JPH08330236A - 有機金属気相成長法 - Google Patents
有機金属気相成長法Info
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- JPH08330236A JPH08330236A JP7131699A JP13169995A JPH08330236A JP H08330236 A JPH08330236 A JP H08330236A JP 7131699 A JP7131699 A JP 7131699A JP 13169995 A JP13169995 A JP 13169995A JP H08330236 A JPH08330236 A JP H08330236A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ３−５族化合物半導体基板上に、平坦でかつ
鏡面状態の表面を有する炭素ドープの化合物半導体含む
エピタキシャル層を形成する有機金属気相成長法を提供
する。 【構成】 ３−５族化合物半導体基板上に、炭素ドープ
の３−５族化合物半導体エピタキシャル結晶層を少なく
とも一層成長させる有機金属気相成長法において、基板
表面の面方位を<100> 方向から、<110> 方向に0.1 °よ
りも大きく、且つ、1.0 °よりも小さい角度で傾斜させ
る。
鏡面状態の表面を有する炭素ドープの化合物半導体含む
エピタキシャル層を形成する有機金属気相成長法を提供
する。 【構成】 ３−５族化合物半導体基板上に、炭素ドープ
の３−５族化合物半導体エピタキシャル結晶層を少なく
とも一層成長させる有機金属気相成長法において、基板
表面の面方位を<100> 方向から、<110> 方向に0.1 °よ
りも大きく、且つ、1.0 °よりも小さい角度で傾斜させ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、FET,HBT,HEMT等の電子
デバイスや、LD,LED等の発光デバイスの作製のため、３
−５族化合物半導体の基板上に、３−５族化合物半導体
結晶層をエピタキシャルに成長させる有機金属気相成長
法に関する。
デバイスや、LD,LED等の発光デバイスの作製のため、３
−５族化合物半導体の基板上に、３−５族化合物半導体
結晶層をエピタキシャルに成長させる有機金属気相成長
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機金属気相成長法により、GaAs,AlGaA
s,InGaP,InP,InGaAs等の化合物半導体結晶薄膜を作製す
る場合、化合物半導体基板の結晶面方位は、<100> 面か
ら、<110> 方向に２°傾斜させたもの（通称２°オフ基
板）を一般に用いる。その理由は、<100> 面（通称ジャ
スト基板）に、有機金属気相成長法により薄膜を成長す
ると、基板の転位（欠陥）を核に異常成長し、得られる
エピタキシャル薄膜に欠陥が多くなるからである。この
ため、鏡面成長が困難になり、表面が曇ることが多い。
一方、２°オフ基板を用いると、基板上に単原子層のス
テップ（モノレイヤーステップ）が存在し、そのステッ
プ（キンク）を核とした成長（ステップフロー成長）が
行われるため、ジャスト基板に比較し基板の転位を核に
した異常成長が抑えられ、鏡面成長が可能となる。
s,InGaP,InP,InGaAs等の化合物半導体結晶薄膜を作製す
る場合、化合物半導体基板の結晶面方位は、<100> 面か
ら、<110> 方向に２°傾斜させたもの（通称２°オフ基
板）を一般に用いる。その理由は、<100> 面（通称ジャ
スト基板）に、有機金属気相成長法により薄膜を成長す
ると、基板の転位（欠陥）を核に異常成長し、得られる
エピタキシャル薄膜に欠陥が多くなるからである。この
ため、鏡面成長が困難になり、表面が曇ることが多い。
一方、２°オフ基板を用いると、基板上に単原子層のス
テップ（モノレイヤーステップ）が存在し、そのステッ
プ（キンク）を核とした成長（ステップフロー成長）が
行われるため、ジャスト基板に比較し基板の転位を核に
した異常成長が抑えられ、鏡面成長が可能となる。
【０００３】通常の有機金属気相成長法の成長モードで
は、３族原料のTMGaやTMAlを十分に分解させ、成長する
結晶中の不純物濃度（炭素濃度）を十分に下げるため、
成長温度を600 ℃以上に上げ、５族原料と３族原料の供
給量比（５族／３族）を10以上にする。このような成長
モードでは、２°オフ基板を用いることにより、ステッ
プフロー成長が良好に行われ、鏡面成長が可能となる。
は、３族原料のTMGaやTMAlを十分に分解させ、成長する
結晶中の不純物濃度（炭素濃度）を十分に下げるため、
