窒化物半導体素子およびその製造方法
【課題】ｐ型窒化物半導体層を、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成することにより、ｐ型窒化物半導体層のＡｌ組成や残留する水素濃度にかかわらず、アニール後のマグネシウム活性化率を所定値以上とすることができる窒化物半導体素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、前記各ｐ型窒化物半導体層は、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成され、かつ、アニール後のマグネシウム活性化率が、所定値以上であることを特徴とする。
【解決手段】ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、前記各ｐ型窒化物半導体層は、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成され、かつ、アニール後のマグネシウム活性化率が、所定値以上であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子およびその製造方法に関するものであって、特に、窒化物半導体素子中の窒化物半導体層のｐ型化に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体素子を使用した紫外ＬＥＤは、液晶のバックライト、殺菌用、照明用白色ＬＥＤの励起光源および医療用等の用途に用いられることが期待され、盛んに研究および技術開発が行われている。
【０００３】
一般に、紫外ＬＥＤは、例えば、ｎ−ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ活性層、ｐ−ＡｌＧａＮ層およびｐ−ＧａＮコンタクト層を含む積層体を基板上に設けることにより形成される。このような各層の伝導型は、半導体に不純物をドープすることで決定することができる。
【０００４】
しかし、半導体をｐ型化する場合に関しては、単に、半導体にｐ型不純物をドープするだけでは、半導体中の不純物濃度に対するキャリア濃度の割合、すなわち、活性化率の高い半導体を得ることはできない。この理由の１つとしては、半導体成長中に供給されるガスの一部が結晶中に取り込まれて発生したＨ（水素）原子が、結晶中のＮ（窒素）原子と水素結合して電子を放出し、Ｇａ（ガリウム）原子の配置するべき位置に配置されたｐ型不純物であるＭｇ（マグネシウム）原子から放出される正孔と結合して、電気的に補償し合い、結果としてｐ型化のためにドープしたＭｇがアクセプタとして働くのを妨げていることが挙げられる。
【０００５】
そこで、特許文献１は、Ｍｇをドープした窒化ガリウム系化合物半導体層において、前記半導体層を成長させた後アニーリング処理を行うことにより、Ｍｇと結合している水素を熱的に解離させて、Ｍｇがアクセプタとして正常に働くようにすることで、高い活性化率のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を形成する方法について開示する。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３０１３４５号
【０００７】
また、特許文献２は、Ｍｇ等をドープした窒化ガリウム系半導体において、前記半導体を高温で成長させることにより、水素原子がＭｇ等と結合するのを抑制して、Ｍｇ等がアクセプタとして正常に働くようにし、また、前記半導体の形成後に室温まで冷却することにより、クラック等の発生を抑制したｐ型窒化ガリウム系半導体を製造する方法について開示する。
【０００８】
【特許文献２】特許第３３４１９４８号
【０００９】
さらに、特許文献３は、Ｍｇ等をドープした窒化ガリウム系化合物半導体において、前記半導体を成長させた後、水素を吸蔵する能力を有する金属又は合金と共に熱処理することにより、Ｍｇ等がアクセプタとして正常に働くようにし、Ｍｇ等の活性化を促進した、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を製造する方法について開示する。
【００１０】
【特許文献３】特許第３５５５５１２号
【００１１】
しかしながら、特許文献１、２および３に記載したような、従来のｐ型不純物活性化方法では、水素の解離の程度により、各層の活性化率が一義的に決まってしまい、水素の解離が不十分だと十分な活性化率を得ることはできなかった。
【００１２】
ところで、上述したとおり、紫外ＬＥＤの用途として、殺菌用途が挙げられるが、例えば、水銀フリーへの置き換えの要望がある従来の殺菌用の水銀ランプは、およそ２５０ｎｍの紫外光を利用しているのに対して、現在実用化に至っている紫外ＬＥＤの中心波長はおよそ３６５ｎｍであり、これよりも短波長（例えば３５０ｎｍ以下）の紫外ＬＥＤの実用化の例は、その電力―光交換効率の低さから、現状では、ほとんど存在しない。また、樹脂硬化用光源として３２０〜３４０ｎｍレベルの波長を有した紫外ＬＥＤも存在するが、いまだ、効率は低い状態である。
【００１３】
一般に、短波長の紫外ＬＥＤは、コンタクト層を除く各層のＡｌ（アルミニウム）組成を上げることにより達成できるということが知られているが、高いＡｌ組成ではＭｇ自体のイオン化エネルギーが大きくなるため、高い活性化率を得ることは困難であった。
【００１４】
さらに、半導体中のＨは、その表面からの深さによって、離脱性が左右され、深い位置にある層はＨが抜けにくく、水素の解離が不十分で活性化率が低くなる傾向があり、積層体における各層の活性化率を意図的に制御することは困難であった。
【００１５】
すなわち、積層体の各層で最適なキャリア濃度を有する、良好なＬＥＤ素子を作製することは困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、ｐ型窒化物半導体層を、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成することにより、ｐ型窒化物半導体層のＡｌ組成にかかわらず、さらに、アニール後に残留した水素濃度にも依存せず、アニール後のマグネシウム活性化率を所定値以上とすることができ、また、例えば、ｐ型積層体として電子ブロック層、ガイド層、コンタクト層または窓層等の様に、役割の異なる層を積層した場合であっても、各層でそれぞれ最適化したキャリア濃度を有する窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、前記各ｐ型窒化物半導体層は、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成され、かつ、アニール後のマグネシウム活性化率が、所定値以上であることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【００１８】
