JPH05190474A - 化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents
化合物半導体の結晶成長方法Info
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- JPH05190474A JPH05190474A JP20906392A JP20906392A JPH05190474A JP H05190474 A JPH05190474 A JP H05190474A JP 20906392 A JP20906392 A JP 20906392A JP 20906392 A JP20906392 A JP 20906392A JP H05190474 A JPH05190474 A JP H05190474A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、化合物半導体結晶の成長方法の改
良に関し、微量の原料ガスの結晶表面への吸着を正確に
制御する化合物半導体の結晶成長方法を提供することを
目的とする。 【構成】 結晶成長させる原料ガス（III 族元素原料ガ
ス、Ｖ族元素原料ガス、不純物元素原料ガス）と同時
に、結晶成長させる原料ガスと競争吸着し、且つ、それ
自体は原料ガスによる成長条件のもとでは化学反応しな
いような制御ガスを結晶表面に供給して、原料ガスのモ
ル分率を制御するように構成する。
良に関し、微量の原料ガスの結晶表面への吸着を正確に
制御する化合物半導体の結晶成長方法を提供することを
目的とする。 【構成】 結晶成長させる原料ガス（III 族元素原料ガ
ス、Ｖ族元素原料ガス、不純物元素原料ガス）と同時
に、結晶成長させる原料ガスと競争吸着し、且つ、それ
自体は原料ガスによる成長条件のもとでは化学反応しな
いような制御ガスを結晶表面に供給して、原料ガスのモ
ル分率を制御するように構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体の結晶成長
方法に係り、特に微量の原料ガスの基板表面への吸着を
制御する化合物半導体の結晶成長方法に関する。
方法に係り、特に微量の原料ガスの基板表面への吸着を
制御する化合物半導体の結晶成長方法に関する。
【０００２】近年、各種半導体デバイスの研究開発が進
められているが、それらで使用される半導体結晶も多岐
にわたる。化合物半導体結晶及びその混晶は、各種機能
を有する半導体デバイスに欠かせない材料になってい
る。従って、化合物半導体の結晶成長において、成長速
度、結晶組成、不純物濃度等の制御技術は非常に重要で
ある。
められているが、それらで使用される半導体結晶も多岐
にわたる。化合物半導体結晶及びその混晶は、各種機能
を有する半導体デバイスに欠かせない材料になってい
る。従って、化合物半導体の結晶成長において、成長速
度、結晶組成、不純物濃度等の制御技術は非常に重要で
ある。
【０００３】
【従来の技術】従来、ＣＶＤ（化学気相成長）法を用い
て化合物半導体の結晶膜を成長する場合、成長速度、結
晶組成及び不純物濃度の制御は、反応室に供給する原料
ガスのモル分率を制御することにより行っていた。具体
的には、原料ガスの流量をマス・フロー・コントローラ
を用いて制御していた。
て化合物半導体の結晶膜を成長する場合、成長速度、結
晶組成及び不純物濃度の制御は、反応室に供給する原料
ガスのモル分率を制御することにより行っていた。具体
的には、原料ガスの流量をマス・フロー・コントローラ
を用いて制御していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、マス・フロー
・コントローラの精度は、流量が数ｓｃｃｍ程度しかな
いと極めて悪いので、例えば微量の不純物濃度のドーピ
ングを行うと正確な不純物濃度を得ることができないと
いう問題があった。
・コントローラの精度は、流量が数ｓｃｃｍ程度しかな
いと極めて悪いので、例えば微量の不純物濃度のドーピ
ングを行うと正確な不純物濃度を得ることができないと
いう問題があった。
【０００５】又、マス・フロー・コントローラの精度が
悪いため、プロセスの再現性が悪く、成長速度、結晶組
成及び不純物濃度を任意に制御できないという問題もあ
った。
悪いため、プロセスの再現性が悪く、成長速度、結晶組
成及び不純物濃度を任意に制御できないという問題もあ
った。
【０００６】そこで、マス・フロー・コントローラの精
度の悪さによる影響を抑制するために、稀釈ガスを用い
る方法も考えられる。例えば、１ｓｃｃｍの原料ガスを
供給する場合、１０ｓｃｃｍの原料ガスと４９０ｓｃｃ
ｍの水素などの稀釈ガスとを混合して得た混合ガスの１
／１０を反応室へ供給することにより、実質的に１ｓｃ
ｃｍの原料ガスを反応室へ供給することができる。この
場合、マス・フロー・コントローラは１０ｓｃｃｍの原
料ガスであれば比較的精度良く測定できるので、上記従
来の方法に比べると、微量の不純物濃度のドーピングを
行う場合でも、比較的正確な不純物濃度を得ることがで
きる。
度の悪さによる影響を抑制するために、稀釈ガスを用い
る方法も考えられる。例えば、１ｓｃｃｍの原料ガスを
