(57)【要約】【課題】  低温で良質な特性のｐ型ＧａＮを活性化することができるｐ型ＧａＮ系基材の製造方法を提供する。【解決手段】  この方法では、Ｍｇが添加されたＧａＮ系基材にシンクロトロン放射光を照射するので、低温でＭｇが活性化し、良質な特性のｐ型ＧａＮ系基材を製造することができる。このｐ型化現象は、ＧａＮ中のＨ原子が、シンクロトロン放射光によってＭｇから解離することで、生じたものと考えられる。すなわち、ＭＯＣＶＤ法等で使用するＳｉＨ４やＮＨ３中から取り込まれるＨがＮと反応すると、Ｍｇが活性化しないが、シンクロトロン放射光を照射すると、これらの結合が解離し、Ｍｇが活性化するものと考えられる。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型ＧａＮ系基材の製造方法において、
Ｍｇが添加されたＧａＮ系基材を用意する第１工程と、
このＧａＮ系基材にシンクロトロン放射光を照射する第２工程と、
を備えることを特徴とするｐ型ＧａＮ系基材の製造方法。    
【請求項２】
前記第２工程は、２００℃以下の環境で行われることを特徴とする請求項１に記載のｐ型ＧａＮ系基材の製造方法。
【請求項３】
前記第２工程は、Ｏ２を含む雰囲気中で行われることを特徴とする請求項２に記載のｐ型ＧａＮ系基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ型ＧａＮ系基材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｍｇを添加したＧａＮ系基材の活性化について研究されている。この活性化の手法としては、以下のものが提案されている。
【０００３】
特許文献１では、ＭｇのＧａＮ系基材への添加後、レーザ光を照射する工程が開示されている。
【０００４】
特許文献２では、ＭｇのＧａＮ系基材への添加後、赤外線を照射する工程が開示されている。
【０００５】
特許文献３では、ＭｇのＧａＮ系基材への添加後、レーザ光を照射しつつ、減圧下でアニールを施す工程が開示されている。
【０００６】
特許文献４では、ＭｇのＧａＮ系基材への添加後、４００℃以上の温度でアニールを施す工程が開示されている。
【０００７】
特許文献５では、ＭｇのＧａＮ系基材への添加後、電子線照射を行う工程が開示されている。
【特許文献１】特開平６−３５０１３８号公報
【特許文献２】特開平１０−２４２０６１号公報
【特許文献３】特開平１１−２７４５５７号公報
【特許文献４】特開平５−１８３１８９号公報
【特許文献５】特開平１１−３１８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示の工程では、高温処理によってＮがＧａＮ系基材から減少する。特許文献２に開示の工程では、赤外線照射によって基板が高温となるため、同様の問題が発生する。また、特許文献３〜５に開示の方法においても同様の問題があり、低温で良質な特性のｐ型ＧａＮ系基材を製造することができることができなかった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、低温で良質な特性のｐ型ＧａＮを活性化することができるｐ型ＧａＮ系基材の製造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】
【００１０】
上述の課題を解決するため、本発明に係るｐ型ＧａＮ系基材の製造方法は、ｐ型ＧａＮ系基材の製造方法において、Ｍｇが添加されたＧａＮ系基材を用意する第１工程と、このＧａＮ系基材にシンクロトロン放射光を照射する第２工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この方法では、Ｍｇが添加されたＧａＮ系基材にシンクロトロン放射光を照射するので、低温でＭｇが活性化し、良質な特性のｐ型ＧａＮ系基材を製造することができる。
【００１２】
また、この方法によれば、活性層の劣化が抑制されるため、これを発光素子に用いた場合には発光効率が高くなる。
【００１３】
この第２工程は、２００℃以下の環境で行われることが好ましい。すなわち、上述の製造方法によれば、Ｍｇを低温（２００℃以下）で活性させることができるので、Ｎの基材からの抜けを抑制することができる。この場合、解離したＨ原子がＧａＮ系基材から外部へ出やすくなる。また、ＧａＮ系基材の表面からＮが抜けにくくなるため、ＧａＮ系基材に電極を設けた場合の接触抵抗が小さくなる。
【００１４】
この第２工程は、Ｏ２を含む雰囲気中で行われることが好ましい。この場合、Ｏ２にＨ原子が結合するので、解離したＨ原子がＧａＮ系基材から外部へ更に出やすくなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のｐ型ＧａＮ系基材の製造方法によれば、低温で良質な特性のｐ型ＧａＮ系基材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、実施の形態に係るｐ型ＧａＮ系基材の製造方法について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
この製造方法は、以下の工程（Ａ）、（Ｂ）を備えている。
