(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を、同じ組成の層の他の部位に対して高抵抗化する工程を含む窒化ガリウム系半導体素子の製造方法において、
前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を高抵抗化する前記方法が、前記窒化ガリウム系半導体層および電極表面に絶縁膜を形成する工程を兼ねることを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項２】
Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を、同じ組成の層の他の部位に対して高抵抗化する工程を含む窒化ガリウム系半導体素子の製造方法において、
前記窒化ガリウム系半導体層および電極表面に絶縁膜を形成する際の雰囲気ガスにより、前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を高抵抗化することを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項３】
Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を、同じ組成の層の他の部位に対して高抵抗化する工程を含む窒化ガリウム系半導体素子の製造方法において、
前記窒化ガリウム系半導体層および電極表面に形成する前記絶縁膜が、窒化シリコン、またはアモルファスシリコン、または二酸化シリコン、或いはそれらの積層膜であることを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項４】
基板上に少なくともｎ型窒化ガリウム系半導体層とＭｇを含む窒化ガリウム系半導体層とが積層された窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、
前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の一部を露出させるためのエッチング工程と、前記エッチング工程によりエッチングされた前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を、内部に対して高抵抗化する工程とを含み、
前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を高抵抗化する前記方法が、前記窒化ガリウム系半導体層および電極表面に絶縁膜を形成する工程を兼ねることを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項５】
基板上に少なくともｎ型窒化ガリウム系半導体層とＭｇを含む窒化ガリウム系半導体層とが積層された窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、
前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の一部を露出させるためのエッチング工程と、前記エッチング工程によりエッチングされた前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を、内部に対して高抵抗化する工程とを含み、
前記窒化ガリウム系半導体層および電極表面に絶縁膜を形成する際の雰囲気ガスにより、前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を高抵抗化することを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【請求項６】
基板上に少なくともｎ型窒化ガリウム系半導体層とＭｇを含む窒化ガリウム系半導体層とが積層された窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、
前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の一部を露出させるためのエッチング工程と、前記エッチング工程によりエッチングされた前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を、内部に対して高抵抗化する工程とを含み、
前記窒化ガリウム系半導体層および電極表面に形成する前記絶縁膜が、窒化シリコン、またはアモルファスシリコン、または二酸化シリコン、或いはそれらの積層膜であることを特徴とする窒化ガリウム系半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム系半導体素子の素子構造およびその製造方法に係り、特に、Ｍｇをドーピングした半導体層を含む半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはこれらの混晶に代表される窒化物系半導体材料により、可視から紫外領域まで発光する発光素子（ＬＥＤ素子）等の半導体発光素子が実現されており、種々の構造が提案されている。図５は窒化物系半導体材料を用いた従来例であり、特開平７−９４７８２号公報、発明の名称：窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、出願人：日亜化学工業株式会社、である。
【０００３】
図５（ａ）は従来例の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の平面図のＦ−Ｆ’線で切断した略断面図である。図５（ｂ）において、サファイア基板等の絶縁性基板５０の上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層５１とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層５３とが順に積層されており、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層５１には負電極５２が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層５３には正電極５４が形成されている。５５はｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層５３表面のほぼ全面に形成された電流拡散用の透光性電極であり、５６は前記透光性電極５３に設けられた正電極５４を取り出すための窓部である。
