JPH11224859A - 窒化ガリウム系化合物半導体のドーピング方法および半導体素子の製造方法 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体のドーピング方法および半導体素子の製造方法

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JPH11224859A
JPH11224859A JP4119398A JP4119398A JPH11224859A JP H11224859 A JPH11224859 A JP H11224859A JP 4119398 A JP4119398 A JP 4119398A JP 4119398 A JP4119398 A JP 4119398A JP H11224859 A JPH11224859 A JP H11224859A
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thin film
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JP4119398A
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Masayuki Hata
雅幸 畑
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Sanyo Electric Co Ltd
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/22—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities
    • H01L21/225—Diffusion of impurity materials, e.g. doping materials, electrode materials, into or out of a semiconductor body, or between semiconductor regions; Interactions between two or more impurities; Redistribution of impurities using diffusion into or out of a solid from or into a solid phase, e.g. a doped oxide layer
    • H01L21/2258—Diffusion into or out of AIIIBV compounds

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一度に大面積かつ複数の所望の部分へのドー
ピングを可能にする、窒化ガリウム系化合物半導体のド
ーピング方法、および、一の基板を用いて窒化ガリウム
系化合物半導体を複数個製造する場合に製造工程を簡略
化することができる、半導体素子の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 サファイアからなる基板１０上に、アン
ドープのＡｌＧａＮバッファ層１２、アンドープのＧａ
Ｎからなる窒化ガリウム系化合物半導体層１４、および
干渉層１６を積層する。その後、干渉層１６上の一部に
Ｍｇ薄膜１８を形成し、基板１０を一定時間熱処理する
ことによって、窒化ガリウム系化合物半導体層１４のう
ち、Ｍｇ薄膜１８が形成された部分に対応する部分にの
みＭｇをドーピングし、ｐ型領域２０を形成する。ま
た、この方法を用いることによって、一度に大面積かつ
所望の位置にＭｇをドーピングすることができるため、
窒化ガリウム系化合物半導体を含む半導体素子の製造工
程を簡略化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、窒化ガリウム系
化合物半導体のドーピング方法、および発光ダイオード
やレーザダイオード等の、窒化ガリウム系化合物半導体
を含む半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ（但し、０≦Ｘ
≦１、０≦Ｙ≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半
導体は、青色発光素子を構成するものとして極めて重要
であるが、発光素子として利用する場合には、伝導性制
御が不可欠となる。
【０００３】従来、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体
を形成する場合には、ＭＯＣＶＤ法等を用いて半導体を
結晶成長させる際に、Ｓｉ等をドーパントガスとして用
いる方法が一般的である。
【０００４】一方、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体
を形成する場合には、ＭＯＣＶＤ法等を用いて窒化ガリ
ウム系化合物半導体を結晶成長させる際に、シクロペン
タジエニルマグネシウム（以下、「Ｃｐ2Ｍｇ」と記
す。）等をドーパントガスとして用いることによってＭ
ｇをドーピングし、その後熱処理あるいは電子線照射す
ることによってドーパントを活性化する方法が一般的で
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に発光素子やトラ
ンジスタ等の半導体素子を形成する場合には、半導体の
所望の位置のみをｐ型化することが重要であり、このた
めには、所望の位置にのみドーピングすれば良いが、上
記従来の方法では、窒化ガリウム系化合物半導体全体に
Ｍｇがドーピングされるため、窒化ガリウム系化合物半
導体の所望の位置のみにドーピングすることが困難であ
る。
【０００６】また、上記従来の方法を用いた場合でも、
全体にＭｇがドーピングされた窒化ガリウム系化合物半
