(57)【要約】【課題】危険性を低減し、かつ低温で効率よく窒素を供給できるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法、発光デバイスの製造方法および電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２の結晶成長方法は、以下の工程を備えている。まず、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を含むガスが準備される。そして、ガスを用いて気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２が成長される。【選択図】図２
2009184836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を含むガスを準備する工程と、
前記ガスを用いて気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる工程とを備えた、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項２】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を含む、請求項１に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項３】
気相成長法は、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長法および分子線エピタキシ法のうちの少なくともいずれかである、請求項１または２に記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項４】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、インジウムを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項５】
前記ガスを準備する工程は、アンモニアを準備する工程を含み、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる工程は、前記モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を供給するときに、前記アンモニアを供給する工程を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項６】
前記ガスを準備する工程は、アンモニアを準備する工程を含み、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる工程では、前記モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を供給する工程と、アンモニアを供給する工程とを交互に行なう、請求項１〜４のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項７】
前記モノメチルアミンおよびモノエチルアミンは５０ｐｐｍ以下の水分を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項８】
前記ガスを準備する工程は、前記モノメチルアミンおよびモノエチルアミンに含まれる水分を除去する工程を含む、請求項１〜７のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項９】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ｐ型半導体層を含む、請求項１〜８のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる工程を備えた、発光デバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる工程を備えた、電子デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法、発光デバイスの製造方法および電子デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）とその３元混晶Ａｌ(1-x)ＧａxＮ（０＜ｘ＜１）（以下ＡｌＧａＮと記す）、Ｉｎ(1-x)ＧａxＮ（０＜ｘ＜１）（以下ＩｎＧａＮと記す）、Ｉｎ(1-x)ＡｌxＮ（０＜ｘ＜１）（以下ＡｌＩｎＮと記す）や４元混晶Ｉｎ(1-x-y)ＡｌxＧａyＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、ｘ＋ｙ＜１）（以下ＩｎＡlＧａＮと記す）で構成されるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体は、青色、白色発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）、青紫色レーザー（Laser Diode：ＬＤ）などに利用されている。これらのＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体は、従来からＯＭＶＰＥ（Organo-metaric Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相成長）法などの気相成長法により製造されている。たとえばＯＭＶＰＥ法では、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）などのＩＩＩ族元素と、Ｎ（窒素）などのＶ族元素とを供給する必要がある。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のＩＩＩ族元素の供給源としては、たとえば、適度の蒸気圧あるいは昇華性を有する、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ：ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ：ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ：ＴＭＡ）などのトリアルキル化合物が用いられている。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の製造方法において、窒素（Ｎ）の供給源として、特開平１０−４２１１号公報（特許文献１）には、アンモニア（ＮＨ3）を用いることが記載されている。
【０００４】
また、特開昭６１−２４１９１３号公報（特許文献２）および特開昭６３−１０３８９４号公報（特許文献３）には、Ｎの供給源としてヒドラジンを用いることが記載されている。
【特許文献１】特開平１０−４２１１号公報
【特許文献２】特開昭６１−２４１９１３号公報
【特許文献３】特開昭６３−１０３８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
供給される活性なＮが不足した環境でＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を成長する場合、Ｎ不足による欠陥が生じる。一般的に用いられるアンモニアは成長環境下で加熱して熱分解することにより活性なＮが発生するが、アンモニアの物性から熱分解にはかなりの高温を要するため、Ｎを供給するための効率が悪いという問題があった。さらに、活性Ｎ供給量の指標であるＶ／ＩＩＩ比も非常に高く設定する必要があった。特に低温で成長する必要のあるＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体では、高Ｉｎ組成を有する高品質の薄膜が得られず問題となっていた。
【０００６】
