JPS6148917A - ３−ｖ族化合物半導体選択ド−プヘテロ構造の形成法 - Google Patents
３−ｖ族化合物半導体選択ド−プヘテロ構造の形成法Info
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- JPS6148917A JPS6148917A JP17030884A JP17030884A JPS6148917A JP S6148917 A JPS6148917 A JP S6148917A JP 17030884 A JP17030884 A JP 17030884A JP 17030884 A JP17030884 A JP 17030884A JP S6148917 A JPS6148917 A JP S6148917A
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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。
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、■−■族化合物半導体選択ドープヘテロ構造
の形成法に関り、更に詳しくいえば、より高い電子移動
度を持つＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体選択ドープヘテロ構
造を得るための該構造の形成法に関するものである。
の形成法に関り、更に詳しくいえば、より高い電子移動
度を持つＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体選択ドープヘテロ構
造を得るための該構造の形成法に関するものである。
従来の技術
最近、有機金属化合物を用いる化学気相成長法（ＭＯＣ
ＶＤ）が注目され、この方法が化合物結晶や固溶体の多
層エピタキシャル層の形成技術として優れていることか
ら、ヘテロ接合を有するトランジスタ、レーザなどの■
−■族化合物半導体等の作製に応用されてきている。■
族元素のアルキル化物はいずれも室温近傍で比較的高い
蒸気圧を有する液体であるので、キャリヤガス例えばＨ
２などによるバブリングなどにより容易にガス化され、
前記ＭＯＣＶＤ法において有利に使用できる。
ＶＤ）が注目され、この方法が化合物結晶や固溶体の多
層エピタキシャル層の形成技術として優れていることか
ら、ヘテロ接合を有するトランジスタ、レーザなどの■
−■族化合物半導体等の作製に応用されてきている。■
族元素のアルキル化物はいずれも室温近傍で比較的高い
蒸気圧を有する液体であるので、キャリヤガス例えばＨ
２などによるバブリングなどにより容易にガス化され、
前記ＭＯＣＶＤ法において有利に使用できる。
このＭＯＣＶＤ法は、成長させる成分元素と不純物とを
気体で反応器に供給でき、成長層の性質等の制御がバル
ブの切り換え、気体流量制御によっそ容易に可能であり
、組成や不純物濃度を変化させる場合、反応器内のガス
置換が容易であるので、組成や不純物分布を急峻にでき
、基板領域のみを均一に加熱すればよいので装置の構成
を簡略化でき、大面積基板での成長や大壷生産に向いて
おり、結晶成長反応が熱分解的に進行するので異種基板
上でヘテロエピタキシャル成長させることができ、更に
、ハロゲン化物を使用しないので、基板がエツチングさ
れて生ずるオートドーピングなどの恐れがない等の各種
の利点を有している。
気体で反応器に供給でき、成長層の性質等の制御がバル
ブの切り換え、気体流量制御によっそ容易に可能であり
、組成や不純物濃度を変化させる場合、反応器内のガス
置換が容易であるので、組成や不純物分布を急峻にでき
、基板領域のみを均一に加熱すればよいので装置の構成
を簡略化でき、大面積基板での成長や大壷生産に向いて
おり、結晶成長反応が熱分解的に進行するので異種基板
上でヘテロエピタキシャル成長させることができ、更に
、ハロゲン化物を使用しないので、基板がエツチングさ
れて生ずるオートドーピングなどの恐れがない等の各種
の利点を有している。
前記ＭＯＣＶＤ法は例えば第１図に示すような構成の装
置を用いて実施することができる。該装置は石英管など
の反応器１と、その内部に設けられ、基板２を支持する
と共に基板のみの加熱を可能とする、例えば、カーボン
製のサセプタ３と、反応器１の外部にこれを取り巻くよ
うに設けられた加熱手段としての高周波コイル４とから
主として構成され、反応器１は更に原料導入用管系５お
よび排気管６と接続されている。例えば、簡単のために
ＧａＡｓエピタキシャル層を成長させる場合にはＡＳＨ
