(57)【要約】【課題】ＧａＮ等の窒化物半導体薄膜を作製する基板として、非単結晶基板であるグラファイトを基板として使用するとＧａＮ薄膜が多結晶となり結晶中の欠陥が多くなる為、フォトダイオードに使用することが出来なかった。【解決手段】グラファイト基板上にアモルファスカーボン層を設け、アモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮのｃ軸配向膜を成長させた後、ＡｌＮ層上にＧａＮの低温成長バッファ層を形成し、低温成長バッファ層上にｎ型ＧａＮ層を形成し、ｎ型ＧａＮ層上にＩｎxＧａ1-xＮあるいはＡｌyＧａ1-yＮからなる光吸収層を形成し、光吸収層上にｐ型ＧａＮ層を形成し、ｐ型ＧａＮ層上にｐ型ＧａＮコンタクト層を形成することが可能となり、グラファイト基板上に直接フォトダイオードを作製することで低コストで優れた特性を有するフォトダイオードを実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト基板上にアモルファスカーボン層を設け、前記アモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮのｃ軸配向膜を成長させた後、前記ＡｌＮ層上にＧａＮの低温成長バッファ層を形成し、前記低温成長バッファ層上にｎ型ＧａＮ層を形成し、前記ｎ型ＧａＮ層上にＩｎxＧａ1-xＮまたはＡｌyＧａ1-yＮからなる光吸収層を形成し、前記光吸収層上にｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層を形成し、前記ＡｌＮ層に対してその上に形成した前記低温成長バッファ層、前記光吸収層、前記ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層がエピタキシャル成長した構成を有することを特徴とするフォトダイオード。
【請求項２】
ｐ型ＧａＮコンタクト層上に、液相合成によってＺｎＯ透明電極を設けた構成を有することを特徴とする請求項１記載のフォトダイオード。
【請求項３】
グラファイト基板上にアモルファスカーボン層を設け、前記アモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮのｃ軸配向膜を成長させた後、前記ＡｌＮ層上にＧａＮの低温成長バッファ層を形成し、前記低温成長バッファ層上にｎ型ＧａＮ層を形成し、前記ｎ型ＧａＮ層上にＩｎxＧａ1-xＮまたはＡｌyＧａ1-yＮからなる光吸収層を形成し、前記光吸収層上にｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層を形成し、前記ＡｌＮ層に対してその上に形成した前記低温成長バッファ層、前記光吸収層、前記ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層がエピタキシャル成長した構成を有するフォトダイオードにおいて、前記アモルファスカーボン層を、酸化処理により形成したことを特徴とするフォトダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体により構成されるフォトダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物半導体により構成される半導体素子の集中的な研究開発がされている。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＮ、窒化インジウム（ＩｎＮ）およびそれらの混晶体からなる窒化物半導体は、その膜組成を制御することによって、紫外あるいは青色から赤外線領域までの幅広い波長領域において光を吸収することができる。これらの窒化物半導体は、直接遷移の特性を有し、かつその光吸収係数が高く、具体的には１０4から１０5である。さらに、半導体受光素子材料として広く用いられているシリコン（Ｓｉ）に比べて、これらの窒化半導体の光吸収係数は２桁以上高い。その為、その応用例として窒化物半導体を用いたフォトダイオードが提案されている（非特許文献１を参照）。
【０００３】
図１１は、従来例に係る窒化物半導体からなるフォトダイオードの断面構成を示している。図１１に示すように、従来のフォトダイオードは、主面の面方位が（０００１）面のサファイア基板１の主面上に順次成長した、ｎ+型ＧａＮ層２、ｎ型ＧａＮ層３およびｐ型ＡｌＧａＮ層４を備えている。ｐ型ＡｌＧａＮ層４上にｐ側電極１０９が形成されている。ｎ+型ＧａＮ層２上に選択的に露出された表面にはｎ側電極１１０が形成されている。
【０００４】
