JP3453265B2 - 窒化物系化合物半導体のドーピング方法及びその製造装置 - Google Patents
窒化物系化合物半導体のドーピング方法及びその製造装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、青〜緑色発光素子
などに用いられる窒化物系化合物半導体のドーピング方
法及びその製造装置に関する。
などに用いられる窒化物系化合物半導体のドーピング方
法及びその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、青〜緑色レーザ素子などの化合物
半導体発光素子の実現に有望な窒化物系化合物半導体と
して、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム、窒化ア
ルミニウムガリウム、などが注目され、これらの窒化物
系化合物半導体へのｐ型ドーパントとしてＭｇが用いら
れ、ｎ型ドーパントとしてＳｉが一般的に用いられてい
る。例えば、特開平４−３２１２８０号公報では、ｎ型
ドーパントとしてＳｉを用い、ｐ型ドーパントとしてＭ
ｇが用いられている。また、別のｐ型ドーパントとして
特開平６−２０９１２１号公報に、ｐ型ドーパントとし
てＣｄ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含む有機
金属化合物でＭＯＣＶＤ法で使用されることが記載され
ている。
半導体発光素子の実現に有望な窒化物系化合物半導体と
して、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム、窒化ア
ルミニウムガリウム、などが注目され、これらの窒化物
系化合物半導体へのｐ型ドーパントとしてＭｇが用いら
れ、ｎ型ドーパントとしてＳｉが一般的に用いられてい
る。例えば、特開平４−３２１２８０号公報では、ｎ型
ドーパントとしてＳｉを用い、ｐ型ドーパントとしてＭ
ｇが用いられている。また、別のｐ型ドーパントとして
特開平６−２０９１２１号公報に、ｐ型ドーパントとし
てＣｄ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを含む有機
金属化合物でＭＯＣＶＤ法で使用されることが記載され
ている。
【０００３】これらのドーパント源は、ＭＢＥ法では窒
化物系化合物半導体を成長させた場合にはＭｇ、Ｓｉ、
Ｚｎ、Ｃｄ等の固形原料の形で導入し、加熱分子状にし
て供給を行っている。
化物系化合物半導体を成長させた場合にはＭｇ、Ｓｉ、
Ｚｎ、Ｃｄ等の固形原料の形で導入し、加熱分子状にし
て供給を行っている。
【０００４】また、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合には、
（Ｃｐ2）Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）、ＤＥＺｎ（ジエチルジンク）、ＤＥＣｄ（ジエチ
ルカドミウム）、ＳｉＨ4（シラン）等の有機金属ある
いはガスの形で供給される。
（Ｃｐ2）Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）、ＤＥＺｎ（ジエチルジンク）、ＤＥＣｄ（ジエチ
ルカドミウム）、ＳｉＨ4（シラン）等の有機金属ある
いはガスの形で供給される。
【０００５】また、従来のＭＢＥ装置を図１０に示す。
符号１０１はクヌードセンセル（以下、Ｋセルと記
す。）であり、１０２は窒素ラジカルセルである。Ｋセ
ル１中にＭｇなどのドーパント源を封入し、ドーパント
源を適切に加熱することによって、分子線を発生させて
ドーパント成分を供給する。また、窒素ラジカルセル１
０２から窒素気体をラジカル化して窒素成分を供給す
る。また、III族原料としてＧａ、Ａｌ、Ｉｎなどの単
体金属あるいはＴＭＧ（テトラメチルガリウム）、ＴＭ
Ａ（テトラメチルアルミニウム）などの有機金属化合物