また、アンモニアよりも低温で分解し活性なＮを供給できるヒドラジンは爆発性を有するので、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を結晶成長する際に危険性を伴い、さらに成長装置に使用されるステンレス鋼との接触で分解するという問題があった。またアンモニアに比べて毒性が高いという問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、危険性を低減し、かつ低温で効率よく活性な窒素を供給できる窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法、発光デバイスの製造方法および電子デバイスの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長において、危険性を低減し、かつ低温で効率よくＮを供給できる材料を鋭意研究した結果、Ｎの供給源としてモノメチルアミン（ＣＨ3ＮＨ2）およびモノエチルアミン（Ｃ2Ｈ5ＮＨ2）の少なくともいずれか一方を用いることで上記課題を克服できることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法は、以下の工程を備えている。まず、Ｎの原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を含むガスが準備される。そして、ガスを用いて気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が成長される。
【００１０】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法によれば、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を含むガスがＮの供給源として用いられることで、低温でも効率よく成長に寄与する活性なＮを供給できることがわかった。このため、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方をＶ族原料として用いることができる。
【００１１】
また、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンは、ヒドラジンのような引火性がなく、アンモニアと同程度の取り扱いで安全性が確保できる。また、モノメチルアミンの沸点は６．９℃であり、モノエチルアミンの沸点は３８℃であるため、気体での供給が可能であるので、供給が容易である。このため、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンを安全かつ容易に供給することができる。
【００１２】
上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法において好ましくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を含む。
【００１３】
これにより、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方を含むガスをＶ族原料として用いることにより、低温でＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を成長することができる。
【００１４】
上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法において好ましくは、気相成長法は、有機金属気相成長法、ハイドライド気相成長（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ＨＶＰＥ）法および分子線エピタキシ（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）法のうちの少なくともいずれかである。
【００１５】
これにより、良好な結晶性の窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を容易に成長することができる。
【００１６】
上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法において好ましくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、インジウム（Ｉｎ）を含む。
【００１７】
結晶性や光学特性の優れたＧａＮ、ＡｌＧａＮなどを成長する場合、成長温度として１０００℃以上が必要であるのに対して、Ｉｎを含む窒化物半導体ではＩｎはＮとの結合が弱いため低温で熱分解してＩｎが蒸発するが、本発明では低温で活性なＮを供給できるので、ＮがＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶中から脱離することを抑制できる。このため、高品質のＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長することができる。
【００１８】
上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法において好ましくは、上記ガスを準備する工程は、アンモニアを準備する工程を含み、上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる工程は、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を供給するときに、アンモニアを供給する工程を含んでいる。
【００１９】
これにより、活性なＮの供給源として、アンモニアと、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンとを、同時に供給することがで、成長する薄膜の種類に適したＮ源を選択することができる。
【００２０】
上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法において好ましくは、ガスを準備する工程は、アンモニアを準備する工程を含み、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる工程では、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を供給する工程と、アンモニアを供給する工程とを交互に行なう。
【００２１】
これにより、アンモニアを供給するときにＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶から脱離したＮを、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方を供給するときに補うことができる。
【００２２】
上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法において好ましくは、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンは５０ｐｐｍ以下の水分を含んでいる。
【００２３】
これにより、モノエチルアミンおよびモノエチルアミンに含まれる不純物としての水分が低いので、より良好な結晶性のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長することができる。
【００２４】
上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法において好ましくは、ガスを準備する工程は、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンに含まれる水分を除去する工程を含んでいる。
【００２５】
これにより、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンに含まれる不純物としての水分を除去できるので、より良好な結晶性のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長することができる。
【００２６】
上記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法において好ましくは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ｐ型半導体層を含んでいる。
【００２７】
モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの水素の含有量はアンモニアの水素の含有量よりも少ないため、他の原子と結合しやすいダングリングボンドを有するＨ（活性水素）の発生を抑制できる。また、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンのメチル基は活性水素と結合して安定なメタン（ＣＨ4）を生成しやすいため、ＨがＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶中に取り込まれることを抑制でき、ＨがＭｇに代表されるｐ型不純物と結合することを抑制できる。したがって、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体層の結晶中に取り込まれたＨを除去するためのアニール処理を行なう必要がない。このため、工程を簡略化してｐ型半導体層を形成することができる。
【００２８】
本発明の発光デバイスの製造方法は、上記いずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる工程を備えている。
【００２９】
本発明の電子デバイスの製造方法は、上記いずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる工程を備えている。
【００３０】
本発明の発光デバイスの製造方法および電子デバイスの製造方法によれば、Ｎが充分に取り込まれたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長できるので、性能を向上した発光デバイスおよび電子デバイスが得られる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法、発光デバイスの製造方法および電子デバイスの製造方法によれば、危険性を低減し、かつ低温で窒素を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００３３】
図１は、本実施の形態におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法を示すフローチャートである。図２は、本実施の形態におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長した状態を示す概略断面図である。図１および図２を参照して、本実施の形態におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法について説明する。
【００３４】
図１に示すように、まず、窒素（Ｎ）の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を準備する(ステップＳ１)。モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの不純物濃度は低い程好ましく、たとえばモノメチルアミンおよびモノエチルアミンに多く含まれる水分は５０ｐｐｍ以下が好ましい。含有する水分量をこのように低減するために、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンに含まれる水分を除去することが好ましい。具体的には、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンを水分を除去するフィルタに通すことにより、除去できる。
【００３５】
次に、図１に示すように、Ｎの原料として、アンモニアを準備する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２は省略されてもよい。
【００３６】
モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方を準備するステップＳ１およびアンモニアを準備するステップＳ２により、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を含むガスを準備できる。なお、さらに他のガスを含んでいてもよい。
【００３７】
次に、図１および図２に示すように、下地基板１０１を準備する（ステップＳ３）。下地基板１０１は、後述するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。下地基板１０１は、たとえばＧａＮ（窒化ガリウム）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）、ＳｉＣ（炭化珪素）、サファイアなどを用いることができる。
【００３８】
また、下地基板１０１は後述するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２を成長するための主面を有している。この主面はｃ面、ａ面、ｍ面などであり、これらの面からオフ角を有していてもよい。特にピエゾ電界の影響を低減でき、かつ主面上に良好な結晶性のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長できるので、主面は半極性ＧａＮ基板、非極性ＧａＮ基板を用いることが好ましい。
【００３９】
次に、図１および図２に示すように、上記ガスを用いて気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２を成長させる（ステップＳ４）。このステップＳ４を実施することにより、下地基板１０１上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２が成長する。
【００４０】
気相成長法は特に限定されず、たとえば、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＯＭＶＰＥ法などが挙げられる。これらの気相成長法を複数組み合わせてもよい。
【００４１】
また、Ｎの供給源としてのモノメチルアミン、モノエチルアミンおよびアンモニアは、Ｖ族原料として用いてもよいし、ｎ型ドーパントとしてドーピングするためのガスとして用いてもよい。Ｖ族原料としてこれらのガスを用いる場合には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２としてＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を成長できる。
【００４２】
アンモニアを準備する（ステップＳ２）場合には、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を供給するときに、アンモニアを供給してもよい。
【００４３】
図３は、本実施の形態におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法を示す別のフローチャートである。図３に示すように、アンモニアを準備する（ステップＳ２）場合には、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を供給するステップＳ５と、アンモニアを供給するステップＳ６とを交互に行なってもよい。この場合、アンモニアを供給した際に脱離したＮを補ってＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２を成長できるので、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方を供給するステップＳ５が最終ステップになることが好ましい。このように、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方と、アンモニアとを供給する場合には、モノメチルアミン、モノメチルアミンおよびアンモニアが他の原料ガスと反応することによりＮが供給されなくなることを防止することができる。
【００４４】
なお、成長するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２は単一の層からなっていてもよく、複数の層からなっていてもよい。
【００４５】
