JPS6148917A - Forming method of selective pope-hetero structure of group iii-v compound semiconductor - Google Patents

Forming method of selective pope-hetero structure of group iii-v compound semiconductor

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JPS6148917A
JPS6148917A JP17030884A JP17030884A JPS6148917A JP S6148917 A JPS6148917 A JP S6148917A JP 17030884 A JP17030884 A JP 17030884A JP 17030884 A JP17030884 A JP 17030884A JP S6148917 A JPS6148917 A JP S6148917A
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gaas
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heterostructure
compound semiconductor
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Naoki Kobayashi
直樹 小林
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To decrease remarkably concentration of carbon acceptor in a semiconductor layer containing Al, and to improve two dimensional electron gas mobility by using triethyl-aluminum as material for forming a semiconductor layer contain Al. CONSTITUTION:By an organic metal pyrolysis vapor-phase growth method, a selective dope GaAs/n-Al0.3Ga0.7As hetero structure consisting of semiconductor GaAs, a high fineness GaAs layer of the first andoped layer, the second andoped Al0.3Ga0.7As layer and the third Si doped n type Al0.3Ga0.7As layer, are formed. At this time, triethyl-aluminum is used as Al material of the second or third layer. As the result, two-dimensional electron gas mobility increases remarkably in lower temperature region tank 77K which Culomb scattering by ionized impurity comes to be dominant.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、■−■族化合物半導体選択ドープヘテロ構造
の形成法に関り、更に詳しくいえば、より高い電子移動
度を持つIII−V族化合物半導体選択ドープヘテロ構
造を得るための該構造の形成法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a method for forming a selectively doped heterostructure of a III-V compound semiconductor having higher electron mobility. The present invention relates to a method of forming a selectively doped heterostructure to obtain said structure.

従来の技術 最近、有機金属化合物を用いる化学気相成長法(MOC
VD)が注目され、この方法が化合物結晶や固溶体の多
層エピタキシャル層の形成技術として優れていることか
ら、ヘテロ接合を有するトランジスタ、レーザなどの■
−■族化合物半導体等の作製に応用されてきている。■
族元素のアルキル化物はいずれも室温近傍で比較的高い
蒸気圧を有する液体であるので、キャリヤガス例えばH
2などによるバブリングなどにより容易にガス化され、
前記MOCVD法において有利に使用できる。
Conventional technology Recently, chemical vapor deposition (MOC) using organometallic compounds has been developed.
VD) has attracted attention, and this method is excellent as a technology for forming multilayer epitaxial layers of compound crystals and solid solutions.
-It has been applied to the production of group compound semiconductors, etc. ■
Since all alkylated products of group elements are liquids with relatively high vapor pressure near room temperature, carrier gas such as H
It is easily gasified by bubbling etc. with 2, etc.
It can be advantageously used in the MOCVD method.

このMOCVD法は、成長させる成分元素と不純物とを
気体で反応器に供給でき、成長層の性質等の制御がバル
ブの切り換え、気体流量制御によっそ容易に可能であり
、組成や不純物濃度を変化させる場合、反応器内のガス
置換が容易であるので、組成や不純物分布を急峻にでき
、基板領域のみを均一に加熱すればよいので装置の構成
を簡略化でき、大面積基板での成長や大壷生産に向いて
おり、結晶成長反応が熱分解的に進行するので異種基板
上でヘテロエピタキシャル成長させることができ、更に
、ハロゲン化物を使用しないので、基板がエツチングさ
れて生ずるオートドーピングなどの恐れがない等の各種
の利点を有している。
In this MOCVD method, the component elements to be grown and impurities can be supplied to the reactor as gases, and the properties of the growth layer can be easily controlled by switching valves and controlling the gas flow rate, and the composition and impurity concentration can be easily controlled. When changing the temperature, it is easy to replace the gas in the reactor, so the composition and impurity distribution can be made steep, and since only the substrate area needs to be heated uniformly, the equipment configuration can be simplified, making it possible to grow on large-area substrates. The crystal growth reaction proceeds thermally, allowing for heteroepitaxial growth on different types of substrates.Furthermore, since no halides are used, there is no possibility of autodoping, etc. that occurs when the substrate is etched. It has various advantages such as no fear.

