JPH07254564A - 気相エピタキシャル成長法 - Google Patents
気相エピタキシャル成長法Info
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- JPH07254564A JPH07254564A JP4298694A JP4298694A JPH07254564A JP H07254564 A JPH07254564 A JP H07254564A JP 4298694 A JP4298694 A JP 4298694A JP 4298694 A JP4298694 A JP 4298694A JP H07254564 A JPH07254564 A JP H07254564A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】炭素源はＶ族原料で兼用し、炭素ドーピング量
の制御にエタンを用いることにより、通常の成長温度範
囲で、ドーピング濃度を独立パラメータとして制御で
き、しかも高濃度にドーピングできるようにする。 【構成】結晶成長用基板上に炭素をドープしたｐ型III
−Ｖ族化合物半導体結晶を熱分解反応で成長する。その
際に、III 族原料、及び炭素源としてＴＭＧ、ＴＭＡ、
ＴＭＩまたはこれらの混晶等の有機金属化合物を用い、
Ｖ族原料にＴＥＡｓ、ＴＭＡｓ等の有機金属化合物を用
いる。III 族原料及び炭素源に用いるＴＭＧ等の分解反
応で生じるメチル基の量は、質量作用の法則にしたが
う。比較的低温で分解反応が起きてメチル基になるエタ
ンを用いると、エタンとＴＭＧのモル流量比（ＭＦエタン
／ＭＦTMG 比）によりＴＭＧ等の分解反応が制御され、
結晶中に取り込まれる炭素のキャリア濃度が調整でき
る。また、ＭＦエタン／ＭＦTMG 比によらず、結晶の成長
速度が一定となる。
の制御にエタンを用いることにより、通常の成長温度範
囲で、ドーピング濃度を独立パラメータとして制御で
き、しかも高濃度にドーピングできるようにする。 【構成】結晶成長用基板上に炭素をドープしたｐ型III
−Ｖ族化合物半導体結晶を熱分解反応で成長する。その
際に、III 族原料、及び炭素源としてＴＭＧ、ＴＭＡ、
ＴＭＩまたはこれらの混晶等の有機金属化合物を用い、
Ｖ族原料にＴＥＡｓ、ＴＭＡｓ等の有機金属化合物を用
いる。III 族原料及び炭素源に用いるＴＭＧ等の分解反
応で生じるメチル基の量は、質量作用の法則にしたが
う。比較的低温で分解反応が起きてメチル基になるエタ
ンを用いると、エタンとＴＭＧのモル流量比（ＭＦエタン
／ＭＦTMG 比）によりＴＭＧ等の分解反応が制御され、
結晶中に取り込まれる炭素のキャリア濃度が調整でき
る。また、ＭＦエタン／ＭＦTMG 比によらず、結晶の成長
速度が一定となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、III −Ｖ族化合物半導
体結晶を熱分解反応で成長する気相エピタキシャル成長
法に係り、特に結晶成長用基板上に炭素を高濃度にドー
プしたｐ型エピタキシャル層の成長法に関する。
体結晶を熱分解反応で成長する気相エピタキシャル成長
法に係り、特に結晶成長用基板上に炭素を高濃度にドー
プしたｐ型エピタキシャル層の成長法に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機金属や水素化物を原料に用いる気相
エピタキシャル成長法（有機金属気相成長法：ＭＯＶＰ
Ｅ法）は、超薄膜の成長、高急峻なヘテロ接合やｐｎ接
合の成長及びそれらを組み合わせた多層構造の成長が容
易に行えるため、化合物半導体を用いた超高周波素子デ
バイス用エピタキシャルウェハの製作に用いられてい
る。
エピタキシャル成長法（有機金属気相成長法：ＭＯＶＰ
Ｅ法）は、超薄膜の成長、高急峻なヘテロ接合やｐｎ接
合の成長及びそれらを組み合わせた多層構造の成長が容
易に行えるため、化合物半導体を用いた超高周波素子デ
バイス用エピタキシャルウェハの製作に用いられてい
る。
【０００３】超高周波素子デバイスの中でもヘテロバイ
ポーラトランジスタ（ＨＢＴ）は、化合物半導体ヘテロ
接合を巧みに組み合わせて超高速動作に最適な構造にす
ることができ、またバイポーラトランジスタのもつ高駆
動能力が期待されるため、盛んに開発が行われている。
ポーラトランジスタ（ＨＢＴ）は、化合物半導体ヘテロ
接合を巧みに組み合わせて超高速動作に最適な構造にす
