JPH01286999A - 砒化ガリウムエピタキシャル成長方法 - Google Patents

砒化ガリウムエピタキシャル成長方法

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JPH01286999A
JPH01286999A JP11647888A JP11647888A JPH01286999A JP H01286999 A JPH01286999 A JP H01286999A JP 11647888 A JP11647888 A JP 11647888A JP 11647888 A JP11647888 A JP 11647888A JP H01286999 A JPH01286999 A JP H01286999A
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torr
partial pressure
hydrogen
gaas
reaction vessel
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Application number
JP11647888A
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English (en)
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Susumu Nanba
難波 進
Akihiro Moriya
明弘 森谷
Katsunobu Aoyanagi
克信 青柳
Yasufumi Iimura
靖文 飯村
Akira Nagata
永田 公
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Nippon Steel Corp
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Original Assignee
Nippon Steel Corp
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はG a 、A sを用いた化合物半導体装置の
製作に有用なGaAsエビクキシャルウエハをM OM
 B E法により製造する方法に関する。
〔従来の技術〕
従来GaAsのエピタキシャル成長に有用な方法として
分子線エピタキシャル成長(MBE)法や有機金属化学
気相成長(MOCVD)法が用いられている。両者とも
一長一短がある。たとえばM B E法では高真空中で
の成長であるため電子線回折測定や質量分析等が成長中
に行なえる長所があるが、金属ガリウムを原料として使
用しているためにエピタキシャル膜に欠陥が生ずるなど
の欠点を有する。MOCVDでは前記欠陥を生じない、
選択成長が可能であるなどの長所があるが、前記の成長
中の電子線回折測定等が困難であるなどの短所を持って
いる。
また、MBE法における該金属ガリウムの代わりに有機
金属ガスをもちいた新しいエピタキシャル成長(MOM
BE)法を用いてGaAsの単結晶薄膜の製造が試みら
れている(応用物理 第54巻第2号 1985)。砒
素原料として該金属砒素または該A s Hsが用いら
れる。M OSi B EはM B EとM OCV 
D両者の長所を兼ね備えた有力なG a Asエピタキ
シャル成長技術として確立されつつある。
〔発明が解決しようとする課題〕
前記MOMBE法で製作したGaAs単結晶薄膜には意
識的に不純物を添加しない場合でもドナーおよびアクセ
プターとなる不純物が存在する。ドナーおよびアクセプ
ター両者の存在は例えば、p型半導体の場合正孔移動度
を低下させる。このため高品質のp型GaAs単結晶を
得るにはドナー不純物濃度を低下させ正孔移動度を増大
させる必要がある。
従って、本発明は上記課題を解決し、不純物の少ないG
aAsウェハを製造する方法を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は5 X 10−4Torr以上の高真空におい
て、TEGと金属砒素またはASH3を用いてG a 
、4 sをエピタキシャル成長させる方法において、原
料:ご該金属砒゛素を用いた場合、分圧が1〜5 X 
10−4Torrの水素を導入してGaAsを成長させ
、A S Hsを用いた場合、該、h、sHsから生成
される水素分圧を1〜5 X 10”4Torrに保つ
ようAsH3ガス導入量を制御してGaAsを成長させ
ることを特徴とする。
〔作 用〕
本発明ではMOMBE法における水素導入効果によって
低ドナー濃度、高移動度を持つ高品質p型GaAs単結
晶薄膜を得ることができる。以下、本発明を図面を用い
て詳細に説明する。
第3図にMOMBE装置の概念図を示す。高真空に保た
れた真空容器5内にGaAs基板6を置く。
該基板6の温度は室温から800℃まで設定可能である
。MOMBE法では多くの場合、Gaの原料としてTE
Gを用いる。TEG9のボンベは記載されていない恒温
溝内で12°〜40℃の温度に保たれており、該温度と
ニードルバルブ8でその流量を調節する。通常、エピタ
キシャル成長は成長速度が基板表面近傍のTEG分圧に
比例する基板温度領域で成長させる。本発明の場合、T
EG9の供給量は成長速度が0.5〜1.0μm/時に
なるようにその分圧を1〜2 ×10−5Torrにし
ている。
砒素原料として金属砒素を用いる場合には、通常の〜i
BE法と同じようにクヌードセンセルに砒素7を入れ加
熱蒸発させる。
このような通常のMOMBE、に対し、本発明では更に
別途ノズルから水素11を導入しその効果を調べた。第
1図に水素分圧がI X 10−4Torr。
砒素分圧がTEG分圧の10倍の条件下でエピタキシャ
ル成長したGaAsのフォトルミネッセンススペクトル
を示す。水素を導入しない場合を第1図上部に、水素を
導入した場合を第1図下部に示す。
第1図におけるピーク1はドナーに捕らえられたエキシ
