JPH10112438A - ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法 - Google Patents
ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法Info
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- JPH10112438A JPH10112438A JP26462696A JP26462696A JPH10112438A JP H10112438 A JPH10112438 A JP H10112438A JP 26462696 A JP26462696 A JP 26462696A JP 26462696 A JP26462696 A JP 26462696A JP H10112438 A JPH10112438 A JP H10112438A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶欠陥の少ない良質のｐ型窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の成長方法を提供する。 【解決手段】 本発明方法を実施するＭＯＣＶＤ装置１
０は、基板Ｗを保持するサセプタ１２を内部に有する反
応管１４と、ＴＭＧ（トリエチルガリウム）を収容し、
水素ガスによるバブリングにより供給ライン１８を経由
して反応管１４にＴＭＧガスを供給するバブラー２０Ａ
を備えている。反応管１４内に基板Ｗを設置し、１００
０℃に昇温し、次いで、水素ガスをバブラー２０Ａに供
給することによりＴＭＧガスを反応管１４に導入し、ｐ
型ドーパントとして炭素原子が導入されたＧａＮ：Ｃ結
晶を基板Ｗの上にエピタキシャル成長させた。この結
果、結晶欠陥の少ない良質のＧａＮ：Ｃ結晶が得られ
た。
−Ｖ族化合物半導体の成長方法を提供する。 【解決手段】 本発明方法を実施するＭＯＣＶＤ装置１
０は、基板Ｗを保持するサセプタ１２を内部に有する反
応管１４と、ＴＭＧ（トリエチルガリウム）を収容し、
水素ガスによるバブリングにより供給ライン１８を経由
して反応管１４にＴＭＧガスを供給するバブラー２０Ａ
を備えている。反応管１４内に基板Ｗを設置し、１００
０℃に昇温し、次いで、水素ガスをバブラー２０Ａに供
給することによりＴＭＧガスを反応管１４に導入し、ｐ
型ドーパントとして炭素原子が導入されたＧａＮ：Ｃ結
晶を基板Ｗの上にエピタキシャル成長させた。この結
果、結晶欠陥の少ない良質のＧａＮ：Ｃ結晶が得られ
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ｐ型窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の成長方法に関し、更に詳しく
は、結晶欠陥の少ないｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の成長方法に関するものである。
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の成長方法に関し、更に詳しく
は、結晶欠陥の少ないｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体の成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ディスク、光磁気ディスク等の光学的
大容量記録媒体の記録及び再生を高密度かつ高解像度で
行うためには、短波長のレーザ光が必要である。そこ
で、近年、緑色、青色光や紫外光を発行する短波長半導
体レーザの開発が盛んである。このような短波長領域の
半導体レーザ素子の積層構造を形成する化合物半導体と
して、例えば、“Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３
０（１９９１）Ｌ１９９８”に言及されているように、
ＧａＮやＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ等の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体が注目されている。特に、ＧａＮは、
室温におけるバンドギャップが約３．４ｅＶで、堅牢か
つ化学的にも安定であるから、青色・紫外域の受発光素
子への応用が期待されている。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体にはｐ型とｎ型とがあり、ｐ型窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体は、従来、有機金属化学気相成長
（ＭＯＶＰＥ）法で、Ｇａ等の第ＩＩＩ族元素を第ＩＩ
族元素であるＭｇやＺｎに一部置換しながら結晶を成長
させることにより得られている。
大容量記録媒体の記録及び再生を高密度かつ高解像度で
行うためには、短波長のレーザ光が必要である。そこ
で、近年、緑色、青色光や紫外光を発行する短波長半導
体レーザの開発が盛んである。このような短波長領域の
半導体レーザ素子の積層構造を形成する化合物半導体と
して、例えば、“Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３
０（１９９１）Ｌ１９９８”に言及されているように、
ＧａＮやＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ等の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体が注目されている。特に、ＧａＮは、
室温におけるバンドギャップが約３．４ｅＶで、堅牢か
つ化学的にも安定であるから、青色・紫外域の受発光素
子への応用が期待されている。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体にはｐ型とｎ型とがあり、ｐ型窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体は、従来、有機金属化学気相成長
（ＭＯＶＰＥ）法で、Ｇａ等の第ＩＩＩ族元素を第ＩＩ
族元素であるＭｇやＺｎに一部置換しながら結晶を成長
させることにより得られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、窒素の平衡蒸
気圧が極めて高いので、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体を成長させる過程で窒素原子が結晶から脱離し易
く、このため、窒素原子の欠落量が多い結晶が成長し、
