JPS62269311A - Method for doping on crystal - Google Patents
Method for doping on crystalInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
分子線エピタキシャル(MBE)結晶成長等において、
ドーパントとなる元素を含むガス分子をプラズマにより
分解し、分解するガス量をプラズマ発生源の高周波のパ
ワーを変化させてドーピングを行うことにより、任意の
原料ガスを使ってドーピングができ、例えば、付着係数
の小さいガス、あるいは分解温度の高いガスに対しても
ドーピング効率を上げることができる。[Detailed Description of the Invention] [Summary] In molecular beam epitaxial (MBE) crystal growth, etc.
By decomposing gas molecules containing dopant elements with plasma and performing doping by changing the amount of decomposed gas by changing the high frequency power of the plasma generation source, doping can be performed using any source gas. Doping efficiency can be increased even for gases with small coefficients or gases with high decomposition temperatures.
本発明はMBE結晶成長等において、ガスをトーパン!
・原料に用いて結晶にドーピングする方法に関する。The present invention uses Topan! gas in MBE crystal growth, etc.
-Relates to a method of doping crystals using raw materials.
[従来の技術〕
MBE結晶成長においては、通常固体ソースを用いたド
ーピングが行われている。例えばガリウム6th素(G
aAs)へのドーパントとしてn型ではシリコン(St
)、p型ではベリリウム (Be)、または炭素(C)
がある。[Prior Art] In MBE crystal growth, doping is usually performed using a solid source. For example, gallium 6th element (G
As a dopant for n-type silicon (St
), beryllium (Be), or carbon (C) for p-type
There is.
Stの固体ドーピングは固体Siを約1200’cで加
熱して、その表面より昇華により飛び出す分子線を加熱
された結晶基板に照射し、結晶中にSiを取り込むこと
により行われる。Solid-state doping with St is performed by heating solid Si at about 1200'C and irradiating the heated crystal substrate with molecular beams emitted from the surface by sublimation, thereby incorporating Si into the crystal.
Beの固体ドーピングも同様に行うが、Beは毒性のつ
よい物質であるので、Cを使いたいがこれは蒸気圧が低
くドーピングは困難である。Solid doping with Be is carried out in the same manner, but since Be is a highly toxic substance, it is desirable to use C, but doping is difficult because of its low vapor pressure.
そのため、最近ガスドーピングが試みられるようになっ
た。For this reason, gas doping has recently been attempted.
最近のガスをドーパント原料に用いて結晶にドーピング
する方法としては、エピタキシャル層表面に付着したガ
スを熱(基板加熱による)分解して、エピタキシャル層
に取り込ませる方法がとられている。その例としては、
つぎの文献にモノシランガス(S i I+ 4 )を
用いてGaAs、アルミニウムガリウム砒素(AIGa
As)へのSiのドーピングが報告されている。A recent method of doping a crystal using a gas as a dopant raw material is to thermally decompose the gas adhering to the surface of the epitaxial layer (by heating the substrate) and incorporate it into the epitaxial layer. For example,
In the following literature, monosilane gas (S i I+ 4 ) is used to prepare GaAs, aluminum gallium arsenide (AIGa).
Doping of Si into As) has been reported.
Br1ones et al、 Vac、 Sci、
Technol、 B3(1985)。Br1ones et al, Vac, Sci,
Technol, B3 (1985).
この場合は、ドーピング効率(結晶中への取り込みモル
数/結晶への入射モル数)が10−4以下で極めて低い
。さらに、ドーピング効率は基板温度、■族(As)
/ III族(Ga)族比に依存してしまい制御が困難
となる。In this case, the doping efficiency (number of moles taken into the crystal/number of moles incident on the crystal) is extremely low at 10 −4 or less. Furthermore, the doping efficiency depends on the substrate temperature,
/ Group III (Ga) group ratio, making control difficult.
従来のガスドーピングでは、ドーパントの付着係数の小
さい場合、あるいは分解温度が基板温度より高い場合は
ドーピング効率が極めて低いという欠点があった。Conventional gas doping has the disadvantage that doping efficiency is extremely low when the dopant has a small adhesion coefficient or when the decomposition temperature is higher than the substrate temperature.
上記問題点の解決は、ドーパントとなる元素を含むガス
分子をプラズマにより分解し、プラズマ発生源のパワー
を変化させることにより分解するガス量の制御を行って
、ドーピング濃度を制御する結晶へのドーピング方法に
より達成される。The solution to the above problem is to dope the crystal by decomposing the gas molecules containing the dopant element using plasma and controlling the amount of decomposed gas by changing the power of the plasma generation source to control the doping concentration. This is accomplished by a method.
本発明はガス分子に適当な周波数をもった高周波を照射
すると、ガス分子の一部、あるいは全部が分解してラジ
カルが発生するという性質を利用したものである。The present invention utilizes the property that when gas molecules are irradiated with high frequency waves having an appropriate frequency, some or all of the gas molecules decompose and radicals are generated.