この従来例によれば、格子欠陥や貫通欠陥に起因した非発光遷移によるキャリア再結合を抑制する為に、結晶中の欠陥が非常に少ない窒化物半導体薄膜を作製しなければならない。このため、サファイア等の単結晶基板を必要としたため、高コストの問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、グラファイトを基板として使用し、パルススパッタ法によってグラファイト上に多結晶の窒化物半導体薄膜を作製する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２００２０７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｈ．Ｍｏｒｋｏｃ，“Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｎｉｔｒｉｄｅ    Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃ  ３”，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ  Ｖ  ｅｒｌａｇ  ＧｍｂＨ  ＆  Ｃｏ．，（２００９）  ｐ７１６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、パルススパッタ法によってグラファイト上に作製したＧａＮ薄膜は多結晶体であるため、当該薄膜は多くの欠陥を有する。当該欠陥のため、当該ＧａＮ薄膜は、フォトダイオードおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）には適していない。さらに、スパッタリング法によって形成した窒化物半導体薄膜は、成膜時の放電プラズマによって大きなダメージを受けているため、当該薄膜の結晶は非常に多くの欠陥を有することが良く知られている。このため、特許文献１に開示されているパルススパッタ法による窒化物半導体の作製方法によれば、フォトダイオードを作製する際に必要不可欠となるｐ型ＡｌＧａＮを作製することは非常に困難である。
【０００９】
本発明の目的は、非単結晶基板であるグラファイト基板を用い、半導体素子の製造に最も適した有機金属化学気相成長（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法によって、低コストかつ高性能な窒化物フォトダイオードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のフォトダイオードは、グラファイト基板上にアモルファスカーボン層を設け、前記アモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮのｃ軸配向膜を成長させた後、前記ＡｌＮ層上にＧａＮの低温成長バッファ層を形成し、前記低温成長バッファ層上にｎ型ＧａＮ層を形成し、前記ｎ型ＧａＮ層上にＩｎxＧａ1-xＮあるいはＡｌyＧａ1-yＮからなる光吸収層を形成し、前記光吸収層上にｐ型ＧａＮ層を形成し、前記ｐ型ＧａＮ層上にｐ型ＧａＮコンタクト層を形成し、前記ＡｌＮ層に対してその上に形成した前記低温成長バッファ層、前記光吸収層、前記ｐ型ＧａＮ層および前記ｐ型ＧａＮコンタクト層がエピタキシャル成長した構成を有する。
【００１１】
当該構成によって、グラファイト基板上に、ＭＯＣＶＤによってＡｌＮとＧａＮがｃ軸配向した欠陥の少ない高品位な窒化物半導体薄膜を形成し、グラファイト基板上に直接フォトダイオードを作製することができる。
【発明の効果】
【００１２】
グラファイト基板上に設けられたアモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮからなるｃ軸配向膜が形成されているので、本発明のフォトダイオードは、グラファイト基板上にＭＯＣＶＤによって直接的に作成され得る。このため、低コストであり、かつ優れた特性を有するフォトダイオードが実現される。
【００１３】
以下の「図面の簡単な説明」の項目において、用語「写真」は「像(image)」を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１におけるフォトダイオードの断面構成図
【図２】実施の形態１におけるフォトダイオードの製造方法の工程順の断面構成図
【図３】（ａ）  実施の形態１における表面処理を行っていないグラファイト基板上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮを堆積した際の表面ＳＥＭ観察写真  （ｂ）  実施の形態１におけるアモルファスカーボン層を設けたグラファイト基板上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮを堆積した際の表面ＳＥＭ観察写真
【図４】（ａ）実施の形態１におけるグラファイト基板とＡｌＮ層界面付近の断面ＴＥＭ観察写真  （ｂ）実施の形態１におけるグラファイト基板とＡｌＮ層界面付近の高分解能ＴＥＭによる格子写真
【図５】実施の形態１におけるグラファイト基板上に作製したＧａＮ薄膜のフォトルミネッセンス測定結果を示すグラフ
【図６】実施の形態１におけるグラファイト基板上に作製したフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示すグラフ
【図７】実施の形態２におけるフォトダイオードの断面構成図
【図８】実施の形態２におけるｐ型ＧａＮ薄膜上に液相合成によって成長させたＺｎＯ薄膜の表面ＳＥＭ観察写真
【図９】実施の形態２におけるｐ型ＧａＮ薄膜上に液相合成によって成長させたＺｎＯ薄膜のＸＲＤによる（０００６）ピークのロッキングカーブを示すグラフ
【図１０】実施の形態２におけるアバランシェフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示すグラフ
