JPH02312222A

JPH02312222A - ゲルマニウム・砒化ガリウム接合の製造方法

Info

Publication number: JPH02312222A
Application number: JP13311189A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Kawanaka; 雅史川中
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1990-12-27
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JP2555885B2

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）本発明はゲルマニウム・砒化ガリウム接合の製造方法に
関する。

（従来の°技術）ゲルマニウム・砒化ガリウム接合は、ヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタなどとして超高速トランジスタに応用
できる。この実現のためには、ゲルマニウム・砒化ガリ
ウム接合を再現性、制御性良く作製できる技術が極めて
重要になる。

アイ・イー・イー・イー・エレクトロン・デバイス・レ
ターズ（ＩＥＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ　
Ｌｅｔｔｅｒｓ）誌第５９号３６０１頁から述べられて
いるように、シリコンをドーピングした砒化ガリウムと
ガリウムガリウムをドーピングしたゲルマニウムとから
なるヘテロ接合は、成長温度が５００°Ｃ以上では砒素
とゲルマニウムが相互拡散しｎｐｎｐ特性を示し、５０
０°Ｃ以下ではｎｐ特性を示す。

また、第３６回応用物理学関係連合講演会第３分冊１０
３８頁に述べられているように、ｎ型砒化ガリウム基板
上のｎ型砒化ガリウム成長層上に、基板温度５００６Ｃ
でｐ型ゲルマニウムをＭＢＥ成長させ作製したｐｎ接合
は良好なｐｎ接合特性を示すのに対し、基板温度３００
°Ｃでｐ型ゲルマニウムを成長させ作製したｐｎ接合は
リーク電流が多い。しかし、基板温度５００°Ｃでゲル
マニウムを成長させた場合、ゲルマニウム中にガリウム
が約４００ＯＡ拡散している。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、低温で成長させたゲルマニウム膜は
ガリウム原子の拡散は少ないが、電気特性の良好な膜が
出来ない。一方、高温で成長させたゲルマニウム膜は電
気特性は良好であるが、ガリウム原子の拡散が大きく、
面密度で１．４Ｘ１０　ｃｍ　　程度拡散してしまう。従って、
ゲルマニウム膜にガリウム原子を拡散させずに、薄いｐ
゛型ゲルマニウム膜、高純度のゲルマニウム膜あるいは
不純物補償のないｎ型ゲルマニウム膜を結晶性よく、す
なわち電気特性の良好な膜として成長させることが困難
であった。

本発明の目的は、これら従来のゲルマニウム・砒化ガリ
ウム接合を製造する方法の持つ欠点を除去し、低濃度の
ｐ型ゲルマニウム膜、高純度のゲルマニウム膜および不
純物補償のないｎ型ゲルマニウム膜を結晶性よく作製で
きる新規な製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、砒化ガリウムとゲルマニウムのヘテロ接合の
製造方法において、砒素安定化面砒化ガリウム上に第１
の基板温度でゲルマニウムを薄く成長させ、そののちに
第１の基板温度より高い第２の基板温度にしたのち、ゲ
ルマニウムを成長させることを特徴とするゲルマニウム
・砒化ガリウム接合の製造方法である。

また、本発明は、砒化ガリウムとゲルマニウムのヘテロ
接合の製造方法において、（２Ｘ２）表面超構造砒化ガ
リウム上に第１の基板温度でゲルマニウム゛を薄く成長
させたのち、基板温度を上昇させて、ゲルマニウム上の
砒素を蒸発させ、そののちに第１の基板温度より高い第
２の基板温度で、ゲルマニウムを成長させることを特徴
とするゲルマニウム・砒化ガリウム接合の製造方法であ
る。

（作用）バイス・ベル・ニーイーデー・テレフンケン（Ｗｉｓｓ
。

Ｂｅｒ、　ＡＥＧ　Ｔｅ１ｅｆｕｎｋｅｎ）誌４９巻２
１３頁から述べられているように、原子の表面拡散係数
は固体中を原子が拡散する拡散係数に比べ、約１０桁大
きい。原子の表面拡散係数は基板表面温度が低いほど小
さくなり、基板表面温度が高くなると、原子の再蒸発が
生じる。

ジャーナル、オブ・クリスタル・グロース（Ｊｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆＣｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ）誌９５巻４
２１頁から述べられているように、砒素安定化面砒化ガ
リウム表面にゲルマニウムを基板温度３００°Ｃで成長
させると、砒素の拡散は抑制され、ガリウムの拡散のみ
が生じ、ゲルマニウムはｐ型を示す。それに対し、（２
Ｘ２）表面超構造砒化ガリウム表面にゲルマニウムを基
板温度３００’Ｃで成長させると、ガリウム、砒素とも
に拡散するが、砒素原子がゲルマニウム表面層に偏析し
ながらゲルマニウム膜は成長する。そのため、砒素原子
の拡散がガリウム原子の拡散に比べ大きく、ガリウムは
ｎ型を示す。請求項記載の第１の発明は、砒素安定化面
砒化ガリウムを用い砒素の拡散を抑制し、請求項記載の
第２の発明は（２Ｘ　２）表面超構造砒化ガリウム表面
を用いガリウムの拡散を小さくしている。

