JP3109149B2 - 化合物半導体結晶成長方法 - Google Patents
化合物半導体結晶成長方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、有機金属気相成長法に
より、炭素ドープ化合物半導体結晶、例えばＧａＡｓ、
ＡｌＧａＡｓなどのIII−Ｖ族化合物半導体結晶を気相
成長させる方法に関するものである。
より、炭素ドープ化合物半導体結晶、例えばＧａＡｓ、
ＡｌＧａＡｓなどのIII−Ｖ族化合物半導体結晶を気相
成長させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）
は、有機金属化合物と金属水素化合物を、反応炉の中で
熱分解することにより、基板上に薄膜の単結晶を成長す
る方法である。この方法は、超薄膜の多層構造の形成が
容易であり、量産性も高いので、各種の化合物半導体デ
バイス用基板の作製に用いられている。
は、有機金属化合物と金属水素化合物を、反応炉の中で
熱分解することにより、基板上に薄膜の単結晶を成長す
る方法である。この方法は、超薄膜の多層構造の形成が
容易であり、量産性も高いので、各種の化合物半導体デ
バイス用基板の作製に用いられている。
【０００３】一方、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓの超薄膜を
積層した超格子構造は従来の天然の材料にはない特異な
性質を示し、各種の物性値を任意に設計できることから
ＯＭＶＰＥ法を用いた研究が盛んに行われている。超格
子構造の中でも、ｎ型ＧａＡｓとｐ型ＧａＡｓの超薄膜
を積層したドーピング超格子は（ｎｉｐｉ型超格子）は
電子と正孔が空間的に分離されるためその実効バンドギ
ャップがＧａＡｓ本来のバンドギャップより小さくなる
という特長がある。そのため、このドーピング超格子構
造を利用すると、通常ＧａＡｓを透過してしまうような
長波長の光に対してもバンド間遷移が可能となり、長波
長光の検出や発光材料として用いることができる。ドー
ピング超格子のバンドギャップの減少効果は、外部から
印加した電界の強さによって変化するため、光変調器や
波長可変発光素子を作製することが可能である。
積層した超格子構造は従来の天然の材料にはない特異な
性質を示し、各種の物性値を任意に設計できることから
ＯＭＶＰＥ法を用いた研究が盛んに行われている。超格
子構造の中でも、ｎ型ＧａＡｓとｐ型ＧａＡｓの超薄膜
を積層したドーピング超格子は（ｎｉｐｉ型超格子）は
電子と正孔が空間的に分離されるためその実効バンドギ
ャップがＧａＡｓ本来のバンドギャップより小さくなる
という特長がある。そのため、このドーピング超格子構
造を利用すると、通常ＧａＡｓを透過してしまうような
長波長の光に対してもバンド間遷移が可能となり、長波
長光の検出や発光材料として用いることができる。ドー
ピング超格子のバンドギャップの減少効果は、外部から
印加した電界の強さによって変化するため、光変調器や
波長可変発光素子を作製することが可能である。
【０００４】また、化合物半導体のヘテロ接合を用いた
デバイスの中でもヘテロ接合・バイポーラ・トランジス
タ（ＨＢＴ）は超高速で動作するため、盛んに開発され
ている。ＨＢＴの構造は、図２に示すように、半絶縁性
または導電性ＧａＡｓ基板の上に積層されたｎ−ＧａＡ
ｓのコレクタ、ｐ−ＧａＡｓのベース、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓのエミッタから構成されている。ＨＢＴの特性は、ｐ
−ＧａＡｓベース層の正孔濃度が高いほど優れた特性が
得られ、ｐ−ＧａＡｓベース層とｎ−ＡｌＧａＡｓエミ
ッタ層との間のｐｎ接合の界面が急峻なほど優れた特性
が得られる。
デバイスの中でもヘテロ接合・バイポーラ・トランジス
タ（ＨＢＴ）は超高速で動作するため、盛んに開発され
ている。ＨＢＴの構造は、図２に示すように、半絶縁性
または導電性ＧａＡｓ基板の上に積層されたｎ−ＧａＡ
ｓのコレクタ、ｐ−ＧａＡｓのベース、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓのエミッタから構成されている。ＨＢＴの特性は、ｐ
−ＧａＡｓベース層の正孔濃度が高いほど優れた特性が
得られ、ｐ−ＧａＡｓベース層とｎ−ＡｌＧａＡｓエミ
ッタ層との間のｐｎ接合の界面が急峻なほど優れた特性
が得られる。
【０００５】ＯＭＶＰＥ法においては、従来用いていた
ｐ型ドーパントであるＺｎでは拡散係数が大きいため、
急峻なドーピングプロファイルを形成できないという問
