JPH0917737A - 半導体積層構造の気相成長方法 - Google Patents
半導体積層構造の気相成長方法Info
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Abstract
する半導体積層構造を作製する方法であって、炭素不純
物の水素化率を低減させる半導体積層構造の気相成長方
法を提供すること。 【解決手段】 水素ガスをキャリアガスとして用い、半
導体基板1上に炭素が不純物として添加された炭素添加
半導体層2を成長する((A))。第2の半導体層を成
長する以前に、キャリアガスである水素以外の原料ガス
の供給を中断すると共に、基板温度を上昇させる
((B))。この水素雰囲気中での熱処理工程の後に、
炭素添加半導体層上に第2の半導体層3を成長し
((C))、炭素を不純物として含む半導体積層構造を
得る((D))。
Description
気相成長方法に関し、特に、高い不純物活性化率を有す
る導電性半導体層の結晶成長方法に関するものである。
の拡散定数が小さく高濃度ドーピングが可能である等の
特徴を有していることから、近年p型ドーパントとして
注目を集めている。炭素を不純物として添加した半導体
層を成長する手法としては、いくつかの方法が用いられ
ているが、中でも有機金属気相成長法(Metal O
rganic Chemical Vapor Dep
osition: MOCVD)や気相成長法(Vap
or Phase Epitaxy): VPE)等の
気相成長方法は、装置の大型化や原料補充が容易である
等の点で他の成長方法(分子線エピタキシー法(Mol
ecular Beam Epitaxy: MBE)
や液相エピタキシー法(Liquid Phase E
pitaxy: LPE)に比べて優れており、工業的
にも広く用いられている。通常、気相成長のキャリアガ
スとしては、他のガスに比べ高純度のガスが得られると
いう特徴から、水素が多く用いられている。また、III
−V 族半導体の気相成長におけるV 族原料として、As
H3 やPH3 等の水素化物が多く用いられている。従っ
て、成長室内には解離した活性水素が高濃度に存在して
いる。この状況は、V原料にトリメチルアルシン(TM
As)、ターシャリ−ブチルアルシン(TBAs),ト
リメチルホスフィン(TMP)、ターシャリ−ブチルホ
スフィン(TBP)等の有機金属原料を用いても、解離
した水素が発生するため、同様に生じる。炭素不純物に
及ぼす悪影響の一つとして、ドーパントの水素化による
不活性化という問題が知られている。これは、成長環境
に高濃度に存在する水素が結晶中で炭素不純物と結合す
ることにより炭素の結合手を終端し、炭素からのキャリ
ア供給を相殺してしまうという現象である。この現象
は、特に低温で成長した結晶中で顕著であり、例えば、
近年、超高速素子用材料として注目されているInGa
As系材料に関していえば、より低温成長の必要な高I
n組成領域でより顕著になる。従って、InP基板に格
子整合するInGaAs層中に、高濃度にCを添加しよ
うとした場合、不純物炭素の大部分が水素化により不活
性化し、炭素添加層の抵抗率が高くなってしまうという
問題点があった。
度活性化する手法として、窒素中での熱処理が有効であ
ることが知られている。しかし、炭素添加層上に他の半
導体層を成長した後に、窒素中での熱処理を行っても、
上記他の半導体層中の空間電荷により水素の脱離が阻害
されるため、有効に脱水素化を行えないことが問題とな
っている。この現象は、特に上記他の半導体層がn型に
ドープされている場合に顕著となる。また、成長を中断
して窒素中で熱処理を行う手法も考えられるが、一般的
に窒素の純度は水素よりもかなり低く、成長装置に導入
した場合、成長装置内部や結晶表面を汚染してしまう等
の問題が生じてしまう。さらに、窒素は水素に比べ熱伝
導率が低いため、基板表面の実温度が所望の値からずれ
たり、基板温度の面内均一性が低下してしまう等の問題
が生じてしまう。
の問題点を解決するため、炭素を不純物として含む半導
体層を少なくとも1層有する半導体積層構造の気相成長
方法において、炭素不純物の水素化率を低減させる技術
を提供することである。
め、本発明の第1の解決手段に従う半導体積層構造の気
相成長方法は、炭素が不純物として添加された炭素添加
半導体層を成長し、その後、該炭素添加半導体層上に、
