JPH11150067A - Ｉｉｉ族窒化物半導体およびその結晶成長方法 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体およびその結晶成長方法Info
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- JPH11150067A JPH11150067A JP33108197A JP33108197A JPH11150067A JP H11150067 A JPH11150067 A JP H11150067A JP 33108197 A JP33108197 A JP 33108197A JP 33108197 A JP33108197 A JP 33108197A JP H11150067 A JPH11150067 A JP H11150067A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低抵抗III族窒化物半導体およびその結晶成
長方法を提供する。 【解決手段】 IV族元素である炭素、ゲルマニウム、錫
または鉛を不純物として含むIII族窒化物半導体におい
て、前記IV族元素をIII族窒化物半導体中の窒素原子ま
たはIII族原子と置換させることにより、ｐ型またはｎ
型の低抵抗III族窒化物半導体が得られる。IV族元素がI
II族原子と置換するか窒素原子と置換するかを制御する
ため、結晶成長時において、反応室内のIII族原料の全
圧力と反応室内の窒素原料の全圧力とを調整する。反応
室内の窒素原料の全圧力を反応室内のIII族原料の全圧
力で除した値が、１０００よりも小さくなる条件で結晶
成長を行った場合にはｐ型のIII族窒化物半導体が得ら
れ、１０００よりも大きくなる条件で結晶成長を行った
場合にはｎ型のIII族窒化物半導体が得られる。
長方法を提供する。 【解決手段】 IV族元素である炭素、ゲルマニウム、錫
または鉛を不純物として含むIII族窒化物半導体におい
て、前記IV族元素をIII族窒化物半導体中の窒素原子ま
たはIII族原子と置換させることにより、ｐ型またはｎ
型の低抵抗III族窒化物半導体が得られる。IV族元素がI
II族原子と置換するか窒素原子と置換するかを制御する
ため、結晶成長時において、反応室内のIII族原料の全
圧力と反応室内の窒素原料の全圧力とを調整する。反応
室内の窒素原料の全圧力を反応室内のIII族原料の全圧
力で除した値が、１０００よりも小さくなる条件で結晶
成長を行った場合にはｐ型のIII族窒化物半導体が得ら
れ、１０００よりも大きくなる条件で結晶成長を行った
場合にはｎ型のIII族窒化物半導体が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、III族窒化物半
導体に関し、特にたとえば低抵抗III族窒化物半導体お
よびその結晶成長方法に関する。
導体に関し、特にたとえば低抵抗III族窒化物半導体お
よびその結晶成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ（但し、０≦Ｘ
≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）に代表されるようなII
I族窒化物半導体（III族元素と窒素が一対一の化学量論
比で表される半導体）は、青色発光ダイオード、青色レ
ーザダイオード等の青色発光素子の材料として注目され
ているが、III族窒化物半導体を発光素子の材料として
利用する場合は、効率よくキャリアを再結合させるた
め、低抵抗のｐ型およびｎ型のIII族窒化物半導体を作
成することが重要になる。
≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）に代表されるようなII
I族窒化物半導体（III族元素と窒素が一対一の化学量論
比で表される半導体）は、青色発光ダイオード、青色レ
ーザダイオード等の青色発光素子の材料として注目され
ているが、III族窒化物半導体を発光素子の材料として
利用する場合は、効率よくキャリアを再結合させるた
め、低抵抗のｐ型およびｎ型のIII族窒化物半導体を作
成することが重要になる。
【０００３】現在、ｐ型のIII族窒化物半導体として
は、III族元素を置換するマグネシウムや亜鉛をドープ
したものが知られている。たとえば、マグネシウムをド
ープしたｐ型III族窒化物半導体は、有機金属化合物気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によってマグネシウムをドー
プしたＡｌＧａＩｎＮに電子線を照射することによって
得られる。また、ｎ型のIII族窒化物半導体としては、I
II族元素を置換するシリコンをドープしたものが知られ
ている。
は、III族元素を置換するマグネシウムや亜鉛をドープ
したものが知られている。たとえば、マグネシウムをド
ープしたｐ型III族窒化物半導体は、有機金属化合物気
相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によってマグネシウムをドー
プしたＡｌＧａＩｎＮに電子線を照射することによって
得られる。また、ｎ型のIII族窒化物半導体としては、I
II族元素を置換するシリコンをドープしたものが知られ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
ドーピング原料が限られており、また、ｐ型とｎ型でそ
れぞれに用いることができるドーピング原料が決まって
いることから、材料設計および製造工程の自由度が低い
という問題があった。
ドーピング原料が限られており、また、ｐ型とｎ型でそ
れぞれに用いることができるドーピング原料が決まって
いることから、材料設計および製造工程の自由度が低い
という問題があった。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、材
料設計および製造工程の自由度が高いIII族窒化物半導
体およびその結晶成長方法を提供することである。
料設計および製造工程の自由度が高いIII族窒化物半導
体およびその結晶成長方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載のIII族窒化物半導体は、不純物と
してIV族元素を含有する。
に、請求項１に記載のIII族窒化物半導体は、不純物と
してIV族元素を含有する。
【０００７】請求項２に記載のIII族窒化物半導体は、
請求項１に記載のIII族窒化物半導体において、ｐ型伝
導を示すものである。
請求項１に記載のIII族窒化物半導体において、ｐ型伝
導を示すものである。
【０００８】請求項３に記載のIII族窒化物半導体は、
請求項２に記載のIII族窒化物半導体において、III族窒
化物半導体に含有されているIV族元素のうち、III族原
子と置換しているIV族元素よりも窒素原子と置換してい
るIV族元素の方が多いものである。
請求項２に記載のIII族窒化物半導体において、III族窒
化物半導体に含有されているIV族元素のうち、III族原
子と置換しているIV族元素よりも窒素原子と置換してい
るIV族元素の方が多いものである。
【０００９】請求項４に記載のIII族窒化物半導体は、
請求項１に記載のIII族窒化物半導体において、ｎ型伝
導を示すものである。
請求項１に記載のIII族窒化物半導体において、ｎ型伝
導を示すものである。
【００１０】請求項５に記載のIII族窒化物半導体は、
請求項４に記載のIII族窒化物半導体のにおいて、III族
窒化物半導体に含有されているIV族元素のうち、窒素原
子と置換しているIV族元素よりもIII族原子と置換して
いるIV族元素の方が多いものである。
請求項４に記載のIII族窒化物半導体のにおいて、III族
窒化物半導体に含有されているIV族元素のうち、窒素原
子と置換しているIV族元素よりもIII族原子と置換して
いるIV族元素の方が多いものである。
【００１１】請求項６に記載のIII族窒化物半導体は、
請求項１ないし５のいずれかに記載のIII族窒化物半導
体において、IV族元素は炭素、ゲルマニウム、錫および
鉛のうちのいずれかであるものである。
請求項１ないし５のいずれかに記載のIII族窒化物半導
体において、IV族元素は炭素、ゲルマニウム、錫および
鉛のうちのいずれかであるものである。
【００１２】請求項７に記載のIII族窒化物半導体の結
晶成長方法は、反応室中において、ｐ型のIII族窒化物
半導体を結晶成長させる方法であって、反応室内にIII
族原料、窒素原料、およびIV族原料を導入するととも
に、反応室内における窒素原料の全圧力を反応室内にお
けるIII族原料の全圧力で除した値が１０００よりも小
さくなるように、窒素原料の全圧力とIII族原料の全圧
力とを調整するものである。
