JPH0794422A - 化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法 - Google Patents
化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法Info
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- JPH0794422A JPH0794422A JP23490893A JP23490893A JPH0794422A JP H0794422 A JPH0794422 A JP H0794422A JP 23490893 A JP23490893 A JP 23490893A JP 23490893 A JP23490893 A JP 23490893A JP H0794422 A JPH0794422 A JP H0794422A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高濃度炭素ドープp型GaAs層を成長する際
に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を独立に制
御できるようにする。 【構成】気相エピタキシャル法により、III 族原料ガス
及びV族原料ガスを供給して熱分解反応で結晶成長用基
板上にGaAs化合物半導体をエピタキシャル成長させ
る。III 族原料にTEG、V族原料にTMAsやTEA
s等の有機金属化合物、炭素のドーパントとしてTMG
をそれぞれ用いる。成長温度及び成長圧力条件として、
TEGとV族原料を用いたGaAs成長が輸送律速であ
ること、TMGと上記V族原料を用いたGaAs成長に
おいてキャリア濃度が少なくとも1×1020cm-3以上と
なること、TMGとV族原料を用いたGaAsの成長速
度がIII 族輸送律速時の成長速度に比べ1/10以下と
なることが要件である。具体的には成長温度が350℃
〜475℃、圧力が13.3×103 Pa以下である。
に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を独立に制
御できるようにする。 【構成】気相エピタキシャル法により、III 族原料ガス
及びV族原料ガスを供給して熱分解反応で結晶成長用基
板上にGaAs化合物半導体をエピタキシャル成長させ
る。III 族原料にTEG、V族原料にTMAsやTEA
s等の有機金属化合物、炭素のドーパントとしてTMG
をそれぞれ用いる。成長温度及び成長圧力条件として、
TEGとV族原料を用いたGaAs成長が輸送律速であ
ること、TMGと上記V族原料を用いたGaAs成長に
おいてキャリア濃度が少なくとも1×1020cm-3以上と
なること、TMGとV族原料を用いたGaAsの成長速
度がIII 族輸送律速時の成長速度に比べ1/10以下と
なることが要件である。具体的には成長温度が350℃
〜475℃、圧力が13.3×103 Pa以下である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体結晶の気
相エピタキシャル成長方法において、特に炭素を高濃度
にドーピングして高濃度p型III −V族化合物半導体結
晶層をエピタキシャル成長する方法に係るものである。
相エピタキシャル成長方法において、特に炭素を高濃度
にドーピングして高濃度p型III −V族化合物半導体結
晶層をエピタキシャル成長する方法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】有機金属や水素化物を原料に用いる気相
エピタキシャル成長法(有機金属気相成長法:MOVP
E法)は、超薄膜の形成、高急峻なヘテロ接合の形成、
及びそれらを組合せた多層構造の形成を容易に行うこと
ができる。
エピタキシャル成長法(有機金属気相成長法:MOVP
E法)は、超薄膜の形成、高急峻なヘテロ接合の形成、
及びそれらを組合せた多層構造の形成を容易に行うこと
ができる。
【0003】このため化合物半導体を用いた超高周波素
子デバイスの製造にMOVPE法を用いることにより、
化合物半導体ヘテロ接合を巧みに組合せて超高速動作に
最適な構造にすることができる。特に、ヘテロバイポー
ラトランジスタ(HBT)は、バイポーラトランジスタ
のもつ高駆動能力を期待できるため開発が盛んに行われ
ている。
子デバイスの製造にMOVPE法を用いることにより、
化合物半導体ヘテロ接合を巧みに組合せて超高速動作に
最適な構造にすることができる。特に、ヘテロバイポー
ラトランジスタ(HBT)は、バイポーラトランジスタ
のもつ高駆動能力を期待できるため開発が盛んに行われ
ている。
【0004】ところで、HBT用エピタキシャルウェハ
は、構造上、高濃度p型GaAsベース層と、その層の
