JP2687862B2 - 化合物半導体薄膜の形成方法 - Google Patents
化合物半導体薄膜の形成方法Info
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- compound semiconductor
- semiconductor thin
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体薄膜の形成
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光デバイスや高速デバイスの形成に用い
られる有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）において
は、大面積高均一成長の可能性が早くから指摘され活発
な研究が進められてきた。近年、ジャーナル・オブ・ク
リスタル・グロース（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓ
ｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）誌、第１００巻、第５４５頁に
記載されているように、反応管内のキャリアガスの流れ
についてシミュレーションにより解析が進められるよう
になり、アルシン（ＡｓＨ3 ）及びホスフィン（Ｐ
Ｈ3 ）を含む原料を用いるＩｎＧａＡｓＰ化合物半導体
以外のＩｎＰやＧａＡｓ系の３−５族化合物半導体につ
いてはジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）
誌、第１０５巻、第３０頁に記載されているように、３
インチ型基板の多数枚においても膜厚及び組成共に優れ
た均一性が実現されるようになった。
られる有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）において
は、大面積高均一成長の可能性が早くから指摘され活発
な研究が進められてきた。近年、ジャーナル・オブ・ク
リスタル・グロース（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓ
ｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）誌、第１００巻、第５４５頁に
記載されているように、反応管内のキャリアガスの流れ
についてシミュレーションにより解析が進められるよう
になり、アルシン（ＡｓＨ3 ）及びホスフィン（Ｐ
Ｈ3 ）を含む原料を用いるＩｎＧａＡｓＰ化合物半導体
以外のＩｎＰやＧａＡｓ系の３−５族化合物半導体につ
いてはジャーナル・オブ・クリスタル・グロース（Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）
誌、第１０５巻、第３０頁に記載されているように、３
インチ型基板の多数枚においても膜厚及び組成共に優れ
た均一性が実現されるようになった。
【０００３】図３（ａ）は従来の化合物半導体薄膜の形
成方法を説明するための横型反応管の模式的断面図であ
る。
成方法を説明するための横型反応管の模式的断面図であ
る。
【０００４】図３（ａ）に示すように、横型反応管１内
に設置された回転可能なカーボンサセプタ２の上にＩｎ
Ｐ基板３を装着して水素をキャリアガスとし、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）か
らなる原料を流してＩｎＰ基板３の表面に格子整合する
ＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させる。
に設置された回転可能なカーボンサセプタ２の上にＩｎ
Ｐ基板３を装着して水素をキャリアガスとし、トリメチ
ルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）か
らなる原料を流してＩｎＰ基板３の表面に格子整合する
ＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させる。
【０００５】この反応管を用いてＩｎＰ基板上に格子整
合するＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させる場合、反応管内
の圧力及びキャリアガス流量は多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造の界面急峻性のみから決定され、キャリアガスフロ
ーの上流から下流にかけて生じる膜厚及び組成の均一化
については平面上で基板を回転させる方法を用いて平均
化が行われていた。
合するＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させる場合、反応管内
の圧力及びキャリアガス流量は多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造の界面急峻性のみから決定され、キャリアガスフロ
ーの上流から下流にかけて生じる膜厚及び組成の均一化
については平面上で基板を回転させる方法を用いて平均
