(57)【要約】【課題】ｎ型ガリウム砒素活性層に対するドナー不純物の濃度の制御を不要とした、良好な発振特性を有するガリウム砒素から成るガンダイオードを得る。【解決手段】ガリウム砒素基板１１上に、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２，ｎ型ガリウム砒素活性層１３および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４が順に積層されて成るガンダイオードにおいて、ｎ型ガリウム砒素活性層１３は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１５ｃｍ−３未満である。活性層のキャリア濃度制御をＶ／ＩＩＩ比，成長温度および成長速度で制御するので、ｎ型ガリウム砒素活性層１３のキャリア濃度の制御を容易にかつ正確に行なうことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウム砒素基板上に、第１のｎ＋型ガリウム砒素層，ｎ型ガリウム砒素活性層および第２のｎ＋型ガリウム砒素層が順に積層されて成るガンダイオードにおいて、前記ｎ型ガリウム砒素活性層は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１５ｃｍ−３未満であることを特徴とするガンダイオード。
【請求項２】
前記第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１記載のガンダイオード。
【請求項３】
ガリウム砒素基板上に、第１のｎ＋型ガリウム砒素層を形成し、次いで該第１のｎ＋型ガリウム砒素層の上に、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて有機金属気相成長法によって、成長速度を１．０μｍ／時以上としつつ、Ｖ／ＩＩＩ比を８０乃至１５０の範囲で、および成長温度を６５０℃乃至７５０℃の範囲で変化させながらｎ型ガリウム砒素活性層を形成し、次いで該ｎ型ガリウム砒素活性層の上に第２のｎ＋型ガリウム砒素層を形成することを特徴とするガンダイオードの製造方法。
【請求項４】
ガリウム砒素基板上に、第１のｎ＋型ガリウム砒素層を形成し、次いで該第１のｎ＋型ガリウム砒素層の上に、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて有機金属気相成長法によって、成長速度を１．０μｍ／時以上としつつ、Ｖ／ＩＩＩ比を８０乃至１５０の範囲において、および成長温度を６５０℃乃至７５０℃の範囲において実質的に一定としながらｎ型ガリウム砒素活性層を形成し、次いで該ｎ型ガリウム砒素活性層の上に第２のｎ＋型ガリウム砒素層を形成することを特徴とするガンダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用ミリ波レーダや無線ＬＡＮの発振器等に用いられる、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）から成るガンダイオードおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車載用ミリ波レーダや無線ＬＡＮの発振器等にはマイクロ波やミリ波の発信源としてガンダイオードが使用されている。このガンダイオードは、例えばドナー濃度が１〜１０×１０１８ｃｍ−３のｎ型ガリウム砒素から成る半導体基板上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線気相成長法（ＭＢＥ法）により、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）等のｎ＋型層およびｎ型活性層を成膜してその積層構造を形成することによって作製される。
【０００３】
このようなガンダイオードの例を図６に断面図で示すとともに、従来のガンダイオードの製造方法を図７のドーパント原料の供給量変化を示す線図を用いて説明する。図６において、１はガリウム砒素基板、２は第１のｎ＋型ガリウム砒素層、３はｎ型ガリウム砒素活性層、４は第２のｎ＋型ガリウム砒素層であり、５はアノード電極、６はカソード電極、８はメサ形状を形成するための凹部である。また、図７において、横軸は各ガリウム砒素層の成長時間（任意単位）を、縦軸はドーパント原料の供給量（任意単位）を表わし、特性曲線はドーパント原料供給量の時間変化を示しており、１０１は作製工程のうちの第１プロセス（前処理工程）、１０２は第２プロセス（第１のｎ＋型ガリウム砒素層２の成長工程）、１０３は第３プロセス（ｎ型ガリウム砒素活性層３の成長工程）、１０４は同じく第４プロセス（第２のｎ＋型ガリウム砒素層４の成長工程）を示している。
【０００４】
ガリウム砒素基板１には、第１プロセス１０１において６５０〜７５０℃の温度で高温前処理が行なわれ、その後、ドナー不純物の濃度が１〜１０×１０１８ｃｍ−３となるようにドーパント原料供給量を調整し、第２プロセス１０２において厚さが０．２〜１．０μｍのバッファ層となる第１のｎ＋型ガリウム砒素層２を成長させる。
【０００５】
次に、ドーパント原料供給量を減らし、第３プロセス１０３においてドナー不純物の濃度が１〜３×１０１６ｃｍ−３で厚さが１．０〜２．０μｍのｎ型ガリウム砒素活性層３を成長させる。その後、再びドーパント原料供給量を増やし、第４プロセス１０４においてドナー不純物の濃度が２×１０１８ｃｍ−３で厚さが０．５μｍの第２のｎ＋型ガリウム砒素層４を成長させる。これにより、ガリウム砒素基板１上にガンダイオードとなる半導体層の積層構造が形成される。
【０００６】
なお、以上のような第２〜第４プロセスおけるドーパント原料供給量の変化は、ＭＯＣＶＤ法ではドーパントガスの流量を変化させることによって、またＭＢＥ法ではドーパント蒸発源セルの温度を変化させることによって制御される。
【０００７】
その後、ガリウム砒素基板１を裏面をエッチングや研磨等によって所定量除去することによって薄層化し、第２のｎ＋型ガリウム砒素層３の表面の所定部位にアノード電極５およびカソード電極６を形成してから、アノード電極５の周辺にメサ形状を形成するための凹部８を形成することによって素子分離を行ない、図６の断面図に示すようなガンダイオード素子を完成させる。
【０００８】
このようなガンダイオードにおけるｎ型ガリウム砒素活性層３は、低電界では電子の移動度が数千ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃと大きいのに対し、高電界では加速された電子が有効質量の大きいバンドに遷移してその移動度が低下するために負性微分移動度が生じる。その結果、電流電圧特性の負性微分コンダクタンスが現われ、熱力学的不安定が生じてドメインが発生し、これがカソード電極６側からアノード電極５側へ走行する。これが繰り返される結果、マイクロ波あるいはミリ波の信号源となる振動電流（発振）が得られる。
【０００９】
ガンダイオードの発振周波数は、ドメインが走行するｎ型ガリウム砒素活性層３の厚さによって決定されるため、ミリ波用のガンダイオードの場合であれば、ｎ型ガリウム砒素活性層３の厚さは約１．５μｍに設定される。また、ｎ型ガリウム砒素活性層３におけるドナー不純物の濃度は１×１０１６ｃｍ−３以上で低濃度の条件に設定し、ｎ型ガリウム砒素活性層３におけるドナー不純物の濃度と厚さとの積が１×１０１２ｃｍ−２前後となるように設定される。
