(57)【要約】【課題】Ｓｉ濃度が高く、結晶性のよいｎ型III 族窒化物半導体を製造すること。【解決手段】サファイア基板１０上に、ＡｌＮからなるバッファ層をＭＯＣＶＤ法によって形成し、さらにバッファ層上にノンドープのＧａＮからなる第１層１１をＭＯＣＶＤ法によって１１４０℃で２μｍ形成した（図１（ａ））。次に、第１層１１上に、ＳｉＯ2 からなる第２層１２を、プラズマＣＶＤ法によって２００ｎｍ形成した（図１（ｂ））。次に、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）によって第２層１２を除去した（図１（ｃ））。次に、第２層１２が除去された第１層１１上に、ｎ型ドーパントガスを供給せずにＧａＮをＭＯＣＶＤ法によって１１４０℃で５０ｎｍ成長させた。これにより、第１層１１上には、Ｓｉが高濃度にドープされ、結晶性が良好なｎ型ＧａＮからなる第３層１３が形成された（図１（ｄ））。【選択図】図１
2011258902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III 族窒化物半導体からなる第１層上に、ＳｉＯ2 からなる第２層を形成する工程と、
前記第２層をウェットエッチングによって除去する工程と、
前記第２層が除去された前記第１層上に、ｎ型ドーパントガスを供給せずに、またはＳｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 未満となる範囲でｎ型ドーパントを供給して、ＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体を形成することで、Ｓｉが１×１０19／ｃｍ3 以上の濃度でドープされたｎ型III 族窒化物半導体からなる第３層を形成する工程と、
を有することを特徴とするｎ型III 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記第２層は、プラズマＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求項１に記載のｎ型III 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記第２層は、フッ酸系エッチング溶液によりウェットエッチングすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のｎ型III 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記フッ酸系エッチング溶液は、バッファードフッ酸であることを特徴とする請求項３に記載のｎ型III 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記第３層は、５０ｎｍ以下の厚さに形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のｎ型III 族窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記第３層の厚さ方向におけるＳｉ濃度分布は、すべての厚さにおいてＳｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上となる分布であることを特徴とする請求項５に記載のｎ型III 族窒化物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高濃度にＳｉがドープされ、結晶性も良好なｎ型のIII 族窒化物半導体を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＯＣＶＤ法によってｎ型のIII 族窒化物半導体を形成する場合には、シラン（ＳｉＨ4 ）をドーパントガスとして用いることで、III 族窒化物半導体中にＳｉをドーピングしてｎ型化している（たとえば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８５４９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ドーパントガスを用いてｎ型III 族窒化物半導体を製造する方法では、Ｓｉのドーピング濃度は１０18ｃｍ-3のオーダーが限界であり、それ以上にドーピングすると結晶性を劣化させてしまう。
【０００５】
そこで本発明の目的は、高濃度にＳｉがドープされ、結晶性が良好なｎ型III 族窒化物半導体を製造する方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、ＳｉＯ2 をマスクとして用いたＧａＮの選択成長の技術について研究していたところ、ＳｉＯ2 をバッファードフッ酸（ＢＨＦ）で除去した後にＧａＮを再成長させると、その再成長したＧａＮに高濃度にＳｉがドープされていることを初めて発見した。本発明はこの発見に基づくものであり、III 族窒化物半導体の結晶性を劣化させずに高濃度にＳｉをドープすることを実現するものである。
