JPH07211642A - 化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents
化合物半導体の気相成長方法Info
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- JPH07211642A JPH07211642A JP1310694A JP1310694A JPH07211642A JP H07211642 A JPH07211642 A JP H07211642A JP 1310694 A JP1310694 A JP 1310694A JP 1310694 A JP1310694 A JP 1310694A JP H07211642 A JPH07211642 A JP H07211642A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 化合物半導体の気相成長方法において、炭素
不純物の取り込みを阻害することなく、高品質な結晶の
成長を可能にする。 【構成】 基板の面方位を（１００）面もしくはこの
（１００）面と等価な面から［０バー１１］方向もしく
はこの［０バー１１］方向と等価な方向へ傾けたオフ基
板を用いて結晶成長することにより、ドーパントの取り
込み効率を同等に保ちながら、結晶品質を向上させるこ
とができる。
不純物の取り込みを阻害することなく、高品質な結晶の
成長を可能にする。 【構成】 基板の面方位を（１００）面もしくはこの
（１００）面と等価な面から［０バー１１］方向もしく
はこの［０バー１１］方向と等価な方向へ傾けたオフ基
板を用いて結晶成長することにより、ドーパントの取り
込み効率を同等に保ちながら、結晶品質を向上させるこ
とができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体積層構造
を有する化合物半導体の気相成長方法に関するものであ
る。
を有する化合物半導体の気相成長方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、素子応用を目指した化合物半導体
の気相成長には、面方位が（１００）面などの低指数面
を持つ基板が用いられてきた。その理由は、高指数面は
対称性が低いため、各種物性定数やエッチング形状など
に非対称性が現れ、素子を製作する場合に方位を揃えな
ければならないことやへき開面を利用できないなどの制
限が生じるためである。また、（１１１）Ｂ面のように
成長条件によっては、成長が困難な指数面も、このよう
な目的には適さない。一方、低指数面では、結晶の構成
材料となるIII族およびV族原子が結晶中に効率的に取り
込まれるサイトである結晶表面の原子層ステップもしく
はキンクの面密度が低いため、表面モルホロジーや結晶
品質などが劣化することが問題であった。
の気相成長には、面方位が（１００）面などの低指数面
を持つ基板が用いられてきた。その理由は、高指数面は
対称性が低いため、各種物性定数やエッチング形状など
に非対称性が現れ、素子を製作する場合に方位を揃えな
ければならないことやへき開面を利用できないなどの制
限が生じるためである。また、（１１１）Ｂ面のように
成長条件によっては、成長が困難な指数面も、このよう
な目的には適さない。一方、低指数面では、結晶の構成
材料となるIII族およびV族原子が結晶中に効率的に取り
込まれるサイトである結晶表面の原子層ステップもしく
はキンクの面密度が低いため、表面モルホロジーや結晶
品質などが劣化することが問題であった。
【０００３】このような問題を解決するものとしては、
基板の面方位を（１００）面もしくはこの（１００）面
と等価な面から［０１１］方向またはこの［０１１］方
向と等価な方向へ僅かに傾けた基板を用いる方法が提案
されており、表面状態や結晶品質の改善効果が得られて
いる。この効果は、基板を傾斜させてステップの密度を
増大させることにより、原子の取り込み効率を増大させ
たり、基板を［０１１］方向またはこれと等価な方向へ
傾け、Ｇａ原子のみをステップに配列させることによ
り、結晶中に取り込まれようとする不純物元素とステッ
プに存在する原子との親和力を弱くし、結晶の純度を上
げることにより達成される。
基板の面方位を（１００）面もしくはこの（１００）面
と等価な面から［０１１］方向またはこの［０１１］方
向と等価な方向へ僅かに傾けた基板を用いる方法が提案
されており、表面状態や結晶品質の改善効果が得られて
いる。この効果は、基板を傾斜させてステップの密度を
増大させることにより、原子の取り込み効率を増大させ
たり、基板を［０１１］方向またはこれと等価な方向へ
傾け、Ｇａ原子のみをステップに配列させることによ
り、結晶中に取り込まれようとする不純物元素とステッ
プに存在する原子との親和力を弱くし、結晶の純度を上
げることにより達成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法によると、残留不純物の結晶中への取り込みが
減少すると同時に素子構造を成長するのに不可欠な添加
不純物（ドーパント）の取り込みも阻害してしまい、所
望の不純物濃度が得られないという問題があった。
うな方法によると、残留不純物の結晶中への取り込みが
減少すると同時に素子構造を成長するのに不可欠な添加
不純物（ドーパント）の取り込みも阻害してしまい、所
望の不純物濃度が得られないという問題があった。
【０００５】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、化
合物半導体の気相成長方法において、炭素不純物の取り