導体の一部のみを電子線照射することによって、その部
分のみを活性化してｐ型化することも可能である。しか
し、この場合には工程の手間がかかるという問題があ
る。すなわち、一般に、半導体素子を製造する場合は、
一つの基板上に多数の半導体素子を同時に形成するが、
上記電子線照射によるｐ型化では、各素子ごとに電子線
照射をしなければならない。
【０００７】従って、従来のドーピング方法では、一度
に大面積かつ複数の所望の部分へドーピングすることが
困難であるという問題があった。
【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、一
度に大面積かつ複数の所望の部分へのドーピングを可能
にする、窒化ガリウム系化合物半導体のドーピング方法
を提供することである。この発明の他の目的は、窒化ガ
リウム系化合物半導体を含む半導体素子を一の基板を用
いて複数個製造する場合に、製造工程を簡略化すること
ができる、半導体素子の製造方法を提供することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体のド
ーピング方法は、窒化ガリウム系化合物半導体にｐ型ド
ーパントをドーピングする窒化ガリウム系化合物半導体
のドーピング方法であって、窒化ガリウム系化合物半導
体上に干渉層を介してｐ型ドーパントを含む薄膜を形成
した後に、熱処理を施すことにより窒化ガリウム系化合
物半導体中にｐ型ドーパントをドーピングすることを特
徴とする。
【００１０】請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体のドーピング方法は、請求項１に記載の窒化ガリウ
ム系化合物半導体のドーピング方法において、ｐ型ドー
パントがＭｇであることを特徴とするものである。
【００１１】請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体のドーピング方法は、請求項１または２に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体のドーピング方法において、
干渉層が、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＳｉＮまたはＴ
ｉＮのいずれかであるものである。
【００１２】請求項４に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体のドーピング方法は、窒化ガリウム系化合物半導体
の所定部にｐ型ドーパントをドーピングする窒化ガリウ
ム系化合物半導体のドーピング方法であって、窒化ガリ
ウム系化合物半導体の所定部を露出せしめて所定部を除
く窒化ガリウム系化合物半導体上に障壁層を形成した後
に、ｐ型ドーパントを含むガス雰囲気中で熱処理を施す
ことにより、窒化ガリウム系化合物半導体の所定部にｐ
型ドーパントをドーピングすることを特徴とするもので
ある。
【００１３】請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体のドーピング方法は、請求項４に記載の窒化ガリウ
ム系化合物半導体のドーピング方法において、ｐ型ドー
パントを含むガスがシクロペンタジエニルマグネシウム
であることを特徴とするものである。
【００１４】請求項６に記載の半導体素子の製造方法
は、一の基板を用いて窒化ガリウム系化合物半導体を含
む半導体素子を複数個製造する、半導体素子の製造方法
であって、窒化ガリウム系化合物半導体のドーピングを
すべき所定箇所に干渉層を介してｐ型ドーパントを含む
薄膜を形成し、次いで熱処理を施すことにより窒化ガリ
ウム系化合物半導体の所定箇所にｐ型ドーパントをドー
ピングする工程を備えることを特徴とするものである。
【００１５】請求項７に記載の半導体素子の製造方法
は、一の基板を用いて窒化ガリウム系化合物半導体を含
む半導体素子を複数個製造する、半導体素子の製造方法
であって、窒化ガリウム系化合物半導体のドーピングを
すべき所定箇所を除いて窒化ガリウム系化合物半導体上
に障壁層を形成し、次いでｐ型ドーパントを含むガス雰
囲気中で熱処理を施すことにより、窒化ガリウム系化合
物半導体の所定箇所にｐ型ドーパントをドーピングする
工程を備えることを特徴とするものである。
【００１６】請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体のドーピング方法によれば、窒化ガリウム系化合物
半導体上に干渉層を介してｐ型ドーパントを含む薄膜を
形成した後に、熱処理することによって、ｐ型ドーパン
トを含む薄膜からｐ型ドーパントが干渉層を介して窒化
ガリウム系化合物半導体に拡散するため、窒化ガリウム
系化合物半導体にｐ型ドーパントをドーピングすること
ができる。ここで、ｐ型ドーパントを含む薄膜は、常法
に従い容易に大面積に形成できるため、容易に大面積の
窒化ガリウム系化合物半導体にｐ型ドーパントをドーピ
ングすることができる。
【００１７】また、ｐ型ドーパントを含む薄膜を干渉層
上の一部にのみ形成することによって、窒化ガリウム系
化合物半導体のうち、ｐ型ドーパントを含む薄膜が形成
された部分に対応する部分にのみｐ型ドーパントをドー
ピングすることができる。ここで、ｐ型ドーパントを含
む薄膜は、常法に従い、容易に干渉層の所望の位置に形
成することが可能であるため、大面積かつ複数の所望の
位置に、容易にｐ型ドーパントをドーピングすることが
できる。
【００１８】請求項２に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体のドーピング方法は、ｐ型ドーパントとしてＭｇが
適していることに鑑み、Ｍｇをｐ型ドーパントに用いる
ものである。
【００１９】請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体のドーピング方法は、干渉層として、ＳｉＯ2、Ｔ
ｉＯ2、ＭｇＯ、ＳｉＮまたはＴｉＮが適していること