前後に高急峻なpn接合が必要になる。そのため、p型
ドーパントを高濃度にGaAs層にドープしてやる必要
がある。
は、構造上、高濃度p型GaAsベース層と、その層の
前後に高急峻なpn接合が必要になる。そのため、p型
ドーパントを高濃度にGaAs層にドープしてやる必要
がある。
【0005】従来、GaAs層にドーパントするp型ド
ーパントとして、亜鉛(Zn)、ベリリウム(Be)、
マグネシウム(Mg)が用いられてきた。
ーパントとして、亜鉛(Zn)、ベリリウム(Be)、
マグネシウム(Mg)が用いられてきた。
【0006】Znは拡散定数が大きく他の層に容易に拡
散していくため、高急峻なpn接合を形成させることが
困難である。BeはZnに比べ拡散定数は遥かに小さい
が、Beはかなり毒性が強く取り扱いにくいため、安全
性の点から気相エピタキシャル成長法に用いることは困
難である。これらに対してMgはZnに比べ拡散定数が
遥かに小さく、毒性もないため、ZnやBeに代ってド
ーパントとして使用されるようになってきた。
散していくため、高急峻なpn接合を形成させることが
困難である。BeはZnに比べ拡散定数は遥かに小さい
が、Beはかなり毒性が強く取り扱いにくいため、安全
性の点から気相エピタキシャル成長法に用いることは困
難である。これらに対してMgはZnに比べ拡散定数が
遥かに小さく、毒性もないため、ZnやBeに代ってド
ーパントとして使用されるようになってきた。
【0007】しかし、Mgは、その主原料であるビスシ
クロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)やビス
メチルシクロペンタジエニルマグネシウム(M2 Cp2
Mg)は蒸気圧が低いため、配管や成長炉の内壁に吸着
しやすい。
クロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)やビス
メチルシクロペンタジエニルマグネシウム(M2 Cp2
Mg)は蒸気圧が低いため、配管や成長炉の内壁に吸着
しやすい。
【0008】したがって、Mgをドーピングしながらエ
ピタキシャル層を成長すると、Mg原料が内壁に飽和す
るまでゆっくりと内壁に吸着していく。このため、Mg
原料の供給を断って、引続きエピタキシャル成長を行う
と、内壁に吸着したMg原料が徐々に蒸発して次の層に
もMgがドーピングされてしまう。このようにMg原料
はメモリ効果を示すため、高急峻なpn接合を形成する
ことは困難である。
ピタキシャル層を成長すると、Mg原料が内壁に飽和す
るまでゆっくりと内壁に吸着していく。このため、Mg
原料の供給を断って、引続きエピタキシャル成長を行う
と、内壁に吸着したMg原料が徐々に蒸発して次の層に
もMgがドーピングされてしまう。このようにMg原料
はメモリ効果を示すため、高急峻なpn接合を形成する
ことは困難である。
【0009】そこで、最近は炭素をp型ドーパントとし
て高濃度p型GaAs層を成長する方法が検討されてい
る。炭素はBeやMgに比べさらに拡散定数が小さく、
またその原料はメモリ効果を示さない特徴がある。
て高濃度p型GaAs層を成長する方法が検討されてい
る。炭素はBeやMgに比べさらに拡散定数が小さく、
またその原料はメモリ効果を示さない特徴がある。
【0010】従来、気相エピタキシャル成長法で、この
炭素を高濃度にドーピングして高濃度p型GaAs層を
成長する場合、次のような方法を用いて炭素濃度の制御
を行っていた。
炭素を高濃度にドーピングして高濃度p型GaAs層を
成長する場合、次のような方法を用いて炭素濃度の制御
を行っていた。
【0011】(1) TMG/アルシン系 低成長温度、低成長圧力かつ低V/III モル比の条件
で、TMGをIII 族原料兼炭素原料として用い、アルシ
ンをV族原料として用いて、成長圧力、成長温度、TM
G流量またはアルシン流量により炭素濃度を制御する。
で、TMGをIII 族原料兼炭素原料として用い、アルシ
ンをV族原料として用いて、成長圧力、成長温度、TM
G流量またはアルシン流量により炭素濃度を制御する。
【0012】(2) TMG/TMAs系 TMG及びTMAsをIII 族原料兼炭素原料として用
い、成長圧力または成長温度により炭素濃度を制御す
る。
い、成長圧力または成長温度により炭素濃度を制御す
る。
【0013】(3) TEG/TMAs系 TEG及びTMAsをV族原料兼炭素原料として用い、
TEG流量、成長温度または成長圧力により炭素濃度を
制御する。
TEG流量、成長温度または成長圧力により炭素濃度を
制御する。
【0014】(4) TMG/TMAs−アルシン系 TMG及びTMAsをV族原料兼炭素原料として用い、
TMG流量、アルシン流量、成長温度または成長圧力に
より炭素濃度を制御する。
