[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2005045292A - METHOD OF FABRICATING p-TYPE GROUP III NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR, METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR LASER - Google Patents

METHOD OF FABRICATING p-TYPE GROUP III NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR, METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR LASER Download PDF

Info

Publication number
JP2005045292A
JP2005045292A JP2004327175A JP2004327175A JP2005045292A JP 2005045292 A JP2005045292 A JP 2005045292A JP 2004327175 A JP2004327175 A JP 2004327175A JP 2004327175 A JP2004327175 A JP 2004327175A JP 2005045292 A JP2005045292 A JP 2005045292A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
group iii
iii nitride
nitride compound
layers
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.)
Withdrawn
Application number
JP2004327175A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasunori Asazuma
庸紀 朝妻
Katsunori Yanashima
克典 簗嶋
Takao Miyajima
孝夫 宮嶋
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2004327175A priority Critical patent/JP2005045292A/en
Publication of JP2005045292A publication Critical patent/JP2005045292A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a crystal property and electrical conductivity and also uniform the composition ratio and the p-type impurity concentration in a growth surface of a crystal. <P>SOLUTION: First layers 11 of about 1 to 100 nm in thickness formed of AlGaN mixed crystal each and second layers 12 of about 1 to 100 nm in thickness formed of Mg doped p-type GaN each are stacked alternately to stack a plurality of layers. The first layers 11 and the second layers 12 that have aluminum contents and p-type impurity concentrations different from each other are formed in separate processes to enable fabricating a satisfactory p-type group III nitride compound semiconductor that has a property of p-type AlGaN mixed crystal as a whole. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ガリウム(Ga),アルミニウム(Al),ホウ素(B)およびインジウム(In)からなる群のうちの少なくとも1種のIII族元素と、窒素(N)と、マグネシウム(Mg),亜鉛(Zn)および炭素(C)からなる群のうちの少なくとも1種のp型不純物とを含むp型III族ナイトライド化合物半導体の製造方法、発光ダイオードの製造方法および半導体レーザの製造方法に関する。   The present invention relates to at least one group III element in the group consisting of gallium (Ga), aluminum (Al), boron (B) and indium (In), nitrogen (N), magnesium (Mg), zinc The present invention relates to a method for producing a p-type group III nitride compound semiconductor, a method for producing a light emitting diode, and a method for producing a semiconductor laser, including at least one p-type impurity selected from the group consisting of (Zn) and carbon (C).

近年、短波長光源素子,耐環境素子または高周波電子素子などの分野では、これらを構成する材料としてGaN,AlGaN混晶,InGaN混晶またはBAlGaInN混晶などのIII族ナイトライド化合物半導体が有望視されている。特に最近、このIII族ナイトライド化合物半導体を用いた発光ダイオード(LED)が実用化され注目を集めている。また、半導体レーザ(LD)の達成も報告され、光ディスクを初めとした応用が期待されている。   In recent years, group III nitride compound semiconductors such as GaN, AlGaN mixed crystals, InGaN mixed crystals, or BAlGaInN mixed crystals are promising as materials constituting them in fields such as short wavelength light source elements, environmental resistance elements, and high frequency electronic elements. ing. Recently, a light emitting diode (LED) using this group III nitride compound semiconductor has been put into practical use and attracting attention. In addition, achievement of a semiconductor laser (LD) has been reported, and applications such as optical disks are expected.

このような素子の実用化を図る際には、デバイスとして使用し得る程度の高品質なIII族ナイトライド化合物半導体を効率よく作製することが重要である。特に、光デバイスにおいては、光や電子を正孔に閉じ込めかつ効率よく電流を流すために、高品質のp型およびn型のIII族ナイトライド化合物半導体を作製することが望まれる。   When such a device is put to practical use, it is important to efficiently produce a high-quality group III nitride compound semiconductor that can be used as a device. In particular, in an optical device, it is desired to produce high-quality p-type and n-type group III nitride compound semiconductors in order to confine light and electrons in holes and to allow current to flow efficiently.

ちなみに、III族ナイトライド化合物半導体を作製する方法としては、有機金属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;MOCVD)法や分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy;MBE)などがある。例えばMOCVD法では、ゲルマニウム,アルミニウムおよびインジウムなどのIII族元素の原料ガス(有機金属ガス)を窒素の原料ガス(例えばアンモニア(NH3 )ガス)と共に加熱した基板の上に供給して反応させ、III族ナイトライド化合物半導体を基板の上にエピタキシャル成長させる。また、MBE法では、III族元素および窒素の粒子線を基板に照射して、III族ナイトライド化合物半導体を基板の上にエピタキシャル成長させる。 Incidentally, as a method for producing a group III nitride compound semiconductor, there are a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, a molecular beam epitaxy (MBE), and the like. For example, in the MOCVD method, a source gas (organic metal gas) of a group III element such as germanium, aluminum, and indium is supplied onto a heated substrate together with a nitrogen source gas (for example, ammonia (NH 3 ) gas), and reacted. A group III nitride compound semiconductor is epitaxially grown on the substrate. In the MBE method, a group III element and nitrogen particle beam is irradiated on the substrate, and a group III nitride compound semiconductor is epitaxially grown on the substrate.

