JP2793239B2 - 化合物半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
化合物半導体薄膜の製造方法Info
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- JP2793239B2 JP2793239B2 JP8358789A JP8358789A JP2793239B2 JP 2793239 B2 JP2793239 B2 JP 2793239B2 JP 8358789 A JP8358789 A JP 8358789A JP 8358789 A JP8358789 A JP 8358789A JP 2793239 B2 JP2793239 B2 JP 2793239B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、有機金属位相成長法（MOCVD法）を用いて
化合物半導体薄膜を成長する方法に係わり、特に導電型
がｐ型であるGaAs又はAlGaAs層を成長する化合物半導体
薄膜の製造方法に関する。
化合物半導体薄膜を成長する方法に係わり、特に導電型
がｐ型であるGaAs又はAlGaAs層を成長する化合物半導体
薄膜の製造方法に関する。
（従来の技術） 従来、III−Ｖ族化合物半導体をMOCVD法で成長する
際、ｐ型のドーパントとしてBe,Zn,Mg,Cd等が使用され
ている。これらのうち、Beは高濃度のドーピングが可能
であるが、極めて強い毒性を有する。Zn,Mg及びCdは蒸
気圧が高く、高温成長でドーピング効率が低下したり、
配管壁に付着した原料ガスが遅れて取り込まれるメモリ
ー効果があり、急峻なドーピングプロファイルが得られ
ない問題がある。
際、ｐ型のドーパントとしてBe,Zn,Mg,Cd等が使用され
ている。これらのうち、Beは高濃度のドーピングが可能
であるが、極めて強い毒性を有する。Zn,Mg及びCdは蒸
気圧が高く、高温成長でドーピング効率が低下したり、
配管壁に付着した原料ガスが遅れて取り込まれるメモリ
ー効果があり、急峻なドーピングプロファイルが得られ
ない問題がある。
また、ＣはIII−Ｖ族化合物半導体に対するアクセプ
タになり、良好な電気特性を持つことが知られている。
しかし、MOCVD法でＣをドーピングするための適当なド
ーパント材料は報告されていない。従って、高キャリア
濃度のｐ型GaAs,AlGaAsを使う半導体素子をMOCVD法で製
造することは極めて困難であった。
タになり、良好な電気特性を持つことが知られている。
しかし、MOCVD法でＣをドーピングするための適当なド
ーパント材料は報告されていない。従って、高キャリア
濃度のｐ型GaAs,AlGaAsを使う半導体素子をMOCVD法で製
造することは極めて困難であった。
一方、新たなドーパント材料を用いることなくＣをド
ーピングする方法として、MOCVD法でGaAsを成長する際
に、原料ガスとしてトリメチルガリウム（TMG）とアル
シン（AsH3）とを用い、これらのガスを交互に切り替え
て供給する方法が提案されている。しかし、この方法で
は、２種のガスを頻繁に切り替えるために、ガス供給系
に設けられたバルブ等に大きな負担がかかる。さらに、
一方のガスの供給を停止してから反応炉内からこれを十
分排気した後に、他方のガスを供給する必要があるた
め、２種のガスの切り替え時間が長くなり、これが薄膜
の成長速度を低下させる要因となっている。
ーピングする方法として、MOCVD法でGaAsを成長する際
に、原料ガスとしてトリメチルガリウム（TMG）とアル
シン（AsH3）とを用い、これらのガスを交互に切り替え
て供給する方法が提案されている。しかし、この方法で
は、２種のガスを頻繁に切り替えるために、ガス供給系
に設けられたバルブ等に大きな負担がかかる。さらに、
一方のガスの供給を停止してから反応炉内からこれを十
分排気した後に、他方のガスを供給する必要があるた
め、２種のガスの切り替え時間が長くなり、これが薄膜
の成長速度を低下させる要因となっている。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、GaAs,AlGaAsのｐ型不純物としては
Ｃが有効であるが、MOCVD法でＣをドーピングするため
の適当なドーパント材料はないのが現状である。さら
に、TMGとAsH3とを交互に供給してｐ型のGaAsを成長す
る方法では、ガスの頻繁な切り替えのために装置にかか
る負担が重くなり、成長速度も低下する等の問題があっ
