JPH05160040A - 半導体結晶成長装置および該装置を用いた結晶成長方法 - Google Patents
半導体結晶成長装置および該装置を用いた結晶成長方法Info
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- JPH05160040A JPH05160040A JP3319474A JP31947491A JPH05160040A JP H05160040 A JPH05160040 A JP H05160040A JP 3319474 A JP3319474 A JP 3319474A JP 31947491 A JP31947491 A JP 31947491A JP H05160040 A JPH05160040 A JP H05160040A
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- crystal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高濃度炭素をドープしたGaAs結晶の成長に関
し，成長段階で炭素濃度の測定および制御を可能とする
ことを目的とする。 【構成】 成長過程にあるGaAs結晶からのラマン後方散
乱スペクトルを検出し,LOフォノン−プラズモンモード
(L- ) のピーク強度を測定し, これを炭素濃度が既知の
GaAs結晶について得られたピーク強度と比較する。 L-
ピークは正孔に起因して現れる。GaAs中では炭素はアク
セプタとして働き, その活性化率は100 ％である。した
がって L- ピークの強度から炭素濃度を同定できる。こ
の測定は結晶成長を行いながら実施でき，それ以後の結
晶成長に必要なドーピング原料の供給量等のプロセス条
件の制御にフィードバックして所望の炭素濃度のGaAs結
晶を得られる。このようにして炭素濃度が1019〜1020cm
-3に制御されたGaAs層はGaAs/AlGaAs HBT のベース層と
して用いられる。本発明は，炭素濃度の測定ばかりでな
く，成長過程にある結晶の品質やプロセス条件の評価も
非破壊で実施可能とする。
し，成長段階で炭素濃度の測定および制御を可能とする
ことを目的とする。 【構成】 成長過程にあるGaAs結晶からのラマン後方散
乱スペクトルを検出し,LOフォノン−プラズモンモード
(L- ) のピーク強度を測定し, これを炭素濃度が既知の
GaAs結晶について得られたピーク強度と比較する。 L-
ピークは正孔に起因して現れる。GaAs中では炭素はアク
セプタとして働き, その活性化率は100 ％である。した
がって L- ピークの強度から炭素濃度を同定できる。こ
の測定は結晶成長を行いながら実施でき，それ以後の結
晶成長に必要なドーピング原料の供給量等のプロセス条
件の制御にフィードバックして所望の炭素濃度のGaAs結
晶を得られる。このようにして炭素濃度が1019〜1020cm
-3に制御されたGaAs層はGaAs/AlGaAs HBT のベース層と
して用いられる。本発明は，炭素濃度の測定ばかりでな
く，成長過程にある結晶の品質やプロセス条件の評価も
非破壊で実施可能とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はGaAsのようなIII-V 族化
合物半導体中の炭素濃度についての非破壊的な測定, と
くに, 分子線エピタキシ(MBE),ガスソース分子線エピタ
キシ(GSMBE)または有機金属気相成長(MOCVD) 等の方法
によってIII-V 族化合物半導体を成長させながら, その
中にドープされた1019cm-3ないし1020cm-3台の炭素の濃
度を測定する手段を備えた結晶成長装置または結晶成長
方法に関する。
合物半導体中の炭素濃度についての非破壊的な測定, と
くに, 分子線エピタキシ(MBE),ガスソース分子線エピタ
キシ(GSMBE)または有機金属気相成長(MOCVD) 等の方法
によってIII-V 族化合物半導体を成長させながら, その
中にドープされた1019cm-3ないし1020cm-3台の炭素の濃
度を測定する手段を備えた結晶成長装置または結晶成長
方法に関する。
【０００２】近年, 高濃度の炭素をドープしたGaAs（以
下C:GaAsで表す）に対する関心が高まりつつある。とく
に, １×1019ないし1020cm-3台の炭素濃度範囲が注目さ
れている。具体的には, このような高濃度の炭素をドー
プしたGaAsを, GaAs/AlGaAsから成るヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ(HBT) のベース層へ適用しようとする
