JPH03235323A - 化合物半導体結晶の気相成長法 - Google Patents
化合物半導体結晶の気相成長法Info
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- JPH03235323A JPH03235323A JP2945690A JP2945690A JPH03235323A JP H03235323 A JPH03235323 A JP H03235323A JP 2945690 A JP2945690 A JP 2945690A JP 2945690 A JP2945690 A JP 2945690A JP H03235323 A JPH03235323 A JP H03235323A
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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。
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1戊艮法により、高濃度の炭素
ドープ化合物半導体結晶、例えば、GaAs、AlGa
As等のIII −V族化合物半導体結晶を気相成長さ
せる方法に関する。
ドープ化合物半導体結晶、例えば、GaAs、AlGa
As等のIII −V族化合物半導体結晶を気相成長さ
せる方法に関する。
(従来の技術)
有機金属気相成長法(OMVPE法)は、有機金属化合
物と金属水素化物を反応炉中で熱分解させることにより
、基板−に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、jl
【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。特に、ヘテロ
接合デバイスの中でもヘテロ・バイポーラ・トランジス
タ(HIST)は、超高速で動作するので、盛んに開発
されている。
物と金属水素化物を反応炉中で熱分解させることにより
、基板−に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、jl
【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。特に、ヘテロ
接合デバイスの中でもヘテロ・バイポーラ・トランジス
タ(HIST)は、超高速で動作するので、盛んに開発
されている。
11BTは、n−GaAsのコレクタ、P”−GaAs
のベース、n−AlGaAsのエミッタから構成されて
いる。
のベース、n−AlGaAsのエミッタから構成されて
いる。
11BTの構造は、第5図に示すように、半絶縁性また
は導電性(iaAs基板の上にn”−GaAs及びn−
GaAs11%のコレクタ層を積層し、さらにp’−G
jAs層のベース層をも1層し、さらにその」二にa−
A lGaAs層及びn−GaAs層のエミツタ層を積
層し、上記p”−GaAs層とn−AlGaAs層との
間にpn接合を形成したものである。そして、コレクタ
電極はn”−GaAsコレクタ層の」−に、ベース電極
はp”−GaAaベース層の」―に、エミッタ電極はn
−GaAsエミツタ層の」二にそれぞれ形成する。この
ようなH口Tの特性は、P”−GaAsのベース層のI
E孔濃度が高いほど優れた特性が11Jられ、p”−G
aAsのベース層とn−AlGaAsのエミツタ層との
間のpn接合の界面が急峻なほど優′れた特性がi)ら
れる。
は導電性(iaAs基板の上にn”−GaAs及びn−
GaAs11%のコレクタ層を積層し、さらにp’−G
jAs層のベース層をも1層し、さらにその」二にa−
A lGaAs層及びn−GaAs層のエミツタ層を積
層し、上記p”−GaAs層とn−AlGaAs層との
間にpn接合を形成したものである。そして、コレクタ
電極はn”−GaAsコレクタ層の」−に、ベース電極
はp”−GaAaベース層の」―に、エミッタ電極はn
−GaAsエミツタ層の」二にそれぞれ形成する。この
ようなH口Tの特性は、P”−GaAsのベース層のI
E孔濃度が高いほど優れた特性が11Jられ、p”−G
aAsのベース層とn−AlGaAsのエミツタ層との
間のpn接合の界面が急峻なほど優′れた特性がi)ら
れる。
従来、OMVPI7法でI) !!!!ドーパントとし
て亜鉛(Zn)が′用いられていたが、亜鉛は拡散係数
が大きいため、成長中にベース領域からエミッタ領域へ
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問題/J< アった。 分子線エピ
タキシャル法(MIIE法)では、lXl0″’ c
m −’ 程度までト′−ピングすることが可能で、か
つ、拡散係数の小さなIleが一般的に用いられている
が、OMVIII’:法では安全性の観点から、Ile
を用いることは困難である。
て亜鉛(Zn)が′用いられていたが、亜鉛は拡散係数
が大きいため、成長中にベース領域からエミッタ領域へ
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問題/J< アった。 分子線エピ
タキシャル法(MIIE法)では、lXl0″’ c
m −’ 程度までト′−ピングすることが可能で、か
つ、拡散係数の小さなIleが一般的に用いられている