晶成長方法は、反応室中において、ｐ型のIII族窒化物
半導体を結晶成長させる方法であって、反応室内にIII
族原料、窒素原料、およびIV族原料を導入するととも
に、反応室内における窒素原料の全圧力を反応室内にお
けるIII族原料の全圧力で除した値が１０００よりも小
さくなるように、窒素原料の全圧力とIII族原料の全圧
力とを調整するものである。
【００１３】請求項８に記載のIII族窒化物半導体の結
晶成長方法は、反応室中において、ｎ型のIII族窒化物
半導体を結晶成長させる方法であって、反応室内にIII
族原料、窒素原料、およびIV族原料を導入するととも
に、反応室内における窒素原料の全圧力を反応室内にお
けるIII族原料の全圧力で除した値が１０００よりも大
きくなるように、窒素原料の全圧力とIII族原料の全圧
力とを調整するものである。
晶成長方法は、反応室中において、ｎ型のIII族窒化物
半導体を結晶成長させる方法であって、反応室内にIII
族原料、窒素原料、およびIV族原料を導入するととも
に、反応室内における窒素原料の全圧力を反応室内にお
けるIII族原料の全圧力で除した値が１０００よりも大
きくなるように、窒素原料の全圧力とIII族原料の全圧
力とを調整するものである。
【００１４】請求項９に記載のIII族窒化物半導体の結
晶成長方法は、請求項７または８に記載のIII族窒化物
半導体の結晶成長方法において、IV族原料がIV族元素と
して炭素、ゲルマニウム、錫および鉛のうちのいずれか
を含むものである。
晶成長方法は、請求項７または８に記載のIII族窒化物
半導体の結晶成長方法において、IV族原料がIV族元素と
して炭素、ゲルマニウム、錫および鉛のうちのいずれか
を含むものである。
【００１５】請求項１から５に記載のIII族窒化物半導
体においては、IV族元素をドーピングすることによっ
て、低抵抗のｐ型またはｎ型III族窒化物半導体を得る
ことができる。ここで、III族窒化物半導体がｐ型とな
るかｎ型となるかは、IV族元素が主にどの元素と置換す
るかによって異なる。すなわち、請求項３に記載のIII
族窒化物半導体においては、IV族元素がＶ族元素である
窒素と置換することによってIV族元素がアクセプタとな
り、ｐ型となる。また、請求項５に記載のIII族窒化物
半導体においては、IV族元素がIII族元素と置換するこ
とによってIV族元素がドナーとなり、ｎ型となる。この
ように、この発明によれば、同じドーピング原料を用い
てｐ型またはｎ型のいずれのIII族窒化物半導体をも得
ることができる。
体においては、IV族元素をドーピングすることによっ
て、低抵抗のｐ型またはｎ型III族窒化物半導体を得る
ことができる。ここで、III族窒化物半導体がｐ型とな
るかｎ型となるかは、IV族元素が主にどの元素と置換す
るかによって異なる。すなわち、請求項３に記載のIII
族窒化物半導体においては、IV族元素がＶ族元素である
窒素と置換することによってIV族元素がアクセプタとな
り、ｐ型となる。また、請求項５に記載のIII族窒化物
半導体においては、IV族元素がIII族元素と置換するこ
とによってIV族元素がドナーとなり、ｎ型となる。この
ように、この発明によれば、同じドーピング原料を用い
てｐ型またはｎ型のいずれのIII族窒化物半導体をも得
ることができる。
【００１６】IV族元素が主にIII族元素と置換するか、
あるいは主に窒素と置換するかは、III族窒化物半導体
の結晶成長の条件によって異なり、請求項７または８に
示す結晶成長条件によって制御することが可能である。
すなわち請求項７に示す条件のように、反応室内の窒素
原料の全圧力（反応室内の全窒素原料の圧力を合計した
もの）をIII族原料の全圧力（反応室内の全III族原料の
圧力を合計したもの）で除した値が、１０００よりも小
さくなるように窒素原料の全圧力とIII族原料の全圧力
とを調整した場合には、形成されるIII族窒化物半導体
はｐ型伝導を示す。これは、III族窒化物半導体の化学
量論比はIII族元素と窒素とが一対一であるのに対し、
上記反応条件においては、反応室内の窒素原料が上記化
学量論比のIII族窒化物半導体を形成するために必要な
量よりも少ないために本来窒素が占めるべき格子位置に
IV族元素が組み込まれ、これによってIV族元素がアクセ
プタとなるためｐ型伝導を示すものであると考えられ
る。
あるいは主に窒素と置換するかは、III族窒化物半導体
の結晶成長の条件によって異なり、請求項７または８に
示す結晶成長条件によって制御することが可能である。
すなわち請求項７に示す条件のように、反応室内の窒素
原料の全圧力（反応室内の全窒素原料の圧力を合計した
もの）をIII族原料の全圧力（反応室内の全III族原料の
圧力を合計したもの）で除した値が、１０００よりも小
さくなるように窒素原料の全圧力とIII族原料の全圧力
とを調整した場合には、形成されるIII族窒化物半導体
はｐ型伝導を示す。これは、III族窒化物半導体の化学
量論比はIII族元素と窒素とが一対一であるのに対し、
上記反応条件においては、反応室内の窒素原料が上記化
学量論比のIII族窒化物半導体を形成するために必要な
量よりも少ないために本来窒素が占めるべき格子位置に
IV族元素が組み込まれ、これによってIV族元素がアクセ
プタとなるためｐ型伝導を示すものであると考えられ
る。
【００１７】一方、請求項８に示す反応条件において
は、形成されるIII族窒化物半導体はｎ型を示す。これ
は、反応室内のIII族原料が、上記化学量論比のIII族窒
化物半導体を形成するために必要な量よりも少ないため
に、本来III族元素が占めるべき格子位置にIV族元素が
組み込まれ、これによってIV族元素がドナーとなるため
ｎ型伝導を示すものであると考えられる。
は、形成されるIII族窒化物半導体はｎ型を示す。これ
は、反応室内のIII族原料が、上記化学量論比のIII族窒
化物半導体を形成するために必要な量よりも少ないため
に、本来III族元素が占めるべき格子位置にIV族元素が
組み込まれ、これによってIV族元素がドナーとなるため
ｎ型伝導を示すものであると考えられる。
【００１８】ここで、請求項６に記載のIII族窒化物半
導体、および請求項９に記載のIII族窒化物半導体の結
晶成長方法に示すように、ドーピングするIV族元素とし
ては炭素、ゲルマニウム、錫および鉛のうちのいずれか
を用いることが望ましい。
導体、および請求項９に記載のIII族窒化物半導体の結
晶成長方法に示すように、ドーピングするIV族元素とし
ては炭素、ゲルマニウム、錫および鉛のうちのいずれか
を用いることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、表および図面を参照して説明する。
いて、表および図面を参照して説明する。
【００２０】この発明のIII族窒化物半導体は、ＭＢＥ
法、ＣＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法で作成することができ、こ
の発明のIII族窒化物半導体の結晶成長方法は、上記Ｍ
ＢＥ法、ＣＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法によって実施すること
ができる。各方法における結晶成長原料を表１に示す。
法、ＣＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法で作成することができ、こ
の発明のIII族窒化物半導体の結晶成長方法は、上記Ｍ
ＢＥ法、ＣＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法によって実施すること
ができる。各方法における結晶成長原料を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１に記載したIII族有機金属化合物と
は、（Ｒ1Ｒ2Ｒ3）Ｍ（但し、ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等
のIII族元素で、Ｒ1、Ｒ2、およびＲ3はメチル基、エチ
ル基、プロピル基のいずれかである。）で表されるもの
を指す。また、表１に記載したIV族有機金属化合物と
は、（Ｒ1Ｒ2Ｒ3）Ｍ（但し、ＭはＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂの
いずれかで、Ｒ1、Ｒ2、およびＲ3はメチル基、エチル
基、プロピル基のいずれかである。）で表されるものを
指す。また、表１に記載したIV族元素とは、炭素、ゲル
マニウム、錫、鉛を指す。
は、（Ｒ1Ｒ2Ｒ3）Ｍ（但し、ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ等
のIII族元素で、Ｒ1、Ｒ2、およびＲ3はメチル基、エチ
ル基、プロピル基のいずれかである。）で表されるもの
を指す。また、表１に記載したIV族有機金属化合物と
