JP2917694B2 - 化合物半導体気相成長方法及びその装置 - Google Patents
化合物半導体気相成長方法及びその装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３−５族化合物半導
体、例えば、ＧａＡｓ．ＩｎＰ．ＩｎＧａＡｓ等の気相
成長方法及びその装置に関するものである。
体、例えば、ＧａＡｓ．ＩｎＰ．ＩｎＧａＡｓ等の気相
成長方法及びその装置に関するものである。
【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
（以下ＡＰＤと記す）や、ＰＩＮフォトダイオード（以
下ＰＩＮ−ＰＤと記す）の需要が急増している。ＡＰＤ
やＰＩＮ−ＰＤ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るが、このエ
ピタキシャル層を成長させるためには一般にハイドライ
ド法や有機金属法による気相成長方法が用いられてい
る。（Ｙ．Ｓｕｇｉｍｏｔｏ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ−
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ１２０，Ｎｏ１６）図５は
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
結晶成長装置の一例を示す図である。この結晶成長装置
は、図５に示すように、成長炉１内に配置される反応管
２と、この反応管２の上部反応室９及び下部反応室１０
に配置される３族原料５に３族原料輸送ガスを供給する
供給管３及び５族原料ガスとドーピングガスを供給する
供給管４と、供給されるガスを攪拌するガスディフュー
ザ６と、基板８を保持して回転する基板ホルダ７とを有
している。
信用受光素子、例えばアバランシェフォトダイオード
（以下ＡＰＤと記す）や、ＰＩＮフォトダイオード（以
下ＰＩＮ−ＰＤと記す）の需要が急増している。ＡＰＤ
やＰＩＮ−ＰＤ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るが、このエ
ピタキシャル層を成長させるためには一般にハイドライ
ド法や有機金属法による気相成長方法が用いられてい
る。（Ｙ．Ｓｕｇｉｍｏｔｏ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ−
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ１２０，Ｎｏ１６）図５は
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
結晶成長装置の一例を示す図である。この結晶成長装置
は、図５に示すように、成長炉１内に配置される反応管
２と、この反応管２の上部反応室９及び下部反応室１０
に配置される３族原料５に３族原料輸送ガスを供給する
供給管３及び５族原料ガスとドーピングガスを供給する
供給管４と、供給されるガスを攪拌するガスディフュー
ザ６と、基板８を保持して回転する基板ホルダ７とを有
している。
【０００３】この結晶成長装置を使用して基板に複数の
成長膜を形成する方法は、まず、成長炉１により加熱さ
れた反応管２内の高温領域（約８５０℃）に置かれた３
族原料５、例えば、ＧａあるいはＩｎ上に供給管３より
３族原料輸送ガスであるＨＣｌガスを供給し、３族原料
５と反応せしめ、この反応生成ガスを３族原料ガスと
し、また５族原料ガス及びドーピングガスの供給管４よ
り５族成分の水素化物、例えば、ＡｓＨ3 あるいはＰＨ
3 を供給して５族原料ガスとし、多孔板を数枚組合わせ
た構造のガスディフューザ６を通して十分攪拌した後反
応管２内の約７００℃の低温領域に置かれた基板ホルダ
７上の基板８に輸送する。このことにより、基板８上で
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。
成長膜を形成する方法は、まず、成長炉１により加熱さ
れた反応管２内の高温領域（約８５０℃）に置かれた３
族原料５、例えば、ＧａあるいはＩｎ上に供給管３より
３族原料輸送ガスであるＨＣｌガスを供給し、３族原料
５と反応せしめ、この反応生成ガスを３族原料ガスと
し、また５族原料ガス及びドーピングガスの供給管４よ
り５族成分の水素化物、例えば、ＡｓＨ3 あるいはＰＨ
3 を供給して５族原料ガスとし、多孔板を数枚組合わせ
た構造のガスディフューザ６を通して十分攪拌した後反
応管２内の約７００℃の低温領域に置かれた基板ホルダ
７上の基板８に輸送する。このことにより、基板８上で
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。
【０００４】ここで、基板ホルダ７は反応管２で回転し
反応管内の上部反応室９と下部反応室１０の前に位置す
ることが出来るため、例えば上部反応室９の３族原料と
してＧａ及びＩｎ５族原料ガスとしてＡｓＨ3 を、また
下部反応室１０の３族原料としてＩｎ、５族原料ガスと
してＰＨ3 を用い、まず、基板ホルダ７を下部反応室１
０前に位置させて基板８上にＩｎＰ層をエピタキシャル
成長させ、次に基板ホルダー７を上部反応室９前に移動
し、基板８上にＩｎＧａＡｓ層を成長させることにより
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロエピタキシャル層を成長さ
せることが出来る。
反応管内の上部反応室９と下部反応室１０の前に位置す
ることが出来るため、例えば上部反応室９の３族原料と
してＧａ及びＩｎ５族原料ガスとしてＡｓＨ3 を、また
下部反応室１０の３族原料としてＩｎ、５族原料ガスと
してＰＨ3 を用い、まず、基板ホルダ７を下部反応室１
０前に位置させて基板８上にＩｎＰ層をエピタキシャル
成長させ、次に基板ホルダー７を上部反応室９前に移動
し、基板８上にＩｎＧａＡｓ層を成長させることにより
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロエピタキシャル層を成長さ
せることが出来る。
【０００５】さらに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５族原料ガス及びドーピングガスの
供給管４よりＳｉ，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ことによって行われる。こ
のように従来は上述したハイドライド法によって多層構
造のヘテロエピタキシャル層の成長を行なっていた。
際には必要に応じて５族原料ガス及びドーピングガスの
供給管４よりＳｉ，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ことによって行われる。こ
のように従来は上述したハイドライド法によって多層構
造のヘテロエピタキシャル層の成長を行なっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述したよう
にヘテロエピタキシャル層を成長させる場合には、下部
反応室でのＩｎＰ層の成長が終了した時点で、３族原料
輸送ガスであるＨＣｌガスと５族原料ガスであるＰＨ3
の供給を止め、同時に基板ホルダーを上部反応室へ移動
させるのであるが、ＨＣｌガスとＰＨ3 ガスの供給を止
めても下部反応室内にはＨＣｌ，ＰＨ3 の残留ガスが存
在しており、また基板ホルダの回転速度も基板落下等の
恐れを考慮して１０ｒｐｍ程度に留めているので、Ｉｎ
Ｐ層成長後上部反応室でＩｎＧａＡｓ層の成長を開始す
るまでの間にもＩｎＰ層がわずかに成長してしまい、し
かもガスが定常状態のもとで成長が行なわれるのではな
いため、この発生したＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ層の間に
組成の不安定な遷移領域が発生し、設計値通りのエピタ
キシャル層が成長出来ず、デバイス特性に著しく悪影響
を与えていた。
にヘテロエピタキシャル層を成長させる場合には、下部
反応室でのＩｎＰ層の成長が終了した時点で、３族原料
