JPH07201761A - 化合物半導体の成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 化合物半導体のＡｌ源としてトリメチルアル
ミニウム、Ｇａ源としてトリメチルガリウム又はトリエ
チルガリウム、Ａｓ源としてトリメチルひ素、アルシン
又はターシャルブチルアルシンを用い、基板温度を 600
〜640 ℃としてＶ族原料ガス流量（ｖ_V ）と III族原料
ガス流量（ｖ_III ）との比（ｖ_V ／ｖ_III）を１より大
きくする期間と、該比（ｖ_V ／ｖ_III ）を１より小さく
する期間もしくはＶ族原料ガスを導入しない期間とを周
期的に繰り返すことによりカーボン濃度を１×10¹⁷〜１
×10²⁰cm^-3とすることを特徴とする化合物半導体の成長
方法。 【効果】 本発明によれば、高温でカーボンドープＡｌ
_x Ｇａ_1-x Ａｓ化合物半導体結晶の成長が実施できるの
で酸素の取り込みの小さい結晶の成長が可能であって結
晶特性が良好であり、さらにカーボンの取り込み量やＡ
ｌ組成の制御が容易になる等顕著な効果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（０
＜ｘ＜１）からなる化合物半導体の成長方法に関し、特
にヘテロ接合トランジスタ（以下ＨＢＴと略記する）等
の材料を作製するのに有用な化合物半導体の成長方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】化合物
半導体であるＧａＡｓとＡｌＧａＡｓを積層した構造の
ＨＢＴは、同様にＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの積層構造を
有する電界効果トランジスタや高電子移動度トランジス
タに次いで第３の高速電子デバイスとして実用化されつ
つある。このＨＢＴの化合物半導体の積層構造をユニフ
ォームベースＨＢＴを例に図１に示すが、これはＧａＡ
ｓ基板（１）上にＧａＡｓサブコレクタ層（ｎ＞３×10
¹⁸cm^-3）（２）を 500nmの厚さで成長させ、さらにその
上に順にＧａＡｓコレクタ層（ｎ＜10¹⁶cm^-3）（３）を
厚さ 400nm、ＧａＡｓベース層（ｐ＝２〜４×10¹⁹c
m^-3）（４）を厚さ70nm、ＡｌＧａＡｓエミッタ層（ｎ
＝３×10¹⁷cm^-3）（５）を厚さ 180nm及びＧａＡｓキャ
ップ層（ｎ＞３×10¹⁸cm^-3）（６）を厚さ100nm に成長
させたものである（なお図中最上層にＩｎＧａＡｓ（ｎ
≧１×10¹⁹cm^-3）の電極形成層を設ける場合が多い）。
この構造のポイントはベース層である。該ベース層は厚
さ 100nm以下と薄く、かつキャリア（ホール）濃度は10
¹⁹cm^-3台と非常に高い。従って従来使われていたＰ型ド
ーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ等は拡散係数が大きい
ので図１に示す構造を実現するのは困難であった。

【０００３】そこで拡散係数の小さいＣをＰ型ドーパン
トとして用いることが提案されている。そしてＣをドー
ピングしたＧａＡｓ層の成長法としては有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ法）又は有機金属を用いた分子線エピ
タキシャル法（ＭＯ−ＭＢＥ法）がある。以下、量産性
に優れるＭＯＣＶＤ法について説明する。

【０００４】ＧａＡｓ層にＣをドーピングする方法は通
常次の３方法がある。 四塩化炭素（ＣＣｌ₄ ）をドーパントとして用いる
方法（B.T. Cunninghamet al. Appl. Phys. Lett., 56,
No.18 (1990) 1760 、B.T. Cunningham et al., Appl.
Phys. Lett., 56, No.9 (1990) 836） トリメチルガリウム（以下ＴＭＧａと略記）とアル
シン（ＡｓＨ₃ ）をそれぞれ III族、Ｖ族原料ガスとし
て用いて低温で、且つＶ族の原料ガス流量ｖ_V （ＡｓＨ
₃ 流量）、 III族の原料ガス流量ｖ_III （ＴＭＧａ流
量）との比ｖ_V ／ｖ_III を小さくして当該ＧａＡｓ層を
成長させる方法（Y. Ashizawa etal., J. Crystal Grow
th, 107 (1991) 903) ＴＭＧａとトリメチルヒ素（Ａｓ（ＣＨ₃ ）₃ 、以
下ＴＭＡｓと略記）をそれぞれ III族、Ｖ族原料ガスと
して用いて低温で、且つｖ_V （ＴＭＡｓ流量）とｖ_III
（ＴＭＧａ流量）との比ｖ_V ／ｖ_III を小さくして当該
ＧａＡｓ層を成長させる方法（嶋津ら、住友電気 139
(1991) 88、S. Tanaka et al., J. Crystal Growth,
124 (1992) 812)

【０００５】上記の方法で用いるＣＣｌ₄ はフロン製
造の出発原料なので今後環境問題の面からは長期的な使
用が不可能になると考えられる。

【０００６】上記の方法はＴＭＧａ中のメチル基Ｃ
Ｈ₃ をＣ源としている。即ち一般に反応律速となる温度
（通常 600℃以下）でのＧａＡｓ層を成長させる
と、ＴＭＧａが途中まで分解を起してモノメチルガリウ
ム（ＧａＣＨ₃ ）となり、これがＧａＡｓ成長層の表面
に付着する。このとき水素ラジカルと該吸着したモノメ
チルガリウムが衝突するとメチル基がメタン（ＣＨ₄ ）
となって表面から脱離し、水素ラジカルと衝突しなかっ
たモノメチルガリウムのメチル基はＣとしてＧａＡｓ層
中に取り込まれる。このときアルシンは分解して水素ラ
ジカルを発生するので、の方法ではｖ_v／ｖ_III の比
を小さくすることでアルシンの導入量を小さくして水素
ラジカルの発生量を抑制している。さらにの方法では
より水素ラジカルの発生しにくいＴＭＡｓを用いること
でＣの取り込みを促進している。なお反応容器内を減圧
して成長を行うことはガスの粒子同士の衝突を抑止する
のに有効であり、Ｃを取り込む上で有利である。

【０００７】さて現在図１の構造のＨＢＴの実用化段階
にあるが、より高速の動作を考えた場合は図２の構造の
グレーデッドベースＨＢＴが提案されている。この構造
はＧａＡｓ基板（１）上にＧａＡｓサブコレクタ層（ｎ
≧３×10¹⁸cm^-3）（２′）を 500nmの厚さで成長させ、
さらにその上に順にＧａＡｓコレクタ層（ｎ＜10¹⁶c
m^-3）（３′）を厚さ 400nm、ＡｌＧａＡｓベース層
（ｐ＝２〜４×10¹⁹cm^-3）（４′）を厚さ70nm、ＡｌＧ
ａＡｓエミッタ層（ｎ＝３×10¹⁷cm^-3）（５′）を厚さ
180nm、ＧａＡｓキャップ層（ｎ＞３×10¹⁸cm^-3）を厚
さ 100nmに成長させたものである。この特徴はベース層
にＣドープＡｌＧａＡｓを用い、且つＡｌ組成をエミッ
タ側で大きくなるように傾斜させていることにある。な
お図中、最上層にはＩｎＧａＡｓ（ｎ≧１×10¹⁹cm^-3）
の電極形成層を設ける場合が多い。このＣドープＡｌＧ
ａＡｓ層（４′）の成長には上記及びの方法にそれ
ぞれＡｌ源としてトリメチルアルミニウム（以下ＴＭＡ
ｌと略記）を追加すれば可能であるが、実際には次の様
な問題のあることが判明した。

