JP2010238810A - Vapor phase growth method and vapor phase growth device of group iii-v compound semiconductor thin-film crystal - Google Patents

Vapor phase growth method and vapor phase growth device of group iii-v compound semiconductor thin-film crystal Download PDF

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裕之 安藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crystal growth method which enables the growth of a crystal which has excellent interface steepness at a heterojunction interface, in a shower head type MOCVD apparatus with a gas middle chamber. <P>SOLUTION: The crystal growth method which is a vapor phase growth method using an MOCVD apparatus 10, includes a first film formation step of forming a first semiconductor layer in a film formation target substrate 3 by supplying a first group III element gas to a group III system gas middle chamber 23a, a second film formation step of forming a second semiconductor layer in the film formation target substrate 3, and a remaining gas discharge step of performing either of supply steps of increasing the quantity of a group III carrier gas beyond that in the first film formation step and supplying the group III carrier gas to the group III system gas middle chamber 23a when the first group III element gas is different from a second group III element gas, or increasing the quantity of a group V system carrier gas beyond that in the first film formation step and supplying the group V system carrier gas to a group V system gas middle chamber 24a when a first group V element gas is different from a second group V element gas. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば縦型シャワーヘッド型MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等の気相成長装置に関するものである。   The present invention relates to a vapor phase growth apparatus such as a vertical showerhead type MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition).

従来、発光ダイオード及び半導体レーザの製造においては、トリメチルガリウム(TMG)又はトリメチルアルミニウム(TMA)等の有機金属ガスと、アンモニア(NH)、ホスフィン(PH)又はアルシン(AsH)等の水素化合物ガスとを成膜に寄与する反応ガスとして成長室に導入して化合物半導体結晶を成長させるMOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)が用いられている。 Conventionally, in the manufacture of light emitting diodes and semiconductor lasers, organometallic gases such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA) and hydrogen such as ammonia (NH 3 ), phosphine (PH 3 ) or arsine (AsH 3 ). An MOCVD method (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) in which a compound semiconductor crystal is grown by introducing a compound gas into a growth chamber as a reaction gas that contributes to film formation is used.

MOCVD法は、上記の反応ガスを水素等のキャリアガスと共に成長室内に導入して加熱し、所定の基板上で気相反応させることにより、上記基板上に化合物半導体結晶を成長させる方法である。MOCVD法を用いた化合物半導体結晶の製造においては、成長する化合物半導体結晶の品質を向上させながら、コストを抑えて、歩留まりと生産能力とをどのように最大限確保するかという点が常に高く要求されている。   The MOCVD method is a method in which a compound semiconductor crystal is grown on the substrate by introducing the reaction gas together with a carrier gas such as hydrogen into a growth chamber and heating it to cause a gas phase reaction on a predetermined substrate. In the production of compound semiconductor crystals using MOCVD, there is always a high demand for how to secure the maximum yield and production capacity while reducing costs while improving the quality of growing compound semiconductor crystals. Has been.

図6に、MOCVD法に用いられる従来の縦型シャワーヘッド型であるMOCVD装置100の一例の模式的な構成を示す。図6は、MOCVD装置100を示す断面図である。   FIG. 6 shows a schematic configuration of an example of an MOCVD apparatus 100 which is a conventional vertical shower head type used in the MOCVD method. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the MOCVD apparatus 100.

MOCVD装置100においては、反応炉101の内部の成長室111に反応ガス及び不活性ガスを導入するためのガス配管103がガス供給源102および反応炉101の間に接続されている。また、反応炉101内部の成長室111の上部には該成長室111に反応ガス及び不活性ガスを導入するための複数のガス吐出孔を有するシャワープレート110がガス導入部として設置されている。   In the MOCVD apparatus 100, a gas pipe 103 for introducing a reaction gas and an inert gas into a growth chamber 111 inside the reaction furnace 101 is connected between the gas supply source 102 and the reaction furnace 101. In addition, a shower plate 110 having a plurality of gas discharge holes for introducing a reaction gas and an inert gas into the growth chamber 111 is installed as a gas introduction portion above the growth chamber 111 inside the reaction furnace 101.

また、成長室111の下部中央には図示しないアクチュエータによって回転自在の回転軸112が設置され、この回転軸112の先端にはシャワープレート110と対向するようにしてサセプタ108が取り付けられている。上記サセプタ108の下部には該サセプタ108を加熱するためのヒータ109が取り付けられている。   A rotating shaft 112 that can be rotated by an actuator (not shown) is installed at the center of the lower portion of the growth chamber 111, and a susceptor 108 is attached to the tip of the rotating shaft 112 so as to face the shower plate 110. A heater 109 for heating the susceptor 108 is attached to the lower part of the susceptor 108.

さらに、反応炉101の下部には、該反応炉101における内部の成長室111内のガスを外部に排気するためのガス排気部104が設置されている。このガス排気部104は、パージライン105を介して、排気されたガスを無害化するための排ガス処理装置106に接続されている。   Further, a gas exhaust unit 104 for exhausting the gas in the growth chamber 111 inside the reaction furnace 101 to the outside is installed at the lower part of the reaction furnace 101. This gas exhaust unit 104 is connected via a purge line 105 to an exhaust gas treatment device 106 for rendering the exhausted gas harmless.

上記構成の縦型シャワーヘッド型のMOCVD装置100において、化合物半導体結晶を成長させる場合には、まず、サセプタ108に基板107を設置し、回転軸112の回転によりサセプタ108を回転させ、ヒータ109の加熱によりサセプタ108を介して基板107を所定の温度に加熱する。その後、シャワープレート110に形成されている複数のガス吐出孔から反応炉101の内部の成長室111に反応ガス及び不活性ガスを導入する。   In the case of growing a compound semiconductor crystal in the vertical showerhead type MOCVD apparatus 100 having the above configuration, first, the substrate 107 is set on the susceptor 108, the susceptor 108 is rotated by the rotation of the rotating shaft 112, and the heater 109 The substrate 107 is heated to a predetermined temperature via the susceptor 108 by heating. Thereafter, a reactive gas and an inert gas are introduced into the growth chamber 111 inside the reaction furnace 101 from a plurality of gas discharge holes formed in the shower plate 110.

複数の反応ガスを供給して基板107上で反応せしめ薄膜を形成する方法として、従来は、シャワーヘッドの中で複数のガスを混合し、シャワープレート110に多数設けられているガス吐出孔から基板107に反応ガスを吹き出させる方法が採られている。   As a method of forming a thin film by supplying a plurality of reaction gases and reacting them on the substrate 107, conventionally, a plurality of gases are mixed in a shower head, and the substrate is discharged from a plurality of gas discharge holes provided in the shower plate 110. A method in which a reaction gas is blown to 107 is employed.

また、近年では、複数の反応ガスそれぞれに、中間室を設け、この中間室からそれぞれの反応ガスをシャワープレートのガス吐出孔を通して、分離した状態で成長室へ供給する方法が一般的に用いられている。これは、シャワーヘッド内で気相反応が生ずるのを避けるためである。この場合、III 族系ガス吐出孔とV族系ガス吐出孔とは交互に近接配置される。   Further, in recent years, a method is generally used in which an intermediate chamber is provided for each of a plurality of reaction gases, and each reaction gas is supplied from the intermediate chamber to the growth chamber in a separated state through the gas discharge holes of the shower plate. ing. This is to avoid a gas phase reaction in the showerhead. In this case, the group III gas discharge holes and the group V gas discharge holes are alternately arranged close to each other.

図7は、特許文献1に開示された縦型シャワーヘッド型の気相成長装置200を示す断面図である。気相成長装置200では、III 族系ガスの中間室201とV族系ガスの中間室202とが2層上下に配置されており、それぞれのガスが成長室203以外で混合しないように、ガス流路が分離された積層構造が用いられている。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing a vertical showerhead type vapor phase growth apparatus 200 disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. In the vapor phase growth apparatus 200, a group III gas intermediate chamber 201 and a group V gas intermediate chamber 202 are arranged in two layers above and below, so that the gases do not mix outside the growth chamber 203. A laminated structure in which the flow paths are separated is used.

ところで、2種類以上の異なるIII −V族化合物半導体薄膜の積層構造は、いわゆるヘテロ構造と呼ばれ、半導体レーザ、発光ダイオードなどの発光素子、あるいは電界効果トランジスタ、またはヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの電子素子に適用されている。例えば、InGaP/GaAs系は、ヘテロ接合面の再結合速度が小さいなどの理由で最近盛んに研究がなされている。   By the way, a laminated structure of two or more different III-V compound semiconductor thin films is called a so-called heterostructure, and a light emitting element such as a semiconductor laser or a light emitting diode, or an electronic element such as a field effect transistor or a heterojunction bipolar transistor. Has been applied. For example, the InGaP / GaAs system has been actively studied recently for the reason that the recombination speed of the heterojunction surface is low.

特開平8−91989号公報(1996年4月9日公開)JP-A-8-91989 (published on April 9, 1996) 特開2001−93838号公報(2001年4月6日公開)JP 2001-93838 A (released on April 6, 2001)

しかしながら、上記従来のMOCVD法では、III −V族化合物半導体薄膜において急峻なヘテロ接合界面を形成することが困難であるという問題点を有している。   However, the conventional MOCVD method has a problem that it is difficult to form a steep heterojunction interface in the III-V compound semiconductor thin film.

具体的には、InGaP/GaAs系のIII −V族化合物半導体薄膜は、製造過程においてAsおよびPの2種類のV族元素が、ヘテロ接合界面で完全に切り替わる系が用いられ、結晶成長による作製が難しい。例えば、MOCVD法でInGaP/GaAsを作製するためには、Ga反応ガスであるトリメチルガリウム(以下、「TMG」と適宜略す)とAs反応ガスであるアルシン(AsH)とを用いてGaAs膜を形成した後に、TMGとIn反応ガスであるトリメチルインジウム(以下、「TMI」と適宜略す)およびP反応ガスであるホスフィン(PH)を用いてInGaP膜を形成するが、界面においてAs原子とP原子とは混合しやすく、急峻なヘテロ接合界面を形成することが困難である。 Specifically, an InGaP / GaAs III-V compound semiconductor thin film is produced by crystal growth using a system in which two types of group V elements, As and P, are completely switched at the heterojunction interface in the manufacturing process. Is difficult. For example, in order to produce InGaP / GaAs by MOCVD, a GaAs film is formed using trimethyl gallium (hereinafter abbreviated as “TMG” as appropriate) which is a Ga reaction gas and arsine (AsH 3 ) which is an As reaction gas. After the formation, an InGaP film is formed using TMG and trimethylindium (hereinafter abbreviated as “TMI” as appropriate) which is an In reactive gas and phosphine (PH 3 ) which is a P reactive gas. It is easy to mix with atoms and it is difficult to form a steep heterojunction interface.

この混合が発生する原因は、現在よくわかっていないが、InGaPの成長初期において、AsとPとが置換すること等が考えられる。一般的には、ガス置換のための成長中断の温度や、ガス供給のシーケンスの工夫により界面急峻性の改善がなされている(特許文献2)。しかしながら、縦型シャワーヘッド型などの、ガス中間室を有するMOCVD装置に関しては十分な検討がなされていない。   The cause of this mixing is not well understood at present, but it is conceivable that As and P are substituted in the early stage of growth of InGaP. In general, the interface steepness is improved by devising the temperature at which growth is interrupted for gas replacement and the gas supply sequence (Patent Document 2). However, sufficient studies have not been made on the MOCVD apparatus having a gas intermediate chamber such as a vertical shower head type.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、ガス中間室を備えるシャワーヘッド型MOCVD装置において、ヘテロ構造を有する結晶を成膜する際、ヘテロ接合界面の界面急峻性が優れた結晶の成長を可能とする結晶成長方法を提供することにある。また、付随する目的としては、再現性のよい結晶成長を可能とする結晶成長方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a heterojunction interface when a crystal having a heterostructure is formed in a showerhead type MOCVD apparatus having a gas intermediate chamber. An object of the present invention is to provide a crystal growth method capable of growing a crystal having excellent steepness. Another object is to provide a crystal growth method that enables crystal growth with good reproducibility.

上記問題点について原因を解明するため、発明者らが研究を重ねたところ、第1半導体層から第2半導体層の成長を行うために反応ガスを切り替えた際に、ガス中間室内に充満している第1半導体層の反応ガスが完全に抜け切らないまま、第2半導体層の反応ガスが流れこんでしまうことが見出された。さらに検討したところ、2種類の反応ガスを切り替える際に、この2種類の反応ガスが混合された状態で基板上に到達してしまい、ヘテロ接合界面で2種類のガスが混じり合った半導体層が形成されていることが見出された。   In order to elucidate the cause of the above problem, the inventors have conducted research. When the reaction gas is switched to grow the second semiconductor layer from the first semiconductor layer, the gas intermediate chamber is filled. It has been found that the reaction gas of the second semiconductor layer flows in without completely removing the reaction gas of the first semiconductor layer. Further examination revealed that when switching between the two types of reaction gas, the two types of reaction gas are mixed and reach the substrate, and a semiconductor layer in which the two types of gas are mixed at the heterojunction interface is formed. It was found that it was formed.

