JPH0649633B2 - 化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピング方法 - Google Patents
化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピング方法Info
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- JPH0649633B2 JPH0649633B2 JP2008399A JP839990A JPH0649633B2 JP H0649633 B2 JPH0649633 B2 JP H0649633B2 JP 2008399 A JP2008399 A JP 2008399A JP 839990 A JP839990 A JP 839990A JP H0649633 B2 JPH0649633 B2 JP H0649633B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドー
ピング方法に係り、特に半導体の薄膜結晶育成技術とし
て単分子オーダの膜厚制御性に加えてドーパント不純物
の厳密な制御性を有する化合物結晶のエピタキシャル成
長におけるドーピング方法に関するものである。
ピング方法に係り、特に半導体の薄膜結晶育成技術とし
て単分子オーダの膜厚制御性に加えてドーパント不純物
の厳密な制御性を有する化合物結晶のエピタキシャル成
長におけるドーピング方法に関するものである。
従来、例えば半導体の薄膜結晶育成技術としては、分子
線エピタキシー（Molecular Beam Epi-taxy、以下ＭＢ
Ｅという）や有機金属気相エピタキシャル成長法（Meta
l Organic-Chemical VaporDeposition、以下ＭＯ−ＣＶ
Ｄという）などが一般に用いられており、特に化合物半
導体にあっては、これらの方法は半導体デバイスの作製
に多用されてきた。
線エピタキシー（Molecular Beam Epi-taxy、以下ＭＢ
Ｅという）や有機金属気相エピタキシャル成長法（Meta
l Organic-Chemical VaporDeposition、以下ＭＯ−ＣＶ
Ｄという）などが一般に用いられており、特に化合物半
導体にあっては、これらの方法は半導体デバイスの作製
に多用されてきた。
上記ＭＯ−ＣＶＤは、構造が比較的簡易で安価な装置で
よいこと、成長速度が大きく成長時間の短いことなど量
産性に優れているなどの理由で汎用されているが、単分
子層オーダで成長膜厚を制御することはできなかった。
よいこと、成長速度が大きく成長時間の短いことなど量
産性に優れているなどの理由で汎用されているが、単分
子層オーダで成長膜厚を制御することはできなかった。
このＭＯ−ＣＶＤによるドーピング技術は、基板結晶上
に、半導体の構成元素の化合物ガスと、ドーパントの化
合物ガスとを、同時に導入して行っている。
に、半導体の構成元素の化合物ガスと、ドーパントの化
合物ガスとを、同時に導入して行っている。
また、上記ＭＢＥは原料を加熱蒸発させ分子線を制御し
つつ、その蒸気を基板結晶上に蒸着する方法を用いてお
り、結晶膜厚が極めて薄く、かつ組成、プロファイル及
び結晶成長速度を充分制御することができるので、成長
膜厚の制御性は上記ＭＯ−ＣＶＤに比べて優れている。
つつ、その蒸気を基板結晶上に蒸着する方法を用いてお
り、結晶膜厚が極めて薄く、かつ組成、プロファイル及
び結晶成長速度を充分制御することができるので、成長
膜厚の制御性は上記ＭＯ−ＣＶＤに比べて優れている。
上記ＭＢＥにおけるドーピング方法は、基板結晶上に、
原料となる構成元素の蒸気と共に、ドーパント元素の蒸
気を同時に蒸着して行っている。
原料となる構成元素の蒸気と共に、ドーパント元素の蒸
気を同時に蒸着して行っている。
このＭＢＥで良質の結晶を得るためには、例えばGaAsの
場合、結晶成長温度を、500〜600℃の高温に設定する必
要があり、温度が高いため、ｎｐｎやｐｎｐといった急
峻な不純物プロファイルを作製する場合に不純物が再分
布することが問題となる。さらにＭＢＥは、蒸着法に基
づいているので、成長膜の化学量論的組成からのずれ
や、オーバル欠陥などの表面欠陥密度が高いという問題
があった。
場合、結晶成長温度を、500〜600℃の高温に設定する必