（２）前記ｐ型積層体は、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ型ＧａＮ層またはｐ型ＡｌＧａＮ層を具え、前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である上記（１）に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【００１９】
（３）前記層中の炭素濃度は、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲である上記（１）または（２）に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【００２０】
（４）前記マグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上である上記（１）、（２）または（３）に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【００２１】
（５）前記層中のマグネシウム濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１の範囲である上記（１）〜（４）のいずれか１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【００２２】
（６）ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子であって、前記各ｐ型窒化物半導体層は、前記層中の炭素濃度が、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲であることを特徴とする窒化物半導体素子。
【００２３】
（７）前記ｐ型積層体は、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ型ＧａＮ層またはｐ型ＡｌＧａＮ層を具え、前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である上記（６）に記載の窒化物半導体素子。
【００２４】
（８）前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．３≦ｘ）である上記（７）に記載の窒化物半導体素子。
【００２５】
（９）前記層中のマグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上である上記（６）、（７）または（８）に記載の窒化物半導体素子。
【００２６】
（１０）前記層中の炭素濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１の範囲である上記（６）〜（９）のいずれか１に記載の窒化物半導体素子。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ｐ型窒化物半導体層を、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成することにより、ｐ型窒化物半導体層のＡｌ組成にかかわらず、アニール後のマグネシウム活性化率を所定値以上とすることができ、また、例えば、ｐ型積層体として電子ブロック層、ガイド層、コンタクト層または窓層等の様に、役割の異なる層を積層した場合であっても、各層でそれぞれ最適化したキャリア濃度を有する窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、本発明の実施形態について説明する。
以下に示す本発明の実施形態では、例として、基板上にｎ−ＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ系活性層、ｐ−ＡｌＧａＮ層およびｐ−ＧａＮコンタクト層を成長させた例について説明するが、前記ＡｌＧａＮ層は、ＡｌＩｎＧａＮ層としてもよく、前記ＧａＮ層は、ＡｌＧａＮ層としてもよい。
【００２９】
前記各層は、成長温度を約８５０〜１１００℃とする低圧若しくは常圧ＭＯＣＶＤ法により結晶成長させることができ、または、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等によっても結晶成長させることができる。
【００３０】
また、反応ガスとして、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、およびＮＨ３を用い、キャリアガスとして、Ｈ２、Ｎ２、またはＨ２とＮ２との混合ガスを用いるのが好ましい。
【００３１】
前記各ｐ型窒化物半導体層は、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成される。
【００３２】
前記マグネシウム（Ｍｇ）を添加するための不純物ガスとしては、例えば、Ｃｐ２Ｍｇ等が挙げられ、前記炭素（Ｃ）を添加するための不純物ガスとしては、ＣＢｒ４またはＣＣｌ４等が挙げられる。
【００３３】
なお、ｐ型不純物として、Ｍｇと荷電子数が同じである亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）等を用いてもよい。
【００３４】
その後のアニール処理は、約６００〜８００℃で行い、処理後の半導体素子は炉冷されるのが好ましい。なお、前記アニール処理は、結晶成長装置内部で行ってもよく、結晶成長装置から取り出した後にアニール炉へ移動させて行ってもよい。
【００３５】
前記層中のマグネシウム活性化率は、所定値以上とする。マグネシウム活性化率とは、層中のマグネシウム濃度に対するキャリア濃度の割合のことをいう。
【００３６】
前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３であるのが好ましい。前記マグネシウム濃度が２×１０１９ｃｍ−３未満だと、良好な活性化率が得られたとしても、キャリア濃度が不足して、十分な発光効率を得ることができないし、３×１０２０ｃｍ−３を超えると、過剰に入ったＭｇが窒素とＭｇ３Ｎ２なる化合物を形成しやすくなり、キャリアの十分な供給が阻害されてしまう。また、前記炭素濃度が１×１０１８ｃｍ−３未満だと、炭素添加による活性化率の向上効果が弱くなり、１×１０２０ｃｍ−３を超えると、過剰な炭素がガリウムの占有位置に入ることによりドナーとして機能し始めて新たにＭｇの正孔と結合、補償して活性化率が下がってしまうからである。炭素添加による活性化率の向上を効果的にあげるには、６×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３であるのがより好ましい。