供給する場合、１０ｓｃｃｍの原料ガスと４９０ｓｃｃ
ｍの水素などの稀釈ガスとを混合して得た混合ガスの１
／１０を反応室へ供給することにより、実質的に１ｓｃ
ｃｍの原料ガスを反応室へ供給することができる。この
場合、マス・フロー・コントローラは１０ｓｃｃｍの原
料ガスであれば比較的精度良く測定できるので、上記従
来の方法に比べると、微量の不純物濃度のドーピングを
行う場合でも、比較的正確な不純物濃度を得ることがで
きる。
【０００７】ところが、この様な稀釈ガスを用いる方法
によると、混合ガスを生成しその一部を反応室へ供給す
るため、装置の制御が複雑であり、装置が大型化してコ
ストも高くなってしまうという問題点がある。
によると、混合ガスを生成しその一部を反応室へ供給す
るため、装置の制御が複雑であり、装置が大型化してコ
ストも高くなってしまうという問題点がある。
【０００８】又、上記従来の方法及び稀釈ガスを用いる
方法によると、不純物濃度の制御はいずれもドーピング
（原料）ガスの供給を制御することにより行う。従っ
て、不純物濃度が異なる多層構造を作る場合には、境界
において一旦成長を中断してドーピングガスの供給量を
再設定するか、或いはドーピングガスラインの増設を行
う必要があった。しかし、ドーピングガスは一般的に毒
性が高く、取扱いには充分な注意が必要であり、ドーピ
ングガスの供給の中断や供給量の再設定などの操作及び
ドピーングガスラインの増設は安全対策上極力行いたく
ない。
方法によると、不純物濃度の制御はいずれもドーピング
（原料）ガスの供給を制御することにより行う。従っ
て、不純物濃度が異なる多層構造を作る場合には、境界
において一旦成長を中断してドーピングガスの供給量を
再設定するか、或いはドーピングガスラインの増設を行
う必要があった。しかし、ドーピングガスは一般的に毒
性が高く、取扱いには充分な注意が必要であり、ドーピ
ングガスの供給の中断や供給量の再設定などの操作及び
ドピーングガスラインの増設は安全対策上極力行いたく
ない。
【０００９】更に、従来の方法で極めて高い不純物濃度
のドーピングを行うと、ドーピングされた層の組成が多
少変化してしまうことがあったが、従来はこの様な組成
の変化を防止する方法はなかった。
のドーピングを行うと、ドーピングされた層の組成が多
少変化してしまうことがあったが、従来はこの様な組成
の変化を防止する方法はなかった。
【００１０】そこで、本発明は微量の原料ガスの基板表
面への吸着を正確に制御し得る化合物半導体の結晶成長
方法を実現しようとする。
面への吸着を正確に制御し得る化合物半導体の結晶成長
方法を実現しようとする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、結晶成長
させる化合物半導体の原料ガスと共に、制御ガスを所定
の成長条件下で基板表面へ供給して、制御ガスの供給量
を制御することにより原料ガスの基板表面への吸着確率
を制御する工程を有し、制御ガスは、基板表面にて原料
ガスと競争吸着すると共に、所定の条件下では化学反応
せず、基板表面に継続的に堆積しないものである、化合
物半導体の結晶成長方法により解決される。なお、この
場合の競争吸着とは、原料ガスと制御ガスとが競争し合
って基板表面に吸着する現象を指すが、前記所定の成長
条件下では制御ガスは一時的にしか基板表面に吸着しな
いので、結晶成長を終了した時点では制御ガスは基板表
面に吸着していない。
させる化合物半導体の原料ガスと共に、制御ガスを所定
の成長条件下で基板表面へ供給して、制御ガスの供給量
を制御することにより原料ガスの基板表面への吸着確率
を制御する工程を有し、制御ガスは、基板表面にて原料
ガスと競争吸着すると共に、所定の条件下では化学反応
せず、基板表面に継続的に堆積しないものである、化合
物半導体の結晶成長方法により解決される。なお、この
場合の競争吸着とは、原料ガスと制御ガスとが競争し合
って基板表面に吸着する現象を指すが、前記所定の成長
条件下では制御ガスは一時的にしか基板表面に吸着しな
いので、結晶成長を終了した時点では制御ガスは基板表
面に吸着していない。
【００１２】
【作用】原料ガスの供給は一定に保たれたままで良く、
毒性の低い制御ガスの供給のみを制御するので、安全対
策上非常に好ましい。
毒性の低い制御ガスの供給のみを制御するので、安全対
策上非常に好ましい。
【００１３】化合物半導体結晶への不純物ドーピングの
際、制御ガスが供給されない成長の場合は不純物原料ガ
スが一定の確率で吸着、脱離及び分解の如き結晶表面と
の相互作用を行い、結晶中に一定の濃度の不純物が取込
まれる。他方、制御ガスが供給される場合は不純物原料
ガスが制御ガスと結晶表面に対して競争吸着を起こすの
で、不純物原料ガスの吸着確率が減少し、結晶中に取込
まれる不純物の濃度が減少する。従って、制御ガスの供
給量を制御することにより、不純物原料ガスの吸着確
率、即ち、結晶に取込まれる不純物の濃度を制御するこ
とができる。
際、制御ガスが供給されない成長の場合は不純物原料ガ
スが一定の確率で吸着、脱離及び分解の如き結晶表面と
の相互作用を行い、結晶中に一定の濃度の不純物が取込
まれる。他方、制御ガスが供給される場合は不純物原料