のが主な目的である。すなわち，炭素はGaAsに対してｐ
型のドーパントとなるが, このような高濃度にドーピン
グされていても, 他のｐ型ドーパントである亜鉛(Zn)や
ベリリウム(Be)に比べて拡散係数が約３桁小さいので,
薄くかつ低抵抗のベース層を形成するために適している
からである。さらに, GaAs中における炭素の活性化効率
はあらゆる濃度においても100 ％である。つまり, 電気
的に活性な炭素と炭素の原子濃度とは等しい。MBE やGS
MBE あるいはMOCVD 等の通常の気相成長方法を用いれ
ば, 1021cm-3台のような高濃度の炭素を含有するC:GaAs
をエピタキシャル成長させることができる。
下C:GaAsで表す）に対する関心が高まりつつある。とく
に, １×1019ないし1020cm-3台の炭素濃度範囲が注目さ
れている。具体的には, このような高濃度の炭素をドー
プしたGaAsを, GaAs/AlGaAsから成るヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタ(HBT) のベース層へ適用しようとする
のが主な目的である。すなわち，炭素はGaAsに対してｐ
型のドーパントとなるが, このような高濃度にドーピン
グされていても, 他のｐ型ドーパントである亜鉛(Zn)や
ベリリウム(Be)に比べて拡散係数が約３桁小さいので,
薄くかつ低抵抗のベース層を形成するために適している
からである。さらに, GaAs中における炭素の活性化効率
はあらゆる濃度においても100 ％である。つまり, 電気
的に活性な炭素と炭素の原子濃度とは等しい。MBE やGS
MBE あるいはMOCVD 等の通常の気相成長方法を用いれ
ば, 1021cm-3台のような高濃度の炭素を含有するC:GaAs
をエピタキシャル成長させることができる。
【０００３】
【従来の技術】上記のような高度にドープされたGaAs中
の炭素濃度を測定する方法としては,現在のところ, van
der Pauw Hall 法または二次イオンマススペクトロス
コピー(SIMS)法が用いられている。しかし, これらの方
法は, 試料が結晶成長室または反応室から取り出された
のちにしか適用できない。
の炭素濃度を測定する方法としては,現在のところ, van
der Pauw Hall 法または二次イオンマススペクトロス
コピー(SIMS)法が用いられている。しかし, これらの方
法は, 試料が結晶成長室または反応室から取り出された
のちにしか適用できない。
【０００４】一方では, 炭素をドープしたベース層を有
するGaAs/AlGaAs HBT の開発が全世界的に盛んに行われ
ており, このために炭素ドープされた高品質のGaAsエピ
タキシャル成長層に対する要求がますます高まるものと
予想される。したがって, GaAs層中における炭素濃度を
迅速かつ非破壊で測定する方法の開発の必要性も今後高
まるものと予想される。
するGaAs/AlGaAs HBT の開発が全世界的に盛んに行われ
ており, このために炭素ドープされた高品質のGaAsエピ
タキシャル成長層に対する要求がますます高まるものと
予想される。したがって, GaAs層中における炭素濃度を
迅速かつ非破壊で測定する方法の開発の必要性も今後高
まるものと予想される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のHall測定や
SIMS法等の炭素濃度の測定は, 前述のように試料を成長
室または反応室から取り出さなくては実施できないこと
である。とくに, Hall測定においては, 測定に先立っ
て, 試料にオーミック電極を形成しなければならない。
SIMS法においては, 試料, すなわち，結晶が成長したウ
エハを測定装置内部に取り付ける前に劈開しなければな
らない。このように，両測定方法は，ウエハを, その原
型のままで実施できず, 測定に用いられた試料は他の目
的には使用できない点で, 実際上は破壊的であると言わ
ざるを得ない。さらに, 所望のドーピング量のGaAsが得
られていない場合には, このGaAsの成長工程を最初から
やり直し, しかも, 次の成長を実施する前に, このGaAs
中の炭素濃度を再測定しなければならない。したがっ
て, 明らかに非能率であり, しかも, 工数および材料の
コストからみて不経済である。
SIMS法等の炭素濃度の測定は, 前述のように試料を成長
室または反応室から取り出さなくては実施できないこと
である。とくに, Hall測定においては, 測定に先立っ
