JPH05343322A

JPH05343322A - 化合物半導体結晶層形成法

Info

Publication number: JPH05343322A
Application number: JP22954291A
Authority: JP
Inventors: Tomoo Yamamoto; 知生山本; Yasuyuki Nanishi; ▲やす▼之名西; Naoto Kondo; 直人近藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1991-08-16
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】半導体基板上に、不純物が高い不純物濃度で
導入されている化合物半導体結晶層を、高い不純物濃度
に応じた高いキャリア濃度を有するものとして、形成す
る。【構成】形成せんとする化合物半導体結晶層の原料ガ
スのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ、また
はそれと還元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電子
サイクロトロン共鳴プラズマ８とを生成させ、その生成
されたマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマを、
半導体基板上に輸送させるとともに、上記半導体基板上
に輸送されるマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズ
マによって、固相状態にある不純物２−２を励起させ、
上記半導体基板上に、不純物の導入された化合物半導体
結晶層１４を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上に、不純
物の導入された化合物半導体結晶層を形成する化合物半
導体結晶層形成法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板上に、分子線エピタキ
シャル法によって、ｐ型不純物としてのＣ、Ｂｅ、Ｚ
ｎ、Ｍｇや、ｎ型不純物としてのＳｎ、Ｇｅや、Ｔｉ、
Ｗなどの高融点不純物などが導入されているＩｎＰ、Ｇ
ａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、それらの混晶などでなる化
合物半導体結晶層を形成することが試みられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の化合物半導体結晶層形成法の場合、不純物が
導入されている化合物半導体結晶層を、分子線エピタキ
シャル法によって形成しているので、いま形成されつつ
ある化合物半導体結晶層内に入射せんとする化合物半導
体結晶層内に導入されることになる不純物の粒子のエネ
ルギ―が、１ｅＶまたはそれ以下というように低いの
で、化合物半導体結晶層を、高い不純物濃度を有するも
のとして形成するのに一定の限度を有する、という欠点
を有していた。

【０００４】例えば、Ｃでなる不純物を導入しているＧ
ａＡｓでなる化合物半導体結晶層を形成する場合、いま
形成されつつあるＧａＡｓ結晶層内に入射せんとするＣ
の粒子の入射エネルギ―が１ｅＶまたはそれ以下という
ように低いので、Ｃが、低い熱拡散係数しか有していな
いことと相俟って、いま形成されつつあるＧａＡｓ結晶
層に入射するＣの粒子の、いま形成されつつあるＧａＡ
ｓ結晶層の表面上での横方向のマイグレ―ション距離が
小さく、このため、続いていま形成されつつあるＧａＡ
ｓ結晶層に入射するＣの粒子が、いま形成されつつある
ＧａＡｓ結晶層の表面においてすでにＣによって占めら
れているＧａ格子位置に出会う、という確率が大きく、
このため、形成されつつあるＧａＡｓ結晶層の表面上に
Ｃの析出物が形成したり、また、Ｃが、いま形成されつ
つあるＧａＡｓ結晶層の表面上において、Ｃによって占
められていないＡｓ格子位置に達することなしに、Ｇａ
格子位置に入ってドナ―になったりすることから、Ｇａ
Ａｓ結晶層を、２×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の高いＣでなる不
純物濃度を有するものとして形成することができない、
という欠点を有していた。

【０００５】さらに述べれば、分子線エピタキシャル法
によって不純物を高濃度に添加しようとした場合、ある
濃度以上では添加量を増してもキャリア濃度は増加せず
むしろ減少するという欠点があった。ＧａＡｓへのアク
セプタ不純物であり熱的拡散係数が小さいカ―ボン
（Ｃ）の添加を例にとると、２×１０¹⁹ｃｍ^-3以上で上
記の減少がみられる。この理由はＣがＧａＡｓ結晶中で
Ａｓの格子位置に入っていないためであり、その原因は
Ｃを添加する方法が従来法では熱的蒸発によるものであ
り結晶表面での飛来Ｃのエエネルギが１エレクトロンボ
ルト以下であることによる。すなわち、入射エネルギが
１エレクトロンボルト以下のように小さい場合基板表面
での横方向のマイグレ―ション距離も小さいため、添加
量を上げていくと入射したＣが基板表面ですでにＣで占
められたＧａ格子位置に出会う確率が増加し、Ｃの析出
物を形成したり、あるいはＣで占められていないＡｓ格
子位置に達することなくＧａ格子位置に入りドナ―とな
ることになる。

【０００６】よって、本発明は、上述した欠点のない、
新規な化合物半導体結晶層形成法を提案せんとするもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願第１番目の発明によ
る化合物半導体結晶層形成法は、形成せんとする化合物
半導体結晶層の原料ガスのマイクロ波電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマを生成させ、上記原料ガスのマイクロ波
電子サイクロトロン共鳴プラズマを、半導体基板上に輸
送させるとともに、上記半導体基板上に輸送される上記
原料ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ
の一部によって、固相状態にある不純物を励起させ、よ
って、上記半導体基板上に、上記不純物の導入された化
合物半導体結晶層を形成させる。

