JPH0442898A - 化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents
化合物半導体の結晶成長方法Info
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、マグネシウム元素をドープした閃亜鉛鉱型ｍ
−ｖ族化合物半導体を有機金属気相成長法で結晶成長さ
せる方法に関する。
−ｖ族化合物半導体を有機金属気相成長法で結晶成長さ
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
物と金属水素化物を、反応炉中で熱分解させることによ
り、基板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接合デバイ
ス用基板の作製に用いられている。ヘテロ接合デバイス
の中でもＨＢＴ（ヘテロ・バイポーラ・トランジスタ）
は超高速で動作するため、盛んに開発されている。ＩＩ
ＢＴの構造は第３図に示すように、ｎ−ＧａＡｓのコレ
クタ、ｐＧａＡｓのベース、ｎ−Ａ ｌＧａＡｓのエミ
ッタから構成されている。ｌ’ｌＢＴの特性は、ベース
層のキャリア密度が高いほど、高い特性が得られる。従
来、ＯＭＶＰＥ法ではｐ型ドーパントとしてＺｎが用い
られていたが、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に拡散してしまい、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。
物と金属水素化物を、反応炉中で熱分解させることによ
り、基板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接合デバイ
ス用基板の作製に用いられている。ヘテロ接合デバイス
の中でもＨＢＴ（ヘテロ・バイポーラ・トランジスタ）
は超高速で動作するため、盛んに開発されている。ＩＩ
ＢＴの構造は第３図に示すように、ｎ−ＧａＡｓのコレ
クタ、ｐＧａＡｓのベース、ｎ−Ａ ｌＧａＡｓのエミ
ッタから構成されている。ｌ’ｌＢＴの特性は、ベース
層のキャリア密度が高いほど、高い特性が得られる。従
来、ＯＭＶＰＥ法ではｐ型ドーパントとしてＺｎが用い
られていたが、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に拡散してしまい、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。
ＭＢＥ法では、ｌＸｌ０”ｃｉ−’程度まで高密度にド
ーピングすることが可能で、かつ、拡散係数の小さなり
ｅが一般的に用いられているが、ＯＭＶＰｆｉ法では安
全件の問題から、Ｂｅを用いることは困難である。
ーピングすることが可能で、かつ、拡散係数の小さなり
ｅが一般的に用いられているが、ＯＭＶＰｆｉ法では安
全件の問題から、Ｂｅ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桁小さいＭｇのド
ーピングが検討されている。Ｍｇの原料としては、ビス
シクロペンタジェニルマグ不シウム（ＣｐｔＭｇ）又ハ
ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＬＣｐ
Ｊｇ）が用いられる。これらの原料は、液体又は固体の
有機金属であり、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と金属水素化物と共に
反応管に導入され、基板上で熱分解され、結晶中に取り
込まれる。
ーピングが検討されている。Ｍｇの原料としては、ビス
シクロペンタジェニルマグ不シウム（ＣｐｔＭｇ）又ハ
ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＬＣｐ
Ｊｇ）が用いられる。これらの原料は、液体又は固体の
有機金属であり、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と金属水素化物と共に
反応管に導入され、基板上で熱分解され、結晶中に取り
込まれる。
第４図は、有機金属気相成長法により、Ｍｇドープ化合
物半導体結晶を成長させる装置の概念図である。予め、
