JP2749635B2 - Compound semiconductor crystal growth method and apparatus - Google Patents

Compound semiconductor crystal growth method and apparatus

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JP2749635B2
JP2749635B2 JP13786489A JP13786489A JP2749635B2 JP 2749635 B2 JP2749635 B2 JP 2749635B2 JP 13786489 A JP13786489 A JP 13786489A JP 13786489 A JP13786489 A JP 13786489A JP 2749635 B2 JP2749635 B2 JP 2749635B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [概要] 結晶成長方法及び装置に係り、特にMOCVD(metal Org
anic Chemical Vapor Deposition)法やガスソースMBE
(Melecular Beam Epitaxy)法を用いてV族元素を含む
結晶を成長させる結晶成長方法及び装置に関し、 有機V族を用いた結晶成長法において、V族の水素化
物の使用を一切必要とせずに、十分に良好な結晶特性を
得ることができる結晶成長方法及び装置を提供すること
を目的とし、 V族元素を含む基板上にV族元素単体を供給しつつ該
基板を昇温、加熱する工程と、次いでV族元素の有機化
合物を該基板上に供給して該基板上にV族元素を含む化
合物半導体層を成長する工程と、次いでV族元素単体を
該基板上に供給しつつ該基板を降温する工程とを含むよ
うに構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to a method and an apparatus for growing a crystal, and
anic Chemical Vapor Deposition method and gas source MBE
The present invention relates to a crystal growth method and apparatus for growing a crystal containing a group V element using a (Melecular Beam Epitaxy) method. In a crystal growth method using an organic group V, there is no need to use a hydride of the group V. A method of providing a crystal growth method and apparatus capable of obtaining sufficiently favorable crystal characteristics, a step of heating and heating a substrate containing a group V element while supplying a group V element alone; A step of supplying an organic compound of a group V element onto the substrate to grow a compound semiconductor layer containing a group V element on the substrate, and then supplying the group V element alone onto the substrate while supplying the group V element alone to the substrate. And a step of lowering the temperature.

また、上記方法において、基板の昇温、加熱時に該基
板上にV族元素と水素元素よりなるラジカルを供給する
ように構成する。
Further, in the above method, a configuration is adopted in which a radical comprising a group V element and a hydrogen element is supplied onto the substrate when the substrate is heated and heated.

[産業上の利用分野] 本発明は結晶成長方法及び装置に係り、特にMOCVD法
やガスソースMBE法を用いてV族元素を含む結晶を成長
させる結晶成長方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal growth method and apparatus, and more particularly, to a crystal growth method and apparatus for growing a crystal containing a group V element by using a MOCVD method or a gas source MBE method.

[従来の技術] 一般に、化合物半導体結晶の成長法としては、量産性
の高さ、結晶性の良さ、表面欠陥の少なさ等から、MOCV
D法やガスソースMBE法が用いられている。そしてこれら
従来のMOCVD法やガスソースMBE法を用いて、例えばIII
−V族化合物半導体結晶を成長させる場合、III族原料
としてはTMG(トリメチルガリウム)やTEG(トリエチル
ガリウム)等の有機金属が使用され、V族原料としては
AsH3(アルシン)やPH3(ホスフィン)等の水素化物が
使用されている。
[Prior Art] In general, MOCV is used as a method for growing compound semiconductor crystals because of its high mass productivity, good crystallinity, and few surface defects.
The D method and the gas source MBE method are used. Using these conventional MOCVD and gas source MBE methods, for example, III
When growing a group V compound semiconductor crystal, an organic metal such as TMG (trimethylgallium) or TEG (triethylgallium) is used as a group III material, and a group V material is
Hydrides such as AsH 3 (arsine) and PH 3 (phosphine) are used.

しかし、V族原料としてのAsH3やPH3等の水素化物
は、毒性が極めて強く、室温では気体であるために加圧
されたボンベに充填されている。従って、その取扱いに
は非常に高い危険性が伴い、細心の注意を払うことが要
求される。
However, hydrides such as AsH 3 and PH 3 as Group V raw materials are extremely toxic and are gaseous at room temperature, so that they are filled in pressurized cylinders. The handling is therefore very dangerous and requires great care.

このため、AsH3やPH3等の代わりに、V族原料としてT
MAs(トリメチルアルシン)、TEAs(トリエチルアルシ
ン)、PhAs(フェニルアルシン)等の有機V族を用いた
結晶成長法が提案されている(A.Brauer,O.Kayser,R.Ka
ll,H.Heinecke,P.Balk and H.Hofmann,“The use of or
ganic As precursors in the low pressure MOCVD of G
aAs",Jounal of Crystal Growth 93(1988)pp.7−14.
参照)。
Therefore, instead of AsH 3 or PH 3 etc., T
A crystal growth method using an organic group V such as MAs (trimethylarsine), TEAs (triethylarsine), and PhAs (phenylarsine) has been proposed (A. Brauer, O. Kayser, R. Ka).
ll, H. Heinecke, P. Balk and H. Hofmann, “The use of or
ganic As precursors in the low pressure MOCVD of G
aAs ", Journal of Crystal Growth 93 (1988) pp. 7-14.
reference).

