JP3348015B2 - ノンアロイ用電極コンタクト層の作製方法 - Google Patents
ノンアロイ用電極コンタクト層の作製方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III-Ｖ族化合物半
導体デバイスに好適に用いられるノンアロイ用化合物半
導体電極コンタクト層の作製方法に関する。
導体デバイスに好適に用いられるノンアロイ用化合物半
導体電極コンタクト層の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】III-Ｖ族化合物半導体は、電子デバイス
および光デバイスに広く利用されている。これらのデバ
イスは、III-Ｖ族化合物半導体基板上に、薄膜形成装置
を用いて、同種のIII-Ｖ族化合物半導体材料を積層する
ことによって形成される。デバイス構造の最表面には、
金属電極との接触を良くするための高濃度ドープ化合物
半導体層が形成される。III-Ｖ族化合物半導体薄膜の形
成法には、大きく分けて二つの流れがある。その一つ
は、真空中で薄膜の形成を行うもので、分子線エピタキ
シ（ＭＢＥ）法、ケミカルビームエピタキシ（ＣＢＥ）
法、ガスソース分子線エピタキシ（ＧＳＭＢＥ）法が挙
げられる。もう一つの流れは、０.１ないし１気圧の水
素雰囲気中で薄膜を形成する方法で、有機金属熱分解
（ＭＯＣＶＤ）法が代表的なものである。実用的なデバ
イスの作製方法として、ＭＯＣＶＤ法が最も広く用いら
れている。光デバイスの大部分はｐｎ接合の整流性を利
用する。図１に、ＩnＰ基板を用いた光デバイス構造の
断面を模式的に示す。ＭＯＣＶＤ法を用いて、このデバ
イスを作製する手順は以下のとおりである。ｎ型ＩｎＰ
基板１の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層２、続いて活性層
３を形成した後、ｐ型ＩｎＰ層４を積層し、最後にｐ型
ドーパントを高濃度にドープした電極コンタクト層５を
形成する。これを成長炉から取り出し、金属電極６を蒸
着する。このとき、ｐ型ドーパントは亜鉛（Ｚｎ）、電
極層の組成は、ＩｎＧａＡｓが、それぞれもっとも一般
的である。なお、ドープ量の最大値は、半導体に対する
ドーパントの溶解度で決まり、この例では、約１×１０
19／cｍ3程度である。半導体である電極コンタクト層５
に、金属６を接触すると両者の界面にショットキ障壁が
形成される。この障壁は整流性を示すので、素子に電流
を流す場合、より大きな電圧が必要となり、その結果、
消費電力が増加する。そこで、この障壁の影響を減らす
ために、二つの方法が用いられてきた。その一つは、障
壁の高さを減らすもので、具体的には、表面にＡｕＺｎ
Ｎｉを蒸着し、その後、約４００℃に加熱することによ
り合金化して、オーミック電極を形成するものである。
いわゆるアロイ電極である。この方法は、アニール中に
蒸着したＺｎがＩｎＧａＡｓコンタクト層５を突き抜け
て、活性層３にまで拡散し、デバイス特性を著しく劣化
させるという欠点がある。もう一つは、障壁の厚さを薄
くするもので、具体的には、拡散炉中でＺn3Ｐ２を流し
ながら、電極コンタクト層にＺｎを拡散させて５×１０
19／ｃｍ3以上の非常に高濃度なドープ層を形成する方
法である。 この高濃度ドープ層の上に、ＴｉＰｔＡｕ
を蒸着する。アロイ電極を用いないため、ノンアロイ電
極と呼ばれる。金属としてＺｎを用いないので、素子作
製時の信頼性が高い。しかしながら、この拡散法はドー
プ層の深さを制御することに難点がある。とくに厚さの
薄い層を形成することができない。例えば、５×１０19
／ｃｍ3の濃度で厚さ１０００Åのドープ層を形成する
には、拡散厚さは拡散定数と時間の積の平方根に比例す
るので、拡散時間は１分程度となる。拡散炉の昇温、降
温に数分間要するので、事実上、この工程を用いること
は不可能である。さらに、このような数１０００Åのド
ープ層を、２インチ基板全体に一様に形成することは極
めて難しい。最近、Ｚｎ以外のｐ型ドーパントとしてカ
ーボンが注目されている。得られたＩｎＧａＡｓ層の最
高キャリア濃度は、膜作製法によって異なる。すなわ
ち、ＭＯＣＶＤ法では約３×１０19／ｃｍ3、ＭＢＥと
ＣＢＥでは約１×１０20／ｃｍ3である。特に、後の２
者では、非常に高い濃度ドープ層が得られるため、ノン
アロイ電極が可能となり、Ｚｎの拡散に伴う劣化の問題
を避けることができる。また、これらは膜成長であるた
め、１００Å程度から数ミクロンまで任意の厚さの層を
形成できる。したがって、ＭＯＣＶＤ成長ＩｎＧａＡｓ
膜を、いったん成長炉から取りだし、ＭＢＥあるいはＣ
ＢＥ法で、カーボンドープＩｎＧａＡｓ層を再成長す
る、いわゆるハイブリッド方法が注目されている。ただ
し、このハイブリッド法は、再成長界面に不純物（おも
に酸化物）が堆積するため、これらがキャリアのキラー
