JP2000031084A - 化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法 - Google Patents
化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法Info
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法を提
供する。 【解決手段】 バンドギャップより高エネルギーの電磁
波を薄膜に照射しながら熱処理を施す。成長時にドーピ
ングされるｐ型不純物の量は、薄膜の固有抵抗と適正熱
処理温度を変え、また電極との接触抵抗を改善する。こ
れにより、MOCVDやHVPEなどの気相エピタキシ法で成長
した化合物半導体薄膜の吸収波長の電磁波を照射して化
合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させたり、付随的に化
合物半導体と電極との特性接触抵抗率を低下させる。ま
た、化合物半導体薄膜の成長時、化合物半導体薄膜に注
入されたｐ型不純物の量が増加すると、活性化工程の適
正熱処理温度が低くなる。そこで、紫外線の照射なしに
ｐ型不純物のドーピング温度を高め、低温での熱処理だ
けで化合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させる。
供する。 【解決手段】 バンドギャップより高エネルギーの電磁
波を薄膜に照射しながら熱処理を施す。成長時にドーピ
ングされるｐ型不純物の量は、薄膜の固有抵抗と適正熱
処理温度を変え、また電極との接触抵抗を改善する。こ
れにより、MOCVDやHVPEなどの気相エピタキシ法で成長
した化合物半導体薄膜の吸収波長の電磁波を照射して化
合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させたり、付随的に化
合物半導体と電極との特性接触抵抗率を低下させる。ま
た、化合物半導体薄膜の成長時、化合物半導体薄膜に注
入されたｐ型不純物の量が増加すると、活性化工程の適
正熱処理温度が低くなる。そこで、紫外線の照射なしに
ｐ型不純物のドーピング温度を高め、低温での熱処理だ
けで化合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青緑色発オプティ
カルデバイス、青紫色レーザダイオード、紫外線発オプ
ティカルデバイス、レーザーダイオード及びトランジス
タなどオプティカルデバイスに用いられる化合物半導体
素子の製作における、化合物半導体薄膜のｐ型への活性
化方法に関する。
カルデバイス、青紫色レーザダイオード、紫外線発オプ
ティカルデバイス、レーザーダイオード及びトランジス
タなどオプティカルデバイスに用いられる化合物半導体
素子の製作における、化合物半導体薄膜のｐ型への活性
化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１は、GaNを基にして成長した典型的
なオプティカルデバイスの構造を示す断面図である。こ
の素子は、図示するように、サファイア基板１上にバッ
ファ層２を配置し、バッファ層２の上にGaN層３、n-GaN
層４、InGaN層５及びp-GaN層６を順に積層した後、p-コ
ンタクト層７及びn-コンタクト層８を各々形成して構成
される。図１のGaNを基本とした素子は、青色、紫色、
緑色の短波長の光を発し、完全なカラー表示や、高容量
記録媒体に情報を貯蔵する分野に適用できる。また、熱
的特性に優れ、高温で動作可能な電子デバイスにも応用
できる。
なオプティカルデバイスの構造を示す断面図である。こ
の素子は、図示するように、サファイア基板１上にバッ
ファ層２を配置し、バッファ層２の上にGaN層３、n-GaN
層４、InGaN層５及びp-GaN層６を順に積層した後、p-コ
ンタクト層７及びn-コンタクト層８を各々形成して構成
される。図１のGaNを基本とした素子は、青色、紫色、
緑色の短波長の光を発し、完全なカラー表示や、高容量
記録媒体に情報を貯蔵する分野に適用できる。また、熱
的特性に優れ、高温で動作可能な電子デバイスにも応用
できる。
【０００３】このような短波長オプティカルデバイスの
商品化で最も速い進歩を示す窒化物系化合物半導体は、
GaAs等の他の系列の物質とは異なり、ｐ型半導体の製作
に問題がある。GaN系化合物半導体を成長させる方法に
は、有機金属気相成長（MetalorganicChemical Vapor D
eposition; ＭＯＣＶＤ）法、ＭＢＥ(Molecular Beam E
pitaxy)法、ハイドライドＶＰＥ（Hydride Vapor Phase
Epitaxy;ＨＶＰ）法などがある。例えば、ＭＯＣＶＤ
法により成長させたｐ型不純物を含む薄膜は、固有抵抗
が非常に高くて素子に使用できない。これは反応気体の
水素が、成長時にｐ型不純物と結合された形態で結晶に
含まれ、ｐ型不純物が電気的に活性化できないように作
用するためと考えられる。これを解決するために、まず
電子ビームで電気伝導度を増加させる方法がある。これ
は成長した薄膜に電子線を照射して固有抵抗を低くする
方法である。しかし、この方法は、薄膜の表面に欠陥を
誘発し、素子の性能を劣化させる恐れがある。また、電
子線は、広い面積には照射が難しいため、狭い面積に照
射して順次に基板全体を照射することとなり、大容量の
生産には適しない。他の方法は熱処理方法である。これ
は、成長した薄膜を400℃以上で熱処理して固有抵抗を
低くする方法である。しかし、この方法では、通常800
〜900℃程度の高温に成長した薄膜を露出すべきなの
で、表面に熱的損傷を招き、薄膜に含まれた不純物が成
長時拡散して製作された素子の性能を劣化させる恐れが
ある。
商品化で最も速い進歩を示す窒化物系化合物半導体は、
GaAs等の他の系列の物質とは異なり、ｐ型半導体の製作
に問題がある。GaN系化合物半導体を成長させる方法に
は、有機金属気相成長（MetalorganicChemical Vapor D
eposition; ＭＯＣＶＤ）法、ＭＢＥ(Molecular Beam E
pitaxy)法、ハイドライドＶＰＥ（Hydride Vapor Phase
Epitaxy;ＨＶＰ）法などがある。例えば、ＭＯＣＶＤ
法により成長させたｐ型不純物を含む薄膜は、固有抵抗
が非常に高くて素子に使用できない。これは反応気体の
水素が、成長時にｐ型不純物と結合された形態で結晶に
含まれ、ｐ型不純物が電気的に活性化できないように作
用するためと考えられる。これを解決するために、まず
電子ビームで電気伝導度を増加させる方法がある。これ
は成長した薄膜に電子線を照射して固有抵抗を低くする
方法である。しかし、この方法は、薄膜の表面に欠陥を
誘発し、素子の性能を劣化させる恐れがある。また、電
子線は、広い面積には照射が難しいため、狭い面積に照
射して順次に基板全体を照射することとなり、大容量の
生産には適しない。他の方法は熱処理方法である。これ
は、成長した薄膜を400℃以上で熱処理して固有抵抗を
低くする方法である。しかし、この方法では、通常800
〜900℃程度の高温に成長した薄膜を露出すべきなの
で、表面に熱的損傷を招き、薄膜に含まれた不純物が成
長時拡散して製作された素子の性能を劣化させる恐れが
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記のよう
な問題点を改善するために、化合物半導体素子の製造方