【図１１】従来のアバランシェフォトダイオードの断面構成図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるフォトダイオードの断面構成図を示す。図１において、１０１はグラファイト基板を指し示す。１０２はグラファイト基板１０１表面を酸素アッシング処理によってアモルファス化して形成されたアモルファスカーボン層を指し示す。１０３は、アモルファスカーボン層１０２上にＭＯＣＶＤによって形成されたＡｌＮ層を指し示す。
【００１７】
１０４は、ＡｌＮ層１０３上にＭＯＣＶＤによって形成されたＧａＮの低温成長バッファ層を指し示す。１０５は、低温成長バッファ層１０４上に形成されたｎ型ＧａＮ層を指し示す。
【００１８】
１０６は、ｎ型ＧａＮ層１０５上に形成されたＩｎxＧａ1-xＮまたはＡｌyＧａ1-yＮからなる光吸収層を指し示す。１０７は、光吸収層１０６上に形成されたｐ型ＧａＮ層を指し示す。１０８は、ｐ型ＧａＮ層１０７上に形成されたｐ型ＧａＮコンタクト層を指し示す。低温成長バッファ層１０４、ｎ型ＧａＮ層１０５、光吸収層１０６、ｐ型ＧａＮ層１０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８は、ＡｌＮ層１０３上にエピタキシャル成長法により形成される。
【００１９】
ｐ型コンタクト層１０８の上には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明電極またはニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）からなる透明電極１０９が積層されている。この透明電極はｐ側電極１０９として機能する。ｎ型ＧａＮ層１０５に露出する面には、ｎ側電極１１０が形成されている。一例として、ｎ側電極１１０はチタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）積層膜から構成される。
【００２０】
以下、図面を参照しながら上記のフォトダイオードを製造する方法を説明する。
【００２１】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、実施の形態１に係るフォトダイオードを製造する方法における各工程の断面図を示す。
【００２２】
第１の実施形態においては、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶成長法としてＭＯＣＶＤ法が用いられる。ガリウム源としては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）が挙げられる。アルミニウム源としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が挙げられる。インジウム源としては、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）が挙げられる。Ｖ族源（窒素源）としては、例えば、アンモニア（ＮＨ3）が挙げられる。ｎ型ドーパントの原
料としては、シリコン（Ｓｉ）を含むシラン（ＳｉＨ4）が挙げられる。ｐ型ドーパント
の原料としては、マグネシウム（Ｍｇ）を含むシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ2Ｍｇ）が挙げられる。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示すように、グラファイト基板１０１の表面を酸化することによってアモルファス化する。このようにして、アモルファスカーボン層１０２を形成する。次に図２（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アモルファスカーボン層１０２上に、約９６０℃の温度でＡｌＮ層１０３を成長させる。さらに図２（ｃ）に示すように、約５００℃の温度でＧａＮからなる低温成長バッファ層１０４を成長させる。最後に、図２（ｄ）に示すように、約９００℃で成長させたｎ型ＧａＮからなるｎ型層１０５、ＩｎxＧａ1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０が好ましい。一例として、ｘ＝０．０８）からなる光吸収層１０６、ｐ型ＧａＮからなるｐ型層１０７及びｐ+型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０８を、順次、形成する。光吸収層１０６は、ＡｌyＧａ1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成され得る。
【００２４】
実施の形態１においては、グラファイト基板１０１の表面を酸化することによってアモルファスカーボン層１０２を設け、その上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮ層１０３を形成することにより、非常に緻密でｃ軸配向したＡｌＮ層１０３が形成され得る。単結晶基板ではないグラファイト基板が用いられているにもかかわらず、貫通欠陥が少ない高品位なＧａＮ薄膜が作製され得る。これによって、グラファイト基板上にフォトダイオードが製造され得る。
【００２５】
（実施例１）
以下の実施例により、本発明をより詳細に説明する。
【００２６】