輸送ガスであるＨＣｌガスと５族原料ガスであるＰＨ3
の供給を止め、同時に基板ホルダーを上部反応室へ移動
させるのであるが、ＨＣｌガスとＰＨ3 ガスの供給を止
めても下部反応室内にはＨＣｌ，ＰＨ3 の残留ガスが存
在しており、また基板ホルダの回転速度も基板落下等の
恐れを考慮して１０ｒｐｍ程度に留めているので、Ｉｎ
Ｐ層成長後上部反応室でＩｎＧａＡｓ層の成長を開始す
るまでの間にもＩｎＰ層がわずかに成長してしまい、し
かもガスが定常状態のもとで成長が行なわれるのではな
いため、この発生したＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ層の間に
組成の不安定な遷移領域が発生し、設計値通りのエピタ
キシャル層が成長出来ず、デバイス特性に著しく悪影響
を与えていた。
【０００７】また、上述のヘテロエピタキシャル層で
は、成長層により、ドーピングを行なわないノンドープ
層とｎ型ドーピング層がありドーピングガスに関しても
原料ガスの場合と同様に層間で遷移領域が発生しキャリ
アプロファイルが急峻でなくなるという問題があった。
は、成長層により、ドーピングを行なわないノンドープ
層とｎ型ドーピング層がありドーピングガスに関しても
原料ガスの場合と同様に層間で遷移領域が発生しキャリ
アプロファイルが急峻でなくなるという問題があった。
【０００８】図６はエピタキシャル層を示す図である。
例えば、図６に示す構造のエピタキシャル層を従来法で
成長した場合のＴＥＭ観察では、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡ
ｓ層の間の結晶組成の遷移領域はおよそ２０ｎｍ、又、
ＳＩＭＳ分析によればドーパンドであるＳｉの遷移領域
はおよそ３０ｎｍである。
例えば、図６に示す構造のエピタキシャル層を従来法で
成長した場合のＴＥＭ観察では、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡ
ｓ層の間の結晶組成の遷移領域はおよそ２０ｎｍ、又、
ＳＩＭＳ分析によればドーパンドであるＳｉの遷移領域
はおよそ３０ｎｍである。
【０００９】本発明は上述した不都合を排除すべくなさ
れたもので、エピタキシャル層間で結晶組成の遷移領域
が小さく、キャリアプロファイルの急峻性の良い、ヘテ
ロエピタキシャル層を得られる化合物半導体気相成長方
法及びその装置を提供するものである。
れたもので、エピタキシャル層間で結晶組成の遷移領域
が小さく、キャリアプロファイルの急峻性の良い、ヘテ
ロエピタキシャル層を得られる化合物半導体気相成長方
法及びその装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体気
相成長方法は、３−５族化合物半導体のエピタキシャル
成長用ガス及びドーピングガスを一方向より流す反応管
内の下流側に被成長基板を保持する基板ホルダを配置
し、前記エピタキシャル成長用ガスおよびドーピングガ
スのガス種・流量変更切替え時に、５族成分含有ガスを
前記被成長基板に噴出させ前記被成長基板をこの５族成
分含有ガスで包み、切替えが終了し新たに供給されるガ
スによって成長及びドーピングが行なわれるときに放出
された前記５族成分含有ガスを吸引して取り去ることを
特徴としている。
相成長方法は、３−５族化合物半導体のエピタキシャル
成長用ガス及びドーピングガスを一方向より流す反応管
内の下流側に被成長基板を保持する基板ホルダを配置
し、前記エピタキシャル成長用ガスおよびドーピングガ
スのガス種・流量変更切替え時に、５族成分含有ガスを
前記被成長基板に噴出させ前記被成長基板をこの５族成
分含有ガスで包み、切替えが終了し新たに供給されるガ
スによって成長及びドーピングが行なわれるときに放出
された前記５族成分含有ガスを吸引して取り去ることを
特徴としている。
【００１１】本発明の第１の化合物半導体気相成長装置
は、３−５族化合物半導体エピタキシアル成長用ガスを
一方向へ流し被成長基板を保持する基板ホルダを前記ガ
スの下流側に位置させ収納する反応管と、前記被成長基
板に近接して開口を少なくとも一つをもつ部材とこの開
口と通ずるとともに５族成分含有ガスを供給する第１の
管体と前記開口から吸気する第２の管体とを備えるガス
噴出・吸引機構を有することを特徴としている。
は、３−５族化合物半導体エピタキシアル成長用ガスを
一方向へ流し被成長基板を保持する基板ホルダを前記ガ
スの下流側に位置させ収納する反応管と、前記被成長基
板に近接して開口を少なくとも一つをもつ部材とこの開
口と通ずるとともに５族成分含有ガスを供給する第１の
管体と前記開口から吸気する第２の管体とを備えるガス
噴出・吸引機構を有することを特徴としている。
【００１２】また、第２の化合物半導体気相成長装置に
おいては、前記ガス噴出・吸引機構の前記部材が、前記
基板ホルダの周囲を囲むとともに前記開口が内壁にガス
の流れ方向に沿って二列に円周上に並べて形成される円
筒部材を備え、前記５族成分含有ガスを噴出するときに
前記開口の噴出すべき一列の前記開口と前記被成長基板
の位置と合せ、前記５族成分含有ガスを吸引するときは
前記位置より前記ガスの流れの方向の上流側に移動させ
ることを特徴としている。
おいては、前記ガス噴出・吸引機構の前記部材が、前記
基板ホルダの周囲を囲むとともに前記開口が内壁にガス
の流れ方向に沿って二列に円周上に並べて形成される円
筒部材を備え、前記５族成分含有ガスを噴出するときに
前記開口の噴出すべき一列の前記開口と前記被成長基板
の位置と合せ、前記５族成分含有ガスを吸引するときは
前記位置より前記ガスの流れの方向の上流側に移動させ
ることを特徴としている。
【００１３】さらに、第３の化合物半導体気相成長装置
においては、前記ガス噴出・吸引機構の前記部材は、前
記基板ホルダの前記被成長基板の載置面の周囲よりガス
上流側に伸び側面に円周上に並べて前記開口が形成され
る側壁部と、前記載置面を一壁として形成される吸引室
と、この吸引室と少なくとも一つの穴を介して通ずると
ともに前記開口と通ずる導入室とを前記基板ホルダに一
体化して設けることを特徴としている。
においては、前記ガス噴出・吸引機構の前記部材は、前
記基板ホルダの前記被成長基板の載置面の周囲よりガス
上流側に伸び側面に円周上に並べて前記開口が形成され
る側壁部と、前記載置面を一壁として形成される吸引室
と、この吸引室と少なくとも一つの穴を介して通ずると
ともに前記開口と通ずる導入室とを前記基板ホルダに一
体化して設けることを特徴としている。
【００１４】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１５】図１は本発明の化合物半導体気相成長方法
及びその装置における第１の実施例を説明するための気
相成長装置の主要部の構成を示す図である。この実施例
における気相成長装置は、図１に示すように、基板ホル
ダ７ａの周囲を囲むとともに基板８に５族成分含有ガス
を供給したり吸引したりする噴出口１３及び吸引口１４
が先端部の内側に軸方向に並べて形成される円筒部材１
１を設け、基板ホルダ７ａをガスの上流側にあるガスデ
ィフューザ６に離間させたり近接させたり移動出来るよ
うにしたことである。勿論、逆に基板ホルダ７ａを固定
し、円筒部材１１を移動しても良い。
及びその装置における第１の実施例を説明するための気
相成長装置の主要部の構成を示す図である。この実施例
における気相成長装置は、図１に示すように、基板ホル
ダ７ａの周囲を囲むとともに基板８に５族成分含有ガス
を供給したり吸引したりする噴出口１３及び吸引口１４
が先端部の内側に軸方向に並べて形成される円筒部材１
１を設け、基板ホルダ７ａをガスの上流側にあるガスデ
ィフューザ６に離間させたり近接させたり移動出来るよ
うにしたことである。勿論、逆に基板ホルダ７ａを固定
し、円筒部材１１を移動しても良い。
【００１６】また、円筒部材１１の噴出口１３及び吸引
口１４は壁で仕切られるガス導入部１５とガス吸引部１
２に通じ、ガス導入部１２は反応管外にある５族成分含
有ガス供給装置に接続されている。さらに、５族成分含
有ガスが基板８に供給されるときは基板８の位置がガス
