JPH0754805B2 - 化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents
化合物半導体の気相成長方法Info
- Publication number
- JPH0754805B2 JPH0754805B2 JP61291860A JP29186086A JPH0754805B2 JP H0754805 B2 JPH0754805 B2 JP H0754805B2 JP 61291860 A JP61291860 A JP 61291860A JP 29186086 A JP29186086 A JP 29186086A JP H0754805 B2 JPH0754805 B2 JP H0754805B2
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- Japan
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- compound semiconductor
- layer
- growth method
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は化合物半導体の気相成長方法に関し、特に有機
金属化合物を用いる気相成長方法を用いたIII−Ｖ族化
合物半導体層のエピタキシャル成長方法に関する。
金属化合物を用いる気相成長方法を用いたIII−Ｖ族化
合物半導体層のエピタキシャル成長方法に関する。
従来の技術 III−Ｖ族化合物半導体デバイス、例えばGaAsバイポー
ラトランジスタは、第３図に示すようにn+−GaAs基板
（ｎ〜１×1018cm-3）１上に、n-−GaAsコレクタ層（ｎ
〜５×1016cm-3）２、ｐ−GaAsベース層（ｐ〜３×1017
cm-3）３、n+−エミッタ層（ｎ〜５×1018cm-3）４を順
次エピタキシャル成長して構成される。この種の積層構
造の形成は一般に気相成長方法や分子線結晶成長などの
膜厚制御性に優れたエピタキシャル成長方法が適してい
る。有機金属化合物を用いる気相成長方法すなわちMOVP
E方を適用する場合、一般的にはそのIII族及びＶ族元素
であるガリウム（Ga）とヒ素（As）の輸送原料として夫
々トリメチルガリウム（TMGa）とアルシン（AsH3）が用
いられている。第３図の積層構造を形成する各層の導電
型及びキャリア濃度はｎ型及びｐ型のドーパントのセレ
ン（Se）、亜鉛（Zn）の各輸送原料であるセレン化水素
（H2Se）、ジメチル亜鉛（DMZn）を用い、これらを上記
III族及びＶ族元素の輸送原料と共に供給して制御して
いた。
ラトランジスタは、第３図に示すようにn+−GaAs基板
（ｎ〜１×1018cm-3）１上に、n-−GaAsコレクタ層（ｎ
〜５×1016cm-3）２、ｐ−GaAsベース層（ｐ〜３×1017
cm-3）３、n+−エミッタ層（ｎ〜５×1018cm-3）４を順
次エピタキシャル成長して構成される。この種の積層構
造の形成は一般に気相成長方法や分子線結晶成長などの
膜厚制御性に優れたエピタキシャル成長方法が適してい
る。有機金属化合物を用いる気相成長方法すなわちMOVP
E方を適用する場合、一般的にはそのIII族及びＶ族元素
であるガリウム（Ga）とヒ素（As）の輸送原料として夫
々トリメチルガリウム（TMGa）とアルシン（AsH3）が用
いられている。第３図の積層構造を形成する各層の導電
型及びキャリア濃度はｎ型及びｐ型のドーパントのセレ
ン（Se）、亜鉛（Zn）の各輸送原料であるセレン化水素
（H2Se）、ジメチル亜鉛（DMZn）を用い、これらを上記
III族及びＶ族元素の輸送原料と共に供給して制御して
いた。
発明が解決しようとする問題点 上記の説明で明らかなように、第３図に示す積層構造は
従来のMOVPE法で形成可能である。然るに、従来の方法
で形成した上記積層構造はベース層３に拡散係数が大き
く、メモリー効果のあるZnをドーパントとして用いてい
るため、コレクタ層２及びエミッタ層４へのZn拡散等が
起こり、急峻なキャリア濃度プロファイルが得られない
という問題があった。
従来のMOVPE法で形成可能である。然るに、従来の方法
で形成した上記積層構造はベース層３に拡散係数が大き
く、メモリー効果のあるZnをドーパントとして用いてい
るため、コレクタ層２及びエミッタ層４へのZn拡散等が
起こり、急峻なキャリア濃度プロファイルが得られない
という問題があった。
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、故意にドーパ
ントを用いることなくノンドープの化合物半導体層の不