反応管を減圧し、化合物半導体の■族原料は水素ガスに
よって反応管に導入され、■族原料は水素化物ガスの形
で導入される。これらの原料は、過熱された基板上で熱
分解され、基板上に化合物半導体結晶を成長する。この
化合物半導体中にｐ型の層を形成するには、予め排気管
に流していた口原料を含んだ水素ガスを、ノマルブＡヲ
閉シ、バルブＢを開（ことによって、反応管中に導入し
、所定の厚さのＰ層を成長しブ１、バルブＢを閉じ、バ
ルブＡを開いてＭｇ原料ガスを反応管から排気管へ切り
替えることにより行われる。
物半導体結晶を成長させる装置の概念図である。予め、
反応管を減圧し、化合物半導体の■族原料は水素ガスに
よって反応管に導入され、■族原料は水素化物ガスの形
で導入される。これらの原料は、過熱された基板上で熱
分解され、基板上に化合物半導体結晶を成長する。この
化合物半導体中にｐ型の層を形成するには、予め排気管
に流していた口原料を含んだ水素ガスを、ノマルブＡヲ
閉シ、バルブＢを開（ことによって、反応管中に導入し
、所定の厚さのＰ層を成長しブ１、バルブＢを閉じ、バ
ルブＡを開いてＭｇ原料ガスを反応管から排気管へ切り
替えることにより行われる。
（発明が解決しようとする課題）
上記のＯＭＶ’ＰＥ法でＭｇドープＧａＡｓ層を成長す
るときに、基板の（１００）面から隣接する（１１０）
面へ２度傾けた基板上にＭｇドープＧａＡｓを成長して
いるが、ｌＸｌ０”ｃ■−３以上のドーピングを行うと
結晶表面が劣化するという問題があった（例えば、Ｊｏ
ｕｒ＋ａｌ ｏｒＥｌｅｃｔｏｎｉｃｓ Ｍａｔｅｒｉ
ａｌｓ、 Ｖｏｌ、 １２． Ｎｏ、 ３． ｐ、 ５
０７〜５２４）。
るときに、基板の（１００）面から隣接する（１１０）
面へ２度傾けた基板上にＭｇドープＧａＡｓを成長して
いるが、ｌＸｌ０”ｃ■−３以上のドーピングを行うと
結晶表面が劣化するという問題があった（例えば、Ｊｏ
ｕｒ＋ａｌ ｏｒＥｌｅｃｔｏｎｉｃｓ Ｍａｔｅｒｉ
ａｌｓ、 Ｖｏｌ、 １２． Ｎｏ、 ３． ｐ、 ５
０７〜５２４）。
本発明は、上記の問題を解消して、１０”ｃ＋ｎ−’以
上のマグネシウム元素をドーピングする場合においても
、結晶表面が平坦な閃亜鉛鉱型■−■族化合物半導体単
結晶を結晶成長可能な方法を提供しようとするものであ
る。
上のマグネシウム元素をドーピングする場合においても
、結晶表面が平坦な閃亜鉛鉱型■−■族化合物半導体単
結晶を結晶成長可能な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、マグネシウム元素をドープした閃亜鉛鉱型■
−■族化合物半導体を有機金属気相成長法で結晶成長さ
せる方法において、同一結晶構造を有する基板を（１０
０）面から隣接する（ＩＩＩ）Ａ面又は（１１１）８面
に０．５度以上傾けて結晶成長させることを特徴とする
化合物半導体の結晶成長方法である。なお、上記基板の
傾きの好ましい上限は、約１０度である。
−■族化合物半導体を有機金属気相成長法で結晶成長さ
せる方法において、同一結晶構造を有する基板を（１０
０）面から隣接する（ＩＩＩ）Ａ面又は（１１１）８面
に０．５度以上傾けて結晶成長させることを特徴とする
化合物半導体の結晶成長方法である。なお、上記基板の
傾きの好ましい上限は、約１０度である。
本発明の結晶成長方法に好適な化合物半導体としては、
ＧａＡｓ、 ＡｌＧａＡｓ、 ＩｎＰ、 Ｇａ１ｎＡｓ
などを挙げることができる。
ＧａＡｓ、 ＡｌＧａＡｓ、 ＩｎＰ、 Ｇａ１ｎＡｓ
などを挙げることができる。
（作用）
ＯＭＶＰＥ法においては、上記の文献に示されるように
、Ｍｇ原料の供給量の２乗に比例してドーピングされる
が、約２Ｘ１０’″Ｃ１−３で飽和する。このように、
正孔密度が飽和する原因としては、通常の（１１０）面
又は（１００）面から隣接する（＋１０）面へ傾けた基
板上に成長する方法では、２ＸＩＯ”Ｃｍ−３以上の口
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
て機能しないためと考えられる。
、Ｍｇ原料の供給量の２乗に比例してドーピングされる
が、約２Ｘ１０’″Ｃ１−３で飽和する。このように、
正孔密度が飽和する原因としては、通常の（１１０）面
又は（１００）面から隣接する（＋１０）面へ傾けた基
