JPH03266421A - Compound semiconductor growth and semiconductor device - Google Patents
Compound semiconductor growth and semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
高抵抗化合物半導体成長方法及び半導体装置に関し、
酸素ドープの際、結晶欠陥ができ、またドープ用酸素ガ
スが炉中に残留して次段の成長化合物半導体中に混入す
ることを解決することを目的として、
有機金属気相成長法のソースガス中に1,1M原子と0
原子との直接結合を含む有機金属化合物を含めるように
構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the high-resistance compound semiconductor growth method and semiconductor device, crystal defects are created during oxygen doping, and oxygen gas for doping remains in the furnace, causing damage to the next-stage grown compound semiconductor. In order to solve the problem that 1.1 M atoms and 0.0
Constructed to include organometallic compounds that include direct bonds with atoms.
本発明は高抵抗化合物半導体の結晶成長方法及びこうし
て成長した高抵抗化合物半導体層を有する半導体装置に
関する。The present invention relates to a method for growing crystals of a high-resistance compound semiconductor and a semiconductor device having a high-resistance compound semiconductor layer grown in this manner.
近年、化合物半導体を用いた固体電子素子の需要が高ま
ると同時に高集積化及び、高性能化の努力が払われてい
る。固体電子素子の場合、電流が流れない部分の電気抵
抗をできるだけ大きくしなければなうない、さもなけれ
ば、素子間に電流が漏れ、誤動作を招いたり、絶縁不良
のため破壊してしまう。In recent years, as the demand for solid-state electronic devices using compound semiconductors has increased, efforts have been made to achieve higher integration and higher performance. In the case of solid-state electronic devices, the electrical resistance of the parts where no current flows must be made as large as possible; otherwise, current will leak between the devices, leading to malfunctions or breakdowns due to poor insulation.
高集積化が進むと素子と素子の間が非常に狭くなり、こ
の間に電流が流れ易くなってしまう。As the degree of integration increases, the spaces between elements become extremely narrow, making it easier for current to flow between them.
したがって、素子と素子の間の絶縁(素子間分離)を確
実に行えるならば、高性能化と高集積化が同時に達成す
る事ができ、この様な化合物半導体装置の登場が、強く
望まれている。Therefore, if insulation between elements (element isolation) can be ensured, high performance and high integration can be achieved at the same time, and the emergence of such compound semiconductor devices is strongly desired. There is.
上記の目的を達成しようとして、現在までに多くの研究
が行われてきた。Many studies have been conducted to date in an attempt to achieve the above objectives.
それらを挙げると、大きく分けて2つの方法があり、こ
れら2つを組合せた形で、素子が作成されているのが現
状である。Broadly speaking, there are two methods, and devices are currently manufactured by combining these two methods.
一つは、MBE法、MOCVD法等の結晶成長法により
、高抵抗層を成長する方法と、成長層に酸素、水素原子
等を打ち込む(イオンインブランティジョン)の二つで
ある。しかし、上記のインプラによる方法は、高抵抗化
しようとする層の選択性が劣るため(高抵抗層と低抵抗
層の境界が、だれる、)難しい。また結晶中に、強制的
に原子を注入するため、結晶の原子が乱れてしまい、能
動層(素子を作る層)に悪影響を及ぼす場合がある。One is to grow a high-resistance layer using a crystal growth method such as MBE or MOCVD, and the other is to implant oxygen, hydrogen atoms, etc. into the grown layer (ion implantation). However, the above implantation method is difficult because the selectivity of the layer to be made high resistance is poor (the boundary between the high resistance layer and the low resistance layer is sagging). Furthermore, since atoms are forcibly injected into the crystal, the atoms in the crystal may be disordered, which may have an adverse effect on the active layer (the layer that makes up the device).
結晶成長法において高抵抗層を得る方法として、以下の
4つが挙げられる。The following four methods can be cited as methods for obtaining a high resistance layer using the crystal growth method.
(A)バンドギャップの大きな物質を成長する。(A) Growing a material with a large band gap.
(B)結晶に遷移金属をドープする。(B) Doping the crystal with a transition metal.
(C)結晶を低温で成長する。(C) Growing crystals at low temperatures.
(D) Aj!GaAs成長層に酸素をドープする。(D) Aj! Dope the GaAs growth layer with oxygen.
バンドギャップの大きな物質は、電子密度が小さいため
(ノンドープの電子密度)高抵抗となる。A material with a large band gap has a low electron density (non-doped electron density) and therefore has high resistance.