その際、n型の半導体を作製するのであれば、珪素(Si)などのn型不純物の原料ガスあるいは粒子線をIII族元素および窒素の原料ガスあるいは粒子線と共に供給する。これにより、容易に高い結晶性および電気伝導性を有するn型のIII族ナイトライド化合物半導体を作製することができる。一方、p型の半導体を作製するのであれば、マグネシウム,亜鉛あるいは炭素などのp型不純物の原料ガスあるいは粒子線をIII族元素および窒素の原料ガスあるいは粒子線と共に供給して結晶を成長させたのち、必要に応じて低速電子線照射や熱アニールなどによりキャリアを活性化させる。   At this time, if an n-type semiconductor is to be manufactured, a source gas or particle beam of an n-type impurity such as silicon (Si) is supplied together with a group III element and nitrogen source gas or particle beam. As a result, an n-type group III nitride compound semiconductor having high crystallinity and electrical conductivity can be easily produced. On the other hand, if a p-type semiconductor is to be produced, a crystal is grown by supplying a source gas or particle beam of a p-type impurity such as magnesium, zinc or carbon together with a group III element and nitrogen source gas or particle beam. After that, carriers are activated by low-energy electron beam irradiation, thermal annealing, or the like as necessary.

しかしながら、n型のIII族ナイトライド化合物半導体は容易に作製することができるのに対し、p型のIII族ナイトライド化合物半導体は作製が困難であり、結晶性および電気伝導性が低く、また結晶の成長面内(基板の表面と平行な面内)において組成比やp型不純物濃度が不均一になってしまうという問題があった。これは、III族元素の原料ガスあるいは粒子線とp型不純物の原料ガスあるいは粒子線とが基板に到達する前に反応してしまうためであると考えられる。   However, an n-type group III nitride compound semiconductor can be easily manufactured, whereas a p-type group III nitride compound semiconductor is difficult to manufacture and has low crystallinity and electrical conductivity. In the growth plane (in the plane parallel to the surface of the substrate), the composition ratio and the p-type impurity concentration become non-uniform. This is presumably because the group III element source gas or particle beam reacts with the p-type impurity source gas or particle beam before reaching the substrate.

特に、p型不純物としてマグネシウムを添加したp型AlGaN混晶の作製は困難であり、母体結晶であるAlGaN混晶のアルミニウム組成がマグネシウムを添加しない場合に比べて著しく低くなってしまうと共に、p型としての電気的特性も同程度のマグネシウムを添加したGaNに比べて著しく劣ってしまう。すなわち、III族元素のうち特にアルミニウムとp型不純物のマグネシウムとが反応しやすいものと考えられる。   In particular, it is difficult to produce a p-type AlGaN mixed crystal to which magnesium is added as a p-type impurity, and the aluminum composition of the AlGaN mixed crystal as a base crystal is significantly lower than that in the case where magnesium is not added. As a result, the electrical characteristics are significantly inferior to those of GaN to which the same level of magnesium is added. That is, among group III elements, it is considered that aluminum and the p-type impurity magnesium are particularly likely to react.

なお、本発明の先行技術として、例えば特許文献1に記載の窒化物半導体素子がある。この窒化物半導体素子は、超格子層を組成の異なる2層構造により形成することにより、閾値電流,電圧を低下させるものであるが、バンドキャップエネルギーが大きな層の不純物濃度を大きくする等、本発明とは異なる構成を有している。
特開平10−335757号公報
As a prior art of the present invention, for example, there is a nitride semiconductor element described in Patent Document 1. This nitride semiconductor device lowers the threshold current and voltage by forming a superlattice layer with a two-layer structure having different compositions. However, the impurity concentration of a layer with a large bandcap energy is increased. It has a configuration different from that of the invention.
JP-A-10-335757

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、結晶性および電気伝導性が高く、かつ結晶の成長面内における組成比やp型不純物濃度が均一のp型III族ナイトライド化合物半導体の製造方法、並びに発光ダイオードの製造方法および半導体レーザの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is a p-type group III nitride having high crystallinity and electrical conductivity, and having a uniform composition ratio and p-type impurity concentration in the crystal growth plane. An object of the present invention is to provide a compound semiconductor manufacturing method, a light emitting diode manufacturing method, and a semiconductor laser manufacturing method.

本発明のp型III族ナイトライド化合物半導体の製造方法は、アルミニウム,ガリウムおよび窒素を含む第1の層を形成すると共に、前記第1の層にマグネシウムを相対的に低い濃度で添加する工程と、ガリウムおよび窒素を含む第2の層を形成すると共に、前記第2の層にマグネシウムを相対的に高い濃度で添加して第1の層よりも低抵抗の層を形成する工程とを備え、第1の層と第2の層とを交互にそれぞれ複数層形成することを特徴とするものである。   The method for producing a p-type group III nitride compound semiconductor according to the present invention includes a step of forming a first layer containing aluminum, gallium and nitrogen, and adding magnesium to the first layer at a relatively low concentration. Forming a second layer containing gallium and nitrogen, and adding a relatively high concentration of magnesium to the second layer to form a layer having a lower resistance than the first layer, A plurality of first layers and second layers are alternately formed.

本発明の発光ダイオードおよび半導体レーザの各製造方法も、それぞれ本発明のp型III族ナイトライド化合物半導体の製造工程を含むものである。   Each manufacturing method of the light emitting diode and the semiconductor laser of the present invention also includes the manufacturing process of the p-type group III nitride compound semiconductor of the present invention.