また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２は、ｐ型半導体層を含んでいてもよい。ｐ型半導体層を含んでいる場合には、ｐ型半導体層を成長させるときに、Ｎの供給源としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方のみを用いることが好ましい。この場合、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンは水素の含有量がアンモニアよりも少ないため、他の原子と結合しやすいダングリングボンドを有するＨの発生を抑制できる。また、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンのメチル基はＨと結合して安定なメタンを生成しやすいため、水素がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２の結晶中に取り込まれ、Ｈがｐ型不純物と結合することを抑制できる。したがって、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２がｐ型半導体層を含んでいる場合には、ｐ型半導体層の結晶中に取り込まれたＨを除去するためのアニール処理を行なう必要がない。このため、工程を簡略化してｐ型半導体層を形成することができる。
【００４６】
以上のステップＳ１〜Ｓ６を実施することによって、本実施の形態におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２を成長することができる。
【００４７】
続いて、本実施の形態におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２の成長方法の効果について説明する。
【００４８】
まず、窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２を成長させるためには、Ｎの供給源を分解する必要がある。Ｎの供給源として従来用いられていたアンモニアは、安定な物質であるので、ＮとＨとの結合を切断して、ダングリングボンドを有する活性なＮ、ＮＨおよびＮＨ2にするためには、高温の熱を加える必要があることに本発明者は着目した。ＯＭＶＰＥ法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合には、特にＩｎＧａＮを成長させる場合に、Ｎを効率よく、かつ充分に生成するために高温にすると、Ｉｎが蒸発するので高Ｉｎ組成のＩｎＧａＮ層を成長できない。特にＩｎ組成が１５％以上で顕著である。Ｉｎの組成を高くするため成長温度を低温にするとＩｎＧａＮの分解を抑制する活性な窒素Ｎが供給できないため、ＩｎＧａＮ中のＩｎの一部が金属Ｉｎとして凝集して黒色化が進む。ＩｎＧａＮを発光デバイスの活性層に用いると、黒色化が進んだ部分は非発光領域となるので、まつたく発光しない問題があった。
【００４９】
そこで、アンモニアよりも低温で分解できる活性なＮの供給源を鋭意研究した結果、活性なＮを供給するために必要な熱量は、Ｎの供給源からダングリングボンドを有するＮＨ2に気相中で分解するために要するエネルギーが小さいことに起因していることを見出した。その結果、Ｎの供給源としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンを用いることを見出した。
【００５０】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２として、ＧａＮを成長する場合には、ＮＨ2は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２としてのＧａＮの成長表面に存在するＧａ原子と容易に結合する（たとえば、Ｄ. Ｓｅｎｇｕｐｔａ ｅｔ. ａｌ., Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ｖｏｌ.２７９ (２００５) （以下、非特許文献１と言う）のｐｐ．３７５のＴａｂｌｅ２のＳ１６参照）。このため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２としてのＧａＮの成長表面では、ＮＨ2とＩＩＩ族原子であるＧａとが反応して、表面反応種であるＧａＮＨ2（ｓ）を生成する（たとえば非特許文献１のＴａｂｌｅ２のＳ３２参照）。このＧａＮＨ2（ｓ）からは、ＭＭＧ・ＧａＮＨ2(ｓ)、ＮＨ3・ＭＭＧ・ＮＨ2・Ｇａ（ｓ）、ＮＨ2・Ｇａ・ＮＨ2・Ｇａ（ｓ）、ＭＭＧ・ＮＨ2・Ｇａ・ＮＨ2・Ｇａ（ｓ）、ＮＨ3・ＭＭＧ・ＮＨ2・Ｇａ・ＮＨ2・Ｇａ（ｓ）、ＮＨ2・Ｇａ・ＮＨ2・Ｇａ・ＮＨ2・Ｇａ（ｓ）、（ｓ）ＮＨ2・Ｇａ・ＮＨ2・Ｇａ・ＮＨ2・Ｇａ（ｓ）のような複合中間体に変換されるとともに、気相中にＣＨ4が放出される（たとえば非特許文献１のＴａｂｌｅ２のＳ２０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ１２参照）。ここで、各化学式中のＭＭＧはＧａＣＨ3を示し、（ｓ）は表面吸着種との結合を示す。上記複合中間体は容易に気相中にＨ2を放出し、表面にＧａＮ結晶を生成する（たとえば非特許文献１のＴａｂｌｅ２のＳ１３参照）。結果的に、ＮＨ2のＮのみがＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体に取り込まれ、ＨはＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体から脱離する。
【００５１】
上述した内容を確認するため、本発明者は、モノメチルアミンからＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の成長に寄与する活性窒素であるダングリングボンドを有するＮＨ2、ＮＨおよびＮ2の生成量が、アンモニアからダングリングボンドを有するＮＨ2、ＮＨおよびＮ2の生成量より多いことをシミュレーションで検討した。
【００５２】
シミュレーションには市販の熱流体解析ソフトを使用した。反応炉内のガス流れ方程式、エネルギー方程式、原料ガスおよびそれらから発生する反応種の拡散を、反応計算を入れて全て連成して解いた。
【００５３】
具体的には、まず、下記の表１に記載の反応式について、頻度因数Ａ0、温度べき数ｎ、活性化エネルギーＥaを示す。なお、これらの定数は、O. Danielsson and E. Janzen, J. Cryst. Growth 253 (2003) 26.、J. R. Creighton, G. T. Wang, W. G. Breiland and M. E. Coltrin, J. Cryst. Growth 261 (2004) 204などに記載されている。
【００５４】
【表１】
2009184836.tif 000003
【００５５】
次に、表１に記載の反応を考慮して、下記の式を用い、モノメチルアミンから生成されたＮＨ2、ＮＨおよびＮ2の分圧と、アンモニアから生成されたＮＨ2、ＮＨおよびＮ2とを算出した。
【００５６】
詳細には、ガス流れ中の各ガス反応種ｉの拡散方程式（式１）を解き、各反応種の分布を計算した。
【００５７】
【数１】
2009184836.tif 000004
【００５８】
ここでρはガスの重量密度［ｋｇ／ｍ3］、Ｙiは反応種ｉの重量濃度、ｖはガスの流速［ｍ／ｓ］、Ｊiは反応種ｉの拡散束、Ｒiは反応種ｉの単位堆積、単位時間当たりの反応による生成速度［ｋｇ／ｍ3ｓ］である。
【００５９】
Ｊiは下記の式２で計算した。
【００６０】
【数２】
2009184836.tif 000005
【００６１】
ここでＤi，ｍは、混合ガス中の反応種ｉの拡散係数である。
また、Ｒiは下記の式３で計算した。
【００６２】
【数３】
2009184836.tif 000006
【００６３】
ここでＭw,iは反応種ｉのモル重量［ｋｇ／ｋｇｍｏｌ］、Ｒi,rは反応ｒによる反応種ｉのモル生成速度［ｋｇｍｏｌ／ｍ3ｓ］、ＮRは考慮する反応式の総数である。
【００６４】
考慮するＮ個の反応ｒが下記の式４で表される場合、反応生成速度Ｒi,rは（式５）で計算した。
【００６５】
【数４】
2009184836.tif 000007
【００６６】
【数５】
2009184836.tif 000008
【００６７】
ここでν’i,rは反応種ｉが反応ｒの正方向反応で寄与するストイキオメトリ、ν”i,rは反応種ｉが反応ｒの逆方向反応で寄与するストイキオメトリ、Ｍiは反応種ｉの分子記号、Γは第三体分子の効果、ｋf,rは反応ｒの正方向反応の反応定数、ｋb,rは反応ｒの逆方向反応の反応定数、Ｎｒは反応ｒに参加する反応種の総数、［Ｃj,r］は反応ｒに参加する反応種ｊのモル濃度［ｋｇｍｏｌ／ｍ３］、η'j,rは反応ｒの正反応の反応種ｊの反応次数、η"j,rは反応ｒの逆反応の反応種ｊの反応次数である。
【００６８】
第三体分子の効果Γは下記の式６で計算した。
【００６９】
【数６】
2009184836.tif 000009
