JP2725462B2 - 化合物半導体の気相成長法 - Google Patents
化合物半導体の気相成長法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、有機金属気相成長法
によりGaAs等の化合物半導体基板上へAlGaAs
混晶を形成する気相成長法に関するもので、特に高抵抗
のAlGaAs混晶成長する方法に関するものである。
によりGaAs等の化合物半導体基板上へAlGaAs
混晶を形成する気相成長法に関するもので、特に高抵抗
のAlGaAs混晶成長する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】AlGaAs混晶材料は、高移動度電子
デバイス(HEMT)やダブルヘテロレーザなどへの幅
広い応用分野において不可欠の材料になっている。Al
GaAs混晶材料では、デバイスの性能を左右する点
で、特に結晶の純度の指標であるキャリア濃度の制御が
重要となる。
デバイス(HEMT)やダブルヘテロレーザなどへの幅
広い応用分野において不可欠の材料になっている。Al
GaAs混晶材料では、デバイスの性能を左右する点
で、特に結晶の純度の指標であるキャリア濃度の制御が
重要となる。
【0003】AlGaAs混晶のエピタキシャル層を作
製する方法としては、有機金属気相成長法、分子線エピ
タキシー法、液相成長法などがある。近年、実用化へ向
けて量産性、均一性において優位な特徴を有する有機金
属気相成長法が着目されている。有機金属気相成長法で
AlGaAs混晶をエピタキシャル成長する場合、一般
にGa、Al原料にはトリメチルガリウム〔Ga(CH
3)3:以下TMGと記す〕,トリメチルアルミニウム
〔Al(CH3)3:以下TMAと記す〕を、As原料に
はアルシン(AsH3)を用いて基板上に輸送し、熱分
解によりエピタキシャル層を成長させる。
製する方法としては、有機金属気相成長法、分子線エピ
タキシー法、液相成長法などがある。近年、実用化へ向
けて量産性、均一性において優位な特徴を有する有機金
属気相成長法が着目されている。有機金属気相成長法で
AlGaAs混晶をエピタキシャル成長する場合、一般
にGa、Al原料にはトリメチルガリウム〔Ga(CH
3)3:以下TMGと記す〕,トリメチルアルミニウム
〔Al(CH3)3:以下TMAと記す〕を、As原料に
はアルシン(AsH3)を用いて基板上に輸送し、熱分
解によりエピタキシャル層を成長させる。
【0004】上記の方法で高抵抗のAlGaAs混晶エ
ピタキシャル層を成長する場合、次のような方法が知ら
れていた。 (1)V族原料(アルシン)とIII族原料(TMG、T
MA)のモル比(以下、これをV/III比と記す)を制
御する。例えば、K.TAMARURAらがApplied PhysicsLette
rs 50 (1987) 1149で報告しているように、低V/III比
側で成長するとAlGaAsはp型伝導性を示し、高V
/III比側で成長するとn型伝導性を示す。図2にその
性質の1例を示す。この図からはV/III比=100程
度において成長すれば、高抵抗のAlGaAsが得られ
ることがわかる。ただし成長装置の構造等によりこのV
/III比の範囲は異なることがある。 (2)AlGaAs混晶に酸素を添加する。(例えば、
特開平2−28314号公報の第2図に記載。)
ピタキシャル層を成長する場合、次のような方法が知ら
れていた。 (1)V族原料(アルシン)とIII族原料(TMG、T
MA)のモル比(以下、これをV/III比と記す)を制
御する。例えば、K.TAMARURAらがApplied PhysicsLette
rs 50 (1987) 1149で報告しているように、低V/III比
側で成長するとAlGaAsはp型伝導性を示し、高V
/III比側で成長するとn型伝導性を示す。図2にその
性質の1例を示す。この図からはV/III比=100程
度において成長すれば、高抵抗のAlGaAsが得られ
ることがわかる。ただし成長装置の構造等によりこのV
/III比の範囲は異なることがある。 (2)AlGaAs混晶に酸素を添加する。(例えば、
特開平2−28314号公報の第2図に記載。)
【0005】しかし、上記の(1)の方法を用いた場
合、図2から明らかなようにV/III比の変化に対し
て、キャリア濃度が急峻に変化するために所望の高抵抗
のAlGaAs混晶を再現性良く得ることが極めて難し
かった。また、III族原料に比べて多量のV族原料(A
sH3)を供給する必要があり、材料の無駄および成長
炉下流部への余剰原料の堆積などの問題を生じていた。
(2)の方法では、デバイスの作製上必要とされる例え
ば107Ω・cm以上の高い比抵抗を得るには、成長時
