JPH1154528A - p型化合物半導体薄膜成長法 - Google Patents

p型化合物半導体薄膜成長法

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JPH1154528A
JPH1154528A JP22746597A JP22746597A JPH1154528A JP H1154528 A JPH1154528 A JP H1154528A JP 22746597 A JP22746597 A JP 22746597A JP 22746597 A JP22746597 A JP 22746597A JP H1154528 A JPH1154528 A JP H1154528A
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JP
Japan
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thin film
compound semiconductor
cbr
semiconductor thin
type compound
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Application number
JP22746597A
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English (en)
Inventor
Hideo Sugiura
英雄 杉浦
Manabu Mitsuhara
学 満原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドーパントとして四臭素化炭素(CBr4
を用いても高温度で薄膜を成長させることができ、高品
質なp型化合物半導体薄膜を形成する。 【解決手段】 III −V族化合物半導体薄膜の成長方法
において、電子素子の構成元素の原料のドーパントとし
て四臭素化炭素(CBr4 )を用い、これを予め低分子
に分解して基板へ供給する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は電子素子や光素子
等に用いられる高濃度のp型III−V族化合物半導体
薄膜の成長法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来からIII−V族化合物半導体は高
速で動作可能な電子素子の構成材料として数多く使用さ
れている。主なIII−V族化合物半導体としてGaA
s、InP、および多元化合物であるInGaAs、I
nGaAsPなどが挙げられる。
【0003】これらの薄膜は、有機金属熱分解法(MO
CVD)、分子線エピタキシ法(MBE)、有機金属分
子線エピタキシ法(MOMBE)法などで作製される。
素子の性能は、素子構造と薄膜中の濃度に大きく左右さ
れる。特に、ヘテロバイポーラトランジスタ(HBT)
では、ベースのホール濃度が高いほど高周波特性が向上
する。多くのドーパントがテストされた結果、現在では
GaAsにはトリメチル砒素、InGaAsには四臭素
化炭素(CBr4 )がもっとも広く使われている。その
理由は、第1に、ドーピング効率が高いこと、第2にド
ーパントによって炭素がドープされ、その炭素は多量に
ドープしてもほとんど拡散しないという利点があるから
である。
【0004】MOCVD、MBE、MOMBE法で、四
臭素化炭素(CBr4 )を用いて1019cm-3以上のホ
ール濃度を有するp型InGaAsが作製されている。
但し、このうちMOCVDでは水素によるパッシベーシ
ョンすなわちホール濃度が1桁以上減少するという欠点
がある。
【0005】一方、MBE、CBEでは成長が真空中で
行われるため水素によるパッシベーションはほとんどな
い。
【0006】いずれの成長法においても、ホール濃度は
CBr4 の供給量、成長温度、成長時のAs供給量の3
つのパラメータによって大きく変化する。これまでの研
究(例えば、R. A. Hamm et al. Journal of
Crystal Growth 148巻(1996
年)ページ362〜370)から、ホール濃度はCBr
4 の供給量の増加に比例し、As供給量の増加に反比例
することが知られている。
【0007】3つのうちでもっとも大きな影響を与える
パラメータが成長温度である。すなわち、成長温度が低
下すると、特に500度以下になると、ホール濃度が1
桁程度急激に増加する。具体的には、アンドープInG
aAsの最適成長温度はMOCVDでは620度、MB
EやMOMBEでは520度であるが、いずれの成長法
においても450度という低温成長したとき、1019
-3以上の濃度が得られる。CBr4 のドーピング機構
は基板上でのCBr4 の熱分解と基板上からのCBr4
の再蒸発が同時に生じており、成長温度を下げることに
より再蒸発が抑制され、高濃度ドープが達成されると考
えられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、高濃度
ドープするにはCBr4 の再蒸発を抑えるために低い成
長温度にせざるをえなく、その結果、InGaAsの結
晶性が劣化するという課題があった。
【0009】この発明は上記のことに鑑み提案されたも
ので、その目的とするところは、高品質の半導体薄膜を
作製できるp型化合物半導体薄膜成長法を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、III−V族
化合物半導体の薄膜成長において、構成元素の原料のド
ーパントとして4臭素化炭素(CBr4 )を用い、その
一部を予めCBrx (x≦3)の低分子に分解して基板
9へ供給するようにし、上記目的を達成している。
【0011】また、上記において、CBr4 の一部を分
解する手段は熱分解であり、かつその温度は40℃乃至
110℃の範囲とし、上記目的を達成している。
【0012】また、本発明では、III−V族化合物半
導体はInGaAsおよびInGaAsPであることを
特徴としている。
【0013】また、本発明での薄膜は、有機金属分子線
エピタキシ法(MOMBE)を用いて作製することを構
成としている。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明では、要するに、構成元素
の原料のドーパントとして4臭素化炭素(CBr4 )を
用い、その一部を加熱手段にてCBrx (x≦3)の低
分子の形とし、基板へ供給する点に主たる特徴を有して
いる。
【0015】すなわち、CBr4 は通常室温で使用され
る。しかし、CBr4 は60度以上に加熱すると分解
し、その際生成されたBr2 によって金属が腐食される
ことが知られている。したがって、CBr4 を室温以上
に加熱することによって一部のBrがはずれ、CBrx
(x≦3)分子を生成できる。CBr4 に比べCBrx
(x≦3)はBrの数が少ないので、基板上での分解効
率が高くなる。この結果、高い成長温度においても高濃
度のドープをできるようにしている。
【0016】以下、図1ないし図3を参照しつつ本発明
の実施例を具体的に説明する。
【0017】図1は本発明で用いた成長装置の模式図を
示す。図中1〜3は薄膜成長の原料、4はボトル、5は
それを加熱する加熱器、6は配管、7は圧力制御コント
ローラー、8は真空容器、9は真空容器8内に置かれた
基板である。
【0018】
【実施例1】本発明では薄膜成長法としてMOMBEを
用いた。薄膜成長の原料にはトリメチルインジウム1、
トリエチルガリウム2、それにアルシン3を使用した。
CBr4 を予め一部分解するため、CBr4 を装填した
ボトル4を包むように加熱器5を設置し約40度に、さ
らに配管6を60度に加熱した。
【0019】これら3種のガスをそれぞれ圧力制御コン
トローラー7を用いて供給量を精密に制御して、真空容
器8内に導入し、加熱した基板9上で化学反応させるこ
とによりInGaAsを成長した。使用した基板はIn
Pで、成長温度は520度とした。
【0020】図2はCBr4 の供給量とInGaAsの
ホール濃度の関係を示している。横軸のCBr4 の供給
量は基板付近で測定したCBr4 の分子線強度を示す。
CBr4 の供給量に比例して、ホール濃度が増加してい
ることがわかる。最大ドープ量は1.6×1020cm-3
であった。この値はSIMSによる炭素濃度測定によっ
ても確認された。
【0021】CBr4 ボトルを50度に加熱した場合
は、同じCBr4 供給量に対して、ホール濃度は図2に
比べ増加し、CBr4 ボトルを室温に保った場合、ホー
ル濃度は図2に比べ減少した。
【0022】このように、本実施例においては、ボトル
4の温度がドーピング効率向上に重要である。ボトル4
の温度としては、40℃以上であれば原料分解の効果が
有効に現れることがわかった。また、温度の上限として
はCBr4 が分解してステンレス等の腐食が激しくなる
110℃以下とする必要がある。また、配管6の温度
は、原料の配管内壁の再付着を防止するためにボトル4
よりも高い温度とするのが望ましい。
【0023】図3はホール濃度と成長温度との関係を示
したものである。成長温度が518度では6.6×10
19cm-3、506度では7.0×1019cm-3、498
度では7.2×1019cm-3である。すなわち、成長温
度を20度下げても、ホール濃度は約10%増加するに
過ぎない。
【0024】このように、ホール濃度の成長温度依存性
が少ないということは、すなわちCBr4 の分解が基板
9上だけでなく加熱部においても効果的に生じているこ
とを意味している。
【0025】上述のように、本方法によれば、最適成長
温度である520度付近でInGaAsを成長できるた
め、結晶性の劣化がない。また、他の文献(R. A. Hamm
etal. 148巻(1995年)ページ362〜37
