JPH053160A - Growth method of chemical compound semiconductor crystal - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、有機金属気相成長法に
より、炭素ドープ化合物半導体結晶、例えばＧａＡｓ、
ＡｌＧａＡｓなどのIII−Ｖ族化合物半導体結晶を気相
成長させる方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a carbon-doped compound semiconductor crystal, such as GaAs, by a metal organic chemical vapor deposition method.
The present invention relates to a method for vapor phase growth of a III-V group compound semiconductor crystal such as AlGaAs.
【０００２】[0002]
【従来の技術】有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）
は、有機金属化合物と金属水素化合物を、反応炉の中で
熱分解することにより、基板上に薄膜の単結晶を成長す
る方法である。この方法は、超薄膜の多層構造の形成が
容易であり、量産性も高いので、各種の化合物半導体デ
バイス用基板の作製に用いられている。2. Description of the Related Art Metalorganic vapor phase epitaxy (OMVPE)
Is a method of growing a single crystal of a thin film on a substrate by thermally decomposing an organometallic compound and a metal hydrogen compound in a reaction furnace. Since this method is easy to form an ultra-thin film multi-layer structure and has high mass productivity, it is used for producing various types of compound semiconductor device substrates.
【０００３】一方、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓの超薄膜を
積層した超格子構造は従来の天然の材料にはない特異な
性質を示し、各種の物性値を任意に設計できることから
ＯＭＶＰＥ法を用いた研究が盛んに行われている。超格
子構造の中でも、ｎ型ＧａＡｓとｐ型ＧａＡｓの超薄膜
を積層したドーピング超格子は（ｎｉｐｉ型超格子）は
電子と正孔が空間的に分離されるためその実効バンドギ
ャップがＧａＡｓ本来のバンドギャップより小さくなる
という特長がある。そのため、このドーピング超格子構
造を利用すると、通常ＧａＡｓを透過してしまうような
長波長の光に対してもバンド間遷移が可能となり、長波
長光の検出や発光材料として用いることができる。ドー
ピング超格子のバンドギャップの減少効果は、外部から
印加した電界の強さによって変化するため、光変調器や
波長可変発光素子を作製することが可能である。On the other hand, a superlattice structure in which GaAs-AlGaAs ultrathin films are laminated exhibits unique properties which are not found in conventional natural materials, and various physical properties can be arbitrarily designed, so that research using the OMVPE method is active. Has been done in. Among the superlattice structures, a doping superlattice in which n-type GaAs and p-type GaAs ultrathin films are laminated (nipi-type superlattice) has electrons and holes spatially separated from each other, so that its effective band gap is It has the feature of being smaller than the band gap. Therefore, if this doping superlattice structure is utilized, band-to-band transition is possible even for long-wavelength light that normally passes through GaAs, and it can be used as a long-wavelength light detection or light-emitting material. Since the bandgap reduction effect of the doping superlattice changes depending on the strength of the electric field applied from the outside, it is possible to manufacture an optical modulator or a wavelength tunable light emitting device.
【０００４】また、化合物半導体のヘテロ接合を用いた
デバイスの中でもヘテロ接合・バイポーラ・トランジス
タ（ＨＢＴ）は超高速で動作するため、盛んに開発され
ている。ＨＢＴの構造は、図２に示すように、半絶縁性
または導電性ＧａＡｓ基板の上に積層されたｎ−ＧａＡ
ｓのコレクタ、ｐ−ＧａＡｓのベース、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓのエミッタから構成されている。ＨＢＴの特性は、ｐ
−ＧａＡｓベース層の正孔濃度が高いほど優れた特性が
得られ、ｐ−ＧａＡｓベース層とｎ−ＡｌＧａＡｓエミ
ッタ層との間のｐｎ接合の界面が急峻なほど優れた特性
が得られる。Among devices using a heterojunction of compound semiconductors, a heterojunction bipolar transistor (HBT) is actively developed because it operates at a very high speed. As shown in FIG. 2, the HBT structure has an n-GaA laminated on a semi-insulating or conductive GaAs substrate.
s collector, p-GaAs base, n-AlGaA
s emitter. The characteristic of HBT is p
The higher the hole concentration of the -GaAs base layer, the better the characteristics are obtained, and the steeper the pn junction interface between the p-GaAs base layer and the n-AlGaAs emitter layer, the better the characteristics.
