JP3395318B2 - ３−５族化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents
３−５族化合物半導体結晶の成長方法Info
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Classifications
-
- H01L21/205—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高抵抗の化合物半導体結
晶層を有する３−５族化合物半導体結晶の成長方法に関
する。
晶層を有する３−５族化合物半導体結晶の成長方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体を用いた電子素子は、素子
間に電流が洩れ、誤動作を招いたり、絶縁不良のため破
壊することを抑制するため、素子間の電気抵抗をできる
だけ大きくする必要がある。しかし、高集積化が進むと
素子と素子の間隔が非常に狭くなるため、この間に電流
が洩れ易くなる傾向がある。従って、素子と素子の間の
絶縁（素子間分離）を確実に行なえるならば、高性能化
と高集積化が同時に達成することができるので、このよ
うな化合物半導体装置の登場が、強く望まれていた。上
記の目的を達成するために、分子線エピタキシャル法
（以下、ＭＢＥ法ということがある。）、有機金属気相
成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法ということがある。）等の
結晶成長法により、高抵抗層を成長する方法が行われて
きた。
間に電流が洩れ、誤動作を招いたり、絶縁不良のため破
壊することを抑制するため、素子間の電気抵抗をできる
だけ大きくする必要がある。しかし、高集積化が進むと
素子と素子の間隔が非常に狭くなるため、この間に電流
が洩れ易くなる傾向がある。従って、素子と素子の間の
絶縁（素子間分離）を確実に行なえるならば、高性能化
と高集積化が同時に達成することができるので、このよ
うな化合物半導体装置の登場が、強く望まれていた。上
記の目的を達成するために、分子線エピタキシャル法
（以下、ＭＢＥ法ということがある。）、有機金属気相
成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法ということがある。）等の
結晶成長法により、高抵抗層を成長する方法が行われて
きた。
【０００３】高抵抗層を成長する従来の方法として、Ａ
ｌＧａＡｓ成長層に酸素又は遷移金属などのドーパント
をドープする方法が挙げられる。酸素又は遷移金属類
は、半導体の禁制帯中に深い準位を形成することが知ら
れており、酸素又は遷移金属類に対するＡｌの高い活性
を利用してＡｌを含む結晶中に多量に深い準位を導入す
ることにより高抵抗結晶層を作製できる。具体的方法と
しては、酸素ガスを酸素ドーパントとして用いる方法、
Ａｌ原子と酸素原子との直接結合を有する有機金属化合
物を酸素ドーパントとして用いる方法（特開平１−２２
０４３２号公報）又は、酸素原子との直接結合を有する
有機金属化合物又は遷移金属を有する有機金属化合物を
ドーパントとして用いる方法（特開平３−２２５１９号
公報）などが知られている。
ｌＧａＡｓ成長層に酸素又は遷移金属などのドーパント
をドープする方法が挙げられる。酸素又は遷移金属類
は、半導体の禁制帯中に深い準位を形成することが知ら
れており、酸素又は遷移金属類に対するＡｌの高い活性
を利用してＡｌを含む結晶中に多量に深い準位を導入す
ることにより高抵抗結晶層を作製できる。具体的方法と
しては、酸素ガスを酸素ドーパントとして用いる方法、
Ａｌ原子と酸素原子との直接結合を有する有機金属化合
物を酸素ドーパントとして用いる方法（特開平１−２２
０４３２号公報）又は、酸素原子との直接結合を有する
有機金属化合物又は遷移金属を有する有機金属化合物を
ドーパントとして用いる方法（特開平３−２２５１９号
公報）などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸素ガ
スをドーパントとした場合には、その強い反応性のため
反応炉内に酸素が残留しやすく（以下、酸素が残留しや
すいことを残留効果が大きい、酸素が残留しにくいこと
を残留効果が小さいということがある。）、高抵抗層の
直上の結晶中に残留酸素が取り込まれ、結晶品質の悪化
を招く可能性がある。また、Ａｌ原子と酸素原子との直
接結合を有する有機金属化合物を酸素ドーパントとして
用いた場合、酸素濃度とＡｌ組成を独立に制御できない
ことが問題であった。また、前記有機金属化合物は、一
般に蒸気圧が異なる二量体、三量体が混合しているの
で、その蒸発挙動が不安定であり、継続的に酸素濃度を
一定とすることが困難なことが問題であった。本発明の
目的は、高抵抗の化合物半導体結晶層を成長させる際
に、酸素濃度、Ａｌ組成を独立に制御することが可能
で、かつ残留効果が小さいドーパントを用いて高抵抗化
合物半導体結晶層を成長させる方法を提供することにあ
る。
スをドーパントとした場合には、その強い反応性のため
反応炉内に酸素が残留しやすく（以下、酸素が残留しや
すいことを残留効果が大きい、酸素が残留しにくいこと
を残留効果が小さいということがある。）、高抵抗層の
直上の結晶中に残留酸素が取り込まれ、結晶品質の悪化
を招く可能性がある。また、Ａｌ原子と酸素原子との直
接結合を有する有機金属化合物を酸素ドーパントとして
用いた場合、酸素濃度とＡｌ組成を独立に制御できない
ことが問題であった。また、前記有機金属化合物は、一
般に蒸気圧が異なる二量体、三量体が混合しているの
で、その蒸発挙動が不安定であり、継続的に酸素濃度を