第2の半導体層を成長する以前に、キャリアガスである
水素以外の原料ガスの供給を中断すると共に、基板温度
を上昇させることにより、水素雰囲気中での熱処理工程
を追加したことを特徴とする。
構造の気相成長方法は、上述の第1の解決手段に従う半
導体積層構造の気相成長方法において、炭素添加半導体
層がInGaAsであり、また、第2の半導体層がn型
の導電性を有し、さらに、前記水素雰囲気中での熱処理
工程を、基板温度が500℃以上かつ600℃以下にし
た状態で1分間以上行うことを特徴とする。
第2の半導体層を成長する以前に、キャリアガスである
水素以外の原料ガスの供給を中断して基板温度を上昇さ
せて、水素雰囲気中で熱処理すると、炭素の活性化率が
向上する。その結果、炭素添加層のキャリア濃度が増加
する。
さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施の形態
に限られないことは勿論である。
方法による半導体構造の作製工程を模式的に示す。図に
おいて、1は半導体基板、2は炭素添加半導体層、3は
第2のまたは別の半導体層である。半導体基板1上にキ
ャリアガスとしての水素ガスと、炭素を添加するための
C原料ガスと半導体成分原料ガスを含む原料ガスを用
い、MOCVD法で炭素添加半導体層2を成長する(図
1(A))。このようにして炭素添加半導体層2を形成
した直後に、水素雰囲気中で高温(有効に炭素の活性化
が起きる温度、例えば500℃〜600℃)で水素ガス
(キャリアガス)以外の原料ガスは供給しないで熱処理
を行う(図1(B))。さらに、別の半導体層を形成す
るための原料ガスとキャリアガスとしての水素ガスとを
供給して半導体層を成長し(図1(C))、図1(D)
に示す半導体積層構造を得る。炭素添加半導体層2は直
接半導体基板1上に形成したが、他の半導体層を半導体
基板1上に形成した後にその上に形成してもよい。
BT(ヘテロ・バイポーラ・トランジスタ)構造の成長
に適用した本発明の半導体積層構造の断面図である。図
において、11はn−InGaAsエミッタキャップ
層、12はn−InPエミッタ層、13は成長中断界
面、14はCドープp−InGaAsベース層、15は
i−InGaAsコレクタ層、16はn−InGaAs
コレクタ電極層、17はInP基板を示す。
てトリメチルガリウム(TMGa)、トリメチルインジ
ウム(TMIn)およびアルシン(AsH3 )を用い、
炭素原料(C原料)として四臭化炭素(CBr4 )、n
型ドーパントとしてはジシラン(Si2 H6 )を用い
た。ベース層の成長温度は450℃である。本発明者ら
が実験的に検討した結果、成長中断界面3において、成
長中断を行わない場合は、ベース層のキャリア濃度は3
×1018cm-3程度であったが、成長中断を行い、基板
温度を500℃まで上昇させ、水素雰囲気中で5分間処
理を行うことにより、ベース層のキャリア濃度を1×1
019cm-3程度まで向上させることができることを見出
した。また、結晶中の原子濃度分析の結果から、これら
の変化は、結晶中の炭素原子に結合している水素原子が
結晶中から脱離することに起因していることを確認し
た。
熱処理工程の温度および時間と深い関係にあると考えて
注意深く検討を行った結果、成長中断による熱処理工程
の温度が1分以上の熱処理時間で500℃〜600℃の
範囲内にある場合に効果的であることを確認した(図
3)。熱処理時間は、一般的に熱処理温度が高い程短く
てすむが、通常1〜30分程度で充分である。
電流利得のコレクタ電流依存性を測定したものである。
電流利得は100程度と高く、n値も1に近いことか
ら、上述の成長中断が、成長中断界面の品質に悪影響を
及ぼしていないことが分かる。ここに、n値はアイデア
リティ・ファクタ(ideality factor)
であり、n値が1に近いほど電流利得のコレクタ電流密
度依存性の傾きが小さいことを表わしている。n値が小
さいことはエミッタ−ベース接合における再結合電流が
低いことを意味している。
述べたが、本発明の方法は電界効果型トランジスタ(F
ET)、トンネル効果素子等の電子デバイスや、レー
ザ、発光ダイオード(LED)、フォトディテクタなど
の光素子等の層構造中に存在する炭素ドープ層に対して
も広く用いることができる。また、材料としては、In
GaAs系の場合について述べたが、AlGaAs,I
nAlAs,GaAsSb等の他の材料系についても、