となって界面でのキャリアを減少させ、抵抗層を形成す
るという問題点がある。
および光デバイスに広く利用されている。これらのデバ
イスは、III-Ｖ族化合物半導体基板上に、薄膜形成装置
を用いて、同種のIII-Ｖ族化合物半導体材料を積層する
ことによって形成される。デバイス構造の最表面には、
金属電極との接触を良くするための高濃度ドープ化合物
半導体層が形成される。III-Ｖ族化合物半導体薄膜の形
成法には、大きく分けて二つの流れがある。その一つ
は、真空中で薄膜の形成を行うもので、分子線エピタキ
シ（ＭＢＥ）法、ケミカルビームエピタキシ（ＣＢＥ）
法、ガスソース分子線エピタキシ（ＧＳＭＢＥ）法が挙
げられる。もう一つの流れは、０.１ないし１気圧の水
素雰囲気中で薄膜を形成する方法で、有機金属熱分解
（ＭＯＣＶＤ）法が代表的なものである。実用的なデバ
イスの作製方法として、ＭＯＣＶＤ法が最も広く用いら
れている。光デバイスの大部分はｐｎ接合の整流性を利
用する。図１に、ＩnＰ基板を用いた光デバイス構造の
断面を模式的に示す。ＭＯＣＶＤ法を用いて、このデバ
イスを作製する手順は以下のとおりである。ｎ型ＩｎＰ
基板１の上に、ｎ型ＩｎＰバッファ層２、続いて活性層
３を形成した後、ｐ型ＩｎＰ層４を積層し、最後にｐ型
ドーパントを高濃度にドープした電極コンタクト層５を
形成する。これを成長炉から取り出し、金属電極６を蒸
着する。このとき、ｐ型ドーパントは亜鉛（Ｚｎ）、電
極層の組成は、ＩｎＧａＡｓが、それぞれもっとも一般
的である。なお、ドープ量の最大値は、半導体に対する
ドーパントの溶解度で決まり、この例では、約１×１０
19／cｍ3程度である。半導体である電極コンタクト層５
に、金属６を接触すると両者の界面にショットキ障壁が
形成される。この障壁は整流性を示すので、素子に電流
を流す場合、より大きな電圧が必要となり、その結果、
消費電力が増加する。そこで、この障壁の影響を減らす
ために、二つの方法が用いられてきた。その一つは、障
壁の高さを減らすもので、具体的には、表面にＡｕＺｎ
Ｎｉを蒸着し、その後、約４００℃に加熱することによ
り合金化して、オーミック電極を形成するものである。
いわゆるアロイ電極である。この方法は、アニール中に
蒸着したＺｎがＩｎＧａＡｓコンタクト層５を突き抜け
て、活性層３にまで拡散し、デバイス特性を著しく劣化
させるという欠点がある。もう一つは、障壁の厚さを薄
くするもので、具体的には、拡散炉中でＺn3Ｐ２を流し
ながら、電極コンタクト層にＺｎを拡散させて５×１０
19／ｃｍ3以上の非常に高濃度なドープ層を形成する方
法である。 この高濃度ドープ層の上に、ＴｉＰｔＡｕ
を蒸着する。アロイ電極を用いないため、ノンアロイ電
極と呼ばれる。金属としてＺｎを用いないので、素子作
製時の信頼性が高い。しかしながら、この拡散法はドー
プ層の深さを制御することに難点がある。とくに厚さの
薄い層を形成することができない。例えば、５×１０19
／ｃｍ3の濃度で厚さ１０００Åのドープ層を形成する
には、拡散厚さは拡散定数と時間の積の平方根に比例す
るので、拡散時間は１分程度となる。拡散炉の昇温、降
温に数分間要するので、事実上、この工程を用いること
は不可能である。さらに、このような数１０００Åのド
ープ層を、２インチ基板全体に一様に形成することは極
めて難しい。最近、Ｚｎ以外のｐ型ドーパントとしてカ
ーボンが注目されている。得られたＩｎＧａＡｓ層の最
高キャリア濃度は、膜作製法によって異なる。すなわ
ち、ＭＯＣＶＤ法では約３×１０19／ｃｍ3、ＭＢＥと
ＣＢＥでは約１×１０20／ｃｍ3である。特に、後の２
者では、非常に高い濃度ドープ層が得られるため、ノン
アロイ電極が可能となり、Ｚｎの拡散に伴う劣化の問題
を避けることができる。また、これらは膜成長であるた
め、１００Å程度から数ミクロンまで任意の厚さの層を
形成できる。したがって、ＭＯＣＶＤ成長ＩｎＧａＡｓ
膜を、いったん成長炉から取りだし、ＭＢＥあるいはＣ
ＢＥ法で、カーボンドープＩｎＧａＡｓ層を再成長す
る、いわゆるハイブリッド方法が注目されている。ただ
し、このハイブリッド法は、再成長界面に不純物（おも
に酸化物）が堆積するため、これらがキャリアのキラー
となって界面でのキャリアを減少させ、抵抗層を形成す
るという問題点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
したハイブリッド法の問題点を解消するものであって、
ＭＯＣＶＤ法よりも一段と高い高濃度ドープ層が得られ
るＭＢＥ法もしくはＣＢＥ法を用いて、カーボン（Ｃ）
とベリリウム（Ｂｅ）を同時にドープする方法でＩｎＧ
ａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ等の化合物半導体層を再成
長させて、Ｂｅによる相互拡散を誘起して再成長界面の
