JPH0311729A - 化合物半導体薄膜結晶のドーピング方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、■−ｖ族化合物半導体薄膜結晶の電気伝導特
性及びキャリア濃度を制御するために、結晶成長時に不
純物を添加す°るドーピング方法に関する。

［従来の技術］ 従来、分子線エピタキシ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　　Ｂｅ
ａｍＥｐｉｔａｘｙ：　　Ｍ　Ｂ　Ｅ　）法や有機金属
気相エピタキシ（Ｍｅｔａｌ　　Ｏｒｇａｎｉｃ　　Ｖ
ａｐｏｒ　　Ｐｈａｓｅ　　Ｅｐｌｔａｘｙ　：ＭＯＶ
ＰＥ）法により■−Ｖ族化合物半導体を成長する場合は
、一般にｐ型不純物としてＺｎ、Ｂｅ等■族元素が用い
られ、ｎ型不純物としてＳ。

Ｓｅ等の■族元素やＳｉ等の■族元素が用いられている
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のドーピング方法ではｎ型半導体と
ｐ型半導体を含む化合物半導体結晶を成長するときには
２種類の不純物を用いなければならない。このため、２
種類の不純物の拡散係数の違いのために構造設計が困難
であるという問題点がある。

また、２種類の不純物を用いると成長装置内に蓄積した
不純物によるスートドーピングが電気的補償を生じ、急
峻な不純物分布が得られないという問題点もある。

本発明は、１種類の不純物を用いて伝導型の制御を行い
、且つ、急峻な不純物分布の■−ｖ族化合物半導体薄膜
結晶を得るドーピング方法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、超高真空条件下で、■−ｖ族化合物半導体薄
膜結晶内に不純物をドーピングする方法において、添加
する化合物半導体薄膜結晶のドーピング方法において、
前記不純物として■族元素を用い、前記■−Ｖ族化合物
半導体薄膜結晶の最上層を■族元素及びＶ族元素のいず
れか一方で安定化した後、Ｖ族元素と共に■族元素を供
給することを特徴とする。

［作用コ 本発明者の知見によれば、■−ｖ族化合物半導体薄膜結
晶の最上層を■族元素で安定化した後、Ｖ族元素と共に
■族元素を供給すると■族元素は所定の割合で、安定化
面に吸着する。即ち、■族元素はＶ族格子点に配位する
ことが判明した。

また、■−Ｖ族化合物半導体薄膜結晶の最上層をＶ族元
素で安定化した後、Ｖ族元素と共に■族元素を供給する
と■族元素は所定の割合で■族格子点に配位することも
判った。本発明はこの知見に基づき、単一の■族元素を
用いて、異なる導電型をしめす、■−ｖ族化合物半導体
薄膜結晶を成長させることができる。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明の一実施例としてＧａＡｓに両性不純物（■族元
素）であるＳｉを添加する方法を説明する。

始めに、ＧａＡｓ基板の清浄化を行う。清浄化は既知の
方法、例えば次のように行う。

■有機溶剤による脱脂 ■硫酸による脱脂 ■化学エツチングによる表面層のエツチングこうして得
られた清浄なＧａＡｓ基板をホルダーに取り付けた状態
で超高真空（例えば、１０−９〜１０−”　Ｔ　ｏ　ｒ
　ｒ）に保たれた真空槽（ＭＢＥの成長室）に導入する
。

続いて、ＧａＡｓ基板を加熱（３００℃〜６００℃）し
、表面上にＧａＡｓを成長していく。成長方法は、Ｇａ
とＡｓとの分子線を交互に供給する方法（本実施例では
ＭＢＥ）を用いる。

第１図に、それぞれの分子線供給のタイムチャートを示
す。ここではＧａｌ原子層を得るのに必要なＧａ分子線
供給時間を１秒とする。また、ＡＳ分子線供給時間は、
１原子層を得るのに十分な時間よりも長くし、ここでは
２秒とした。

この時間制御はＭＢＥのソースセルのシャツタ開閉時間
を制御することで容易に実現できる。

第１図（ａ）　、（ｂ）　、（ｃ）および第２図（ａ）
、（ｂ）を参照して、Ｖ族格子点に■族元素を配位させ
ｐ型半導体を得る方法を説明する。

まず、Ｇａを１秒間供給することによって、第２図（ａ
）に示すように成長層の表面をＧａ（・で示す）安定化
表面とする。

１秒後、Ａｓ（Ｏで示す）の供給を開始すると共にＳｉ
（◎で示す）の供給を開始する。すると、第２図（ｂ）
に示すようにＡｓとＳｉとはそれぞれの分子線の強度に
応じた割合でＧａ原子層上に吸着する。Ｓｉの供給を終
えた後、Ａｓの再蒸発を防ぐためにＡｓの供給はＧａ供
給が開始されるまで続けられる。