すなわち、ドーパントガスを高周波加熱する手段を設け
、ドーパントガス分子の一部、あるいは全部を分解して
ラジカルをつくり、ガスの付着係数、および分解効率を
高くしてドーピング効率を高くすることができる。That is, by providing a means for high-frequency heating of the dopant gas, some or all of the dopant gas molecules are decomposed to create radicals, thereby increasing the gas adhesion coefficient and decomposition efficiency, thereby increasing the doping efficiency.
さらに、高周波のパワーを変化させることによりドーピ
ング濃度を制御することができる。Furthermore, the doping concentration can be controlled by changing the radio frequency power.
第1図は本発明を実施するガスファーネスの断面図であ
る。FIG. 1 is a sectional view of a gas furnace implementing the present invention.
図において、ドーピングガスはバルブ2を通って、石英
製のガスファーネス1に入り、ここで電離されて右側の
流出口よりMBE成長室内に導入される。In the figure, doping gas passes through a valve 2, enters a gas furnace 1 made of quartz, is ionized there, and is introduced into the MBE growth chamber from an outlet on the right side.
フランジ3はガスファーネス1をMBE成長室に取り付
けるためのものである。The flange 3 is for attaching the gas furnace 1 to the MBE growth chamber.
ガスファーネス1内のドーピングガスは高周波電源5に
より高周波発生用コイル4に高周波電力を印加すること
により電離し、プラズマを発生する。The doping gas in the gas furnace 1 is ionized by applying high frequency power to the high frequency generation coil 4 from the high frequency power supply 5, thereby generating plasma.
第2図は本発明の一実施例を説明するMBE装置の断面
図である。FIG. 2 is a sectional view of an MBE apparatus illustrating an embodiment of the present invention.
図において、MBE成長室6内の基板支持台8にGaA
s基板7を取り付ける。GaAs基板7は基板加熱用フ
ィラメント9により加熱される。In the figure, GaA is mounted on a substrate support 8 in an MBE growth chamber 6.
Attach the s board 7. The GaAs substrate 7 is heated by a substrate heating filament 9.
一方、MBE成長室6内には基板に対向してドーピング
ガス用のガスファーネス1と、Ga分子線源10と、A
s分子線源11が配置される。On the other hand, in the MBE growth chamber 6, facing the substrate, there is a gas furnace 1 for doping gas, a Ga molecular beam source 10, and an A
An s molecular beam source 11 is arranged.
GaAsへのn型ドーパントガスの例としてS i 1
1 a、p型ドーパントガスの例としてメタンガス(C
H4)がある。Si 1 is an example of n-type dopant gas for GaAs.
1 a. Methane gas (C
H4).
GaとAsの分子線源はそれぞれ通常の金属を蒸発源と
するもの、あるいはガスソース(Gaは例えばトリエチ
ルガリウム(TEG、(CJs)3Ga ) 、八Sは
例えばアルシン(AS113)が用いられる〕から供給
される。Molecular beam sources for Ga and As each use a normal metal as an evaporation source, or a gas source (for example, triethyl gallium (TEG, (CJs) 3 Ga) is used for Ga, and arsine (AS113) is used for 8S). Supplied.
ドーピングはつぎのようにして行う。Doping is performed as follows.
GaAs成長前、あるいは成長中にバルブ2を開いてド
ーパントガスをMBE成長室6へ導入し、周波数13.
56MHzの高周波電力を100騨印加する。ドーパン
トガスは高周波加熱により部分的に、あるいはすべて分
解されてラジカルとなり、基板加熱用フィラメント9に
より600℃に加熱されたGaAs基板7に到達する。Before or during GaAs growth, the valve 2 is opened to introduce dopant gas into the MBE growth chamber 6, and the frequency 13.
100 pulses of 56 MHz high frequency power are applied. The dopant gas is partially or completely decomposed into radicals by high-frequency heating and reaches the GaAs substrate 7 heated to 600° C. by the substrate heating filament 9.
ラジカルはGaAs基板7に付着して分解され、Si、
あるいはCとなって成長層内にドーパントとして取り込
まれる。The radicals adhere to the GaAs substrate 7 and are decomposed, forming Si,
Alternatively, it becomes C and is incorporated into the growth layer as a dopant.
本発明の実施例によると、ドーピング効率を高くし、か
つドーピング濃度を高周波のパワーにより制御できるこ
と、またこれまでドーピング量の制御が困難であった炭
素ドーピングの制御ができること等の利点がある。According to the embodiments of the present invention, there are advantages such as increasing the doping efficiency, controlling the doping concentration by high-frequency power, and controlling carbon doping, which has been difficult to control in the past.
第3図は本発明の他の実施例を説明するMBE装置の断
面図である。FIG. 3 is a sectional view of an MBE apparatus illustrating another embodiment of the present invention.
図において、MBE成長室6内には基板に対向してドー
ピングガス用のガスファーネス1とAs分子線源11が
配置される。In the figure, a gas furnace 1 for doping gas and an As molecular beam source 11 are arranged in an MBE growth chamber 6 facing a substrate.
