JP2988949B2 - 有機金属気相成長方法 - Google Patents
有機金属気相成長方法Info
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- JP2988949B2 JP2988949B2 JP2021522A JP2152290A JP2988949B2 JP 2988949 B2 JP2988949 B2 JP 2988949B2 JP 2021522 A JP2021522 A JP 2021522A JP 2152290 A JP2152290 A JP 2152290A JP 2988949 B2 JP2988949 B2 JP 2988949B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は有機金属化合物を用いる化学的気相成長（MO
CVD）方法に係わり、その原料の供給方法及びこれを実
施するための装置構成に関する。
CVD）方法に係わり、その原料の供給方法及びこれを実
施するための装置構成に関する。
（従来の技術） 従来からMOCVD法に用いられるMOCVD装置は、その高い
制御性を生かして電子デバイス、光デバイスの結晶成長
に用いられている。しかし、さらに高機能で複雑なデバ
イスを作製しようという場合にはその制御性は必ずしも
十分とは言えない。例えば、InAlGaP系材料で断面が第
２図に示されるGRIN−SCHレーザを作製しようとする場
合、基板に格子整合する条件を保ちながら、なおかつAl
混晶比を徐々に変化させる必要が生じる。格子整合条件
は非常に厳密な条件であり、そのうえ成長層の混晶比を
変化させることは現状のMOCVD装置では非常に困難であ
る。
制御性を生かして電子デバイス、光デバイスの結晶成長
に用いられている。しかし、さらに高機能で複雑なデバ
イスを作製しようという場合にはその制御性は必ずしも
十分とは言えない。例えば、InAlGaP系材料で断面が第
２図に示されるGRIN−SCHレーザを作製しようとする場
合、基板に格子整合する条件を保ちながら、なおかつAl
混晶比を徐々に変化させる必要が生じる。格子整合条件
は非常に厳密な条件であり、そのうえ成長層の混晶比を
変化させることは現状のMOCVD装置では非常に困難であ
る。
通常、MOCVD法において、格子整合条件を得ること
と、所望の組成を得ることは、有機金属原料を収納した
バブラをバブリングする水素の流量を制御することによ
り行われる。例えば、InGaAlPをGaAs基板に格子整合し
てエピタキシャル成長する場合、第６図に示すような構
成を持つMOCVD装置を用い、有機金属原料であるところ
のトリメチルインジウム（TMI）101、トリメチルガリウ
ム（TMG）102、トリメチルアルミニウム（TMA）103に所
望の組成、格子整合を得るために必要な流量の水素を流
しバブリングし、原料を反応管105に運び結晶成長させ
る。水素流量の制御には流量制御装置104を用い、通常
0.1〜100cc/minの範囲で流量を制御して施す。
と、所望の組成を得ることは、有機金属原料を収納した
バブラをバブリングする水素の流量を制御することによ
り行われる。例えば、InGaAlPをGaAs基板に格子整合し
てエピタキシャル成長する場合、第６図に示すような構
成を持つMOCVD装置を用い、有機金属原料であるところ
のトリメチルインジウム（TMI）101、トリメチルガリウ
ム（TMG）102、トリメチルアルミニウム（TMA）103に所
望の組成、格子整合を得るために必要な流量の水素を流
しバブリングし、原料を反応管105に運び結晶成長させ
る。水素流量の制御には流量制御装置104を用い、通常
0.1〜100cc/minの範囲で流量を制御して施す。
（発明が解決しようとする課題） 上記における格子整合条件は非常に厳密な条件であ
り、例えば、デバイス作成に必要な格子定数差で0.05％
以内の格子整合を実現するためには、バブリングの水素
流量を±1.0％以内の誤差範囲で正確に制御しなければ
ならない。
り、例えば、デバイス作成に必要な格子定数差で0.05％
以内の格子整合を実現するためには、バブリングの水素
流量を±1.0％以内の誤差範囲で正確に制御しなければ
ならない。
