JPH08325094A - ３−５族化合物半導体の製造方法 - Google Patents
３−５族化合物半導体の製造方法Info
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- JPH08325094A JPH08325094A JP6625496A JP6625496A JPH08325094A JP H08325094 A JPH08325094 A JP H08325094A JP 6625496 A JP6625496 A JP 6625496A JP 6625496 A JP6625496 A JP 6625496A JP H08325094 A JPH08325094 A JP H08325094A
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- compound semiconductor
- hydrogen
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】後処理を施さなくてもｐ型伝導を示す３−５族
化合物半導体の製造方法を提供する。 【解決手段】有機金属原料ガスを用いてｐ型不純物を含
む一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（式中、０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される３
−５族化合物半導体熱分解気相成長法において、水素濃
度が０．５容量％以下である不活性ガスをキャリアガス
として用いるか、ハロゲン化水素、ハロゲン元素と５族
元素の化合物、及びハロゲン元素と水素と５族元素の化
合物からなる群から選ばれた少なくとも１つの化合物に
より反応炉内をエッチングした後、水素濃度が０．５容
量％以下である不活性ガスをキャリアガスとして用いる
方法より成る。
化合物半導体の製造方法を提供する。 【解決手段】有機金属原料ガスを用いてｐ型不純物を含
む一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（式中、０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で表される３
−５族化合物半導体熱分解気相成長法において、水素濃
度が０．５容量％以下である不活性ガスをキャリアガス
として用いるか、ハロゲン化水素、ハロゲン元素と５族
元素の化合物、及びハロゲン元素と水素と５族元素の化
合物からなる群から選ばれた少なくとも１つの化合物に
より反応炉内をエッチングした後、水素濃度が０．５容
量％以下である不活性ガスをキャリアガスとして用いる
方法より成る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機金属原料を用
いた熱分解気相成長方法による３−５族化合物半導体の
製造方法に関する。
いた熱分解気相成長方法による３−５族化合物半導体の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般式がＩｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（式中、
０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）で表される３−５族化合物半導体は、３族元素の組
成によって制御できるバンドギャップを有しているの
で、可視光領域から紫外線領域の発光を生じる発光素子
に用いることができる。さらに、該３−５族化合物半導
体は直接遷移型のバンド構造を有するので、該３−５族
化合物半導体を用いて高い発光効率の発光素子が得られ
る。とくに、Ｉｎの濃度が１０％以上のものは、発光波
長が紫色およびそれより長波長の可視領域にすることが
できるため、表示用途への応用上特に重要である。
０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１）で表される３−５族化合物半導体は、３族元素の組
成によって制御できるバンドギャップを有しているの
で、可視光領域から紫外線領域の発光を生じる発光素子
に用いることができる。さらに、該３−５族化合物半導
体は直接遷移型のバンド構造を有するので、該３−５族
化合物半導体を用いて高い発光効率の発光素子が得られ
る。とくに、Ｉｎの濃度が１０％以上のものは、発光波
長が紫色およびそれより長波長の可視領域にすることが
できるため、表示用途への応用上特に重要である。
【０００３】ところで、上記化合物半導体の製造方法と
しては、分子線エピタキシー（以下、ＭＢＥと記すこと
がある。）法、有機金属気相成長（以下、「ＭＯＶＰ
Ｅ」と記すことがある。）法等がよく用いられている。
ＭＯＶＰＥ法は、加熱された基板に原料ガスをキャリア
ガスとともに吹き付け、原料の熱分解により結晶を成長
させる方法であるが、広い面積にわたり均一に精度よく
結晶成長が可能なことから、工業的に重要な製造方法で
ある。ＭＯＶＰＥ法では、キャリアガスとしては、安価
でかつ純度の高いガスとして水素がよく用いられてい
る。これは、水素はパラジウム膜を透過させることで比
較的簡便に高い純度のものが得られることによる。
しては、分子線エピタキシー（以下、ＭＢＥと記すこと
がある。）法、有機金属気相成長（以下、「ＭＯＶＰ
Ｅ」と記すことがある。）法等がよく用いられている。
ＭＯＶＰＥ法は、加熱された基板に原料ガスをキャリア
ガスとともに吹き付け、原料の熱分解により結晶を成長
させる方法であるが、広い面積にわたり均一に精度よく
結晶成長が可能なことから、工業的に重要な製造方法で
ある。ＭＯＶＰＥ法では、キャリアガスとしては、安価
でかつ純度の高いガスとして水素がよく用いられてい
る。これは、水素はパラジウム膜を透過させることで比
較的簡便に高い純度のものが得られることによる。
【０００４】また、半導体発光素子では、低い印加電圧
で効率よく電流を注入するために、ｐ型の半導体とｎ型
の半導体をそれぞれ正孔および電子の電流注入層として
用いるのが一般的である。しかし、該化合物半導体にお