て, 試料にオーミック電極を形成しなければならない。
SIMS法においては, 試料, すなわち，結晶が成長したウ
エハを測定装置内部に取り付ける前に劈開しなければな
らない。このように，両測定方法は，ウエハを, その原
型のままで実施できず, 測定に用いられた試料は他の目
的には使用できない点で, 実際上は破壊的であると言わ
ざるを得ない。さらに, 所望のドーピング量のGaAsが得
られていない場合には, このGaAsの成長工程を最初から
やり直し, しかも, 次の成長を実施する前に, このGaAs
中の炭素濃度を再測定しなければならない。したがっ
て, 明らかに非能率であり, しかも, 工数および材料の
コストからみて不経済である。
【０００６】結局のところ, 試料を成長環境から取り出
さずに, そのままの状態でGaAs中の炭素量を測定する方
法が必要である。この方法によれば, ドーピング量を直
接確認し, 必要に応じて容易に成長条件を変更すること
が可能となる。
さずに, そのままの状態でGaAs中の炭素量を測定する方
法が必要である。この方法によれば, ドーピング量を直
接確認し, 必要に応じて容易に成長条件を変更すること
が可能となる。
【０００７】本発明は, このような要求に合致する方法
およびこれを実施可能にされた半導体結晶成長装置を提
供することを目的とする。
およびこれを実施可能にされた半導体結晶成長装置を提
供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は, 炭素を導入
したIII-V族化合物半導体結晶を成長させるための基板
が設置される反応容器と, 該基板に励起光を照射するた
めの光源と,該励起光の照射により該基板から放射され
る後方散乱光を集めるための集光系と, 該後方散乱光の
スペクトル分布において少なくともラマン散乱光のLOフ
ォノン−プラズモンモードのピークの現れる範囲のスペ
クトル分布を測定するための分光光学系と, 該LOフォノ
ン−プラズモンモードのピーク強度に基づいて該III-V
族化合物半導体結晶中の炭素濃度を同定するデータ処理
系とを備えたことを特徴とする本発明に係る半導体結晶
成長装置, または, 上記において, 前記半導体結晶成長
装置における前記III-V 族化合物半導体結晶について求
められた前記炭素濃度にもとづいて以後の該III-V族化
合物半導体結晶に対するドーピング用不純物の導入量を
制御することを特徴とする本発明に係る半導体結晶成長
方法によって達成される。
したIII-V族化合物半導体結晶を成長させるための基板
が設置される反応容器と, 該基板に励起光を照射するた
めの光源と,該励起光の照射により該基板から放射され
る後方散乱光を集めるための集光系と, 該後方散乱光の
スペクトル分布において少なくともラマン散乱光のLOフ
ォノン−プラズモンモードのピークの現れる範囲のスペ
クトル分布を測定するための分光光学系と, 該LOフォノ
ン−プラズモンモードのピーク強度に基づいて該III-V
族化合物半導体結晶中の炭素濃度を同定するデータ処理
系とを備えたことを特徴とする本発明に係る半導体結晶
成長装置, または, 上記において, 前記半導体結晶成長
装置における前記III-V 族化合物半導体結晶について求
められた前記炭素濃度にもとづいて以後の該III-V族化
合物半導体結晶に対するドーピング用不純物の導入量を
制御することを特徴とする本発明に係る半導体結晶成長
方法によって達成される。
【０００９】
【作用】図１は本発明の原理説明図であって, MBE また
はGSMBE もしくはMOCVD 等の方法によりGaAs結晶を成長
させる基板１の(100) 面に，例えばアルゴンイオンレー
ザまたはクリプトンイオンレーザのような光源２から約
500nm の波長の励起光３を照射し, この基板１の表面に
成長しつつあるGaAs結晶層からの後方散乱光４を, 例え
ば光ファイバ５を介して, 図示しない分光器に導き, 波
数200 〜340 cm-1の範囲のスペクトル分布を測定する。
図において符号６は励起光３を集光するためのシリンド
リカルレンズ, 符号７は基板１表面で反射された弾性散
乱光７である。
はGSMBE もしくはMOCVD 等の方法によりGaAs結晶を成長
させる基板１の(100) 面に，例えばアルゴンイオンレー
ザまたはクリプトンイオンレーザのような光源２から約
500nm の波長の励起光３を照射し, この基板１の表面に
成長しつつあるGaAs結晶層からの後方散乱光４を, 例え
ば光ファイバ５を介して, 図示しない分光器に導き, 波
数200 〜340 cm-1の範囲のスペクトル分布を測定する。
