JP2992757B2 - ドーピング方法 - Google Patents
ドーピング方法Info
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- JP2992757B2 JP2992757B2 JP63246256A JP24625688A JP2992757B2 JP 2992757 B2 JP2992757 B2 JP 2992757B2 JP 63246256 A JP63246256 A JP 63246256A JP 24625688 A JP24625688 A JP 24625688A JP 2992757 B2 JP2992757 B2 JP 2992757B2
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- Japan
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- doping
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ドープした化合物半導体を得るためのドー
ピング方法に関する。
ピング方法に関する。
前記ドーピング方法は、光電子用デバイス，高速電子
用デバイスの製造方法として近時重視されてきている。
これはIII−Ｖ族有機金属を含む成長原料ガスをドーピ
ングガスと共に反応炉内の高温の基板に供給して熱分解
させ、該熱分解に伴う反応生成物を基板面上に堆積させ
て成長膜を形成し、ドープした化合物半導体を得るもの
である。
用デバイスの製造方法として近時重視されてきている。
これはIII−Ｖ族有機金属を含む成長原料ガスをドーピ
ングガスと共に反応炉内の高温の基板に供給して熱分解
させ、該熱分解に伴う反応生成物を基板面上に堆積させ
て成長膜を形成し、ドープした化合物半導体を得るもの
である。
この化合物半導体としては、表面に鏡面が得られ、か
つ界面が急峻な成長膜であることが望ましい。そこで従
来は、前記ドーピング方法を実施するに当り、良好な成
長膜を形成するために、基板の温度，成長原料ガスとド
ーピングガスの混合ガスの流量、成長原料ガスに対する
ドーピングガスの流量比等を精密に制御していた。
つ界面が急峻な成長膜であることが望ましい。そこで従
来は、前記ドーピング方法を実施するに当り、良好な成
長膜を形成するために、基板の温度，成長原料ガスとド
ーピングガスの混合ガスの流量、成長原料ガスに対する
ドーピングガスの流量比等を精密に制御していた。
また、基板としては、シリコン等のダイヤモンド型結
晶，サファイア等の六方晶型結晶あるいはガリウム砒素
（GaAs），インジウム隣（InP）等の閃亜鉛鉱型結晶を
切り出して得ているが、一般的には、閃亜鉛鉱型結晶の
（100）面、または、（100）２゜オフ＜110＞面の基板
を用いると、経験的に基板上に形成された成長膜の表面
が鏡面になり易いことから、これらの面を有する基板を
用いてドーピングを実施していた。
晶，サファイア等の六方晶型結晶あるいはガリウム砒素
（GaAs），インジウム隣（InP）等の閃亜鉛鉱型結晶を
切り出して得ているが、一般的には、閃亜鉛鉱型結晶の
（100）面、または、（100）２゜オフ＜110＞面の基板
を用いると、経験的に基板上に形成された成長膜の表面
が鏡面になり易いことから、これらの面を有する基板を
用いてドーピングを実施していた。
尚、第１図乃至第３図に示す如く、（100）２゜オフ
＜110＞面基板とは、結晶体Ｃの（100）面上で＜110＞
面方向に２度傾斜させて切り出した基板を示すものであ
る。一般には、方向角αと切り出し角βを定めることに
より基板の状態が定められ、方向角αが45゜,90゜の如
く45゜単位の時には、特定の低指数面方向を指す。
＜110＞面基板とは、結晶体Ｃの（100）面上で＜110＞
面方向に２度傾斜させて切り出した基板を示すものであ
る。一般には、方向角αと切り出し角βを定めることに
より基板の状態が定められ、方向角αが45゜,90゜の如
く45゜単位の時には、特定の低指数面方向を指す。
また、結晶体Ｃからの基板の切り出し方法は、周知の
方法にて行うことができるので詳述はしないが、図から
明らかなように、方向角αは０〜360゜の範囲で、ま