【０００５】ＯＭＶＰＥ法においては、従来用いていた
ｐ型ドーパントであるＺｎでは拡散係数が大きいため、
急峻なドーピングプロファイルを形成できないという問
題があった。分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）で
は、１×１０20ｃｍ-3程度まで高濃度にドーピングする
ことが可能で、かつ、拡散係数の小さなベリリウム（Ｂ
ｅ）が一般的に用いられているが、ＯＭＶＰＥ法では安
全性の問題から、Ｂｅを用いることは困難である。ま
た、Ｚｎに比べて拡散係数が５桁小さいＭｇのドーピン
グも検討されている。しかし、Ｍｇ原料のビスシクロペ
ンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）およびビスメ
チルシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍ2Ｃｐ2Ｍ
ｇ）は配管および反応管へ吸着しやすいため、急峻なド
ーピング・プロファイルを形成することが難しい。した
がって、従来、ＯＭＶＰＥ法では急峻なドーピングプロ
ファイルを得ることが難しいことから、ドーピング超格
子やＨＢＴを形成することが困難であった。In the OMVPE method, since the p-type dopant Zn used conventionally has a large diffusion coefficient,
There is a problem that a steep doping profile cannot be formed. In the molecular beam epitaxy method (MBE method), beryllium (B) having a small diffusion coefficient can be doped at a high concentration up to about 1 × 10 20 cm −3.
Although e) is generally used, it is difficult to use Be in the OMVPE method because of safety issues. In addition, doping of Mg, which has a diffusion coefficient five orders of magnitude smaller than that of Zn, has been studied. However, Mg raw materials such as biscyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) and bismethylcyclopentadienyl magnesium (M 2 Cp 2 M)
Since g) is easily adsorbed on the pipe and the reaction tube, it is difficult to form a steep doping profile. Therefore, conventionally, it has been difficult to form a doping superlattice or HBT because it is difficult to obtain a steep doping profile by the OMVPE method.
【０００６】最近になり炭素（Ｃ）をｐ型ドーパントと
してドーピングする事が検討されている。例えば、文献
（J.Appl.Phys. Vol.64,No.8,p3975-3979, K. Saito et
al.）にあるように、ガスソースＭＢＥ法ではIII族元
素にトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を、Ｖ族原料に金
属ヒ素を用いることにより、１０20ｃｍ-3台のＣドーピ
ングを行っている。また、有機金属気相結晶法において
も、文献（Appl.Phys.Lett. Vol.53,No.14,p.1317-131
9, T.F.Kuech et al.)にあるように、成長圧力７６Ｔｏ
ｒｒ（１０．１×１０3Ｐａ）において、III族原料にＴ
ＭＧａ、Ｖ族原料にトリメチルヒ素（ＴＭＡｓ）を用い
ることにより２×１０19ｃｍ-3のＣドーピングを行って
いる。Recently, it has been studied to dope carbon (C) as a p-type dopant. For example, the literature (J.Appl.Phys. Vol.64, No.8, p3975-3979, K. Saito et
al.), in the gas source MBE method, trimethylgallium (TMGa) is used as the group III element and metallic arsenic is used as the group V raw material to perform C doping at a level of 10 20 cm −3 . In addition, in the metal-organic vapor phase crystallization method, reference (Appl.Phys.Lett. Vol.53, No.14, p.1317-131
9, TFKuech et al.), Growth pressure 76To
In rr (10.1 × 10 3 Pa), T was used as the group III raw material.
C-doping of 2 × 10 19 cm −3 is performed by using trimethylarsenic (TMAs) as a source material for MGa and V.
【０００７】発明者もＶ族有機金属原料を用い、減圧成
長することにより、ＯＭＶＰＥ法において２．５×１０
20ｃｍ-3という高濃度のＣドーピングが可能であること
を報告している。しかしながら、ＯＭＶＰＥ法でＶ族有
機金属原料を用いた方法では、ドーピング超格子を形成
する場合、ｎ層で一旦、Ｖ族有機金属からアルシン（Ａ
ｓＨ3）への切り換えを行わなければならず、多層を積
層するには長時間が必要となる。The inventor of the present invention also uses a group V organic metal raw material and grows it under reduced pressure to obtain 2.5 × 10 5 in the OMVPE method.
It has been reported that high concentration C doping of 20 cm -3 is possible. However, in the method using the group V organometallic material in the OMVPE method, when the doping superlattice is formed, the group V metal is once converted into arsine (A
It has to be switched to sH 3 ), and it takes a long time to stack multiple layers.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ＯＭＶＰＥ法におい
て、ＴＭＧａとＴＭＡｓを原料としてＣドープＧａＡｓ
を成長する場合、ＴＭＧａやＴＭＡｓの流量を変えても
Ｃのドーピング量は殆ど変化しない。そこで成長温度を
変えることでドーピング量を制御している。例えば、上
記の文献２に依れば、成長圧力７６Ｔｏｒｒ（１０．１
×１０3Ｐａ）で成長温度を６００℃から７００℃に上
げると、正孔濃度は１０19ｃｍ-3台から１０17ｃｍ-3台
へ減少している。単層のエピタキシャル層を成長する場
合にはこの方法でも問題はないが、Ｃのドーピングレベ
ルの異なる多層を成長する場合には、層と層の間で成長
を中断し、成長温度を変更しなければならず、成長温度
の変更に相当長い時間を要するという問題があった。In the OMVPE method, TMGa and TMAs are used as raw materials and C-doped GaAs is used.
When growing C, the doping amount of C hardly changes even if the flow rates of TMGa and TMAs are changed. Therefore, the doping amount is controlled by changing the growth temperature. For example, according to Reference 2 above, the growth pressure is 76 Torr (10.1
When the growth temperature is increased from 600 ° C. to 700 ° C. at × 10 3 Pa), the hole concentration is reduced from 10 19 cm −3 to 10 17 cm −3 . This method is not problematic when growing a single epitaxial layer, but when growing multiple layers with different C doping levels, the growth must be interrupted between layers and the growth temperature must be changed. Therefore, there is a problem that it takes a considerably long time to change the growth temperature.
【０００９】また、ＯＭＶＰＥ法でＶ族有機金属を用い
てＣをドーピングする方法を使って、ドーピング超格子
を作製しようとすると、ｐ型ＧａＡｓ成長後、ｎ型Ｇａ
Ａｓ層成長前に一旦Ｖ族原料を有機金属からアルシンへ
切り換え、次にｐ型ＧａＡｓ成長前に今度はアルシンか
ら有機金属への切り換えのために成長を中断しなければ
ならず、多数の層を積層するには長時間が必要になると
いう問題があった。Further, when an attempt is made to form a doping superlattice by using a method of doping C using a group V organic metal by the OMVPE method, when p-type GaAs is grown, n-type Ga is grown.
Before the As layer is grown, the group V raw material is once switched from organometallic to arsine, and before the p-type GaAs is grown, the growth must be interrupted in order to switch from arsine to the organometallic. There is a problem that a long time is required for stacking.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、III−Ｖ族化
合物半導体の有機金属気相成長方法において、Ｖ族原料
として有機金属化合物を用いて炭素をドーピングする際
に、Ｖ族水素化物を同時に周期的に供給することを特徴
とする。Ｖ族水素化物と同時にｎ型ドーピングガスを周
期的に供給する事により、ｐ型ＧａＡｓとｎ型ＧａＡｓ
を交互に成長し、成長中断を行わずにドーピング超格子
を作製する。また、Ｖ族水素化物を供給する周期を変化
させることにより、炭素のドーピング量を制御すること
を特徴とする気相成長方法である。特に、５．３×１０
3Ｐａ以下の低い成長圧力下で成長させることが好まし
い。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to a method for organometallic vapor phase epitaxy of a III-V group compound semiconductor, wherein a group V hydride is used when carbon is doped using an organometallic compound as a group V raw material. The feature is that they are supplied periodically at the same time. By periodically supplying the n-type doping gas simultaneously with the group V hydride, p-type GaAs and n-type GaAs can be obtained.
Are alternately grown, and a doping superlattice is produced without interruption of growth. Further, the vapor phase growth method is characterized in that the doping amount of carbon is controlled by changing the supply cycle of the group V hydride. Especially 5.3 × 10
It is preferable to grow under a low growth pressure of 3 Pa or less.
