JPH11312648A - 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
化合物半導体のエピタキシャル成長方法Info
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- JPH11312648A JPH11312648A JP11945398A JP11945398A JPH11312648A JP H11312648 A JPH11312648 A JP H11312648A JP 11945398 A JP11945398 A JP 11945398A JP 11945398 A JP11945398 A JP 11945398A JP H11312648 A JPH11312648 A JP H11312648A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の目的は、製造が簡単でかつ蒸気圧が
高い液体のドーピング原料を用いて、反応系を汚染させ
ることがなく、再現性良く高抵抗な成長層が得られるII
I族元素とＶ族のヒ素を構成元素とする化合物半導体の
エピタキシャル成長方法を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、III族の有機金属とアルシン
または有機ヒ素を原料とする有機金属気相成長法におい
て、ヒ素のアルコキシドとアルミニウムの有機金属を同
時に反応系に導入することにより、結晶中に酸素を添加
し、高抵抗な成長層を得ることを特徴とする化合物半導
体のエピタキシャル成長方法である。 【効果】 本発明によれば、製造が簡単で蒸気圧が高い
液体のドーピング原料を用いて、反応系を汚染させるこ
とがなく、再現性よく高抵抗な成長層が得られるIII族
元素とＶ族のヒ素を構成元素とする化合物半導体のエピ
タキシャル成長方法を実現できた。
高い液体のドーピング原料を用いて、反応系を汚染させ
ることがなく、再現性良く高抵抗な成長層が得られるII
I族元素とＶ族のヒ素を構成元素とする化合物半導体の
エピタキシャル成長方法を提供することにある。 【解決手段】 本発明は、III族の有機金属とアルシン
または有機ヒ素を原料とする有機金属気相成長法におい
て、ヒ素のアルコキシドとアルミニウムの有機金属を同
時に反応系に導入することにより、結晶中に酸素を添加
し、高抵抗な成長層を得ることを特徴とする化合物半導
体のエピタキシャル成長方法である。 【効果】 本発明によれば、製造が簡単で蒸気圧が高い
液体のドーピング原料を用いて、反応系を汚染させるこ
とがなく、再現性よく高抵抗な成長層が得られるIII族
元素とＶ族のヒ素を構成元素とする化合物半導体のエピ
タキシャル成長方法を実現できた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III族元素とヒ素
を構成元素とする化合物半導体のエピタキシャル成長方
法に関し、特に高抵抗な成長層を得るためのエピタキシ
ャル成長方法に関する。
を構成元素とする化合物半導体のエピタキシャル成長方
法に関し、特に高抵抗な成長層を得るためのエピタキシ
ャル成長方法に関する。
【０００２】
【従来技術】ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）やＡｌＧａＡｓ
などのIII族元素とＶ族元素のヒ素を構成元素とする化
合物半導体の積層構造をＧａＡｓ基板やＳｉ基板上にエ
ピタキシャル成長することにより、高周波デバイスなど
への応用上重要な電子デバイスが作製できる。これらの
デバイスにおいて高抵抗なバッファ層がリーク電流の抑
制や素子分離のため必要である。このバッファ層として
はアンドープ（無添加）のＡｌＧａＡｓがしばしば用い
られているが、原料ガスの純度の変動や基板からの不純
物の拡散などのため、信頼性の問題や歩留まりの低下が
生じる場合がある。このために品質が一定した高抵抗な
バッファ層の成長技術が求められている。
などのIII族元素とＶ族元素のヒ素を構成元素とする化
合物半導体の積層構造をＧａＡｓ基板やＳｉ基板上にエ
ピタキシャル成長することにより、高周波デバイスなど
への応用上重要な電子デバイスが作製できる。これらの
デバイスにおいて高抵抗なバッファ層がリーク電流の抑
制や素子分離のため必要である。このバッファ層として
はアンドープ（無添加）のＡｌＧａＡｓがしばしば用い
られているが、原料ガスの純度の変動や基板からの不純
物の拡散などのため、信頼性の問題や歩留まりの低下が
生じる場合がある。このために品質が一定した高抵抗な
バッファ層の成長技術が求められている。
【０００３】高抵抗なバッファ層を再現性良く得るには
III−Ｖ族化合物半導体結晶中に深い準位を形成する酸
素（Ｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム
（Ｖ）などの原子をドーピング（添加）する方法が知ら
れている。III−Ｖ族化合物半導体の最も一般的で量産
に適したエピタキシャル成長技術である有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ）においても、これらの深い準位を形
成する原子を含んだ原料ガスを反応系に導入することに
より半絶縁性のエピタキシャル層を成長することが可能
である。従来はこれらの原子をドーピングしてIII−Ｖ
族化合物半導体の高抵抗なエピタキシャル層を成長する
方法として、特開昭５９−１５６９９７号公報には、ビ
スベンゼンクロム（Ｃｒ（Ｃ6 Ｈ6 ）2 ）を反応系へ導
入し、クロムをドーピングして高抵抗なエピタキシャル
層を成長する方法が、特開昭５９−１６９１２３号公報
には、バナジウムのアルコキシドを反応系へ導入し、バ
