JP2715759B2 - 化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents
化合物半導体の気相成長方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体、例えばＧ
ａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ等の３−５族化合物半導
体の気相成長方法に関する。
ａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ等の３−５族化合物半導
体の気相成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、化合物半導体を用いた長波長帯通
信用受光素子、例えばアバランシェフォトダイオードや
ＰＩＮフォトダイオード等の需要が急増している。アバ
ランシェフォトダイオードやＰＩＮフォトダイオード
は、ｎ+ −ＩｎＰ基板上に成長させた多層構造のヘテロ
エピタキシャル層に形成されているが、このエピタキシ
ャル層を成長させる為には、一般にハイドライド法によ
る気相成長方法が用いられている。
信用受光素子、例えばアバランシェフォトダイオードや
ＰＩＮフォトダイオード等の需要が急増している。アバ
ランシェフォトダイオードやＰＩＮフォトダイオード
は、ｎ+ −ＩｎＰ基板上に成長させた多層構造のヘテロ
エピタキシャル層に形成されているが、このエピタキシ
ャル層を成長させる為には、一般にハイドライド法によ
る気相成長方法が用いられている。
【０００３】図４に従来のハイドライド法による気相成
長に用いられている気相成長装置を示す。図４において
４０１は成長炉、４０２は反応管、４０３は３族原料、
４０４は基板ホルダー、４０５は基板、４０６は３族原
料輸送ガス供給管、４０７は５原料族ガス供給管、４０
８はドーピングガス供給管、４０９はガスディフューザ
ー、４１０は上部反応室、４１１は下部反応室である。
長に用いられている気相成長装置を示す。図４において
４０１は成長炉、４０２は反応管、４０３は３族原料、
４０４は基板ホルダー、４０５は基板、４０６は３族原
料輸送ガス供給管、４０７は５原料族ガス供給管、４０
８はドーピングガス供給管、４０９はガスディフューザ
ー、４１０は上部反応室、４１１は下部反応室である。
【０００４】この方法は、成長炉４０１により加熱され
た反応室４０２内の高温領域に置かれた３族原料４０
３、例えばＧａあるいはＩｎ上に、３族原料輸送ガス供
給管４０６より３族原料輸送ガスであるＨＣｌガスを供
給し、固体の３族原料と反応せしめ、この反応生成ガス
を３族原料ガスとし、又、５族原料ガス供給管４０７よ
り５族原料成分の水素化物，例えばＡｓＨ3 、ＰＨ3 を
供給して５族原料ガスとし、多孔板を数枚組合わせたガ
スディフューザー４０９を通して十分混合攪拌した後反
応管４０２内の低温領域に置かれた基板ホルダー４０４
上の基板４０５に輸送し、ここで反応させて所望の組成
のエピタキシャル層を成長させるものである。
た反応室４０２内の高温領域に置かれた３族原料４０
３、例えばＧａあるいはＩｎ上に、３族原料輸送ガス供
給管４０６より３族原料輸送ガスであるＨＣｌガスを供
給し、固体の３族原料と反応せしめ、この反応生成ガス
を３族原料ガスとし、又、５族原料ガス供給管４０７よ
り５族原料成分の水素化物，例えばＡｓＨ3 、ＰＨ3 を
供給して５族原料ガスとし、多孔板を数枚組合わせたガ
スディフューザー４０９を通して十分混合攪拌した後反
応管４０２内の低温領域に置かれた基板ホルダー４０４
上の基板４０５に輸送し、ここで反応させて所望の組成
のエピタキシャル層を成長させるものである。
【０００５】なお基板ホルダー４０４は、反応管４０２
内で回転し、反応管内の上部反応室４１０と下部反応室
４１１の前に位置する事が出来る為、例えば上部反応室
４１０の３族原料としてＧａ及びＩｎ，５族原料ガスと
してＡｓＨ3 を又、下部反応室４１１の３族原料として
Ｉｎ，５族原料ガスとしてＰＨ3 を用い、まず基板４０
５を下部反応室４１１前に位置させてＩｎＰ層を成長さ
せ、次に基板４０５を上部反応室４１０前に移動し、Ｉ
ｎＧａＡｓ層を成長させる事により、ＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＰヘテロエピタキシャル層を成長させる事が出来る。
内で回転し、反応管内の上部反応室４１０と下部反応室
４１１の前に位置する事が出来る為、例えば上部反応室
４１０の３族原料としてＧａ及びＩｎ，５族原料ガスと
してＡｓＨ3 を又、下部反応室４１１の３族原料として
Ｉｎ，５族原料ガスとしてＰＨ3 を用い、まず基板４０