法において、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導
体、なかでもGaN系化合物半導体の固有抵抗を低下さ
せ、化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法を提供する
ことを目的とする。
な問題点を改善するために、化合物半導体素子の製造方
法において、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導
体、なかでもGaN系化合物半導体の固有抵抗を低下さ
せ、化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法を提供する
ことを目的とする。
【０００５】また、化合物半導体薄膜のｐ型への活性化
方法において、熱処理温度を低下させる技術を提供する
ことを目的とする。さらに、ｐ型化合物半導体薄膜と電
極との接触抵抗を減少させる技術を提供することを目的
とする。
方法において、熱処理温度を低下させる技術を提供する
ことを目的とする。さらに、ｐ型化合物半導体薄膜と電
極との接触抵抗を減少させる技術を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するために、化合物半導体素子の製造方法におい
て、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体、なか
でもGaN系化合物半導体の固有抵抗を電磁波を使用して
低くする、化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法を提
供する。また、Mgの含量を増加させて熱処理温度を低め
る化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法を提供する。
さらに、成長過程でドーピングされるｐ型不純物の含量
に応じ、電極との接触抵抗を減少させる技術を提供す
る。
解決するために、化合物半導体素子の製造方法におい
て、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体、なか
でもGaN系化合物半導体の固有抵抗を電磁波を使用して
低くする、化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法を提
供する。また、Mgの含量を増加させて熱処理温度を低め
る化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法を提供する。
さらに、成長過程でドーピングされるｐ型不純物の含量
に応じ、電極との接触抵抗を減少させる技術を提供す
る。
【０００７】すなわち、本発明に係る化合物半導体薄膜
のｐ型への活性化方法は、気相エピタキシ法で成長さ
れ、ｐ型不純物がドーピングされる化合物半導体薄膜及
び電極を使用して化合物半導体素子を製作する方法であ
って、前記ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体
薄膜に吸収されうる電磁波を、前記化合物半導体薄膜に
照射する段階を含むことを特徴とする。
のｐ型への活性化方法は、気相エピタキシ法で成長さ
れ、ｐ型不純物がドーピングされる化合物半導体薄膜及
び電極を使用して化合物半導体素子を製作する方法であ
って、前記ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体
薄膜に吸収されうる電磁波を、前記化合物半導体薄膜に
照射する段階を含むことを特徴とする。
【０００８】本発明において、前記電磁波を照射する段
階は、空気雰囲気または窒素雰囲気で350℃以上の熱処
理工程と共に遂行されることが望ましい。特に、前記電
磁波を照射する段階では、前記化合物半導体薄膜がMgを
ドーピングしたGaN薄膜の場合、使われる前記電磁波は
空気中で波長385nmより短い波長を有することが望まし
い。
階は、空気雰囲気または窒素雰囲気で350℃以上の熱処
理工程と共に遂行されることが望ましい。特に、前記電
磁波を照射する段階では、前記化合物半導体薄膜がMgを
ドーピングしたGaN薄膜の場合、使われる前記電磁波は
空気中で波長385nmより短い波長を有することが望まし
い。
【０００９】また、本発明において、3元混晶系化合物
では0≦x≦1であり、4元混晶系化合物ではx＋y＋z＝1の
関係を有するとするとき、前記化合物半導体薄膜は、In
xGa1 -xN、AlxGa1-xN、AlxGayInzN、BxGa1-xN、BxAlyGazN
からなる群のうちいずれか一のガリウム窒化物系半導体
物質からなり、前記化合物半導体薄膜のｐ型不純物とし
てZn、Cd、Be、Ca、Baのうちの少なくとも何れか一つを
使用することが望ましい。
では0≦x≦1であり、4元混晶系化合物ではx＋y＋z＝1の
関係を有するとするとき、前記化合物半導体薄膜は、In
xGa1 -xN、AlxGa1-xN、AlxGayInzN、BxGa1-xN、BxAlyGazN
からなる群のうちいずれか一のガリウム窒化物系半導体
物質からなり、前記化合物半導体薄膜のｐ型不純物とし
てZn、Cd、Be、Ca、Baのうちの少なくとも何れか一つを
使用することが望ましい。
【００１０】また、本発明に係るさらに他の化合物半導
体薄膜のｐ型への活性化方法は、気相エピタキシ法で成
長し、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体薄膜
及び電極を使用して化合物半導体素子を製作する方法で
あって、前記ｐ型不純物がドーピングされた半導体薄膜
が、ｐ型不純物としてMgを5×1019cm-3以上含有してい
る場合、前記化合物半導体薄膜を200〜850℃の範囲で熱
処理する段階を含む。
体薄膜のｐ型への活性化方法は、気相エピタキシ法で成
長し、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体薄膜
及び電極を使用して化合物半導体素子を製作する方法で
あって、前記ｐ型不純物がドーピングされた半導体薄膜
が、ｐ型不純物としてMgを5×1019cm-3以上含有してい
る場合、前記化合物半導体薄膜を200〜850℃の範囲で熱
処理する段階を含む。
【００１１】本発明において、3元混晶系化合物では0≦
x≦1であり、4元混晶系化合物ではx＋y＋z＝1の関係を
有するとするとき、前記化合物半導体薄膜は、InxGa1-x
N、Al xGa1-xN、AlxGayInzN、BxGa1-xN、BxAlyGazNからな
る群のうちのいずれか一のガリウム窒化物系半導体物質
からなり、前記化合物半導体薄膜のｐ型不純物として、
Zn、Cd、Be、Ca、Baのうちの少なくとも何れか一つを使
用することが望ましい。
x≦1であり、4元混晶系化合物ではx＋y＋z＝1の関係を
有するとするとき、前記化合物半導体薄膜は、InxGa1-x
N、Al xGa1-xN、AlxGayInzN、BxGa1-xN、BxAlyGazNからな
る群のうちのいずれか一のガリウム窒化物系半導体物質
からなり、前記化合物半導体薄膜のｐ型不純物として、
Zn、Cd、Be、Ca、Baのうちの少なくとも何れか一つを使
用することが望ましい。
【００１２】さらに本発明は、気相エピタキシ法で成長
し、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体薄膜及
び電極を使用して化合物半導体素子の接触抵抗を減少さ