【００１１】[0011]
【作用】ＴＭＧａとＴＭＡｓを原料にしたＧａＡｓにド
ーピングされるＣは、ＴＭＧａおよびＴＭＡｓのメチル
基のＣがＧａもしくはＡｓと結合した形で、結晶中に取
り込まれるためであると考えられている。通常のＴＭＧ
ａとＡｓＨ3を原料にした場合には、ＡｓＨ3が分解して
できる水素原子がＴＭＧａのメチル基と結合してメタン
となるため、Ｃがドーピングされにくいと理解されてい
る。しかし、実際には、この場合にも一定量のＣが結晶
中へ取り込まれている。この反応をもう少し詳しくみる
と、気相中でＴＭＧａがＡｓＨ3から発生した水素原子
と反応してメチル基が１つずつはずれて行き、モノメチ
ルＧａの形でＧａＡｓ基板上に吸着し、最終的にＧａと
Ｃが結晶中に取り込まれると考えられる。It is considered that C doped into GaAs made of TMGa and TMAs as raw materials is incorporated into the crystal in a form in which C of the methyl group of TMGa and TMAs is combined with Ga or As. Normal TMG
It is understood that when a and AsH 3 are used as the raw materials, C is difficult to be doped because the hydrogen atom formed by the decomposition of AsH 3 is combined with the methyl group of TMGa to form methane. However, in this case, a certain amount of C is actually incorporated in the crystal. Taking a closer look at this reaction, TMGa reacts with the hydrogen atoms generated from AsH 3 in the gas phase, leaving one methyl group out, adsorbing on the GaAs substrate in the form of monomethyl Ga, and finally It is considered that Ga and C are incorporated into the crystal.
【００１２】従って、ＡｓＨ3から発生した水素原子の
濃度が高いほどＣの取り込みは少なくなる。通常、Ａｓ
Ｈ3量を増やすとＣの混入が少なくなるのはこのためで
ある。また、ＴＭＡｓを原料としたときにＣが大量に結
晶中に取り込まれるのは、ＡｓＨ3から発生する水素原
子が存在しないためと考えられる。従って、ＴＭＧａと
ＴＭＡｓを原料に用いてＣをドーピングする際に、Ａｓ
Ｈ3を混入すれば、ＡｓＨ3から発生する活性な水素原子
によってＣのドーピングを抑制することが考えられる。Therefore, the higher the concentration of hydrogen atoms generated from AsH 3 , the less the incorporation of C. Usually As
It is for this reason that when the amount of H 3 is increased, the mixing of C is reduced. It is considered that a large amount of C is taken into the crystal when TMAs is used as a raw material because there are no hydrogen atoms generated from AsH 3 . Therefore, when doping C using TMGa and TMAs as raw materials, As
When H 3 is mixed in, it is considered that the doping of C is suppressed by the active hydrogen atoms generated from AsH 3 .
【００１３】本発明者らは、ＴＭＡｓとＴＭＧａのＣド
ーピングの成長圧力依存性について広い圧力範囲にわた
って検討した結果、成長圧力５．３×１０3Ｐａ以下の
領域で、高濃度のＣドーピングが可能であることを見い
だした。そこで、このような低圧力の領域では水素原子
の寿命も長くなることから、ＡｓＨ3によるＣドーピン
グ制御の範囲も広がると考え、検討を行った。その結
果、混入するＡｓＨ3流量を変えることによって、Ｃド
ーピング量を１×１０20ｃｍ-3から高抵抗領域までの広
い範囲で制御できるようになった。The present inventors have examined the growth pressure dependence of C doping of TMAs and TMGa over a wide pressure range, and as a result, high concentration C doping is possible in a region where the growth pressure is 5.3 × 10 3 Pa or less. I found that. Therefore, it was considered that the range of C doping control by AsH 3 is widened because the life of hydrogen atoms is extended in such a low pressure region. As a result, the C doping amount can be controlled in a wide range from 1 × 10 20 cm −3 to the high resistance region by changing the mixed AsH 3 flow rate.