た、切り出し角βは一般に０〜10゜の範囲で任意に選択
でき、ほとんど無限の表面状態の基板を得ることができ
る。
方法にて行うことができるので詳述はしないが、図から
明らかなように、方向角αは０〜360゜の範囲で、ま
た、切り出し角βは一般に０〜10゜の範囲で任意に選択
でき、ほとんど無限の表面状態の基板を得ることができ
る。
ところが、これらの基板は、従来行われていたドーピ
ングを伴わないエピタキシャル成長法において、良好な
鏡面状成長膜を得ることができるように切り出した基板
であって、ドーピングを実施する基板としては最適とは
いえなかった。
ングを伴わないエピタキシャル成長法において、良好な
鏡面状成長膜を得ることができるように切り出した基板
であって、ドーピングを実施する基板としては最適とは
いえなかった。
ドーピングを行うに際しては、前記反応生成物が基板
上に堆積する状態として、ステップフローの状態で堆積
する場合と、２次元核発生の状態で堆積する場合とがあ
ることが知られている。
上に堆積する状態として、ステップフローの状態で堆積
する場合と、２次元核発生の状態で堆積する場合とがあ
ることが知られている。
第４図は、上記ステップフロー状態での堆積を例示し
た基板Ｐの表面の拡大図で、熱分解により微小粒子とな
った反応生成物１は、基板面のテラス２に落下した後、
レッジ3,キンク４に吸引されてここに付着し、該レッジ
3,キンク４がテラス２上を被うように成長していくもの
である。このステップフロー状態での堆積は、基板Ｐの
温度が比較的高いときに生じ、このようにして形成され
た成長膜は表面に鏡面が得られ、また、レーザーなどの
発光素子用として発光強度が強くなるという長所があ
る。しかしながら、高温での気相成長のため、熱拡散し
易く、このため界面がダレて急峻な界面が得られない不
都合がある。
た基板Ｐの表面の拡大図で、熱分解により微小粒子とな
った反応生成物１は、基板面のテラス２に落下した後、
レッジ3,キンク４に吸引されてここに付着し、該レッジ
3,キンク４がテラス２上を被うように成長していくもの
である。このステップフロー状態での堆積は、基板Ｐの
温度が比較的高いときに生じ、このようにして形成され
た成長膜は表面に鏡面が得られ、また、レーザーなどの
発光素子用として発光強度が強くなるという長所があ
る。しかしながら、高温での気相成長のため、熱拡散し
易く、このため界面がダレて急峻な界面が得られない不
都合がある。
第５図は、基板Ｐの温度が低いときに生ずる２次元核
発生状態での堆積の例で、テラス２に落下した反応生成
物１は、テラス２上で凝縮しつつ成長する。このように
して形成された成長膜は、熱拡散が少ないので急峻な界
面が得られるが、成長膜表面が粗くなり、ヒロックも生
じ易くなって鏡面状態が得られず品質が低下する。
発生状態での堆積の例で、テラス２に落下した反応生成
物１は、テラス２上で凝縮しつつ成長する。このように
して形成された成長膜は、熱拡散が少ないので急峻な界
面が得られるが、成長膜表面が粗くなり、ヒロックも生
じ易くなって鏡面状態が得られず品質が低下する。
さらに、成長原料ガスに対するドーピングガスの流量
比が、ある程度以下に減少すると正孔濃度の急低下が生
じ、しかもその原因は不明とされてきた。
比が、ある程度以下に減少すると正孔濃度の急低下が生
じ、しかもその原因は不明とされてきた。
例えば、GaAs基板上に、トリメチルガリウムとアルシ
ンとからなるGaAs成長原料ガスに、ドーピングガスとし
てジメチルカドミウムを混合したものを用いてCdのドー
ピングを行う場合、反応炉の温度を720℃としたままで
は、２×1015〜1016［cm-3］の正孔濃度の成長膜を得る
ことでができなかった。この範囲の正孔濃度の成長膜を
得ようとした場合、基板の温度を下げてドーピングを実
施することにより可能であるが、このようにして得た成
長膜の表面は、上述のごとく粗くなり、品質の低下がよ
り著しくなる不都合があった。
ンとからなるGaAs成長原料ガスに、ドーピングガスとし
てジメチルカドミウムを混合したものを用いてCdのドー
ピングを行う場合、反応炉の温度を720℃としたままで
は、２×1015〜1016［cm-3］の正孔濃度の成長膜を得る
ことでができなかった。この範囲の正孔濃度の成長膜を
得ようとした場合、基板の温度を下げてドーピングを実