いてはＭＯＶＰＥで作製した場合、ｎ型の伝導制御は比
較的容易であるのに対して、ｐ型の伝導制御は困難であ
ることが知られている。つまり、該化合物半導体にｐ型
不純物をドープしても、そのままでは高抵抗となり、電
子線照射あるいは熱アニールなど、成長後に何らかの処
理を施して低抵抗なｐ型伝導性を実現しているのが一般
的である。したがって、電流注入特性の高い素子を作製
するためにはこのような後処理が必要不可決となるが、
このため後処理を施すことによる歩留まりの低下が避け
られなかった。また、このような後処理を効果があるも
のとするにはｐ型不純物を含む層は最表面になければな
らず、またその膜厚をあまり大きくすることができない
等の素子構造上の制約を受けていた。原料ガスをその供
給方向と９０度の方向からの第２のキャリアガスにより
基板に押しつける方法（以下、ＴＦＭＯＣＶＤと記すこ
とがある。）により、特別な後処理を必要とせずにｐ型
ＧａＮを成長できることが、特開平６−２３２４５１号
公報で報告されている。ただし、この方法は一旦ＩｎＧ
ａＮを成長し、この上にＭｇをドープしたＧａＮを成長
させるものであり、ＩｎＧａＮ層を用いない場合、Ｍｇ
をドープしたＧａＮはｐ型電導を示さないことが報告さ
れている。
で効率よく電流を注入するために、ｐ型の半導体とｎ型
の半導体をそれぞれ正孔および電子の電流注入層として
用いるのが一般的である。しかし、該化合物半導体にお
いてはＭＯＶＰＥで作製した場合、ｎ型の伝導制御は比
較的容易であるのに対して、ｐ型の伝導制御は困難であ
ることが知られている。つまり、該化合物半導体にｐ型
不純物をドープしても、そのままでは高抵抗となり、電
子線照射あるいは熱アニールなど、成長後に何らかの処
理を施して低抵抗なｐ型伝導性を実現しているのが一般
的である。したがって、電流注入特性の高い素子を作製
するためにはこのような後処理が必要不可決となるが、
このため後処理を施すことによる歩留まりの低下が避け
られなかった。また、このような後処理を効果があるも
のとするにはｐ型不純物を含む層は最表面になければな
らず、またその膜厚をあまり大きくすることができない
等の素子構造上の制約を受けていた。原料ガスをその供
給方向と９０度の方向からの第２のキャリアガスにより
基板に押しつける方法（以下、ＴＦＭＯＣＶＤと記すこ
とがある。）により、特別な後処理を必要とせずにｐ型
ＧａＮを成長できることが、特開平６−２３２４５１号
公報で報告されている。ただし、この方法は一旦ＩｎＧ
ａＮを成長し、この上にＭｇをドープしたＧａＮを成長
させるものであり、ＩｎＧａＮ層を用いない場合、Ｍｇ
をドープしたＧａＮはｐ型電導を示さないことが報告さ
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、成長
後の後処理を特に施さなくてもｐ型伝導を示す窒化物系
３−５族化合物半導体を成長させることができ、後処理
による発光素子の歩留まりの低下を避けることができる
３−５族化合物半導体の製造方法を提供することにあ
る。
後の後処理を特に施さなくてもｐ型伝導を示す窒化物系
３−５族化合物半導体を成長させることができ、後処理
による発光素子の歩留まりの低下を避けることができる
３−５族化合物半導体の製造方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題点
をみて、キャリアガスを水素以外の不活性ガスを主体と
することにより、ｐ型不純物を含む該化合物半導体が特
に後処理も施すことなくｐ型伝導を示すことを見出し本
発明に至った。すなわち、本発明は次に記す発明であ
る。 ［１］有機金属原料ガスを用いた熱分解気相成長法によ
る、ｐ型不純物を含む一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（式
中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１）で表される３−５族化合物半導体の製造方法にお
いて、水素濃度が０．５容量％以下である不活性ガスを
キャリアガスとして用いることを特徴とする３−５族化
合物半導体の製造方法。 ［２］有機金属原料ガスを用いた熱分解気相成長法によ
る、ｐ型不純物を含む一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（式
中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１）で表される３−５族化合物半導体の製造方法にお
いて、ハロゲン化水素、ハロゲン元素と５族元素の化合
物、及びハロゲン元素と水素と５族元素の化合物からな
る群から選ばれた少なくとも１つの化合物により反応炉
内をエッチングした後、水素濃度が０．５容量％以下で
ある不活性ガスをキャリアガスとして用いることを特徴
とする３−５族化合物半導体の製造方法。
をみて、キャリアガスを水素以外の不活性ガスを主体と
することにより、ｐ型不純物を含む該化合物半導体が特
に後処理も施すことなくｐ型伝導を示すことを見出し本
発明に至った。すなわち、本発明は次に記す発明であ
る。 ［１］有機金属原料ガスを用いた熱分解気相成長法によ
る、ｐ型不純物を含む一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（式
中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１）で表される３−５族化合物半導体の製造方法にお
いて、水素濃度が０．５容量％以下である不活性ガスを
キャリアガスとして用いることを特徴とする３−５族化
合物半導体の製造方法。 ［２］有機金属原料ガスを用いた熱分解気相成長法によ
る、ｐ型不純物を含む一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ（式
中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ
＝１）で表される３−５族化合物半導体の製造方法にお
いて、ハロゲン化水素、ハロゲン元素と５族元素の化合
物、及びハロゲン元素と水素と５族元素の化合物からな
る群から選ばれた少なくとも１つの化合物により反応炉
内をエッチングした後、水素濃度が０．５容量％以下で
ある不活性ガスをキャリアガスとして用いることを特徴
とする３−５族化合物半導体の製造方法。
【０００７】〔３〕キャリアガスの導入口及び／又は原
料ガスの導入口が２つ以上ある場合、いずれかの２つの
導入口と基板上の任意の点とのなす角のうち最大の角が
８０度以下であることを特徴とする〔１〕又は〔２〕記
載の３−５族化合物半導体の製造方法。 ［４］３−５族化合物半導体の成長後の降温時における
雰囲気中の水素濃度を０．５容量％以下に保つことを特
徴とする請求項［１］、［２］又は［３］記載の３−５
族化合物半導体の製造方法。
料ガスの導入口が２つ以上ある場合、いずれかの２つの
導入口と基板上の任意の点とのなす角のうち最大の角が
８０度以下であることを特徴とする〔１〕又は〔２〕記
載の３−５族化合物半導体の製造方法。 ［４］３−５族化合物半導体の成長後の降温時における
雰囲気中の水素濃度を０．５容量％以下に保つことを特
徴とする請求項［１］、［２］又は［３］記載の３−５
族化合物半導体の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に本発明を詳細に説明する。本
発明においては、キャリアガス中に含まれる水素は０．
５容量％以下である。水素がキャリアガス中に０．５容
量％より多く含まれていると充分なｐ型電導を示さなく
なるので好ましくない。キャリアガス中の水素濃度が少
なくなるにつれてｐ型キャリア濃度が増大し、ｐ型半導
体として良好な特性を示すようになる。好ましい水素濃
度は０．３％以下であり、さらに好ましくは０．１％以
下であり、特に好ましくは０．０４％以下である。ま
た、成長時に水素を含まないキャリアガスを用いても、
降温時の雰囲気中に水素が含まれているとやはりｐ型電
導を示さなくなることがあるので、降温時の雰囲気中の
水素の濃度は低いことが好ましく、具体的には０．５容
量％以下が好ましい。雰囲気中の水素濃度が少なくなる
につれてｐ型キャリア濃度が増大し、ｐ型半導体として
良好な特性を示すようになる。より好ましい水素濃度は
０．３％以下であり、さらに好ましくは０．１％以下で
あり、特に好ましくは０．０４％以下である。一般的
に、該化合物半導体は８００℃以上の高温で成長するた
め、成長終了後、温度がまだ充分下がっていない時期に
はアンモニアなどの５族原料をキャリアガス中に加え、
半導体の熱による分解を抑えることが望ましい。好まし
い５族原料の濃度範囲としては、０．１％以上９５％以
下が挙げられる。
発明においては、キャリアガス中に含まれる水素は０．
５容量％以下である。水素がキャリアガス中に０．５容
量％より多く含まれていると充分なｐ型電導を示さなく
なるので好ましくない。キャリアガス中の水素濃度が少
なくなるにつれてｐ型キャリア濃度が増大し、ｐ型半導
体として良好な特性を示すようになる。好ましい水素濃
度は０．３％以下であり、さらに好ましくは０．１％以
下であり、特に好ましくは０．０４％以下である。ま
た、成長時に水素を含まないキャリアガスを用いても、
降温時の雰囲気中に水素が含まれているとやはりｐ型電
導を示さなくなることがあるので、降温時の雰囲気中の
水素の濃度は低いことが好ましく、具体的には０．５容
量％以下が好ましい。雰囲気中の水素濃度が少なくなる
につれてｐ型キャリア濃度が増大し、ｐ型半導体として
良好な特性を示すようになる。より好ましい水素濃度は
０．３％以下であり、さらに好ましくは０．１％以下で
あり、特に好ましくは０．０４％以下である。一般的
に、該化合物半導体は８００℃以上の高温で成長するた
め、成長終了後、温度がまだ充分下がっていない時期に
はアンモニアなどの５族原料をキャリアガス中に加え、
半導体の熱による分解を抑えることが望ましい。好まし
い５族原料の濃度範囲としては、０．１％以上９５％以
下が挙げられる。
【０００９】また、キャリアガスの主成分となる不活性
ガスは、化学的安定性からヘリウム、アルゴン、窒素又
はこれらの混合ガスが好ましい。特に、窒素は比較的容
易に高純度のものが得られるという点でさらに好まし
い。結晶成長のはじめから本発明によるキャリアガスを
用いた場合、結晶表面が鏡面でなくなるなど結晶性の低
下する場合がある。このような場合には、まず水素ガス
をキャリアガスとして高い結晶性の該化合物半導体を成
長し、その後キャリアガスを本発明によるものに変え、
ｐ型層を成長することで結晶性の高い層を成長すること
ができる。
ガスは、化学的安定性からヘリウム、アルゴン、窒素又
はこれらの混合ガスが好ましい。特に、窒素は比較的容
易に高純度のものが得られるという点でさらに好まし
い。結晶成長のはじめから本発明によるキャリアガスを
用いた場合、結晶表面が鏡面でなくなるなど結晶性の低
下する場合がある。このような場合には、まず水素ガス
をキャリアガスとして高い結晶性の該化合物半導体を成
長し、その後キャリアガスを本発明によるものに変え、
ｐ型層を成長することで結晶性の高い層を成長すること
ができる。
【００１０】本発明において用いる反応炉においては、
キャリアガスの供給口と原料ガスの供給口が反応炉内で
１つで共通の場合（例えば、図１に示す場合）はよい
が、キャリアガスの導入口及び／又は原料ガスの導入口
が２つ以上ある場合、いずれかの２つの導入口と基板上
の任意の点とのなす角のうち最大の角が８０度以下であ
ることが好ましく、さらに好ましくは７０度以下であ
る。例えば、図２においては、キャリアガスの導入口及
び原料ガスの導入口が５つの場合であるが、いずれかの
２つの導入口と基板上の任意の点とのなす角とは、αや
βなどが挙げられる。この場合はβ＜αであり、いずれ
かの２つの導入口と基板上の任意の点とのなす角のうち
最大の角はαに該当し、これが８０度以下であることが
好ましいことを意味する。キャリアガスの供給口の方向
と基板面との角は、３度以上が好ましく、１０度以上が
さらに好ましい。反応炉内での原料ガスの供給方向は、
一般的には上から下に向かう場合、水平方向に供給する
