JP2820174B2 - 半導体結晶成長法 - Google Patents
半導体結晶成長法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶成長法に関
する。さらに詳しくは、本発明は、有機金属気相成長(M
OVPE) 法によるＰを含む化合物半導体の結晶成長におけ
るドーピング方法に関する。
する。さらに詳しくは、本発明は、有機金属気相成長(M
OVPE) 法によるＰを含む化合物半導体の結晶成長におけ
るドーピング方法に関する。
【０００２】MOVPE 法は、成長結晶の膜厚、組成等の制
御性や均一性に優れ、大面積基板や多数枚基板への成長
が可能であることから、次世代の結晶成長法として実用
化が進められている。しかし、MOVPE 法のＶ族原料とし
て通常用いられているアルシン（AsH3) 、ホスフィン(P
H3) は強い毒性を持つ高圧ガスであるために危険性が高
く、このことが実用化の妨げとなっていた。
御性や均一性に優れ、大面積基板や多数枚基板への成長
が可能であることから、次世代の結晶成長法として実用
化が進められている。しかし、MOVPE 法のＶ族原料とし
て通常用いられているアルシン（AsH3) 、ホスフィン(P
H3) は強い毒性を持つ高圧ガスであるために危険性が高
く、このことが実用化の妨げとなっていた。
【０００３】安全性の向上を目的として、我々はこれま
でにＶ族原料として毒性の低い液体であるターシャリー
ブチルアルシン（ＴＢＡ）、ターシャリーブチルホスフ
ィン（ＴＢＰ）を用いて、InP, InGaAs およびInGaAsP
結晶の成長を行い、高純度の結晶を得ることに成功して
きた。半導体デバイスを作製するための成長技術として
は、さらに、ｐ型およびｎ型のドーピング技術を確立す
る必要がある。
でにＶ族原料として毒性の低い液体であるターシャリー
ブチルアルシン（ＴＢＡ）、ターシャリーブチルホスフ
ィン（ＴＢＰ）を用いて、InP, InGaAs およびInGaAsP
結晶の成長を行い、高純度の結晶を得ることに成功して
きた。半導体デバイスを作製するための成長技術として
は、さらに、ｐ型およびｎ型のドーピング技術を確立す
る必要がある。
【０００４】
【従来の技術】Ｖ族原料にＴＢＡを用いた成長における
ドーピングの例としては、GaAsへのｎ型ドーピングをジ
シラン（Si2H6)を用いて行ったものがあり、良好なドー
ピングが可能であることが報告されている。しかし、Ｖ
族原料にＴＢＰを用いた場合の報告はない。そこで、Ｖ
族原料としてＴＢＰを用い、ｎ型ドーパントとしてモノ
シラン（SiH4、Ｖ族原料としてPH3 を用いた成長におい
て通常用いられているドーパント) を用いてInP 結晶の
成長を試みた。この時の成長条件は、通常のPH3 を用い
ての減圧成長の条件と全く同じ (成長温度 600℃、成長
圧力７６Torr、キャリアガス流量６１／分、成長速度
1.2μｍ／時、Ｖ／III 比 200、SiH4流量 0.005cc／
分）であった。にもかかわらず、成長した結晶は、目的
とするような単結晶にならず、多結晶が堆積した。同じ
条件でPH3 を用いて成長した場合には、キャリア濃度
2.4×1018cm-3で欠陥の無い表面を持つ単結晶が得られ
る。両者の表面を比較した写真を図４に示す。また、上
記ＴＢＰを用いた成長において、SiH4の流量を0.0002cc
／分に減らすことにより単結晶が得られたが、その表面
には図５に示すように、多数のピット（小さな穴）が存
在し、良好な表面状態が得られないことがわかった。ま
た、この時のキャリア濃度は 6.8×1017cm-3であった。
ドーピングの例としては、GaAsへのｎ型ドーピングをジ
シラン（Si2H6)を用いて行ったものがあり、良好なドー
ピングが可能であることが報告されている。しかし、Ｖ
族原料にＴＢＰを用いた場合の報告はない。そこで、Ｖ
族原料としてＴＢＰを用い、ｎ型ドーパントとしてモノ
