JPH07130667A - Metal organic vapor phase epitaxial growth method - Google Patents

Metal organic vapor phase epitaxial growth method

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JPH07130667A
JPH07130667A JP29723093A JP29723093A JPH07130667A JP H07130667 A JPH07130667 A JP H07130667A JP 29723093 A JP29723093 A JP 29723093A JP 29723093 A JP29723093 A JP 29723093A JP H07130667 A JPH07130667 A JP H07130667A
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JP
Japan
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group
organometallic
tellurium
vapor phase
thin film
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JP29723093A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Saegusa
明彦 三枝
Hiroya Kimura
浩也 木村
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To ensure safe n-type impurity and ensure accurate concentration control by adding a specific organic metal compound as an n-type impurity in order to epitaxially grow an n-type III-V compound semiconductor thin film on a substrate. CONSTITUTION:A bubbler 1 is provided in the course of a piping, and a mass flow controller 2 is provided on the piping. Stock gas is introduced from the upper portion of a reaction pipe 3. The substrate 5 is placed on a susceptor disposed in the reaction pipe 3, and the susceptor is rendered to rf heating by an rf coil 6 disposed outside the reaction pipe 3. In epitaxial growth of a thin film of a III-V compound semiconductor, an organic metal compound of a group IV element or a group VI element is employed as a source flow for doping of an n-type impurity. More specifically, there are employed retramethylsilane, tetraethylsilane, tetranormalpropylsilane, tetranormalbutylsilane, dimethyl tellurium, diethyl tellurium, and dinormalpropyl tellurium, etc.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はIII −V族化合物半導体
のエピタキシャル成長、特に有機金属気相エピタキシャ
ル成長方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an epitaxial growth method for III-V group compound semiconductors, and more particularly to a metalorganic vapor phase epitaxial growth method.

【0002】[0002]

【従来の技術】III −V族化合物半導体の薄膜は、様々
な方法で作られる。有機金属を原料として気相成長させ
る方法は有機金属気相成長法(MOCVD法)という。
気相成長であるので、原料は全て気体の状態で供給しな
ければならない。III 族原料には例えばトリメチルガリ
ウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)など
の有機金属を用いる。III 族原料に有機金属を用いるの
で有機金属気相成長法というのである。V族原料には例
えばアルシン(AsH3 )、ホスフィン(PH3)など
のV族の水素化物を用いていた。これらは常温で気体で
あるから、気相成長装置にそのまま供給できる。
2. Description of the Related Art Thin films of III-V compound semiconductors can be produced by various methods. A method of vapor phase growth using an organic metal as a raw material is called a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method).
Since it is vapor phase growth, all raw materials must be supplied in a gaseous state. An organic metal such as trimethylgallium (TMG) or trimethylindium (TMI) is used as the Group III material. This is called metal-organic vapor phase epitaxy because metal-organic is used as the Group III material. As the group V raw material, for example, group V hydrides such as arsine (AsH 3 ) and phosphine (PH 3 ) were used. Since these are gases at room temperature, they can be directly supplied to the vapor phase growth apparatus.

【0003】しかし、V族の水素化物は毒性が非常に強
い。何れも猛毒である。気相成長装置を開く時に少しで
も外部に漏れないように注意しなければならない。ガス
の送給系、排気系においても特別の配慮が必要である。
排ガスの処理の問題もある。そこで、より安全なV族原
料への転換の研究が盛んになされている。
However, Group V hydrides are highly toxic. Both are extremely poisonous. Care must be taken when opening the vapor phase growth apparatus so that it does not leak outside. Special consideration is also required in the gas supply system and exhaust system.
There is also the problem of exhaust gas treatment. Therefore, much research is being conducted on conversion to safer group V raw materials.

【0004】MOCVD法より古い歴史をもつ塩化物法
は、原料として、Ga金属と、Asの塩化物を用いる。
Asは塩化物にすると、水素化物よりもずっと毒性が低
くなるから安全である。しかしGa金属を原料としこれ
をAsの塩化物と反応させて気体とするから、Gaの量
の制御が難しい。
The chloride method, which has an older history than the MOCVD method, uses Ga metal and As chloride as raw materials.
As is safer when it is made into chloride because it is much less toxic than hydride. However, it is difficult to control the amount of Ga because Ga metal is used as a raw material and this is reacted with As chloride to form a gas.

【0005】有機金属成長法の範囲での、改良が試みら
れる。AsやPを気体にするのであるが、これらの化合
物で、常温で気体または液体という物質が少ない。しか
し、AsやPは有機金属化合物とすると、常温で液体ま
たは気体のものがある。そこで、V族原料については、
有機金属として供給するという工夫がなされる。例え
ば、タ−シャリブチルアルシン(t−BuAsH2
が、Asの原料として提案されている。
Improvements within the scope of organometallic growth methods are attempted. Although As and P are made into gas, there are few substances such as gas or liquid at room temperature among these compounds. However, if As and P are organometallic compounds, there are some that are liquid or gas at room temperature. Therefore, regarding Group V raw materials,
The idea is to supply it as an organic metal. For example, data - rice butyl arsine (t-BuAsH 2)
Has been proposed as a raw material for As.

【0006】他にもAsの有機金属は存在するが、現在
のところこれが最も精製技術が進んでおり、不純物の含
有量が少ない。半導体材料に於いて、不純物が少しでも
交ざるとこれにより、特性が大きく左右される。不純物
の少ない原料が必須である。精製技術の進歩があって初
めて、半導体の原料として利用できるようになる。Ga
の有機金属と、タ−シャリブチルアルシンを主成分の原
料とするGaAs薄膜の形成は例えば、
There are other As organic metals, but at present, this is the most advanced refining technology, and the content of impurities is small. In the semiconductor material, if impurities are not mixed even slightly, the characteristics are greatly influenced. Raw materials with few impurities are essential. Only after advances in refining technology can it be used as a raw material for semiconductors. Ga
The formation of a GaAs thin film containing, as a main component, an organic metal of

【0007】R.M.Lum, J.K.Klingert & F.A.Stevie, "C
ontrolled Doping of GaAs films grown with tertiary
butylarsine" J.Appl.Phys.vol.67,No.10,p6507(1990)
RMLum, JKKlingert & FAStevie, "C
ontrolled Doping of GaAs films grown with tertiary
butylarsine "J.Appl.Phys.vol.67, No.10, p6507 (1990)

【0008】に提案されている。V族原料の問題はいず
れ何らかの解決をみるであろう。本発明はIII 族やV族
の主要な原料を問題にしない。
[0008] has been proposed. The problem with group V raw materials will eventually find some solution. The present invention does not concern major Group III or Group V feedstocks.

【0009】III −V族化合物半導体の薄膜を成長させ
るには、主要な原料のIII 族、V族の他に、ド−パント
として他の族の元素の添加が必要である。p型の半導体
を作るにはp型のド−パントを添加する。またn型半導
体を作るにはn型のド−パントを添加しなければならな
い。
In order to grow a thin film of a III-V group compound semiconductor, it is necessary to add an element of another group as a dopant, in addition to the group III and V groups as main raw materials. To make a p-type semiconductor, a p-type dopant is added. In addition, an n-type dopant must be added to make an n-type semiconductor.

【0010】ここでは、ド−パントと不純物を同義に用
いることにする。p型不純物としては、Zn、Cd、H
gなどIIB族原子をド−パントとしなければならない。
単体原子をド−プできれば問題がない。しかし単体で気
体でない場合は、化合物にして液体または気体にしなけ
ればならない。化合物といっても相手の元素自身が格子
構造に入り、ド−パントになったり、トラップを作るよ
うではいけない。この点で水素との化合物が最も適して
いる。
Here, the dopant and the impurity are used synonymously. As p-type impurities, Zn, Cd, H
A group IIB atom such as g must be a dopant.
There is no problem if the single atom can be doped. However, if it is not a gas by itself, it must be compounded into a liquid or gas. Even if it is a compound, the other element itself should not enter the lattice structure and become a dopant or make a trap. In this respect, the compound with hydrogen is most suitable.

【0011】Znを例にとると、Znの水素化物がな
い。ハロゲン化物は幾つもあるが、常温で固体である。
O、S、SeなどのVI族との化合物は固体であるしVI族
がn型のド−パントとなるので使えない。そこでZnの
場合は、ジエチル亜鉛などにして、p型ド−パントとし
ている。
Taking Zn as an example, there is no Zn hydride. There are many halides, but they are solid at room temperature.
Compounds with group VI such as O, S and Se are solid and cannot be used because group VI becomes an n-type dopant. Therefore, in the case of Zn, it is made into p-type dopant such as diethyl zinc.

【0012】つまりp型については、現在でも有機金属
化合物を用いている。主原料のGa、Asの有機金属の
場合でも同じことであるが、有機金属は炭素と水素を含
む。これらが薄膜の中に取り込まれると、高純度の薄膜
ができない。所望の電気的、電気光学的特性が得られな
い。炭素はIII −V族化合物半導体の中で、p型の不純
物とし振る舞う。従って、有機金属原料を使う場合、金
属と炭素の結合が切れて、残りの炭素、水素の構造物
が、水素を取込み、炭化水素となって排出されることが
必要である。
That is, for the p-type, organometallic compounds are still used. The same applies to the case of the Ga and As organic metals as the main raw materials, but the organic metals include carbon and hydrogen. If these are incorporated into a thin film, a high-purity thin film cannot be obtained. The desired electrical and electro-optical characteristics cannot be obtained. Carbon acts as a p-type impurity in the III-V group compound semiconductor. Therefore, when an organometallic raw material is used, it is necessary that the bond between the metal and the carbon be broken and the remaining carbon and hydrogen structures take up hydrogen and be discharged as hydrocarbons.

【0013】n型不純物としては例えば、Siや、VI族
の原子を用いる必要がある。Siの場合は、水素化物を
形成することができる。従って、ド−パントとして、S
iの水酸化物ガスであるモノシラン(SiH4 )やジシ
ラン(Si26 )などのガスが用いられている。VI族
の場合は、Te、Se、S等である。これらはいずれも
水素化物H2 Te、H2 Se、H2 Sが存在する。これ
らは、常温で気体である。そこで、VI族については水素
化物がn型ド−パントとして用いられる。
As the n-type impurity, it is necessary to use Si or a group VI atom. In the case of Si, a hydride can be formed. Therefore, as a dopant, S
Gases such as monosilane (SiH 4 ) and disilane (Si 2 H 6 ) which are hydroxide gas of i are used. In the case of group VI, it is Te, Se, S, etc. All of these have hydrides H 2 Te, H 2 Se, and H 2 S. These are gases at room temperature. Therefore, for Group VI, hydrides are used as n-type dopants.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】III −V族化合物半導
体エピタキシャル成長を行なう場合、より安全な原料を
求めて研究されている。しかしその試みは、主要な原料
であるIII 族、V族に止まっている。ド−パントについ
ては量が少ないこともあり問題視されていない。
When performing III-V group compound semiconductor epitaxial growth, research is being conducted in search of safer raw materials. However, the attempts are limited to Group III and Group V, which are the main raw materials. Dopants are not seen as a problem due to the small amount.

【0015】n型不純物として用いられるシリコンの水
素化物に問題があると発明者は考える。なるほど、Si
の水素化物は、V族の水素化物(アルシン、ホスフィ
ン)よりも遥かに毒性が低い。しかし毒性が低いという
ことだけで、安全性が高いということにはならない。
The inventor considers that there is a problem with hydrides of silicon used as n-type impurities. I see, Si
Are much less toxic than group V hydrides (arsine, phosphine). However, low toxicity does not mean high safety.

【0016】Siの水素化物ガスは、毒性は低いが、空
気との混合により、容易に発火し、爆発する可能性があ
る。配管系やチャンバから漏れると、空気に混合して爆
発する。危険なガスであり、実際過去に多くの事故が発
生し、多くの死傷者が出ている。安全性の点で、極めて
問題である。SiとHの結合力が弱くて、空気と混合す
ると、HがSiからはずれてSiが酸化されSiO2
変化する。HはH2 Oになる。この反応が急激に起こる
ので、爆発するのである。
Si hydride gas is low in toxicity, but may easily ignite and explode when mixed with air. If leaked from piping system or chamber, it mixes with air and explodes. It is a dangerous gas, and many accidents have occurred in the past, resulting in many casualties. It is extremely problematic in terms of safety. When the bonding force between Si and H is weak and mixed with air, H is separated from Si and Si is oxidized to change to SiO 2 . H becomes H 2 O. This reaction occurs so rapidly that it explodes.

【0017】VI族のド−パントについていうと、先述の
ように、Te、Se、Sは水素化物が気体であるのでこ
れを用いていた。しかしこれらはいずれも極めて有毒の
気体である。できれば使用したくない物質である。
As for the Group VI dopant, Te, Se, and S were used because Te, Se, and S are hydride gas. However, all of these are extremely toxic gases. If possible, this is a substance you do not want to use.

【0018】不純物添加のために危険な水素化物を用い
ず、安全な原料によって不純物を添加できるようにする
有機金属気相成長方法を提供することが本発明の目的で
ある。さらに従来に用いられてきたガスよりも効率の良
い不純物添加を実現し、正確なn型不純物の濃度制御を
可能とする方法を提供することが本発明の第2の目的で
ある。
It is an object of the present invention to provide a metal-organic vapor phase epitaxy method which allows impurities to be added by a safe raw material without using a dangerous hydride for adding impurities. Further, it is a second object of the present invention to provide a method that realizes the addition of impurities more efficiently than the conventionally used gas and that enables the concentration of n-type impurities to be accurately controlled.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、III −V族化
合物半導体の薄膜のエピタキシャル成長において、n型
不純物添加のために、IV族元素又はVI族元素の有機金属
化合物を原料として用いる。爆発の危険性の高いSiの
水素化物ガスや、毒性の強いVI族の水素化物を利用しな
い。より安全な有機金属化合物を用いるのである。
According to the present invention, an organic metal compound of a group IV element or a group VI element is used as a raw material for the addition of n-type impurities in the epitaxial growth of a thin film of a group III-V compound semiconductor. Do not use Si hydride gas, which has a high risk of explosion, or group VI hydride, which is highly toxic. A safer organometallic compound is used.

【0020】VI族元素は、III −V族化合物半導体の中
でn型不純物となる。IV族のSiは気相成長の場合はn
型の不純物となる。III −V族化合物半導体のn型不純
物として用いることのできる有機金属原料として次のよ
うなものがある。VI族はテルル以外にイオウ、セレンが
ある。これらの有機金属化合物もn型不純物として用い
ることができるが、ここではテルルの有機金属のみを例
示する。
The group VI element becomes an n-type impurity in the group III-V compound semiconductor. Group IV Si is n for vapor phase growth
It becomes a type impurity. The following are organometallic raw materials that can be used as n-type impurities of III-V group compound semiconductors. Group VI has sulfur and selenium in addition to tellurium. Although these organometallic compounds can also be used as n-type impurities, only the organometallic tellurium is illustrated here.

【0021】Si有機金属…テトラメチルシラン
((CH34 Si)、テトラエチルシラン((C2
54 Si)、テトラノルマルプロピルシラン((n−
374 Si)、テトラノルマルブチルシラン
((n−C494 Si)等
Si organic metal: tetramethylsilane ((CH 3 ) 4 Si), tetraethylsilane ((C 2 H
5 ) 4 Si), tetra-normal propyl silane ((n-
C 3 H 7) 4 Si) , tetra-n-butyl silane ((n-C 4 H 9 ) 4 Si) , etc.

【0022】テルル有機金属…ジメチルテルル((C
32 Te)、ジエチルテルル((C254
e)、ジノルマルプロピルテルル((n−C372
Te)等
Tellurium organometallic dimethyl tellurium ((C
H 3 ) 2 Te), diethyl tellurium ((C 2 H 5 ) 4 T
e), di-n-propyl tellurium ((n-C 3 H 7 ) 2
Te) etc.

【0023】有機金属といっても、金属と炭素の結合で
分解することが必要である。ここで切れると、残りの有
機物部分は水素を取り込んで、炭化水素になるから排ガ
スとして装置から排除される。もしも炭素が分解して、
半導体薄膜に入ると、p型の不純物になり、所定の特性
が得られない。この点で、あまり炭素数の少ない有機金
属は不適である。炭素数の多い、金属原子が分離し易い
有機金属を用いる。
Even with an organic metal, it is necessary to decompose it with a bond between metal and carbon. If it is cut off here, the remaining organic substance portion takes in hydrogen and becomes hydrocarbons, and is removed from the device as exhaust gas. If the carbon decomposes,
When it enters the semiconductor thin film, it becomes a p-type impurity, and predetermined characteristics cannot be obtained. In this respect, organic metals having too few carbon atoms are not suitable. An organic metal having a large number of carbon atoms and in which metal atoms are easily separated is used.

【0024】[0024]

【作用】VI族元素(Te、Se、S)は、III −V族化
合物半導体の中で無条件にn型不純物として振る舞う。
IV族元素であるSiは、III −V族化合物半導体の中に
入ると、条件によりn型、或いはp型の何れかの不純物
となる。しかし気相成長では、SiはIII −V族化合物
半導体中において、必ずn型不純物として作用する。
FUNCTION Group VI elements (Te, Se, S) behave unconditionally as n-type impurities in III-V group compound semiconductors.
When the Si, which is a group IV element, enters the III-V group compound semiconductor, it becomes an n-type or p-type impurity depending on the conditions. However, in vapor phase growth, Si always acts as an n-type impurity in the III-V compound semiconductor.

【0025】従来はIII −V族化合物半導体の中へSi
を不純物としてド−プする場合、必ず水素化物としてド
−プしていたので、危険性が高かった。ところが本発明
では有機金属化合物としてSiをド−プする。Siの有
機金属化合物は、化学的に結合力の弱いHとSiの結合
を分子内に持たない。加熱すると、SiとCの結合が切
れて、メチル基、エチル基などはHを取り込んで有機化
合物になる。そのため水素化物と比較して安定である。
空気と接触しても、常温では爆発的な反応を起こさな
い。安全性が高い。
Conventionally, Si has been used in III-V compound semiconductors.
When impurities were doped as impurities, they were always doped as hydrides, so the risk was high. However, in the present invention, Si is doped as the organometallic compound. The organometallic compound of Si does not have a bond between H and Si, which has a weak chemical bond, in the molecule. When heated, the bond between Si and C is broken, and the methyl group, ethyl group, and the like incorporate H and become an organic compound. Therefore, it is more stable than hydride.
No contact with air causes explosive reaction at room temperature. High safety.

【0026】分解温度の点でも有利である。Siの有機
金属化合物は400℃以上に加熱すると、容易にシリコ
ンと炭化水素間の結合が切れる。このシリコン原子は、
III−V族化合物半導体のIII 族のサイトに入る。III
族サイトに入ると電子が一つ余分になるので、n型不純
物として電子を拠出する。酸素の存在しない雰囲気にお
いてSiの有機金属化合物は、Si水素化物に比べて分
解温度が低い。ために低い温度で効率よく分解する。
It is also advantageous in terms of decomposition temperature. When the organic metal compound of Si is heated to 400 ° C. or higher, the bond between silicon and hydrocarbon is easily broken. This silicon atom is
It enters the III group site of III-V compound semiconductors. III
Since one electron becomes redundant when it enters the group site, it contributes an electron as an n-type impurity. In an atmosphere without oxygen, the organometallic compound of Si has a lower decomposition temperature than Si hydride. Therefore, it decomposes efficiently at low temperatures.

【0027】n型不純物としてSi有機金属を用いると
ド−ピング効率が高くなる。つまりSiの有機金属化合
物は、n型不純物として、安全性、ド−ピング効率の両
方で水素化物よりも優れている。このような特徴はSi
に限らず他のIV族元素(Ge、Sn、Pb)の有機金属
でも同じである。
The use of Si organic metal as the n-type impurity increases the doping efficiency. That is, the organometallic compound of Si is superior to the hydride as an n-type impurity in both safety and doping efficiency. Such features are
The same applies to other organometallics of group IV elements (Ge, Sn, Pb).

【0028】テルルTeの有機金属化合物も、Siの場
合と同様に、化学的に結合力の弱いTe−H結合を分子
内に持たない。ために水素化物に比較して安定である。
空気に接触しても爆発的な反応を起こす怖れがない。安
全性が高い。
Like the case of Si, the organometallic compound of tellurium Te does not have Te—H bond having a weak chemical bond in the molecule. Therefore, it is more stable than hydride.
There is no fear of causing an explosive reaction when exposed to air. High safety.

【0029】もうひとつの利点はやはりド−ピング効率
である。Teの有機金属化合物も水素化物よりも分解温
度が低い。Teの有機金属化合物も400℃以上に加熱
すると、Teと炭化水素間の結合が切れる。分解したT
e原子は、III −V族化合物半導体のV族サイトに入り
込む。VI族であるので電子一つを拠出してn型不純物と
なる。
Another advantage is also the doping efficiency. The organometallic compound of Te also has a lower decomposition temperature than hydride. If the organometallic compound of Te is also heated to 400 ° C. or higher, the bond between Te and the hydrocarbon is broken. Disassembled T
The e atom penetrates into the V group site of the III-V group compound semiconductor. Since it is a VI group, it contributes one electron and becomes an n-type impurity.

【0030】水素化物よりも低い温度で良く分解するの
で、Te有機金属化合物を不純物として用いると、ド−
ピング効率が高くなる。Teの有機金属化合物は、水素
化物よりも、安全性とド−ピング効率の点で優れてい
る。このような利点は、他のVI族元素(Se、S)など
でも同じである。
Since it decomposes well at a lower temperature than hydrides, the use of Te organometallic compounds as impurities causes
Ping efficiency is high. The organometallic compound of Te is superior to hydrides in terms of safety and doping efficiency. Such advantages are the same for other group VI elements (Se, S) and the like.

【0031】以上に述べたものは、III −V族化合物半
導体の原料がどのような有機金属化合物であっても成り
立つ一般的特性である。次にIII −V族化合物半導体の
原料に依存する特殊な性質について説明する。V族原料
として、タ−シャリブチルアルシン(t−BuAsH
2 )を用いる場合である。これは1つのブチル基と2つ
の水素と3価のAsが結合した有機金属である。
The above-mentioned characteristics are general characteristics that can be established regardless of the kind of organometallic compound used as the starting material for the III-V compound semiconductor. Next, the special property depending on the raw material of the III-V compound semiconductor will be described. Tertiary butyl arsine (t-BuAsH)
2 ) is used. This is an organometal in which one butyl group, two hydrogens and a trivalent As are bonded.

【0032】これは炭化水素基の分子量が大きく炭化水
素基が分解しにくい。ためにIII −V族化合物半導体で
炭素汚染を起こしてp型半導体になるという不都合がな
い。分子量の小さい有機金属は炭素が遊離し易いので、
これがp型の不純物になる場合がある。この点でタ−シ
ャリブチルアルシンはV族原料として優れている。将来
のV族原料として有望である。
This is because the hydrocarbon group has a large molecular weight and is difficult to decompose. Therefore, there is no inconvenience that carbon pollution occurs in the III-V group compound semiconductor and it becomes a p-type semiconductor. Since carbon is easy to liberate in an organic metal having a small molecular weight,
This may become a p-type impurity. In this respect, tert-butyl arsine is excellent as a V group raw material. It is a promising future V group raw material.

【0033】タ−シャリブチルアルシンをV族原料と
し、Siの有機金属をn型不純物として、III −V族化
合物半導体を成長させると、Si有機金属と、Asの有
機金属の中間物質が形成される。このために、一層ド−
ピング効率が高くなる。Si有機金属との中間物質の形
成は、Asの有機金属では、タ−シャリブチルアルシン
に特有の性質である。
When tertiary III-V compound semiconductor is grown using t-butylbutylarsine as a group V source and Si organic metal as an n-type impurity, an intermediate substance between Si organic metal and As organic metal is formed. It For this reason,
Ping efficiency is high. The formation of intermediates with Si organometallics is a characteristic property of tert-butylarsine with As organometallics.

【0034】III −V族化合物半導体でInPのよう
に、V族としてPを用いる場合は、タ−シャリブチルホ
スフィン(t−BuPH2 )を原料とするものと同様の
特性がある。つまり、Si有機金属とR有機金属の中間
物質が形成されて、ド−ピング効率が向上する。
When P is used as a V group like InP in a III-V group compound semiconductor, it has the same characteristics as those using tert-butylphosphine (t-BuPH 2 ) as a raw material. That is, an intermediate substance of Si organic metal and R organic metal is formed, and the doping efficiency is improved.

【0035】[0035]

【実施例】図1に示す気相成長装置を用いて、GaAs
基板の上に、Siド−プGaAs薄膜を成長させた。原
料は3種類あるので、ここでは3つの原料供給系を示
す。配管の先にはキャリアガスとしての水素ガスのボン
ベがあるが、簡単のため図示を略している。有機金属が
原料であり、多くの場合常温では液体であるので、配管
の途中にはバブラ1を設けている。また流量を正確に制
御するために、配管にはマスフロ−コントロ−ラ2を設
けている。反応管3は真空に引くことのできる容器であ
る。上部から原料ガスを導入することができる。
EXAMPLE Using the vapor phase growth apparatus shown in FIG.
A Si-doped GaAs thin film was grown on the substrate. Since there are three types of raw materials, three raw material supply systems are shown here. Although there is a cylinder of hydrogen gas as a carrier gas at the tip of the pipe, it is not shown for simplicity. Since the organic metal is a raw material and is a liquid in most cases at room temperature, the bubbler 1 is provided in the middle of the pipe. Further, in order to control the flow rate accurately, a pipe is provided with a mass flow controller 2. The reaction tube 3 is a container that can be evacuated. The raw material gas can be introduced from the upper part.

【0036】反応管排気用ポンプ7により、反応管3の
下部からガスを排気する。反応管3の内部には、サセプ
タ4があり、この上に基板5が載せられている。反応管
3の外部には高周波コイル6があり、これによりサセプ
タを高周波加熱する。この場合、反応管は石英などの絶
縁体で作る必要がある。高周波加熱の代わりに、サセプ
タの内部に抵抗加熱ヒ−タを内蔵させサセプタを内側か
ら加熱するようにしても良い。ランプ加熱も利用でき
る。このようなMOCVD装置は良く知られている。薄
膜成長のための条件や原料は次のようである。
Gas is exhausted from the lower part of the reaction tube 3 by the reaction tube exhaust pump 7. Inside the reaction tube 3, there is a susceptor 4, on which a substrate 5 is placed. A high frequency coil 6 is provided outside the reaction tube 3 and heats the susceptor by high frequency. In this case, the reaction tube must be made of an insulator such as quartz. Instead of high frequency heating, a resistance heating heater may be built in the susceptor to heat the susceptor from the inside. Lamp heating is also available. Such MOCVD equipment is well known. The conditions and raw materials for thin film growth are as follows.

【0037】 III 族原料 トリエチルガリウム(TEG:(C2
53 Ga) V族原料 タ−シャリブチルアルシン(t−Bu
AsH2 ) n型不純物 テトラエチルシラン(TeESi:
(C254 Si) 基板 GaAs単結晶基板 基板温度 600℃ 圧力 76 Torr(104 Pa) 原料モル比 TEG:t−BuAsH2
1:5 不純物対原料モル比 TeESi:TEG=0.00
1〜0.01:1
Group III Raw Material Triethylgallium (TEG: (C 2
H 5) 3 Ga) V group material data - rice butyl arsine (t-Bu
AsH 2 ) n-type impurity Tetraethylsilane (TeESi:
(C 2 H 5 ) 4 Si) Substrate GaAs single crystal substrate Substrate temperature 600 ° C. Pressure 76 Torr (10 4 Pa) Raw material molar ratio TEG: t-BuAsH 2 =
1: 5 Impurity to raw material molar ratio TeESi: TEG = 0.00
1 to 0.01: 1

【0038】III 族原料にはTEGを、V族原料にはt
−BuAsH2 を、Si不純物としてはTeESiを用
いている。キャリヤガスとしては水素ガスを用いた。こ
れらの原料ガスやキャリヤガスの流量はマスフロ−コン
トロ−ラによって制御した。基板温度を600℃に保
ち、反応管の圧力を76Torrとした。実施例ではモ
ル量でIII 族の5倍の量のV族を供給している。
TEG is used as the group III raw material and t is used as the group V raw material.
The -BuAsH 2, as the Si impurity is used TeESi. Hydrogen gas was used as the carrier gas. The flow rates of these raw material gas and carrier gas were controlled by a mass flow controller. The substrate temperature was kept at 600 ° C., and the pressure in the reaction tube was 76 Torr. In the examples, the amount of the group V is 5 times as much as that of the group III.

【0039】パラメ−タは、不純物の量である。Siの
化合物テトラエチルシラン(TeESi)とIII 族原料
のトリエチルガリウム(TEG)の比率(TeESi/
TEG)を0.01〜0.001の範囲で変化させて、
それぞれの条件でGaAsの薄膜をエピタキシャル成長
させた。そして薄膜のキャリヤ濃度を測定した。これは
TeESiがIII −V族化合物半導体の中でn型不純物
となっているのかどうかを確かめるためである。その結
果を図2に示す。横軸はテトラエチルシラン(TeES
i)とトリエチルガリウム(TEG)のモル比[TeE
Si]/[TEG]である。
The parameter is the amount of impurities. The ratio of the compound of tetraethylsilane (TeESi) of Si to triethylgallium (TEG) of the group III material (TeESi /
TEG) in the range of 0.01 to 0.001,
A GaAs thin film was epitaxially grown under each condition. Then, the carrier concentration of the thin film was measured. This is to confirm whether TeESi is an n-type impurity in the III-V group compound semiconductor. The result is shown in FIG. The horizontal axis is tetraethylsilane (TeES)
i) and triethylgallium (TEG) molar ratio [TeE
Si] / [TEG].

【0040】不純物/原料ののモル比が1.5×10-3
の時に、キャリヤ濃度は1.2×1017cm-3であっ
た。モル比が3×10-3の時には、キャリヤ濃度が2.
5×1017cm-3であった。モル比が7.5×10-3
時は、キャリヤ濃度が6.4×1017cm-3であった。
モル比が1.5×10-2の場合は、キャリヤ濃度が1.
3×1018cm-3であった。
The impurity / raw material molar ratio is 1.5 × 10 −3
At that time, the carrier concentration was 1.2 × 10 17 cm −3 . When the molar ratio is 3 × 10 -3 , the carrier concentration is 2.
It was 5 × 10 17 cm −3 . When the molar ratio was 7.5 × 10 -3 , the carrier concentration was 6.4 × 10 17 cm -3 .
When the molar ratio is 1.5 × 10 -2 , the carrier concentration is 1.
It was 3 × 10 18 cm −3 .

【0041】これらのデ−タ点は対数グラフの上で軸に
対してほぼ45度をなす直線上に並ぶ。つまりSi有機
金属化合物の添加量と、n型キャリヤ(電子)濃度がほ
ぼ比例しているということである。つまり添加されたS
iが殆ど全てn型不純物として活性であるということで
ある。これはド−ピング効率が高いということを意味し
ている。さらにこの範囲(1017cm−3〜1018cm
-3)でキャリヤ濃度が飽和しないということが分かる。
所望の不純物濃度を得るためにはどれだけのSi有機金
属を添加すれば良いかということが容易に正確に計算で
きる。
These data points are arranged on a straight line forming an angle of about 45 degrees with respect to the axis on the logarithmic graph. That is, the addition amount of the Si organometallic compound is almost proportional to the n-type carrier (electron) concentration. That is, the added S
This means that almost all i are active as n-type impurities. This means that the doping efficiency is high. Furthermore, this range (10 17 cm -3 to 10 18 cm
-3 ) shows that the carrier concentration is not saturated.
It is possible to easily and accurately calculate how much Si organic metal should be added to obtain a desired impurity concentration.

【0042】n型ド−パントとしてDETe(ジエチル
テルル)を用いた場合、TeESiの場合と同条件で添
加し、4×1017〜1×1018cm-3のキャリア濃度が
得られる。蒸気圧の低いジイソブチルテルル等を用いる
ことにより、さらに広い範囲でのキャリア濃度の制御が
可能である。同じVI族の有機金属化合物であるSe、S
の有機化合物を用いた場合でも、VI族原子の供給モル比
に注目することにより、ほぼ同じ範囲での制御性が得ら
れる。
When DETe (diethyl tellurium) is used as the n-type dopant, the carrier concentration of 4 × 10 17 to 1 × 10 18 cm -3 is obtained by adding it under the same conditions as TeESi. By using diisobutyl tellurium or the like having a low vapor pressure, it is possible to control the carrier concentration in a wider range. Se and S which are the same group VI organometallic compounds
Even when the organic compound of 1 is used, controllability in almost the same range can be obtained by paying attention to the supply molar ratio of the group VI atoms.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明は、n型のIII −V族化合物半導
体薄膜を製造する際に、危険性の高いSiの水素化物ガ
スや、毒性の強いVI族の水素化物ガスを用いない。そう
ではなくて、SiやVI族の、有機金属化合物をn型ド−
パントとして用いる。有機金属ガスの方が、爆発の危険
性や毒性の問題が少ないので、安全である。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention does not use a highly dangerous Si hydride gas or a highly toxic Group VI hydride gas when manufacturing an n-type III-V compound semiconductor thin film. Instead, an Si- or VI-group organometallic compound is added as an n-type dopant.
Used as a punt. Organometallic gas is safer as it has less danger of explosion and toxicity.

【0044】このように、主原料だけでなく、不純物添
加も有機金属を用いるので、より安全な薄膜気相成長を
行なうことができる。また有機金属をド−パントに利用
すると、水素化物の場合よりもド−ピング効率が高い。
As described above, since the organic metal is used not only for the main raw material but also for the impurity addition, safer thin film vapor phase growth can be performed. In addition, when the organic metal is used as the dopant, the doping efficiency is higher than that in the case of the hydride.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】MOCVD法を用いて、GaAs基板上に、n
型のGaAs薄膜を形成する装置の概略図。
FIG. 1 is a plan view of n-type on a GaAs substrate using MOCVD method.
Schematic view of an apparatus for forming a p-type GaAs thin film.

【図2】本発明によって作ったGaAs薄膜の内におい
て、添加したTeESiのTEGに対する比率と、薄膜
のキャリヤ濃度の関係を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ratio of TeESi added to TEG and the carrier concentration of the thin film in the GaAs thin film produced by the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 バブラ 2 マスフロ−コントロ−ラ 3 反応管 4 サセプタ 5 基板 6 高周波コイル 7 反応管排気用ポンプ 1 Bubbler 2 Mass Flow Controller 3 Reaction Tube 4 Susceptor 5 Substrate 6 High Frequency Coil 7 Reaction Tube Exhaust Pump

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上へn型のIII −V族化合物半導体
薄膜をエピタキシャル成長させるために、有機金属のII
I 族原料および有機金属のV族原料を用い、n型不純物
として、Siの有機金属化合物である、テトラメチルシ
ラン((CH34 Si)、テトラエチルシラン((C
254 Si)、テトラノルマルプロピルシラン
((n−C374 Si)、またはテトラノルマルブ
チルシラン((n−C494 Si)を添加すること
を特徴とする有機金属気相エピタキシャル成長方法。
1. An organometallic II for epitaxially growing an n-type III-V compound semiconductor thin film on a substrate.
Using a Group I source material and an organometallic Group V source material, tetramethylsilane ((CH 3 ) 4 Si), tetraethylsilane ((C
2 H 5 ) 4 Si), tetra-normal propyl silane ((n-C 3 H 7 ) 4 Si), or tetra-n-butyl silane ((n-C 4 H 9 ) 4 Si) is added. Metal-organic vapor phase epitaxial growth method.
【請求項2】 基板上へn型のIII −V族化合物半導体
薄膜をエピタキシャル成長させるために、有機金属のII
I 族原料および有機金属のV族原料を用い、n型不純物
として、Teの有機金属化合物である、ジメチルテルル
((CH32 Te)、ジエチルテルル((C25
2 Te)、ジノルマルプロピルテルル((n−C3
72 Te)、ジイソプロピルテルル((i−C3
72 Te)、ジノルマルブチルテルル((n−C4
92 Te)、ジタ−シャリブチルテルル((t−C4
92 Te)を添加することを特徴とする有機金属気
相エピタキシャル成長方法。
2. An organometallic II for epitaxially growing an n-type III-V compound semiconductor thin film on a substrate.
Using Group I raw materials and organometallic Group V raw materials, as an n-type impurity, Te organometallic compounds such as dimethyl tellurium ((CH 3 ) 2 Te) and diethyl tellurium ((C 2 H 5 ).
2 Te), di-normal propyl tellurium ((n-C 3 H
7 ) 2 Te), diisopropyl tellurium ((i-C 3 H
7 ) 2 Te), di-normal butyl tellurium ((n-C 4 H
9 ) 2 Te), Zita-Shaributyl tellurium ((t-C 4
A metal-organic vapor phase epitaxial growth method characterized by adding H 9 ) 2 Te).
【請求項3】 基板上へn型のIII −V族化合物半導体
薄膜をエピタキシャル成長させるために、有機金属のII
I 族原料および有機金属のV族原料を用い、n型不純物
として、Seの有機金属化合物である、ジメチルセレン
((CH32 Se)、ジエチルセレン((C25
2 Se)、ジノルマルプロピルセレン((n−C3
72 Se)、ジイソプロピルセレン((i−C3
72 Se)、ジノルマルブチルセレン((n−C4
92 Se)を添加することを特徴とする有機金属気相
エピタキシャル成長方法。
3. An organometallic II for epitaxially growing an n-type III-V compound semiconductor thin film on a substrate.
Organometallic compounds of Se, such as dimethyl selenium ((CH 3 ) 2 Se) and diethyl selenium ((C 2 H 5 ), are used as n-type impurities by using a group I source material and an organometallic group V source material.
2 Se), di-n-propyl selenium ((n-C 3 H
7 ) 2 Se), diisopropyl selenium ((i-C 3 H
7 ) 2 Se), di-normal butyl selenium ((n-C 4 H
9 ) A metal-organic vapor phase epitaxial growth method, characterized in that 2 Se) is added.
【請求項4】 基板上へn型のIII −V族化合物半導体
薄膜をエピタキシャル成長させるために、有機金属のII
I 族原料および有機金属のV族原料を用い、n型不純物
として、Sの有機金属化合物である、ジメチルイオウ
((CH32S)、ジエチルイオウ((C252
S)、ジノルマルプロピルイオウ((n−C372
S)、ジイソプロピルイオウ((i−C372
S)、ジノルマルブチルイオウ((n−C492
S)、ジタ−シャリブチルイオウ((t−C492
S)を添加することを特徴とする有機金属気相エピタキ
シャル成長方法。
4. An organometallic II for epitaxially growing an n-type III-V compound semiconductor thin film on a substrate.
Using Group I raw materials and organometallic Group V raw materials, n-type impurities such as dimethyl sulfur ((CH 3 ) 2 S) and diethyl sulfur ((C 2 H 5 ) 2 which are organometallic compounds of S.
S), di-n-propyl sulfur ((n-C 3 H 7 ) 2
S), diisopropyl sulfur ((i-C 3 H 7 ) 2
S), di-n-butyl sulfur ((n-C 4 H 9 ) 2
S), Sita - rice butyl sulfur ((t-C 4 H 9 ) 2
A metal-organic vapor phase epitaxial growth method, characterized in that S) is added.
【請求項5】 V族の有機金属原料が、タ−シャリブチ
ルアルシン(t−BuAsH2 )又はタ−シャリブチル
ホスフィン(t−BuPH2 )であることを特徴とする
請求項1〜4のいずれかに記載の有機金属気相エピタキ
シャル成長方法。
5. The organic metal raw material of Group V is tert-butyl arsine (t-BuAsH 2 ) or tert-butyl phosphine (t-BuPH 2 ), which is one of claims 1 to 4. The metal-organic vapor phase epitaxial growth method as described in 1.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014078595A (en) * 2012-10-10 2014-05-01 Hitachi Metals Ltd Group iii-v compound semiconductor epitaxial wafer and manufacturing method of the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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