JP2007103894A - （Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体をアニール工程を行うことなく製造する。
【解決手段】基板上に成長された（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層と、半導体層上にPt、Pd及びAuを含む群から選ばれた少なくとも一つの金属、あるいは、それらの合金で形成された電極とを含む。化合物半導体の製造方法は、成長チャンバー内でＰ型不純物を含むＰ層を成長させるステップと、前記成長チャンバー内の水素源ガスを放出するステップと、前記Ｐ層の形成された化合物半導体を前記成長チャンバー内から外部に取り出せる程度の温度まで低くするステップと、前記Ｐ層の形成された基板を前記成長チャンバーから取り出すステップと、前記Ｐ層の上にＰｔ、Ｐｄ、及びＡｕを含む群から選ばれた少なくとも一つの物質、あるいは、それらの合金で電極を形成するステップとを含む。これによると、アニール工程を行うことなくＰ型導電性を十分に確保することができる。
【選択図】なし
【解決手段】基板上に成長された（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層と、半導体層上にPt、Pd及びAuを含む群から選ばれた少なくとも一つの金属、あるいは、それらの合金で形成された電極とを含む。化合物半導体の製造方法は、成長チャンバー内でＰ型不純物を含むＰ層を成長させるステップと、前記成長チャンバー内の水素源ガスを放出するステップと、前記Ｐ層の形成された化合物半導体を前記成長チャンバー内から外部に取り出せる程度の温度まで低くするステップと、前記Ｐ層の形成された基板を前記成長チャンバーから取り出すステップと、前記Ｐ層の上にＰｔ、Ｐｄ、及びＡｕを含む群から選ばれた少なくとも一つの物質、あるいは、それらの合金で電極を形成するステップとを含む。これによると、アニール工程を行うことなくＰ型導電性を十分に確保することができる。
【選択図】なし
Description
本発明は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子及びその製造方法に関し、特に、Ｐ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｐ層)及び前記Ｐ層上に設けられた透明電極を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子及びその製造方法に関する。
窒化ガリウム(GaN)系化合物半導体は、例えば、発光素子(Light Emitting Diode;LED)またはレーザ素子(Laser Diode;LD)のような化合物半導体素子に応用される。図１は、従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子を示す概略縦断面図である。
図１を参照して、基板１１の上にN型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｎ層)１３と、活性層１５と、Ｐ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｐ層)１７とが順次形成される。Ｐ層１７、活性層１５及びＮ層１３の一部が部分的にエッチングされ、これにより、Ｎ層１３が部分的に外部に露出される。Ｐ層１７の上にはＮｉとＡｕとを含む電極１９及び２１が設けられ、Ｎ層１３にも電極２５が設けられる。
図１を参照して、基板１１の上にN型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｎ層)１３と、活性層１５と、Ｐ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｐ層)１７とが順次形成される。Ｐ層１７、活性層１５及びＮ層１３の一部が部分的にエッチングされ、これにより、Ｎ層１３が部分的に外部に露出される。Ｐ層１７の上にはＮｉとＡｕとを含む電極１９及び２１が設けられ、Ｎ層１３にも電極２５が設けられる。
このような従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子１０１では、通常、Ｐ層１７に不純物をドーピングして導電性を確保する。ところが、Ｐ型不純物、例えば、マグネシウム(Ｍｇ)は、成長チャンバー内に存在する水素(Ｈ)と容易に結合し、自由正孔を供給する電子受容体(acceptor)の機能を果たせない。よって、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造工程では、Ｐ型不純物と水素との結合を分離するための別のアニール工程が行われる。
図２は、従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法を説明するためのフローチャートである。
図２を参照して、成長チャンバー内にＰ型不純物及び化合物半導体のソースガスを供給して基板上に化合物半導体のＰ層を成長させる(Ｐ１)。前記Ｐ層を成長させた後、成長チャンバーを冷却して基板の温度を低くする(Ｐ２)。その後、前記Ｐ層を成長させた基板を成長チャンバーから取り出す(Ｐ３)。次いで、前記Ｐ層のアニーリングを行う(Ｐ４)。米国特許ＵＳ５，３０６，６６２号を参照して、Ｐ型不純物及び化合物半導体のソースガスで化合物半導体のＰ層を成長させた後、４００℃以上の温度で前記Ｐ層のアニーリングを行う。その結果、Ｐ型不純物と結合された水素が除去され、抵抗値が低く均一なＰ型（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体が提供される。
