JPH05291137A - 半導体材料及びその製造方法 - Google Patents
半導体材料及びその製造方法Info
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- JPH05291137A JPH05291137A JP12264892A JP12264892A JPH05291137A JP H05291137 A JPH05291137 A JP H05291137A JP 12264892 A JP12264892 A JP 12264892A JP 12264892 A JP12264892 A JP 12264892A JP H05291137 A JPH05291137 A JP H05291137A
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- Pending
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 III−Ｖ族化合物半導体に不純物を多量添加
した場合にキャリア濃度が低減する現象を解決し、キャ
リア密度が高くて低抵抗のIII−Ｖ族化合物半導体材料
を得る。 【構成】 ＭＢＥ法により、ＣｒＯをドープした（１１
１）Ａ面のＧａＡｓ基板の上にＧａＡｓ層をエピタキシ
ャル成長させ、同時にＧａＡｓ層にＳｉ及びＢｅを不純
物元素として添加する。II族のＢｅはIII族のＧａサイ
トに入り、ｐ型キャリア（ホールｈ）を発生する。ま
た、IV族のＳｉはＶ族のＡｓサイトに入り、同じくｐ型
キャリア（ホールｈ）を発生する。
した場合にキャリア濃度が低減する現象を解決し、キャ
リア密度が高くて低抵抗のIII−Ｖ族化合物半導体材料
を得る。 【構成】 ＭＢＥ法により、ＣｒＯをドープした（１１
１）Ａ面のＧａＡｓ基板の上にＧａＡｓ層をエピタキシ
ャル成長させ、同時にＧａＡｓ層にＳｉ及びＢｅを不純
物元素として添加する。II族のＢｅはIII族のＧａサイ
トに入り、ｐ型キャリア（ホールｈ）を発生する。ま
た、IV族のＳｉはＶ族のＡｓサイトに入り、同じくｐ型
キャリア（ホールｈ）を発生する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体材料及びその製造
方法に関する。具体的にいうと、本発明は、高キャリア
濃度のIII−Ｖ族化合物半導体と、その製造方法に関す
る。
方法に関する。具体的にいうと、本発明は、高キャリア
濃度のIII−Ｖ族化合物半導体と、その製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】III−Ｖ族化合物半導体、
例えばＧａＡｓ系半導体に不純物を添加する方法として
は、半導体結晶中に不純物イオンを打ち込むイオン注入
法、結晶成長中に不純物を添加するＭＢＥ（分子線エピ
タキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（metal-organic CVD）
法、ＬＰＥ（液相成長）法等が広く知られている。
例えばＧａＡｓ系半導体に不純物を添加する方法として
は、半導体結晶中に不純物イオンを打ち込むイオン注入
法、結晶成長中に不純物を添加するＭＢＥ（分子線エピ
タキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（metal-organic CVD）
法、ＬＰＥ（液相成長）法等が広く知られている。
【０００３】しかしながら、ＧａＡｓ系半導体に単一の
不純物元素を添加する場合、これらの不純物添加方法に
より不純物の添加量を増やしてゆくと、種々の問題が発
生していた。例えば、ＭＢＥ法によってＧａＡｓにＳｉ
を添加する場合には、ＧａＡｓの（１００）面では図１
に示すようにＳｉがＧａサイト（III族サイト）に入っ
てｎ型キャリア（電子ｅ）を発生し、（１１１）Ａ面で
は図２に示すようにＳｉがＡｓサイト（Ｖ族サイト）に
入ってｐ型キャリア（ホールｈ）を発生するが、いずれ
の場合でも不純物の添加量が一定値を越えるとキャリア
密度が飽和し、さらに添加量を増すとキャリア密度が減