ガスが制御ガスと結晶表面に対して競争吸着を起こすの
で、不純物原料ガスの吸着確率が減少し、結晶中に取込
まれる不純物の濃度が減少する。従って、制御ガスの供
給量を制御することにより、不純物原料ガスの吸着確
率、即ち、結晶に取込まれる不純物の濃度を制御するこ
とができる。
【００１４】又、例えば二種類のIII 族元素を含むIII
−Ｖ族化合物半導体混晶の結晶成長の際、制御ガスが供
給されない成長の場合はIII 族原料ガスは夫々一定の確
率で吸着、脱離及び分解の如き結晶表面との相互作用を
行い、結晶中に二種類のIII族元素が一定の割合で取込
まれ、一定の組成の混晶が成長する。他方、制御ガスが
供給される場合はIII 族原料ガスが制御ガスと結晶表面
に対して競争吸着を起こすので、III 族原料ガスの吸着
確率が減少する。一般に、一方のIII 族原料ガスの吸着
が他方のIII 族原料ガスに比べて制御ガスにより強く阻
害される。つまり、二種類のIII 族元素の吸着確率は、
制御ガスによって同じ割合で減少するのではなく、一方
のIII 族原料ガスの吸着確率の減少が他方のそれに比べ
て著しく大きい。その結果、結晶中に取込まれる二種類
のIII 族元素の比、即ち、混晶組成が、制御ガスの存在
によって影響される。従って、制御ガスの供給量を制御
することにより混晶組成を制御することができる。
−Ｖ族化合物半導体混晶の結晶成長の際、制御ガスが供
給されない成長の場合はIII 族原料ガスは夫々一定の確
率で吸着、脱離及び分解の如き結晶表面との相互作用を
行い、結晶中に二種類のIII族元素が一定の割合で取込
まれ、一定の組成の混晶が成長する。他方、制御ガスが
供給される場合はIII 族原料ガスが制御ガスと結晶表面
に対して競争吸着を起こすので、III 族原料ガスの吸着
確率が減少する。一般に、一方のIII 族原料ガスの吸着
が他方のIII 族原料ガスに比べて制御ガスにより強く阻
害される。つまり、二種類のIII 族元素の吸着確率は、
制御ガスによって同じ割合で減少するのではなく、一方
のIII 族原料ガスの吸着確率の減少が他方のそれに比べ
て著しく大きい。その結果、結晶中に取込まれる二種類
のIII 族元素の比、即ち、混晶組成が、制御ガスの存在
によって影響される。従って、制御ガスの供給量を制御
することにより混晶組成を制御することができる。
【００１５】更に、２元系以上の化合物半導体結晶の成
長の際、制御ガスが供給されない成長の場合は原料ガス
が一定の確率で、即ち、一定の速度で結晶中に取込ま
れ、結晶は一定の成長速度で成長する。他方、制御ガス
が供給される場合は原料ガスが制御ガスと結晶表面に対
して競争吸着を起こすので、原料ガスの吸着確率、即
ち、結晶成長速度が減少する。従って、制御ガスの供給
量を制御することにより、原料ガスの吸着確率、即ち、
結晶中に取込まれる速度が制御され、結晶成長速度を制
御することができる。
長の際、制御ガスが供給されない成長の場合は原料ガス
が一定の確率で、即ち、一定の速度で結晶中に取込ま
れ、結晶は一定の成長速度で成長する。他方、制御ガス
が供給される場合は原料ガスが制御ガスと結晶表面に対
して競争吸着を起こすので、原料ガスの吸着確率、即
ち、結晶成長速度が減少する。従って、制御ガスの供給
量を制御することにより、原料ガスの吸着確率、即ち、
結晶中に取込まれる速度が制御され、結晶成長速度を制
御することができる。
【００１６】
【実施例】本発明の二つの実施例について、以下に図を
参照しながら説明する。
参照しながら説明する。
【００１７】第１の実施例 本実施例では、本発明をＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ混晶の交互
供給法を用いるＡＬＥ（原子層エピタキシャル成長法）
における不純物ドーピングに適用する。
供給法を用いるＡＬＥ（原子層エピタキシャル成長法）
における不純物ドーピングに適用する。
【００１８】III 族原料ガスとしてトリエチルガリウム
（ＴＥＧ，（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ）及びトリメチルインヂ
ウム（ＴＭＩ，（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ）、Ｖ族元素原料ガス
としてアルシン（ＡｓＨ3 ）、ｐ型不純物ドーピングガ
スとしてヂエチルベリリウム（ＤＥＢ，（Ｃ2 Ｈ5 ）2
Ｂｅ）、制御ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ，
（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）を用いる。
（ＴＥＧ，（Ｃ2 Ｈ5 ）3 Ｇａ）及びトリメチルインヂ
ウム（ＴＭＩ，（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ）、Ｖ族元素原料ガス
としてアルシン（ＡｓＨ3 ）、ｐ型不純物ドーピングガ
スとしてヂエチルベリリウム（ＤＥＢ，（Ｃ2 Ｈ5 ）2
Ｂｅ）、制御ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ，
