JPH0658976B2 - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置の製造方法Info
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- JPH0658976B2 JPH0658976B2 JP28156284A JP28156284A JPH0658976B2 JP H0658976 B2 JPH0658976 B2 JP H0658976B2 JP 28156284 A JP28156284 A JP 28156284A JP 28156284 A JP28156284 A JP 28156284A JP H0658976 B2 JPH0658976 B2 JP H0658976B2
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- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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- H10H20/81—Bodies
- H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
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- H10H20/81—Bodies
- H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
- H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
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- Led Devices (AREA)
- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化合物半導体装置の製造方法、更に詳しくは、
発光素子およびトランジスタなどに有用な、単一不純物
を添加してなるp-n接合を有するアルミニウムガリウム
砒素系化合物半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
発光素子およびトランジスタなどに有用な、単一不純物
を添加してなるp-n接合を有するアルミニウムガリウム
砒素系化合物半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
化合物半導体の液相成長法は、例えば溶融ガリウム(Ga)
溶液に高温でガリウム砒素(GaAs)、アルミニウム(Al)お
よび適当な不純物を溶解させてアルミニウムガリウム砒
素(AlGaAs)の飽和溶液を作り、この飽和Ga溶液をGaAsま
たはAlGaAs基板上に接触させ徐冷することによりAlGaAs
結晶を成長させることからなっている。
溶液に高温でガリウム砒素(GaAs)、アルミニウム(Al)お
よび適当な不純物を溶解させてアルミニウムガリウム砒
素(AlGaAs)の飽和溶液を作り、この飽和Ga溶液をGaAsま
たはAlGaAs基板上に接触させ徐冷することによりAlGaAs
結晶を成長させることからなっている。
この液相成長法によって、p-n接合を有する化合物半導
体を得るには、一般にｐ形伝導性を示すｐ形不純物とｎ
形伝導性を示すｎ形不純物とをそれぞれ添加した溶液か
ら形成するか、またはｐ形およびｎ形伝導性の両方を示
す両性不純物を添加した溶液から形成する方法がある。
体を得るには、一般にｐ形伝導性を示すｐ形不純物とｎ
形伝導性を示すｎ形不純物とをそれぞれ添加した溶液か
ら形成するか、またはｐ形およびｎ形伝導性の両方を示
す両性不純物を添加した溶液から形成する方法がある。
従来、GaAsおよびAlxGa1-xAsにおいて、結晶成長により
p-n接合を形成する場合一般にｐ形不純物としてZn,Be,M
gなどを用いているが、これらの不純物は結晶成長中お
よびその後の熱処理中に拡散により移動するため、当初
のp-n接合の位置がｎ形側に移動することとなり、p-n接
合の不純物分布および位置の制御が困難である。このこ
とを第５図をもって従来のAlGaAsのp-n接合について説
明すると、液相エピタキシャル成長法により、ｎ形GaAs
基板11上にｎ形不純物Teをドープしたｎ形AlxGa1-xAs層
12を結晶成長せしめ、次にｐ形不純物Znをドープしたｐ
形AlyGa1-yAs層14を前記ｎ形層12の上にエピタキシャル
成長させている。この場合、本来不純物Znが拡散しなけ
ればp-n接合の位置16は、ｎ形層12とｐ形層14の界面に
あるはずである。しかしながら、ｐ形AlyGa1-yAs層14の
結晶成長中に不純物Znの拡散による移動がおきて、p-n
接合面が当初の接合位置16からｎ形AlxGa1-xAs層12中へ
と移動する。移動した接合位置15を破線で示す。そのた
め、ｎ形層中に図に示すようにｐ形AlxGa1-xAs層13が形