図において符号６は励起光３を集光するためのシリンド
リカルレンズ, 符号７は基板１表面で反射された弾性散
乱光７である。
【００１０】上記波数範囲における後方散乱光４のスペ
クトルの例を図２に示す。図示のように, 波数292 cm-1
の位置に縦方向の光学的フォノン(LO フォノン）の散乱
に対応するピーク（以下ではLOピークと呼ぶ）と, 波数
266 cm-1の位置にLOフォノン−プラズモンモードの低周
波数モードに対応するピーク（以下では L- ピークと呼
ぶ）とが現れている。LOピークは表面の空乏層から発生
し, L- ピークはバルクから発生する。本発明者は,こ
れらのピークの高さが, 基板１表面に成長するGaAs結晶
層中の正孔の濃度によって変化することを見出した。例
えば正孔濃度が6.3 ×1018cm-3ではLOピークのみが, 正
孔濃度が4.0 ×1019cm-3ではLOピークが減少し, 代わり
に L- ピークが顕著になり, 正孔濃度が1.3 ×1020cm-3
では L-ピークがさらに増大し, LOピークはほとんど消
失してしまう。本発明は, 前述のようにGaAs中の炭素の
活性化率は100 ％であるので, L- ピークの高さを, Ga
As中における炭素濃度の指標として利用できることに着
目したものである。
クトルの例を図２に示す。図示のように, 波数292 cm-1
の位置に縦方向の光学的フォノン(LO フォノン）の散乱
に対応するピーク（以下ではLOピークと呼ぶ）と, 波数
266 cm-1の位置にLOフォノン−プラズモンモードの低周
波数モードに対応するピーク（以下では L- ピークと呼
ぶ）とが現れている。LOピークは表面の空乏層から発生
し, L- ピークはバルクから発生する。本発明者は,こ
れらのピークの高さが, 基板１表面に成長するGaAs結晶
層中の正孔の濃度によって変化することを見出した。例
えば正孔濃度が6.3 ×1018cm-3ではLOピークのみが, 正
孔濃度が4.0 ×1019cm-3ではLOピークが減少し, 代わり
に L- ピークが顕著になり, 正孔濃度が1.3 ×1020cm-3
では L-ピークがさらに増大し, LOピークはほとんど消
失してしまう。本発明は, 前述のようにGaAs中の炭素の
活性化率は100 ％であるので, L- ピークの高さを, Ga
As中における炭素濃度の指標として利用できることに着
目したものである。
【００１１】すなわち，成長工程中にあるGaAs結晶層か
ら放射されるLOピークの強度を測定した結果から, 炭素
濃度が既知のGaAs結晶についてあらかじめ求められてい
るLOピーク強度と炭素濃度との関係を示すデータを参照
して, GaAs成長層中の炭素濃度をリアルタイムで同定す
る。また, この測定値にもとづいて, ドーピングガスの
供給量等の気相成長条件を調節することによって, 以後
の結晶成長層中の炭素濃度を所定値に制御する。
ら放射されるLOピークの強度を測定した結果から, 炭素
濃度が既知のGaAs結晶についてあらかじめ求められてい
るLOピーク強度と炭素濃度との関係を示すデータを参照
して, GaAs成長層中の炭素濃度をリアルタイムで同定す
る。また, この測定値にもとづいて, ドーピングガスの
供給量等の気相成長条件を調節することによって, 以後
の結晶成長層中の炭素濃度を所定値に制御する。
【００１２】なお, GaAs結晶の(110) 面または(111) 面
からの後方散乱スペクトルには, 波数270 cm-1近傍にTO
フォノンに起因するピークが現れることが知られている
（例えばG. Abstreiter et al., Appl. Phys. 16 (197
8) 345 参照) 。本発明において着目する L- ピークは
面指数には無関係であり, また前記TOピークが(100) 面
では現れないことから明らかなように, L- ピークは T
O ピークとは別のものである。
からの後方散乱スペクトルには, 波数270 cm-1近傍にTO
フォノンに起因するピークが現れることが知られている
（例えばG. Abstreiter et al., Appl. Phys. 16 (197
8) 345 参照) 。本発明において着目する L- ピークは
面指数には無関係であり, また前記TOピークが(100) 面
では現れないことから明らかなように, L- ピークは T
O ピークとは別のものである。
【００１３】
【実施例】図３は, MBE 装置またはGSMBE 装置に本発明
を適用した場合の一実施例の概要構成を説明するための
模式図であって, 例えばステンレスから成る成長室10の
