JP2885435B2 - 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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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、有機金属気相成長法（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GaAlAs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GaAlAs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、
配管壁に付着したドーパント，原料ガスが遅れて取り込
まれるメモリー効果があり、急峻なドーピントプロファ
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、
配管壁に付着したドーパント，原料ガスが遅れて取り込
まれるメモリー効果があり、急峻なドーピントプロファ
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,GaAlAs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,GaAlAs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。
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。
（発明が解決しようとする課題） このように従来、GaAs,GaAlAs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GaAs,GaAlAs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GaAs,GaAlAs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,GaAlAs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,GaAlAs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） 本発明の骨子は、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ｐ型の化合物半導体薄膜を成長す
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ｐ型の化合物半導体薄膜を成長す
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ｐ型の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
てメチル基を有するアルキル化物を用い、Ｖ族原料ガス
として水素化物を用い、前記III族原料ガスとしてのア
ルキル化物のＣをｐ型不純物ドーパントとして利用し、
これ以外のｐ型不純物ドーパントを使用せず、且つ水素
化物の供給量に依存するＶ族供給律速成長により、化合
物半導体基板上に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を含み、さらにキャ
リア濃度が１×1018〜１×1020cm-3程度のｐ型化合物半
導体薄膜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ｐ型の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
てメチル基を有するアルキル化物を用い、Ｖ族原料ガス
として水素化物を用い、前記III族原料ガスとしてのア
ルキル化物のＣをｐ型不純物ドーパントとして利用し、
これ以外のｐ型不純物ドーパントを使用せず、且つ水素
化物の供給量に依存するＶ族供給律速成長により、化合
物半導体基板上に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を含み、さらにキャ
リア濃度が１×1018〜１×1020cm-3程度のｐ型化合物半
導体薄膜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（トリメチルガリウム）若しく
はTMA（トリメチルアルミニウム）が分解してGa若しく
はAlが成長薄膜中に取り込まれる際に、Ga若しくはAlが
メチル基であるCH3或いはCHx（ｘ＝０〜２）と結合した
状態にある反応生成種の基板表面濃度が高くなり、Ｃが
取り込まれ易くなる。薄膜中に取り込まれたＣはアクセ
プタ準位を形成する。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GaAs,GaAlAs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。
はTMA（トリメチルアルミニウム）が分解してGa若しく
はAlが成長薄膜中に取り込まれる際に、Ga若しくはAlが
メチル基であるCH3或いはCHx（ｘ＝０〜２）と結合した
状態にある反応生成種の基板表面濃度が高くなり、Ｃが
取り込まれ易くなる。薄膜中に取り込まれたＣはアクセ
プタ準位を形成する。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GaAs,GaAlAs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,Ga
AlAs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,Ga
AlAs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、本発明がＶ族供給律速成長によるのは、次の理
由による。
由による。
従来、TMG,TMA及びAsH3を原料ガスとしてGaAs,AlGaAs
薄膜を成長させる場合、V/IIIモル比は20〜150,基板温
