JPH0794422A - 化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法 - Google Patents
化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法Info
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- JPH0794422A JPH0794422A JP23490893A JP23490893A JPH0794422A JP H0794422 A JPH0794422 A JP H0794422A JP 23490893 A JP23490893 A JP 23490893A JP 23490893 A JP23490893 A JP 23490893A JP H0794422 A JPH0794422 A JP H0794422A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高濃度炭素ドープｐ型ＧａＡｓ層を成長する際
に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を独立に制
御できるようにする。 【構成】気相エピタキシャル法により、III 族原料ガス
及びＶ族原料ガスを供給して熱分解反応で結晶成長用基
板上にＧａＡｓ化合物半導体をエピタキシャル成長させ
る。III 族原料にＴＥＧ、Ｖ族原料にＴＭＡｓやＴＥＡ
ｓ等の有機金属化合物、炭素のドーパントとしてＴＭＧ
をそれぞれ用いる。成長温度及び成長圧力条件として、
ＴＥＧとＶ族原料を用いたＧａＡｓ成長が輸送律速であ
ること、ＴＭＧと上記Ｖ族原料を用いたＧａＡｓ成長に
おいてキャリア濃度が少なくとも１×１０20cm-3以上と
なること、ＴＭＧとＶ族原料を用いたＧａＡｓの成長速
度がIII 族輸送律速時の成長速度に比べ１／１０以下と
なることが要件である。具体的には成長温度が３５０℃
〜４７５℃、圧力が１３．３×１０3 Pa以下である。
に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を独立に制
御できるようにする。 【構成】気相エピタキシャル法により、III 族原料ガス
及びＶ族原料ガスを供給して熱分解反応で結晶成長用基
板上にＧａＡｓ化合物半導体をエピタキシャル成長させ
る。III 族原料にＴＥＧ、Ｖ族原料にＴＭＡｓやＴＥＡ
ｓ等の有機金属化合物、炭素のドーパントとしてＴＭＧ
をそれぞれ用いる。成長温度及び成長圧力条件として、
ＴＥＧとＶ族原料を用いたＧａＡｓ成長が輸送律速であ
ること、ＴＭＧと上記Ｖ族原料を用いたＧａＡｓ成長に
おいてキャリア濃度が少なくとも１×１０20cm-3以上と
なること、ＴＭＧとＶ族原料を用いたＧａＡｓの成長速
度がIII 族輸送律速時の成長速度に比べ１／１０以下と
なることが要件である。具体的には成長温度が３５０℃
〜４７５℃、圧力が１３．３×１０3 Pa以下である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体結晶の気
相エピタキシャル成長方法において、特に炭素を高濃度
にドーピングして高濃度ｐ型III −Ｖ族化合物半導体結
晶層をエピタキシャル成長する方法に係るものである。
相エピタキシャル成長方法において、特に炭素を高濃度
にドーピングして高濃度ｐ型III −Ｖ族化合物半導体結
晶層をエピタキシャル成長する方法に係るものである。
【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、超薄膜の形成、高急峻なヘテロ接合の形成、
及びそれらを組合せた多層構造の形成を容易に行うこと
ができる。
エピタキシャル成長法（有機金属気相成長法：ＭＯＶＰ
Ｅ法）は、超薄膜の形成、高急峻なヘテロ接合の形成、
及びそれらを組合せた多層構造の形成を容易に行うこと
ができる。
【０００３】このため化合物半導体を用いた超高周波素
子デバイスの製造にＭＯＶＰＥ法を用いることにより、
化合物半導体ヘテロ接合を巧みに組合せて超高速動作に
最適な構造にすることができる。特に、ヘテロバイポー
ラトランジスタ（ＨＢＴ）は、バイポーラトランジスタ
のもつ高駆動能力を期待できるため開発が盛んに行われ
ている。
子デバイスの製造にＭＯＶＰＥ法を用いることにより、
化合物半導体ヘテロ接合を巧みに組合せて超高速動作に
最適な構造にすることができる。特に、ヘテロバイポー
ラトランジスタ（ＨＢＴ）は、バイポーラトランジスタ
のもつ高駆動能力を期待できるため開発が盛んに行われ
ている。
【０００４】ところで、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハ
は、構造上、高濃度ｐ型ＧａＡｓベース層と、その層の
前後に高急峻なｐｎ接合が必要になる。そのため、ｐ型
ドーパントを高濃度にＧａＡｓ層にドープしてやる必要
がある。