場合などが挙げられるが、斜方向又は下方から上に向か
う方向で供給してもよい。
キャリアガスの供給口と原料ガスの供給口が反応炉内で
１つで共通の場合（例えば、図１に示す場合）はよい
が、キャリアガスの導入口及び／又は原料ガスの導入口
が２つ以上ある場合、いずれかの２つの導入口と基板上
の任意の点とのなす角のうち最大の角が８０度以下であ
ることが好ましく、さらに好ましくは７０度以下であ
る。例えば、図２においては、キャリアガスの導入口及
び原料ガスの導入口が５つの場合であるが、いずれかの
２つの導入口と基板上の任意の点とのなす角とは、αや
βなどが挙げられる。この場合はβ＜αであり、いずれ
かの２つの導入口と基板上の任意の点とのなす角のうち
最大の角はαに該当し、これが８０度以下であることが
好ましいことを意味する。キャリアガスの供給口の方向
と基板面との角は、３度以上が好ましく、１０度以上が
さらに好ましい。反応炉内での原料ガスの供給方向は、
一般的には上から下に向かう場合、水平方向に供給する
場合などが挙げられるが、斜方向又は下方から上に向か
う方向で供給してもよい。
【００１１】５族原料と３族原料は混合すると蒸気圧の
低い付加化合物を作る場合があり、この場合表面モフォ
ロジーが悪化するなど結晶性が低下する場合がある。こ
のような場合には、５族原料と３族原料を基板の直前ま
で異なる配管で導き、基板直前で混合することにより付
加化合物の生成を抑えることができる。
低い付加化合物を作る場合があり、この場合表面モフォ
ロジーが悪化するなど結晶性が低下する場合がある。こ
のような場合には、５族原料と３族原料を基板の直前ま
で異なる配管で導き、基板直前で混合することにより付
加化合物の生成を抑えることができる。
【００１２】また、本発明において、成長前の反応炉及
び基板の気相エッチングを行なうことが、再現性よく高
品質の結晶成長ができるので好ましい。エッチングガス
としてはハロゲン化水素、ハロゲン元素と５族元素の化
合物、ハロゲン元素と５族元素と水素の化合物が挙げら
れる。これらは単独又は混合して用いることができる。
これらの中ではハロゲン化水素が簡便に用いることがで
きるので好ましく、特に塩化水素が好ましい。エッチン
グガスが基板に対して反応性が低い場合には、反応炉の
エッチングに同時に基板をエッチングしてもよく、こう
することでエッチングに続けて成長を行なうことができ
るため、生産性をほとんど損なうことなく、再現性よく
該化合物半導体の成長ができる点で好ましい。
び基板の気相エッチングを行なうことが、再現性よく高
品質の結晶成長ができるので好ましい。エッチングガス
としてはハロゲン化水素、ハロゲン元素と５族元素の化
合物、ハロゲン元素と５族元素と水素の化合物が挙げら
れる。これらは単独又は混合して用いることができる。
これらの中ではハロゲン化水素が簡便に用いることがで
きるので好ましく、特に塩化水素が好ましい。エッチン
グガスが基板に対して反応性が低い場合には、反応炉の
エッチングに同時に基板をエッチングしてもよく、こう
することでエッチングに続けて成長を行なうことができ
るため、生産性をほとんど損なうことなく、再現性よく
該化合物半導体の成長ができる点で好ましい。
【００１３】本発明における原料は以下のようなものを
用いることができる。すなわち、３族原料としては、ト
リメチルガリウム〔Ｇａ（ＣＨ3 ）3 、以下「ＴＭＧ」
と記すことがある。〕、トリエチルガリウム〔Ｇａ（Ｃ
2 Ｈ5 ）3 、以下「ＴＥＧ」と記すことがある。〕等の
一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｇａ〔ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3は
アルキル基を示す。］で表されるれトリアルキルガリウ
ム；トリメチルアルミニウム〔Ａｌ（ＣＨ3 ）3 〕、ト
リエチルアルミニウム〔Ａｌ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 、以下「Ｔ
ＥＡ」と記すことがある。〕、トリイソブチルアルミニ
ウム〔Ａｌ（ｉ−Ｃ4 Ｈ9 ）3 〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ
3 Ａｌ〔ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 はアルキル基を示
す。〕で表されるトリアルキルアルミニウム；トリメチ
ルアミンアラン〔ＡｌＨ3 Ｎ（ＣＨ3 ）3 〕；トリメチ
ルインジウム〔Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 、以下「ＴＭＩ」と記
す。〕トリエチルインジウム〔Ｉｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 〕等
の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｉｎ〔ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3
はアルキル基を示す。〕で表されるトリアルキルインジ
ウム等が挙げられる。これらは単独または混合して用い
られる。次に、５族元素としてはアンモニア、又はヒド
ラジン、メチルヒドラジン、１，１−ジメチルヒドラジ
ン、１，２−ジメチルヒドラジンなどのアルキルヒドラ
ジン等が挙げられる。これらは単独または混合して用い
られる。アルキルヒドラジンは結晶中の炭素汚染の原因
となることがあるので、アンモニア、ヒドラジン、又は
ヒドラジンとアンモニアを混合して用いることが好まし
い。
用いることができる。すなわち、３族原料としては、ト
リメチルガリウム〔Ｇａ（ＣＨ3 ）3 、以下「ＴＭＧ」
と記すことがある。〕、トリエチルガリウム〔Ｇａ（Ｃ
2 Ｈ5 ）3 、以下「ＴＥＧ」と記すことがある。〕等の
一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｇａ〔ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3は