ナジウムと酸素をドーピングして高抵抗なエピタキシャ
ル層を成長する方法がそれぞれ開示されている。
III−Ｖ族化合物半導体結晶中に深い準位を形成する酸
素（Ｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、バナジウム
（Ｖ）などの原子をドーピング（添加）する方法が知ら
れている。III−Ｖ族化合物半導体の最も一般的で量産
に適したエピタキシャル成長技術である有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ）においても、これらの深い準位を形
成する原子を含んだ原料ガスを反応系に導入することに
より半絶縁性のエピタキシャル層を成長することが可能
である。従来はこれらの原子をドーピングしてIII−Ｖ
族化合物半導体の高抵抗なエピタキシャル層を成長する
方法として、特開昭５９−１５６９９７号公報には、ビ
スベンゼンクロム（Ｃｒ（Ｃ6 Ｈ6 ）2 ）を反応系へ導
入し、クロムをドーピングして高抵抗なエピタキシャル
層を成長する方法が、特開昭５９−１６９１２３号公報
には、バナジウムのアルコキシドを反応系へ導入し、バ
ナジウムと酸素をドーピングして高抵抗なエピタキシャ
ル層を成長する方法がそれぞれ開示されている。
【０００４】また、特開平１−２２０４３２号公報には
トリメトキシガリウム（Ｇａ（ＯＣＨ3 ）3 ）などのII
I族原子と酸素とを含む有機金属を用いて酸素をドーピ
ングして高抵抗なエピタキシャル層を成長する方法が開
示されている。
トリメトキシガリウム（Ｇａ（ＯＣＨ3 ）3 ）などのII
I族原子と酸素とを含む有機金属を用いて酸素をドーピ
ングして高抵抗なエピタキシャル層を成長する方法が開
示されている。
【０００５】更に、Ｈｕａｎｇらは、ＧａＡｓおよびＡ
ｌＧａＡｓの有機金属気相成長法においてアルミニウム
のアルコキシドであるメトキシジメチルアルミニウム
（（ＣＨ3 ）2 ＡｌＯＣＨ3 ）またはエトキシジエチル
アルミニウム（（Ｃ2 Ｈ5 ）2ＡｌＯＣ2 Ｈ5 ）を反応
系へ導入し、酸素をドーピングして高抵抗なエピタキシ
ャル層を成長する方法を開示している（J. Electronic
Materials, 23, 659 (1994)）。
ｌＧａＡｓの有機金属気相成長法においてアルミニウム
のアルコキシドであるメトキシジメチルアルミニウム
（（ＣＨ3 ）2 ＡｌＯＣＨ3 ）またはエトキシジエチル
アルミニウム（（Ｃ2 Ｈ5 ）2ＡｌＯＣ2 Ｈ5 ）を反応
系へ導入し、酸素をドーピングして高抵抗なエピタキシ
ャル層を成長する方法を開示している（J. Electronic
Materials, 23, 659 (1994)）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報のようにクロムやバナジウムなどの重金属を反応系に
導入すると重金属が反応系を汚染してしまうという問題
があった。また、一般的な有機金属気相成長法では、液
体原料をキャリアガスでバブリングして気化した原料ガ
スを反応系に導入するが、クロムやバナジウムを含んだ
原料は室温で固体であり、再現性良く簡単に反応系に導
入することは困難であった。
報のようにクロムやバナジウムなどの重金属を反応系に
導入すると重金属が反応系を汚染してしまうという問題
があった。また、一般的な有機金属気相成長法では、液
体原料をキャリアガスでバブリングして気化した原料ガ
スを反応系に導入するが、クロムやバナジウムを含んだ
原料は室温で固体であり、再現性良く簡単に反応系に導
入することは困難であった。
【０００７】また、トリメトキシガリウム（Ｇａ（ＯＣ
Ｈ3 ）3 ）などのIII族原子と酸素とを含む有機金属は
室温で固体であり、蒸気圧が非常に低いため再現性良く
反応系に導入することは困難であった。
Ｈ3 ）3 ）などのIII族原子と酸素とを含む有機金属は
室温で固体であり、蒸気圧が非常に低いため再現性良く
反応系に導入することは困難であった。
【０００８】アルミニウムのアルコキシドを用いた方法
では反応系への付着物中の酸素はアルミニウムと結合し
て安定な化合物を形成しているために反応系への汚染の
心配は少ない。しかしながら、メトキシジメチルアルミ
ニウムは室温で固体であり、エトキシジエチルアルミニ
ウムは液体であるものの蒸気圧が低く、どちらも再現性
良く反応系に導入することは難しい。また、アルミニウ
ムのアルコキシドは実用的な蒸気圧を得るためにはアル
キル基を２つ含む必要があり、製造が難しいために工業
的には用いることができないという問題があった。
では反応系への付着物中の酸素はアルミニウムと結合し
て安定な化合物を形成しているために反応系への汚染の
心配は少ない。しかしながら、メトキシジメチルアルミ
ニウムは室温で固体であり、エトキシジエチルアルミニ
ウムは液体であるものの蒸気圧が低く、どちらも再現性
良く反応系に導入することは難しい。また、アルミニウ
ムのアルコキシドは実用的な蒸気圧を得るためにはアル
キル基を２つ含む必要があり、製造が難しいために工業
的には用いることができないという問題があった。
【０００９】そこで本発明の目的は、製造が簡単で蒸気
圧が高い液体のドーピング原料を用いて、反応系を汚染
させることがなく、再現性良く高抵抗な成長層が得られ
るIII族元素とＶ族のヒ素を構成元素とする化合物半導
体のエピタキシャル成長方法を提供することにある。
圧が高い液体のドーピング原料を用いて、反応系を汚染
させることがなく、再現性良く高抵抗な成長層が得られ
るIII族元素とＶ族のヒ素を構成元素とする化合物半導
体のエピタキシャル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】本発明は、III族の有機