施することにより可能であるが、このようにして得た成
長膜の表面は、上述のごとく粗くなり、品質の低下がよ
り著しくなる不都合があった。
このように、基板の温度，ガスの状態等のドーピング
条件を制御してドーピングを実施するのみでは、良好な
成長膜を得るのが非常に困難であった。
条件を制御してドーピングを実施するのみでは、良好な
成長膜を得るのが非常に困難であった。
そこで、本発明者は、このような実情に鑑み、鋭意研
究の結果、基板面のステップの異方性が反応生成物の基
板上への堆積に大きな影響を有することを見い出し、本
発明を完成させるに至った。
究の結果、基板面のステップの異方性が反応生成物の基
板上への堆積に大きな影響を有することを見い出し、本
発明を完成させるに至った。
本発明のドーピング方法は、閃亜鉛鉱型結晶の（10
0）面から最も近い＜111＞Ａ面方向へのみの傾け角を有
する基板上に、III−Ｖ族有機金属を含む成長原料ガス
をドーピングガスと共に供給し、前記基板上に成長膜を
形成してドープした化合物半導体を得ることを特徴とし
ている。
0）面から最も近い＜111＞Ａ面方向へのみの傾け角を有
する基板上に、III−Ｖ族有機金属を含む成長原料ガス
をドーピングガスと共に供給し、前記基板上に成長膜を
形成してドープした化合物半導体を得ることを特徴とし
ている。
上記基板にドーピングを行うと、反応生成物が前述の
ステップフローの状態で基板上に堆積する傾向が高ま
り、基板の温度を従来より低くしてもステップフローの
状態で気相成長させることができる。従って、成長膜の
表面が鏡面で、かつ急峻な界面を有する成長膜を得るこ
とができ、幅広い範囲の正孔濃度を有する良好な成長膜
を容易に得ることができる。
ステップフローの状態で基板上に堆積する傾向が高ま
り、基板の温度を従来より低くしてもステップフローの
状態で気相成長させることができる。従って、成長膜の
表面が鏡面で、かつ急峻な界面を有する成長膜を得るこ
とができ、幅広い範囲の正孔濃度を有する良好な成長膜
を容易に得ることができる。
また、傾け角は、0.5゜以上６゜以下が実用的である
が、0.5゜未満あるいは６゜を越えた傾け角の場合でも
それなりの効果は得られる。
が、0.5゜未満あるいは６゜を越えた傾け角の場合でも
それなりの効果は得られる。
尚、上記基板以外のドーピング条件は、従来から行わ
れている一般的な方法及び装置により行うことができ
る。
れている一般的な方法及び装置により行うことができ
る。
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいてさらに詳
細に説明する。
細に説明する。
実施例 基板として、閃亜鉛鉱型結晶の（100）面から最も近
い＜111＞Ａ面方向へ２゜傾けて切出した（100）２゜オ
フ＜111＞Ａ面のGaAs基板を用意するとともに、原料と
なる混合ガスとして、トリメチルガリウム（TMGa）とア
ルシン（AsH3）とからなるGaAs成長原料ガスに、ドーピ
ングガスとしてジメチルカドミウム（DMCd）を種々の割
合で混合したものを用い、これを720℃に昇温した上記G
aAs基板に供給して気相成長を行った。
い＜111＞Ａ面方向へ２゜傾けて切出した（100）２゜オ
フ＜111＞Ａ面のGaAs基板を用意するとともに、原料と
なる混合ガスとして、トリメチルガリウム（TMGa）とア
ルシン（AsH3）とからなるGaAs成長原料ガスに、ドーピ
ングガスとしてジメチルカドミウム（DMCd）を種々の割
合で混合したものを用い、これを720℃に昇温した上記G
aAs基板に供給して気相成長を行った。
この結果、第６図に示す如き特性が得られた。即ち、
成長原料ガスに対するドーピングガスの流量比に応じて
成長膜中の正孔濃度もほぼ連続的に変化し、該流量比を
制御することによって所望の正孔濃度の成長膜を得るこ
とができた。しかもドーピング終了後の成長膜を調査し
た結果、成長膜の表面に鏡面が得られた。このことか
ら、本発明方法によれば、ほとんどの流量比でステップ
フローの状態で堆積することが判った。さらに、ドーピ
ング終了後の成長膜の界面は急峻であった。これは熱拡
散の少ない基板温度でステップフロー状態での気相成長
ができるからである。
成長原料ガスに対するドーピングガスの流量比に応じて