３７、Ｇａ（ＣＨ３）＊ ８およびドーパント９（例え
ばジエチル亜鉛）ならびにキャリヤーガスとしての例え
ばＨ２１０が使用され、これらが管系５により反応器１
内に導入され、そこで加熱され、Ｇａ （ＣＨ３） ３
＋ＡｓＨ３−ＧａＡｓ＋ ３ ＣＨ４なる反応に従っ
てＧａＡｓが形成され、基板上で成長することになる。
置を用いて実施することができる。該装置は石英管など
の反応器１と、その内部に設けられ、基板２を支持する
と共に基板のみの加熱を可能とする、例えば、カーボン
製のサセプタ３と、反応器１の外部にこれを取り巻くよ
うに設けられた加熱手段としての高周波コイル４とから
主として構成され、反応器１は更に原料導入用管系５お
よび排気管６と接続されている。例えば、簡単のために
ＧａＡｓエピタキシャル層を成長させる場合にはＡＳＨ
３７、Ｇａ（ＣＨ３）＊ ８およびドーパント９（例え
ばジエチル亜鉛）ならびにキャリヤーガスとしての例え
ばＨ２１０が使用され、これらが管系５により反応器１
内に導入され、そこで加熱され、Ｇａ （ＣＨ３） ３
＋ＡｓＨ３−ＧａＡｓ＋ ３ ＣＨ４なる反応に従っ
てＧａＡｓが形成され、基板上で成長することになる。
各原料の流量は精密に制御する必要があり、そのために
マスフローコントローラ装置１１などが使用される。ま
た、有機金属は一般に常温で液体であるので、加熱並び
に温度制御する必要があり、例えばサーモスタットを備
えたウォータジャケット１２などが使用される。
マスフローコントローラ装置１１などが使用される。ま
た、有機金属は一般に常温で液体であるので、加熱並び
に温度制御する必要があり、例えばサーモスタットを備
えたウォータジャケット１２などが使用される。
一方、トランジスタ、集積回路等に対する要求は、近年
ますます高度化し、高周波化、高速動作化の動向がみら
れる。高速、高周波デバイスに適した半導体は、電子の
移動度が大きく、飽和ドリフト速度が大きいものでなけ
ればならない。このような要求に適したものとしてＩ−
Ｖ族化合物半導体、例えばＧａＡｓなどがＳｉに比して
高い電子移動度並びに飽和ドリフト速度を有することか
ら注目され、活発な研究が行われている。
ますます高度化し、高周波化、高速動作化の動向がみら
れる。高速、高周波デバイスに適した半導体は、電子の
移動度が大きく、飽和ドリフト速度が大きいものでなけ
ればならない。このような要求に適したものとしてＩ−
Ｖ族化合物半導体、例えばＧａＡｓなどがＳｉに比して
高い電子移動度並びに飽和ドリフト速度を有することか
ら注目され、活発な研究が行われている。
中でも、種々の半導体混晶を人為的に作製し、異なる半
導体結晶との間で格子整合をとることのできるヘテロ接
合を得ることができる。例えば、ＧａＡｓとへＩｘＧａ
＋−ｘへＳとの間では格子不整合は０．１％以下であり
、またＩｎＰとＧａｘｉｎ＋−ｘＡｓｙＰ ｌ−ｙとの
間では殆ど完全な格子整合をとることが知られている。
導体結晶との間で格子整合をとることのできるヘテロ接
合を得ることができる。例えば、ＧａＡｓとへＩｘＧａ
＋−ｘへＳとの間では格子不整合は０．１％以下であり
、またＩｎＰとＧａｘｉｎ＋−ｘＡｓｙＰ ｌ−ｙとの
間では殆ど完全な格子整合をとることが知られている。
このようなヘテロ接合により、変調ドーピングを利用し
た高電子移動度トランジスタ等の超高速デバイス、ＬＤ
を中心とする各種光電子デバイス、超格子構造を利用し
た多量子井戸型レーザなどの断電子デバイスなどが開発
されつつある。
た高電子移動度トランジスタ等の超高速デバイス、ＬＤ
を中心とする各種光電子デバイス、超格子構造を利用し
た多量子井戸型レーザなどの断電子デバイスなどが開発
されつつある。
従来■−■族化合物半導体選択ドープヘテロ構造のうち
最も実用的な選択ドープＧａＡｓ ／ ｎ −Ａｌ０．
３Ｇａ０． Ｊｓへテロ構造をＭＯＣＶＤ法で成長さ
せる場合、原料有機金属としては、トリメチルガリウム
Ｇａ（ＣＨ３）３、）リメチルアルミニウムΔ１（ＣＨ
３）３などのトリメチル系有機金属を使用していた。
最も実用的な選択ドープＧａＡｓ ／ ｎ −Ａｌ０．
３Ｇａ０． Ｊｓへテロ構造をＭＯＣＶＤ法で成長さ
せる場合、原料有機金属としては、トリメチルガリウム
Ｇａ（ＣＨ３）３、）リメチルアルミニウムΔ１（ＣＨ
３）３などのトリメチル系有機金属を使用していた。
しかしながら、トリメチル系有機金属を用いて得られた
へ１ＧａＡｓエピタキシャル層には、原料トリメチルア
ルミニウム分子のメチル基に由来する炭素が、成長条件
（成長温度、アルシンと■族有機金属との濃度比）並び