純物濃度制御によって導電型及びキャリア濃度を制御
し、かつ急峻なドーピングプロファイルを有する高品質
な化合物半導体層のエピタキシャル成長方法の提供を目
的とする。
ントを用いることなくノンドープの化合物半導体層の不
純物濃度制御によって導電型及びキャリア濃度を制御
し、かつ急峻なドーピングプロファイルを有する高品質
な化合物半導体層のエピタキシャル成長方法の提供を目
的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、MOVPE法により化
合物半導体層をエピタキシャル成長するに際して、ノン
ドープの化合物半導体層の導電型やキャリア濃度が用い
るＶ族元素の輸送原料の性質や供給量に強く依存すると
いう知見に基づいてなされたもので、その特徴は、１種
類のＶ族元素につき２種類以上の異なる輸送原料を用
い、それらの供給量比によって得られるノンドープ化合
物半導体層内の不純物濃度を制御して導電型やキャリア
濃度を制御することを特徴とするものである。
合物半導体層をエピタキシャル成長するに際して、ノン
ドープの化合物半導体層の導電型やキャリア濃度が用い
るＶ族元素の輸送原料の性質や供給量に強く依存すると
いう知見に基づいてなされたもので、その特徴は、１種
類のＶ族元素につき２種類以上の異なる輸送原料を用
い、それらの供給量比によって得られるノンドープ化合
物半導体層内の不純物濃度を制御して導電型やキャリア
濃度を制御することを特徴とするものである。
作用 この技術的手段による作用は次のようになる。すなわ
ち、上記した構成により、故意にドーパントを用いるこ
となく、所要の導電型やキャリア濃度を容易に制御でき
る。しかもZnに代表されるドーパントのメモリー効果は
なくなる等の効果が期待できるため急峻なキャリア濃度
プロファイルを有する化合物半導体積層構造が容易に形
成できる。
ち、上記した構成により、故意にドーパントを用いるこ
となく、所要の導電型やキャリア濃度を容易に制御でき
る。しかもZnに代表されるドーパントのメモリー効果は
なくなる等の効果が期待できるため急峻なキャリア濃度
プロファイルを有する化合物半導体積層構造が容易に形
成できる。
実施例 以下、本発明の実施例について説明する。GaAsをエピタ
キシャル成長する場合、III族元素Gaの輸送原料としてT
MGa、Ｖ族元素Asの輸送原料としてAsH3とトリメチルヒ
素（TMAs）の２種類を用いた。使用したMOVPE装置は横
型高周波加熱炉で成長内の炉内圧力は100Torr、基板温
度は700℃とした。
キシャル成長する場合、III族元素Gaの輸送原料としてT
MGa、Ｖ族元素Asの輸送原料としてAsH3とトリメチルヒ
素（TMAs）の２種類を用いた。使用したMOVPE装置は横
型高周波加熱炉で成長内の炉内圧力は100Torr、基板温
度は700℃とした。
第２図はAsH3とTMGaを用いて成長させた不純物の添加を
しなかったノンドープGaAs層のキャリア濃度のAsH3供給
量依存性を示すグラフであり、AsH3の供給量が250cc/mi
n以上ではｎ型、150cc/min以下ではｐ型となった、Asの
供給量が増すとGaの空孔子密度が大きくなって、原料等
に含まれるシリコンやゲルマニウム等がGaの空孔子に入
ってｎ型となり、又As供給量を少なくするとAsの空孔子
密度が大きくなってTMGaの熱分解反応で生じたカーボン
ＣがAs空孔子に入ってｐ型となる競合反応が生じて、ｎ
型,p型のいずれにもなる。
しなかったノンドープGaAs層のキャリア濃度のAsH3供給
量依存性を示すグラフであり、AsH3の供給量が250cc/mi
n以上ではｎ型、150cc/min以下ではｐ型となった、Asの
供給量が増すとGaの空孔子密度が大きくなって、原料等
に含まれるシリコンやゲルマニウム等がGaの空孔子に入
ってｎ型となり、又As供給量を少なくするとAsの空孔子
密度が大きくなってTMGaの熱分解反応で生じたカーボン
ＣがAs空孔子に入ってｐ型となる競合反応が生じて、ｎ
型,p型のいずれにもなる。
しかるに、TMAsとTMGaを用いて成長させた不純物の添加
をしなかったノンドープGaAs層のキャリア濃度はTMAsの
供給量に対して常にｐ型を示し比較的高濃度であった。
これは、TMAs自体の熱分解反応で生じた多量のカーボン
GaAs層中に取り込まれるためである。SIMSの分析よりｐ
型を示す不純物がカーボンであることは確認されてい
る。カーボンはGaAs層中で浅いアクセプタ準位を形成す
るため良好なｐ型の特性を示す。この様に、TMAsとTMGa
を用いて成長させたGaAs層は故意に不純物を添加しなく
とも、カーボンの取込みにより比較的高濃度の良好なｐ
型GaAs層が得られる。