少する。
不純物元素を添加する場合、これらの不純物添加方法に
より不純物の添加量を増やしてゆくと、種々の問題が発
生していた。例えば、ＭＢＥ法によってＧａＡｓにＳｉ
を添加する場合には、ＧａＡｓの（１００）面では図１
に示すようにＳｉがＧａサイト（III族サイト）に入っ
てｎ型キャリア（電子ｅ）を発生し、（１１１）Ａ面で
は図２に示すようにＳｉがＡｓサイト（Ｖ族サイト）に
入ってｐ型キャリア（ホールｈ）を発生するが、いずれ
の場合でも不純物の添加量が一定値を越えるとキャリア
密度が飽和し、さらに添加量を増すとキャリア密度が減
少する。
【０００４】一例として、ＧａＡｓの（１００）面にＳ
ｉを高濃度に添加した場合のＳｉ原子密度とキャリア密
度との関係を図３に示す。Ｓｉ原子密度が１０18ｃｍ-3
強までは、Ｓｉ原子密度に比例してキャリア密度も増加
しているが、Ｓｉ原子密度が１０18ｃｍ-3を越えると、
逆にキャリア密度が減少する。すなわち、Ｓｉ原子が一
定密度以上添加されると、正しくＧａサイトを占めなく
なり、例えばクラスター状に凝集することによりｎ型キ
ャリアを発生できなくなる。このような現象は、キャリ
アを発生できる状態で不純物を取り込むことのできるＧ
ａサイト、あるいはＡｓサイトの密度に上限があること
により生じており、単一の不純物元素を添加する限り避
け難い問題であった。
ｉを高濃度に添加した場合のＳｉ原子密度とキャリア密
度との関係を図３に示す。Ｓｉ原子密度が１０18ｃｍ-3
強までは、Ｓｉ原子密度に比例してキャリア密度も増加
しているが、Ｓｉ原子密度が１０18ｃｍ-3を越えると、
逆にキャリア密度が減少する。すなわち、Ｓｉ原子が一
定密度以上添加されると、正しくＧａサイトを占めなく
なり、例えばクラスター状に凝集することによりｎ型キ
ャリアを発生できなくなる。このような現象は、キャリ
アを発生できる状態で不純物を取り込むことのできるＧ
ａサイト、あるいはＡｓサイトの密度に上限があること
により生じており、単一の不純物元素を添加する限り避
け難い問題であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、III−Ｖ族化合物
半導体に不純物を多量添加した場合にキャリア密度が低
減する現象を解決し、キャリア密度が高くて低抵抗の半
導体材料を得ることを目的としてなされたものである。
の欠点に鑑みてなされたものであり、III−Ｖ族化合物
半導体に不純物を多量添加した場合にキャリア密度が低
減する現象を解決し、キャリア密度が高くて低抵抗の半
導体材料を得ることを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体材料
は、III−Ｖ族化合物半導体に２種の不純物元素を添加
し、一方の不純物原子をIII族サイトに置き、他方の不
純物原子をＶ族サイトに置き、かつ、両不純物元素によ
り同一導電型のキャリアを発生させて成ることを特徴と
している。
は、III−Ｖ族化合物半導体に２種の不純物元素を添加
し、一方の不純物原子をIII族サイトに置き、他方の不
純物原子をＶ族サイトに置き、かつ、両不純物元素によ
り同一導電型のキャリアを発生させて成ることを特徴と
している。
【０００７】また、本発明による半導体材料の製造方法
は、所定の面方位を有する基板上にIII−Ｖ族化合物半
導体をエピタキシャル成長させると共に当該III−Ｖ族
化合物半導体に２種の不純物元素を添加し、一方の不純
物原子をIII族サイトに置くと共に他方の不純物原子を
Ｖ族サイトに置き、かつ、両不純物元素により同一導電
型のキャリアを発生させることを特徴としている。
は、所定の面方位を有する基板上にIII−Ｖ族化合物半
導体をエピタキシャル成長させると共に当該III−Ｖ族
化合物半導体に２種の不純物元素を添加し、一方の不純
物原子をIII族サイトに置くと共に他方の不純物原子を
Ｖ族サイトに置き、かつ、両不純物元素により同一導電
型のキャリアを発生させることを特徴としている。
【０００８】
【作用】本発明にあっては、III族サイトに入った一方
の不純物原子とＶ族サイトに入った他方の不純物原子と
