JPS63239182A - 化合物半導体の分子線結晶成長方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は光デバイスないし電子デバイスに応用可能な化
合物半導体の分子線結晶成長方法に関する。

（従来技術） 化合物半導体のエピタキシャル成長方法として、超高真
空中で半導体原料物質を加熱蒸発させ、分子線の形態で
基板結晶上に照射することにより、成長層を得る分子線
エピタキシー法半導体の結晶成長においては、成長結晶
の電気的特性を制御する上で、意図的に添加する以外の
不純物（いわゆる背景不純物）を出来るだけ低減するこ
とが必要である。この背景不純物は分子線源物質および
成長装置内雰囲気がら取り込まれるため、分子線源物質
の高純度化および成長装置内の真空の清掃度の維持によ
り、背景不純物の混入を防ぐ手段がとられていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしこのような方法では、成長装置内の種々の原因に
よる汚染源からの不純物の混入を完全に防止することは
困難であり、例えばＧａＡｓにおいて炭素に起因すると
考えられるアクセプタ不純物濃度ＮＡを１０　’ｃｍ−
３以下に再現性良く抑制することが出来ない。また、意
図的に不純物を導入する際にも不純物量を精度良く制御
できない。従って、成長装置内のわずかな汚染源からの
影響を受けない、不純物の混入の防止ないし制御方法が
望まれる。

本発明は、上に述べた化合物半導体の分子線結晶成長に
おいて、不純物の混入を効果的に防止ないし制御できる
結晶成長方法を提供する。

（問題点を解決するための具体的手段）本発明によれば
、結晶成長に際して基板結晶を正または負の帯電状態に
保つことにより、不純物の結晶中への取り込みを低減な
いし制御することができ、上記の目的を達することがで
きる。

（発明の作用・原理） 本発明は、基板結晶の帯電状態により、例えばＧａＡｓ
結晶においてアクセプタ不純物となる炭素系分子の基板
上への付着率が変化するという現象を利用している。今
従来法において基板結晶が電気的にほぼ中性であるとす
るとｎ型ＧａＡｓ基板を考えた場合、第１図（ａ）に示
したように基板表面には自由電荷の空乏層が生じイオン
化したドナー不純物による正の空間電荷が現われている
。このような表面にアクセプタ型の不純物分子が到達す
ると、基板結晶の価電子が不純物分子に移動する結果、
不純物分子は負に帯電して、基板表面に現われている正
の空間電荷との間に吸引力を生じ基板表面に強固に付着
する結果となる。ところが第２図（ｂ）に示したように
本発明において基板結晶を負に帯電させた場合には、帯
電のない場合に基板表面に現われる正の空間電荷を消去
しうる上、過剰な負電荷により、電荷移動により負に帯
電した不純物分子と基板表面との間に負電荷同士の電気
的反発力が生じ、結局不純物原子の付着率を低下させ結
晶中に取り込まれる不純物を低下させることになる。

従って基板結晶を負に帯電させることが、ｎ型基板にお
いてアクセプタ型背景不純物濃度を低減する上で効果的
である。同様の原理によりｎ型基板上へのドナー型背景
不純物の取り込みは本来小さく、基板結晶を正に帯電さ
せることによりさらに低減できる。、またｐ型基板にお
いては、アクセプタ型背景不純物濃度は本来取り込みが
小さいはずであるが、基板結晶を負に帯電させることに
よりそれを一層低減できる。ｐ型基板上のドナー型背景
不純物に関しては、基板結晶を正に帯電させることが、
以上の帯電方式は不純物取り込みの低減の観点から述べ
たが、不純物の取り込みを意図的に促進させようとする
立場からは、帯電状態の符号を上に述べた場合と逆符号
にすれば良い。

（実施例） 以下本発明の有利な特性を用いた実施例について説明す
る。

第１図は本発明の実施例における分子線結晶成長装置の
構成の概略を示している。ＧａＡｓまたはＩｎＰなどの
化合物半導体からなる基板結晶１がＭｏなどの導電性材
質から成る基板保持具２上に電気的接触を保って固定さ
れている。基板保持具２は超高真空容器３の外部に置か
れた蓄電器４の一方の電極に電気的に接続されている他
は、他の部分と電気的に絶縁されている。基板加熱ヒー
タ５、分子線源６．６’　、６″の配置や使用について
は通常の分子線結晶成長法と変わらない。結晶成長に際
しては、蓄電器４の他方の電極に接続された直流電荷発
生器７に直流電荷を発生させ、これにより蓄電器に正ま
たは負の電荷を誘起する。このとき基板結晶１には、基
板結晶１に接続している蓄電器の極板上とは符号が逆で
絶対値のほぼ等しい電荷が誘起され帯電する。

本実施例では容量１ｍＦの蓄電器を用い、蓄電器の両極
間電圧を１ｋＶとなるように蓄電器を充電した。この場
合１クーロンの電荷を発生することになり、これにより
２０　Ｘ　２０ｍｍ２の表面を有する基板結晶表面上に
１０−３〜１０−２ク一ロン１ｃｍ２の面密度で表面電
荷を生じさせることが出来た。このように基板結晶表面
を帯電させた状態で、通常の方法により分子線結晶成長
を行った。

第３図は上記の方法でアンドープＧａＡｓを成長させた
場合のアクセプタ不純物濃度ＮＡを、成長時の基板表面
負電荷密度について示したものである。

基板表面の負の帯電によりアクセプタ不純物の取り込み
が大幅に低減することが明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、分子線結晶成長において、基板結
晶を正または負に帯電させながら結晶成長を行うことに
丈鏝、不純物原子の結晶中への種ノ 取り込みを低減ないし制御することができ、背景不純物
の少ない高品質の化合物半導体のエピタキシャル成長結
晶が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における分子線結晶成長装置の
構成を示す図、第２図は本発明の原理を示す図、第３図
は本発明の効果を示す図である。 図において、 １・・・基板結晶、２・・・基板保持具、３・・・超高
真空容器、４・・・蓄電器、５・・・加熱ヒータ、６．
６’、６″・・・分子線源、７・・・直流電荷発生器。 第１図 分子線源 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超高真空中で基板結晶を正または負に帯電させながら結
   晶成長を行うことを特徴とする化合物半導体の分子線結
   晶成長方法。