一方、Ｐ層と金属材質の電極との間のオーミック接触特性を得るためにも、アニール工程が行われる。このときのアニール工程により、前記電極と前記Ｐ層との間の良好なオーミック接触特性を確保できるだけでなく、前記Ｐ層に残存する水素とＰ型不純物との結合を分離することも可能となる。
このような従来の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子においては、Ｐ層の抵抗を低くするために、あるいは、Ｐ層と透明電極とのオーミック接触特性を向上させるために、少なくとも一回のアニール工程を行わなければならない。
しかし、このようなアニール工程は、化合物半導体素子の製造工程を複雑化し、さらに煩雑化させるという問題点があった。このようなアニール工程は、製品の製造時間を長引かせ、特に、アニール工程のための高価な装備を購入しなければならず、装備設置のための空間を必要とするなど、製造設備のための投資費用を増加させ、製造コストを上昇させるという問題点があった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、従来のアニール工程を行うことなく、優れた性能を示す（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、従来のＰ層アニール工程を行うことなくＰ型導電性を確保できる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子及びその製造方法を提供することを他の目的とする。
また、本発明は、従来のアニール工程を行うことなくＰ型導電性を確保できる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法を提供することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、透明電極の形成後にアニール工程を行うことなくＰ層と透明電極との間のオーミック接触特性を確保できる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子及びその製造方法を提供することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、アニール工程を行うことなく簡単かつ便利で製造することができ、これにより、設備コストを低減できる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子及びその製造方法を提供することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、透明電極の形成後にアニール工程を行うことなくＰ層と透明電極との間のオーミック接触特性を確保できる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子及びその製造方法を提供することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、アニール工程を行うことなく簡単かつ便利で製造することができ、これにより、設備コストを低減できる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子及びその製造方法を提供することをさらに他の目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様による（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子は、基板と、前記基板上に成長した（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層と、前記（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層上にＰｔ、Ｐｄ及びＡｕを含む群から選ばれた少なくとも一つの金属、あるいは、それらの合金で形成された電極とを含むことを特徴とする。
このとき、前記電極は、Ｐｔ及びＡｕ、またはＰｄ及びＡｕを積層するか、あるいは、Ｐｔ、Ｐｄ及びＡｕの中から選ばれた少なくとも二つの金属からなる合金で形成することができる。
また、本発明の他の態様による（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の製造方法は、成長チャンバー内で基板上にＰ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｐ層)を成長させるステップと、前記成長チャンバー内の水素、アンモニア及び水素含有ガスを放出するステップと、前記Ｐ層の形成された基板の温度を前記成長チャンバー内から外部に取り出せる程度の温度まで低くするステップと、前記Ｐ層の形成された基板を前記成長チャンバーから取り出すステップと、前記Ｐ層の上にＰｔ、Ｐｄ、及びＡｕを含む群から選ばれた少なくとも一つの金属、あるいは、それらの合金で電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。
ここで、前記温度を低くするステップは、前記成長チャンバーを水冷または空冷方式で冷却させることを特徴とする。
一方、前記温度を低くするステップは、前記成長チャンバーを真空状態にするステップと、前記真空状態の成長チャンバー内に冷却ガスを供給するステップとを含むことが好ましい。
