JPH0754802B2 - GaAs薄膜の気相成長法 - Google Patents

GaAs薄膜の気相成長法

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JPH0754802B2
JPH0754802B2 JP61109264A JP10926486A JPH0754802B2 JP H0754802 B2 JPH0754802 B2 JP H0754802B2 JP 61109264 A JP61109264 A JP 61109264A JP 10926486 A JP10926486 A JP 10926486A JP H0754802 B2 JPH0754802 B2 JP H0754802B2
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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GaAs薄膜の気相成長法に関し、特に成長させた
n型結晶薄膜のキャリア密度分布のバラツキの小さいウ
エハの製造を可能にしたものである。
〔従来の技術〕
一般にGaAs薄膜の気相成長としては、第6図に示すよう
に上端に原料ガス導入口(2)と下端にガス排出口
(3)を設けた反応管(1)の外周に、冷却ジャケット
(4)を介して高周波誘導加熱コイル(5)を設け、反
応管(1)内に六角錐台状のカーボン製サセプタ(6)
を配置した気相成長装置を用い、サセプタ(6)の角錐
面にGaAs基板(7)を取付け、サセプタ(6)を矢印方
向に回転させて反応管(1内に導入口(2)より原料ガ
スを導入して下端排出口(3)より排出させる。このよ
うにして常圧又は減圧状態で加熱コイル(5)により基
板(7)を所定温度に加熱し、基板(7)の表面近傍で
原料ガスを熱分解させることにより、基板(7)上にGa
Asの結晶を堆積させている。
原料ガスとしては、有機ガリウムガス、例えばトリメチ
ルガリウム〔Ga(CH3〕とアルシンガス(AsH3)を
用いる。意図的に不純物添加を行なわない場合の成長結
晶の導電型およびキャリア密度は、一般の有機金属気相
成長法(Metal Organic Chemical Vapour Depositi
on,以下MOCVD法と略記)では第7図に示すように、Ga
(CH3(III)とAsH3(V)の供給比(V/III)に依
存し、結晶成長中の反応炉の圧力が常圧の場合は実線で
示すようにV/IIIが10〜20より小さい場合は、p型結
晶、10〜20より大きい場合はn型結晶、10〜20でキャリ
ア密度の最も低い高抵抗結晶となり、減圧、例えば100T
orrの場合は点線で示すようにp型n型の変化するV/III
は20〜50と常圧に比べて大となる。また両原料ガスに電
子の生成源となる不純物を成分元素にもつガスを加える
ことにより、成長するGaAs結晶に不純物を加えてn型結
晶膜としてる。不純物としては硫黄が多く用いられ、こ
れを含むガスには硫化水素ガス(H2S)を用い、このガ
スの流量を変化させることにより、n型結晶の電子濃度
即ちキャリア密度を制御している。
このようにして従来FET用エピタキシャルウエハを成長
させるには、GaAs基板上に厚さ2〜3μmの高抵抗結晶
膜(以下バッファ層と略記)を成長させ、その上に厚さ
0.5μm程度のn型結晶膜(以下ドーピング層と略記)
を成長させている。バッファ層には意図的に不純物を添
加しないノンドープ結晶を用い、一般のMOCVD法の結晶
では最も高抵抗となるように原料供給比(V/III)を常
圧成長の場合10〜20、減圧例えば100Torrの成長の場合2
0〜50としてバッファ層を成長し、連続して原料ガスに
硫化水素ガスを加えて供給し、基板を600〜700℃に加熱
して反応させドーピング層を成長させている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
成長するドーピング層のキャリア密度はH2Sの流量によ
り制御可能であるが、他の成長条件にも依存する。即ち
AsH3とGa(CH3の供給比(V/III)によってもキャリ
ア密度は変化し、更にGa(CH3の流量やサセプタの
温度によってもキャリア密度は変化する。その結果大面
積ウエハの結晶成長において、サセプタの温度分布、あ
るいはAsH3のサセプタ上の位置による分解率の相異等に
より、ウエハ面内でキャリア密度分布にバラツキが生ず
る問題があった。例えば前述の従来法によるとバラツキ
は6〜7%であった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はこれに鑑み種々検討の結果、気相成長により大
面積のウエハにおいても、ウエハ面内のキャリア密度分
布のバラツキが小さい(3〜5%)のウエハの気相成長
法を開発したもので、アルシンガスと有機ガリウムガス
を常圧又は減圧状態で熱分解反応させ、更に両ガスに硫
黄を含むガスを不純物として加えてドーピング層を成長
