JPS6358922A - 気相成長方法 - 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】 〔概要〕 鉄（Ｆｅ）や、クロム（Ｃｒ）等の遷移金属をドープし
て半絶縁性インジウム燐（ＳＩ４ｎＰ）層を成長する際
に、ドーピングガスの吹き出し位置を調整して、成長結
晶のソースガスに影響をあたえないで、かつ成長結晶へ
のドーパントの取り込みをよくして、高抵抗の成長層を
得る方法を提起する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は抵抗率の高い５ｌ−１ｎＰ成長用の気相成長方
法に関する。

高抵抗の５ｌ−１ｎＰ基板はＬＥＣ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｅ
ｎｃａｐｓｕｌ−ａｔｅｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）法により
得られるが、５ｌ−ＩｎＰ［の気相成長（ＶＰＥ）では
アンドープのものや、Ｃｒドープのものが報告されてい
るが、基板の特性までに至っていない。

５Ｉ−ＩｎＰ層の成長は集積回路や、半導体レーザの埋
込層の形成等への応用が期待されている。

半絶縁性にするための１つの方法として、深い準位を形
成するＦｅや、Ｃｒ等の遷移金属をドープする方法がと
られている。

〔従来の技術〕

Ｆｅのドープは、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）成長層に対
しては従来より行われており、例えば加熱したＦｅに塩
１（ＨＣＩ）ガスを流して塩化鉄（ＦｅＣ１ｚ）蒸気を
発生させ、これを被成長基板上に導いて成長層にＦｅを
とりこませる方法がとられている。

ところが、１ｎＰ成長層に対してはこのようにはできな
かった。

それは、例えばＦｅをＦｅＣ１□蒸気で輸送して成長結
晶に取り込まセるＶＰＥを考えると、ＦｅＣ１，は燐化
鉄（ＦｅＰｘ　＋例えば、ｘ＝　１．２）になりやすい
ため、ＦｅＣｌ２は導入管から燐蒸気を含んだ成長室内
に入ると分解しにくいＦｅＰ、になってしまい、ＩｎＰ
成長層にＦｅが十分に入らないという欠点があり実用化
されなかったからである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ＴｎＰ成長層に対しては、遷移金属を十分にドープでき
なかった。

従って、抵抗率の高い５ｌ−１ｎＰｌを成長することが
できなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点の解決は、成長室の高温部にＩｎ、またはＩ
ｎＰのソースを、該高温部に隣接する低温部に被成長基
板を置き、該ソースより該被成長基板の方向にハロゲン
化燐、または水素化燐とＨＣＩを流して該被成長基板上
にインジウム燐結晶を気相成長する際、 該ソースと該被成長基板の中間で、かつ該ソース寄りの
位置に遷移金属化合物の蒸気を吹き出して該遷移金属化
合物を該インジウム燐結晶に取り込ませる気相成長方法
により達成される。

〔作用〕

本発明はドーピングガスのＦｅＣ１□のＦｅＰ、への変
化が有限時間かかることを利用して、ドーピングガス導
入管の出口を被成長基板に近づけたものである。

いま、その作用を説明する。

■　ＦｅＣ１ｚは成長室内のｅ　（Ｐ、）と次式の反応
によりＦｅＰ、を形成し、成長層のドーパントとして寄
与しない。

ＦｅＣ１ｍ＋（Ｘ／４）Ｐ４＋Ｈ！　−＊　ＦｅＰＸ＋
２ＨＣ１゜■　ＦｅＣ１ｇの濃度はＦｅＰ、形成のため
、ドーピングガス導入管の出口から離れるに従ってほぼ
指数関数的に減少する。

これは、つぎのように簡単な反応速度論により導出でき
る。

ＦｅＣ１ｚの濃度を０１　ドーピングガス導入管の出口
からの距離をＸ、導入管からガスが出始めてから経過し
た時間をし、反応速度をｋとすると、上記の反応を１次
反応として、 −ｄＣ／ｄｔ　＝　ｋＣ。

が成立する。また、 ｄＣ／ｄｔ　＝　（ｄｘ／ｄｔ）　（ｄＣ／ｄｘ）　＝
　ｖ　（ｄＣ／ｄｘ）　。

（Ｖは混合ガスの流速） であるから、 −ｄＣ／ｄｘ　＝（ｋ／ｖ）Ｃ。

が得られ、これを解いて Ｃ＝　Ｃｏｅｘｐ　（（ｋ／ｖ）ｘ）　。

となる。ここでＣ０はドーピングガス導入管出口でのＦ
ｅＣ１ｚの初期濃度である。

■　ＦｅＣ！□の初期濃度はＦｅＣ１，の蒸気圧、ガス
流量の制限からある程度以上に大きくできない。また混
合ガス流量を速くすれば、指数関数的減少をすこし緩や
かにできるが、成長条件上これを太き（することは得策
ではない。すなわち、成長用ソースは成長に寄与する分
が少なくなり、無駄に流れてしまうことになる。従って
、成長条件を変えることによって全体の濃度を上げるこ
とには限変がある。

■　成長層が半絶縁性となるためには、ドープしたＦｅ
の濃度が、何もドープしていないときのバンクグラウン
ドの電子濃度を上回らなければならない。

ところが、前記のＦｅＣ１，とＰ４との反応のために被
成長基板上のＦｅＣ１□の濃度が低くなり、上記の補償
条件が実現できなかった。

現在までのところ、ＶＰＥによりＦｅ等の遷移金属をを
ドープした成長層で、前述のＬＥＣ法等でつくったＦｅ
　ドープの基板と同等以上の抵抗率（１０ｈＱｃｍ以上
）をもつという報告はない。

■　そこで、本発明のようにドーピングガス導入管出口
を被成長基板寄りに設ける。

いま、ドーピングガス導入管出口と被成長基板との距離
をｘｏ　、バックグラウンドの電子濃度をｎ＋１、気相
中から成長層へのドーピング効率をに、とじて に＋　Ｃ６ｅｘｐ　（−（ｋ／ｖ）ｘｏ）　＞　ｎ（１
。

を満足するようにｘｏを選ぶ。

■　現在のところ、ｋ　、　ｋ、についてはよく知られ
ていないが、実験的に成長層の抵抗率が１０６Ωｃｍ以
上になるようなｘｏを選ぶことができる。

例えば、成長条件が、ソース温度８００℃、成長温度６
５０℃、混合ガス流量４８０ＳＣＣＭ、　Ｆｅソース温
度７８０℃、Ｆｅソースに流すＨＣＩの流量２．６Ｘ１
０−Ｓｍｏｌ／ｌｌｌ１ｎに対して、ＸＯ＜　１５ｃ東
。

である。

また、ｘ０＝００近傍では、Ｆｅの取り込みは十分に行
われるが、反面、成長結晶のソースガス流に影響をおよ
ぼすため、避けた方がよい。

〔実施例〕

第１図は本発明を説明するＶＰＥ装置の模式的断面図で
ある。

図において、石英管よりなる成長室１内にソース２とし
て１１１％またはＩｎＰ結晶を入れたポート３と、被成
長基板４をのせたサセプタ５を置（。

ソース２は高温に、被成長基板４は低温に保ち、両者間
は単調な温度勾配をもたせる。

燐の運び手であるハロゲン化燐として塩化燐（ＰＣｌ３
）を用いる。

成長室１に左側より導入したＰＣｌ３＋Ｈ２は加熱され
たソース２と反応してＩｎＣｌとＰ４を生成し、これら
が被成長基板４上に輸送されてＩｎＰ　層を成長する。

一方、ドーピングガス導入管６より成長室１内にＦｅＣ
１□を導入する。

ドーピングガス導入管６の出口と被成長基板４の端との
距離をＬとすると Ｌ　＜　Ｘｏ　。

に選ぶ。

例えば、作用の欄で説明した成長条件では、Ｌ　＜　１
５ｃｍ　。

にする。

この場合のＬと成長層の抵抗率との関係を第２図に示す
。

この結果より分かるように、Ｌ　＜　１５ｃｍとして、
抵抗率が１０ｈ〜１０８Ωｃｍと基板より高抵抗のＩｎ
Ｐ成長層が得られた。

また、ＬとＦｅＣ１ｚの濃度Ｃの相対的な関係を第３図
に示す。

実施例においては、ＰＣｌ３によるクロライドＶＰＥを
用いたが、これの代わりにＰＩＩ３によるハイドライド
ＶＰＥを用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、気相成長力
により、５Ｉ−１ｎＰ基板と同程度以上の抵抗率（１０
６Ωｃｍ以上）をもつ５Ｉ−ＩｎＰ成長層が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を説明するＶＰＥ装置の模式的断面図で
ある。 第２図は距離りと成長層の抵抗率との関係を示す図、 第３図は距離りとＦｅＣ１ｚの濃度Ｃの関係を示す図で
ある。 図において、 １は成長室、 ２はソースでＩ　ｎ　％またはＩｎＰ結晶、３はボート
、 ４は被成長基板、 ５はサセプタ、 ６はドーピングガス導入管 木べそ一ジ月Σ官す月４ろｖＰｅ！ｒ支ｆｌｆ）ヒｒ７
　曇看第　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 成長室の高温部にインジウム、またはインジウム燐のソ
   ースを、該高温部に隣接する低温部に被成長基板を置き
   、該ソースより該被成長基板の方向にハロゲン化燐、ま
   たは水素化燐と塩酸を流して該被成長基板上にインジウ
   ム燐結晶を気相成長する際、 該ソースと該被成長基板の中間で、かつ該ソース寄りの
   位置に遷移金属化合物の蒸気を吹き出して該遷移金属化
   合物を該インジウム燐結晶に取り込ませることを特徴と
   する気相成長方法。