をしなかったノンドープGaAs層のキャリア濃度はTMAsの
供給量に対して常にｐ型を示し比較的高濃度であった。
これは、TMAs自体の熱分解反応で生じた多量のカーボン
GaAs層中に取り込まれるためである。SIMSの分析よりｐ
型を示す不純物がカーボンであることは確認されてい
る。カーボンはGaAs層中で浅いアクセプタ準位を形成す
るため良好なｐ型の特性を示す。この様に、TMAsとTMGa
を用いて成長させたGaAs層は故意に不純物を添加しなく
とも、カーボンの取込みにより比較的高濃度の良好なｐ
型GaAs層が得られる。
以上の様な結果を、第３図に示すGaAsバイポーラトラン
ジスタの積層構造を形成する場合に利用した。コレクタ
層2,エミット層は従来通りTMGa流量2cc/min,AsH3流量20
0cc/min,原料ガスとキャリアガスの流量和５/minの条
件でエピタキシャル成長した、所要のｎ型キャリア濃度
はH2Seを供給して得た。ベース層３はAsの輸送原料にTM
Asを用い、TMGa流量2cc/min,TMAs流量100cc/minの条件
でエピタキシャル成長した。
ジスタの積層構造を形成する場合に利用した。コレクタ
層2,エミット層は従来通りTMGa流量2cc/min,AsH3流量20
0cc/min,原料ガスとキャリアガスの流量和５/minの条
件でエピタキシャル成長した、所要のｎ型キャリア濃度
はH2Seを供給して得た。ベース層３はAsの輸送原料にTM
Asを用い、TMGa流量2cc/min,TMAs流量100cc/minの条件
でエピタキシャル成長した。
以上の本発明の実施例により得られた第３図の積層構造
のベース層３付近でのSIMSによる深さ方向の不純物濃度
プロファイルを第１図に示す。本発明の気相成長方法に
より成長したベース層内のカーボン濃度プロファイル
と、比較のため従来の気相成長方法により成長したベー
ス層内のZn濃度プロファイルを示しており、明らかに、
本発明の気相成長方法による所要の不純物濃度で急峻な
プロファイルの化合物半導体積層構造が形成できる。
のベース層３付近でのSIMSによる深さ方向の不純物濃度
プロファイルを第１図に示す。本発明の気相成長方法に
より成長したベース層内のカーボン濃度プロファイル
と、比較のため従来の気相成長方法により成長したベー
ス層内のZn濃度プロファイルを示しており、明らかに、
本発明の気相成長方法による所要の不純物濃度で急峻な
プロファイルの化合物半導体積層構造が形成できる。
本実施例は本発明を制御するものではない。すなわち、
Ｖ族元素Asの輸送原料にAsH3とTMAsを個々に異なるエピ
タキシャル層を形成する場合について例示したが、AsH3
とTMAsを所定の供給比で同時に使用してもよく、さらに
は、他のアルキル金属化合物，水素化合物や金属を用い
ても同様の効果が期待できる。また、ここでは第２図の
積層構造を形成する場合について例示したが、他の積層
構造にも適用できる。成長条件も用いる装置や状況に応
じて変化させてもよい。
Ｖ族元素Asの輸送原料にAsH3とTMAsを個々に異なるエピ
タキシャル層を形成する場合について例示したが、AsH3
とTMAsを所定の供給比で同時に使用してもよく、さらに
は、他のアルキル金属化合物，水素化合物や金属を用い
ても同様の効果が期待できる。また、ここでは第２図の
積層構造を形成する場合について例示したが、他の積層
構造にも適用できる。成長条件も用いる装置や状況に応
じて変化させてもよい。
発明の効果 以上の説明より明らかな様に、本発明によれば故意にド
ーパントを用いることなく容易に所要の導電型あるいは
キャリア濃度の化合物半導体層が得られるとともにその
化合物半導体層の結晶性は良好である。さらに、Znに代
表される様なドーパントのメモリー効果はなく、不純物
濃度のプロファイルは急峻である、従って本発明を用い
ることにより良好な素子特性を有する化合物半導体積層
構造が得られる。
ーパントを用いることなく容易に所要の導電型あるいは
キャリア濃度の化合物半導体層が得られるとともにその
化合物半導体層の結晶性は良好である。さらに、Znに代
表される様なドーパントのメモリー効果はなく、不純物
濃度のプロファイルは急峻である、従って本発明を用い
ることにより良好な素子特性を有する化合物半導体積層
構造が得られる。
第１図は本発明の気相成長方法により形成した化合物半
導体積層構造内の不純物濃度プロファイルを示す図、第
２図は不純物濃度に与えるAsH3供給量の依存性を示すグ
ラフ、第３図はGaAsバイポーラトランジスタの積層構造
を模式的に示す断面図である。 １……基板、２……コレクタ層、３……ベース層、４…
…エミッタ層。
導体積層構造内の不純物濃度プロファイルを示す図、第
