JP3224057B2 - 炭素添加半導体結晶の成長方法 - Google Patents
炭素添加半導体結晶の成長方法Info
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Description
化合物半導体結晶への炭素不純物添加を行う炭素添加半
導体結晶の成長方法に関するものである。
ース層に用いるp型GaAsやp型AlGaAsのp型
不純物としては、亜鉛,マグネシウム,ベリリウムが用
いられている。
果を持つことなどにより急峻な不純物濃度分布を得るこ
とが難しい。マグネシウムは、キャリア濃度の飽和やメ
モリ効果を持つことなどの問題がある。ベリリウムは、
低拡散定数であるが、高濃度添加時の異常拡散や高電流
密度通電時の通電拡散などにより素子特性の劣化を生じ
る。
効なp型不純物として注目されてきた。
トランジスタのベース層に用いるp型InGaAsの場
合も、p型不純物として亜鉛,マグネシウム,ベリリウ
ムなどが用いられているため、p型GaAsやAlGa
Asと同様な問題を持っている。InGaAs中の炭素
は当初n型と思われていたが、S.A.Stockmanらの報告
(J.Electronic Materials, Vol.21,No.12,1992,p.111
1)やG.E.Stillmanらの報告(Inst.Phys.Conf.Ser.No12
9, P.687,1993)のようにp型になることは明確であ
る。
AsやInGaAsの炭素不純物は拡散定数が小さい、
高濃度添加が可能、活性化率がほぼ100%、メモリ効
果がない、異常拡散や通常拡散が見られない、などの特
徴をもつ新しいp型不純物として注目され、種々の炭素
添加半導体結晶の成長方法が提案され始めた。
メチルガリウムを用い、V族原料のトリメチルひ素から
メチル基ガスを供給してトリメチルガリウムの「ガリウ
ム−炭素」結合の分解反応の進行を抑制し、このメチル
基ガスの供給量により炭素添加量を制御するような炭素
添加半導体結晶の成長方法の場合、トリメチルひ素はA
sとメチル基の両方の供給源となる。
おいては成長表面からAsが解離しやすくなり、結晶性
が劣化しやすい問題がある。トリメチルひ素は熱分解し
にくいため、流量を増加してもAs分圧はそれほど高く
ならない。アルシンは熱分解しやすく、As分圧を高め
るのに有効であるが、アルシンの分解により発生した活
性水素は、主炭素源の「ガリウム−炭素」結合の分解反
応を促進させる作用があり、炭素濃度が減少してしまう
問題があった。
での高炭素濃度添加半導体の成長において、メチル基ガ
スの制御とAs分圧の制御を個別にできる方法の開発が
強く望まれていた。
高炭素濃度添加半導体成長において、炭素濃度制御に重
要なメチル基ガスの制御と、結晶表面荒れの防止に有効
なAs分圧の制御を個別に制御できる成長方法を提供す
ることにある。
半導体結晶の成長方法は、III 族原料として母結晶構成
元素を含み、かつ主炭素混入源となりうるIII 族原料を
用い、V族原料に主炭素混入源であるIII 族原料の「母
結晶元素−炭素」結合の分解反応を抑制するメチル基を
有するガスを用い、さらに、メチル基制御用原料として
トリメチルひ素を用い、ひ素圧制御用原料としてトリエ
チルひ素を用いるものである。
ル基ガスの制御により主炭素源となる母結晶構成原料の
「母結晶元素−炭素結合」の分解反応の進行を抑制する
ことによって、高炭素濃度結晶を成長させる成長方法に
おいて、メチル基ガスの制御とAs分圧の制御を個別に
行う。
ガスの制御とAs分圧の制御を個別に行うことはできな
かった。そのため、炭素の添加法と結晶表面からのAs
の解離防止法は、ともに成長温度の低温化だけであり、
本発明の炭素添加半導体結晶の成長法とは、メチル基と
As分圧の制御方法が異なる。
り、ここでは最も工業的であるメタルオーガニックベー
パーフェイズエピタキシー法(一般にMOVPE法と略
記)により行った場合について詳細に説明する。なお、
モレキュラービームエピタキシー法(一般にMBE法と