また化合物半導体に遷移金属をドープすると深い準位が
形成され、電子を捕獲するため高抵抗となる。Furthermore, when a compound semiconductor is doped with a transition metal, a deep level is formed and electrons are captured, resulting in high resistance.
結晶を低温で成長すると結晶を構成している原子が規則
的に並ばなくなるので、結晶内に格子欠陥が多数発生す
る。この結晶欠陥が深い準位となり結晶を高抵抗化する
。When crystals are grown at low temperatures, the atoms that make up the crystals are no longer regularly arranged, resulting in many lattice defects within the crystals. These crystal defects become deep levels and increase the resistance of the crystal.
しかしくA)の様にバンドギャップの大きな物質を成長
しても原料に含まれるほんの僅かなドナー不純物の影響
により、結晶の抵抗値が下がってしまう。また(B)の
様に遷移金属をドープしても完全に高抵抗化することは
出来ない。それは、結晶格子内に取り込まれる遷移金属
の量が成程度決っており、それ以上ドープすると余分に
ドープされた遷移金属原子が作る準位を介して、電流が
流れてしまうからである。また(C)の様に結晶を低温
で成長する方法は成長温度、成長膜厚、■/■比の成長
条件を最適に制限する必要があり、最適な条件を外れて
しまうと、高抵抗化して欲しくない成長層も高抵抗化し
てしまったり、結晶欠陥による表面欠陥が増えてしまっ
たりする問題がある。However, even if a material with a large band gap is grown as in A), the resistance value of the crystal decreases due to the influence of a small amount of donor impurity contained in the raw material. Further, even if a transition metal is doped as in (B), it is not possible to completely increase the resistance. This is because the amount of transition metal that can be incorporated into the crystal lattice is determined, and if more doping occurs, current will flow through the levels created by the extra doped transition metal atoms. In addition, in the method of growing crystals at low temperatures as in (C), it is necessary to optimally limit the growth conditions such as growth temperature, growth film thickness, and ■/■ ratio, and if the optimal conditions are deviated from, the resistance will increase. There are problems in that the growth layer, which is not desired, becomes highly resistive, and surface defects due to crystal defects increase.
したがって上記(A)〜(C)の方法は汎用性がとぼし
く、実用的でないと考えられる。Therefore, the above methods (A) to (C) have limited versatility and are considered impractical.
現在のところ、高抵抗の化合物半導体を得る代表的な方
法として、第4図に示す如き装置を用いてA j! G
aAsの酸素ドープという方法がMOCVD法により実
用化されている(MBE法は、結晶成長を高真空状態で
行うため酸素のドーピングは難しい)。At present, as a typical method for obtaining a high-resistance compound semiconductor, an apparatus as shown in FIG. 4 is used. G
A method of doping aAs with oxygen has been put into practical use by the MOCVD method (doping with oxygen is difficult in the MBE method because crystal growth is performed in a high vacuum state).
A I GaAsはGaAsよりもバンドギャップが大
きく高抵抗化しやすい。A I GaAs has a larger band gap than GaAs and is more likely to have high resistance.
また酸素ドープは結晶内に格子欠陥を作り出す。Oxygen doping also creates lattice defects within the crystal.
通常■−V属化金化合物半導体酸素ドーピングは、半導
体の電気伝導型をN−型にする。なぜならば酸素は6属
原子であり、■−V属化金化合物内3属、5属どちらの
格子位置に入ってもN型ドーパントとして働いてしまう
からである。しかしAl原子を含む結晶への酸素ドープ
の場合には、AAと酸素が結合しAffiの酸化物を形
成する。それは非常に結合力が強いため(共有結合;ル
ビーと同様)たやすく結晶内にとりこまれる。したがっ
て結晶内にAfの酸化物が混在すると結晶格子の周期性
が乱されるので、結晶内に格子欠陥が多数生成される。Normally, oxygen doping of a -V group gold compound semiconductor changes the electrical conductivity type of the semiconductor to N- type. This is because oxygen is a group 6 atom and acts as an N-type dopant regardless of whether it is placed in the lattice position of group 3 or group 5 in the -V metal compound. However, when a crystal containing Al atoms is doped with oxygen, AA and oxygen combine to form an oxide of Affi. Because it has a very strong bond (covalent bond; similar to ruby), it is easily incorporated into crystals. Therefore, when an oxide of Af coexists within the crystal, the periodicity of the crystal lattice is disturbed, and a large number of lattice defects are generated within the crystal.
