(57)【要約】【課題】キャリア濃度が十分高く、かつ結晶性の優れたｐ型ウルツアイトＧａＮ結晶を形成することが可能となるドーピング層形成方法を提供すること。【解決手段】本発明に係るドーピング層形成方法は、Ｃ面にほぼ垂直な面が表面に現れるようにしたウルツアイト型ＧａＮ結晶に対し、低エネルギーのＭｇイオンを、上記ＧａＮ結晶の表面直上から注入し、さらに、アニーリングして注入したＭｇを拡散させ、その後、ＧａＮ結晶表面近傍に形成された結晶欠陥層をエッチングにより除去することにより、キャリア濃度の十分高く、かつ結晶性の優れたｐ型ウルツアイトＧａＮ結晶を形成する。これにより、キャリア濃度の十分高く、かつ結晶性の優れたｐ型ウルツアイトＧａＮ結晶を形成することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ面にほぼ垂直な面が表面に現れるようにしたウルツアイト型ＧａＮ結晶に対し、低エネルギーのＭｇイオンを、上記ＧａＮ結晶の表面直上から注入し、さらに、アニーリングして注入したＭｇを拡散させ、その後、ＧａＮ結晶表面近傍に形成された結晶欠陥層をエッチングにより除去することにより、優れたｐ型ウルツアイト型ＧａＮ結晶を形成することを特徴とするドーピング層形成方法。
【請求項２】
注入するＭｇイオンのエネルギーを１０〜１００ｅＶ程度とすることを特徴とする請求項１に記載のドーピング層形成方法。
【請求項３】
結晶欠陥層を除去するためにウェットエッチングを用いることを特徴とする請求項１に記載のドーピング層形成方法。
【請求項４】
アニーリング温度として、６００℃から１５００℃程度を用い、アニーリング時間として、３０秒以上６０分以内にすることを特徴とする請求項１に記載のドーピング層形成方法。
【請求項５】
Ｃ面から傾いたオフ基板を用いて結晶成長させたウルツアイト型ＧａＮ結晶に対し、ｐ型層を形成することを特徴とする請求項１〜４に記載のドーピング層形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｃ面にほぼ垂直な面が表面に現れるようにしたウルツアイト型ＧａＮ結晶に対し、低エネルギーのＭｇイオンを、上記ＧａＮ結晶の表面直上から注入し、さらに、アニーリングにより、注入したＭｇを拡散させ、その後、ＧａＮ結晶表面近傍に形成された結晶欠陥層をエッチングにより除去することにより、キャリア濃度の十分高く、かつ結晶性の優れたｐ型ウルツアイトＧａＮ結晶を形成することを特徴とするドーピング層形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のＩＩＩ族元素とＶ族元素との化合物である半導体は、ワイドギャップを有する直接遷移型半導体であり、可視から紫外域の発光材料として、最も有望であると考えられる。これら、光半導体デバイスの材料となる、窒化ガリウムＧａＮ等の、特に結晶学的に優れたｐ型ウルツアイトＧａＮ結晶の制作手法が求められている。ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法は、これを産業レベルで実現できる有力な手法として、各方面で研究開発が進められている。特に、ｐ型の十分に高いキャリア濃度を有するウルツアイトＧａＮ結晶を形成するために、多くの努力が費やされてきた。
【０００３】
ｐ型ウルツアイトＧａＮ結晶の形成のためには、Ｇａ源であるトリメチルガリウムと、窒素源であるアンモニア、そしてＭｇ源であるＣｐ２Ｍｇを同時に供給させながら気相成長させた後、６００〜８００℃でアニールし、Ｍｇの活性化を行っていた（非特許文献１を参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，  Ｎ．Ｉｗａｓａ，  Ｍ．Ｓｅｎｏｈ，  ａｎｄ  Ｔ．Ｍｕｋａｉ：  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．３１  （１９９２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｍｇのドーピング濃度を上げていっても、それがｐ型キャリアとして十分には活性化されず、ホール濃度が十分には高くならない、という課題が存在していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の結晶成長方法においては、以下のような手段を用いる。すなわち、Ｃ面にほぼ垂直な面が表面に現れるようにしたウルツアイト型ＧａＮ結晶に対し、低エネルギーのＭｇイオンを、上記ＧａＮ結晶の表面直上から注入し、さらに、アニーリングによりＭｇを拡散させ、その後、ＧａＮ結晶表面近傍に形成された結晶欠陥層をエッチングにより除去する。
