JP2000143396A - ｐ型窒化ガリウム薄膜およびその製造方法 - Google Patents
ｐ型窒化ガリウム薄膜およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】１×１０17cm-3以上の高キャリア濃度を有し、
発光素子に適したｐ型窒化ガリウム薄膜およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】基板上に形成され、Mgが添加されたｐ型窒
化ガリウム薄膜において、前記Mgと同時にAlを添加す
る。
発光素子に適したｐ型窒化ガリウム薄膜およびその製造
方法を提供する。 【解決手段】基板上に形成され、Mgが添加されたｐ型窒
化ガリウム薄膜において、前記Mgと同時にAlを添加す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】基板上の不純物を添加された
ｐ型窒化ガリウム薄膜、および不純物を添加しながら薄
膜を形成するｐ型窒化ガリウム薄膜の製造方法に関す
る。
ｐ型窒化ガリウム薄膜、および不純物を添加しながら薄
膜を形成するｐ型窒化ガリウム薄膜の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム薄膜（単結晶）のキャリア
濃度制御は、窒化ガリウム薄膜を各種の半導体素子とし
て利用する際の基本技術である。発光素子などに用いら
れる窒化ガリウム薄膜はサファイア基板上に成長され、
Siがドナー用添加物として、Mgがアクセプター用添加物
として用いられている。
濃度制御は、窒化ガリウム薄膜を各種の半導体素子とし
て利用する際の基本技術である。発光素子などに用いら
れる窒化ガリウム薄膜はサファイア基板上に成長され、
Siがドナー用添加物として、Mgがアクセプター用添加物
として用いられている。
【０００３】高い電流密度を必要とする発光素子に対し
ては、高いキャリア密度となるような不純物添加が要求
される。窒化ガリウム薄膜へのドナー添加は比較的容易
であり、キャリア濃度１×１０17〜１×１０20cm-3の薄
膜が一般に得られている。一方、アクセプター添加によ
って１×１０17cm-3以上のキャリア濃度を得ることは非
常に困難である。
ては、高いキャリア密度となるような不純物添加が要求
される。窒化ガリウム薄膜へのドナー添加は比較的容易
であり、キャリア濃度１×１０17〜１×１０20cm-3の薄
膜が一般に得られている。一方、アクセプター添加によ
って１×１０17cm-3以上のキャリア濃度を得ることは非
常に困難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム結晶(Ga
N) に添加されたMgはGaを置換してGaサイトを占める。G
aN の共有結合性を無視してイオン結晶だと仮定する
と、Gaのイオン半径は0.058nmである。これに対してMg
のイオン半径は0.065 nmであり、Gaのそれより12 %大き
い。Mgを添加された窒化ガリウム結晶は、このイオン半
径の違いによって結晶全体が不安定となるので、Mgには
排除しようとする力が作用して、高濃度のMgはGaサイト
を占めることができなくなる。すなわち高キャリア濃度
のｐ型結晶は得られない。
N) に添加されたMgはGaを置換してGaサイトを占める。G
aN の共有結合性を無視してイオン結晶だと仮定する
と、Gaのイオン半径は0.058nmである。これに対してMg
のイオン半径は0.065 nmであり、Gaのそれより12 %大き
い。Mgを添加された窒化ガリウム結晶は、このイオン半
径の違いによって結晶全体が不安定となるので、Mgには
排除しようとする力が作用して、高濃度のMgはGaサイト
を占めることができなくなる。すなわち高キャリア濃度
のｐ型結晶は得られない。
【０００５】本発明の目的は、１×１０17cm-3以上の高
キャリア濃度を有し、発光素子に適したｐ型窒化ガリウ
ム薄膜およびその製造方法を提供することにある。
キャリア濃度を有し、発光素子に適したｐ型窒化ガリウ
ム薄膜およびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、基板上に形成され、Mgが添加されたｐ型窒化ガリウ
ム薄膜において、前記Mgと同時にAlが添加されているこ
ととする。前記Mgの添加量は一定であり、キャリア濃度
はAlの添加量によって制御されていると良い。前記Alの
濃度は２×１０20cm-3以下であると良い。