その結晶欠陥が深い準位となり、結晶を高抵抗化させる
。The crystal defects become deep levels and make the crystal high in resistance.
上記のMOVPE法によるA I! GaAs結晶への
酸素ドープが高抵抗層を作り出す手段として最も有効で
ある。AI! using the above MOVPE method! Oxygen doping into GaAs crystal is the most effective means for creating a high resistance layer.
しかしこの方法にも問題点がある。However, this method also has problems.
(A)成長炉内に酸素が残留するため、続けて高品質の
結晶を成長することが出来ない。(A) Since oxygen remains in the growth furnace, high quality crystals cannot be continuously grown.
(B)原料と同時に入れた酸素がAl以外の元素と反応
して、酸化物を形成し、表面欠陥発注の原因となる。(B) Oxygen added at the same time as the raw materials reacts with elements other than Al to form oxides, causing surface defects.
結晶成長の際に入れた酸素が成長炉内のチャンバー、あ
るいはサセプターに付着し、ゆっくりとそれらから離脱
し成長層に取り込まれるので、高抵抗層の上に電気的特
性の良好な結晶を成長するのは困難となる。Oxygen introduced during crystal growth adheres to the chamber or susceptor in the growth furnace and slowly leaves them and is incorporated into the growth layer, allowing crystals with good electrical properties to grow on top of the high-resistance layer. It becomes difficult.
また酸素がすべてAIl原子と選択的に結合するとは限
らない。Ga、Asと結合し酸化物を形成すると、それ
が核となり欠陥が発生する。その欠陥が表面に到達し、
表面欠陥となる。GaAsと比べA j1! GaAs
はより金属的な性質を示す、したがって弾性率が大きく
歪を結晶が吸収しやすい。そのため欠陥が表面まで達し
にくい、しかし成長層がGaAs等、弾性率の小さな結
晶は、欠陥を結晶が完全に吸収することが出来ない場合
に欠陥が表面に達してしまう。In addition, not all oxygen is selectively bonded to Al atoms. When it combines with Ga and As to form an oxide, it becomes a nucleus and defects are generated. The defect reaches the surface,
This results in surface defects. A j1 compared to GaAs! GaAs
exhibits more metallic properties, and therefore has a large elastic modulus, making it easier for the crystal to absorb strain. For this reason, it is difficult for defects to reach the surface. However, in a crystal with a small elastic modulus such as a grown layer of GaAs, the defects will reach the surface if the crystal cannot completely absorb the defects.
加えて酸素ドープの成長条件を特別に設定しなければな
らない(成長温度が低い場合、ドープされにくい。高い
場合、ドープされやすい)。In addition, growth conditions for oxygen doping must be specially set (if the growth temperature is low, it is difficult to be doped; if it is high, it is easy to be doped).
したがって、効率よ< A it GaAsに酸素を
ドープし、しかも成長炉内に残留せず、選択的にAlと
反応する物質または、そのような成長方法が切望される
。Therefore, there is a strong need for a material that can dope GaAs with oxygen, that does not remain in the growth reactor, and that selectively reacts with Al, or for such a growth method.
本発明は、上記課題を解決するために、アルミニウムの
ソースガス中に、アルミニウム原子ト酸素原子との直接
結合を有する有機金属化合物をドーピングガスとして使
用する。In order to solve the above problems, the present invention uses an organometallic compound having a direct bond between an aluminum atom and an oxygen atom as a doping gas in an aluminum source gas.
例えば、A 12 GaAsの有機金属気相成長(MO
VPli)には、通常、Gaの有機化合物(TMC:)
リメチルガリウム、TEG:)リエチルガリウムなど)
、Afの有機化合物(TMA:)リメチルアルミニウム
、TEA:)リエチルアルミニウムなど)、そしてAs
の有機化合物(AsHi)が用いられる。For example, metal organic vapor phase epitaxy (MO) of A 12 GaAs
VPli) usually contains an organic compound of Ga (TMC:)
Limethyl gallium, TEG:) ethyl gallium, etc.)
, organic compounds of Af (TMA:) rimethylaluminum, TEA:) ethylaluminum, etc.), and As
An organic compound (AsHi) is used.