前記MOCVD法は例えば第1図に示すような構成の装
置を用いて実施することができる。該装置は石英管など
の反応器1と、その内部に設けられ、基板2を支持する
と共に基板のみの加熱を可能とする、例えば、カーボン
製のサセプタ3と、反応器1の外部にこれを取り巻くよ
うに設けられた加熱手段としての高周波コイル4とから
主として構成され、反応器1は更に原料導入用管系5お
よび排気管6と接続されている。例えば、簡単のために
GaAsエピタキシャル層を成長させる場合にはASH
37、Ga(CH3)* 8およびドーパント9(例え
ばジエチル亜鉛)ならびにキャリヤーガスとしての例え
ばH210が使用され、これらが管系5により反応器1
内に導入され、そこで加熱され、Ga (CH3) 3
 +AsH3−GaAs+ 3 CH4なる反応に従っ
てGaAsが形成され、基板上で成長することになる。
The MOCVD method can be carried out using, for example, an apparatus configured as shown in FIG. The device includes a reactor 1 such as a quartz tube, a susceptor 3 made of carbon, for example, which is installed inside the reactor 1 to support a substrate 2 and to heat only the substrate, and a susceptor 3 made of carbon, which is installed outside the reactor 1. The reactor 1 is mainly composed of a high-frequency coil 4 as a heating means surrounding the reactor 1, and is further connected to a raw material introduction pipe system 5 and an exhaust pipe 6. For example, when growing a GaAs epitaxial layer for simplicity, ASH
37, Ga(CH3)* 8 and a dopant 9 (e.g. diethylzinc) and as carrier gas e.g.
Ga (CH3) 3
GaAs is formed according to the reaction +AsH3-GaAs+ 3 CH4 and grows on the substrate.

各原料の流量は精密に制御する必要があり、そのために
マスフローコントローラ装置11などが使用される。ま
た、有機金属は一般に常温で液体であるので、加熱並び
に温度制御する必要があり、例えばサーモスタットを備
えたウォータジャケット12などが使用される。
The flow rate of each raw material must be precisely controlled, and a mass flow controller device 11 or the like is used for this purpose. Further, since organic metals are generally liquid at room temperature, it is necessary to heat and control the temperature, and for example, a water jacket 12 equipped with a thermostat is used.

一方、トランジスタ、集積回路等に対する要求は、近年
ますます高度化し、高周波化、高速動作化の動向がみら
れる。高速、高周波デバイスに適した半導体は、電子の
移動度が大きく、飽和ドリフト速度が大きいものでなけ
ればならない。このような要求に適したものとしてI−
V族化合物半導体、例えばGaAsなどがSiに比して
高い電子移動度並びに飽和ドリフト速度を有することか
ら注目され、活発な研究が行われている。
On the other hand, the requirements for transistors, integrated circuits, etc. have become increasingly sophisticated in recent years, and there is a trend towards higher frequencies and faster operation. Semiconductors suitable for high-speed, high-frequency devices must have high electron mobility and high saturation drift velocity. I-
BACKGROUND ART Group V compound semiconductors, such as GaAs, have attracted attention because they have higher electron mobility and saturation drift velocity than Si, and active research is being conducted.

中でも、種々の半導体混晶を人為的に作製し、異なる半
導体結晶との間で格子整合をとることのできるヘテロ接
合を得ることができる。例えば、GaAsとへIxGa
+−xへSとの間では格子不整合は0.1%以下であり
、またInPとGaxin+−xAsyP l−yとの
間では殆ど完全な格子整合をとることが知られている。
Among these, by artificially producing various semiconductor mixed crystals, it is possible to obtain a heterojunction that can achieve lattice matching between different semiconductor crystals. For example, GaAs and IxGa
It is known that the lattice mismatch between +-x and S is 0.1% or less, and that there is almost perfect lattice matching between InP and Gaxin+-xAsyP ly.

このようなヘテロ接合により、変調ドーピングを利用し
た高電子移動度トランジスタ等の超高速デバイス、LD
を中心とする各種光電子デバイス、超格子構造を利用し
た多量子井戸型レーザなどの断電子デバイスなどが開発
されつつある。
Such heterojunctions can be used for ultrahigh-speed devices such as high electron mobility transistors and LDs that utilize modulation doping.
A variety of optoelectronic devices centered on , and electron-blocking devices such as multi-quantum well lasers that utilize superlattice structures are being developed.

従来■−■族化合物半導体選択ドープヘテロ構造のうち
最も実用的な選択ドープGaAs / n −Al0.
 3Ga0. Jsへテロ構造をMOCVD法で成長さ
せる場合、原料有機金属としては、トリメチルガリウム
Ga(CH3)3、)リメチルアルミニウムΔ1(CH
3)3などのトリメチル系有機金属を使用していた。
Among the conventional selectively doped heterostructures of ■-■ group compound semiconductors, the most practical selectively doped GaAs/n-Al0.
3Ga0. When growing the Js heterostructure by the MOCVD method, the organic metals used include trimethylgallium (Ga(CH3)3), trimethylaluminumΔ1(CH3),
3) Trimethyl-based organic metals such as 3 were used.