実際にGRIN構造を実現するため、Al組成を変化させる
場合、それぞれの有機金属バブラに流す水素の流量を徐
々に変化させる必要がある。このとき、同時に、きびし
い格子整合条件も維持しなければならない。通常、流量
制御装置104の応答時間も１〜６秒で速くなく、その
上、それぞれの流量制御装置104の設定流量の再現性に
も限界がある。したがって、現状の構成のMOCVD装置で
は格子整合条件を保ちながら組成を任意に変化させるこ
とは非常に困難であり、実現が難しい条件であった。
場合、それぞれの有機金属バブラに流す水素の流量を徐
々に変化させる必要がある。このとき、同時に、きびし
い格子整合条件も維持しなければならない。通常、流量
制御装置104の応答時間も１〜６秒で速くなく、その
上、それぞれの流量制御装置104の設定流量の再現性に
も限界がある。したがって、現状の構成のMOCVD装置で
は格子整合条件を保ちながら組成を任意に変化させるこ
とは非常に困難であり、実現が難しい条件であった。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、基板への格子整合
を保ちながら、組成を任意に制御できる制御性の高い有
機金属気相成長方法及び装置を提供することを目的とし
ている。
を保ちながら、組成を任意に制御できる制御性の高い有
機金属気相成長方法及び装置を提供することを目的とし
ている。
（課題を解決するための手段） 本発明に係る有機金属気相成長方法は、半導体基板上
に該半導体基板に格子整合した結晶層を有機金属気相成
長法で成長する際に、複数の原料を選択的に混合して前
記半導体基板に格子整合し、且つ混合比の異なる第１及
び第２の混合体を得、この第１及び第２の混合体を所定
の混合比で混合して第３の混合体を得、この第３の混合
体を用いて半導体結晶成長を行うことを特徴とする。ま
た、本発明に係る有機金属気相成長装置は、半導体基板
上に該半導体基板に格子整合した結晶層を成長させる有
機金属気相成長装置において、該半導体基板へ格子整合
がとれる混合比に複数の原料を混合し第一の混合体を二
種以上作る第一の混合部と、前記第一の混合体同士をさ
らに混合し第二の混合体を作る第二の混合部を有し、前
記第二の混合体を用いて半導体結晶成長を行うことを特
徴とする。
に該半導体基板に格子整合した結晶層を有機金属気相成
長法で成長する際に、複数の原料を選択的に混合して前
記半導体基板に格子整合し、且つ混合比の異なる第１及
び第２の混合体を得、この第１及び第２の混合体を所定
の混合比で混合して第３の混合体を得、この第３の混合
体を用いて半導体結晶成長を行うことを特徴とする。ま
た、本発明に係る有機金属気相成長装置は、半導体基板
上に該半導体基板に格子整合した結晶層を成長させる有
機金属気相成長装置において、該半導体基板へ格子整合
がとれる混合比に複数の原料を混合し第一の混合体を二
種以上作る第一の混合部と、前記第一の混合体同士をさ
らに混合し第二の混合体を作る第二の混合部を有し、前
記第二の混合体を用いて半導体結晶成長を行うことを特
徴とする。
（作 用） 本発明は、格子整合の制御と、組成の制御を独立に行
なうことを特徴とする。本発明では、有機金属供給ライ
ンを２系統以上用意し、それぞれのラインを異なる組成
比でなおかつ基板に格子整合する条件でバブリングす
る。そして、この２系統以上の有機金属混合ガスを所望
の組成がえられる混合比で混合する。また、この混合比
を変化させることにより組成を制御する、すなわち、基
板に格子整合するような混合比で混合した有機金属混合
ガスを作り、これを２種類以上混合して組成を決めてい
るから、組成によらず格子整合条件は確保される。ま
た、格子整合はバブリング流量により、組成は有機金属
混合ガスの混合比により決めているので、組成を迅速に
変化させても制御性よく基板に格子整合する条件を保て
ことができる。故に、本発明によれば、基板への格子整
合を制御性良く保ちながら、組成を任意に変化させるこ
とが可能な有機金属気相成長方法及び装置を提供するこ
とができる。
なうことを特徴とする。本発明では、有機金属供給ライ
ンを２系統以上用意し、それぞれのラインを異なる組成
比でなおかつ基板に格子整合する条件でバブリングす
る。そして、この２系統以上の有機金属混合ガスを所望
