JP2000031060A - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体気相エピタキシャル成長方法及び成長装置 - Google Patents
Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体気相エピタキシャル成長方法及び成長装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｖ／III 比を高くする（ＡｓＨ3 供給量を多く
する）ことなく、ＡｌＧａＡｓ層中の不純物濃度を減少
することができるIII −Ｖ族化合物半導体の気相エピタ
キシャル成長方法を提供することにある。 【解決手段】反応容器１にIII 族原料ガスとＶ族原料ガ
スを個別に導入する供給路８、９を設けると共に、その
Ｖ族原料ガスの供給路８の途中に、成長領域でのＶ族原
料ガスの分解を促進するヒータ１０を設け、予め熱を加
えたＶ族原料ガスをIII 族原料ガスとは別に供給し、成
長領域でのＶ族原料の分解を促進させてＶ族ラジカルを
豊富にし、このＶ族ラジカルに、ＧａＡｓ基板５に到達
する有機金属化合物の金属と炭素又は酸素との結合を切
る作用を営ませる。これにより、成長時のＶ／III 比を
高くすることなく、ＡｌＧａＡｓ成長層に取り込まれる
不純物濃度を減少させる。
する）ことなく、ＡｌＧａＡｓ層中の不純物濃度を減少
することができるIII −Ｖ族化合物半導体の気相エピタ
キシャル成長方法を提供することにある。 【解決手段】反応容器１にIII 族原料ガスとＶ族原料ガ
スを個別に導入する供給路８、９を設けると共に、その
Ｖ族原料ガスの供給路８の途中に、成長領域でのＶ族原
料ガスの分解を促進するヒータ１０を設け、予め熱を加
えたＶ族原料ガスをIII 族原料ガスとは別に供給し、成
長領域でのＶ族原料の分解を促進させてＶ族ラジカルを
豊富にし、このＶ族ラジカルに、ＧａＡｓ基板５に到達
する有機金属化合物の金属と炭素又は酸素との結合を切
る作用を営ませる。これにより、成長時のＶ／III 比を
高くすることなく、ＡｌＧａＡｓ成長層に取り込まれる
不純物濃度を減少させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ、発
光ダイオード、電界効果型トランジスタなどの製造に適
用されるIII −Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル
成長方法に関するものである。
光ダイオード、電界効果型トランジスタなどの製造に適
用されるIII −Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル
成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの心臓部であるダブルヘテ
ロ構造は、現在主にＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法
によって作製されている。このダブルヘテロ構造を構成
するｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層及び活性層を、非
常に高純度な（不純物の少ない）結晶にすることが、良
質な半導体レーザを作製するのに必要であると言われて
いる。
ロ構造は、現在主にＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法
によって作製されている。このダブルヘテロ構造を構成
するｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層及び活性層を、非
常に高純度な（不純物の少ない）結晶にすることが、良
質な半導体レーザを作製するのに必要であると言われて
いる。
【０００３】例えば、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザにお
いては、ＡｌＧａＡｓ層中の酸素及び炭素などの不純物
濃度を減少させることが重要である。
いては、ＡｌＧａＡｓ層中の酸素及び炭素などの不純物
濃度を減少させることが重要である。
【０００４】また、ＨＥＭＴやＭＥＳＦＥＴ等のような
超高周波デバイスにおいては、キャリア濃度が１０14cm
-3台の高純度なバッファ層（エピタキシャル層）が要求
されている。
超高周波デバイスにおいては、キャリア濃度が１０14cm
-3台の高純度なバッファ層（エピタキシャル層）が要求
されている。
【０００５】従来、ＭＯＶＰＥ法によるＡｌＧａＡｓ層
の成長には、一般的にＶ族原料としてアルシン（以下Ａ
ｓＨ3 という）が、またIII 族原料としてトリメチルガ
リウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 、以下ＴＭＧという）、トリ
メチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、以下ＴＭＡと
いく）が用いられているが、この原料のＴＭＡ中に含ま
れる炭素及び酸素が、気相エピタキシャル成長したＡｌ
ＧａＡｓ層中に混入してしまうことが知られている。前
に述べた通り、この酸素及び炭素は、半導体レーザにお
いて特性悪化の原因の一つである。
の成長には、一般的にＶ族原料としてアルシン（以下Ａ
ｓＨ3 という）が、またIII 族原料としてトリメチルガ
リウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 、以下ＴＭＧという）、トリ
メチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、以下ＴＭＡと
いく）が用いられているが、この原料のＴＭＡ中に含ま
れる炭素及び酸素が、気相エピタキシャル成長したＡｌ
ＧａＡｓ層中に混入してしまうことが知られている。前
に述べた通り、この酸素及び炭素は、半導体レーザにお
いて特性悪化の原因の一つである。
【０００６】上記した原料自体に含まれる炭素及び酸素
が気相エピタキシャル成長層中に取り込まれてしまうメ
カニズムについては、次のように考えられてきた。即
ち、Ｇａ、Ａｌの原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡを、Ａ
ｓの原料ガスとしてＡｓＨ3 を用いた場合、基板には、
ＴＭＧ、ＴＭＡが分離してＧａ−ＣＨ3 またはＡｌ−Ｃ
Ｈ3 の形で付着する。このメチル基（−ＣＨ3 ）が、Ａ
ｓＨ3 の分解過程で生成されるＡｓＨラジカルと衝突す
ると、メタンＣＨ4 となり安定するが、衝突しなければ
ＡｌＧａＡｓ中にカーボンとして取り込まれる。従っ
て、非常に高純度な（不純物の少ない）ＡｌＧａＡｓ層
を形成するためには、メチル基とＡｓＨラジカルの衝突
を多くする条件で成長させることが必要である。この条
件としては、例えば、（１）ＡｓＨ3 の分解を促進する
ため、反応炉内の圧力を上げる、（２）ＡｓＨ3 の分解
を促進するため、成長温度を上げる、（３）Ｖ族の原料
ガス供給量をIII 族の原料ガス供給量に対して相対的に
大きくする、（４）ＡｓＨ3 を水素ラジカルを多く生成
するものに代える、等が考えられる。
が気相エピタキシャル成長層中に取り込まれてしまうメ
カニズムについては、次のように考えられてきた。即
ち、Ｇａ、Ａｌの原料ガスとしてＴＭＧ、ＴＭＡを、Ａ
ｓの原料ガスとしてＡｓＨ3 を用いた場合、基板には、
ＴＭＧ、ＴＭＡが分離してＧａ−ＣＨ3 またはＡｌ−Ｃ
Ｈ3 の形で付着する。このメチル基（−ＣＨ3 ）が、Ａ
ｓＨ3 の分解過程で生成されるＡｓＨラジカルと衝突す
ると、メタンＣＨ4 となり安定するが、衝突しなければ
ＡｌＧａＡｓ中にカーボンとして取り込まれる。従っ
て、非常に高純度な（不純物の少ない）ＡｌＧａＡｓ層
を形成するためには、メチル基とＡｓＨラジカルの衝突
を多くする条件で成長させることが必要である。この条
件としては、例えば、（１）ＡｓＨ3 の分解を促進する
ため、反応炉内の圧力を上げる、（２）ＡｓＨ3 の分解
を促進するため、成長温度を上げる、（３）Ｖ族の原料
ガス供給量をIII 族の原料ガス供給量に対して相対的に