GaAsへのp型ドーピングの例としてCドーピングを
取り上げる。C doping will be taken up as an example of p-type doping in GaAs.
GaとCの両方を含むソースとして有機金属、例えばT
MG ((CI+3) :+Ga、トリメチルガリウム
〕、またはTEGを用いる。Organic metals, e.g. T, as sources containing both Ga and C
MG ((CI+3):+Ga, trimethylgallium) or TEG is used.
有機金属ガスはガスファーネス1よりMBE成長室6内
に導入される。The organometallic gas is introduced into the MBE growth chamber 6 from the gas furnace 1 .
Asのソースは通常の金属を1発源とするもの、あるい
はガスソースから供給される。The source of As is supplied from a normal metal source or a gas source.
ドーピングはつぎのようにして行う。Doping is performed as follows.
第2図の実施例と同様に、バルブ2を開いて有機金属ガ
スをMBE成長室6へ導入し、高周波電力を印加する。Similar to the embodiment shown in FIG. 2, the valve 2 is opened to introduce the organometallic gas into the MBE growth chamber 6, and high frequency power is applied.
有機金属ガスは高周波加熱により部分的に、あるいはす
べて分解されてラジカルとなり、GaAs基板7に到達
する。The organometallic gas is partially or completely decomposed by high-frequency heating to become radicals, which reach the GaAs substrate 7 .
ラジカルはGaAs基板7に付着して分解され、Ga。The radicals adhere to the GaAs substrate 7 and are decomposed to form Ga.
あるいはCとなって成長層に取り込まれる。Alternatively, it becomes C and is incorporated into the growth layer.
この実施例によると、1種類の有機金属ガスにより結晶
成長(GaAs)とドーピング(C)の両方を制御でき
るという効果がある。This embodiment has the effect that both crystal growth (GaAs) and doping (C) can be controlled using one type of organometallic gas.
以上詳細に説明したように本発明によれば、任意の原料
ガスを使ってドーピングができ、例えば、付着係数の小
さいガス、あるいは分解温度の高いガスに対してもドー
ピング効率を上げることができる。As described in detail above, according to the present invention, doping can be performed using any source gas, and for example, doping efficiency can be increased even for gases with a small adhesion coefficient or gases with a high decomposition temperature.
このため、固体ドーピングでは困難であった炭素のドー
ピングが容易になった。For this reason, carbon doping, which was difficult with solid doping, has become easier.
さらに、ドーピング濃度を高周波のパワーにより制御で
きる利点がある。Furthermore, there is an advantage that the doping concentration can be controlled by high frequency power.
第1図は本発明を実施するガスファーネスの断面図、
第2図は本発明の一実施例を説明するMBE装置の断面
図、
第3図は本発明の他の実施例を説明するMBE装置の断
面図である。
図において、
1はガスファーネス、 2はバルブ、3はフランジ
、
4は高周波発生用コイル、
5は高周波電源、 6はMBE成長室、7しま
GaAs基板、 8は基板支持台、9は基板
加熱用フィラメント、
10はGa分子線源、 11はAs分子線源MB
E’AXの?kra
単3囚Fig. 1 is a sectional view of a gas furnace implementing the present invention, Fig. 2 is a sectional view of an MBE device illustrating one embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a sectional view of an MBE device illustrating another embodiment of the present invention. FIG. In the figure, 1 is a gas furnace, 2 is a valve, 3 is a flange, 4 is a coil for high frequency generation, 5 is a high frequency power source, 6 is an MBE growth chamber, 7 is a striped GaAs substrate, 8 is a substrate support, 9 is for substrate heating filament, 10 is a Ga molecular beam source, 11 is an As molecular beam source MB
E'AX's? kra AA prisoner
Claims (1)
り分解し、プラズマ発生源のパワーを変化させることに
より分解するガス量の制御を行って、ドーピング濃度を
制御することを特徴とする結晶へのドーピング方法。A method for doping crystals, characterized by decomposing gas molecules containing an element to be a dopant by plasma, controlling the amount of gas decomposed by changing the power of a plasma generation source, and controlling the doping concentration.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11538686A JPS62269311A (en) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | Method for doping on crystal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11538686A JPS62269311A (en) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | Method for doping on crystal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62269311A true JPS62269311A (en) | 1987-11-21 |
Family
ID=14661255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11538686A Pending JPS62269311A (en) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | Method for doping on crystal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62269311A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63303889A (en) * | 1987-05-30 | 1988-12-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Device for producing semiconductor crystal thin film |
JPH02272722A (en) * | 1989-04-14 | 1990-11-07 | Nec Corp | Molecular beam epitaxial growth method |
-
1986
- 1986-05-19 JP JP11538686A patent/JPS62269311A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63303889A (en) * | 1987-05-30 | 1988-12-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Device for producing semiconductor crystal thin film |
JPH02272722A (en) * | 1989-04-14 | 1990-11-07 | Nec Corp | Molecular beam epitaxial growth method |
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