の組成がえられる混合比で混合する。また、この混合比
を変化させることにより組成を制御する、すなわち、基
板に格子整合するような混合比で混合した有機金属混合
ガスを作り、これを２種類以上混合して組成を決めてい
るから、組成によらず格子整合条件は確保される。ま
た、格子整合はバブリング流量により、組成は有機金属
混合ガスの混合比により決めているので、組成を迅速に
変化させても制御性よく基板に格子整合する条件を保て
ことができる。故に、本発明によれば、基板への格子整
合を制御性良く保ちながら、組成を任意に変化させるこ
とが可能な有機金属気相成長方法及び装置を提供するこ
とができる。
（実施例） 以下、本発明の一実施例につき第１図ないし第５図を
参照して説明する。
参照して説明する。
第１図は本発明のMOCVD方法に用いられるMOCVD装置の
構成を示す図である。本実施例では、第２図に示される
ようなGaAs基板に格子整合させInGaAlPをエピタキシャ
ル成長する場合を取り上げる。まず、有機金属原料であ
るところのTMI11、TMG12のバブラで一つの組をつくる。
GaAs基板に格子整合する流量条件で、おのおののバブラ
を流量制御装置15を用いて流量制御された水素でバブリ
ングする。なお、このバブリング水素流量は組成を変化
させる際にも変化させず一定に保つ。一方、TMI13とTMA
14のバブラでも、もう一方の組みを構成する。これらの
バブラもGaAs基板に格子整合する流量条件でバブリング
する。先ほどと同様に、このバブリング水素流量も組成
を変化させる際に変化させず一定に保つ。次に、それぞ
れのバブラから出た有機金属ガスは、おのおの混合部16
a、16bで混合される。混合部16a、16bで混合されたそれ
ぞれの有機金属混合ガスはGaAs基板に格子整合する混合
比になっている。これらの有機金属混合ガスの一部は大
気圧に保たれた排気部へ捨てられ、他の部分は、流量制
御装置17a、17bで流量制御され、第二の混合部18で混合
され、減圧に保たれた反応管19に導かれボンベより供給
されたPH3とに結晶成長に用いられる。有機金属混合ガ
スの第二の混合部18での混合比は二台の流量制御装置17
a、17bで制御され、この混合比でInGaAlPエピタキシャ
ル成長層のAl組成が決定される。また、ここで、有機金
属混合ガスのある部分を大気圧に保たれた排気部へ捨て
ているのは、有機金属バブラ内を大気圧に保ちバブリン
グ量を安定に保つためである。
構成を示す図である。本実施例では、第２図に示される
ようなGaAs基板に格子整合させInGaAlPをエピタキシャ
ル成長する場合を取り上げる。まず、有機金属原料であ
るところのTMI11、TMG12のバブラで一つの組をつくる。
GaAs基板に格子整合する流量条件で、おのおののバブラ
を流量制御装置15を用いて流量制御された水素でバブリ
ングする。なお、このバブリング水素流量は組成を変化
させる際にも変化させず一定に保つ。一方、TMI13とTMA
14のバブラでも、もう一方の組みを構成する。これらの
バブラもGaAs基板に格子整合する流量条件でバブリング
する。先ほどと同様に、このバブリング水素流量も組成
を変化させる際に変化させず一定に保つ。次に、それぞ
れのバブラから出た有機金属ガスは、おのおの混合部16
a、16bで混合される。混合部16a、16bで混合されたそれ
ぞれの有機金属混合ガスはGaAs基板に格子整合する混合
比になっている。これらの有機金属混合ガスの一部は大
気圧に保たれた排気部へ捨てられ、他の部分は、流量制
御装置17a、17bで流量制御され、第二の混合部18で混合
され、減圧に保たれた反応管19に導かれボンベより供給
されたPH3とに結晶成長に用いられる。有機金属混合ガ
スの第二の混合部18での混合比は二台の流量制御装置17
a、17bで制御され、この混合比でInGaAlPエピタキシャ
ル成長層のAl組成が決定される。また、ここで、有機金
属混合ガスのある部分を大気圧に保たれた排気部へ捨て
ているのは、有機金属バブラ内を大気圧に保ちバブリン
グ量を安定に保つためである。
上記の構成の有機金属気相成長装置を用いて、GRIN−
SCH構造を持つInGaAlP系レーザを作製した。エピタキシ
ャル成長層のGaAs基板への格子整合をＸ線を用いて評価
