JP2008192677A - METHOD OF IMPROVING P-TYPE CONDUCTIVITY OF Mg-DOPED GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR AND MANUFACTURING METHOD OF P-TYPE GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR - Google Patents

METHOD OF IMPROVING P-TYPE CONDUCTIVITY OF Mg-DOPED GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR AND MANUFACTURING METHOD OF P-TYPE GROUP III NITRIDE SEMICONDUCTOR Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of obtaining an Al-rich group III nitride semiconductor having excellent P-type conductivity. <P>SOLUTION: A crystal layer made of Mg-doped Al<SB>x</SB>In<SB>y</SB>Ga<SB>1-x-y</SB>N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1) is subjected to first processing, i.e., the thermal processing of holding the crystal layer for 20 minutes or more at a first holding temperature within a range of 700-850°C in an atmosphere not containing hydrogen, preferably in a nitrogen atmosphere, and then the second processing, i.e., the thermal processing of holding it for only a short time of two minutes or less at a second thermal processing temperature of a range of 900-1,000°C in an atmosphere not including hydrogen. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、良好なP型の導電性を有するIII族窒化物半導体、特に、Alの組成比が大きなIII族窒化物半導体を得る技術に関する。   The present invention relates to a technology for obtaining a group III nitride semiconductor having good P-type conductivity, particularly a group III nitride semiconductor having a large Al composition ratio.

GaNなどのIII族窒化物半導体は、発光デバイスや受光デバイスなどの光デバイスをはじめとする種々のデバイスに用いられる。これらのデバイスは、所定の基板上に、III族窒化物半導体からなる結晶層をエピタキシャル成長法にて積層形成することによって形成されるのが一般的であり、その中には、通常、所定の元素をドープすることなどによってP型やN型の導電型が与えられた低抵抗の結晶層が含まれる。   Group III nitride semiconductors such as GaN are used in various devices including optical devices such as light emitting devices and light receiving devices. These devices are generally formed by laminating a crystal layer made of a group III nitride semiconductor on a predetermined substrate by an epitaxial growth method. And a low-resistance crystal layer imparted with P-type or N-type conductivity by doping.

GaNなどのIII族窒化物半導体をP型化するには、結晶成長時にMgをアクセプタとしてドーピングするのが一般的である。ただし、MOCVDなどのエピタキシャル成長法によってP−GaNからなる半導体層を形成する場合は、成長中に、窒素源となるアンモニアに由来した水素が混入することにより、Mgが水素によって不活性化されてしまっている(Mgのイオン化が抑制されている)ために、得られた半導体層は高抵抗のままである。そのため、成長後に、水素を含まない雰囲気にて熱処理を行うことで、水素を脱離させてMgのイオン化を促進する処理(いわゆる活性化処理)を行うのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。また、こうした方法のほか、電子線照射によりMgのイオン化を促進できることも知られている(例えば、特許文献2参照)。   In order to make a group III nitride semiconductor such as GaN P-type, it is common to dope Mg as an acceptor during crystal growth. However, in the case where a semiconductor layer made of P-GaN is formed by an epitaxial growth method such as MOCVD, hydrogen derived from ammonia serving as a nitrogen source is mixed during growth, so that Mg is inactivated by hydrogen. Therefore, the obtained semiconductor layer remains high resistance. Therefore, it is common to perform a treatment (so-called activation treatment) that promotes ionization of Mg by desorbing hydrogen by performing a heat treatment in an atmosphere that does not contain hydrogen after growth (for example, Patent Documents). 1). In addition to these methods, it is also known that ionization of Mg can be promoted by electron beam irradiation (see, for example, Patent Document 2).

特開平05−183189号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-183189 特開平03−218625号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-218625

特許文献1や特許文献2に開示された手法は、III族元素としてGaのみならずAlやInを含み、かつアクセプタとして作用させるべくMgがドープされたIII族窒化物混晶半導体をP型化する場合であっても、同様に適用される。ただし、Alの組成比が他のIII族元素の組成比よりも相対的に大きいIII族窒化物半導体は、そうではない他のIII族窒化物半導体に比して大きなバンドギャップを有し、Mgを活性化させるための活性化エネルギーが大きいことから、特許文献1に開示されているような活性化処理をAlの組成比が相対的に大きいIII族窒化物半導体に対して行う場合には、より高温で熱処理が行う必要があると考えられている。   The methods disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 convert a group III nitride mixed crystal semiconductor containing not only Ga but also Al or In as a group III element and doped with Mg to act as an acceptor into a p-type. Even in this case, the same applies. However, a group III nitride semiconductor in which the composition ratio of Al is relatively larger than the composition ratio of other group III elements has a larger band gap than other group III nitride semiconductors that do not, and Mg When the activation treatment as disclosed in Patent Document 1 is performed on a group III nitride semiconductor having a relatively high Al composition ratio, since the activation energy for activating is large, It is believed that heat treatment needs to be performed at a higher temperature.

しかしながら、そうしたAl組成比が大きいIII族窒化物半導体に対して高温で熱処理を行うと、酸素の混入が生じやすいことに加えて表面近傍での窒素空乏が生じて化学量論的組成からのずれが起こり、これらによって導入される酸素または窒素空孔がIII族窒化物半導体中においてドナーとして作用するので、熱処理によって得られるMgのアクセプタとしての作用を補償してしまい、十分なP型化が実現されない、という問題がある。   However, when heat treatment is performed at a high temperature on a group III nitride semiconductor having a large Al composition ratio, oxygen is likely to be mixed, and nitrogen depletion occurs near the surface, resulting in a deviation from the stoichiometric composition. Oxygen or nitrogen vacancies introduced thereby act as donors in the group III nitride semiconductor, so that the effect of Mg as an acceptor obtained by heat treatment is compensated, and sufficient P-type is realized. There is a problem that it is not.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、良好なP型の導電性を有するIII族窒化物半導体、特に、Alの組成比が大きなIII族窒化物半導体を得ることができる方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for obtaining a group III nitride semiconductor having good P-type conductivity, particularly a group III nitride semiconductor having a large Al composition ratio. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、MgがドープされたAlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)なるIII族窒化物半導体におけるP型導電性を向上させる方法であって、前記III族窒化物半導体を水素を含まない雰囲気中において700℃〜850℃の温度範囲に属する第1の保持温度で保持する第1熱処理工程と、前記第1熱処理工程を経た前記III族窒化物半導体を900℃〜1000℃の温度範囲に属する第2の保持温度で2分間以下の短時間保持する第2熱処理工程を行う、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is a group III of Mg x doped Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). A method for improving P-type conductivity in a nitride semiconductor, wherein the group III nitride semiconductor is held at a first holding temperature belonging to a temperature range of 700 ° C. to 850 ° C. in an atmosphere not containing hydrogen. Performing a heat treatment step and a second heat treatment step of holding the group III nitride semiconductor that has undergone the first heat treatment step at a second holding temperature belonging to a temperature range of 900 ° C. to 1000 ° C. for a short time of 2 minutes or less. It is characterized by.