た。このため、高キャリア濃度のｐ型AlGaAs,GaAsを使
う半導体素子をMOCVD法で製造することは極めて困難で
あった。
Ｃが有効であるが、MOCVD法でＣをドーピングするため
の適当なドーパント材料はないのが現状である。さら
に、TMGとAsH3とを交互に供給してｐ型のGaAsを成長す
る方法では、ガスの頻繁な切り替えのために装置にかか
る負担が重くなり、成長速度も低下する等の問題があっ
た。このため、高キャリア濃度のｐ型AlGaAs,GaAsを使
う半導体素子をMOCVD法で製造することは極めて困難で
あった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、装置に掛かる負担の増大や成長速
度の低下等を招くことなく、MOCVD法により成長薄膜に
Ｃを高濃度に且つ制御性良くドーピングすることがで
き、高キャリア濃度のｐ型GaAs,AlGaAsを使う半導体素
子の実現に有効な化合物半導体薄膜の製造方法を提供す
ることにある。
目的とするところは、装置に掛かる負担の増大や成長速
度の低下等を招くことなく、MOCVD法により成長薄膜に
Ｃを高濃度に且つ制御性良くドーピングすることがで
き、高キャリア濃度のｐ型GaAs,AlGaAsを使う半導体素
子の実現に有効な化合物半導体薄膜の製造方法を提供す
ることにある。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の電子は、MOCVD法で新たなドーパント材料を
加えることなく、原料ガスを適当に選択することによ
り、高キャリア濃度のGaAs,AlGaAsを成長することにあ
る。
加えることなく、原料ガスを適当に選択することによ
り、高キャリア濃度のGaAs,AlGaAsを成長することにあ
る。
即ち本発明は、化合物半導体基板を収容した反応炉内
に有機金属原料ガスを供給し、有機金属気相成長法によ
り該基板上にGaAs又はAlGaAs等を成長させる化合物半導
体薄膜の製造方法において、III族原料ガスとしてトリ
メチルガリウム（TMG）及びトリメチルアルミニウム（T
MA）の少なくとも１種を用い、Ｖ族原料ガスとしてアル
シン（AsH3）を用い、且つIII族原料とＶ族原料とのモ
ル比（V/III）を１〜2.5に設定し、これらの原料ガスを
前記反応炉内に中断することなく連続して供給し、前記
基板上にキャリア濃度が1018〜1020cm-3程度のｐ型のGa
As又はAlGaAsを成長形成するようにした方法である。
に有機金属原料ガスを供給し、有機金属気相成長法によ
り該基板上にGaAs又はAlGaAs等を成長させる化合物半導
体薄膜の製造方法において、III族原料ガスとしてトリ
メチルガリウム（TMG）及びトリメチルアルミニウム（T
MA）の少なくとも１種を用い、Ｖ族原料ガスとしてアル
シン（AsH3）を用い、且つIII族原料とＶ族原料とのモ
ル比（V/III）を１〜2.5に設定し、これらの原料ガスを
前記反応炉内に中断することなく連続して供給し、前記
基板上にキャリア濃度が1018〜1020cm-3程度のｐ型のGa
As又はAlGaAsを成長形成するようにした方法である。
（作用） 本発明によれば、TMG若しくはTMAの熱分解反応により
生成されるＣが成長層に取り込まれ、アクセプタ準位が
形成される。成長中のAsH3とTMG,TMAとのモル比と成長
温度を選択することで、ｐ型AlGaAs,GaAsのキャリア濃
度を再現性良く制御できる。該成長工程は、連続的に行
われるために、バルブの開閉により発生するバルブ故障
は成長工程を含めても一切増加しない。また、ドーピン
グ用に新たな材料を用いないので、メモリ効果はなく、
該成長層以外の成長層に何等影響を与えない。従って、
急峻なドーピングプロファイルを実現でき、半導体装置
を製造する上で極めて有益である。
生成されるＣが成長層に取り込まれ、アクセプタ準位が
形成される。成長中のAsH3とTMG,TMAとのモル比と成長
温度を選択することで、ｐ型AlGaAs,GaAsのキャリア濃
度を再現性良く制御できる。該成長工程は、連続的に行
われるために、バルブの開閉により発生するバルブ故障
は成長工程を含めても一切増加しない。また、ドーピン
グ用に新たな材料を用いないので、メモリ効果はなく、
該成長層以外の成長層に何等影響を与えない。従って、
急峻なドーピングプロファイルを実現でき、半導体装置
を製造する上で極めて有益である。
また、このような成長工程を使うことによって、従来
MOCVD法では困難であった高キャリア濃度のｐ型GaAs,Al