一定とすることが困難なことが問題であった。本発明の
目的は、高抵抗の化合物半導体結晶層を成長させる際
に、酸素濃度、Ａｌ組成を独立に制御することが可能
で、かつ残留効果が小さいドーパントを用いて高抵抗化
合物半導体結晶層を成長させる方法を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な問題を解決するため鋭意検討した結果、エーテル類と
いう特定の有機化合物を用いたときに、残留効果が小さ
いことを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明
は、次に記す発明からなる。 （１）原料として、有機金属化合物及び／又は水素化物
を用いた３−５族化合物半導体結晶の熱分解気相成長方
法において、エーテル類をドーパントとして用いて、少
なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合物半導体
結晶層を成長させることを特徴とする３−５族化合物半
導体結晶の成長方法。 （２）少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合
物半導体結晶層がＡｌXＧａ(1-X) Ａｓ（０＜Ｘ＜１）
結晶層であることを特徴とする（１）記載の３−５族化
合物半導体結晶の成長方法。 （３）エーテル類が化３で示される鎖状エーテル類であ
ることを特徴とする（１）又は（２）記載の３−５族化
合物半導体結晶の成長方法。
な問題を解決するため鋭意検討した結果、エーテル類と
いう特定の有機化合物を用いたときに、残留効果が小さ
いことを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明
は、次に記す発明からなる。 （１）原料として、有機金属化合物及び／又は水素化物
を用いた３−５族化合物半導体結晶の熱分解気相成長方
法において、エーテル類をドーパントとして用いて、少
なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合物半導体
結晶層を成長させることを特徴とする３−５族化合物半
導体結晶の成長方法。 （２）少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合
物半導体結晶層がＡｌXＧａ(1-X) Ａｓ（０＜Ｘ＜１）
結晶層であることを特徴とする（１）記載の３−５族化
合物半導体結晶の成長方法。 （３）エーテル類が化３で示される鎖状エーテル類であ
ることを特徴とする（１）又は（２）記載の３−５族化
合物半導体結晶の成長方法。
【化３】Ｒ1 −Ｏ−Ｒ2
（式中、Ｒ1 とＲ2 は、それぞれ独立に炭素数１〜１０
の飽和又は不飽和の１価の炭化水素基を表す。） （４）エーテル類が化４で示される環状エーテル類であ
ることを特徴とする（１）又は（２）記載の３−５族化
合物半導体結晶の成長方法。
の飽和又は不飽和の１価の炭化水素基を表す。） （４）エーテル類が化４で示される環状エーテル類であ
ることを特徴とする（１）又は（２）記載の３−５族化
合物半導体結晶の成長方法。
【化４】
（式中、Ｒ3 は、炭素数１〜１０の２価の炭化水素基で
あり、ｎは１〜３の整数である。） （５）前記（３）記載の鎖状エーテル類又は（４）記載
の環状エーテル類を予めトリアルキルアルミニウムに配
位させた付加化合物にして用いることを特徴とする
（１）又は（２）記載の３−５族化合物半導体結晶の成
長方法。
あり、ｎは１〜３の整数である。） （５）前記（３）記載の鎖状エーテル類又は（４）記載
の環状エーテル類を予めトリアルキルアルミニウムに配
位させた付加化合物にして用いることを特徴とする
（１）又は（２）記載の３−５族化合物半導体結晶の成
長方法。
【０００６】次に、本発明を詳細に説明する。本発明の
３−５族化合物半導体結晶の成長方法において、原料と
して、有機金属化合物及び／又は水素化物を用いる。有
機金属化合物としては、トリメチルガリウム（以下、Ｔ
ＭＧということがある。）、トリエチルガリウム（以
下、ＴＥＧということがある。）；トリメチルアルミニ
ウム（以下、ＴＭＡということがある。）、トリエチル
アルミニウム（以下、ＴＥＡということがある。）；ト
リメチルインジウム（以下、ＴＭＩということがあ
る。）などが挙げられる。水素化物としては、アルシン
（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）などが挙げられ
る。
３−５族化合物半導体結晶の成長方法において、原料と
して、有機金属化合物及び／又は水素化物を用いる。有
機金属化合物としては、トリメチルガリウム（以下、Ｔ
ＭＧということがある。）、トリエチルガリウム（以
下、ＴＥＧということがある。）；トリメチルアルミニ
ウム（以下、ＴＭＡということがある。）、トリエチル
アルミニウム（以下、ＴＥＡということがある。）；ト
リメチルインジウム（以下、ＴＭＩということがあ
る。）などが挙げられる。水素化物としては、アルシン
（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）などが挙げられ
る。
【０００７】本発明における３−５族化合物半導体結晶
は、少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合物
半導体結晶層を含有するものであり、本発明の特徴は、
少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合物半導
体結晶層を成長させるに際して、酸素原子と炭素原子と
の直接結合を有する有機化合物をドーパントとして用い
