JPH02203519A - 化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents

化合物半導体結晶の成長方法

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JPH02203519A
JPH02203519A JP2086589A JP2086589A JPH02203519A JP H02203519 A JPH02203519 A JP H02203519A JP 2086589 A JP2086589 A JP 2086589A JP 2086589 A JP2086589 A JP 2086589A JP H02203519 A JPH02203519 A JP H02203519A
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JP
Japan
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compound semiconductor
doped
layer
temperature
growth
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JP2086589A
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Mitsuru Shimazu
充 嶋津
Hiroya Kimura
浩也 木村
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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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、有機金属気相成長法により、1gドープ化合
物半導体層及びMgをドープしない化合物半導体層を積
層する結晶成長方法に関する。
(従来の技術) 有機金属気相成長法(OMVPE法)は、有機金属化合
物と金属水素化合物を反応炉の中で熱分解させることに
より、基板結晶上に薄膜の単結晶を成長させる方法であ
る。この方法は、超薄膜の多層構造の形成が容易であり
、量産性も高いので、化合物半導体を用いたヘテロ接合
デバイス用ウェハの作製に用いられている。ヘテロ接合
デバイスの巾でも、ヘテロ・バイポーラ・トランジスタ
(if B T )は超高速で動作するので、盛んに開
発されている。
第3図は、HBTの1例を示す断面構造図である。この
HBTは、半絶縁性GaAs基板60の上にn”−Ga
As層61及びn−GaAs62を積層し、さらにその
上にp”−GaAsのベース層63及びn−AlGaA
sのエミツタ層64を積層してpn接合を形成する。コ
レクタ電極66はn−GaAs層62の上に、ベース電
極67はベース層63の上に、エミブタ電極68はエミ
ツタ層63の上に積層したr+−GaAs層65上に形
成する。
このようなHBTの特性は、ベース層63とエミツタ層
64の間のpn接合の急峻性に大きく左右され、pn接
合界面が急峻であるは゛ど優れた特性を得ることができ
る。
従来、OMVPE法ではp型ドーパントとしてZnが用
いられてきたが、Znは拡散係数が大きいため、成長中
にベース領域からエミ、ツタ領域への拡散を避けること
ができず、急峻なpn接合を得ることができないという
間習があった。分子線エピタキシャルm (MBE法>
テは、拡散係数の小さなりeが一般的に用いられている
が、0tVPE法では安全性の観点から、Beを用いる
ことは困難である。そのため、Znに比べて拡散係数が
5桁程度小さいMg元素がドーパントとして検討されて
いる。
このようなMgドーパントの原料としては、ビスシクロ
ペンタジェニルマグネシウム(CptMg)又はビスメ
チルシクロペンタジェニルマグネシウム(ytcpry
g)を用いることができる。これらの原料は、液体又は
固体の有機金属化合物であり、キャリアガスである水素
によって、化合物半導体の原料である有機金属化合物及
び金属水素化物とともに反応管内に導入され、基板結晶
上で熱分解されて結晶中に取り込まれる。
第4図は、このようなOMVPE法を実施するだめの装
置の概念図である。反応管1にはサセプタ2が設けられ
、サセプタ2の上には基板結晶3が置かれている。反応
管1の周囲に1?Fコイル4が設けられている。キャリ
アガスの水素ガスは、配管51より導入され、流量計2
2を介し配管52を経て反応管1に供給するとともに、
流量計21を介し配管53を経て排気管59より糸外に
排気される。■族元素の原料であるA8H3は、容器1
1に収容されており、圧力調整器31、流量計23、配
