JPH07106252A - 炭素添加半導体結晶の成長方法 - Google Patents
炭素添加半導体結晶の成長方法Info
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- JPH07106252A JPH07106252A JP24674093A JP24674093A JPH07106252A JP H07106252 A JPH07106252 A JP H07106252A JP 24674093 A JP24674093 A JP 24674093A JP 24674093 A JP24674093 A JP 24674093A JP H07106252 A JPH07106252 A JP H07106252A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ６００℃以上の高温での高炭素濃度添加半導
体の成長において、メチル基ガスの制御とＡｓ分圧の制
御を個別にできる。 【構成】 原料ボンベ８からトリメチルひ素を、原料ボ
ンベ７−４からターシャリブチルアルシンの原料ガスを
反応管１内に送る。次に、原料ボンベ７−１からトリメ
チルガリウムの原料ガスを反応管１内に送り、炭素添加
ＧａＡｓ薄膜を形成する。成長温度は６５０℃であり、
ターシャリブチルアルシンの流量を変化させることによ
りＡｓ解離を抑え、表面欠陥密度のない高炭素濃度結晶
が得られる。そして、炭素濃度はトリメチルひ素の流量
を変えることで行われることを特徴としている。
体の成長において、メチル基ガスの制御とＡｓ分圧の制
御を個別にできる。 【構成】 原料ボンベ８からトリメチルひ素を、原料ボ
ンベ７−４からターシャリブチルアルシンの原料ガスを
反応管１内に送る。次に、原料ボンベ７−１からトリメ
チルガリウムの原料ガスを反応管１内に送り、炭素添加
ＧａＡｓ薄膜を形成する。成長温度は６５０℃であり、
ターシャリブチルアルシンの流量を変化させることによ
りＡｓ解離を抑え、表面欠陥密度のない高炭素濃度結晶
が得られる。そして、炭素濃度はトリメチルひ素の流量
を変えることで行われることを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気相成長方法における
化合物半導体結晶への炭素不純物添加を行う炭素添加半
導体結晶の成長方法に関するものである。
化合物半導体結晶への炭素不純物添加を行う炭素添加半
導体結晶の成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ系ヘテロ接合トランジスタのベ
ース層に用いるｐ型ＧａＡｓやｐ型ＡｌＧａＡｓのｐ型
不純物としては、亜鉛，マグネシウム，ベリリウムが用
いられている。
ース層に用いるｐ型ＧａＡｓやｐ型ＡｌＧａＡｓのｐ型
不純物としては、亜鉛，マグネシウム，ベリリウムが用
いられている。
【０００３】亜鉛は、拡散定数が大きいことやメモリ効
果を持つことなどにより急峻な不純物濃度分布を得るこ
とが難しい。マグネシウムは、キャリア濃度の飽和やメ
モリ効果を持つことなどの問題がある。ベリリウムは、
低拡散定数であるが、高濃度添加時の異常拡散や高電流
密度通電時の通電拡散などにより素子特性の劣化を生じ
る。
果を持つことなどにより急峻な不純物濃度分布を得るこ
とが難しい。マグネシウムは、キャリア濃度の飽和やメ
モリ効果を持つことなどの問題がある。ベリリウムは、
低拡散定数であるが、高濃度添加時の異常拡散や高電流
密度通電時の通電拡散などにより素子特性の劣化を生じ
る。
【０００４】一方、炭素不純物はこれらの問題解決に有
効なｐ型不純物として注目されてきた。
効なｐ型不純物として注目されてきた。
【０００５】高速動作が期待できるＩｎＰ系ヘテロ接合
トランジスタのベース層に用いるｐ型ＩｎＧａＡｓの場
合も、ｐ型不純物として亜鉛，マグネシウム，ベリリウ
ムなどが用いられているため、ｐ型ＧａＡｓやＡｌＧａ
Ａｓと同様な問題を持っている。ＩｎＧａＡｓ中の炭素
は当初ｎ型と思われていたが、S.A.Stockmanらの報告
（J.Electronic Materials, Vol.21,No.12,1992,p.111
1）やG.E.Stillmanらの報告（Inst.Phys.Conf.Ser.No12
9, P.687,1993）のようにｐ型になることは明確であ
る。
トランジスタのベース層に用いるｐ型ＩｎＧａＡｓの場
合も、ｐ型不純物として亜鉛，マグネシウム，ベリリウ
ムなどが用いられているため、ｐ型ＧａＡｓやＡｌＧａ
Ａｓと同様な問題を持っている。ＩｎＧａＡｓ中の炭素
は当初ｎ型と思われていたが、S.A.Stockmanらの報告
（J.Electronic Materials, Vol.21,No.12,1992,p.111
1）やG.E.Stillmanらの報告（Inst.Phys.Conf.Ser.No12
9, P.687,1993）のようにｐ型になることは明確であ
る。
【０００６】このようなことから、ＧａＡｓやＡｌＧａ
ＡｓやＩｎＧａＡｓの炭素不純物は拡散定数が小さい、
高濃度添加が可能、活性化率がほぼ１００％、メモリ効
果がない、異常拡散や通常拡散が見られない、などの特
徴をもつ新しいｐ型不純物として注目され、種々の炭素
添加半導体結晶の成長方法が提案され始めた。
ＡｓやＩｎＧａＡｓの炭素不純物は拡散定数が小さい、