【０００４】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）の発光素子に素子表面保護用の保護膜５６を形成したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５（ａ）、（ｂ）に示した従来例の発光素子構造においては、発光素子の側面には、積層した結晶表面が露出している。図５の発光素子側面の発光層近傍の拡大図を図６に示す。
【０００６】
図６（ａ）において、発光素子を構成する結晶の表面近傍６５では、構成原子の結合が切れているため、結晶と接する雰囲気、例えば大気中の酸素、炭素、水分等と結合しやすい。これにより、表面近傍の結晶においては新たな準位を形成する。その結果、結晶領域６５を流れる電流は、非発光成分が増加することになり、発光効率の低下が起こる。また、図６（ｂ）に示すように、発光素子側面のｐｎ接合部に異物６６、例えば水蒸気、有機物等が付着する場合もある。この場合には、ｐ型層６２→付着物６６→ｎ型層６１、のリーク電流経路６７が形成され、発光効率が低下する。また、異物が結晶に付着することによる、前述の表面近傍の結晶において新たな準位を形成し、その結果非発光成分が増加し、発光効率の低下が起こる。さらに、これら準位を流れる電流は熱となり、結晶中の欠陥を増殖させ、発光素子の長期信頼性を低下させる要因となる。
【０００７】
これに対して、図５（ｃ）のように、発光素子表面に電極と結晶保護用の絶縁膜を形成したものでも、発光素子側面の結晶が露出してから絶縁膜形成までにエッチングガス、大気等のガス、エッチング後の洗浄剤等が接触するため、表面近傍の結晶の非発光成分が増加することにおいては変わりが無い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面が、同じ組成の層の他の部位に対して高抵抗化されていることを特徴とするものである。
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、基板上に少なくともｎ型窒化ガリウム系半導体層とＭｇを含む窒化ガリウム系半導体層とが積層された窒化ガリウム系半導体素子であって、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の一部が露出するまでエッチング加工され、前記エッチング加工されたＭｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面が、内部に対して高抵抗化されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、温度４００℃以上の水素を含む雰囲気下で熱処理することにより、前期Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体が高抵抗化されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、前記窒化ガリウム系半導体素子が窒化ガリウム系半導体発光素子であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の表面近傍が、電極が形成されている領域を除き、その内部に比べ高抵抗化されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を、同じ組成の層の他の部位に対して高抵抗化する工程を含むことを特徴とするものである。
また本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、基板上に少なくともｎ型窒化ガリウム系半導体層とＭｇを含む窒化ガリウム系半導体層とが積層された窒化ガリウム系半導体素子の製造方法であって、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の一部が露出させるためのエッチング工程と、前記エッチング工程によりエッチングされた前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を、内部に対して高抵抗化する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層を、ＮＨ3ガス、および／または、Ｈ2ガスを含む雰囲気中に一定時間曝すことで、同じ層内で抵抗率の異なる部位を形成することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、同じ層内で抵抗率の異なる部位を形成する際に、正電極をマスクすることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を高抵抗化する前記方法が、窒化ガリウム系半導体層および電極表面に絶縁膜を形成する工程を兼ねることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、窒化ガリウム系半導体層および電極表面に絶縁膜（以下、「保護膜」ともいう。）を形成する際の雰囲気ガスにより、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の端部表面を高抵抗化することを特徴とするものである。
【００１７】
さらに、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、窒化ガリウム系半導体層および電極表面に形成する前記絶縁膜が、窒化シリコン、またはアモルファスシリコン、または二酸化シリコン、或いはそれらの積層膜であることを特徴とするものである。
【００１８】
Ｍｇを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層の高抵抗化の原理について説明する。Ｍｇを含むｐ型窒化ガリウム系半導体層は、結晶内のＭｇが水素と結合している状態では高抵抗であり、その水素の一部が結晶外に出ると低抵抗化することが知られている。また、その低抵抗化したｐ型層をアンモニア中で再度アニールすることで再び高抵抗化することが知られている（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａｅｔ．ａｌ：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３１（１９９２）Ｐｔ．Ｉ，Ｎｏ．５Ａ）。