要があり、温度が高いため、ｎｐｎやｐｎｐといった急
峻な不純物プロファイルを作製する場合に不純物が再分
布することが問題となる。さらにＭＢＥは、蒸着法に基
づいているので、成長膜の化学量論的組成からのずれ
や、オーバル欠陥などの表面欠陥密度が高いという問題
があった。
これらの不都合があるため、近年、単分子層オーダの膜
厚制御性を有する分子層エピタキシー（Molecular Laye
r Epitaxy、以下ＭＬＥという）が注目されている。
厚制御性を有する分子層エピタキシー（Molecular Laye
r Epitaxy、以下ＭＬＥという）が注目されている。
このＭＬＥは、III−Ｖ族化合物の結晶成長の場合に
は、基板結晶上にIII族化合物ガスとＶ族化合物ガスと
を交互に導入し、結晶を単分子層ずつ成長させる方法で
ある。
は、基板結晶上にIII族化合物ガスとＶ族化合物ガスと
を交互に導入し、結晶を単分子層ずつ成長させる方法で
ある。
この技術は、例えば、西澤潤一他の論文「J.Nishizawa,
H.Abe and T.Kurabayashi； J.Electrochem.Soc.132(1
985)1197〜1200」に報告されている。
H.Abe and T.Kurabayashi； J.Electrochem.Soc.132(1
985)1197〜1200」に報告されている。
上記ＭＬＥは、化合物ガスの吸着及び表面反応を利用
し、例えばIII−Ｖ族結晶の場合、III族化合物ガスとＶ
族化合物ガスとの１回ずつの導入で単分子膜成長層を得
ている。
し、例えばIII−Ｖ族結晶の場合、III族化合物ガスとＶ
族化合物ガスとの１回ずつの導入で単分子膜成長層を得
ている。
このようにＭＬＥは、化合物ガスの単分子層吸着を利用
しているため、導入ガスの圧力が変化してもある圧力範
囲で常に単分子層ずつのオーダで成長させることができ
る。
しているため、導入ガスの圧力が変化してもある圧力範
囲で常に単分子層ずつのオーダで成長させることができ
る。
さらに、このＭＬＥは、GaAsの結晶成長において、アル
キルガリウムであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及び
ヒ素の水素化合物であるアルシン（AsH3）を用いていた
が、上記ＴＭＧの代わりに、アルキルガリウムであるト
リエチルガリウム（ＴＥＧ）を用いることで高純度GaAs
成長層をより低温成長で得ることができる。
キルガリウムであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及び
ヒ素の水素化合物であるアルシン（AsH3）を用いていた
が、上記ＴＭＧの代わりに、アルキルガリウムであるト
リエチルガリウム（ＴＥＧ）を用いることで高純度GaAs
成長層をより低温成長で得ることができる。
この技術は、例えば、西澤潤一他の論文「J.Nishizawa,
H.Abe, T.Kurabayashi&N.Sakurai；J.Vac.Sci.Techno
l.A4(3),(1986)706〜710」に報告されている。
H.Abe, T.Kurabayashi&N.Sakurai；J.Vac.Sci.Techno
l.A4(3),(1986)706〜710」に報告されている。
また、上記GaAsのＭＬＥによるドーピング方法は、ＴＥ
Ｇ，AsH3の化合物ガスに加えて、ドーパントの化合物ガ
スを、基板結晶表面に別々に順次導入して行っている。
これにより、低温でハイドープ結晶をはじめとする不純
物制御された高純度結晶を得ることができる。
Ｇ，AsH3の化合物ガスに加えて、ドーパントの化合物ガ
スを、基板結晶表面に別々に順次導入して行っている。
これにより、低温でハイドープ結晶をはじめとする不純
物制御された高純度結晶を得ることができる。
さらに、ＭＬＥは、低温下で結晶膜を成長させるため、
不純物の再分布が非常に少なく、急峻な不純物プロファ
イルを実現することができる。
不純物の再分布が非常に少なく、急峻な不純物プロファ
イルを実現することができる。
この技術は、例えば、西澤潤一他の論文「J.Nishizawa,
H.Abe and T.Kurabayashi； J.Elec-trochem.Soc.Vol.
136,No.2pp.478〜484(1989)に報告されている。
H.Abe and T.Kurabayashi； J.Elec-trochem.Soc.Vol.
