JPH10242058A - 窒素を含むiii−v族化合物半導体膜の製造方法 - Google Patents

窒素を含むiii−v族化合物半導体膜の製造方法

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JPH10242058A
JPH10242058A JP4603297A JP4603297A JPH10242058A JP H10242058 A JPH10242058 A JP H10242058A JP 4603297 A JP4603297 A JP 4603297A JP 4603297 A JP4603297 A JP 4603297A JP H10242058 A JPH10242058 A JP H10242058A
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文保 田上
Shingo Sakakibara
慎吾 榊原
Hiroshi Fujiyasu
洋 藤安
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良質のp型半導体膜を得ることを可能とした
Nを含むIII−V族化合物半導体膜の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 減圧されるチャンバ11内の第1の固体
ソース容器13に、半導体膜の母相となる第1の固体ソ
ースGaを収容し、第1の固体ソース容器13と同軸的
に第1の固体ソース容器13の下方に配置された第2の
固体ソース容器14にはアクセプタ不純物源となる第2
の固体ソースMg3N2を収容して、これらを加熱蒸発さ
せ、これらの蒸発気体を外部から供給されるNH3と共
にガス案内管15において熱分解して、その上方に配置
された成膜用基板18にp型GaN膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、窒素(N)を含
むIII−V族化合物半導体膜の製造方法に係り、特に結
晶性に優れたp型化合物半導体膜を得るための不純物添
加法に関する。
【0002】
【従来の技術】III−V族化合物半導体のうちGaN
は、青色発光素子用の半導体材料として従来より注目さ
れている。しかしGaNでは、n型は得られるが、自己
補償効果によってp型半導体が簡単には得られず、従っ
てpn接合形成が容易ではない。
【0003】例えば、良質の化合物半導体膜を得る方法
として、HWE(Hot Wall Epitaxy)法が知られてい
る。HWE装置を用いてp型のGaN膜を得るには、半
導体膜の母相となる固体ソース(Ga)を減圧チャンバ
内に配置してこれを加熱蒸発させると同時に、チャンバ
外部からは、気体ソースNH3を固体ソース上に供給す
る。そしてこれらの原料をホットウォール部で熱分解す
る。更にチャンバ内にはアクセプタ不純物源としてMg
単体またはMgの有機化合物を配置してこれを加熱蒸発
させてやはりホットウォール部で熱分解させる。Mgの
有機化合物としては、ビスシクロペンタジエルマグネシ
ウム(Cp2Mg)が一般に用いられる。そしてホット
ウォール部の上に配置された成膜用基板に、アクセプタ
不純物であるMgを添加したp型GaN膜を形成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したGa
Nへのアクセプタ不純物Mgの添加法では、III族サイ
トへの添加のみを考えており、形成されるGaN膜はN
が抜けることにより生じる原子空孔が多いものとなる。
そしてこの原子空孔により、結晶性が劣化するだけでな
く、ドナーライクの不純物レベルが生じて、高い正孔濃
度を持つ良質のp型GaN膜が得られない。
【0005】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、良質のp型半導体膜を得ることを可能とした窒
素を含むIII−V族化合物半導体膜の製造方法を提供す
ることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、減圧された
チャンバ内で半導体膜の母相となる第1の固体ソースを
含む原料を熱分解して成膜用基板に窒素を含むIII−V
族化合物半導体膜を形成する方法において、前記チャン
バ内にMg3N2を含む第2の固体ソースを配置して、こ
の第2の固体ソースを前記原料と共に熱分解し、生成さ
れたMgをアクセプタ不純物として添加した化合物半導
体膜を形成することを特徴とする。この発明において好
ましくは、前記第2の固体ソースを収容した第2の固体
