JP2011108962A

JP2011108962A - Photodiode and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP2011108962A
Application number: JP2009264504A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Nagao; 宣明長尾; Takahiro Hamada; 貴裕濱田; Teruhiro Ito; 彰宏伊藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-06-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that, when graphite as a non-single crystal substrate is used as a substrate for forming a nitride semiconductor thin film such as GaN, the GaN thin film becomes polysilicon and causes many defectives in a crystal, and thus, the graphite is not used for a photodiode. <P>SOLUTION: This manufacturing method forms an amorphous carbon layer on a graphite substrate, a c-axis orientation film of AlN grown by an MOCVD method on the amorphous carbon layer, a low-temperature growing buffer layer formed of GaN on the AlN layer, an n-type GaN layer formed on the low-temperature growing buffer layer, a light absorbing layer formed of In<SB>x</SB>Ga<SB>1-x</SB>N or Al<SB>y</SB>Ga<SB>1-y</SB>N formed on the n-type GaN layer, a p-type GaN layer formed on the light absorbing layer, and a p-type GaN contact layer formed on the p-type GaN layer. By forming the photodiode directly on the graphite substrate, the photodiode having excellent characteristics can be obtained at a low cost. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体により構成されるフォトダイオードに関する。 The present invention relates to a photodiode composed of a nitride semiconductor.

近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物半導体により構成される半導体素子の集中的な研究開発がされている。窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＮ、窒化インジウム（ＩｎＮ）およびそれらの混晶体からなる窒化物半導体は、その膜組成を制御することによって、紫外あるいは青色から赤外線領域までの幅広い波長領域において光を吸収することができる。これらの窒化物半導体は、直接遷移の特性を有し、かつその光吸収係数が高く、具体的には１０⁴から１０⁵である。さらに、半導体受光素子材料として広く用いられているシリコン（Ｓｉ）に比べて、これらの窒化半導体の光吸収係数は２桁以上高い。その為、その応用例として窒化物半導体を用いたフォトダイオードが提案されている（非特許文献１を参照）。 In recent years, intensive research and development have been conducted on semiconductor elements composed of nitride semiconductors typified by gallium nitride (GaN). Nitride semiconductors composed of aluminum nitride (AlN), GaN, indium nitride (InN) and mixed crystals thereof absorb light in a wide wavelength range from ultraviolet or blue to infrared by controlling the film composition. be able to. These nitride semiconductors have direct transition characteristics and have a high light absorption coefficient, specifically 10 ⁴ to 10 ⁵ . Furthermore, the light absorption coefficient of these nitride semiconductors is two orders of magnitude higher than that of silicon (Si), which is widely used as a semiconductor light receiving element material. Therefore, a photodiode using a nitride semiconductor has been proposed as an application example thereof (see Non-Patent Document 1).

図１１は、従来例に係る窒化物半導体からなるフォトダイオードの断面構成を示している。図１１に示すように、従来のフォトダイオードは、主面の面方位が（０００１）面のサファイア基板１の主面上に順次成長した、ｎ⁺型ＧａＮ層２、ｎ型ＧａＮ層３およびｐ型ＡｌＧａＮ層４を備えている。ｐ型ＡｌＧａＮ層４上にｐ側電極１０９が形成されている。ｎ⁺型ＧａＮ層２上に選択的に露出された表面にはｎ側電極１１０が形成されている。 FIG. 11 shows a cross-sectional configuration of a photodiode made of a nitride semiconductor according to a conventional example. As shown in FIG. 11, the conventional photodiode has an n ⁺ -type GaN layer 2, an n-type GaN layer 3, and a p-type grown sequentially on the main surface of a sapphire substrate 1 whose main surface has a (0001) plane orientation. A type AlGaN layer 4 is provided. A p-side electrode 109 is formed on the p-type AlGaN layer 4. An n-side electrode 110 is formed on the surface selectively exposed on the n ⁺ -type GaN layer 2.

この従来例によれば、格子欠陥や貫通欠陥に起因した非発光遷移によるキャリア再結合を抑制する為に、結晶中の欠陥が非常に少ない窒化物半導体薄膜を作製しなければならない。このため、サファイア等の単結晶基板を必要としたため、高コストの問題がある。 According to this conventional example, a nitride semiconductor thin film with very few defects in the crystal must be produced in order to suppress carrier recombination due to non-emissive transition caused by lattice defects and through defects. For this reason, since a single crystal substrate such as sapphire is required, there is a problem of high cost.

この問題を解決するために、グラファイトを基板として使用し、パルススパッタ法によってグラファイト上に多結晶の窒化物半導体薄膜を作製する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。 In order to solve this problem, a method of using a graphite as a substrate and producing a polycrystalline nitride semiconductor thin film on graphite by a pulse sputtering method has been proposed (for example, Patent Document 1).

特開２００９−２００２０７号公報JP 2009-200207 A

Ｈ．Ｍｏｒｋｏｃ，“ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＮｉｔｒｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｎｄＤｅｖｉｃ３”，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨＶｅｒｌａｇＧｍｂＨ＆Ｃｏ．，（２００９）ｐ７１６H. Morkoc, “Handbook of Nitride Semiconductors and Devices 3”, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. , (2009) p716

しかし、パルススパッタ法によってグラファイト上に作製したＧａＮ薄膜は多結晶体であるため、当該薄膜は多くの欠陥を有する。当該欠陥のため、当該ＧａＮ薄膜は、フォトダイオードおよび発光ダイオード（ＬＥＤ）には適していない。さらに、スパッタリング法によって形成した窒化物半導体薄膜は、成膜時の放電プラズマによって大きなダメージを受けているため、当該薄膜の結晶は非常に多くの欠陥を有することが良く知られている。このため、特許文献１に開示されているパルススパッタ法による窒化物半導体の作製方法によれば、フォトダイオードを作製する際に必要不可欠となるｐ型ＡｌＧａＮを作製することは非常に困難である。 However, since the GaN thin film produced on the graphite by the pulse sputtering method is a polycrystalline body, the thin film has many defects. Due to the defects, the GaN thin film is not suitable for photodiodes and light emitting diodes (LEDs). Furthermore, since the nitride semiconductor thin film formed by the sputtering method is greatly damaged by the discharge plasma during film formation, it is well known that the crystal of the thin film has a large number of defects. For this reason, according to the method of manufacturing a nitride semiconductor by the pulse sputtering method disclosed in Patent Document 1, it is very difficult to manufacture p-type AlGaN that is indispensable when manufacturing a photodiode.

本発明の目的は、非単結晶基板であるグラファイト基板を用い、半導体素子の製造に最も適した有機金属化学気相成長（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法によって、低コストかつ高性能な窒化物フォトダイオードを提供することである。 An object of the present invention is to use a graphite substrate which is a non-single-crystal substrate, and perform low-cost and high-performance nitriding by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method which is most suitable for manufacturing semiconductor devices. An object photodiode is provided.

