JPH0620043B2 - ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶のド−ピング方法 - Google Patents
▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶のド−ピング方法Info
- Publication number
- JPH0620043B2 JPH0620043B2 JP671687A JP671687A JPH0620043B2 JP H0620043 B2 JPH0620043 B2 JP H0620043B2 JP 671687 A JP671687 A JP 671687A JP 671687 A JP671687 A JP 671687A JP H0620043 B2 JPH0620043 B2 JP H0620043B2
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- gas
- compound semiconductor
- iii
- semiconductor crystal
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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III−Ｖ族化合物半導体結晶のドーピング方法
に関するものである。
に関するものである。
近年、数原子層以下、さらには単原子層の超薄膜および
その積層構造を有する量子効果素子が提案された。超薄
膜内二次元電子ガスの特異な電気的および光学的性質は
新たなデバイス機能の可能性を示しており、量子井戸レ
ーザなどへの応用に加えて高速新機能の電子／光デバイ
スへの展開が期待されている。
その積層構造を有する量子効果素子が提案された。超薄
膜内二次元電子ガスの特異な電気的および光学的性質は
新たなデバイス機能の可能性を示しており、量子井戸レ
ーザなどへの応用に加えて高速新機能の電子／光デバイ
スへの展開が期待されている。
しかしながら従来の化合物半導体のエピタキシャル成長
方法では実現が難しいという問題を有していた。例えば
MO−CVD法、MBE法においては原料供給量によって成長速
度が決るため、原料供給量を少なくして成長速度を遅く
することによって数原子層レベルの成長制御が可能であ
るが、その供給量の精密なモニターと制御が必要とな
り、単原子層レベルで高い制御精度を得るのは困難であ
る。
方法では実現が難しいという問題を有していた。例えば
MO−CVD法、MBE法においては原料供給量によって成長速
度が決るため、原料供給量を少なくして成長速度を遅く
することによって数原子層レベルの成長制御が可能であ
るが、その供給量の精密なモニターと制御が必要とな
り、単原子層レベルで高い制御精度を得るのは困難であ
る。
そこで最近、スントラ（Suntola）等によって報告され
た原子層エピタキシャル法(ALE法)が注目を集めている
〔第16回固体素子，材料コンファレンス予稿集(T.Sunto
la,Extended Abstract of the16th Conference on Soli
d State Device and Materiales，Kobe，１984,pp.647-
650)〕。この方法は、化合物半導体の構成元素、あるい
はその元素を含むガス種を交互に導入することにより一
原子層づつ積層して所望の化合物半導体結晶を成長させ
ようとする方法である。この方法によると、膜厚の制御
のためには従来の原料ガスや供給時間で成長速度を制御
する方法とは異なり、ガスの切り替え回数を制御すれば
よいことになり、その精度は格段に向上することが期待
される。
た原子層エピタキシャル法(ALE法)が注目を集めている
〔第16回固体素子，材料コンファレンス予稿集(T.Sunto
la,Extended Abstract of the16th Conference on Soli
d State Device and Materiales，Kobe，１984,pp.647-
650)〕。この方法は、化合物半導体の構成元素、あるい
はその元素を含むガス種を交互に導入することにより一
原子層づつ積層して所望の化合物半導体結晶を成長させ
ようとする方法である。この方法によると、膜厚の制御
のためには従来の原料ガスや供給時間で成長速度を制御
する方法とは異なり、ガスの切り替え回数を制御すれば
よいことになり、その精度は格段に向上することが期待
される。
またすでに碓井等、西沢等によって、原子層エピタキシ
ャル法(ALE法)は一定の領域において原料供給量によら
ず、一原子層成長が達成されていることが報告されてい
る〔ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フ
ィジックス (Japanese Journal of Applied Physics)2
5，1986，pp.L212-214．ジャーナル オブ ザ エレク
トロケミカルソサイエティ(Journal of The Electroche
mical Society)132,1985，pp.1197-1200.〕。
ャル法(ALE法)は一定の領域において原料供給量によら
ず、一原子層成長が達成されていることが報告されてい
る〔ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フ
ィジックス (Japanese Journal of Applied Physics)2
5，1986，pp.L212-214．ジャーナル オブ ザ エレク
トロケミカルソサイエティ(Journal of The Electroche
mical Society)132,1985，pp.1197-1200.〕。
しかしながら、原子層エピタキシャル成長はドーピング
の制御性に問題を有していた。原子層エピタキシャル成
長のドーピング方法に関して、２種類のドーピング方法
が提案されていた。まず第一に牧本らがジャパニーズ
ジャーナル オブ アプライド フィジックス(Japanes
e Journal of Applied Physics)25,1986，pp.L513-515.
