JP2005235961A - Ga2O3系単結晶の導電率制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 この発光素子は、n型β−Ga2O3基板と、このn型β−Ga2O3基板の上に、n型β−AlGaO3クラッド層、活性層、p型β−AlGaO3クラッド層およびp型β−Ga2O3コンタクト層とを備える。Si濃度を1×10−5〜1mol%に変化させることにより、抵抗率が2.0×10−3〜8×102Ωcm、キャリア濃度が5.5×1015〜2.0×1019/cm3の範囲に制御するものである。
【選択図】 図2
Description
(1)n型導電性を示すβ−Ga2O3基板の製作および導電率制御
基板がn型導電性を示すためには、基板中のGaがn型ドーパントと置換される必要がある。Gaがn型ドーパントと置換されるガリウム置換型n型ドーパントとして、Si、Hf、Ge、Sn、TiおよびZrが挙げられる。
n型導電性を示す薄膜は、PLD(Pulsed Laser Deposition)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、MOCVD(Metal Organic Vapor Deposition)法、スパッタ法等の物理的気相成長法、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)、プラズマCVD等の化学的気相成長法等により形成することができる。
p型導電性を示す薄膜は、PLD法、MBE法、MOCVD法等の物理的気相成長法、熱CVD、プラズマCVD等の化学的気相成長法等により成膜することができる。
Gaがp型ドーパントと置換されるガリウム置換型p型ドーパントとして、H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Mn、Fe、Co、Ni、Pd、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Tl、Pb等が挙げられる。酸素がp型ドーパントと置換される酸素置換型p型ドーパントとして、P等が挙げられる。
電極は、オーミック接触が得られる材料で形成される。例えば、n型導電性を示す薄膜あるいは基板には、Au、Al、Ti、Sn、Ge、In、Ni、Co、Pt、W、Mo、Cr、Cu、Pb等の金属単体、これらのうち少なくとも2種の合金(例えば、Au−Ge合金)、これらを2層構造に形成するもの(例えば、Al/Ti、Au/Ni、Au/Co)、あるいはITOを用いる。p型導電性を示す薄膜あるいは基板には、Au、Al、Be、Ni、Pt、In、Sn、Cr、Ti、Zn等の金属単体、これらのうち少なくとも2種の合金(例えば、Au−Zn合金、Au−Be合金)、これらを2層構造に形成するもの(例えば、Ni/Au)あるいはITOを用いる。
(イ)ドーパント濃度を制御することにより、抵抗率およびキャリア濃度を変えることができるため、所望のキャリア濃度を有する薄膜や基板を製作することができる。
(ロ)発光素子1の基板抵抗が小さくなり、順方向電圧Vfが小さくなる。
(ハ)n型β−Ga2O3基板50は、導電性を有するため、基板の上下から電極を取り出す垂直型の構造をとることができるので、層構成、製造工程の簡素化を図ることができる。
(ニ)発光光は、透明電極4を透過して上方に出射する出射光70として外部に射出する他、n型β−Ga2O3基板50の下面の方に向う発光光71は、例えば、n側電極37あるいは接着剤81により反射させられて上方に出射するため、出射光70のみを出射するものと比べて、発光強度が増大する。