金属とアルシンまたは有機ヒ素を原料とする有機金属気
相成長法を用いた化合物半導体のエピタキシャル成長方
法において、ヒ素のアルコキシドとアルミニウムの有機
金属を同時に反応系に導入することにより、結晶中に酸
素を添加し、高抵抗な成長層を得ることを特徴とする化
合物半導体のエピタキシャル成長方法である。
金属とアルシンまたは有機ヒ素を原料とする有機金属気
相成長法を用いた化合物半導体のエピタキシャル成長方
法において、ヒ素のアルコキシドとアルミニウムの有機
金属を同時に反応系に導入することにより、結晶中に酸
素を添加し、高抵抗な成長層を得ることを特徴とする化
合物半導体のエピタキシャル成長方法である。
【００１１】また、前記ヒ素のアルコキシドはトリメト
キシヒ素（Ａｓ（ＯＣＨ3 ）3 ）、トリエトキシヒ素
（Ａｓ（ＯＣ2 Ｈ5 ）3 ）、トリイソプロポキシヒ素
（Ａｓ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 ）および／またはトリノル
マルブトキシヒ素（Ａｓ（ｎ−ＯＣ4 Ｈ9 ）3 ）である
ことが好ましい。
キシヒ素（Ａｓ（ＯＣＨ3 ）3 ）、トリエトキシヒ素
（Ａｓ（ＯＣ2 Ｈ5 ）3 ）、トリイソプロポキシヒ素
（Ａｓ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 ）および／またはトリノル
マルブトキシヒ素（Ａｓ（ｎ−ＯＣ4 Ｈ9 ）3 ）である
ことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
する。
【００１３】有機金属気相成長法によるIII族元素とＶ
族元素のヒ素を構成元素とする化合物半導体の成長では
III族原料には一般にトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ
3 ）3）、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ
Ｈ3 ）3 ）などの常温で液体の有機金属が用いられる。
これらの液体をキャリアガスによりバブリングすること
により、その蒸気圧に対応した一定量の気化した有機金
属を反応系に導入することができる。ヒ素の原料ガスと
してはアルシン（ＡｓＨ3 ）が用いられる。また、アル
シンガスの代わりに液体の有機ヒ素を用いることもでき
る。これらのIII族の有機金属とアルシンまたは有機ヒ
素をリアクタに供給し、６００〜８００℃に加熱した基
板上で分解することにより、基板上にIII族元素とＶ族
のヒ素を構成元素とする化合物半導体のエピタキシャル
成長が行われる。
族元素のヒ素を構成元素とする化合物半導体の成長では
III族原料には一般にトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ
3 ）3）、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ
Ｈ3 ）3 ）などの常温で液体の有機金属が用いられる。
これらの液体をキャリアガスによりバブリングすること
により、その蒸気圧に対応した一定量の気化した有機金
属を反応系に導入することができる。ヒ素の原料ガスと
してはアルシン（ＡｓＨ3 ）が用いられる。また、アル
シンガスの代わりに液体の有機ヒ素を用いることもでき
る。これらのIII族の有機金属とアルシンまたは有機ヒ
素をリアクタに供給し、６００〜８００℃に加熱した基
板上で分解することにより、基板上にIII族元素とＶ族
のヒ素を構成元素とする化合物半導体のエピタキシャル
成長が行われる。
【００１４】ここで、結晶中に酸素をドーピングするに
は酸素を含んだ原料ガスを上記原料ガスと同時に反応系
に導入すればよい。
は酸素を含んだ原料ガスを上記原料ガスと同時に反応系
に導入すればよい。
【００１５】本発明で酸素の供給源として用いるトリメ
トキシヒ素（Ａｓ（ＯＣＨ3 ）3 ）、トリエトキシヒ素
（Ａｓ（ＯＣ2 Ｈ5 ）3 ）、トリイソプロポキシヒ素
（Ａｓ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 ）、トリノルマルブトキシ
ヒ素（Ａｓ（ｎ−ＯＣ4 Ｈ9 ）3 ）はすべて室温で液体
であり、恒温槽内にいれて一定の温度に保つことにより
容器内での飽和蒸気圧を０．０１〜１０Ｔｏｒｒ程度に
保つことが可能である。これらの液体をキャリアガスに
よりバブリングすることにより、通常の有機金属気相成
長法とまったく同じ方法により、１×１０-9ｍｏｌ／ｍ
ｉｎから１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎの範囲で一定量の気
化したヒ素のアルコキシドを反応系に導入することがで
きる。
トキシヒ素（Ａｓ（ＯＣＨ3 ）3 ）、トリエトキシヒ素
（Ａｓ（ＯＣ2 Ｈ5 ）3 ）、トリイソプロポキシヒ素
（Ａｓ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 ）、トリノルマルブトキシ
ヒ素（Ａｓ（ｎ−ＯＣ4 Ｈ9 ）3 ）はすべて室温で液体
であり、恒温槽内にいれて一定の温度に保つことにより
容器内での飽和蒸気圧を０．０１〜１０Ｔｏｒｒ程度に
保つことが可能である。これらの液体をキャリアガスに
よりバブリングすることにより、通常の有機金属気相成
長法とまったく同じ方法により、１×１０-9ｍｏｌ／ｍ
ｉｎから１×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎの範囲で一定量の気
化したヒ素のアルコキシドを反応系に導入することがで
きる。
【００１６】しかしながら、本発明者は、ヒ素のアルコ
キシドを最も一般的なIII−Ｖ族化合物半導体であるＧ