題があった。分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）で
は、１×１０20ｃｍ-3程度まで高濃度にドーピングする
ことが可能で、かつ、拡散係数の小さなベリリウム（Ｂ
ｅ）が一般的に用いられているが、ＯＭＶＰＥ法では安
全性の問題から、Ｂｅを用いることは困難である。ま
た、Ｚｎに比べて拡散係数が５桁小さいＭｇのドーピン
グも検討されている。しかし、Ｍｇ原料のビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）およびビスメ
チルシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍ2Ｃｐ2Ｍ
ｇ）は配管および反応管へ吸着しやすいため、急峻なド
ーピング・プロファイルを形成することが難しい。した
がって、従来、ＯＭＶＰＥ法では急峻なドーピングプロ
ファイルを得ることが難しいことから、ドーピング超格
子やＨＢＴを形成することが困難であった。
ｐ型ドーパントであるＺｎでは拡散係数が大きいため、
急峻なドーピングプロファイルを形成できないという問
題があった。分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）で
は、１×１０20ｃｍ-3程度まで高濃度にドーピングする
ことが可能で、かつ、拡散係数の小さなベリリウム（Ｂ
ｅ）が一般的に用いられているが、ＯＭＶＰＥ法では安
全性の問題から、Ｂｅを用いることは困難である。ま
た、Ｚｎに比べて拡散係数が５桁小さいＭｇのドーピン
グも検討されている。しかし、Ｍｇ原料のビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）およびビスメ
チルシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍ2Ｃｐ2Ｍ
ｇ）は配管および反応管へ吸着しやすいため、急峻なド
ーピング・プロファイルを形成することが難しい。した
がって、従来、ＯＭＶＰＥ法では急峻なドーピングプロ
ファイルを得ることが難しいことから、ドーピング超格
子やＨＢＴを形成することが困難であった。
【０００６】最近になり炭素（Ｃ）をｐ型ドーパントと
してドーピングする事が検討されている。例えば、文献
（J.Appl.Phys. Vol.64,No.8,p3975-3979, K. Saito et
al.）にあるように、ガスソースＭＢＥ法ではIII族元
素にトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を、Ｖ族原料に金
属ヒ素を用いることにより、１０20ｃｍ-3台のＣドーピ
ングを行っている。また、有機金属気相結晶法において
も、文献（Appl.Phys.Lett. Vol.53,No.14,p.1317-131
9, T.F.Kuech et al.)にあるように、成長圧力７６Ｔｏ
ｒｒ（１０．１×１０3Ｐａ）において、III族原料にＴ
ＭＧａ、Ｖ族原料にトリメチルヒ素（ＴＭＡｓ）を用い
ることにより２×１０19ｃｍ-3のＣドーピングを行って
いる。
してドーピングする事が検討されている。例えば、文献
（J.Appl.Phys. Vol.64,No.8,p3975-3979, K. Saito et
al.）にあるように、ガスソースＭＢＥ法ではIII族元
素にトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を、Ｖ族原料に金
属ヒ素を用いることにより、１０20ｃｍ-3台のＣドーピ
ングを行っている。また、有機金属気相結晶法において
も、文献（Appl.Phys.Lett. Vol.53,No.14,p.1317-131
9, T.F.Kuech et al.)にあるように、成長圧力７６Ｔｏ
ｒｒ（１０．１×１０3Ｐａ）において、III族原料にＴ
ＭＧａ、Ｖ族原料にトリメチルヒ素（ＴＭＡｓ）を用い
ることにより２×１０19ｃｍ-3のＣドーピングを行って
いる。
【０００７】発明者もＶ族有機金属原料を用い、減圧成
長することにより、ＯＭＶＰＥ法において２．５×１０
20ｃｍ-3という高濃度のＣドーピングが可能であること
を報告している。しかしながら、ＯＭＶＰＥ法でＶ族有
機金属原料を用いた方法では、ドーピング超格子を形成
する場合、ｎ層で一旦、Ｖ族有機金属からアルシン（Ａ
ｓＨ3）への切り換えを行わなければならず、多層を積
層するには長時間が必要となる。
長することにより、ＯＭＶＰＥ法において２．５×１０
20ｃｍ-3という高濃度のＣドーピングが可能であること
