JPH02221192A - 化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents
化合物半導体の気相成長方法Info
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Landscapes
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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、有機金属気相成長法等により、Mgドープ化
合物半導体を気相成長させる方法に関する。
合物半導体を気相成長させる方法に関する。
(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させることに
より、基板結晶上に薄膜の単結晶を成長させる方法であ
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、化合物半導体を用いたヘテロ+i
合デバイス用ウェハの作製に用いられている。ヘテロ
接合デバイスの中でも、ヘテロ・バイポーラ・トランジ
スタ(HBT)は超高速で作動するので、盛んに開発さ
れている。
物と金属水素化合物を反応炉の中で熱分解させることに
より、基板結晶上に薄膜の単結晶を成長させる方法であ
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、化合物半導体を用いたヘテロ+i
合デバイス用ウェハの作製に用いられている。ヘテロ
接合デバイスの中でも、ヘテロ・バイポーラ・トランジ
スタ(HBT)は超高速で作動するので、盛んに開発さ
れている。
第2図は、IIBTの1例を示す断面構造図である。こ
の)IBTは半絶縁性GaAs基板の一ヒにnGaAs
層及びn−GaAsを積層し、さらにその上にp”−G
aAsのベース層及びn−AlGaAsのエミツタ層を
積層してpn接合を形成する。コレクタ電極はn−Ga
As層の上に、ベース電極はベース層の上に、エミッタ
電極はエミツタ層の上に積層したn−GaAs層上に形
成する。このような)IBTの特性は、ベース層のキャ
リア密度が高いほど、高い特性を得ることができる。
の)IBTは半絶縁性GaAs基板の一ヒにnGaAs
層及びn−GaAsを積層し、さらにその上にp”−G
aAsのベース層及びn−AlGaAsのエミツタ層を
積層してpn接合を形成する。コレクタ電極はn−Ga
As層の上に、ベース電極はベース層の上に、エミッタ
電極はエミツタ層の上に積層したn−GaAs層上に形
成する。このような)IBTの特性は、ベース層のキャ
リア密度が高いほど、高い特性を得ることができる。
従来、OMVPE法ではp型ドーパントとしてZnが用
いられてきたが、Znは拡散係数が大きいため、成長中
にベース領域からエミッタ領域への拡散を避けることが
できず、急峻なpn接合を得ることができないという問
題があった。分子線エピタキシャル法(MBE法)では
、lXl0”am−’程度まで高密度にドーピングする
ことが可能で、拡散係数の小さなりeが一般的に用いら
れているが、0IJYPE法では安全性の観点から、B
eを用いることは困難である。
いられてきたが、Znは拡散係数が大きいため、成長中
にベース領域からエミッタ領域への拡散を避けることが
できず、急峻なpn接合を得ることができないという問
題があった。分子線エピタキシャル法(MBE法)では
、lXl0”am−’程度まで高密度にドーピングする
ことが可能で、拡散係数の小さなりeが一般的に用いら
れているが、0IJYPE法では安全性の観点から、B
eを用いることは困難である。
そのため、Znに比べて拡散係数が5桁程度小さいMg
元素がドーパントとして検討されている。
元素がドーパントとして検討されている。
このようなMgドーパントの原料としては、ビスシクロ
ペンタジェニルマグネシウム(Cptljg)又はビス
メチルシクロペンタジェニルマグネシウム(LCptk
lg)を用いることができる。これらの原料は、液体又
は固体の有機金属化合物であり、キャリアガスである水
素によって、化合物半導体の原料である有機金属化合物
及び金属水素化物とともに反応管内に導入され、基板結
晶−ヒで熱分解されて結晶中に取り込まれる。