にＡｌＧａＡｓ層のＡ１組成等によっても異なるが、１
０１７〜１０”ｍ−’もアクセプターとして取りこまれ
ることがわかった。第４図にトリメチル系有機金属を原
料としてＭＯＣＶＤ法で作成した選択ドープＧａＡｓ
／ ｎ −Ａｌ０． Ｊａ０． Ｊｓへテロ構造のバン
ドギャップダイヤグラムを示した。
へ１ＧａＡｓエピタキシャル層には、原料トリメチルア
ルミニウム分子のメチル基に由来する炭素が、成長条件
（成長温度、アルシンと■族有機金属との濃度比）並び
にＡｌＧａＡｓ層のＡ１組成等によっても異なるが、１
０１７〜１０”ｍ−’もアクセプターとして取りこまれ
ることがわかった。第４図にトリメチル系有機金属を原
料としてＭＯＣＶＤ法で作成した選択ドープＧａＡｓ
／ ｎ −Ａｌ０． Ｊａ０． Ｊｓへテロ構造のバン
ドギャップダイヤグラムを示した。
このダイヤグラムから理解されるように、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ０． ａＧａ０． Ｊｓ層（第３層）および本来
はＳ１ドープｎ型八ｌ０． ５Ｇａ０．Ｊｓ層（第３層
）中ノイオン化したＳｉドナーと２次元電子ガスとのク
ーロン相互作用を弱める働きをするアンドープ層０．
、、Ｇａ０． ７−Ａ５ｔＸｉ（第２層）にもＩＱ”〜
１０”ｃｍ−’もの炭素アクセプターが取りこまれてい
る。その結果、このイオン化した炭素アクセプターのク
ーロン相互作用により、第５図に示すように、イオン化
した不純物によるクーロン散乱が支配的になる、７７に
以下の低温度領域の２次元電子ガス移動度は、４０．０
００〜５０．０００ ｃｌＴｌ／Ｖ、ｓｅｃと低い値に
とどまっていた。
型Ａｌ０． ａＧａ０． Ｊｓ層（第３層）および本来
はＳ１ドープｎ型八ｌ０． ５Ｇａ０．Ｊｓ層（第３層
）中ノイオン化したＳｉドナーと２次元電子ガスとのク
ーロン相互作用を弱める働きをするアンドープ層０．
、、Ｇａ０． ７−Ａ５ｔＸｉ（第２層）にもＩＱ”〜
１０”ｃｍ−’もの炭素アクセプターが取りこまれてい
る。その結果、このイオン化した炭素アクセプターのク
ーロン相互作用により、第５図に示すように、イオン化
した不純物によるクーロン散乱が支配的になる、７７に
以下の低温度領域の２次元電子ガス移動度は、４０．０
００〜５０．０００ ｃｌＴｌ／Ｖ、ｓｅｃと低い値に
とどまっていた。
同様に、メチル系有機金属を用いた選択ドープＩｎａ、
ｓ、Ｇａａ−４７ＡＳ ／ ｎ ＩＭａ−ｔｔｌｎ
０． ５３ＡＳへテロ構造においても、Ｓｉドープｎ
ｆｉＡｌｏ−＜ｔＩｎ０． ５３Ａｓ層およびアンドー
プＡｌ０． ４ｔｌｎａ−５３ＡＳスペ一サ層中にとり
こまれた炭素アクセプターによって、２次元電子ガス移
動度は低い値にとどまっていた。
ｓ、Ｇａａ−４７ＡＳ ／ ｎ ＩＭａ−ｔｔｌｎ
０． ５３ＡＳへテロ構造においても、Ｓｉドープｎ
ｆｉＡｌｏ−＜ｔＩｎ０． ５３Ａｓ層およびアンドー
プＡｌ０． ４ｔｌｎａ−５３ＡＳスペ一サ層中にとり
こまれた炭素アクセプターによって、２次元電子ガス移
動度は低い値にとどまっていた。
発明が解決しようとする問題点
このようにＭ ＯＣＶ Ｄ法は前述のような各種利点を
有し、高周波性並びに高速動作性のへテロ接合を有する
トランジスタ、光電子デバイスなど各種の装置の作製に
応用されてきているが、従来の方法では不十分であり、
依然として改良すべき余地が多分に残されている。即ち
、ＭＯＣＶＤ法において使用するメチル系有機金属のメ
チル基に由来する炭素が本来例えばＳｉドープｎ型エピ
タキシャル層中のイオン化したＳｉドナーと２次元電子
ガスとのクーロン相互作用を弱めるはずのアンドープ相
にアクセプターとして取り込まれ、２次元電子ガスの移
動度を低い値とする要因となっていた。
有し、高周波性並びに高速動作性のへテロ接合を有する
トランジスタ、光電子デバイスなど各種の装置の作製に
応用されてきているが、従来の方法では不十分であり、
依然として改良すべき余地が多分に残されている。即ち
、ＭＯＣＶＤ法において使用するメチル系有機金属のメ
チル基に由来する炭素が本来例えばＳｉドープｎ型エピ
タキシャル層中のイオン化したＳｉドナーと２次元電子
ガスとのクーロン相互作用を弱めるはずのアンドープ相
にアクセプターとして取り込まれ、２次元電子ガスの移
動度を低い値とする要因となっていた。
例えば、前述の例でＧａＡｓとＧａＡｌＡｓの超薄膜を
層状に成長させた超格子構造においてＧａＡｌＡｓ１の
みにドナーを添加（変調ドーピング）すると、ドナーが
イオン化し、発生する電子がＧａＡｓ中に蓄積される。
層状に成長させた超格子構造においてＧａＡｌＡｓ１の