請求項2の発明は、請求項1に記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、前記III族窒化物半導体がAlxInyGa1-x-yN(0.4≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)であることを特徴とする。 The invention of claim 2 is the method for improving the P-type conductivity of the Mg-doped group III nitride semiconductor according to claim 1, wherein the group III nitride semiconductor is Al x In y Ga 1-xy N (0. 4 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).

請求項3の発明は、請求項1または請求項2に記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、前記第2の保持温度を950℃とすることを特徴とする。   The invention of claim 3 is the method for improving the P-type conductivity of the Mg-doped group III nitride semiconductor according to claim 1 or 2, wherein the second holding temperature is 950 ° C. To do.

請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、前記第1熱処理工程における前記第1の保持温度での保持時間を20分以上とする、ことを特徴とする。   The invention of claim 4 is the method for improving the P-type conductivity of the Mg-doped group III nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein the first holding temperature in the first heat treatment step. The holding time at is set to 20 minutes or more.

請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、前記第1熱処理工程における前記第1の保持温度を800℃とする、ことを特徴とする。   The invention of claim 5 is the method for improving the P-type conductivity of the Mg-doped group III nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 4, wherein the first holding temperature in the first heat treatment step. Is set to 800 ° C.

請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、所定の下地層の上にエピタキシャル形成されてなる、前記III族窒化物半導体からなる半導体層を加熱することで、前記第1および第2熱処理工程を行う、ことを特徴とする。   A sixth aspect of the invention is a method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor according to any one of the first to fifth aspects, wherein the Mg-doped group III nitride semiconductor is epitaxially formed on a predetermined underlayer. The first heat treatment step and the second heat treatment step are performed by heating the semiconductor layer made of the group III nitride semiconductor.

請求項7の発明は、請求項6に記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、前記下地層として、サファイア単結晶基材の上にAlNエピタキシャル膜を形成したテンプレート基板を用いる、ことを特徴とする。   The invention of claim 7 is the method for improving the P-type conductivity of the Mg-doped group III nitride semiconductor according to claim 6, wherein an AlN epitaxial film is formed on the sapphire single crystal substrate as the underlayer. A template substrate is used.

請求項8の発明は、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなるP型のIII族窒化物半導体の製造方法であって、所定の下地層の上にMgをドープさせつつ前記III族窒化物半導体からなる半導体層をMOCVD法によってエピタキシャル成長させる成長工程と、前記成長工程によって得られた前記半導体層を水素を含まない雰囲気中において700℃〜850℃の温度範囲に属する第1の保持温度で保持する第1熱処理工程と、前記第1熱処理工程を経た前記半導体層を水素を含まない雰囲気中において900℃〜1000℃の温度範囲に属する第2の保持温度で2分間以下の短時間保持する第2熱処理工程と、を備えることを特徴とする。 The invention of claim 8 is a method for producing a P-type group III nitride semiconductor comprising Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). A growth step of epitaxially growing the semiconductor layer made of the group III nitride semiconductor by MOCVD while doping Mg on a predetermined underlayer, and an atmosphere containing no hydrogen in the semiconductor layer obtained by the growth step A first heat treatment step for holding at a first holding temperature belonging to a temperature range of 700 ° C. to 850 ° C., and the semiconductor layer that has undergone the first heat treatment step at 900 ° C. to 1000 ° C. in an atmosphere that does not contain hydrogen. And a second heat treatment step of holding at a second holding temperature belonging to the temperature range for a short time of 2 minutes or less.

請求項9の発明は、請求項8に記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、前記III族窒化物半導体がAlxInyGa1-x-yN(0.4≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)であることを特徴とする。 The invention of claim 9 is the method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to claim 8, wherein the group III nitride semiconductor is Al x In y Ga 1-xy N (0.4 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1).

請求項10の発明は、請求項8または請求項9に記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、前記第2の保持温度を950℃とすることを特徴とする。   A tenth aspect of the invention is a method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to the eighth or ninth aspect, wherein the second holding temperature is 950 ° C.

請求項11の発明は、請求項8ないし請求項10のいずれかに記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、前記第1熱処理工程における前記第1の保持温度での保持時間を20分以上とする、ことを特徴とする。   An eleventh aspect of the invention is a method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to any one of the eighth to tenth aspects, wherein the holding time at the first holding temperature in the first heat treatment step. Is 20 minutes or more.

請求項12の発明は、請求項8ないし請求項11のいずれかに記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、前記第1熱処理工程における前記第1の保持温度を800℃とする、ことを特徴とする。   The invention of claim 12 is the method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to any one of claims 8 to 11, wherein the first holding temperature in the first heat treatment step is 800 ° C. It is characterized by.

請求項13の発明は、請求項8ないし請求項12のいずれかに記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、前記下地層として、サファイア単結晶基材の上にAlNエピタキシャル膜を形成したテンプレート基板を用いる、ことを特徴とする。   A thirteenth aspect of the invention is a method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to any one of the eighth to twelfth aspects, wherein an AlN epitaxial film is formed on the sapphire single crystal substrate as the underlayer. A template substrate on which is formed is used.

請求項1ないし請求項13の発明によれば、例えば比抵抗が約1Ωcm以下という、P型導電性の優れたIII族窒化物半導体を、Al組成比によらず得ることができる。   According to the first to thirteenth inventions, for example, a group III nitride semiconductor having an excellent P-type conductivity having a specific resistance of about 1 Ωcm or less can be obtained regardless of the Al composition ratio.

特に、請求項2および請求項9の発明によれば、Al組成比が大きなIII族窒化物半導体のP型導電体を得ることが出来る。   In particular, according to the invention of claim 2 and claim 9, a group III nitride semiconductor P-type conductor having a large Al composition ratio can be obtained.

本実施の形態に係る方法は、アクセプタ元素として作用させることを目的としてMgがドープされたAlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)なるIII族窒化物半導体にP型の導電性を発現させる方法、換言すれば、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなり、Mgがアクセプタ元素として作用するP型のIII族窒化物半導体を得る方法である。 In the method according to the present embodiment, Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) doped with Mg for the purpose of acting as an acceptor element. ) In which a group III nitride semiconductor exhibits P-type conductivity, in other words, Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) And a P-type group III nitride semiconductor in which Mg acts as an acceptor element.