ところで、この有機V族を用いた結晶成長法において
も、基板表面に付着した酸化物を除去するため、温度60
0〜700℃における熱クリーニングを成長前に行なう必要
があるが、この熱クリーニングの際に基板表面からV族
元素が脱離するのを防止するために、何等かの形でV族
元素を基板表面に供給しなければならない。また、同様
の理由によって、熱クリーニング前の昇温時及び成長後
の降温時においても、このV族元素の基板表面への供給
は必要とされる。
By the way, even in the crystal growth method using the organic group V, in order to remove the oxide adhering to the substrate surface, a temperature of 60 ° C.
It is necessary to perform thermal cleaning at 0 to 700 ° C. before growth, but in order to prevent the V group element from being detached from the substrate surface during this thermal cleaning, the V group element is removed from the substrate in any form. Must be supplied to the surface. For the same reason, the supply of the group V element to the substrate surface is required even when the temperature is raised before thermal cleaning and when the temperature is lowered after growth.

しかし、成長前に有機V族を使用すると、基板表面に
カーボンが付着して、成長させた結晶の特性を悪化させ
てしまうという問題がある。
However, if the organic V group is used before the growth, there is a problem that carbon adheres to the substrate surface and deteriorates the characteristics of the grown crystal.

また、成長時において多量の有機V族を使用し、さら
に成長後かなりの時間がかかる降温時においても有機V
族を使用しなければならないとすると、一回の成長に要
する有機V族の量は膨大なものに達し、コストがかさん
でしまう。
In addition, a large amount of organic V group is used during growth, and the organic V
If a group had to be used, the amount of the organic group V required for one growth would be enormous and the cost would be high.

こうした問題があるため、上記提案の有機V族を用い
た結晶成長法においては、昇温、熱クリーニング及び降
温時には、有機V族ではなく、V族の水素化物を依然と
して補助的に使用している。しかしこれでは毒性の強い
V族の水素化物の使用に伴う危険性を解消することには
ならない。
Due to these problems, in the above-described crystal growth method using the organic group V, a hydride of the group V, not the organic group V, is still used as an auxiliary during the temperature increase, the thermal cleaning, and the temperature decrease. . However, this does not eliminate the danger associated with the use of highly toxic Group V hydrides.

[発明が解決しようとする課題] このように、上記従来の有機V族を用いた結晶成長法
においては、十分に良好な結晶特性を得ることができな
いか、結晶特性を向上させようとすれば、毒性の強いV
族の水素化物を使用する危険を犯さなければならないと
いう課題に直面していた。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the above-described conventional crystal growth method using the organic group V, if satisfactory crystal characteristics cannot be obtained or if the crystal characteristics are to be improved, , Highly toxic V
Faced the challenge of having to risk using the hydride of the tribe.

そこで本発明は、有機V族を用いた結晶成長法におい
て、V族の水素化物の使用を一切必要とせずに、十分に
良好な結晶特性を得ることができる結晶成長方法及び装
置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention provides a crystal growth method and apparatus capable of obtaining sufficiently good crystal characteristics without using any hydride of group V in a crystal growth method using an organic group V. With the goal.

[課題を解決するための手段] 上記課題は、V族元素を含む基板上にV族元素単体を
供給しつつ該基板を昇温、加熱する工程と、次いでV族
元素の有機化合物を該基板上に供給して該基板上にV族
元素を含む化合物半導体層を成長する工程と、次いでV
族元素単体を該基板上に供給しつつ該基板を降温する工
程とを含むことを特徴とする化合物半導体の結晶成長方
法によって達成される。
[Means for Solving the Problems] The above-mentioned problems are achieved by a step of heating and heating a substrate containing a group V element while supplying a simple substance of a group V element, and then adding an organic compound of a group V element to the substrate. Providing a compound semiconductor layer containing a group V element on the substrate by supplying the
Lowering the temperature of the substrate while supplying the elemental group element alone onto the substrate.

また上記課題は、上記方法において、基板の昇温、加
熱時に該基板上にV族元素と水素元素よりなるラジカル
を供給することを特徴とする化合物半導体の結晶成長方
法によって達成される。
The object is also achieved by a method for growing a compound semiconductor crystal according to the above method, wherein a radical comprising a group V element and a hydrogen element is supplied onto the substrate when the substrate is heated and heated.

また上記課題は、反応炉と、前記反応炉内にV族元素
を含む基板を設置る基板設置手段と、前記基板を加熱す
る加熱手段と、前記基板上に有機V族を供給する有機V
族供給手段と、前記基板上にV族元素単体を供給するV
族元素単体供給手段とを有し、成長時に前記有機V族供
給手段によって有機V族を供給してV族元素を含む結晶
を前記基板上に成長させ、成長前及び成長後には前記V
族元素単体供給手段によってV族元素単体を供給するこ
とを特徴とする化合物半導体の結晶成長装置によって達
成される。
Further, the object is to provide a reaction furnace, a substrate installation means for installing a substrate containing a group V element in the reaction furnace, a heating means for heating the substrate, and an organic V for supplying an organic group V on the substrate.
Group supply means and V for supplying a group V element alone on the substrate
Means for supplying a group V element alone, wherein an organic group V is supplied by the organic group V supply means during growth to grow a crystal containing a group V element on the substrate.
The present invention is attained by a compound semiconductor crystal growth apparatus characterized in that a single group V element is supplied by a single group element supply means.