みにドナーを添加（変調ドーピング）すると、ドナーが
イオン化し、発生する電子がＧａＡｓ中に蓄積される。
その結果、ＧａＡｓ中の電子は、散乱源となるイオン化
したドナーと空間的に分離されることになるのでクーロ
ン散乱が減少して高移動度が保証されることになり、選
択ドープヘテロ接合の高電子移ｉ［ｉｌＪ層を電界効果
トランジスタに応用した高移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ） 、デプリーション型ＨＥ Ｍ Ｔ、エンハンスメ
ント型ＨＥＭＴ等のデバイスが１昇られることになる。
したドナーと空間的に分離されることになるのでクーロ
ン散乱が減少して高移動度が保証されることになり、選
択ドープヘテロ接合の高電子移ｉ［ｉｌＪ層を電界効果
トランジスタに応用した高移動度トランジスタ（ＨＥＭ
Ｔ） 、デプリーション型ＨＥ Ｍ Ｔ、エンハンスメ
ント型ＨＥＭＴ等のデバイスが１昇られることになる。
しかしながら、このためにはＭＯＣＶＤ法におけるメチ
ル系有機金属のメチル基起原の炭素アクセプターのアン
ドープ層への取込みを有利に防止することのできる方法
゛を開発する必要がある。
ル系有機金属のメチル基起原の炭素アクセプターのアン
ドープ層への取込みを有利に防止することのできる方法
゛を開発する必要がある。
そこで、本発明の目的は前記従来法の欠点を解消し、高
い電子移動度を与える■−■族化合物半導体選択ドープ
ヘテロ構造の形成法を提供することにあり、また、高い
電子移動度を有し、選択ドープヘテロ接合を有する■−
ｖ族化合物半導体デバイスを提供することも本発明の目
的の一つである。
い電子移動度を与える■−■族化合物半導体選択ドープ
ヘテロ構造の形成法を提供することにあり、また、高い
電子移動度を有し、選択ドープヘテロ接合を有する■−
ｖ族化合物半導体デバイスを提供することも本発明の目
的の一つである。
問題点を解決するための手段
本発明者等はＭＯＣＶＤ法による高移動度または超格子
型■−Ｖ族化合物半導体選択ドープヘテロ構造形成の上
記のような現状に鑑みて、前記の如き諸欠点を解消すべ
く種々検討、研究した結果、メチル系有機金属の代わり
にエチル系有機金属を薄膜結晶成長用成分として使用す
ることが前記目的の達成のために極めて有効であること
を見出した。本発明はこのような新規知見に基づき完成
されたものである。
型■−Ｖ族化合物半導体選択ドープヘテロ構造形成の上
記のような現状に鑑みて、前記の如き諸欠点を解消すべ
く種々検討、研究した結果、メチル系有機金属の代わり
にエチル系有機金属を薄膜結晶成長用成分として使用す
ることが前記目的の達成のために極めて有効であること
を見出した。本発明はこのような新規知見に基づき完成
されたものである。
即ち、本発明は結晶成長反応器内に■族元素のアルキル
化物と■族元素の水素化物を気体として導入し、該反応
器内に設けられ、加熱された基板上で該気体を熱分解反
応させ、反応生成物を基板上で成長させるＭＯＣＶＤに
よる■−■族化合物半導体選択ドープヘテロ構造の形成
法を提供するものであり、その特徴は前記■族元素のア
ルキル化物としてエチル化物を使用することにある。
化物と■族元素の水素化物を気体として導入し、該反応
器内に設けられ、加熱された基板上で該気体を熱分解反
応させ、反応生成物を基板上で成長させるＭＯＣＶＤに
よる■−■族化合物半導体選択ドープヘテロ構造の形成
法を提供するものであり、その特徴は前記■族元素のア
ルキル化物としてエチル化物を使用することにある。
本発明で意図するヘテロ構造は、例えば半絶縁性ＧａＡ
ｓ基板、第１層としてのアンドープの高純度ＧａＡｓ層
、第２層のアンドープＡＩ０．３Ｇａ０． ７Ａ８層と
、第３層のＳｉドープｎ型Ａｌ０． ３Ｇａ０． ７Ａ
ｓ層との３層構造を有する選択ドープＧａＡｓ ／ ｎ
−Ａｌ０． ３Ｇａ０．７Ａｓヘテロ構造、あるいは
半絶縁性１ｎＰ基板、第１層の７７１−’−プの高純度
１ｎ０． ５３Ｇａ０． ＋７Ａｓ層と、第２層のアン
ドープのＡｌ０． 、ｔｌｎ０． ５ｎＡＳ層と、第３
層のＳｉドープｎ型八へ０． ４ｔｕｎａ、 ５ｊＡＳ
層との３層構造を有する選択ドープＩｎ０． ５３Ｇａ
０． ４７Ａｓ／ｎ−Ａｌ０． ＜７１ｎ０． ５３Ａ
ｓヘテロ構造等である。これらへテロ構造においてキャ
リヤ濃度は、一般に０．５〜２ ＸＩＯ１８ａｍ−３の
範囲内であり、第１層の膜厚は一般に０．５〜１μｍ１
第２層は５０〜２５０人また第３層は０，０５〜０．１
５μｍの範囲内である。
ｓ基板、第１層としてのアンドープの高純度ＧａＡｓ層
、第２層のアンドープＡＩ０．３Ｇａ０． ７Ａ８層と