デバイス特性が良くないという問題があった。以上のよ
うな事情に照らして、本発明の目的は、結晶欠陥の少な
い良質のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長
方法を提供することである。
気圧が極めて高いので、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体を成長させる過程で窒素原子が結晶から脱離し易
く、このため、窒素原子の欠落量が多い結晶が成長し、
デバイス特性が良くないという問題があった。以上のよ
うな事情に照らして、本発明の目的は、結晶欠陥の少な
い良質のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長
方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討の
結果、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長さ
せる過程で、ｐ型ドーパントとして第ＩＩ族元素である
ＭｇやＺｎを使用し第ＩＩＩ族元素の原子を第ＩＩ族元
素の原子で置換している従来の方法よりも、むしろ、ｐ
型ドーパントとして第ＩＶ族元素である炭素を使用し、
脱離し易い窒素原子を炭素原子で置換する、言い換えれ
ば、脱離して形成された欠落部にｐ型ドーパント原子を
導入するほうが、結晶の成長を制御し易く、従って高品
質のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が得られる
ことを見い出し、本発明を完成するに至った。
結果、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長さ
せる過程で、ｐ型ドーパントとして第ＩＩ族元素である
ＭｇやＺｎを使用し第ＩＩＩ族元素の原子を第ＩＩ族元
素の原子で置換している従来の方法よりも、むしろ、ｐ
型ドーパントとして第ＩＶ族元素である炭素を使用し、
脱離し易い窒素原子を炭素原子で置換する、言い換えれ
ば、脱離して形成された欠落部にｐ型ドーパント原子を
導入するほうが、結晶の成長を制御し易く、従って高品
質のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が得られる
ことを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】上記目的を達成するために、本発明に係る
ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、元素周期律
表の第ＩＩＩ族元素を有する原料、第Ｖ族元素を有する
原料及びｐ型ドーパントを用いてｐ型窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体を成長させる方法において、ｐ型ドー
パントとして第ＩＶ族元素に属する炭素原子を有する物
質を使用し、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成
する第Ｖ族元素の窒素原子を炭素原子で置換することを
特徴としている。本発明に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体は、全てのｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体に適用できる。本発明では、結晶成長時に脱
離し易い窒素原子を第ＩＶ族元素の炭素原子に置換して
いる。よって、窒素原子の欠落量が、結果的にかつ相対
的に少なくなり、高品質のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体が実現される。
ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、元素周期律
表の第ＩＩＩ族元素を有する原料、第Ｖ族元素を有する
原料及びｐ型ドーパントを用いてｐ型窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体を成長させる方法において、ｐ型ドー
パントとして第ＩＶ族元素に属する炭素原子を有する物
質を使用し、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成
する第Ｖ族元素の窒素原子を炭素原子で置換することを
特徴としている。本発明に係るｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体は、全てのｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体に適用できる。本発明では、結晶成長時に脱
離し易い窒素原子を第ＩＶ族元素の炭素原子に置換して
いる。よって、窒素原子の欠落量が、結果的にかつ相対
的に少なくなり、高品質のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体が実現される。
【０００６】本発明の好適な実施態様は、基板上に低温
バッファ層を形成する工程と、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体のエピタキシャル成長に好適な温度範囲
に基板を昇温する工程と、第ＩＩＩ族元素を含む原料ガ
スと、第Ｖ族元素を含む原料ガスと、炭素原子を含む原
料ガスとを基板上に導入して、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体をエピタキシャル成長させる工程とを備
えることを特徴としている。炭素原子を含む原料ガス
は、炭素と水素からなる物質、例えば、ＣnＨ2n+2（１
≦ｎ≦５）、ＣnＨ2n（２≦ｎ≦５）又はＣnＨ2n-2（２
≦ｎ≦５）で表される少なくとも１種類の物質を含む
と、ｐ型ドーパントとして炭素原子を有する良質の結晶
を成長させることができる。ＣnＨ2n+2は、例えば、メ
タン、エタン、プロパンやブタンである。
バッファ層を形成する工程と、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体のエピタキシャル成長に好適な温度範囲
に基板を昇温する工程と、第ＩＩＩ族元素を含む原料ガ
スと、第Ｖ族元素を含む原料ガスと、炭素原子を含む原
料ガスとを基板上に導入して、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体をエピタキシャル成長させる工程とを備
えることを特徴としている。炭素原子を含む原料ガス
は、炭素と水素からなる物質、例えば、ＣnＨ2n+2（１