それらの物質を反応炉内で熱分解することにより、基板
上にエピタキシャル成長を行うが、それら原料は、結晶
の純度を保つために、含まれる酸素濃度を極力像(しで
ある。そして、それらの物質と同時に酸素ガス等(酸素
原子を含む気体)を加えることにより、結晶に酸素をド
ープしている。しかし、本発明の特徴は、従来の酸素ガ
ス等を用いないことにあり、その代わり予め酸素をアル
ミニウムと直接結合の形で含んだアルミ有機化合物を用
いるところにある。このような物質は、例えば、高純度
のアルミ有機化合物に微量酸素を加えることにより得る
ことができる。Epitaxial growth is performed on the substrate by thermally decomposing these materials in a reactor, but in order to maintain the purity of the crystals, these raw materials have to be kept as low as possible in oxygen concentration. Oxygen is doped into the crystal by adding oxygen gas (a gas containing oxygen atoms) to the crystal at the same time as the substance.However, the feature of the present invention is that it does not use the conventional oxygen gas, but instead An aluminum organic compound containing oxygen in the form of a direct bond with aluminum is used.Such a substance can be obtained, for example, by adding a trace amount of oxygen to a highly purified aluminum organic compound.
アルミニウムと酸素原子との直接結合を有する有機化合
物としては、例えば下記の如きものがある。Examples of organic compounds having a direct bond between aluminum and oxygen atoms include the following.
この/l−0有機金属化合物をドープする化合物半導体
としては、Alを含むものが最適で、例えばjlGaA
s 、 AfGaAsP 、 I/!As 、^fAs
P 、 InARP 。The best compound semiconductor to dope with this /l-0 organometallic compound is one containing Al, such as jlGaA.
s, AfGaAsP, I/! As, ^fAs
P, InARP.
InA II AsPなどのいずれでもよい。このよう
に、A1を要素として含む化合物半導体の場合には、ア
ルミニウムのソースガスとしてのAl有機化合物中に上
記のAl−〇有機化合物を極微量混入させて化合物半導
体を成長させると、酸素ドープの結晶と同様の成長層が
得られる。、1M−0の形での酸素のドープ量としては
一般的に10”個/d以上であれば高抵抗(絶縁)化す
る。通常、故意にドーピングさせない場合の電子、及び
ホールの密度は〜10”/cd台である。この置板上に
酸素がドーピングされていれば、電子及びホールはなく
なり、高抵抗化する。Any such as InA II AsP may be used. In this way, in the case of a compound semiconductor containing A1 as an element, when the compound semiconductor is grown by mixing a very small amount of the above-mentioned Al-○ organic compound into the Al organic compound as the aluminum source gas, the compound semiconductor becomes oxygen-doped. A grown layer similar to that of a crystal is obtained. , 1M-0, the doping amount of oxygen is generally 10"/d or more, resulting in high resistance (insulation). Normally, when doping is not done intentionally, the density of electrons and holes is ~ It is in the 10"/cd range. If this placing plate is doped with oxygen, electrons and holes will disappear, resulting in high resistance.
上記の如く、本発明の化合物半導体成長方法は、Af−
0有機金属化合物をソースガス中に微量混入させる以外
は常法的な有機金属気相成長法によることかできる。As mentioned above, the compound semiconductor growth method of the present invention is based on Af-
A conventional metal organic vapor phase epitaxy method can be used except that a trace amount of an organic metal compound is mixed into the source gas.
このようにして高抵抗化合物半導体層成長した後、連続
して導電性化合物半導体層を成長する場合、たとえA/
!−0有機金属化合物が炉内に残留してもそれから酸素
が離脱して成長層中に混入することがないので、成長層
は高抵抗化せず、電気的特性の劣化は認められない。After growing a high-resistance compound semiconductor layer in this way, when growing a conductive compound semiconductor layer continuously, even if A/
! Even if the -0 organometallic compound remains in the furnace, oxygen is not released from it and mixed into the growth layer, so the resistance of the growth layer does not become high and no deterioration in electrical characteristics is observed.
従って、本発明によれば、同様にして、アルミニウムと
酸素を含む高抵抗化合物半導体層上に連続成長された導
電性化合物半導体層を有し、該導電性化合物半導体層が
酸素を実質的に含まないことを特徴とする半導体装置が
提供される。Therefore, according to the present invention, a conductive compound semiconductor layer is similarly grown continuously on a high-resistance compound semiconductor layer containing aluminum and oxygen, and the conductive compound semiconductor layer substantially contains oxygen. Provided is a semiconductor device characterized in that:
ここに、酸素を実質的に含まないとは、結晶中に取りこ
まれた酸素が素子の電気的特性にまったく影響を与えな
い程度の含有量である事をいう。Here, "substantially no oxygen" means that the amount of oxygen incorporated into the crystal is such that it does not affect the electrical characteristics of the device at all.