により同一導電型のキャリアを発生させているので、キ
ャリアを発生できる状態で不純物を取り込むことのでき
る全密度が、キャリアを発生できる状態で不純物を取り
込むことのできるIII族サイトの密度とＶ族サイトの密
度との和になる。したがって、キャリア密度の上限値を
倍増することができ、キャリア密度が大きくて低抵抗の
半導体材料を得ることができる。
の不純物原子とＶ族サイトに入った他方の不純物原子と
により同一導電型のキャリアを発生させているので、キ
ャリアを発生できる状態で不純物を取り込むことのでき
る全密度が、キャリアを発生できる状態で不純物を取り
込むことのできるIII族サイトの密度とＶ族サイトの密
度との和になる。したがって、キャリア密度の上限値を
倍増することができ、キャリア密度が大きくて低抵抗の
半導体材料を得ることができる。
【０００９】
【実施例】以下、ＭＢＥ法により基板上にＧａＡｓ層を
成長させ、このＧａＡｓ層に不純物としてＳｉ（IV族）
及びＢｅ（II族）を添加した場合を具体的に説明する。
ＧａＡｓ層を成長させるための基板としては、ＣｒＯを
ドープした（１１１）Ａ面のＧａＡｓ基板を用い、これ
をＭＢＥ装置内の基板ホルダーにセットして８００℃に
保持した。また、Ｓｉ及びＢｅをそれぞれクヌードセン
セル（Ｋセル）に入れ、結晶成長中のＳｉ及びＢｅのＫ
セル温度をそれぞれ１１５０℃、１０００℃とした。こ
うしてＭＢＥ装置内において、基板の（１１１）Ａ面の
上に成長させたＧａＡｓ層にＳｉ及びＢｅを不純物元素
として添加した。
成長させ、このＧａＡｓ層に不純物としてＳｉ（IV族）
及びＢｅ（II族）を添加した場合を具体的に説明する。
ＧａＡｓ層を成長させるための基板としては、ＣｒＯを
ドープした（１１１）Ａ面のＧａＡｓ基板を用い、これ
をＭＢＥ装置内の基板ホルダーにセットして８００℃に
保持した。また、Ｓｉ及びＢｅをそれぞれクヌードセン
セル（Ｋセル）に入れ、結晶成長中のＳｉ及びＢｅのＫ
セル温度をそれぞれ１１５０℃、１０００℃とした。こ
うしてＭＢＥ装置内において、基板の（１１１）Ａ面の
上に成長させたＧａＡｓ層にＳｉ及びＢｅを不純物元素
として添加した。
【００１０】つぎに、上記のようにして得た（１１１）
Ａ面上のＧａＡｓ層の不純物元素の密度を調べるため、
二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による測定を行なっ
た。その結果、 Ｓｉ原子密度 Ｎ［Ｓｉ］＝５.５×１０19［ｃｍ-3］ … Ｂｅ原子密度 Ｎ［Ｂｅ］＝６.５×１０19［ｃｍ-3］ … という値が得られた。つぎに、ホール効果測定用サンプ
ルを作製し、ファン・デア・ポー法により伝導型及びキ
ャリア密度を求めた。その結果、キャリアタイプはｐ型
を示し、 キャリア密度 Ｐ［（１１１）Ａ］＝８.８×１０19［ｃｍ-3］ … であった。
Ａ面上のＧａＡｓ層の不純物元素の密度を調べるため、
二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による測定を行なっ
た。その結果、 Ｓｉ原子密度 Ｎ［Ｓｉ］＝５.５×１０19［ｃｍ-3］ … Ｂｅ原子密度 Ｎ［Ｂｅ］＝６.５×１０19［ｃｍ-3］ … という値が得られた。つぎに、ホール効果測定用サンプ
ルを作製し、ファン・デア・ポー法により伝導型及びキ
ャリア密度を求めた。その結果、キャリアタイプはｐ型
を示し、 キャリア密度 Ｐ［（１１１）Ａ］＝８.８×１０19［ｃｍ-3］ … であった。
【００１１】また、比較のため、ＣｒＯをドープした
（１００）面のＧａＡｓ基板を用い、同様な条件下で、
ＭＢＥ法により（１００）面上にＧａＡｓ層をエピタキ
シャル成長させ、ＧａＡｓ層にＳｉ及びＢｅを不純物元
素として添加した。この（１００）面上のＧａＡｓ層の
不純物元素の密度を、二次イオン質量分析により測定し
たところ、同じく Ｓｉ原子密度 Ｎ［Ｓｉ］＝５.５×１０19［ｃｍ-3］ … Ｂｅ原子密度 Ｎ［Ｂｅ］＝６.５×１０19［ｃｍ-3］ … という値が得られた。つぎに、ホール効果測定用の比較
例サンプルを作製し、ファン・デア・ポー法により伝導
型及びキャリア密度を求めたところ、キャリアタイプは