例えば、InGaP/GaAs系では、GaAsを作製する際のV族元素ガスであるアルシン(AsH)がガス中間室内に残留した状態で、ガス中間室内にInGaP作製のためのV族元素ガスであるホスフィン(PH)を導入すると、AsHおよびPHが混合した状態で成長室へ導入されてしまい、ヘテロ接合界面で残留したAsが、成長中のInGaP結晶中に混入してしまっていた。 For example, in the InGaP / GaAs system, arsine (AsH 3 ), which is a group V element gas for producing GaAs, remains in the gas intermediate chamber, and is a group V element gas for preparing InGaP in the gas intermediate chamber. When phosphine (PH 3 ) was introduced, AsH 3 and PH 3 were mixed and introduced into the growth chamber, and As remaining at the heterojunction interface was mixed into the growing InGaP crystal.

また、ヘテロ接合界面の急峻性が悪いという同様の問題は、III 族元素ガスを切り替えるInGaN/GaN系でも確認された。   A similar problem that the steepness of the heterojunction interface is poor was also confirmed in an InGaN / GaN system that switches a group III element gas.

本発明に係る気相成長方法は、上記課題を解決するために、キャリアガスと共に、III族元素ガスおよびV族元素ガスをそれぞれ分離した状態で成長室へ吐出するガス吐出孔が配設されたシャワープレートと、上記III 族元素ガスおよびIII 族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するIII 族系ガス中間室と、V族元素ガスおよびV族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するV族系ガス中間室と、被成膜基板を収容し、成長室とを備える気相成長装置を用いて、上記被成膜基板に複数層のIII-V族化合物半導体結晶を成膜する気相成長方法であって、第1III 族元素ガスを上記III 族系ガス中間室に供給し、第1V族元素ガスを上記V族系ガス中間室に供給して上記被成膜基板に第1半導体層を形成する第1成膜工程と、第2III 族元素ガスを上記III 族系ガス中間室に供給し、第2V族元素ガスを上記V族系ガス中間室に供給して上記被成膜基板に第2半導体層を形成する第2成膜工程とを含み、上記第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガス、並びに、上記第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスの組み合わせのうち、少なくとも一方の組み合わせに係る元素ガス同士は互いに異なっており、上記第1成膜工程および第2成膜工程の間に、第1III 族元素ガスと第2III 族元素ガスとが異なる場合、III 族用キャリアガスを第1成膜工程よりも増量(増分)してIII 族系ガス中間室へ、または、第1V族元素ガスと第2V族元素ガスとが異なる場合、V族系キャリアガスを第1成膜工程よりも増量してV族系ガス中間室への供給のうち少なくとも一方への供給を行う残留ガス排出工程を含むことを特徴としている。   In order to solve the above problems, the vapor phase growth method according to the present invention is provided with gas discharge holes for discharging the group III element gas and the group V element gas into the growth chamber in a state of being separated from each other together with the carrier gas. A shower plate, a group III gas intermediate chamber for supplying the group III element gas and the group III carrier gas to the gas discharge hole, and a V for supplying the group V element gas and the group V carrier gas to the gas discharge hole. A vapor phase for depositing a plurality of III-V compound semiconductor crystals on the deposition substrate using a vapor phase growth apparatus that includes a group gas intermediate chamber, a deposition substrate, and a growth chamber In the growth method, a first group III element gas is supplied to the group III gas intermediate chamber, a first group V element gas is supplied to the group V gas intermediate chamber, and a first semiconductor layer is formed on the deposition substrate. A first film forming step of forming a second group III element gas, A second film forming step of supplying a group III gas intermediate chamber to the group V gas intermediate chamber and supplying a second group V element gas to the group V gas intermediate chamber to form a second semiconductor layer on the film formation substrate, Among the group III element gas, the group III element gas, and the combination of the group 1 V element gas and the group 2 V element gas, the element gases related to at least one of the combinations are different from each other. If the Group III element gas and the Group III element gas are different between the film process and the second film formation process, the Group III carrier gas is increased (incremented) from the first film formation process to increase the Group III system. Of the supply to the gas intermediate chamber or when the first group V element gas and the second group V element gas are different, the amount of the group V carrier gas is increased from that of the first film forming step. Including a residual gas discharge process to supply at least one It is characterized by that.

上記の発明によれば、第1成膜工程および第2成膜工程にて、異なる元素ガス、すなわち、切り替える元素ガスに係るIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスの少なくとも一方を第1成膜工程よりも増量してガス中間室に供給する。このため、第1成膜工程にて、ガス中間室に残留していた元素ガスを速やかに排出させることができる。これにより、第2成膜工程において、第1成膜工程と異なる元素ガスを供給する際、第2成膜工程にて不要なガスが中間室に残存することを抑制できる。従って、第2成膜工程において、残留したガスが第1半導体層の状態を損ねることなく、成膜を行うことができる。このため、第1結晶膜の状態に悪影響を与えず第2半導体層を形成することができ、第1半導体層と第2半導体層の界面急峻性を向上させることができる。また、均一で、結晶性の良い結晶を再現性よく成長させることが可能である。   According to the above-described invention, in the first film forming step and the second film forming step, at least one of the different element gases, that is, the group III carrier gas and the group V carrier gas related to the element gas to be switched, The amount is increased from the membrane step and supplied to the gas intermediate chamber. For this reason, the element gas remaining in the gas intermediate chamber can be quickly discharged in the first film forming step. Thereby, when supplying an element gas different from the first film formation step in the second film formation step, it is possible to suppress unnecessary gas from remaining in the intermediate chamber in the second film formation step. Therefore, in the second film formation step, film formation can be performed without the remaining gas damaging the state of the first semiconductor layer. Therefore, the second semiconductor layer can be formed without adversely affecting the state of the first crystal film, and the interface steepness between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be improved. In addition, it is possible to grow a uniform crystal with good crystallinity with good reproducibility.

また、本発明に係る気相成長方法では、第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに同一であり、第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに異なり、上記残留ガス排出工程において、上記V族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも増量(増分)してV族系ガス中間室へ供給し、上記III 族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも減量(減分)してIII 族系ガス中間室に供給することが好ましい。   In the vapor phase growth method according to the present invention, the first group III element gas and the second group III element gas are the same, the first group V element gas and the second group V element gas are different from each other, and in the residual gas discharge step, The group V carrier gas is increased (incremented) from the first film formation step and supplied to the group V gas intermediate chamber, and the group III carrier gas is reduced (reduced) than the first film formation step. And is preferably supplied to the group III gas intermediate chamber.

上記のように、第1成膜工程に比較して、III 族用キャリアガスを増量させ、V族用キャリアガスを減量させることによって、成長室2内の被成膜基板3上に供給されるキャリアガスの総流量が過度に増量されることを抑制できる。これによって、結晶をより安定して成長させることができるので、再現性のよい結晶成長が可能となる。   As described above, the group III carrier gas is increased and the group V carrier gas is decreased as compared with the first film formation step, so that the group V carrier gas is supplied onto the film formation substrate 3 in the growth chamber 2. An excessive increase in the total flow rate of the carrier gas can be suppressed. As a result, the crystal can be grown more stably, and crystal growth with good reproducibility becomes possible.

また、本発明に係る気相成長方法では、第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに同一であり、第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに異なり、上記残留ガス排出工程において、上記III 族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも増量してIII 族系ガス中間室へ供給し、上記V族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも減量してV族系ガス中間室へ供給することが好ましい。   In the vapor phase growth method according to the present invention, the first group V element gas and the second group V element gas are the same, the first group III element gas and the second group III element gas are different from each other, and in the residual gas discharge step, The group III carrier gas is supplied to the group III gas intermediate chamber with an amount increased from that of the first film forming step, and the group V carrier gas is reduced from the first film forming step to reduce the group V group gas. It is preferable to supply to the gas intermediate chamber.

上記のように、第1成膜工程に比較して、V族用キャリアガスを増量させ、III 族用キャリアガスを減量させることによって、成長室2内の被成膜基板3上に供給されるガスの総流量が過度に増量されることを抑制できる。これによって、結晶をより安定して成長させることができるので、再現性のよい結晶成長が可能となる。   As described above, the amount of the group V carrier gas is increased and the amount of the group III carrier gas is decreased as compared with the first film forming step, so that the film is supplied onto the film formation substrate 3 in the growth chamber 2. An excessive increase in the total gas flow rate can be suppressed. As a result, the crystal can be grown more stably, and crystal growth with good reproducibility becomes possible.

また、本発明に係る気相成長方法では、上記残留ガス排出工程におけるIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスの総流量が、上記第1成膜工程におけるIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスの総流量と等しいことが好ましい。   In the vapor phase growth method according to the present invention, the total flow rates of the group III carrier gas and the group V carrier gas in the residual gas discharging step are the group III carrier gas and the group V carrier in the first film forming step. It is preferably equal to the total flow rate of the carrier gas.

これにより、第1成膜工程および残留ガス排出工程において、材料ガスの流量は等しい。したがって、残留ガス排出工程において、成長室内部のガスの流れが乱れることを抑制することができ、その状態を保ちつつ第2成膜工程にて第2半導体層を積層することができる。このため、さらに、均一で結晶性のよい結晶を、非常に再現性よく成長させることができる。   Thereby, the flow rates of the material gases are equal in the first film formation step and the residual gas discharge step. Therefore, it is possible to suppress the gas flow in the growth chamber from being disturbed in the residual gas discharge step, and it is possible to stack the second semiconductor layer in the second film formation step while maintaining this state. For this reason, it is possible to further grow a crystal having uniform crystallinity with excellent reproducibility.

また、本発明に係る気相成長装置は、上記課題を解決するために、キャリアガスと共に、III 族元素ガスおよびV族元素ガスをそれぞれ分離した状態で成長室へ吐出するガス吐出孔が配設されたシャワープレートと、上記III 族元素ガスおよびIII 族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するIII 族系ガス中間室と、V族元素ガスおよびV族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するV族系ガス中間室と、被成膜基板を収容し、成長室とを備える気相成長装置において、III 族元素ガス、V族元素ガス、III 族系キャリアガスおよびV族系キャリアガスの流量を制御する制御部が備えられており、上記制御部は、第1III 族元素ガスを上記III 族系ガス中間室に供給し、第1V族元素ガスを上記V族系ガス中間室に供給する第1供給を制御し、上記被成膜基板に第1半導体層が形成された後、第2III 族元素ガスを上記III 族系ガス中間室に供給し、第2V族元素ガスを上記V族系ガス中間室に供給する第2供給を制御し、上記第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガス、並びに、上記第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスの組み合わせのうち、少なくとも一方の組み合わせに係る元素ガス同士は互いに異なっており、上記第1半導体層が形成された後であって、第2供給の前に、第1III 族元素ガスと第2III 族元素ガスとが異なる場合、III 族用キャリアガスを第1供給時よりも増量してIII 族系ガス中間室へ、または、第1V族元素ガスと第2V族元素ガスとが異なる場合、V族系キャリアガスを第1供給時よりも増量してV族系ガス中間室への供給のうち少なくとも一方への供給を行うことを特徴としている。   Further, in order to solve the above problems, the vapor phase growth apparatus according to the present invention is provided with gas discharge holes for discharging the group III element gas and the group V element gas into the growth chamber in a state of being separated from the carrier gas. A shower plate, a group III gas intermediate chamber for supplying the group III element gas and the group III carrier gas to the gas discharge hole, and a group V element gas and a group V carrier gas for supplying the gas discharge hole. In a vapor phase growth apparatus comprising a V group gas intermediate chamber, a deposition substrate and a growth chamber, a group III element gas, a group V element gas, a group III carrier gas, and a group V carrier gas A control unit for controlling the flow rate is provided, and the control unit supplies the group III element gas to the group III gas intermediate chamber and supplies the group V element gas to the group V gas intermediate chamber. Controlling the first supply, above After the first semiconductor layer is formed on the deposition substrate, the second supply for supplying the group III element gas to the group III gas intermediate chamber and supplying the group V element gas to the group V gas intermediate chamber. The element gases related to at least one of the first group III element gas and the second group III element gas and the combination of the first group V element gas and the second group V element gas are different from each other. When the first group III element gas is different from the second group III element gas after the first semiconductor layer is formed and before the second supply, the group III carrier gas is supplied more than in the first supply. Increase the amount to the group III gas intermediate chamber, or if the first group V element gas and the second group V element gas are different, increase the group V carrier gas from the first supply to increase the group V group gas intermediate chamber. Supply to at least one of the supply to It is characterized in that.