ペンタジェニルマグネシウム(Cptljg)又はビス
メチルシクロペンタジェニルマグネシウム(LCptk
lg)を用いることができる。これらの原料は、液体又
は固体の有機金属化合物であり、キャリアガスである水
素によって、化合物半導体の原料である有機金属化合物
及び金属水素化物とともに反応管内に導入され、基板結
晶−ヒで熱分解されて結晶中に取り込まれる。
第3図は、このようなOMVPE法を実施するための装
置の概念図である。反応管にはサセプタが設けられ、サ
セプタの上には基板結晶が置かれている。反応管の周囲
にRFコイルが設けられている。化合物半導体の■族原
料、例えば、トリメチルガリウム(TklG)は水素ガ
スによって反応管に導入され、V族原料は水素化物、例
えば、アルシンガスの形で反応管に導入され、加熱され
た基板上で熱分解されて、基板に化合物半導体結晶が成
長する。
置の概念図である。反応管にはサセプタが設けられ、サ
セプタの上には基板結晶が置かれている。反応管の周囲
にRFコイルが設けられている。化合物半導体の■族原
料、例えば、トリメチルガリウム(TklG)は水素ガ
スによって反応管に導入され、V族原料は水素化物、例
えば、アルシンガスの形で反応管に導入され、加熱され
た基板上で熱分解されて、基板に化合物半導体結晶が成
長する。
この化合物半導体中にP型の層を形成するためには、予
め排気管に流していたMg原料を含んだ水素ガスをバル
ブBを閉じ、バルブΔを開くことにより反応管に導入し
、所定の厚さのP型の層を形成した後、バルブ八を閉じ
、バルブBを開いてMg原料ガスを反応管から排気管へ
切り替えて、成長を停止する。
め排気管に流していたMg原料を含んだ水素ガスをバル
ブBを閉じ、バルブΔを開くことにより反応管に導入し
、所定の厚さのP型の層を形成した後、バルブ八を閉じ
、バルブBを開いてMg原料ガスを反応管から排気管へ
切り替えて、成長を停止する。
(発明が解決しようとする課題)
このような従来法では、Mg原料の流量に比例して正孔
密度が増加するが、例えばJournalor Ele
ctronics materials、 Vol、
12. No、 3゜p、507〜524.C,R,L
ewiset al、にみるように、2×IO・”am
’以上には正孔密度が増加せず、飽和するために結晶
表面も劣化するという欠点があった。
密度が増加するが、例えばJournalor Ele
ctronics materials、 Vol、
12. No、 3゜p、507〜524.C,R,L
ewiset al、にみるように、2×IO・”am
’以上には正孔密度が増加せず、飽和するために結晶
表面も劣化するという欠点があった。
本発明は、を記の欠点を解消し、2X10I9C113
以上の正孔密度についてもMg原料の流量を変化させる
ことな(、正孔密度を容易に制御することのできるMg
ドープ化合物半導体の結晶成長方法を提供しようとする
ものである。
以上の正孔密度についてもMg原料の流量を変化させる
ことな(、正孔密度を容易に制御することのできるMg
ドープ化合物半導体の結晶成長方法を提供しようとする
ものである。
(課題を解決するための手段)
本発明は、Mgドープ化合物半導体の有機金属気相成長
方法において、化合物半導体の原料と同時に一定流量の
Mg元素を含む化合物を、加熱された基板北に供給し、
■族原料の供給を一定の周期で中断し、中断する時間及
び又は■族原料を供給する時間を調節することにより、
口元素のドーピング量を制御することを特徴とする化合
物半導体の気相成長方法である。
方法において、化合物半導体の原料と同時に一定流量の
Mg元素を含む化合物を、加熱された基板北に供給し、
■族原料の供給を一定の周期で中断し、中断する時間及
び又は■族原料を供給する時間を調節することにより、
口元素のドーピング量を制御することを特徴とする化合
物半導体の気相成長方法である。
なお、■族原料の供給時間を、化合物半導体の1〜20
分子層を形成するのに必要な時間とすることが好ましく
、また、結晶成長時の基板温度は300〜600℃の範
囲に調整することが好ましい。300℃より低くすると
、有機金属の分解が起こりにくくなり、結晶成長及びド
ーピングができなくなる。
分子層を形成するのに必要な時間とすることが好ましく
、また、結晶成長時の基板温度は300〜600℃の範
