JP3435645B2 - 気相成長方法 - Google Patents
気相成長方法Info
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- JP3435645B2 JP3435645B2 JP19547794A JP19547794A JP3435645B2 JP 3435645 B2 JP3435645 B2 JP 3435645B2 JP 19547794 A JP19547794 A JP 19547794A JP 19547794 A JP19547794 A JP 19547794A JP 3435645 B2 JP3435645 B2 JP 3435645B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気相成長方法に関し、
例えば１０〜１５０Torr程度の減圧雰囲気下でＩｎＰ基
板上にＩｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合物半
導体層を気相成長させる減圧ＭＯＣＶＤ法（有機金属気
相成長法）に適用して有用な技術に関する。
例えば１０〜１５０Torr程度の減圧雰囲気下でＩｎＰ基
板上にＩｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合物半
導体層を気相成長させる減圧ＭＯＣＶＤ法（有機金属気
相成長法）に適用して有用な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎＰ基板上にＩｎＰやＡｌＩｎＰやＧ
ａＩｎＡｓ等の化合物半導体層を気相成長させる一手法
として、III 族元素の原料として有機金属を用いるとと
もに、V 族元素の原料としてＡｓＨ3 やＰＨ3 等の水素
化物を用いるＭＯＣＶＤ法がある。この方法では、気相
成長を開始する前にＩｎＰ基板が所定の成長温度になる
までの基板加熱中に蒸気圧の大きなV 族元素が基板から
解離するのを防ぐために、基板加熱時に成長容器内にＰ
Ｈ3 を供給してＩｎＰ基板にリン圧を印加していた。そ
して、基板温度が所定の成長温度になったら、成長容器
内に有機金属ガス等を供給して気相成長を開始してい
た。
ａＩｎＡｓ等の化合物半導体層を気相成長させる一手法
として、III 族元素の原料として有機金属を用いるとと
もに、V 族元素の原料としてＡｓＨ3 やＰＨ3 等の水素
化物を用いるＭＯＣＶＤ法がある。この方法では、気相
成長を開始する前にＩｎＰ基板が所定の成長温度になる
までの基板加熱中に蒸気圧の大きなV 族元素が基板から
解離するのを防ぐために、基板加熱時に成長容器内にＰ
Ｈ3 を供給してＩｎＰ基板にリン圧を印加していた。そ
して、基板温度が所定の成長温度になったら、成長容器
内に有機金属ガス等を供給して気相成長を開始してい
た。
【０００３】しかし、従来より、上記のようにして成長
させた化合物半導体層とＩｎＰ基板との界面にｎ型のキ
ャリアが発生するという問題があった。これに対して、
化合物半導体層を気相成長させる前にＰＨ3 雰囲気中で
成長温度以上、３０分以上の熱処理をＩｎＰ基板に施す
ことによって、界面のｎ型キャリアを減少させる技術が
提案されている（特開昭６４−５７７１１号公報及びJ.
Appl.Phys.71(8),15 April 1992,pp3898-3903 に記載さ
れている）。この提案によれば、常圧（１atm、即ち７
６０Torr）下で膜成長を行なう常圧ＭＯＣＶＤ法の場合
には、６４０℃で３０分以上の熱処理を行なうことで界
面のＳｉ濃度を低下させることができ、それによって界
面のｎ型キャリアが減少または消失するとされている。
させた化合物半導体層とＩｎＰ基板との界面にｎ型のキ
ャリアが発生するという問題があった。これに対して、
化合物半導体層を気相成長させる前にＰＨ3 雰囲気中で
成長温度以上、３０分以上の熱処理をＩｎＰ基板に施す
ことによって、界面のｎ型キャリアを減少させる技術が
提案されている（特開昭６４−５７７１１号公報及びJ.