に鑑み、これらを干渉層に用いるものである。
【００２０】請求項４に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体のドーピング方法によれば、窒化ガリウム系化合物
半導体の所定部を露出せしめて所定部を除く窒化ガリウ
ム系化合物半導体上に障壁層を形成した後に、ｐ型ドー
パントを含むガス雰囲気中で熱処理を施すことにより、
窒化ガリウム系化合物半導体のうち、障壁層の形成され
ていない部分にのみｐ型ドーパントがドーピングされ
る。ここで、障壁層は、常法に従い、容易に大面積の窒
化ガリウム系化合物半導体上の所望の位置に形成するこ
とができるため、大面積かつ複数の所望の位置に、容易
にｐ型ドーパントをドーピングすることができる。
【００２１】請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体のドーピング方法は、ｐ型ドーパントを含むガスと
してシクロペンタジエニルマグネシウムが適しているこ
とに鑑み、シクロペンタジエニルマグネシウムをｐ型ド
ーパントを含むガスとして用いるものである。
【００２２】請求項６または請求項７に記載の半導体素
子の製造方法によれば、一の基板を用いて窒化ガリウム
系化合物半導体を含む半導体素子を複数個製造する場合
に、窒化ガリウム系化合物半導体の所望の位置に容易に
ｐ型ドーパントをドーピングすることができるため、製
造工程を簡略化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。
【００２４】図１を参照して、この発明の一実施形態に
ついて説明する。この実施形態は、アンドープのＧａＮ
単結晶へＭｇをドーピングする場合のものであり、干渉
層として、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、またはＭｇＯを用いたも
のである。
【００２５】まず、図１（ａ）に示すように、サファイ
アからなる基板１０の（０００１）面上に、アンドープ
のＡｌＧａＮバッファ層１２、アンドープのＧａＮから
なる窒化ガリウム系化合物半導体層１４、ＳｉＯ2から
なる干渉層１６を積層し、干渉層１６上の一部にストラ
イプ状にＭｇ薄膜１８を形成する。
【００２６】すなわち、まず、基板１０を非単結晶成長
温度、例えば６００℃の成長温度に保持し、キャリアガ
スとして水素ガス（Ｈ2）および窒素ガス（Ｎ2）、原料
ガスとしてアンモニア（ＮＨ3）、トリメチルガリウム
（Ｇａ（ＣＨ3）3）、およびトリメチルアルミニウム
（Ａｌ（ＣＨ3）3）等を用いて、基板１０上に、たとえ
ば膜厚１１ｎｍで非単結晶であるアンドープのＡｌＧａ
Ｎバッファ層１２を成長させる。
【００２７】次に、基板１０を単結晶成長温度、例えば
１１５０℃の温度に保持し、キャリアガスとして水素ガ
スおよび窒素ガス、原料ガスとしてアンモニアおよびト
リメチルガリウム等を用いて、基板１０上に、たとえば
膜厚３μｍでアンドープのＧａＮからなる窒化ガリウム
系化合物半導体層１４を結晶成長させる。なお、ＡｌＧ
ａＮバッファ層１２は、窒化ガリウム系化合物半導体層
１４の結晶性を向上させるために挿入するものであり、
基板１０上に直接窒化ガリウム系化合物半導体層１４を
形成しても良い。
【００２８】次に、窒化ガリウム系化合物半導体層１４
上に、膜厚２ｎｍ〜１５０ｎｍのＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ま
たはＭｇＯからなる干渉層１６を形成し、さらに、メタ
ルマスクを用いた抵抗加熱法等によって干渉層１６上に
ストライプ状のＭｇ薄膜１８を蒸着する。ここで、干渉
層１６としてＳｉＯ2を用いる場合には、ＳｉＯ2は、た
とえば熱ＣＶＤ法によって形成することができる。ま
た、干渉層１６としてＴｉＯ2を用いる場合にはたとえ
ばＥＢ法、ＭｇＯを用いる場合にはたとえばスパッタ法
によって、それぞれＴｉＯ2またはＭｇＯを形成するこ
とができる。
【００２９】その後、基板１０を窒素雰囲気中で１００
０℃まで加熱し、そのまま１０００℃で３０分間熱処理
を行う。
【００３０】その後、基板１０全体を硝酸、フッ酸で順
次洗浄することによって、図１（ｂ）に示すように、Ｍ
ｇ薄膜１８および干渉層１６を除去する。
【００３１】このように処理された窒化ガリウム系化合
物半導体層１４について、二次イオン質量分析法（以下
「ＳＩＭＳ」という。）による測定、およびホール効果
の測定を行ったところ、窒化ガリウム系化合物半導体層
１４のうち、Ｍｇ薄膜１８が存在していた部分に対応す
る領域ａには、Ｍｇがドーピングされているｐ型領域２
０が存在することがわかった。
【００３２】一方、図１（ｂ）の領域ｂの部分をＳＩＭ
Ｓで測定した結果、領域ｂの部分にはＭｇがドーピング
されていないことがわかった。このことから、干渉層１
６上に選択的にＭｇ薄膜１８を形成することによって、
窒化ガリウム系化合物半導体層１４の所望の位置にＭｇ
をドーピングしてｐ型とすることが可能であることがわ
かる。
【００３３】従って、上記方法を用いれば、窒化ガリウ
ム半導体の所望の位置をｐ型化することが可能であり、
また、一度に大面積かつ複数の所望の位置をｐ型化する
ことが可能である。
【００３４】なお、上記方法では、窒化ガリウム系化合
物半導体層１４とＭｇ薄膜１８との間に干渉層１６を設
けているため、Ｍｇによる窒化ガリウム系化合物半導体
層１４のシンタリングやエッチングを防止することがで
きるという効果がある。すなわち、窒化ガリウム系化合
物半導体層１４上に直接Ｍｇ薄膜１８を形成して熱処理
した場合には、窒化ガリウム系化合物半導体層１４がシ
ンタリングやエッチングによるダメージを受けるという
問題があるが、上記実施形態に示した方法では、干渉層
１６によってシンタリングやエッチングを防止しつつＭ
ｇをドーピングすることができる。
【００３５】図２に、干渉層１６として膜厚１０ｎｍの
ＳｉＯ2を用い、Ｍｇ薄膜１８の膜厚を０．２μｍとし