【００１９】
そこで、まず、結晶成長後に窒素雰囲気中でアニール（例えば、８００℃、２０分、１気圧）を行い、ｐ型層全体から水素を一部、あるいは全て離脱させ低抵抗化する。この後、一連の発光素子製造プロセスを経ることで、ｐ型層表面の一部が正電極により覆われる。続いて、水素、あるいは、アンモニアを含む雰囲気中（例えば、８００℃、２分、１気圧）で再度アニールすることにより、正電極で覆われていないＭｇドープｐ型層結晶表面部分から結晶内に水素が取り込まれる。その結果、水素が取り込まれた領域においてＭｇ−Ｈの結合が再形成され、その領域のみが高抵抗化する。これにより、この領域を流れる電流が抑制され、このため、表面準位、あるいは、表面に付着した物質の影響、による非発光再結合や、リーク電流の発生が抑制され、発光効率の低下を防止することが出来た。本発明は、部分的な高抵抗化を、専用工程を設けなくも、従来工程の中で行うことを見出し、これを半導体素子に適用したことを本発明は特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４は本発明の一実施の形態に関する図である。以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は、本発明の第１の実施の形態よりなる窒化ガリウム系半導体発光素子の構成を示す略断面図である。図１において、サファイア基板１０上に、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）１１が形成され、その上に、発光層であるＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ層（０≦Ｚ≦１、０≦Ｔ≦１）１２、Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）１３が積層されている。１４は負電極、１５は正電極であり、負電極１４はｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層１１を一部エッチングした面に形成されており、正電極１５はＭｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層１３の面に形成されている。１６はｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）１３を熱処理により高抵抗化した領域である。
【００２２】
図２に、図１の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法を示す。上記各半導体層の成長方法としては、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法またはガスソースＭＢＥ法が用いられる。上記各半導体層を構成する元素のソースおよびドーパント原料としては、以下の化合物を用いることができる。
【００２３】
Ｇａソース：トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）等。Ａｌソース：トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等。Ｉｎソース：トリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）等。Ｎ2ソース：アンモニア（ＮＨ3）等。ドーパントガス：シラン（ＳｉＨ4）（ｎ型ドーパント用）およびビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）（ｐ型ドーパント用）等。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、（０００１）面を持つウェハー状のサファイア基板１０を基板温度１１５０℃にてサーマルクリーニングする。続いて、基板温度を８００℃に下げて、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）１１を成長させる。また、図示されていないが、サーマルクリーニングの後、基板温度６００℃程度で、ＡｌSＧａWＩｎ1-S-WＮ系バッファ層（０≦Ｓ≦１、０≦Ｗ≦１）を成長させてもよいことは当然である。
【００２５】
次に、発光層であるＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ層（０≦Ｚ≦１、０≦Ｔ≦１）１２、Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）１３を同様に、ＭＯＶＰＥ法またはガスソースＭＢＥ法により積層成長する。Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層１３が高抵抗の場合には、８００℃、１気圧の窒素雰囲気中で２０分間アニールを行うことで、結晶中のＭｇ−Ｈの結合の一部が解消され、その結果、ｐ型層１３が低抵抗化する。
【００２６】
高抵抗化したｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）１６の抵抗値の値は、１×１０4Ωｃｍ〜１×１０7Ωｃｍ程度、であり、低抵抗化したｐ型層１３の抵抗値の値は、１×１０-1Ωｃｍ〜１×１０2Ωｃｍ程度、である。
【００２７】
続いて、図２（ｂ）に示すように、パターンに従って、Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層１３を形成後、ドライエッチングによって、ｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層１３及びＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ層１２を部分的にエッチング除去し、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層１１の内部に達する深さまで部分的に除去する。
【００２８】
続いて、図２（ｃ）に示すように、真空蒸着法やスパッタリング法などを用いて、露出されたｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層１１上に負電極１４（例えばＴｉとＡｌの積層電極膜）を、及び残してあるＭｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層１３上に正電極１５（例えばＮｉとＡｕの積層膜）を、それぞれ所定のパターンに形成する。