ることにある。少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−
５族化合物半導体結晶層として、具体的にはＡｌX Ｇａ
(1-X) Ａｓ（０＜Ｘ＜１）結晶層、ＡｌX Ｉｎ(1-X) Ａ
ｓ（０＜Ｘ＜１）結晶層、ＡｌX ＧａY Ｉｎ(1-X-Y) Ａ
ｓ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１、０＜Ｘ＋Ｙ＜１）結晶
層、ＡｌX ＧａY Ｉｎ(1-X-Y) Ｐ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ
＜１、０＜Ｘ＋Ｙ＜１）結晶層などが挙げられ、なかで
もＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ（０＜Ｘ＜１）結晶層が好まし
い。
は、少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合物
半導体結晶層を含有するものであり、本発明の特徴は、
少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合物半導
体結晶層を成長させるに際して、酸素原子と炭素原子と
の直接結合を有する有機化合物をドーパントとして用い
ることにある。少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−
５族化合物半導体結晶層として、具体的にはＡｌX Ｇａ
(1-X) Ａｓ（０＜Ｘ＜１）結晶層、ＡｌX Ｉｎ(1-X) Ａ
ｓ（０＜Ｘ＜１）結晶層、ＡｌX ＧａY Ｉｎ(1-X-Y) Ａ
ｓ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１、０＜Ｘ＋Ｙ＜１）結晶
層、ＡｌX ＧａY Ｉｎ(1-X-Y) Ｐ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ
＜１、０＜Ｘ＋Ｙ＜１）結晶層などが挙げられ、なかで
もＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ（０＜Ｘ＜１）結晶層が好まし
い。
【０００８】ＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ結晶層の組成につい
ては、Ｘが小さいと酸素の取り込み率が小さいので抵抗
率を上げ難く、またＸが大きいと、結晶が酸化されやす
く不安定であることから０．１≦Ｘ≦０．８がさらに好
ましく、０．２≦Ｘ≦０．７が特に好ましい。
ては、Ｘが小さいと酸素の取り込み率が小さいので抵抗
率を上げ難く、またＸが大きいと、結晶が酸化されやす
く不安定であることから０．１≦Ｘ≦０．８がさらに好
ましく、０．２≦Ｘ≦０．７が特に好ましい。
【０００９】少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５
族化合物半導体結晶層に含有される酸素の濃度範囲につ
いてはそのベースとなる結晶純度にもよるが、好ましく
は１×１０16／ｃｍ3 以上、より好ましくは１×１０17
／ｃｍ3 以上である。一方、上限は成長条件等により異
なるので一概に決められないが、あまり多すぎると成長
表面が荒れたりするので、好ましくは１×１０21／ｃｍ
3 程度以下、より望ましくは１×１０20／ｃｍ3 程度以
下である。
族化合物半導体結晶層に含有される酸素の濃度範囲につ
いてはそのベースとなる結晶純度にもよるが、好ましく
は１×１０16／ｃｍ3 以上、より好ましくは１×１０17
／ｃｍ3 以上である。一方、上限は成長条件等により異
なるので一概に決められないが、あまり多すぎると成長
表面が荒れたりするので、好ましくは１×１０21／ｃｍ
3 程度以下、より望ましくは１×１０20／ｃｍ3 程度以
下である。
【００１０】本発明において、ドーパントとして用いる
エーテル類として、化５で示される鎖状エーテル類が挙
げられる。
エーテル類として、化５で示される鎖状エーテル類が挙
げられる。
【化５】Ｒ1 −Ｏ−Ｒ2
（式中、Ｒ1 とＲ2 は、それぞれ独立に炭素数１〜１０
の飽和又は不飽和の１価の炭化水素基を表す。）具体的
には、Ｒ1 とＲ2 は、それぞれ独立に、メチル、エチ
ル、ｎ−プロピル、ｉｓｏ−プロピル、ｎ−ブチル、ｓ
ｅｃ−ブチル、ｎ−ヘキシルなどの基が挙げられる。
の飽和又は不飽和の１価の炭化水素基を表す。）具体的
には、Ｒ1 とＲ2 は、それぞれ独立に、メチル、エチ
ル、ｎ−プロピル、ｉｓｏ−プロピル、ｎ−ブチル、ｓ
ｅｃ−ブチル、ｎ−ヘキシルなどの基が挙げられる。
【００１１】また、前記のエーテル類として、化６で示
される環状エーテル類
される環状エーテル類
【化６】
（式中、Ｒ3 は、炭素数１〜１０の２価の炭化水素基で
あり、ｎは１〜３の整数である。）が挙げられる。環状
エーテル類としては、具体的には、テトラヒドロフラ
ン、ジオキサン、トリオキサン及びそれらの誘導体など
が挙げられる。
あり、ｎは１〜３の整数である。）が挙げられる。環状
エーテル類としては、具体的には、テトラヒドロフラ
ン、ジオキサン、トリオキサン及びそれらの誘導体など
が挙げられる。
【００１２】また、前記のエーテル類として、化５で示
される鎖状エーテル類又は化６で示される環状エーテル
類を予めトリアルキルアルミニウムに配位させた付加化
合物が挙げられる。具体的には、トリメチルアルミニウ
ム・エーテラート（ＴＭＡ・Ｅｔ2 Ｏ）などが挙げられ
る。エーテルなどの酸素を含む有機化合物は、蒸気圧特
性が良好であるため、再現性よく、かつ制御性よく供給
することが可能である。また、結晶成長プロセスにおい