しかしながら、トリメチル系有機金属を用いて得られた
へ1GaAsエピタキシャル層には、原料トリメチルア
ルミニウム分子のメチル基に由来する炭素が、成長条件
(成長温度、アルシンと■族有機金属との濃度比)並び
にAlGaAs層のA1組成等によっても異なるが、1
017〜10”m−’もアクセプターとして取りこまれ
ることがわかった。第4図にトリメチル系有機金属を原
料としてMOCVD法で作成した選択ドープGaAs 
/ n −Al0. Ja0. Jsへテロ構造のバン
ドギャップダイヤグラムを示した。
However, in the GaAs epitaxial layer obtained using a trimethyl-based organometallic, carbon derived from the methyl group of the raw material trimethylaluminum molecule is affected by growth conditions (growth temperature, concentration ratio of arsine and group II organometallic) and Although it varies depending on the A1 composition of the AlGaAs layer, etc., 1
It was found that 017~10"m-' was also incorporated as an acceptor. Figure 4 shows selectively doped GaAs prepared by MOCVD using trimethyl organometallic as raw material.
/n-Al0. Ja0. A bandgap diagram of the Js heterostructure is shown.

このダイヤグラムから理解されるように、Siドープn
型Al0. aGa0. Js層(第3層)および本来
はS1ドープn型八l0. 5Ga0.Js層(第3層
)中ノイオン化したSiドナーと2次元電子ガスとのク
ーロン相互作用を弱める働きをするアンドープ層0. 
、、Ga0. 7−A5tXi(第2層)にもIQ”〜
10”cm−’もの炭素アクセプターが取りこまれてい
る。その結果、このイオン化した炭素アクセプターのク
ーロン相互作用により、第5図に示すように、イオン化
した不純物によるクーロン散乱が支配的になる、77に
以下の低温度領域の2次元電子ガス移動度は、40.0
00〜50.000 clTl/V、secと低い値に
とどまっていた。
As understood from this diagram, Si-doped n
Type Al0. aGa0. Js layer (3rd layer) and originally S1 doped n-type 8l0. 5Ga0. In the Js layer (third layer), an undoped layer 0.
,,Ga0. 7-A5tXi (second layer) also has IQ”~
As much as 10 cm-' of carbon acceptor is incorporated.As a result, due to the Coulomb interaction of this ionized carbon acceptor, Coulomb scattering by ionized impurities becomes dominant, as shown in Figure 5.77 The two-dimensional electron gas mobility in the low temperature region below is 40.0
It remained at a low value of 00 to 50.000 clTl/V, sec.

同様に、メチル系有機金属を用いた選択ドープIna、
 s、Gaa−47AS / n  IMa−ttln
0. 53ASへテロ構造においても、Siドープn 
fiAlo−<tIn0. 53As層およびアンドー
プAl0. 4tlna−53ASスペ一サ層中にとり
こまれた炭素アクセプターによって、2次元電子ガス移
動度は低い値にとどまっていた。
Similarly, selectively doped Ina using methyl organometallic,
s, Gaa-47AS/n IMa-ttln
0. Also in the 53AS heterostructure, Si-doped n
fiAlo-<tIn0. 53As layer and undoped Al0. The two-dimensional electron gas mobility remained at a low value due to the carbon acceptors incorporated into the 4tlna-53AS spacer layer.

発明が解決しようとする問題点 このようにM OCV D法は前述のような各種利点を
有し、高周波性並びに高速動作性のへテロ接合を有する
トランジスタ、光電子デバイスなど各種の装置の作製に
応用されてきているが、従来の方法では不十分であり、
依然として改良すべき余地が多分に残されている。即ち
、MOCVD法において使用するメチル系有機金属のメ
チル基に由来する炭素が本来例えばSiドープn型エピ
タキシャル層中のイオン化したSiドナーと2次元電子
ガスとのクーロン相互作用を弱めるはずのアンドープ相
にアクセプターとして取り込まれ、2次元電子ガスの移
動度を低い値とする要因となっていた。
Problems to be Solved by the Invention As described above, the MOCVD method has various advantages as described above, and can be applied to the production of various devices such as transistors and optoelectronic devices that have high-frequency and high-speed operation heterojunctions. However, traditional methods are insufficient,
There is still much room for improvement. That is, the carbon derived from the methyl group of the methyl-based organometallic used in the MOCVD method is converted into an undoped phase that is supposed to weaken the Coulomb interaction between the ionized Si donor and the two-dimensional electron gas in the Si-doped n-type epitaxial layer. It was taken in as an acceptor and became a factor that lowered the mobility of the two-dimensional electron gas.

