JP2555885B2 - ゲルマニウム・砒化ガリウム接合の製造方法 - Google Patents

ゲルマニウム・砒化ガリウム接合の製造方法

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JP2555885B2 JP1133111A JP13311189A JP2555885B2 JP 2555885 B2 JP2555885 B2 JP 2555885B2 JP 1133111 A JP1133111 A JP 1133111A JP 13311189 A JP13311189 A JP 13311189A JP 2555885 B2 JP2555885 B2 JP 2555885B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はゲルマニウム・砒化ガリウム接合の製造方法
に関する。
(従来の技術) ゲルマニウム・砒化ガリウム接合は、ヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタなどとして超高速トランジスタに応
用できる。この実現のためには、ゲルマニウム・砒化ガ
リウム接合を再現性、制御性良く作製できる技術が極め
て重要になる。
アイ・イー・イー・イー・エレクトロン・デバイス・
レターズ(IEEE Electron Device Letters)誌第59号36
01頁から述べられているように、シリコンをドーピング
した砒化ガリウムとガリウムガリウムをドーピングした
ゲルマニウムとからなるヘテロ接合は、成長温度が500
℃以上では砒素とゲルマニウムが相互拡散しnpnp特性を
示し、500℃以下ではnp特性を示す。
また、第36回応用物理学関係連合講演会第3分冊1038
頁に述べられているように、n型砒化ガリウム基板上の
n型砒化ガリウム成長層上に、基板温度500℃でp型ゲ
ルマニウムをMBE成長させ作製したpn接合は良好なpn接
合特性を示すのに対し、基板温度300℃でp型ゲルマニ
ウムを成長させ作製したpn接合はリーク電流が多い。し
かし、基板温度500℃でゲルマニウムを成長させた場
合、ゲルマニウム中にガリウムが約4000Å拡散してい
る。
(発明が解決しようとする課題) 以上述べたように、低温で成長させたゲルマニウム膜
はガリウム原子の拡散は少ないが、電気特性の良好な膜
が出来ない。一方、高温で成長させたゲルマニウム膜は
電気特性は良好であるが、ガリウム原子の拡散が大き
く、面密度で1.4×1014cm-2程度拡散してしまう。従っ
て、ゲルマニウム膜にガリウム原子を拡散させずに、薄
いp型ゲルマニウム膜、高純度のゲルマニウム膜あるい
は不純物補償のないn型ゲルマニウム膜を結晶性よく、
すなわち電気特性の良好な膜として成長させることが困
難であった。
本発明の目的は、これら従来のゲルマニウム・砒化ガ
リウム接合を製造する方法の持つ欠点を除去し、低濃度
のp型ゲルマニウム膜、高純度のゲルマニウム膜および
不純物補償のないn型ゲルマニウム膜を結晶性よく作製
できる新規な製造方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明は、砒化ガリウムとゲルマニウムのヘテロ接合
の製造方法において、砒素安定化面砒化ガリウム上に第
1の基板温度でゲルマニウムを薄く成長させ、そののち
に第1の温度より高い第2の基板温度にしたのち、ゲル
マニウムを成長させることを特徴とするゲルマニウム・
砒化ガリウム接合の製造方法である。
また、本発明は、砒化ガリウムとゲルマニウムのヘテ
ロ接合の製造方法において、(2×2)表面超構造砒化
ガリウム上に第1の基板温度でゲルマニウムを薄く成長
させたのち、基板温度を上昇させて、ゲルマニウム上の
砒素を蒸発させ、そののちに第1の基板温度より高い第
2の基板温度で、ゲルマニウムを成長させることを特徴
とするゲルマニウム・砒化ガリウム接合の製造方法であ
る。
(作用) バイス・ベル・エーイーヂー・テレフンケン(Wiss.B
er.AEG Telefunken)誌49巻213頁から述べられているよ
うに、原子の表面拡散係数は固体中を原子が拡散する拡
散係数に比べ、約10桁大きい。原子の表面拡散係数は基
板表面温度が低いほど小さくなり、基板表面温度が高く
なると、原子の再蒸発が生じる。
ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース(Journal