大きくする、（４）ＡｓＨ3 を水素ラジカルを多く生成
するものに代える、等が考えられる。
【０００７】従来、第３の条件を主に考慮して、高純度
のＡｌＧａＡｓ層の成長を行っていた。即ち、一般に、
成長時のＶ／III 比（Ｖ族原料供給量（mol ）とIII 族
原料供給量（mol ）の比率）を高くすることで、このＡ
ｌＧａＡｓ層中の酸素及び炭素濃度を減少できることが
知られており、現状はこの方法でＡｌＧａＡｓ層の高純
度化を実現している。
のＡｌＧａＡｓ層の成長を行っていた。即ち、一般に、
成長時のＶ／III 比（Ｖ族原料供給量（mol ）とIII 族
原料供給量（mol ）の比率）を高くすることで、このＡ
ｌＧａＡｓ層中の酸素及び炭素濃度を減少できることが
知られており、現状はこの方法でＡｌＧａＡｓ層の高純
度化を実現している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、成長時
のＶ／III 比を高くする従来の方法では、ＡｌＧａＡｓ
層の高純度化の実現の為にＶ／III 比を非常に高くしな
ければならない。現状では、Ｖ族原料であるＡｓＨ3 を
大量に使用することで、Ｖ／III 比を高くしている。こ
のため、原料の利用効率の悪さ、ＡｓＨ3 の除害設備へ
の負担などにおいて、コスト的に非常に問題になってい
る。
のＶ／III 比を高くする従来の方法では、ＡｌＧａＡｓ
層の高純度化の実現の為にＶ／III 比を非常に高くしな
ければならない。現状では、Ｖ族原料であるＡｓＨ3 を
大量に使用することで、Ｖ／III 比を高くしている。こ
のため、原料の利用効率の悪さ、ＡｓＨ3 の除害設備へ
の負担などにおいて、コスト的に非常に問題になってい
る。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、Ｖ／III 比を高くする（ＡｓＨ3 供給量を多くす
る）ことなく、ＡｌＧａＡｓ層中の不純物濃度を減少す
ることができるIII −Ｖ族化合物半導体の気相エピタキ
シャル成長方法及び成長装置を提供することにある。
し、Ｖ／III 比を高くする（ＡｓＨ3 供給量を多くす
る）ことなく、ＡｌＧａＡｓ層中の不純物濃度を減少す
ることができるIII −Ｖ族化合物半導体の気相エピタキ
シャル成長方法及び成長装置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、ＭＯＶＰＥ法
によって作製したＡｌＧａＡｓ層中への不純物炭素及び
酸素混入のメカニズムについての、次のような本発明者
の考えに基礎をおくものである。
によって作製したＡｌＧａＡｓ層中への不純物炭素及び
酸素混入のメカニズムについての、次のような本発明者
の考えに基礎をおくものである。
【００１１】即ち、(i) 図２に示すように、III 族原料
としてＴＭＧ、ＴＭＡを、Ｖ族原料としてＡｓＨ3 を用
いた場合、不純物炭素が混入してしまう理由は、ＴＭＡ
中のＡｌ−Ｃ及びＡｌ−Ｏ結合が切れずに膜中に混入し
てしまうためである。また、(ii)Ｖ／III 比（III 族原
料に対するＡｓＨ3 供給量の割合）を高くすると、不純
物炭表濃度及び酸素が低減するのは、ＡｓＨ3 が分解し
てできるＡｓＨラジカル（化学的に非常に活性な状態の
もの）が、このＡｌ−Ｃ結合及びＡｌ−Ｏ結合を切るの
に大きく作用するためである（図２）。
としてＴＭＧ、ＴＭＡを、Ｖ族原料としてＡｓＨ3 を用
いた場合、不純物炭素が混入してしまう理由は、ＴＭＡ
中のＡｌ−Ｃ及びＡｌ−Ｏ結合が切れずに膜中に混入し
てしまうためである。また、(ii)Ｖ／III 比（III 族原
料に対するＡｓＨ3 供給量の割合）を高くすると、不純
物炭表濃度及び酸素が低減するのは、ＡｓＨ3 が分解し
てできるＡｓＨラジカル（化学的に非常に活性な状態の
もの）が、このＡｌ−Ｃ結合及びＡｌ−Ｏ結合を切るの
に大きく作用するためである（図２）。
【００１２】この考えの下で研究を重ねた結果、Ａｌ−
Ｃ結合及びＡｌ−Ｏ結合を切るのに大きく作用するＡｓ
Ｈラジカルの量を増加させる手段としては、Ｖ族原料で
あるＡｓＨ3 に、その流れの上流側で、加熱又はプラズ
マ励起などの方法でエネルギーを与えることが非常に有
効である、という結論が得られた。これは、Ｖ族原料自
体からのＡｓＨラジカルを増加させるものであり、従来
のように、不純物炭素及び酸素濃度低減のためにＡｓＨ
3 供給量を増加させる必要がないという意味で、ＡｓＨ
ラジカルを増加させる新たな方法を与えるものである。
Ｃ結合及びＡｌ−Ｏ結合を切るのに大きく作用するＡｓ
Ｈラジカルの量を増加させる手段としては、Ｖ族原料で
あるＡｓＨ3 に、その流れの上流側で、加熱又はプラズ
マ励起などの方法でエネルギーを与えることが非常に有
効である、という結論が得られた。これは、Ｖ族原料自
体からのＡｓＨラジカルを増加させるものであり、従来
のように、不純物炭素及び酸素濃度低減のためにＡｓＨ
3 供給量を増加させる必要がないという意味で、ＡｓＨ
ラジカルを増加させる新たな方法を与えるものである。
【００１３】（１）本発明のIII −Ｖ族化合物半導体気
相エピタキシャル成長方法は、反応容器内に設置した結
晶成長用基板を加熱し、反応容器内にIII 族原料ガスと
Ｖ族原料ガスを供給して、結晶成長用基板上に化合物半
導体結晶を気相エピタキシャル成長させるＭＯＶＰＥ法
を用いたIII −Ｖ族化合物半導体気相エピタキシャル成
長方法において、前記反応容器内に、予め熱又はプラズ
マ等によるエネルギーを加えたＶ族原料ガスを、III 族
原料ガスとは別に供給し、成長領域でのＶ族原料の分解
を促進させるものである。
相エピタキシャル成長方法は、反応容器内に設置した結
晶成長用基板を加熱し、反応容器内にIII 族原料ガスと
Ｖ族原料ガスを供給して、結晶成長用基板上に化合物半
導体結晶を気相エピタキシャル成長させるＭＯＶＰＥ法
を用いたIII −Ｖ族化合物半導体気相エピタキシャル成
長方法において、前記反応容器内に、予め熱又はプラズ
マ等によるエネルギーを加えたＶ族原料ガスを、III 族
原料ガスとは別に供給し、成長領域でのＶ族原料の分解
を促進させるものである。
【００１４】即ち、反応容器内にIII 族原料ガスとＶ族
原料ガスを個別に導入すると共に、その反応容器に導入
されるＶ族原料ガスに、成長領域より上流側で、熱又は
プラズマ等によるエネルギーを加え、これにより成長領
域におけるＶ族原料の分解を促進させる成長方法であ
る。
原料ガスを個別に導入すると共に、その反応容器に導入
されるＶ族原料ガスに、成長領域より上流側で、熱又は
プラズマ等によるエネルギーを加え、これにより成長領
域におけるＶ族原料の分解を促進させる成長方法であ
る。
【００１５】この成長方法によれば、Ｖ族原料ガスが予
め熱又はプラズマ等によるエネルギーを与えられ、その
分解が促進される。即ち、分解されたときにできる活性
化したＶ族ラジカルが反応容器内に導入されるか、反応
容器内に導入されてからＶ族原料が分解されるときにで
きる活性化したＶ族ラジカルが生まれ、成長領域に豊富
に存在するようになる。この活性化したＶ族ラジカル、
例えばＡｓＨ3 が分解されるときにできるＡｓＨラジカ
ルは、有機金属化合物であるＴＭＡのＡｌと炭素又は酸
素との結合にアタックして、その結合を切る働きがあ
る。従って成長炉中に存在する、活性化したＡｓＨラジ
カルの量が豊富になることにより、それらのＡｓＨラジ
カルが不足することなく、基板に到達する有機金属化合
物の金属と炭素又は酸素との結合を切り、エピタキシャ
ル層に取り込まれる炭素及び酸素を効果的に抑止する。
従って、Ｖ族水素化物のモル比を大きくすることなく、
必要な量の活性化したＡｓＨラジカルを反応容器内の成
長領域に得ることができる。このため、Ｖ族原料の原料
効率が良くなる。
め熱又はプラズマ等によるエネルギーを与えられ、その
分解が促進される。即ち、分解されたときにできる活性
化したＶ族ラジカルが反応容器内に導入されるか、反応
容器内に導入されてからＶ族原料が分解されるときにで
きる活性化したＶ族ラジカルが生まれ、成長領域に豊富
に存在するようになる。この活性化したＶ族ラジカル、
例えばＡｓＨ3 が分解されるときにできるＡｓＨラジカ
ルは、有機金属化合物であるＴＭＡのＡｌと炭素又は酸