TMG流量、アルシン流量、成長温度または成長圧力に
より炭素濃度を制御する。
【0015】(5) TEG/TMAs/アルシン系 TEG及びTMAsをV族原料兼炭素原料として用い、
アルシン流量、成長温度または成長圧力により炭素濃度
を制御する。
アルシン流量、成長温度または成長圧力により炭素濃度
を制御する。
【0016】上記(1) 〜(5) はいずれもこれらの条件を
変えると成長温度が変化する。
変えると成長温度が変化する。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術では次のような問題があった。ここでは(1)
と(2) の場合を例にとって具体的に問題を指摘する。
た従来技術では次のような問題があった。ここでは(1)
と(2) の場合を例にとって具体的に問題を指摘する。
【0018】(1) TMGとアルシンを用いたp+ 型Ga
As成長の問題 TMGのモル流量に対するアルシンのモル流量の比を変
えたときに、成長速度及び正孔キャリア濃度の変化を調
べた。成長温度は500℃、成長圧力は6.65×10
3 Pa、成長時間は60min とした。TMGのモル流量に
対するアルシンのモル流量の比は、0.4、0.6、
0.8及び1.0とした。膜厚の測定はSEM法、正孔
キャリア濃度の測定はホール効果測定法により行った。
As成長の問題 TMGのモル流量に対するアルシンのモル流量の比を変
えたときに、成長速度及び正孔キャリア濃度の変化を調
べた。成長温度は500℃、成長圧力は6.65×10
3 Pa、成長時間は60min とした。TMGのモル流量に
対するアルシンのモル流量の比は、0.4、0.6、
0.8及び1.0とした。膜厚の測定はSEM法、正孔
キャリア濃度の測定はホール効果測定法により行った。
【0019】図2(A)に成長速度のアルシン/TMG
モル流量比依存性を、図2(B)に正孔キャリア濃度の
アルシン/TMGモル流量比依存性を示す。図2(B)
よりモル流量比が低くなるほど正孔キャリア濃度が上が
っていくことが分かる。しかしこの時、図2(A)に示
されたように成長速度が大幅に変ってしまっている。こ
のように(1) の方法で炭素ドーピング濃度を制御しよう
とすると成長速度まで変ってしまう。
モル流量比依存性を、図2(B)に正孔キャリア濃度の
アルシン/TMGモル流量比依存性を示す。図2(B)
よりモル流量比が低くなるほど正孔キャリア濃度が上が
っていくことが分かる。しかしこの時、図2(A)に示
されたように成長速度が大幅に変ってしまっている。こ
のように(1) の方法で炭素ドーピング濃度を制御しよう
とすると成長速度まで変ってしまう。
【0020】(2) TMGとTMAs系を用いたp+ 型G
aAs成長の問題 成長温度を変化させたときに成長速度及びキャリア濃度
の変化を調べた。成長圧力は6.65×103 Pa、TM
AsとTMGのモル比は10とし、成長時間を60min
とした。成長温度は400、450、500、550及
び600℃とした。膜厚およびキャリア濃度の測定は前
述と同じ測定法により行った。
aAs成長の問題 成長温度を変化させたときに成長速度及びキャリア濃度
の変化を調べた。成長圧力は6.65×103 Pa、TM
AsとTMGのモル比は10とし、成長時間を60min
とした。成長温度は400、450、500、550及
び600℃とした。膜厚およびキャリア濃度の測定は前
述と同じ測定法により行った。
【0021】図3(A)に成長速度の成長温度依存性
を、図3(B)に正孔キャリア濃度の成長温度依存性を
示す。図3(B)より成長温度を低くするほど正孔キャ
リア濃度が上がっていくことが分かる。しかし図3
(A)を見て分かるように、成長温度を低くするほど成
長速度が低下してしまっている。
を、図3(B)に正孔キャリア濃度の成長温度依存性を
示す。図3(B)より成長温度を低くするほど正孔キャ
リア濃度が上がっていくことが分かる。しかし図3
(A)を見て分かるように、成長温度を低くするほど成
長速度が低下してしまっている。
【0022】このように(1) 、(2) のものは、成長速度
は成長条件を微妙に変えただけで大きく変化する、すな
わち炭素濃度が成長速度に従属するため、炭素のドーピ
ング濃度を変える時は成長速度を一回一回確認する必要
があり、大変手間がかかっていた。また、TMGをIII
族原料と炭素のドーパントとに兼用して使用する場合
は、その成長モードが表面反応律速で非常に不安定であ
り、正孔キャリア濃度や成長速度の再現性に問題があっ
た。なお、(3) 〜(5) についても同様な問題があった。
は成長条件を微妙に変えただけで大きく変化する、すな
わち炭素濃度が成長速度に従属するため、炭素のドーピ
ング濃度を変える時は成長速度を一回一回確認する必要
があり、大変手間がかかっていた。また、TMGをIII
族原料と炭素のドーパントとに兼用して使用する場合
