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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