上記の発明によれば、第1供給および第2供給にて、異なる元素ガス、すなわち、切り替える元素ガスに係るIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスの少なくとも一方を第1供給時よりも増量してガス中間室に供給する。このため、第1供給にて、ガス中間室に残留していた元素ガスを速やかに排出させることができる。これにより、第2成膜工程において、第1成膜工程と異なる元素ガスを供給する際、第2成膜工程にて不要なガスが中間室に残存することを抑制できる。従って、第2供給後の成膜において、残留したガスが第1半導体層の状態を損ねることなく、成膜を行うことができる。このため、第1結晶膜の状態に悪影響を与えずさらに第2半導体層を形成することができ、第1半導体層と第2半導体層の界面急峻性を向上させることができる。また、均一で、結晶性の良い結晶を再現性よく成長させることが可能である。   According to the above invention, the first supply and the second supply increase the amount of at least one of the different element gases, that is, the group III carrier gas and the group V carrier gas related to the element gas to be switched, from the first supply. To supply to the gas intermediate chamber. For this reason, the element gas remaining in the gas intermediate chamber can be quickly discharged by the first supply. Thereby, when supplying an element gas different from the first film formation step in the second film formation step, it is possible to suppress unnecessary gas from remaining in the intermediate chamber in the second film formation step. Therefore, in the film formation after the second supply, the remaining gas can be formed without damaging the state of the first semiconductor layer. Therefore, the second semiconductor layer can be further formed without adversely affecting the state of the first crystal film, and the interface steepness between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be improved. In addition, it is possible to grow a uniform crystal with good crystallinity with good reproducibility.

本発明の気相成長方法は、以上のように、上記第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガス、並びに、上記第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスの組み合わせのうち、少なくとも一方の組み合わせに係る元素ガス同士は互いに異なっており、上記第1成膜工程および第2成膜工程の間に、第1III 族元素ガスと第2III 族元素ガスとが異なる場合、III 族用キャリアガスを第1成膜工程よりも増量してIII 族系ガス中間室へ、または、第1V族元素ガスと第2V族元素ガスとが異なる場合、V族系キャリアガスを第1成膜工程よりも増量してV族系ガス中間室への供給のうち少なくとも一方への供給を行う残留ガス排出工程を含む方法である。   As described above, the vapor phase growth method of the present invention is a combination of at least one of the first group III element gas and the second group III element gas and the combination of the first group V element gas and the second group V element gas. The element gases are different from each other. When the group III element gas and the group III element gas are different between the first film formation step and the second film formation step, the group III carrier gas is changed to the group III carrier gas. Increase the amount from the first film formation step to the group III gas intermediate chamber, or if the first group V element gas and the second group V element gas are different, increase the group V carrier gas from the first film formation step. And a residual gas discharge step for supplying at least one of the supply to the group V gas intermediate chamber.

それゆえ、第1成膜工程にて、ガス中間室に残留していた元素ガスをキャリアガスによって速やかに排出させることができる。これにより、第2成膜工程において、第1成膜工程と異なる元素ガスを供給する際、第2成膜工程にて不要なガスが中間室に残存することを抑制できる。従って、第2成膜工程において、残留したガスが第1半導体層の状態を損ねることなく、成膜を行うことができ、第1半導体層と第2半導体層の界面急峻性を向上させることができる。また、均一で、結晶性の良い結晶を再現性よく成長させることが可能であるという効果を奏する。   Therefore, in the first film forming step, the element gas remaining in the gas intermediate chamber can be quickly discharged by the carrier gas. Thereby, when supplying an element gas different from the first film formation step in the second film formation step, it is possible to suppress unnecessary gas from remaining in the intermediate chamber in the second film formation step. Therefore, in the second film formation step, the remaining gas can be formed without damaging the state of the first semiconductor layer, and the interface steepness between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be improved. it can. In addition, there is an effect that it is possible to grow a uniform crystal with good crystallinity with good reproducibility.

本発明に係る気相成長装置の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the vapor phase growth apparatus which concerns on this invention. 図1の気相成長装置におけるシャワーヘッドを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the shower head in the vapor phase growth apparatus of FIG. 本発明に係る気相成長方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the vapor phase growth method which concerns on this invention. V族系ガス中間室内のAsH濃度の計算結果を示すグラフである。It is a graph showing the calculation results of the AsH 3 concentration of V group gas intermediate chamber. V族系ガス中間室内のAsH濃度の計算結果を示すグラフである。It is a graph showing the calculation results of the AsH 3 concentration of V group gas intermediate chamber. 本発明に係るInGaPおよび比較例であるInGaP表面を示す走査電子顕微鏡図である。It is a scanning electron microscope figure which shows InGaP which concerns on this invention, and the InGaP surface which is a comparative example. 本発明に係る気相成長方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the vapor phase growth method which concerns on this invention. 従来の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional vertical shower head type vapor phase growth apparatus. 従来の他の縦型シャワーヘッド型の気相成長装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other conventional vertical shower head type vapor phase growth apparatus.

本発明の一実施形態について図1ないし図7に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表わすものとする。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7 as follows. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

〔気相成長装置〕
図1に本発明の気相成長方法に用いるMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition :有機金属気相堆積)装置の一例である縦型シャワーヘッド型のMOCVD装置10の模式的な構成の一例を示す。図1は、MOCVD装置10の断面図である。
[Vapor phase growth equipment]
FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of a vertical showerhead type MOCVD apparatus 10 which is an example of an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus used in the vapor phase growth method of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of the MOCVD apparatus 10.

同図に示すように、MOCVD装置10は、気相成長が行われる反応炉1およびシャワーヘッド20を有している。   As shown in the figure, the MOCVD apparatus 10 includes a reaction furnace 1 in which vapor phase growth is performed and a shower head 20.

反応炉1には、中空部である成長室2が設けられており、さらに被成膜基板3を載置するサセプタ4と、サセプタ4の下側には被成膜基板3を加熱するヒータ5及び支持台6が設けられている。支持台6に取り付けた回転軸7が図示しないアクチュエータ等によって回転することにより、サセプタ4及びヒータ5が、回転する構造となっている。サセプタ4とシャワープレート21とは対向しており、サセプタ4及びヒータ5の回転時には、サセプタ4の上面(シャワープレート21側の面)がシャワープレート21と平行な状態を保ちながら回転する。また、サセプタ4、ヒータ5、支持台6及び回転軸7の周囲には、ヒータカバーである被覆板8が、これらサセプタ4、ヒータ5、支持台6及び回転軸7を取り囲むように設けられている。   The reaction furnace 1 is provided with a growth chamber 2 which is a hollow portion, and further, a susceptor 4 on which the film formation substrate 3 is placed, and a heater 5 which heats the film formation substrate 3 below the susceptor 4. And the support stand 6 is provided. The rotating shaft 7 attached to the support base 6 is rotated by an actuator or the like (not shown), so that the susceptor 4 and the heater 5 are rotated. The susceptor 4 and the shower plate 21 face each other. When the susceptor 4 and the heater 5 are rotated, the upper surface of the susceptor 4 (the surface on the shower plate 21 side) rotates while maintaining a state parallel to the shower plate 21. In addition, a cover plate 8 serving as a heater cover is provided around the susceptor 4, the heater 5, the support base 6 and the rotating shaft 7 so as to surround the susceptor 4, the heater 5, the support base 6 and the rotating shaft 7. Yes.

MOCVD装置10では、説明の便宜のため被成膜基板3が1枚設置された構成となっているが、被成膜基板3は複数枚備えられていてもよい。被成膜基板3の材料としては、例えば、サファイア、石英などを用いることができる。また、MOCVD装置10を構成する反応炉1、シャワープレート21及びその他の部材の形状は、図1に示す形状に限定されない。   Although the MOCVD apparatus 10 has a configuration in which one deposition target substrate 3 is provided for convenience of explanation, a plurality of deposition target substrates 3 may be provided. As a material of the film formation substrate 3, for example, sapphire, quartz, or the like can be used. Further, the shapes of the reaction furnace 1, the shower plate 21, and other members constituting the MOCVD apparatus 10 are not limited to the shapes shown in FIG.

さらに、MOCVD装置10は、反応炉1内部のガスを反応炉1周辺に備えられたガス排出口を通して外部に排出するためのガス排出部11と、このガス排出部11に接続されたパージライン12と、このパージライン12に接続された排ガス処理装置13とを有している。これにより、反応炉1の内部に導入されたガスはガス排出部11を通して反応炉1の外部に排出される。排出されたガスはパージライン12を通って排ガス処理装置13に導入され、排ガス処理装置13において無害化される。   Furthermore, the MOCVD apparatus 10 includes a gas discharge unit 11 for discharging the gas inside the reaction furnace 1 to the outside through a gas discharge port provided around the reaction furnace 1, and a purge line 12 connected to the gas discharge unit 11. And an exhaust gas treatment device 13 connected to the purge line 12. Thereby, the gas introduced into the reaction furnace 1 is discharged to the outside of the reaction furnace 1 through the gas discharge unit 11. The exhausted gas is introduced into the exhaust gas treatment device 13 through the purge line 12 and made harmless in the exhaust gas treatment device 13.

さらに、シャワーヘッド20は、下方から順番に、シャワープレート21、冷媒供給部22、III 族系ガス供給部23およびV族系ガス供給部24が積層された構成となっている。シャワープレート21は、サセプタ4と対向しており、ガス供給手段として機能する部材である。シャワーヘッド20の周囲には各種ガス、冷媒を供給するための部材が備えられている。   Furthermore, the shower head 20 has a configuration in which a shower plate 21, a refrigerant supply unit 22, a group III gas supply unit 23, and a group V gas supply unit 24 are stacked in this order from below. The shower plate 21 is a member that faces the susceptor 4 and functions as a gas supply unit. A member for supplying various gases and refrigerants is provided around the shower head 20.

III 族系ガス供給源31は、マスフローコントローラ33を介して、III 族系ガス配管32によってシャワーヘッド20のIII 族系ガス供給部23に接続されている。MOCVD装置10では、冷媒中間室22aの上にIII 族系ガス中間室23aとV族系ガス中間室24aとが異なる2層として積層されているが、例えば、逆の順序で積層されていてもよい。すなわち、III 族系ガス中間室23aおよびV族系ガス中間室24aは、III 族元素ガスおよびV族元素ガスをそれぞれ分離した状態で、成長室2に供給することができればよく、上記の構成に限定されるものではない。   The group III gas supply source 31 is connected to the group III gas supply unit 23 of the shower head 20 through a mass flow controller 33 by a group III gas pipe 32. In the MOCVD apparatus 10, the group III gas intermediate chamber 23a and the group V gas intermediate chamber 24a are stacked on the refrigerant intermediate chamber 22a as two different layers. For example, even if they are stacked in the reverse order, Good. That is, the group III gas intermediate chamber 23a and the group V gas intermediate chamber 24a need only be able to supply the growth chamber 2 with the group III element gas and the group V element gas separated from each other. It is not limited.

III 族系ガス供給源31は、III 族元素ガスおよびIII 族用キャリアガスの供給源となる部材である。なお、III 族元素ガスおよびIII 族用キャリアガスは別個に供給される構成であってもよい。   The group III-based gas supply source 31 is a member serving as a supply source of the group III element gas and the group III carrier gas. The group III element gas and the group III carrier gas may be supplied separately.

上記III 族ガスはIII 族元素を含んでいる。上記III 族元素としては、例えば、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)又はIn(インジウム)等を挙げることができる。また、III 族元素ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム(TMG)又はトリメチルアルミニウム(TMA)等の有機金属ガスの1種類以上を挙げることができる。なお、複数種類のIII 族元素ガスを用いてもよい。   The group III gas contains a group III element. Examples of the group III element include Ga (gallium), Al (aluminum), and In (indium). Examples of the group III element gas include one or more organic metal gases such as trimethylgallium (TMG) or trimethylaluminum (TMA). A plurality of group III element gases may be used.

さらに、III 族系ガス供給源31から、III 族元素ガスと共にまたは単独にてIII 族系ガス中間室23aへ供給されるIII 族用キャリアガスとしては、水素または窒素などを挙げることができる。   Further, the group III carrier gas supplied from the group III gas supply source 31 together with the group III element gas or alone to the group III gas intermediate chamber 23a may include hydrogen or nitrogen.

マスフローコントローラ33は、III 族系ガス供給源31から供給されたIII 族元素ガスおよびIII 族用キャリアガスの流量(供給量)を調節する機能を有しており、図示しない制御部にて制御される構成となっている。   The mass flow controller 33 has a function of adjusting the flow rate (supply amount) of the group III element gas and the group III carrier gas supplied from the group III gas supply source 31, and is controlled by a control unit (not shown). It is the composition which becomes.

また、V族系ガス供給源34がマスフローコントローラ36を介して、V族系ガス配管35によってシャワーヘッド20のV族系ガス供給部24に接続されている。V族系ガス供給源34は、V族元素ガスの供給源となる部材である。   Further, a group V gas supply source 34 is connected to the group V gas supply unit 24 of the shower head 20 through a mass flow controller 36 by a group V gas pipe 35. The group V gas supply source 34 is a member that serves as a source for supplying a group V element gas.

なお、本実施の形態において、V族元素としては、例えば、N(窒素)、P(リン)又はAs(ヒ素)等があり、V族元素を含むV族元素ガスとしては、例えば、アンモニア(NH)、ホスフィン(PH)又はアルシン(AsH)等の水素化合物ガスの1種類以上を用いることができる。なお、複数種類のV族元素ガスを用いてもよい。 In this embodiment, examples of the group V element include N (nitrogen), P (phosphorus), and As (arsenic), and examples of the group V element gas including the group V element include ammonia ( One or more of hydrogen compound gases such as NH 3 ), phosphine (PH 3 ), or arsine (AsH 3 ) can be used. A plurality of types of group V element gases may be used.