また上記課題は、上記装置において、前記基板上に水
素ラジカルを供給するラジカル供給手段を有し、成長前
に前記基板表面をクリーニングすることを特徴とする化
合物半導体の結晶成長装置によって達成される。
The above object is achieved by a compound semiconductor crystal growth apparatus according to the above apparatus, further comprising radical supply means for supplying hydrogen radicals onto the substrate, wherein the substrate surface is cleaned before growth.

[作 用] すなわち本発明は、成長時に有機V族を供給し、成長
前後にV族元素単体をV族元素を含む基板上に供給して
V族元素を含む結晶を成長させるため、毒性の強いV族
の水素化物の使用を全面的になくすることができる。
[Operation] In other words, the present invention supplies an organic group V element during growth and supplies a group V element alone on a substrate containing a group V element before and after growth to grow a crystal containing a group V element. The use of strong Group V hydrides can be entirely eliminated.

そして、成長前の昇温時及び熱クリーニング時並びに
成長後の降温時に、V族元素単体をV族元素を含む基板
上に供給するため、有機V族が供給されていない成長前
後において基板表面からV族元素が脱離するのを防止す
ることができる。
At the time of temperature rise and thermal cleaning before growth, and at the time of temperature decrease after growth, a single group V element is supplied onto the substrate containing the group V element. The group V element can be prevented from being eliminated.

また、成長時にのみ有機V族を供給すればよいため、
高価な有機V族の使用量を抑制することができる。
Also, since it is sufficient to supply the organic group V only during growth,
The amount of expensive organic group V can be suppressed.

加えて、熱クリーニング時にラジカルをV族元素を含
む基板上に供給するため、V族の水素化物を使用する場
合と同等か或いはそれ以上に、基板表面を清浄化するこ
とができ、成長させる結晶の特性を向上させることがで
きる。
In addition, since the radicals are supplied to the substrate containing a group V element during thermal cleaning, the surface of the substrate can be cleaned to a level equal to or greater than when a group V hydride is used, and the crystal to be grown can be formed. Characteristics can be improved.

[実施例] 以下、本発明を図示する実施例に基づいて具体的に説
明する。本実施例では、MOCVD法を用いた。
[Examples] Hereinafter, the present invention will be specifically described based on the illustrated examples. In this example, the MOCVD method was used.

第1図は、本発明の一実施例による結晶成長方法に使
用する結晶成長装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of a crystal growth apparatus used in a crystal growth method according to one embodiment of the present invention.

斜めチムニー型反応炉2中に、例えばGgAs基板4を設
置する基板設置手段としてのサセプタ6が設けられてい
る。そしてGaAs基板4を加熱する加熱手段として、赤外
線ランプ8が斜めチムニー型反応炉2外側に取り付けら
れている。
In the oblique chimney type reactor 2, a susceptor 6 is provided as a substrate installation means for installing, for example, a GgAs substrate 4. As a heating means for heating the GaAs substrate 4, an infrared lamp 8 is mounted outside the oblique chimney type reaction furnace 2.

また、斜めチムニー型反応炉2中のソースガス及びキ
ャリアガスの流れに対して、サセプタ6よりも上流側の
斜めチムニー型反応炉2に、V族元素単体供給手段が取
り付けられている。すなわち、斜めチムニー型反応炉2
に、開閉式のシャッタ10を介して、PBN(Pyrolytic Bro
n Niteide)製のルツボ12が取り付けられ、そしてこの
ルツボ12中にはV族元素単体として例えばAs(ヒ素)単
体14が入っており、ヒーター16によって加熱されるよう
になっている。
In addition, a group V element simple substance supply means is attached to the oblique chimney reactor 2 upstream of the susceptor 6 with respect to the flow of the source gas and the carrier gas in the oblique chimney reactor 2. That is, the oblique chimney type reactor 2
And a PBN (Pyrolytic Bro) through an openable shutter
A crucible 12 made of n (Niteide) is mounted. The crucible 12 contains, for example, an As (arsenic) element 14 as a group V element element, and is heated by a heater 16.

さらに、ラジカル供給手段として、CO2レーザ発振器1
8及び集光器20が設けられ、CO2レーザ発振器18から出力
されたレーザ光が集光器20によってGaAs基板6上方で集
光するようになっている。
Furthermore, as a radical supply means, a CO 2 laser oscillator 1
8 and a condenser 20 are provided, and the laser light output from the CO 2 laser oscillator 18 is focused on the GaAs substrate 6 by the condenser 20.

次いで、ガス系について述べる。 Next, the gas system will be described.