を用いて、Ｋセル１０３に封入して、III族元素成分を
供給する。これら供給されたドーパント成分、窒素成
分、III族成分によって基板１０４上に薄膜を堆積させ
る。
符号１０１はクヌードセンセル（以下、Ｋセルと記
す。）であり、１０２は窒素ラジカルセルである。Ｋセ
ル１中にＭｇなどのドーパント源を封入し、ドーパント
源を適切に加熱することによって、分子線を発生させて
ドーパント成分を供給する。また、窒素ラジカルセル１
０２から窒素気体をラジカル化して窒素成分を供給す
る。また、III族原料としてＧａ、Ａｌ、Ｉｎなどの単
体金属あるいはＴＭＧ（テトラメチルガリウム）、ＴＭ
Ａ（テトラメチルアルミニウム）などの有機金属化合物
を用いて、Ｋセル１０３に封入して、III族元素成分を
供給する。これら供給されたドーパント成分、窒素成
分、III族成分によって基板１０４上に薄膜を堆積させ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化物
系化合物半導体を結晶成長させた場合、ドーパントを供
給せずアンドープ膜を形成したとしても、導電型はｎ型
となっており、そのキャリア濃度は１０17〜１０20ｃｍ
-3となった。これは、結晶成長中に形成された窒素原子
空孔が原因となっている。
系化合物半導体を結晶成長させた場合、ドーパントを供
給せずアンドープ膜を形成したとしても、導電型はｎ型
となっており、そのキャリア濃度は１０17〜１０20ｃｍ
-3となった。これは、結晶成長中に形成された窒素原子
空孔が原因となっている。
【０００７】従って、ｐ型導電膜を得る場合には、窒素
原子空孔によるｎ型キャリアを補償し、更に有効なｐ型
キャリアを生成するために、過剰なＭｇのドーピングが
必要となるという非効率なドーピングとなっている。従
って、従来のドーパントではキャリア濃度が上がらない
という問題があった。
原子空孔によるｎ型キャリアを補償し、更に有効なｐ型
キャリアを生成するために、過剰なＭｇのドーピングが
必要となるという非効率なドーピングとなっている。従
って、従来のドーパントではキャリア濃度が上がらない
という問題があった。
【０００８】また、ｎ型導電膜を得る場合においても、
窒素原子空孔によるｎ型伝導の機構では、結晶学的に、
または、電気学的に不安定であるという問題があった。
従って、窒素原子空孔を低減した状態で、ｎ型ドーパン
トであるＳｉをＧａサイトへ有効に置換する必要があ
る。また、ｐ型ドーパントとしてＺｎ、Ｃｄを用いた場
合にも同様の問題がある。
窒素原子空孔によるｎ型伝導の機構では、結晶学的に、
または、電気学的に不安定であるという問題があった。
従って、窒素原子空孔を低減した状態で、ｎ型ドーパン
トであるＳｉをＧａサイトへ有効に置換する必要があ
る。また、ｐ型ドーパントとしてＺｎ、Ｃｄを用いた場
合にも同様の問題がある。
【０００９】ｎ型、ｐ型いずれのドーパントを用いる場
合においても、窒素原子空孔を低減し、ドーパントをＧ
ａサイトに置換する必要があった。
合においても、窒素原子空孔を低減し、ドーパントをＧ
ａサイトに置換する必要があった。
【００１０】本発明の目的は、上述した問題を解決し、
より効率的にドーピングできる窒化物系化合物半導体の
ドーピング方法及びその製造装置を提供することであ
る。
より効率的にドーピングできる窒化物系化合物半導体の
ドーピング方法及びその製造装置を提供することであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物系化合物
半導体のドーピング方法は、ｐ型ドーパント源あるいは
ｎ型ドーパント源として、ドーパント原子と窒素原子か
らなる窒素化合物を用いて、窒化物系化合物半導体を分
子線エピタキシー装置で成長させることを特徴とする。
半導体のドーピング方法は、ｐ型ドーパント源あるいは
ｎ型ドーパント源として、ドーパント原子と窒素原子か