アルキル基を示す。］で表されるれトリアルキルガリウ
ム；トリメチルアルミニウム〔Ａｌ（ＣＨ3 ）3 〕、ト
リエチルアルミニウム〔Ａｌ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 、以下「Ｔ
ＥＡ」と記すことがある。〕、トリイソブチルアルミニ
ウム〔Ａｌ（ｉ−Ｃ4 Ｈ9 ）3 〕等の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ
3 Ａｌ〔ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 はアルキル基を示
す。〕で表されるトリアルキルアルミニウム；トリメチ
ルアミンアラン〔ＡｌＨ3 Ｎ（ＣＨ3 ）3 〕；トリメチ
ルインジウム〔Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 、以下「ＴＭＩ」と記
す。〕トリエチルインジウム〔Ｉｎ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 〕等
の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｒ3 Ｉｎ〔ここで、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3
はアルキル基を示す。〕で表されるトリアルキルインジ
ウム等が挙げられる。これらは単独または混合して用い
られる。次に、５族元素としてはアンモニア、又はヒド
ラジン、メチルヒドラジン、１，１−ジメチルヒドラジ
ン、１，２−ジメチルヒドラジンなどのアルキルヒドラ
ジン等が挙げられる。これらは単独または混合して用い
られる。アルキルヒドラジンは結晶中の炭素汚染の原因
となることがあるので、アンモニア、ヒドラジン、又は
ヒドラジンとアンモニアを混合して用いることが好まし
い。
【００１４】ｐ型ドーパントとしては、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚ
ｎ、Ｃｄ、Ｈｇなどを用いることができる。これらのド
ーパントのなかではＭｇが活性化率が高く特に好適であ
る。Ｚｎ原料としては、ジメチル亜鉛〔（ＣＨ3 ）2 Ｚ
ｎ〕、ジエチル亜鉛〔（Ｃ 2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ〕等の一般式
Ｒ1 Ｒ2 Ｚｎ〔Ｒ1 、Ｒ2 はアルキル基〕で表されるア
ルキル亜鉛などが挙げられる。Ｍｇ原料としては、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム〔（Ｃ5 Ｈ5 ）2Ｍ
ｇ、以下「Ｃｐ２Ｍｇ」と記すことがある。〕、ビスメ
チルシクロペンタジエニルマグネシウム〔（ＣＨ3 Ｃ5
Ｈ4 ）2 Ｍｇ、以下、「ＭＣｐ２Ｍｇ」と記すことがあ
る〕、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルマグネシ
ウム〔（ｉ−Ｃ 3 Ｈ7 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ〕などが挙げら
れる。Ｃｄ用原料としては、ジメチルカドミウム〔（Ｃ
Ｈ3 ）2 Ｃｄ〕等の一般式Ｒ 1 Ｒ2 Ｃｄ〔Ｒ1 、Ｒ2 は
アルキル基〕で表されるアルキルカドミウムなどが挙げ
られる。Ｂｅ用原料としては、ジエチルベリリウム
〔（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｂｅ〕、ビスメチルシクロペンタジエ
ニルベリリウム〔（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｂｅ〕などが挙
げられる。Ｈｇ用原料としては、ジメチル水銀〔（ＣＨ
3 ）2 Ｈｇ〕、ジエチル水銀〔（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｈｇ〕等
の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｈｇ〔Ｒ1 、Ｒ2 はアルキル基〕で表
されるアルキル水銀などが挙げられる。
ｎ、Ｃｄ、Ｈｇなどを用いることができる。これらのド
ーパントのなかではＭｇが活性化率が高く特に好適であ
る。Ｚｎ原料としては、ジメチル亜鉛〔（ＣＨ3 ）2 Ｚ
ｎ〕、ジエチル亜鉛〔（Ｃ 2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ〕等の一般式
Ｒ1 Ｒ2 Ｚｎ〔Ｒ1 、Ｒ2 はアルキル基〕で表されるア
ルキル亜鉛などが挙げられる。Ｍｇ原料としては、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム〔（Ｃ5 Ｈ5 ）2Ｍ
ｇ、以下「Ｃｐ２Ｍｇ」と記すことがある。〕、ビスメ
チルシクロペンタジエニルマグネシウム〔（ＣＨ3 Ｃ5
Ｈ4 ）2 Ｍｇ、以下、「ＭＣｐ２Ｍｇ」と記すことがあ
る〕、ビスイソプロピルシクロペンタジエニルマグネシ
ウム〔（ｉ−Ｃ 3 Ｈ7 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ〕などが挙げら
れる。Ｃｄ用原料としては、ジメチルカドミウム〔（Ｃ
Ｈ3 ）2 Ｃｄ〕等の一般式Ｒ 1 Ｒ2 Ｃｄ〔Ｒ1 、Ｒ2 は
アルキル基〕で表されるアルキルカドミウムなどが挙げ
られる。Ｂｅ用原料としては、ジエチルベリリウム
〔（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｂｅ〕、ビスメチルシクロペンタジエ
ニルベリリウム〔（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｂｅ〕などが挙
げられる。Ｈｇ用原料としては、ジメチル水銀〔（ＣＨ
3 ）2 Ｈｇ〕、ジエチル水銀〔（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｈｇ〕等
の一般式Ｒ1 Ｒ2 Ｈｇ〔Ｒ1 、Ｒ2 はアルキル基〕で表