136,No.2pp.478〜484(1989)に報告されている。
ところで、例えば高速半導体デバイスを得るためには、
さらに高濃度な不純物密度の成長膜を得ることや、より
低温での結晶成長を実現することが必要となってくる。
さらに高濃度な不純物密度の成長膜を得ることや、より
低温での結晶成長を実現することが必要となってくる。
従って、前記分子層エピタキシャル成長におけるドーピ
ング方法をより一層改良していくことが望まれる。
ング方法をより一層改良していくことが望まれる。
上述のような課題に鑑み、本発明の目的は、分子層エピ
タキシーの基本概念に基づき、高純度の結晶を低温成長
で得ることができる化合物結晶のエピタキシャル成長を
行うに際し、低温で厳密に不純物制御された高濃度な不
純物密度の成長膜を単分子層オーダで得ることができる
化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピング方
法を提供することにある。
タキシーの基本概念に基づき、高純度の結晶を低温成長
で得ることができる化合物結晶のエピタキシャル成長を
行うに際し、低温で厳密に不純物制御された高濃度な不
純物密度の成長膜を単分子層オーダで得ることができる
化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピング方
法を提供することにある。
本発明の化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドー
ピング方法によれば、真空中で加熱された基板結晶上
に、III族及びＶ族元素等の化合物の結晶成分ガスとS
i，Ge，Ｓ，Se，Te，Zn，Cd，Mg等のドーパントの化合
物ガスとを所定の順序で別個に導入して単結晶を成長さ
せる化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピン
グ方法において、上記結晶成分ガスまたはドーパントの
化合物ガスと化学反応する反応ガスを、該ドーパントの
化合物ガスの導入と前後してまたは同時に導入する。
ピング方法によれば、真空中で加熱された基板結晶上
に、III族及びＶ族元素等の化合物の結晶成分ガスとS
i，Ge，Ｓ，Se，Te，Zn，Cd，Mg等のドーパントの化合
物ガスとを所定の順序で別個に導入して単結晶を成長さ
せる化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピン
グ方法において、上記結晶成分ガスまたはドーパントの
化合物ガスと化学反応する反応ガスを、該ドーパントの
化合物ガスの導入と前後してまたは同時に導入する。
好ましくは、先行して導入された結晶成分ガスまたはド
ーパントガスとは種類が異なる結晶成分ガスまたはドー
パントガスを、後にまたは同時に導入する。
ーパントガスとは種類が異なる結晶成分ガスまたはドー
パントガスを、後にまたは同時に導入する。
上記構成によれば、真空中で加熱された基板結晶上に、
GaAs等の結晶成長成分を含むガスに加え反応ガスを所定
の順序で別個に導入することによって上記基板結晶上で
成分ガスと反応ガスとを低温で化学反応させることによ
り、高純度の結晶を低温成長で得ることができる。
GaAs等の結晶成長成分を含むガスに加え反応ガスを所定
の順序で別個に導入することによって上記基板結晶上で
成分ガスと反応ガスとを低温で化学反応させることによ
り、高純度の結晶を低温成長で得ることができる。
また、真空中で加熱された基板結晶上に、成分ガスとド
ーパントの化合物ガスとを所定の順序で別個に導入する
ドーピング方法において、上記成分ガス及びドーパント
ガスに加えて反応ガスを供給し、低温で化学反応させる
ことにより、低温で厳密に不純物制御された結晶を得る
ことができる。
ーパントの化合物ガスとを所定の順序で別個に導入する
ドーピング方法において、上記成分ガス及びドーパント
ガスに加えて反応ガスを供給し、低温で化学反応させる
ことにより、低温で厳密に不純物制御された結晶を得る
ことができる。
結晶成分ガスを真空中で加熱された基板上に交互に導入
すると、表面吸着、あるいは堆積と表面反応を伴った結
晶化が順次起こり、半導体単結晶が単分子層ずつ成長し
ていく。
すると、表面吸着、あるいは堆積と表面反応を伴った結
晶化が順次起こり、半導体単結晶が単分子層ずつ成長し
ていく。
例えばGaAsの結晶成長では、結晶成分ガスは、Gaの原料
ガスとしてはＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＥＧ
（トリエチルガリウム），ＤＭGaCl（ジメチルガリウム
クロライド），ＤＥGaCl（ジエチルガリウムクロライ
ド）あるいはGaCl3（三塩化ガリウム）が用いられる。
ガスとしてはＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＥＧ
（トリエチルガリウム），ＤＭGaCl（ジメチルガリウム
クロライド），ＤＥGaCl（ジエチルガリウムクロライ
ド）あるいはGaCl3（三塩化ガリウム）が用いられる。
また、Asの原料ガスとしてはAsH3（アルシン），ＴＭAs
（トリメチルヒ素），ＴＥAs（トリエチルヒ素）あるい
はAsCl3（三塩化ヒ素）が用いられる。
（トリメチルヒ素），ＴＥAs（トリエチルヒ素）あるい