素との結合にアタックして、その結合を切る働きがあ
る。従って成長炉中に存在する、活性化したＡｓＨラジ
カルの量が豊富になることにより、それらのＡｓＨラジ
カルが不足することなく、基板に到達する有機金属化合
物の金属と炭素又は酸素との結合を切り、エピタキシャ
ル層に取り込まれる炭素及び酸素を効果的に抑止する。
従って、Ｖ族水素化物のモル比を大きくすることなく、
必要な量の活性化したＡｓＨラジカルを反応容器内の成
長領域に得ることができる。このため、Ｖ族原料の原料
効率が良くなる。
【００１６】（２）また、Ｖ族原料ガスに加えるエネル
ギーを加減することにより、エピタキシャル層中の不純
物濃度（炭素、酸素、シリコンなど）を制御することが
できる（請求項２）。即ち、ＭＯＶＰＥ法によるIII −
Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長に際し、Ｖ
族原料の分解効率を意図的に変化させることで、成長に
寄与するＶ族ラジカルの成長領域での存在量を制御し、
エピタキシャル層中の不純物濃度を制御することができ
る。これは、Ｖ族ラジカルには有機金属化合物であるＴ
ＭＡのＡｌと炭素又は酸素との結合にアタックして、そ
の結合を切る働きがあるため、Ｖ族ラジカルの成長領域
での存在量を制御することにより、基板に届くＡｌ−Ｃ
Ｈ3 又はＡｌ−Ｏの量を制御することができ、最終的に
はエピタキシャル層中に取り込まれる炭素及び酸素の量
を制御することができるためである。従って、例えば、
多層のエピタキシャル層を成長する場合には、その各層
毎に、上流側でＶ族原料ガスに与えるエネルギーを変化
させることにより、エピタキシャル層中の不純物濃度
（炭素、酸素、シリコンなど）を制御することができ
る。
ギーを加減することにより、エピタキシャル層中の不純
物濃度（炭素、酸素、シリコンなど）を制御することが
できる（請求項２）。即ち、ＭＯＶＰＥ法によるIII −
Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長に際し、Ｖ
族原料の分解効率を意図的に変化させることで、成長に
寄与するＶ族ラジカルの成長領域での存在量を制御し、
エピタキシャル層中の不純物濃度を制御することができ
る。これは、Ｖ族ラジカルには有機金属化合物であるＴ
ＭＡのＡｌと炭素又は酸素との結合にアタックして、そ
の結合を切る働きがあるため、Ｖ族ラジカルの成長領域
での存在量を制御することにより、基板に届くＡｌ−Ｃ
Ｈ3 又はＡｌ−Ｏの量を制御することができ、最終的に
はエピタキシャル層中に取り込まれる炭素及び酸素の量
を制御することができるためである。従って、例えば、
多層のエピタキシャル層を成長する場合には、その各層
毎に、上流側でＶ族原料ガスに与えるエネルギーを変化
させることにより、エピタキシャル層中の不純物濃度
（炭素、酸素、シリコンなど）を制御することができ
る。
【００１７】（３）ここで、前記結晶成長用基板上に成
長させる化合物半導体結晶としてはＡｌＧａＡｓがある
（請求項３）。
長させる化合物半導体結晶としてはＡｌＧａＡｓがある
（請求項３）。
【００１８】（４）また、ＡｌＧａＡｓをエピタキシャ
ル成長する場合、前記III 属原料は、トリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の
メチル基が付いた有機金属化合物とし、前記Ｖ族原料は
アルシン（ＡｓＨ3 ）等の水素化物とすることが好まし
い。
ル成長する場合、前記III 属原料は、トリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等の
メチル基が付いた有機金属化合物とし、前記Ｖ族原料は
アルシン（ＡｓＨ3 ）等の水素化物とすることが好まし
い。
【００１９】例えば、前記III 族原料にＴＭＧ、ＴＭＡ
を、前記Ｖ族原料にＡｓＨ3 を用いる場合、ＡｓＨ3 が
熱又はプラズマによるエネルギーを与えられて分解さ
れ、これによりできる活性化したＡｓＨラジカルが反応
容器内に導入され、成長領域に豊富に存在するようにな
る。この活性化したＡｓＨラジカルが、基板に到達する
有機金属化合物の金属と炭素又は酸素との結合を切り、
エピタキシャル層に取り込まれる炭素及び酸素を効果的
に抑止する。
を、前記Ｖ族原料にＡｓＨ3 を用いる場合、ＡｓＨ3 が
熱又はプラズマによるエネルギーを与えられて分解さ
れ、これによりできる活性化したＡｓＨラジカルが反応
容器内に導入され、成長領域に豊富に存在するようにな
る。この活性化したＡｓＨラジカルが、基板に到達する
有機金属化合物の金属と炭素又は酸素との結合を切り、
エピタキシャル層に取り込まれる炭素及び酸素を効果的
に抑止する。
【００２０】（５）請求項２、３又は４において、前記
Ｖ族原料ガスに加えるエネルギーは、成長領域でのＶ族
ラジカル量が最大になるように制御することができる
（請求項５）。この条件を満足するようにすると、エピ
タキシャル成長層に取り込まれる不純物炭素及び酸素濃
度を最小にすることができる。これは、例えば分解促進
用ヒータの熱によりＶ族原料ガスにエネルギーを加えて
いる場合、そのヒータの温度には最適値が存在し、成長
領域でのＶ族ラジカル量（ＡｓＨラジカル量）はある温
度で最大になるという、本発明者が見い出した現象に根
拠をおくものである（図５参照）。各エピタキシャル層
成長時において、この分解促進用ヒータの温度の最適値
を見つけだし、その分解促進温度に設定してエピタキシ
ャル成長することで、Ｖ族原料であるＡｓＨ3 の使用量
を大幅に低減することができる。
Ｖ族原料ガスに加えるエネルギーは、成長領域でのＶ族
ラジカル量が最大になるように制御することができる
（請求項５）。この条件を満足するようにすると、エピ
タキシャル成長層に取り込まれる不純物炭素及び酸素濃
度を最小にすることができる。これは、例えば分解促進
用ヒータの熱によりＶ族原料ガスにエネルギーを加えて
いる場合、そのヒータの温度には最適値が存在し、成長
領域でのＶ族ラジカル量（ＡｓＨラジカル量）はある温
度で最大になるという、本発明者が見い出した現象に根
拠をおくものである（図５参照）。各エピタキシャル層
成長時において、この分解促進用ヒータの温度の最適値
を見つけだし、その分解促進温度に設定してエピタキシ
ャル成長することで、Ｖ族原料であるＡｓＨ3 の使用量
を大幅に低減することができる。
【００２１】（６）また上記とは別に、原料の成長領域
滞在時間を変化させることで、Ｖ原料の分解効率を制御
することもできる（請求項６）。
滞在時間を変化させることで、Ｖ原料の分解効率を制御
することもできる（請求項６）。
【００２２】（７）次に、本発明のIII −Ｖ族化合物半
導体気相エピタキシャル成長装置は、反応容器内に設置
した結晶成長用基板を加熱し、反応容器内にIII 族原料
ガスとＶ族原料ガスを供給して、結晶成長用基板上に化
合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させるＭＯＶ
ＰＥ法を用いたIII −Ｖ族化合物半導体気相エピタキシ
ャル成長装置において、反応容器内にIII 族原料ガスと
Ｖ族原料ガスを個別に導入する供給路を設けると共に、
そのＶ族原料ガスの供給路の途中に、成長領域でのＶ族
原料ガスの分解を促進するヒータを設けたものである
（請求項７）。
導体気相エピタキシャル成長装置は、反応容器内に設置
した結晶成長用基板を加熱し、反応容器内にIII 族原料
ガスとＶ族原料ガスを供給して、結晶成長用基板上に化
合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長させるＭＯＶ
ＰＥ法を用いたIII −Ｖ族化合物半導体気相エピタキシ
ャル成長装置において、反応容器内にIII 族原料ガスと
Ｖ族原料ガスを個別に導入する供給路を設けると共に、
そのＶ族原料ガスの供給路の途中に、成長領域でのＶ族
原料ガスの分解を促進するヒータを設けたものである
（請求項７）。
【００２３】この成長装置によれば、Ｖ族原料ガスが予
め熱によるエネルギーを与えられて分解され、分解され
たときにできる活性化したＶ族ラジカルが反応容器内に
導入されることにより、成長領域に豊富にＶ族ラジカル
