JPH0426597A - ３―５族化合物半導体の有機金属気相成長方法 - Google Patents
３―５族化合物半導体の有機金属気相成長方法Info
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- JPH0426597A JPH0426597A JP12929890A JP12929890A JPH0426597A JP H0426597 A JPH0426597 A JP H0426597A JP 12929890 A JP12929890 A JP 12929890A JP 12929890 A JP12929890 A JP 12929890A JP H0426597 A JPH0426597 A JP H0426597A
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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】
（産業上の利用分野）
本発明は、炭素ドープのＩＩ［−Ｖ族化合物半導体、例
えば、ＧａＡｓ， ＡＩＧａＡｓ等の有機金属気相成長
方法（ＯＭＶＰＥ法）に関する。
えば、ＧａＡｓ， ＡＩＧａＡｓ等の有機金属気相成長
方法（ＯＭＶＰＥ法）に関する。
（従来の技術）
有機金属気相成長法（ＯＩＩＩＶＰＥ法）は、有機金属
化合物と金属水素化合物を反応炉内で熱分解することに
より、基板上に薄膜の単結晶を成長する方法である。こ
の方法は、超薄膜の多層構造の形成が容易であり、量産
性も高いので、化合物半導体を用いたヘテロ接合デバイ
ス用基板の作製に用いられている。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（ＩＴＢＴ
）は超高速で動作するため、盛んに開発されている。Ｈ
ＢＴの構造は、第３図に示すように、ｎ−ＧａＡｓのコ
レクタ、ｐ−ＧａＡｓのベース、ｎ−＾［ＧａＡｓのエ
ミツタから構成されている。ＨＢＴの特性は、ベース層
の正孔濃度が高いほど、優れた特性を得ることができる
。従来、ＯＭＶＰＥ法ではｐ型ドーパントとしてＺｎが
用いられていたが、Ｚｎ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に拡散してしまい、急
峻なｐｎ接合を得ることができないという問題があった
。
化合物と金属水素化合物を反応炉内で熱分解することに
より、基板上に薄膜の単結晶を成長する方法である。こ
の方法は、超薄膜の多層構造の形成が容易であり、量産
性も高いので、化合物半導体を用いたヘテロ接合デバイ
ス用基板の作製に用いられている。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（ＩＴＢＴ
）は超高速で動作するため、盛んに開発されている。Ｈ
ＢＴの構造は、第３図に示すように、ｎ−ＧａＡｓのコ
レクタ、ｐ−ＧａＡｓのベース、ｎ−＾［ＧａＡｓのエ
ミツタから構成されている。ＨＢＴの特性は、ベース層
の正孔濃度が高いほど、優れた特性を得ることができる
。従来、ＯＭＶＰＥ法ではｐ型ドーパントとしてＺｎが
用いられていたが、Ｚｎ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に拡散してしまい、急
峻なｐｎ接合を得ることができないという問題があった
。
ＭＢＥ法では、ｌＸｌ０”ｃ■−３程度まで高濃度にド
ーピングすることが可能で、かつ、拡散係数の小さなり
ｅが一般的に用いられているが、ＯＭＶＰＥ法では安全
性の問題から、Ｂｅを用いることは困難である。
ーピングすることが可能で、かつ、拡散係数の小さなり
ｅが一般的に用いられているが、ＯＭＶＰＥ法では安全
性の問題から、Ｂｅを用いることは困難である。
また、Ｚｎに比べて拡散係数が５桁小さいＭｇのドーピ
ングも検討されている。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（Ｃ９２Ｍｇ）及びビスメ
チルシクロペンタジエニルマグ不シウム（Ｍ２ＣｐＢｇ
）は配管及び反応管に吸着しやすいため、急峻なドーピ
ング・プロファイルを形成するコトが難しい。
ングも検討されている。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（Ｃ９２Ｍｇ）及びビスメ
チルシクロペンタジエニルマグ不シウム（Ｍ２ＣｐＢｇ
）は配管及び反応管に吸着しやすいため、急峻なドーピ
ング・プロファイルを形成するコトが難しい。