、第３層のＳｉドープｎ型Ａｌ０． ３Ｇａ０． ７Ａ
ｓ層との３層構造を有する選択ドープＧａＡｓ ／ ｎ
−Ａｌ０． ３Ｇａ０．７Ａｓヘテロ構造、あるいは
半絶縁性１ｎＰ基板、第１層の７７１−’−プの高純度
１ｎ０． ５３Ｇａ０． ＋７Ａｓ層と、第２層のアン
ドープのＡｌ０． 、ｔｌｎ０． ５ｎＡＳ層と、第３
層のＳｉドープｎ型八へ０． ４ｔｕｎａ、 ５ｊＡＳ
層との３層構造を有する選択ドープＩｎ０． ５３Ｇａ
０． ４７Ａｓ／ｎ−Ａｌ０． ＜７１ｎ０． ５３Ａ
ｓヘテロ構造等である。これらへテロ構造においてキャ
リヤ濃度は、一般に０．５〜２ ＸＩＯ１８ａｍ−３の
範囲内であり、第１層の膜厚は一般に０．５〜１μｍ１
第２層は５０〜２５０人また第３層は０，０５〜０．１
５μｍの範囲内である。
基数としての半絶縁性ＧａＡｓまたはＩｎＰは、禁制帯
幅の大きな半導体ＧａＡｓおよびＩｎＰにＣｒ、○、Ｆ
ｅなどの不純物を添加して、禁制体の中央部に準位を作
ることによって得ることができ、また深い準位を作る欠
陥（ｎａｔｉｖｅ ｄｅｆｅｃｔ）を利用することによ
っても得ることができる。
幅の大きな半導体ＧａＡｓおよびＩｎＰにＣｒ、○、Ｆ
ｅなどの不純物を添加して、禁制体の中央部に準位を作
ることによって得ることができ、また深い準位を作る欠
陥（ｎａｔｉｖｅ ｄｅｆｅｃｔ）を利用することによ
っても得ることができる。
これらへテロ構゛造の形成は、例えば第１図に示した装
置を原料の数に応じて多少の変更を行い実施することが
できる。この場合、特に第２層および／または第３層の
アルミニウム原料としてトリエチルアルミニウムを使用
する。熱分解は不可逆的に進行し、例えば、 Ｇａ （ＣＨ３） ３＋Ａｓ Ｈ３−ＧａＡｓ＋３ Ｃ
Ｈ４Ａｌ （Ｃ２Ｈ５） ３ ＋Ａｓ Ｈ３−ＡＩＡｓ
＋ ３ Ｃ’２ Ｈｓに従ってＡｌＧａＡｓ作 罫月 本発明の方法の主な特徴はＭＯＣＶＤ法における■族元
素のアルキル化物として、少なくともＡＩについてはエ
チル化物を使用することにある。
置を原料の数に応じて多少の変更を行い実施することが
できる。この場合、特に第２層および／または第３層の
アルミニウム原料としてトリエチルアルミニウムを使用
する。熱分解は不可逆的に進行し、例えば、 Ｇａ （ＣＨ３） ３＋Ａｓ Ｈ３−ＧａＡｓ＋３ Ｃ
Ｈ４Ａｌ （Ｃ２Ｈ５） ３ ＋Ａｓ Ｈ３−ＡＩＡｓ
＋ ３ Ｃ’２ Ｈｓに従ってＡｌＧａＡｓ作 罫月 本発明の方法の主な特徴はＭＯＣＶＤ法における■族元
素のアルキル化物として、少なくともＡＩについてはエ
チル化物を使用することにある。
トリエチルアルミニウムＡｌ（Ｃ２Ｈ５）３分子のＡＩ
Ｃ結合の結合エネルギー（５８Ｋｃａｌ １モル）は、
トリメチルアルミニウムＡＩ （ＣＨ３） ＊分子（７
）ＡＩ Ｃ結合の結合エネルギー（６６Ｋｃａｌ １
モル）よりも低く、熱分解し易い。またトリメチルアル
ミニウムの熱分解ではアルミニウムカーバイドＡ１４Ｃ
島副生が認められているが、トリエチルアルミニウムの
場合には該カーバイドの副生は観測されていない。実際
トリエチルガリウム（Ｃ２Ｈｓ） 、、Ｇａ、 ）リエ
チルアルミニウム（Ｃ２Ｈ５）３Ａ１の組合せ、あるい
はトリメチルガリウム（ＣＨ３）３Ｇａおよびトリエチ
ルアルミニウム（Ｃ２Ｈ５）３Ａ１の組合せを用い、Ｍ
ＯＣＶＤ法により得られたＡｌＧａＡｓエピタキシャル
層には、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法によると１
０１５〜１０１６ｃｍ−３程度の炭素しか取りこまれて
おらず、トリメチルアルミニウムを用いて成長したＡｌ
ＧａＡｓに比べて２ケタ近く炭素が少なくなっている。
Ｃ結合の結合エネルギー（５８Ｋｃａｌ １モル）は、
トリメチルアルミニウムＡＩ （ＣＨ３） ＊分子（７
）ＡＩ Ｃ結合の結合エネルギー（６６Ｋｃａｌ １
モル）よりも低く、熱分解し易い。またトリメチルアル
ミニウムの熱分解ではアルミニウムカーバイドＡ１４Ｃ
島副生が認められているが、トリエチルアルミニウムの
場合には該カーバイドの副生は観測されていない。実際
トリエチルガリウム（Ｃ２Ｈｓ） 、、Ｇａ、 ）リエ
チルアルミニウム（Ｃ２Ｈ５）３Ａ１の組合せ、あるい
はトリメチルガリウム（ＣＨ３）３Ｇａおよびトリエチ
ルアルミニウム（Ｃ２Ｈ５）３Ａ１の組合せを用い、Ｍ
ＯＣＶＤ法により得られたＡｌＧａＡｓエピタキシャル
層には、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法によると１
０１５〜１０１６ｃｍ−３程度の炭素しか取りこまれて
おらず、トリメチルアルミニウムを用いて成長したＡｌ