た場合の、領域ａのＳＩＭＳの測定結果を示す。図２で
は、表面からの深さが０．０２μｍの位置が窒化ガリウ
ム系化合物半導体層１４の実際の表面に該当する。図２
に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体層１４表面
で略４×１０19ｃｍ-3のＭｇがドーピングされており、
表面から０．１μｍの位置で略２×１０18ｃｍ-3のＭｇ
がドーピングされている。さらに、領域ａの部分のホー
ル測定を行った結果、領域ａはホール濃度が略２×１０
17ｃｍ-3のｐ型を示すことがわかった。
【００３６】図３に、干渉層１６として膜厚５ｎｍのＳ
ｉＯ2を用い、Ｍｇ薄膜１８の膜厚を０．１μｍとした
場合の、領域ａのＳＩＭＳの測定結果を示す。図３でも
図２と同様に、表面からの深さが０．０２μｍの位置が
窒化ガリウム系化合物半導体層１４の実際の表面に該当
する。図３に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体
層１４表面で略９×１０19ｃｍ-3のＭｇがドーピングさ
れており、表面から０．１μｍの位置で略４×１０18ｃ
ｍ-3のＭｇがドーピングされている。
【００３７】図４に、干渉層１６として膜厚１０ｎｍの
ＭｇＯを用い、Ｍｇ薄膜１８の膜厚を０．１μｍとした
場合の、領域ａのＳＩＭＳの測定結果を示す。図４でも
図２と同様に、表面からの深さが０．０２μｍの位置が
窒化ガリウム系化合物半導体層１４の実際の表面に該当
する。図４に示すように、窒化ガリウム系化合物半導体
層１４表面で略２×１０21ｃｍ-3のＭｇがドーピングさ
れており、表面から０．５μｍの位置で略２×１０19ｃ
ｍ-3のＭｇがドーピングされている。
【００３８】なお、上記実施形態では、干渉層１６の膜
厚を５ｎｍまたは１０ｎｍとしたが、干渉層１６の膜厚
はこれに限定されず２ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚であれば
良い。ただし、厚すぎるとＭｇのドーピング量が少なく
なり、薄すぎると窒化ガリウム系化合物半導体層１４が
エッチングされてしまうことから、干渉層１６の膜厚は
５ｎｍ〜５０ｎｍが好ましいという結果が得られた。
【００３９】また、上記実施形態では、Ｍｇを拡散する
際の熱処理の温度を１０００℃としたが、４００℃以上
であればＭｇが拡散する効果が得られる。また、熱処理
の温度を８００℃以上とすることによって、Ｍｇの拡散
の効率を向上させることができ、熱処理の温度を１００
０℃以下とすることによって、ドーピング後の窒化ガリ
ウム系化合物半導体層１４の表面形状が荒れることを防
止することができる。従って、熱処理温度としては８０
０℃〜１０００℃が好ましい。
【００４０】さらに、上記実施形態では、干渉層１６と
してＳｉＯ2、ＴｉＯ2、またはＭｇＯを用いた場合を示
したが、ＳｉＮまたはＴｉＮであっても良い。
【００４１】また、上記実施形態ではｐ型ドーパントの
供給源としてＭｇ薄膜を用いた場合を示したが、ｐ型ド
ーパントとしてＭｇ以外のもの（たとえばＢｅやＣａ、
Ｚｎ、Ｃｄ等）を用いても良く、また、ｐ型ドーパント
を一部に含むものであればｐ型ドーパントの供給源とし
て使用することができる。
【００４２】さらに、上記実施形態では、窒化ガリウム
系化合物半導体層１４がアンドープのＧａＮからなる場
合を述べたが、窒化ガリウム系化合物半導体層１４は、
ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ（但し、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦
１）で表される半導体層であればいかなるものであって
も良く、またアンドープであってもｐ型であっても良
い。
【００４３】図５を参照して、ｐ型の窒化ガリウム系化
合物半導体にＭｇをドーピングする場合の一例について
説明する。
【００４４】図５（ａ）に示すように、まず、サファイ
アからなる基板１０の（０００１）面上に、ＡｌＧａＮ
バッファ層１２、アンドープＧａＮ層２２、Ｍｇドープ
のｐ型ＧａＮからなる窒化ガリウム系化合物半導体層２
４、およびＳｉＯ2からなる干渉層２６を積層し、干渉
層２６上の一部にストライプ状にＭｇ薄膜２８を形成す
る。ここで、ｐ型ＧａＮ層２２を形成する場合にドーパ
ントガスとして、たとえばＣｐ2Ｍｇを用いることを除
いて、図５（ａ）の工程は図１（ａ）の工程と同様のも
のであり、重複する説明は省略する。なお、各層の膜厚
は、たとえば、ＡｌＧａＮバッファ層１２が１１ｎｍ、
アンドープＧａＮ層２２が０．５μｍ、ｐ型ＧａＮ層２
４が２μｍ、干渉層２６が１０ｎｍ、Ｍｇ薄膜２８が
０．２μｍである。
【００４５】Ｍｇ薄膜２８を形成した後は、基板１０を
窒素雰囲気中で１０００℃まで加熱し、そのまま１００
０℃で３０分間熱処理を行う。
【００４６】その後、基板１０全体を硝酸、フッ酸で順
次洗浄することによって、図５（ｂ）に示すように、Ｍ
ｇ薄膜２８および干渉層２６を除去する。
【００４７】このように処理された、窒化ガリウム系化
合物半導体層２４のホール効果の測定をしたところ、Ｍ
ｇ薄膜２８が形成されていた部分に対応する領域ａはホ
ール濃度が略７×１０17ｃｍ-3のｐ型を示し、Ｍｇ薄膜
２８が形成されていない部分に対応する領域ｂはホール
濃度が略５×１０17ｃｍ-3のｐ型を示した。このことか
ら、干渉層２６を介して、Ｍｇが窒化ガリウム系化合物
半導体層２４に拡散し、よりホール濃度が高いｐ型領域
３０が形成されたことがわかる。従って、上記方法を用
いることによって、ｐ型窒化ガリウム半導体の所望の位
置のドーピング濃度を容易に高くすることができる。
【００４８】図６を参照して、この発明の他の実施形態
について説明する。
【００４９】まず、図６（ａ）に示すように、サファイ
アからなる基板１０上に、ＡｌＧａＮ層１２およびアン
ドープのＧａＮからなる窒化ガリウム系化合物半導体層
