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Info
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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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Landscapes
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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。
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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。
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。
−’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。
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。
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。
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。
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。
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$(T
MAs)′3=を挙げることができる。
リウム(TMG)及びトリメチルアルミニウム(TMA
)等を挙げることができ、上記V族元素の原料ガスとし
ては例えばアルシン(AsH3)、トリメチル砒$(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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
)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。
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。
)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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- (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)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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16959189A JPH0337186A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16959189A JPH0337186A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0337186A true JPH0337186A (ja) | 1991-02-18 |
Family
ID=15889327
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16959189A Pending JPH0337186A (ja) | 1989-06-30 | 1989-06-30 | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0337186A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
JP2012246195A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Hitachi Cable Ltd | 半絶縁性窒化物半導体ウエハ、半絶縁性窒化物半導体自立基板及びトランジスタ、並びに半絶縁性窒化物半導体層の成長方法及び成長装置 |
JP2014107335A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Sharp Corp | 窒化物半導体結晶の製造方法 |
JP2014146733A (ja) * | 2013-01-30 | 2014-08-14 | Sharp Corp | 窒化物半導体結晶の製造方法 |
-
1989
- 1989-06-30 JP JP16959189A patent/JPH0337186A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
JP2008306176A (ja) * | 2007-05-08 | 2008-12-18 | Tokyo Electron Ltd | 化合物半導体の熱処理方法及びその装置 |
JP2012246195A (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-13 | Hitachi Cable Ltd | 半絶縁性窒化物半導体ウエハ、半絶縁性窒化物半導体自立基板及びトランジスタ、並びに半絶縁性窒化物半導体層の成長方法及び成長装置 |
JP2014107335A (ja) * | 2012-11-26 | 2014-06-09 | Sharp Corp | 窒化物半導体結晶の製造方法 |
JP2014146733A (ja) * | 2013-01-30 | 2014-08-14 | Sharp Corp | 窒化物半導体結晶の製造方法 |
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