JP2013191851A - (Al,In,Ga,B)Nの伝導性制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(Al,In,Ga,B)N半導体結晶におけるp型伝導性の制御方法が開示される。例えば、<011>方向にミスカットされた{100}MgAl2O4スピネル基板上に蒸着された{1011}GaN膜を含む。成長する半極性窒化薄膜にMg原子を意図的に内包し、使用可能な電子状態を半導体結晶のバンド構造に導入することによって、p型伝導性をもたらしてもよい。好適な電子状態の同様の内包をもたらすZnまたはCなどのその他の不純物原子を使用してもよい。
【選択図】図1
Description
本出願は、同時係属出願であって、共通の譲受人の米国特許出願第60/772,184号(2006年2月10日出願、名称「METHOD FOR CONDUCTIVITY CONTROL OF SEMIPOLAR (Al,In,Ga,B)N」、出願人(John F. Kaeding、Hitoshi Sato、Michael Iza、Hirokuni Asamizu、Hong Zhong、Steven P.DenBaars、およびShuji Nakamura)、代理人整理番号30794.166−US−P1(2006−285))に対する米国特許法119条(e)項の利益を主張するものであり、その出願内容は、参考として本明細書に援用される。
米国実用特許出願第11/372,914号(2006年3月10日出願、出願人(Troy J.Baker、Benjamin A.Haskell、Paul T.Fini、Steven P.DenBaars、James S.Speck、およびShuji Nakamura)、名称「TECHNIQUE FOR THE GROWTH OF PLANAR SEMI−POLAR GALLIUM NITRIDE」、代理人整理番号30794.128−US−U1(2005−471))であって、米国仮特許出願第60/660,283号(2005年3月10日出願、出願人(Troy J.Baker、Benjamin A.Haskell、Paul T.Fini、Steven P.DenBaars、James S.Speck、およびShuji Nakamura)、名称「TECHNIQUE FOR THE GROWTH OF
PLANAR SEMI−POLAR GALLIUM NITRIDE」、代理人整理番号30794.128−US−P1(2005−471))の米国特許法119条(e)項の利益を主張するもの;
米国実用特許出願第11/444,946号(2006年6月1日出願、出願人(Robert M.Farrell,Jr.、Troy J.Baker、Arpan Chakraborty、Benjamin A.Haskell、P. Morgan Pattison、Rajat Sharma、Umesh K.Mishra、Steven P.DenBaars、James S.Speck、およびShuji Nakamura)、名称「TECHNIQUE FOR THE GROWTH AND FABRICATION OF SEMIPOLAR(Ga,Al,In,B)N THIN FILMS,HETEROSTRUCTURES,AND DEVICES」、代理人整理番号30794.140−US−Ul(2005−668))であって、米国仮特許出願第60/686,244号(2005年6月1日出願、出願人(Robert M.Farrell, Jr.、Troy J.Baker、Arpan Chakraborty、Benjamin A.Haskell、P.Morgan Pattison、Raj at Sharma、Umesh K.Mishra、Steven P.DenBaars、James S.Speck、およびShuji Nakamura)、名称「TECHNIQUE FOR THE GROWTH AND FABRICATION OF SEMIPOLAR(Ga,Al,In,B)N THIN FILMS, HETEROSTRUCTURES, AND DEVICES」、代理人整理番号30794.140−US−Pl(2005−668))の米国特許法119条(e)項の利益を主張するもの;
米国実用特許出願第11/486,224号(2006年7月13日出願、出願人(Troy J.Baker、Benjamin A.Haskell、James S.Speck、およびShuji Nakamura)、名称「LATERAL GROWTH METHOD FOR DEFECT REDUCTION OF SEMIPOLAR NITRIDE FILMS」、代理人整理番号30794.141−US−U1(2005−672))であって、米国仮特許出願第60/698,749号(2005年7月13日出願、出願人(Troy J.Baker、Benjamin A.Haskell、James S.Speck、およびShuji Nakamura)、名称「LATERAL GROWTH METHOD FOR DEFECT REDUCTION OF SEMIPOLAR NITRIDE FILMS」、代理人整理番号30794.141−US−P1(2005−672))の米国特許法119条(e)項の利益を主張するもの;