は、構造上、高濃度ｐ型ＧａＡｓベース層と、その層の
前後に高急峻なｐｎ接合が必要になる。そのため、ｐ型
ドーパントを高濃度にＧａＡｓ層にドープしてやる必要
がある。
【０００５】従来、ＧａＡｓ層にドーパントするｐ型ド
ーパントとして、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、
マグネシウム（Ｍｇ）が用いられてきた。
ーパントとして、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、
マグネシウム（Ｍｇ）が用いられてきた。
【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接合を形成させることが
困難である。ＢｅはＺｎに比べ拡散定数は遥かに小さい
が、Ｂｅはかなり毒性が強く取り扱いにくいため、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。これらに対してＭｇはＺｎに比べ拡散定数が
遥かに小さく、毒性もないため、ＺｎやＢｅに代ってド
ーパントとして使用されるようになってきた。
散していくため、高急峻なｐｎ接合を形成させることが
困難である。ＢｅはＺｎに比べ拡散定数は遥かに小さい
が、Ｂｅはかなり毒性が強く取り扱いにくいため、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。これらに対してＭｇはＺｎに比べ拡散定数が
遥かに小さく、毒性もないため、ＺｎやＢｅに代ってド
ーパントとして使用されるようになってきた。
【０００７】しかし、Ｍｇは、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、配管や成長炉の内壁に吸着
しやすい。
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、配管や成長炉の内壁に吸着
しやすい。
【０００８】したがって、Ｍｇをドーピングしながらエ
ピタキシャル層を成長すると、Ｍｇ原料が内壁に飽和す
るまでゆっくりと内壁に吸着していく。このため、Ｍｇ
原料の供給を断って、引続きエピタキシャル成長を行う
と、内壁に吸着したＭｇ原料が徐々に蒸発して次の層に
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。
ピタキシャル層を成長すると、Ｍｇ原料が内壁に飽和す
るまでゆっくりと内壁に吸着していく。このため、Ｍｇ
原料の供給を断って、引続きエピタキシャル成長を行う
と、内壁に吸着したＭｇ原料が徐々に蒸発して次の層に
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。
【０００９】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効果を示さない特徴がある。
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効果を示さない特徴がある。
【００１０】従来、気相エピタキシャル成長法で、この
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、次のような方法を用いて炭素濃度の制御
を行っていた。
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、次のような方法を用いて炭素濃度の制御
を行っていた。
【００１１】(1) ＴＭＧ／アルシン系 低成長温度、低成長圧力かつ低Ｖ／III モル比の条件
で、ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料として用い、アルシ
ンをＶ族原料として用いて、成長圧力、成長温度、ＴＭ
Ｇ流量またはアルシン流量により炭素濃度を制御する。
で、ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料として用い、アルシ
ンをＶ族原料として用いて、成長圧力、成長温度、ＴＭ
Ｇ流量またはアルシン流量により炭素濃度を制御する。
【００１２】(2) ＴＭＧ／ＴＭＡｓ系 ＴＭＧ及びＴＭＡｓをIII 族原料兼炭素原料として用
い、成長圧力または成長温度により炭素濃度を制御す
る。
い、成長圧力または成長温度により炭素濃度を制御す
る。
【００１３】(3) ＴＥＧ／ＴＭＡｓ系 ＴＥＧ及びＴＭＡｓをＶ族原料兼炭素原料として用い、
ＴＥＧ流量、成長温度または成長圧力により炭素濃度を
制御する。
ＴＥＧ流量、成長温度または成長圧力により炭素濃度を
制御する。
【００１４】(4) ＴＭＧ／ＴＭＡｓ−アルシン系 ＴＭＧ及びＴＭＡｓをＶ族原料兼炭素原料として用い、
ＴＭＧ流量、アルシン流量、成長温度または成長圧力に
より炭素濃度を制御する。
ＴＭＧ流量、アルシン流量、成長温度または成長圧力に
より炭素濃度を制御する。
【００１５】(5) ＴＥＧ／ＴＭＡｓ／アルシン系 ＴＥＧ及びＴＭＡｓをＶ族原料兼炭素原料として用い、