噴出口１３の位置と合うよに、基板ホルダ７ａは移動し
位置決めされ、５族成分含有ガスの供給を停止するとき
は基板ホルダ７ａを円筒部材１１より突出するように移
動させ、残留する５族成分ガスの雰囲気から基板８を退
避させる。なお、噴出口１３および吸引口１４は複数の
穴あるいはスリット形状であり、基板８の形成面に一様
にガスの供給及び吸引できるように配置されている。
口１４は壁で仕切られるガス導入部１５とガス吸引部１
２に通じ、ガス導入部１２は反応管外にある５族成分含
有ガス供給装置に接続されている。さらに、５族成分含
有ガスが基板８に供給されるときは基板８の位置がガス
噴出口１３の位置と合うよに、基板ホルダ７ａは移動し
位置決めされ、５族成分含有ガスの供給を停止するとき
は基板ホルダ７ａを円筒部材１１より突出するように移
動させ、残留する５族成分ガスの雰囲気から基板８を退
避させる。なお、噴出口１３および吸引口１４は複数の
穴あるいはスリット形状であり、基板８の形成面に一様
にガスの供給及び吸引できるように配置されている。
【００１７】次に、この図１の半導体気相成長装置の動
作とともに半導体気相成長方法について説明する。ま
ず、成長炉１内に反応管２を挿入し、成長炉１により加
熱する。ここで、反応管２内の上部反応室９及び下部反
応室１０の高温領域（約８５０°Ｃ）には、３族原料５
として上部反応室９にＧａが４００ｇ及びＩｎが８００
ｇ、下部反応室１０にＩｎが８００ｇ程度収納されてい
る。次に、円筒部材１１および基板ホルダ７ａを回転さ
せ、基板８を上部反応室９の領域に位置きめする。基板
ホルダ７ａを下流に移動し、基版８を噴出口１３に近ず
ける。次に、円筒部材１１の噴出口１３から５族成分で
ある水素化物のＰＨ3 を２００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈ2 を１
０００ｍｉｌ／ｍｉｎ程度を噴出させ基板８に供給す
る。
作とともに半導体気相成長方法について説明する。ま
ず、成長炉１内に反応管２を挿入し、成長炉１により加
熱する。ここで、反応管２内の上部反応室９及び下部反
応室１０の高温領域（約８５０°Ｃ）には、３族原料５
として上部反応室９にＧａが４００ｇ及びＩｎが８００
ｇ、下部反応室１０にＩｎが８００ｇ程度収納されてい
る。次に、円筒部材１１および基板ホルダ７ａを回転さ
せ、基板８を上部反応室９の領域に位置きめする。基板
ホルダ７ａを下流に移動し、基版８を噴出口１３に近ず
ける。次に、円筒部材１１の噴出口１３から５族成分で
ある水素化物のＰＨ3 を２００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈ2 を１
０００ｍｉｌ／ｍｉｎ程度を噴出させ基板８に供給す
る。
【００１８】一方、下部反応室１０の供給管３より３族
原料輸送ガスである１０％Ｈｃｌを１００ｍｉｌ／ｍｉ
ｎ程度、また、下部反応室１０の供給管４より５族成分
の水素化物である１０％ＰＨ3 を１５０ｍｌ／ｍｉｎ、
ｎ型ドーピングガスである０．１％ＳｉＨ4 を５ｍｌ／
ｍｉｎ供給する。
原料輸送ガスである１０％Ｈｃｌを１００ｍｉｌ／ｍｉ
ｎ程度、また、下部反応室１０の供給管４より５族成分
の水素化物である１０％ＰＨ3 を１５０ｍｌ／ｍｉｎ、
ｎ型ドーピングガスである０．１％ＳｉＨ4 を５ｍｌ／
ｍｉｎ供給する。
【００１９】次に、下部反応室１０に供給されるＨｃ
ｌ、ＰＨ3 及びＳｉＨ4 が定常状態になったら、基板ホ
ルダ７ａを含む円筒部材１１を回転させ、基板８を下部
反応室１０に位置させる。そして基板ホルダ７ａをガス
流上流側に移動し、例えば、基板８をガス吸引口１４の
位置より３ｍｍ程度上流の位置に位置決めする。これと
同時に噴出口１３より噴出された５族成分含有ガスであ
るＰＨ3 及びＨ2 ガスを吸引口１４により吸引する。
ｌ、ＰＨ3 及びＳｉＨ4 が定常状態になったら、基板ホ
ルダ７ａを含む円筒部材１１を回転させ、基板８を下部
反応室１０に位置させる。そして基板ホルダ７ａをガス
流上流側に移動し、例えば、基板８をガス吸引口１４の
位置より３ｍｍ程度上流の位置に位置決めする。これと
同時に噴出口１３より噴出された５族成分含有ガスであ
るＰＨ3 及びＨ2 ガスを吸引口１４により吸引する。
【００２０】これらの操作により反応管２内の低温領域
（約７００°Ｃ）に配置される基板８にはＩｎＰのエピ
タキシャル層が形成される。また、噴出口１３より噴出
された５族成分含有ガスは吸引口１４より吸引されてい
るため、成長したエピタキシャル層に影響を与えること
が無い。
（約７００°Ｃ）に配置される基板８にはＩｎＰのエピ
タキシャル層が形成される。また、噴出口１３より噴出
された５族成分含有ガスは吸引口１４より吸引されてい
るため、成長したエピタキシャル層に影響を与えること
が無い。
【００２１】次に、所望の厚さのエピタキシャル層が得
られたら、下部反応室１０の供給管３及び供給管４のガ
ス供給を停止し、基板ホルダ７ａを含む円筒部材１１を
反転させ上部反応室９に移動させると同時に基板ホルダ
７ａをエピタキシャル成長ガスの下流方向に瞬時に移動
させ基板８の表面近くに噴出口１３を位置させる。ま
た、この動作と同時に吸引口１４からの５族成分含有ガ
スの吸引を停止する。このことにより基板８表面は５族
成分含有ガスで覆われ、原料ガスの供給が遮断されるた
め、残留エピタキシャル成長ガスによる組成の不安定な
遷移領域の成長が抑制される。
られたら、下部反応室１０の供給管３及び供給管４のガ
ス供給を停止し、基板ホルダ７ａを含む円筒部材１１を
反転させ上部反応室９に移動させると同時に基板ホルダ
７ａをエピタキシャル成長ガスの下流方向に瞬時に移動
させ基板８の表面近くに噴出口１３を位置させる。ま
た、この動作と同時に吸引口１４からの５族成分含有ガ
スの吸引を停止する。このことにより基板８表面は５族
成分含有ガスで覆われ、原料ガスの供給が遮断されるた
め、残留エピタキシャル成長ガスによる組成の不安定な
遷移領域の成長が抑制される。
【００２２】次に、基板８が上部反応室９に位置したと
き、上部反応室９の供給管３より３族原料輸送ガスであ
る１０％Ｈｃｌを１００ｍｉｌ／ｍｉｎ、また、上部反
応室９の供給管４より５族原料ガスである１０％ＡｓＨ
3 を５０ｍｉｌ／ｍｉｎ程度を供給する。次に、例え
ば、２分程度経過し、上部反応室９へのＨｃｌ及びＡｓ
Ｈ3 の供給が定常状態になったとき、基板ホルダ７ａを
エピタキシャル成長ガスの上流方向に移動させ、基板８
を吸引口１４よりガス流の上流方向に３ｍｍ程度進んだ
位置に位置決めすると同時に噴出口１３から放出された
５族成分含有ガスであるＰＨ3 及びＨ2 ガスを吸引口１
４により吸引する。
き、上部反応室９の供給管３より３族原料輸送ガスであ
る１０％Ｈｃｌを１００ｍｉｌ／ｍｉｎ、また、上部反
応室９の供給管４より５族原料ガスである１０％ＡｓＨ
3 を５０ｍｉｌ／ｍｉｎ程度を供給する。次に、例え
ば、２分程度経過し、上部反応室９へのＨｃｌ及びＡｓ
Ｈ3 の供給が定常状態になったとき、基板ホルダ７ａを
エピタキシャル成長ガスの上流方向に移動させ、基板８
を吸引口１４よりガス流の上流方向に３ｍｍ程度進んだ
位置に位置決めすると同時に噴出口１３から放出された
５族成分含有ガスであるＰＨ3 及びＨ2 ガスを吸引口１
４により吸引する。
【００２３】この操作により下部反応室１０で成長され
たＩｎＰ層の上にＩｎＧａＡｓ層が遷移領域の小さい状
態で成長する。そしてこれ以降、上述した操作を繰返し
て行なうことにりより、遷移領域の小さい多層構造のヘ
テロエピタキシャル層を形成することが出来る。
たＩｎＰ層の上にＩｎＧａＡｓ層が遷移領域の小さい状
態で成長する。そしてこれ以降、上述した操作を繰返し
て行なうことにりより、遷移領域の小さい多層構造のヘ
テロエピタキシャル層を形成することが出来る。
【００２４】ちなみに、この方法で形成された図６に示
すエピタキシャル層をＴＥＭでその結晶組成を観察した
ところ、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ層の間における結晶組
成の遷移領域は、およそ４ｎｍという従来に比べ１／５
という小さいものであった。また、ＳＩＭＳ分析によれ