【０００８】本願第２番目の発明による化合物半導体結
晶層形成法は、還元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ
波電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成させ、上記還
元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロト
ロン共鳴プラズマによって、形成せんとする化合物半導
体結晶の原料ガスと固相状態にある不純物とを励起さ
せ、よって、上記半導体基板上に、上記不純物の導入さ
れた化合物半導体結晶層を形成させる。

【０００９】本願第３番目の発明による化合物半導体結
晶層形成法は、形成せんとする化合物半導体結晶層の原
料ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマと
還元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロ
トロン共鳴プラズマとを生成させ、上記原料ガスのマイ
クロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマと上記還元性ガ
スまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共
鳴プラズマとを、半導体基板上に輸送させるとともに、
上記半導体基板上に輸送される上記原料ガスのマイクロ
波電子サイクロトロン共鳴プラズマと上記還元性ガスま
たは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマとによって固相状態にある不純物を励起させ、よ
って、上記半導体基板上に、上記不純物の導入された化
合物半導体結晶層を形成させる。

【００１０】さらに述べれば本発明による化合物半導体
結晶層形成法は、気相状態にある物質から半導体薄膜結
晶を成長させる場合、前記気相状態にある物質をマイク
ロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマにより励起して結
晶成長を行う方法において、前記の励起された物質を発
散磁界により基板結晶上に輸送させ前記基板結晶上に不
純物を添加した結晶成長を行う。

【００１１】この場合、マイクロ波電子サイクロトロン
共鳴プラズマによる励起は、成長されるべき結晶の構成
元素及び還元性もしくは不活性元素からなるグル―プか
ら選ばれた１つもしくは複数の気相物質に対して行う。
また、上記マイクロ波電子サイクロトロン共鳴により励
起されるプラズマ状態にある物質が固相状態にある添加
する不純物元素を含む物質を励起する。

【００１２】

【作用・効果】本発明による化合物半導体結晶層形成法
によれば、形成せんとする化合物半導体結晶層の原料ガ
スのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ、また
は還元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイク
ロトロン共鳴プラズマ、もしくは上記原料ガスのマイク
ロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマと上記還元性ガス
または不活性ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴
プラズマとを用い、そして、固相状態にある不純物を励
起させて、不純物の導入されている化合物半導体結晶層
を形成しているので、いま形成されつつある化合物半導
体結晶層へ入射する不純物の粒子のエネルギ―が、前述
した従来の化合物半導体結晶層形成法の場合に比し、化
合物半導体結晶層内にダメ―ジを与えない程度に高いの
で、化合物半導体結晶層を、前述した従来の化合物半導
体結晶層形成法の場合に比し高い不純物濃度を有し、そ
れでいて、ダメ―ジを有しないものとして容易に形成す
ることができる。

【００１３】さらに述べれば、本発明は、マイクロ波電
子サイクロトロン共鳴プラズマ源と発散磁界を組合せる
ことにより、１つもしくは複数の半導体構成元素あるい
は還元性もしくは不活性元素のイオンをプラズマととも
に基板及び固相状態にある添加する不純物物質に輸送
し、基板設置室に他の半導体構成元素を含むガスを導入
しつつあるいは導入することなく、基板上に高濃度に不
純物を添加した結晶成長を行う。

【００１４】すなわち、本発明によるならば、数十エレ
クトロンボルトの低エネルギ―粒子を基板に輸送でき、
成長膜中にダメ―ジを生じさせず、しかも熱平衡的結晶
成長の場合よりは十分大きなエネルギ―で結晶成長する
ことができることを特徴とする化合物半導体の結晶成長
方法が提供される。

【００１５】以上のような本発明による方法において
は、熱平衡より十分大きなエネルギ―で結晶成長するた
め、基板表面での原子のマイグレ―ション距離が増加す
る。その結果、有効なキャリアの供給源となる不純物が
高濃度に添加された薄膜が基板上に成長できるととも
に、比較的エネルギ―が小さいためダメ―ジのない高品
質の結晶が得られることになる。

【００１６】なお、本発明の方法において、マイクロ波
電子サイクロトロン共鳴により励起しプラズマ状態にす
る物質は化合物半導体結晶の成長に用いるところの半導
体構成元素、還元性もしくは不活性ガスの少なくとも１
つであればよく、あるいは、その複数の組合せまたはそ
の全部をマイクロ波電子サイクロトロン共鳴により励起
するようにしてもよい。本発明方法において、直接マイ
クロ波電子サイクロトロン共鳴により励起されない他の
気相状態の物質も、プラズマとの相互作用を受け、基板
結晶上に輸送される。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明において用いられる製造装置
の概略を示す。

【００１８】図１ａにおいて１は成長室で、内部に基板
結晶２−１が添加用不純物固体物質２−２に隣接して支
持されている。３は排気ポンプへの連結口、４はガス導
入口、５はプラズマ遮蔽板、６は固体材料蒸発用セル、
７は空洞共振形プラズマ生成室、８はプラズマ、９は方
形導波管、１０はマグネット、１１は石英窓を示す。図
１ｂに示すように空洞共振形プラズマ生成室７から成長
室１に向って磁界の強さを減少させており、その結果プ
ラズマが発散して引き出されるものである。