ソース容器は、前記第1の固体ソースを収容した第1の
固体ソース容器と同軸的に第1の固体ソース容器の下方
に配置し、前記成膜用基板は前記第1の固体ソース容器
の上方に配置し、かつ前記第1の固体ソース容器と成膜
用基板の間には各固体ソースからの蒸発気体を熱分解す
るガス案内管を配置する。
【0007】この発明によると、GaN等への不純物ソ
ースとして固体ソースである窒化マグネシウム(Mg3
N2)を用いることにより、熱分解により生成されるM
gがアクセプタ不純物としてGaNに添加されると同時
に、Nが原子空孔を補償する働きをする。これにより、
原子空孔の少ない良質の結晶性を有し、かつ高い正孔濃
度を持つp型のIII−V族化合物半導体膜を得ることが
できる。また、一般に固体の窒化物はBNに代表される
ように蒸気圧が低く、石英容器等に入れて加熱蒸発させ
ることは難しいが、Mg3N2は超高真空下でなくても数
100℃程度の加熱で蒸発させることができる。従っ
て、半導体膜の母相となるGaを第1の固体ソースと
し、チャンバ外部からは気体ソースNH3を供給し、ま
た不純物源となるMg3N2を含む第2の固体ソースを用
意したHWE装置を用いて、容易にp型GaN膜を形成
することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1は、この発明の一実施例に用
いたHWE装置の構成を示す。チャンバ11はHWE装
置本体であり、内部は真空ポンプ12により減圧され
る。チャンバ11内部には、半導体膜の母相形成用の第
1の固定ソース(この実施例の場合Ga)を収容する筒
状の第1の固体ソース容器13と、不純物源となる第2
の固体ソース(この実施例の場合Mg3N2)を収容する
筒状の第2の固体ソース容器14が同軸的に、かつ第2
の固体ソース容器14が第1の固体ソース容器13の下
方に位置するように配置されている。即ち第2の固体ソ
ース容器14は、その上端を第1の固体ソース容器13
の底部を貫通させて、第2の固体ソース容器14内部に
開口するように配置される。
【0009】これら二つの固体ソースの上方には、ホル
ダー19により保持されヒータ20により加熱される成
膜用基板18が配置される。また、固体ソースと基板保
持部の間には、各固体ソースからの蒸発気体を熱分解し
て基板18の面に案内するガス案内管16が、図の例で
は第1の固体ソース容器13と一体に形成されている。
これら固体ソース容器13,14及びガス案内管15は
全て石英管であり、これらの周囲には、加熱ヒータ16
a,16bが配設される。加熱ヒータ16a,16bは
熱遮蔽体17a,17bにより囲まれている。即ちこの
実施例の装置は、母相形成用の固体ソース部Bの下に、
不純物源の固体ソース部A(通常、リザーバと呼ばれ
る)が配置され、固体ソース部Bの上のガス案内管15
の部分が各固体ソースからの蒸発気体を熱分解させるホ
ットウォール部Cとなっている。
【0010】GaNを成膜する場合のもう一つの原料N
は、チャンバ11の外部に設けられた気体ソースボンベ
21からNH3の形で供給される。即ちボンベ21のN
H3ガスは、バルブ22及びマスフローコントローラ2
3を介し、チャンバ11を貫通するガス導入管24を介
して、ガス案内管15の底部に供給されるようになって
いる。このようにして外部から供給されるNH3ガスも
ガス案内管15において熱分解されることになる。
【0011】次に具体的に、図1のHWE装置を用いて
p型GaN膜を成膜する場合を説明すると、前述のよう
に第1の固体ソース容器13にはGaを、第2の固体ソ
ース容器14にはMg3N2を入れる。成膜用基板18に
は、(0001)面を主面とするAl2O3基板を用い
る。但し、SiC,ZnO,GaAs等の基板を用いる
こともできる。チャンバ11内を10-6Torr程度まで減
圧した状態で、第1の固体ソース容器13を750〜9
50℃に、第2の固体ソース容器14を100〜700
℃にそれぞれ加熱し、またガス案内管15を560〜6
00℃に加熱する。これにより各固体ソースは蒸発し、
その蒸発気体と外部から供給されたNH3はガス案内管
14、即ちホットウォール部Cで熱分解されて基板18
に供給され、基板18にGaN膜が成膜される。
【0012】この実施例においては、不純物源であるM
g3N2が熱分解されて、MgとNが生成され、Mgがア
クセプタ不純物となり、Nは形成されるGaNからNが
抜けることによるN不足を補償する働きをする。即ち、
Nを含む固体不純物ソースを用いることにより、原料ガ
スNH3だけでは不十分になり易いV族サイトのN不足