アルシン流量、成長温度または成長圧力により炭素濃度
を制御する。
アルシン流量、成長温度または成長圧力により炭素濃度
を制御する。
【００１６】上記(1) 〜(5) はいずれもこれらの条件を
変えると成長温度が変化する。
変えると成長温度が変化する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では次のような問題があった。ここでは(1)
と(2) の場合を例にとって具体的に問題を指摘する。
た従来技術では次のような問題があった。ここでは(1)
と(2) の場合を例にとって具体的に問題を指摘する。
【００１８】(1) ＴＭＧとアルシンを用いたｐ+ 型Ｇａ
Ａｓ成長の問題 ＴＭＧのモル流量に対するアルシンのモル流量の比を変
えたときに、成長速度及び正孔キャリア濃度の変化を調
べた。成長温度は５００℃、成長圧力は６．６５×１０
3 Pa、成長時間は６０min とした。ＴＭＧのモル流量に
対するアルシンのモル流量の比は、０．４、０．６、
０．８及び１．０とした。膜厚の測定はＳＥＭ法、正孔
キャリア濃度の測定はホール効果測定法により行った。
Ａｓ成長の問題 ＴＭＧのモル流量に対するアルシンのモル流量の比を変
えたときに、成長速度及び正孔キャリア濃度の変化を調
べた。成長温度は５００℃、成長圧力は６．６５×１０
3 Pa、成長時間は６０min とした。ＴＭＧのモル流量に
対するアルシンのモル流量の比は、０．４、０．６、
０．８及び１．０とした。膜厚の測定はＳＥＭ法、正孔
キャリア濃度の測定はホール効果測定法により行った。
【００１９】図２（Ａ）に成長速度のアルシン／ＴＭＧ
モル流量比依存性を、図２（Ｂ）に正孔キャリア濃度の
アルシン／ＴＭＧモル流量比依存性を示す。図２（Ｂ）
よりモル流量比が低くなるほど正孔キャリア濃度が上が
っていくことが分かる。しかしこの時、図２（Ａ）に示
されたように成長速度が大幅に変ってしまっている。こ
のように(1) の方法で炭素ドーピング濃度を制御しよう
とすると成長速度まで変ってしまう。
モル流量比依存性を、図２（Ｂ）に正孔キャリア濃度の
アルシン／ＴＭＧモル流量比依存性を示す。図２（Ｂ）
よりモル流量比が低くなるほど正孔キャリア濃度が上が
っていくことが分かる。しかしこの時、図２（Ａ）に示
されたように成長速度が大幅に変ってしまっている。こ
のように(1) の方法で炭素ドーピング濃度を制御しよう
とすると成長速度まで変ってしまう。
【００２０】(2) ＴＭＧとＴＭＡｓ系を用いたｐ+ 型Ｇ
ａＡｓ成長の問題 成長温度を変化させたときに成長速度及びキャリア濃度
の変化を調べた。成長圧力は６．６５×１０3 Pa、ＴＭ
ＡｓとＴＭＧのモル比は１０とし、成長時間を６０min
とした。成長温度は４００、４５０、５００、５５０及
び６００℃とした。膜厚およびキャリア濃度の測定は前
述と同じ測定法により行った。
ａＡｓ成長の問題 成長温度を変化させたときに成長速度及びキャリア濃度
の変化を調べた。成長圧力は６．６５×１０3 Pa、ＴＭ
ＡｓとＴＭＧのモル比は１０とし、成長時間を６０min
とした。成長温度は４００、４５０、５００、５５０及
び６００℃とした。膜厚およびキャリア濃度の測定は前
述と同じ測定法により行った。
【００２１】図３（Ａ）に成長速度の成長温度依存性
を、図３（Ｂ）に正孔キャリア濃度の成長温度依存性を
示す。図３（Ｂ）より成長温度を低くするほど正孔キャ
リア濃度が上がっていくことが分かる。しかし図３
（Ａ）を見て分かるように、成長温度を低くするほど成
長速度が低下してしまっている。
を、図３（Ｂ）に正孔キャリア濃度の成長温度依存性を
示す。図３（Ｂ）より成長温度を低くするほど正孔キャ
リア濃度が上がっていくことが分かる。しかし図３
（Ａ）を見て分かるように、成長温度を低くするほど成
長速度が低下してしまっている。
【００２２】このように(1) 、(2) のものは、成長速度
は成長条件を微妙に変えただけで大きく変化する、すな
わち炭素濃度が成長速度に従属するため、炭素のドーピ
ング濃度を変える時は成長速度を一回一回確認する必要
があり、大変手間がかかっていた。また、ＴＭＧをIII
族原料と炭素のドーパントとに兼用して使用する場合
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、正孔キャリア濃度や成長速度の再現性に問題があっ
た。なお、(3) 〜(5) についても同様な問題があった。
は成長条件を微妙に変えただけで大きく変化する、すな
わち炭素濃度が成長速度に従属するため、炭素のドーピ
ング濃度を変える時は成長速度を一回一回確認する必要
があり、大変手間がかかっていた。また、ＴＭＧをIII
族原料と炭素のドーパントとに兼用して使用する場合
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、正孔キャリア濃度や成長速度の再現性に問題があっ
た。なお、(3) 〜(5) についても同様な問題があった。