したところ、基板に対して±0.05％以内の格子不整合に
収まっていた。また、SIMSを用いてGRIN−SCH構造の作
製状況を評価したところ、第３図に示すようなプロファ
イルでAl組成が変化しており、所望のGRIN−SCH構造が
得られていることが判明した。GRIN−SCH構造の様に、
非常に薄い膜厚のうちに組成を急峻に制御性良く変化さ
せることは難しく、なおかつ格子整合も保つ必要がある
条件下においては、従来のMOCVD法では、条件を満足さ
せるエピタキシャル膜を成長させることはほぼ不可能で
あり、同様の構造を結晶成長したところ、GRIN構造を成
長させている付近よりエピタキシャル層表面の白濁が始
まった。このエピタキシャル層を光学顕微鏡でさらに詳
細に評価したところ、多くのクロスハッチが発生してい
ることが観察され、格子整合条件から大きく外れている
ことが解った。また、本実施例を用いて結晶成長したエ
ピタキシャル成長層を用いてレーザを試作したところ、
発振しきい値電流が20mAであり、通常のダブルヘテロ構
造の場合の発振しきい値電流50mAと比べて、GRIN−SCH
構造の効果が現れていることが分かった。一方、従来の
MOCVD法を用いて結晶成長したエピタキシャル成長層を
用いてGRIN−SCH構造レーザを試作したところ、電流リ
ーク成分が大きくレーザ発振させることが可能な素子を
得ることができなかった。
SCH構造を持つInGaAlP系レーザを作製した。エピタキシ
ャル成長層のGaAs基板への格子整合をＸ線を用いて評価
したところ、基板に対して±0.05％以内の格子不整合に
収まっていた。また、SIMSを用いてGRIN−SCH構造の作
製状況を評価したところ、第３図に示すようなプロファ
イルでAl組成が変化しており、所望のGRIN−SCH構造が
得られていることが判明した。GRIN−SCH構造の様に、
非常に薄い膜厚のうちに組成を急峻に制御性良く変化さ
せることは難しく、なおかつ格子整合も保つ必要がある
条件下においては、従来のMOCVD法では、条件を満足さ
せるエピタキシャル膜を成長させることはほぼ不可能で
あり、同様の構造を結晶成長したところ、GRIN構造を成
長させている付近よりエピタキシャル層表面の白濁が始
まった。このエピタキシャル層を光学顕微鏡でさらに詳
細に評価したところ、多くのクロスハッチが発生してい
ることが観察され、格子整合条件から大きく外れている
ことが解った。また、本実施例を用いて結晶成長したエ
ピタキシャル成長層を用いてレーザを試作したところ、
発振しきい値電流が20mAであり、通常のダブルヘテロ構
造の場合の発振しきい値電流50mAと比べて、GRIN−SCH
構造の効果が現れていることが分かった。一方、従来の
MOCVD法を用いて結晶成長したエピタキシャル成長層を
用いてGRIN−SCH構造レーザを試作したところ、電流リ
ーク成分が大きくレーザ発振させることが可能な素子を
得ることができなかった。
次に本発明の他の実施例を第４図によって説明する。
この実施例では、InP基板に格子整合させInGaAlAsをエ
ピタキシャル成長する場合を取り上げる。まず、有機金
属原料であるところのTMI41、TMG42のバブラで一つの組
をつくる。InP基板に格子整合する流量条件で、おのお
ののバブラを流量制御装置45を用いて流量制御された水
素でバブリングする。ちなみに、このバブリング水素流
量は組成を変化させる際にも変化させず一定に保つ。一
方、TMI43とTMA44のバブラでもう一方の組を構成する。
これらのバブラもInP基板に格子整合する流量条件でバ
ブリングする。叙上と同様に、このバブリング水素流量
は組成を変化させる際にも変化させず一定に保つ。次
に、それぞれのバブラから出た有機金属ガスは、おのお
の混合部46a、46bで混合される。これら混合部46a、46b
で混合されたそれぞれの有機金属混合ガスは、InP基板
に格子整合する混合比になっている。これらの有機金属
混合ガスの有る部分は大気圧に保たれた排気部へ捨てら
れ、ある部分は、流量制御装置47a、47bで流量制御さ
れ、第二の混合部48で混合され、減圧に保たれた反応管
49に導かれ、ボンベより供給されたAsH3と伴に結晶成長
に用いられる。有機金属混合ガスの第二の混合部48での