成される。このようにp-n接合面がずれる現象は、ｘ≠
ｙのヘテロ接合のとき問題で、ヘテロｐ−ｎ接合を作っ
たつもりが実は、ｐ形AlxGa1-xAs層13とｎ形AlxGa1-xAs
層12とのホモｐ−ｎ接合となるため、発光素子としたと
きキャリアのとじ込め効果や、少数のキャリアの注入効
率などが減少し、発光効率が悪くなるとか、またトラン
ジスタの場合ではZnをドープしたｐ形AlGaAsをベースと
すると、ｎ形エミッタ、コレクタ側にZnが拡散してベー
ス巾が広くなり、周波数特性が低下するという問題を生
ずる。
p-n接合を形成する場合一般にｐ形不純物としてZn,Be,M
gなどを用いているが、これらの不純物は結晶成長中お
よびその後の熱処理中に拡散により移動するため、当初
のp-n接合の位置がｎ形側に移動することとなり、p-n接
合の不純物分布および位置の制御が困難である。このこ
とを第５図をもって従来のAlGaAsのp-n接合について説
明すると、液相エピタキシャル成長法により、ｎ形GaAs
基板11上にｎ形不純物Teをドープしたｎ形AlxGa1-xAs層
12を結晶成長せしめ、次にｐ形不純物Znをドープしたｐ
形AlyGa1-yAs層14を前記ｎ形層12の上にエピタキシャル
成長させている。この場合、本来不純物Znが拡散しなけ
ればp-n接合の位置16は、ｎ形層12とｐ形層14の界面に
あるはずである。しかしながら、ｐ形AlyGa1-yAs層14の
結晶成長中に不純物Znの拡散による移動がおきて、p-n
接合面が当初の接合位置16からｎ形AlxGa1-xAs層12中へ
と移動する。移動した接合位置15を破線で示す。そのた
め、ｎ形層中に図に示すようにｐ形AlxGa1-xAs層13が形
成される。このようにp-n接合面がずれる現象は、ｘ≠
ｙのヘテロ接合のとき問題で、ヘテロｐ−ｎ接合を作っ
たつもりが実は、ｐ形AlxGa1-xAs層13とｎ形AlxGa1-xAs
層12とのホモｐ−ｎ接合となるため、発光素子としたと
きキャリアのとじ込め効果や、少数のキャリアの注入効
率などが減少し、発光効率が悪くなるとか、またトラン
ジスタの場合ではZnをドープしたｐ形AlGaAsをベースと
すると、ｎ形エミッタ、コレクタ側にZnが拡散してベー
ス巾が広くなり、周波数特性が低下するという問題を生
ずる。
一方、第IV族元素である珪素(Si)はｐ形およびｎ形伝導
性を示す両性不純物であることが、GaAsで示されてお
り、同族であるゲルマニウム(Ge)についても両極性が期
待されている。特にSiは同一不純物の添加によってGaAs
中にｐ−ｎ接合を形成することができ、このものは結晶
成長過程およびその後の熱処理で、上記異種不純物によ
り形成したｐ−ｎ接合にみられるようなp-n接合位置の
変動がなく、発光素子などに実用化されている。
性を示す両性不純物であることが、GaAsで示されてお
り、同族であるゲルマニウム(Ge)についても両極性が期
待されている。特にSiは同一不純物の添加によってGaAs
中にｐ−ｎ接合を形成することができ、このものは結晶
成長過程およびその後の熱処理で、上記異種不純物によ
り形成したｐ−ｎ接合にみられるようなp-n接合位置の
変動がなく、発光素子などに実用化されている。
上記の如く、同一不純物の添加によってp-n接合が形成
できれば、p-n接合の移動もなく良好な特性が得られる
ことから、AlxGa1-xAs(0<x<1)系においても、発光素
子、受光素子およびトランジスタなどで要望されている
が、液相成長法ではAlが含まれるAlGaAsでは、不純物Si
では実用キャリア濃度でのｐ形伝導性が得られていな
い。不純物Geではｎ形伝導性が得られていなかった。そ
の理由として狭い限定された成長条件であるためおよび
あまり丹念に調べられなかったためと考えられる。
できれば、p-n接合の移動もなく良好な特性が得られる
ことから、AlxGa1-xAs(0<x<1)系においても、発光素
子、受光素子およびトランジスタなどで要望されている
が、液相成長法ではAlが含まれるAlGaAsでは、不純物Si
では実用キャリア濃度でのｐ形伝導性が得られていな
い。不純物Geではｎ形伝導性が得られていなかった。そ
の理由として狭い限定された成長条件であるためおよび
あまり丹念に調べられなかったためと考えられる。
不純物Geは、従来液相エピタキシャル成長法では、AlxG
a1-xAs(0<x<1)ではｐ形伝導性のみを示し、また分子線
エピタキシャル成長ではｎ形伝導性のみしか示さず、そ
れ故同一の成長法ではｎ形およびｐ形伝導性を同時に制
御することはできないとされていた。
a1-xAs(0<x<1)ではｐ形伝導性のみを示し、また分子線
エピタキシャル成長ではｎ形伝導性のみしか示さず、そ
れ故同一の成長法ではｎ形およびｐ形伝導性を同時に制
御することはできないとされていた。
一方、前記２種の成長法を使用してもp-n接合界面の制
御がむずかしいためp-n接合はまだ得られていない。
御がむずかしいためp-n接合はまだ得られていない。
しかしながら、仮りに同一不純物Geによってp-n接合を
有するAlxGa1-xAs(0<x<1)系を得れば、上記したようにp
