JPH0337186A - 化合物半導体薄膜の形成方法 - Google Patents

化合物半導体薄膜の形成方法

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JPH0337186A
JPH0337186A JP16959189A JP16959189A JPH0337186A JP H0337186 A JPH0337186 A JP H0337186A JP 16959189 A JP16959189 A JP 16959189A JP 16959189 A JP16959189 A JP 16959189A JP H0337186 A JPH0337186 A JP H0337186A
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JP
Japan
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compound semiconductor
thin film
semiconductor thin
substrate
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JP16959189A
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Yasuto Kawahisa
川久 慶人
Yasuo Ashizawa
芦沢 康夫
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba 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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、有機金属気相成長法(MOCV D法)を用
いて化合物半導体薄膜を形成する方性に関し、特に導電
型がp型であるGaAs又はAρGaAs層を成長する
化合物半導体薄膜の形成方法に係わる。
(従来の技術) 例えば、超高速電子デバイスにおいては、10”ell
−’程度のキャリア濃度を有するp型のm−V族化合物
半導、体薄膜が必要である。かかるp型の■−■族化合
物半導体をMOCVD法で成長するには、従来よりp型
のドーパントとしてBe。
Zn、Mg、Cd等が使用されている。これらのうち、
Beは10”cI++−3以上の高濃度ドーピングが可
能であるが、極めて強い毒性を有する。Zn、Mg及び
Cdは蒸気圧が高く、高温成長でドーピング効率が低下
したり、配管壁や反応容器に付着した原料ガスが遅れて
取り込まれるメモリー効果があり、急峻なドーピングプ
ロファイルが得られない問題がある。
一方、炭素(C)は化合物半導体中での拡散係数が非常
に大きく、しかもアクセプタレベルを形成するため、高
濃度のp型化合物半導体薄膜のドーパントとして期待さ
れている。かかるドーパント原料としはで、C2H2な
どが知られている。
しかしながら、C2H2は熱的に安定であり、分解し難
いため、■族及びV族の有機金属原料ガスと共にC2H
2を供給して熱分解により基板上に■−v族化合物半導
体薄膜を成長する際、該半導体薄膜中に炭素が効率よく
取り込まれないと問題があった。従って、これらの方法
では、変化させた原料ガスの供給量又は成長温度が安定
するまでに時間がかかり、所望のキャリアプロファイル
を有する■−V族化合物半導体を成長させることが極め
て困難であった。
(発明が解決しようとするyA題) 本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、■族及びV族の有機金属原料ガスと共に供給され
たC2H2などの有機化合物からなるp型ドーパント用
原理料を効率よく分解して、高キャリア濃度のp型化合
物半導体薄膜を再現性よく形成し得る方法を提供しよう
とするものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明に係わる化合物半導体薄膜の形成方法は、■族及
びV族の原料ガスを反応容器内に供給し、加熱によりそ
れら原料ガスを分解して前記容器内に配置した化合物半
導体基板上にp型のm−V族化合物半導体薄膜を成長さ
せるに際し、前記反応容器内に前記各原料ガスと共にC
及びHからなる有機化合物をp型ドーパント用原料とし
て供給し、前記各原料ガスを加熱により分解すると共に
前記基板及び前記ドーパント用原料の少なくとも一方に
光を照射することを特徴とするものである。
上記■族元素の原料ガスとしては、例えばトリメチルガ
リウム(TMG)及びトリメチルアルミニウム(TMA
)等を挙げることができ、上記V族元素の原料ガスとし
ては例えばアルシン(AsH3)、トリメチル砒$(T