込みを阻害することなく、高品質な結晶の成長を可能に
した化合物半導体の気相成長方法を提供することにあ
る。
を解決するためになされたものであり、その目的は、化
合物半導体の気相成長方法において、炭素不純物の取り
込みを阻害することなく、高品質な結晶の成長を可能に
した化合物半導体の気相成長方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による化合物半導体の気相成長方法は、
基板の面方位を（１００）面もしくはこの（１００）面
と等価な面から［０バー１１］方向もしくはこの［０バ
ー１１］方向と等価な方向へ傾けたオフ基板を用いて結
晶成長するようにしたものである。また、本発明による
他の化合物半導体の気相成長方法は、オフ基板の傾斜角
を１度〜１０度の範囲とし、かつ炭素の添加層の成長温
度を５８０℃以上に設定して結晶成長するようにしたも
のである。
るために本発明による化合物半導体の気相成長方法は、
基板の面方位を（１００）面もしくはこの（１００）面
と等価な面から［０バー１１］方向もしくはこの［０バ
ー１１］方向と等価な方向へ傾けたオフ基板を用いて結
晶成長するようにしたものである。また、本発明による
他の化合物半導体の気相成長方法は、オフ基板の傾斜角
を１度〜１０度の範囲とし、かつ炭素の添加層の成長温
度を５８０℃以上に設定して結晶成長するようにしたも
のである。
【０００７】
【作用】本発明においては、添加不純物の取り込み効率
を同等に保ちながら、結晶品質を向上させることができ
る。
を同等に保ちながら、結晶品質を向上させることができ
る。
【０００８】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。本発明の一実施例として有機金属気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法によるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ
接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の結晶成長の場
合を例に挙げて説明する。図１は、本発明を炭素ドープ
ＧａＡｓ層の成長に適用した実施例である。本実施例で
は、ＧａおよびＡｓの原料としてトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）およびアルシン（ＡｓＨ3 ）を用い、炭素
ソースとして四塩化炭素（ＣＣｌ4 ）を用いた。この場
合、ＣＣｌ4 の流量は一定とした。成長温度は約６００
℃である。
説明する。本発明の一実施例として有機金属気相成長
（ＭＯＣＶＤ）法によるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ
接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）の結晶成長の場
合を例に挙げて説明する。図１は、本発明を炭素ドープ
ＧａＡｓ層の成長に適用した実施例である。本実施例で
は、ＧａおよびＡｓの原料としてトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）およびアルシン（ＡｓＨ3 ）を用い、炭素
ソースとして四塩化炭素（ＣＣｌ4 ）を用いた。この場
合、ＣＣｌ4 の流量は一定とした。成長温度は約６００
℃である。
【０００９】発明者が実験的に検討した結果、基板のオ
フ化に伴い、［０１１］方向ではキャリア濃度が急激に
低下するのに対し、［０バー１１］方向ではキャリア濃
度の低下がないことを見いだした。この現象は、Ｃ原子
がＧａＡｓ結晶中でＧａ原子と結合を作り、ｐ型不純物
となるため、表面ステップにＧａ原子のみが配列してい
る従来の傾斜方位（［０１１］方向）基板を用いた場
合、Ｃ原料の基板表面からの解離が促進され、取り込み
効率が低下するのに対し、従来とは異なる［０バー１
１］方向に微傾斜させた基板では、ステップにＡｓが配
列しているため、Ｃ原料の基板表面からの解離が促進さ
れることがないので、キャリア濃度の低下はないことに
起因すると推測される。
フ化に伴い、［０１１］方向ではキャリア濃度が急激に
低下するのに対し、［０バー１１］方向ではキャリア濃
度の低下がないことを見いだした。この現象は、Ｃ原子
がＧａＡｓ結晶中でＧａ原子と結合を作り、ｐ型不純物
となるため、表面ステップにＧａ原子のみが配列してい
る従来の傾斜方位（［０１１］方向）基板を用いた場
合、Ｃ原料の基板表面からの解離が促進され、取り込み
効率が低下するのに対し、従来とは異なる［０バー１
１］方向に微傾斜させた基板では、ステップにＡｓが配
列しているため、Ｃ原料の基板表面からの解離が促進さ
れることがないので、キャリア濃度の低下はないことに
起因すると推測される。
【００１０】図２は、本発明を、ベース層に炭素をドー
プしたＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＨＢＴに適用した場合の
電流利得の基板オフ角度依存性を示したものである。同
図から判るように傾斜方位によらず、基板のオフ化によ
り電流利得、すなわちベース層中の少数キャリア寿命は
大幅に向上している。しかしながら、ベース層のキャリ
ア濃度は、図１に示したようにオフ方位が［０バー１
１］の場合は一定に保たれているので、キャリア濃度の
低下がなくなり、かつ電流利得が改善される。一方、オ
フ方位［０１１］の場合では、図１に示すようにベース
層のキャリア濃度はオフ角度０度（（１００）面）の場