【００７０】
ここで、γj,rは反応種ｊの反応ｒでの第三体効果係数で表１内に「＋Ｍ」の記載があるものには反応ｒに参加する反応種は０、それ以外の全ての反応種で１とした。Ｃjは反応種ｊのモル分率である。
【００７１】
反応ｒの正方向の反応定数ｋf,rは、アレニウス形式（式７）を使って計算した。
【００７２】
【数７】
2009184836.tif 000010
【００７３】
ここでＡrは反応ｒの頻度因子、Ｔは絶対温度［Ｋ］、βrは反応ｒの温度べき定数、Ｅrは反応ｒの活性化エネルギー［ｋｃａｌ／ｍｏｌ］、Ｒはガス定数［ｋｃａｌ／ｍｏｌ Ｋ］である。反応ｒの定数は表１に示している。
【００７４】
反応ｒの逆方向の反応定数ｋb,rは式８を使って計算した。
【００７５】
【数８】
2009184836.tif 000011
【００７６】
ここでＫrは反応ｒの平衡定数であり、式９で計算した。
【００７７】
【数９】
2009184836.tif 000012
【００７８】
ここで、ΔＳ0ｒは反応ｒの全標準エントロピーの変化、ΔＨ0ｒは反応ｒの全標準エンタルピーの変化、ｐatmは大気圧（１０１３１４Ｐａ）である。ΔＳ0ｒは式１０で計算した。
【００７９】
【数１０】
2009184836.tif 000013
【００８０】
ここでＳ0は反応種ｉの標準エントロピーである。ΔＨ0ｒは式１１で計算した。
【００８１】
【数１１】
2009184836.tif 000014
【００８２】
ここでＨ0は反応種ｉの標準エンタルピーである。各場所でのガスの速度ｖはナビエストークス方程式、連続の式を連立して解いた。全ての方程式の解法は、有限体積法による離散化解法を利用した。
【００８３】
ここで反応炉の容積を３８０ｃｍ3、反応炉の温度を７７５℃、反応炉の圧力を１０１ｋＰａ、モノメチルアミンまたはアンモニアの流量を３０ＳＬＭ、窒素の流量を１００ＳＬＭとした。その結果を下記の表２に示す。表２においてモノメチルアミンおよびアンモニアから生じたＮＨ2、ＮＨおよびＮ2の分圧の単位は、Ｐａである。
【００８４】
【表２】
2009184836.tif 000015
【００８５】
表２に示すように、モノメチルアミンから生成されたＮＨ2の分圧は、アンモニアから生成されたＮＨ2の分圧よりも高かった。このことから、モノメチルアミンとアンモニアとに同じ熱量を加えると、アンモニアよりもモノメチルアミンからはダングリングボンドを有するＮＨ2を多く生成できることがシミュレーションでわかった。
【００８６】
シミュレーションの結果より、モノメチルアミンは、アンモニアよりも活性窒素源ＮＨ2を多く生成できたため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長に寄与するＮを効率よく生成できることがわかる。
【００８７】
また、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンは、気相中で、ＮとＣとの結合を１つ切断するために要するエネルギーでダングリングボンドを有するＮＨ2を生成することができることがわかる。このため、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンがＮの供給源として非常に有効である。
【００８８】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２として、ＧａＮを成長する場合には８００℃で、ＩｎＮは６２０℃で昇華する。アンモニアをＮの供給源として用いる場合、アンモニアからダングリングボンドを有するＮ、ＮＨまたはＮＨ2を実際の良好な結晶成長に寄与できる程度に効率よく分解するためには８００℃以上の熱が必要である。一方、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンは、たとえば５００℃以上の熱を加えることで気相中でＮＨ2とメチル基（ＣＨ3）とに実際の良好な結晶成長に寄与できる程度に効率よく分離する。このため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２の昇華温度よりも低い温度でＮの供給源を供給できる。
【００８９】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２として、Ｉｎ(1-x)ＧａxＮを成長する場合には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２の成長表面では、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンから生成されたＮＨ2と、Ｉｎとが反応して、ＩｎＮＨ2（ｓ）が生成される。ＩｎＮＨ2（ｓ）は複合中間体を経てＨ2が分離する。このため、Ｎとの結合が弱いＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる場合であっても、Ｎを供給するために加えた熱により、すでに取り込まれたＩｎがＩｎＧａＮから脱離することを抑制してＮを成長表面に取り込むことができる。したがって、Ｎを供給するために加える熱を低減できるので、ＩｎＧａＮの成長表面からＮが脱離することを抑制でき、Ｉｎの凝集を抑制でき、黒色化による非発光領域を低減することによって、発光効率の低下を抑制できるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２を成長することができる。その結果、Ｉｎの混晶比ｘを高めることができ、発光デバイスの活性層に用いるＩｎ(1-x)ＧａxＮを成長することができる。
【００９０】
さらに、低温で効率よく活性なＮを供給できるので、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２中のＮが不足することを抑制できる。このため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２の成長表面においてＮの不足による結晶欠陥を抑制できるので、ｎ型キャリアを誘起することを抑制できる。このため、ｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体１０２を成長するときに、Ｎの不足により良好な成長が阻害されｐ型キャリア濃度が低下することを抑制できる。
【００９１】
（実施の形態２）
図４は、本実施の形態における発光デバイスとしてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を示す概略断面図である。図４参照して、本実施の形態におけるＬＥＤを説明する。本実施の形態におけるＬＥＤ２００は、基板２０１と、ｎ型バッファ層２０２と、活性層２０３と、ｐ型電子ブロック層２０４と、ｐ型コンタクト層２０５と、ｐ型電極２０６と、ｎ型電極２０７とを備えている。ｎ型バッファ層２０２、活性層２０３、ｐ型電子ブロック層２０４およびｐ型コンタクト層２０５は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を構成している。
【００９２】
基板２０１は、たとえばｎ型ＧａＮ基板である。ｎ型バッファ層２０２は、基板２０１上に形成され、たとえば２μｍの厚みを有し、ｎ型ＧａＮからなっている。活性層２０３は、ｎ型バッファ層２０２上に形成され、たとえば３ｎｍの厚みを有するＩｎＧａＮおよび１５ｎｍの厚みを有するＧａＮよりなる多重量子井戸構造により構成されている。なお、活性層２０３は、単一の半導体材料よりなっていてもよい。ｐ型電子ブロック層２０４は、活性層２０３上に形成され、たとえば２０ｎｍの厚みを有し、ｐ型ＡｌＧａＮ（窒化ガリウムアルミニウム）からなっている。ｐ型コンタクト層２０５は、ｐ型電子ブロック層２０４上に形成され、たとえば５０ｎｍの厚みを有し、ｐ型ＧａＮからなっている。
【００９３】
ｐ型電極２０６は、ｐ型コンタクト層２０５上に形成され、たとえばニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）などからなっている。ｎ型電極２０７は、基板２０１のｎ型バッファ層２０２を形成した面と反対の面側上に形成され、たとえばチタン（Ｔｉ）およびＡｌなどよりなっている。
【００９４】
続いて、図３を参照して、本実施の形態におけるＬＥＤ２００の製造方法を説明する。