め、基板上に形成され、Mgが添加されたｐ型窒化ガリウ
ム薄膜において、前記Mgと同時にAlが添加されているこ
ととする。前記Mgの添加量は一定であり、キャリア濃度
はAlの添加量によって制御されていると良い。前記Alの
濃度は２×１０20cm-3以下であると良い。
【０００７】有機金属気相成長または分子線エピタキシ
ーにより基板上にMgを添加しながら窒化ガリウム薄膜を
形成するｐ型窒化ガリウム薄膜の製造方法において、前
記Mgの添加と同時にAlの添加を行うこととする。前記Mg
の供給量は一定であり、Alの供給量のみを変えると良
い。
ーにより基板上にMgを添加しながら窒化ガリウム薄膜を
形成するｐ型窒化ガリウム薄膜の製造方法において、前
記Mgの添加と同時にAlの添加を行うこととする。前記Mg
の供給量は一定であり、Alの供給量のみを変えると良
い。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明によれば、Mgと同時にAlを
添加したので、イオン半径が0.049 nmとGaのそれよりも
小さいAlはGaサイトに入り、これらの平均のイオン半径
はGaのそれと略等しくなりMgによる不安定化は緩和され
る。従ってMgはより高濃度までGaサイトに入り、従来に
ない高いキャリア濃度のｐ型窒化ガリウム薄膜が得られ
る。
添加したので、イオン半径が0.049 nmとGaのそれよりも
小さいAlはGaサイトに入り、これらの平均のイオン半径
はGaのそれと略等しくなりMgによる不安定化は緩和され
る。従ってMgはより高濃度までGaサイトに入り、従来に
ない高いキャリア濃度のｐ型窒化ガリウム薄膜が得られ
る。
【０００９】また、Mgの添加（供給）量を一定として、
Al添加（供給）量のみを可変とするので、従来通り１種
の不純物のみの制御によりキャリア濃度の制御ができる
ので、その（制御）精度は２種の不純物を用いているに
も係わらず高く、製造方法は従来より殆ど複雑とはなら
ない。 実施例１ ｃ面を基板面とするサファイア基板を用いた。
Al添加（供給）量のみを可変とするので、従来通り１種
の不純物のみの制御によりキャリア濃度の制御ができる
ので、その（制御）精度は２種の不純物を用いているに
も係わらず高く、製造方法は従来より殆ど複雑とはなら
ない。 実施例１ ｃ面を基板面とするサファイア基板を用いた。
【００１０】窒化ガリウム薄膜の成膜は分子線エピタキ
シー（ＭＢＥ）により、Gaの供給はエフュージョンセル
から行い、N の供給は高周波放電を利用した活性窒素源
から行った。
シー（ＭＢＥ）により、Gaの供給はエフュージョンセル
から行い、N の供給は高周波放電を利用した活性窒素源
から行った。
【００１１】先ず、酸洗浄して清浄化した後、基板温度
を500 ℃として、膜厚2nm のGaN からなる低温バッファ
ー層を形成した。次に、基板温度を850 ℃に上昇させ、
不純物の添加は行わずに300 nm/hの成膜速度で厚さ1 μ
m の窒化ガリウム薄膜を成膜した。この薄膜はホール測
定では、キャリア濃度を測定することができない程度に
高抵抗であった。
を500 ℃として、膜厚2nm のGaN からなる低温バッファ
ー層を形成した。次に、基板温度を850 ℃に上昇させ、
不純物の添加は行わずに300 nm/hの成膜速度で厚さ1 μ
m の窒化ガリウム薄膜を成膜した。この薄膜はホール測
定では、キャリア濃度を測定することができない程度に
高抵抗であった。
【００１２】次に高キャリア濃度の窒化ガリウム薄膜を
成膜した。基板温度を700 ℃に下げ、300 nm/hの成膜速
度で厚さ300 nmとした。Mgの供給はエフュージョンセル
から行い、蒸気圧を2 ×10-5Paに固定し、同時に別のエ
フュージョンセルから供給したAlの蒸気圧を種々の値と
し、キャリア濃度との相関を調べた。なお、このMgの添
加に対してAlの添加を行わない場合はキャリア濃度の上
限は１×１０17cm-3であった。
成膜した。基板温度を700 ℃に下げ、300 nm/hの成膜速
度で厚さ300 nmとした。Mgの供給はエフュージョンセル
から行い、蒸気圧を2 ×10-5Paに固定し、同時に別のエ
フュージョンセルから供給したAlの蒸気圧を種々の値と
し、キャリア濃度との相関を調べた。なお、このMgの添
加に対してAlの添加を行わない場合はキャリア濃度の上
限は１×１０17cm-3であった。
【００１３】図１は本発明に係るＭＢＥによる窒化ガリ
ウム薄膜中のAl添加量とキャリア濃度の関係を示すグラ
フである。Alの添加量が３×１０19cm-3以下ではキャリ