３２を積層し、窒化ガリウム系化合物半導体層３２上の
一部にストライプ状にＳｉＯ2からなる障壁層３４を形
成する。なお、ＡｌＧａＮ層１２および窒化ガリウム系
化合物半導体層３２の形成方法は、図１で説明した方法
と同様であり、それぞれの層の膜厚は、たとえば、Ａｌ
ＧａＮ層１２が１１ｎｍ、窒化ガリウム系化合物半導体
層３２が３μｍである。
【００５０】ストライプ状に障壁層３４を形成する方法
としては、たとえば、窒化ガリウム系化合物半導体層３
２上の全面に熱ＣＶＤ法によって膜厚０．２μｍのＳｉ
Ｏ2層を形成した後、フォトリソ工程およびバッファー
ドフッ酸によるエッチング工程により、ＳｉＯ2層の一
部を除去すればよい。
【００５１】なお、ＳｉＯ2からなる障壁層３４の膜厚
は、Ｍｇの拡散を防止するため、０．０５μｍ以上とす
ることが好ましい。
【００５２】その後、基板１０を、たとえば、ＭＯＣＶ
Ｄ装置（図示せず）内に設置し、基板１０の温度を１０
００℃に保持したまま、ＭＯＣＶＤ装置内の圧力を１気
圧に保ってＣｐ2Ｍｇを毎分１００ｃｃ、窒素ガスを毎
分２０００ｃｃ、アンモニアガスを毎分１０００ｃｃ流
し、そのまま１時間保持する。
【００５３】なお、このときのＭＯＣＶＤ装置の圧力
は、窒化ガリウム系化合物半導体層３２の膜荒れ防止の
ために窒化ガリウム系化合物半導体の分解圧以上とする
ことが好ましい。また、基板１０を保持する温度につい
ては、４００℃以上であればＭｇが拡散する効果が得ら
れる。また、熱処理の温度を８００℃以上とすることに
よって、Ｍｇの拡散の効率を向上させることができ、熱
処理の温度を１０００℃以下とすることによって、ドー
ピング後の窒化ガリウム系化合物半導体層３２の表面形
状が荒れることを防止することができる。従って、熱処
理温度としては８００℃〜１０００℃が好ましい。
【００５４】その後、基板１０全体を硝酸、バッファー
ドフッ酸で順次洗浄することによって、図６（ｂ）に示
すように、障壁層３４を除去する。
【００５５】その後、窒化ガリウム系化合物半導体層３
２のＭｇ濃度をＳＩＭＳによって測定した。
【００５６】その結果、図６（ｂ）に示す障壁層３４が
形成されていなかった部分に対応する領域ｃではＭｇが
検出されたのに対し、障壁層３４が形成されていなかっ
た部分に対応する領域ｄではＭｇが検出されなかった。
従って、上記方法によって、窒化ガリウム系化合物半導
体層３２のうち、障壁層３４が形成されていなかった部
分にはＭｇが拡散したＭｇ拡散領域３６が形成されたこ
とがわかる。
【００５７】図７に、領域ｃについてＳＩＭＳの測定を
行った結果を示す。図７では、横軸で０．０２μｍの位
置が実際の窒化ガリウム系化合物半導体層３２の表面に
対応する。図７に示すように、窒化ガリウム系化合物半
導体層３２の表面で略５×１０19ｃｍ-3のＭｇが検出さ
れ、表面から０．０２μｍの位置で略５×１０18ｃｍ-3
のＭｇが検出された。
【００５８】さらに、窒化ガリウム系化合物半導体層３
２の領域ｃについてホール測定を行った結果、領域ｃは
ホール濃度が略１×１０17ｃｍ-3のｐ型を示すことがわ
かった。
【００５９】以上のことから、上記方法によって、窒化
ガリウム系化合物半導体層３２のうち、障壁層３４で覆
われた部分にはＭｇがドーピングされず、障壁層３４で
覆われていない部分にのみＭｇがドーピングされてｐ型
を示すことがわかる。従って、上記方法を用いれば、窒
化ガリウム半導体の所望の位置にＭｇをドーピングして
ｐ型化することが可能であり、また、一度に大面積かつ
複数の所望の位置にＭｇをドーピングしてｐ型化するこ
とが可能である。
【００６０】なお、上記実施形態では、ドーパントガス
としてＣｐ2Ｍｇを用いたが、Ｃｐ2Ｍｇのかわりに、メ
チルシクロペンタジエニルマグネシウムや、エチルシク
ロペンタジエニルマグネシウム等のアルキル化シクロペ
ンタジエニルマグネシウムを用いても良い。さらに、Ｍ
ｇ以外のドーパントを用いる場合には、ドーパントに応
じて適宜ドーパントガスを選択し、使用することができ
る。
【００６１】また、上記実施形態では、障壁層３４とし
てＳｉＯ2を用いたが、これ以外でも、ドーパントガス
雰囲気中からのＭｇの拡散を抑えるものであれば良く、
たとえば、ＴｉＯ2、ＳｉＮ等であっても良い。
【００６２】図８を参照して、この発明の他の実施形態
について説明する。この実施形態は、この発明を用い
て、ｐ型チャネルを有する電界効果トランジスタ４０を
製造する場合の一例である。なお、電界効果トランジス
タ４０は、一般に、同一基板上に複数個形成されるか、
または同一基板上に他の半導体素子と組み合わせて形成
されるものであるが、図８では説明を簡略化するため、
一つの電界効果トランジスタ４０についてのみ図示す
る。
【００６３】まず、図８（ａ）に示すように、サファイ
アからなる基板４１の（０００１）面上に、非単結晶成
長温度（たとえば６００℃）でアンドープのＡｌＧａＮ
バッファ層４２、単結晶成長温度（たとえば１１５０
℃）でアンドープのＧａＮ層４４を、ＭＯＣＶＤ法によ
って順次積層する。反応条件は、図１（ａ）で説明した
ものと同様であり、各層の膜厚は、ＡｌＧａＮバッファ
層４２が１１ｎｍ、ＧａＮ層４４が３μｍである。
【００６４】その後、図８（ｂ）に示すように、ＧａＮ
層４４上に開口部４６を有するＴｉＯ2薄膜４８を形成
する。すなわち、ＧａＮ層４４上の全面に、ＥＢ蒸着法
によって膜厚０．５μｍのＴｉＯ2層を形成した後、フ
ォトリソ工程とエッチング工程によって、開口部４６を
有するＴｉＯ2薄膜４８を形成する。
【００６５】その後、図８（ｃ）に示すように、ＧａＮ
層４４およびＴｉＯ2薄膜４８上の全面に、熱ＣＶＤ法
によって膜厚１０ｎｍのＳｉＯ2層５０を形成した後、
ＳｉＯ2層５０上に、抵抗加熱法によって膜厚０．２μ
ｍのＭｇ層５２を形成する。
【００６６】次に、Ｍｇ層５２を形成した基板４１を１
０００℃まで加熱し、１０００℃で３０分間保持する。
これによって、ＴｉＯ2薄膜４８の開口部４６直下のＧ