Pd(パラジウム)を用いたH2(水素)純化装置24を通
ったH2ガスは、そのままキャリアガスとなり、またIII
族原料としての例えばTMG26をバブリングさせてIII族ソ
ースガスとなり、或いはまた有機V族原料としての例え
ばtBAs(ターシャリブチルアルシン)28をバブリングさ
せてV族ソースガスとなる。そしてこれらのキャリアガ
ス、III族ソースガス及びV族ソースガスは、これらガ
スの切替え及び流量を制御するシーケンサ30を介して、
斜めチムニー型反応炉2に流入されるように配管されて
いる。そして斜めチムニー型反応炉2の出口から排気さ
れるようになっている。
Pd (palladium) H 2 (hydrogen) H 2 gas passed through the purifier 24 with the remain unchanged carrier gas and III
For example, TMG26 as a group raw material is bubbled to become a group III source gas, or tBAs (tertiary butylarsine) 28 as an organic group V raw material is bubbled to become a group V source gas. The carrier gas, the group III source gas and the group V source gas are passed through a sequencer 30 for controlling the switching and flow rate of these gases.
The pipe is provided so as to flow into the oblique chimney type reactor 2. The gas is exhausted from the outlet of the oblique chimney reactor 2.

次に、動作を説明する。 Next, the operation will be described.

斜めチムニー型反応炉2内のサセプタ6上に、GaAs基
板4を設置した後、赤外線ランプ8によって昇温する。
この成長前の昇温時において、温度300℃まではキャリ
アガスとしてのH2ガスのみを流す。そして温度300℃を
越えると、ルツボ12のシャッタ10を開いて、As単体14を
斜めチムニー型反応炉2中に送り込み、GaAs基板4表面
に供給する。このときAs単体14はヒーター16によって温
度400〜600℃に加熱されている。
After the GaAs substrate 4 is placed on the susceptor 6 in the oblique chimney type reactor 2, the temperature is raised by the infrared lamp 8.
At the time of the temperature rise before the growth, up to a temperature of 300 ° C., only H 2 gas as a carrier gas is flowed. When the temperature exceeds 300 ° C., the shutter 10 of the crucible 12 is opened, and the As simple substance 14 is fed into the oblique chimney type reaction furnace 2 and supplied to the surface of the GaAs substrate 4. At this time, the As simple substance 14 is heated to a temperature of 400 to 600 ° C. by the heater 16.

GaAs基板4の温度が目的とする成長温度600〜700℃に
達した後、さらに安定してから、GaAs基板4表面の酸化
物を除去するために熱クリーニングを行なう。そしてこ
の熱クリーニング時に、GaAs基板4表面にHのラジカル
を供給する。
After the temperature of the GaAs substrate 4 reaches the target growth temperature of 600 to 700 ° C., after the temperature is further stabilized, thermal cleaning is performed to remove the oxide on the surface of the GaAs substrate 4. At the time of this thermal cleaning, H radicals are supplied to the surface of the GaAs substrate 4.

すなわち、第2図(a)に示すように、CO2レーザ発
振器18によって発振させた例えば100WのCW出力のレーザ
光32の横幅を、まず横幅拡大用レンズ34,36を介するこ
とにより、GaAs基板4の直径よりも広くなるようにす
る。そしてこの拡大されたレーザ光32を、GaAs基板4表
面に平行な方向に斜めチムニー型反応炉2内に導入す
る。このとき、第2図(b)に示すように、集光器20に
よって、レーザ光32の横幅が広がった状態を維持したま
まで、縦方向のみを集光させる。この集光によって集光
部38での放電が起き、その放電によりルツボ12内のAs単
体14から供給されたAsとH2ガスのH2との反応が生じる。
そしてその結果、H、AsH、AsH2等のラジカルが発生す
る。
That is, as shown in FIG. 2 (a), the lateral width of the laser beam 32 having a CW output of, for example, 100 W oscillated by the CO 2 laser oscillator 18 is first passed through the lateral width enlarging lenses 34 and 36, thereby forming the GaAs substrate. 4 to be wider than the diameter. Then, the expanded laser beam 32 is introduced into the chimney type reaction furnace 2 obliquely in a direction parallel to the surface of the GaAs substrate 4. At this time, as shown in FIG. 2 (b), the condenser 20 condenses the laser light 32 only in the vertical direction while maintaining the state where the horizontal width is widened. This occurs discharge at the condensing unit 38 by the focusing, the reaction of H 2 As and H 2 gas supplied from As single 14 in the crucible 12 is caused by the discharge.
And consequently, H, AsH, radicals such as AsH 2 occurs.

この集光部38をGaAs基板4上方の、ガス流の上流側に
設定することによって、H、AsH、AsH2等のラジカルがG
aAs基板4表面に供給される。そしてラジカルの強力な
還元作用により、GaAs基板4表面の酸化物除去を加速
し、清浄化することができる。
By setting this condensing part 38 on the upstream side of the gas flow above the GaAs substrate 4, radicals such as H, AsH, AsH 2
It is supplied to the aAs substrate 4 surface. The strong reduction of radicals accelerates oxide removal from the surface of the GaAs substrate 4 and cleans the surface.

なお、第2図(c)に示すように、集光器20の代わり
に分離型集光器40を用いることにより、レーザ光32に複
数に分離し、GaAs基板4上方の複数箇所に集光部42,44,
46をずらして形成することができる。これによって、Ga
As基板4表面の全域にラジカルを供給することができ、
GaAs基板4表面の清浄化はさらに効果的に行なわれる。
As shown in FIG. 2 (c), by using a separation type concentrator 40 instead of the concentrator 20, the laser beam 32 is separated into a plurality of laser beams 32 and condensed at a plurality of positions above the GaAs substrate 4. Parts 42,44,
46 can be shifted. This allows Ga
Radicals can be supplied to the entire area of the As substrate 4 surface,
The surface of the GaAs substrate 4 is more effectively cleaned.