（Ａ）Ｍｇが添加されたＧａＮ系基材を用意する第１工程。
（Ｂ）このＧａＮ系基材にシンクロトロン放射光を照射する第２工程。
【００１８】
まず、工程（Ａ）について説明する。
【００１９】
図１は、ＧａＮ系基材を含む基板の側面図である。
【００２０】
本例では、ＧａＮ系基材は、サファイア基板（支持基板）１上に形成されたＧａＮ層２である。この工程（Ａ）は、以下の工程（Ａ１）及び（Ａ２）を順次実行する。
【００２１】
（Ａ１）：基板清浄化工程
サファイア基板１をＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：有機金属気相エピタキシャル）装置にセットする。なお、ＭＯＶＰＥ法は、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）等の有機金属と、ＮＨ３（アンモニア）ガス等の気体を熱分解し、その熱分解された原料をＭＯＶＰＥの反応チャンバ内に配置された基板上に供給し、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｎから選択される複数元素の組み合わせからなる化合物薄膜をエピタキシャル成長させる方法であり、ＭＯＶＰＥ装置は基板加熱用のヒータを備えている。基板をＭＯＶＰＥ装置内にセットした後、基板温度を１１００℃に昇温し、サーマルクリーニングを行う。なお、サファイア基板の代わりにＧａＮ基板を用いることもできる。
【００２２】
（Ａ２）：ＧａＮ層形成工程
【００２３】
ＭＯＶＰＥ装置でサファイア基板１上に０．５μｍのＧａＮ層２を形成する。この時の原料ガスはＮＨ３、ＴＭＧ、基板温度は１１００℃、原料ガス供給時間は３０分間である。ＧａＮ層２の成長時には、ドーパントであるＣｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタディエニルマグネシウム）を供給する。Ｍｇ濃度は１×１０２０ｃｍ−３である。
【００２４】
図２は、別のＧａＮ系基材を含む基板の側面図である。
【００２５】
本例では、ＧａＮ系基材は、基板１上に形成されたＧａＮ層２及びＩｎＧａＮ層２’である。この工程（Ａ’）は、以下の工程（Ａ１）、（Ａ２）及び（Ａ２’）を順次実行する。
【００２６】
（Ａ１）：基板清浄化工程
【００２７】
上述の工程（Ａ１）と同一である。
【００２８】
（Ａ２）：ＧａＮ層形成工程
上述の工程（Ａ２）と同一である。
（Ａ２’）：ＩｎＧａＮ層形成工程
【００２９】
ＭＯＶＰＥ装置でＧａＮ層２上に０．５μｍのＩｎＧａＮ層２’を形成する。この時の原料ガスはＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＩ、基板温度は８００℃、原料ガス供給時間は３分間である。ＩｎＧａＮ層２’の成長時には、ドーパントであるＣｐ２Ｍｇを供給する。Ｍｇ濃度は１×１０２０ｃｍ−３である。
【００３０】
次に、工程（Ｂ）について説明する。
【００３１】
上述の基板を常温、常圧の期待（本例ではＯ２）雰囲気中に配置し、ＧａＮ系基材にシンクロトロン放射光を照射する。シンクロトロン放射（Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ  Ｒａｄｉａｔｉｏｎ：ＳＲ）とは、超高真空（１０−９〜１０−１０Ｔｏｒｒ）中を光速に近いスピードで走る電子が、その進行方向を磁場や電場で曲げられるとき、軌道の接線方向に放射される電磁波のことである（以下、ＳＲ光）。このＳＲ光は、赤外・可視から極端紫外・Ｘ線にわたる波長連続の非常に強く安定な光である。
【００３２】
本例では、ＳＬ光に含まれるＢＬ−１４といわれる白色放射光照射ビームラインを利用する。白色放射光は可視光から硬Ｘ線までの連続スペクトルを有しているが、特に物質との相互作用が大きい真空紫外から軟Ｘ線領域の放射光強度が強い特徴がある。このビームラインは、光源からの至近距離（４ｍ）で利用でき、放射光励起プロセスの光源として適している。物質が軟Ｘ線領域の光を吸収すると、内殻軌道の電子が励起あるいは電離され、内殻正孔状態が形成される。この状態は引き続いて起こるオージェ過程などの電子緩和過程によって、最終的には外殻の結合電子を失った多価イオンとなって解離することが知られている。
【００３３】
この方法では、Ｍｇが添加されたＧａＮ系基材にシンクロトロン放射光を照射するので、低温でＭｇが活性化し、良質な特性のｐ型ＧａＮ系基材を製造することができる。このｐ型化現象は、ＧａＮ中のＨ原子が、シンクロトロン放射光の照射によってＭｇから解離することで、生じたものと考えられる。すなわち、ＭＯＣＶＤ法等で使用するＳｉＨ４やＮＨ３中から取り込まれるＨがＮと反応すると、Ｍｇが活性化しないが、シンクロトロン放射光を照射すると、これらの結合が解離し、Ｍｇが活性化するものと考えられる。
【００３４】
また、この方法によれば、活性層の劣化が抑制されるため、これを発光素子に用いた場合には発光効率が高くなる。
【００３５】