成長膜中の正孔濃度もほぼ連続的に変化し、該流量比を
制御することによって所望の正孔濃度の成長膜を得るこ
とができた。しかもドーピング終了後の成長膜を調査し
た結果、成長膜の表面に鏡面が得られた。このことか
ら、本発明方法によれば、ほとんどの流量比でステップ
フローの状態で堆積することが判った。さらに、ドーピ
ング終了後の成長膜の界面は急峻であった。これは熱拡
散の少ない基板温度でステップフロー状態での気相成長
ができるからである。
比較例 基板として、従来から多用されてきた閃亜鉛鉱型結晶
の（100）面の基板及び（100）２゜オフ＜110＞面の基
板を用いて、上記実施例と同じ温度及びガスの条件で気
相成長を行った。
の（100）面の基板及び（100）２゜オフ＜110＞面の基
板を用いて、上記実施例と同じ温度及びガスの条件で気
相成長を行った。
この結果、第７図に示す如き特性が得られた。
図から明らかな如く、いずれの基板を用いても、ある
程度の流量比までは、流量比の減少に伴って成長膜中の
正孔濃度もほぼ連続的に減少する（図中Ａ部分）が、流
量比が0.06より低下すると正孔濃度が急激に減少し（図
中Ｂ部分）、図の如き断絶部を有する特性になった。
程度の流量比までは、流量比の減少に伴って成長膜中の
正孔濃度もほぼ連続的に減少する（図中Ａ部分）が、流
量比が0.06より低下すると正孔濃度が急激に減少し（図
中Ｂ部分）、図の如き断絶部を有する特性になった。
このため基板の温度を720℃としたままでは、正孔濃
度が２×1015〜1016［cm-3］の成長膜を得ることができ
なかった。前記の如くドーピングによる気相成長では、
２つの異なった堆積状態があるが、この比較例の結果を
考究した結果、前記第７図のＡ部分は２次元核発生状態
で堆積であり、Ｂ部分での堆積はステップフロー状態で
の堆積であることが分った。またこれにより、成長原料
ガスに対するドーピングガスの流量比の変化によって反
応生成物の堆積状態が変化することも判明した。
度が２×1015〜1016［cm-3］の成長膜を得ることができ
なかった。前記の如くドーピングによる気相成長では、
２つの異なった堆積状態があるが、この比較例の結果を
考究した結果、前記第７図のＡ部分は２次元核発生状態
で堆積であり、Ｂ部分での堆積はステップフロー状態で
の堆積であることが分った。またこれにより、成長原料
ガスに対するドーピングガスの流量比の変化によって反
応生成物の堆積状態が変化することも判明した。
このように、Cdのドーピングの場合、本発明方法によ
れば、反応炉の温度を720℃としたままでは従来不可能
とされた２×1015〜1016［cm-3］の正孔濃度の成長膜を
得ることでができる。
れば、反応炉の温度を720℃としたままでは従来不可能
とされた２×1015〜1016［cm-3］の正孔濃度の成長膜を
得ることでができる。
尚、亜鉛（Zn）をドーピングする堆積の場合でも同様
の効果を生じ、一般的に他のドーピング成分の場合でも
同様の効果を期待することができる。
の効果を生じ、一般的に他のドーピング成分の場合でも
同様の効果を期待することができる。
以上説明したように、本発明は、閃亜鉛鉱型結晶の
（100）面から最も近い＜111＞Ａ面方向へのみの傾け角
を有する基板上に、III−Ｖ族有機金属を含む成長原料
ガスをドーピングガスと共に供給し、前記基板上に成長
膜を形成してドープした化合物半導体を得るようにした
ので、従来では２次元核発生状態での堆積になってしま
う低い温度でもステップフロー状態で反応生成物が堆積
する。したがって、熱拡散の影響を受けず急峻な界面が
得られる低い温度でも、成長膜の表面に鏡面が得られ、
良好な化合物半導体を製造することができる。そして特
にこれは分数層超格子構造の成長膜の成長の如くステッ
プフローの状態での成長が絶対的に必要な場合には極め
て有効である。さらに、成長原料ガスに対するドーピン
グガスの流量調整によって基板上に形成される成長膜中
の正孔濃度を直線的に連続して制御することができる。
（100）面から最も近い＜111＞Ａ面方向へのみの傾け角
を有する基板上に、III−Ｖ族有機金属を含む成長原料
ガスをドーピングガスと共に供給し、前記基板上に成長
膜を形成してドープした化合物半導体を得るようにした
ので、従来では２次元核発生状態での堆積になってしま