MAs)′3=を挙げることができる。
上記■族及び■族の原料ガスを熱分解する手段としては
、例えば抵抗加熱、高周波加熱等を採用し得る。
上記p型ドーパント用原料であるC及びHからなる有機
化合物としては、例えばC,Hからなる脂肪族炭化水素
、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素等を挙げることかで
き、特にC2H2C2H,、、CJ H8などの鎖状脂
肪族炭化水素が好ましい。
上記基板及び前記ドーパント用原料の少なくとも一方に
照射する光としては、例えばレーザ光、水銀ランプ光、
Xeランプ光、マイクロ波等を挙げることができる。
本発明に係わる別の化合物半導体薄膜の形成方法は、■
族及びV族の原料ガスとp型ドーパント用原料とを反応
容器内の化合物半導体基板上に交互に供給することを特
徴とするものである。
(作用) 本発明によれば、化合物半導体基板が配置された反応容
器内に■族及びV族の原料ガスと共にC及びHからなる
有機化合物をp型ドーパント用原料として供給し、前記
各原料ガスを加熱により分解すると共に前記基板及び前
記ドーパント用原料の少なくとも一方に光を照射するこ
とによって、前記C及びHからなる有機化合物が光化学
反応により分解が促進されて活性炭素を生成し、その炭
素は前記各原料ガスの熱分解反応により成膜される成長
層に取り込まれ、アクセプタ準位が形成される。その結
果、前記化合物半導体基板上に高いキャリア濃度を有す
るp型のGaAs AlGaAsなどの化合物半導体薄膜を再現性よく形成
できる。炭素(C)は、■−■族化合物半導体薄膜中で
の拡散係数が小さく、かつメモリ効果もないため、極め
て急峻なドーピングプロファイルを実現でき、更に高濃
度ドーピングした場合、格子歪が小さいことから半導体
装置を製造する上で極めて有益である。
また、本発明の別の方法によれば■族及びV族の原料ガ
スとp型ドーパント用原料とを反応容器内の化合物半導
体基板上に交互に供給し、前記■族及びV族の原料ガス
の熱分解と共に、光を照射することによって、基板上に
単原子厚さの精度で高キャリリア濃度のp型■−V族化
合物半導体薄膜を形成することができる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
第1図は本発明の実施例に使用したM OCV D装置
を示す概略構成図である。反応容器lは、上部側壁に第
1、第2のガス導入管2.3が連結され、かつ下部側壁
にはガス排気管4が連結されている。油拡散ポンプ等の
真空排気系(図示せず)は、前記排気管4に連結されて
いる。グラファイト製サセプタ5は、前記反応容器l内
に設けられ、該容器1外周に配置された高周波加熱コイ
ル6により加熱される。エキシマレーザ7は、エキシマ
レーザ光8を発振し、このエキシマレーザ光8は反射ミ
ラー9、前記反応容器l上部に設けた光透過窓10を通
して前記サセプタ5に設置される基板に照射される。
実施例1 まず、反応容器l内のサセプタ 5上に面方位(100
)の半絶縁性GaAs基板11を載置した後、図示しな
い真空排気系を作動してガス排気管4を通して反応容器
l内のガスを排気しながら、第1のガス導入管2よりH
2、第2のガス導入管3よりAsHtとH2を容器I内
に導入し、高周波加熱コイル6によりサセプタ 5を7
00℃に加熱し、基板11の表面処理を行った。つづい
て、第1のガス導入管2よりH2を容器1内に導入した
状態で、第2のガス導入管3よりTMG、As H3、
H2及びC2H2を導入し、同時にエキシマレーザ7よ
りKrFエキシマレーザ光8を反射ミラー9、光透過窓
IOを経由して前記サセプタ5に設置される基板11に
対し垂直に照射し、該基板1上に厚さ1.0μmのGa
As薄膜を成長した。なお、成長条件は温度550℃、
圧カフ6jOrrq レーザ光の照射強度15m J 
/e1、繰返周波数801)l)Sとした。
本実施例1により半絶縁性GaAs基板上に成長された
GaAs薄膜のキャリア濃度をホール測定により調べた
ところ、C2H2の導入量の増加によりホール濃度が単
調に増加した。
実施例2 まず、反応容器i内のサセプタ 5上に面方位(100
)の半絶縁性GaAs基板11を載置した後、実施例1
と同様な方法により基板11の表面処理を行った。つづ
いて、第1のガス導入管2よりH2を容器l内に導入し
た状態で、第2のガス導入管3よりTMG十H2の導入
、H2の導入、C2H2+H2の導入、As H,+H
2の導入、H2の導入、を1サイクルとして、4000
サイクルのガス導入を行い、各ガスの導入と同時にエキ
シマレーザ7よりKrFエキシマレーザ光8を反射ミラ
ー9、光透過窓lOを経由して前記サセプタ 5に設置
される基板11に対し垂直に照射し、GaAs薄膜を基
板11上に成長させた。なお、成長条件は温度550℃