はAsCl3（三塩化ヒ素）が用いられる。
AlGaAsの成長では、上記のGa及びAsの原料ガスに加えて
Alの原料として、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム），
ＴＥＡ（トリエチルアルミニウム），ＴＩＢＡ（トリイ
ソブチルアルミニウム），ＤＭAlＨ（ジメチルアルミニ
ウムハイドライド），ＤＥAlＨ（ジエチルアルミニウム
ハイドライド），ＤＭAlCl（ジメチルアルミニウムクロ
ライド），ＤＥAlCl（ジエチルアルミニウムクロライ
ド）或いはAlCl3（三塩化アルミニウム）が用いられ
る。
Alの原料として、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム），
ＴＥＡ（トリエチルアルミニウム），ＴＩＢＡ（トリイ
ソブチルアルミニウム），ＤＭAlＨ（ジメチルアルミニ
ウムハイドライド），ＤＥAlＨ（ジエチルアルミニウム
ハイドライド），ＤＭAlCl（ジメチルアルミニウムクロ
ライド），ＤＥAlCl（ジエチルアルミニウムクロライ
ド）或いはAlCl3（三塩化アルミニウム）が用いられ
る。
上記のGa，As及びAlの原料ガスを導入後、これと化学反
応する反応ガスを送り込むことにより、メチル基，エチ
ル基などのアルキル基やCl，Ｈなどの表面吸着物の官能
基を表面反応により取り去ることができる。
応する反応ガスを送り込むことにより、メチル基，エチ
ル基などのアルキル基やCl，Ｈなどの表面吸着物の官能
基を表面反応により取り去ることができる。
これによってアルキル基からのＣ（カーボン）の汚染や
上記Clの結晶中への混入を防ぐことができる。
上記Clの結晶中への混入を防ぐことができる。
また、上記Ｈを取り除くことにより原料とする物質の原
子が表面に露出することになり、次に供給される原料ガ
スが効率良く表面吸着するので厳密な単分子層成長の制
御が可能になる。
子が表面に露出することになり、次に供給される原料ガ
スが効率良く表面吸着するので厳密な単分子層成長の制
御が可能になる。
上記GaAsやAlGaAsの結晶成長法におけるドーピング方法
では、ドーパントを含む化合物ガスについても所定の時
間だけ導入される。すなわち、成分ガスとドーパントの
化合物ガスとが所定の順序で別個に導入される。
では、ドーパントを含む化合物ガスについても所定の時
間だけ導入される。すなわち、成分ガスとドーパントの
化合物ガスとが所定の順序で別個に導入される。
ドーパントの化合物ガスは、ｎ形不純物の化合物として
は、ＤＭSe（ジメチルセレン），ＤＥSe（ジエチルセレ
ン），ＤＭＳ（ジメチル硫黄），ＤＥＳ（ジエチル硫
黄），ＤＭTe（ジメチルテルル），ＤＥTe（ジエチルテ
ルル）などのVI族有機金属や、H2Ｓ（硫化水素），H2Se
（セレン化水素）などのVI族水素化合物及びSiH4，Si2H
6，Si3H3，Si(CH3)4などのVI族化合物がある。
は、ＤＭSe（ジメチルセレン），ＤＥSe（ジエチルセレ
ン），ＤＭＳ（ジメチル硫黄），ＤＥＳ（ジエチル硫
黄），ＤＭTe（ジメチルテルル），ＤＥTe（ジエチルテ
ルル）などのVI族有機金属や、H2Ｓ（硫化水素），H2Se
（セレン化水素）などのVI族水素化合物及びSiH4，Si2H
6，Si3H3，Si(CH3)4などのVI族化合物がある。
また、ｐ形不純物の化合物としては、ＤＭZn（ジメチル
亜鉛），ＤＥZn（ジエチル亜鉛），ＤＭCd（ジメチルカ
ドミウム），ＤＥCd（ジエチルカドミウム），Bi−ＣＰ
Mg（ビス−シクロペンタジエニルマグネシウム），GeH4
及びＴＭＧなどのメチル基からのＣ（カーボン）などが
ある。
亜鉛），ＤＥZn（ジエチル亜鉛），ＤＭCd（ジメチルカ
ドミウム），ＤＥCd（ジエチルカドミウム），Bi−ＣＰ
Mg（ビス−シクロペンタジエニルマグネシウム），GeH4
及びＴＭＧなどのメチル基からのＣ（カーボン）などが
ある。
これらのガスを基板結晶上に導入し、効率よくドナー及
びアクセプタとして結晶中に取り込ませるためには、こ
れらのガスを導入後に結晶表面で元素と結合して残って
いる官能基を取り去る必要がある。このため、ドーパン
トの化合物ガスの導入と前後してまたは同時に、種類の
異なる反応ガスを導入して表面反応により官能基を取り
去ることで、純粋な元素のドーピングが可能になる。反
応ガスとしては、前記原料ガス及びドーパントガス以外
の原料ガスまたはドーパントガスが用いられる。
びアクセプタとして結晶中に取り込ませるためには、こ
れらのガスを導入後に結晶表面で元素と結合して残って
いる官能基を取り去る必要がある。このため、ドーパン
トの化合物ガスの導入と前後してまたは同時に、種類の
異なる反応ガスを導入して表面反応により官能基を取り
去ることで、純粋な元素のドーピングが可能になる。反
応ガスとしては、前記原料ガス及びドーパントガス以外
の原料ガスまたはドーパントガスが用いられる。
また、分子層ずつ成長する過程でドーピングを行うの
で、ドーパントが入る結晶のサイトを制御でき、完全性
の高いドープされた結晶を得ることができる。
で、ドーパントが入る結晶のサイトを制御でき、完全性
の高いドープされた結晶を得ることができる。
以下、本発明によりエピタキシャル結晶成長を行う場合
の好適な実施例を、半導体のエピタキシャル結晶成長を
例にとって添付図面に基づいて詳細に説明する。