Appl.Phys.71(8),15 April 1992,pp3898-3903 に記載さ
れている）。この提案によれば、常圧（１atm、即ち７
６０Torr）下で膜成長を行なう常圧ＭＯＣＶＤ法の場合
には、６４０℃で３０分以上の熱処理を行なうことで界
面のＳｉ濃度を低下させることができ、それによって界
面のｎ型キャリアが減少または消失するとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭６４−５７７１１号公報等に記載された技術は、成
長膜の厚さ及び組成の均一性並びに結晶性が良いことな
どから近年主流となっている３０Torr程度の減圧下で膜
成長を行なう減圧ＭＯＣＶＤ法においては、上述した界
面のｎ型キャリアの減少効果を奏しないことが本発明者
の行なった以下の実験により明らかとなった。
開昭６４−５７７１１号公報等に記載された技術は、成
長膜の厚さ及び組成の均一性並びに結晶性が良いことな
どから近年主流となっている３０Torr程度の減圧下で膜
成長を行なう減圧ＭＯＣＶＤ法においては、上述した界
面のｎ型キャリアの減少効果を奏しないことが本発明者
の行なった以下の実験により明らかとなった。
【０００５】即ち、本発明者は、化合物半導体層を成長
させる前に通常ＩｎＰ基板上に成長させるＩｎＰバッフ
ァー層の成長条件と同じ温度（６６０℃）及び同じＰＨ
3 量でもって、３０Torrの減圧下で３０〜６０分間の種
々の処理時間で基板を熱処理した後、成長容器内にＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）を流して基板上にＩｎＰ膜
を成長させた。そして、その成長膜と基板との界面にお
けるｎ型のキャリア濃度を測定したところ、ｎ型キャリ
アの減少は認められなかった。
させる前に通常ＩｎＰ基板上に成長させるＩｎＰバッフ
ァー層の成長条件と同じ温度（６６０℃）及び同じＰＨ
3 量でもって、３０Torrの減圧下で３０〜６０分間の種
々の処理時間で基板を熱処理した後、成長容器内にＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）を流して基板上にＩｎＰ膜
を成長させた。そして、その成長膜と基板との界面にお
けるｎ型のキャリア濃度を測定したところ、ｎ型キャリ
アの減少は認められなかった。
【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、成長膜と基板との界面のｎ型キャリア
が低減されるように、１０〜１５０Torr程度の減圧雰囲
気下でＩｎＰ基板上にＩｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡ
ｓ等の化合物半導体層を気相成長させることのできる気
相成長方法を提供することにある。
で、その目的は、成長膜と基板との界面のｎ型キャリア
が低減されるように、１０〜１５０Torr程度の減圧雰囲
気下でＩｎＰ基板上にＩｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡ
ｓ等の化合物半導体層を気相成長させることのできる気
相成長方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、減圧下で気相成
長を開始する前に行なう熱処理の処理温度をＩｎＰバッ
ファー層の通常の成長温度（６６０℃）よりも高くする
か、もしくはＰＨ3 の流量をＩｎＰバッファー層の通常
の成長時の流量よりも多くするか、またはそれらを同時
に行なうことにより、成長膜と基板との界面のｎ型キャ
リアを低減させることができることを見い出した。
に、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、減圧下で気相成
長を開始する前に行なう熱処理の処理温度をＩｎＰバッ