ａＡｓの成長中に添加しても結晶中に酸素が取り込まれ
ないことを実験により確認した。これはヒ素のアルコキ
シドがＧａＡｓの原料ガスであるガリウムの有機金属や
ヒ素源のアルシンまたは有機ヒ素、および結晶表面と直
接反応しないためである。この問題を解決するために本
発明ではヒ素のアルコキシドと同時に酸素と反応性が高
くIII−Ｖ族化合物半導体の主原料でもあるアルミニウ
ムの有機金属を反応系に添加し、ヒ素のアルコキシドと
アルミニウムの有機金属の反応により結晶中に酸素のド
ーピングを可能にした。この方法によれば、構成元素に
アルミニウムを含まないＧａＡｓなどの成長の場合に
は、成長中にヒ素のアルコキシドと同時に微量のトリメ
チルアルミニウムなどのアルミニウムの有機金属をガリ
ウムの有機金属に対して０．１〜０．５％程度添加すれ
ばよい。構成元素にアルミニウムを含むＡｌＧａＡｓの
成長の場合には、成長中にもともとアルミニウムの有機
金属を供給しているためヒ素のアルコキシドだけを添加
すれば良い。
キシドを最も一般的なIII−Ｖ族化合物半導体であるＧ
ａＡｓの成長中に添加しても結晶中に酸素が取り込まれ
ないことを実験により確認した。これはヒ素のアルコキ
シドがＧａＡｓの原料ガスであるガリウムの有機金属や
ヒ素源のアルシンまたは有機ヒ素、および結晶表面と直
接反応しないためである。この問題を解決するために本
発明ではヒ素のアルコキシドと同時に酸素と反応性が高
くIII−Ｖ族化合物半導体の主原料でもあるアルミニウ
ムの有機金属を反応系に添加し、ヒ素のアルコキシドと
アルミニウムの有機金属の反応により結晶中に酸素のド
ーピングを可能にした。この方法によれば、構成元素に
アルミニウムを含まないＧａＡｓなどの成長の場合に
は、成長中にヒ素のアルコキシドと同時に微量のトリメ
チルアルミニウムなどのアルミニウムの有機金属をガリ
ウムの有機金属に対して０．１〜０．５％程度添加すれ
ばよい。構成元素にアルミニウムを含むＡｌＧａＡｓの
成長の場合には、成長中にもともとアルミニウムの有機
金属を供給しているためヒ素のアルコキシドだけを添加
すれば良い。
【００１７】このようにして結晶中にドーピングされた
酸素は深い準位を形成し、電気的に活性な不純物を不活
性化するため高抵抗なエピタキシャル層を成長すること
が可能になる。また、ヒ素のアルコキシドは一般の有機
金属と同様に流量を制御できるため、微少量の酸素のド
ーピングが可能で不純物濃度が低い高純度な結晶にその
不純物を不活性化するだけの微量な酸素を添加して高品
質な半絶縁性エピタキシャル層を得ることができる。
酸素は深い準位を形成し、電気的に活性な不純物を不活
性化するため高抵抗なエピタキシャル層を成長すること
が可能になる。また、ヒ素のアルコキシドは一般の有機
金属と同様に流量を制御できるため、微少量の酸素のド
ーピングが可能で不純物濃度が低い高純度な結晶にその
不純物を不活性化するだけの微量な酸素を添加して高品
質な半絶縁性エピタキシャル層を得ることができる。
【００１８】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。
明する。
【００１９】図４は本実施例に用いた有機金属気相成長
法によるIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長
装置の概略構成を示す図面である。この装置はリアクタ
１内部に、結晶成長を行う基板２を載置して、基板２を
加熱するための熱源をもつサセプタ３がある。また、リ
アクタ１には排気管４が設けられている。原料供給源と
してはIII族有機金属原料供給源（液体の有機金属原料
が入った容器）５、６および、Ｖ族原料ガス供給源（ヒ
素原料ガスボンベ）７、ヒ素のアルコキシド原料供給源
（液体のアルコキシドが入った容器）８、不純物ガス供
給源９が設けられている。III族有機金属原料供給源
５、６およびヒ素のアルコキシド原料供給源８には、キ
ャリアガス供給管１０から所定量のキャリアガス（水
素）が供給され、キャリアガスとともに気化した有機金
属ガスが配管に供給される。有機金属ガスの流量はそれ
ぞれの有機金属原料の蒸気圧およびキャリアガスの流量
により決まり、容易に制御できる。これらの原料供給源
から供給される原料ガスは原料ガス用供給管１１、１２
でキャリアガスにより希釈されてリアクタ１に供給され
る。上記キャリアガスおよびＶ族原料ガス供給源７、不
純物ガス供給源９から供給される原料ガス流量は図に示
されたようにそれぞれの配管に設置されたマスフローコ
ントローラー１３により制御される。
法によるIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長
装置の概略構成を示す図面である。この装置はリアクタ
１内部に、結晶成長を行う基板２を載置して、基板２を
加熱するための熱源をもつサセプタ３がある。また、リ
アクタ１には排気管４が設けられている。原料供給源と
してはIII族有機金属原料供給源（液体の有機金属原料
が入った容器）５、６および、Ｖ族原料ガス供給源（ヒ
素原料ガスボンベ）７、ヒ素のアルコキシド原料供給源
（液体のアルコキシドが入った容器）８、不純物ガス供
給源９が設けられている。III族有機金属原料供給源
５、６およびヒ素のアルコキシド原料供給源８には、キ
ャリアガス供給管１０から所定量のキャリアガス（水
素）が供給され、キャリアガスとともに気化した有機金
属ガスが配管に供給される。有機金属ガスの流量はそれ
ぞれの有機金属原料の蒸気圧およびキャリアガスの流量
により決まり、容易に制御できる。これらの原料供給源
から供給される原料ガスは原料ガス用供給管１１、１２
でキャリアガスにより希釈されてリアクタ１に供給され
る。上記キャリアガスおよびＶ族原料ガス供給源７、不
純物ガス供給源９から供給される原料ガス流量は図に示
されたようにそれぞれの配管に設置されたマスフローコ
ントローラー１３により制御される。
【００２０】本実施例においてはIII族有機金属原料に
はトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3 ）、トリメチ
ルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）を、Ｖ族原料ガス
供給源としてアルシン（ＡｓＨ3 ）を用いた。また、ヒ
素のアルコキシド原料としてはトリエトキシ砒素を用い
た。不純物ガス供給源としてはｎ型不純物を供給するた
めにジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用いた。これらのIII族
の有機金属とアルシン、不純物ガスをリアクタに供給
し、加熱した基板上で分解することにより、基板上にＧ
ａＡｓまたはＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行う
ことができる。
はトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3 ）、トリメチ
ルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 ）を、Ｖ族原料ガス
供給源としてアルシン（ＡｓＨ3 ）を用いた。また、ヒ
素のアルコキシド原料としてはトリエトキシ砒素を用い
た。不純物ガス供給源としてはｎ型不純物を供給するた
めにジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用いた。これらのIII族
の有機金属とアルシン、不純物ガスをリアクタに供給
し、加熱した基板上で分解することにより、基板上にＧ
ａＡｓまたはＡｌＧａＡｓのエピタキシャル成長を行う
ことができる。
【００２１】以下、図４の構成の装置を用いて、本発明
を適用したＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ層の成長方法
とＳｉ基板上のＧａＡｓの成長方法を説明する。なお、
以下に示したキャリア濃度と移動度、抵抗率の測定は、
Van der Pauw法によるホール測定(L. T. Van der Pauw,
Phillips Research Reports 13, 1 (1958)）により行
った。
を適用したＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ層の成長方法
とＳｉ基板上のＧａＡｓの成長方法を説明する。なお、
以下に示したキャリア濃度と移動度、抵抗率の測定は、
Van der Pauw法によるホール測定(L. T. Van der Pauw,
Phillips Research Reports 13, 1 (1958)）により行
った。
【００２２】まず第１の実施例として本発明を適用した
ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０％）層の成長方法を
アルミニウムの有機金属を供給しないで成長したＧａＡ
ｓの場合と比較して説明する。ここでは、ｎ型不純物を
不活性化する効果を調べるため、ｎ型不純物であるシリ
コンをｎ型不純物源としてキャリア濃度（電子濃度）５
×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程ドーピングしたＧａＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０％）に、同時に
トリエトキシ砒素を添加して成長を行った。
ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０％）層の成長方法を
アルミニウムの有機金属を供給しないで成長したＧａＡ
ｓの場合と比較して説明する。ここでは、ｎ型不純物を
不活性化する効果を調べるため、ｎ型不純物であるシリ
コンをｎ型不純物源としてキャリア濃度（電子濃度）５
×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程ドーピングしたＧａＡ
ｓ、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０％）に、同時に
トリエトキシ砒素を添加して成長を行った。
【００２３】比較例としてのＧａＡｓおよび本実施例に
おけるＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０％）の成長に
おける各原料ガスの供給量は以下の通りである。
おけるＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０％）の成長に
おける各原料ガスの供給量は以下の通りである。
【００２４】 ＧａＡｓの成長条件（比較例） III族有機金属原料 トリメチルガリウム ２．０×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ Ｖ族原料ガス アルシン ６．０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ ｎ型不純物 ジシラン １．０×１０-8ｍｏｌ／ｍｉｎ 酸素源 トリエトキシヒ素 ６．０×１０-8ｍｏｌ／ｍｉｎ 〜３．０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％）の成長条件 III族有機金属原料 トリメチルガリウム １．９２×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ トリメチルアルミニウム ８．０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ Ｖ族原料ガス アルシン ６．０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ ｎ型不純物 ジシラン １．０×１０-8ｍｏｌ／ｍｉｎ 酸素源 トリエトキシヒ素 ６．０×１０-7ｍｏｌ／ｍｉｎ 〜３．０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成２０％）の成長条件 III族有機金属原料 トリメチルガリウム １．６８×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ トリメチルアルミニウム ３．２×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ Ｖ族原料ガス アルシン ６．０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ ｎ型不純物 ジシラン １．０×１０-8ｍｏｌ／ｍｉｎ 酸素源 トリエトキシヒ素 ６．０×１０-8ｍｏｌ／ｍｉｎ 〜３．０×１０-6ｍｏｌ／ｍｉｎ これらの成長を行うにあたり成長温度（基板温度）は６
５０℃であり、リアクタ内の圧力は４０Ｔｏｒｒ、全キ
ャリア水素ガス流量は毎分７リットルである。
５０℃であり、リアクタ内の圧力は４０Ｔｏｒｒ、全キ
ャリア水素ガス流量は毎分７リットルである。
【００２５】以上の条件により、半絶縁性のＧａＡｓ基
板上に膜厚３μｍのＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓを成長
させ、電気特性を評価した結果を図１、２、３に示し
た。これらの図を用いて一定量のｎ型不純物と同時にヒ
素のアルコオキサイドの添加量を変化させて成長したＧ
ａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０％）の
電気的特性について説明する。
板上に膜厚３μｍのＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓを成長
させ、電気特性を評価した結果を図１、２、３に示し
た。これらの図を用いて一定量のｎ型不純物と同時にヒ
素のアルコオキサイドの添加量を変化させて成長したＧ
ａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０％）の
電気的特性について説明する。
【００２６】図１は、トリエトキシヒ素の供給量に対す
るＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０
％）のキャリア濃度を示す図面である。トリエトキシヒ
素を供給しない場合にはシリコンのドーピングによりＧ
ａＡｓ、ＡｌＧａＡｓとも電子濃度が約５×１０17ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3 を示している。ここでアルミニウムを含
まないＧａＡｓにトリエトキシヒ素を添加してもキャリ
ア濃度は変化しないが、５％のアルミニウムを添加した
ＡｌＧａＡｓではトリエトキシヒ素の供給量が増えると
ともに電子濃度が低下し、ある一定値以上では高抵抗を
示すことが分かる。また、アルミニウム組成を２０％に
した場合にはトリエトキシヒ素を添加したものはすべて
高抵抗を示した。
るＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％、２０
％）のキャリア濃度を示す図面である。トリエトキシヒ
素を供給しない場合にはシリコンのドーピングによりＧ
ａＡｓ、ＡｌＧａＡｓとも電子濃度が約５×１０17ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3 を示している。ここでアルミニウムを含
まないＧａＡｓにトリエトキシヒ素を添加してもキャリ
ア濃度は変化しないが、５％のアルミニウムを添加した
ＡｌＧａＡｓではトリエトキシヒ素の供給量が増えると
ともに電子濃度が低下し、ある一定値以上では高抵抗を
示すことが分かる。また、アルミニウム組成を２０％に
した場合にはトリエトキシヒ素を添加したものはすべて
高抵抗を示した。
【００２７】図２は、トリエトキシヒ素の供給量に対す
るＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％）の移動
度を示した図面である。図から明らかなようにトリエト
キシヒ素の供給量を増やした場合、ＧａＡｓでは移動度
に変化はないが、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％）では移
動度が低下している。一般にｎ型不純物のみのドーピン
グではキャリア濃度が低下すると結晶の純度が向上する
ために移動度は高くなるが、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５
％）の結果はこの逆である。これは、ｎ型不純物の取り
込みが減少したのではなく、酸素が結晶中に入って深い
準位を形成し、ｎ型不純物を補償したために移動度が低
下したことを示している。また、ＧａＡｓでは移動度の
低下が見られないため、酸素が添加されていないことが
分かる。
るＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％）の移動
度を示した図面である。図から明らかなようにトリエト
キシヒ素の供給量を増やした場合、ＧａＡｓでは移動度
に変化はないが、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％）では移
動度が低下している。一般にｎ型不純物のみのドーピン
グではキャリア濃度が低下すると結晶の純度が向上する
ために移動度は高くなるが、ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５
％）の結果はこの逆である。これは、ｎ型不純物の取り
込みが減少したのではなく、酸素が結晶中に入って深い
準位を形成し、ｎ型不純物を補償したために移動度が低
下したことを示している。また、ＧａＡｓでは移動度の
低下が見られないため、酸素が添加されていないことが
分かる。
【００２８】図３は、トリエトキシヒ素の供給量に対す
るＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％）の比抵
抗を示す図面である。この図ではＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組
成５％）の場合、トリエトキシヒ素の供給量の増加によ
り酸素がドーピングされて急速に抵抗値が上昇すること
が分かる。また、ＧａＡｓの場合では酸素が取り込まれ
ないために、抵抗値に変化が見られない。
るＧａＡｓおよびＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成５％）の比抵
抗を示す図面である。この図ではＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組
成５％）の場合、トリエトキシヒ素の供給量の増加によ
り酸素がドーピングされて急速に抵抗値が上昇すること
が分かる。また、ＧａＡｓの場合では酸素が取り込まれ
ないために、抵抗値に変化が見られない。
【００２９】以上のように、酸素のドーピング量はトリ
エトキシヒ素の供給量とアルミニウムの有機金属の供給
量（アルミニウム組成）が多いほど多く、これらの供給
量により容易に再現性良く制御できることを示した。
エトキシヒ素の供給量とアルミニウムの有機金属の供給
量（アルミニウム組成）が多いほど多く、これらの供給
量により容易に再現性良く制御できることを示した。
【００３０】更に、アルミニウムを含まないＧａＡｓで
はトリエトキシヒ素を供給しても酸素が取り込まれず、
移動度の低下などの電気特性劣化がないことが分かっ
た。これはトリエトキシヒ素が反応系に汚染を起こさな
いことを示す。
はトリエトキシヒ素を供給しても酸素が取り込まれず、
移動度の低下などの電気特性劣化がないことが分かっ
た。これはトリエトキシヒ素が反応系に汚染を起こさな
いことを示す。
【００３１】次に第２の実施例として本発明を適用した
高抵抗なＧａＡｓの成長方法についてシリコン基板上の
ＧａＡｓの成長を例に説明する。
高抵抗なＧａＡｓの成長方法についてシリコン基板上の
ＧａＡｓの成長を例に説明する。
【００３２】本実施例におけるＧａＡｓ（Ｇａに対する
Ａｌ含有量０．１％）の成長における各原料ガスの供給
量は以下の通りである。
Ａｌ含有量０．１％）の成長における各原料ガスの供給
量は以下の通りである。
【００３３】 ＧａＡｓの成長条件 III族有機金属原料 トリメチルガリウム ２．０×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ トリメチルアルミニウム １．６×１０-7ｍｏｌ／ｍｉｎ Ｖ族原料ガス アルシン ６．０×１０-3ｍｏｌ／ｍｉｎ ｎ型不純物 ジシラン １．０×１０-8ｍｏｌ／ｍｉｎ 酸素源 トリエトキシヒ素 ６．０×１０-7ｍｏｌ／ｍｉｎ この成長を行うにあたり成長温度（基板温度）は６８０
℃であり、リアクタ内の圧力は４０Ｔｏｒｒ、全キャリ
ア水素ガス流量は毎分７リットルである。
℃であり、リアクタ内の圧力は４０Ｔｏｒｒ、全キャリ
ア水素ガス流量は毎分７リットルである。
【００３４】以上の条件により、高抵抗の３インチ径Ｓ
ｉ基板上に膜厚３μｍのＧａＡｓを成長させ、無添加
（トリメチルアルミニウムとトリエトキシヒ素共に供給
しない）の場合と電気特性の比較を行った。
ｉ基板上に膜厚３μｍのＧａＡｓを成長させ、無添加
（トリメチルアルミニウムとトリエトキシヒ素共に供給
しない）の場合と電気特性の比較を行った。
【００３５】その結果、無添加のＧａＡｓでは基板中央
部は高抵抗であったが、基板周辺部約１ｃｍの範囲では
６×１０-16 ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 のｎ型を示した。これ
はＧａＡｓ成長中にＳｉ基板上の裏面から蒸発したシリ
コンが不純物としてＧａＡｓ中に取り込まれたためであ
る。トリメチルアルミニウムとトリエトキシヒ素を供給
した場合は基板周辺部まですべて高抵抗であった。この
ように、ＧａＡｓの場合でもアルミニウムを微量添加す
ることにより酸素をドーピングできることを示した。
部は高抵抗であったが、基板周辺部約１ｃｍの範囲では
６×１０-16 ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 のｎ型を示した。これ
はＧａＡｓ成長中にＳｉ基板上の裏面から蒸発したシリ
コンが不純物としてＧａＡｓ中に取り込まれたためであ
る。トリメチルアルミニウムとトリエトキシヒ素を供給
した場合は基板周辺部まですべて高抵抗であった。この
ように、ＧａＡｓの場合でもアルミニウムを微量添加す
ることにより酸素をドーピングできることを示した。
【００３６】以上、本発明を適用した実施例としてトリ
エトキシヒ素とトリメチルアルミニウムを用いて高抵抗
なＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓの成長方法について説明
したが、ヒ素のアルコキシドとしてトリエトキシヒ素の
代わりにトリメトキシヒ素、トリイソプロポキシヒ素お
よび／またはトリノルマルブトキシヒ素を用いても恒温
槽の温度とキャリアガス流量を調節することにより供給
量を制御すれば同様の結果が得られる。また、アルミニ
ウムの有機金属としてはトリメチルアルミニウムにかぎ
らず、トリエチルアルミニウムなどを用いても良く、Ｖ
族原料ガス供給源としてアルシンの代わりに有機ヒ素を
用いても良い。更に、本発明はＡｌＧａＡｓおよびＧａ
Ａｓにかぎらず、その成長過程が同様な、例えば、Ｉｎ
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＡｓなどのIII族元素
とＶ族のヒ素を構成元素とする化合物半導体の成長にお
いても適用することができ、それらの高抵抗なエピタキ
シャル層が得られる。
エトキシヒ素とトリメチルアルミニウムを用いて高抵抗
なＡｌＧａＡｓおよびＧａＡｓの成長方法について説明
したが、ヒ素のアルコキシドとしてトリエトキシヒ素の
代わりにトリメトキシヒ素、トリイソプロポキシヒ素お
よび／またはトリノルマルブトキシヒ素を用いても恒温
槽の温度とキャリアガス流量を調節することにより供給
量を制御すれば同様の結果が得られる。また、アルミニ
ウムの有機金属としてはトリメチルアルミニウムにかぎ
らず、トリエチルアルミニウムなどを用いても良く、Ｖ
族原料ガス供給源としてアルシンの代わりに有機ヒ素を
用いても良い。更に、本発明はＡｌＧａＡｓおよびＧａ
Ａｓにかぎらず、その成長過程が同様な、例えば、Ｉｎ
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＡｓなどのIII族元素
とＶ族のヒ素を構成元素とする化合物半導体の成長にお
いても適用することができ、それらの高抵抗なエピタキ
シャル層が得られる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
製造が簡単で蒸気圧が高い液体のドーピング原料を用い
て、反応系を汚染させることがなく、再現性良く高抵抗
な成長層が得られるIII族元素とＶ族のヒ素を構成元素
とする化合物半導体のエピタキシャル成長方法を実現で
きた。本発明を酸素を添加した高抵抗なＡｌＧａＡｓバ
ッファ層の成長後にＧａＡｓの活性層を成長したデバイ
スに適用した場合、高品質な高抵抗バッファ層の成長が
可能なことと、活性層の電気特性の劣化がないために高
品質なデバイスを歩留まり良く作製できる。
製造が簡単で蒸気圧が高い液体のドーピング原料を用い
て、反応系を汚染させることがなく、再現性良く高抵抗
な成長層が得られるIII族元素とＶ族のヒ素を構成元素
とする化合物半導体のエピタキシャル成長方法を実現で
きた。本発明を酸素を添加した高抵抗なＡｌＧａＡｓバ
ッファ層の成長後にＧａＡｓの活性層を成長したデバイ
スに適用した場合、高品質な高抵抗バッファ層の成長が
可能なことと、活性層の電気特性の劣化がないために高
品質なデバイスを歩留まり良く作製できる。
【図１】 トリエトキシヒ素の供給量に対するキャリア
濃度を示す図面である。
濃度を示す図面である。
【図２】 トリエトキシヒ素の供給量に対する移動度を
示す図面である。
示す図面である。
【図３】 トリエトキシヒ素の供給量に対する比抵抗を
示す図面である。
示す図面である。
【図４】 有機金属気相成長装置の概略図である。
１…リアクタ、 ２…基板、 ３…サセプタ、 ４…排気管、 ５、６…III族有機金属原料供給源、 ７…Ｖ族原料ガス供給源、 ８…ヒ素のアルコキシド原料供給源、 ９…不純物ガス供給源、 １０…キャリアガス供給管、 １１…III族原料ガス用供給管、 １２…Ｖ族原料ガス用供給管、 １３…マスフローコントローラー。
Claims (2)
- 【請求項１】 III族の有機金属とアルシンまたは有機
ヒ素を原料とする有機金属気相成長法を用いた化合物半
導体のエピタキシャル成長方法において、ヒ素のアルコ
キシドとアルミニウムの有機金属を同時に反応系に導入
することにより、結晶中に酸素を添加し、高抵抗な成長
層を得ることを特徴とする化合物半導体のエピタキシャ
ル成長方法。 - 【請求項２】 前記ヒ素のアルコキシドがトリメトキシ
ヒ素（Ａｓ（ＯＣＨ3 ）3 ）、トリエトキシヒ素（Ａｓ
（ＯＣ2 Ｈ5 ）3 ）、トリ（ｉ−プロポキシ）ヒ素（Ａ
ｓ（ｉ−ＯＣ3 Ｈ7 ）3 ）および／またはトリ（ｎ−ブ
トキシ）ヒ素（Ａｓ（ｎ−ＯＣ4 Ｈ9 ）3 ）であること
を特徴とする請求項１記載の化合物半導体のエピタキシ
ャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11945398A JPH11312648A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11945398A JPH11312648A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11312648A true JPH11312648A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14761764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11945398A Withdrawn JPH11312648A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11312648A (ja) |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP11945398A patent/JPH11312648A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050705 |