（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）を用いる。
【００１９】図１は原料ガス及びキャリヤガスを成長室
に供給する際におけるガスの切り換えを説明する図であ
る。
に供給する際におけるガスの切り換えを説明する図であ
る。
【００２０】図１（ａ）において、基板結晶５は予備室
２においてサセプタ４に装着され、ゲートバルブ３を介
して成長室（反応室）１へ挿入される。基板温度（成長
温度）はＲＦコイル６を介して供給される高周波パワー
により制御される。ガスは常時流れており、選択された
ガスは反応室１へ送られ、選択されないガスはそのまま
排気される。選択されないガスを停止させない理由は、
ガスの圧力、流量等を一定に保持しておき、選択されれ
ば瞬間的に所定の条件で流せるようにするためである。
又、反応室１へ供給されるガスの総量は常に一定に保
ち、条件が変動しないようにする。従って、供給ガスの
流量を変更する場合には、水素（Ｈ2 ）ガスの流量を変
化させて、ガスの総量は一定に保つ。
２においてサセプタ４に装着され、ゲートバルブ３を介
して成長室（反応室）１へ挿入される。基板温度（成長
温度）はＲＦコイル６を介して供給される高周波パワー
により制御される。ガスは常時流れており、選択された
ガスは反応室１へ送られ、選択されないガスはそのまま
排気される。選択されないガスを停止させない理由は、
ガスの圧力、流量等を一定に保持しておき、選択されれ
ば瞬間的に所定の条件で流せるようにするためである。
又、反応室１へ供給されるガスの総量は常に一定に保
ち、条件が変動しないようにする。従って、供給ガスの
流量を変更する場合には、水素（Ｈ2 ）ガスの流量を変
化させて、ガスの総量は一定に保つ。
【００２１】図１で、各ガスのハッチングされている切
り換えバルブは反応室１へ供給されている状態を示し、
ハッチングされてない切り換えバルブはそのまま排気さ
れている状態を示している。図１（ａ）はＴＭＩとＴＥ
Ｇが反応室１へ供給されている場合を示している。図１
（ａ）の右部には、（ｂ）ＡｓＨ3 が供給される場合、
（ｃ）パージのためにＨ2 のみが供給される場合、
（ｄ）Ｂｅがドーピングされる場合に相当するガス切り
換えバルブの状態が示されている。
り換えバルブは反応室１へ供給されている状態を示し、
ハッチングされてない切り換えバルブはそのまま排気さ
れている状態を示している。図１（ａ）はＴＭＩとＴＥ
Ｇが反応室１へ供給されている場合を示している。図１
（ａ）の右部には、（ｂ）ＡｓＨ3 が供給される場合、
（ｃ）パージのためにＨ2 のみが供給される場合、
（ｄ）Ｂｅがドーピングされる場合に相当するガス切り
換えバルブの状態が示されている。
【００２２】図２は、原料ガス及びキャリアガスである
Ｈ2 の供給タイムチャートを示す図である。各ガスはい
ずれも間歇的に、周期的に供給される。図２では、３周
期のガス供給が模式的に示されている。各ガスの１周期
における供給時間は次の通りである。ＴＥＧとＴＭＩは
１乃至２０秒の範囲で通常は３秒、Ｈ2 は１周期に２回
供給され、夫々０．１秒以上で通常は１秒、ＡｓＨ3 は
１秒以上で通常は１０秒である。
Ｈ2 の供給タイムチャートを示す図である。各ガスはい
ずれも間歇的に、周期的に供給される。図２では、３周
期のガス供給が模式的に示されている。各ガスの１周期
における供給時間は次の通りである。ＴＥＧとＴＭＩは
１乃至２０秒の範囲で通常は３秒、Ｈ2 は１周期に２回
供給され、夫々０．１秒以上で通常は１秒、ＡｓＨ3 は
１秒以上で通常は１０秒である。
【００２３】ガスの流量としては、ＴＥＧは１０乃至１
０００ｓｃｃｍが可能であるが、常用は２５０ｓｃｃｍ
で、ＴＭＩは１０乃至１０００ｓｃｃｍが可能である
が、常用は３４ｓｃｃｍである。ＡｓＨ3 は５０ｓｃｃ
ｍ以上であれば良いが、常用は４８０ｓｃｃｍである。
０００ｓｃｃｍが可能であるが、常用は２５０ｓｃｃｍ
で、ＴＭＩは１０乃至１０００ｓｃｃｍが可能である
が、常用は３４ｓｃｃｍである。ＡｓＨ3 は５０ｓｃｃ
ｍ以上であれば良いが、常用は４８０ｓｃｃｍである。
【００２４】又、各バブラーの温度は、０℃乃至５０℃
の範囲であるが、通常、ＴＥＧは１１．０℃、ＴＭＩは
８．４℃、ＴＭＧは３．０℃、ＤＥＢは１３．２℃に保
持される。
の範囲であるが、通常、ＴＥＧは１１．０℃、ＴＭＩは
８．４℃、ＴＭＧは３．０℃、ＤＥＢは１３．２℃に保
持される。
【００２５】図３は、一例としてＴＭＧに対して設けら
れているバブラーを示す。３．０℃のＴＭＧを収容する
バブラー５０には管５１を介してＨ2 が供給され、ＴＭ
Ｇが管５２を介してバルブ５３に供給される。バルブ５
３は図１に示すバルブに対応しており、バルブ５３が開
けられるとＴＭＧが反応室１へ供給される。
れているバブラーを示す。３．０℃のＴＭＧを収容する
バブラー５０には管５１を介してＨ2 が供給され、ＴＭ
Ｇが管５２を介してバルブ５３に供給される。バルブ５
３は図１に示すバルブに対応しており、バルブ５３が開
けられるとＴＭＧが反応室１へ供給される。
【００２６】ＴＥＧ，ＴＭＩ，ＤＥＢに対して設けられ
ているバブラーも、基本的には図３と同様の周知の構造
を有するので、その図示及び説明は省略する。