【０００７】
第１の発明は、III 族窒化物半導体からなる第１層上に、ＳｉＯ2 からなる第２層を形成する工程と、第２層をウェットエッチングによって除去する工程と、第２層が除去された第１層上に、ｎ型ドーパントガスを供給せずに、またはＳｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 未満となる範囲でｎ型ドーパントを供給して、ＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体を形成することで、Ｓｉが１×１０19／ｃｍ3 以上の濃度でドープされたｎ型III 族窒化物半導体からなる第３層を形成する工程と、を有することを特徴とするｎ型III 族窒化物半導体の製造方法である。
【０００８】
ここでIII 族窒化物半導体とは、一般式Ａｌx Ｇａy Ｉｎz Ｎ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１）で表される半導体であり、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの一部を他の第１３族元素であるＢやＴｌで置換したもの、Ｎの一部を他の第１５族元素であるＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉで置換したものをも含むものとする。より一般的には、Ｇａを少なくとも含むＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮを示す。
【０００９】
第１層と第３層は、同一組成であってもよいし、異なる組成であってもよい。また、第１層および第３層は単層に限らず、複数の層で構成されていてもよい。
【００１０】
第１層は、ｎ型、ｐ型、真性のいずれの伝導型のIII 族窒化物半導体であってもよく、ｎ型不純物としてはＳｉ、ｐ型不純物としてはＭｇが通常用いられる。
【００１１】
また、本発明に言う第３層のＳｉ濃度は、深さ方向におけるＳｉ濃度分布の平均（相加平均）であり、以下本明細書中においても単にＳｉ濃度という場合は、深さ方向におけるＳｉ濃度分布の平均を言うものとする。その平均のＳｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上であれば、一部領域（たとえば第３層の表面近傍）が１×１０19／ｃｍ3 より小さな濃度となっていてもよい。
【００１２】
第３層は、０ｎｍより大きく５０ｎｍ以下の厚さとすることが望ましい。この範囲であれば、深さ方向でのＳｉ濃度分布において、いずれの厚さでも１×１０19／ｃｍ3 以上のＳｉ濃度とすることができる。
【００１３】
第２層の形成には、プラズマＣＶＤ法を用いることができ、他のＣＶＤ法や、スパッタなども用いることができる。プラズマＣＶＤ法により第２層を形成する場合、原料ガスにはシラン（ＳｉＨ4 ）とＮ2 Ｏなどを用いることができる。
【００１４】
第２層のウェットエッチング剤には、フッ酸系エッチング溶液を用いることができ、特にバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いることができる。
【００１５】
第２層は、所望の領域のみ除去し、第１層上の第２層が形成されていない領域に選択的にIII 族窒化物半導体を成長させることで、所望の領域にのみｎ型の第３層を選択成長してもよい。
【００１６】
また、第１層上の所望の領域外にのみ第２層を形成し、その後第２層を除去して第３層を形成することで、ノンドープのＧａＮからなる第３層中の所望の領域のみが、Ｓｉドープのｎ型となるようにしてもよい。
【００１７】
第２の発明は、第１の発明において、第２層は、プラズマＣＶＤ法によって形成することを特徴とするｎ型III 族窒化物半導体の製造方法である。
【００１８】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、第２層は、フッ酸系エッチング溶液によりウェットエッチングすることを特徴とするｎ型III 族窒化物半導体の製造方法である。
【００１９】
第４の発明は、第３の発明において、フッ酸系エッチング溶液は、バッファードフッ酸であることを特徴とするｎ型III 族窒化物半導体の製造方法である。
【００２０】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、第３層は、５０ｎｍ以下の厚さに形成することを特徴とするｎ型III 族窒化物半導体の製造方法である。
【００２１】
