JPH05190467A - エピタキシャルウェハの製作方法 - Google Patents

エピタキシャルウェハの製作方法

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JPH05190467A
JPH05190467A JP2051892A JP2051892A JPH05190467A JP H05190467 A JPH05190467 A JP H05190467A JP 2051892 A JP2051892 A JP 2051892A JP 2051892 A JP2051892 A JP 2051892A JP H05190467 A JPH05190467 A JP H05190467A
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JP
Japan
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source gas
epitaxial wafer
tmas
tmga
carbon
Prior art date
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Pending
Application number
JP2051892A
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English (en)
Inventor
Shuichi Tanaka
秀一 田中
Masakiyo Ikeda
正清 池田
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 略760torrで、高濃度の炭素Cを添加
した3−5族化合物半導体層を有機金属気相成長法によ
りエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェハの製
作方法を提供する。 【構成】 3−5族化合物半導体基板上に、炭素Cを不
純物として高濃度(1019cm-3以上)に添加したGa
As(あるいはAlGaAs)層を、有機金属気相成長
法によりエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェ
ハの製作方法において、成長圧力を略760torrと
するために、TMGaとTMAs(あるいはTMGa、
TMAlおよびTMAs)を原料ガスとし、原料ガスの
供給比と基板温度を適切に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロバイポーラトラ
ンジスタなどの高速デバイスに用いるエピタキシャルウ
ェハの製作方法に関する。
【0002】
【従来技術】従来、ヘテロバイポーラトランジスタ(H
BT:Heterojunction Bipolar Transistor)の製作に用
いるエピタキシャルウェーハは、例えば図3に示すよう
な構造をしている。図中、1はGaAs基板、2は厚さ
0.3μmのノンドープGaAsからなるバッファ層、
3は厚さ0.5μmのSiドープGaAs(電子濃度n
>3×1018cm-3)からなる電極形成層、4は厚さ
0.4μmのSiドープGaAs(n=3×1016cm
-3)からなるコレクタ層、5は厚さ0.1μmのCドー
プGaAs(ホール濃度p=4×1019cm-3)からな
るベース層、6は厚さ0.2μmのSiドープAlGa
As(n=3×1017〜3×1018cm-3)からなるエ
ミッタ層、7は厚さ0.1μmのSiドープGaAs
(n>3×1018cm-3)からなる電極形成層である。
このようなエピタキシャルウェーハは、MOVPE(Me
tal Organic Vapor Phase Epitaxy)法あるいはMOMB
E(Metal Oraganic Molecular Beam Epitaxy)法で製作
される。従来、ベース層のp型不純物としては、Zn、
Beなどが用いられていたが、このようなベース層を有
するHBTはトランジスタ特性に経時変化を生ずるとい
う問題があった。そこで、上述のように、p型不純物と
してカーボンを1019cm-3程度ベース層にドーピング
すると、HBTのトランジスタ特性の経時変化を防ぐこ
とができるという事実が注目されている。ところで、M
OMBE法よりも工業的に優れているMOVPE法でp
型不純物としてカーボンを含むGaAsあるいはAlG
aAsからなるベース層をエピタキシャル成長させる場
合、その成長過程は次の通りである。即ち、Ga、Al
の原料ガスとしてトリメチルガリウム(Ga(CH3
3 、以下TMGaと称す)、トリメチルアルミニウム
(Al(CH3 3 、以下TMAlと称す)を、Asの
原料ガスとしてアルシン(AsH3 )を用いる。基板に
は、TMGa、TMAlが分離してGa−CH3 または
Al−CH3 の形で付着する。このメチル基(−C
3 )がアルシンの分解過程で生成される水素ラジカル
と衝突すると、メタンCH4 となり安定するが、衝突し
なければ、GaAsあるいはAlGaAs中にカーボン
として取り込まれる。従って、高濃度のカーボンを添加