て、化合物半導体結晶層の中のＡｌの強い反応性のため
に酸素のみが結晶中に取り込まれる。また、酸素ガスと
は異なり反応炉内に酸素が残留することもない。従って
高純度の結晶を続けて成長しても、その中に酸素が混入
することはなく、高抵抗化することはないので、電気的
特性の低下は認められないものと考えられる。
される鎖状エーテル類又は化６で示される環状エーテル
類を予めトリアルキルアルミニウムに配位させた付加化
合物が挙げられる。具体的には、トリメチルアルミニウ
ム・エーテラート（ＴＭＡ・Ｅｔ2 Ｏ）などが挙げられ
る。エーテルなどの酸素を含む有機化合物は、蒸気圧特
性が良好であるため、再現性よく、かつ制御性よく供給
することが可能である。また、結晶成長プロセスにおい
て、化合物半導体結晶層の中のＡｌの強い反応性のため
に酸素のみが結晶中に取り込まれる。また、酸素ガスと
は異なり反応炉内に酸素が残留することもない。従って
高純度の結晶を続けて成長しても、その中に酸素が混入
することはなく、高抵抗化することはないので、電気的
特性の低下は認められないものと考えられる。
【００１３】次に、ドーピング方法について具体的に説
明する。前記の原料を反応炉内で熱分解することによ
り、基板上にエピタキシャル成長を行なうが、それら原
料は、結晶の純度を保つために、含まれる酸素濃度を極
力低くしてある。本発明の特徴は、酸素原子と炭素原子
との直接結合を有する有機化合物を用いることにある
が、ドーピング方法としては、直接、室温で液体の有機
化合物はバブリングにより供給することができる。ま
た、室温で気体の有機化合物は、水素等で予め希釈した
ガスを用いることにより供給することができる。
明する。前記の原料を反応炉内で熱分解することによ
り、基板上にエピタキシャル成長を行なうが、それら原
料は、結晶の純度を保つために、含まれる酸素濃度を極
力低くしてある。本発明の特徴は、酸素原子と炭素原子
との直接結合を有する有機化合物を用いることにある
が、ドーピング方法としては、直接、室温で液体の有機
化合物はバブリングにより供給することができる。ま
た、室温で気体の有機化合物は、水素等で予め希釈した
ガスを用いることにより供給することができる。
【００１４】
【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明はこれらにより限定されるものでは
ない。 実施例１ 図１に示した装置において、さらに水素で２０ｍｏｌｐ
ｐｍに希釈したジシランが供給可能なアルシン供給部と
同様な機構２系列およびトリメチルアルミニウムが供給
可能なトリメチルガリウム供給部と同様な機構２系列
（図示せず。）を有する装置を用い、反応炉内の圧力を
４０Ｔｏｒｒとし、半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を基板とし
て基板温度７００℃、トリメチルガリウム（以下ＴＭＧ
という。）供給量６．３×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ及びキ
ャリア水素ガス８０リットル／ｍｉｎで、ＡｓＨ3 供給
量を、２．０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ（Ａｓ／Ｇａ＝３
０に相当）として結晶成長を行った。この時の成長速度
は４５０Å／ｍｉｎであった。
説明するが、本発明はこれらにより限定されるものでは
ない。 実施例１ 図１に示した装置において、さらに水素で２０ｍｏｌｐ
ｐｍに希釈したジシランが供給可能なアルシン供給部と
同様な機構２系列およびトリメチルアルミニウムが供給
可能なトリメチルガリウム供給部と同様な機構２系列
（図示せず。）を有する装置を用い、反応炉内の圧力を
４０Ｔｏｒｒとし、半絶縁性ＧａＡｓ単結晶を基板とし
て基板温度７００℃、トリメチルガリウム（以下ＴＭＧ
という。）供給量６．３×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ及びキ
ャリア水素ガス８０リットル／ｍｉｎで、ＡｓＨ3 供給
量を、２．０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ（Ａｓ／Ｇａ＝３
０に相当）として結晶成長を行った。この時の成長速度
は４５０Å／ｍｉｎであった。
【００１５】ノンドープＧａＡｓ層を３０００Å成長
後、ＴＭＧ供給量を１．２×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ａ
ｓＨ3 供給量を、２．０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ、市販
のトリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡという。）供給
量を１．９×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、及びジノルマルヘ
キシルエーテル〔（ｎ−Ｃ6 Ｈ13）2 Ｏ〕供給量を１．
１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎとして用いて、高抵抗ＡｌＧ
ａＡｓを成長させた。このときの成長速度は２５０Å／
ｍｉｎであり、Ａｌ組成がＸ＝０．７であるＡｌ X Ｇａ
(1-X) Ａｓ層が得られる。この層を５０００Å成長後、
ジノルマルヘキシルエーテルの供給を止め、ＴＭＧ供給
量を２．１×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ供給量を
３．９×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＡｓＨ3 供給量を４．