の好適な実施例を、半導体のエピタキシャル結晶成長を
例にとって添付図面に基づいて詳細に説明する。
第１図は分子層エピタキシーにおいて、従来行われてき
たドーピング方法に関するタイムチャートであり、（Ｔ
ＥＧ−AsH3）系のGaAsの分子層エピタキシーの例を示す
ものである。
たドーピング方法に関するタイムチャートであり、（Ｔ
ＥＧ−AsH3）系のGaAsの分子層エピタキシーの例を示す
ものである。
すなわち、基板結晶上にＴＥＧとAsH3とをそれぞれ所定
の圧力で所定の時間だけ交互に導入する結晶成長方法に
おいて、ドーパントを含む化合物ガスを以下の（ａ）〜
（ｄ）のガス導入モードのうちの何れか一つを選んで導
入する。
の圧力で所定の時間だけ交互に導入する結晶成長方法に
おいて、ドーパントを含む化合物ガスを以下の（ａ）〜
（ｄ）のガス導入モードのうちの何れか一つを選んで導
入する。
（ａ）のモードはAsH3の排気時に同期させてドーパント
の化合物ガスを導入する場合、 （ｂ）のモードはＴＥＧ導入時に同期させてドーパント
の化合物ガスを導入する場合、 （ｃ）のモードはＴＥＧ排気時に同期させてドーパント
の化合物ガスを導入する場合、 （ｄ）のモードはAsH3の導入時に同期させてドーパント
の化合物ガスを導入する場合である。
の化合物ガスを導入する場合、 （ｂ）のモードはＴＥＧ導入時に同期させてドーパント
の化合物ガスを導入する場合、 （ｃ）のモードはＴＥＧ排気時に同期させてドーパント
の化合物ガスを導入する場合、 （ｄ）のモードはAsH3の導入時に同期させてドーパント
の化合物ガスを導入する場合である。
第２図（Ａ）は本発明よるGaAsの分子層エピタキシャル
結晶成長におけるドーピング方法の実施例を示すもので
ある。
結晶成長におけるドーピング方法の実施例を示すもので
ある。
図示されているように、結晶成分ガスのＴＥＧあるいは
ＴＭＧと、AsH3とを真空中で加熱された基板結晶上に交
互に導入して結晶成長を行うに際して、ドーパントの化
合物ガスをＴＥＧ（或いはＴＭＧ）の排気時に同期させ
て導入するドーピング方法において（第１図のｃモード
に相当する）、反応ガスを以下の（ｃ１）〜（ｃ３）の
モードにより導入するものである。
ＴＭＧと、AsH3とを真空中で加熱された基板結晶上に交
互に導入して結晶成長を行うに際して、ドーパントの化
合物ガスをＴＥＧ（或いはＴＭＧ）の排気時に同期させ
て導入するドーピング方法において（第１図のｃモード
に相当する）、反応ガスを以下の（ｃ１）〜（ｃ３）の
モードにより導入するものである。
（ｃ１）はドーパントの化合物ガス導入後に反応ガスを
導入する場合、 （ｃ２）はドーパントの化合物ガス導入直前に反応ガス
を導入する場合、 （ｃ３）はドーパントの化合物ガス導入中に同期させて
反応ガスを導入する場合である。
導入する場合、 （ｃ２）はドーパントの化合物ガス導入直前に反応ガス
を導入する場合、 （ｃ３）はドーパントの化合物ガス導入中に同期させて
反応ガスを導入する場合である。
ドーパントの化合物ガスとして、ｎ形ドーパントの化合
物ではＤＭＳ，ＤＥＳ，ＤＭSe，ＤＥSe，ＤＭTe，ＤＥ
TeなどのVI族有機金属化合物や、H2S及びH2SeなどのVI
族水素化物、またはSiH4，Si2H6，Si3H3などのIV族水素
化物や、Si(CH3)4などのIV族有機金属化合物等が用いら
れる。
物ではＤＭＳ，ＤＥＳ，ＤＭSe，ＤＥSe，ＤＭTe，ＤＥ
TeなどのVI族有機金属化合物や、H2S及びH2SeなどのVI
族水素化物、またはSiH4，Si2H6，Si3H3などのIV族水素
化物や、Si(CH3)4などのIV族有機金属化合物等が用いら
れる。
また、ｐ形ドーパントの化合物としては、ＤＭCd，ＤＥ
Cd，Bi−ＣＰMgなどのII族有機金属化合物や、GeH4など
のIV族水素化物あるいはＴＭＧなどのメチル基からのＣ
（カーボン）などが用いられる。
Cd，Bi−ＣＰMgなどのII族有機金属化合物や、GeH4など
のIV族水素化物あるいはＴＭＧなどのメチル基からのＣ
（カーボン）などが用いられる。
ｎ形，ｐ形のドーパントの化合物は共に、大別して有機
金属化合物と水素化物とに分類することができる。
金属化合物と水素化物とに分類することができる。
また、反応ガスとしてH2やＴＥＧ（またはＴＭＧ）やAs
H3などの結晶成分ガスを導入しても良いし、又は、上記
ＴＥＧ（あるいはＴＭＧ）の排気時に同期させて導入す
るドーパントの化合物ガスと異なる種類のドーパントの
化合物ガスを導入しても良い。
H3などの結晶成分ガスを導入しても良いし、又は、上記
ＴＥＧ（あるいはＴＭＧ）の排気時に同期させて導入す
るドーパントの化合物ガスと異なる種類のドーパントの
化合物ガスを導入しても良い。
例えば、下記（１），（２）は共に、上記第２図（Ａ）
に示した（ｃ１）モードに相当する。
に示した（ｃ１）モードに相当する。
（１）（ＴＥＧ−Si2H6−ＴＥＧ−AsH3） （２）（ＴＥＧ−Si2H6−ＤＥSe−AsH3） 上記ＴＥＧ（あるいはＴＭＧ）の排気時に同期させて導
入するドーパントの化合物ガスとしてはSi2H6を用い
る。
入するドーパントの化合物ガスとしてはSi2H6を用い
る。
上記（１）は反応ガスとして結晶成分ガスであるＴＥＧ
を用いた場合、（２）は反応ガスとしてドーパントの化
合物ガスであるＤＥSeを用いた場合を示している。