が存在するようになる。この活性化したＶ族ラジカル、
例えばＡｓＨラジカルが、基板に到達する有機金属化合
物の金属と炭素又は酸素との結合を切り、エピタキシャ
ル層に取り込まれる炭素及び酸素を効果的に抑止する。
め熱によるエネルギーを与えられて分解され、分解され
たときにできる活性化したＶ族ラジカルが反応容器内に
導入されることにより、成長領域に豊富にＶ族ラジカル
が存在するようになる。この活性化したＶ族ラジカル、
例えばＡｓＨラジカルが、基板に到達する有機金属化合
物の金属と炭素又は酸素との結合を切り、エピタキシャ
ル層に取り込まれる炭素及び酸素を効果的に抑止する。
【００２４】（８）前記Ｖ族原料ガスの供給路の途中に
前記ヒータを設ける代わりに、成長領域でのＶ族原料ガ
スの分解を促進するプラズマ装置を設けることもできる
（請求項８）。
前記ヒータを設ける代わりに、成長領域でのＶ族原料ガ
スの分解を促進するプラズマ装置を設けることもできる
（請求項８）。
【００２５】この成長装置によれば、Ｖ族原料ガスは予
めプラズマ装置によるエネルギーを与えられてプラズマ
化され、このときにできる活性化したＶ族ラジカルが反
応容器内に導入されるようになり、成長領域にＶ族ラジ
カルが豊富に存在するようになる。この活性化したＶ族
ラジカル、例えばＡｓＨラジカルが、基板に到達する有
機金属化合物の金属と炭素又は酸素との結合を切り、エ
ピタキシャル層に取り込まれる炭素及び酸素を効果的に
抑止する。
めプラズマ装置によるエネルギーを与えられてプラズマ
化され、このときにできる活性化したＶ族ラジカルが反
応容器内に導入されるようになり、成長領域にＶ族ラジ
カルが豊富に存在するようになる。この活性化したＶ族
ラジカル、例えばＡｓＨラジカルが、基板に到達する有
機金属化合物の金属と炭素又は酸素との結合を切り、エ
ピタキシャル層に取り込まれる炭素及び酸素を効果的に
抑止する。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施形態に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００２７】図１は、本発明の気相エピタキシャル成長
方法を実施するためのＭＯＶＰＥ装置、正確には横型Ｍ
ＯＶＰＥ炉を模式化して示した横断面図である。
方法を実施するためのＭＯＶＰＥ装置、正確には横型Ｍ
ＯＶＰＥ炉を模式化して示した横断面図である。
【００２８】同図において、石英製の反応容器１の一方
の側部には、Ｖ族原料ガスの導入口２と、III 族原料ガ
スの導入口３とが別々に設けられ、また反応容器１の他
方の側部には、１つの排気口４がそれぞれ設けられてい
る。
の側部には、Ｖ族原料ガスの導入口２と、III 族原料ガ
スの導入口３とが別々に設けられ、また反応容器１の他
方の側部には、１つの排気口４がそれぞれ設けられてい
る。
【００２９】反応容器１内には、エピタキシャル成長さ
せる結晶成長用基板としてのＧａＡｓ基板５が、ＳｉＣ
で被覆されたカーボン製のサセプタ６上に載置されてい
る。サセプタ６及びＧａＡｓ基板５は、この例では静止
状態として示してあるが、支持棒で支持してモータによ
り回転するのが好ましい。ＧａＡｓ基板５は、加熱手段
としてサセプタ６の下部に設けたヒータ７により加熱さ
れる。しかし、ＧａＡｓ基板５の加熱手段としては、反
応容器１の外周に巻回したＲＦ（高周波）コイルにより
加熱してもよい。なお、反応容器１は図示してない冷却
ジャケットを有する。
せる結晶成長用基板としてのＧａＡｓ基板５が、ＳｉＣ
で被覆されたカーボン製のサセプタ６上に載置されてい
る。サセプタ６及びＧａＡｓ基板５は、この例では静止
状態として示してあるが、支持棒で支持してモータによ
り回転するのが好ましい。ＧａＡｓ基板５は、加熱手段
としてサセプタ６の下部に設けたヒータ７により加熱さ
れる。しかし、ＧａＡｓ基板５の加熱手段としては、反
応容器１の外周に巻回したＲＦ（高周波）コイルにより
加熱してもよい。なお、反応容器１は図示してない冷却
ジャケットを有する。
【００３０】Ｖ族原料ガスの導入口２とIII 族原料ガス
の導入口３には、それぞれＶ族原料ガスの供給路８とII
I 族原料ガスの供給路９が接続されている。このうち、
Ｖ族原料ガスの供給路８の途中には、成長領域でのＶ族
原料ガスの分解を促進するためのヒータ（分解促進ヒー
タ）１０が設けられている。この分解促進ヒータ１０
は、Ｖ族原料ガスに分解促進用のエネルギーを加える手
段として機能するもので、ここでのヒータには発熱線を
用いているが、ＲＦコイルにより高周波加熱する高周波
加熱装置を用いることもできる。またＶ族原料ガスに分
解促進用のエネルギーを加える手段としては、このよう
なヒータの他、プラズマ化によりエネルギーを与えるプ
ラズマ装置を用いることもできる。
の導入口３には、それぞれＶ族原料ガスの供給路８とII
I 族原料ガスの供給路９が接続されている。このうち、
Ｖ族原料ガスの供給路８の途中には、成長領域でのＶ族
原料ガスの分解を促進するためのヒータ（分解促進ヒー
タ）１０が設けられている。この分解促進ヒータ１０
は、Ｖ族原料ガスに分解促進用のエネルギーを加える手
段として機能するもので、ここでのヒータには発熱線を
用いているが、ＲＦコイルにより高周波加熱する高周波
加熱装置を用いることもできる。またＶ族原料ガスに分
解促進用のエネルギーを加える手段としては、このよう
なヒータの他、プラズマ化によりエネルギーを与えるプ
ラズマ装置を用いることもできる。
【００３１】図１に示す横型ＭＯＶＰＥ炉の成長装置で
は、ＧａＡｓから成る成長用基板５をサセプタ６上にほ
ぼ水平にして載せ、反応容器１の横方向から原料を混合
したキャリアガスを流して基板面上で該基板面とほぼ平
行なガス流をつくり、ＧａＡｓ基板５をヒータ７で加熱
することにより、ＧａＡｓ基板５上にＡｌＧａＡｓ化合
物半導体薄膜を成長させる。
は、ＧａＡｓから成る成長用基板５をサセプタ６上にほ
ぼ水平にして載せ、反応容器１の横方向から原料を混合
したキャリアガスを流して基板面上で該基板面とほぼ平
行なガス流をつくり、ＧａＡｓ基板５をヒータ７で加熱
することにより、ＧａＡｓ基板５上にＡｌＧａＡｓ化合
物半導体薄膜を成長させる。
【００３２】その際、反応容器１には、III 族原料を混
合したキャリアガス（Ｈ2 ）が供給される一方、Ｖ族原
料のＡｓＨ3 を混合したキャリアガス（Ｈ2 ）が分解促
進ヒータ１０を通して供給される。即ち、Ｖ族原料のＡ
ｓＨ3 については分解促進ヒータ１０により加熱され、
分解が適度に促進されたガスが供給され、従って反応容
器１内は、外部から導入されたＡｓＨラジカル及び反応
容器１内での分解によってできたＡｓＨラジカルが豊富
に存在することになる。このＡｓＨラジカルは、ＧａＡ
ｓ基板５の表面に達する有機金属化合物の金属と有機基
との間の結合、及び有機金属化合物の金属と炭素又は酸
素との間の結合、例えばＡｌ−Ｃ及びＡｌ−Ｏの結合を
強制的に切断するため、III 属とＶ族の有機金属化合物
の組み合わせでも、エピタキシャル層中に取り込まれる
炭素及び酸素を大幅に抑止でき、高純度なエピタキシャ
ル層の成長が可能になる。
合したキャリアガス（Ｈ2 ）が供給される一方、Ｖ族原
料のＡｓＨ3 を混合したキャリアガス（Ｈ2 ）が分解促
進ヒータ１０を通して供給される。即ち、Ｖ族原料のＡ
ｓＨ3 については分解促進ヒータ１０により加熱され、
分解が適度に促進されたガスが供給され、従って反応容
器１内は、外部から導入されたＡｓＨラジカル及び反応
容器１内での分解によってできたＡｓＨラジカルが豊富
に存在することになる。このＡｓＨラジカルは、ＧａＡ
ｓ基板５の表面に達する有機金属化合物の金属と有機基
との間の結合、及び有機金属化合物の金属と炭素又は酸
素との間の結合、例えばＡｌ−Ｃ及びＡｌ−Ｏの結合を
強制的に切断するため、III 属とＶ族の有機金属化合物
の組み合わせでも、エピタキシャル層中に取り込まれる
炭素及び酸素を大幅に抑止でき、高純度なエピタキシャ
ル層の成長が可能になる。
【００３３】従って、ＨＥＭＴやＭＥＳＦＥＴ等のデバ
イス用エピタキシャルウェハの成長において必要な高純
度のバッファ層を経済性よく成長できるようになる。
イス用エピタキシャルウェハの成長において必要な高純
度のバッファ層を経済性よく成長できるようになる。
【００３４】なお、図１に矢印で示すように、反応容器
１内において形成されるＶ族原料ガスの流れ１１と、II
I 族原料ガスの流れ１２とは、反応容器１内における流
れの上流側に存在するように設けたセパレータ１３によ
り、反応容器１でＧａＡｓ基板５の直前まで区分され
る。これは、反応容器１内に導入されるＶ族原料ガスと
III 族原料ガスとをＧａＡｓ基板５近傍まで区分して保
持することにより、上記ＡｓＨラジカルがＴＭＡのＡｌ
と炭素又は酸素との結合にアタックして、その結合を切
る作用を営む場所を、成長領域たるＧａＡｓ基板５上に
定めるようにするためである。
１内において形成されるＶ族原料ガスの流れ１１と、II
I 族原料ガスの流れ１２とは、反応容器１内における流
れの上流側に存在するように設けたセパレータ１３によ
り、反応容器１でＧａＡｓ基板５の直前まで区分され
る。これは、反応容器１内に導入されるＶ族原料ガスと
III 族原料ガスとをＧａＡｓ基板５近傍まで区分して保
持することにより、上記ＡｓＨラジカルがＴＭＡのＡｌ
と炭素又は酸素との結合にアタックして、その結合を切
る作用を営む場所を、成長領域たるＧａＡｓ基板５上に
定めるようにするためである。
【００３５】ＭＯＶＰＥ法によって半導体レーザのＡｌ
0.45ＧａＡｓクラッド層を結晶成長した例について説明
する。
0.45ＧａＡｓクラッド層を結晶成長した例について説明
する。
【００３６】通常、半導体レーザのクラッド層にはＡｌ
0.45ＧａＡｓ層が用いられている。ＭＯＶＰＥ法による
ＡｌＧａＡｓ層の成長では、Ａｌ組成が高くなるほど膜
中の不純物炭素及び酸素濃度は増加してしまい、上記ク
ラッド層のようにＡｌ組成の高いＡｌ0.45ＧａＡｓ層成
長の際は、不純物炭素及び酸素の低減の為に、Ｖ／III
比をかなり高くする必要がある。
0.45ＧａＡｓ層が用いられている。ＭＯＶＰＥ法による
ＡｌＧａＡｓ層の成長では、Ａｌ組成が高くなるほど膜
中の不純物炭素及び酸素濃度は増加してしまい、上記ク
ラッド層のようにＡｌ組成の高いＡｌ0.45ＧａＡｓ層成
長の際は、不純物炭素及び酸素の低減の為に、Ｖ／III
比をかなり高くする必要がある。
【００３７】図３に、上記横型ＭＯＶＰＥ炉を用い、成
長温度（基板温度）７００度で成長したアンドープＡｌ
0.45ＧａＡｓ層中の不純物炭表濃度及び酸素濃度のＶ／
III比依存性を示す。不純物炭素及び酸素濃度は二次イ
オン質量分析（ＳＩＭＳ分析）法によって測定したもの
である。
長温度（基板温度）７００度で成長したアンドープＡｌ
0.45ＧａＡｓ層中の不純物炭表濃度及び酸素濃度のＶ／
III比依存性を示す。不純物炭素及び酸素濃度は二次イ
オン質量分析（ＳＩＭＳ分析）法によって測定したもの
である。
【００３８】半導体レーザのクラッド層の炭素及び酸素
は、レーザの特性（特にしきい電流、出力）に悪影響を
与えることが知られている。高品質な半導体レーザを得
るためには、クラッド層の炭素及び酸素濃度をそれぞれ
５×１０16cm-3、７×１０16cm-3以下にすることが必要
であると言われている。従って、図３に示したグラフか
ら、クラッド層（Ａｌ0.45ＧａＡｓ層）成長時のＶ／II
I 比は１００以上にする必要があった。
は、レーザの特性（特にしきい電流、出力）に悪影響を
与えることが知られている。高品質な半導体レーザを得
るためには、クラッド層の炭素及び酸素濃度をそれぞれ
５×１０16cm-3、７×１０16cm-3以下にすることが必要
であると言われている。従って、図３に示したグラフか
ら、クラッド層（Ａｌ0.45ＧａＡｓ層）成長時のＶ／II
I 比は１００以上にする必要があった。
【００３９】そこで、本発明では、上記したように、Ｍ
ＯＶＰＥ装置の成長領域上流側にＡｓＨ3 を適度に分解
するための分解促進ヒータ１０を設ける。
ＯＶＰＥ装置の成長領域上流側にＡｓＨ3 を適度に分解
するための分解促進ヒータ１０を設ける。
【００４０】図４に、成長温度（基板温度）７００度
で、分解促進ヒータ１０を８００度にして成長したアン
ドープＡｌ0.45ＧａＡｓ層中の不純物炭素濃度及び酸素
濃度のＶ／III 比依存性を示す。ａは分解促進ヒータ１
０をＯＦＦにしたときの酸素濃度、ｂは分解促進ヒータ
１０をＯＦＦにしたときの炭素濃度、ｃは分解促進ヒー
タ１０をＯＮにしたときの酸素濃度、ｄは分解促進ヒー
タ１０をＯＮにしたときの炭素濃度を示す。
で、分解促進ヒータ１０を８００度にして成長したアン
ドープＡｌ0.45ＧａＡｓ層中の不純物炭素濃度及び酸素
濃度のＶ／III 比依存性を示す。ａは分解促進ヒータ１
０をＯＦＦにしたときの酸素濃度、ｂは分解促進ヒータ
１０をＯＦＦにしたときの炭素濃度、ｃは分解促進ヒー
タ１０をＯＮにしたときの酸素濃度、ｄは分解促進ヒー
タ１０をＯＮにしたときの炭素濃度を示す。
【００４１】この図４のグラフに示す結果から、分解促
進ヒータの作動無し（ヒータＯＦＦ）の場合（曲線ａ，
ｂ）に比べて、分解促進ヒータを作動（ヒータＯＮ）さ
せた場合（曲線ｃ，ｄ）の方が、同じＶ／III 比での不
純物炭素及び酸素濃度が減少していることが分かる。分
解促進ヒータをＯＮさせた曲線ｃ，ｄにおいて、不純物
炭素及び酸素濃度をそれぞれ５×１０16cm-3、７×１０
16cm-3以下にするためのＶ／III 比は６０であり、分解
促進ヒータＯＦＦの場合（曲線ａ，ｂ）に比べてＡｓＨ
3 の使用量が４０％も低減できている。
進ヒータの作動無し（ヒータＯＦＦ）の場合（曲線ａ，
ｂ）に比べて、分解促進ヒータを作動（ヒータＯＮ）さ
せた場合（曲線ｃ，ｄ）の方が、同じＶ／III 比での不
純物炭素及び酸素濃度が減少していることが分かる。分
解促進ヒータをＯＮさせた曲線ｃ，ｄにおいて、不純物
炭素及び酸素濃度をそれぞれ５×１０16cm-3、７×１０
16cm-3以下にするためのＶ／III 比は６０であり、分解
促進ヒータＯＦＦの場合（曲線ａ，ｂ）に比べてＡｓＨ
3 の使用量が４０％も低減できている。
【００４２】また、図４のグラフは、ＭＯＶＰＥ法によ
るIII −Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長に
際し、Ｖ族原料の流れの成長領域より上流側でエネルギ
ー（熱、プラズマなど）を加えることによって、Ｖ族原
料（アルシン、ホスフィンなど）の分解効率を意図的に
変化させることで、成長に寄与するＶ族ラジカルの成長
領域での存在量を制御し、エピタキシャル層中の不純物
濃度などを制御することができることを示している。
るIII −Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長に
際し、Ｖ族原料の流れの成長領域より上流側でエネルギ
ー（熱、プラズマなど）を加えることによって、Ｖ族原
料（アルシン、ホスフィンなど）の分解効率を意図的に
変化させることで、成長に寄与するＶ族ラジカルの成長
領域での存在量を制御し、エピタキシャル層中の不純物
濃度などを制御することができることを示している。
【００４３】次に、成長温度（基板温度）７００度、Ｖ
／III 比６０でエピタキシャル成長したアンドープＡｌ
0.45ＧａＡｓ層中の不純物炭素濃度及び酸素濃度の分解
促進ヒータ温度依存性を調べた。この結果を図５に示
す。図５の横軸は分解促進ヒータ１０の温度（℃）、ま
た縦軸はこのアンドープＡｌ0.45ＧａＡｓ層中の不純物
炭素濃度及び不純物酸素濃度（cm-3）である。図中点線
は不純物炭素濃度の曲線であり、実線は不純物酸素濃度
の曲線である。両曲線とも、下側に凸の曲線となってお
り、その両者の曲線の谷部の最下点は同じ温度（約１０
００度）で生じている。
／III 比６０でエピタキシャル成長したアンドープＡｌ
0.45ＧａＡｓ層中の不純物炭素濃度及び酸素濃度の分解
促進ヒータ温度依存性を調べた。この結果を図５に示
す。図５の横軸は分解促進ヒータ１０の温度（℃）、ま
た縦軸はこのアンドープＡｌ0.45ＧａＡｓ層中の不純物
炭素濃度及び不純物酸素濃度（cm-3）である。図中点線
は不純物炭素濃度の曲線であり、実線は不純物酸素濃度
の曲線である。両曲線とも、下側に凸の曲線となってお
り、その両者の曲線の谷部の最下点は同じ温度（約１０
００度）で生じている。