略記)や、メタルオーガニクモレキュラービームエピタ
キシー法(一般にMOMBE法と略記)や、ケミカルビ
ームエピタキシー法(一般にCBE法と略記)などの気
相成長法でも、本発明は実施できることは説明を要しな
い。
法による薄膜成長装置の概略図を示す。図1で、1は反
応管、2は薄膜成長用基板、3は基板載置台、4は基板
加熱用の高周波コイル、5は原料ガス等の供給口、6は
原料ガス等の排気口、7−1はトリメチルガリウム入り
のボンベ、7−2はトリメチルインジウム入りのボン
ベ、7−3はトリメチルアルミニウム入りのボンベ、7
−4はターシャリブチルアルシン入りのボンベ、7−5
はトリエチルひ素入りのボンベ、8はトリメチルひ素入
りのボンベ、9はトリメチルアンチモン入りのボンベ、
10は原料ガスをバブリングして搬送する水素ガスライ
ン、11はメタンガスボンベ、12はメタンガスのクラ
ッキング装置、7−1a,7−2a,7−3a,7−4
a,7−5a,8a,9aおよび11aはボンベの開閉
用バルブ(以下、単にバルブという)を示す。なお、7
−1〜7−5,8,9,11は以下、原料ボンベとい
う。 〔参考例〕 本発明の参考例として炭素添加GaAs結晶の場合につ
いて説明する。原料に主炭素混入源のトリメチルガリウ
ムと、主メチル基供給源のトリメチルひ素と、ひ素分圧
制御用のターシャリブチルアルシンを用いた。原料ボン
ベ7−4と原料ボンベ8のバルブ7−4aと8aを開
け、水素ガスをトリメチルひ素原料とターシャリブチル
アルシン原料中にバブリングさせてトリメチルひ素とタ
ーシャリブチルアルシンの原料ガスを反応管1内に送
る。次に、原料ボンベ7−1のバルブ7−1aを開け、
水素ガスをトリメチルガリウム中にバブリングさせてト
リメチルガリウムの原料ガスを反応管1内に送り、炭素
添加GaAs薄膜を形成する。成長温度は650℃で、
炭素濃度が6x1019原子/cm 3 になるようにト
リメチルガリウムとトリメチルひ素の流量を、V/III
比にして70に固定した。ターシャリブチルアルシンの
流量は、ターシャリブチルアルシンとトリメチルひ素の
比にして1から100まで変化させた。
を示すもので、炭素添加GaAs結晶の表面欠陥密度と
ターシャリブチルアルシン流量の関係を示す。図2から
As解離を反映している表面欠陥密度は、ターシャリブ
チルアルシン供給量に比例して減少することがわかる。
供給量比が1の場合は、供給しない場合と同程度の表面
欠陥濃度であるが、供給量比が40以上では、検出限界
以下の50個/cm2以下になっており、良好な表面が
得られた。なお、炭素濃度はターシャリブチルアルシン
を加えても変化しなかった。
シンの供給は高温における炭素添加GaAs結晶の表面
からのAs解離抑制に効果があることが明らかなった。
ウムとトリメチルひ素とターシャリブチルアルシンを用
いた炭素添加AlGaAs結晶の場合も、ターシャリブ
チルアルシンの供給効果はGaAsの場合と同様であり
説明を要しない。 〔実施例〕 本発明は上記参考例におけるターシャリブチルアルシン
に代えてトリエチルひ素を用いたものに相当する。以下
実施例として炭素添加GaAs結晶の場合について説明
する。原料に主炭素混入源のトリメチルガリウムと、主
メチル基供給源のトリメチルひ素と、As分圧制御用の
トリエチルひ素を用いた。原料ボンベ7−5と原料ボン
ベ8のバルブ7−5aと8aを開け、水素ガスをトリエ
チルひ素原料とトリメチルひ素原料中にバブリングさせ
てトリエチルひ素とトリメチルひ素の原料ガスを反応管
1内に送る。次に、原料ボンベ7−1のバルブ7−1a
を開け、水素ガスをトリメチルガリウム中にバブリング
させてトリメチルガリウムの原料ガスを反応管1内に送
り、炭素添加GaAs薄膜を形成する。成長温度は65
0℃で、炭素濃度が6x1019原子/cm 3 になる
ようにトリメチルガリウムとトリメチルひ素の流量を、
V/III 比にして70に固定した。トリエチルひ素の流
量は、トリエチルひ素とトリメチルひ素の比にして1か
ら100まで変化させた。