ているバブラーも、基本的には図３と同様の周知の構造
を有するので、その図示及び説明は省略する。
【００２７】尚、基板結晶５にはＩｎＰを用いる。基板
の面方位は通常（１００）を用いるが、他の面方位を用
いることもできる。成長温度３５０℃で、この温度は制
御ガスＴＭＧが分解反応を起こさない温度である。尚、
この場合のＴＭＧの分解温度は、４５０℃程度である。
の面方位は通常（１００）を用いるが、他の面方位を用
いることもできる。成長温度３５０℃で、この温度は制
御ガスＴＭＧが分解反応を起こさない温度である。尚、
この場合のＴＭＧの分解温度は、４５０℃程度である。
【００２８】図２（ａ）はコントロールガスＴＭＧを供
給しない場合を示し、図２（ｂ）はコントロールガスＴ
ＭＧを供給する場合を示す。
給しない場合を示し、図２（ｂ）はコントロールガスＴ
ＭＧを供給する場合を示す。
【００２９】図２（ａ）では、ヂエチルベリリウム（Ｄ
ＥＢ）は一定の確率で吸着、脱離及び分解の如き結晶表
面との相互作用を行い、結晶中に一定の濃度のベリリウ
ム（Ｂｅ）が取込まれる。本実施例では約８×１０19ｃ
ｍ-3のＢｅが取込まれる。
ＥＢ）は一定の確率で吸着、脱離及び分解の如き結晶表
面との相互作用を行い、結晶中に一定の濃度のベリリウ
ム（Ｂｅ）が取込まれる。本実施例では約８×１０19ｃ
ｍ-3のＢｅが取込まれる。
【００３０】図２（ｂ）の場合、ＤＥＢはトリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）と競争吸着を起こすために、ＤＥＢの
吸着確率が減少する。本実施例では、約４×１０19ｃｍ
-3のＤＥＢが取込まれる。
リウム（ＴＭＧ）と競争吸着を起こすために、ＤＥＢの
吸着確率が減少する。本実施例では、約４×１０19ｃｍ
-3のＤＥＢが取込まれる。
【００３１】図４はＤＥＢの流量を１５０ｓｃｃｍと一
定としてＴＭＧの供給量を３０ｓｃｃｍから２５０ｓｃ
ｃｍまで増加させた時に、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓのキャリ
ア濃度が減少する様子を示すグラフである。この場合、
ｘ値は基板ＩｎＰに格子整合するように選ばれている。
定としてＴＭＧの供給量を３０ｓｃｃｍから２５０ｓｃ
ｃｍまで増加させた時に、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓのキャリ
ア濃度が減少する様子を示すグラフである。この場合、
ｘ値は基板ＩｎＰに格子整合するように選ばれている。
【００３２】尚、ＴＭＧは分解することなくＤＥＢと競
争吸着を起こすが、ＴＭＧが結晶表面に吸着されている
時間は非常に短く、短時間に吸着、脱離を繰り返す。こ
のため、ＤＥＢとＴＭＧの供給を停止し、ＴＥＧとＴＭ
Ｉの供給を再開する際には、結晶表面に供給されたＴＭ
Ｇは総て脱離していることになる。
争吸着を起こすが、ＴＭＧが結晶表面に吸着されている
時間は非常に短く、短時間に吸着、脱離を繰り返す。こ
のため、ＤＥＢとＴＭＧの供給を停止し、ＴＥＧとＴＭ
Ｉの供給を再開する際には、結晶表面に供給されたＴＭ
Ｇは総て脱離していることになる。
【００３３】第２の実施例 本実施例では、本発明をＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ混晶のＡＬ
Ｅ法において混晶のＩｎ組成（ｘ値）の制御に適用す
る。又、本実施例では、制御ガスをIII 族原料ガスと同
時に供給する。
Ｅ法において混晶のＩｎ組成（ｘ値）の制御に適用す
る。又、本実施例では、制御ガスをIII 族原料ガスと同
時に供給する。
【００３４】基板結晶５にはＩｎＰを用いる。基板の面
方位は通常（１００）を用いるが、他の面方位を用いる
こともできる。制御ガスとしてはＴＭＧを用いるが、成
長温度は３５０℃であるから、反応温度が４５０℃程度
であるＴＭＧの分解反応は起こらない。
方位は通常（１００）を用いるが、他の面方位を用いる
こともできる。制御ガスとしてはＴＭＧを用いるが、成
長温度は３５０℃であるから、反応温度が４５０℃程度
であるＴＭＧの分解反応は起こらない。
【００３５】本実施例では、ＤＥＢの供給はないが、そ
の他のガス供給のタイムチャートは図２と同様であり、
各ガスの流量及びバブラー温度は第１の実施例と同様で
ある。
の他のガス供給のタイムチャートは図２と同様であり、
各ガスの流量及びバブラー温度は第１の実施例と同様で
ある。
【００３６】尚、必要であれば第１の実施例と同様にＤ
ＥＢなどの不純物元素原料ガスを供給してもよい。
ＥＢなどの不純物元素原料ガスを供給してもよい。
【００３７】制御ガスであるＴＭＧの供給量を２０乃至
７０ｓｃｃｍの範囲で変化させ、夫々の流量に対応して
成長したＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ混晶のｘ値を測定した場
合、Ｉｎ組成とＴＭＧの流量との関係は図５のグラフの
如くとなる。同図中、点線は基板ＩｎＰと格子整合する
場合のｘ値を示している。図５から見られるように、制
御ガスであるＴＭＧの流量が２０から７０ｓｃｃｍに増
加すると、ｘ値は約０．４から０．７に増加する。