ファー層の通常の成長温度（６６０℃）よりも高くする
か、もしくはＰＨ3 の流量をＩｎＰバッファー層の通常
の成長時の流量よりも多くするか、またはそれらを同時
に行なうことにより、成長膜と基板との界面のｎ型キャ
リアを低減させることができることを見い出した。
【０００８】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、１０〜１５０Torrの減圧雰囲気とした成長容器内で
ＩｎＰ基板上に化合物半導体層を気相成長させるにあた
り、請求項１記載の発明では、前記成長容器の単位断面
積あたりのＰＨ3 の流量を０．５０SCCM／cm2 以上とし
たＰＨ3 とＨ2 よりなる雰囲気下で、６３０℃以上７０
０℃以下の温度、請求項２記載の発明では、前記成長容
器の単位断面積あたりのＰＨ3 の流量を０．３０SCCM／
cm2 以上としたＰＨ3 とＨ2 よりなる雰囲気下で、６７
０℃以上７００℃以下の温度、請求項３記載の発明で
は、前記成長容器の単位断面積あたりのＰＨ3 の流量を
０．５０SCCM／cm2 以上としたＰＨ3 とＨ2 よりなる雰
囲気下で、６７０℃以上７００℃以下の温度、でそれぞ
れ１０分以上の熱処理を前記ＩｎＰ基板に施した後、前
記化合物半導体層の成長を開始するものである。
で、１０〜１５０Torrの減圧雰囲気とした成長容器内で
ＩｎＰ基板上に化合物半導体層を気相成長させるにあた
り、請求項１記載の発明では、前記成長容器の単位断面
積あたりのＰＨ3 の流量を０．５０SCCM／cm2 以上とし
たＰＨ3 とＨ2 よりなる雰囲気下で、６３０℃以上７０
０℃以下の温度、請求項２記載の発明では、前記成長容
器の単位断面積あたりのＰＨ3 の流量を０．３０SCCM／
cm2 以上としたＰＨ3 とＨ2 よりなる雰囲気下で、６７
０℃以上７００℃以下の温度、請求項３記載の発明で
は、前記成長容器の単位断面積あたりのＰＨ3 の流量を
０．５０SCCM／cm2 以上としたＰＨ3 とＨ2 よりなる雰
囲気下で、６７０℃以上７００℃以下の温度、でそれぞ
れ１０分以上の熱処理を前記ＩｎＰ基板に施した後、前
記化合物半導体層の成長を開始するものである。
【０００９】
【作用】請求項１記載の発明ではＰＨ3 の流量を０．５
０SCCM／cm2 以上として６３０℃以上７００℃以下の温
度、また請求項２記載の発明ではＰＨ3 の流量を０．３
０SCCM／cm2 以上として６７０℃以上７００℃以下の温
度、また請求項３記載の発明ではＰＨ3 の流量を０．５
０SCCM／cm2 以上として６７０℃以上７００℃以下の温
度、でそれぞれＩｎＰ基板を熱処理してからその上にＩ
ｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合物半導体層を
気相成長させることにより、成長膜と基板との界面に存
在するｎ型キャリアが従来よりも低減される。
０SCCM／cm2 以上として６３０℃以上７００℃以下の温
度、また請求項２記載の発明ではＰＨ3 の流量を０．３
０SCCM／cm2 以上として６７０℃以上７００℃以下の温
度、また請求項３記載の発明ではＰＨ3 の流量を０．５
０SCCM／cm2 以上として６７０℃以上７００℃以下の温
度、でそれぞれＩｎＰ基板を熱処理してからその上にＩ
ｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合物半導体層を
気相成長させることにより、成長膜と基板との界面に存
在するｎ型キャリアが従来よりも低減される。
【００１０】
【実施例】以下に、本発明者の行なった実験及びそれに
対する考察について説明し、本発明の特徴とするところ
を明らかとする。なお、本発明は以下に挙げる実験によ
り何等制限されるものではない。
対する考察について説明し、本発明の特徴とするところ
を明らかとする。なお、本発明は以下に挙げる実験によ
り何等制限されるものではない。