<適用対象>
本実施の形態に係る方法が適用対象とするのは、アクセプタ元素として作用させることを目的としてMgがドープされたAlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)なるIII族窒化物半導体である。係るIII族窒化物半導体は、C面サファイア単結晶基板などの下地基板(下地層)の上に、MOCVD法などの公知のエピタキシャル成長手法を用いて形成した結晶層(半導体層)の形で取り扱われることが多い。本実施の形態においても、係る場合を対象として説明する。ただし、下地基板が付随する態様は必須のものではなく、これを有しない態様で本実施の形態に係る方法に供されても、同様の作用効果を得ることは出来る。
<Applicable target>
The method according to the present embodiment is applied to Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) doped with Mg for the purpose of acting as an acceptor element. , 0 ≦ x + y ≦ 1). The group III nitride semiconductor is handled in the form of a crystal layer (semiconductor layer) formed on a base substrate (base layer) such as a C-plane sapphire single crystal substrate using a known epitaxial growth method such as MOCVD. There are many cases. This embodiment will also be described for this case. However, the aspect accompanied by the base substrate is not essential, and the same effect can be obtained even when the method according to the present embodiment is provided in an aspect not having this.

なお、下地基板としては、上述のようなC面サファイア単結晶基板を直接に用いる態様の他、係る単結晶基板の上に、MOCVD法を用いてAlN層をエピタキシャル成長したいわゆるテンプレート基板(エピタキシャル基板)が用いられてもよい。例えば、数百μm程度の厚みのC面サファイア単結晶基板の上に、数μm程度の厚みのAlN層をMOCVD法によって形成した下地基板を用いるのが、好適な一例である。係る場合、III族窒化物半導体からなる結晶層を良好な結晶品質で形成することが出来る。   As a base substrate, in addition to the above-described embodiment in which the C-plane sapphire single crystal substrate is directly used, a so-called template substrate (epitaxial substrate) in which an AlN layer is epitaxially grown on the single crystal substrate using MOCVD. May be used. For example, it is a preferable example to use a base substrate in which an AlN layer having a thickness of about several μm is formed by MOCVD on a C-plane sapphire single crystal substrate having a thickness of about several hundred μm. In this case, a crystal layer made of a group III nitride semiconductor can be formed with good crystal quality.

AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなる結晶層は、作製しようとするデバイスに応じて、種々の手法を用い、種々の厚みに形成されてよい。また、結晶層中のMgの濃度は、1020/cm3程度のオーダーであれば、良好な導電性の確保に十分である。 A crystal layer made of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) can be obtained by using various methods depending on the device to be manufactured. May be formed. Further, if the Mg concentration in the crystal layer is on the order of about 10 20 / cm 3 , it is sufficient to ensure good conductivity.

Mgのドープは、MOCVD法で結晶層をエピタキシャル成長させる場合であれば、係る成長時に、CP2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム:Mg(C552)ガスを、TMA(トリメチルアルミニウム;Al(CH33)、TMG(トリメチルガリウム;Ga(CH33)、TMI(トリメチルインジウム;In(CH33)などのIII族金属原料ガスやNH3などの窒素原料ガスなどとともに所定の流量で供給することによって実現される。他の公知の手法でIII族窒化物半導体を得る場合も、それぞれの方法に応じて、適宜、公知のドープ手法を適用することで実現可能である。 If the crystal layer is epitaxially grown by MOCVD, Mg is doped with CP 2 Mg (cyclopentadienylmagnesium: Mg (C 5 H 5 ) 2 ) gas and TMA (trimethylaluminum; Al (CH 3 ) 3 ), TMG (trimethylgallium; Ga (CH 3 ) 3 ), TMI (trimethylindium; In (CH 3 ) 3 ) and other group III metal source gases, nitrogen source gases such as NH 3, etc. This is realized by supplying at a flow rate of. Even when a group III nitride semiconductor is obtained by another known method, it can be realized by appropriately applying a known doping method according to each method.

また、同一のあるいは異なる組成のAlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなる複数の結晶層を含んでなる積層体について、そのいくつかの層についてそれぞれにMgがドープされてなる場合であれば、それらの層について一度にまとめて本実施の形態に係る方法の適用対象とし、P型の導電性を発現させることも可能である。 Further, regarding a laminate including a plurality of crystal layers made of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) having the same or different composition, If Mg is doped in each of several layers, it is also possible to develop P-type conductivity by applying these methods to the method according to the present embodiment all at once. It is.

<P型導電性を得るための処理>
本実施の形態においても、MgがドープされたIII族窒化物半導体を加熱する熱処理によってMgを活性化させ、P型導電性を得る点は、特許文献1に開示されているような従来技術と同様である。しかしながら、本実施の形態に係る方法は、いったんそうした従来より行われている熱処理を第1熱処理として行った後に、より高温での熱処理を第2熱処理として短時間行うことが特徴的である。
<Treatment for obtaining P-type conductivity>
Also in the present embodiment, Mg is activated by heat treatment for heating a group III nitride semiconductor doped with Mg to obtain P-type conductivity. It is the same. However, the method according to the present embodiment is characterized in that after performing the conventional heat treatment as the first heat treatment, the heat treatment at a higher temperature is performed as the second heat treatment for a short time.

まず、第1熱処理では、処理対象として、上述のようにMgをドープしたAlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなる結晶層を所定の下地基板上に形成したものを用意し、これを、少なくとも水素を含まない雰囲気が形成された、好ましくは窒素雰囲気が形成された所定の熱処理炉の中に載置し、700℃〜850℃の範囲の任意の保持温度(第1保持温度、第1熱処理温度ともいう)で、好ましくは800℃で、20分以上の時間(第1保持時間ともいう)加熱保持するようにする。なお、水素を含まない雰囲気とするのは、Mgの活性化が、結晶層内においてMgと結合している水素を脱離させることによって実現されるものであることから、雰囲気中の水素分圧をできるだけ低減しておくことで係る脱離を促進させるためである。 First, in the first heat treatment, a crystal made of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) doped with Mg as described above is processed. A layer formed on a predetermined base substrate is prepared, and this is placed in a predetermined heat treatment furnace in which an atmosphere containing at least hydrogen is formed, preferably a nitrogen atmosphere is formed. Heat holding is performed at an arbitrary holding temperature in a range of ˜850 ° C. (also referred to as a first holding temperature or a first heat treatment temperature), preferably at 800 ° C. for a time of 20 minutes or longer (also referred to as a first holding time). . Note that the hydrogen-free atmosphere is realized because Mg activation is realized by desorbing hydrogen bonded to Mg in the crystal layer. This is to promote such desorption by reducing as much as possible.

