JP2646966B2 - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法 - Google Patents
Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法Info
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- JP2646966B2 JP2646966B2 JP5196760A JP19676093A JP2646966B2 JP 2646966 B2 JP2646966 B2 JP 2646966B2 JP 5196760 A JP5196760 A JP 5196760A JP 19676093 A JP19676093 A JP 19676093A JP 2646966 B2 JP2646966 B2 JP 2646966B2
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- thin film
- compound semiconductor
- iii
- group iii
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、III−Ｖ族化合物半導
体の薄膜成長方法に関する。
体の薄膜成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のIII−Ｖ族化合物
半導体は、電子移動度がＳｉより数倍早いこと、バンド
構造が直接遷移型であること、半絶縁性基板が容易に得
られることなどの物理的性質により、次世代のデバイス
材料として早くから脚光を浴びており、実際、高周波デ
バイス、低雑音デバイス、光デバイス等に応用されてい
る。また近年では、そのＩＣ化に向けて、活発に研究開
発が行われている。こうしたデバイス開発の進展ととも
にますます高度な素子製作プロセスが必要となってきて
いる。この中で分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）
や有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）は、組成、膜厚の
制御性、均一性に優れ、しかも高品質のIII−Ｖ族化合
物半導体が得られるため、薄膜成長方法の主流となって
いる。
半導体は、電子移動度がＳｉより数倍早いこと、バンド
構造が直接遷移型であること、半絶縁性基板が容易に得
られることなどの物理的性質により、次世代のデバイス
材料として早くから脚光を浴びており、実際、高周波デ
バイス、低雑音デバイス、光デバイス等に応用されてい
る。また近年では、そのＩＣ化に向けて、活発に研究開
発が行われている。こうしたデバイス開発の進展ととも
にますます高度な素子製作プロセスが必要となってきて
いる。この中で分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）
や有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）は、組成、膜厚の
制御性、均一性に優れ、しかも高品質のIII−Ｖ族化合
物半導体が得られるため、薄膜成長方法の主流となって
いる。
【０００３】III−Ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法に
おいて、ドーピング技術は、デバイス作製上重要であ
る。従来、ＭＢＥ法では、ドーパントソースとして、ｎ
型不純物ではシリコン（Ｓｉ）、ｐ型不純物ではベリリ
ウム（Ｂｅ）が用いられてきた。またＭＯＶＰＥにおい
ては、ｎ型はＭＢＥと同様にＳｉだが、ｐ型不純物には
亜鉛（Ｚｎ）が一般に用いられている。ｐ型ドーパント
として、Ｚｎは拡散係数が大きく、急峻な界面の必要な
デバイスには使用できない。またＢｅは、拡散係数が比
較的小さく、活性化率が高いので、ｐ型ドーパントとし
て最適であると考えられてきたが、最近、ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ（ＨＢＴ）において、高電流密度
動作時にベース層のＢｅが異常拡散し、ＨＢＴの特性変
動が起きることがわかり、問題となっている。そこで、
Ｂｅよりさらに拡散係数が小さく、通電時の特性変動が
起きないカーボン（Ｃ）が、にわかにｐ型ドーパントと
して注目されるようになった。
おいて、ドーピング技術は、デバイス作製上重要であ
る。従来、ＭＢＥ法では、ドーパントソースとして、ｎ
型不純物ではシリコン（Ｓｉ）、ｐ型不純物ではベリリ
ウム（Ｂｅ）が用いられてきた。またＭＯＶＰＥにおい
ては、ｎ型はＭＢＥと同様にＳｉだが、ｐ型不純物には
亜鉛（Ｚｎ）が一般に用いられている。ｐ型ドーパント
として、Ｚｎは拡散係数が大きく、急峻な界面の必要な
デバイスには使用できない。またＢｅは、拡散係数が比