≦ｎ≦５）、ＣnＨ2n（２≦ｎ≦５）又はＣnＨ2n-2（２
≦ｎ≦５）で表される少なくとも１種類の物質を含む
と、ｐ型ドーパントとして炭素原子を有する良質の結晶
を成長させることができる。ＣnＨ2n+2は、例えば、メ
タン、エタン、プロパンやブタンである。
【０００７】好適な実施態様の具体的な一例としては、
第ＩＩＩ族元素を含む原料ガスとしてトリメチルガリウ
ムガス又はトリエチルガリウムガス、第Ｖ族元素を含む
原料ガスとしてアンモニア、炭素原子を含む原料ガスと
してブタンガス（Ｃ4Ｈ10）を用いてエピタキシャル成
長させると、ｐ型ドーパントとして炭素原子を有する結
晶欠陥の少ないＧａＮ：Ｃ結晶を得ることができる。
第ＩＩＩ族元素を含む原料ガスとしてトリメチルガリウ
ムガス又はトリエチルガリウムガス、第Ｖ族元素を含む
原料ガスとしてアンモニア、炭素原子を含む原料ガスと
してブタンガス（Ｃ4Ｈ10）を用いてエピタキシャル成
長させると、ｐ型ドーパントとして炭素原子を有する結
晶欠陥の少ないＧａＮ：Ｃ結晶を得ることができる。
【０００８】また、炭素を含む原料ガスとして、ＲＯＨ
（Ｒは何れかのアルキル基）で表されるアルコールを含
む原料ガスか、又は、分子量が１４よりも大きい少なく
とも１つの基が窒素原子に結合している有機化合物から
なる原料ガスであっても、良質の結晶を成長させること
ができる。
（Ｒは何れかのアルキル基）で表されるアルコールを含
む原料ガスか、又は、分子量が１４よりも大きい少なく
とも１つの基が窒素原子に結合している有機化合物から
なる原料ガスであっても、良質の結晶を成長させること
ができる。
【０００９】有機化合物の一例は、プロピルアミン、イ
ソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、
ターシャリブチルアミン、モノメチルヒドラジン、及び
アジ化エチルを含む第１級アミンから成る群より選ばれ
た少なくとも一種類のアミン化合物である。有機化合物
の別の一例は、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミ
ン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジターシャ
リブチルアミン、1,1−ジメチルヒドラジン、1,2−ジメ
チルヒドラジン、及び第二ブチルアミンを含む第２級ア
ミンから成る群より選ばれた少なくとも一種類のアミン
化合物である。有機化合物の更に別の一例は、トリプロ
ピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミ
ン、トリイソブチルアミン、トリターシャリブチルアミ
ン、トリ第二ブチルアミン、トリアリルアミン、トリエ
チルアミン、ジイソプロピルメチルアミン、ジプロピル
メチルアミン、ジブチルメチルアミン、ジイソブチルメ
チルミン、ジ第二ブチルメチルアミン、及びジターシャ
リブチルメチルアミンを含む第３級アミンから成る群よ
り選ばれた少なくとも一種類のアミン化合物である。
ソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、
ターシャリブチルアミン、モノメチルヒドラジン、及び
アジ化エチルを含む第１級アミンから成る群より選ばれ
た少なくとも一種類のアミン化合物である。有機化合物
の別の一例は、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミ
ン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジターシャ
リブチルアミン、1,1−ジメチルヒドラジン、1,2−ジメ
チルヒドラジン、及び第二ブチルアミンを含む第２級ア
ミンから成る群より選ばれた少なくとも一種類のアミン
化合物である。有機化合物の更に別の一例は、トリプロ
ピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミ
ン、トリイソブチルアミン、トリターシャリブチルアミ
ン、トリ第二ブチルアミン、トリアリルアミン、トリエ
チルアミン、ジイソプロピルメチルアミン、ジプロピル
メチルアミン、ジブチルメチルアミン、ジイソブチルメ
チルミン、ジ第二ブチルメチルアミン、及びジターシャ
リブチルメチルアミンを含む第３級アミンから成る群よ
り選ばれた少なくとも一種類のアミン化合物である。
【００１０】本発明方法を用いてｐ型窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体を成長させる際、有機金属化学気相成
長法又は分子線エピタキシ法で成長させると結晶の成長
を制御し易く、従って、高品質の結晶が得られ易い。
Ｖ族化合物半導体を成長させる際、有機金属化学気相成
長法又は分子線エピタキシ法で成長させると結晶の成長
を制御し易く、従って、高品質の結晶が得られ易い。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的に説明する。実施例 本実施例は、ｐ型ドーパントとして炭素原子が導入され
たｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、本発明方
法を用いてエピタキシャル成長させる例である。図１
は、本実施例で使用するＭＯＣＶＤ装置の構成を示す。
を参照して、本発明の実施の形態を具体的に説明する。実施例 本実施例は、ｐ型ドーパントとして炭素原子が導入され
たｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、本発明方
法を用いてエピタキシャル成長させる例である。図１
は、本実施例で使用するＭＯＣＶＤ装置の構成を示す。
【００１２】ＭＯＣＶＤ装置１０は、図１に示すよう
に、基板Ｗを保持するサセプタ１２を内部に有する反応
管１４と、第ＩＩＩ族元素を含む有機金属原料であるト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）をそれぞれ収容し、水素ガスによるバブリン
グにより供給ライン１８を経由して反応管１４にＴＭＧ
ガス又はＴＥＧガスをそれぞれ供給する２個のバブラー
２０Ａ、Ｂと、水素ガスを純化して高純度の水素ガスを
キャリアガスとしてバブラー２０Ａ、Ｂ及び反応管１４
及びベントライン２６に供給する水素純化装置２２とを
備えている。また、窒素原料としてアンモニアを収容
し、供給ライン２１を経由して反応管１４又はベントラ
イン２６にアンモニアを供給するボンベ２３と、炭素原
子を有する原料ガスとしてブタンガスを収容し、供給ラ
イン２５を経由して、同様に反応管１４又はベントライ
ン２６にブタンガスを供給するボンベ２７とを備えてい