本発明のp型III族ナイトライド化合物半導体の製造方法では、第1の層とより抵抗値の低い第2の層とが交互に複数層それぞれ形成され、これら複数の層が全体で1つのp型III族ナイトライド化合物半導体としての機能を有するようになる。   In the method for producing a p-type group III nitride compound semiconductor according to the present invention, a plurality of first layers and a second layer having a lower resistance value are alternately formed. It has a function as a type III group nitride compound semiconductor.

本発明のp型III族ナイトライド化合物半導体、発光ダイオードまたは半導体レーザの製造方法によれば、アルミニウム,ガリウムおよび窒素を含む第1の層を形成すると共に、前記第1の層にマグネシウムを相対的に低い濃度で添加する工程と、ガリウムおよび窒素を含む第2の層を形成すると共に、前記第2の層にマグネシウムを相対的に高い濃度で添加して第1の層よりも低抵抗の層を形成する工程とを備え、第1の層と第2の層とを交互にそれぞれ複数層形成するようにしたので、これら複数の層に全体として1つのp型III族ナイトライド化合物半導体としての機能を持たせることができ、しかも、各層の結晶性などをそれぞれ容易に高めることができる。よって、全体の結晶性および電気伝導性を向上させることができると共に、成長面内における組成およびp型不純物濃度の均一性も向上させることができる。従って、このp型III族ナイトライド化合物半導体を用いて、発光ダイオードおよび半導体レーザなどの短波長光源素子や耐環境素子や高周波電子素子などを構成すれば、その品質を改善することができるという効果を奏する。   According to the method for manufacturing a p-type group III nitride compound semiconductor, light emitting diode, or semiconductor laser of the present invention, the first layer containing aluminum, gallium and nitrogen is formed, and magnesium is relative to the first layer. And adding a relatively high concentration of magnesium to the second layer and forming a second layer containing gallium and nitrogen, and forming a second layer containing gallium and nitrogen. A plurality of first layers and second layers are alternately formed, so that a plurality of p-type group III nitride compound semiconductors as a whole are formed in the plurality of layers. It is possible to provide functions, and the crystallinity of each layer can be easily increased. Thus, the overall crystallinity and electrical conductivity can be improved, and the uniformity of the composition and p-type impurity concentration in the growth plane can be improved. Therefore, if this p-type group III nitride compound semiconductor is used to construct a short wavelength light source element such as a light emitting diode and a semiconductor laser, an environment resistant element, a high frequency electronic element, etc., the quality can be improved. Play.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態に係るp型III族ナイトライド化合物半導体の構成を表すものである。このp型III族ナイトライド化合物半導体は、III族元素であるアルミニウムおよびガリウムと窒素とからなる母体結晶にp型不純物としてマグネシウムが添加されたものである。但し、このp型III族ナイトライド化合物半導体は、組成あるいは含有するIII族元素の種類およびp型不純物濃度が全体にわたって均一なわけではなく、それらが互いに異なる第1の層11と第2の層12とを交互に複数層それぞれ備えている。   FIG. 1 shows a configuration of a p-type group III nitride compound semiconductor according to an embodiment of the present invention. This p-type group III nitride compound semiconductor is obtained by adding magnesium as a p-type impurity to a base crystal composed of aluminum and gallium and nitrogen, which are group III elements. However, this p-type group III nitride compound semiconductor does not have a uniform composition or type of group-III element and p-type impurity concentration throughout, and the first layer 11 and the second layer are different from each other. 12 are alternately provided in a plurality of layers.

例えば、図1において括弧書きにより例示したように、第1の層11はAlGaN混晶により構成され、第2の層12はp型不純物としてマグネシウムを含むp型GaNにより構成される。すなわち、このp型III族ナイトライド化合物半導体は、構成元素であるIII族元素のアルミニウムとp型不純物のマグネシウムとのうち、アルミニウムを含みマグネシウムを含まない第1の層11とマグネシウムを含みアルミニウムを含まない第2の層12とを交互に積層したものである。   For example, as illustrated in parentheses in FIG. 1, the first layer 11 is made of AlGaN mixed crystal, and the second layer 12 is made of p-type GaN containing magnesium as a p-type impurity. That is, the p-type group III nitride compound semiconductor includes a first layer 11 that includes aluminum but does not include magnesium, and aluminum that includes magnesium, among the group III element aluminum and p-type impurity magnesium. The second layers 12 not included are alternately stacked.

また、図1においては例示してないが、第1の層11は第2の層12よりもp型不純物濃度が低くIII族元素のアルミニウム組成比が高いマグネシウム含有p型AlGaN混晶により構成され、第2の層12は第1の層11よりもp型不純物濃度が高くアルミニウム組成比が低いマグネシウム含有p型AlGaN混晶により構成される場合もある。すなわち、このp型III族ナイトライド化合物半導体は、第2の層12よりもアルミニウムを多く含む第1の層11と、第1の層11よりもマグネシウムを多く含む第2の層12とを交互に積層したものである。   Although not illustrated in FIG. 1, the first layer 11 is composed of a magnesium-containing p-type AlGaN mixed crystal having a p-type impurity concentration lower than that of the second layer 12 and a higher group III element aluminum composition ratio. The second layer 12 may be composed of a magnesium-containing p-type AlGaN mixed crystal having a higher p-type impurity concentration and a lower aluminum composition ratio than the first layer 11. In other words, the p-type group III nitride compound semiconductor has alternating first layers 11 containing more aluminum than the second layers 12 and second layers 12 containing more magnesium than the first layers 11. Are laminated.

