JP2791444B2 - 気相エピタキシャル成長方法 - Google Patents
気相エピタキシャル成長方法Info
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- JP2791444B2 JP2791444B2 JP2155694A JP15569490A JP2791444B2 JP 2791444 B2 JP2791444 B2 JP 2791444B2 JP 2155694 A JP2155694 A JP 2155694A JP 15569490 A JP15569490 A JP 15569490A JP 2791444 B2 JP2791444 B2 JP 2791444B2
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- Japan
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- vapor phase
- compound semiconductor
- substrate
- epitaxial growth
- mixed crystal
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はエピタキシャル成長技術さらには回転式サセ
プタを有する気相成長装置におけるサセプタの回転制御
方法に関し、特にMOCVD法（有機金属気相成長法）によ
りIII−Ｖ族化合物半導体混晶をエピタキシャル成長さ
せる場合に利用して好適な技術に関する。
プタを有する気相成長装置におけるサセプタの回転制御
方法に関し、特にMOCVD法（有機金属気相成長法）によ
りIII−Ｖ族化合物半導体混晶をエピタキシャル成長さ
せる場合に利用して好適な技術に関する。
［従来の技術］ 化合物半導体のエピタキシャル成長技術として、VPE
法（気相エピタキシャル成長方法）やMOCVD法、MBE法
（分子線エピタキシャル法）が知られている。このう
ち、MOCVD法は膜厚制御性が良好で大量生産に適してい
るため、III−Ｖ族化合物半導体混晶のエピタキシャル
成長に利用されている。
法（気相エピタキシャル成長方法）やMOCVD法、MBE法
（分子線エピタキシャル法）が知られている。このう
ち、MOCVD法は膜厚制御性が良好で大量生産に適してい
るため、III−Ｖ族化合物半導体混晶のエピタキシャル
成長に利用されている。
第１図には、化合物半導体気相成長装置の概略が示さ
れている。すなわち、この気相成長装置は、マニホール
ド１によって反応管２内に導入された複数の原料ガス
が、バレル型のサセプタ３上に載置された基板４に向か
って流下し、高周波コイル５によって加熱された基板上
で熱分離して基板上にエピタキシャル層が成長されると
いうものである。
れている。すなわち、この気相成長装置は、マニホール
ド１によって反応管２内に導入された複数の原料ガス
が、バレル型のサセプタ３上に載置された基板４に向か
って流下し、高周波コイル５によって加熱された基板上
で熱分離して基板上にエピタキシャル層が成長されると
いうものである。
上記気相成長装置においては、流下する原料ガスの濃
度や流れを反応管内全体に亘って均一に制御することが
困難であり、流れが不均一であるとエピタキシャル層の
均一性が得られにくい。そこで、サセプタ３を支持する
支持軸６を回転機構７によって回転させながらエピタキ
シャル成長を行なう方法が提案されている。
度や流れを反応管内全体に亘って均一に制御することが
困難であり、流れが不均一であるとエピタキシャル層の
均一性が得られにくい。そこで、サセプタ３を支持する
支持軸６を回転機構７によって回転させながらエピタキ
シャル成長を行なう方法が提案されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記気相成長装置を用いてサセプタを
回転させながら、MOCVD法によりGaInAsPやAlGaAsのよう
なIII−Ｖ族化合物半導体混晶の成長を行なったとこ
ろ、混晶層表面を光学顕微鏡で観察したときに良好な鏡
面となっている場合と白濁状態になっている場合とがあ
ることが分かった。
回転させながら、MOCVD法によりGaInAsPやAlGaAsのよう
なIII−Ｖ族化合物半導体混晶の成長を行なったとこ
ろ、混晶層表面を光学顕微鏡で観察したときに良好な鏡
面となっている場合と白濁状態になっている場合とがあ
ることが分かった。
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、
その目的とするところは、回転式サセプタを有する気相