ＧａＡｓに比べて２ケタ近く炭素が少なくなっている。
したがってトリメチルアルミニウムが炭素の著しい取り
込みの原因であることが明らかになった。
込みの原因であることが明らかになった。
こうして、本発明の前記特徴によれば、前記２＼層での
炭素の取込み量の減少に基づき、第３層中のイオン化Ｓ
ｉドナーと２次元電子ガスとのクーロン相互作用が第２
層によって効果的に低下され、イオン化した不純物によ
るクーロン散乱が支配的になる７７に以下の低温領域に
おける２次元電子ガスの移動度は著しく改善されること
になる（第３図参照）。従って、本発明の方法により得
られるヘテロ構造は、液体ヘリウム温度で作動するジョ
セフソン素子と同様に７７に以下の低温領域で優れた性
能を発揮する各種半導体素子として応用するのに極めて
適している。即ち、例えば前述のエンハンスメント型Ｈ
ＥＭＴに応用した場合等においては低温（即ち７７に以
下の領域）での相互インダクタンスの大巾な改善が可能
となる。
炭素の取込み量の減少に基づき、第３層中のイオン化Ｓ
ｉドナーと２次元電子ガスとのクーロン相互作用が第２
層によって効果的に低下され、イオン化した不純物によ
るクーロン散乱が支配的になる７７に以下の低温領域に
おける２次元電子ガスの移動度は著しく改善されること
になる（第３図参照）。従って、本発明の方法により得
られるヘテロ構造は、液体ヘリウム温度で作動するジョ
セフソン素子と同様に７７に以下の低温領域で優れた性
能を発揮する各種半導体素子として応用するのに極めて
適している。即ち、例えば前述のエンハンスメント型Ｈ
ＥＭＴに応用した場合等においては低温（即ち７７に以
下の領域）での相互インダクタンスの大巾な改善が可能
となる。
実施例
以下、実施例に従って本発明の方法を更に具体的に説明
する。ただし、以下の実施例によって本発明は何等限定
されない。
する。ただし、以下の実施例によって本発明は何等限定
されない。
第２図に、本発明に従って第１図に示した装置を用い、
有機金属としてトリメチルガリウム、トリエチルアルミ
ニウムを用いて、ＭＯＣＶＤ法で形成した選択ドープＧ
ａＡｓ ／ ｎ Ａｌ０． ３Ｇａ０． ７ＡＳへテ
ロ構造のバンドギャップダイヤグラムを示した。
有機金属としてトリメチルガリウム、トリエチルアルミ
ニウムを用いて、ＭＯＣＶＤ法で形成した選択ドープＧ
ａＡｓ ／ ｎ Ａｌ０． ３Ｇａ０． ７ＡＳへテ
ロ構造のバンドギャップダイヤグラムを示した。
ここで、第１層のアンドープの高純度ＧａＡｓ層は０、
１ μｍであり、第２層のアンドープＡ、１ ０． ａ
、Ｇａ０． ｔＡｓ層は２００人であり、第３層のＳｉ
ドープｎ型Ａｌ０． ３Ｇａ０． ７Ａｓ層は１０００
Ａであった。また、これら層の形成条件は成長温度６
５０℃、成長速度１．５人／ｓｅｃ。
１ μｍであり、第２層のアンドープＡ、１ ０． ａ
、Ｇａ０． ｔＡｓ層は２００人であり、第３層のＳｉ
ドープｎ型Ａｌ０． ３Ｇａ０． ７Ａｓ層は１０００
Ａであった。また、これら層の形成条件は成長温度６
５０℃、成長速度１．５人／ｓｅｃ。
とした。
かくして作製したベテロ構造につき２次元イオン質量分
析（ＳＩＭＳ）法により炭素の取込み量を測定したとこ
ろ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０． ３Ｇａ０． Ｊｓ層およ
びアンドープＡｌ０． ３Ｇａ０． Ｊｓスペーサ層に
は１０１５〜１０１６ｃｍ−３の炭素アクセプターが取
り込まれているが、トリメチルアルミニウムを使用した
場合に比べ、２ケタ近く炭素の取り込みが少ないため、
２次元電子ガスに及ぼすイオン化した炭素アクセプター
のクーロン相互作用は著しく小さくなっている。このこ
とにより、第３図に示すように、イオン化した不純物に
よるクーロン散乱が支配的になる７７Ｋから低い温度領
域での２次元電子ガス移動度は著しく増大し、７７にの
温度で１５０、０００．ｃｎｆ ／ ｖｓｅｃ、、２に
の温度で４５０．０００ｃｎｆ／Ｖｓｅｃ。
析（ＳＩＭＳ）法により炭素の取込み量を測定したとこ
ろ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０． ３Ｇａ０． Ｊｓ層およ
びアンドープＡｌ０． ３Ｇａ０． Ｊｓスペーサ層に
は１０１５〜１０１６ｃｍ−３の炭素アクセプターが取
り込まれているが、トリメチルアルミニウムを使用した
場合に比べ、２ケタ近く炭素の取り込みが少ないため、
２次元電子ガスに及ぼすイオン化した炭素アクセプター
のクーロン相互作用は著しく小さくなっている。このこ