なお、第1の層11および第2の層12の厚さは、例えばそれぞれ1〜100nm程度である。このように、本実施の形態に係るp型III族ナイトライド化合物半導体は第1の層11および第2の層12の厚さがそれぞれ薄いので、マグネシウムを含まない第1の層11とアルミニウムを含まない第2の層12とを積層したものであっても、全体としてはp型AlGaN混晶としての性質を持つことができる。また、マグネシウムの濃度およびアルミニウムの組成比が異なる第1の層11と第2の層12とを積層したものであっても、全体としては1つのp型AlGaN混晶としての性質を持つことができる。ちなみに、第1の層11と第2の層12の厚さは同一でも同一でなくてもよい。   The thicknesses of the first layer 11 and the second layer 12 are each about 1 to 100 nm, for example. Thus, since the thickness of the 1st layer 11 and the 2nd layer 12 is thin, respectively, the p-type group III nitride compound semiconductor which concerns on this Embodiment has the 1st layer 11 and magnesium which do not contain magnesium. Even if the second layer 12 not included is laminated, it can have the property of a p-type AlGaN mixed crystal as a whole. Further, even if the first layer 11 and the second layer 12 having different magnesium concentrations and different aluminum composition ratios are stacked, the layer as a whole has properties as one p-type AlGaN mixed crystal. it can. Incidentally, the thickness of the first layer 11 and the second layer 12 may or may not be the same.

このような構成を有するp型III族ナイトライド化合物半導体は次のようにして製造することができる。   The p-type group III nitride compound semiconductor having such a configuration can be manufactured as follows.

まず、適宜な基板(例えばサファイア基板)を用意し、適宜な炉内においてMOCVD法あるいはMBE法などにより、第1の層11としてマグネシウムを添加しないAlGaN混晶層と、第2の層12としてマグネシウムを添加したp型GaN層とを交互に積層する(積層工程)。   First, an appropriate substrate (for example, a sapphire substrate) is prepared, and an AlGaN mixed crystal layer to which magnesium is not added as the first layer 11 and magnesium as the second layer 12 by an MOCVD method or MBE method in an appropriate furnace. The p-type GaN layers to which is added are alternately stacked (stacking step).

例えば、MOCVD法であれば、基板を適宜に加熱(例えば800〜1000℃)しながら適宜な原料ガスをキャリアガスと共に選択的に炉内に供給し、基板の上に各結晶層を成長させる。例えば、アルミニウムの原料ガスとしてはトリメチルアルミニウムガス((CH3 3 Al),ガリウムの原料ガスとしてはトリメチルガリウムガス((CH3 3 Ga),窒素の原料ガスとしてはアンモニアガス,マグネシウムの原料ガスとしてはビス=メチルシクロペンタジエニルマグネシウムガス(MeCp2 Mg)やビス=シクロペンタジエニルマグネシウムガス(Cp2 Mg)を用いる。キャリアガスとしては、水素ガス(H2 )や窒素ガス(N2 )などを用いる。なお、AlGaN混晶層を成長させる時には原料ガスのうちアルミニウム,ガリウムおよび窒素の原料ガスを選択的に供給し、p型GaN層を成長させる時にはマグネシウム,ガリウムおよび窒素の原料ガスを選択的に供給する。 For example, in the case of the MOCVD method, an appropriate source gas is selectively supplied into the furnace together with a carrier gas while appropriately heating the substrate (for example, 800 to 1000 ° C.), and each crystal layer is grown on the substrate. For example, trimethylaluminum gas ((CH 3 ) 3 Al) is used as the source gas for aluminum, trimethylgallium gas ((CH 3 ) 3 Ga) is used as the source gas for gallium, and ammonia gas and magnesium source are used as the source gas for nitrogen. As the gas, bis = methylcyclopentadienyl magnesium gas (MeCp 2 Mg) or bis = cyclopentadienyl magnesium gas (Cp 2 Mg) is used. As the carrier gas, hydrogen gas (H 2 ), nitrogen gas (N 2 ), or the like is used. When growing an AlGaN mixed crystal layer, source gases of aluminum, gallium and nitrogen are selectively supplied among source gases, and when a p-type GaN layer is grown, source gases of magnesium, gallium and nitrogen are selectively supplied. To do.

また、MBE法であれば、アルミニウム,ガリウム,窒素およびマグネシウムの各粒子線を基板に対して選択的に照射し、各結晶層を成長させる。   In the case of the MBE method, each crystal beam is grown by selectively irradiating the substrate with aluminum, gallium, nitrogen and magnesium particle beams.

