JP2001148477A

JP2001148477A - 窒化物半導体

Info

Publication number: JP2001148477A
Application number: JP32923899A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Makimoto; 俊樹牧本; Kazuhide Kumakura; 一英熊倉; Naoki Kobayashi; 小林　　直樹
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】ドライエッチング法を用いて加工したｐ型の
窒化物半導体の表面に欠陥が発生し、金属を蒸着して
も、ｐ型の窒化物半導体と金属の間には良好なオーミッ
ク性接触が形成されない。【解決手段】サファイア基板４上にAlＮ低温バッファ
ー層３を設け、このAlＮ低温バッファー層３上にGaＮバ
ッファー層２を設け、このGaＮバッファー層２上に厚さ
７００ｎｍのMg−GaＮ層１を設けたサンプルを窒素雰囲
気で熱処理を行い、Mg−GaＮ層１の上面を約２００ｎｍ
だけエッチングする。エッチングした面に電子ビーム蒸
着による２つのNi／Au電極５を設ける。この２電極間の
電流−電圧測定結果から電流が流れやすく、オーミック
特性が大幅に改善されていることが分かる。これは上記
の厚さ７００ｎｍのMg−GaＮ層１に１×１０¹⁹ｃｍ^-3の
In原子をドーピングすることにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】窒化物半導体をベースとした
青色発光デバイスや高出力電子デバイス等を作製する加
工プロセスには、ドライエッチング法が用いられる。本
発明は、このドライエッチング法を用いて加工するのに
適した窒化物半導体に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、窒化物半導体にIn原子をドーピン
グした研究について紹介する。（例えば、C.K.Shu,J.O
u,H.C.Lin,W.K.Chen,and M.C.Lee,Appl.Phys.Lett.73
(1998)641,C.T.Foxon,S.E.Hooper,T.SW.Cheng,J.W.Orto
n,G.B.Ren,B.Ya.Ber,A.V.Merkulov,S.V.Novikov,and V.
V.Tret'yakov,Semicond. Sci.Technol.13(1998)1469,F.
Widmann,B.Daudin,G.Feuillet,N.Pelekanos,and J.L.Ro
uviere,Appl.Phys.Lett.73(1998)2642 、X.Q.Shen,P.Ra
mvall,P.Riblet and Y.Aoyagi,Jpn.J.Appl.Phys.38(199
9)L411 など）。これらの文献によると、GaＮなどの窒
化物半導体に１０¹⁹ｃｍ^-3程度のIn原子をドーピングす
ることにより、・フォトルミネッセンスの発光強度が増加したり、・ドーピングしていないGaＮ層の電子移動度が増加す
る、ことが報告されている。

【０００３】その原因として、In原子がGaＮ中で等電子
トラップとして働くためにフォトルミネッセンス発光強
度が強くなる、あるいは、成長中にIn原子が表面に存在
することによって結晶性が改善する（In原子がサーファ
クタントとして働く：F.Widmann,B.Daudin,G.Feuillet,
N.Pelekanos,and J.L.Rouviere,App.Phys.Lett.73(199
8)2642.) 、ためと考えられている。しかしながら、こ
れらの従来の報告では、成長した結晶自体に関するIn原
子の効果に留まっている。従って、窒化物半導体をエッ
チングすることによって発生する欠陥に対して、結晶中
のIn原子がどのような効果を及ぼすか、については全く
調べられていなかった。

【０００４】この窒化物半導体は、塩酸、硫酸、フッ酸
などの酸でエッチングされないという性質を持つ。従っ
て、窒化物半導体を加工して各種のデバイスを作製する
際には、通常、反応性イオンエッチング（Reactive Ion
Etching:RIE）法に代表されるドライエッチング法が用
いられる。しかしながら、このドライエッチング法を用
いて窒化物半導体を加工すると、エッチングした表面に
欠陥が発生することが知られている。

【０００５】この欠陥は、窒素原子が不足した状態を生
み出すので、電子を発生させる性質がある。このため、
ｐ型の窒化物半導体をエッチングした後に金属を蒸着し
ても、ｐ型の窒化物半導体と金属の間には良好なオーミ
ック性接触が形成されない。