管56及びバルブ38を経て、配管52から反応管lに
供給するとともに、配管56から分岐したバルブ39を
介して配管53から排気管59を経て排気される。m族
元素の原料であるトリメチルガリウム(TMG)は、容
器12に収容され、キャリアガスの水素ガスを配管51
及び54と流量計24、バルブ32を経てトリメチルガ
リウム中に吹き込み、水素ガスに随伴させてバルブ33
及び配管57を介し、さらに、バルブ40及び配管52
を経て反応管1に供給するとともに、バルブ41及び配
管53から排気管59を経て排気可能とする。ドーパン
トのMg元素の原料であるCptMgは容器13に収容
され、配管51及び55と流量計25、バルブ35を介
して導入される水素ガスにより搬送され、バルブ36、
配管58、バルブ42及び配管52を介して反応管1に
供給するとともに、配管58から分岐したバルブ43を
介して配管53及び排気管59を経て排気可能とする。
このように化合物半導体の原料であるAsHs、トリメ
チルガリウム及び092111gが水素ガスとともに反
応管に導入され、加熱された基板結晶3上で熱分解され
、Mgドープ化合物半導体結晶を成長させる。所定の厚
みのp型化合吻半導体層を形成した後、アンドープ化合
物半導体結晶を成長させるときには、バルブ43を開放
し、バルブ42を閉鎖することにより、Cp t Mg
ガスは系外に排気される。
この装置では、Mg原料として用いる有機金属化合物が
室温状態の配管や反応管の内壁に吸着されるため、Mg
原料を反応管に供給を開始しても、内壁への吸着が飽和
するまで、化合前半導体へのドーピング量が一定になら
ず、また、Mg原料を反応管から排気管に切り換えた後
も、配管や反応管の内壁に吸着したMg原料が徐々に脱
離して基板結晶表面に運ばれるために、Mg元素が引き
続きドーピングされる。
それ故、Mg元素のドーピングによりp型半導体を形成
しようとするときに、急峻なドーピング・プロファイル
を得ることができないという問題があった。
このような問題を解決するために、J、 Cryst。
Growth、 Vol、 77 p、 37〜41(
1986)、 M、 1. Timmonset at
、では、原料ガスの切換バルブを反応管に近ずける工夫
をしている。しかし、これによりドーピング・プロファ
イルの立ち上がりを若干改善することができたが、立ち
下がりは改善されなかった。
また、J、 Electron、 Mater、 Vo
l、 17 p、 31f〜314(198g)、M、
Ra5k et al、では、■ドーピング層を形成す
る前後で成長を中断することにより、プロファイルの急
峻性を改善しようとしているが、立ち下がり部で正孔密
度の差が約2桁に止どまっている。
このような立ち下がり部の改善は、HBTのようにp層
の上にn層を積層する場合には、特に大きな問題となる
本発明は、上記の間型を解消し、Mgドープ化合物半導
体層を有する結晶成長を行うときに、p層の前後で急峻
なドーピング・プロ・ファイルを得ることのできる化合
物半導体結晶の成長方法を提供しようとするものである
(課題を解決するための手段) 本発明は、(■)基板結晶上にMgドープ化合物半導体
層さらに輩gをドープしない化合物半導体層を気相成長
させる方法において、Mgドープ化合物半導体層を形成
した後、基板結晶温度を上昇させてMgをドープしない
化合物半導体層を形成することを特徴とする化合物半導
体結晶の成長方法、及び、(2)jigドープ化合官半
導体層を形成した後、m族元素原料の供給を停止して気
相成長を中断してから、基板結晶温度を上昇させ、m族
元素原料を再び供給して高温の基板結晶にMgをドープ
しない化合前半導体を気相成長させることを特徴とする
上記(1)記載の化合物半導体結晶の成長方法である。
(作用) 本発明者等は、一定量のMg原料を流した状態で成長温
度を変化させるときに、高温でMgのドーピング効率が
低くなることに気付き、Mgドーピングの成長温度依存
性に着目して本発明の成長方法を発明するに至った。即
ち、本発明は、Mgドープ化合物半導体層形成後、基板
結晶の温度を上昇させ、成長温度を高くすることにより
、内壁より脱離してくるMg原料からの口の結晶への取
り込みを抑制しようとするものである。111gドーピ
ング時とアンド−ピング時の成長温度の差は、大きいほ
どMgの取り込みが減少するが、アンド−ピング時の成
長温度が余り高くすると111gドーピング層からのM
gの拡散が大きくなるので、温度差は50〜150℃の
範囲が適当であり、特ニ80−100℃が好ましい。
この方法によりGaAs、AlGaAs、 InP、G
aInAs等のIII−V族化合官半導体に急峻なMg
ドーピング層を形成することができる。
(実施例) 第4図の装置を用いてGaAs基板上にアンドープGa
As層、MgドープGaAs層及びアンドープGaAs
層を積層した。予め反応管にアルシン(As 11 s
 )ガスを流した状態で、GaAg基板を成長温度の6
50℃に加熱し、アンドープGaAs層を3a分間成長
させた。その後、TklGを排気管に切り換えてGaA
sの成長を中断するとともに、予め排気管に流していた
C92Mgを反応管に導入し、20分後にTMGを排気
管から反応管に切り換えて10分間MgドープGaAs
層を成長させた。
それから、TMG及びCp2Mgをともに排気管に切り
換えて成長を中断し、成長温度を730℃に上げ、30
分間成長を中断した。次いで、TlfGを反応管に切り
換えてアンドープGaAs層を30分間成長させ、再び
TMGを排気管に切り換え、基板温度を室温に戻して成
長を終了させた。
この間の基板温度を第1図(a)に、AsHa流量を(
b)に、TMG流量を(c)に、CptMg流量を(d
)に示すように制御した。
成長したGaAsの厚さ方向のキャリア密度をC−■測
定したところ、第1図(e)のような急峻なMgドープ
GaAs層が形成されたことが分かる。また、ドーピン
グ後のキャリア密度の立ち下がりは3桁以上低くなって
いた。
比較のために、成長温度を650’Cに保ち、第2図(
a)〜(d)に示すようにへsrs流量、TMG流量及
びCI)tMg流量を制御することにより、上記と同様
にアンドープGaAs層、wgドープGaAs層及びア
ンドープGaAs層を積層したところ、第2図(e)に
みるようにp層のプロファイルが急峻でな(、特にドー
ピング後p型のままでキャリア密度が高(なり、その後
のキャリア密度の低下も1桁に満たないものであった。
(発明の効果) 本発明は、上記の構成を採用することにより、Mgドー
ピング層形成時に比べてアンド−ピング層形成時の基板
結晶の温度を高くするというvt¥1な温度操作で、急
峻な2層プロファイルを形成することができ、成長の中
断と組み合わせるときには一層の急峻なプロファイルを
得ることができた。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は実施例の基板温度及び原料ガス
流量の経時的条件を示した図、第1図(e)はそこで得
たnpn接合のブc7アイルを示した図、第2図(a)
〜(d)は比較例の基板温度及び原料ガス流量の経時的
条件を示した図、第2図(e)はそこで得たnpn接合
のプロファイルを示した図、第3図はHBTの断面構造
図、第4図はOMVPE装置の概念図である。 基板力゛らのMさ(μm) 基板からの厚み(μm)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板結晶上にMgドープ化合物半導体層さらにM
    gをドープしない化合物半導体層を気相成長させる方法
    において、Mgドープ化合物半導体層を形成した後、基
    板結晶温度を上昇させてMgをドープしない化合物半導
    体層を形成することを特徴とする化合物半導体結晶の成
    長方法。
  2. (2)Mgドープ化合物半導体層を形成した後、III族
    元素原料の供給を停止して気相成長を中断してから、基
    板結晶温度を上昇させ、III族元素原料を再び供給して
    、高温の基板結晶にMgをドープしない化合物半導体を
    気相成長させることを特徴とする請求項(1)記載の化
    合物半導体結晶の成長方法。
  3. (3)Mgドープ化合物半導体層を形成した後、基板結
    晶温度を50℃以上上昇させて、Mgをドープしない化
    合物半導体層を形成することを特徴とする請求項(1)
    又は(2)記載の化合物半導体結晶の成長方法。
  4. (4)請求項(1)又は(2)又は(3)記載の成長方
    法により、GaAs、AlGaAs、InP及びGaI
    nAsからなる群より選ばれる1種類以上の化合物半導
    体結晶を気相成長させる方法。
JP2086589A 1989-02-01 1989-02-01 化合物半導体結晶の成長方法 Pending JPH02203519A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03150294A (ja) * 1989-11-02 1991-06-26 Nippon Mining Co Ltd 化合物半導体の気相成長方法
US5360760A (en) * 1992-04-02 1994-11-01 Nec Corporation Vapor phase epitaxial growth method of a compound semiconductor

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