ばドーパントである遷移領域は、およそ７ｎｍで従来法
による１／４と小さく急峻性が向上していることが判明
した。
すエピタキシャル層をＴＥＭでその結晶組成を観察した
ところ、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ層の間における結晶組
成の遷移領域は、およそ４ｎｍという従来に比べ１／５
という小さいものであった。また、ＳＩＭＳ分析によれ
ばドーパントである遷移領域は、およそ７ｎｍで従来法
による１／４と小さく急峻性が向上していることが判明
した。
【００２５】前述の実施例ではハイドライド法を適用し
た気相成長法であるが、この５族成分含有ガスの噴出及
び吸引によるガス切替え時におけるエピタキシャル成長
の改善手段を有機金属法に適用してもその効果が得られ
ることが確認された。この実施例について以下に述べ
る。
た気相成長法であるが、この５族成分含有ガスの噴出及
び吸引によるガス切替え時におけるエピタキシャル成長
の改善手段を有機金属法に適用してもその効果が得られ
ることが確認された。この実施例について以下に述べ
る。
【００２６】図２は本発明の化合物半導体気相成長方法
及びその装置における第２の実施例を説明するための気
相成長装置の主要部の構成を示す図である。この気相成
長装置は、図２に示すように、頭部にガスを導入するガ
ス導入管２３ａ、２３ｂおよび２３ｃをもつとともに底
部にゲートバレブ２５を有する反応管２２と、この反応
管２２の外周囲に配置される高周波コイル２１と、反応
管２２のガス導入室と反応室とを仕切るガスディフュー
ザ２４と、基板８を載置するとともにガス上流側と下流
側に移動し得る基板ホルダ７ｂと、この基板ホルダ７ｂ
の周囲を囲むとともに基板８に５族成分含有ガスを供給
したり吸引したりする噴出口２８及び吸引口２７が先端
部の内側に軸方向に並べて形成される円筒部材２９を有
している。また、噴出口２８および吸引口２７は壁で仕
切られるガス導入部３０及びガス吸引部３１にそれぞれ
通じ、ガス導入部３０およびガス吸引部３１は円筒部材
２９に接続する配管３２に通じている。
及びその装置における第２の実施例を説明するための気
相成長装置の主要部の構成を示す図である。この気相成
長装置は、図２に示すように、頭部にガスを導入するガ
ス導入管２３ａ、２３ｂおよび２３ｃをもつとともに底
部にゲートバレブ２５を有する反応管２２と、この反応
管２２の外周囲に配置される高周波コイル２１と、反応
管２２のガス導入室と反応室とを仕切るガスディフュー
ザ２４と、基板８を載置するとともにガス上流側と下流
側に移動し得る基板ホルダ７ｂと、この基板ホルダ７ｂ
の周囲を囲むとともに基板８に５族成分含有ガスを供給
したり吸引したりする噴出口２８及び吸引口２７が先端
部の内側に軸方向に並べて形成される円筒部材２９を有
している。また、噴出口２８および吸引口２７は壁で仕
切られるガス導入部３０及びガス吸引部３１にそれぞれ
通じ、ガス導入部３０およびガス吸引部３１は円筒部材
２９に接続する配管３２に通じている。
【００２７】次に、この気相成長装置の動作とともに化
合物半導体気相成長方法について説明する。まず、ゲー
トバルブ２５を通してＳｉＣコーティングされたカーボ
ン製の基板ホルダ７ｂを移動させ、基板８の表面が円筒
部材２９の噴出口２８の位置と略一致するところで位置
決めする。次に、ゲートバルブ２５を閉じ、ガス導入管
２３ａよりＨ2 ガスを５ｌ／ｍｉｎ程度流しながら排気
管２６から排気する。反応管２２の圧力が７０Ｔｏｒｒ
に達したら、ガス噴出口２８より５族成分ガスの水素化
物であるＰＨ3 を２００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈ2 を１０００
ｍｉｌ／ｍｉｎ程度を噴出させ基板８に供給する。
合物半導体気相成長方法について説明する。まず、ゲー
トバルブ２５を通してＳｉＣコーティングされたカーボ
ン製の基板ホルダ７ｂを移動させ、基板８の表面が円筒
部材２９の噴出口２８の位置と略一致するところで位置
決めする。次に、ゲートバルブ２５を閉じ、ガス導入管
２３ａよりＨ2 ガスを５ｌ／ｍｉｎ程度流しながら排気
管２６から排気する。反応管２２の圧力が７０Ｔｏｒｒ
に達したら、ガス噴出口２８より５族成分ガスの水素化
物であるＰＨ3 を２００ｍｌ／ｍｉｎ、Ｈ2 を１０００
ｍｉｌ／ｍｉｎ程度を噴出させ基板８に供給する。
【００２８】次に、高周波コイル２１により基板８を加
熱して温度が６５０°Ｃに達したら、ガス導入管２３ｂ
より３族成分の有機化合物であるトリメチルインジウム
（以下ＴＭＩと記す）を４００ｍｉｌ／ｍｉｎ、ガス導
入管２３ｃより５族成分の水素化物であるＰＨ3 を１０
０ｍｌ／ｍｉｎ、ｎ型ドーピングガスである０．１％Ｓ
ｉ2 Ｈ6 を２ｍｉｌ／ｍｉｎ供給する。そしてＴＭＩ、
ＰＨ3 及びＳｉ2 Ｈ6が定常状態になった後、基版ホル
ダ７ｂを移動させ基板８を吸引口２７より３ｍｍ程度ガ
ス上流側に位置させる。次に、この位置決めと同時に噴
出口２８により放出された５族成分含有ガスであるＰＨ
3 及びＨ2 を吸引口２７で吸引する。このことにより基
板８にはこの５族成分含有ガスの影響を受けることなく
ＩｎＰのエピタキシャル成長層が形成される。
熱して温度が６５０°Ｃに達したら、ガス導入管２３ｂ
より３族成分の有機化合物であるトリメチルインジウム
（以下ＴＭＩと記す）を４００ｍｉｌ／ｍｉｎ、ガス導
入管２３ｃより５族成分の水素化物であるＰＨ3 を１０
０ｍｌ／ｍｉｎ、ｎ型ドーピングガスである０．１％Ｓ
ｉ2 Ｈ6 を２ｍｉｌ／ｍｉｎ供給する。そしてＴＭＩ、
ＰＨ3 及びＳｉ2 Ｈ6が定常状態になった後、基版ホル
ダ７ｂを移動させ基板８を吸引口２７より３ｍｍ程度ガ
ス上流側に位置させる。次に、この位置決めと同時に噴
出口２８により放出された５族成分含有ガスであるＰＨ
3 及びＨ2 を吸引口２７で吸引する。このことにより基
板８にはこの５族成分含有ガスの影響を受けることなく
ＩｎＰのエピタキシャル成長層が形成される。
【００２９】次に、所望の厚さのＩｎＰ層が得られた
ら、基板ホルダ７ｂをガス下流方向に移動させ、基板８
の表面が噴出口２８の位置で止め同時に吸引口２７によ
る５族成分含有ガスの吸引を停止する。そして、噴出口
２８から５族成分含有ガスＰＨ3 及びＨ2 を基板８に噴
出させる。この結果、基板８はこの５族成分含有ガスに
包つまれ、３族原料ガスが遮断されるので、残留するガ
スで成長する不安定な遷移領域の成長が抑制される。
ら、基板ホルダ７ｂをガス下流方向に移動させ、基板８
の表面が噴出口２８の位置で止め同時に吸引口２７によ
る５族成分含有ガスの吸引を停止する。そして、噴出口
２８から５族成分含有ガスＰＨ3 及びＨ2 を基板８に噴
出させる。この結果、基板８はこの５族成分含有ガスに
包つまれ、３族原料ガスが遮断されるので、残留するガ
スで成長する不安定な遷移領域の成長が抑制される。
【００３０】次に、導入管２３ｂより供給されていたＴ
ＭＩの供給量を７０ｍｉｌと少なくし、新たにトリエチ
ルガリウム（以下ＴＥＧと記す）を５０ｍｉｌ／ｍｉｎ
程度を供給する。ガス導入管２３ｃより供給していたＰ
Ｈ3 の供給を停止し、新たにＡｓＨ3 を１００ｍｉｌ／
ｍｉｎ供給する。約２分後、反応管２２へのＴＭＩ、Ｔ
ＥＧ及びＡｓＨ3 の供給が定常状態になった時点で、基
板ホルダ７ｂをガス上流方向に移動させ、基板８が吸引
口２７から３ｍｍ程度通り過ぎた位置に止めるそしてこ
の停止と同時に吸引口２７により基板８近傍にある５族
成分ガスであるＰＨ3 及びＨ2 を吸引口２７で吸引す
る。このことにより残留する５族成分ガスが無くなり、
ＩｎＰ層の上にＩｎＧａＡｓ層が遷移領域を小さくした
状態で成長する。
ＭＩの供給量を７０ｍｉｌと少なくし、新たにトリエチ
ルガリウム（以下ＴＥＧと記す）を５０ｍｉｌ／ｍｉｎ
程度を供給する。ガス導入管２３ｃより供給していたＰ
Ｈ3 の供給を停止し、新たにＡｓＨ3 を１００ｍｉｌ／
ｍｉｎ供給する。約２分後、反応管２２へのＴＭＩ、Ｔ
ＥＧ及びＡｓＨ3 の供給が定常状態になった時点で、基
板ホルダ７ｂをガス上流方向に移動させ、基板８が吸引
口２７から３ｍｍ程度通り過ぎた位置に止めるそしてこ