図３（ａ）は、酸化処理を行っていないグラファイト基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法によって堆積されたＡｌＮの表面のＳＥＭ観察像を示す。図３（ｂ）は、グラファイト基板１０１上に酸素アッシング法によって形成された２０ｎｍの厚みを有するアモルファスカーボン層１０２上に、ＭＯＣＶＤ法によって形成された２０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層１０３の表面のＳＥＭ観察像を示す。
【００２７】
図３（ａ）から明らかなように、酸素アッシングされていないグラファイト基板１０１上には、樹状結晶の様な微結晶のみが堆積した。ＡｌＮ薄膜はグラファイト基板１０１上には形成されなかった。
【００２８】
一方、図３（ｂ）から明らかなように、アモルファスカーボン層１０２を表面に有するグラファイト基板１０１上には、緻密なＡｌＮ薄膜が形成された。
【００２９】
図４（ａ）は、グラファイト基板上１０１上に形成されたアモルファスカーボン層１０２（図４（ａ）における「表面改質領域」に対応）、ＭＯＣＶＤ法により形成された２０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層１０３、および１μｍのＧａＮ低温成長バッファ層１０４から構成される積層体の断面ＴＥＭ観察写真を示す。図４（ｂ）は、アモルファスカーボン層１０２とＡｌＮ層１０３との間の界面付近の格子写真を示す。
【００３０】
図４（ａ）および図４（ｂ）から明らかなように、アモルファスカーボン層１０２の上に緻密な結晶性を有するＡｌＮ層１０３が形成されている。ＡｌＮ層１０３上に良好な結晶性を有するＧａＮからなる低温バッファ層１０４が成長されている。断面ＴＥＭ観察写真から求められた転位密度は低く、具体的には２×１０9ｃｍ-2であった。低温バッファ層１０４は、サファイア基板上にＧａＮ低温成長バッファ層を介して成長させたＧａＮ薄膜と実質的に同一の転位密度を有する。
【００３１】
非単結晶基板であるグラファイトの表面に、アモルファスカーボン層１０２を設けることによって、非常に高い結晶性を有する窒化物薄膜が形成され得ることが見いだされた。
【００３２】
図５は、グラファイト基板上１０１上に形成されたアモルファスカーボン層１０２、ＭＯＣＶＤ法により形成された２０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層１０３、ＭＯＣＶＤ法により形成された１μｍのＧａＮ低温成長バッファ層１０４、およびＭＯＣＶＤ法により形成された２００ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ層１０５から構成される積層体のフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定結果を示す。ＰＬ測定の際の励起光源として、Ｈｅ−Ｃｄレーザーが用いられた。図５から明らかなように、３．４ｅＶ付近にｎ型ＧａＮ層１０５からの発光ピークが示されている。発光ピークの半値幅は４２ｍｅＶであり、非常に急峻であった。
【００３３】
表１は、２０ｎｍの厚みを有するアモルファスカーボン層１０２を設けたグラファイト基板１０１およびアモルファスカーボン層を有さないグラファイト基板の上に、２０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層１０３、１μｍの厚みを有するＧａＮ低温成長バッファ層１０４、および２００ｎｍの厚さを有するｎ型ＧａＮ層１０５をそれぞれ成長させて得られた積層体が有するＰＬ発光ピークの半値幅を示す。
【００３４】
【表１】
2011108962.tif 000003
【００３５】
表１から明らかなように、アモルファスカーボン層１０２を有さない積層体は、６２ｍｅｖのＰＬ発光ピークの半値幅を有するが、アモルファスカーボン層を有する積層体は４２ｍｅｖのＰＬ発光ピークの半値幅を有する。このことから、グラファイト基板上にアモルファスカーボン層を設けることによって、ＡｌＮ層およびその上のＧａＮ層の結晶性が向上し、そして格子欠陥等に起因する非発光遷移が減少したことが考えられる。
【００３６】
酸素アッシングによってグラファイト基板１０１の表面にアモルファスカーボン層１０２を形成することによって緻密なＡｌＮ薄膜が成長する原因は、以下の通りであると考えられる。通常のグラファイト表面では、グラフェンのｓｐ2混成軌道からなるπ結合によって電子が非局在されている。一方、酸素アッシングによってアモルファス化されたアモルファスカーボン層１０２の表面では、いたるところで寸断されたπ結合のため、ｓｐ2軌道のみならずｓｐ3軌道が存在していると考えられる。
【００３７】
表２は、第一原理計算によって求められた、カーボンのｓｐ2軌道およびｓｐ3軌道に対するＡｌ原子およびＮ原子の吸着エネルギーを示す。
【００３８】
【表２】
2011108962.tif 000004
【００３９】
表２から明らかなように、ｓｐ2軌道に対するＡｌ原子およびＮ原子の吸着エネルギーはいずれも正の値である。一方、ｓｐ3軌道に対するそれらはいずれも負の値である。このことは、ｓｐ3軌道に対して自発的にＡｌおよびＮが吸着しやすいことを意味する。このことから、グラファイト基板の表面に酸素アッシングによってアモルファスカーボン層を形成することによってカーボンのｓｐ3軌道が多数形成され、そしてＡｌＮが成長する初期の段階における核生成が促進される。このようにして、良好な薄膜結晶が成長したと考えられる。