シラン（SiH4、Ｖ族原料としてPH3 を用いた成長におい
て通常用いられているドーパント) を用いてInP 結晶の
成長を試みた。この時の成長条件は、通常のPH3 を用い
ての減圧成長の条件と全く同じ (成長温度 600℃、成長
圧力７６Torr、キャリアガス流量６１／分、成長速度
1.2μｍ／時、Ｖ／III 比 200、SiH4流量 0.005cc／
分）であった。にもかかわらず、成長した結晶は、目的
とするような単結晶にならず、多結晶が堆積した。同じ
条件でPH3 を用いて成長した場合には、キャリア濃度
2.4×1018cm-3で欠陥の無い表面を持つ単結晶が得られ
る。両者の表面を比較した写真を図４に示す。また、上
記ＴＢＰを用いた成長において、SiH4の流量を0.0002cc
／分に減らすことにより単結晶が得られたが、その表面
には図５に示すように、多数のピット（小さな穴）が存
在し、良好な表面状態が得られないことがわかった。ま
た、この時のキャリア濃度は 6.8×1017cm-3であった。
【０００５】ＴＢＰは安全性に優れた原料であるが、上
記の如き欠点が生じるのは、ＴＢＰ（またはその分解生
成物）の反応性がPH3 に比べて大きいために、従来のPH
3 を用いた成長では見られなかったドーパントとＶ族原
料（ＴＢＰ）との間の気相反応が起こるためであると考
えられる。この問題はＴＢＰに特有の問題であり、これ
までこの問題が指摘されたことは無かった。
記の如き欠点が生じるのは、ＴＢＰ（またはその分解生
成物）の反応性がPH3 に比べて大きいために、従来のPH
3 を用いた成長では見られなかったドーパントとＶ族原
料（ＴＢＰ）との間の気相反応が起こるためであると考
えられる。この問題はＴＢＰに特有の問題であり、これ
までこの問題が指摘されたことは無かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】電子デバイス作製のた
めには単結晶の成長が不可欠であり、またピットのよう
な表面欠陥はデバイスの特性に著しい悪影響を与える。
本発明は、Ｖ族原料にＴＢＰを用いてのＰを含む化合物
半導体（InP, InGaAsP等) へのドーピングにおいて、反
応性の高いＴＢＰとドーパントとの間の気相反応を抑
え、表面欠陥の無い単結晶を得るための方法を提供する
ことを目的とする。
めには単結晶の成長が不可欠であり、またピットのよう
な表面欠陥はデバイスの特性に著しい悪影響を与える。
本発明は、Ｖ族原料にＴＢＰを用いてのＰを含む化合物
半導体（InP, InGaAsP等) へのドーピングにおいて、反
応性の高いＴＢＰとドーパントとの間の気相反応を抑
え、表面欠陥の無い単結晶を得るための方法を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記課
題を解決するため、 有機金属気相成長法により、Ｖ族
元素としてＰを含むIII −Ｖ族化合物半導体を、成長層
を構成するＰの原料としてターシャリーブチルホスフィ
ン（ＴＢＰ）を用いて成長し、成長中に前記半導体にド
ーパントガスを用いてドーピングを行うに際して、
題を解決するため、 有機金属気相成長法により、Ｖ族
元素としてＰを含むIII −Ｖ族化合物半導体を、成長層
を構成するＰの原料としてターシャリーブチルホスフィ
ン（ＴＢＰ）を用いて成長し、成長中に前記半導体にド
ーパントガスを用いてドーピングを行うに際して、
【数２】 （ここで、ｎは成長半導体のキャリア濃度であり、Ｔは
基板および基板近傍雰囲気の温度であり、ＰTBP0はＴＢ
Ｐまたはその分解生成物の平衡蒸気圧であり、ＰD0はド
ーパントまたはその分解生成物の平衡蒸気圧であり、Ｐ
0 は全圧であり、ｆ0 は総流量であり、ｆTBP はＴＢＰ
の流量である）が充足される条件で原料ガスおよびドー
パントガスを供給し、結晶成長を行うことを特徴とする
半導体結晶成長法が提供される。