【００４４】この図５の曲線から、不純物炭素及び酸素
濃度を最小にするような分解促進ヒータ温度の最適値、
つまり曲線の谷部の最下点（この場合約１０００度）が
あることが分かる。この分解促進ヒータ１０の温度の最
適値つまり曲線の谷部の最下点においては、成長領域で
のＡｓＨラジカル量が最大になっているものと思われ
る。分解促進ヒータ１０の温度がこの最適値から外れ
て、最適値以下の温度となった場合には不純物濃度が増
加しているが、これはＡｓＨ3 の分解の不足が原因で、
成長領域でのＡｓＨラジカル量が不足しているためと考
えられる。また、分解促進ヒータ１０の温度が最適値以
上に上昇した時にも不純物濃度が増加しているが、これ
は、ＡｓＨ3 の分解が促進しすぎて、成長領域でのＡｓ
Ｈラジカル量が不足していると考えられる。
濃度を最小にするような分解促進ヒータ温度の最適値、
つまり曲線の谷部の最下点（この場合約１０００度）が
あることが分かる。この分解促進ヒータ１０の温度の最
適値つまり曲線の谷部の最下点においては、成長領域で
のＡｓＨラジカル量が最大になっているものと思われ
る。分解促進ヒータ１０の温度がこの最適値から外れ
て、最適値以下の温度となった場合には不純物濃度が増
加しているが、これはＡｓＨ3 の分解の不足が原因で、
成長領域でのＡｓＨラジカル量が不足しているためと考
えられる。また、分解促進ヒータ１０の温度が最適値以
上に上昇した時にも不純物濃度が増加しているが、これ
は、ＡｓＨ3 の分解が促進しすぎて、成長領域でのＡｓ
Ｈラジカル量が不足していると考えられる。
【００４５】そこで、アンドープＡｌ0.45ＧａＡｓ層の
成長時において、分解促進ヒータ１０の温度を、この最
適値である１０００℃に設定して、アンドープＡｌ0.45
ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長したところ、Ｖ族原料
であるＡｓＨ3 の使用量を大幅に低減することができ
た。多層である場合の各エピタキシャル層の成長時にお
いても同様であり、該当する層の成長時の分解促進ヒー
タ１０の温度の最適値を見つけだし、その温度に設定し
てＡｌ0.45ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長すること
で、Ｖ族原料であるＡｓＨ3 の使用量を大幅に低減する
ことができる。
成長時において、分解促進ヒータ１０の温度を、この最
適値である１０００℃に設定して、アンドープＡｌ0.45
ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長したところ、Ｖ族原料
であるＡｓＨ3 の使用量を大幅に低減することができ
た。多層である場合の各エピタキシャル層の成長時にお
いても同様であり、該当する層の成長時の分解促進ヒー
タ１０の温度の最適値を見つけだし、その温度に設定し
てＡｌ0.45ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長すること
で、Ｖ族原料であるＡｓＨ3 の使用量を大幅に低減する
ことができる。
【００４６】このように、成長領域でのＡｓＨラジカル
量が最大となるように、流れ上流側でＶ族原料ガスのＡ
ｓＨ3 に最適なエネルギーを与えることで、結果的に成
長領域でのＡｓＨラジカル量を最大にし、不純物炭素及
び酸素濃度を低減することができ、また、これによって
ＡｓＨ3 供給量を増加させることなく、不純物炭素濃度
及び不純物酸素濃度を低減することが実現できる。
量が最大となるように、流れ上流側でＶ族原料ガスのＡ
ｓＨ3 に最適なエネルギーを与えることで、結果的に成
長領域でのＡｓＨラジカル量を最大にし、不純物炭素及
び酸素濃度を低減することができ、また、これによって
ＡｓＨ3 供給量を増加させることなく、不純物炭素濃度
及び不純物酸素濃度を低減することが実現できる。
【００４７】上記実施形態では、横型ＭＯＶＰＥ炉によ
る場合を例にして説明したが、本発明は、このような原
料ガスの流れが基板面と略平行となる型式の炉に限ら
ず、図６に示すような縦型ＭＯＶＰＥ炉を用いることも
できる。
る場合を例にして説明したが、本発明は、このような原
料ガスの流れが基板面と略平行となる型式の炉に限ら
ず、図６に示すような縦型ＭＯＶＰＥ炉を用いることも
できる。
【００４８】図６において、縦型の石英製反応容器２１
の上部にＶ族原料ガスの導入口２びIII 族原料ガスの導
入口３が独立に設けられ、下部周囲に排気口４がそれぞ
れ設けられる。反応容器２１内には、エピタキシャル成
長させる結晶成長用基板５を支持するＳｉＣで被覆され
たカーボン製のサセプタが設置される。このサセプタ及
び基板５は、ここでは静止状態のものとして示してある
が、支持棒で支持してモータにより回転するのが好まし
い。基板５は、加熱手段である反応容器２１の下部のヒ
ータ７又は反応容器２１の周囲に巻回した図示してない
ＲＦコイルにより加熱される。なお、反応容器２１は、
図示してない冷却ジャケットを有し、冷却水によって冷
却される。
の上部にＶ族原料ガスの導入口２びIII 族原料ガスの導
入口３が独立に設けられ、下部周囲に排気口４がそれぞ
れ設けられる。反応容器２１内には、エピタキシャル成
長させる結晶成長用基板５を支持するＳｉＣで被覆され
たカーボン製のサセプタが設置される。このサセプタ及
び基板５は、ここでは静止状態のものとして示してある
が、支持棒で支持してモータにより回転するのが好まし
い。基板５は、加熱手段である反応容器２１の下部のヒ
ータ７又は反応容器２１の周囲に巻回した図示してない
ＲＦコイルにより加熱される。なお、反応容器２１は、
図示してない冷却ジャケットを有し、冷却水によって冷
却される。
【００４９】Ｖ族原料ガスの導入口２とIII 族原料ガス
の導入口３にはそれぞれＶ族原料ガスの供給路８とIII
族原料ガスの供給路９が接続されており、このうち、Ｖ
族原料ガスの供給路８の途中には、Ｖ族原料ガスに分解
促進用エネルギーを加え、成長領域でのＶ族原料ガスの
分解を促進する手段として分解促進ヒータ１０が設けら
れている。この分解促進ヒータ１０は、ここでは発熱線
を用いているが、高周波加熱装置を用いることもでき
る。またＶ族原料ガスに分解促進用のエネルギーを加え
る手段としては、このようなヒータの代わりにプラズマ
装置を設けることもできる。
の導入口３にはそれぞれＶ族原料ガスの供給路８とIII
族原料ガスの供給路９が接続されており、このうち、Ｖ
族原料ガスの供給路８の途中には、Ｖ族原料ガスに分解
促進用エネルギーを加え、成長領域でのＶ族原料ガスの
分解を促進する手段として分解促進ヒータ１０が設けら
れている。この分解促進ヒータ１０は、ここでは発熱線
を用いているが、高周波加熱装置を用いることもでき
る。またＶ族原料ガスに分解促進用のエネルギーを加え
る手段としては、このようなヒータの代わりにプラズマ
装置を設けることもできる。
【００５０】図６に示す縦型ＭＯＶＰＥ炉の成長装置で
は、縦型の反応容器２１内の図示してないサセプタの平
坦な上面にＧａＡｓ基板５を載せ、反応容器２１の上端
からIII 族原料のＴＭＧ、ＴＭＡを混合したキャリアガ
ス（Ｈ2 ）及びＶ族原料ガスのＡｓＨ3 を混合したキャ
リアガス（Ｈ2 ）を別々に導入させ、それらを加熱した
ＧａＡｓ基板５上に流下させることにより、基板面上に
高純度のＡｌＧａＡｓ薄膜を成長させる。
は、縦型の反応容器２１内の図示してないサセプタの平
坦な上面にＧａＡｓ基板５を載せ、反応容器２１の上端
からIII 族原料のＴＭＧ、ＴＭＡを混合したキャリアガ
ス（Ｈ2 ）及びＶ族原料ガスのＡｓＨ3 を混合したキャ
リアガス（Ｈ2 ）を別々に導入させ、それらを加熱した
ＧａＡｓ基板５上に流下させることにより、基板面上に
高純度のＡｌＧａＡｓ薄膜を成長させる。
【００５１】この成長時において、Ｖ族原料のＡｓＨ3
を混合したキャリアガス（Ｈ2 ）が分解促進ヒータ１０
を通して供給される。このＶ族原料のＡｓＨ3 は分解促
進ヒータ１０により加熱され分解が適度に促進されてい
るため、反応容器２１内は、導入されたＡｓＨラジカル
及び反応容器２１内での分解によってできたＡｓＨラジ
カルが豊富に存在することになる。このＡｓＨラジカル
は、ＧａＡｓ基板５の表面に達する有機金属化合物の金
属Ａｌと炭素又は酸素との間の結合を強制的に切断する
働きをするため、エピタキシャル層中に取り込まれる炭
素が大幅に抑止でき、高純度なエピタキシャル層の成長
が可能になる。
を混合したキャリアガス（Ｈ2 ）が分解促進ヒータ１０
を通して供給される。このＶ族原料のＡｓＨ3 は分解促
進ヒータ１０により加熱され分解が適度に促進されてい
るため、反応容器２１内は、導入されたＡｓＨラジカル
及び反応容器２１内での分解によってできたＡｓＨラジ
カルが豊富に存在することになる。このＡｓＨラジカル
は、ＧａＡｓ基板５の表面に達する有機金属化合物の金
属Ａｌと炭素又は酸素との間の結合を強制的に切断する
働きをするため、エピタキシャル層中に取り込まれる炭
素が大幅に抑止でき、高純度なエピタキシャル層の成長
が可能になる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような優れた効果が得られる。
のような優れた効果が得られる。
【００５３】（１）請求項１〜８に記載の発明によれ
ば、反応容器内に、予め熱又はプラズマ等によるエネル
ギーを加えたＶ族原料ガスを、III 族原料ガスとは別に
供給し、成長領域でのＶ族原料の分解を促進させている
ので、活性化したＶ族ラジカル、例えばＡｓＨ3 が分解
されるときにできるＡｓＨラジカルが成長領域に豊富に
存在するようになる。この成長炉中に豊富に存在するＡ
ｓＨラジカルが、不足することなく、基板に到達する有
機金属化合物の金属と炭素又は酸素との結合を切るの
で、エピタキシャル層に取り込まれる炭素及び酸素を効
果的に抑止することができる。このため、高純度のIII
−Ｖ族化合物半導体を気相エピタキシャル成長すること
ができる。しかも、Ｖ族水素化物のモル比を大きくする
ことなく、必要な量の活性化したＡｓＨラジカルを反応
容器内の成長領域に得ることができるので、Ｖ族原料の
原料効率が良くなる。
ば、反応容器内に、予め熱又はプラズマ等によるエネル
ギーを加えたＶ族原料ガスを、III 族原料ガスとは別に
供給し、成長領域でのＶ族原料の分解を促進させている
ので、活性化したＶ族ラジカル、例えばＡｓＨ3 が分解
されるときにできるＡｓＨラジカルが成長領域に豊富に
存在するようになる。この成長炉中に豊富に存在するＡ
ｓＨラジカルが、不足することなく、基板に到達する有
機金属化合物の金属と炭素又は酸素との結合を切るの
で、エピタキシャル層に取り込まれる炭素及び酸素を効
果的に抑止することができる。このため、高純度のIII
−Ｖ族化合物半導体を気相エピタキシャル成長すること
ができる。しかも、Ｖ族水素化物のモル比を大きくする
ことなく、必要な量の活性化したＡｓＨラジカルを反応
容器内の成長領域に得ることができるので、Ｖ族原料の
原料効率が良くなる。
【００５４】よって、本発明によれば、III −Ｖ族化合
物半導体の気相エピタキシャル成長において、Ｖ族原料
をこれまでのように大量に使用することなく、不純物濃
度の低い高純度な結晶を経済的に成長することができ
る。
物半導体の気相エピタキシャル成長において、Ｖ族原料
をこれまでのように大量に使用することなく、不純物濃
度の低い高純度な結晶を経済的に成長することができ
る。
【００５５】（２）請求項２に記載の発明によれば、Ｖ
族原料ガスに加えるエネルギーを加減することにより、
エピタキシャル層中の不純物濃度を制御するようにした
ので、例えば、Ｖ族原料の分解効率を意図的に変化させ
ることで、成長に寄与するＶ族ラジカルの成長領域での
存在量を制御し、エピタキシャル層中の不純物濃度を制
御することができる。また、多層のエピタキシャル層を
成長する場合には、その各層毎に、上流側でＶ族原料ガ
スに与えるエネルギーを変化させることにより、エピタ
キシャル層中の不純物濃度を制御することができる。
族原料ガスに加えるエネルギーを加減することにより、
エピタキシャル層中の不純物濃度を制御するようにした
ので、例えば、Ｖ族原料の分解効率を意図的に変化させ
ることで、成長に寄与するＶ族ラジカルの成長領域での
存在量を制御し、エピタキシャル層中の不純物濃度を制
御することができる。また、多層のエピタキシャル層を
成長する場合には、その各層毎に、上流側でＶ族原料ガ
スに与えるエネルギーを変化させることにより、エピタ
キシャル層中の不純物濃度を制御することができる。
【００５６】（３）請求項３に記載の発明によれば、結
晶成長用基板上に成長させる化合物半導体結晶をＡｌＧ
ａＡｓとしたので、不純物炭素及び不純物酸素の取り込
みが有効に阻止された高純度のＡｌＧａＡｓエピタキシ
ャル層を経済的に成長させることができる。
晶成長用基板上に成長させる化合物半導体結晶をＡｌＧ
ａＡｓとしたので、不純物炭素及び不純物酸素の取り込
みが有効に阻止された高純度のＡｌＧａＡｓエピタキシ
ャル層を経済的に成長させることができる。
【００５７】（４）請求項４に記載の発明によれば、II
I 属原料をメチル基が付いた有機金属化合物とし、前記
Ｖ族原料をＡｓＨ3 等の水素化物としたので、有機金属
化合物の金属と有機基との結合を切る働きをする豊富な
ＡｓＨラジカルの存在により、上記不純物炭素及び不純
物酸素の取り込みが有効に阻止された高純度のＡｌＧａ
Ａｓエピタキシャル層を経済的に成長させることができ
る。
I 属原料をメチル基が付いた有機金属化合物とし、前記
Ｖ族原料をＡｓＨ3 等の水素化物としたので、有機金属
化合物の金属と有機基との結合を切る働きをする豊富な
ＡｓＨラジカルの存在により、上記不純物炭素及び不純
物酸素の取り込みが有効に阻止された高純度のＡｌＧａ
Ａｓエピタキシャル層を経済的に成長させることができ
る。
【００５８】（５）請求項５に記載の発明によれば、前
記Ｖ族原料ガスに加えるエネルギーを、成長領域でのＶ
族ラジカル量を最大になるように制御するので、エピタ
キシャル成長層に取り込まれる不純物炭素及び酸素濃度
を最小にすることができ、これによりＶ族原料であるＡ
ｓＨ3 の使用量を大幅に低減することができる。
記Ｖ族原料ガスに加えるエネルギーを、成長領域でのＶ
族ラジカル量を最大になるように制御するので、エピタ
キシャル成長層に取り込まれる不純物炭素及び酸素濃度
を最小にすることができ、これによりＶ族原料であるＡ
ｓＨ3 の使用量を大幅に低減することができる。
【００５９】（６）請求項６に記載の発明によれば、原
料の成長領域滞在時間を変化させることで、Ｖ族原料の
分解効率を制御するようにしたので、上記とは別に、エ
ピタキシャル成長層に取り込まれる不純物炭素及び酸素
濃度の制御を行うことができる。
料の成長領域滞在時間を変化させることで、Ｖ族原料の
分解効率を制御するようにしたので、上記とは別に、エ
ピタキシャル成長層に取り込まれる不純物炭素及び酸素
濃度の制御を行うことができる。
【図１】本発明の気相エピタキシャル成長装置である横
型ＭＯＶＰＥ炉を模式化して示した横断面図である。
型ＭＯＶＰＥ炉を模式化して示した横断面図である。
【図２】ＭＯＶＰＥ法で成長したＡｌＧａＡｓ層中での
不純物炭素及び酸素混入のメカニズムを説明するための
図である。
不純物炭素及び酸素混入のメカニズムを説明するための
図である。
【図３】アンドープＡｌＧａＡｓ中の不純物炭素及び酸
素濃度のＶ／III 比依存性を示した図である。
素濃度のＶ／III 比依存性を示した図である。
【図４】分解促進ヒータによりＶ族原料ガスを加熱した
際のアンドープＡｌＧａＡｓ中の不純物炭素及び酸素濃
度のＶ／III 比依存性を示した図である。
際のアンドープＡｌＧａＡｓ中の不純物炭素及び酸素濃
度のＶ／III 比依存性を示した図である。
【図５】アンドープＡｌＧａＡｓ中の不純物炭素及び酸
素濃度の分解促進ヒータ温度依存性を示した図である。
素濃度の分解促進ヒータ温度依存性を示した図である。
【図６】本発明の気相エピタキシャル成長装置である縦
型ＭＯＶＰＥ炉を模式化して示した横断面図である。
型ＭＯＶＰＥ炉を模式化して示した横断面図である。
１ 反応容器 ２ Ｖ族原料ガスの導入口 ３ III 族原料ガスの導入口 ４ 排気口 ５ ＧａＡｓ基板 ６ サセプタ ７ ヒータ ８ Ｖ族原料ガスの供給路 ９ III 族原料ガスの供給路 １０ 分解促進ヒータ １１ Ｖ族原料ガスの流れ １２ III 族原料ガスの流れ １３ セパレータ ２１ 反応容器
Claims (8)
- 【請求項１】反応容器内に設置した結晶成長用基板を加
熱し、反応容器内にIII 族原料ガスとＶ族原料ガスを供
給して結晶成長用基板上に化合物半導体結晶を気相エピ
タキシャル成長させるＭＯＶＰＥ法を用いたIII −Ｖ族
化合物半導体気相エピタキシャル成長方法において、前
記反応容器内に、予め熱又はプラズマ等によるエネルギ
ーを加えたＶ族原料ガスを、III 族原料ガスとは別に供
給し、成長領域でのＶ族原料の分解を促進させることを
特徴とするIII −Ｖ族化合物半導体気相エピタキシャル
成長方法。 - 【請求項２】前記Ｖ族原料ガスに加えるエネルギーを加
減することにより、エピタキシャル層中の不純物濃度を
制御することを特徴とする請求項１記載のIII −Ｖ族化
合物半導体気相エピタキシャル成長方法。 - 【請求項３】前記結晶成長用基板上に成長させる化合物
半導体結晶はＡｌＧａＡｓであることを特徴とする請求
項１又は２記載のIII −Ｖ族化合物半導体気相エピタキ
シャル成長方法。 - 【請求項４】前記III 族原料はメチル基が付いた有機金
属化合物とし、前記Ｖ族原料はアルシン等の水素化物と
することを特徴とする請求項３記載のIII −Ｖ族化合物
半導体気相エピタキシャル成長方法。 - 【請求項５】前記Ｖ族原料ガスに加えるエネルギーを、
成長領域でのＶ族ラジカル量が最大になるように制御す
ることを特徴とする請求項２、３又は４記載のIII −Ｖ
族化合物半導体気相エピタキシャル成長方法。 - 【請求項６】原料の成長領域滞在時間を変化させること
で、Ｖ族原料の分解効率を制御することを特徴とする請
求項１記載のIII −Ｖ族化合物半導体気相エピタキシャ
ル成長方法。 - 【請求項７】反応容器内に設置した結晶成長用基板を加
熱し、反応容器内にIII 族原料ガスとＶ族原料ガスを供
給して結晶成長用基板上に化合物半導体結晶を気相エピ
タキシャル成長させるＭＯＶＰＥ法を用いたIII −Ｖ族
化合物半導体気相エピタキシャル成長装置において、反
応容器内にIII 族原料ガスとＶ族原料ガスを個別に導入
する供給路を設けると共に、そのＶ族原料ガスの供給路
の途中に、成長領域でのＶ族原料ガスの分解を促進する
ヒータを設けたことを特徴とするIII −Ｖ族化合物半導
体気相エピタキシャル成長装置。 - 【請求項８】前記Ｖ族原料ガスの供給路の途中に前記ヒ
ータを設ける代わりに、成長領域でのＶ族原料ガスの分
解を促進するプラズマ装置を設けたことを特徴とする請
求項７記載のIII −Ｖ族化合物半導体気相エピタキシャ
ル成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10195693A JP2000031060A (ja) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体気相エピタキシャル成長方法及び成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10195693A JP2000031060A (ja) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体気相エピタキシャル成長方法及び成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000031060A true JP2000031060A (ja) | 2000-01-28 |
Family
ID=16345435
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10195693A Pending JP2000031060A (ja) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体気相エピタキシャル成長方法及び成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000031060A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006524911A (ja) * | 2003-04-30 | 2006-11-02 | アイクストロン、アーゲー | 一方を前処理した２種のプロセスガスを用いた半導体蒸着プロセス及び装置 |
| US7501352B2 (en) | 2005-03-30 | 2009-03-10 | Tokyo Electron, Ltd. | Method and system for forming an oxynitride layer |
| US7517814B2 (en) | 2005-03-30 | 2009-04-14 | Tokyo Electron, Ltd. | Method and system for forming an oxynitride layer by performing oxidation and nitridation concurrently |
| US7645340B2 (en) | 2002-04-09 | 2010-01-12 | Tokyo University Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd. | Vapor phase growth method for A1-containing III-V group compound semiconductor, and method and device for producing A1-containing III-V group compound semiconductor |
| JP2012009581A (ja) * | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
-
1998
- 1998-07-10 JP JP10195693A patent/JP2000031060A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7645340B2 (en) | 2002-04-09 | 2010-01-12 | Tokyo University Agriculture And Technology Tlo Co., Ltd. | Vapor phase growth method for A1-containing III-V group compound semiconductor, and method and device for producing A1-containing III-V group compound semiconductor |
| JP2006524911A (ja) * | 2003-04-30 | 2006-11-02 | アイクストロン、アーゲー | 一方を前処理した２種のプロセスガスを用いた半導体蒸着プロセス及び装置 |
| JP4700602B2 (ja) * | 2003-04-30 | 2011-06-15 | アイクストロン、アーゲー | 一方を前処理した２種のプロセスガスを用いた半導体蒸着プロセス及び装置 |
| US7501352B2 (en) | 2005-03-30 | 2009-03-10 | Tokyo Electron, Ltd. | Method and system for forming an oxynitride layer |
| US7517814B2 (en) | 2005-03-30 | 2009-04-14 | Tokyo Electron, Ltd. | Method and system for forming an oxynitride layer by performing oxidation and nitridation concurrently |
| JP2012009581A (ja) * | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
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