５を下部反応室４１１前に位置させてＩｎＰ層を成長さ
せ、次に基板４０５を上部反応室４１０前に移動し、Ｉ
ｎＧａＡｓ層を成長させる事により、ＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＰヘテロエピタキシャル層を成長させる事が出来る。
【０００６】又、ｎ型エピタキシャル層を成長させる際
には必要に応じてドーピングガス供給管４０８よりＳｉ
やＳ等のｎ型ドーパントを供給してエピタキシャル層を
成長させる。
には必要に応じてドーピングガス供給管４０８よりＳｉ
やＳ等のｎ型ドーパントを供給してエピタキシャル層を
成長させる。
【０００７】さてこの成長方法でエピタキシャル層厚及
びキャリア濃度を基板４０５上に均一に成長させる為に
は基板上に均等に原料ガスを供給する必要がある。従っ
て従来から基板４０５は、出来るだけ上部又は下部反応
室の中心に対峙して位置させ、原料ガスを均等に基板上
に供給して膜成長を行なうようにされて来た。
びキャリア濃度を基板４０５上に均一に成長させる為に
は基板上に均等に原料ガスを供給する必要がある。従っ
て従来から基板４０５は、出来るだけ上部又は下部反応
室の中心に対峙して位置させ、原料ガスを均等に基板上
に供給して膜成長を行なうようにされて来た。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板を
出来るだけ上部又は下部反応室の中心に位置させて原料
ガスを基板に均等に供給させても、基板の周辺部分では
常に基板の中央部に比べて、基板上への膜成長による消
費の少ない、すなわち高濃度の原料ガスが流れているた
め、基板最外周部ではエピタキシャル層の成長速度が速
くなって層厚が厚くなる。従ってエピタキシャル層厚の
ばらつきが大きく、ばらつき（σ／ｘの平均）が６％以
下の均一なエピタキシャル層が得られないという問題が
あった。
出来るだけ上部又は下部反応室の中心に位置させて原料
ガスを基板に均等に供給させても、基板の周辺部分では
常に基板の中央部に比べて、基板上への膜成長による消
費の少ない、すなわち高濃度の原料ガスが流れているた
め、基板最外周部ではエピタキシャル層の成長速度が速
くなって層厚が厚くなる。従ってエピタキシャル層厚の
ばらつきが大きく、ばらつき（σ／ｘの平均）が６％以
下の均一なエピタキシャル層が得られないという問題が
あった。
【０００９】図５に従来法の成長によってＩｎＰ基板上
へＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロエピタキシャル層を成長
させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウェハー面
内分布を示す。図５に示す様に、５０ｍｍφ基板上への
エピタキシャル層成長において、ばらつきは６．３％と
なり、基板最外周部で層厚が厚くなっていることが分
る。
へＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロエピタキシャル層を成長
させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウェハー面
内分布を示す。図５に示す様に、５０ｍｍφ基板上への
エピタキシャル層成長において、ばらつきは６．３％と
なり、基板最外周部で層厚が厚くなっていることが分
る。
【００１０】本発明の目的は上述した不都合を排除すべ
くなされたもので、エピタキシャル層厚のウェハー面内
均一性の良い化合物半導体の気相成長方法を提供するも
のである。
くなされたもので、エピタキシャル層厚のウェハー面内
均一性の良い化合物半導体の気相成長方法を提供するも
のである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体の
気相成長法は、反応管内に設けられた筒状の反応室の一
端から原料ガスを送り、反応室の他端に原料ガスの流れ
と直角になるように対峙して保持された結晶基板の表面
にエピタキシャル層を形成する化合物半導体の気相成長
方法において、前記反応室の他端の周辺部よりエッチン
グガスを供給するものである。
気相成長法は、反応管内に設けられた筒状の反応室の一
端から原料ガスを送り、反応室の他端に原料ガスの流れ
と直角になるように対峙して保持された結晶基板の表面
にエピタキシャル層を形成する化合物半導体の気相成長
方法において、前記反応室の他端の周辺部よりエッチン
グガスを供給するものである。
【００１２】
【実施例】以下図面を用いて本発明を説明する。図１は
本発明の第１の実施例を説明するための気相成長装置の
断面図である。
本発明の第１の実施例を説明するための気相成長装置の