０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎとして、Ａｌ組成がＸ＝０．
２であるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ層を成長速度２００Å／
ｍｉｎで５０００Å成長した。
後、ＴＭＧ供給量を１．２×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ａ
ｓＨ3 供給量を、２．０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ、市販
のトリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡという。）供給
量を１．９×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、及びジノルマルヘ
キシルエーテル〔（ｎ−Ｃ6 Ｈ13）2 Ｏ〕供給量を１．
１×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎとして用いて、高抵抗ＡｌＧ
ａＡｓを成長させた。このときの成長速度は２５０Å／
ｍｉｎであり、Ａｌ組成がＸ＝０．７であるＡｌ X Ｇａ
(1-X) Ａｓ層が得られる。この層を５０００Å成長後、
ジノルマルヘキシルエーテルの供給を止め、ＴＭＧ供給
量を２．１×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ供給量を
３．９×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＡｓＨ3 供給量を４．
０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎとして、Ａｌ組成がＸ＝０．
２であるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ層を成長速度２００Å／
ｍｉｎで５０００Å成長した。
【００１６】なお、このときのＡｌ組成がＸ＝０．２で
あるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓは他に行った実験により、残
留キャリア濃度１×１０15／ｃｍ3 程度のｐ型であっ
た。次にＴＭＡの供給を停止し、同時にジシランを１．
４×１０-8ｍｏｌ／ｍｉｎ添加し、ＴＭＧ供給量を２．
１×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＡｓＨ3 供給量を４．０×
１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎとして、ｎ型ＧａＡｓ層を成長速
度４５０Å／ｍｉｎで３０００Å連続して成長した後、
ＴＭＧとジシランの供給を停止して結晶成長を停止し、
５５０℃まで冷却後アルシンの供給を停止し、室温付近
まで冷却後、試料を反応炉より取り出した。
あるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓは他に行った実験により、残
留キャリア濃度１×１０15／ｃｍ3 程度のｐ型であっ
た。次にＴＭＡの供給を停止し、同時にジシランを１．
４×１０-8ｍｏｌ／ｍｉｎ添加し、ＴＭＧ供給量を２．
１×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＡｓＨ3 供給量を４．０×
１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎとして、ｎ型ＧａＡｓ層を成長速
度４５０Å／ｍｉｎで３０００Å連続して成長した後、
ＴＭＧとジシランの供給を停止して結晶成長を停止し、
５５０℃まで冷却後アルシンの供給を停止し、室温付近
まで冷却後、試料を反応炉より取り出した。
【００１７】試料の一部を用いて図２に平面図を示すソ
ース電極１３およびドレイン電極１４を設け、さらにゲ
ート長１μm 、ゲート幅２００μｍのゲート電極１５を
設けたリセスゲート型ＦＥＴ（ただし、図２中のサイド
ゲート１６を設けず。）を作製した。なお、上記ＦＥＴ
の図２のＡ−Ａ’概略断面は図３で示すようにＧａＡｓ
基板２１上にＧａＡｓ層２０、酸素ドープＡｌＧａＡｓ
層１９、高純度ＡｌＧａＡｓ層１８、Ｓｉをドープした
ｎ型ド−ピングＧａＡｓ層１７よりなっている。このＦ
ＥＴの静特性を測定したところ、図４に示すヒステリシ
スが少なく、キンクのない良好な静特性が得られた。な
お、図中の横軸はドレイン電圧（Ｖ）、縦軸はドレイン
電流（ｍＡ）、パラメーターはゲート電圧（Ｖ）であ
る。
ース電極１３およびドレイン電極１４を設け、さらにゲ
ート長１μm 、ゲート幅２００μｍのゲート電極１５を
設けたリセスゲート型ＦＥＴ（ただし、図２中のサイド
ゲート１６を設けず。）を作製した。なお、上記ＦＥＴ
の図２のＡ−Ａ’概略断面は図３で示すようにＧａＡｓ
基板２１上にＧａＡｓ層２０、酸素ドープＡｌＧａＡｓ
層１９、高純度ＡｌＧａＡｓ層１８、Ｓｉをドープした
ｎ型ド−ピングＧａＡｓ層１７よりなっている。このＦ
ＥＴの静特性を測定したところ、図４に示すヒステリシ
スが少なく、キンクのない良好な静特性が得られた。な
お、図中の横軸はドレイン電圧（Ｖ）、縦軸はドレイン
電流（ｍＡ）、パラメーターはゲート電圧（Ｖ）であ
る。
【００１８】次に上記のＦＥＴを作製する際に試料の一
部にはゲート電極、サイドゲート電極を設けず、ソース
電極とドレイン電極間（約２０μｍ）に深さ０．３５μ
ｍ、幅５μｍの溝を掘り込み、ドレインソース間のリー