成長装置によりMOCVD法でIII−Ｖ族化合物半導体混晶を
エピタキシャル成長させる場合に、表面モホロジー（表
面状態）が良好で、かつ面内均一性の高い混晶層を得る
ための気相成長技術を提供することにある。
その目的とするところは、回転式サセプタを有する気相
成長装置によりMOCVD法でIII−Ｖ族化合物半導体混晶を
エピタキシャル成長させる場合に、表面モホロジー（表
面状態）が良好で、かつ面内均一性の高い混晶層を得る
ための気相成長技術を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、MOCVD法で気相エピタキシャル成長さ
せた化合物半導体混晶の表面状態の不良の原因について
解析を行なった。その結果、混晶の膜厚は均一であって
も、その組成が所望の組成から大きくずれると、表面が
白濁し、表面モホロジーが悪くなることを見出した。そ
して、その原因は、反応管内の原料ガスの濃度や流量が
時間によって変化したり、濃度分布や流れの様子が反応
管の各部で異なっていることにあり、この流れの不均一
性によって、混晶組成が成長方向で変化したり（組成の
揺らぎ）、基板間および基板面内でばらついてしまうと
の結論に達した。
せた化合物半導体混晶の表面状態の不良の原因について
解析を行なった。その結果、混晶の膜厚は均一であって
も、その組成が所望の組成から大きくずれると、表面が
白濁し、表面モホロジーが悪くなることを見出した。そ
して、その原因は、反応管内の原料ガスの濃度や流量が
時間によって変化したり、濃度分布や流れの様子が反応
管の各部で異なっていることにあり、この流れの不均一
性によって、混晶組成が成長方向で変化したり（組成の
揺らぎ）、基板間および基板面内でばらついてしまうと
の結論に達した。
そこで、混晶組成の揺らぎやばらつきの少ない成長条
件を見つけるべく実験を行なった。その結果、サセプタ
が１回転する間に成長される混晶層が３分子層以下とな
るように原料ガスの流量およびサセプタの回転速度を制
御すれば、混晶組成の変動を４％未満に抑えることがで
きることを見出した。
件を見つけるべく実験を行なった。その結果、サセプタ
が１回転する間に成長される混晶層が３分子層以下とな
るように原料ガスの流量およびサセプタの回転速度を制
御すれば、混晶組成の変動を４％未満に抑えることがで
きることを見出した。
この発明は上記知見に基づいてなされたもので、反応
管内に配置され回転機構によって回転される支持台上に
成長用基板を載せ、上記支持台を回転させながら上記反
応管内に化合物半導体の構成元素をそれぞれ含む複数の
原料ガスをすべて同時に供給して、上記成長用基板表面
を複数の原料ガスが混合したガスにさらして化合物半導
体層を成長させる気相エピタキシャル成長方法におい
て、上記支持台の１回転当たりに成長される化合物半導
体層が３分子層以下となるように、上記支持台の回転数
および原料ガスの流量を制御するようにした。
管内に配置され回転機構によって回転される支持台上に
成長用基板を載せ、上記支持台を回転させながら上記反
応管内に化合物半導体の構成元素をそれぞれ含む複数の
原料ガスをすべて同時に供給して、上記成長用基板表面
を複数の原料ガスが混合したガスにさらして化合物半導
体層を成長させる気相エピタキシャル成長方法におい
て、上記支持台の１回転当たりに成長される化合物半導
体層が３分子層以下となるように、上記支持台の回転数
および原料ガスの流量を制御するようにした。
［作用］ 上記した手段によれば、サセプタが１回転する間に混
晶層が数分子成長されるにすぎないため、成長方向の組
成の揺らぎがあっても、基板に吸着した分子のマイグレ
ーションによって組成の揺らぎが緩和されるとともに、
各基板もしくは基板の各部が同一の濃度、流れのガスに
さらされるようになって混晶層の組成の均一性が向上
し、良好な表面モホロジーが得られるようになる。
晶層が数分子成長されるにすぎないため、成長方向の組
成の揺らぎがあっても、基板に吸着した分子のマイグレ
ーションによって組成の揺らぎが緩和されるとともに、
各基板もしくは基板の各部が同一の濃度、流れのガスに
さらされるようになって混晶層の組成の均一性が向上
し、良好な表面モホロジーが得られるようになる。
［実施例］ 第１図に示すような構成の気相成長装置を用いて、原
料ガスの流量とサセプタの回転数を変えて、InP基板上
へGaInAsP混晶層の成長を繰り返し行なった。使用した
装置は、反応管２の内径が12cm、サセプタ３の直径（ウ
ェーハ載置部）が10cmである。
料ガスの流量とサセプタの回転数を変えて、InP基板上
へGaInAsP混晶層の成長を繰り返し行なった。使用した
装置は、反応管２の内径が12cm、サセプタ３の直径（ウ
ェーハ載置部）が10cmである。
