JPH02272722A - 分子線エピタキシャル成長方法 - Google Patents

分子線エピタキシャル成長方法

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JPH02272722A
JPH02272722A JP9290189A JP9290189A JPH02272722A JP H02272722 A JPH02272722 A JP H02272722A JP 9290189 A JP9290189 A JP 9290189A JP 9290189 A JP9290189 A JP 9290189A JP H02272722 A JPH02272722 A JP H02272722A
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JP
Japan
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molecular beam
gas
source
group
epitaxial growth
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JP9290189A
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Naoki Furuhata
直規 古畑
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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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、分子線エピタキシャル成長方法に関し、ざら
に詳しくは、■−v族化合物半導体のp型不純物のドー
ピング技術に関するものである。
[従来の技術] 近年、GaAS、An GaAS等(7)III−V族
化合物半導体を用いた高速論理素子、半導体レーザ、光
−電子集積回路(OEIC)の開発が急速に発展し、そ
れに伴い高度な素子作製プロセスが必要になってきてい
る。
このような高度な素子作製技術の1つである分子線エピ
タキシャル成長法(以降MBE法と称す)は、超高真空
に保たれた成長室内で元素が分子線となり基板に到達す
るため、高精度に膜厚が制御でき、また、シャッターの
開閉により分子線をさえぎることができるので、急峻な
ペテロ界面を1qられるという特徴がおる。しかも不純
物の混入が少なく、高品質の■−v族化合物半導体薄膜
が成長できるため、上記のようなデバイス作製には欠か
せぬ重要な技術になっている。
■−v族化合物半導体のMBE法において、ドーピング
技術は、デバイス作製上、重要である。
MBE法では、従来より、ドーパントソースとして、n
型不純物ではシリコン(Si)、n型不純物ではへリリ
ウム(Be)が用いられてきた。このうちBeは、活性
化率が高く、キャリア濃度が5 X 1019cm−3
程度までドーピングできるうえ、拡散係数も比較的小さ
く、p型ドーパントとして優れたものである。
しかし、近年、高濃度に[3eをドーピングすると、成
長層表面が荒れたり、異常拡散が起きることが明らかに
なった。このため、ペテロ接合バイポーラトランジスタ
(HBT>のベース層を作製する場合、エミツタ層にB
eが拡散し、デバイス特性を劣化させるという問題が生
じている。
最近、■族に有機金属原料を用いるMBE法(以降MO
MBE法と称す)において、■族原料にトリメチルガリ
ウム[Ga (CH3) 3 ]を用いることにより、
カーボン(C)を膜中にドーピングし、6X1020c
m−3の高濃度の0層が得られることを、斉藤らが報告
している(第15回GaAsと関連混晶国際シンポジウ
ム(15th Interna−口onal Symp
osium on Gallium Ar5enide
 and Re−Iated Compounds )
予稿集、 9.29参照)。しかもCは、900 ’C
における拡散係数が[3eよりも小ざく、成長表面も鏡
面であり、極めて有望なp型ドーパントである。
一方、通常のMBE法でも、ドーパントソースとしてグ
ラファイトを用いて、Cドーピングが試みられ、正孔の
キャリア濃度1X 1020に1B−3が得られている
(マリクら(Halik et al、 ) 、 19
88年エレクトロニック・マテリアルズ・コンファレン
ス(1988Electronic Material
s Conference)アブストラクト参照)。
[発明が解決しようとする課題] 以上述べたように、p型ドーパントとしてのCは、高濃
度にドーピングでき、拡散係数も小さく、極めて有望で
あるが、従来例による方法では、次のような問題がある
即ち、MOMBE法において、トリメチルガリウムを用
いてCをドーピングする方法は、トリメチルガリウムが
■族原料でもあるため、成長層のキャリア濃度とともに
成長膜厚まで変わってしまい、制御性に乏しい。即ち、
高濃度にドーピングする程、膜厚は厚くなるのである。
またMBE法において、グラファイトをドーパントソー
スとしてドーピングする方法では、セルを1000°C
以上に加熱するため、他の不純物がセルから飛ぶ可能性
が必るし、故障の原因にもなる。
しかも高濃度にドーピングする場合は、セルを極めて高
温にしなければならないので、ドーピングに限界がある
本発明は、以上述べたような従来の問題点を解決するた
めになされたもので、■−v族化合物半導体を分子線エ
ピタキシャル成長によって成長させる際に、カーボンを
有効に、かつ高濃度にドーピング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、■−v族化合物半導体の分子線エピタキシャ
ル成長方法において、n型不純物としてカーボン(C)
を用いる際に、ドーパントソースとして炭化水素系ガス
を用いることを特徴とする分子線エピタキシャル成長方
法であり、また上記方法において、炭化水素系ガスは、
熱、プラズマまたは光によって予め分解した後に基板に
到達させてなることを好適とするものである。
本発明で用いられる炭化水素系ガスとしては、Cn H
2n+2 (但し、nは1以上の正の整数を示す)で表