トン発光、ピーク2はアクセプターに捕らえられたエキ
シトン発光、ピーク3は伝導帯−アクセブタ−発光、ピ
ーク4はドナーアクセプター発光に対応している。第1
図から水素を導入した場合、ドナー不純物に対応した信
号L4の強度が減少している事がわかる。即ち、ドナー
不純物濃度が明らかに減少している。また、絶対温度7
7cKにおけるホール効果の測定から該試料の正孔移動
度は水素導入のない場合2800ci/Vsec、水素
を導入した場合3700 cffl/Vsecとなり、
水素導入によって大幅に向上することがわかった。これ
らの効果は水素導入量がI X 10−4Torr以上
で顕著にあられれるようになる。しかし水素分圧が5 
X 10−4Torr以上になると、成長速度の低下や
電子線回折測定が困難になりM OMBE法の長所を失
する。従って、水素分圧の最適範囲は1〜5 X 10
−4Torrとなる。
一方、砒素原料に第3図ASH310を使用した場合、
該ASH3は真空中900℃でASHffを加熱分解さ
れ砒素分子ビームと水素分子ビームに分けられる。この
場合には第3図水素11は導入しない。
該AsH3による水素分圧がI X 10−4Torr
以上になるとドナー不純物密度が減少し、かつ正孔移動
度が増大する。第2図にドナーに関与したフォトルミネ
ッセンス強度とアクセプターに関与したそれとの比Il
/I2の該水素分圧依存性を示す。該水素分圧が1×1
0−4Torr以上になるとドナー不純物密度が減少す
ることがわかる。一方、該水素分圧が5 X 10−4
Torr以上になるとAs分圧の増大によるものと思わ
れる欠陥が増加し始めることおよび電子線回折測定が困
難になるなどのM OM BEの長所を失する。従って
、該水素分圧1〜5×10−4Torrが成長の最適範
囲を与える。
〔実施例1〕 MOMBE装置における成長容器内の真空度を5 X 
10−11Torr以下になるまで真空排気した後、前
記真空容器5内に前記GaAs基板6を設置する。
該基板は有機洗浄後、硫酸系のエツチング液で表面処理
が施されている。砒素原料として前記金属砒素7を用い
、これを加熱して砒素分子ビームの分圧が基板表面近傍
で2 X l O−4Torrになるようにする。該ビ
ームを基板に照射しながら基板温度500℃まで上昇さ
せた後、前記TEG9をその分圧が基板表面近傍で2 
X 10−4Torrになる量だけ前記真空容器5内に
導入し、G a A Sのエピタキシャル成長を行なう
。この場合の成長速度はほぼ1μm7時である。
第1図はこのようにして製作したp型GaAsの絶対温
度20 elKにおけるフォトルミネッセンススペクト
ルである。図上部に水素を導入していない場合、図下部
に水素をその分圧がI X 10−4Torrとなるよ
うに制御して成長した場合に得られるGaAsのスペク
トルを示している。両スペクトルの比較からドナー不純
物に関与した信号1.40強度が水素の導入によって減
少していることがわかる。また、両者試料について絶対
温度77°にで測定したキャリヤー濃度と移動度は水素
を導入しない場合にはそれぞれ1.2 X 10 ”a
m−”、2800cat / V s、水素を・導入し
た場合には、それぞれ2.IX 10 ”cm””、3
700crl/vSとなり、水素導入によって移動度の
大幅な改善が認められた。これはドナー不純物濃度の低
下によって、ドナーとアクセプターの補償度が小さくな
り不純物によるキャリヤーの散乱が減少したためである
〔実施例2〕 実施例1において前記金属砒素7の代わり:こAsH3
10を導入した。導入直後に該、へs H3を900℃
で熱分解させ砒素と水素の水素のビームに分解する。従
って、この場合には水素は自動的に成長チャンバー内に
導入されていることになる。
第2図にこのようにしてエピタキシャル成長したG a
 A Sのドナーとアクセプタに関与したフォトルミネ
ッセンス強度比1./I2の水素分圧依存性を示す。該
強度比はAs H3導入量すなわち水素分圧の増加とと
もに減少し、ドナー不純物濃度が該水素分圧の増加にと
もなって減少していることを示している。本効果は水素
分圧がI X 10−4Torr以上で顕著に現われて
いる。また、水素分圧を2×10−4Torrにおいて
製作した試料で室温における正孔移動度が400 c!
Il/Vsという高い値が得られた。
〔発明の効果〕
以上説明したようにMOMBEを用いてGaAsをエピ
タキシャル成長させる場合において、水素分圧が1〜5
 X 10−4Torrの範囲で成長させると高品質の
G a 、A s単結晶が得られることがわかった。従
って、該G a 、A Sを用いた化合物半導体装置の
スイッチング速度や周波数特性および信号/雑音特性等
の特性向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は波長領域が815〜835nmにおけるGaA
sのフォトルミネッセンススペクトルである。 上部に水素を導入しない場合、下部に水素を導入した場
合を示している。第2図はドナーとアクセプターに関与
したフォトルミネッセンス強度の水素分圧依存性を示す
。1.、I2はそれぞれ第1図における1、2のピーク
の大きさに対応している。 第3図:よMOMBE装置の概略図である。 図中の記号は以下の通りである。 (1)  ドナーに捕らえられたエキシトン発光(2)
アクセプターに捕らえられたエキシトン発光(3)伝導
帯−アクセブタ−発光(4)ドナー−アクセプター発光
(5)真空容器(6) GaAs基板(7)金属砒素(
8)ニードルバルブ(9)TEG(10)ASH3(1
1)水素。 図面の浄書(内容に変更なし) 笛 1 図 第 3 図 第 2 図 水素分圧(xl○−4Torr) 手続補正書(方式) 63.9.27 1、事件の表示  昭和63年特許願第116478号
2、発明の名称  砒化ガリウムエピタキシャル成長方
法3、補正をする者 事件との関係  出願人 名称 (679)理化学研究所 同   (665)新日本製鐵株式会社4、代理人