らなる窒素化合物を用いて、窒化物系化合物半導体を分
子線エピタキシー装置で成長させることを特徴とする。
【００１２】また、前記ｐ型ドーパント源としてＢｅ3
Ｎ2、Ｍｇ3Ｎ2、Ｚｎ3Ｎ2、Ｃｄ3Ｎ2内の少なくとも１
つを用いることを特徴とする。
Ｎ2、Ｍｇ3Ｎ2、Ｚｎ3Ｎ2、Ｃｄ3Ｎ2内の少なくとも１
つを用いることを特徴とする。
【００１３】また、前記ｎ型ドーパント源としてＳｉ3
Ｎ4、Ｇｅ3Ｎ4内の少なくとも１つを用いることを特徴
とする。
Ｎ4、Ｇｅ3Ｎ4内の少なくとも１つを用いることを特徴
とする。
【００１４】また、本発明の窒化物系化合物半導体の製
造装置は、分子線エピタキシー装置であって、少なくと
も２つの窒素ラジカルセルを有し、且つ、少なくとも１
つの窒素ラジカルセル内にドーパントを封入することを
特徴とする。
造装置は、分子線エピタキシー装置であって、少なくと
も２つの窒素ラジカルセルを有し、且つ、少なくとも１
つの窒素ラジカルセル内にドーパントを封入することを
特徴とする。
【００１５】また、ラジカルセルに封入する前記ドーパ
ントは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｇｅの少なく
とも１つであることを特徴とする。
ントは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｇｅの少なく
とも１つであることを特徴とする。
【００１６】
（実施の形態１）ＭＢＥ装置のＫセルにドーパント源と
してＭｇ3Ｎ2を封入して、基板温度７００℃の条件で膜
厚１μｍのｐ型ＧａＮエピタキシャル成長膜をＳｉＣ基
板上に成長させた。成長条件としては、Ｇａビーム強度
３×１０-7Ｔｏｒｒ、窒素ラジカルセルの入力電力を５
００Ｗ、成長室内のチャンバー内の窒素圧力７×１０-5
Ｔｏｒｒ、成長速度０．５μｍ／ｈである。比較例とし
て、ドーパント源としてＭｇを封入して、他の条件は同
一条件にて成膜を行った。
してＭｇ3Ｎ2を封入して、基板温度７００℃の条件で膜
厚１μｍのｐ型ＧａＮエピタキシャル成長膜をＳｉＣ基
板上に成長させた。成長条件としては、Ｇａビーム強度
３×１０-7Ｔｏｒｒ、窒素ラジカルセルの入力電力を５
００Ｗ、成長室内のチャンバー内の窒素圧力７×１０-5
Ｔｏｒｒ、成長速度０．５μｍ／ｈである。比較例とし
て、ドーパント源としてＭｇを封入して、他の条件は同
一条件にて成膜を行った。
【００１７】これら２種類のｐ型ＧａＮエピタキシャル
成長膜のフォトルミネッセンスを測定し、その結果のス
ペクトルを図１に示す。両者のフォトルミネッセンスの
スペクトル（ＰＬスペクトル）はほぼ同一であり、Ｍｇ
3Ｎ2がｐ型ドーパントとして機能していることが確認で
きた。
成長膜のフォトルミネッセンスを測定し、その結果のス
ペクトルを図１に示す。両者のフォトルミネッセンスの
スペクトル（ＰＬスペクトル）はほぼ同一であり、Ｍｇ
3Ｎ2がｐ型ドーパントとして機能していることが確認で
きた。
【００１８】ＳＩＭＳにより評価した膜中のＭｇの濃度
とキャリア濃度との関係を図２に示す。Ｍｇ濃度は、Ｍ
ｇ及びＭｇ3Ｎ2のＫセルの温度を上下することによって
変化させている。図２に見られるように、同一のキャリ
ア濃度で比較する場合、Ｍｇを封入した方がドーパント
としてＭｇを封入させた方が、１桁ほど膜中のＭｇ濃度
が高くなっており、Ｍｇ3Ｎ2の方が高いドーピング効率
を有していた。これは、Ｍｇをドーパント源として用い
た場合には、膜中の窒素原子空孔はアンドープ膜と同様
または、自己補償効果によりアンドープ膜よりも増加す
る。従って、Ｍｇをドーパント源として使用する方がド
ーピング効率は低くなる。一方、Ｍｇ3Ｎ2をドーパント
源として用いた場合ＭｇがＧａサイトに置換される際
に、Ｍｇと結合した窒素原子が窒素原子空孔を埋めるこ
とにより結晶性も向上し、ドーピング効率が高くなる。
とキャリア濃度との関係を図２に示す。Ｍｇ濃度は、Ｍ