を補い、Nが抜けることにより生成されるN空孔による
ドナーの密度を減らし、同時にIII族サイトへのアクセ
プタであるMg添加が可能となる。従って、得られるG
aN膜は原子空孔の少ない良質の結晶膜となり、またド
ナーとして作用する原子空孔が少なくなる結果、高い正
孔濃度のp型GaN層が得られる。
【0013】従来技術のように、NH3を熱分解するこ
とによってのみNを供給する場合において、GaとNの
蒸気圧を比較すると、Nの方が高く、特に結晶成長温度
(1000℃)においては、Nの蒸気圧が更に高まり、
基板上に一旦GaNが形成されても、GaN膜中からN
が離脱してしまう。NがGaN膜から離脱することによ
りN空孔が生じ、このN空孔がドナーとなってしまい、
n型半導体となる傾向を示していた。しかしこの実施例
によれば、アクセプタとして働くMgをGaN膜のGa
格子に取り込み、かつNを補償することでN空孔の発生
を抑制しているので、ドナー密度を小さくすることがで
きる。成長したGaN膜は、GaN膜中の正味のアクセ
プタ密度NaとGaN膜中の正味のドナー密度Ndとの
差でp型かn型かが決まる。この実施例においては、M
gを導入することでアクセプタ密度Naを大きくし、更
にN空孔を減らすことでドナー密度Ndを小さくしてお
り、GaN膜を良質なp型半導体膜として形成すること
が可能になる。
【0014】この発明は、上記実施例に限られない。例
えば実施例では、GaN膜を形成したが、AlNやIn
N等、Nを含む他のIII−V族化合物半導体膜を成膜す
る場合に同様にこの発明を適用することができる。
【0015】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、N
を含むIII−V族化合物半導体膜への不純物ソースとし
て固体ソースMg3N2を用いることにより、熱分解によ
り生成されるMgがアクセプタ不純物としてGaNに添
加されると同時に、Nが原子空孔を補償する作用をし、
良質の結晶性を有しかつ高い正孔濃度を持つp型の化合
物半導体膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例に用いたHWE装置の構
成を示す。
【符号の説明】
11…チャンバ、12…真空ポンプ、13…第1の固体
ソース容器、14…第2の固体ソース容器、15…ガス
案内管(ホットウォール部)、16a,16b…ヒー
タ、17a,17b…熱遮蔽体、18…成膜用基板、1
9…ホルダー、20…ヒータ、21…ガスボンベ、22
…バルブ、23…マスフローコントローラ、24…ガス
導入管、Ga…第1の固体ソース、Mg3N2…第2の固
体ソース。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 減圧されたチャンバ内で半導体膜の母相
    となる第1の固体ソースを含む原料を熱分解して成膜用
    基板に窒素を含むIII−V族化合物半導体膜を形成する
    方法において、 前記チャンバ内にMg3N2を含む第2の固体ソースを配
    置して、この第2の固体ソースを前記原料と共に熱分解
    し、生成されたMgをアクセプタ不純物として添加した
    化合物半導体膜を形成することを特徴とする窒素を含む
    III−V族化合物半導体膜の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第2の固体ソースを収容した第2の
    固体ソース容器は、前記第1の固体ソースを収容した第
    1の固体ソース容器と同軸的に第1の固体ソース容器の
    下方に配置し、前記成膜用基板は前記第1の固体ソース
    容器の上方に配置し、かつ前記第1の固体ソース容器と
    成膜用基板の間には各固体ソースからの蒸発気体を熱分
    解するガス案内管を配置することを特徴とする請求項1
    記載の窒素を含むIII−V族化合物半導体膜の製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2008081809A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 National Institute For Materials Science 真空蒸着装置
JP2008516877A (ja) * 2004-10-16 2008-05-22 アズッロ セミコンダクターズ アクチエンゲゼルシャフト GaN結晶またはAlGaN結晶の製造法

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