板上に成長する方法では、２ＸＩＯ”Ｃｍ−３以上の口
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
て機能しないためと考えられる。
そこで、本発明者らは、基板面を傾ける方位を隣接の（
Ｉｌｌ）面に変更し、傾ける角度も０．５度以上、好ま
しくは０．５〜ＩＯ度の範囲で調節したところ、ｌ×１
０ＩＩｌｃＩ１１−３以上のＭｇドーピングを行っても
平坦なエピタキシャル表面を得ることができた。これは
、■族原子の格子位置にＭｇ原子が位置しやすくなり、
格子間に位置するＭｇ原子が減少するため、異常成長の
発生が抑制され、ＩＸＩ（１”ｃｍ−３以上の、１１ｇ
ドーピングを行っても表面が劣化しないものと考えられ
る。
Ｉｌｌ）面に変更し、傾ける角度も０．５度以上、好ま
しくは０．５〜ＩＯ度の範囲で調節したところ、ｌ×１
０ＩＩｌｃＩ１１−３以上のＭｇドーピングを行っても
平坦なエピタキシャル表面を得ることができた。これは
、■族原子の格子位置にＭｇ原子が位置しやすくなり、
格子間に位置するＭｇ原子が減少するため、異常成長の
発生が抑制され、ＩＸＩ（１”ｃｍ−３以上の、１１ｇ
ドーピングを行っても表面が劣化しないものと考えられ
る。
（実施例１）
予め反応管内にＡｓ原料のアルシン（＾５Ｈ３）ガスを
流した状態で、（１００）面から隣接した（ＩＩＩ）Ａ
面へ２度傾けたＧａＡｓ基板と、比較のために（１００
）面から隣接した（＋１０）Ａ面へ２度傾けたＧａＡｓ
基板を、同時に反応管内に設置し、温度６５０°Ｃまで
加熱した後、予め排気管へ流しておいたＣｐｙＭｇを毎
分６０ｍ１で反応管内に導入した。１０分後に、Ｃａ原
料のＴＭＧａを毎分７ｎ＋Ｉで反応管へ導入して、毎時
２μｍの成長速度でＧａＡｓの成長を始めた。９０分後
、ＴＭＧａとＣｐｔＭｇを排気管に切り替え、基板温度
を室温に戻し成長を終了した。
流した状態で、（１００）面から隣接した（ＩＩＩ）Ａ
面へ２度傾けたＧａＡｓ基板と、比較のために（１００
）面から隣接した（＋１０）Ａ面へ２度傾けたＧａＡｓ
基板を、同時に反応管内に設置し、温度６５０°Ｃまで
加熱した後、予め排気管へ流しておいたＣｐｙＭｇを毎
分６０ｍ１で反応管内に導入した。１０分後に、Ｃａ原
料のＴＭＧａを毎分７ｎ＋Ｉで反応管へ導入して、毎時
２μｍの成長速度でＧａＡｓの成長を始めた。９０分後
、ＴＭＧａとＣｐｔＭｇを排気管に切り替え、基板温度
を室温に戻し成長を終了した。
第１図及び第２図は、上記実施例及び比較例の２種類の
ＧａＡｓ基板上に成長したＭｇドープＧａＡｓエピタキ
シャル層の表面をノマルスキイ式光学顕微鏡を用いて倍
率１０００倍で撮影した結晶構造の顕微鏡写真である。
ＧａＡｓ基板上に成長したＭｇドープＧａＡｓエピタキ
シャル層の表面をノマルスキイ式光学顕微鏡を用いて倍
率１０００倍で撮影した結晶構造の顕微鏡写真である。
第１図は、本発明とは関係のない表面欠陥による中央の
キズを除いて、エピタキシャル表面が鏡面であるのに対
し、第２図は、エピタキシャル表面が劣化していること
が分かる。
キズを除いて、エピタキシャル表面が鏡面であるのに対
し、第２図は、エピタキシャル表面が劣化していること
が分かる。
（実施例２）
実施例１の成長条件において、基板を（１００）面から
隣接（ＩＩＩ）Ａ面へ７度傾け、その他の成長条件を同
じにしてＭｇドープＧａＡｓエピタ牛シャル層を成長さ
せたところ、エピタキシャル表面は実施例１と同様に鏡
面であり、劣化は見られなかった。
隣接（ＩＩＩ）Ａ面へ７度傾け、その他の成長条件を同
じにしてＭｇドープＧａＡｓエピタ牛シャル層を成長さ
せたところ、エピタキシャル表面は実施例１と同様に鏡
面であり、劣化は見られなかった。
（発明の効果）
本発明は、上記の構成を採用し、基板の傾きを調節する
ことにより、１Ｇ”ａｍ−’以上のマグネシウム元素を
ドーピングする場合においても、結晶表面が平坦な閃亜
鉛鉱型■−■族化合物半導体単結晶を得ることができる
ようになった。
ことにより、１Ｇ”ａｍ−’以上のマグネシウム元素を
ドーピングする場合においても、結晶表面が平坦な閃亜
鉛鉱型■−■族化合物半導体単結晶を得ることができる
ようになった。
第１図並びに第２図は、本発明の実施例１並びに比較例
で得たＧａＡｓエピタキシャル層の表面を撮影した結晶
構造の顕微鏡写真、第３図は、ＨＢＴの断面模式図、第