を報告している。しかしながら、ＯＭＶＰＥ法でＶ族有
機金属原料を用いた方法では、ドーピング超格子を形成
する場合、ｎ層で一旦、Ｖ族有機金属からアルシン（Ａ
ｓＨ3）への切り換えを行わなければならず、多層を積
層するには長時間が必要となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＯＭＶＰＥ法におい
て、ＴＭＧａとＴＭＡｓを原料としてＣドープＧａＡｓ
を成長する場合、ＴＭＧａやＴＭＡｓの流量を変えても
Ｃのドーピング量は殆ど変化しない。そこで成長温度を
変えることでドーピング量を制御している。例えば、上
記の文献２に依れば、成長圧力７６Ｔｏｒｒ（１０．１
×１０3Ｐａ）で成長温度を６００℃から７００℃に上
げると、正孔濃度は１０19ｃｍ-3台から１０17ｃｍ-3台
へ減少している。単層のエピタキシャル層を成長する場
合にはこの方法でも問題はないが、Ｃのドーピングレベ
ルの異なる多層を成長する場合には、層と層の間で成長
を中断し、成長温度を変更しなければならず、成長温度
の変更に相当長い時間を要するという問題があった。
て、ＴＭＧａとＴＭＡｓを原料としてＣドープＧａＡｓ
を成長する場合、ＴＭＧａやＴＭＡｓの流量を変えても
Ｃのドーピング量は殆ど変化しない。そこで成長温度を
変えることでドーピング量を制御している。例えば、上
記の文献２に依れば、成長圧力７６Ｔｏｒｒ（１０．１
×１０3Ｐａ）で成長温度を６００℃から７００℃に上
げると、正孔濃度は１０19ｃｍ-3台から１０17ｃｍ-3台
へ減少している。単層のエピタキシャル層を成長する場
合にはこの方法でも問題はないが、Ｃのドーピングレベ
ルの異なる多層を成長する場合には、層と層の間で成長
を中断し、成長温度を変更しなければならず、成長温度
の変更に相当長い時間を要するという問題があった。
【０００９】また、ＯＭＶＰＥ法でＶ族有機金属を用い
てＣをドーピングする方法を使って、ドーピング超格子
を作製しようとすると、ｐ型ＧａＡｓ成長後、ｎ型Ｇａ
Ａｓ層成長前に一旦Ｖ族原料を有機金属からアルシンへ
切り換え、次にｐ型ＧａＡｓ成長前に今度はアルシンか
ら有機金属への切り換えのために成長を中断しなければ
ならず、多数の層を積層するには長時間が必要になると
いう問題があった。
てＣをドーピングする方法を使って、ドーピング超格子
を作製しようとすると、ｐ型ＧａＡｓ成長後、ｎ型Ｇａ
Ａｓ層成長前に一旦Ｖ族原料を有機金属からアルシンへ
切り換え、次にｐ型ＧａＡｓ成長前に今度はアルシンか
ら有機金属への切り換えのために成長を中断しなければ
ならず、多数の層を積層するには長時間が必要になると
いう問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、III−Ｖ族化
合物半導体の有機金属気相成長方法において、Ｖ族原料
として有機金属化合物を用いて炭素をドーピングする際
に、Ｖ族水素化物を同時に周期的に供給することを特徴
とする。Ｖ族水素化物と同時にｎ型ドーピングガスを周
期的に供給する事により、ｐ型ＧａＡｓとｎ型ＧａＡｓ
を交互に成長し、成長中断を行わずにドーピング超格子
を作製する。また、Ｖ族水素化物を供給する周期を変化
させることにより、炭素のドーピング量を制御すること
を特徴とする気相成長方法である。特に、５．３×１０
3Ｐａ以下の低い成長圧力下で成長させることが好まし
い。
合物半導体の有機金属気相成長方法において、Ｖ族原料
として有機金属化合物を用いて炭素をドーピングする際
に、Ｖ族水素化物を同時に周期的に供給することを特徴
とする。Ｖ族水素化物と同時にｎ型ドーピングガスを周
期的に供給する事により、ｐ型ＧａＡｓとｎ型ＧａＡｓ
を交互に成長し、成長中断を行わずにドーピング超格子
を作製する。また、Ｖ族水素化物を供給する周期を変化
させることにより、炭素のドーピング量を制御すること
を特徴とする気相成長方法である。特に、５．３×１０
3Ｐａ以下の低い成長圧力下で成長させることが好まし
い。
【００１１】
【作用】ＴＭＧａとＴＭＡｓを原料にしたＧａＡｓにド
ーピングされるＣは、ＴＭＧａおよびＴＭＡｓのメチル
基のＣがＧａもしくはＡｓと結合した形で、結晶中に取
り込まれるためであると考えられている。通常のＴＭＧ
ａとＡｓＨ3を原料にした場合には、ＡｓＨ3が分解して
できる水素原子がＴＭＧａのメチル基と結合してメタン
となるため、Ｃがドーピングされにくいと理解されてい
る。しかし、実際には、この場合にも一定量のＣが結晶
中へ取り込まれている。この反応をもう少し詳しくみる
と、気相中でＴＭＧａがＡｓＨ3から発生した水素原子