せる方法であって、前記ｐ型不純物を前記化合物半導体
薄膜にドーピングする場合に、最も低い固有抵抗値を有
する前記ｐ型不純物のドーピング濃度より2倍以上の高
濃度でドーピングする段階を含む方法を提供する。
し、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体薄膜及
び電極を使用して化合物半導体素子の接触抵抗を減少さ
せる方法であって、前記ｐ型不純物を前記化合物半導体
薄膜にドーピングする場合に、最も低い固有抵抗値を有
する前記ｐ型不純物のドーピング濃度より2倍以上の高
濃度でドーピングする段階を含む方法を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照し、本
発明に係る化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法を詳
細に説明する。本発明は、化合物半導体素子の性能を高
めるために、化合物半導体薄膜をｐ型に活性化して化合
物半導体薄膜の固有抵抗を減少させることが主な特徴で
ある。これを具現するための方法として、ＭＯＣＶＤ法
やＨＶＰＥ法などの気相エピタキシ（ＶＰＥ；Vapor Ph
ase Epitaxy）法で成長されｐ型不純物がドーピングさ
れた化合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させるために、
化合物半導体薄膜に吸収されうる電磁波を照射する方法
と、化合物半導体薄膜に含まれたｐ型不純物の濃度を増
加させて熱処理温度を低下させる方法とがある。
発明に係る化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法を詳
細に説明する。本発明は、化合物半導体素子の性能を高
めるために、化合物半導体薄膜をｐ型に活性化して化合
物半導体薄膜の固有抵抗を減少させることが主な特徴で
ある。これを具現するための方法として、ＭＯＣＶＤ法
やＨＶＰＥ法などの気相エピタキシ（ＶＰＥ；Vapor Ph
ase Epitaxy）法で成長されｐ型不純物がドーピングさ
れた化合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させるために、
化合物半導体薄膜に吸収されうる電磁波を照射する方法
と、化合物半導体薄膜に含まれたｐ型不純物の濃度を増
加させて熱処理温度を低下させる方法とがある。
【００１４】より具体的に、第一の方法では、化合物半
導体薄膜が吸収できる最低エネルギー、即ちバンドギャ
ップエネルギーより大きいエネルギーを有する電磁波を
照射する方法が用いられる。即ち、図２に示した活性化
工程では、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体
薄膜に吸収されうる電磁波を、光源９から化合物半導体
薄膜試料１０に照射しながら、３５０℃程度の温度に加
熱する。ここで、電熱器１１が試料１０を加熱するため
に設けられている。また、試料１０はチャンバ１２に配
置されている。ｐ型不純物としてMgがドーピングされた
GaN薄膜の場合には、バンドギャップエネルギーよりエ
ネルギーが高い波長領域の紫外線を照射する場合、固有
抵抗が減少する。またこの際、３５０℃以上に加熱すれ
ば、GaN薄膜の固有抵抗がさらに減少する。このような
ｐ型不純物としては、Mg以外にもBa、Be、Ca、Cd、Znな
どが使用される。また、化合物半導体薄膜として、前記
MgがドーピングされたGaN薄膜の代わりに、AlGaN薄膜を
用いる場合にも類似した様態を示す。即ち、主に3-5族
のガリウム窒化物系半導体であるInGaN、AlGaN、AlGaIn
N、BGaN、BAlGaNなどに対しても各々のバンドギャップ
よりエネルギーの大きい電磁波を照射すれば、同じ効果
が期待できる。
導体薄膜が吸収できる最低エネルギー、即ちバンドギャ
ップエネルギーより大きいエネルギーを有する電磁波を
照射する方法が用いられる。即ち、図２に示した活性化
工程では、ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体
薄膜に吸収されうる電磁波を、光源９から化合物半導体
薄膜試料１０に照射しながら、３５０℃程度の温度に加
熱する。ここで、電熱器１１が試料１０を加熱するため
に設けられている。また、試料１０はチャンバ１２に配
置されている。ｐ型不純物としてMgがドーピングされた
GaN薄膜の場合には、バンドギャップエネルギーよりエ
ネルギーが高い波長領域の紫外線を照射する場合、固有
抵抗が減少する。またこの際、３５０℃以上に加熱すれ
ば、GaN薄膜の固有抵抗がさらに減少する。このような
ｐ型不純物としては、Mg以外にもBa、Be、Ca、Cd、Znな
どが使用される。また、化合物半導体薄膜として、前記
MgがドーピングされたGaN薄膜の代わりに、AlGaN薄膜を
用いる場合にも類似した様態を示す。即ち、主に3-5族
のガリウム窒化物系半導体であるInGaN、AlGaN、AlGaIn
N、BGaN、BAlGaNなどに対しても各々のバンドギャップ
よりエネルギーの大きい電磁波を照射すれば、同じ効果
が期待できる。
【００１５】以上のような結果を導出するための実験方
法として、まずMgがドーピングされたGaNの固有抵抗を
簡単に測定するために小さな試料で実験を進行した。こ
の試料の上面に同じ大きさの原形電極を蒸着し、試料間
に流れる電流を測定した。原形電極にはPd金属を用い、
直径0.6mm、間隔0.6mmで2次元格子状に試料を均一に配
置した。５Ｖの電圧で試料間に流れる電流を測定し、固
有抵抗の変化を比較した。同電圧で測定される電流は、
薄膜の固有抵抗と直接的な反比例関係にあるので、試片
間の固有抵抗の比較に充分である。以下、ｐ型不純物が
添加され化合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させる工程
を活性化工程と呼ぶ。
法として、まずMgがドーピングされたGaNの固有抵抗を
簡単に測定するために小さな試料で実験を進行した。こ
の試料の上面に同じ大きさの原形電極を蒸着し、試料間
に流れる電流を測定した。原形電極にはPd金属を用い、
直径0.6mm、間隔0.6mmで2次元格子状に試料を均一に配
置した。５Ｖの電圧で試料間に流れる電流を測定し、固
有抵抗の変化を比較した。同電圧で測定される電流は、
薄膜の固有抵抗と直接的な反比例関係にあるので、試片
間の固有抵抗の比較に充分である。以下、ｐ型不純物が
添加され化合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させる工程
を活性化工程と呼ぶ。
【００１６】また、MgがドーピングされたGaN半導体薄
膜の接触抵抗を測定するためには、多用される方法のTr
ansmission Line Method(TLM)を使用した。用いたＰｄ
電極は幅200μm、長さ100μmであり、７つの電極を、間
隔5、10、15、20、25、30μmになるように一列に配置し
た。電圧0.1Vにおける微分抵抗値を測定して接触抵抗を
求めた。
膜の接触抵抗を測定するためには、多用される方法のTr
ansmission Line Method(TLM)を使用した。用いたＰｄ
電極は幅200μm、長さ100μmであり、７つの電極を、間
隔5、10、15、20、25、30μmになるように一列に配置し
た。電圧0.1Vにおける微分抵抗値を測定して接触抵抗を
求めた。
【００１７】活性化工程に使われた紫外線の光源として
