JPH042699A - 結晶成長方法 - Google Patents

結晶成長方法

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JPH042699A
JPH042699A JP2102634A JP10263490A JPH042699A JP H042699 A JPH042699 A JP H042699A JP 2102634 A JP2102634 A JP 2102634A JP 10263490 A JP10263490 A JP 10263490A JP H042699 A JPH042699 A JP H042699A
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iii
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supplying
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有本　智
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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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ＭＯＣＶＤ法を用いた■−Ｖ族化合物半導
体のエピタキシャル成長において、両性不純物である■
族元素が取り込まれる格子位置を任意に制御できるエピ
タキシャル成長方法に関するものである。
〔従来の技術〕
第３図（ａ）、　（ｂ）は従来より行われているＭＯＣ
ＶＤ法によるＧａＡｓのエピタキシャル成長の過程の模
式図である。図において、１はＣａＡｓ基板、２はＧａ
原子、３はＡｓ原子、４はＳｉ原子である。通常、ＭＯ
ＣＶＤ法では主元素であるＧａのソースとして、例えば
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）が、Ａｓのソースとして
アルシン（ＡＳＨりが、またＳｉをドーパントとして用
いる場合にはシラン（ＳｉＨ４）が用いられる。
同図（ａ）は不純物をドープしない場合の成長過程を示
す図であり、Ｃｙａ、Ａｓ原子が交互に層をなす３次元
的な成長を行なう。
同図（ｂ）はＳｉ原子４を不純物として用いドーピング
する際の成長過程を示す図であるが、−船釣にはこの様
に、結晶を構成する主元素（ここではＧａおよびＡｓ）
と同時に不純物元素（ここではＳｉ）を供給することに
より、結晶の電気伝導特性、すなわちｎ型もしくはｐ型
の制御を行なっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の結晶成長方法は以上のように構成されており、主
元素と不純物を同時に供給し、その電気伝導特性を制御
するが、■−Ｖ族化合物半導体において、■族元素を不
純物として供給した場合、■族元素であるＳｉは、第２
図（ａ）に示したように、ｍ族元素であるＧａ原子、■
族元素であるＡｓ原子いずれの原子とも置換し、前者の
場合ｎ型の電気伝導を示すドーパント（ドナー）として
、後者の場合はｐ型の電気伝導を示すドーパント（アク
セプター）として振る舞う、すなわち両性不純物として
振る舞うことができる。しかし−船釣にＭＯＣＶＤ法で
は、Ｓｉをドーピングするとｎ型の電気伝導を示し、そ
の他同じ■族元素であるＧｅでもｎ型の電気伝導を示す
、このように従来の結晶成長方法における不純物供給で
は、その不純物が両性不純物であるにもかかわらず一義
的に電気伝導特性が決定されており、充分に不純物の性
質を活かしたドーピング制御がなされていなかった。
この発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので
、両性不純物をドナーにもアクセプターにも所望のドー
パントとして結晶中に取り込むことができる結晶成長方
法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る結晶成長方法は、ＭＯＣＶＤ法により、
■−Ｖ族化合物半導体に両性不純物である■族元素をド
ーピングする工程を、■族元素または上記ｍ族元素ある
いはＶ族元素の一方を１原子層エピタキシャル成長する
工程と、ｍ族元素あるいは■族元素の他方の元素を１原
子層エピタキシャル成長する工程とから構成したもので
ある。
〔作用〕
この発明においては、■族元素または上記ｍ族元素ある
いは■族元素の一方を１原子層エピタキシャル成長する
工程と、ｍ族元素あるいは■族元素の他方の元素を１原
子層エピタキシャル成長する工程とから■族元素をドー
ピングする工程を構成したので、両性不純物である■族
元素が取り込まれる結晶中の格子位置を、ｍ族元素側も
しくはＶ族元素側に任意に選択制御することができ、ｎ
型伝導およびｐ型伝導の制御を確実に行なうことができ
る。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例による結晶成長方法を図につ
いて説明する。
第１図（ａ）、（ロ）はこの発明の一実施例による結晶
成長方法の模式図であり、第３図と同一符号は同一また
は相当部分を示すものであるので、ここではその説明は
省略する。
以下、本実施例による結晶成長方法について説明する。