具体的には、まず、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を準備する（ステップＳ１）。次に、必要に応じてアンモニアを準備する（ステップＳ２）。これにより、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を含むガスを準備できる。このステップＳ１、Ｓ２は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００９５】
次に、下地基板を準備する（ステップＳ３）。本実施の形態では、下地基板として、たとえばｎ型ＧａＮ基板などの基板２０１を準備する。本実施の形態では、下地基板をＬＥＤ２００の基板２０１として用いている。
【００９６】
次に、上記ガスを用いて気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる（ステップＳ４）。気相成長法は、特に限定されないが、本実施の形態では、たとえはＯＭＶＰＥ法により成長させる。
【００９７】
具体的には、ＩＩＩ族元素を含む原料としての有機金属、Ｖ族原料としての上記ガスを用いて、基板２０１上に、ｎ型バッファ層２０２、活性層２０３、ｐ型電子ブロック層２０４、およびｐ型コンタクト層２０５を、この順に成長させる。ｎ型またはｐ型のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる際には、所望のｎ型またはｐ型のキャリア濃度となるような条件で、ｎ型不純物を含む原料またはｐ型不純物を含む原料を、ＩＩＩ族元素の原料である有機金属およびＶ族原料とともに用いる。有機金属はたとえばＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ｎ型不純物はたとえばシラン、ｐ型不純物はたとえばビスシクロペンタジエニルマグネシウムを、キャリアガスはたとえば窒素、水素などを用いることができる。
【００９８】
なお、活性層２０３は、６００℃〜７００℃で成長され、Ｉｎの組成が２５％〜３５％のＩｎＧａＮを含んでいることが好ましい。この組成では緑色の発光が得られる。
【００９９】
次に、ｐ型コンタクト層２０５上に、ｐ型電極２０６を形成する。このステップでは、たとえばＮｉおよびＡｕなどが積層された電極を蒸着法により形成する。
【０１００】
次に、基板２０１のｎ型バッファ層２０２を形成した面と反対の面側にｎ型電極２０７を形成する。このステップでは、たとえばＴｉおよびＡｌなどが積層された電極を蒸着法により形成する。
【０１０１】
上記工程（Ｓ１〜Ｓ４）を実施することによって、図４に示すＬＥＤ２００を製造することができる。なお、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させるステップＳ４では、Ｖ族原料として、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を供給するときに、アンモニアを供給してもよい。また、Ｖ族原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を供給するステップＳ５と、アンモニアを供給するステップＳ６とを交互に行なってもよい。
【０１０２】
以上説明したように、本実施の形態におけるＬＥＤ２００およびＬＥＤ２００の製造方法によれば、Ｖ族原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方を供給しているので、低温でＶ族原料を供給することができる。このため、低温で成長表面から脱離しやすいＩｎを含むＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を成長することができる。たとえばＩｎの組成が３２％〜３５％のＩｎＧａＮを含む活性層をＬＥＤ２００が備える場合には、緑色ＬＥＤを製造することができる。さらにＶ族供給量をアンモニアよりも少なくしても、高品質なＩｎＧaＮを結晶成長することが可能である。
【０１０３】
（変形例）
本変形例は、上述した本実施の形態と同様であるが、ＭＢＥ法によりＬＥＤ２００を製造する点においてのみ異なる。ＭＢＥ法を採用する場合、ＩＩＩ族元素はＧａ、Ｉｎ、Ａｌなどの金属を、ドーパントとしてもＳｉやＭｇなどの金属を用いる。Ｖ族としてモノメチルアミン、モノエチルアミンの少なくとも一方を供給し、アンモニアと混合してもよい。ＭＢＥ法の場合、ＯＭＶＰＥ法に比べ熱的非平衡状態での成長でありより低温で結晶成長が可能となり、ＯＭＶＰＥ法によりも高Ｉｎ組成の結晶成長が可能となり、Ｉｎ組成が２５〜６５％のＩｎＧａＮを含む活性層が成長することができる。
【０１０４】
（実施の形態３）
本実施の形態における発光デバイスとしてのＬＥＤにおいてエピ成長後に熱処理することなくｐ型化する製造方法について説明する。
【０１０５】
具体的には、本実施の形態におけるＬＥＤ２００は、実施の形態２に示した図４と同じ構造のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層から構成されている。
【０１０６】
本実施の形態では、図４でビスシクロペンタジエニルマグネシウムなどをドーピングすることでｐ型半導体層を成長させるときに、Ｎの供給源としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方のみを用いる。この場合、アンモニアに比べモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの供給量を少なくでき、さらに水素の含有量が少ないため、他の原子と結合しやすいダングリングボンドを有するＨの発生を抑制できる。また、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンのメチル基はＨと結合して安定なメタンを生成しやすいため、水素がｐ型半導体層の結晶中に取り込まれ、Ｍｇの活性化を妨げるＨとの結合することを抑制できる。
【０１０７】
従来の方法であるアンモニアをＮの供給源とする場合、エピ成長後に熱処理を加えることで、ＭｇとＨとの結合を切り、Ｍｇの活性化を行っている。Ｎの供給源としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方のみを用いる場合には、ｐ型不純物であるＭｇとＨとは結合はアニール処理を行なわなくてもｐ型半導体層を形成することができる。
【０１０８】
（実施の形態４）
図５は、本実施の形態における電子デバイスとしてのＳＢＤ（Schottky Barrier Diode：ショットキーバリアダイオード）を示す概略断面図である。図５を参照して、本実施の形態におけるＳＢＤ４００を説明する。
【０１０９】
図５を参照して、本実施の形態におけるＳＢＤを説明する。図５に示すように、本実施の形態におけるＳＢＤ４００は、基板４０１と、ドリフト層４０２と、アノード電極４０３と、カソード電極４０４とを備えている。
【０１１０】
基板４０１は、たとえばｎ型ＧａＮ基板である。ドリフト層４０２は、基板４０１上に形成された、たとえば５μｍの厚みを有し、ｎ型ＧａＮからなる層である。アノード電極４０３は、ドリフト層４０２上に形成され、たとえば金よりなるショットキー電極である。カソード電極４０４は、基板４０１のドリフト層４０２を形成した面と反対の面上に形成され、たとえばＴｉ、Ａｌ、ＴｉおよびＡｕがこの順で積層されたオーミック電極である。
【０１１１】
続いて、図５を参照して、本実施の形態におけるＳＢＤ４００の製造方法を説明する。
具体的には、まず、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を準備する（ステップＳ１）。次に、必要に応じてアンモニアを準備する（ステップＳ２）。これにより、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を含むガスを準備できる。このステップＳ１、Ｓ２は、実施の形態１〜３と同様であるので、その説明を繰り返さない。
【０１１２】
次に、下地基板を準備する（ステップＳ３）。本実施の形態では、下地基板として、たとえばｎ型ＧａＮ基板などの基板４０１を準備する。本実施の形態では、下地基板をＳＢＤ４００の基板４０１として用いている。
【０１１３】