【００１９】次に、本発明による成長方法の実施例を説
明する。

【実施例１】マイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ源には、水素（還元性）ガスで希釈したアルシン（Ａ
ｓＨ³）を導入し、基板設置室にガリウム原子をクヌ―
ドセン・セル内の金属ガリウムを蒸発させることにより
供給して結晶成長を行っている。添加用不純物物質には
高純度カ―ボンを用いた。その成長条件は以下の通りで
ある。

【００２０】実施例の成長条件・アルシン流量：４０ｓｃｃｍ・Ｇａセル温度：９００℃ ・マイクロ波周波数：２．４５ＧＨｚ・マイクロ波電力：１００Ｗ・成長速度：０．５μｍ／ｈ・成長時間：１時間・基板温度：５００℃

【００２１】図２は上記実施例の条件でカ―ボンを不純
物として添加したＧａＡｓ成長層のホ―ル測定によって
求めたキャリア濃度と２次イオン質量分析法によって測
定した膜中のカ―ボン原子濃度との関係を示す。実線は
本発明によって成長したＧａＡｓ膜を示しており、図２
に示すように１０²⁰ｃｍ^-3まで比例関係が成り立ってい
る。図中の点線は、比較のため従来の分子線エピタキシ
ャル法によって成長した場合を示したものであり１０¹⁹
ｃｍ^-3以上になるとキャリア濃度は飽和し、その後添加
量を増加させてもかえって減少する。

【００２２】

【実施例２】本発明による方法では、１０²⁰ｃｍ^-3程度
のキャリア濃度をもつｐ型カ―ボン添加化合物半導体結
晶が簡単に実現できるため高濃度かつ急峻な分布を持つ
ｐ層をもつ良好なｐｎ接合ダイオ―ド特性を得ることが
できる。図３は、上記の方法でカ―ボンを１０²⁰ｃｍ^-3
の高濃度で添加して形成したｐ型ＧａＡｓをｐ層にもつ
ｐｎ接合ダイオ―ドの順方向、逆方向電流−電圧特性を
示す図である。整流比は電流１．０Ｖで５桁以上得ら
れ、ｎ値も１．１であり、良好なダイオ―ド特性を得る
ことができる。

【００２３】上述の実施例１、実施例２では、成長させ
る化合物半導体としてＧａＡｓとしたが例えばＩｎＰ、
ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ及びそれらの混晶などの化
合物半導体結晶成長の場合にもＧａＡｓ成長の場合と同
様の結晶成長を行わせることができる。また添加する不
純物はｐ型不純物のＣを用いたが、例えば他のｐ型不純
物であるＢｅ、Ｚｎ、Ｍｇ、及びｎ型不純物であるＳ
ｎ、Ｇｅ、さらには熱的な反応過程のみでは添加が困難
とされている高融点金属であるチタン（Ｔｉ）、タング
ステン（Ｗ）の場合もＣ添加の場合と同様のことが期待
できる。

【００２４】さらに、マイクロ波電子サイクロトロン共
鳴による励起はＶ族元素を含むガスに対して行ったが、
例えばＩＩＩ族元素を含むガス、さらには水素、アルゴ
ンなどの成長層内にはほとんど残留しないものを用いる
こともできる。なお後者の場合は、成長膜構成元素は従
来の分子線エピタキシャル法と同様の方法により供給す
ることとなる。

【００２５】なお上記においてアルシンガスは、Ｈ
²（還元性）、Ａｒ（不活性）、Ｈｅ（不活性）ガスで
希釈して使用することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明による化合物半導体結晶層形成法によれば、

【作用・効果】の項で述べた作用効果が得られる。

【００２７】さらに述べれば、基板表面に到達した不純
物粒子のマイグレ―ション距離の増加が図れるため、実
質上の付着確率が増加し不純物を高濃度に添加できるこ
とにより良好なｐｎ接合特性を得ることができる。また
本発明による方法では、粒子の持つエネルギ―は低いた
め、欠陥の少ない高品質結晶が得られる利点がある。

【００２８】また、本発明方法において、マイクロ波電
子プラズマを応用した成長法の特徴（適当なエネルギ―
を持つ粒子を基板に輸送することができること以外）と
して、次の２項をあげることができる。

【００２９】プラズマ生成室内に電極などの汚染源が
無いため高純度の膜が得られる。電子サイクロトロン共鳴を利用するためガスが効率よ
く電離される。そのため他のプラズマ法に比べて２−３
桁低い圧力で成長を行うことができ、ガス中の不純物の
影響を受けにくい。

【００３０】なお、上述においては、本発明の１つの実
施例を示したに留まり、その

【実施例】から、

【課題を解決するための手段】の項で述べた種々の変
型、変更をなし得ることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による化合物半導体結晶層形成法に用い
得る装置の概略図（図１ａ）及びその発散磁界の分布
（図１ｂ）を示す図である。

【図２】本発明による化合物半導体結晶層形成法の実施
例によって得られた不純物添加化合物半導体結晶の膜中
のＣ原子濃度とキャリア濃度の関係を示す図である。

【図３】本発明による化合物半導体結晶層形成法の実施
例によって形成したｐ型高濃度不純物添加化合物半導体
結晶をｐ層に用いたｐｎ接合特性を示す図である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】化合物半導体結晶層形成法