【００２３】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消して、高濃度炭素ドープｐ型ＧａＡｓ層を成長す
る際に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を独立
に制御できる化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成
長方法を提供することにある。
を解消して、高濃度炭素ドープｐ型ＧａＡｓ層を成長す
る際に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を独立
に制御できる化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成
長方法を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体結
晶の気相エピタキシャル成長方法は、反応管内に設置し
た結晶成長用基板を加熱し、反応管にIII 族原料ガス及
びＶ族原料ガスを供給して、結晶成長用基板上にIII −
Ｖ族化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる化合
物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法において、
炭素をドーピングしてｐ型III −Ｖ族化合物半導体結晶
層を成長する際に、III 族原料にトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）等の炭素数が少なくとも２以上のアルキル基
及びアリール基がついたＧａ系有機金属化合物を用い、
Ｖ族原料にトリメチル砒素（ＴＭＡｓ）やトリエチル砒
素（ＴＥＡｓ）等のアルキル基及びアリール基がついた
Ａｓ系有機金属化合物またはアルシン等のＡｓ水素化物
を用い、炭素原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）
を用い、前記ＴＭＧ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ようにしたものである。上記
III −Ｖ族化合物半導体結晶としてＧａＡｓ、ＡｌＧａ
Ａｓ等がある。ＡｌＧａＡｓのときは、III 族原料にＴ
ＥＧの一部をＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）に変え
たガリウム系有機金属化合物を用いる。
晶の気相エピタキシャル成長方法は、反応管内に設置し
た結晶成長用基板を加熱し、反応管にIII 族原料ガス及
びＶ族原料ガスを供給して、結晶成長用基板上にIII −
Ｖ族化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる化合
物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法において、
炭素をドーピングしてｐ型III −Ｖ族化合物半導体結晶
層を成長する際に、III 族原料にトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）等の炭素数が少なくとも２以上のアルキル基
及びアリール基がついたＧａ系有機金属化合物を用い、
Ｖ族原料にトリメチル砒素（ＴＭＡｓ）やトリエチル砒
素（ＴＥＡｓ）等のアルキル基及びアリール基がついた
Ａｓ系有機金属化合物またはアルシン等のＡｓ水素化物
を用い、炭素原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）
を用い、前記ＴＭＧ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ようにしたものである。上記
III −Ｖ族化合物半導体結晶としてＧａＡｓ、ＡｌＧａ
Ａｓ等がある。ＡｌＧａＡｓのときは、III 族原料にＴ
ＥＧの一部をＴＥＡ（トリエチルアルミニウム）に変え
たガリウム系有機金属化合物を用いる。
【００２５】この場合において、次の３つの成長温度範
囲と成長圧力範囲の条件を同時に満たしてエピタキシャ
ル成長することが好ましい。
囲と成長圧力範囲の条件を同時に満たしてエピタキシャ
ル成長することが好ましい。
【００２６】ＴＥＧを上記III 族原料として用いた場
合に、このＴＥＧと上記Ｖ族原料を用いたIII −Ｖ族化
合物半導体結晶成長が輸送律速になる成長温度範囲と成
長圧力範囲、ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料として用
いた場合に、このＴＭＧと上記Ｖ族原料を用いたIII −
Ｖ族化合物半導体結晶成長において、そのキャリア濃度
が少なくとも１×１０20cm-3以上となる成長温度範囲と
成長圧力範囲、ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料として
