JP2003297841A - ３−５族化合物半導体、その製造方法およびそれを用いた化合物半導体素子 - Google Patents
３−５族化合物半導体、その製造方法およびそれを用いた化合物半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ型ドーパントがドープされた化合物半導体
層と電極金属との接触抵抗を低減せしめたｐ型３−５族
化合物半導体の製造方法を提供する。 【解決手段】 ｐ型ドーパントがドープされた一般式Ｉ
ｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表わされる３−５族化合物半
導体を、アンモニアと高温で不活性なガスとの混合ガス
であってアンモニアの分圧が０．００５〜０．２気圧で
ある混合ガス雰囲気中で熱処理してｐ型３−５族化合物
半導体を製造する。これにより、結晶表面の欠陥が低減
されｐ型ＧａＮ層５に対して接触抵抗の低い電極を形成
でき、電極部の電気特性を著しく改善することができ
る。したがって、低い接触抵抗の電極形成が可能とな
り、電極部における電力損失を低く抑え、高効率の半導
体素子を実現することができる。
層と電極金属との接触抵抗を低減せしめたｐ型３−５族
化合物半導体の製造方法を提供する。 【解決手段】 ｐ型ドーパントがドープされた一般式Ｉ
ｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表わされる３−５族化合物半
導体を、アンモニアと高温で不活性なガスとの混合ガス
であってアンモニアの分圧が０．００５〜０．２気圧で
ある混合ガス雰囲気中で熱処理してｐ型３−５族化合物
半導体を製造する。これにより、結晶表面の欠陥が低減
されｐ型ＧａＮ層５に対して接触抵抗の低い電極を形成
でき、電極部の電気特性を著しく改善することができ
る。したがって、低い接触抵抗の電極形成が可能とな
り、電極部における電力損失を低く抑え、高効率の半導
体素子を実現することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ｐ型窒化物系３−
５族化合物半導体、その製造方法およびそれを用いた化
合物半導体素子に関する。
５族化合物半導体、その製造方法およびそれを用いた化
合物半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外、青色もしくは緑色の発光ダイオー
ド、または紫外、青色もしくは緑色のレーザダイオード
等の発光素子の材料として、窒化物系３−５族化合物半
導体等と称されている一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（た
だし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
ｚ≦１）で表される３−５族化合物半導体が公知であ
る。この一般式中のｘ、ｙおよびｚはそれぞれ窒素
（Ｎ）に対する組成比を示しており、本明細書中ではｘ
をＩｎＮ混晶比、ｙをＧａＮ混晶比、およびｚをＡｌＮ
混晶比と称することがある。
ド、または紫外、青色もしくは緑色のレーザダイオード
等の発光素子の材料として、窒化物系３−５族化合物半
導体等と称されている一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（た
だし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
ｚ≦１）で表される３−５族化合物半導体が公知であ
る。この一般式中のｘ、ｙおよびｚはそれぞれ窒素
（Ｎ）に対する組成比を示しており、本明細書中ではｘ
をＩｎＮ混晶比、ｙをＧａＮ混晶比、およびｚをＡｌＮ
混晶比と称することがある。
【０００３】窒化物系３−５族化合物半導体のうち、特
にＩｎＮを混晶比で１０％以上含むものについては、Ｉ
ｎＮ混晶比に応じて可視領域での発光波長を調整できる
ため、表示用途に特に重要である。窒化物系３−５族化
合物半導体の製造方法としては、分子線エピタキシー
（以下、ＭＢＥと記すことがある。）法、有機金属気相
成長（以下、ＭＯＶＰＥと記すことがある。）法、ハイ
ドライド気相成長（以下、ＨＶＰＥと記すことがあ
る。）法などが知られているが、これらの方法のなかで
は、ＭＯＶＰＥ法が、大面積にわたり均一な結晶成長が
可能なため広く採用されている。
にＩｎＮを混晶比で１０％以上含むものについては、Ｉ
ｎＮ混晶比に応じて可視領域での発光波長を調整できる
ため、表示用途に特に重要である。窒化物系３−５族化
合物半導体の製造方法としては、分子線エピタキシー
（以下、ＭＢＥと記すことがある。）法、有機金属気相
成長（以下、ＭＯＶＰＥと記すことがある。）法、ハイ
ドライド気相成長（以下、ＨＶＰＥと記すことがあ
る。）法などが知られているが、これらの方法のなかで
は、ＭＯＶＰＥ法が、大面積にわたり均一な結晶成長が
可能なため広く採用されている。
【０００４】ところで、ｐ型窒化物系３−５族化合物半
導体の製造方法としては、ＭＯＶＰＥ法による気相成長
により、ｐ型ドーパントをドープした窒化物系３−５族
化合物半導体を成長せしめた後、窒素などの不活性ガス
雰囲気下に、７００〜１０００℃という温度で熱処理す
る方法が提案されている（例えば特開平5 ‐183189号公
報）。
導体の製造方法としては、ＭＯＶＰＥ法による気相成長
により、ｐ型ドーパントをドープした窒化物系３−５族
化合物半導体を成長せしめた後、窒素などの不活性ガス
雰囲気下に、７００〜１０００℃という温度で熱処理す
る方法が提案されている（例えば特開平5 ‐183189号公
報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法によって得られたｐ型窒化物系３−５族化合物半導体
は、電極金属との接触抵抗が高い、オーミック性が不充
分である等の電気特性に問題があり、この点の改善が望