ることができ、またバイポーラトランジスタのもつ高駆
動能力が期待されるため、盛んに開発が行われている。
【０００４】ところで、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハ
は、ベース層（高濃度ｐ型ＧａＡｓ層）とエミッタ層
（ｎ型ＡｌＧａＡｓ層）との間に高急峻なヘテロｐｎ接
合を必要とし、そのためにベース層に高濃度なｐ型ドー
パントをドープすることが要求される。
は、ベース層（高濃度ｐ型ＧａＡｓ層）とエミッタ層
（ｎ型ＡｌＧａＡｓ層）との間に高急峻なヘテロｐｎ接
合を必要とし、そのためにベース層に高濃度なｐ型ドー
パントをドープすることが要求される。
【０００５】従来、高濃度ｐ型ＧａＡｓ層を成長するの
に用いられてきたｐ型ドーパントは、亜鉛（Ｚｎ）、ベ
リリウム（Ｂｅ）またはマグネシウム（Ｍｇ）がある。
に用いられてきたｐ型ドーパントは、亜鉛（Ｚｎ）、ベ
リリウム（Ｂｅ）またはマグネシウム（Ｍｇ）がある。
【０００６】Ｚｎは拡散定数が大きく他の層に容易に拡
散していくため、高急峻なｐｎ接合を形成することが困
難である。ＢｅはＺｎに比べ拡散定数は遥かに小さい
が、それ自体かなり毒性が強く取扱いにくいため、安全
性の点から気相エピタキシャル成長法に用いることは困
難である。
散していくため、高急峻なｐｎ接合を形成することが困
難である。ＢｅはＺｎに比べ拡散定数は遥かに小さい
が、それ自体かなり毒性が強く取扱いにくいため、安全
性の点から気相エピタキシャル成長法に用いることは困
難である。
【０００７】一方、ＭｇはＺｎに比べ拡散定数が遥かに
小さいが、その主原料であるビスシクロペンタジエニル
マグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）やビスメチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム（Ｍ2 Ｃｐ2 Ｍｇ）は蒸気圧が低
いため、配管や反応炉の内壁に吸着しやすい。このた
め、これらの原料を用いてＭｇをドーピングするエピタ
キシャル層を成長する場合、内壁に飽和吸着するまでゆ
っくりとエピタキシャル層へのＭｇのドーピング濃度が
あがっていく。またＭｇ原料の供給を断って引き続きエ
ピタキシャル成長を行う場合、内壁に吸着したＭｇ原料
が徐々に蒸発して引き続きその層にもＭｇがドーピング
されてしまう。このようにＭｇ原料はメモリー効果を示
すため、高急峻なｐｎ接合を形成することは困難であ
る。
小さいが、その主原料であるビスシクロペンタジエニル
マグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）やビスメチルシクロペンタ
ジエニルマグネシウム（Ｍ2 Ｃｐ2 Ｍｇ）は蒸気圧が低
いため、配管や反応炉の内壁に吸着しやすい。このた
め、これらの原料を用いてＭｇをドーピングするエピタ
キシャル層を成長する場合、内壁に飽和吸着するまでゆ
っくりとエピタキシャル層へのＭｇのドーピング濃度が
あがっていく。またＭｇ原料の供給を断って引き続きエ
ピタキシャル成長を行う場合、内壁に吸着したＭｇ原料
が徐々に蒸発して引き続きその層にもＭｇがドーピング
されてしまう。このようにＭｇ原料はメモリー効果を示
すため、高急峻なｐｎ接合を形成することは困難であ
る。
【０００８】そこで最近は、炭素をｐ型ドーパントとし
て高濃度ｐ型ＧａＡｓ層を成長する方法が検討されてい
る。炭素はＢｅやＭｇに比べさらに拡散定数が小さく、
またその原料はメモリー効果を示さない特長がある。
て高濃度ｐ型ＧａＡｓ層を成長する方法が検討されてい
る。炭素はＢｅやＭｇに比べさらに拡散定数が小さく、
またその原料はメモリー効果を示さない特長がある。
【０００９】従来、このような炭素を高濃度にドーピン
グして高濃度ｐ型ＧａＡｓ層を成長する場合、次のよう
な種々の方法が用いられている。
グして高濃度ｐ型ＧａＡｓ層を成長する場合、次のよう
な種々の方法が用いられている。
【００１０】（１）ＴＭＧ−アルシン系 低成長温度（６００℃以下）、低成長圧力、及び低Ｖ族
／III 族モル流量比（以下、単にＶ／III 比という）の
条件で、ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料、アルシンをＶ
族原料として用い、成長圧力、Ｖ／III 比または成長温
度等の成長条件を変えて炭素ドーピング濃度（正孔キャ
リア濃度）を制御する。