そのため、最近は炭素ドーピングが検討されている。例
えば、斎藤等によるｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｖ
ｏｌ、６４゜Ｎｏ、 Ｉｌｌ、 ｐ、 ３９７５〜３９
７９には、ガスソースＭＢＥ法で■族元素としてＴＭＧ
ａを、■族元素として金属ヒ素を用いることにより、１
０”ｃｍ−”程度の炭素ドーピングを行うことが記載さ
れている。また、Ｔ、 Ｆ、 Ｋｕｅｃｈ等によるＡｐ
ｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 Ｍｏ１．５３． Ｎ
ｏ、 １４． ｐ、 １３１７〜＋３１９には、有機金
属結晶成長法で■族元素としてＴＭＧａを、■族元素と
してＴＭＡｓを用い、７６Ｔｏｒｒの成長圧力で成長さ
せることにより、２ＸＩＯ”ｃｓ−’の炭素ドーピング
を行うことが記載されている。
えば、斎藤等によるｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｖ
ｏｌ、６４゜Ｎｏ、 Ｉｌｌ、 ｐ、 ３９７５〜３９
７９には、ガスソースＭＢＥ法で■族元素としてＴＭＧ
ａを、■族元素として金属ヒ素を用いることにより、１
０”ｃｍ−”程度の炭素ドーピングを行うことが記載さ
れている。また、Ｔ、 Ｆ、 Ｋｕｅｃｈ等によるＡｐ
ｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 Ｍｏ１．５３． Ｎ
ｏ、 １４． ｐ、 １３１７〜＋３１９には、有機金
属結晶成長法で■族元素としてＴＭＧａを、■族元素と
してＴＭＡｓを用い、７６Ｔｏｒｒの成長圧力で成長さ
せることにより、２ＸＩＯ”ｃｓ−’の炭素ドーピング
を行うことが記載されている。
（発明が解決しようとする課題）
ｔｎｌＶＰＥ法において、Ｔｌ１ＧａとＴＭＡｓを原料
として炭素ドープＧａＡｓを成長する場合、Ｔｌ１ｌＧ
ａやＴＭＡｓの流量を変えても炭素のドーピング量は殆
ど変化しない。
として炭素ドープＧａＡｓを成長する場合、Ｔｌ１ｌＧ
ａやＴＭＡｓの流量を変えても炭素のドーピング量は殆
ど変化しない。
そのため、成長温度を変えることによりドーピング量を
制御し、例えば、上記のＴ、 Ｆ、 Ｋｕｅｃｈ等によ
るＡｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 Ｖｏｌ、 ５
３． Ｎｏ、 １４、ｐ、 １３１７〜！３１９によれ
ば、成長圧カフ６Ｔｏｒｒで成長温度を６００〜７００
℃に−Ｌげて、正孔濃度をＩｎ”ａｍ−’からＩＱ”ａ
ｍ−’台に減少させている。しかし、単層のエビタ牛シ
ャル層を成長する場合にはこの方法も問題がないが、炭
素のドーピングレベルの異なる多層を成長する場合には
、層と層の間で成長を中断し長時間かけて成長温度を変
更しなければならないという問題があった。
制御し、例えば、上記のＴ、 Ｆ、 Ｋｕｅｃｈ等によ
るＡｐｐｌ、 Ｐｈｙｓ、 Ｌｅｔｔ、 Ｖｏｌ、 ５
３． Ｎｏ、 １４、ｐ、 １３１７〜！３１９によれ
ば、成長圧カフ６Ｔｏｒｒで成長温度を６００〜７００
℃に−Ｌげて、正孔濃度をＩｎ”ａｍ−’からＩＱ”ａ
ｍ−’台に減少させている。しかし、単層のエビタ牛シ
ャル層を成長する場合にはこの方法も問題がないが、炭
素のドーピングレベルの異なる多層を成長する場合には
、層と層の間で成長を中断し長時間かけて成長温度を変
更しなければならないという問題があった。
そこで、本発明は、上記の問題を解消し、成長温度を変
化させずに、容易に炭素のドーピング量を制御すること
のできるｍ−Ｖ族化合物半導体の有機金属気相成長方法
を提供しようとするものである。
化させずに、容易に炭素のドーピング量を制御すること
のできるｍ−Ｖ族化合物半導体の有機金属気相成長方法
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、Ｖ族原料として有機金属を用いて、炭素をド
ーピングする■−■族化合物半導体の気相成長方法にお
いて、４０Ｔｏｒｒ以下の低い成長圧力下で反応管内に
導入する水素ラジカル量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方
法である。なお、成長温度は６２５℃以下で調節するこ
とが好ましい。
ーピングする■−■族化合物半導体の気相成長方法にお
いて、４０Ｔｏｒｒ以下の低い成長圧力下で反応管内に
導入する水素ラジカル量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方