高濃度添加が可能、活性化率がほぼ１００％、メモリ効
果がない、異常拡散や通常拡散が見られない、などの特
徴をもつ新しいｐ型不純物として注目され、種々の炭素
添加半導体結晶の成長方法が提案され始めた。
【０００７】III 族原料として主炭素混入源となるトリ
メチルガリウムを用い、Ｖ族原料のトリメチルひ素から
メチル基ガスを供給してトリメチルガリウムの「ガリウ
ム−炭素」結合の分解反応の進行を抑制し、このメチル
基ガスの供給量により炭素添加量を制御するような炭素
添加半導体結晶の成長方法の場合、トリメチルひ素はＡ
ｓとメチル基の両方の供給源となる。
メチルガリウムを用い、Ｖ族原料のトリメチルひ素から
メチル基ガスを供給してトリメチルガリウムの「ガリウ
ム−炭素」結合の分解反応の進行を抑制し、このメチル
基ガスの供給量により炭素添加量を制御するような炭素
添加半導体結晶の成長方法の場合、トリメチルひ素はＡ
ｓとメチル基の両方の供給源となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高温成長に
おいては成長表面からＡｓが解離しやすくなり、結晶性
が劣化しやすい問題がある。トリメチルひ素は熱分解し
にくいため、流量を増加してもＡｓ分圧はそれほど高く
ならない。アルシンは熱分解しやすく、Ａｓ分圧を高め
るのに有効であるが、アルシンの分解により発生した活
性水素は、主炭素源の「ガリウム−炭素」結合の分解反
応を促進させる作用があり、炭素濃度が減少してしまう
問題があった。
おいては成長表面からＡｓが解離しやすくなり、結晶性
が劣化しやすい問題がある。トリメチルひ素は熱分解し
にくいため、流量を増加してもＡｓ分圧はそれほど高く
ならない。アルシンは熱分解しやすく、Ａｓ分圧を高め
るのに有効であるが、アルシンの分解により発生した活
性水素は、主炭素源の「ガリウム−炭素」結合の分解反
応を促進させる作用があり、炭素濃度が減少してしまう
問題があった。
【０００９】このようなことから、６００℃以上の高温
での高炭素濃度添加半導体の成長において、メチル基ガ
スの制御とＡｓ分圧の制御を個別にできる方法の開発が
強く望まれていた。
での高炭素濃度添加半導体の成長において、メチル基ガ
スの制御とＡｓ分圧の制御を個別にできる方法の開発が
強く望まれていた。
【００１０】本発明の目的は、６００℃以上の高温での
高炭素濃度添加半導体成長において、炭素濃度制御に重
要なメチル基ガスの制御と、結晶表面荒れの防止に有効
なＡｓ分圧の制御を個別に制御できる成長方法を提供す
ることにある。
高炭素濃度添加半導体成長において、炭素濃度制御に重
要なメチル基ガスの制御と、結晶表面荒れの防止に有効
なＡｓ分圧の制御を個別に制御できる成長方法を提供す
ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる炭素添加
半導体結晶の成長方法は、III 族原料として母結晶構成
元素を含み、かつ主炭素混入源となりうるIII 族原料を
用い、Ｖ族原料に主炭素混入源であるIII 族原料の「母
結晶元素−炭素」結合の分解反応を抑制するメチル基を
有するガスを用い、このガスの分圧を制御するひ素また
はひ素化合物ガスを用いたものである。
半導体結晶の成長方法は、III 族原料として母結晶構成
元素を含み、かつ主炭素混入源となりうるIII 族原料を
用い、Ｖ族原料に主炭素混入源であるIII 族原料の「母
結晶元素−炭素」結合の分解反応を抑制するメチル基を
有するガスを用い、このガスの分圧を制御するひ素また
はひ素化合物ガスを用いたものである。
【００１２】また、Ｖ族原料にメチル基制御用原料とし
てトリメチルひ素を用い、かつＡｓ分圧制御にターシャ
リブチルアルシンを用いるものである。
てトリメチルひ素を用い、かつＡｓ分圧制御にターシャ
リブチルアルシンを用いるものである。
【００１３】さらに、Ｖ族原料にメチル基制御用原料と
してトリメチルひ素を用い、ひ素圧制御用原料としてト
リエチルひ素を用いるものである。
してトリメチルひ素を用い、ひ素圧制御用原料としてト
リエチルひ素を用いるものである。
【００１４】
【作用】本発明においては、メチル基ガスの供給とメチ
ル基ガスの制御により主炭素源となる母結晶構成原料の
「母結晶元素−炭素結合」の分解反応の進行を抑制する
ことによって、高炭素濃度結晶を成長させる成長方法に
おいて、メチル基ガスの制御とＡｓ分圧の制御を個別に
行われる。
ル基ガスの制御により主炭素源となる母結晶構成原料の
「母結晶元素−炭素結合」の分解反応の進行を抑制する
ことによって、高炭素濃度結晶を成長させる成長方法に
おいて、メチル基ガスの制御とＡｓ分圧の制御を個別に
行われる。
【００１５】従来の炭素添加結晶成長法では、メチル基
ガスの制御とＡｓ分圧の制御を個別に行うことはできな
かった。そのため、炭素の添加法と結晶表面からのＡｓ
の解離防止法は、ともに成長温度の低温化だけであり、
本発明の炭素添加半導体結晶の成長法とは、メチル基と
Ａｓ分圧の制御方法が異なる。
ガスの制御とＡｓ分圧の制御を個別に行うことはできな
かった。そのため、炭素の添加法と結晶表面からのＡｓ
の解離防止法は、ともに成長温度の低温化だけであり、
本発明の炭素添加半導体結晶の成長法とは、メチル基と
Ａｓ分圧の制御方法が異なる。
【００１６】
【実施例】本発明は気相成長法であれば実施可能であ
り、ここでは最も工業的であるメタルオーガニックベー