【０００８】先ずの方法により、ＴＭＧａとＴＭＡｌ
とを含む III族原料ガスとＡｓＨ₃を含むＶ族原料ガス
を用い成長温度 490℃、ｖ_V ／ｖ_III ＝0.6 としてカー
ボンドープＡｌＧａＡｓ層を図３に示すようにノンドー
プＡｌＧａＡｓ層上に成長させた。即ちＧａＡｓ基板
（１）上に基板温度 640℃でノンドープＧａＡｓ層（1
0）とノンドープＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ層（11）をこの
順にそれぞれ厚さ 0.5μｍに成長させ、その上にカーボ
ンドープＡｌＧａＡｓ層（12）を 1.5μｍの厚さで成長
させた。そしてそのように成長した図３の構造のサンプ
ルの深さ方向のＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectro
scopy)分析の結果を図４に示す。なおノンドープＡｌＧ
ａＡｓ層は 640℃の高温成長であり、導入するＡｌのガ
ス組成（ＴＭＡｌ流量／（ＴＭＧａ流量＋ＴＭＡｌ流
量））は 0.2とし、カーボンドープＡｌＧａＡｓ層は49
0 ℃の低温成長であり導入するＡｌのガス組成は0.1 と
した。

【０００９】高温でＡｌＧａＡｓを成長させた場合結晶
中のＡｌ組成は導入するガス組成にほぼ一致する。とこ
ろが低温側成長のカーボンドープＡｌＧａＡｓ層（図中
Ａで示す領域）ではＡｌ組成は高温側成長のノンドープ
ＡｌＧａＡｓ層（図中Ｂで示す領域）の約1/10となって
いる。即ち低温側と高温側での導入するＡｌのガス組成
の比は 0.1：0.2 であるのに対して実際の結晶中に取り
込まれるＡｌの低温側の結晶中の量と高温側の結晶中の
量の比は１：10である。従って低温成長ではＡｌの取り
込み方が、高温成長に対して 1/5程度に低下しているこ
とが分る。また図４より低温成長したＡｌＧａＡｓ結晶
中の酸素は、高温成長した結晶中の酸素に比べて７倍程
度多く取り込まれていることも判明した。このように酸
素が結晶中に多いと結晶特性が損われてしまうことが判
っている。

【００１０】次に図１に示すＨＢＴの構造のベース層を
前記の方法で成長させた（この際ベース層はＡｌ_0.1
Ｇａ_0.9 Ａｓ組成とした）。即ちベース層の成長時には
原料ガスの組成をＴＭＧａ−ＴＭＡｌ−ＴＭＡｓを含む
ものとし、成長温度 580℃、ｖ_V ／ｖ_III ＝１、導入す
るＡｌのガス組成を0.12の条件で実施し、表面からベー
ス層までのＳＩＭＳ分析を行ってその結果を図５に示し
た。なおエミッタ層（図中Ｃで示す領域）のＡｌＧａＡ
ｓ中のＡｌの組成は0.26である。

【００１１】この場合も上記図４に示す場合と同様に、
580℃という低温成長したベース層（図中Ｄで示す領
域）中のＡｌの取り込みが小さく、且つ酸素の取り込み
が大きくなっている。そこでこの積層構造を実際にＨＢ
Ｔに加工して電流ゲインβを調べたところ１以下、即ち
増幅特性がないことが判明した。これはベース層中の酸
素が再結合の中心になるためと推定される。

【００１２】以上の通り上記やの低温成長では次の
ような問題があった。 （Ａ） Ａｌの取り込み量が低下し、結晶中のＡｌ組成
が制御しにくい。 （Ｂ） ＡｌＧａＡｓ中に酸素が取り込まれるので結晶
の特性が損われる。

【００１３】なおこれらのカーボンドーピング技術の他
に流量変調エピタキシー法（Flow-Rate Modulation Epi
taxy; FME）がある（N. Kobayashi et al., Appl. Phy
s.Lett., 50, No.20 (1987) 1435、特開昭63-88820号公
報）。この方法は図６に示すように、ＴＭＧａもしくは
ＴＭＡｌ、とＡｓＨ₃ とを交互に反応炉内に導入するこ
とで未分解のメチル基を結晶中に取り込ませてカーボン
ドーピングを行う技術である。この方法を用いて変調ド
ープ構造を成長させたところ、温度13Ｋで移動度μ＝
6.0×10⁴ cm² ／Ｖ・Ｓ（ホールシート濃度ｐ_s ＝ 4.1
×10¹¹cm^-2）と良好な２次元ホールガスの特性が得られ
ているので良好なカーボンドープＡｌＧａＡｓ結晶が得
られていると考えられる。

【００１４】本発明は特に上記（Ａ）（Ｂ）の問題に鑑
み検討の結果、結晶中への酸素の取り込みが小さくＡｌ
組成の制御がし易いＡｌＧａＡｓの成長方法を開発した
ものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】即ち本発明法の第１は、
Ａｌ源及びＧａ源を含んだ III族原料ガスとＡｓ源を含
んだＶ族原料ガスとを反応炉内に導入して有機金属気相
成長法により化合物半導体基板上にＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ
（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体を成長する方法に
おいて、前記Ａｌ源としてＴＭＡｌ、前記Ｇａ源として
ＴＭＧａ又はトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ
₂ Ｈ₅ ）₃ 、以下ＴＥＧａと略記）、前記Ａｓ源として
アルシン又はターシャルブチルアルシン（（ＣＨ₃ ）₃
ＣＡｓＨ₂ 、以下ＴＢＡｓと略記）を用い、前記基板の
温度を 600〜640 ℃としてＶ族原料ガス流量（ｖ_V ）と
III族原料ガス流量（ｖ_III ）との比（ｖ_V ／ｖ_III ）
を１より大きくする期間と、該比（ｖ_V ／ｖ_III ）を１
より小さくする期間とを周期的に繰り返すことによりＡ
ｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）化合物半導体中のカー
ボン濃度を１×10¹⁷〜１×10²⁰cm^-3とすることを特徴と
するものである。

【００１６】また本発明法の第２は、Ａｌ源及びＧａ源
を含んだ III族原料ガスとＡｓ源を含んだＶ族原料ガス
とを反応炉内に導入して有機金属気相成長法により化合
物半導体基板上にＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）か
らなる化合物半導体を成長する方法において、前記Ａｌ
源としてＴＭＡｌ、前記Ｇａ源としてＴＭＧａ又はＴＥ
Ｇａ、前記Ａｓ源としてアルシン又はＴＢＡｓを用い、
前記基板の温度を600〜640 ℃としてＶ族原料ガス流量
（ｖ_V ）と III族原料ガス流量（ｖ_III ）との比（ｖ_V
／ｖ_III ）を１より大きくする期間と、Ｖ族原料ガスを
導入しない期間とを周期的に繰り返すことによりＡｌ_x
Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）中のカーボン濃度を１×10
¹⁷〜１×10²⁰cm^-3とすることを特徴とするものである。

