光励起及び結合長制御不純物共添加による超低抵抗p型III族窒化物の作製

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GaN系III族窒化物半導体は、サファイアを基板とする場合、本申請者のグループが1986年に開発した成長モード制御法が一般化している。この結晶成長法が基礎となり、伝導性制御が可能となり、1989年には不可能とまで云われたp型結晶及びpn接合が実現した。現在、有機金属化合物気相成長法によりGaNにおいて、室温での抵抗率数Ωcm、自由正孔濃度10^<18>cm^<-3>台のp型伝導性結晶が再現性良く得られている。n型結晶は抵抗率10^<-3>Ωcm以下、自由電子濃度10^<19>cm^<-3>台であり、p型結晶の電気的特性は、今だ十分な水準とは云えない。また、よりバンドギャップの大きいAlGaNに至っては、AlNモル分率0.3を超えると、p型伝導性を生じさせるのは現状では極めて困難である。アクセプタ不純物としてMgが用いられているが、1.水素により不活性化すること、2.活性化エネルギーが大きいこと、が問題である。1.については、成長後低加速電子線照射処理などにより、ある程度脱水素化することは可能であるが、2.については本質的な問題である。本研究では、これらの問題の解決を探る方法を検討する。ドナーであるシリコンをコドープして特性を評価したが、p型の正孔濃度がN_A-N_Dに従い、ドープしたシリコン濃度に従って減少するという、極常識的な結果であった。理論の中には、Mgの形成するアクセプタ準位の形成機構を考慮してコドープの効果を論ずるものも見受けられるが、本実験からは、Mgアクセプタの形成は、水素原子様であり、単純であると推測された。AlGaN中へのMgのドーピングに関しては、二次元正孔形成の可能性が見出され、今後の研究の発展が期待される。