が、OMVIII’:法では安全性の観点から、Ile
を用いることは困難である。
そのため、ili鉛に比べて拡散係数が5桁程度小さい
Mgがドーパントとして検討されている。
Mgがドーパントとして検討されている。
しかし、Mg原料のビスシクロペンタジェニルマグネシ
ウム(Cp*Mg)やビスメチルシクロペンタジェニル
マグネシウム(M*CP*Mg)は、室温状態の配管や
反応管の内壁に吸着されるため、反応管にMg原料の供
給を開始しても、内壁への吸着が飽和するまで、化合物
半導体へのドーピングlitが一定にならず、また、M
g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口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が引き続きドーピングされ
る。それ故、口のドーピングによりp!12化合物半導
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1りることができないという問題があった。
ウム(Cp*Mg)やビスメチルシクロペンタジェニル
マグネシウム(M*CP*Mg)は、室温状態の配管や
反応管の内壁に吸着されるため、反応管にMg原料の供
給を開始しても、内壁への吸着が飽和するまで、化合物
半導体へのドーピングlitが一定にならず、また、M
g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口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が引き続きドーピングされ
る。それ故、口のドーピングによりp!12化合物半導
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1りることができないという問題があった。
そのため、最近では炭素ドーピングが検討されている。
例えば、J、^pp1. Phys、 Vol、 64
゜No、 8. p、 3975〜3979. K、
5aito eL al、では、ガスソース菖旧シ法に
よりIII族原料にトリメチルガリウム(TMGa)を
、■族原料に金属ヒ素を用いて10”cm−3程度の炭
素ドーピングを行っている。
゜No、 8. p、 3975〜3979. K、
5aito eL al、では、ガスソース菖旧シ法に
よりIII族原料にトリメチルガリウム(TMGa)を
、■族原料に金属ヒ素を用いて10”cm−3程度の炭
素ドーピングを行っている。
また、^pp1. Phys、 1.eLL、 Vol
、 53. No、 14. p。
、 53. No、 14. p。
1317〜1319. T、 F、 Kuech at
at、では、a機金属気相成長法により、:11族原
料にTMGa、 V族原料にTMAsを用い、成長圧カ
フ6Torrで、]戊艮温度600℃で炭素ドープGa
Asを成長するときに、炭素ドープ1uの最高値が2X
IO”cm−3であったと報告している。
at、では、a機金属気相成長法により、:11族原
料にTMGa、 V族原料にTMAsを用い、成長圧カ
フ6Torrで、]戊艮温度600℃で炭素ドープGa
Asを成長するときに、炭素ドープ1uの最高値が2X
IO”cm−3であったと報告している。
(発明が解決しようとする課B)
ところで、IIHTの特性は、」1記のように、ベース
層のキャリア濃度が高いほど向上する。
層のキャリア濃度が高いほど向上する。
通常、ベース層のキャリア濃度は、2Xlo”am−”
以」−が必要とされているが、従来のOMVI’F法に
おいて、7BTorr以上の通常の減圧成長または大気
圧成長で、■族原料に有機金属化合物を用いて炭素ドー
プGaAsを成長するときには、2XlO”am−”を
越えてドーピングすることは難しかった。
以」−が必要とされているが、従来のOMVI’F法に
おいて、7BTorr以上の通常の減圧成長または大気
圧成長で、■族原料に有機金属化合物を用いて炭素ドー
プGaAsを成長するときには、2XlO”am−”を
越えてドーピングすることは難しかった。
本発明は、」−記の問題を解消し、IInTに適した高
濃度の炭素をドーピングし、かつ、そのドーピング量を
制御することのできる気相成長法を提供しようとするも
のである。
濃度の炭素をドーピングし、かつ、そのドーピング量を
制御することのできる気相成長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、III −V族化合物半導体の有機金属気相
成長法において、■族原料として有機金属化合物を用い
、1〜40Torrの成長圧力及び625℃以下の成長
!!度の範囲で、成長湯度を変化させることにより、炭
素のドーピングmを制御することを特徴とする気相成長
法である。
成長法において、■族原料として有機金属化合物を用い
、1〜40Torrの成長圧力及び625℃以下の成長
!!度の範囲で、成長湯度を変化させることにより、炭
素のドーピングmを制御することを特徴とする気相成長
法である。
(作用)
TMGaとTMAsを原料に用いてGaAsにドーピン
グされる炭素は、TMGa及びTMA@のメチル基の炭
素がガリウム若しくはヒ素と結合した形で、結晶中に取
り込まれると考えられている。
