(57)【要約】【課題】良好なＰ型の導電性を有するＡｌリッチなIII族窒化物半導体を得ることができる方法を提供する。【解決手段】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、好ましくは窒素雰囲気中で、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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−１８３１８９号公報
【特許文献２】特開平０３−２１８６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
＜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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（Ｃ5Ｈ5）2）ガスを、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム；Ａｌ（ＣＨ3）3）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム；Ｇａ（ＣＨ3）3）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム；Ｉｎ（ＣＨ3）3）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。
【００２８】
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。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【実施例】
【００４５】
（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
【表１】
2008192677.tif 000003
【００５２】
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。
【００５３】
（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。
【００５４】
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。
【００５５】
【表２】
2008192677.tif 000004
【００５６】
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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
【表３】
2008192677.tif 000005
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
（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。
【００６３】
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。
【００６４】
【表４】
2008192677.tif 000006
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
【表５】
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【００７０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【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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