【００１０】
さらに十分な発振効率を得るには、ｎ型ガリウム砒素活性層３におけるデッドゾーンの発生を抑えることが行なわれる。カソード電極６側のｎ型ガリウム砒素活性層３中に発生する、一定の深さまでドメインの存在しないデッドゾーンは、ガンダイオードの発振効率を低減させるため、その発生を抑えるべく、例えば、ｎ型活性層の厚み方向へドナー不純物濃度の勾配をもたせることが行なわれている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
なお、このような濃度勾配α（α＝（アノード側活性層の不純物濃度Ｎ１−カソード側活性層の不純物濃度Ｎ２）／（アノード側活性層の不純物濃度Ｎ１＋カソード側活性層の不純物濃度Ｎ２））の最適値は、例えば０．３０であると報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。このように、ガンダイオード素子は活性層の不純物濃度を１×１０１６ｃｍ−３前後の低濃度で正確に制御することが不可欠である。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−２２６０９１号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開平８−３４０１３７号公報
【００１４】
【非特許文献１】
Ｋ．Ａｋａｍａｔｓｕ，  Ａ．Ｙｏｋｏｈａｔａ，  Ｓ．Ｋａｔｏ，  Ｎ．Ｏｈｋｕｂｏ  ａｎｄ  Ｍ．Ｏｈｍｏｒｉ，ＩＲ  ａｎｄ  ＭＭ  ＷＡＶＥＳ，ＳＥＮＤＡＩ，１９９４，ｐ．８９−９０
【００１５】
【非特許文献２】
Ｙ．Ｍｏｒｉ，  Ｍ．Ｉｋｅｄａ，  Ｈ．Ｓａｔｏ，  Ｋ．Ｋａｎｅｋｏ  ａｎｄ  Ｎ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｉｎｓｔ．  Ｐｈｙｓ．  Ｃｏｎｆ．  Ｓｅｒ．  Ｎｏ．６３，ｖｏｌ．３，１９８１，ｐ．９５−１００
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来のガンダイオードの製造方法では、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層２・４におけるドナー不純物の高い濃度の制御と、ｎ型ガリウム砒素活性層３におけるドナー不純物の低い濃度との制御を両立しつつ、ｎ型ガリウム砒素活性層３におけるドナー不純物の濃度に正確な勾配をもたせることが困難であるという問題点があった。
【００１７】
例えば、ＭＢＥ法においては図８（ａ）にガンダイオードの層構成を断面図で、図８（ｂ）にその表面からの深さに対するドナー不純物の濃度分布の様子を線図でそれぞれ示すように、高濃度の第１のｎ＋型ガリウム砒素層２を成長する第２プロセス１０２から低濃度のｎ型ガリウム砒素活性層３を成長する第３プロセス１０３へ移行する際にドナー不純物のセル温度を変更する間に成長が中断され、これに伴い、第１のｎ＋型ガリウム砒素層２の表面が長時間露出されることにより表面の原子配列に乱れが生じ、ＧａあるいはＡｓのみの原子層が形成されるため、引き続きｎ型ガリウム砒素活性層３を成長しても界面では不純物が含まれていない領域が発生することとなり、結果として、第１のｎ＋型ガリウム砒素層２とｎ型ガリウム砒素活性層３との界面付近のドナー不純物の濃度が落ち込むこととなってドナー濃度の落ち込み領域７が形成されてしまうという問題点があった。このようにドナー領域の落ち込み領域７が形成されると、発振出力や周波数がｎ型ガリウム砒素活性層３の濃度勾配に強く依存するため、発振特性の安定したガンダイオードを作製できなくなる。
【００１８】
なお、図８において図６と同様の箇所には同じ符号を付してあり、１はガリウム砒素基板、２は第１のｎ＋型ガリウム砒素層、３はｎ型ガリウム砒素活性層、４は第２のｎ＋型ガリウム砒素層であり、７がドナー濃度の落ち込み領域を示している。また、図８（ｂ）において横軸はガンダイオードの表面（第２のｎ＋型ガリウム砒素層４側の表面）からの深さ（任意単位）を、縦軸はドナー不純物の濃度（任意単位）を表わし、特性曲線はガンダイオードの層構成に対応した部分におけるドナー不純物の濃度の分布の様子を示している。
【００１９】
これに対し、ＭＢＥ法では、このようなドナー濃度の落ち込み領域が形成されるのを防ぐために、高濃度および低濃度のキャリア濃度をそれぞれ制御する２つのドナー不純物用の蒸発源セルを用いて、成長中断を伴わずに半導体基板上にガンダイオードを作製することが行なわれる（例えば、特許文献２参照。）。
【００２０】
ＭＢＥ法に比べて生産性が優れるＭＯＣＶＤ法においてもこれと同様に、高濃度および低濃度のドナー不純物濃度をそれぞれ制御する２つのドーパントガス用のマスフローコントローラーを用いるか、あるいは高濃度および低濃度のドナー不純物濃度の２系統の原料ガスラインを準備すれば、目的とするキャリア濃度プロファイルを有するガンダイオードを作製することが可能である。
【００２１】
しかしながら、実際には、ＭＢＥ法およびＭＯＣＶＤ法のいずれにおいても、装置能力の問題から同一原料を２系統で供給するといったことが困難であったり、所望の制御を行なうための装置の改造が複雑なものとなって多額の費用が必要であり、制御も煩雑でその後の安定した製造が困難であるなどの製造上の問題点があった。
【００２２】
本発明は、以上のような従来の技術における問題点を解決すべく案出されたものであり、その目的は、ｎ型ガリウム砒素活性層に対するドナー不純物の濃度の制御を不要とした、良好な発振特性を有するガリウム砒素から成るガンダイオードを提供することにある。
【００２３】
また、本発明の目的は、ＭＯＣＶＤ法によるｎ型ガリウム砒素層に対するドーパントガスによるドナー不純物の濃度の煩雑な制御を不要とした、製造上の問題点を解消するガンダイオードの製造方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明のガンダイオードは、ガリウム砒素基板上に、第１のｎ＋型ガリウム砒素層，ｎ型ガリウム砒素活性層および第２のｎ＋型ガリウム砒素層が順に積層されて成るガンダイオードにおいて、前記ｎ型ガリウム砒素活性層は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１５ｃｍ−３未満であることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明のガンダイオードは、上記構成において、前記第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明の第１のガンダイオードの製造方法は、ガリウム砒素基板上に、第１のｎ＋型ガリウム砒素層を形成し、次いでこの第１のｎ＋型ガリウム砒素層の上に、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて有機金属気相成長法によって、成長速度を１．