本発明のさらに他の態様による（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法は、成長チャンバー内の温度を（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層成長温度に保ちながらガスを供給してＰ層を形成するステップと、前記Ｐ層を形成した後、前記ガスの供給を中断するステップと、前記Ｐ層の不純物と前記ガスに含有された水素とが結合する温度よりも高い温度で前記成長チャンバー内に存在するガスを放出させるステップと、前記（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層温度を低くするステップとを含むことを特徴とする。
前記Ｐ層成長温度は、６００℃以上１３００℃以下であることが好ましく、前記成長チャンバー内に存在するガスを放出させる温度は、４００℃以上１３００℃以下であることが好ましい。
本発明の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体及びその製造方法によると、従来のアニール工程を行うことなく、Ｐ型導電性を十分に確保することができ、良好なオーミック接触特性を得られる優れた性能のＧａＮ化合物半導体素子及びその製造方法を提供することができる。また、本発明によると、従来のアニール工程を行うことなく、Ｐ型導電性を十分に確保できる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層及びその製造方法を提供することができる。また、Ｐｔ、ＰｄまたはＡｕ、あるいは、これらの合金が使用されるとき、さらなるアニール工程を必要としない。本発明では、このように、従来のアニール工程を省くことが可能となり、簡単かつ便利で（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子を製造することが可能であり、設備コストを低減できるという技術的効果がある。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳しく説明する。
図３は、本発明の実施の形態にかかるＰ層及び電極を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子の斜視図であり、図４は、図３の縦断面図である。この（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子１は、基板１１と、その基板１１の上に成長された（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５と、その（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５に形成された各電極３１及び３５とを含む。一方、前記電極３１の上に外部との電気的接続のための電極パッド３３を設けてもよい。
図３は、本発明の実施の形態にかかるＰ層及び電極を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子の斜視図であり、図４は、図３の縦断面図である。この（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子１は、基板１１と、その基板１１の上に成長された（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５と、その（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５に形成された各電極３１及び３５とを含む。一方、前記電極３１の上に外部との電気的接続のための電極パッド３３を設けてもよい。
前記基板１１は、絶縁性材質のサファイヤまたは他の基板を使用することができ、Ｓｉ、ＳｉＣ、またはＧａＮなどの導電性または半導体基板も使用することができる。導電性または半導体基板は、サファイヤ基板よりも相対的に熱伝導率に優れており、最近では、高出力を必要とする（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子に多用されている。
前記（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５は、バッファ層１２と、Ｎ型不純物がドーピングされた（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｎ層)１３と、Ｐ型不純物がドーピングされた（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｐ層)１７と、前記Ｎ層とＰ層との間に介在した活性層１５とを含む。前記バッファ層１２は、前記基板１１と前記Ｎ層１３との間の格子不整合を緩和するために、前記基板１１上に所定の厚さで形成される。このようなバッファ層は、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、あるいはＡｌＧａＮなどで形成されてもよい。