この半導体装置は高抵抗層と導電層とが連続成長されて
いることを特徴とする0本発明の上記方法によらずに従
来法により酸素ドープ高抵抗層を成長後、別の炉で導電
層を成長すれば、この導電層には酸素を混入させないこ
とが可能である。しかしながら、この場合には、酸素ド
ープ高抵抗層を一旦反応炉から取り出す必要があるため
に、表面に欠陥が発生し、準位ができてしまう。本発明
ではこのような欠陥、準位は存在しない。This semiconductor device is characterized in that a high-resistance layer and a conductive layer are continuously grown. After growing an oxygen-doped high-resistance layer by a conventional method without using the above method of the present invention, the conductive layer is grown in a separate furnace. When grown, it is possible to prevent oxygen from being mixed into this conductive layer. However, in this case, since it is necessary to take out the oxygen-doped high-resistance layer once from the reactor, defects occur on the surface and a level is formed. In the present invention, such defects and levels do not exist.
メトキシアルミニウムなどのA1−0有機化合物は、A
!原子と酸素原子が最初から結合しているため効率よく
結晶中に取り込まれる。またAffiと酸素の結合力が
強いため、反応炉内にたとえ残留していたとしても、酸
素が離脱することはない。A1-0 organic compounds such as methoxyaluminum
! Because the atoms and oxygen atoms are bonded from the beginning, they are efficiently incorporated into the crystal. Furthermore, since the bonding force between Affi and oxygen is strong, even if oxygen remains in the reactor, oxygen will not be released.
したがって高純度の結晶を連続して成長してもその中に
酸素が混入することはなく、高抵抗化することはないの
で、電気的特性の劣化は認められない、また、酸素原子
は、すべてA!原子と結合しているため、欠陥の元にな
るGa原子、As原子等の他の元素との酸化物は発生し
ない。Therefore, even if high-purity crystals are continuously grown, oxygen will not be mixed into them and the resistance will not increase, so no deterioration of electrical properties will be observed. A! Since it is bonded to atoms, oxides with other elements such as Ga atoms and As atoms, which cause defects, are not generated.
■−上
第1図の如きMOVPE装置を用いた。この装置でA
I GaAsを成長させた。Aj! 、Ga 、As
のソースガスとしてそれぞれトリメチルアルミニウム(
TMA) 2、トリメチルガリウム(TMG) 3及び
アルミン(Ashs) 4を用い、水素ガスキャリヤ5
で反応炉1に供給した。T M A 、 T M G
、 ASH3の流量比は0.3:0.7:10すなわち
V1m比10とし、反応炉lは60Torrに排気する
と共に炉内の基板温度を680℃にした。こうして、/
l j! o、 zGao、7Asを成長させた。この
A f a、 zGao、 ?A3のフォトルミネッセ
ンス発光を第2図(b)に示す。(2) A MOVPE apparatus as shown in FIG. 1 above was used. With this device A
I GaAs was grown. Aj! , Ga, As
trimethylaluminum (
Using TMA) 2, trimethyl gallium (TMG) 3 and alumin (Ashs) 4, hydrogen gas carrier 5
was supplied to reactor 1. TMA, TMG
The flow rate ratio of ASH3 was 0.3:0.7:10, that is, the V1m ratio was 10, and the reactor l was evacuated to 60 Torr, and the substrate temperature in the furnace was set to 680°C. thus,/
l j! o, zGao, and 7As were grown. This A f a, zGao,? The photoluminescence emission of A3 is shown in FIG. 2(b).
次に、この間じMOVPE装置で、TMAの代りにジメ
チルメトキシアルミニウムを微量含むTMAを用いる以
外、上記と全く同じ条件でA I GaAsを成長させ
た。ジメチルメトキシアルミニウムを含むTMAは高純
度のTMA中に酸素を吹き込むことによって得た。ジメ
チルメトキシアルミニウムの濃度は500PPM以上が
A 12 GaAsの高抵抗化のために望ましい。より
望ましくは4000PPM以上である。Next, during this time, A I GaAs was grown using the MOVPE apparatus under exactly the same conditions as above, except that TMA containing a trace amount of dimethylmethoxyaluminum was used instead of TMA. TMA containing dimethylmethoxyaluminum was obtained by blowing oxygen into high purity TMA. The concentration of dimethylmethoxyaluminum is preferably 500 PPM or more in order to increase the resistance of A 12 GaAs. More preferably, it is 4000 PPM or more.