【００４０】
表３は、０、２０、４０、６０、および８０ｎｍの厚みを有するアモルファスカーボン層を形成した際のＧａＮのＸＲＤのロッキングカーブによって得られた（０００２）ピークの半値幅を示す。
【００４１】
【表３】
2011108962.tif 000005
【００４２】
アモルファスカーボン層１０２が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する場合、ＧａＮ薄膜はｃ軸配向し、かつ良好な半値幅を有する。アモルファスカーボン層が８０ｎｍの厚みを有する場合、酸素アッシングの際にグラファイト薄膜中に取り込まれる酸素の量が増加する。そのため、その後にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮおよびＧａＮを成長させる際、グラファイト基板中に取り込まれた酸素がＡｌまたはＧａと反応する。これが、急峻な界面の形成を阻害したと考えられる。したがって、アモルファスカーボン層１０２は、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有することが望ましい。
【００４３】
図６は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上に、１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなるｐ側電極１０９を設けた後、ダイサーを用いて２７５μｍ×２７５μｍの大きさを有する複数個の素子に分離することによって得られたフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示す。図６から明らかなように、グラファイト基板上に形成されたフォトダイオードが逆方向に電圧を印加され、かつ光照射されない場合、電流はほとんど流れない。しかし、光照射されることによって逆方向に電流が流れ、そしてアバランシェフォトダイオードとして良好に動作する。
【００４４】
上記のように、グラファイト基板の表面を酸素アッシングすることによってアモルファスカーボン層を形成し、次いでＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮ層を設けることで、サファイア基板上と同様に良好な結晶性を有するＧａＮ薄膜が形成され得る。このようにして、本発明は低コストかつ高性能なフォトダイオードを実現する。
【００４５】
（実施の形態２）
図７は、実施の形態２におけるフォトダイオードの断面構成図を示す。ｐ側電極１０９として液相合成によって作製した酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を用いたことが、図１に示されるフォトダイオードと異なる。
【００４６】
（実施例２）
ＺｎＯ薄膜の液相合成法を以下に示す。
【００４７】
０．１ｍｏｌ／Ｌの濃度を有する硝酸亜鉛（ＺｎＮＯ3）の溶液に、０．１ｍｏｌ／Ｌの濃度を有するヘキサメチレンテトラミン（（ＣＨ2）6Ｎ4）を滴下し、ｐｈ値を５から７までの間に調整した。その後、上記溶液に、レジストを塗布しフォトリソグラフィーによってｐ型ＧａＮコンタクト層１０６のみ露出させた積層体を浸漬した。溶液の温度を７０℃に保ちながら２〜６時間静置した。このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上にＺｎＯ薄膜を成長させた。薄膜の厚みは成長時間によって調整した。成長速度は、約２．７ｎｍ／ｍｉｎであった。ＺｎＯ薄膜を成長後、アセトンを用いてレジストを剥離し、乾燥させた。
【００４８】
図８は、５００ｎｍの厚みを有するＺｎＯの表面のＳＥＭ観察像を示す。図９は、５００ｎｍの厚みを有するＺｎＯのＸＲＤのロッキングカーブを示す。図８および図９から明らかなように、ＧａＮ上に液相合成法によって成長させたＺｎＯ薄膜は、平坦な表面を有し、かつ良好な結晶性を有する。ＵＶ−可視透過率測定の結果、ＺｎＯ薄膜は、３５０ｎｍ〜２．５μｍの幅広い波長の範囲において９５％以下という高い透過率を有した。４端子法による抵抗率測定の結果、ＺｎＯ薄膜は、１．２×１０-2Ωｃｍの比較的低い抵抗率を有した。これらの結果は、ＺｎＯ薄膜が透明電極として十分に使用可能であることを意味した。
【００４９】
図１０は、ダイサーで分離して得られた実施例２のフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示す。図１０から明らかなように、本実施例２におけるフォトダイオードは、実施例１と同様に良好なアバランシェフォトダイオード特性を有する。
【００５０】
これらの結果から、グラファイト基板の表面を酸素アッシングすることによってアモルファスカーボン層を形成し、その後ＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮ層を形成することによって、サファイア基板上と実質的に同一の高い結晶性を有するＧａＮ薄膜が形成され得る。
このようにして、低コストであって、かつ高性能なフォトダイオードが実現され得る。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明にかかるフォトダイオードは、発光ダイオード、高周波用ＦＥＴ、およびパワーデバイス用ＦＥＴのような電子デバイスにも応用できる。