【００１１】先ず、本発明者は、熱処理温度及びＰＨ3
の流量を種々変化させて減圧雰囲気下でＩｎＰ基板の熱
処理を行なった後、減圧ＭＯＣＶＤ法により基板上にＩ
ｎＰ膜を成長させる実験を行なった。各試料の処理条件
は、図１のタイムチャート及び表１に示す通りであっ
た。
の流量を種々変化させて減圧雰囲気下でＩｎＰ基板の熱
処理を行なった後、減圧ＭＯＣＶＤ法により基板上にＩ
ｎＰ膜を成長させる実験を行なった。各試料の処理条件
は、図１のタイムチャート及び表１に示す通りであっ
た。
【表１】
【００１２】（試料１）図１のタイムチャートにおい
て、温度パターンを（Ａ）としてＰＨ3 供給パターンを
（ａ）とした。即ち、成長容器内にＩｎＰバッファー層
成長時のＰＨ3 流量Ｖｐ2 の２倍量Ｖｐ1 のＰＨ3 を流
しながら、基板をＩｎＰバッファー層の成長温度Ｔ1
（６６０℃）よりも高い温度Ｔ2 （６８０℃）でｔ1 時
間（９００sec ）保持した後、ｔ2 時間（３００sec ）
かけて基板温度をＴ1 に下げ、その後ＴＭＩの供給を開
始し、さらにｔ3 時間（３００sec ）たった後にＰＨ3
の流量をＶｐ2 に下げた。
て、温度パターンを（Ａ）としてＰＨ3 供給パターンを
（ａ）とした。即ち、成長容器内にＩｎＰバッファー層
成長時のＰＨ3 流量Ｖｐ2 の２倍量Ｖｐ1 のＰＨ3 を流
しながら、基板をＩｎＰバッファー層の成長温度Ｔ1
（６６０℃）よりも高い温度Ｔ2 （６８０℃）でｔ1 時
間（９００sec ）保持した後、ｔ2 時間（３００sec ）
かけて基板温度をＴ1 に下げ、その後ＴＭＩの供給を開
始し、さらにｔ3 時間（３００sec ）たった後にＰＨ3
の流量をＶｐ2 に下げた。
【００１３】（試料２）温度パターンを（Ａ）としてＰ
Ｈ3 供給パターンを（ｂ）とした。即ち、ＰＨ3 の流量
を終始Ｖｐ2 に保ちながら、基板を温度Ｔ2 でｔ1 時間
保持した後、ｔ2 時間かけて基板温度をＴ1 に下げ、そ
の後ＴＭＩの供給を開始した。
Ｈ3 供給パターンを（ｂ）とした。即ち、ＰＨ3 の流量
を終始Ｖｐ2 に保ちながら、基板を温度Ｔ2 でｔ1 時間
保持した後、ｔ2 時間かけて基板温度をＴ1 に下げ、そ
の後ＴＭＩの供給を開始した。
【００１４】（試料３）温度パターンを（Ｂ）としてＰ
Ｈ3 供給パターンを（ａ）とした。即ち、基板温度をＴ
1 に達してから気相成長が終了するまで終始その温度に
保持しながら、先ずＰＨ3 の流量をＶｐ1 とし、ＴＭＩ
の供給開始後ｔ3 時間経過したらＰＨ3の流量をＶｐ2
とした。
Ｈ3 供給パターンを（ａ）とした。即ち、基板温度をＴ
1 に達してから気相成長が終了するまで終始その温度に
保持しながら、先ずＰＨ3 の流量をＶｐ1 とし、ＴＭＩ
の供給開始後ｔ3 時間経過したらＰＨ3の流量をＶｐ2
とした。
【００１５】（試料４）温度パターンを（Ｂ）としてＰ
Ｈ3 供給パターンを（ｂ）とした。即ち、ＰＨ3 の流量
を終始Ｖｐ2 に保ちながら、基板温度をＴ1 に達してか
ら気相成長が終了するまで終始その温度に保持した。こ
の処理条件は、ＩｎＰ基板上にＩｎＰバッファー層を減
圧ＭＯＣＶＤ法により成長させる従来の成長条件と同じ
である。
Ｈ3 供給パターンを（ｂ）とした。即ち、ＰＨ3 の流量
を終始Ｖｐ2 に保ちながら、基板温度をＴ1 に達してか
ら気相成長が終了するまで終始その温度に保持した。こ
の処理条件は、ＩｎＰ基板上にＩｎＰバッファー層を減
圧ＭＯＣＶＤ法により成長させる従来の成長条件と同じ
である。
【００１６】（考察）以上の４つの試料について、成長
膜と基板との間に存在するｎ型キャリアの濃度を測定し
たところ、表１に示すように、試料１では２．０×１０
14cm-3、試料２では３．０×１０15cm-3、試料３では
６．０×１０15cm-3、試料４では５．０×１０16cm-3で
あり、試料１，２，３では明らかに試料４よりも界面の
ｎ型キャリアが低減されていた。
膜と基板との間に存在するｎ型キャリアの濃度を測定し