断面図である。
【００１３】図１において、１０１は成長炉，１０２は
反応管、１０３は３族原料、１０４は基板ホルダー、１
０５は基板、１０６は３族原料輸送ガス供給管、１０７
は５族原料ガス供給管、１０８はドーピングガス供給
管、１０９はガスディフューザー、１１０は筒状の上部
反応室、１１１は筒状の下部反応室、１１２はエッチン
グガス供給管である。
反応管、１０３は３族原料、１０４は基板ホルダー、１
０５は基板、１０６は３族原料輸送ガス供給管、１０７
は５族原料ガス供給管、１０８はドーピングガス供給
管、１０９はガスディフューザー、１１０は筒状の上部
反応室、１１１は筒状の下部反応室、１１２はエッチン
グガス供給管である。
【００１４】成長炉１０１内に反応管１０２を挿入しヒ
ータにより加熱する。反応管１０２内の約９００℃の高
温領域に３族原料１０３として上部反応室１１０にはＧ
ａ４００ｇ，Ｉｎ８００ｇを又下部反応室１１１にはＩ
ｎ８００ｇを設置する。次に基板ホルダー１０４を回転
させて基板ホルダー１０４上の基板１０５を下部反応室
１１１の前に基板１０５が原料ガスの流れと直角になる
ように対峙して位置させる。３族原料輸送ガス供給管１
０６より３族原料輸送ガスである１０％ＨＣ１を１００
ｍｌ／ｍｉｎ供給する。一方５族原料ガス供給管１０７
より５族成分の水素化物である１０％ＰＨ3 を１５０ｍ
ｌ／ｍｉｎ供給する。
ータにより加熱する。反応管１０２内の約９００℃の高
温領域に３族原料１０３として上部反応室１１０にはＧ
ａ４００ｇ，Ｉｎ８００ｇを又下部反応室１１１にはＩ
ｎ８００ｇを設置する。次に基板ホルダー１０４を回転
させて基板ホルダー１０４上の基板１０５を下部反応室
１１１の前に基板１０５が原料ガスの流れと直角になる
ように対峙して位置させる。３族原料輸送ガス供給管１
０６より３族原料輸送ガスである１０％ＨＣ１を１００
ｍｌ／ｍｉｎ供給する。一方５族原料ガス供給管１０７
より５族成分の水素化物である１０％ＰＨ3 を１５０ｍ
ｌ／ｍｉｎ供給する。
【００１５】さらに下部反応室１１１の周辺部に設けら
れたエッチングガス供給管１１２よりエッチングガスで
ある１０％ＨＣｌを３０ｍｌ／ｍｉｎ供給する。以上の
操作により約６７０℃の低温領域に設置された基板ホル
ダー１０４上の基板１０５上にＩｎＰ層のエピタキシャ
ル層が成長される。次に基板ホルダー１０４を回転させ
て基板ホルダー１０４上の基板１０５を上部反応室１１
０の前に基板１０５が原料ガスの流れと直角になる様に
対峙して位置させる。３族原料輸送ガス供給管１０６よ
り３族原料輸送ガスである１０％ＨＣｌを１００ｍｌ／
ｍｉｎ供給する。一方５族原料ガス供給管１０７より５
族成分の水素化物であるＡｓＨ3 を５０ｍｌ／ｍｉｎ供
給する。さらに上部反応室１１０の周辺部に設けられた
エッチングガス供給管１１２よりエッチングガスである
１０％ＨＣｌを３０ｍｌ／ｍｉｎ供給する。以上の操作
により下部反応室での成長により成長されたＩｎＰ層の
上にＩｎＧａＡｓ層がエピタキシャル成長される。
れたエッチングガス供給管１１２よりエッチングガスで
ある１０％ＨＣｌを３０ｍｌ／ｍｉｎ供給する。以上の
操作により約６７０℃の低温領域に設置された基板ホル
ダー１０４上の基板１０５上にＩｎＰ層のエピタキシャ
ル層が成長される。次に基板ホルダー１０４を回転させ
て基板ホルダー１０４上の基板１０５を上部反応室１１
０の前に基板１０５が原料ガスの流れと直角になる様に
対峙して位置させる。３族原料輸送ガス供給管１０６よ
り３族原料輸送ガスである１０％ＨＣｌを１００ｍｌ／
ｍｉｎ供給する。一方５族原料ガス供給管１０７より５
族成分の水素化物であるＡｓＨ3 を５０ｍｌ／ｍｉｎ供
給する。さらに上部反応室１１０の周辺部に設けられた
エッチングガス供給管１１２よりエッチングガスである
１０％ＨＣｌを３０ｍｌ／ｍｉｎ供給する。以上の操作
により下部反応室での成長により成長されたＩｎＰ層の
上にＩｎＧａＡｓ層がエピタキシャル成長される。
【００１６】図２は本実施例による気相成長方法によっ
てＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロエピタキ
シャル層を成長させた場合のトータルエピタキシャル層
厚のウェハー面内分布図である。図２に示す様に、本実
施例による成長方法では、５０ｍｍφの基板上へエピタ
キシャル成長においてばらつきのσ／ｘが２．４％と従
来のばらつきの約１／３と均一化された。
てＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロエピタキ
シャル層を成長させた場合のトータルエピタキシャル層
厚のウェハー面内分布図である。図２に示す様に、本実
施例による成長方法では、５０ｍｍφの基板上へエピタ
キシャル成長においてばらつきのσ／ｘが２．４％と従
来のばらつきの約１／３と均一化された。
【００１７】第１の実施例ではエピタキシャル成長を行
なう際、成長に必要な３族及び５族の原料ガスを供給す
るのと同時にエッチングガスも供給し、エピタキシャル
層厚の均一化を図った場合について述べたが、最初に３
族及び５族の原料ガスを供給してエピタキシャル成長を
行ない、次いでエッチングガスを供給してエピタキシャ
ル層のガスエッチングを行ないエピタキシャル層を均一
化した場合についても同様の効果を得る事が出来る。以
下第２の実施例として説明する。
なう際、成長に必要な３族及び５族の原料ガスを供給す
るのと同時にエッチングガスも供給し、エピタキシャル
層厚の均一化を図った場合について述べたが、最初に３
族及び５族の原料ガスを供給してエピタキシャル成長を
行ない、次いでエッチングガスを供給してエピタキシャ
ル層のガスエッチングを行ないエピタキシャル層を均一
化した場合についても同様の効果を得る事が出来る。以
下第２の実施例として説明する。
【００１８】第１の実施例と同様の方法と条件で、下部
反応室１１１でＩｎＰ層をエピタキシャル成長させる。
但しエッチングガスの供給は行なわない。ＩｎＰ層の成
長後下部反応室１１１のエッチングガス供給管１１２よ
りエッチングガスである１０％ＨＣｌを３０ｍｌ／ｍｉ
ｎ供給しガスエッチングを行ないエピタキシャル層の均
一化を行なう。
反応室１１１でＩｎＰ層をエピタキシャル成長させる。
但しエッチングガスの供給は行なわない。ＩｎＰ層の成
長後下部反応室１１１のエッチングガス供給管１１２よ
りエッチングガスである１０％ＨＣｌを３０ｍｌ／ｍｉ
ｎ供給しガスエッチングを行ないエピタキシャル層の均
一化を行なう。
【００１９】次に第１の実施例と同様の方法と条件で、
上部反応室１１０でＩｎＧａＡｓ層をエピタキシャル成
長させる。この場合もエッチングガスの供給は行なわな
い。ＩｎＧａＡｓ層の成長後上部反応室１１０のエッチ
ングガス供給管１１２よりエッチングガス１０％ＨＣｌ
を３０ｍｌ／ｍｉｎ供給しガスエッチングを行ないエピ
タキシャル層の均一化を行なう。
上部反応室１１０でＩｎＧａＡｓ層をエピタキシャル成
長させる。この場合もエッチングガスの供給は行なわな
い。ＩｎＧａＡｓ層の成長後上部反応室１１０のエッチ
ングガス供給管１１２よりエッチングガス１０％ＨＣｌ
を３０ｍｌ／ｍｉｎ供給しガスエッチングを行ないエピ
タキシャル層の均一化を行なう。
【００２０】図３に第２の実施例によってＩｎＰ基板上
にＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロエピタキシャル層を成長
させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウェハー面
内分布を示す。
にＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロエピタキシャル層を成長
させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウェハー面
内分布を示す。
【００２１】図３に示す様に第２の実施例による成長で
は、５０ｍｍφの基板上へのエピタキシャル成長におい
てばらつき（σ／ｘの平均）が２．０％とほぼ第１の実
施例と同等の効果が得られることが分る。なお第２の実
施例ではエピタキシャル層成長後ガスエッチングを行な
うため、エピタキシャル層成長直後のガスの切り替えに
よる組成等の不安定な層がエッチオフされ、エピタキシ
ャル層の成長方向で急なプロファイルを得る事が出来
る。
は、５０ｍｍφの基板上へのエピタキシャル成長におい
てばらつき（σ／ｘの平均）が２．０％とほぼ第１の実
施例と同等の効果が得られることが分る。なお第２の実
施例ではエピタキシャル層成長後ガスエッチングを行な
うため、エピタキシャル層成長直後のガスの切り替えに
よる組成等の不安定な層がエッチオフされ、エピタキシ
ャル層の成長方向で急なプロファイルを得る事が出来
る。
【００２２】
【発明の効果】本発明は以上に述べた方法で３−５族化
合物半導体の気相成長を行なうもので、結晶成長用反応
室内のエピタキシャル成長容器板を対峙させる反応室の
周辺部よりエッチングガスを供給する事によって、基板
周辺部で基板中央部に比べてエピタキシャル成長による
原料ガスの消費が少ない、すなわち濃度の高い原料ガス
が流れる事により基板最外周部でのエピタキシャル成長
速度が速くなるという現象をおさえ、あるいは基板最外
周部でエッチング速度の速いガスエッチングを行うこと
により、ウェハー面内でエピタキシャル層厚の均一な成
長を行なうことが出来るという効果を有する。
