JPH0616497B2 - ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents
▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相成長方法Info
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- JPH0616497B2 JPH0616497B2 JP23652286A JP23652286A JPH0616497B2 JP H0616497 B2 JPH0616497 B2 JP H0616497B2 JP 23652286 A JP23652286 A JP 23652286A JP 23652286 A JP23652286 A JP 23652286A JP H0616497 B2 JPH0616497 B2 JP H0616497B2
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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、半絶縁性のIII−Ｖ族化合物半導体をエピタ
キシャル成長する気相成長方法に関するものである。
キシャル成長する気相成長方法に関するものである。
半絶縁性のエピタキシャル成長層は、光デバイス，特に
埋め込み型半導体レーザの電流阻止層、高速動作する電
界効果トランジスタのバッファ層、さらに光一電子複合
集積デバイスの電気的分離層等として有望視され、用い
られつつある。
埋め込み型半導体レーザの電流阻止層、高速動作する電
界効果トランジスタのバッファ層、さらに光一電子複合
集積デバイスの電気的分離層等として有望視され、用い
られつつある。
この半絶縁性半導体層を成長する方法としての気相成長
方法は、制御性や量産性に優れるという特徴を有してい
る。
方法は、制御性や量産性に優れるという特徴を有してい
る。
従来の半絶縁性III−Ｖ族化合物半導体の成長方法は、
第３図に示すような気相成長装置を用いて行われてきた
（ジャーナル・エレクトロケミカル・ソサエティ（Ｊ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）１２４巻，１９７
７年，１６３５〜１６４０頁）。
第３図に示すような気相成長装置を用いて行われてきた
（ジャーナル・エレクトロケミカル・ソサエティ（Ｊ．
Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．）１２４巻，１９７
７年，１６３５〜１６４０頁）。
第３図の従来例では、ハライド輸送法の中でＶ族元素を
クロライドガスとして供給するクロライド気相成長方法
を用いており、それによってＦｅ（鉄）ドープ半絶縁性
ＧａＡｓ層を成長させている。加熱炉３６により反応管
３７内に設置されたIII族原料金属のＧａ３４および基
板３５のＧａＡｓをそれぞれ８５０℃および６７０℃に
加熱する。他方、導入管３８の上流側に設けられた鉄反
応室３３に半絶縁性半導体層を得るための不純物元素と
なるＦｅ３２を入れ、専用の加熱炉３１で加熱し、３７
０〜５５０℃の範囲内に温度制御する。鉄反応室３３に
Ｈｃｌを導入するとＦｅとＨｃｌが反応し固体のＦｅｃ
ｌ２が生成される。生成されたＦｅＣｌ２は、その温度
における蒸気圧により一部がＦｅＣｌ２ガスとなり、導
入管３８を通じて反応管３７に導かれる。一方、供給管
３９には、Ａｓｃｌ３を供給する。Ａｓｃｌ３は高温に
加熱されたＧａ３４と反応し、ＧａＡｓの成長ガス雰囲
気が形成され、反応管３７内に導入される。このように
して、基板３５上にＦｅドープ半絶縁性ＧａＡｓが成長
する。この例では抵抗率として１０５Ωcm台の値が得ら
れた。
クロライドガスとして供給するクロライド気相成長方法
を用いており、それによってＦｅ（鉄）ドープ半絶縁性
ＧａＡｓ層を成長させている。加熱炉３６により反応管
３７内に設置されたIII族原料金属のＧａ３４および基
板３５のＧａＡｓをそれぞれ８５０℃および６７０℃に
加熱する。他方、導入管３８の上流側に設けられた鉄反
応室３３に半絶縁性半導体層を得るための不純物元素と
なるＦｅ３２を入れ、専用の加熱炉３１で加熱し、３７
０〜５５０℃の範囲内に温度制御する。鉄反応室３３に
Ｈｃｌを導入するとＦｅとＨｃｌが反応し固体のＦｅｃ
ｌ２が生成される。生成されたＦｅＣｌ２は、その温度
における蒸気圧により一部がＦｅＣｌ２ガスとなり、導
入管３８を通じて反応管３７に導かれる。一方、供給管
３９には、Ａｓｃｌ３を供給する。Ａｓｃｌ３は高温に
加熱されたＧａ３４と反応し、ＧａＡｓの成長ガス雰囲
気が形成され、反応管３７内に導入される。このように