の停止と同時に吸引口２７により基板８近傍にある５族
成分ガスであるＰＨ3 及びＨ2 を吸引口２７で吸引す
る。このことにより残留する５族成分ガスが無くなり、
ＩｎＰ層の上にＩｎＧａＡｓ層が遷移領域を小さくした
状態で成長する。
【００３１】ちなみに、この方法で形成される図６のよ
うなエピタキシャル層の構造で形成し、ＴＥＭで観察し
たところ、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ層との間の結晶組成
の遷移領域はおよそ４ｎｍと小さく、また、ＳＩＭＳ分
析によればドーパントであるＳｉの遷移領域はおよそ８
ｎｍで前述の実施例１におけるハイドライド法による値
に近い良好な結果が得られた。
うなエピタキシャル層の構造で形成し、ＴＥＭで観察し
たところ、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ層との間の結晶組成
の遷移領域はおよそ４ｎｍと小さく、また、ＳＩＭＳ分
析によればドーパントであるＳｉの遷移領域はおよそ８
ｎｍで前述の実施例１におけるハイドライド法による値
に近い良好な結果が得られた。
【００３２】図３は本発明の化合物半導体気相成長方法
及びその装置における第３の実施例を説明するための基
板ホルダの概略を示す図である。この気相成長装置は、
前述の第１の実施例で説明したように、原料ガスあるい
はドーピングガスの種類および流量の切替え時に基板に
５族成分含有ガスを供給したり吸引したりする機構を基
板ホルダにもたせたことである。
及びその装置における第３の実施例を説明するための基
板ホルダの概略を示す図である。この気相成長装置は、
前述の第１の実施例で説明したように、原料ガスあるい
はドーピングガスの種類および流量の切替え時に基板に
５族成分含有ガスを供給したり吸引したりする機構を基
板ホルダにもたせたことである。
【００３３】すなわち、この基板ホルダは、図３に示す
ように、５族成分含有ガスを導入する導入管４０ａとこ
の５族成分含有ガスを吸引する吸引管４０ｂとでなる二
重管体４０と、この二重管体４０の先端に取付けられ基
板８の載置面４４をもつとともに内壁４５で仕切られる
吸引管４０ｂと通ずる吸引室４１ｂと導入管４０ａと通
ずる導入室４１ａをもつカップ状のフランジ部４１とで
構成されている。また、このフランジ部４１の基板８を
取囲む壁には導入管４０ａから供給される５族成分含有
ガスを吹き出す噴出口４３が、吸引室４１ｂと導入室４
１ａと仕切る内壁４５には５族成分含有ガスを吸引する
吸引口４２が形成されている。
ように、５族成分含有ガスを導入する導入管４０ａとこ
の５族成分含有ガスを吸引する吸引管４０ｂとでなる二
重管体４０と、この二重管体４０の先端に取付けられ基
板８の載置面４４をもつとともに内壁４５で仕切られる
吸引管４０ｂと通ずる吸引室４１ｂと導入管４０ａと通
ずる導入室４１ａをもつカップ状のフランジ部４１とで
構成されている。また、このフランジ部４１の基板８を
取囲む壁には導入管４０ａから供給される５族成分含有
ガスを吹き出す噴出口４３が、吸引室４１ｂと導入室４
１ａと仕切る内壁４５には５族成分含有ガスを吸引する
吸引口４２が形成されている。
【００３４】次に、この図３の基板ホルダをもつ気相成
長装置の動作及び化合物半導体気相成長方法について説
明する。これは前述の図５と図３を参照して、まず、図
５の成長炉１内に反応管２を挿入し成長炉１により加熱
する。次に、反応管２内の約８５０℃の高温領域に３族
原料５として上部反応室９にはＧａを４００ｇ，Ｉｎを
８００ｇ、また下部反応室１０にはＩｎを８００ｇ設置
する。次に、図３の基板ホルダを回転させて基板ホルダ
上の基板８を上部反応室９の前に位置させる。次に、図
３の基板ホルダ内の導入管４０ａに５族成分の水素化物
であるＰＨ3 ２００ｍｌ／ｍｉｎ及びＨ2 １０００ｍｌ
／ｍｉｎを供給し、導入室４１ａから噴出口４３を通し
て基板ホルダ上の基板８の表面に噴出させる。
長装置の動作及び化合物半導体気相成長方法について説
明する。これは前述の図５と図３を参照して、まず、図
５の成長炉１内に反応管２を挿入し成長炉１により加熱
する。次に、反応管２内の約８５０℃の高温領域に３族
原料５として上部反応室９にはＧａを４００ｇ，Ｉｎを
８００ｇ、また下部反応室１０にはＩｎを８００ｇ設置
する。次に、図３の基板ホルダを回転させて基板ホルダ
上の基板８を上部反応室９の前に位置させる。次に、図
３の基板ホルダ内の導入管４０ａに５族成分の水素化物
であるＰＨ3 ２００ｍｌ／ｍｉｎ及びＨ2 １０００ｍｌ
／ｍｉｎを供給し、導入室４１ａから噴出口４３を通し
て基板ホルダ上の基板８の表面に噴出させる。
【００３５】一方下部反応室１０の供給管３より３族原
料輸送ガスである１０％Ｈｃｌを１００ｍｌ／ｍｉｎ、
供給管４より５族成分の水素化物である１０％ＰＨ3 を
１５０ｍｌ／ｍｉｎ、また、ｎ型ドーピングガスである
０．１％ＳｉＨ4 を５ｍｌ／ｍｉｎ供給する。
料輸送ガスである１０％Ｈｃｌを１００ｍｌ／ｍｉｎ、
供給管４より５族成分の水素化物である１０％ＰＨ3 を
１５０ｍｌ／ｍｉｎ、また、ｎ型ドーピングガスである
０．１％ＳｉＨ4 を５ｍｌ／ｍｉｎ供給する。
【００３６】約２分後下部反応室１０へのＨｃｌ、ＰＨ
3 及びＳｉＨ4 の供給が定常状態になった時点で、基板
ホルダを回転させて下部反応室１０への移動を開始し、
下部反応室１０の前に位置させる。次に、吸引口４２を
通して噴出口４３から基板上に供給していた５族成分含
有ガスであるＰＨ3 とＨ2 を吸引管４０ｂへ吸引開始す
る。このことにより反応管２内の約７００℃の低温領域
に設置された基板ホルダ上の基板８上にＩｎＰ層のエピ
タキシャル層が成長される。下部反応室１０において所
望の厚さのＩｎＰ層のエピタキシャル成長が終了した時
点で、下部反応室に３族原料輸送ガス供給用の供給管３
と５族原料ガス及びドーピングガス供給用の供給管４よ
り供給していたＨＣｌ，ＰＨ3 ，ＳｉＨ4 を停止する。
3 及びＳｉＨ4 の供給が定常状態になった時点で、基板
ホルダを回転させて下部反応室１０への移動を開始し、
下部反応室１０の前に位置させる。次に、吸引口４２を
通して噴出口４３から基板上に供給していた５族成分含
有ガスであるＰＨ3 とＨ2 を吸引管４０ｂへ吸引開始す
る。このことにより反応管２内の約７００℃の低温領域
に設置された基板ホルダ上の基板８上にＩｎＰ層のエピ
タキシャル層が成長される。下部反応室１０において所
望の厚さのＩｎＰ層のエピタキシャル成長が終了した時
点で、下部反応室に３族原料輸送ガス供給用の供給管３
と５族原料ガス及びドーピングガス供給用の供給管４よ
り供給していたＨＣｌ，ＰＨ3 ，ＳｉＨ4 を停止する。
【００３７】同時に、図３の基板ホルダを回転させて上
部反応室９への移動を開始し、さらにこれと同時に、基
板ホルダ内の５族成分含有ガスを吸引する吸引管４０ｂ
からのＨ2 ，ＰＨ3 の吸引を停止し、Ｈ2 ，ＰＨ3 の５
族成分含有ガスを噴出口４３を通して基板ホルダ上の基
板８の表面上に噴出させる。基板ホルダの回転が停止
し、基板８が上部反応室９の前に位置した後、上部反応
室９の３族原料輸送ガス用の供給管３より３族原料輸送
ガスである１０％ＨＣｌを１００ｍｌ／ｍｉｎ，また５
族原料ガス及びドーピングガス供給用の供給管４により
５族成分の水素化物である１０％ＡｓＨ3 を５０ｍｌ／
ｍｉｎの流量で上部反応室９に供給する。約２分後、上
部反応室９へのＨＣｌ，ＡｓＨ3 供給が定常状態になっ
た時点で基板ホルダ内の５族成分含有ガス吸引用の吸引
管４０ｂから再び噴出口４３を通して基板上に供給して
いたＨ2 及びＰＨ3 の吸引を開始する。
部反応室９への移動を開始し、さらにこれと同時に、基
板ホルダ内の５族成分含有ガスを吸引する吸引管４０ｂ
からのＨ2 ，ＰＨ3 の吸引を停止し、Ｈ2 ，ＰＨ3 の５
族成分含有ガスを噴出口４３を通して基板ホルダ上の基
板８の表面上に噴出させる。基板ホルダの回転が停止
し、基板８が上部反応室９の前に位置した後、上部反応
室９の３族原料輸送ガス用の供給管３より３族原料輸送
ガスである１０％ＨＣｌを１００ｍｌ／ｍｉｎ，また５
族原料ガス及びドーピングガス供給用の供給管４により