で述べているように、原料ガスと同時にドーパントガス
を供給する方法である。第二に碓井らがガリウムひ素・
化合物半導体国際シンポジウム(Gallium Arsenide and
Related Compounds) 1986で述べているようにIII族ある
いはＶ族の構成面を一層ドーパント構成面に置き換えて
しまう方法である。第二の方法はドーパントの活性化率
に問題点はあるものの、高均一な高濃度ドーピング層が
得られる。しかし低濃度ドーピング層を得ることは困難
であった。
の制御性に問題を有していた。原子層エピタキシャル成
長のドーピング方法に関して、２種類のドーピング方法
が提案されていた。まず第一に牧本らがジャパニーズ
ジャーナル オブ アプライド フィジックス(Japanes
e Journal of Applied Physics)25,1986，pp.L513-515.
で述べているように、原料ガスと同時にドーパントガス
を供給する方法である。第二に碓井らがガリウムひ素・
化合物半導体国際シンポジウム(Gallium Arsenide and
Related Compounds) 1986で述べているようにIII族ある
いはＶ族の構成面を一層ドーパント構成面に置き換えて
しまう方法である。第二の方法はドーパントの活性化率
に問題点はあるものの、高均一な高濃度ドーピング層が
得られる。しかし低濃度ドーピング層を得ることは困難
であった。
第一の方法は原料ガスと同時にドーパントガスの濃度を
コントロールすることによって、高濃度から低濃度のド
ーピングを行うことができるが、原料ガスとドーピング
ガスの吸着速度、脱離速度が異なるためにガスの消費割
合が基板の上流部と下流部で異なり、ドーピングの均一
性が低下してしまうという欠点があった。
コントロールすることによって、高濃度から低濃度のド
ーピングを行うことができるが、原料ガスとドーピング
ガスの吸着速度、脱離速度が異なるためにガスの消費割
合が基板の上流部と下流部で異なり、ドーピングの均一
性が低下してしまうという欠点があった。
本発明の目的はIII−Ｖ族化合物半導体結晶のクロライ
ド輸送法による原子層エピタキシャル成長において、従
来のかかる欠点を除去し、高均一でかつ濃度制御性が高
いドーピング方法を提供することにある。
ド輸送法による原子層エピタキシャル成長において、従
来のかかる欠点を除去し、高均一でかつ濃度制御性が高
いドーピング方法を提供することにある。
本発明はIII族構成元素を含むガス種と、Ｖ族構成元素
を含むガス種との供給を交互に繰り返しながら気相成長
を行うIII−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピタキシ
ャル成長方法において、ｎ型ドーパントガスとしてSiの
塩化物：SiH4-xClx(x＝1〜4)を用いることを特徴とする
III−Ｖ族化合物半導体結晶のドーピング方法である。
を含むガス種との供給を交互に繰り返しながら気相成長
を行うIII−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピタキシ
ャル成長方法において、ｎ型ドーパントガスとしてSiの
塩化物：SiH4-xClx(x＝1〜4)を用いることを特徴とする
III−Ｖ族化合物半導体結晶のドーピング方法である。
III−Ｖ族化合物半導体の原子層エピタキシィーの成長
機構としては、まずIII族構成元素を含むガス種を基板
上に供給し、III族構成元素を含む吸着種を基板上に吸
着させ、次にＶ族構成元素を含むガス種を基板上に供給
し、吸着種と反応させ、III−Ｖ族化合物半導体結晶を
一分子層成長させる。
機構としては、まずIII族構成元素を含むガス種を基板
上に供給し、III族構成元素を含む吸着種を基板上に吸
着させ、次にＶ族構成元素を含むガス種を基板上に供給
し、吸着種と反応させ、III−Ｖ族化合物半導体結晶を
一分子層成長させる。
ここでｎ型ドーパントとしてIII族サイトを占めるIV族
不純物のドーピングを考えると、まずIII族構成元素：
Ａの塩化物を含む第一のガス種を基板上に供給し、基板
上に第一の吸着種を形成する。一方ｎ型ドーパントガス
としてSiを含む第二のガス種を基板上に供給し、基板上
に第二の吸着種を形成する。ここで第二のガス種として
SiH4を用いた場合、SiH4ガスは反応管内のガス相で分解
して基板上にSiを含む第二の吸着種が形成されてしま
い、基板面内でドーピングの均一性が低下するが、第二
のガス種としてSiH4-xClx(x＝1〜4)を用いた場合には、
第一の吸着種と第二の吸着種は容易に競争吸着を実現す
ることができる。このため、第一の吸着種と第二の吸着
種が混合した吸着面上にＶ族構成元素：Ｂを含む第三の
ガス種を基板上に供給し、第一，第二の吸着種と反応さ
せ、ｎ型III−Ｖ族化合物半導体(Ａ−Ｂ)結晶を成長さ
せると、極めて均一性の良好な成長層が得られる。
不純物のドーピングを考えると、まずIII族構成元素：
Ａの塩化物を含む第一のガス種を基板上に供給し、基板