基板および基板近傍雰囲気の温度であり、ＰTBP0はＴＢ
Ｐまたはその分解生成物の平衡蒸気圧であり、ＰD0はド
ーパントまたはその分解生成物の平衡蒸気圧であり、Ｐ
0 は全圧であり、ｆ0 は総流量であり、ｆTBP はＴＢＰ
の流量である）が充足される条件で原料ガスおよびドー
パントガスを供給し、結晶成長を行うことを特徴とする
半導体結晶成長法が提供される。
【０００８】有用なドーパントの例としては、モノシラ
ンの外に、ジシラン、硫化水素、ジエチルテルライド、
ジイソプロピルテルライド、ジエチルセレナイド、ジイ
ソプロピルセレナイド、ジエチルスルフィド、テトラエ
チル錫およびテトラメチル錫を挙げることができる。
ンの外に、ジシラン、硫化水素、ジエチルテルライド、
ジイソプロピルテルライド、ジエチルセレナイド、ジイ
ソプロピルセレナイド、ジエチルスルフィド、テトラエ
チル錫およびテトラメチル錫を挙げることができる。
【０００９】
【作用】多結晶成長やピット形成の原因としては、ＴＢ
Ｐ（またはその分解生成物）とドーパント (またはその
分解生成物) とが気相反応により固相核を形成し、基板
に付着することにより正常な単結晶成長を阻害すること
が考えられる。固相核の形成は、成長条件がある臨界条
件を超えた時にのみ起こり、臨界条件から外れた場合に
は全く起こらないものと考えられる。例えば、成長圧力
を例にとると、ＴＢＰ流量、ドーパントガス流量、成長
温度、キャリアガス流量および反応管形状に依存して決
まるところの固相核形成の臨界圧力が存在する。成長圧
力をこの圧力以下にすれば、固相核の形成は完全に抑制
される。臨界圧力を境として結晶の表面状態は急激に変
化するため、固相核の形成の有無は成長した結晶の表面
状態から容易に判断できる。臨界条件として考えるべき
要素には、成長圧力、成長温度、ＴＢＰ流量、キャリア
ガス流量およびＴＢＰ（またはその分解生成物）とドー
パント (またはその分解生成物) とのモル分率が挙げら
れる。
Ｐ（またはその分解生成物）とドーパント (またはその
分解生成物) とが気相反応により固相核を形成し、基板
に付着することにより正常な単結晶成長を阻害すること
が考えられる。固相核の形成は、成長条件がある臨界条
件を超えた時にのみ起こり、臨界条件から外れた場合に
は全く起こらないものと考えられる。例えば、成長圧力
を例にとると、ＴＢＰ流量、ドーパントガス流量、成長
温度、キャリアガス流量および反応管形状に依存して決
まるところの固相核形成の臨界圧力が存在する。成長圧
力をこの圧力以下にすれば、固相核の形成は完全に抑制
される。臨界圧力を境として結晶の表面状態は急激に変
化するため、固相核の形成の有無は成長した結晶の表面
状態から容易に判断できる。臨界条件として考えるべき
要素には、成長圧力、成長温度、ＴＢＰ流量、キャリア
ガス流量およびＴＢＰ（またはその分解生成物）とドー
パント (またはその分解生成物) とのモル分率が挙げら
れる。
【００１０】すなわち、固相核の形成を抑制するために
は、成長圧力、成長温度、ＴＢＰ流量、キャリアガス流
量およびＴＢＰ（またはその分解生成物）とドーパント
(またはその分解生成物) とのモル分率を制御するのが
有効であると考えられる。
は、成長圧力、成長温度、ＴＢＰ流量、キャリアガス流
量およびＴＢＰ（またはその分解生成物）とドーパント
(またはその分解生成物) とのモル分率を制御するのが
有効であると考えられる。
【００１１】また、このような手段を採ることにより、
気相核の発生を抑えることができても、肝心のInP 結晶
成長そのものに悪影響がでることが懸念されるが、電子
線、光、Ｘ線などにより結晶表面のみを励起することに
より、そのような悪影響を回避することができる。
気相核の発生を抑えることができても、肝心のInP 結晶
成長そのものに悪影響がでることが懸念されるが、電子
線、光、Ｘ線などにより結晶表面のみを励起することに
より、そのような悪影響を回避することができる。