を用いた場合、（２）は反応ガスとしてドーパントの化
合物ガスであるＤＥSeを用いた場合を示している。
またさらに、第２図（Ｂ）は、ドーパントの化合物ガス
をAsH3の排気時に同期させて導入するドーピング方法に
おいて（第１図のａモードに相当する）、反応ガスを以
下の（ａ１）〜（ａ３）のモードにより導入する。
をAsH3の排気時に同期させて導入するドーピング方法に
おいて（第１図のａモードに相当する）、反応ガスを以
下の（ａ１）〜（ａ３）のモードにより導入する。
（ａ１）はドーパントの化合物ガス導入後に反応ガスを
導入する場合、 （ａ２）はドーパントの化合物ガス導入直前に反応ガス
を導入する場合、 （ａ３）はドーパントの化合物ガス導入中に同期させて
化合物ガスを導入する場合である。
導入する場合、 （ａ２）はドーパントの化合物ガス導入直前に反応ガス
を導入する場合、 （ａ３）はドーパントの化合物ガス導入中に同期させて
化合物ガスを導入する場合である。
ドーパントの化合物ガスには、上記VI族有機金属化合
物，VI族水素化物，IV族水素化物，IV族有機金属化合
物，II族有機金属化合物及びＴＭＧなどが用いられる。
物，VI族水素化物，IV族水素化物，IV族有機金属化合
物，II族有機金属化合物及びＴＭＧなどが用いられる。
また、反応ガスとしてH2やＴＥＧ（またはＴＭＧ）やAs
H3などの結晶成分ガスを導入しても良いし、又は、上記
AsH3の排気時に同期させて導入するドーパントの化合物
ガスと異なる種類のドーパントの化合物ガスを導入して
も良い。
H3などの結晶成分ガスを導入しても良いし、又は、上記
AsH3の排気時に同期させて導入するドーパントの化合物
ガスと異なる種類のドーパントの化合物ガスを導入して
も良い。
例えば下記（３），（４），（５）は第２図（Ｂ）に示
した（ａ１）モードに相当する。
した（ａ１）モードに相当する。
（３）（ＴＥＧ−AsH3−ＤＥSe−AsH3） （４）（ＴＥＧ−AsH3−ＤＥSe−H2） （５）（ＴＥＧ−AsH3−ＤＥSe−H2Se） 上記AsH3の排気時に同期させて導入するドーパントの化
合物ガスとしてＤＥSeを用いる。
合物ガスとしてＤＥSeを用いる。
上記（３）は反応ガスとして結晶成分ガスのAsH3を用い
た場合、（４）は反応ガスとしてH2を用いた場合、
（５）は反応ガスとしてドーパントの化合物ガスのH2Se
を用いた場合を示すものである。
た場合、（４）は反応ガスとしてH2を用いた場合、
（５）は反応ガスとしてドーパントの化合物ガスのH2Se
を用いた場合を示すものである。
上記（５）の例では、Seの有機金属化合物とSeの水素化
物とが表面反応するため、このSeのドーピング密度を室
温でｎ≧２×１０19cm-3の高密度にすることができる。
物とが表面反応するため、このSeのドーピング密度を室
温でｎ≧２×１０19cm-3の高密度にすることができる。
また、上記（３）及び（４）の例では、吸着したＤＥSe
（もしくはSeの化合物）のエチル基が、反応ガスAsH3も
しくはH2と反応して脱離する。このため結晶成長膜中へ
のＣ（カーボン）の混入を少なくすることができる。さ
らに、ドーパント化合物と反応ガスとの水素化物が低温
で反応するため、結晶成長温度を低温化することが可能
である。従って、ドーパントが再分布しないので、高純
度の成長膜を得ることができる。
（もしくはSeの化合物）のエチル基が、反応ガスAsH3も
しくはH2と反応して脱離する。このため結晶成長膜中へ
のＣ（カーボン）の混入を少なくすることができる。さ
らに、ドーパント化合物と反応ガスとの水素化物が低温
で反応するため、結晶成長温度を低温化することが可能
である。従って、ドーパントが再分布しないので、高純
度の成長膜を得ることができる。
以上例を挙げて説明してきたように、反応ガスには、基
板結晶上に先行して導入されたガスと異なるタイプのガ
スを選ぶことが必要である。
板結晶上に先行して導入されたガスと異なるタイプのガ
スを選ぶことが必要である。
すなわち、先行する導入ガスが塩化物や有機金属化合物
であれば、反応ガスとして水素化物を導入して、Ｍ−Cl
nやＭ−(CH3)n（Ｍは金属元素）中のCl，CH3などを水素
還元して取り去る。
であれば、反応ガスとして水素化物を導入して、Ｍ−Cl
nやＭ−(CH3)n（Ｍは金属元素）中のCl，CH3などを水素
還元して取り去る。
また、先行する導入ガスが水素化物であれば、有機金属
ガス等を反応ガスとして選定し、表面吸着率を極めて高
くすることができる。
ガス等を反応ガスとして選定し、表面吸着率を極めて高
くすることができる。
本発明によるGaAs分子層エピタキシャル結晶成長におけ
るドーピング方法のドーパントの化合物ガスと反応ガス
との組合わせの例を、下記第１表に示す。
るドーピング方法のドーパントの化合物ガスと反応ガス
との組合わせの例を、下記第１表に示す。
以上のような本発明のエピタキシャル結晶成長における
ドーピング方法は、GaAsの他にAlxGa1-xAs，GaP，InP，
AlAs，InAs，InSb，InxGa1-xAs，AlxGa1-xＰ，InAsyP
1-y等の分子層エピタキシャル結晶成長においても適応
できる。
ドーピング方法は、GaAsの他にAlxGa1-xAs，GaP，InP，
AlAs，InAs，InSb，InxGa1-xAs，AlxGa1-xＰ，InAsyP