米国実用特許出願第11/517,797号(2006年9月8日出願、出願人(Michael Iza、Troy J.Baker、Benjamin A.Haskell、Steven P.DenBaars、およびShuji Nakamura)、名称「METHOD FOR ENHANCING GROWTH OF SEMIPOLAR(Al,In,Ga,B)N VIA METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION」、代理人整理番号30794.144−US−U1(2005−772))であって、米国仮特許出願第60/715,491号(2005年9月9日出願、出願人(Michael Iza、Troy J.Baker、Benjamin A.Haskell、Steven P.DenBaarsおよびShuji Nakamura)、名称「METHOD FOR ENHANCING GROWTH OF SEMIPOLAR(Al,In,Ga,B)N VIA METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION」、代理人整理番号30794.144−US−P1(2005−772))の米国特許法119条(e)項の利益を主張するもの;
米国実用特許出願第11/523,286号(2006年9月18日出願、出願人(Siddharth Rajan、Chang Soo Suh、James S.Speck、およびUmesh K.Mishra)、名称「N−POLAR ALUMINUM GALLIUM NITRIDE/GALLIUM NITRIDE ENHANCEMENT−MODE FIELD EFFECT TRANSISTOR」、代理人整理番号30794.148−US−U1(2006−107))であって、米国仮特許出願第60/717,996号(2005年9月16日出願、出願人(Siddharth
Rajan、Chang Soo Suh、James S.Speck、およびUmesh K.Mishra)、名称「N−POLAR ALUMINUM GALLIUM NITRIDE/GALLIUM NITRIDE ENHANCEMENT−MODE FIELD EFFECT TRANSISTOR」、代理人整理番号30794.148−US−P1(2006−107))の米国特許法119条(e)項の利益を主張するもの;
米国実用特許出願第__/___,___号(2007年1月19日出願、出願人(John Kaeding、Dong−Seon Lee、Michael Iza、Troy J.Baker、Hitoshi Sato、Benjamin A.Haskell、James S.Speck、Steven P.Denbaars、およびShuji Nakamura)、名称「METHOD FOR IMPROVED GROWTH OF SEMIPOLAR(AL,IN,GA,B)N」、代理人整理番号30794.150−US−U1(2006−126))であって、米国仮特許出願第60/760,739号(2006年1月20日出願、出願人(John Kaeding, Michael Iza、Troy J.Baker、Hitoshi Sato、Benjamin A.Haskell、James S.Speck、Steven P.Denbaars、およびShuji Nakamura)、名称「METHOD FOR IMPROVED GROWTH OF SEMIPOLAR (AL,IN,GA,B)N」、代理人整理番号30794.150−US−P1(2006−126))の米国特許法119条(e)項の利益を主張するもの;
米国実用特許出願第11/655,572号(2007年1月19日出願、出願人(Hitoshi Sato、John Kaeding、Michael Iza、Troy J.Baker、Benjamin A.Haskell、Steven P.DenBaars、およびShuji Nakamura)、名称「METHOD FOR ENHANCING GROWTH OF SEMIPOLAR(Al,In,Ga,B)N VIA METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION」、代理人整理番号30794.159−US−U1(2006−178))であって、米国仮特許出願第60/760,628号(2006年1月20日出願、出願人(Hitoshi Sato、John Kaeding、Michael Iza、Troy J.Baker、Benjamin A.Haskell、Steven P.DenBaars、およびShuji Nakamura)、名称「METHOD FOR ENHANCING GROWTH OF SEMIPOLAR(Al,In,Ga,B)N VIA METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION」、代理人整理番号30794.159−US−P1(2006−178))の米国特許法119条(e)項の利益を主張するもの;