【００１２】以下に、本発明の特徴についてさらに説明
する。いま、ＴＢＰ（気体）とドーパントＤ（気体）と
が反応して固体を生成する反応を考えると、自由エネル
ギー変化ΔＧとＴＢＰ、Ｄの平衡蒸気圧ＰTBP0、ＰD0の
間には、
する。いま、ＴＢＰ（気体）とドーパントＤ（気体）と
が反応して固体を生成する反応を考えると、自由エネル
ギー変化ΔＧとＴＢＰ、Ｄの平衡蒸気圧ＰTBP0、ＰD0の
間には、
【数３】 の関係が成り立つ（ここで、Ｒは気体定数であり、1.98
7 の値をとり、Ｔは基板および基板近傍雰囲気の温度で
ある）。ここで、自由エネルギー変化ΔＧは、エンタル
ピー変化ΔＨとエントロピー変化ΔＳを用いて、 ΔＧ＝ΔＨ−ΔＳＴ （３） のように表すことができるから、平衡蒸気圧の積ＰTBP0
・ＰD0は、
7 の値をとり、Ｔは基板および基板近傍雰囲気の温度で
ある）。ここで、自由エネルギー変化ΔＧは、エンタル
ピー変化ΔＨとエントロピー変化ΔＳを用いて、 ΔＧ＝ΔＨ−ΔＳＴ （３） のように表すことができるから、平衡蒸気圧の積ＰTBP0
・ＰD0は、
【数４】 のように表すことができる。しかして、気体ＴＢＰと気
体Ｄとの反応が実際に起こるのは、気体ＴＢＰと気体Ｄ
の分圧ＰTBP とＰD の積が平衡蒸気圧の積ＰTBP0・ＰD0
よりも大きくなった場合（ＰTBP ・ＰD ＞ＰTBP0・Ｐ
D0）である。
体Ｄとの反応が実際に起こるのは、気体ＴＢＰと気体Ｄ
の分圧ＰTBP とＰD の積が平衡蒸気圧の積ＰTBP0・ＰD0
よりも大きくなった場合（ＰTBP ・ＰD ＞ＰTBP0・Ｐ
D0）である。
【００１３】実際に反応が起こっているかどうかは、成
長した結晶の表面を観察することにより知ることができ
る。従って、温度をT1に固定して分圧積ＰTBP ・ＰD を
変化させ、結晶表面に変化の生じる境目の分圧積を求め
れば、これが温度T1における平衡蒸気圧の積ＰTBP0・Ｐ
D0（Ｔ＝T1）を与えることとなる。さらに、異なる温度
T2においても同様にＰTBP0・ＰD0（Ｔ＝T2）を求める。
このようにして、２つの温度における平衡蒸気圧の積Ｐ
TBP0・ＰD0が求まれば、前述の式によりΔＨおよびΔＳ
を求めることができ、よって任意の温度における平衡蒸
気圧の積を求めることができる。
長した結晶の表面を観察することにより知ることができ
る。従って、温度をT1に固定して分圧積ＰTBP ・ＰD を
変化させ、結晶表面に変化の生じる境目の分圧積を求め
れば、これが温度T1における平衡蒸気圧の積ＰTBP0・Ｐ
D0（Ｔ＝T1）を与えることとなる。さらに、異なる温度
T2においても同様にＰTBP0・ＰD0（Ｔ＝T2）を求める。
このようにして、２つの温度における平衡蒸気圧の積Ｐ
TBP0・ＰD0が求まれば、前述の式によりΔＨおよびΔＳ
を求めることができ、よって任意の温度における平衡蒸
気圧の積を求めることができる。
【００１４】いま、SiH4をドーパントとして用いた場合
を例として具体的に述べれば、成長温度 600℃におい
て、 成長圧力 ＰTBP ＰSiH4 ＰTBP ・ＰSiH4 反応の有無 ７６ 8.3×10-4 3.3×10-9 2.7×10-12 有 ２０ 2.2×10-4 4.4×10-9 9.7×10-13 無 であった。この結果より、ＰTBP0・ＰSiH4 0 は１〜２×
10-12 の値であることがわかる。また、 580℃において
上と同様の実験を行った結果、ＰTBP0・ＰSiH4 0 は 0.8
×10-12 であることがわかった。以上、２つの実験の結
果から、前述の式（４）を用いて△Ｈおよび△Ｓを求め
ることができ、これらの値は △Ｈ＝−4.65×103 〔cal/mol 〕 △Ｓ＝0.8272 〔cal/mol ・deg 〕 である。従って、ＰTBP0・ＰSiH4 0 は次式により与えら
れる。
を例として具体的に述べれば、成長温度 600℃におい