残留酸化物の影響を除去し、かつ、Ｃによって高濃度ド
ープ層を形成することにより、高性能のノンアロイ用化
合物半導体電極コンタクト層を形成する方法を提供する
ことにある。
したハイブリッド法の問題点を解消するものであって、
ＭＯＣＶＤ法よりも一段と高い高濃度ドープ層が得られ
るＭＢＥ法もしくはＣＢＥ法を用いて、カーボン（Ｃ）
とベリリウム（Ｂｅ）を同時にドープする方法でＩｎＧ
ａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰ等の化合物半導体層を再成
長させて、Ｂｅによる相互拡散を誘起して再成長界面の
残留酸化物の影響を除去し、かつ、Ｃによって高濃度ド
ープ層を形成することにより、高性能のノンアロイ用化
合物半導体電極コンタクト層を形成する方法を提供する
ことにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記本発明の課題を達成
するために、特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、本発明は請求項１に記載のよう
に、基板をいったん大気に暴露する工程の後に、上記基
板上にｐ型ドーパントを高濃度にドープした化合物半導
体層を再成長する工程を有するノンアロイ用化合物半導
体電極コンタクト層の形成方法であって、上記基板をい
ったん大気に暴露する工程の前に、上記基板上に亜鉛も
しくはカドミウムをドープした化合物半導体層を成長す
る工程と、上記基板上にｐ型ドーパントを高濃度にドー
プした化合物半導体層を再成長する工程として、カーボ
ンおよびベリリウムの両方を、同時に高濃度にドープし
た化合物半導体層を再成長する工程を含むノンアロイ用
化合物半導体電極コンタクト層の作製方法とするもので
ある。また、本発明は電極コンタクト層の組成がＩnＧa
ＡsもしくはＩnＧaＡsＰであり、カーボンの高濃度ドー
プ量が１０１９／cｍ３〜１０２０／cｍ３オーダであ
り、ベリリウムの高濃度ドープ量が１０１７／cｍ３〜
１０１９／cｍ３オーダであるノンアロイ用化合物半導
体電極コンタクト層の作製方法に関するものである。本
発明のノンアロイ用化合物半導体電極コンタクト層の作
製方法において、一般に、ＣＢＥ法あるいはＭＢＥ法で
ノンアロイ用化合物半導体電極コンタクト層を形成する
場合に、ｐ型ドーパントとしてベリリウム（Ｂｅ）がよ
く用いられる。その理由は、Ｂｅは拡散しない安定した
ドーパントであるので、急峻な分布が得られるからであ
る。しかしながら、本発明者らによる、ジャーナル オ
ブ アプライド フィジックス １９９７年７０巻２８４
６頁に報告されている論文では、Ｂｅドープ層が高ドー
プ層と隣り合うとき、Ｂｅは拡散しやすい性質に変化す
る。特に、Ｂｅが５×１０１７／ｃｍ３以上ドープされ
た層がＺｎ（またはＣｄ）ドープ層と隣接するとき、Ｂ
ｅはＺｎドープ層に容易に拡散する。その際、Ｚｎは逆
にＢｅドープ層に拡散する。Ｂｅの濃度が隣接層と同じ
値になるまで、この相互拡散は続く。相互拡散したＢｅ
とＺｎはIII族サイトに入る、いわゆる置換型である。
したがって、ハイブリッド法のように再成長界面に残留
酸化物が存在する場合でも、 Ｚｎは酸化物のボンドを
切って、酸素を追い出し、そのサイトにＺｎが入り込
む。追い出された酸素は、もはやキャリアのキラーとし
ては働かない。このことから、Ｂｅとカーボン（Ｃ）を
同時にドープすれば、ベリリウムによって相互拡散を誘
起することにより再成長界面の残留酸化物の影響を除去
することができ、かつ、Ｃによって１０１９／ｃｍ３〜
１０２０／ｃｍ３程度の高濃度ドープ層を形成できると
いう二つの課題が達成できる効果がある。
するために、特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、本発明は請求項１に記載のよう
に、基板をいったん大気に暴露する工程の後に、上記基
板上にｐ型ドーパントを高濃度にドープした化合物半導
体層を再成長する工程を有するノンアロイ用化合物半導
体電極コンタクト層の形成方法であって、上記基板をい
ったん大気に暴露する工程の前に、上記基板上に亜鉛も
しくはカドミウムをドープした化合物半導体層を成長す
る工程と、上記基板上にｐ型ドーパントを高濃度にドー
プした化合物半導体層を再成長する工程として、カーボ
ンおよびベリリウムの両方を、同時に高濃度にドープし
た化合物半導体層を再成長する工程を含むノンアロイ用
化合物半導体電極コンタクト層の作製方法とするもので
ある。また、本発明は電極コンタクト層の組成がＩnＧa
ＡsもしくはＩnＧaＡsＰであり、カーボンの高濃度ドー
プ量が１０１９／cｍ３〜１０２０／cｍ３オーダであ
り、ベリリウムの高濃度ドープ量が１０１７／cｍ３〜
１０１９／cｍ３オーダであるノンアロイ用化合物半導
