JPS62229823A - 不純物添加化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents

不純物添加化合物半導体結晶の成長方法

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JPS62229823A
JPS62229823A JP7186486A JP7186486A JPS62229823A JP S62229823 A JPS62229823 A JP S62229823A JP 7186486 A JP7186486 A JP 7186486A JP 7186486 A JP7186486 A JP 7186486A JP S62229823 A JPS62229823 A JP S62229823A
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JP
Japan
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impurity
compound semiconductor
growing
crystal
plasma
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JP7186486A
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English (en)
Inventor
Naoto Kondo
直人 近藤
Yasuyuki Nanishi
▲やす▼之 名西
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分骨〕 本発明は、化合物半導体薄膜を結晶成長する方法に関し
、更に詳述するならば、結晶品質を低下させることなく
不純物を高濃度に添加させることができる結晶成長方法
に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、分子線エピタキシャル法によって不純物を高濃度
に添加しようとした場合、ある濃度以上では添加量を増
してもキャリア濃度は増加せずむしろ減少するという欠
点があった。GaAgへのドナー不純物であるSlの添
加を例にとると、2x1018cIn−’以上で上記の
現象が見られ、その理由としてStが析出物になる( 
T、 J、 Drummond at &t、 、 J
、 Vac 。
Sci、 Technot、、 21 (1982)p
957)、  stがAs位置に入り、アクセプターと
して働((J、H,Neavs 、 et IL、 I
Appt、 Phys、、 A32 (1983) p
、 195)等がめげられている。これらの理由はいず
れもSiがGaAs結晶中でGaの格子位置に入ってい
ないということを述べているものであり、その原因は、
Siを添加する方法が従来法では熱的蒸発によるもので
あり結晶表面での飛来Siのエネルギーが1 eV以下
であることによる。即ち、入射エネルギーが1eV以下
のように小さい場合基板表面での横方向のマイグレーシ
ョン距離もボδいため、添加量を上げていくと入射した
Slが基板表面ですでにStで占められたGh格子位置
に出会う確率が増加し、Siの析出物を形成したり、あ
るいはSlで占められてないGa格子位置へ達すること
な(As格子位置に入りアクセプターとなることになる
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上述べた如く、従来の分子線エピタキシャル法では、
粒子の入射エネルギーが1eV以下と小さいため不純物
を高濃度に添加しても有効にキャリアの供給源として働
かない欠点があった。そこで本発明は、粒子の入射エネ
ルギーを基板結晶へのダメージを与えない程度まで増加
させ、従来の結晶成長法では達成できなかった有効な中
ヤリアの供給源を有する高濃度不純物を添加した化合物
半導体結晶成長方法を提供せんとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては、不純物元素を含む気相状態にある物
質から化合物半導体結晶を成長する方法において、 該気相状態にある物質を、その少なくとも一部を・マイ
クロ波電子サイクロトロン共鳴により励起しCプラズマ
状態にした後、基板結晶上に発散磁界により輸送せしめ
、 該基板結晶上に不純物を添加した結晶薄膜を成長せしめ
ることを特徴とする不純物添加化合物半導体結晶の成長
方法を提供する。
本発明方法をより具体例で説明すると、本発明において
は、マイクロ波電子サイクロトロ/共鳴プラズマ源と発
散磁界を組み合わせることにより、1つもしくは複数の