【００１７】また本発明の第３はＡｌ源及びＧａ源を含
んだ III族原料ガスとＡｓ源を含んだＶ族原料ガスとを
反応炉内に導入して有機金属気相成長法により化合物半
導体基板上にＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）からな
る化合物半導体を成長する方法において、前記Ａｌ源と
してトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、前
記Ｇａ源としてトリメチルガリウム（Ｇａ（Ｃ
Ｈ₃ ）₃ ）又はトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）
₃ ）、前記Ａｓ源としてトリメチルひ素（Ａｓ（Ｃ
Ｈ₃）₃ ）、アルシン（ＡｓＨ₃ ）又はターシャルブチ
ルアルシン（（ＣＨ₃ ）₃ ＣＡｓＨ₂ ）を用い、前記基
板の温度を 600〜640 ℃としてＶ族原料ガスとしてアル
シン又はターシャルブチルアルシンを用いＶ族原料ガス
流量（ｖ_V ）と III族原料ガス流量（ｖ_III ）との比
（ｖ_V ／ｖ_III ）を１より大きくする期間と、Ｖ族原料
ガスとしてトリメチルひ素を用い該比（ｖ_V ／ｖ_III ）
を１より小さくする期間とを周期的に繰り返すことによ
りＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）中のカーボン濃度
を１×10¹⁷〜１×10²⁰cm^-3とすることを特徴とする化合
物半導体の成長方法。

【００１８】さらに本発明の第４は、Ａｌ源及びＧａ源
を含んだ III族原料ガスとＡｓ源を含んだＶ族原料ガス
とを反応炉内に導入して有機金属気相成長法により化合
物半導体基板上にＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）か
らなる化合物半導体を成長する方法において、前記Ａｌ
源としてトリメチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ
Ｈ₃ ）₃）、前記Ｇａ源としてトリメチルガリウム（Ｇ
ａ（ＣＨ₃ ）₃ ）又はトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ₂
Ｈ₅ ）₃ ）、前記Ａｓ源としてトリメチルひ素（Ａｓ
（ＣＨ₃ ）₃ ）、アルシン（ＡｓＨ₃ ）又はターシャル
ブチルアルシン（（ＣＨ₃ ）₃ ＣＡｓＨ₂ ）を用い、前
記基板の温度を 600〜640 ℃としてＶ族原料ガスとして
トリメチルひ素とアルシンもしくはターシャルブチルア
ルシンを用いＶ族原料ガス流量（ｖ_V ）と III族原料ガ
ス流量（ｖ_III ）との比（ｖ_V ／ｖ_III ）を１より大き
くする期間と、Ｖ族原料ガスとしてトリメチルひ素を用
い該比（ｖ_v ／ｖ_III ）を１より小さくする期間とを周
期的に繰り返すことによりＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ
＜１）中のカーボン濃度を１×10¹⁷〜１×10²⁰cm^-3とす
ることを特徴とする化合物半導体の成長方法。

【００１９】

【作用】先ず本発明の第１及び第２において、反応炉内
に導入するＶ族原料ガス（ＡｓＨ₃ 又はＴＢＡｓ）流量
（ｖ_V ）と III族原料ガス（ＴＭＡｌ及びＴＭＧａもし
くはＴＥＧａ）流量（ｖ_III ）との比ｖ_V ／ｖ_III が１
より大きい場合は従来と同様に通常の化合物半導体の成
長が実施できる。しかし本発明の第１又は第２のように
ｖ_V ／ｖ_III ＜１とするかまたはＶ族原料ガスを導入し
ない場合は、 III族原料ガスのメチル基が反応する水素
ラジカルが欠乏するためメチル基は結晶中に取り込まれ
易くなることになる。但しこの場合はＡｓの供給も欠乏
してしまうので長期的にこの状態が続くと結晶中からＡ
ｓ抜け現象が起こって表面状態が悪化する。従ってｖ_V
／ｖ_III ＜１とする期間またはＶ族原料ガスの中断期間
はＡｓ抜けが顕著に現われない程度に短時間であること
が望ましく、さらにその後再びｖ_V ／ｖ_III ＜１または
Ｖ族原料ガスの中断を実施するまでの間は通常の成長を
行う。

【００２０】このように通常の成長と、ｖ_V ／ｖ_III ＜
１またはＶ族原料ガスの中断とを交互に繰り返すことに
より、微視的にはカーボンがドープされた領域とドープ
されない領域とが層状に交互に繰り返された構造となる
が、これらの層の厚さがそれぞれ５nm以下であれば結晶
としては一様にドープされたものと同等の特性とみなせ
る。

【００２１】また上記ｖ_V ／ｖ_III ＜１またはＶ族原料
ガスの中断の期間中のＡｓの欠乏に対しては強制的に半
導体基板にＡｓを供給してやれば欠乏するＡｓを補うこ
とができる。反応炉のタイプによっては管内壁や基板を
載置するサセプタ上に多結晶のＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ
が付着し易いものがあり、この付着した多結晶ＧａＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓからＡｓがガス中へ放出される場合が
ある。このようにしてＡｓが成長結晶中に輸送されれば
該結晶からのＡｓ抜けが抑制できる。このような効果は
結晶の成長する基板が反応炉中のガスの流れと概略平行
となるように設置された反応炉であって、該基板の設置
位置よりもガスの流れの上流側のサセプタに該多結晶が
析出し付着し易い構造となる反応炉を用いた場合により
顕著である。そのような反応炉としては例えばバレル型
反応炉がある。これは図７に示すように各側面に基板
（15）を設置した正多角錐台形状のサセプタ（16）を反
応炉（17）内に立設し、該反応炉（17）の上部より原料
ガスを流して基板（15）上に化合物半導体を成長させる
ものである。

【００２２】次に本発明の第３及び第４については反応
炉内に導入するＶ族原料ガス（ＴＭＡｓ、ＡｓＨ₃ 又は
ＴＢＡｓ）流量（ｖ_v ）と III族原料ガス（ＴＭＡｌ及
びＴＭＧａもしくはＴＥＧａ）流量（ｖ_III ）との比ｖ
_v ／ｖ_III が１より大きい場合は従来と同様に通常の化
合物半導体の成長が実施できる。しかしｖ_v ／ｖ_III ＜
１の場合は、前記と同様 III族原料ガスのメチル基が反
応する水素ラジカルが欠乏するためメチル基は結晶中に
取り込まれ易くなり、さらにＡｓの供給も欠乏してしま
うので長期的にこの状態が続くと結晶中からＡｓ抜け現
象が起こって表面状態が悪化する。特に、本発明の様に
成長温度が 600〜640 ℃とＴＭＧａ、ＴＭＡｌ等の分解
が十分に起る条件では、この傾向が顕著になる。そこで
本発明の第３及び第４ではこの場合にＡｓ源として熱分
解の容易なＴＭＡｓを用い、Ａｓ抜けを防止するもので
ある。また前記と同様ｖ_v ／ｖ_III ＜１とする期間はＡ
ｓ抜けが顕著に現われない程度に短時間であることが望
ましく、さらにその後再びｖ_v ／ｖ_III ＜１を実施する
までの間は通常の成長を行う。また前記と同様ｖ_v ／ｖ
_III ＞１の通常の成長と、ｖ_v ／ｖ_III ＜１の成長とを
交互に繰り返すことにより、成長する層の厚さをそれぞ
れ５nm以下とすれば結晶としてはカーボンが一様にドー
プされたものと同等の特性とみなせる。