第６の発明は、第５の発明において、第３層の厚さ方向におけるＳｉ濃度分布は、すべての厚さにおいてＳｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上となる分布であることを特徴とするｎ型III 族窒化物半導体の製造方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によると、第３層を、シラン等のｎ型ドーパントガスを供給することなく、Ｓｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上と高く、かつ結晶性がよいｎ型III 族窒化物半導体とすることができる。また、ｎ型ドーパントガスをＳｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 未満となる範囲で供給した場合にも、同様に、第３層をＳｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上と高く、かつ結晶性がよいｎ型III 族窒化物半導体とすることができる。このように第３層がｎ型となるのは、ＳｉＯ２からなる第２層の除去時に第１層表面にＳｉが残留し、第３層の形成時において、その残留したＳｉが拡散しながら、第３層が成長していくためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例１のｎ型ＧａＮの製造工程を示した図。
【図２】ＳＩＭＳ分析によるＳｉ濃度プロファイルを示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
まず、サファイア基板１０を用意してＭＯＣＶＤ装置にセットし、そのサファイア基板１０を水素雰囲気中で１１６０℃でサーマルクリーニングした後、４００℃まで降温した。そして、サファイア基板１０上に、ＡｌＮからなるバッファ層（図示しない）をＭＯＣＶＤ法によって４００℃で厚さ４０ｎｍ形成し、さらにバッファ層上にノンドープのＧａＮからなる第１層１１をＭＯＣＶＤ法によって１１４０℃で２μｍ形成した（図１（ａ））。バッファ層、第１層１１の形成時の原料ガスは、Ｇａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ａｌ源としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、窒素源としてアンモニアを用い、キャリアガスとして窒素、水素を用いた。
【００２６】
次に、ＭＯＣＶＤ装置からウェハを取り出してプラズマＣＶＤ装置にウェハをセットし、第１層１１上に、ＳｉＯ２からなる第２層１２を、プラズマＣＶＤ法によって２００ｎｍ形成した（図１（ｂ））。原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4 ）、Ｎ2 Ｏを用い、基板温度は３００℃とした。
【００２７】
第２層１２は、プラズマＣＶＤ法以外のＣＶＤ法や、スパッタなどによって形成してもよい。
【００２８】
次に、プラズマＣＶＤ装置からウェハを取り出し、ウェハをＢＨＦ（バッファードフッ酸）に浸して第２層１２を除去した（図１（ｃ））。処理時間は３分とした。なお、ＢＨＦ以外のフッ酸系エッチング溶液を用いてもよい。
【００２９】
次に、ウェハをＭＯＣＶＤ装置にセットして、第２層１２が除去された第１層１１上に、ｎ型ドーパントガスを供給せずにＧａＮをＭＯＣＶＤ法によって１１４０℃で５０ｎｍ成長させた。使用した原料ガス、キャリアガスは、第１層１１の形成時と同様である。これにより、第１層１１上には、Ｓｉが高濃度にドープされ、結晶性が良好なｎ型ＧａＮからなる第３層１３が形成された（図１（ｄ））。また、第３層１３のＳｉ濃度は、すべての厚さにおいて１×１０19／ｃｍ3 以上であり、当然にＳｉ濃度の厚さ方向における平均も１×１０19／ｃｍ3 以上であった。
【００３０】
第３層１３は、上述のようにｎ型ドーパントガスを供給せずに形成したにも係わらず、ｎ型不純物であるＳｉがドープされたｎ型のＧａＮとなる。これは、ＳｉＯ2 からなる第２層をＢＨＦによって除去した際に、第１層１１表面にＳｉが残留し、第３層１３の成長とともに第１層１１表面に残留したＳｉが拡散していくためと考えられる。また、第２層の厚さをある一定の厚さ以上にすると、第１層１１表面に残留するＳｉの量が飽和し、第３層１３にドープされるＳｉの量も飽和するものと考えられる。したがって、第３層１３にドープされるＳｉ量には上限があり、第３層１３のＳｉ濃度も、第３層１３の厚さによって決まる上限値があるものと推察される。
【００３１】