パーフェイズエピタキシー法（一般にＭＯＶＰＥ法と略
記）により行った場合について詳細に説明する。なお、
モレキュラービームエピタキシー法（一般にＭＢＥ法と
略記）や、メタルオーガニクモレキュラービームエピタ
キシー法（一般にＭＯＭＢＥ法と略記）や、ケミカルビ
ームエピタキシー法（一般にＣＢＥ法と略記）などの気
相成長法でも、本発明は実施できることは説明を要しな
い。
り、ここでは最も工業的であるメタルオーガニックベー
パーフェイズエピタキシー法（一般にＭＯＶＰＥ法と略
記）により行った場合について詳細に説明する。なお、
モレキュラービームエピタキシー法（一般にＭＢＥ法と
略記）や、メタルオーガニクモレキュラービームエピタ
キシー法（一般にＭＯＭＢＥ法と略記）や、ケミカルビ
ームエピタキシー法（一般にＣＢＥ法と略記）などの気
相成長法でも、本発明は実施できることは説明を要しな
い。
【００１７】図１に本発明を実施するためのＭＯＶＰＥ
法による薄膜成長装置の概略図を示す。図１で、１は反
応管、２は薄膜成長用基板、３は基板載置台、４は基板
加熱用の高周波コイル、５は原料ガス等の供給口、６は
原料ガス等の排気口、７−１はトリメチルガリウム入り
のボンベ、７−２はトリメチルインジウム入りのボン
ベ、７−３はトリメチルアルミニウム入りのボンベ、７
−４はターシャリブチルアルシン入りのボンベ、７−５
はトリエチルひ素ボンベ、８はトリメチルひ素入りのボ
ンベ、９はトリメチルアンチモン入りのボンベ、１０は
原料ガスをバブリングして搬送する水素ガスライン、１
１はメタンガスボンベ、１２はメタンガスのクラッキン
グ装置、７−１ａ，７−２ａ，７−３ａ，７−４ａ，７
−５ａ，８ａ，９ａおよび１１ａはボンベの開閉用バル
ブ（以下、単にバルブという）を示す。なお、７−１〜
７−５，８，９，１１は以下、原料ボンベという。 〔実施例１〕本発明の第１の実施例として炭素添加Ｇａ
Ａｓ結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源
のトリメチルガリウムと、主メチル基供給源のトリメチ
ルひ素と、ひ素分圧制御用のターシャリブチルアルシン
を用いた。原料ボンベ７−４と原料ボンベ８のバルブ７
−４ａと８ａを開け、水素ガスをトリメチルひ素原料と
ターシャリブチルアルシン原料中にバブリングさせてト
リメチルひ素とターシャリブチルアルシンの原料ガスを
反応管１内に送る。次に、原料ボンベ７−１のバルブ７
−１ａを開け、水素ガスをトリメチルガリウム中にバブ
リングさせてトリメチルガリウムの原料ガスを反応管１
内に送り、炭素添加ＧａＡｓ薄膜を形成する。成長温度
は６５０℃で、炭素濃度が６ｘ１０19原子／ｃｍ3 にな
るようにトリメチルガリウムとトリメチルひ素の流量
を、Ｖ／III 比にして７０に固定した。ターシャリブチ
ルアルシンの流量は、ターシャリブチルアルシンとトリ
メチルひ素の比にして１から１００まで変化させた。
法による薄膜成長装置の概略図を示す。図１で、１は反
応管、２は薄膜成長用基板、３は基板載置台、４は基板
加熱用の高周波コイル、５は原料ガス等の供給口、６は
原料ガス等の排気口、７−１はトリメチルガリウム入り
のボンベ、７−２はトリメチルインジウム入りのボン
ベ、７−３はトリメチルアルミニウム入りのボンベ、７
−４はターシャリブチルアルシン入りのボンベ、７−５
はトリエチルひ素ボンベ、８はトリメチルひ素入りのボ
ンベ、９はトリメチルアンチモン入りのボンベ、１０は
原料ガスをバブリングして搬送する水素ガスライン、１
１はメタンガスボンベ、１２はメタンガスのクラッキン
グ装置、７−１ａ，７−２ａ，７−３ａ，７−４ａ，７
−５ａ，８ａ，９ａおよび１１ａはボンベの開閉用バル
ブ（以下、単にバルブという）を示す。なお、７−１〜
７−５，８，９，１１は以下、原料ボンベという。 〔実施例１〕本発明の第１の実施例として炭素添加Ｇａ
Ａｓ結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源
のトリメチルガリウムと、主メチル基供給源のトリメチ
ルひ素と、ひ素分圧制御用のターシャリブチルアルシン
を用いた。原料ボンベ７−４と原料ボンベ８のバルブ７
−４ａと８ａを開け、水素ガスをトリメチルひ素原料と
ターシャリブチルアルシン原料中にバブリングさせてト
リメチルひ素とターシャリブチルアルシンの原料ガスを
反応管１内に送る。次に、原料ボンベ７−１のバルブ７
−１ａを開け、水素ガスをトリメチルガリウム中にバブ
リングさせてトリメチルガリウムの原料ガスを反応管１
内に送り、炭素添加ＧａＡｓ薄膜を形成する。成長温度
は６５０℃で、炭素濃度が６ｘ１０19原子／ｃｍ3 にな
るようにトリメチルガリウムとトリメチルひ素の流量
を、Ｖ／III 比にして７０に固定した。ターシャリブチ
ルアルシンの流量は、ターシャリブチルアルシンとトリ
メチルひ素の比にして１から１００まで変化させた。
【００１８】図２は、本発明の第１の実施例の実験結果
を示すもので、炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面欠陥密度と
ターシャリブチルアルシン流量の関係を示す。図２から
Ａｓ解離を反映している表面欠陥密度は、ターシャリブ
チルアルシン供給量に比例して減少することがわかる。
供給量比が１の場合は、供給しない場合と同程度の表面
欠陥濃度であるが、供給量比が４０以上では、検出限界