用いた場合に、このＴＭＧと上記Ｖ族原料を用いたIII
−Ｖ族化合物半導体結晶の成長速度がIII 族輸送律速時
の成長速度に比べ１／１０以下となる成長温度範囲と成
長圧力範囲。
合に、このＴＥＧと上記Ｖ族原料を用いたIII −Ｖ族化
合物半導体結晶成長が輸送律速になる成長温度範囲と成
長圧力範囲、ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料として用
いた場合に、このＴＭＧと上記Ｖ族原料を用いたIII −
Ｖ族化合物半導体結晶成長において、そのキャリア濃度
が少なくとも１×１０20cm-3以上となる成長温度範囲と
成長圧力範囲、ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料として
用いた場合に、このＴＭＧと上記Ｖ族原料を用いたIII
−Ｖ族化合物半導体結晶の成長速度がIII 族輸送律速時
の成長速度に比べ１／１０以下となる成長温度範囲と成
長圧力範囲。
【００２７】この３つの条件を満たす範囲は、具体的に
は、成長温度範囲が３５０℃〜４７５℃であり、上記圧
力範囲が１３．３×１０3 Pa以下である。
は、成長温度範囲が３５０℃〜４７５℃であり、上記圧
力範囲が１３．３×１０3 Pa以下である。
【００２８】ここで、III 族原料とＶ族原料を用いたII
I −Ｖ族化合物半導体結晶成長が輸送律速になる成長温
度範囲と成長圧力範囲としたのは、III 族原料とＶ族原
料との反応が優先して、ＴＭＧのIII −Ｖ族化合物半導
体結晶成長への関与を低減するためである。
I −Ｖ族化合物半導体結晶成長が輸送律速になる成長温
度範囲と成長圧力範囲としたのは、III 族原料とＶ族原
料との反応が優先して、ＴＭＧのIII −Ｖ族化合物半導
体結晶成長への関与を低減するためである。
【００２９】また、ＴＭＧとＶ族原料を用いたIII −Ｖ
族化合物半導体結晶成長において、そのキャリア濃度が
少なくとも１×１０20cm-3以上となる成長温度範囲と成
長圧力範囲としたのは、ｐ型III −Ｖ族化合物半導体結
晶層を高濃度とし、しかもその層の前後に高急峻なｐｎ
接合を形成するためである。
族化合物半導体結晶成長において、そのキャリア濃度が
少なくとも１×１０20cm-3以上となる成長温度範囲と成
長圧力範囲としたのは、ｐ型III −Ｖ族化合物半導体結
晶層を高濃度とし、しかもその層の前後に高急峻なｐｎ
接合を形成するためである。
【００３０】さらに、ＴＭＧとＶ族原料を用いたIII −
Ｖ族化合物半導体結晶の成長速度がIII 族輸送律速時の
成長速度に比べ１／１０以下となる成長温度範囲と成長
圧力範囲としたのは、ＴＭＧがＶ族原料と反応してIII
−Ｖ族化合物半導体結晶成長に関与するのを低減するた
めである。
Ｖ族化合物半導体結晶の成長速度がIII 族輸送律速時の
成長速度に比べ１／１０以下となる成長温度範囲と成長
圧力範囲としたのは、ＴＭＧがＶ族原料と反応してIII
−Ｖ族化合物半導体結晶成長に関与するのを低減するた
めである。
【００３１】そして、成長温度範囲を３５０℃〜４７５
℃とし、かつ圧力範囲を１３．３×１０3 Pa以下とした
のは、これらの値が上記３つの条件を同時に満たす具体
的な範囲となるからである。
℃とし、かつ圧力範囲を１３．３×１０3 Pa以下とした
のは、これらの値が上記３つの条件を同時に満たす具体
的な範囲となるからである。
【００３２】
【作用】従来のようにＴＭＧまたはＴＭＡｓを炭素原料
と兼用することによって、III−Ｖ族化合物半導体結晶
にドーピングされる炭素は、熱によりこれらの原料が不
完全に分解した状態、すなわちガリウム及び砒素にモノ
メチル基がついた状態で基板に到達し、エピタキシャル
層中に炭素ドーパントとして取り込まれるものと考えら
れている。このために兼用炭素原料の流量を制御して炭
素のドーピング濃度を変えるとIII −Ｖ族化合物半導体
結晶の成長速度が変化するものと推測される。
と兼用することによって、III−Ｖ族化合物半導体結晶
にドーピングされる炭素は、熱によりこれらの原料が不
完全に分解した状態、すなわちガリウム及び砒素にモノ
メチル基がついた状態で基板に到達し、エピタキシャル
層中に炭素ドーパントとして取り込まれるものと考えら
れている。このために兼用炭素原料の流量を制御して炭
素のドーピング濃度を変えるとIII −Ｖ族化合物半導体
結晶の成長速度が変化するものと推測される。
【００３３】そこで、本発明では、ＴＭＧに比べ低い温
度でIII −Ｖ族化合物半導体結晶を成長できるＴＥＧを
III 族原料として用い、このＴＥＧとＶ族有機金属化合
物を用いたIII −Ｖ族化合物半導体結晶が輸送律速で成
長するようにする。
度でIII −Ｖ族化合物半導体結晶を成長できるＴＥＧを
III 族原料として用い、このＴＥＧとＶ族有機金属化合
物を用いたIII −Ｖ族化合物半導体結晶が輸送律速で成
長するようにする。
【００３４】また、III 族原料としてＴＥＧを用いる
時、Ｖ族原料としてＴＭＡｓ等のＶ族有機金属化合物を
用いる。このときの成長条件は、ＴＭＡｓ等のＶ族有機
金属化合物とＴＭＧとがほとんど反応せずIII −Ｖ族化
合物半導体結晶が成長しない条件とする。ＴＭＧはIII
族原料やIII 族原料兼炭素原料としてではなく、炭素原
料専用として用いる。
時、Ｖ族原料としてＴＭＡｓ等のＶ族有機金属化合物を
用いる。このときの成長条件は、ＴＭＡｓ等のＶ族有機
金属化合物とＴＭＧとがほとんど反応せずIII −Ｖ族化
合物半導体結晶が成長しない条件とする。ＴＭＧはIII
族原料やIII 族原料兼炭素原料としてではなく、炭素原
料専用として用いる。
【００３５】このようにすると、ＴＥＧ等のIII 族原料
及びＴＭＡｓ等のＶ族原料は、ガリウム及び砒素にモノ
メチル基がつかない状態で基板に到達するため、ＴＭＧ
流量を変えてもIII −Ｖ族化合物半導体結晶成長速度は
ほとんど変化せず、したがって、炭素のドーピング濃度
を変えるとき、成長速度を確認する必要がなく、手間が
かからない。また、成長モードが表面反応律速で非常に
安定であり、正孔キャリア濃度や成長速度の再現性もよ
い。
及びＴＭＡｓ等のＶ族原料は、ガリウム及び砒素にモノ
メチル基がつかない状態で基板に到達するため、ＴＭＧ
流量を変えてもIII −Ｖ族化合物半導体結晶成長速度は
ほとんど変化せず、したがって、炭素のドーピング濃度
を変えるとき、成長速度を確認する必要がなく、手間が
かからない。また、成長モードが表面反応律速で非常に
安定であり、正孔キャリア濃度や成長速度の再現性もよ
い。
【００３６】したがって、高濃度炭素ドープｐ+ 型III
−Ｖ族化合物半導体結晶成長において、成長速度を変え
ることなく炭素のドーピング濃度を変えることができる
ようになる。
−Ｖ族化合物半導体結晶成長において、成長速度を変え
ることなく炭素のドーピング濃度を変えることができる
ようになる。
【００３７】
【実施例】以下、本発明の実施例をＧａＡｓ結晶につい
て説明する。本実施例によるＧａＡｓ結晶の気相エピタ
キシャル成長方法は、反応管内に設置した結晶成長用基
板を加熱し、反応管にIII 族原料ガス及びＶ族原料ガス
を供給して、結晶成長用基板上にＧａＡｓ結晶をエピタ
キシャル成長させる。
て説明する。本実施例によるＧａＡｓ結晶の気相エピタ
キシャル成長方法は、反応管内に設置した結晶成長用基
板を加熱し、反応管にIII 族原料ガス及びＶ族原料ガス
を供給して、結晶成長用基板上にＧａＡｓ結晶をエピタ
キシャル成長させる。
【００３８】炭素をドーピングしてｐ型ＧａＡｓ層を成
長する際に、III 族原料にＴＥＧを用いる。また、Ｖ族
原料にＴＭＡｓやＴＥＡｓ等のアルキル基及びアリール
基がついたＡｓ系有機金属化合物またはアルシン等のＡ
ｓ水素化物を用いる。そして、炭素源としてＴＭＧを用
いる。
長する際に、III 族原料にＴＥＧを用いる。また、Ｖ族
原料にＴＭＡｓやＴＥＡｓ等のアルキル基及びアリール
基がついたＡｓ系有機金属化合物またはアルシン等のＡ
ｓ水素化物を用いる。そして、炭素源としてＴＭＧを用
いる。
【００３９】このとき、次の３つの成長温度範囲と成長
圧力範囲の条件を同時に満たすようにエピタキシャル成
長させる。
圧力範囲の条件を同時に満たすようにエピタキシャル成
長させる。
【００４０】ＴＥＧとＶ族原料を用いたＧａＡｓ成長
が輸送律速モードになる成長温度範囲と成長圧力範囲、
ＴＭＧとＶ族原料を用いたＧａＡｓ成長において、そ
のキャリア濃度が少なくとも１×１０20cm-3以上となる
成長温度範囲と成長圧力範囲、ＴＭＧとＶ族原料を用
いたＧａＡｓの成長速度がIII 族輸送律速時の成長速度
に比べ１／１０以下となる成長温度範囲と成長圧力範
囲。
が輸送律速モードになる成長温度範囲と成長圧力範囲、
ＴＭＧとＶ族原料を用いたＧａＡｓ成長において、そ
のキャリア濃度が少なくとも１×１０20cm-3以上となる
成長温度範囲と成長圧力範囲、ＴＭＧとＶ族原料を用
いたＧａＡｓの成長速度がIII 族輸送律速時の成長速度
に比べ１／１０以下となる成長温度範囲と成長圧力範
囲。
【００４１】この３つ具体的な条件は、成長温度範囲が
３５０℃〜４７５℃であり、圧力範囲が１３．３×１０
3 Pa以下である。
３５０℃〜４７５℃であり、圧力範囲が１３．３×１０
3 Pa以下である。
【００４２】このような条件下で、結晶成長用基板上に
ＧａＡｓ結晶をエピタキシャル成長させると、ＴＭＧの
流量を調節することにより、ＧａＡｓエピタキシャル層
の成長速度を変えることなく、炭素のドーピング濃度を
制御することができ、したがって、高濃度ｐ+ 型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層を形成できる。
ＧａＡｓ結晶をエピタキシャル成長させると、ＴＭＧの
流量を調節することにより、ＧａＡｓエピタキシャル層
の成長速度を変えることなく、炭素のドーピング濃度を
制御することができ、したがって、高濃度ｐ+ 型ＧａＡ