ク電流および耐圧を測定した。１０Ｖ印加時のリーク電
流値は２．２×１０-10 Ａであった。また、１×１０ -6
Ａ印加時の耐圧の値は８３．７Ｖであった。このことか
らきわめて抵抗の高い良好なバッファー層ができている
ことがわかった。
部にはゲート電極、サイドゲート電極を設けず、ソース
電極とドレイン電極間（約２０μｍ）に深さ０．３５μ
ｍ、幅５μｍの溝を掘り込み、ドレインソース間のリー
ク電流および耐圧を測定した。１０Ｖ印加時のリーク電
流値は２．２×１０-10 Ａであった。また、１×１０ -6
Ａ印加時の耐圧の値は８３．７Ｖであった。このことか
らきわめて抵抗の高い良好なバッファー層ができている
ことがわかった。
【００１９】次に上記ＦＥＴに隣接して図２で示すよう
にサイドゲート電極１６を設けた試料を作製した。この
電極をサイドゲートとして電圧を印加し、ＦＥＴのドレ
イン・ソース電流への影響を調べたところ、図５に示す
ようにサイドゲート電圧によるドレインソース電流への
影響はほとんどみられなかった。パラメーターはドレイ
ン電圧であって、２．５〜１５Ｖ（ステップ２．５Ｖ）
であった。なお、図５中の横軸はサイドゲート電圧
（Ｖ）、縦軸はドレイン電流（ｍＡ）を示す。このこと
からこの試料のバッファー層は隣接する素子間の分離に
対して良好な特性を有していることがわかった。
にサイドゲート電極１６を設けた試料を作製した。この
電極をサイドゲートとして電圧を印加し、ＦＥＴのドレ
イン・ソース電流への影響を調べたところ、図５に示す
ようにサイドゲート電圧によるドレインソース電流への
影響はほとんどみられなかった。パラメーターはドレイ
ン電圧であって、２．５〜１５Ｖ（ステップ２．５Ｖ）
であった。なお、図５中の横軸はサイドゲート電圧
（Ｖ）、縦軸はドレイン電流（ｍＡ）を示す。このこと
からこの試料のバッファー層は隣接する素子間の分離に
対して良好な特性を有していることがわかった。
【００２０】実施例２
高抵抗ＡｌＧａＡｓ層作製の際に、ＴＭＧ供給量を２．
０×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ供給量を１．４×１
０-4ｍｏｌ／ｍｉｎとして、Ａｌ組成がＸ＝０．５であ
るＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ層を成長した以外は、実施例１
と同様にして結晶成長を行なった。上記の結晶を用いて
実施例１と同様にしてリセスゲート型ＦＥＴを作製し、
静特性を測定したところ、図６に示すヒステリシスが少
なく、キンクのない良好な静特性が得られた。次に実施
例１と同様にリーク電流および耐圧を測定したところ、
１０Ｖ印加時のリーク電流値は８．５×１０-10 Ａであ
った。また、１×１０-6Ａ印加時の耐圧の値は７７．７
Ｖであった。このことからきわめて抵抗の高い良好なバ
ッファー層ができていることがわかった。次に実施例１
と同様にサイドゲート特性を測定したところ、図７に示
すように実施例１と同様の優れた特性を得た（パラメー
ターについては、実施例１と同様であった。）。このこ
とからこの試料のバッファー層は隣接する素子間の分離
に対して良好な特性を有していることがわかった。
０×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡ供給量を１．４×１
０-4ｍｏｌ／ｍｉｎとして、Ａｌ組成がＸ＝０．５であ
るＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ層を成長した以外は、実施例１
と同様にして結晶成長を行なった。上記の結晶を用いて
実施例１と同様にしてリセスゲート型ＦＥＴを作製し、
静特性を測定したところ、図６に示すヒステリシスが少
なく、キンクのない良好な静特性が得られた。次に実施
例１と同様にリーク電流および耐圧を測定したところ、
１０Ｖ印加時のリーク電流値は８．５×１０-10 Ａであ
った。また、１×１０-6Ａ印加時の耐圧の値は７７．７
Ｖであった。このことからきわめて抵抗の高い良好なバ
ッファー層ができていることがわかった。次に実施例１
と同様にサイドゲート特性を測定したところ、図７に示
すように実施例１と同様の優れた特性を得た（パラメー
ターについては、実施例１と同様であった。）。このこ
とからこの試料のバッファー層は隣接する素子間の分離
に対して良好な特性を有していることがわかった。
【００２１】実施例３
高抵抗ＡｌＧａＡｓ層作製の際に、ジノルマルヘキシル
エーテルを５．６×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ用いて酸素ド
ープを行い、ＴＭＧ供給量を２．８×１０-4ｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＴＭＡ供給量を８．３×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎと
して、Ａｌ組成がＸ＝０．３であるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａ
ｓ層を成長した以外は、実施例１と同様にして結晶成長
を行なった。上記の結晶を用いて実施例１と同様にリー
ク電流および耐圧を測定したところ、１０Ｖ印加時のリ
ーク電流値は９．２×１０-10 Ａであった。また、１×
１０ -6Ａ印加時の耐圧の値は５７．０Ｖであった。この
ことからきわめて抵抗の高い良好なバッファー層ができ
ていることがわかった。
エーテルを５．６×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ用いて酸素ド