度は600〜800℃程度に設定されていた。この場合の成長
は、Ｖ族供給量がIII族供給量に対して非常に多く、成
長薄膜の成長速度が、Ｖ族供給量には影響されず、III
族供給量にのみ比例する。そして従来、V/IIIモル比を2
0以下に小さくしていくと成長薄膜の表面が荒れてくる
ため、V/IIIモル比を20以下に小さくすることは通常行
われていなかった。
薄膜を成長させる場合、V/IIIモル比は20〜150,基板温
度は600〜800℃程度に設定されていた。この場合の成長
は、Ｖ族供給量がIII族供給量に対して非常に多く、成
長薄膜の成長速度が、Ｖ族供給量には影響されず、III
族供給量にのみ比例する。そして従来、V/IIIモル比を2
0以下に小さくしていくと成長薄膜の表面が荒れてくる
ため、V/IIIモル比を20以下に小さくすることは通常行
われていなかった。
しかし、本発明者等の実験によればV/IIIモル比を小
さくすると成長薄膜の表面荒れが発生するが、Ｃの成長
薄膜中への取り込まれ量が大きくなる。さらに、V/III
モル比を2.5以下と十分に小さくすると成長薄膜の表面
荒れは逆に少なくなり、しかもＣの取り込まれ量が急激
に増大することが判明した。そして、V/IIIモル比を小
さくした場合の成長は、従来と異なり、成長薄膜の成長
速度がＶ族供給量に比例するＶ族供給律速成長となるこ
とが判った。また、基板温度が450〜650℃,V/IIIモル比
が0.3〜2.5の範囲では、成長薄膜へのＣの取り込みが急
激に増加し、１×1018cm-3から１×1020cm-3の正孔濃度
を制御性良く得ることができる。
さくすると成長薄膜の表面荒れが発生するが、Ｃの成長
薄膜中への取り込まれ量が大きくなる。さらに、V/III
モル比を2.5以下と十分に小さくすると成長薄膜の表面
荒れは逆に少なくなり、しかもＣの取り込まれ量が急激
に増大することが判明した。そして、V/IIIモル比を小
さくした場合の成長は、従来と異なり、成長薄膜の成長
速度がＶ族供給量に比例するＶ族供給律速成長となるこ
とが判った。また、基板温度が450〜650℃,V/IIIモル比
が0.3〜2.5の範囲では、成長薄膜へのＣの取り込みが急
激に増加し、１×1018cm-3から１×1020cm-3の正孔濃度
を制御性良く得ることができる。
（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、恒温槽21,22,
23により所定の温度に保たれた、メチル基を有するアル
キル化物のTMG（トリメチルガリウム）,TMA（トリメチ
ルアルミニウム）,TMI（トリメチルインジウム）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
31,32,33を通過したキャリアガスは、ガスライン18を流
れるい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17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、恒温槽21,22,
23により所定の温度に保たれた、メチル基を有するアル
キル化物のTMG（トリメチルガリウム）,TMA（トリメチ
ルアルミニウム）,TMI（トリメチルインジウム）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
31,32,33を通過したキャリアガスは、ガスライン18を流
れるい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17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、水素化物のアルシン（As
H3）及びシランガス（SiH4）がマスフローコントラーラ
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。
H3）及びシランガス（SiH4）がマスフローコントラーラ
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,GaAlAs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,GaAlAs層が
成長する。
キャリアガスとしてはH2を用いて、反応管へのH2流量
5l,反応管内の圧力70Torrで成長を行った。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。この場合、［AsH3］
／［TMG］供給モル比Ｒを小さくして、成長薄膜の成長
速度がＶ族のAsH3の供給量のみに比例するＶ族供給律速
成長になるようにする。
5l,反応管内の圧力70Torrで成長を行った。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。この場合、［AsH3］
／［TMG］供給モル比Ｒを小さくして、成長薄膜の成長
速度がＶ族のAsH3の供給量のみに比例するＶ族供給律速
成長になるようにする。
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（450〜650℃）とAsH3とTMGのモル比
Ｒ（Ｒ＝0.3〜2.5）に対して、第２図に示したように１
×1018〜８×1019cm-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（Ｒ＝1.1,1.5,2.1,2.5）依存性を示す。これによ
り、成長温度とモル比で成長速度が特定でき、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。
孔濃度は成長温度（450〜650℃）とAsH3とTMGのモル比
Ｒ（Ｒ＝0.3〜2.5）に対して、第２図に示したように１
×1018〜８×1019cm-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（Ｒ＝1.1,1.5,2.1,2.5）依存性を示す。これによ