０μｍ／時以上としつつ、Ｖ／ＩＩＩ比を８０乃至１５０の範囲で、成長温度を６５０℃乃至７５０℃の範囲で変化させながらｎ型ガリウム砒素活性層を形成し、次いでこのｎ型ガリウム砒素活性層の上に第２のｎ＋型ガリウム砒素層を形成することを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の第２のガンダイオードの製造方法は、ガリウム砒素基板上に、第１のｎ＋型ガリウム砒素層を形成し、次いでこの第１のｎ＋型ガリウム砒素層の上に、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて有機金属気相成長法によって、成長速度を１．０μｍ／時以上としつつ、Ｖ／ＩＩＩ比を８０乃至１５０の範囲において、および成長温度を６５０℃乃至７５０℃の範囲において実質的に一定としながらｎ型ガリウム砒素活性層を形成し、次いでこのｎ型ガリウム砒素活性層の上に第２のｎ＋型ガリウム砒素層を形成することを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガンダイオードおよびガンダイオードの製造方法について添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２９】
図１（ａ）は本発明のガンダイオードの実施の形態の一例を示す、図８（ａ）と同様の層構成の断面図であり、図１（ｂ）はその表面からの深さに対するキャリア濃度分布の例を示す線図である。図１において、１１はガリウム砒素基板、１２は第１のｎ＋型ガリウム砒素層、１３はｎ型ガリウム砒素活性層、１４は第２のｎ＋型ガリウム砒素層を示している。また、図１（ｂ）において横軸はガンダイオードの表面（第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４側の表面）からの深さ（任意単位）を、縦軸はキャリア濃度（任意単位）を表わし、特性曲線はガンダイオードの層構成に対応した部分におけるキャリア濃度の分布の様子を示している。
【００３０】
本発明のガンダイオードは、図１に層構成を示すように、ガリウム砒素基板１１上に、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２，ｎ型ガリウム砒素活性層１３および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４が順に積層されて成るガンダイオードである。そして、ｎ型ガリウム砒素活性層１３は、ドナー不純物、具体的にはシリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３未満であることを特徴としている。
【００３１】
ここで、従来のガンダイオードのｎ型ガリウム砒素活性層３においては、ドナー不純物を１×１０１６ｃｍ−３以上の濃度で添加することによってｎ型とされ、キャリア濃度はドナー不純物によってその濃度と一致するように設定されている。これに対し、本発明のガンダイオードにおいては、ｎ型ガリウム砒素活性層１３はドナー不純物の濃度は１×１０１６ｃｍ−３未満であるが、後述するように、ドナー不純物に依存しないで必要なキャリア濃度（１〜３×１０１６ｃｍ−３）を確保している点に特徴があるものである。
【００３２】
本発明のガンダイオードによれば、このようにｎ型ガリウム砒素活性層１３は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１５ｃｍ−３未満であることから、ドナー不純物ガスをドーピングする必要がなく、ガス流量を変更する際に生じる成長の中断時間が無くなるので、ｎ型ガリウム砒素活性層におけるドナー濃度の落ち込みを発生させずに発振特性の安定したガンダイオード素子を作製することができる。また、２系統以上のガス系統を使用する必要がないことから、製造時に煩雑な制御を不要とすることができる。
【００３３】
なお、図１（ｂ）に示すキャリア濃度分布の例では、ｎ型ガリウム砒素活性層１３におけるキャリア濃度は、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２側から第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４側に向かって漸次増加するように変化しているが、このキャリア濃度は、ガンダイオードに要求される特性に応じて、一定の濃度であってもよく、逆に変化しているものであってもよい。
【００３４】
図１（ｂ）に示すようにキャリア濃度が第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２側から第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４側に向かって漸次増加するように変化している場合は、キャリア濃度が一定の場合に比べ、ｎ型ガリウム砒素活性層に発生するデッドゾーン（カソード電極側からアノード電極側へ走行する伝導電子がドメインを発生しない領域）を小さくする効果があり、特に、３０ＧＨｚ以上の高周波のガンダイオードの発振特性を安定させることが可能となる。
【００３５】
また、本発明のガンダイオードは、ｎ型ガリウム砒素活性層１３は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１６ｃｍ−３未満であるとともに、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２および１４は、ドナー不純物、具体的にはシリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。この場合、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４におけるキャリア濃度は、各層に高濃度に添加されたドナー不純物によってその濃度と一致するものとなり、ｎ型ガリウム砒素活性層１３とともにガンダイオードとして良好に機能するものとなる。
【００３６】
このような本発明のガンダイオードによれば、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であるときには、高い濃度でドーピングするために、ドナー不純物ガスを用いることとなるので、容易にオーミック接合を得ることが可能となり、ガンダイオード素子を駆動させる電圧を小さくすることができる。
【００３７】
なお、図１（ｂ）に示すキャリア濃度分布の例では、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４におけるキャリア濃度（ドナー不純物の濃度に同じ）は、両者がほぼ等しい濃度で一定となっている例を示しているが、このキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上であるときには、容易にオーミック接合が可能となるため、ガンダイオードに要求される特性に応じて、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２と第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４とで異ならせてもよく、またそれぞれにキャリア濃度が変化しているものであってもよい。なお、これらの場合において、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２と第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４とでキャリア濃度がほぼ等しい場合と比べて、特性が変化して悪影響が生じることは無い。