前記（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５は、バッファ層１２と、Ｎ型不純物がドーピングされた（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｎ層)１３と、Ｐ型不純物がドーピングされた（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｐ層)１７と、前記Ｎ層とＰ層との間に介在した活性層１５とを含む。前記バッファ層１２は、前記基板１１と前記Ｎ層１３との間の格子不整合を緩和するために、前記基板１１上に所定の厚さで形成される。このようなバッファ層は、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、あるいはＡｌＧａＮなどで形成されてもよい。
Ｎ層１３は、不純物のドーピングを行わずに形成することもできるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、あるいは、Ｔｅなどの不純物をドーピングして形成することが好ましい。例えば、Ｎ層１３は０．５μｍ乃至１０μｍの厚さで作製可能で、ＧａＮで構成することが好ましい。
Ｎ層１３は、不純物を含むＧａＮと不純物を含まないＧａＮとを交互に積層した構造で構成してもよい。その積層数は、適切に選択することができる。
Ｎ層１３は、不純物を含むＧａＮと不純物を含まないＧａＮとを交互に積層した構造で構成してもよい。その積層数は、適切に選択することができる。
活性層１５は、ＩｎＧａＮを基本として、ＧａＮを含む量子井戸(QW、Quantum Well)構造、例えば、単一量子井戸(SQW、Single Quantum Well)または多重量子井戸(MQW、Multi Quantum Well)構造で構成してもよい。量子井戸構造は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層の積層、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とを含んでもよい。ＩｎＧａＮとＧａＮとの積層数、あるいは厚さに基づいて出力の変化が予想される。したがって、適切な積層数及び厚さを最適にセットすることが重要である。
Ｐ層１７は、Ｐ型不純物をドーピングして形成する。Ｐ型不純物としては、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂａ、ＺｎあるいはＭｇを使用することができる。しかし、主にＭｇを使用する。本発明では、製造方法を説明する図５及び図６と関連して詳しく後述するが、Ｐ層１７で発生する不純物と水素との結合現象を予め防ぐことが可能となり、不純物がそのまま自由正孔の生成に寄与することができる。
一方、基板１１の上に成長された前記（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５は、Ｐ層１７、活性層１５及びＮ層１３の一部が部分的にエッチングされ、Ｎ層１３の一部が外部に露出されている。Ｐ層１７の上には、電極３１が薄い厚さで設けられ、Ｎ層１３の上にも電極３５が設けられる。Ｐ層１７の電極３１は、活性層１５で発生する光が透過できる透明電極で形成することが好ましい。
前記Ｐ層１７の電極３１は、Ｐｔ、ＰｄまたはＡｕの群から選ばれた少なくとも一つの金属、あるいはそれらの合金で形成され、例えば、ＰｔとＡｕまたはＰｄとＡｕから構成することができる。この場合、ＰｔとＡｕとをＰ層１７の上に順次積層させるか、ＰｄとＡｕとをＰ層１７の上に順次積層させて構成することができる。ここで、ＰｔまたはＰｄとＡｕとはどのような順序で積層されてもよい。そして、Ｐｔ、Ｐｄ及びＡｕの群から選ばれた少なくとも２つの金属からなる合金で電極３１を形成してもよい。このような金属材質で電極３１を形成する場合、別のアニール工程を行わなくても、良好なオーミック接触特性を得ることができる。
電極３１には、さらに、外部と電気的に接続される部分に電極パッド３３が設けられる。このような電極パッド３３も本発明の電極と同じ成分の金属材料から形成してもよい。
一方、Ｎ層１３の上に設けられる電極３５もＰ層１７の上に設けられる電極３１及び３３と同じ金属材料から形成してもよい。しかし、Ｎ層１３の特性を考慮した他の成分の材料を使用することができるし、このようなＮ層電極３５及びその成分については、既に多様な技術により公知となっており、その詳細は省く。
以下では、本発明の実施の形態で説明した上述の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体を製造する方法について説明する。
図５は、本発明による（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法を説明するフローチャートである。
図５を参照して、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子１のＰ層１７は、本フローチャートでは説明されていないが、成長チャンバー内に基板１１を供給して加熱した後、その上にバッファ層１２と、Ｎ層１３と、活性層１５とを順次成長させてから形成される（Ｓ１）。
図５は、本発明による（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法を説明するフローチャートである。
図５を参照して、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子１のＰ層１７は、本フローチャートでは説明されていないが、成長チャンバー内に基板１１を供給して加熱した後、その上にバッファ層１２と、Ｎ層１３と、活性層１５とを順次成長させてから形成される（Ｓ１）。