ｇ及びＭｇ3Ｎ2のＫセルの温度を上下することによって
変化させている。図２に見られるように、同一のキャリ
ア濃度で比較する場合、Ｍｇを封入した方がドーパント
としてＭｇを封入させた方が、１桁ほど膜中のＭｇ濃度
が高くなっており、Ｍｇ3Ｎ2の方が高いドーピング効率
を有していた。これは、Ｍｇをドーパント源として用い
た場合には、膜中の窒素原子空孔はアンドープ膜と同様
または、自己補償効果によりアンドープ膜よりも増加す
る。従って、Ｍｇをドーパント源として使用する方がド
ーピング効率は低くなる。一方、Ｍｇ3Ｎ2をドーパント
源として用いた場合ＭｇがＧａサイトに置換される際
に、Ｍｇと結合した窒素原子が窒素原子空孔を埋めるこ
とにより結晶性も向上し、ドーピング効率が高くなる。
【００１９】（実施の形態２）ＭＢＥ装置のＫセルにド
ーパント源としてＣｄ3Ｎ2を封入して、基板温度６００
℃の条件で膜厚１μｍのｐ型ＩｎＧａＮエピタキシャル
成長膜をＳｉＣ基板上に成長させた。成長条件として
は、Ｇａビーム強度３×１０-7Ｔｏｒｒ、Ｉｎビーム強
度６×１０-8Ｔｏｒｒ、窒素ラジカルセルの入力電力を
５００Ｗ、成長室内のチャンバー内の窒素圧力７×１０
-8Ｔｏｒｒ、成長速度０．５５μｍ／ｈである。比較例
として、ドーパントとしてＣｄを封入して、他の条件は
同一条件にて成膜を行った。
ーパント源としてＣｄ3Ｎ2を封入して、基板温度６００
℃の条件で膜厚１μｍのｐ型ＩｎＧａＮエピタキシャル
成長膜をＳｉＣ基板上に成長させた。成長条件として
は、Ｇａビーム強度３×１０-7Ｔｏｒｒ、Ｉｎビーム強
度６×１０-8Ｔｏｒｒ、窒素ラジカルセルの入力電力を
５００Ｗ、成長室内のチャンバー内の窒素圧力７×１０
-8Ｔｏｒｒ、成長速度０．５５μｍ／ｈである。比較例
として、ドーパントとしてＣｄを封入して、他の条件は
同一条件にて成膜を行った。
【００２０】これら２種類のｐ型ＩｎＧａＮエピタキシ
ャル成長膜のフォトルミネッセンスを測定し、その結果
のスペクトルを図３に示す。両者のフォトルミネッセン
スのスペクトル（ＰＬスペクトル）は不純物準位の発光
スペクトルが若干異なっているが、ほぼ同一であり、Ｃ
ｄ3Ｎ2がｐ型ドーパントとして機能していることが確認
できた。
ャル成長膜のフォトルミネッセンスを測定し、その結果
のスペクトルを図３に示す。両者のフォトルミネッセン
スのスペクトル（ＰＬスペクトル）は不純物準位の発光
スペクトルが若干異なっているが、ほぼ同一であり、Ｃ
ｄ3Ｎ2がｐ型ドーパントとして機能していることが確認
できた。
【００２１】（実施の形態３）ＭＢＥ装置の電子ビーム
銃（以下、Ｅガンと記す。）にドーパントとしてＳｉ3
Ｎ4を封入して、基板温度６００℃の条件で膜厚１μｍ
のｎ型ＧａＮエピタキシャル成長膜をＳｉＣ基板上に成
長させた。成長条件としては、Ｇａビーム強度３×１０
-7Ｔｏｒｒ、Ｉｎビーム強度８×１０-8Ｔｏｒｒ、窒素
ラジカルセルの入力電力を５００Ｗ、成長室内のチャン
バー内の窒素圧力７×１０-5Ｔｏｒｒ、成長速度０．５
７μｍ／ｈである。比較例として、ドーパント源として
ＫセルにＳｉを封入して、他の条件は同一条件にて成膜
を行った。
銃（以下、Ｅガンと記す。）にドーパントとしてＳｉ3
Ｎ4を封入して、基板温度６００℃の条件で膜厚１μｍ
のｎ型ＧａＮエピタキシャル成長膜をＳｉＣ基板上に成
長させた。成長条件としては、Ｇａビーム強度３×１０
-7Ｔｏｒｒ、Ｉｎビーム強度８×１０-8Ｔｏｒｒ、窒素
ラジカルセルの入力電力を５００Ｗ、成長室内のチャン
バー内の窒素圧力７×１０-5Ｔｏｒｒ、成長速度０．５
７μｍ／ｈである。比較例として、ドーパント源として
ＫセルにＳｉを封入して、他の条件は同一条件にて成膜
を行った。
【００２２】これら２種類のｎ型ＧａＮエピタキシャル
成長膜のフォトルミネッセンスのＰＬスペクトルを図４
に示す。これら２種類のｎ型ＧａＮエピタキシャル成長
膜のフォトルミネッセンスを測定した結果のＰＬスペク