【００２９】
続いて、図２（ｄ）に示すように、８００℃、２分、１気圧の水素ガス、あるいは、アンモニアガス、または水素ガスとアンモニアガス、が含まれるガス雰囲気中で５分間アニールを行い、正電極１５に覆われていない領域のＭｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）１３に、水素ガスが、またはアンモニアガスが熱分解して出来た水素ガスが、結晶中に取り込まれる。
【００３０】
この結果、Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）１３の表面付近の領域１７において、Ｍｇ−Ｈの結合が再形成され、その結果その領域のみが高抵抗化（１×１０4Ωｃｍ〜１×１０7Ωｃｍ程度）する。これにより、この領域を流れる電流が抑制され、このため、表面準位、あるいは、表面に付着した物質の影響、による非発光再結合や、リーク電流の発生が抑制され、発光効率の低下を解決することが出来る。また、上記のアニール処理の雰囲気ガスの気圧は、前記１気圧の雰囲気ガスの外、減圧下または加圧下の雰囲気ガス下で行うことも出来る。
【００３１】
アニール温度やアニール処理時間と高抵抗化効果との関係について説明する。結晶中に取り込まれたＭｇにＨが結び付くと、アクセプターを不活性化すると言われており、「水素のパシベーション」とも言われている。これをＮ2（窒素）雰囲気中でアニールすると、一部のＭｇ−Ｈ結合が切れて、低抵抗化する。Ｍｇ−Ｈ結合が切れる割合は、全体の１〜５％程度です。これをＨ2（水素）雰囲気中でアニールすると、再びＭｇ−Ｈ結合が形成され、高抵抗化する。Ｍｇ−Ｈ結合を切るためには、温度というエネルギーを使うが、高温過ぎると、結晶を痛めるため、４００℃〜１０００℃程度、望ましくは、６００℃〜９００℃程度、である。４００℃〜６００℃程度の低い温度では、アニールするのに長い処理時間を必要とします。具体的な処理温度の一例としては、６００℃／８０分とか、７００℃／４０分とか、８００℃／２０分とか、である。８００℃の処理温度でも、短時間であれば、Ｔｉ／Ａｌの負電極１４を損なうことはない。
【００３２】
本実施例における上記半導体層１１、１２及び１３の詳細の一例は、例えば、以下の通りである。半導体層１１は、ｎ型ＧａＮ層、厚さ約４μｍ、半導体層１２は、（Ａｌ0.01Ｇａ0.99）0.65Ｉｎ0.35Ｎ層、厚さ約３ｎｍ、半導体層１３は、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層、厚さ約０．２μｍ、であり、ｐ型のキャリア濃度：５×１０17ｃｍ-3、である。半導体層１６のｐ型の比抵抗：５×１０6Ωｃｍ、厚さ（結晶表面から）約５μｍ、であり、チップサイズは約３００μｍ×３００μｍ程度である。これにより、本実施例の半導体発光素子は、波長４７０ｎｍの青色の高効率の発光が得られ、順方向電流ＩF＝２０ｍＡで、輝度は１〜５％程度向上し、長時間のライフテストデータである５０００時間における輝度の低下は約５％程度抑制することができた。
【００３３】
また、高抵抗化処理のためには、半導体層１３にＡｌが含まれることは、必ずしも必須の条件では無く、Ｉｎ系のＧａＮやＧａＮのみでも良い。
【００３４】
［実施の形態２］
図３は、本発明の第２の実施の形態よりなる窒化ガリウム系半導体発光素子の構成を示す略断面図である。図３において、サファイア基板３０上に、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法またはガスソースＭＢＥ法等により、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）３１を形成し、その上に、発光層であるＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ層（０≦Ｚ≦１、０≦Ｔ≦１）層３２、Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）３３を順次積層形成する。３４は負電極、３５は半透明正電極、３６は不透明正電極、３７はｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）３３を熱処理により高抵抗化した領域である。
【００３５】
図４は、図３の窒化ガリウム系半導体発光素子の製造方法を示す図であり、製造方法は、基本的には、前記図２で説明した同様の手法が用いられる。図４（ａ）に示すように、サファイア基板３０上に、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法またはガスソースＭＢＥ法等により、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）３１、ＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ（０≦Ｚ≦１、０≦Ｔ≦１）発光層３２、Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）３３を順次積層形成する。Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）３３が高抵抗（１×１０4Ωｃｍ〜１×１０7Ωｃｍ程度）の場合には、８００℃、１気圧の窒素雰囲気中で２０分間アニールを行うことで、結晶中のＭｇ−Ｈの結合の一部が解消され、その結果ｐ型層が低抵抗化する。
【００３６】
続いて、図４（ｂ）に示すように、ドライエッチング法により、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）３１の表面の一部をエッチングする。
【００３７】
続いて、図４（ｃ）に示すように、真空蒸着法やスパッタリング法などを用いて、負電極３４（例えばＴｉとＡｌの積層電極膜）、正電極３５（例えばＰｔ半透明積層膜）及びその積層構造のＡｕ正電極３６をそれぞれ所定のパターンに形成する。
【００３８】