【００３８】
次に、このような本発明のガンダイオードについて、本発明のガンダイオードの製造方法に則して説明する。
【００３９】
図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の第１のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例を説明するための有機金属気相成長法における成長プロファイルを示す線図である。これらの図において、横軸は成長時間（任意単位）を表わし、縦軸は（ａ）では成長温度（任意単位）を、（ｂ）ではドーパントガス供給量（任意単位）を、（ｃ）では原料ガスであるＶ族ガスとＩＩＩ族ガスによるＶ／ＩＩＩ比（任意単位）をそれぞれ表わしている。また、２０１はガリウム砒素基板１１の前処理プロセスである第１プロセスに、２０２は第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２の成長プロセスである第２プロセスに、２０３はｎ型ガリウム砒素活性層１３の成長プロセスである第３プロセスに、２０４は第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４の成長プロセスである第４プロセスに対応する工程であることを示している。
【００４０】
まず、第１プロセス２０１におけるガリウム砒素基板１１の前処理は、ガリウム砒素基板１１を７００〜８００℃まで加熱し、ガリウム砒素基板１１の表面の自然酸化膜を除去する。この時、Ｖ族原料となるＶ族ガスとしてアルシン（ＡｓＨ３）ガスを供給し、ガリウム砒素基板１１からの砒素抜けを抑制する。
【００４１】
次に、第２プロセス２０１において、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２を形成する。この第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２は、ガリウム砒素基板１１とｎ型ガリウム砒素活性層１３との間でバッファ層の役割を果たすものである。
【００４２】
ＶＧＦ（垂直温度勾配凝固）法等によって、結晶材料を溶融した後、融点で成長されるガリウム砒素基板１１は、通常は多くの点欠陥や不純物を含んでいる。そのために、ガリウム砒素基板１１に半導体結晶層をエピタキシャル成長させるとその表面に近い成長初期のエピタキシャル層は結晶性が悪くなるため、良好な結晶性が要求されるｎ型ガリウム砒素活性層１３とガリウム砒素基板１１との間には、バッファ層と呼ばれる緩衝帯として、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２が設けられる。
【００４３】
この第２プロセス２０２においては、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２の成長時に、キャリア濃度をガリウム砒素基板１１のキャリア濃度と同じ１〜１０×１０１８ｃｍ−３とすべく、ドナー不純物である例えばシリコン（Ｓｉ）を高濃度でドーピングするために、有機金属気相成長法による場合であれば、ＳｉＨ４ガスを供給する。また、他のドナー不純物としては、炭素（Ｃ），錫（Ｓｎ），セレン（Ｓｅ）およびテルル（Ｔｅ）があり、例えば炭素はＧａ原料のＧａ（ＣＨ３）が分解されメチル基中の炭素が取り込まれることで、錫はＳｎＨ４ガスで、セレンはＨ２Ｓｅガスで、テルルはＨ２Ｔｅガスで、それぞれ供給される。
【００４４】
また、この第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２を形成するプロセスは、この層の上に形成されるｎ型ガリウム砒素活性層１３が有機金属気相成長法によって形成されることから、同じ有機金属気相成長法によって連続して行なうことが好ましいが、別の形成方法、例えば例えば分子線気相成長（ＭＢＥ）法，ハライド気相成長（Ｈａｌｉｄｅ  ＶＰＥ）法，液相成長（ＬＰＥ）法によって行なっても構わない。
【００４５】
次に、第３プロセス２０３において、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２の上に、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて有機金属気相成長法によって、所定の条件でｎ型ガリウム砒素活性層１３を形成する。ここでは、まず、Ｖ／ＩＩＩ比（Ｖ族ガスにより供給されるＶ族元素の量とＩＩＩ族ガスにより供給されるＩＩＩ族元素の量との比）および成長温度を、Ｖ／ＩＩＩ比を８０乃至１５０（８０〜１５０）の範囲および成長温度を６５０℃乃至７５０℃（６５０℃〜７５０℃）の範囲とする。なお、これらの値をこの範囲で第２プロセス２０２の終了時と同じに設定しておくことにより、第３プロセス２０３の開始時に、成長条件の変更に伴う成長中断の必要がなくなり、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２の上に良好な界面状態でｎ型ガリウム砒素活性層１３を形成することができるようになる。
【００４６】
第３プロセス２０３でのｎ型ガリウム砒素活性層１３の形成においては、キャリア濃度を第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２側から第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４側へ向けて３〜５×１０１６ｃｍ−３から１〜３×１０１６ｃｍ−３へと変化した濃度勾配α＝０．２〜０．４のキャリア濃度分布とするために、成長速度を１．０μｍ／時（μｍ／ｈｏｕｒ）以上としつつ、Ｖ／ＩＩＩ比は８０〜１５０の範囲で、成長温度は６５０℃〜７５０℃の範囲で変化させる。この第３プロセス２０３では、キャリアソースからのドーパントガス供給の停止と同時にｎ型ガリウム砒素活性層１３の成長が開始されるので、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２とｎ型ガリウム砒素活性層１３との界面でキャリア濃度の落ち込みが起こらない。
【００４７】
また、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２の形成のための第２プロセス２０２と同様に、シランガスを供給してドナー不純物の濃度を制御することによって、ｎ型ガリウム砒素活性層１３のキャリア濃度を制御することも可能であるが、その場合は、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２とｎ型ガリウム砒素活性層１３とでキャリア濃度が１００倍前後も異なるために、例えば２種類のガス濃度のシランガスソースや配管およびマスフローコントローラを準備しなければ精度の高い制御が不可能であり、製造設備が複雑となりプロセスの制御が煩雑となるとともに、設備の変更に多額な費用を必要とするものとなってしまう。
【００４８】