グされる炭素は、TMGa及びTMA@のメチル基の炭
素がガリウム若しくはヒ素と結合した形で、結晶中に取
り込まれると考えられている。
本発明者らは、III族ハ1料にTMGaを、■族原料
にTMAsを用い、1〜76Torrの範囲の圧力で成
長温度を変化させて炭素ドープGaAsの結晶成長を行
い、炭素ドーピング哨の成長温度依存性を調べたところ
、40Torr以下の圧力領域において、炭素のドーピ
ング屋を著しく向−Lさせることができ、かつ、成長温
度が625℃以下で成長温度を変化させることにより、
高濃度の炭素ドーピングJj1を制御することができ、
表面状態の良好なエピタキシャルlI’Jを形成可能で
あることを見いだした。これは、40Torr以下の成
長圧力では、従来の減圧成長で用いられている60To
rr以−にの圧力の場合に比べて、TMGa及びTMA
sの分解が進みにくいためであり、未分解のTMGa及
びTMAsがメチルノλと結合し、た状!♂で基板表面
に到達しやすく、大1社の炭素がガリウム又はヒ素と結
合した状態でGaAs結晶に取り込まれると考えられる
。
にTMAsを用い、1〜76Torrの範囲の圧力で成
長温度を変化させて炭素ドープGaAsの結晶成長を行
い、炭素ドーピング哨の成長温度依存性を調べたところ
、40Torr以下の圧力領域において、炭素のドーピ
ング屋を著しく向−Lさせることができ、かつ、成長温
度が625℃以下で成長温度を変化させることにより、
高濃度の炭素ドーピングJj1を制御することができ、
表面状態の良好なエピタキシャルlI’Jを形成可能で
あることを見いだした。これは、40Torr以下の成
長圧力では、従来の減圧成長で用いられている60To
rr以−にの圧力の場合に比べて、TMGa及びTMA
sの分解が進みにくいためであり、未分解のTMGa及
びTMAsがメチルノλと結合し、た状!♂で基板表面
に到達しやすく、大1社の炭素がガリウム又はヒ素と結
合した状態でGaAs結晶に取り込まれると考えられる
。
第1図は、成長圧力10Torrで、成長温度を625
℃から550℃まで変化させて成長させた炭素ドープG
aAsについて、ホール効果測定法により求めた正孔濃
度及び移動度を示したものであり、図から明らかなよう
に、炭素ドーピングiitの成長温度依存性が認められ
、また、成長IIIJeを550℃にするとlXl0”
am”という高濃度の炭素ドーピングが可能であり、ド
ーピングされた炭素は十分に活性化していることが分か
る。このことは、移動度が池のドーパントを用いたp?
l!GaAsの値と同等以、1:であることからも明ら
かである。
℃から550℃まで変化させて成長させた炭素ドープG
aAsについて、ホール効果測定法により求めた正孔濃
度及び移動度を示したものであり、図から明らかなよう
に、炭素ドーピングiitの成長温度依存性が認められ
、また、成長IIIJeを550℃にするとlXl0”
am”という高濃度の炭素ドーピングが可能であり、ド
ーピングされた炭素は十分に活性化していることが分か
る。このことは、移動度が池のドーパントを用いたp?
l!GaAsの値と同等以、1:であることからも明ら
かである。
また、第2図は、上記炭素ドープGaAsについて、ホ
ール効果測定法により求めた正孔濃度と、31MS測定
法により求めた炭素濃度とを対比して示したものであり
、正孔濃1文と炭素濃度はよく一致していることが分か
る。
ール効果測定法により求めた正孔濃度と、31MS測定
法により求めた炭素濃度とを対比して示したものであり
、正孔濃1文と炭素濃度はよく一致していることが分か
る。
第3図は、」―記炭素ドープGaAsの中で成長温度5
50℃で成長させたエピタキシャル膜についての、炭素
濃度の深さ方向のプロファイルを示した図であり、急峻
なドーピング・プロファイルを示していることが分かる
。
50℃で成長させたエピタキシャル膜についての、炭素
濃度の深さ方向のプロファイルを示した図であり、急峻
なドーピング・プロファイルを示していることが分かる
。
(実施例1)
反応管内の圧力を1OTorrに保ち、予め反応管内に
TMAsを流した状態で、GaAl1JA板を成長温度
まで加熱した後、TMGaを反応管へ導入し、GaAs
の成長を開始した。この際、TMAsとTMGaのモル
比を14とし、TMGaの流tlを7ml/sinとし
て炭素ドープGaAsエピタキシャル層を90分間成長
させた後、TMGaを排気管に切り替えて、ノ5板温度
を室温に戻して成長を終了した。この実験を、成長温度
625℃、600℃、575℃及び550℃の4つの条
件で行った。
TMAsを流した状態で、GaAl1JA板を成長温度
まで加熱した後、TMGaを反応管へ導入し、GaAs
の成長を開始した。この際、TMAsとTMGaのモル
比を14とし、TMGaの流tlを7ml/sinとし
て炭素ドープGaAsエピタキシャル層を90分間成長
させた後、TMGaを排気管に切り替えて、ノ5板温度
を室温に戻して成長を終了した。この実験を、成長温度
625℃、600℃、575℃及び550℃の4つの条
件で行った。
成長したGaAsエピタキシャル層について、正孔濃度
及び移動度をホール効果測定法で測定した結果を第1図
に示す。成長温度625℃の場合に1.4XIO”cm
−’から550℃の場合の1×10”cm−’まで正札
濃度を制御することができた。移動度は正孔濃度が1.