第2図(c)においては、3箇所の集光部42,44,46の
場合を示しているが、当然これに限定されず、GaAs基板
4の面積に応じて、必要とされる集光部の数を設定すれ
ばよい。
FIG. 2 (c) shows the case of three light-collecting portions 42, 44 and 46, but the present invention is not limited to this, and necessary light-collecting portions are required depending on the area of the GaAs substrate 4. What is necessary is just to set the number of copies.

こうした熱クリーニングを10分間程度行なった後、結
晶成長を開始する。すなわち、ルツボ12のシャッタ10を
閉じてAs単体14の供給を停止すると共に、CO2レーザ発
振器18の発振も停止する。そしてIII族ソースガスとし
てのTMG26及びV族ソースガスとしてのtBAs28を斜めチ
ムニー型反応炉2内に供給する。そしてこのような結晶
成長を例えば30分〜1時間行なって、GaAs基板4上に必
要な厚さのGaAs結晶を成長させる。
After performing such thermal cleaning for about 10 minutes, crystal growth is started. That is, the shutter 10 of the crucible 12 is closed to stop the supply of the As simple substance 14, and the oscillation of the CO 2 laser oscillator 18 is also stopped. Then, TMG 26 as a group III source gas and tBAs 28 as a group V source gas are supplied into the oblique chimney reactor 2. Then, such crystal growth is performed, for example, for 30 minutes to 1 hour to grow a GaAs crystal having a required thickness on the GaAs substrate 4.

次いで、結晶成長が終了すると、GaAs基板4の降温に
移るが、この結晶成長終了時においては、TMG26及びtBA
s28の供給を停止すると同時に、ルツボ12のシャッタ10
を開いてAs単体14のGaAs基板4表面への供給を再び開始
する。そしてGaAs基板4は温度600〜700℃から温度300
℃までに降温するのに1時間程度を要するが、GaAs基板
4表面へのAs単体14の供給は温度300℃以下になるまで
続ける。
Next, when the crystal growth is completed, the temperature of the GaAs substrate 4 is lowered. At the end of the crystal growth, TMG26 and tBA
When the supply of s28 is stopped, the shutter 10 of the crucible 12
And supply of the As single substance 14 to the surface of the GaAs substrate 4 is started again. Then, the GaAs substrate 4 is heated from a temperature of 600 to 700 ° C to a temperature of 300 ° C.
It takes about one hour to lower the temperature to ℃, but the supply of As simple substance 14 to the surface of the GaAs substrate 4 is continued until the temperature becomes 300 ℃ or less.

このように本実施例においては、V族ソースガスとし
て有機V族原料であるtBAs28をH2ガスによってバブリン
グさせたものを用い、成長前においてGaAs基板4が成長
温度600〜700℃に達するまでの昇温時及びGaAs基板4表
面の酸化物を除去するための熱クリーニング時並びに成
長後においてGaAs基板4が温度300℃以下になるまでの
降温時に、GaAs基板4表面にAs単体14を供給すると共
に、熱クリーニング時に、CO2レーザ発振器18及び集光
器20を用いてGaAs基板4表面にH、AsH、AsH2等のラジ
カルを供給する。
In this way, in the present embodiment, the tBAs28 an organic group V source used after bubbled with H 2 gas as a group V source gas, the prior grow to the GaAs substrate 4 reaches the growth temperature 600 to 700 ° C. At the time of raising the temperature, performing thermal cleaning for removing oxides on the surface of the GaAs substrate 4, and lowering the temperature of the GaAs substrate 4 to a temperature of 300 ° C. or less after the growth, the As single substance 14 is supplied to the surface of the GaAs substrate 4. During thermal cleaning, radicals such as H, AsH, and AsH 2 are supplied to the surface of the GaAs substrate 4 using the CO 2 laser oscillator 18 and the condenser 20.

従って、毒性の強いAsH3やPH3等の水素化物を一切用
いないことにより、作業に伴う危険性を解消することが
できると共に、有機V族であるtBAsを成長時のみに用い
ることにより、成長に要する有機V族の必要量を抑制し
てコストを低減することができる。
Therefore, by not using any highly toxic hydrides such as AsH 3 and PH 3 , the danger associated with the work can be eliminated, and the growth can be achieved by using the organic V group tBAs only during growth. It is possible to reduce the cost by reducing the required amount of the organic group V required for the above.

また、As単体14の供給により、GaAs基板4表面から蒸
気圧の高いV族元素であるAsが離脱することを防止する
ことができる。
In addition, by supplying As simple substance 14, it is possible to prevent As which is a V group element having a high vapor pressure from being released from the surface of the GaAs substrate 4.

さらにまた、ラジカルの供給により、GaAs基板4表面
の酸化物を除去して清浄化すると共に、GaAs基板4表面
と成長させるGaAs結晶との界面にカーボンが付着するこ
とを防止することができる。
Furthermore, by supplying the radicals, the oxide on the surface of the GaAs substrate 4 can be removed and cleaned, and the adhesion of carbon to the interface between the surface of the GaAs substrate 4 and the GaAs crystal to be grown can be prevented.

