交互供給コドーピング法による高濃度P型窒化物半導体薄膜結晶の製作とその応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13355001
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 青柳 克信 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (70087469)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平山 秀樹 理化学研究所, 半導体工学研究室, 研究員 (70270593) ; 岩井 荘八 理化学研究所, 半導体工学研究室, 主任研究員 (40087474) ; 川崎 宏治 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (10234056) ; 田 昭治 片桐エンジニアリング(株), 技術部長 ; 吉田 博 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (30133929)
• Keywords: 交互供給コドーピング / 高濃度P型 / 窒化物半導体 / MOCVD / MBE / AlGaN / 第一原理計算 / 不純物対

Research Abstract

高伝導度のp型AlGaN結晶を成長することを目的として、新しいドーピング方法の開発を行った。不純物原料の供給時間を制御して特定の原子層に不純物を導入し、不純物対などの形成によるアクセプター準位の低減化を試みた。MOVCD装置を用いてTMGおよびTMAの原料とNH_3とを交互に供給する方法を用いて高品質なノンドープAl_<0.6>Ga_<0.4>Nが得られた。AlGaN表面からのN脱離を抑える程度の少量のNH_3雰囲気においては、結晶欠陥を防ぐと同時にGaおよびAl原子のマイグレーションが促進されることによって良好な結晶が得られると考えられる。p型AlGaNを成長する場合は、TMGと同時にCp_2Mgを供給してMgをドープし、4x10^<18>cm^<-3>の高い正孔密度を持つp型Al_<0.45>Ga_<0.55>Nが得られた。正孔密度の温度依存性からアクセプターの活性化エネルギーは75meVと求まり、連続供給で成長したAlGaNのMgの活性化エネルギーの約5分の1に低減化された。更に、AlGaNのドーピングにおいて、Cp_2Mgの供給直後にTESiの供給を行い、Mg-Siのコドープを行った結果、Siのドープ量を最適化することによって正孔密度は約1.5倍に増加し、活性化エネルギーも50meVに低減化された。さらに、高濃度ドーピングの機構解明のためにMBE装置を改良し、表面反応過程をその場観察可能なシステムを構築した。また、第一原理計算に基づいて、AlNの同時ドーピング法による価電子制御法の最適化の研究を行い、Mg-Si-Mg,によるアクセプター・ドナー不純物複合体を形成することによりアクセプター準位を一桁近く浅くできることを示した。

Research Products

• [Publications] T.Nishimatsu, H.Katayama, Yoshida, N.Orita: "Ab initio study of donor-hydrogen complexes for low resistive n-type diamond semiconductor"Japan Journal of Applied Physics. 41. 1952-1962 (2002)
• [Publications] 吉田 博, 佐藤和則: "第一原理計算による物質設計"化学工業. 53. 47-53 (2002)
• [Publications] K.Sato, H.Katayama, Yoshida: "First principles materials design for semiconductor spintronics"Semiconductor science and Technology. 17. 367-376 (2002)