4XIO”am”にお・いて140cm”/V−sec
、 1.0XIO”am−’lこおいては63cllI
/v−IIecであり、他のドーパントと同等以、1−
の値であり、得られた炭素ドープGaAsの結晶性が良
好なことを示している。
及び移動度をホール効果測定法で測定した結果を第1図
に示す。成長温度625℃の場合に1.4XIO”cm
−’から550℃の場合の1×10”cm−’まで正札
濃度を制御することができた。移動度は正孔濃度が1.
4XIO”am”にお・いて140cm”/V−sec
、 1.0XIO”am−’lこおいては63cllI
/v−IIecであり、他のドーパントと同等以、1−
の値であり、得られた炭素ドープGaAsの結晶性が良
好なことを示している。
(実施例2)
反応管内の圧力を1OTorrに保ち、予め反応管内に
TMAsを流した状態で、G a A s J&板を成
長温度575℃まで加熱した後、TMGaとTMA l
を反応管へ導入し、^ls、+Gao、sA8のエピタ
キシャル成長を開始した。この際、TMAsと(TMG
a+TM^1)のモル比を10とした。60分間成長さ
せた後、TMGaとTMA l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した。成長した^lo
、tGas、eAsエピタキシャル層について、室温で
ホール効果測定を行ったところ、正孔濃度は鳳XIO”
cm−’であった。
TMAsを流した状態で、G a A s J&板を成
長温度575℃まで加熱した後、TMGaとTMA l
を反応管へ導入し、^ls、+Gao、sA8のエピタ
キシャル成長を開始した。この際、TMAsと(TMG
a+TM^1)のモル比を10とした。60分間成長さ
せた後、TMGaとTMA l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した。成長した^lo
、tGas、eAsエピタキシャル層について、室温で
ホール効果測定を行ったところ、正孔濃度は鳳XIO”
cm−’であった。
(実施例3)
反応管内の圧力をl0Torrにした状態で、予め反応
管内に^8hを流した状態で、GaAs基板を650℃
まで加熱した後、TMGaを反応管へ導入し、17さ0
.5μ−のアンドープGII^8を成長させた。その後
、TMGaを排気管へ切り換え、−I成長を中断し、基
板温度を550℃に下げた。
管内に^8hを流した状態で、GaAs基板を650℃
まで加熱した後、TMGaを反応管へ導入し、17さ0
.5μ−のアンドープGII^8を成長させた。その後
、TMGaを排気管へ切り換え、−I成長を中断し、基
板温度を550℃に下げた。
温度が安定した後、TMAsを反応管に導入し、その2
分後に八sHsを排気管へ切り換え、TMGaを反応管
に導入し、炭素ドープGaAsを成長させた。炭素ドー
プGaAsを0.15μm1戊長させた後、TMGaを
排気管へ切り換え、成長を中断した。
分後に八sHsを排気管へ切り換え、TMGaを反応管
に導入し、炭素ドープGaAsを成長させた。炭素ドー
プGaAsを0.15μm1戊長させた後、TMGaを
排気管へ切り換え、成長を中断した。
そして、再び八sHsを反応管へ導入し、2分後にTM
Asを排気管へ切り換えてから、ノ1阪温度を650℃
に変更した。基板温度が安定してから、TMGaを反応
管に導入してアンドープGaAsを0.5ug+成長さ
せ、その後TM(iaを排気管へ切り換え、基板温度を
室温に戻して成長を終了させた。
Asを排気管へ切り換えてから、ノ1阪温度を650℃
に変更した。基板温度が安定してから、TMGaを反応
管に導入してアンドープGaAsを0.5ug+成長さ
せ、その後TM(iaを排気管へ切り換え、基板温度を
室温に戻して成長を終了させた。
得られた3層構造のエピタキシャル層を5llaS測定
した結果を第4図に示す。図から明らかなように、急峻
な界面を有する1x101nC13の炭素ドープ層を形
成することができた。
した結果を第4図に示す。図から明らかなように、急峻
な界面を有する1x101nC13の炭素ドープ層を形
成することができた。
(発明の効果)
本発明は、上記の構成を採用することにより、■族原料
として有機金属化合物を用いた炭素ドーピングにおいて
、成長圧力を1〜40Torr、成長温度を625℃以
下の範囲で成長温度を変えることにより、高濃度の炭素
ドーピング徂を制御可能となった。
として有機金属化合物を用いた炭素ドーピングにおいて
、成長圧力を1〜40Torr、成長温度を625℃以
下の範囲で成長温度を変えることにより、高濃度の炭素
ドーピング徂を制御可能となった。
第1図は実施例1のGaAsエピタキンヤル膜について
の正孔濃度及び移動度の成長温度依び性を示す図、第2
図は実施例1のGaAsエピタキシャル膜についての正
孔濃度と炭素濃度とを対比した図、第3図は実施例1の
GaAsエピタキ/ヤルII’Jについての炭素濃1文
の深さ方向のプロファイルを示す図、第4図は実施例3
のGaAsエピタキシャル膜中の正孔濃度の深さ方向の
プロファイルを示す図、第5図は)IBTの模式図であ
る。 第1図 成長温度T (’C) 第2図 成長温度T (’C) 1000/T(に−9 1000/T(Kつ 第3図 第4図
の正孔濃度及び移動度の成長温度依び性を示す図、第2