は、その成長モードが表面反応律速で非常に不安定であ
り、正孔キャリア濃度や成長速度の再現性に問題があっ
た。なお、(3) 〜(5) についても同様な問題があった。
【0023】本発明の目的は、上述した従来技術の欠点
を解消して、高濃度炭素ドープp型GaAs層を成長す
る際に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を独立
に制御できる化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成
長方法を提供することにある。
を解消して、高濃度炭素ドープp型GaAs層を成長す
る際に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を独立
に制御できる化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成
長方法を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体結
晶の気相エピタキシャル成長方法は、反応管内に設置し
た結晶成長用基板を加熱し、反応管にIII 族原料ガス及
びV族原料ガスを供給して、結晶成長用基板上にIII −
V族化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる化合
物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法において、
炭素をドーピングしてp型III −V族化合物半導体結晶
層を成長する際に、III 族原料にトリエチルガリウム
(TEG)等の炭素数が少なくとも2以上のアルキル基
及びアリール基がついたGa系有機金属化合物を用い、
V族原料にトリメチル砒素(TMAs)やトリエチル砒
素(TEAs)等のアルキル基及びアリール基がついた
As系有機金属化合物またはアルシン等のAs水素化物
を用い、炭素原料としてトリメチルガリウム(TMG)
を用い、前記TMGの流量を調節することにより炭素の
ドーピング濃度を制御するようにしたものである。上記
III −V族化合物半導体結晶としてGaAs、AlGa
As等がある。AlGaAsのときは、III 族原料にT
EGの一部をTEA(トリエチルアルミニウム)に変え
たガリウム系有機金属化合物を用いる。
晶の気相エピタキシャル成長方法は、反応管内に設置し
た結晶成長用基板を加熱し、反応管にIII 族原料ガス及
びV族原料ガスを供給して、結晶成長用基板上にIII −
V族化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる化合
物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法において、
炭素をドーピングしてp型III −V族化合物半導体結晶
層を成長する際に、III 族原料にトリエチルガリウム
(TEG)等の炭素数が少なくとも2以上のアルキル基
及びアリール基がついたGa系有機金属化合物を用い、
V族原料にトリメチル砒素(TMAs)やトリエチル砒
素(TEAs)等のアルキル基及びアリール基がついた
As系有機金属化合物またはアルシン等のAs水素化物
を用い、炭素原料としてトリメチルガリウム(TMG)
を用い、前記TMGの流量を調節することにより炭素の
ドーピング濃度を制御するようにしたものである。上記
III −V族化合物半導体結晶としてGaAs、AlGa
As等がある。AlGaAsのときは、III 族原料にT
EGの一部をTEA(トリエチルアルミニウム)に変え
たガリウム系有機金属化合物を用いる。
【0025】この場合において、次の3つの成長温度範
囲と成長圧力範囲の条件を同時に満たしてエピタキシャ
ル成長することが好ましい。
囲と成長圧力範囲の条件を同時に満たしてエピタキシャ
ル成長することが好ましい。
【0026】TEGを上記III 族原料として用いた場
合に、このTEGと上記V族原料を用いたIII −V族化
合物半導体結晶成長が輸送律速になる成長温度範囲と成
長圧力範囲、TMGをIII 族原料兼炭素原料として用
いた場合に、このTMGと上記V族原料を用いたIII −
V族化合物半導体結晶成長において、そのキャリア濃度
が少なくとも1×1020cm-3以上となる成長温度範囲と
成長圧力範囲、TMGをIII 族原料兼炭素原料として
用いた場合に、このTMGと上記V族原料を用いたIII
−V族化合物半導体結晶の成長速度がIII 族輸送律速時
の成長速度に比べ1/10以下となる成長温度範囲と成
長圧力範囲。
合に、このTEGと上記V族原料を用いたIII −V族化
合物半導体結晶成長が輸送律速になる成長温度範囲と成
長圧力範囲、TMGをIII 族原料兼炭素原料として用