トルほぼ同一であり、また、両者のキャリア濃度は３×
１０17ｃｍ-3とほぼ同一であり、Ｓｉ3Ｎ4がｎ型ドーパ
ントとして機能していることが確認できた。
成長膜のフォトルミネッセンスのＰＬスペクトルを図４
に示す。これら２種類のｎ型ＧａＮエピタキシャル成長
膜のフォトルミネッセンスを測定した結果のＰＬスペク
トルほぼ同一であり、また、両者のキャリア濃度は３×
１０17ｃｍ-3とほぼ同一であり、Ｓｉ3Ｎ4がｎ型ドーパ
ントとして機能していることが確認できた。
【００２３】ＳＩＭＳにより評価した膜中のＳｉの濃度
とキャリア濃度との関係を図５に示す。Ｓｉ濃度は、Ｓ
ｉ用Ｋセルの温度及びＳｉ3Ｎ4用Ｅガンの電流値を変え
ることによって変化している。図５に見られるように、
同一のキャリア濃度で比較する場合、ドーパントとして
Ｓｉ3Ｎ4を用いた方が２倍ほど膜中のＳｉ濃度が高くな
っていた。これは、Ｓｉをドーパントとして用いた場合
には、キャリア濃度としてＳｉによる部分と膜中の窒素
原子空孔との和として得られるが、Ｓｉ3Ｎ4の場合には
窒素原子空孔による部分が減少するためである。
とキャリア濃度との関係を図５に示す。Ｓｉ濃度は、Ｓ
ｉ用Ｋセルの温度及びＳｉ3Ｎ4用Ｅガンの電流値を変え
ることによって変化している。図５に見られるように、
同一のキャリア濃度で比較する場合、ドーパントとして
Ｓｉ3Ｎ4を用いた方が２倍ほど膜中のＳｉ濃度が高くな
っていた。これは、Ｓｉをドーパントとして用いた場合
には、キャリア濃度としてＳｉによる部分と膜中の窒素
原子空孔との和として得られるが、Ｓｉ3Ｎ4の場合には
窒素原子空孔による部分が減少するためである。
【００２４】（実施の形態４）次に、より純度の高いII
族元素の窒化物をｉｎ−ｓｉｔｕで作製し、ドーパント
として用いる方法について説明する。本実施の形態で用
いたＭＢＥ装置について図６に示す。このＭＢＥ装置で
は、複数の窒素ラジカルセルを有しており、窒素ラジカ
ルセルの少なくとも１つは窒化物系化合物半導体の窒素
源に用いられるセル６１（以下、膜形成用窒素ラジカル
セルと記す。）と、ドーパントを封入した窒素ラジカル
セル６２（以下、ドーパント用窒素ラジカルセルと記
す。）の２種類を少なくとも備えている。膜形成用窒素
ラジカルセル６１は、多量の窒素ラジカルが必要である
ので、従って５００Ｗ程度の大きな入力電力を必要とす
る。一方、ドーパント用窒素ラジカルセルではｐ−ＢＮ
製のアパーチャーの内部に例えばｐ型ドーパントとして
Ｍｇが封入されており、不純物ドーピングを行う窒素ラ
ジカルセルであるため、膜形成用窒素ラジカルセルより
も小さい２００Ｗ程度の入力電力で作動する。本実施の
形態では、ドーパント用窒素ラジカルセルとしてｐ型ド
ーパントであるＭｇを封入したが、ｎ型のドーパントを
封入しても同様の効果が得られる。
族元素の窒化物をｉｎ−ｓｉｔｕで作製し、ドーパント
として用いる方法について説明する。本実施の形態で用
いたＭＢＥ装置について図６に示す。このＭＢＥ装置で
は、複数の窒素ラジカルセルを有しており、窒素ラジカ
ルセルの少なくとも１つは窒化物系化合物半導体の窒素
源に用いられるセル６１（以下、膜形成用窒素ラジカル
セルと記す。）と、ドーパントを封入した窒素ラジカル
セル６２（以下、ドーパント用窒素ラジカルセルと記
す。）の２種類を少なくとも備えている。膜形成用窒素
ラジカルセル６１は、多量の窒素ラジカルが必要である
ので、従って５００Ｗ程度の大きな入力電力を必要とす
る。一方、ドーパント用窒素ラジカルセルではｐ−ＢＮ
製のアパーチャーの内部に例えばｐ型ドーパントとして
Ｍｇが封入されており、不純物ドーピングを行う窒素ラ
ジカルセルであるため、膜形成用窒素ラジカルセルより
も小さい２００Ｗ程度の入力電力で作動する。本実施の
形態では、ドーパント用窒素ラジカルセルとしてｐ型ド
ーパントであるＭｇを封入したが、ｎ型のドーパントを
封入しても同様の効果が得られる。
【００２５】また、図６に示す装置では、１本の膜形成