内部には, 結晶成長が行われる, 例えば(100)GaAs 結晶
から成る基板11が設置されている。基板11は, 例えばグ
ラファイトから成るサセプター12によって支持されると
ともに所定温度に加熱される。真空ポンプ（図示省略）
による排気および液体窒素シュラウド13の冷却により,
成長室10内部を10-10Torr 台の真空に保持する。成長室
10の側壁に設けられているポート14および15から, ガリ
ウム(Ga)および砒素(As)の原料ガスとして, トリメチル
ガリウム(TMG) およびアルシン(AsH3)をそれぞれ導入
し, 基板11に向かって噴出させる。TMG およびAsH3の代
わりに,金属状のGaおよびAsを, 成長室10内に設置され
た所定のセル内でそれぞれ蒸発させ, 基板11に向かって
噴出させてもよい。Ga以外のIII 族元素を用いる場合に
は, ポート14と同等のポートから導入する。
を適用した場合の一実施例の概要構成を説明するための
模式図であって, 例えばステンレスから成る成長室10の
内部には, 結晶成長が行われる, 例えば(100)GaAs 結晶
から成る基板11が設置されている。基板11は, 例えばグ
ラファイトから成るサセプター12によって支持されると
ともに所定温度に加熱される。真空ポンプ（図示省略）
による排気および液体窒素シュラウド13の冷却により,
成長室10内部を10-10Torr 台の真空に保持する。成長室
10の側壁に設けられているポート14および15から, ガリ
ウム(Ga)および砒素(As)の原料ガスとして, トリメチル
ガリウム(TMG) およびアルシン(AsH3)をそれぞれ導入
し, 基板11に向かって噴出させる。TMG およびAsH3の代
わりに,金属状のGaおよびAsを, 成長室10内に設置され
た所定のセル内でそれぞれ蒸発させ, 基板11に向かって
噴出させてもよい。Ga以外のIII 族元素を用いる場合に
は, ポート14と同等のポートから導入する。
【００１４】成長室10の側壁には, 基板11に照射するア
ルゴンイオンレーザ（波長514.5nm)またはクリプトンイ
オンレーザ（波長488nm)等の励起光17を導入するための
窓（図示省略）を有するポート18と, 基板11上に成長し
たGaAs結晶層から放射される後方散乱光を, 成長室10の
外部へ取り出すための窓（図示省略）を有するポート19
とが設けられている。シリンドリカルレンズ16は, 励起
光17の照射による基板11の温度上昇を避けるために, 基
板11上の照射面積を拡大する目的で設けられている。ポ
ート19からとりだされた後方散乱光は, 光ファイバ20に
よって分光器21に導かる。分光器21は所定の波数範囲,
例えば200 〜350 cm-1を走査する。このようにして分光
された所定波数の成分光が, フォトマルチプライヤ等の
光センサ22で検出される。このスペクトル分布は, 図示
しないフォトン計数装置によってデジタルデータに変換
されたのち, データ処理装置23に入力される。
ルゴンイオンレーザ（波長514.5nm)またはクリプトンイ
オンレーザ（波長488nm)等の励起光17を導入するための
窓（図示省略）を有するポート18と, 基板11上に成長し
たGaAs結晶層から放射される後方散乱光を, 成長室10の
外部へ取り出すための窓（図示省略）を有するポート19
とが設けられている。シリンドリカルレンズ16は, 励起
光17の照射による基板11の温度上昇を避けるために, 基
板11上の照射面積を拡大する目的で設けられている。ポ
ート19からとりだされた後方散乱光は, 光ファイバ20に
よって分光器21に導かる。分光器21は所定の波数範囲,
例えば200 〜350 cm-1を走査する。このようにして分光
された所定波数の成分光が, フォトマルチプライヤ等の
光センサ22で検出される。このスペクトル分布は, 図示
しないフォトン計数装置によってデジタルデータに変換
されたのち, データ処理装置23に入力される。
【００１５】上記のようにして取得されたスペクトル分
布データのうち,L- ピークの強度データが, あらかじめ
炭素濃度が既知のGaAs結晶について求められている L-
ピーク強度データと比較され, 成長中のGaAs結晶中の炭
素濃度が決定される。この結果にもとづき, 以後に成長
させるGaAs結晶中の炭素濃度を所望の値にするために,
炭素の原料ガスの供給量を制御するためのデータがデー
タ処理装置23から，図示しない流量制御装置または分子
線量制御装置に対して送出される。なお, 上記励起光17
は, GaAs結晶中におけるその浸透深さによって適宜選ば
