layer are formed on a sapphire substrate, and a 0.5 μm AlN layer as a cap layer thereon. The wafer (d) grown at a thick thickness is then subjected to a pressure of 1000
After annealing for 20 minutes in a nitrogen atmosphere at ℃
P exposed by removing the cap layer by etching
FIG. 4 is a diagram showing the crystallinity of a GaN layer in comparison with the photoluminescence intensity.

【0022】図3に示すように、キャップ層を成長させ
ずにアニーリングを行ったp型GaN層(c)は高温で
のアニーリングになるとp型GaN層の分解が進むた
め、450nmでの発光強度は弱くなってしまう。しか
し、キャップ層(この場合AlN)を成長させることに
より、キャップ層のAlNは分解するがp型GaN層は
分解しないため、発光強度は依然強いままである。
As shown in FIG. 3, the p-type GaN layer (c) annealed without growing the cap layer is decomposed when the annealing is performed at a high temperature. Becomes weaker. However, by growing the cap layer (in this case, AlN), the AlN of the cap layer is decomposed but the p-type GaN layer is not decomposed, so that the emission intensity is still strong.

【0023】アニーリングにより低抵抗なp型窒化ガリ
ウム系化合物半導体が得られる理由は以下のとおりであ
ると推察される。
The reason why a low-resistance p-type gallium nitride-based compound semiconductor can be obtained by annealing is presumed to be as follows.

【0024】すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体層
の成長において、N源として、一般にNH3が用いられ
ており、成長中にこのNH3が分解して原子状水素がで
きると考えられる。この原子状水素がアクセプター不純
物としてドープされたMg、Zn等と結合することによ
り、Mg、Zn等のp型不純物がアクセプターとして働
くのを妨げていると考えられる。このため、反応後のp
型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体は高
抵抗を示す。
That is, in growing a gallium nitride based compound semiconductor layer, NH 3 is generally used as an N source, and it is considered that this NH 3 is decomposed during growth to form atomic hydrogen. It is considered that this atomic hydrogen combines with Mg, Zn, or the like doped as an acceptor impurity to prevent p-type impurities, such as Mg or Zn, from functioning as an acceptor. For this reason, p
A gallium nitride-based compound semiconductor doped with a type impurity exhibits high resistance.

【0025】ところが、成長後アニーリングを行うこと
により、Mg−H、Zn−H等の形で結合している水素
が熱的に解離されて、p型不純物をドープした窒化ガリ
ウム系化合物半導体層から出て行き、正常にp型不純物
がアクセプターとして働くようになるため、低抵抗なp
型窒化ガリウム系化合物半導体が得られるのである。従
って、アニーリング雰囲気中にNH3、H2等の水素原子
を含むガスを使用することは好ましくない。また、キャ
ップ層においても、水素原子を含む材料を使用すること
は以上の理由で好ましくない。なお、本発明において、
p型不純物の含まれる窒化ガリウム系化合物半導体から
除去される水素とは、必ずしも水素が全て除去されるの
ではなく、一部の水素が除去されることも、本発明の範
囲内であることは言うまでもない。
However, by performing annealing after the growth, hydrogen bonded in the form of Mg—H, Zn—H or the like is thermally dissociated, and the gallium nitride-based compound semiconductor layer doped with p-type impurities is removed. Since the p-type impurity comes out and functions normally as an acceptor, a low-resistance p-type impurity
A gallium nitride-based compound semiconductor can be obtained. Therefore, it is not preferable to use a gas containing a hydrogen atom such as NH 3 or H 2 in the annealing atmosphere. It is not preferable to use a material containing a hydrogen atom also in the cap layer for the above-described reason. In the present invention,
The hydrogen removed from the gallium nitride-based compound semiconductor containing the p-type impurity does not necessarily mean that all of the hydrogen is removed, and that some of the hydrogen is removed is within the scope of the present invention. Needless to say.

