JP3116954B2 - 化合物半導体薄膜の成長方法 - Google Patents
化合物半導体薄膜の成長方法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） 本発明は伝導型がｎ型であるInGaAs層を含む化合物半
導体薄膜の成長方法に関する。
導体薄膜の成長方法に関する。
（従来の技術） ｎ型GaAs、AlGaAs層への低抵抗オーミックコンタクト
を得る手段としてｎ型GaAsもしくはAlGaAs層上にｎ型In
XGa1-XAs（０＜Ｘ≦１）を積層し、その後オーミック金
属を蒸着させる手法は極めて有用である。この場合にｎ
型InGaAs層に要求される特性として、表面のモフォロジ
ーが良好であり、かつ１×1019cm-3以上の高濃度にドー
ピングされていることが必要である。分子線エピタキシ
ー法では、550℃以下の成長温度で上記特性を満足する
ｎ型InGaAs層の成長が可能である。
を得る手段としてｎ型GaAsもしくはAlGaAs層上にｎ型In
XGa1-XAs（０＜Ｘ≦１）を積層し、その後オーミック金
属を蒸着させる手法は極めて有用である。この場合にｎ
型InGaAs層に要求される特性として、表面のモフォロジ
ーが良好であり、かつ１×1019cm-3以上の高濃度にドー
ピングされていることが必要である。分子線エピタキシ
ー法では、550℃以下の成長温度で上記特性を満足する
ｎ型InGaAs層の成長が可能である。
一方、有機金属気相成長法（MOCVD法）ではｎ型InGaA
s層をGaAsもしくはAlGaAs層上に成長させる際に、分子
線エピタキシー法と比較して次のような新たな問題が生
じる。
s層をGaAsもしくはAlGaAs層上に成長させる際に、分子
線エピタキシー法と比較して次のような新たな問題が生
じる。
InGaAsは、GaAs、AlGaAsと格子定数が異なるため、標
準的な成長温度600〜750℃でGaAs、AlGaAs層上に成長さ
せると表面モフォロジーが悪くなり実用に耐えない。こ
のように、格子不整が大きい二つの異種材料をエピタキ
シャル成長させる場合、第一層を成長後、第二層を成長
させる際にその一部を低温で成長させると表面モフォロ
ジーが改善することは、よく見られる現象である。この
手法をMOCVD法でｎ型InGaAsとｎ型GaAsからなる系に適
用した場合にも、表面モフォロジーの改善が見られる。
このことは、発明者も実験によって確認している。しか
しながら、この低温成長層をｎ型にドーピングする際に
シランガス（SiH4）、ジシランガス（Si2H6）等のドー
パントガスを用いた場合、ドーパントガスの分解効率が
成長温度の低下と共に急激に小さくなるため、１×1019
cm-3以上の高濃度にドーピングすることは難しかった。
準的な成長温度600〜750℃でGaAs、AlGaAs層上に成長さ
せると表面モフォロジーが悪くなり実用に耐えない。こ
のように、格子不整が大きい二つの異種材料をエピタキ
シャル成長させる場合、第一層を成長後、第二層を成長
させる際にその一部を低温で成長させると表面モフォロ
ジーが改善することは、よく見られる現象である。この
手法をMOCVD法でｎ型InGaAsとｎ型GaAsからなる系に適
用した場合にも、表面モフォロジーの改善が見られる。
このことは、発明者も実験によって確認している。しか
しながら、この低温成長層をｎ型にドーピングする際に
シランガス（SiH4）、ジシランガス（Si2H6）等のドー
パントガスを用いた場合、ドーパントガスの分解効率が
成長温度の低下と共に急激に小さくなるため、１×1019
cm-3以上の高濃度にドーピングすることは難しかった。
（発明が解決しようとする課題） 上記、従来の化合物半導体薄膜の気相成長方法で、伝
導型がｎ型である第１の化合物半導体上にこれと格子常
数が異なる不純物濃度がより大きい少なくとも一層でな
る第２の化合物半導体層を気相成長させるに際し、第２
の化合物半導体層の一部を他の層よりも低温でMOCVD成
長させる場合、低温でドーパントガスの分解効率が急激
に低下して高濃度にドーピングを施すことが困難である
という重大な問題があった。
導型がｎ型である第１の化合物半導体上にこれと格子常
数が異なる不純物濃度がより大きい少なくとも一層でな
る第２の化合物半導体層を気相成長させるに際し、第２
の化合物半導体層の一部を他の層よりも低温でMOCVD成
長させる場合、低温でドーパントガスの分解効率が急激
に低下して高濃度にドーピングを施すことが困難である
という重大な問題があった。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、低温で高濃度のド
ーピングを施すことのできる化合物半導体薄膜の気相成