また、第３６回応用物理学関係連合講演会第３分冊１０
３８頁に述べられているように、ｎ型砒化ガリウム基板
上のｎ型砒化ガリウム成長層上に、基板温度５００’Ｃ
でｐ型ゲルマニウムを成長させ作製したｐｎ接合は良好
なｐｎ接合特性を示すのに対し、基板温度３００°Ｃで
ｐ型ゲルマニウムを成長させ作製したｐｎ接合は逆方向
の漏れ電流の大きな特性を示す。

以上の事実から、請求項記載の第１の発明では砒化ガリ
ウム基板上の砒化ガリウム成長層最上表面を砒素安定化
面にしたのち、基板温度を低温、例えば３００°Ｃ以下
に下げ、ゲルマニウムをごく薄く、例え−ば１ｏｏＡ成
長させる。この方法により、砒化ガリウム層からの砒素
の拡散を防ぐとともに、基板表面温度が低いので表面拡
散係数が小さく、ガリウムの拡散も小さくなる。その後
、基板温度を上昇させ、ゲルマニウムを成長させる。こ
のとき、砒化ガリウムからのガリウムの拡散は固体中を
拡散する拡散係数に支配されるので、表面拡散に比べ、
非常に小さい。また、低温にて成長したゲルマニウムは
ごく薄く、しかもそのあとの熱処理で低温成長ゲルマニ
ウムの結晶性が回復するので、電子の走行には影響を及
ぼさない。

一方、請求項記載の第２の発明では、砒化ガリウム基板
上の砒化ガリウム成長層最上表面を（２Ｘ２）表面超構
造にしたまま、基板温度を低温に下げ、ゲルマニウムを
ごく薄く成長させる。この方法では、砒素原子、ガリウ
ム原子ともに拡散するが、基板表面温度が低いので表面
拡散係数が小さいことにより、砒素原子、ガリウム原子
ともに拡散は小さくなる。その後、基板温度を上昇させ
、ゲルマニウムを再成長させる。このとき、ゲルマニウ
ム表面に偏析した砒素原子は再蒸発し、さらに砒化ガリ
ウムからのガリウム、砒素の拡散は固体中を拡散する拡
散係数に支配されるので、表面拡散に比べ、非常に小さ
い。また、低温にて成長したゲルマニウムはごく薄く、
しかもそのあと熱処理で低温成長ゲルマニウムの結晶性
が回復されるので、電子の走行には影響を及ぼさない。

（実施例）第１図は請求項１記載の発明のゲルマニウム・砒化ガリ
ウムｐｎ接合の製造方法の一実施例を説明するための製
造工程を示した断面図である。工程順は以下のようにな
る。

（１）ｎ型砒化ガリウム基板１の上にｎ型砒化ガリウム
エピタキシャル層２を成長させる（第１図（ａ））。成
長は１１ＬＶ族系成長室と■族系成長室を有し、両者の
間で基板を高真空中で移動できるＭＢＥ装置を用いた。

（２）砒素雰囲気のない真空中に砒化ガリウム基板を移
動し、基板温度を４５０°Ｃまで上昇させ砒素安定化面
を出す。砒素安定化面が現れたことはＭＢＥ装置のＲＨ
ＥＥＤでモニタできる。その後、低温、例えば３００°
Ｃでゲルマニウム層３を１００Ａ成長させる（第１図（
ｂ））。

（３）引き続いて基板温度を５００’Ｃまで上昇させ、
ガリウムをドーピングしながらゲルマニウム層４をｌｐ
ｍ程度成長させる（第１図（Ｃ））。

（４）基板を大気中に出し、バターニング、エツチング
により、電極５を形成する（第１図（ｄ））。

以上によりガリウム原子の拡散を抑えたゲルマニウム・
砒化ガリウム接合が作製できる。

第２図は請求項２記載の発明のゲルマニウム・砒化ガリ
ウム接合の製造方法の一実施例を説明するための製造工
程を示した断面図である。工程順は以下のようになる。

（１）ｎ型砒化ガリウム基板１の上にｎ型砒化ガリウム
エピタキシャル層２を成長させる（第２図（ａ））。

（２）ｔｉｌｔ化ガリウムエピタキシャル層２を成長さ
せた後、基板温度を下げると砒化ガリウム表面超構造は
（２Ｘ２）を示す。砒素雰囲気でない真空中に砒化ガリ
ウム基板を移動し、引き続き（２Ｘ２）砒化ガリウム層
２の上にゲルマニウム膜６を低温たとえば３００°Ｃで
１０ＯＡ成長させる（第２図（ｂ））。このとき、ゲル
マニウム膜表面上には偏析した砒素原子７が存在してい
る。

