JPH05121327A - 窒化ガリウム系薄膜の製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系薄膜の製造方法Info
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- JPH05121327A JPH05121327A JP11306491A JP11306491A JPH05121327A JP H05121327 A JPH05121327 A JP H05121327A JP 11306491 A JP11306491 A JP 11306491A JP 11306491 A JP11306491 A JP 11306491A JP H05121327 A JPH05121327 A JP H05121327A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 膜の劣化のきわめて少ないｐ型窒化ガリウム
系薄膜を得ることにより、高効率ｐｎ接合型紫外域〜青
色発光素子を作製すること。 【構成】 窒化ガリウム系半導体薄膜を不純物をドープ
しながら成膜する際、成膜と同時に電子ビームを連続も
しくは断続的に膜成長表面に照射することを特徴とする
窒化ガリウム系薄膜の製造方法で、これによりｐ型窒化
ガリウム系半導体薄膜を得ることができる。
系薄膜を得ることにより、高効率ｐｎ接合型紫外域〜青
色発光素子を作製すること。 【構成】 窒化ガリウム系半導体薄膜を不純物をドープ
しながら成膜する際、成膜と同時に電子ビームを連続も
しくは断続的に膜成長表面に照射することを特徴とする
窒化ガリウム系薄膜の製造方法で、これによりｐ型窒化
ガリウム系半導体薄膜を得ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にディスプレー用、
光通信用に最適な、紫外域〜青色発光ダイオード、レー
ザダイオード等に用いる窒化ガリウム系薄膜の製造方法
に関するものである。
光通信用に最適な、紫外域〜青色発光ダイオード、レー
ザダイオード等に用いる窒化ガリウム系薄膜の製造方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体発光素子、特に可視域発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）は、あらゆる分野において機能表示素子
として使用されているが、従来、紫外域〜青色半導体発
光素子は実用化されておらず、特に３原色を必要とする
ディスプレー用として開発が急がれている。紫外域〜青
色半導体発光素子としては、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＳｉＣ
などを用いたものが報告されている。
ード（ＬＥＤ）は、あらゆる分野において機能表示素子
として使用されているが、従来、紫外域〜青色半導体発
光素子は実用化されておらず、特に３原色を必要とする
ディスプレー用として開発が急がれている。紫外域〜青
色半導体発光素子としては、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＳｉＣ
などを用いたものが報告されている。
【０００３】窒化ガリウム（ＧａＮ）は、多くはサファ
イアＣ面上にＭＯＣＶＤ法、ＶＰＥ法により成膜される
［ジャーナル オブ アプライド フィジクス（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）５
６（１９８４）２３６７−２３６８］が、ｎ型キャリア
が大量に発生し、一般にＭｇ、Ｚｎなどのアクセプタド
ーパントをドープしても高抵抗膜化してしまい、ｐ型Ｇ
ａＮ薄膜を得ることは難しい。このため、ｐｎ接合発光
ダイオードを製作することができず、ｍｉｓ（金属、絶
縁層、半導体層）構造とせざるを得ないために、発光効
率が悪いことが問題とされている。アクセプタドーピン
グしながら成膜したＧａＮ薄膜を、成膜後電子ビーム照
射することによってｐ型化したとする報告もあるが［ジ
ャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジク
ス（ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）２８（１９８９）Ｌ２１１２
−Ｌ２１１４］、成膜後きわめて大きなパワー密度で膜
を加熱するため膜の劣化、再現性の悪さは避けられな
い。
イアＣ面上にＭＯＣＶＤ法、ＶＰＥ法により成膜される
［ジャーナル オブ アプライド フィジクス（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）５
６（１９８４）２３６７−２３６８］が、ｎ型キャリア