は水銀灯を使用したし、別に言及されない限り、光度は
110mW/cm2に全ての実験で同一にした。活性化工程時間
は30分に固定して使用した。数分以上の時間範囲におけ
る活性化濃度は大きな差を示さなかった。実験に使われ
たｐ型化合物半導体薄膜は、サファイア基板上に約1μm
厚さのドーピングされていないGaN層を積層し、その上
にMgがドーピングされたGaN層を約1μm厚さに成長した
構造を使用した。
は水銀灯を使用したし、別に言及されない限り、光度は
110mW/cm2に全ての実験で同一にした。活性化工程時間
は30分に固定して使用した。数分以上の時間範囲におけ
る活性化濃度は大きな差を示さなかった。実験に使われ
たｐ型化合物半導体薄膜は、サファイア基板上に約1μm
厚さのドーピングされていないGaN層を積層し、その上
にMgがドーピングされたGaN層を約1μm厚さに成長した
構造を使用した。
【００１８】図３には、色々な温度で紫外線を照射しな
がら測定した活性化したｐ型化合物半導体薄膜の試料に
流れる電流が示されている。温度に応じた電流の変化に
紫外線の影響も共に示されている。成長した状態で電流
がほとんど流れない半導体薄膜は、熱処理を通じて電流
が多く流れる薄膜に転換される。このとき、紫外線は、
この熱処理を促進し、さらに低い温度においても同じ程
度の電流が流れうるようにする。同じ量の電流が流れる
場合、紫外線を照射する時は紫外線なしに熱処理のみす
る時より約70〜80℃程度の温度下降効果を与えている。
また紫外線を照射する場合、100℃程度の非常に低い温
度下での熱処理としても、成長した状態、即ち電流がほ
とんど流れない状態より約30〜40倍程電流が増加したこ
とが分かる。紫外線がない時100℃と200℃で熱処理され
た試料では、成長した状態のままの熱処理しない半導体
薄膜と同じ程度の電流が流れている。即ち、紫外線を照
射すれば試料にややの熱のみ加えても流れる電流の量が
大きく増えることが分かる。また、紫外線を照射する場
合、熱処理温度が350℃以上になれば、流れる電流の量
が増加しない傾向を示していて、それ以上の温度範囲で
活性化を進行すれば低い固有抵抗のｐ型不純物がドーピ
ングされたGaNが得られる。
がら測定した活性化したｐ型化合物半導体薄膜の試料に
流れる電流が示されている。温度に応じた電流の変化に
紫外線の影響も共に示されている。成長した状態で電流
がほとんど流れない半導体薄膜は、熱処理を通じて電流
が多く流れる薄膜に転換される。このとき、紫外線は、
この熱処理を促進し、さらに低い温度においても同じ程
度の電流が流れうるようにする。同じ量の電流が流れる
場合、紫外線を照射する時は紫外線なしに熱処理のみす
る時より約70〜80℃程度の温度下降効果を与えている。
また紫外線を照射する場合、100℃程度の非常に低い温
度下での熱処理としても、成長した状態、即ち電流がほ
とんど流れない状態より約30〜40倍程電流が増加したこ
とが分かる。紫外線がない時100℃と200℃で熱処理され
た試料では、成長した状態のままの熱処理しない半導体
薄膜と同じ程度の電流が流れている。即ち、紫外線を照
射すれば試料にややの熱のみ加えても流れる電流の量が
大きく増えることが分かる。また、紫外線を照射する場
合、熱処理温度が350℃以上になれば、流れる電流の量
が増加しない傾向を示していて、それ以上の温度範囲で
活性化を進行すれば低い固有抵抗のｐ型不純物がドーピ
ングされたGaNが得られる。
【００１９】既存の活性化のための熱処理温度より低い
温度での熱処理は、成長した半導体薄膜に誘発されうる
表面損傷を抑制し、金属との電極形成時に電極と半導体
薄膜との間に発生する接触抵抗を低下させる長所があ
る。接触抵抗の測定のために一枚の基板から二つの試料
を備えて各々他の活性化工程を経た。即ち、Mgがドーピ
ングされたGaN薄膜を活性化するために、二つの試料に
既存の高温熱処理工程と紫外線を照射する低温熱処理工
程とをそれぞれ施した。その後、TLMで特性接触抵抗率
を測定した。800℃で活性化した試片は、4.03×10-2Ωc
m2から1.16×10-2Ωcm2の特性接触抵抗を示した。一
方、370℃で紫外線を照射して活性化した試料は、4.33
×10-4Ωcm2から5.62×10-6Ωcm2の特性接触抵抗率を示
した。この100倍程度の接触抵抗率の差は非常に大きな
値であって、高温で半導体薄膜に表面損傷が発生して欠
陥を誘発し、このため電極との接触抵抗が上昇したこと
を示している。
温度での熱処理は、成長した半導体薄膜に誘発されうる
表面損傷を抑制し、金属との電極形成時に電極と半導体
薄膜との間に発生する接触抵抗を低下させる長所があ
る。接触抵抗の測定のために一枚の基板から二つの試料
を備えて各々他の活性化工程を経た。即ち、Mgがドーピ
ングされたGaN薄膜を活性化するために、二つの試料に
既存の高温熱処理工程と紫外線を照射する低温熱処理工
程とをそれぞれ施した。その後、TLMで特性接触抵抗率
を測定した。800℃で活性化した試片は、4.03×10-2Ωc
m2から1.16×10-2Ωcm2の特性接触抵抗を示した。一
方、370℃で紫外線を照射して活性化した試料は、4.33
×10-4Ωcm2から5.62×10-6Ωcm2の特性接触抵抗率を示
した。この100倍程度の接触抵抗率の差は非常に大きな
値であって、高温で半導体薄膜に表面損傷が発生して欠
陥を誘発し、このため電極との接触抵抗が上昇したこと
を示している。
【００２０】さらに、紫外線照射による低温熱処理は、
既存の高温熱処理に比べ、薄膜の表面における酸化物や
他の反応物の発生を抑制するので、活性化工程の雰囲気
気体を調節する必要がない長所もある。図４に、800℃
の高温で窒素及び空気の2つの雰囲気について、それぞ
れの雰囲気中で活性化した２つの試料の電圧電流特性を
示す。空気雰囲気で活性化した試料の電流電圧特性は、
０Ｖ近くで曲線で示されている。窒素雰囲気で活性化し
た試料の電流電圧特性は、直線的な特性を示している。
空気雰囲気で活性化した試料が０Ｖ近くで曲線的特性を
示す理由は、化合物半導体薄膜と電極との間に抵抗的接
触が形成できなかったからである。即ち、窒素雰囲気で
活性化工程を進行してこそ、電極との抵抗的接触を形成
することが示されている。しかし、図示していないもの
の、図３における紫外線を照射した試料は、空気雰囲気
で活性化した場合も全て直線的電流電圧特性を示した。
これは、紫外線照射と共に低温で活性化工程が進行され
たため、薄膜の表面に酸化物または他の反応物が発生せ
ず、界面で抵抗的接触がうまくなされたと考えられる。
このように、雰囲気を人為的に窒素雰囲気に調節する必
要がないので、活性化のための装備を簡単に作れる長所
がある。紫外線を照射する低温活性化工程が空気雰囲気
で進行されても、窒素雰囲気で進行される場合と同様に
活性化がなされる。
既存の高温熱処理に比べ、薄膜の表面における酸化物や
他の反応物の発生を抑制するので、活性化工程の雰囲気
気体を調節する必要がない長所もある。図４に、800℃
の高温で窒素及び空気の2つの雰囲気について、それぞ
れの雰囲気中で活性化した２つの試料の電圧電流特性を
示す。空気雰囲気で活性化した試料の電流電圧特性は、
０Ｖ近くで曲線で示されている。窒素雰囲気で活性化し
た試料の電流電圧特性は、直線的な特性を示している。
空気雰囲気で活性化した試料が０Ｖ近くで曲線的特性を
示す理由は、化合物半導体薄膜と電極との間に抵抗的接
触が形成できなかったからである。即ち、窒素雰囲気で
活性化工程を進行してこそ、電極との抵抗的接触を形成