例えば、前述の例でGaAsとGaAlAsの超薄膜を
層状に成長させた超格子構造においてGaAlAs1の
みにドナーを添加(変調ドーピング)すると、ドナーが
イオン化し、発生する電子がGaAs中に蓄積される。
For example, in the above-mentioned example, when a donor is added (modulation doping) only to GaAlAs1 in the superlattice structure in which ultrathin films of GaAs and GaAlAs are grown in layers, the donor is ionized and the generated electrons are accumulated in GaAs.

その結果、GaAs中の電子は、散乱源となるイオン化
したドナーと空間的に分離されることになるのでクーロ
ン散乱が減少して高移動度が保証されることになり、選
択ドープヘテロ接合の高電子移i[ilJ層を電界効果
トランジスタに応用した高移動度トランジスタ(HEM
T) 、デプリーション型HE M T、エンハンスメ
ント型HEMT等のデバイスが1昇られることになる。
As a result, the electrons in GaAs are spatially separated from the ionized donors that serve as scattering sources, reducing Coulomb scattering and ensuring high mobility. High mobility transistor (HEM) applying the transfer i[ilJ layer to a field effect transistor
T), depletion type HEMT, enhancement type HEMT, and other devices will be increased by one.

しかしながら、このためにはMOCVD法におけるメチ
ル系有機金属のメチル基起原の炭素アクセプターのアン
ドープ層への取込みを有利に防止することのできる方法
゛を開発する必要がある。
However, for this purpose, it is necessary to develop a method that can advantageously prevent the carbon acceptor originating from the methyl group of the methyl-based organometallic from being incorporated into the undoped layer in the MOCVD method.

そこで、本発明の目的は前記従来法の欠点を解消し、高
い電子移動度を与える■−■族化合物半導体選択ドープ
ヘテロ構造の形成法を提供することにあり、また、高い
電子移動度を有し、選択ドープヘテロ接合を有する■−
v族化合物半導体デバイスを提供することも本発明の目
的の一つである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional methods and provide a method for forming a selectively doped heterostructure of a ■-■ group compound semiconductor that provides high electron mobility. , with a selectively doped heterojunction -
It is also an object of the present invention to provide a V-group compound semiconductor device.

問題点を解決するための手段 本発明者等はMOCVD法による高移動度または超格子
型■−V族化合物半導体選択ドープヘテロ構造形成の上
記のような現状に鑑みて、前記の如き諸欠点を解消すべ
く種々検討、研究した結果、メチル系有機金属の代わり
にエチル系有機金属を薄膜結晶成長用成分として使用す
ることが前記目的の達成のために極めて有効であること
を見出した。本発明はこのような新規知見に基づき完成
されたものである。
Means for Solving the Problems In view of the above-mentioned current state of formation of high mobility or superlattice type ■-V group compound semiconductor selectively doped heterostructures by MOCVD method, the present inventors have solved the above-mentioned drawbacks. As a result of various studies and studies, it has been found that using an ethyl organic metal instead of a methyl organic metal as a component for thin film crystal growth is extremely effective in achieving the above object. The present invention was completed based on such new findings.

即ち、本発明は結晶成長反応器内に■族元素のアルキル
化物と■族元素の水素化物を気体として導入し、該反応
器内に設けられ、加熱された基板上で該気体を熱分解反
応させ、反応生成物を基板上で成長させるMOCVDに
よる■−■族化合物半導体選択ドープヘテロ構造の形成
法を提供するものであり、その特徴は前記■族元素のア
ルキル化物としてエチル化物を使用することにある。
That is, the present invention introduces an alkylated product of a group (1) element and a hydride of a group (2) element as a gas into a crystal growth reactor, and performs a thermal decomposition reaction of the gas on a heated substrate provided in the reactor. The present invention provides a method for forming a selectively doped heterostructure of a ■-■ group compound semiconductor by MOCVD, in which the reaction product is grown on a substrate. be.