法である。なお、成長温度は６２５℃以下で調節するこ
とが好ましい。
本発明で使用される■族原料としては、トリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、
トリメチルアルミニウム ’！ ム（ＴＥ＾１）等を、■族原料としては、トリメ
チルヒ素等（ＴｋｌＡｓ）を挙げることができる。
ウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、
トリメチルアルミニウム ’！ ム（ＴＥ＾１）等を、■族原料としては、トリメ
チルヒ素等（ＴｋｌＡｓ）を挙げることができる。
（作用）
ＴＭＧａとＴＭＡｓを原料にしてＧａＡｓ半導体の気相
成長において、ドーピングされる炭素は、ＴＭＧａ及び
ＴＭＡｓのメチル基の炭素がＧａ若しくは＾Ｓ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。通常、
丁ＭＧａと＾ｓＨｓを原料にする場合には、＾８Ｈ３が
分解してできる水素原子がＴＭＧａのメチル基と結合し
てメタンとなるため、炭素がドーピングされにくいと理
解されている。しかし、実際には、この場合にも一定量
の炭素が結晶中に取り込まれる。
成長において、ドーピングされる炭素は、ＴＭＧａ及び
ＴＭＡｓのメチル基の炭素がＧａ若しくは＾Ｓ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。通常、
丁ＭＧａと＾ｓＨｓを原料にする場合には、＾８Ｈ３が
分解してできる水素原子がＴＭＧａのメチル基と結合し
てメタンとなるため、炭素がドーピングされにくいと理
解されている。しかし、実際には、この場合にも一定量
の炭素が結晶中に取り込まれる。
この反応をもう少し詳しくみると、気相中でＴＭＧａが
＾ｓＨ３から発生した水素原子と反応してメチル基が１
つづつ外れて行き、モノメチルガリウムの形でＧａ＾５
基板上に吸着され、最終的にＧａとＣが結晶中に取り込
まれると考えられる。従って、＾ｓＨ，から発生した水
素原子の濃度が高いほど炭素の取り込みは少なくなる。
＾ｓＨ３から発生した水素原子と反応してメチル基が１
つづつ外れて行き、モノメチルガリウムの形でＧａ＾５
基板上に吸着され、最終的にＧａとＣが結晶中に取り込
まれると考えられる。従って、＾ｓＨ，から発生した水
素原子の濃度が高いほど炭素の取り込みは少なくなる。
通常、ＡｓＨｓを増やすと炭素の混入が少なくなるのは
このためである。また、ＴＭＡｓを原料としたときに、
炭素が大量に結晶中に取り込まれるのは、ＡｓＨｓから
発生する水素原子が存在しないためと考えられる。
このためである。また、ＴＭＡｓを原料としたときに、
炭素が大量に結晶中に取り込まれるのは、ＡｓＨｓから
発生する水素原子が存在しないためと考えられる。
一方、本発明者らは、ＴＭＧａとＴＭＡｇを原料に用い
て炭素をドーピングする際に、活性な水素原子（水素ラ
ジカル）を混入することによって炭素のドーピングを制
御することを考え、炭素ドーピングの水素ラジカル量依
存性について調べたところ、炭素ドーピング量は水素ラ
ジカルの添加量により制御することが可能であることを
見いだした。
て炭素をドーピングする際に、活性な水素原子（水素ラ
ジカル）を混入することによって炭素のドーピングを制
御することを考え、炭素ドーピングの水素ラジカル量依
存性について調べたところ、炭素ドーピング量は水素ラ
ジカルの添加量により制御することが可能であることを
見いだした。
第１１ｆｆｌは、本発明を実施するための有機金属気相
成長装置の概念図である。反応管内に基板をサセプタで
支持し、反応管内を真空ポンプで真空排気した後、基板
を成長温度に加熱し、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ
ａ及びＴｉ［Ａｓを反応管に供給するとともに、流量制
御器（ＭＦＣ）で調節された水素ガスをプラズマ発生器
に送り、ＲＦ発振器で電圧を加えてプラズマを発生させ
、活性化された水素ラジカルを反応管に送って、炭素ド
ープ量を調節しながら、ＧａＡｓエピタキシャル層を成
長させるものである。
成長装置の概念図である。反応管内に基板をサセプタで
支持し、反応管内を真空ポンプで真空排気した後、基板
を成長温度に加熱し、水素をキャリアガスとしてＴＭＧ
ａ及びＴｉ［Ａｓを反応管に供給するとともに、流量制
御器（ＭＦＣ）で調節された水素ガスをプラズマ発生器
に送り、ＲＦ発振器で電圧を加えてプラズマを発生させ