一方、20. OOOPPM以上にしようとすると、酸
素吹き込みの際、ジメチルメトキシアルミニウム以外の
化合物が生成し、そのような生成物の分子が集まって大
きな分子となり(白濁する)、蒸気圧を低下させ、安定
なソースガスの反応炉への供給ができなくなるおそれが
ある。そこで、この実施例では1000PP?Iとした
。また、成長温度は630〜700℃が適当である。7
00℃を越えると酸素が分離し、高抵抗化できない。ま
た、630°C未満では結晶品質が低下する。この実施
例では680°Cとした。こうして、ジメチルメトキシ
アルミニウムからAl−〇を供給して酸素ドープ(高抵
抗化)したA j2 o、 3Gao、 tAsを成長
させた。この高抵抗A I GaAsのフォトルミネッ
センス発生を第2図(a)に示す。On the other hand, 20. If you try to exceed OOOPPM, compounds other than dimethylmethoxyaluminum will be generated during oxygen injection, and the molecules of such products will gather and become large molecules (white turbidity), lowering the vapor pressure and making it difficult to stabilize the source gas. There is a risk that the supply to the reactor may become impossible. So, in this example, 1000PP? It was set as I. Further, a suitable growth temperature is 630 to 700°C. 7
When the temperature exceeds 00°C, oxygen separates and high resistance cannot be achieved. Further, if the temperature is lower than 630°C, the crystal quality deteriorates. In this example, the temperature was 680°C. In this way, Aj2o, 3Gao, and tAs doped with oxygen (high resistance) were grown by supplying Al-〇 from dimethylmethoxyaluminum. The generation of photoluminescence in this high resistance A I GaAs is shown in FIG. 2(a).
第2図(a)のフォトルミネッセンス発光を第2図(b
)と比較すると、バンド端からの発光は消え、深い準位
からの発光のみとなっている。これは結晶内に深い準位
が多(なったため、深い準位に電子が捕らえられたため
である。つまり、この発光の違いは結晶の電気的性質を
表しておりメトキシアルミニウムを用いた結晶は電気伝
導に関する電子の数が少ないことを表している。Figure 2(b) shows the photoluminescence emission in Figure 2(a).
), the emission from the band edge disappears and only emission from deep levels remains. This is because there are many deep levels in the crystal, and electrons are trapped in the deep levels. In other words, this difference in luminescence represents the electrical properties of the crystal, and crystals using methoxyaluminum are electrically This indicates that the number of electrons involved in conduction is small.
第2図は本発明による半導体装置の実施例として試作し
たGaAs −FET構造である。同図中、11はGa
A4板、12はジメチルメトキシアルミニウムを用いて
高抵抗化(絶縁体化)したA l GaAs層(厚み1
000Å以上)、13はN型ドーパント(Si、Se。FIG. 2 shows a GaAs-FET structure prototyped as an example of the semiconductor device according to the present invention. In the figure, 11 is Ga
A4 board, 12 is an Al GaAs layer (thickness 1
000 Å or more), 13 is an N-type dopant (Si, Se.
S等)をドーピングしたGaAs層(4000人程度1
.14 、15 、16は金属電極でそれぞれソース電
極、ゲート電極、ドレイン電極である。この構造はGa
As基板11上に高抵抗A I GaAs層12を成長
した後、同じ反応炉で連続してN型GaAs層13を成
長したものである。GaAs layer doped with S, etc. (approximately 4000 1
.. Metal electrodes 14, 15, and 16 are a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode, respectively. This structure is Ga
After a high resistance A I GaAs layer 12 was grown on an As substrate 11, an N-type GaAs layer 13 was successively grown in the same reactor.
このデイプレッション型FETでは、従来の場合、高抵
抗A I GaAs層12が存在しないため、GaAs
基板11とN型GaAs層13の界面にできる結晶格子
の乱れを介してソース・ドレイン電極14 、16間に
漏れ電流が流れたり、電圧が変動したりする問題があっ
た。しかし、本発明に従ってGaAs基板11とN型G
aAs層13の間にメトキシアルミニウムを用いて高抵
抗化したA I GaAs層12を挿入することにより
、N型GaAs層13の下地基板との界面の電流路がな
くなるので、ソース・ドレイン電極4,6間に流れる漏
れ電流及び電圧の変動を防くことができる。In this depletion type FET, since the high resistance AI GaAs layer 12 does not exist in the conventional case, the GaAs
There is a problem in that leakage current flows between the source/drain electrodes 14 and 16 through disturbance of the crystal lattice formed at the interface between the substrate 11 and the N-type GaAs layer 13, and voltage changes. However, according to the present invention, the GaAs substrate 11 and the N-type G
By inserting the A I GaAs layer 12 with high resistance using methoxyaluminum between the aAs layers 13, there is no current path at the interface between the N-type GaAs layer 13 and the underlying substrate, so that the source/drain electrodes 4, It is possible to prevent leakage current flowing between the terminals 6 and 6 and voltage fluctuations.