することが示されている。しかし、図示していないもの
の、図３における紫外線を照射した試料は、空気雰囲気
で活性化した場合も全て直線的電流電圧特性を示した。
これは、紫外線照射と共に低温で活性化工程が進行され
たため、薄膜の表面に酸化物または他の反応物が発生せ
ず、界面で抵抗的接触がうまくなされたと考えられる。
このように、雰囲気を人為的に窒素雰囲気に調節する必
要がないので、活性化のための装備を簡単に作れる長所
がある。紫外線を照射する低温活性化工程が空気雰囲気
で進行されても、窒素雰囲気で進行される場合と同様に
活性化がなされる。
【００２１】通常のＭＯＣＶＤ法で成長した化合物半導
体でｐ型不純物がドーピングされても高い固有抵抗を示
すのは、ｐ型不純物が水素と結合してアクセプタとして
の役割を果たせないからであると推測される。このよう
に、ｐ型不純物に結合された水素を高温の熱処理を通じ
て分離し、固有抵抗を低下させる工程が既存の活性化工
程である。水素を分離する方法は、他にも電子線の照射
方法や少数電荷注入方法などが提示されているが、これ
ら原理は全て水素と電子との作用のためであると提案さ
れている。即ち、電子を外部から注入すれば、水素とｐ
型不純物間の結合を弱め、高温の熱処理なしでも低温で
前記結合から水素を分離して薄膜の固有抵抗を低めうる
原理である。本発明では、このような電子の注入のため
に、成長したｐ型不純物を含む半導体薄膜に吸収されう
る光を照射して半導体薄膜内に電子−正孔対を生成する
原理を使用した。この際、活性化に役に立つ電子を作れ
る光は半導体薄膜のバンドギャップよりエネルギーの大
きな光である。普通、半導体の光吸収はバンドギャップ
から始まって波長が短くなるほど増加し、バンドギャッ
プ以下では吸収がない。
体でｐ型不純物がドーピングされても高い固有抵抗を示
すのは、ｐ型不純物が水素と結合してアクセプタとして
の役割を果たせないからであると推測される。このよう
に、ｐ型不純物に結合された水素を高温の熱処理を通じ
て分離し、固有抵抗を低下させる工程が既存の活性化工
程である。水素を分離する方法は、他にも電子線の照射
方法や少数電荷注入方法などが提示されているが、これ
ら原理は全て水素と電子との作用のためであると提案さ
れている。即ち、電子を外部から注入すれば、水素とｐ
型不純物間の結合を弱め、高温の熱処理なしでも低温で
前記結合から水素を分離して薄膜の固有抵抗を低めうる
原理である。本発明では、このような電子の注入のため
に、成長したｐ型不純物を含む半導体薄膜に吸収されう
る光を照射して半導体薄膜内に電子−正孔対を生成する
原理を使用した。この際、活性化に役に立つ電子を作れ
る光は半導体薄膜のバンドギャップよりエネルギーの大
きな光である。普通、半導体の光吸収はバンドギャップ
から始まって波長が短くなるほど増加し、バンドギャッ
プ以下では吸収がない。
【００２２】ｐ型不純物が含まれたGaN薄膜の場合に
は、図５に示すように、385nmより短波長の光は薄膜内
で吸収されて電荷を生成する。即ち、385nmより短波長
の光はMgがドーピングされたGaN薄膜で吸収されて活性
化に寄与することと見なせる。この385nm波長台の紫外
線の光源としては、水銀灯が適している。本発明の実験
に用いた水銀灯は、紫外線領域のみならず可視光線領域
の電磁波も多量放出している。紫外線の効果を確認する
ために紫外線を透過しないフィルターを使用して可視光
線だけで活性化を進行させてみた。実験に使われたフィ
ルターは、420nmより短波長の電磁波を透過させないフ
ィルタである。370℃で紫外線を照射しながら活性化し
た試料は約130μAの電流が流れた。一方、フィルターを
使用して紫外線を遮断した状態で熱処理された試料に
は、約10μAの電流のみ流れて、MgがドーピングされたG
aNの場合には、紫外線が活性化工程において主要因であ
ることを示した。
は、図５に示すように、385nmより短波長の光は薄膜内
で吸収されて電荷を生成する。即ち、385nmより短波長
の光はMgがドーピングされたGaN薄膜で吸収されて活性
化に寄与することと見なせる。この385nm波長台の紫外
線の光源としては、水銀灯が適している。本発明の実験
に用いた水銀灯は、紫外線領域のみならず可視光線領域
の電磁波も多量放出している。紫外線の効果を確認する
ために紫外線を透過しないフィルターを使用して可視光
線だけで活性化を進行させてみた。実験に使われたフィ
ルターは、420nmより短波長の電磁波を透過させないフ
ィルタである。370℃で紫外線を照射しながら活性化し
た試料は約130μAの電流が流れた。一方、フィルターを
使用して紫外線を遮断した状態で熱処理された試料に
は、約10μAの電流のみ流れて、MgがドーピングされたG
aNの場合には、紫外線が活性化工程において主要因であ
ることを示した。
【００２３】電磁波をMgがドーピングされたGaN薄膜に
吸収させる場合、吸収率に応じて光の透過深度が変化す
る。言い換えれば、活性化させようとするMgをドーピン
グしたGaNの表面近くに紫外線が全て吸収されると、紫
外線がGaNの内部には効果を与えられない可能性がある
ということである。実験に用いた、Mgをドーピングした
GaN薄膜は、サファイア基板上にドーピングされないGaN
薄膜を1μm成長させた後、その上に成長させた。紫外線
の透過深度が、MgをドーピングしたGaN薄膜の活性化に
及ぼす影響を検証するために、成長したGaN薄膜を光源
側に向けて配置した試料と逆側に向けて配置した試料と
に同時に紫外線を照射してGaN薄膜を活性化した。紫外
線の透過深度が短ければ、試料の表面近くにあるドーピ
ングされない層で紫外線がほとんど吸収されて、成長し
た薄膜を光源と逆側に向けた試料は低い電流値を示すは
ずである。しかし、実際の実験結果は、二つの試料にほ
とんど同じ電流が流れて透過深度に対する問題はないも
のと示された。
吸収させる場合、吸収率に応じて光の透過深度が変化す
る。言い換えれば、活性化させようとするMgをドーピン
グしたGaNの表面近くに紫外線が全て吸収されると、紫
外線がGaNの内部には効果を与えられない可能性がある
ということである。実験に用いた、Mgをドーピングした
GaN薄膜は、サファイア基板上にドーピングされないGaN
薄膜を1μm成長させた後、その上に成長させた。紫外線
の透過深度が、MgをドーピングしたGaN薄膜の活性化に
及ぼす影響を検証するために、成長したGaN薄膜を光源
側に向けて配置した試料と逆側に向けて配置した試料と
に同時に紫外線を照射してGaN薄膜を活性化した。紫外
線の透過深度が短ければ、試料の表面近くにあるドーピ
ングされない層で紫外線がほとんど吸収されて、成長し
た薄膜を光源と逆側に向けた試料は低い電流値を示すは
ずである。しかし、実際の実験結果は、二つの試料にほ
とんど同じ電流が流れて透過深度に対する問題はないも
のと示された。
【００２４】照射される紫外線の強度に応じた電流の変
化を、図６に示す。実験に用いた水銀灯の最高放出光度
は110mW/cm2であり、この時伝導される電流は25μAであ
る。また紫外線がない場合に同じ温度で活性化した試料
に流れる電流は2.9μAである。この電流値は図面で点線
と示されている。紫外線が照射された時、活性化した試
料では紫外線の強度を変化させても電流の変化がないこ
とが分かる。本実験では、光源の限界のために30mW/cm2
以下には紫外線の強度を減らせなかった。しかし図６に
示したように、電流は光度への依存性を示していない。
このことから、光度は微量さえあれば、ｐ型化合物半導