う低い温度でもステップフロー状態で反応生成物が堆積
する。したがって、熱拡散の影響を受けず急峻な界面が
得られる低い温度でも、成長膜の表面に鏡面が得られ、
良好な化合物半導体を製造することができる。そして特
にこれは分数層超格子構造の成長膜の成長の如くステッ
プフローの状態での成長が絶対的に必要な場合には極め
て有効である。さらに、成長原料ガスに対するドーピン
グガスの流量調整によって基板上に形成される成長膜中
の正孔濃度を直線的に連続して制御することができる。
第１図は結晶体の立体モデルの平面図、第２図は同じく
斜視図、第３図は同じく切断状態の説明図、第４図はス
テップフロー状態での堆積を示す説明図、第５図は２次
元核発生状態での堆積を示す説明図、第６図は本発明の
実施例の結果を示す図、第７図は比較例の結果を示す図
である。 １……反応生成物、２……テラス、３……レッジ、４…
…キンク、Ｃ……結晶体、Ｐ……基板、α……方向角、
β……切り出し角
斜視図、第３図は同じく切断状態の説明図、第４図はス
テップフロー状態での堆積を示す説明図、第５図は２次
元核発生状態での堆積を示す説明図、第６図は本発明の
実施例の結果を示す図、第７図は比較例の結果を示す図
である。 １……反応生成物、２……テラス、３……レッジ、４…
…キンク、Ｃ……結晶体、Ｐ……基板、α……方向角、
β……切り出し角
Claims (4)
- 【請求項１】閃亜鉛鉱型結晶の（100）面から最も近い
＜111＞Ａ面方向へのみの傾け角を有する基板上に、III
−Ｖ族有機金属を含む成長原料ガスをドーピングガスと
共に供給し、前記基板上に成長膜を形成してドープした
化合物半導体を得ることを特徴とするドーピング方法。 - 【請求項２】前記傾け角が0.5゜以上６゜以下であるこ
とを特徴とする請求項１記載のドーピング方法。 - 【請求項３】前記ドーピングガスは、カドミウムを含ん
でいることを特徴とする請求項１又は２記載のドーピン
グ方法。 - 【請求項４】前記ドーピングガスは、亜鉛を含んでいる
ことを特徴とする請求項１又は２記載のドーピング方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63246256A JP2992757B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | ドーピング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63246256A JP2992757B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | ドーピング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0294518A JPH0294518A (ja) | 1990-04-05 |
| JP2992757B2 true JP2992757B2 (ja) | 1999-12-20 |
Family
ID=17145818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63246256A Expired - Lifetime JP2992757B2 (ja) | 1988-09-30 | 1988-09-30 | ドーピング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2992757B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5389367A (en) * | 1977-01-18 | 1978-08-05 | Hitachi Cable Ltd | Substrate crystal for semiconductor epitaxial growth |
-
1988
- 1988-09-30 JP JP63246256A patent/JP2992757B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0294518A (ja) | 1990-04-05 |
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