なお、先に説明したように、高抵抗A I GaAs層
12として従来の酸素ドープA 12 GaAs層を利
用して第2図の構造を作製すると、反応炉中に残留する
酸素がN型GaAs層13中にも混入してN型GaAs
層13の結晶品質及び電気的特性が低下してしまう。そ
こで、従来法で酸素ドープA i、GaAs層を成長し
た後、反応炉をかえてN型GaAs層を成長してN型G
aAs層に酸素が混入しないようにしたが、基板を一旦
反応炉から取り出したことによりA l GaAs層と
N型GaAs層の界面に結晶欠陥が発生して、ここを介
してソース・ドレイン電極14 、16間に漏れ電流が
流れ、また電圧が変動した。As explained above, when the structure shown in FIG. 2 is fabricated using a conventional oxygen-doped A 12 GaAs layer as the high-resistance A I GaAs layer 12, the oxygen remaining in the reactor is absorbed into the N-type GaAs layer. N-type GaAs is also mixed in 13.
The crystal quality and electrical properties of layer 13 will deteriorate. Therefore, after growing an oxygen-doped A and GaAs layer using the conventional method, we changed the reactor and grew an N-type GaAs layer.
Although we tried to prevent oxygen from entering the aAs layer, once the substrate was removed from the reactor, crystal defects occurred at the interface between the Al GaAs layer and the N-type GaAs layer, and the source/drain electrodes 14 , 16, and the voltage fluctuated.
■−I
TMA(f−リメチルアルミニウム)に水(H2O、ま
たは水蒸気を含む気体)を吹き込むことによって得られ
たジメチルアルミエーテル
を成長した場合も、ジメチルメトキシアルミを用いた場
合と同じ効果が得られた。酸素がアルミにはさまれてい
るので非常に結合力が強く効率よく結晶に酸素が取りこ
まれた。■-I When dimethylaluminum ether obtained by blowing water (H2O or a gas containing water vapor) into TMA (f-limethylaluminum) is grown, the same effect as when dimethylmethoxyaluminum is used can be obtained. It was done. Since the oxygen was sandwiched between aluminum sheets, the bonding force was very strong and the oxygen was incorporated into the crystal efficiently.
貫−盈
InP基板上にn−1no、 5xGao、 atAs
をチャネルとするFETを製作する場合、InP基板と
n−1nGaAsチャネル層との間にIno、53(A
f@、zGao、t)o、iJsを成長した。この時/
lのソースに4000PPMの酸素を含んだメトキシア
ルミを用いた。こうする事により、Ino、5sCAI
to、zGao、7)o、atAsは高抵抗化し、漏れ
電流がなくなり、素子間の絶縁が確実に行える事が明ら
かになった。この系において、Ino、s+(Afo、
5Gao、7)o、4Js層の代わりにバンドギャップ
の広いIno、 S3A ji!。、 atAs層を用
いる事も考えられるが、その場合表面モホロジが悪くな
り実用的ではない。n-1no, 5xGao, atAs on through-hole InP substrate
When fabricating a FET with a channel of Ino, 53 (A
Grew f@, zGao, t)o, iJs. At this time/
Methoxyaluminum containing 4000 PPM of oxygen was used as the source of 1 ml. By doing this, Ino, 5sCAI
It has become clear that to, zGao, 7) o, atAs has a high resistance, eliminates leakage current, and ensures reliable insulation between elements. In this system, Ino, s+(Afo,
5Gao, 7) o, Ino with wide bandgap instead of 4Js layer, S3A ji! . , it is also possible to use an atAs layer, but in that case the surface morphology would deteriorate and this would be impractical.
■−土
GaAs基板上にn−GaAsをチャネルとするFET
を製作する場合GaAs基板とn−GaAsチャネル層
との間にIn、、、 51 (A l o、 5Gao
、 7) O,aqPを成長した。この時A1のソース
に4000PPMの酸素を含んだメトキシアルミを用い
た。Ino、 5IGao、 aqPはGaAsに比ヘ
ハ゛ンドギャップが太き(高抵抗化し易いが充分ではな
い。したがって酸素を含むANを加えより高抵抗化を計
った。この様な構造にする事により、ソース、ドレイン
間の漏れ電流がなくなり、電気的特性(しゃ断固波数の
向上等)が達成できた。■-FET with n-GaAs channel on soil GaAs substrate
When fabricating In,..., 51 (Alo, 5Gao) between the GaAs substrate and the n-GaAs channel layer.
