JPH0346440B2 - - Google Patents
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- JPH0346440B2 JPH0346440B2 JP475384A JP475384A JPH0346440B2 JP H0346440 B2 JPH0346440 B2 JP H0346440B2 JP 475384 A JP475384 A JP 475384A JP 475384 A JP475384 A JP 475384A JP H0346440 B2 JPH0346440 B2 JP H0346440B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は有機金属を熱分解して化合物半導体
結晶を成長させる有機金属気相結晶成長方法に関
するものである。
結晶を成長させる有機金属気相結晶成長方法に関
するものである。
化合物半導体を用いた半導体レーザなどの各種
デバイスは複雑な多層構造を有している。これら
の多層構造を量産する方法として、均一性が良い
こと、制御が良いことなどの理由により有機金属
化合物と水素化物の熱分解を利用した有機金属気
相結晶成長方法が注目されている。
デバイスは複雑な多層構造を有している。これら
の多層構造を量産する方法として、均一性が良い
こと、制御が良いことなどの理由により有機金属
化合物と水素化物の熱分解を利用した有機金属気
相結晶成長方法が注目されている。
この有機金属気相結晶成長方法は−族化合
物半導体層を形成する場合原料の有機金属化合物
としてトリメチルガリウム（Ga（CH3）3）、トリ
メチルアルミニウム（Al（CH3）3）などが用いら
れ、また水素化物としてアルシン（AsH3）、ホ
スフイン（PH3）などが用いられ、これらの原料
ガスは高周波誘導などにより加熱されたサセプタ
上の基板結晶に導かれ、熱分解されて基板結晶上
にｎ型、ｐ型のGaAs、AlGaAsなどの化合物半
導体が成長する。またpn接合を形成するような
場合は先ずｎ型エピタキシヤル層を形成し、続い
て原料ガスにｐ型ドーパントを添加してｎ型エピ
タキシヤル層上にｐ型エピタキシヤル層を形成し
ていた。しかし、この方法では原料ガスにｐ型の
ドーパントを添加する操作を必要とし、更に、ｐ
型ドーパントは通常ジエチル亜鉛（Zn（C2H5）2）、
ジメチル亜鉛（Zn（CH3）2）が用いられているが、
この亜鉛はGaAsなどの結晶中で極めて拡散係数
か大きく、デバイス製作上熱処理が難かしいとい
う欠点がある。
物半導体層を形成する場合原料の有機金属化合物
としてトリメチルガリウム（Ga（CH3）3）、トリ
メチルアルミニウム（Al（CH3）3）などが用いら
れ、また水素化物としてアルシン（AsH3）、ホ
スフイン（PH3）などが用いられ、これらの原料
ガスは高周波誘導などにより加熱されたサセプタ
上の基板結晶に導かれ、熱分解されて基板結晶上
にｎ型、ｐ型のGaAs、AlGaAsなどの化合物半
導体が成長する。またpn接合を形成するような
場合は先ずｎ型エピタキシヤル層を形成し、続い
て原料ガスにｐ型ドーパントを添加してｎ型エピ
タキシヤル層上にｐ型エピタキシヤル層を形成し
ていた。しかし、この方法では原料ガスにｐ型の
ドーパントを添加する操作を必要とし、更に、ｐ
型ドーパントは通常ジエチル亜鉛（Zn（C2H5）2）、
ジメチル亜鉛（Zn（CH3）2）が用いられているが、
この亜鉛はGaAsなどの結晶中で極めて拡散係数
か大きく、デバイス製作上熱処理が難かしいとい
う欠点がある。
この発明の目的はドーパントを用いずにｎ型、
ｐ型任意の伝導型のエピタキシヤル層を選択的に
再現性良く且つ容易に形成し、しかも成長するｐ
型エピタキシヤル層のキヤリヤ濃度を制御するこ
とのできる有機金属気相結晶成長方法を提供する
ことにある。
ｐ型任意の伝導型のエピタキシヤル層を選択的に
再現性良く且つ容易に形成し、しかも成長するｐ
型エピタキシヤル層のキヤリヤ濃度を制御するこ
とのできる有機金属気相結晶成長方法を提供する
ことにある。
これまでの有機金属気相結晶成長は原料ガスの
圧力が大気圧かまたは0.1気圧（70〜80Torr）程
度の減圧下で行われており、原料ガスの組成、即
ち有機金属化合物と水素化合物と混合比につい
て、有機金属化合物を多くするとｐ型エピタキシ
ヤル層が成長し、水素化物を多くするとｎ型エピ
タキシヤル層が成長することが知られている。
圧力が大気圧かまたは0.1気圧（70〜80Torr）程
度の減圧下で行われており、原料ガスの組成、即
ち有機金属化合物と水素化合物と混合比につい
て、有機金属化合物を多くするとｐ型エピタキシ
ヤル層が成長し、水素化物を多くするとｎ型エピ
タキシヤル層が成長することが知られている。
上記事実に基いて更に検討、実験を重ねた結
果、結晶成長時の原料ガスの圧力が成長したエピ
タキシヤル層の伝導型及びキヤリヤ濃度に著しく
影響を与え、ｎ型エピタキシヤル層を形成するよ
う条件で、原料ガスの混合比を変えることなく、
単に基板結晶へ供給する原料ガスの圧力を次第に
低くすると、或る圧力値よりｎ型エピタキシヤル
層に代つてｐ型エピタキシヤル層が形成し、その
キヤリヤ濃度が原料ガスの供給圧力により変わる
のを見出し、この事実に基いてこの発明は完成し
た。即ち、この発明による有機金属気相結晶成長
方法は有機金属化合物と水素化物の原料ガスをｎ
型エピタキシヤル層が形成するような混合比と
し、該原料ガスの基板結晶へ供給する圧力を減圧
してｐ型エピタキシヤル層を形成すると共に、圧
力を更に制御して形成するｐ型エピタキシヤル層
のキヤリヤ濃度を制御することを特徴とする。
果、結晶成長時の原料ガスの圧力が成長したエピ
タキシヤル層の伝導型及びキヤリヤ濃度に著しく
影響を与え、ｎ型エピタキシヤル層を形成するよ
う条件で、原料ガスの混合比を変えることなく、
単に基板結晶へ供給する原料ガスの圧力を次第に
低くすると、或る圧力値よりｎ型エピタキシヤル
層に代つてｐ型エピタキシヤル層が形成し、その
キヤリヤ濃度が原料ガスの供給圧力により変わる
のを見出し、この事実に基いてこの発明は完成し
た。即ち、この発明による有機金属気相結晶成長
方法は有機金属化合物と水素化物の原料ガスをｎ
型エピタキシヤル層が形成するような混合比と
し、該原料ガスの基板結晶へ供給する圧力を減圧
してｐ型エピタキシヤル層を形成すると共に、圧
力を更に制御して形成するｐ型エピタキシヤル層
のキヤリヤ濃度を制御することを特徴とする。
この発明で原料ガスとして用いる有機金属化合
物及び水素化物はこれまでの有機金属気相結晶成
長法に用いられているものを用いることができ
る。上述の原料ガスは結晶成長装置の反応管内の
サセブタに装着している基板結晶上へ導く。この
結晶成長装置としては、縦型、横型いずれの装置
も用い得るが、反応管内の圧力を正確に制御する
ための排気系を備えていることが必要である。反
応管内の基板結晶は高周波誘導加熱方式、抵抗加
熱方式、赤外加熱方式などにより600〜800℃に加
熱され、基板結晶上に導かれた原料ガスによりエ
ピタキシヤル層が形成する。この時の原料ガスは
大気圧或るいは0.1気圧程度の減圧下においてｎ
型エピタキシヤル層が形成するような混合比であ
れば良い。
物及び水素化物はこれまでの有機金属気相結晶成
長法に用いられているものを用いることができ
る。上述の原料ガスは結晶成長装置の反応管内の
サセブタに装着している基板結晶上へ導く。この
結晶成長装置としては、縦型、横型いずれの装置
も用い得るが、反応管内の圧力を正確に制御する
ための排気系を備えていることが必要である。反
応管内の基板結晶は高周波誘導加熱方式、抵抗加
熱方式、赤外加熱方式などにより600〜800℃に加
熱され、基板結晶上に導かれた原料ガスによりエ
ピタキシヤル層が形成する。この時の原料ガスは
大気圧或るいは0.1気圧程度の減圧下においてｎ
型エピタキシヤル層が形成するような混合比であ
れば良い。
上述のように、大気圧或るいは0.1気圧程度の
減圧下で結晶成長を行うと、基板結晶上にｎ型エ
ピタキシヤル層が形成するが、反応管へ導入する
原料ガスの圧力のみを次第に減圧すると、ある圧
力値よりｎ型エピタキシヤル層に代つてｐ型エピ
タキシヤル層が形成し、ｎ型エピタキシヤル層よ
りｐ型エピタキシヤル層に変換する境界において
は高抵抗なエピタキシヤル層が形成する。原料ガ
スの供給圧力を更に減圧すると、形成するｐ型エ
ピタキシヤル層のキヤリヤ濃度は次第に増加す
る。このｎ型エピタキシヤル層よりｐ型エピタキ
シヤル層へ変換するときの減圧値は結晶の成長条
件によつて変わるが、水素化物の混合比が多い原
料ガスである程、低い圧力で上述の変換が起り易
い傾向を示す。従つて、基板結晶へ供給する原料
ガスの圧力のみを制御することによりｐ型、ｎ型