続いて、図４（ｄ）に示すように、電極変質防止用の保護膜３８をプラズマＣＶＤ法により形成する工程に移る。この保護膜形成工程で、保護膜形成開始前に、一旦反応室に水素ガスを導入し、基板を６００℃まで加熱し、約５分間保持する。これにより、正電極３５、３６に覆われていない領域のＭｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）３７には、雰囲気ガスである水素が取り込まれる。続いて、窒化珪素、アモルファスシリコン、二酸化シリコン等からなる保護膜３８の形成を行う。
【００３９】
この結果、Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）３３の表面付近の領域３７においてＭｇ−Ｈの結合が再形成され、その結果その領域のみが高抵抗化（１×１０4Ωｃｍ〜１×１０7Ωｃｍ程度）する。これにより、この領域を流れる電流が抑制され、このため、表面準位、あるいは、表面に付着した物質の影響、による非発光再結合や、リーク電流の発生が抑制され、発光効率の低下を解決することが出来る。
【００４０】
［実施の形態３］
実施の形態２において、部分的に高抵抗化させる方法として、実施の形態２のように保護膜形成前に水素ガスを導入せず、保護膜形成用の原料ガスから分離する水素ガスを使うことも可能である。保護膜として、例えば、窒化シリコン、アモルファスシリコン、二酸化シリコンが使われ、その原料ガスとしてシランガス、あるいは、ジシランガス等が用いられる。反応室内で、熱分解したこれら原料ガスからは水素ガスが分離し、高抵抗領域を生成するための水素ガス雰囲気を形成する。
【００４１】
また、窒化シリコン等の窒化物保護膜を用いる場合には、窒素原料として、アンモニアガスを用いる。この場合においても、熱分解した後の水素が、高抵抗領域を生成するための水素ガス雰囲気を形成することが可能である。保護膜３８の形成時に、原料ガスを流しながら、基板を５００℃に加熱し、保護膜を形成する。形成に要する時間は約２０分間である。これにより、電極に覆われていない領域のＭｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）３７は、原料ガスが分解して出来た水素を含む雰囲気ガスから結晶中に水素が取り込まれる。
【００４２】
この結果、Ｍｇドープｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）３３の表面付近の領域３７において、Ｍｇ−Ｈの結合が再形成され、その結果その領域のみが高抵抗化（１×１０4Ωｃｍ〜１×１０7Ωｃｍ程度）する。これにより、この領域を流れる電流が抑制され、このため、表面準位、あるいは、表面に付着した物質の影響、による非発光再結合や、リーク電流の発生が抑制され、発光効率の低下を解決することが出来た。
【００４３】
次に、高抵抗化するための温度と処理時間と高抵抗化される層厚との関係や、Ｍｇのドープ量と高抵抗化の程度、について説明する。
【００４４】
再アニール温度が高い程、処理時間は短時間となる。処理される領域は、表面から１〜１０μｍ程度の領域である。再アニールの処理時間が長すぎると、結晶全体が高抵抗へ戻ってしまう。処理時間はの一例としては、例えば、８００℃／２分、７００℃／４分、６００℃／８分、程度です。
【００４５】
Ｍｇのドープ量は、多くても、少なくても、低抵抗のｐ−ＧａＮは得られない。Ｍｇ−Ｈ結合が切れる割合は、高ドープ（結晶用のＭｇが１×１０20ｃｍ-3程度以上）の場合は、その割合が低下し、低抵抗が得られない。また、低ドープ（結晶用のＭｇが１×１０19ｃｍ-3程度以下）の場合は、ｐ型キャリアの濃度が大きく出来ず、低抵抗化しない。結局、最適なＭｇのドープ量は、１〜１０×１０19ｃｍ-3程度である。
【００４６】
上記の第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態においては、窒化ガリウム系半導体発光素子について説明したが、
Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の高抵抗化については、半導体発光素子に限定されるものではなく、広く窒化ガリウム系半導体素子に適用できるものであることは当然である。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の一部が、同じ組成の層の他の部位に対して高抵抗化されていることを特徴とするものである。従って、素子側面近傍においては、電流が流れ難くなるため、結晶表面近傍に多く存在する非発光準位による発光効率の低下を抑制することができる。また、素子側面に付着する異物による発光効率の低下も抑制することができる。さらに、非発光成分の抑制により、長期信頼性に優れた発光素子を実現することができる。
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体の一部が露出するまでエッチング加工され、前記エッチング加工された前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の表面の一部が、内部に対して高抵抗化されていることを特徴とするものである。従って、素子側面近傍においては、電流が流れ難くなるため、結晶表面近傍に多く存在する非発光準位による発光効率の低下を抑制することができる。さらに、非発光成分の抑制により、長期信頼性に優れた発光素子を実現することができる。
【００４８】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、温度４００℃以上の水素を含む雰囲気下で熱処理することにより、前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層が高抵抗化されてなることを特徴とするものである。従って、露出しているＭｇを含む結晶層全領域の表面近傍の高抵抗化された素子構造であるため、より一層の発光効率低下を抑制することができる。また、長期信頼性に優れた発光素子を実現することができる。
【００４９】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、前記窒化ガリウム系半導体素子が窒化ガリウム系半導体発光素子であることを特徴とするものである。従って、発光効率の低下の抑制、及び長期信頼性に優れた窒化ガリウム系半導体発光素子を得ることができる。
【００５０】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の表面近傍が、電極が形成されている領域を除き、その内部に比べ高抵抗化されていることを特徴とするものである。従って、電極直下は、低抵抗が保たれており、動作電圧の上昇を伴わずに、発光効率の改善、長期光度低下の抑制が可能である。
