JP2014146733A - 窒化物半導体結晶の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】III族元素の有機金属化合物と、窒素の水素化物と、C−O−Cの部分構造を有する有機化合物とを原料に用い、有機金属気相成長法によって、C原子及びO原子を同時に結晶中に取り込ませてp型の導電性を得る窒化物半導体結晶の製造方法とする。
【選択図】図2
Description
図1は、第1実施形態の窒化物半導体層が形成された基板の斜視図である。基板11上に、窒化物半導体層12及びp型窒化物半導体層13が順に形成されている。基板11には、サファイア、ルビー、酸化ガリウム、窒化物半導体(GaN、AlN、AlGaNなど)、SiC、ZrB2、Siなどの母材だけからなるもの、また、単一の母材上又は複数の材料からなる母材上に適宜別の材料が製膜されたもので、窒化物半導体の結晶成長用基板として用いられているものを使用できる。基板11の表面は、凹凸を有していたり、マスク状の製膜材料を有していたりしてもよく、これらの場合、基板11の表面は均質・平坦でないこともある。
第2実施形態では、p型半導体結晶を成長する際に、V族原料である窒素の水素化物とIII族原料の供給比を周期的に変化させるのに同期して、有機化合物原料の供給量を周期的に変化させる手法を用いる。
第3実施形態は第2実施形態において有機化合物を供給するタイミングを変えたものである。これは次の要領で行なう。p型半導体結晶を成長する際に、V族原料である窒素の水素化物とIII原料の供給比を周期的に変化させる。これは、III族元素を優先的に成長中の結晶表面に配置させる第1期間と、V族原子(N原子)を優先的に成長中の結晶表面に配置させる第2期間とを交互に実行し、第1期間とそれに続く第2期間の間から該第2期間の前まで、有機化合物を供給して又は有機化合物の供給量を増加させて窒化物半導体の結晶成長を行うものである。
第4実施形態は、第1〜第3実施形態の何れかにおいて、p型半導体結晶を実現するためのドーピング原料としてエチレンオキシド(C2H4O)を用いたものである。この場合も同様に良好なp型の制御性が得られた。エチレンオキシドはC−O−Cの結合を有し、さらに環状の結合となっている。この環状結合はC、O、Cの3つの原子からなる。従って、結晶成長の際にO原子が孤立して取り込まれる可能性が非常に低くなり、より有効に分子状ドーピングの効果が発揮されることとなる。
第5実施形態は、第1〜第3実施形態の何れかにおいて、p型半導体結晶を実現するためのドーピング原料としてジエポキシブタン(C4H6O2)を用いたものである。この場合も同様に良好なp型の制御性が得られた。ジエポキシブタンはC−O−Cの結合を有しており、さらにC、O、Cの3つの原子からなる環状の結合を2つ有している。また、ジエポキシブタンはC原子4個とO原子2個を含む化合物であり、分子状ドーピングのために余分なC原子やO原子が存在しない。よって、より有効に分子状ドーピングの効果が発揮される。また本実施形態では、p型半導体結晶を実現するC−O−Cの結合を有する有機化合物として、ジエポキシブタンを用いたが、2-アセチルオキシランや他のC−O−Cの部分構造を有する有機化合物を用いてもよい。
第6実施形態は、第1〜第3実施形態の何れかにおいて、p型半導体結晶を実現するためのドーピング原料として1,4-ジオキサン(C4H8O2)を用いたものである。この場合も同様に良好なp型の制御性が得られた。また本実施の形態では、また本実施形態では、p型半導体結晶を実現するC−O−Cの結合を有する有機化合物として、1,4-ジオキサンを用いたが、2,3-ジヒドロ-1,4-ジオキシンや図9、図10に例示された他のC−O−Cの部分構造を有する有機化合物を用いてもよい。
第7実施形態は、第1〜第3実施形態の何れかにおいて、p型半導体結晶を実現するためのドーピング原料としてメチルエチルエーテル(CH3−O−CH2−CH3)を用いたものである。この場合も同様に良好なp型の制御性が得られた。また本実施の形態では、また本実施形態では、p型半導体結晶を実現するC−O−Cの結合を有する有機化合物として、メチルエチルエーテルを用いたが、ジエチルエーテル、メチルプロピルエーテル、メチルイソプロピルエーテルや、他のC−O−Cの部分構造を有する有機化合物を用いてもよい。
第8実施形態は、第1〜第3実施形態の何れかにおいて、p型半導体結晶を実現するためのドーピング原料として3-メトキシプロパナール(C4H8O2)を用いたものである。この場合も同様に良好なp型の制御性が得られた。また本実施形態では、p型半導体結晶を実現するC−O−Cの結合を有する有機化合物として、3-メトキシプロパナールを用いたが、メトキシアセトン、1,2-ジメトキシエタンや、他のC−O−Cの部分構造を有する有機化合物を用いてもよい。
12 窒化物半導体層
13 p型窒化物半導体層
20 MOCVD装置
21 炉
22 ステージ
Claims (5)
- III族元素の有機金属化合物と、窒素の水素化物と、C−O−Cの部分構造を有する有機化合物とを原料に用い、有機金属気相成長法によって、C原子及びO原子を同時に結晶中に取り込ませてp型の導電性を得る窒化物半導体結晶の製造方法。
- 前記有機金属化合物及び前記窒素の水素化物の供給比を周期的に変化させ、該変化に同期させて前記有機化合物の供給量を変化させることを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
- 前記供給比を周期的に変化させることにより、III族元素を優先的に成長中の結晶表面に配置させる第1期間と、窒素原子を優先的に成長中の結晶表面に配置させる第2期間とを交互に有し、
第2期間に合わせて、前記有機化合物を供給する又は前記有機化合物の供給量を増加させることを特徴とする請求項2記載の窒化物半導体結晶の製造方法。 - 前記供給比を周期的に変化させることにより、III族元素を優先的に成長中の結晶表面に配置させる第1期間と、窒素原子を優先的に成長中の結晶表面に配置させる第2期間とを交互に有し、
第1期間とそれに続く第2期間の間から該第2期間の前まで、又は第1期間とそれに続く第2期間の間から該第2期間とそれに続く第1期間の間まで、前記有機化合物を供給する又は前記有機化合物の供給量を増加させることを特徴とする請求項2記載の窒化物半導体結晶の製造方法。 - 前記有機化合物は、水素又は不活性ガスにより希釈された状態で結晶成長装置へ供給されることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
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