【００２３】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。なお
以下の実施例１〜８は本発明の第１又は第２に対応する
もので、上記の量産用バレル型反応炉を用い、 III族原
料ガスとしてはＴＭＧａもしくはＴＥＧａとＴＭＡｌ
を、またＶ族原料ガスとしてはＡｓＨ₃ またはＴＢＡｓ
を用いた。

【００２４】（実施例１）図８に示すように、ＧａＡｓ
基板（１）上に順に、厚さ 0.3μｍのＧａＡｓ層（2
0）、厚さ 0.3μｍのＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓ層（21）、
厚さ 0.3μｍのＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ層（22）、厚さ
0.1μｍのＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ａｓ層（23）及び厚さ 0.1
μｍのＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ層（24）を積層した化合物
半導体の積層構造をＭＯＣＶＤ法により作製した。図中
の層（20）（21）（22）及び層（24）は通常のＭＯＣＶ
Ｄ法により基板温度 615℃で成長させた。そして図中の
層（23）を本発明法により基板温度を 600℃とし、図９
に示す原料ガスの導入シーケンスにより成長させた。

【００２５】なお図９中のパラメータはそれぞれ下記の
様に設定した。 ｖ⁰ _TMGa＝7.0 ＳＣＣＭ（Standard Cubic Centimeter
per Minute） ｖ⁰ _TMAl＝0.77ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝15ＳＣＣＭ，ｖ¹ _AsH3＝０ ｔ₁ ＝２sec ，ｔ₂ ＝５sec ここでｖ⁰ _AsH3＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl＞ｖ¹ _AsH3＝０ III 族原料ガスのＡｌ組成：0.1

【００２６】このように成長させた図８の化合物半導体
の積層構造について表面からのＳＩＭＳ分析の実施結果
を図10に示す。図10より本発明法を実施したの領域で
はＣがドーピングされていることが判る。このHall測定
を行ったところキャリア（ホール）濃度はｐ＝８×10¹⁸
cm^-3であった。また図10から判るように通常のＭＯＣＶ
Ｄ法で成長させた、図８の層（21）のＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9
Ａｓ（図10のの領域）及び層（22）のＡｌ_0.2 Ｇａ
_0.8 Ａｓ（図10のの領域）での残留酸素濃度と、本発
明法による層（23）のカーボンドープＡｌ_0.1 Ｇａ_0.9
Ａｓ（図10のの領域）での残留酸素濃度は同一でバッ
クグランドレベルとなっている。さらに図８の層（21）
（図10のの領域）と比較して明らかなように結晶中の
Ａｌ組成もガス組成と同等である。また得られた結晶の
表面状態も鏡面であった。

【００２７】（実施例２）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び層（24）については基板温度 6
15℃で通常のＭＯＣＶＤ法により成長させ、層（23）に
ついては基板温度600 ℃で本発明法により成長させた。
図11にこのときの原料ガスの導入シーケンスを示すが、
本実施例では実施例１と比較して、ＡｓＨ₃ の導入を中
断したときに同時にＴＭＡｌの導入量を増加させたこと
に特徴がある。

【００２８】なお図11中の各種パラメータは下記の通り
設定した。 ｖ⁰ _TMGa＝7.0 ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.77ＳＣＣＭ，ｖ¹ _TMAl＝1.8 ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝15ＳＣＣＭ，ｖ¹ _AsH3＝０ ｔ₁ ＝２sec ，ｔ₂ ＝５sec ここでｖ⁰ _AsH3＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl、 ｖ⁰ _TMGa＋ｖ¹ _TMAl≧ｖ¹ _AsH3≧０

【００２９】このように得られた化合物半導体の積層構
造について、実施例１と同様にＳＩＭＳ分析を行ったと
ころ層（23）の酸素濃度は層（21）及び層（22）と同レ
ベルでありバックグラウンド程度であった。またこれに
ついてHall測定を行ったところｐ＝２×10¹⁹cm^-3であっ
た。さらに層（23）のＡｌ組成は 0.1で一定であり、パ
ルス的にＴＭＡｌの導入量を増加させたことによるＡｌ
組成の増加はＳＩＭＳの深さ分解能の範囲では検出でき
なかった。また結晶の表面状態は鏡面であった。

【００３０】（実施例３）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び層（24）については基板温度 6
15℃で通常のＭＯＣＶＤ法により成長させ、層（23）に
ついては基板温度620 ℃で本発明法により成長させた。
図12にこのときの原料ガスの導入シーケンスを示すが、
本実施例では実施例２とは逆にＡｓＨ₃ の導入を中断し
たときに同時にＴＭＡｌの導入量も減少させたことに特
徴がある。

【００３１】なお図12中の各種パラメータは下記のよう
に設定した。 ｖ⁰ _TMGa＝7.0 ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.77ＳＣＣＭ，ｖ¹ _TMAl＝0.2 ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝15ＳＣＣＭ，ｖ¹ _AsH3＝０ ｔ₁ ＝１sec ，ｔ₂ ＝５sec ここでｖ⁰ _AsH3＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl、 ｖ⁰ _TMGa＋ｖ¹ _TMAl＞ｖ¹ _AsH3≧０

【００３２】この得られた積層構造について、ＳＩＭＳ
分析を行ったところ層（23）の酸素濃度は層（21）（2
2）のものと同レベルでバックグランド程度であり、Hal
l測定の結果はｐ＝５×10¹⁷cm^-3であった。さらに層（2
3）の結晶中のＡｌ組成は 0.1で一定であり、パルス的
なＴＭＡｌ導入量の減少によってもＡｌ組成の減少はＳ
ＩＭＳの分解能の範囲では検出できなかった。また表面
状態も鏡面であった。

【００３３】以上のように本発明の第１によればキャリ
ア（ホール）濃度が10¹⁷cm^-3台から10¹⁹cm^-3台の酸素フ
リーのＡｌＧａＡｓ化合物半導体の成長が可能である。
そこでこのキャリア（ホール）濃度の増加がＡｓＨ₃ 導
入の中断に起因したものであることを以下のように確認
した。即ち図８に示す積層構造の層（23）を基板温度60
0℃にて下記の導入量の原料ガスを連続的に導入して成
長させた。なお他の層は上記と同じ条件とした。 ｖ_TMGa＝7.0 ＳＣＣＭ ｖ_TMAl＝0.77ＳＣＣＭ ｖ_AsH3＝15ＳＣＣＭ その結果、この場合の層（23）のキャリア（ホール）濃
度は５×10¹⁶cm^-3であり、上記のものより１桁以上小さ
い値となっており明らかにＡｓＨ₃ 導入の中断によって
キャリア（ホール）濃度が高くなったことが判る。