この第1熱処理は、上述のように従来手法として行われている処理と同様であるが、結晶層におけるAlの組成比が小さい場合にはそれだけでもMgの活性化にある程度有効であるものの、結晶層の組成がAlリッチである場合には必ずしもMgを十分に活性化させることはできないことが、本発明の発明者によって確認されている。   This first heat treatment is the same as the treatment performed as a conventional method as described above, but if the Al composition ratio in the crystal layer is small, it alone is effective to some extent for the activation of Mg. The inventors of the present invention have confirmed that Mg cannot always be sufficiently activated when the composition of the layer is Al-rich.

例えば、図1は、AlxGa1-xN(0≦x≦1)で表される結晶層を対象に、第1熱処理を、第1保持温度を800℃として20分間行い、第2熱処理を、保持温度を950℃として1分間行った場合の、熱処理前とそれぞれの熱処理後における比抵抗を示す図である。図1からは、Alの組成比が比較的大きなx≧0.4の範囲では、第1熱処理を行った後の比抵抗は約20Ωcm以上であり、特にAlリッチなものほど必ずしも十分に比抵抗が減少していないことがわかる。 For example, FIG. 1 shows that the first heat treatment is performed for 20 minutes at a first holding temperature of 800 ° C. for a crystal layer represented by Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1), and the second heat treatment is performed. It is a figure which shows the specific resistance before and after each heat processing when performing this for 1 minute with a holding temperature of 950 degreeC. From FIG. 1, in the range of x ≧ 0.4 where the Al composition ratio is relatively large, the specific resistance after the first heat treatment is about 20 Ωcm or more. It can be seen that has not decreased.

そして、本実施の形態では、係る第1熱処理を行った後の結晶層に対し(下地基板ともども)、第2熱処理として、少なくとも水素を含まない雰囲気形成された、好ましくは窒素雰囲気が形成された所定の熱処理炉の中に載置し、900℃〜1000℃の範囲の任意の保持温度(第2保持温度、第2熱処理温度ともいう)で、好ましくは950℃で、2分以下の短時間(第2保持時間ともいう)だけ加熱保持するようにする。   In the present embodiment, an atmosphere containing at least hydrogen, preferably a nitrogen atmosphere, is formed as the second heat treatment for the crystal layer after the first heat treatment (also with the base substrate). It is placed in a predetermined heat treatment furnace, and at an arbitrary holding temperature in the range of 900 ° C. to 1000 ° C. (also referred to as a second holding temperature or a second heat treatment temperature), preferably at 950 ° C. for a short time of 2 minutes or less. Heating and holding is performed only (also referred to as second holding time).

このような第2熱処理後を行うことで、第1熱処理後では十分な導電性が得られなかったx≧0.4の範囲においても、Mgが十分に活性化され、良好なP型導電性が得られることは、これまで知られてはおらず、本発明の発明者によって初めて見出された知見である。   By performing such second heat treatment, Mg is sufficiently activated even in the range of x ≧ 0.4 where sufficient conductivity was not obtained after the first heat treatment, and good P-type conductivity is obtained. It has not been known so far, and is the first finding found by the inventors of the present invention.

例えば、図1に示すAlxGa1-xN(0≦x≦1)の場合であれば、第2熱処理後は、x≧0.4の組成範囲でも比抵抗が1Ωcm以下と十分に減少していることがわかる。すなわち、x≧0.4の組成範囲については、従来より知られている熱処理に相当する第1熱処理を行うのみではMgの活性化による十分なP型導電性を得ることは出来ず、その後に第2熱処理を行うことによって初めて、良好なP型導電性を得ることができる。加えて、第1熱処理後にすでに1Ωcm程度以下が実現されていた組成のものでも、第2熱処理によってさらに比抵抗が減少することもわかる。すなわち、第1熱処理を行った後、第2熱処理を行うことによって、P型導電性のさらなる向上を実現することができる。 For example, in the case of Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) shown in FIG. 1, after the second heat treatment, the specific resistance is sufficiently reduced to 1 Ωcm or less even in the composition range of x ≧ 0.4. You can see that That is, in the composition range of x ≧ 0.4, sufficient P-type conductivity due to Mg activation cannot be obtained only by performing the first heat treatment corresponding to the conventionally known heat treatment. Good P-type conductivity can be obtained only by performing the second heat treatment. In addition, it can be seen that the specific resistance is further reduced by the second heat treatment even in the case of a composition that has already been achieved at about 1 Ωcm or less after the first heat treatment. In other words, the P-type conductivity can be further improved by performing the second heat treatment after the first heat treatment.

一方、図2は、結晶層の組成がAl0.5Ga0.5Nであるものについて、第1保持温度を800℃とし、保持時間を種々に違えて第1熱処理を行った後の比抵抗の値の変化を示す図である。図2からは、第1熱処理を長く行ったとしても、それだけでは第2熱処理を行った場合のような比抵抗の減少は得られないことがわかる。このことは、第1熱処理における保持時間を長くすることでは、第2熱処理と同様の効果が得られず、特に、Alリッチな結晶層における比抵抗の低減には、第2熱処理が必須であることを意味するものと解される。なお、図2からは、第1熱処理としては20分以上行ってもその効果が小さいことも確認される。これらの傾向は他の組成範囲についても同様であることが、本発明の発明者によって確認されている。 On the other hand, FIG. 2 shows the specific resistance values after the first heat treatment with the first holding temperature set to 800 ° C. and the holding time varied for the crystal layer composition Al 0.5 Ga 0.5 N. It is a figure which shows a change. FIG. 2 shows that even if the first heat treatment is performed for a long time, the specific resistance cannot be reduced as it is when the second heat treatment is performed. This is because if the holding time in the first heat treatment is lengthened, the same effect as in the second heat treatment cannot be obtained, and in particular, the second heat treatment is essential for reducing the specific resistance in the Al-rich crystal layer. It is understood that it means. 2 that the effect is small even if the first heat treatment is performed for 20 minutes or longer. It has been confirmed by the inventors of the present invention that these tendencies are the same for other composition ranges.

すなわち、図1および図2からは、従来手法と同様の第1熱処理を行った後、第2熱処理を行うという2段階熱処理を行うことで、Alの組成比によらず(Alリッチな場合であっても)Mgが十分に活性化された良好なP型導電性が得られることが確認される。すなわち、P型導電性が向上することが確認される。   That is, from FIG. 1 and FIG. 2, by performing a two-step heat treatment in which the second heat treatment is performed after performing the first heat treatment similar to the conventional method, regardless of the Al composition ratio (in the case of Al-rich). It is confirmed that good P-type conductivity in which Mg is sufficiently activated can be obtained. That is, it is confirmed that the P-type conductivity is improved.