【0026】さらに、本発明の窒化ガリウム系化合物半
導体をp型化する方法は、基板に、バッファー層を介し
て、p型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層を
成長させる。バッファー層によって、p型不純物を含む
窒化ガリウム系化合物半導体層の結晶性は極めて良くな
っている。結晶性の優れたp型不純物を含む窒化ガリウ
ム系化合物半導体層をアニーリングすると、Mg−H、
Zn−H等の形で結合しているp型不純物から水素が解
離して除去される。この状態になると、p型不純物は、
結晶性の良い窒化ガリウム系化合物半導体層において、
正常にアクセプターとして働くようになり、より低抵抗
なp型窒化ガリウム系化合物半導体となる。
Further, in the method of converting a gallium nitride compound semiconductor into a p-type according to the present invention, a gallium nitride compound semiconductor layer containing a p-type impurity is grown on a substrate via a buffer layer. Due to the buffer layer, the crystallinity of the gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity is extremely improved. When a gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity having excellent crystallinity is annealed, Mg-H,
Hydrogen is dissociated and removed from the p-type impurity bonded in the form of Zn-H or the like. In this state, the p-type impurity becomes
In a gallium nitride based compound semiconductor layer with good crystallinity,
It normally works as an acceptor, and becomes a p-type gallium nitride-based compound semiconductor having lower resistance.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下実施例で本発明を詳述する。 [実施例1]まず良く洗浄したサファイア基板を反応容
器内のサセプターに設置する。容器内を真空排気した
後、水素ガスを流しながら基板を1050℃で、20分
間加熱し、表面の酸化物を除去する。その後、温度を5
10℃にまで冷却し、510℃においてGa源としてT
MGガスを27×10-6モル/分、N源としてアンモニ
アガスを4.0リットル/分、キャリアガスとして水素
ガスを2.0リットル/分で流しながら、GaNバッフ
ァ層を200オングストロームの膜厚で成長させる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments. [Example 1] First, a well-cleaned sapphire substrate is placed on a susceptor in a reaction vessel. After evacuating the container, the substrate is heated at 1050 ° C. for 20 minutes while flowing hydrogen gas to remove oxides on the surface. Then, the temperature is set to 5
After cooling to 10 ° C., at 510 ° C.
The GaN buffer layer was formed to a thickness of 200 Å while flowing the MG gas at 27 × 10 −6 mol / min, the ammonia gas at 4.0 L / min as the N source, and the hydrogen gas at 2.0 L / min as the carrier gas. Grow with.

【0028】次にTMGガスのみを止めて温度を103
0℃まで上昇させた後、再びTMGガスを54×10-6
モル/分、新たにCp2Mg(シクロペンタジエニルマ
グネシウム)ガスを3.6×10-6モル/分で流しなが
ら60分間成長させて、MgをドープしたGaN層を4
μmの膜厚で成長させる。
Next, only the TMG gas was stopped and the temperature was increased to 103.
After the temperature was raised to 0 ° C., TMG gas was again supplied to 54 × 10 −6.
Mol / min, a new Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) gas was flowed at 3.6 × 10 −6 mol / min for 60 minutes to grow the Mg-doped GaN layer into 4 g / m 2.
It is grown to a thickness of μm.

【0029】冷却後、以上を成長させたウエハーを反応
容器から取り出し、アニーリング装置に入れ、常圧、窒
素雰囲気中で800℃で20分間保持してアニーリング
を行った。
After cooling, the wafer grown above was taken out of the reaction vessel, placed in an annealing apparatus, and annealed at 800 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere at normal pressure.

【0030】アニーリングして得られたp型GaN層の
ホール測定を行った結果、抵抗率2Ω・cm、ホールキ
ャリア濃度2×1017/cm3と優れたp型特性を示し
た。
As a result of hole measurement of the p-type GaN layer obtained by annealing, excellent p-type characteristics such as a resistivity of 2 Ω · cm and a hole carrier concentration of 2 × 10 17 / cm 3 were exhibited.