これに対して、本発明の第１のガンダイオードの製造方法によれば、ｎ型ガリウム砒素活性層１３の形成を、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて、ドナー不純物を供給するドーパントガスを用いないで、有機金属気相成長法によって所定の条件で行なうことから、必要なキャリア濃度を有する良好な特性のｎ型ガリウム砒素活性層１３を、シンプルな製造設備でプロセスの制御を容易として形成してガンダイオードを製造することができる。
【００４９】
ここで、第３プロセス２０３におけるＶ／ＩＩＩ比および成長温度の値を説明するために、キャリア濃度のＶ／ＩＩＩ比依存性および成長温度依存性の様子を図３に線図で示す。図３において、横軸はＶ／ＩＩＩ比を、縦軸はキャリア濃度（単位：ｃｍ−３）を表わし、図中のプロットおよび特性曲線はそれぞれの成長温度におけるＶ／ＩＩＩ比に対するキャリア濃度の依存性を示している。
【００５０】
この図３に示す結果から分かるように、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用い、ドーパントガスを用いない有機金属気相成長法において、ｎ型ガリウム砒素活性層１３におけるキャリア濃度は、Ｖ／ＩＩＩ比を８０〜１５０の範囲で、成長温度を６５０℃〜７５０℃の範囲で変化させながら形成することによって、ドナー不純物の濃度を１×１０１５ｃｍ−３未満としながら、キャリア濃度を１〜５×１０１６ｃｍ−３付近の低濃度で精度良く制御することができる。
【００５１】
ここで、ドナー不純物の起源となる可能性が大きいのは原料に含まれる不純物である。しかしながら、通常、有機金属気相成長法において使用する原料ガス中の不純物は、例えばＩＩＩ族原料のＴＭＧガスに含まれるＳｉは０．０３ｐｐｍ以下であり、Ｖ族原料のＡｓＨ３ガスに含まれるＳｉは５ｐｐｂ以下と極めて少ない。そのため、ガスに含まれる不純物がドナーとなってキャリア濃度が１×１０１５ｃｍ−３以上となることはない。
【００５２】
このようなキャリア濃度のＶ／ＩＩＩ比および成長温度依存性は、既にＹ．Ｍｏｒｉ他によって報告されている（非特許文献２参照。）。この依存性について、本発明者らは、ＳＩＭＳ分析および原料の供給量を変化させた実験の結果より、Ｖ族およびＩＩＩ族の原料に含まれる炭素やシリコンやＩＩＩ族原料の有機金属に含まれるメチル基が分解した炭素が原因ではなく、過剰に供給されたためにＩＩＩ族サイトに位置したＶ族の砒素原子がドナーとして振る舞ってキャリアを供給していることによるものであることを確認した。
【００５３】
そしてさらに、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用い、ドーパントガスを用いない有機金属気相成長法において、ｎ型ガリウム砒素活性層１３の成長速度を１．０μｍ／時以上とすることが重要であることを見出し、これとともに、Ｖ／ＩＩＩ比を８０〜１５０の範囲で、成長温度を６５０℃〜７５０℃の範囲で変化させながら形成することによって、ドナー不純物の濃度を１×１０１５ｃｍ−３未満としながら、キャリア濃度を１〜５×１０１６ｃｍ−３付近の低濃度でより精度良く制御することができることを見出した。
【００５４】
この理由は未だ明らかではないが、図４にキャリア濃度の成長速度依存性を線図で示すように、ＩＩＩ族原料の供給量を減らし、成長速度を１．０μｍ／時未満とすることにより、ｎ型ガリウム砒素活性層１３のキャリア濃度が上昇する傾向を示すことから、成長速度を１．０μｍ／時以上とすることによって、有機金属気相成長法による成長装置の内壁の沈着物によるオートドーピングが十分に抑制され、その結果、キャリア濃度を１〜５×１０１６ｃｍ−３付近の低濃度でより精度良く制御することができるようになるものと考えられる。なお、図４において、横軸は成長速度（単位：μｍ／時）を、縦軸はキャリア濃度（単位：ｃｍ−３）を表わし、図中のプロットおよび特性曲線は、Ｖ／ＩＩＩ比＝８６，成長温度＝７１０℃におけるキャリア濃度の変化の様子を示している。
【００５５】
なお、成長速度は５μｍ／時以上とすると、原料ガスの中間反応物が結晶に取り込まれ、結晶性が劣化し、電子移動度が小さくなり、ガンダイオードの発振特性を劣化させる傾向にある。
【００５６】
また、成長温度は６５０℃未満になるとＶ／ＩＩＩ比を１５０以上とする必要があり、ＴＭＧガスの供給量の減少に伴い成長速度が遅くなるため、成長装置の壁面等からのオートドーピングによりキャリア濃度を正確に制御することが困難となる傾向にある。一方、７５０℃を超えると、気相中での原料の化学反応が活発になり、副生成物が多くなるため、結晶中に欠陥が発生し、電子の移動度が小さくなる傾向にある。
【００５７】
さらに、キャリア濃度は、Ｖ／ＩＩＩ比が８０未満となると、成長温度を上昇させても、１×１０１５ｃｍ−３付近となり、目的のキャリア濃度に制御できなくなる傾向にある。一方、Ｖ／ＩＩＩ比が１５０を超えると、１〜５×１０１６ｃｍ−３付近の成長温度幅が狭くなり、再現性がとれにくくなる傾向がある。
【００５８】
第３プロセス２０３において、ｎ型ガリウム砒素活性層１３の厚みは、キャリア濃度の平均値との積が１×１０１２ｃｍ−２前後となるように設定される。このｎ型ガリウム砒素活性層１３の厚み，キャリア濃度およびキャリア濃度の勾配によって、発振周波数および発振効率が決定されるので、これら発振特性を所望の値にするためにそれらの条件が最適化される。
【００５９】
次に、第４プロセス２０４において、ｎ型ガリウム砒素活性層１３の上に、第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４が形成される。この第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４は、後工程で形成される金属電極とのオーミックコンタクトを容易に得るために、例えばシリコン等をドナー不純物として１〜１０×１０１８ｃｍ−３の高濃度でドーピングを行なう。第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４を同じく有機金属気相成長法によって形成する場合であれば、その成長条件は、第３プロセス２０３におけるｎ型ガリウム砒素活性層１３の最終条件と同じＶ／ＩＩＩ比が５０〜２００の範囲で、成長温度は６００℃〜７００℃の範囲に設定するとよい。第４プロセス２０４では、キャリアソースからのドーパントガスの供給開始と同時に第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４の成長が開始する。これにより、第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４の成長開始時に成長を中断する必要がなくなり、ｎ型ガリウム砒素活性層１３と第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４との界面における急激なキャリア濃度の変化を抑制することができる。
【００６０】
次いで、以下のプロセスについては図示していないが、以上ようにガリウム砒素基板１１上に第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２，ｎ型ガリウム砒素活性層１３および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４を順次積層した後、第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４の表面の所定の部位にカソード電極およびアノード電極を形成し、これらを加熱処理（アニール）する。