上に第一の吸着種を形成する。一方ｎ型ドーパントガス
としてSiを含む第二のガス種を基板上に供給し、基板上
に第二の吸着種を形成する。ここで第二のガス種として
SiH4を用いた場合、SiH4ガスは反応管内のガス相で分解
して基板上にSiを含む第二の吸着種が形成されてしま
い、基板面内でドーピングの均一性が低下するが、第二
のガス種としてSiH4-xClx(x＝1〜4)を用いた場合には、
第一の吸着種と第二の吸着種は容易に競争吸着を実現す
ることができる。このため、第一の吸着種と第二の吸着
種が混合した吸着面上にＶ族構成元素：Ｂを含む第三の
ガス種を基板上に供給し、第一，第二の吸着種と反応さ
せ、ｎ型III−Ｖ族化合物半導体(Ａ−Ｂ)結晶を成長さ
せると、極めて均一性の良好な成長層が得られる。
またドーピング濃度の制御にはSiH4-xClx(x＝1〜4)を含
む第二のガス種の濃度を変化させることによって可能で
ある。
む第二のガス種の濃度を変化させることによって可能で
ある。
以下に本発明の実施例を図によって説明する。
（実施例１） 本実施例ではハロゲン輸送法に基づくALE法エピタキシ
ャル成長によってSiドープGaAs層を成長させた例につい
て述べる。成長装置の概略を第１図に示した。なお多成
長室を有するALE成長装置については碓井等によってジ
ャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジッ
クス(Japanese Journal of Applied Physics)25，198
6，pp.L212-214に報告されている。この成長装置では、
下段の成長室11の上流にGaソースボード12を置き、その
上流からH2キャリアガス共にHClガスを供給する。この
結果、GaClが生成され下流に輸送される。一方上段の成
長室13はAsの水素化物であるAsH3をH2キャリアガスと共
に供給できる。基板結晶14としては２インチGaAs(100)
面を用いた。反応管の温度は抵抗加熱炉によりGaソース
部は 730℃、基板結晶部は500℃に設定した。ガス流量
条件は次のとおりである。
ャル成長によってSiドープGaAs層を成長させた例につい
て述べる。成長装置の概略を第１図に示した。なお多成
長室を有するALE成長装置については碓井等によってジ
ャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジッ
クス(Japanese Journal of Applied Physics)25，198
6，pp.L212-214に報告されている。この成長装置では、
下段の成長室11の上流にGaソースボード12を置き、その
上流からH2キャリアガス共にHClガスを供給する。この
結果、GaClが生成され下流に輸送される。一方上段の成
長室13はAsの水素化物であるAsH3をH2キャリアガスと共
に供給できる。基板結晶14としては２インチGaAs(100)
面を用いた。反応管の温度は抵抗加熱炉によりGaソース
部は 730℃、基板結晶部は500℃に設定した。ガス流量
条件は次のとおりである。
ガス種 流量 HCl ２sccm AsH3 ６sccm SiH2Cl2 １×10-2sccm H2 ５slm まず下段の成長室11でGaClおよびSiH2Cl2を供給し、基
板移送機構部15を動作させ、基板を上段の成長室13へ移
動して、AsH3を供給し、ｎ型(GaAs)層を一分子層成長さ
せる操作を5000回繰り返した。
板移送機構部15を動作させ、基板を上段の成長室13へ移
動して、AsH3を供給し、ｎ型(GaAs)層を一分子層成長さ
せる操作を5000回繰り返した。
得られた結晶をホーツ測定にてキャリア濃度を調べた結
果、n＝3×1017(cm-3)であり、均一性は５％以内で２イ
ンチ基板全面にわたって測定誤差範囲内であった。
果、n＝3×1017(cm-3)であり、均一性は５％以内で２イ
ンチ基板全面にわたって測定誤差範囲内であった。
（実施例２） 本実施例では(C2H5)2GaCl:ディエチルガリウムクロライ
ドを用いたMOCVD法に基づくALE法エピタキシャル成長に
よってSiドープGaAs層を成長させた例について述べる。
ドを用いたMOCVD法に基づくALE法エピタキシャル成長に
よってSiドープGaAs層を成長させた例について述べる。
成長装置の概略を第２図に示した。Ｖ族原料については
AsH3を用い、ｎ型ドーパントとしてSiH3Clを用いた。基
板結晶14としてはGaAs (100)面を用いた。基板結晶はカ
ーボンサセプタ16上に設置し、高周波加熱コイル17に通
電して基板濃度を500℃とした。
AsH3を用い、ｎ型ドーパントとしてSiH3Clを用いた。基
板結晶14としてはGaAs (100)面を用いた。基板結晶はカ
ーボンサセプタ16上に設置し、高周波加熱コイル17に通
電して基板濃度を500℃とした。
ガス分圧条件は次のとおりである。
ガス種 分圧 (C2H5)2GaCl ５×10-6atm AsH3 ５×10-4atm SiH3Cl １×10-6atm H2 5slm まず(C2H5)2GaClとSiH3Clを同時に３秒間供給し、つぎ