本発明で意図するヘテロ構造は、例えば半絶縁性GaA
s基板、第1層としてのアンドープの高純度GaAs層
、第2層のアンドープAI0.3Ga0. 7A8層と
、第3層のSiドープn型Al0. 3Ga0. 7A
s層との3層構造を有する選択ドープGaAs / n
 −Al0. 3Ga0.7Asヘテロ構造、あるいは
半絶縁性1nP基板、第1層の771−’−プの高純度
1n0. 53Ga0. +7As層と、第2層のアン
ドープのAl0. 、tln0. 5nAS層と、第3
層のSiドープn型八へ0. 4tuna、 5jAS
層との3層構造を有する選択ドープIn0. 53Ga
0. 47As/n−Al0. <71n0. 53A
sヘテロ構造等である。これらへテロ構造においてキャ
リヤ濃度は、一般に0.5〜2 XIO18am−3の
範囲内であり、第1層の膜厚は一般に0.5〜1μm1
第2層は50〜250人また第3層は0,05〜0.1
5μmの範囲内である。
Heterostructures contemplated by the present invention include, for example, semi-insulating GaA
s substrate, an undoped high purity GaAs layer as a first layer, an undoped AI0.3Ga0. 7A8 layer and a third layer of Si-doped n-type Al0. 3Ga0. 7A
Selectively doped GaAs/n with three-layer structure with s-layer
-Al0. 3Ga0.7As heterostructure or semi-insulating 1nP substrate, first layer of 771-'-p high purity 1n0. 53Ga0. +7As layer and the second layer of undoped Al0. , tln0. 5nAS layer and the third
Si-doped n-type 8 to layer 0. 4tuna, 5jAS
Selectively doped In0. 53Ga
0. 47As/n-Al0. <71n0. 53A
s heterostructure, etc. In these heterostructures, the carrier concentration is generally in the range of 0.5-2XIO18am-3, and the thickness of the first layer is generally 0.5-1μm
The second tier is 50-250 people and the third tier is 0.05-0.1
It is within the range of 5 μm.

基数としての半絶縁性GaAsまたはInPは、禁制帯
幅の大きな半導体GaAsおよびInPにCr、○、F
eなどの不純物を添加して、禁制体の中央部に準位を作
ることによって得ることができ、また深い準位を作る欠
陥(native defect)を利用することによ
っても得ることができる。
Semi-insulating GaAs or InP as a base is a semi-insulating GaAs or InP with a large bandgap and Cr, ○, F.
It can be obtained by adding an impurity such as e to create a level in the center of the forbidden body, or it can also be obtained by using a native defect that creates a deep level.

これらへテロ構゛造の形成は、例えば第1図に示した装
置を原料の数に応じて多少の変更を行い実施することが
できる。この場合、特に第2層および/または第3層の
アルミニウム原料としてトリエチルアルミニウムを使用
する。熱分解は不可逆的に進行し、例えば、 Ga (CH3) 3+As H3−GaAs+3 C
H4Al (C2H5) 3 +As H3−AIAs
+ 3 C’2 Hsに従ってAlGaAs作 罫月 本発明の方法の主な特徴はMOCVD法における■族元
素のアルキル化物として、少なくともAIについてはエ
チル化物を使用することにある。
The formation of these heterostructures can be carried out, for example, by using the apparatus shown in FIG. 1 with some modifications depending on the number of raw materials. In this case, in particular triethylaluminum is used as the aluminum raw material for the second and/or third layer. Thermal decomposition proceeds irreversibly, for example, Ga(CH3)3+As H3-GaAs+3C
H4Al (C2H5) 3 +As H3-AIAs
+ 3 C'2 Hs AlGaAs Creation The main feature of the method of the present invention is the use of an ethylated compound of at least AI as the alkylated compound of the group Ⅰ element in the MOCVD method.

トリエチルアルミニウムAl(C2H5)3分子のAI
C結合の結合エネルギー(58Kcal 1モル)は、
トリメチルアルミニウムAI (CH3) *分子(7
)AI  C結合の結合エネルギー(66Kcal 1
モル)よりも低く、熱分解し易い。またトリメチルアル
ミニウムの熱分解ではアルミニウムカーバイドA14C
島副生が認められているが、トリエチルアルミニウムの
場合には該カーバイドの副生は観測されていない。実際
トリエチルガリウム(C2Hs) 、、Ga、 )リエ
チルアルミニウム(C2H5)3A1の組合せ、あるい
はトリメチルガリウム(CH3)3Gaおよびトリエチ
ルアルミニウム(C2H5)3A1の組合せを用い、M
OCVD法により得られたAlGaAsエピタキシャル
層には、2次イオン質量分析(SIMS)法によると1
015〜1016cm−3程度の炭素しか取りこまれて
おらず、トリメチルアルミニウムを用いて成長したAl
GaAsに比べて2ケタ近く炭素が少なくなっている。
AI of 3 molecules of triethylaluminum Al (C2H5)
The bond energy of C bond (58Kcal 1 mol) is
Trimethylaluminum AI (CH3) *molecule (7
) AI C bond energy (66Kcal 1
mole) and is easily thermally decomposed. In addition, in the thermal decomposition of trimethylaluminum, aluminum carbide A14C
Although island by-products have been observed, in the case of triethylaluminum, no carbide by-products have been observed. In fact, using a combination of triethylgallium (C2Hs) , , Ga, ) ethylaluminum (C2H5) 3A1, or a combination of trimethylgallium (CH3) 3Ga and triethylaluminum (C2H5) 3A1, M
According to the secondary ion mass spectrometry (SIMS) method, the AlGaAs epitaxial layer obtained by the OCVD method has 1
Only about 015 to 1016 cm-3 of carbon is incorporated, and Al grown using trimethylaluminum
Compared to GaAs, carbon content is reduced by nearly two orders of magnitude.