体電極コンタクト層の作製方法に関するものである。本
発明のノンアロイ用化合物半導体電極コンタクト層の作
製方法において、一般に、ＣＢＥ法あるいはＭＢＥ法で
ノンアロイ用化合物半導体電極コンタクト層を形成する
場合に、ｐ型ドーパントとしてベリリウム（Ｂｅ）がよ
く用いられる。その理由は、Ｂｅは拡散しない安定した
ドーパントであるので、急峻な分布が得られるからであ
る。しかしながら、本発明者らによる、ジャーナル オ
ブ アプライド フィジックス １９９７年７０巻２８４
６頁に報告されている論文では、Ｂｅドープ層が高ドー
プ層と隣り合うとき、Ｂｅは拡散しやすい性質に変化す
る。特に、Ｂｅが５×１０１７／ｃｍ３以上ドープされ
た層がＺｎ（またはＣｄ）ドープ層と隣接するとき、Ｂ
ｅはＺｎドープ層に容易に拡散する。その際、Ｚｎは逆
にＢｅドープ層に拡散する。Ｂｅの濃度が隣接層と同じ
値になるまで、この相互拡散は続く。相互拡散したＢｅ
とＺｎはIII族サイトに入る、いわゆる置換型である。
したがって、ハイブリッド法のように再成長界面に残留
酸化物が存在する場合でも、 Ｚｎは酸化物のボンドを
切って、酸素を追い出し、そのサイトにＺｎが入り込
む。追い出された酸素は、もはやキャリアのキラーとし
ては働かない。このことから、Ｂｅとカーボン（Ｃ）を
同時にドープすれば、ベリリウムによって相互拡散を誘
起することにより再成長界面の残留酸化物の影響を除去
することができ、かつ、Ｃによって１０１９／ｃｍ３〜
１０２０／ｃｍ３程度の高濃度ドープ層を形成できると
いう二つの課題が達成できる効果がある。
【０００５】
【発明の実施の形態】〈実施の形態１〉本発明の効果を
実証する目的で以下に示すの実験を行った。まず、ＭＯ
ＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板の上にバッファ層を
成長し、続いてＺｎを１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎＧ
ａＡｓを３０００Å、最後にＩｎＰキャップ層を５００
Å形成した。これを空気中に取り出し、ＩｎＰキャップ
層を塩酸／リン酸混合液で除去した。この試料を直ち
に、ＣＢＥ成長室に装填し、真空に排気した。Ｇａの原
料にＴＭＧ（トリメチルガリウム）を、Ｉｎの原料にＴ
ＭＩ（トリメチルインジウム）を、Ａｓの原料に熱分解
したアルシンを用いた。カーボンドープの原料にＣＢｒ
4（臭化炭素）を、また、Ｂｅドープの原料に、金属Ｂ
ｅを用いた。５１５℃に加熱した上記のＭＯＣＶＤ膜上
に、上記原料を用いてＩｎＧａＡｓを３０００Å成長し
ながら、ＣとＢｅを同時にドープした。その際、ＣＢｒ
4は気体なので、その流量を調整して、Ｃドープ量が１
０20／ｃｍ3程度となるように、また、Ｂｅは、その加
熱温度を調整して、ドープ量が１０18／ｃｍ3程度とな
るように制御した。同時にドープするので、これを共同
ドープ〔コ・ドープ（ｃｏ・ｄｏｐｅ）〕と言う。作製
した再成長膜の深さ方向のキャリア濃度分布を図２に示
す。ＣＢＥ成長のＩｎＧａＡｓ層のキャリア濃度は約１
０20／ｃｍ3、ＭＯＣＶＤ成長のＩｎＧａＡｓのキャリ
ア濃度は約１０18／ｃｍ3である。このように、設計通
りのキャリア濃度分布が得られた。コ・ドープ再成長膜
のＳＩＭＳ分析を行い、ＣＢＥ成長ＩｎＧａＡｓ膜中に
は１０20／ｃｍ3程度の濃度のＣと、約５×１０17／ｃ
ｍ3程度の濃度のＢｅと、約５×１０17／ｃｍ3程度の濃
度のＺｎが検出された。この結果から、ＭＯＣＶＤ膜中
のＺｎがＣＢＥ成長ＩｎＧａＡｓ膜中に拡散しているこ
とが確認された。この他、ＳＩＭＳ分析から界面に１０
19／ｃｍ3を越える酸素が検出された。この結果は、Ｍ
ＯＣＶＤ成長ＩｎＧａＡｓ膜上に形成された自然酸化膜
が５１５℃の加熱では完全には除去されず、残留物が存
在することを意味する。一方、Ｃだけをドープして作製
した再成長膜（単独ドープと言う）についても比較検討
した。キャリア濃度分布は、ＭＯＣＶＤ成長ＩｎＧａＡ
ｓ膜とＣＢＥ成長ＩｎＧａＡｓ膜との界面で、キャリア
が約１×１０17／ｃｍ3程度まで急峻に減少した。ま
た、ＳＩＭＳ分析によれば、ＣＢＥ成長ＩｎＧａＡｓ膜
中には、１０20／ｃｍ3程度の濃度のＣが検出された
が、Ｚｎは検出されなかった。したがって、Ｚｎの拡散
を誘発するには、本発明のＢｅをドープすることが必須
の条件となる。本実施の形態では、Ｂｅ濃度を約５×１
０17／ｃｍ3程度としたが、約５×１０17／ｃｍ3〜約１
×１０19／ｃｍ3の範囲でも同様の効果が得られた。な
お、Ｂｅ濃度の上限値はドーピングの限界により決ま
る。また、Ｃ濃度を１０20／ｃｍ3程度としたが、１０
19／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3の範囲でも同様の効果が得ら
れた。なお、Ｃ濃度の上限値もドーピングの限界により