第２工程は、２００℃以下の環境で行われる。Ｍｇは低温（２００℃以下）で活性するので、Ｎの基材からの抜けを抑制することができる。ＧａＮ系基材の表面からＮが抜けにくくなるため、ＧａＮ系基材に電極を設けた場合の接触抵抗が小さくなる。なお、電極材料としては、Ｎｉ／Ａｕを用いることができる。また、解離したＨ原子がＧａＮ系基材中に残留すると、抵抗値が増加するものと考えられるが、本例ではＨ原子がＧａＮ系基材から外部へ出やすくなり、抵抗値の増加を抑制することができる。
【００３６】
第２工程は、Ｏ２を含む雰囲気中で行われることが好ましい。この場合、Ｏ２にＨ原子が結合するので、解離したＨ原子がＧａＮ系基材から外部へ更に出やすくなる。なお、Ｏ２の代わりにＡｒを用いることもできる。
【００３７】
なお、上述の製造方法においては、ＧａＮ系基材としてＧａＮ層又はＩｎＧａＮ層を用いたが、これはＡｌＧａＮ層等の材料としてもよい。ＡｌＧａＮ層は、基板１上又はＧａＮ層の表面上に形成することができる。この表面上にＭＯＶＰＥ装置で０．２μｍのＡｌＧａＮ層（２，２’とする）を形成することができる。この時の原料ガスはＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＡ、基板温度は１１００℃、原料ガス供給時間は３時間である。ＡｌＧａＮ層２の成長時には、ドーパントであるＣｐ２Ｍｇを供給する。Ｍｇ濃度は１×１０２０ｃｍ−３である。
【実施例】
【００３８】
（実験条件）
【００３９】
（Ａ１）工程によって製造されたＧａＮ系基材をサンプルＡ（ＧａＮ層）とする。サンプルＡにＳＲ光を照射した。ＳＲ光源は、立命館大学のＳＲセンターにある超伝導小型ＳＲ光源を使用し、この白色放射光照射ビームライン（ＢＬ−１４）を用いた。照射時間は４０分である。
【００４０】
図３は、ＳＲ光スペクトルを示すグラフである。これは５７５ＭｅＶのエネルギーの電子を３．８Ｔの磁場で曲げて発生したＳＲ光を示す。
【００４１】
サンプルＡをＡｒ常圧雰囲気中に配置し、これを加熱することなく、これにＳＲ光を照射した。ＳＲ光は、これをシリンドリカルミラーによって２５×０．４ｍｍに集光し、０．２ｍｍ／ｓｅｃでサンプルＡ上の上下５ｍｍ幅の領域を走査した（ステージを駆動）。サンプルＡはステージに両面テープで固定し、照射光強度は蓄積電流値でモニターした。基板の寸法は、６ｍｍ×６ｍｍである。
（評価及び結果）
【００４２】
ＳＲ光照射後のサンプルＡのホール効果測定を行った。
【００４３】
図４は、測定時の電流（ｍＡ）にホール密度（ｃｍ−３）の関係を示すグラフである。このグラフから、１．５×１０１７ｃｍ−３程度のキャリアが存在することが確認された。
【００４４】
図５は、測定時の電流（ｍＡ）に比抵抗（Ω・ｃｍ）の関係を示すグラフである。このグラフから、比抵抗が６．０Ω・ｃｍであることが確認された。
【００４５】
比較実験として、サンプルＡをアニール（ａｎｎｅａｌ）したものと、ＳＲ光照射したものの電圧（Ｖ）／電流（Ａ）特性を測定した。なお、アニール温度は７００℃であり、アニール時間は１分である。
【００４６】
図６は、アニールしたサンプルＡとＳＲ光照射したサンプルＡの電圧（Ｖ）／電流（Ａ）特性を示すグラフである。これはＴＬＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌｉｎｅ  Ｍｏｄｅｌ）法を用いて得られたものである。電極材料としては、Ｎｉ／Ａｕを用いた。アニールしたもの（点線）の接触抵抗は１×１０−３Ωｃｍ２であり、ＳＲ光照射したもの（実線）の接触抵抗は２×１０−４Ωｃｍ２である。これにより、ＳＲ光照射によって、接触抵抗が著しく低下することが判明した。
【００４７】
図７は、ＨｅＣｄレーザを使用したＰＬ測定による強度の波長依存性を示すグラフである。ＳＲ光照射前のサンプルＡ（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）のデータを一点鎖線で示し、サンプルＡの上記アニール後のデータを点線で示し、サンプルＡのＳＲ光照射後のデータを実線で示す。ＳＲ光を照射したもののＰＬ強度は、アニールしたものと比較して、小さくなっておらず、結晶性の劣化が抑制されていることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、ｐ型ＧａＮ系基材の製造方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】ＧａＮ系基材を含む基板の側面図である。
【図２】別のＧａＮ系基材を含む基板の側面図である。
【図３】ＳＲ光スペクトルを示すグラフである。
【図４】測定時の電流（ｍＡ）にホール密度（ｃｍ−３）の関係を示すグラフである。
【図５】測定時の電流（ｍＡ）に比抵抗（Ω・ｃｍ）の関係を示すグラフである。
【図６】アニールしたサンプルＡとＳＲ光照射したサンプルＡの電圧（Ｖ）／電流（Ａ）特性を示すグラフである。
【図７】ＨｅＣｄレーザを使用したＰＬ測定による強度の波長依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・サファイア基板、２・・・ＧａＮ層、２’・・・ＩｎＧａＮ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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