以下の５０個／ｃｍ2以下になっており、良好な表面が
得られた。なお、炭素濃度はターシャリブチルアルシン
を加えても変化しなかった。
を示すもので、炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面欠陥密度と
ターシャリブチルアルシン流量の関係を示す。図２から
Ａｓ解離を反映している表面欠陥密度は、ターシャリブ
チルアルシン供給量に比例して減少することがわかる。
供給量比が１の場合は、供給しない場合と同程度の表面
欠陥濃度であるが、供給量比が４０以上では、検出限界
以下の５０個／ｃｍ2以下になっており、良好な表面が
得られた。なお、炭素濃度はターシャリブチルアルシン
を加えても変化しなかった。
【００１９】これらの結果から、ターシャリブチルアル
シンの供給は高温における炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面
からのＡｓ解離抑制に効果があることが明らかなった。
シンの供給は高温における炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面
からのＡｓ解離抑制に効果があることが明らかなった。
【００２０】トリメチルガリウムとトリメチルアルミニ
ウムとトリメチルひ素とターシャリブチルアルシンを用
いた炭素添加ＡｌＧａＡｓ結晶の場合も、ターシャリブ
チルアルシンの供給効果はＧａＡｓの場合と同様であり
説明を要しない。 〔実施例２〕本発明の第２の実施例として炭素添加Ｇａ
Ａｓ結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源
のトリメチルガリウムと、主メチル基供給源のトリメチ
ルひ素と、Ａｓ分圧制御用のトリエチルひ素を用いた。
原料ボンベ７−５と原料ボンベ８のバルブ７−５ａと８
ａを開け、水素ガスをトリエチルひ素原料とトリメチル
ひ素原料中にバブリングさせてトリエチルひ素とトリメ
チルひ素の原料ガスを反応管１内に送る。次に、原料ボ
ンベ７−１のバルブ７−１ａを開け、水素ガスをトリメ
チルガリウム中にバブリングさせてトリメチルガリウム
の原料ガスを反応管１内に送り、炭素添加ＧａＡｓ薄膜
を形成する。成長温度は６５０℃で、炭素濃度が６ｘ１
０19原子／ｃｍ3 になるようにトリメチルガリウムとト
リメチルひ素の流量を、Ｖ／III 比にして７０に固定し
た。トリエチルひ素の流量は、トリエチルひ素とトリメ
チルひ素の比にして１から１００まで変化させた。
ウムとトリメチルひ素とターシャリブチルアルシンを用
いた炭素添加ＡｌＧａＡｓ結晶の場合も、ターシャリブ
チルアルシンの供給効果はＧａＡｓの場合と同様であり
説明を要しない。 〔実施例２〕本発明の第２の実施例として炭素添加Ｇａ
Ａｓ結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源
のトリメチルガリウムと、主メチル基供給源のトリメチ
ルひ素と、Ａｓ分圧制御用のトリエチルひ素を用いた。
原料ボンベ７−５と原料ボンベ８のバルブ７−５ａと８
ａを開け、水素ガスをトリエチルひ素原料とトリメチル
ひ素原料中にバブリングさせてトリエチルひ素とトリメ
チルひ素の原料ガスを反応管１内に送る。次に、原料ボ
ンベ７−１のバルブ７−１ａを開け、水素ガスをトリメ
チルガリウム中にバブリングさせてトリメチルガリウム
の原料ガスを反応管１内に送り、炭素添加ＧａＡｓ薄膜
を形成する。成長温度は６５０℃で、炭素濃度が６ｘ１
０19原子／ｃｍ3 になるようにトリメチルガリウムとト
リメチルひ素の流量を、Ｖ／III 比にして７０に固定し
た。トリエチルひ素の流量は、トリエチルひ素とトリメ
チルひ素の比にして１から１００まで変化させた。
【００２１】Ａｓ解離を反映している表面欠陥密度は、
トリメチルひ素の供給量に比例して減少した。供給量比
が１の場合は、供給しない場合と同程度の表面欠陥濃度
であるが、供給量比が４０以上では、検出限界以下の５
０個／ｃｍ2 以下になっているおり、良好な表面が得ら
れた。なお、炭素濃度はトリエチルひ素を加えても変化
しなかった。
トリメチルひ素の供給量に比例して減少した。供給量比
が１の場合は、供給しない場合と同程度の表面欠陥濃度
であるが、供給量比が４０以上では、検出限界以下の５
０個／ｃｍ2 以下になっているおり、良好な表面が得ら
れた。なお、炭素濃度はトリエチルひ素を加えても変化
しなかった。
【００２２】これらの結果から、トリエチルひ素の供給
は高温における炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面からのＡｓ
解離抑制に効果があることが明らかになった。
は高温における炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面からのＡｓ
解離抑制に効果があることが明らかになった。
【００２３】トリメチルガリウムとトリメチルアルミニ
ウムとトリメチルひ素とトリエチルひ素を用いた炭素添
加ＡｌＧａＡｓ結晶の場合も、トリエチルひ素の供給効
果はＧａＡｓの場合と同様であり説明を要しない。
ウムとトリメチルひ素とトリエチルひ素を用いた炭素添
加ＡｌＧａＡｓ結晶の場合も、トリエチルひ素の供給効
果はＧａＡｓの場合と同様であり説明を要しない。
【００２４】トリメチルガリウムとトリメチルインジウ