半導体構成元素、添加するべき不純物を含むガス、ある
いは還元性もしくは不活性元素のイオンをプラズマとと
もに基板に輸送し、基板設置室に他の半導体構成元素を
含むガス等を導入しつつあるいは導入することなく、基
板上に高濃度に不純物を添加した結晶成長を行う。
〔作用〕
すなわち、本発明によるならば、数十eVの低エネルギ
ー粒子を基板に輸送することができ、成長膜中にダメー
ジを生じさせず、しかも熱平衡的結晶成長の場合よりは
十分大きなエネルギーで結晶成長することができること
を特徴とする化合物半導体の結晶成長方法が提供される
以上のような本発明による方法においては、熱平衡より
十分大きなエネルギーで結晶成長するため、基板表面で
の原子のマイグレーション距離が増加する。その結果、
有効なキャリアの供給源となる不純物が高濃度に添加さ
れた薄膜が基板上に成長できるとともに、比較的エネル
ギーが小さいためダ、メージの無い高品質の結晶が得ら
れることになる。
なお、本発明の方法において、マイクロ波電子サイクロ
トロン共鳴により励起しプラズマ状態にする物質は化合
物半導体結晶の成長に用いるところの半導体構成元素、
不純物元素、還元性もしくは不活性ガスのすくなくとも
1つであれば良く、或いは、その複数の組合せ又はその
全部をマイクロ波電子サイクロトロン共鳴により励起す
るようにしても良い。本発明方法において、直接マイク
ロ波電子サイクロトロン共鳴により励起されない他の気
相状態の物質も、プラズマとの相互作用を受け、基板結
晶上に輸送される。
〔実施例〕
以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。
(実施例1) 第1図に本発明の実施例で用いたマイクロ波電子サイク
ロン共鳴プラズマ装置の模式図を示しCいる。第1図に
おいて、1は成長室、2は方形導波管、3は石英窓、4
はマグネット、5は空胴共振形プラズマ生成室、6はガ
ス導入口+2) 、 7はガス導入口(1) 、 8は
基板結晶、9は固体材料蒸発用セル(分子線エピタキシ
ャル成長を併用の場合便用)である。7のガス導入口+
i)よジシランとアルシンの混合ガスが供給され、6の
ガス導入口a)よりトリメデルガリウムが供給されるよ
うになっており、2の方形導波管で2.45 G Hz
のマイクロ波が印加され、空胴共振形プラズマ生成室S
内で、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマが生
成する。装置内では図示の線図のように空胴共振形プラ
ズマ生成室5から成長室へ向かって磁界の強さを減小さ
せており(発散磁界)、その結果プラズマが発散して引
き出され基板結晶8上に輸送される。このように、本実
施例の場合、マイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ源には、水素(還元性ガス)で希釈したアルシン(A
sHl)およびシラン(SiH4)を導入し、基板設置
室にトリメチルガリウム(Ga(CHs)m)を導入し
て結晶成長を行っている。その成長条件は次のごとくで
ある。
実施例の成長条件 φガス圧 I X 10  Torr ・マイクロ波電力 100w ・基板温度 500℃ ・Slの添加量はシランのトリメチルガリウムに対する
モル比を0〜1%と変化させた。
第2図は上記実施例の条件でStを不純物として添加し
たGaAa成長層のHau測定によって求めたキャリア
濃度と2次イオン質量分析法によって測定した膜中のS
t原子濃度との関係を示す。実線は本発明によって成長
したGaAs膜を示しており、第2図に示すように10
  on  まで比例関係が成夛立っている。図中の点
線は、比較のため従来の分子線エピタキシャル法によっ
て成長した場合を示したものであり10画  以上にな
るとキャリア濃度は飽和し、その後添加量を増加させて
もかえって減少している。
(実施例2) 本発明による方法では 1020の一3程度のキャリア
濃度が簡単に実現できるため熱処理を必要としないオー
ミック電極を形成することができる。第3図は、上記の
方法で3tを添〃口して作製したGaAs膜上に金電極
を蒸着した後、測定した結果を示しており、本発明によ
る方法でstを〜1×1020crn−3添加したGa
As膜上に100μm×100μm角1間隔20μmを
へたてて金を真空蒸着し電極とした後のそれら電極間の
電圧電流特性である。特に熱処理を行わなくても直線性
のより・オーミック電極が形成されている。
上記した実施例では、成長させる化合物半導体としてG
aA+sを用いたが、例えばInP e GaP * 
AtAmおよびそれらの混晶などの■−v族半導体の成
長の場合もGaAB成長の場合と同様のことが期待でき