長方法を提供する。
ーピングを施すことのできる化合物半導体薄膜の気相成
長方法を提供する。
（課題を解決するための手段） 本発明に係る化合物半導体薄膜の成長方法は、有機金
属気相成長法により、GaAs層又はAlGaAs層上に伝導型が
ｎ型であるInGaAs層を成長させるにあたり、Siのアルキ
ル化物またはSnのアルキル化物を含むドーパント原料を
用い、かつ成長温度350〜500℃で成長を施すことを特徴
とする。また、前記化合物半導体薄膜の成長方法におい
て、InGaAs層のｎ型濃度が１×1019cm-3より大であるこ
とを特徴とする。
属気相成長法により、GaAs層又はAlGaAs層上に伝導型が
ｎ型であるInGaAs層を成長させるにあたり、Siのアルキ
ル化物またはSnのアルキル化物を含むドーパント原料を
用い、かつ成長温度350〜500℃で成長を施すことを特徴
とする。また、前記化合物半導体薄膜の成長方法におい
て、InGaAs層のｎ型濃度が１×1019cm-3より大であるこ
とを特徴とする。
（作 用） 本発明に係る化合物半導体薄膜の気相成長方法は、伝
導型がｎである第１の化合物半導体上にこれと格子常数
が異なり不純物濃度がより大きい少なくとも一層でなる
第２の化合物半導体層を気相成長させるに際し、第２の
化合物半導体層の一部を他の層よりも低温で、かつ、Si
のアルキル化物またはSnのアルキル化物を含むドーパン
トを用いてMOCVD成長を施すことにより、低温でもドー
パントガスの急激な分解効率の低下を見ず、第２の化合
物半導体層が高濃度に得られる。また、電子濃度は上記
Siのアルキル化物またはSnのアルキル化物の供給量を制
御することによって精度良く、かつ再現性良く制御する
ことができる。
導型がｎである第１の化合物半導体上にこれと格子常数
が異なり不純物濃度がより大きい少なくとも一層でなる
第２の化合物半導体層を気相成長させるに際し、第２の
化合物半導体層の一部を他の層よりも低温で、かつ、Si
のアルキル化物またはSnのアルキル化物を含むドーパン
トを用いてMOCVD成長を施すことにより、低温でもドー
パントガスの急激な分解効率の低下を見ず、第２の化合
物半導体層が高濃度に得られる。また、電子濃度は上記
Siのアルキル化物またはSnのアルキル化物の供給量を制
御することによって精度良く、かつ再現性良く制御する
ことができる。
一例として、MOCVD法においてｎ型InGaAs層をGaAsも
しくはAlGaAs層上に成長させる際に、InGaAs層の一部に
350〜500℃の低温成長工程を含めることにより表面のモ
フォロジーが良好なInGaAs層を成長できる。また、少な
くとも該低温成長工程のInGaAs層について、ｎ型ドーパ
ントとしてSiもしくはSnのアルキル化物を用いることに
よって、該SiもしくはSnのアルキル化物の熱分解反応に
よりSiもしくはSnが成長層に取り込まれドナー準位が形
成される。SiもしくはSnのアルキル化物は低温でも熱分
解効率が高いため、低温成長層でも１×1019cm-3以上の
高濃度ドーピングが可能である。そして、MOCVD法によ
る化合物半導体装置の製造過程において、該成長工程を
使ってｎ型InGaAs層をｎ型GaAsもしくはAlGaAs層上に成
長させ、その後オーミック金属を蒸着することにより、
ｎ型GaAsもしくはAlGaAs層への低抵抗オーミックコンタ
クトが得られる。
しくはAlGaAs層上に成長させる際に、InGaAs層の一部に
350〜500℃の低温成長工程を含めることにより表面のモ
フォロジーが良好なInGaAs層を成長できる。また、少な
くとも該低温成長工程のInGaAs層について、ｎ型ドーパ
ントとしてSiもしくはSnのアルキル化物を用いることに
よって、該SiもしくはSnのアルキル化物の熱分解反応に
よりSiもしくはSnが成長層に取り込まれドナー準位が形
成される。SiもしくはSnのアルキル化物は低温でも熱分
解効率が高いため、低温成長層でも１×1019cm-3以上の
高濃度ドーピングが可能である。そして、MOCVD法によ
る化合物半導体装置の製造過程において、該成長工程を
使ってｎ型InGaAs層をｎ型GaAsもしくはAlGaAs層上に成
長させ、その後オーミック金属を蒸着することにより、
ｎ型GaAsもしくはAlGaAs層への低抵抗オーミックコンタ
クトが得られる。
（実施例） 以下、本発明の一実施例につき図面を参照して詳細に
説明する。
説明する。
第１図は本発明の実施例に用いられる減圧MOCVD装置
の例を示す図である。図において、管状の反応容器11内
に回転軸12に支持されたグラファイト製のサセプタ13が
設置され、このサセプタ13上には単結晶GaAs基板14が置
かれている。サセプタ13は高周波コイル15によって加熱