【００３７】
前記炭素濃度の制御方法としては、不純物ガスとして添加するＣＢｒ４若しくはＣＣｌ４等の量を制御することにより行うことができる。または、炭素濃度を増加させる方法としては、各層の成長前に、ヒドラジン等（たとえば、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨＺ）、化学式（ＣＨ３）２ＮＮＨ２、フェニルヒドラジン（ＰＨＨＺ）、化学式Ｃ６Ｈ５ＮＨＮＨ２、または第３ブチルアミン（ＴＢＡＭ）、化学式Ｎ（Ｃ４Ｈ９）Ｈ２等）を供給して、装置内の雰囲気をＣリッチな状態にしておくことや、装置内の圧力条件を高くすること等が挙げられ、炭素濃度を減少させる方法としては、装置内の圧力条件を低くする、成長速度を速くすること等が挙げられる。
【００３８】
前記層中の炭素濃度は、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲であるのが好ましい。比が０．０５未満だと、炭素を添加することによる効果があまり見られず、比が１を超えると、活性化すべきＭｇ濃度よりも炭素濃度のほうが高くなり、過剰となった炭素原子はＧａサイトに存在する様になり、電子を放出して、Ｍｇから放出された正孔を補償した結果、逆にキャリア濃度が低下し、活性化率が低減するという逆効果をもたらしてしまう。さらに、活性化率を向上させ、効果的にキャリアを供給するという理由から、０．１〜０．７の範囲であるのがさらに好ましい。
【００３９】
前記マグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上であるのが好ましい。前記マグネシウム活性化率が１％未満だと、発光効率が低下するおそれがあり、前記キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３未満だと、順方向電圧が大きくなり、電流効率が低減することが懸念される。
【００４０】
特に、高Ａｌ組成（ｘが０．３以上）では、Ｍｇのイオン化エネルギーが上昇して、活性化率そのものが低下する恐れがあるため、マグネシウム濃度に対して１００％を超えない範囲で、炭素濃度を上げることにより、マグネシウム活性化率を上げるのが好ましい。
【００４１】
前記層中の炭素濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１の範囲であるのが好ましい。比が０．１未満だと、窒素原子と結晶中に侵入した水素原子が水素結合して生成した電子を補償するための十分な炭素が供給されず、活性化率の向上効果が弱くなってしまうためである。また、比が１を超えると、補償すべき水素原子の濃度よりも大きいため、炭素による水素原子の電子補償効果、すなわちＭｇの活性化効果は弱くなってしまう。効果的にキャリアを供給するためには０．２〜０．８の範囲であることがさらに好ましい。
【実施例】
【００４２】
（実験例１）
実施例１
サファイア基板上に、ＬＴ−ＧａＮ層を介して、ｐ−ＧａＮ層（層厚５００ｎｍ）を形成した。成長温度は８５０℃とし、ＭＯＣＶＤ法により、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ２ＭｇおよびＣＢｒ４を供給して成長させた。成長圧力は、２００Ｔｏｒｒとし、その後、Ｎ２雰囲気にて８００℃、３０ｍｉｎのアニール処理を行った。
【００４３】
実施例２
サファイア基板上に、ＬＴ−ＧａＮ層を介して、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（層厚５００ｎｍ、ｘ＝０．３）を形成した。成長温度は８５０℃とし、ＭＯＣＶＤ法により、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ２ＭｇおよびＣＢｒ４を供給して成長させた。成長圧力は、２００Ｔｏｒｒとした。その後、Ｎ２雰囲気にて８００℃、５ｍｉｎのアニール処理を行った。
【００４４】
実施例３
サファイア基板上に、ＬＴ−ＧａＮ層を介して、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（層厚５００ｎｍ、ｘ＝０．５）を形成した。成長温度は８５０℃とし、ＭＯＣＶＤ法により、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ２ＭｇおよびＣＢｒ４を供給して成長させた。成長圧力は、２００Ｔｏｒｒとした。その後、Ｎ２雰囲気にて８００℃、５ｍｉｎのアニール処理を行った。
【００４５】
比較例１
ＣＢｒ４を供給しないこと以外は、実施例１と同様の処理を行った。
【００４６】
比較例２
ＣＢｒ４を供給しないこと以外は、実施例２と同様の処理を行った。
【００４７】
比較例３
ＣＢｒ４を供給しないこと以外は、実施例３と同様の処理を行った。
【００４８】
表１に、実施例１〜３と比較例１〜３における、炭素濃度、マグネシウム濃度、水素濃度、キャリア濃度、マグネシウム活性化率、マグネシウム濃度に対する炭素濃度の比、および水素濃度に対する炭素濃度の比を示す。各元素濃度は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定し、キャリア濃度はホール測定装置により計測した。
【００４９】
【表１】
【００５０】
実施例１〜３と比較例１〜３とをそれぞれ比較すると、いずれもＣＢｒ４の供給を行った本実施例において、キャリア濃度およびマグネシウム活性化率が高く、炭素を追加することによって、水素原子から放出される電子を炭素から放出される正孔で補償することで、マグネシウムを活性化しやすくする効果があることが分かる。また、炭素濃度によって、キャリア濃度を制御できる。実施例３と比較例３を比較すると、実施例３のほうでは比較例３よりも水素濃度が高いにもかかわらず、実施例３のほうで活性化率が向上している。このことは炭素を追加したことによって、マグネシウムの活性化を促したことに他ならない。
【００５１】
（実験例２）
実施例Ａ
３４０ｎｍの波長を持った紫外ＬＥＤを作成するために、図１に示されるように、サファイア基板１上に、ＡｌＮバッファ層２を介して、コンタクト層３、クラッド層４、ガイド層５の順からなる複数のｎ−ＡｌＧａＮ層６（総層厚３０００ｎｍ）、ＡｌＩｎＧａＮ活性層７（総層厚９０ｎｍ）を形成した後、複数のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層８（総層厚２２０ｎｍ）およびｐ−ＧａＮコンタクト層９（層厚２０ｎｍ）を順に積層して形成した。前記複数のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層８は、電子ブロック層１０（層厚２０ｎｍ、ｘ＝０．５）、ガイド層１１（層厚５０ｎｍ、ｘ＝０．４）、クラッド層１２（層厚１５０ｎｍ、ｘ＝０．３）の順に各１層積層させた。