５族成分の水素化物である１０％ＡｓＨ3 を５０ｍｌ／
ｍｉｎの流量で上部反応室９に供給する。約２分後、上
部反応室９へのＨＣｌ，ＡｓＨ3 供給が定常状態になっ
た時点で基板ホルダ内の５族成分含有ガス吸引用の吸引
管４０ｂから再び噴出口４３を通して基板上に供給して
いたＨ2 及びＰＨ3 の吸引を開始する。
【００３８】以上の操作により下部反応室１０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。そして以後上述の操作をくりか
えすことにより多層構造のヘテロエピタキシャル層を成
長する事が出来る。
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。そして以後上述の操作をくりか
えすことにより多層構造のヘテロエピタキシャル層を成
長する事が出来る。
【００３９】この実施例による気相成長方法によって図
６に示す構造のエピタキシャル層を成長させた場合、Ｔ
ＥＭによる結晶組成の観察では、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡ
ｓ層の間の結晶組成の遷移領域はおよそ５ｎｍで従来法
の約１／４になり、またＳＩＭＳ分析によればドーパン
トであるＳｉの遷移領域はおよそ１０ｎｍと従来法の約
１／３と少なく、急峻性が向上している。
６に示す構造のエピタキシャル層を成長させた場合、Ｔ
ＥＭによる結晶組成の観察では、ＩｎＰ層とＩｎＧａＡ
ｓ層の間の結晶組成の遷移領域はおよそ５ｎｍで従来法
の約１／４になり、またＳＩＭＳ分析によればドーパン
トであるＳｉの遷移領域はおよそ１０ｎｍと従来法の約
１／３と少なく、急峻性が向上している。
【００４０】前述の実施例では１枚成長型の基板ホルダ
ーを用いた場合について述べたが、２枚同時成長型の基
板ホルダーを用いて場合についても同様の効果が得られ
る。図４は複数枚の基板を搭載する基板ホルダを示す図
である。この基板ホルダは、図４に示すように、２枚の
基板８を載置する面を有しそれぞれの基板８を取り囲む
側壁に５族成分含有ガスを噴出する噴出口４３が形成さ
れるとともにこの噴出口４３に通ずる導入室５１ａとこ
の導入室５１ａと内壁で仕切られ吸引口４２を介して通
ずる吸引室５１ｂとをもつ皿状の本体と、この本体のそ
れぞれの室と接続される５族成分含有ガスの導入する管
５０ａと前記ガスを吸引する吸引管５０ｂとでなる二重
管体５０とで構成されている。
ーを用いた場合について述べたが、２枚同時成長型の基
板ホルダーを用いて場合についても同様の効果が得られ
る。図４は複数枚の基板を搭載する基板ホルダを示す図
である。この基板ホルダは、図４に示すように、２枚の
基板８を載置する面を有しそれぞれの基板８を取り囲む
側壁に５族成分含有ガスを噴出する噴出口４３が形成さ
れるとともにこの噴出口４３に通ずる導入室５１ａとこ
の導入室５１ａと内壁で仕切られ吸引口４２を介して通
ずる吸引室５１ｂとをもつ皿状の本体と、この本体のそ
れぞれの室と接続される５族成分含有ガスの導入する管
５０ａと前記ガスを吸引する吸引管５０ｂとでなる二重
管体５０とで構成されている。
【００４１】次に、この基板ホルダを基板８の表面を上
にして図５に示す結晶成長装置の基板ホルダとして用い
て動作とともに気相成長方法について説明する。ここ
で、この実施例においては基板ホルダは、前述の実施例
のように回転によって上部反応室９と下部反応室１０を
移動するのではなく反応管２に対して垂直方向にスライ
ドして移動し位置決めすることである。
にして図５に示す結晶成長装置の基板ホルダとして用い
て動作とともに気相成長方法について説明する。ここ
で、この実施例においては基板ホルダは、前述の実施例
のように回転によって上部反応室９と下部反応室１０を
移動するのではなく反応管２に対して垂直方向にスライ
ドして移動し位置決めすることである。
【００４２】まず、図５の成長炉１内に反応管２を挿入
し成長炉１により加熱する。そして反応管２内の約８５
０℃の高温領域に３族原料として上部反応室９には、Ｇ
ａを４００ｇ，Ｉｎを８００ｇ、また下部反応室１０に
はＩｎを８００ｇ程度それぞれ収納する。
し成長炉１により加熱する。そして反応管２内の約８５
０℃の高温領域に３族原料として上部反応室９には、Ｇ
ａを４００ｇ，Ｉｎを８００ｇ、また下部反応室１０に
はＩｎを８００ｇ程度それぞれ収納する。
【００４３】次に、図４の基板ホルダを垂直方向に上げ
て基板ホルダの基板８を上部反応室９前に位置させる。
次に、基板ホルダ内の導入管５０ａに５族成分の水素化
物であるＰＨ3 ２００ｍｌ／ｍｉｎ及びＨ2 １０００ｍ
ｌ／ｍｉｎ供給し、導入室５１ａから噴出口４３を通し
て基板ホルダにある基板８の表面に噴出させる。
て基板ホルダの基板８を上部反応室９前に位置させる。
次に、基板ホルダ内の導入管５０ａに５族成分の水素化
物であるＰＨ3 ２００ｍｌ／ｍｉｎ及びＨ2 １０００ｍ
ｌ／ｍｉｎ供給し、導入室５１ａから噴出口４３を通し
て基板ホルダにある基板８の表面に噴出させる。
【００４４】一方、下部反応室１０の供給管３より３族
原料輸送ガスである１０％Ｈｃｌを１００ｍｌ／ｍｉ
ｎ、供給管４より５族成分の水素化物である１０％ＰＨ
3 を１５０ｍｌ／ｍｉｎ、またｎ型ドーピングガスであ
る０．１％ＳｉＨ4 を５ｍｌ／ｍｉｎ供給する。約２分
後下部反応室１０へのＨｃｌ、ＰＨ3 及びＳｉＨ4 の供
給が定常状態になった時点で、基板ホルダを垂直方向に
下げて下部反応室１０への移動を開始し下部反応室１０
の前に位置させる。
原料輸送ガスである１０％Ｈｃｌを１００ｍｌ／ｍｉ
ｎ、供給管４より５族成分の水素化物である１０％ＰＨ
3 を１５０ｍｌ／ｍｉｎ、またｎ型ドーピングガスであ
る０．１％ＳｉＨ4 を５ｍｌ／ｍｉｎ供給する。約２分
後下部反応室１０へのＨｃｌ、ＰＨ3 及びＳｉＨ4 の供
給が定常状態になった時点で、基板ホルダを垂直方向に
下げて下部反応室１０への移動を開始し下部反応室１０
の前に位置させる。
【００４５】次に、吸引口４２を通して噴出口４３から
基板上に供給していた５族成分含有ガスであるＨ2 ，Ｐ
Ｈ3 を吸引室５１ｂから吸引管５０ｂへ吸引開始する。
この操作により反応管２内の約７００°Ｃの低温領域に
設置された基板ホルダの基板８上にＩｎＰ層のエピタキ
シャル層が成長される。
基板上に供給していた５族成分含有ガスであるＨ2 ，Ｐ
Ｈ3 を吸引室５１ｂから吸引管５０ｂへ吸引開始する。
この操作により反応管２内の約７００°Ｃの低温領域に
設置された基板ホルダの基板８上にＩｎＰ層のエピタキ
シャル層が成長される。
【００４６】一方、下部反応室１０において所望の厚さ
のＩｎＰ層のエピタキシャル成長が終了した時点で、下
部反応室１０の供給管３と供給管４より供給していたＨ
Ｃｌ，ＰＨ3 ，ＳｉＨ4 を停止し、基板ホルダを垂直上
方向に移動開始させると同時に基板ホルダ内の吸引管５
０ｂからのＨ2 ，ＰＨ3 の吸引を停止し、Ｈ2 ，ＰＨ3
を噴出口４３を通して基板ホルダの基板８の表面上に噴
出させる。基板ホルダの移動が停止し上部反応室９前に
位置した後、上部反応室９側の供給管３より３族原料輸
送ガスである１０％ＨＣｌを１００ｍｌ／ｍｉｎ、また
供給管４より５族成分の水素化物である１０％ＡｓＨ3
を５０％ｍｌ／ｍｉｎ上部反応室９に供給する。
のＩｎＰ層のエピタキシャル成長が終了した時点で、下
部反応室１０の供給管３と供給管４より供給していたＨ
Ｃｌ，ＰＨ3 ，ＳｉＨ4 を停止し、基板ホルダを垂直上
方向に移動開始させると同時に基板ホルダ内の吸引管５
０ｂからのＨ2 ，ＰＨ3 の吸引を停止し、Ｈ2 ，ＰＨ3
を噴出口４３を通して基板ホルダの基板８の表面上に噴
出させる。基板ホルダの移動が停止し上部反応室９前に
位置した後、上部反応室９側の供給管３より３族原料輸
送ガスである１０％ＨＣｌを１００ｍｌ／ｍｉｎ、また
供給管４より５族成分の水素化物である１０％ＡｓＨ3
を５０％ｍｌ／ｍｉｎ上部反応室９に供給する。
【００４７】約２分後、上部反応室９へのＨＣｌ、Ａｓ
Ｈ3 の供給が定常状態になった時点で、基板ホルダー内
の吸引管５０ｂから再び噴出口４３を通して基板８に供
給していたＨ2 及びＰＨ3 の吸引を開始する。
Ｈ3 の供給が定常状態になった時点で、基板ホルダー内
の吸引管５０ｂから再び噴出口４３を通して基板８に供
給していたＨ2 及びＰＨ3 の吸引を開始する。
【００４８】以上の操作により下部反応室１０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。そして以後、上述の操作をくり
かえすことにより多層構造のヘテロエピタキシャル層を
成長する事が出来る。
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。そして以後、上述の操作をくり
かえすことにより多層構造のヘテロエピタキシャル層を
成長する事が出来る。
【００４９】この実施例による気相成長方法によって図
６に示す構造のエピタキシャル層を成長させた場合、Ｔ
ＥＭによる結晶組成の観察ではＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ
層の間の結晶組成の遷移領域は２枚の基板共およそ６ｎ
ｍと従来法の約１／４になり、またＳＩＭＳ分析によれ
ばドーパントであるＳｉの遷移領域はおよそ１０ｎｍと
従来法の約１／３と少なく急峻性が向上している。
６に示す構造のエピタキシャル層を成長させた場合、Ｔ
ＥＭによる結晶組成の観察ではＩｎＰ層とＩｎＧａＡｓ
層の間の結晶組成の遷移領域は２枚の基板共およそ６ｎ
ｍと従来法の約１／４になり、またＳＩＭＳ分析によれ
ばドーパントであるＳｉの遷移領域はおよそ１０ｎｍと
従来法の約１／３と少なく急峻性が向上している。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ヘテロエ
ピタキシャル層成長に伴ない上流より供給されるエピタ
キシャル成長用ガス及びドーピングガスの種類・流量の
変更時に、５族成分含有ガスを基板上に噴出させる手段
を下流側の基板ホルダ近傍あるいはそれ自体に設けるこ
とによって、５族成分含有ガスで基板表面を被覆しエピ
タキシアル成長用ガスやドーピングガスから遮断し、残
留するエピタキシャル成長用ガスの影響でエピタキシャ
ル層間に組成の不安定な遷移領域が発生することを防ぐ
とともに残留するドーピングガスの影響でエピタキシャ
ル層間のキャリア濃度の変化の急峻性が無くなることを
防止することが出来る。また、基板上に噴出するガス中
に５族成分ガスを含有することにより、蒸気圧の高い５
族成分がエピタキシャル層から解離することも防止出来
る。
ピタキシャル層成長に伴ない上流より供給されるエピタ
キシャル成長用ガス及びドーピングガスの種類・流量の
変更時に、５族成分含有ガスを基板上に噴出させる手段
を下流側の基板ホルダ近傍あるいはそれ自体に設けるこ
とによって、５族成分含有ガスで基板表面を被覆しエピ
タキシアル成長用ガスやドーピングガスから遮断し、残
留するエピタキシャル成長用ガスの影響でエピタキシャ
ル層間に組成の不安定な遷移領域が発生することを防ぐ
とともに残留するドーピングガスの影響でエピタキシャ
ル層間のキャリア濃度の変化の急峻性が無くなることを
防止することが出来る。また、基板上に噴出するガス中
に５族成分ガスを含有することにより、蒸気圧の高い５
族成分がエピタキシャル層から解離することも防止出来
る。
【００５１】さらに、エピタキシャル成長させる際に、
基板周辺に残留する５族成分含有ガスを吸引する手段を
設け、５族成分含有ガスを吸引されるので、エピタキシ
ャル成長には何ら影響を及ぼさない。このように、本発
明により気相成長を行なうことによって、界面に結晶組
成及びキャリアの遷移領域の小さい結晶性の良い３−５
族化合物半導体のヘテロエピタキシャル層を成長するこ
とが出来るという効果がある。
基板周辺に残留する５族成分含有ガスを吸引する手段を
設け、５族成分含有ガスを吸引されるので、エピタキシ
ャル成長には何ら影響を及ぼさない。このように、本発
明により気相成長を行なうことによって、界面に結晶組
成及びキャリアの遷移領域の小さい結晶性の良い３−５
族化合物半導体のヘテロエピタキシャル層を成長するこ
とが出来るという効果がある。
【図１】本発明の化合物半導体気相成長方法及びその装
置における第１の実施例を説明するための気相成長装置
の主要部の構成を示す図である。
置における第１の実施例を説明するための気相成長装置
の主要部の構成を示す図である。
【図２】本発明の化合物半導体気相成長方法及びその装
置における第２の実施例を説明するための気相成長装置
の主要部の構成を示す図である。
置における第２の実施例を説明するための気相成長装置
の主要部の構成を示す図である。
【図３】本発明の化合物半導体気相成長方法及びその装
置における第３の実施例を説明するための基板ホルダの
概略を示す図である。
置における第３の実施例を説明するための基板ホルダの
概略を示す図である。
【図４】複数枚の基板を搭載する基板ホルダを示す図で
ある。
ある。
【図５】従来のハイドライド法による気相成長に用いら
れている結晶成長装置の一例を示す図である。
れている結晶成長装置の一例を示す図である。
【図６】エピタキシャル層を示す図である。
１ 成長炉 ２，２２ 反応管 ３，４ 供給管 ５ ３族原料 ６，２４ ガスディフューザ ７，７ａ，７ｂ 基板ホルダ ８ 基板 ９ 上部反応室 １０ 下部反応室 １１，２９ 円筒部材 １２，３１ ガス吸引部 １３，２８，４３ 噴出口 １４，２７，４２ 吸引口 １５，３０ ガス導入部 ２１ 高周波コイル ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ ガス導入管 ２５ ゲートバルブ ２６ 排気管 ３２ 配管 ４０，５０ 二重管体 ４０ａ，５０ａ 導入管 ４０ｂ，５０ｂ 吸引管 ４１ａ，５１ａ 導入室 ４１ｂ，５１ｂ 吸引室 ４４ 載置面 ４５ 内壁
Claims (4)
- 【請求項１】 ３−５族化合物半導体のエピタキシャル
成長用ガス及びドーピングガスを一方向より流す反応管
内の下流側に被成長基板を保持する基板ホルダを配置
し、前記エピタキシャル成長用ガスおよびドーピングガ
スのガス種・流量変更切替え時に、５族成分含有ガスを
前記被成長基板に噴出させ前記被成長基板をこの５族成
分含有ガスで包み、切替えが終了し新たに供給されるガ
スによって成長及びドーピングが行なわれるときに放出
された前記５族成分含有ガスを吸引して取り去ることを
特徴とする化合物半導体気相成長方法。 - 【請求項２】 ３−５族化合物半導体エピタキシアル成
長用ガスを一方向へ流し被成長基板を保持する基板ホル
ダを前記ガスの下流側に位置させ収納する反応管と、前
記被成長基板に近接して開口を少なくとも一つをもつ部
材とこの開口と通ずるとともに５族成分含有ガスを供給
する第１の管体と前記開口から吸気する第２の管体とを
備えるガス噴出・吸引機構を有することを特徴とする化
合物半導体気相成長装置。 - 【請求項３】 前記ガス噴出・吸引機構の前記部材は、
前記基板ホルダの周囲を囲むとともに前記開口が内壁に
ガスの流れ方向に沿って二列に円周上に並べて形成され
る円筒部材を備え、前記５族成分含有ガスを噴出すると
きに前記開口の噴出すべき一列の前記開口と前記被成長
基板の位置と合せ、前記５族成分含有ガスを吸引すると
きは前記位置より前記ガスの流れの方向の上流側に移動
させることを特徴とする請求項２記載の化合物半導体成
長装置。 - 【請求項４】 前記ガス噴出・吸引機構の前記部材は、
前記基板ホルダの前記被成長基板の載置面の周囲よりガ
ス上流側に伸び側面に円周上に並べて前記開口が形成さ
れる側壁部と、前記載置面を一壁として形成される吸引
室と、この吸引室と少なくとも一つの穴を介して通ずる
とともに前記開口と通ずる導入室とを前記基板ホルダに
一体化して設けることを特徴とする請求項２記載の化合
物気相成長装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4228182A JP2917694B2 (ja) | 1992-04-02 | 1992-08-27 | 化合物半導体気相成長方法及びその装置 |