ｓエピタキシャル層を形成できる。
【００４３】次に、上述した高濃度ｐ+ 型ＧａＡｓエピ
タキシャル成長方法の具体例を説明する。成長炉内のサ
セプタにＧａＡｓ基板を設置し、反応炉内の圧力を７×
１０ 3 Paに保ち、反応管内に砒素原料となるＴＭＡｓを
流した状態でＧａＡｓ基板を４５０℃まで加熱する。加
熱後、Ｇａ原料となるＴＥＧと、炭素ドーパントとなる
ＴＭＧを反応炉内に導入し、炭素ドープｐ+ 型ＧａＡｓ
層の成長を行う。
タキシャル成長方法の具体例を説明する。成長炉内のサ
セプタにＧａＡｓ基板を設置し、反応炉内の圧力を７×
１０ 3 Paに保ち、反応管内に砒素原料となるＴＭＡｓを
流した状態でＧａＡｓ基板を４５０℃まで加熱する。加
熱後、Ｇａ原料となるＴＥＧと、炭素ドーパントとなる
ＴＭＧを反応炉内に導入し、炭素ドープｐ+ 型ＧａＡｓ
層の成長を行う。
【００４４】成長の終了では、ＴＥＧとＴＭＧの成長炉
内への供給を停止し、ＴＭＡｓのみを流した状態で室温
まで降温した。成長時間は６０min とした。ＴＭＡｓと
ＴＥＧのモル比は１０とした。また、ＴＭＧの流量を１
０、２０、３０及び５０ml／min とした４つの条件につ
いて実験した。成長した炭素ドープｐ+ 型ＧａＡｓ層の
膜厚（成長速度）及び正孔キャリア濃度を、それぞれ走
査型電子顕微鏡及びホール効果測定法で測定した結果を
それぞれ図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す。
内への供給を停止し、ＴＭＡｓのみを流した状態で室温
まで降温した。成長時間は６０min とした。ＴＭＡｓと
ＴＥＧのモル比は１０とした。また、ＴＭＧの流量を１
０、２０、３０及び５０ml／min とした４つの条件につ
いて実験した。成長した炭素ドープｐ+ 型ＧａＡｓ層の
膜厚（成長速度）及び正孔キャリア濃度を、それぞれ走
査型電子顕微鏡及びホール効果測定法で測定した結果を
それぞれ図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す。
【００４５】図１（Ａ）を見て分かるように、成長速度
はＴＭＧの流量が変化してもほとんど変らない。これに
対して正孔キャリア濃度は図１（Ｂ）に示したようにＴ
ＭＧの流量が多くなるほど高くなっていき、ＴＭＧ流量
により正孔キャリア濃度を制御できることが分かる。
はＴＭＧの流量が変化してもほとんど変らない。これに
対して正孔キャリア濃度は図１（Ｂ）に示したようにＴ
ＭＧの流量が多くなるほど高くなっていき、ＴＭＧ流量
により正孔キャリア濃度を制御できることが分かる。
【００４６】なお、ＴＥＧの一部をＴＥＡに変えてＡｌ
ＧａＡｓ成長を行ったところ、図１（Ａ）、（Ｂ）と同
様な結果が得られた。
ＧａＡｓ成長を行ったところ、図１（Ａ）、（Ｂ）と同
様な結果が得られた。
【００４７】以上述べたように本実施例によれば、III
族原料にＴＥＧ、Ｖ族原料にＴＭＡｓ等の有機金属化合
物を用い、これらが優先的に反応しやすいような条件設
定をすると共に、炭素のドーパントとしてＴＭＧを専用
に用いて炭素ドープｐ型ＧａＡｓ層を成長させるように
したので、ＴＭＧの流量制御によって、ＧａＡｓ層の成
長速度を変化させることなく、高濃度の炭素ドープｐ型
ＧａＡｓ結晶を容易に成長でき、また、炭素ないしＴＭ
Ｇは吸着性もないので高急峻のｐｎ接合を実現できる。
族原料にＴＥＧ、Ｖ族原料にＴＭＡｓ等の有機金属化合
物を用い、これらが優先的に反応しやすいような条件設
定をすると共に、炭素のドーパントとしてＴＭＧを専用
に用いて炭素ドープｐ型ＧａＡｓ層を成長させるように
したので、ＴＭＧの流量制御によって、ＧａＡｓ層の成
長速度を変化させることなく、高濃度の炭素ドープｐ型
ＧａＡｓ結晶を容易に成長でき、また、炭素ないしＴＭ
Ｇは吸着性もないので高急峻のｐｎ接合を実現できる。
【００４８】したがって、高急峻ｐｎ接合、高濃度炭素
ドープｐ+ 型ＧａＡｓベース層をもつＨＢＴ用エピタキ
シャルウェハの製造が容易となり、また膜厚及びキャリ
ア濃度の制御性が良いので、ウェハ間でデバイス特性の
ばらつきの小さいエピタキシャルウェハが容易に得られ
る。
ドープｐ+ 型ＧａＡｓベース層をもつＨＢＴ用エピタキ
シャルウェハの製造が容易となり、また膜厚及びキャリ
ア濃度の制御性が良いので、ウェハ間でデバイス特性の
ばらつきの小さいエピタキシャルウェハが容易に得られ
る。
【００４９】
【発明の効果】(1) 請求項１に記載の発明によれば、高
濃度炭素ドープｐ型III −Ｖ族化合物半導体結晶層を成
長する際に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を
独立に制御できる。
濃度炭素ドープｐ型III −Ｖ族化合物半導体結晶層を成
長する際に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を
独立に制御できる。
【００５０】(2) 請求項２又は３に記載の発明によれ
ば、ｐ型不純物濃度の制御性、高濃度化が一層向上す
