JPH09219370A - ▲iii−v▼族化合物半導体膜の成長方法 - Google Patents

▲iii−v▼族化合物半導体膜の成長方法

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JPH09219370A
JPH09219370A JP8025332A JP2533296A JPH09219370A JP H09219370 A JPH09219370 A JP H09219370A JP 8025332 A JP8025332 A JP 8025332A JP 2533296 A JP2533296 A JP 2533296A JP H09219370 A JPH09219370 A JP H09219370A
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JP
Japan
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compound semiconductor
semiconductor film
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JP8025332A
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Hisataka Nagai
久隆 永井
Takeshi Meguro
健 目黒
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温でもp型GaAsのキャリア濃度及び膜
厚を制御することができる III−V族化合物半導体膜の
成長方法を提供する。 【解決手段】 加熱された基板1上に、 III族元素を含
む原料、V族元素を含む原料及び炭素のハロゲン化物を
供給して III−V族化合物半導体膜を気相成長させる I
II−V族化合物半導体膜の成長方法において、炭素のハ
ロゲン化物として四臭化炭素を用い、 III族元素を含む
原料としてトリメチルガリウムを用い、V族元素を含む
原料としてアルシンを用い、炭素のハロゲン化物の供給
量を一定とし、 III族元素を含む原料とV族元素を含む
原料との供給量を変化させることによりベース層4(1
0)の膜の成長速度が一定になると共にキャリア濃度を
制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、 III−V族化合物
半導体膜の成長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコントランジスタと比較して、高い
電流増幅率を維持したままベース抵抗とエミッタ容量と
を低減でき高速動作が行えるトランジスタにヘテロ接合
バイポーラトランジスタ(HBT)がある。このHBT
として、ガリウム砒素(GaAs)基板上にGaAsと
アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)を成長させ
たものがよく用いられている。HBTの開発は分子線エ
ピタキシャル法(MBE)や有機金属気相成長法(MO
CVD)等の結晶成長技術の進展に伴い、AlGaAs
/GaAs系の材料を中心に急速に活発化した。高性能
なHBTを開発する上でこれらの結晶成長法は不可欠な
技術となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところでHBTでは、
ベース層としてp型GaAsが用いられている。GaA
sのp型ドーパントとしては炭素(C)、亜鉛(Z
n)、ベリリウム(Be)等がある。
【0004】ZnやBeは拡散定数が大きいため、熱に
よる拡散が起こりやすく、HBT素子の寿命や信頼性に
問題がある。
【0005】これに対してCは拡散定数が小さいためH
BT素子の寿命が長く信頼性も高いので多用されてい
る。
【0006】GaAsにCをドーピングする方法とし
て、V/III 比(V族原料と III族原料との比)を低く
する方法がある。この方法は、Ga原料としてトリメチ
ルガリウム(TMGa;Ga(CH3 3 )を用い、低
V/III 比かつ低温でGaとメチル基(CH3 )との結
合が切れにくくなり、GaAs結晶中にCが取り込まれ
ることを利用したものである。
【0007】他方、高温でGaAsにCをドーピングす
る方法として、Cのハロゲン化物(CBr4 、CCl4
等)を用いる方法がある。例えばCBr4 を用いた場合
には、図6に示すようにp型GaAsのキャリア濃度は
CBr4 の流量に比例して増加する。すなわち、650
℃の高温でも1019cm-3程度のキャリア濃度を制御す
ることができる。尚、図6はp型GaAsのキャリア濃
度とCBr4 流量依存性を示す図であり、横軸がCBr
4 流量軸、縦軸がキャリア濃度軸を示している。
【0008】しかし、Cのハロゲン化物を用いた場合、
GaAsの成長速度は、図7に示すようにCBr4 の流
量に依存して変化するためエピタキシャル成長膜厚の制
御が難しいという問題があった。尚、図7はp型GaA
sの成長速度のCBr4 流量依存性を示す図であり、横
軸がCBr4 流量軸、縦軸が成長速度軸を示している。
【0009】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、高温でもp型GaAsのキャリア濃度及び膜厚を制
御することができる III−V族化合物半導体膜の成長方
法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、加熱された基板上に、 III族元素を含む原
料、V族元素を含む原料及び炭素のハロゲン化物を供給
して III−V族化合物半導体膜を気相成長させる III−
V族化合物半導体膜の成長方法において、炭素のハロゲ
ン化物として四臭化炭素を用い、 III族元素を含む原料
としてトリメチルガリウムを用い、V族元素を含む原料
としてアルシンを用い、炭素のハロゲン化物の供給量を
一定とし、 III族元素を含む原料の供給量とV族元素を
含む原料の供給量との比を変えることによりキャリア濃
度及び膜厚を制御するものである。
【0011】上記構成に加え本発明は、トリメチルガリ
ウムの代わりにトリエチルガリウム或いはトリメチルア
ルミニウムを用いてもよい。
【0012】上記構成に加え本発明は、アルシンの代わ
りにトリメチル砒素を用いてもよい。
【0013】従来は図6に示すようにCのハロゲン化物
(例えばCBr4 )を用いてGaAsへのCドーピング
濃度を制御する場合に、Cのハロゲン化物の流量を変更
していた。一般に、ドーピングする際は、このようにド
ーピング原料の供給量を変更している。しかし、この場
合には、図6に示すようにCのハロゲン化物の流量が変
わると、GaAsの成長速度が変化してしまう。
【0014】これに対して本発明では、Cのハロゲン化
物の供給量を一定として、V族原料の供給量を変化させ
ることによりC濃度を制御した。またTMGaの流量を
一定とした。図2に示すようにキャリア濃度は、AsH
3 流量の逆数に比例しているのが分かる。この場合には
図3に示すようにGaAsの成長速度が一定である。
尚、図2はp型GaAsのキャリア濃度のAsH3 流量
依存性を示す図であり、横軸が1/AsH3 流量軸、縦
軸がキャリア濃度軸を示している。図3はp型GaAs
のAsH3 流量依存性を示す図であり、横軸が1/As
3 流量軸、縦軸が成長速度軸を示している。
【0015】Cのハロゲン化物を用いない成長では、G
aAsの成長速度はGa原料の供給量によって決まる。
ところが、Cのハロゲン化物を流すと、その流量に依存
して成長速度が変化してしまう。
【0016】本発明では、Cのハロゲン化物による影響
を避けるため、Cのハロゲン化物の供給量を一定とし
た。また、GaAsの成長の場合にはGa原料の供給量
も一定とした。このようにするとGaAsの成長速度は
一定となる。
【0017】Cのハロゲン化物によりドーピングしたC
はAsサイト(通常、As原子が入る位置)に入ってア
クセプタとなる。つまり、Cの取り込まれ易さは、C原
料とAs原料との割合で決まる。すなわち、Cのハロゲ
ン化物とV族原料との比を変えることによりC濃度を制
御することができる。
【0018】本発明では、Cのハロゲン化物の供給量を
一定としているため、V族原料の供給量を変えることに
よりC濃度が制御される。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
【0020】図1は本発明の III−V族化合物半導体膜
の成長方法を適用したHBT結晶の一実施の形態を示す
断面図である。
【0021】半絶縁性GaAs基板1の上に、コレクタ
コンタクト層2、コレクタ層3、ベース層4、エミッタ
層5及びエミッタコンタクト層6が順次積層されてい
る。
【0022】コレクタコンタクト層2は、キャリア濃度
が約5×1018cm-3で、厚さが約500nmのn型G
aAsからなっている。
【0023】コレクタ層3は、キャリア濃度が1×10
15cm-3未満で、厚さが約500nmのGaAsからな
っている。
【0024】ベース層4は、キャリア濃度が2×1019
cm-3で、厚さが約100nmのp型GaAsからなっ
ている。本発明はこのベース層のp型GaAsの成長に
用いられている。
【0025】エミッタ層5は、キャリア濃度が5×10
17cm-3で、厚さが約100nmのn型Al0.3 Ga
0.7 As層5aと、この層5aの上に形成されキャリア
濃度が5×1017cm-3で、厚さが約50nmのn型A
X Ga1-X Asからなるグレーデッド層5bとからな
っている(X=0.3→0)。
【0026】エミッタコンタクト層6は、キャリア濃度
が約5×1018cm-3で、厚さが約100nmのn型G
aAs層6aと、この層6aの上に形成されキャリア濃
度が5×1018cm-3から2×1019cm-3で、厚さが
約50nmのn型InX Ga1-X Asからなるグレーデ
ッド層(X=0→0.5)6bと、グレーデッド層6b
の上に形成されキャリア濃度が2×1019cm-3で、厚
さが約50nmのn型In0.5 Ga0.5 As層6cとか
らなっている。
【0027】Cのハロゲン化物としてはCBr4 を用
い、As原料にはAsH3 を用い、Ga原料としてはT
MGaを用いた。
【0028】成長温度を650℃、CBr4 流量を4.
9×10-2cc/分、TMGa流量を2.0cc/分と
した。このような条件で、AsH3 流量を13〜98c
c/分に変えると、キャリア濃度は、図2のように0.
6〜3.3×1019cm-3に変化した。一方、成長速度
は、図3に示すようにAsH3 流量を変えても一定であ
る。
【0029】このようにCのハロゲン化物の供給量を一
定として、V族原料の供給量を変化させることによりC
濃度を制御することにより、高温でもp型GaAsから
なるベース層4のキャリア濃度及び膜厚を制御すること
ができる。
【0030】図4は本発明の III−V族化合物半導体膜
の成長方法を適用したHBT結晶の他の実施の形態を示
す断面図である。尚、図1に示した層と同様の層には共
通の符号を用いた。
【0031】図1に示した実施の形態との相違点は、本
発明を、ベース層10のp型AlX Ga1-X As(X=
0.1→0)の成長に用いている点である。
【0032】このベース層10は、キャリア濃度が2×
1019cm-3で、厚さが約100nmのp型AlX Ga
1-X Asからなっており、グレーデッド層(X=0.1
→0)を兼ねている。
【0033】Cのハロゲン化物としてCBr4 を用い、
As原料としてAsH3 を用い、かつGa原料としてT
MGaを用いた。
【0034】成長温度を約650℃とし、CBr4 流量
を4.9×10-2cc/分とし、TMGa流量を2.0
cc/分、1.1×10-1cc/分とし、AlAs混晶
比を変えた。この条件でAlAs混晶比を0〜0.10
と変えても、図5に示すようにキャリア濃度は変化しな
い。尚、図5はp型AlGaAsのキャリア濃度のAl
As混晶比依存性を示す図であり、横軸がAlAs混晶
比軸、縦軸がキャリア濃度軸である。
【0035】このように構成しても高温でもp型AlX
Ga1-X Asからなるベース層10のキャリア濃度及び
膜厚を制御することができる。
【0036】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
【0037】III−V族化合物半導体膜の成長方法にお
いて、炭素のハロゲン化物として四臭化炭素を用い、 I
II族元素を含む原料としてトリメチルガリウムを用い、
V族元素を含む原料としてアルシンを用い、炭素のハロ
ゲン化物の供給量を一定とし、 III族元素を含む原料の
供給量とV族元素を含む原料の供給量との比を変えるこ
とにより、高温でもp型GaAsのキャリア濃度及び膜
厚を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の III−V族化合物半導体膜の成長方法
を適用したHBT結晶の一実施の形態を示す断面図であ
る。
【図2】p型GaAsのキャリア濃度のAsH3 流量依
存性を示す図である。
【図3】p型GaAsのAsH3 流量依存性を示す図で
ある。
【図4】本発明の III−V族化合物半導体膜の成長方法
を適用したHBT結晶の他の実施の形態を示す断面図で
ある。
【図5】p型AlGaAsのキャリア濃度のAlAs混
晶比依存性を示す図である。
【図6】p型GaAsのキャリア濃度とCBr4 流量依
存性を示す図である。
【図7】p型GaAsの成長速度のCBr4 流量依存性
を示す図である。
【符号の説明】
1 (基板)半絶縁性GaAs基板 2 コレクタコンタクト層 3 コレクタ層 4、10 ベース層 5 エミッタ層 6 エミッタコンタクト層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱された基板上に、 III族元素を含む
    原料、V族元素を含む原料及び炭素のハロゲン化物を供
    給して III−V族化合物半導体膜を気相成長させる III
    −V族化合物半導体膜の成長方法において、炭素のハロ
    ゲン化物として四臭化炭素を用い、 III族元素を含む原
    料としてトリメチルガリウムを用い、V族元素を含む原
    料としてアルシンを用い、炭素のハロゲン化物の供給量
    を一定とし、 III族元素を含む原料の供給量とV族元素
    を含む原料の供給量との比を変えることによりキャリア
    濃度及び膜厚を制御することを特徴とする III−V族化
    合物半導体膜の成長方法。
  2. 【請求項2】 上記トリメチルガリウムの代わりにトリ
    エチルガリウム或いはトリメチルアルミニウムを用いた
    請求項1記載の III−V族化合物半導体膜の成長方法。
  3. 【請求項3】 上記アルシンの代わりにトリメチル砒素
    を用いた請求項1記載の III−V族化合物半導体膜の成
    長方法。
JP8025332A 1996-02-13 1996-02-13 ▲iii−v▼族化合物半導体膜の成長方法 Pending JPH09219370A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6191014B1 (en) 1998-07-27 2001-02-20 Sumitomo Chemical Company, Ltd. Method for manufacturing compound semiconductor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6191014B1 (en) 1998-07-27 2001-02-20 Sumitomo Chemical Company, Ltd. Method for manufacturing compound semiconductor
EP0977245A3 (en) * 1998-07-27 2002-04-17 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for manufacturing carbon-doped compound semiconductors

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