本発明者が、SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscop
y)を用いてGaAs基板上に成長させたGaAs結晶を調べた
ところ、GaAs基板とGaAs結晶との界面へのカーボン混入
は全く見出だされなかった。また、キャリアの移動度に
代表されるGaAs結晶の特性も、熱クリーニング時にAsH3
を用いた場合と比較して、同等か或いはそれ以上の良好
な特性を示した。
The present inventors have developed SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscop).
Examination of the GaAs crystal grown on the GaAs substrate using y) revealed no carbon contamination at the interface between the GaAs substrate and the GaAs crystal. In addition, the characteristics of the GaAs crystal represented by the carrier mobility show that AsH 3
As compared with the case of using, the same or better characteristics were exhibited.

次に、第3図を用いて、本発明の他の実施例を説明す
る。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この実施例は、ラジカル供給手段として、第1図に示
す実施例においてCO2レーザ発振器18及び集光器20の代
わりに、放電器及びラジカル導入管を用いてラジカルを
供給しようとするものである。
In this embodiment, as a radical supply means, a radical is supplied using a discharger and a radical introduction tube instead of the CO 2 laser oscillator 18 and the condenser 20 in the embodiment shown in FIG. .

第3図(a)において、GaAs基板4を設置するサセプ
タ6近くの斜めチムニー型反応炉2の外に放電器50が設
置され、この放電器50から伸びるラジカル導入管52の先
端部が、斜めチムニー型反応炉2中のガスの流れに対し
てサセプタ6上流側に達している。なお、放電機50から
ラジカル導入管52の先端部までの長さは、10〜20cm以下
であることが望ましい。
In FIG. 3 (a), a discharger 50 is installed outside the oblique chimney type reactor 2 near the susceptor 6 on which the GaAs substrate 4 is installed, and the tip of a radical introduction tube 52 extending from the discharger 50 is inclined. The gas in the chimney reactor 2 reaches the susceptor 6 upstream. Note that the length from the discharge machine 50 to the tip of the radical introduction tube 52 is desirably 10 to 20 cm or less.

また、斜めチムニー型反応炉2の出口には真空ポンプ
54が取り付けられ、斜めチムニー型反応炉2内の圧力を
制御するようになっている。
A vacuum pump is provided at the outlet of the oblique chimney type reactor 2.
54 is attached to control the pressure in the oblique chimney type reactor 2.

そしてこの放電器50は、第3図(a)に示されるよう
に、マイクロ波発振器54とこれに接続する空洞共振器56
とから構成されており、この空洞共振器56内をラジカル
導入管52が通っている。
As shown in FIG. 3 (a), the discharger 50 includes a microwave oscillator 54 and a cavity resonator 56 connected thereto.
The radical introduction tube 52 passes through the cavity resonator 56.

次に、動作を説明する。 Next, the operation will be described.

成長前のGaAs基板4の昇温時において、斜めチムニー
型反応炉2内の圧力を10Torr以下に減圧する。そして温
度300℃を越えると、上記実施例と同様にして、ルツボ1
2のシャッタ10を開いてAs単体14を斜めチムニー型反応
炉2内に送り込み、GaAs基板4表面に供給する。
At the time of raising the temperature of the GaAs substrate 4 before growth, the pressure in the oblique chimney type reactor 2 is reduced to 10 Torr or less. When the temperature exceeds 300 ° C., the crucible 1 is heated in the same manner as in the above embodiment.
The second shutter 10 is opened, and As simple substance 14 is fed into the oblique chimney type reaction furnace 2 and supplied to the surface of the GaAs substrate 4.

次いで、GaAs基板4の温度が成長温度600〜700℃に安
定してから、GaAs基板4表面の酸化物を除去するために
熱クリーニングを行なう。そしてこの熱クリーニング時
に、GaAs基板4表面にラジカルを供給する。
Next, after the temperature of the GaAs substrate 4 is stabilized at a growth temperature of 600 to 700 ° C., thermal cleaning is performed to remove the oxide on the surface of the GaAs substrate 4. At the time of this thermal cleaning, radicals are supplied to the surface of the GaAs substrate 4.

すなわち、第3図(b)に示すマイクロ波発振器56に
よって発振させた例えば2.45GHzのマイクロ波を空洞共
振器58内に導入し、H2ガスが流れるラジカル導入管52の
空洞共振器56内の部分において放電を発生させる。この
放電によって、ラジカル導入管52内にHのラジカルが形
成される。このHのラジカルがラジカル導入管52を通っ
てGaAs基板4上方の上流側に達し、そこでルツボ12中の
As単体14から供給されたAsと反応して、H、AsH、AsH2
等のラジカルを発生させる。
That is, for example, a microwave of 2.45 GHz oscillated by the microwave oscillator 56 shown in FIG. 3B is introduced into the cavity resonator 58, and the inside of the cavity resonator 56 of the radical introduction pipe 52 through which H 2 gas flows. A discharge is generated in the part. By this discharge, H radicals are formed in the radical introduction tube 52. The H radicals reach the upstream side above the GaAs substrate 4 through the radical introduction tube 52, where the H radicals in the crucible 12
Reacts with As supplied from the As simple substance 14 to produce H, AsH, AsH 2
And other radicals.