【０００６】図７は、AlGaＮ／GaＮヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistor:
HBT ）を作製する際のプロセスの例を示す図である。

【０００７】まず、エミッタ層２１部分をエッチングし
て除去し、ｐ型GaＮ層であるベース層２２の表面を露出
させる。その後、露出したｐ型GaＮのベース層２２の表
面に金属を蒸着してベースコンタクトとしてのNi／Au電
極５を形成する。しかしながら、エッチングして露出さ
せたｐ型GaＮ層の表面には多数の欠陥が発生するため
に、露出したベース層２２とNi／Au電極５の間には良好
なオーミック性接触が形成されない。

【０００８】例えば、ｐ型GaＮ中のMgアクセプタ濃度を
１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度に高くしても、良好なオーミック
性接触が形成されない。従って、ドライエッチングによ
って発生した欠陥濃度は、Mgアクセプタ濃度と同程度、
つまり、１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度であると考えられる。

【０００９】ここで、露出したｐ型GaＮ層と金属の間に
良好なオーミック性接触を形成するために、次のような
二つの工夫が施されている。

【００１０】一つ目は、結晶成長法である有機金属気相
成長法（Metalorganic Vapor PhaseEpitaxy:MOVPE ）に
よる選択成長を用いて、エッチングによって露出したｐ
型GaＮべース層の上に新たなｐ型GaＮ層を形成する方法
である。この新しく選択成長したｐ型GaＮ層と金属の間
には良好なオーム性接触を形成することが出来る（L.S.
McCarthy,P.Kozodoy,S.P.Denbaars,M.Rodwell,and U.K.
Mishra,25thInternational Symposium on Compound Sem
iconductors,Nara,Japan,Oct.1998.）。この方法では、
選択成長を行なわなければならないので、HBT 作製プロ
セスが複雑になるという欠点がある。

【００１１】二つ目は、ドライエッチングを途中で停止
し、欠陥の発生した層を酸化した後に除去する方法であ
る。つまり、ドライエッチングを行なう際に、ｐ型GaＮ
ベース層の上の約１０ｎｍでエッチングを停止し、ｐ型
GaＮ層を完全には露出させない。そして、この欠陥の多
い表面をオゾンで酸化させる。この酸化物は塩酸などで
除去することが可能であるので、欠陥の無いｐ型GaＮ表
面に金属を接触させることが出来る（F.Ren,C.R.Aberna
thy,J.M.Van Hove,P.P.Chow,R.Hickman,J.J.Klaasen,R.
F.Kopf,H.Cho,K.B.Jung,J.R.La Roche,R.G.Wilson,J.Ha
n,R.J.Shul,A.G.Baca,and S.J.Pearton,MRS Internet
J.Nitride Semicond.Res.3,41(1998)）。

【００１２】この方法では、ｐ型GaＮベース層の上の約
１０ｎｍでエッチングを停止する必要があるために、精
密なエッチング制御が必要となる。さらに、オゾンによ
る酸化プロセス、および、その除去プロセスも必要であ
るので、HBT 作製プロセスが複雑になるという欠点があ
る。

【００１３】また、AlGaＮ層をエッチングした場合に
も、エッチングによる欠陥が発生する。ドーピングを行
っていないAlGaＮ層は高抵抗であるのに対して、AlGaＮ
層をエッチングすると、エッチングした表面付近はｎ型
の伝導を示す。このような欠陥はトランジスタでは漏れ
（リーク）電流となって現れるため、トランジスタの特
性を劣化させる。従って、欠陥の密度を少なくする、あ
るいは、少なくとも、欠陥が生じても表面にｎ型伝導層
が形成されないような工夫が望まれるのである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来は、エ
ッチングして露出した表面付近ではエッチングにより誘
発された欠陥の密度が高いために、ｐ型窒化物半導体で
は良好なオーム性接触が得られなかったり、抵抗の高い
Al原子を含む窒化物半導体では漏れ電流が大きい、とい
う問題があった。更に、露出したｐ型GaＮ層と金属の間
に良好なオーミック性接触を形成するための工程は、作
製プロセスが複雑になる、という問題があった。