ａＮ層４４には、Ｍｇがドーピングされたｐ型領域５４
が形成される。
【００６７】その後、図８（ｄ）に示すように、硝酸で
Ｍｇ層５２を除去し、バッファードフッ酸でＳｉＯ2層
５０を除去する。
【００６８】さらに、基板４１を窒素雰囲気中８００℃
で３０分間保持した後、図８（ｅ）に示すように、Ｔｉ
Ｏ2薄膜４８の開口部４６の周辺部に、電子線ビーム蒸
着法によってＰｄ電極５６を形成した後、開口部４６の
中心部にＡｌ電極５８を形成する。
【００６９】Ｐｄ電極５６は、ｐ型領域５４とオーミッ
ク接触しており、Ｐｄ電極５６はソース、ドレーン電極
として機能する。また、Ａｌ電極４４は、ｐ型領域５４
とショットキー接触しており、ゲート電極として機能す
る。
【００７０】このように、上記実施形態によって、ｐ型
領域５４がｐ型チャネルとして機能する電界効果トラン
ジスタ４０が形成される。
【００７１】上記実施形態に示した電界効果トランジス
タ４０の製造方法によれば、ＧａＮ層４４上の所望の位
置をｐ型領域５４とすることができるため、たとえば同
一基板上に複数の半導体素子を形成する場合であって
も、容易に各素子を形成することが可能である。
【００７２】なお、上記実施形態では、ｐ型領域５４を
形成する方法として、図１で説明したドーピング方法を
用いたが、図６で説明したドーピング方法を用いても良
い。すなわち、開口部４６を有するＴｉＯ2薄膜４８を
形成した基板４１（図８（ｂ））をシクロペンタジエニ
ルマグネシウム等のドーパントガス雰囲気中で熱処理す
ることによっても、ｐ型領域５４を形成することができ
る。
【００７３】図９および図１０を用いて、この発明の他
の実施形態について説明する。この実施形態は、半導体
レーザの製造方法に関するものである。
【００７４】図９（ａ）は、この発明の製造方法を用い
て製造された半導体レーザ６０の斜視図である。なお、
この図では、接合端面に形成される誘電体多層膜は省略
している。
【００７５】図９（ａ）に示すように、半導体レーザ６
０は基板６２を含み、基板６２上には、ＡｌＧａＮバッ
ファ層６４、ＧａＮ下地層６６、ｎ型ＧａＮコンタクト
層６８、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層７０、ＩｎＧａＮ活
性層７２、ＡｌＧａＮクラッド層７４、ＧａＮキャップ
層７６、およびＴｉＯ2薄膜７８が形成されている。Ｔ
ｉＯ2薄膜７８には、ストライプ状の開口部８０と円柱
状の開口部８２とが形成されており、開口部８０直下に
は、ｐ型領域８４が存在し、ｐ型領域８４上には、ｐ側
電極８６が形成されている。
【００７６】図９（ａ）に示す半導体レーザ６０の製造
工程を、線ＸＹに沿った模式断面図によって図１０に示
す。なお、半導体レーザ６０は、図９（ｂ）に示すよう
に一の基板を用いて複数個形成された後、分離されるも
のであるが、図１０では説明を簡略化するため、隣接す
る２つの半導体レーザについての製造工程を示す。
【００７７】図１０を参照して、まず、図１０（ａ）に
示すように、基板６２上に、膜厚１１ｎｍでアンドープ
のＡｌＧａＮバッファ層６４、膜厚０．４μｍでアンド
ープのＧａＮ下地層６６、膜厚３μｍのｎ型ＧａＮコン
タクト層６８、膜厚０．５μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層７０、膜厚０．２μｍでアンドープのＩｎＧａＮ活
性層７２、膜厚０．１μｍでアンドープのＡｌＧａＮク
ラッド層７４、膜厚０．０５μｍでアンドープのＧａＮ
キャップ層７６を形成し、ＧａＮキャップ層７６上に、
開口部８０および８２を有する膜厚０．５μｍのＴｉＯ
2薄膜７８を形成する。
【００７８】ここで、ＡｌＧａＮバッファ層６４〜Ｇａ
Ｎキャップ層７６は、ＭＯＣＶＤ法によって形成され、
原料ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルイン
ジウム、トリメチルアルミニウム、およびアンモニアガ
ス等が用いられ、ドーパントガスとしてシランガス等が
用いられる。また、各半導体層を成膜する際の成長温度
は、たとえば、ＡｌＧａＮバッファ層６４が６００℃、
ＩｎＧａＮ活性層７２が８００℃、その他の層が１１５
０℃であり、ＡｌＧａＮバッファ層６４のみが非晶質で
ある。なお、ＩｎＧａＮ活性層７２は、非量子井戸構
造、単一量子井戸構造、または多重量子井戸構造のいず
れを用いても良い。
【００７９】また、ＴｉＯ2薄膜７８は、たとえば、Ｅ
Ｂ蒸着によってＧａＮキャップ層７６上に０．５μｍの
厚さでＴｉＯ2層を形成した後、フォトリソ工程および
エッチング工程によって、幅３μｍストライプ状の開口
部８０および直径１００μｍの円柱状の開口部８２を形
成すれば良い。
【００８０】次に、図１０（ｂ）に示すように、ＴｉＯ
2薄膜７８および開口部８０を覆うように膜厚１０ｎｍ
のＳｉＯ2薄膜８８を形成し、ＳｉＯ2薄膜８８および開
口部８２を覆うように膜厚０．２μｍのＭｇ薄膜９０を
形成する。
【００８１】ＳｉＯ2薄膜８８を形成する方法として
は、たとえば、開口部８２のみにフォトレジストを形成
した後、熱ＣＶＤ法でＳｉＯ2層を表面全体に形成し、
その後フォトレジストを除去すれば良い。また、Ｍｇ薄
膜９０は、たとえば抵抗加熱法による蒸着によって形成
すれば良い。
【００８２】次に、Ｍｇ薄膜９０を形成した基板６２を
窒素雰囲気中で、８００℃で３０分間熱処理した。これ
によって、図１の実施形態と同様にＭｇが拡散し、図１
０（ｃ）に示すように、開口部８０直下のＧａＮキャッ
プ層７６およびＡｌＧａＮクラッド層７４にｐ型領域８
４が形成された。また、熱処理によって、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層６８に到達するまで開口部８２直下の半導体
層７０〜７６がエッチングされた。
【００８３】その後、図１０（ｄ）に示すように、ｐ型
領域８４上にＰｄからなるｐ側電極８６を形成し、開口