は、（Ｒ1Ｒ2Ｒ3）Ｍ（但し、ＭはＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂの
いずれかで、Ｒ1、Ｒ2、およびＲ3はメチル基、エチル
基、プロピル基のいずれかである。）で表されるものを
指す。また、表１に記載したIV族元素とは、炭素、ゲル
マニウム、錫、鉛を指す。
【００２３】以下に、実際に各方法でIII族窒化物半導
体を結晶成長させる場合について説明する。
体を結晶成長させる場合について説明する。
【００２４】図１を参照して、この発明を用いて、炭素
をドープした低抵抗ＡｌＧａＩｎＮを結晶成長させる場
合について説明する。この一実施形態は、一般にＭＢＥ
法と呼ばれる結晶成長法による一例であり、その中で
も、III族原料としてＡｌ、Ｇａ、およびＩｎを用い、
窒素原料としてＲＦ放電によって活性化した窒素を用
い、IV族原料としてシアンガス（ＣＮ）を用いた場合の
一例である。
をドープした低抵抗ＡｌＧａＩｎＮを結晶成長させる場
合について説明する。この一実施形態は、一般にＭＢＥ
法と呼ばれる結晶成長法による一例であり、その中で
も、III族原料としてＡｌ、Ｇａ、およびＩｎを用い、
窒素原料としてＲＦ放電によって活性化した窒素を用
い、IV族原料としてシアンガス（ＣＮ）を用いた場合の
一例である。
【００２５】図１のＭＢＥ装置１０は、反応室１２と、
反応室１２内に設置されたＡｌ原料用セル１４、Ｇａ原
料用セル１６、Ｉｎ原料用セル１８、窒素原料用セル２
０、ドーピングガス原料用セル２２、および基板ヒータ
２４とを備える。ここで、窒素原料用セル２０は原料ガ
スを活性化するための励起用放電コイル２６を備える。
また、窒素原料用セル２０およびドーピングガス原料用
セル２２はそれぞれの原料ガスのガスボンベ２８および
３０に接続されている。
反応室１２内に設置されたＡｌ原料用セル１４、Ｇａ原
料用セル１６、Ｉｎ原料用セル１８、窒素原料用セル２
０、ドーピングガス原料用セル２２、および基板ヒータ
２４とを備える。ここで、窒素原料用セル２０は原料ガ
スを活性化するための励起用放電コイル２６を備える。
また、窒素原料用セル２０およびドーピングガス原料用
セル２２はそれぞれの原料ガスのガスボンベ２８および
３０に接続されている。
【００２６】結晶成長は、真空度を１×１０-3Ｔｏｒｒ
以下にした反応室１２中で、基板ヒータ２４によって６
５０℃に加熱されたサファイア基板３２に、原料用セル
１４ないし２２からIII族原料、窒素原料、およびIV族
原料を照射することによって行う。具体的には、Ａｌ原
料用セル１４、Ｇａ原料用セル１６、Ｉｎ原料用セル１
８からＡｌ、Ｇａ、Ｉｎがそれぞれ照射され、ドーピン
グガス原料用セル２２からはシアンガス（ＣＮ）が照射
される。また、窒素原料用セル２０においては、窒素ガ
ス（Ｎ2）がＲＦ放電（１３．５６ＭＨｚ、４５０ｗ）
によって活性化されてサファイア基板３２に照射され
る。
以下にした反応室１２中で、基板ヒータ２４によって６
５０℃に加熱されたサファイア基板３２に、原料用セル
１４ないし２２からIII族原料、窒素原料、およびIV族
原料を照射することによって行う。具体的には、Ａｌ原
料用セル１４、Ｇａ原料用セル１６、Ｉｎ原料用セル１
８からＡｌ、Ｇａ、Ｉｎがそれぞれ照射され、ドーピン
グガス原料用セル２２からはシアンガス（ＣＮ）が照射
される。また、窒素原料用セル２０においては、窒素ガ
ス（Ｎ2）がＲＦ放電（１３．５６ＭＨｚ、４５０ｗ）
によって活性化されてサファイア基板３２に照射され
る。
【００２７】このとき、窒素のビーム圧（反応室内での
圧力）をIII族原料のビーム圧の合計の１０００倍より
も小さくすることによって、IV族元素である炭素が主に
窒素原子と置換してｐ型のＡｌＧａＩｎＮが得られ、ま
た、シアンガスのガス圧力を高くするほど高いアクセプ
タ濃度が得られる。一例として、Ａｌビーム圧を１×１
０-7Ｔｏｒｒ、Ｇａビーム圧を１×１０-7Ｔｏｒｒ、Ｉ
ｎビーム圧を５×１０-8Ｔｏｒｒ、Ｎ2ビーム圧を１×
１０-5Ｔｏｒｒとした場合の、シアンガス圧力とアクセ
プタ濃度との関係を図２に示す。このとき、反応室内の
窒素原料の圧力は、反応室内のIII族原料の全圧力の４
０倍である。図２に示すように、反応室内のシアンガス
の圧力が高いほどアクセプタ濃度が高く、シアンガス圧
力を８×１０-9Ｔｏｒｒ以上とすることによってアクセ
プタ濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とすることができる。
さらに、シアンガス圧力を７×１０-8Ｔｏｒｒ以上とす
ることによってアクセプタ濃度を１×１０18ｃｍ-3以上
とすることができる。なお、参考として、ＭＢＥ法にお
いて、ドーピング原料としてII族元素のＭｇを用いた場
合のＭｇビーム圧とアクセプタ濃度との関係を図１４に
示す。図１４に示すように、従来の方法では、アクセプ
タ濃度を制御するためにはＭｇビーム圧を１０-11Ｔｏ
ｒｒ台または１０-10Ｔｏｒｒ台で制御しなければなら
ず、上記一実施形態の場合よりも制御が難しいという問
題がある。
圧力）をIII族原料のビーム圧の合計の１０００倍より
も小さくすることによって、IV族元素である炭素が主に
窒素原子と置換してｐ型のＡｌＧａＩｎＮが得られ、ま
た、シアンガスのガス圧力を高くするほど高いアクセプ
タ濃度が得られる。一例として、Ａｌビーム圧を１×１
０-7Ｔｏｒｒ、Ｇａビーム圧を１×１０-7Ｔｏｒｒ、Ｉ
ｎビーム圧を５×１０-8Ｔｏｒｒ、Ｎ2ビーム圧を１×
１０-5Ｔｏｒｒとした場合の、シアンガス圧力とアクセ
プタ濃度との関係を図２に示す。このとき、反応室内の
窒素原料の圧力は、反応室内のIII族原料の全圧力の４
０倍である。図２に示すように、反応室内のシアンガス
の圧力が高いほどアクセプタ濃度が高く、シアンガス圧
力を８×１０-9Ｔｏｒｒ以上とすることによってアクセ
プタ濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とすることができる。
さらに、シアンガス圧力を７×１０-8Ｔｏｒｒ以上とす
ることによってアクセプタ濃度を１×１０18ｃｍ-3以上
とすることができる。なお、参考として、ＭＢＥ法にお
いて、ドーピング原料としてII族元素のＭｇを用いた場
合のＭｇビーム圧とアクセプタ濃度との関係を図１４に
示す。図１４に示すように、従来の方法では、アクセプ
タ濃度を制御するためにはＭｇビーム圧を１０-11Ｔｏ
ｒｒ台または１０-10Ｔｏｒｒ台で制御しなければなら
ず、上記一実施形態の場合よりも制御が難しいという問
題がある。
【００２８】一方、窒素のビーム圧をIII族原料のビー
ム圧の合計の１０００倍よりも大きくすることによっ
て、IV族元素である炭素が主にIII族原子と置換してｎ
型のＡｌＧａＩｎＮが得られ、また、シアンガスのガス
圧力を高くするほど高いドナー濃度が得られる。一例と
して、Ａｌビーム圧を１×１０-8Ｔｏｒｒ、Ｇａビーム
圧を１×１０-8Ｔｏｒｒ、Ｉｎビーム圧を５×１０-9Ｔ
ｏｒｒ、Ｎ2ビーム圧を１×１０-4Ｔｏｒｒとした場合
の、シアンガス圧力とドナー濃度との関係を図３に示
す。このとき、反応室内の窒素原料の圧力は、III族原
料の全圧力の４０００倍である。図３に示すように、反
応室内のシアンガスの圧力が高いほどドナー濃度が高
く、シアンガス圧力を３×１０-9Ｔｏｒｒ以上とするこ
とによって、ドナー濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とする
ことができる。さらに、シアンガス圧力を２×１０-8Ｔ
ｏｒｒ以上とすることによって、ドナー濃度を１×１０
18ｃｍ-3以上とすることができる。
ム圧の合計の１０００倍よりも大きくすることによっ
て、IV族元素である炭素が主にIII族原子と置換してｎ
型のＡｌＧａＩｎＮが得られ、また、シアンガスのガス
圧力を高くするほど高いドナー濃度が得られる。一例と
して、Ａｌビーム圧を１×１０-8Ｔｏｒｒ、Ｇａビーム
圧を１×１０-8Ｔｏｒｒ、Ｉｎビーム圧を５×１０-9Ｔ
ｏｒｒ、Ｎ2ビーム圧を１×１０-4Ｔｏｒｒとした場合
の、シアンガス圧力とドナー濃度との関係を図３に示
す。このとき、反応室内の窒素原料の圧力は、III族原
料の全圧力の４０００倍である。図３に示すように、反
応室内のシアンガスの圧力が高いほどドナー濃度が高
く、シアンガス圧力を３×１０-9Ｔｏｒｒ以上とするこ
とによって、ドナー濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とする
ことができる。さらに、シアンガス圧力を２×１０-8Ｔ
ｏｒｒ以上とすることによって、ドナー濃度を１×１０
18ｃｍ-3以上とすることができる。
【００２９】なお、上記一実施形態においては、ドーピ
ングする炭素の原料としてシアンガスを用いたが、炭素