同様に適用できる。さらに、ここでは炭素原料としてC
Br4を用いたが、この他にもTMGa、トリメチルア
ルシン(TMAs)、トリメチルアルミニウム(TMA
l)、四塩化炭素(CCl4 )等を用いても同様な効果
が得られる。また、結晶構成元素の原料としてTMG
a、TMInおよびAsH3 を用いたが、トリエチルガ
リウム(TEGa)、トリエチルインジウム(TEI
n)、TMAs、トリエチルアルシン(TEAs)、タ
ーシャリ−ブチルアルシン(TBAs)等の他の原料を
用いても同様の効果が得られる。本発明は、また、キャ
リアガスとして用いられている水素を、熱処理工程の雰
囲気ガスとして用いているため、窒素等の余分なガスの
導入機構を必要としないという利点をも有している。
不純物として添加する層を含む半導体積層構造を成長す
る場合に、炭素の活性化率の向上を図ることができ、よ
り高いキャリア濃度の炭素添加層を実現することができ
る。
を模式的に示す断面図であり、(A)はCドープ半導体
層を成長する段階、(B)は水素雰囲気中で高温加熱す
る段階、(C)は他の半導体層を成長する段階、(D)
はCドープ半導体層と別の半導体層とを成長した構造、
をそれぞれ示す。
面図である。
処理温度依存性を示す特性図である。
利得のコレクタ電流密度依存性を示す特性図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 炭素が不純物として添加された炭素添加
半導体層を成長し、その後、該炭素添加半導体層上に第
2の半導体層を成長する、水素ガスをキャリアガスとし
た半導体積層構造の気相成長方法において、 前記炭素添加半導体層を成長した後、第2の半導体層を
成長する以前に、キャリアガスである水素以外の原料ガ
スの供給を中断すると共に、基板温度を上昇させること
により、水素雰囲気中での熱処理工程を追加したことを
特徴とする半導体積層構造の気相成長方法。 - 【請求項2】 炭素添加半導体層がInGaAsであ
り、また、第2の半導体層がn型の導電性を有し、さら
に、前記水素雰囲気中での熱処理工程を、基板温度が5
00℃以上かつ600℃以下にした状態で1分間以上行
うことを特徴とする請求項1記載の半導体積層構造の気
相成長方法。
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JP16762995A JP3156909B2 (ja) | 1995-07-03 | 1995-07-03 | 半導体積層構造の気相成長方法 |
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ID=15853335
Family Applications (1)
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JP16762995A Expired - Lifetime JP3156909B2 (ja) | 1995-07-03 | 1995-07-03 | 半導体積層構造の気相成長方法 |
Country Status (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6258685B1 (en) | 1998-08-19 | 2001-07-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing hetero-junction bipolar transistor |
JP2014220464A (ja) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | 日本電信電話株式会社 | アンチモン系p型化合物半導体の積層構造 |
JP2016103599A (ja) * | 2014-11-28 | 2016-06-02 | 三菱電機株式会社 | アバランシェフォトダイオードの製造方法 |
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1995
- 1995-07-03 JP JP16762995A patent/JP3156909B2/ja not_active Expired - Lifetime
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