JPH0620044B2 - ▲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
- JPH0620044B2 JPH0620044B2 JP1356287A JP1356287A JPH0620044B2 JP H0620044 B2 JPH0620044 B2 JP H0620044B2 JP 1356287 A JP1356287 A JP 1356287A JP 1356287 A JP1356287 A JP 1356287A JP H0620044 B2 JPH0620044 B2 JP H0620044B2
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- Japan
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- compound semiconductor
- iii
- gas species
- constituent element
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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料によって成長速
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料によって成長速
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.Suntol
a，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そとが期待さ
れる。
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.Suntol
a，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そとが期待さ
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 Electroc
hemical 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 Electroc
hemical 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。
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、III族構成元素：Ａを含む第一
のガス種を供給後、一方のＶ族構成元素：Ｂを含む第二
のガス種を供給し、その後にｎ型不純物となるVI族構成
元素：Ｃを含む第三のガス種を供給して、第二のガス種
によって供給されたＶ族元素：Ｂの一部を第三のガス種
によって供給されたVI族元素：Ｃに置換させることを特
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、III族構成元素：Ａを含む第一
のガス種を供給後、一方のＶ族構成元素：Ｂを含む第二
のガス種を供給し、その後にｎ型不純物となるVI族構成
元素：Ｃを含む第三のガス種を供給して、第二のガス種
によって供給されたＶ族元素：Ｂの一部を第三のガス種
によって供給されたVI族元素：Ｃに置換させることを特
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Ｖ族サイトを占めるVI族不
純物のドーピングを考えると、まずIII族構成元素：Ａ
を含む第一のガス種を基板上に供給し、第一の吸着種を
基板上に吸着させ、、Ｖ族構成元素：Ｂを含む第二のガ
ス種を基板上に供給し、第一の吸着種と反応させ、III
−Ｖ族化合物半導体(A−B)結晶を一分子層成長させる。
しかる後、VI族構成元素：Ｃを含む第三のガス種を基板
上に供給する。ここでVI族構成元素：Ｃの入るべきＶ族
サイトはすでにＶ族構成元素：Ｂで埋められており、Ｃ
原子はＢ原子の一部を置換する。
純物のドーピングを考えると、まずIII族構成元素：Ａ
を含む第一のガス種を基板上に供給し、第一の吸着種を
基板上に吸着させ、、Ｖ族構成元素：Ｂを含む第二のガ
ス種を基板上に供給し、第一の吸着種と反応させ、III
−Ｖ族化合物半導体(A−B)結晶を一分子層成長させる。
しかる後、VI族構成元素：Ｃを含む第三のガス種を基板
上に供給する。ここでVI族構成元素：Ｃの入るべきＶ族
サイトはすでにＶ族構成元素：Ｂで埋められており、Ｃ
原子はＢ原子の一部を置換する。
ここでＢ原子とＣ原子の置換の割合はＢ原子の脱離の速
度によって律速されるので、基板面内で高均一なドーピ
ングが可能となる。また ドーピング濃度の制御にはVI族構成元素：Ｃを含む第三
のガス種の供給時間を制御することにより可能である。
またVI族構成元素：Ｃを含む第三のガス種の濃度を変化
させることによっても可能である。またVI族構成元素：
ＣとＶ族構成元素：Ｂを混合して第三のガス種としても
よい。
度によって律速されるので、基板面内で高均一なドーピ
ングが可能となる。また ドーピング濃度の制御にはVI族構成元素：Ｃを含む第三
のガス種の供給時間を制御することにより可能である。
またVI族構成元素：Ｃを含む第三のガス種の濃度を変化
させることによっても可能である。またVI族構成元素：
ＣとＶ族構成元素：Ｂを混合して第三のガス種としても
よい。
以下に本発明の実施例を図によって説明する。
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Se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ソースボート12を置き、その
上流からH2キャリアガスと共に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とＳの水素化物であ
るH2Se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5
00℃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Se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ソースボート12を置き、その
上流からH2キャリアガスと共に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とＳの水素化物であ
るH2Se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5
00℃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 H2Se ５×10-3sccm H2 ５slm まず下段の成長室11でGaClを吸着させ、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、(GaAs)一分子層成長させる。次にAsH3ガスと
共にH2Seを２秒間供給した。これらの操作を5000回繰り
返した。
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、(GaAs)一分子層成長させる。次にAsH3ガスと
共にH2Seを２秒間供給した。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＝2×1017(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＝2×1017(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。
以上はハロゲン輸送法に基づくALE法エピタキシャル成
長に本発明によるドーピング方法を適用した例について
述べたが、本発明はIII族原料とＶ族原料を交互に供給
する原子層エピタキシャル成長ならばすべての成長方法
に適用可能なことはそのドーピングメカニズムより明ら
かである。また、ｎ型不純物としてＳ，Teについても同
様である。
長に本発明によるドーピング方法を適用した例について
述べたが、本発明はIII族原料とＶ族原料を交互に供給
する原子層エピタキシャル成長ならばすべての成長方法
に適用可能なことはそのドーピングメカニズムより明ら
かである。また、ｎ型不純物としてＳ，Teについても同
様である。
以上述べたように、本発明によるIII−Ｖ族化合物半導
体結晶のドーピング方法によれば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、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。
体結晶のドーピング方法によれば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、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
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
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、III族構成元素：Ａを含む
第一のガス種を供給後、Ｖ族構成元素：Ｂを含む第二の
ガス種を供給し、その後にｎ型不純物となるVI族構成元
素：Ｃを含む第三のガス種を供給して、第二のガス種に
よって供給されたＶ族元素：Ｂの一部を第三のガス種に
よって供給されたVI族元素：Ｃに置換させることを特徴
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 |
|---|---|---|---|
| JP1356287A JPH0620044B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | ▲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 |
|---|---|---|---|
| JP1356287A JPH0620044B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶のド−ピング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63181314A JPS63181314A (ja) | 1988-07-26 |
| JPH0620044B2 true JPH0620044B2 (ja) | 1994-03-16 |
Family
ID=11836611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1356287A Expired - Lifetime JPH0620044B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | ▲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) | JPH0620044B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2821563B2 (ja) * | 1991-07-18 | 1998-11-05 | 科学技術振興事業団 | 化合物結晶のエピタキシャル成長方法及びそのドーピング方法 |
-
1987
- 1987-01-22 JP JP1356287A patent/JPH0620044B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63181314A (ja) | 1988-07-26 |
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