さらに、V族系ガス供給源34から、V族元素ガスと共にまたは単独にてV族系ガス中間室24aに供給されるV族用キャリアガスとしては、水素または窒素などを挙げることができる。   Furthermore, the V group carrier gas supplied from the V group gas supply source 34 to the V group gas intermediate chamber 24a together with the V group element gas or alone may include hydrogen or nitrogen.

マスフローコントローラ36は、V族系ガス供給源34から供給されたV族元素ガスおよびV族用キャリアガスの流量(供給量)を調節する機能を有しており、上述した図示しない制御部にて制御される構成となっている。   The mass flow controller 36 has a function of adjusting the flow rates (supply amounts) of the group V element gas and the group V carrier gas supplied from the group V gas supply source 34. The configuration is controlled.

上記制御部によって制御されたマスフローコントローラ33およびマスフローコントローラ36によって、III 族元素ガスがIII 族系ガス供給源31からIII 族系ガス中間室23aに供給され、V族元素ガスがV族系ガス供給源31からV 族系ガス中間室24aに供給される。   The mass flow controller 33 and the mass flow controller 36 controlled by the control unit supply the group III element gas from the group III gas supply source 31 to the group III gas intermediate chamber 23a, and supply the group V element gas to the group V gas supply. The gas is supplied from the source 31 to the V group gas intermediate chamber 24a.

上記制御部は、例えばハートウェアロジックによって構成されていてもよいし、CPU(central processing unit)などのソフトウェアロジックによって構成されていてもよい。また、上記制御部には、図示しない表示部、キーボードなどの入力部が備えられていてもよい。   The control unit may be configured by, for example, heartware logic, or may be configured by software logic such as a CPU (central processing unit). The control unit may include an input unit such as a display unit and a keyboard (not shown).

また、MOCVD装置10では、III 族系ガス供給部23とシャワープレート21との間に冷媒供給部22が設けられており、この冷媒供給部22には、シャワープレート21を冷却するために、冷媒装置37から冷媒供給配管38を通して冷媒が供給されるようになっている。この冷媒は、シャワープレート21の冷却を行った後、冷媒排出配管39を通して図示しない排出ユーティリティへ排出されるようになっている。なお、冷媒は、例えば、一般的な水を用いることができるが、必ずしも水に限らず、他の液体及び気体による冷媒を用いることが可能である。   In the MOCVD apparatus 10, a refrigerant supply unit 22 is provided between the group III gas supply unit 23 and the shower plate 21, and the refrigerant supply unit 22 includes a refrigerant for cooling the shower plate 21. The refrigerant is supplied from the device 37 through the refrigerant supply pipe 38. The refrigerant is discharged to a discharge utility (not shown) through the refrigerant discharge pipe 39 after cooling the shower plate 21. For example, general water can be used as the refrigerant, but it is not necessarily limited to water, and other liquid and gas refrigerants can be used.

次に、図2を用いてシャワーヘッド20の構成を説明する。図2は、シャワーヘッド20を示す断面図である。冷媒供給部22およびIII 族系ガス供給部23は境界として境界板26aが設置されており、III 族系ガス供給部23およびV族系ガス供給部24は境界として境界板26bが設置されている。さらに、シャワーヘッド20の上部に該当するV族系ガス供給部24の上部には天板26cが設置されている。   Next, the configuration of the shower head 20 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the shower head 20. A boundary plate 26a is installed as a boundary between the refrigerant supply unit 22 and the group III gas supply unit 23, and a boundary plate 26b is installed as a boundary between the group III gas supply unit 23 and the group V gas supply unit 24. . Further, a top plate 26 c is installed on the upper part of the group V gas supply unit 24 corresponding to the upper part of the shower head 20.

本実施の形態では、シャワープレート21、冷媒供給部22、III 族系ガス供給部23およびV族系ガス供給部24は積層に配置されている。   In the present embodiment, the shower plate 21, the refrigerant supply unit 22, the group III group gas supply unit 23, and the group V group gas supply unit 24 are arranged in a stack.

III 族系ガス供給部23およびシャワープレート21の間には、冷媒中間室22aを貫通して設けられたガス供給管であるIII 族系ガス供給管23bが設けられている。III 族ガスは、III 族系ガス供給管23bを通過してシャワープレート21のガス吐出孔であるIII 族系ガス吐出孔(ガス吐出孔)H3から成長室2に吐出される。   Between the group III gas supply unit 23 and the shower plate 21, a group III gas supply pipe 23b, which is a gas supply pipe provided through the refrigerant intermediate chamber 22a, is provided. The group III gas passes through the group III gas supply pipe 23b and is discharged into the growth chamber 2 from a group III gas discharge hole (gas discharge hole) H3 which is a gas discharge hole of the shower plate 21.

また、V族系ガス供給部24およびシャワープレート21の間には、ガス個別中間室であるIII 族系ガス中間室(ガス中間室)23aおよび冷媒中間室22aを貫通したガス供給管であるV族系ガス供給管24bが設けられている。V族元素ガスは、V族系ガス供給管24bを通過してシャワープレート21のV族系ガス吐出孔(ガス吐出孔)H4から成長室2に吐出される。   Between the group V gas supply unit 24 and the shower plate 21, a gas supply pipe V that penetrates a group III gas intermediate chamber (gas intermediate chamber) 23a and a refrigerant intermediate chamber 22a, which are individual gas intermediate chambers. A group-based gas supply pipe 24b is provided. The group V element gas passes through the group V gas supply pipe 24b and is discharged into the growth chamber 2 from the group V gas discharge hole (gas discharge hole) H4 of the shower plate 21.

III 族系ガス中間室23aおよびV族系ガス中間室24aはそれぞれ分離して配置されており、III 族材料ガスおよびV族材料ガスはそれぞれ分離した状態で、III 族系ガス吐出孔H3およびV族系ガス吐出孔H4から成長室に吐出される。上記分離した状態とは、III 族材料ガスおよびV族材料ガスが混合していない状態を示す。   The group III gas intermediate chamber 23a and the group V gas intermediate chamber 24a are separately disposed, and the group III material gas and the group V material gas are separated from each other, and the group III gas discharge holes H3 and V are separated. The gas is discharged from the group gas discharge hole H4 to the growth chamber. The separated state indicates a state where the group III material gas and the group V material gas are not mixed.

なお、シャワーヘッド20は、シャワー上記に各種ガスを供給するガス供給手段として機能することができればよく、上記構成に限定されるものではない。すなわち、冷媒供給部22、III 族系ガス供給部23およびV族系ガス供給部24が積層された構造でなくともよく、各供給部が独立したものであってもよい。しかし、上記のように積層構造であれば、各種のガスを均一にシャワープレートから供給し易いため好ましい。   The shower head 20 is not limited to the above configuration as long as it can function as a gas supply means for supplying various gases to the shower. That is, the refrigerant supply unit 22, the group III group gas supply unit 23, and the group V group gas supply unit 24 may not be stacked, and each supply unit may be independent. However, the laminated structure as described above is preferable because various gases can be easily supplied uniformly from the shower plate.

以下、各部材について、詳細に説明する。図2に示すように、シャワープレート21には、成長室2にIII 族系ガスを供給するためのIII 族系ガス吐出孔H3およびV族系ガスを供給するためのV族系ガス吐出孔H4がそれぞれ複数形成されている。そして、シャワープレート21の面内(前記サセプタ4に対向している表面内)において、III 族系ガス吐出孔H3とV族系ガス吐出孔H4とが交互に配列されている。また、III 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H4の配列方向は、水平方向及び垂直方向となっている。つまり、格子状となっている。なお、上記配列方向は正方格子状に限らず、均一にガスが吐出される配列であればよく、例えば菱形状などの格子状であってもよい。   Hereinafter, each member will be described in detail. As shown in FIG. 2, the shower plate 21 has a group III gas discharge hole H3 for supplying a group III gas to the growth chamber 2 and a group V gas discharge hole H4 for supplying a group V gas. A plurality of each is formed. In the plane of the shower plate 21 (in the surface facing the susceptor 4), the group III gas discharge holes H3 and the group V gas discharge holes H4 are alternately arranged. Further, the arrangement directions of the group III gas discharge holes H3 and the group V gas discharge holes H4 are a horizontal direction and a vertical direction. That is, it has a lattice shape. Note that the arrangement direction is not limited to a square lattice shape, and may be an array in which gas is uniformly discharged, and may be a lattice shape such as a rhombus.

次に、各ガス供給部について説明する。図2に示すように、III 族系ガス供給部23は、シャワーヘッド20の例えば周辺部から供給されたIII 族系ガスを均一にIII 族系ガス吐出孔H3に導くため、III 族系ガス中間室23aと、このIII 族系ガス中間室23aから成長室2に連通するIII 族系ガス供給管23bとにより構成されている。なお、III 族系ガス供給管23bの断面は、必ずしも円形に限ることはなく、多角形管、楕円管又はその他の断面であってもよい。   Next, each gas supply part is demonstrated. As shown in FIG. 2, the group III gas supply unit 23 uniformly introduces the group III gas supplied from, for example, the peripheral portion of the shower head 20 to the group III gas discharge hole H3. The chamber 23a and a group III gas supply pipe 23b communicating from the group III gas intermediate chamber 23a to the growth chamber 2 are configured. The cross section of the group III gas supply pipe 23b is not necessarily limited to a circular shape, and may be a polygonal pipe, an elliptical pipe, or other cross sections.

一方、同様に、V族系ガス供給部24は、シャワーヘッド20の周辺部より供給された反応ガスを均一にV族系ガス吐出孔H4に導くため、V族系ガス中間室24aと、V族系ガス供給管24bとにより構成されている。III 族系ガス供給管23bの断面と同様に、V族系ガス供給管24bの断面についても、必ずしも円形に限ることはなく、多角形管、楕円管又はその他の断面であってもよい。   On the other hand, similarly, the group V gas supply unit 24 uniformly guides the reaction gas supplied from the peripheral portion of the shower head 20 to the group V gas discharge hole H4. Group gas supply pipe 24b. Similar to the cross section of the group III gas supply pipe 23b, the cross section of the group V gas supply pipe 24b is not necessarily limited to a circular shape, and may be a polygonal tube, an elliptic tube, or other cross sections.

V族系ガス供給管24bの内部は、III 族系ガス中間室23aと通じていない。同様に、III族系ガス供給管23bの内部も、V族系ガス中間室24aと通じていない。このため、III族系ガスおよびV族系ガスのガスは互いに混合しない。   The inside of the group V gas supply pipe 24b does not communicate with the group III gas intermediate chamber 23a. Similarly, the inside of the group III gas supply pipe 23b does not communicate with the group V gas intermediate chamber 24a. For this reason, the group III gas and the group V gas are not mixed with each other.

上記構造のため、境界板26aにおいて、III 族系ガス吐出孔H3の位置には、III 族系ガス中間室23aからIII 族系ガス吐出孔H3へ連通されるIII 族系ガス供給管23bが配置されていると共に、V族系ガス吐出孔H4の位置には、V族系ガス中間室24aからV族系ガス吐出孔H4に連通されるV族系ガス供給管24bが柱のように林立している。   Due to the above structure, a group III gas supply pipe 23b communicating from the group III gas intermediate chamber 23a to the group III gas discharge hole H3 is disposed at the position of the group III gas discharge hole H3 in the boundary plate 26a. In addition, at the position of the V group gas discharge hole H4, a V group gas supply pipe 24b communicating from the V group gas intermediate chamber 24a to the V group gas discharge hole H4 is erected like a pillar. ing.

〔気相成長方法〕
MOCVD装置10を用いたMOCVD法によりIII −V族化合物半導体結晶を成長させて、III −V族化合物半導体を製造する本実施の形態の方法を、図1,図3〜7に基づいて説明する。
[Vapor phase growth method]
A method of the present embodiment for producing a group III-V compound semiconductor by growing a group III-V compound semiconductor crystal by the MOCVD method using the MOCVD apparatus 10 will be described with reference to FIGS. .

本実施の形態に係るIII-V族化合物半導体の結晶を成膜する気相成長方法は、キャリアガスと共に、III 族元素ガスおよびV族元素ガスをそれぞれ分離した状態で成長室へ吐出するガス吐出孔が配設されたシャワープレートと、上記III 族元素ガスおよびIII 族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するIII 族系ガス中間室と、V族元素ガスおよびV族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するV族系ガス中間室と、被成膜基板を収容し、成長室とを備える気相成長装置を用いて、上記被成膜基板に複数層のIII-V族化合物半導体結晶を成膜する気相成長方法である。   A vapor phase growth method for forming a group III-V compound semiconductor crystal according to the present embodiment is a gas discharge method in which a group III element gas and a group V element gas are separated into a growth chamber together with a carrier gas. A shower plate provided with holes, a group III gas intermediate chamber for supplying the group III element gas and the group III carrier gas to the gas discharge holes, and a group V element gas and a group V carrier gas for the gas. A plurality of III-V group compound semiconductor crystals are formed on the deposition substrate using a vapor phase growth apparatus that includes a V group gas intermediate chamber to be supplied to the discharge hole, a deposition substrate, and a growth chamber. Is a vapor phase growth method for forming a film.