【００１５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的は、複雑でない作製プロセス
で、エッチングをしても欠陥密度の少ない、あるいは、
欠陥による電気的影響の少ない窒化物半導体を提供する
ことにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、エッチングを
行うことにより露出した窒化物半導体表面の近傍にIn原
子が含まれていることを最も主要な特徴とする。従来の
技術とは、窒化物半導体へIn原子をドーピングするとエ
ッチングによって発生した欠陥の影響が少なくなるとい
う新たな効果を発見した点、および、ｐ型の窒化物層に
対してはデバイス作製プロセスを簡略化させるため、あ
るいは、Al原子を含む窒化物層に対しては漏れ電流を抑
制するために、エッチングして露出させた窒化物半導体
の表面近傍にIn原子が含まれている点、が異なる。

【００１７】エッチングして露出したｐ型GaＮ層にIn原
子がドーピングされていると、エッチングにより誘発さ
れる欠陥の密度、あるいは、欠陥による電気的影響が少
なくなる。このため、エッチングして露出したｐ型窒化
物半導体と金属の間に良好なオーム性接触を形成するこ
とが出来るようになる。また、エッチングして露出した
AlGaＮ層にIn原子がドーピングされていると、エッチン
グにより誘発される欠陥の密度、あるいは、欠陥による
電気的影響が少なくなる。このため、エッチングして露
出したAlGaＮ層の表面にはｎ型伝導層が形成されないの
で、漏れ電流の少ない高抵抗のAlGaＮ層を形成出来るよ
うになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】上記課題を解決するために本発明
の窒化物半導体は、反応性イオンエッチング法に代表さ
れるドライエッチング法を用いて加工される窒化物半導
体において、エッチングを行うことにより露出した表面
近傍は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上のIn原子が含まれている層
であることに特徴を有している。また、本発明の窒化物
半導体は、前記In原子が含まれている層の厚さは１０ｎ
ｍ以上であることに特徴を有している。更に、本発明の
窒化物半導体は、前記In原子が含まれている層にはアク
セプタもドーピングされており、伝導型がｐ型であるこ
とに特徴を有している。また、本発明の窒化物半導体
は、前記In原子が含まれている層にはAl原子も含まれて
おり、抵抗が高い層であることに特徴を有している。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。（実施例１）図１は、本実施例のサンプルの構造および
実験プロセスを示す図である。準備した２種類のサンプ
ルは有機金属気相成長法によって成長させた。サファイ
ア基板４上に厚さ２０ｎｍのAlＮ低温バッファー層３設
け、このAlＮ低温バッファー層３上に厚さ１１００ｎｍ
のGaＮバッファー層２を設け、このGaＮバッファー層３
上に厚さ７００ｎｍのMg−GaＮ層１を設けたものであ
る。一つのMg−GaＮ層１は、本発明によるドライエッチ
ングを用いて加工するのに適した窒化物半導体であり、
他のMg−GaＮ層１は従来例における窒化物半導体であ
る。

【００２０】Mg−GaＮ層１の結晶中のMg原子を活性化し
てアクセプタとするために、成長後に窒素雰囲気におい
て７００℃で１０分間の熱処理を行った。また、全ての
サンプルに対してMg原子濃度は２×１０¹⁹ｃｍ^-3と一定
にしているので、アクセプタとなるMg原子の濃度（アク
セプタ濃度）は一定であり、このアクセプタ濃度は１×
１０¹⁹ｃｍ^-3程度であると考えられる。

【００２１】本発明によるドライエッチングを用いて加
工するのに適した窒化物半導体であるIn原子を含んだｐ
型GaＮ中のIn濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3である。この値
は、オージェ分析法およびIn濃度の成長温度依存性から
求めた。ここで、室温（摂氏２３℃）におけるホール測
定によって、エッチングを行う前のｐ型GaＮのキャリア
濃度、および、移動度を求めた。In原子を含まないMgド
ープGaＮ層の正孔キャリア濃度および移動度は、それぞ
れ、２．２×１０¹⁷ｃｍ^-3および９．５ｃｍ² ／Ｖｓで
ある。これに対して、In原子を含んだMgドープGaＮ層の
正孔キャリア濃度および移動度は、それぞれ、２．２×
１０¹⁷ｃｍ^-3および３．３ｃｍ² ／Ｖｓである。正孔濃
度は変化していないが、ド−プしたIn原子が散乱センタ
ーとなるために移動度が減少している。従って、エッチ
ングを行う前は、ｐ型GaＮへIn原子をドーピングするこ
とにより、電気的特性が劣化している。