が大量に発生し、一般にＭｇ、Ｚｎなどのアクセプタド
ーパントをドープしても高抵抗膜化してしまい、ｐ型Ｇ
ａＮ薄膜を得ることは難しい。このため、ｐｎ接合発光
ダイオードを製作することができず、ｍｉｓ（金属、絶
縁層、半導体層）構造とせざるを得ないために、発光効
率が悪いことが問題とされている。アクセプタドーピン
グしながら成膜したＧａＮ薄膜を、成膜後電子ビーム照
射することによってｐ型化したとする報告もあるが［ジ
ャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジク
ス（ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌ
ｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）２８（１９８９）Ｌ２１１２
−Ｌ２１１４］、成膜後きわめて大きなパワー密度で膜
を加熱するため膜の劣化、再現性の悪さは避けられな
い。
【０００４】膜の劣化をきたすことなくｐ型ＧａＮ系薄
膜を得ることは、高効率発光が望めるｐｎ接合紫外〜青
色半導体発光素子を開発するうえで、きわめて重要であ
る。
膜を得ることは、高効率発光が望めるｐｎ接合紫外〜青
色半導体発光素子を開発するうえで、きわめて重要であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の半導
体発光素子用ＧａＮ系薄膜の製造方法においては、ｐ型
ＧａＮ薄膜を得ることは難しく、良好なｐｎ接合を有す
る発光ダイオードを作製することができない。このた
め、ｍｉｓ（金属、絶縁層、半導体層）構造とせざるを
得ないために、発光効率が悪いことが問題とされてい
る。本発明はこの問題を解決するため、膜の劣化をきた
すことなくｐ型ＧａＮ膜を得ようとするものである。
体発光素子用ＧａＮ系薄膜の製造方法においては、ｐ型
ＧａＮ薄膜を得ることは難しく、良好なｐｎ接合を有す
る発光ダイオードを作製することができない。このた
め、ｍｉｓ（金属、絶縁層、半導体層）構造とせざるを
得ないために、発光効率が悪いことが問題とされてい
る。本発明はこの問題を解決するため、膜の劣化をきた
すことなくｐ型ＧａＮ膜を得ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、成膜中に電子ビ
ームを照射することにより、膜の劣化をきたすことなく
ｐ型ＧａＮ膜を得ることに成功した。
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、成膜中に電子ビ
ームを照射することにより、膜の劣化をきたすことなく
ｐ型ＧａＮ膜を得ることに成功した。
【０００７】すなわち本発明は、不純物ドープした窒化
ガリウム系薄膜を成膜する際、成膜と同時に電子ビーム
を連続もしくは断続的に膜成長表面に照射することを特
徴とする窒化ガリウム系薄膜の製造方法を提供するもの
である。
ガリウム系薄膜を成膜する際、成膜と同時に電子ビーム
を連続もしくは断続的に膜成長表面に照射することを特
徴とする窒化ガリウム系薄膜の製造方法を提供するもの
である。
【０００８】以下、本発明についてさらに詳細に説明す
る。
る。
【０００９】本発明における窒化ガリウム系半導体薄膜
とは、例えばＧａＮの他Ｇａ1-XＡｌXＮ、Ｇａ1-X、Ｉ
ｎXＮ、Ｇａ1-XＢXＮなどのＧａＮを主とした混晶化合
物薄膜のことである。また、本発明における不純物ドー
プとは、これらの窒化ガリウム系半導体薄膜にＺｎ、Ｍ
ｇ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ａｓ、
Ｓｂ、Ｐ等を不純物として少量添加することである。こ
のような窒化ガリウム系化合物層を組合せて、ダブルヘ
テロ構造、量子井戸構造、超格子構造等の複雑な構造を
もった素子を製作することも可能である。
とは、例えばＧａＮの他Ｇａ1-XＡｌXＮ、Ｇａ1-X、Ｉ
ｎXＮ、Ｇａ1-XＢXＮなどのＧａＮを主とした混晶化合
物薄膜のことである。また、本発明における不純物ドー
プとは、これらの窒化ガリウム系半導体薄膜にＺｎ、Ｍ
ｇ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ａｓ、
Ｓｂ、Ｐ等を不純物として少量添加することである。こ
のような窒化ガリウム系化合物層を組合せて、ダブルヘ
テロ構造、量子井戸構造、超格子構造等の複雑な構造を
もった素子を製作することも可能である。
【００１０】本発明における電子ビームとは、加速電圧
０．１〜５０ｋＶ、パワー密度は基板表面で１×１０-8
〜１Ｗ／ｃｍ2のものを用い、これを成膜中に連続もし
くは断続的に、収束ビームをスキャン、もしくは広がり
をもったビームを膜成長表面に照射する。この操作によ