【００３４】また上記実施例２及び３の方法によれば、
層（23）においてＳＩＭＳ分析では検出されない程度に
Ａｌ組成が深さ方向に周期的に変動している可能性があ
る。そこで図13又は図14のようなシーケンスにより、Ａ
ｓＨ₃ を導入している段階でＴＭＡｌをパルス的に増減
させてこの周期的な変動を小さくする方法も考えられ
る。 なお図13においてはｖ⁰ _AsH3＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl＞ｖ
⁰ _TMGa＋ｖ² _TMAl、ｖ⁰ _TMGa＋ｖ¹ _TMAl＞ｖ¹ _AsH3≧０
であり、図14においてはｖ⁰ _AsH3＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ² _TMAl
＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl、ｖ⁰ _TMGa＋ｖ¹ _TMAl＞ｖ¹ _AsH3
≧０である。

【００３５】（実施例４）図２に示す積層構造の成長を
ベース層以外は通常のＭＯＣＶＤ法により基板温度 650
℃で実施し、ベース層は本発明法の第２により基板温度
600℃で実施した。成長条件は、ＡｓＨ₃ を中断する時
間は２sec 、ＡｓＨ₃ を導入している時間は５sec と
し、図15に示すシーケンスのようにＡｓＨ₃ を流してい
るときのＴＭＡｌの流量は４ステップ毎に増加させ、Ａ
ｓＨ₃ 中断中のＴＭＡｌの導入量は実施例２の場合と同
様 1.8ＳＣＣＭとした。

【００３６】この積層構造についてＳＩＭＳで分析した
ところベース層の領域でＡｌ組成はエミッタ側に向って
０から 0.1まで増加していた。またカーボン濃度は 2.3
×10¹⁹cm^-3でほぼ一様に結晶中に取り込まれていること
が判明した。さらに酸素濃度はほぼエミッタ層の濃度と
同等であった。またこれをＨＢＴに加工して電流ゲイン
βの測定をしたところβ＝80と良好な値を得た。

【００３７】（実施例５）図16に示す変調ドープ構造の
化合物半導体積層構造を、カーボンドープＡｌ_0.3 Ｇａ
_0.7 Ａｓ層以外は通常のＭＯＣＶＤ法により基板濃度 6
50℃で成長させ、カーボンドープＡｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ
層は図12に示すシーケンスにより基板温度 600℃で成長
させた。即ちＧａＡｓ基板（１）上に順に、厚さ 0.5μ
ｍのノンドープＧａＡｓ層（30）、厚さ 0.5μｍのノン
ドープＡｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ層（31）、厚さ１μｍのノ
ンドープＧａＡｓ層（32）、厚さ20nmのノンドープＡｌ
_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ層（33）、厚さ20nmのカーボンドープ
Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7Ａｓ層（34）及び厚さ５nmのノンドー
プＧａＡｓ層（35）を積層したものである。

【００３８】図中のパラメータは次の通りである。 ｖ⁰ _TMGa＝7.0 ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝3.0 ＳＣＣＭ，ｖ¹ _TMAl＝0.70ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝18ＳＣＣＭ，ｖ¹ _AsH3＝０ ｔ₁ ＝２sec ，ｔ₂ ＝５sec

【００３９】得られたカーボンドープＡｌ_0.3 Ｇａ_0.7
Ａｓ層について77ＫでHall測定を行ったところホールシ
ート濃度ｐ_s ＝４×10¹¹cm^-2、μ＝ 6,000cm² ／Ｖ・Ｓ
と良好な値が得られた。

【００４０】（実施例６）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び層（24）については基板温度 6
15℃で通常のＭＯＣＶＤ法により成長させ、層（23）に
ついては基板温度600℃で本発明法により成長させた。
図９にこのときの原料ガス導入シーケンスを示す。実施
例１と比較して異なるのはＡｓＨ₃ の導入を減少させる
だけで中止していないことに特徴がある。

【００４１】なお図９中の各種パラメータは下記の通り
設定した。 ｖ⁰ _TMGa＝7.0 ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.77ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝15ＳＣＣＭ，ｖ¹ _AsH3＝３ＳＣＣＭ ｔ₁ ＝２sec ，ｔ₂ ＝５sec ここでｖ⁰ _AsH3＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl＞Ｖ¹ _AsH3

【００４２】このように得られた化合物半導体の積層構
造について、実施例１と同様にＳＩＭＳ分析を行ったと
ころ層（23）の酸素濃度は層（21）及び層（22）と同レ
ベルでありバックグラウンド程度であった。またこれに
ついてHall測定を行ったところｐ＝５×10¹⁸cm^-3であ
り、ＡｓＨ₃ の導入を中断した場合より、キャリア（ホ
ール）濃度は下がるものの、カーボンがドーピングされ
ていることがわかる。また結晶の表面状態は鏡面であっ
た。

【００４３】（実施例７）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び層（24）については基板温度 6
15℃で通常のＭＯＣＶＤ法により成長させ、層（23）に
ついては基板温度600 ℃で本発明法により成長させた。
図17にこのときの原料ガス導入シーケンスを示す。実施
例１に比較してＡｓ源をＴＢＡｓとしたことに特徴があ
る。

【００４４】なお図17中の各種パラメータは下記の通り
設定した。 ｖ⁰ _TMGa＝7.0 ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.77ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TBAs＝15ＳＣＣＭ，ｖ¹ _TBAs＝０ ｔ₁ ＝２sec ，ｔ₂ ＝５sec ここでｖ⁰ _TBAs＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl

【００４５】このように得られた化合物半導体の積層構
造について、実施例１と同様にＳＩＭＳ分析を行ったと
ころ層（23）の酸素濃度は層（21）及び層（22）と同レ
ベルでありバックグラウンド程度であった。またこれに
ついてHall測定を行ったところｐ＝９×10¹⁸cm^-3とＡｓ
Ｈ₃ をＡｓ源として使った場合とほぼ同様のドーピング
が可能である。また結晶の表面状態は鏡面であった。

【００４６】（実施例８）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び層（24）については基板温度 6
15℃で通常のＭＯＣＶＤ法により成長させ、層（23）に
ついては基板温度600 ℃で本発明法により成長させた。
図18にこのときの原料ガス導入シーケンスを示す。実施
例１に比較してＧａ源をＴＥＧａとしたことに特徴があ
る。

【００４７】なお図18中の各種パラメータは下記の通り
設定した。 ｖ⁰ _TEGa＝7.0 ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.77ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝15ＳＣＣＭ，ｖ¹ _AsH3＝０ ｔ₁ ＝２sec ，ｔ₂ ＝５sec ここでｖ⁰ _AsH3＞ｖ⁰ _TEGa＋ｖ⁰ _TMAl＞ｖ¹ _AsH3＝０

【００４８】このように得られた化合物半導体の積層構
造について、実施例１と同様にＳＩＭＳ分析を行ったと
ころ層（23）の酸素濃度は層（21）及び層（22）と同レ
ベルでありバックグラウンド程度であった。またこれに
ついてHall測定を行ったところｐ＝７×10¹⁸cm^-3であ
り、ＴＭＧａをＧａ源として使った場合とほぼ同様のド
ーピングが可能なことがわかる。また結晶の表面状態は
鏡面であった。

【００４９】以下の実施例９〜16は本発明の第３及び第
４に対応するものであり、図19に示すように上面に基板
（15）を設置したサセプタ（16′）を反応炉（17）内に
設置し、該反応炉（17）の上部より基板（15）に向けて
原料ガスを流し基板（15）上に化合物半導体薄膜を成長
させるパンケーキ型反応炉を用い、 III族原料ガスとし
てはＴＭＧａもしくはＴＥＧａとＴＭＡｌを、またＶ族
原料ガスとしてはＴＭＡｓとＡｓＨ₃ もしくはＴＢＡｓ
を用いた。

【００５０】（実施例９）図８に示す化合物半導体の積
層構造のうち図中の層（20）（21）（22）及び（24）は
通常のＭＯＣＶＤ法により基板温度 615℃で成長させ、
図中の層（23）は下記の設定の本発明法により基板温度
を 600℃とし、図20に示す原料ガスの導入シーケンスに
より成長させた。

【００５１】なお図20中のパラメータはそれぞれ下記の
様な設定とした。 ｖ⁰ _TMGa＝0.27ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.03ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝２ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAs＝0.15ＳＣＣＭ ｔ₁ ＝１sec ，ｔ₂ ＝２sec ここでｖ⁰ _AsH3＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl＞ｖ⁰ _TMAs＝0.15 III族原料ガスのＡｌ組成：0.1

【００５２】このようにして成長させた結晶は鏡面であ
った。このHall測定を行ったところｐ＝1.2 ×10¹⁹cm^-3
であった。このサンプルをＳＩＭＳで分析したところ、
層（23）のＡｌの組成は 0.1であった。また、酸素濃度
はＳＩＭＳの検出下限以下であった。

【００５３】（実施例10）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び（24）については通常のＭＯＣ
ＶＤ法により基板温度 615℃で成長させ、図中の層（2
3）は本発明法により基板温度を 600℃とし図21に示す
原料ガスの導入シーケンスにより成長させた。

【００５４】なお図21のパラメータはそれぞれ下記の様
に設定した。 ｖ⁰ _TMGa＝0.27ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.03ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝２ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAs＝0.15ＳＣＣＭ ｔ₁ ＝１sec ，ｔ₂ ＝２sec ここでｖ⁰ _AsH3＋ｖ⁰ _TMAs＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl＞ｖ⁰
_TMAs

【００５５】このように得られた化合物半導体の積層構
造について、実施例１と同様の評価を行ったところｐ＝
1.1 ×10¹⁹cm^-3とキャリア（ホール）濃度が測定誤差程
度小さくなっただけで他は同じであった。実施例９と10
の差はＡｓＨ₃ を導入している時にＴＭＡｓを導入する
かしないかの差であるが、これは結晶特性に影響を与え
ないことがわかる。

【００５６】（実施例11）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び層（24）については基板温度 6
15℃で通常のＭＯＣＶＤ法により成長させ、層（23）に
ついては基板温度600 ℃で本発明法により成長させた。
図22にこのときの原料ガスの導入シーケンスを示すが、
本実施例では実施例10と比較して、ＡｓＨ₃ の導入を中
断したときに同時にＴＭＡｌの導入量を増加させたこと
に特徴がある。

【００５７】なお図22中の各種パラメータは下記の通り
設定した。 ｖ⁰ _TMGa＝0.27ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.03ＳＣＣＭ，ｖ¹ _TMAl＝0.06ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝２ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAs＝0.17ＳＣＣＭ ｔ₁ ＝１sec ，ｔ₂ ＝２sec ここでｖ⁰ _AsH3＋ｖ⁰ _TMAs＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl、 ｖ⁰ _TMGa＋ｖ¹ _TMAl≧ｖ⁰ _TMAs＝0.17

【００５８】このように得られた化合物半導体の積層構
造について、ＳＩＭＳ分析を行ったところ層（23）の酸
素濃度は層（21）及び層（22）と同レベルでありバック
グラウンド程度であった。またこれについてHall測定を
行ったところｐ＝2.3 ×10¹⁹cm^-3であった。さらに層
（23）のＡｌ組成は 0.1で一定であり、パルス的にＴＭ
Ａｌの導入量を増加させたことによるＡｌ組成の増加は
ＳＩＭＳの深さ分解能の範囲では検出できなかった。ま
た結晶の表面状態は鏡面であった。

【００５９】（実施例12）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び層（24）については基板温度 6
15℃で通常のＭＯＣＶＤ法により成長させ、層（23）に
ついては基板温度620 ℃で本発明法により成長させた。
図23にこのときの原料ガスの導入シーケンスを示すが、
本実施例では実施例11とは逆にＡｓＨ₃ の導入を中断し
たときに同時にＴＭＡｌの導入量も減少させたことに特
徴がある。

【００６０】なお図23中の各種パラメータは下記のよう
に設定した。 ｖ⁰ _TMGa＝0.27ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.03ＳＣＣＭ，ｖ¹ _TMAl＝0.005 ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝２ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAs＝0.15ＳＣＣＭ ｔ₁ ＝１sec ，ｔ₂ ＝３sec ここでｖ⁰ _AsH3＋ｖ⁰ _TMAs＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl、 ｖ⁰ _TMGa＋ｖ¹ _TMAl＞ｖ⁰ _TMAs＝0.15

【００６１】この得られた積層構造について、ＳＩＭＳ
分析を行ったところ層（23）の酸素濃度は層（21）（2
2）のものと同レベルでバックグランド程度であり、Hal
l測定の結果はｐ＝６×10¹⁷cm^-3であった。さらに層（2
3）の結晶中のＡｌ組成は 0.1で一定であり、パルス的
なＴＭＡｌ導入量の減少によってもＡｌ組成の減少はＳ
ＩＭＳの分解能の範囲では検出できなかった。また表面
状態も鏡面であった。

【００６２】以上のように本発明の第３及び第４によれ
ばキャリア（ホール）濃度が10¹⁷cm^-3台から10¹⁹cm^-3台
の酸素フリーのＡｌＧａＡｓ化合物半導体の成長が可能
である。そこでこのキャリア（ホール）濃度の増加がＡ
ｓＨ₃ 導入の中断に起因したものであることを以下のよ
うに確認した。即ち図８に示す積層構造の層（23）を基
板温度 600℃にて下記の導入量の原料ガスを連続的に導
入して成長させた。なお他の層は上記と同じ条件とし
た。 ｖ_TMGa＝0.27ＳＣＣＭ ｖ_TMAl＝0.03ＳＣＣＭ ｖ_AsH3＝２ＳＣＣＭ その結果、この場合の層（23）のホール濃度は５×10¹⁶
cm^-3であり、上記のものより１桁以上小さい値となって
おり明らかにＡｓＨ₃ 導入の中断によってホール濃度が
高くなったことが判る。

【００６３】また上記実施例11及び12の方法によれば、
層（23）においてＳＩＭＳ分析では検出されない程度に
Ａｌ組成が深さ方向に周期的に変動している可能性があ
る。そこで図24又は図25のようなシーケンスにより、Ａ
ｓＨ₃ を導入している段階でＴＭＡｌをパルス的に増減
させてこの周期的な変動を小さくする方法も考えられ
る。なお図24においてはｖ⁰ _AsH3＋ｖ⁰ _TMAs＞ｖ⁰ _TMGa
＋ｖ⁰ _TMAl＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ² _TMAl、ｖ⁰ _TMGa＋ｖ¹ _TMAl
＞ｖ⁰ _TMAs≧０であり、図25においてはｖ⁰ _AsH3＋ｖ⁰
_TMAs＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ² _TMAl＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl、ｖ⁰
_TMGa＋ｖ¹ _TMAl＞ｖ⁰ _TMAs＞０である。

【００６４】（実施例13）図２に示す積層構造の成長を
ベース層以外は通常のＭＯＣＶＤ法により基板温度 650
℃で実施し、ベース層は本発明法により基板温度 600℃
で実施した。成長条件は、ＡｓＨ₃ を中断する時間は１
sec 、ＡｓＨ₃ を導入している時間は２sec とし、図26
に示すシーケンスのようにＡｓＨ₃ を流しているときの
ＴＭＡｌの流量は４ステップ毎に増加させ、ＡｓＨ₃ 中
断中のＴＭＡｌの導入量は0.06ＳＣＣＭとした。

【００６５】この積層構造についてＳＩＭＳで分析した
ところベース層の領域でＡｌ組成はエミッタ側に向って
０から 0.1まで増加していた。またカーボン濃度は 2.3
×10¹⁹cm^-3でほぼ一様に結晶中に取り込まれていること
が判明した。さらに酸素濃度はほぼエミッタ層の濃度と
同等であった。またこれをＨＢＴに加工して電流ゲイン
βの測定をしたところβ＝80と良好な値を得た。

【００６６】（実施例14）図16に示す変調ドープ構造の
化合物半導体積層構造を、実施例５と同様にカーボンド
ープＡｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ層以外は通常のＭＯＣＶＤ法
により基板濃度650 ℃で成長させ、厚さ20nmのカーボン
ドープＡｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ層は図23に示すシーケンス
により基板温度 600℃で成長させた。

【００６７】図中のパラメータは次の通りである。 ｖ⁰ _TMGa＝0.27ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.12ＳＣＣＭ，ｖ¹ _TMAl＝0.03ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝0.70ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAs＝0.15ＳＣＣＭ ｔ₁ ＝１sec ，ｔ₂ ＝３sec

【００６８】得られたカーボンドープＡｌ_0.3 Ｇａ_0.7
Ａｓ層について77ＫでHall測定を行ったところホールシ
ート濃度ｐ_s ＝４×10¹¹cm^-2、μ＝ 6,000cm² ／Ｖ・Ｓ
と良好な値が得られた。

【００６９】（実施例15）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び層（24）については基板温度 6
15℃で通常のＭＯＣＶＤ法により成長させ、層（23）に
ついては基板温度600 ℃で本発明法により成長させた。
図27にこのときの原料ガス導入シーケンスを示す。実施
例10に比較してＡｓ源をＴＢＡｓとしたことに特徴があ
る。

【００７０】なお図27中の各種パラメータは下記の通り
設定した。 ｖ⁰ _TMGa＝0.27ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.03ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TBAs＝２ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAs＝0.15ＳＣＣＭ ｔ₁ ＝１sec ，ｔ₂ ＝２sec ここでｖ⁰ _TBAs＋ｖ⁰ _TMAs＞ｖ⁰ _TMGa＋ｖ⁰ _TMAl＞ｖ⁰
_TMAs

【００７１】このように得られた化合物半導体の積層構
造について、ＳＩＭＳ分析を行ったところ層（23）の酸
素濃度は層（21）及び層（22）と同レベルでありバック
グラウンド程度であった。またこれについてHall測定を
行ったところｐ＝1.0 ×10¹⁹cm^-3とＡｓＨ₃ をＡｓ源と
して使った場合とほぼ同様のドーピングが可能である。
また結晶の表面状態は鏡面であった。

【００７２】（実施例16）図８に示す積層構造のうち層
（20）（21）（22）及び層（24）については基板温度 6
15℃で通常のＭＯＣＶＤ法により成長させ、層（23）に
ついては基板温度600 ℃で本発明法により成長させた。
図28にこのときの原料ガス導入シーケンスを示す。実施
例１に比較してＧａ源をＴＥＧａとしたことに特徴があ
る。

【００７３】なお図28中の各種パラメータは下記の通り
設定した。 ｖ⁰ _TEGa＝0.27ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAl＝0.03ＳＣＣＭ ｖ⁰ _AsH3＝２ＳＣＣＭ ｖ⁰ _TMAs＝0.15ＳＣＣＭ ｔ₁ ＝１sec ，ｔ₂ ＝２sec ここでｖ⁰ _AsH3＋ｖ⁰ _TMAs＞ｖ⁰ _TEGa＋ｖ⁰ _TMAl＞ｖ⁰
_TMAs＝0.15

【００７４】このように得られた化合物半導体の積層構
造について、ＳＩＭＳ分析を行ったところ層（23）の酸
素濃度は層（21）及び層（22）と同レベルでありバック
グラウンド程度であった。またこれについてHall測定を
行ったところｐ＝７×10¹⁸cm^-3であり、ＴＭＧａをＧａ
源として使った場合とほぼ同様のドーピングが可能なこ
とがわかる。また結晶の表面状態は鏡面であった。

【００７５】

【発明の効果】このように本発明によれば、高温でカー
ボンドープＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ化合物半導体結晶の成長
が実施できるので酸素の取り込みの小さい結晶の成長が
可能であって結晶特性が良好であり、さらに化合物半導
体結晶中へのカーボンの取り込み量やＡｌ組成の制御が
容易になる等顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘテロ接合トランジスタを作るための化合物半
導体の積層構造の一例を示す説明図である。

【図２】同じく他の一例を示す説明図である。

【図３】化合物半導体の積層構造の一例を示す説明図で
ある。

【図４】図３の構造のＳＩＭＳの分析結果を示す実施例
である。

【図５】図１の構造の一例のＳＩＭＳ分析結果を示す実
測図である。

【図６】流動変調エピタキシー法を説明する図である。

【図７】バレル型反応炉を示す説明図である。

【図８】実施例で用いた化合物半導体の積層構造を示す
説明図である。

【図９】実施例１、実施例６で用いたガス導入シーケン
スを示す図である。

【図１０】実施例１で作製した積層構造のＳＩＭＳ分析
結果を示す実測図である。

【図１１】実施例２で用いたガス導入シーケンスを示す
図であ。

【図１２】実施例３、実施例５で用いたガス導入シーケ
ンスを示す図である。

【図１３】本発明法におけるガス導入シーケンスの他の
例を示す図である。

【図１４】同じくさらに他の例を示す図である。

【図１５】実施例４で用いたガス導入シーケンスを示す
図である。

【図１６】変調ドープ構造の化合物半導体積層構造の一
例を示す説明図である。

【図１７】実施例７で用いたガス導入シーケンスを示す
図である。

【図１８】実施例８で用いたガス導入シーケンスを示す
図である。

【図１９】パンケーキ型反応炉を示す説明図である。

【図２０】実施例９で用いたガス導入シーケンスを示す
図である。

【図２１】実施例10で用いたガス導入シーケンスを示す
図である。

【図２２】実施例11で用いたガス導入シーケンスを示す
図である。

【図２３】実施例12、実施例14で用いたガス導入シーケ
ンスを示す図である。

【図２４】本発明法におけるガス導入シーケンスの他の
例を示す図である。

【図２５】同じくさらに他の例を示す図である。

【図２６】実施例13で用いたガス導入シーケンスを示す
図である。

【図２７】実施例15で用いたガス導入シーケンスを示す
図である。

【図２８】実施例16で用いたガス導入シーケンスを示す
図である。

【符号の説明】

１ ＧａＡｓ基板 15 基板 16，16′ サセプタ 17 反応炉

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

【手続補正書】

【提出日】平成７年２月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】上記の方法はＴＭＧａ中のメチル基Ｃ
Ｈ_３をＣ源としている。即ち一般に反応律速となる温度
（通常６００℃以下）でのＧａＡｓ層を成長させる
と、ＴＭＧａが途中まで分解を起してモノメチルガリウ
ム（ＧａＣＨ_３）となり、これがＧａＡｓ成長層の表面
に付着する。このとき水素ラジカルと該吸着したモノメ
チルガリウムが衝突するとメチル基がメタン（ＣＨ_４）
となって表面から脱離し、水素ラジカルと衝突しなかっ
たモノメチルガリウムのメチル基はＣとしてＧａＡｓ層
中に取り込まれる。このときアルシンは分解して水素ラ
ジカルを発生するので、の方法ではアルシンの導入量
を小さくして水素ラジカルの発生量を抑制している。さ
らにの方法ではより水素ラジカルの発生しにくいＴＭ
Ａｓを用いることでＣの取り込みを促進している。なお
反応容器内を減圧して成長を行うことはガスの粒子同士
の衝突を抑止するのに有効であり、Ｃを取り込む上で有
利である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ源及びＧａ源を含んだ III族原料ガ
   スとＡｓ源を含んだＶ族原料ガスとを反応炉内に導入し
   て有機金属気相成長法により化合物半導体基板上にＡｌ
   _x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体を
   成長する方法において、前記Ａｌ源としてトリメチルア
   ルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、前記Ｇａ源としてト
   リメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）又はトリエチル
   ガリウム（Ｇａ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ ）、前記Ａｓ源としてア
   ルシン（ＡｓＨ₃ ）又はターシャルブチルアルシン
   （（ＣＨ₃ ）₃ ＣＡｓＨ₂ ）を用い、前記基板の温度を
   600〜640 ℃としてＶ族原料ガス流量（ｖ_V ）と III族
   原料ガス流量（ｖ_III ）との比（ｖ_V ／ｖ_III ）を１よ
   り大きくする期間と、該比（ｖ_V ／ｖ_III ）を１より小
   さくする期間とを周期的に繰り返すことによりＡｌ_x Ｇ
   ａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）中のカーボン濃度を１×10¹⁷
   〜１×10²⁰cm^-3とすることを特徴とする化合物半導体の
   成長方法。
2. 【請求項２】 Ａｌ源及びＧａ源を含んだ III族原料ガ
   スとＡｓ源を含んだＶ族原料ガスとを反応炉内に導入し
   て有機金属気相成長法により化合物半導体基板上にＡｌ
   _x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体を
   成長する方法において、前記Ａｌ源としてトリメチルア
   ルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、前記Ｇａ源としてト
   リメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）又はトリエチル
   ガリウム（Ｇａ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ ）、前記Ａｓ源としてア
   ルシン（ＡｓＨ₃ ）又はターシャルブチルアルシン
   （（ＣＨ₃ ）₃ ＣＡｓＨ₂ ）を用い、前記基板の温度を
   600〜640 ℃としてＶ族原料ガス流量（ｖ_V ）と III族
   原料ガス流量（ｖ_III ）との比（ｖ_V ／ｖ_III ）を１よ
   り大きくする期間と、Ｖ族原料ガスを導入しない期間と
   を周期的に繰り返すことによりＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（０
   ＜ｘ＜１）中のカーボン濃度を１×10¹⁷〜１×10²⁰cm^-3
   とすることを特徴とする化合物半導体の成長方法。
3. 【請求項３】 Ａｌ源及びＧａ源を含んだ III族原料ガ
   スとＡｓ源を含んだＶ族原料ガスとを反応炉内に導入し
   て有機金属気相成長法により化合物半導体基板上にＡｌ
   _x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体を
   成長する方法において、前記Ａｌ源としてトリメチルア
   ルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、前記Ｇａ源としてト
   リメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）又はトリエチル
   ガリウム（Ｇａ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ ）、前記Ａｓ源としてト
   リメチルひ素（Ａｓ（ＣＨ₃ ）₃ ）、アルシン（ＡｓＨ
   ₃ ）又はターシャルブチルアルシン（（ＣＨ₃ ）₃ ＣＡ
   ｓＨ₂ ）を用い、前記基板の温度を 600〜640 ℃として
   Ｖ族原料ガスとしてアルシン又はターシャルブチルアル
   シンを用いＶ族原料ガス流量（ｖ_V ）と III族原料ガス
   流量（ｖ_III ）との比（ｖ_V ／ｖ_III ）を１より大きく
   する期間と、Ｖ族原料ガスとしてトリメチルひ素を用い
   該比（ｖ_V ／ｖ_III ）を１より小さくする期間とを周期
   的に繰り返すことによりＡｌ_x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜
   １）中のカーボン濃度を１×10¹⁷〜１×10²⁰cm^-3とする
   ことを特徴とする化合物半導体の成長方法。
4. 【請求項４】 Ａｌ源及びＧａ源を含んだ III族原料ガ
   スとＡｓ源を含んだＶ族原料ガスとを反応炉内に導入し
   て有機金属気相成長法により化合物半導体基板上にＡｌ
   _x Ｇａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）からなる化合物半導体を
   成長する方法において、前記Ａｌ源としてトリメチルア
   ルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃ ）₃ ）、前記Ｇａ源としてト
   リメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃ ）₃ ）又はトリエチル
   ガリウム（Ｇａ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）₃ ）、前記Ａｓ源としてト
   リメチルひ素（Ａｓ（ＣＨ₃ ）₃ ）、アルシン（ＡｓＨ
   ₃ ）又はターシャルブチルアルシン（（ＣＨ₃ ）₃ ＣＡ
   ｓＨ₂ ）を用い、前記基板の温度を 600〜640 ℃として
   Ｖ族原料ガスとしてトリメチルひ素とアルシンもしくは
   ターシャルブチルアルシンを用いＶ族原料ガス流量（ｖ
   _V ）と III族原料ガス流量（ｖ_III ）との比（ｖ_V ／ｖ
   _III ）を１より大きくする期間と、Ｖ族原料ガスとして
   トリメチルひ素を用い該比（ｖ_v ／ｖ_III ）を１より小
   さくする期間とを周期的に繰り返すことによりＡｌ_x Ｇ
   ａ_1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）中のカーボン濃度を１×10¹⁷
   〜１×10²⁰cm^-3とすることを特徴とする化合物半導体の
   成長方法。