ア濃度はAlの添加量に略比例しており、Alの添加量の約
１／２０〜約１／５の範囲内に収まっていることが判
る。それ以上の添加量ではキャリア濃度は減少する傾向
がみられた。またAlの添加量がおよそ１×１０20cm-3の
ときキャリア濃度は最大となり、４×１０18cm-3であっ
た。
ウム薄膜中のAl添加量とキャリア濃度の関係を示すグラ
フである。Alの添加量が３×１０19cm-3以下ではキャリ
ア濃度はAlの添加量に略比例しており、Alの添加量の約
１／２０〜約１／５の範囲内に収まっていることが判
る。それ以上の添加量ではキャリア濃度は減少する傾向
がみられた。またAlの添加量がおよそ１×１０20cm-3の
ときキャリア濃度は最大となり、４×１０18cm-3であっ
た。
【００１４】また、Alの添加量が２×１０20cm-3以下で
あればバンドギャップや屈折率は殆ど変化しないので、
窒化ガリウムとし取り扱うことができる。しかし、それ
以上に増加させるとこれらは変化してしまう。 実施例２ 有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）により、実施例１と同
じ層構成のｐ型窒化ガリウム薄膜を製造した。サファイ
ア基板を酸洗浄した後、ＭＯＣＶＤ装置に基板をロード
して水素雰囲気中で１０５０℃に加熱し、清浄化した。
あればバンドギャップや屈折率は殆ど変化しないので、
窒化ガリウムとし取り扱うことができる。しかし、それ
以上に増加させるとこれらは変化してしまう。 実施例２ 有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）により、実施例１と同
じ層構成のｐ型窒化ガリウム薄膜を製造した。サファイ
ア基板を酸洗浄した後、ＭＯＣＶＤ装置に基板をロード
して水素雰囲気中で１０５０℃に加熱し、清浄化した。
【００１５】そして、基板温度を５１０℃とし、厚さ３
０nmのGaN からなるバッファ層を形成した。次いで、基
板温度を１０７０℃に昇温し、次表に示す成膜条件で厚
さ１μm のｐ型GaN 薄膜を成長させた。Alの添加量はト
リメチルアルミニウムの供給流量を変えることにより制
御した。各原料ガスと供給量を次表に示す。
０nmのGaN からなるバッファ層を形成した。次いで、基
板温度を１０７０℃に昇温し、次表に示す成膜条件で厚
さ１μm のｐ型GaN 薄膜を成長させた。Alの添加量はト
リメチルアルミニウムの供給流量を変えることにより制
御した。各原料ガスと供給量を次表に示す。
【００１６】
【表１】 図２は本発明に係るＭＯＣＶＤによる窒化ガリウム薄膜
中のAl濃度とキャリア濃度の関係を示すグラフである。
Al添加量とキャリア濃度の関係は実施例１のＭＢＥの場
合と同様であり、キャリア濃度はAl添加量に依存し、成
膜方法に依らないことが判る。
中のAl濃度とキャリア濃度の関係を示すグラフである。
Al添加量とキャリア濃度の関係は実施例１のＭＢＥの場
合と同様であり、キャリア濃度はAl添加量に依存し、成
膜方法に依らないことが判る。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、基板上に形成され、Mg
が添加されたｐ型窒化ガリウム薄膜において、前記Mgと
同時にAlを添加するようにしたので、Mgによる結晶格子
の歪みをAlが緩和するように作用するため、MgがGaサイ
トに入るようになりキャリア濃度を高くするようなる。
このような電導度の高いｐ型窒化ガリウム薄膜は抵抗発
熱が低く、発光素子をはじめ半導体装置の特性向上に有
用である。
が添加されたｐ型窒化ガリウム薄膜において、前記Mgと
同時にAlを添加するようにしたので、Mgによる結晶格子
の歪みをAlが緩和するように作用するため、MgがGaサイ
トに入るようになりキャリア濃度を高くするようなる。
このような電導度の高いｐ型窒化ガリウム薄膜は抵抗発
熱が低く、発光素子をはじめ半導体装置の特性向上に有
用である。
【００１８】また、一定のMgの添加量に対してAlの添加
量の制御により、種々のキャリア濃度を得ることがで
き、従来と同じ程度に簡単にｐ型窒化ガリウム薄膜の製
造を行うことができる。
量の制御により、種々のキャリア濃度を得ることがで
き、従来と同じ程度に簡単にｐ型窒化ガリウム薄膜の製
造を行うことができる。
【図１】本発明に係るＭＢＥによる窒化ガリウム薄膜中
のAl添加量とキャリア濃度の関係を示すグラフである。
のAl添加量とキャリア濃度の関係を示すグラフである。