されるアルキル水銀などが挙げられる。
【００１５】成長時の圧力は、サセプタ付近で流れを乱
さない程度の流速が得られるように低いことが好まし
い。また、Ｉｎは、成長圧力が低くなるにつれて取り込
まれにくくなる傾向があり、成長圧力はある程度高いこ
とが好ましい。具体的には、１気圧以下１Ｔｏｒｒ以上
の圧力が好ましく、さらに好ましくは１気圧以下１０Ｔ
ｏｒｒ以上の圧力である。
さない程度の流速が得られるように低いことが好まし
い。また、Ｉｎは、成長圧力が低くなるにつれて取り込
まれにくくなる傾向があり、成長圧力はある程度高いこ
とが好ましい。具体的には、１気圧以下１Ｔｏｒｒ以上
の圧力が好ましく、さらに好ましくは１気圧以下１０Ｔ
ｏｒｒ以上の圧力である。
【００１６】本発明に用いることができる結晶成長用基
板としては、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｚ
ｎＯ等が挙げられる。特に、サファイアを用いた場合、
基板上にまずバッファ層を成長させる２段階成長法で、
非常に結晶性の高い該化合物半導体が得られることが知
られており、特に好ましい。本発明によればｐ型化のた
めに実質的に何の後処理も必要としないため、本発明に
よらない場合に比べてより少ない工程で素子作製が可能
であり、その結果歩留まりを向上させることができる。
さらに、本発明によらない場合、ｐ型化処理の効率を上
げるため、ｐ型不純物を含む層は最表面にあることが必
要であったが、本発明によればこのような処理が必要な
く、したがってｐ型不純物を含む層を活性層、及びｎ型
電流注入層よりも基板側に成長しても素子作製上何らの
問題もなく、素子構造上の制約が少ないという利点があ
る。
板としては、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｚ
ｎＯ等が挙げられる。特に、サファイアを用いた場合、
基板上にまずバッファ層を成長させる２段階成長法で、
非常に結晶性の高い該化合物半導体が得られることが知
られており、特に好ましい。本発明によればｐ型化のた
めに実質的に何の後処理も必要としないため、本発明に
よらない場合に比べてより少ない工程で素子作製が可能
であり、その結果歩留まりを向上させることができる。
さらに、本発明によらない場合、ｐ型化処理の効率を上
げるため、ｐ型不純物を含む層は最表面にあることが必
要であったが、本発明によればこのような処理が必要な
く、したがってｐ型不純物を含む層を活性層、及びｎ型
電流注入層よりも基板側に成長しても素子作製上何らの
問題もなく、素子構造上の制約が少ないという利点があ
る。
【００１７】さらに、本発明によれば、まず高い温度で
充分キャリア濃度の高いｐ型層を成長した後、活性層、
ｎ型層を低い成長温度で成長できる。したがって、活性
層を成長中に劣化させることなく全成長を行なうことが
でき、素子特性の向上を図ることができる。なお、本発
明の発光素子において発光色は、活性層の３族元素の組
成により調整できる。また、活性層に不純物をドープす
ることによっても、発光色を調整することができる。ド
ープにより発光色を変化できる不純物としては、Ｂｅ、
Ｃｄ、Ｍｇ、Ｚｎ等の２族元素が好適である。特に、Ｚ
ｎは発光効率が高いのでさらに好ましい。
充分キャリア濃度の高いｐ型層を成長した後、活性層、
ｎ型層を低い成長温度で成長できる。したがって、活性
層を成長中に劣化させることなく全成長を行なうことが
でき、素子特性の向上を図ることができる。なお、本発
明の発光素子において発光色は、活性層の３族元素の組
成により調整できる。また、活性層に不純物をドープす
ることによっても、発光色を調整することができる。ド
ープにより発光色を変化できる不純物としては、Ｂｅ、
Ｃｄ、Ｍｇ、Ｚｎ等の２族元素が好適である。特に、Ｚ
ｎは発光効率が高いのでさらに好ましい。
【００１８】
【実施例】以下、実施例及び比較例により本発明をより
具体的に説明するが、本発明はこれらにより限定される
ものではない。 実施例１ 成長に用いた反応炉の概略を図１に示す。原料は、反応
炉の導入される前に混合され、反応炉上部より、下部方
向の基板に向かって吹き付けられる。反応炉のエッチン
グに用いるＨＣｌガスは原料の供給管とは別の導入管
（図１には図示していない。）より供給される。基板４
は外部の高周波加熱コイル２により加熱されるＳｉＣを
コートしたグラファイト製サセプタ３上に載置される。
具体的に説明するが、本発明はこれらにより限定される
ものではない。 実施例１ 成長に用いた反応炉の概略を図１に示す。原料は、反応
炉の導入される前に混合され、反応炉上部より、下部方
向の基板に向かって吹き付けられる。反応炉のエッチン
グに用いるＨＣｌガスは原料の供給管とは別の導入管
（図１には図示していない。）より供給される。基板４
は外部の高周波加熱コイル２により加熱されるＳｉＣを
コートしたグラファイト製サセプタ３上に載置される。
【００１９】まず、有機洗浄したＣ面を主面とする単結
晶のサファイア基板をＭＯＶＰＥ装置の反応室に載置さ
れたグラファイト製サセプタに装着した。次に、常圧で
水素を流量２ＳＬＭで反応室に流しながら高周波加熱に
よりサセプタを１１００℃に加熱し、この状態で反応炉
にＨＣｌガスを１０ＳＣＣＭ導入し、反応炉、サセプタ
および基板のエッチングを５分間行なった。ただし「Ｓ
ＬＭ」および「ＳＣＣＭ」は気体の流量の単位で、１Ｓ
ＬＭは１分あたり０℃、１気圧で１リットルの体積を占
める気体が流れていることを示し、１ＳＬＭは１０００
ＳＣＣＭである。ＨＣｌガスの供給を止めた後さらに５
分間サファイア基板を気相クリーニングした。
晶のサファイア基板をＭＯＶＰＥ装置の反応室に載置さ
れたグラファイト製サセプタに装着した。次に、常圧で
水素を流量２ＳＬＭで反応室に流しながら高周波加熱に
よりサセプタを１１００℃に加熱し、この状態で反応炉
にＨＣｌガスを１０ＳＣＣＭ導入し、反応炉、サセプタ
および基板のエッチングを５分間行なった。ただし「Ｓ
ＬＭ」および「ＳＣＣＭ」は気体の流量の単位で、１Ｓ
ＬＭは１分あたり０℃、１気圧で１リットルの体積を占