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板上に、不純
物が導入されている化合物半導体結晶層を形成する化合
物半導体結晶層形成法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体基板上に、ｐ型不純物とし
てのＣ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇや、ｎ型不純物としてのＳ
ｎ、Ｇｅや、高融点不純物としてのＴｉ、Ｗなどの不純
物が導入されているＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＡｌＡ
ｓ、ＩｎＡｓ、それらの混晶などでなる化合物半導体結
晶層を、分子線エピタキシャル法によって形成する化合
物半導体結晶層形成法が種々提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような不純物が導
入されている化合物半導体結晶層を分子線エピタキシャ
ル法によって形成する従来の化合物半導体結晶層形成法
の場合、いま形成されつつある化合物半導体結晶層内に
入射せんとする化合物半導体結晶層内に導入されること
になる不純物の粒子のエネルギーが、１ｅＶまたはそれ
以下というように低いことから、化合物半導体結晶層
を、高い不純物濃度を有していても、それに応じた高い
キャリア濃度を有するものとして形成するのに、一定の
限度を有する、という欠点を有していた。

【０００４】いま、これについて、形成せんとする化合
物半導体結晶層がＧａＡｓ結晶層であり、また、そのＧ
ａＡｓ結晶層内に導入されるべき不純物がｐ型不純物と
してのＣであるとして述べれば、従来の分子線エピタキ
シャル成長法による化合物半導体結晶層形成法の場合、
いま形成されつつあるＧａＡｓ結晶層内に入射せんとす
るＣの粒子のエネルギーが、１ｅＶまたはそれ以下とい
うように低いことから、Ｃが低い熱拡散係数しか有して
いないことと相俟って、いま形成されつつあるＧａＡｓ
結晶層内に入射するＣの粒子の、いま形成されつつある
ＧａＡｓ結晶層の表面上での横方向のマイグレーション
距離が小さい。このため、形成されつつあるＧａＡｓ結
晶層の表面上に、Ｃの析出物が形成されたり、また、Ｃ
の粒子が、いま形成されつつあるＧａＡｓ結晶層の表面
上において、Ｃによって占められていないＧａの格子位
置に達することなしに、Ａｓの格子位置に入り、ドナー
として作用することになったりする。このため、ＧａＡ
ｓ結晶層を、２×１０^１９ｃｍ^−３以上の高い不純物濃
度を有していても、それに応じた２×１０^１９ｃｍ^−３
以上の高いキャリア濃度を有するものとして形成するこ
とができない、という欠点を有していた。

【０００５】よって、本発明は、上述した欠点のない、
新規な化合物半導体結晶層形成法を提案せんとするもの
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願第１番目の発明によ
る化合物半導体結晶層形成法は、形成せんとする化合物
半導体結晶層の原料ガスのマイクロ波電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマを生成させ、上記原料ガスのマイクロ波
電子サイクロトロン共鳴プラズマを、半導体基板上に輸
送させるとともに、上記原料ガスのマイクロ波電子サイ
クロトロン共鳴プラズマの一部によって、固相状態にあ
る不純物を励起させ、よって、上記半導体基板上に、上
記不純物の導入されている化合物半導体結晶層を形成さ
せる。

【０００７】本願第２番目の発明による化合物半導体結
晶層形成法は、還元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ
波電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成させ、その還
元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロト
ロン共鳴プラズマを、半導体基板上に輸送させるととも
に、上記半導体基板上に輸送される上記還元性ガスまた
は不活性ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマによって、形成せんとする化合物半導体結晶の原料
ガスと固相状態にある不純物とを励起させ、よって、上
記半導体基板上に、上記不純物の導入されている化合物
半導体結晶層を形成させる。

【０００８】本願第３番目の発明による化合物半導体結
晶層形成法は、形成せんとする化合物半導体結晶層の原
料ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマと
還元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロ
トロン共鳴プラズマとを生成させ、それら上記原料ガス
のマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマと上記還
元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロト
ロン共鳴プラズマとを、半導体基板上に輸送させるとと
もに、上記原料ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共
鳴プラズマの一部と上記還元性ガスまたは不活性ガスの
マイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマの一部とに
よって、固相状態にある不純物を励起させ、よって、上
記半導体基板上に、上記不純物の導入されている化合物
半導体結晶層を形成させる。