Ｐ層１７は、活性層１５を形成した後、600℃以上の高温の成長チャンバー内に成長ガスを供給して成長させる（Ｓ１）。成長ガスとしては、例えば、Ｇａのソースとしてトリメチルガリウム(tri-methyl gallium；TMG)、窒素(Ｎ)のソースとしてアンモニア(ＮＨ３)を使用することができ、キャリアガス(Ｈ２またはＮ２)と共に供給される。一方、Ｐ型不純物でMgをドーピングする場合、Ｃｐ２Ｍｇ（Bis(cyclopentadienyl)magnesium）をソースとして使用することができる。Ｐ層１７の成長が完了すると（Ｓ２）、成長チャンバー内に供給されるガス(成長ガス及びキャリアガス)の供給を中断し（Ｓ３）、成長チャンバー内に存在するガスを全て放出させる（Ｓ４）。
本発明で重要な技術的特徴は、成長チャンバー内でＰ型不純物と水素とが結合できない状態及び条件を設けることにある。成長チャンバーでは、Ｐ型不純物と水素とが結合できない、例えば、６００〜７００℃以上の高い温度でエピタキシャル成長が行われる。本発明では、Ｐ層１７は、非常に高い温度、例えば、６００℃以上１３００℃以下で形成されるので、本発明のＰ層形成温度では、Ｐ型不純物と水素との結合が行われない。このように、非常に高い温度でＰ層成長が完了した後、外部から成長チャンバー内へのソースガスの供給を中断し、成長チャンバー内に残存するガスを外部に放出する。すると、成長チャンバー内に水素が存在しないため、Ｐ型不純物と水素との結合が行われず、Ｐ層内の不純物は、自由正孔を提給する電子受容体(acceptor)の機能を果たせる状態となる。Ｐ型不純物と水素との結合が行われないため、本発明では、アニール工程を行う必要がない。
成長チャンバー内のガスを完全に放出させた後（Ｓ４）には、加熱を中断（Ｓ５）して成長チャンバー内の基板１１及びその上に形成された（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５の温度を低くする（Ｓ６）。ここで、基板１１及び（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５の温度は、成長チャンバーを空冷または水冷方式で冷却させて低くすることができる。基板１１及び（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５の温度は、成長チャンバー内の水素及び水素源ガスを放出させた状態で、冷却ガスを注入して低くすることもできる。ここで、冷却ガスとしては、Ｐ型不純物との結合が難しい、例えば、窒素(Ｎ２)ガスが使用でき、これは、キャリアガスとしても使用されているので好ましい。成長チャンバーを真空状態にした後に、冷却ガスを注入すると、より迅速に基板１１及び（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５の温度を低くすることができる。
基板及び（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層の温度が十分に低くなる（Ｓ７）と、成長チャンバーから基板１１を取り出す（Ｓ８）。このように、Ｐ層で不純物と水素との結合が行われていないため、別のアニール工程が必要なくなる。このような場合、Ｐ層の不純物がそのまま自由正孔の生成に寄与することが可能となり、低抵抗の優れたＰ層を提供して優れた特性の製品を製造することができる。
図６は、本発明の実施の形態にかかる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子の製造方法を説明するためのフローチャートであり、図７は、本発明の実施の形態にかかるＰ層製造方法を概略的に説明するグラフである。
図６は、本発明の実施の形態にかかる（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子の製造方法を説明するためのフローチャートであり、図７は、本発明の実施の形態にかかるＰ層製造方法を概略的に説明するグラフである。
図６及び図７を参照して、先ず、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５を成長させるため、基板１１を成長チャンバー内に供給する(Ｓ１０１)。基板１１を所定の温度で加熱した後、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５、すなわち、バッファ層１２、Ｎ層１３、活性層１５、及びＰ層１７を順次成長させる(Ｓ１０２)。以下、本製造方法の内容説明及び理解を図るために、「基板１１及びその上に成長された（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５」を単に「エピ２７」と称する。
エピ２７の成長と関連した技術の殆どは当業者にとって容易であり、一般に公知となっている。バッファ層１２、Ｎ層１３、活性層１５、及びＰ層１７の厚さ、成長条件、すなわち、温度、圧力、及び各層１２、１３、１５及び１７、あるいはそれらの間に適用される技術的部分が特に重要であるが、本発明とはそれほど関係のないエピタキシャル成長の技術に対する具体的なことは述べないことにする。本発明の実施の形態として述べられた（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５は、Ｐ層１７を除いて当業者に容易な、一般の技術をもって成長させることができる。