混合比は二台の流量制御装置47a、47bで制御され、この
混合比でInGaAlAsエピタキシャル成長層のAl組成が決定
されることになる。また、ここで、有機金属混合ガスの
ある部分を大気圧に保たれた排気部へ捨てているのは、
有機金属バブラ内を大気圧に保ちバブリング量を安定に
保つためである。
この実施例では、InP基板に格子整合させInGaAlAsをエ
ピタキシャル成長する場合を取り上げる。まず、有機金
属原料であるところのTMI41、TMG42のバブラで一つの組
をつくる。InP基板に格子整合する流量条件で、おのお
ののバブラを流量制御装置45を用いて流量制御された水
素でバブリングする。ちなみに、このバブリング水素流
量は組成を変化させる際にも変化させず一定に保つ。一
方、TMI43とTMA44のバブラでもう一方の組を構成する。
これらのバブラもInP基板に格子整合する流量条件でバ
ブリングする。叙上と同様に、このバブリング水素流量
は組成を変化させる際にも変化させず一定に保つ。次
に、それぞれのバブラから出た有機金属ガスは、おのお
の混合部46a、46bで混合される。これら混合部46a、46b
で混合されたそれぞれの有機金属混合ガスは、InP基板
に格子整合する混合比になっている。これらの有機金属
混合ガスの有る部分は大気圧に保たれた排気部へ捨てら
れ、ある部分は、流量制御装置47a、47bで流量制御さ
れ、第二の混合部48で混合され、減圧に保たれた反応管
49に導かれ、ボンベより供給されたAsH3と伴に結晶成長
に用いられる。有機金属混合ガスの第二の混合部48での
混合比は二台の流量制御装置47a、47bで制御され、この
混合比でInGaAlAsエピタキシャル成長層のAl組成が決定
されることになる。また、ここで、有機金属混合ガスの
ある部分を大気圧に保たれた排気部へ捨てているのは、
有機金属バブラ内を大気圧に保ちバブリング量を安定に
保つためである。
上記の構成の有機金属気相成長装置を用いて、第５図
に示すようなエミッタ・ベース接合がグレーデッドタイ
プのInGaAlAs系のHBTを作製した。エピタキシャル成長
層のInP基板への格子整合をＸ線を用いて評価したとこ
ろ、基板に対して±0.05％以内の格子不整合に収まって
いた。また、試作したHBTのβは200となり良好な値が得
られた。
に示すようなエミッタ・ベース接合がグレーデッドタイ
プのInGaAlAs系のHBTを作製した。エピタキシャル成長
層のInP基板への格子整合をＸ線を用いて評価したとこ
ろ、基板に対して±0.05％以内の格子不整合に収まって
いた。また、試作したHBTのβは200となり良好な値が得
られた。
本発明は、上記の実施例にのべた材料系の結晶成長へ
の適用に限るわけではなく、他の材料にも応用すること
ができる。また、本実施例においては、二種類の有機金
属を用いて有機金属混合ガスを作っているが、その数は
二種類に限るわけではない。さらに本実施例では、有機
金属混合ガスの数も二種類であるが、その数も二種類に
限るわけではない。その他、本発明はその要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。
の適用に限るわけではなく、他の材料にも応用すること
ができる。また、本実施例においては、二種類の有機金
属を用いて有機金属混合ガスを作っているが、その数は
二種類に限るわけではない。さらに本実施例では、有機
金属混合ガスの数も二種類であるが、その数も二種類に
限るわけではない。その他、本発明はその要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施することができる。
以上詳述したように本発明によれば、基板への格子整
合と、成長層の組成とを独立に制御できるため、基板へ
の格子整合を保ちながら組成を任意に変化させることが
可能な有機金属気相成長方法及び装置を提供することが
できる。
合と、成長層の組成とを独立に制御できるため、基板へ
の格子整合を保ちながら組成を任意に変化させることが
可能な有機金属気相成長方法及び装置を提供することが
できる。
第１図は本発明の実施例に係わる有機金属気相成長装置
の構成図、第２図は本発明の一実施例の製造方法により
形成されたGRIN−SCHレーザ素子の断面図、第３図はGRI