用窒素ラジカルセル６１と、１本のｐ型ドーパント用窒
素ラジカルセル６２と、ｎ型ドーパント（例えばＳｉや
Ｓｉ3Ｎ4など）用Ｋセル６３を用いている。III族元素
を供給するためにＩｎ等のドーパントを封入できるＫセ
ル６４、及びテトラメチルガリウム（ＴＭＧ）供給して
分子線を発生させるＫセル６５を有している。
用窒素ラジカルセル６１と、１本のｐ型ドーパント用窒
素ラジカルセル６２と、ｎ型ドーパント（例えばＳｉや
Ｓｉ3Ｎ4など）用Ｋセル６３を用いている。III族元素
を供給するためにＩｎ等のドーパントを封入できるＫセ
ル６４、及びテトラメチルガリウム（ＴＭＧ）供給して
分子線を発生させるＫセル６５を有している。
【００２６】また、図７に示すように、ｎ型ドーパント
用Ｋセルのかわりにｎ型ドーパント用窒素ラジカルセル
７１を有し、ｎ型ドーパント用窒素ラジカルセル７１に
ｎ型ドーパント源としてＳｉ、Ｇｅなドーパントを封入
した装置を用いてもよい。
用Ｋセルのかわりにｎ型ドーパント用窒素ラジカルセル
７１を有し、ｎ型ドーパント用窒素ラジカルセル７１に
ｎ型ドーパント源としてＳｉ、Ｇｅなドーパントを封入
した装置を用いてもよい。
【００２７】ドーパント原料をドーパント用窒素ラジカ
ルセル６２に封入し、窒素プラズマを生成することで、
II族元素の窒化物がｉｎ−ｓｉｔｕで作製され、ドーピ
ングされる。この方法を用いた場合、II族元素の純度は
II族元素の純度にほぼ等しく、ドーピング効率の向上が
行えた。
ルセル６２に封入し、窒素プラズマを生成することで、
II族元素の窒化物がｉｎ−ｓｉｔｕで作製され、ドーピ
ングされる。この方法を用いた場合、II族元素の純度は
II族元素の純度にほぼ等しく、ドーピング効率の向上が
行えた。
【００２８】このＭＢＥ装置を用いて、ＳｉＣ基板上
に、ｐ型ドーパント源としてＭｇを用いた膜厚１μｍの
ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長膜を成長させる。この時
条件としては、Ｇａビーム強度３×１０-7Ｔｏｒｒ、窒
素ラジカルセルの入力電力を５００Ｗ、成長室内のチャ
ンバー内の窒素圧力７×１０-5Ｔｏｒｒ、成長速度０．
５μｍ／ｈである。比較として、実施の形態１に示した
Ｍｇ3Ｎ2を用いた場合と、本実施の形態のｉｎ−ｓｉｔ
ｕで作製されたＭｇ3Ｎ2を用いた場合とのＳＩＭＳによ
り評価を行ったＭｇの濃度とキャリア濃度との関係を図
８に示す。ＧａＮ膜中のＭｇ濃度は、Ｍｇ3Ｎ2用Ｋセ
ル、ドーパント用窒素ラジカルセルの入力電力や窒素流
量を変化させることで制御を行っている。ドーパント用
窒素ラジカルセルによってｉｎ−ｓｉｔｕで作製された
Ｍｇ3Ｎ2を用いた場合、純度がより高くなったため、更
なるドーピング効率の向上が図れた。
に、ｐ型ドーパント源としてＭｇを用いた膜厚１μｍの
ｐ型ＧａＮエピタキシャル成長膜を成長させる。この時
条件としては、Ｇａビーム強度３×１０-7Ｔｏｒｒ、窒
素ラジカルセルの入力電力を５００Ｗ、成長室内のチャ
ンバー内の窒素圧力７×１０-5Ｔｏｒｒ、成長速度０．
５μｍ／ｈである。比較として、実施の形態１に示した
Ｍｇ3Ｎ2を用いた場合と、本実施の形態のｉｎ−ｓｉｔ
ｕで作製されたＭｇ3Ｎ2を用いた場合とのＳＩＭＳによ
り評価を行ったＭｇの濃度とキャリア濃度との関係を図
８に示す。ＧａＮ膜中のＭｇ濃度は、Ｍｇ3Ｎ2用Ｋセ
ル、ドーパント用窒素ラジカルセルの入力電力や窒素流
量を変化させることで制御を行っている。ドーパント用
窒素ラジカルセルによってｉｎ−ｓｉｔｕで作製された
Ｍｇ3Ｎ2を用いた場合、純度がより高くなったため、更
なるドーピング効率の向上が図れた。
【００２９】（実施の形態５）実施の形態４に示したＭ
ＢＥ装置を用いて、ドーパント用窒素ラジカルセル内に
Ｓｉを封入し、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長膜を成長