米国仮特許出願第60/774,467号(2006年2月17日出願、出願人(Hong Zhong、John F.Kaeding、Rajat Sharma、James S.Speck、Steven P.DenBaars、およびShuji Nakamura)、名称「METHOD FOR GROWTH OF SEMIPOLAR(Al,In,Ga,B)N OPTOELECTRONICS DEVICES」、代理人整理番号30794.173 −US−Pl(2006−422));
米国仮特許出願第60/798,933号(2006年5月9日出願、出願人(Arpan Chakraborty、Kwang−Choong Kim、Steven P.DenBaars、James S.Speck、およびUmesh K.Mishra)、名称「TECHNIQUE FOR DEFECT REDUCTION IN NONPOLAR AND SEMIPOLAR GALLIUM NITRIDE FILMS USING IN−SITU SILICON NITRIDE NANOMASKING」、代理人整理番号30794.180−US−P1(2006−530));
米国仮特許出願第60/809,774号(2006年5月31日出願、出願人(Nicholas A.Fichtenbaum、Umesh K.Mishra、Carl
J.Neufeld、およびStacia Keller)、名称「OPTOELECTRONIC DEVICES FORMED BY REGROWTH ON N−POLAR NANOPILLAR AND NANOSTRIPE ARRAYS」、代理人整理番号30794.182−US−P1(2006−638));
米国仮特許出願第60/822,600号(2006年8月16日出願、出願人(Michael Iza、Hitoshi Sato、Steven P.DenBaars、およびShuji Nakamura)、名称「METHOD FOR DEPOSITION OF MAGNESIUM DOPED(Al,In,Ga,B)N LAYERS」、代理人整理番号30794.187−US−P1(2006−678));
米国仮特許出願第60/866,035号(2006年11月15日出願、出願人(Stacia Keller、Umesh K.Mishra、およびNicholas A.Fichtenbaum)、名称「METHOD FOR HETEROEPITAXIAL GROWTH OF HIGH− QUALITY N−FACE GaN,InN, and AIN AND THEIR ALLOYS BY METAL ORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION」、代理人整理番号30794.207−US−P1(2007−121));
米国仮特許出願第60/869,540号(2006年11月11日出願、出願人(Steven P.DenBaars、Mathew C.Schmidt、Kwang Choong Kim、James S.Speck、およびShuji Nakamura)、名称「NON−POLAR(M−PLANE) AND SEMI−POLAR
EMITTING DEVICES」、代理人整理番号30794.213−US−Pl(2007−317));および
米国仮特許出願第60/869,701号(2006年11月11日出願、出願人(Kwang Choong Kim、Mathew C.Schmidt、Feng Wu、Asako Hirai、Melvin B.McLaurin、Steven P.DenBaars、Shuji Nakamura、およびJames S.Speck)、名称「CRYSTAL GROWTH OF M−PLANE AND SEMIPOLAR PLANES OF(Al,In,Ga,B)N ON VARIOUS SUBSTRATES」、代理人整理番号30794.214−US−P1(2007−334));
これらの出願内容は、参考として本明細書に援用される。
本発明は、(Al,In,Ga,B)Nの伝導性を制御する方法に関する。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
(項目1)
窒化物装置または窒化物半導体における伝導特性を強化または調整する方法であって、
(a)ドープ半極性または無極性窒化物半導体を使用して、該窒化物装置または窒化物半導体を加工することにより、該窒化物装置または窒化物半導体における該伝導特性を強化または調整することを含む、方法。