【００６１】
次に、電解メッキ法あるいは無電解メッキ法によって、金（Ａｕ）等から成る導電性突起部であるバンプ電極を析出形成する。これにより、フリップチップ実装によって実装して使用するのに好適なものとなる。
【００６２】
次に、カソード電極およびアノード電極が表面に形成された第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４から、ｎ型ガリウム砒素活性層１３を貫通して第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２に至る深さまでエッチングを行ない、アノード電極の周辺に、例えば図６に示した例と同様に、メサ形状を形成するための凹部を形成する。
【００６３】
なお、この凹部の深さは、ｎ型ガリウム砒素活性層１３の一部分が残る深さであっても、あるいは第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２の途中までの深さであってもよい。
【００６４】
また、カソード電極およびアノード電極を配設するに当たっては、ｎ型ガリウム砒素活性層１３のキャリア濃度に勾配がある場合にはその濃度の大きい方がアノード側となるように各電極を配設すればよい。従って、ｎ型ガリウム砒素活性層１３のキャリア濃度の勾配の方向を考慮に入れて、アノード電極とカソード電極とは、図６に示した例とは逆になるような配置であっても差し支えない。さらに、ｎ型ガリウム砒素活性層１３のキャリア濃度に勾配が無い場合にも、アノード電極とカソード電極とは、図６に示した例のような配置であっても、逆になるような配置であっても差し支えない。
【００６５】
次に、ガリウム砒素基板１１の裏面を研磨して薄層化し、これによってガンダイオードの放熱性を改善し、最後に、所定の大きさにダイシングすることで分離して、所望の大きさのガンダイオード素子に、あるいは多数個取りで形成されていたものを個々のガンダイオード素子にする。
【００６６】
以上説明したように、本発明の第１のガンダイオードの製造方法によれば、ガンダイオードのｎ型ガリウム砒素活性層１３は、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて有機金属気相成長法によって、成長速度を１．０μｍ／時以上としつつ、Ｖ／ＩＩＩ比を８０乃至１５０の範囲で、成長温度を６５０℃乃至７５０℃の範囲で変化させながら制御することにより、ドナー不純物の濃度を１×１０１５ｃｍ−３未満としながらキャリア濃度を１〜５×１０１６ｃｍ−３の低濃度で正確に制御することができ、素子特性に応じてキャリア濃度の勾配を形成することができる。また、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４は、ＳｉＨ４ガス等によりドナー不純物を１×１０１８ｃｍ−３以上の濃度となるように供給することで、１〜１０×１０１８ｃｍ−３の高濃度のドナー不純物をドーピングしてこれに対応するキャリア濃度とすることができる。また、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４ならびにｎ型ガリウム砒素層１３をいずれも有機金属気相成長法によって形成するときには、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４とｎ型ガリウム砒素活性層１３との界面において成長を中断する必要が無いため、従来の製造方法に比べて、ガンダイオードについて製造バラツキが少なく、歩留まりを高くすることができる。
【００６７】
また、従来の有機金属気相成長法によるガンダイオードの製造方法においては、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層に対する高濃度のドーパントガスとｎ型ガリウム砒素活性層に対する低濃度のドーパントガスとを使用するため、同一のマスフローコントローラで低濃度と高濃度のドナー不純物濃度を制御することが困難であったが、本発明の第１のガンダイオードの製造方法によれば、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４に対する１種類のドナー不純物の供給源のみを用意することでガンダイオード素子の作製が可能であり、製造装置の改造を伴わないことから、製造装置が複雑にならず、製造条件の制御も煩雑にならないので、製造コストを低減することができる。
【００６８】
次に、本発明の第２のガンダイオードの製造方法について説明する。本発明の第２のガンダイオードの製造方法は、ガリウム砒素基板上に、第１のｎ＋型ガリウム砒素層を形成し、次いでこの第１のｎ＋型ガリウム砒素層の上に、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて有機金属気相成長法によって、成長速度を１．０μｍ／時以上としつつ、Ｖ／ＩＩＩ比を８０乃至１５０の範囲において、および成長温度を６５０℃乃至７５０℃の範囲において実質的に一定としながらｎ型ガリウム砒素活性層を形成し、次いでこのｎ型ガリウム砒素活性層の上に第２のｎ＋型ガリウム砒素層を形成することを特徴とするものである。
【００６９】
なお、ここで実質的に一定とは、デッドゾーンが発生する領域に変化を生じさせる程の、つまり電圧の印加時にｎ型ガリウム砒素活性層中の電界に歪みが生じる程のキャリア濃度が不均一な領域が存在しないように一定であることである。
【００７０】
このような本発明の第２のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例について、図５（ａ）に図２（ａ）と同様の線図で成長温度の成長プロファイルを、図５（ｂ）に図２（ｃ）と同様の線図でＶ／ＩＩＩ比の成長プロファイルを示す。なお、図５において、３０１はガリウム砒素基板１１の前処理プロセスである第１プロセスに、３０２は第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２の成長プロセスである第２プロセスに、３０３はｎ型ガリウム砒素活性層１３の成長プロセスである第３プロセスに、３０４は第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４の成長プロセスである第４プロセスに対応する工程であることを示している。
【００７１】