体薄膜の活性化を達成するには充分であると思われる。
化を、図６に示す。実験に用いた水銀灯の最高放出光度
は110mW/cm2であり、この時伝導される電流は25μAであ
る。また紫外線がない場合に同じ温度で活性化した試料
に流れる電流は2.9μAである。この電流値は図面で点線
と示されている。紫外線が照射された時、活性化した試
料では紫外線の強度を変化させても電流の変化がないこ
とが分かる。本実験では、光源の限界のために30mW/cm2
以下には紫外線の強度を減らせなかった。しかし図６に
示したように、電流は光度への依存性を示していない。
このことから、光度は微量さえあれば、ｐ型化合物半導
体薄膜の活性化を達成するには充分であると思われる。
【００２５】本発明を具現するための他の方法として、
ＭＯＣＶＤ法で成長し、ｐ型不純物をドーピングした化
合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させるために、化合物
半導体薄膜に含まれたｐ型不純物の濃度を増加させて熱
処理温度を低下させる方法がある。この方法によれば、
ｐ型不純物のMgの含量を増加させることにより、紫外線
を照射せず低温熱処理だけで化合物半導体薄膜の活性化
を促進可能である。図７は、Mgの含量が異なる各々の試
料ごとに完全に活性化した状態、即ち紫外線を照射しな
がら520℃で活性化させた試料で測定した電流値に対す
る、紫外線なしに370℃で活性化させた試料で測定した
電流値の比を示す。即ち各々の試料ごとに370℃からあ
る程度まで活性化するかの比を示した。Mg含量が9.6×1
019cm-3の時は飽和電流の約50%以上の電流値を示してい
る。これはMgの過ドーピングでも低温で紫外線を使用せ
ず活性化できることを意味する。Mgが5×1019cm-3以上
であれば飽和電流の約4%の電流が流れている。この場
合、活性化工程は200〜850℃程度の低温熱処理によって
も十分達成できる。
ＭＯＣＶＤ法で成長し、ｐ型不純物をドーピングした化
合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させるために、化合物
半導体薄膜に含まれたｐ型不純物の濃度を増加させて熱
処理温度を低下させる方法がある。この方法によれば、
ｐ型不純物のMgの含量を増加させることにより、紫外線
を照射せず低温熱処理だけで化合物半導体薄膜の活性化
を促進可能である。図７は、Mgの含量が異なる各々の試
料ごとに完全に活性化した状態、即ち紫外線を照射しな
がら520℃で活性化させた試料で測定した電流値に対す
る、紫外線なしに370℃で活性化させた試料で測定した
電流値の比を示す。即ち各々の試料ごとに370℃からあ
る程度まで活性化するかの比を示した。Mg含量が9.6×1
019cm-3の時は飽和電流の約50%以上の電流値を示してい
る。これはMgの過ドーピングでも低温で紫外線を使用せ
ず活性化できることを意味する。Mgが5×1019cm-3以上
であれば飽和電流の約4%の電流が流れている。この場
合、活性化工程は200〜850℃程度の低温熱処理によって
も十分達成できる。
【００２６】また、化合物半導体薄膜としてAlGaN薄膜
を用いる場合にも同様の効果が得られ（図示せず）、主
に3-5族のガリウム窒化物系半導体であるInGaN、AlGa
N、AlGaInN、BGaN、BAlGaNなどについても、前記のよう
なｐ型不純物が過ドーピングされれば低温で活性化がな
される。普通、半導体薄膜に含まれたｐ型不純物が増加
するほど正孔濃度が増加して薄膜の固有抵抗が低くなり
電極との接触抵抗も低くなる傾向がある。特に正孔濃度
は、電極との接触抵抗を決定する重要な変数である。し
かし、窒化物系半導体はｐ型不純物の量が2〜3×1019cm
-3以上に増加すれば、正孔濃度が減少して薄膜の固有抵
抗が増加する。本発明は、Mgが2〜3×1019cm-3以上に過
ドーピングされて正孔濃度が減少してもｐ型不純物の含
有量が高い薄膜が電極と低い接触抵抗を形成するという
内容である。半導体素子を製作する場合、素子の動作電
圧を決定する要因は薄膜の固有抵抗と薄膜と電極との接
触抵抗であるが、GaNの場合、バンドギャップエネルギ
ーが大きく、正孔濃度が低くて電極とp-GaNとの接触抵
抗が最も重要な要因となる。従って、p-GaNの抵抗がわ
ずかに高くなっても、電極との接触抵抗を低下させる条
件として成長したp-GaNを素子に使用してこそ素子の全
体抵抗を低めうる。しかし、接触抵抗を低める目的だけ
のためにMgを過ドーピングする場合、薄膜の抵抗があま
りに大きくなり、また正孔濃度の深刻な減少はLEDやLD
などの素子の性能にも悪い影響を及ぼす恐れがある。本
発明では、このような問題を解決するために電極と接触
する表面層にだけMgを過ドーピングする接触層を作り、
その下には適正量のMgをドーピングして薄膜の抵抗を低
める構造を提案する。薄膜の抵抗が最も低く、正孔濃度
が最も高いGaN薄膜におけるMgの含量は1.5〜2×1019cm
-3の範囲である。
を用いる場合にも同様の効果が得られ（図示せず）、主
に3-5族のガリウム窒化物系半導体であるInGaN、AlGa
N、AlGaInN、BGaN、BAlGaNなどについても、前記のよう
なｐ型不純物が過ドーピングされれば低温で活性化がな
される。普通、半導体薄膜に含まれたｐ型不純物が増加
するほど正孔濃度が増加して薄膜の固有抵抗が低くなり
電極との接触抵抗も低くなる傾向がある。特に正孔濃度
は、電極との接触抵抗を決定する重要な変数である。し
かし、窒化物系半導体はｐ型不純物の量が2〜3×1019cm
-3以上に増加すれば、正孔濃度が減少して薄膜の固有抵
抗が増加する。本発明は、Mgが2〜3×1019cm-3以上に過
ドーピングされて正孔濃度が減少してもｐ型不純物の含
有量が高い薄膜が電極と低い接触抵抗を形成するという
内容である。半導体素子を製作する場合、素子の動作電
圧を決定する要因は薄膜の固有抵抗と薄膜と電極との接
触抵抗であるが、GaNの場合、バンドギャップエネルギ
ーが大きく、正孔濃度が低くて電極とp-GaNとの接触抵
抗が最も重要な要因となる。従って、p-GaNの抵抗がわ
ずかに高くなっても、電極との接触抵抗を低下させる条
件として成長したp-GaNを素子に使用してこそ素子の全
体抵抗を低めうる。しかし、接触抵抗を低める目的だけ
のためにMgを過ドーピングする場合、薄膜の抵抗があま
りに大きくなり、また正孔濃度の深刻な減少はLEDやLD
などの素子の性能にも悪い影響を及ぼす恐れがある。本
発明では、このような問題を解決するために電極と接触
する表面層にだけMgを過ドーピングする接触層を作り、
その下には適正量のMgをドーピングして薄膜の抵抗を低
める構造を提案する。薄膜の抵抗が最も低く、正孔濃度
が最も高いGaN薄膜におけるMgの含量は1.5〜2×1019cm
-3の範囲である。
【００２７】この実験で用いた試料は、800℃で４分間
の熱処理を施して活性化した。そして、各試料の接触抵
抗を比較するために、５μm間隔の二つの電極間の０．
１Ｖにおける微分抵抗dV/dIを測定した。接触抵抗が大
きい場合には、電極間隔に応じた測定値の変化が大きく
リニアフィッティングで接触抵抗を求め難いため、測定
された抵抗値を直接比較する方法を選択した。
の熱処理を施して活性化した。そして、各試料の接触抵
抗を比較するために、５μm間隔の二つの電極間の０．
１Ｖにおける微分抵抗dV/dIを測定した。接触抵抗が大
きい場合には、電極間隔に応じた測定値の変化が大きく