ｐ型で、 キャリア密度 Ｐ［（１００）］＝１.０×１０18［ｃｍ-3］ … であった。
（１００）面のＧａＡｓ基板を用い、同様な条件下で、
ＭＢＥ法により（１００）面上にＧａＡｓ層をエピタキ
シャル成長させ、ＧａＡｓ層にＳｉ及びＢｅを不純物元
素として添加した。この（１００）面上のＧａＡｓ層の
不純物元素の密度を、二次イオン質量分析により測定し
たところ、同じく Ｓｉ原子密度 Ｎ［Ｓｉ］＝５.５×１０19［ｃｍ-3］ … Ｂｅ原子密度 Ｎ［Ｂｅ］＝６.５×１０19［ｃｍ-3］ … という値が得られた。つぎに、ホール効果測定用の比較
例サンプルを作製し、ファン・デア・ポー法により伝導
型及びキャリア密度を求めたところ、キャリアタイプは
ｐ型で、 キャリア密度 Ｐ［（１００）］＝１.０×１０18［ｃｍ-3］ … であった。
【００１２】いま、上記〜の値を比較すると、これ
らの結果は、概ね、 キャリア密度 Ｐ［（１１１）Ａ］≒Ｎ［Ｂｅ］＋Ｎ［Ｓｉ］ … キャリア密度 Ｐ［（１００）］≒Ｎ［Ｂｅ］−Ｎ［Ｓｉ］ … の関係を満足している。
らの結果は、概ね、 キャリア密度 Ｐ［（１１１）Ａ］≒Ｎ［Ｂｅ］＋Ｎ［Ｓｉ］ … キャリア密度 Ｐ［（１００）］≒Ｎ［Ｂｅ］−Ｎ［Ｓｉ］ … の関係を満足している。
【００１３】このように（１１１）Ａ面で高いキャリア
密度を得ることができるのは、つぎのような理由によ
る。（１１１）Ａ面では、II族のＢｅはIII族のＧａサ
イトに入り、ｐ型キャリア（ホールｈ）を発生する。ま
た、IV族のＳｉはＶ族のＡｓサイトに入り、同じくｐ型
キャリア（ホールｈ）を発生する。こうして、図４に示
すように、両不純物元素とも同一伝導型のキャリアの発
生に寄与するため、そのキャリア密度が増加することに
なる。上記式は、これを裏付けている。
密度を得ることができるのは、つぎのような理由によ
る。（１１１）Ａ面では、II族のＢｅはIII族のＧａサ
イトに入り、ｐ型キャリア（ホールｈ）を発生する。ま
た、IV族のＳｉはＶ族のＡｓサイトに入り、同じくｐ型
キャリア（ホールｈ）を発生する。こうして、図４に示
すように、両不純物元素とも同一伝導型のキャリアの発
生に寄与するため、そのキャリア密度が増加することに
なる。上記式は、これを裏付けている。
【００１４】一方、（１００）面を用いた場合は、Ｓ
ｉ、Ｂｅ共にＧａサイトに入り、図５に示すように、Ｓ
ｉはｎ型キャリア（電子ｅ）を発生し、Ｂｅはｐ型キャ
リア（ホールｈ）を発生するため、互いに補償しあって
高いキャリア密度を得られない。上記式は、これを支
持している。
ｉ、Ｂｅ共にＧａサイトに入り、図５に示すように、Ｓ
ｉはｎ型キャリア（電子ｅ）を発生し、Ｂｅはｐ型キャ
リア（ホールｈ）を発生するため、互いに補償しあって
高いキャリア密度を得られない。上記式は、これを支
持している。
【００１５】したがって、例えばＧａＡｓの（１１１）
Ａ面を用い、不純物元素の価電子数と添加されたときの
原子位置（置換位置）の性質を巧みに利用することによ
り、キャリアを発生できる状態で不純物を取り込むこと
のできるＧａＡｓの密度を非常に大きくすることができ
る。すなわち、キャリアを発生できる状態で不純物を取
り込むことのできるＧａサイトの密度とＡｓサイトの密
度の和だけの密度で不純物を取り込むことができるよう
になり、キャリア密度の上限値を大きくすることができ
るのである。
Ａ面を用い、不純物元素の価電子数と添加されたときの
原子位置（置換位置）の性質を巧みに利用することによ
り、キャリアを発生できる状態で不純物を取り込むこと
のできるＧａＡｓの密度を非常に大きくすることができ
る。すなわち、キャリアを発生できる状態で不純物を取
り込むことのできるＧａサイトの密度とＡｓサイトの密
度の和だけの密度で不純物を取り込むことができるよう
になり、キャリア密度の上限値を大きくすることができ
るのである。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、キャリアを発生できる
状態で不純物を取り込むことのできる全密度が、キャリ
アを発生できる状態で不純物を取り込むことのできるII
I族サイトの密度とＶ族サイトの密度との和になるの
で、キャリア密度の上限値を大幅に増大することがで
き、不純物原子密度を高くすることによってキャリア密
度を大きくすることができる。
状態で不純物を取り込むことのできる全密度が、キャリ
アを発生できる状態で不純物を取り込むことのできるII
I族サイトの密度とＶ族サイトの密度との和になるの
で、キャリア密度の上限値を大幅に増大することがで
き、不純物原子密度を高くすることによってキャリア密
度を大きくすることができる。
【００１７】したがって、キャリア密度が大きくて低抵
抗のIII−Ｖ族化合物半導体材料を得ることができ、本
発明は、半導体レーザの低抵抗層やＦＥＴ（電界効果型
トランジスタ）のソース、ドレインなどのデバイスの主
要な構成要素として大きな利用価値が得られる。
抗のIII−Ｖ族化合物半導体材料を得ることができ、本
発明は、半導体レーザの低抵抗層やＦＥＴ（電界効果型
トランジスタ）のソース、ドレインなどのデバイスの主
要な構成要素として大きな利用価値が得られる。
【図１】ＧａＡｓの（１１１）面に添加されたＳｉ原子
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図２】ＧａＡｓの（１００）面に添加されたＳｉ原子
を示す模式図である。
を示す模式図である。
【図３】ＧａＡｓの（１００）面にＳｉを添加した場合
の、Ｓｉ原子密度とキャリア密度との関係を示す図であ
る。
の、Ｓｉ原子密度とキャリア密度との関係を示す図であ
る。
【図４】ＧａＡｓの（１１１）Ａ面に添加されたＳｉ及
びＢｅ原子を示す模式図である。
びＢｅ原子を示す模式図である。
【図５】ＧａＡｓの（１００）面に添加されたＳｉ及び
Ｂｅ原子を示す模式図である。
Ｂｅ原子を示す模式図である。
Ａｓ Ａｓ原子 Ｇａ Ｇａ原子 Ｓｉ Ｓｉ原子 Ｂｅ Ｂｅ原子 ｅ 電子 ｈ ホール
Claims (2)
- 【請求項１】 III−Ｖ族化合物半導体に２種の不純物
元素を添加し、一方の不純物原子をIII族サイトに置
き、他方の不純物原子をＶ族サイトに置き、かつ、両不
純物元素により同一導電型のキャリアを発生させた半導
体材料。 - 【請求項２】 所定の面方位を有する基板上にIII−Ｖ
族化合物半導体をエピタキシャル成長させると共に当該
III−Ｖ族化合物半導体に２種の不純物元素を添加し、
一方の不純物原子をIII族サイトに置くと共に他方の不
純物原子をＶ族サイトに置き、かつ、両不純物元素によ
り同一導電型のキャリアを発生させることを特徴とする
半導体材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12264892A JPH05291137A (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 半導体材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12264892A JPH05291137A (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 半導体材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05291137A true JPH05291137A (ja) | 1993-11-05 |
Family
ID=14841175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12264892A Pending JPH05291137A (ja) | 1992-04-15 | 1992-04-15 | 半導体材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05291137A (ja) |
-
1992
- 1992-04-15 JP JP12264892A patent/JPH05291137A/ja active Pending
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