, 7) grew O,aqP. At this time, methoxyaluminum containing 4000 PPM of oxygen was used as the source of A1. Ino, 5IGao, and aqP have a relatively large hand gap compared to GaAs (easy to increase the resistance, but not enough. Therefore, we added AN containing oxygen to increase the resistance. By creating such a structure, the source , the leakage current between the drains was eliminated, and electrical characteristics (improved blocking wavenumber, etc.) were achieved.
本発明によれば、優れた高抵抗(絶縁性)化合物半導体
層が提供され、この高抵抗化合物半導体層上に結晶品質
及び電気的特性の優れた化合物半導体層を成長すること
ができる。According to the present invention, an excellent high-resistance (insulating) compound semiconductor layer is provided, and a compound semiconductor layer with excellent crystal quality and electrical properties can be grown on this high-resistance compound semiconductor layer.
第1図は本発明の方法を実施するMOCVD装置の概略
図、第2図(a)(b)はジメチルメトキシアルミニウ
ムで高抵抗化したA 12 GaAsと高抵抗化しない
GaAsA 1.のフォトルミネッセンス発光を示すス
ペクトル図、第3図は実施例のFETの模式断面図、第
4図は従来の酸素ドープA 1 GaAsのMOCVD
装置の概略図である。
1・・・反応炉、 2・・・TMA、3・・・
TMG、 4・・・AsH3,5・= H
t、 11・−・GaAs基板、12−・・
高抵抗化A I GaAs層、13・・・N型GaAs
層、 14・・・ソース電極、15・・・ゲート電
極、 16・・・ドレイン電極。FIG. 1 is a schematic diagram of an MOCVD apparatus for carrying out the method of the present invention, and FIGS. 2(a) and 2(b) show A 12 GaAs with high resistance made with dimethylmethoxyaluminum and GaAsA without high resistance. 3 is a schematic cross-sectional view of the FET of the example, and FIG. 4 is the conventional MOCVD of oxygen-doped A 1 GaAs.
FIG. 2 is a schematic diagram of the device. 1... Reactor, 2... TMA, 3...
TMG, 4...AsH3,5.=H
t, 11...GaAs substrate, 12-...
High resistance A I GaAs layer, 13...N-type GaAs
Layer: 14...source electrode, 15...gate electrode, 16...drain electrode.
Claims (1)
物半導体の成長方法において、ソースガスにアルミニウ
ム原子と酸素原子との直接結合を有する有機金属化合物
を含ましめ、よって高抵抗化合物半導体を成長すること
を特徴とする化合物半導体結晶成長方法。 2、前記有機金属化合物がメトキシアルミニウムである
ことを特徴とする請求項1記載の化合物半導体結晶成長
方法。 3、請求項1によって形成されたアルミニウムと酸素を
含む高抵抗化合物半導体層上に連続成長された導電性化
合物半導体層を有し、該導電性化合物半導体層が酸素を
実質的に含まないことを特徴とする半導体装置。[Claims] 1. In a method for growing a compound semiconductor containing aluminum by organometallic vapor phase epitaxy, the source gas contains an organometallic compound having a direct bond between an aluminum atom and an oxygen atom, thereby forming a high-resistance compound. A compound semiconductor crystal growth method characterized by growing a semiconductor. 2. The compound semiconductor crystal growth method according to claim 1, wherein the organometallic compound is methoxyaluminum. 3. A conductive compound semiconductor layer that is continuously grown on a high-resistance compound semiconductor layer containing aluminum and oxygen formed according to claim 1, and that the conductive compound semiconductor layer does not substantially contain oxygen. Characteristic semiconductor devices.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6431990A JPH03266421A (en) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | Compound semiconductor growth and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6431990A JPH03266421A (en) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | Compound semiconductor growth and semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03266421A true JPH03266421A (en) | 1991-11-27 |
Family
ID=13254798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6431990A Pending JPH03266421A (en) | 1990-03-16 | 1990-03-16 | Compound semiconductor growth and semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH03266421A (en) |
-
1990
- 1990-03-16 JP JP6431990A patent/JPH03266421A/en active Pending
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