【００１４】そこで、本発明者らは、アルシンを周期的
に添加することで高濃度Ｃドープ層と高純度層の超格子
構造を形成し、この高純度層にｎ型ドーパントをドーピ
ングする事によりドーピング超格子を作製する方法を考
案した。また、アルシン流量変化の周期を変えることに
より高濃度層と低濃度層の厚みの比率を変化させて超格
子全体の見かけ上の正孔濃度を制御する方法を発明し
た。Therefore, the present inventors form a superlattice structure of a high-concentration C-doped layer and a high-purity layer by periodically adding arsine, and dope the high-purity layer with an n-type dopant. We devised a method to fabricate a doping superlattice. Further, the inventors invented a method of controlling the apparent hole concentration of the entire superlattice by changing the ratio of the thickness of the high concentration layer and the low concentration layer by changing the cycle of arsine flow rate change.
【００１５】[0015]
【実施例】［実施例１］反応管内の圧力を１．３×１０
3Ｐａに保ち、予め反応管内にＴＭＡｓを流した状態
で、半絶縁性ＧａＡｓ基板を成長温度６００℃まで加熱
後、ＴＭＧａを反応管へ導入し、Ｃドープｐ型ＧａＡｓ
を２０ｎｍの厚みに成長し、その後ＡｓＨ3５０ｓｃｃ
ｍとジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）５０ｓｃｃｍを反応管へ導入
しｎ型ＧａＡｓを同じく２０ｎｍの厚みに成長し、この
あと同様にＡｓＨ3とＳｉ2Ｈ6を反応管へ周期的に導入
する事により、ｐ+−ＧａＡｓ／ｎ+−ＧａＡｓを４０サ
イクル（厚み１．６μｍ）成長した。この際、ＴＭＡｓ
とＴＭＧａのモル比は７とした。混入したＡｓＨ3の濃
度は２％（水素希釈），Ｓｉ2Ｈ6の濃度は１０ｐｐｍで
ある。このサンプルを２結晶Ｘ線回折測定すると図１に
示すようにメインピークの両側に超格子構造に起因する
サブピークを観測することができ、確かに超格子が形成
されていることがわかる。また、４．２Ｋのフォトルミ
ネッセンス（ＰＬ）測定の結果、励起光強度が弱い場合
には通常のバンド端発光より約３００ｍｅＶ低エネルギ
ー側の１．２８０ｅＶに発光ピークが現れ、励起強度を
４００倍にするとこのピークが１．３０２ｅＶにシフト
した。このことから確かにドーピング超格子が形成され
ていることがわかる。[Example] [Example 1] The pressure in the reaction tube was 1.3 x 10
The semi-insulating GaAs substrate was heated to a growth temperature of 600 ° C. while maintaining the pressure at 3 Pa and preliminarily flowing TMAs into the reaction tube, and then TMGa was introduced into the reaction tube to make C-doped p-type GaAs.
Was grown to a thickness of 20 nm and then AsH 3 50 scc
m and disilane (Si 2 H 6 ) 50 sccm are introduced into the reaction tube to grow n-type GaAs to a thickness of 20 nm, and then AsH 3 and Si 2 H 6 are periodically introduced into the reaction tube. , P + -GaAs / n + -GaAs were grown for 40 cycles (thickness: 1.6 μm). At this time, TMAs
The molar ratio of TMGa to TMGa was 7. The concentration of AsH 3 mixed in is 2% (diluted with hydrogen), and the concentration of Si 2 H 6 is 10 ppm. When this sample is subjected to two-crystal X-ray diffraction measurement, subpeaks due to the superlattice structure can be observed on both sides of the main peak as shown in FIG. 1, and it is clear that a superlattice is formed. In addition, as a result of photoluminescence (PL) measurement at 4.2K, when the excitation light intensity is weak, an emission peak appears at 1.280 eV which is about 300 meV lower energy side than the normal band edge emission, and the excitation intensity is increased 400 times. Then, this peak was shifted to 1.302 eV. From this, it is clear that the doping superlattice is formed.