上記サセプタ３上には直径２インチのInP基板４を３
枚載置して、基板表面が625℃となるように高周波コイ
ル５で加熱し、真空ポンプ８で反応管内を76torrに引き
ながらマニホールド１よりトリエチルガリウムとトリメ
チルインジウムとアルシン（AsH3）およびホスフィン
（PH3）を、所望の組成比（ｘ＝0.28,y＝0.61）となる
ように、各原料ガスの流量を決定して流し、基板表面に
厚み約２μｍのGaxIn1-xAsyP1-y混晶層を成長させた。
枚載置して、基板表面が625℃となるように高周波コイ
ル５で加熱し、真空ポンプ８で反応管内を76torrに引き
ながらマニホールド１よりトリエチルガリウムとトリメ
チルインジウムとアルシン（AsH3）およびホスフィン
（PH3）を、所望の組成比（ｘ＝0.28,y＝0.61）となる
ように、各原料ガスの流量を決定して流し、基板表面に
厚み約２μｍのGaxIn1-xAsyP1-y混晶層を成長させた。
成長終了後、反応管２より基板４を取り出して表面の
混晶層を光学顕微鏡で観察した。その結果を第２図に示
す。
混晶層を光学顕微鏡で観察した。その結果を第２図に示
す。
第２図は横軸にサセプタ３の回転数を、また縦軸に成
長速度をとったもので、混晶層の表面モホロジーが良好
であったものを○印で、表面モホロジーが不良であった
ものを●印でそれぞれ示してある。
長速度をとったもので、混晶層の表面モホロジーが良好
であったものを○印で、表面モホロジーが不良であった
ものを●印でそれぞれ示してある。
同図より、サセプタ１回転当たりの成長速度が３分子
層以下である場合に、良好な表面モホロジーを有する混
晶層が得られることが分かる。
層以下である場合に、良好な表面モホロジーを有する混
晶層が得られることが分かる。
さらに、第２図に符号A,B,C,Dで示す試料について、
フォトルミネッセンスと二結晶Ｘ線回折法によって混晶
層の組成分析を行ない、そのばらつきを算出した。
フォトルミネッセンスと二結晶Ｘ線回折法によって混晶
層の組成分析を行ない、そのばらつきを算出した。
なお、組成分析は基板の中心を通る２つの直交軸に沿
って中心から20mmの位置まで5mm間隔で計17点について
行ない、目標とする組成比からのずれをx,yそれぞれに
ついて百分率で算出した。その結果を表１に示す。
って中心から20mmの位置まで5mm間隔で計17点について
行ない、目標とする組成比からのずれをx,yそれぞれに
ついて百分率で算出した。その結果を表１に示す。
表１よりサセプタ１回転当たりの混晶層成長速度を３
分子層以下とすることにより組成比のウェーハ面内ばら
つきを４％未満に抑えることができることが分かる。
分子層以下とすることにより組成比のウェーハ面内ばら
つきを４％未満に抑えることができることが分かる。
なお、上記実施例では、InP基板上にGaInAsP混晶層を
MOCVD法でエピタキシャル成長させた場合について説明
したが、この発明はそれに限定されるものでなく、GaAs
基板上にAlGaAs混晶層を成長させる場合その他III−Ｖ
族化合物半導体混晶をエピタキシャル成長させる場合一
般に適用することができる。
MOCVD法でエピタキシャル成長させた場合について説明
したが、この発明はそれに限定されるものでなく、GaAs
基板上にAlGaAs混晶層を成長させる場合その他III−Ｖ
族化合物半導体混晶をエピタキシャル成長させる場合一
般に適用することができる。
［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、反応管内に配置され
回転機構によって回転される支持台上に成長用基板を載
せ、上記支持台を回転させながら上記反応管内に化合物
半導体の構成元素をそれぞれ含む複数の原料ガスをすべ
て同時に供給して、上記成長用基板表面を複数の原料ガ
スが混合したガスにさらして化合物半導体層を成長させ
る気相エピタキシャル成長方法において、上記支持台の
１回転当たりに成長される化合物半導体層が３分子層以
下となるように、上記支持台の回転数および原料ガスの
流量を制御するようにしたので、支持台（サセプタ）が
１回転する間に化合物半導体層が数分子成長されるにす
ぎないため、成長方向の組成が揺らぎがあっても、基板
に吸着した分子のマイグレーションによって組成の揺ら
ぎが緩和されるとともに、各基板もしくは基板の各部が
同一の濃度、流れのガスにさらされるようになって成長
した化合物半導体層の組成の均一性が向上し、良好な表
面モホロジーが得られるようになるという効果がある。
回転機構によって回転される支持台上に成長用基板を載
せ、上記支持台を回転させながら上記反応管内に化合物
半導体の構成元素をそれぞれ含む複数の原料ガスをすべ