成長温度を600 ℃以上に上げ、５族原料と３族原料の供
給量比（５族／３族）を10以上にする。このような成長
モードでは、２°オフ基板を用いることにより、ステッ
プフロー成長が良好に行われ、鏡面成長が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】炭素Ｃの意図的なドー
パント（例えばCCl4やCBr4）を用いないで、Ｃドープの
化合物半導体薄膜を成長させる場合、３族原料中の未分
解の炭素を結晶中に取り込む方法が行われる。この場
合、成長温度と５族原料と３族原料の供給量比（５族／
３族）をともに下げて、通常の有機金属気相成長法の成
長モードとは異なる成長モードを用いる。例えば、Ｃド
ープのGaAsの成長の場合、成長温度を480 〜600 ℃、５
族原料と３族原料の供給量比（５族／３族）を0.5 〜2
にする。
パント（例えばCCl4やCBr4）を用いないで、Ｃドープの
化合物半導体薄膜を成長させる場合、３族原料中の未分
解の炭素を結晶中に取り込む方法が行われる。この場
合、成長温度と５族原料と３族原料の供給量比（５族／
３族）をともに下げて、通常の有機金属気相成長法の成
長モードとは異なる成長モードを用いる。例えば、Ｃド
ープのGaAsの成長の場合、成長温度を480 〜600 ℃、５
族原料と３族原料の供給量比（５族／３族）を0.5 〜2
にする。
【０００５】しかしながら、この通常とは異なる成長モ
ードでは、２°オフ基板を用いても、良好なステップフ
ロー成長が行われないという問題があった。即ち、この
とき、基板の転位を核とした異常成長による表面の凹凸
はある程度抑えられる。しかしながら、この条件の成長
時または、この成長の後に通常の成長条件にするため炉
内温度の上昇時、または成長後高温でアニールした場合
には、単原子層のステップが集まり、数原子層〜十数原
子層の段差になる、所謂ステップバンチングが生ずる。
ードでは、２°オフ基板を用いても、良好なステップフ
ロー成長が行われないという問題があった。即ち、この
とき、基板の転位を核とした異常成長による表面の凹凸
はある程度抑えられる。しかしながら、この条件の成長
時または、この成長の後に通常の成長条件にするため炉
内温度の上昇時、または成長後高温でアニールした場合
には、単原子層のステップが集まり、数原子層〜十数原
子層の段差になる、所謂ステップバンチングが生ずる。
【０００６】この様子を模式的に図１で説明する。図１
は、２°オフのGaAs基板１上に、ＣドープのGaAs層２を
AlGaAs層３でサンドイッチした構造を積層し、高倍率の
TEM（透過型電子顕微鏡）でみた場合のイメージを示す
図である。通常とは異なる成長モードでＣドープのGaAs
層２を成長し、その後に通常の成長モードでAlGaAs層３
を成長すると、ＣドープのGaAs層２上に、図に示すよう
に(100) 面が強調された凹凸が見られる。この表面の凹
凸は結晶上の欠陥ではないが、界面の急峻性を失わせ
る。その結果、例えば、このＣドープGaAs層をベースに
有するヘテロ接合バイポーラトランジスタでは、トラン
ジスタ特性の代表的な特性の一つである、ガンメルプロ
ットをした際のベース電流のｎ値が大きくなるという問
題が生じた。またさらに、この形状に起因して電流ゲイ
ンが低下したり、信頼性が低下する恐れがある。
は、２°オフのGaAs基板１上に、ＣドープのGaAs層２を
AlGaAs層３でサンドイッチした構造を積層し、高倍率の
TEM（透過型電子顕微鏡）でみた場合のイメージを示す
図である。通常とは異なる成長モードでＣドープのGaAs
層２を成長し、その後に通常の成長モードでAlGaAs層３
を成長すると、ＣドープのGaAs層２上に、図に示すよう
に(100) 面が強調された凹凸が見られる。この表面の凹
凸は結晶上の欠陥ではないが、界面の急峻性を失わせ
る。その結果、例えば、このＣドープGaAs層をベースに
有するヘテロ接合バイポーラトランジスタでは、トラン
ジスタ特性の代表的な特性の一つである、ガンメルプロ
ットをした際のベース電流のｎ値が大きくなるという問
題が生じた。またさらに、この形状に起因して電流ゲイ
ンが低下したり、信頼性が低下する恐れがある。
【０００７】なお、このステップバンチングの現象は、
ジャスト基板を用いれば起きないことは確かめられてい
る。しかし前述したようにジャスト基板または、<100>
から0.1 度オフ以内の基板を用いると、表面にヒロック
やピットと呼ばれる表面欠陥が多く現れ、表面状態が悪
化するという問題がある。そこで、本発明では３−５族
化合物半導体基板上に、平坦でかつ鏡面状態の表面を有
するＣドープの化合物半導体層を含むエピタキシャル層
を形成する有機金属気相成長法を提供することを目的と
する。
ジャスト基板を用いれば起きないことは確かめられてい
る。しかし前述したようにジャスト基板または、<100>
から0.1 度オフ以内の基板を用いると、表面にヒロック
やピットと呼ばれる表面欠陥が多く現れ、表面状態が悪
化するという問題がある。そこで、本発明では３−５族
化合物半導体基板上に、平坦でかつ鏡面状態の表面を有
するＣドープの化合物半導体層を含むエピタキシャル層
を形成する有機金属気相成長法を提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に鋭意検討の結果、基板のオフ角度を変えることによ
り、ステップバンチングが解消することを見出し、本発
明に到達した。即ち、本発明は、３−５族化合物半導体
基板上に、炭素ドープの３−５族化合物半導体エピタキ
シャル結晶層を少なくとも一層成長させる有機金属気相
成長法において、前記基板表面の面方位を<100> 方向か
ら、<110> 方向に0.1 °よりも大きく、且つ、1.0 °よ
りも小さい角度で傾斜させることを特徴とする。。
に鋭意検討の結果、基板のオフ角度を変えることによ
り、ステップバンチングが解消することを見出し、本発
明に到達した。即ち、本発明は、３−５族化合物半導体
基板上に、炭素ドープの３−５族化合物半導体エピタキ
シャル結晶層を少なくとも一層成長させる有機金属気相
成長法において、前記基板表面の面方位を<100> 方向か
ら、<110> 方向に0.1 °よりも大きく、且つ、1.0 °よ
りも小さい角度で傾斜させることを特徴とする。。
【０００９】
【作用】本発明は新しい実験的知見に基づくものであ
る。即ち、３−５族化合物半導体基板のオフ角度の大き
さを変えて、３−５族化合物半導体エピタキシャル結晶
層を成長させ、界面形状および表面状態を詳細に調べ
た。その結果、オフ角度＜１°とすると、通常とは異な
る成長モードにおいてもステップバンチングは生じなか
った。また、オフ角度＞0.1 °とすると、鏡面成長が得
られた。このことから、Ｃドープの３−５族化合物半導
体エピタキシャル結晶層を成長させる場合、基板のオフ
角度を、0.1 °よりも大きく、且つ、1.0 °よりも小さ
い角度で傾斜させると、良好な表面状態のエピタキシャ
ル層を成長させることができる。
る。即ち、３−５族化合物半導体基板のオフ角度の大き
さを変えて、３−５族化合物半導体エピタキシャル結晶
層を成長させ、界面形状および表面状態を詳細に調べ
た。その結果、オフ角度＜１°とすると、通常とは異な
る成長モードにおいてもステップバンチングは生じなか
った。また、オフ角度＞0.1 °とすると、鏡面成長が得
られた。このことから、Ｃドープの３−５族化合物半導
体エピタキシャル結晶層を成長させる場合、基板のオフ
角度を、0.1 °よりも大きく、且つ、1.0 °よりも小さ
い角度で傾斜させると、良好な表面状態のエピタキシャ
ル層を成長させることができる。
【００１０】この現象は定性的には以下のように理解で
きる。即ち、オフ角度が１°以上になると、ステップの
間隔が比較的小さくなり、基板上で原料がマイグレーシ
ョンできる平均自由行程が、ステップの間隔よりも大き
いため、ステップバンチングが生ずる。また、表面の状
態に関しては、0.1 °以下のオフ角度ではステップフロ
ー成長が起こらず、異常成長が生ずる。
きる。即ち、オフ角度が１°以上になると、ステップの
間隔が比較的小さくなり、基板上で原料がマイグレーシ
ョンできる平均自由行程が、ステップの間隔よりも大き
いため、ステップバンチングが生ずる。また、表面の状
態に関しては、0.1 °以下のオフ角度ではステップフロ
ー成長が起こらず、異常成長が生ずる。
【００１１】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。GaAs<100>0.4°オフの基板上に、GaAs:Si （ドー
プ濃度n=5x1018cm-3, 厚さt=500nm ）からなるサブコレ
クタ層、GaAs:Si （n=2x1016cm-3, t=500nm ）からなる
コレクタ層、GaAs:C（n=4x1019cm-3, t=70nm）からなる
ベース層、AlGaAs:Si（n=5x1017cm-3, t=200nm ）から
なるエミッタ層、GaAs:Si （n=5x1018cm-3, t=100nm ）
からなるキャップ層を順次、有機金属気相成長法で作成
し、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャ
ル基板を作製した。このときの成長温度と５族原料と３
族原料の供給量比（５族／３族）を表１に示す。
する。GaAs<100>0.4°オフの基板上に、GaAs:Si （ドー
プ濃度n=5x1018cm-3, 厚さt=500nm ）からなるサブコレ
クタ層、GaAs:Si （n=2x1016cm-3, t=500nm ）からなる
コレクタ層、GaAs:C（n=4x1019cm-3, t=70nm）からなる
ベース層、AlGaAs:Si（n=5x1017cm-3, t=200nm ）から
なるエミッタ層、GaAs:Si （n=5x1018cm-3, t=100nm ）
からなるキャップ層を順次、有機金属気相成長法で作成
し、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ用エピタキシャ
ル基板を作製した。このときの成長温度と５族原料と３
族原料の供給量比（５族／３族）を表１に示す。
【００１２】
【００１３】このようにして積層したＣドープGaAsベー
ス層の上面（すなわちエミッタベース界面）は、TEM で
観察すると平坦であり、またエピタキシャル基板の表面
は良好な鏡面状態であった。このエピタキシャル基板を
用いてトランジスタ素子を作製し、電気特性を調べた。
なお、比較例として、上記実施例と同様に表１の条件
で、ジャスト基板および２°オフの基板上に有機金属気
相成長を行って同様のエピタキシャル基板を作製し、こ
れらのエピタキシャル基板を用いてトランジスタ素子を
作製し、電気特性を調べた。
ス層の上面（すなわちエミッタベース界面）は、TEM で
観察すると平坦であり、またエピタキシャル基板の表面
は良好な鏡面状態であった。このエピタキシャル基板を
用いてトランジスタ素子を作製し、電気特性を調べた。
なお、比較例として、上記実施例と同様に表１の条件
で、ジャスト基板および２°オフの基板上に有機金属気
相成長を行って同様のエピタキシャル基板を作製し、こ
れらのエピタキシャル基板を用いてトランジスタ素子を
作製し、電気特性を調べた。
【００１４】上記実施例および比較例について、エピタ
キシャル基板の表面状態、エミッタベース（E/B ）界面
状態、および素子の電気特性を表２に示す。電流ゲイン
は大きい程、特性が良いことを示す。また、ヘテロ接合
バイポーラトランジスタを動作させた場合に電圧・電流
特性から得られるベース電流（IB) の理想化係数、いわ
ゆるガンメルプロットのｎ（IB) を示した。この値は１
〜２の範囲の値を取ることができ、１に近いほど理想に
近い状態であることを示す。表２からわかるように、本
実施例と比較例を比較すると、本実施例のエピタキシャ
ル基板は表面状態とE/B 界面状態ともに良好である。ま
た、本実施例のエピタキシャル基板から製作したトラン
ジスタ素子は、電流ゲインとｎ（IB) を合わせると、比
較例よりも優れた特性を示している。
キシャル基板の表面状態、エミッタベース（E/B ）界面
状態、および素子の電気特性を表２に示す。電流ゲイン
は大きい程、特性が良いことを示す。また、ヘテロ接合
バイポーラトランジスタを動作させた場合に電圧・電流
特性から得られるベース電流（IB) の理想化係数、いわ
ゆるガンメルプロットのｎ（IB) を示した。この値は１
〜２の範囲の値を取ることができ、１に近いほど理想に
近い状態であることを示す。表２からわかるように、本
実施例と比較例を比較すると、本実施例のエピタキシャ
ル基板は表面状態とE/B 界面状態ともに良好である。ま
た、本実施例のエピタキシャル基板から製作したトラン
ジスタ素子は、電流ゲインとｎ（IB) を合わせると、比
較例よりも優れた特性を示している。
【００１５】
【００１６】なお、上記実施例では、GaAs基板上に成長
したＣドープGaAsベース層の場合であったが、GaAs層で
ある必要は必ずしもなく、たとえば、GaAs基板上に成長
したＣドープのAlGaAs層やInGaAs層、また、InP 基板上
のＣドープInGaAs層に関しても同様な結果が得られた。
したＣドープGaAsベース層の場合であったが、GaAs層で
ある必要は必ずしもなく、たとえば、GaAs基板上に成長
したＣドープのAlGaAs層やInGaAs層、また、InP 基板上
のＣドープInGaAs層に関しても同様な結果が得られた。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、３
−５族化合物半導体基板上に、炭素ドープの３−５族化
合物半導体エピタキシャル結晶層を少なくとも一層成長
させる有機金属気相成長法において、前記基板表面の面
方位を<100> 方向から、<110>方向に0.1 °よりも大き
く、且つ、1.0 °よりも小さい角度で傾斜させるため、
成長後の界面が平坦であり、かつ良好な鏡面状態の表面
が得られるという優れた効果がある。従って、このよう
にして成長したエピタキシャルウェハを用いることによ
り、電気特性の優れたデバイスを製作することができ
る。
−５族化合物半導体基板上に、炭素ドープの３−５族化
合物半導体エピタキシャル結晶層を少なくとも一層成長
させる有機金属気相成長法において、前記基板表面の面
方位を<100> 方向から、<110>方向に0.1 °よりも大き
く、且つ、1.0 °よりも小さい角度で傾斜させるため、
成長後の界面が平坦であり、かつ良好な鏡面状態の表面
が得られるという優れた効果がある。従って、このよう
にして成長したエピタキシャルウェハを用いることによ
り、電気特性の優れたデバイスを製作することができ
る。
【図１】従来の有機金属気相成長法の問題点を説明する
エピタキシャル積層基板の断面図である。
エピタキシャル積層基板の断面図である。
１ GaAs基板 ２ ＣドープのGaAs層 ３ AlGaAs層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 児島 誠司 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 ３−５族化合物半導体基板上に、炭素ド
ープの３−５族化合物半導体エピタキシャル結晶層を少
なくとも一層成長させる有機金属気相成長法において、
前記基板表面の面方位を<100> 方向から、<110> 方向に
0.1 °よりも大きく、且つ、1.0 °よりも小さい角度で
傾斜させることを特徴とする有機金属気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7131699A JPH08330236A (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 有機金属気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7131699A JPH08330236A (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 有機金属気相成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08330236A true JPH08330236A (ja) | 1996-12-13 |
Family
ID=15064140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7131699A Pending JPH08330236A (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 有機金属気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08330236A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004051725A1 (ja) * | 2002-12-03 | 2004-06-17 | Nikko Materials Co., Ltd. | エピタキシャル成長方法およびエピタキシャル成長用基板 |
| CN113437146A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-24 | 中国科学技术大学 | 基于斜切角衬底的晶体管及其制备方法和气体传感器 |
-
1995
- 1995-05-30 JP JP7131699A patent/JPH08330236A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004051725A1 (ja) * | 2002-12-03 | 2004-06-17 | Nikko Materials Co., Ltd. | エピタキシャル成長方法およびエピタキシャル成長用基板 |
| US7338902B2 (en) | 2002-12-03 | 2008-03-04 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | Epitaxial growth method and substrate for epitaxial growth |
| CN100401482C (zh) * | 2002-12-03 | 2008-07-09 | 日矿金属株式会社 | 外延生长方法以及外延生长用衬底 |
| CN113437146A (zh) * | 2021-06-22 | 2021-09-24 | 中国科学技术大学 | 基于斜切角衬底的晶体管及其制备方法和气体传感器 |
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