JPH078757B2 - 化合物半導体薄膜形成法 - Google Patents
化合物半導体薄膜形成法Info
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- JPH078757B2 JPH078757B2 JP61176611A JP17661186A JPH078757B2 JP H078757 B2 JPH078757 B2 JP H078757B2 JP 61176611 A JP61176611 A JP 61176611A JP 17661186 A JP17661186 A JP 17661186A JP H078757 B2 JPH078757 B2 JP H078757B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化合物半導体薄膜の形成法に関し、特に制御さ
れた高不純物濃度を有するIII−Ｖ族化合物半導体薄膜
の形成法に関するものである。
れた高不純物濃度を有するIII−Ｖ族化合物半導体薄膜
の形成法に関するものである。
GaAs MESFET等GaAs集積回路のプロセス技術として低抵
抗のオーミック電極を形成する技術が要求されている。
そのために高濃度n+層を導入する方法が取られている。
高濃度n+層はイオン注入法またはエピタキシャル成長で
形成される。イオン注入法は微細加工に適した方法であ
るが注入による欠陥導入、アニール過程が必要となるな
ど問題が多い。
抗のオーミック電極を形成する技術が要求されている。
そのために高濃度n+層を導入する方法が取られている。
高濃度n+層はイオン注入法またはエピタキシャル成長で
形成される。イオン注入法は微細加工に適した方法であ
るが注入による欠陥導入、アニール過程が必要となるな
ど問題が多い。
高濃度に不純物をドープしたIII−Ｖ族化合物半導体薄
膜を形成するための、膜厚制御性、量産性に優れた方法
として、エピタキシャル法の一種である有機金属気相熱
分解成長（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition;
MOCVD）法がある。代表的なIII−Ｖ族化合物半導体であ
るGaAsへのSiドーピングを例にとって説明する。高温
（650〜750℃）に加熱された基板上にトリメチルガリウ
ムなどの有機ガリウム化合物と、Ｖ族水素化物であるア
ルシン（AsH3）とIV族水素化物であるシラン(SiH4)を、
水素キャリアガスとともに供給し、熱分解によって生成
したSiをドープしたｎ形GaAs層を形成していた。しかし
５×1018cm-3以上ドープされた報告はない（Duchemin e
t al:J.Electrochem.Soc.126,1134（1979））。同様にI
V族水素化物であるゲルマン（GeH4）（Duchemin et al
前掲）、VI族水素化物であるセレン化水素（H2Se）、硫
化水素（H2S）を用いた場合でも５×1018cm-3以上のｎ
型ドーピングは不可能であった（Bass and Oliver:Inte
rnational Symposium on GaAs and Related Compounds,
St.Louis,1976,edited by L.F.Eastman（Inst.Phys.Con
f.Ser.No.33b,London,1977）,P.1）。一方II族有機金属
化合物であるジメチル亜鉛，ジエチル亜鉛を用いてｐ型
ドーピングを試みた場合においても1019cm-3以上のドー
ピングは不可能であった（Aebi et al:J.Cryst.Growth
55 （1981）517）。
膜を形成するための、膜厚制御性、量産性に優れた方法
として、エピタキシャル法の一種である有機金属気相熱
分解成長（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition;
MOCVD）法がある。代表的なIII−Ｖ族化合物半導体であ
るGaAsへのSiドーピングを例にとって説明する。高温
（650〜750℃）に加熱された基板上にトリメチルガリウ
ムなどの有機ガリウム化合物と、Ｖ族水素化物であるア
ルシン（AsH3）とIV族水素化物であるシラン(SiH4)を、
水素キャリアガスとともに供給し、熱分解によって生成
したSiをドープしたｎ形GaAs層を形成していた。しかし
５×1018cm-3以上ドープされた報告はない（Duchemin e
t al:J.Electrochem.Soc.126,1134（1979））。同様にI
V族水素化物であるゲルマン（GeH4）（Duchemin et al
前掲）、VI族水素化物であるセレン化水素（H2Se）、硫
化水素（H2S）を用いた場合でも５×1018cm-3以上のｎ
型ドーピングは不可能であった（Bass and Oliver:Inte
rnational Symposium on GaAs and Related Compounds,
St.Louis,1976,edited by L.F.Eastman（Inst.Phys.Con
f.Ser.No.33b,London,1977）,P.1）。一方II族有機金属
化合物であるジメチル亜鉛，ジエチル亜鉛を用いてｐ型
ドーピングを試みた場合においても1019cm-3以上のドー
ピングは不可能であった（Aebi et al:J.Cryst.Growth
55 （1981）517）。
不純物を１原子層だけドープしたIII−Ｖ族化合物半導
体薄膜を形成する方法として、分子線エピタキシャル
（MBE）法および有機金属熱分解気相成長（MOCVD）法を
利用した原子層ドーピング法が挙げられる。ここでは代
表的なIII−Ｖ族化合物半導体であるGaAsへSiを１原子
層ドープした場合を例にとって説明する。
体薄膜を形成する方法として、分子線エピタキシャル
（MBE）法および有機金属熱分解気相成長（MOCVD）法を
利用した原子層ドーピング法が挙げられる。ここでは代
表的なIII−Ｖ族化合物半導体であるGaAsへSiを１原子
層ドープした場合を例にとって説明する。
MBE法では、まず高真空中でGaおよびAsを加熱したGaAs
基板上に蒸着する。次にGaのフラックスを止め、GaAs結
晶成長を停止し、As原子面上にAsおよびSi原子を蒸着さ
せる。そして再びGaおよびAsを蒸着することにより、Ga
As結晶へSiを１原子層ドープした構造が得られる。この
方法における面密度の最大値は現在のところ５×1012cm
-2である（S.Sasa,S.Muto,K.Kondo,H.Ishikawa and S.H
iyamizu:Jpn.J.Appl.Phys.24（1985）L602）。この面密
度を得るためにはAsとSi原子を蒸着する時間が300秒以
上も必要であり、Si原子の取り込まれる効率は極めて悪
い。
基板上に蒸着する。次にGaのフラックスを止め、GaAs結
晶成長を停止し、As原子面上にAsおよびSi原子を蒸着さ
せる。そして再びGaおよびAsを蒸着することにより、Ga
As結晶へSiを１原子層ドープした構造が得られる。この
方法における面密度の最大値は現在のところ５×1012cm
-2である（S.Sasa,S.Muto,K.Kondo,H.Ishikawa and S.H
iyamizu:Jpn.J.Appl.Phys.24（1985）L602）。この面密
度を得るためにはAsとSi原子を蒸着する時間が300秒以
上も必要であり、Si原子の取り込まれる効率は極めて悪
い。
MOCVD法においては、まず水素キャリアガスとともに有
機ガリウム化合物とアルシンを加熱されたGaAs基板上に
供給する。次に有機ガリウム化合物の供給を停止し、ア
ルシンとシランを供給した後、再びアルシンおよび有機
ガリウム化合物を供給することによりGaAs結晶にSiを１
原子層ドープした構造を形成される。この方法での面密
度の最大値は1012cm-2（H.Ohno,E.Ikeda and H.Hasegaw
a:Jpn.J.Appl.Phys.23（1984）L369）以下と極めて低
い。
機ガリウム化合物とアルシンを加熱されたGaAs基板上に
供給する。次に有機ガリウム化合物の供給を停止し、ア
ルシンとシランを供給した後、再びアルシンおよび有機
ガリウム化合物を供給することによりGaAs結晶にSiを１
原子層ドープした構造を形成される。この方法での面密
度の最大値は1012cm-2（H.Ohno,E.Ikeda and H.Hasegaw
a:Jpn.J.Appl.Phys.23（1984）L369）以下と極めて低
い。
MBE法においてはGeを１原子層だけドープした構造が作
製されているが、高い面密度は得られていない（C.E.C.
Wood,G.Metze,J.Berry and L.F.Eastwan:J.Appl.Phys.5
1（1980）383）。
製されているが、高い面密度は得られていない（C.E.C.
Wood,G.Metze,J.Berry and L.F.Eastwan:J.Appl.Phys.5
1（1980）383）。
従来の方法でGaAsにSiをドーピングする場合、AsH過剰
の状態、すなわち常にAs安定化面でドーピングが行われ
ていた。従来法でGa面でSiドーピングを行うとすると、
Ga面の下面の蒸気圧の高いAs原子が飛んで薄膜表面が非
常に荒れてしまうので、Ga面でのSiドーピングはできな
かったのである。
の状態、すなわち常にAs安定化面でドーピングが行われ
ていた。従来法でGa面でSiドーピングを行うとすると、
Ga面の下面の蒸気圧の高いAs原子が飛んで薄膜表面が非
常に荒れてしまうので、Ga面でのSiドーピングはできな
かったのである。
また、T.F.Kuechらの報告（Appl.Phys.Lett 44（1984）
986）にあるように、SiH4のドーピング効率は強く成長
温度に依存し、温度が高い程高いキャリア濃度が得られ
る。この実験結果は、成長基板面内に温度分布がある
と、ドーピングの面内均一性が損なわれることを意味
し、実際Kuechらはドーピング濃度の不均一を報告して
いる。さらに、高濃度にドーピングしようとする場合、
どうしても成長温度を高くする必要があった。このこと
は、ドーピング原子の拡散によりプロファイルにぼけが
生じることを意味する。
986）にあるように、SiH4のドーピング効率は強く成長
温度に依存し、温度が高い程高いキャリア濃度が得られ
る。この実験結果は、成長基板面内に温度分布がある
と、ドーピングの面内均一性が損なわれることを意味
し、実際Kuechらはドーピング濃度の不均一を報告して
いる。さらに、高濃度にドーピングしようとする場合、
どうしても成長温度を高くする必要があった。このこと
は、ドーピング原子の拡散によりプロファイルにぼけが
生じることを意味する。
このように、As安定化面上のドーピングはドーピング分
子の吸着力が弱く、脱着が起こるために、ドーピング濃
度に限界があった。
子の吸着力が弱く、脱着が起こるために、ドーピング濃
度に限界があった。
本発明は上述した従来の欠点を克服して、化合物半導体
に比較的低温度で高濃度のドーピングが可能で、ドーピ
ング層と非ドーピング層との間でのドーパントの拡散が
少なく、しかも結晶表面および結晶内のドーピング界面
またはヘテロ界面における欠陥の少ない化合物半導体薄
膜の形成法を提供することを目的とする。
に比較的低温度で高濃度のドーピングが可能で、ドーピ
ング層と非ドーピング層との間でのドーパントの拡散が
少なく、しかも結晶表面および結晶内のドーピング界面
またはヘテロ界面における欠陥の少ない化合物半導体薄
膜の形成法を提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明の化合物半導
体薄膜形成法は基板上に水素キャリアガスと共に、有機
金属化合物と反応してIII−Ｖ族化合物を形成しない第
１の濃度に希釈されたアルシン（AsH3）を常時流しなが
ら水素キャリアガスによって第１の濃度より高い第２の
濃度に希釈されたアルシンを基板上に導入する過程と、
第２の濃度に希釈されたアルシンの導入を停止する過程
と、水素キャリアガスで希釈されたIII族元素を含む有
機金属化合物を基板上に導入する過程とを繰返して基板
上に化合物半導体薄膜を形成する方法において、III族
元素を含む有機金属化合物と共にシラン（SiH4）を導入
して化合物半導体をドーピングすることを特徴とする。
体薄膜形成法は基板上に水素キャリアガスと共に、有機
金属化合物と反応してIII−Ｖ族化合物を形成しない第
１の濃度に希釈されたアルシン（AsH3）を常時流しなが
ら水素キャリアガスによって第１の濃度より高い第２の
濃度に希釈されたアルシンを基板上に導入する過程と、
第２の濃度に希釈されたアルシンの導入を停止する過程
と、水素キャリアガスで希釈されたIII族元素を含む有
機金属化合物を基板上に導入する過程とを繰返して基板
上に化合物半導体薄膜を形成する方法において、III族
元素を含む有機金属化合物と共にシラン（SiH4）を導入
して化合物半導体をドーピングすることを特徴とする。
また、本発明の化合物半導体薄膜形成法は基板上に水素
キャリアガスと共に、有機金属化合物と反応してIII−
Ｖ族化合物を形成しない第１の濃度に希釈されたＶ族元
素を含む水素化物を常時流しながら、水素キャリアガス
によって第１の濃度より高い第２の濃度に希釈された水
素化物を基板上に導入する過程と、第２の濃度に希釈さ
れた水素化物の導入を停止する過程と、水素キャリアガ
スで希釈されたIII族元素を含む有機金属化合物を基板
上に導入する過程と、有機金属化合物の導入を低下し、
水素キャリアガスによって希釈されたハロゲン化水素を
導入し、停止する過程とを繰返して基板上に化合物半導
体薄膜を形成する方法において、水素キャリアガスと共
にIV族またはVI族またはII族元素を含む化合物を基板上
に導入して化合物半導体をドーピングすることを特徴と
する。
キャリアガスと共に、有機金属化合物と反応してIII−
Ｖ族化合物を形成しない第１の濃度に希釈されたＶ族元
素を含む水素化物を常時流しながら、水素キャリアガス
によって第１の濃度より高い第２の濃度に希釈された水
素化物を基板上に導入する過程と、第２の濃度に希釈さ
れた水素化物の導入を停止する過程と、水素キャリアガ
スで希釈されたIII族元素を含む有機金属化合物を基板
上に導入する過程と、有機金属化合物の導入を低下し、
水素キャリアガスによって希釈されたハロゲン化水素を
導入し、停止する過程とを繰返して基板上に化合物半導
体薄膜を形成する方法において、水素キャリアガスと共
にIV族またはVI族またはII族元素を含む化合物を基板上
に導入して化合物半導体をドーピングすることを特徴と
する。
本発明によれば、III−Ｖ族化合物半導体に対して高い
濃度のドーピングが可能である。またドーピングが低温
の結晶成長によって行われるのでドープ層と非ドープ層
の界面におけるドーパントの拡散が少ない。さらに結晶
成長時にIII族元素の原子面形成後にハロゲン化水素を
導入して表面欠陥と深い準位を除去する方法を併用する
ことにより、欠陥の少ない結晶を得ることができる。
濃度のドーピングが可能である。またドーピングが低温
の結晶成長によって行われるのでドープ層と非ドープ層
の界面におけるドーパントの拡散が少ない。さらに結晶
成長時にIII族元素の原子面形成後にハロゲン化水素を
導入して表面欠陥と深い準位を除去する方法を併用する
ことにより、欠陥の少ない結晶を得ることができる。
以下に図面を参照し、本発明を実施例によって詳細に説
明する。
明する。
第１図に本発明に用いる装置の概要を示す。図において
１は基板、２は反応槽、３は基板支持台、４は高周波コ
イルなどによる加熱装置、５は配管、V1ないしV12はバ
ルブである。バルブV1,V2を調整し、反応槽２には常時
キャリアガスと、キャリアガスによって希釈された微量
のＶ族元素の水素化物を流しておく。V3ないしV12は化
合物半導体形成のための原料ガス、ドーピング用の不純
物ガスおよび後に詳述するハロゲン化水素を反応槽２に
導入するためのバルブである。図に示されたガスはそれ
らの一例である。バルブV3ないしV12は制御装置６によ
って定められた時間間隔でかつ定められた量のガスを導
入できるようになっている。７は排気のための配管であ
る。反応槽２は縦型のものを示したが、横型反応槽を使
用できることは言うまでもない。
１は基板、２は反応槽、３は基板支持台、４は高周波コ
イルなどによる加熱装置、５は配管、V1ないしV12はバ
ルブである。バルブV1,V2を調整し、反応槽２には常時
キャリアガスと、キャリアガスによって希釈された微量
のＶ族元素の水素化物を流しておく。V3ないしV12は化
合物半導体形成のための原料ガス、ドーピング用の不純
物ガスおよび後に詳述するハロゲン化水素を反応槽２に
導入するためのバルブである。図に示されたガスはそれ
らの一例である。バルブV3ないしV12は制御装置６によ
って定められた時間間隔でかつ定められた量のガスを導
入できるようになっている。７は排気のための配管であ
る。反応槽２は縦型のものを示したが、横型反応槽を使
用できることは言うまでもない。
実施例１ 高SiドープGaAlAs規則混晶薄膜を作成した。GaAs単結晶
の（100）面を基板として用い、原料ガスとしてトリエ
チルガリウ（TEG）、トリエチルアルミニウム（TEA）お
よびアルシン（AsH3）を、不純物原料ガスとしてシラン
（SiH4）を、キャリアガスとして水素（H2）を用いた。
原料ガスおよび不純物ガスを第２図のタイミングチャー
トに従って基板上に導入する。すなわち、H2流量を10l/
分とし、常時１×10-5モル分率のアルシンを流しながら
１×10-3モル分率のアルシンと１×10-4モル分率のTEG
を１秒間隔で３サイクル導入してGaAs層を３分子層形成
し、ついで１×10-3モル分率のアルシンと１×10-4モル
分率のTEAをそれぞれ１秒間隔で導入して１分子層のAlA
s層を形成する。このように３層のGaAs層と１層のA1As
層を交互に積層させるとGa0.75Al0.25Asの規則混晶が形
成される。形成された薄膜が単分子層成長を行っている
ことは層数と膜厚の反応から、また規制混晶であること
はＸ線回折の結果から確められた。Siをドープするに
は、３層のGaAs層の中間層を形成する際に、TEGにSiH4
を混合した。SiH4の流量を2.5×10-7モル分率一定と
し、成長温度をかえて形成された薄膜中のSi濃度を２次
イオン質量分析計によって測定した。その結果を第３図
に示す。図中にはTEGまたはTEAから混入する不純物であ
る炭素の濃度も示してある。図示のように本方法によれ
ば基板温度500℃以上でSi濃度約1018cm-3という高いド
ーピング濃度が達成される。一方この成長温度範囲では
形成された薄膜中には炭素は検出されない。
の（100）面を基板として用い、原料ガスとしてトリエ
チルガリウ（TEG）、トリエチルアルミニウム（TEA）お
よびアルシン（AsH3）を、不純物原料ガスとしてシラン
（SiH4）を、キャリアガスとして水素（H2）を用いた。
原料ガスおよび不純物ガスを第２図のタイミングチャー
トに従って基板上に導入する。すなわち、H2流量を10l/
分とし、常時１×10-5モル分率のアルシンを流しながら
１×10-3モル分率のアルシンと１×10-4モル分率のTEG
を１秒間隔で３サイクル導入してGaAs層を３分子層形成
し、ついで１×10-3モル分率のアルシンと１×10-4モル
分率のTEAをそれぞれ１秒間隔で導入して１分子層のAlA
s層を形成する。このように３層のGaAs層と１層のA1As
層を交互に積層させるとGa0.75Al0.25Asの規則混晶が形
成される。形成された薄膜が単分子層成長を行っている
ことは層数と膜厚の反応から、また規制混晶であること
はＸ線回折の結果から確められた。Siをドープするに
は、３層のGaAs層の中間層を形成する際に、TEGにSiH4
を混合した。SiH4の流量を2.5×10-7モル分率一定と
し、成長温度をかえて形成された薄膜中のSi濃度を２次
イオン質量分析計によって測定した。その結果を第３図
に示す。図中にはTEGまたはTEAから混入する不純物であ
る炭素の濃度も示してある。図示のように本方法によれ
ば基板温度500℃以上でSi濃度約1018cm-3という高いド
ーピング濃度が達成される。一方この成長温度範囲では
形成された薄膜中には炭素は検出されない。
第４図に室温におけるキャリア濃度を、第５図に成長温
度によるシートキャリア濃度と電子移動度の変化を示
す。第３図ないし第５図に示すように、本発明の方法に
よれば、500〜650℃という比較的低温度の処理によっ
て、規則混晶半導体GaAlAsに実用に供し得る高い濃度で
Siをドーピングすることができる。
度によるシートキャリア濃度と電子移動度の変化を示
す。第３図ないし第５図に示すように、本発明の方法に
よれば、500〜650℃という比較的低温度の処理によっ
て、規則混晶半導体GaAlAsに実用に供し得る高い濃度で
Siをドーピングすることができる。
このような高いキャリア濃度が得られた理由を第６図
（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。成長に寄与しない
微量アルシンの流れている状態で、トリエチルガリウム
とシランを同時に流すと、成長表面に到達したトリエチ
ルガリウムはAs面に吸着後分解してGa原子となり、無数
のGa単原子ステップを形成する（同図（Ａ））。同時に
シランを流しているのでシラン分子はGa原子面に吸着さ
れ分解し（同図（Ｂ））、Si原子はステップのあるとこ
ろまで移動し、Gaサイトにとりこまれドナーとなる（第
６図（Ｃ））。すなわち、SiH4はAs面よりもGa面に強く
吸着される性質を持っており、しかもトリエチルガリウ
ムと同時に流すことにより、Ga単原子ステップの数が減
少しないうちに、SiがGaサイトに取り込まれるため高濃
度ドーピングが実現したと考えられる。
（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。成長に寄与しない
微量アルシンの流れている状態で、トリエチルガリウム
とシランを同時に流すと、成長表面に到達したトリエチ
ルガリウムはAs面に吸着後分解してGa原子となり、無数
のGa単原子ステップを形成する（同図（Ａ））。同時に
シランを流しているのでシラン分子はGa原子面に吸着さ
れ分解し（同図（Ｂ））、Si原子はステップのあるとこ
ろまで移動し、Gaサイトにとりこまれドナーとなる（第
６図（Ｃ））。すなわち、SiH4はAs面よりもGa面に強く
吸着される性質を持っており、しかもトリエチルガリウ
ムと同時に流すことにより、Ga単原子ステップの数が減
少しないうちに、SiがGaサイトに取り込まれるため高濃
度ドーピングが実現したと考えられる。
実施例２ GaAs単結晶基板の（100）面上にSiをドープしたGaAs薄
膜を形成した。Ｖ族元素の水素化物としてアルシン（As
H3）、III族元素を含む有機金属化合物としてトリメチ
ルガリウム（(CH3)3Ga）、IV族元素を含む水素化物とし
てシラン（SiH4）を用いた。第７図のタイムチャートに
示すように、水素流量10l/分一定とし、常時１×10-5モ
ル分率のアルシンを水素キャリアガスと共に流してお
く。水素ガスと共に常時流しておくアルシンは、形成さ
れたGaAsからのAs抜けを防止するためのもので、TMGと
反応してGaAs形成しない濃度にしてある。そして、それ
ぞれモル分率１×10-4のトリメチルガリウム（TMG）と
シランを１秒間導入した後１×10-4モル分率の塩化水素
（HCl）を１秒間導入し、その後で１×10-3モル分率の
アルシンを１秒間導入する。これを１サイクルとして36
00サイクル繰り返した。この場合成長膜厚は１μｍであ
った。
膜を形成した。Ｖ族元素の水素化物としてアルシン（As
H3）、III族元素を含む有機金属化合物としてトリメチ
ルガリウム（(CH3)3Ga）、IV族元素を含む水素化物とし
てシラン（SiH4）を用いた。第７図のタイムチャートに
示すように、水素流量10l/分一定とし、常時１×10-5モ
ル分率のアルシンを水素キャリアガスと共に流してお
く。水素ガスと共に常時流しておくアルシンは、形成さ
れたGaAsからのAs抜けを防止するためのもので、TMGと
反応してGaAs形成しない濃度にしてある。そして、それ
ぞれモル分率１×10-4のトリメチルガリウム（TMG）と
シランを１秒間導入した後１×10-4モル分率の塩化水素
（HCl）を１秒間導入し、その後で１×10-3モル分率の
アルシンを１秒間導入する。これを１サイクルとして36
00サイクル繰り返した。この場合成長膜厚は１μｍであ
った。
第８図に基板温度を550℃とし、シランのモル分率を10
-8から10-3まで変化させた時に得られた成長層のキャリ
ア濃度を示す。
-8から10-3まで変化させた時に得られた成長層のキャリ
ア濃度を示す。
得られた成長層はすべてｎ形で、モル分率10-8から10-4
までキャリア濃度と比較関係にあり、モル分率２×10-4
の時、最高のキャリア濃度として３×1020cm-3が得られ
た。第９図はシランのモル分率を１×10-4とし、基板温
度を450℃から650℃まで変化させた時のキャリア濃度を
示した図である。500℃から650℃まで２×1020cm-3と成
長濃度に依存しないキャリア濃度が得られた。このよう
な高いキャリア濃度が得られた理由は、実施例１におい
て説明したとおりである。
までキャリア濃度と比較関係にあり、モル分率２×10-4
の時、最高のキャリア濃度として３×1020cm-3が得られ
た。第９図はシランのモル分率を１×10-4とし、基板温
度を450℃から650℃まで変化させた時のキャリア濃度を
示した図である。500℃から650℃まで２×1020cm-3と成
長濃度に依存しないキャリア濃度が得られた。このよう
な高いキャリア濃度が得られた理由は、実施例１におい
て説明したとおりである。
HCl導入の効果について説明する。TMGとシランを導入し
てSiドープGa層を形成する際、Ga原子の一部は第10図に
示すように２層構造を形成する。塩化水素を流さずにこ
の上にアルシンを流してAs層を形成すると、第２層のGa
はAsの位置にあるので、逆位置欠陥（anti-site detec
t）となり、深い準位を形成する。またこの欠陥から異
常欠陥が生じ、表面欠陥として観察される。トリメチル
ガリウムの導入後に、塩化水素を導入するとGa-Gaの２
層構造の第２層のGaが塩素と結合し、２層構造が断たれ
るので、表面欠陥数および深い準位は1/10以下に減少す
る。塩化水素のモル分率と表面欠陥密度との関係を調べ
た結果、効果ある塩化水素濃度は１×10-4モル分率以上
であることが判明した。第11図にTMG導入後にHClを流し
た場合（曲線Ａ）と流さない場合（曲線Ｂ）の表面欠陥
密度を示す。なお常時流すアルシンの濃度はTMGと反応
を起こさないために４×10-5モル分率以下が望ましく、
結晶成長のためのTMGおよびアルシンの濃度は単分子層
成長を行わせるためにはそれぞれ１×10-4モル分率以上
および１×10-3モル分率以上が望ましい。
てSiドープGa層を形成する際、Ga原子の一部は第10図に
示すように２層構造を形成する。塩化水素を流さずにこ
の上にアルシンを流してAs層を形成すると、第２層のGa
はAsの位置にあるので、逆位置欠陥（anti-site detec
t）となり、深い準位を形成する。またこの欠陥から異
常欠陥が生じ、表面欠陥として観察される。トリメチル
ガリウムの導入後に、塩化水素を導入するとGa-Gaの２
層構造の第２層のGaが塩素と結合し、２層構造が断たれ
るので、表面欠陥数および深い準位は1/10以下に減少す
る。塩化水素のモル分率と表面欠陥密度との関係を調べ
た結果、効果ある塩化水素濃度は１×10-4モル分率以上
であることが判明した。第11図にTMG導入後にHClを流し
た場合（曲線Ａ）と流さない場合（曲線Ｂ）の表面欠陥
密度を示す。なお常時流すアルシンの濃度はTMGと反応
を起こさないために４×10-5モル分率以下が望ましく、
結晶成長のためのTMGおよびアルシンの濃度は単分子層
成長を行わせるためにはそれぞれ１×10-4モル分率以上
および１×10-3モル分率以上が望ましい。
次にシランの導入時期をかえた場合のドーピング量を調
べた。すなわちシランの導入を、（Ａ）TMG導入の直後
１秒間、（Ｂ）アルシンの導入の直後１秒間、（Ｃ）微
量のアルシンと共に常時流す、の３通りに変化させた。
TMG、アルシンおよび塩化水素の濃度および導入サイク
ルは上述したとおりとし、基板温度は550℃一定とし
た。シランのモル分率を変化させて、それぞれの場合に
得られたキャリア濃度を第12図に示す。曲線Ａはシラン
をTMGの後に流した場合、曲線Ｂはシランをアルシンの
後に流した場合、曲線Ｃはシランを通常流した場合のキ
ャリア濃度である。曲線Ｄは第８図に示したTMGとシラ
ンを同時に流した場合のキャリア濃度を比較のために再
掲したものである。まず全ての場合について、キャリア
濃度がシランのモル分率と広い範囲にわたって直線関係
にあることが特徴である。これはキャリア濃度の制御性
の良いことを示している。各曲線ＡないしＤを比較する
と、TMGとシランを同時に流した場合（曲線Ｄ）が最も
高いキャリア濃度が得られ、次にTMG導入直後にシラン
を導入した場合（曲線Ａ）のキャリア密度が高く、常時
シランを流した場合（曲線Ｃ）、アルシン導入直後にシ
ランを流した場合（曲線Ｂ）の順にキャリア濃度が下
る。曲線Ａの場合にはGa層が形成された後にシランを流
すので、曲線Ｄの場合と比べてGa面にステップが少な
く、それだけSiが入り難く、同じシランモル分率ではキ
ャリア濃度は曲線Ｄより低い。曲線Ｃの場合にはAs層に
入ったSiがアクセプタとして働くので、Gs層に入ったド
ナーとしてのSiと相殺し、全体としてのキャリア濃度が
下がる。SiはもともとAsサイトには入り難いのである
が、As面形成時にAsの単原子面ステップが生じ、そのた
めにSiがAsサイトに入る確率が増加し、アクセプタ量が
増えると考えられる。しかしこの場合でもGa面にSiが多
量に入るので、キャリア濃度は従来より１桁高い５×10
19cm-3が得られる。アルシンの導入直後にシランを導入
し、As面にSiをドープさせた曲線Ｂの最高キャリア濃度
は５×1018cm-3程度である。
べた。すなわちシランの導入を、（Ａ）TMG導入の直後
１秒間、（Ｂ）アルシンの導入の直後１秒間、（Ｃ）微
量のアルシンと共に常時流す、の３通りに変化させた。
TMG、アルシンおよび塩化水素の濃度および導入サイク
ルは上述したとおりとし、基板温度は550℃一定とし
た。シランのモル分率を変化させて、それぞれの場合に
得られたキャリア濃度を第12図に示す。曲線Ａはシラン
をTMGの後に流した場合、曲線Ｂはシランをアルシンの
後に流した場合、曲線Ｃはシランを通常流した場合のキ
ャリア濃度である。曲線Ｄは第８図に示したTMGとシラ
ンを同時に流した場合のキャリア濃度を比較のために再
掲したものである。まず全ての場合について、キャリア
濃度がシランのモル分率と広い範囲にわたって直線関係
にあることが特徴である。これはキャリア濃度の制御性
の良いことを示している。各曲線ＡないしＤを比較する
と、TMGとシランを同時に流した場合（曲線Ｄ）が最も
高いキャリア濃度が得られ、次にTMG導入直後にシラン
を導入した場合（曲線Ａ）のキャリア密度が高く、常時
シランを流した場合（曲線Ｃ）、アルシン導入直後にシ
ランを流した場合（曲線Ｂ）の順にキャリア濃度が下
る。曲線Ａの場合にはGa層が形成された後にシランを流
すので、曲線Ｄの場合と比べてGa面にステップが少な
く、それだけSiが入り難く、同じシランモル分率ではキ
ャリア濃度は曲線Ｄより低い。曲線Ｃの場合にはAs層に
入ったSiがアクセプタとして働くので、Gs層に入ったド
ナーとしてのSiと相殺し、全体としてのキャリア濃度が
下がる。SiはもともとAsサイトには入り難いのである
が、As面形成時にAsの単原子面ステップが生じ、そのた
めにSiがAsサイトに入る確率が増加し、アクセプタ量が
増えると考えられる。しかしこの場合でもGa面にSiが多
量に入るので、キャリア濃度は従来より１桁高い５×10
19cm-3が得られる。アルシンの導入直後にシランを導入
し、As面にSiをドープさせた曲線Ｂの最高キャリア濃度
は５×1018cm-3程度である。
実施例３ Siドープ層を１原子層だけ含むGaAs結晶を成長させた。
Ｖ族元素の水素化物としてアルシンAsH3、III族元素を
含む有機金属化合物としてトリメチルガリウム（TMG）
(CH3)3Ga、IV族元素を含む水素化物としてシランSiH4を
用いた。原料ガスのフローチャートを第13図に示す。キ
ャリアガスである水素の流量は10l/分と一定としてお
き、常時１×10-5モル分率の微量のアルシンを流す。こ
の微量のアルシンは、Ga層を形成する際に、GaAs結晶か
らAsが蒸発するのを防ぐためであり、トリメチルガリウ
ムと反応してGaAsを形成しない濃度にしてある。
含む有機金属化合物としてトリメチルガリウム（TMG）
(CH3)3Ga、IV族元素を含む水素化物としてシランSiH4を
用いた。原料ガスのフローチャートを第13図に示す。キ
ャリアガスである水素の流量は10l/分と一定としてお
き、常時１×10-5モル分率の微量のアルシンを流す。こ
の微量のアルシンは、Ga層を形成する際に、GaAs結晶か
らAsが蒸発するのを防ぐためであり、トリメチルガリウ
ムと反応してGaAsを形成しない濃度にしてある。
まず、モル分率１×10-4のTMG,1×10-4モル分率のHClお
よび１×10-3モル分率のアルシンを１秒間ずつ順次900
サイクル流し、ノンドープGaAs層を形成する。次に１秒
間TMGの供給を止めAs安定化面とし、その上にTMGとシラ
ンを１秒間流すことにより、Siドープ層を１原子層形成
する。そして再びHCl,アルシンおよびTMGを順次供給し
てノンドープGaAs層を形成する。第14図に成長温度を55
0℃とし、シランの濃度を変化させた時に得られたシー
トキャリア濃度の変化を示す。シートキャリア濃度は、
室温のホール測定により得られた。得られたシートドー
プ層は、すべてｎ形であり、シランのモル分率が２×10
-4の時、シートキャリア濃度の最大値１×1013cm-2が得
られた。ノンドープGaAs層は高純度であり、Siを原子層
ドープして高い濃度が得られることとなる。第15図はシ
ランのモル分率を１×10-4に固定し、成長温度を450℃
から650℃まで変化させた時のキャリア濃度を示した図
である。500℃から650℃まで、５×1012cm-2と成長温度
に依存しないシートキャリア濃度が得られた。これは、
従来の方法に比べ、１桁以上も少ないシランの量で同じ
シートキャリア濃度が得られたことを示している。
よび１×10-3モル分率のアルシンを１秒間ずつ順次900
サイクル流し、ノンドープGaAs層を形成する。次に１秒
間TMGの供給を止めAs安定化面とし、その上にTMGとシラ
ンを１秒間流すことにより、Siドープ層を１原子層形成
する。そして再びHCl,アルシンおよびTMGを順次供給し
てノンドープGaAs層を形成する。第14図に成長温度を55
0℃とし、シランの濃度を変化させた時に得られたシー
トキャリア濃度の変化を示す。シートキャリア濃度は、
室温のホール測定により得られた。得られたシートドー
プ層は、すべてｎ形であり、シランのモル分率が２×10
-4の時、シートキャリア濃度の最大値１×1013cm-2が得
られた。ノンドープGaAs層は高純度であり、Siを原子層
ドープして高い濃度が得られることとなる。第15図はシ
ランのモル分率を１×10-4に固定し、成長温度を450℃
から650℃まで変化させた時のキャリア濃度を示した図
である。500℃から650℃まで、５×1012cm-2と成長温度
に依存しないシートキャリア濃度が得られた。これは、
従来の方法に比べ、１桁以上も少ないシランの量で同じ
シートキャリア濃度が得られたことを示している。
１原子面にSiをドープした時のキャリア濃度をショット
キ法によって測定した。原料ガスとしてTMGとアルシン
を用い、GaAs（100）面上に、水素によって希釈された
微量のアルシンを常時流しながら、TMG,HCl,高濃度のア
ルシンをそれぞれ１秒ずつ交互に流してGaAs薄膜を形成
する。あるサイクル繰返して薄膜を形成した後のアルシ
ン導入過程後、１秒間シランを導入してAs面にSiをドー
プし、その後通常の過程を繰返して薄膜を形成し、ある
サイクル繰返した後のTMG導入,HCl導入過程後シランを
導入してGa面にSiをドープして以後再び薄膜形成を続け
る。アルシンの濃度１×10-5モル分率および１×10-3モ
ル分率、TMGおよびHClの濃度はそれぞれ１×10-4モル分
率、それらの導入時間はそれぞれ１秒、基板温度550
℃、シランの濃度１×10-4モル分率として、6000サイク
ル繰返して得られた薄膜結晶のキャリア濃度をショット
キ法によって薄膜の深さ方向に沿って測定した結果を第
16図に示す。Siはそれが導入された特定の面に集中して
いる。各ピークの広がりは熱振動によるもので、その半
値幅の大きさは、薄膜が単原子層成長によるものである
ことを裏づけている。図示されるように、SiはAs面より
もGa面内に多くとりこまれる。第17図は特定の1Ga面にS
iをドープする方法として、シランをTMGと共に流す方法
と、TMG導入後シランを導入し、HClを導入する方法とを
比較して示したもので、低いピークはTMG導入の後にシ
ランを導入してSiをドープした面、高いピークはTMGと
シランを同時に導入してSiをドープした面に相当する。
このように単原子面内のSiのドープ量がAs面よりGa面が
高く、Ga面についてはTMGとシランを同時に流しながらG
a面を形成する方がGa面形成後にシランを導入するよ
り、高いキャリア濃度が得られる。この結果は第12図に
示したキャリア濃度曲線の基礎をなすものである。
キ法によって測定した。原料ガスとしてTMGとアルシン
を用い、GaAs（100）面上に、水素によって希釈された
微量のアルシンを常時流しながら、TMG,HCl,高濃度のア
ルシンをそれぞれ１秒ずつ交互に流してGaAs薄膜を形成
する。あるサイクル繰返して薄膜を形成した後のアルシ
ン導入過程後、１秒間シランを導入してAs面にSiをドー
プし、その後通常の過程を繰返して薄膜を形成し、ある
サイクル繰返した後のTMG導入,HCl導入過程後シランを
導入してGa面にSiをドープして以後再び薄膜形成を続け
る。アルシンの濃度１×10-5モル分率および１×10-3モ
ル分率、TMGおよびHClの濃度はそれぞれ１×10-4モル分
率、それらの導入時間はそれぞれ１秒、基板温度550
℃、シランの濃度１×10-4モル分率として、6000サイク
ル繰返して得られた薄膜結晶のキャリア濃度をショット
キ法によって薄膜の深さ方向に沿って測定した結果を第
16図に示す。Siはそれが導入された特定の面に集中して
いる。各ピークの広がりは熱振動によるもので、その半
値幅の大きさは、薄膜が単原子層成長によるものである
ことを裏づけている。図示されるように、SiはAs面より
もGa面内に多くとりこまれる。第17図は特定の1Ga面にS
iをドープする方法として、シランをTMGと共に流す方法
と、TMG導入後シランを導入し、HClを導入する方法とを
比較して示したもので、低いピークはTMG導入の後にシ
ランを導入してSiをドープした面、高いピークはTMGと
シランを同時に導入してSiをドープした面に相当する。
このように単原子面内のSiのドープ量がAs面よりGa面が
高く、Ga面についてはTMGとシランを同時に流しながらG
a面を形成する方がGa面形成後にシランを導入するよ
り、高いキャリア濃度が得られる。この結果は第12図に
示したキャリア濃度曲線の基礎をなすものである。
このように、薄膜形成に際して、HClを導入してGaの層
における部分的な２層構造のGaを除去し、Ga層にSiをド
ーピングすることによって、表面欠陥密度の低い高濃度
ドープ層が得られる。GaAs集積回路に応用する場合、表
面欠陥密度が高いと致命的であるので本発明の方法を適
用することによって歩留りを向上させることができる。
における部分的な２層構造のGaを除去し、Ga層にSiをド
ーピングすることによって、表面欠陥密度の低い高濃度
ドープ層が得られる。GaAs集積回路に応用する場合、表
面欠陥密度が高いと致命的であるので本発明の方法を適
用することによって歩留りを向上させることができる。
ドーピングガスとしてはシランを例示したが、第１表に
示すように、各種のガスを用いて、高いキャリア濃度を
得ることができる。
示すように、各種のガスを用いて、高いキャリア濃度を
得ることができる。
本発明は、他のIII−Ｖ族化合物半導体である、AlAs,In
As,AlP,GaP,InP,AlSb,GaSb,InSb,AlGaAs,InGaAs,AlInA
s,AlGaP,InGaP,AlGaSb,InGaSb,InGaAsP,InGaAsSb,AlGaA
sP,AlGaAsSbにも適用可能である。
As,AlP,GaP,InP,AlSb,GaSb,InSb,AlGaAs,InGaAs,AlInA
s,AlGaP,InGaP,AlGaSb,InGaSb,InGaAsP,InGaAsSb,AlGaA
sP,AlGaAsSbにも適用可能である。
実施例４ 第18図に示す構造の化合物半導体を作成した。Siをドー
プしたｎ−GaAs基板11（キャリア濃度５×1015cm-3）の
上に250Å厚さのSiドープGaAs層12を以下の方法によっ
て作成した。成長温度を450℃とし、水素で希釈した１
×10-5モル分率のアルシンを常時流しながら、１×10-4
モル分率のTMGと１×10-4モル分率のシランを同時に１
秒流し、次に１×10-4モル分率のHClを１秒間流す。つ
いで１×10-3モル分率のアルシンを１秒間流す。これを
交互に繰返すことによってキャリア濃度２×1020cm-3の
ｎ−GaAs膜12を成長させた。第18図に示すようにその上
にAu13を蒸着し、一方基板の下面にAuGeNi合金電極層14
を蒸着して電流電圧特性を測定した。その結果、このコ
ンタクト抵抗率は５×10-8Ω・cm2以下とこれまで報告
されている最も低い値が得られる。
プしたｎ−GaAs基板11（キャリア濃度５×1015cm-3）の
上に250Å厚さのSiドープGaAs層12を以下の方法によっ
て作成した。成長温度を450℃とし、水素で希釈した１
×10-5モル分率のアルシンを常時流しながら、１×10-4
モル分率のTMGと１×10-4モル分率のシランを同時に１
秒流し、次に１×10-4モル分率のHClを１秒間流す。つ
いで１×10-3モル分率のアルシンを１秒間流す。これを
交互に繰返すことによってキャリア濃度２×1020cm-3の
ｎ−GaAs膜12を成長させた。第18図に示すようにその上
にAu13を蒸着し、一方基板の下面にAuGeNi合金電極層14
を蒸着して電流電圧特性を測定した。その結果、このコ
ンタクト抵抗率は５×10-8Ω・cm2以下とこれまで報告
されている最も低い値が得られる。
実施例５ 本発明をGaAs FETの作製に適用した。第19図に示すよう
に半絶縁性GaAs基板21上に実施例４で説明したのと同じ
方法で厚さ0.1μｍのn+GaAs層22を形成した。以後通常
のリソグラフ技術によってソース電極23,ゲート電極24,
ドレイン電極25を設け、第19図に示す構造のGaAs FETを
作製した。従来法がn+層をイオン注入で行っているのに
対して、本方法では結晶成長法を用い、しかも成長時に
HClを導入してGaの２層構造を除去しているので、n+層
中の結晶欠陥が少ない。さらに高濃度のn+層を形成でき
るので、表面の影響によって空乏化が少なく、ソース直
列抵抗が低い。また集積化した時、個々のFETの特性の
ばらつきが少なく、FETのピンチオフ電圧の標準偏差が1
00mV以下と小さく、ウエハ内の歩留りが著しく向上し
た。
に半絶縁性GaAs基板21上に実施例４で説明したのと同じ
方法で厚さ0.1μｍのn+GaAs層22を形成した。以後通常
のリソグラフ技術によってソース電極23,ゲート電極24,
ドレイン電極25を設け、第19図に示す構造のGaAs FETを
作製した。従来法がn+層をイオン注入で行っているのに
対して、本方法では結晶成長法を用い、しかも成長時に
HClを導入してGaの２層構造を除去しているので、n+層
中の結晶欠陥が少ない。さらに高濃度のn+層を形成でき
るので、表面の影響によって空乏化が少なく、ソース直
列抵抗が低い。また集積化した時、個々のFETの特性の
ばらつきが少なく、FETのピンチオフ電圧の標準偏差が1
00mV以下と小さく、ウエハ内の歩留りが著しく向上し
た。
実施例６ 本発明の方法を用いてヘテロ構造の化合物半導体を作製
した。
した。
半絶縁性GaAs基板の（100）面に、第20図（Ａ）に示す
ように、常時水素で希釈された１×10-5モル分率のアル
シンを流しながら、１×10-4モル分率のTMG,1×10-4モ
ル分率のHCl,1×10-3モル分率のアルシンを各１秒間交
互に流して厚さ5000ÅのGaAs層を形成する。このGaAs層
のキャリア濃度は５×1014cm-3である。ついでその上に
第20図（Ｂ）に示すように、（トリメチルアルミニウム
（TMA）＋シラン）→HCl→アルシン→（TMG＋シラン）
→HCl→アルシン→（TMG＋シラン）→HCl→アルシン→
（TMA＋シラン）→の順に原料ガスを導入してGaAs2層と
AlAs1層が交互に配列しているSiドープAl0.33Ga0.67As
規則混晶層を500Å成長させる。シランの濃度を１×10
-5モル分率とし、この規則混晶層のキャリア濃度を１×
1019cm-3にする。その上に第20図（Ｃ）に示すように
（TMG＋シラン）→HCl→アルシンの順に原料ガスを流し
て50Å層のSiドープGaAs層を形成する。シランの濃度を
１×10-4モル分率としてこのGaAs層のキャリア濃度を１
×1020cm-3とする。成長温度は550℃である。このよう
にして、第21図に示すような半絶縁性GaAs基板31の上に
順次非ドープGaAs層32,SiドープAl0.33Ga0.67As層33,Si
ドープGaAs層34をもつテヘロ構造の化合物半導体が形成
される。SiドープAl0.33Ga0.67As層33は２次元電子供給
層であり、その非ドープGaAs層32との界面35は２次元電
子ガスの走行面となる。SiドープGaAs層34は電極層であ
る。
ように、常時水素で希釈された１×10-5モル分率のアル
シンを流しながら、１×10-4モル分率のTMG,1×10-4モ
ル分率のHCl,1×10-3モル分率のアルシンを各１秒間交
互に流して厚さ5000ÅのGaAs層を形成する。このGaAs層
のキャリア濃度は５×1014cm-3である。ついでその上に
第20図（Ｂ）に示すように、（トリメチルアルミニウム
（TMA）＋シラン）→HCl→アルシン→（TMG＋シラン）
→HCl→アルシン→（TMG＋シラン）→HCl→アルシン→
（TMA＋シラン）→の順に原料ガスを導入してGaAs2層と
AlAs1層が交互に配列しているSiドープAl0.33Ga0.67As
規則混晶層を500Å成長させる。シランの濃度を１×10
-5モル分率とし、この規則混晶層のキャリア濃度を１×
1019cm-3にする。その上に第20図（Ｃ）に示すように
（TMG＋シラン）→HCl→アルシンの順に原料ガスを流し
て50Å層のSiドープGaAs層を形成する。シランの濃度を
１×10-4モル分率としてこのGaAs層のキャリア濃度を１
×1020cm-3とする。成長温度は550℃である。このよう
にして、第21図に示すような半絶縁性GaAs基板31の上に
順次非ドープGaAs層32,SiドープAl0.33Ga0.67As層33,Si
ドープGaAs層34をもつテヘロ構造の化合物半導体が形成
される。SiドープAl0.33Ga0.67As層33は２次元電子供給
層であり、その非ドープGaAs層32との界面35は２次元電
子ガスの走行面となる。SiドープGaAs層34は電極層であ
る。
このようにして成長させたヘテロ構造の化合物半導体か
ら作製したFETはGa層形成後にHClを導入してGaの２層構
造を除くので、表面および各界面の欠陥が少ない。その
ためにICの歩留りが向上し、またヘテロ界面に欠陥が少
ないので２次元電子ガスの走行が高速に行われる。さら
に本方法は従来法にくらべて低温で結晶成長を行わせる
ので、ヘテロ界面におけるSiの拡散が少なく、ヘテロ界
面とドーピング界面が一致し、GaAs層の電子移動度を低
下させることがなく、高速FETが実現できる。さらにSi
を高濃度にドーピングできるので、結晶成長によって電
極を成長することができる。
ら作製したFETはGa層形成後にHClを導入してGaの２層構
造を除くので、表面および各界面の欠陥が少ない。その
ためにICの歩留りが向上し、またヘテロ界面に欠陥が少
ないので２次元電子ガスの走行が高速に行われる。さら
に本方法は従来法にくらべて低温で結晶成長を行わせる
ので、ヘテロ界面におけるSiの拡散が少なく、ヘテロ界
面とドーピング界面が一致し、GaAs層の電子移動度を低
下させることがなく、高速FETが実現できる。さらにSi
を高濃度にドーピングできるので、結晶成長によって電
極を成長することができる。
SiドープAl0.33Ga0.67As層を形成する際、第20図（Ｂ）
に示した方法でなく、第22図に示すように、TMGとその1
/2の量のTMAを同時に流してもよい。この方法による
と、一原子面内にGa原子とその半分のAl原子が混在する
Al0.33Ga0.67As混晶が得られる。AlGaAs混晶の作成に際
し、規則混晶を作る場合にはAl面とGa面の数を、不規則
混晶の場合は同時に流すTMAとTMGの比をかえることによ
り、AlとGaの比を自由にかえることができる。またSiを
ドーピングするには、第20図（Ｂ），（Ｃ）および第22
図に示したようにシランをパルス状に流すのでなく、ド
ーピングの全期間にわたって流しておいてもよい。
に示した方法でなく、第22図に示すように、TMGとその1
/2の量のTMAを同時に流してもよい。この方法による
と、一原子面内にGa原子とその半分のAl原子が混在する
Al0.33Ga0.67As混晶が得られる。AlGaAs混晶の作成に際
し、規則混晶を作る場合にはAl面とGa面の数を、不規則
混晶の場合は同時に流すTMAとTMGの比をかえることによ
り、AlとGaの比を自由にかえることができる。またSiを
ドーピングするには、第20図（Ｂ），（Ｃ）および第22
図に示したようにシランをパルス状に流すのでなく、ド
ーピングの全期間にわたって流しておいてもよい。
実施例７ 第23図に示す構造のヘテロ構造化合物半導体を作成し
た。
た。
キャリア濃度２×1018cm-3のｎ−GaAs基板41の（100）
面上に厚さ5000Åのキャリア濃度２×1018cm-3のSiドー
プAl0.5Ga0.5As混晶42を形成した。これは第22図に示し
た方法をTMG,TMAのモル分率をともに１×10-4モル分
率、シランの濃度を１×10-6モル分率に変更することに
よって可能である。次にシランを導入せずにその他の条
件は第20図（Ｂ）または第22図と同じ方法で厚さ100Å
の非ドープAl0.33Ga0.67As層43を、さらにその上に第20
図（Ａ）と同じ方法で厚さ100Åの非ドープGaAs層44を
形成する。非ドープAl0.33Ga0.67As層と非ドープGaAs層
を各５層交互に形成して多量子井戸層45とする。その上
にキャリア濃度５×1019cm-3のZnドープAl0.5Ga0.5As層
46を5000Å厚に形成し、さらにその上に電極層として厚
さ100Åキャリア濃度５×1019cm-3のZnドープGaAs層47
を形成する。Znドープにはジメチル亜鉛(CH3)2ZnをTMG
と共に導入すればよく、(CH3)2Znの濃度を２×107モル
分率とすれば５×1019cm-3の、10-8モル分率とすれば２
×1018cm-3のそれぞれｐ形のキャリア濃度が得られる。
成長温度は550℃である。
面上に厚さ5000Åのキャリア濃度２×1018cm-3のSiドー
プAl0.5Ga0.5As混晶42を形成した。これは第22図に示し
た方法をTMG,TMAのモル分率をともに１×10-4モル分
率、シランの濃度を１×10-6モル分率に変更することに
よって可能である。次にシランを導入せずにその他の条
件は第20図（Ｂ）または第22図と同じ方法で厚さ100Å
の非ドープAl0.33Ga0.67As層43を、さらにその上に第20
図（Ａ）と同じ方法で厚さ100Åの非ドープGaAs層44を
形成する。非ドープAl0.33Ga0.67As層と非ドープGaAs層
を各５層交互に形成して多量子井戸層45とする。その上
にキャリア濃度５×1019cm-3のZnドープAl0.5Ga0.5As層
46を5000Å厚に形成し、さらにその上に電極層として厚
さ100Åキャリア濃度５×1019cm-3のZnドープGaAs層47
を形成する。Znドープにはジメチル亜鉛(CH3)2ZnをTMG
と共に導入すればよく、(CH3)2Znの濃度を２×107モル
分率とすれば５×1019cm-3の、10-8モル分率とすれば２
×1018cm-3のそれぞれｐ形のキャリア濃度が得られる。
成長温度は550℃である。
このような構造の化合物半導体を用いると良好な多量子
井戸レーザを作成できる。すなわち、Ga面形成後にHCl
を導入しているので表面欠陥および深い準位が少なく、
そのために作製の歩留りが向上するばかりでなく、発光
効率の良いレーザが得られる。またヘテロ界面が鋭く、
界面に欠陥が少ない。さらに550℃という比較的低温で
結晶を成長させるので、Si,Znの拡散が少ない。このよ
うな欠陥がなく、組成的に鋭い界面は、発光効率の良さ
と相まって多量子井戸レーザの発振しきい値電流を低め
るのに役立つ。
井戸レーザを作成できる。すなわち、Ga面形成後にHCl
を導入しているので表面欠陥および深い準位が少なく、
そのために作製の歩留りが向上するばかりでなく、発光
効率の良いレーザが得られる。またヘテロ界面が鋭く、
界面に欠陥が少ない。さらに550℃という比較的低温で
結晶を成長させるので、Si,Znの拡散が少ない。このよ
うな欠陥がなく、組成的に鋭い界面は、発光効率の良さ
と相まって多量子井戸レーザの発振しきい値電流を低め
るのに役立つ。
実施例２ないし実施例７において、Gaの原料ガスとして
トリメチルガリウムを用いた例を述べたが、トリエチル
ガリウム(C2H5)3Gaを使用すれば、結晶中への炭素の混
入をより少なくできいる。また塩化水素にかえ、沃化水
素、フッ化水素などのハロゲン化水素を用いることも可
能である。
トリメチルガリウムを用いた例を述べたが、トリエチル
ガリウム(C2H5)3Gaを使用すれば、結晶中への炭素の混
入をより少なくできいる。また塩化水素にかえ、沃化水
素、フッ化水素などのハロゲン化水素を用いることも可
能である。
以上説明したように、本発明によれば、III−Ｖ族化合
物半導体に対して高い濃度のドーピングが可能である。
またドーピングが低温の結晶成長によって行われるので
ドープ層と非ドープ層の界面におけるドーパントの拡散
が少ない。さらに結晶成長時にIII族元素の原子面形成
後にハロゲン化水素を導入して表面欠陥と深い準位を除
去する方法を併用することにより、欠陥の少ない結晶を
得ることができる。従って本発明の方法はIII−Ｖ族化
合物半導体を使用した高速FET,多量子井戸レーザの作製
のために有効である。
物半導体に対して高い濃度のドーピングが可能である。
またドーピングが低温の結晶成長によって行われるので
ドープ層と非ドープ層の界面におけるドーパントの拡散
が少ない。さらに結晶成長時にIII族元素の原子面形成
後にハロゲン化水素を導入して表面欠陥と深い準位を除
去する方法を併用することにより、欠陥の少ない結晶を
得ることができる。従って本発明の方法はIII−Ｖ族化
合物半導体を使用した高速FET,多量子井戸レーザの作製
のために有効である。
第１図は本発明に用いる装置の概要図、 第２図は本発明における原料ガス導入法の一例を示すタ
イムチャート、 第３図は成長温度とSi濃度との関係を示す線図、 第４図は成長温度と電子濃度との関係を示す線図、 第５図は温度と電子移動度およびシートキャリア濃度と
の関係を示す線図、 第６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の原理を説明する
図、 第７図は原料ガス導入法の例を示すタイムチャート、 第８図はシランのモル分率とキャリア濃度との関係を示
す線図、 第９図は基板温度とキャリア濃度との関係を示す線図、 第10図はHCl導入の効果を説明する図、 第11図は成長温度と表面欠陥密度との関係を示す線図、 第12図はシランのモル分率とキャリア濃度との関係を示
す線図、 第13図は原料ガス導入法の例を示すタイムチャート、 第14図はシランのモル分率とシートキャリア濃度との関
係を示す線図、 第15図は成長温度とシートキャリア濃度との関係を示す
線図、 第16図および第17図はそれぞれドープ面のシートキャリ
ア濃度を示す線図、 第18図は高濃度ドープ層を成長させたGaAs結晶の構造を
示す断面図、 第19図は高濃度ドープ層を有するGaAs FETの構造を示す
断面図、 第20図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はドープされた混晶ヘテ
ロ構造化合物半導体作製のための原料ガス導入法の例を
示すタイムチャート、 第21図は本発明の方法で作製したヘテロ構造化合物半導
体の構造を示す断面図、 第22図は混晶化合物半導体作製のための原料ガス導入法
の例を示すタイムチャート、 第23図は本発明の方法で作製した多量子井戸レーザに適
するヘテロ構造化合物半導体の構造を示す断面図であ
る。 １……基板、２……反応槽、３……基板支持台、４……
加熱装置、5,7……配管、６……制御装置、11……ｎ−G
aAs基板、12……Siドープ層、13……Au層、14……AuGeN
i層、21……半絶縁性GaAs基板、22……n+層、23……ソ
ース電極、24……ゲート電極、25……ドレイン電極、31
……半絶縁性基板、32……非ドープGaAs層、33……Siド
ープAl0.33Ga0.67As層、34……SiドープGaAs電極層、35
……ヘテロ界面、41……ｎ−GaAs基板、42……Siドープ
Al0.5Ga0.5As層、43……非ドープAl0.33Ga0.67As層、44
……非ドープGaAs層、45……多量子井戸層、46……Znド
ープAl0.5Ga0.5As層、47……ZnドープGaAs電極層。
イムチャート、 第３図は成長温度とSi濃度との関係を示す線図、 第４図は成長温度と電子濃度との関係を示す線図、 第５図は温度と電子移動度およびシートキャリア濃度と
の関係を示す線図、 第６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明の原理を説明する
図、 第７図は原料ガス導入法の例を示すタイムチャート、 第８図はシランのモル分率とキャリア濃度との関係を示
す線図、 第９図は基板温度とキャリア濃度との関係を示す線図、 第10図はHCl導入の効果を説明する図、 第11図は成長温度と表面欠陥密度との関係を示す線図、 第12図はシランのモル分率とキャリア濃度との関係を示
す線図、 第13図は原料ガス導入法の例を示すタイムチャート、 第14図はシランのモル分率とシートキャリア濃度との関
係を示す線図、 第15図は成長温度とシートキャリア濃度との関係を示す
線図、 第16図および第17図はそれぞれドープ面のシートキャリ
ア濃度を示す線図、 第18図は高濃度ドープ層を成長させたGaAs結晶の構造を
示す断面図、 第19図は高濃度ドープ層を有するGaAs FETの構造を示す
断面図、 第20図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はドープされた混晶ヘテ
ロ構造化合物半導体作製のための原料ガス導入法の例を
示すタイムチャート、 第21図は本発明の方法で作製したヘテロ構造化合物半導
体の構造を示す断面図、 第22図は混晶化合物半導体作製のための原料ガス導入法
の例を示すタイムチャート、 第23図は本発明の方法で作製した多量子井戸レーザに適
するヘテロ構造化合物半導体の構造を示す断面図であ
る。 １……基板、２……反応槽、３……基板支持台、４……
加熱装置、5,7……配管、６……制御装置、11……ｎ−G
aAs基板、12……Siドープ層、13……Au層、14……AuGeN
i層、21……半絶縁性GaAs基板、22……n+層、23……ソ
ース電極、24……ゲート電極、25……ドレイン電極、31
……半絶縁性基板、32……非ドープGaAs層、33……Siド
ープAl0.33Ga0.67As層、34……SiドープGaAs電極層、35
……ヘテロ界面、41……ｎ−GaAs基板、42……Siドープ
Al0.5Ga0.5As層、43……非ドープAl0.33Ga0.67As層、44
……非ドープGaAs層、45……多量子井戸層、46……Znド
ープAl0.5Ga0.5As層、47……ZnドープGaAs電極層。
Claims (8)
- 【請求項１】基板上に水素キャリアガスと共に、有機金
属化合物と反応してIII−Ｖ族化合物を形成しない第１
の濃度に希釈されたアルシン（AsH3）を常時流しなが
ら、水素キャリアガスによって前記第１の濃度より高い
第２の濃度に希釈された前記アルシンを前記基板上に導
入する過程と、前記第２の濃度に希釈されたアルシンの
導入を停止する過程と、水素キャリアガスで希釈された
III族元素を含む有機金属化合物を前記基板上に導入す
る過程とを繰返して前記基板上に化合物半導体薄膜を形
成する方法において、前記III族元素を含む有機金属化
合物と共にシラン（SiH4）を導入して前記化合物半導体
をドーピングすることを特徴とする化合物半導体薄膜形
成法。 - 【請求項２】基板上に水素キャリアガスと共に、有機金
属化合物と反応してIII−Ｖ族化合物を形成しない第１
の濃度に希釈されたＶ族元素を含む水素化物を常時流し
ながら、水素キャリアガスによって前記第１の濃度より
高い第２の濃度に希釈された前記水素化物を前記基板上
に導入する過程と、前記第２の濃度に希釈された水素化
物の導入を停止する過程と、水素キャリアガスで希釈さ
れたIII族元素を含む有機金属化合物を前記基板上に導
入する過程と、前記有機金属化合物の導入を停止し、水
素キャリアガスによって希釈されたハロゲン化水素を導
入し、停止する過程とを繰返して前記基板上に化合物半
導体薄膜を形成する方法において、水素キャリアガスと
共にIV族またはVI族またはII族元素を含む化合物を前記
基板上に導入して前記化合物半導体をドーピングするこ
とを特徴とする化合物半導体薄膜形成法。 - 【請求項３】前記IV族またはVI族またはII族元素を含む
化合物を前記III族元素を含む有機金属化合物と同時に
導入することを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
化合物半導体薄膜形成法。 - 【請求項４】前記IV族またはVI族またはII族元素を含む
化合物を前記III族元素の停止過程に続いて導入するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の化合物半導
体薄膜形成法。 - 【請求項５】前記IV族またはVI族またはII族元素を含む
化合物を前記第２の濃度に希釈された水素化物の停止過
程に続いて導入することを特徴とする特許請求の範囲第
２項記載の化合物半導体薄膜形成法。 - 【請求項６】前記IV族またはVI族またはII族元素を含む
化合物を前記各過程の全期間にわたり導入することを特
徴とする特許請求の範囲第２項記載の化合物半導体薄膜
形成法。 - 【請求項７】前記IV族元素を含む化合物がシラン（Si
H4）であることを特徴とする特許請求の範囲第２項ない
し第６項のいずれかに記載の化合物半導体薄膜形成法。 - 【請求項８】前記シランの濃度が10-7モル分率ないし10
-3モル分率であることを特徴とする特許請求の範囲第７
項記載の化合物半導体薄膜形成法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61176611A JPH078757B2 (ja) | 1986-07-29 | 1986-07-29 | 化合物半導体薄膜形成法 |
| US06/909,287 US4767494A (en) | 1986-07-04 | 1986-09-19 | Preparation process of compound semiconductor |
| GB8715206A GB2192198B (en) | 1986-07-04 | 1987-06-29 | Preparation process of compound semiconductor |
| FR878709504A FR2604296B1 (fr) | 1986-07-04 | 1987-07-03 | Procede de depot de films minces semi-conducteurs composes iii-v ou ii-vi sur un substrat par decomposition thermique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61176611A JPH078757B2 (ja) | 1986-07-29 | 1986-07-29 | 化合物半導体薄膜形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6335494A JPS6335494A (ja) | 1988-02-16 |
| JPH078757B2 true JPH078757B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=16016593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61176611A Expired - Fee Related JPH078757B2 (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-29 | 化合物半導体薄膜形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH078757B2 (ja) |
-
1986
- 1986-07-29 JP JP61176611A patent/JPH078757B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS=1984 * |
| JAPANESE TOURNAL OF APPLIED PHYSICS=1984 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6335494A (ja) | 1988-02-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |