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WO2006038567A1 - ｐ型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法およびｐｎ接合型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法 - Google Patents

ｐ型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法およびｐｎ接合型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法 Download PDF

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WO2006038567A1
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Noboru Ichinose
Kiyoshi Shimamura
Kazuo Aoki
Villora Encarnacion Antonia Garcia
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Waseda University
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    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation

Definitions

  • the first, second and third steps include a predetermined surface of the substrate having a Ga 2 O-based compound force.
  • TMG trimethylgallium
  • Cp Mg bisdiclopentagenylmagnesium
  • a carrier gas in addition to He, a rare gas such as Ar or Ne and an inert gas such as N are used.

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Abstract

　高品質のＧａ２Ｏ３系化合物半導体からなる薄膜を形成することができるｐ型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法およびｐｎ接合型Ｇａ２Ｏ３膜の製造方法を提供する。 　真空層５２内を減圧し、酸素ラジカルを注入しながらセル５５ａを加熱し、Ｇａの分子線９０、およびセル５５ｂを加熱し、Ｍｇの分子線９０をＧａ２Ｏ３系化合物からなる基板２５上に照射して、基板２５上にｐ型β－Ｇａ２Ｏ３からなるｐ型β－Ｇａ２Ｏ３層を成長させる。

Description

p型 Ga O膜の製造方法および pn接合型 Ga O膜の製造方法
2 3 2 3
技術分野
[0001] 本発明は、 p型 Ga O膜の製造方法および pn接合型 Ga O膜の製造方法に関し、
2 3 2 3
特に、高品質の Ga O系化合物半導体力 なる薄膜を形成することができる p型 Ga
2 3 2
O膜の製造方法および pn接合型 Ga O膜の製造方法に関する。
3 2 3
背景技術
[0002] 紫外領域での発光素子は、水銀フリーの蛍光灯の実現、クリーンな環境を提供す る光触媒、より高密度記録を実現する新世代 DVD等で特に大きな期待が持たれて いる。このような背景から、 GaN系青色発光素子が実現されてきた (例えば、特許文 献 1参照。）。
[0003] し力し、更なる短波長化光源が求められており、近年、 β -Ga Oのバルタ系単結
2 3
晶の基板作製が検討されて!、る。
特許文献 1：特開平 05— 283745号公報
[0004] し力し、従来の Ga O力 なる基板上に Ga O力 なる薄膜をェピタキシャル成長
2 3 2 3
させた場合、ァクセプタなしの場合に n型導電性を示し、ァクセプタを導入した場合で あっても絶縁型を示し、純度の低い Ga Oしか得られなかった。
2 3
[0005] 従って、本発明の目的は、高品質の Ga O系化合物半導体からなる薄膜を形成す
2 3
ることができる p型 Ga O膜の製造方法および pn接合型 Ga O膜の製造方法を提供
2 3 2 3
することにある。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 第 1の発明は、上記目的を達成するため、酸素欠陥を低減して絶縁性の Ga O膜
2 3 を形成する第 1のステップと、前記絶縁性の Ga O膜にァクセプタをドープして p型 G
2 3
a O膜を形成する第 2のステップを有することを特徴とする p型 Ga O膜の製造方法
2 3 2 3
を提供する。
[0007] 前記第 1のステップと前記第 2のステップは、同時に実行されることが好ましい。 [0008] 前記第 1のステップは、 Ga O基板上に活性酸素と金属 Gaを供給するステップを
2 3
含み、前記第 2のステップは、前記 Ga O基板上に金属 Mgを供給するステップを含
2 3
むことが好ましい。
[0009] 前記第 1のステップと前記第 2のステップは、 MBE法により行われることが好ましい
[0010] 前記金属 Gaは、純度 6N以上のものを用いることが好まし 、。
[0011] 前記活性酸素は、ラジカルガンにより供給されることが好ましい。
[0012] 第 2の発明は、上記目的を達成するため、酸素欠陥を低減して絶縁性の Ga O膜
2 3 を形成する第 1のステップと、前記絶縁性の Ga O膜にァクセプタをドープして p型 G
2 3
a O膜を形成する第 2のステップと、前記絶縁性の Ga O膜にドナーをドープして n
2 3 2 3
型 Ga O膜を形成する第 3のステップを有することを特徴とする pn接合型 Ga O膜
2 3 2 3 の製造方法を提供する。
[0013] 前記第 1のステップと前記第 2のステップは、所定の時限において同時に実行され
、前記第 1のステップと前記第 3のステップは、前記所定の時限とは異なった他の時 限において同時に実行されることが好ましい。
[0014] 前記第 1、第 2および第 3のステップは、 Ga O系化合物力 なる基板の所定の面
2 3
上で行うことが好ましい。
[0015] 前記所定の面は、（100)面であることが好ましい。
[0016] 上記第 1および第 2の発明によれば、高品質の Ga O系化合物半導体力 なる薄
2 3
膜を形成することができる。
[0017] 本出願は、 日本国特許出願 (特願 2004— 290845)に基づいており、この日本国 出願の全内容は、本出願において参照され導入される。
図面の簡単な説明
[0018] [図 l]p型半導体層の形成に用いられる MBE装置を示し、（a)は一部を破断して示し た斜視図、（b)は MBE装置の要部拡大図である。
[図 2]ゼーベック係数の測定装置を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 本発明の実施の形態に係る発光素子は、基板の所定の面、例えば、（100)面上に 、 p型 Ga O膜および n型 Ga O膜を形成したものである。
2 3 2 3
[0020] ( β -Ga O基板の形成方法）
2 3
β -Ga O基板は、 FZ法により形成された |8 -Ga O単結晶を（100)面で劈開し
2 3 2 3
たものを用いる。
[0021] (p型 |8— Ga O膜の形成方法）
2 3
以下、 p型 )8— Ga O膜の形成方法を説明する。
2 3
[0022] 図 1は、 p型 j8— Ga O膜の形成に用いられる MBE (Molecular Beam Epitax
2 3
y)装置 50を示し、（a)は一部を破断して示した斜視図、（b)は MBE装置の要部拡大 図である。この MBE装置 50は、排気系 51により図示しない排気装置に接続された 真空槽 52と、この真空槽 52内に設けられ、マニピュレータ 53により回動、移動等が 可能に支持され、基板 25が取付けられる基板ホルダ 54とを備える。
[0023] 真空槽 52は、基板 25に対向するように形成され、薄膜を構成する原子、分子ごと に収容する複数のセル 55 (55a, 55b, · · ·)と、基板 25上に電子線を入射する反射 高工ネルギー電子線回折 (RHEED)電子銃 70と、電子銃 70と基板 25を介して相対 する真空槽 52の壁に形成され、電子銃 70により入射された電子線の回折像を投影 する蛍光スクリーン 71と、真空槽 52内が高温になるのを防止する液体窒素シュラウド 57と、基板 25の表面を分析する 4重極質量分析計 58と、ラジカルを供給するラジカ ルガン 59とを備える。真空槽 52は、超高真空または極高真空の状態とし、好ましくは 少なくとも 1 X 10_9torrにする。
[0024] セル 55は、例えば、薄膜として基板 25上に成長させる Ga等の金属材料、および M gからなるァクセプタが充填され、ヒータ 56により内容物を加熱することができるように なっている。また、セル 55は、図示しないシャツタを有し、不要の場合に閉じておくこ とができるように構成される。
[0025] ラジカルガン 59は、酸素に熱、光、放射線などのエネルギーを供給することによりラ ジカル酸素 (活性酸素）を発生するものである。
[0026] ここで、 MBE装置 50を使用して、基板 25上に成膜するには、以下のように行う。ま ず、 β -Ga O基板 25を基板ホルダ 54に装着し、セル 55aの内部に純度 6Nの Ga
2 3
金属、およびセル 55bの内部にァクセプタとしての Mg金属を収容する。次に、排気 系 51を動作させ、真空槽 52内を 5 X 10_9torrに減圧する。
[0027] 次に、ラジカルガン 59からラジカル酸素濃度が 1 X 10一4〜 1 X 10_7torrとなるよう に、ラジカル酸素をラジカルガン 59により注入しながら、セル 55a, 55bを所定の温度 に加熱すると、 Gaおよび Mgの分子線 90が発生する。 Gaの分子線 90および Mgの 分子線 90を基板 25に向けて照射すると、基板 25の（100)面上に |8— Ga O層が
2 3 成長する。
(P型 j8— Ga O膜であることの検証）
2 3
[0028] 図 2は、ゼーベック係数の測定装置を示す図である。ゼーベック係数の測定は、カロ 熱部 81により薄膜 25Aが形成された基板 25の一端を加熱し、冷却部 82により基板 25の他端を冷却して、薄膜 25Aについての加熱部 81および冷却部 82間の起電力 を測定することにより行う。ここで、薄膜 25Aは、上述のように形成された j8 - Ga O