絶縁型基板は、以下のように製作する。まず、n型導電性を示す基板の製造方法と同様に、FZ法による。すなわち、β−Ga2O3種結晶と不純物としてのSi濃度の低い高純度のβ−Ga2O3多結晶素材とを別個に準備し、石英管中でβ−Ga2O3種結晶とp型ドーパントであるMg、BeまたはZnを含むβ−Ga2O3多結晶素材とを接触させてその部位を加熱し、β−Ga2O3種結晶とβ−Ga2O3多結晶素材との接触部分で両者を溶融する。溶解したβ−Ga2O3多結晶素材をβ−Ga2O3種結晶とともに結晶化させると、β−Ga2O3種結晶上にMgを含むβ−Ga2O3単結晶が生成される。次に、このβ−Ga2O3単結晶に切断等の加工を施すことにより、絶縁性を示す基板が得られる。ここで、Mgの添加量が、0.01mol%および0.05mol%のとき、得られた基板の抵抗値は、1000MΩ以上であり、絶縁性を示した。BeおよびZnを添加したときもβ−Ga2O3単結晶は、絶縁性を示した。
(イ)p型ドーパントを添加することにより絶縁性を有する薄膜や基板を製作することができるため、β−Ga2O3系単結晶でMIS構造の発光素子を製作することがで得きる。
(ロ)この発光素子1は、発光素子1の基板抵抗が小さくなり、順方向電圧Vfが小さくなる。
(ハ)活性層52を形成するβ−Ga2O3系単結晶が有する広いバンドギャップにより短波長、例えば、260nmの発光が可能となる。
(ニ)絶縁型β−Ga2O3基板55およびn型β−AlGaO3クラッド層51は、β−Ga2O3を主体に構成されているので、バッファ層を不要にすることが可能となり、結晶性の高いn型層を形成することができる。
(ホ)絶縁型β−Ga2O3基板55が、発光領域で透過性が高いので、光の取り出し効率を高くすることができる。
(ヘ)発光光は、透明電極4を透過して上方に出射する出射光70として外部に射出する他、絶縁型β−Ga2O3基板55の下面の方に向う発光光71は、例えば、接着剤81により反射させられて上方に出射する。従って、発光光71が直接外部に出射するのと比べて、発光強度が増大する。
(ト)絶縁型β−Ga2O3基板55や各層51、52、54、56に酸化物系β−Ga2O3系単結晶を用いているため、高温の大気中でも安定に動作する発光素子を形成することができる。
(チ)プリント基板やリードフレームとの接続方法が、フリップチップ・ボンディングが可能となるので、発光領域からの発熱を効率よくプリント基板や、リードフレームに逃がすことができる。
2 n型β−Ga2O3基板
4 透明電極
5 電極
6 パッド電極
8 ワイヤ
9 接合層
37 n側電極
50 n型β−Ga2O3基板
51 n型AlGaO3クラッド層
52 β−Ga2O3活性層
53 p型β−Ga2O3クラッド層
54 p型β−Ga2O3コンタクト層
55 絶縁型β−Ga2O3基板
56 n型β−Ga2O3コンタクト層
58 ワイヤ
59 接合部
70 出射光
71 発光光
80 プリント基板
81 接着剤
Claims (8)
- Ga2O3系単結晶に所定のドーパントを添加することにより所望の抵抗率を得ることを特徴とするGa2O3系単結晶の導電率制御方法。
- 前記所定のドーパントは、前記Ga2O3系単結晶を低抵抗化させるIV族元素であることを特徴とする請求項1記載のGa2O3系単結晶の導電率制御方法。
- 前記IV族元素は、Si、Hf、Ge、Sn、TiまたはZrであることを特徴とする請求項2記載のGa2O3系単結晶の導電率制御方法。
- 所定量の前記IV族元素を添加することにより、前記所望の抵抗率として2.0×10−3〜8.0×102Ωcmの値を得ることを特徴とする請求項2記載のGa2O3系単結晶の導電率制御方法。
- 前記Ga2O3系単結晶は、そのキャリア濃度が、前記所望の抵抗率の範囲において、5.5×1015〜2.0×1019/cm3に制御されることを特徴とする請求項4記載のGa2O3系単結晶の導電率制御方法。
- 前記所定のドーパントは、前記Ga2O3系単結晶を高抵抗化させるII族元素であることを特徴とする請求項1記載のGa2O3系単結晶の導電率制御方法。
- 前記II族元素は、Mg、BeまたはZnであることを特徴とする請求項6記載のGa2O3系単結晶の導電率制御方法。
- 所定量の前記II族元素を添加することにより、前記所望の抵抗率として1.0×103Ωcm以上を得ることを特徴とする請求項6記載のGa2O3系単結晶の導電率制御方法。
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