上記気相成長装置としては、例えば、図1のMOCVD装置10を用いることができる。なお、MOCVD装置10はあくまでMOCVD装置の一例として用いるものであり、本発明に係る気相成長方法は、他のMOCVD装置を用いてももちろん実施可能である。   As the vapor phase growth apparatus, for example, the MOCVD apparatus 10 shown in FIG. 1 can be used. Note that the MOCVD apparatus 10 is used only as an example of the MOCVD apparatus, and the vapor phase growth method according to the present invention can of course be carried out using another MOCVD apparatus.

本実施の形態に係る気相成長方法は、複数層のIII-V族化合物半導体結晶を成膜する方法である。上記気相成長方法は、第1成膜工程、残留ガス排出工程、および、第2成膜工程を含んでいる。   The vapor phase growth method according to the present embodiment is a method of forming a plurality of layers of III-V group compound semiconductor crystals. The vapor phase growth method includes a first film formation step, a residual gas discharge step, and a second film formation step.

<準備工程>
気相成長を行う準備工程について説明する。準備工程では、第1成膜工程の前工程として、気相成長装置の作動準備を行う。以下、MOCVD装置10の準備工程について説明する。
<Preparation process>
A preparation process for performing vapor phase growth will be described. In the preparation step, the vapor phase growth apparatus is prepared for operation as a pre-step of the first film formation step. Hereinafter, the preparation process of the MOCVD apparatus 10 will be described.

まず、サセプタ4上に下地となる被成膜基板3をサセプタ4に設置する。その後、成長室2を減圧する。減圧は、用いるIII 族元素ガスおよびV族元素ガスの量によって適宜設定されるが、概して1.33kPa以上、101.33kPa以下(10torr以上、760torr以下)とすることができる。上記減圧は図示しない真空ポンプ等によってなされる。   First, the deposition target substrate 3 serving as a base is placed on the susceptor 4 on the susceptor 4. Thereafter, the growth chamber 2 is depressurized. The reduced pressure is appropriately set depending on the amounts of the group III element gas and the group V element gas used, but can be generally 1.33 kPa or more and 101.33 kPa or less (10 torr or more and 760 torr or less). The decompression is performed by a vacuum pump or the like (not shown).

その後、回転軸7の回転により、サセプタ4の上面に設置された被成膜基板3の表面がシャワープレート21と平行な状態を保ちながら回転し、ヒータ5の加熱により、サセプタ4を介して被成膜基板3を所定の温度に加熱する。   Thereafter, the surface of the film formation substrate 3 installed on the upper surface of the susceptor 4 is rotated while maintaining the state parallel to the shower plate 21 by the rotation of the rotating shaft 7, and is heated via the susceptor 4 by the heating of the heater 5. The film formation substrate 3 is heated to a predetermined temperature.

被成膜基板3の加熱温度は成膜する結晶の種類に応じて適宜設定されるが、GaAsの場合、650℃以上、730℃以下に設定することができる。その後、第1成膜工程に移行する。なお、被成膜基板3に予め反応ガスを供給しながら上記加熱を行ってもよい。例えば、被成膜基板3がGaAsの場合、GaAsを被成膜基板3に供給することによって、被成膜基板3が加熱された際に、被成膜基板3の表面からGaAsが蒸発することを抑制することができるため好ましい。   The heating temperature of the film formation substrate 3 is appropriately set according to the type of crystal to be formed, but in the case of GaAs, it can be set to 650 ° C. or higher and 730 ° C. or lower. Thereafter, the process proceeds to the first film forming step. Note that the heating may be performed while supplying the reaction gas to the deposition target substrate 3 in advance. For example, when the deposition target substrate 3 is GaAs, supplying GaAs to the deposition target substrate 3 causes GaAs to evaporate from the surface of the deposition target substrate 3 when the deposition target substrate 3 is heated. Can be suppressed, which is preferable.

<第1成膜工程>
第1成膜工程は、上記被成膜基板に第1半導体層を形成する工程である。まず、III 族元素ガスおよびV族元素ガスを、ガス中間室であるIII 族系ガス中間室23aおよびV族系ガス中間室24aにそれぞれ供給する。
<First film forming step>
The first film formation step is a step of forming a first semiconductor layer on the film formation substrate. First, a group III element gas and a group V element gas are supplied to a group III gas intermediate chamber 23a and a group V gas intermediate chamber 24a, which are gas intermediate chambers, respectively.

ここで、工程1aにおけるIII 族元素ガスおよびV族元素ガスの供給を第1供給と称する。第1供給は図示しない制御部によってマスフローコントローラ33およびマスフローコントローラ36が制御され、これらによってなされる。なお、上記第1供給において供給されるIII 族元素ガスを第1III 族元素ガスと称し、V族元素ガスを第1V族元素ガスと称する。   Here, the supply of the group III element gas and the group V element gas in step 1a is referred to as a first supply. The first supply is performed by controlling the mass flow controller 33 and the mass flow controller 36 by a control unit (not shown). The group III element gas supplied in the first supply is referred to as a first group III element gas, and the group V element gas is referred to as a first group V element gas.

III 族元素ガスまたはV族元素ガスは、キャリアガスの流量を規定することによって調節することができる。キャリアガの流量(キャリアガス流量)は、特に限定されるものではないが、キャリアガス流量が低すぎると供給される元素ガスの量が低下し、成膜量が低下することとなる。一方、キャリアガス流量が高すぎると、成長室2内に付着しているフレークの巻き上げなどを起こし、成膜された結晶の結晶性の低下を招くだけでなく、再現性が悪くなる。このため、キャリアガス流量は、1SLM(リットル/分)以上、50SLM以下の範囲内とすることが好ましい。   The group III element gas or the group V element gas can be adjusted by defining the flow rate of the carrier gas. The flow rate of the carrier gas (carrier gas flow rate) is not particularly limited. However, if the carrier gas flow rate is too low, the amount of the elemental gas to be supplied decreases, and the film formation amount decreases. On the other hand, if the carrier gas flow rate is too high, flakes adhering to the inside of the growth chamber 2 are rolled up, leading to a decrease in crystallinity of the deposited crystal, and reproducibility is deteriorated. For this reason, the carrier gas flow rate is preferably in the range of 1 SLM (liters / minute) or more and 50 SLM or less.

また、第1成膜にて成膜対象となる第1半導体層としては、後述する第2半導体層と共にIII-V族化合物半導体の結晶を構成するものであれば特に限定されない。例えば、第1半導体層/第2半導体層として、GaAs/InGaP、InGaN/GaNなどを挙げることができる。また、第1半導体層および第2半導体層を繰返し積層して3層以上のIII-V族化合物半導体の結晶を成膜してもよい。   In addition, the first semiconductor layer to be formed in the first film formation is not particularly limited as long as it forms a III-V group compound semiconductor crystal together with a second semiconductor layer described later. For example, examples of the first semiconductor layer / second semiconductor layer include GaAs / InGaP, InGaN / GaN, and the like. Alternatively, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may be repeatedly stacked to form a crystal of three or more III-V compound semiconductor crystals.

第1成膜工程では、準備工程を経たMOCVD装置10に、III 族元素ガスおよびV族元素ガスを供給すると、シャワープレート21に形成されているIII 族系ガス吐出孔H3からIII 族元素ガスが成長室2へ、被成膜基板3の表面に対して垂直方向に導入される。これと共に、シャワープレート21に形成されているV族系ガス吐出孔H4からV族元素ガスが成長室2に、被成膜基板3の表面に対して垂直方向に導入される。   In the first film forming process, when the group III element gas and the group V element gas are supplied to the MOCVD apparatus 10 that has undergone the preparation process, the group III element gas is generated from the group III gas discharge hole H3 formed in the shower plate 21. It is introduced into the growth chamber 2 in a direction perpendicular to the surface of the deposition target substrate 3. At the same time, a group V element gas is introduced into the growth chamber 2 from the group V gas discharge hole H 4 formed in the shower plate 21 in a direction perpendicular to the surface of the deposition target substrate 3.

これにより、被成膜基板3の表面上にIII −V族化合物半導体結晶が成長することになる。なお、ここでは、III 族元素ガスの供給量及びV族元素ガスの供給量は、図示しない制御部を介してマスフローコントローラ33およびマスフローコントローラ36にて制御され、III 族元素ガス及びV族元素ガスのそれぞれが成長室2に供給されることになる。   Thereby, a group III-V compound semiconductor crystal grows on the surface of the deposition target substrate 3. Here, the supply amount of the group III element gas and the supply amount of the group V element gas are controlled by the mass flow controller 33 and the mass flow controller 36 via a control unit (not shown), and the group III element gas and the group V element gas are controlled. Are supplied to the growth chamber 2.

この際、III 族元素ガス及びV族元素ガスは、シャワープレート21に交互に配列されたIII 族系ガス吐出孔H3及びV族系ガス吐出孔H4からそれぞれ供給される。このため、被成膜基板3表面の上方におけるIII 族系ガス吐出孔H3とV族系ガス吐出孔H4との分布の偏りを低減することができる。   At this time, the group III element gas and the group V element gas are supplied from the group III gas discharge holes H3 and the group V gas discharge holes H4 alternately arranged in the shower plate 21, respectively. For this reason, the uneven distribution of the group III gas discharge holes H3 and the group V gas discharge holes H4 above the surface of the deposition target substrate 3 can be reduced.

III 族元素ガスとV族元素ガスとが混合して濃度分布が均一となると、ヒータ5による被成膜基板3の加熱と相俟ってIII 族元素ガスとV族元素ガスとの気相反応が被成膜基板3の表面近傍において進行する。これにより、第1半導体層が被成膜基板3に形成される。   When the group III element gas and the group V element gas are mixed and the concentration distribution becomes uniform, the vapor phase reaction between the group III element gas and the group V element gas is combined with the heating of the deposition target substrate 3 by the heater 5. Advances in the vicinity of the surface of the deposition target substrate 3. Thereby, the first semiconductor layer is formed on the deposition target substrate 3.

<第2成膜工程>
第2成膜工程は、第1成膜工程とは異なる組成のIII-V族化合物半導体結晶を第1半導体層上に成膜する工程である。すなわち、第1半導体層および第2半導体層とは互いに組成が異なる。
<Second film forming step>
The second film forming step is a step of forming a group III-V compound semiconductor crystal having a composition different from that of the first film forming step on the first semiconductor layer. That is, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer have different compositions.

ここで、工程1cにおけるIII 族元素ガスおよびV族元素ガスの供給を第2供給と称する。第2供給は図示しない制御部によってマスフローコントローラ33およびマスフローコントローラ36が制御され、これらによってなされる。なお、第2供給において供給されるIII 族元素ガスを第2III 族元素ガスと称し、V族元素ガスを第2V族元素ガスと称する。   Here, the supply of the group III element gas and the group V element gas in step 1c is referred to as a second supply. The second supply is performed by controlling the mass flow controller 33 and the mass flow controller 36 by a control unit (not shown). The group III element gas supplied in the second supply is referred to as a group II element gas, and the group V element gas is referred to as a group 2 element gas.

第2成膜工程では、第2III 族元素ガスおよび第2V族元素ガスを用いるが、上記第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガス、並びに、上記第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスの組み合わせのうち、少なくとも一方の組み合わせに係る元素ガス同士は互いに異なっている。すなわち、(1)第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに異なり、第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに異なる場合、(2)第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに異なり、第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに同一である場合、(3)第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに同一であり、第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに異なる場合の3つの場合が生じ得る。   In the second film forming step, a Group III element gas and a Group 2 V element gas are used. However, the group III element gas and the group III element gas, and the group V element gas and the group V element gas are used. Among the combinations, the element gases related to at least one combination are different from each other. That is, (1) when the group III element gas and the group III element gas are different from each other, and the group V element gas and the group V element gas are different from each other, (2) the group III element gas and the group III element gas Are different from each other, and the first group V element gas and the second group V element gas are the same as each other, (3) the first group III element gas and the second group III element gas are the same, and the first group V element gas and the second group V gas Three cases can occur where the group element gases are different from each other.

第2成膜工程では、第2III 族元素ガスおよび第2V族元素ガスをIII 族系ガス中間室23aおよびV族系ガス中間室24aにそれぞれ分離した状態で供給する。   In the second film forming step, the Group III element gas and the Group V element gas are supplied separately to the Group III gas intermediate chamber 23a and the Group V gas intermediate chamber 24a, respectively.

III 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスを供給する条件については、第1成膜工程における条件を用いることができる。なお、第1成膜工程にて用いた両キャリアガスの流量と異なる流量を採用することもできる。   As conditions for supplying the group III carrier gas and the group V carrier gas, the conditions in the first film formation step can be used. Note that a flow rate different from the flow rates of the two carrier gases used in the first film formation step may be employed.

なお、第1成膜工程および第2成膜工程は、複数回なされることによって、複数層のIII-V族化合物半導体結晶を成膜することができる。   The first film formation step and the second film formation step are performed a plurality of times, whereby a plurality of layers of III-V group compound semiconductor crystals can be formed.