（３）砒素雰囲気でない真空中で基板温度を５００°Ｃ
に上昇させゲルマニウム表面に偏析した砒素原子を脱離
させる（第２図（Ｃ））。砒素原子が脱離したことはＡ
ＥＳなどを用いて検出できる。

（４）引き続いて基板温度を５００°Ｃまで上昇させ、
ガリウムをドーピングしながらゲルマニウム層４を１１
１ｍ程度成長させる（第２図（ｄ））。

（５）基板を大気中に出し、パターニング、エツチング
により、電極を形成する（第２図（ｅ））。

以上により、ガリウム、砒素拡散を抑えたゲルマニウム
、砒化ガリウム接合が作製できる。

（発明の効果）請求項１の発明の構造をもつゲルマニウム、砒化ガリウ
ム接合では、以下のことが期待できる。

（１）砒化ガリウム成長層最上表面を砒素安定化面にし
たのち、基板温度を低温に下げ、ゲルマニウムをごく薄
く成長させるので、砒化ガリウム層からの砒素の拡散を
防ぐとともに、基板表面温度が低いのでガリウムの表面
拡散が小さくなる。その後、基板温度を上昇させてゲル
マニウム成長させるが、砒化ガリウムからのガリウムの
拡散は、個体中を拡散する拡散係数に支配されるので、
表面拡散に比べ非常に小さい。

（２）また、砒化ガリウム上ゲルマニウムは低温で成長
させているので結晶性が良好ではないが、後に高温の熱
処理を行っているので結晶性が回復し、膜厚も薄いので
電子の走行には影響を及ぼさない。

請求項２の発明の構造をもつゲルマニウム、砒化ガリウ
ム接合では、以下のことが期待できる。

（１）砒化ガリウム成長層最上表面を（２Ｘ２）表面超
構造にしたまま、基板温度を低温に下げゲルマニウムを
薄く成長させる場合には、砒素原子が砒化ガリウム最上
層表面を覆っており、砒化ガリウム表面が活性でないこ
と、基板表面温度が低いので表面拡散係数が小さいこと
により、砒素原子、ガリウム原子ともに拡散は小さくな
る。その後、基板温度を上昇させてゲルマニウムを成長
させるので、ゲルマニウム表面に偏析した砒素原子は再
蒸発し、さらに砒化ガリウムらのガリウム、砒素の拡散
は、個体中を拡散する拡散係数に支配されるので、表面
拡散に比べ非常に小さい。

（２）また、砒化ガリウム上ゲルマニウムは低温で成長
させているので結晶性か良好ではないが、後に高温の熱
処理を行っているので結晶性が回復し、膜厚も薄いので
電子の走行には影響を及ぼさない。

図面の簡単な説明第１図は請求項１のゲルマニウム・砒化ガリウム接合の
製造工程の１実施例を示す断面図を、第２図は請求項２
の発明のゲルマニウム・砒化ガリウム接合の製造工程の
１実施例を示す断面図を示す。

１・・・砒化ガリウム基板、２・６．砒化ガリウムエピ
タキシャル成長層、３・・・砒素安定化面上に低温成長
を行ったゲルマニウム層、４・・、高温成長を行ったゲ
ルマニウム層、５・・・電極、６・・−（２Ｘ２）表面
超構造上に低温成長を行ったゲルマニウム層、７・・・
表面に偏析した砒素原子。

第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）砒化ガリウムとゲルマニウムのヘテロ接合の製造
方法において、砒素安定化面砒化ガリウム上に第１の基
板温度でゲルマニウムを薄く成長させ、そののちに第１
の温度より高い第２の基板温度にしたのち、ゲルマニウ
ムを成長させることを特徴とするゲルマニウム・砒化ガ
リウム接合の製造方法。
（２）砒化ガリウムとゲルマニウムのヘテロ接合の製造
方法において、（２×２）表面超構造砒化ガリウム上に
第１の基板温度でゲルマニウムを薄く成長させたのち、
基板温度を上昇させて、ゲルマニウム上の砒素を蒸発さ
せ、そののちに第１の温度より高い第２の基板温度で、
ゲルマニウムを成長させることを特徴とするゲルマニウ
ム・砒化ガリウム接合の製造方法。