JP2804959B2 - Ш−ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
Ш−ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法Info
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Description
術さらには半導体単結晶ウェーハ上へのＭＯＶＰＥ（有
機金属気相エピタキシャル成長法）によるIII−Ｖ族化
合物半導体のエピタキシャル成長技術に関し、例えばＦ
ｅドープ半絶縁性ＩｎＰ単結晶基板上にＩｎＰ層を形成
する場合に利用して効果的な技術に関する。
体単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させた場合、
一定の方向を向いた微小な楕円状の凹凸が基板上に点在
した表面欠陥（涙状欠陥）が生じるという欠点があっ
た。この涙状欠陥は、基板内部に存在する欠陥がエピタ
キシャル層内へ伝播した結果、表面に現われるためと考
えられている。エピタキシャル層の表面欠陥は、これを
用いて制作した電子デバイスの特性に悪影響を与える。
よるエピタキシャル成長法用基板として、面方位を角度
で０．１〜０．５°傾けたいわゆるオフアングルの基板
を用いて、エピタキシャル成長させるという方法が提案
されている（特開平２−２３９１８８号）。
ングルの基板を用いてエピタキシャル成長させるという
上記方法にあっては、涙状欠陥を低減できるという効果
を有するものの、成長面の傾きが所定の角度になるよう
に高精度に加工しなければならないという問題がある。
この発明は上記のような背景の下になされたもので、そ
の目的とするところは、ＭＯＶＰＥ法によりウェーハ表
面に化合物半導体エピタキシャル層を気相成長させる場
合にあたり、オフアングルの基板を用いることなく表面
の涙状欠陥が少なく、しかも表面モホロジーの良好なエ
ピタキシャル層を簡便に成長させることができるような
エピタキシャル成長方法を提供することにある。
ーハ表面にIII−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル層を
気相成長させる場合に、III族原料ガスとＶ族原料ガス
との供給比をモル比で１００程度にすると表面欠陥密度
が低減する。ただし、III族原料ガスとＶ族原料ガスと
の比が１００程度の場合にはエピタキシャル層の表面モ
ホロジーは良好でない。一方、III族原料ガスとＶ族原
料ガスとの供給比をモル比で５０程度にすると表面欠陥
密度は高くなるが、エピタキシャル層の表面モホロジー
は良好となることが分かった。そこで、本発明者らは、
オフアングルの基板を用いることなく原料ガスの調整だ
けで表面の涙状欠陥が少なく、しかも表面モホロジーの
良好なエピタキシャル層を簡便に成長させることができ
るのではないかと考え、III族原料ガスとＶ族原料ガス
との供給比を変えながらエピタキシャル成長させる実験
を行なった。その結果、III族原料ガスとＶ族原料ガス
との供給比を途中で変えることにより、表面の涙状欠陥
が少なくしかも表面モホロジーの良好なエピタキシャル
層が得られることを見出した。
もので、ＭＯＶＰＥ法により成長用基板の表面にIII−
Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル層を気相成長させる
にあたり、III族原料ガスとＶ族原料ガスとの供給比を
表面欠陥密度が５００個／cm2以下となる値でエピタキ
シャル成長を開始し、途中でIII族原料ガスとＶ族原料
ガスとの供給比を表面モホロジーが良好となる値に切り
替えて成長を継続することを提案するものである。ま
た、好ましくは表面欠陥密度が低くなるエピタキシャル
成長による成長層の厚みよりも表面モホロジーが良好と
なるエピタキシャル成長による成長層の厚みの方が厚く
なるように供給比の切替タイミングを制御する。
少なくなるとともに、その後に、この表面欠陥が少ない
このエピタキシャル層の上に、表面モホロジーの良好な
エピタキシャル成長が行なわれるので、基板表面からの
欠陥の伝播が抑制され、表面欠陥が少なくしかも表面モ
ホロジーの良好なエピタキシャル層が得られる。また、
１段目の成長層の厚みよりも２段目の成長層の厚みの方
が厚くなるように供給比の切替タイミングを制御すれ
ば、III族原料ガスが減る分だけ原料の無駄が少なくな
る。
相成長装置を用いて、ＩｎＰ基板上へＭＯＶＰＥ法によ
りＩｎＰ単結晶膜をエピタキシャル成長させる場合を例
にとって説明する。先ず、図１に示す縦型の気相成長装
置の構造について簡単に説明すると、この気相成長装置
は、円筒状のステンレス製リアクタ１０内に円板状のサ
セプタ１１が回転軸１２によって回転可能に配設され、
上記サセプタ１１の下方にはヒータ１３が配置されてい
る。一方、上記サセプタ１１の上方、リアクタ上端には
複数の原料導入管１４ａ〜１４ｆが取り付けられてお
り、さらに原料ガスの流れを一様にするためのステンレ
ス製メッシュ１６が配設されている。
２１の温度を検出するための熱電対である。この実施例
では、成長用基板２１として表面が（１００）面となる
ように鏡面加工されたＦｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板を
４枚用意し、硫酸系エッチャント（Ｈ2ＳＯ4：Ｈ2Ｏ2：
Ｈ2Ｏ＝５：１：１）で前処理した。そして、これらの
基板２１をサセプタ１１上に載置し、回転軸１２によっ
てサセプタ１１を回転させ、ヒータ１４で基板温度を６
１５℃に保ちながら、原料導入管１４ａ〜１４ｃよりII
I族原料ガスとしてＴＭＩ（トリメチルインジウム）
を、また原料導入管１４ｄ〜１４ｆより、Ｖ族原料ガス
として水素ガスによって５０％に稀釈されたホスフィン
（ＰＨ3）を導入した。
族原料ガスとをモル比で５０（ＰＨ３／ＴＭＩ＝５０）
となるように制御して供給し、各ＩｎＰ基板の表面にＭ
ＯＶＰＥ法によりＩｎＰエピタキシャル層を３μｍの厚
みに成長させた。同様にしてＩＩＩ族原料ガスとＶ族原
料ガスの比（ＰＨ３／ＴＭＩ）がモル比で６０，７０，
８０，９０，１００，１１０となるように制御して、Ｉ
ｎＰエピタキシャル層をそれぞれ３μｍの厚みに成長さ
せた。なお、ここでＩＩＩ族原料ガスとＶ族原料ガスの
モル比とは、原料ガスの内のＩＩＩ族原料ガスとＶ族原
料ガスのモル比（Ｖ／ＩＩＩ）を意味し、本実施例で
は、ＩＩＩ族原料ガスであるＴＭＩとＶ族原料ガスであ
るＰＨ３のモル比（ＰＨ３／ＴＭＩ）である。そして、
成長終了後に各基板の表面をノマルスキー干渉顕微鏡に
よって観察したところ、図２に示すように涙状欠陥密度
はＰＨ３／ＴＭＩ比が８０以下のときは１０００個／ｃ
ｍ２以上とかなり高いが、ＰＨ３／ＴＭＩ比が９０では
５００個／ｃｍ２以下と非常に低いことが確認された。
ただし、ＰＨ３／ＴＭＩ比が７０以下で成長を行なった
基板の表面モホロジーは良好であるが、ＰＨ３／ＴＭＩ
比を８０以上で成長を行なった基板の表面モホロジーは
悪く、表面が波打っていることが分かった。
量を最初にIII族原料ガスとＶ族原料ガスとをモル比で
１００（ＰＨ3／ＴＭＩ＝１００）となるように制御し
て供給し、各ＩｎＰ基板の表面にＩｎＰエピタキシャル
層を２０００Åの厚みに成長させた。それから、導入ガ
スの流量を、III族原料ガスとＶ族原料ガスがモル比で
５０（ＰＨ3／ＴＭＩ＝５０）となるように切り替え
て、各ＩｎＰ基板の表面にＩｎＰエピタキシャル層を
２．８μｍ成長させ、合計で３μｍの厚みにした。成長
終了後に各基板の表面をノマルスキー干渉顕微鏡によっ
て観察したところ、涙状欠陥密度は４８０個／cm2とか
なり低く、しかも表面モホロジーは良好であり、平坦性
に優れていることが分かった。
Ｐ層をエピタキシャル成長させる場合に、高いＰＨ3／
ＴＭＩ比で成長を開始し、２０００Åの厚みに成長させ
たところでＰＨ3／ＴＭＩ比を変えるようにしたが、Ｐ
Ｈ3／ＴＭＩ比を変える厚みは２０００Åに限定され
ず、表面欠陥が低く表面モホロジーが良好となる厚みの
範囲を実験的に求めれば良い。そして、その範囲のうち
より厚みの薄いところで供給比を切り替えるようにすれ
ば、原料（III族原料ガス）の無駄を少なくすることが
できる。
置を用いてエピタキシャル成長を行なう場合の条件を示
している。従って、他の構造の気相成長装置を用いてエ
ピタキシャル成長を行なう場合には、それに応じた条件
（供給比および切替タイミング）を実験的に決定してや
れば良い。さらに、上記実施例ではＦｅドープ半絶縁性
ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層をエピタキシャル成長させる場
合を例にとって説明したが、この発明はＩｎＰのみでな
く、ＧａＡｓ等他のIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキ
シャル成長に適用できる。また、この発明はＭＯＶＰＥ
法によるエピタキシャル層の成長に限定されず、クロラ
イドＣＶＤ、ハイドライドＣＶＤその他の気相成長方法
にも応用することができる。
ＶＰＥ法により成長用基板の表面にIII−Ｖ族化合物半
導体のエピタキシャル層を気相成長させるにあたり、II
I族原料ガスとＶ族原料ガスとの供給比を表面欠陥密度
が５００個／cm2以下となる値でエピタキシャル成長を
開始し、途中でIII族原料ガスとＶ族原料ガスとの供給
比を表面モホロジーが良好となる値に切り替えて成長を
継続するようにしたので、基板表面からの欠陥の伝播が
抑制され、表面欠陥が少なくしかも表面モホロジーの良
好なエピタキシャル層が得られるという効果がある。ま
た、１段目の成長層の厚みよりも２段目の成長層の厚み
の方が厚くなるように供給比の切替タイミングを制御す
れば、原料の無駄が少なくなるという経済的効果があ
る。
される気相成長装置の一例を示す正面断面図である。
タキシャル成長層の表面の涙状欠陥密度との関係を示す
図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 ＭＯＶＰＥ法により成長用基板の表面に
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル層を気相成
長させるにあたり、ＩＩＩ族原料ガスとＶ族原料ガスと
の供給比（Ｖ／ＩＩＩ）を表面欠陥密度が５００個／ｃ
ｍ２以下となる値でエピタキシャル成長を開始し、途中
でＩＩＩ族原料ガスとＶ族原料ガスとの供給比を表面モ
ホロジーが良好となる値に切り替えて成長を継続させる
ようにしたことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
のエピタキシャル成長方法。 - 【請求項２】 上記ＩＩＩ族原料ガスはトリメチルイン
ジウム（ＴＭＩ）で、Ｖ族原料ガスは水素で稀釈された
ホスフィン（ＰＨ３）であり、成長されるＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体はＩｎＰであることを特徴とする請求項１
記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25136392A JP2804959B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | Ш−ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25136392A JP2804959B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | Ш−ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06104186A JPH06104186A (ja) | 1994-04-15 |
| JP2804959B2 true JP2804959B2 (ja) | 1998-09-30 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25136392A Expired - Fee Related JP2804959B2 (ja) | 1992-09-21 | 1992-09-21 | Ш−ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2804959B2 (ja) |
-
1992
- 1992-09-21 JP JP25136392A patent/JP2804959B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH06104186A (ja) | 1994-04-15 |
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