／III 族モル流量比（以下、単にＶ／III 比という）の
条件で、ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料、アルシンをＶ
族原料として用い、成長圧力、Ｖ／III 比または成長温
度等の成長条件を変えて炭素ドーピング濃度（正孔キャ
リア濃度）を制御する。
【００１１】図３（Ａ）はＶ／III 比を、図３（Ｃ）は
成長温度を変えて制御した場合の正孔ないしｐ型キャリ
ア濃度をそれぞれ示す。しかし、これらの成長条件を変
えて炭素ドーピング濃度を制御しようとすると、それぞ
れ図３（Ｂ）、（Ｄ）に示すように成長速度は変わって
しまう。
成長温度を変えて制御した場合の正孔ないしｐ型キャリ
ア濃度をそれぞれ示す。しかし、これらの成長条件を変
えて炭素ドーピング濃度を制御しようとすると、それぞ
れ図３（Ｂ）、（Ｄ）に示すように成長速度は変わって
しまう。
【００１２】（２）ＴＭＧ−ＴＭＡｓ系 成長温度、成長圧力またはＶ／III 比により炭素ドーピ
ング濃度を制御する。この方法では、ＴＭＧの反応が輸
送律速になっている温度領域（通常の成長温度範囲６０
０℃以上）で、かつＶ／III 比１以上において、ＴＭＡ
ｓをＶ族原料兼炭素原料とする。そうすれば成長速度を
変化させることなく、ＴＭＡｓの流量による炭素ドーピ
ング濃度を制御できる。
ング濃度を制御する。この方法では、ＴＭＧの反応が輸
送律速になっている温度領域（通常の成長温度範囲６０
０℃以上）で、かつＶ／III 比１以上において、ＴＭＡ
ｓをＶ族原料兼炭素原料とする。そうすれば成長速度を
変化させることなく、ＴＭＡｓの流量による炭素ドーピ
ング濃度を制御できる。
【００１３】しかし、ＨＢＴなどで必要とされる１０20
cm-3近い高濃度なドーピングを実現させるためには、か
なり多量（Ｖ／III 比１００程度）のＴＭＡｓを流さな
ければならない。なお、成長温度または成長圧力による
炭素ドーピング濃度を制御しようとすると成長速度は変
ってしまう。
cm-3近い高濃度なドーピングを実現させるためには、か
なり多量（Ｖ／III 比１００程度）のＴＭＡｓを流さな
ければならない。なお、成長温度または成長圧力による
炭素ドーピング濃度を制御しようとすると成長速度は変
ってしまう。
【００１４】 （３）ＴＥＧ（トリエチルガリウム）−ＴＭＡｓ系 成長温度または成長圧力により炭素ドーピング濃度を制
御する。これらの条件により炭素ドーピング濃度を制御
しようとすると成長速度も変わる。
御する。これらの条件により炭素ドーピング濃度を制御
しようとすると成長速度も変わる。
【００１５】（４）ＴＭＧ−ＴＭＡｓ−アルシン系、Ｔ
ＥＧ−ＴＭＡｓ−アルシン系 基本的にはアルシン流量により炭素ドーピング濃度を制
御する。この時、アルシン流量により成長速度も変わ
る。
ＥＧ−ＴＭＡｓ−アルシン系 基本的にはアルシン流量により炭素ドーピング濃度を制
御する。この時、アルシン流量により成長速度も変わ
る。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の方法で炭素ドーピング濃度を制御しようとすると、次
のことが問題になる。
の方法で炭素ドーピング濃度を制御しようとすると、次
のことが問題になる。
【００１７】（ａ）基本的に（２）以外の方法では、い
ずれも通常の成長温度（６００℃以上）よりも温度を下
げて成長するため、ｐ+ 型ＧａＡｓ層成長前後に成長の
中断を行い、成長温度を変える必要がある。従って、連
続的なエピタキシャル層の成長ができず、当該層の成長
前後に入る他層の成長の中断によりエピタキシャル層界
面に汚染やＡｓ抜け等による欠陥の蓄積が起こる。
ずれも通常の成長温度（６００℃以上）よりも温度を下
げて成長するため、ｐ+ 型ＧａＡｓ層成長前後に成長の
中断を行い、成長温度を変える必要がある。従って、連
続的なエピタキシャル層の成長ができず、当該層の成長
前後に入る他層の成長の中断によりエピタキシャル層界
面に汚染やＡｓ抜け等による欠陥の蓄積が起こる。
【００１８】（ｂ）また、（２）以外の方法では、炭素
ドーピング濃度を制御しようとして成長条件を変える
と、成長速度まで変わってしまう。このため炭素ドーピ
ング濃度を変える時やＶ族原料を交換した後は、一回一
回成長速度を確認する必要があり、大変手間がかかる。
ドーピング濃度を制御しようとして成長条件を変える
と、成長速度まで変わってしまう。このため炭素ドーピ