て同時に供給して、上記成長用基板表面を複数の原料ガ
スが混合したガスにさらして化合物半導体層を成長させ
る気相エピタキシャル成長方法において、上記支持台の
１回転当たりに成長される化合物半導体層が３分子層以
下となるように、上記支持台の回転数および原料ガスの
流量を制御するようにしたので、支持台（サセプタ）が
１回転する間に化合物半導体層が数分子成長されるにす
ぎないため、成長方向の組成が揺らぎがあっても、基板
に吸着した分子のマイグレーションによって組成の揺ら
ぎが緩和されるとともに、各基板もしくは基板の各部が
同一の濃度、流れのガスにさらされるようになって成長
した化合物半導体層の組成の均一性が向上し、良好な表
面モホロジーが得られるようになるという効果がある。
第１図は本発明方法を適用して好適な気相成長装置の一
例を示す概略構成図、 第２図はInP基板上にGaInAsP混晶層をMOCVD法で成長さ
せた場合のサセプタ回転数および成長速度と混晶層の表
面状態との相関を示すグラフである。 １……マニホールド、２……反応管、３……サセプタ、
４……半導体基板、５……高周波コイル、６……支持
軸。
例を示す概略構成図、 第２図はInP基板上にGaInAsP混晶層をMOCVD法で成長さ
せた場合のサセプタ回転数および成長速度と混晶層の表
面状態との相関を示すグラフである。 １……マニホールド、２……反応管、３……サセプタ、
４……半導体基板、５……高周波コイル、６……支持
軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00 H01L 21/205
Claims (1)
- 【請求項１】反応管内に配置され回転機構によって回転
される支持台上に成長用基板を載せ、上記支持台を回転
させながら上記反応管内に化合物半導体の構成元素をそ
れぞれ含む複数の原料ガスをすべて同時に供給して、上
記成長用基板表面を複数の原料ガスが混合したガスにさ
らして化合物半導体層を成長させる気相エピタキシャル
成長方法において、上記支持台の１回転当たりに成長さ
れる化合物半導体層が３分子層以下となるように、上記
支持台の回転数および原料ガスの流量を制御するように
したことを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2155694A JP2791444B2 (ja) | 1990-06-14 | 1990-06-14 | 気相エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2155694A JP2791444B2 (ja) | 1990-06-14 | 1990-06-14 | 気相エピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0446096A JPH0446096A (ja) | 1992-02-17 |
| JP2791444B2 true JP2791444B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=15611498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2155694A Expired - Lifetime JP2791444B2 (ja) | 1990-06-14 | 1990-06-14 | 気相エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2791444B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5160545A (en) * | 1989-02-03 | 1992-11-03 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for epitaxial deposition |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63248797A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-17 | Nec Corp | 気相エピタキシヤル成長装置 |
-
1990
- 1990-06-14 JP JP2155694A patent/JP2791444B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0446096A (ja) | 1992-02-17 |
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