このようにして第1の層11と第2の層12とを成長させたのち、必要に応じて熱処理を行う。これにより、第1の層11(AlGaN混晶層)のアルミニウムと第2の層12(p型GaN層)のマグネシウムとが一部において互いに拡散する。よって、この熱処理を行った場合、第1の層11はマグネシウムの濃度が低くアルミニウムの組成比が高いp型AlGaN混晶層となり、第2の層12はマグネシウムの濃度が高くアルミニウムの組成比が低いp型AlGaN混晶層となる。以上により、本実施の形態に係るp型III族ナイトライド化合物半導体が形成される。   After the first layer 11 and the second layer 12 are grown in this manner, heat treatment is performed as necessary. As a result, aluminum in the first layer 11 (AlGaN mixed crystal layer) and magnesium in the second layer 12 (p-type GaN layer) partially diffuse with each other. Therefore, when this heat treatment is performed, the first layer 11 becomes a p-type AlGaN mixed crystal layer with a low magnesium concentration and a high aluminum composition ratio, and the second layer 12 has a high magnesium concentration and an aluminum composition ratio. It becomes a low p-type AlGaN mixed crystal layer. As described above, the p-type group III nitride compound semiconductor according to the present embodiment is formed.

このように本実施の形態に係るp型III族ナイトライド化合物半導体によれば、AlGaN混晶よりなる第1の層11とp型不純物としてマグネシウムを含むp型GaNよりなる第2の層12とを交互に複数層それぞれ備えるようにしたので、あるいはわずかにマグネシウムを含むp型AlGaN混晶よりなる第1の層11とわずかにアルミニウムを含むp型AlGaN混晶よりなる第2の層12とを交互に複数層それぞれ備えるようにしたので、第1の層11および第2の層12の結晶性などをそれぞれ容易に高めることができる。よって、全体としてはp型AlGaN混晶としての性質を持たせつつ、結晶性および電気伝導性を向上させることができると共に、成長面内における組成およびp型不純物濃度の均一性も向上させることができる。   Thus, according to the p-type group III nitride compound semiconductor according to the present embodiment, the first layer 11 made of AlGaN mixed crystal and the second layer 12 made of p-type GaN containing magnesium as a p-type impurity, The first layer 11 made of a p-type AlGaN mixed crystal slightly containing magnesium and the second layer 12 made of a p-type AlGaN mixed crystal containing slightly aluminum are provided. Since a plurality of layers are alternately provided, the crystallinity of the first layer 11 and the second layer 12 can be easily increased. Therefore, it is possible to improve the crystallinity and electrical conductivity while giving the properties as a p-type AlGaN mixed crystal as a whole, and to improve the uniformity of the composition and p-type impurity concentration in the growth plane. it can.

また、本実施の形態に係るp型III族ナイトライド化合物半導体の製造方法によれば、第1の層11としてのAlGaN混晶層と第2の層12としてのp型GaN層とを交互に積層するようにしたので、同時に供給すると良好な結晶を成長させることができないアルミニウムの原料とマグネシウムの原料とを時間的に分離して供給することができ、結晶性または電気伝導性が高く成長面内における組成またはp型不純物濃度が均一の第1の層11および第2の層12をそれぞれ形成することができる。従って、全体としてはp型AlGaN混晶としての性質を持つ良好なp型III族ナイトライド化合物半導体を容易に製造することができる。   In addition, according to the method of manufacturing the p-type group III nitride compound semiconductor according to the present embodiment, the AlGaN mixed crystal layer as the first layer 11 and the p-type GaN layer as the second layer 12 are alternately formed. Since the layers are stacked, it is possible to supply the aluminum raw material and the magnesium raw material, which cannot grow a good crystal if they are supplied at the same time, separated in time, and have a high crystallinity or electrical conductivity. The first layer 11 and the second layer 12 having a uniform composition or uniform p-type impurity concentration can be formed. Therefore, a good p-type group III nitride compound semiconductor having properties as a p-type AlGaN mixed crystal as a whole can be easily manufactured.

更に、具体的な実施例を挙げて本発明を説明する。   Furthermore, the present invention will be described with specific examples.

本実施例では、まず、図2に示したように、サファイアよりなる基板21の上に厚さ約20nmのGaNよりなるバッファ層22および厚さ約1μmのGaN層23を形成し、その上に厚さ10nmのAlGaN混晶よりなる第1の層11と厚さ10nmのマグネシウムを添加したp型GaNよりなる第2の層12とを交互に20層づつ積層した。   In this embodiment, first, as shown in FIG. 2, a buffer layer 22 made of GaN having a thickness of about 20 nm and a GaN layer 23 having a thickness of about 1 μm are formed on a substrate 21 made of sapphire, and on that, The first layer 11 made of AlGaN mixed crystal having a thickness of 10 nm and the second layer 12 made of p-type GaN added with magnesium having a thickness of 10 nm were alternately stacked in 20 layers.

なお、これらの各層は図3に示したようにしてMOCVD法により形成した。すなわち、適宜な反応炉31の内部に設けられた載置台32の上に基板21を載置し、原料ガスをキャリアガスと共に基板21の表面(すなわち成長面)に対して平行に流した。また、基板21を載置台32に設けた図示しない加熱装置によって1000℃に加熱した。   Each of these layers was formed by MOCVD as shown in FIG. That is, the substrate 21 was mounted on a mounting table 32 provided inside an appropriate reaction furnace 31, and the source gas was allowed to flow in parallel with the surface of the substrate 21 (ie, the growth surface) together with the carrier gas. The substrate 21 was heated to 1000 ° C. by a heating device (not shown) provided on the mounting table 32.