【図２】本発明に係るＭＯＣＶＤによる窒化ガリウム薄
膜中のAl濃度とキャリア濃度の関係を示すグラフであ
る。
膜中のAl濃度とキャリア濃度の関係を示すグラフであ
る。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AB01 BE15 DA05 DB08 EB01 5F041 AA24 AA31 CA40 CA46 CA57 CA58 CA65 CA66 5F045 AA04 AB14 AC08 AC12 AC19 AD09 AD11 AD12 AD14 AF09 AF13 CA10 DA53 DA59 EB15 5F073 CA02 CB19 DA11 EA29
Claims (5)
- 【請求項１】基板上に形成され、Mgが添加されたｐ型窒
化ガリウム薄膜において、前記Mgと同時にAlが添加され
ていることを特徴とするｐ型窒化ガリウム薄膜。 - 【請求項２】前記Mgの添加量は一定であり、キャリア濃
度はAlの添加量によって制御されたことを特徴とする請
求項１に記載のｐ型窒化ガリウム薄膜の製造方法。 - 【請求項３】前記Alの濃度は２×１０20cm-3以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のｐ型窒化ガ
リウム薄膜。 - 【請求項４】有機金属気相成長または分子線エピタキシ
ーにより基板上にMgを添加しながら窒化ガリウム薄膜を
形成するｐ型窒化ガリウム薄膜の製造方法において、前
記Mgの添加と同時にAlの添加を行うことを特徴とする請
求項４に記載のｐ型窒化ガリウム薄膜の製造方法。 - 【請求項５】前記Mgの供給量は一定であり、Alの供給量
のみを変えることを特徴とするｐ型窒化ガリウム薄膜の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31384298A JP2000143396A (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | ｐ型窒化ガリウム薄膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31384298A JP2000143396A (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | ｐ型窒化ガリウム薄膜およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000143396A true JP2000143396A (ja) | 2000-05-23 |
Family
ID=18046174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31384298A Withdrawn JP2000143396A (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | ｐ型窒化ガリウム薄膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000143396A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8981340B2 (en) | 2003-09-25 | 2015-03-17 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Nitride semiconductor device and production method thereof |
-
1998
- 1998-11-05 JP JP31384298A patent/JP2000143396A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8981340B2 (en) | 2003-09-25 | 2015-03-17 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Nitride semiconductor device and production method thereof |
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|---|---|---|---|
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