【００２２】成長したサンプルを窒素雰囲気で熱処理を
行った後、厚さ約７００ｎｍのMg−GaＮ層１（本発明に
よるドライエッチングを用いて加工するのに適した窒化
物半導体であるIn原子を含んだｐ型GaＮ、および、従来
例における窒化物半導体であるｐ型GaＮ）をドライエッ
チング法を用いて約２００ｎｍだけエッチングする。エ
ッチングはＲＩＥ法を用いて行ない、マイクロ波出力は
５０Ｗ，引き出し電圧は５００Ｖ，コイル電流は１６Ａ
である。

【００２３】このエッチングによる欠陥の影響をＩ−Ｖ
（電流−電圧）特性で調べるために、エッチングを行う
ことにより露出した表面に２つのドット状のNi／Au電極
５を電子ビーム蒸着を用いて形成した。NiおよびAuの膜
厚は、それぞれ、４０ｎｍおよび１００ｎｍである。Ni
／Au電極５の直径は０．５ｍｍであり、２つのNi／Au電
極５間の距離は４ｍｍである。

【００２４】図２（ａ），（ｂ）は、エッチングしたMg
−GaＮ層１（In原子を含んだｐ型GaＮ、および、ｐ型Ga
Ｎ）の表面に蒸着した２つのNi／Au電極５間のＩ−Ｖ特
性を示す。横軸は電圧を１［Ｖ］刻みで示しており、縦
軸は電流を０．０１［ｍＡ］刻みで示している。グラフ
の中央が原点Ｏである。

【００２５】エッチングを行った後では、（ｂ）に示す
Ｉ−Ｖ特性からわかるように、In原子を含まないｐ型Ga
Ｎでは電圧を高くしても電流は流れにくく、オーム性接
触が得られない。この現象は、従来の報告と同じであ
る。オーミック特性が得られないために、ホール測定を
行ってキャリア濃度や移動度を測定することができなか
った。これに対して、（ａ）に示すように、ｐ型GaＮに
１×１０¹⁹ｃｍ^-3のIn原子をドーピングすることによ
り、電流が流れやすくなり、オーミック特性が大幅に改
善されている。

【００２６】このことは、図２で示した２つのサンプル
では、エッチングにより誘発された欠陥濃度が異なる、
あるいは、欠陥による電気的影響が異なることを示して
いる。「In原子を含まないGaＮで良好なオーム性接触が
得られなかった。」ということは、「In原子を含まない
GaＮでは、表面近傍における欠陥濃度はアクセプタ濃度
と同程度、あるいは、それ以上である。つまり、エッチ
ングによって発生した欠陥濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上
である。」ということを示している。さらに、欠陥が無
い場合の表面からの空乏層領域の厚さは、以下の式で表
される。（厚さ）＝（２・ε・Ｖ／（ｑ・Ｎ）^1/2 ここで、ｑは電荷素量（１．６×１０^-19クーロン）、
εはGaＮの誘電率（９×８．８５×１０^-14ファラッド
／センチメートル）、Ｎはアクセプタ濃度（１×１０¹⁹
個／立方センチメートル）、Ｖは金属とGaＮ間の障壁の
高さ（１Ｖ程度）である。この関係から、現在の場合で
は、１０ｎｍである。エッチングを行った場合には、こ
の厚さ以上の領域に欠陥が存在していると考えられてい
る。

【００２７】エッチングによって発生した欠陥によって
表面付近のアクセプタが補償された（アクセプタの放出
する正孔キャリアが欠陥にトラップされた）、あるい
は、欠陥によってアクセプタが正孔キャリアを放出する
ことができなくなったと考えられる。このため、エッチ
ングによって露出した表面は高抵抗となり、オーミック
特性が得られなくなったのである。これに対して、In原
子を含むGaＮに対するＩ−Ｖ特性は、露出した表面には
正孔キャリアが存在しており、「表面近傍における欠陥
濃度が減少している、あるいは、欠陥が存在しても電気
的影響を及ぼさない。」ことを示している。

【００２８】（実施例２）次に、Mg−GaＮ層１中のIn組
成を増加させて同様の実験を行った。Mg−GaＮ層１中の
In濃度は、１×１０²¹ｃｍ^-3から８×１０²¹ｃｍ^-3まで
変化させた。ここでは、Ｘ線回折法を用いてIn原子の組
成を測定して、１ｃｍ³中にGa原子が４×１０²²ｃｍ^-3
個あると仮定してIn原子の濃度を算出した。これらは、
３％から２０％In原子を含むInGaＮ層に相当している。
この実験でも、Mg原子濃度は２×１０¹⁹ｃｍ^-3と一定と
しており、アクセプタ濃度は約１×１０¹⁹ｃｍ^-3であ
る。そして、このアクセプタ濃度は、In組成を変化させ
ても変化しないと考えられる。

【００２９】図３は、In組成の異なるｐ型InGaＮをエッ
チングした表面にNi／Au電極５を蒸着した場合のＩ−Ｖ
特性を示す。図において、(a) はIn組成が３％，(b) は
In組成が５％，(c) はIn組成が１０％，(d) はIn組成が
２０％である。図３において、In組成が変化するのに伴
ってＩ−Ｖ特性の傾きが急になっている、つまり、抵抗
が低くなっている理由を次に示す。ｐ型GaＮの正孔キャ
リア濃度は、室温（摂氏２３℃）において、２．２×１
０¹⁷ｃｍ^-3であるのに対して、１×１０²¹ｃｍ ^-3以上の
In原子を含むｐ型GaＮ，つまり、In組成が３％以上のｐ
型のInGaＮでは、正孔キャリア濃度が上昇することが明
らかになっている。これは、In原子濃度と共にGaＮ中の
Mgアクセプタのエネルギーが減少するために、室温にお
ける正孔キャリア濃度が増加するためである。

【００３０】この正孔濃度は、活性化エネルギー（Ｅ）
と測定温度（Ｔ）を用いると、（正孔濃度）＝ａ・ｅｘｐ（−ｑＥ／ｋＴ）で表される。ここで、ａは比例定数であり、アクセプタ
濃度に比例すると考えて良い。また、ｑは電荷素量
（１．６×１０^-19クーロン）、ｋはボルツマン定数
（１．３８×１０^-23ジュール／ケルビン）である。例
えば、GaＮの活性化エネルギーはＥ＝１７０ｍｅＶであ
るので、Ｔ＝２９６Ｋ（摂氏２３℃，室温）では上記の
式の値は０．００１３ａとなる。これに対して、３％の
In原子を含むInGaＮでは活性化エネルギーがＥ＝１００
ｍｅＶへ減少するので、上式から正孔濃度は０．０１９
ａとなる。従って、室温における正孔濃度は、GaＮ中よ
りもInGaＮ中の方が１５倍高くなる。ここで、アクセプ
タ濃度は同一であることから、ａの値は等しくなるの
で、ｐ型InGaＮでの抵抗が低くなるのである。

【００３１】ここで、実施例１で示したｐ型GaＮをエッ
チングした実験から、「GaＮをエッチングすることによ
って生じる表面近傍における欠陥濃度は１×１０¹⁹ｃｍ
^-3以上である。」ことが明らかになっている。もし、ｐ
型InGaＮでも１×１０¹⁹ｃｍ ^-3以上の欠陥が発生してい
れば、表面付近には正孔キャリアが存在しなくなる（上
の式で、ａ＝０を代入した場合に相当する）ので、オー
ミック特性が得られないはずである。

【００３２】しかしながら、実際には、図３で示したよ
うにオーミック特性が得られている。従って、エッチン
グした後でもｐ型InGaＮ表面には正孔キャリアが存在し
ていることを示している。つまり、実施例２の実験結果
は、「ｐ型InGaＮ表面近傍における欠陥濃度がｐ型GaＮ
の場合に比べて減少している、あるいは、欠陥が存在し
ても電気的影響を及ぼさない。」ことを示しているので
ある。このように、ｐ型InGaＮをエッチングした後でも
オーミック特性が得られているのは、室温におけるキャ
リア濃度が高いためではなく、In原子が含まれているこ
とにより「欠陥濃度が減少している、あるいは、欠陥が
存在しても電気的影響を及ぼさない。」ためである。

【００３３】以上のような効果は、少なくとも、In原子
濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の場合に観測された。ま
た、InAlGaＮ，InＢGaＮなどのような４種類以上の原子
から構成される窒化物半導体に関しても同様な効果が期
待できる。

【００３４】（実施例３）有機金属気相成長法によって
成長したAlGaＮの表面をＲＩＥ法によリエッチングを行
った。実施例１で示した条件と同様に、エッチング時の
マイクロ波出力は５０Ｗ、引き出し電圧は５００Ｖ、コ
イル電流は１６Ａである。このエッチングによる欠陥の
影響を調べるために、電子ビーム蒸着法によって２つの
ドット状のAl／Au電極６を蒸着してAl／Au電極６間のＩ
−Ｖ特性を測定した。AlおよびAuの膜厚は、それぞれ、
７０ｎｍおよび１００ｎｍである。Al／Au電極６の直径
は５００ｎｍであり、２つのAl／Au電極６間の距離は４
ｍｍである。成長したAlGaＮ層の厚さは１０００ｎｍで
あり、Al組成は３％から４３％まで変化させた。エッチ
ングして削った厚さは２００ｎｍである。

【００３５】図４は、Al組成は５％であるAlGaＮ層のエ
ッチング前とエッチング後のＩ−Ｖ特性の一例を示す。
（ａ）は、In原子をドーピングしていない場合のエッチ
ング前は電流が流れず、AlGaＮ層は高抵抗であることを
示している。これに対して、（ｂ）は、In原子をドーピ
ングしていない場合のエッチング後は電流が流れるよう
になり、オーミック特性を示すようになる。エッチング
によってAlGaＮ層の表面に欠陥が発生したために、この
欠陥が放出したキャリアによって伝導が生じたものと考
えられる。

【００３６】次に、Al原子を５％含むAlGaＮ層に１×１
０¹⁹ｃｍ^-3のIn原子をドーピングして同様な実験をおこ
なった。エッチング前は、AlGaＮへIn原子をドーピング
しても、AlGaＮ層は高抵抗であった。エッチングした後
のＩ−Ｖ特性を（ｃ）に示す。エッチング前のＩ−Ｖ特
性と同様に、電流が流れず、エッチング前の高抵抗の性
質を維持していることが明らかとなった。この効果は、
少なくとも、In原子濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の場合
に観測された。また、Al組成に関しても、少なくとも、
３％以上のAlGaＮで観測された。

【００３７】（実施例４）図５は、高抵抗のアンドープ
AlGaＮ層を二つのSiドープAlGaＮ層で挾んだ構造を示し
ている。図で示したように、Si−AlGaＮ層(1) １１およ
びアンドープAlGaＮ層１２をエッチングしてSi−AlGaＮ
層(2) １３を露出させ、Si−AlGaＮ層(1)１１とSi−AlG
aＮ層(2) １３の表面にAl／Au電極６を形成した。この
場合では、アンドープAlGaＮ層１２の側壁にエッチング
による欠陥が存在するので、Si−AlGaＮ層(1) １１とSi
−AlGaＮ層(2) １３の表面に形成したAl／Au電極６の間
には漏れ電流が存在することになる。

【００３８】しかしながら、アンドープAlGaＮ層１２を
InドープAlGaＮ層１４に置きかえることにより、Inドー
プAlGaＮ層１４の側壁には伝導層が存在しなくなるの
で、Si−AlGaＮ層(1) １１とSi−AlGaＮ層(2) １３の表
面に形成したAl／Au電極６の間には漏れ電流が無くな
る。このように、エッチングして露出したAlGaＮ層の側
壁に対しても、In原子をドーピングしていることによ
り、漏れ電流が無く、高抵抗化を行うことができる。

【００３９】（実施例５）本発明をヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ（ＨＢＴ）ヘ応用した実施例について述
べる。まず、前述の図７のＨＢＴ作製プロセスに従っ
て、AlGaＮ／GaＮで構成されるＨＢＴを作製した。すな
わち、エミッタ層２１，ベース層２２，コレクタ層２３から
なるＨＢＴ構造の結晶を成長させる。このＨＢＴ構造の結晶を窒素雰囲気での熱処理（７０
０℃、１０分間）を行う。エミッタ層２１をエッチングして除去し、ベース層２
２の表面を露出させる。ベース層２２をエッチングして除去し、コレクタ層２
３の表面を露出させる。露出したベース層２２の表面に金属を蒸着してベース
コンタクトとしてのNi／Au電極５を形成する。エミッタ層２１の表面および露出したコレクタ層２３
の表面に金属を蒸着して、エミッタコンタクトおよびコ
レクタコンタクトとしてのAl／Au電極６を形成する。

【００４０】図６は、前述の図７のＨＢＴ作製プロセス
に従って作製したＨＢＴの層構造を示す図である。図に
おいて、サファイア基板２４上に低温AlＮバッファー層
２６（厚さ２０ｎｍ：高抵抗），GaＮバッファー層２５
（厚さ１０００ｎｍ：高抵抗）を設け、その上にｎ型コ
レクタ電極層２３ｂ（Si−GaＮ：厚さ１０００ｎｍ：電
子濃度５×１０¹⁸ｃｍ^-3），ｎ型コレクタ層２３ａ（Si
−GaＮ：厚さ５００ｎｍ：電子濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3）
からなるコレクタ層２３を設け、その上にｐ型ベース層
(2) ２２ｂ（Mg−GaＮ：厚さ１５０ｎｍ：正孔濃度２×
１０¹⁷ｃｍ^-3），ｐ型ベース層(1) ２２ａ（Mg＆In−Ga
Ｎ：厚さ５０ｎｍ：正孔濃度２×１０¹⁷ｃｍ^-3）からな
るベース層２２を設け、その上にｎ型エミッタ層２１ｂ
（Si−AlGaＮ：厚さ１００ｎｍ：電子濃度１×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3），ｎ型エミッタ電極層２１ａ（Si−GaＮ：厚さ１
００ｎｍ：電子濃度３×１０¹⁹ｃｍ^-3）からなるエミッ
タ層２１が設けられている。さらに、ｎ型コレクタ電極
層２３ｂの表面にはAl／Au電極６、ｐ型ベース層(1) ２
２ａの表面にはNi／Au電極５が設けられている。

【００４１】ベース層２２にはアクセプタとなるMg原子
がドーピングされている。さらに、エッチングプロセス
による欠陥の影響を抑えるために、ベース層には１×１
０¹⁹ｃｍ^-3のIn原子も一緒にドーピングされている。た
だし、実施例１で述べたように、In原子はベース中で散
乱センターとなるために、正孔キャリアの移動度が減少
する。このため、少数キャリアである電子に対しても移
動度も低下する可能性がある。

【００４２】従って、厚さ２００ｎｍのベース層２２の
中で、エッチングをして表面を露出する部分、つまり、
Ni／Au電極５とのコンタクトを取る表面にIn原子がドー
ピングされている構造としている。言いかえると、２０
０ｎｍのベース層２２全体にIn原子をドーピングするの
ではなく、ベース層２２の表面側の５０ｎｍだけにIn原
子をドーピングしてｐ型ベース層(1) ２２ａ（Mg＆In−
GaＮ：正孔濃度２×１０¹⁷ｃｍ^-3）を形成している。作
製したＨＢＴのベース領域でのオーミック特性は良好で
あった。

【００４３】さらに、室温における電流利得は２０が得
られており、従来報告されていた電流利得（約３）より
も大きな値が得られている。また、比較サンプルとし
て、In原子を一様にドーピングした構造も作製した。こ
の構造でも良好なオーミック特性が得られたが、電流利
得が１０であった。In原子をドーピングした層の厚さを
５０ｎｍと狭くした場合に比べて、In原子を一様にドー
ピングした場合は、In原子によって電子が散乱を受け
る。このため、ベース中の少数キャリアである電子の寿
命が短くなり、In原子を一様にドーピングした場合には
電流利得が小さくなったと考えられる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、In原子を含むｐ型
の窒化物半導体の表面でエッチングを終了して、このエ
ッチングによって露出した表面に金属を接触させた場合
には、良好なオーム性接触が形成できるという利点があ
る。また、Al原子を含む窒化物半導体へIn原子をドーピ
ングした場合には、このAl原子を含む窒化物半導体をエ
ッチングしても、リーク電流が無く、高抵抗を維持でき
るという利点がある。そして、In原子を、少なくとも、
１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上含む場合に上記の効果が現れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における窒化物半導体のサン
プルの構造および実験プロセスを示す図である。

【図２】エッチング後のｐ型GaＮのＩ−Ｖ特性を示す図
であり、（ａ）はIn原子とMg原子をドーピングしたｐ型
GaＮであり、（ｂ）はMg原子だけをドーピングしたｐ型
GaＮである。

【図３】エッチング後のｐ型GaＮのＩ−Ｖ特性を示す図
であり、（ａ）はIn組成＝３％、（ｂ）はIn組成＝５
％、（ｃ）はIn組成＝１０％、（ｄ）はIn組成＝２０％
とした場合である。

【図４】エッチング前後のAlGaＮ層に対するＩ−Ｖ特性
を示す図であり、（ａ）はアンドープAlGaＮ層に対する
エッチング前、（ｂ）はアンドープAlGaＮ層に対するエ
ッチング後、（ｃ）はInドープAlGaＮ層に対するエッチ
ング後である。

【図５】AlGaＮ層が横方向に露出した場合の構造を示す
図である。

【図６】AlGaＮ／GaＮで構成されるＨＢＴの層構造を示
す図である。

【図７】ＨＢＴ作製プロセスの例を示す図である。

【符号の説明】

１ Mg−GaＮ層２ GaＮバッファー層３ AlＮ低温バッファー層４サファイア基板５ Ni／Au電極６ Al／Au電極１１ Si−AlGaＮ層(1) １２アンドープAlGaＮ層１３ Si−AlGaＮ層(2) １４ InドープAlGaＮ層２１エミッタ層２１ａｎ型エミッタ電極層２１ｂｎ型エミッタ層２２ベース層２２ａｐ型ベース層(1) ２２ｂｐ型ベース層(2) ２３コレクタ層２３ａｎ型コレクタ層２３ｂｎ型コレクタ電極層２４サファイア基板２５ GaＮバッファー層２６低温AlＮバッファー層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/331 Ｈ０１Ｌ 29/14 29/73 21/302 Ｎ 33/00 29/72 Ｈ０１Ｓ 5/323 (72)発明者小林直樹東京都千代田区大手町二丁目３番１号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 4M104 AA04 BB02 BB05 CC01 DD22 DD26 DD35 FF13 GG06 HH15 5F003 AP04 BA92 BB02 BB04 BB08 BE04 BE90 BF03 BF06 BH99 BM03 BP12 BP23 BP32 5F004 AA16 BA14 DB19 DB28 EB02 5F041 AA21 CA34 CA40 CA65 5F073 CA07 CB05 DA05 DA24 HA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応性イオンエッチング法に代表される
ドライエッチング法を用いて加工される窒化物半導体に
おいて、エッチングを行うことにより露出した表面近傍
は１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上のIn原子が含まれている層であ
ることを特徴とする窒化物半導体。
【請求項２】前記In原子が含まれている層の厚さは１
０ｎｍ（ナノメートル）以上であることを特徴とする請
求項１記載の窒化物半導体。
【請求項３】前記In原子が含まれている層にはアクセ
プタもドーピングされており、伝導型がｐ型であること
を特徴とする請求項１記載の窒化物半導体。
【請求項４】前記In原子が含まれている層にはAl原子
も含まれており、抵抗が高い層であることを特徴とする
請求項１記載の窒化物半導体。