本発明のフォトダイオードは、グラファイト基板上にアモルファスカーボン層を設け、前記アモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮのｃ軸配向膜を成長させた後、前記ＡｌＮ層上にＧａＮの低温成長バッファ層を形成し、前記低温成長バッファ層上にｎ型ＧａＮ層を形成し、前記ｎ型ＧａＮ層上にＩｎ_xＧａ_1-xＮあるいはＡｌ_yＧａ_1-yＮからなる光吸収層を形成し、前記光吸収層上にｐ型ＧａＮ層を形成し、前記ｐ型ＧａＮ層上にｐ型ＧａＮコンタクト層を形成し、前記ＡｌＮ層に対してその上に形成した前記低温成長バッファ層、前記光吸収層、前記ｐ型ＧａＮ層および前記ｐ型ＧａＮコンタクト層がエピタキシャル成長した構成を有する。 In the photodiode of the present invention, an amorphous carbon layer is provided on a graphite substrate, a c-axis oriented film of AlN is grown on the amorphous carbon layer by MOCVD, and then a low-temperature growth buffer layer of GaN is formed on the AlN layer. Forming an n-type GaN layer on the low-temperature growth buffer layer, forming a light absorption layer made of In _x Ga _1-x N or Al _y Ga _1-y N on the n-type GaN layer, Forming a p-type GaN layer on the light absorption layer; forming a p-type GaN contact layer on the p-type GaN layer; and forming the low-temperature growth buffer layer on the AlN layer, the light absorption layer The p-type GaN layer and the p-type GaN contact layer are epitaxially grown.

当該構成によって、グラファイト基板上に、ＭＯＣＶＤによってＡｌＮとＧａＮがｃ軸配向した欠陥の少ない高品位な窒化物半導体薄膜を形成し、グラファイト基板上に直接フォトダイオードを作製することができる。 With this configuration, a high-quality nitride semiconductor thin film with few defects in which AlN and GaN are c-axis oriented by MOCVD can be formed on a graphite substrate, and a photodiode can be fabricated directly on the graphite substrate.

グラファイト基板上に設けられたアモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮからなるｃ軸配向膜が形成されているので、本発明のフォトダイオードは、グラファイト基板上にＭＯＣＶＤによって直接的に作成され得る。このため、低コストであり、かつ優れた特性を有するフォトダイオードが実現される。 Since the c-axis alignment film made of AlN is formed on the amorphous carbon layer provided on the graphite substrate by MOCVD, the photodiode of the present invention can be directly formed on the graphite substrate by MOCVD. For this reason, a photodiode having low cost and excellent characteristics is realized.

以下の「図面の簡単な説明」の項目において、用語「写真」は「像(image)」を意味する。 In the following section “Brief description of the drawings”, the term “photo” means “image”.

実施の形態１におけるフォトダイオードの断面構成図Cross-sectional configuration diagram of the photodiode in the first embodiment 実施の形態１におけるフォトダイオードの製造方法の工程順の断面構成図Sectional configuration diagram in order of steps of manufacturing method of photodiode in embodiment 1 （ａ）実施の形態１における表面処理を行っていないグラファイト基板上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮを堆積した際の表面ＳＥＭ観察写真（ｂ）実施の形態１におけるアモルファスカーボン層を設けたグラファイト基板上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮを堆積した際の表面ＳＥＭ観察写真(A) Surface SEM observation photograph when AlN is deposited on the graphite substrate not subjected to the surface treatment in the first embodiment by the MOCVD method. (B) MOCVD on the graphite substrate provided with the amorphous carbon layer in the first embodiment. SEM observation photograph when depositing AlN by the method （ａ）実施の形態１におけるグラファイト基板とＡｌＮ層界面付近の断面ＴＥＭ観察写真（ｂ）実施の形態１におけるグラファイト基板とＡｌＮ層界面付近の高分解能ＴＥＭによる格子写真(A) Cross-sectional TEM observation photograph near the interface between the graphite substrate and the AlN layer in the first embodiment (b) Lattice photograph by high-resolution TEM near the interface between the graphite substrate and the AlN layer in the first embodiment 実施の形態１におけるグラファイト基板上に作製したＧａＮ薄膜のフォトルミネッセンス測定結果を示すグラフA graph showing a photoluminescence measurement result of a GaN thin film formed on a graphite substrate in the first embodiment 実施の形態１におけるグラファイト基板上に作製したフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示すグラフGraph showing the IV characteristics of the photodiode manufactured on the graphite substrate in the first embodiment 実施の形態２におけるフォトダイオードの断面構成図Cross-sectional configuration diagram of the photodiode in the second embodiment 実施の形態２におけるｐ型ＧａＮ薄膜上に液相合成によって成長させたＺｎＯ薄膜の表面ＳＥＭ観察写真Surface SEM observation photograph of ZnO thin film grown by liquid phase synthesis on p-type GaN thin film in Embodiment 2 実施の形態２におけるｐ型ＧａＮ薄膜上に液相合成によって成長させたＺｎＯ薄膜のＸＲＤによる（０００６）ピークのロッキングカーブを示すグラフA graph showing a rocking curve of a (0006) peak by XRD of a ZnO thin film grown by liquid phase synthesis on a p-type GaN thin film in the second embodiment 実施の形態２におけるアバランシェフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示すグラフGraph showing the IV characteristics of the avalanche photodiode in the second embodiment 従来のアバランシェフォトダイオードの断面構成図Cross-sectional configuration diagram of a conventional avalanche photodiode

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるフォトダイオードの断面構成図を示す。図１において、１０１はグラファイト基板を指し示す。１０２はグラファイト基板１０１表面を酸素アッシング処理によってアモルファス化して形成されたアモルファスカーボン層を指し示す。１０３は、アモルファスカーボン層１０２上にＭＯＣＶＤによって形成されたＡｌＮ層を指し示す。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram of a photodiode according to the first embodiment. In FIG. 1, 101 indicates a graphite substrate. Reference numeral 102 denotes an amorphous carbon layer formed by amorphizing the surface of the graphite substrate 101 by oxygen ashing. Reference numeral 103 denotes an AlN layer formed on the amorphous carbon layer 102 by MOCVD.

１０４は、ＡｌＮ層１０３上にＭＯＣＶＤによって形成されたＧａＮの低温成長バッファ層を指し示す。１０５は、低温成長バッファ層１０４上に形成されたｎ型ＧａＮ層を指し示す。 Reference numeral 104 denotes a low-temperature growth buffer layer of GaN formed on the AlN layer 103 by MOCVD. Reference numeral 105 denotes an n-type GaN layer formed on the low temperature growth buffer layer 104.

１０６は、ｎ型ＧａＮ層１０５上に形成されたＩｎ_xＧａ_1-xＮまたはＡｌ_yＧａ_1-yＮからなる光吸収層を指し示す。１０７は、光吸収層１０６上に形成されたｐ型ＧａＮ層を指し示す。１０８は、ｐ型ＧａＮ層１０７上に形成されたｐ型ＧａＮコンタクト層を指し示す。低温成長バッファ層１０４、ｎ型ＧａＮ層１０５、光吸収層１０６、ｐ型ＧａＮ層１０７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０８は、ＡｌＮ層１０３上にエピタキシャル成長法により形成される。 Reference numeral 106 denotes a light absorption layer made of In _x Ga _1-x N or Al _y Ga _1-y N formed on the n-type GaN layer 105. Reference numeral 107 denotes a p-type GaN layer formed on the light absorption layer 106. Reference numeral 108 denotes a p-type GaN contact layer formed on the p-type GaN layer 107. The low-temperature growth buffer layer 104, the n-type GaN layer 105, the light absorption layer 106, the p-type GaN layer 107, and the p-type GaN contact layer 108 are formed on the AlN layer 103 by an epitaxial growth method.

ｐ型コンタクト層１０８の上には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明電極またはニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）からなる透明電極１０９が積層されている。この透明電極はｐ側電極１０９として機能する。ｎ型ＧａＮ層１０５に露出する面には、ｎ側電極１１０が形成されている。一例として、ｎ側電極１１０はチタン（Ｔｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）積層膜から構成される。 On the p-type contact layer 108, a transparent electrode 109 made of ITO (indium tin oxide) or a transparent electrode 109 made of nickel (Ni) and gold (Au) is laminated. This transparent electrode functions as the p-side electrode 109. An n-side electrode 110 is formed on the surface exposed to the n-type GaN layer 105. As an example, the n-side electrode 110 is composed of a titanium (Ti) and aluminum (Al) laminated film.

以下、図面を参照しながら上記のフォトダイオードを製造する方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the photodiode will be described with reference to the drawings.

図２（ａ）〜図２（ｄ）は、実施の形態１に係るフォトダイオードを製造する方法における各工程の断面図を示す。 FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views showing respective steps in the method for manufacturing the photodiode according to the first embodiment.

第１の実施形態においては、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶成長法としてＭＯＣＶＤ法が用いられる。ガリウム源としては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）が挙げられる。アルミニウム源としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）が挙げられる。インジウム源としては、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）が挙げられる。Ｖ族源（窒素源）としては、例えば、アンモニア（ＮＨ₃）が挙げられる。ｎ型ドーパントの原
料としては、シリコン（Ｓｉ）を含むシラン（ＳｉＨ₄）が挙げられる。ｐ型ドーパント
の原料としては、マグネシウム（Ｍｇ）を含むシクロペンタジエニルマグネシウム（ＣＰ₂Ｍｇ）が挙げられる。 In the first embodiment, the MOCVD method is used as the crystal growth method of the group III nitride semiconductor. Examples of the gallium source include trimethyl gallium (TMG). Examples of the aluminum source include trimethylaluminum (TMA). An example of the indium source is trimethylindium (TMI). Examples of the group V source (nitrogen source) include ammonia (NH ₃ ). Examples of the raw material for the n-type dopant include silane (SiH ₄ ) containing silicon (Si). Examples of the raw material for the p-type dopant include cyclopentadienyl magnesium (CP ₂ Mg) containing magnesium (Mg).

まず、図２（ａ）に示すように、グラファイト基板１０１の表面を酸化することによってアモルファス化する。このようにして、アモルファスカーボン層１０２を形成する。次に図２（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、アモルファスカーボン層１０２上に、約９６０℃の温度でＡｌＮ層１０３を成長させる。さらに図２（ｃ）に示すように、約５００℃の温度でＧａＮからなる低温成長バッファ層１０４を成長させる。最後に、図２（ｄ）に示すように、約９００℃で成長させたｎ型ＧａＮからなるｎ型層１０５、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０が好ましい。一例として、ｘ＝０．０８）からなる光吸収層１０６、ｐ型ＧａＮからなるｐ型層１０７及びｐ⁺型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０８を、順次、形成する。光吸収層１０６は、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成され得る。 First, as shown in FIG. 2A, the surface of the graphite substrate 101 is made amorphous by being oxidized. In this way, the amorphous carbon layer 102 is formed. Next, as shown in FIG. 2B, an AlN layer 103 is grown on the amorphous carbon layer 102 at a temperature of about 960 ° C. using the MOCVD method. Further, as shown in FIG. 2C, a low temperature growth buffer layer 104 made of GaN is grown at a temperature of about 500.degree. Finally, as shown in FIG. 2D, an n-type layer 105 made of n-type GaN grown at about 900 ° C. and In _x Ga _1-x N (0.01 ≦ x ≦ 0.20 are preferable. As an example, a light absorption layer 106 made of x = 0.08), a p-type layer 107 made of p-type GaN, and a p-type contact layer 108 made of p ⁺ -type GaN are sequentially formed. The light absorption layer 106 may be made of Al _y Ga _1-y N (0.00 ≦ y ≦ 0.10).

実施の形態１においては、グラファイト基板１０１の表面を酸化することによってアモルファスカーボン層１０２を設け、その上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮ層１０３を形成することにより、非常に緻密でｃ軸配向したＡｌＮ層１０３が形成され得る。単結晶基板ではないグラファイト基板が用いられているにもかかわらず、貫通欠陥が少ない高品位なＧａＮ薄膜が作製され得る。これによって、グラファイト基板上にフォトダイオードが製造され得る。 In the first embodiment, an amorphous carbon layer 102 is provided by oxidizing the surface of the graphite substrate 101, and an AlN layer 103 is formed on the amorphous carbon layer 102 by MOCVD, thereby forming a very dense and c-axis oriented AlN layer 103. Can be formed. Despite the use of a graphite substrate that is not a single crystal substrate, a high-quality GaN thin film with few through defects can be produced. Thereby, a photodiode can be manufactured on the graphite substrate.

（実施例１）
以下の実施例により、本発明をより詳細に説明する。 Example 1
The following examples illustrate the invention in more detail.

図３（ａ）は、酸化処理を行っていないグラファイト基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法によって堆積されたＡｌＮの表面のＳＥＭ観察像を示す。図３（ｂ）は、グラファイト基板１０１上に酸素アッシング法によって形成された２０ｎｍの厚みを有するアモルファスカーボン層１０２上に、ＭＯＣＶＤ法によって形成された２０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層１０３の表面のＳＥＭ観察像を示す。 FIG. 3A shows an SEM observation image of the surface of AlN deposited by MOCVD on the graphite substrate 101 that has not been oxidized. FIG. 3B shows an SEM observation of the surface of the AlN layer 103 having a thickness of 20 nm formed by MOCVD on the amorphous carbon layer 102 having a thickness of 20 nm formed on the graphite substrate 101 by the oxygen ashing method. Show the image.

図３（ａ）から明らかなように、酸素アッシングされていないグラファイト基板１０１上には、樹状結晶の様な微結晶のみが堆積した。ＡｌＮ薄膜はグラファイト基板１０１上には形成されなかった。 As is clear from FIG. 3A, only microcrystals such as dendritic crystals were deposited on the graphite substrate 101 not subjected to oxygen ashing. The AlN thin film was not formed on the graphite substrate 101.

一方、図３（ｂ）から明らかなように、アモルファスカーボン層１０２を表面に有するグラファイト基板１０１上には、緻密なＡｌＮ薄膜が形成された。 On the other hand, as is clear from FIG. 3B, a dense AlN thin film was formed on the graphite substrate 101 having the amorphous carbon layer 102 on the surface.

図４（ａ）は、グラファイト基板上１０１上に形成されたアモルファスカーボン層１０２（図４（ａ）における「表面改質領域」に対応）、ＭＯＣＶＤ法により形成された２０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層１０３、および１μｍのＧａＮ低温成長バッファ層１０４から構成される積層体の断面ＴＥＭ観察写真を示す。図４（ｂ）は、アモルファスカーボン層１０２とＡｌＮ層１０３との間の界面付近の格子写真を示す。 4A shows an amorphous carbon layer 102 (corresponding to the “surface modification region” in FIG. 4A) formed on the graphite substrate 101, and an AlN layer having a thickness of 20 nm formed by MOCVD. The cross-sectional TEM observation photograph of the laminated body comprised from the GaN low-temperature growth buffer layer 104 of 103 and 1 micrometer is shown. FIG. 4B shows a lattice photograph near the interface between the amorphous carbon layer 102 and the AlN layer 103.

図４（ａ）および図４（ｂ）から明らかなように、アモルファスカーボン層１０２の上に緻密な結晶性を有するＡｌＮ層１０３が形成されている。ＡｌＮ層１０３上に良好な結晶性を有するＧａＮからなる低温バッファ層１０４が成長されている。断面ＴＥＭ観察写真から求められた転位密度は低く、具体的には２×１０⁹ｃｍ^-2であった。低温バッファ層１０４は、サファイア基板上にＧａＮ低温成長バッファ層を介して成長させたＧａＮ薄膜と実質的に同一の転位密度を有する。 As is apparent from FIGS. 4A and 4B, an AlN layer 103 having a dense crystallinity is formed on the amorphous carbon layer 102. A low-temperature buffer layer 104 made of GaN having good crystallinity is grown on the AlN layer 103. The dislocation density determined from the cross-sectional TEM observation photograph was low, specifically 2 × 10 ⁹ cm ⁻² . The low temperature buffer layer 104 has substantially the same dislocation density as the GaN thin film grown on the sapphire substrate via the GaN low temperature growth buffer layer.

非単結晶基板であるグラファイトの表面に、アモルファスカーボン層１０２を設けることによって、非常に高い結晶性を有する窒化物薄膜が形成され得ることが見いだされた。 It has been found that a nitride thin film having very high crystallinity can be formed by providing the amorphous carbon layer 102 on the surface of graphite which is a non-single crystal substrate.

図５は、グラファイト基板上１０１上に形成されたアモルファスカーボン層１０２、ＭＯＣＶＤ法により形成された２０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層１０３、ＭＯＣＶＤ法により形成された１μｍのＧａＮ低温成長バッファ層１０４、およびＭＯＣＶＤ法により形成された２００ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ層１０５から構成される積層体のフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定結果を示す。ＰＬ測定の際の励起光源として、Ｈｅ−Ｃｄレーザーが用いられた。図５から明らかなように、３．４ｅＶ付近にｎ型ＧａＮ層１０５からの発光ピークが示されている。発光ピークの半値幅は４２ｍｅＶであり、非常に急峻であった。 FIG. 5 shows an amorphous carbon layer 102 formed on a graphite substrate 101, an AlN layer 103 having a thickness of 20 nm formed by MOCVD, a 1 μm GaN low-temperature growth buffer layer 104 formed by MOCVD, and MOCVD. The photoluminescence (PL) measurement result of the laminated body comprised from the n-type GaN layer 105 which has a thickness of 200 nm formed by the method is shown. A He—Cd laser was used as an excitation light source for PL measurement. As is clear from FIG. 5, the emission peak from the n-type GaN layer 105 is shown in the vicinity of 3.4 eV. The half-value width of the emission peak was 42 meV, which was very steep.

表１は、２０ｎｍの厚みを有するアモルファスカーボン層１０２を設けたグラファイト基板１０１およびアモルファスカーボン層を有さないグラファイト基板の上に、２０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ層１０３、１μｍの厚みを有するＧａＮ低温成長バッファ層１０４、および２００ｎｍの厚さを有するｎ型ＧａＮ層１０５をそれぞれ成長させて得られた積層体が有するＰＬ発光ピークの半値幅を示す。 Table 1 shows a low temperature growth of GaN having a thickness of 1 μm and an AlN layer 103 having a thickness of 20 nm on a graphite substrate 101 having an amorphous carbon layer 102 having a thickness of 20 nm and a graphite substrate having no amorphous carbon layer. The half-value width of the PL emission peak of the stack obtained by growing the buffer layer 104 and the n-type GaN layer 105 having a thickness of 200 nm is shown.

表１から明らかなように、アモルファスカーボン層１０２を有さない積層体は、６２ｍｅｖのＰＬ発光ピークの半値幅を有するが、アモルファスカーボン層を有する積層体は４２ｍｅｖのＰＬ発光ピークの半値幅を有する。このことから、グラファイト基板上にアモルファスカーボン層を設けることによって、ＡｌＮ層およびその上のＧａＮ層の結晶性が向上し、そして格子欠陥等に起因する非発光遷移が減少したことが考えられる。 As is clear from Table 1, the laminate having no amorphous carbon layer 102 has a half-value width of the PL emission peak of 62 mev, whereas the laminate having the amorphous carbon layer has a half-value width of the PL emission peak of 42 mev. . From this, it is considered that by providing the amorphous carbon layer on the graphite substrate, the crystallinity of the AlN layer and the GaN layer thereon is improved, and non-luminescence transition caused by lattice defects and the like is reduced.

酸素アッシングによってグラファイト基板１０１の表面にアモルファスカーボン層１０２を形成することによって緻密なＡｌＮ薄膜が成長する原因は、以下の通りであると考えられる。通常のグラファイト表面では、グラフェンのｓｐ²混成軌道からなるπ結合によって電子が非局在されている。一方、酸素アッシングによってアモルファス化されたアモルファスカーボン層１０２の表面では、いたるところで寸断されたπ結合のため、ｓｐ²軌道のみならずｓｐ³軌道が存在していると考えられる。 The reason why the dense AlN thin film grows by forming the amorphous carbon layer 102 on the surface of the graphite substrate 101 by oxygen ashing is considered as follows. On the normal graphite surface, electrons are delocalized by π bonds consisting of sp ² hybrid orbitals of graphene. On the other hand, on the surface of the amorphous carbon layer 102 made amorphous by oxygen ashing, it is considered that not only sp ² orbits but also sp ³ orbitals exist because of π bonds broken everywhere.

表２は、第一原理計算によって求められた、カーボンのｓｐ²軌道およびｓｐ³軌道に対するＡｌ原子およびＮ原子の吸着エネルギーを示す。 Table 2 shows the adsorption energies of Al atoms and N atoms with respect to the sp ² orbits and sp ³ orbits of carbon determined by the first principle calculation.

表２から明らかなように、ｓｐ²軌道に対するＡｌ原子およびＮ原子の吸着エネルギーはいずれも正の値である。一方、ｓｐ³軌道に対するそれらはいずれも負の値である。このことは、ｓｐ³軌道に対して自発的にＡｌおよびＮが吸着しやすいことを意味する。このことから、グラファイト基板の表面に酸素アッシングによってアモルファスカーボン層を形成することによってカーボンのｓｐ³軌道が多数形成され、そしてＡｌＮが成長する初期の段階における核生成が促進される。このようにして、良好な薄膜結晶が成長したと考えられる。 As is apparent from Table 2, the adsorption energies of Al atoms and N atoms with respect to the sp ² orbital are both positive values. On the other hand, those for the sp ³ orbit are all negative values. This means that Al and N are easily adsorbed spontaneously with respect to the sp ³ orbit. From this, by forming an amorphous carbon layer on the surface of the graphite substrate by oxygen ashing, a large number of carbon sp ³ orbitals are formed, and nucleation is promoted in the initial stage of AlN growth. Thus, it is considered that a good thin film crystal has grown.

表３は、０、２０、４０、６０、および８０ｎｍの厚みを有するアモルファスカーボン層を形成した際のＧａＮのＸＲＤのロッキングカーブによって得られた（０００２）ピークの半値幅を示す。 Table 3 shows the half-width of the (0002) peak obtained by the XRD rocking curve of GaN when amorphous carbon layers having thicknesses of 0, 20, 40, 60, and 80 nm were formed.

アモルファスカーボン層１０２が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する場合、ＧａＮ薄膜はｃ軸配向し、かつ良好な半値幅を有する。アモルファスカーボン層が８０ｎｍの厚みを有する場合、酸素アッシングの際にグラファイト薄膜中に取り込まれる酸素の量が増加する。そのため、その後にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮおよびＧａＮを成長させる際、グラファイト基板中に取り込まれた酸素がＡｌまたはＧａと反応する。これが、急峻な界面の形成を阻害したと考えられる。したがって、アモルファスカーボン層１０２は、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有することが望ましい。 When the amorphous carbon layer 102 has a thickness of 20 nm or more and 60 nm or less, the GaN thin film is c-axis oriented and has a good half width. When the amorphous carbon layer has a thickness of 80 nm, the amount of oxygen taken into the graphite thin film during oxygen ashing increases. Therefore, when AlN and GaN are subsequently grown by MOCVD, oxygen taken into the graphite substrate reacts with Al or Ga. This is thought to have hindered the formation of a steep interface. Therefore, the amorphous carbon layer 102 desirably has a thickness of 20 nm to 60 nm.

図６は、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上に、１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなるｐ側電極１０９を設けた後、ダイサーを用いて２７５μｍ×２７５μｍの大きさを有する複数個の素子に分離することによって得られたフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示す。図６から明らかなように、グラファイト基板上に形成されたフォトダイオードが逆方向に電圧を印加され、かつ光照射されない場合、電流はほとんど流れない。しかし、光照射されることによって逆方向に電流が流れ、そしてアバランシェフォトダイオードとして良好に動作する。 FIG. 6 shows that a p-side electrode 109 made of ITO having a thickness of 100 nm is provided on the p-type GaN contact layer 108 and then separated into a plurality of elements having a size of 275 μm × 275 μm using a dicer. The IV characteristic of the photodiode obtained by the above is shown. As apparent from FIG. 6, when a photodiode formed on the graphite substrate is applied with a voltage in the reverse direction and is not irradiated with light, almost no current flows. However, a current flows in the opposite direction when irradiated with light, and it operates well as an avalanche photodiode.

上記のように、グラファイト基板の表面を酸素アッシングすることによってアモルファスカーボン層を形成し、次いでＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮ層を設けることで、サファイア基板上と同様に良好な結晶性を有するＧａＮ薄膜が形成され得る。このようにして、本発明は低コストかつ高性能なフォトダイオードを実現する。 As described above, an amorphous carbon layer is formed by oxygen ashing the surface of the graphite substrate, and then an AlN layer is formed by MOCVD, thereby forming a GaN thin film having good crystallinity as on the sapphire substrate. obtain. In this way, the present invention realizes a low-cost and high-performance photodiode.

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２におけるフォトダイオードの断面構成図を示す。ｐ側電極１０９として液相合成によって作製した酸化亜鉛（ＺｎＯ）薄膜を用いたことが、図１に示されるフォトダイオードと異なる。 (Embodiment 2)
FIG. 7 is a cross-sectional configuration diagram of the photodiode in the second embodiment. The use of a zinc oxide (ZnO) thin film produced by liquid phase synthesis as the p-side electrode 109 is different from the photodiode shown in FIG.

（実施例２）
ＺｎＯ薄膜の液相合成法を以下に示す。 (Example 2)
The liquid phase synthesis method of the ZnO thin film is shown below.

０．１ｍｏｌ／Ｌの濃度を有する硝酸亜鉛（ＺｎＮＯ₃）の溶液に、０．１ｍｏｌ／Ｌの濃度を有するヘキサメチレンテトラミン（（ＣＨ₂）₆Ｎ₄）を滴下し、ｐｈ値を５から７までの間に調整した。その後、上記溶液に、レジストを塗布しフォトリソグラフィーによってｐ型ＧａＮコンタクト層１０６のみ露出させた積層体を浸漬した。溶液の温度を７０℃に保ちながら２〜６時間静置した。このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８上にＺｎＯ薄膜を成長させた。薄膜の厚みは成長時間によって調整した。成長速度は、約２．７ｎｍ／ｍｉｎであった。ＺｎＯ薄膜を成長後、アセトンを用いてレジストを剥離し、乾燥させた。 Hexamethylenetetramine ((CH ₂ ) ₆ N ₄ ) having a concentration of 0.1 mol / L is dropped into a solution of zinc nitrate (ZnNO ₃ ) having a concentration of 0.1 mol / L, and the ph value is changed from 5 to 7 Adjusted between. Thereafter, a laminate in which resist was applied and only the p-type GaN contact layer 106 was exposed by photolithography was immersed in the solution. The solution was allowed to stand for 2 to 6 hours while maintaining the temperature at 70 ° C. In this manner, a ZnO thin film was grown on the p-type GaN contact layer 108. The thickness of the thin film was adjusted by the growth time. The growth rate was about 2.7 nm / min. After growing the ZnO thin film, the resist was peeled off using acetone and dried.

図８は、５００ｎｍの厚みを有するＺｎＯの表面のＳＥＭ観察像を示す。図９は、５００ｎｍの厚みを有するＺｎＯのＸＲＤのロッキングカーブを示す。図８および図９から明らかなように、ＧａＮ上に液相合成法によって成長させたＺｎＯ薄膜は、平坦な表面を有し、かつ良好な結晶性を有する。ＵＶ−可視透過率測定の結果、ＺｎＯ薄膜は、３５０ｎｍ〜２．５μｍの幅広い波長の範囲において９５％以下という高い透過率を有した。４端子法による抵抗率測定の結果、ＺｎＯ薄膜は、１．２×１０^-2Ωｃｍの比較的低い抵抗率を有した。これらの結果は、ＺｎＯ薄膜が透明電極として十分に使用可能であることを意味した。 FIG. 8 shows an SEM observation image of the surface of ZnO having a thickness of 500 nm. FIG. 9 shows an XRD rocking curve of ZnO having a thickness of 500 nm. As apparent from FIGS. 8 and 9, the ZnO thin film grown on the GaN by the liquid phase synthesis method has a flat surface and good crystallinity. As a result of the UV-visible transmittance measurement, the ZnO thin film had a high transmittance of 95% or less in a wide wavelength range of 350 nm to 2.5 μm. As a result of measuring the resistivity by the four-terminal method, the ZnO thin film had a relatively low resistivity of 1.2 × 10 ⁻² Ωcm. These results meant that the ZnO thin film could be used sufficiently as a transparent electrode.

図１０は、ダイサーで分離して得られた実施例２のフォトダイオードのＩ−Ｖ特性を示す。図１０から明らかなように、本実施例２におけるフォトダイオードは、実施例１と同様に良好なアバランシェフォトダイオード特性を有する。 FIG. 10 shows IV characteristics of the photodiode of Example 2 obtained by separation with a dicer. As is clear from FIG. 10, the photodiode in the second embodiment has good avalanche photodiode characteristics as in the first embodiment.

これらの結果から、グラファイト基板の表面を酸素アッシングすることによってアモルファスカーボン層を形成し、その後ＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮ層を形成することによって、サファイア基板上と実質的に同一の高い結晶性を有するＧａＮ薄膜が形成され得る。
このようにして、低コストであって、かつ高性能なフォトダイオードが実現され得る。 From these results, an amorphous carbon layer is formed by oxygen ashing the surface of the graphite substrate, and then an AlN layer is formed by the MOCVD method, whereby a GaN thin film having substantially the same high crystallinity as that on the sapphire substrate. Can be formed.
In this way, a low-cost and high-performance photodiode can be realized.

本発明にかかるフォトダイオードは、発光ダイオード、高周波用ＦＥＴ、およびパワーデバイス用ＦＥＴのような電子デバイスにも応用できる。

上記の開示内容から導出される本発明に係る技術的思想は以下の通りである。

１．
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
前記ＡｌＮ層（１０３）上に形成されたｎ型窒化物半導体層（１０５）、
前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）上に形成された窒化物半導体からなる光吸収層（１０６）、
前記光吸収層（１０６）上に形成された窒化物半導体からなるｐ型窒化物半導体層（１０７）、
前記ｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ型電極（１０９・１１１）、および
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ型電極（１１０）
を具備するフォトダイオードを製造する方法であって、
前記方法は、
前記グラファイト基板（１０１）の表面を酸素アッシングすることによって、アモルファスカーボン層（１０２）を前記グラファイト基板（１０１）の表面に形成する工程、
前記アモルファスカーボン層（１０２）上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によってＡｌＮ層（１０３）を形成する工程、
前記ＡｌＮ層（１０３）上にｎ型窒化物半導体層（１０５）を形成する工程、
前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）上に窒化物半導体からなる光吸収層（１０６）を形成する工程、および
前記光吸収層（１０６）上にｐ型窒化物半導体層（１０７）を形成する工程、
を順に有する。

２．
前記アモルファスカーボン層（２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項１に記載の方法。

３．
ｎ型窒化物半導体層（１０５）を形成する前に、前記ＡｌＮ層（１０３）上に窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）を形成する工程をさらに有する、前記項１に記載の方法。

４．
ｎ型窒化物半導体層（１０５）を形成する前に、前記ＡｌＮ層（１０３）上に窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）を形成する工程をさらに有する、前記項２に記載の方法。

５．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項１に記載の方法。

６．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項４に記載の方法。

７．
前記光吸収層がＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項１に記載の方法。

８．
前記光吸収層がＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項６に記載の方法。

９．
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、および
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
を具備する半導体基板。

１０．
前記アモルファスカーボン層（１０２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項９に記載の半導体基板。

１１．
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、および
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
を具備する半導体基板を製造する方法であって、
前記方法は、
前記グラファイト基板（１０１）の表面を酸素アッシングすることによって、アモルファスカーボン層（１０２）を前記グラファイト基板（１０１）の表面に形成する工程、および
前記アモルファスカーボン層（１０２）上にＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）によってＡｌＮ層（１０３）を形成する工程、
を順に有する。

１２．
前記アモルファスカーボン層（１０２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項１１に記載の方法。

１３．
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
前記ＡｌＮ層（１０３）上に形成されたｎ型窒化物半導体層（１０５）、
前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）上に形成された窒化物半導体からなる光吸収層（１０６）、
前記光吸収層（１０６）上に形成されたｐ型窒化物半導体層（１０７）、
前記ｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ型電極（１０９・１１１）、および
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ型電極（１１０）
を具備するフォトダイオード。

１４．
前記アモルファスカーボン層（１０２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項１３に記載のフォトダイオード。

１５．
前記ＡｌＮ層（１０３）と前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）をさらに備える、前記項１３に記載のフォトダイオード。

１６．
前記ＡｌＮ層（１０３）と前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）をさらに備える、前記項１４に記載のフォトダイオード。

１７．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項１３に記載のフォトダイオード。

１８．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項１６に記載のフォトダイオード。

１９．
前記光吸収層がＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項１３に記載のフォトダイオード。

２０．
前記光吸収層がＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項１８に記載のフォトダイオード。

２１．
フォトダイオードを用いて光を電力に変換する方法であって、
前記フォトダイオードは、
グラファイト基板（１０１）、
前記グラファイト基板（１０１）上に形成されたアモルファスカーボン層（１０２）、
前記アモルファスカーボン層（１０２）上に形成されたＡｌＮ層（１０３）、
前記ＡｌＮ層（１０３）上に形成されたｎ型窒化物半導体層（１０５）、
前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）上に形成された窒化物半導体からなる光吸収層（１０６）、
前記光吸収層（１０６）上に形成されたｐ型窒化物半導体層（１０７）、
前記ｐ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｐ型電極（１０９・１１１）、および
前記ｎ型窒化物半導体層に電気的に接続されたｎ型電極（１１０）
を具備し、
前記方法は、
前記フォトダイオードに光を照射することによって、前記ｐ型電極（１０９・１１１）と前記ｎ型電極（１１０）との間に電力を発生させる工程、
を有する。

２２．
前記アモルファスカーボン層（１０２）が２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の厚みを有する、前記項２１に記載の方法。

２３．
前記ＡｌＮ層（１０３）と前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）をさらに備える、前記項２１に記載の方法。

２４．
前記ＡｌＮ層（１０３）と前記ｎ型窒化物半導体層（１０５）との間に挟まれた窒化物半導体からなるバッファ層（１０４）をさらに備える、前記項２２に記載の方法。

２５．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項２１に記載の方法。

２６．
ｐ型電極（１０９・１１１）が透明である、前記項２４に記載の方法。

２７．
前記光吸収層がＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項２１に記載の方法。

２８．
前記光吸収層がＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０．０１≦ｘ≦０．２０）またはＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０．００≦ｙ≦０．１０）から構成される、前記項２６に記載の方法。

The photodiode according to the present invention can also be applied to electronic devices such as light emitting diodes, high frequency FETs, and power device FETs.

The technical idea according to the present invention derived from the above disclosure is as follows.

1.
Graphite substrate (101),
An amorphous carbon layer (102) formed on the graphite substrate (101);
An AlN layer (103) formed on the amorphous carbon layer (102);
An n-type nitride semiconductor layer (105) formed on the AlN layer (103);
A light absorption layer (106) made of a nitride semiconductor formed on the n-type nitride semiconductor layer (105),
A p-type nitride semiconductor layer (107) made of a nitride semiconductor formed on the light absorption layer (106),
P-type electrodes (109, 111) electrically connected to the p-type nitride semiconductor layer, and n-type electrodes (110) electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer
A method of manufacturing a photodiode comprising:
The method
Forming an amorphous carbon layer (102) on the surface of the graphite substrate (101) by oxygen ashing the surface of the graphite substrate (101);
Forming an AlN layer (103) on the amorphous carbon layer (102) by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition);
Forming an n-type nitride semiconductor layer (105) on the AlN layer (103);
Forming a light absorption layer (106) made of a nitride semiconductor on the n-type nitride semiconductor layer (105); and forming a p-type nitride semiconductor layer (107) on the light absorption layer (106). Process,
In order.

2.
Item 2. The method according to Item 1, wherein the amorphous carbon layer (2) has a thickness of 20 nm to 60 nm.

3.
The method according to Item 1, further comprising a step of forming a buffer layer (104) made of a nitride semiconductor on the AlN layer (103) before forming the n-type nitride semiconductor layer (105).

4).
3. The method according to item 2, further comprising a step of forming a buffer layer (104) made of a nitride semiconductor on the AlN layer (103) before forming the n-type nitride semiconductor layer (105).

5.
Item 2. The method according to Item 1, wherein the p-type electrode (109 · 111) is transparent.

6).
Item 5. The method according to Item 4, wherein the p-type electrode (109 · 111) is transparent.

7).
The item 1 above, wherein the light absorption layer is made of In _x Ga _1-x N (0.01 ≦ x ≦ 0.20) or Al _y Ga _1-y N (0.00 ≦ y ≦ 0.10). The method described in 1.

8).
The item 6 above, wherein the light absorption layer is made of In _x Ga _1-x N (0.01 ≦ x ≦ 0.20) or Al _y Ga _1-y N (0.00 ≦ y ≦ 0.10). The method described in 1.

9.
Graphite substrate (101),
An amorphous carbon layer (102) formed on the graphite substrate (101), and an AlN layer (103) formed on the amorphous carbon layer (102),
A semiconductor substrate comprising:

10.
Item 10. The semiconductor substrate according to Item 9, wherein the amorphous carbon layer (102) has a thickness of 20 nm to 60 nm.

11.
Graphite substrate (101),
An amorphous carbon layer (102) formed on the graphite substrate (101), and an AlN layer (103) formed on the amorphous carbon layer (102),
A method of manufacturing a semiconductor substrate comprising:
The method
Forming an amorphous carbon layer (102) on the surface of the graphite substrate (101) by performing oxygen ashing on the surface of the graphite substrate (101); and MOCVD (organometallic gas) on the amorphous carbon layer (102). Forming an AlN layer (103) by a phase growth method),
In order.

12
Item 12. The method according to Item 11, wherein the amorphous carbon layer (102) has a thickness of 20 nm to 60 nm.

13.
Graphite substrate (101),
An amorphous carbon layer (102) formed on the graphite substrate (101);
An AlN layer (103) formed on the amorphous carbon layer (102);
An n-type nitride semiconductor layer (105) formed on the AlN layer (103);
A light absorption layer (106) made of a nitride semiconductor formed on the n-type nitride semiconductor layer (105),
A p-type nitride semiconductor layer (107) formed on the light absorption layer (106);
P-type electrodes (109, 111) electrically connected to the p-type nitride semiconductor layer, and n-type electrodes (110) electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer
A photodiode comprising:

14
Item 14. The photodiode according to Item 13, wherein the amorphous carbon layer (102) has a thickness of 20 nm to 60 nm.

15.
14. The photodiode according to item 13, further comprising a buffer layer (104) made of a nitride semiconductor sandwiched between the AlN layer (103) and the n-type nitride semiconductor layer (105).

16.
Item 15. The photodiode according to Item 14, further comprising a buffer layer (104) made of a nitride semiconductor sandwiched between the AlN layer (103) and the n-type nitride semiconductor layer (105).

17.
14. The photodiode according to item 13, wherein the p-type electrode (109 · 111) is transparent.

18.
Item 18. The photodiode according to Item 16, wherein the p-type electrode (109 · 111) is transparent.

19.
Item 13. The light absorption layer is composed of In _x Ga _1-x N (0.01 ≦ x ≦ 0.20) or Al _y Ga _1-y N (0.00 ≦ y ≦ 0.10). The photodiode described in 1.

20.
The item 18 above, wherein the light absorption layer is made of In _x Ga _1-x N (0.01 ≦ x ≦ 0.20) or Al _y Ga _1-y N (0.00 ≦ y ≦ 0.10). The photodiode described in 1.

21.
A method of converting light into electric power using a photodiode,
The photodiode is
Graphite substrate (101),
An amorphous carbon layer (102) formed on the graphite substrate (101);
An AlN layer (103) formed on the amorphous carbon layer (102);
An n-type nitride semiconductor layer (105) formed on the AlN layer (103);
A light absorption layer (106) made of a nitride semiconductor formed on the n-type nitride semiconductor layer (105),
A p-type nitride semiconductor layer (107) formed on the light absorption layer (106);
P-type electrodes (109, 111) electrically connected to the p-type nitride semiconductor layer, and n-type electrodes (110) electrically connected to the n-type nitride semiconductor layer
Comprising
The method
Irradiating the photodiode with light to generate electric power between the p-type electrode (109/111) and the n-type electrode (110);
Have

22.
Item 22. The method according to Item 21, wherein the amorphous carbon layer (102) has a thickness of 20 nm to 60 nm.

23.
Item 22. The method according to Item 21, further comprising a buffer layer (104) made of a nitride semiconductor sandwiched between the AlN layer (103) and the n-type nitride semiconductor layer (105).

24.
Item 23. The method according to Item 22, further comprising a buffer layer (104) made of a nitride semiconductor sandwiched between the AlN layer (103) and the n-type nitride semiconductor layer (105).

25.
Item 22. The method according to Item 21, wherein the p-type electrode (109 · 111) is transparent.

26.
Item 25. The method according to Item 24, wherein the p-type electrode (109 · 111) is transparent.

27.
Item 21. The light absorption layer is made of In _x Ga _1-x N (0.01 ≦ x ≦ 0.20) or Al _y Ga _1-y N (0.00 ≦ y ≦ 0.10). The method described in 1.

28.
26. The item 26, wherein the light absorption layer is made of In _x Ga _1-x N (0.01 ≦ x ≦ 0.20) or Al _y Ga _1-y N (0.00 ≦ y ≦ 0.10). The method described in 1.

１サファイア基板
２ｎ⁺型ＧａＮ層
３ｎ型ＧａＮ層
４ｐ型ＡｌＧａＮ層
１０１グラファイト基板
１０２アモルファスカーボン層
１０３ＡｌＮ層
１０４低温成長バッファ層
１０５ｎ型ＧａＮ層
１０６光吸収層
１０７ｐ型ＧａＮ層
１０８ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０９ｐ側電極
１１０ｎ側電極
１１１ＺｎＯ透明電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sapphire substrate 2 n ⁺ type GaN layer 3 n type GaN layer 4 p type AlGaN layer 101 Graphite substrate 102 Amorphous carbon layer 103 AlN layer 104 Low temperature growth buffer layer 105 N type GaN layer 106 Light absorption layer 107 P type GaN layer 108 p Type GaN contact layer 109 p-side electrode 110 n-side electrode 111 ZnO transparent electrode

Claims

グラファイト基板上にアモルファスカーボン層を設け、前記アモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮのｃ軸配向膜を成長させた後、前記ＡｌＮ層上にＧａＮの低温成長バッファ層を形成し、前記低温成長バッファ層上にｎ型ＧａＮ層を形成し、前記ｎ型ＧａＮ層上にＩｎ_xＧａ_1-xＮまたはＡｌ_yＧａ_1-yＮからなる光吸収層を形成し、前記光吸収層上にｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層を形成し、前記ＡｌＮ層に対してその上に形成した前記低温成長バッファ層、前記光吸収層、前記ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層がエピタキシャル成長した構成を有することを特徴とするフォトダイオード。 An amorphous carbon layer is provided on a graphite substrate, an AlN c-axis alignment film is grown on the amorphous carbon layer by MOCVD, and then a low-temperature growth buffer layer of GaN is formed on the AlN layer. the n-type GaN layer is formed on the layer, the n-type light absorbing layer is formed to be GaN layer from in _x Ga _1-x n or _{_{Al y Ga 1-y n,}} p -type on the light absorbing layer A GaN layer and a p-type GaN contact layer are formed, and the low-temperature growth buffer layer, the light absorption layer, the p-type GaN layer, and the p-type GaN contact layer formed on the AlN layer are epitaxially grown. A photodiode, comprising:

ｐ型ＧａＮコンタクト層上に、液相合成によってＺｎＯ透明電極を設けた構成を有することを特徴とする請求項１記載のフォトダイオード。 2. The photodiode according to claim 1, wherein a ZnO transparent electrode is provided on the p-type GaN contact layer by liquid phase synthesis.

グラファイト基板上にアモルファスカーボン層を設け、前記アモルファスカーボン層上にＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮのｃ軸配向膜を成長させた後、前記ＡｌＮ層上にＧａＮの低温成長バッファ層を形成し、前記低温成長バッファ層上にｎ型ＧａＮ層を形成し、前記ｎ型ＧａＮ層上にＩｎ_xＧａ_1-xＮまたはＡｌ_yＧａ_1-yＮからなる光吸収層を形成し、前記光吸収層上にｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層を形成し、前記ＡｌＮ層に対してその上に形成した前記低温成長バッファ層、前記光吸収層、前記ｐ型ＧａＮ層およびｐ型ＧａＮコンタクト層がエピタキシャル成長した構成を有するフォトダイオードにおいて、前記アモルファスカーボン層を、酸化処理により形成したことを特徴とするフォトダイオードの製造方法。 An amorphous carbon layer is provided on a graphite substrate, an AlN c-axis alignment film is grown on the amorphous carbon layer by MOCVD, and then a low-temperature growth buffer layer of GaN is formed on the AlN layer. the n-type GaN layer is formed on the layer, the n-type light absorbing layer is formed to be GaN layer from in _x Ga _1-x n or _{_{Al y Ga 1-y n,}} p -type on the light absorbing layer A GaN layer and a p-type GaN contact layer are formed, and the low-temperature growth buffer layer, the light absorption layer, the p-type GaN layer, and the p-type GaN contact layer formed on the AlN layer are epitaxially grown. A method for manufacturing a photodiode, characterized in that the amorphous carbon layer is formed by oxidation treatment.