任意のエピタキシヤル層が選択的に形成し、ｐ型
エピタキシヤル層のキヤリヤ濃度も併せて制御で
きるので、pn接合、多層構造などが再現性良く
容易に製造できることとなる。なお、ｐ型エピタ
キシヤル層を形成する場合においても、原料ガス
の供給圧力を制御することにより、形成するエピ
タキシヤル層のキヤリヤ濃度を所望の値とするこ
とができる。
減圧下で結晶成長を行うと、基板結晶上にｎ型エ
ピタキシヤル層が形成するが、反応管へ導入する
原料ガスの圧力のみを次第に減圧すると、ある圧
力値よりｎ型エピタキシヤル層に代つてｐ型エピ
タキシヤル層が形成し、ｎ型エピタキシヤル層よ
りｐ型エピタキシヤル層に変換する境界において
は高抵抗なエピタキシヤル層が形成する。原料ガ
スの供給圧力を更に減圧すると、形成するｐ型エ
ピタキシヤル層のキヤリヤ濃度は次第に増加す
る。このｎ型エピタキシヤル層よりｐ型エピタキ
シヤル層へ変換するときの減圧値は結晶の成長条
件によつて変わるが、水素化物の混合比が多い原
料ガスである程、低い圧力で上述の変換が起り易
い傾向を示す。従つて、基板結晶へ供給する原料
ガスの圧力のみを制御することによりｐ型、ｎ型
任意のエピタキシヤル層が選択的に形成し、ｐ型
エピタキシヤル層のキヤリヤ濃度も併せて制御で
きるので、pn接合、多層構造などが再現性良く
容易に製造できることとなる。なお、ｐ型エピタ
キシヤル層を形成する場合においても、原料ガス
の供給圧力を制御することにより、形成するエピ
タキシヤル層のキヤリヤ濃度を所望の値とするこ
とができる。
上述のように原料ガスの供給圧力を減圧すると
成長するエピタキシヤル層の伝導型やキヤリヤ濃
度が変るのは、圧力が下がるにつれてエピタキシ
ヤル層に取り込まれる炭素の量が多くなり、ｐ型
ドーパントとして作用するからである。
成長するエピタキシヤル層の伝導型やキヤリヤ濃
度が変るのは、圧力が下がるにつれてエピタキシ
ヤル層に取り込まれる炭素の量が多くなり、ｐ型
ドーパントとして作用するからである。
上述の説明で明らかなように、この発明によれ
ば、原料ガスの混合比を変ることなく、単に基板
結晶へ供給する原料ガスの圧力を制御するのみで
成長するエピタキシヤル層の伝導型を任意に変え
ることができ、更にそのキヤリヤ濃度、特に、ｐ
型エピタキシヤル層のキヤリヤ濃度を制御するこ
とができるので、これまでのドパントを用いるこ
とにより生ずる欠点は解消され、各種の複雑な多
層構造を有する光デバイス、電子デバイスを容易
に且つ再現性良く製造できることとなる。
ば、原料ガスの混合比を変ることなく、単に基板
結晶へ供給する原料ガスの圧力を制御するのみで
成長するエピタキシヤル層の伝導型を任意に変え
ることができ、更にそのキヤリヤ濃度、特に、ｐ
型エピタキシヤル層のキヤリヤ濃度を制御するこ
とができるので、これまでのドパントを用いるこ
とにより生ずる欠点は解消され、各種の複雑な多
層構造を有する光デバイス、電子デバイスを容易
に且つ再現性良く製造できることとなる。
次にこの発明を実施例により説明する。
Crドープ半絶縁性GaAs（100）面ウエハーを基
板結晶として用い、縦型結晶成長装置の反応管の
サセプタ上に装着した。この結晶成長装置は抵抗
加熱方式を採用しており、また反応管内の圧力を
制御するための排気系を備えている。
板結晶として用い、縦型結晶成長装置の反応管の
サセプタ上に装着した。この結晶成長装置は抵抗
加熱方式を採用しており、また反応管内の圧力を
制御するための排気系を備えている。
反応管内を1.5×10-6Torr程度まで排気したの
ち、水素ガスを300cc／分の流量で導入しながら
基板結晶を加熱した。基板結晶温度か500℃にな
つたら基板結晶の分解を抑えるため水素で10％に
希釈したアルシンガスを水素ガスの代りに
300cc／分の流量で導入した。基板結晶温度が650
℃に達したら０℃に保つたトリメチルガリウムを
バブリングさせた水素ガスを4.8cc／分の流量で
希釈アルシンガスと共に反応管へ導入した。反応
管の圧力を排気系を制御して101から５×
10-2Torrまで変化させ約２時間宛気相成長を行
つて約3μｍ厚のGaAsエピタキシヤル層それぞれ
得た。この時のアルシンとトリメチルガリウムの
比は約75：１である。これらのエピタキシヤル層
の伝導型及びキヤリヤ濃度はVan der Pauw法
によるホール測定から求めた。その結果は図面に
示したグラフと通りであつて、反応管内の圧力は
５×10-1Torrを境として同一原料ガス成分であ
るに拘らず、高圧力側ではｎ型エピタキシヤル層
が成長し、低圧力側ではｐ型エピタキシヤル層が
成長し、圧力を低くすると形成するｐ型エピタキ
シヤル層のキヤリヤ濃度が顕著に増加することが
判る。
ち、水素ガスを300cc／分の流量で導入しながら
基板結晶を加熱した。基板結晶温度か500℃にな
つたら基板結晶の分解を抑えるため水素で10％に
希釈したアルシンガスを水素ガスの代りに
300cc／分の流量で導入した。基板結晶温度が650
℃に達したら０℃に保つたトリメチルガリウムを
バブリングさせた水素ガスを4.8cc／分の流量で
希釈アルシンガスと共に反応管へ導入した。反応
管の圧力を排気系を制御して101から５×
10-2Torrまで変化させ約２時間宛気相成長を行
つて約3μｍ厚のGaAsエピタキシヤル層それぞれ
得た。この時のアルシンとトリメチルガリウムの
比は約75：１である。これらのエピタキシヤル層
の伝導型及びキヤリヤ濃度はVan der Pauw法
によるホール測定から求めた。その結果は図面に
示したグラフと通りであつて、反応管内の圧力は
５×10-1Torrを境として同一原料ガス成分であ
るに拘らず、高圧力側ではｎ型エピタキシヤル層
が成長し、低圧力側ではｐ型エピタキシヤル層が
成長し、圧力を低くすると形成するｐ型エピタキ
シヤル層のキヤリヤ濃度が顕著に増加することが
判る。
図面は反応管内の圧力と成長するエピタキシヤ
ル層の伝導型とキヤリヤ濃度の関係を示すグラフ
である。
ル層の伝導型とキヤリヤ濃度の関係を示すグラフ
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 有機金属化合物と水素化合物の原料ガスをｎ
型エピタキシヤル層が形成するような混合比と
し、該原料ガスの基板結晶へ供給する圧力を減圧
してｐ型エピタキシヤル層を形成することを特徴
とする有機金属気相結晶成長方法。 ２ 有機金属化合物と水素化合物の原料ガスをｎ
型エピタキシヤル層が形成するような混合比と
し、該原料ガスの基板結晶へ供給する圧力を減圧
してｐ型エピタキシヤル層を形成し、該原料ガス
の供給圧力を制御して形成するｐ型エピタキシヤ
ル層のキヤリヤ濃度を制御することを特徴とする
有機金属気相結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP475384A JPS60151298A (ja) | 1984-01-17 | 1984-01-17 | 有機金属気相結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP475384A JPS60151298A (ja) | 1984-01-17 | 1984-01-17 | 有機金属気相結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60151298A JPS60151298A (ja) | 1985-08-09 |
| JPH0346440B2 true JPH0346440B2 (ja) | 1991-07-16 |
Family
ID=11592665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP475384A Granted JPS60151298A (ja) | 1984-01-17 | 1984-01-17 | 有機金属気相結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60151298A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4774775B2 (ja) * | 2005-03-23 | 2011-09-14 | 日亜化学工業株式会社 | トリアルキルガリウムの製造方法 |
-
1984
- 1984-01-17 JP JP475384A patent/JPS60151298A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60151298A (ja) | 1985-08-09 |
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