、活性化された水素ラジカルを反応管に送って、炭素ド
ープ量を調節しながら、ＧａＡｓエピタキシャル層を成
長させるものである。
本発明で使用する水素ラジカルは、３００Ｗ程度の投入
電力で発生するグロー放電プラズマや、３ｋＷ程度の投
入電力で発生する高温非平衡プラズマを使用して生成す
るか、アルミナ等のセラミックの担体に白金を付着させ
た触媒を使用し、高温に加熱された該触媒の上で水素を
活性化して生成することも可能である。水素ラジカルの
混入量は、プラズマ発生器を使用する場合、投入電力で
制御するか、水素の供給量で調節することができ、触媒
反応による場合は、水素の供給量か反応温度により調節
することができる。
電力で発生するグロー放電プラズマや、３ｋＷ程度の投
入電力で発生する高温非平衡プラズマを使用して生成す
るか、アルミナ等のセラミックの担体に白金を付着させ
た触媒を使用し、高温に加熱された該触媒の上で水素を
活性化して生成することも可能である。水素ラジカルの
混入量は、プラズマ発生器を使用する場合、投入電力で
制御するか、水素の供給量で調節することができ、触媒
反応による場合は、水素の供給量か反応温度により調節
することができる。
（実施例）
第１図の装置を用い、■族有機金属原料としてＴＭＧａ
を、■族有機金属原料として丁ＭＡｓを用いてＧａＡｓ
基板上に炭素ドープＧａＡｓエピタキシャル層を成長さ
せた。
を、■族有機金属原料として丁ＭＡｓを用いてＧａＡｓ
基板上に炭素ドープＧａＡｓエピタキシャル層を成長さ
せた。
まず、反応管内の成長圧力は同Ｔｏｒｒに保ち、予め反
応管内にＴＭＡｇを流した状態で、半絶縁性ＧａＡｓ基
板を成長温度の５７５℃に加熱してから、ＴＭＧａを反
応管へ導入し、ＧａＡｓエピタキシャル成長を始めた。
応管内にＴＭＡｇを流した状態で、半絶縁性ＧａＡｓ基
板を成長温度の５７５℃に加熱してから、ＴＭＧａを反
応管へ導入し、ＧａＡｓエピタキシャル成長を始めた。
この際、 ＴＭＡｓ／ＴＭＧａのモル比は６８とした。
成長開始と同時に高周波プラズマ発生器に水素ガスを１
００ｓｃｃ−の流量で供給し、高周波発振器には３００
Ｗｇ）１１Ｉ力を投入してグロー放電を発生させ、水素
ラジカルを反応管に供給し、ＴＭＧａの流量を６−７＊
Ｉ／１ｎに調節して、厚さｌμ■のエピタキシャル層を
成長させた。その後、プラズマ発生器をＯＦＦにして、
厚さ１μ■のエピタキシャル層を成長させた。次いで、
ＴＭＧａを排気管に切り替え、基板温度を室温に戻して
成長を終了させた。
００ｓｃｃ−の流量で供給し、高周波発振器には３００
Ｗｇ）１１Ｉ力を投入してグロー放電を発生させ、水素
ラジカルを反応管に供給し、ＴＭＧａの流量を６−７＊
Ｉ／１ｎに調節して、厚さｌμ■のエピタキシャル層を
成長させた。その後、プラズマ発生器をＯＦＦにして、
厚さ１μ■のエピタキシャル層を成長させた。次いで、
ＴＭＧａを排気管に切り替え、基板温度を室温に戻して
成長を終了させた。
成長したＧａＡｓエピタキシャル層の正孔濃度をＣ■測
測定たところ、第２図のように、水素ラジカルを導入し
た第１層の正孔濃度は４．０ＸＩＯ”ａｍ−’であり、
水素ラジカルの導入を停止した後の第２層の正孔濃度は
５．５Ｘ１０”ｃｍ−’であり、ともに深さ方向に均一
なプロファイルを示していた。
測定たところ、第２図のように、水素ラジカルを導入し
た第１層の正孔濃度は４．０ＸＩＯ”ａｍ−’であり、
水素ラジカルの導入を停止した後の第２層の正孔濃度は
５．５Ｘ１０”ｃｍ−’であり、ともに深さ方向に均一
なプロファイルを示していた。
このことから、水素ラジカル量を変えることにより、炭
素ドーピング量を容易にυ制御することが可能になり、
任意の正孔濃度のプロファイルを得ることができる。
素ドーピング量を容易にυ制御することが可能になり、
任意の正孔濃度のプロファイルを得ることができる。
（発明の効果）
本発明は、上記の構成を採用することにより、反応管に
導入する水素ラジカル量を変えることにより、容易に炭
素ドーピング型を制御することができるようになり、成
長温度を変化させて炭素ドーピング量を制御する従来法
に比べて、成長温度の変更にともなう成長中断が省略さ
れ、成長に要する時間を短縮することができるとともに
、従来法で成長中断中に界面に不用な不純物や結晶欠陥
が導入されるという、欠点を完全に解消することができ
、良好な界面が得られるところから、エピタキシャル層
の品質の向−Ｌに大きく寄与するものである。
導入する水素ラジカル量を変えることにより、容易に炭
素ドーピング型を制御することができるようになり、成