基板１１に（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層２５の成長が完了すると（Ｓ１０３）、すなわち、Ｐ層１７を形成した後には、水素を含有するガスの供給を先ず、中断する（Ｓ１０４）。これと共に、成長チャンバー内に供給される他のガスの供給も中断することができる。ここで、成長チャンバー内に供給されるガスは、ＮＨ３及びＴＭＧのような成長ガス及びキャリアガス(Ｈ２またはＮ２)を含む。ガス供給を中断した後、成長チャンバーの加熱も中断することができる（Ｓ１０５）。成長チャンバーの加熱中断（Ｓ１０５）をガス供給中断（Ｓ１０４）よりも先に行ったり、同時に行ってもよい。ガス供給及び加熱を中断した後(Ｓ１０４、Ｓ１０５)、成長チャンバー内に残存するガス、特に、水素及び水素源ガスを外部に放出させる（Ｓ１０６）。一方、成長チャンバーの加熱中断（Ｓ１０５）は、成長チャンバー内の水素及び水素源ガスを外部に放出させてから行ってもよい。
本発明における重要な技術的特徴は、図５を参照して説明したように、成長チャンバー内でＰ型不純物と水素とが結合できない状態及び条件を設けることにある。Ｐ型不純物と水素とが結合できない高い温度でＰ層成長を完了した後、外部から成長チャンバー内へのガス供給を中断し（Ｓ１０４）、成長チャンバー内に残存するガスを外部に放出する（Ｓ１０６）。すると、成長チャンバー内に水素が存在しないため、Ｐ型不純物と水素との結合が行われず、よって、Ｐ層で水素を除去するための従来のアニール工程を行う必要がない。
成長チャンバー内に残存するガスを全て外部に放出した後（Ｓ１０７）は、エピ２７の温度を成長チャンバー内で外部に取り出せる程度まで低くする（Ｓ１０８）。エピ２７の温度は、成長チャンバー内の加熱を中断した後、そのまま放置、すなわち、自然対流方式で低くすることができる。成長チャンバーを空冷または水冷方式で冷却させてエピ２７の温度を低くすることもできる。また、成長チャンバー内に残存するガスを完全に放出させた後、あるいは、成長チャンバーを真空状態にした後、不純物と結合しない成分の冷却ガス、例えば、窒素(Ｎ２)ガスを注入し、エピ２７の温度を低くすることができる。冷却ガスの供給及び放出により、エピ２７の温度をより迅速に低くすることができる。
エピ２７の温度が十分に低くなると、成長チャンバーからエピ２７を取り出す（Ｓ１０９）。エピ２７を取り出した後、Ｐ層１７、活性層１５及びＮ層１３を部分的にエッチングしてＮ層１３の一部を露出させる。その後、部分的にエッチングされたエピ２７の上面、すなわち、Ｐ層１７の上部面に電極３１を設ける（Ｓ１１０）。電極３１は、図２及び図３と関連して上述したように、Pt、Pd及びAuを含む群の中から選択された少なくとも一つの物質を使用した金属材質の透明電極で設けている。このような場合、別のアニール工程を行うことなく、良好なオーミック接触特性を得ることができる。
Ｐ層１７に電極３１を設けると同時に、あるいは、電極３１を設けた後にＮ層１３にも電極３５を設ける。これらのＰ層電極３１とＮ層電極３５とは、互いに所定の間隔を置いて設けられる。そして、Ｐ層１７の上に電極３１を設けた後は、外部と電気的に接続される電極パッド３３を設ける。その後、一対の電極３１及び３５を含む個別素子となるように基板１１を切断する（Ｓ１１１）。
このような方法によると、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子の製造の際、別のアニール工程を行うことなく、低抵抗のＰ層１７を形成することができ、良好なオーミック接触特性を確保することができる。これによって、アニーリング装備を必要とせず、製造工程が簡素化され、製品の作製が非常に容易となる。
図８は、本発明の他の実施の形態にかかるＰ層を備える（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体の縦断面図である。本実施の形態の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体４１では、基板１１の上にＮ層１３、活性層１５及びＰ層１７が形成されており、Ｐ層１７の上部にＰ型電極３１が設けられている。基板１１は、導電性または半導電性の金属、Ｓｉ、ＳｉＣ、あるいはＧａＮなどで構成され、それ自体でＮ型電極として機能する。基板１１は、さらに、サファイヤまたはスピネルで形成される。Ｐ型電極３１の上部面及び/または基板１１の下部面にそれぞれ外部との電気的接続のための複数の電極パッドを設けてもよい。Ｎ層１３と基板１１との間には、前述の実施例と同様に、バッファ層(図３及び図４の１２)を形成してもよい。
本実施の形態においても、Ｐ層１７は、図５または図６と関連して前述したように、アニール工程を行うことなく形成される。Ｐ層１７を形成した後に、Ｐｔ、Ｐｄ及びＡｕを含む群から選択された少なくとも一つの金属材料で電極３１を設けてもよい。
一方、図８では、基板１１がＮ層１３に隣接して配置された実施例について説明したが本発明は、これに限定されるものではなく、基板がＰ層に隣接して配置された構成にも適用することが可能である。このような構成でも、上述及び図示の実施の形態と同様な機能及び効果が奏される。
そして、本発明と関連して、いずれにも述べられている（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体は、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ(0≦x、y、z≦1)を含むことは勿論であり、このような化合物半導体は、例えば、発光素子(LED、Light Emitting Diode)、レーザ素子(LD、Laser Diode)、異種接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、あるいは、光感知機(photodetector)の他に様々な分野に適用することが可能である。