ちなみに、アルミニウムの原料ガスにはトリメチルアルミニウムガスを、ガリウムの原料ガスにはトリメチルガリウムガスを、窒素の原料ガスにはアンモニアガスを、マグネシウムの原料ガスにはビス=メチルシクロペンタジエニルマグネシウムガスをそれぞれ用い、成長させる層に応じて選択的に炉内に供給した。すなわち、第1の層11を成長させる際にはトリメチルアルミニウムガスとトリメチルガリウムガスとアンモニアガスとをそれぞれ供給し、第2の層12を成長させる際にはビス=メチルシクロペンタジエニルマグネシウムガスとトリメチルガリウムガスとアンモニアガスとをそれぞれ供給した。また、キャリアガスには水素ガスと窒素ガスを用いた。   Incidentally, trimethylaluminum gas is used for the aluminum source gas, trimethylgallium gas is used for the gallium source gas, ammonia gas is used for the nitrogen source gas, and bis = methylcyclopentadienylmagnesium gas is used for the magnesium source gas. Each was used and selectively fed into the furnace according to the layer to be grown. That is, when the first layer 11 is grown, trimethylaluminum gas, trimethylgallium gas, and ammonia gas are supplied, and when the second layer 12 is grown, bis = methylcyclopentadienylmagnesium gas and Trimethylgallium gas and ammonia gas were respectively supplied. Moreover, hydrogen gas and nitrogen gas were used for carrier gas.

次いで、キャリアを活性化するための熱処理を行った。以上により、本実施例の試料を作製した。   Next, heat treatment for activating the carrier was performed. Thus, a sample of this example was produced.

そののち、この作製した試料に関し、第1の層11と第2の層12について積層方向全体を平均したアルミニウムの組成比をX線回折により分析した。分析は試料の成長面内における複数の位置(中心と上流側と下流側の3点)について行った。その分析結果を従来例と比較して図4に示す。なお、従来例は、本実施例の第1の層11および第2の層12に代えて、アルミニウムとガリウムと窒素とマグネシウムの各原料ガスを同時にそれぞれ供給してp型AlGaN混晶層を形成したことを除き、本実施例と同様にして作製した。   After that, regarding the prepared sample, the composition ratio of aluminum averaged over the entire stacking direction of the first layer 11 and the second layer 12 was analyzed by X-ray diffraction. The analysis was performed for a plurality of positions (three points on the center, upstream side, and downstream side) in the growth surface of the sample. The analysis result is shown in FIG. 4 in comparison with the conventional example. In the conventional example, instead of the first layer 11 and the second layer 12 of this embodiment, source gases of aluminum, gallium, nitrogen and magnesium are simultaneously supplied to form a p-type AlGaN mixed crystal layer. Except for the above, it was fabricated in the same manner as in this example.

図4からわかるように、従来例はアルミニウムの組成比が原料ガスの上流側で大きく、中央から下流側にかけては急速に小さくなっていた。これは、アルミニウムとマグネシウムの原料ガスが上流側で反応してしまい、成長面内におけるアルミニウムの組成比が不均一になってしまったものと考えられる。これに対して、本実施例は試料の位置によるアルミニウムの組成比の差が小さく、平均的にアルミニウムの組成比が高くなっていた。すなわち、本実施例によれば従来例に比べて結晶性および成長面内における組成の均一性が向上することがわかった。   As can be seen from FIG. 4, in the conventional example, the composition ratio of aluminum is large on the upstream side of the raw material gas, and rapidly decreases from the center to the downstream side. This is presumably because the aluminum and magnesium source gases reacted upstream and the composition ratio of aluminum in the growth plane became non-uniform. In contrast, in this example, the difference in the aluminum composition ratio depending on the position of the sample was small, and the aluminum composition ratio was high on average. That is, according to this example, it was found that the crystallinity and the uniformity of the composition in the growth plane were improved as compared with the conventional example.

また、この作製した試料に関し、キャリア濃度を測定したところ1〜3×1017cm-3であった。従来例についてもキャリア濃度を測定しようとしたが、抵抗が高く電極を設置してもオーミックコンタクトを取ることができず、測定不能であった。すなわち、本実施例によれば従来例に比べて電気伝導性も向上することがわかった。 Further, the carrier concentration of the produced sample was measured and found to be 1 to 3 × 10 17 cm −3 . Although the carrier concentration was tried to be measured for the conventional example as well, the resistance was high, and even if an electrode was installed, ohmic contact could not be obtained and measurement was impossible. That is, according to this example, it was found that the electrical conductivity was improved as compared with the conventional example.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および上記実施例においては、III族元素であるアルミニウムおよびガリウムと窒素とからなる母体結晶にp型不純物としてマグネシウムを添加したp型III族ナイトライド化合物半導体について説明したが、本発明は、ガリウム,アルミニウム,ホウ素およびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種のIII族元素と、窒素と、マグネシウム,亜鉛および炭素からなる群のうちの少なくとも1種のp型不純物とを含むp型III族ナイトライド化合物半導体について広く適用することができる。   While the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to these embodiments and examples, and various modifications can be made within the equivalent range. For example, in the above embodiment and the above example, a p-type group III nitride compound semiconductor in which magnesium as a p-type impurity is added to a base crystal composed of group III elements aluminum and gallium and nitrogen has been described. The present invention includes at least one group III element in the group consisting of gallium, aluminum, boron and indium, nitrogen, and at least one p-type impurity in the group consisting of magnesium, zinc and carbon. The present invention can be widely applied to p-type group III nitride compound semiconductors.