合に比べ、約１／２以下に低下しており、ベース抵抗が
高く、素子の高周波特性は劣る。
プしたＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓＨＢＴに適用した場合の
電流利得の基板オフ角度依存性を示したものである。同
図から判るように傾斜方位によらず、基板のオフ化によ
り電流利得、すなわちベース層中の少数キャリア寿命は
大幅に向上している。しかしながら、ベース層のキャリ
ア濃度は、図１に示したようにオフ方位が［０バー１
１］の場合は一定に保たれているので、キャリア濃度の
低下がなくなり、かつ電流利得が改善される。一方、オ
フ方位［０１１］の場合では、図１に示すようにベース
層のキャリア濃度はオフ角度０度（（１００）面）の場
合に比べ、約１／２以下に低下しており、ベース抵抗が
高く、素子の高周波特性は劣る。
【００１１】従来、微傾斜基板による結晶品質改善は、
結晶中への残留不純物（例えばＧａＡｓ中で再結合中心
となる酸素）の取り込み量低下に起因すると考えられて
きたが、電流利得改善に方位依存性がないことからも明
かなように結晶品質の改善は結晶固有の欠陥などの密度
低減に起因しており、本発明の成長温度範囲では、［０
バー１１］方向へ傾斜させることによる残留不純物濃度
の増大などの影響はない。
結晶中への残留不純物（例えばＧａＡｓ中で再結合中心
となる酸素）の取り込み量低下に起因すると考えられて
きたが、電流利得改善に方位依存性がないことからも明
かなように結晶品質の改善は結晶固有の欠陥などの密度
低減に起因しており、本発明の成長温度範囲では、［０
バー１１］方向へ傾斜させることによる残留不純物濃度
の増大などの影響はない。
【００１２】発明者等は、以上の効果が基板のオフ方
位，角度および成長温度と深い相関関係にあると考えて
注意深く検討を行った結果、この傾向は、基板の面方位
が（１００）面，これと等価な面から［０バー１１］方
向またはこれと等価な方向へ約１度ないし約１０度の範
囲とし、成長温度が約５８０℃以上で同様に得られるこ
とを確認した。
位，角度および成長温度と深い相関関係にあると考えて
注意深く検討を行った結果、この傾向は、基板の面方位
が（１００）面，これと等価な面から［０バー１１］方
向またはこれと等価な方向へ約１度ないし約１０度の範
囲とし、成長温度が約５８０℃以上で同様に得られるこ
とを確認した。
【００１３】つまり、前述した実施例では、基板のオフ
方位を約１度ないし約１０度の範囲としたが、このオフ
方位が約１度未満では、本発明の効果が充分に得られ
ず、また、約１０度を超えると、他の高指数の結晶面が
出現し、各種物性定数やエッチング形状などの非対称性
が現れたり、へき開面を利用できないことになる。ま
た、炭素の添加層の成長温度を約５８０℃以上とした
が、この温度が例えば約７００℃以上と高くすると、充
分に高いキャリア濃度が得られなかったり、成長そのも
のが困難になるなどの問題が生じ、また、この成長温度
が例えば約５００℃以下と低くなると、結晶品質を低下
させるなどの問題が生じる。したがってこれらの領域以
下でも定性的には効果が得られるものの、特に基板の方
位を約１度〜約１０度の範囲とし、成長温度を約５８０
℃以上とすることで顕著な効果が得られた。
方位を約１度ないし約１０度の範囲としたが、このオフ
方位が約１度未満では、本発明の効果が充分に得られ
ず、また、約１０度を超えると、他の高指数の結晶面が
出現し、各種物性定数やエッチング形状などの非対称性
が現れたり、へき開面を利用できないことになる。ま
た、炭素の添加層の成長温度を約５８０℃以上とした
が、この温度が例えば約７００℃以上と高くすると、充
分に高いキャリア濃度が得られなかったり、成長そのも
のが困難になるなどの問題が生じ、また、この成長温度
が例えば約５００℃以下と低くなると、結晶品質を低下
させるなどの問題が生じる。したがってこれらの領域以
下でも定性的には効果が得られるものの、特に基板の方
位を約１度〜約１０度の範囲とし、成長温度を約５８０
℃以上とすることで顕著な効果が得られた。
【００１４】また、前述した実施例では、炭素原料とし
てＣＣｌ4 を用いたが、この他にもＴＭＧａを用いる方
法やトリメチルアルシン（ＴＭＡｓ），トリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡｌ），ＣＢｒ4 （四臭化炭素）などを
用いる方法でも同様な効果が得られる。また、成長する
半導体層としてＧａＡｓの場合の例を示したが、同様な
効果はＡｌx ＧａyＩｎ1-x-yＡｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１）またはＧａＡｓxＳｂ1-x（０≦ｘ≦１）などでも
得られる。さらに本実施例ではＨＢＴの場合について説
明したが、本発明は、共鳴トンネル素子，レーザーダイ
オード，ＬＥＤ，太陽電池などの各種の素子に適用する
ことができる。
てＣＣｌ4 を用いたが、この他にもＴＭＧａを用いる方
法やトリメチルアルシン（ＴＭＡｓ），トリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡｌ），ＣＢｒ4 （四臭化炭素）などを
用いる方法でも同様な効果が得られる。また、成長する
半導体層としてＧａＡｓの場合の例を示したが、同様な
効果はＡｌx ＧａyＩｎ1-x-yＡｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１）またはＧａＡｓxＳｂ1-x（０≦ｘ≦１）などでも
得られる。さらに本実施例ではＨＢＴの場合について説
明したが、本発明は、共鳴トンネル素子，レーザーダイ
オード，ＬＥＤ，太陽電池などの各種の素子に適用する
ことができる。
【００１５】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
炭素を不純物として添加する層を含む半導体積層構造を
成長する場合にキャリア濃度の低下がなく、結晶品質を
向上させることができ、各種の素子の特性向上が可能と
なるなどの極めて優れた効果が得られる。また、特定の
範囲の方位の傾斜基板を用い、成長温度を特定の範囲に
設定することによって炭素不純物の取り込みを阻害する
ことなく、高品質な結晶成長が可能となるなどの極めて
優れた効果が得られる。
炭素を不純物として添加する層を含む半導体積層構造を
成長する場合にキャリア濃度の低下がなく、結晶品質を
向上させることができ、各種の素子の特性向上が可能と
なるなどの極めて優れた効果が得られる。また、特定の
範囲の方位の傾斜基板を用い、成長温度を特定の範囲に
設定することによって炭素不純物の取り込みを阻害する
ことなく、高品質な結晶成長が可能となるなどの極めて
優れた効果が得られる。
【図１】本発明による化合物半導体の気相成長方法を炭
素ドープＧａＡｓ層の結晶成長に適用した一実施例によ
るキャリア濃度のオフ角度依存性をオフ方向が［０バー
１１］および［０１１］の場合について比較して示した
図である。
素ドープＧａＡｓ層の結晶成長に適用した一実施例によ
るキャリア濃度のオフ角度依存性をオフ方向が［０バー
１１］および［０１１］の場合について比較して示した
図である。
【図２】図１の炭素ドープＧａＡｓ層をＡｌＧａＡｓ／
ＧａＡｓＨＢＴのベース層に適用した場合の電流利得の
オフ角度依存性をオフ方向が［０バー１１］および［０
１１］の場合について比較して示した図である。
ＧａＡｓＨＢＴのベース層に適用した場合の電流利得の
オフ角度依存性をオフ方向が［０バー１１］および［０
１１］の場合について比較して示した図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に炭素を不純物として添加される
半導体層を少なくとも１層含む積層構造を有する化合物
半導体の気相成長方法において、 前記基板の面方位を（１００）面もしくはこの（１０
０）面と等価な面から［０バー１１］方向もしくはこの
［０バー１１］方向と等価な方向へ傾けたオフ基板を用
いて結晶成長することを特徴とする化合物半導体の気相
成長方法。 - 【請求項２】 基板上に炭素を不純物として添加される
半導体層を少なくとも１層を含む積層構造を有する化合
物半導体の気相成長方法において、 前記基板の面方位を（１００）面もしくはこの（１０
０）面と等価な面から［０バー１１］方向もしくはこの
［０バー１１］方向と等価な方向へ１度〜１０度の範囲
に傾け、かつ前記炭素の添加層の成長温度を５８０℃以
上に設定して結晶成長することを特徴とする化合物半導
体の気相成長方法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
半導体層をＡｌxＧａyＩｎ1-x-y Ａｓ（０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１）とすることを特徴とする化合物半導体の気相
成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1310694A JPH07211642A (ja) | 1994-01-12 | 1994-01-12 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1310694A JPH07211642A (ja) | 1994-01-12 | 1994-01-12 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07211642A true JPH07211642A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11823906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1310694A Pending JPH07211642A (ja) | 1994-01-12 | 1994-01-12 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07211642A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006030565A1 (ja) * | 2004-09-17 | 2008-05-08 | 日鉱金属株式会社 | エピタキシャル結晶の成長方法 |
-
1994
- 1994-01-12 JP JP1310694A patent/JPH07211642A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006030565A1 (ja) * | 2004-09-17 | 2008-05-08 | 日鉱金属株式会社 | エピタキシャル結晶の成長方法 |
| JP4696070B2 (ja) * | 2004-09-17 | 2011-06-08 | Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 | エピタキシャル結晶の成長方法 |
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