ープを行い、ＴＭＧ供給量を２．８×１０-4ｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＴＭＡ供給量を８．３×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎと
して、Ａｌ組成がＸ＝０．３であるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａ
ｓ層を成長した以外は、実施例１と同様にして結晶成長
を行なった。上記の結晶を用いて実施例１と同様にリー
ク電流および耐圧を測定したところ、１０Ｖ印加時のリ
ーク電流値は９．２×１０-10 Ａであった。また、１×
１０ -6Ａ印加時の耐圧の値は５７．０Ｖであった。この
ことからきわめて抵抗の高い良好なバッファー層ができ
ていることがわかった。
【００２２】実施例４
市販のＴＭＡに等モル量のジエチルエーテルをバブリン
グにより付加させて、液体の配位化合物であるトリメチ
ルアルミニウムエーテラート（ＴＭＡ・Ｅｔ2Ｏ）を作
製した。高抵抗ＡｌＧａＡｓ層作製の際に、ジノルマル
ヘキシルエーテルを用いる代わりに、作製したＴＭＡ・
Ｅｔ2 Ｏ（トリメチルアルミニウムエーテラート）バブ
ラーを３５℃に恒温しながら、キャリア水素ガス５０ｓ
ｃｃｍによりバブリングすることで酸素ドープを行い、
ＴＭＧとＴＭＡの供給量については、実施例３と同じに
してＡｌ組成がＸ＝０．３であるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ
層を成長した以外は、実施例１と同様にして結晶成長を
行なった。
グにより付加させて、液体の配位化合物であるトリメチ
ルアルミニウムエーテラート（ＴＭＡ・Ｅｔ2Ｏ）を作
製した。高抵抗ＡｌＧａＡｓ層作製の際に、ジノルマル
ヘキシルエーテルを用いる代わりに、作製したＴＭＡ・
Ｅｔ2 Ｏ（トリメチルアルミニウムエーテラート）バブ
ラーを３５℃に恒温しながら、キャリア水素ガス５０ｓ
ｃｃｍによりバブリングすることで酸素ドープを行い、
ＴＭＧとＴＭＡの供給量については、実施例３と同じに
してＡｌ組成がＸ＝０．３であるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ
層を成長した以外は、実施例１と同様にして結晶成長を
行なった。
【００２３】上記の結晶を用いて実施例１と同様にして
リセスゲート型ＦＥＴを作製し、静特性を測定したとこ
ろ、図８のようなヒステリシスが少なく、キンクのない
良好な静特性が得られた。次に実施例１と同様にリーク
電流および耐圧を測定したところ、１０Ｖ印加時のリー
ク電流値は２×１０-8Ａであった。また、１×１０-6Ａ
印加時の耐圧の値は６５．０Ｖであった。このことから
きわめて抵抗の高い良好なバッファー層ができているこ
とがわかった。次に実施例１と同様にサイドゲート特性
を測定したところ、図９のように実施例１と同様の優れ
た特性を得た（パラメーターは、実施例１と同様であっ
た。）。このことからこの試料のバッファー層は隣接す
る素子間の分離に対して良好な特性を有していることが
わかった。
リセスゲート型ＦＥＴを作製し、静特性を測定したとこ
ろ、図８のようなヒステリシスが少なく、キンクのない
良好な静特性が得られた。次に実施例１と同様にリーク
電流および耐圧を測定したところ、１０Ｖ印加時のリー
ク電流値は２×１０-8Ａであった。また、１×１０-6Ａ
印加時の耐圧の値は６５．０Ｖであった。このことから
きわめて抵抗の高い良好なバッファー層ができているこ
とがわかった。次に実施例１と同様にサイドゲート特性
を測定したところ、図９のように実施例１と同様の優れ
た特性を得た（パラメーターは、実施例１と同様であっ
た。）。このことからこの試料のバッファー層は隣接す
る素子間の分離に対して良好な特性を有していることが
わかった。
【００２４】比較例１
エーテル化合物を用いずに、Ａｌ組成がＸ＝０．７の代
わりにＸ＝０．５であるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ層を成長
した以外は、実施例１と同様にして結晶成長を行なっ
た。上記の結晶を用いて実施例１と同様にしてリセスゲ
ート型ＦＥＴを作製し、静特性を測定したところ、図１
０のようにドレイン電圧１０Ｖ付近で異常にドレイン電
流が増加するいわゆるキンクを伴う静特性が得られた。
次に実施例１と同様にリーク電流を測定したところ、１
０Ｖ印加時のリーク電流値は１．４×１０-6Ａであっ
た。このことからＦＥＴ用としてはバッファー抵抗が不
十分であることがわかった。次に実施例１と同様にサイ
ドゲート特性を測定したところ、サイドゲート電圧によ
ってドレイン電流が大きく変化しており素子間分離特性
が悪いことがわかった。以上の結果から高抵抗ＡｌＧａ
Ａｓ層を用いない場合、バッファー抵抗とＦＥＴ特性が
不良で、かつ素子間分離特性も不良であることがわかっ
た。
わりにＸ＝０．５であるＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ層を成長
した以外は、実施例１と同様にして結晶成長を行なっ
た。上記の結晶を用いて実施例１と同様にしてリセスゲ
ート型ＦＥＴを作製し、静特性を測定したところ、図１
０のようにドレイン電圧１０Ｖ付近で異常にドレイン電
流が増加するいわゆるキンクを伴う静特性が得られた。
次に実施例１と同様にリーク電流を測定したところ、１
０Ｖ印加時のリーク電流値は１．４×１０-6Ａであっ
た。このことからＦＥＴ用としてはバッファー抵抗が不
十分であることがわかった。次に実施例１と同様にサイ
ドゲート特性を測定したところ、サイドゲート電圧によ
ってドレイン電流が大きく変化しており素子間分離特性
