JP3406504B2 - Semiconductor manufacturing method - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＯＶＰＥ法（有
機金属を用いた気相成長法）による半導体材料の成長方
法に係り、特に光通信等に用いられる半導体混晶の製造
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for growing a semiconductor material by MOVPE method (a vapor phase growth method using an organic metal), and more particularly to a method for producing a semiconductor mixed crystal used for optical communication or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】有機金属を用いた気相成長は、良質の半
導体層を容易に得ることができるために、III−Ｖ族半
導体混晶を得るための手段として広く用いられている。
そして、ガリウムの原料としては、トリメチルガリウム
またはトリエチルガリウムが用いられ成功をおさめてき
ている。一方、光通信の高度な発展に寄与すべく、温度
が変化してもその発振波長があまり変化しない半導体レ
ーザを得るため、特願平７−１４９８６５号（特開平９
−８４０５号公報）に記載されているように、ＧａＩｎ
ＡｓＢｉ混晶等のガリウムとビスマスを含む混晶の開発
が望まれている。このようなビスマスを含む混晶は、熱
平衡状態では相分離を起こしてしまうので、これを得る
ためには通常よりも１００℃から２００℃低い温度で成
長を行う必要があるが、ガリウムの原料として従来用い
られてきたトリメチルガリウムは５００℃以下の温度で
は、ほとんど分解しないので、ビスマスを含む混晶の成
長に用いることができなかった。また、トリエチルガリ
ウムは５００℃以下の温度でも、かなり分解し、ＧａＡ
ｓあるいはＧａＩｎＡｓ混晶半導体の成長には適用可能
であるが、ビスマスの原料となるトリメチルビスマス
と、ガス流中もしくは基板表面で反応して、ビスマスが
混晶中に取り込まれないという問題があった。2. Description of the Related Art Vapor phase growth using an organic metal is widely used as a means for obtaining a III-V group semiconductor mixed crystal because a good quality semiconductor layer can be easily obtained.
Trimethylgallium or triethylgallium has been used as a raw material of gallium and has been successful. On the other hand, in order to contribute to the advanced development of optical communication, in order to obtain a semiconductor laser whose oscillation wavelength does not change much even if the temperature changes, Japanese Patent Application No. 7-149865 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-149865).
No. 8405), GaIn
Development of mixed crystals containing gallium and bismuth, such as AsBi mixed crystals, is desired. Since such a mixed crystal containing bismuth causes phase separation in a thermal equilibrium state, in order to obtain this, it is necessary to grow at a temperature 100 to 200 ° C. lower than usual. Trimethylgallium that has been conventionally used is hardly decomposed at a temperature of 500 ° C. or lower, so that it cannot be used for growing a mixed crystal containing bismuth. In addition, triethylgallium decomposes considerably even at temperatures below 500 ° C,
Although it can be applied to the growth of s or GaInAs mixed crystal semiconductors, there is a problem that bismuth is not taken into the mixed crystal by reacting with trimethylbismuth as a raw material of bismuth in the gas flow or on the substrate surface. .
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術における問題点を解消し、従来よりも低い温度
で半導体材料の成長が可能で、かつ原料ガス気流中もし
くは基板表面との反応性の低い原料ガスを用いて、ガリ
ウムとビスマスを少なくとも含む良質の半導体材料を歩
留まり良く製造することができる半導体の製造方法を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the above problems in the prior art, to grow a semiconductor material at a lower temperature than before, and to react with the source gas flow or the substrate surface. It is an object of the present invention to provide a semiconductor manufacturing method capable of manufacturing a good quality semiconductor material containing at least gallium and bismuth with a high yield by using a raw material gas having low property.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は基本的にガリウムの原料化合物としてトリ
イソプロピルガリウムを用いることを特徴とするもので
あり、このトリイソプロピルガリウムを原料ガスとして
用いることによって、従来の成長温度よりも低い温度で
半導体の混晶層を成長させることができ、Ｂｉ（ビスマ
ス）を含む良質の混晶層を効率良く得ることができる利
点があるものである。本発明は請求項１に記載のよう
に、有機金属を用いた気相成長法により、ガリウムとビ
スマスを少なくとも含む半導体材料を成長する方法にお
いて、上記ガリウムの原料として、トリイソプロピルガ
リウムを用い、上記ビスマスの原料として、トリメチル
ビスマスを用いる半導体の製造方法とするものである。
また、本発明は請求項２に記載のように、請求項１にお
いて、ガリウムとビスマスを少なくとも含む半導体材料
はＧａＩｎＡｓＢｉとする半導体の製造方法とするもの
である。また、本発明は請求項３に記載のように、請求
項１において、ガリウムとビスマスを少なくとも含む半
導体材料はＧａＡｓＳｂＢｉとする半導体の製造方法と
するものである。In order to achieve the above object, the present invention is basically characterized by using triisopropyl gallium as a raw material compound of gallium, and this triisopropyl gallium is used as a raw material gas. By using it, it is possible to grow a mixed crystal layer of a semiconductor at a temperature lower than the conventional growth temperature, and it is possible to efficiently obtain a good mixed crystal layer containing Bi (bismuth). The invention as described in claim 1, by vapor deposition using an organic metal, a method of growing at least comprises semiconductor material gallium and bismuth, as a raw material for the gallium, using triisopropyl gallium, the Trimethyl as a raw material of bismuth
It is an method for manufacturing a semiconductor Ru with bismuth.
Further, as described in claim 2, the present invention provides the method of manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein the semiconductor material containing at least gallium and bismuth is GaInAsBi. Further, as described in claim 3, the present invention provides the method for manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein the semiconductor material containing at least gallium and bismuth is GaAsSbBi.
【０００５】[0005]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を用いて、さらに詳細に説明する。
〈実施の形態１〉図１は、本発明の半導体の製造方法に
用いる半導体混晶の成長装置の構成の一例を示す模式図
である。III族元素としては、ガリウム（Ｇａ）とイン
ジウム（Ｉｎ）、Ｖ族元素としてヒ素（Ａｓ）とビスマ
ス（Ｂｉ）を含むＧａＩｎＡｓＢｉ混晶を成長するため
の装置であり、水素をキャリアガスとして用いる通常の
ＭＯＶＰＥ成長装置である。このＭＯＶＰＥ成長装置の
特徴としては、III族元素を供給するライン１１と、Ｖ
族元素を供給するライン１２は別々に設置され、石英反
応管１の直前で合流されていること、ヒ素（Ａｓ）の原
料化合物には、低温で分解するターシャリブチルアルシ
ン１０を用いていることである。そして、ガリウムの原
料化合物には、トリイソプロピルガリウム８を使用して
いる。このトリイソプロピルガリウム８は室温で液体で
あり、他のＭＯＶＰＥ成長原料化合物と同じく、これを
収容したバブラーに、ＭＦＣ（マスフローコントロー
ラ：流量調節器）によって、所定量の水素ガスを通過さ
せることにより、設定量のガリウム元素を成長装置に供
給することができる。このトリイソプロピルガリウム８
は、ビスマスの原料化合物であるトリメチルビスマス９
と反応しないので、制御性良くビスマスを含む混晶を成
長させることができる。成長条件の一例を示すと、III
族元素を供給するライン１１に、３.７５リットル／min
の水素と、１０μmol／minにトリメチルインジウム７、
１８μmol／minのトリイソプロピルガリウム８を流し、
Ｖ族元素を供給するライン１２に、３.７５リットル／m
inの水素と、１８０μmol／minのターシャリブチルアル
シン１０、３μmol／minのトリメチルビスマス９を流す
ことによって、基板（ＩｎＰ）３上に、良質のＧａ0.47
Ｉｎ0.53Ａｓ0.98Ｂｉ0.02混晶を歩留まり良く成長させ
ることができた。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. <Embodiment 1> FIG. 1 is a schematic view showing an example of the configuration of a semiconductor mixed crystal growth apparatus used in the semiconductor manufacturing method of the present invention. The group III element is an apparatus for growing a GaInAsBi mixed crystal containing gallium (Ga) and indium (In) and arsenic (As) and bismuth (Bi) as group V elements, and hydrogen is usually used as a carrier gas. MOVPE growth apparatus of. This MOVPE growth apparatus is characterized by a line 11 for supplying a group III element and a V
Lines 12 for supplying the group elements are separately installed and merged immediately before the quartz reaction tube 1, and tert-butylarsine 10, which decomposes at low temperature, is used as a raw material compound of arsenic (As). Is. And triisopropyl gallium 8 is used for the raw material compound of gallium. This triisopropyl gallium 8 is a liquid at room temperature, and like other MOVPE growth raw material compounds, by passing a predetermined amount of hydrogen gas through a bubbler containing the same by an MFC (mass flow controller: flow rate controller), A set amount of elemental gallium can be supplied to the growth apparatus. This triisopropyl gallium 8
Is trimethylbismuth 9 which is a raw material compound of bismuth
Therefore, a mixed crystal containing bismuth can be grown with good controllability. An example of growth conditions is III
3.75 liters / min on line 11 for supplying group elements
Hydrogen and 10 μmol / min of trimethylindium 7,
Flow 18 μmol / min of triisopropyl gallium 8,
3.75 liters / m in line 12 for supplying V group element
By flowing in hydrogen and 180 μmol / min tert-butylarsine 10 and 3 μmol / min trimethylbismuth 9 on the substrate (InP) 3, a high quality Ga 0.47
It was possible to grow In 0.53 As 0.98 Bi 0.02 mixed crystal with good yield.
【０００６】〈実施の形態２〉上記実施の形態１では、
図１に示すように、III族元素としてガリウム（Ｇａ）
とインジウム（Ｉｎ）、Ｖ族元素としてヒ素（Ａｓ）と
ビスマス（Ｂｉ）を含むＧａＩｎＡｓＢｉ混晶を成長す
る例を挙げたが、本実施の形態では、図２に示すよう
に、III族元素としてガリウム（Ｇａ）のみ、Ｖ族元素
としてヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス
（Ｂｉ）を含むＧａＡｓＳｂＢｉ混晶を成長するための
成長装置の構成の一例を示す。ＧａＡｓＳｂＢｉ混晶を
成長するための原料化合物として、Ｖ族元素のアンチモ
ン（Ｓｂ）はトリメチルアンチモンを用い、他のIII族
元素のガリウム（Ｇａ）、Ｖ族元素のヒ素（Ａｓ）およ
びビスマス（Ｂｉ）は、実施の形態１と同じ原料化合物
を用いた。また、その他のＧａＡｓＳｂＢｉ混晶の成長
条件は、上記実施の形態１とほぼ同様の条件で行ったと
ころ、基板３上に、良質のＧａＡｓ0.5Ｓｂ0.48Ｂｉ
0.02混晶を歩留まり良く成長させることができた。<Second Embodiment> In the first embodiment,
As shown in FIG. 1, gallium (Ga) is a group III element.
Although an example of growing a GaInAsBi mixed crystal containing indium (In), indium (In), and arsenic (As) and bismuth (Bi) as group V elements has been described, in the present embodiment, as shown in FIG. An example of the configuration of a growth apparatus for growing a GaAsSbBi mixed crystal containing only gallium (Ga) and arsenic (As), antimony (Sb), and bismuth (Bi) as V group elements is shown. As a raw material compound for growing a GaAsSbBi mixed crystal, trimethylantimony is used as antimony (Sb) of the V group element, and gallium (Ga) of the other group III element, arsenic (As) and bismuth (Bi) of the group V element. Used the same raw material compound as in the first embodiment. The other GaAsSbBi mixed crystals were grown under the same conditions as in the first embodiment. As a result, good quality GaAs 0.5 Sb 0.48 Bi was formed on the substrate 3.
The 0.02 mixed crystal could be grown with good yield.
【０００７】[0007]
【発明の効果】本発明の半導体の製造方法によれば、有
機金属気相成長法によって、ガリウムとビスマスを少な
くとも含む所望の組成で、かつ良質の半導体材料を効率
良く製造できる利点がある。According to the semiconductor manufacturing method of the present invention, there is an advantage that a high-quality semiconductor material having a desired composition containing at least gallium and bismuth can be efficiently manufactured by the metal organic chemical vapor deposition method.
【図１】本発明の実施の形態１において半導体材料の製
造に用いた半導体混晶成長装置の構成の一例を示す模式
図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a semiconductor mixed crystal growth apparatus used for manufacturing a semiconductor material in the first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態２において半導体材料の製
造に用いた半導体混晶成長装置の構成の一例を示す模式
図。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a semiconductor mixed crystal growth apparatus used for manufacturing a semiconductor material in the second embodiment of the present invention.
１…石英反応管 ２…サセプタ（試料保持および加熱手段） ３…基板 ４…フィルタ ５…真空ポンプ ６…廃ガスラインへ ７…トリメチルインジウム ８…トリイソプロピルガリウム ９…トリメチルビスマス １０…ターシャリブチルアルシン １１…III族元素を供給するライン １２…Ｖ族元素を供給するライン １３…トリメチルアンチモン 1. Quartz reaction tube 2 ... Susceptor (sample holding and heating means) 3 ... Substrate 4 ... Filter 5 ... Vacuum pump 6 ... to waste gas line 7 ... Trimethylindium 8 ... Triisopropyl gallium 9 ... Trimethylbismuth 10 ... Tertiary butyl arsine 11 ... Line for supplying Group III elements 12 ... Line for supplying V group element 13 ... Trimethylantimony
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01S 5/30 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01S 5/30
Claims (3)
ウムとビスマスを少なくとも含む半導体材料を成長する
方法において、上記ガリウムの原料として、トリイソプ
ロピルガリウムを用い、上記ビスマスの原料として、ト
リメチルビスマスを用いることを特徴とする半導体の製
造方法。1. A method for growing a semiconductor material containing at least gallium and bismuth by a vapor phase growth method using an organic metal, wherein triisopropyl gallium is used as a raw material of gallium, and trisodium gallium is used as a raw material of bismuth.
Semiconductor manufacturing method characterized by Rukoto using trimethyl bismuth.
少なくとも含む半導体材料は、ＧａＩｎＡｓＢｉである
ことを特徴とする半導体の製造方法。2. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein the semiconductor material containing at least gallium and bismuth is GaInAsBi.
少なくとも含む半導体材料は、ＧａＡｓＳｂＢｉである
ことを特徴とする半導体の製造方法。3. The method of manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein the semiconductor material containing at least gallium and bismuth is GaAsSbBi.
Priority Applications (1)
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| JP01669598A JP3406504B2 (en) | 1998-01-29 | 1998-01-29 | Semiconductor manufacturing method |
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| JPH11214316A JPH11214316A (en) | 1999-08-06 |
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