させる方法においてアルシンガス(V)と有機ガリウム
ガス(III)の供給をp型結晶の成長する供給比(V/II
I)とし、これに硫黄を含むガスを不純物として加えて
供給し、基板を昇温保持して、キャリア密度が1×1016
cm-3以上のドーピング層とすることを特徴とするもので
ある。
即ち本発明は気相成長装置、例えば第6図に示す装置に
より有機ガリウムガスとアルシンガスを気相反応させ、
更に不純物を成分元素にもつガスを加えてGaAs基板上に
ドーピング層を成長させるのに、アルシンガス(V)と
有機ガリウムガス(III)の供給を意図的に不純物を添
加しないときにp型結晶が成長する供給比(V/III)と
し、これに硫黄を含むガスを不純物として加えて供給
し、基板を昇温保持して成長を行なうものである。
〔作 用〕
ドーピング層の成長に、硫黄を含むガスを不純物として
加えないときに、アルシンガスと有機ガリウムガスの供
給をp型結晶の成長する供給比(V/III)とし、これに
硫黄を含むガスを不純物として加えて供給し、基板の温
度を650〜800℃に昇温することにより、ドーピング層の
キャリア密度分布のバラツキを3〜5%と低減すること
ができる。その理由は明らかではないが、p型結晶の成
長する供給比(V/III)では、原料ガス中のアルシンガ
ス量が少なくなるため、硫黄を含むガスから硫黄がとり
込まれやすくなるためと考えられる。しかして所定のV/
IIIとともに基板の温度を650℃以上望ましくは700℃以
上に昇温することにより温度上昇と共にバラツキは減少
するも、その温度が800℃を越えると基板が劣化する恐
れが生ずる。
〔実施例〕
実施例1 第6図に示す装置を用い、原料ガスにAsH3とGa(CH3
を使用し、常圧状態で直径2インチのGaAs基板上にバ
ッファ層を約3μmの厚さに成長させた後、原料ガスの
供給比(V/III)を6.25(本発明の条件),10,20(従来
の条件)とし、これに硫黄を含むガスとしてH2Sを加え
て厚さ約0.5μmのドーピング層を成長させ、FET用エピ
タキシャルウエハを製造した。
Ga(CH3のモル分率は1.23×10-4、H2Sのモル分率は
1.83×10-6、基板の温度は650℃、710℃及び750℃とし
た。
このようにして製造した直径2インチのウエハについて
ドーピング層における直径4mm内のキャリア密度とキャ
リア密度のバラツキを測定し、その結果を第1図及び第
2図に示す。
第1図はキャリア密度と原料供給比(V/III)の関係を
示したもので、図から明らかなように何れの基板温度に
おいても原料供給比(V/III)が6.25と小さくなると、
硫黄がとり込まれやすくなってドーピング層のキャリア
密度が大きくなることが判る。また第2図はキャリア密
度のバラツキと原料供給比(V/III)の関係を示したも
ので、図から明らかにドーピング層のキャリア密度のバ
ラツキは基板温度650℃の場合、原料供給比(V/III)が
6.25で約4.8%、10で6.0%、20で7.3%、基板温度710℃
の場合原料供給比(V/III)が6.25で約3.7%、10で5.6
%、20で6.7%となっており、原料供給比(V/III)を小
さくすることにより、ドーピング層のキャリア密度のバ
ラツキが小さくなることが判る。更に第2図の結果から
明らかなごとく、基板温度が710,750℃と高温にした場
合、バラツキが小さいものが得られる。
尚上記常圧の場合のFET用エピタキシャルウエハの製造
のタイムチャートの一例を第3図に示す。即ちまず原料
供給比(V/III)を10としてバッファ層を成長させ、そ
の上に原料供給比(V/III)を6.25としてドーピング層
を成長させる。この場合AsH3をモル分率1.23×10-3の割
合で供給して基板を加熱し、基板が所定の温度(650〜8
00℃)に達したときにGa(CH3をモル分率1.23×10
-4の割合で供給し、原料供給比(V/III)を10として60
分間バッファ層を成長させる。次にGa(CH3の導入
を停止してAsH3の供給量をモル分率7.69×10-4の割合に
減少させた後、再びGa(CH3をモル分率1.23×10-4
の割合で供給して、原料供給比(V/III)を6.25とする
と同時にH2Sをモル分率1.23×10-6の割合で供給し、10
分間ドーピング層を成長させればよい。
実施例2 第6図に示す装置を用い、原料ガスにAsH3とGa(CH3
を使用し、成長時の反応炉の圧力を100Torrとし、直
径2インチのGaAs基板上にバッファ層を約3μmの厚さ
に成長させた後、原料ガスの供給比(V/III)を12.5
(本発明の条件),20,40(従来の条件)とし、これに硫
黄を含むガスとしてH2Sを加えて厚さ約0.5μmのドーピ
ング層を成長させ、FET用エピタキシャルウエハを製造
した。
Ga(CH3のモル分率は1.23×10-4、H2Sのモル分率は
1.83×10-6、基板の温度は710℃とした。
このようにして製造した直径2インチのウエハについて