上記の開示内容から導出される本発明に係る技術的思想は以下の通りである。
１．
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
前記ＡｌＮ層（１０３）上に形成されたｎ型窒化物半導体層（１０５）、
前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）上に形成された窒化物半導体からなる光吸収層（１０６）、
前記光吸収層（１０６）上に形成された窒化物半導体からなるｐ型窒化物半導体層（１０７）、
前記ｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ型電極（１０９・１１１）、および
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ型電極（１１０）
を具備するフォトダイオードを製造する方法であって、
前記方法は、
前記グラファイト基板（１０１）の表面を酸素アッシングすることによって、アモルファスカーボン層（１０２）を前記グラファイト基板（１０１）の表面に形成する工程、
前記アモルファスカーボン層（１０２）上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によってＡｌＮ層（１０３）を形成する工程、
前記ＡｌＮ層（１０３）上にｎ型窒化物半導体層（１０５）を形成する工程、
前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）上に窒化物半導体からなる光吸収層（１０６）を形成する工程、および
前記光吸収層（１０６）上にｐ型窒化物半導体層（１０７）を形成する工程、
を順に有する。
２．
前記アモルファスカーボン層（２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項１に記載の方法。
３．
ｎ型窒化物半導体層（１０５）を形成する前に、前記ＡｌＮ層（１０３）上に窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）を形成する工程をさらに有する、前記項１に記載の方法。
４．
ｎ型窒化物半導体層（１０５）を形成する前に、前記ＡｌＮ層（１０３）上に窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）を形成する工程をさらに有する、前記項２に記載の方法。
５．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項１に記載の方法。
６．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項４に記載の方法。
７．
前記光吸収層がＩｎxＧａ1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌyＧａ1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項１に記載の方法。
８．
前記光吸収層がＩｎxＧａ1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌyＧａ1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項６に記載の方法。
９．
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、および
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
を具備する半導体基板。
１０．
前記アモルファスカーボン層（１０２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項９に記載の半導体基板。
１１．
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、および
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
を具備する半導体基板を製造する方法であって、
前記方法は、
前記グラファイト基板（１０１）の表面を酸素アッシングすることによって、アモルファスカーボン層（１０２）を前記グラファイト基板（１０１）の表面に形成する工程、および
前記アモルファスカーボン層（１０２）上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によってＡｌＮ層（１０３）を形成する工程、
を順に有する。
１２．
前記アモルファスカーボン層（１０２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項１１に記載の方法。
１３．
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
前記ＡｌＮ層（１０３）上に形成されたｎ型窒化物半導体層（１０５）、
前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）上に形成された窒化物半導体からなる光吸収層（１０６）、
前記光吸収層（１０６）上に形成されたｐ型窒化物半導体層（１０７）、