較的小さく、活性化率が高いので、ｐ型ドーパントとし
て最適であると考えられてきたが、最近、ヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ（ＨＢＴ）において、高電流密度
動作時にベース層のＢｅが異常拡散し、ＨＢＴの特性変
動が起きることがわかり、問題となっている。そこで、
Ｂｅよりさらに拡散係数が小さく、通電時の特性変動が
起きないカーボン（Ｃ）が、にわかにｐ型ドーパントと
して注目されるようになった。
【０００４】Ｃドーピングの方法は、Ｃの適当なドーパ
ントソースがないので、ＭＯＶＰＥやIII族原料に有機
金属を用いるＭＢＥ法即ち有機金属分子線エピタキシー
法（ＭＯＭＢＥ）においては、成長条件を変化させるこ
とにより、Ｖ族もしくはIII族原料に用いている有機原
料からのＣのオートドーピングを利用する方法が一般的
である。ＧａＡｓを例にとって、さらに具体的に説明す
ると、ＭＯＶＰＥの場合、Ｖ族原料にトリメチル砒素を
用い、基板温度を低温にするなど成長条件を変化させて
キャリア濃度を変えている（特開昭６３−１４３８１０
号公報）。トリメチル砒素とアルシンを混入させてキャ
リア濃度を調整する方法がとられる場合もある（特開平
４−１４６６８０号公報）。また最近では、四塩化炭素
（ＣＣｌ4）をドーパントソースに用いる報告もある
（B.T.Cunningham et al., Applied Physics Letter 5
4, pp1905−1907, 1989）。ＭＯＭＢＥにおいては、III
族原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用いると、１
×１０21ｃｍ-3という高いキャリア濃度を得られること
が知られている（M.Konagai et al., Journal of Cryst
al Growth 98, pp167-173, 1989）。１０20ｃｍ-3以下
の低いキャリア濃度が必要な時は、ＴＭＧにトリエチル
ガリウム（ＴＥＧ）を混入する方法がとられる（M.Weye
rs et al., Journal of Electronic Materials 15, pp5
7-59, 1986）。一方、通常のＭＢＥ法においては、ドー
パントソースにグラファイトを用いて、Ｃドーピングが
試みられている。
ントソースがないので、ＭＯＶＰＥやIII族原料に有機
金属を用いるＭＢＥ法即ち有機金属分子線エピタキシー
法（ＭＯＭＢＥ）においては、成長条件を変化させるこ
とにより、Ｖ族もしくはIII族原料に用いている有機原
料からのＣのオートドーピングを利用する方法が一般的
である。ＧａＡｓを例にとって、さらに具体的に説明す
ると、ＭＯＶＰＥの場合、Ｖ族原料にトリメチル砒素を
用い、基板温度を低温にするなど成長条件を変化させて
キャリア濃度を変えている（特開昭６３−１４３８１０
号公報）。トリメチル砒素とアルシンを混入させてキャ
リア濃度を調整する方法がとられる場合もある（特開平
４−１４６６８０号公報）。また最近では、四塩化炭素
（ＣＣｌ4）をドーパントソースに用いる報告もある
（B.T.Cunningham et al., Applied Physics Letter 5
4, pp1905−1907, 1989）。ＭＯＭＢＥにおいては、III
族原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用いると、１
×１０21ｃｍ-3という高いキャリア濃度を得られること
が知られている（M.Konagai et al., Journal of Cryst
al Growth 98, pp167-173, 1989）。１０20ｃｍ-3以下
の低いキャリア濃度が必要な時は、ＴＭＧにトリエチル
ガリウム（ＴＥＧ）を混入する方法がとられる（M.Weye
rs et al., Journal of Electronic Materials 15, pp5
7-59, 1986）。一方、通常のＭＢＥ法においては、ドー
パントソースにグラファイトを用いて、Ｃドーピングが
試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来例のカ
ーボンドーピングの方法には、それぞれ次のような問題
点がある。即ち、ＭＯＣＶＤ法やＭＯＭＢＥ法における
ＴＭＧやトリメチル砒素（ＴＭＡｓ）を用いる方法は、
それ自体が成長原料なので、ドーピング濃度を変化させ
る場合に、膜厚等も変わってしまい、ドーピング制御が
極めて困難である。基板温度やＶ／III比などの成長条
件を変化させることで、ドーピング濃度を変えることが
できるが、正確な制御はできない。ＴＥＧやアルシンを
混入する方法においても、同様な問題がある。ドーパン
トとしてＣＣｌ4を用いる場合は、制御性に問題はない
が、これはフロン規制物質であり、今後、使用できな
い。ＭＢＥ法におけるカーボングラファイトを用いる方