る。また添加する不純物はn型不純物のStを用いたが
、例えば他のn型不純物であるSn T Gaおよびp
型不純物であるB・+ Zn + Mgの場合もSt添
加の場合と同様のことが期待できる。更にマイクロ波電
子サイクロトロン共鳴プラズマ源にV族元素を含むガス
と共に添加する不純物元素を含むガスを導入したが、添
加する不純物元素を含むガス単独でも用いることができ
る。例えばプラズマ源にはシランな導入し、基板設置室
にトリメチルガリウムとアルシンを導入してもよい。ま
たプラズマ生成室には不純物ガスとしてのシランを導入
しプラズマを発生させ、同時に分子線エピタキシャル法
によF) GaAs等の化合物半導体結晶を載板上に堆
積してもよい。
なお上記においてシランガス、アルシンガスはH!(還
元性) 、 Ar (不活性)、He(不活性)ガスで
稀釈して使用することができる。
またキャリアガスとしての上記H@ + Ar + H
”等をプラズマ生成室に導入してプラズマを発生させ、
上記いずれかの方法で基板上にGaAs等の化合物半導
体結晶を成長するようにしても艮い。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明による方法においては、基
板表面に到達した不純物粒子のマイグレーション距離の
増加がはかれるため、実質上の付着確率が増加し不純物
を高濃度に添加できることにより熱処理を行うことなし
にオーミック電極が作製できる。また本発明による方法
では、粒子の持つエネルギーは低いため、欠陥の少ない
高品質結晶が得られる利点がある。
また、本発明方法において、マイクロ波電子プラズマを
応用した成長法の特徴(適当なエネルギーを持つ粒子を
基板に輸送することができること以外)として、次の2
項をあげることができる。
■プラズマ生成室内に電極等の汚染源が無いため冒純度
の膜が得られる。
■電子サイクロトロン共鳴を利用するためガスが効率よ
く電離される。そのため他のプラズマ法に比べ2〜3桁
低い圧力で成長を行うことができ、ガス中の不純物の影
響を受けにくい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の不純物添加化合物半導体結晶
の成長方法に用いる装置の模式図、第2図は本発明の実
施例の方法により得られた不純物添加化合物半導体結晶
の膜中のSt原子濃度とキャリア濃度の関係を示す図、 第6図は本発明の実施例の方法で作製した不純物添加化
合物半導体結晶に形成したオーミック電極の特性を示す
図である。 1・・・成長室 2・・・方形導波管 3・・・石英窓 4・・・マグネット 5・・・空洞共↑成型プラズマ生成室 6・・・ガス導入口2 7・・・ガス導入口1 8・・・基板結晶

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)不純物元素を含む気相状態にある物質から化合物
    半導体結晶を成長する方法において、 該気相状態にある物質を、その少なくとも一部をマイク
    ロ波電子サイクロトロン共鳴により励起してプラズマ状
    態にした後、基板結晶上に発散磁界により輸送せしめ、 該基板結晶上に不純物を添加した結晶薄膜を成長せしめ
    ることを特徴とする不純物添加化合物半導体結晶の成長
    方法。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載の不純物添加化合物半
    導体結晶の成長方法において、 前記マイクロ波電子サイクロトロン共鳴により励起され
    る気相状態にある物質が半導体構成元素であることを特
    徴とする不純物添加化合物半導体結晶の成長方法。
  3. (3)特許請求の範囲第1項記載の不純物添加化合物半
    導体結晶の成長方法において、 前記マイクロ波電子サイクロトロン共鳴により励起され
    る気相状態にある物質が不純物元素であることを特徴と
    する不純物添加化合物半導体結晶の成長方法。
  4. (4)特許請求の範囲第1項記載の不純物添加化合物半
    導体結晶の成長方法において、 前記マイクロ波電子サイクロトロン共鳴により励起され
    る気相状態にある物質が還元性ガスまたは不活性ガスで
    あることを特徴とする不純物添加化合物半導体結晶の成
    長方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63239923A (ja) * 1987-03-27 1988-10-05 Oki Electric Ind Co Ltd 有機金属化学気相成長方法及びその装置
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