【００１６】［実施例２］反応管内の圧力を１．３×１
０3Ｐａに保ち、予め反応管内にＴＭＡｓを流した状態
で、半絶縁性ＧａＡｓ基板を成長温度５７５℃まで加熱
後、ＴＭＧａを反応管へ導入し、Ｃドープｐ+−ＧａＡ
ｓを１３ｎｍの厚みに成長し、その後ＡｓＨ3１２５ｓ
ｃｃｍを反応管へ導入しＣドープｐ-−ＧａＡｓを同じ
く１３ｎｍの厚みに成長し、このあと同様にＡｓＨ3を
反応管へ周期的に導入する事により、ｐ+／ｐ-−ＧａＡ
ｓを１００サイクル（厚み２．６μｍ）成長した。この
際、ＴＭＡｓとＴＭＧａのモル比は７とした。混入した
ＡｓＨ3の濃度は２％（水素希釈）である。成長したＧ
ａＡｓのホール効果測定（室温）から得られた正孔濃度
は２．８×１０19ｃｍ-3であった。この値は、ＡｓＨ3
流量０ｓｃｃｍの場合の正孔濃度５．５×１０19ｃｍ-3
と１２５ｓｃｃｍの場合の１．８×１０16ｃｍ-3の平均
値になっている。[Example 2] The pressure inside the reaction tube was set to 1.3 x 1
While keeping the pressure at 0 3 Pa and TMAs flowing in the reaction tube in advance, the semi-insulating GaAs substrate was heated to a growth temperature of 575 ° C., then TMGa was introduced into the reaction tube, and C-doped p + -GaA was introduced.
s to a thickness of 13 nm, and then AsH 3 125s
introducing ccm into the reaction tube C-doped p - well grown to a thickness of 13nm to -GaAs, By Thereafter Similarly periodically introducing AsH 3 into the reaction tube, p + / p - -GaA
s was grown for 100 cycles (thickness 2.6 μm). At this time, the molar ratio of TMAs and TMGa was set to 7. The concentration of AsH 3 mixed in is 2% (diluted with hydrogen). Mature G
The hole concentration obtained from the Hall effect measurement of aAs (room temperature) was 2.8 × 10 19 cm −3 . This value is AsH 3
Hole concentration 5.5 × 10 19 cm −3 when the flow rate is 0 sccm
And an average value of 1.8 × 10 16 cm −3 in the case of 125 sccm.
【００１７】［実施例３］反応管内の圧力を１．３×１
０3Ｐａに保ち、予め反応管内にＴＭＡｓを流した状態
で、半絶縁性ＧａＡｓ基板を成長温度５７５℃まで加熱
後、ＴＭＧａを反応管へ導入し、ＧａＡｓの成長を始
め、ＡｓＨ3を添加しない高濃度層２０ｎｍとＡｓＨ3を
添加した低濃度層５ｎｍを交互に４０サイクル（１μ
ｍ）、次にＡｓＨ3を添加しない高濃度層２０ｎｍとＡ
ｓＨ3を添加した低濃度層１０ｎｍを交互に３４サイク
ル（１μｍ）、次にＡｓＨ3を添加しない高濃度層２０
ｎｍとＡｓＨ3を添加した低濃度層２０ｎｍを交互に２
５サイクル（１μｍ）、次にＡｓＨ3を添加しない高濃
度層２０ｎｍとＡｓＨ3を添加した低濃度層３０ｎｍを
交互に２０サイクル（１μｍ）成長した。この際、ＴＭ
ＡｓとＴＭＧａのモル比は７とした。混入したＡｓＨ3
の濃度は２％（水素希釈）、流量は１２５ｓｃｃｍであ
る。成長したＧａＡｓのＣ−Ｖ測定から得られたキャリ
アプロファイルを図３に示す。キャリア濃度は１層目が
４．４×１０19ｃｍ-3、２層目が３．７×１０19ｃ
ｍ-3、３層目が２．８×１０19ｃｍ-3、４層目が２．２
×１０19ｃｍ-3となり、各層のキャリア濃度は高濃度層
と低濃度層の厚みの比に逆比例する事がわかる。[Embodiment 3] The pressure in the reaction tube is set to 1.3 × 1.