り、従来ｎ型もしくは高抵抗のＧａＮ薄膜しか得られな
かったものを、ｐ型のＧａＮ薄膜とすることができる。
０．１〜５０ｋＶ、パワー密度は基板表面で１×１０-8
〜１Ｗ／ｃｍ2のものを用い、これを成膜中に連続もし
くは断続的に、収束ビームをスキャン、もしくは広がり
をもったビームを膜成長表面に照射する。この操作によ
り、従来ｎ型もしくは高抵抗のＧａＮ薄膜しか得られな
かったものを、ｐ型のＧａＮ薄膜とすることができる。
【００１１】成膜法としては、一般的に知られている。
例えばガスソースＭＢＥ法、ＭＢＥ法、真空蒸着法、ス
パッタリング法等を用いることができるが、中でもガス
ソースＭＢＥ法が最も好ましい。
例えばガスソースＭＢＥ法、ＭＢＥ法、真空蒸着法、ス
パッタリング法等を用いることができるが、中でもガス
ソースＭＢＥ法が最も好ましい。
【００１２】以下一例として、ガスソースＭＢＥ法によ
り窒化ガリウムｐｎ接合型積層膜を成膜した例について
説明する。
り窒化ガリウムｐｎ接合型積層膜を成膜した例について
説明する。
【００１３】装置には、図１に示すような真空容器１内
に、蒸発用坩堝（クヌードセンセル）２、３、電子ビー
ムガン４、ガス導入用ガスセル５、基板加熱ホルダー
６、クライオパネル８を備えたガスソースＭＢＥ装置を
使用した。
に、蒸発用坩堝（クヌードセンセル）２、３、電子ビー
ムガン４、ガス導入用ガスセル５、基板加熱ホルダー
６、クライオパネル８を備えたガスソースＭＢＥ装置を
使用した。
【００１４】蒸発用坩堝２、３には、それぞれシャッタ
１３、１４が設けられている。真空容器１の排気系統
は、弁９、液体窒素トラップ１０、油拡散ポンプ１１、
油回転ポンプ１２からなっている。
１３、１４が設けられている。真空容器１の排気系統
は、弁９、液体窒素トラップ１０、油拡散ポンプ１１、
油回転ポンプ１２からなっている。
【００１５】蒸発用坩堝２にはＧａ金属、３にはＭｇ金
属を入れそれぞれ９５０〜１１５０℃、３００〜４５０
℃に加熱した。電子ビームガン４は、加速電圧０．１〜
５０ｋＶ、ビーム電流０．０１〜１０．０ｍＡの電子ビ
ームを基板７全体に照射するように設置した。ガスの導
入にはガスセル５を用い、ガスを直接基板７に吹き付け
るように設置した。導入ガスにはＮＨ3を使用し、導入
量を０．５〜５０ｃｃ／ｍｉｎとした。
属を入れそれぞれ９５０〜１１５０℃、３００〜４５０
℃に加熱した。電子ビームガン４は、加速電圧０．１〜
５０ｋＶ、ビーム電流０．０１〜１０．０ｍＡの電子ビ
ームを基板７全体に照射するように設置した。ガスの導
入にはガスセル５を用い、ガスを直接基板７に吹き付け
るように設置した。導入ガスにはＮＨ3を使用し、導入
量を０．５〜５０ｃｃ／ｍｉｎとした。
【００１６】基板７にはサファイアＲ面を使用し、６５
０〜９００℃に加熱した。サファイアＲ面基板は、オフ
角０．８度化以下のものが好ましく、さらに好ましく
は、サファイアＲ面をサファイアｃ軸のＲ面射影を軸と
して９．２度回転させた面を用いると良い。
０〜９００℃に加熱した。サファイアＲ面基板は、オフ
角０．８度化以下のものが好ましく、さらに好ましく
は、サファイアＲ面をサファイアｃ軸のＲ面射影を軸と
して９．２度回転させた面を用いると良い。
【００１７】まず、ＮＨ3ガスを供給しながらＧａの坩
堝のシャッタを開け成膜を行ない、膜厚０．４〜２μｍ
のＧａＮ薄膜を形成させ、つづいてＭｇの坩堝のシャッ
タを開けドーピング行いながら、電子ビームを照射し、
さらに膜厚０．１〜２μｍ積層させた。このドーピング
層は、ｐ型の導電性を示した。
堝のシャッタを開け成膜を行ない、膜厚０．４〜２μｍ
のＧａＮ薄膜を形成させ、つづいてＭｇの坩堝のシャッ
タを開けドーピング行いながら、電子ビームを照射し、
さらに膜厚０．１〜２μｍ積層させた。このドーピング
層は、ｐ型の導電性を示した。
【００１８】この積層膜表面に、励起光としてＨｅ−Ｃ
ｄレーザーを照射し、室温においてフォトルミネッセン
ス（ＰＬ）を観測したところ、図３に示すような波長
０．４７μｍ付近にピークをもつ青色発光が得られた。
ｄレーザーを照射し、室温においてフォトルミネッセン
ス（ＰＬ）を観測したところ、図３に示すような波長
０．４７μｍ付近にピークをもつ青色発光が得られた。
【００１９】一例として、図２に本発明の製造方法によ
る、ｐｎ接合型発光素子の構造を示す。サファイア基板
１５上にｎ型ＧａＮ単結晶膜１６を積層し、さらにＭｇ
ドープｐ型ＧａＮ単結晶膜１７を積層したものである。
また、電極１８、１９にはＡｌを使用した。
る、ｐｎ接合型発光素子の構造を示す。サファイア基板
１５上にｎ型ＧａＮ単結晶膜１６を積層し、さらにＭｇ
ドープｐ型ＧａＮ単結晶膜１７を積層したものである。
また、電極１８、１９にはＡｌを使用した。
【００２０】