ムとトリメチルひ素とトリエチルひ素を用いた炭素添加
ＩｎＧａＡｓ結晶の場合も、トリエチルひ素の供給効果
はＧａＡｓの場合と同様であり説明を要しない。 〔実施例３〕本発明の第３の実施例の炭素添加ＧａＡｓ
結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源のト
リメチルガリウムと、主メチル基供給源のトリメチルア
ンチモンと、Ａｓ分圧制御用のターシャリブチルアルシ
ンを用いた。原料ボンベ７−４と原料ボンベ９のバルブ
７−４ａと９ａを開け、水素ガスをターシャリブチルア
ルシンとトリメチルアンチモン中にバブリングさせてタ
ーシャリブチルアルシンとトリメチルアンチモンの原料
ガスを反応管１内に送る。次に、原料ボンベ７−１のバ
ルブ７−１ａを開け、水素ガスをトリメチルガリウム原
料中にバブリングさせてトリメチルガリウムの原料ガス
を反応管１内に送り、炭素添加ＧａＡｓ薄膜を形成す
る。成長温度は６５０℃で、炭素濃度が３ｘ１０19原子
／ｃｍ3 になるようにトリメチルガリウムとトリメチル
アンチモンの流量を、Ｖ／III 比にして６５に固定し
た。ターシャリブチルアルシンの流量は、ターシャリブ
チルアルシンとトリメチルアンチモンの比にして１から
１００まで変化させた。
ムとトリメチルひ素とトリエチルひ素を用いた炭素添加
ＩｎＧａＡｓ結晶の場合も、トリエチルひ素の供給効果
はＧａＡｓの場合と同様であり説明を要しない。 〔実施例３〕本発明の第３の実施例の炭素添加ＧａＡｓ
結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源のト
リメチルガリウムと、主メチル基供給源のトリメチルア
ンチモンと、Ａｓ分圧制御用のターシャリブチルアルシ
ンを用いた。原料ボンベ７−４と原料ボンベ９のバルブ
７−４ａと９ａを開け、水素ガスをターシャリブチルア
ルシンとトリメチルアンチモン中にバブリングさせてタ
ーシャリブチルアルシンとトリメチルアンチモンの原料
ガスを反応管１内に送る。次に、原料ボンベ７−１のバ
ルブ７−１ａを開け、水素ガスをトリメチルガリウム原
料中にバブリングさせてトリメチルガリウムの原料ガス
を反応管１内に送り、炭素添加ＧａＡｓ薄膜を形成す
る。成長温度は６５０℃で、炭素濃度が３ｘ１０19原子
／ｃｍ3 になるようにトリメチルガリウムとトリメチル
アンチモンの流量を、Ｖ／III 比にして６５に固定し
た。ターシャリブチルアルシンの流量は、ターシャリブ
チルアルシンとトリメチルアンチモンの比にして１から
１００まで変化させた。
【００２５】得られた炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面欠陥
密度とターシャリブチルアルシン流量の関係は、実施例
１の場合と同様であり、Ａｓ解離を反映している表面欠
陥密度は、ターシャリブチルアルシンの供給量に比例し
て減少した。供給量比が１の場合は供給しない場合と同
程度の表面欠陥濃度であるが、供給量比が４０以上で
は、検出限界以下の５０個／ｃｍ2 以下になっており、
良好な表面が得られた。なお、炭素濃度はターシャリブ
チルアルシンを加えても変化しなかった。アンチモン濃
度は検出限界程度（数％）検出されたが、表面欠陥の発
生には影響しない。 これらの結果から、ターシャリブ
チルアルシンの供給は高温における炭素添加ＧａＡｓ結
晶の表面からのＡｓ解離抑制に効果があることが明らか
にした。
密度とターシャリブチルアルシン流量の関係は、実施例
１の場合と同様であり、Ａｓ解離を反映している表面欠
陥密度は、ターシャリブチルアルシンの供給量に比例し
て減少した。供給量比が１の場合は供給しない場合と同
程度の表面欠陥濃度であるが、供給量比が４０以上で
は、検出限界以下の５０個／ｃｍ2 以下になっており、
良好な表面が得られた。なお、炭素濃度はターシャリブ
チルアルシンを加えても変化しなかった。アンチモン濃
度は検出限界程度（数％）検出されたが、表面欠陥の発
生には影響しない。 これらの結果から、ターシャリブ
チルアルシンの供給は高温における炭素添加ＧａＡｓ結
晶の表面からのＡｓ解離抑制に効果があることが明らか
にした。
【００２６】トリメチルガリウムとトリメチルアルミニ
ウムとトリメチルアンチモンとターシャリブチルアルシ
ンを用いた炭素添加ＡｌＧａＡｓ結晶の場合も、ターシ
ャリブチルアルシンの供給効果はＧａＡｓの場合と同様
であり説明を要しない。
ウムとトリメチルアンチモンとターシャリブチルアルシ
ンを用いた炭素添加ＡｌＧａＡｓ結晶の場合も、ターシ
ャリブチルアルシンの供給効果はＧａＡｓの場合と同様
であり説明を要しない。
【００２７】ターシャリブチルアルシンの代わりにトリ
エチルひ素を用いた場合も、Ａｓ分圧制御効果はターシ
ャリブチルアルシンを用いた場合と同様であり説明を要
しない。 〔実施例４〕本発明の第４の実施例の炭素添加ＧａＡｓ
結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源のト
リメチルガリウムと、主メチル基供給源のメタンとＡｓ
分圧制御用のターシャリブチルアルシンを用いた。原料
ボンベ７−４と原料ボンベ１１のバルブ７−４ａと１１
ａを開け、水素ガスをターシャリブチルアルシン中にバ
ブリングさせてターシャリブチルアルシンの原料ガスを
反応管１内に送る。メタンは４８０℃以下に設定したク
ラッキング装置１２でクラッキングして反応管１に送