まれていた。本発明の目的は、従来技術における上述の
問題点を解決し得るｐ型窒化物系３−５族化合物半導
体、その製造方法およびそれを用いた化合物半導体素子
を提供することにある。
法によって得られたｐ型窒化物系３−５族化合物半導体
は、電極金属との接触抵抗が高い、オーミック性が不充
分である等の電気特性に問題があり、この点の改善が望
まれていた。本発明の目的は、従来技術における上述の
問題点を解決し得るｐ型窒化物系３−５族化合物半導
体、その製造方法およびそれを用いた化合物半導体素子
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、ｐ型ドーパントがドー
プされた窒化物系３−５族化合物半導体を、特定濃度の
アンモニアガス雰囲気中で熱処理することにより、電極
金属との接触抵抗が低い、オーミック性に優れる等の電
気特性に優れたｐ型窒化物系３−５族化合物半導体を製
造し得ることを見出すとともにさらに種々の検討を加え
て、本発明に至ったものである。
を解決すべく鋭意検討した結果、ｐ型ドーパントがドー
プされた窒化物系３−５族化合物半導体を、特定濃度の
アンモニアガス雰囲気中で熱処理することにより、電極
金属との接触抵抗が低い、オーミック性に優れる等の電
気特性に優れたｐ型窒化物系３−５族化合物半導体を製
造し得ることを見出すとともにさらに種々の検討を加え
て、本発明に至ったものである。
【０００７】本発明は、アンモニアと高温で不活性なガ
スとの混合ガスであってアンモニアの分圧が０．００５
〜０．２気圧であるという特定アンモニア濃度の混合ガ
ス雰囲気下で、ｐ型ドーパントがドープされた窒化物系
３−５族化合物半導体を熱処理する点に大きな特徴を有
する。
スとの混合ガスであってアンモニアの分圧が０．００５
〜０．２気圧であるという特定アンモニア濃度の混合ガ
ス雰囲気下で、ｐ型ドーパントがドープされた窒化物系
３−５族化合物半導体を熱処理する点に大きな特徴を有
する。
【０００８】請求項１の発明によれば、ｐ型ドーパント
がドープされた一般式Ｉｎx ＧａyＡｌz Ｎ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表わ
される３−５族化合物半導体を、アンモニアと高温で不
活性なガスとの混合ガスであってアンモニアの分圧が
０．００５〜０．２気圧である混合ガス雰囲気中で熱処
理することを特徴とするｐ型３−５族化合物半導体の製
造方法が提案される。
がドープされた一般式Ｉｎx ＧａyＡｌz Ｎ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表わ
される３−５族化合物半導体を、アンモニアと高温で不
活性なガスとの混合ガスであってアンモニアの分圧が
０．００５〜０．２気圧である混合ガス雰囲気中で熱処
理することを特徴とするｐ型３−５族化合物半導体の製
造方法が提案される。
【０００９】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、熱処理温度が、３５０〜１１００℃であるこ
とを特徴とする３−５族化合物半導体の製造方法が提案
される。
において、熱処理温度が、３５０〜１１００℃であるこ
とを特徴とする３−５族化合物半導体の製造方法が提案
される。
【００１０】請求項３の発明によれば、請求項１または
２の発明において、ｐ型ドーパントがドープされた３−
５族化合物半導体が、キャリアガスとして、実質的に水
素を含まない不活性ガスを用いた有機金属気相成長法に
より製造されたものであることを特徴とする３−５族化
合物半導体の製造方法が提案される。
２の発明において、ｐ型ドーパントがドープされた３−
５族化合物半導体が、キャリアガスとして、実質的に水
素を含まない不活性ガスを用いた有機金属気相成長法に
より製造されたものであることを特徴とする３−５族化
合物半導体の製造方法が提案される。
【００１１】請求項４の発明によれば、請求項１〜３い
ずれかに記載の製造方法により製造されたｐ型３−５族
化合物半導体が提案される。
ずれかに記載の製造方法により製造されたｐ型３−５族
化合物半導体が提案される。
【００１２】請求項５の発明によれば、請求項４記載の
ｐ型３−５族化合物半導体を用いた化合物半導体素子が
提案される。
ｐ型３−５族化合物半導体を用いた化合物半導体素子が
提案される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき詳細に説明する。
につき詳細に説明する。
【００１４】本発明の対象となる３−５族化合物半導体
は、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表され
る３−５族化合物半導体である。以下の説明中において
は、上記一般式で表される３−５族化合物半導体を窒化
物系化合物半導体、あるいは単に半導体と略称すること
がある。
は、一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表され
る３−５族化合物半導体である。以下の説明中において
は、上記一般式で表される３−５族化合物半導体を窒化
物系化合物半導体、あるいは単に半導体と略称すること
がある。
【００１５】本発明は、アンモニアと高温で不活性なガ
スとの混合ガスであってアンモニアの分圧が０．００５
〜０．２気圧であるという特定アンモニア濃度の混合ガ
ス雰囲気下で、ｐ型ドーパントがドープされた窒化物系
化合物半導体を熱処理する点に大きな特徴を有する。こ
こで、アンモニアの濃度は、重要であり、アンモニアの
分圧が０．００５〜０．２気圧の範囲において、電極と
の接触抵抗が著しく低減した半導体が得られる。好まし
い分圧は、０．００５〜０．１５気圧の範囲であり、
０．０１〜０．１気圧の範囲がさらに好ましい。また高
温で不活性なガスとしては、例えばヘリウム、アルゴ
ン、ネオン等の希ガス、窒素等の熱処理時における不活
性なガスが挙げられる。これらのなかでは、ヘリウム、
アルゴン、窒素が好適である。最も好適なガスは窒素で
ある。これらの不活性ガスは単独で用いることは勿論の
こと、それらのいくつかを任意に組み合わせて用いるこ
ともできる。
スとの混合ガスであってアンモニアの分圧が０．００５
〜０．２気圧であるという特定アンモニア濃度の混合ガ
ス雰囲気下で、ｐ型ドーパントがドープされた窒化物系
化合物半導体を熱処理する点に大きな特徴を有する。こ
こで、アンモニアの濃度は、重要であり、アンモニアの
分圧が０．００５〜０．２気圧の範囲において、電極と
の接触抵抗が著しく低減した半導体が得られる。好まし
い分圧は、０．００５〜０．１５気圧の範囲であり、
０．０１〜０．１気圧の範囲がさらに好ましい。また高
温で不活性なガスとしては、例えばヘリウム、アルゴ
ン、ネオン等の希ガス、窒素等の熱処理時における不活
性なガスが挙げられる。これらのなかでは、ヘリウム、
アルゴン、窒素が好適である。最も好適なガスは窒素で
ある。これらの不活性ガスは単独で用いることは勿論の
こと、それらのいくつかを任意に組み合わせて用いるこ
ともできる。
【００１６】熱処理の温度は、３５０〜１１００℃であ
ることが好ましい。より好ましくは６００〜１０００℃
である。３５０℃より低い場合本発明の効果が低下する
傾向にあり、１１００℃より高い場合には半導体の結晶
性が劣化する傾向にあり何れの場合も好ましくない。ま
た熱処理の時間は、通常１秒〜４０時間程度の範囲であ
る。熱処理の時の圧力は、通常０．０１気圧〜１０気圧
程度の範囲である。なお、本発明における熱処理として
は、例えば加熱、保温、冷却等の処理が挙げられる。
ることが好ましい。より好ましくは６００〜１０００℃
である。３５０℃より低い場合本発明の効果が低下する
傾向にあり、１１００℃より高い場合には半導体の結晶
性が劣化する傾向にあり何れの場合も好ましくない。ま
た熱処理の時間は、通常１秒〜４０時間程度の範囲であ
る。熱処理の時の圧力は、通常０．０１気圧〜１０気圧
程度の範囲である。なお、本発明における熱処理として
は、例えば加熱、保温、冷却等の処理が挙げられる。
【００１７】本発明は、ｐ型ドーパントがドープされた
窒化物系化合物半導体を、上記のような特定アンモニア
濃度の混合ガス雰囲気下で熱処理するものであるが、ｐ
型ドーパントがドープされた窒化物系化合物半導体とし
ては、ｐ型ドーパント濃度が通常５×１０18〜１×１０
21ｃｍ-3程度のものが使用される。より好ましくは、１
×１０19〜５×１０20ｃｍ-3程度である。さらに好まし
くは２×１０19〜２×１０20ｃｍ-3程度である。ここ
で、ｐ型ドーパントとしては、例えばＭｇ、Ｚｎ、Ｃ
ｄ、Ｃａ、Ｂｅ等が挙げられる。中でもＭｇが好ましく
使用される。
窒化物系化合物半導体を、上記のような特定アンモニア
濃度の混合ガス雰囲気下で熱処理するものであるが、ｐ
型ドーパントがドープされた窒化物系化合物半導体とし
ては、ｐ型ドーパント濃度が通常５×１０18〜１×１０
21ｃｍ-3程度のものが使用される。より好ましくは、１
×１０19〜５×１０20ｃｍ-3程度である。さらに好まし
くは２×１０19〜２×１０20ｃｍ-3程度である。ここ
で、ｐ型ドーパントとしては、例えばＭｇ、Ｚｎ、Ｃ
ｄ、Ｃａ、Ｂｅ等が挙げられる。中でもＭｇが好ましく
使用される。
【００１８】上記のようなｐ型ドーパントがドープされ
た窒化物系化合物半導体は、その製造方法については特
に限定はなく、公知の方法により製造されたものも使用
できる。なかでもキャリアガスとして、実質的に水素を
含まない不活性ガス、例えば水素濃度が０．５容量％以
下の不活性ガスを用いてＭＯＶＰＥ法により成長したも
のを使用することが好ましく、このものを用いることに
より、電気特性にいっそう優れた半導体を製造し得る。
ここで、不活性ガスとしては、例えばヘリウム、アルゴ
ン、ネオン等の希ガス、および窒素等が挙げられる。こ
れらのなかで、ヘリウムは動粘係数が高く、本発明のキ
ャリアガスとしては好適に用いることができる。アルゴ
ン、窒素は安価に大量に用いることができる点で、やは
り好適に用いることができる。これらの不活性ガスは単
独または任意の組み合わせで混合して用いることができ
る。
た窒化物系化合物半導体は、その製造方法については特
に限定はなく、公知の方法により製造されたものも使用
できる。なかでもキャリアガスとして、実質的に水素を
含まない不活性ガス、例えば水素濃度が０．５容量％以
下の不活性ガスを用いてＭＯＶＰＥ法により成長したも
のを使用することが好ましく、このものを用いることに
より、電気特性にいっそう優れた半導体を製造し得る。
ここで、不活性ガスとしては、例えばヘリウム、アルゴ
ン、ネオン等の希ガス、および窒素等が挙げられる。こ
れらのなかで、ヘリウムは動粘係数が高く、本発明のキ
ャリアガスとしては好適に用いることができる。アルゴ
ン、窒素は安価に大量に用いることができる点で、やは
り好適に用いることができる。これらの不活性ガスは単
独または任意の組み合わせで混合して用いることができ
る。
【００１９】ＭＯＶＰＥ法を用いてｐ型ドーパントがド
ープされた窒化物系化合物半導体を結晶成長させる場
合、以下のような原料を用いることができる。
ープされた窒化物系化合物半導体を結晶成長させる場
合、以下のような原料を用いることができる。
【００２０】３族原料としては、例えばトリメチルガリ
ウム［（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、以下ＴＭＧと記すことがあ
る。］、トリエチルガリウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ、以
下ＴＥＧと記すことがある。］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3
Ｇａ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ 3 は、低級アルキル基を
示す。）で表されるトリアルキルガリウム；トリメチル
アルミニウム［（ＣＨ3 ）3 Ａｌ］、トリエチルアルミ
ニウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3Ａｌ、以下ＴＥＡと記すことが
ある。］、トリイソブチルアルミニウム［（ｉ−Ｃ4 Ｈ
9 ）3 Ａｌ］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ａｌ（ここで、Ｒ
1 、Ｒ2 、Ｒ3 は、低級アルキル基を示す。）で表され
るトリアルキルアルミニウム；トリメチルアミンアラン
［（ＣＨ3 ）3 Ｎ：ＡｌＨ3 ］；トリメチルインジウム
［（ＣＨ3）3 Ｉｎ、以下「ＴＭＩ」と記すことがあ
る。］、トリエチルインジウム［（Ｃ 2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ］
等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｉｎ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ
3 は、低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキ
ルインジウム、ジエチルインジウムクロライド［（Ｃ2
Ｈ5 ）2 ＩｎＣｌ］などのトリアルキルインジウムから
１ないし３つのアルキル基をハロゲン原子に交換したも
の、インジウムクロライド［ＩｎＣｌ］など一般式Ｉｎ
Ｘ（Ｘはハロゲン原子）で表わされるハロゲン化インジ
ウム等が挙げられる。これらは、単独でまたは混合して
用いられる。
ウム［（ＣＨ3 ）3 Ｇａ、以下ＴＭＧと記すことがあ
る。］、トリエチルガリウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ、以
下ＴＥＧと記すことがある。］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3
Ｇａ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ 3 は、低級アルキル基を
示す。）で表されるトリアルキルガリウム；トリメチル
アルミニウム［（ＣＨ3 ）3 Ａｌ］、トリエチルアルミ
ニウム［（Ｃ2 Ｈ5 ）3Ａｌ、以下ＴＥＡと記すことが
ある。］、トリイソブチルアルミニウム［（ｉ−Ｃ4 Ｈ
9 ）3 Ａｌ］等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ａｌ（ここで、Ｒ
1 、Ｒ2 、Ｒ3 は、低級アルキル基を示す。）で表され
るトリアルキルアルミニウム；トリメチルアミンアラン
［（ＣＨ3 ）3 Ｎ：ＡｌＨ3 ］；トリメチルインジウム
［（ＣＨ3）3 Ｉｎ、以下「ＴＭＩ」と記すことがあ
る。］、トリエチルインジウム［（Ｃ 2 Ｈ5 ）3 Ｉｎ］
等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｉｎ（ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ
3 は、低級アルキル基を示す。）で表されるトリアルキ
ルインジウム、ジエチルインジウムクロライド［（Ｃ2
Ｈ5 ）2 ＩｎＣｌ］などのトリアルキルインジウムから
１ないし３つのアルキル基をハロゲン原子に交換したも
の、インジウムクロライド［ＩｎＣｌ］など一般式Ｉｎ
Ｘ（Ｘはハロゲン原子）で表わされるハロゲン化インジ
ウム等が挙げられる。これらは、単独でまたは混合して
用いられる。
【００２１】また５族原料としては、例えばアンモニ
ア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、１，１−ジメチル
ヒドラジン、１，２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチル
アミン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは
単独でまたは任意の組み合わせで混合して用いることが
できる。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジン
は、分子中に炭素原子を含まないため、半導体中への炭
素の汚染が少なく好適である。
ア、ヒドラジン、メチルヒドラジン、１，１−ジメチル
ヒドラジン、１，２−ジメチルヒドラジン、ｔ−ブチル
アミン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは
単独でまたは任意の組み合わせで混合して用いることが
できる。これらの原料のうち、アンモニアとヒドラジン
は、分子中に炭素原子を含まないため、半導体中への炭
素の汚染が少なく好適である。
【００２２】ｐ型ドーパントであるＭｇの原料として
は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ
5 ）2 Ｍｇ）、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネ
シウム（（Ｃ5 Ｈ4 ＣＨ3 ）2 Ｍｇ）、ビスエチルシク
ロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ4 Ｃ2 Ｈ5 ）
2 Ｍｇ）などを使用することができる。
は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ
5 ）2 Ｍｇ）、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネ
シウム（（Ｃ5 Ｈ4 ＣＨ3 ）2 Ｍｇ）、ビスエチルシク
ロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ4 Ｃ2 Ｈ5 ）
2 Ｍｇ）などを使用することができる。
【００２３】また窒化ガリウム系化合物半導体を成長さ
せるための基板としては、窒化ガリウム系化合物半導
体、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｒＢ2 等を好適に用
いることができる。これらの基板上に直接該化合物半導
体を成長した場合、格子不整合等のため、十分高品質な
結晶が得られない場合がある。このような場合、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＮ、ＳｉＣ等の層を先ず基板上にバッファ層と
して成長した後、さらに該化合物半導体を成長させるこ
とで、高品質な結晶が得られる場合がある。ｐ型ドーパ
ントをドープした化合物半導体を基板上に直接成長させ
るようにしても良いし、基板上にバッファ層を介して成
長させても良い。あるいは、基板上にバッファ層を介し
て成長した窒化ガリウム系化合物半導体上にさらに積層
させるようにしてもよい。
せるための基板としては、窒化ガリウム系化合物半導
体、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｒＢ2 等を好適に用
いることができる。これらの基板上に直接該化合物半導
体を成長した場合、格子不整合等のため、十分高品質な
結晶が得られない場合がある。このような場合、Ｇａ
Ｎ、ＡｌＮ、ＳｉＣ等の層を先ず基板上にバッファ層と
して成長した後、さらに該化合物半導体を成長させるこ
とで、高品質な結晶が得られる場合がある。ｐ型ドーパ
ントをドープした化合物半導体を基板上に直接成長させ
るようにしても良いし、基板上にバッファ層を介して成
長させても良い。あるいは、基板上にバッファ層を介し
て成長した窒化ガリウム系化合物半導体上にさらに積層
させるようにしてもよい。
【００２４】以上のような方法によって成長したｐ型ド
ーパントがドープされた窒化物系化合物半導体を用い
て、これを特定濃度のアンモニアガス雰囲気中で熱処理
する場合は、成長後、反応炉を所定の熱雰囲気にして熱
処理することもできるし、反応炉から取出し、これを別
の炉にセットし、この炉を所定の熱雰囲気にして熱処理
することもできる。前者の場合は、冷却工程の一部とす
ることもできる。
ーパントがドープされた窒化物系化合物半導体を用い
て、これを特定濃度のアンモニアガス雰囲気中で熱処理
する場合は、成長後、反応炉を所定の熱雰囲気にして熱
処理することもできるし、反応炉から取出し、これを別
の炉にセットし、この炉を所定の熱雰囲気にして熱処理
することもできる。前者の場合は、冷却工程の一部とす
ることもできる。
【００２５】本発明における熱処理は、詳細については
明らかではないが、アンモニアを含む雰囲気中で熱処理
を行うことにより、ｐ型ドーパントがドープした窒化物
系化合物半導体の結晶表面の欠陥を低減するなど表面の
改質効果が惹起され、電極金属との接触抵抗が低い、オ
ーミック性に優れる等の電気特性に優れた窒化物系化合
物半導体が得られるものと考えられる。実際に、ｐ型ド
ーパントをドープした窒化物系化合物半導体を成長した
後に、冷却を、不活性ガスのみからなる雰囲気中で冷却
したものと、本発明の特定濃度のアンモニアガス雰囲気
中で冷却したものとを比較すると、得られた半導体のキ
ャリア濃度は、本発明による方法ではかえって減少する
ものの、電極との接触抵抗は大幅に減少する。また前者
の方法で得られた半導体を、さらに本発明に従って処理
することにより、電極との接触抵抗を大幅に減少し得
る。
明らかではないが、アンモニアを含む雰囲気中で熱処理
を行うことにより、ｐ型ドーパントがドープした窒化物
系化合物半導体の結晶表面の欠陥を低減するなど表面の
改質効果が惹起され、電極金属との接触抵抗が低い、オ
ーミック性に優れる等の電気特性に優れた窒化物系化合
物半導体が得られるものと考えられる。実際に、ｐ型ド
ーパントをドープした窒化物系化合物半導体を成長した
後に、冷却を、不活性ガスのみからなる雰囲気中で冷却
したものと、本発明の特定濃度のアンモニアガス雰囲気
中で冷却したものとを比較すると、得られた半導体のキ
ャリア濃度は、本発明による方法ではかえって減少する
ものの、電極との接触抵抗は大幅に減少する。また前者
の方法で得られた半導体を、さらに本発明に従って処理
することにより、電極との接触抵抗を大幅に減少し得
る。
【００２６】
【実施例】以下、実施例および比較例により本発明を詳
しく説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるも
のではない。 （実施例１〜６及び比較例１、２）サファイア基板上
に、図１に示す層構造の試料を常圧ＭＯＶＰＥ法により
以下の如くして製造した。
しく説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるも
のではない。 （実施例１〜６及び比較例１、２）サファイア基板上
に、図１に示す層構造の試料を常圧ＭＯＶＰＥ法により
以下の如くして製造した。
【００２７】先ず、サファイア基板１の（０００１）面
を１０６０℃でクリーニングを行い５５０℃まで降温し
た後、同温度下、この面の上に、キャリアガスとして水
素を、原料ガスとしてアンモニア、ＴＭＧを用いてＧａ
Ｎ層を低温バッファ層２として約５０ｎｍ成長させた。
次いで１０４０℃まで昇温し、ノンドープのＧａＮ層３
を３．２５μｍ成長させた。そして、同温度でＧａＮ層
３の上に、ＭｇをドープしたＧａＮ層４を１μｍ成長さ
せた。ＭｇをドープしたＧａＮ層４の成長雰囲気では、
全体の供給ガス中のアンモニアの割合は、流量比で２３
％である。Ｍｇをドープした層でのＭｇの濃度は７×１
０19ｃｍ-3であった。成長後、基板加熱を停止して、６
００℃になるまで冷却した後、アンモニアの供給を停止
し、さらに室温まで冷却した後、反応炉を一旦真空排気
した後、窒素で置換して、試料を取り出した。
を１０６０℃でクリーニングを行い５５０℃まで降温し
た後、同温度下、この面の上に、キャリアガスとして水
素を、原料ガスとしてアンモニア、ＴＭＧを用いてＧａ
Ｎ層を低温バッファ層２として約５０ｎｍ成長させた。
次いで１０４０℃まで昇温し、ノンドープのＧａＮ層３
を３．２５μｍ成長させた。そして、同温度でＧａＮ層
３の上に、ＭｇをドープしたＧａＮ層４を１μｍ成長さ
せた。ＭｇをドープしたＧａＮ層４の成長雰囲気では、
全体の供給ガス中のアンモニアの割合は、流量比で２３
％である。Ｍｇをドープした層でのＭｇの濃度は７×１
０19ｃｍ-3であった。成長後、基板加熱を停止して、６
００℃になるまで冷却した後、アンモニアの供給を停止
し、さらに室温まで冷却した後、反応炉を一旦真空排気
した後、窒素で置換して、試料を取り出した。
【００２８】このようにして製造した試料をいくつかに
分割した後、これを以下の比較例１、２及び実施例１〜
６に供した。 （比較例１）分割された試料の１つを熱処理炉にて、ア
ンモニアを含まない１気圧の窒素雰囲気中、温度８００
℃で２０分の熱処理を行った。この試料にＮｉを１５ｎ
ｍ、Ｐｔを３０ｎｍ蒸着し、さらに接触抵抗測定用のＴ
ＬＭパターンを形成後、１０分間３８０℃でアロイ化し
て、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４への電極とした。 （比較例２）熱処理温度を１０００℃としたこと以外に
は比較例１と同様にして試料を作製した。 （実施例１、３、５）熱処理雰囲気中のアンモニア濃度
をそれぞれ１％、５％、１０％としたこと以外は比較例
１と同様にして試料を作製した。尚、熱処理後の冷却工
程において、400℃に降温した時点でアンモニアの供給
を停止した。 （実施例２、４，６）熱処理雰囲気中のアンモニア濃度
をそれぞれ１％、５％、１０％としたこと以外は比較例
２と同様にして試料を作製した。尚、熱処理後の冷却工
程において、400℃に降温した時点でアンモニアの供給
を停止した。
分割した後、これを以下の比較例１、２及び実施例１〜
６に供した。 （比較例１）分割された試料の１つを熱処理炉にて、ア
ンモニアを含まない１気圧の窒素雰囲気中、温度８００
℃で２０分の熱処理を行った。この試料にＮｉを１５ｎ
ｍ、Ｐｔを３０ｎｍ蒸着し、さらに接触抵抗測定用のＴ
ＬＭパターンを形成後、１０分間３８０℃でアロイ化し
て、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ層４への電極とした。 （比較例２）熱処理温度を１０００℃としたこと以外に
は比較例１と同様にして試料を作製した。 （実施例１、３、５）熱処理雰囲気中のアンモニア濃度
をそれぞれ１％、５％、１０％としたこと以外は比較例
１と同様にして試料を作製した。尚、熱処理後の冷却工
程において、400℃に降温した時点でアンモニアの供給
を停止した。 （実施例２、４，６）熱処理雰囲気中のアンモニア濃度
をそれぞれ１％、５％、１０％としたこと以外は比較例
２と同様にして試料を作製した。尚、熱処理後の冷却工
程において、400℃に降温した時点でアンモニアの供給
を停止した。
【００２９】比較例１、２及び実施例１〜６についてＴ
ＬＭ法により求めた接触抵抗の値を図２に示す。図２で
は、接触抵抗の値は、比較例１に対する相対値で示され
ている。図２から、特定濃度のアンモニア雰囲気中で熱
処理した試料では、アンモニアを含まない雰囲気で熱処
理したものより接触抵抗が格段に小さくなっており、特
定濃度のアンモニア雰囲気中で熱処理することにより電
極における接触抵抗を減少させることの効果が明白であ
る。
ＬＭ法により求めた接触抵抗の値を図２に示す。図２で
は、接触抵抗の値は、比較例１に対する相対値で示され
ている。図２から、特定濃度のアンモニア雰囲気中で熱
処理した試料では、アンモニアを含まない雰囲気で熱処
理したものより接触抵抗が格段に小さくなっており、特
定濃度のアンモニア雰囲気中で熱処理することにより電
極における接触抵抗を減少させることの効果が明白であ
る。
【００３０】（実施例７〜１２）次に、別の実施例７〜
１２について説明する。サファイア基板上に、図３に示
す層構造の試料を常圧ＭＯＶＰＥ法により以下の如くし
て製造した。
１２について説明する。サファイア基板上に、図３に示
す層構造の試料を常圧ＭＯＶＰＥ法により以下の如くし
て製造した。
【００３１】先ず、サファイア基板１１の（０００１）
面上に、キャリアガスとして水素を用い、原料ガスとし
てアンモニア、ＴＭＧを用い、５５０℃でＧａＮ層を低
温バッファ層１２として約５０ｎｍ成長させた。続け
て、ノンドープのＧａＮ層１３を１０４０℃で３．２５
μｍ成長させた。
面上に、キャリアガスとして水素を用い、原料ガスとし
てアンモニア、ＴＭＧを用い、５５０℃でＧａＮ層を低
温バッファ層１２として約５０ｎｍ成長させた。続け
て、ノンドープのＧａＮ層１３を１０４０℃で３．２５
μｍ成長させた。
【００３２】その後キャリアガスを窒素とし、成長温度
を７７５℃まで降温した。この状態でＧａ0.85Ａｌ0.15
Ｎ層１４を２５ｎｍ成長させた後、再び成長温度を上
げ、１０４０℃でＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ層１５を
１μｍ成長させた。ｐ型ＧａＮ層１５の成長雰囲気は、
キャリアガスが窒素であることを除いて、比較例１のｐ
型ＧａＮ層４の場合と同様である。Ｍｇをドープしたｐ
型ＧａＮ層１５でのＭｇの濃度は７×１０19ｃｍ-3であ
る。ｐ型ＧａＮ層１５の成長終了後、基板加熱を停止
し、サファイア基板１が６００℃になるまで冷却した
後、アンモニアの供給を停止し、さらにサファイア基板
１を室温まで冷却した後、反応炉を一旦真空排気した
後、窒素で置換して出来上がった試料を取り出した。