める気体が流れていることを示し、１ＳＬＭは１０００
ＳＣＣＭである。ＨＣｌガスの供給を止めた後さらに５
分間サファイア基板を気相クリーニングした。
【００２０】次に、温度を６００℃まで低下させて、水
素を流量２ＳＬＭ、アンモニアを流量２ＳＬＭ、ＴＭＧ
を６．７×１０-6モル／分で供給して約５００Åの厚さ
のＧａＮのバッファ層を形成した。次に、ＴＭＧのみ供
給を停止して、サファイア基板の温度を１１００℃まで
昇温し、温度が安定したのち、水素流量を４ＳＬＭ、ア
ンモニア流量を４ＳＬＭとし、ＴＭＧを９×１０-5モル
／分で供給を開始した。こうして１５分成長を行ない、
ノンドープのＧａＮを約３μｍ成長した。この時点で一
旦ＴＭＧの供給を止め、キャリアガスを水素から同じ流
量の窒素に変え、さらにＴＭＧを窒素ガスをキャリアガ
スとして４．５×１０-5モル／分で供給を開始した。同
時に、３０℃に保ったＣｐ２Ｍｇバブラーに窒素ガスを
１００ＳＣＣＭ供給し、これをＭＯＶＰＥ装置に導入し
た。この状態を３０分保ち、ＭｇをドープしたＧａＮ層
を成長した。
素を流量２ＳＬＭ、アンモニアを流量２ＳＬＭ、ＴＭＧ
を６．７×１０-6モル／分で供給して約５００Åの厚さ
のＧａＮのバッファ層を形成した。次に、ＴＭＧのみ供
給を停止して、サファイア基板の温度を１１００℃まで
昇温し、温度が安定したのち、水素流量を４ＳＬＭ、ア
ンモニア流量を４ＳＬＭとし、ＴＭＧを９×１０-5モル
／分で供給を開始した。こうして１５分成長を行ない、
ノンドープのＧａＮを約３μｍ成長した。この時点で一
旦ＴＭＧの供給を止め、キャリアガスを水素から同じ流
量の窒素に変え、さらにＴＭＧを窒素ガスをキャリアガ
スとして４．５×１０-5モル／分で供給を開始した。同
時に、３０℃に保ったＣｐ２Ｍｇバブラーに窒素ガスを
１００ＳＣＣＭ供給し、これをＭＯＶＰＥ装置に導入し
た。この状態を３０分保ち、ＭｇをドープしたＧａＮ層
を成長した。
【００２１】つぎにＴＭＧ、Ｃｐ２Ｍｇの供給を止め、
同時に高周波による加熱を止めた。サセプタ温度が４０
０℃まで下がった時点でＮＨ3 の供給も止め、さらにサ
セプタ温度が１００℃以下になった時点で基板を取り出
した。こうして得られたＧａＮ膜の表面は鏡面状であっ
た。この膜を容量測定、および光起電力の測定により評
価したところ、キャリア濃度２×１０18／ｃｍ3 のｐ型
伝導を示した。
同時に高周波による加熱を止めた。サセプタ温度が４０
０℃まで下がった時点でＮＨ3 の供給も止め、さらにサ
セプタ温度が１００℃以下になった時点で基板を取り出
した。こうして得られたＧａＮ膜の表面は鏡面状であっ
た。この膜を容量測定、および光起電力の測定により評
価したところ、キャリア濃度２×１０18／ｃｍ3 のｐ型
伝導を示した。
【００２２】比較例１ キャリアガスが全工程について水素ガスであること、及
びアンモニアの供給をサセプタ温度が６００℃になった
時点で止めたことを除けば実施例１と同じ条件で試料を
作製した。これを実施例１と同様に評価しようとしたが
高抵抗であり伝導性の評価ができなかった。 比較例２ 結晶成長後の降温時に水素を５０ＳＣＣＭ加えたこと、
及びアンモニアの供給をサセプタ温度が６００℃になっ
た時点で止めたことを除いては実施例１と同様にしてノ
ンドープのＧａＮとＭｇをドープしたＧａＮの積層構造
を作製した。これを実施例１と同様にして評価したとこ
ろ、キャリア濃度は３×１０14ｃｍ-3であった。
びアンモニアの供給をサセプタ温度が６００℃になった
時点で止めたことを除けば実施例１と同じ条件で試料を
作製した。これを実施例１と同様に評価しようとしたが
高抵抗であり伝導性の評価ができなかった。 比較例２ 結晶成長後の降温時に水素を５０ＳＣＣＭ加えたこと、
及びアンモニアの供給をサセプタ温度が６００℃になっ
た時点で止めたことを除いては実施例１と同様にしてノ
ンドープのＧａＮとＭｇをドープしたＧａＮの積層構造
を作製した。これを実施例１と同様にして評価したとこ
ろ、キャリア濃度は３×１０14ｃｍ-3であった。
【００２３】実施例２ 実施例１と同様にしてキャリアガスを水素としてノンド
ープＧａＮを３μｍ成長した後、ＴＭＧの供給を止め、
キャリアガスを窒素に変え、８００℃まで基板の温度を
下げた。つぎにＴＥＧ、ＴＭＩ、ＴＥＡを原料としてＩ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを５０Å、Ｇａ0.8 Ａｌ0.2 Ｎを３０
０Å成長した。さらに、キャリアガスである窒素とアン
モニアのみを供給しながら基板温度を１１００℃まで昇
温し、実施例１と同様にしてＭｇをドープしたＧａＮを
５０００Å成長した。成長の終了後、アンモニアの供給
をサセプタ温度が６００℃になった時点で止めたことを
除いては実施例１と同様にして基板の冷却、取り出しを
行ない、キャリア濃度を測定したところ、ｐ型で１．５
×１０18ｃｍ-3であった。
ープＧａＮを３μｍ成長した後、ＴＭＧの供給を止め、
キャリアガスを窒素に変え、８００℃まで基板の温度を
下げた。つぎにＴＥＧ、ＴＭＩ、ＴＥＡを原料としてＩ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを５０Å、Ｇａ0.8 Ａｌ0.2 Ｎを３０
０Å成長した。さらに、キャリアガスである窒素とアン
モニアのみを供給しながら基板温度を１１００℃まで昇
温し、実施例１と同様にしてＭｇをドープしたＧａＮを
５０００Å成長した。成長の終了後、アンモニアの供給
をサセプタ温度が６００℃になった時点で止めたことを
除いては実施例１と同様にして基板の冷却、取り出しを
行ない、キャリア濃度を測定したところ、ｐ型で１．５
×１０18ｃｍ-3であった。
【００２４】実施例３ ＩｎＧａＮ層を成長せず、キャリアガスとしての窒素中
に水素を、それぞれ３、５及び１０ＳＣＣＭ加えたこと
を除いては実施例２と同様にして試料を作製した。これ
らの試料を実施例１と同様にして評価したところ、キャ
リア濃度は、それぞれ１．５×１０17ｃｍ-3、５．５×
１０16ｃｍ-3、及び４×１０16ｃｍ-3であった。図３に
実施例２および本実施例で得られた試料のキャリア濃度
と、窒素中の水素濃度との関係を示す。