決まる。
実証する目的で以下に示すの実験を行った。まず、ＭＯ
ＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板の上にバッファ層を
成長し、続いてＺｎを１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎＧ
ａＡｓを３０００Å、最後にＩｎＰキャップ層を５００
Å形成した。これを空気中に取り出し、ＩｎＰキャップ
層を塩酸／リン酸混合液で除去した。この試料を直ち
に、ＣＢＥ成長室に装填し、真空に排気した。Ｇａの原
料にＴＭＧ（トリメチルガリウム）を、Ｉｎの原料にＴ
ＭＩ（トリメチルインジウム）を、Ａｓの原料に熱分解
したアルシンを用いた。カーボンドープの原料にＣＢｒ
4（臭化炭素）を、また、Ｂｅドープの原料に、金属Ｂ
ｅを用いた。５１５℃に加熱した上記のＭＯＣＶＤ膜上
に、上記原料を用いてＩｎＧａＡｓを３０００Å成長し
ながら、ＣとＢｅを同時にドープした。その際、ＣＢｒ
4は気体なので、その流量を調整して、Ｃドープ量が１
０20／ｃｍ3程度となるように、また、Ｂｅは、その加
熱温度を調整して、ドープ量が１０18／ｃｍ3程度とな
るように制御した。同時にドープするので、これを共同
ドープ〔コ・ドープ（ｃｏ・ｄｏｐｅ）〕と言う。作製
した再成長膜の深さ方向のキャリア濃度分布を図２に示
す。ＣＢＥ成長のＩｎＧａＡｓ層のキャリア濃度は約１
０20／ｃｍ3、ＭＯＣＶＤ成長のＩｎＧａＡｓのキャリ
ア濃度は約１０18／ｃｍ3である。このように、設計通
りのキャリア濃度分布が得られた。コ・ドープ再成長膜
のＳＩＭＳ分析を行い、ＣＢＥ成長ＩｎＧａＡｓ膜中に
は１０20／ｃｍ3程度の濃度のＣと、約５×１０17／ｃ
ｍ3程度の濃度のＢｅと、約５×１０17／ｃｍ3程度の濃
度のＺｎが検出された。この結果から、ＭＯＣＶＤ膜中
のＺｎがＣＢＥ成長ＩｎＧａＡｓ膜中に拡散しているこ
とが確認された。この他、ＳＩＭＳ分析から界面に１０
19／ｃｍ3を越える酸素が検出された。この結果は、Ｍ
ＯＣＶＤ成長ＩｎＧａＡｓ膜上に形成された自然酸化膜
が５１５℃の加熱では完全には除去されず、残留物が存
在することを意味する。一方、Ｃだけをドープして作製
した再成長膜（単独ドープと言う）についても比較検討
した。キャリア濃度分布は、ＭＯＣＶＤ成長ＩｎＧａＡ
ｓ膜とＣＢＥ成長ＩｎＧａＡｓ膜との界面で、キャリア
が約１×１０17／ｃｍ3程度まで急峻に減少した。ま
た、ＳＩＭＳ分析によれば、ＣＢＥ成長ＩｎＧａＡｓ膜
中には、１０20／ｃｍ3程度の濃度のＣが検出された
が、Ｚｎは検出されなかった。したがって、Ｚｎの拡散
を誘発するには、本発明のＢｅをドープすることが必須
の条件となる。本実施の形態では、Ｂｅ濃度を約５×１
０17／ｃｍ3程度としたが、約５×１０17／ｃｍ3〜約１
×１０19／ｃｍ3の範囲でも同様の効果が得られた。な
お、Ｂｅ濃度の上限値はドーピングの限界により決ま
る。また、Ｃ濃度を１０20／ｃｍ3程度としたが、１０
19／ｃｍ3〜１０20／ｃｍ3の範囲でも同様の効果が得ら
れた。なお、Ｃ濃度の上限値もドーピングの限界により
決まる。
【０００６】〈実施の形態２〉本実施の形態では、成長
界面の電気的性質を調べるために、以下に示す実験を行
った。まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板の
上に、ｎ−型バッファ層、ｐ型層、さらに、Ｚｎを１０
18／ｃｍ3程度ドープしたＩｎＧａＡｓ層を３０００
Å、最後に、ＩｎＰキャップ層を５００Å形成した。こ
れを空気中に取り出し、ＩｎＰキャップ層を塩酸とリン
酸混合液で除去した。このサンプルを直ちに、ＣＢＥ成
長室に装填し、真空に排気した。このＭＯＣＶＤ膜を二
つに分割し、両者をＣＢＥ成長室に装填し、真空に排気
した。Ｇａの原料にＴＭＧを、Ｉｎの原料にＴＭＩを、
Ａｓの原料に熱分解したアルシンを用いた。分割した一
方は、約５１５℃に加熱した上記ＭＯＣＶＤ膜上に、Ｃ
をドープしながらＩｎＧａＡｓ層を３０００Å成長し
た。 その際、Ｃドープ量は１０20／ｃｍ3程度に調整し
た。これを単独ドープサンプルと言う。他方は、約５１
５℃に加熱した上記のＭＯＣＶＤ膜上に、カーボンとベ
リリウムを同時にドープしながらＩｎＧａＡｓ層を３０
００Å成長した。その際、Ｃドープ量は１０20／ｃｍ3
程度に調整し、Ｂｅドープ量は約５×１０17／ｃｍ3程
度となるように制御した。これを、コ・ドープ（共同ド
ープ）サンプルと言う。こうして作製した、単独ドープ
サンプル、コ・ドープサンプル、およびＭＯＣＶＤ膜単
体を、２００μｍ2の大きさのメサに加工し、基板側に
ｎ電極を、ＣドープＩｎＧａＡｓ層側にｐ型電極を形成
した。上記二つの再成長サンプルの電流−電圧特性を図
３に示す。単独ドープサンプルの立ち上がり電圧が１.