化が行われていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この以来の化合物半導
体薄膜の形成方法は、基板の静止状態でＩｎＧａＡｓＰ
薄膜を成長した場合のキャリアガスフロー方向の燐
（Ｐ）組成分布は図３（ｂ）に示すように、ＰＨ3 の分
解温度がＡｓＨ3 より約１００℃高く、ＰＨ3 は基板直
前で分解を開始するため基板上のＰ組成分布は上流から
下流にかけて非線形に分布する。
体薄膜の形成方法は、基板の静止状態でＩｎＧａＡｓＰ
薄膜を成長した場合のキャリアガスフロー方向の燐
（Ｐ）組成分布は図３（ｂ）に示すように、ＰＨ3 の分
解温度がＡｓＨ3 より約１００℃高く、ＰＨ3 は基板直
前で分解を開始するため基板上のＰ組成分布は上流から
下流にかけて非線形に分布する。
【０００７】一方、ＡｓＨ3 はサセプタ上流で分解を開
始するため基板上のＡｓ分圧は上流から下流にかけて線
形に分布する。このため、ＩｎＧａＡｓＰ結晶中のＰ組
成分布は上流から下流にかけて非線形に分布する。
始するため基板上のＡｓ分圧は上流から下流にかけて線
形に分布する。このため、ＩｎＧａＡｓＰ結晶中のＰ組
成分布は上流から下流にかけて非線形に分布する。
【０００８】その結果、図３（ｃ）に示すように、基板
を回転した場合にもＰ組成分布は上に凸の分布になり良
好な組成均一性は得られない。また、基板静止時のＰ組
成分布が大きいため回転による成長方向の組成揺れが大
きくなりフォトルミネッセンス（ＰＬ）による半値幅が
大きくなる問題があった。
を回転した場合にもＰ組成分布は上に凸の分布になり良
好な組成均一性は得られない。また、基板静止時のＰ組
成分布が大きいため回転による成長方向の組成揺れが大
きくなりフォトルミネッセンス（ＰＬ）による半値幅が
大きくなる問題があった。
【０００９】本発明の目的は、組成が均一で成長方向の
組成揺れが小さい化合物半導体薄膜の形成方法を提供す
ることにある。
組成揺れが小さい化合物半導体薄膜の形成方法を提供す
ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体薄
膜の形成方法は、横型反応管を用いトリメチルインジウ
ム、トリエチルガリウム、アルシン、ホスフィンを原料
とし水素をキャリアガスとする減圧気相成長法によりＩ
ｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させる化合物半
導体薄膜の形成方法において、前記ＩｎＰ基板上を流す
原料ガスの流速を３０ｃｍ／ｓｅｃ乃至７０ｃｍ／ｓｅ
ｃとして構成される。
膜の形成方法は、横型反応管を用いトリメチルインジウ
ム、トリエチルガリウム、アルシン、ホスフィンを原料
とし水素をキャリアガスとする減圧気相成長法によりＩ
ｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させる化合物半
導体薄膜の形成方法において、前記ＩｎＰ基板上を流す
原料ガスの流速を３０ｃｍ／ｓｅｃ乃至７０ｃｍ／ｓｅ
ｃとして構成される。
【００１１】
【作用】横型反応管の気相成長装置を用いてＩｎＰ基板
上にＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長する場合、結晶成長組成
の均一性低下の原因として使用される５族原料の中で分
解温度に差があるものがあるためと考えられる。図４は
反応管内の５族原料ラジカル量分布を示す模式図であ
る。図４に示すように、ＡｓＨ3 は基板上で十分に分解
しておりほぼ一定のアルシンラジカル（ＡｓＨx （ｘ＝
０〜２））量を示す。一方、ＰＨ3 については分解の初
期にホスフィンラジカル（ＰＨx （ｘ＝０〜２））量が
非線形の分布をもつが、分解が進むにつれて飽和傾向に
なるため線形分布に近づく。そこで、本発明は流速を遅
くしＰＨ3 原料分解を促進させ基板上でＰＨx 量が線形
な分布をもつようにする。これにより基板静止時に基板
上流から下流にかけて組成の線形な変化が得られ、基板
回転により平坦な組成分布が得られる。
上にＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長する場合、結晶成長組成
の均一性低下の原因として使用される５族原料の中で分
解温度に差があるものがあるためと考えられる。図４は
反応管内の５族原料ラジカル量分布を示す模式図であ
る。図４に示すように、ＡｓＨ3 は基板上で十分に分解
しておりほぼ一定のアルシンラジカル（ＡｓＨx （ｘ＝
０〜２））量を示す。一方、ＰＨ3 については分解の初
期にホスフィンラジカル（ＰＨx （ｘ＝０〜２））量が
非線形の分布をもつが、分解が進むにつれて飽和傾向に
なるため線形分布に近づく。そこで、本発明は流速を遅
くしＰＨ3 原料分解を促進させ基板上でＰＨx 量が線形
な分布をもつようにする。これにより基板静止時に基板
上流から下流にかけて組成の線形な変化が得られ、基板
回転により平坦な組成分布が得られる。
【００１２】更に、成長方向の組成揺らぎを考慮した場
合、基板静止状態で組成線形変化の傾きを小さくする必
要があるが、５族原料／３族原料（モル比）を高くする