と反応してメチル基が１つずつはずれて行き、モノメチ
ルＧａの形でＧａＡｓ基板上に吸着し、最終的にＧａと
Ｃが結晶中に取り込まれると考えられる。このことはト
リエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた場合にも同様の
現象が起こっていると考えられる。ただし、実験的には
ＴＥＧａを使う場合の方が混入するＣ量が少ないことが
判っている。
ーピングされるＣは、ＴＭＧａおよびＴＭＡｓのメチル
基のＣがＧａもしくはＡｓと結合した形で、結晶中に取
り込まれるためであると考えられている。通常のＴＭＧ
ａとＡｓＨ3を原料にした場合には、ＡｓＨ3が分解して
できる水素原子がＴＭＧａのメチル基と結合してメタン
となるため、Ｃがドーピングされにくいと理解されてい
る。しかし、実際には、この場合にも一定量のＣが結晶
中へ取り込まれている。この反応をもう少し詳しくみる
と、気相中でＴＭＧａがＡｓＨ3から発生した水素原子
と反応してメチル基が１つずつはずれて行き、モノメチ
ルＧａの形でＧａＡｓ基板上に吸着し、最終的にＧａと
Ｃが結晶中に取り込まれると考えられる。このことはト
リエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた場合にも同様の
現象が起こっていると考えられる。ただし、実験的には
ＴＥＧａを使う場合の方が混入するＣ量が少ないことが
判っている。
【００１２】従って、ＡｓＨ3から発生した水素原子の
濃度が高いほどＣの取り込みは少なくなる。通常、Ａｓ
Ｈ3量を増やすとＣの混入が少なくなるのはこのためで
ある。また、ＴＭＡｓを原料としたときにＣが大量に結
晶中に取り込まれるのは、ＡｓＨ3から発生する水素原
子が存在しないためと考えられる。従って、ＴＭＧａと
ＴＭＡｓを原料に用いてＣをドーピングする際に、Ａｓ
Ｈ3を混入すれば、ＡｓＨ3から発生する活性な水素原子
によってＣのドーピングを抑制することが考えられる。
同様にＴＭＡｓの代わりにトリエチルヒ素（ＴＥＡｓ）
を用いた場合もＣが結晶中に取り込まれ、ＡｓＨ 3 を混
入するとＣのドーピングを抑制することができる。
濃度が高いほどＣの取り込みは少なくなる。通常、Ａｓ
Ｈ3量を増やすとＣの混入が少なくなるのはこのためで
ある。また、ＴＭＡｓを原料としたときにＣが大量に結
晶中に取り込まれるのは、ＡｓＨ3から発生する水素原
子が存在しないためと考えられる。従って、ＴＭＧａと
ＴＭＡｓを原料に用いてＣをドーピングする際に、Ａｓ
Ｈ3を混入すれば、ＡｓＨ3から発生する活性な水素原子
によってＣのドーピングを抑制することが考えられる。
同様にＴＭＡｓの代わりにトリエチルヒ素（ＴＥＡｓ）
を用いた場合もＣが結晶中に取り込まれ、ＡｓＨ 3 を混
入するとＣのドーピングを抑制することができる。
【００１３】本発明者らは、ＴＭＡｓとＴＭＧａのＣド
ーピングの成長圧力依存性について広い圧力範囲にわた
って検討した結果、成長圧力５．３×１０3Ｐａ以下の
領域で、高濃度のＣドーピングが可能であることを見い
だした。そこで、このような低圧力の領域では水素原子
の寿命も長くなることから、ＡｓＨ3によるＣドーピン
グ制御の範囲も広がると考え、検討を行った。その結
果、混入するＡｓＨ3流量を変えることによって、Ｃド
ーピング量を１×１０20ｃｍ-3から高抵抗領域までの広
い範囲で制御できるようになった。
ーピングの成長圧力依存性について広い圧力範囲にわた
って検討した結果、成長圧力５．３×１０3Ｐａ以下の
領域で、高濃度のＣドーピングが可能であることを見い
だした。そこで、このような低圧力の領域では水素原子
の寿命も長くなることから、ＡｓＨ3によるＣドーピン
グ制御の範囲も広がると考え、検討を行った。その結
果、混入するＡｓＨ3流量を変えることによって、Ｃド
ーピング量を１×１０20ｃｍ-3から高抵抗領域までの広
い範囲で制御できるようになった。
【００１４】そこで、本発明者らは、アルシンを周期的
に添加することで高濃度Ｃドープ層と高純度層の超格子
構造を形成し、この高純度層にｎ型ドーパントをドーピ
ングする事によりドーピング超格子を作製する方法を考
案した。また、アルシン流量変化の周期を変えることに
より高濃度層と低濃度層の厚みの比率を変化させて超格
子全体の見かけ上の正孔濃度を制御する方法を発明し
た。
に添加することで高濃度Ｃドープ層と高純度層の超格子
構造を形成し、この高純度層にｎ型ドーパントをドーピ
ングする事によりドーピング超格子を作製する方法を考
案した。また、アルシン流量変化の周期を変えることに