ＭＯＣＶＤ法では、例えばＧａＡｓ基板上にｍ族元素で
あるＧａのみを２次元的にしかも１原子層厚に配列され
る量だけＴＭＧを供給して１原子層厚のＧａ原子で基板
表面が覆われた後、Ａ　ｓ　Ｈｓのみを供給し１原子層
厚のＡｓで上記形成されたＧａ原子表面を覆うというこ
とをくり返して行なう原子層エピタキシー技術が知られ
ている。
この方法を用い、第１図（ａ）に示すようにＧａ２゜Ａ
ｓ３を主成分とする結晶成長において、両性不純物であ
るＳｉ４をｍ族元素のＧａ２のみと置換させ、Ｓｉ４を
ｎ型不純物であるドナーとして作用させるために、（Ｇ
ａ＋Ｓｉ）およびＡｓの組み合わせで交互に各元素を供
給し、原子層エピタキシーを行なう。
また図（ロ）は、Ｓｉ４をｐ型不純物であるアクセプタ
ーとして作用させるために、Ｇａおよび（Ａｓ＋ｓｉ）
の組み合わせで交互に各元素を供給し、原子層エピタキ
シーを行なう、但し、この場合、キャリア濃度として１
Ｑ１６〜ＩＱ”ｃｍ−”のオーダの範囲で制御するため
、上記いずれの場合においても、Ｓｉ原子４の供給量は
Ｇａ原子２およびＡｓ原子３の供給量に対して１０−４
〜１Ｏ−１％程度とする。
また第２図（ａ）、（ロ）は第１図（ａ）、（ロ）の結
晶成長を行なうための材料供給シーケンスを示す図であ
り、図（ａ）はｎ型ＧａＡｓを得るためのシーケンスを
示し、その材料としてＴＭＧと５ｉＨａを時間ｔ１反応
炉に導入し熱分解することで、Ｇａ原子間にＳｉがドー
ピングされる。なお上記時間ｔ１とはＧａ、Ｓｉ原子が
一原子層に配列される時間である。そして引き続き、Ｈ
２ガスで反応炉内を時間Ｌｔの間パージして残留Ｇａお
よびＳｉを除去する。この後Ａ　ｓ　Ｈｓを時間ｔ３の
間導入して熱分解することにより一原子層のＡｓで、上
記作成したＧａ、Ｓｉ原子からなる原子層の表面を覆う
。
そして以上のようなシーケンスを繰り返し行なうことで
、両性不純物であるＳｔを■族元素Ｇａの格子位置に選
択的に置換してｎ型ＧａＡｓを得ることができる。
また図（ｂ）に示されるように、先にＴＭＧを一原子層
形成し、Ｈ２ガスでパージした後、Ａ　ｓ　Ｈ３とＳｉ
Ｈ４を同時に反応炉に導入するというシーケンスを繰り
返し行なうことで、Ｓｉを■族元素Ａｓの格子位置に選
択的に置換してｎ型ＧａＡｓを得ることができる。
なお、上記実施例における反応炉圧力は常圧減圧のいず
れにおいても可能であり、また成長温度は３００〜６０
０°Ｃの範囲とすることでエピタキシャル成長の制御性
を良好に行なうことができる。
このよに本実施例では、両性不純物となる■族元素Ｓｉ
または■族元素ＧａあるいはＶ族元素Ａｓの一方を１原
子層エピタキシャル成長する工程と、■族元素Ｇａある
いはＶ族元素Ａｓの他方の元素を１原子層エピタキシャ
ル成長する工程とから、■族元素をドーピングする工程
を構成したので、両性不純物である■族元素Ｓｉが取り
込まれる結晶中の格子位置を、■族元素側Ｇａもしくは
Ｖ族元素Ａｓ側に任意に選択制御することができ、ｎ型
伝導およびｐ型伝導の制御を確実に行なうことができる
。
なお、上記実施例ではＧａ、Ａｓを主元素として、Ｓｉ
をドーピングする場合について説明したが、用いられる
不純物はこれに限られるものではなく例えば、Ｇｅ等の
場合についても行なうこともできる。
また用いられる主元素としはＧａＡｓ以外の■−■化合
物、例えばＩｎＰ、Ａｊ２Ａｓなどでもよい。
さらに主元素が２つ以上の、ＡｆｆｉＧａＡｓ等の３元
混晶や、ＡｊＩＣｙａ　ＩｎＡｓ等の４元混晶のエピタ
キシャル成長においても用いることができる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明に係る結晶成長方法によれば、
ＭＯＣＶＤ法により■−Ｖ族化合物半導体に両性不純物
である■族元素をドーピングする工程を、■族元素また
は上記■族元素あるいは■族元素の一方を１原子層エピ
タキシャル成長する工程と、■族元素あるいはＶ族元素
の他方の元素を１原子層エピタキシャル成長する工程と
から構成したので、両性不純物となる■族元素を、■族
もしくはＶ族元素のみの置換物として任意に選択してド
ーピングでき、ｎ型伝導およびｐ型伝導の制御を確実に
行なうことができ、半導体のドーピング特性を向上させ
ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による結晶成長方法の機構
を示す模式図、第２図はこの発明の一実施例による結晶
成長方法における結晶成長シーケンスを説明するための
図、第３図は従来の結晶成長方法の機構を示す模式図で
ある。 図において、１はＧａＡｓ基板、２はＧａ原子、３はＡ
ｓ原子、４はＳｉ原子である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によりIII
    −Ｖ族化合物半導体をIII族、Ｖ族元素各々を独立に供
    給して成長する原子層エピタキシーを用いて結晶を成長
    する方法において、 両性不純物となるIV族元素をドーピングする工程は、 上記IV族元素または上記III族元素あるいはＶ族元素の
    一方を１原子層エピタキシャル成長する工程と、 上記III族元素あるいはＶ族元素の他方の元素を１原子
    層エピタキシャル成長する工程とからなることを特徴と
    する結晶成長方法。
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