したGaAsあるいはAlGaAs層を形成するために
は、メチル基と水素ラジカルが衝突しない条件で成長さ
せることが必要である。この条件としては、次の4条件
があげられる。即ち、 1)AsH3 の分解を抑制するため、反応炉内を減圧状
態にする。 2)AsH3 の分解を抑制するため、成長温度を下げ
る。 3)5族の原料ガス供給量を3族の原料ガス供給量に対
して相対的に小さくする。 4)AsH3 をTMAsなどの水素ラジカルを生成しな
いものに代える。 従来、第1の条件を主に考慮して、カーボンを1019
-3台まで添加したGaAsあるいはAlGaAs層の
成長を行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように、反応炉内を減圧状態にしながら成長を行う方法
では次のような問題があった。即ち、 1)MOVPE装置に圧力コントロール機構を設ける必
要があり、装置が高価になる。 2)排気ポンプのメンテナンスが必要になり、装置の稼
働率が低下する。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決したエピタキシャルウェハの製作方法を提供するもの
で、3−5族化合物半導体基板上に、炭素Cを不純物と
して1019cm-3以上に添加したGaAsを、有機金属
気相成長法によりエピタキシャル成長させるエピタキシ
ャルウェハの製作方法において、トリメチルガリウム
(Ga(CH3 3 、以下TMGaと称す)とトリメチ
ルヒ素(As(CH3 3 、以下TMAsと称す)を原
料ガスとし、原料ガスの供給比TMAs/TMGaを3
以下とし、基板温度を450℃以上、550℃以下と
し、成長圧力を大気圧力と同等に設定することを第1発
明とし、3−5族化合物半導体基板上に、炭素Cを不純
物として1019cm-3以上に添加したAlGaAsを、
有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させるエ
ピタキシャルウェハの製作方法において、TMGa、ト
リメチルアルミニウム(Al(CH3 3 、以下TMA
lと称す)およびTMAsを原料ガスとし、原料ガスの
供給比TMAs/(TMGa+TMAl)を3以下と
し、基板温度を450℃以上、550℃以下とし、成長
圧力を大気圧力と同等に設定することを第2発明とする
ものである。ここで、原料供給比はモル比を意味し、成
長圧力は原料ガス全体の反応炉内の圧力を意味してい
る。
【0005】
【作用】本発明は、成長圧力を略760torr(大気
圧力と同等の圧力)として、高濃度(1019cm-3
上)の炭素Cを不純物としてGaAsおよびAlGaA
sに添加する条件を求めたもので、実験から得られた新
しい知見に基づくものである。上述の原料ガスを用い、
原料ガスの供給比、基板温度および成長圧力を変えて実
験を行ったところ、以下のような結果を得た。即ち、 1)原料ガスの供給比(TMAs/TMGaおよびTM
As/(TMGa+TMAl))を3以下にし、基板温
度を450℃以上、550℃以下とすると、高濃度(1
19cm-3以上)の炭素Cを不純物として添加すること
ができた。 2)上記原料ガスの供給比が3を越えると、ホール濃度
が急激に低下する。 3)基板温度が550℃を越えると、ホール濃度が10
19cm-3より小さくなり、使用不可能になる。また、基
板温度が450℃よりも低くなると、成長速度が小さく
なり、実用性がなくなる。従って、本発明によれば、成
長圧力を略760torrに設定できるので、MOVP
E装置に圧力コントロール機構を設ける必要がなくな
り、排気ポンプのメンテナンスも不要になる。
【0006】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。 実施例1.TMGa−TMAs系およびTMGa−As
3 系の2種類の原料ガス系で、成長圧力を略760t
orrとし、基板温度、原料ガス供給比を変えて、Ga
As基板上にGaAs層を成長さ、その炭素C添加
量、即ちキャリア濃度を Vander Pauw 法で測定した。
その結果を図1に示す。図1から以下のことが判る。即
ち、 1)TMGa−AsH3 系の原料ガスでは、キャリア濃
度は1018cm-3台と小さいのに対して、TMGa−T
MAs系の原料ガスでは、キャリア濃度は4×1019
-3となり、実用上必要なレベルに達している。 2)原料ガスの供給比(TMAs/TMGa)を3以下
にすると、キャリア濃度は原料ガスの供給比に殆ど依存
せず、基板温度の上昇に伴い減少する。このことより、
原料ガスの供給比をこの範囲で一定にすれば、基板温度
によりキャリア濃度を制御できることが判る。なお、こ
の原料ガス供給比が3を越えると、キャリア濃度は急激
に低下した。 3)基板温度が550℃を越えると、キャリア濃度は1
19cm-3以下になり、実用上使用不可能である。ま
た、図2に示すように、基板温度が550℃以下の温度
領域は、成長速度が基板温度の低下とともに遅くなる反
応律速の温度領域であり、550℃を越える温度領域
は、原料ガスの供給で反応速度がきまる供給律速の温度
領域である。この図2から判るように、基板温度が45