【０００９】

【作用・効果】本発明による化合物半導体結晶層形成法
によれば、（ａ）形成せんとする化合物半導体結晶層の
原料ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ、または（ｂ）還元性ガスまたは不活性ガスのマイク
ロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ、もしくは（ｃ）
上記原料ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマと上記還元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電
子サイクロトロン共鳴プラズマとを用い、そして、それ
により、固相状態にある不純物を励起させて、不純物の
導入されている化合物半導体結晶層を形成するようにし
ているので、いま形成されつつある化合物半導体結晶層
内に入射する不純物の粒子のエネルギーが、前述した従
来の化合物半導体結晶層形成法の場合に比し、化合物半
導体結晶層内にダメージを与えない程度に高く、このた
め、いま形成されつつある化合物半導体結晶層内に入射
する不純物の、いま形成されつつある化合物半導体結晶
層の表面上での横方向のマイグレーション距離が、前述
した従来の化合物半導体結晶層形成法の場合に比し大き
い。よって、形成されつつある化合物半導体結晶層の表
面上に、不純物の析出物が形成されるのを回避させるこ
とができ、また、不純物の粒子が、不純物元素によって
占められていない化合物半導体結晶層を構成している予
定の元素の格子位置に容易に達する。このため、化合物
半導体結晶層を、前述した従来の化合物半導体結晶層形
成法の場合と同じ高い不純物濃度で、前述した従来の化
合物半導体結晶層形成法の場合に比し高いキャリア濃度
を有し、それでいて、ダメージを有しないものとして、
容易に形成することができる。

【００１０】また、上述した本発明による化合物半導体
結晶層形成法によれば、原料ガスによる電子サイクロト
ロン共鳴プラズマを生成し、それを用いて化合物半導体
結晶層を形成するようにしているので、原料ガスによる
電子サイクロトロン共鳴プラズマ以外のプラズマを生成
し、それを用いて化合物半導体結晶層を形成する従来の
化合物半導体結晶層形成法の場合のように、プラズマ生
成用室７内において、汚染源となる電極などを用いて原
料ガスによるプラズマを生成する必要なしに、化合物半
導体結晶層を形成することができるので、その化合物半
導体結晶層を、高い純度を有するものとして、容易に形
成することができる。

【００１１】また、原料ガスによる電子サイクロトロン
共鳴プラズマを生成し、それを用いて化合物半導体結晶
層を形成するようにしているので、原料ガスによる電子
サイクロトロン共鳴プラズマ以外のプラズマを生成し、
それを用いて化合物半導体結晶層を形成する従来の化合
物半導体結晶層形成法の場合に比し、原料ガスによるプ
ラズマを効率良く得ることができ、このため、原料ガス
による電子サイクロトロン共鳴プラズマ以外のプラズマ
を生成し、それを用いて化合物半導体結晶層を形成する
従来の化合物半導体結晶層形成法の場合に比し、２〜３
桁も低いプラズマ生成用室内及び結晶成長用室内の圧力
で、化合物半導体結晶層を形成することができ、よっ
て、望ましくない不純物に影響されていない化合物半導
体結晶層を、容易に形成することができる。

【００１２】

【実施例】次に、図１を伴って、本発明による化合物半
導体結晶層形成法の実施例を述べよう。

【００１３】図１に示す本発明による化合物半導体結晶
層形成法の実施例においては、マイクロ波電子サイクロ
トロン共鳴プラズマ装置を用いて、半導体基板上に、不
純物の導入されている化合物半導体結晶層を形成させ
る。

【００１４】マイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ装置は、それ自体公知であるので、詳細説明は省略す
るが、（ｉ）（ａ）外部からのガス導入用管４を、一端
側において連結し、且つ（ｂ）外部からの方形導波管９
を、ガス導入用管４を連結している一端側において、石
英でなるマイクロ波導入用窓１１を介して連結している
とともに、（ｃ）電磁石１０をまわりに配しているプラ
ズマ生成用室７を有するとともに、（ｉｉ）（ａ）プラ
ズマ生成用室７に、ガス導入用管４を連結している側に
おいて、プラズマ引出用窓１２を介して連結し、且つ
（ｂ）クヌードセンセルのような固体材料蒸発用セル６
を、プラズマ生成用室７側の内側部に配しているととも
に、（ｃ）プラズマ引出用窓１２′を有するプラズマ遮
蔽板５を固体材料蒸発用セル６からみてプラズマ引出用
窓１２側とは反対側において、そのプラズマ引出用窓１
２と対向して配し、且つ（ｄ）排気用管３を、プラズマ
生成用室７側とは反対側において連結している結晶成長
用室１とを有する。この場合、電磁石１０は、それによ
るプラズマ生成用室７及び結晶成長用室１内のそれらを
通してみた磁界が、図１ｂに示すように、プラズマ生成
用室７の中央部から結晶成長用室１側に到るに従い徐々
に弱くなる分布を呈するものとして、プラズマ生成用室
７のまわりに配されている。