【0031】[実施例2]実施例1において、Mgドー
プGaN層を成長させた後、Cp2Mgガスを止め、続
いてキャップ層としてGaN層を0.5μmの膜厚で成
長させる。
Example 2 In Example 1, after growing the Mg-doped GaN layer, the Cp 2 Mg gas was stopped, and then the GaN layer was grown to a thickness of 0.5 μm as a cap layer.

【0032】実施例1と同様にアニーリング装置におい
て、常圧下、窒素とアルゴンの混合ガス雰囲気中、80
0℃で20分間アニーリングを行う。その後、ドライエ
ッチングにより、表面から0.5μmの層を取り除き、
キャップ層を除去してp型GaN層を露出させ、同様に
ホール測定を行った結果、抵抗率2Ω・cm、キャリア
濃度1.5×1017/cm3と優れたp型特性を示し
た。なおフォトルミネッセンスの450nmの青色発光
強度は、実施例1と比較して約4倍強かった。
In the same manner as in Example 1, the annealing apparatus was used under a normal pressure under a mixed gas atmosphere of nitrogen and argon.
Anneal at 0 ° C. for 20 minutes. Thereafter, the layer of 0.5 μm was removed from the surface by dry etching,
The cap layer was removed to expose the p-type GaN layer, and a hole measurement was performed in the same manner. As a result, excellent p-type characteristics such as a resistivity of 2 Ω · cm and a carrier concentration of 1.5 × 10 17 / cm 3 were exhibited. Note that the photoluminescence blue light emission intensity at 450 nm was about four times stronger than that of Example 1.

【0033】[実施例3]実施例1において、Mgドー
プGaN層を成長させた後、ウエハーを反応容器から取
り出し、アニーリング装置において、20気圧、窒素雰
囲気中、800℃で20分間アニーリングを行う。ホー
ル測定を行った結果、抵抗率2Ω・cm、キャリア濃度
2.0×1017/cm3と優れたp型特性を示し、フォ
トルミネッセンスの450nmの発光強度は、実施例1
に比較して約4倍強かった。
Example 3 In Example 1, after the Mg-doped GaN layer was grown, the wafer was taken out of the reaction vessel, and annealed in a nitrogen atmosphere at 20 ° C. and 800 ° C. for 20 minutes. As a result of the Hall measurement, excellent p-type characteristics such as a resistivity of 2 Ω · cm and a carrier concentration of 2.0 × 10 17 / cm 3 were obtained, and the emission intensity of photoluminescence at 450 nm was measured in Example 1.
Was about four times stronger than

【0034】[実施例4]実施例1において、Mgドー
プGaN層を成長させた後、ウエハーを反応容器から取
り出し、プラズマCVD装置を用い、その上にキャップ
層としてSiO2層を0.5μmの膜厚で形成する。
Example 4 In Example 1, after the Mg-doped GaN layer was grown, the wafer was taken out of the reaction vessel, and a plasma CVD apparatus was used. A 0.5 μm SiO 2 layer was formed thereon as a cap layer. It is formed with a film thickness.

【0035】アニーリング装置において、窒素雰囲気、
大気圧中、1000℃で20分間アニーリングを行う。
その後、フッ酸でSiO2キャップ層を取り除き、p型
GaN層を露出させ、同様にホール測定を行った結果、
抵抗率2Ω・cm、キャリア濃度2.0×10I7/cm
3と優れたp型特性を示した。またフォトルミネッセン
スの450nmの発光強度は、キャップ層を形成せず同
一条件でアニーリングを行ったものと比較して、約20
倍も強かった。
In an annealing apparatus, a nitrogen atmosphere,
Anneal at atmospheric pressure at 1000 ° C. for 20 minutes.
Thereafter, the SiO 2 cap layer was removed with hydrofluoric acid, and the p-type GaN layer was exposed.
Resistivity 2Ω · cm, carrier concentration 2.0 × 10 I7 / cm
It showed excellent p-type characteristics of 3 . The emission intensity of photoluminescence at 450 nm is about 20 times lower than that obtained by annealing under the same conditions without forming a cap layer.
It was twice as strong.