れる。例えば波長が8000Åの励起光17は, GaAs結晶中に
約1000Åの深さまで浸透する。励起光17の波長が4000Å
であれば, 浸透深さは約150 Åである。したがって, 励
起光17の波長を変化することによって, GaAs結晶中にお
ける厚さ方向の炭素濃度分布を知ることができる。ま
た, 異なる組成の化合物半導体層を積層した混晶系の場
合には, 特定の層にのみ吸収される励起光を用いれば,
この層中の炭素濃度を知ることもできる。
布データのうち,L- ピークの強度データが, あらかじめ
炭素濃度が既知のGaAs結晶について求められている L-
ピーク強度データと比較され, 成長中のGaAs結晶中の炭
素濃度が決定される。この結果にもとづき, 以後に成長
させるGaAs結晶中の炭素濃度を所望の値にするために,
炭素の原料ガスの供給量を制御するためのデータがデー
タ処理装置23から，図示しない流量制御装置または分子
線量制御装置に対して送出される。なお, 上記励起光17
は, GaAs結晶中におけるその浸透深さによって適宜選ば
れる。例えば波長が8000Åの励起光17は, GaAs結晶中に
約1000Åの深さまで浸透する。励起光17の波長が4000Å
であれば, 浸透深さは約150 Åである。したがって, 励
起光17の波長を変化することによって, GaAs結晶中にお
ける厚さ方向の炭素濃度分布を知ることができる。ま
た, 異なる組成の化合物半導体層を積層した混晶系の場
合には, 特定の層にのみ吸収される励起光を用いれば,
この層中の炭素濃度を知ることもできる。
【００１６】図４は, MOCVD 装置に本発明を適用した場
合の一実施例の概要構成を説明するための模式図であっ
て, 例えば石英管から成る反応室30の内部には, 結晶成
長が行われる, 例えば(100)GaAs 結晶から成る基板11が
設置されている。基板11は,例えばグラファイトから成
るサセプター12によって支持されいる。基板11は, 例え
ば高周波加熱コイル35によって所定温度に加熱される。
ガス導入系36から反応室30内部に, ガリウム(Ga)および
砒素(As)の原料ガスとして, 例えばトリメチルガリウム
(TMG) およびアルシン(AsH3)を導入する。真空ポンプ31
により排気しながら反応室30内部の圧力を10〜760Torr,
例えば76Torrに保持する。このようにして, 基板11上
にGaAs結晶を成長させながら, 反応室30の外部に設けら
れた, 例えばアルゴンイオンレーザ32から励起光を照射
し, このときにGaAs層から放射される後方散乱光を光フ
ァイバ33を介して, 図示しない分光光学系により検出し
て炭素濃度を測定する。このための光学系およびデータ
処理装置は前記実施例と同様である。なお, 図４におい
て, 符号34は反応室30内に基板11を出し入れするための
ロードロックである。
合の一実施例の概要構成を説明するための模式図であっ
て, 例えば石英管から成る反応室30の内部には, 結晶成
長が行われる, 例えば(100)GaAs 結晶から成る基板11が
設置されている。基板11は,例えばグラファイトから成
るサセプター12によって支持されいる。基板11は, 例え
ば高周波加熱コイル35によって所定温度に加熱される。
ガス導入系36から反応室30内部に, ガリウム(Ga)および
砒素(As)の原料ガスとして, 例えばトリメチルガリウム
(TMG) およびアルシン(AsH3)を導入する。真空ポンプ31
により排気しながら反応室30内部の圧力を10〜760Torr,
例えば76Torrに保持する。このようにして, 基板11上
にGaAs結晶を成長させながら, 反応室30の外部に設けら
れた, 例えばアルゴンイオンレーザ32から励起光を照射
し, このときにGaAs層から放射される後方散乱光を光フ
ァイバ33を介して, 図示しない分光光学系により検出し
て炭素濃度を測定する。このための光学系およびデータ
処理装置は前記実施例と同様である。なお, 図４におい
て, 符号34は反応室30内に基板11を出し入れするための
ロードロックである。
【００１７】図５は, GaAs結晶中の炭素濃度とLOピーク
強度および L- ピーク強度の関係を示すグラフである。
図示のように, 炭素濃度が６×1018cm-3から１×1020cm
-3の範囲において, LOピーク強度は炭素濃度の増加に比
例して減少し, L- ピーク強度は炭素濃度の増加にほぼ
比例して増大する。この炭素濃度は, Hall測定およびSI
MSによる分析で求めた値を用いている。本発明において
は, 図５の曲線を検量線として使用し, 成長過程のGaAs