より高濃度層と低濃度層の厚みの比率を変化させて超格
子全体の見かけ上の正孔濃度を制御する方法を発明し
た。
【００１５】
【実施例】［実施例１］反応管内の圧力を１．３×１０
3Ｐａに保ち、予め反応管内にＴＭＡｓを流した状態
で、半絶縁性ＧａＡｓ基板を成長温度６００℃まで加熱
後、ＴＭＧａを反応管へ導入し、Ｃドープｐ型ＧａＡｓ
を２０ｎｍの厚みに成長し、その後ＡｓＨ3５０ｓｃｃ
ｍとジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）５０ｓｃｃｍを反応管へ導入
しｎ型ＧａＡｓを同じく２０ｎｍの厚みに成長し、この
あと同様にＡｓＨ3とＳｉ2Ｈ6を反応管へ周期的に導入
する事により、ｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓを４０サ
イクル（厚み１．６μｍ）成長した。この際、ＴＭＡｓ
とＴＭＧａのモル比は７とした。混入したＡｓＨ3の濃
度は２％（水素希釈）、Ｓｉ2Ｈ6の濃度は１０ｐｐｍで
ある。このサンプルを２結晶Ｘ線回折測定すると図１に
示すようにメインピークの両側に超格子構造に起因する
サブピークを観測することができ、確かに超格子が形成
されていることがわかる。また、４．２Ｋのフォトルミ
ネッセンス（ＰＬ）測定の結果、励起光強度が弱い場合
には通常のバンド端発光より約３００ｍｅＶ低エネルギ
ー側の１．２８０ｅＶに発光ピークが現れ、励起強度を
４００倍にするとこのピークが１．３０２ｅＶにシフト
した。このことから確かにドーピング超格子が形成され
ていることがわかる。本実施例ではｎ型ドーピングガス
の代表例として、ジシランを用いたが、他にもシラン、
セレン化水素、硫化水素、ジメチルテルル、ジエチルテ
ルルを用いてＳｉ、Ｓｅ、Ｓ、Ｔｅというｎ型ドーパン
トをドーピングしてもジシランを用いたＳｉドーピング
と同様の効果を得ることができる。さらに、これらのガ
スを混合して用いても同様の効果が得られる。また、Ｔ
ＭＧａの代わりにＴＥＧａを用いても同様の効果が期待
できる。さらに、ＴＭＡｓの代わりにＴＥＡｓを用いて
も同様の効果が期待できる。 また、本実施例ではＧａＡ
ｓについてのみ記載したが、ＴＭＧａもしくはＴＥＧａ
と同時にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を供給す
ることで、ＡｌＧａＡｓのドーピング超格子を形成する
ことも可能である。
3Ｐａに保ち、予め反応管内にＴＭＡｓを流した状態
で、半絶縁性ＧａＡｓ基板を成長温度６００℃まで加熱
後、ＴＭＧａを反応管へ導入し、Ｃドープｐ型ＧａＡｓ
を２０ｎｍの厚みに成長し、その後ＡｓＨ3５０ｓｃｃ
ｍとジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）５０ｓｃｃｍを反応管へ導入
しｎ型ＧａＡｓを同じく２０ｎｍの厚みに成長し、この
あと同様にＡｓＨ3とＳｉ2Ｈ6を反応管へ周期的に導入
する事により、ｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓを４０サ
イクル（厚み１．６μｍ）成長した。この際、ＴＭＡｓ
とＴＭＧａのモル比は７とした。混入したＡｓＨ3の濃
度は２％（水素希釈）、Ｓｉ2Ｈ6の濃度は１０ｐｐｍで
ある。このサンプルを２結晶Ｘ線回折測定すると図１に
示すようにメインピークの両側に超格子構造に起因する
サブピークを観測することができ、確かに超格子が形成
されていることがわかる。また、４．２Ｋのフォトルミ
ネッセンス（ＰＬ）測定の結果、励起光強度が弱い場合
には通常のバンド端発光より約３００ｍｅＶ低エネルギ
ー側の１．２８０ｅＶに発光ピークが現れ、励起強度を
４００倍にするとこのピークが１．３０２ｅＶにシフト
した。このことから確かにドーピング超格子が形成され
ていることがわかる。本実施例ではｎ型ドーピングガス
の代表例として、ジシランを用いたが、他にもシラン、
セレン化水素、硫化水素、ジメチルテルル、ジエチルテ
ルルを用いてＳｉ、Ｓｅ、Ｓ、Ｔｅというｎ型ドーパン
トをドーピングしてもジシランを用いたＳｉドーピング
と同様の効果を得ることができる。さらに、これらのガ
スを混合して用いても同様の効果が得られる。また、Ｔ
ＭＧａの代わりにＴＥＧａを用いても同様の効果が期待
できる。さらに、ＴＭＡｓの代わりにＴＥＡｓを用いて
も同様の効果が期待できる。 また、本実施例ではＧａＡ
ｓについてのみ記載したが、ＴＭＧａもしくはＴＥＧａ
と同時にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を供給す