The semi-insulating GaAs substrate is heated to a growth temperature of 575 ° C. in a state where TMAs are flown in the reaction tube in advance while keeping the pressure at 0 3 Pa, then TMGa is introduced into the reaction tube, GaAs growth is started, and AsH 3 is not added. Alternately 40 cycles of high concentration layer 20 nm and low concentration layer 5 nm with AsH 3 added (1μ
m), and then the high-concentration layer without addition of AsH 3 20 nm and A
sH 3 alternately 34 cycles (1 [mu] m) the low concentration layer 10nm was added, then the high density layer without added AsH 3 20
nm and AsH 3 added low concentration layer 20 nm alternately 2
5 cycles (1 [mu] m), and then a high concentration layer 20nm and 20 cycles alternating low concentration layer 30nm where the AsH 3 was added without addition of AsH 3 (1 [mu] m) growth. At this time, TM
The molar ratio of As to TMGa was set to 7. Mixed AsH 3
Is 2% (hydrogen diluted) and the flow rate is 125 sccm. The carrier profile obtained from the CV measurement of the grown GaAs is shown in FIG. The carrier concentration is 4.4 × 10 19 cm −3 for the first layer and 3.7 × 10 19 c for the second layer.
m −3 , the third layer is 2.8 × 10 19 cm −3 , and the fourth layer is 2.2
It becomes × 10 19 cm −3 , which shows that the carrier concentration of each layer is inversely proportional to the thickness ratio of the high concentration layer and the low concentration layer.
【００１８】実施例において、成長圧力１．３×１０3
Ｐａ、成長温度６００℃または５７５℃で行ったが、圧
力は５．３×１０3Ｐａ以下であれば同様の良好な結果
が得られ、また温度は６２５℃以下において良好な結果
が得られる。５．３×１０3Ｐａを超えるとキャリア濃
度の上限が低くなり、また６２５℃を超えると結晶の表
面状態が劣化するため好ましくない。In the embodiment, the growth pressure is 1.3 × 10 3.
Although the growth was performed at Pa and a growth temperature of 600 ° C. or 575 ° C., similar good results can be obtained if the pressure is 5.3 × 10 3 Pa or less, and good results can be obtained at a temperature of 625 ° C. or less. When it exceeds 5.3 × 10 3 Pa, the upper limit of the carrier concentration becomes low, and when it exceeds 625 ° C., the surface condition of the crystal deteriorates, which is not preferable.
【００１９】[0019]
【発明の効果】本発明は以上に述べたように、Ｖ族原料
として有機金属を用いたＣドーピングにおいて、ＡｓＨ
3とｎ型ドーピングガス（Ｓｉ2Ｈ6）を周期的に混入す
ることにより容易にドーピング超格子を形成することが
出来る。また、ＡｓＨ3を混入する周期を変えることに
より容易にＣのドーピング量を制御することが出来る。
本発明の方法によれば、ＡｓＨ3を混入することによ
り、Ｃの混入を防ぐことが出来るため、各層の境界面で
成長中断や成長温度の変更を行わなくても済むという利
点がある。このことは、単に時間の節約になるばかりで
なく、成長中断中に界面に不用な不純物や欠陥が導入さ
れにくく、良好な界面が得られることから、エピタキシ
ャル層の品質の向上にも効果がある。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, in the C doping using an organic metal as a V group raw material, AsH
A doping superlattice can be easily formed by periodically mixing 3 and n-type doping gas (Si 2 H 6 ). Further, the doping amount of C can be easily controlled by changing the cycle of mixing AsH 3 .
According to the method of the present invention, the incorporation of AsH 3 can prevent the incorporation of C, and thus there is an advantage that it is not necessary to interrupt the growth or change the growth temperature at the boundary surface of each layer. This not only saves time, but is also effective in improving the quality of the epitaxial layer because unwanted impurities and defects are less likely to be introduced into the interface during growth interruption and a good interface is obtained. .
【図１】本発明の気相成長方法により作製したドーピン
グ超格子の２結晶Ｘ線回折の結果を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a result of 2-crystal X-ray diffraction of a doping superlattice produced by a vapor phase growth method of the present invention.
【図２】ヘテロ接合・バイポーラ・トランジスタ（ＨＢ
Ｔ）の断面構造略図である。FIG. 2 Heterojunction bipolar transistor (HB
It is a cross-sectional schematic diagram of T).
【図３】本発明の実施例３におけるＧａＡｓエピタキシ
ャル膜中の正孔濃度の深さ方向のプロファイルを示すグ
ラフである。FIG. 3 is a graph showing a profile of a hole concentration in a GaAs epitaxial film in a depth direction in Example 3 of the present invention.