長温度を変化させて炭素ドーピング量を制御する従来法
に比べて、成長温度の変更にともなう成長中断が省略さ
れ、成長に要する時間を短縮することができるとともに
、従来法で成長中断中に界面に不用な不純物や結晶欠陥
が導入されるという、欠点を完全に解消することができ
、良好な界面が得られるところから、エピタキシャル層
の品質の向−Ｌに大きく寄与するものである。
第１図は本発明を実施するための有機金属気相成長装置
の概念図、第２図は実施例で得たエピタキシャル層につ
いての、深さ方向の正孔濃度分布を示したグラフ、第３
図はへテロ・１＜イボーラ・トランジスタの断面模式図
である。 第２図 深 さ （Ｐｍ）
の概念図、第２図は実施例で得たエピタキシャル層につ
いての、深さ方向の正孔濃度分布を示したグラフ、第３
図はへテロ・１＜イボーラ・トランジスタの断面模式図
である。 第２図 深 さ （Ｐｍ）
Claims (5)
- （１）Ｖ族原料として有機金属を用いて、炭素をドーピ
ングするIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長方法におい
て、水素ラジカルを混入させることにより、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方法。 - （２）水素ガスに高周波電界を印加してプラズマを発生
させ、同時に生成する水素ラジカルを反応管中に導入す
ることを特徴とする請求項（１）記載の気相成長方法。 - （３）III族原料としてトリメチルガリウム又はトリエ
チルガリウムを、Ｖ族有機金属原料としてトリメチルヒ
素を用いることを特徴とする請求項（１）又は（２）記
載の炭素ドープＧａＡｓ半導体の気相成長方法。 - （４）III族原料としてトリメチルガリウム又はトリエ
チルガリウム、並びに、トリメチルアルミニウム又はト
リエチルアルミニウムを、Ｖ族有機金属原料としてトリ
メチルヒ素を用いることを特徴とする請求項（１）又は
（２）記載の炭素ドープＡｌＧａＡｓ半導体の気相成長
方法。 - （５）成長温度を６２５℃以下で、成長圧力を４０Ｔｏ
ｒｒ以下で調節することを特徴とする請求項（３）又は
（４）記載の気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12929890A JPH0426597A (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | ３―５族化合物半導体の有機金属気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12929890A JPH0426597A (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | ３―５族化合物半導体の有機金属気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0426597A true JPH0426597A (ja) | 1992-01-29 |
Family
ID=15006113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12929890A Pending JPH0426597A (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | ３―５族化合物半導体の有機金属気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0426597A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6174367B1 (en) * | 1998-02-23 | 2001-01-16 | National Science Council | Epitaxial system |
-
1990
- 1990-05-21 JP JP12929890A patent/JPH0426597A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6174367B1 (en) * | 1998-02-23 | 2001-01-16 | National Science Council | Epitaxial system |
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