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応容器中の真空度を5×10^−^4Torr
    以上となし、該反応容器中にトリエチルガリウム((C
    _2H_5)_3Ga、以下TEG)と金属砒素を用い
    て砒化ガリウム(以下、GaAs)をエピタキシャル成
    長させるMOMBE法において、前記反応容器中に水素
    ガスを導入し、該水素ガスの分圧が1〜5×10^−^
    4Torrとなるように制御することを特徴とする砒化
    ガリウムエピタキシャル成長方法。
  2. (2)反応容器中の真空度を5×10^−^4Torr
    以上となし、該反応容器中にトリエチルガリウム((C
    _2H_3)_3Ga、以下TEG)とアルシン(As
    H_3)を用いて砒化ガリウム(GaAs)をエピタキ
    シャル成長させるMOMBE法において、前記反応容器
    中の前記AsH_3から生成される水素分圧を1〜5×
    10^−^4Torrに保つようにASH_3ガス導入
    量を制御することを特徴とする砒化ガリウムエピタキシ
    ャル成長方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0870170A2 (en) * 1995-12-24 1998-10-14 Dan Haronian Micro-electro-mechanics systems (mems)
WO2004069923A1 (ja) 2003-01-22 2004-08-19 Kaneka Corporation 重合体及び貯蔵安定性が改善された硬化性組成物

Cited By (3)

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WO2004069923A1 (ja) 2003-01-22 2004-08-19 Kaneka Corporation 重合体及び貯蔵安定性が改善された硬化性組成物

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