Claims (7)
長方法において、Ｖ族原料として有機金属化合物を用い
て炭素をドーピングする際に、Ｖ族水素化物を周期的に
供給することにより超格子を作製することを特徴とする
気相成長方法。1. In a metal-organic vapor phase epitaxy method for a III-V compound semiconductor, a group V hydride is periodically supplied when carbon is doped using an organometallic compound as a group V raw material. A vapor-phase growth method characterized by producing a lattice.
長方法において、Ｖ族水素化物と同時にｎ型不純物のド
ーピングガスを周期的に供給することによりドーピング
超格子を作製することを特徴とする請求項１記載の気相
成長方法。2. A metal-organic vapor phase epitaxy method for a III-V compound semiconductor, wherein a doping superlattice is produced by periodically supplying a doping gas of an n-type impurity simultaneously with a Group V hydride. The vapor phase growth method according to claim 1.
長方法において、Ｖ族原料として有機金属化合物を用い
て炭素をドーピングする際に、Ｖ族水素化物を同時に周
期的に供給し、その周期を変化させることにより炭素の
ドーピング量を制御することを特徴とする気相成長方
法。3. A III-V compound semiconductor metalorganic vapor phase epitaxy method, wherein when doping carbon with an organometallic compound as a V-group source, a V-group hydride is simultaneously and periodically supplied. A vapor phase growth method characterized in that the doping amount of carbon is controlled by changing the period.
ジシラン、セレン化水素、硫化水素、ジメチルテルルま
たはジエチルテルルの中から選ばれた１または２以上の
化合物を含むガスであることを特徴とする請求項２記載
の気相成長方法。4. An n-type impurity doping gas is silane,
3. The vapor phase growth method according to claim 2, wherein the gas contains one or more compounds selected from disilane, hydrogen selenide, hydrogen sulfide, dimethyl tellurium or diethyl tellurium.
り、III族原料がトリメチルガリウムまたはトリエチル
ガリウムであり、Ｖ族有機金属化合物がトリメチルヒ素
またはトリエチルヒ素であり、Ｖ族水素化物がアルシン
であることを特徴とする請求項１、２、３または４記載
の気相成長方法。5. A Group III-V compound semiconductor is GaAs, a Group III raw material is trimethylgallium or triethylgallium, a Group V organometallic compound is trimethylarsenic or triethylarsenic, and a Group V hydride is arsine. The vapor phase growth method according to claim 1, 2, 3, or 4.
あり、III族原料がトリメチルガリウムまたはトリエチ
ルガリウム、およびトリメチルアルミニウムであり、Ｖ
族有機金属化合物がトリメチルヒ素またはトリエチルヒ
素であり、Ｖ族水素化物がアルシンであることを特徴と
する請求項１、２、３または４記載の気相成長方法。6. A group III-V compound semiconductor is AlGaAs, a group III raw material is trimethylgallium or triethylgallium, and trimethylaluminum, and V
5. The vapor phase growth method according to claim 1, wherein the group-organic metal compound is trimethylarsenic or triethylarsenic, and the group-V hydride is arsine.
成長方法において、成長温度が６２５℃以下であり、成
長圧力が５．３×１０3Ｐａ以下であることを特徴とす
る気相成長方法。7. The vapor phase growth method according to claim 1, wherein the growth temperature is 625 ° C. or lower and the growth pressure is 5.3 × 10 3 Pa or lower. Vapor growth method.
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|---|---|---|---|
| JP03184302A JP3109149B2 (en) | 1990-09-27 | 1991-07-24 | Compound semiconductor crystal growth method |
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|---|---|---|---|
| JP2-260103 | 1990-09-27 | ||
| JP26010390 | 1990-09-27 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH053160A true JPH053160A (en) | 1993-01-08 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5753545A (en) * | 1994-12-01 | 1998-05-19 | Hughes Electronics Corporation | Effective constant doping in a graded compositional alloy |
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-
1991
- 1991-07-24 JP JP03184302A patent/JP3109149B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| US5753545A (en) * | 1994-12-01 | 1998-05-19 | Hughes Electronics Corporation | Effective constant doping in a graded compositional alloy |
| EP1790701B2 (en) † | 2005-11-25 | 2012-02-01 | Sicpa Holding Sa | IR-absorbing intaglio ink |
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