る。
ば、ｐ型不純物濃度の制御性、高濃度化が一層向上す
る。
【図１】ＴＭＡｓ／ＴＥＧにおける炭素ドープｐ+ 型Ｇ
ａＡｓの膜厚（成長温度）の測定結果を示す特性図、及
びＴＭＡｓ／ＴＥＧにおける炭素ドープｐ型ＧａＡｓの
正孔キャリア濃度の測定結果を示す特性図。
ａＡｓの膜厚（成長温度）の測定結果を示す特性図、及
びＴＭＡｓ／ＴＥＧにおける炭素ドープｐ型ＧａＡｓの
正孔キャリア濃度の測定結果を示す特性図。
【図２】成長速度のアルシン／ＴＭＧモル流量比依存性
を示す特性図、及びキャリア濃度のアルシン／ＴＭＧモ
ル流量比依存性を示す特性図。
を示す特性図、及びキャリア濃度のアルシン／ＴＭＧモ
ル流量比依存性を示す特性図。
【図３】ＴＭＡｓ／ＴＭＧにおける成長速度の成長温度
依存性を示す特性図、及びＴＭＡｓ／ＴＭＧにおける正
孔キャリア濃度の成長温度依存性を示す特性図。
依存性を示す特性図、及びＴＭＡｓ／ＴＭＧにおける正
孔キャリア濃度の成長温度依存性を示す特性図。
Claims (3)
- 【請求項１】反応管内に設置した結晶成長用基板を加熱
し、反応管にIII 族原料ガス及びＶ族原料ガスを供給し
て、結晶成長用基板上にIII −Ｖ族化合物半導体結晶を
エピタキシャル成長させる化合物半導体結晶の気相エピ
タキシャル成長方法において、炭素をドーピングしてｐ
型III −Ｖ族化合物半導体結晶層を成長する際に、III
族原料にトリエチルガリウム（ＴＥＧ）等の炭素数が少
なくとも２以上のアルキル基及びアリール基がついたＧ
ａ系有機金属化合物を用い、Ｖ族原料にトリメチル砒素
（ＴＭＡｓ）やトリエチル砒素（ＴＥＡｓ）等のアルキ
ル基及びアリール基がついたＡｓ系有機金属化合物また
はアルシン等のＡｓ水素化物を用い、炭素原料としてト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、前記ＴＭＧ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
ことを特徴とする化合物半導体結晶の気相エピタキシャ
ル成長方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の化合物半導体結晶の気相
エピタキシャル成長方法において、次の３つの成長温度
範囲と成長圧力範囲の条件を同時に満たすようにエピタ
キシャル成長させることを特徴とする化合物半導体結晶
の気相エピタキシャル成長方法。 ＴＥＧを上記III 族原料として用いた場合に、このＴ
ＥＧと上記Ｖ族原料を用いたIII −Ｖ族化合物半導体結
晶成長が輸送律速になる成長温度範囲と成長圧力範囲、
ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料として用いた場合に、
このＴＭＧと上記Ｖ族原料を用いたIII −Ｖ族化合物半
導体結晶成長において、そのキャリア濃度が少なくとも
１×１０20cm-3以上となる成長温度範囲と成長圧力範
囲、ＴＭＧをIII 族原料兼炭素原料として用いた場合
に、このＴＭＧと上記Ｖ族原料を用いたIII −Ｖ族化合
物半導体結晶成長速度がIII 族輸送律速時の成長速度に
比べ１／１０以下となる成長温度範囲と成長圧力範囲。 - 【請求項３】請求項２に記載の化合物半導体結晶の気相
エピタキシャル成長方法において、上記３つの条件を満
たす上記成長温度範囲が３５０℃〜４７５℃であり、上
記圧力範囲が１３．３×１０3 パスカル（Pa）以下であ
る請求項２に記載の化合物半導体結晶の気相エピタキシ
ャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23490893A JPH0794422A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23490893A JPH0794422A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794422A true JPH0794422A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=16978183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23490893A Pending JPH0794422A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0794422A (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 |
-
1993
- 1993-09-21 JP JP23490893A patent/JPH0794422A/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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