【0036】[実施例5]実施例1において、Mgドー
プGaN層を成長させた後、引き続き、Cp2Mgガス
を止め、新たにTMAガスを6×10-6モル/分とSi
4(モノシラン)ガスを2.2×10-10モル/分を2
0分間流して、Siがドープされたn型Ga0.9Al0.1
N層を0.8μmの厚さで成長させる。
Example 5 In Example 1, after growing the Mg-doped GaN layer, the Cp 2 Mg gas was stopped and TMA gas was newly added at 6 × 10 −6 mol / min and Si was added.
2.2 × 10 −10 mol / min of H 4 (monosilane) gas
Flow for 0 minutes, n-type Ga 0.9 Al 0.1 doped with Si
An N layer is grown to a thickness of 0.8 μm.

【0037】TMGガス、TMAガス、SiH4ガスを
止め、水素ガスとアンモニアガスを流しながら、室温ま
で冷却した後、ウエハーを取りだして、アニーリング装
置に入れ、窒素雰囲気中で700℃で20分間保持して
アニーリングを行う。
After stopping TMG gas, TMA gas and SiH 4 gas and cooling to room temperature while flowing hydrogen gas and ammonia gas, the wafer is taken out, put into an annealing apparatus, and held at 700 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere. And perform annealing.

【0038】このようにしてサファイア基板上にp型G
aN層とn型Ga0.9Al0.1N層が順に積層されたシン
グルヘテロ構造の素子ができた。この素子の窒化ガリウ
ム系化合物半導体層を、常法に従いn型Ga0.9Al0.1
N層の一部をエッチングしてp型GaN層の一部を露出
させ、それぞれの層にオーミック電極をつけた後、ダイ
シングソーでチップ状にカットした。露出したn型層お
よびp型層から電極を取りだし、その後モールドして青
色発光ダイオードを作製した。この発光ダイオードの特
性は順方向電流20mA、順方向電圧5Vで発光出力9
0μWの青色発光を示し、ピーク波長は430nmであ
った。この発光出力は青色発光ダイオードの出力として
は過去に報告されたことがない高い値である。
In this manner, the p-type G
An element having a single hetero structure in which an aN layer and an n-type Ga 0.9 Al 0.1 N layer were sequentially stacked was obtained. The gallium nitride-based compound semiconductor layer of this device was formed by n-type Ga 0.9 Al 0.1
A part of the N layer was etched to expose a part of the p-type GaN layer, an ohmic electrode was attached to each layer, and then cut into chips using a dicing saw. Electrodes were removed from the exposed n-type layer and p-type layer, and then molded to produce a blue light emitting diode. The characteristics of this light emitting diode are as follows.
It emitted blue light of 0 μW and had a peak wavelength of 430 nm. This light emission output is a high value which has not been reported in the past as the output of the blue light emitting diode.

【0039】一方、アニーリングをせず、同様のシング
ルヘテロ構造を有する発光ダイオードを製作したとこ
ろ、この発光ダイオードは順方向電流20mAにおい
て、順方向電圧は60V近くもあり、しかも発光は微か
には黄色っぽく光るのみで、すぐに壊れてしまい発光出
力は測定不能であった。
On the other hand, when a light emitting diode having the same single heterostructure was manufactured without annealing, the light emitting diode had a forward voltage of about 60 V at a forward current of 20 mA, and the light emission was slightly yellow. It only glowed in color and was immediately broken, and the luminescence output could not be measured.

【0040】[実施例6]実施例1と同様にしてサファ
イア基板の上にGaNバッファ層を200オングストロ
ームの膜厚で形成する。
Embodiment 6 A GaN buffer layer having a thickness of 200 Å is formed on a sapphire substrate in the same manner as in Embodiment 1.