法では、活性化率が低く、５×１０19ｃｍ-3程度までし
か、ドーピングできない。本発明の目的はこのような従
来の問題点を解決することにあり、III−Ｖ族化合物半
導体にカーボンをドーピングする場合に、キャリア濃度
を高制御かつ高濃度にドーピングする方法を提供するこ
とにある。
ーボンドーピングの方法には、それぞれ次のような問題
点がある。即ち、ＭＯＣＶＤ法やＭＯＭＢＥ法における
ＴＭＧやトリメチル砒素（ＴＭＡｓ）を用いる方法は、
それ自体が成長原料なので、ドーピング濃度を変化させ
る場合に、膜厚等も変わってしまい、ドーピング制御が
極めて困難である。基板温度やＶ／III比などの成長条
件を変化させることで、ドーピング濃度を変えることが
できるが、正確な制御はできない。ＴＥＧやアルシンを
混入する方法においても、同様な問題がある。ドーパン
トとしてＣＣｌ4を用いる場合は、制御性に問題はない
が、これはフロン規制物質であり、今後、使用できな
い。ＭＢＥ法におけるカーボングラファイトを用いる方
法では、活性化率が低く、５×１０19ｃｍ-3程度までし
か、ドーピングできない。本発明の目的はこのような従
来の問題点を解決することにあり、III−Ｖ族化合物半
導体にカーボンをドーピングする場合に、キャリア濃度
を高制御かつ高濃度にドーピングする方法を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、カーボンをド
ーピングしたIII−Ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法に
おいて、カーボンソースとしてトリメチルアミンを用
い、これを高周波、マイクロ波または熱分解により解離
させ、成長原料とともに供給することを特徴とするIII
−Ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法である。
ーピングしたIII−Ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法に
おいて、カーボンソースとしてトリメチルアミンを用
い、これを高周波、マイクロ波または熱分解により解離
させ、成長原料とともに供給することを特徴とするIII
−Ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法である。
【０００７】
【作用】ＧａＡｓにおいてカーボンソースとして、有効
に働くのは、メチル基である。これは、メタンやエタン
の分解からは容易に生ずることはなく、メチル基を有す
る化合物から供給される。トリメチルアミン［Ｎ（ＣＨ
3）3］は、そうしたメチル基を持った化合物の一つであ
り、しかも安定に存在する。またＴＭＧやＴＭＡｓと異
なり、トリメチルアミンは分解しても成長に寄与するこ
とはないので、膜厚等に影響しない。従って、ＧａＡｓ
にカーボンをドーピングする場合に、カーボンソースと
して、トリメチルアミンを用い、さらにこれを高周波、
マイクロ波または熱分解により一部を解離させ、供給す
ることにより、高濃度にドーピングでき、またトリメチ
ルアミンの流量により、制御性良く所望のキャリア濃度
の薄膜を得ることができる。
に働くのは、メチル基である。これは、メタンやエタン
の分解からは容易に生ずることはなく、メチル基を有す
る化合物から供給される。トリメチルアミン［Ｎ（ＣＨ
3）3］は、そうしたメチル基を持った化合物の一つであ
り、しかも安定に存在する。またＴＭＧやＴＭＡｓと異
なり、トリメチルアミンは分解しても成長に寄与するこ
とはないので、膜厚等に影響しない。従って、ＧａＡｓ
にカーボンをドーピングする場合に、カーボンソースと
して、トリメチルアミンを用い、さらにこれを高周波、
マイクロ波または熱分解により一部を解離させ、供給す
ることにより、高濃度にドーピングでき、またトリメチ
ルアミンの流量により、制御性良く所望のキャリア濃度
の薄膜を得ることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
２は、本発明の実施例に用いられる薄膜成長装置の一例
の構成図である。本実施例においては、ＭＯＣＶＤ法を
用いた。基板ホルダ１１にＧａＡｓ基板１をセットし、
原料ガス導入口１２よりＴＭＧとＡｓＨ3を導入し、Ｇ
ａＡｓを成長した。基板温度は６００℃である。この
時、ドーパントガス導入口１３からトリメチルアミンを
導入し、ガスクラッキング装置１４によりあらかじめ分
解して、基板１に供給する。クラッキング温度は１００
０℃とした。図１に、キャリア濃度のトリメチルアミン
流量依存性を示す。トリメチルアミンの流量を増加させ
ると、それに比例してキャリア濃度も増加し、制御性よ
くカーボンをドーピングできることがわかる。なお本実
施例においては、熱分解によりトリメチルアミンを分解
したが、高周波あるいはマイクロ波励起により分解する
方法でも同様の結果が得られた。
２は、本発明の実施例に用いられる薄膜成長装置の一例