【００５２】
前記複数のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層８のうち、電子ブロック層１０は実施例３、クラッド層１２は実施例２、またｐ−ＧａＮコンタクト層９は実施例１と同様に成長させた。成長温度を８５０℃とし、ＭＯＣＶＤ法によりＨ２、Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＡおよびＣｐ２Ｍｇを供給して成長させた。成長圧力は、２００Ｔｏｒｒとした。
【００５３】
各層で想定されるＭｇ量が３×１０１９〜２×１０２０ｃｍ−３であるため、実施例１〜３の結果を元に、Ｍｇに対するＣ濃度比が０．０１〜１に収まるように、投入ガス流量を調整することによって、炭素濃度を１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３に制御したｐ−ＡｌＧａＮ層およびｐ−ＧａＮコンタクト層を成長させた。その後、冷却と共に反応ガスの供給を停止し、Ｎ２雰囲気にて８００℃、５ｍｉｎのアニールを行い、さらに冷却した。
【００５４】
その後、ドライエッチング法により、ｎ−ＡｌＧａＮ層の一部を露出させ、ｐ、ｎともに電極１３、１４を付して、図２に示す素子構造を作製した。
【００５５】
比較例Ａ
ＣＢｒ４を供給しないこと以外は、実施例Ａと同様の処理を行った。
【００５６】
実施例Ａと比較例ＡについてＩ−Ｖ特性の比較を行ったところ、実施例Ａにおいて、Ｉｆ＝２０ｍＡにてＶｆ＝７．２Ｖであったのに対し、比較例Ａでは、Ｉｆ＝２０ｍＡにおいてＶｆ＝１０．５Ｖという結果が得られ、実施例Ａの方が順電圧が小さく、素子特性が改善されたことがわかる。
【００５７】
図３にＳＩＭＳによる炭素元素の深さ方向濃度プロファイルの結果を示す。横軸は積層体表面からの深さを表し、縦軸は各元素濃度を対数で表したものである。積層した場合でも、各層の炭素元素濃度は、単層の場合と同様の傾向が得られた。コンタクト層９、クラッド層１２、電子ブロック層１０の各濃度は実施例１、２、３と同等の値を示し、各層の成長ごとに炭素濃度をコントロールすることで、表面から深い位置にある層でも、ＣＢｒ４の供給を行わなかったものに比べて水素濃度に対する炭素濃度の比を上げることができた。積層体での各位置でのキャリア濃度の測定は困難であり、活性化率は求められていないが、以上の結果から、単層での炭素、マグネシウム濃度分布の結果を踏まえることにより、積層体においても炭素濃度によって各層のキャリア濃度を制御できることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ｐ型窒化物半導体層を、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成することにより、ｐ型窒化物半導体層のＡｌ組成ないし水素濃度にかかわらず、アニール後のマグネシウム活性化率を所定値以上とすることができ、また、例えば、ｐ型積層体として電子ブロック層、ガイド層、コンタクト層または窓層等の様に、役割の異なる層を積層した場合であっても、各層でそれぞれ最適化したキャリア濃度を有する窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に従う窒化物半導体素子の積層体を示す断面図である。
【図２】本発明に従う窒化物半導体素子の積層体を示す断面図である。
【図３】各元素のＳＩＭＳプロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１ サファイア基板
２ ＡｌＮバッファ層
３ コンタクト層
４ クラッド層
５ ガイド層
６ ｎ−ＡｌＧａＮ層
７ ＩｎＡｌＧａＮ活性層
８ 複数のｐ−ＡｌＧａＮ層
９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０ 電子ブロック層
１１ ガイド層
１２ クラッド層
１３ ｐ−電極層
１４ ｎ−電極層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子およびその製造方法に関するものであって、特に、窒化物半導体素子中の窒化物半導体層のｐ型化に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体素子を使用した紫外ＬＥＤは、液晶のバックライト、殺菌用、照明用白色ＬＥＤの励起光源および医療用等の用途に用いられることが期待され、盛んに研究および技術開発が行われている。
【０００３】
一般に、紫外ＬＥＤは、例えば、ｎ−ＡｌＧａＮ層、ＡｌＩｎＧａＮ活性層、ｐ−ＡｌＧａＮ層およびｐ−ＧａＮコンタクト層を含む積層体を基板上に設けることにより形成される。このような各層の伝導型は、半導体に不純物をドープすることで決定することができる。
【０００４】
しかし、半導体をｐ型化する場合に関しては、単に、半導体にｐ型不純物をドープするだけでは、半導体中の不純物濃度に対するキャリア濃度の割合、すなわち、活性化率の高い半導体を得ることはできない。この理由の１つとしては、半導体成長中に供給されるガスの一部が結晶中に取り込まれて発生したＨ（水素）原子が、結晶中のＮ（窒素）原子と水素結合して電子を放出し、Ｇａ（ガリウム）原子の配置するべき位置に配置されたｐ型不純物であるＭｇ（マグネシウム）原子から放出される正孔と結合して、電気的に補償し合い、結果としてｐ型化のためにドープしたＭｇがアクセプタとして働くのを妨げていることが挙げられる。
【０００５】
そこで、特許文献１は、Ｍｇをドープした窒化ガリウム系化合物半導体層において、前記半導体層を成長させた後アニーリング処理を行うことにより、Ｍｇと結合している水素を熱的に解離させて、Ｍｇがアクセプタとして正常に働くようにすることで、高い活性化率のｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を形成する方法について開示する。
【０００６】
【特許文献１】特許第３３０１３４５号
【０００７】
また、特許文献２は、Ｍｇ等をドープした窒化ガリウム系半導体において、前記半導体を高温で成長させることにより、水素原子がＭｇ等と結合するのを抑制して、Ｍｇ等がアクセプタとして正常に働くようにし、また、前記半導体の形成後に室温まで冷却することにより、クラック等の発生を抑制したｐ型窒化ガリウム系半導体を製造する方法について開示する。
【０００８】
【特許文献２】特許第３３４１９４８号
【０００９】
さらに、特許文献３は、Ｍｇ等をドープした窒化ガリウム系化合物半導体において、前記半導体を成長させた後、水素を吸蔵する能力を有する金属又は合金と共に熱処理することにより、Ｍｇ等がアクセプタとして正常に働くようにし、Ｍｇ等の活性化を促進した、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を製造する方法について開示する。
【００１０】
【特許文献３】特許第３５５５５１２号
【００１１】
しかしながら、特許文献１、２および３に記載したような、従来のｐ型不純物活性化方法では、水素の解離の程度により、各層の活性化率が一義的に決まってしまい、水素の解離が不十分だと十分な活性化率を得ることはできなかった。
【００１２】
ところで、上述したとおり、紫外ＬＥＤの用途として、殺菌用途が挙げられるが、例えば、水銀フリーへの置き換えの要望がある従来の殺菌用の水銀ランプは、およそ２５０ｎｍの紫外光を利用しているのに対して、現在実用化に至っている紫外ＬＥＤの中心波長はおよそ３６５ｎｍであり、これよりも短波長（例えば３５０ｎｍ以下）の紫外ＬＥＤの実用化の例は、その電力―光交換効率の低さから、現状では、ほとんど存在しない。また、樹脂硬化用光源として３２０〜３４０ｎｍレベルの波長を有した紫外ＬＥＤも存在するが、いまだ、効率は低い状態である。
【００１３】
一般に、短波長の紫外ＬＥＤは、コンタクト層を除く各層のＡｌ（アルミニウム）組成を上げることにより達成できるということが知られているが、高いＡｌ組成ではＭｇ自体のイオン化エネルギーが大きくなるため、高い活性化率を得ることは困難であった。
【００１４】
さらに、半導体中のＨは、その表面からの深さによって、離脱性が左右され、深い位置にある層はＨが抜けにくく、水素の解離が不十分で活性化率が低くなる傾向があり、積層体における各層の活性化率を意図的に制御することは困難であった。
【００１５】
すなわち、積層体の各層で最適なキャリア濃度を有する、良好なＬＥＤ素子を作製することは困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、ｐ型窒化物半導体層を、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成することにより、ｐ型窒化物半導体層のＡｌ組成にかかわらず、さらに、アニール後に残留した水素濃度にも依存せず、アニール後のマグネシウム活性化率を所定値以上とすることができ、また、例えば、ｐ型積層体として電子ブロック層、ガイド層、コンタクト層または窓層等の様に、役割の異なる層を積層した場合であっても、各層でそれぞれ最適化したキャリア濃度を有する窒化物半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、前記各ｐ型窒化物半導体層は、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成され、かつ、アニール後のマグネシウム活性化率が、所定値以上であることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【００１８】
（２）前記ｐ型積層体は、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ型ＧａＮ層またはｐ型ＡｌＧａＮ層を具え、前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である上記（１）に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【００１９】
（３）前記層中の炭素濃度は、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲である上記（１）または（２）に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【００２０】
（４）前記マグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上である上記（１）、（２）または（３）に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【００２１】
（５）前記層中のマグネシウム濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１の範囲である上記（１）〜（４）のいずれか１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【００２２】
（６）ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子であって、前記各ｐ型窒化物半導体層は、前記層中の炭素濃度が、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲であることを特徴とする窒化物半導体素子。
【００２３】
（７）前記ｐ型積層体は、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ型ＧａＮ層またはｐ型ＡｌＧａＮ層を具え、前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である上記（６）に記載の窒化物半導体素子。
【００２４】
（８）前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．３≦ｘ）である上記（７）に記載の窒化物半導体素子。
【００２５】
（９）前記層中のマグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上である上記（６）、（７）または（８）に記載の窒化物半導体素子。
【００２６】
（１０）前記層中の炭素濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１の範囲である上記（６）〜（９）のいずれか１に記載の窒化物半導体素子。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ｐ型窒化物半導体層を、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成することにより、ｐ型窒化物半導体層のＡｌ組成にかかわらず、アニール後のマグネシウム活性化率を所定値以上とすることができ、また、例えば、ｐ型積層体として電子ブロック層、ガイド層、コンタクト層または窓層等の様に、役割の異なる層を積層した場合であっても、各層でそれぞれ最適化したキャリア濃度を有する窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、本発明の実施形態について説明する。
以下に示す本発明の実施形態では、例として、基板上にｎ−ＡｌＧａＮ層、ＡｌＧａＮ系活性層、ｐ−ＡｌＧａＮ層およびｐ−ＧａＮコンタクト層を成長させた例について説明するが、前記ＡｌＧａＮ層は、ＡｌＩｎＧａＮ層としてもよく、前記ＧａＮ層は、ＡｌＧａＮ層としてもよい。