トリメチルひ素の供給量に比例して減少した。供給量比
が1の場合は、供給しない場合と同程度の表面欠陥濃度
であるが、供給量比が40以上では、検出限界以下の5
0個/cm 2 以下になっており、良好な表面が得られ
た。なお、炭素濃度はトリエチルひ素を加えても変化し
なかった。
は高温における炭素添加GaAs結晶の表面からのAs
解離抑制に効果があることが明らかになった。
ウムとトリメチルひ素とトリエチルひ素を用いた炭素添
加AlGaAs結晶の場合も、トリエチルひ素の供給効
果はGaAsの場合と同様であり説明を要しない。
ムとトリメチルひ素とトリエチルひ素を用いた炭素添加
InGaAs結晶の場合も、トリエチルひ素の供給効果
はGaAsの場合と同様であり説明を要しない。
添加半導体結晶の成長方法では、III族元素を供給する
原料として、半導体結晶を構成するIII 族原子および炭
素原子を結晶に供給するガスを用い、V族元素を供給す
る原料として、メチル基を有するガスを用い、メチル基
制御用原料としてトリメチルひ素を用い、ひ素圧制御用
原料としてトリエチルひ素を用いるので、炭素濃度を制
御したままV族元素を供給する原料としてのメチル素を
有するガスの分圧の制御が可能であるから、方面欠陥の
ない高炭素濃度結晶が実現できる。これをヘテロ接合ト
ランジスタのベース層に応用した場合は高品質な抵抗ベ
ース層が容易に制作できるため、デバイスの高性能化が
達成できる。
である。
ブチルアルシン流量と表面欠陥密度の関係を示す図であ
る。
ブ 7−5a トリエチルひ素ボンベ開閉用バルブ 8 トリメチルひ素ボンベ 8a トリメチルひ素ボンベ開閉用バルブ 9 トリメチルアンチモンボンベ 9a トリメチルアンチモンボンベ開閉用バルブ 10 水素ガスライン 11 メタンガスボンベ 11a メタンガスボンベ開閉用バルブ 12 クラッキング装置
Claims (1)
- 【請求項1】 気相成長法による炭素添加III ・V族半
導体の結晶成長方法であって、 III 族元素を供給する原料として、半導体結晶を構成す
るIII 族原子および炭素原子を結晶に供給するガスを用
い、 V族元素を供給する原料として、メチル基を有するガス
を用い、メチル基制御用原料としてトリメチルひ素を用
い、ひ素圧制御用原料としてトリエチルひ素を用いるこ
とを特徴とする炭素添加半導体結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24674093A JP3224057B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 炭素添加半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24674093A JP3224057B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 炭素添加半導体結晶の成長方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07106252A JPH07106252A (ja) | 1995-04-21 |
JP3224057B2 true JP3224057B2 (ja) | 2001-10-29 |
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---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
CN113136616B (zh) * | 2021-03-29 | 2022-02-08 | 大庆溢泰半导体材料有限公司 | 一种生长半绝缘砷化镓单晶的掺碳装置及掺碳方法 |
-
1993
- 1993-10-01 JP JP24674093A patent/JP3224057B2/ja not_active Expired - Fee Related
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