この後Ａｓ供給を停止し、Ｇａを供給すればＡｓ格子点
にＳｉが配位するドーピングが出来る。

上記過程を繰り返すことにより、ｐ型ＧａＡｓが得られ
る。

次に、第１図（ａ）　、（ｂ）　、（ｄ）および第３図
（ａ）。

（ｂ）　、（ｃ）を参照して、■族格子点に■族元素を
配位させｎ型半導体を得る方法を説明する。

第３図（ａ）に示すように、Ｇａを供給し、Ｇａ原子層
を形成した後、その表面をＡｓで安定化する。Ａｓで表
面を安定化した後も、安定化面からＡｓが再蒸発するの
を防ぐためにＡｓの供給を続ける。

第３図（ｂ）に示すように、Ａｓの供給を続けなからＳ
ｉの供給を開始すると、そのＡｓ安定下面上にはＳｉの
みが吸着する。

ＡｓとＳｉの供、給を停止すると同時にＧａの供給を開
始すれば、第３図＜ｃ＞に示すように、Ｇａ格子点にＳ
ｉが配位する。

上記過程を繰り返すことによってｎ型ＧａＡｓを得るこ
とができる。

本実施例の方法によりに作成したＧａＡｓのホトルミネ
ッセンスを第４図及び第５図に示す。

第４図は第１図（ａ）　、（ｂ）　、　（ｃ）に示すタ
イミングで成長したＧａＡｓのホトルミネッセンススペ
クトルである。第４図から明らかなとおり、このＧａＡ
ｓは伝導帯の底からアクセプタ準位への発光遷移が支配
的である。即ち、添加されたＳＬはアクセプタとして活
性化している。

第５図は第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｄ）に示す
タイミングで成長したＧａＡｓのホトルミネッセンスス
ペクトルである。第５図では第４図とは異なり、中性ド
ナーに束縛された励起子による発光再結合が主たる発光
遷移となっている。即ち、添加されたＳｉはドナーとし
て活性化している。

この様に、本実施例によれば１種類の不純物でｎ型とｐ
型のどちらも成長させることができる。

即ち、伝導型を制御できる。このため、半導体構造の設
計が容易になり、電気的補償も発生せず、また、成長装
置も簡略化できる。

また、上記方法は１原子層ずつ不純物をドーピングする
方法であり、Ｓｉは拡散係数が小さいので、急峻な不純
物分布を得ることができ、Ｓｉは人体に無害であるため
、取扱いは極めて容易である。

なお、本発明は、Ｇ　ａ　Ａ　ｓだけでなく、他の■−
Ｖ族化合物半導体にも適応できる。

また、不純物としてＧｅ、Ｓｎなどの■族元素を用いる
こともできる。

［発明の効果］ 本発明によれば、不純物として■族元素を用い、■−Ｖ
族化合物半導体薄膜結晶の最上層を■族元素及びＶ族元
素のいずれか一方で安定化した後、Ｖ族元素と共に■族
元素を供給するようにしたことで、１種類の不純物を用
いて伝導型の制御を行い、且つ、急峻な不純物分布の■
−Ｖ族化合物半導体薄膜結晶を得ることが！きる。

成長層のホトルミネッセンススペクトル、第５図は第３
図の工程によるＧａＡｓ成長層のホトルミネッセンスス
ペクトル。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るドーピング方法の各分
子線供給のタイムチャート、第２図は第１図のタイムチ
ャートに従いＶ族格子点に■族元素を配位させる工程図
、第３図は第１図のタイムチャートに従い■族格子点に
■族元素を配位させる工程図、第４図は第２図の工程に
よるＧａＡｓ第２図 ・・・・・・・・・ ○○○○○○○○ ・・・・・・・・・ ○ＯＯＯ○○○○ ○Ｇａ卵子 ○Ａｓ　ｙｉ子 ＠　Ｓｉ　ＩＰ子 Ｏ○■○○○○■Ｏ ・・・・・・・・ 第３図 （０） ○○○○○○○○○ ・・・・・・・・ ○○○Ｏ○○○○○ ・・・・・・・・ Ｏ○○○○○○○○ ・・・・・・・・ ○ＯＯ○○○○○○ ・・・・・・・・ （ｃ） ・・◎・・・◎・・ ○○○○○○○○ ・・・・・・・・・ ○○○○Ｏ○○○

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超高真空条件下で、III−Ｖ族化合物半導体薄膜結
   晶内に不純物をドーピングする方法において、 前記不純物としてIV族元素を用い、前記III−Ｖ族化合
   物半導体薄膜結晶の最上層をIII族元素及びＶ族元素の
   いずれか一方で安定化した後、Ｖ族元素と共にIV族元素
   を供給することを特徴とする化合物半導体薄膜結晶のド
   ーピング方法。 ２、前記最上層をIII族元素によって安定化した後、前
   記Ｖ族元素と共にIV族元素を供給することによってｐ型
   の伝導型を示す化合物半導体薄膜結晶を得ることを特徴
   とする請求項１記載の化合物半導体薄膜結晶のドーピン
   グ方法。 ３、前記最上層をＶ族元素によって安定化した後、引き
   続きＶ族元素を供給すると共にIV族元素を供給し、その
   後、III族元素を供給することによってｎ型の伝導型を
   示す化合物半導体薄膜結晶の請求項１記載のドーピング
   方法。