<残留ガス排出工程>
残留ガス排出工程は、上記第1成膜工程および第2成膜工程の間にてなされる。すなわち、第1成膜工程、残留ガス排出工程および第2成膜工程の順序でなされてもよいし、第2成膜工程、残留ガス排出工程および第1成膜工程の順序でなされてもよい。また、第1成膜工程および第2成膜工程の間で常に残留ガス排出工程がなされることが望ましいが、第1成膜工程および第2成膜工程が繰り返される場合、上記第1成膜工程および第2成膜工程の間にて少なくとも1回なされればよい。
<Residual gas discharge process>
The residual gas discharging step is performed between the first film forming step and the second film forming step. That is, it may be performed in the order of the first film formation process, the residual gas discharge process, and the second film formation process, or may be performed in the order of the second film formation process, the residual gas discharge process, and the first film formation process. . In addition, it is desirable that the residual gas exhausting process is always performed between the first film forming process and the second film forming process. However, when the first film forming process and the second film forming process are repeated, the first film forming process is performed. It may be performed at least once between the process and the second film forming process.

残留ガス排出工程では、第1III 族元素ガスと第2III 族元素ガスとが異なる場合、III 族用キャリアガスを第1成膜工程よりも増量してIII 族系ガス中間室23aへ、または、第1V族元素ガスと第2V族元素ガスとが異なる場合、V族系キャリアガスを第1成膜工程よりも増量してV族系ガス中間室24aへの供給のうち少なくとも一方への供給を行う。   In the residual gas discharge step, when the Group III element gas and the Group II Group element gas are different, the Group III carrier gas is increased from the first film formation step to the Group III gas intermediate chamber 23a, or When the 1V group element gas and the 2nd group V element gas are different from each other, the V group carrier gas is increased from the first film forming step and supplied to at least one of the supply to the V group gas intermediate chamber 24a. .

すなわち、上記<第2成膜工程>における(1)の場合、III 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスのうち少なくとも一方をIII 族系ガス中間室23aおよび/またはV族系ガス中間室24aに、(2)の場合、III 族用キャリアガスをIII 族系ガス中間室23aに、(3)の場合、V族用キャリアガスをV族系ガス中間室24aに、第1成膜工程よりも増量して供給する。   That is, in the case of (1) in the above <second film forming step>, at least one of the group III carrier gas and the group V carrier gas is used as the group III gas intermediate chamber 23a and / or the group V gas intermediate chamber 24a. In the case of (2), the group III carrier gas is transferred to the group III gas intermediate chamber 23a, and in the case of (3), the group V carrier gas is transferred to the group V gas intermediate chamber 24a. Also increase the amount.

このように、第1成膜工程および第2成膜工程にて、切り替える元素ガスに係るIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスを第1成膜工程よりも増量してガス中間室に供給する。このため第1成膜工程にて、ガス中間室に残留していた元素ガスを速やかに排出させることができる。これにより、第2成膜工程において、第1成膜工程と異なる元素ガスを供給する際、第2成膜工程にて不要なガスが中間室に残存することを抑制できる。従って、第2成膜工程において、残留したガスが第1半導体層の状態を損ねることなく、成膜を行うことができる。このため、第1結晶膜の状態に悪影響を与えず第2半導体層を形成することができ、第1半導体層と第2半導体層の界面急峻性を向上させることができる。また、均一で、結晶性の良い結晶を再現性よく成長させることが可能である。   Thus, in the first film forming process and the second film forming process, the group III carrier gas and the group V carrier gas related to the element gas to be switched are increased from the first film forming process and supplied to the gas intermediate chamber. To do. For this reason, the element gas remaining in the gas intermediate chamber can be quickly discharged in the first film forming step. Thereby, when supplying an element gas different from the first film formation step in the second film formation step, it is possible to suppress unnecessary gas from remaining in the intermediate chamber in the second film formation step. Therefore, in the second film formation step, film formation can be performed without the remaining gas damaging the state of the first semiconductor layer. Therefore, the second semiconductor layer can be formed without adversely affecting the state of the first crystal film, and the interface steepness between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be improved. In addition, it is possible to grow a uniform crystal with good crystallinity with good reproducibility.

本工程において、成長室に供給するIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスのそれぞれの流量は、第1成膜工程において対応するIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガス以上の流量である。上記ガス流量は、上述したように、得られる成膜量の低下、および、成長室2内部におけるフレークの巻上げの抑制を鑑みて、1SLM以上、5SLM以下の範囲内とすることが好ましい。   In this step, the flow rates of the group III carrier gas and the group V carrier gas supplied to the growth chamber are higher than the corresponding group III carrier gas and group V carrier gas in the first film forming step. . As described above, the gas flow rate is preferably in the range of 1 SLM or more and 5 SLM or less in view of the decrease in the amount of film to be obtained and the suppression of flake up in the growth chamber 2.

なお、(1)第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに異なり、第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに異なる場合、III 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスの両方を、それぞれ第1成膜工程以上の流量にて供給することが好ましいが、一方を供給した場合であっても本発明の効果を得ることは可能である。   (1) When the Group III element gas and the Group II Group element gas are different from each other, and the Group V element gas and the Group V element gas are different from each other, both the Group III carrier gas and the Group V carrier gas are used. Although it is preferable to supply at a flow rate higher than that of the first film formation step, it is possible to obtain the effect of the present invention even when one is supplied.

また、(2)第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに異なり、第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに同一である場合、III 族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも増量してIII 族系ガス中間室23aに供給し、V族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも減量してV族系ガス中間室24aに供給することが好ましい。   (2) When the group III element gas and the group III element gas are different from each other, and the group V element gas and the group V element gas are the same, the group III carrier gas is used as the first film forming step. It is preferable to increase the amount of the gas and supply it to the group III gas intermediate chamber 23a, and to supply the group V carrier gas to the group V gas intermediate chamber 24a by reducing the amount compared to the first film forming step.

上記のように、第1成膜工程に比較して、III 族用キャリアガスを増量させ、V族用キャリアガスを減量させることによって、成長室2内の被成膜基板3上に供給されるキャリアガスの総流量が過度に増量されることを抑制できる。これによって、結晶をより安定して成長させることができるので、再現性のよい結晶成長が可能となる。   As described above, the group III carrier gas is increased and the group V carrier gas is decreased as compared with the first film formation step, so that the group V carrier gas is supplied onto the film formation substrate 3 in the growth chamber 2. An excessive increase in the total flow rate of the carrier gas can be suppressed. As a result, the crystal can be grown more stably, and crystal growth with good reproducibility becomes possible.

一方、(3)第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに同一であり、第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに異なる場合、V族用キャリアガスを第1成膜工程よりも増量してV族系ガス中間室へV族系ガス中間室24aに供給し、III 族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも減量してIII 族系ガス中間室23aに供給することが好ましい。   On the other hand, (3) when the first group III element gas and the second group III element gas are the same, and the first group V element gas and the second group V element gas are different from each other, the group V carrier gas is obtained from the first film forming step. To increase the amount to be supplied to the group V gas intermediate chamber 24a to the group V gas intermediate chamber 24a, and to supply the group III carrier gas to the group III gas intermediate chamber 23a by reducing the amount compared to the first film forming step. Is preferred.

上記のように、第1成膜工程に比較して、V族用キャリアガスを増量させ、III 族用キャリアガスを減量させることによって、成長室2内の被成膜基板3上に供給されるガスの総流量が過度に増量されることを抑制できる。これによって、結晶をより安定して成長させることができるので、再現性のよい結晶成長が可能となる。   As described above, the amount of the group V carrier gas is increased and the amount of the group III carrier gas is decreased as compared with the first film forming step, so that the film is supplied onto the film formation substrate 3 in the growth chamber 2. An excessive increase in the total gas flow rate can be suppressed. As a result, the crystal can be grown more stably, and crystal growth with good reproducibility becomes possible.

さらに、残留ガス排出工程におけるIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスのガス総流量が、第1成膜工程におけるIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスのガス総流量のガス総流量と等しいことがさらに好ましい。これにより、第1成膜工程および残留ガス排出工程において、材料ガスの流量は等しい。したがって、残留ガス排出工程において、成長室2内部のガスの流れが乱れることを抑制することができ、その状態を保ちつつ第2成膜工程にて第2半導体層を積層することができる。このため、さらに、均一で結晶性のよい結晶を、非常に再現性よく成長させることができる。   Further, the total gas flow rate of the group III carrier gas and the group V carrier gas in the residual gas discharge step is the total gas flow rate of the group III carrier gas and the group V carrier gas in the first film formation step. More preferably, they are equal. Thereby, the flow rates of the material gases are equal in the first film formation step and the residual gas discharge step. Therefore, in the residual gas discharge step, it is possible to prevent the gas flow inside the growth chamber 2 from being disturbed, and the second semiconductor layer can be stacked in the second film formation step while maintaining this state. For this reason, it is possible to further grow a crystal having uniform crystallinity with excellent reproducibility.

また、残留ガス排出工程は、より長い時間行うことが残留ガスを多く排出する観点から、好ましいが作業効率等を考慮すると、1秒以上、10秒以下の時間行うことが望ましい。   In addition, it is preferable that the residual gas discharging step is performed for a longer time from the viewpoint of discharging a large amount of residual gas.

<InGaP/GaAsの成膜>
具体的に、V族元素ガスを切り替える例として、InGaP/GaAsへテロ構造を有する作製する方法を詳細に説明する。図3は、本発明に係る気相成長方法のフローを示すフローチャートである。
<InGaP / GaAs film formation>
Specifically, as an example of switching the group V element gas, a method for manufacturing an InGaP / GaAs heterostructure will be described in detail. FIG. 3 is a flowchart showing the flow of the vapor phase growth method according to the present invention.

まず、図示しない準備工程では、GaAsの被成膜基板3を成長室2のサセプタ4に設置する。その後、成長室2を1.33kPa以上、13.33kPa以下に減圧し、V族元素ガスであるAsHをV族系ガス供給源34からV族系ガス供給部24を経由して、V族系ガス吐出孔H4から被成膜基板3に供給する。その後、ヒータ5によって被成膜基板3を加熱し、基板温度を650℃以上、730℃以下に上昇させる。加熱中にAsHを導入している理由としては、基板表面からAsが蒸発するのを防ぐためである。 First, in a preparatory process (not shown), the GaAs film-forming substrate 3 is placed on the susceptor 4 of the growth chamber 2. Thereafter, the growth chamber 2 is depressurized to 1.33 kPa or more and 13.33 kPa or less, and AsH 3 which is a group V element gas is supplied from the group V gas supply source 34 via the group V gas supply unit 24 to the group V. The film is supplied to the film formation substrate 3 from the system gas discharge hole H4. Thereafter, the deposition target substrate 3 is heated by the heater 5 to raise the substrate temperature to 650 ° C. or higher and 730 ° C. or lower. The reason for introducing AsH 3 during heating is to prevent As from evaporating from the substrate surface.

次に、工程1aでは、第1半導体層であるGaAsを成長させるために、上記AsH(第1V族元素ガス)を成長室2に吐出した状態で、III 族系ガス供給部23からIII族元素ガスであるTMG(第1III 族元素ガス)を成長室2に吐出させる。この時のIII族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスである水素キャリアガス流量はそれぞれ1.0SLMである。これにより、成長室内に導入されたTMGおよびAsHが基板近傍で気相反応を起こし、GaAsが基板上に成膜される。GaAsが所定の膜厚となった時点にて、TMGおよびAsHの導入を停止する。これにより、工程1aが終了する。 Next, in step 1a, in order to grow GaAs as the first semiconductor layer, the AsH 3 (first group V element gas) is discharged into the growth chamber 2 and the group III gas supply unit 23 supplies the group III. An element gas TMG (Group III element gas) is discharged into the growth chamber 2. At this time, the flow rates of the hydrogen carrier gas, which is a group III carrier gas and a group V carrier gas, are respectively 1.0 SLM. Thereby, TMG and AsH 3 introduced into the growth chamber cause a gas phase reaction in the vicinity of the substrate, and GaAs is formed on the substrate. When GaAs reaches a predetermined film thickness, the introduction of TMG and AsH 3 is stopped. Thereby, the process 1a is completed.

工程1bでは、上記AsHに替えてV族元素ガスであるPH(第2V族元素ガス)を成長室2に導入する。このときPHの水素キャリアガスの流量を2.0SLMとする。PHの供給によって、V族系ガス中間室24aに残存していたAsHが成長室2に吐出され、さらに成長室2外へ速やかに排出されることとなる。 In step 1b, PH 3 (second group V element gas), which is a group V element gas, is introduced into the growth chamber 2 in place of the AsH 3 . At this time, the flow rate of the PH 3 hydrogen carrier gas is set to 2.0 SLM. With the supply of PH 3 , AsH 3 remaining in the group V gas intermediate chamber 24 a is discharged into the growth chamber 2 and further rapidly discharged out of the growth chamber 2.