なお、その製造に際しては、積層工程において、III族元素のうちの少なくとも1種を第1の層および第2の層のうちの第1の層のみに含み、かつp型不純物のうちの少なくとも1種を第1の層および第2の層のうちの第2の層のみに含む第1の層と第2の層とを交互にそれぞれ複数積層すればよい。   In the manufacturing process, in the stacking step, at least one of group III elements is included only in the first layer of the first layer and the second layer, and at least one of the p-type impurities. A plurality of first layers and second layers that include seeds only in the second layer of the first layer and the second layer may be alternately stacked.

また、上記実施の形態においては、p型III族ナイトライド化合物半導体を第1の層11と第2の層12とにより構成するようにしたが、本発明は、第1の層11および第2の層12に加えて他の層を備えていてもよい。例えば、上記実施の形態において熱処理により第1の層11(AlGaN混晶層)のアルミニウムと第2の層12(p型GaN層)のマグネシウムとがごく狭い範囲で拡散した場合など、AlGaN混晶よりなる第1の層11とp型GaNよりなる第2の層12との間にp型AlGaN混晶よりなる第3の層をそれぞれ備えていてもよい。   In the above embodiment, the p-type group III nitride compound semiconductor is constituted by the first layer 11 and the second layer 12. However, the present invention relates to the first layer 11 and the second layer 12. In addition to the layer 12, other layers may be provided. For example, in the above embodiment, when Al in the first layer 11 (AlGaN mixed crystal layer) and magnesium in the second layer 12 (p-type GaN layer) diffuse in a very narrow range by heat treatment, the AlGaN mixed crystal A third layer made of a p-type AlGaN mixed crystal may be provided between the first layer 11 made of p-type GaN and the second layer 12 made of p-type GaN.

更に、上記実施の形態および上記実施例においては、MOCVD法あるいはMBE法を用いて本発明のp型III族ナイトライド化合物半導体を製造する場合について説明したが、本発明は、他の方法を用いて製造する場合についても広く適用することができる。   Further, in the above embodiment and the above examples, the case where the p-type group III nitride compound semiconductor of the present invention is manufactured using the MOCVD method or the MBE method has been described. However, the present invention uses other methods. The present invention can also be widely applied to the manufacturing process.

本発明の一実施の形態に係るp型III族ナイトライド化合物半導体の構成図である。It is a block diagram of the p-type group III nitride compound semiconductor which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施例においてMOCVD法により成長させた試料の構成図である。It is a block diagram of the sample grown by MOCVD method in one Example of this invention. 図2に示した試料をMOCVD法により成長させる際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of growing the sample shown in FIG. 2 by MOCVD method. 本発明の実施例で作製した試料の成長面内における位置とアルミニウムの組成比との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the position in the growth surface of the sample produced in the Example of this invention, and the composition ratio of aluminum.

符号の説明Explanation of symbols

11…第1の層、12…第2の層、21…基板、22…バッファ層、23…GaN層、31…反応炉、32…載置台
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st layer, 12 ... 2nd layer, 21 ... Substrate, 22 ... Buffer layer, 23 ... GaN layer, 31 ... Reactor, 32 ... Mounting stand

Claims (6)

