JPH0812844B2 - ▲ｉｉｉ▼−ｖ族化合物半導体およびその形成方法 - Google Patents

▲ｉｉｉ▼−ｖ族化合物半導体およびその形成方法

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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、エピタキシャル層内にVI族元素を含んだ不
純物元子層を一層以上有するIII−Ｖ族化合物半導体装
置および、その形成方法に関するものである。
（従来の技術） III−Ｖ化合物半導体のエピタキシャル層は、発光ダ
イオード、レーザダイオードのような光デバイス、FET
のようなマイクロ波デバイスに広く応用されている。こ
れらのデバイス実現するためにはエピタキシャル層内の
キャリア濃度の制御が不可欠であり、例えば電子のキャ
リア濃度の制御のためには、シリコン（Si）のようなIV
族不純物、あるいは、S,SeのようなVI族の不純物を導入
してきた。ところで、最近ではより高度な電子デバイス
を実現するために、エピタキシャル層の任意の原子層に
のみドーピングを行う、いわゆるプレーナドーピング技
術が、たとえば、文献［S.Sasa et al,Jpn.J.Appl.Phy
s.24（1985）L602］や［H.Ohno et al.,J.Cryst.Growt
h,68（1984）15］に述べられている。これらの場合Siが
ｎ型の不純物として用いられている。この場合の成長方
法としては、母体結晶GaAsの成長を一時中止して、Siビ
ームやSiH4ガスを基板表面上に供給するという方法が取
られている。
（発明が解決しようとする問題点） ところで、SiはGaAs中のGa格子点を占めることにより
ｎ型の不純物となるが、上記のような成長手法では、特
にSiとSiを囲むAsとの結合があまり強くなく、高濃度に
ドーピングすることは困難である。更に、ドーピング濃
度を高めるために長時間、GaAs等の母体結晶の成長を停
止したままにおくことで、母体結晶の質の低下が問題に
なるという欠点を有している。また、高性能のデバイス
作製の観点から、エピタキシャル層の任意の希望する場
所にプレーナドーピングを行うことが必要である。すな
わち、エピタキシャル層の膜厚制御性の極めて高い手法
が必要である。この点に関して、従来のMBEやMOCVDのよ
うな成長温度、ガス分圧を制御することにより成長速度
を極めて精密に制御しているが、本質的には成長時間で
成長膜厚を制御しているため単原子層・分子層単位の性
格な制御は困難であり、従って任意の場所に、原子層単
位の精度でプレーナドーピングを行うことも極めて難し
いものであった。
本発明はIII−Ｖ化合物半導体のプレーナドーピング
構造を有する半導体装置、および、その形成方法におい
て、従来のかかる欠点を取り除き、エピタキシャル成長
層の任意の原子層に精度良く、かつ、高濃度に、VI族元
素を不純物としてプレーナドーピングした半導体装置お
よび、その形成方法を提供しようとするものである。
（問題点を解決するための手段） 本発明のIII−Ｖ族化合物半導体は、III族元素層とＶ
族元素層とを交互に積層したIII−Ｖ族化合物半導体に
おいて、一部のＶ族元素層のＶ族元素の占めるべき格子
点の一部をドーピング不純物となるVI族元素で置換した
構造を有することを特徴とする。または、本発明のIII
−Ｖ族化合物半導体の形成方法は、III族元素の塩化物
とＶ族元素の水素化物とを交互に供給し、基板上にIII
族元素層とＶ族元素層とを交互に積層するIII−Ｖ族化
合物半導体の形成方法において、一部のＶ軸元素層の成
長時にＶ軸元素の水素化物の代わりにVI族元素の水素化
物を供給し、III族元素とＶ族元素の交互に積層された
構造の中の一部のＶ族元素層のＶ族元素の全部または一
部がVI族元素となるように形成することを特徴とする。
（作用） 第１図にはIII−Ｖ族化合物半導体で代表的なガリウ
ムヒ素（GaAs）１にVI族元素のセレン（Se）をプレーナ
ドーピング２した装置の断面を原子レベルで概略的に示
した。この装置のエピタキシャル成長は基本的には、Ga
の塩化物を用いた原子層制御エピタキシャル法（ALE
法）に依った。この手法の原理は化合物半導体の構成元
素、あるいは、その元素の含むガスを交互に供給し、一
原子層づつ吸着させ全体として所望の化合物半導体を成
長させる方法である。［T.Suntola,Extended Abstract
of the 16th Conference Solid State Device and Mate
rials,Kobe,1984,pp.647〜650］。III族元素の塩化物を