る。更に、水素ガスの流量制御のためのマスフローコン
トローラ２４Ａ〜Ｄが、それぞれ、水素純化装置２２か
らバブラー２０Ａ、Ｂ、供給ライン１８、及びベントラ
イン２６に接続される各ラインに設けられている。ま
た、アンモニア及びブタンガスの流量制御のためのマス
フローコントローラ２４Ｅ、Ｆが、それぞれ供給ライン
２１及び供給ライン２５に設けられている。
に、基板Ｗを保持するサセプタ１２を内部に有する反応
管１４と、第ＩＩＩ族元素を含む有機金属原料であるト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）をそれぞれ収容し、水素ガスによるバブリン
グにより供給ライン１８を経由して反応管１４にＴＭＧ
ガス又はＴＥＧガスをそれぞれ供給する２個のバブラー
２０Ａ、Ｂと、水素ガスを純化して高純度の水素ガスを
キャリアガスとしてバブラー２０Ａ、Ｂ及び反応管１４
及びベントライン２６に供給する水素純化装置２２とを
備えている。また、窒素原料としてアンモニアを収容
し、供給ライン２１を経由して反応管１４又はベントラ
イン２６にアンモニアを供給するボンベ２３と、炭素原
子を有する原料ガスとしてブタンガスを収容し、供給ラ
イン２５を経由して、同様に反応管１４又はベントライ
ン２６にブタンガスを供給するボンベ２７とを備えてい
る。更に、水素ガスの流量制御のためのマスフローコン
トローラ２４Ａ〜Ｄが、それぞれ、水素純化装置２２か
らバブラー２０Ａ、Ｂ、供給ライン１８、及びベントラ
イン２６に接続される各ラインに設けられている。ま
た、アンモニア及びブタンガスの流量制御のためのマス
フローコントローラ２４Ｅ、Ｆが、それぞれ供給ライン
２１及び供給ライン２５に設けられている。
【００１３】バブラー２０Ａと供給ライン１８及びベン
トライン２６との間、及び、バブラー２０Ｂと供給ライ
ン１８及びベントライン２６との間には、それぞれ切り
換えバルブＶ１、Ｖ２及び切り換えバルブＶ３、Ｖ４が
設けてあって、それらを切り換えることにより、バブラ
ー２０Ａ、Ｂから反応管１４又はベントライン２６に、
ガスの送入先を切り換えることができる。また、供給ラ
イン２１と供給ライン１８及びベントライン２６との間
には、同様に、それぞれ切り換えバルブＶ５、Ｖ６が設
けてあって、それらを切り換えることにより、供給ライ
ン１８又はベントライン２６にアンモニアの送入先を切
り換えることができる。更に、供給ライン２５と供給ラ
イン１８及びベントライン２６との間には、それぞれ切
り換えバルブＶ７、Ｖ８が設けてあって、それらを切り
換えることにより、同様に、供給ライン１８又はベント
ライン２６にブタンガスの送入先を切り換えることがで
きる。
トライン２６との間、及び、バブラー２０Ｂと供給ライ
ン１８及びベントライン２６との間には、それぞれ切り
換えバルブＶ１、Ｖ２及び切り換えバルブＶ３、Ｖ４が
設けてあって、それらを切り換えることにより、バブラ
ー２０Ａ、Ｂから反応管１４又はベントライン２６に、
ガスの送入先を切り換えることができる。また、供給ラ
イン２１と供給ライン１８及びベントライン２６との間
には、同様に、それぞれ切り換えバルブＶ５、Ｖ６が設
けてあって、それらを切り換えることにより、供給ライ
ン１８又はベントライン２６にアンモニアの送入先を切
り換えることができる。更に、供給ライン２５と供給ラ
イン１８及びベントライン２６との間には、それぞれ切
り換えバルブＶ７、Ｖ８が設けてあって、それらを切り
換えることにより、同様に、供給ライン１８又はベント
ライン２６にブタンガスの送入先を切り換えることがで
きる。
【００１４】本実施例では、先ず、表面にｃ面が形成さ
れたＡｌ2Ｏ3（サファイア）からなる基板Ｗを、反応管
１４内のサセプタ１２上にｃ面を上面にして載置した。
次いで、水素純化装置２２で純化された高純度の水素ガ
スをマスフロコントローラ２４Ｃで流量制御しながら反
応管１４内に供給して水素ガス雰囲気にし、基板Ｗを１
１００℃に加熱してサーマルエッチングを１０分間行っ
た。次いで、基板を６００℃に降温し、Ｇａ原料として
ＴＭＧを流量１００μmol/minで、窒素原料としてアン
モニアを流量２０SLM で反応管１４内に供給し、低温バ
ッファ層（ＧａＮ層２８）を形成した。
れたＡｌ2Ｏ3（サファイア）からなる基板Ｗを、反応管
１４内のサセプタ１２上にｃ面を上面にして載置した。
次いで、水素純化装置２２で純化された高純度の水素ガ
スをマスフロコントローラ２４Ｃで流量制御しながら反
応管１４内に供給して水素ガス雰囲気にし、基板Ｗを１
１００℃に加熱してサーマルエッチングを１０分間行っ
た。次いで、基板を６００℃に降温し、Ｇａ原料として
ＴＭＧを流量１００μmol/minで、窒素原料としてアン
モニアを流量２０SLM で反応管１４内に供給し、低温バ
ッファ層（ＧａＮ層２８）を形成した。
【００１５】次いで、アンモニアのみを供給しながら、
ＧａＮ結晶の成長に好ましい温度である１０００℃に基
板Ｗを昇温し、水素ガスをバブラー２０Ａに供給してＴ
ＭＧガス及びブタンガスをそれぞれ、流量１００μmol/
min及び５sccmで反応管１４に更に導入した。この結
果、図２に示すように、炭素原子がｐ型ドーパントとし
て導入されたＧａＮ：Ｃ結晶３０を基板Ｗの上にエピタ
キシャル成長させることができた。尚、ＴＭＧガスを導
入する代わりに、水素ガスをバブラー２０Ｂに供給して
ＴＥＧガスを反応管１４に導入しても、同様にエピタキ
シャル成長させることができる。
ＧａＮ結晶の成長に好ましい温度である１０００℃に基
板Ｗを昇温し、水素ガスをバブラー２０Ａに供給してＴ
ＭＧガス及びブタンガスをそれぞれ、流量１００μmol/
min及び５sccmで反応管１４に更に導入した。この結
果、図２に示すように、炭素原子がｐ型ドーパントとし
て導入されたＧａＮ：Ｃ結晶３０を基板Ｗの上にエピタ
キシャル成長させることができた。尚、ＴＭＧガスを導
入する代わりに、水素ガスをバブラー２０Ｂに供給して
ＴＥＧガスを反応管１４に導入しても、同様にエピタキ
シャル成長させることができる。
【００１６】次いで、ＧａＮ：Ｃ結晶３０を、ＳＩＭＳ
により分析した。図３は、ＳＩＭＳでの計測によって得
られた、ＧａＮ：Ｃ結晶３０の表面からの深さ位置と、
その深さ位置でのＧａ密度および導入された炭素原子密
度を表すイオンカウント数との関係を示すグラフ図であ
る。深さ２μｍ以上にわたり炭素原子が導入されている
ことが判る。ＧａＮ：Ｃ結晶３０は、ホール数を測定し
た結果、８×１０16個／cm3のホールを有しており、導
入された炭素原子の一部によってｐ型窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体に成長したことが確認された。
により分析した。図３は、ＳＩＭＳでの計測によって得