GaAs層を含む半導体素子が製造される。これらの半導体
装置では、急峻なキャリア濃度分布が得られ、良好な素
子特性が実現される。
MOCVD法では困難であった高キャリア濃度のｐ型GaAs,Al
GaAs層を含む半導体素子が製造される。これらの半導体
装置では、急峻なキャリア濃度分布が得られ、良好な素
子特性が実現される。
なお、III族原料とＶ族原料とのモル比（V/III）を１
〜2.5に設定した理由は、次の通りである。従来、これ
らの原料ガスを用いる方法では、モル比が20〜200程度
に設定されており、これよりもモル比を小さくすると成
長結晶の表面が荒れると考えられていた。しかし、本発
明者等の実験によれば、上記モル比を小さく（10以下）
にすると僅かに表面荒れが発生するが、Ｃの取り込まれ
は大きくなる。さらに、モル比を十分に小さく（2.5以
下程度）すると、表面荒れは逆に少なくなり、しかもＣ
の取り込まれが急峻に増大することが判明した。
〜2.5に設定した理由は、次の通りである。従来、これ
らの原料ガスを用いる方法では、モル比が20〜200程度
に設定されており、これよりもモル比を小さくすると成
長結晶の表面が荒れると考えられていた。しかし、本発
明者等の実験によれば、上記モル比を小さく（10以下）
にすると僅かに表面荒れが発生するが、Ｃの取り込まれ
は大きくなる。さらに、モル比を十分に小さく（2.5以
下程度）すると、表面荒れは逆に少なくなり、しかもＣ
の取り込まれが急峻に増大することが判明した。
ここで、一般的に超高速素子のｐ型低抵抗層として必
要とされるｐ型のキャリア濃度は１×1018〜×1020cm-3
であり、これを達成するための条件は、III族原料とＶ
族原料とのモル比を１〜2.5にすればよいことが確認さ
れた。
要とされるｐ型のキャリア濃度は１×1018〜×1020cm-3
であり、これを達成するための条件は、III族原料とＶ
族原料とのモル比を１〜2.5にすればよいことが確認さ
れた。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例方法に使用したMOCVD装置
を示す概略構成図である。図中11は反応容器であり、こ
の反応容器11内には回転軸12に支持されたグラファイト
製サセプタ13が設置され、このサセプタ13上に単結晶Ga
As基板14が載置されている。サセプタ13は高周波コイル
15により加熱され、基板14を適当な温度に保持する。
を示す概略構成図である。図中11は反応容器であり、こ
の反応容器11内には回転軸12に支持されたグラファイト
製サセプタ13が設置され、このサセプタ13上に単結晶Ga
As基板14が載置されている。サセプタ13は高周波コイル
15により加熱され、基板14を適当な温度に保持する。
キャリアガスはガスライン18に供給されると共に、マ
スフローコントローラ41,42,43を介して、恒温層21,22,
23により所定の温度に保たれたTMG,TMA,TMIを収容して
いるバブラ31,32,33にそれぞれ供給される。バブラ31,3
2,33を通過したキャリアガスは、ガスライン18を流れる
キャリアガスと混合され、反応容器11の上部に設けられ
たガス導入口16を介して反応容器11内に導入される。そ
して、反応容器11内のガスは、ガス排気口18を介して排
気されるものとなっている。
スフローコントローラ41,42,43を介して、恒温層21,22,
23により所定の温度に保たれたTMG,TMA,TMIを収容して
いるバブラ31,32,33にそれぞれ供給される。バブラ31,3
2,33を通過したキャリアガスは、ガスライン18を流れる
キャリアガスと混合され、反応容器11の上部に設けられ
たガス導入口16を介して反応容器11内に導入される。そ
して、反応容器11内のガスは、ガス排気口18を介して排
気されるものとなっている。
また、ガスライン18には、AsH3及びシランガス（Si
H4）がマスフローコントローラ44,45を介してそれぞれ
供給されるものとなっている。なお、図中19はガスの供
給・停止を切り替えるバルブを示している。
H4）がマスフローコントローラ44,45を介してそれぞれ
供給されるものとなっている。なお、図中19はガスの供
給・停止を切り替えるバルブを示している。
このように構成された装置において、TMG,TMA蒸気とA
sH3ガスが混合されたキャリアガスを反応容器11内に導
入すると、基板14上で熱分解が生じ、GaAs,AlGaAs層が
成長する。
sH3ガスが混合されたキャリアガスを反応容器11内に導
入すると、基板14上で熱分解が生じ、GaAs,AlGaAs層が