源として、炭素ドーピング用放電電極を用いてもよい。
ングする炭素の原料としてシアンガスを用いたが、炭素
源として、炭素ドーピング用放電電極を用いてもよい。
【００３０】また、IV族元素のドーピング原料として、
ガスの代わりにＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ等を使用してもよい。
この場合のＭＢＥ装置の例を図４に示す。この場合に
は、ドーピングガス原料用セル２２の代わりにドーパン
ト用セル３４が反応室１２内に設置される。
ガスの代わりにＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ等を使用してもよい。
この場合のＭＢＥ装置の例を図４に示す。この場合に
は、ドーピングガス原料用セル２２の代わりにドーパン
ト用セル３４が反応室１２内に設置される。
【００３１】なお、上記一実施形態では、ＭＢＥ法によ
る結晶成長の一例として上記反応条件によるものを示し
たが、他の反応条件によって結晶成長を行っても良く、
たとえば表２に示す反応条件の範囲内であればいかなる
反応条件であってもよい。
る結晶成長の一例として上記反応条件によるものを示し
たが、他の反応条件によって結晶成長を行っても良く、
たとえば表２に示す反応条件の範囲内であればいかなる
反応条件であってもよい。
【００３２】
【表２】
【００３３】図５を参照して、この発明を用いて、炭素
をドープした低抵抗ＡｌＧａＩｎＮを結晶成長させる場
合の他の一実施形態について説明する。この一実施形態
は、一般にＣＢＥ法と呼ばれる結晶成長方法による一例
であり、その中でも、III族原料として（Ｃ2Ｈ5）3Ａ
ｌ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎを用い、窒素原
料としてＲＦ放電によって活性化した窒素を用い、IV族
原料としてエチレンガス（Ｃ2Ｈ4）を用いた場合の一例
である。
をドープした低抵抗ＡｌＧａＩｎＮを結晶成長させる場
合の他の一実施形態について説明する。この一実施形態
は、一般にＣＢＥ法と呼ばれる結晶成長方法による一例
であり、その中でも、III族原料として（Ｃ2Ｈ5）3Ａ
ｌ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎを用い、窒素原
料としてＲＦ放電によって活性化した窒素を用い、IV族
原料としてエチレンガス（Ｃ2Ｈ4）を用いた場合の一例
である。
【００３４】図５のＣＢＥ装置４０は、反応室４２と、
反応室内に設置されたＡｌ原料用セル４４、Ｇａ原料用
セル４６、Ｉｎ原料用セル４８、窒素原料用セル５０お
よびドーピングガス原料用セル５２と、基板ヒータ５４
とを備える。ここで、各原料用セル４４ないし５２に
は、それぞれの原料に対応したガスボンベ５８ないし６
６が接続されている。また、窒素原料用セル５０には、
原料ガスを活性化するための励起用放電コイル５６が接
続されている。
反応室内に設置されたＡｌ原料用セル４４、Ｇａ原料用
セル４６、Ｉｎ原料用セル４８、窒素原料用セル５０お
よびドーピングガス原料用セル５２と、基板ヒータ５４
とを備える。ここで、各原料用セル４４ないし５２に
は、それぞれの原料に対応したガスボンベ５８ないし６
６が接続されている。また、窒素原料用セル５０には、
原料ガスを活性化するための励起用放電コイル５６が接
続されている。
【００３５】結晶成長は、真空度を１×１０-3Ｔｏｒｒ
以下にした反応室４２中で、基板ヒータ５４によって６
５０℃に加熱されたサファイア基板６８に、各原料用セ
ルから、III族原料、窒素原料、およびIV族原料を照射
することによって行う。具体的には、Ａｌ原料用セル４
４から（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ、Ｇａ原料用セル４６から（Ｃ2
Ｈ5）3Ｇａ、Ｉｎ原料用セル４８から（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ
が照射され、ドーピングガス原料用セル５２からはエチ
レンガス（Ｃ2Ｈ4）が照射される。また、窒素原料用セ
ル５０においては、窒素ガスがＲＦ放電（１３．５６Ｍ
Ｈｚ、４５０ｗ）によって活性化されてサファイア基板
６８に照射される。
以下にした反応室４２中で、基板ヒータ５４によって６
５０℃に加熱されたサファイア基板６８に、各原料用セ
ルから、III族原料、窒素原料、およびIV族原料を照射
することによって行う。具体的には、Ａｌ原料用セル４
４から（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ、Ｇａ原料用セル４６から（Ｃ2
Ｈ5）3Ｇａ、Ｉｎ原料用セル４８から（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ
が照射され、ドーピングガス原料用セル５２からはエチ
レンガス（Ｃ2Ｈ4）が照射される。また、窒素原料用セ
ル５０においては、窒素ガスがＲＦ放電（１３．５６Ｍ
Ｈｚ、４５０ｗ）によって活性化されてサファイア基板
６８に照射される。
【００３６】このとき、窒素のビーム圧をIII族原料の
ビーム圧の合計の１０００倍よりも小さくすることによ
って、IV族元素である炭素が主に窒素原子と置換してｐ
型のＡｌＧａＩｎＮが得られ、また、エチレンのガス圧
力を高くするほど高いアクセプタ濃度が得られる。一例
として、（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌビーム圧を１×１０-7Ｔｏｒ
ｒ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａビーム圧を１×１０-7Ｔｏｒｒ、
（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎビーム圧を５×１０-8Ｔｏｒｒ、Ｎ2ビ
ーム圧を１×１０-5Ｔｏｒｒとした場合の、エチレンガ
スの圧力とアクセプタ濃度との関係を図６に示す。この
とき、反応室内の窒素原料の圧力は、III族原料の全圧
力の４０倍である。図６に示すように、エチレンガスの
圧力が高いほどアクセプタ濃度が高く、エチレンガスの
圧力を８×１０-9Ｔｏｒｒ以上とすることによって、ア
クセプタ濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とすることができ
る。さらに、エチレンガスの圧力を６×１０-8Ｔｏｒｒ
以上とすることによって、アクセプタ濃度を１×１０18
ｃｍ-3以上とすることができる。
ビーム圧の合計の１０００倍よりも小さくすることによ
って、IV族元素である炭素が主に窒素原子と置換してｐ
型のＡｌＧａＩｎＮが得られ、また、エチレンのガス圧
力を高くするほど高いアクセプタ濃度が得られる。一例
として、（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌビーム圧を１×１０-7Ｔｏｒ
ｒ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａビーム圧を１×１０-7Ｔｏｒｒ、
（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎビーム圧を５×１０-8Ｔｏｒｒ、Ｎ2ビ
ーム圧を１×１０-5Ｔｏｒｒとした場合の、エチレンガ
スの圧力とアクセプタ濃度との関係を図６に示す。この
とき、反応室内の窒素原料の圧力は、III族原料の全圧
力の４０倍である。図６に示すように、エチレンガスの
圧力が高いほどアクセプタ濃度が高く、エチレンガスの
圧力を８×１０-9Ｔｏｒｒ以上とすることによって、ア
クセプタ濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とすることができ
る。さらに、エチレンガスの圧力を６×１０-8Ｔｏｒｒ
以上とすることによって、アクセプタ濃度を１×１０18
ｃｍ-3以上とすることができる。
【００３７】一方、窒素のビーム圧をIII族原料のビー
ム圧の合計の１０００倍よりも大きくすることによっ
て、IV族元素である炭素が主にIII族原子と置換してｎ
型のＡｌＧａＩｎＮが得られ、また、エチレンガスの圧
力を高くするほど高いドナー濃度が得られる。一例とし
て、（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌビーム圧を１×１０-8Ｔｏｒｒ、
（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａビーム圧を１×１０-8Ｔｏｒｒ、（Ｃ2
Ｈ5）3Ｉｎビーム圧を５×１０-9Ｔｏｒｒ、Ｎ2ビーム
圧を１×１０-4Ｔｏｒｒとした場合の、エチレンガスの
圧力とドナー濃度との関係を図７に示す。このとき、反