図２（ａ）は、実施例１の試料についてのＳＩＭＳ分析によるＳｉ濃度プロファイルを示したグラフである。なお、ＳＩＭＳ分析では、試料最表面の分析ができないため、第３層１３の形成後に、第３層１３上にＡｌＧａＮからなる厚さ３０ｎｍのキャップ層をさらに設けた試料を作製し、第３層１３表面について分析できるようにした。また、図２（ｂ）は、比較例の試料についてのＳＩＭＳ分析によるＳｉ濃度プロファイルを示したグラフである。比較例の試料は、実施例１と同様にしてサファイア基板上にノンドープのＧａＮからなる第１層を形成後、一度ＭＯＣＶＤ装置からウェハを取り出し、再度ＭＯＣＶＤ装置にウェハを入れて、第１層上に実施例１の第３層１３と同一の条件で第３層を形成し、第３層上にＡｌＧａＮからなる厚さ３０ｎｍのキャップ層を設けたものである。一度ＭＯＣＶＤ装置からウェハを取り出した後、再びＭＯＣＶＤ装置に入れるのは、大気中の不純物取り込みなどの影響を実施例１と同一にするためである。すなわち、実施例１の試料と比較例の試料との差は、第２層の形成・除去を行ったか否か（図１（ｂ）、（ｃ）の工程を行ったか否か）である。図２（ａ）、（ｂ）ともにグラフの横軸はキャップ層表面からの深さであり、縦軸はＳｉ濃度を示している。
【００３２】
図２（ｂ）のように、比較例の第３層もｎ型ドーパントを供給せずに形成しているが、Ｓｉが１０17〜１０18／ｃｍ3 の濃度で含まれている。これは、第１層形成後にＭＯＣＶＤ装置からウェハを取り出した際に、大気中のＳｉが第３層に取り込まれるなどしたためと考えられる。
【００３３】
一方、図２（ａ）のように、実施例１の第３層１３中のＳｉ濃度は、第１層１１表面近傍ではおよそ１×１０19／ｃｍ3 であり、第１層１１表面から２０ｎｍの厚さ付近までは、第３層１３の厚さの増加とともにＳｉ濃度も増加していき、厚さ２０ｎｍではＳｉ濃度はおよそ７×１０19／ｃｍ3 である。Ｓｉ濃度は厚さ２０ｎｍ付近から厚さの増加とともに減少していき、第３層１３表面ではおよそ１×１０19／ｃｍ3 である。このように、第３層１３の厚さ方向のＳｉ濃度分布は、厚さ２０ｎｍ付近に濃度のピークがあり、高濃度方向に凸の曲線状の分布であり、すべての厚さにおいてＳｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上の分布となっている。また、第３層１３の厚さ方向におけるＳｉ濃度の平均は、おおよそ５×１０19／ｃｍ3 である。なお、第１層１１表面に残留するＳｉ量は飽和し、第３層１３にドープされるＳｉ量には上限があり、その上限は第３層１３の厚さに依存すると考えられる。この考えと図２（ａ）のＳｉ濃度分布とを照らし合わせると、第３層１３の厚さを１００ｎｍ以下とすれば、厚さ方向におけるＳｉ濃度の平均を１×１０19／ｃｍ3 以上とすることができると思われる。また、第３層１３の厚さ方向におけるＳｉ濃度のピークは１×１０20／ｃｍ3 以下になると思われ、厚さ方向におけるＳｉ濃度の平均も１×１０20／ｃｍ3 以下になると思われる。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）を比較すると、実施例１の図１（ｂ）、（ｃ）の工程のようにして第２層１２を形成・除去したことが、第３層１３中に高濃度にＳｉがドープされた要因であることがわかる。
【００３５】
なお、実施例１では、第１層１１と第３層１３はともにＧａＮであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１層１１と第３層１３がIII 族窒化物半導体であればよく、第１層１１と第３層１３が同一組成であっても異なる組成であってもよい。たとえば、第１層１１をＧａＮ、第３層１３をＡｌＧａＮとする場合や、第１層１１をＩｎＧａＮ、第３層１３をＧａＮとする場合などにも本発明は適用することができる。
【００３６】
また、実施例１では、第１層１１はノンドープのＧａＮであったが、Ｓｉなどのｎ型不純物がドープされたＧａＮであってもよいし、Ｍｇなどのｐ型不純物がドープされたＧａＮであってもよい。
【００３７】
また、実施例１の製造方法を複数回繰り返すことによって、第３層１３をより厚く形成してもよい。
【００３８】
また、実施例１では、シランを供給せずにＭＯＣＶＤ法によって第３層を形成したが、Ｓｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 未満となる範囲でシランを供給して第３層を形成してもよい。この場合も、実施例１と同様に、Ｓｉ濃度が１×１０19／ｃｍ3 以上で結晶性に優れたｎ型のＧａＮである第３層を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によって製造されるｎ型III 族窒化物半導体は、Ｓｉ濃度が高く結晶性がよいので、III 族窒化物半導体からなる半導体素子の電極のコンタクト層などに適している。たとえば、ＨＦＥＴなどのソース電極、ドレイン電極のコンタクト層として用いることで、ソース電極、ドレイン電極のコンタクト抵抗を低減することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１０：サファイア基板
１１：第１層
１２：第２層
１３：第３層
【図１】
2011258902.tif 000003
【図２】
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