ることで、ＡｌＧａＡｓのドーピング超格子を形成する
ことも可能である。
【００１６】［実施例２］反応管内の圧力を１．３×１
０3Ｐａに保ち、予め反応管内にＴＭＡｓを流した状態
で、半絶縁性ＧａＡｓ基板を成長温度５７５℃まで加熱
後、ＴＭＧａを反応管へ導入し、Ｃドープｐ+−ＧａＡ
ｓを１３ｎｍの厚みに成長し、その後ＡｓＨ3１２５ｓ
ｃｃｍを反応管へ導入しＣドープｐ――ＧａＡｓを同じ
く１３ｎｍの厚みに成長し、このあと同様にＡｓＨ3を
反応管へ周期的に導入する事により、ｐ+／ｐ――Ｇａ
Ａｓを１００サイクル（厚み２．６μｍ）成長した。こ
の際、ＴＭＡｓとＴＭＧａのモル比は７とした。混入し
たＡｓＨ3の濃度は２％（水素希釈）である。成長した
ＧａＡｓのホール効果測定（室温）から得られた正孔濃
度は２．８×１０19ｃｍ-3であった。この値は、ＡｓＨ
3流量０ｓｃｃｍの場合の正孔濃度５．５×１０19ｃｍ
-3と１２５ｓｃｃｍの場合の１．８×１０16ｃｍ-3の平
均値になっている。本実施例ではＣドーピングのため
に、ＴＭＧａとＴＭＡｓという組み合わせを用いたが、
ＴＥＧａとＴＭＡｓ、ＴＭＧａとＴＥＡｓ、ＴＥＧａと
ＴＥＡｓの組み合わせでも同様の効果が得られる。ま
た、本実施例ではＧａＡｓについてのみ記載したが、Ｔ
ＭＧａもしくはＴＥＧａと同時にＴＭＡｌを供給するこ
とで、ＡｌＧａＡｓのドーピング量を制御することも可
能である。
０3Ｐａに保ち、予め反応管内にＴＭＡｓを流した状態
で、半絶縁性ＧａＡｓ基板を成長温度５７５℃まで加熱
後、ＴＭＧａを反応管へ導入し、Ｃドープｐ+−ＧａＡ
ｓを１３ｎｍの厚みに成長し、その後ＡｓＨ3１２５ｓ
ｃｃｍを反応管へ導入しＣドープｐ――ＧａＡｓを同じ
く１３ｎｍの厚みに成長し、このあと同様にＡｓＨ3を
反応管へ周期的に導入する事により、ｐ+／ｐ――Ｇａ
Ａｓを１００サイクル（厚み２．６μｍ）成長した。こ
の際、ＴＭＡｓとＴＭＧａのモル比は７とした。混入し
たＡｓＨ3の濃度は２％（水素希釈）である。成長した
ＧａＡｓのホール効果測定（室温）から得られた正孔濃
度は２．８×１０19ｃｍ-3であった。この値は、ＡｓＨ
3流量０ｓｃｃｍの場合の正孔濃度５．５×１０19ｃｍ
-3と１２５ｓｃｃｍの場合の１．８×１０16ｃｍ-3の平
均値になっている。本実施例ではＣドーピングのため
に、ＴＭＧａとＴＭＡｓという組み合わせを用いたが、
ＴＥＧａとＴＭＡｓ、ＴＭＧａとＴＥＡｓ、ＴＥＧａと
ＴＥＡｓの組み合わせでも同様の効果が得られる。ま
た、本実施例ではＧａＡｓについてのみ記載したが、Ｔ
ＭＧａもしくはＴＥＧａと同時にＴＭＡｌを供給するこ
とで、ＡｌＧａＡｓのドーピング量を制御することも可
能である。
【００１７】［実施例３］反応管内の圧力を１．３×１
０3Ｐａに保ち、予め反応管内にＴＭＡｓを流した状態
で、半絶縁性ＧａＡｓ基板を成長温度５７５℃まで加熱
後、ＴＭＧａを反応管へ導入し、ＧａＡｓの成長を始
め、ＡｓＨ3を添加しない高濃度層２０ｎｍとＡｓＨ3を
添加した低濃度層５ｎｍを交互に４０サイクル（１μ
ｍ）、次にＡｓＨ3を添加しない高濃度層２０ｎｍとＡ
ｓＨ3を添加した低濃度層１０ｎｍを交互に３４サイク
ル（１μｍ）、次にＡｓＨ3を添加しない高濃度層２０
ｎｍとＡｓＨ3を添加した低濃度層２０ｎｍを交互に２
５サイクル（１μｍ）、次にＡｓＨ3を添加しない高濃
度層２０ｎｍとＡｓＨ3を添加した低濃度層３０ｎｍを
交互に２０サイクル（１μｍ）成長した。この際、ＴＭ
ＡｓとＴＭＧａのモル比は７とした。混入したＡｓＨ3
の濃度は２％（水素希釈）、流量は１２５ｓｃｃｍであ
る。成長したＧａＡｓのＣ−Ｖ測定から得られたキャリ
アプロファイルを図３に示す。キャリア濃度は１層目が
４．４×１０19ｃｍ-3、２層目が３．７×１０19ｃ
ｍ-3、３層目が２．８×１０19ｃｍ-3、４層目が２．２
×１０19ｃｍ-3となり、各層のキャリア濃度は高濃度層
と低濃度層の厚みの比に逆比例する事がわかる。本実施
例ではＣドーピングのために、ＴＭＧａとＴＭＡｓとい
う組み合わせを用いたが、ＴＥＧａとＴＭＡｓ、ＴＭＧ
ａとＴＥＡｓ、ＴＥＧａとＴＥＡｓの組み合わせでも同
様の効果が得られる。また、本実施例ではＧａＡｓにつ
いてのみ記載したが、ＴＭＧａもしくはＴＥＧａと同時
にＴＭＡｌを供給することで、ＡｌＧａＡｓのドーピン
グ量を制御することも可能である。
０3Ｐａに保ち、予め反応管内にＴＭＡｓを流した状態
で、半絶縁性ＧａＡｓ基板を成長温度５７５℃まで加熱
後、ＴＭＧａを反応管へ導入し、ＧａＡｓの成長を始
め、ＡｓＨ3を添加しない高濃度層２０ｎｍとＡｓＨ3を