７０ｓｃｃｍの範囲で変化させ、夫々の流量に対応して
成長したＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ混晶のｘ値を測定した場
合、Ｉｎ組成とＴＭＧの流量との関係は図５のグラフの
如くとなる。同図中、点線は基板ＩｎＰと格子整合する
場合のｘ値を示している。図５から見られるように、制
御ガスであるＴＭＧの流量が２０から７０ｓｃｃｍに増
加すると、ｘ値は約０．４から０．７に増加する。
【００３８】尚、第１の実施例の如くキャリア濃度を制
御する場合においても、不純物ガスを原料ガスと同時に
供給して結晶成長を行うような場合には、若干のｘ値の
変動がおこるので、組成変動を防止する必要がある場合
には、ＴＥＧとＴＭＩの流量調節を行う必要がある。
御する場合においても、不純物ガスを原料ガスと同時に
供給して結晶成長を行うような場合には、若干のｘ値の
変動がおこるので、組成変動を防止する必要がある場合
には、ＴＥＧとＴＭＩの流量調節を行う必要がある。
【００３９】第２の実施例においては、Ｉｎx Ｇａ1-x
Ａｓのような３元混晶の組成制御が説明されているが、
同様に、４元以上の混晶に対しての組成制御も可能であ
る。第２の実施例においては、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓのよ
うな３元混晶が対象であるが、ＧａＡｓやＩｎＡｓのよ
うな２元結晶を対象として、一方の原料ガスと共にコン
トロールガスを導入すれば結晶成長速度の制御の問題に
置き換えられる。即ち、本発明は結晶成長速度の制御に
対しても適用することができる。
Ａｓのような３元混晶の組成制御が説明されているが、
同様に、４元以上の混晶に対しての組成制御も可能であ
る。第２の実施例においては、Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓのよ
うな３元混晶が対象であるが、ＧａＡｓやＩｎＡｓのよ
うな２元結晶を対象として、一方の原料ガスと共にコン
トロールガスを導入すれば結晶成長速度の制御の問題に
置き換えられる。即ち、本発明は結晶成長速度の制御に
対しても適用することができる。
【００４０】又、第１及び第２の実施例においては、Ａ
ＬＥ（原子層エピタキシャル成長）法に対して説明され
ているが、本発明はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）
法、ガスソース分子線エピタキシャル成長法、ハイドラ
イド或いはクロライド気相成長法等に対しても適用する
ことができる。
ＬＥ（原子層エピタキシャル成長）法に対して説明され
ているが、本発明はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）
法、ガスソース分子線エピタキシャル成長法、ハイドラ
イド或いはクロライド気相成長法等に対しても適用する
ことができる。
【００４１】図６は、本発明の効果を説明する図であ
る。従来の方法、即ち、マス・フロー・コントローラを
用いて不純物元素原料ガスであるＨ2 Ｓｅの流量を１，
２，３ｓｃｃｍに制御した場合、上記の如くマス・フロ
ー・コントローラの精度の悪さに起因してＩｎx Ｇａ
1-x Ａｓのキャリア濃度が同図中、白丸で示す様に直線
的に変化しない。しかし、第１の実施例と同様にＨ2 Ｓ
ｅの流量は一定に保ち、制御ガスであるＴＭＧの流量を
３００，２００，１００ｓｃｃｍに制御すると、キャリ
ア濃度が同図中黒丸で示す様に直線的に変化する。従っ
て、本発明によれば、微量の不純物元素原料ガスの結晶
内への取込みを正確に制御できることがわかる。
る。従来の方法、即ち、マス・フロー・コントローラを
用いて不純物元素原料ガスであるＨ2 Ｓｅの流量を１，
２，３ｓｃｃｍに制御した場合、上記の如くマス・フロ
ー・コントローラの精度の悪さに起因してＩｎx Ｇａ
1-x Ａｓのキャリア濃度が同図中、白丸で示す様に直線
的に変化しない。しかし、第１の実施例と同様にＨ2 Ｓ
ｅの流量は一定に保ち、制御ガスであるＴＭＧの流量を
３００，２００，１００ｓｃｃｍに制御すると、キャリ
ア濃度が同図中黒丸で示す様に直線的に変化する。従っ
て、本発明によれば、微量の不純物元素原料ガスの結晶
内への取込みを正確に制御できることがわかる。
【００４２】以上説明した如く、本発明を適用すれば、
例えばＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）や
ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）など、多層ヘテ
ロ構造でその組成が異なっている、或いは、不純物濃度
が異なっているような素子を形成する際に極めて有利と
なる。これは多層構造を形成する際に、本発明を適用す
れば、その都度原料ガスの供給量などを変更する必要が
ないからである。
例えばＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）や
ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）など、多層ヘテ
ロ構造でその組成が異なっている、或いは、不純物濃度