応室内の窒素原料の圧力は、III族原料の全圧力の４０
００倍である。図７に示すように、エチレンガスの圧力
が高いほどドナー濃度が高く、エチレンガスの圧力を２
×１０-9Ｔｏｒｒ以上とすることによってドナー濃度を
１×１０17ｃｍ-3以上とすることができる。さらに、エ
チレンのガス圧力を６×１０-9Ｔｏｒｒ以上とすること
によって、ドナー濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とするこ
とができる。
ム圧の合計の１０００倍よりも大きくすることによっ
て、IV族元素である炭素が主にIII族原子と置換してｎ
型のＡｌＧａＩｎＮが得られ、また、エチレンガスの圧
力を高くするほど高いドナー濃度が得られる。一例とし
て、（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌビーム圧を１×１０-8Ｔｏｒｒ、
（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａビーム圧を１×１０-8Ｔｏｒｒ、（Ｃ2
Ｈ5）3Ｉｎビーム圧を５×１０-9Ｔｏｒｒ、Ｎ2ビーム
圧を１×１０-4Ｔｏｒｒとした場合の、エチレンガスの
圧力とドナー濃度との関係を図７に示す。このとき、反
応室内の窒素原料の圧力は、III族原料の全圧力の４０
００倍である。図７に示すように、エチレンガスの圧力
が高いほどドナー濃度が高く、エチレンガスの圧力を２
×１０-9Ｔｏｒｒ以上とすることによってドナー濃度を
１×１０17ｃｍ-3以上とすることができる。さらに、エ
チレンのガス圧力を６×１０-9Ｔｏｒｒ以上とすること
によって、ドナー濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とするこ
とができる。
【００３８】なお、IV族元素をドーピングするＣＢＥ法
のうち、特に炭素をドープする場合は、上記一実施形態
のように結晶成長の材料としてIII族有機金属化合物を
用いることによって、炭素のドーピングのみを目的とす
る原料を反応室に導入しなくとも、炭素のドーピングを
することができる（unintensionary doping）。すなわ
ち、III族有機金属化合物がIII族原料とIV族原料を兼
ね、III族有機金属化合物に含まれる炭素がドーピング
原料となる。この場合においても、反応室内の窒素原料
の全圧力をIII族原料の全圧力の１０００倍より大きく
するか小さくするかによって、形成されるIII族窒化物
半導体のｐｎ制御をすることが可能である。
のうち、特に炭素をドープする場合は、上記一実施形態
のように結晶成長の材料としてIII族有機金属化合物を
用いることによって、炭素のドーピングのみを目的とす
る原料を反応室に導入しなくとも、炭素のドーピングを
することができる（unintensionary doping）。すなわ
ち、III族有機金属化合物がIII族原料とIV族原料を兼
ね、III族有機金属化合物に含まれる炭素がドーピング
原料となる。この場合においても、反応室内の窒素原料
の全圧力をIII族原料の全圧力の１０００倍より大きく
するか小さくするかによって、形成されるIII族窒化物
半導体のｐｎ制御をすることが可能である。
【００３９】一例として、（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌビーム圧を
１×１０-8Ｔｏｒｒ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａビーム圧を１×
１０-8Ｔｏｒｒ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎビーム圧を５×１０
-9Ｔｏｒｒとし、Ｎ2ビーム圧を５×１０-7〜１×１０
-3Ｔｏｒｒに変化させた場合の、窒素とIII族原料のビ
ーム圧の比とアクセプタ（ドナー）濃度との関係を図８
に示す。図８に示すように、窒素（Ｖ族）のビーム圧を
III族原料のビーム圧の合計で除した値（すなわち、反
応室内における窒素原料の圧力を反応室内におけるIII
族原料の全圧力で除した値。図中および以下において、
「Ｖ／III比」と記す。）が１０００より小さい場合
は、IV族元素である炭素が主に窒素原子と置換してｐ型
となり、Ｖ／III比の値が小さいほどアクセプタ濃度が
高い。このとき、Ｖ／III比の値を８０以下とすること
によってアクセプタ濃度を１０17ｃｍ-3以上とすること
ができ、さらにＶ／III比の値を２０以下とすることに
よってアクセプタ濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とするこ
とができる。
１×１０-8Ｔｏｒｒ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａビーム圧を１×
１０-8Ｔｏｒｒ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎビーム圧を５×１０
-9Ｔｏｒｒとし、Ｎ2ビーム圧を５×１０-7〜１×１０
-3Ｔｏｒｒに変化させた場合の、窒素とIII族原料のビ
ーム圧の比とアクセプタ（ドナー）濃度との関係を図８
に示す。図８に示すように、窒素（Ｖ族）のビーム圧を
III族原料のビーム圧の合計で除した値（すなわち、反
応室内における窒素原料の圧力を反応室内におけるIII
族原料の全圧力で除した値。図中および以下において、
「Ｖ／III比」と記す。）が１０００より小さい場合
は、IV族元素である炭素が主に窒素原子と置換してｐ型
となり、Ｖ／III比の値が小さいほどアクセプタ濃度が
高い。このとき、Ｖ／III比の値を８０以下とすること
によってアクセプタ濃度を１０17ｃｍ-3以上とすること
ができ、さらにＶ／III比の値を２０以下とすることに
よってアクセプタ濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とするこ
とができる。
【００４０】一方、Ｖ／III比の値が１０００より大き
い場合は、IV族元素である炭素が主にIII族原子と置換
してｎ型となり、Ｖ／III比の値が大きいほどドナー濃
度が高い。このとき、Ｖ／III比の値を２×１０4以上と
することによってドナー濃度を１×１０17ｃｍ-3以上と
することができる。
い場合は、IV族元素である炭素が主にIII族原子と置換
してｎ型となり、Ｖ／III比の値が大きいほどドナー濃
度が高い。このとき、Ｖ／III比の値を２×１０4以上と
することによってドナー濃度を１×１０17ｃｍ-3以上と
することができる。
【００４１】なお、上記ＣＢＥ法による一実施形態にお
いては、ドーピングする炭素の原料としてエチレンガス
を用いたが、炭素源として、炭素ドーピング用放電電極
を用いてもよい。
いては、ドーピングする炭素の原料としてエチレンガス
を用いたが、炭素源として、炭素ドーピング用放電電極
を用いてもよい。
【００４２】また、IV族元素のドーピング原料として、
ガスの代わりにＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ等を使用してもよい。
この場合のＣＢＥ装置は、図４に示したＭＢＥ装置の一
例と同様に、ドーピングガス原料用セル５２の代わりに
ドーパント用セルが反応室４２内に設置される。
ガスの代わりにＧｅ、Ｓｎ、Ｐｂ等を使用してもよい。
この場合のＣＢＥ装置は、図４に示したＭＢＥ装置の一
例と同様に、ドーピングガス原料用セル５２の代わりに
ドーパント用セルが反応室４２内に設置される。
【００４３】なお、上記実施形態では、ＣＢＥ法による
結晶成長の一例として上記反応条件によるものを示した
が、他の反応条件によって結晶成長を行っても良く、た
とえば表３に示す反応条件の範囲内であればいかなる反
応条件であってもよい。
結晶成長の一例として上記反応条件によるものを示した
が、他の反応条件によって結晶成長を行っても良く、た
とえば表３に示す反応条件の範囲内であればいかなる反
応条件であってもよい。
【００４４】
【表３】
【００４５】図９を参照して、この発明を用いて、炭素
をドープした低抵抗ＡｌＧａＩｎＮを結晶成長させる場
合の他の一実施形態について説明する。この一実施形態
は、一般にＭＯＣＶＤ法と呼ばれる結晶成長方法による
ものであり、その中でも、III族原料として（Ｃ2Ｈ5）3
Ａｌ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎを用い、窒素
原料としてアンモニア（ＮＨ3）を用い、IV族原料とし
てエチレンガス（Ｃ2Ｈ4）を用いた場合の一例である。
をドープした低抵抗ＡｌＧａＩｎＮを結晶成長させる場
合の他の一実施形態について説明する。この一実施形態
は、一般にＭＯＣＶＤ法と呼ばれる結晶成長方法による
ものであり、その中でも、III族原料として（Ｃ2Ｈ5）3
