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JPH0265124A - Compound semiconductor crystal growth method - Google Patents

Compound semiconductor crystal growth method

Info

Publication number
JPH0265124A
JPH0265124A JP63216781A JP21678188A JPH0265124A JP H0265124 A JPH0265124 A JP H0265124A JP 63216781 A JP63216781 A JP 63216781A JP 21678188 A JP21678188 A JP 21678188A JP H0265124 A JPH0265124 A JP H0265124A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound semiconductor
compound
doped
layer
growth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP63216781A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Shimazu
充 嶋津
Hiroya Kimura
浩也 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP63216781A priority Critical patent/JPH0265124A/en
Publication of JPH0265124A publication Critical patent/JPH0265124A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、有機金属気相成長法により化合物半導体の
結晶を成長させる方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for growing compound semiconductor crystals by organometallic vapor phase epitaxy.

[従来の技術] 0機金属気相成長法(オーガニック・メタル・ベーパm
−フェイズ・エピタキシ;OMVPE法)は、有機金属
化合物と金属水素化合物を、反応炉の中で熱分解するこ
とにより、基板上に薄膜の単結晶を成長させる方法であ
る。この方法は、超薄膜の多層構造の形成が容易であり
、量産性も高いので、化合物半導体を用いたヘテロ接合
デバイス用基板の作製に用いられている。ヘテロ接合デ
バイスの中でもヘテロ・バイポーラ・トランジスタ(H
B T)は超高速で動作するものであるので、盛んに開
発されている。
[Conventional technology] Organic metal vapor deposition method (organic metal vapor deposition method)
- Phase epitaxy (OMVPE method) is a method of growing a thin single crystal film on a substrate by thermally decomposing an organometallic compound and a metal hydride compound in a reactor. This method facilitates the formation of an ultra-thin multilayer structure and is highly suitable for mass production, so it is used for manufacturing substrates for heterojunction devices using compound semiconductors. Among the heterojunction devices, the hetero bipolar transistor (H
BT) operates at ultra-high speed and is therefore being actively developed.

第2図は、HBTの一例の構造を示す断面図である。第
2図を参照して、このHBTを説明すると、半絶縁性G
 a A s J&ff1lE60の上にはn” −G
aAs層61が形成され、この上にはn−GaAs層6
2が形成されている。このn−GaAs層62の上には
、p” −GaAs層63が形成されている。このp”
−GaAs層63の上には、nAILGaAs層64が
形成され、その上にはn−GaAs層65か形成されて
いる。コレクタ電極66は、n−GaAs層62上に形
成され、ベース電極67は、p+−GaAs層63の上
に形成され、エミッタ電極68はn−GaAs層65上
に形成されている。HBTの特性は、ベース層63とエ
ミツタ層64の間のpn接合の急峻性に大きく左右され
、pn接合の界面が急峻なほど優れた特性が得られる。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of an example of the HBT. To explain this HBT with reference to FIG. 2, the semi-insulating G
a A s J&ff1lE60 has n”-G
An aAs layer 61 is formed on which an n-GaAs layer 6 is formed.
2 is formed. A p''-GaAs layer 63 is formed on this n-GaAs layer 62.
An nAILGaAs layer 64 is formed on the -GaAs layer 63, and an n-GaAs layer 65 is formed thereon. A collector electrode 66 is formed on the n-GaAs layer 62, a base electrode 67 is formed on the p+-GaAs layer 63, and an emitter electrode 68 is formed on the n-GaAs layer 65. The characteristics of the HBT are greatly influenced by the steepness of the pn junction between the base layer 63 and the emitter layer 64, and the steeper the interface of the pn junction, the better the characteristics can be obtained.

従来、OMVPE法ではp型ドーパントとしてZnが用
いられてきたが、Znは拡散係数が大さいため、成長中
にベース領域からエミッタ領域に拡散してしまい、急峻
なpn接合をj′7ることかできないという問題があっ
た。一方、分子線エビタキンヤル法(モレキュラ・ビー
ム・エピタキシ;MBE法)では、拡散係数の小さなり
eか一般的に用いられているが、OMVPE法では、安
全性の問題から、Beを用いることは困難である。その
ため、Znに比べて拡散係数が5桁程度小さいMg元素
がドーパントとして検討されている。
Conventionally, Zn has been used as a p-type dopant in the OMVPE method, but since Zn has a large diffusion coefficient, it diffuses from the base region to the emitter region during growth, resulting in the formation of a steep p-n junction. The problem was that I couldn't do it. On the other hand, in the molecular beam epitaxy (MBE method), Be is generally used due to its small diffusion coefficient, but in the OMVPE method, it is difficult to use Be due to safety issues. It is. Therefore, Mg element, which has a diffusion coefficient about five orders of magnitude lower than that of Zn, is being considered as a dopant.

このようなMgドーパントの原E1としては、ビスシク
ロペンタジェニルマグネシウム(CpoMg)または、
ビスメチルシクロペンタジエニルマグネンウム(M2 
Cp2 Mg)が用いられる。これらの原料は、液体ま
たは固体の白゛機金属であり、キャリアガスである水素
によって、化合物半導体の原料である有機金属および金
属水素化物とともに反応管内へ導入され、基板上で熱分
解し、結晶中に取込まれる。
As the raw material E1 of such Mg dopant, biscyclopentagenylmagnesium (CpoMg) or
Bismethylcyclopentadienyl magnenium (M2
Cp2 Mg) is used. These raw materials are liquid or solid white metals, and are introduced into the reaction tube together with organic metals and metal hydrides, which are the raw materials for compound semiconductors, using hydrogen as a carrier gas, thermally decomposed on the substrate, and crystallized. taken inside.

第3図は、このようなOMVPE法による製造装置を示
す概略構成図である。反応管1内にはサセプタ2が設け
られ、サセプタ2上には基板3が置かれている。反応管
1のまわりにはRFコイル4が設けられている。キャリ
アガスである水素ガスは、配管51を通り導入される。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a manufacturing apparatus using such an OMVPE method. A susceptor 2 is provided within the reaction tube 1, and a substrate 3 is placed on the susceptor 2. An RF coil 4 is provided around the reaction tube 1. Hydrogen gas, which is a carrier gas, is introduced through piping 51.

配管51には、反応管1と接続された配管52および排
気管5つと接続された配管53が接続されている。配管
52には流量計22が、配管53には流量計21が取付
けられている。化合物半導体のV族元素の原料であるA
sH,は、AsH,容器11内に入れられており、圧力
調整器31および流r:Li+ 23を介して配管56
に接続されている。配管56は、バルブ3つを介して配
管53に、バルブ38を介して配管52に接続されてい
る。
A pipe 52 connected to the reaction tube 1 and a pipe 53 connected to five exhaust pipes are connected to the pipe 51. A flowmeter 22 is attached to the pipe 52, and a flowmeter 21 is attached to the pipe 53. A, a raw material for group V elements in compound semiconductors
sH, is contained in the AsH, container 11, and is connected to the pipe 56 via the pressure regulator 31 and the flow r:Li+ 23.
It is connected to the. The pipe 56 is connected to the pipe 53 via three valves and to the pipe 52 via a valve 38.

化合物半導体の■族元素の原料であるトリメチルガリウ
ム(TMG)は、TMG容器12内に入れられている。
Trimethyl gallium (TMG), which is a raw material for group Ⅰ elements of compound semiconductors, is placed in a TMG container 12 .

TMG容器12内には、キャリアガスである水素ガスが
配管51に接続された配管54からmW計24およびバ
ルブ32を介し導入されている。TMG容器12からの
ガスは、バルブ33を介して配管57に導かれている。
Hydrogen gas, which is a carrier gas, is introduced into the TMG container 12 from a pipe 54 connected to a pipe 51 via a mW meter 24 and a valve 32 . Gas from the TMG container 12 is led to a pipe 57 via a valve 33.

バルブ32とバ′ルブ33の間にはバルブ34が設けら
れている。配管57は、バルブ41を介して配管53に
、バルブ40を介して配管52に接続されている。
A valve 34 is provided between the valve 32 and the valve 33. The pipe 57 is connected to the pipe 53 via the valve 41 and to the pipe 52 via the valve 40.

ドーパントのMg元素の原料であるCp2Mgは、Cp
2Mg容器13内に入れられており、このC92Mg容
器13には、キャリアガスである水素が、配管51に接
続された配管55から、流m +i I’ 25および
バルブ35を介して導入されている。C92Mg容器1
3からの化合物ガスは、バルブ36を介して配管58に
導かれている。バルブ35とバルブ36の間には、バル
ブ37が設けられている。配管58は、バルブ43を介
して配管53に、バルブ42を介して配管52に接続さ
れている。配管52は、反応管1に接続され、反応管1
からの排気は配管60によりなされている。
Cp2Mg, which is the raw material for the Mg element of the dopant, is Cp
Hydrogen, which is a carrier gas, is introduced into the C92Mg container 13 from a pipe 55 connected to a pipe 51 via a flow m + i I' 25 and a valve 35. . C92Mg container 1
The compound gas from 3 is led to piping 58 via valve 36. A valve 37 is provided between the valve 35 and the valve 36. The pipe 58 is connected to the pipe 53 via the valve 43 and to the pipe 52 via the valve 42. The piping 52 is connected to the reaction tube 1 and
Exhaust air is provided by a pipe 60.

このように、化合物半導体の■族元素であるGa元元素
、水素ガスによって反応管1に導入され、化合物半導体
のV族元素であるAs元素は水素化物の形で反応管1に
導入される。これらの原料が、反応管1内の加熱された
基板3上で熱分解し、基板3上に化合物半導体結晶を成
長させる。この化合物半導体結晶中に、p型の層を形成
するには、Cp2Mgガスを反応管1内に導入する。M
g元素をドーピングする前の状態では、バルブ43が開
放され、バルブ42か閉められた状態となっている。こ
のため、Cp2Mgガスは、バルブ36、配管58およ
びバルブ43を通り配管53から排気管5つに排出され
る状態となっている。M g元素をドーピングさせる場
合には、バルブ43を閉じ、バルブ42を開けることに
よって、Cp2Mg容器13からの化合物ガスを、配管
52に導き、反応管1内に尋人する。所定の厚みでp型
の化合物半導体層を成長させた後、バルブ42を閉じ、
バルブ43を開いて、再び化合物ガスを、配管53から
排気管59に排出させる。
In this way, the Ga element, which is a group I element of a compound semiconductor, and hydrogen gas are introduced into the reaction tube 1, and the As element, which is a group V element of a compound semiconductor, is introduced into the reaction tube 1 in the form of a hydride. These raw materials are thermally decomposed on the heated substrate 3 in the reaction tube 1, and a compound semiconductor crystal is grown on the substrate 3. To form a p-type layer in this compound semiconductor crystal, Cp2Mg gas is introduced into the reaction tube 1. M
Before doping with the g element, the valve 43 is open and the valve 42 is closed. Therefore, the Cp2Mg gas passes through the valve 36, the pipe 58, and the valve 43, and is discharged from the pipe 53 to the five exhaust pipes. When doping with the Mg element, the compound gas from the Cp2Mg container 13 is guided into the pipe 52 and into the reaction tube 1 by closing the valve 43 and opening the valve 42. After growing the p-type compound semiconductor layer to a predetermined thickness, the valve 42 is closed;
The valve 43 is opened and the compound gas is discharged from the pipe 53 to the exhaust pipe 59 again.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、Mg元素の原料として用いる有機金属は
、配管や反応管の内壁に吸着するという性質をHしてい
る。このため、Mg元素の原料ガスを反応管に導入して
も、配管の内壁や反応管の内壁にこのMg元素の化合物
ガスが吸着し、この吸着が飽和するまでの間、化合物半
導体へのドーピング量が一定にならなかった。また、M
g元素の原料ガスを反応管への供給から排気管への排気
に切換えた後も、配管の内壁や反応管の内壁にはMg元
素の原料ガスが吸着しており、この吸着ガスか徐々に脱
離し、反応管に供給されるため、切換え後においてもM
g元素のドーピングが引き続き起こった。これらの結果
、Mg元素のドーピングによりP層を形成しようとする
場合、急峻なドーピング・プロファイルが得られないと
いう問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the organic metal used as a raw material for the Mg element has the property of being adsorbed on the inner walls of piping and reaction tubes. For this reason, even if raw material gas containing Mg element is introduced into the reaction tube, the compound gas containing Mg element is adsorbed on the inner wall of the piping and the inner wall of the reaction tube, and until this adsorption is saturated, doping to the compound semiconductor occurs. The amount was not constant. Also, M
Even after switching the raw material gas of the Mg element from being supplied to the reaction tube to exhausting it to the exhaust pipe, the raw material gas of the Mg element is still adsorbed on the inner wall of the piping and the inner wall of the reaction tube, and this adsorbed gas gradually Since it is desorbed and supplied to the reaction tube, M
Doping of the g element continued. As a result, when attempting to form a P layer by doping with Mg element, there is a problem in that a steep doping profile cannot be obtained.

このような問題点を解決するため、J、Cryst、G
rowth、Vol、77  P、37−41 (19
86)、M、I、Timmons  etal、では、
原料ガスの切換バルブを反応管へ近づけている。しかし
ながら、このような方法では、ドーピング・プロファイ
ルの立上がりを若干改善することはできるが、立下がり
は改善されていない。このような立下がりの改善は、H
BTのようにp層の上にn層を積層する場合には、大き
な問題となる。
In order to solve these problems, J.Cryst,G.
rowth, Vol, 77 P, 37-41 (19
86), M. I. Timmons et al.
The source gas switching valve is moved closer to the reaction tube. However, with such a method, although the rise of the doping profile can be slightly improved, the fall of the doping profile cannot be improved. This improvement in falling is due to H
This becomes a big problem when stacking an n layer on a p layer like in BT.

この発明の目的は、Mg元素のドーピングにおいて、急
峻なドーピング・プロファイルを得ることができる化合
物半導体の結晶成長方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for growing compound semiconductor crystals that can obtain a steep doping profile in doping with Mg element.

〔課題を解決するための手段] この発明の化合物半導体の結晶成長方法では、化合物半
導体の原料ガスおよびMg元素を含む化合物ガスを用い
、有機金属気相成長法による結晶成長によって、Mg元
素をドーピングした化合物半導体層とMg元素をドーピ
ングしない化合物半導体層とを積層させており、Mg元
素を含む化合物ガスを一定の流量で供給しながら、その
ような化合物ガスの流量ではMg元素はドーピングされ
ない結晶成長速度まで成長速度を高めることによって、
Mg元素をドーピングしない化合物半導体層を形成する
ことを特徴としている。
[Means for Solving the Problems] In the compound semiconductor crystal growth method of the present invention, Mg element is doped by crystal growth by organometallic vapor phase epitaxy using a compound semiconductor raw material gas and a compound gas containing Mg element. A compound semiconductor layer that has been doped with the Mg element and a compound semiconductor layer that is not doped with the Mg element are stacked, and while a compound gas containing the Mg element is supplied at a constant flow rate, crystal growth is achieved in which the Mg element is not doped at such a flow rate of the compound gas. By increasing the growth rate to
A feature of this method is that a compound semiconductor layer is formed without doping with Mg element.

この発明において、Mg元素をドーピングした化合物半
導体層の形成とMg元素をドーピングしない化合物半導
体層の形成とを切換える方法としては、たとえば以下の
2通りの方法を挙げることかできる。
In the present invention, as a method for switching between forming a compound semiconductor layer doped with Mg element and forming a compound semiconductor layer not doped with Mg element, the following two methods can be mentioned, for example.

AILGaAsを例にとって説明すると、1つの方法は
、TMG(トリメチルガリウム)およびTMA(1−ル
メチルアルミニウム)のラインをそれぞれ2本ずつ用意
し、1組はMgがドーピングされない成長速度を与える
流量に設定し、他の1組は所望のドーピング量になる成
長速度を与える流量に設定し、この2組のラインを切換
えることによりドーピングを制御する方法である。もう
1つの方法は、ドーピングの前後において、−旦TMG
とTMAのそれぞれのガスを反応管の外に出して成長を
一時中断し、流量を調整した後、成長を開始する方法で
ある。この発明においては、いずれの方法であっても、
ドーピング層の界面の急峻性は、数10Å以下にするこ
とができる。
Taking AILGaAs as an example, one method is to prepare two lines each of TMG (trimethylgallium) and TMA (1-lmethylaluminum), and set one set at a flow rate that provides a growth rate that does not dope Mg. However, the other set of lines is set at a flow rate that provides a growth rate that provides a desired doping amount, and the doping is controlled by switching between these two sets of lines. Another method is to use -dan TMG before and after doping.
In this method, growth is temporarily interrupted by discharging the respective gases of TMA and TMA to the outside of the reaction tube, and after adjusting the flow rates, growth is started. In this invention, no matter which method is used,
The steepness of the interface of the doped layer can be several tens of angstroms or less.

なお、この発明により結晶成長される化合物半導体は特
に限定されるものではないが、たとえばGaAs、Al
GaAs、  InP、Ga  I  nAsなどの化
合物干導体を挙げることかできる。
Note that the compound semiconductor crystal-grown according to the present invention is not particularly limited, but includes, for example, GaAs and Al.
Examples include compound conductors such as GaAs, InP, and GaInAs.

[作用] 本発明者等は、Mg元素のドーピングか成長速度に依存
することに管目し、たとえば092MgのようなMgの
化合物ガスを一定量で流した状態で、GaAsの成長速
度を変化させると、成る成長速度以上になるとMg元素
が全くドーピングされなくなる現象を見い出した。この
発明は、このような知見に基づくものである。
[Function] The present inventors focused on the fact that the doping of Mg element depends on the growth rate, and changed the growth rate of GaAs while flowing a constant amount of Mg compound gas such as 092Mg. We have discovered a phenomenon in which the Mg element is no longer doped at all when the growth rate exceeds this. This invention is based on such knowledge.

Mg元素を含む化合物ガスの流量によって、Mg元素か
ドーピングされなくなる成長速度の下限は変化し、Mg
元素を含む化合物ガスの流量が多いほど下限の成長速度
は大きくなる。下限の成長速度より小さな成長速度では
、Mgのドーピング量は、成長速度に反比例して増加す
る。
The lower limit of the growth rate at which the Mg element is not doped changes depending on the flow rate of the compound gas containing the Mg element.
The lower limit growth rate increases as the flow rate of the compound gas containing the element increases. At growth rates less than the lower limit growth rate, the amount of Mg doping increases inversely with the growth rate.

従来のように、Mg元素を含む化合物ガスを反応管へ出
し入れすることによって、Mgの元素のドーピングを制
御する場合には、上述のように、配管等の内壁へのMg
元素の化合物の吸着のために、ドーピング・プロファイ
ルは急峻にならない。
Conventionally, when controlling the doping of the Mg element by introducing and extracting a compound gas containing the Mg element into and out of the reaction tube, as described above, it is necessary to
Due to the adsorption of compounds of elements, the doping profile is not steep.

しかしながら、この発明のように、成長速度を変化させ
る場合には、Mg元素の化合物ガスを一定量にしておき
、化合物半導体の原料ガスのtMQのみを変化させれば
よい。たとえば、GaAsの結晶成長では、Gaの原料
であるTMGの流量を変化させればよい。TMGは、M
g元素の化合物ガスのように配管等の内壁への吸着を起
こさないため、急峻なドーピング・プロファイルを形成
することが可能である。AQGaAsのAQ原料となる
TMAの場合にも、TMGと同様に配管等の内壁への吸
着を起こさないため、このようなM g元素のドーピン
グの制御は、AQGaAsの化合物半導体においても可
能である。さらに、Inの原料であるTMI  (トリ
メチルインジウム)の場合にも同様に配管等の内壁への
吸若か起こらないため、InP、Ga InAsなどの
化合物半導体結晶においても、この発明を適用し急峻な
ドーピング・プロファイルを形成することが可能である
However, when changing the growth rate as in the present invention, it is sufficient to keep the amount of Mg element compound gas constant and change only the tMQ of the compound semiconductor raw material gas. For example, in the crystal growth of GaAs, the flow rate of TMG, which is the raw material for Ga, may be changed. TMG is M
Since it does not adsorb to the inner wall of piping or the like like a compound gas of the g element, it is possible to form a steep doping profile. In the case of TMA, which is the AQ raw material for AQGaAs, it does not adsorb to the inner walls of pipes or the like like TMG, so such control of the doping of the Mg element is also possible in the compound semiconductor of AQGaAs. Furthermore, in the case of TMI (trimethylindium), which is a raw material for In, adsorption to the inner walls of piping etc. similarly does not occur, so this invention can also be applied to compound semiconductor crystals such as InP and Ga InAs. It is possible to create a doping profile.

[実施例] 以下、この発明の実施例として、GaAsにMg元素を
ドーピングする場合について説明する。
[Example] Hereinafter, as an example of the present invention, a case where GaAs is doped with Mg element will be described.

第1A図は、この発明の一実施例における基板温度の経
時変化を示す図である。第1B図は、同じくこの発明の
一実施例におけるAsH,流量の経時変化を示す図であ
る。第1C図は、同じくこの発明の一実施例におけるT
MG流量の経時変化を示す図である。第1D図は、同じ
くこの発明の一実施例におけるC12Mg流量の経時変
化を示す図である。第1A図〜第1D図に示すように、
まず、反応管内にAs元素の原料であるAsH。
FIG. 1A is a diagram showing changes in substrate temperature over time in an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a diagram showing changes in AsH and flow rate over time in an embodiment of the present invention. FIG. 1C also shows T in an embodiment of the present invention.
It is a figure showing a change in MG flow rate over time. FIG. 1D is a diagram showing a change in C12Mg flow rate over time in an embodiment of the present invention. As shown in Figures 1A to 1D,
First, AsH, which is a raw material for As element, is placed in a reaction tube.

(アルシン)ガスを10rrlj/minの流量で流し
ながら、GaAs基板を650℃の温度まで加熱する。
The GaAs substrate is heated to a temperature of 650° C. while flowing (arsine) gas at a flow rate of 10 rrlj/min.

次に、AsH3の流量を300mfl/minとした後
、Ga元元素原料であるTMGを反応管内に導入し、G
aAsの結晶成長を始めた。
Next, after setting the flow rate of AsH3 to 300 mfl/min, TMG, which is a Ga source material, was introduced into the reaction tube, and G
Started aAs crystal growth.

この際、GaAsの成長速度が2μm/hrとなるよう
に、TMGの流量を7m1L/minとした。
At this time, the flow rate of TMG was set to 7 ml/min so that the growth rate of GaAs was 2 μm/hr.

30分後に、予め排気管へ流しておいた092Mgを反
応管内へ導入した。092Mgの流量は、2.5mα/
 m i nに設定した。その30分後、TMGを反応
管から排気管に切換えて、成長を中断し、成長速度が1
μm/h rとなるようにTMGの流量を3.5r+l
!に変えた後再びTMGを反応管へ導入しP層の成長を
始めた。このようにして10分間P層を成長した後、T
MGを排気管に切換え、成長を中断し、TMGの流量を
再び7mfl / m i nに変え再び反応管へ導入
した。この状態で30分間成長させた後、TMGを排気
管に切換え、基板温度を室温に戻し成長を終了した。成
長した結晶層の厚み方向のキャリア密度について、C−
■測定し、その結果を第1E図に示した。
After 30 minutes, 092Mg, which had been previously flowed into the exhaust pipe, was introduced into the reaction tube. The flow rate of 092Mg is 2.5mα/
It was set to min. After 30 minutes, the TMG was switched from the reaction tube to the exhaust tube to stop the growth and reduce the growth rate to 1.
Adjust the TMG flow rate to 3.5r+l so that it becomes μm/hr.
! After changing the temperature, TMG was introduced into the reaction tube again and the growth of the P layer was started. After growing the P layer in this way for 10 minutes, T
The MG was switched to the exhaust pipe, the growth was interrupted, the flow rate of TMG was changed again to 7 mfl/min, and the TMG was introduced into the reaction tube again. After growing in this state for 30 minutes, the TMG was switched to the exhaust pipe, and the substrate temperature was returned to room temperature, and the growth was completed. Regarding the carrier density in the thickness direction of the grown crystal layer, C-
(2) Measurements were made and the results are shown in Figure 1E.

比較として、従来の方法で成長させた化合物16導体層
の厚み方向のキャリア密度のC−■測定結果を第4E図
に示す。なお、第4A図〜第4D図は、この比較例にお
ける、基板温度、AsH,流量、TMG流量およびC1
2Mg流量のそれぞれの経時変化を示している。第4C
図に示すように、この比較例では、TMG流量を3゜5
m1l/minの一定流量に保ち、p層に相当する部分
の結晶成長時にのみ、第4D図に示すように、C92M
gを反応管に導入している。
For comparison, FIG. 4E shows the results of a C-■ measurement of the carrier density in the thickness direction of a Compound 16 conductor layer grown by a conventional method. Note that FIGS. 4A to 4D show the substrate temperature, AsH, flow rate, TMG flow rate, and C1 in this comparative example.
2 shows the respective changes over time in the flow rate of Mg. 4th C
As shown in the figure, in this comparative example, the TMG flow rate was set at 3°5.
C92M was maintained at a constant flow rate of ml/min, and only during the crystal growth of the part corresponding to the p layer, as shown in Figure 4D.
g is introduced into the reaction tube.

第4E図に示されるように、従来の方法で成長させた化
合物半導体層においては、P層のプロファイルか急峻で
はなく、特にドーピング後P型のままでキャリア密度が
高くなっている。それに比べて、第1E図に示されるよ
うに、この発明に従う方法により成長させた化合物半導
体層においては、P層のプロファイルが急峻であり、ド
ーピング後もキャリア密度がドーピング前のレベルまで
戻っている。また、成長速度が大きいときには、Mg元
素の原料を反応管内に導入しても、キャリア密度が全く
変化しないことがわかる。
As shown in FIG. 4E, in the compound semiconductor layer grown by the conventional method, the profile of the P layer is not steep, and especially after doping, the layer remains P type and has a high carrier density. In comparison, as shown in FIG. 1E, in the compound semiconductor layer grown by the method according to the present invention, the profile of the P layer is steep, and even after doping, the carrier density returns to the level before doping. . Furthermore, it can be seen that when the growth rate is high, the carrier density does not change at all even if the raw material of Mg element is introduced into the reaction tube.

なお、このように成長速度を大きくすることによりMg
元素をドーピングしないようにしたGaAs層について
の液体窒素温度での電子の移動度は、Mgの原料を流さ
ぬことによりMgをドーピングしないようにしたGaA
s層と同じであった。
In addition, by increasing the growth rate in this way, Mg
The electron mobility at liquid nitrogen temperature for a GaAs layer that is not doped with elements is the same as that of a GaAs layer that is not doped with Mg by not flowing the Mg source
It was the same as the s layer.

したがって、このような方)去によりMgをドーピング
していない結晶層も従来の方法で成長させた結晶層と同
様に高純度であることが確かめられた。
Therefore, it was confirmed that the crystal layer which was not doped with Mg by such removal had the same high purity as the crystal layer grown by the conventional method.

[発明の効果コ 以上説明したように、この発明は、Mg元素を含んだ化
合物ガスを流した状態であっても、成る成長速度以上で
はMgが全くドーピングされなくなる現象を利用し、成
長速度を変化させるこ占によって、Mg元素のドーピン
グを制御している。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention utilizes the phenomenon that even when a compound gas containing the Mg element is flowing, Mg is not doped at all at a growth rate higher than the above, and the growth rate can be increased. The doping of Mg element is controlled by changing the ratio.

このため、従来の方法では問題となった、配管や反応管
等の内壁へのMgの化合物ガスの吸容の影響がなくなり
、急峻なP層のドーピング・プロファイルを形成するこ
とがFiJ能になる。
This eliminates the effect of absorption of Mg compound gas into the inner walls of pipes, reaction tubes, etc., which was a problem with conventional methods, and makes it possible to form a steep doping profile of the P layer. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1A図は、この発明の一実施例における基板温度の経
時変化を示す図である。第1B図は、同じくこの発明の
一実施例におけるAsH3amの経時変化を示す図であ
る。第1C図は、同じくこの発明の一実施例におけるT
MG流ユの経時変化を示す図である。第1D図は、同じ
くこの発明の一実施例におけるCp2MgaHの経時変
化を示す図である。第1E図は、この発明の一実施例に
より成長した化合物半導体層の厚み方向のキャリア密度
分量を示す図である。第2図は、HBTの構造を示す断
面図である。第3図は、何機金属気相成長法による一般
的な製造装置を示す概略構成図である。第4A図は、従
来の方法の一例における基板温度の経時変化を示す図で
ある。第4B図は、同じ〈従来の方法の一例におけるA
sH,流量の経時変化を示す図である。第4C図は、同
じ〈従来の方法の一例におけるTMG流量の経時変化を
示す図である。第4D図は、同じ〈従来の方法の一例に
おけるC22Mg流量の経時変化を示す図である。第4
E図は、従来の方法の一例により成長させた化合物半導
体層の厚み方向のキャリア密度の分布を示す図でる。 図において、1は反応管、2はサセプタ、3は基板、4
はRFコイル、1]はAsH,容器、12はTMG容器
、13はCp2Mg容器、21〜25は流量計、31は
圧力調整器、32〜43はバルブ、51〜58は配管、
59は排気管、60は反応管からの排気管を示す。 基板からの厚み(μl) 基板からの厚み(μm)
FIG. 1A is a diagram showing changes in substrate temperature over time in an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a diagram showing the change over time of AsH3am in an example of the present invention. FIG. 1C also shows T in an embodiment of the present invention.
It is a figure showing a change in MG style Yu over time. FIG. 1D is a diagram showing the change over time of Cp2MgaH in an example of the present invention. FIG. 1E is a diagram showing the carrier density in the thickness direction of a compound semiconductor layer grown according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the HBT. FIG. 3 is a schematic diagram showing a general manufacturing apparatus using the metal vapor phase growth method. FIG. 4A is a diagram showing changes in substrate temperature over time in an example of a conventional method. FIG. 4B shows the same A in an example of the conventional method.
FIG. 3 is a diagram showing changes over time in sH and flow rate. FIG. 4C is a diagram showing a change in TMG flow rate over time in an example of the same conventional method. FIG. 4D is a diagram showing the change in C22Mg flow rate over time in an example of the same conventional method. Fourth
Diagram E is a diagram showing the carrier density distribution in the thickness direction of a compound semiconductor layer grown by an example of a conventional method. In the figure, 1 is a reaction tube, 2 is a susceptor, 3 is a substrate, and 4
is an RF coil, 1] is an AsH container, 12 is a TMG container, 13 is a Cp2Mg container, 21 to 25 are flow meters, 31 is a pressure regulator, 32 to 43 are valves, 51 to 58 are piping,
59 is an exhaust pipe, and 60 is an exhaust pipe from the reaction tube. Thickness from the substrate (μl) Thickness from the substrate (μm)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)化合物半導体の原料ガスおよびMg元素を含む化
合物ガスを用い、有機金属気相成長法による結晶成長に
よって、Mg元素をドーピングした化合物半導体層とM
g元素をドーピングしない化合物半導体層とを積層させ
る化合物半導体の結晶成長方法において、 前記Mg元素を含む化合物ガスを一定の流量で供給しな
がら、前記化合物ガスの前記流量ではMg元素はドーピ
ングされない結晶成長速度まで成長速度を高めることに
よって、前記Mg元素をドーピングしない化合物半導体
層を形成することを特徴とする、化合物半導体の結晶成
長方法。
(1) A compound semiconductor layer doped with Mg element by crystal growth by organometallic vapor phase epitaxy using a compound semiconductor raw material gas and a compound gas containing Mg element;
In a compound semiconductor crystal growth method in which a compound semiconductor layer is laminated with a compound semiconductor layer that is not doped with the g element, while supplying the compound gas containing the Mg element at a constant flow rate, crystal growth is performed in which the Mg element is not doped at the flow rate of the compound gas. A method for growing a compound semiconductor crystal, the method comprising: forming a compound semiconductor layer that is not doped with the Mg element by increasing the growth rate to a maximum growth rate.
(2)前記Mg元素をドーピングした化合物半導体層の
形成と前記Mg元素をドーピングしない化合物半導体層
の形成との間で結晶成長を中断させることを特徴とする
、請求項1記載の化合物半導体の結晶成長方法。
(2) Crystal growth of the compound semiconductor according to claim 1, characterized in that crystal growth is interrupted between formation of the compound semiconductor layer doped with the Mg element and formation of the compound semiconductor layer not doped with the Mg element. How to grow.
(3)前記化合物半導体が、GaAs、AlGaAs、
InPおよびGaInAsからなる群より選ばれる1種
以上の化合物半導体である、請求項1記載の化合物半導
体の結晶成長方法。
(3) The compound semiconductor is GaAs, AlGaAs,
2. The method for growing a compound semiconductor crystal according to claim 1, wherein the compound semiconductor is one or more compound semiconductors selected from the group consisting of InP and GaInAs.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11327510B2 (en) 2018-05-23 2022-05-10 Hitachi Metals, Ltd. Multi-chamber rate-of-change system for gas flow verification

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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