を７７５℃まで降温した。この状態でＧａ0.85Ａｌ0.15
Ｎ層１４を２５ｎｍ成長させた後、再び成長温度を上
げ、１０４０℃でＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ層１５を
１μｍ成長させた。ｐ型ＧａＮ層１５の成長雰囲気は、
キャリアガスが窒素であることを除いて、比較例１のｐ
型ＧａＮ層４の場合と同様である。Ｍｇをドープしたｐ
型ＧａＮ層１５でのＭｇの濃度は７×１０19ｃｍ-3であ
る。ｐ型ＧａＮ層１５の成長終了後、基板加熱を停止
し、サファイア基板１が６００℃になるまで冷却した
後、アンモニアの供給を停止し、さらにサファイア基板
１を室温まで冷却した後、反応炉を一旦真空排気した
後、窒素で置換して出来上がった試料を取り出した。
【００３３】以上のようにして作製した試料をいくつか
に分割した後、以下のようにして実施例７〜１２を作製
した。 （実施例７）分割された試料の１つを熱処理炉にて、ア
ンモニアを１％含む雰囲気中、処理温度８００℃で２０
分の熱処理を行った。この試料にＮｉを１５ｎｍ、Ｐｔ
を３０ｎｍ蒸着し、さらに接触抵抗測定用のＴＬＭパタ
ーンを形成後、１０分間３８０℃でアロイ化して、Ｍｇ
をドープしたｐ型ＧａＮ層１５への電極とした。 （実施例８）熱処理温度を１０００℃としたこと以外に
は実施例７と同様にして試料を作製した。 （実施例９、１１）熱処理雰囲気中のアンモニア濃度を
それぞれ５％、１０％としたこと以外は実施例７と同様
にして試料を作製した。 （実施例１０、１２）熱処理雰囲気中のアンモニア濃度
をそれぞれ５％、１０％としたこと以外は実施例８と同
様にして試料を作製した。
に分割した後、以下のようにして実施例７〜１２を作製
した。 （実施例７）分割された試料の１つを熱処理炉にて、ア
ンモニアを１％含む雰囲気中、処理温度８００℃で２０
分の熱処理を行った。この試料にＮｉを１５ｎｍ、Ｐｔ
を３０ｎｍ蒸着し、さらに接触抵抗測定用のＴＬＭパタ
ーンを形成後、１０分間３８０℃でアロイ化して、Ｍｇ
をドープしたｐ型ＧａＮ層１５への電極とした。 （実施例８）熱処理温度を１０００℃としたこと以外に
は実施例７と同様にして試料を作製した。 （実施例９、１１）熱処理雰囲気中のアンモニア濃度を
それぞれ５％、１０％としたこと以外は実施例７と同様
にして試料を作製した。 （実施例１０、１２）熱処理雰囲気中のアンモニア濃度
をそれぞれ５％、１０％としたこと以外は実施例８と同
様にして試料を作製した。
【００３４】実施例７〜１２についてＴＬＭ法により求
めた接触抵抗の値を図４に示す。図４では、接触抵抗の
値は、比較例１に対する相対値で示されている。図４か
ら、図３に示した層構造の場合においても、特定濃度の
アンモニア雰囲気中で熱処理した試料では、アンモニア
を含まない雰囲気で熱処理したものより接触抵抗が格段
に小さくなっており、特定濃度のアンモニア雰囲気中で
熱処理することにより電極における接触抵抗を減少させ
ることの効果が明白である。
めた接触抵抗の値を図４に示す。図４では、接触抵抗の
値は、比較例１に対する相対値で示されている。図４か
ら、図３に示した層構造の場合においても、特定濃度の
アンモニア雰囲気中で熱処理した試料では、アンモニア
を含まない雰囲気で熱処理したものより接触抵抗が格段
に小さくなっており、特定濃度のアンモニア雰囲気中で
熱処理することにより電極における接触抵抗を減少させ
ることの効果が明白である。
【００３５】（実施例１３）実施例１３は、図５に示し
た層構造の窒化ガリウム系化合物半導体を常圧ＭＯＶＰ
Ｅ法により以下のようにして作製した場合の例である。
図５を参照して実施例１３について説明すると、先ず、
サファイア等の絶縁基板あるいはＳｉＣ等の伝導性基板
のいずれかの基板２１上にＳｉ等のドナーをドープした
ｎ型ＧａＮ層２２を成長させる。なお、ｎ型ＧａＮ層２
２は基板上にバッファ層を介して成長してもよい。さら
に、ノンドープのＧａＮ層２３を成長させた後、ＩｎＧ
ａＮ層２４による井戸層とＧａＮ層２３による障壁層を
繰り返し形成して成る多重量子井戸層２５を作製し、キ
ャップ層２６としてＡｌＧａＮ層を成長させる。キャッ
プ層２６の上にさらにＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ層２
７をチッ素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスをキャ
リアガスとして成長させる。ｐ型ＧａＮ層２７の成長後
の基板２１の冷却中にアンモニアの濃度を５％程度に調
整する。このようにして作製したＬＥＤはＩｎＧａＮ／
ＧａＮ多重量子井戸層２５を活性層とし、Ｍｇをドープ
したｐ型ＧａＮ層２７は、特に成長後に取り出し加熱処
理を行わなくても接触抵抗の低いｐ型電極をｐ型ＧａＮ
層２７上に形成することができる。
た層構造の窒化ガリウム系化合物半導体を常圧ＭＯＶＰ
Ｅ法により以下のようにして作製した場合の例である。
図５を参照して実施例１３について説明すると、先ず、
サファイア等の絶縁基板あるいはＳｉＣ等の伝導性基板
のいずれかの基板２１上にＳｉ等のドナーをドープした
ｎ型ＧａＮ層２２を成長させる。なお、ｎ型ＧａＮ層２
２は基板上にバッファ層を介して成長してもよい。さら
に、ノンドープのＧａＮ層２３を成長させた後、ＩｎＧ
ａＮ層２４による井戸層とＧａＮ層２３による障壁層を
繰り返し形成して成る多重量子井戸層２５を作製し、キ
ャップ層２６としてＡｌＧａＮ層を成長させる。キャッ
プ層２６の上にさらにＭｇをドープしたｐ型ＧａＮ層２
７をチッ素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスをキャ
リアガスとして成長させる。ｐ型ＧａＮ層２７の成長後
の基板２１の冷却中にアンモニアの濃度を５％程度に調
整する。このようにして作製したＬＥＤはＩｎＧａＮ／
ＧａＮ多重量子井戸層２５を活性層とし、Ｍｇをドープ