る。次に、原料ボンベ７−１のバルブ７−１ａを開け、
水素ガスをトリメチルガリウム原料中にバブリングさせ
てトリメチルガリウムの原料ガスを反応管１内に送り、
炭素添加ＧａＡｓ薄膜を形成する。成長温度は６５０℃
で、炭素濃度が３ｘ１０19原子／ｃｍ3 になるようにト
リメチルガリウムとトリメチルひ素の流量を、Ｖ／III
比にして６０に固定した。メタンの流量は、４００ｃｃ
ｍに固定した。最適なクラッキング条件はクラッキング
装置１２の種類や熱量やメタンガスの流量によって成長
装置ごとに実験を行い決定しなければならない。ターシ
ャリブチルアルシンの流量は、ターシャリブチルアルシ
ンとメタンの比にして１から１００まで変化させた。
エチルひ素を用いた場合も、Ａｓ分圧制御効果はターシ
ャリブチルアルシンを用いた場合と同様であり説明を要
しない。 〔実施例４〕本発明の第４の実施例の炭素添加ＧａＡｓ
結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源のト
リメチルガリウムと、主メチル基供給源のメタンとＡｓ
分圧制御用のターシャリブチルアルシンを用いた。原料
ボンベ７−４と原料ボンベ１１のバルブ７−４ａと１１
ａを開け、水素ガスをターシャリブチルアルシン中にバ
ブリングさせてターシャリブチルアルシンの原料ガスを
反応管１内に送る。メタンは４８０℃以下に設定したク
ラッキング装置１２でクラッキングして反応管１に送
る。次に、原料ボンベ７−１のバルブ７−１ａを開け、
水素ガスをトリメチルガリウム原料中にバブリングさせ
てトリメチルガリウムの原料ガスを反応管１内に送り、
炭素添加ＧａＡｓ薄膜を形成する。成長温度は６５０℃
で、炭素濃度が３ｘ１０19原子／ｃｍ3 になるようにト
リメチルガリウムとトリメチルひ素の流量を、Ｖ／III
比にして６０に固定した。メタンの流量は、４００ｃｃ
ｍに固定した。最適なクラッキング条件はクラッキング
装置１２の種類や熱量やメタンガスの流量によって成長
装置ごとに実験を行い決定しなければならない。ターシ
ャリブチルアルシンの流量は、ターシャリブチルアルシ
ンとメタンの比にして１から１００まで変化させた。
【００２８】得られた炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面欠陥
密度とターシャリブチルアルシン流量の関係は、実施例
１の場合と同様であり、Ａｓ解離を反映している表面欠
陥密度は、ターシャリブチルアルシンの供給量に比例し
て減少した。供給量比が１の場合は、供給しない場合と
同程度の表面欠陥濃度であるが、供給量比が４０以上で
は、検出限界以下の５０個／ｃｍ2 以下になっており、
良好な表面が得られた。なお、炭素濃度はターシャリブ
チルアルシンを加えても変化しなかった。
密度とターシャリブチルアルシン流量の関係は、実施例
１の場合と同様であり、Ａｓ解離を反映している表面欠
陥密度は、ターシャリブチルアルシンの供給量に比例し
て減少した。供給量比が１の場合は、供給しない場合と
同程度の表面欠陥濃度であるが、供給量比が４０以上で
は、検出限界以下の５０個／ｃｍ2 以下になっており、
良好な表面が得られた。なお、炭素濃度はターシャリブ
チルアルシンを加えても変化しなかった。
【００２９】これらの結果から、ターシャリブチルアル
シンの供給は高温における炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面
からのＡｓ解離抑制に効果があることが明らかになっ
た。
シンの供給は高温における炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面
からのＡｓ解離抑制に効果があることが明らかになっ
た。
【００３０】トリメチルガリウムとトリメチルアルミニ
ウムとメタンとターシャリブチルアルシンを用いた炭素
添加ＡｌＧａＡｓ結晶の場合も、ターシャリブチルアル
シンの供給効果はＧａＡｓの場合と同様であり説明を要
しない。
ウムとメタンとターシャリブチルアルシンを用いた炭素
添加ＡｌＧａＡｓ結晶の場合も、ターシャリブチルアル
シンの供給効果はＧａＡｓの場合と同様であり説明を要
しない。
【００３１】トリメチルガリウムとトリメチルインジウ
ムとメタンとターシャリブチルアルシンを用いた炭素添
加ＩｎＧａＡｓ結晶の場合もターシャリブチルアルシン
の供給効果はＧａＡｓの場合と同様であり説明を要しな
い。
ムとメタンとターシャリブチルアルシンを用いた炭素添
加ＩｎＧａＡｓ結晶の場合もターシャリブチルアルシン
の供給効果はＧａＡｓの場合と同様であり説明を要しな
い。
【００３２】ターシャリブチルアルシンの代わりにトリ
エチルひ素を用いた場合も、Ａｓ分圧制御効果はターシ
ャリブチルアルシンを用いた場合と同様であり説明を要
しない。 〔実施例５〕本発明の第５の実施例の炭素添加ＧａＡｓ
結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源のト
リメチルガリウムと主メチル基供給源のトリメチルひ素
とＡｓ分圧制御用のターシャリブチルアルシンを用い
た。原料ボンベ７−４と原料ボンベ８のバルブ７−４ａ
と８ａを開け、水素ガスをトリメチルひ素原料とターシ
ャリブチルアルシン原料中にバブリングさせてトリメチ
ルひ素とターシャリブチルアルシンの原料ガスを反応管
１内に送る。次に、原料ボンベ７−１のバルブ７−１ａ