１ （Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子
１１ 基板
１２ バッファ層
１３ Ｎ層
１５ 活性層
１７ Ｐ層
２５ （Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層
２７ エピ
３１、３５ 電極
１１ 基板
１２ バッファ層
１３ Ｎ層
１５ 活性層
１７ Ｐ層
２５ （Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層
２７ エピ
３１、３５ 電極
Claims (12)
- 基板と、前記基板上に成長した（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層と、前記（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層上にＰｔ、Ｐｄ及びＡｕを含む群から選ばれた少なくとも一つの金属、あるいは、それらの合金で形成された電極とを含むことを特徴とする（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子。
- 前記電極は、Ｐｔ及びＡｕ、またはＰｄ及びＡｕを積層して形成されることを特徴とする請求項１に記載の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子。
- 前記電極は、Ｐｔ、Ｐｄ及びＡｕの中から選ばれた少なくとも二つの金属からなる合金で形成されることを特徴とする請求項１に記載の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子。
- 成長チャンバー内で基板上にＰ型不純物を含む（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体層(Ｐ層)を成長させるステップと、前記成長チャンバー内の水素、アンモニア及び水素含有ガスを放出するステップと、前記Ｐ層の形成された基板の温度を前記成長チャンバー内で外部に取り出せる程度の温度まで低くするステップと、前記Ｐ層の形成された基板を前記成長チャンバーから取り出すステップと、前記Ｐ層の上にＰｔ、Ｐｄ、及びＡｕを含む群から選ばれた少なくとも一つの金属、あるいは、それらの合金で電極を形成するステップとを含むことを特徴とする（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子の製造方法。
- 前記温度を低くするステップは、前記成長チャンバーを水冷または空冷方式で冷却させることを特徴とする請求項４に記載の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子の製造方法。
- 前記温度を低くするステップは、前記成長チャンバーを真空状態にするステップと、前記真空状態の成長チャンバー内に冷却ガスを供給するステップとを含むことを特徴とする請求項４に記載の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体素子の製造方法。
- 成長チャンバー内の温度を（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層成長温度に保ちながらガスを供給してＰ層を形成するステップと、前記Ｐ層の形成後、前記ガスの供給を中断するステップと、前記Ｐ層の不純物と前記ガスに含有された水素とが結合する温度よりも高い温度で前記成長チャンバー内に存在するガスを放出させるステップと、前記（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層温度を低くするステップとを含むことを特徴とする（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法。
- 前記Ｐ層の温度は、空冷または水冷方式で低くすることを特徴とする請求項７に記載の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法。
- 前記Ｐ層温度を低くするステップは、前記成長チャンバー内を真空状態にするステップと、前記成長チャンバー内に冷却ガスを供給するステップとを含む請求項７に記載の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法。
- 前記Ｐ層成長温度は、６００℃以上１３００℃以下であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法。
- 前記成長チャンバー内に存在するガスを放出させる温度は、４００℃以上１３００℃以下であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層製造方法。
- （Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層であって、成長チャンバーにガスを供給しながら成長させた後、前記ガスの供給を中断し、Ｐ型不純物と水素とが結合される温度よりも高い温度で前記成長チャンバー内に存在するガスを全て放出させた後、温度を低くして形成されたことを特徴とする（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系化合物半導体のＰ層。
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