囲に調整することが好ましい。300℃より低くすると
、有機金属の分解が起こりにくくなり、結晶成長及びド
ーピングができなくなる。
(作用)
OMVPE法では、前記の文献にみるように、Mg元素
はその原料の供給量の2乗に比例してドーピングされる
が、約2XIO”am−’で飽和する。それ以上のMg
原子が結晶中に取り込まれても、結晶格子上に配置され
ずに結晶格子間に位置し、正孔を供給するアクセプタと
して機能するためと考えられる。そこで、成長中に■族
原料の供給を停止し、V広原子の上、つまり■広原子の
格子位置にMg原子を配置し、その後、再び■族原料を
供給して結晶成長させることにより、アクセプタとして
機能するMg原子を2XIO”c+s−’以上にするこ
とが可能となる。この際、■族原料の供給を停止する時
間に比例して、■族格子位置1こ配置されるMg原子の
量が変化する。従って、■族原料のイ共給停止時間を調
節することによって、正孔密度を制御することができる
。また、−旦停止した■族原料を供給すると、化合物結
晶が成長し、■族原料とMg原料の供給比で決まる、2
XlO”cm−’以下の正孔密度を有する層を形成する
ことができるが、この層の厚さを変化させることにより
、結晶全体としてみたときの正孔密度を制御することが
できる。
はその原料の供給量の2乗に比例してドーピングされる
が、約2XIO”am−’で飽和する。それ以上のMg
原子が結晶中に取り込まれても、結晶格子上に配置され
ずに結晶格子間に位置し、正孔を供給するアクセプタと
して機能するためと考えられる。そこで、成長中に■族
原料の供給を停止し、V広原子の上、つまり■広原子の
格子位置にMg原子を配置し、その後、再び■族原料を
供給して結晶成長させることにより、アクセプタとして
機能するMg原子を2XIO”c+s−’以上にするこ
とが可能となる。この際、■族原料の供給を停止する時
間に比例して、■族格子位置1こ配置されるMg原子の
量が変化する。従って、■族原料のイ共給停止時間を調
節することによって、正孔密度を制御することができる
。また、−旦停止した■族原料を供給すると、化合物結
晶が成長し、■族原料とMg原料の供給比で決まる、2
XlO”cm−’以下の正孔密度を有する層を形成する
ことができるが、この層の厚さを変化させることにより
、結晶全体としてみたときの正孔密度を制御することが
できる。
このように、2XIQ”cs+−”以下のMg原子を含
んだ薄い結晶の間に■族格子位置にMg原子を配置した
層を繰り返すことにより、結晶格子間に存在するMg原
子がなくなるため、結晶表面が劣化することもなくなる
。
んだ薄い結晶の間に■族格子位置にMg原子を配置した
層を繰り返すことにより、結晶格子間に存在するMg原
子がなくなるため、結晶表面が劣化することもなくなる
。
(実施例1)
第3図の装置の反応管内に、予めAs原料のアルシン(
As li 3 )ガスを流した状態で、GaAs基板
を成長温度の600℃に加熱し、予め排気管に流してい
たビスシクロペンタジェニルマグネシウム(Cp!Mg
)を反応管内に導入した。10分後に、Ga原料のトリ
メチルガリウム(TMG)を反応管に導入してGaAs
結晶の成長を始めた。
As li 3 )ガスを流した状態で、GaAs基板
を成長温度の600℃に加熱し、予め排気管に流してい
たビスシクロペンタジェニルマグネシウム(Cp!Mg
)を反応管内に導入した。10分後に、Ga原料のトリ
メチルガリウム(TMG)を反応管に導入してGaAs
結晶の成長を始めた。
その際、GaAs結晶の成長速度を毎時2μ請となるよ
うにTMGの流量を毎分7mlとした。CI’tIIt
gの流量は、毎分]00elに設定した。その30分後
にTMGを反応管から排気管に切り替え、10秒間成長
を中断してCptMgのみを流し、再びTMGを反応管
に導入して2秒間結晶成長を行い、このサイクルを27
0回繰り返した。その後、TMGとC22klgを30
分間反応管に導入して結晶成長を行い、次いで、TII
IGとCp2Mgf!−排気管に切り替え、基板温度を
室温に戻して成長を終了した。
うにTMGの流量を毎分7mlとした。CI’tIIt
gの流量は、毎分]00elに設定した。その30分後
にTMGを反応管から排気管に切り替え、10秒間成長
を中断してCptMgのみを流し、再びTMGを反応管
に導入して2秒間結晶成長を行い、このサイクルを27