添加した低濃度層５ｎｍを交互に４０サイクル（１μ
ｍ）、次にＡｓＨ3を添加しない高濃度層２０ｎｍとＡ
ｓＨ3を添加した低濃度層１０ｎｍを交互に３４サイク
ル（１μｍ）、次にＡｓＨ3を添加しない高濃度層２０
ｎｍとＡｓＨ3を添加した低濃度層２０ｎｍを交互に２
５サイクル（１μｍ）、次にＡｓＨ3を添加しない高濃
度層２０ｎｍとＡｓＨ3を添加した低濃度層３０ｎｍを
交互に２０サイクル（１μｍ）成長した。この際、ＴＭ
ＡｓとＴＭＧａのモル比は７とした。混入したＡｓＨ3
の濃度は２％（水素希釈）、流量は１２５ｓｃｃｍであ
る。成長したＧａＡｓのＣ−Ｖ測定から得られたキャリ
アプロファイルを図３に示す。キャリア濃度は１層目が
４．４×１０19ｃｍ-3、２層目が３．７×１０19ｃ
ｍ-3、３層目が２．８×１０19ｃｍ-3、４層目が２．２
×１０19ｃｍ-3となり、各層のキャリア濃度は高濃度層
と低濃度層の厚みの比に逆比例する事がわかる。本実施
例ではＣドーピングのために、ＴＭＧａとＴＭＡｓとい
う組み合わせを用いたが、ＴＥＧａとＴＭＡｓ、ＴＭＧ
ａとＴＥＡｓ、ＴＥＧａとＴＥＡｓの組み合わせでも同
様の効果が得られる。また、本実施例ではＧａＡｓにつ
いてのみ記載したが、ＴＭＧａもしくはＴＥＧａと同時
にＴＭＡｌを供給することで、ＡｌＧａＡｓのドーピン
グ量を制御することも可能である。
【００１８】実施例において、成長圧力１．３×１０3
Ｐａ、成長温度６００℃または５７５℃で行ったが、圧
力は５．３×１０3Ｐａ以下であれば同様の良好な結果
が得られ、また温度は６２５℃以下において良好な結果
が得られる。５．３×１０3Ｐａを超えるとキャリア濃
度の上限が低くなり、また６２５℃を超えると結晶の表
面状態が劣化するため好ましくない。
Ｐａ、成長温度６００℃または５７５℃で行ったが、圧
力は５．３×１０3Ｐａ以下であれば同様の良好な結果
が得られ、また温度は６２５℃以下において良好な結果
が得られる。５．３×１０3Ｐａを超えるとキャリア濃
度の上限が低くなり、また６２５℃を超えると結晶の表
面状態が劣化するため好ましくない。
【００１９】
【発明の効果】本発明は以上に述べたように、Ｖ族原料
として有機金属を用いたＣドーピングにおいて、ＡｓＨ
3とｎ型ドーピングガス（Ｓｉ2Ｈ6）を周期的に混入す
ることにより容易にドーピング超格子を形成することが
出来る。また、ＡｓＨ3を混入する周期を変えることに
より容易にＣのドーピング量を制御することが出来る。
本発明の方法によれば、ＡｓＨ3を混入することによ
り、Ｃの混入を防ぐことが出来るため、各層の境界面で
成長中断や成長温度の変更を行わなくても済むという利
点がある。このことは、単に時間の節約になるばかりで
なく、成長中断中に界面に不用な不純物や欠陥が導入さ
れにくく、良好な界面が得られることから、エピタキシ
ャル層の品質の向上にも効果がある。
として有機金属を用いたＣドーピングにおいて、ＡｓＨ
3とｎ型ドーピングガス（Ｓｉ2Ｈ6）を周期的に混入す
ることにより容易にドーピング超格子を形成することが
出来る。また、ＡｓＨ3を混入する周期を変えることに
より容易にＣのドーピング量を制御することが出来る。
本発明の方法によれば、ＡｓＨ3を混入することによ
り、Ｃの混入を防ぐことが出来るため、各層の境界面で
成長中断や成長温度の変更を行わなくても済むという利
点がある。このことは、単に時間の節約になるばかりで
なく、成長中断中に界面に不用な不純物や欠陥が導入さ
れにくく、良好な界面が得られることから、エピタキシ
ャル層の品質の向上にも効果がある。
【図１】本発明の気相成長方法により作製したドーピン
グ超格子の２結晶Ｘ線回折の結果を示す図である。
グ超格子の２結晶Ｘ線回折の結果を示す図である。
【図２】ヘテロ接合・バイポーラ・トランジスタ（ＨＢ
Ｔ）の断面構造略図である。
Ｔ）の断面構造略図である。
【図３】本発明の実施例３におけるＧａＡｓエピタキシ
ャル膜中の正孔濃度の深さ方向のプロファイルを示すグ
ラフである。
ャル膜中の正孔濃度の深さ方向のプロファイルを示すグ
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−143810（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−259524（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 C30B 1/00 - 35/00
Claims (7)
- 【請求項１】III−Ｖ族化合物半導体の有機金属気相成
長方法において、Ｖ族原料として有機金属化合物を用い