1-y等の分子層エピタキシャル結晶成長においても適応
できる。
このように本発明は、ＬＳＩや超高速ＩＣに必要な能動
層を作製するのに極めて適した技術である。
層を作製するのに極めて適した技術である。
以上述べたように、本発明の化合物結晶のエピタキシャ
ル結晶成長方法は、真空中で加熱された基板結晶上に複
数の結晶成分ガスを所定の順序で別個に導入して単結晶
薄膜を成長させる化合物結晶のエピタキシャル結晶成長
において、上記基板結晶上に結晶成分ガスの他に反応ガ
スを所定の順序で導入することにより、高純度の結晶を
低温成長で得ることができる。
ル結晶成長方法は、真空中で加熱された基板結晶上に複
数の結晶成分ガスを所定の順序で別個に導入して単結晶
薄膜を成長させる化合物結晶のエピタキシャル結晶成長
において、上記基板結晶上に結晶成分ガスの他に反応ガ
スを所定の順序で導入することにより、高純度の結晶を
低温成長で得ることができる。
また、本発明の化合物結晶のエピタキシャル結晶成長に
おけるドーピング方法は、真空中で加熱された基板結晶
上に結晶成分ガス及びドーパント化合物ガスの他に反応
ガスを所定の順序で導入することにより、低温成長で厳
密に不純物制御された結晶を得ることができ、さらに高
濃度に不純物添加された結晶を得ることができる。
おけるドーピング方法は、真空中で加熱された基板結晶
上に結晶成分ガス及びドーパント化合物ガスの他に反応
ガスを所定の順序で導入することにより、低温成長で厳
密に不純物制御された結晶を得ることができ、さらに高
濃度に不純物添加された結晶を得ることができる。
第１図は分子層エピタキシーにおけるドーパント化合物
ガスのガス導入方法に関するタイムチャートを示すグラ
フ、 第２図（Ａ）はGaAsの分子層エピタキシーにおけるＣモ
ードによるドーピング方法を示すグラフ、 第２図（Ｂ）はGaAsの分子層エピタキシーにおけるＡモ
ードによるドーピング方法を示すグラフである。
ガスのガス導入方法に関するタイムチャートを示すグラ
フ、 第２図（Ａ）はGaAsの分子層エピタキシーにおけるＣモ
ードによるドーピング方法を示すグラフ、 第２図（Ｂ）はGaAsの分子層エピタキシーにおけるＡモ
ードによるドーピング方法を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西澤 潤一 宮城県仙台市青葉区米ケ袋１丁目６番16号 (56)参考文献 特開 昭62−189721（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−34928（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−43411（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−240012（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−174315（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−35494（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】真空中で加熱された基板結晶上に、化合物
の結晶成分ガスとドーパントの化合物ガスとを所定の順
序で別個に導入して単結晶を成長させる化合物結晶のエ
ピタキシャル成長におけるドーピング方法において、上
記結晶成分ガスまたはドーパントの化合物ガスと化学反
応する反応ガスを、該ドーパントの化合物ガスの導入と
前後してまたは同時に導入するようにしたことを特徴と
する、化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピ
ング方法。 - 【請求項２】前記反応ガスが、前記基板結晶上に先行し
て導入した結晶成分ガスと異なる種類の結晶成分ガスで
あることを特徴とする、請求項１に記載の化合物結晶の
エピタキシャル成長におけるドーピング方法。 - 【請求項３】前記反応ガスが、前記基板結晶上に先行し
て導入したドーパントの化合物ガスと異なる種類のドー
パントの化合物ガスであることを特徴とする、請求項１
に記載の化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドー
ピング方法。 - 【請求項４】前記結晶成分ガスが、III族とＶ族の元素
を含むことを特徴とする、請求項１乃至請求項３の何れ
かに記載の化合物結晶のエピタキシャル成長におけるド
ーピング方法。 - 【請求項５】前記反応ガスがH2であることを特徴とす
る、請求項１に記載の化合物結晶のエピタキシャル成長
におけるドーピング方法。 - 【請求項６】前記ドーパントの化合物ガスがSi，Ge，
Ｓ，Se，Te，Zn，Cd，Mgの化合物ガスであることを特徴
とする、請求項１乃至請求項５の何れかに記載の化合物
結晶のエピタキシャル成長におけるドーピング方法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2008399A JPH0649633B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピング方法 |