0回繰り返した。その後、TMGとC22klgを30
分間反応管に導入して結晶成長を行い、次いで、TII
IGとCp2Mgf!−排気管に切り替え、基板温度を
室温に戻して成長を終了した。
成長したGaAsの厚さ方向のキャリア密度をC−■測
定したところ、第1図(a)に示すように、従来法の飽
和値の2.5倍である5XlO19cm−3の正孔密度
を得ることができた。
定したところ、第1図(a)に示すように、従来法の飽
和値の2.5倍である5XlO19cm−3の正孔密度
を得ることができた。
(実施例2)
第3図の装置の反応管内に、予めAs 113ガスを流
した状態で、GaAs基板を成長温度の600℃まで加
熱した後、予め排気管に流していたCpyMgを反応管
内に導入した。その後、TMGの供給時間を2秒間、中
断時間を10秒間のサイクルを300回行い、次に、T
MGの供給時間を2秒間、中断時間を5秒間のサイクル
を300回行って成長を終了した。
した状態で、GaAs基板を成長温度の600℃まで加
熱した後、予め排気管に流していたCpyMgを反応管
内に導入した。その後、TMGの供給時間を2秒間、中
断時間を10秒間のサイクルを300回行い、次に、T
MGの供給時間を2秒間、中断時間を5秒間のサイクル
を300回行って成長を終了した。
成長したGapsの厚さ方向のキャリア密度をC−■測
定したところ、第1図(b)に示すように、中断時間が
10秒間の部分の正孔密度は5×1OIIIC1″であ
るのに対して、中断時間が5秒間の部分では正孔密度が
3X10”cm−3に減少している。これは、成長中断
時間が短いために■族格子位置に配置されるMgの量が
減少しているためである。このように成長中断時間を変
えることにより、Cp2Mg流量を一定に保ったまま正
孔密度を制御できることが分かる。
定したところ、第1図(b)に示すように、中断時間が
10秒間の部分の正孔密度は5×1OIIIC1″であ
るのに対して、中断時間が5秒間の部分では正孔密度が
3X10”cm−3に減少している。これは、成長中断
時間が短いために■族格子位置に配置されるMgの量が
減少しているためである。このように成長中断時間を変
えることにより、Cp2Mg流量を一定に保ったまま正
孔密度を制御できることが分かる。
また、この結晶の表面は鏡面であり、劣化は見られなか
った。
った。
なお、成長温度が、60(1℃以上の場合も上記実施例
と同様の効果が得られるが、その場合には、成長中断時
間を分単位にする必要力くあり、成長時間が長くなる。
と同様の効果が得られるが、その場合には、成長中断時
間を分単位にする必要力くあり、成長時間が長くなる。
(実施例3)
第3図の装置の反応管内に、予め^sH,ガスを流した
状態で、GaAs基板を成長温度の600℃まで加熱し
た後、予め排気管に流していたCpyMgを反応管内に
導入した。その後、TMGの供給時間を2秒間、中断時
間を10秒間のサイクルを300回行い、次に、TMG
の供給時間を4秒間、中断時間をic+秒間のサイクル
を300回行って成長を終了した。
状態で、GaAs基板を成長温度の600℃まで加熱し
た後、予め排気管に流していたCpyMgを反応管内に
導入した。その後、TMGの供給時間を2秒間、中断時
間を10秒間のサイクルを300回行い、次に、TMG
の供給時間を4秒間、中断時間をic+秒間のサイクル
を300回行って成長を終了した。
成長したGaAsの厚さ方向のキャリア密度をC−■測
定したところ、第1図(c)に示すように、TMGの供
給時間が2秒間の部分の正孔密度は5X10”as−’
であるのに対して、TMGの供給時間が4秒間の部分で
は正孔密度が2XIQ”am 3に減少している。これ
は、GaAs層の厚さが厚いため、平均の正孔密度が減
少しているためである。このことから、TMGの供給時
間を変えることにより、CptMg流量を一定に保った
まま正孔密度を制御できることが分かる。ただし、この
場合GaAs層の厚さが正孔の自由行程距離より厚くな
ると、1層の結晶とは見なせなくなるので、GaAs層
の厚さは20分子層程度以下である必要がある。この実
施例は、 TMGの供給時間が2秒間のときが4分子層
にあたり、4秒間のときが8分子層にあたる。
定したところ、第1図(c)に示すように、TMGの供
給時間が2秒間の部分の正孔密度は5X10”as−’