にAsH3を５秒間供給し、ｎ型(GaAs)層を一分子層成長し
た。これらの操作を5000回繰り返した。
にAsH3を５秒間供給し、ｎ型(GaAs)層を一分子層成長し
た。これらの操作を5000回繰り返した。
得られた結晶をホール測定にてキャリア濃度を調べた結
果、n＝8×1017(cm-3)であり、均一性は５％以内で３イ
ンチ基板全面にわたって測定誤差範囲内であった。
果、n＝8×1017(cm-3)であり、均一性は５％以内で３イ
ンチ基板全面にわたって測定誤差範囲内であった。
以上述べたように、ｎ型ドーパントガスとしてSiの塩化
物：SiH4-xClx(x＝1〜4)を用いたIII−Ｖ族化合物半導
体結晶のドーピング方法によれば、III族構成元素の塩
化物を含むガス種と、Ｖ族構成元素を含むガス種の供給
を交互に繰返して原子層エピタキシャル気相成長を行う
ことにより、高均一でかつ濃度制御性が高いドーピング
を行うことができる効果を有するものである。
物：SiH4-xClx(x＝1〜4)を用いたIII−Ｖ族化合物半導
体結晶のドーピング方法によれば、III族構成元素の塩
化物を含むガス種と、Ｖ族構成元素を含むガス種の供給
を交互に繰返して原子層エピタキシャル気相成長を行う
ことにより、高均一でかつ濃度制御性が高いドーピング
を行うことができる効果を有するものである。
第１図は本発明の第１の実施例を説明するためのGaAsの
ハロゲン輸送法に基づく原子層エピタキシャル成長装置
を示す概略図、第２図は第２の実施例を説明するための
MO-CVD法に基づく原子層エピタキシャル成長装置の概略
図である。 11……下段成長室、12……Gaソースボート 13……上段成長室、14……基板結晶 15……基板移動機構部、16……カーボンサセプタ 17……高周波加熱コイル
ハロゲン輸送法に基づく原子層エピタキシャル成長装置
を示す概略図、第２図は第２の実施例を説明するための
MO-CVD法に基づく原子層エピタキシャル成長装置の概略
図である。 11……下段成長室、12……Gaソースボート 13……上段成長室、14……基板結晶 15……基板移動機構部、16……カーボンサセプタ 17……高周波加熱コイル
Claims (1)
- 【請求項１】III族構成元素を含むガス種と、Ｖ族構成
元素を含むガス種との供給を交互に繰り返しながら気相
成長を行うIII−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピタ
キシャル成長方法において、ｎ型ドーパントガスとして
Siの塩化物：SiH4-xClx(x＝1〜4)を用いることを特徴と
するIII−Ｖ族化合物半導体結晶のドーピング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP671687A JPH0620043B2 (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶のド−ピング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP671687A JPH0620043B2 (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶のド−ピング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63174315A JPS63174315A (ja) | 1988-07-18 |
| JPH0620043B2 true JPH0620043B2 (ja) | 1994-03-16 |
Family
ID=11645987
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP671687A Expired - Lifetime JPH0620043B2 (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶のド−ピング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0620043B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0541529A (ja) * | 1991-08-06 | 1993-02-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体素子およびその作製方法 |
-
1987
- 1987-01-13 JP JP671687A patent/JPH0620043B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63174315A (ja) | 1988-07-18 |
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