に水素を、それぞれ３、５及び１０ＳＣＣＭ加えたこと
を除いては実施例２と同様にして試料を作製した。これ
らの試料を実施例１と同様にして評価したところ、キャ
リア濃度は、それぞれ１．５×１０17ｃｍ-3、５．５×
１０16ｃｍ-3、及び４×１０16ｃｍ-3であった。図３に
実施例２および本実施例で得られた試料のキャリア濃度
と、窒素中の水素濃度との関係を示す。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、成長後に特に後処理を
施さなくてもｐ型伝導を示す窒化物系３−５族化合物半
導体の成長ができ、後処理による発光素子の歩留まりの
低下を避けることができる。さらに、ｐ型層の上にさら
に成長温度の低い活性層を成長できる点で、発光素子の
構造上の制約が少なくなる。
施さなくてもｐ型伝導を示す窒化物系３−５族化合物半
導体の成長ができ、後処理による発光素子の歩留まりの
低下を避けることができる。さらに、ｐ型層の上にさら
に成長温度の低い活性層を成長できる点で、発光素子の
構造上の制約が少なくなる。
【図１】実施例１記載の３−５族化合物半導体の製造方
法において用いた装置の概略図。
法において用いた装置の概略図。
【図２】本発明の３−５族化合物半導体の製造方法にお
いて用いることができる装置の概略図。
いて用いることができる装置の概略図。
【図３】実施例２及び３で作製した試料のキャリア濃度
と、キャリアガス中の水素の濃度との関係を示す図。
と、キャリアガス中の水素の濃度との関係を示す図。
１‥‥‥反応室。 ２‥‥‥高周波加熱コイル。 ３‥‥‥サセプター。 ４‥‥‥基板。 ５‥‥‥原料ガスの導入口又はキャリアガスの導入口。
Claims (4)
- 【請求項１】有機金属原料ガスを用いた熱分解気相成長
法による、ｐ型不純物を含む一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz
Ｎ（式中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋
ｙ＋ｚ＝１）で表される３−５族化合物半導体の製造方
法において、水素濃度が０．５容量％以下である不活性
ガスをキャリアガスとして用いることを特徴とする３−
５族化合物半導体の製造方法。 - 【請求項２】有機金属原料ガスを用いた熱分解気相成長
法による、ｐ型不純物を含む一般式Ｉｎx Ｇａy Ａｌz
Ｎ（式中、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋
ｙ＋ｚ＝１）で表される３−５族化合物半導体の製造方
法において、ハロゲン化水素、ハロゲン元素と５族元素
の化合物、及びハロゲン元素と水素と５族元素の化合物
からなる群から選ばれた少なくとも１つの化合物により
反応炉内をエッチングした後、水素濃度が０．５容量％
以下である不活性ガスをキャリアガスとして用いること
を特徴とする３−５族化合物半導体の製造方法。 - 【請求項３】キャリアガスの導入口及び／又は原料ガス
の導入口が２つ以上ある場合、いずれかの２つの導入口
と基板上の任意の点とのなす角のうち最大の角が８０度
以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の３−
５族化合物半導体の製造方法。 - 【請求項４】３−５族化合物半導体の成長後の降温時に
おける雰囲気中の水素濃度を０．５容量％以下に保つこ
とを特徴とする請求項１、２又は３記載の３−５族化合
物半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6625496A JP3198912B2 (ja) | 1995-03-30 | 1996-03-22 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-73318 | 1995-03-30 | ||
| JP7331895 | 1995-03-30 | ||
| JP6625496A JP3198912B2 (ja) | 1995-03-30 | 1996-03-22 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08325094A true JPH08325094A (ja) | 1996-12-10 |
| JP3198912B2 JP3198912B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=26407432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6625496A Expired - Lifetime JP3198912B2 (ja) | 1995-03-30 | 1996-03-22 | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3198912B2 (ja) |
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| WO1998044539A1 (fr) * | 1997-03-28 | 1998-10-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Procede de fabrication de composes semi-conducteurs |
| JPH11135885A (ja) * | 1997-10-30 | 1999-05-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法及び半導体レーザ装置 |
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-
1996
- 1996-03-22 JP JP6625496A patent/JP3198912B2/ja not_active Expired - Lifetime
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