２図は不純物濃度に与えるAsH3供給量の依存性を示すグ
ラフ、第３図はGaAsバイポーラトランジスタの積層構造
を模式的に示す断面図である。 １……基板、２……コレクタ層、３……ベース層、４…
…エミッタ層。
Claims (1)
- 【請求項１】有機金属化合物を用いるIII−Ｖ族化合物
半導体の気相成長方法により結晶基板上に化合物半導体
層をエピタキシャル成長する際、前記化合物半導体層の
構成元素のうち一種類のＶ族元素に、少なくとも２種類
の異種輸送原料を用い、前記異種輸送原料の供給化によ
り前記化合物半導体層の導電型あるいは不純物濃度を制
御するようにした化合物半導体の気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291860A JPH0754805B2 (ja) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291860A JPH0754805B2 (ja) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13987096A Division JPH08288229A (ja) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63143810A JPS63143810A (ja) | 1988-06-16 |
| JPH0754805B2 true JPH0754805B2 (ja) | 1995-06-07 |
Family
ID=17774359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61291860A Expired - Lifetime JPH0754805B2 (ja) | 1986-12-08 | 1986-12-08 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754805B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3013992B2 (ja) * | 1989-02-01 | 2000-02-28 | 住友電気工業株式会社 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
| US5168077A (en) * | 1989-03-31 | 1992-12-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing a p-type compound semiconductor thin film containing a iii-group element and a v-group element by metal organics chemical vapor deposition |
| JP2781097B2 (ja) * | 1992-01-30 | 1998-07-30 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| DE19523181A1 (de) * | 1994-07-05 | 1996-01-11 | Motorola Inc | Verfahren zum P-Dotieren einer Licht emittierenden Vorrichtung |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56133819A (en) * | 1980-03-25 | 1981-10-20 | Toshiba Corp | Manufacture of epitaxial wafer for field effect transistor |
-
1986
- 1986-12-08 JP JP61291860A patent/JPH0754805B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56133819A (en) * | 1980-03-25 | 1981-10-20 | Toshiba Corp | Manufacture of epitaxial wafer for field effect transistor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63143810A (ja) | 1988-06-16 |
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