Ａｌ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎを用い、窒素
原料としてアンモニア（ＮＨ3）を用い、IV族原料とし
てエチレンガス（Ｃ2Ｈ4）を用いた場合の一例である。
【００４６】図９のＭＯＣＶＤ装置７０は、反応室７２
と、反応室７２に接続されたIII族原料供給ライン７
４、窒素原料供給ライン７６およびドーピングガス供給
ライン７８と、反応室内に設置された基板ヒータ８０と
を備える。ここで、結晶成長は、真空度を１×１０-3Ｔ
ｏｒｒ以上とした反応室７２中で、基板ヒータ８０によ
って８００℃に加熱されたサファイア基板８２に、III
族原料ガス、窒素原料ガスおよびIV族原料ガスを供給す
ることによって行う。具体的には、III族原料供給ライ
ン７４から（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ、（Ｃ2
Ｈ5）3Ｉｎが導入され、窒素原料供給ライン７６からは
アンモニアが導入され、ドーピングガス供給ライン７８
からはエチレンガスが導入される。このときのキャリア
ガスは、Ｈ2およびＡｒの混合ガス（Ｈ2とＡｒはそれぞ
れ５０％）で、流量は１０Ｌ／ｍｉｎである。このと
き、反応室内の各原料の圧力はそれぞれの原料ガスの流
量に比例する。
と、反応室７２に接続されたIII族原料供給ライン７
４、窒素原料供給ライン７６およびドーピングガス供給
ライン７８と、反応室内に設置された基板ヒータ８０と
を備える。ここで、結晶成長は、真空度を１×１０-3Ｔ
ｏｒｒ以上とした反応室７２中で、基板ヒータ８０によ
って８００℃に加熱されたサファイア基板８２に、III
族原料ガス、窒素原料ガスおよびIV族原料ガスを供給す
ることによって行う。具体的には、III族原料供給ライ
ン７４から（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ、（Ｃ2
Ｈ5）3Ｉｎが導入され、窒素原料供給ライン７６からは
アンモニアが導入され、ドーピングガス供給ライン７８
からはエチレンガスが導入される。このときのキャリア
ガスは、Ｈ2およびＡｒの混合ガス（Ｈ2とＡｒはそれぞ
れ５０％）で、流量は１０Ｌ／ｍｉｎである。このと
き、反応室内の各原料の圧力はそれぞれの原料ガスの流
量に比例する。
【００４７】ここで、窒素原料であるアンモニアの流量
をIII族原料の流量の合計の１０００倍よりも小さくす
ることによって、IV族元素である炭素が主に窒素原子と
置換してｐ型となり、また、アンモニアの流量が大きい
ほどアクセプタ濃度が高くなる。一例として、（Ｃ
2Ｈ5）3Ａｌの流量を４×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2
Ｈ5）3Ｇａの流量を４×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2
Ｈ5）3Ｉｎの流量を２×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモ
ニアの流量を２×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎとした場合の、
エチレンガス流量とアクセプタ濃度との関係を、図１０
に示す。このとき、反応室内のアンモニアの圧力は、反
応室内のIII族原料の全圧力の２０倍となる。図１０に
示すように、エチレンガスの流量が大きいほどアクセプ
タ濃度が高く、エチレンガスの流量を２×１０-10ｍｏ
ｌ／ｍｉｎ以上とすることによって、アクセプタ濃度を
１×１０17ｃｍ-3以上とすることができる。さらに、エ
チレンガスの流量を２×１０-9ｍｏｌ／ｍｉｎ以上とす
ることによって、アクセプタ濃度を１×１０18ｃｍ-3以
上とすることができる。
をIII族原料の流量の合計の１０００倍よりも小さくす
ることによって、IV族元素である炭素が主に窒素原子と
置換してｐ型となり、また、アンモニアの流量が大きい
ほどアクセプタ濃度が高くなる。一例として、（Ｃ
2Ｈ5）3Ａｌの流量を４×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2
Ｈ5）3Ｇａの流量を４×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2
Ｈ5）3Ｉｎの流量を２×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモ
ニアの流量を２×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎとした場合の、
エチレンガス流量とアクセプタ濃度との関係を、図１０
に示す。このとき、反応室内のアンモニアの圧力は、反
応室内のIII族原料の全圧力の２０倍となる。図１０に
示すように、エチレンガスの流量が大きいほどアクセプ
タ濃度が高く、エチレンガスの流量を２×１０-10ｍｏ
ｌ／ｍｉｎ以上とすることによって、アクセプタ濃度を
１×１０17ｃｍ-3以上とすることができる。さらに、エ
チレンガスの流量を２×１０-9ｍｏｌ／ｍｉｎ以上とす
ることによって、アクセプタ濃度を１×１０18ｃｍ-3以
上とすることができる。
【００４８】一方、Ｖ族原料であるアンモニアの流量を
III族原料の流量の合計の１０００倍よりも大きくする
ことによって、IV族元素である炭素が主にIII族原子と
置換してｎ型となり、また、アンモニアの流量が大きい
ほどドナー濃度が高くなる。一例として、（Ｃ2Ｈ5）3
Ａｌの流量を１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2Ｈ5）3
Ｇａの流量を１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2Ｈ5）3
Ｉｎの流量を５×１０-7ｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアの
流量を０．１ｍｏｌ／ｍｉｎとした場合の、エチレンガ
ス流量とドナー濃度との関係を、図１１に示す。このと
き、反応室内のアンモニアの圧力は、反応室内のIII族
原料の全圧力の４万倍となる。図１１に示すように、エ
チレンガスの流量が大きいほどドナー濃度が高く、エチ
レンガスの流量を７×１０-11ｍｏｌ／ｍｉｎ以上とす
ることによって、ドナー濃度を１×１０17ｃｍ-3以上と
することができる。さらに、エチレンガスの流量を２×
１０-10ｍｏｌ／ｍｉｎ以上とすることによって、ドナ
ー濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とすることができる。
III族原料の流量の合計の１０００倍よりも大きくする
ことによって、IV族元素である炭素が主にIII族原子と
置換してｎ型となり、また、アンモニアの流量が大きい
ほどドナー濃度が高くなる。一例として、（Ｃ2Ｈ5）3
Ａｌの流量を１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2Ｈ5）3
Ｇａの流量を１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2Ｈ5）3
Ｉｎの流量を５×１０-7ｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアの
流量を０．１ｍｏｌ／ｍｉｎとした場合の、エチレンガ
ス流量とドナー濃度との関係を、図１１に示す。このと
き、反応室内のアンモニアの圧力は、反応室内のIII族
原料の全圧力の４万倍となる。図１１に示すように、エ
チレンガスの流量が大きいほどドナー濃度が高く、エチ
レンガスの流量を７×１０-11ｍｏｌ／ｍｉｎ以上とす
ることによって、ドナー濃度を１×１０17ｃｍ-3以上と
することができる。さらに、エチレンガスの流量を２×
１０-10ｍｏｌ／ｍｉｎ以上とすることによって、ドナ
ー濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とすることができる。
【００４９】なお、IV族元素をドーピングするＭＯＣＶ
Ｄ法のうち、特に炭素をドープする場合は、上記一実施
形態態のように結晶成長の材料としてIII族有機金属化
合物を用いることによって、炭素のドーピングのみを目
的とする原料を反応室に導入しなくとも、炭素のドーピ
ングをすることができる（unintensionary doping）。
すなわち、III族有機金属化合物がIII族原料とIV族原料
を兼ね、III族有機金属化合物に含まれる炭素がドーピ
ング原料となる。この場合においても、反応室内の窒素
原料の圧力をIII族原料の全圧力の千倍より大きくする
か小さくするかによって、形成されるIII族窒化物半導
体のｐｎ制御をすることが可能である。
Ｄ法のうち、特に炭素をドープする場合は、上記一実施
形態態のように結晶成長の材料としてIII族有機金属化
合物を用いることによって、炭素のドーピングのみを目
的とする原料を反応室に導入しなくとも、炭素のドーピ
ングをすることができる（unintensionary doping）。
すなわち、III族有機金属化合物がIII族原料とIV族原料
を兼ね、III族有機金属化合物に含まれる炭素がドーピ
ング原料となる。この場合においても、反応室内の窒素
原料の圧力をIII族原料の全圧力の千倍より大きくする
か小さくするかによって、形成されるIII族窒化物半導
体のｐｎ制御をすることが可能である。
【００５０】一例として、（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌの流量を４
×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａの流量を４
×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎの流量を２
×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎとし、アンモニアの流量を２×
１０-4〜５×１０-1ｍｏｌ／ｍｉｎの範囲で変化させた
場合の、Ｖ／III比の値とアクセプタ（ドナー）濃度と
の関係を図１２に示す。図１２に示すように、Ｖ／III
比の値が１０００より小さい場合は、IV族元素である炭
素が主に窒素原子と置換してｐ型となり、Ｖ／III比の
値が小さいほどアクセプタ濃度が高い。このとき、Ｖ／
III比の値を１００以下とすることによってアクセプタ
濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とすることができ、さらに
Ｖ／III比の値を３０以下とすることによってアクセプ
タ濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とすることができる。
×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａの流量を４
×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ、（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎの流量を２
×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎとし、アンモニアの流量を２×
１０-4〜５×１０-1ｍｏｌ／ｍｉｎの範囲で変化させた
場合の、Ｖ／III比の値とアクセプタ（ドナー）濃度と
の関係を図１２に示す。図１２に示すように、Ｖ／III
比の値が１０００より小さい場合は、IV族元素である炭
素が主に窒素原子と置換してｐ型となり、Ｖ／III比の
値が小さいほどアクセプタ濃度が高い。このとき、Ｖ／
III比の値を１００以下とすることによってアクセプタ
濃度を１×１０17ｃｍ-3以上とすることができ、さらに
Ｖ／III比の値を３０以下とすることによってアクセプ
タ濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とすることができる。
【００５１】一方、Ｖ／III比の値が１０００より大き
い場合は、IV族元素である炭素が主にIII族原子と置換
してｎ型となり、Ｖ／III比の値が大きいほどドナー濃
度が高い。このとき、Ｖ／III比の値を２×１０4以上と
することによってドナー濃度を１×１０17ｃｍ-3以上と
することができ、さらにＶ／III比の値を４×１０4以上
とすることによってドナー濃度を１×１０18ｃｍ-3以上
とすることができる。
い場合は、IV族元素である炭素が主にIII族原子と置換
してｎ型となり、Ｖ／III比の値が大きいほどドナー濃
度が高い。このとき、Ｖ／III比の値を２×１０4以上と
することによってドナー濃度を１×１０17ｃｍ-3以上と
することができ、さらにＶ／III比の値を４×１０4以上
とすることによってドナー濃度を１×１０18ｃｍ-3以上
とすることができる。
【００５２】なお、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長方法に
おいては、ＭＯＣＶＤ装置の窒素原料供給ラインに励起
用放電コイルが接続されていても良く、また、結晶成長
中の基板に光照射がなされるものであってもよい。その
場合の、ＭＯＣＶＤ装置の一例を図１３に示す。ＭＯＣ
ＶＤ装置７０ａの窒素原料供給ライン７６には励起用放
電コイル８６が設置され、サファイア基板８２には光照
射用光源８４から紫外線等の光が照射される。
おいては、ＭＯＣＶＤ装置の窒素原料供給ラインに励起
用放電コイルが接続されていても良く、また、結晶成長
中の基板に光照射がなされるものであってもよい。その
場合の、ＭＯＣＶＤ装置の一例を図１３に示す。ＭＯＣ
ＶＤ装置７０ａの窒素原料供給ライン７６には励起用放
電コイル８６が設置され、サファイア基板８２には光照
射用光源８４から紫外線等の光が照射される。
【００５３】さらに、ＭＯＣＶＤ法による結晶成長方法
においては、キャリアガスのＡｒ比率を増加させること
によって炭素のドーピング濃度を減少させることが可能
であり、また、Ａｒ比率を減少させることによって炭素
のドーピング濃度を低下させることが可能である。
においては、キャリアガスのＡｒ比率を増加させること
によって炭素のドーピング濃度を減少させることが可能
であり、また、Ａｒ比率を減少させることによって炭素
のドーピング濃度を低下させることが可能である。
【００５４】また、上記一実施形態では、ＭＯＣＶＤ法
による結晶成長の一例として上記反応条件によるものを
示したが、他の反応条件によって結晶成長を行ってもよ
く、たとえば表４に示す反応条件の範囲内であればいか
なる反応条件であってもよい。
による結晶成長の一例として上記反応条件によるものを
示したが、他の反応条件によって結晶成長を行ってもよ
く、たとえば表４に示す反応条件の範囲内であればいか
なる反応条件であってもよい。
【００５５】
【表４】
【００５６】なお、上記いずれの実施形態においても、
形成される低抵抗ＡｌＧａＩｎＮは、ＡｌXＧａYＩｎ
1-X-YＮ（但し、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦
１）を満たす組成であれば、いずれのものであってもよ
い。
形成される低抵抗ＡｌＧａＩｎＮは、ＡｌXＧａYＩｎ
1-X-YＮ（但し、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦
１）を満たす組成であれば、いずれのものであってもよ
い。
【００５７】また、上記いずれの実施形態においても、
III族原料、窒素原料、IV族原料は、表１に示す他の原
料のいずれを用いてもよい。さらに、反応室に導入され
る原料はＲＦ放電によって活性化して反応室に導入され
てもよい。このとき、いずれの原料を用いても、反応室
内における窒素原料の全圧力を反応室内におけるIII族
原料の全圧力の１０００倍より小さくすることによって
ｐ型のIII族窒化物半導体が得られ、反応室内における
窒素原料の全圧力を反応室内におけるIII族原料の全圧
力の１０００倍より大きくすることによってｎ型のIII
族窒化物半導体が得られる。
III族原料、窒素原料、IV族原料は、表１に示す他の原
料のいずれを用いてもよい。さらに、反応室に導入され
る原料はＲＦ放電によって活性化して反応室に導入され
てもよい。このとき、いずれの原料を用いても、反応室
内における窒素原料の全圧力を反応室内におけるIII族
原料の全圧力の１０００倍より小さくすることによって
ｐ型のIII族窒化物半導体が得られ、反応室内における
窒素原料の全圧力を反応室内におけるIII族原料の全圧
力の１０００倍より大きくすることによってｎ型のIII
族窒化物半導体が得られる。
【００５８】上記いずれの実施形態においても、サファ
イア基板上に結晶成長させるのではなく、他の基板上、
たとえばIII族窒化物半導体結晶上に結晶成長させても
よい。
イア基板上に結晶成長させるのではなく、他の基板上、
たとえばIII族窒化物半導体結晶上に結晶成長させても
よい。
【００５９】上記いずれの実施形態においても、ＲＦ放
電で活性化して反応室に導入する窒素は、活性化せずに
反応室に導入してもよい。また、ＲＦ放電で活性化する
場合は、放電可能なＲＦ電力が供給されていればいかな
る放電パワーでもよい。
電で活性化して反応室に導入する窒素は、活性化せずに
反応室に導入してもよい。また、ＲＦ放電で活性化する
場合は、放電可能なＲＦ電力が供給されていればいかな
る放電パワーでもよい。
【００６０】上記のいずれの実施形態においても、結晶
成長後のIII族窒化物半導体結晶に電子線を照射する処