いた場合に、このTMGと上記V族原料を用いたIII −
V族化合物半導体結晶成長において、そのキャリア濃度
が少なくとも1×1020cm-3以上となる成長温度範囲と
成長圧力範囲、TMGをIII 族原料兼炭素原料として
用いた場合に、このTMGと上記V族原料を用いたIII
−V族化合物半導体結晶の成長速度がIII 族輸送律速時
の成長速度に比べ1/10以下となる成長温度範囲と成
長圧力範囲。
【0027】この3つの条件を満たす範囲は、具体的に
は、成長温度範囲が350℃〜475℃であり、上記圧
力範囲が13.3×103 Pa以下である。
は、成長温度範囲が350℃〜475℃であり、上記圧
力範囲が13.3×103 Pa以下である。
【0028】ここで、III 族原料とV族原料を用いたII
I −V族化合物半導体結晶成長が輸送律速になる成長温
度範囲と成長圧力範囲としたのは、III 族原料とV族原
料との反応が優先して、TMGのIII −V族化合物半導
体結晶成長への関与を低減するためである。
I −V族化合物半導体結晶成長が輸送律速になる成長温
度範囲と成長圧力範囲としたのは、III 族原料とV族原
料との反応が優先して、TMGのIII −V族化合物半導
体結晶成長への関与を低減するためである。
【0029】また、TMGとV族原料を用いたIII −V
族化合物半導体結晶成長において、そのキャリア濃度が
少なくとも1×1020cm-3以上となる成長温度範囲と成
長圧力範囲としたのは、p型III −V族化合物半導体結
晶層を高濃度とし、しかもその層の前後に高急峻なpn
接合を形成するためである。
族化合物半導体結晶成長において、そのキャリア濃度が
少なくとも1×1020cm-3以上となる成長温度範囲と成
長圧力範囲としたのは、p型III −V族化合物半導体結
晶層を高濃度とし、しかもその層の前後に高急峻なpn
接合を形成するためである。
【0030】さらに、TMGとV族原料を用いたIII −
V族化合物半導体結晶の成長速度がIII 族輸送律速時の
成長速度に比べ1/10以下となる成長温度範囲と成長
圧力範囲としたのは、TMGがV族原料と反応してIII
−V族化合物半導体結晶成長に関与するのを低減するた
めである。
V族化合物半導体結晶の成長速度がIII 族輸送律速時の
成長速度に比べ1/10以下となる成長温度範囲と成長
圧力範囲としたのは、TMGがV族原料と反応してIII
−V族化合物半導体結晶成長に関与するのを低減するた
めである。
【0031】そして、成長温度範囲を350℃〜475
℃とし、かつ圧力範囲を13.3×103 Pa以下とした
のは、これらの値が上記3つの条件を同時に満たす具体
的な範囲となるからである。
℃とし、かつ圧力範囲を13.3×103 Pa以下とした
のは、これらの値が上記3つの条件を同時に満たす具体
的な範囲となるからである。
【0032】
【作用】従来のようにTMGまたはTMAsを炭素原料
と兼用することによって、III−V族化合物半導体結晶
にドーピングされる炭素は、熱によりこれらの原料が不
完全に分解した状態、すなわちガリウム及び砒素にモノ
メチル基がついた状態で基板に到達し、エピタキシャル
層中に炭素ドーパントとして取り込まれるものと考えら
れている。このために兼用炭素原料の流量を制御して炭
素のドーピング濃度を変えるとIII −V族化合物半導体
結晶の成長速度が変化するものと推測される。
と兼用することによって、III−V族化合物半導体結晶
にドーピングされる炭素は、熱によりこれらの原料が不
完全に分解した状態、すなわちガリウム及び砒素にモノ
メチル基がついた状態で基板に到達し、エピタキシャル
層中に炭素ドーパントとして取り込まれるものと考えら
れている。このために兼用炭素原料の流量を制御して炭
素のドーピング濃度を変えるとIII −V族化合物半導体
結晶の成長速度が変化するものと推測される。
【0033】そこで、本発明では、TMGに比べ低い温
度でIII −V族化合物半導体結晶を成長できるTEGを
III 族原料として用い、このTEGとV族有機金属化合
物を用いたIII −V族化合物半導体結晶が輸送律速で成
長するようにする。
度でIII −V族化合物半導体結晶を成長できるTEGを
III 族原料として用い、このTEGとV族有機金属化合
物を用いたIII −V族化合物半導体結晶が輸送律速で成
長するようにする。
【0034】また、III 族原料としてTEGを用いる
時、V族原料としてTMAs等のV族有機金属化合物を
用いる。このときの成長条件は、TMAs等のV族有機
金属化合物とTMGとがほとんど反応せずIII −V族化
合物半導体結晶が成長しない条件とする。TMGはIII
族原料やIII 族原料兼炭素原料としてではなく、炭素原
料専用として用いる。
時、V族原料としてTMAs等のV族有機金属化合物を