ことによりＰＨx 量を増大させ基板上でのラジカル量を
一定に近づけることができ、これにより組成線形変化の
傾きが小さくなり成長方向の組成揺らぎを抑制できる。
合、基板静止状態で組成線形変化の傾きを小さくする必
要があるが、５族原料／３族原料（モル比）を高くする
ことによりＰＨx 量を増大させ基板上でのラジカル量を
一定に近づけることができ、これにより組成線形変化の
傾きが小さくなり成長方向の組成揺らぎを抑制できる。
【００１３】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１４】図１（ａ）は本発明の一実施例を説明する
ための反応管の模式的断面図である。
ための反応管の模式的断面図である。
【００１５】図１（ａ）に示すように、横型の石英反応
管１の中央付近に載置された回転可能なカーボンサセプ
タ２の上に２インチ型のＩｎＰ基板３が取付けられ石英
反応管１の外部に設けた高周波コイル４により６００℃
に加熱され、石英反応管１の原料導入口５から水素（Ｈ
2 ）ガスからなるキャリアガスにトリメチルインジウム
（ＴＭＩ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、アルシン
（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）からなる原料を含
む原料ガスを導入してＩｎＰ基板３表面のＩｎＰに格子
整合するＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させる。
管１の中央付近に載置された回転可能なカーボンサセプ
タ２の上に２インチ型のＩｎＰ基板３が取付けられ石英
反応管１の外部に設けた高周波コイル４により６００℃
に加熱され、石英反応管１の原料導入口５から水素（Ｈ
2 ）ガスからなるキャリアガスにトリメチルインジウム
（ＴＭＩ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、アルシン
（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）からなる原料を含
む原料ガスを導入してＩｎＰ基板３表面のＩｎＰに格子
整合するＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させる。
【００１６】図１（ｂ）はＩｎＰ基板上の位置とＰＨx
量の関係を示す図である。
量の関係を示す図である。
【００１７】図１（ｂ）に示すように、ＩｎＰ基板が静
止した状態でキャリアガス流量を２０ＳＬＭ（Ｓｔａｎ
ｄａｒｄ Ｌｉｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）とし、
反応管内圧力を１５０Ｔｏｒｒ（基板上の流速：約７０
ｃｍ／ｓｅｃ）と７０Ｔｏｒｒ（基板上の流速：約１４
０ｃｍ／ｓｅｃ）とした場合のＩｎＧａＡｓＰ薄膜成長
時のＰＨx 量分布は、反応管圧力が１５０Ｔｏｒｒのと
きにはＩｎＰ基板上で原料ガス流の上流から下流にかけ
てＰＨx 量がほぼ線形に変化するのに対して反応管圧力
が７５Ｔｏｒｒのとには非線形に変化しており、ＩｎＧ
ａＡｓＰ薄膜の組成分布もこのＰＨx 量の分布に比例し
て変化する。なお、流速３０ｃｍ／ｓｅｃ以下ではＰ組
成以外の組成に影響が生じ実用上使用できない。
止した状態でキャリアガス流量を２０ＳＬＭ（Ｓｔａｎ
ｄａｒｄ Ｌｉｔｅｒ ｐｅｒ Ｍｉｎｕｔｅ）とし、
反応管内圧力を１５０Ｔｏｒｒ（基板上の流速：約７０
ｃｍ／ｓｅｃ）と７０Ｔｏｒｒ（基板上の流速：約１４
０ｃｍ／ｓｅｃ）とした場合のＩｎＧａＡｓＰ薄膜成長
時のＰＨx 量分布は、反応管圧力が１５０Ｔｏｒｒのと
きにはＩｎＰ基板上で原料ガス流の上流から下流にかけ
てＰＨx 量がほぼ線形に変化するのに対して反応管圧力
が７５Ｔｏｒｒのとには非線形に変化しており、ＩｎＧ
ａＡｓＰ薄膜の組成分布もこのＰＨx 量の分布に比例し
て変化する。なお、流速３０ｃｍ／ｓｅｃ以下ではＰ組
成以外の組成に影響が生じ実用上使用できない。
【００１８】ここで、ＩｎＰ基板３を水平方向に回転さ
せながらＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させた場合には圧力
７５Ｔｏｒｒの場合のＰＬ波長の面内分布が±１０ｎｍ
であるのに対して圧力１５０Ｔｏｒｒの場合にはＰＬ波
長の面内分布が±２ｎｍの均一性が得られた。
せながらＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させた場合には圧力
７５Ｔｏｒｒの場合のＰＬ波長の面内分布が±１０ｎｍ
であるのに対して圧力１５０Ｔｏｒｒの場合にはＰＬ波
長の面内分布が±２ｎｍの均一性が得られた。
【００１９】図２は本発明により形成したＩｎＧａＡｓ
Ｐ薄膜におけるＰ組成の５族原料／３族原料（モル比）
依存性を示す図である。
Ｐ薄膜におけるＰ組成の５族原料／３族原料（モル比）
依存性を示す図である。
【００２０】図２に示すように、基板を静止状態とし、
キャリアガス流量２０ＳＬＭ、圧力１５０ＴｏｒｒでＩ
ｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させた場合、５族原料／３族原
料（モル比）が１５０〜３００のとき、Ｐ組成分布の傾
きは０．０１ｃｍ-1以下になり、基板を回転させた場合
の温度４ＫにおけるＰＬ半値幅は４ｍｅＶであった。一
方、５族原料／３族原料（モル比）が１００のとき、Ｐ
組成の傾きは０．０１ｃｍ-1以上となり、基板を回転さ
せた場合の温度４ＫにおけるＰＬ半値幅は７ｍｅＶであ
った。
キャリアガス流量２０ＳＬＭ、圧力１５０ＴｏｒｒでＩ
ｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させた場合、５族原料／３族原
料（モル比）が１５０〜３００のとき、Ｐ組成分布の傾
きは０．０１ｃｍ-1以下になり、基板を回転させた場合
の温度４ＫにおけるＰＬ半値幅は４ｍｅＶであった。一
方、５族原料／３族原料（モル比）が１００のとき、Ｐ
組成の傾きは０．０１ｃｍ-1以上となり、基板を回転さ
せた場合の温度４ＫにおけるＰＬ半値幅は７ｍｅＶであ
った。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ＩｎＰ基
板上のキャリアガス流速を３０〜７０ｃｍ／ｓｅｃに設
定してＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させることにより、組
成の均一な結晶成長が実現できるという効果を有する。
板上のキャリアガス流速を３０〜７０ｃｍ／ｓｅｃに設
定してＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させることにより、組
成の均一な結晶成長が実現できるという効果を有する。
【００２２】また、５族原料／３族原料（モル比）を１
５０〜３００にすることにより、基板回転時の成長方向
の組成揺らぎを小さくできるという効果を有する。
５０〜３００にすることにより、基板回転時の成長方向
の組成揺らぎを小さくできるという効果を有する。
【図１】本発明の一実施例を説明するための横型反応管
の模式的断面図およびＩｎＰ基板上の位置とＰＨx 量の
関係を示す図。
の模式的断面図およびＩｎＰ基板上の位置とＰＨx 量の
関係を示す図。
【図２】本発明により形成したＩｎＧａＡｓＰ薄膜にお
けるＰ組成の５族原料／３族原料（モル比）依存性を示
す図。
けるＰ組成の５族原料／３族原料（モル比）依存性を示
す図。
【図３】従来の化合物半導体薄膜の形成方法を説明する
ための横型反応管の模式的断面図およびＩｎＰ基板上の
位置とＰＨx 量の関係を示す図。
ための横型反応管の模式的断面図およびＩｎＰ基板上の
位置とＰＨx 量の関係を示す図。
【図４】反応管内の５族原料ラジカル量分布を示す模式
図。
図。
１ 石英反応管 ２ カーボンサセプタ ３ ＩｎＰ基板 ４ 高周波コイル ５ 原料導入口
Claims (2)
- 【請求項１】 横型反応管を用いトリメチルインジウ
ム、トリエチルガリウム、アルシン、ホスフィンを原料
とし水素をキャリアガスとする減圧気相成長法によりＩ
ｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓＰ薄膜を成長させる化合物半
導体薄膜の形成方法において、前記ＩｎＰ基板上を流す
原料ガスの流速が３０ｃｍ／ｓｅｃ乃至７０ｃｍ／ｓｅ
ｃであることを特徴とする化合物半導体薄膜の形成方
法。 - 【請求項２】 ５族原料／３族原料（モル比）が１５０
乃至３００である請求項１記載の化合物半導体薄膜の形
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33717193A JP2687862B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33717193A JP2687862B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201746A JPH07201746A (ja) | 1995-08-04 |
| JP2687862B2 true JP2687862B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=18306115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33717193A Expired - Lifetime JP2687862B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687862B2 (ja) |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP33717193A patent/JP2687862B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07201746A (ja) | 1995-08-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970722 |