２Ｖ、これに対し、コ・ドープサンプルでは１.０Ｖで
あった。図示していないが、ＭＯＣＶＤ膜単体の電流−
電圧特性は、コ・ドープサンプルのそれと全く同じで、
立ち上がり電圧が１.０Ｖあった。したがって、単独ド
ープサンプルで、立ち上がり電圧が０.２Ｖ増加した原
因は、界面の残留酸化物によるものである。逆に言え
ば、コ・ドープサンプルでは、酸素は存在するものの電
気的には不活性となっている。以上のように、図２と図
３から、コ・ドープすることにより、高濃度のｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓ層を形成でき、しかも、電気的には“清浄な”
界面を形成することができる。
界面の電気的性質を調べるために、以下に示す実験を行
った。まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板の
上に、ｎ−型バッファ層、ｐ型層、さらに、Ｚｎを１０
18／ｃｍ3程度ドープしたＩｎＧａＡｓ層を３０００
Å、最後に、ＩｎＰキャップ層を５００Å形成した。こ
れを空気中に取り出し、ＩｎＰキャップ層を塩酸とリン
酸混合液で除去した。このサンプルを直ちに、ＣＢＥ成
長室に装填し、真空に排気した。このＭＯＣＶＤ膜を二
つに分割し、両者をＣＢＥ成長室に装填し、真空に排気
した。Ｇａの原料にＴＭＧを、Ｉｎの原料にＴＭＩを、
Ａｓの原料に熱分解したアルシンを用いた。分割した一
方は、約５１５℃に加熱した上記ＭＯＣＶＤ膜上に、Ｃ
をドープしながらＩｎＧａＡｓ層を３０００Å成長し
た。 その際、Ｃドープ量は１０20／ｃｍ3程度に調整し
た。これを単独ドープサンプルと言う。他方は、約５１
５℃に加熱した上記のＭＯＣＶＤ膜上に、カーボンとベ
リリウムを同時にドープしながらＩｎＧａＡｓ層を３０
００Å成長した。その際、Ｃドープ量は１０20／ｃｍ3
程度に調整し、Ｂｅドープ量は約５×１０17／ｃｍ3程
度となるように制御した。これを、コ・ドープ（共同ド
ープ）サンプルと言う。こうして作製した、単独ドープ
サンプル、コ・ドープサンプル、およびＭＯＣＶＤ膜単
体を、２００μｍ2の大きさのメサに加工し、基板側に
ｎ電極を、ＣドープＩｎＧａＡｓ層側にｐ型電極を形成
した。上記二つの再成長サンプルの電流−電圧特性を図
３に示す。単独ドープサンプルの立ち上がり電圧が１.
２Ｖ、これに対し、コ・ドープサンプルでは１.０Ｖで
あった。図示していないが、ＭＯＣＶＤ膜単体の電流−
電圧特性は、コ・ドープサンプルのそれと全く同じで、
立ち上がり電圧が１.０Ｖあった。したがって、単独ド
ープサンプルで、立ち上がり電圧が０.２Ｖ増加した原
因は、界面の残留酸化物によるものである。逆に言え
ば、コ・ドープサンプルでは、酸素は存在するものの電
気的には不活性となっている。以上のように、図２と図
３から、コ・ドープすることにより、高濃度のｐ型Ｉｎ
ＧａＡｓ層を形成でき、しかも、電気的には“清浄な”
界面を形成することができる。
【０００７】〈実施の形態３〉本実施の形態では、光変
調器の電極層に応用した場合について説明する。まず、
ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板の上に、ｎ−型
ＩｎＰバッファ層、ＭＱＷ光吸収層、ｐ−ＩｎＰ型層、
さらに、Ｚｎを約１０18／ｃｍ3程度にドープしたＩｎ
ＧａＡｓ層を３０００Å、最後にＩｎＰキャップ層を５
００Å形成した。この構造のサンプルを２枚用意した。
一方は、この状態で幅１.５μｍのメサに加工し、両脇
を鉄をドープした半絶縁性ＩｎＰで埋め込んだ。ＩｎＰ
キャップ層を除去したのち、ＡｕＺｉＮｉを蒸着し、ア
ニールしてアロイ電極を形成した。他方、残りの１枚
は、ＩｎＰキャップ層を塩酸／リン酸混合液で除去し
た。このサンプルを直ちに、ＣＢＥ成長室に装填し、真
空に排気した。Ｇａの原料にＴＭＧを、Ｉｎの原料にＴ
ＭＩを、Ａｓの原料に熱分解したアルシンを用いた。Ｃ
ドープの原料にＣＢｒ4を、また、Ｂｅドープ用の原料
に金属Ｂｅを用いた。約５１５℃に加熱した上記のＭＯ
ＣＶＤ膜上に、上記の原料を用いてＩｎＧａＡｓ層を３
０００Å成長しながら、ＣとＢｅを同時にコ・ドープし
た。その際、ＣＢｒ4は気体なので、その流量を調整し
てＣドープ量が１０20／ｃｍ3程度となるように、ま
た、Ｂｅは、その加熱温度を調整して、ドープ量が１０
18／ｃｍ3程度となるように制御した。この状態で、幅
１.５μｍのメサに加工し、メサの両脇を鉄（Ｆｅ）を
ドープした半絶縁性ＩｎＰ層で埋め込んだ。その後、Ｃ
ドープＩｎＧａＡｓ層上にＴｉＰｔＡｕ膜を蒸着し、ノ
ンアロイ電極を形成した。上記の二つの変調器につい
て、変調器特性を比較した。その結果を、図４に示す。
縦軸は、入射光強度を１とした場合の出力光強度の比、
いわゆる、消光比を示す。入射光の波長は１.５μｍと
した。 アロイ電極変調器では、印加電圧が−３Ｖのと
き、消光比が１５ｄＢであるのに対し、ノンアロイ電極
変調器では、印加電圧が−３Ｖのとき、消光比が３０ｄ