【実施例】以下、実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２１】実施例１ ＭＢＥ法により、窒化ガリウムｐｎ接合型積層膜を成膜
した例について説明する。
した例について説明する。
【００２２】装置には、図１に示すような真空容器１内
に、蒸発用坩堝（クヌードセンセル）２、３、電子ビー
ムガン４、ガス導入用ガスセル５、基板加熱ホルダー６
を備えたガスソースＭＢＥ装置を使用した。
に、蒸発用坩堝（クヌードセンセル）２、３、電子ビー
ムガン４、ガス導入用ガスセル５、基板加熱ホルダー６
を備えたガスソースＭＢＥ装置を使用した。
【００２３】蒸発用坩堝２にはＧａ金属、３にはＭｇ金
属を入れそれぞれ１０２０℃、３９０℃に加熱した。電
子ビームガン４は、加速電圧５ｋＶ、ビーム電流１ｍＡ
の電子ビームを基板全体に照射するように設置した。ガ
スの導入にはガスセル５を用い、ガスを直接基板７に吹
き付けるように設置した。導入ガスにはＮＨ3を使用
し、導入量を５ｃｃ／ｍｉｎとした。
属を入れそれぞれ１０２０℃、３９０℃に加熱した。電
子ビームガン４は、加速電圧５ｋＶ、ビーム電流１ｍＡ
の電子ビームを基板全体に照射するように設置した。ガ
スの導入にはガスセル５を用い、ガスを直接基板７に吹
き付けるように設置した。導入ガスにはＮＨ3を使用
し、導入量を５ｃｃ／ｍｉｎとした。
【００２４】真空容器内の真空度は、成膜時で１〜５×
１０-6Ｔｏｒｒ程度であった。
１０-6Ｔｏｒｒ程度であった。
【００２５】基板には２０ｍｍ角のオフ角０．８度以下
のサファイアＲ面を使用し、８００℃に加熱した。
のサファイアＲ面を使用し、８００℃に加熱した。
【００２６】まず、ＮＨ3ガスを供給しながらＧａの坩
堝のシャッタを開け成膜を行ない、膜厚０．８μｍのＧ
ａＮ薄膜を形成させ、つづいてＭｇの坩堝のシャッタを
開けドーピングを行いながら、電子ビームを照射し、さ
らに膜厚０．２μｍ積層させた。このドーピング層は、
ｐ型の導電性を示した。
堝のシャッタを開け成膜を行ない、膜厚０．８μｍのＧ
ａＮ薄膜を形成させ、つづいてＭｇの坩堝のシャッタを
開けドーピングを行いながら、電子ビームを照射し、さ
らに膜厚０．２μｍ積層させた。このドーピング層は、
ｐ型の導電性を示した。
【００２７】この積層膜表面に、励起光としてＨｅ−Ｃ
ｄレーザーを照射し、室温においてフォトルミネッセン
ス（ＰＬ）を観測したところ、図３に示すような波長
０．４７μｍ付近にピークをもつ青色発光が得られた。
ｄレーザーを照射し、室温においてフォトルミネッセン
ス（ＰＬ）を観測したところ、図３に示すような波長
０．４７μｍ付近にピークをもつ青色発光が得られた。
【００２８】一例として、図２に本発明の製造方法によ
る、ｐｎ接合型発光素子の構造を示す。サファイア基板
１５上にｎ型ＧａＮ単結晶膜１６を膜厚０．８μｍまで
積層し、さらにＭｇドープｐ型ＧａＮ単結晶膜１７を膜
厚０．２μｍ積層したものである。また、電極１８、１
９にはＡｌを使用した。この発光素子の電流電圧特性を
測定したところ、図４に示すようなダイオード特性を示
した。
る、ｐｎ接合型発光素子の構造を示す。サファイア基板
１５上にｎ型ＧａＮ単結晶膜１６を膜厚０．８μｍまで
積層し、さらにＭｇドープｐ型ＧａＮ単結晶膜１７を膜
厚０．２μｍ積層したものである。また、電極１８、１
９にはＡｌを使用した。この発光素子の電流電圧特性を
測定したところ、図４に示すようなダイオード特性を示
した。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明における窒化
ガリウム系薄膜の製造方法は、不純物ドープしながらの
成膜中に、電子ビームを照射することにより、膜の劣化
のきわめて少ないｐ型窒化ガリウム系薄膜を提供するも
のである。
ガリウム系薄膜の製造方法は、不純物ドープしながらの
成膜中に、電子ビームを照射することにより、膜の劣化
のきわめて少ないｐ型窒化ガリウム系薄膜を提供するも
のである。
【図１】実施例で用いた、実験装置の概略図。
【図２】実施例１で得られた積層膜のフォトルミネセン
ス測定結果を示すスペクトル図。
ス測定結果を示すスペクトル図。
【図３】試作した半導体発光素子の一例を示す構造の模
式図。
式図。
【図４】実施例１で得られた半導体発光素子の電圧電流
測定結果を示すグラフである。
測定結果を示すグラフである。
１ 真空容器 ２ 蒸発用坩堝 ３ 蒸発用坩堝 ４ 電子ビームガン ５ ガス導入用セル ６ 基板加熱ホルダー ７ 基板 ８ クライオパネル ９ 弁 １０ 液体窒素トラップ １１ 油拡散ポンプ １２ 油回転ポンプ １３ シャッタ １４ シャッタ １５ サファイア基板 １６ ｎ型ＧａＮ単結晶膜 １７ Ｍｇドープｐ型ＧａＮ単結晶膜 １８ Ａｌ電極 １９ Ａｌ電極
Claims (1)
- 【請求項１】 不純物をドープした窒化ガリウム系薄膜
を成膜する際、成膜と同時に電子ビームを連続もしくは
断続的に膜成長表面に照射することを特徴とする窒化ガ
リウム系薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11306491A JPH05121327A (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 窒化ガリウム系薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11306491A JPH05121327A (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 窒化ガリウム系薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05121327A true JPH05121327A (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=14602589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11306491A Withdrawn JPH05121327A (ja) | 1991-05-17 | 1991-05-17 | 窒化ガリウム系薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05121327A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2350842A (en) * | 1999-06-11 | 2000-12-13 | Ca Nat Research Council | Carbob doped gallium nitride layers |
| WO2002021604A1 (fr) * | 2000-09-08 | 2002-03-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif emetteur de lumiere a semi-conducteurs au nitrure |
| JP2012506143A (ja) * | 2008-10-15 | 2012-03-08 | インフォビオン カンパニー リミテッド | エネルギービームの照射を利用したシリコーン薄膜の製造方法 |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1991
- 1991-05-17 JP JP11306491A patent/JPH05121327A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| GB2350842A (en) * | 1999-06-11 | 2000-12-13 | Ca Nat Research Council | Carbob doped gallium nitride layers |
| US6544867B1 (en) | 1999-06-11 | 2003-04-08 | National Research Council Of Canada | Molecular beam epitaxy (MBE) growth of semi-insulating C-doped GaN |
| GB2350842B (en) * | 1999-06-11 | 2004-02-25 | Ca Nat Research Council | Molecular beam epitaxy (MBE) growth of semi-insulating C-doped GaN |
| WO2002021604A1 (fr) * | 2000-09-08 | 2002-03-14 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif emetteur de lumiere a semi-conducteurs au nitrure |
| US6858882B2 (en) | 2000-09-08 | 2005-02-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light-emitting device and optical device including the same |
| JP2012506143A (ja) * | 2008-10-15 | 2012-03-08 | インフォビオン カンパニー リミテッド | エネルギービームの照射を利用したシリコーン薄膜の製造方法 |
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