合物半導体の気相成長を行なうもので、結晶成長用反応
室内のエピタキシャル成長容器板を対峙させる反応室の
周辺部よりエッチングガスを供給する事によって、基板
周辺部で基板中央部に比べてエピタキシャル成長による
原料ガスの消費が少ない、すなわち濃度の高い原料ガス
が流れる事により基板最外周部でのエピタキシャル成長
速度が速くなるという現象をおさえ、あるいは基板最外
周部でエッチング速度の速いガスエッチングを行うこと
により、ウェハー面内でエピタキシャル層厚の均一な成
長を行なうことが出来るという効果を有する。
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための気相成
長装置の断面図。
長装置の断面図。
【図２】第１の実施例によりヘテロエピタキシャル層を
気相成長させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウ
ェハー面内分布を示す図。
気相成長させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウ
ェハー面内分布を示す図。
【図３】第２の実施例によりヘテロエピタキシャル層を
気相成長させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウ
ェハー面内分布を示す図。
気相成長させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウ
ェハー面内分布を示す図。
【図４】従来法による気相成長方法を説明するための気
相成長装置の断面図。
相成長装置の断面図。
【図５】従来法によりヘテロエピタキシャル層を気相成
長させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウェハー
面内分布を示す図。
長させた場合のトータルエピタキシャル層厚のウェハー
面内分布を示す図。
１０１，４０１ 成長炉 １０２，４０２ 反応管 １０３，４０３ ３族原料 １０４，４０４ 基板ホルダー １０５，４０５ 基板 １０６，４０６ ３族原料輸送ガス供給管 １０７，４０７ ５族原料輸送ガス供給管 １０８，４０８ ドーピングガス供給管 １０９，４０９ ガスディフューザー １１０，４１０ 上部反応室 １１１，４１１ 下部反応室 １１２ エッチングガス供給管
Claims (1)
- 【請求項１】 反応管内に設けられた筒状の反応室の一
端から原料ガスを送り、反応室の他端に原料ガスの流れ
と直角になるように対峙して保持された結晶基板の表面
にエピタキシャル層を形成する化合物半導体の気相成長
方法において、前記反応室の他端の周辺部よりエッチン
グガスを供給することを特徴とする化合物半導体の気相
成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31876391A JP2715759B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31876391A JP2715759B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06244109A JPH06244109A (ja) | 1994-09-02 |
| JP2715759B2 true JP2715759B2 (ja) | 1998-02-18 |
Family
ID=18102671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31876391A Expired - Fee Related JP2715759B2 (ja) | 1991-12-03 | 1991-12-03 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2715759B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111455458B (zh) * | 2019-09-18 | 2021-11-16 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 外延装置及应用于外延装置的进气结构 |
-
1991
- 1991-12-03 JP JP31876391A patent/JP2715759B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06244109A (ja) | 1994-09-02 |
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