られた、ＧａＮ：Ｃ結晶３０の表面からの深さ位置と、
その深さ位置でのＧａ密度および導入された炭素原子密
度を表すイオンカウント数との関係を示すグラフ図であ
る。深さ２μｍ以上にわたり炭素原子が導入されている
ことが判る。ＧａＮ：Ｃ結晶３０は、ホール数を測定し
た結果、８×１０16個／cm3のホールを有しており、導
入された炭素原子の一部によってｐ型窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体に成長したことが確認された。
【００１７】本実施例では、ブタンガスを導入し、結晶
成長時に脱離し易いＶ族元素である窒素原子をＩＶ族元
素である炭素原子に置換しながら結晶成長させた。この
結果、従来に比べ、結晶成長時での窒素原子の欠落量を
相対的に抑えることができ、従って、良質のｐ型窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させることができ
た。
成長時に脱離し易いＶ族元素である窒素原子をＩＶ族元
素である炭素原子に置換しながら結晶成長させた。この
結果、従来に比べ、結晶成長時での窒素原子の欠落量を
相対的に抑えることができ、従って、良質のｐ型窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させることができ
た。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、ｐ型ドーパントとして
炭素元素を有する物質を使用することにより、ｐ型窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成し結晶成長時に脱
離し易いＶ族元素である窒素原子をＩＶ族元素である炭
素原子で置換している。これにより、結晶を成長させる
際に窒素原子の欠落量を相対的に、また結果的に抑える
ことができるので、結晶欠陥の少ない良質のｐ型窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させることができ
る。好適な例としては、第ＩＩＩ族元素を含む原料ガス
としてトリメチルガリウムガス又はトリエチルガリウム
ガス、第Ｖ族元素を含む原料ガスとしてアンモニア、炭
素を有する原料ガスとしてブタンガスを用いて、結晶を
成長させている。これにより、ｐ型ドーパントとして炭
素原子が導入された、結晶欠陥の少ないＧａＮ：Ｃ結晶
を成長させることができる。
炭素元素を有する物質を使用することにより、ｐ型窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を構成し結晶成長時に脱
離し易いＶ族元素である窒素原子をＩＶ族元素である炭
素原子で置換している。これにより、結晶を成長させる
際に窒素原子の欠落量を相対的に、また結果的に抑える
ことができるので、結晶欠陥の少ない良質のｐ型窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させることができ
る。好適な例としては、第ＩＩＩ族元素を含む原料ガス
としてトリメチルガリウムガス又はトリエチルガリウム
ガス、第Ｖ族元素を含む原料ガスとしてアンモニア、炭
素を有する原料ガスとしてブタンガスを用いて、結晶を
成長させている。これにより、ｐ型ドーパントとして炭
素原子が導入された、結晶欠陥の少ないＧａＮ：Ｃ結晶
を成長させることができる。
【図１】本発明の実施例方法を実施する際に使用したＭ
ＯＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。
ＯＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。
【図２】本実施例のＧａＮ：Ｃ結晶の断面図である。
【図３】本実施例のＧａＮ：Ｃ結晶の、表面からの深さ
位置と、その位置でのＧａ密度及び導入された炭素原子
密度との関係を示すグラフ図である。
位置と、その位置でのＧａ密度及び導入された炭素原子
密度との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】 １０……ＭＯＣＶＤ装置、１２……サセプタ、１４……
反応管、１６……光照射用光源、１８……供給ライン、
２０Ａ、Ｂ……バブラー、２１……供給ライン、２２…
…水素純化装置、２３……ボンベ、２４Ａ〜Ｄ……マス
フローコントローラ、２５……供給ライン、２６……ベ
ントライン、２７……ボンベ、２８……低温バッファ層
（ＧａＮ層）、３０……ＧａＮ：Ｃ結晶。
反応管、１６……光照射用光源、１８……供給ライン、
２０Ａ、Ｂ……バブラー、２１……供給ライン、２２…
…水素純化装置、２３……ボンベ、２４Ａ〜Ｄ……マス
フローコントローラ、２５……供給ライン、２６……ベ
ントライン、２７……ボンベ、２８……低温バッファ層
（ＧａＮ層）、３０……ＧａＮ：Ｃ結晶。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年１月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】光ディスク、光磁気ディスク等の光学的
大容量記録媒体の記録及び再生を高密度かつ高解像度で
行うためには、短波長のレーザ光が必要である。そこ
で、近年、緑色、青色光や紫外光を発光する短波長半導
体レーザの開発が盛んである。このような短波長領域の
半導体レーザ素子の積層構造を形成する化合物半導体と
して、例えば、“Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３
０（１９９１）Ｌ１９９８”に言及されているように、
ＧａＮやＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ等の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体が注目されている。特に、ＧａＮは、
室温におけるバンドギャップが約３．４ｅＶで、堅牢か
つ化学的にも安定であるから、青色・紫外域の受発光素
子への応用が期待されている。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体にはｐ型とｎ型とがあり、ｐ型窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体は、従来、有機金属化学気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法で、Ｇａ等の第ＩＩＩ族元素を第ＩＩ
族元素であるＭｇやＺｎに一部置換しながら結晶を成長
させることにより得られている。