て、 成長圧力 ＰTBP ＰSiH4 ＰTBP ・ＰSiH4 反応の有無 ７６ 8.3×10-4 3.3×10-9 2.7×10-12 有 ２０ 2.2×10-4 4.4×10-9 9.7×10-13 無 であった。この結果より、ＰTBP0・ＰSiH4 0 は１〜２×
10-12 の値であることがわかる。また、 580℃において
上と同様の実験を行った結果、ＰTBP0・ＰSiH4 0 は 0.8
×10-12 であることがわかった。以上、２つの実験の結
果から、前述の式（４）を用いて△Ｈおよび△Ｓを求め
ることができ、これらの値は △Ｈ＝−4.65×103 〔cal/mol 〕 △Ｓ＝0.8272 〔cal/mol ・deg 〕 である。従って、ＰTBP0・ＰSiH4 0 は次式により与えら
れる。
【数５】
【００１５】上記の通り、固相核の形成すなわち気体Ｔ
ＢＰと気体Ｄとの反応が生じないためには、次式、 ＰTBP ・ＰD ≦ＰTBP0・ＰD0 （６） が充足されることが必要であり、そのような条件を満た
すための具体的な手段としては、成長温度を変えてＰTB
P0、ＰD0を変化させるか、または成長圧力、キャリアガ
ス流量、気体ＴＢＰおよびＤのモル分率などを変えてＰ
TBP 、ＰD を変化させることなどがある。もちろん、こ
の場合、キャリア濃度が所望の値になければならないこ
とは当然のことである。
ＢＰと気体Ｄとの反応が生じないためには、次式、 ＰTBP ・ＰD ≦ＰTBP0・ＰD0 （６） が充足されることが必要であり、そのような条件を満た
すための具体的な手段としては、成長温度を変えてＰTB
P0、ＰD0を変化させるか、または成長圧力、キャリアガ
ス流量、気体ＴＢＰおよびＤのモル分率などを変えてＰ
TBP 、ＰD を変化させることなどがある。もちろん、こ
の場合、キャリア濃度が所望の値になければならないこ
とは当然のことである。
【００１６】さらに説明すれば、ＴＢＰとドーパントの
分圧ＰTBP およびＰD は、全圧Ｐ0 、総流量ｆ0 、ＴＢ
Ｐの流量ｆTBP 、ドーパントの流量ｆD を用いて、
分圧ＰTBP およびＰD は、全圧Ｐ0 、総流量ｆ0 、ＴＢ
Ｐの流量ｆTBP 、ドーパントの流量ｆD を用いて、
【数６】
【数７】 のように書ける。いま、ｆTBP は一定と考えると、ドー
ピング可能な条件は、前記式（１）に式（２）および
（３）を代入して、
ピング可能な条件は、前記式（１）に式（２）および
（３）を代入して、
【数８】 となる。一方、キャリア濃度ｎはドーパント流量のα乗
に比例し、全圧Ｐ0 のβ乗に比例することから、
に比例し、全圧Ｐ0 のβ乗に比例することから、
【数９】 と書ける。ここで、η(T) は温度ＴとＩＩＩ族元素化合
物の流量ｆIII の関数でであり、
物の流量ｆIII の関数でであり、
【数１０】 となる。ここで、Ａ、Ｂ、αおよびβはドーパントの種
類により決まる定数であり、例えばモノシラン（SiH4）
の場合にはＡ＝2.400 ×1021、Ｂ＝−1.855 ×1024、α
＝1.2 、β＝1.6 である。また、ジシラン（Si2H6)の場
合はＡ＝9.60×1020、Ｂ＝−5.50×1023、α＝1.2 、β
＝1.6 であり、硫化水素（H2S)の場合Ａ＝8.39×1019、
Ｂ＝−7.75×1022、α＝１、β＝1.4 である。
類により決まる定数であり、例えばモノシラン（SiH4）
の場合にはＡ＝2.400 ×1021、Ｂ＝−1.855 ×1024、α
＝1.2 、β＝1.6 である。また、ジシラン（Si2H6)の場
合はＡ＝9.60×1020、Ｂ＝−5.50×1023、α＝1.2 、β
＝1.6 であり、硫化水素（H2S)の場合Ａ＝8.39×1019、
Ｂ＝−7.75×1022、α＝１、β＝1.4 である。
【００１７】しかして、式（４）および（５）より、ド
ーピング可能なキャリア濃度の温度Ｔおよび全圧Ｐ0 依
存性が、最終的に前記式（１）の如く求まる。なお、式
（１）において、温度依存性を持つ項は、η(T) と（Ｐ
TBP0・ＰD0）であり、それらの依存性は前記式（１１）
および（４）で与えられる。
ーピング可能なキャリア濃度の温度Ｔおよび全圧Ｐ0 依
存性が、最終的に前記式（１）の如く求まる。なお、式
（１）において、温度依存性を持つ項は、η(T) と（Ｐ
TBP0・ＰD0）であり、それらの依存性は前記式（１１）
および（４）で与えられる。
【００１８】ドーパントとしてSiH4を用いた場合につい
てさらに具体的に説明すれば、温度が一定の場合につい
て、ドーピング可能なキャリア濃度ｎと全圧Ｐ0 との関
係を模式的に図示すると図１の如くなる。図の斜線を付
した部分がドーピング可能なキャリア濃度の範囲であ
り、圧力が高いほど得られる最大キャリア濃度は小さく
なることがわかる。また、温度が高くなった場合には、
前記式（１）中のη(T)と（ＰTBP0・ＰD0）はともに大
きくなる（式（１１）および（４）参照）。従って、図
１における斜線は上にシフトし、点線に移る。これは、
温度が高いほど得られる最大キャリア濃度が大きくなる
ことを意味する。
てさらに具体的に説明すれば、温度が一定の場合につい
て、ドーピング可能なキャリア濃度ｎと全圧Ｐ0 との関
係を模式的に図示すると図１の如くなる。図の斜線を付
した部分がドーピング可能なキャリア濃度の範囲であ
り、圧力が高いほど得られる最大キャリア濃度は小さく
なることがわかる。また、温度が高くなった場合には、
前記式（１）中のη(T)と（ＰTBP0・ＰD0）はともに大
きくなる（式（１１）および（４）参照）。従って、図
１における斜線は上にシフトし、点線に移る。これは、
温度が高いほど得られる最大キャリア濃度が大きくなる
ことを意味する。
【００１９】実際の結晶成長において、圧力が低すぎた
り、温度が高すぎたりすると、結晶に十分なＶ族元素化
合物圧力がかけられなくなり、結晶の品質が劣化する。
しかして、現実的に好ましい成長条件は、温度５８０〜
６５０℃、圧力１０〜５０Torrである。
り、温度が高すぎたりすると、結晶に十分なＶ族元素化
合物圧力がかけられなくなり、結晶の品質が劣化する。
しかして、現実的に好ましい成長条件は、温度５８０〜
６５０℃、圧力１０〜５０Torrである。
【００２０】
【実施例】InP 結晶の成長において、SiH4をドーパント
として用いて、成長圧力を下げる方法を一実施例として
下記に示す。成長温度 600℃、成長圧力２０Torr(従来
は７６Torr) 、キャリアガス (水素) 流量６１／分、Ｔ
ＢＰ流量５０cc／分、トリメチルインジウム (ＴＭＩ、
Inの原料) 流量0.25cc／分で成長を行った。SiH4の流
量は 3.4×10-4cc／分から４×10-3cc／分まで変化させ
た。基板を昇温する時には、キャリアガスとＴＢＰを流
して基板からの脱燐を防ぐ。基板の温度が所定の成長温
度に達したところでＴＭＩとSiH4を流して成長を開始す
る。所望の時間成長を行った後、ＴＭＩとSiH4を止めて
温度を下げる。図２にこの時のｎ型キャリア濃度のSiH4
流量依存性を示す。最も高いキャリア濃度である３×10
18cm-3のドーピングをしたサンプルにおいても表面欠陥
のない単結晶が得られた。その表面写真を図３に示す。
７６Torrの成長ではより低いキャリア濃度の 6.8×1017
cm-3のドーピングでピットが発生していたこと (図５）
と比較して、成長圧力を下げる方法が有効であることが
わかる。
として用いて、成長圧力を下げる方法を一実施例として
下記に示す。成長温度 600℃、成長圧力２０Torr(従来
は７６Torr) 、キャリアガス (水素) 流量６１／分、Ｔ
ＢＰ流量５０cc／分、トリメチルインジウム (ＴＭＩ、
Inの原料) 流量0.25cc／分で成長を行った。SiH4の流
量は 3.4×10-4cc／分から４×10-3cc／分まで変化させ
た。基板を昇温する時には、キャリアガスとＴＢＰを流
して基板からの脱燐を防ぐ。基板の温度が所定の成長温
度に達したところでＴＭＩとSiH4を流して成長を開始す
る。所望の時間成長を行った後、ＴＭＩとSiH4を止めて
温度を下げる。図２にこの時のｎ型キャリア濃度のSiH4
流量依存性を示す。最も高いキャリア濃度である３×10
18cm-3のドーピングをしたサンプルにおいても表面欠陥
のない単結晶が得られた。その表面写真を図３に示す。
７６Torrの成長ではより低いキャリア濃度の 6.8×1017
cm-3のドーピングでピットが発生していたこと (図５）
と比較して、成長圧力を下げる方法が有効であることが
わかる。
【００２１】上記の如く、原料にトリメチルインジウム
(TMI) とターシャリブチルホスフィン(TBP) を用い、ド
ーパントにシラン(SiH4)を用いてｎ型にドーピングされ
たInP 結晶を成長する場合、キャリア濃度を決定する成
長条件としては、ＴＭＩ流量、ＴＢＰ流量、SiH4流量、
成長圧力(Pg)、成長温度(Tg)の５つが考えられる。５つ
の成長条件のうち、４つを固定し、１つの条件のみを変
化した場合に、キャリア濃度がどのように変化するかを
以下に述べる。
(TMI) とターシャリブチルホスフィン(TBP) を用い、ド
ーパントにシラン(SiH4)を用いてｎ型にドーピングされ
たInP 結晶を成長する場合、キャリア濃度を決定する成
長条件としては、ＴＭＩ流量、ＴＢＰ流量、SiH4流量、
成長圧力(Pg)、成長温度(Tg)の５つが考えられる。５つ
の成長条件のうち、４つを固定し、１つの条件のみを変
化した場合に、キャリア濃度がどのように変化するかを
以下に述べる。
【００２２】〔ＴＭＩ流量依存性〕ＴＭＩ流量とキャリ
ア濃度は反比例の関係にある。すなわち、ＴＭＩ流量を
２倍に増やすと、成長速度が２倍になり、それに伴って
キャリア濃度は半分に減少する。
ア濃度は反比例の関係にある。すなわち、ＴＭＩ流量を
２倍に増やすと、成長速度が２倍になり、それに伴って
キャリア濃度は半分に減少する。
【００２３】〔ＴＢＰ流量依存性〕ＴＢＰ流量を増やす
と、キャリア濃度は減少する。その様子を図６に示す。
と、キャリア濃度は減少する。その様子を図６に示す。
【００２４】〔SiH4流量依存性〕SiH4流量を増やすと、
キャリア濃度はほぼこれに比例して増加する (図２参
照）。
キャリア濃度はほぼこれに比例して増加する (図２参
照）。
【００２５】〔成長圧力依存性〕成長圧力(Pg)を高くす
ると、キャリア濃度はPgのほぼ２乗に比例して増加す
る。その様子を図７に示す。
ると、キャリア濃度はPgのほぼ２乗に比例して増加す
る。その様子を図７に示す。
【００２６】〔成長温度依存性〕成長温度(Tg)を高くす
ると、キャリア濃度は増加する。その様子を図８に示
す。
ると、キャリア濃度は増加する。その様子を図８に示
す。
【００２７】しかして、一般には、SiH4流量以外の成長
条件を固定し、SiH4流量を調節することにより、所望の
キャリア濃度を得るようにするのがよい。
条件を固定し、SiH4流量を調節することにより、所望の
キャリア濃度を得るようにするのがよい。
【００２８】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
安全なＶ族原料であるＴＢＰを用いた成長において、良
好なドーピングが可能となる。
安全なＶ族原料であるＴＢＰを用いた成長において、良
好なドーピングが可能となる。
【図１】ドーピング可能なキャリア濃度ｎと全圧Ｐ0 と
の関係を示す模式図示である。
の関係を示す模式図示である。
【図２】実施例において得られたSiH4流量とキャリア濃
度との関係を示すグラフである。
度との関係を示すグラフである。
【図３】実施例において得られた単結晶の表面写真であ
る。
る。
【図４】従来の方法で得られた単結晶の表面写真であ
る。
る。
【図５】本発明の比較例に相当する単結晶の表面写真で
ある。
ある。