結晶中の炭素濃度を同定する。
強度および L- ピーク強度の関係を示すグラフである。
図示のように, 炭素濃度が６×1018cm-3から１×1020cm
-3の範囲において, LOピーク強度は炭素濃度の増加に比
例して減少し, L- ピーク強度は炭素濃度の増加にほぼ
比例して増大する。この炭素濃度は, Hall測定およびSI
MSによる分析で求めた値を用いている。本発明において
は, 図５の曲線を検量線として使用し, 成長過程のGaAs
結晶中の炭素濃度を同定する。
【００１８】上記実施例においては, 本発明をGaAs結晶
の成長に適用する場合を説明したが, 本発明はGaAs結晶
以外のAlGaAs結晶, InGaAs結晶その他のIII-V 族化合物
半導体結晶の成長過程における正孔濃度の測定に対して
も適用可能である。この場合には, 化合物半導体の光吸
収特性に応じて励起光の波長を選ぶ必要があることは言
うまでもない。
の成長に適用する場合を説明したが, 本発明はGaAs結晶
以外のAlGaAs結晶, InGaAs結晶その他のIII-V 族化合物
半導体結晶の成長過程における正孔濃度の測定に対して
も適用可能である。この場合には, 化合物半導体の光吸
収特性に応じて励起光の波長を選ぶ必要があることは言
うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば, III-V 族化合物半導体
結晶中の1018cm-3ないし1020cm-3の範囲の炭素濃度を結
晶成長過程において測定し, かつ, この測定結果にもと
づいて以後の炭素濃度を制御できる。したがって, 高濃
度の炭素をドーピングすることにより薄くかつ低抵抗の
ｐ型GaAs層を再現性よく形成できるので, このGaAs層を
ベースと成るHBT の性能および生産性を向上可能とする
効果がある。
結晶中の1018cm-3ないし1020cm-3の範囲の炭素濃度を結
晶成長過程において測定し, かつ, この測定結果にもと
づいて以後の炭素濃度を制御できる。したがって, 高濃
度の炭素をドーピングすることにより薄くかつ低抵抗の
ｐ型GaAs層を再現性よく形成できるので, このGaAs層を
ベースと成るHBT の性能および生産性を向上可能とする
効果がある。
【図１】 本発明の原理説明図
【図２】 GaAs結晶からのラマン後方散乱スペクトル図
【図３】 本発明を適用したMBE 装置またはGSMBE 装置
の概要構成図
の概要構成図
【図４】 本発明を適用したMOCVD 装置の概要構成図
【図５】 GaAs結晶中の炭素濃度とLOピーク強度および
L- ピーク強度の関係を示す図
L- ピーク強度の関係を示す図
１, 11 基板 ２ 光源 ３, 17 励起光 ４ 後方散乱光 ５, 20, 33 光ファイバ ６, 16 シリンドリカルレンズ ７ 弾性散乱光 10 成長室 12 サセプター 13 液体窒素シュラウド 14, 15 ポート 21 分光器 22 光センサ 23 データ処理装置 30 反応室 31 真空ポンプ 32 アルゴンイオンレーザ 35 高周波コイル 36 ガス導入系
Claims (5)
- 【請求項１】 炭素を導入したIII-V 族化合物半導体結
晶を成長させるための基板が設置される反応容器と, 該基板に励起光を照射するための光源と, 該励起光の照射により該基板から放射される後方散乱光
を集めるための集光系と, 該後方散乱光のスペクトル分布において少なくともラマ
ン散乱光のLOフォノン−プラズモンモードのピークの現
れる範囲のスペクトル分布を測定するための分光光学系
と, 該LOフォノン−プラズモンモードのピーク強度に基づい
て該III-V族化合物半導体結晶中の炭素濃度を同定する
データ処理系とを備えたことを特徴とする半導体結晶成
長装置。 - 【請求項２】 前記データ処理系には炭素濃度が既知の
前記III-V 族化合物半導体結晶についてあらかじめ求め
られた前記範囲における標準スペクトル分布データが格
納されており該標準スペクトル分布におけるラマン散乱
光のLOフォノン−プラズモンモードのピーク強度と前記
基板上に成長した該III-V 族化合物半導体結晶について
測定された前記範囲におけるラマン散乱光のLOフォノン
−プラズモンモードのピーク強度とを比較することを特
徴とする請求項１記載の半導体結晶成長装置。 - 【請求項３】 前記半導体結晶成長装置における前記II
I-V 族化合物半導体結晶について求められた前記炭素濃
度にもとづいて以後の該III-V族化合物半導体結晶に対
するドーピング用不純物の導入量を制御することを特徴
とする請求項１または２記載の半導体結晶成長装置を用