図２に示す例においては、第３プロセス２０３において、ｎ型ガリウム砒素活性層１３の厚みをキャリア濃度の平均値との積が１×１０１２ｃｍ−２前後となるように設定し、このｎ型ガリウム砒素活性層１３の厚み，キャリア濃度およびキャリア濃度の勾配によって、発振周波数および発振効率が決定しているが、所望の発振周波数および発振効率が得られる場合には、ｎ型ガリウム砒素活性層１３におけるキャリア濃度の勾配は無くてもよい。これが図５に示す本発明の第２のガンダイオードの製造方法であり、この場合は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第３プロセス３０３のｎ型ガリウム砒素活性層１３の成長温度およびＶ／ＩＩＩ比は、上記所定範囲において、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４の成長プロセスである第２プロセス３０２および第４プロセス３０４と同一に設定している。これにより、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４の形成に対してはドーパントガスを用い、ｎ型ガリウム砒素活性層１３の形成に対してはドーパントガスを用いずに、それぞれの層で目的とするキャリア濃度が得られるように成長条件を調整する。
【００７２】
このような本発明の第２のガンダイオードの製造方法によれば、ガンダイオードのｎ型ガリウム砒素活性層１３は、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて有機金属気相成長法によって、成長速度を１．０μｍ／時以上としつつ、Ｖ／ＩＩＩ比を８０乃至１５０の範囲で、成長温度を６５０℃乃至７５０℃の範囲で一定に制御することにより、ドナー不純物の濃度を１×１０１５ｃｍ−３未満としながらキャリア濃度を１〜５×１０１６ｃｍ−３付近の低濃度で実質的に一定に制御することができる。
【００７３】
また、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４は、ＳｉＨ４ガス等によりドナー不純物を１×１０１８ｃｍ−３以上の濃度となるように供給することで、１〜１０×１０１８ｃｍ−３の高濃度のドナー不純物をドーピングしてこれに対応するキャリア濃度とすることができる。
【００７４】
また、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４ならびにｎ型ガリウム砒素層１３をいずれも有機金属気相成長法によって形成するときには、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４とｎ型ガリウム砒素活性層１３との界面において、Ｖ／ＩＩＩ比および成長温度を変更せずにドナー不純物ガスの供給の停止・開始を行なうだけなので、成長を中断する必要が無いため、従来の製造方法に比べて、ガンダイオードについて製造バラツキが少なく、歩留まりを高くすることができる。
【００７５】
また、従来の有機金属気相成長法によるガンダイオードの製造方法においては、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層に対する高濃度のドーパントガスとｎ型ガリウム砒素活性層に対する低濃度のドーパントガスとを使用するため、同一のマスフローコントローラで低濃度と高濃度のドナー不純物濃度を制御することが困難であったが、本発明の第２のガンダイオードの製造方法によれば、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層１２・１４に対する１種類のドナー不純物の供給源のみを用意することでガンダイオード素子の作製が可能であり、製造装置の改造を伴わないことから、製造装置が複雑にならず、製造条件の制御も煩雑にならないので、製造コストを低減することができる。
【００７６】
【実施例】
次に、本発明のガンダイオードおよびその製造方法の実施例を示す。ここでは、図２（ａ）に示す成長温度の時間変化、図２（ｂ）に示すドーパントガス供給量の時間変化、および図２（ｃ）に示すＶ／ＩＩＩ比の時間変化に従って製造工程を説明する。
【００７７】
第１プロセス２０１におけるガリウム砒素基板１１の前処理では、有機金属気相成長法のＶ族原料となるアルシン（ＡｓＨ３）ガスを１００〜２００ｓｃｃｍで供給し、ガリウム砒素基板１１からの砒素抜けを抑制しながら、基板温度を７００〜８００℃に加熱し、基板表面の自然酸化膜を除去した。
【００７８】
第２プロセス２０２における第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２の形成では、Ｖ／ＩＩＩ比を１００〜１４０とし、厚みは０．５μｍ〜１．０μｍとした。また、成長中はシランガスを５０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍで供給し、シリコンのドナー不純物濃度を１〜１０×１０１８ｃｍ−３とした。成長温度は、第３プロセス２０３の成長開始温度と同じ６９０℃〜７００℃とした。
【００７９】
第３プロセス２０３におけるｎ型ガリウム砒素活性層１３の形成では、成長速度を１．０μｍ／時とし、Ｖ／ＩＩＩ比を１００から１４０の範囲内で固定し、成長温度を６８０℃〜６９０℃から６９０℃〜７００℃へと変化させた。このとき、キャリア濃度は１〜３×１０１６ｃｍ−３から３〜５×１０１６ｃｍ−３へと変化し、キャリア濃度の勾配αは０．２〜０．５となった。
【００８０】
なお、成長温度を同じ条件に固定し、Ｖ／ＩＩＩ比を変化させることによってキャリア濃度を変化させても、同じキャリア濃度の勾配αが得られる。ここで、ｎ型ガリウム砒素活性層１３の厚みは１．０μｍ〜２．０μｍに設定し、キャリア濃度の平均値との積を１〜２×１０１２ｃｍ−２とした。
【００８１】
また、キャリア濃度の勾配が無くても、所望の発振周波数および発振効率が得られる場合には、図５（ａ）に示すように、第３プロセス３０３のｎ型ガリウム砒素活性層１３の形成においては、キャリア濃度を１〜３×１０１６ｃｍ−３で一定とするために、成長速度を１．０μｍ／時以上とし、Ｖ／ＩＩＩ比を８０〜１５０の範囲において一定としながら、また、成長温度も６２５℃〜７５０℃の範囲において実質的に一定としながら保持する。この場合、第２プロセス３０２における成長温度はこの同じ範囲に設定するようにする。
【００８２】
次に、第４プロセス２０４における第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４の形成は、厚みを０．５〜１．０μｍとし、成長条件は第３プロセス２０３のｎ型ガリウム砒素活性層１３の最終成長条件と同じとして、シランガス流量を５０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍで供給し、ドナー不純物濃度を１〜１０×１０１８ｃｍ−３とした。
【００８３】
以上のようにして３層を順次積層し、第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４の表面に、一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて、カソード電極およびアノード電極の形成予定領域に開口を設けたフォトレジストを形成し、第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４とオーミック接触するＡｕＧｅ，ＮｉまたはＡｕ等から成る金属膜を１０００Å〜３０００Å形成した。そして、フォトレジストを除去した後、３００℃〜３５０℃で加熱処理（アニール）を行ない、第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４上に、カソード電極およびアノード電極を分離して形成した。
【００８４】