用いたALE法は、本発明者等がすでに報告したように
［A.Usui and H.Sunakawa,ジャパニーズ・ジャーナル・
オブ・アプライド・フィジクス（Japanese J.Appl.Phy
s.Vol.25、ppL212〜L214（1986）］、III族およびＶ族
の半導体元素のそれぞれを別々の成長室に導入し、成長
基板をそれぞれの成長室間で移動し、反応ガス吸着反応
を繰り返しながら単層づつ成長を行う。ここで、ドーパ
ントのSeの原料としてH2Seを用い、H2SeをGaCl吸着後、
成長表面に供給するという本発明の構成要素は、H2Seが
ClをGaから離脱させ、Seが効率良くドーピング出来ると
いう、今まで報告されていない新しい事実に基づくもの
である。また、H2Seばかりでなく、H2Sについても同様
な効果があることが判っている。
（実施例） （実施例１） 第２図は本発明の方法で作成した成長層の断面を模式
的に示したものである。この構造のエピタキシャル成長
は、GaとHClガスを反応したGaClと、Asの水素化物であ
るAsH3を用いて、ALE法により、作製した。成長温度は4
50℃とした。まず、（100）GaAs基板11上にGaAsを９原
子層12成長させた。次にGaCl吸着させた後、H2Se供給し
Seのプレーナ層13のドーピングを行った。このプロセス
を20回繰り返し、さらに、表面にGaAs10原子層14を形成
した。
ホール測定（Van der Pauw法）によりこの半導体装置
のキャリア濃度を測定した結果、７〜８×1018（cm-3）
と高いキャリア濃度が再現良く得られることがわかっ
た。
（実施例２） 第３図に、本実施例で作成した成長層の断面を模式的
に示した。成長手法として実施例と同様なALE法を用
い、成長温度は450℃とした。基板として（100）GaAs基
板21を用いた。この基板上にGaAs35を原子層22、Seプレ
ーナドーピング層を一層、その上に、GaAs300原子層24
から成る半導体装置を形成した。
第４図に、本実施例で形成した半導体装置のＣ−Ｖ測
定から求めた方向のキャリア濃度の分布31を示す。Seプ
レーナドーピング層のキャリア濃度の半値幅は8nmと急
峻な分布を示した。
（発明の効果） 以上述べたように、本発明による半導体装置、およ
び、形成方法を用いれば、単原子・単分子層の精度でプ
レーナドーピングを行う場合を任意に決定でき、更に、
その層に高濃度で高効率のVI族元素のドーピングを実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を説明するための図で、GaAs成長層中に
Seプレーナドーピング層をAlE法で形成した半導体装置
の概略を示す。第２図は本発明の一実施例を説明するた
めの図で、GaAs9分子層、Seプレーナドーピング層の周
期構造を有する半導体装置の簡略図。第３図はGaAs成長
中にSeプレーナドーピング層を単層形成した半導体装置
の簡略図。第４図にＣ−Ｖ測定から得られた第３図の半
導体装置の深さ方向キャリア濃度分布を示した。 １、11、21……GaAs基板 ２、13、23……Seのプレーナドーピング層 12……GaAsを９原子層の成長膜 14……GaAsを10原子層の成長膜 22……GaAsを35原子層の成長膜 24……GaAsを300原子層の成長膜 31……Ｃ−Ｖ測定から得られた深さ方向のキャリア濃度
プロファイルを示した。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】III族元素層とＶ族元素層とを交互に積層
    したIII−Ｖ族化合物半導体において、一部のＶ軸元素
    層のＶ族元素の占めるべき格子点の一部をドーピング不
    純物となるVI族元素で形成した構造を有することを特徴
    とするIII−Ｖ族化合物半導体。
  2. 【請求項２】III族元素の塩化物とＶ族元素の水素化物
    とを交互に供給し、基板上にIII族元素層とＶ族元素層
    とを交互に積層するIII−Ｖ族化合物半導体の形成方法
    において、一部のＶ族元素層の成長時にＶ族元素の水素
    化物の代わりにVI族元素の水素化物を供給し、III族元
    素とＶ族元素の交互に積層された構造の中の一部のＶ族
    元素層のＶ軸元素の全部または一部がVI族元素となるよ
    うに形成することを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体
    の形成方法。
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