ドーピング層における直径40mm内のキャリア密度とキャ
リア密度のバラツキを測定し、その結果を第4図及び第
5図に示す。
第4図はキャリア密度と原料供給比(V/III)の関係を
示したもので、図から明らかなように原料供給比(V/II
I)が小さくなると、硫黄がとり込まれやすくなってド
ーピング層のキャリア密度が大きくなることが判る。ま
た第5図はキャリア密度のバラツキと原料供給比(V/II
I)の関係を示したもので、図から明らかにドーピング
層のキャリア密度のバラツキは原料供給比(V/III)が1
2.5で約2.7%、20で4.5%、40で5.0%となっており、原
料供給比(V/III)が小さくかつ基板の温度を高温にす
ることにより、ドーピング層のキャリア密度のバラツキ
が小さくなることが判る。
尚上記減圧の場合のFET用エピタキシャルウエハの製造
は、原料供給比(V/III)を30としてバッファ層を成長
させ、その上に原料供給比(V/III)を12.5としてドー
ピング層を成長させる。この場合AsH3をモル分率3.69×
10-3の割合で供給して基板を加熱し、基板が所定温度
(650〜800℃)に達したときにGa(CH3をモル分率
1.23×10-4の割合で供給し、原料供給比(V/III)を30
として60分間バッファ層を成長させる。次にGa(CH3
の導入を停止してAsH3の供給量をモル分率1.54×10-3
の割合に減少させた後、再びGa(CH3をモル分率1.2
3×10-4の割合で供給して、原料供給比(V/III)を12.5
とすると同時にH2Sをモル分率1.23×10-6の割合で供給
し、10分間ドーピング層を成長させればよい。
〔発明の効果〕
本発明はGaAs基板上にドーピング層を成長させる気相成
長において、原料ガスの供給をp型結晶が成長する原料
供給比(V/III)とし、これに硫黄を含むガスを加えて
供給し、基板を加熱保持することにより、直径2インチ
のウエハのドーピング層における直径40mm内のキャリア
密度分布のバラツキを低減し、直径2インチのウエハか
らキャリア密度分布のバラツキが5%以内の電子デバイ
ス素子をより多く作製することができる顕著な効果を奏
するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は常圧におけるドーピング層のキャリア密度に及
ぼす原料ガス供給比(V/III)の影響を示す説明図、第
2図は常圧におけるドーピング層のキャリア密度分布の
バラツキと原料ガス供給比(V/III)の関係を示す説明
図、第3図は本発明気相成長法のタイムチャートの一例
を示す説明図、第4図は減圧におけるドーピング層のキ
ャリア密度に及ぼす原料ガスの供給比(V/III)の影響
を示す説明図、第5図は減圧におけるドーピング層のキ
ャリア密度分布のバラツキと原料ガス供給比(V/III)
の関係を示す説明図、、第6図は気相成長装置の一例を
示す説明図、第7図は硫黄を含むガスを不純物として加
えない場合の原料ガス供給比(V/III)と導電型及びキ
ャリア密度との関係を示す説明図である。 1……反応管 2……原料ガス導入口 3……排出口 4……冷却ジャケット 5……高周波誘導加熱コイル 6……サセプタ 7……GaAs基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルシンガスと有機ガリウムガスを熱分解
    させて、GaAs加熱基板上へGaAs結晶を成長させる有機金
    属気相成長法において、n型GaAs結晶の成長にアルシン
    ガス(V)と有機ガリウムガス(III)の供給を、意図
    的に不純物を添加しない場合にp型GaAs結晶が成長する
    供給比(V/III)とし、これにVI族元素化合物のガスを
    添加し、キャリア密度が1×1016cm-3以上のn型GaAs結
    晶とすることを特徴とするGaAs薄膜の気相成長法。
  2. 【請求項2】加熱基板を650〜800℃に昇温保持する特許
    請求の範囲第1項記載のGaAs薄膜の気相成長法。
  3. 【請求項3】加熱基板を700〜800℃に昇温保持する特許
    請求の範囲第1項記載のGaAs薄膜の気相成長法。
JP61109264A 1985-05-16 1986-05-13 GaAs薄膜の気相成長法 Expired - Lifetime JPH0754802B2 (ja)

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JP10462685 1985-05-16
JP60-104626 1985-05-16

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JPS6254424A JPS6254424A (ja) 1987-03-10
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