用いる。このときの成長条件は、TMAs等のV族有機
金属化合物とTMGとがほとんど反応せずIII −V族化
合物半導体結晶が成長しない条件とする。TMGはIII
族原料やIII 族原料兼炭素原料としてではなく、炭素原
料専用として用いる。
【0035】このようにすると、TEG等のIII 族原料
及びTMAs等のV族原料は、ガリウム及び砒素にモノ
メチル基がつかない状態で基板に到達するため、TMG
流量を変えてもIII −V族化合物半導体結晶成長速度は
ほとんど変化せず、したがって、炭素のドーピング濃度
を変えるとき、成長速度を確認する必要がなく、手間が
かからない。また、成長モードが表面反応律速で非常に
安定であり、正孔キャリア濃度や成長速度の再現性もよ
い。
及びTMAs等のV族原料は、ガリウム及び砒素にモノ
メチル基がつかない状態で基板に到達するため、TMG
流量を変えてもIII −V族化合物半導体結晶成長速度は
ほとんど変化せず、したがって、炭素のドーピング濃度
を変えるとき、成長速度を確認する必要がなく、手間が
かからない。また、成長モードが表面反応律速で非常に
安定であり、正孔キャリア濃度や成長速度の再現性もよ
い。
【0036】したがって、高濃度炭素ドープp+ 型III
−V族化合物半導体結晶成長において、成長速度を変え
ることなく炭素のドーピング濃度を変えることができる
ようになる。
−V族化合物半導体結晶成長において、成長速度を変え
ることなく炭素のドーピング濃度を変えることができる
ようになる。
【0037】
【実施例】以下、本発明の実施例をGaAs結晶につい
て説明する。本実施例によるGaAs結晶の気相エピタ
キシャル成長方法は、反応管内に設置した結晶成長用基
板を加熱し、反応管にIII 族原料ガス及びV族原料ガス
を供給して、結晶成長用基板上にGaAs結晶をエピタ
キシャル成長させる。
て説明する。本実施例によるGaAs結晶の気相エピタ
キシャル成長方法は、反応管内に設置した結晶成長用基
板を加熱し、反応管にIII 族原料ガス及びV族原料ガス
を供給して、結晶成長用基板上にGaAs結晶をエピタ
キシャル成長させる。
【0038】炭素をドーピングしてp型GaAs層を成
長する際に、III 族原料にTEGを用いる。また、V族
原料にTMAsやTEAs等のアルキル基及びアリール
基がついたAs系有機金属化合物またはアルシン等のA
s水素化物を用いる。そして、炭素源としてTMGを用
いる。
長する際に、III 族原料にTEGを用いる。また、V族
原料にTMAsやTEAs等のアルキル基及びアリール
基がついたAs系有機金属化合物またはアルシン等のA
s水素化物を用いる。そして、炭素源としてTMGを用
いる。
【0039】このとき、次の3つの成長温度範囲と成長
圧力範囲の条件を同時に満たすようにエピタキシャル成
長させる。
圧力範囲の条件を同時に満たすようにエピタキシャル成
長させる。
【0040】TEGとV族原料を用いたGaAs成長
が輸送律速モードになる成長温度範囲と成長圧力範囲、
TMGとV族原料を用いたGaAs成長において、そ
のキャリア濃度が少なくとも1×1020cm-3以上となる
成長温度範囲と成長圧力範囲、TMGとV族原料を用
いたGaAsの成長速度がIII 族輸送律速時の成長速度
に比べ1/10以下となる成長温度範囲と成長圧力範
囲。
が輸送律速モードになる成長温度範囲と成長圧力範囲、
TMGとV族原料を用いたGaAs成長において、そ
のキャリア濃度が少なくとも1×1020cm-3以上となる
成長温度範囲と成長圧力範囲、TMGとV族原料を用
いたGaAsの成長速度がIII 族輸送律速時の成長速度
に比べ1/10以下となる成長温度範囲と成長圧力範
囲。
【0041】この3つ具体的な条件は、成長温度範囲が
350℃〜475℃であり、圧力範囲が13.3×10
3 Pa以下である。
350℃〜475℃であり、圧力範囲が13.3×10
3 Pa以下である。
【0042】このような条件下で、結晶成長用基板上に
GaAs結晶をエピタキシャル成長させると、TMGの
流量を調節することにより、GaAsエピタキシャル層
の成長速度を変えることなく、炭素のドーピング濃度を
制御することができ、したがって、高濃度p+ 型GaA
sエピタキシャル層を形成できる。
GaAs結晶をエピタキシャル成長させると、TMGの
流量を調節することにより、GaAsエピタキシャル層
の成長速度を変えることなく、炭素のドーピング濃度を
制御することができ、したがって、高濃度p+ 型GaA
sエピタキシャル層を形成できる。
【0043】次に、上述した高濃度p+ 型GaAsエピ
タキシャル成長方法の具体例を説明する。成長炉内のサ
セプタにGaAs基板を設置し、反応炉内の圧力を7×
10 3 Paに保ち、反応管内に砒素原料となるTMAsを
流した状態でGaAs基板を450℃まで加熱する。加