いた結晶成長方法。 - 【請求項４】 前記半導体結晶を分子線エピタキシャル
成長法, ガスソース分子線エピタキシャル成長法および
有機金属気相成長法のいずれかによって成長させること
を特徴とする請求項３記載の結晶成長方法。 - 【請求項５】 前記励起光の波長を前記III-V 族化合物
半導体結晶によって実質的に吸収されない波長に切り換
えることによって該III-V 族化合物半導体結晶中または
その下地中または該半導体結晶と該下地との界面におけ
る炭素濃度を同定することを特徴とする請求項３記載の
結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3319474A JPH05160040A (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 半導体結晶成長装置および該装置を用いた結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3319474A JPH05160040A (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 半導体結晶成長装置および該装置を用いた結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05160040A true JPH05160040A (ja) | 1993-06-25 |
Family
ID=18110606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3319474A Withdrawn JPH05160040A (ja) | 1991-12-04 | 1991-12-04 | 半導体結晶成長装置および該装置を用いた結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05160040A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013543651A (ja) * | 2010-09-14 | 2013-12-05 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | デバイス歩留まり向上のための移送チャンバ計量 |
| JP2015194391A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | コバレントマテリアル株式会社 | 窒化物半導体中の炭素濃度測定方法および窒化物半導体の製造方法 |
| CN109852947A (zh) * | 2019-02-22 | 2019-06-07 | 武汉大学 | 一种包含拉曼光谱原位测量腔的化学气相沉积装置 |
-
1991
- 1991-12-04 JP JP3319474A patent/JPH05160040A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013543651A (ja) * | 2010-09-14 | 2013-12-05 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | デバイス歩留まり向上のための移送チャンバ計量 |
| US10103288B2 (en) | 2010-09-14 | 2018-10-16 | Applied Materials, Inc. | Transfer chamber metrology for improved device yield |
| JP2015194391A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | コバレントマテリアル株式会社 | 窒化物半導体中の炭素濃度測定方法および窒化物半導体の製造方法 |
| CN109852947A (zh) * | 2019-02-22 | 2019-06-07 | 武汉大学 | 一种包含拉曼光谱原位测量腔的化学气相沉积装置 |
| CN109852947B (zh) * | 2019-02-22 | 2019-10-22 | 武汉大学 | 一种包含拉曼光谱原位测量腔的化学气相沉积装置 |
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|---|---|---|---|
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