であるのに対して、TMGの供給時間が4秒間の部分で
は正孔密度が2XIQ”am 3に減少している。これ
は、GaAs層の厚さが厚いため、平均の正孔密度が減
少しているためである。このことから、TMGの供給時
間を変えることにより、CptMg流量を一定に保った
まま正孔密度を制御できることが分かる。ただし、この
場合GaAs層の厚さが正孔の自由行程距離より厚くな
ると、1層の結晶とは見なせなくなるので、GaAs層
の厚さは20分子層程度以下である必要がある。この実
施例は、 TMGの供給時間が2秒間のときが4分子層
にあたり、4秒間のときが8分子層にあたる。
(発明の効果)
本発明は、上記の構成を採用することにより、■族原料
の供給を停止して成長を中断し、Mg原料のみが反応管
に導入され、■族格子位置にMgが配置するため、2X
I[)”am−’以上の正孔密度を得ることができた。
の供給を停止して成長を中断し、Mg原料のみが反応管
に導入され、■族格子位置にMgが配置するため、2X
I[)”am−’以上の正孔密度を得ることができた。
また、Mg原料の供給流量を一定にしたまま、成長中断
時間及びGaAs層の厚さを変化させて正孔密度を制御
することができるようになった。これは、Mg原料が配
管に吸着し易く、流量の調整が短時間で行うことが困難
であることを考慮すると、従来法に比べて、正孔密度の
制御性を一段と向上させた。
時間及びGaAs層の厚さを変化させて正孔密度を制御
することができるようになった。これは、Mg原料が配
管に吸着し易く、流量の調整が短時間で行うことが困難
であることを考慮すると、従来法に比べて、正孔密度の
制御性を一段と向上させた。
第1図(a)〜(c)は実施例で得たGaAs結晶の深
さ方向の正孔密度の分布を示した図であり、第2図はH
BTの断面PR造図、第3図はOMVPE装置の概念図
である。
さ方向の正孔密度の分布を示した図であり、第2図はH
BTの断面PR造図、第3図はOMVPE装置の概念図
である。
Claims (5)
- (1)Mgドープ化合物半導体の有機金属気相成長方法
において、化合物半導体の原料と同時に一定流量のMg
元素を含む化合物を、加熱された基板上に供給し、III
族原料の供給を一定の周期で中断することにより、Mg
元素のドーピング量を制御することを特徴とする化合物
半導体の気相成長方法。 - (2)III族原料の供給を中断する時間を変化させるこ
とにより、Mg元素のドーピング量を制御することを特
徴とする請求項(1)記載の化合物半導体の気相成長方
法。 - (3)III族原料の供給する時間を変化させることによ
り、Mg元素のドーピング量を制御することを特徴とす
る請求項(1)記載の化合物半導体の気相成長方法。 - (4)結晶成長時の基板温度を600℃以下とすること
を特徴とする請求項(1)〜(3)のいずれか1項に記
載の化合物半導体の気相成長方法。 - (5)請求項(1)〜(4)のいずれか1項に記載の気
相成長方法により、GaAs、AlGaAs、InP及
びGaInAsからなる群より選ばれる1種類以上の化
合物半導体結晶を気相成長させる方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4157389A JPH02221192A (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4157389A JPH02221192A (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02221192A true JPH02221192A (ja) | 1990-09-04 |
Family
ID=12612186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4157389A Pending JPH02221192A (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02221192A (ja) |
-
1989
- 1989-02-23 JP JP4157389A patent/JPH02221192A/ja active Pending
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