とにより、第３図に示すように、イオン化した不純物に
よるクーロン散乱が支配的になる７７Ｋから低い温度領
域での２次元電子ガス移動度は著しく増大し、７７にの
温度で１５０、０００．ｃｎｆ ／ ｖｓｅｃ、、２に
の温度で４５０．０００ｃｎｆ／Ｖｓｅｃ。
の値が得られた。第３図において、２次元電子ガス移動
度（ｃｍ”／Ｖｓｅｃ、 ） は公知の方法、即ちファ
ンデルポー（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ）の方法に従っ
て測定した。
度（ｃｍ”／Ｖｓｅｃ、 ） は公知の方法、即ちファ
ンデルポー（Ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ）の方法に従っ
て測定した。
同様に、アルミニウムの原料としてトリエチルアルミニ
ウムを用いて作製した選択ドープＩｎ０． ５３ｃａ０
．４７ＡＳ ／ ｎ Ａｌ０． 、ｔｌｎ０． ５３
ＡＳへテロ構造においても、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．
４ｔｌｎ０． ５３ＡＳ層およびアンドープＡｌ０．
＜ｔｌｎ０． ｓＪｓスヘーサ層中の炭素アクセプター
の減少により、メチル系の場合と比べて大幅な２次元電
子ガス移動度の増加が観測された。
ウムを用いて作製した選択ドープＩｎ０． ５３ｃａ０
．４７ＡＳ ／ ｎ Ａｌ０． 、ｔｌｎ０． ５３
ＡＳへテロ構造においても、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．
４ｔｌｎ０． ５３ＡＳ層およびアンドープＡｌ０．
＜ｔｌｎ０． ｓＪｓスヘーサ層中の炭素アクセプター
の減少により、メチル系の場合と比べて大幅な２次元電
子ガス移動度の増加が観測された。
発明の詳細
な説明したように、■−■族化合物半導体退択ドープヘ
テロ構造を有機金属熱分解気相成長法で成長させる際、
アルミニウムを含む半導体層形成用材料としてトリエチ
ルアルミニウムを用いることにより、アルミニウムを含
む半導体層中の炭素アクセプターの濃度を著しく低減す
ることができた。このことにより、■−■族化合物半導
体選択ドープヘテロ構造における２次元電子ガス移動度
は大幅に向上し、■−■族化合物半導体選択ドープヘテ
ロ構造を用いた電界効果トランジスタの１５性は著しく
向上するという利点が得られた。
テロ構造を有機金属熱分解気相成長法で成長させる際、
アルミニウムを含む半導体層形成用材料としてトリエチ
ルアルミニウムを用いることにより、アルミニウムを含
む半導体層中の炭素アクセプターの濃度を著しく低減す
ることができた。このことにより、■−■族化合物半導
体選択ドープヘテロ構造における２次元電子ガス移動度
は大幅に向上し、■−■族化合物半導体選択ドープヘテ
ロ構造を用いた電界効果トランジスタの１５性は著しく
向上するという利点が得られた。
第１図は本発明の方法を実施するのに有用なＭＯＣＶＤ
法による薄膜形成装置の概略図であり、第２図は、本発
明によりトリエチル系有機金属原料を用いた選択ドープ
ＧａＡｓ ／ ｎ −Ａｌ０． ：＋Ｇａ０． ７Ａｓ
へテロ構造のバンドギャップダイヤグラムを示すもので
あり、 第３図は本発明によって得られたＧａＡｓ ／ ｎ ”
八１゜、５Ｇａ０． ７八Ｓヘテロ構造における２次元
電子ガス移動度の温度依存性を示すグラフであり、第４
図は、従来のトリメチル系有機金属原料を用いた選択ド
ープＧａＡｓ ／ ｎ −Ａｌ０． ３Ｇａ０． Ｊｓ
へテロ構造のバンドギャップダイヤグラムを示すもので
あり、 第５図は、従来法によって得られたＧａＡｓ ／ ｎ
−Ａｌ０． ３Ｇａ０． ７ＡＳへテロ構造における２
次元電子ガス移動度の温度依存性を示すグラフである。 （主な参照番号） １゛反応器、 ２ 基板、３ サセプタ、４ 加熱手段
、５ 管系、６ 排気管、？ −−Ａ ｓ Ｈ３、８有
機金属、９ ドーパント、１０Ｈ２、１１マスフローコ
ントローラ、１２ ウオークジャケット 特許出願人 日本電信電話公社 代 理 人 弁理士 新居 正彦 第２図 第３図 温度 （Ｋ）
法による薄膜形成装置の概略図であり、第２図は、本発
明によりトリエチル系有機金属原料を用いた選択ドープ
ＧａＡｓ ／ ｎ −Ａｌ０． ：＋Ｇａ０． ７Ａｓ
へテロ構造のバンドギャップダイヤグラムを示すもので
あり、 第３図は本発明によって得られたＧａＡｓ ／ ｎ ”
八１゜、５Ｇａ０． ７八Ｓヘテロ構造における２次元
電子ガス移動度の温度依存性を示すグラフであり、第４
図は、従来のトリメチル系有機金属原料を用いた選択ド