させた。この時条件としては、Ｇａビーム強度３×１０
-7Ｔｏｒｒ、窒素ラジカルセルの入力電力を５００Ｗ、
成長室内のチャンバー内の窒素圧力７×１０-5Ｔｏｒ
ｒ、成長速度０．５μｍ／ｈである。比較として、実施
の形態１に示したドーパント源としてＳｉ3Ｎ4を用いた
場合と、本実施の形態のｉｎ−ｓｉｔｕで作製されたＳ
ｉ3Ｎ4を用いた場合とのＳＩＭＳにより評価を行った結
果のＳｉ濃度とキャリア濃度との関係を図８に示す。Ｇ
ａＮ膜中のＳｉの濃度は、Ｓｉ3Ｎ4用Ｋセル、ドーパン
ト用窒素ラジカルセルの入力電力や窒素流量を変化させ
ることで制御を行っている。ｉｎ−ｓｉｔｕで作製され
たＭｇ3Ｎ2を用いた場合、実施の形態４と同様に、窒素
原子空孔を更に減少させることできる。
ＢＥ装置を用いて、ドーパント用窒素ラジカルセル内に
Ｓｉを封入し、ｎ型ＧａＮエピタキシャル成長膜を成長
させた。この時条件としては、Ｇａビーム強度３×１０
-7Ｔｏｒｒ、窒素ラジカルセルの入力電力を５００Ｗ、
成長室内のチャンバー内の窒素圧力７×１０-5Ｔｏｒ
ｒ、成長速度０．５μｍ／ｈである。比較として、実施
の形態１に示したドーパント源としてＳｉ3Ｎ4を用いた
場合と、本実施の形態のｉｎ−ｓｉｔｕで作製されたＳ
ｉ3Ｎ4を用いた場合とのＳＩＭＳにより評価を行った結
果のＳｉ濃度とキャリア濃度との関係を図８に示す。Ｇ
ａＮ膜中のＳｉの濃度は、Ｓｉ3Ｎ4用Ｋセル、ドーパン
ト用窒素ラジカルセルの入力電力や窒素流量を変化させ
ることで制御を行っている。ｉｎ−ｓｉｔｕで作製され
たＭｇ3Ｎ2を用いた場合、実施の形態４と同様に、窒素
原子空孔を更に減少させることできる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、窒素原子空孔をドーピ
ング材と結合した窒素によって減少させることができる
ので、III−Ｖ族窒化物系化合物半導体のドーピング効
率を上げることができる。よって、この窒化物系化合物
半導体で形成された半導体発光素子の特性を向上させる
ことができる。
ング材と結合した窒素によって減少させることができる
ので、III−Ｖ族窒化物系化合物半導体のドーピング効
率を上げることができる。よって、この窒化物系化合物
半導体で形成された半導体発光素子の特性を向上させる
ことができる。
【図１】ＭｇをドープしたＧａＮエピタキシャル成長膜
のＰＬスペクトルを示す図である。
のＰＬスペクトルを示す図である。
【図２】Ｍｇの濃度とキャリア濃度との相関を示す図で
ある。
ある。
【図３】ＣｄをドープしたＧａＮエピタキシャル成長膜
のＰＬスペクトルを示す図である。
のＰＬスペクトルを示す図である。
【図４】ＳｉをドープしたＧａＮエピタキシャル成長膜
のＰＬスペクトルを示す図である。
のＰＬスペクトルを示す図である。
【図５】Ｓｉの濃度とキャリア濃度との相関を示す図で
ある。
ある。
【図６】本発明に係るＭＢＥ装置の概略図である。
【図７】本発明に係るＭＢＥ装置の概略図である。
【図８】Ｍｇの濃度とキャリア濃度との相関を示す図で
ある。
ある。
【図９】Ｓｉの濃度とキャリア濃度との相関を示す図で
ある。
ある。
【図１０】従来のＭＢＥ装置の概略図である。
６１ 膜形成用窒素ラジカルセル
６２ ｐ型ドーパント用窒素ラジカルセル
６３ ｎ型ドーパント用Ｋセル
６４、６５ Ｋセル
７１ ｎ型ドーパント用窒素ラジカルセル
Claims (5)
- 【請求項１】 窒化物系化合物半導体を分子線エピタキ
シー装置で成長させる方法において、ｐ型ドーパント源
あるいはｎ型ドーパント源として、ドーパント原子と窒
素原子からなる窒素化合物を用いることを特徴とする窒
化物系化合物半導体のドーピング方法。 - 【請求項２】 前記ｐ型ドーパント源としてＢｅ3Ｎ2、
Ｍｇ3Ｎ2、Ｚｎ3Ｎ2、Ｃｄ3Ｎ2内の少なくとも１つを用
いることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系化合物