次に、上記ガスを用いて気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる（ステップＳ４）。本実施の形態では、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方をＶ族原料として用いて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてたとえばｎ型ＧａＮからなるドリフト層４０２を成長させる。気相成長法は、特に限定されないが、実施の形態２および３と同様に、たとえばＯＭＶＰＥ法を適用できる。ドリフト層４０２の成長時にはｎ型不純物としてたとえばシランを同時に供給する。
【０１１４】
次に、ドリフト層４０２上に、アノード電極４０３を形成する。このステップでは、たとえば金などからなる電極を蒸着法により形成する。
【０１１５】
次に、基板４０１のドリフト層４０２を形成した面と反対の面側にカソード電極４０４を形成する。このステップでは、たとえばＴｉおよびＡｌなどが積層された電極を蒸着法により形成する。
【０１１６】
上記工程（Ｓ１〜Ｓ４）を実施することによって、図５に示すＳＢＤ４００を製造することができる。アンモニアではドリフト層４０２の窒素欠損が生じやすくリーク電流の増大や信頼性が確保できない問題があったが、上記工程を用いることで窒素欠損の生成が抑制されリーク電流の低減や信頼性が向上できる。また厚膜成長が必要となるＳＢＤでＶ族供給量を低減でき、原料や除害などコスト面で有利となる。
【０１１７】
（実施の形態５）
図６は、本実施の形態における電子デバイスとしてのＨＥＭＴを示す概略断面図である。図６に示すように、本実施の形態におけるＨＥＭＴ５００は、基板５０１と、バッファ層５０２と、アンドープＧａＮ層５０３と、アンドープＡｌＧａＮ層５０４と、ソース電極５０５と、ゲート電極５０６と、ドレイン電極５０７とを備えている。
【０１１８】
基板５０１は、たとえばサファイア基板である。バッファ層５０２は、基板５０１上に形成され、たとえば３０ｎｍの厚みを有し、ＧａＮよりなる。アンドープＧａＮ層５０３は、バッファ層５０２上に形成され、たとえば３μｍの厚みを有している。アンドープＡｌＧａＮ層５０４は、アンドープＧａＮ層５０３上に形成され、たとえば３０ｎｍの厚みを有している。
【０１１９】
ソース電極５０５、ゲート電極５０６およびドレイン電極５０７は、アンドープＡｌＧａＮ層５０４上に形成されている。ソース電極５０５およびドレイン電極５０７は、たとえばＴｉ、Ａｌ、ＴｉおよびＡｕの積層構造であり、ゲート電極５０６はＡｕおよびＮｉの積層構造である。
【０１２０】
続いて、図６を参照して、本実施の形態におけるＨＥＭＴ５００の製造方法について説明する。
【０１２１】
具体的には、まず、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を準備する（ステップＳ１）。次に、必要に応じてアンモニアを準備する（ステップＳ２）。これにより、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を含むガスを準備できる。このステップＳ１、Ｓ２は、実施の形態１〜４と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１２２】
次に、下地基板を準備する（ステップＳ３）。本実施の形態では、下地基板として、たとえばサファイア基板などの基板５０１を準備する。本実施の形態では、下地基板をＨＥＭＴ５００の基板５０１として用いている。
【０１２３】
次に、上記ガスを用いて気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる（ステップＳ４）。本実施の形態では、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方をＶ族原料として用いて、たとえばＯＭＶＰＥ法により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体として、バッファ層５０２、アンドープＧａＮ層５０３およびアンドープＡｌＧａＮ層５０４をこの順で形成する。
【０１２４】
次に、ゲート電極５０６としてＡｕおよびＮｉの積層構造を、アンドープＡｌＧａＮ層５０４上に形成する。次に、ソース電極５０５およびドレイン電極５０７として、Ｔｉ、Ａｌ、ＴｉおよびＡｕの積層構造を、アンドープＡｌＧａＮ層５０４上に形成する。
【０１２５】
以上のステップＳ１〜Ｓ４を実施することによって、図６に示すＨＥＭＴ５００を製造することができる。アンモニアでは動作特性に影響するＡｌＧａＮとＧａＮなど半導体層の界面やチャネル層の窒素欠損が生じやすく信頼性が確保できない問題があったが、上記工程を用いることで窒素欠損の生成が抑制され信頼性が向上できる。
【０１２６】
（実施の形態６）
図７は、本実施の形態における電子デバイスとしての縦型のトランジスタを示す概略断面図である。図７に示すように、本実施の形態におけるトランジスタ６００は、基板６０１と、ドリフト層６０２と、ウエル領域６０３と、ソース領域６０４と、絶縁膜６０５と、ソース電極６０６と、ゲート電極６０７と、ドレイン電極６０８とを備えている。
【０１２７】
基板６０１は、たとえばＧａＮ基板である。ドリフト層６０２は、基板６０１上に形成され、たとえば５〜７μｍの厚みを有し、ｎ型ＧａＮよりなる。ウエル領域６０３は、ドリフト層６０２の表面に形成され、たとえばｐ型ＧａＮよりなる。ソース領域６０４は、ウエル領域６０３の表面に形成され、たとえばｎ型ＧａＮよりなる。
【０１２８】
ドリフト層６０２上には、たとえばＳｉＯ2（二酸化珪素）からなる絶縁膜６０５が形成されている。この絶縁膜６０５上に、たとえばＡｕおよびＮｉの積層構造のゲート電極６０７が形成されている。ソース電極６０６は、ソース領域６０４上に形成されて、たとえばＴｉ、Ａｌ、ＴｉおよびＡｕの積層構造である。ドレイン電極６０８は、基板６０１においてドリフト層６０２が形成されている面と反対側の面に形成され、たとえばＴｉ、Ａｌ、ＴｉおよびＡｕの積層構造である。
【０１２９】
続いて、図７を参照して、本実施の形態におけるトランジスタ６００の製造方法について説明する。
【０１３０】
具体的には、まず、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を準備する（ステップＳ１）。次に、必要に応じてアンモニアを準備する（ステップＳ２）。これにより、窒素の原料としてモノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくともいずれか一方を含むガスを準備できる。このステップＳ１、Ｓ２は、実施の形態１〜５と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【０１３１】
次に、下地基板を準備する（ステップＳ３）。本実施の形態では、下地基板として、たとえばＧａＮ基板などの基板６０１を準備する。本実施の形態では、下地基板をトランジスタ６００の基板６０１として用いている。
【０１３２】
次に、上記ガスを用いて気相成長法によりＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる（ステップＳ４）。本実施の形態では、モノメチルアミンおよびモノエチルアミンの少なくとも一方をＶ族原料として用いて、たとえばＯＭＶＰＥ法により、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体として、ドリフト層６０２を形成する。
【０１３３】
次に、フォトリソグラフィによりドリフト層６０２上にレジストパターンを形成後、イオン注入によりドリフト層６０２の所定の領域に、たとえば導電性不純物としてのＭｇをウエル領域６０３に、Ｓｉをソース領域６０４に注入することにより、ウエル領域６０３およびソース領域６０４を形成する。次に、ドリフト層６０２、ウエル領域６０３およびソース領域６０４上に、絶縁膜６０５となるべき膜を形成する。
【０１３４】
次に、ゲート電極６０７としてＡｕおよびＮｉの積層構造を、この膜上に形成する。このＡｕおよびＮｉの積層構造の上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとして用いて、ＡｕおよびＮｉの積層構造と膜とをエッチングにより部分的に除去することにより、ゲート電極６０７および絶縁膜６０５を形成する。
【０１３５】
次に、ソース電極６０６として、Ｔｉ、Ａｌ、ＴｉおよびＡｕの積層構造を、ソース領域６０４上に形成する。次に、ドレイン電極６０８として、Ｔｉ、Ａｌ、ＴｉおよびＡｕの積層構造を、基板６０１のドリフト層６０２が形成される面と反対の面上に形成する。