N−SCH構造レーザのSIMSによる評価結果、第４図は本発
明の他の実施例に係わる有機金属気相成長装置の構成
図、第５図はエミッタ・ベース接合がグレーデットタイ
プのInGaAlAs系のHBTの素子構造、第６図は従来の有機
金属気相成長装置の構成図である。 11、13、41、43……TMIのバブラ、 12、42……TMGのバブラ、14、44……TMAのバブラ、 15a〜15d、45a〜45d……バブラ、 16a、16b、18……有機金属ガスの混合器、 17a、17b、47a、47b……流量制御装置、 19、49……反応容器。
の構成図、第２図は本発明の一実施例の製造方法により
形成されたGRIN−SCHレーザ素子の断面図、第３図はGRI
N−SCH構造レーザのSIMSによる評価結果、第４図は本発
明の他の実施例に係わる有機金属気相成長装置の構成
図、第５図はエミッタ・ベース接合がグレーデットタイ
プのInGaAlAs系のHBTの素子構造、第６図は従来の有機
金属気相成長装置の構成図である。 11、13、41、43……TMIのバブラ、 12、42……TMGのバブラ、14、44……TMAのバブラ、 15a〜15d、45a〜45d……バブラ、 16a、16b、18……有機金属ガスの混合器、 17a、17b、47a、47b……流量制御装置、 19、49……反応容器。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に該半導体基板に格子整合し
た結晶層を有機金属気相成長法で成長する際に、複数の
原料を選択的に混合して前記半導体基板に格子整合し、
且つ混合比の異なる第１及び第２の混合体を得、この第
１及び第２の混合体を所定の混合比で混合して第３の混
合体を得、この第３の混合体を用いて半導体結晶成長を
行うことを特徴とする有機金属気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021522A JP2988949B2 (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 有機金属気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021522A JP2988949B2 (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 有機金属気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03225919A JPH03225919A (ja) | 1991-10-04 |
| JP2988949B2 true JP2988949B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=12057287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021522A Expired - Lifetime JP2988949B2 (ja) | 1990-01-31 | 1990-01-31 | 有機金属気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2988949B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3360539B2 (ja) * | 1996-07-12 | 2002-12-24 | 信越半導体株式会社 | ガス供給装置及び気相成長用設備 |
| JP2013105832A (ja) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Ulvac Japan Ltd | 薄膜製造方法および薄膜製造装置 |
-
1990
- 1990-01-31 JP JP2021522A patent/JP2988949B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03225919A (ja) | 1991-10-04 |
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