して、基板３５上にＦｅドープ半絶縁性ＧａＡｓが成長
する。この例では抵抗率として１０５Ωcm台の値が得ら
れた。
従来の半絶縁性III−Ｖ族化合物半導体の気相成長方法
では、鉄の表面が生成された固体のＦｅＣｌ２でいった
ん被われ始めると、鉄反応室３３に供給された全てのＨ
ｃｌがＦｅと反応することはできなくなり、一部が未反
応のまま反応管３７内へ導入されることになる。その結
果、特にＨｃｌに対して反応性が高い、例えばＩｎＰの
ような半導体を成長させようとすると、結晶性が低下し
てしまうという問題が生じた。
では、鉄の表面が生成された固体のＦｅＣｌ２でいった
ん被われ始めると、鉄反応室３３に供給された全てのＨ
ｃｌがＦｅと反応することはできなくなり、一部が未反
応のまま反応管３７内へ導入されることになる。その結
果、特にＨｃｌに対して反応性が高い、例えばＩｎＰの
ような半導体を成長させようとすると、結晶性が低下し
てしまうという問題が生じた。
又、ＦｅＣｌ２ガスの輸送量を設定した温度で決まるＦ
ｅＣｌ２の蒸気圧を用いて制御しようとしても成長毎の
鉄反応室３３の温度は微妙に変化してしまうので輸送量
も大きく変化してしまい、成長した半導体層の抵抗率の
制御性，再現性が悪いという問題があった。さらに、従
来の装置では不純物元素を加熱するための専用の加熱炉
３１が必要であった。
ｅＣｌ２の蒸気圧を用いて制御しようとしても成長毎の
鉄反応室３３の温度は微妙に変化してしまうので輸送量
も大きく変化してしまい、成長した半導体層の抵抗率の
制御性，再現性が悪いという問題があった。さらに、従
来の装置では不純物元素を加熱するための専用の加熱炉
３１が必要であった。
以上の問題点は、鉄ハライドガスの発生及び輸送方法に
おける問題があるため、III−Ｖ族化合物半導体の成長
雰囲気を形成する方法とは関係がない。従って、これら
の問題点は、従来例で挙げたクロライド気相成長装置特
有の問題ではない。
おける問題があるため、III−Ｖ族化合物半導体の成長
雰囲気を形成する方法とは関係がない。従って、これら
の問題点は、従来例で挙げたクロライド気相成長装置特
有の問題ではない。
本発明の目的は、高品質の半絶縁性III−Ｖ族化合物半
導体層を成長するための制御性・再現性に優れた気相成
長方法を提供することにある。
導体層を成長するための制御性・再現性に優れた気相成
長方法を提供することにある。
本発明のIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長方法は、成
長ガスおよびドーパントガスを反応管の反応領域に導き
該領域に設置された基板上に半絶縁性のIII−Ｖ族化合
物半導体を気相成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の気
相成長方法において、前記ドーパントガスの原料として
四塩化チタニウムを用いることを特徴として構成され
る。
長ガスおよびドーパントガスを反応管の反応領域に導き
該領域に設置された基板上に半絶縁性のIII−Ｖ族化合
物半導体を気相成長させるIII−Ｖ族化合物半導体の気
相成長方法において、前記ドーパントガスの原料として
四塩化チタニウムを用いることを特徴として構成され
る。
四塩化チタニウム（Ｔｉｃｌ４）は、室温では液体であ
るが、蒸気圧は、約１０Ｔｏｒｒと高い。従って、この
四塩化チタニウムのガスを流量制御することが可能であ
り、ドーピング量の制御性や再現性は極めて高い。又、
四塩化チタニウムは、III−Ｖ族化合物半導体自身の成
長を阻害することなく結晶性に優れた成長層が得られ
る。
るが、蒸気圧は、約１０Ｔｏｒｒと高い。従って、この
四塩化チタニウムのガスを流量制御することが可能であ
り、ドーピング量の制御性や再現性は極めて高い。又、
四塩化チタニウムは、III−Ｖ族化合物半導体自身の成
長を阻害することなく結晶性に優れた成長層が得られ
る。
III−Ｖ族化合物半導体例えばＩｎＰにＴｉがドーピン
グされると、鉄がドーピグされたときと同様にＩｎＰの
伝導帯下の深い位置（Ｔｉでは０．６３ｅＶ）に不純物
準位が形成される。この不純物準位がＩｎＰのキャリア
を捕獲して、キャリア濃度が激減し、ＩｎＰが高抵抗化
する。
グされると、鉄がドーピグされたときと同様にＩｎＰの
伝導帯下の深い位置（Ｔｉでは０．６３ｅＶ）に不純物
準位が形成される。この不純物準位がＩｎＰのキャリア
を捕獲して、キャリア濃度が激減し、ＩｎＰが高抵抗化
する。
半絶縁性半導体を得るためのドーパント用原料として
は、有機金属化合物，例えばビスシクロペンタディエニ
ル鉄（Ｆｅ（Ｃ５Ｈ５）２）や鉄ペンタカルボニル（Ｆ
ｅ（ＣＯ）５）がある。しかし、これら有機金属化合物
を用いると、鉄の他に炭素原子や酸素原子が半導体層に
混入しやすく、高純度結晶が得られにくい。一方、四塩
化チタニウムはチタニウム（Ｔｉ）のみがドーピングさ
れ高純度結晶が得られる。
は、有機金属化合物，例えばビスシクロペンタディエニ
ル鉄（Ｆｅ（Ｃ５Ｈ５）２）や鉄ペンタカルボニル（Ｆ
ｅ（ＣＯ）５）がある。しかし、これら有機金属化合物
を用いると、鉄の他に炭素原子や酸素原子が半導体層に
混入しやすく、高純度結晶が得られにくい。一方、四塩
化チタニウムはチタニウム（Ｔｉ）のみがドーピングさ
れ高純度結晶が得られる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は、本発明の第１の実施例を説明するためのＴｉ
ドープ半絶縁性ＩｎＰ層を成長させる気相成長装置の概
略図である。成長法としてはＶ族元素を水素化ガスとし
て供給するハイドライド気相成長法を用いた。Ｔｉドー
プＩｎＰ成長を行うため、Ｈｃｌ１０ｃｃ／ｍｉｎを含
むＨ２を供給管１２に導入し、ＰＨ３１５ｃｃ／ｍｉｎ
および四塩化チタニウム１×１０−５ｃｃ／ｍｉｎを含
むＨ２を導入管１１を流した。反応管１５に流れるガス
の流量は全体で３／ｍｉｎとした。この時、反応管１
５を加熱する加熱炉１６により、Ｉｎ１３の温度は８３
０℃，基板（ＩｎＰ）１４の温度は６００℃に加熱し
た。この条件で得られたＴｉドープＩｎＰの抵抗率は１
０６Ωｃｍ以上であった。得られた膜に対し、４Ｋにお
けるホトルミネッセンス特性を調べたところ、アンドー
プ時のＩｎＰと比較して炭素等の不純物の混入はみられ
ず、高純度であることが分かった。
ドープ半絶縁性ＩｎＰ層を成長させる気相成長装置の概
略図である。成長法としてはＶ族元素を水素化ガスとし
て供給するハイドライド気相成長法を用いた。Ｔｉドー
プＩｎＰ成長を行うため、Ｈｃｌ１０ｃｃ／ｍｉｎを含
むＨ２を供給管１２に導入し、ＰＨ３１５ｃｃ／ｍｉｎ
および四塩化チタニウム１×１０−５ｃｃ／ｍｉｎを含
むＨ２を導入管１１を流した。反応管１５に流れるガス
の流量は全体で３／ｍｉｎとした。この時、反応管１
５を加熱する加熱炉１６により、Ｉｎ１３の温度は８３
０℃，基板（ＩｎＰ）１４の温度は６００℃に加熱し
た。この条件で得られたＴｉドープＩｎＰの抵抗率は１
０６Ωｃｍ以上であった。得られた膜に対し、４Ｋにお
けるホトルミネッセンス特性を調べたところ、アンドー
プ時のＩｎＰと比較して炭素等の不純物の混入はみられ
ず、高純度であることが分かった。
本実施例では、Ｈ２で希釈された四塩化チタニウムのボ
ンベを使用しており、流量制御が容易で再現性も良好で
あった。
ンベを使用しており、流量制御が容易で再現性も良好で
あった。
第２図は、本発明の第２の実施例を説明するための縦型
反応管の有機金属気相成長装置の概略図である。第２の
実施例では、この装置を用いてＴｉドープＧａＡｓの成
長を行った。四塩化チタニウムは第１の実施例と同様、
Ｈ２で希釈されたボンベづめである。カーボンサセプタ
２３は高周波誘導加熱により加熱され、同時に基板（Ｇ
ａＡｓ）２２も加熱される。成長ガスとしてトリメチル
ガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）１ｃｃ／ｍｉｎ，ＡｓＨ
３３０ｃｃ／ｍｉｎおよびドーパンドガスとし四塩化チ
タニウム１×１０−５ｃｃ／ｍｉｎをＨ２とともに導入
管２１に流した。反応管２４に流れるガスの全流量は、
３．５／ｍｉｎ，基板温度は６５０℃とした。この条
件で得られたＴｉドープＧａＡｓの抵抗率は１０５Ωｃ
ｍ以上であり、本発明では、有機金属気相成長方法を用
いても、ハライド輸送法による気相成長方法を用いても
半絶縁性半導体層が得られた。
反応管の有機金属気相成長装置の概略図である。第２の
実施例では、この装置を用いてＴｉドープＧａＡｓの成
長を行った。四塩化チタニウムは第１の実施例と同様、
Ｈ２で希釈されたボンベづめである。カーボンサセプタ
２３は高周波誘導加熱により加熱され、同時に基板（Ｇ
ａＡｓ）２２も加熱される。成長ガスとしてトリメチル
ガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）１ｃｃ／ｍｉｎ，ＡｓＨ
３３０ｃｃ／ｍｉｎおよびドーパンドガスとし四塩化チ
タニウム１×１０−５ｃｃ／ｍｉｎをＨ２とともに導入
管２１に流した。反応管２４に流れるガスの全流量は、
３．５／ｍｉｎ，基板温度は６５０℃とした。この条
件で得られたＴｉドープＧａＡｓの抵抗率は１０５Ωｃ
ｍ以上であり、本発明では、有機金属気相成長方法を用
いても、ハライド輸送法による気相成長方法を用いても
半絶縁性半導体層が得られた。
上記実施例ではハイドライド気相成長方法および有機金
属気相成長方法を用いたが、クロライド気相成長方法に
も適用できる。
属気相成長方法を用いたが、クロライド気相成長方法に
も適用できる。
上記実施例では四塩化チタニウムの輸送にＨ２希釈ボン
ベを用いたが、本発明はこの方法に限定されず、キャリ
アガスのバブリングによる輸送でも良い。
ベを用いたが、本発明はこの方法に限定されず、キャリ
アガスのバブリングによる輸送でも良い。
又、上記実施例では半絶縁性成長層をＩｎＰやＧａＡｓ
としたが、本発明はこれらに限定されず、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系多元混晶やＡｌＧａＡｓにも適用できる。
としたが、本発明はこれらに限定されず、ＩｎＧａＡｓ
Ｐ系多元混晶やＡｌＧａＡｓにも適用できる。
本発明の気相成長方法を用いれば、従来技術で必要とさ
れた鉄反応室やその加熱炉が不要で、結晶性に優れた半
絶縁性III−Ｖ族化合物半導体が、制御性，再現性良く
得られる。この方法で得られる半絶縁性III−Ｖ族化合
物半導体を従来のＰ型，ｎ型半導体層を用いる代わりに
電流阻止用の埋め込み層として用いれば、寄生容量が低
減されて高速変調可能な半導体レーザが実現できる。ま
た光一電子複合集積素子の素子分離層としての応用も可
能である。
れた鉄反応室やその加熱炉が不要で、結晶性に優れた半
絶縁性III−Ｖ族化合物半導体が、制御性，再現性良く
得られる。この方法で得られる半絶縁性III−Ｖ族化合
物半導体を従来のＰ型，ｎ型半導体層を用いる代わりに
電流阻止用の埋め込み層として用いれば、寄生容量が低
減されて高速変調可能な半導体レーザが実現できる。ま
た光一電子複合集積素子の素子分離層としての応用も可
能である。
第１図は本発明の第１の実施例を説明するための気相成
長装置の概略図，第２図は本発明の第２の実施例を説明
するための気相成長装置の概略図，第３図は従来例を説
明するための従来の気相成長装置の概略図である。 １１，２１，３８……導入管、１２，３９……供給管，
１３……Ｉｎ、１４，２２，３５……基板、１５，２
４，３７……反応管、１６，３１，３６……加熱炉、２
３……カーボンサセプタ、３２……Ｆｅ、３３……鉄加
熱炉、３４……Ｇａ。
長装置の概略図，第２図は本発明の第２の実施例を説明
するための気相成長装置の概略図，第３図は従来例を説
明するための従来の気相成長装置の概略図である。 １１，２１，３８……導入管、１２，３９……供給管，
１３……Ｉｎ、１４，２２，３５……基板、１５，２
４，３７……反応管、１６，３１，３６……加熱炉、２
３……カーボンサセプタ、３２……Ｆｅ、３３……鉄加
熱炉、３４……Ｇａ。
Claims (1)
- 【請求項１】成長ガスおよびドーパントガスを反応管の
反応領域に導き該領域に設置された基板上に半絶縁性の
III−Ｖ族化合物半導体を気相成長させるIII−Ｖ族化合
物半導体の気相成長方法において、前記ドーパントガス
の原料として四塩化チタニウムを用いることを特徴とす
るIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23652286A JPH0616497B2 (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23652286A JPH0616497B2 (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6390820A JPS6390820A (ja) | 1988-04-21 |
| JPH0616497B2 true JPH0616497B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=17001943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23652286A Expired - Fee Related JPH0616497B2 (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0616497B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2781209B2 (ja) * | 1989-06-20 | 1998-07-30 | 富士通株式会社 | 化合物半導体混晶の製造方法 |
-
1986
- 1986-10-03 JP JP23652286A patent/JPH0616497B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6390820A (ja) | 1988-04-21 |
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