大容量記録媒体の記録及び再生を高密度かつ高解像度で
行うためには、短波長のレーザ光が必要である。そこ
で、近年、緑色、青色光や紫外光を発光する短波長半導
体レーザの開発が盛んである。このような短波長領域の
半導体レーザ素子の積層構造を形成する化合物半導体と
して、例えば、“Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３
０（１９９１）Ｌ１９９８”に言及されているように、
ＧａＮやＡｌＧａＮやＩｎＧａＮ等の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体が注目されている。特に、ＧａＮは、
室温におけるバンドギャップが約３．４ｅＶで、堅牢か
つ化学的にも安定であるから、青色・紫外域の受発光素
子への応用が期待されている。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体にはｐ型とｎ型とがあり、ｐ型窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体は、従来、有機金属化学気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法で、Ｇａ等の第ＩＩＩ族元素を第ＩＩ
族元素であるＭｇやＺｎに一部置換しながら結晶を成長
させることにより得られている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】有機化合物の一例は、プロピルアミン、イ
ソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン及
びターシャリブチルアミンを含む第１級アミン、モノメ
チルヒドラジン、並びにアジ化エチルからなる群より選
ばれた少なくとも１種類の化合物である。有機化合物の
別の一例は、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミ
ン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジターシャ
リブチルアミン及び第二ブチルアミンを含む第２級アミ
ン、1,1−ジメチルヒドラジン、並びに1,2−ジメチルヒ
ドラジンから成る群より選ばれた少なくとも一種類の化
合物である。有機化合物の更に別の一例は、トリプロピ
ルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミ
ン、トリイソブチルアミン、トリターシャリブチルアミ
ン、トリ第二ブチルアミン、トリアリルアミン、トリエ
チルアミン、ジイソプロピルメチルアミン、ジプロピル
メチルアミン、ジブチルメチルアミン、ジイソブチルメ
チルアミン、ジ第二ブチルメチルアミン、及びジターシ
ャリブチルメチルアミンを含む第３級アミンから成る群
より選ばれた少なくとも一種類のアミン化合物である。
ソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン及
びターシャリブチルアミンを含む第１級アミン、モノメ
チルヒドラジン、並びにアジ化エチルからなる群より選
ばれた少なくとも１種類の化合物である。有機化合物の
別の一例は、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミ
ン、ジブチルアミン、ジイソブチルアミン、ジターシャ
リブチルアミン及び第二ブチルアミンを含む第２級アミ
ン、1,1−ジメチルヒドラジン、並びに1,2−ジメチルヒ
ドラジンから成る群より選ばれた少なくとも一種類の化
合物である。有機化合物の更に別の一例は、トリプロピ
ルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミ
ン、トリイソブチルアミン、トリターシャリブチルアミ
ン、トリ第二ブチルアミン、トリアリルアミン、トリエ
チルアミン、ジイソプロピルメチルアミン、ジプロピル
メチルアミン、ジブチルメチルアミン、ジイソブチルメ
チルアミン、ジ第二ブチルメチルアミン、及びジターシ
ャリブチルメチルアミンを含む第３級アミンから成る群
より選ばれた少なくとも一種類のアミン化合物である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】本実施例では、先ず、表面にｃ面が形成さ
れたＡｌ2Ｏ3（サファイア）からなる基板Ｗを、反応管
１４内のサセプタ１２上にｃ面を上面にして載置した。
次いで、水素純化装置２２で純化された高純度の水素ガ
スをマスフロコントローラ２４Ｃで流量制御しながら反
応管１４内に供給して水素ガス雰囲気にし、基板Ｗを１
１００℃に加熱してサーマルエッチングを１０分間行っ
た。次いで、基板を５２０℃に降温し、Ｇａ原料として
ＴＭＧを流量１００μmol/minで、窒素原料としてアン
モニアを流量２０SLM で反応管１４内に供給し、低温バ
ッファ層（ＧａＮ層２８）を形成した。
れたＡｌ2Ｏ3（サファイア）からなる基板Ｗを、反応管
１４内のサセプタ１２上にｃ面を上面にして載置した。
次いで、水素純化装置２２で純化された高純度の水素ガ
スをマスフロコントローラ２４Ｃで流量制御しながら反
応管１４内に供給して水素ガス雰囲気にし、基板Ｗを１
１００℃に加熱してサーマルエッチングを１０分間行っ
た。次いで、基板を５２０℃に降温し、Ｇａ原料として
ＴＭＧを流量１００μmol/minで、窒素原料としてアン
モニアを流量２０SLM で反応管１４内に供給し、低温バ
ッファ層（ＧａＮ層２８）を形成した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 昌夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (13)
- 【請求項１】 元素周期律表の第ＩＩＩ族元素を有する
原料、第Ｖ族元素を有する原料及びｐ型ドーパントを用
いてｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させ
る方法において、 ｐ型ドーパントとして第ＩＶ族元素に属する炭素原子を
有する物質を使用し、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体を構成する第Ｖ族元素の窒素原子を炭素原子で置換す
ることを特徴とするｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体の成長方法。 - 【請求項２】 第ＩＩＩ族元素を含む原料ガスと、第Ｖ
族元素を含む原料ガスと、炭素原子を含む原料ガスとを
基板上に導入して、ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体をエピタキシャル成長させる工程を備えることを特
徴とする請求項１に記載のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体の成長方法。 - 【請求項３】 炭素原子を含む原料ガスが、炭素と水素
からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のｐ型
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項４】 炭素原子を含む原料ガスが、ＣnＨ2n+2
（１≦ｎ≦５）で表される少なくとも１種類の物質を含
むことを特徴とする請求項３に記載のｐ型窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項５】 炭素原子を含む原料ガスが、ＣnＨ
2n（２≦ｎ≦５）で表される少なくとも１種類の物質を
含むことを特徴とする請求項３に記載のｐ型窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項６】 炭素原子を含む原料ガスが、ＣnＨ2n-2
（２≦ｎ≦５）で表される少なくとも１種類の物質を含
むことを特徴とする請求項３に記載のｐ型窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項７】 第ＩＩＩ族元素を含む原料ガスとしてト
リメチルガリウムガス又はトリエチルガリウムガスを、
第Ｖ族元素を含む原料ガスとしてアンモニアを、炭素原
子を含む原料ガスとしてブタンガスをそれぞれ使用し、
ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてＧａＮ：
Ｃ結晶を成長させることを特徴とする請求項４から６の
うち何れか一項に記載のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の成長方法。 - 【請求項８】 炭素を含む原料ガスが、ＲＯＨ（Ｒは何
れかのアルキル基）で表されるアルコールを含むことを
特徴とする請求項２に記載のｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体の成長方法 - 【請求項９】 炭素を含む原料は、分子量が１４よりも
大きい少なくとも１つの基が窒素原子に結合している有
機化合物からなることを特徴とする請求項２に記載のｐ
型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法。 - 【請求項１０】 有機化合物が、プロピルアミン、イソ
プロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、タ
ーシャリブチルアミン、モノメチルヒドラジン、及びア
ジ化エチルを含む第１級アミンから成る群より選ばれた
少なくとも一種類のアミン化合物であることを特徴とす
る請求項２に記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の成長方法。 - 【請求項１１】 有機化合物が、ジプロピルアミン、ジ
イソプロピルアミン、ジブチルアミン、ジイソブチルア
ミン、ジターシャリブチルアミン、1,1−ジメチルヒド
ラジン、1,2−ジメチルヒドラジン、及び第二ブチルア
ミンを含む第２級アミンから成る群より選ばれた少なく
とも一種類のアミン化合物であることを特徴とする請求
項２に記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長
方法。 - 【請求項１２】 有機化合物が、トリプロピルアミン、
トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリイソ
ブチルアミン、トリターシャリブチルアミン、トリ第二
ブチルアミン、トリアリルアミン、トリエチルアミン、
ジイソプロピルメチルアミン、ジプロピルメチルアミ
ン、ジブチルメチルアミン、ジイソブチルメチルミン、
ジ第二ブチルメチルアミン、及びジターシャリブチルメ
チルアミンを含む第３級アミンから成る群より選ばれた
少なくとも一種類のアミン化合物であることを特徴とす
る請求項２に記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の成長方法。 - 【請求項１３】 有機金属化学気相成長法、又は分子線
エピタキシー法によりｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体を成長させることを特徴とする請求項１から１０
のうちのいずれか１項に記載の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26462696A JPH10112438A (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26462696A JPH10112438A (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10112438A true JPH10112438A (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=17405959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26462696A Pending JPH10112438A (ja) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | ｐ型窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10112438A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2350842A (en) * | 1999-06-11 | 2000-12-13 | Ca Nat Research Council | Carbob doped gallium nitride layers |
| WO2006068378A1 (en) * | 2004-12-23 | 2006-06-29 | Lg Innotek Co., Ltd | Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof |
| WO2008078301A2 (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Iii-nitride light emitting devices grown on tempaltes to reduce strain |