【0041】次にTMGガスのみを止め、温度を103
0℃にまで上昇させた後、再びTMGガスを54×10
-6モル/分と、新たにSiH4(モノシラン)ガスを
2.2×10-10モル/分で流しながら60分間成長さ
せて、Siがドープされたn型GaN層を4μmの膜厚
で成長する。
Next, only the TMG gas was stopped, and the temperature was changed to 103.
After the temperature was raised to 0 ° C., TMG gas was
-6 mol / min and a new SiH 4 (monosilane) gas flowing at 2.2 × 10 −10 mol / min for 60 minutes to grow the Si-doped n-type GaN layer to a thickness of 4 μm. grow up.

【0042】続いてSiH4ガスを止め、Cp2Mgガス
を3.6×10-6モル/分で流しながら30分間成長さ
せて、MgドープGaN層を2.0μmの厚さで成長さ
せる。
Subsequently, the SiH 4 gas is stopped, and the Cp 2 Mg gas is grown at a flow rate of 3.6 × 10 −6 mol / min for 30 minutes to grow the Mg-doped GaN layer to a thickness of 2.0 μm.

【0043】TMGガス、Cp2Mgガスを止め、水素
ガスとアンモニアガスを流しながら、室温まで冷却した
後、反応容器内に流れるガスを窒素ガスに置換し、窒素
ガスを流しながら反応容器内の温度を1000℃まで上
昇させ、反応容器内で20分間保持してアニーリングを
行う。
After stopping the TMG gas and the Cp 2 Mg gas and cooling to room temperature while flowing hydrogen gas and ammonia gas, the gas flowing in the reaction vessel is replaced with nitrogen gas, and the gas in the reaction vessel is cooled while flowing nitrogen gas. The temperature is raised to 1000 ° C. and held in the reaction vessel for 20 minutes for annealing.