次に、このような2段階熱処理で良好なP型導電性が得られる条件範囲について、さらに考察する。   Next, the condition range in which good P-type conductivity can be obtained by such a two-step heat treatment will be further considered.

図3は、結晶層の組成がAl0.5Ga0.5Nであるものについて、第1熱処理を800℃、20分行った後、相異なる保持温度条件で第2熱処理を行った場合の比抵抗について示す図である。なお、保持時間は、いずれも1分としている。図3からは、第2熱処理温度が875℃、1025℃である場合に比して、900℃、950℃、1000℃の場合の比抵抗が著しく小さいことがわかる。係る傾向は他の組成範囲についても同様であり、特にx≧0.4の範囲で顕著であることが、本発明の発明者によって確認されている。 FIG. 3 shows the specific resistance when the first heat treatment is performed at 800 ° C. for 20 minutes and the second heat treatment is performed under different holding temperature conditions for the crystal layer composition Al 0.5 Ga 0.5 N. FIG. The holding time is 1 minute in all cases. From FIG. 3, it can be seen that the specific resistances at 900 ° C., 950 ° C., and 1000 ° C. are significantly smaller than when the second heat treatment temperature is 875 ° C. and 1025 ° C. It is confirmed by the inventor of the present invention that this tendency is the same for the other composition ranges, and is particularly remarkable in the range of x ≧ 0.4.

また、図4は、同様に、結晶層の組成がAl0.5Ga0.5Nであるものについて、第1熱処理を800℃、20分行った後、第2保持温度を950℃とし、相異なる種々の保持時間で第2熱処理を行った場合の比抵抗について図である。なお、第2熱処理時間が0というのは、第1熱処理のみを行い、第2熱処理を行っていない場合を意味している。図4からは、2分以下の短時間だけ第2熱処理を行った場合には比抵抗が著しく減少し、熱処理の効果が良好に得られるものの、2分を超える熱処理を行ってもその効果が小さいことがわかる。係る傾向は他の組成範囲についても同様であることが、本発明の発明者によって確認されている。図示は省略するが、係る傾向は他の組成範囲についても同様であり、特にx≧0.4の範囲で顕著であることが、本発明の発明者によって確認されている。 Similarly, FIG. 4 shows that when the composition of the crystal layer is Al 0.5 Ga 0.5 N, after the first heat treatment is performed at 800 ° C. for 20 minutes, the second holding temperature is set at 950 ° C. It is a figure about the specific resistance at the time of performing 2nd heat processing by holding time. Note that the second heat treatment time of 0 means that only the first heat treatment is performed and the second heat treatment is not performed. From FIG. 4, when the second heat treatment is performed for a short time of 2 minutes or less, the specific resistance is remarkably reduced and the heat treatment effect can be obtained satisfactorily. I understand that it is small. It has been confirmed by the inventors of the present invention that this tendency is the same for other composition ranges. Although illustration is omitted, it is confirmed by the inventor of the present invention that this tendency is the same for other composition ranges, and is particularly remarkable in the range of x ≧ 0.4.

すなわち、図3および図4の結果からは、第2熱処理には好適な条件範囲があることが確認される。具体的には、第2保持温度を900℃〜1000℃の間とし、保持時間を2分以下とすることが好適であることが確認される。この結果は、Alリッチな組成範囲のIII族窒化物半導体を、1000℃より高温にあるいは2分よりも長く加熱した場合には、酸素の混入や窒素の空乏化が顕著に引き起こされるために、第2熱処理によるMgの活性化の効果が相殺されてしまうことに由来すると考えられる。   That is, from the results of FIGS. 3 and 4, it is confirmed that the second heat treatment has a suitable condition range. Specifically, it is confirmed that the second holding temperature is preferably between 900 ° C. and 1000 ° C. and the holding time is 2 minutes or less. This result shows that when a group III nitride semiconductor having an Al-rich composition range is heated to a temperature higher than 1000 ° C. or longer than 2 minutes, oxygen contamination and nitrogen depletion are remarkably caused. It is considered that the effect of activation of Mg by the second heat treatment is offset.

さらに、図5は、結晶層の組成がAl0.5Ga0.5Nであるものについて、第1保持温度を種々に違えた保持時間20分の第1熱処理を行った後、さらに、第2保持温度を950℃、保持時間を1分として、第2熱処理を行った後の比抵抗を示す図である。図5は、例えば、第1熱処理における保持温度が800℃の場合であれば、第2保持温度を950℃、保持時間を1分とする第2熱処理を行うことで、図内に矢印にて示すように比抵抗が減少することを示している。 Further, FIG. 5 shows that for the crystal layer composition of Al 0.5 Ga 0.5 N, after performing the first heat treatment for 20 minutes with different holding temperatures, the second holding temperature is further increased. It is a figure which shows the specific resistance after performing a 2nd heat treatment 950 degreeC and holding time as 1 minute. For example, FIG. 5 shows that when the holding temperature in the first heat treatment is 800 ° C., by performing the second heat treatment with a second holding temperature of 950 ° C. and a holding time of 1 minute, As shown, the specific resistance decreases.

図5からは、第2熱処理の効果を好適に得ることができる第1熱処理の保持温度範囲が存在することが確認される。すなわち、図5の場合であれば、少なくとも第1保持温度を700℃〜850℃の間とすることで、第2熱処理と組み合わせた2段階熱処理での比抵抗の低減効果を良好に得ることが出来るといえる。これは、700℃より低温での第1熱処理は、たとえ第2熱処理を組み合わせたとしても十分にMgを活性化させることには至らないこと、および、850℃より高温での第1熱処理は、Mgの活性化の点では有利であるとしても結晶層への酸素の混入や窒素の空乏化までも引き起こしてしまい、Mgの活性化の効果を相殺してしまうことを示唆する結果であるといえる。なお、上述のような温度範囲での第1熱処理が好適であることは、他の組成範囲についても同様であることが、本発明の発明者によって確認されている。   From FIG. 5, it is confirmed that there is a holding temperature range of the first heat treatment that can suitably obtain the effect of the second heat treatment. That is, in the case of FIG. 5, at least the first holding temperature is between 700 ° C. and 850 ° C., so that the effect of reducing the specific resistance in the two-stage heat treatment combined with the second heat treatment can be obtained satisfactorily. I can say that. This is because the first heat treatment at a temperature lower than 700 ° C. does not sufficiently activate Mg even if the second heat treatment is combined, and the first heat treatment at a temperature higher than 850 ° C. Even if it is advantageous in terms of the activation of Mg, it can be said that this also causes the mixing of oxygen into the crystal layer and the depletion of nitrogen, which offsets the effect of the activation of Mg. . It is confirmed by the inventors of the present invention that the first heat treatment in the temperature range as described above is suitable for the other composition ranges.