2 3 膜である。
[0029] 形成された |8— Ga O膜に対して測定した結果、 p型半導体の傾向を示す負のゼ
2 3
一ベック係数が得られた。
[0030] (n型 β - Ga O膜の形成方法）
2 3
上記 MBE装置 50を用いて、ァクセプタの代わりにドナーとしての金属を用いること により、 n型の |8—Ga O膜を形成する。この結果、 p型の j8—Ga O膜と n型の β
2 3 2 3
Ga O膜による pn接合型の |8— Ga O膜を形成することができる。
2 3 2 3
[0031] Ga O系化合物半導体である上記 β - Ga Oは、 Cu、 Ag、 Zn、 Cd、 Al、 In、 Si、
2 3 2 3
Geおよび Snからなる群力も選ばれる 1種以上を添カ卩した Gaを主成分とした Ga酸ィ匕 物で構成してもよい。これらの添加元素の作用は、格子定数あるいはバンドギャップ エネルギーを制御するためである。例えば、（Al In Ga ) O (ただし、 0≤x< χ y (1-x-y) 2 3
1、 0≤y< l、 0≤x+yく 1)で表わされる Ga酸化物を用いることができる。
[0032] (実施の形態の効果）
この実施の形態によれば、 p型導電性を示す高品質の |8— Ga O化合物半導体
2 3
膜を形成することができた。このため、発光素子に使用する場合には、基板と p型 )8 - Ga O膜とは |8—Ga Oとして一致するため、格子定数が一致する。したがって、
2 3 2 3
β - Ga O膜の結晶品質の劣化を抑えることができ、発光光率の低下を抑えること ができる。
[0033] (変形例）
p型 j8— Ga O膜は、上記の MBE法のほか、 MOCVD (有機金属気相成長）装置
2 3
を用いた MOCVD法により形成してもよい。すなわち、原料ガスとして、酸素ガス、 N
2
0、 TMG (トリメチルガリウム）、 Cp Mg (ビスジクロペンタジェニルマグネシウム）を用
2
い、キャリアガスとして、 Heの他に、 Ar， Ne等の希ガスおよび N等の不活性ガスを
2
用いる。なお、 n型 |8— Ga O膜を形成するには、 Cp Mgの代わりに SiH (モノシラ
2 3 2 4 ン）を用いる。
[0034] また、 p型導電性を示す p型 — Ga O膜は、絶縁型の — Ga O膜を形成し、そ
2 3 2 3
の膜にァクセプタを導入することにより形成してもよ 、。
産業上の利用可能性
[0035] 本発明の p型 Ga O膜の製造方法および pn接合型 Ga O膜の製造方法によれば
2 3 2 3
、高品質の Ga O系化合物半導体力 なる薄膜を形成することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 酸素欠陥を低減して絶縁性の Ga O膜を形成する第 1のステップと、
2 3
前記絶縁性の Ga O膜にァクセプタをドープして p型 Ga O膜を形成する第 2のス
2 3 2 3
テツプを有することを特徴とする P型 Ga O膜の製造方法。
2 3
[2] 前記第 1のステップと前記第 2のステップは、同時に実行されることを特徴とする請 求の範囲 1に記載の p型 Ga O膜の製造方法。
2 3
[3] 前記第 1のステップは、 Ga O基板上に活性酸素と金属 Gaを供給するステップを
2 3
含み、
前記第 2のステップは、前記 Ga O基板上に金属 Mgを供給するステップを含むこ
2 3
とを特徴とする請求の範囲 1に記載の P型 Ga O膜の製造方法。
2 3
[4] 前記第 1のステップと前記第 2のステップは、 MBE法により行われることを特徴とす る請求の範囲 1に記載の P型 Ga O膜の製造方法。
2 3
[5] 前記金属 Gaは、純度 6N以上のものを用いることを特徴とする請求の範囲 3に記載 の p型 Ga O膜の製造方法。
2 3
[6] 前記活性酸素は、ラジカルガンにより供給されることを特徴とする請求の範囲 3に記 載の p型 Ga O膜の製造方法。
2 3
[7] 酸素欠陥を低減して絶縁性の Ga O膜を形成する第 1のステップと、
2 3
前記絶縁性の Ga O膜にァクセプタをドープして p型 Ga O膜を形成する第 2のス
2 3 2 3
テツプと、
前記絶縁性の Ga O膜にドナーをドープして n型 Ga O膜を形成する第 3のステツ
2 3 2 3
プを有することを特徴とする pn接合型 Ga O膜の製造方法。
2 3
[8] 前記第 1のステップと前記第 2のステップは、所定の時限において同時に実行され 前記第 1のステップと前記第 3のステップは、前記所定の時限とは異なった他の時 限において同時に実行されることを特徴とする請求の範囲 7に記載の pn接合型 Ga
2
O膜の製造方法。
3
[9] 前記第 1、第 2および第 3のステップは、 Ga O系化合物半導体からなる基板の所
2 3
定の面上で行うことを特徴とする請求の範囲 7に記載の pn接合型 Ga O膜の製造方 法。
前記所定の面は、 (100)面であることを特徴とする請求の範囲 9に記載の pn接合 型 Ga O膜の成長方法。
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