熱後、Ga原料となるTEGと、炭素ドーパントとなる
TMGを反応炉内に導入し、炭素ドープp+ 型GaAs
層の成長を行う。
タキシャル成長方法の具体例を説明する。成長炉内のサ
セプタにGaAs基板を設置し、反応炉内の圧力を7×
10 3 Paに保ち、反応管内に砒素原料となるTMAsを
流した状態でGaAs基板を450℃まで加熱する。加
熱後、Ga原料となるTEGと、炭素ドーパントとなる
TMGを反応炉内に導入し、炭素ドープp+ 型GaAs
層の成長を行う。
【0044】成長の終了では、TEGとTMGの成長炉
内への供給を停止し、TMAsのみを流した状態で室温
まで降温した。成長時間は60min とした。TMAsと
TEGのモル比は10とした。また、TMGの流量を1
0、20、30及び50ml/min とした4つの条件につ
いて実験した。成長した炭素ドープp+ 型GaAs層の
膜厚(成長速度)及び正孔キャリア濃度を、それぞれ走
査型電子顕微鏡及びホール効果測定法で測定した結果を
それぞれ図1(A)及び図1(B)に示す。
内への供給を停止し、TMAsのみを流した状態で室温
まで降温した。成長時間は60min とした。TMAsと
TEGのモル比は10とした。また、TMGの流量を1
0、20、30及び50ml/min とした4つの条件につ
いて実験した。成長した炭素ドープp+ 型GaAs層の
膜厚(成長速度)及び正孔キャリア濃度を、それぞれ走
査型電子顕微鏡及びホール効果測定法で測定した結果を
それぞれ図1(A)及び図1(B)に示す。
【0045】図1(A)を見て分かるように、成長速度
はTMGの流量が変化してもほとんど変らない。これに
対して正孔キャリア濃度は図1(B)に示したようにT
MGの流量が多くなるほど高くなっていき、TMG流量
により正孔キャリア濃度を制御できることが分かる。
はTMGの流量が変化してもほとんど変らない。これに
対して正孔キャリア濃度は図1(B)に示したようにT
MGの流量が多くなるほど高くなっていき、TMG流量
により正孔キャリア濃度を制御できることが分かる。
【0046】なお、TEGの一部をTEAに変えてAl
GaAs成長を行ったところ、図1(A)、(B)と同
様な結果が得られた。
GaAs成長を行ったところ、図1(A)、(B)と同
様な結果が得られた。
【0047】以上述べたように本実施例によれば、III
族原料にTEG、V族原料にTMAs等の有機金属化合
物を用い、これらが優先的に反応しやすいような条件設
定をすると共に、炭素のドーパントとしてTMGを専用
に用いて炭素ドープp型GaAs層を成長させるように
したので、TMGの流量制御によって、GaAs層の成
長速度を変化させることなく、高濃度の炭素ドープp型
GaAs結晶を容易に成長でき、また、炭素ないしTM
Gは吸着性もないので高急峻のpn接合を実現できる。
族原料にTEG、V族原料にTMAs等の有機金属化合
物を用い、これらが優先的に反応しやすいような条件設
定をすると共に、炭素のドーパントとしてTMGを専用
に用いて炭素ドープp型GaAs層を成長させるように
したので、TMGの流量制御によって、GaAs層の成
長速度を変化させることなく、高濃度の炭素ドープp型
GaAs結晶を容易に成長でき、また、炭素ないしTM
Gは吸着性もないので高急峻のpn接合を実現できる。
【0048】したがって、高急峻pn接合、高濃度炭素
ドープp+ 型GaAsベース層をもつHBT用エピタキ
シャルウェハの製造が容易となり、また膜厚及びキャリ
ア濃度の制御性が良いので、ウェハ間でデバイス特性の
ばらつきの小さいエピタキシャルウェハが容易に得られ
る。
ドープp+ 型GaAsベース層をもつHBT用エピタキ
シャルウェハの製造が容易となり、また膜厚及びキャリ
ア濃度の制御性が良いので、ウェハ間でデバイス特性の
ばらつきの小さいエピタキシャルウェハが容易に得られ
る。
【0049】
【発明の効果】(1) 請求項1に記載の発明によれば、高
濃度炭素ドープp型III −V族化合物半導体結晶層を成
長する際に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を
独立に制御できる。
濃度炭素ドープp型III −V族化合物半導体結晶層を成
長する際に、成長速度を変化させることなく炭素濃度を
独立に制御できる。
【0050】(2) 請求項2又は3に記載の発明によれ
ば、p型不純物濃度の制御性、高濃度化が一層向上す
る。
ば、p型不純物濃度の制御性、高濃度化が一層向上す
る。
【図1】TMAs/TEGにおける炭素ドープp+ 型G
aAsの膜厚(成長温度)の測定結果を示す特性図、及
びTMAs/TEGにおける炭素ドープp型GaAsの
正孔キャリア濃度の測定結果を示す特性図。
aAsの膜厚(成長温度)の測定結果を示す特性図、及
びTMAs/TEGにおける炭素ドープp型GaAsの