され、GaAs基板14を所望の温度に保持する。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23a、23b、23c、23dを介して、恒温槽21a、21
b、21c、21dにより所定の温度に保たれたテトラメチル
シリコン（TMSi）またはテトラエチルすず（TESn）24
a、トリメチルガリウム（TMG）24b、トリメチルアルミ
ニウム（TMAl）24c、トリメチルインジウム（TMIn）24d
を夫々収容しているバブラ22a、22b、22c、22dに供給さ
れる。前記バブラ22a、22b、22c、22dを通過したキャリ
アガスは前記ガスライン18を流れるキャリアガスと混合
され、前記反応容器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。前記反応容器11内
のガスは、油回転ポンプ20が連結されたガス排気管17を
通して排気される。また、前記ガスライン18にはアルシ
ンガス（AsH3）およびシランガス（SiH4）がマスフロー
コントローラ23e、23fを介して、それぞれ供給される。
なお図中、19、29a〜29g、39a〜39dはガスの供給、停止
を切り替えるバルブである。
の例を示す図である。図において、管状の反応容器11内
に回転軸12に支持されたグラファイト製のサセプタ13が
設置され、このサセプタ13上には単結晶GaAs基板14が置
かれている。サセプタ13は高周波コイル15によって加熱
され、GaAs基板14を所望の温度に保持する。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23a、23b、23c、23dを介して、恒温槽21a、21
b、21c、21dにより所定の温度に保たれたテトラメチル
シリコン（TMSi）またはテトラエチルすず（TESn）24
a、トリメチルガリウム（TMG）24b、トリメチルアルミ
ニウム（TMAl）24c、トリメチルインジウム（TMIn）24d
を夫々収容しているバブラ22a、22b、22c、22dに供給さ
れる。前記バブラ22a、22b、22c、22dを通過したキャリ
アガスは前記ガスライン18を流れるキャリアガスと混合
され、前記反応容器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。前記反応容器11内
のガスは、油回転ポンプ20が連結されたガス排気管17を
通して排気される。また、前記ガスライン18にはアルシ
ンガス（AsH3）およびシランガス（SiH4）がマスフロー
コントローラ23e、23fを介して、それぞれ供給される。
なお図中、19、29a〜29g、39a〜39dはガスの供給、停止
を切り替えるバルブである。
このように構成された装置において、TMG、TMI、TMA
の蒸気とAsH3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、In
GaAsあるいはAlGaAs層が成長する。これと同時にTMSiの
蒸気、あるいはSiH4ガスを反応容器11内に導入すると、
Siが成長層中に取り込まれ、GaAs、InGaAsあるいはAlGa
As層の導電型はｎ型になる。
の蒸気とAsH3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、In
GaAsあるいはAlGaAs層が成長する。これと同時にTMSiの
蒸気、あるいはSiH4ガスを反応容器11内に導入すると、
Siが成長層中に取り込まれ、GaAs、InGaAsあるいはAlGa
As層の導電型はｎ型になる。
本実施例方法を用いて、GaAs基板上に、基板温度450
℃、反応容器内の圧力70torr、TMSiをドーパントとして
ｎ型In０・５Ga０・５As層を3000Å成長させた。TMSiの
供給量を変化させて、成長層の電気的特性を測定したと
ころ、１×1018〜２×1019cm-3という高濃度のキャリア
濃度が得られた。また、ドーパントとして、TMSiの代わ
りにテトラエチルすず（TESn）を用いたところ、同様に
１×1018〜３×1019cm-3という高濃度のキャリア濃度が
得られた。
℃、反応容器内の圧力70torr、TMSiをドーパントとして
ｎ型In０・５Ga０・５As層を3000Å成長させた。TMSiの
供給量を変化させて、成長層の電気的特性を測定したと
ころ、１×1018〜２×1019cm-3という高濃度のキャリア
濃度が得られた。また、ドーパントとして、TMSiの代わ
りにテトラエチルすず（TESn）を用いたところ、同様に
１×1018〜３×1019cm-3という高濃度のキャリア濃度が
得られた。
本実施例方法を用いて、第２図および第３図に夫々断