次に、カソード電極およびアノード電極の表面の一部に重なるような開口を有するフォトレジストを形成し、その開口内に電解メッキ法あるいは無電解メッキ法によって、Ａｕ等から成る導電性突起部であるバンプ電極を３００００Å〜７００００Å（３μｍ〜７μｍ）の厚みで析出形成した。
【００８５】
次に、フォトレジストを除去して、カソード電極およびアノード電極を形成した第２のｎ＋型ガリウム砒素層１４を露出させてから、カソード電極およびアノード電極をマスクとして使用し、硫酸・過酸化水素水系の湿式エッチングにより、第１のｎ＋型ガリウム砒素層１２に達する深さまで、アノード電極の周辺にメサ形状を形成するための凹部を形成した。このエッチングには、塩素ガス等を用いたリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを用いても良好な凹部が形成できた。
【００８６】
次に、通常のガンダイオードの製造工程に従い、ガンダイオード全体の厚さが６０μｍ程度となるように、ガリウム砒素基板１１の裏面を研磨して薄層化した後、ダイシング装置によりダイシングすることで素子分離を行ない、ガンダイオード素子を得た。
【００８７】
以上のガンダイオード素子のｎ型ガリウム砒素活性層の成長条件範囲内の半導体薄膜は、ホール測定法により、キャリア濃度は０．８〜５×１０１６ｃｍ−３で制御されており、さらに、ＳＩＭＳ分析において不純物が１×１０１５ｃｍ−３未満であることを確認した。さらに、ガンダイオード素子を形成し電流電圧特性を測定すると、図９の線図に実線で示すように、電圧が１．５Ｖ付近（電界は３０００Ｖ／ｃｍ程度）で負性抵抗領域となり、電圧の増加に従い、電流値が減少し、その後、６Ｖ付近まで電流が低下する良好な電流電圧特性が確認された。なお、図９において、横軸は電圧値（単位：Ｖ）を、縦軸は電流値（単位：Ａ）を表わし、実線の特性曲線は本発明の実施例についての測定結果を、破線の特性曲線は後述する比較例についての測定結果を示している。
【００８８】
一方、本発明の第１および第２のガンダイオードの製造方法の成長条件の範囲外の条件で作製したガンダイオード素子は、同じく図９の線図に破線で示すように、電圧を上昇させても負性抵抗領域が確認できなかったり、電流値は電圧の上昇とともに負性抵抗領域に入るが、電圧が３Ｖ付近でガンダイオード素子の破壊が起きたりして、良好な発振特性を示すガンダイオード素子が得られなかった。
【００８９】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガンダイオードによれば、ｎ型ガリウム砒素活性層は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１５ｃｍ−３未満であることから、ドナー不純物ガスをドーピングする必要がなく、ガス流量を変更する際に生じる成長の中断時間が無くなるので、ｎ型ガリウム砒素活性層におけるドナー濃度の落ち込みを発生させずに発振特性の安定したガンダイオード素子を作製することができる。また、２系統以上のガス系統を使用する必要がないことから、製造時に煩雑な制御を不要とすることができる。
【００９１】
また、本発明のガンダイオードによれば、第１および第２のｎ＋型ガリウム砒素層は、シリコン，炭素，錫，セレンおよびテルルのいずれかからなるドナー不純物の濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上であるときには、高い濃度でドーピングするために、ドナー不純物ガスを用いることとなるので、容易にオーミック接合を得ることが可能となり、ガンダイオード素子を駆動させる電圧を小さくすることができる。
【００９２】
また、本発明の第１のガンダイオードの製造方法によれば、ｎ型ガリウム砒素活性層の形成を、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて、ドナー不純物を供給するドーパントガスを用いないで、有機金属気相成長法によって所定の条件で行なうことから、必要なキャリア濃度勾配を有する良好な特性のｎ型ガリウム砒素活性層を、シンプルな製造設備でプロセスの制御を容易として形成してガンダイオードを製造することができる。
【００９３】
また、本発明の第２のガンダイオードの製造方法によれば、ｎ型ガリウム砒素活性層の形成を、Ｖ族ガスおよびＩＩＩ族ガスを用いて、ドナー不純物を供給するドーパントガスを用いないで、有機金属気相成長法によって所定の条件で行なうことから、必要となる一定のキャリア濃度を有する良好な特性のｎ型ガリウム砒素活性層を、シンプルな製造設備でプロセスの制御を容易として形成してガンダイオードを製造することができる。
【００９４】
以上により、本発明によれば、ｎ型ガリウム砒素活性層に対するドナー不純物の濃度の制御を不要とした、良好な発振特性を有するガリウム砒素から成るガンダイオードを提供することができた。
【００９５】
また、本発明によれば、ＭＯＣＶＤ法によるｎ型ガリウム砒素層に対するドーパントガスによるドナー不純物の濃度の煩雑な制御を不要とした、製造上の問題点を解消するガンダイオードの製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のガンダイオードの実施の形態の一例を示す層構成の断面図であり、（ｂ）はその表面からの深さに対するキャリア濃度分布の例を示す線図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の第１のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例を説明するための有機金属気相成長法における成長プロファイルを示す線図であり、（ａ）は成長温度の、（ｂ）はドーパントガス供給量の、（ｃ）はＶ／ＩＩＩ比の成長プロファイルである。
【図３】キャリア濃度のＶ／ＩＩＩ比依存性および成長温度依存性の様子を示す線図である。
【図４】キャリア濃度の成長速度依存性を示す線図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、は、それぞれ本発明の第２のガンダイオードの製造方法の実施の形態の一例を説明するための有機金属気相成長法における成長プロファイルを示す線図であり、（ａ）は成長温度の、（ｂ）はＶ／ＩＩＩ比の成長プロファイルである。
【図６】従来のガンダイオードの層構成の例を示す断面図である。
【図７】従来のガンダイオードの製造方法におけるドーパント原料の供給量変化を示す線図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、それぞれガンダイオードの層構成を示す断面図、および（ｂ）その表面からの深さに対するドナー不純物の濃度分布の様子を示す線図である。
【図９】本発明のガンダイオードの製造方法の実施例と比較例によるガンダイオード素子の電圧電流特性を示す線図である。
【符号の説明】
１１：ガリウム砒素基板
１２：第１のｎ＋型ガリウム砒素層
１３：ｎ型ガリウム砒素活性層
１４：第２のｎ＋型ガリウム砒素層
【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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