前記ｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ型電極（１０９・１１１）、および
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ型電極（１１０）
を具備するフォトダイオード。
１４．
前記アモルファスカーボン層（１０２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項１３に記載のフォトダイオード。
１５．
前記ＡｌＮ層（１０３）と前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）をさらに備える、前記項１３に記載のフォトダイオード。
１６．
前記ＡｌＮ層（１０３）と前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）をさらに備える、前記項１４に記載のフォトダイオード。
１７．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項１３に記載のフォトダイオード。
１８．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項１６に記載のフォトダイオード。
１９．
前記光吸収層がＩｎxＧａ1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌyＧａ1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項１３に記載のフォトダイオード。
２０．
前記光吸収層がＩｎxＧａ1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌyＧａ1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項１８に記載のフォトダイオード。
２１．
フォトダイオードを用いて光を電力に変換する方法であって、
前記フォトダイオードは、
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
前記ＡｌＮ層（１０３）上に形成されたｎ型窒化物半導体層（１０５）、
前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）上に形成された窒化物半導体からなる光吸収層（１０６）、
前記光吸収層（１０６）上に形成されたｐ型窒化物半導体層（１０７）、
前記ｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ型電極（１０９・１１１）、および
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ型電極（１１０）
を具備し、
前記方法は、
前記フォトダイオードに光を照射することによって、前記ｐ型電極（１０９・１１１）と前記ｎ型電極（１１０）との間に電力を発生させる工程、
を有する。
２２．
前記アモルファスカーボン層（１０２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項２１に記載の方法。
２３．
前記ＡｌＮ層（１０３）と前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）をさらに備える、前記項２１に記載の方法。
２４．
前記ＡｌＮ層（１０３）と前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）をさらに備える、前記項２２に記載の方法。
２５．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項２１に記載の方法。
２６．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項２４に記載の方法。
２７．
前記光吸収層がＩｎxＧａ1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌyＧａ1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項２１に記載の方法。
２８．
前記光吸収層がＩｎxＧａ1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌyＧａ1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項２６に記載の方法。
【符号の説明】
【００５２】
１      サファイア基板
２      ｎ+型ＧａＮ層
３      ｎ型ＧａＮ層
４      ｐ型ＡｌＧａＮ層
１０１  グラファイト基板
１０２  アモルファスカーボン層
１０３  ＡｌＮ層
１０４  低温成長バッファ層
１０５  ｎ型ＧａＮ層
１０６  光吸収層
１０７  ｐ型ＧａＮ層
１０８  ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０９  ｐ側電極
１１０  ｎ側電極
１１１  ＺｎＯ透明電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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