最後に、工程1cでは、第2半導体層であるInGaPを成長させるために、上記PH(第2V族元素ガス)を成長室2に吐出した状態で、III族元素ガスであるTMGおよびTMI(第2III 族元素ガス)を成長室2に吐出し、GaAs層上にInGaPを成長させる。 Finally, in step 1c, in order to grow InGaP which is the second semiconductor layer, the above-described PH 3 (second group V element gas) is discharged into the growth chamber 2, and the group III element gases TMG and TMI ( (Group III element gas) is discharged into the growth chamber 2 to grow InGaP on the GaAs layer.

なお、この工程1cでは、PHのV族用キャリアガス流量を工程1aのAsHのV族用キャリアガス流量と同じ1.0SLMに戻してもよい。 In this step 1c, the PH 3 group V carrier gas flow rate may be returned to the same 1.0 SLM as the AsH 3 group V carrier gas flow rate in step 1a.

ここで、工程1aから工程1bに移行する間における、V族元素ガスの切り替えによる効果を示す。図4および図5は、V族元素ガスの切り替え時の水素キャリアガス流量を変更することによって、流体力学に基づきV族系ガス中間室24a内のAsH濃度を計算した結果を示すグラフである。 Here, the effect of switching the group V element gas during the transition from the process 1a to the process 1b is shown. 4 and 5 are graphs showing the results of calculating the AsH 3 concentration in the group V gas intermediate chamber 24a based on the fluid dynamics by changing the hydrogen carrier gas flow rate when switching the group V element gas. .

計算に用いたV族系ガス中間室24aの大きさは直径15mm、高さ6mmである。工程1bでは、V族系ガス中間室24aの側面からPHが供給されてV族系ガス吐出孔H4から排出される。 The size of the V group gas intermediate chamber 24a used for the calculation is 15 mm in diameter and 6 mm in height. In step 1b, PH 3 is supplied from the side surface of the V group gas intermediate chamber 24a and discharged from the V group gas discharge hole H4.

図4のグラフにおける縦軸は、水素キャリアガス流量が1.0SLMの場合におけるV族系ガス中間室24a内のAsH濃度を示しており、横軸は、V族系ガス中間室24aの中心位置からの距離の割合を示している。また、各グラフは、工程1aでのAsH停止後から1.0秒後、2.0秒後、3.0秒後、および、4.0秒後に対応している。 The vertical axis in the graph of FIG. 4 indicates the AsH 3 concentration in the group V gas intermediate chamber 24a when the hydrogen carrier gas flow rate is 1.0 SLM, and the horizontal axis indicates the center of the group V gas intermediate chamber 24a. The ratio of the distance from the position is shown. Each graph corresponds to 1.0 second, 2.0 seconds, 3.0 seconds, and 4.0 seconds after the AsH 3 stop in step 1a.

図4のグラフに示されるように、AsH停止から4.0秒経過した後には、ほとんど中心位置から0.6の距離割合の位置では、ほとんどAsHが残存していないことがわかる。 As shown in the graph of FIG. 4, it can be seen that almost 4.0 AsH 3 does not remain at the position of the distance ratio of 0.6 from the center position after 4.0 seconds have passed since the AsH 3 stop.

これに対し、図5では、図4の水素キャリアガスを2倍の2.0SLMにした場合、AsH導入停止後1.0秒であっても、図4の2.0秒後のグラフと同程度の残留ガス濃度比率が示されていることがわかる。さらに、図5の2.0秒後のグラフでは、ガス中間室内のAsHがほとんど残留していないことが確認できる。 In contrast, in FIG. 5, when the hydrogen carrier gas 4 to twice the 2.0SLM, even AsH 3 introduced after stopping 1.0 seconds, and graphs after 2.0 seconds in FIG. 4 It can be seen that a similar residual gas concentration ratio is shown. Furthermore, it can be confirmed from the graph after 2.0 seconds in FIG. 5 that almost no AsH 3 remains in the gas intermediate chamber.

装置サイズが大型になればガス中間室の体積も大きくなるため、この場合、さらに残留ガスが排出され難くなり、本発明の効果はより顕著に現れると考えられる。また、図3,4を用いて示したように、キャリアガス流量を2倍以上に増大させるとさらに時間が短縮できることは明らかである。   As the apparatus size increases, the volume of the gas intermediate chamber also increases. In this case, the residual gas is more difficult to be discharged, and the effect of the present invention is considered to be more prominent. As shown in FIGS. 3 and 4, it is apparent that the time can be further shortened by increasing the carrier gas flow rate by a factor of two or more.

ここで、本実施の形態では、工程1bにおいて、III 族系ガス中間室23aに供給されるIII 族用キャリアガスの流量を工程1aよりも減量することができる。   Here, in the present embodiment, in step 1b, the flow rate of the group III carrier gas supplied to the group III gas intermediate chamber 23a can be reduced more than in step 1a.

例えば、工程1bでV族用キャリアガスのキャリアガス流量を1.0SLMから2.0SLMに増量させた場合、III 族用キャリアガスのキャリアガス流量を1.0SLMから0.5SLMに減量させる。   For example, when the carrier gas flow rate of the group V carrier gas is increased from 1.0 SLM to 2.0 SLM in step 1b, the carrier gas flow rate of the group III carrier gas is decreased from 1.0 SLM to 0.5 SLM.

従来の気相成長方法では、キャリアガスの流量が大きくなると成長室内のガスの流れが大きく変わり、工程1cが開始された際に結晶成長がうまくいかないことが多い。しかしながら、上記のようにキャリアガス流量を調整することによって、工程1bにおいて過度にキャリアガスの流量が増量されることを抑制することができる。特にキャリアガスの流量が大きくなると、成長室内に付着しているフレークの巻き上げなどを起こし、結晶性の低下を招くだけでなく、気相成長方法の再現性が悪くなるため、これらを回避できる。   In the conventional vapor phase growth method, when the flow rate of the carrier gas increases, the gas flow in the growth chamber changes greatly, and crystal growth often fails when the step 1c is started. However, by adjusting the carrier gas flow rate as described above, it is possible to suppress an excessive increase in the carrier gas flow rate in step 1b. In particular, when the flow rate of the carrier gas is increased, flakes adhering to the growth chamber are rolled up, and not only the crystallinity is deteriorated but also the reproducibility of the vapor phase growth method is deteriorated.

さらに、本実施の形態では、工程1bにおいて、第1成膜工程に比較してV族用キャリアガス流量の増量とIII族用キャリアガス流量の減量とを等しくすることもできる。例えば、工程1aで、V族用キャリアガス流量を1.5SLMとし、工程1bでV族用キャリアガス流量を2.5SLMに増分させた場合、III族元素ガスのキャリアガス流量を工程1aの1.5SLMから工程1bの0.5SLMに減量させる。   Furthermore, in the present embodiment, in step 1b, the increase in the group V carrier gas flow rate and the decrease in the group III carrier gas flow rate can be made equal to those in the first film formation step. For example, when the group V carrier gas flow rate is set to 1.5 SLM in step 1a and the group V carrier gas flow rate is increased to 2.5 SLM in step 1b, the group III element gas carrier gas flow rate is set to 1 of step 1a. Reduce from 5 SLM to 0.5 SLM in step 1b.

これによって工程1a〜1cにおいてガス総流量が変わらないことになり、成長室内のガスの流れが安定するため、気相成長方法の再現性が大きく向上する。   As a result, the total gas flow rate does not change in steps 1a to 1c, and the gas flow in the growth chamber is stabilized, so that the reproducibility of the vapor phase growth method is greatly improved.

上記のように、図3に示す本発明の結晶成長方法で成膜したInGaP表面の走査電子顕微鏡像を図6の(a)に、比較例として工程1bを行わず工程1aおよび工程1cのみにて成膜したInGaP表面の走査電子顕微鏡像を図6の(b)に示す。本発明の結晶成長方法で成膜したInGaP表面は鏡面であるのに対し、比較例の表面は小さな凹凸があり、白濁している。これは、工程1bを行わなかったため、InGaPにおいて、急峻なヘテロ界面が形成されなかった結果、As原子とP原子との置換が生じた影響が現れたものと考えられる。しかし、本発明に係る図6の(a)に示す走査電子顕微鏡像では、そのような白濁が認められず、本発明の優位性が示されている。   As described above, the scanning electron microscope image of the surface of InGaP formed by the crystal growth method of the present invention shown in FIG. 3 is shown in FIG. 6A, and as a comparative example, step 1b is not performed but only step 1a and step 1c are performed. FIG. 6B shows a scanning electron microscope image of the InGaP surface formed in this manner. The surface of InGaP formed by the crystal growth method of the present invention is a mirror surface, whereas the surface of the comparative example has small irregularities and is cloudy. This is probably because the step 1b was not performed, and as a result, the steep hetero interface was not formed in InGaP, and as a result, the substitution of As atoms and P atoms occurred. However, in the scanning electron microscope image shown in FIG. 6A according to the present invention, such white turbidity is not recognized, indicating the superiority of the present invention.

<InGaN/GaNの成膜>
次に、III族元素ガスを切り替える例として、InGaN/GaNの多重量子井戸(multiple quantum well:MQW)構造を作製する場合を取り上げて、本発明の結晶成長方法の詳細を述べる。
<InGaN / GaN film formation>
Next, as an example of switching the group III element gas, the case of producing an InGaN / GaN multiple quantum well (MQW) structure will be taken up and the details of the crystal growth method of the present invention will be described.

まず、準備工程では、被成膜基板3としてサファイア基板を用い、被成膜基板3上にGaNバッファ層およびn型GaN層を成長させる。   First, in the preparation step, a sapphire substrate is used as the deposition target substrate 3, and a GaN buffer layer and an n-type GaN layer are grown on the deposition target substrate 3.

第1成膜工程である工程2aとして第1半導体層のGaNを成長させるために、成長室2内にIII 族系ガス供給部23からIII族元素ガスであるTMGを、V族系ガス供給部24からV族元素ガスであるNHを導入する。III 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスとしては、共に窒素を用い、両キャリアガス流量を一例として1.0SLMに設定する。 In order to grow GaN of the first semiconductor layer as the step 2a which is the first film forming step, the group III element gas TMG is supplied from the group III gas supply unit 23 to the group V gas supply unit in the growth chamber 2. From 24, NH 3 which is a group V element gas is introduced. Nitrogen is used as both the group III carrier gas and the group V carrier gas, and the flow rates of both carrier gases are set to 1.0 SLM as an example.

次に、第2成膜工程である工程2bでは、第2半導体層のInGaNを成長させるために、III族元素ガスであるTMGおよびTMIをIII 族系ガス中間室23aに供給し、GaN層上にInGaNを成長させる。工程2b終了後、TMGおよびTMIの導入を停止する。工程2aと同様に、III 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスとしては、共に窒素を用い、両キャリアガス流量を1.0SLMに設定する。   Next, in step 2b which is the second film forming step, in order to grow InGaN of the second semiconductor layer, the group III element gases TMG and TMI are supplied to the group III gas intermediate chamber 23a, InGaN is grown. After step 2b, the introduction of TMG and TMI is stopped. As in step 2a, both the group III carrier gas and the group V carrier gas are nitrogen, and both carrier gas flow rates are set to 1.0 SLM.

その後、残留ガス排出工程である工程2cとして、III族元素ガスの窒素キャリアガス流量を例えば2.0SLMに増大させて、中間室内に残留しているTMIを排出する。V族用キャリアガスの流量は、1.0SLMのままである。   Thereafter, as step 2c, which is a residual gas discharge step, the nitrogen carrier gas flow rate of the group III element gas is increased to, for example, 2.0 SLM, and TMI remaining in the intermediate chamber is discharged. The flow rate of the Group V carrier gas remains 1.0 SLM.

工程2c終了後、少なくとも1回以上再び工程2aを行い(工程2dでのNO)、InGaN層上にGaNを成長させる。このように工程2a〜2cを繰り返すことによってInGaN/GaNのヘテロ界面が急峻なMQW構造を作製することができる。すなわち、本発明に係る気相成長方法では、第1成膜工程と第2成膜工程とを連続して行ってもよく、少なくとも1回、第1成膜工程および第2成膜工程の間で残留ガス排出工程がなされれば、ヘテロ界面が急峻な結晶を成長させることが可能である。   After step 2c, step 2a is performed again at least once (NO in step 2d) to grow GaN on the InGaN layer. By repeating the steps 2a to 2c in this manner, an MQW structure with a steep InGaN / GaN heterointerface can be produced. That is, in the vapor phase growth method according to the present invention, the first film formation step and the second film formation step may be performed continuously, and at least once between the first film formation step and the second film formation step. If the residual gas discharge step is performed, it is possible to grow a crystal having a steep hetero interface.

ここで、本実施の形態では、工程2cにおいて、V族元素ガスのキャリアガス流量を減らすこともできる。例えば、工程2cでIII族用キャリアガスの流量を1.0SLMから2.0SLMに増分させた場合、V族元素ガスのキャリアガス流量を1.0SLMから0.5SLMに減分させる。   Here, in the present embodiment, the carrier gas flow rate of the group V element gas can be reduced in the step 2c. For example, when the flow rate of the group III carrier gas is increased from 1.0 SLM to 2.0 SLM in step 2c, the carrier gas flow rate of the group V element gas is decreased from 1.0 SLM to 0.5 SLM.