【００２９】
前記各層は、成長温度を約８５０〜１１００℃とする低圧若しくは常圧ＭＯＣＶＤ法により結晶成長させることができ、または、ＭＯＶＰＥ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等によっても結晶成長させることができる。
【００３０】
また、反応ガスとして、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、およびＮＨ３を用い、キャリアガスとして、Ｈ２、Ｎ２、またはＨ２とＮ２との混合ガスを用いるのが好ましい。
【００３１】
前記各ｐ型窒化物半導体層は、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成される。
【００３２】
前記マグネシウム（Ｍｇ）を添加するための不純物ガスとしては、例えば、Ｃｐ２Ｍｇ等が挙げられ、前記炭素（Ｃ）を添加するための不純物ガスとしては、ＣＢｒ４またはＣＣｌ４等が挙げられる。
【００３３】
なお、ｐ型不純物として、Ｍｇと荷電子数が同じである亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）等を用いてもよい。
【００３４】
その後のアニール処理は、約６００〜８００℃で行い、処理後の半導体素子は炉冷されるのが好ましい。なお、前記アニール処理は、結晶成長装置内部で行ってもよく、結晶成長装置から取り出した後にアニール炉へ移動させて行ってもよい。
【００３５】
前記層中のマグネシウム活性化率は、所定値以上とする。マグネシウム活性化率とは、層中のマグネシウム濃度に対するキャリア濃度の割合のことをいう。
【００３６】
前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３であるのが好ましい。前記マグネシウム濃度が２×１０１９ｃｍ−３未満だと、良好な活性化率が得られたとしても、キャリア濃度が不足して、十分な発光効率を得ることができないし、３×１０２０ｃｍ−３を超えると、過剰に入ったＭｇが窒素とＭｇ３Ｎ２なる化合物を形成しやすくなり、キャリアの十分な供給が阻害されてしまう。また、前記炭素濃度が１×１０１８ｃｍ−３未満だと、炭素添加による活性化率の向上効果が弱くなり、１×１０２０ｃｍ−３を超えると、過剰な炭素がガリウムの占有位置に入ることによりドナーとして機能し始めて新たにＭｇの正孔と結合、補償して活性化率が下がってしまうからである。炭素添加による活性化率の向上を効果的にあげるには、６×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３であるのがより好ましい。
【００３７】
前記炭素濃度の制御方法としては、不純物ガスとして添加するＣＢｒ４若しくはＣＣｌ４等の量を制御することにより行うことができる。または、炭素濃度を増加させる方法としては、各層の成長前に、ヒドラジン等（たとえば、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨＺ）、化学式（ＣＨ３）２ＮＮＨ２、フェニルヒドラジン（ＰＨＨＺ）、化学式Ｃ６Ｈ５ＮＨＮＨ２、または第３ブチルアミン（ＴＢＡＭ）、化学式Ｎ（Ｃ４Ｈ９）Ｈ２等）を供給して、装置内の雰囲気をＣリッチな状態にしておくことや、装置内の圧力条件を高くすること等が挙げられ、炭素濃度を減少させる方法としては、装置内の圧力条件を低くする、成長速度を速くすること等が挙げられる。
【００３８】
前記層中の炭素濃度は、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲であるのが好ましい。比が０．０５未満だと、炭素を添加することによる効果があまり見られず、比が１を超えると、活性化すべきＭｇ濃度よりも炭素濃度のほうが高くなり、過剰となった炭素原子はＧａサイトに存在する様になり、電子を放出して、Ｍｇから放出された正孔を補償した結果、逆にキャリア濃度が低下し、活性化率が低減するという逆効果をもたらしてしまう。さらに、活性化率を向上させ、効果的にキャリアを供給するという理由から、０．１〜０．７の範囲であるのがさらに好ましい。
【００３９】
前記マグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上であるのが好ましい。前記マグネシウム活性化率が１％未満だと、発光効率が低下するおそれがあり、前記キャリア濃度が１×１０１８ｃｍ−３未満だと、順方向電圧が大きくなり、電流効率が低減することが懸念される。
【００４０】
特に、高Ａｌ組成（ｘが０．３以上）では、Ｍｇのイオン化エネルギーが上昇して、活性化率そのものが低下する恐れがあるため、マグネシウム濃度に対して１００％を超えない範囲で、炭素濃度を上げることにより、マグネシウム活性化率を上げるのが好ましい。
【００４１】
前記層中の炭素濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１の範囲であるのが好ましい。比が０．１未満だと、窒素原子と結晶中に侵入した水素原子が水素結合して生成した電子を補償するための十分な炭素が供給されず、活性化率の向上効果が弱くなってしまうためである。また、比が１を超えると、補償すべき水素原子の濃度よりも大きいため、炭素による水素原子の電子補償効果、すなわちＭｇの活性化効果は弱くなってしまう。効果的にキャリアを供給するためには０．２〜０．８の範囲であることがさらに好ましい。
【実施例】
【００４２】
（実験例１）
実施例１
サファイア基板上に、ＬＴ−ＧａＮ層を介して、ｐ−ＧａＮ層（層厚５００ｎｍ）を形成した。成長温度は８５０℃とし、ＭＯＣＶＤ法により、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ２ＭｇおよびＣＢｒ４を供給して成長させた。成長圧力は、２００Ｔｏｒｒとし、その後、Ｎ２雰囲気にて８００℃、３０ｍｉｎのアニール処理を行った。
【００４３】
実施例２
サファイア基板上に、ＬＴ−ＧａＮ層を介して、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（層厚５００ｎｍ、ｘ＝０．３）を形成した。成長温度は８５０℃とし、ＭＯＣＶＤ法により、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ２ＭｇおよびＣＢｒ４を供給して成長させた。成長圧力は、２００Ｔｏｒｒとした。その後、Ｎ２雰囲気にて８００℃、５ｍｉｎのアニール処理を行った。
【００４４】
実施例３
サファイア基板上に、ＬＴ−ＧａＮ層を介して、ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（層厚５００ｎｍ、ｘ＝０．５）を形成した。成長温度は８５０℃とし、ＭＯＣＶＤ法により、Ｈ２、Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＡ、Ｃｐ２ＭｇおよびＣＢｒ４を供給して成長させた。成長圧力は、２００Ｔｏｒｒとした。その後、Ｎ２雰囲気にて８００℃、５ｍｉｎのアニール処理を行った。
【００４５】
比較例１
ＣＢｒ４を供給しないこと以外は、実施例１と同様の処理を行った。
【００４６】
比較例２
ＣＢｒ４を供給しないこと以外は、実施例２と同様の処理を行った。
【００４７】
比較例３
ＣＢｒ４を供給しないこと以外は、実施例３と同様の処理を行った。
【００４８】
表１に、実施例１〜３と比較例１〜３における、炭素濃度、マグネシウム濃度、水素濃度、キャリア濃度、マグネシウム活性化率、マグネシウム濃度に対する炭素濃度の比、および水素濃度に対する炭素濃度の比を示す。各元素濃度は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定し、キャリア濃度はホール測定装置により計測した。
【００４９】
【表１】
【００５０】
実施例１〜３と比較例１〜３とをそれぞれ比較すると、いずれもＣＢｒ４の供給を行った本実施例において、キャリア濃度およびマグネシウム活性化率が高く、炭素を追加することによって、水素原子から放出される電子を炭素から放出される正孔で補償することで、マグネシウムを活性化しやすくする効果があることが分かる。また、炭素濃度によって、キャリア濃度を制御できる。実施例３と比較例３を比較すると、実施例３のほうでは比較例３よりも水素濃度が高いにもかかわらず、実施例３のほうで活性化率が向上している。このことは炭素を追加したことによって、マグネシウムの活性化を促したことに他ならない。
【００５１】
（実験例２）
実施例Ａ
３４０ｎｍの波長を持った紫外ＬＥＤを作成するために、図１に示されるように、サファイア基板１上に、ＡｌＮバッファ層２を介して、コンタクト層３、クラッド層４、ガイド層５の順からなる複数のｎ−ＡｌＧａＮ層６（総層厚３０００ｎｍ）、ＡｌＩｎＧａＮ活性層７（総層厚９０ｎｍ）を形成した後、複数のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層８（総層厚２２０ｎｍ）およびｐ−ＧａＮコンタクト層９（層厚２０ｎｍ）を順に積層して形成した。前記複数のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層８は、電子ブロック層１０（層厚２０ｎｍ、ｘ＝０．５）、ガイド層１１（層厚５０ｎｍ、ｘ＝０．４）、クラッド層１２（層厚１５０ｎｍ、ｘ＝０．３）の順に各１層積層させた。
【００５２】
前記複数のｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層８のうち、電子ブロック層１０は実施例３、クラッド層１２は実施例２、またｐ−ＧａＮコンタクト層９は実施例１と同様に成長させた。成長温度を８５０℃とし、ＭＯＣＶＤ法によりＨ２、Ｎ２、ＮＨ３、ＴＭＧ、ＴＭＡおよびＣｐ２Ｍｇを供給して成長させた。成長圧力は、２００Ｔｏｒｒとした。
【００５３】
各層で想定されるＭｇ量が３×１０１９〜２×１０２０ｃｍ−３であるため、実施例１〜３の結果を元に、Ｍｇに対するＣ濃度比が０．０１〜１に収まるように、投入ガス流量を調整することによって、炭素濃度を１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３に制御したｐ−ＡｌＧａＮ層およびｐ−ＧａＮコンタクト層を成長させた。その後、冷却と共に反応ガスの供給を停止し、Ｎ２雰囲気にて８００℃、５ｍｉｎのアニールを行い、さらに冷却した。
【００５４】
その後、ドライエッチング法により、ｎ−ＡｌＧａＮ層の一部を露出させ、ｐ、ｎともに電極１３、１４を付して、図２に示す素子構造を作製した。
【００５５】
比較例Ａ
ＣＢｒ４を供給しないこと以外は、実施例Ａと同様の処理を行った。
【００５６】
実施例Ａと比較例ＡについてＩ−Ｖ特性の比較を行ったところ、実施例Ａにおいて、Ｉｆ＝２０ｍＡにてＶｆ＝７．２Ｖであったのに対し、比較例Ａでは、Ｉｆ＝２０ｍＡにおいてＶｆ＝１０．５Ｖという結果が得られ、実施例Ａの方が順電圧が小さく、素子特性が改善されたことがわかる。
【００５７】
図３にＳＩＭＳによる炭素元素の深さ方向濃度プロファイルの結果を示す。横軸は積層体表面からの深さを表し、縦軸は各元素濃度を対数で表したものである。積層した場合でも、各層の炭素元素濃度は、単層の場合と同様の傾向が得られた。コンタクト層９、クラッド層１２、電子ブロック層１０の各濃度は実施例１、２、３と同等の値を示し、各層の成長ごとに炭素濃度をコントロールすることで、表面から深い位置にある層でも、ＣＢｒ４の供給を行わなかったものに比べて水素濃度に対する炭素濃度の比を上げることができた。積層体での各位置でのキャリア濃度の測定は困難であり、活性化率は求められていないが、以上の結果から、単層での炭素、マグネシウム濃度分布の結果を踏まえることにより、積層体においても炭素濃度によって各層のキャリア濃度を制御できることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、ｐ型窒化物半導体層を、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成することにより、ｐ型窒化物半導体層のＡｌ組成ないし水素濃度にかかわらず、アニール後のマグネシウム活性化率を所定値以上とすることができ、また、例えば、ｐ型積層体として電子ブロック層、ガイド層、コンタクト層または窓層等の様に、役割の異なる層を積層した場合であっても、各層でそれぞれ最適化したキャリア濃度を有する窒化物半導体素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に従う窒化物半導体素子の積層体を示す断面図である。
【図２】本発明に従う窒化物半導体素子の積層体を示す断面図である。
【図３】各元素のＳＩＭＳプロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１ サファイア基板
２ ＡｌＮバッファ層
３ コンタクト層
４ クラッド層
５ ガイド層
６ ｎ−ＡｌＧａＮ層
７ ＩｎＡｌＧａＮ活性層
８ 複数のｐ−ＡｌＧａＮ層
９ ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０ 電子ブロック層
１１ ガイド層
１２ クラッド層
１３ ｐ−電極層
１４ ｎ−電極層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