こうして、上記実施例と同様にして、これらのH、As
H、AsH2等のラジカルをGaAs基板4表面に供給し、GaAs
基板4表面の酸化物を除去して清浄化する。
Thus, in the same manner as in the above embodiment, these H, As
H, AsH 2 and other radicals are supplied to the surface of the GaAs
The oxide on the surface of the substrate 4 is removed for cleaning.

こうした熱クリーニングを10分間程度行なった後、結
晶成長を開始する。この結晶成長開始時には、As単体14
の供給を停止すると共にマイクロ波発振器56の発振も停
止する。そしてH2キャリアガスの流量を徐々に増加する
と共に真空ポンプ54を制御して、斜めチムニー型反応炉
2内の圧力を成長に適した50〜760Torrに戻す。
After performing such thermal cleaning for about 10 minutes, crystal growth is started. At the start of this crystal growth,
And the oscillation of the microwave oscillator 56 also stops. Then, the flow rate of the H 2 carrier gas is gradually increased and the vacuum pump 54 is controlled to return the pressure in the oblique chimney type reactor 2 to 50 to 760 Torr suitable for growth.

その後の結晶成長及び降温は、上記実施例と全く同様
である。
Subsequent crystal growth and temperature reduction are exactly the same as in the above embodiment.

このように本実施例においては、GaAs基板4表面への
ラジカル供給手段として放電器50及びラジカル導入管52
を用いたが、上記実施例と全く同様の効果を奏すること
ができる。
As described above, in the present embodiment, the discharger 50 and the radical introduction pipe 52 serve as means for supplying radicals to the surface of the GaAs substrate 4.
However, the same effect as the above embodiment can be obtained.

なお、上記2つの実施例においては、斜めチムニー型
反応炉2を用いたが、第4図及び第5図にそれぞれ示す
ように、従来から使用されている横型反応炉60又は縦型
反応炉62を用いてもよい。
In the above two embodiments, the slanted chimney type reactor 2 was used. However, as shown in FIGS. 4 and 5, a conventionally used horizontal reactor 60 or vertical reactor 62 is used. May be used.

但し、これらの横型反応炉60又は縦型反応炉62の場
合、As単体14を反応炉内に送り込む際に、このAs単体14
がガスの流れに対してGaAs基板4よりも上流側の反応炉
内壁に堆積し、そこでAsとIII族元素との反応が起こっ
て、三元混晶(AlGaAs等)を成長する場合、結晶の組成
が基板面内で変動し易いという傾向がある。この点にお
いて、上記実施例に用いた斜めチムニー型反応炉2は、
このような反応炉内壁へのAs単体14の堆積を防止するこ
とができるため、基板面内で安定した組成比の結晶を成
長させることができる。
However, in the case of the horizontal reactor 60 or the vertical reactor 62, when the As simple substance 14 is fed into the reactor,
Accumulates on the inner wall of the reactor upstream of the GaAs substrate 4 with respect to the gas flow, where a reaction between As and a group III element occurs to grow a ternary mixed crystal (such as AlGaAs). The composition tends to fluctuate in the plane of the substrate. In this regard, the oblique chimney type reactor 2 used in the above embodiment is
Since the deposition of As simple substance 14 on the inner wall of the reaction furnace can be prevented, a crystal having a stable composition ratio can be grown in the substrate surface.

また、上記実施例においては、有機V族原料としてAs
系のtBAs28を用いたが、既に述べたTMAs、TEAs,PhAs等
の他にも、DMAs(ジメチルアルシン)、DEAs(ジエチル
アルシン)、nPAs(ネオペンチルアルシン)等の有機V
族を用いてもよい。
Further, in the above embodiment, as the organic group V raw material, As
The system tBAs28 was used, but in addition to the already described TMAs, TEAs, PhAs, etc., organic V such as DMAs (dimethylarsine), DEAs (diethylarsine), and nPAs (neopentylarsine).
A tribe may be used.

また、これらのAs系に限らず、例えばTMP(トリメチ
ルホスフィン)、TEP(トリエチルホスフィン)、tBP
(ターシャリブチルホスフィン)等のP(リン)系の有
機V族を原料として用いてもよい。
In addition to these As-based compounds, for example, TMP (trimethylphosphine), TEP (triethylphosphine), tBP
A P (phosphorus) -based organic V group such as (tert-butylphosphine) may be used as a raw material.

また、ガスソースMBE法を用いる場合でも、本発明を
実施でいるのは、言うまでもない。
Needless to say, the present invention is implemented even when the gas source MBE method is used.

[発明の効果] 以上のように本発明によれば、V族元素を含む基板上
にV族元素を含む結晶を成長させる結晶成長方法及び装
置において、成長時にV族原料として有機V族を供給
し、成長前後にV族元素単体をV族元素を含む基板上に
供給し、また熱クリーニング時にV族元素単体と共にラ
ジカルを基板上に供給してV族元素を含む結晶を成長さ
せることにより、高価な有機V族の使用量を抑制しつ
つ、成長前後において基板表面からV族元素が脱離する
のを防止することができると共に、熱クリーニングの効
果を高めてV族の水素化物を使用する場合と同等か或い
はそれ以上に基板表面を清浄化することができ、従って
成長させる結晶の特性を向上させることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, in a crystal growth method and apparatus for growing a crystal containing a group V element on a substrate containing a group V element, an organic group V is supplied as a group V material during growth. By supplying a group V element alone on the substrate containing the group V element before and after the growth, and by supplying radicals together with the group V element alone on the substrate during thermal cleaning to grow a crystal containing the group V element, It is possible to prevent the group V element from desorbing from the substrate surface before and after the growth while suppressing the amount of expensive organic group V used, and to use a group V hydride by enhancing the effect of thermal cleaning. The surface of the substrate can be cleaned as much as or better than it is, and the characteristics of the crystal to be grown can be improved.