したがってトリメチルアルミニウムが炭素の著しい取り
込みの原因であることが明らかになった。
Therefore, it became clear that trimethylaluminum was responsible for the significant uptake of carbon.

こうして、本発明の前記特徴によれば、前記2\層での
炭素の取込み量の減少に基づき、第3層中のイオン化S
iドナーと2次元電子ガスとのクーロン相互作用が第2
層によって効果的に低下され、イオン化した不純物によ
るクーロン散乱が支配的になる77に以下の低温領域に
おける2次元電子ガスの移動度は著しく改善されること
になる(第3図参照)。従って、本発明の方法により得
られるヘテロ構造は、液体ヘリウム温度で作動するジョ
セフソン素子と同様に77に以下の低温領域で優れた性
能を発揮する各種半導体素子として応用するのに極めて
適している。即ち、例えば前述のエンハンスメント型H
EMTに応用した場合等においては低温(即ち77に以
下の領域)での相互インダクタンスの大巾な改善が可能
となる。
Thus, according to the feature of the present invention, the ionized S in the third layer is reduced based on the reduction in the amount of carbon taken up in the second layer.
The Coulomb interaction between the i donor and the two-dimensional electron gas is the second
The mobility of the two-dimensional electron gas in the low temperature region below 77, where Coulomb scattering due to ionized impurities becomes dominant, is significantly improved (see FIG. 3). Therefore, the heterostructure obtained by the method of the present invention is extremely suitable for application as various semiconductor devices that exhibit excellent performance in the following low temperature range, as well as Josephson devices that operate at liquid helium temperatures. . That is, for example, the aforementioned enhancement type H
When applied to EMT, etc., it is possible to significantly improve mutual inductance at low temperatures (ie, in the region below 77°C).

実施例 以下、実施例に従って本発明の方法を更に具体的に説明
する。ただし、以下の実施例によって本発明は何等限定
されない。
EXAMPLES Hereinafter, the method of the present invention will be explained in more detail according to Examples. However, the present invention is not limited in any way by the following examples.

第2図に、本発明に従って第1図に示した装置を用い、
有機金属としてトリメチルガリウム、トリエチルアルミ
ニウムを用いて、MOCVD法で形成した選択ドープG
aAs / n  Al0. 3Ga0. 7ASへテ
ロ構造のバンドギャップダイヤグラムを示した。
In FIG. 2, using the apparatus shown in FIG. 1 according to the present invention,
Selectively doped G formed by MOCVD using trimethylgallium and triethylaluminum as organic metals
aAs/n Al0. 3Ga0. A bandgap diagram of the 7AS heterostructure is shown.

ここで、第1層のアンドープの高純度GaAs層は0、
1 μmであり、第2層のアンドープA、1 0. a
、Ga0. tAs層は200人であり、第3層のSi
ドープn型Al0. 3Ga0. 7As層は1000
 Aであった。また、これら層の形成条件は成長温度6
50℃、成長速度1.5人/sec。
Here, the first undoped high purity GaAs layer is 0,
1 μm, and the undoped A of the second layer is 10. a
, Ga0. The tAs layer has 200 people, and the third layer Si
Doped n-type Al0. 3Ga0. 7As layer is 1000
It was A. In addition, the formation conditions for these layers are growth temperature 6
50°C, growth rate 1.5 people/sec.

とした。And so.

かくして作製したベテロ構造につき2次元イオン質量分
析(SIMS)法により炭素の取込み量を測定したとこ
ろ、Siドープn型Al0. 3Ga0. Js層およ
びアンドープAl0. 3Ga0. Jsスペーサ層に
は1015〜1016cm−3の炭素アクセプターが取
り込まれているが、トリメチルアルミニウムを使用した
場合に比べ、2ケタ近く炭素の取り込みが少ないため、
2次元電子ガスに及ぼすイオン化した炭素アクセプター
のクーロン相互作用は著しく小さくなっている。このこ
とにより、第3図に示すように、イオン化した不純物に
よるクーロン散乱が支配的になる77Kから低い温度領
域での2次元電子ガス移動度は著しく増大し、77にの
温度で150、000.cnf / vsec、、2に
の温度で450.000cnf/Vsec。
When the amount of carbon incorporated into the betaro structure thus prepared was measured by two-dimensional ion mass spectrometry (SIMS), it was found that Si-doped n-type Al0. 3Ga0. Js layer and undoped Al0. 3Ga0. Although 1015 to 1016 cm-3 of carbon acceptor is incorporated into the Js spacer layer, the carbon uptake is nearly two orders of magnitude lower than when trimethylaluminum is used.
The Coulomb interaction of the ionized carbon acceptor on the two-dimensional electron gas is significantly smaller. As a result, as shown in FIG. 3, the two-dimensional electron gas mobility increases significantly in the temperature range below 77 K, where Coulomb scattering due to ionized impurities becomes dominant, and at a temperature of 77 K, the two-dimensional electron gas mobility increases to 150,000. cnf/vsec, 450.000cnf/Vsec at a temperature of 2.

の値が得られた。第3図において、2次元電子ガス移動
度(cm”/Vsec、 ) は公知の方法、即ちファ
ンデルポー(Van der Pauw)の方法に従っ
て測定した。
The value of was obtained. In FIG. 3, the two-dimensional electron gas mobility (cm''/Vsec, ) was measured according to a known method, ie, Van der Pauw's method.

同様に、アルミニウムの原料としてトリエチルアルミニ
ウムを用いて作製した選択ドープIn0. 53ca0
.47AS / n  Al0. 、tln0. 53
ASへテロ構造においても、Siドープn型Al0. 
4tln0. 53AS層およびアンドープAl0. 
<tln0. sJsスヘーサ層中の炭素アクセプター
の減少により、メチル系の場合と比べて大幅な2次元電
子ガス移動度の増加が観測された。
Similarly, selectively doped In0. 53ca0
.. 47AS/n Al0. , tln0. 53
Also in the AS heterostructure, Si-doped n-type Al0.
4tln0. 53AS layer and undoped Al0.
<tln0. Due to the reduction of carbon acceptors in the sJs hexa layer, a significant increase in two-dimensional electron gas mobility was observed compared to the methyl-based case.

発明の詳細 な説明したように、■−■族化合物半導体退択ドープヘ
テロ構造を有機金属熱分解気相成長法で成長させる際、
アルミニウムを含む半導体層形成用材料としてトリエチ
ルアルミニウムを用いることにより、アルミニウムを含
む半導体層中の炭素アクセプターの濃度を著しく低減す
ることができた。このことにより、■−■族化合物半導
体選択ドープヘテロ構造における2次元電子ガス移動度
は大幅に向上し、■−■族化合物半導体選択ドープヘテ
ロ構造を用いた電界効果トランジスタの15性は著しく
向上するという利点が得られた。
As described in detail of the invention, when growing a regressively doped heterostructure of a ■-■ group compound semiconductor by metal-organic pyrolysis vapor phase epitaxy,
By using triethylaluminum as a material for forming a semiconductor layer containing aluminum, it was possible to significantly reduce the concentration of carbon acceptors in the semiconductor layer containing aluminum. As a result, the two-dimensional electron gas mobility in the selectively doped heterostructure of the ■-■ group compound semiconductor is greatly improved, and the 15-characteristics of the field effect transistor using the selectively doped heterostructure of the ■-■ group compound semiconductor is significantly improved. was gotten.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の方法を実施するのに有用なMOCVD
法による薄膜形成装置の概略図であり、第2図は、本発
明によりトリエチル系有機金属原料を用いた選択ドープ
GaAs / n −Al0. :+Ga0. 7As
へテロ構造のバンドギャップダイヤグラムを示すもので
あり、 第3図は本発明によって得られたGaAs / n ”
八1゜、5Ga0. 7八Sヘテロ構造における2次元
電子ガス移動度の温度依存性を示すグラフであり、第4
図は、従来のトリメチル系有機金属原料を用いた選択ド
ープGaAs / n −Al0. 3Ga0. Js
へテロ構造のバンドギャップダイヤグラムを示すもので
あり、 第5図は、従来法によって得られたGaAs / n 
−Al0. 3Ga0. 7ASへテロ構造における2
次元電子ガス移動度の温度依存性を示すグラフである。 (主な参照番号) 1゛反応器、 2 基板、3 サセプタ、4 加熱手段
、5 管系、6 排気管、? −−A s H3、8有
機金属、9 ドーパント、10H2、11マスフローコ
ントローラ、12  ウオークジャケット 特許出願人  日本電信電話公社 代 理 人  弁理士 新居 正彦 第2図 第3図 温度 (K)
FIG. 1 shows an MOCVD process useful in carrying out the method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a thin film forming apparatus by the method, and FIG. 2 shows a selectively doped GaAs/n-Al0. :+Ga0. 7As
Figure 3 shows the bandgap diagram of the heterostructure of GaAs/n'' obtained by the present invention.
81°, 5Ga0. 78S is a graph showing the temperature dependence of two-dimensional electron gas mobility in the heterostructure;
The figure shows a selectively doped GaAs/n-Al0. 3Ga0. Js
This shows the bandgap diagram of the heterostructure, and Figure 5 shows the GaAs/n structure obtained by the conventional method.
-Al0. 3Ga0. 2 in 7AS heterostructure