の構成図である。本実施例においては、ＭＯＣＶＤ法を
用いた。基板ホルダ１１にＧａＡｓ基板１をセットし、
原料ガス導入口１２よりＴＭＧとＡｓＨ3を導入し、Ｇ
ａＡｓを成長した。基板温度は６００℃である。この
時、ドーパントガス導入口１３からトリメチルアミンを
導入し、ガスクラッキング装置１４によりあらかじめ分
解して、基板１に供給する。クラッキング温度は１００
０℃とした。図１に、キャリア濃度のトリメチルアミン
流量依存性を示す。トリメチルアミンの流量を増加させ
ると、それに比例してキャリア濃度も増加し、制御性よ
くカーボンをドーピングできることがわかる。なお本実
施例においては、熱分解によりトリメチルアミンを分解
したが、高周波あるいはマイクロ波励起により分解する
方法でも同様の結果が得られた。
【０００９】
【発明の効果】以上、説明したように、ＧａＡｓにカー
ボンをドーピングする場合に、カーボンソースとしてト
リメチルアミンを用い、さらにこれを高周波、マイクロ
波または熱分解により一部解離させ、供給することによ
り、制御性良く所望のキャリア濃度の薄膜を得ることが
できる。
ボンをドーピングする場合に、カーボンソースとしてト
リメチルアミンを用い、さらにこれを高周波、マイクロ
波または熱分解により一部解離させ、供給することによ
り、制御性良く所望のキャリア濃度の薄膜を得ることが
できる。
【図１】本発明の方法によって得られた薄膜のキャリア
濃度とトリメチルアミン流量との関係を示す図である。
濃度とトリメチルアミン流量との関係を示す図である。
【図２】本発明の実施例に用いられる薄膜形成装置の構
成図である。
成図である。
１ ＧａＡｓ基板 １１ 基板ホルダ １２ 原料ガス導入口 １３ ドーパントガス導入口 １４ ガスクラッキング装置
Claims (3)
- 【請求項１】 カーボンをドーピングしたＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体の薄膜成長方法において、カーボンソース
としてトリメチルアミンを用い、これを高周波、マイク
ロ波または熱分解により解離させ、成長原料とともに供
給することを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の薄
膜成長方法。 - 【請求項２】 薄膜成長をＭＯＣＶＤ法（有機金属化学
気相成長法）により行う請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体の薄膜成長方法。 - 【請求項３】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がＧａＡｓで
ある請求項１または２記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
の薄膜成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5196760A JP2646966B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5196760A JP2646966B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0729835A JPH0729835A (ja) | 1995-01-31 |
| JP2646966B2 true JP2646966B2 (ja) | 1997-08-27 |
Family
ID=16363171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5196760A Expired - Lifetime JP2646966B2 (ja) | 1993-07-15 | 1993-07-15 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2646966B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2739778B2 (ja) * | 1991-01-08 | 1998-04-15 | 日本電気株式会社 | ３−５族化合物半導体の選択成長方法 |
| JPH04368120A (ja) * | 1991-06-14 | 1992-12-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 原子層結晶成長法 |
-
1993
- 1993-07-15 JP JP5196760A patent/JP2646966B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0729835A (ja) | 1995-01-31 |
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