が異なっているような素子を形成する際に極めて有利と
なる。これは多層構造を形成する際に、本発明を適用す
れば、その都度原料ガスの供給量などを変更する必要が
ないからである。
【００４３】図７は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ接合を有す
るＨＢＴの要部断面図である。同図中、ＨＢＴはＩｎＰ
基板６１、ＦｅでドーピングされたＩｎＰバッファ層６
２、ｎ+ 型ＩｎＧａＡｓコレクタコンタクト層６３、ｎ
型ＩｎＧａＡｓコレクタ層６４、ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓベ
ース層６５、ｎ型ＩｎＰエミッタ層６６、ｎ+ 型ＩｎＰ
第１のキャップ層６７及びｎ+ 型ＩｎＧａＡｓ第２のキ
ャップ層６８を有する。層６２〜６４は夫々例えば６０
０℃でＭＯＶＰＥ法で成長され、層６５〜６８は夫々例
えば３５０℃でＡＬＥ法で成長される。なお、ｐ+ 型Ｉ
ｎＧａＡｓベース層６５には、Ｂｅが高濃度で取込まれ
ている。
るＨＢＴの要部断面図である。同図中、ＨＢＴはＩｎＰ
基板６１、ＦｅでドーピングされたＩｎＰバッファ層６
２、ｎ+ 型ＩｎＧａＡｓコレクタコンタクト層６３、ｎ
型ＩｎＧａＡｓコレクタ層６４、ｐ+ 型ＩｎＧａＡｓベ
ース層６５、ｎ型ＩｎＰエミッタ層６６、ｎ+ 型ＩｎＰ
第１のキャップ層６７及びｎ+ 型ＩｎＧａＡｓ第２のキ
ャップ層６８を有する。層６２〜６４は夫々例えば６０
０℃でＭＯＶＰＥ法で成長され、層６５〜６８は夫々例
えば３５０℃でＡＬＥ法で成長される。なお、ｐ+ 型Ｉ
ｎＧａＡｓベース層６５には、Ｂｅが高濃度で取込まれ
ている。
【００４４】従来の方法、即ち、制御ガスを用いない方
法で不純物元素であるＢｅの濃度を１×１０19，４×１
０19，８×１０19ｃｍ-3とした場合、ｐ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓベース層６５の組成を調べるべくＸ線ピーク位置（２
θ）を測定したところ、夫々６３．１５°，６３．２３
°，６３．３３°であった。この結果より、ＩｎＧａＡ
ｓの組成が変化していることがわかった。
法で不純物元素であるＢｅの濃度を１×１０19，４×１
０19，８×１０19ｃｍ-3とした場合、ｐ+ 型ＩｎＧａＡ
ｓベース層６５の組成を調べるべくＸ線ピーク位置（２
θ）を測定したところ、夫々６３．１５°，６３．２３
°，６３．３３°であった。この結果より、ＩｎＧａＡ
ｓの組成が変化していることがわかった。
【００４５】他方、Ｂｅの濃度を同じく１×１０19，４
×１０19，８×１０19ｃｍ-3とするべく第２の実施例と
同様に原料ガスの流量は一定に保ち、制御ガスであるＴ
ＭＧの流量を夫々２００，１００，０ｓｃｃｍに制御す
ると、Ｘ線ピーク位置が夫々６３．３２°，６３．３４
°，６３．３３°であった。この結果より、ＩｎＧａＡ
ｓの組成が殆ど変化しておらず、制御ガスを用いること
により、不純物濃度が比較的高い場合でも混晶の組成を
制御できることが確認できた。
×１０19，８×１０19ｃｍ-3とするべく第２の実施例と
同様に原料ガスの流量は一定に保ち、制御ガスであるＴ
ＭＧの流量を夫々２００，１００，０ｓｃｃｍに制御す
ると、Ｘ線ピーク位置が夫々６３．３２°，６３．３４
°，６３．３３°であった。この結果より、ＩｎＧａＡ
ｓの組成が殆ど変化しておらず、制御ガスを用いること
により、不純物濃度が比較的高い場合でも混晶の組成を
制御できることが確認できた。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、原料ガスの供給条件を
変えることなく、制御ガスの供給条件を変えるだけで化
合物半導体結晶の組成、不純物濃度及び成長速度を細か
く、かつ、正確に制御することができる。このため、化
合物半導体結晶の成長に用いる装置は比較的安価で簡単
な構成のもので良く、複雑な制御を必要としない。この
結果、本発明は化合物半導体混晶は勿論のこと、多層ヘ
テロ構造、多重量子井戸構造の製作等に必要な精密結晶
成長法に画期的な進歩をもたらすものであり、実用的に
は極めて有用である。
変えることなく、制御ガスの供給条件を変えるだけで化
合物半導体結晶の組成、不純物濃度及び成長速度を細か
く、かつ、正確に制御することができる。このため、化
合物半導体結晶の成長に用いる装置は比較的安価で簡単
な構成のもので良く、複雑な制御を必要としない。この
結果、本発明は化合物半導体混晶は勿論のこと、多層ヘ
テロ構造、多重量子井戸構造の製作等に必要な精密結晶
成長法に画期的な進歩をもたらすものであり、実用的に
は極めて有用である。
【図１】ガスの切り換え方法を説明する図である。
【図２】原料ガス及びキャリアガスの供給タイムチャー
トを示す図である。
トを示す図である。
【図３】バブラーを説明する図である。
【図４】Ｉｎx Ｇａ1-x Ａｓのキャリア濃度とＴＭＧ流
量の関係を示す図である。
量の関係を示す図である。
【図５】Ｉｎ組成とＴＭＧの流量との関係を示す図であ
る。
る。
【図６】本発明の効果を説明する図である。
【図７】ＨＢＴの要部断面図である。