ープＧａＡｓ ／ ｎ −Ａｌ０． ３Ｇａ０． Ｊｓ
へテロ構造のバンドギャップダイヤグラムを示すもので
あり、 第５図は、従来法によって得られたＧａＡｓ ／ ｎ
−Ａｌ０． ３Ｇａ０． ７ＡＳへテロ構造における２
次元電子ガス移動度の温度依存性を示すグラフである。 （主な参照番号） １゛反応器、 ２ 基板、３ サセプタ、４ 加熱手段
、５ 管系、６ 排気管、？ −−Ａ ｓ Ｈ３、８有
機金属、９ ドーパント、１０Ｈ２、１１マスフローコ
ントローラ、１２ ウオークジャケット 特許出願人 日本電信電話公社 代 理 人 弁理士 新居 正彦 第２図 第３図 温度 （Ｋ）
Claims (2)
- （１）結晶成長反応器内にIII族元素のアルキル化物と
Ｖ族元素の水素化物とを気体状態で導入し、該反応器内
に設けられ、加熱された基板上で該気体を熱分解反応さ
せ、反応生成物を基板上で成長させる有機金属熱分解気
相成長法により、半絶縁ＧａＡｓと、第１層のアンドー
プの高純度ＧａＡｓ層と、第２層のアンドープＡｌ＿０
＿．＿３Ｇａ＿０＿．＿７Ａｓ層と、第３層のＳｉドー
プｎ型Ａｌ＿０＿．＿３Ｇａ＿０＿．＿７Ａｓ層との３
層構造を有する選択ドープＧａＡｓ／ｎ−Ａｌ＿０＿．
＿３Ｇａ＿０＿．＿７Ａｓヘテロ構造を形成する方法に
おいて、 前記第２層または第３層のアルミニウム原料としてトリ
エチルアルミニウムを使用することを特徴とする上記I
II−Ｖ族化合物半導体選択ドープヘテロ構造の形成法。 - （２）結晶成長反応器内にIII族元素のアルキル化物と
Ｖ族元素の水素化物とを気体状態で導入し、該反応器内
に設けられ、加熱された基板上で該気体を熱分解反応さ
せ、反応生成物を基板上で成長させる有機金属熱分解気
相成長法により、半絶縁ＩｎＰ基板と、第１層のアンド
ープの高純度Ｉｎ＿０＿．＿５＿３−Ｇａ＿０＿．＿４
＿７Ａｓ層と、第２層のアンドープのＡｌ＿０＿．＿４
＿７Ｉｎ＿０＿．＿５＿３−Ａｓ層と、第３層のＳｉド
ープｎ型Ａｌ＿０＿．＿４＿７Ｉｎ＿０＿．＿５＿３Ａ
ｓ層との３層構造を有する選択ドープＩｎ＿０＿．＿５
＿３Ｇａ＿０＿．＿４＿７Ａｓ／ｎ−Ａｌ＿０＿．＿４
＿７Ｉｎ＿０＿．＿５＿３Ａｓヘテロ構造を形成する方
法において、 前記第２層または第３層のアルミニウム原料としてトリ
エチルアルミニウムを使用することを特徴とする上記I
II−Ｖ族化合物半導体選択ドープヘテロ構造の形成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17030884A JPS6148917A (ja) | 1984-08-15 | 1984-08-15 | ３−ｖ族化合物半導体選択ド−プヘテロ構造の形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17030884A JPS6148917A (ja) | 1984-08-15 | 1984-08-15 | ３−ｖ族化合物半導体選択ド−プヘテロ構造の形成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6148917A true JPS6148917A (ja) | 1986-03-10 |
Family
ID=15902561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17030884A Pending JPS6148917A (ja) | 1984-08-15 | 1984-08-15 | ３−ｖ族化合物半導体選択ド−プヘテロ構造の形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6148917A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04186848A (ja) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Nec Corp | 電界効果トランジスタの製造方法 |
-
1984
- 1984-08-15 JP JP17030884A patent/JPS6148917A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04186848A (ja) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Nec Corp | 電界効果トランジスタの製造方法 |
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