【００５１】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の一部を、同じ組成の層の他の部位に対して高抵抗化する工程を含むことを特徴とするものである。従って、新たに、高抵抗の結晶層で積層するこなく、所望の構造（発光パターン）を持つ窒化ガリウム系半導体素子を得る製造方法である。
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、基板上に少なくともｎ型窒化ガリウム系半導体層とＭｇを含む窒化ガリウム系半導体層とが積層された窒化ガリウム系半導体素子であって、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の一部を露出させるためのエッチング工程と、前記エッチング工程によりエッチングされた前記Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の表面の一部を、内部に対して高抵抗化する工程を含むことを特徴とするものである。
従って、新たに、高抵抗の結晶層で積層するこなく、所望の構造（発光パターン）を持つ窒化ガリウム系半導体素子を得る製造方法である。
【００５２】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層を、ＮＨ3ガス、および／または、Ｈ2ガスを含む雰囲気中に一定時間曝すことで、同じ層内で抵抗率の異なる部位を形成することを特徴とするものである。従って、高抵抗化を特定のガス中に曝すという簡便な方法により、同一層内で抵抗率の異なる層を形成する製造方法である。
【００５３】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、同じ層内で抵抗率の異なる部位を形成する際に、正電極をマスクとすることを特徴とするものである。従って、新たに、アニール用のマスクを形成する事無く、電極パターン以外の部分のみを高抵抗化領域に形成できる製造方法である。
【００５４】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の一部を高抵抗化する前記方法が、窒化ガリウム系半導体層および電極表面に絶縁膜を形成する工程を兼ねることを特徴とするものである。従って、高抵抗化を行う工程を、半導体素子表面に絶縁膜を形成する工程の中で実施することにより、高抵抗化だけのための工程を省くことができ、コストの安い製造方法である。
【００５５】
また、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、窒化ガリウム系半導体層および電極表面に絶縁膜を形成する際の雰囲気ガスにより、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の一部を高抵抗化することを特徴とするものである。従って、高抵抗化のためには、水素が必要であるが、その水素が絶縁膜形成のための雰囲気ガス、あるいは、原料ガスが分解して供給される水素を用いることにより、特に、水素を供給しながらの高抵抗化の工程を準備する必要が無く、所望の構造の半導体発光素子が得られる製造方法である。
【００５６】
さらに、本発明の窒化ガリウム系半導体素子の製造方法は、窒化ガリウム系半導体層および電極表面に形成する前記絶縁膜が、窒化シリコン、またはアモルファスシリコン、または二酸化シリコン、或いはそれらの積層膜であることを特徴とするものである。従って、これらの絶縁膜は安定な絶縁膜であり、その結果、信頼性の高い窒化ガリウム系半導体素子の製造方法である。
【００５７】
また、窒化ガリウム系半導体発光素子においては、Ｍｇを含む窒化ガリウム系半導体層の表面の一部を高抵抗化することで、非発光再結合、および、リーク電流を抑制することが出来た。また、ｐ型層の表面の一部を高抵抗化する工程を、表面保護層の形成工程に含ませることが出来る、あるいは、表面保護層形成と兼ねる事が出来るため、本発明を採用した発光素子の製造工程において、新たに工程を設ける必要が無い、という長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態よりなる窒化ガリウム系半導体素子の構成を示す略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態よりなる窒化ガリウム系半導体素子の製造方法を示す略断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態よりなる窒化ガリウム系半導体素子の構成を示す略断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態よりなる窒化ガリウム系半導体素子の製造方法を示す略断面図である。
【図５】従来例の窒化物系半導体材料を用いた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ’線で切断した略断面図、（ｃ）は従来例の発光素子に表面保護膜を付加した形態の発光素子の断面図である。
【図６】窒化ガリウム系半導体素子において、従来例と本発明における電流の流れ方を示す略断面図である。
【符号の説明】
１０、３０、５０  絶縁性基板であるサファイア基板。
１１、３１、５１、６１  ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）。
１２、３２  発光屠であるＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ層（０≦Ｚ≦１、０≦Ｔ≦１）。
１３、３３、５３、６２  ｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）。
１４、３４、５２、６３  負電極。
３５、５５  半透明正電極。
１５、３６、５４、６４  正電極。
３８、５６  表面保護膜。
６６  異物。
１０、６７  電流経路。
１１、１６、３７、  ６８  高抵抗ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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