に2ppm以上の酸素の添加を必要とした。このような
高い濃度の酸素を添加すると、成長したAlGaAs混
晶中に微小な結晶欠陥が多発し、特性の良いデバイスが
得られ難いという問題があった。
合、図2から明らかなようにV/III比の変化に対し
て、キャリア濃度が急峻に変化するために所望の高抵抗
のAlGaAs混晶を再現性良く得ることが極めて難し
かった。また、III族原料に比べて多量のV族原料(A
sH3)を供給する必要があり、材料の無駄および成長
炉下流部への余剰原料の堆積などの問題を生じていた。
(2)の方法では、デバイスの作製上必要とされる例え
ば107Ω・cm以上の高い比抵抗を得るには、成長時
に2ppm以上の酸素の添加を必要とした。このような
高い濃度の酸素を添加すると、成長したAlGaAs混
晶中に微小な結晶欠陥が多発し、特性の良いデバイスが
得られ難いという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、有機金属
気相成長法によりAlGaAs混晶を化合物半導体基板
上へ成長する気相成長法において、微量の酸素を添加す
ることによって、高抵抗のAlGaAs混晶を再現性良
く成長する方法を提供することである。
気相成長法によりAlGaAs混晶を化合物半導体基板
上へ成長する気相成長法において、微量の酸素を添加す
ることによって、高抵抗のAlGaAs混晶を再現性良
く成長する方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明は、AlとGa
とのそれぞれの有機化合物とAsH3とを原料とする有
機金属気相成長法によりAlGaAs混晶を基板上へ成
長する気相成長法において、キャリアガス中にモル分率
として10ppb〜500ppbの範囲の酸素を添加す
ることにより、高抵抗のAlGaAs混晶エピタキシャ
ル層を得ることを特徴とする化合物半導体の気相成長法
である。また意図的には酸素を添加しないで成長したA
lGaAs混晶のp型キャリア濃度がp=1×1015c
m-3以上でかつp=1×1018cm-3以下である場合
に、キャリアガス中にモル分率として10ppb〜50
0ppbの範囲の酸素を添加することにより、高抵抗の
AlGaAs混晶エピタキシャル層を得ることを特徴と
する化合物半導体の気相成長法である。
とのそれぞれの有機化合物とAsH3とを原料とする有
機金属気相成長法によりAlGaAs混晶を基板上へ成
長する気相成長法において、キャリアガス中にモル分率
として10ppb〜500ppbの範囲の酸素を添加す
ることにより、高抵抗のAlGaAs混晶エピタキシャ
ル層を得ることを特徴とする化合物半導体の気相成長法
である。また意図的には酸素を添加しないで成長したA
lGaAs混晶のp型キャリア濃度がp=1×1015c
m-3以上でかつp=1×1018cm-3以下である場合
に、キャリアガス中にモル分率として10ppb〜50
0ppbの範囲の酸素を添加することにより、高抵抗の
AlGaAs混晶エピタキシャル層を得ることを特徴と
する化合物半導体の気相成長法である。
【0008】
【作用】有機金属気相成長法によりAlGaAs混晶エ
ピタキシャル層を形成する上で、気相中に全ガス流量に
対して10ppb〜500ppbの範囲の極微量の酸素
を添加することにより高抵抗AlGaAs混晶エピタキ
シャル層を得ることができる。気相中に添加された酸素
は、AlGaAs混晶エピタキシャル層の中にドープさ
れて深いドナー準位を形成する。この深いドナー準位が
AlGaAs混晶エピタキシャル層の中に残留するカー
ボン(C)に起因する浅いアクセプタ準位を電気的に補
償し、AlGaAs混晶を高抵抗化するのである。
ピタキシャル層を形成する上で、気相中に全ガス流量に
対して10ppb〜500ppbの範囲の極微量の酸素
を添加することにより高抵抗AlGaAs混晶エピタキ
シャル層を得ることができる。気相中に添加された酸素
は、AlGaAs混晶エピタキシャル層の中にドープさ
れて深いドナー準位を形成する。この深いドナー準位が
AlGaAs混晶エピタキシャル層の中に残留するカー
ボン(C)に起因する浅いアクセプタ準位を電気的に補
償し、AlGaAs混晶を高抵抗化するのである。
【0009】このことは、従来AlGaAs混晶中の酸
素不純物の挙動に関し説明されていた事とはことなり、
新たな知見である。本発明者はAlGaAs混晶中にド
ープされた酸素は、ある条件においては深いドナー準位
を形成することを見いだした。すなわち、特定の条件に
おいてAlGaAs混晶中に酸素をドープすると、酸素
はドナーとして働き、カーボンのような浅いアクセプタ
準位を電気的に補償して、高抵抗のAlGaAs混晶が