以上、説明したように、本実施の形態によれば、MgをドープしたAlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなる結晶層に対し、第1熱処理として、水素を含まない雰囲気中で、700℃〜850℃の範囲の第1保持温度で20分以上保持する処理を行った後、第2熱処理として、水素を含まない雰囲気中で、900℃〜1000℃の範囲の第2熱処理温度で2分以下の短時間だけ保持する処理を行うことで、該結晶層の比抵抗の著しい低減が実現される。すなわち、該結晶層に良好なP型導電性を実現させることができる。 As described above, according to the present embodiment, a crystal made of Mg-doped Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). The layer is subjected to a treatment for holding for 20 minutes or more at a first holding temperature in the range of 700 ° C. to 850 ° C. in a hydrogen-free atmosphere as a first heat treatment, and then no hydrogen is contained as a second heat treatment. In the atmosphere, the specific resistance of the crystal layer can be significantly reduced by performing a treatment that is held at a second heat treatment temperature in the range of 900 ° C. to 1000 ° C. for a short time of 2 minutes or less. That is, good P-type conductivity can be realized in the crystal layer.

(実施例1)
C面サファイア基板(厚み400μm)上に、MOCVD法を用いてAlN層(1μm)をエピタキシャル成長することで、下地基板としてのテンプレート基板を用意した。
(Example 1)
A template substrate as a base substrate was prepared by epitaxially growing an AlN layer (1 μm) on a C-plane sapphire substrate (thickness 400 μm) using MOCVD.

次いで、該テンプレート基板の上に、MOCVO法を用いて、AlxGa1-xNからなる結晶層を1μmの厚みに形成した。その際、前半の0.5μmの成長の際には意図的なドープは行わず、後半の0.5μmについては、濃度が1×1020/cm3となるようにMgをドープしつつ成長させた。なお、それぞれの結晶層の組成比は、x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7とした。すなわち、互いにAl組成比が異なる結晶層が同種のテンプレート基板上に形成された、計8種類のサンプルを作製した。 Next, a crystal layer made of Al x Ga 1-x N was formed to a thickness of 1 μm on the template substrate by using the MOCVO method. At that time, intentional doping is not performed during the growth of the first half of 0.5 μm, and the latter half of 0.5 μm is grown while doping with Mg so that the concentration becomes 1 × 10 20 / cm 3. It was. The composition ratio of each crystal layer was x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7. That is, a total of eight types of samples were produced in which crystal layers having different Al composition ratios were formed on the same type of template substrate.

このようにして作製した各々のサンプルについて、ホール移動度、正孔濃度、および比抵抗をそれぞれ測定した。なお、以下においては、ホール移動度が8cm2/Vs以上であり、正孔濃度が5×1017/cm3以上であり、比抵抗が約1Ωcm以下であれば、良好なP型導電性を有しているものと判断する。ただし、係る基準は、絶対的なものではなく、デバイス構成や使用環境等によっては、多少数値が劣っていても実際の使用のうえでは支障がないことはいうまでもない。 The hole mobility, hole concentration, and specific resistance were measured for each sample thus produced. In the following, when the hole mobility is 8 cm 2 / Vs or more, the hole concentration is 5 × 10 17 / cm 3 or more, and the specific resistance is about 1 Ωcm or less, good P-type conductivity is obtained. Judge that it has. However, these standards are not absolute, and it goes without saying that there is no problem in actual use even if the numerical values are somewhat inferior depending on the device configuration, usage environment, and the like.

その後、第1熱処理として、窒素雰囲気中にて保持温度を800℃として20分間保持する熱処理を行い、熱処理後のサンプルについて、ホール移動度、正孔濃度、および比抵抗をそれぞれ測定した。   Thereafter, as a first heat treatment, a heat treatment was performed for 20 minutes at a holding temperature of 800 ° C. in a nitrogen atmosphere, and the hole mobility, the hole concentration, and the specific resistance were measured for each sample after the heat treatment.

その後、第2熱処理として、保持温度を950℃として1分間保持する熱処理を行い、熱処理後のサンプルについて、ホール移動度、正孔濃度、および比抵抗をそれぞれ測定した。   Thereafter, as the second heat treatment, a heat treatment was performed at a holding temperature of 950 ° C. for 1 minute, and hole mobility, hole concentration, and specific resistance were measured for the heat-treated samples.

得られた測定結果を表1に示す。なお、表1に示す比抵抗の関係を図示したものが、図1である。   The obtained measurement results are shown in Table 1. FIG. 1 illustrates the relationship between the specific resistances shown in Table 1.

Figure 2008192677
Figure 2008192677

表1からは、Alリッチな組成範囲のサンプルについて第1熱処理を施した後に第2熱処理を行うことで、第1熱処理のみでは得られなかった、ホール移動度および正孔濃度が増加がみられることがわかる。また比抵抗の減少が、これらの増加と相関があることも確認される。   Table 1 shows that hole mobility and hole concentration, which were not obtained only by the first heat treatment, are increased by performing the second heat treatment after performing the first heat treatment on the sample having an Al-rich composition range. I understand that. It is also confirmed that the decrease in specific resistance correlates with these increases.

(比較例1)
実施例1のx=0.5の場合のサンプル(Al0.5Ga0.5N)を7個作製し、第1保持温度を800℃として保持時間を種々に違えて第1熱処理のみを行った。熱処理後のサンプルについて、ホール移動度、正孔濃度、および比抵抗をそれぞれ測定した。
(Comparative Example 1)
Seven samples (Al 0.5 Ga 0.5 N) in Example 1 where x = 0.5 were prepared, and only the first heat treatment was performed with the first holding temperature being 800 ° C. and different holding times. About the sample after heat processing, the hole mobility, the hole concentration, and the specific resistance were measured, respectively.

得られた測定結果を表2に示す。なお、表2に示す比抵抗の関係を図示したものが、図2である。   The obtained measurement results are shown in Table 2. FIG. 2 illustrates the specific resistance relationship shown in Table 2.

Figure 2008192677
Figure 2008192677

表2からは、第1熱処理のみを長時間行っても、実施例1の第2熱処理後の程度にまでは良好な導電性を得られないことが確認される。すなわち、実施例1のように第2熱処理を行うことが有効であることが確認される。   From Table 2, it is confirmed that even if only the first heat treatment is performed for a long time, good conductivity cannot be obtained to the extent after the second heat treatment of Example 1. That is, it is confirmed that the second heat treatment as in Example 1 is effective.