of Crystal Growth)誌95巻421頁から述べられているよ
うに、砒素安定化面砒化ガリウム表面にゲルマニウムを
基板温度300℃で成長させると、砒素の拡散は抑制さ
れ、ガリウムの拡散のみが生じ、ゲルマニウムはp型を
示す。それに対し、(2×2)表面超構造砒化ガリウム
表面にゲルマニウムを基板温度300℃で成長させると、
ガリウム、砒素ともに拡散するが、砒素原子がゲルマニ
ウム表面層に偏析しながらゲルマニウム膜は成長する。
そのため、砒素原子の拡散がガリウム原子の拡散に比べ
大きく、ガリウムはn型を示す。請求項記載の第1の発
明は、砒素安定化面砒化ガリウムを用い砒素の拡散を抑
制し、請求項記載の第2の発明は(2×2)表面超構造
砒化ガリウム表面を用いガリウムの拡散を小さくしてい
る。
また、第36回応用物理学関係連合講演会第3分冊1038
頁に述べられているように、n型砒化ガリウム基板上の
n型砒化ガリウム成長層上に、基板温度500℃でp型ゲ
ルマニウムを成長させ作製したpn接合は良好なpn接合特
性を示すのに対し、基板温度300℃でp型ゲルマニウム
を成長させ作製したpn接合は逆方向の漏れ電流の大きな
特性を示す。
以上の事実から、請求項記載の第1の発明では砒化ガ
リウム基板上の砒化ガリウム成長層最上表面を砒素安定
化面にしたのち、基板温度を低温、例えば300℃以下に
下げ、ゲルマニウムをごく薄く、例えば100Å成長させ
る。この方法により、砒化ガリウム層からの砒素の拡散
を防ぐとともに、基板表面温度が低いので表面拡散係数
が小さく、ガリウムの拡散も小さくなる。その後、基板
温度を上昇させ、ゲルマニウムを成長させる。このと
き、砒化ガリウムからのガリウムの拡散は固体中を拡散
する拡散係数に支配されるので、表面拡散に比べ、非常
に小さい。また、低温にて成長したゲルマニウムはごく
薄く、しかもそのあとの熱処理で低温成長ゲルマニウム
の結晶性が回復するので、電子の走行には影響を及ぼさ
ない。
一方、請求項記載の第2の発明では、砒化ガリウム基
板上の砒化ガリウム成長層最上表面を(2×2)表面超
構造にしたまま、基板温度を低温に下げ、ゲルマニウム
をごく薄く成長させる。この方法では、砒素原子、ガリ
ウム原子ともに拡散するが、基板表面温度が低いので表
面拡散係数が小さいことにより、砒素原子、ガリウム原
子ともに拡散は小さくなる。その後、基板温度を上昇さ
せ、ゲルマニウムを再成長させる。このとき、ゲルマニ
ウム表面に偏析した砒素原子は再蒸発し、さらに砒化ガ
リウムからのガリウム、砒素の拡散は固体中を拡散する
拡散係数に支配されるので、表面拡散に比べ、非常に小
さい。また、低温にて成長したゲルマニウムはごく薄
く、しかもそのあと熱処理で低温成長ゲルマニウムの結
晶性が回復されるので、電子の走行には影響を及ぼさな
い。
(実施例) 第1図は請求項1記載の発明のゲルマニウム・砒化ガ
リウムpn接合の製造方法の一実施例を説明するための製
造工程を示した断面図である。工程順は以下のようにな
る。
(1)n型砒化ガリウム基板1の上にn型砒化ガリウム
エピタキシャル層2を成長させる(第1図(a))。成
長はIII−V族系成長室とIV族系成長室を有し、両者の
間で基板を高真空中で移動できるMBE装置を用いた。
(2)砒素雰囲気のない真空中に砒化ガリウム基板を移
動し、基板温度を450℃まで上昇させ砒素安定化面を出
す。砒素安定化面が現れたことはMBE装置のRHEEDでモニ
タできる。その後、低温、例えば300℃でゲルマニウム
層3を100Å成長させる(第1図(b))。
(3)引き続いて基板温度を500℃まで上昇させ、ガリ
ウムをドーピングしながらゲルマニウム層4を1μm程
度成長させる(第1図(c))。
(4)基板を大気中に出し、パターニング、エッチング
により、電極5を形成する(第1図(d))。
以上によりガリウム原子の拡散を抑えたゲルマニウム
・砒化ガリウム接合が作製できる。
第2図は請求項2記載の発明のゲルマニウム・砒化ガ
リウム接合の製造方法の一実施例を説明するための製造
工程を示した断面図である。工程順は以下のようにな
る。
(1)n型砒化ガリウム基板1の上にn型砒化ガリウム
エピタキシャル層2を成長させる(第2図(a))。
(2)砒化ガリウムエピタキシャル層2を成長させた
後、基板温度を下げると砒化ガリウム表面超構造は(2
×2)を示す。砒素雰囲気でない真空中に砒化ガリウム
基板を移動し、引き続き(2×2)砒化ガリウム層2の