(項目2)
前記強化または調整することは、バンド構造の調整、伝導性制御の向上、ドーパント活性の増加、キャリア密度と移動度との同時増加およびそれによる伝導性の向上、正孔質量の削減、自由度または異方性面内電子特性の導入、または非意図的な不純物の削減を含む、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記窒化物半導体の前記半極性または無極性配向により、典型的な極性[0001]窒化物半導体に対する伝導性制御が改善される、項目1に記載の方法。
(項目4)
前記窒化物半導体の前記半極性または無極性配向により、キャリア密度および移動度が極性窒化物半導体より高くなる、項目1に記載の方法。
(項目5)
前記ドープ半極性または無極性窒化物半導体は、前記窒化物装置または窒化物半導体のp型伝導特性を強化または調整するためにドープされたp型である、項目1に記載の方法。
(項目6)
デバイス品質の半極性または無極性窒化物を成長させる方法であって、
(a)ミスカット基板のミスカット角度を変えることによって、該半極性または無極性窒化物半導体の伝導性を制御することと、
(b)該半極性または無極性窒化物半導体を該ミスカット基板上に蒸着することと
を含む、方法。
(項目7)
前記伝導性はp型伝導性である、項目6に記載の方法。
(項目8)
前記ミスカット基板は、<011>方向にミスカットされた{100}MgAl 2 O 4 スピネル基板である、項目6に記載の方法。
(項目9)
前記半極性窒化物半導体は、
ガリウム窒化物(GaN)を含む、項目6に記載の方法。
(項目10)
前記半極性窒化物半導体は、
または
(項目11)
前記無極性窒化物半導体は、a面またはm面無極性(Al,In,Ga,B)Nから成る、項目6に記載の方法。
(項目12)
前記蒸着ステップ中に、意図的または非意図的にドーパントを該半極性または無極性窒化物半導体に内包することをさらに含む、項目6に記載の方法。
(項目13)
前記ドーパントは、シリコン(Si)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、または炭素(C)を含む、項目12に記載の方法。
(項目14)
前記非意図的なドーパントは、濃度が1×10 19 cm −3 未満の水素である、項目12に記載の方法。
(項目15)
前記半極性または無極性窒化物半導体を蒸着した後、該半極性または無極性窒化物半導体内の非意図的な不純物原子の濃度を変えることにより、該半極性または無極性窒化物半導体の前記伝導性を改善する後続熱アニールステップを実行することをさらに含む、項目6に記載の方法。
(項目16)
項目6に記載の方法を使用して加工された装置。
(項目17)
半極性または無極性窒化物半導体の伝導性を調整するための1つ以上のドーパントを内包する、半極性または無極性窒化物半導体。
(項目18)
前記ドーパントは、p型伝導性を前記半極性または無極性窒化物半導体に付与し、該半極性または無極性窒化物半導体は、少なくとも8cm 2 /Vsのホール移動度を維持しながら、10 18 cm −3 を上回る正孔濃度を含む、項目17に記載の半極性または無極性窒化物半導体。
(項目19)
前記ドーパントは、p型伝導性を前記半極性または無極性窒化物半導体に付与し、該半極性または無極性窒化物半導体は、最大でドーパント濃度の10分の1のキャリア密度を含む、項目17に記載の半極性または無極性窒化物半導体。
本発明は、半極性窒化物結晶のドーピングによって、(Al,In,Ga,B)N半導体結晶におけるp型伝導性を制御する方法を含む。そのような制御の例は、<011>方向にミスカットされた{100}MgAl2O4スピネル基板上に蒸着される
一実施形態において、
図1は、本発明の好適な実施形態に基づく、スピネル基板上の半極性GaN薄膜上における成長のためのMOCVDプロセスに関するステップを説明する。また図1は、ドープされた半極性窒化物半導体を使用し、窒化物デバイスを加工するステップを含む、窒化物装置における伝導特性を強化または調整する方法を説明する。
本発明の範囲は、本明細書において引用される特定の例以外も含む。
既存の実践は、平面に対してc平面の法線を有するGaNを成長させることである。該平面は、自発分極および圧電性分極を有し、デバイスの性能にとって有害である。c平面窒化物膜上の半極性の利点は、分極の低減および特定デバイスの内部量子効率の向上である。
以下の参考文献は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
Claims (24)
- 半極性または無極性III窒化物半導体を加工する方法であって、
前記方法は、
前記半極性または無極性III窒化物半導体内のp型キャリア濃度およびホール移動度を制御することにより、前記半極性または無極性III窒化物半導体のp型伝導性を制御することを含み、