面図で示す構造の試料を形成した。第２図に示す試料
は、まず、Siドープｎ型GaAs基板42上に基板温度650℃
でSiH4をドーパントとしてｎ型GaAs層43を2000Å成長し
た。成長を中断して基板温度を450℃に変えた後、TMSi
をドーパントとしてｎ型InGaAs低温成長層44を150Å成
長した。再び成長を中断して基板温度を650℃に変えた
後、SiH4をドーパントとしてｎ型InGaAsオーミックコン
タクト層45を500Å成長した。このとき成長層の表面の
モフォロジーは良好であった。その後、メタル電極41、
46を蒸着した。第３図に示す試料は、ｎ型GaAs層43と低
温成長層44の間に、基板温度650℃でSiH4をドーパント
としてｎ型InXGa1-XAs組成傾斜層51を500Å成長した。
ｎ型InXGa1-XAs組成傾斜層51において、そのＸはバッフ
ァ層のｎ型GaAs層43、から低温成長層に向かって０から
0.5まで連続的に変化させた。第３図において、組成傾
斜層51以外の部分は、第２図に示した試料と同様にして
形成した。第３図におけるInGaAs層の表面モフォロジー
は、第２図におけるInGaAs層よりもさらに良好であっ
た。第２図の電極46の接触抵抗を測定したところ、１×
10-6Ωcm2以下の良好な値が得られた。また第３図の電
極46の接触抵抗を測定したところ、同じく１×10-6Ωcm
2以下の良好な値が得られた。これらの値は、n+−GaAs
をオーミックコンタクト層として用いた場合に得られる
１×10-6Ωcm2という値と比較して小さくなっている。
面図で示す構造の試料を形成した。第２図に示す試料
は、まず、Siドープｎ型GaAs基板42上に基板温度650℃
でSiH4をドーパントとしてｎ型GaAs層43を2000Å成長し
た。成長を中断して基板温度を450℃に変えた後、TMSi
をドーパントとしてｎ型InGaAs低温成長層44を150Å成
長した。再び成長を中断して基板温度を650℃に変えた
後、SiH4をドーパントとしてｎ型InGaAsオーミックコン
タクト層45を500Å成長した。このとき成長層の表面の
モフォロジーは良好であった。その後、メタル電極41、
46を蒸着した。第３図に示す試料は、ｎ型GaAs層43と低
温成長層44の間に、基板温度650℃でSiH4をドーパント
としてｎ型InXGa1-XAs組成傾斜層51を500Å成長した。
ｎ型InXGa1-XAs組成傾斜層51において、そのＸはバッフ
ァ層のｎ型GaAs層43、から低温成長層に向かって０から
0.5まで連続的に変化させた。第３図において、組成傾
斜層51以外の部分は、第２図に示した試料と同様にして
形成した。第３図におけるInGaAs層の表面モフォロジー
は、第２図におけるInGaAs層よりもさらに良好であっ
た。第２図の電極46の接触抵抗を測定したところ、１×
10-6Ωcm2以下の良好な値が得られた。また第３図の電
極46の接触抵抗を測定したところ、同じく１×10-6Ωcm
2以下の良好な値が得られた。これらの値は、n+−GaAs
をオーミックコンタクト層として用いた場合に得られる
１×10-6Ωcm2という値と比較して小さくなっている。
なお、前記低温成長層のオーミックコンタクト層内に
おける配置は、単層に限られるものでなく、該オーミッ
クコンタクト層と交互に積層して設けられてもよい。
おける配置は、単層に限られるものでなく、該オーミッ
クコンタクト層と交互に積層して設けられてもよい。
次に、前記低温成長層の成長温度については、多くの
実験を重ねた結果から350〜500℃の範囲内に設定して良
いことが確められた。
実験を重ねた結果から350〜500℃の範囲内に設定して良
いことが確められた。
本発明によれば、MOCVD法により、表面モフォロジー
が良好な高電子濃度のｎ型化合物半導体層を成長するこ
とができる顕著な利点がある。例えば、GaAs、AlGaAs層
上にｎ型InGaAs層を１×1019cm-3の高電子濃度に成長さ
せることができる。この結果、ｎ型GaAs層のオーミック
コンタクト層としてｎ型InGaAsを用いることができる。
このため、電極の接触抵抗値は、従来の高濃度ｎ型GaAs
をオーミックコンタクト層として用いていた場合より非
常に小さな値が得られる。本発明は、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ、HEMT（High Electron Mobility Tra
nsistor）、MESFET（MEtal Semiconductor）等のGaAs/A
lGaAs系デバイスのｎ型層の良好なオーミックコンタク
ト層として非常に広い利用範囲を備える。
が良好な高電子濃度のｎ型化合物半導体層を成長するこ
とができる顕著な利点がある。例えば、GaAs、AlGaAs層