これにより、毒性の強いV族の水素化物の使用を全く
必要としない安全性の高い成長方法及び装置によって、
高品質の結晶を低コストで実現することができる。
This provides a safer growth method and apparatus that does not require the use of highly toxic Group V hydrides,
High quality crystals can be realized at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、本発明の一実施例による結晶成長方法に使用
する装置を示す概略図、 第2図は、本発明の一実施例による結晶成長方法を説明
するための図、 第3図は、本発明の他の実施例による結晶成長方法を説
明するための図、 第4図及び第5図は、それぞれ第1図の装置の変形例を
示す図である。 図において、 2……斜めチムニー型反応炉、 4……GaAs基板、 6……サセプタ、 8……赤外線ランプ、 10……シャッタ、 12……ルツボ、 14……As単体、 16……ヒーター、 18……CO2レーザ発振器、 20……集光器、 24……H2純化装置、 26……TMG、 28……tBAs、 30……シーケンサ、 32……レーザ光、 34,36……横幅拡大用レンズ、 38,42,44,46……集光部、 40……分離型集光器、 50……放電器、 52……ラジカル導入管、 54……真空ポンプ、 56……マイクロ波発振器、 58……空洞共振器、 60……横型反応炉、 62……縦型反応炉。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an apparatus used for a crystal growth method according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a crystal growth method according to one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a view for explaining a crystal growth method according to another embodiment of the present invention. FIGS. 4 and 5 are views showing modified examples of the apparatus of FIG. In the figure, 2 ... an oblique chimney type reactor, 4 ... a GaAs substrate, 6 ... a susceptor, 8 ... an infrared lamp, 10 ... a shutter, 12 ... a crucible, 14 ... a simple substance, 16 ... a heater, 18 ...... CO 2 laser oscillator, 20 ...... concentrator, 24 ...... H 2 purifier, 26 ...... TMG, 28 ...... TBAs, 30 ...... sequencer, 32 ...... laser light, 34, 36 ...... width Magnifying lens, 38,42,44,46… Condenser, 40 …… Separate condenser, 50… Discharger, 52… Radical introduction tube, 54… Vacuum pump, 56… Microwave Oscillator, 58: cavity resonator, 60: horizontal reactor, 62: vertical reactor.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】V族元素を含む基板上にV族元素単体を供
給しつつ該基板を昇温、加熱する工程と、 次いでV族元素の有機化合物を該基板上に供給して該基
板上にV族元素を含む化合物半導体層を成長する工程
と、 次いでV族元素単体を該基板上に供給しつつ該基板を降
温する工程とを含むことを特徴とする化合物半導体の結
晶成長方法。
A step of heating and heating the substrate while supplying a simple substance of a group V element on a substrate containing a group V element, and then supplying an organic compound of a group V element onto the substrate and Growing a compound semiconductor layer containing a group V element, and then cooling the substrate while supplying a simple substance of a group V element onto the substrate.
【請求項2】請求項1記載の方法において、基板の昇
温、加熱時に該基板上にV族元素と水素元素よりなるラ
ジカルを供給することを特徴とする化合物半導体の結晶
成長方法。
2. The method according to claim 1, wherein a radical comprising a group V element and a hydrogen element is supplied onto the substrate when the substrate is heated and heated.
【請求項3】反応炉と、 前記反応炉内にV族元素を含む基板を設置する基板設置
手段と、 前記基板を加熱する加熱手段と、 前記基板上に有機V族を供給する有機V族供給手段と、 前記基板上にV族元素単体を供給するV族元素単体供給
手段とを有し、 成長時に前記有機V族供給手段によって有機V族を供給
してV族元素を含む結晶を前記基板上に成長させ、成長
前及び成長後には前記V族元素単体供給手段によってV
族元素単体を供給することを特徴とする化合物半導体の
結晶成長装置。
3. A reaction furnace, substrate installation means for installing a substrate containing a group V element in the reaction furnace, heating means for heating the substrate, and organic group V for supplying an organic group V on the substrate A supply means for supplying a group V element alone on the substrate, and a crystal containing a group V element by supplying an organic group V by the organic group V supply means during growth. Grown on a substrate, and before and after the growth, the V
An apparatus for growing a compound semiconductor crystal, characterized by supplying a simple group element.
【請求項4】請求項3記載の装置において、前記基板上
に水素ラジカルを供給するラジカル供給手段を有し、成
長前に前記基板表面をクリーニングすることを特徴とす
る化合物半導体の結晶成長装置。
4. A compound semiconductor crystal growth apparatus according to claim 3, further comprising radical supply means for supplying hydrogen radicals onto said substrate, wherein said substrate surface is cleaned before growing.
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