| DE1991618414 DE69118414T2 (de) | 1990-01-19 | 1991-01-18 | Verfahren zum epitaktischen Wachstum und Dotierung eines Verbindungskristalls |
| EP19910100544 EP0439064B1 (en) | 1990-01-19 | 1991-01-18 | Method of epitaxially growing compound crystal and doping method therein |
| US08/049,661 US5338389A (en) | 1990-01-19 | 1993-04-21 | Method of epitaxially growing compound crystal and doping method therein |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008399A JPH0649633B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03215390A JPH03215390A (ja) | 1991-09-20 |
| JPH0649633B2 true JPH0649633B2 (ja) | 1994-06-29 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008399A Expired - Fee Related JPH0649633B2 (ja) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | 化合物結晶のエピタキシャル成長におけるドーピング方法 |
Country Status (3)
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|---|---|
| EP (1) | EP0439064B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0649633B2 (ja) |
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| JP4511006B2 (ja) * | 2000-09-01 | 2010-07-28 | 独立行政法人理化学研究所 | 半導体の不純物ドーピング方法 |
| JP6055325B2 (ja) * | 2013-01-30 | 2016-12-27 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体結晶の製造方法 |
| JP6055290B2 (ja) * | 2012-11-26 | 2016-12-27 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体結晶の製造方法 |
| JP6746887B2 (ja) * | 2015-09-16 | 2020-08-26 | 住友電気工業株式会社 | 高電子移動度トランジスタ、及び高電子移動度トランジスタの製造方法 |
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| JPH0766909B2 (ja) * | 1984-07-26 | 1995-07-19 | 新技術事業団 | 元素半導体単結晶薄膜の成長法 |
| JPS62189721A (ja) * | 1986-02-17 | 1987-08-19 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体膜形成法および半導体膜形成用装置 |
| US4767494A (en) * | 1986-07-04 | 1988-08-30 | Nippon Telegraph & Telephone Corporation | Preparation process of compound semiconductor |
-
1990
- 1990-01-19 JP JP2008399A patent/JPH0649633B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-01-18 EP EP19910100544 patent/EP0439064B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-01-18 DE DE1991618414 patent/DE69118414T2/de not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| EP0439064B1 (en) | 1996-04-03 |
| DE69118414D1 (de) | 1996-05-09 |
| DE69118414T2 (de) | 1996-11-28 |
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| EP0439064A1 (en) | 1991-07-31 |
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