１ 反応室 ２ 予備室 ３ ゲートバルブ ４ サセプタ ５ 結晶基板 ６ ＲＦコイル
フロントページの続き (72)発明者 佐久間 芳樹 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 結晶成長させる化合物半導体の原料ガス
と共に、制御ガスを所定の成長条件下で基板表面へ供給
して、該制御ガスの供給量を制御することにより該原料
ガスの該基板表面への吸着確率を制御する工程を有し、 該制御ガスは、該基板表面にて該原料ガスと競争吸着す
ると共に、該所定の条件下では化学反応せず、該基板表
面に継続的に堆積しないものであり、 該競争吸着は、該原料ガスと該制御ガスとが競争し合っ
て該基板表面に吸着する現象であることを特徴とする化
合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記工程は、前記原料ガスの供給を一定
に保ち、前記制御ガスの供給を制御することにより該原
料ガスの前記基板表面への吸着確率を制御することを特
徴とする請求項１記載の化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項３】 前記原料ガスは不純物元素の原料ガスを
含み、前記工程は該不純物元素の原料ガスの前記基板表
面への吸着確率を制御することにより成長される化合物
半導体の結晶中の不純物濃度を制御することを特徴とす
る、請求項１又は２記載の化合物半導体の結晶成長方
法。 - 【請求項４】 前記工程は前記原料ガスの前記基板表面
への吸着確率を制御することにより成長される３元系以
上の化合物半導体の結晶の組成を制御することを特徴と
する、請求項１又は２記載の化合物半導体の結晶成長方
法。 - 【請求項５】 前記工程は前記原料ガスの前記基板への
吸着確率を制御することにより成長される２元系以上の
化合物半導体の結晶の成長速度を制御することを特徴と
する、請求項１又は２記載の化合物半導体の結晶成長方
法。 - 【請求項６】 前記原料ガスは１又は複数のIII 族元素
原料ガスとＶ族元素原料ガスとを含み、前記制御ガスは
該III 族及びＶ族元素原料ガスのうち少なくとも１つの
原料ガスと競争吸着する特性を有することを特徴とす
る、請求項１，２，４又は５記載の化合物半導体の結晶
成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20906392A JPH05190474A (ja) | 1991-08-08 | 1992-08-05 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19818091 | 1991-08-08 | ||
| JP3-198180 | 1991-08-08 | ||
| JP20906392A JPH05190474A (ja) | 1991-08-08 | 1992-08-05 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190474A true JPH05190474A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=26510817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20906392A Withdrawn JPH05190474A (ja) | 1991-08-08 | 1992-08-05 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05190474A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100384558B1 (ko) * | 2001-02-22 | 2003-05-22 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치의 유전체층 형성방법 및 이를 이용한캐패시터 형성방법 |
| JP2004047763A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体の製造方法および半導体ウェハならびに半導体デバイス |
-
1992
- 1992-08-05 JP JP20906392A patent/JPH05190474A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100384558B1 (ko) * | 2001-02-22 | 2003-05-22 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치의 유전체층 형성방법 및 이를 이용한캐패시터 형성방법 |
| JP2004047763A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Hitachi Cable Ltd | 窒化物半導体の製造方法および半導体ウェハならびに半導体デバイス |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |