JPH06232052A - 化合物半導体薄膜の気相成長法 - Google Patents

化合物半導体薄膜の気相成長法

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JPH06232052A
JPH06232052A JP1719993A JP1719993A JPH06232052A JP H06232052 A JPH06232052 A JP H06232052A JP 1719993 A JP1719993 A JP 1719993A JP 1719993 A JP1719993 A JP 1719993A JP H06232052 A JPH06232052 A JP H06232052A
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JP
Japan
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thin film
layer
growth
gas
group
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JP1719993A
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English (en)
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Hitoshi Mizuochi
均 水落
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 遷移領域のない急峻な層界面を有する多層構
造の化合物半導体薄膜を得る。 【構成】 減圧型の有機金属気相成長装置による気相成
長法にて同一導電型でキャリア濃度の異なる結晶層を連
続して成長させるために、層成長切替え時にIII族有機
金属原料ガスの供給を止め、V族有機金属原料ガスとド
ーピングガスを流して成長温度をBの方向に上昇させ、
キャリア濃度が低くなった成長温度で再びIII 族有機金
属原料ガスを供給することで、ドーピング量は変らずに
異なるキャリア濃度の多層構造の半導体薄膜が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は有機金属気相成長法に
よってIII −V族化合物半導体の結晶薄膜を成長させる
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】有機金属気相成長法は、有機金属化合物
と金属水素化合物を反応炉の中で熱分解することによ
り、基板上に薄膜の単結晶を成長させる方法であり、超
薄膜の多層構成を量産性高く容易に形成することができ
るので、化合物半導体基板の作製に広く用いられてい
る。
【0003】例えば、図3は特開昭58−25223号
公報に開示された従来のIII −V族化合物半導体の気相
成長装置であり、図4および図5は、例えば第43回応
用物理学会学術講演会の講演予稿集(1982年)の第
144頁に開示された従来の図3のような気相成長装置
にて成長したプレーナ型InP/InGaAs−APD
用結晶構造およびこの構造の深さ方向のn形領域におけ
るキャリア濃度分布である。図において、21は内部が
第1の成長室21aと第2の成長室21bに分かれた反
応管であり、22はサセプタ23に支持されたInP基
板結晶である。そして、第1成長室21a内の上流には
III 族の金属インジウム24と金属ガリウム25がそれ
ぞれ石英ボードに入れられており、V族元素および不純
物元素を供給する導入口26が設けられている。また、
第2成長室21b内の上流にはIII 族の金属インジウム
24が石英ボートに入れられており、V族元素および不
純物元素を供給する導入口27が設けられている。
【0004】次に、上記図3の装置による従来の気相成
長例をプレーナ型InP/InGaAs−APDについ
て説明すると、まずInP基板22をサセプタ23にセ
ットしてこれを反応管21内に設置する。次いで、反応
管21内の第1成長室21aにH2 によって希釈された
HClガスを通し、同室内の石英ボートに入れられたII
I 族の金属In24、金属Ga25と反応させて、In
Cl、GaClの塩化物としてInP基板へ運び、この
塩化物と導入口26から供給したH2 で希釈されたV族
のアルシン(AsH3 )、ドーパントであるH2 Sと反
応させることで図4のようにInP基板22上にn-
InGaAs光吸収層31を成長させる。
【0005】同様にして、第2成長室21b内にH2
よって希釈されたHClガスを通し、同室内の石英ボー
トに入れられた金属In24と反応させて、InClと
し、導入口27から供給されたH2 で希釈されたP
3 、H2 Sと反応させることでn- −InGaAs光
吸収層31上にn−InPアバランシェ増倍層32、n
-−InPガードリング層33を連続成長させる。In
P系のn形ドーパントとしてはH2 Sがよく用いられ
る。ここで、n−InPアバランシェ増倍層32と、n
- −InPガードリング層33は、APD動作を行わせ
るためにキャリア濃度差をつけており、n−InPアバ
ランシェ増倍層の不純物濃度はND =2×1016
-3、n- −InPガードリング層はND <5×1015
cm-3としている。図5は、n- −InPガードリング
層33の表面から深さ方向にキャリア濃度を同定したも
のである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の気相成長法は、
以上のように行われ、n−InPアバランシェ増倍層を
成長後、低キャリア濃度のn- −InPガードリング層
を得るために、H2 Sのようなド−ピングガスの流量を
減じていくが、n−InPアバランシェ増倍層とn-
InPガードリング層間には、このド−ピングガスの流
量を減じていく過程で発生した遷移領域35が形成され
る結果、この両層界面を急峻にすることができず、AP
Dの増倍に起因する所望の層厚、キャリア濃度等を得る
のは困難であるという問題があった。
【0007】この発明は、上記のような問題点を解消す
るべく検討の結果なされたものであって、n−InPア
バランシェ増倍層とn- −InPガードリング層間の成
長層界面の急峻性を達成するための気相成長法を提供す
ることを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】即ち、この発明の気相成
長法は不純物をドーピングし、キャリア濃度の異なる同
一導電形の結晶を、半導体基板上に連続して成長させて
多層構造の結晶薄膜を得る方法であって、第1、第2の
半導体結晶層を成長したのち、第3の半導体結晶層の成
長において、引き続きV族有機金属元素の原料ガスと不
純物を通すが、III 族有機金属元素の原料ガスの供給を
止めて成長温度を可変させ、その後上記V族有機金属元
素の原料ガス、不純物とともに再びIII 族有機金属元素
の原料ガスを供給することを特徴とするものである。
【0009】
【作用】この発明は第2の半導体結晶層であるn−In
Pアバランシェ増倍層上に第3の半導体結晶層のn-
InPガードリング層を成長する時に両界面の急峻性を
達成するために、層切換え時にAsH3 あるいはPH3
のようなV族有機金属元素の原料ガスとH2 Sの不純物
ドーピングガスを流した状態で、TMInのようなIII
族の原料ガスの供給を止めて成長温度を上昇または下降
させ、キャリア濃度の温度依存性を利用して所望の温度
にて再びTMInガスを流して成長させるようにしたも
のである。
【0010】これにより、例えばキャリア濃度の高い結
晶層を成長後、成長を止め、キャリア濃度が低くなる成
長温度になった時に再び成長させることによって、不純
物のドーピング量は変わらずにその目的を達成すること
ができる。そしてこの成長法では2層間で連続的なキャ
リア分布が発生せず、界面の急峻な遷移領域のない多層
構造の結晶層を得ることができる。
【0011】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図に基づいて詳
細に説明する。図1はこの発明の実施例において使用す
る気相成長装置の一例を示す概略構成図である。図にお
いて、1は反応管であり、この反応管1内には反応ガス
を導入するフローチャンネル2、グラファイト製サセプ
タ4が設けられ、このサセプタ4上に単結晶InP基板
3が設置されている。5は反応管1内を排気するに用い
る真空ポンプ、6は加熱炉であって、基板3が適当な温
度に保持される。そして、7a、7bはTMIn、TM
Gaの有機金属化合物を夫々収容しているバブラで、恒
温槽8a、8bにて所定の温度に保たれており、このバ
ブラにマスフローコントローラ10a、10bを介して
キャリアガスとしてH2 ガスまたはHClガスを混合し
たH2ガスが供給される。9a、9bはAsH3 やPH
3 などの金属水素化物であり、マスフローコントローラ
11a、11bを介して反応管1に供給される。12は
ガスの供給、停止を切り換えるバルブである。
【0012】次に、この発明の気相成長法をInP/I
nGaAs−APDについて説明すると、InP基板上
へのInGaAs光吸収層の形成は、上記した従来の装
置による方法と同様でもよいが、大面積化、層厚や組成
の均一化を図るには図1のような減圧型の有機金属気相
成長装置によるのが望ましい。
【0013】即ち、まずバブラ7a、7bにマスフロー
コントローラ10a、10bで流量を調整したキャリア
ガスを送り、キャリアガスとともにTMIn、TMGa
蒸気を反応管1内に導入し、同時にマスフローコントロ
ーラ11aで流量を調整した9aのAsH3 ガスをH2
ガスで導入し、ドーピングガスとしてH2 Sガスを用い
ることにより、これらのガスが基板3上で熱分解し、図
4と同じように基板上にInGaAs光吸収層31が成
長する。次いで、バブラ7aのTMIn蒸気をキャリア
ガスとともに流し、同時にマスフローコントローラ11
aで流量を調整した9bのPH3 ガスとH2 Sドーピン
グガスを流すことによってInGaAs光吸収層31上
にn−InPアバランシェ増倍層32を成長させた。
【0014】その後、バブル7aからのTMInの供給
のみを止めて、PH3 ガスとH2 Sドーピングガスを流
し続けて成長温度を図2のBの方向に上昇させる。即
ち、上記で得られたn−InPアバランシェ増倍層のキ
ャリア濃度ND は、図2のようにH2 Sを10cc流し
て約560℃でND =2×1016cm-3であるが、TM
Inの供給を止めて成長温度を600℃以上に上げる
と、同じ10ccのH2 Sの流量でキャリア濃度ND
D <5×1015cm-3となることが予測される。そこ
で、成長温度が600℃以上になったところで再びバブ
ラ7aのTMIn蒸気をキャリアガスとともに反応管1
内に導入してn−InPアバランシェ増倍層32上にn
−InPガードリング層33を成長させた。
【0015】このように、n−InPアバランシェ増倍
層32上へn−InPガードリング層33を成長させる
に当たって、TMInの供給を止めて、PH3 ガスとH
2 Sドーピングガスを流し続けて成長温度を上昇させる
操作を行うことによって、n−InPアバランシェ増倍
層32とn−InPガードリング層33間に遷移領域が
発生するのを防止することができて、両層界面の急峻な
多結晶構造の化合物半導体薄膜を得ることができる。
【0016】なお、上記実施例においては、n−InP
アバランシェ増倍層上にキャリア濃度の低いn−InP
ガードリング層を成長させたが、その逆の構造、即ちキ
ャリア濃度の高い(図2の矢印Aの方向)結晶も作製で
き、同じように両層界面の急峻な多結晶構造の化合物半
導体薄膜を得ることができる。
【0017】また、上記実施例ではTMInの供給を停
止している間も流し続けるPH3 ガスとH2 Sドーピン
グガスの流量は変えずに、成長温度のみを変化させた
が、この間のPH3 ガスあるいはH2 Sドーピングガス
の流量を変えても差し支えない。図2における矢印Cは
TMInの供給を停止している間も流し続けるH2 Sド
ーピングガスの流量を50ccから10ccに減らし
て、所望のキャリア濃度の多層構造を作製する方向を表
している。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、n−InPアバランシェ増倍層上にn−InPガー
ドリング層を成長させるに際し、III 族の金属の供給を
停止し、V族の金属蒸気とドーピングガスを流しつづけ
る時に、成長温度を可変させることで両層界面の急峻な
遷移領域のない多層構造の結晶層を得ることができ、こ
れによってデバイスのより一層の特性向上を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明で使用する減圧型有機金属気相成長装
置の概略構成図である。
【図2】結晶層におけるキャリア濃度の成長温度依存性
を示す説明図である。
【図3】従来の気相成長装置の一例の概略構成図であ
る。
【図4】プレーナ形InP/InGaAs−APD結晶
構造の断面図である。
【図5】従来の気相成長法により得られた結晶層の深さ
方向のキャリア濃度分布を示す説明図である。
【符号の説明】
1 反応管 2 フローチャンネル 3 InP基板 4 サセプタ 5 真空ポンプ 6 加熱炉 7a バブラ 7b バブラ 8a 恒温槽 8b 恒温槽 9a AsH3 9b PH3 10a マスフローコントローラ 10b マスフローコントローラ 11a マスフローコントローラ 11b マスフローコントローラ 12 バルブ 22 InP基板 31 n- −InGaAs光吸収層 32 n−InPアバランシェ増倍層 33 n- −InPガードリング層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不純物をドーピングし、キャリア濃度の
    異なる同一導電形の結晶を、半導体基板上に連続して成
    長させて多層構造の結晶薄膜を得る方法であって、各層
    成長時の不純物ドーピング量を不変として成長温度を可
    変させることを特徴とする化合物半導体薄膜の気相成長
    法。
  2. 【請求項2】 不純物をドーピングし、キャリア濃度の
    異なる同一導電形の結晶を、半導体基板上に連続して成
    長させて多層構造の結晶薄膜を得る方法であって、第
    1、第2の半導体結晶層を成長したのち、第3の半導体
    結晶層の成長において、引き続きV族有機金属元素の原
    料ガスと不純物を通すが、III 族有機金属元素の原料ガ
    スの供給を止めて成長温度を可変させ、その後上記V族
    有機金属元素の原料ガス、不純物とともに再びIII 族有
    機金属元素の原料ガスを供給することを特徴とする化合
    物半導体薄膜の気相成長法。
JP1719993A 1993-02-04 1993-02-04 化合物半導体薄膜の気相成長法 Pending JPH06232052A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5685904A (en) * 1995-04-28 1997-11-11 Lucent Technologies Inc. Method of making multi-quantum well lasers

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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