を開け、水素ガスをトリメチルガリウム中にバブリング
させてトリメチルガリウムの原料ガスを反応管１内に送
り、炭素添加ＧａＡｓ薄膜を形成する。次に、トリメチ
ルひ素のバルブ８ａを締めてトリメチルひ素の供給を停
止させ炭素を含まないＧａＡｓを成長させる。次に、ト
リメチルひ素の供給を開始し、炭素添加ＧａＡｓを成長
させる。成長温度は６５０℃で、炭素濃度が６ｘ１０19
原子／ｃｍ3 になるようにトリメチルガリウムとトリメ
チルひ素の流量を、Ｖ／III比にして７０に固定した。
ターシャリブチルアルシンの流量は、ターシャリブチル
アルシンとトリメチルひ素の比にして１００に固定し
た。
エチルひ素を用いた場合も、Ａｓ分圧制御効果はターシ
ャリブチルアルシンを用いた場合と同様であり説明を要
しない。 〔実施例５〕本発明の第５の実施例の炭素添加ＧａＡｓ
結晶の場合について説明する。原料に主炭素混入源のト
リメチルガリウムと主メチル基供給源のトリメチルひ素
とＡｓ分圧制御用のターシャリブチルアルシンを用い
た。原料ボンベ７−４と原料ボンベ８のバルブ７−４ａ
と８ａを開け、水素ガスをトリメチルひ素原料とターシ
ャリブチルアルシン原料中にバブリングさせてトリメチ
ルひ素とターシャリブチルアルシンの原料ガスを反応管
１内に送る。次に、原料ボンベ７−１のバルブ７−１ａ
を開け、水素ガスをトリメチルガリウム中にバブリング
させてトリメチルガリウムの原料ガスを反応管１内に送
り、炭素添加ＧａＡｓ薄膜を形成する。次に、トリメチ
ルひ素のバルブ８ａを締めてトリメチルひ素の供給を停
止させ炭素を含まないＧａＡｓを成長させる。次に、ト
リメチルひ素の供給を開始し、炭素添加ＧａＡｓを成長
させる。成長温度は６５０℃で、炭素濃度が６ｘ１０19
原子／ｃｍ3 になるようにトリメチルガリウムとトリメ
チルひ素の流量を、Ｖ／III比にして７０に固定した。
ターシャリブチルアルシンの流量は、ターシャリブチル
アルシンとトリメチルひ素の比にして１００に固定し
た。
【００３３】その結果、トリメチルひ素の供給を停止し
た領域はｎ型のＧａＡｓになり、特に、ｎ型のドーピン
グガスを用いることなくｐｎ接合が形成できた。炭素添
加ＧａＡｓ表面は本発明の方法により表面欠陥がないた
め、本発明の方法により形成した炭素添加ＧａＡｓ上に
成長したｎ型ＧａＡｓも、表面欠陥が検出限界以下であ
った。
た領域はｎ型のＧａＡｓになり、特に、ｎ型のドーピン
グガスを用いることなくｐｎ接合が形成できた。炭素添
加ＧａＡｓ表面は本発明の方法により表面欠陥がないた
め、本発明の方法により形成した炭素添加ＧａＡｓ上に
成長したｎ型ＧａＡｓも、表面欠陥が検出限界以下であ
った。
【００３４】これらの結果から、ターシャリブチルアル
シンの供給は高温における炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面
からのＡｓ解離抑制に効果があることが明らかにした。
シンの供給は高温における炭素添加ＧａＡｓ結晶の表面
からのＡｓ解離抑制に効果があることが明らかにした。
【００３５】本発明による炭素添加ＡｌＧａＡｓや炭素
添加ＩｎＧａＡｓの場合も、トリメチルひ素の交互供給
によりｐｎ接合が得られることはＧａＡｓの場合と同様
であり説明を要しない。
添加ＩｎＧａＡｓの場合も、トリメチルひ素の交互供給
によりｐｎ接合が得られることはＧａＡｓの場合と同様
であり説明を要しない。
【００３６】ターシャリブチルアルシンの代わりにトリ
エチルひ素を用いた場合も、Ａｓ分圧制御効果はターシ
ャリブチルアルシンを用いた場合と同様であり説明を要
しない。
エチルひ素を用いた場合も、Ａｓ分圧制御効果はターシ
ャリブチルアルシンを用いた場合と同様であり説明を要
しない。
【００３７】トリメチルひ素の代わりにメタンを用いた
場合も、主メチル基供給効果はトリメチルひ素の場合と
同様であり説明を要しない。
場合も、主メチル基供給効果はトリメチルひ素の場合と
同様であり説明を要しない。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による炭素
添加半導体結晶の成長方法では、III族元素を供給する
原料として、半導体結晶を構成するIII 族原子および炭
素原子を結晶に供給するガスを用い、Ｖ族元素を供給す
る原料として、メチル基を有するガスおよびこのガスの
分圧を制御するひ素またはひ素化合物ガスを用いるの
で、炭素濃度を制御したままＶ族元素を供給する原料と
してのメチル素を有するガスの分圧の制御が可能である
から、方面欠陥のない高炭素濃度結晶が実現できる。こ
れをヘテロ接合トランジスタのベース層に応用した場合
は高品質な抵抗ベース層が容易に制作できるため、デバ
イスの高性能化が達成できる。
添加半導体結晶の成長方法では、III族元素を供給する
原料として、半導体結晶を構成するIII 族原子および炭
素原子を結晶に供給するガスを用い、Ｖ族元素を供給す
る原料として、メチル基を有するガスおよびこのガスの
分圧を制御するひ素またはひ素化合物ガスを用いるの
で、炭素濃度を制御したままＶ族元素を供給する原料と
してのメチル素を有するガスの分圧の制御が可能である
から、方面欠陥のない高炭素濃度結晶が実現できる。こ
れをヘテロ接合トランジスタのベース層に応用した場合
は高品質な抵抗ベース層が容易に制作できるため、デバ
イスの高性能化が達成できる。