| US08/039,749 US5360760A (en) | 1992-04-02 | 1993-03-30 | Vapor phase epitaxial growth method of a compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4-80169 | 1992-04-02 | ||
| JP8016992 | 1992-04-02 | ||
| JP4228182A JP2917694B2 (ja) | 1992-04-02 | 1992-08-27 | 化合物半導体気相成長方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335246A JPH05335246A (ja) | 1993-12-17 |
| JP2917694B2 true JP2917694B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=26421225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4228182A Expired - Fee Related JP2917694B2 (ja) | 1992-04-02 | 1992-08-27 | 化合物半導体気相成長方法及びその装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP2917694B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2605604B2 (ja) * | 1993-11-24 | 1997-04-30 | 日本電気株式会社 | 半導体結晶のエピタキシャル成長方法とそれに用いる分子線供給装置 |
| US6337102B1 (en) * | 1997-11-17 | 2002-01-08 | The Trustees Of Princeton University | Low pressure vapor phase deposition of organic thin films |
| US8501911B2 (en) * | 1999-02-24 | 2013-08-06 | Biomarck Pharmaceuticals, Ltd | Methods of reducing inflammation and mucus hypersecretion |
| US6348380B1 (en) * | 2000-08-25 | 2002-02-19 | Micron Technology, Inc. | Use of dilute steam ambient for improvement of flash devices |
| US7176109B2 (en) * | 2001-03-23 | 2007-02-13 | Micron Technology, Inc. | Method for forming raised structures by controlled selective epitaxial growth of facet using spacer |
| US6706119B2 (en) * | 2001-03-30 | 2004-03-16 | Technologies And Devices International, Inc. | Apparatus for epitaxially growing semiconductor device structures with submicron group III nitride layer utilizing HVPE |
| US7166528B2 (en) | 2003-10-10 | 2007-01-23 | Applied Materials, Inc. | Methods of selective deposition of heavily doped epitaxial SiGe |
| ATE464164T1 (de) * | 2004-10-12 | 2010-04-15 | Fosber Spa | Maschine zum längsschneiden von bahnförmigen material, insbesondere wellpappebahnen |
| US7560352B2 (en) | 2004-12-01 | 2009-07-14 | Applied Materials, Inc. | Selective deposition |
| US7312128B2 (en) | 2004-12-01 | 2007-12-25 | Applied Materials, Inc. | Selective epitaxy process with alternating gas supply |
| US7682940B2 (en) | 2004-12-01 | 2010-03-23 | Applied Materials, Inc. | Use of Cl2 and/or HCl during silicon epitaxial film formation |
| US7674337B2 (en) | 2006-04-07 | 2010-03-09 | Applied Materials, Inc. | Gas manifolds for use during epitaxial film formation |
| JP5090451B2 (ja) | 2006-07-31 | 2012-12-05 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 炭素含有シリコンエピタキシャル層の形成方法 |
| US7588980B2 (en) | 2006-07-31 | 2009-09-15 | Applied Materials, Inc. | Methods of controlling morphology during epitaxial layer formation |
| US9416464B1 (en) * | 2006-10-11 | 2016-08-16 | Ostendo Technologies, Inc. | Apparatus and methods for controlling gas flows in a HVPE reactor |
| JP4535116B2 (ja) * | 2007-10-31 | 2010-09-01 | 株式会社デンソー | 炭化珪素単結晶の製造装置および製造方法 |
| CN116657248B (zh) * | 2023-08-02 | 2023-09-22 | 雅安宇焜芯材材料科技有限公司 | 一种半导体材料制备系统 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE148279C (ja) * | ||||
| JPS6060715A (ja) * | 1983-09-14 | 1985-04-08 | Nec Corp | 気相成長方法 |
| JPS6369220A (ja) * | 1986-09-10 | 1988-03-29 | Nec Corp | ４族半導体薄膜の製造方法 |
| JPH02203519A (ja) * | 1989-02-01 | 1990-08-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体結晶の成長方法 |
-
1992
- 1992-08-27 JP JP4228182A patent/JP2917694B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-03-30 US US08/039,749 patent/US5360760A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5360760A (en) | 1994-11-01 |
| JPH05335246A (ja) | 1993-12-17 |
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