アルミニウム,ガリウムおよび窒素を含む第1の層を形成すると共に、前記第1の層にマグネシウムを相対的に低い濃度で添加する工程と、
ガリウムおよび窒素を含む第2の層を形成すると共に、前記第2の層にマグネシウムを相対的に高い濃度で添加して第1の層よりも低抵抗の層を形成する工程とを備え、
前記第1の層と第2の層とを交互にそれぞれ複数層形成することを特徴とするp型III族ナイトライド化合物半導体の製造方法。
Forming a first layer comprising aluminum, gallium and nitrogen and adding magnesium to the first layer at a relatively low concentration;
Forming a second layer containing gallium and nitrogen, and adding magnesium to the second layer at a relatively high concentration to form a layer having a lower resistance than the first layer,
A method for producing a p-type group III nitride compound semiconductor, wherein a plurality of the first layers and the second layers are alternately formed.
前記第1の層はAlGaN、前記第2の層はGaNであることを特徴とする請求項1記載のp型III族ナイトライド化合物半導体の製造方法。
2. The method of manufacturing a p-type group III nitride compound semiconductor according to claim 1, wherein the first layer is AlGaN and the second layer is GaN.
p型III族ナイトライド化合物半導体により構成された発光ダイオードの製造方法であって、
前記p型III族ナイトライド化合物半導体の製造工程が、
アルミニウム,ガリウムおよび窒素を含む第1の層を形成すると共に、前記第1の層にマグネシウムを相対的に低い濃度で添加する工程と、
ガリウムおよび窒素を含む第2の層を形成すると共に、前記第2の層にマグネシウムを相対的に高い濃度で添加して第1の層よりも低抵抗の層を形成する工程とを備え、
前記第1の層と第2の層とを交互にそれぞれ複数層形成することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
A method of manufacturing a light emitting diode composed of a p-type group III nitride compound semiconductor,
The manufacturing process of the p-type group III nitride compound semiconductor comprises:
Forming a first layer comprising aluminum, gallium and nitrogen and adding magnesium to the first layer at a relatively low concentration;
Forming a second layer containing gallium and nitrogen, and adding magnesium to the second layer at a relatively high concentration to form a layer having a lower resistance than the first layer,
A method of manufacturing a light-emitting diode, wherein a plurality of first layers and second layers are alternately formed.
前記第1の層はAlGaN、前記第2の層はGaNであることを特徴とする請求項3記載の発光ダイオードの製造方法。
4. The light emitting diode manufacturing method according to claim 3, wherein the first layer is AlGaN, and the second layer is GaN.
p型III族ナイトライド化合物半導体により構成された半導体レーザの製造方法であって、
前記p型III族ナイトライド化合物半導体の製造工程が、
アルミニウム,ガリウムおよび窒素を含む第1の層を形成すると共に、前記第1の層にマグネシウムを相対的に低い濃度で添加する工程と、
ガリウムおよび窒素を含む第2の層を形成すると共に、前記第2の層にマグネシウムを相対的に高い濃度で添加して第1の層よりも低抵抗の層を形成する工程とを備え、
前記第1の層と第2の層とを交互にそれぞれ複数層形成することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
A method for producing a semiconductor laser comprising a p-type group III nitride compound semiconductor,
The manufacturing process of the p-type group III nitride compound semiconductor comprises:
Forming a first layer comprising aluminum, gallium and nitrogen and adding magnesium to the first layer at a relatively low concentration;
Forming a second layer containing gallium and nitrogen, and adding magnesium to the second layer at a relatively high concentration to form a layer having a lower resistance than the first layer,
A method of manufacturing a semiconductor laser, wherein a plurality of first layers and second layers are alternately formed.
前記第1の層はAlGaN、前記第2の層はGaNであることを特徴とする請求項5記載の半導体レーザの製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 5, wherein the first layer is AlGaN, and the second layer is GaN.
JP2004327175A 2004-11-11 2004-11-11 METHOD OF FABRICATING p-TYPE GROUP III NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR, METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR LASER Withdrawn JP2005045292A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004327175A JP2005045292A (en) 2004-11-11 2004-11-11 METHOD OF FABRICATING p-TYPE GROUP III NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR, METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR LASER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004327175A JP2005045292A (en) 2004-11-11 2004-11-11 METHOD OF FABRICATING p-TYPE GROUP III NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR, METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR LASER

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13540697A Division JP3642157B2 (en) 1997-05-26 1997-05-26 P-type group III nitride compound semiconductor, light-emitting diode, and semiconductor laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005045292A true JP2005045292A (en) 2005-02-17

Family

ID=34270433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004327175A Withdrawn JP2005045292A (en) 2004-11-11 2004-11-11 METHOD OF FABRICATING p-TYPE GROUP III NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR, METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR LASER

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005045292A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014063891A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride semiconductor light-emitting element manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014063891A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Toyoda Gosei Co Ltd Group iii nitride semiconductor light-emitting element manufacturing method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3642157B2 (en) P-type group III nitride compound semiconductor, light-emitting diode, and semiconductor laser
CN101689523B (en) Manufacturing method of electronic device, manufacturing method of epitaxial substrate, group III nitride semiconductor element and gallium nitride epitaxial substrate
US8692287B2 (en) Nitride semiconductor device, nitride semiconductor wafer, and method for manufacturing nitride semiconductor layer
JP6902255B2 (en) Ultraviolet light emitting element
TW200834670A (en) Process for producing III group nitride compound semiconductor, III group nitride compound semiconductor light emitting element, and lamp
JP4719689B2 (en) Method for growing nitride semiconductor layer and nitride semiconductor light emitting device using the same
CN115863503A (en) Deep ultraviolet LED epitaxial wafer, preparation method thereof and deep ultraviolet LED
JP2012204540A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2001119065A (en) P-type nitride semiconductor and producing method thereof
US8957426B2 (en) Laminate substrate and method of fabricating the same
JP4699420B2 (en) Method for manufacturing nitride film
JP4439400B2 (en) Boron phosphide-based semiconductor light emitting device, manufacturing method thereof, and light emitting diode
JP2005045292A (en) METHOD OF FABRICATING p-TYPE GROUP III NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR, METHOD OF FABRICATING LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR LASER
JP4781028B2 (en) Group III nitride semiconductor laminate and method for manufacturing group III nitride semiconductor light emitting device
JP2004343137A (en) P-type group iii nitride compound semiconductor, light-emitting diode, and semiconductor laser
JP2004146852A (en) p-TYPE GROUP III NITRIDE COMPOUND SEMICONDUCTOR AND METHOD OF MANUFACTURING SAME
CN111128689B (en) Polarity control method, nitride film preparation method and nitride film
JP2002203798A (en) P-type nitride semiconductor and its manufacturing method
JP5337272B2 (en) Nitride semiconductor element, nitride semiconductor wafer, and method of manufacturing nitride semiconductor layer
CN118102749A (en) Light-emitting diode and preparation method thereof
KR102035291B1 (en) Methd for fabricating p-type galliiumnitride aluminium semiconductor
KR20050025054A (en) AlGaInN based P-N Diode and Fabrication Method thereof
JP2007173316A (en) Nitride semiconductor light emitting element and its fabrication process
Barletta Study of gallium nitride-based materials for light-emitting applications
Park Growth and characterization of gallium nitride and aluminum gallium nitride thin films and heterostructures and the associated development and evaluation of ultraviolet light-emitting diodes

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060808

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20061010