(実施例2)
本実施例では、実施例1のx=0.5の場合のサンプル(Al0.5Ga0.5N)を5個作製し、第1保持温度を800℃、保持時間1分として第1熱処理を行い、第2熱処理を種々の保持温度で、保持時間を1分として行った。熱処理後のサンプルについて、ホール移動度、正孔濃度、および比抵抗をそれぞれ測定した。
(Example 2)
In this example, five samples (Al 0.5 Ga 0.5 N) in the case of x = 0.5 of Example 1 were produced, and the first heat treatment was performed at a first holding temperature of 800 ° C. and a holding time of 1 minute. The second heat treatment was performed at various holding temperatures with a holding time of 1 minute. About the sample after heat processing, the hole mobility, the hole concentration, and the specific resistance were measured, respectively.

得られた測定結果を表3に示す。なお、表3に示す比抵抗の関係を図示したものが、図3である。   The obtained measurement results are shown in Table 3. FIG. 3 illustrates the relationship between the specific resistances shown in Table 3.

Figure 2008192677
Figure 2008192677

表3からは、第2保持温度が900℃〜1000℃の範囲では高いホール移動度と正孔濃度が得られるとともに比抵抗が著しく低減されるものの、さらに保持温度を高くすると、より低温で処理した場合と同程度のホール移動度と正孔濃度しか得られず、比抵抗も高くなることが確認される。   From Table 3, although high hole mobility and hole concentration are obtained and the specific resistance is remarkably reduced when the second holding temperature is in the range of 900 ° C. to 1000 ° C., the treatment is performed at a lower temperature when the holding temperature is further increased. It is confirmed that only a hole mobility and a hole concentration comparable to those obtained are obtained, and the specific resistance is increased.

すなわち、第2熱処理においては好適な保持温度範囲が存在することが分かる。   That is, it can be seen that a suitable holding temperature range exists in the second heat treatment.

(実施例3)
本実施例では、実施例1のx=0.5の場合のサンプル(Al0.5Ga0.5N)を6個作製し、第1保持温度を800℃、保持時間1分として第1熱処理を行い、第2熱処理を、950℃の保持温度に固定する一方、保持時間を種々に違えて行った。熱処理後のサンプルについて、ホール移動度、正孔濃度、および比抵抗をそれぞれ測定した。
(Example 3)
In this example, six samples (Al 0.5 Ga 0.5 N) in the case of x = 0.5 in Example 1 were produced, and the first heat treatment was performed at a first holding temperature of 800 ° C. and a holding time of 1 minute. While the second heat treatment was fixed at a holding temperature of 950 ° C., the holding time was variously changed. About the sample after heat processing, the hole mobility, the hole concentration, and the specific resistance were measured, respectively.

得られた測定結果を表4に示す。なお、表4に示す比抵抗の関係を図示したものが、図4である。   The obtained measurement results are shown in Table 4. FIG. 4 illustrates the specific resistance relationship shown in Table 4.

Figure 2008192677
Figure 2008192677

表4からは、第2保持時間が2分以下の範囲では高いホール移動度と正孔濃度が得られるとともに比抵抗が著しく低減されるものの、さらに保持時間を長くすると、ホール移動度と正孔濃度は減少し、比抵抗は高くなることが確認される。   From Table 4, it can be seen that when the second retention time is 2 minutes or less, high hole mobility and hole concentration are obtained and the specific resistance is remarkably reduced. However, when the retention time is further increased, the hole mobility and hole concentration are increased. It is confirmed that the concentration decreases and the specific resistance increases.

すなわち、第2熱処理においては好適な保持時間範囲が存在することが分かる。   That is, it can be seen that a suitable holding time range exists in the second heat treatment.

(実施例4)
本実施例では、実施例1のx=0.5の場合のサンプル(Al0.5Ga0.5N)を6個作製し、第1保持温度を種々に違えつつ、保持時間20分とする第1熱処理を行った後、保持温度950℃、保持時間1分の第2熱処理を行った。熱処理後のサンプルについて、ホール移動度、正孔濃度、および比抵抗をそれぞれ測定した。
Example 4
In this example, six samples (Al 0.5 Ga 0.5 N) in the case of x = 0.5 in Example 1 were produced, and the first heat treatment with different holding times and holding times of 20 minutes. Then, a second heat treatment was performed at a holding temperature of 950 ° C. and a holding time of 1 minute. About the sample after heat processing, the hole mobility, the hole concentration, and the specific resistance were measured, respectively.

得られた測定結果を表5に示す。なお、表5に示す比抵抗の関係を図示したものが、図5である。   The obtained measurement results are shown in Table 5. FIG. 5 illustrates the relationship between the specific resistances shown in Table 5.

Figure 2008192677
Figure 2008192677

表5からは、保持温度を700℃〜850℃の範囲として第1熱処理を行っておけば、第2熱処理を行うことによって良好な導電性が得られる一方、第1熱処理における保持温度が該温度範囲より低すぎても、あるいは高すぎても、第2熱処理の効果を十分に得ることができないことが確認される。   From Table 5, if the first heat treatment is performed at a holding temperature in the range of 700 ° C. to 850 ° C., good conductivity can be obtained by performing the second heat treatment, while the holding temperature in the first heat treatment is the temperature. It is confirmed that the effect of the second heat treatment cannot be sufficiently obtained even if it is too low or too high than the range.

AlxGa1-xN(0≦x≦1)で表される結晶層についての、熱処理前、第1熱処理後、第2熱処理後における比抵抗を示す図である。Al x Ga 1-x N of (0 ≦ x ≦ 1) crystal layers represented by the heat treatment before, after the first heat treatment is a diagram showing a specific resistance after the second heat treatment. Al0.5Ga0.5Nで表される結晶層について、第1保持温度を800℃とし、保持時間を種々に違えて第1熱処理を行った後の比抵抗の値の変化を示す図である。The crystal layers represented by Al 0.5 Ga 0.5 N, a first holding temperature of 800 ° C., is a diagram showing changes in specific resistance values after the first heat treatment Chigae retention time variously. Al0.5Ga0.5Nで表される結晶層について、第1熱処理を800℃、20分行った後、相異なる保持温度条件で第2熱処理を行った場合の比抵抗について示す図である。The crystal layers represented by Al 0.5 Ga 0.5 N, a first heat treatment 800 ° C., after 20 minutes, is a diagram showing a specific resistance in the case of performing the second heat treatment at different holding temperature conditions. Al0.5Ga0.5Nで表される結晶層について、第1熱処理を800℃、20分行った後、第2保持温度を950℃とし、相異なる種々の保持時間で第2熱処理を行った場合の比抵抗について図である。For the crystal layer represented by Al 0.5 Ga 0.5 N, after the first heat treatment was performed at 800 ° C. for 20 minutes, the second holding temperature was set to 950 ° C., and the second heat treatment was performed at various holding times different from each other. It is a figure about a specific resistance. Al0.5Ga0.5Nで表される結晶層について、第1保持温度を種々に違えた第1熱処理を行った後、さらに、第2保持温度を950℃、保持時間を1分として、第2熱処理を行った場合の比抵抗を示す図である。For the crystal layer represented by Al 0.5 Ga 0.5 N, after performing the first heat treatment with different first holding temperatures, the second holding temperature is set to 950 ° C. and the holding time is set to 1 minute. It is a figure which shows the specific resistance at the time of performing.