【０１３６】
以上のステップＳ１〜Ｓ４を実施することによって、図７に示すトランジスタ６００を製造することができる。アンモニアでは動作特性に影響するｐｎ界面に窒素欠損が生じやすく信頼性が確保できない問題があったが、上記工程を用いることで窒素欠損の生成が抑制され信頼性が向上できる。また厚膜成長が必要となるトランジスタでＶ族供給量を低減でき、原料や除害などコスト面で有利となる。
【実施例】
【０１３７】
図８は、本実施例における発光デバイスとしてのＬＤ（Laser Diode：レーザーダイオード）を示す概略断面図である。図８を参照して、本実施例におけるＬＤを説明する。具体的には、図８に示すように、本実施例におけるＬＤ３００は、基板３０１と、ｎ型クラッド層３０２と、アンドープガイド層３０３と、活性層３０４と、アンドープガイド層３０５と、ｐ型電子ブロック層３０６と、ｐ型クラッド層３０７と、ｐ型コンタクト層３０８と、ｐ型電極３０９と、ｎ型電極３１０とを備えていた。
【０１３８】
基板３０１はｎ型ＧａＮ基板を用いた。本実施例では、ｃ面基板、非極性ａ面基板、ｍ面基板、半極性基板（ｃ軸よりａ面方向へ２０度オフ）の基板３０１について特性を比較した。
【０１３９】
これらの基板３０１をＯＭＶＰＥ装置に導入し、１１００℃でＮＨ3／Ｈ2雰囲気で１０分間保持することで基板３０１表面原子のマイグレーションを促進させ表面の平坦化を行った。引き続き１０５０℃で、基板３０１上に、２．３μｍの厚みを有し、ｎ型Ａｌ0.04Ｇａ0.96Ｎからなっているｎ型クラッド層３０２を形成した。なお、ｎ型クラッド層３０２にはＳｉがドーピングされ、キャリヤ濃度は４×１０18／ｃｍ3であった。Ｖ族としてはＮＨ3を供給し、Ｖ／ＩIＩ比は２０００とした。次に、ｎ型クラッド層３０２上に、５０ｎｍの厚みを有し、Ｉｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなっているアンドープガイド層３０３を８５０℃で形成した。Ｖ族としてはＮＨ3ガスを供給した。なお基板３０１によりＩｎの取り込まれる量が異なるのでＴＭＩ供給量で調整した。次に、アンドープガイド層３０３上に、３ｎｍの厚みを有するＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎ層（井戸層）および１５ｎｍの厚みを有するＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ層（バリア層）よりなる３層からなる多重量子井戸構造により構成された活性層３０４を形成した。なお、活性層３０４において、井戸層を７００℃で、バリア層を８５０℃で成長した。Ｖ族としてはモノメチルアミンを供給した。Ｖ／ＩＩＩ比は２００とした。次に、活性層３０４上に、５０ｎｍの厚みを有し、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ層からなっているアンドープガイド層３０５を形成した。Ｖ族としてはＮＨ3ガスを供給した。次に、アンドープガイド層３０５上、２０ｎｍの厚みを有し、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎからなっているｐ型電子ブロック層３０６を形成した。次に、ｐ型電子ブロック層３０６上に、２．４μｍの厚みを有し、ｐ型ＡｌＧａＮからなっているｐ型クラッド層３０７を形成した。なお、ｐ型クラッド層３０７には、Ｍｇがドーピングされ、キャリア濃度は２×１０17／ｃｍ3であった。次に、ｐ型クラッド層３０７上に、５０ｎｍの厚みを有し、ｐ型ＧａＮからなっているｐ型コンタクト層３０８を形成した。ｐ層についてはすべてＶ族としてはＮＨ3ガスを供給した。
【０１４０】
ｐ型コンタクト層３０８上に、ｐ型電極３０９を形成する工程を実施した。この工程では、ＮｉおよびＡｕが積層された電極を蒸着法により形成した。次に、基板３０１のｎ型クラッド層３０２を形成した面と反対の面側にｎ型電極３１０を形成する工程を実施した。この工程では、たとえばＴｉおよびＡｌなどが積層された電極を蒸着法により形成した。通常のフォトリソグラフィ技術と半導体プロセス技術を用いることでリッジ幅１．５μｍ、共振器長６００μｍのＬＤチップを作製した。
【０１４１】
上記工程（Ｓ１〜Ｓ４）を実施することによって、ｃ面基板、非極性ａ面基板、ｍ面基板、半極性基板のそれぞれの基板３０１を備えた図８に示すＬＤ３００をそれぞれ製造した。なおストライプ方向はＭ軸方向とした。
【０１４２】
一方、比較例として、活性層３０４のＮ源としてアンモニアを用いてＬＤを製造した。
Ｖ族としてアンモニアを使用した場合のＬＤ３００のフォトルミネッセンス評価では明確なピークが認められなかった。これは活性Ｎの供給量が少なくＩｎＧａＮよりなる活性層にはＩｎの析出や欠陥が発生しているためである。
【０１４３】
Ｖ族としてモノメチルアミンを使用した場合、発振波長５００ｎｍを越えるレーザー発振を確認できた。ｃ面基板、ａ面基板、ｍ面基板、半極性基板を備えたＬＤの発光波長は、それぞれ５００ｎｍ、５２０ｎｍ、５２０ｎｍ、５１０ｎｍで、ブルーシフト量（１ｍＡでのＬＥＤ発光波長と発振波長の差異）は、それぞれ５０ｎｍ、１０ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍであった。パルス測定（パルス幅５μｓｅｃ、ｄｕｔｙ  ０．１％）での閾値電流密度は、それぞれ３０ｋＡ／ｃｍ2、１８ｋＡ／ｃｍ2、１５ｋＡ／ｃｍ2、２２ｋＡ／ｃｍ2であった。モノメチルアミンを用いることで７００℃でも活性な窒素を供給が可能となり、Ｉｎ組成３０％を越える高品質のＩｎＧａＮが成長できた。
【０１４４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法、発光デバイスの製造方法および電子デバイスの製造方法によれば、Ｖ族原料としてＮを供給する場合、および、ドーパントとしてＮを供給する場合に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長した状態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法を示す別のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２における発光デバイスとしてのＬＥＤを示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４における電子デバイスとしてのＳＢＤを示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５における電子デバイスとしてのＨＥＭＴを示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態６における電子デバイスとしての縦型のトランジスタを示す概略断面図である。
【図８】実施例における発光デバイスとしてのＬＤを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１０１  下地基板、１０２  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、２００  ＬＥＤ、２０１，３０１，４０１，５０１，６０１  基板、２０２  ｎ型バッファ層、２０３，３０４  活性層、２０４，３０６  ｐ型電子ブロック層、２０５，３０８  ｐ型コンタクト層、２０６，３０９  ｐ型電極、２０７，３１０  ｎ型電極、３００  ＬＤ、３０２  ｎ型クラッド層、３０３，３０５  アンドープガイド層、３０７  ｐ型クラッド層、３０８  ｐ型コンタクト層、４００  ＳＢＤ、４０２，６０２  ドリフト層、４０３  アノード電極、４０４  カソード電極、５００  ＨＥＭＴ、５０２  バッファ層、５０３  アンドープＧａＮ層、５０４  アンドープＡｌＧａＮ層、５０５，６０６  ソース電極、５０６，６０７  ゲート電極、５０７，６０８  ドレイン電極、６００  トランジスタ、６０３  ウエル領域、６０４  ソース領域、６０５  絶縁膜。
【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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