ング濃度を変える時やＶ族原料を交換した後は、一回一
回成長速度を確認する必要があり、大変手間がかかる。
【００１９】（ｃ）この点で、（２）の方法は、通常の
温度範囲で成長でき、成長条件（ＴＭＡｓ流量）を変え
ても成長速度が変らないので、上述したような問題はな
い。
温度範囲で成長でき、成長条件（ＴＭＡｓ流量）を変え
ても成長速度が変らないので、上述したような問題はな
い。
【００２０】しかし、ＴＭＡｓの多量な消費を回避する
ために、ＴＭＡｓを炭素源とするのを止めて、ＴＭＧを
III 族原料兼炭素ドーピングとして使用する場合は、そ
の成長モードが表面反応律速で非常に不安定であり、炭
素ドーピング濃度や成長速度の再現性に問題があった。
ために、ＴＭＡｓを炭素源とするのを止めて、ＴＭＧを
III 族原料兼炭素ドーピングとして使用する場合は、そ
の成長モードが表面反応律速で非常に不安定であり、炭
素ドーピング濃度や成長速度の再現性に問題があった。
【００２１】本発明の目的は、メチル基をもつ有機金属
の分解をエタンで制御することによって、上述した従来
技術の問題点を解消して、通常の成長温度範囲で、かつ
炭素ドーピング濃度を独立パラメータとして制御でき、
しかも高濃度にドーピングすることが可能な気相エピタ
キシャル成長法を提供することにある。
の分解をエタンで制御することによって、上述した従来
技術の問題点を解消して、通常の成長温度範囲で、かつ
炭素ドーピング濃度を独立パラメータとして制御でき、
しかも高濃度にドーピングすることが可能な気相エピタ
キシャル成長法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明の気相エピタキシ
ャル成長法は、炭素をドープしたｐ型III −Ｖ族化合物
半導体結晶を熱分解反応で結晶成長用基板上に成長する
際に、III 族原料及び炭素源にＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩ
またはこれらの混晶からなる有機金属化合物を、Ｖ族原
料に有機金属化合物をそれぞれ用い、III 族原料及び炭
素源に用いるＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩまたはこれらの混
晶からなる有機金属化合物の分解反応で生じるメチル基
の量を、エタンを用いることにより制御して炭素のドー
ピング濃度を制御するものである。
ャル成長法は、炭素をドープしたｐ型III −Ｖ族化合物
半導体結晶を熱分解反応で結晶成長用基板上に成長する
際に、III 族原料及び炭素源にＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩ
またはこれらの混晶からなる有機金属化合物を、Ｖ族原
料に有機金属化合物をそれぞれ用い、III 族原料及び炭
素源に用いるＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩまたはこれらの混
晶からなる有機金属化合物の分解反応で生じるメチル基
の量を、エタンを用いることにより制御して炭素のドー
ピング濃度を制御するものである。
【００２３】これによりエタンの流量を調節することに
より炭素のドーピング濃度が制御できる。Ｖ族原料を構
成する有機金属化合物は、メチル基を有するＴＭＡｓで
あってもよく、その場合にはＴＭＧとの双方が炭素源と
なる。Ｖ族原料をＴＥＡｓとすると炭素源はＴＭＧのみ
となるので、ドーピング濃度の制御が容易になる点で特
に好ましい。
より炭素のドーピング濃度が制御できる。Ｖ族原料を構
成する有機金属化合物は、メチル基を有するＴＭＡｓで
あってもよく、その場合にはＴＭＧとの双方が炭素源と
なる。Ｖ族原料をＴＥＡｓとすると炭素源はＴＭＧのみ
となるので、ドーピング濃度の制御が容易になる点で特
に好ましい。
【００２４】
【作用】ＴＭＧなどの有機金属化合物を原料にして、通
常の結晶成長温度範囲で熱分解反応による結晶成長させ
ると、III −Ｖ族半導体結晶中に取り込まれる炭素は、
熱によりＴＭＧなどの有機金属化合物が不完全に分解し
た状態、すなわちIII 族元素にモノメチル基がついた状
態で炭素が基板に到着し、エピタキシャル結晶中に取り
込まれるものと考えられている。
常の結晶成長温度範囲で熱分解反応による結晶成長させ
ると、III −Ｖ族半導体結晶中に取り込まれる炭素は、
熱によりＴＭＧなどの有機金属化合物が不完全に分解し
た状態、すなわちIII 族元素にモノメチル基がついた状
態で炭素が基板に到着し、エピタキシャル結晶中に取り
込まれるものと考えられている。
【００２５】本発明は、この反応系に着目し、雰囲気中
に存在するメチル基の量を制御することにより、質量作
用の法則によりＴＭＧなどの分解反応を制御することに
あり、これによりＧａＡｓ結晶中に取り込まれるｐ型ド
ーパントとなる炭素の量を制御することが可能になる。
ＴＭＧなどの分解反応を制御するためには、ＴＭＧなど
のIII 族元素以外にメチル基の発生源を制御用に用い
る。このメチル基の発生源として比較的低温（４００℃
以上）で分解反応が起きてメチル基になるエタンを用
い、ＴＭＧなどから分解して発生するメチル基の量をエ
タンの流量により制御する。
に存在するメチル基の量を制御することにより、質量作
用の法則によりＴＭＧなどの分解反応を制御することに
あり、これによりＧａＡｓ結晶中に取り込まれるｐ型ド
ーパントとなる炭素の量を制御することが可能になる。
ＴＭＧなどの分解反応を制御するためには、ＴＭＧなど
のIII 族元素以外にメチル基の発生源を制御用に用い
る。このメチル基の発生源として比較的低温（４００℃
以上）で分解反応が起きてメチル基になるエタンを用
い、ＴＭＧなどから分解して発生するメチル基の量をエ
タンの流量により制御する。
【００２６】本発明の結晶成長は、ＴＭＧの反応が輸送
律速になっているから、エピタキシャル結晶中のエタン
の流量を変えても成長速度は変らず、炭素濃度が独立し
たパラメータとして制御され、しかも熱による分解反応
を利用するため降温する必要はなく通常の結晶成長温度
でエピタキシャル結晶を成長することが可能となる。ま
た、１×１０20cm-3近い高濃度の炭素ドープｐ型ＧａＡ
ｓを成長することが可能になる。
律速になっているから、エピタキシャル結晶中のエタン
の流量を変えても成長速度は変らず、炭素濃度が独立し
たパラメータとして制御され、しかも熱による分解反応
を利用するため降温する必要はなく通常の結晶成長温度
でエピタキシャル結晶を成長することが可能となる。ま
た、１×１０20cm-3近い高濃度の炭素ドープｐ型ＧａＡ
ｓを成長することが可能になる。
【００２７】したがって、ＨＢＴ等のような高濃度ｐ型
ＧａＡｓ層を必要とするエピタキシャルウェハにおい
て、その層を制御性良く成長でき、また、連続して多層
エピタキシャル成長できるので、その層の前後の界面で
の欠陥を大幅に減少させることができる。
ＧａＡｓ層を必要とするエピタキシャルウェハにおい
て、その層を制御性良く成長でき、また、連続して多層
エピタキシャル成長できるので、その層の前後の界面で
の欠陥を大幅に減少させることができる。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の気相エピタキシャル成長法の
実施例を、ＧａＡｓ基板上にｐ型ＧａＡｓ結晶を成長さ
せる場合について説明する。図２は、本実施例で用いる
ＭＯＶＰＥ装置の反応炉部の模式化した横断面図であ
る。
実施例を、ＧａＡｓ基板上にｐ型ＧａＡｓ結晶を成長さ
せる場合について説明する。図２は、本実施例で用いる
ＭＯＶＰＥ装置の反応炉部の模式化した横断面図であ
る。
【００２９】同図において、石英製の反応管１内の上部
に原料ガスの導入口３が、下部に排気口４がそれぞれ設
けられる。反応菅１内には、エピタキシャル成長させる
結晶成長用基板としてＧａＡｓ基板２を支持するＳｉＣ
で被覆されたカーボン製のサセプタ５が設置される。サ
セプタ５は支持棒７で支持されてモータ８により回転す
る。基板２は反応管１の外周に巻回した加熱手段である
ＲＦコイル６により加熱される。反応管壁は冷却水出入
口９から給排水される冷却水によって冷却される。
に原料ガスの導入口３が、下部に排気口４がそれぞれ設
けられる。反応菅１内には、エピタキシャル成長させる
結晶成長用基板としてＧａＡｓ基板２を支持するＳｉＣ
で被覆されたカーボン製のサセプタ５が設置される。サ
セプタ５は支持棒７で支持されてモータ８により回転す
る。基板２は反応管１の外周に巻回した加熱手段である
ＲＦコイル６により加熱される。反応管壁は冷却水出入
口９から給排水される冷却水によって冷却される。
【００３０】反応管１内のサセプタにＧａＡｓ基板２を
設置し、菅内の圧力を１×１０4 Ｐａ（一定）に保ち、
反応管１内にＶ族原料となるＴＥＡｓを流した状態でＧ
ａＡｓ基板２を高周波加熱コイル６で６２０℃まで加熱
する。その後、III 族原料及び炭素源となるＴＭＧを導
入口３より反応炉内に導入し、炭素ドープＰ+ 型ＧａＡ
ｓ層の成長を行った。成長の終了はＴＭＧの反応管１内
への供給を停止し、ＴＥＡｓを流した状態で室温まで降
下させた。
設置し、菅内の圧力を１×１０4 Ｐａ（一定）に保ち、
反応管１内にＶ族原料となるＴＥＡｓを流した状態でＧ
ａＡｓ基板２を高周波加熱コイル６で６２０℃まで加熱
する。その後、III 族原料及び炭素源となるＴＭＧを導
入口３より反応炉内に導入し、炭素ドープＰ+ 型ＧａＡ
ｓ層の成長を行った。成長の終了はＴＭＧの反応管１内
への供給を停止し、ＴＥＡｓを流した状態で室温まで降
下させた。
【００３１】成長時間は６０min とした。成長速度に影
響を与えないように成長中のＴＥＡｓとＴＭＧのモル流
量比（ＭＦTEAs／ＭＦTMG ）は２とした。成長中に反応
菅１に導入するエタンとＴＭＧのモル流量比（ＭＦエタン
／ＭＦTMG ）は、２０、４０、６０及び１００と変えた
４つの条件でそれぞれ成長を行った。
響を与えないように成長中のＴＥＡｓとＴＭＧのモル流
量比（ＭＦTEAs／ＭＦTMG ）は２とした。成長中に反応
菅１に導入するエタンとＴＭＧのモル流量比（ＭＦエタン
／ＭＦTMG ）は、２０、４０、６０及び１００と変えた
４つの条件でそれぞれ成長を行った。
【００３２】成長した炭素ドープＰ+ 型ＧａＡｓの炭素
ドーピング濃度及び膜厚（成長速度）をそれぞれホール
効果測定法及び走査型電子顕微鏡でそれぞれ測定した結
果を図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
ドーピング濃度及び膜厚（成長速度）をそれぞれホール
効果測定法及び走査型電子顕微鏡でそれぞれ測定した結
果を図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
【００３３】炭素ドーピング濃度は図１（Ａ）に示した
ようにエタンの流量が多くなるほど高くなっていき、エ
タン流量により炭素ドーピング濃度を制御できることが
わかる。これに対して図１（Ｂ）を見てわかるようにエ
タンの流量が変化しても成長速度は変わらない。また、
ＧａＡｓ基板２の温度を６２０℃としたことから、通常
のＧａＡｓ成長温度範囲で１×１０20cm-3近い高濃度の
炭素ドープｐ+ ＧａＡｓを成長することができる。
ようにエタンの流量が多くなるほど高くなっていき、エ
タン流量により炭素ドーピング濃度を制御できることが
わかる。これに対して図１（Ｂ）を見てわかるようにエ
タンの流量が変化しても成長速度は変わらない。また、
ＧａＡｓ基板２の温度を６２０℃としたことから、通常
のＧａＡｓ成長温度範囲で１×１０20cm-3近い高濃度の
炭素ドープｐ+ ＧａＡｓを成長することができる。
【００３４】以上述べたように、本実施例は、ＭＯＶＰ
Ｅ装置における熱分解反応でＧａＡｓ基板上にｐ型Ｇａ
Ａｓ結晶を気相エピタキシャル成長させる際、III 族原
料兼炭素ドーパントにＴＭＧを、Ｖ族原料にＴＥＡｓを
それぞれ用い、さらに炭素のドーピング制御にエタンを
用いるようにしたものである。
Ｅ装置における熱分解反応でＧａＡｓ基板上にｐ型Ｇａ
Ａｓ結晶を気相エピタキシャル成長させる際、III 族原
料兼炭素ドーパントにＴＭＧを、Ｖ族原料にＴＥＡｓを
それぞれ用い、さらに炭素のドーピング制御にエタンを
用いるようにしたものである。
【００３５】炭素ドーパント源はＴＭＧ自体に含まれる
炭素であり、質量作用の法則によりメチル基をもつＴＭ
Ｇの分解をエタンの量により制御し、結果として未分解
のＴＭＧから取り込まれる炭素の量を制御するようにし
ている。
炭素であり、質量作用の法則によりメチル基をもつＴＭ
Ｇの分解をエタンの量により制御し、結果として未分解
のＴＭＧから取り込まれる炭素の量を制御するようにし
ている。
【００３６】これにより前後の層と同一の成長温度でｐ
型ＧａＡｓ結晶を成長でき、その結果、成長中断を行わ
ず連続的にｐ、ｎ層を含んだ多層エピタキシャル層を成
長できる。このため従来用いられてきた低温度、低Ｖ／
III 比で成長を行う方法のように、ｐ+ 型ＧａＡｓ層成
長前後に成長中断を入れて温度を降昇温する必要がなく
なり、ｐ+ 型ＧａＡｓ層とその前後の層とに形成される
ｐｎ接合界面の欠陥を大幅に減少させることができる。
型ＧａＡｓ結晶を成長でき、その結果、成長中断を行わ
ず連続的にｐ、ｎ層を含んだ多層エピタキシャル層を成
長できる。このため従来用いられてきた低温度、低Ｖ／
III 比で成長を行う方法のように、ｐ+ 型ＧａＡｓ層成
長前後に成長中断を入れて温度を降昇温する必要がなく
なり、ｐ+ 型ＧａＡｓ層とその前後の層とに形成される
ｐｎ接合界面の欠陥を大幅に減少させることができる。
【００３７】また、ＴＭＧ−ＴＥＡｓ系で通常の成長温
度でＭＦTEAs／ＭＦTMG 比を１以上の２としたので、従
来例の（２）の方法と同様に、炭素ドーピング濃度によ
って成長速度が変わることがなく、したがって炭素ドー
ピング濃度を独立に制御できる。そして、６×１０19cm
-3以上で６×１０20cm-3近い高濃度な炭素ドープｐ型Ｇ
ａＡｓを成長することができる。
度でＭＦTEAs／ＭＦTMG 比を１以上の２としたので、従
来例の（２）の方法と同様に、炭素ドーピング濃度によ
って成長速度が変わることがなく、したがって炭素ドー
ピング濃度を独立に制御できる。そして、６×１０19cm
-3以上で６×１０20cm-3近い高濃度な炭素ドープｐ型Ｇ
ａＡｓを成長することができる。
【００３８】従って、ＨＴＢ等の高濃度炭素ドープｐ型
ＧａＡｓベース層の成長に適用すれば、その膜厚及び炭
素ドーピング濃度を制御性良く成長できるので、高急峻
なヘテロｐｎ接合を実現することができる。
ＧａＡｓベース層の成長に適用すれば、その膜厚及び炭
素ドーピング濃度を制御性良く成長できるので、高急峻
なヘテロｐｎ接合を実現することができる。
【００３９】なお、上記実施例ではIII 族元素及び炭素
源の原料としてＴＭＧを用いてｐ型ＧａＡｓ結晶を成長
させた場合について述べたが、本発明は、トリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉｎ）を用いてｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＩｎＧａＡｓを
結晶成長させる場合においても同様に適用できる。ま
た、上記実施例ではＶ族原料にＴＥＡｓを用いた場合に
ついて述べたが、ＴＭＡｓを用いてもよい。
源の原料としてＴＭＧを用いてｐ型ＧａＡｓ結晶を成長
させた場合について述べたが、本発明は、トリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉｎ）を用いてｐ型ＡｌＧａＡｓ、ｐ型ＩｎＧａＡｓを
結晶成長させる場合においても同様に適用できる。ま
た、上記実施例ではＶ族原料にＴＥＡｓを用いた場合に
ついて述べたが、ＴＭＡｓを用いてもよい。
【００４０】
（１）請求項１に記載の発明によれば、通常の成長温度
範囲で炭素ドーピング濃度を独立したパラメータとして
制御でき、かつ高濃度にドーピングできる。
範囲で炭素ドーピング濃度を独立したパラメータとして
制御でき、かつ高濃度にドーピングできる。
【００４１】（２）請求項２に記載の発明によれば、エ
タンの流量を調節するだけで成長速度を変えずに炭素の
ドーピング濃度を制御することができる。
タンの流量を調節するだけで成長速度を変えずに炭素の
ドーピング濃度を制御することができる。
【００４２】（３）請求項３に記載の発明によれば、Ｖ
族原料にＴＥＡｓを用いたので、エタン流量で制御され
る炭素源はＶ族原料のみとなり、炭素のドーピング制御
性がより良くなる。
族原料にＴＥＡｓを用いたので、エタン流量で制御され
る炭素源はＶ族原料のみとなり、炭素のドーピング制御
性がより良くなる。
【００４３】（４）請求項４に記載の発明によれば、Ｖ
族原料にＴＭＡｓを用いたので、III族原料とＶ族原料
との両面から炭素を供給できる。
族原料にＴＭＡｓを用いたので、III族原料とＶ族原料
との両面から炭素を供給できる。
【図１】本発明の気相エピタキシャル成長法の実施例を
説明するための図であって、（Ａ）はＴＥＡｓ／ＴＭＧ
のモル流量比に対するｐ型キャリア濃度を示す図、
（Ｂ）はエタン／ＴＭＧのモル流量比に対する結晶の成
長速度を示す図。
説明するための図であって、（Ａ）はＴＥＡｓ／ＴＭＧ
のモル流量比に対するｐ型キャリア濃度を示す図、
（Ｂ）はエタン／ＴＭＧのモル流量比に対する結晶の成
長速度を示す図。
【図２】本実施例で使用したＭＯＶＰＥ装置の反応炉部
の模式的な断面図。
の模式的な断面図。
【図３】従来の気相エピタキシャル成長法を説明するた
めの図であって、（Ａ）はＶ／III 原料のモル流量比に
対するｐ型キャリア濃度を示す図、（Ｂ）はＶ／III 族
原料のモル流量比に対する結晶の成長速度を示す図、
（Ｃ）は結晶の成長温度に対するｐ型キャリア濃度を示
す図、（Ｄ）は結晶の成長温度に対する結晶の成長速度
を示す図。
めの図であって、（Ａ）はＶ／III 原料のモル流量比に
対するｐ型キャリア濃度を示す図、（Ｂ）はＶ／III 族
原料のモル流量比に対する結晶の成長速度を示す図、
（Ｃ）は結晶の成長温度に対するｐ型キャリア濃度を示
す図、（Ｄ）は結晶の成長温度に対する結晶の成長速度
を示す図。
１ 反応菅 ２ ＧａＡｓ基板 ３ 原料ガスの導入口 ５ サセプタ ６ 高周波加熱コイル
Claims (4)
- 【請求項１】炭素をドープしたｐ型III −Ｖ族化合物半
導体結晶を結晶成長用基板上に熱分解反応で成長する際
に、III 族原料及び炭素源にトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチル
インジウム（ＴＭＩ）またはこれらの混晶からなる有機
金属化合物を、Ｖ族原料に有機金属化合物をそれぞれ用
い、上記III 族原料及び炭素源に用いるＴＭＧ、ＴＭ
Ａ、ＴＭＩまたはこれらの混晶からなる有機金属化合物
の分解反応で生じるメチル基の量を、エタンを用いるこ
とにより制御して炭素のドーピング濃度を制御すること
を特徴とする気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項２】上記エタンの流量を調節することにより炭
素のドーピング濃度を制御することを特徴とする請求項
１に記載の気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項３】上記Ｖ族原料にトリエチルアルシン（ＴＥ
Ａｓ）を用いたことを特徴とする請求項１または２に記
載の気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項４】上記Ｖ族原料にトリメチルアルシン（ＴＭ
Ａｓ）を用いたことを特徴とする請求項１または２に記
載の気相エピタキシャル成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4298694A JPH07254564A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 気相エピタキシャル成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4298694A JPH07254564A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 気相エピタキシャル成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07254564A true JPH07254564A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=12651363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4298694A Pending JPH07254564A (ja) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | 気相エピタキシャル成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07254564A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100601772B1 (ko) * | 1998-07-27 | 2006-07-19 | 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 | 화합물 반도체의 제조방법 |
-
1994
- 1994-03-15 JP JP4298694A patent/JPH07254564A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100601772B1 (ko) * | 1998-07-27 | 2006-07-19 | 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 | 화합물 반도체의 제조방법 |
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