0)と比較してみると、供給量を同じとした場合、成長
温度500℃において本実施例では約2.5倍のホール
濃度が得られている。つまり、CBr4 に比べCBrx
の分解効率が高いことがわかる。
【0026】
【実施例2】この実施例2でも薄膜成長法にはMOMB
Eを用いた。原料1〜3としてはトリメチルインジウ
ム、トリエチルガリウム、それにアルシンとフォスフィ
ンをそれぞれ使用して、InGaAsP膜を作製した。
CBr4 を一部分解するため、CBr4 を装填したボト
ル4を約40度に、配管6を60度に加熱した。膜成長
温度は520度とした。その結果、1.5μm組成のI
nGaAsPにおいてホール濃度1.5×1019cm-3
が得られた。
【0027】なお、上記実施例において、InP基板に
格子整合するInGaAsおよびInGaAsPの結果
を述べたが、本発明をGaAsにも適用できることは言
うまでもない。
【0028】また、ガスドーパントは一般的に融点が低
いので、他のガスドーパントを用いる場合でも同様に本
方法のように供給前に一部を分解しておけば、本実施例
のようにドーピング効率を高めることができる。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、III−
V族化合物半導体の薄膜成長において、ドーパントとし
てCBr4 を用い、その一部を低分子に分解して基板へ
供給するようにしたため、高濃度のp型化合物半導体の
薄膜を形成することができ、かつ高い成長温度にて薄膜
を成長させることができるため、薄膜の結晶性の劣化を
抑え高品質の薄膜を得ることができる利点がある。
【0030】最近、電子素子ばかりでなく光素子にもノ
ンアロイオーミックコンタクトとして高濃度p型InG
aAsの需要が高まりつつある。従来、光素子にはMO
CVDではZn、MBEやCBEではBeがドーパント
として使用されてきたが、濃度の最大限界は2×1019
cm-3であった。光素子では高品質の光学特性が要求さ
れる。本発明は高温で成長するため、高品質の光学特性
を有する薄膜が作製でき、光素子にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いられる薄膜成長装置の模式図を示
す。
【図2】CBr4 の供給量とInGaAsのホール濃度
の関係を示す。
【図3】ホール濃度と成長温度の関係を示す。
【符号の説明】
1 トリメチルインジウム 2 トリエチルガリウム 3 アルシン 4 ボトル 5 加熱器 6 配管 7 圧力制御コントローラー 8 真空容器 9 基板

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 III−V族化合物半導体の薄膜成長に
    おいて、構成元素の原料のドーパントとして4臭素化炭
    素(CBr4 )を用い、その一部を予めCBrx (x≦
    3)の低分子に分解して基板(9)へ供給し、高濃度の
    p型化合物半導体の薄膜を形成することを特徴としたp
    型化合物半導体薄膜成長法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のp型化合物半導体薄膜成
    長法において、CBr4 の一部を分解する手段は熱分解
    であり、かつその温度は40℃乃至110℃の範囲であ
    るp型化合物半導体薄膜成長法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のp型化合物半導体薄膜成
    長法において、III−V族化合物半導体がInGaA
    sおよびInGaAsPであることを特徴とするp型化
    合物半導体薄膜成長法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のp型化合物半導体薄膜成
    長法において、III−V族化合物半導体がGaAsで
    あることを特徴とするp型化合物半導体薄膜成長法。
  5. 【請求項5】 請求項1記載のp型化合物半導体薄膜成
    長法において、III−V族化合物半導体の膜成長が有
    機金属分子線エピタキシ法(MOMBE)であることを
    特徴とするp型化合物半導体薄膜成長法。
JP22746597A 1997-08-07 1997-08-07 p型化合物半導体薄膜成長法 Pending JPH1154528A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105355545A (zh) * 2015-12-10 2016-02-24 中国电子科技集团公司第十三研究所 提高p型铟镓砷薄膜掺杂浓度的方法、薄膜的制备方法及其应用
WO2022190352A1 (ja) * 2021-03-12 2022-09-15 日本電信電話株式会社 半導体装置

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