されるメタン列炭化水素ガス、C6H5,(但し、nは
2以上の正の整数を示す)で表されるエチレン列炭化水
素ガス、およびCn H2n−2(但し、nは2以上の
正の整数を示す)で表されるアセチレン列炭化水素ガス
の他、環式炭化水素系ガスが挙げられる。
[作用] 本発明では、ドーパントソースとしてCH4、C2H6
などの炭化水素系ガス(以後CnHm系カスと称する)
を用いる。
従って、従来技術のように、ドーパントソースが■族原
料でもあるということがないので、成長膜厚を変化させ
ることなく、C0HIIl系ガスの供給量で自由にキャ
リア濃度を変化させることができる。
また、高濃度にドーピングする場合でも、セルをそれほ
ど高温にする必要はない。
CnHffl系ガスは、基板上で分解してメチルラジカ
ル(CH3)を生じ、これがCドーピングに寄与してい
ると考えられる。
従って、C,H□系ガスを基板に到達する前に分解する
と、有効にCH3”が発生し、直接CnHIIl系ガス
を供給した場合よりも、ざらにドーピング効率が高めら
れる。
[実施例] 次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。
第1図は、本発明の方法に用いられる分子線エピタキシ
ャル成長装置の一例の概略構成図である。
本装置は、超高真空に保持される成長室1と、成長室1
内を排気する排気装置2とを備え、成長室1内には加熱
機構を備えた基板ホルダ3、ヌードイオンゲージ4、m
族原料用分子線源5、V族原料用分子線源6およびドー
パントソースガスを導入するガス導入管7が設置され、
ガス導入管7にはドーパントソースガスを加熱する加熱
装置8が備えられている。また、ガス導入管7は、ガス
供給源9からのドーパントソースガスの流量を制御する
マスフローコントローラ10に接続している。
本実施例では、この装置を用い、■族原料として金属ガ
リウム(Ga) 、V族原料として金属砒素(AS>、
ドーパントソースガスとしてメタン(CH4)を使用し
て、GaAs層へのCドーピングを行う場合について説
明する。
■族原料用分子線源5に金属ガリウム(Ga)を、V族
原料用分子線源6に金属砒素(As)を、ガス供給源9
にメタンをそれぞれ使用した。ドーピング条件は、Ga
のフラックス: 2 X 10−7 Torr、ASの
フラックス:2X10−5丁Orr、 CH4(7)7
7ツクス: 1 X 10−8 TOrr〜I X 1
0−7Torrとし、基板温度を600℃に設定して、
半絶縁性GaAs基板上にCをドーピングしたGaAS
を4IJ!n成長させた。
第2図は、ホール測定から求めた正孔のキャリア濃度の
CH4のフラックス依存性を示した図である。同図から
れかるように、CH4のフラックスを変化させることに
より、キサ9フ8度を1018〜10”0cm−3に制
御性よく変えることができる。
また、第2図に示すように、加熱装置8により予めCH
4を900 ’Cに加熱してメチルラジカル(CH3)
に分解し、その後に基板に送った場合は図中Aに示すよ
うになり、予め加熱を行わなかった場合(図中Bに示す
)に比べて、ドーピング効率を高くすることができる。
また、CH4カスに熱を加える代わりに紫外光を照射し
ても、ドーピング効率を高くすることができた。
なお本実施例では、GaASについて説明したが、他の
■−v族化合物半導体、あるいはその混晶においても同
様な結果が得られた。本実施例では、ドーピングソース
カスとして、CH4を用いたが、C2H6、C284な
どCnHm系ガスは、すへて使用可能である。
ガスを分解する手段としては、熱だけでなく、プラズマ
あるいは光を用いてもよい。さらに、本実施例では、■
族、■族原料として金属ソースを用いたが、有機金属の
ようなガスソースを用いた場合でも、同様な効果が得ら
れる。
[発明の効果] 以上、説明したように、本発明の分子線エピタキシャル
成長方法によれば、nl −V 族化合物半導体を成長
させる際、有効かつ高f4ffにカーボンをドーピング
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法に用いられる分子線エピタキシャ
ル成長装置の一例の概略構成図、第2図はホール測定よ
り求めた正孔のキャリア濃度のCH4のフラックス依存
性を示す特性図でおる。 1・・・成長室     2・・・排気装置3・・・基
板ホルダ   4・・・ヌードイオンゲージ5・・・■
族原料用分子線源 6・・・V族原料用分子線源 7・・・ガス導入管 8・・・加熱装置 9・・・ガス供給源 10・・・マスフローコントローラ 代 理 人

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)III−V族化合物半導体の分子線エピタキシャル
    成長方法において、p型不純物としてカーボン(C)を
    用いる際に、ドーパントソースとして炭化水素系ガスを
    用いることを特徴とする分子線エピタキシャル成長方法
  2. (2)III−V族化合物半導体の分子線エピタキシャル
    成長方法において、p型不純物としてカーボン(C)を
    用いる際に、ドーパントソースとして炭化水素系ガスを
    用い、かつ該ガスは熱、プラズマまたは光によつて予め
    分解した後に基板に到達させてなることを特徴とする分
    子線エピタキシャル成長方法。
JP9290189A 1989-04-14 1989-04-14 分子線エピタキシャル成長方法 Pending JPH02272722A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0758011A (ja) * 1993-08-10 1995-03-03 Nec Corp Iii−v族化合物半導体のエピタキシャル成長方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62120016A (ja) * 1985-11-20 1987-06-01 Fujitsu Ltd カ−ボンド−ピング制御方法
JPS62269311A (ja) * 1986-05-19 1987-11-21 Fujitsu Ltd 結晶へのド−ピング方法

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