リニアフィッティングで接触抵抗を求め難いため、測定
された抵抗値を直接比較する方法を選択した。
【００２８】TLMのための電極の中で最も近い二つの電
極の低電圧における抵抗値は、薄膜と電極との接触抵抗
が最も大きい部分を占めている。このように測定された
抵抗を比較して接触抵抗の相対的な比較ができる。図８
に、Mg含量が異なる色々なｐ型化合物薄膜に０．１Ｖの
電圧を印加した場合に、測定された抵抗値を示す。図面
で試料１と試料２とは、厚さ1μmにMgが均一にドーピン
グされた試料である。また、試料３と試料４とは、厚さ
0.9μm、Mgが2.0×1019cm-3でドーピングされた層上
に、厚さ0.03μmでMgの含有量を増加させた接触層を成
長させた試料である。これは全体層にMgを過ドーピング
する場合、薄膜の抵抗が増加しすぎることを避けるため
である。図面に示された４つの試片の測定された抵抗値
のうち、p-GaN薄膜による抵抗は0.4kΩ〜0.8kΩであ
り、全体抵抗に比べて非常に小さな部分である。従っ
て、測定された抵抗値の大部分が電極との接触抵抗であ
る。図面に示すように、Mg含有量が増加するほど接触抵
抗は減少し、特にMg含量が4.5×1019cm-3以上になれば
接触抵抗が急激に減少する。この時、Mg含有量は、薄膜
の固有抵抗を最も低下させるMgの含有量1.5〜2×1019cm
-3の約2〜3倍の値である。薄膜自体の固有抵抗はMg含有
量が低い試料１が1.6Ωcmであり、高い試料２は2.2Ωcm
で接触抵抗と反対の傾向を有する。即ち、Mgが過ドーピ
ングされて薄膜の抵抗が高くなる場合、むしろ電極との
接触抵抗が低くなる。試料３と４はMg含有量が異なる二
つの層からなっているが、図面では接触層におけるMg含
量に対して測定された抵抗値を示した。この場合にも、
接触層にMgが多く含まれる試料が低い接触抵抗を有する
ことが示された。試料３と４との大部分の厚さには試料
１と同じ量のMgがドーピングされているため、薄膜の固
有抵抗は試料１、３と４の全てに差がない。
極の低電圧における抵抗値は、薄膜と電極との接触抵抗
が最も大きい部分を占めている。このように測定された
抵抗を比較して接触抵抗の相対的な比較ができる。図８
に、Mg含量が異なる色々なｐ型化合物薄膜に０．１Ｖの
電圧を印加した場合に、測定された抵抗値を示す。図面
で試料１と試料２とは、厚さ1μmにMgが均一にドーピン
グされた試料である。また、試料３と試料４とは、厚さ
0.9μm、Mgが2.0×1019cm-3でドーピングされた層上
に、厚さ0.03μmでMgの含有量を増加させた接触層を成
長させた試料である。これは全体層にMgを過ドーピング
する場合、薄膜の抵抗が増加しすぎることを避けるため
である。図面に示された４つの試片の測定された抵抗値
のうち、p-GaN薄膜による抵抗は0.4kΩ〜0.8kΩであ
り、全体抵抗に比べて非常に小さな部分である。従っ
て、測定された抵抗値の大部分が電極との接触抵抗であ
る。図面に示すように、Mg含有量が増加するほど接触抵
抗は減少し、特にMg含量が4.5×1019cm-3以上になれば
接触抵抗が急激に減少する。この時、Mg含有量は、薄膜
の固有抵抗を最も低下させるMgの含有量1.5〜2×1019cm
-3の約2〜3倍の値である。薄膜自体の固有抵抗はMg含有
量が低い試料１が1.6Ωcmであり、高い試料２は2.2Ωcm
で接触抵抗と反対の傾向を有する。即ち、Mgが過ドーピ
ングされて薄膜の抵抗が高くなる場合、むしろ電極との
接触抵抗が低くなる。試料３と４はMg含有量が異なる二
つの層からなっているが、図面では接触層におけるMg含
量に対して測定された抵抗値を示した。この場合にも、
接触層にMgが多く含まれる試料が低い接触抵抗を有する
ことが示された。試料３と４との大部分の厚さには試料
１と同じ量のMgがドーピングされているため、薄膜の固
有抵抗は試料１、３と４の全てに差がない。
【００２９】図面で接触層にMgが7.2×1019cm-3含まれ
る試料で接触層の厚さを0.1μmに増加させる場合、抵抗
値は0.84kΩ〜1.0kΩに非常に低く減少する現象を示し
た。これは1.58×10-3Ωcm2の接触抵抗に当る値であ
る。この現象は高温の活性化工程により誘発されうるMg
の拡散のためだと見られる。過ドーピング層が薄ければ
電極と接触する表面近くのMg含量が拡散によって薄膜が
成長する時より減少する。拡散は濃度差が大きい境界面
で最も大きく発生するので、電極と接触する表面が、Mg
濃度差が大きい境界面と遠ざかるように過ドーピングさ
れた接触層を厚くすれば、表面近くでは拡散の影響が減
少してMgの含有量が成長時に注入された状態に近く維持
される。この現象はMg以外にもBa、Be、Ca、Cd、Znなど
のｐ型不純物を使ってもなされる。
る試料で接触層の厚さを0.1μmに増加させる場合、抵抗
値は0.84kΩ〜1.0kΩに非常に低く減少する現象を示し
た。これは1.58×10-3Ωcm2の接触抵抗に当る値であ
る。この現象は高温の活性化工程により誘発されうるMg
の拡散のためだと見られる。過ドーピング層が薄ければ
電極と接触する表面近くのMg含量が拡散によって薄膜が
成長する時より減少する。拡散は濃度差が大きい境界面
で最も大きく発生するので、電極と接触する表面が、Mg
濃度差が大きい境界面と遠ざかるように過ドーピングさ
れた接触層を厚くすれば、表面近くでは拡散の影響が減
少してMgの含有量が成長時に注入された状態に近く維持
される。この現象はMg以外にもBa、Be、Ca、Cd、Znなど
のｐ型不純物を使ってもなされる。
【００３０】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る化
合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法は、第一に、ＶＰ
Ｅ法で成長した化合物半導体薄膜に吸収されうる波長範
囲の電磁波を照射して化合物半導体薄膜の固有抵抗を低
下させ、付随的に化合物半導体と電極との特性接触抵抗
率を低下させる。第二に、化合物半導体薄膜の成長時、
化合物半導体薄膜に注入されたｐ型不純物の含有量が増
加することに従って活性化工程の適正熱処理温度が低く
なる点を用い、紫外線の照射なしにｐ型不純物のドーピ
ング温度を高めることによって、低温での熱処理だけで
化合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させうる。
合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法は、第一に、ＶＰ
Ｅ法で成長した化合物半導体薄膜に吸収されうる波長範
囲の電磁波を照射して化合物半導体薄膜の固有抵抗を低
下させ、付随的に化合物半導体と電極との特性接触抵抗
率を低下させる。第二に、化合物半導体薄膜の成長時、
化合物半導体薄膜に注入されたｐ型不純物の含有量が増
加することに従って活性化工程の適正熱処理温度が低く
なる点を用い、紫外線の照射なしにｐ型不純物のドーピ
ング温度を高めることによって、低温での熱処理だけで
化合物半導体薄膜の固有抵抗を低下させうる。
【００３１】また、本発明の化合物半導体薄膜の接触抵
抗の減少方法によれば、ｐ型不純物の濃度を増加させて
接触抵抗を低める。
抗の減少方法によれば、ｐ型不純物の濃度を増加させて
接触抵抗を低める。
【図１】GaNに基づいて成長した典型的なオプティカル
デバイスの構造を示す断面図。
デバイスの構造を示す断面図。
【図２】本発明に係る電磁波を用いたGaN半導体薄膜を