It is a graph showing the temperature dependence of dimensional electron gas mobility. (Main reference numbers) 1 Reactor, 2 Substrate, 3 Susceptor, 4 Heating means, 5 Piping system, 6 Exhaust pipe, ? --A s H3, 8 Organometallic, 9 Dopant, 10 H2, 11 Mass flow controller, 12 Walk jacket Patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Public Corporation Representative Masahiko Arai Figure 2 Figure 3 Temperature (K)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)結晶成長反応器内にIII族元素のアルキル化物と
V族元素の水素化物とを気体状態で導入し、該反応器内
に設けられ、加熱された基板上で該気体を熱分解反応さ
せ、反応生成物を基板上で成長させる有機金属熱分解気
相成長法により、半絶縁GaAsと、第1層のアンドー
プの高純度GaAs層と、第2層のアンドープAl_0
_._3Ga_0_._7As層と、第3層のSiドー
プn型Al_0_._3Ga_0_._7As層との3
層構造を有する選択ドープGaAs/n−Al_0_.
_3Ga_0_._7Asヘテロ構造を形成する方法に
おいて、 前記第2層または第3層のアルミニウム原料としてトリ
エチルアルミニウムを使用することを特徴とする上記I
II−V族化合物半導体選択ドープヘテロ構造の形成法。
(1) A group III element alkylate and a group V element hydride are introduced in a gaseous state into a crystal growth reactor, and the gases are subjected to thermal decomposition reaction on a heated substrate provided in the reactor. By metalorganic pyrolysis vapor phase epitaxy in which the reaction products are grown on the substrate, semi-insulating GaAs, the first layer of undoped high-purity GaAs, and the second layer of undoped Al_0
_. _3Ga_0_. _7As layer and the third layer of Si-doped n-type Al_0_. _3Ga_0_. _3 with 7As layer
Selectively doped GaAs/n-Al_0_. with layer structure.
_3Ga_0_. The method for forming a 7As heterostructure, characterized in that triethylaluminum is used as an aluminum raw material for the second layer or the third layer.
A method for forming a selectively doped heterostructure of a II-V compound semiconductor.
(2)結晶成長反応器内にIII族元素のアルキル化物と
V族元素の水素化物とを気体状態で導入し、該反応器内
に設けられ、加熱された基板上で該気体を熱分解反応さ
せ、反応生成物を基板上で成長させる有機金属熱分解気
相成長法により、半絶縁InP基板と、第1層のアンド
ープの高純度In_0_._5_3−Ga_0_._4
_7As層と、第2層のアンドープのAl_0_._4
_7In_0_._5_3−As層と、第3層のSiド
ープn型Al_0_._4_7In_0_._5_3A
s層との3層構造を有する選択ドープIn_0_._5
_3Ga_0_._4_7As/n−Al_0_._4
_7In_0_._5_3Asヘテロ構造を形成する方
法において、 前記第2層または第3層のアルミニウム原料としてトリ
エチルアルミニウムを使用することを特徴とする上記I
II−V族化合物半導体選択ドープヘテロ構造の形成法。
(2) A group III element alkylate and a group V element hydride are introduced in a gaseous state into a crystal growth reactor, and the gases are subjected to thermal decomposition reaction on a heated substrate provided in the reactor. A semi-insulating InP substrate and a first layer of undoped high-purity In_0_. _5_3-Ga_0_. _4
_7As layer and the second layer of undoped Al_0_. _4
_7In_0_. _5_3-As layer and the third layer of Si-doped n-type Al_0_. _4_7In_0_. _5_3A
Selectively doped In_0_. with a three-layer structure with an s layer. _5
_3Ga_0_. _4_7As/n-Al_0_. _4
_7In_0_. _5_3A method for forming an As heterostructure, characterized in that triethylaluminum is used as an aluminum raw material for the second layer or the third layer.
A method for forming a selectively doped heterostructure of a II-V compound semiconductor.
JP17030884A 1984-08-15 1984-08-15 Forming method of selective pope-hetero structure of group iii-v compound semiconductor Pending JPS6148917A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04186848A (en) * 1990-11-21 1992-07-03 Nec Corp Manufacture of field effect transistor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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