前記p型キャリア濃度は、前記半極性または無極性III窒化物半導体内のp型ドーパント濃度の約10%である、方法。 - p型III窒化物半導体は、半極性III窒化物半導体である、請求項1に記載の方法。
- ドープすることは、堆積ステップ中に、意図的または非意図的にドーパントを前記半極性または無極性III窒化物半導体に組み込むことをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- p型III窒化物半導体は、ミスカット基板上に堆積される、請求項1に記載の方法。
- 前記p型半極性III窒化物半導体の所望のホール濃度およびホール移動度を得るために、前記ミスカット基板のミスカット角を選択することをさらに含む、請求項4に記載の方法。
- p型III窒化物半導体は、無極性III窒化物半導体である、請求項1に記載の方法。
- p半極性III窒化物半導体を堆積およびドープした後に、引き続く熱アニーリングステップを実行することをさらに含み、前記熱アニーリングステップは、前記p型III窒化物半導体内の非意図的な不純物原子の濃度を変え、前記p型III窒化物半導体の伝導性の改善をもたらす、請求項1に記載の方法。
- 前記アニーリングは、550℃〜850℃の温度にまで行われる、請求項7に記載の方法。
- 前記アニーリングは、800℃より高いか、または、前記p型III窒化物半導体のホール移動度が少なくとも8cm 2 /Vsであるような温度で行われる、請求項7に記載の方法。
- 前記半極性または無極性III窒化物半導体は、ガリウム窒化物であり、アニーリングされていないGaNに比べて、より高いキャリア濃度と共に改善された伝導性制御をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- p型III窒化物半導体を加工する方法であって、
前記方法は、
アクセプタ不純物をIII窒化物半導体にドープすることであって、前記III窒化物半導体は、半極性または無極性III窒化物半導体である、ことと、
アクセプタ不純物を前記III窒化物半導体にドープした後に、引き続く熱アニーリングステップを実行することであって、前記熱アニーリングステップは、前記アクセプタがドープされたIII窒化物半導体内の伝導性の改善をもたらす、ことと
を含む、方法。 - 前記ドープすることは、ドーピング中のCp 2 Mgの流れを変化させることを含み、
前記流れは、0〜0.3μモル/分で変化する、請求項11に記載の方法。 - III窒化物デバイスまたは半導体III窒化物を加工する方法であって、
前記方法は、
(a)アクセプタ不純物がドープされたp型半極性または無極性III窒化物半導体を使用して、前記III窒化物デバイスまたは半導体III窒化物を加工することと、
(b)前記アクセプタ不純物がドープされたp型半極性または無極性III窒化物半導体のホール濃度およびホール移動度を制御することにより、前記アクセプタ不純物の濃度を制御することと
を含む、方法。 - 半極性または無極性III窒化物半導体であって、
前記半極性または無極性III窒化物半導体は、
前記半極性または無極性III窒化物半導体における制御されたホール移動度およびp型キャリア濃度に基づくp型伝導性を含み、前記p型キャリア濃度は、前記半極性または無極性III窒化物半導体内のp型ドーパント濃度の約10%である、半極性または無極性III窒化物半導体。 - 前記p型半極性または無極性III窒化物半導体はミスカット基板上またはミスカット基板の上方にある、請求項14に記載の半導体。
- p型III窒化物半導体は、無極性III窒化物半導体である、請求項15に記載の半導体。
- 前記半極性III窒化物半導体は、GaNを含む、請求項14に記載の半導体。
- 前記p型III窒化物半導体は、半極性III窒化物半導体を含む、請求項14に記載の半導体。
- 前記半極性III窒化物半導体は、<011>方向にミスカットされた{100}MgAl 2 O 4 スピネル基板上または<011>方向にミスカットされた{100}MgAl 2 O 4 スピネル基板の上方にある、請求項18に記載の半導体。
- 前記半極性III窒化物半導体は、{10−1−3}、{10−1−1}、{10−12}、{20−21}、{10−14}または{11−22}III窒化物を含む、請求項18に記載の半導体。
- 前記半極性III窒化物半導体は、{10−1−3}III窒化物を含む、請求項19に記載の半導体。
- 前記半極性III窒化物半導体は、{10−11}III窒化物を含む、請求項19に記載の半導体。
- 前記p型III窒化物半導体は、a面またはm面無極性III窒化物、および、少なくとも8cm 2 /Vsのホール移動度を含む、請求項14に記載の半導体。
- 少なくとも8cm 2 /Vsのホール移動度をさらに含む、請求項14に記載の半導体。
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