-n接合の変動は生ぜず、p-n接合界面での不純物濃度が
少なくなり、しかもGeは拡散係数が小さいため拡散のほ
とんどない良好な化合物半導体装置を得ることができる
ことが予想される。
有するAlxGa1-xAs(0<x<1)系を得れば、上記したようにp
-n接合の変動は生ぜず、p-n接合界面での不純物濃度が
少なくなり、しかもGeは拡散係数が小さいため拡散のほ
とんどない良好な化合物半導体装置を得ることができる
ことが予想される。
したがって、本発明は同一不純物Ｇｅを使用してなるｎ
形ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）とｐ形ＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（０＜ｙ＜１）とのｐ−ｎ接合を有する化合物半導
体の製造方法を提供せんとするものである。
形ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）とｐ形ＡｌyＧａ1-y
Ａｓ（０＜ｙ＜１）とのｐ−ｎ接合を有する化合物半導
体の製造方法を提供せんとするものである。
本発明者らは、従来ｐ形AlGaAsを作るのに用いられてい
たGe不純物について注目し、該不純物について詳細なド
ーピング実験を行った結果、従来のAlGaAsの液相成長法
においても、結晶成長温度、Ga溶液中へのGeの添加量を
一定にして、Alの添加量すなわち成長するAlGa1-xAsの
ｘ値を増加させていくと、成長するAlxGa1-xAsが或るｘ
値以上となるとｐ形からｎ形に変わることを見出した。
たGe不純物について注目し、該不純物について詳細なド
ーピング実験を行った結果、従来のAlGaAsの液相成長法
においても、結晶成長温度、Ga溶液中へのGeの添加量を
一定にして、Alの添加量すなわち成長するAlGa1-xAsの
ｘ値を増加させていくと、成長するAlxGa1-xAsが或るｘ
値以上となるとｐ形からｎ形に変わることを見出した。
したがって、本発明の化合物半導体装置の製造方法は、
基板と、該基板上に形成された不純物としてゲルマニウ
ム（Ｇｅ）を添加したｎ形伝導性を示すＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（０＜ｘ＜１）層およびｐ形伝導性を示すＡｌyＧａ
1-yＡｓ（０＜ｙ＜１）層（ここで、ｘとｙとは０＜ｙ
＜ｘ＜１の関係にある）のｐ−ｎ接合少なくとも一つと
からなる化合物半導体装置の製造方法であって、 前記両層は、ゲルマニウムを不純物として含みアルミニ
ウム（Ａｌ）および砒素（Ａｓ）を含有するガリウム
（Ｇａ）溶液と接触させることにより、基板上に結晶層
を液相エピタキシャル成長させて形成されるものであ
り、かつ液相エピタキシャル成長させるにあたり、 ＡｌyＧａ1-yＡｓ層は、所定ゲルマニウム濃度において
アルミニウム量を増加させていった場合にキャリア濃度
の極小値を境にして、形成される結晶層がｐ形からｎ形
へと移り変わる液相エピタキシャル成長特性曲線におい
て、ｐ形が形成される側の所定アルミニウム量を含むガ
リウム溶液と接触させて形成され、 ＡｌxＧａ1-xＡｓ層は、ｎ形が形成される側の前記所定
アルミニウム量よりも多くのアルミニウム量を含むガリ
ウム溶液と接触させて形成されることを特徴とする。
基板と、該基板上に形成された不純物としてゲルマニウ
ム（Ｇｅ）を添加したｎ形伝導性を示すＡｌxＧａ1-xＡ
ｓ（０＜ｘ＜１）層およびｐ形伝導性を示すＡｌyＧａ
1-yＡｓ（０＜ｙ＜１）層（ここで、ｘとｙとは０＜ｙ
＜ｘ＜１の関係にある）のｐ−ｎ接合少なくとも一つと
からなる化合物半導体装置の製造方法であって、 前記両層は、ゲルマニウムを不純物として含みアルミニ
ウム（Ａｌ）および砒素（Ａｓ）を含有するガリウム
（Ｇａ）溶液と接触させることにより、基板上に結晶層
を液相エピタキシャル成長させて形成されるものであ
り、かつ液相エピタキシャル成長させるにあたり、 ＡｌyＧａ1-yＡｓ層は、所定ゲルマニウム濃度において
アルミニウム量を増加させていった場合にキャリア濃度
の極小値を境にして、形成される結晶層がｐ形からｎ形
へと移り変わる液相エピタキシャル成長特性曲線におい
て、ｐ形が形成される側の所定アルミニウム量を含むガ
リウム溶液と接触させて形成され、 ＡｌxＧａ1-xＡｓ層は、ｎ形が形成される側の前記所定
アルミニウム量よりも多くのアルミニウム量を含むガリ
ウム溶液と接触させて形成されることを特徴とする。
本発明の化合物半導体装置の製造方法において、ＧａＡ
ｓ基板上に、該基板と同一伝導性を示すゲルマニウムを
不純物として添加した第１のＡｌxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ
＜１）層が形成され、該第１の層とは異なる伝導性を示
すゲルマニウムを不純物として添加した第２のＡｌyＧ
ａ1-yＡｓ（０＜ｙ＜１）層が前記第１の層上に形成さ
れ、前記ＧａＡｓ基板およびＡｌyＧａ1-yＡｓ層に電極
が形成される方法が好ましく、例えばこの方法によっ
て、ダイオードを製造することができる。
ｓ基板上に、該基板と同一伝導性を示すゲルマニウムを
不純物として添加した第１のＡｌxＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ
＜１）層が形成され、該第１の層とは異なる伝導性を示
すゲルマニウムを不純物として添加した第２のＡｌyＧ
ａ1-yＡｓ（０＜ｙ＜１）層が前記第１の層上に形成さ
れ、前記ＧａＡｓ基板およびＡｌyＧａ1-yＡｓ層に電極
が形成される方法が好ましく、例えばこの方法によっ
て、ダイオードを製造することができる。
また、本発明の化合物半導体装置の製造方法において、
ＧａＡｓ基板上に、該基板と同一伝導性を示すゲルマニ
ウムを不純物として添加した第１のＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０＜ｘ＜１）層が形成され、該第１の層とは異なる伝
導性を示すゲルマニウムを不純物として添加した第２の
ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ＜１）層が前記第１の層上に
形成され、前記第１の層と同じ伝導性を示すゲルマニウ
ムを不純物として添加した第３のＡｌzＧａ1-zＡｓ（０
＜ｚ＜１）層（ここで、ｙとｚとは０＜ｙ＜ｚ＜１の関
係にある）が前記第２の層上に形成され、かつ前記Ｇａ
Ａｓ基板、ＡｌyＧａ1-yＡｓ層およびＡｌzＧａ1-zＡｓ
層に電極が形成される方法も好ましく、例えばこの方法
によって、トランジスタを製造することができる。
ＧａＡｓ基板上に、該基板と同一伝導性を示すゲルマニ
ウムを不純物として添加した第１のＡｌxＧａ1-xＡｓ
（０＜ｘ＜１）層が形成され、該第１の層とは異なる伝
導性を示すゲルマニウムを不純物として添加した第２の
ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ＜１）層が前記第１の層上に
形成され、前記第１の層と同じ伝導性を示すゲルマニウ
ムを不純物として添加した第３のＡｌzＧａ1-zＡｓ（０
＜ｚ＜１）層（ここで、ｙとｚとは０＜ｙ＜ｚ＜１の関
係にある）が前記第２の層上に形成され、かつ前記Ｇａ
Ａｓ基板、ＡｌyＧａ1-yＡｓ層およびＡｌzＧａ1-zＡｓ
層に電極が形成される方法も好ましく、例えばこの方法
によって、トランジスタを製造することができる。
以下、本発明をより具体的に説明する。
従来の液相エピタキシャル成長法では、ｐ形AlxGa1-xAs
をうるとき、所定量のGaAsとAlを含有するGa溶液（溶融
液）中にGalgにつきGeを約0.01ｇ添加していた。本発明
者らは、このGeの添加量を従来よりも少くした条件、例
えばGalgにつき0.005ｇとか、0.002ｇとしたときについ
て、AlxGa1-xAsをGaAs基板上にAl組成を種々変化させて
800℃の飽和温度で液相成長させたところ、第１図に示
すように、Geの添加量が同一でもAl組成値ｘを増加させ
ると、すなわちGe溶液へのAlの添加量を増加させると、
結晶成長するAlxGa1-xAsが従来知られているｐ形から今
まで知られていなかったｎ形に変ることを見出した。具
体的に説明すると、まずAl0.3Ga0.7Asが成長可能な重量
のGaAsとAlおよびGalgにつき0.002ｇのGeをGa中に800℃
でとかしたGa溶液を作り、このGa溶液を例えば第２図に
示すようにｐ形GaAs基板１上に接触させて徐冷し、Ga溶
液を除去すると、該基板１上に第１のｐ形Al0.3Ga0.7As
層２（キャリア濃度＝1017cm-3）が成長する。つづいて
Al0.65Ga0.35Asが成長するような重量のGaAsとAlおよび
Galgにつき0.002ｇのGeをGa中に800℃でとかしたGa溶液
を前記第１の層２上に接触させ徐冷し、Ga溶液を除去す
ると前記第１の層２上にｎ形Al0.65Ga0.35As層３（キャ
リア濃度＝1017cm-3）が成長し、ｎ形Al0.65Ga0.35As−
ｐ形Al0.3Ga0.7Asのヘテロp-n接合を形成することがで
きる。こうして作られた本発明方法によるヘテロp-n接
合は断面をＳＥＭにより観測すると、p-n接合の位置を
示す電子ビームにより誘起される起電力信号のピーク５
はヘテロ界面６と一致しており、第５図で説明したよう
な結晶成長中にヘテロ接合界面とp-n接合との分離がお
こっていないことがわかる（第２図参照）。
をうるとき、所定量のGaAsとAlを含有するGa溶液（溶融
液）中にGalgにつきGeを約0.01ｇ添加していた。本発明
者らは、このGeの添加量を従来よりも少くした条件、例
えばGalgにつき0.005ｇとか、0.002ｇとしたときについ
て、AlxGa1-xAsをGaAs基板上にAl組成を種々変化させて
800℃の飽和温度で液相成長させたところ、第１図に示
すように、Geの添加量が同一でもAl組成値ｘを増加させ
ると、すなわちGe溶液へのAlの添加量を増加させると、
結晶成長するAlxGa1-xAsが従来知られているｐ形から今
まで知られていなかったｎ形に変ることを見出した。具
体的に説明すると、まずAl0.3Ga0.7Asが成長可能な重量
のGaAsとAlおよびGalgにつき0.002ｇのGeをGa中に800℃
でとかしたGa溶液を作り、このGa溶液を例えば第２図に
示すようにｐ形GaAs基板１上に接触させて徐冷し、Ga溶
液を除去すると、該基板１上に第１のｐ形Al0.3Ga0.7As
層２（キャリア濃度＝1017cm-3）が成長する。つづいて
Al0.65Ga0.35Asが成長するような重量のGaAsとAlおよび
Galgにつき0.002ｇのGeをGa中に800℃でとかしたGa溶液
を前記第１の層２上に接触させ徐冷し、Ga溶液を除去す
ると前記第１の層２上にｎ形Al0.65Ga0.35As層３（キャ
リア濃度＝1017cm-3）が成長し、ｎ形Al0.65Ga0.35As−
ｐ形Al0.3Ga0.7Asのヘテロp-n接合を形成することがで
きる。こうして作られた本発明方法によるヘテロp-n接
合は断面をＳＥＭにより観測すると、p-n接合の位置を
示す電子ビームにより誘起される起電力信号のピーク５
はヘテロ界面６と一致しており、第５図で説明したよう
な結晶成長中にヘテロ接合界面とp-n接合との分離がお
こっていないことがわかる（第２図参照）。
上記のp-n反転のｘの値は、不純物Geの添加量の減少に
より低下する。第１図に示すように、Geの添加量が0.00
2ｇのとき0.005ｇのときよりもAlAsのモル分率は小さ
い。また、ｐ・ｎ反転のｘの値は、Ga溶液中のGe添加量
を一定としたとき飽和温度の上昇により減少することも
わかった。
より低下する。第１図に示すように、Geの添加量が0.00
2ｇのとき0.005ｇのときよりもAlAsのモル分率は小さ
い。また、ｐ・ｎ反転のｘの値は、Ga溶液中のGe添加量
を一定としたとき飽和温度の上昇により減少することも
わかった。
以上述べたように、液相成長法での不純物としてGeを添
加したAlxGa1-xAsの成長特性から、Ga溶液中のGe添加量
およびAl添加量、さらにGa溶液の飽和温度（ほぼ成長温
度に等しい）の条件を選定することにより、同一不純物
Geを添加してｎ形およびｐ形AlxGa1-xAsを成長させるこ
とができる。第１図の結果からわかるように、Geの添加
量をｎ形層とｐ形層で変えることによりAlxGa1-xAsのホ
モp-n接合も可能である。
加したAlxGa1-xAsの成長特性から、Ga溶液中のGe添加量
およびAl添加量、さらにGa溶液の飽和温度（ほぼ成長温
度に等しい）の条件を選定することにより、同一不純物
Geを添加してｎ形およびｐ形AlxGa1-xAsを成長させるこ
とができる。第１図の結果からわかるように、Geの添加
量をｎ形層とｐ形層で変えることによりAlxGa1-xAsのホ
モp-n接合も可能である。
以下、本発明を実施例により説明する。
実施例１ 本発明方法により製造されたダイオードの例を第３図に
より説明する。
より説明する。
第３図に示すように、ｎ形GaAs基板31上に不純物として
Geを添加したｎ形Al0.7Ga0.3As層32（電子濃度＝３×10
17cm-3）を２μｍ程度の厚さに形成し、さらにその上に
不純物としてGeを添加したｐ形Al0.2Ga0.8As層33（ホー
ル濃度＝1.5×107cm-1）を厚さ２μｍ程度形成し、基板
31およびｐ形Al0.2Ga0.8As層33に電極35を形成してなる
ヘテロp-n接合界面34をもつダイオードを作製した。こ
のダイオードは、ヘテロ接合界面とp-n接合界面が、第
２図に示したものと同様によく一致した高性能のヘテロ
接合ダイオードで、発光および受光素子として使用可能
である。
Geを添加したｎ形Al0.7Ga0.3As層32（電子濃度＝３×10
17cm-3）を２μｍ程度の厚さに形成し、さらにその上に
不純物としてGeを添加したｐ形Al0.2Ga0.8As層33（ホー
ル濃度＝1.5×107cm-1）を厚さ２μｍ程度形成し、基板
31およびｐ形Al0.2Ga0.8As層33に電極35を形成してなる
ヘテロp-n接合界面34をもつダイオードを作製した。こ
のダイオードは、ヘテロ接合界面とp-n接合界面が、第
２図に示したものと同様によく一致した高性能のヘテロ
接合ダイオードで、発光および受光素子として使用可能
である。
このダイオードの製法は、従来のスライドボードによる
液相エピタキシャル成長法で、液相の仕込み条件を下記
表１に記載の如くし、800℃でまず表１のGaメルトNo.１
の組成のGa溶液をｎ形GaAs基板31上に接触させ、0.3℃
分の速さで徐冷したのちGaメルトNo.１液を除去するこ
とによってｎ形Al0.7Ga0.3As層32を成長させ、つづいて
797℃で表１のGaメルトNo.２液をｎ形Al0.7Ga0.3As層32
上に接触させて、前記と同じ速さで徐冷したのちGaメル
トNo.２液を除去することによって、ｐ形Al0.2Ga0.8As
層33を成長させる。このようにして得た結晶に適当なオ
ーミック電極（Au電極）35をつけることによって第３図
に示したヘテロ接合ダイオードができる。
液相エピタキシャル成長法で、液相の仕込み条件を下記
表１に記載の如くし、800℃でまず表１のGaメルトNo.１
の組成のGa溶液をｎ形GaAs基板31上に接触させ、0.3℃
分の速さで徐冷したのちGaメルトNo.１液を除去するこ
とによってｎ形Al0.7Ga0.3As層32を成長させ、つづいて
797℃で表１のGaメルトNo.２液をｎ形Al0.7Ga0.3As層32
上に接触させて、前記と同じ速さで徐冷したのちGaメル
トNo.２液を除去することによって、ｐ形Al0.2Ga0.8As
層33を成長させる。このようにして得た結晶に適当なオ
ーミック電極（Au電極）35をつけることによって第３図
に示したヘテロ接合ダイオードができる。
実施例２ 本発明方法により製造されたトランジスタの例を第４図
により説明する。
により説明する。
第４図に示すように、ｎ形GaAs基板（電子濃度＝１×10
18cm-3）41上に不純物を添加しないノンドープｎ形GaAs
層42（電子濃度＝１×1016cm-3）を厚さ２μｍ程度に形
成し、このノンドープｎ形層42上にGeを不純物として添
加したｐ形Al0.2Ga0.8As層43（ホール濃度〜1018cm-3）
を0.2μｍ厚程度形成し、このｐ形層43上にさらにGeを
不純物として添加したｎ形Al0.4Ga0.6As層44（電子濃度
〜1017cm-3）を１μｍ厚程度形成し、ｎ形層44に該層44
に対するオーミックコンタクトをとりやすくするためTe
をドープしたｎ形GaAs層45（電子濃度〜1018cm-3）を形
成し、そして層45,43,41の各層にオーミック電極46を形
成し、ｎ形GaAs層42をコレクター、ｐ形Al0.2Ga0.8As層
43をベース、ｎ形Al0.4Ga0.6As層44をエミッター、ｎ形
GaAs層45をオーミックコンタクト用補助層としたトラン
ジスタの例である。
18cm-3）41上に不純物を添加しないノンドープｎ形GaAs
層42（電子濃度＝１×1016cm-3）を厚さ２μｍ程度に形
成し、このノンドープｎ形層42上にGeを不純物として添
加したｐ形Al0.2Ga0.8As層43（ホール濃度〜1018cm-3）
を0.2μｍ厚程度形成し、このｐ形層43上にさらにGeを
不純物として添加したｎ形Al0.4Ga0.6As層44（電子濃度
〜1017cm-3）を１μｍ厚程度形成し、ｎ形層44に該層44
に対するオーミックコンタクトをとりやすくするためTe
をドープしたｎ形GaAs層45（電子濃度〜1018cm-3）を形
成し、そして層45,43,41の各層にオーミック電極46を形
成し、ｎ形GaAs層42をコレクター、ｐ形Al0.2Ga0.8As層
43をベース、ｎ形Al0.4Ga0.6As層44をエミッター、ｎ形
GaAs層45をオーミックコンタクト用補助層としたトラン
ジスタの例である。
このトランジスタは、従来のスライドボートによる液相
エピタキシャル成長法にしたがって、そして各層を形成
するための液相の仕込み条件を表１のようにして結晶を
作製することによって得られる。各工程を詳記すると、
800℃でまず表１のGaメルトNo.３液をｎ形GaAs基板41に
接触させ0.3℃／分の速さで徐冷し、このGaメルトNo.３
液を除去してノンドープｎ形GaAs層42を成長させ、つづ
いて797℃でGaメルトNo.４液をノンドープｎ形GaAs層42
上に接触させ前記速さで徐冷しGaメルトNo.４液を除去
してGeドープｐ形Al0.2Ga0.8As層43を成長させ、つづい
て798℃でGaメルトNo.５液を前記Geドープｐ形層43上に
接触させ前記速さで徐冷し、GaメルトNo.５液を除去し
て、Geドープｎ形Al0.4Ga0.6As層44を成長させ、つづい
て796℃でGeメルトNo.６液をGeドープｎ形層44上に接触
させ前記速さで徐冷しGaメルトNo.６液を除去してTeド
ープｎ形GaAs層45を成長させることによって目的とする
結晶を得る。このようにして得られた結晶に適当なオー
ミック電極（Au合金）46をつけると第４図に示すヘテロ
接合トランジスタが形成できる。
エピタキシャル成長法にしたがって、そして各層を形成
するための液相の仕込み条件を表１のようにして結晶を
作製することによって得られる。各工程を詳記すると、
800℃でまず表１のGaメルトNo.３液をｎ形GaAs基板41に
接触させ0.3℃／分の速さで徐冷し、このGaメルトNo.３
液を除去してノンドープｎ形GaAs層42を成長させ、つづ
いて797℃でGaメルトNo.４液をノンドープｎ形GaAs層42
上に接触させ前記速さで徐冷しGaメルトNo.４液を除去
してGeドープｐ形Al0.2Ga0.8As層43を成長させ、つづい
て798℃でGaメルトNo.５液を前記Geドープｐ形層43上に
接触させ前記速さで徐冷し、GaメルトNo.５液を除去し
て、Geドープｎ形Al0.4Ga0.6As層44を成長させ、つづい
て796℃でGeメルトNo.６液をGeドープｎ形層44上に接触
させ前記速さで徐冷しGaメルトNo.６液を除去してTeド
ープｎ形GaAs層45を成長させることによって目的とする
結晶を得る。このようにして得られた結晶に適当なオー
ミック電極（Au合金）46をつけると第４図に示すヘテロ
接合トランジスタが形成できる。
トランジスタではベースの厚さが薄くなるほどp-n接合
位置の移動がトランジスタの性能に影響する。そのた
め、折角ベースの厚さを薄くしても、拡散などによりp-
n接合位置が移動すると、それにより高周波特性が劣化
する。本発明方法により製造されたトランジスタでは、
こうしたp-n接合位置の移動が結晶成長中またはその後
の熱処理中におこらないため、高周波特性が設計どおり
達成できる。
位置の移動がトランジスタの性能に影響する。そのた
め、折角ベースの厚さを薄くしても、拡散などによりp-
n接合位置が移動すると、それにより高周波特性が劣化
する。本発明方法により製造されたトランジスタでは、
こうしたp-n接合位置の移動が結晶成長中またはその後
の熱処理中におこらないため、高周波特性が設計どおり
達成できる。
本発明は前述の如き構成を有することにより、基板上に
結晶層を液相エピタキシャル成長させるにあたり、１種
類の不純物であるゲルマニウムが所定量添加されかつ所
定ゲルマニウム濃度においてアルミニウム量を増加させ
ていった場合にキャリア濃度の極小値を境にして、形成
される結晶層がｐ形からｎ形へと移り変わる液相エピタ
キシャル成長特性曲線において、ｐ形が形成される側の
所定アルミニウム量を含むガリウム溶液と接触させてｐ
形層が形成され、又、ｎ形が形成される側の前記所定ア
ルミニウム量よりも多くのアルミニウム量を含むガリウ
ム溶液と接触させてｎ形層が形成されるため、ｎ形のAl
xGa1-xAsとｐ形のAlyGa1-yAsのヘテロ接合とp-n接合界
面が一致した設計どおりのヘテロｐ−ｎ接合を有する化
合物半導体装置が得られる。それ故、本発明方法を用い
て製造した種々の化合物半導体装置は以下の如き特徴を
有する。すなわち、AlGaAs／GaAs，AlGaAs／AlGaAsなど
の組合わせでヘテロｐ−ｎ接合を有する半導体レーザ、
発光ダイオード、受光素子およびトランジスタとして
も、結晶成長中および成長後の高温処理でもp-n接合位
置とヘテロ接合位置が変化しないため、高効率の少数キ
ャリア注入、高効率のキャリアとじ込めができ、発光素
子の場合では発光効率の高効率化、受光素子では暗電流
の低下、トランジスタでは高増巾率および高周波化をは
かることができるという効果を奏する。
結晶層を液相エピタキシャル成長させるにあたり、１種
類の不純物であるゲルマニウムが所定量添加されかつ所
定ゲルマニウム濃度においてアルミニウム量を増加させ
ていった場合にキャリア濃度の極小値を境にして、形成
される結晶層がｐ形からｎ形へと移り変わる液相エピタ
キシャル成長特性曲線において、ｐ形が形成される側の
所定アルミニウム量を含むガリウム溶液と接触させてｐ
形層が形成され、又、ｎ形が形成される側の前記所定ア
ルミニウム量よりも多くのアルミニウム量を含むガリウ
ム溶液と接触させてｎ形層が形成されるため、ｎ形のAl
xGa1-xAsとｐ形のAlyGa1-yAsのヘテロ接合とp-n接合界
面が一致した設計どおりのヘテロｐ−ｎ接合を有する化
合物半導体装置が得られる。それ故、本発明方法を用い
て製造した種々の化合物半導体装置は以下の如き特徴を
有する。すなわち、AlGaAs／GaAs，AlGaAs／AlGaAsなど
の組合わせでヘテロｐ−ｎ接合を有する半導体レーザ、
発光ダイオード、受光素子およびトランジスタとして
も、結晶成長中および成長後の高温処理でもp-n接合位
置とヘテロ接合位置が変化しないため、高効率の少数キ
ャリア注入、高効率のキャリアとじ込めができ、発光素
子の場合では発光効率の高効率化、受光素子では暗電流
の低下、トランジスタでは高増巾率および高周波化をは
かることができるという効果を奏する。
第１図は、本発明方法における液相成長によるGeドープ
AlxGa1-xAsの特性を示すグラフ、 第２図は、本発明方法により製造された化合物半導体の
ｐ−ｎ接合の断面とＳＥＭ観察信号の関係を示すグラ
フ、 第３図は、本発明方法により製造されたダイオードの断
面模式図、 第４図は、本発明方法により製造されたトランジスタの
断面模式図、 第５図は、従来のAlGaAsのｐ−ｎ接合を示す断面模式図
である。 図中 １…ｐ形GaAs基板 ２…ｐ形AlGaAs層 ３…ｎ形AlGaAs層 ４…電極 ５…起電力信号のピーク ６…ヘテロ界面
AlxGa1-xAsの特性を示すグラフ、 第２図は、本発明方法により製造された化合物半導体の
ｐ−ｎ接合の断面とＳＥＭ観察信号の関係を示すグラ
フ、 第３図は、本発明方法により製造されたダイオードの断
面模式図、 第４図は、本発明方法により製造されたトランジスタの
断面模式図、 第５図は、従来のAlGaAsのｐ−ｎ接合を示す断面模式図
である。 図中 １…ｐ形GaAs基板 ２…ｐ形AlGaAs層 ３…ｎ形AlGaAs層 ４…電極 ５…起電力信号のピーク ６…ヘテロ界面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/808 31/10 Ｈ０１Ｓ 3/18 (56)参考文献 特開 昭56−129319（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−25630（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−25629（ＪＰ，Ｂ１)
Claims (3)
- 【請求項１】基板と、該基板上に形成された不純物とし
てゲルマニウム（Ｇｅ）を添加したｎ形伝導性を示すＡ
xＧａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）層およびｐ形伝導性を示
すＡyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ＜１）層（ここで、ｘとｙ
とは０＜ｙ＜ｘ＜１の関係にある）のｐ−ｎ接合少なく
とも一つとからなる化合物半導体装置の製造方法であっ
て、 前記両層は、ゲルマニウムを不純物として含みアルミニ
ウム（Ａ）および砒素（Ａｓ）を含有するガリウム
（Ｇａ）溶液と接触させることにより、基板上に結晶層
を液相エピタキシャル成長させて形成されるものであ
り、かつ液相エピタキシャル成長させるにあたり、 ＡyＧａ1-yＡｓ層は、所定ゲルマニウム濃度において
アルミニウム量を増加させていった場合にキャリア濃度
の極小値を境にして、形成される結晶層がｐ形からｎ形
へと移り変わる液相エピタキシャル成長特性曲線におい
て、ｐ形が形成される側の所定アルミニウム量を含むガ
リウム溶液と接触させて形成され、 ＡxＧａ1-xＡｓ層は、ｎ形が形成される側の前記所定
アルミニウム量よりも多くのアルミニウム量を含むガリ
ウム溶液と接触させて形成されることを特徴とする化合
物半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】ＧａＡｓ基板上に、該基板と同一伝導性を
示すゲルマニウムを不純物として添加した第１のＡx
Ｇａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）層が形成され、該第１の層
とは異なる伝導性を示すゲルマニウムを不純物として添
加した第２のＡyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ＜１）層が前記
第１の層上に形成され、前記ＧａＡｓ基板およびＡy
Ｇａ1-yＡｓ層に電極が形成されることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３】ＧａＡｓ基板上に、該基板と同一伝導性を
示すゲルマニウムを不純物として添加した第１のＡx
Ｇａ1-xＡｓ（０＜ｘ＜１）層が形成され、該第１の層
とは異なる伝導性を示すゲルマニウムを不純物として添
加した第２のＡyＧａ1-yＡｓ（０＜ｙ＜１）層が前記
第１の層上に形成され、前記第１の層と同じ伝導性を示
すゲルマニウムを不純物として添加した第３のＡzＧ
ａ1-zＡｓ（０＜ｚ＜１）層（ここで、ｙとｚとは０＜
ｙ＜ｚ＜１の関係にある）が前記第２の層上に形成さ
れ、かつ前記ＧａＡｓ基板、ＡyＧａ1-yＡｓ層および
ＡzＧａ1-zＡｓ層に電極が形成されることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28156284A JPH0658976B2 (ja) | 1984-12-29 | 1984-12-29 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28156284A JPH0658976B2 (ja) | 1984-12-29 | 1984-12-29 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61159774A JPS61159774A (ja) | 1986-07-19 |
| JPH0658976B2 true JPH0658976B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=17640913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28156284A Expired - Lifetime JPH0658976B2 (ja) | 1984-12-29 | 1984-12-29 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658976B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5211485B2 (ja) * | 1972-06-30 | 1977-03-31 | ||
| JPS4925630A (ja) * | 1972-07-03 | 1974-03-07 |
-
1984
- 1984-12-29 JP JP28156284A patent/JPH0658976B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61159774A (ja) | 1986-07-19 |
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