Ｂであった。つまり、入射光のオンオフ比を１桁以上改
善することができた。その理由は、前者ではＺｎがＭＱ
Ｗ光吸収層付近にまで拡散したため、ＭＱＷ光吸収層内
の励起子が消滅したのに対し、後者では拡散がないので
本来の励起子特性を反映しているものと考えられる。Ｂ
ｅドープ層が、高濃度ドープ層と隣接するとき、Ｂｅは
拡散しやすい性質に変化する。本発明では、隣接する高
濃度ドープ層のドーパントがＺｎの場合について述べた
が、ドーパントがＣｄ（カドミウム）の場合にも適用で
きることは言うまでもない。また、電極コンタクト層と
して、ＩｎＧａＡｓ層の場合について述べたが、ＩｎＧ
ａＡｓＰ層を用いた場合においても同等の効果が得られ
ることを確認している。また、上記実施の形態では、本
発明が変調器の消光比の改善に有効であることを述べた
が、これ以外の光デバイス、例えば、レーザの特性改善
にも適用することができる。
調器の電極層に応用した場合について説明する。まず、
ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型ＩｎＰ基板の上に、ｎ−型
ＩｎＰバッファ層、ＭＱＷ光吸収層、ｐ−ＩｎＰ型層、
さらに、Ｚｎを約１０18／ｃｍ3程度にドープしたＩｎ
ＧａＡｓ層を３０００Å、最後にＩｎＰキャップ層を５
００Å形成した。この構造のサンプルを２枚用意した。
一方は、この状態で幅１.５μｍのメサに加工し、両脇
を鉄をドープした半絶縁性ＩｎＰで埋め込んだ。ＩｎＰ
キャップ層を除去したのち、ＡｕＺｉＮｉを蒸着し、ア
ニールしてアロイ電極を形成した。他方、残りの１枚
は、ＩｎＰキャップ層を塩酸／リン酸混合液で除去し
た。このサンプルを直ちに、ＣＢＥ成長室に装填し、真
空に排気した。Ｇａの原料にＴＭＧを、Ｉｎの原料にＴ
ＭＩを、Ａｓの原料に熱分解したアルシンを用いた。Ｃ
ドープの原料にＣＢｒ4を、また、Ｂｅドープ用の原料
に金属Ｂｅを用いた。約５１５℃に加熱した上記のＭＯ
ＣＶＤ膜上に、上記の原料を用いてＩｎＧａＡｓ層を３
０００Å成長しながら、ＣとＢｅを同時にコ・ドープし
た。その際、ＣＢｒ4は気体なので、その流量を調整し
てＣドープ量が１０20／ｃｍ3程度となるように、ま
た、Ｂｅは、その加熱温度を調整して、ドープ量が１０
18／ｃｍ3程度となるように制御した。この状態で、幅
１.５μｍのメサに加工し、メサの両脇を鉄（Ｆｅ）を
ドープした半絶縁性ＩｎＰ層で埋め込んだ。その後、Ｃ
ドープＩｎＧａＡｓ層上にＴｉＰｔＡｕ膜を蒸着し、ノ
ンアロイ電極を形成した。上記の二つの変調器につい
て、変調器特性を比較した。その結果を、図４に示す。
縦軸は、入射光強度を１とした場合の出力光強度の比、
いわゆる、消光比を示す。入射光の波長は１.５μｍと
した。 アロイ電極変調器では、印加電圧が−３Ｖのと
き、消光比が１５ｄＢであるのに対し、ノンアロイ電極
変調器では、印加電圧が−３Ｖのとき、消光比が３０ｄ
Ｂであった。つまり、入射光のオンオフ比を１桁以上改
善することができた。その理由は、前者ではＺｎがＭＱ
Ｗ光吸収層付近にまで拡散したため、ＭＱＷ光吸収層内
の励起子が消滅したのに対し、後者では拡散がないので
本来の励起子特性を反映しているものと考えられる。Ｂ
ｅドープ層が、高濃度ドープ層と隣接するとき、Ｂｅは
拡散しやすい性質に変化する。本発明では、隣接する高
濃度ドープ層のドーパントがＺｎの場合について述べた
が、ドーパントがＣｄ（カドミウム）の場合にも適用で
きることは言うまでもない。また、電極コンタクト層と
して、ＩｎＧａＡｓ層の場合について述べたが、ＩｎＧ
ａＡｓＰ層を用いた場合においても同等の効果が得られ
ることを確認している。また、上記実施の形態では、本
発明が変調器の消光比の改善に有効であることを述べた
が、これ以外の光デバイス、例えば、レーザの特性改善
にも適用することができる。
【０００８】
【発明の効果】本発明のノンアロイ用化合物半導体電極
コンタクト層の形成方法によれば、従来のハイブリッド
法のように再成長界面に残留酸化物が存在する場合であ
っても、ベリリウム（Ｂｅ）とカーボン（Ｃ）を同時に
ドープすれば、ベリリウムによって相互拡散を誘起する
ことができるので再成長界面の残留酸化物の影響を除去
することが可能となり、かつ、Ｃによって１０19〜１０
20／ｃｍ3程度の高濃度ドープ層を形成することができ
る。したがって、これを例えば、変調器のノンアロイ電
極に適用すれば、入射光のオンオフ比を１桁以上改善す
ることができ、また、これ以外の光デバイス、例えば、
レーザの特性の改善に大きく寄与できる効果がある。
コンタクト層の形成方法によれば、従来のハイブリッド
法のように再成長界面に残留酸化物が存在する場合であ
っても、ベリリウム（Ｂｅ）とカーボン（Ｃ）を同時に
ドープすれば、ベリリウムによって相互拡散を誘起する
ことができるので再成長界面の残留酸化物の影響を除去
することが可能となり、かつ、Ｃによって１０19〜１０
20／ｃｍ3程度の高濃度ドープ層を形成することができ
る。したがって、これを例えば、変調器のノンアロイ電