したｐ型ＧａＮ層２７は、特に成長後に取り出し加熱処
理を行わなくても接触抵抗の低いｐ型電極をｐ型ＧａＮ
層２７上に形成することができる。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、ｐ型ドーパントがドー
プされた窒化物系化合物半導体を、特定濃度のアンモニ
アガス雰囲気中で熱処理することにより、電極金属との
接触抵抗が低い、オーミック性に優れる等の電気特性に
優れたｐ型窒化物系化合物半導体を製造し得る。従って
該半導体を用いて発光ダイオード等の半導体素子を作製
した場合、その電気特性が格段に向上し、電極部におけ
る電力損失を低く抑えることができ、高効率の半導体素
子を実現することができる。
プされた窒化物系化合物半導体を、特定濃度のアンモニ
アガス雰囲気中で熱処理することにより、電極金属との
接触抵抗が低い、オーミック性に優れる等の電気特性に
優れたｐ型窒化物系化合物半導体を製造し得る。従って
該半導体を用いて発光ダイオード等の半導体素子を作製
した場合、その電気特性が格段に向上し、電極部におけ
る電力損失を低く抑えることができ、高効率の半導体素
子を実現することができる。
【図１】本発明の実施例１〜６及び比較例１、２に係る
３−５族化合物半導体の試料の層構造を模式的に示す層
構造図。
３−５族化合物半導体の試料の層構造を模式的に示す層
構造図。
【図２】実施例１〜６及び比較例１、２についてアニー
ル条件と接触抵抗値とを示す図。
ル条件と接触抵抗値とを示す図。
【図３】実施例７〜１２に係る３−５族化合物半導体の
試料の層構造を模式的に示す層構造図。
試料の層構造を模式的に示す層構造図。
【図４】実施例７〜１２についてアニール条件と接触抵
抗値とを示す図。
抗値とを示す図。
【図５】実施例１３に係る３−５族化合物半導体の試料
の層構造を模式的に示す層構造図。
の層構造を模式的に示す層構造図。
１、１１ サファイア基板
２、１２ 低温バッファ層
３、１３、２３ ＧａＮ層
４ ＧａＮ層（Ｍｇドープ）
１４ Ｇａ0.85Ａｌ0.15Ｎ層
１５、２７ ｐ型ＧａＮ層（Ｍｇドープ）
２１ 基板
２２ ｎ型ＧａＮ層
２４ ＩｎＧａＮ層
２５ 多重量子井戸層
２６ キャップ層
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F041 AA21 AA24 CA04 CA05 CA40
CA46 CA49 CA57 CA65 CA73
CA77 CA82 CA99
Claims (5)
- 【請求項１】 ｐ型ドーパントがドープされた一般式Ｉ
ｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ
≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表わされる３−５族化合物半
導体を、アンモニアと高温で不活性なガスとの混合ガス
であってアンモニアの分圧が０．００５〜０．２気圧で
ある混合ガス雰囲気中で熱処理することを特徴とするｐ
型３−５族化合物半導体の製造方法。 - 【請求項２】 熱処理温度が、３５０〜１１００℃であ
ることを特徴とする請求項１記載の３−５族化合物半導
体の製造方法。 - 【請求項３】 ｐ型ドーパントがドープされた３−５族
化合物半導体が、キャリアガスとして、実質的に水素を
含まない不活性ガスを用いた有機金属気相成長法により
製造されたものであることを特徴とする請求項１または
２記載の３−５族化合物半導体の製造方法。 - 【請求項４】 請求項１〜３いずれかに記載の製造方法
により製造されたｐ型３−５族化合物半導体。 - 【請求項５】 請求項４記載のｐ型３−５族化合物半導
体を用いた化合物半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003016939A JP2003297841A (ja) | 2002-01-31 | 2003-01-27 | ３−５族化合物半導体、その製造方法およびそれを用いた化合物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002-23257 | 2002-01-31 | ||
| JP2002023257 | 2002-01-31 | ||
| JP2003016939A JP2003297841A (ja) | 2002-01-31 | 2003-01-27 | ３−５族化合物半導体、その製造方法およびそれを用いた化合物半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003297841A true JP2003297841A (ja) | 2003-10-17 |
Family
ID=29404778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003016939A Pending JP2003297841A (ja) | 2002-01-31 | 2003-01-27 | ３−５族化合物半導体、その製造方法およびそれを用いた化合物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003297841A (ja) |
-
2003
- 2003-01-27 JP JP2003016939A patent/JP2003297841A/ja active Pending
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| A977 | Report on retrieval |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090728 |
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