り、成長温度とモル比で成長速度が特定でき、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GaAlAsを成長した。GaAlAs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GaAlAsを成長した。GaAlAs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
キャリア濃度が得られた。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450〜650℃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−520℃，モル
比Ｒ＝0.75でキャリア濃度７×1018cm-3が得られ、Ts−
650℃,R＝1.5若しくはTs−550℃,R＝2.5でキャリア濃度
１×1018cm-3が得られた。また、TMGとTMAを同時に流し
たところ、例えば基板温度520℃,TMGとTMAの気相中ガス
組成比［TMA］／（［TMG］＋［TMA］）＝0.2,V/IIIモル
比〜0.8で、正孔濃度１×1020cm-3のAl0.07Ga0.93Asが
得られた。従って、半導体素子に用いられるｐ型のGaA
s,GaAlAsとして要求される１×1018〜１×1020cm-3のキ
ャリア濃度を達成するには、モル比を0.3〜2.5の範囲に
設定すればよいことになる。
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
キャリア濃度が得られた。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450〜650℃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−520℃，モル
比Ｒ＝0.75でキャリア濃度７×1018cm-3が得られ、Ts−
650℃,R＝1.5若しくはTs−550℃,R＝2.5でキャリア濃度
１×1018cm-3が得られた。また、TMGとTMAを同時に流し
たところ、例えば基板温度520℃,TMGとTMAの気相中ガス
組成比［TMA］／（［TMG］＋［TMA］）＝0.2,V/IIIモル
比〜0.8で、正孔濃度１×1020cm-3のAl0.07Ga0.93Asが
得られた。従って、半導体素子に用いられるｐ型のGaA
s,GaAlAsとして要求される１×1018〜１×1020cm-3のキ
ャリア濃度を達成するには、モル比を0.3〜2.5の範囲に
設定すればよいことになる。
第５図は成長速度,V/IIIモル比に対して、成長薄膜表
面状態を表わしたものである。V/IIIモル比が0.3〜2.5
の範囲を大きくずれると成長薄膜の表面荒れが生じるこ
とも確認されている。
面状態を表わしたものである。V/IIIモル比が0.3〜2.5
の範囲を大きくずれると成長薄膜の表面荒れが生じるこ
とも確認されている。
本発明に基づいた実施例で成長したｐ型GaAs層の少数
キャリアライフタイムを時間分解フォトルミネッセンス
強度測定法により測定したところ、ｐ型キャリア濃度２
×1019cm-3に対して600psecの値が得られた。この値は
他ドーパント，他成長法で成長した同一キャリア濃度の
ｐ型GaAsにおける少数キャリアライフタイム（例えば、
H.C.Casey and M.B.Panish,Heterostructure Lasers,p1
61,Academic Press,1978）に比較して同程度であり、本
発明に基づく成長薄膜の結晶品質が優れていることを示
している。
キャリアライフタイムを時間分解フォトルミネッセンス
強度測定法により測定したところ、ｐ型キャリア濃度２
×1019cm-3に対して600psecの値が得られた。この値は
他ドーパント，他成長法で成長した同一キャリア濃度の
ｐ型GaAsにおける少数キャリアライフタイム（例えば、
H.C.Casey and M.B.Panish,Heterostructure Lasers,p1
61,Academic Press,1978）に比較して同程度であり、本
発明に基づく成長薄膜の結晶品質が優れていることを示
している。
本実施例方法を用いて、第６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60は半絶縁性Ga
As基板、61はアンドープGaAsバッファ層、62はn-‐GaAs
コレクタ層、63はp+‐GaAsベース層、64はアンドープGa
Asスペーサ層、65はｎ−Al0.3Ga0.7Asエミッタ層、66は
n+‐GaAs層、67はn+‐InGaAsオーミックコンタクト層、
68はp+‐AlxGa1-xAs（ｘ＝０→0.3）ベース層、69はGaA
lAs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60は半絶縁性Ga
As基板、61はアンドープGaAsバッファ層、62はn-‐GaAs
コレクタ層、63はp+‐GaAsベース層、64はアンドープGa
Asスペーサ層、65はｎ−Al0.3Ga0.7Asエミッタ層、66は
n+‐GaAs層、67はn+‐InGaAsオーミックコンタクト層、
68はp+‐AlxGa1-xAs（ｘ＝０→0.3）ベース層、69はGaA
lAsスペーサ層を示している。
第６図（ａ）の例において、GaAsベース層63以外のIn
GaAs,GaAlAs,GaAs層61,62,64,〜,67は、AsH3流量を400s
ccm,成長温度680℃で成長した。ベースp+‐GaAs層63
は、成長温度を550℃，AsH3流量を10sccm,TMG流量を13.
05sccm,モル比Ｒ＝１で成長した。第６図（ｂ）の例に
おいては、ベーズGaAlAs層68を形成する際に、成長温
度，AsH3流量及びTMGバブラへのH2ガス流量は（ａ）の
場合と同じであり、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GaAlAs層68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,GaAlAs,GaAs層61,62,64,〜,67は、AsH3流量を400s
ccm,成長温度680℃で成長した。ベースp+‐GaAs層63
は、成長温度を550℃，AsH3流量を10sccm,TMG流量を13.
05sccm,モル比Ｒ＝１で成長した。第６図（ｂ）の例に
おいては、ベーズGaAlAs層68を形成する際に、成長温
度，AsH3流量及びTMGバブラへのH2ガス流量は（ａ）の
場合と同じであり、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GaAlAs層68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７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チャネルHEMTを形成する
ものであり、図中70は半絶縁性GaAs基板、71はアンドー
プGaAsバッファ層、72はアンドープAl0.3Ga0.7Asスペー
サ層、73はp+‐Al0.3Ga0.7As正孔供給層、74はアンドー
プGaAs層を示している。第７図の構造のうち、ｐ型GaAl
As正孔供給層73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チャネルHEMTを形成する
ものであり、図中70は半絶縁性GaAs基板、71はアンドー
プGaAsバッファ層、72はアンドープAl0.3Ga0.7Asスペー
サ層、73はp+‐Al0.3Ga0.7As正孔供給層、74はアンドー
プGaAs層を示している。第７図の構造のうち、ｐ型GaAl
As正孔供給層73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GaAlAs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,GaAlAs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GaAlAs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,GaAlAs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。
さらに次に、高濃度にドーピングされた薄いｐ型ベー
ス層を有するヘテロバイポーラトランジスタの実施例を
説明する。
ス層を有するヘテロバイポーラトランジスタの実施例を
説明する。
この実施例では、第８図に示すように（100）方位のG
aAs基板80上にアンドープのGaAsバッファ層81、n+‐GaA
sコンタクト層（Si＝４×1018cm-3）82、ｎ−GaAsコレ
クタ層（Si＝７×1016cm-3）83、p+‐GaAsベース層（ホ
ール濃度:5×1019cm-3）84、ｎ−In0.1Al0.36Ga0.54As
エミッタ層（Si＝５×1017cm-3）85、ｎ−Al0.3Ga0.7As
エミッタ層（Si＝５×1017cm-3）86、n+‐GaAsコンタク
ト層（Si＝４×1018cm-3）87が、TMG,TMA,TMI,DMZ,As
H3，SiH4を原料とするMOCVD法により、順次積層形成さ
れている。p+‐GaAsベース層84の厚さは800Åであり、
このうちコレクタ側600ÅがZnで、エミッタ側200ÅがＣ
でドーピングされている。従来、GaAsベース層のｐ型不
純物はZnのみからなり、そのためZnの拡散によりエミッ
タがｎ型からｐ型に反転するのを防ぐため、p+‐GaAsベ
ース層とｎ−Al0.3Ga0.7Asエミッタ層との間にアンドー
プGaAs層が設けられていたが、この実施例ではこのスペ
ーサ層に相当する部分をＣでドーピングしてある。SIMS
によりＣ原子の深さ方向の分布を測定したところ、ｎ−
Al0.3Ga0.7Asエミッタ層86側に僅かに拡散しているが、
デバイスDC特性を調べたところ、良好な特性が得られオ
ン電圧も正常であった。このことは、Ｃが拡散している
にも拘らず、ヘテロ接合とpn接合が設計値にできている
ことを示している。
aAs基板80上にアンドープのGaAsバッファ層81、n+‐GaA
sコンタクト層（Si＝４×1018cm-3）82、ｎ−GaAsコレ
クタ層（Si＝７×1016cm-3）83、p+‐GaAsベース層（ホ
ール濃度:5×1019cm-3）84、ｎ−In0.1Al0.36Ga0.54As
エミッタ層（Si＝５×1017cm-3）85、ｎ−Al0.3Ga0.7As
エミッタ層（Si＝５×1017cm-3）86、n+‐GaAsコンタク
ト層（Si＝４×1018cm-3）87が、TMG,TMA,TMI,DMZ,As
H3，SiH4を原料とするMOCVD法により、順次積層形成さ
れている。p+‐GaAsベース層84の厚さは800Åであり、
このうちコレクタ側600ÅがZnで、エミッタ側200ÅがＣ
でドーピングされている。従来、GaAsベース層のｐ型不
純物はZnのみからなり、そのためZnの拡散によりエミッ
タがｎ型からｐ型に反転するのを防ぐため、p+‐GaAsベ
ース層とｎ−Al0.3Ga0.7Asエミッタ層との間にアンドー
プGaAs層が設けられていたが、この実施例ではこのスペ
ーサ層に相当する部分をＣでドーピングしてある。SIMS
によりＣ原子の深さ方向の分布を測定したところ、ｎ−
Al0.3Ga0.7Asエミッタ層86側に僅かに拡散しているが、
デバイスDC特性を調べたところ、良好な特性が得られオ
ン電圧も正常であった。このことは、Ｃが拡散している
にも拘らず、ヘテロ接合とpn接合が設計値にできている
ことを示している。
この実施例で特徴とするのは、ｎ−AlGaAsエミッタ層
86とp+‐GaAsベース層84の間にInを含む層、即ちInGaAs
層或いはAlGaInAs層を新たに加え、またp+‐GaAsベース
層の少なくとも一部にＣをｐ型ドーパントとして使う点
にある。Ｃは両性元素であり、GaAs,AlGaAs中では略100
％の活性化率でアクセプタとなる。一方、InGaAs,InAlG
aAsではＣはドナーとなり易くなる。従って、Ｃがドー
パントとして高濃度にドーピングされているAlGaAs又は
GaAsに、ｎ型のInAlGaAs又はInGaAsが隣接して積層され
ている構造において、AlGaAs又はGaAs層からＣが拡散し
たとしても、Inを含む層ではｎ型となることからpn接合
の位置がずれることはない。このように、ヘテロバイポ
ーラトランジスタのエミッタ層のベース側の一部をInAl
GaAsとするとか、又はGaAsベース層のエミッタ側の一部
をInGaAsにより形成することにより、エミッタ・ベース
ヘテロ界面とpn接合界面のずれを抑制することができ
る。
86とp+‐GaAsベース層84の間にInを含む層、即ちInGaAs
層或いはAlGaInAs層を新たに加え、またp+‐GaAsベース
層の少なくとも一部にＣをｐ型ドーパントとして使う点
にある。Ｃは両性元素であり、GaAs,AlGaAs中では略100
％の活性化率でアクセプタとなる。一方、InGaAs,InAlG
aAsではＣはドナーとなり易くなる。従って、Ｃがドー
パントとして高濃度にドーピングされているAlGaAs又は
GaAsに、ｎ型のInAlGaAs又はInGaAsが隣接して積層され
ている構造において、AlGaAs又はGaAs層からＣが拡散し
たとしても、Inを含む層ではｎ型となることからpn接合
の位置がずれることはない。このように、ヘテロバイポ
ーラトランジスタのエミッタ層のベース側の一部をInAl
GaAsとするとか、又はGaAsベース層のエミッタ側の一部
をInGaAsにより形成することにより、エミッタ・ベース
ヘテロ界面とpn接合界面のずれを抑制することができ
る。
なお、Inを含む層の厚さは転位を発生する臨界厚さ以