部８２直下のｎ型ＧａＮコンタクト層６８上にＡｌから
なるｎ側電極９２を形成する。
【００８４】その後は、常法に従い、各素子ごとに分離
した後、接合端面に誘電体多層膜を形成することによっ
て、半導体レーザ６０が製造される。
【００８５】上記実施形態によって製造される半導体レ
ーザ６０は、Ｍｇの拡散によって形成されたｐ型領域８
４のみがｐ型を示し、電流狭窄構造を形成する。この半
導体レーザ６０に通電したところ、ｐ型領域８４を通っ
て電流が流れ、半導体レーザとして動作することが確認
された。
【００８６】従来法では、一つの基板を用いて複数の半
導体レーザを形成する場合、複数のｐ型領域を個別に電
子線照射して活性化することが必要であった。一方、図
１０に示した実施形態では、複数のｐ型領域８４を一度
に形成することが可能である。従って、製造工程の簡略
化、迅速化を図ることができ、さらには製造コストを抑
えることができる。
【００８７】図１１および図１２を用いて、この発明の
その他の実施形態について説明する。この実施形態は、
発光ダイオードの製造方法に関するものである。
【００８８】図１１（ａ）は、この発明の製造方法を用
いて製造された発光ダイオード１００の斜視図である。
【００８９】図１１（ａ）に示すように、発光ダイオー
ド１００は基板１０２を含み、基板１０２上に、ＡｌＧ
ａＮバッファ層１０４、ＧａＮ下地層１０６、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１０８、ＩｎＧａＮ活性層１１０、Ａｌ
ＧａＮ層１１２、ＧａＮ層１１４、およびＴｉＯ2薄膜
１１６が形成されている。ＴｉＯ2薄膜１１６には、円
柱状の開口部１１８とＬ字状の開口部１２０とが形成さ
れており、開口部１２０によって露出しているＧａＮ層
１１４上にはｐ側電極１２２が形成されている。
【００９０】図１１（ａ）に示す発光ダイオード１００
の製造工程を、線ＸＹに沿った模式断面図によって図１
２に示す。なお、発光ダイオード１００は、図１１
（ｂ）に示すように一の基板を用いて複数の発光ダイオ
ードが形成された後、分離されるものであるが、図１２
では説明を簡略化するため、隣接する２つの発光ダイオ
ードについての製造工程を示す。
【００９１】図１２を参照して、まず、図１２（ａ）に
示すように、基板１０２上に、膜厚１１ｎｍでアンドー
プのＡｌＧａＮバッファ層１０４、膜厚０．４μｍでア
ンドープのＧａＮ下地層１０６、膜厚３μｍのｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１０８、膜厚０．２μｍでアンドープの
ＩｎＧａＮ活性層１１０、膜厚０．１μｍでアンドープ
のＡｌＧａＮ層１１２、膜厚０．０５μｍでアンドープ
のＧａＮ層１１４を形成し、ＧａＮ層１１４上に、開口
部１１８および１２０を有する膜厚０．５μｍのＴｉＯ
2薄膜１１６を形成する。
【００９２】ここで、ＡｌＧａＮバッファ層１０４〜Ｇ
ａＮ層１１４は、ＭＯＣＶＤ法によって形成され、原料
ガスとして、トリメチルガリウム、トリメチルインジウ
ム、トリメチルアルミニウム、およびアンモニアガス等
が用いられ、ドーパントガスとしてシランガス等が用い
られる。また、各半導体層を成膜する際の成長温度は、
たとえば、ＡｌＧａＮバッファ層１０４が６００℃、Ｉ
ｎＧａＮ活性層１１０が８００℃、その他の層が１１５
０℃であり、ＡｌＧａＮバッファ層１０４のみが非晶質
である。
【００９３】また、ＴｉＯ2薄膜１１６は、たとえば、
ＥＢ蒸着によってＧａＮ層１１４上に０．５μｍの厚さ
でＴｉＯ2層を形成した後、フォトリソ工程およびエッ
チング工程によって円柱状の開口部１１８およびＬ字状
の開口部１２０を形成すれば良い。
【００９４】次に、図１２（ｂ）に示すように、ＴｉＯ
2薄膜１１６および開口部１２０を覆うように膜厚１０
ｎｍのＳｉＯ2薄膜１２４を形成し、ＳｉＯ2薄膜１２４
および開口部１１８を覆うように膜厚０．２μｍのＭｇ
薄膜１２６を形成する。
【００９５】ＳｉＯ2薄膜１２４を形成する方法として
は、たとえば、開口部１１８のみにフォトレジストを形
成した後、熱ＣＶＤ法でＳｉＯ2層を表面全体に形成
し、その後フォトレジストを除去すれば良い。また、Ｍ
ｇ薄膜１２６は、たとえば抵抗加熱法による蒸着によっ
て形成すれば良い。
【００９６】次に、Ｍｇ薄膜１２６を形成した基板１０
２を窒素雰囲気中で、８００℃で３０分間熱処理した。
これによって、図１の実施形態と同様にＭｇが拡散し、
図１２（ｃ）に示すように、開口部１２０直下のＧａＮ
層１１４およびＡｌＧａＮ層１１２にｐ型領域１２８が
形成された。また、熱処理によって、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層１０８に到達するまで開口部１２０直下の半導体
層１１０〜１１４がエッチングされた。
【００９７】その後、図１２（ｄ）に示すように、ｐ型
領域１２８上にＰｄからなるｐ側電極１２２を形成し、
開口部１１８直下のｎ型ＧａＮコンタクト層１０８上に
Ａｌからなるｎ側電極１３０を形成する。
【００９８】その後、各素子ごとに分離することによっ
て、発光ダイオード１００が形成される。
【００９９】上記実施形態によって製造される発光ダイ
オード１００は、Ｍｇの拡散によって形成されたｐ型領
域１２８のみがｐ型を示し、この発光ダイオード１００
に通電したところ、ｐ型領域１２８を通って電流が流
れ、発光ダイオードとして動作することが確認された。
【０１００】図１２に示した製造方法では、従来法と異
なり、一つの基板１０２を用いて複数の発光ダイオード
を形成する場合であっても、複数のｐ型領域１２８を個
別に形成することなく一度に形成することが可能であ
る。従って、製造工程の簡略化、迅速化を図ることがで
き、さらには製造コストを抑えることができる。
【０１０１】以上、この発明の実施形態について例を挙
げて説明したが、上記実施形態はこの発明を用いた場合
の一例にすぎず、この発明は上記実施形態に限定される