| EP1865095A3 (en) * | 2006-06-08 | 2009-06-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of growing gallium nitride crystal |
| US7655960B2 (en) | 2001-09-19 | 2010-02-02 | Sumito Electric Industries, Ltd. | A1xInyGa1-x-yN mixture crystal substrate, method of growing same and method of producing same |
| US7794543B2 (en) | 2001-10-09 | 2010-09-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of growing GaN crystal, method of producing single crystal GaN substrate, and single crystal GaN substrate |
| US8421190B2 (en) | 2005-01-11 | 2013-04-16 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group III nitride semiconductor substrate and manufacturing method thereof |
| JP2013232589A (ja) * | 2012-05-01 | 2013-11-14 | Seoul Opto Devices Co Ltd | ｐ型窒化ガリウムアルミニウム半導体の製造方法 |
| JP2014107335A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Sharp Corp | 窒化物半導体結晶の製造方法 |
| JP2014146733A (ja) * | 2013-01-30 | 2014-08-14 | Sharp Corp | 窒化物半導体結晶の製造方法 |
-
1996
- 1996-10-04 JP JP26462696A patent/JPH10112438A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6544867B1 (en) | 1999-06-11 | 2003-04-08 | National Research Council Of Canada | Molecular beam epitaxy (MBE) growth of semi-insulating C-doped GaN |
| GB2350842B (en) * | 1999-06-11 | 2004-02-25 | Ca Nat Research Council | Molecular beam epitaxy (MBE) growth of semi-insulating C-doped GaN |
| US8067300B2 (en) | 2001-09-19 | 2011-11-29 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | AlxInyGa1-x-yN mixture crystal substrate, method of growing same and method of producing same |
| US8198177B2 (en) | 2001-09-19 | 2012-06-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | AlxInyGal-x-yN mixture crystal substrate, method of growing same and method of producing same |
| US7655960B2 (en) | 2001-09-19 | 2010-02-02 | Sumito Electric Industries, Ltd. | A1xInyGa1-x-yN mixture crystal substrate, method of growing same and method of producing same |
| US7794543B2 (en) | 2001-10-09 | 2010-09-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of growing GaN crystal, method of producing single crystal GaN substrate, and single crystal GaN substrate |
| US8044380B2 (en) | 2004-12-23 | 2011-10-25 | Lg Innotek Co., Ltd. | Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof |
| JP2008526016A (ja) * | 2004-12-23 | 2008-07-17 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| WO2006068378A1 (en) * | 2004-12-23 | 2006-06-29 | Lg Innotek Co., Ltd | Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof |
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| US7951693B2 (en) | 2006-12-22 | 2011-05-31 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | III-nitride light emitting devices grown on templates to reduce strain |
| WO2008078301A2 (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | Iii-nitride light emitting devices grown on tempaltes to reduce strain |
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