て炭素をドーピングする際に、Ｖ族水素化物を周期的に
供給することにより超格子を作製することを特徴とする
気相成長方法。 - 【請求項２】III−Ｖ族化合物半導体の有機金属気相成
長方法において、Ｖ族水素化物と同時にｎ型不純物のド
ーピングガスを周期的に供給することによりドーピング
超格子を作製することを特徴とする請求項１記載の気相
成長方法。 - 【請求項３】III−Ｖ族化合物半導体の有機金属気相成
長方法において、Ｖ族原料として有機金属化合物を用い
て炭素をドーピングする際に、Ｖ族水素化物を同時に周
期的に供給し、その周期を変化させることにより炭素の
ドーピング量を制御することを特徴とする気相成長方
法。 - 【請求項４】ｎ型不純物のドーピングガスが、シラン、
ジシラン、セレン化水素、硫化水素、ジメチルテルルま
たはジエチルテルルの中から選ばれた１または２以上の
化合物を含むガスであることを特徴とする請求項２記載
の気相成長方法。 - 【請求項５】III−Ｖ族化合物半導体がＧａＡｓであ
り、III族原料がトリメチルガリウムまたはトリエチル
ガリウムであり、Ｖ族有機金属化合物がトリメチルヒ素
またはトリエチルヒ素であり、Ｖ族水素化物がアルシン
であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載
の気相成長方法。 - 【請求項６】III−Ｖ族化合物半導体がＡｌＧａＡｓで
あり、III族原料がトリメチルガリウムまたはトリエチ
ルガリウム、およびトリメチルアルミニウムであり、Ｖ
族有機金属化合物がトリメチルヒ素またはトリエチルヒ
素であり、Ｖ族水素化物がアルシンであることを特徴と
する請求項１、２、３または４記載の気相成長方法。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の気相
成長方法において、成長温度が６２５℃以下であり、成
長圧力が５．３×１０3Ｐａ以下であることを特徴とす
る気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03184302A JP3109149B2 (ja) | 1990-09-27 | 1991-07-24 | 化合物半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26010390 | 1990-09-27 | ||
| JP2-260103 | 1990-09-27 | ||
| JP03184302A JP3109149B2 (ja) | 1990-09-27 | 1991-07-24 | 化合物半導体結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053160A JPH053160A (ja) | 1993-01-08 |
| JP3109149B2 true JP3109149B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=26502426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03184302A Expired - Fee Related JP3109149B2 (ja) | 1990-09-27 | 1991-07-24 | 化合物半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3109149B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753545A (en) * | 1994-12-01 | 1998-05-19 | Hughes Electronics Corporation | Effective constant doping in a graded compositional alloy |
| SI1790701T2 (sl) † | 2005-11-25 | 2012-05-31 | Sicpa Holding Sa | Ir absorbirajoča tiskarska barva za intaglio |
-
1991
- 1991-07-24 JP JP03184302A patent/JP3109149B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH053160A (ja) | 1993-01-08 |
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