ものではない。
【０１０２】たとえば、上記実施形態で示した、電界効
果トランジスタ、半導体レーザ、発光ダイオードの構造
は一例に過ぎず、半導体層の追加、削除、材料および膜
厚の変更が可能である。
【０１０３】また、上記実施形態では、電界効果トラン
ジスタ、半導体レーザ、および発光ダイオードの製造方
法のみを示したが、これらは一例にすぎず、ｐ型領域を
有する窒化ガリウム系化合物半導体を含む半導体素子で
あれば、いかなる素子であってもこの発明を適用するこ
とが可能である。
【０１０４】
【発明の効果】この発明によれば、窒化ガリウム系化合
物半導体へドーピングする場合に、一度に大面積かつ複
数の所望の部分へのドーピングをすることができ、ま
た、窒化ガリウム系化合物半導体を含む半導体素子を一
の基板を用いて複数個製造する場合に製造工程を簡略化
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を用いた窒化ガリウム系化合物半導体
のドーピング方法の一例を示す模式図である。
【図２】図１の実施形態における窒化ガリウム系化合物
半導体のＭｇの拡散を示す、ＳＩＭＳの測定データであ
る。
【図３】図１の実施形態における窒化ガリウム系化合物
半導体のＭｇの拡散を示す、他のＳＩＭＳの測定データ
である。
【図４】図１の実施形態における窒化ガリウム系化合物
半導体のＭｇの拡散を示す、その他のＳＩＭＳの測定デ
ータである。
【図５】この発明を用いた窒化ガリウム系化合物半導体
のドーピング方法の他の一例を示す模式図である。
【図６】この発明を用いた窒化ガリウム系化合物半導体
のドーピング方法のその他の一例を示す模式図である。
【図７】図６の実施形態における窒化ガリウム系化合物
半導体のＭｇの拡散を示す、ＳＩＭＳの測定データであ
る。
【図８】この発明を用いた電界効果トランジスタの製造
方法を示す工程図である。
【図９】この発明を用いた半導体素子の製造方法によっ
て製造される半導体レーザの構造を示す図解図である。
【図１０】この発明を用いた半導体レーザの製造方法を
示す工程図である。
【図１１】この発明を用いた半導体素子の製造方法によ
って製造される発光ダイオードの構造を示す図解図であ
る。
【図１２】この発明を用いた発光ダイオードの製造方法
を示す工程図である。
【符号の説明】
１０ 基板 １４、２４、３２ 窒化ガリウム系化合物半導体層 １６、２６ 干渉層 １８、２８ Ｍｇ薄膜 ２０、３０、５４、８４、１２８ ｐ型領域 ３４ 障壁層 ３６ Ｍｇ拡散領域 ４０ 電界効果トランジスタ ６０ 半導体レーザ １００ 発光ダイオード

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化ガリウム系化合物半導体にｐ型ドー
    パントをドーピングする窒化ガリウム系化合物半導体の
    ドーピング方法であって、 前記窒化ガリウム系化合物半導体上に干渉層を介して前
    記ｐ型ドーパントを含む薄膜を形成した後に、熱処理を
    施すことにより前記窒化ガリウム系化合物半導体中に前
    記ｐ型ドーパントをドーピングすることを特徴とする窒
    化ガリウム系化合物半導体のドーピング方法。
  2. 【請求項２】 前記ｐ型ドーパントがＭｇであることを
    特徴とする、請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半
    導体のドーピング方法。
  3. 【請求項３】 前記干渉層が、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｍｇ
    Ｏ、ＳｉＮまたはＴｉＮのいずれかである、請求項１ま
    たは２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体のドーピン
    グ方法。
  4. 【請求項４】 窒化ガリウム系化合物半導体の所定部に
    ｐ型ドーパントをドーピングする窒化ガリウム系化合物
    半導体のドーピング方法であって、 前記窒化ガリウム系化合物半導体の前記所定部を露出せ
    しめて前記所定部を除く前記窒化ガリウム系化合物半導
    体上に障壁層を形成した後に、前記ｐ型ドーパントを含
    むガス雰囲気中で熱処理を施すことにより、前記窒化ガ
    リウム系化合物半導体の前記所定部に前記ｐ型ドーパン
    トをドーピングすることを特徴とする窒化ガリウム系化
    合物半導体のドーピング方法。
  5. 【請求項５】 前記ｐ型ドーパントを含むガスがシクロ
    ペンタジエニルマグネシウムであることを特徴とする、
    請求項４に記載の窒化ガリウム系化合物半導体のドーピ
    ング方法。
  6. 【請求項６】 一の基板を用いて窒化ガリウム系化合物
    半導体を含む半導体素子を複数個製造する、半導体素子
    の製造方法であって、 窒化ガリウム系化合物半導体のドーピングをすべき所定
    箇所に干渉層を介してｐ型ドーパントを含む薄膜を形成
    し、次いで熱処理を施すことにより前記窒化ガリウム系
    化合物半導体の前記所定箇所に前記ｐ型ドーパントをド
    ーピングする工程を備えることを特徴とする半導体素子
    の製造方法。
  7. 【請求項７】 一の基板を用いて窒化ガリウム系化合物
    半導体を含む半導体素子を複数個製造する、半導体素子
    の製造方法であって、 窒化ガリウム系化合物半導体のドーピングをすべき所定
    箇所を除いて前記窒化ガリウム系化合物半導体上に障壁
    層を形成し、次いでｐ型ドーパントを含むガス雰囲気中
    で熱処理を施すことにより、前記窒化ガリウム系化合物
    半導体の前記所定箇所に前記ｐ型ドーパントをドーピン
    グする工程を備えることを特徴とする半導体素子の製造
    方法。
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