【0044】このようにして得られた素子を発光ダイオ
ードにして発光させたところ430nm付近に発光ピー
クを持つ青色発光を示し、発光出力は20mAで50μ
Wであり、順方向電圧は同じく20mAで4Vであっ
た。またアニーリングを行わず同様の構造の素子を作製
し発光ダイオードとしたところ、20mAにおいてわず
かに黄色に発光し、すぐにダイオードが壊れてしまっ
た。
When the device thus obtained was used as a light emitting diode and emitted light, the device exhibited blue light emission having an emission peak near 430 nm and an emission output of 50 μm at 20 mA.
W, and the forward voltage was also 4 V at 20 mA. In addition, when a device having the same structure was produced without annealing and used as a light emitting diode, the light emitting device emitted a slightly yellow light at 20 mA, and the diode was immediately broken.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体を
p型化する方法は、下記の極めて優れた特長を実現す
る。 これまで、p型不純物をドープしても、低抵抗なp
型層にするのが極めて難しかった窒化ガリウム系化合物
半導体を、アニーリングして低抵抗なp型窒化ガリウム
系化合物半導体にできる。とくに、本発明の窒化ガリウ
ム系化合物半導体をp型化する方法は、p型不純物を含
む窒化ガリウム系化合物半導体を、アニーリングすると
いう極めて簡単な方法でp型化しているので、極めて低
コストに、窒化ガリウム系化合物半導体をp型化して、
発光素子等を多量生産できる特長がある。電子線照射
で、p型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体をp
型化する従来の方法は、電子ビームを加速して、p型不
純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に衝突
させる。電子ビームでp型化される半導体層は、スポッ
トに集束された電子ビームでp型化される。スポットに
p型化される半導体層は、広い面積の窒化ガリウム系化
合物半導体層の全体をp型化するために、電子ビームを
走査する必要がある。このため、窒化ガリウム系化合物
半導体層を広い面積でp型化するのに時間がかかり、能
率よく多量の窒化ガリウム系化合物半導体層をp型化で
きない。さらに、電子ビームで窒化ガリウム系化合物半
導体層をp型化する方法は、p型不純物を含む窒化ガリ
ウム系化合物半導体を真空中に配設して、電子ビームを
照射する必要がある。このため、従来の窒化ガリウム系
化合物半導体をp型化する方法は、p型化するために、
気密に密閉できる容器に入れて真空にする必要があり、
また、電子ビームで、局部的に極めて限られた狭い領域
をp型化することから、p型不純物を含む窒化ガリウム
系化合物半導体層を能率よく、さらに、p型不純物を含
む窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させた複数枚の
ウエハーを積層して、一緒にp型化することができな
い。ところが、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体を
p型化する方法は、p型不純物を含む窒化ガリウム系化
合物半導体層をアニーリングしてp型化しているので、
p型不純物を含む窒化ガリウム系化合物半導体を成長さ
せた複数枚のウエハーを、簡単かつ容易に、しかも極め
て安価に能率よくp型化して、底抵抗な窒化ガリウム系
化合物半導体層にできる、正に理想的な特長を実現す
る。
The method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor into a p-type semiconductor according to the present invention realizes the following excellent features. Until now, even if a p-type impurity is doped, a low resistance p
A gallium nitride-based compound semiconductor that has been extremely difficult to form as a mold layer can be annealed to form a low-resistance p-type gallium nitride-based compound semiconductor. In particular, the method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor to a p-type according to the present invention uses a gallium nitride-based compound semiconductor containing a p-type impurity as a p-type by a very simple method of annealing. Gallium nitride based compound semiconductor
It has the feature that mass production of light emitting devices and the like is possible. Gallium nitride based compound semiconductor containing p-type impurities
In a conventional method of forming a pattern, an electron beam is accelerated and made to collide with a surface of a gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity. The semiconductor layer which is made p-type by the electron beam is made p-type by the electron beam focused on the spot. The semiconductor layer to be converted into a p-type spot needs to be scanned with an electron beam in order to make the entire gallium nitride-based compound semiconductor layer having a large area p-type. Therefore, it takes time to make the gallium nitride-based compound semiconductor layer into a p-type in a wide area, and it is not possible to efficiently make a large number of gallium nitride-based compound semiconductor layers into a p-type. Further, in the method of converting a gallium nitride-based compound semiconductor layer into a p-type with an electron beam, it is necessary to dispose a gallium nitride-based compound semiconductor containing a p-type impurity in a vacuum and irradiate the electron beam. Therefore, the conventional method of converting a gallium nitride-based compound semiconductor into a p-type semiconductor requires
It is necessary to put in a container that can be tightly closed and create a vacuum,
Further, since an electron beam locally converts a very limited narrow region into p-type, the gallium nitride-based compound semiconductor layer containing p-type impurities can be efficiently formed, and further, a gallium nitride-based compound semiconductor containing p-type impurities can be formed. Multiple wafers with grown layers cannot be stacked and p-typed together. However, in the method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor into a p-type according to the present invention, the gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity is annealed to be p-type.
A plurality of wafers on which gallium nitride-based compound semiconductors containing p-type impurities have been grown can be converted into p-types easily, easily, extremely inexpensively and efficiently to form a bottom-resistant gallium nitride-based compound semiconductor layer. Realize ideal features.

【0046】 さらに、本発明の窒化ガリウム系化合
物半導体をp型化する方法は、窒化ガリウム系化合物半
導体を理想的な状態でp型化して、極めて低抵抗な状態
にできる特徴がある。それは、本発明の方法が、基板に
バッファー層を介してp型不純物を含む窒化ガリウム系
化合物半導体層を成長させてアニーリングするからであ
る。バッファー層を介して、基板に成長される窒化ガリ
ウム系化合物半導体層は、バッファー層によって優れた
結晶性の半導体層となる。優れた結晶構造の窒化ガリウ
ム系化合物半導体層に含まれるp型不純物は、水素と結
合してp型化を阻害している。ところが、p型不純物に
結合している水素が、アニーリングにより解離して除去
されると、p型不純物は正常にアクセプターとして働く
ようになり、結晶性の良い窒化ガリウム系化合物半導体
層を低抵抗なp型層とする。つまり、バッファー層で結
晶性の改善された窒化ガリウム系化合物半導体層が、ア
ニーリングされることにより、この窒化ガリウム系化合
物半導体層は、より低抵抗なp型窒化ガリウム系化合物
半導体層となる。
Furthermore, the method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor into a p-type semiconductor according to the present invention is characterized in that the gallium nitride-based compound semiconductor can be converted into a p-type in an ideal state to have an extremely low resistance state. This is because the method of the present invention grows and anneals a gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity on a substrate via a buffer layer. The gallium nitride-based compound semiconductor layer grown on the substrate via the buffer layer becomes an excellent crystalline semiconductor layer due to the buffer layer. The p-type impurity contained in the gallium nitride-based compound semiconductor layer having an excellent crystal structure is bonded to hydrogen and hinders the formation of the p-type. However, when the hydrogen bonded to the p-type impurity is dissociated and removed by annealing, the p-type impurity normally functions as an acceptor, and the gallium nitride-based compound semiconductor layer having good crystallinity has a low resistance. This is a p-type layer. That is, by annealing the gallium nitride-based compound semiconductor layer having improved crystallinity in the buffer layer, the gallium nitride-based compound semiconductor layer becomes a lower resistance p-type gallium nitride-based compound semiconductor layer.