図は実施例1のGaAsエピタキシャル膜についての正
孔濃度と炭素濃度とを対比した図、第3図は実施例1の
GaAsエピタキ/ヤルII’Jについての炭素濃1文
の深さ方向のプロファイルを示す図、第4図は実施例3
のGaAsエピタキシャル膜中の正孔濃度の深さ方向の
プロファイルを示す図、第5図は)IBTの模式図であ
る。 第1図 成長温度T (’C) 第2図 成長温度T (’C) 1000/T(に−9 1000/T(Kつ 第3図 第4図
Claims (3)
- (1)III−V族化合物半導体の有機金属気相成長法に
おいて、V族原料として有機金属化合物を用い、1〜4
0Torrの成長圧力及び625℃以下の成長温度の範
囲で、成長温度を変化させることにより、炭素のドーピ
ング量を制御することを特徴とする気相成長法。 - (2)前記III−V族化合物半導体がGaAsであり、
III族原料がトリメチルガリウム又はトリエチルガリウ
ムであることを特徴とする請求項(1)記載の気相成長
法。 - (3)前記III−V族化合物半導体がAlGaAsであ
り、III族原料がトリメチルガリウム又はトリエチルガ
リウム、及び、トリメチルアルミニウムであり、V族有
機金属化合物がトリメチルヒ素であることを特徴とする
請求項(1)記載の気相成長法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2945690A JP2861192B2 (ja) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | 化合物半導体結晶の気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2945690A JP2861192B2 (ja) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | 化合物半導体結晶の気相成長法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03235323A true JPH03235323A (ja) | 1991-10-21 |
JP2861192B2 JP2861192B2 (ja) | 1999-02-24 |
Family
ID=12276607
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2945690A Expired - Fee Related JP2861192B2 (ja) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | 化合物半導体結晶の気相成長法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2861192B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2307335A (en) * | 1995-11-14 | 1997-05-21 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing a carbon-doped compound semiconductor layer |
JP2009032873A (ja) * | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Toyota Central R&D Labs Inc | 窒化物半導体装置とその製造方法 |
-
1990
- 1990-02-13 JP JP2945690A patent/JP2861192B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2307335A (en) * | 1995-11-14 | 1997-05-21 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing a carbon-doped compound semiconductor layer |
GB2307335B (en) * | 1995-11-14 | 2000-05-10 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing a carbon-doped compound semiconductor layer |
US6096617A (en) * | 1995-11-14 | 2000-08-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing a carbon-doped compound semiconductor layer |
JP2009032873A (ja) * | 2007-07-26 | 2009-02-12 | Toyota Central R&D Labs Inc | 窒化物半導体装置とその製造方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2861192B2 (ja) | 1999-02-24 |
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