前記各ｐ型窒化物半導体層は、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成され、かつ、アニール後のマグネシウム活性化率が、所定値以上であることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記ｐ型積層体は、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ型ＧａＮ層またはｐ型ＡｌＧａＮ層を具え、
前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記層中の炭素濃度は、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲である請求項１または２に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記マグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上である請求項１、２または３に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記層中の炭素濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１である請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子であって、
前記各ｐ型窒化物半導体層は、前記層中の炭素濃度が、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲であることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記ｐ型積層体は、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ型ＧａＮ層またはｐ型ＡｌＧａＮ層を具え、
前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である請求項６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．３≦ｘ）である請求項７に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記層中のマグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上である請求項６、７または８に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記層中の炭素濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１である請求項６〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１】
ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子の製造方法であって、
前記各ｐ型窒化物半導体層は、マグネシウムおよび炭素を、それらマグネシウムと炭素の層中の濃度比が所定の濃度比になるようにドープすることによって形成され、かつ、アニール後のマグネシウム活性化率が、所定値以上であることを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記ｐ型積層体は、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ型ＧａＮ層またはｐ型ＡｌＧａＮ層を具え、
前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である請求項１に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記層中の炭素濃度は、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲である請求項１または２に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記マグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上である請求項１、２または３に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記層中の炭素濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１である請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で表されるｐ型窒化物半導体層を複数層積層してなるｐ型積層体を有する窒化物半導体素子であって、
前記各ｐ型窒化物半導体層は、前記層中の炭素濃度が、マグネシウム濃度に対する比で０．０５〜１の範囲であることを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記ｐ型積層体は、前記ｐ型窒化物半導体層として、ｐ型ＧａＮ層またはｐ型ＡｌＧａＮ層を具え、
前記層中のマグネシウム濃度は２×１０１９〜３×１０２０ｃｍ−３であり、かつ、炭素濃度は１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である請求項６に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．３≦ｘ）である請求項７に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記層中のマグネシウム活性化率は１％以上であり、かつ、キャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３以上である請求項６、７または８に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
前記層中の炭素濃度は、層中の水素濃度に対する比で０．１〜１である請求項６〜９のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１５２４４８（Ｐ２００９−１５２４４８Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３０１６５（Ｐ２００７−３３０１６５）
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２１日（２００７．１２．２１）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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