JP2005322840A - 窒化物半導体、窒化物半導体ウェハ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】最表面にウルツ鉱型又は閃亜鉛鉱型の窒化物半導体のV族極性面を有する基板上に、少なくともp型伝導層とn型伝導層を含む窒化物半導体積層構造を積層した窒化物半導体ウェハの構造とする。そのアクセプタとしての不純物としては、C、Si、Ge、Snのいずれかを用いる。
【選択図】 図1
Description
本発明者は、通常はIII族サイトに混入しn型ドーパントとして働くIV族のSi等が、V族サイトに混入した場合には、理論的には、p型アクセプタとして働くことに着目し、通常はIII族サイトにしか混入し得ないIV族原子をV族サイトに混入させるための方法を発見すべく検討を行った。
まず、HVPE法によりサファイア基板上にウルツ鉱型のGaN単結晶層を2cmの厚さで成長した後、サファイア基板を剥離しGaN単結晶インゴットを準備した。上記のGaN単結晶インゴットから窒素極性のC面を表面にもつGaN単結晶ウェハを切り出し、表面を表面荒さのrms値が5nm以下となるように研磨した。
次に実施例1と同様な条件で、且つSiドープGaN層成長時のアンモニアとTMGの供給量の比率を100として、SiH4/TMGのモル比を8×10-6から3×10-4の間で変えて、成長行った。その結果、図2に示すように、SiドープGaN中の正孔濃度は、SiH4/TMGのモル比により1×1017から5×1018cm-3の間で制御できることが明らかとなった。
次に、HVPE法によりサファイア基板上に閃亜鉛鉱型のGaN単結晶層を2cmの厚さで成長した後、サファイア基板を剥離しGaN単結晶のインゴットを準備した。上記のGaN単結晶インゴットから(n11)B面(n=1、2、3、4、5)を表面に持つGaN単結晶ウェハを切り出し、表面を表面荒さのrms値が5nm以下となるように研磨した。
次に、実施例1と同様な条件でウルツ構造型の窒素極性のC面を表面とするGaN単結晶ウェハ(GaNからなる基板1)上に、図3の如く1μmのアンドープGaN層2を成長し、その上にアンモニアとTMGの供給量の比率を3000として電子濃度が5×1018cm-3のn型GaN層3を4μm成長した。その後基板温度を1075℃から750℃に下げ、6周期のInGaN/GaN量子井戸構造4を形成した。次に再び基板温度を1075℃として、実施例1に記載した条件で、且つアンモニアとTMGの供給量の比率を1000として、正孔濃度が5×1018cm-3のSiドープp型GaN層5を200nm成長した。
実施例4と同様なLED構造を、活性層のInGaN量子井戸のIn組成のみを発光波長が405nmとなるように変えて成長した。
次に、実施例5と同様なLED構造を、n型ドーパント及びp型ドーパントを共に、(1)C、(2)Ge、(3)Snとした3種類のLEDを製作し、それぞれのLEDの成長直後、及び、20mA、1000時間通電後の出力を調べた。その結果、(1)の場合は8.8→8.6mW、(2)の場合は、7.8→7.5mW、(3)の場合は6.5→6.3mWとなり、いずれの場合においても、実施例3で述べた従来型の比較試料によるLEDと比較すると、出力低下の割合が低く、信頼性が向上していることが明らかとなった。
実施例5と同様なLED構造において、InGaN/GaN量子井戸と、Siドープp型GaNの間に、(1)Siドープp型Al0.1Ga0.9N及び、(2)Siドープp型In0.05Al0.15Ga0.8Nを成長した2種類のLED構造を成長した。
本実施例では、ヘテロ・バイポーラ・トランジスタ(HBT)用のエピタキシャルウェハを製作した。
2 アンドープGaN層
3 n型GaN層
4 量子井戸構造
5 p型GaN層
6 p型電極
7 n型電極
Claims (15)
- 少なくとも最表面にウルツ鉱型の窒化物半導体のV族極性面を有する基板上に形成されたp型の窒化物半導体。
- 上記表面がウルツ鉱型の窒化物半導体の窒素極性のC面であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体。
- 少なくとも最表面に閃亜鉛鉱型の窒化物半導体のV族極性面を有する基板上に形成されたp型の窒化物半導体。
- 上記表面が閃亜鉛鉱型の窒化物半導体の(n11)B面(n=1、2、3、4、5)であることを特徴とする請求項3に記載の窒化物半導体。
- 上記基板がV族極性面をエピタキシャル成長する側の表面として持つ窒化物半導体単結晶基板であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の窒化物半導体。
- 上記請求項5の窒化物半導体を形成するのに使用される、V族極性面をエピタキシャル成長する側の表面として持つ窒化物半導体ウェハ。
- 最表面にウルツ鉱型又は閃亜鉛鉱型の窒化物半導体のV族極性面を有する基板上に、少なくともp型伝導層とn型伝導層を含む窒化物半導体積層構造を積層したことを特徴とする窒化物半導体ウェハ。
- 上記p型伝導層を形成する基板表面がウルツ鉱型の窒化物半導体の窒素極性のC面であることを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 上記p型伝導層を形成する基板表面が閃亜鉛鉱型の窒化物半導体の(n11)B面(n=1、2、3、4、5)であることを特徴とする請求項7に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 上記基板がV族極性面をエピタキシャル成長する側の表面として持つ窒化物半導体単結晶基板であることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の窒化物半導体ウェハ。
- 上記p型伝導層がIV族の不純物をアクセプタとして含むことを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載の窒化物半導体ウェハ。
- 上記アクセプタ不純物が、C、Si、Ge、Snのいずれかであることを特徴とする請求項10に記載の窒化物半導体ウェハ。
- 上記p型伝導層のアクセプタ不純物とn型伝導層中のドナー不純物がともに同じであることを特徴とする請求項7から12のいずれかに記載の窒化物半導体ウェハ。
- 請求項7〜13のいずれかに記載の窒化物半導体ウェハを製造する方法であって、上記p型伝導層を気相成長するに際し、そのp型伝導層成長時のV族原料の供給量のIII族原料の供給量に対する比率を、n型伝導層成長時よりも低くすることを特徴とする窒化物半導体の製造方法。
- 上記p型伝導層成長時のV族原料の供給量のIII族原料の供給量に対する比率を、1000以下とすることを特徴とする請求項14記載の窒化物半導体の製造方法。
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