が悪いことがわかった。以上の結果から高抵抗ＡｌＧａ
Ａｓ層を用いない場合、バッファー抵抗とＦＥＴ特性が
不良で、かつ素子間分離特性も不良であることがわかっ
た。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、酸素濃度、Ａｌ組成を
独立に制御することが可能で、かつ安定な蒸気圧挙動を
示し残留効果が小さいドーパントを用いることにより、
優れた高抵抗化合物半導体層を成長させることができ、
さらにこの高抵抗化合物半導体層上に結晶品質及び電気
的特性の優れた化合物半導体層を成長させることができ
るので工業的価値が大きい。
独立に制御することが可能で、かつ安定な蒸気圧挙動を
示し残留効果が小さいドーパントを用いることにより、
優れた高抵抗化合物半導体層を成長させることができ、
さらにこの高抵抗化合物半導体層上に結晶品質及び電気
的特性の優れた化合物半導体層を成長させることができ
るので工業的価値が大きい。
【図１】本発明の実施に使用される気相成長装置の一例
の概略図。
の概略図。
【図２】リセスゲート型ＦＥＴ評価用素子パターンの平
面図。
面図。
【図３】リセスゲート型ＦＥＴ評価用素子パターンの概
略断面図。
略断面図。
【図４】実施例１のリセスゲート型ＦＥＴの静特性を示
す図。
す図。
【図５】実施例１のサイドゲート電極を設けたリセスゲ
ート型ＦＥＴのドレイン電流のサイドゲート電圧依存性
を示す図。
ート型ＦＥＴのドレイン電流のサイドゲート電圧依存性
を示す図。
【図６】実施例２のリセスゲート型ＦＥＴの静特性を示
す図。
す図。
【図７】実施例２のサイドゲート電極を設けたリセスゲ
ート型ＦＥＴのドレイン電流のサイドゲート電圧依存性
を示す図。
ート型ＦＥＴのドレイン電流のサイドゲート電圧依存性
を示す図。
【図８】実施例４のリセスゲート型ＦＥＴの静特性を示
す
す
【図９】実施例４のサイドゲート電極を設けたリセスゲ
ート型ＦＥＴのドレイン電流のサイドゲート電圧依存性
を示す図。
ート型ＦＥＴのドレイン電流のサイドゲート電圧依存性
を示す図。
【図１０】比較例１のリセスゲート型ＦＥＴの静特性を
示す図。
示す図。
１．マスフローコントローラー
２．恒温槽
３．トリメチルガリウムバブラー
４．アルシンボンベ
５．減圧弁
６．マスフローコントローラー
７．反応器
８．マスフローコントローラー
９．高周波加熱用コイル
１０．サセプター
１１．基板
１２．排気口
１３．ソース電極
１４．ドレイン電極
１５．ゲート電極
１６．サイドゲート電極
１７．Ｓｉをドープしたｎ型ドーピングＧａＡｓ層
１８．高純度ＡｌＧａＡｓ層
１９．酸素ドープＡｌＧａＡｓ層
２０．ＧａＡｓ層
２１．ＧａＡｓ基板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 石原 敏雄
茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株
式会社内
(56)参考文献 特開 平２−153898（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−261818（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−12400（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/203,21/205
Claims (8)
- 【請求項１】原料として、有機金属化合物及び／又は水
素化物を用いた３−５族化合物半導体結晶の熱分解気相
成長工程において、エーテル類をドーパントとして用い
て、少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合物
半導体結晶層を成長させることを特徴とする３−５族化
合物半導体結晶の製造方法。 - 【請求項２】原料として、有機金属化合物及び／又は水
素化物を用いた３−５族化合物半導体結晶の熱分解気相
成長方法において、エーテル類をドーパントとして用い
て、少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５族化合物
半導体結晶層を成長させることを特徴とする３−５族化
合物半導体結晶の成長方法。 - 【請求項３】少なくともＡｌを含有する高抵抗の３−５
族化合物半導体結晶層がＡｌX Ｇａ(1-X) Ａｓ（０＜Ｘ
＜１）結晶層であることを特徴とする請求項１または２
記載の方法。 - 【請求項４】エーテル類が化１で示される鎖状エーテル
類であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載
の方法。 【化１】Ｒ1 −Ｏ−Ｒ2 （式中、Ｒ1 とＲ2 は、それぞれ独立に炭素数１〜１０
の飽和又は不飽和の１価の炭化水素基を表す。） - 【請求項５】エーテル類が化２で示される環状エーテル
類であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載
の方法。 【化２】 （式中、Ｒ3 は、炭素数１〜１０の２価の炭化水素基で
あり、ｎは１〜３の整数である。） - 【請求項６】請求項４記載の鎖状エーテル類又は請求項
５記載の環状エーテル類を予めトリアルキルアルミニウ
ムに配位させた付加化合物にして用いることを特徴とす
る請求項４又は５記載の方法。 - 【請求項７】請求項１〜６いずれかの方法によって得ら
れた３−５族化合物半導体結晶。 - 【請求項８】請求項７記載の３−５族化合物半導体結晶
を用いてなる電子素子。
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