【0047】 また、本発明の窒化ガリウム系化合物
半導体をp型化する方法は、p型不純物を含む窒化ガリ
ウム系化合物半導体層の全面を均一にp型化できる特長
がある。それは、p型不純物を含む窒化ガリウム系化合
物半導体層をアニーリングしてp型化しているので、ア
ニーリングするときに、窒化ガリウム系化合物半導体層
の全体が均一に加熱してp型化されるからである。電子
ビームを照射してp型不純物を含む窒化ガリウム系化合
物半導体をp型化している従来の窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子は、局部的にしかp型化できない電子ビ
ームを走査して、全面をp型化するので、全面を均一に
p型化するのが極めて難しい。とくに、p型化する能率
を高くするために、線状に走査する電子ビームの間隔を
広くすると、走査線の境界で確実にp型化できなくなる
弊害が発生する。反対に、線状に走査する電子ビームの
間隔を狭くすると、大きな面積の窒化ガリウム系化合物
半導体層を能率よくp型化できなくなる。本発明の窒化
ガリウム系化合物半導体をp型化する方法は、p型不純
物を含む窒化ガリウム系化合物半導体層を、局部的にp
型化しているのではない。アニーリングしてp型化して
いる窒化ガリウム系化合物半導体層は、全面が加熱され
て、均一にp型化されている。このことは、半導体ウエ
ハーを製作するときに極めて大切なことである。それ
は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、大きな、
ウエハーを製作し、これを小さく切断して窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子のチップを製作するので、窒化
ガリウム系化合物半導体層が均一にp型化されていない
と、製作されたチップの歩留が著しく低下してしまうか
らである。
Further, the method of converting a gallium nitride-based compound semiconductor to a p-type according to the present invention has a feature that the entire surface of a gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity can be uniformly converted to a p-type. This is because the gallium nitride-based compound semiconductor layer containing the p-type impurity is annealed to be p-type, so that the entire gallium nitride-based compound semiconductor layer is uniformly heated to be p-type during annealing. is there. A conventional gallium nitride-based compound semiconductor light-emitting device in which a gallium nitride-based compound semiconductor containing a p-type impurity is converted into a p-type by irradiating an electron beam is scanned with an electron beam that can only be locally converted into a p-type. Since it is p-type, it is extremely difficult to uniformly make the entire surface p-type. In particular, if the interval between electron beams scanned linearly is increased in order to increase the efficiency of p-type conversion, a problem arises in that the p-type cannot be reliably formed at the boundary of the scanning line. Conversely, if the interval between the electron beams scanned linearly is narrowed, the gallium nitride-based compound semiconductor layer having a large area cannot be efficiently made into a p-type. In the method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor into a p-type according to the present invention, the gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity is
It is not typed. The entire surface of the gallium nitride-based compound semiconductor layer that has been annealed to be p-type is uniformly heated to be p-type. This is extremely important when manufacturing a semiconductor wafer. The gallium nitride compound semiconductor light emitting device is large,
Since a wafer is manufactured and cut into small pieces to manufacture a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device chip, if the gallium nitride-based compound semiconductor layer is not uniformly p-type, the yield of the manufactured chip is reduced. This is because it is significantly reduced.