Claims (13)

MgがドープされたAlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)なるIII族窒化物半導体におけるP型導電性を向上させる方法であって、
前記III族窒化物半導体を水素を含まない雰囲気中において700℃〜850℃の温度範囲に属する第1の保持温度で保持する第1熱処理工程と、
前記第1熱処理工程を経た前記III族窒化物半導体を900℃〜1000℃の温度範囲に属する第2の保持温度で2分間以下の短時間保持する第2熱処理工程を行う、
ことを特徴とするMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法。
This is a method for improving the P-type conductivity in a group III nitride semiconductor of Al x In y Ga 1 -xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) doped with Mg. And
A first heat treatment step of holding the group III nitride semiconductor at a first holding temperature belonging to a temperature range of 700 ° C. to 850 ° C. in an atmosphere containing no hydrogen;
Performing the second heat treatment step of holding the group III nitride semiconductor that has undergone the first heat treatment step at a second holding temperature belonging to a temperature range of 900 ° C. to 1000 ° C. for a short period of 2 minutes or less;
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor, characterized in that:
請求項1に記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、
前記III族窒化物半導体がAlxInyGa1-x-yN(0.4≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)であることを特徴とするMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法。
A method for improving the P-type conductivity of a Mg-doped group III nitride semiconductor according to claim 1,
Mg-doped group III nitride wherein the group III nitride semiconductor is Al x In y Ga 1-xy N (0.4 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) A method for improving the P-type conductivity of a semiconductor.
請求項1または請求項2に記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、
前記第2の保持温度を950℃とすることを特徴とするMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法。
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor according to claim 1 or 2,
The method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor, wherein the second holding temperature is 950 ° C.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、
前記第1熱処理工程における前記第1の保持温度での保持時間を20分以上とする、
ことを特徴とするMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法。
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 3,
The holding time at the first holding temperature in the first heat treatment step is 20 minutes or more,
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor, characterized in that:
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、
前記第1熱処理工程における前記第1の保持温度を800℃とする、
ことを特徴とするMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法。
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 4,
The first holding temperature in the first heat treatment step is 800 ° C .;
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor, characterized in that:
請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、
所定の下地層の上にエピタキシャル形成されてなる、前記III族窒化物半導体からなる半導体層を加熱することで、前記第1および第2熱処理工程を行う、
ことを特徴とするMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法。
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor according to any one of claims 1 to 5,
The first and second heat treatment steps are performed by heating a semiconductor layer made of the group III nitride semiconductor, which is epitaxially formed on a predetermined underlayer.
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor, characterized in that:
請求項6に記載のMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法であって、
前記下地層として、サファイア単結晶基材の上にAlNエピタキシャル膜を形成したテンプレート基板を用いる、
ことを特徴とするMgドープIII族窒化物半導体のP型導電性向上方法。
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor according to claim 6,
As the base layer, a template substrate in which an AlN epitaxial film is formed on a sapphire single crystal base material is used.
A method for improving the P-type conductivity of an Mg-doped group III nitride semiconductor, characterized in that:
AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなるP型のIII族窒化物半導体の製造方法であって、
所定の下地層の上にMgをドープさせつつ前記III族窒化物半導体からなる半導体層をMOCVD法によってエピタキシャル成長させる成長工程と、
前記成長工程によって得られた前記半導体層を水素を含まない雰囲気中において700℃〜850℃の温度範囲に属する第1の保持温度で保持する第1熱処理工程と、
前記第1熱処理工程を経た前記半導体層を水素を含まない雰囲気中において900℃〜1000℃の温度範囲に属する第2の保持温度で2分間以下の短時間保持する第2熱処理工程と、
を備えることを特徴とするP型III族窒化物半導体の製造方法。
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor comprising Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1),
A growth step of epitaxially growing the semiconductor layer made of the group III nitride semiconductor by MOCVD while doping Mg on a predetermined underlayer;
A first heat treatment step of holding the semiconductor layer obtained by the growth step at a first holding temperature belonging to a temperature range of 700 ° C. to 850 ° C. in an atmosphere not containing hydrogen;
A second heat treatment step of holding the semiconductor layer that has undergone the first heat treatment step for a short time of 2 minutes or less at a second holding temperature belonging to a temperature range of 900 ° C. to 1000 ° C. in an atmosphere not containing hydrogen;
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor comprising:
請求項8に記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、
前記III族窒化物半導体がAlxInyGa1-x-yN(0.4≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)であることを特徴とするP型III族窒化物半導体の製造方法。
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to claim 8,
P-type group III nitride wherein the group III nitride semiconductor is Al x In y Ga 1-xy N (0.4 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) Semiconductor manufacturing method.
請求項8または請求項9に記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、
前記第2の保持温度を950℃とすることを特徴とするP型III族窒化物半導体の製造方法。
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to claim 8 or 9, wherein
The method for producing a P-type group III nitride semiconductor, wherein the second holding temperature is 950 ° C.
請求項8ないし請求項10のいずれかに記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、
前記第1熱処理工程における前記第1の保持温度での保持時間を20分以上とする、
ことを特徴とするP型III族窒化物半導体の製造方法。
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to any one of claims 8 to 10,
The holding time at the first holding temperature in the first heat treatment step is 20 minutes or more,
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor, characterized in that:
請求項8ないし請求項11のいずれかに記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、
前記第1熱処理工程における前記第1の保持温度を800℃とする、
ことを特徴とするP型III族窒化物半導体の製造方法。
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to any one of claims 8 to 11,
The first holding temperature in the first heat treatment step is 800 ° C .;
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor, characterized in that:
請求項8ないし請求項12のいずれかに記載のP型III族窒化物半導体の製造方法であって、
前記下地層として、サファイア単結晶基材の上にAlNエピタキシャル膜を形成したテンプレート基板を用いる、
ことを特徴とするP型III族窒化物半導体の製造方法。
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor according to any one of claims 8 to 12,
As the base layer, a template substrate in which an AlN epitaxial film is formed on a sapphire single crystal base material is used.
A method for producing a P-type group III nitride semiconductor, characterized in that:
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