0℃よりも低くなると、成長速度が550℃のときの1
/10程度になり、実用にならない。上述の条件でキャ
リア濃度を変え、図3に示したHBT用エピタキシャル
ウェハを製作し、これらのエピタキシャルウェハを用い
てHBTを製作した。ベース層のキャリア濃度を2×1
19cm-3、4×1019cm-3としたときの電流利得β
は、それぞれ120、50という良好な値であり、結晶
性も良好であった。 実施例2.TMGa−TMAl−TMAs系の原料ガス
系で、基板温度、原料ガス供給比、成長圧力を変えてA
X Ga1-X As層を成長させ、その炭素C添加量、即
ちキャリア濃度を実施例1と同様に測定した。その結果
を表1に示す。表1から判るように、この原料ガス系に
おいても、原料ガスの供給比TMAs/(TMGa+T
MAl)を3以下とし、基板温度を450℃以上、55
0℃以下とし、成長圧力を略760torrにすること
により、4×1019cm-3以上の炭素C添加量を有する
AlGaAs層を成長させることができた。
【0007】
【表1】
【0008】なお、上記実施例より、反応律速の温度範
囲(550℃以下)で成長させると、キャリア濃度が高
くなることがわかる。従って、他の3−5族化合物半導
体においても、反応律速の温度範囲で成長させると、キ
ャリア濃度を高くすることができると考えられる。
【0009】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、3
−5族化合物半導体基板上に、炭素Cを不純物として高
濃度(1019cm-3以上)に添加したGaAs(あるい
はAlGaAs)を、有機金属気相成長法によりエピタ
キシャル成長させるエピタキシャルウェハの製作方法に
おいて、TMGaとTMAs(あるいはTMGa、TM
AlおよびTMAs)を原料ガスとし、原料ガスの供給
比と基板温度を適切に設定することにより、成長圧力を
略760torrとすることができるため、MOVPE
装置に圧力コントロール機構を設ける必要がなくなり、
また、排気ポンプのメンテナンスも不要になり、装置の
費用が低減されるとともに、装置稼働率が向上するとい
う優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るエピタキシャルウェハの製作方法
により製作されたGaAs層の基板温度とキャリア濃度
の関係を示す図である。
【図2】本発明に係るエピタキシャルウェハの製作方法
により製作されたGaAs層の基板温度と成長速度の関
係を示す図である。
【図3】HBT用エピタキシャルウェハの断面図であ
る。
【符号の説明】
1 基板 2 バッファ層 3 電極形成層 4 コレクタ層 5 ベース層 6 エミッタ層 7 電極形成層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3−5族化合物半導体基板上に、炭素C
    を不純物として1019cm-3以上に添加したGaAs
    を、有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させ
    るエピタキシャルウェハの製作方法において、トリメチ
    ルガリウム(Ga(CH3 3 、以下TMGaと称す)
    とトリメチルヒ素(As(CH3 3 、以下TMAsと
    称す)を原料ガスとし、原料ガスの供給比TMAs/T
    MGaを3以下とし、基板温度を450℃以上、550
    ℃以下とし、成長圧力を大気圧力と同等に設定すること
    を特徴とするエピタキシャルウェハの製作方法。
  2. 【請求項2】 3−5族化合物半導体基板上に、炭素C
    を不純物として1019cm-3以上に添加したAlGaA
    sを、有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長さ
    せるエピタキシャルウェハの製作方法において、TMG
    a、トリメチルアルミニウム(Al(CH3 3 、以下
    TMAlと称す)およびTMAsを原料ガスとし、原料
    ガスの供給比TMAs/(TMGa+TMAl)を3以
    下とし、基板温度を450℃以上、550℃以下とし、
    成長圧力を大気圧力と同等に設定することを特徴とする
    エピタキシャルウェハの製作方法。
JP2051892A 1992-01-09 1992-01-09 エピタキシャルウェハの製作方法 Pending JPH05190467A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6096617A (en) * 1995-11-14 2000-08-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of manufacturing a carbon-doped compound semiconductor layer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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