理を行ってもよい。
成長後のIII族窒化物半導体結晶に電子線を照射する処
理を行ってもよい。
【００６１】
【発明の効果】この発明を用いれば、材料設計および製
造工程の自由度が高いIII族窒化物半導体およびその結
晶成長方法が得られる。
造工程の自由度が高いIII族窒化物半導体およびその結
晶成長方法が得られる。
【図１】この発明の一実施形態に用いたＭＢＥ装置の図
解図である。
解図である。
【図２】この発明の一実施形態におけるシアンガス圧力
とアクセプタ濃度との関係を示すグラフである。
とアクセプタ濃度との関係を示すグラフである。
【図３】この発明の一実施形態におけるシアンガス圧力
とドナー濃度との関係を示すグラフである。
とドナー濃度との関係を示すグラフである。
【図４】この発明の一実施形態に用いた他のＭＢＥ装置
の図解図である。
の図解図である。
【図５】この発明の一実施形態に用いたＣＢＥ装置の図
解図である。
解図である。
【図６】この発明の一実施形態におけるエチレンガス圧
力とアクセプタ濃度との関係を示すグラフである。
力とアクセプタ濃度との関係を示すグラフである。
【図７】この発明の一実施形態におけるエチレンガス圧
力とドナー濃度との関係を示すグラフである。
力とドナー濃度との関係を示すグラフである。
【図８】この発明の一実施形態におけるＶ／III比とア
クセプタ（ドナー）濃度との関係を示すグラフである。
クセプタ（ドナー）濃度との関係を示すグラフである。
【図９】この発明の一実施形態に用いたＭＯＣＶＤ装置
の図解図である。
の図解図である。
【図１０】この発明の一実施形態におけるエチレンガス
流量とアクセプタ濃度との関係を示すグラフである。
流量とアクセプタ濃度との関係を示すグラフである。
【図１１】この発明の一実施形態におけるエチレンガス
流量とドナー濃度との関係を示すグラフである。
流量とドナー濃度との関係を示すグラフである。
【図１２】この発明の一実施形態におけるＶ／III比と
アクセプタ（ドナー）濃度との関係を示すグラフであ
る。
アクセプタ（ドナー）濃度との関係を示すグラフであ
る。
【図１３】この発明の一実施形態に用いた他のＭＯＣＶ
Ｄ装置の図解図である。
Ｄ装置の図解図である。
【図１４】従来技術におけるＭｇビーム圧とアクセプタ
濃度との関係を示すグラフである。
濃度との関係を示すグラフである。
１０、１０ａ ＭＢＥ装置 １２、４２、７２ 反応室 １４、４４ Ａｌ原料用セル １６、４６ Ｇａ原料用セル １８、４８ Ｉｎ原料用セル ２０、５０ 窒素原料用セル ２２、５２ ドーピングガス原料用セル ２４、５４、８０ 基板ヒータ ２６、５６、８６ 励起用放電コイル ２８、３０、５８、６０、６２、６４、６６ 原料
ガスボンベ ３２、６８、８２ サファイア基板 ３４ ドーパント用セル ４０ ＣＢＥ装置 ７０、７０ａ ＭＯＣＶＤ装置 ７４ III族原料供給ライン ７６ 窒素原料供給ライン ７８ ドーピングガス供給ライン ８４ 光照射用光源
ガスボンベ ３２、６８、８２ サファイア基板 ３４ ドーパント用セル ４０ ＣＢＥ装置 ７０、７０ａ ＭＯＣＶＤ装置 ７４ III族原料供給ライン ７６ 窒素原料供給ライン ７８ ドーピングガス供給ライン ８４ 光照射用光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/12 Ｈ０１Ｓ 3/18 Ｈ０１Ｓ 3/18 Ｈ０１Ｌ 29/14
Claims (9)
- 【請求項１】 不純物としてIV族元素を含有する、III
族窒化物半導体。 - 【請求項２】 ｐ型伝導を示す、請求項１に記載のIII
族窒化物半導体。 - 【請求項３】 前記III族窒化物半導体に含有されてい
る前記IV族元素のうち、III族原子と置換しているIV族
元素よりも窒素原子と置換しているIV族元素の方が多
い、請求項２に記載のIII族窒化物半導体。 - 【請求項４】 ｎ型伝導を示す、請求項１に記載のIII
族窒化物半導体。 - 【請求項５】 前記III族窒化物半導体に含有されてい
る前記IV族元素のうち、窒素原子と置換しているIV族元
素よりもIII族原子と置換しているIV族元素の方が多
い、請求項４に記載のIII族窒化物半導体。 - 【請求項６】 前記IV族元素は炭素、ゲルマニウム、錫
および鉛のうちのいずれかである、請求項１ないし５の
いずれかに記載のIII族窒化物半導体。 - 【請求項７】 反応室中において、ｐ型のIII族窒化物
半導体を結晶成長させる方法であって、前記反応室内に
III族原料、窒素原料、およびIV族原料を導入するとと
もに、前記反応室内における前記窒素原料の全圧力を前
記反応室内における前記III族原料の全圧力で除した値
が１０００よりも小さくなるように、前記窒素原料の全
圧力と前記III族原料の全圧力とを調整する、III族窒化
物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項８】 反応室中において、ｎ型のIII族窒化物
半導体を結晶成長させる方法であって、前記反応室内に
III族原料、窒素原料、およびIV族原料を導入するとと
もに、前記反応室内における前記窒素原料の全圧力を前
記反応室内における前記III族原料の全圧力で除した値
が１０００よりも大きくなるように、前記窒素原料の全
圧力と前記III族原料の全圧力とを調整する、III族窒化
物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項９】 前記IV族原料は、IV族元素として炭素、
ゲルマニウム、錫および鉛のうちのいずれかを含む、請
求項７または８に記載のIII族窒化物半導体の結晶成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33108197A JPH11150067A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | Ｉｉｉ族窒化物半導体およびその結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33108197A JPH11150067A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | Ｉｉｉ族窒化物半導体およびその結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11150067A true JPH11150067A (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=18239646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33108197A Pending JPH11150067A (ja) | 1997-11-14 | 1997-11-14 | Ｉｉｉ族窒化物半導体およびその結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11150067A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130118270A (ko) * | 2012-04-19 | 2013-10-29 | 서울반도체 주식회사 | 반도체 장치 및 이를 제조하는 방법 |
| JP2014179584A (ja) * | 2013-02-14 | 2014-09-25 | Seoul Semiconductor Co Ltd | 半導体装置及びこれの製造方法 |
| JPWO2015008430A1 (ja) * | 2013-07-16 | 2017-03-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体装置 |
-
1997
- 1997-11-14 JP JP33108197A patent/JPH11150067A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130118270A (ko) * | 2012-04-19 | 2013-10-29 | 서울반도체 주식회사 | 반도체 장치 및 이를 제조하는 방법 |
| JP2014179584A (ja) * | 2013-02-14 | 2014-09-25 | Seoul Semiconductor Co Ltd | 半導体装置及びこれの製造方法 |
| JPWO2015008430A1 (ja) * | 2013-07-16 | 2017-03-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体装置 |
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