得られる。
素不純物の挙動に関し説明されていた事とはことなり、
新たな知見である。本発明者はAlGaAs混晶中にド
ープされた酸素は、ある条件においては深いドナー準位
を形成することを見いだした。すなわち、特定の条件に
おいてAlGaAs混晶中に酸素をドープすると、酸素
はドナーとして働き、カーボンのような浅いアクセプタ
準位を電気的に補償して、高抵抗のAlGaAs混晶が
得られる。
【0010】この発明の気相成長法では、装置内部に存
在する酸素ガスおよび酸素を含有する残留ガスの分圧の
合計が1×10-5Pa以下であるような有機金属気相成
長装置を用いる。このような気相成長装置を用いて、意
図的には不純物を添加しないAlGaAs混晶を成長す
ると、その残留不純物濃度はp=1×1015cm-3ない
しp=1×1018cm-3程度の低い値になる。本発明者
は、この気相成長装置によりAlGaAs混晶を成長す
る際に、キャリアガス中に全ガス流量に対するモル分率
をして10ppb〜500ppbの範囲の酸素を添加す
ると、AlGaAs混晶が高抵抗化することを見いだし
た。この発明の気相成長法では上記のように残留不純物
濃度が低いために、極微量の酸素の添加によって高抵抗
のAlGaAs混晶を再現性良く成長することができる
のである。
在する酸素ガスおよび酸素を含有する残留ガスの分圧の
合計が1×10-5Pa以下であるような有機金属気相成
長装置を用いる。このような気相成長装置を用いて、意
図的には不純物を添加しないAlGaAs混晶を成長す
ると、その残留不純物濃度はp=1×1015cm-3ない
しp=1×1018cm-3程度の低い値になる。本発明者
は、この気相成長装置によりAlGaAs混晶を成長す
る際に、キャリアガス中に全ガス流量に対するモル分率
をして10ppb〜500ppbの範囲の酸素を添加す
ると、AlGaAs混晶が高抵抗化することを見いだし
た。この発明の気相成長法では上記のように残留不純物
濃度が低いために、極微量の酸素の添加によって高抵抗
のAlGaAs混晶を再現性良く成長することができる
のである。
【0011】
【実施例】装置内部に存在する酸素ガスおよび酸素を含
有する残留ガスの分圧の合計が1×10-5Pa以下であ
るような有機金属気相成長装置を用いて、まずアンドー
プAlGaAs混晶エピタキシャル層の特性を確認する
ための成長を行なった。III族の原料にはTMG、TM
Aを、V族の原料にはアルシンを使用した。TMG原料
は恒温槽中0℃に保持し、水素キャリアガス10SCC
Mで成長室へ輸送した。TMA原料は恒温槽中に20℃
に保持し、水素キャリアガス20SCCMで成長室へ輸
送した。アルシン原料は水素ベース10%希釈のシリン
ダーを使用し、流量を300SCCMとした。全ガス流
量は2SLMとした。成長圧力は2.7×103Pa、
成長温度700℃のもとでAl組成約20%のAlGa
As混晶エピタキシャル層を半絶縁性GaAs基板上へ
形成した。
有する残留ガスの分圧の合計が1×10-5Pa以下であ
るような有機金属気相成長装置を用いて、まずアンドー
プAlGaAs混晶エピタキシャル層の特性を確認する
ための成長を行なった。III族の原料にはTMG、TM
Aを、V族の原料にはアルシンを使用した。TMG原料
は恒温槽中0℃に保持し、水素キャリアガス10SCC
Mで成長室へ輸送した。TMA原料は恒温槽中に20℃
に保持し、水素キャリアガス20SCCMで成長室へ輸
送した。アルシン原料は水素ベース10%希釈のシリン
ダーを使用し、流量を300SCCMとした。全ガス流
量は2SLMとした。成長圧力は2.7×103Pa、
成長温度700℃のもとでAl組成約20%のAlGa
As混晶エピタキシャル層を半絶縁性GaAs基板上へ
形成した。
【0012】このアンドープAlGaAs混晶エピタキ
シャル層を約5μm成長し、ホール測定にてエピタキシ
ャル層の電気的特性を評価したところ、p型伝導性を示
し、そのキャリア濃度はp=2×1016cm-3であり、
比抵抗はρ=2Ω・cmであった。Al組成が異なる
と、アンドープのキャリア濃度は異なる。Al組成が2
8%の場合、6.6×1016cm-3程度、Al組成が3
0%以上では5×1017cm-3〜1×1018cm-3であ
った。
シャル層を約5μm成長し、ホール測定にてエピタキシ
ャル層の電気的特性を評価したところ、p型伝導性を示
し、そのキャリア濃度はp=2×1016cm-3であり、
比抵抗はρ=2Ω・cmであった。Al組成が異なる
と、アンドープのキャリア濃度は異なる。Al組成が2
8%の場合、6.6×1016cm-3程度、Al組成が3
0%以上では5×1017cm-3〜1×1018cm-3であ
った。
【0013】アンドープAlGaAs混晶エピタキシャ