正孔キャリア濃度の測定結果を示す特性図。
【図2】成長速度のアルシン/TMGモル流量比依存性
を示す特性図、及びキャリア濃度のアルシン/TMGモ
ル流量比依存性を示す特性図。
を示す特性図、及びキャリア濃度のアルシン/TMGモ
ル流量比依存性を示す特性図。
【図3】TMAs/TMGにおける成長速度の成長温度
依存性を示す特性図、及びTMAs/TMGにおける正
孔キャリア濃度の成長温度依存性を示す特性図。
依存性を示す特性図、及びTMAs/TMGにおける正
孔キャリア濃度の成長温度依存性を示す特性図。
Claims (3)
- 【請求項1】反応管内に設置した結晶成長用基板を加熱
し、反応管にIII 族原料ガス及びV族原料ガスを供給し
て、結晶成長用基板上にIII −V族化合物半導体結晶を
エピタキシャル成長させる化合物半導体結晶の気相エピ
タキシャル成長方法において、炭素をドーピングしてp
型III −V族化合物半導体結晶層を成長する際に、III
族原料にトリエチルガリウム(TEG)等の炭素数が少
なくとも2以上のアルキル基及びアリール基がついたG
a系有機金属化合物を用い、V族原料にトリメチル砒素
(TMAs)やトリエチル砒素(TEAs)等のアルキ
ル基及びアリール基がついたAs系有機金属化合物また
はアルシン等のAs水素化物を用い、炭素原料としてト
リメチルガリウム(TMG)を用い、前記TMGの流量
を調節することにより炭素のドーピング濃度を制御する
ことを特徴とする化合物半導体結晶の気相エピタキシャ
ル成長方法。 - 【請求項2】請求項1に記載の化合物半導体結晶の気相
エピタキシャル成長方法において、次の3つの成長温度
範囲と成長圧力範囲の条件を同時に満たすようにエピタ
キシャル成長させることを特徴とする化合物半導体結晶
の気相エピタキシャル成長方法。 TEGを上記III 族原料として用いた場合に、このT
EGと上記V族原料を用いたIII −V族化合物半導体結
晶成長が輸送律速になる成長温度範囲と成長圧力範囲、
TMGをIII 族原料兼炭素原料として用いた場合に、
このTMGと上記V族原料を用いたIII −V族化合物半
導体結晶成長において、そのキャリア濃度が少なくとも
1×1020cm-3以上となる成長温度範囲と成長圧力範
囲、TMGをIII 族原料兼炭素原料として用いた場合
に、このTMGと上記V族原料を用いたIII −V族化合
物半導体結晶成長速度がIII 族輸送律速時の成長速度に
比べ1/10以下となる成長温度範囲と成長圧力範囲。 - 【請求項3】請求項2に記載の化合物半導体結晶の気相
エピタキシャル成長方法において、上記3つの条件を満
たす上記成長温度範囲が350℃〜475℃であり、上
記圧力範囲が13.3×103 パスカル(Pa)以下であ
る請求項2に記載の化合物半導体結晶の気相エピタキシ
ャル成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23490893A JPH0794422A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23490893A JPH0794422A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0794422A true JPH0794422A (ja) | 1995-04-07 |
Family
ID=16978183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23490893A Pending JPH0794422A (ja) | 1993-09-21 | 1993-09-21 | 化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0794422A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100601772B1 (ko) * | 1998-07-27 | 2006-07-19 | 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 | 화합물 반도체의 제조방법 |
-
1993
- 1993-09-21 JP JP23490893A patent/JPH0794422A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100601772B1 (ko) * | 1998-07-27 | 2006-07-19 | 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤 | 화합물 반도체의 제조방법 |
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