下にすることにより、エミッタ・ベース接合界面での結
晶欠陥の生成を妨げることができる。
下にすることにより、エミッタ・ベース接合界面での結
晶欠陥の生成を妨げることができる。
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,GaAlAs,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,GaAlAs,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。
［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、［Ｖ族供給量］／［III族供
給量］のモル比を小さくしてＶ族供給律速成長させるこ
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,G
aAlAs等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、MOCV
D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,GaA
lAs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、［Ｖ族供給量］／［III族供
給量］のモル比を小さくしてＶ族供給律速成長させるこ
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,G
aAlAs等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、MOCV
D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,GaA
lAs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８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図は成長温度とモル比との
関係における成長薄膜の表面状態を示す特性図、第６図
乃至第８図はそれぞれ素子構造を示す断面図である。 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８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図は成長温度とモル比との
関係における成長薄膜の表面状態を示す特性図、第６図
乃至第８図はそれぞれ素子構造を示す断面図である。 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 (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/812
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族原料ガスとしてメチル基を有するアルキル化物を
用い、Ｖ族原料ガスとして水素化物を用い、前記III族
原料ガスとしてのアルキル化物のＣをｐ型不純物ドーパ
ントとして利用し、これ以外のｐ型不純物ドーパントを
使用せず、且つ成長速度が前記水素化物の供給量に依存
するＶ族供給律速成長となる条件で、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】前記化合物半導体薄膜の成長時の基板温度
を450〜650℃、Ｖ族原料とIII族原料との供給モル比を
0.3〜2.5の範囲内で設定す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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24892589A JP2885435B2 (ja) | 1989-09-25 | 1989-09-25 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP24892589A JP2885435B2 (ja) | 1989-09-25 | 1989-09-25 | 化合物半導体薄膜の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03110829A JPH03110829A (ja) | 1991-05-10 |
| JP2885435B2 true JP2885435B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=17185461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24892589A Expired - Fee Related JP2885435B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-09-25 | 化合物半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2885435B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6618415B1 (en) | 1999-08-31 | 2003-09-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and fabricating method thereof |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2692721B1 (fr) * | 1992-06-17 | 1995-06-30 | France Telecom | Procede de realisation de transistor bipolaire a heterojonction et transistor obtenu. |
| JP2004079574A (ja) | 2002-08-09 | 2004-03-11 | Sumitomo Chem Co Ltd | 化合物半導体ウェーハの製造方法及び化合物半導体素子 |
| WO2012056648A1 (ja) * | 2010-10-27 | 2012-05-03 | 住友化学株式会社 | 半導体基板、半導体基板の製造方法および垂直共振器面発光レーザ |
-
1989
- 1989-09-25 JP JP24892589A patent/JP2885435B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6618415B1 (en) | 1999-08-31 | 2003-09-09 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and fabricating method thereof |
| US6940884B2 (en) | 1999-08-31 | 2005-09-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and fabricating method thereof |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03110829A (ja) | 1991-05-10 |
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