さらに、本実施の形態では、さらに工程2cにおいて、III族用キャリアガス流量の増分量とV族用キャリアガス流量の減分量を等しくすることができる。例えば、工程2cでV族用キャリアガス流量を1.5SLMから2.5SLMに増分させた場合、III族用キャリアガスの流量を1.5SLMから0.5SLMに減分させる。   Further, in the present embodiment, in step 2c, the increment amount of the group III carrier gas flow rate and the decrement amount of the group V carrier gas flow rate can be made equal. For example, when the group V carrier gas flow rate is increased from 1.5 SLM to 2.5 SLM in step 2c, the group III carrier gas flow rate is decremented from 1.5 SLM to 0.5 SLM.

これにより、工程2a〜2cにおいてガス総流量が変わらないことになり、成長室内のガスの流れが安定する。特にMQW作製のような短時間にガスの切り替えを頻繁に行う場合、成長室2のガス流れが安定することは結晶性、再現性の両方の観点から非常に重要である。   As a result, the total gas flow rate does not change in steps 2a to 2c, and the gas flow in the growth chamber is stabilized. In particular, when the gas is frequently switched in a short time such as in the production of MQW, it is very important from the viewpoint of both crystallinity and reproducibility that the gas flow in the growth chamber 2 is stable.

なお、工程1aおよび工程1cにおいて、III 族元素ガスとして、TMGを共通して用いているが、第2成膜工程では、第2III 族元素ガスとして、TMGと共にTMIを用いているため、工程1cから再度工程1aに移行する場合、成長室2内に残留したTMIを排出するために、工程1cおよび工程1a間に残留ガス排出工程を設け、III 族用キャリアガスだけでなく、V族用キャリアガスの供給を行うことが好ましい。   In step 1a and step 1c, TMG is commonly used as the group III element gas. However, in the second film formation step, TMI is used together with TMG as the group III element gas. In order to move again from step 1a to step 1a, in order to discharge TMI remaining in the growth chamber 2, a residual gas discharge step is provided between step 1c and step 1a, and not only the group III carrier gas but also the group V carrier It is preferable to supply gas.

なお、上記においては、InGaP/GaAs系、InGaN/GaN系について詳細に説明したが、これらは一例にすぎず、本発明においては上記の系に限ったことではない。また、III 族元素ガス、V族元素ガスを導入する場合について説明したが、本発明においては、III 族元素ガス及びV族元素ガスと共に、不活性ガスやドーパント源となるガス等を成長室2に供給してもよい。   In the above, the InGaP / GaAs system and the InGaN / GaN system have been described in detail. However, these are merely examples, and the present invention is not limited to the above system. Further, the case where the group III element gas and the group V element gas are introduced has been described. In the present invention, the inert gas, the gas serving as the dopant source, and the like are added to the growth chamber 2 together with the group III element gas and the group V element gas. May be supplied.

また、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明によれば、急峻なヘテロ接合界面を有するIII-V族化合物半導体結晶を成膜することができるため、優れたIII-V族化合物半導体結晶を提供できる。したがって、本発明は、半導体結晶を製造する分野、および、半導体結晶を部品として用いる電気機器などを用いる分野にて利用が可能である。   According to the present invention, since a group III-V compound semiconductor crystal having a steep heterojunction interface can be formed, an excellent group III-V compound semiconductor crystal can be provided. Therefore, the present invention can be used in the field of manufacturing a semiconductor crystal and the field of using an electric device using the semiconductor crystal as a component.

1 反応炉
2 成長室
3 被成膜基板
4 サセプタ
5 ヒータ
6 支持台
7 回転軸
8 被覆板
10 MOCVD装置(気相成長装置)
11 ガス排出部
12 パージライン
20 シャワーヘッド
21 シャワープレート
22 冷媒供給部
22a 冷媒中間室
23 III 族系ガス供給部
23a III 族系ガス中間室
23b III 族系ガス供給管
24 V族系ガス供給部
24a V族系ガス中間室
24b V族系ガス供給管
26a 境界板
26b 境界板
26c 天板
31 III 族系ガス供給源
32 III 族系ガス配管
33 マスフローコントローラ
34 V族系ガス供給源
35 V族系ガス配管
36 マスフローコントローラ
37 冷媒装置
38 冷媒供給配管
39 冷媒排出配管
H3 III 族系ガス吐出孔(ガス吐出孔)
H4 V族系ガス吐出孔(ガス吐出孔)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction furnace 2 Growth chamber 3 Substrate to be formed 4 Susceptor 5 Heater 6 Support stand 7 Rotating shaft 8 Cover plate 10 MOCVD apparatus (vapor phase growth apparatus)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Gas discharge part 12 Purge line 20 Shower head 21 Shower plate 22 Refrigerant supply part 22a Refrigerant intermediate room 23 III group gas supply part 23a III group gas intermediate room 23b III group gas supply pipe 24 V group gas supply part 24a Group V gas intermediate chamber 24b Group V gas supply pipe 26a Boundary plate 26b Boundary plate 26c Top plate 31 Group III gas supply source 32 Group III gas piping 33 Mass flow controller 34 Group V gas supply source 35 Group V gas Pipe 36 Mass flow controller 37 Refrigerant device 38 Refrigerant supply pipe 39 Refrigerant discharge pipe H3 III group gas discharge hole (gas discharge hole)
H4 V group gas discharge hole (gas discharge hole)

Claims (5)

キャリアガスと共に、III 族元素ガスおよびV族元素ガスをそれぞれ分離した状態で成長室へ吐出するガス吐出孔が配設されたシャワープレートと、上記III 族元素ガスおよびIII 族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するIII 族系ガス中間室と、V族元素ガスおよびV族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するV族系ガス中間室と、被成膜基板を収容し、成長室とを備える気相成長装置を用いて、上記被成膜基板に複数層のIII-V族化合物半導体結晶を成膜する気相成長方法であって、
第1III 族元素ガスを上記III 族系ガス中間室に供給し、第1V族元素ガスを上記V族系ガス中間室に供給して上記被成膜基板に第1半導体層を形成する第1成膜工程と、
第2III 族元素ガスを上記III 族系ガス中間室に供給し、第2V族元素ガスを上記V族系ガス中間室に供給して上記被成膜基板に第2半導体層を形成する第2成膜工程とを含み、
上記第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガス、並びに、上記第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスの組み合わせのうち、少なくとも一方の組み合わせに係る元素ガス同士は互いに異なっており、
上記第1成膜工程および第2成膜工程の間に、
第1III 族元素ガスと第2III 族元素ガスとが異なる場合、III 族用キャリアガスを第1成膜工程よりも増量してIII 族系ガス中間室へ、または、第1V族元素ガスと第2V族元素ガスとが異なる場合、V族系キャリアガスを第1成膜工程よりも増量してV族系ガス中間室への供給のうち少なくとも一方への供給を行う残留ガス排出工程を含むことを特徴とする気相成長方法。
A shower plate provided with gas discharge holes for discharging the group III element gas and the group V element gas into the growth chamber in a state separated from the carrier gas, and the group III element gas and the group III carrier gas. A group III gas intermediate chamber to be supplied to the discharge hole, a group V gas intermediate chamber to supply the group V element gas and the group V carrier gas to the gas discharge hole, a deposition substrate, and a growth chamber; A vapor phase growth method for forming a plurality of III-V group compound semiconductor crystals on the film formation substrate using a vapor phase growth apparatus comprising:
A first group III element gas is supplied to the group III gas intermediate chamber and a first group V element gas is supplied to the group V gas intermediate chamber to form a first semiconductor layer on the deposition substrate. A membrane process;
A second group III element gas is supplied to the group III gas intermediate chamber and a second group V element gas is supplied to the group V gas intermediate chamber to form a second semiconductor layer on the deposition substrate. Including a membrane process,
Among the group III element gas and group III element gas, and the combination of group 1 V element gas and group V element gas, the element gases according to at least one combination are different from each other.
During the first film formation step and the second film formation step,
When the group III element gas is different from the group II group element gas, the group III carrier gas is increased from the first film forming step to the group III gas intermediate chamber, or the group V element gas and the second group V gas. When the group element gas is different from the group element gas, the method includes a residual gas discharge step of increasing the group V carrier gas more than the first film formation step and supplying the group V gas to at least one of the group V gas intermediate chambers. Vapor growth method characterized.
第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに同一であり、第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに異なり、
上記残留ガス排出工程において、
上記V族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも増量してV族系ガス中間室へ供給し、
上記III 族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも減量してIII 族系ガス中間室に供給することを特徴とする請求項1に記載の気相成長方法。
The group III element gas and the group III element gas are the same, the group V element gas and the group V element gas are different from each other,
In the residual gas discharge step,
The group V carrier gas is supplied to the group V gas intermediate chamber in an increased amount from the first film formation step,
2. The vapor phase growth method according to claim 1, wherein the group III carrier gas is supplied to the group III gas intermediate chamber in a reduced amount than in the first film formation step.
第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスが互いに同一であり、第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガスが互いに異なり、
上記残留ガス排出工程において、
上記III 族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも増量してIII 族系ガス中間室へ供給し、
上記V族用キャリアガスを、第1成膜工程よりも減量してV族系ガス中間室へ供給することを特徴とする請求項1に記載の気相成長方法。
The first group V element gas and the second group V element gas are the same, the first group III element gas and the second group III element gas are different from each other;
In the residual gas discharge step,
The above group III carrier gas is supplied to the group III gas intermediate chamber in an increased amount from the first film formation step,
2. The vapor phase growth method according to claim 1, wherein the V-group carrier gas is supplied to the V-group gas intermediate chamber in a reduced amount than in the first film formation step.
上記残留ガス排出工程におけるIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスの総流量が、上記第1成膜工程におけるIII 族用キャリアガスおよびV族用キャリアガスの総流量と等しいことを特徴とする請求項2または3に記載の気相成長方法。   The total flow rate of the group III carrier gas and the group V carrier gas in the residual gas discharge step is equal to the total flow rate of the group III carrier gas and the group V carrier gas in the first film formation step. The vapor phase growth method according to claim 2 or 3. キャリアガスと共に、III 族元素ガスおよびV族元素ガスをそれぞれ分離した状態で成長室へ吐出するガス吐出孔が配設されたシャワープレートと、上記III 族元素ガスおよびIII 族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するIII 族系ガス中間室と、V族元素ガスおよびV族用キャリアガスを上記ガス吐出孔に供給するV族系ガス中間室と、被成膜基板を収容し、成長室とを備える気相成長装置において、
III 族元素ガス、V族元素ガス、III 族系キャリアガスおよびV族系キャリアガスの流量を制御する制御部が備えられており、
上記制御部は、
第1III 族元素ガスを上記III 族系ガス中間室に供給し、第1V族元素ガスを上記V族系ガス中間室に供給する第1供給を制御し、上記被成膜基板に第1半導体層が形成された後、第2III 族元素ガスを上記III 族系ガス中間室に供給し、第2V族元素ガスを上記V族系ガス中間室に供給する第2供給を制御し、
上記第1III 族元素ガスおよび第2III 族元素ガス、並びに、上記第1V族元素ガスおよび第2V族元素ガスの組み合わせのうち、少なくとも一方の組み合わせに係る元素ガス同士は互いに異なっており、
上記第1半導体層が形成された後であって、第2供給の前に、
第1III 族元素ガスと第2III 族元素ガスとが異なる場合、III 族用キャリアガスを第1供給時よりも増量してIII 族系ガス中間室へ、または、第1V族元素ガスと第2V族元素ガスとが異なる場合、V族系キャリアガスを第1供給時よりも増量してV族系ガス中間室への供給のうち少なくとも一方への供給を行うことを特徴とする気相成長装置。
A shower plate provided with gas discharge holes for discharging the group III element gas and the group V element gas into the growth chamber in a state separated from the carrier gas, and the group III element gas and the group III carrier gas. A group III gas intermediate chamber to be supplied to the discharge hole, a group V gas intermediate chamber to supply the group V element gas and the group V carrier gas to the gas discharge hole, a deposition substrate, and a growth chamber; In a vapor phase growth apparatus comprising:
A control unit for controlling the flow rates of the group III element gas, the group V element gas, the group III carrier gas, and the group V carrier gas;
The control unit
The first group III element gas is supplied to the group III gas intermediate chamber, the first supply of the first group V element gas to the group V gas intermediate chamber is controlled, and the first semiconductor layer is formed on the deposition substrate. Is formed, the second group III element gas is supplied to the group III gas intermediate chamber, the second supply of the group V element gas to the group V gas intermediate chamber is controlled,
Among the group III element gas and group III element gas, and the combination of group 1 V element gas and group V element gas, the element gases according to at least one combination are different from each other.
After the first semiconductor layer is formed and before the second supply,
If the Group III element gas is different from the Group II group element gas, the amount of the group III carrier gas is increased from that in the first supply to the group III gas intermediate chamber, or the group V element gas and the group 2V gas are supplied. A vapor phase growth apparatus characterized in that when the elemental gas is different, the group V carrier gas is increased from the first supply and supplied to at least one of the group V gas intermediate chambers.
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