【００１５】このような構成を有するマイクロ波電子サ
イクロトロン共鳴プラズマ装置によれば、（ｉ）（ａ）
結晶成長用室１内に、プラズマ遮蔽用板５からみてプラ
ズマ成長用室７側とは反対側において、基板載置台１３
を用いて、半導体基板２−１を配し、また、（ｂ）固体
材料蒸発用セル６に化合物半導体結晶層用の第１の材料
でなる固体材料を収容し、そして、（ｃ）排気用管３を
用いて、結晶成長用室１及びプラズマ成長用室７内を、
外部から排気させながら、プラズマ成長用室７内に、ガ
ス導入用管４を用いて、外部から、プラズマ化されるべ
き化合物半導体結晶層用の第２の材料を有して構成され
ている原料ガス１５を導入させ、また、（ｄ）このと
き、半導体基板２−１を加熱している状態にして、プラ
ズマ成長用室７内に、方形導波管９を用いて、外部から
マイクロ波１６を導入させるとともに、電磁石１０を付
勢させ、また、固体材料蒸発用セル６を付勢させれば、
（ｉｉ）（ａ）プラズマ成長用室７内において、ガス導
入用管４を用いて導入された原料ガス１５によるマイク
ロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ８が生成し、その
マイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ８が、プラ
ズマ引出用窓１２を通って結晶成長用室１内に導入し、
次で、プラズマ引出用窓１２′を通って半導体基板２−
１上に輸送され、また、（ｂ）固体材料蒸発用セル６か
ら、それに収容されている固体材料のガス１７が得ら
れ、その固体材料のガス１７が、半導体基板２−１上に
輸送されるマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ
８によって励起されて、半導体基板２−１上に輸送さ
れ、よって、（ｉｉｉ）半導体基板２−１上に、第１及
び第２の材料による化合物半導体結晶層１４を形成させ
ることができる。

【００１６】図１に示す本発明による化合物半導体結晶
層形成法の実施例においては、上述したようにして化合
物半導体結晶層１４を形成させることができる上述した
マイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ装置を用
い、そして、（ｉ）（ａ）結晶成長用室１内に、上述し
たように基板載置台１３を用いて半導体基板２−１を配
し、また、（ｂ）固体材料蒸発用セル６に、固体Ｇａ
を、上述した化合物半導体層用の第１の材料でなる固体
材料として、収容するとともに、（ｃ）半導体基板２−
１と近接並置して、高精度な固相カーボン（Ｃ）を、固
相状態にある不純物２−２として、基板載置台１３を用
いて配し、そして、（ｄ）排気管３を用いて、結晶成長
用室１及びプラズマ成長用室７内を、外部から排気させ
ながら、プラズマ成長用室７内に、ガス導入用管４を用
いて、外部から、アルシン（ＡｓＨ_３）ガスを、上述し
たプラズマ化されるべき化合物半導体結晶層用の第２の
材料を有して構成されている原料ガス１５として、４０
ｓｃｃｍの流量で導入させ、また、（ｅ）このとき、半
導体基板２−１を５００℃の温度に加熱した状態にし
て、プラズマ成長用室７内に、方形導波管９を用いて、
外部から２．４５ＧＨｚの周波数を有し且つ１００Ｗの
電力を有するマイクロ波を、上述したマイクロ波１６と
して導入させるとともに、電磁石１０を付勢させ、ま
た、固体材料蒸発用セル６を付勢させ、（ｉｉ）（ａ）
プラズマ成長用室７内において、ガス導入用管４を用い
て導入された原料ガス１５としてのアルシン（Ａｓ
Ｈ_３）ガスによるマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマを上述したマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマ８として生成させ、そのマイクロ波電子サイクロ
トロン共鳴プラズマ８を、プラズマ引出用窓１２を通っ
て結晶成長用室１内に導入させ、次で、プラズマ引出用
窓１２′を通って半導体基板２−１上に輸送させ、ま
た、（ｂ）固体材料蒸発用セル６から、それに収容して
いる固体Ｇａのガスを、上述した固体材料のガス１７と
して得、その固体Ｇａのガスを、半導体基板２−１上に
輸送されるマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ
８によって励起させて、半導体基板２−１上に輸送さ
せ、さらに、（ｃ）不純物２−２としてのカーボン
（Ｃ）を、結晶成長用室１内に導入させたマイクロ波電
子サイクロトロン共鳴プラズマ８の一部によって照射さ
せることによって、カーボンガスを不純物ガス１８とし
て発生させ、その不純物ガス１８を、半導体基板２−１
上に輸送されるマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラ
ズマ８によって励起させて、半導体基板２−１上に輸送
させ、よって、（ｉｉｉ）半導体基板２−１上に、カー
ボン（Ｃ）をｐ型の不純物として導入している、Ｇａと
Ａｓとの化合物半導体でなるＧａＡｓ結晶層を、上述し
た化合物半導体結晶層１４として、０．５μｍ／時間の
成長速度で、形成させる。

【００１７】以上が、本発明による化合物半導体結晶層
形成法の実施例である。

【００１８】このような本発明による化合物半導体結晶
層形成法によれば、形成せんとする化合物半導体結晶層
１４（ＧａＡｓ結晶層）の原料ガス１５（ＡｓＨ_３ガ
ス）のマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ８を
用い、そして、それにより、固相状態にある不純物２−
２（カーボン（Ｃ））を励起させて、不純物（カーボン
（Ｃ））の導入されている化合物半導体結晶層１４（Ｇ
ａＡｓ結晶層）を形成するようにしているので、いま形
成されつつある化合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶
層）内に入射する不純物（カーボン（Ｃ））の粒子のエ
ネルギーが、前述した従来の化合物半導体結晶層形成法
の場合に比し、化合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶
層）内にダメージを与えない程度に高く、このため、い
ま形成されつつある化合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ
結晶層）内に入射する不純物（カーボン（Ｃ））の、い
ま形成されつつある化合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ
結晶層）の表面上での横方向のマイグレーション距離
が、前述した従来の化合物半導体結晶層形成法の場合に
比し大きい。よって、形成されつつある化合物半導体結
晶層１４（ＧａＡｓ結晶層）の表面上に、不純物（カー
ボン（Ｃ））の析出物が形成されるのを回避させること
ができ、また、不純物（カーボン（Ｃ））の粒子が、不
純物元素（Ｃ）によって占められていない化合物半導体
結晶層１４（ＧａＡｓ結晶層）を構成している予定の元
素（Ｇａ）の格子位置に容易に達する。このため、化合
物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶層）を、前述した従
来の化合物半導体結晶層形成法の場合と同じ高い不純物
濃度で、それに比し高いキャリア濃度を有し、それでい
て、ダメージを有しないものとして、容易に形成するこ
とができる。

【００１９】このことは、上述した本発明による化合物
半導体結晶層形成法の実施例及び前述した従来の化合物
半導体結晶層形成法によって、ＧａＡｓ結晶層を、カー
ボン（Ｃ）による不純物濃度を変えて形成し、その不純
物濃度に対するキャリア濃度を測定したところ、従来の
化合物半導体結晶層形成法による場合、図２において、
点線図示のように、不純物濃度の増加に応じ、キャリア
濃度が、１０^１９ｃｍ^−３以下の不純物濃度の範囲まで
は不純物濃度に比例するが、１０^１９ｃｍ^−３以上の不
純物濃度の範囲では、不純物濃度に比例せず飽和し、次
で減少するのに対し、上述した本発明による化合物半導
体結晶層形成法の実施例による場合、図２において、実
線図示のように、キャリア濃度が、１０^２０ｃｍ^−３以
上の高い不純物濃度の範囲まで、不純物濃度に比例す
る、という結果が得られたことからも、明らかであろ
う。

【００２０】また、上述した本発明による化合物半導体
結晶層形成法の実施例によれば、原料ガス１５（ＡｓＨ
_３ガス）による電子サイクロトロン共鳴プラズマ８を生
成し、それを用いて化合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ
結晶層）を形成するようにしているので、原料ガス１５
（ＡｓＨ_３ガス）による電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ８以外のプラズマを生成し、それを用いて化合物半導
体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶層）を形成する従来の化合
物半導体結晶層形成法の場合のように、プラズマ生成用
室７内において、汚染源となる電極などを用いて原料ガ
ス１５（ＡｓＨ_３ガス）によるプラズマを生成する必要
なしに、化合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶層）を
形成することができるので、その化合物半導体結晶層１
４（ＧａＡＳ結晶層）を、高い純度を有するものとし
て、容易に形成することができる。

【００２１】また、原料ガス１５（ＡｓＨ_３ガス）によ
る電子サイクロトロン共鳴プラズマ８を生成し、それを
用いて化合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶層）を形
成するようにしているので、原料ガス１５（ＡｓＨ_３ガ
ス）による電子サイクロトロン共鳴プラズマ８以外のプ
ラズマを生成し、それを用いて化合物半導体結晶層１４
（ＧａＡｓ結晶層）を形成する従来の化合物半導体結晶
層形成法の場合に比し、原料ガスによるプラズマを効率
良く得ることができ、このため、原料ガス１５（ＡｓＨ
_３ガス）による電子サイクロトロン共鳴プラズマ８以外
のプラズマを生成し、それを用いて化合物半導体結晶層
１４（ＧａＡｓ結晶層）を形成する従来の化合物半導体
結晶層形成法の場合に比し、２〜３桁も低いプラズマ生
成用室７内及び結晶成長用室１内の圧力で、化合物半導
体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶層）を形成することがで
き、よって、望ましくない不純物に影響されていない化
合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶層）を、容易に形
成することができる。

【００２２】また、上述した本発明による化合物半導体
結晶層形成法の実施例によれば、上述したところから明
らかなように、半導体基板２−１上に、高いｐ型不純物
濃度を有する化合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶
層）を形成することができるので、半導体基板２−１と
して、ｎ型を有するものを用いて、上述した本発明によ
る化合物半導体結晶層形成法の実施例を適用することに
よって、図３に示すような、１．０Ｖの電圧で５桁以上
の整流比が得られ、且ついわゆるｎ値が１．１であると
いう、良好なｐｎ接合ダイオード特性を有するｐｎ接合
素子を、容易に製造することができる。

【００２３】なお、上述においては本発明による化合物
半導体結晶層形成法の１つの実施例を示したに留まり、
上述した本発明による化合物半導体結晶層形成法の実施
例において、原料ガス１５としてのアルシン（Ａｓ
Ｈ_３）ガスを、プラズマ生成用室７内に、水素（Ｈ_２）
でなる還元性ガス、Ａｒ、Ｈｅなどの不活性ガスによっ
て希釈して、導入させ、それによって、半導体基板２−
１上に、化合物半導体結晶層１４（ＧａＡｓ結晶層）を
形成させるようにすることもできる。

【００２４】また、上述した本発明による化合物半導体
結晶層形成法の実施例においては、Ｃ（カーボン）によ
るｐ型不純物の導入されているＧａＡｓ結晶層を形成す
る場合につき述べたが、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｇなどによるｐ
型不純物の導入されている、またはＳｎ、Ｇｅなどによ
るｎ型不純物の導入されている、さらには、チタン（Ｔ
ｉ）、タングステン（Ｗ）などの熱的な反応過程のみで
は導入が困難とされている高融点金属でなる不純物の導
入されている、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、
それらの混晶などの化合物半導体結晶層を、同様に形成
することができることは、明らかであろう。

【００２５】さらに、上述した本発明による化合物半導
体結晶層形成法の実施例においては、形成せんとする化
合物半導体結晶層（ＧａＡｓ結晶層）を構成する元素
（Ｇａ、Ａｓ）中の一部（Ａｓ）についての原料ガス
（ＡｓＨ_３ガス）のマイクロ波電子サイクロトロン共鳴
プラズマを生成させ、それを半導体基板上に輸送させる
とともに、その半導体基板上に輸送されるマイクロ波電
子サイクロトロン共鳴プラズマによって、形成せんとす
る化合物半導体結晶層（ＧａＡｓ結晶層）を構成する元
素（Ｇａ、Ａｓ）中の残り（Ｇａ）についての原料ガス
（Ｇａガス）と固相状態の不純物（カーボン（Ｃ））と
を励起させ、よって、半導体基板上に、不純物（カーボ
ン（Ｃ））の導入されている化合物半導体結晶層（Ｇａ
Ａｓ結晶層）を形成させる場合につき述べたが、還元性
ガス（Ｈ_２）または不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅなど）のマ
イクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成させ、
それを半導体基板上に輸送させるとともに、その半導体
基板上に輸送される電子サイクロトロン共鳴プラズマに
よって、形成せんとする化合物半導体結晶層を構成する
元素中の全てまたは一部の元素についての原料ガスと固
相状態の不純物とを励起させ、よって、半導体基板上
に、不純物の導入されている化合物半導体結晶層を形成
させるようにすることもでき、また、形成せんとする化
合物半導体結晶層を構成する元素中の全てまたは一部の
元素についての原料ガスのマイクロ波電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマと還元性ガスまたは不活性ガスのマイク
ロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマとを生成させ、そ
れらを半導体基板上に輸送させるとともに、その半導体
基板上に輸送させる電子サイクロトロン共鳴プラズマに
よって、固相状態の不純物を励起させ、よって、半導体
基板上に、不純物の導入されている化合物半導体結晶層
を形成させるようにすることもできることは、明らかで
あろう。

【００２６】その他、本発明の精神を脱することなし
に、種々の変型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による化合物半導体結晶層形成法の実施
例を、それに用い得る装置（図１ａ）及びその装置のプ
ラズマ生成用室及び結晶成長用室内の磁界の分布（図１
ｂ）とともに示す図である。

【図２】図１に示す本発明による化合物半導体結晶層形
成法の実施例によって形成された化合物半導体結晶層
の、不純物濃度に対するキャリア濃度の関係を示す図で
ある。

【図３】図１に示す本発明による化合物半導体結晶層形
成法の実施例を適用して製造されたｐｎ接合素子の特性
を示す図である。

【符号の説明】１結晶成長用室２−１半導体基板２−２不純物３排気用管４ガス導入管５プラズマ遮蔽板６固体材料蒸発用セル７プラズマ生成用室８電子サイクロトロン共鳴プラズマ９方形導波管１０電磁石１１マイクロ波導入用窓１２、１２′ プラズマ引出用窓１３基板載置台１４化合物半導体結晶層１５原料ガス１６マイクロ波１７固体材料のガス１８不純物ガス

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】形成せんとする化合物半導体結晶層の原
料ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマを
生成させ、上記原料ガスのマイクロ波電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマを、半導体基板上に輸送させるととも
に、上記半導体基板上に輸送される上記原料ガスのマイ
クロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマの一部によっ
て、固相状態にある不純物を励起させ、よって、上記半
導体基板上に、上記不純物の導入された化合物半導体結
晶層を形成させることを特徴とする化合物半導体結晶層
形成法。
【請求項２】還元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ
波電子サイクロトロン共鳴プラズマを生成させ、上記還
元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロト
ロン共鳴プラズマによって、形成せんとする化合物半導
体結晶の原料ガスと固相状態にある不純物とを励起さ
せ、よって、上記半導体基板上に、上記不純物の導入さ
れた化合物半導体結晶層を形成させることを特徴とする
化合物半導体結晶層形成法。
【請求項３】形成せんとする化合物半導体結晶層の原
料ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマと
還元性ガスまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロ
トロン共鳴プラズマとを生成させ、上記原料ガスのマイ
クロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマと上記還元性ガ
スまたは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共
鳴プラズマとを、半導体基板上に輸送させるとともに、
上記半導体基板上に輸送される上記原料ガスのマイクロ
波電子サイクロトロン共鳴プラズマと上記還元性ガスま
たは不活性ガスのマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマとによって固相状態にある不純物を励起させ、よ
って、上記半導体基板上に、上記不純物の導入された化
合物半導体結晶層を形成させることを特徴とする化合物
半導体結晶層形成法。