ル層がp型伝導性を示すことを確認した上で、極微量の
酸素ガスを成長時に添加しキャリア濃度の変化を調べ
た。酸素は、ヘリウムで希釈されたシリンダーを使用し
た。希釈用のガスはヘリウムに限らず窒素、アルゴン等
他の不活性ガスでもよい。全ガス流量に対する酸素の濃
度を5ppbから1000ppb(1ppm)の範囲と
した。このようにして、各酸素添加量で、厚み約5μm
に成長したAlGaAs混晶エピタキシャル層の特性
を、リーク電流の測定により評価した。
ル層がp型伝導性を示すことを確認した上で、極微量の
酸素ガスを成長時に添加しキャリア濃度の変化を調べ
た。酸素は、ヘリウムで希釈されたシリンダーを使用し
た。希釈用のガスはヘリウムに限らず窒素、アルゴン等
他の不活性ガスでもよい。全ガス流量に対する酸素の濃
度を5ppbから1000ppb(1ppm)の範囲と
した。このようにして、各酸素添加量で、厚み約5μm
に成長したAlGaAs混晶エピタキシャル層の特性
を、リーク電流の測定により評価した。
【0014】酸素添加量とAlGaAs混晶エピタキシ
ャル層のリーク電流との関係をプロットしたものを図1
に示す。図から明らかなように、気相中への酸素無添加
の場合、リーク電流はI〜5×10-6A(アンペア)で
あったものが、気相中へ酸素を添加するにつれてリーク
電流がオーダー的に減少していくことがわかる。添加量
が20ppb以上では、リーク電流はI=1×10-9A
以下となり、測定系の電流検出限界以下になることがわ
かる。十分に高抵抗AlGaAs混晶になっていること
を示している。
ャル層のリーク電流との関係をプロットしたものを図1
に示す。図から明らかなように、気相中への酸素無添加
の場合、リーク電流はI〜5×10-6A(アンペア)で
あったものが、気相中へ酸素を添加するにつれてリーク
電流がオーダー的に減少していくことがわかる。添加量
が20ppb以上では、リーク電流はI=1×10-9A
以下となり、測定系の電流検出限界以下になることがわ
かる。十分に高抵抗AlGaAs混晶になっていること
を示している。
【0015】このように、アンドープ層でp型伝導性を
示すAlGaAs混晶エピタキシャルに極微量の酸素を
ドープすることによって、高抵抗層を得ることが可能で
あることが示された。本実施例ではアンドープのキャリ
ア濃度がp=2×1016cm-3であったが、p型キャリ
ア濃度としては1×1018cm-3以下の場合、本発明を
適用できる。出発点となるアンドープAlGaAs混晶
のキャリア濃度レベルに応じて、高抵抗化するための気
相中への酸素添加量の最適値は異なる。
示すAlGaAs混晶エピタキシャルに極微量の酸素を
ドープすることによって、高抵抗層を得ることが可能で
あることが示された。本実施例ではアンドープのキャリ
ア濃度がp=2×1016cm-3であったが、p型キャリ
ア濃度としては1×1018cm-3以下の場合、本発明を
適用できる。出発点となるアンドープAlGaAs混晶
のキャリア濃度レベルに応じて、高抵抗化するための気
相中への酸素添加量の最適値は異なる。
【0016】すなわち、アンドープAlGaAs混晶の
キャリア濃度が1×1016cm-3付近である場合は、1
0ppb以上の酸素を添加すると高抵抗化したが、4×
1017cm-3程度の場合は、30〜280ppbの酸素
を添加すると高抵抗化した。アンドープAlGaAs混
晶のキャリア濃度が1×1018cm-3以上の場合、50
0ppbの酸素を添加すると、高抵抗化する。
キャリア濃度が1×1016cm-3付近である場合は、1
0ppb以上の酸素を添加すると高抵抗化したが、4×
1017cm-3程度の場合は、30〜280ppbの酸素
を添加すると高抵抗化した。アンドープAlGaAs混
晶のキャリア濃度が1×1018cm-3以上の場合、50
0ppbの酸素を添加すると、高抵抗化する。
【0017】なお、アンドープ層でV/III比の制御の
みで高抵抗AlGaAs混晶エピタキシャル層を得よう
とし場合、アルシン流量は3SLM以上の流量を必要と
する事がわかった。これは、本発明を採用しない場合と
比べるとアルシン原料を10倍以上必要とすることにな
り、本発明の有用性がアルシン原料の消費量からも実証
された。
みで高抵抗AlGaAs混晶エピタキシャル層を得よう
とし場合、アルシン流量は3SLM以上の流量を必要と
する事がわかった。これは、本発明を採用しない場合と
比べるとアルシン原料を10倍以上必要とすることにな
り、本発明の有用性がアルシン原料の消費量からも実証
された。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
p型AlGaAs混晶エピタキシャル層中に、成長中に
気相中へ極微量の酸素を添加することによって、酸素を
ドープすることにより酸素が深いドナー準位を形成し、
p型伝導性を司る浅いアクセプタ準位を電気的に補償
し、高抵抗AlGaAs混晶エピタキシャル層を容易に
作製できる。高抵抗AlGaAs混晶エピタキシャル層
を得るために、従来方法では高いV/III比条件を必要
していたのに対して、本発明では低いV/III比で達成
可能であり効果的である。
p型AlGaAs混晶エピタキシャル層中に、成長中に
気相中へ極微量の酸素を添加することによって、酸素を
ドープすることにより酸素が深いドナー準位を形成し、
p型伝導性を司る浅いアクセプタ準位を電気的に補償
し、高抵抗AlGaAs混晶エピタキシャル層を容易に
作製できる。高抵抗AlGaAs混晶エピタキシャル層
を得るために、従来方法では高いV/III比条件を必要
していたのに対して、本発明では低いV/III比で達成
可能であり効果的である。
【図1】本発明の方法により成長したAlGaAs混晶
の、酸素添加量とリーク電流の関係を示すグラフであ
る。
の、酸素添加量とリーク電流の関係を示すグラフであ
る。
【図2】AlGaAs混晶のキャリア濃度と、V/III
比の関係を示すグラフである。
比の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【請求項1】AlとGaとのそれぞれの有機化合物とA
sH3とを原料とする有機金属気相成長法によりAlG
aAs混晶を基板上へ成長する気相成長法において、意
図的には酸素を添加しないで成長したAlGaAs混晶
のp型キャリア濃度がp=1×1015cm-3以上でかつ
p=1×1018cm-3以下である場合に、キャリアガス
中にモル分率として10ppb〜500ppbの範囲の
酸素を添加することにより、高抵抗のAlGaAs混晶
エピタキシャル層を得ることを特徴とする化合物半導体
の気相成長法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3044846A JP2725462B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 化合物半導体の気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3044846A JP2725462B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 化合物半導体の気相成長法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04280897A JPH04280897A (ja) | 1992-10-06 |
JP2725462B2 true JP2725462B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=12702845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3044846A Expired - Fee Related JP2725462B2 (ja) | 1991-03-11 | 1991-03-11 | 化合物半導体の気相成長法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2725462B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5427623B2 (ja) * | 2009-01-28 | 2014-02-26 | 住友化学株式会社 | 半導体基板の製造方法および半導体基板 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01115191A (ja) * | 1987-10-28 | 1989-05-08 | Nec Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-03-11 JP JP3044846A patent/JP2725462B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04280897A (ja) | 1992-10-06 |
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FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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