上にゲルマニウム膜6を低温たとえば300℃で100Å成長
させる(第2図(b))。このとき、ゲルマニウム膜表
面上には偏析した砒素原子7が存在している。
(3)砒素雰囲気でない真空中で基板温度を500℃に上
昇させゲルマニウム表面に偏析した砒素原子を脱離させ
る(第2図(c))。砒素原子が脱離したことはAESな
どを用いて検出できる。
(4)引き続いて基板温度を500℃まで上昇させ、ガリ
ウムをドーピングしながらゲルマニウム層4を1μm程
度成長させる(第2図(d))。
(5)基板を大気中に出し、パターニング、エッチング
により、電極を形成する(第2図(e))。
以上により、ガリウム、砒素拡散を抑えたゲルマニウ
ム・砒化ガリウム接合が作製できる。
(発明の効果) 請求項1の発明の構造をもつゲルマニウム・砒化ガリ
ウム接合では、以下のことで期待できる。
(1)砒化ガリウム成長層最上表面を砒素安定化面にし
たのち、基板温度を低温に下げ、ゲルマニウムをごく薄
く成長させるので、砒化ガリウム層からの砒素の拡散を
防ぐとともに、基板表面温度が低いのでガリウムの表面
拡散が小さくなる。その後、基板温度を上昇させてゲル
マニウム成長させるが、砒化ガリウムからのガリウムの
拡散は、個体中を拡散する拡散係数に支配されるので、
表面拡散に比べ非常に小さい。
(2)また、砒化ガリウム上ゲルマニウムは低温で成長
させているので結晶性が良好ではないが、後に高温の熱
処理を行っているので結晶性が回復し、膜厚も薄いので
電子の走行には影響を及ぼさない。
請求項2の発明の構造をもつゲルマニウム・砒化ガリ
ウム接合では、以下のことが期待できる。
(1)砒化ガリウム成長層最上表面を(2×2)表面超
構造にしたまま、基板温度を低温に下げゲルマニウムを
薄く成長させる場合には、砒素原子が砒化ガリウム最上
層表面を覆っており、砒化ガリウム表面が活性でないこ
と、基板表面温度が低いので表面拡散係数が小さいこと
により、砒素原子、ガリウム原子ともに拡散は小さくな
る。その後、基板温度を上昇させてゲルマニウムを成長
させるので、ゲルマニウム表面に偏析した砒素原子は再
蒸発し、さらに砒化ガリウムらのガリウム、砒素の拡散
は、個体中を拡散する拡散係数に支配されるので、表面
拡散に比べ非常に小さい。
(2)また、砒化ガリウム上ゲルマニウムは低温で成長
させているので結晶性か良好ではないが、後に高温の熱
処理を行っているので結晶性が回復し、膜厚も薄いので
電子の走行には影響を及ぼさない。
【図面の簡単な説明】
第1図は請求項1のゲルマニウム・砒化ガリウム接合の
製造工程の1実施例を示す断面図を、第2図は請求項2
の発明のゲルマニウム・砒化ガリウム接合の製造工程の
1実施例を示す断面図を示す。 1……砒化ガリウム基板、2……砒化ガリウムエピタキ
シャル成長層、3……砒素安定化面上に低温成長を行っ
たゲルマニウム層、4……高温成長を行ったゲルマニウ
ム層、5……電極、6……(2×2)表面超構造上に低
温成長を行ったゲルマニウム層、7……表面に偏析した
砒素原子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/86

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】砒化ガリウムとゲルマニウムのヘテロ接合
    の製造方法において、砒素安定化面砒化ガリウム上に第
    1の基板温度でゲルマニウムを薄く成長させ、そののち
    に第1の温度より高い第2の基板温度にしたのち、ゲル
    マニウムを成長させることを特徴とするゲルマニウム・
    砒化ガリウム接合の製造方法。
  2. 【請求項2】砒化ガリウムとゲルマニウムのヘテロ接合
    の製造方法において、(2×2)表面超構造砒化ガリウ
    ム上に第1の基板温度でゲルマニウムを薄く成長させた
    のち、基板温度を上昇させて、ゲルマニウム上の砒素を
    蒸発させ、そののちに第1の温度より高い第2の基板温
    度で、ゲルマニウムを成長させることを特徴とするゲル
    マニウム・砒化ガリウム接合の製造方法。
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1988年(昭和63年)秋季第49回応用物理学会学術講演会講演予稿集、第1分冊P.284、6P−Y−16

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