成長する。
キャリアガスとしてH2を10流し、TMGバブラ21に流
すH2流量を15sccmとして、AsH3流量を変えてGaAs基板14
上にGaAs層を１μｍ成長した。成長層の電気的特性を測
定したところｐ型を示し、正孔濃度は成長温度とAsH3と
TMGのモル比Ｒに対して、第２図に示したように１×10
18〜８×1019cm-3で連続的に変化した。干渉顕微鏡で表
面観察したところ、成長結晶表面は平らな鏡面状態であ
った。第３図に成長速度の成長温度,AsH3/TMGモル比依
存性を示す。これにより、成長温度とモル比で成長速度
特定でき、膜厚の制御が可能となる。なお、第２図及び
第３図は良好な再現性を示した。
すH2流量を15sccmとして、AsH3流量を変えてGaAs基板14
上にGaAs層を１μｍ成長した。成長層の電気的特性を測
定したところｐ型を示し、正孔濃度は成長温度とAsH3と
TMGのモル比Ｒに対して、第２図に示したように１×10
18〜８×1019cm-3で連続的に変化した。干渉顕微鏡で表
面観察したところ、成長結晶表面は平らな鏡面状態であ
った。第３図に成長速度の成長温度,AsH3/TMGモル比依
存性を示す。これにより、成長温度とモル比で成長速度
特定でき、膜厚の制御が可能となる。なお、第２図及び
第３図は良好な再現性を示した。
また、TMGと同時にH2で希釈したTMAを流すことで、同
じく鏡面状態を持つｐ型AlGaAsを成長した。AlGaAsにお
いても成長温度とAsH3流量を変えることで、１×1018〜
１×1020cm-3の正孔濃度を再現性良く制御できた。
じく鏡面状態を持つｐ型AlGaAsを成長した。AlGaAsにお
いても成長温度とAsH3流量を変えることで、１×1018〜
１×1020cm-3の正孔濃度を再現性良く制御できた。
ここで、モル比に対する正孔濃度の変化を調べたとこ
ろ、第４図に示す結果が得られた。従来の20以上のモル
比では、キャリア濃度は１×1014cm-3程度しか得られて
いないのに対し、モル比を３以下にすると格段に大きい
キャリア濃度が得れた。さらに、成長温度Tsを低くする
ほど、キャリア濃度はより高くなる。良好な結晶成長が
得られる温度500〜700℃でモル比に対するキャリア濃度
を測定したところ、例えば成長温度Ts＝500℃，モル比
Ｒ＝１でキャリア濃度１×1020cm-3が得られ、Ts＝700
℃,R＝１若しくはTs＝520℃,R＝2.5でキャリア濃度１×
1018cm-3が得られた。従って、半導体素子に用いられる
ｐ型GaAs,AlGaAsとして要求される１×1018〜１×1029c
m-3のキャリア濃度を達成するには、モル比を１〜2.5に
設定すればよいことになる。また、モル比がこの範囲を
大きくずれると、成長結晶の表面荒れが生じることも確
認されている。
ろ、第４図に示す結果が得られた。従来の20以上のモル
比では、キャリア濃度は１×1014cm-3程度しか得られて
いないのに対し、モル比を３以下にすると格段に大きい
キャリア濃度が得れた。さらに、成長温度Tsを低くする
ほど、キャリア濃度はより高くなる。良好な結晶成長が
得られる温度500〜700℃でモル比に対するキャリア濃度
を測定したところ、例えば成長温度Ts＝500℃，モル比
Ｒ＝１でキャリア濃度１×1020cm-3が得られ、Ts＝700
℃,R＝１若しくはTs＝520℃,R＝2.5でキャリア濃度１×
1018cm-3が得られた。従って、半導体素子に用いられる
ｐ型GaAs,AlGaAsとして要求される１×1018〜１×1029c
m-3のキャリア濃度を達成するには、モル比を１〜2.5に
設定すればよいことになる。また、モル比がこの範囲を
大きくずれると、成長結晶の表面荒れが生じることも確
認されている。
本実施例方法を用いて、第５図に示すヘテロバイポー
ラトランジスタを形成した。なお、図中50は半絶縁性Ga
As基板、51はアンドープGaAsバッファ層、52はn-−GaAs
コレクタ層、53はp+−GaAsベース層、54はアンドープGa
Asスペーサ層、55はｎ−Al0.3Ga0.7Asエミッタ層、56は
n+−GaAs層、57はn+−InGaAsオーミックコンタクト層、
58はp+−AlxGa1-xAs（ｘ＝０→0.3）ベース層、59はAlG
aAsスペーサ層を示している。
ラトランジスタを形成した。なお、図中50は半絶縁性Ga
As基板、51はアンドープGaAsバッファ層、52はn-−GaAs
コレクタ層、53はp+−GaAsベース層、54はアンドープGa
Asスペーサ層、55はｎ−Al0.3Ga0.7Asエミッタ層、56は
n+−GaAs層、57はn+−InGaAsオーミックコンタクト層、
58はp+−AlxGa1-xAs（ｘ＝０→0.3）ベース層、59はAlG
aAsスペーサ層を示している。
第５図（ａ）の例において、GaAsベース層53以外のIn
GaAs,AlGaAs,GaAs層51,52,54,〜,57は、AsH3流量を400s
ccm,成長温度680℃で成長した。ベースGaAs層53は、成
長温度を550℃,AsH3流量を10sccmで成長した。第５図
（ｂ）の例においては、ベースAlGaAs層58を形成する際
に、成長温度,AsH3流量,TMGバブラへのH2ガス流量は
（ａ）と同じであり、これに加えてTMAバブラに流すH2
流量を連続的に変化させ、組成傾斜AlGaAs層58を成長し
た。（ａ）（ｂ）両方の構造を用いてヘテロバイポーラ
トランジスタを製造したところ、良好なDC特性が確認さ
れた。
GaAs,AlGaAs,GaAs層51,52,54,〜,57は、AsH3流量を400s
ccm,成長温度680℃で成長した。ベースGaAs層53は、成
長温度を550℃,AsH3流量を10sccmで成長した。第５図
（ｂ）の例においては、ベースAlGaAs層58を形成する際
に、成長温度,AsH3流量,TMGバブラへのH2ガス流量は
（ａ）と同じであり、これに加えてTMAバブラに流すH2
流量を連続的に変化させ、組成傾斜AlGaAs層58を成長し
た。（ａ）（ｂ）両方の構造を用いてヘテロバイポーラ
トランジスタを製造したところ、良好なDC特性が確認さ
れた。
第６図は本発明に基づいて成長した別の化合物半導体
装置の例である。この構造はｐチャンネルHEMTを形成す
るものであり、図中60は半絶縁性GaAs基板、61はアンド
ープGaAsバッフア層、62はアンドープAl0.3Ga0.7Asスペ
ーサ層、63はp+−Al0.3Ga0.7As正孔供給層、64はアンド
ープGaAs層を示している。第６図の構造のうち、ｐ型Al
GaAs正孔供給層63をAsH3とIII族元素の原料TMG及びTMA
との供給モル比を１〜2,成長温度を550〜620℃の範囲内
で成長した。その結果、良好な鏡面状の表面が得られ、
またトランジスタ特性を測定したところ良好なDC特性が
確認された。
装置の例である。この構造はｐチャンネルHEMTを形成す
るものであり、図中60は半絶縁性GaAs基板、61はアンド
ープGaAsバッフア層、62はアンドープAl0.3Ga0.7Asスペ
ーサ層、63はp+−Al0.3Ga0.7As正孔供給層、64はアンド
ープGaAs層を示している。第６図の構造のうち、ｐ型Al
GaAs正孔供給層63をAsH3とIII族元素の原料TMG及びTMA
との供給モル比を１〜2,成長温度を550〜620℃の範囲内
で成長した。その結果、良好な鏡面状の表面が得られ、
またトランジスタ特性を測定したところ良好なDC特性が
確認された。
かくして本実施例方法によれば、MOCVD法により、ｐ
型GaAs又はAlGaAs層を成長するに際して、キャリア濃度
が１×1018〜１×1020cm-3の領域で所望のドーピングプ
ロファイルを有するｐ型層を制御性良く成長することが
できる。このため、高いキャリア濃度を必要とするｐ型
のGaAs,AlGaAsを含む半導体素子を簡単に製造できる。
また、ｐ型層は連続成長で形成され、ガス切り替えのた
めの特殊なバルブ操作を一切含まないので、装置に対し
て何等負荷がかからない。さらに、ｐ型ドーパントとし
て新たな原料ガスを用いないので、装置の特に配管系統
の不純物汚染がなく、高純度な成長層が実現される利点
がある。
型GaAs又はAlGaAs層を成長するに際して、キャリア濃度
が１×1018〜１×1020cm-3の領域で所望のドーピングプ
ロファイルを有するｐ型層を制御性良く成長することが
できる。このため、高いキャリア濃度を必要とするｐ型
のGaAs,AlGaAsを含む半導体素子を簡単に製造できる。
また、ｐ型層は連続成長で形成され、ガス切り替えのた
めの特殊なバルブ操作を一切含まないので、装置に対し
て何等負荷がかからない。さらに、ｐ型ドーパントとし
て新たな原料ガスを用いないので、装置の特に配管系統
の不純物汚染がなく、高純度な成長層が実現される利点
がある。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。例えば、ヘテロバイポーラトランジスタ,pチャネ
ルHEMT以外にも、ｐ型GaAs,AlGaAs,AlAsを含む半導体レ
ーザ，ホットエレクトロントランジスタ等、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、各種半導体素子の製造に適用す
ることができる。
ない。例えば、ヘテロバイポーラトランジスタ,pチャネ
ルHEMT以外にも、ｐ型GaAs,AlGaAs,AlAsを含む半導体レ
ーザ，ホットエレクトロントランジスタ等、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、各種半導体素子の製造に適用す
ることができる。
次に、本発明の他の実施例について説明する。この実
施例は、Ｃをｐ型不純物元素として成長層に添加するた
めに、成長用基板上に供給するドーパント材料ガスとし
てアセチレンを用いたものである。
施例は、Ｃをｐ型不純物元素として成長層に添加するた
めに、成長用基板上に供給するドーパント材料ガスとし
てアセチレンを用いたものである。
第７図は本実施例に使用したMOCVD装置を示す概略構
成図である。図中71は管状の反応容器であり、この反応
容器71内には回転軸72に支持されたグラファイト製サセ
プタ73が設置され、このサセプタ73上に単結晶GaAs基板
74が載置されている。サセプタ73は高周波コイル75によ
り加熱され、基板74を適当な温度に保持する。
成図である。図中71は管状の反応容器であり、この反応
容器71内には回転軸72に支持されたグラファイト製サセ
プタ73が設置され、このサセプタ73上に単結晶GaAs基板
74が載置されている。サセプタ73は高周波コイル75によ
り加熱され、基板74を適当な温度に保持する。
キャリアガス（例えばH2）はガスライン18に供給され
ると共に、マスフローコントローラ81を介して、恒温層
82により所定の温度に保たれたTMGを収容しているバブ
ラ83に供給される。バブラ83を通過したガスは、ガスラ
イン18を流れるキャリアガスと混合され、反応容器71の
上部に設けられたガス導入口76を介して反応容器71内に
導入される。そして、反応容器71内のガスは、ガス排気
口77を介して排気されるものとなっている。また、ガス
ライン18には、アセチレンガス（C2H2）及びＶ族原料ガ
ス（例えばAsH3）がマスフローコントローラ84,85を介
して供給されるものとなっている。
ると共に、マスフローコントローラ81を介して、恒温層
82により所定の温度に保たれたTMGを収容しているバブ
ラ83に供給される。バブラ83を通過したガスは、ガスラ
イン18を流れるキャリアガスと混合され、反応容器71の
上部に設けられたガス導入口76を介して反応容器71内に
導入される。そして、反応容器71内のガスは、ガス排気
口77を介して排気されるものとなっている。また、ガス
ライン18には、アセチレンガス（C2H2）及びＶ族原料ガ
ス（例えばAsH3）がマスフローコントローラ84,85を介
して供給されるものとなっている。
上記のTMG蒸気とAsH3ガスが混合されたキャリアガス
を反応容器71内に導入すると、基板74上で熱分解反応が
生じ、GaAsエピタキシャル層が成長する。さらに、ｐ型
GaAs層を成長する場合には、水素ガスで希釈されたC2H2
ガスをマスフローコントローラを通して供給する。
を反応容器71内に導入すると、基板74上で熱分解反応が
生じ、GaAsエピタキシャル層が成長する。さらに、ｐ型
GaAs層を成長する場合には、水素ガスで希釈されたC2H2
ガスをマスフローコントローラを通して供給する。
第７図に示す装置を用い、キャリアガスとして水素を
用いてGaAs基板上にGaAsエピタキシャル層を成長させ
た。基板温度を800℃として、TMG蒸気の供給量を一定に
したまま、C2H2ガスの流量を変化させ、エピタキシャル
層を３μｍ成長させた。成長層の電気的特性を測定した
ところｐ型を示し、キャリア濃度はC2H2ガスの流量に比
例し、またAsH3ガスの流量に反比例して変化し、1018〜
1019cm-3の濃度範囲を再現性良く制御できることが判っ
た。また、ドーピングプロファイルも急峻であり、900
℃で１時間熱処理を行ってもドーピングプロファイルの
変化は僅かであり、拡散係数が小さいことが判った。
用いてGaAs基板上にGaAsエピタキシャル層を成長させ
た。基板温度を800℃として、TMG蒸気の供給量を一定に
したまま、C2H2ガスの流量を変化させ、エピタキシャル
層を３μｍ成長させた。成長層の電気的特性を測定した
ところｐ型を示し、キャリア濃度はC2H2ガスの流量に比
例し、またAsH3ガスの流量に反比例して変化し、1018〜
1019cm-3の濃度範囲を再現性良く制御できることが判っ
た。また、ドーピングプロファイルも急峻であり、900
℃で１時間熱処理を行ってもドーピングプロファイルの
変化は僅かであり、拡散係数が小さいことが判った。
このような良好なドーピンク特性は、デバイス構造を
作る上で有益である。TMG蒸気は供給せず、少量のAsH3
ガスとC2H2ガスを供給する場合には、成長は起こらず、
表面に炭素のみが取り込まれる。TMG蒸気を再供給し、
成長を再開すると、表面上の炭素が平面上に成長膜中に
残存し、ごく薄い領域に高濃度ドーピングが実現でき
る。
作る上で有益である。TMG蒸気は供給せず、少量のAsH3
ガスとC2H2ガスを供給する場合には、成長は起こらず、
表面に炭素のみが取り込まれる。TMG蒸気を再供給し、
成長を再開すると、表面上の炭素が平面上に成長膜中に
残存し、ごく薄い領域に高濃度ドーピングが実現でき
る。
［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、MOCVD法で化合
物半導体を成長する際に、III族原料としてのTMG,TMAと
Ｖ族原料としてのAsH3とのモル比を最適に設定し、且つ
これらを連続的に供給することにより、新たなドーパン
ト材料を用いることなく、高キャリア濃度（１×1018〜
１×1020cm-3）のｐ型GaAs,AlGaAsを成長することがで
きる。従って、装置に掛かる負担の増大や成長速度の低
下等を招くことなく、MOCVD法により成長薄膜にＣを高
濃度に且つ制御性良くドーピングすることができ、高キ
ャリア濃度のｐ型GaAs,AlGaAsを使う半導体素子の実現
に有効である。
物半導体を成長する際に、III族原料としてのTMG,TMAと
Ｖ族原料としてのAsH3とのモル比を最適に設定し、且つ
これらを連続的に供給することにより、新たなドーパン
ト材料を用いることなく、高キャリア濃度（１×1018〜
１×1020cm-3）のｐ型GaAs,AlGaAsを成長することがで
きる。従って、装置に掛かる負担の増大や成長速度の低
下等を招くことなく、MOCVD法により成長薄膜にＣを高
濃度に且つ制御性良くドーピングすることができ、高キ
ャリア濃度のｐ型GaAs,AlGaAsを使う半導体素子の実現
に有効である。
第１図は本発明の一実施例方法に使用したMOCVD装置を
示す概略構成図、第２図乃至第６図はそれぞれ上記実施
例方法を説明するためのもので、第２図は成長温度と正
孔濃度との関係を示す特性図、第３図は成長温度と成長
速度との関係を示す特性図、第４図はモル比と正孔濃度
との関係を示す特性図、第５図及び第６図は同実施例方
法により作成した半導体素子を示す断面図、第７図は本
発明の他の実施例方法に使用したMOCVD装置を示す概略
構成図である。 11……反応容器、 12……回転軸、 13……サセプタ、 14……単結晶GaAs基板、 15……高周波コイル、 16……ガス導入口、 17……ガス排気口、 18……ガスライン、 19……バルブ、 21,〜,23……恒温層、 31,〜,33……バブラ、 41,〜,45……マスフローコントローラ。
示す概略構成図、第２図乃至第６図はそれぞれ上記実施
例方法を説明するためのもので、第２図は成長温度と正
孔濃度との関係を示す特性図、第３図は成長温度と成長
速度との関係を示す特性図、第４図はモル比と正孔濃度
との関係を示す特性図、第５図及び第６図は同実施例方
法により作成した半導体素子を示す断面図、第７図は本
発明の他の実施例方法に使用したMOCVD装置を示す概略
構成図である。 11……反応容器、 12……回転軸、 13……サセプタ、 14……単結晶GaAs基板、 15……高周波コイル、 16……ガス導入口、 17……ガス排気口、 18……ガスライン、 19……バルブ、 21,〜,23……恒温層、 31,〜,33……バブラ、 41,〜,45……マスフローコントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−56960（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−223100（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−198116（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−54424（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−167417（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−89566（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/205 C30B 29/42
Claims (3)
- 【請求項１】化合物半導体基板を収容した反応炉内に有
機金属原料ガスを供給し、有機金属気相成長法により該
基板上に化合物半導体薄膜を成長させる際に、 III族原料ガスとしてトリメチルガリウム及びトリメチ
ルアルミニウムの少なくとも１種を用い、Ｖ族原料ガス
としてアルシンを用い、且つIII族原料とＶ族原料との
モル比（V/III）を１〜2.5に設定し、これらの原料ガス
を前記反応炉内に供給し、前記基板上にIII族元素とし
てのGa及びAlの少なくとも１種を含み、Ｖ族元素として
Asを含むｐ型の化合物半導体薄膜を成長形成することを
特徴とする化合物半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項２】前記成長されるｐ型の化合物半導体薄膜
は、GaAs又はAlGaAsからなり、キャリア濃度が１×1018
〜１×1020cm-3であることを特徴とする請求項１記載の
化合物半導体薄膜の製造方法。 - 【請求項３】前記化合物半導体薄膜の成長時の基板温度
を、500〜700℃に保持したことを特徴とする請求項１又
は２記載の化合物半導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8358789A JP2793239B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 化合物半導体薄膜の製造方法 |
| EP90303352A EP0390552B1 (en) | 1989-03-31 | 1990-03-29 | Method of manufacturing compound semiconductor thin film |
| DE69024246T DE69024246T2 (de) | 1989-03-31 | 1990-03-29 | Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichthalbleiterlegierung |
| US07/501,781 US5168077A (en) | 1989-03-31 | 1990-03-29 | Method of manufacturing a p-type compound semiconductor thin film containing a iii-group element and a v-group element by metal organics chemical vapor deposition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8358789A JP2793239B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 化合物半導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02262332A JPH02262332A (ja) | 1990-10-25 |
| JP2793239B2 true JP2793239B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=13806626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8358789A Expired - Lifetime JP2793239B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 化合物半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2793239B2 (ja) |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP8358789A patent/JP2793239B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02262332A (ja) | 1990-10-25 |
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