【0048】 p型不純物を含む窒化ガリウム系化合
物半導体層が、深くp型化されて、全体としてより均一
にp型化されて、優れた発光特性を実現する。これに対
して、p型不純物を含む半導体層を、電子ビームでp型
化している従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
は、p型不純物を含む半導体層を最上層とし、しかも、
その極表面しかp型化して低抵抗化されていない。加速
された電子ビームを深く打ち込むことができないからで
ある。本発明の窒化ガリウム系化合物半導体をp型化す
る方法は、p型不純物の含まれる窒化ガリウム系化合物
半導体の全体を、アニーリングにより加熱して、p型化
しているので、p型不純物を含む窒化ガリウム系化合物
半導体層の全体が加熱されてより均一にp型化されて、
極めて高輝度な発光素子を実現できる。
The gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity is deeply p-type and more uniformly p-type as a whole, thereby realizing excellent light emitting characteristics. On the other hand, in a conventional gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer containing a p-type impurity is converted to a p-type with an electron beam, the semiconductor layer containing a p-type impurity is the uppermost layer, and
Only the very surface is p-type and the resistance is reduced. This is because the accelerated electron beam cannot be deeply injected. In the method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor to a p-type according to the present invention, the entire gallium nitride-based compound semiconductor containing a p-type impurity is heated to be p-type by annealing, so that the nitride containing the p-type impurity is nitrided. The entire gallium-based compound semiconductor layer is heated to be more uniformly p-type,
An extremely high-luminance light emitting element can be realized.

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

【図1】 本発明の一実施例に係るアニーリング温度
と、抵抗率の関係を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between an annealing temperature and a resistivity according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施例に係るp型GaN層の結晶
性をフォトルミネッセンス強度で比較して示す図。
FIG. 2 is a diagram showing the crystallinity of a p-type GaN layer according to one embodiment of the present invention in comparison with photoluminescence intensity.

【図3】 本発明の一実施例に係るp型GaN層の結晶
性をフォトルミネッセンス強度で比較して示す図。
FIG. 3 is a diagram showing the crystallinity of a p-type GaN layer according to one embodiment of the present invention in comparison with photoluminescence intensity.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 気相成長法で、基板の表面に、バッファ
ー層を成長させる工程と、このバッファー層が成長され
たウエハーに、p型不純物を含む窒化ガリウム系化合物
半導体層を成長させる工程と、バッファー層と窒化ガリ
ウム系化合物半導体層の成長されたウエハーを、アニー
リングしてp型不純物の含まれる窒化ガリウム系化合物
半導体層をp型化する工程とからなることを特徴とする
窒化ガリウム系化合物半導体をp型化する方法。
1. A step of growing a buffer layer on a surface of a substrate by a vapor phase growth method, and a step of growing a gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity on a wafer on which the buffer layer has been grown. Annealing the wafer on which the buffer layer and the gallium nitride-based compound semiconductor layer have been grown to make the gallium nitride-based compound semiconductor layer containing p-type impurities into a p-type. A method of converting a semiconductor into a p-type.
【請求項2】 バッファー層をGaN層とする請求項1
に記載される窒化ガリウム系化合物半導体をp型化する
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the buffer layer is a GaN layer.
The method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor into a p-type semiconductor according to the above.
【請求項3】 基板に、バッファー層と、n型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層と、p型不純物を含む窒化ガリウ
ム系化合物半導体層とを成長させたウエハーを、アニー
リングすることを特徴とする請求項1に記載される窒化
ガリウム系化合物半導体をp型化する方法。
3. A wafer, on which a buffer layer, an n-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, and a gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a p-type impurity are grown on a substrate. 2. The method for converting a gallium nitride-based compound semiconductor into a p-type semiconductor according to item 1.
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