上述した構成によって、キャリア濃度が十分高く、かつ結晶性の優れたｐ型ウルツアイトＧａＮ結晶を形成することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第一の実施例である、ドーピング層形成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０００８】
図１は本発明のドーピング層形成方法を示した構成図である。ｃ軸が水平になるようにして、Ｃ面にほぼ垂直な面が表面に現れるようにしたウルツアイト型ＧａＮ結晶１に対し、５０ｅＶのＭｇイオンを、上記ＧａＮ結晶の表面直上から注入する。この結果、ＧａＮ結晶表面近傍にドーピング層と結晶欠陥層が混合した混合層２が形成された。次に、８５０℃で５分間、熱アニーリングを行うことにより、注入したＭｇを、主に深さ方向に拡散させることができた。
【０００９】
これにより、ＧａＮ結晶表面近傍に形成された結晶欠陥層３と、これより深い方向に形成されるドーピング層４とを空間的に分離することができた。さらに、ＧａＮ結晶表面近傍に形成された結晶欠陥層３をピロリン酸あるいはＫＯＨを用いてウェットエッチングにより除去し、結晶欠陥が極めて少なく、かつキャリア濃度が十分高い優れたｐ型ウルツアイト型ＧａＮ結晶を形成することができた。
【００１０】
さて、Ｍｇを注入するための表面として、Ｃ面（（０００１）面）にほぼ垂直な面（例えば、（１−１００面）およびそれに等価な面、ならびに（−１−１２０）およびそれに等価な面）を用いた理由は以下のとおりである。すなわち、ウルツアイト型ＧａＮ結晶中に存在する格子間Ｍｇの拡散について、その拡散係数の温度依存性を分子動力学シミュレーションを用いて計算した。すると、およそ６００℃以上においては、ｃ軸に沿う方向よりも、これに垂直な方向の拡散係数が、２倍から１桁程度以上大きいという知見を得た。よって、拡散係数の大きいｃ軸に垂直な方向をＭｇの注入方向にすることにより、上記のような効果が期待できると考えたためである。
【００１１】
なお、注入するＭｇイオンのエネルギーは、１０〜１００ｅＶ程度であれば、表面近傍に形成された結晶欠陥層を極力小さくさせながら、十分なドーピングを行うことができた。また、アニーリング温度として、６００℃から１５００℃程度の間で行うことが有効であった。また、アニーリング時間として、３０秒以上６０分以内にすることが有効であった。
【００１２】
以下本発明の第二の実施例であるドーピング層形成方法について、図面を参照しながら説明する。図２は本発明のドーピング層形成方法を示した構成図である。Ｃ面から傾いたオフ基板（傾斜角度：約１０°〜約８０°）を用いて結晶成長させたウルツアイト型ＧａＮ結晶１に対し、３０ｅＶのＭｇイオンを、上記ＧａＮ結晶の表面直上から注入した。
【００１３】
この結果、ＧａＮ結晶表面近傍にドーピング層と結晶欠陥層が混合した混合層２が形成された。次に、８５０℃で２０分間熱アニーリングを行うことにより、注入したＭｇを、深さ方向に十分に拡散させることができた。
【００１４】
これにより、ＧａＮ結晶表面近傍に形成された結晶欠陥層３と、これより深い方向に形成されるドーピング層４とが空間的に分離することができた。さらに、ＧａＮ結晶表面近傍に形成された結晶欠陥層をピロリン酸あるいはＫＯＨを用いてウェットエッチングにより除去し、キャリア濃度が十分高い優れたｐ型ウルツアイト型ＧａＮ結晶を形成することができた。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように、本発明のドーピング層形成方法を用いて、キャリア濃度が十分高い優れたｐ型ウルツアイト型ＧａＮ結晶を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるドーピング層形成方法を実現するための構成図
【図２】本発明の第２の実施例におけるドーピング層形成方法を実現するための構成図
【符号の説明】
１  ウルツアイト型ＧａＮ結晶
２  混合層
３  結晶欠陥層
４  ドーピング層
【図１】
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【図２】
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