半導体のドーピング方法。 - 【請求項３】 前記ｎ型ドーパント源としてＳｉ3Ｎ4、
Ｇｅ3Ｎ4内の少なくとも１つを用いることを特徴とする
請求項１に記載の窒化物系化合物半導体のドーピング方
法。 - 【請求項４】 窒化物系化合物半導体を成長させる分子
線エピタキシー装置のおいて、少なくとも２つの窒素ラ
ジカルセルを有し、且つ、少なくとも１つの窒素ラジカ
ルセル内にドーパントを封入することを特徴とする窒化
物系化合物半導体の製造装置。 - 【請求項５】 前記ドーパントは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、
Ｃｄ、Ｓｉ、Ｇｅの少なくとも１つであることを特徴と
する請求項４に記載の窒化物系化合物半導体の製造装
置。
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|---|---|---|---|
| JP34319896A JP3453265B2 (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 窒化物系化合物半導体のドーピング方法及びその製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34319896A JP3453265B2 (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 窒化物系化合物半導体のドーピング方法及びその製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10189451A JPH10189451A (ja) | 1998-07-21 |
| JP3453265B2 true JP3453265B2 (ja) | 2003-10-06 |
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ID=18359680
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34319896A Expired - Fee Related JP3453265B2 (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 窒化物系化合物半導体のドーピング方法及びその製造装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3453265B2 (ja) |
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| JP4677831B2 (ja) * | 2005-06-10 | 2011-04-27 | 住友電気工業株式会社 | 分子線結晶成長装置およびｉｉｉ−ｖ化合物半導体を成長する方法 |
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| EP2275591B1 (en) * | 2009-07-10 | 2014-03-19 | Imec | Method for manufacturing a mono-crystalline layer of germanium or aluminium on a substrate |
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-
1996
- 1996-12-24 JP JP34319896A patent/JP3453265B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10189451A (ja) | 1998-07-21 |
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