ｐ型に活性化する方法を適用するための装置の概略的な
断面図。
ｐ型に活性化する方法を適用するための装置の概略的な
断面図。
【図３】色々な温度で紫外線を照射しながら活性化した
ｐ型化合物半導体薄膜の試料に流れる電流値を示すグラ
フ。
ｐ型化合物半導体薄膜の試料に流れる電流値を示すグラ
フ。
【図４】800℃の高温で窒素と空気の2つの雰囲気で活性
化した2つのｐ型化合物半導体薄膜試料の電圧-電流特性
を示すグラフ。
化した2つのｐ型化合物半導体薄膜試料の電圧-電流特性
を示すグラフ。
【図５】ｐ型不純物が含まれたGaN薄膜試料に多様な波
長の光を照射する場合に光吸収が起こる波長範囲を考察
するための光透過スペクトル。
長の光を照射する場合に光吸収が起こる波長範囲を考察
するための光透過スペクトル。
【図６】ｐ型化合物半導体薄膜試料に照射される紫外線
の強度に応じる電流の変化を示すグラフ。
の強度に応じる電流の変化を示すグラフ。
【図７】Mgの含量が異なる各々のｐ型化合物半導体薄膜
試料に紫外線を照射し、520℃で活性化した状態で測定
された電流値に対する、紫外線なしに370℃で活性化し
た状態で測定された電流値の比を示すグラフ。
試料に紫外線を照射し、520℃で活性化した状態で測定
された電流値に対する、紫外線なしに370℃で活性化し
た状態で測定された電流値の比を示すグラフ。
【図８】ｐ−ＧａＮ薄膜の電極との接触抵抗を、Mgの含
有量に応じて示すグラフ。
有量に応じて示すグラフ。
９ 光源 １０ 試料 １１ 電熱器 １２ チャンバ
Claims (15)
- 【請求項１】気相エピタキシ法で成長され、ｐ型不純物
がドーピングされる化合物半導体薄膜及び電極を使用し
て化合物半導体素子を製作する方法であって、 前記ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体薄膜に
吸収されうる電磁波を、前記ｐ型不純物がドーピングさ
れた化合物半導体薄膜に照射する段階を含む、化合物半
導体薄膜のｐ型への活性化方法。 - 【請求項２】前記電磁波を照射する段階は350℃以上の
熱処理工程と共に遂行される、請求項１に記載の化合物
半導体薄膜のｐ型への活性化方法。 - 【請求項３】前記電磁波を照射する段階は空気雰囲気ま
たは窒素雰囲気で行われる、請求項１または２に記載の
化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法。 - 【請求項４】前記電磁波を照射する段階で使用される前
記ｐ型不純物がドーピングされた化合物半導体薄膜が、
MgをドーピングしたGaN薄膜である場合、前記電磁波が
空気中において385nmを越えない波長を有する、請求項
１に記載の化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法。 - 【請求項５】３元混晶系化合物では0≦x≦1であり、４
元混晶系化合物ではx＋y＋z＝1の関係を有するとすると
き、前記化合物半導体薄膜は、InxGa1-xN、AlxGa1-xN、A
lxGa yInzN、BxGa1-xN及びBxAlyGazNからなる群のうちい
ずれか一のガリウム窒化物系半導体物質からなる、請求
項１に記載の化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法。 - 【請求項６】前記化合物半導体薄膜のｐ型不純物とし
て、Zn、Cd、Be、Mg、Ca及びBaの中の少なくとも何れか
一つを使用する、請求項１または５に記載の化合物半導
体薄膜のｐ型への活性化方法。 - 【請求項７】前記電磁波は、水銀灯を光源として用いて
発生させる、請求項１に記載の化合物半導体薄膜のｐ型
への活性化方法。 - 【請求項８】気相エピタキシ法で成長し、ｐ型不純物が
ドーピングされた化合物半導体薄膜及び電極を使用して
化合物半導体素子を製作する方法であって、 前記ｐ型不純物をドーピングした半導体薄膜が、ｐ型不
純物としてMgを5×101 9cm-3以上含有する場合、前記化
合物半導体薄膜を200〜850℃の範囲で熱処理する段階を
含む、化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法。 - 【請求項９】３元混晶系化合物では0≦x≦1であり、４
元混晶系化合物ではx＋y＋z＝1の関係を有するとすると
き、前記化合物半導体薄膜は、InxGa1-xN、AlxGa1-xN、A
lxGa yInzN、BxGa1-xN、BxAlyGazNからなる群のうちいず
れか一のガリウム窒化物系半導体物質からなる、請求項
８に記載の化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法。 - 【請求項１０】前記化合物半導体薄膜のｐ型不純物とし
て、Zn、Cd、Be、Ca、Baのうちの少なくとも何れか一つ
を使用する、請求項８または９に記載の化合物半導体薄
膜のｐ型への活性化方法。 - 【請求項１１】気相エピタキシ法で成長し、ｐ型不純物
をドーピングした化合物半導体薄膜及び電極を用いて化
合物半導体素子の接触抵抗を減少させる方法であって、 前記ｐ型不純物を前記化合物半導体薄膜にドーピングす
る場合に前記薄膜の固有抵抗値を最も低い値としうる前
記ｐ型不純物のドーピング濃度の２倍以上の濃度で、前
記ｐ型不純物を前記化合物半導体薄膜にドーピングする
段階を含む、化合物半導体薄膜の接触抵抗の減少方法。 - 【請求項１２】前記ｐ型不純物としてMgを4.5×1019cm
-3以上ドーピングし、Mg過ドーピング層を形成する段階
を含む、請求項１１に記載の化合物半導体薄膜の接触抵
抗の減少方法。 - 【請求項１３】前記電極と接触する前記化合物半導体の
表面にだけ前記Mgを4.5×1019cm-3以上ドーピングし、
厚さ0.03μｍ以上のMg過ドーピング層を形成する段階を
含む、請求項１２に記載の化合物半導体薄膜の接触抵抗
の減少方法。 - 【請求項１４】３元混晶系化合物では0≦x≦1であり、
４元混晶系化合物ではx＋y＋z＝1の関係を有するとする
とき、前記化合物半導体薄膜は、InxGa1-xN、AlxGa
1-xN、AlxGa yInzN、BxGa1-xN、BxAlyGazNからなる群のう
ちのいずれか一のガリウム窒化物系半導体物質からな
る、請求項１１に記載の化合物半導体薄膜の接触抵抗の
減少方法。 - 【請求項１５】前記化合物半導体薄膜のｐ型不純物とし
て、Zn、Cd、Be、Ca、Baのうちの少なくとも何れか一つ
を使用する、請求項１１に記載の化合物半導体薄膜の接
触抵抗の減少方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1998P16501 | 1998-05-08 | ||
| KR19980016501 | 1998-05-08 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP2009091746A Pending JP2009152644A (ja) | 1998-05-08 | 2009-04-06 | 化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009091746A Pending JP2009152644A (ja) | 1998-05-08 | 2009-04-06 | 化合物半導体薄膜のｐ型への活性化方法 |
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