極に適用すれば、入射光のオンオフ比を１桁以上改善す
ることができ、また、これ以外の光デバイス、例えば、
レーザの特性の改善に大きく寄与できる効果がある。
【図１】本発明が適用できる光デバイスの構造の一例を
示す模式図。
示す模式図。
【図２】本発明の実施の形態１で例示した再成長膜の深
さ方向のキャリア濃度分布を示す図。
さ方向のキャリア濃度分布を示す図。
【図３】本発明の実施の形態２で例示した共同ドープ
（本発明）と単独ドープ（従来）による再成長サンプル
の電流−電圧特性を比較して示す図。
（本発明）と単独ドープ（従来）による再成長サンプル
の電流−電圧特性を比較して示す図。
【図４】本発明の実施の形態３で例示したノンアロイ電
極の変調器とアロイ電極の変調器の消光比特性を比較し
て示す図。
極の変調器とアロイ電極の変調器の消光比特性を比較し
て示す図。
１…ｎ型ＩｎＰ基板 ２…ｎ型ＩｎＰバッファ層 ３…活性層 ４…ｐ型ＩｎＰ層 ５…ｐ型ドーパントを高濃度にドープした電極コンタク
ト層 ６…金属電極
ト層 ６…金属電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−64529（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−308551（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/203,21/205 H01L 21/363,21/365
Claims (1)
- 【請求項１】基板をいったん大気に暴露する工程の後
に、上記基板上にｐ型ドーパントを高濃度にドープした
化合物半導体層を再成長する工程を有するノンアロイ用
電極コンタクト層の形成方法であって、 上記基板をいったん大気に暴露する工程の前に、上記基
板上に亜鉛もしくはカドミウムをドープした化合物半導
体層を成長する工程と、 上記基板上にｐ型ドーパントを高濃度にドープした化合
物半導体層を再成長する工程として、カーボンおよびベ
リリウムの両方を、同時に高濃度にドープした化合物半
導体層を再成長する工程を、含むことを特徴とするノン
アロイ用電極コンタクト層の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11177298A JP3348015B2 (ja) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | ノンアロイ用電極コンタクト層の作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11177298A JP3348015B2 (ja) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | ノンアロイ用電極コンタクト層の作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11307457A JPH11307457A (ja) | 1999-11-05 |
| JP3348015B2 true JP3348015B2 (ja) | 2002-11-20 |
Family
ID=14569786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11177298A Expired - Fee Related JP3348015B2 (ja) | 1998-04-22 | 1998-04-22 | ノンアロイ用電極コンタクト層の作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3348015B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101091887B1 (ko) * | 2004-09-13 | 2011-12-12 | 신승도 | 고전도성 및 투광성을 갖는 다이아몬드성 카본 코팅 및그의 제조 방법 |
| JP2009071172A (ja) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Sony Corp | 半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地層の形成方法 |
| JP6487236B2 (ja) * | 2015-02-18 | 2019-03-20 | 日本オクラロ株式会社 | 半導体光素子、及びその製造方法 |
-
1998
- 1998-04-22 JP JP11177298A patent/JP3348015B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11307457A (ja) | 1999-11-05 |
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