上にｎ型InGaAs層を１×1019cm-3の高電子濃度に成長さ
せることができる。この結果、ｎ型GaAs層のオーミック
コンタクト層としてｎ型InGaAsを用いることができる。
このため、電極の接触抵抗値は、従来の高濃度ｎ型GaAs
をオーミックコンタクト層として用いていた場合より非
常に小さな値が得られる。本発明は、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ、HEMT（High Electron Mobility Tra
nsistor）、MESFET（MEtal Semiconductor）等のGaAs/A
lGaAs系デバイスのｎ型層の良好なオーミックコンタク
ト層として非常に広い利用範囲を備える。
第１図は本発明の実施例で使用したMOCVD装置の概略を
示す構成図、第２図および第３図はいずれも夫々が実施
例で作成した接触抵抗測定用試料の断面図である。 14……GaAs基板、24a……TMSi（TESn）
示す構成図、第２図および第３図はいずれも夫々が実施
例で作成した接触抵抗測定用試料の断面図である。 14……GaAs基板、24a……TMSi（TESn）
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/00
Claims (2)
- 【請求項１】有機金属気相成長法により、GaAs層又はAl
GaAs層上に伝導型がｎ型であるInGaAs層を成長させるに
あたり、Siのアルキル化物またはSnのアルキル化物を含
むドーパント原料を用い、かつ成長温度350〜500℃で成
長を施すことを特徴とする化合物半導体薄膜の成長方
法。 - 【請求項２】InGaAs層のｎ型濃度が１×1019cm-3より大
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
膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02080291A JP3116954B2 (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 化合物半導体薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02080291A JP3116954B2 (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 化合物半導体薄膜の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03280419A JPH03280419A (ja) | 1991-12-11 |
| JP3116954B2 true JP3116954B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
ID=13714171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02080291A Expired - Lifetime JP3116954B2 (ja) | 1990-03-28 | 1990-03-28 | 化合物半導体薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3116954B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JPH06318606A (ja) * | 1993-05-10 | 1994-11-15 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置，並びにｈｂｔ素子及びｈｅｍｔ素子 |
| JP5919161B2 (ja) * | 2012-10-10 | 2016-05-18 | 住友化学株式会社 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法 |
| CN108376640A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-08-07 | 北京邮电大学 | InGaAs/Si外延材料的制备方法 |
-
1990
- 1990-03-28 JP JP02080291A patent/JP3116954B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| JPH03280419A (ja) | 1991-12-11 |
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