【図１】本発明を実施するための薄膜製造装置の概略図
である。
である。
【図２】本発明による炭素添加ＧａＡｓ中のターシャリ
ブチルアルシン流量と表面欠陥密度の関係を示す図であ
る。
ブチルアルシン流量と表面欠陥密度の関係を示す図であ
る。
１ 反応管 ２ 薄膜成長用基板 ３ 基板載置台 ４ 高周波コイル ５ 原料ガス等の供給口 ６ 原料ガス等の排気口 ７−１ トリメチルガリウムボンベ ７−２ トリメチルインジウムボンベ ７−３ トリメチルアルミニウムボンベ ７−４ ターシャリブチルアルシンボンベ ７−５ トリエチルひ素ボンベ ７−１ａ トリメチルガリウムボンベ開閉用バルブ ７−２ａ トリメチルインジウムボンベ開閉用バルブ ７−３ａ トリメチルアルミニウムボンベ開閉用バルブ ７−４ａ ターシャリブチルアルシンボンベ開閉用バル
ブ ７−５ａ トリエチルひ素ボンベ開閉用バルブ ８ トリメチルひ素ボンベ ８ａ トリメチルひ素ボンベ開閉用バルブ ９ トリメチルアンチモンボンベ ９ａ トリメチルアンチモンボンベ開閉用バルブ １０ 水素ガスライン １１ メタンガスボンベ １１ａ メタンガスボンベ開閉用バルブ １２ クラッキング装置
ブ ７−５ａ トリエチルひ素ボンベ開閉用バルブ ８ トリメチルひ素ボンベ ８ａ トリメチルひ素ボンベ開閉用バルブ ９ トリメチルアンチモンボンベ ９ａ トリメチルアンチモンボンベ開閉用バルブ １０ 水素ガスライン １１ メタンガスボンベ １１ａ メタンガスボンベ開閉用バルブ １２ クラッキング装置
Claims (3)
- 【請求項１】 気相成長法による炭素添加III ・Ｖ族半
導体の結晶成長方法において、 III 族元素を供給する原料として、半導体結晶を構成す
るIII 族原子および炭素原子を結晶に供給するガスを用
い、 Ｖ族元素を供給する原料として、メチル基を有するガス
およびこのガスの分圧を制御するひ素またはひ素化合物
ガスを用いることを特徴とする炭素添加半導体結晶の成
長方法 - 【請求項２】 請求項１記載の炭素添加半導体結晶の成
長方法において、Ｖ族原料にメチル基制御用原料として
トリメチルひ素を用い、ひ素圧制御用原料としてターシ
ャリブチルアルシンを用いることを特徴とする炭素添加
半導体結晶の成長方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の炭素添加半導体結晶の成
長方法において、Ｖ族原料にメチル基制御用原料として
トリメチルひ素を用い、ひ素圧制御用原料としてトリエ
チルひ素を用いることを特徴とする炭素添加半導体結晶
の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24674093A JP3224057B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 炭素添加半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24674093A JP3224057B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 炭素添加半導体結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106252A true JPH07106252A (ja) | 1995-04-21 |
| JP3224057B2 JP3224057B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=17152950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24674093A Expired - Fee Related JP3224057B2 (ja) | 1993-10-01 | 1993-10-01 | 炭素添加半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3224057B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113136616A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-20 | 大庆溢泰半导体材料有限公司 | 一种生长半绝缘砷化镓单晶的掺碳装置及掺碳方法 |
-
1993
- 1993-10-01 JP JP24674093A patent/JP3224057B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113136616A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-20 | 大庆溢泰半导体材料有限公司 | 一种生长半绝缘砷化镓单晶的掺碳装置及掺碳方法 |
| CN113136616B (zh) * | 2021-03-29 | 2022-02-08 | 大庆溢泰半导体材料有限公司 | 一种生长半绝缘砷化镓单晶的掺碳装置及掺碳方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3224057B2 (ja) | 2001-10-29 |
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