【図６】実施例において得られたＴＢＰ流量とキャリア
濃度との関係を示すグラフである。
濃度との関係を示すグラフである。
【図７】実施例において得られた成長圧力とキャリア濃
度との関係を示すグラフである。
度との関係を示すグラフである。
【図８】実施例において得られた成長温度とキャリア濃
度との関係を示すグラフである。
度との関係を示すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項１】 有機金属気相成長法により、Ｖ族元素と
してＰを含むIII −Ｖ族化合物半導体を、成長層を構成
するＰの原料としてターシャリーブチルホスフィン（Ｔ
ＢＰ）を用いて成長し、成長中に前記半導体にドーパン
トガスを用いてドーピングを行うに際して、 【数１】 （ここで、ｎは成長半導体のキャリア濃度であり、Ｔは
基板および基板近傍雰囲気の温度であり、ＰTBP0はＴＢ
Ｐまたはその分解生成物の平衡蒸気圧であり、ＰD0はド
ーパントまたはその分解生成物の平衡蒸気圧であり、Ｐ
0 は全圧であり、ｆ0 は総流量であり、ｆTBP はＴＢＰ
の流量である）が充足される条件で原料ガスおよびドー
パントガスを供給し、結晶成長を行うことを特徴とする
半導体結晶成長法。 - 【請求項２】 ドーパントガスがモノシラン、ジシラン
または硫化水素ガスである、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 ドーパントガスがモノシランまたはジシ
ランであり、αが1.2 であり、βが１.6 である、請求
項２記載の方法。 - 【請求項４】 ドーパントガスが硫化水素であり、αが
1.0 であり、βが１.4 である、請求項２記載の方法。 - 【請求項５】 温度Ｔが５８０〜６５０℃である、請求
項１記載の方法。 - 【請求項６】 全圧Ｐ0 が１０〜５０Torrである、請求
項１記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10525792A JP2820174B2 (ja) | 1991-04-04 | 1992-04-01 | 半導体結晶成長法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15082091 | 1991-04-04 | ||
| JP3-150820 | 1991-04-04 | ||
| JP10525792A JP2820174B2 (ja) | 1991-04-04 | 1992-04-01 | 半導体結晶成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05170593A JPH05170593A (ja) | 1993-07-09 |
| JP2820174B2 true JP2820174B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=26445577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10525792A Expired - Fee Related JP2820174B2 (ja) | 1991-04-04 | 1992-04-01 | 半導体結晶成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2820174B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-01 JP JP10525792A patent/JP2820174B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05170593A (ja) | 1993-07-09 |
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