、圧力10tOrr、レーザ光の照射強度15m J 
/ crp2、繰返周波数80 ppsとした。
ここで、炭素をp型不純物原子としてGaAs又はAρ
GaAsにドーピングする場合、炭素はV族であるAs
サイト入ることが゛望ましい。そのためには、TMGの
導入後にC2H2を導入し、しかる後にAsH3を導入
するることか望ましいと考えられる。
本実施例2により半絶縁性QaAs基板上に成長された
GaAs薄膜の膜厚は、約1.3μmであり、1サイク
ルあたりの成長膜厚はGaAs 1分子層(2,83大
)であった。また、ホール測定をおこなったところ、C
2H2の導入量を変えることにより LX 10I81
0l8〜LX 1020cm−3のホール濃度を再現性
よく制御できることがわかった。
実施例3 上述した実施例2の方法を用いて、第2図に示すヘテロ
バイポーラトランジスタを製造した。なお、図中21は
半絶縁性GaAs基板、22はアンドープGaAsバッ
ファ層、23はn−−GaAsコレクタ層、24はp”
−GaAsベース層、25はアンドープGaAsスペー
サ層、26は n  An O,3G a Q、7 A sエミツタ層
、27はn”−GaAs層、28はn”−1nGaAs
オ一ミツクコンタクト層を示している。
第2図において、GaAsベース層以外のInGaAs
5AJ7 GaAs、GaAs層は、成長温度650℃
、原料ガス及び不純物ガスを反応容器内に同時に導入し
て成長した。p’42GaAsベース層は、成長温度5
50℃で成長じた。p型Gasベース層のホール濃度は
5X 1019c+n−3とした。かかる第2図に示す
ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、良好なりC特性
を示した。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ以外に
も、p型■−v族化合物半導体を含む半導体レーザ、ホ
ットエレクトロントランジスタ等、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で、各種半導体素子の製造に適用することが
できる。
[発明の効果コ 以上詳述した如く本発明の化合物半導体薄膜の形成方法
によれば、気相成長法により拡散係数の非常に小さいp
型ドーパントであるCを■−V族化合物半導体薄膜に高
濃度、かつ制御性よくドーピングでき、ひいては高キャ
リア濃度のp型化合物半導体薄膜又は数百穴の以下の非
常に薄い膜厚で高キャリア濃度のp型化合物半導体薄膜
を用いる半導体装置の製造に有効に利用できる等顕著な
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例で使用した MOCVD装置を示す概略構成図、第2図は同実施例方
法により製造したヘテロ接合形バイポーラトランジスタ
を示す断面図である。 1・・・反応容器、2.3・・・ガス導入管、4・・・
ガス排気管、5・・・サセプタ、6・・・高周波加熱コ
イル、7・・・エキシマレーザ、8・・・KrFエキシ
マレーザ光、11.21・・・半絶縁性GaAs基板、
24・・・p” −GaAsベース層P0 層外 0’JtN <D 0 (NC’J 吊 同 則

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)III族及びV族の原料ガスを反応容器内に供給し
    、加熱によりそれら原料ガスを分解して前記容器内に配
    置した化合物半導体基板上にp型のIII−V族化合物半
    導体薄膜を成長させるに際し、前記反応容器内に前記各
    原料ガスと共にC及びHからなる有機化合物をp型ドー
    パント用原料として供給し、前記各原料ガスを加熱によ
    り分解すると共に前記基板及び前記ドーパント用原料の
    少なくとも一方に光を照射することを特徴とする化合物
    半導体薄膜の形成方法。
  2. (2)III族及びV族の原料ガスとp型ドーパント用原
    料とを反応容器内の化合物半導体基板上に交互に供給す
    ることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体薄膜の
    形成方法。
JP16959189A 1989-06-30 1989-06-30 化合物半導体薄膜の形成方法 Pending JPH0337186A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008140022A1 (ja) * 2007-05-08 2008-11-20 Tokyo Electron Limited 化合物半導体の熱処理方法及びその装置
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