４図は、ＯＭＶＰＥ装置の概念図である。 第１図 第２図
で得たＧａＡｓエピタキシャル層の表面を撮影した結晶
構造の顕微鏡写真、第３図は、ＨＢＴの断面模式図、第
４図は、ＯＭＶＰＥ装置の概念図である。 第１図 第２図
Claims (2)
- （１）マグネシウム元素をドープした閃亜鉛鉱型III−
Ｖ族化合物半導体を有機金属気相成長法で結晶成長させ
る方法において、同一結晶構造を有する基板を（１００
）面から隣接する（１１１）Ａ面又は（１１１）Ｂ面に
０．５度以上傾けて結晶成長させることを特徴とする化
合物半導体の結晶成長方法。 - （２）上記の化合物半導体が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である請求項（１）記載の化合物半
導体の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14446990A JP2870989B2 (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14446990A JP2870989B2 (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0442898A true JPH0442898A (ja) | 1992-02-13 |
| JP2870989B2 JP2870989B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=15363010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14446990A Expired - Lifetime JP2870989B2 (ja) | 1990-06-04 | 1990-06-04 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2870989B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994016459A1 (fr) * | 1993-01-13 | 1994-07-21 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Substrat epitaxial semiconducteur |
| JPH076971A (ja) * | 1993-01-25 | 1995-01-10 | Ohio Aerospace Inst | 合成半導体及び制御されたそのドーピング |
| US5709745A (en) * | 1993-01-25 | 1998-01-20 | Ohio Aerospace Institute | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
-
1990
- 1990-06-04 JP JP14446990A patent/JP2870989B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994016459A1 (fr) * | 1993-01-13 | 1994-07-21 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Substrat epitaxial semiconducteur |
| JPH076971A (ja) * | 1993-01-25 | 1995-01-10 | Ohio Aerospace Inst | 合成半導体及び制御されたそのドーピング |
| US5709745A (en) * | 1993-01-25 | 1998-01-20 | Ohio Aerospace Institute | Compound semi-conductors and controlled doping thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2870989B2 (ja) | 1999-03-17 |
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