たところ、表１に示すように、試料１では２．０×１０
14cm-3、試料２では３．０×１０15cm-3、試料３では
６．０×１０15cm-3、試料４では５．０×１０16cm-3で
あり、試料１，２，３では明らかに試料４よりも界面の
ｎ型キャリアが低減されていた。
【００１７】そこで、本発明者は、本発明者の行なった
減圧ＭＯＣＶＤ法についての上記実験と常圧ＭＯＣＶＤ
法についての上記特開昭６４−５７７１１号公報等に記
載された技術との比較検討を行なった。そして、その検
討結果から、減圧ＭＯＣＶＤ法を行なう際の好適な熱処
理条件を導出した。以下に、その検討内容を記す。
減圧ＭＯＣＶＤ法についての上記実験と常圧ＭＯＣＶＤ
法についての上記特開昭６４−５７７１１号公報等に記
載された技術との比較検討を行なった。そして、その検
討結果から、減圧ＭＯＣＶＤ法を行なう際の好適な熱処
理条件を導出した。以下に、その検討内容を記す。
【００１８】先ず、特開昭６４−５７７１１号公報等で
開示された技術の熱処理条件は、以下の通りである。 処理温度：６４０℃ ＰＨ3 の流量：毎分８０cc ＰＨ3 及びＨ2 の総流量：毎分１２リットル 流速：毎秒１ｍ 圧力：１atm （即ち、７６Torr） なお、ＰＨ3 の流量は、水素ベース２０％のＰＨ3 を毎
分４００cc流したと記載されていることから以下の
（１）式の計算により求めた。 ２０％ＰＨ3 ×４００［cc／分］＝８０［cc／分］ ・・・・（１）
開示された技術の熱処理条件は、以下の通りである。 処理温度：６４０℃ ＰＨ3 の流量：毎分８０cc ＰＨ3 及びＨ2 の総流量：毎分１２リットル 流速：毎秒１ｍ 圧力：１atm （即ち、７６Torr） なお、ＰＨ3 の流量は、水素ベース２０％のＰＨ3 を毎
分４００cc流したと記載されていることから以下の
（１）式の計算により求めた。 ２０％ＰＨ3 ×４００［cc／分］＝８０［cc／分］ ・・・・（１）
【００１９】ここで、本発明者は、流速について、毎秒
１ｍは誤りであって、正しくは毎分１ｍであると推測す
る。その根拠は、上記諸条件に基づいて以下の（２）式
及び（３）式の計算によりリアクタの断面積Ｓcm2 及び
半径ｒcmを求めたところ、リアクタの半径は１．５cmと
なり、小さ過ぎるからである。そこで、流速を毎分１ｍ
として以下の（４）式及び（５）式の計算によりリアク
タの断面積Ｓcm2 及び半径ｒcmを求めると、リアクタの
半径は１１．３cmであり、適当な大きさとなるので、流
速は毎分１ｍであるのが妥当であると推測される。従っ
て、以下の説明では、上記特開昭６４−５７７１１号公
報に記載の技術に関して流速を毎分１ｍとする。 Ｓ［cm2 ］＝１２［ｌ／分］×（２７３＋６４０）［Ｋ］／２７３［Ｋ］ ÷１［ｍ／秒］＝６．７［cm2 ］ ・・・・（２） ｒ［cm］＝√（６．７［cm2 ］÷π）＝１．５［cm］ ・・・・（３） Ｓ［cm2 ］＝１２［ｌ／分］×（２７３＋６４０）［Ｋ］／２７３［Ｋ］ ÷１［ｍ／分］＝４０１［cm2 ］ ・・・・（４） ｒ［cm］＝√（４０１［cm2 ］÷π）＝１１．３［cm］ ・・・・（５）
１ｍは誤りであって、正しくは毎分１ｍであると推測す
る。その根拠は、上記諸条件に基づいて以下の（２）式
及び（３）式の計算によりリアクタの断面積Ｓcm2 及び
半径ｒcmを求めたところ、リアクタの半径は１．５cmと
なり、小さ過ぎるからである。そこで、流速を毎分１ｍ
として以下の（４）式及び（５）式の計算によりリアク
タの断面積Ｓcm2 及び半径ｒcmを求めると、リアクタの
半径は１１．３cmであり、適当な大きさとなるので、流
速は毎分１ｍであるのが妥当であると推測される。従っ
て、以下の説明では、上記特開昭６４−５７７１１号公
報に記載の技術に関して流速を毎分１ｍとする。 Ｓ［cm2 ］＝１２［ｌ／分］×（２７３＋６４０）［Ｋ］／２７３［Ｋ］ ÷１［ｍ／秒］＝６．７［cm2 ］ ・・・・（２） ｒ［cm］＝√（６．７［cm2 ］÷π）＝１．５［cm］ ・・・・（３） Ｓ［cm2 ］＝１２［ｌ／分］×（２７３＋６４０）［Ｋ］／２７３［Ｋ］ ÷１［ｍ／分］＝４０１［cm2 ］ ・・・・（４） ｒ［cm］＝√（４０１［cm2 ］÷π）＝１１．３［cm］ ・・・・（５）
【００２０】一方、本発明者の行なった実験の熱処理条
件は、以下の通りであった。 処理温度：６６０℃（試料３，４）、６８０℃（試料
１，２） ＰＨ3 の流量：毎分４００cc（試料２，４）、毎分８０
０cc（試料１，３） ＰＨ3 及びＨ2 の総流量：毎分１５リットル 流速：毎分１０ｍ 圧力：３０Torr リアクタの断面積Ｓ：１２５６cm2 リアクタの半径ｒ：２０cm なお、ＰＨ3 の流量は、水素ベース５０％のＰＨ3 を毎
分８００ccまたは１６００cc流したので、それぞれ以下
の（６）式及び（７）式の計算により求めた。 ５０％ＰＨ3 ×８００［cc／分］＝４００［cc／分］ ・・・・（６） ５０％ＰＨ3 ×１６００［cc／分］＝８００［cc／分］ ・・・・（７）
件は、以下の通りであった。 処理温度：６６０℃（試料３，４）、６８０℃（試料
１，２） ＰＨ3 の流量：毎分４００cc（試料２，４）、毎分８０
０cc（試料１，３） ＰＨ3 及びＨ2 の総流量：毎分１５リットル 流速：毎分１０ｍ 圧力：３０Torr リアクタの断面積Ｓ：１２５６cm2 リアクタの半径ｒ：２０cm なお、ＰＨ3 の流量は、水素ベース５０％のＰＨ3 を毎
分８００ccまたは１６００cc流したので、それぞれ以下
の（６）式及び（７）式の計算により求めた。 ５０％ＰＨ3 ×８００［cc／分］＝４００［cc／分］ ・・・・（６） ５０％ＰＨ3 ×１６００［cc／分］＝８００［cc／分］ ・・・・（７）
【００２１】上記各処理条件からわかるように、本発明
者の使用したリアクタは上記特開昭６４−５７７１１号
公報記載の技術におけるリアクタの約３倍大きい面積で
あるため、本発明者の実験ではＰＨ3 の流量は特開昭６
４−５７７１１号のＰＨ3 流量の３倍である毎分２４０
ccで同等であると考えられる。しかし、処理温度を通常
のＩｎＰバッファー層の成長温度と同じにした場合で比
較すると、試料４の毎分４００cc（２４０ccの１．６７
倍）ではｎ型キャリアの低減効果が無く、試料３の毎分
８００cc（２４０ccの３．３倍）で低減効果が得られ
た。このことより、常圧ＭＯＣＶＤ法の場合に効果があ
るとされたＰＨ3 量では、減圧ＭＯＣＶＤ法では不十分
であると推測された。
者の使用したリアクタは上記特開昭６４−５７７１１号
公報記載の技術におけるリアクタの約３倍大きい面積で
あるため、本発明者の実験ではＰＨ3 の流量は特開昭６
４−５７７１１号のＰＨ3 流量の３倍である毎分２４０
ccで同等であると考えられる。しかし、処理温度を通常
のＩｎＰバッファー層の成長温度と同じにした場合で比
較すると、試料４の毎分４００cc（２４０ccの１．６７
倍）ではｎ型キャリアの低減効果が無く、試料３の毎分
８００cc（２４０ccの３．３倍）で低減効果が得られ
た。このことより、常圧ＭＯＣＶＤ法の場合に効果があ
るとされたＰＨ3 量では、減圧ＭＯＣＶＤ法では不十分
であると推測された。
【００２２】次に、ＰＨ3 の分圧について比較すると、
特開昭６４−５７７１１号でのＰＨ3 の分圧は以下の
（８）式の計算より６．７×１０-3atm であるが、試料
３では以下の（９）式の計算より２．２×１０-3atm 、
試料４では以下の（１０）式の計算より１．１×１０-3
atm であった。つまり、ＰＨ3 の分圧が高ければｎ型キ
ャリアの低減効果が得られるようであるが、本発明者の
行なった別の実験では、ＰＨ3 の流量を毎分４００ccと
し、全圧を７６TorrとしてＰＨ3 の分圧を以下の（１
１）式の計算より２．７×１０-3atm としても所望の効
果は得られなかった。このことより、ＰＨ3 の分圧の大
小がｎ型キャリアの低減効果の直接的な要因でないこと
がわかった。 ８０［cc／分］÷１２［ｌ／分］×１［atm ］ ＝６．７×１０-3［atm ］ ・・・・（８） ８００［cc／分］÷１５［ｌ／分］×３０／７６０［atm ］ ＝２．２×１０-3［atm ］ ・・・・（９） ４００［cc／分］÷１５［ｌ／分］×３０／７６０［atm ］ ＝１．１×１０-3［atm ］ ・・・・（１０） ４００［cc／分］÷１５［ｌ／分］×７６／７６０［atm ］ ＝２．７×１０-3［atm ］ ・・・・（１１）
特開昭６４−５７７１１号でのＰＨ3 の分圧は以下の
（８）式の計算より６．７×１０-3atm であるが、試料
３では以下の（９）式の計算より２．２×１０-3atm 、
試料４では以下の（１０）式の計算より１．１×１０-3
atm であった。つまり、ＰＨ3 の分圧が高ければｎ型キ
ャリアの低減効果が得られるようであるが、本発明者の
行なった別の実験では、ＰＨ3 の流量を毎分４００ccと
し、全圧を７６TorrとしてＰＨ3 の分圧を以下の（１
１）式の計算より２．７×１０-3atm としても所望の効
果は得られなかった。このことより、ＰＨ3 の分圧の大
小がｎ型キャリアの低減効果の直接的な要因でないこと
がわかった。 ８０［cc／分］÷１２［ｌ／分］×１［atm ］ ＝６．７×１０-3［atm ］ ・・・・（８） ８００［cc／分］÷１５［ｌ／分］×３０／７６０［atm ］ ＝２．２×１０-3［atm ］ ・・・・（９） ４００［cc／分］÷１５［ｌ／分］×３０／７６０［atm ］ ＝１．１×１０-3［atm ］ ・・・・（１０） ４００［cc／分］÷１５［ｌ／分］×７６／７６０［atm ］ ＝２．７×１０-3［atm ］ ・・・・（１１）
【００２３】ここまでの検討結果から、常圧下における
熱処理と減圧下における熱処理とでは、リアクタの単位
断面積あたりに要するＰＨ3 流量が異なることがわかっ
た。そこで、試料３と試料４についてリアクタの単位断
面積あたりのＰＨ3 流量を求めたところ、試料３では以
下の（１２）式の計算より０．６４cc／分／cm2 、試料
４では以下の（１３）式の計算より０．３２cc／分／cm
2 であった。従って、減圧下における熱処理により所望
の効果を得るための単位断面積あたりのＰＨ3流量の臨
界値は、０．３２cc／分／cm2 と０．６４cc／分／cm2
との中間にあることになる。その臨界値を求めるべく本
発明者はさらに実験を行なったところ、０．５０cc／分
／cm2 が臨界値であることがわかった。即ち、熱処理温
度が通常のＩｎＰバッファー層の成長温度と同じである
場合には、リアクタの単位断面積あたりのＰＨ3 流量が
０．５０cc／分／cm2 以上であれば、ｎ型キャリアの低
減効果が得られることがわかった。 ８００［cc／分］÷１２５６［cm2 ］ ＝０．６４［cc／分／cm2 ］ ・・・・（１２） ４００［cc／分］÷１２５６［cm2 ］ ＝０．３２［cc／分／cm2 ］ ・・・・（１３）
熱処理と減圧下における熱処理とでは、リアクタの単位
断面積あたりに要するＰＨ3 流量が異なることがわかっ
た。そこで、試料３と試料４についてリアクタの単位断
面積あたりのＰＨ3 流量を求めたところ、試料３では以
下の（１２）式の計算より０．６４cc／分／cm2 、試料
４では以下の（１３）式の計算より０．３２cc／分／cm
2 であった。従って、減圧下における熱処理により所望
の効果を得るための単位断面積あたりのＰＨ3流量の臨
界値は、０．３２cc／分／cm2 と０．６４cc／分／cm2
との中間にあることになる。その臨界値を求めるべく本
発明者はさらに実験を行なったところ、０．５０cc／分
／cm2 が臨界値であることがわかった。即ち、熱処理温
度が通常のＩｎＰバッファー層の成長温度と同じである
場合には、リアクタの単位断面積あたりのＰＨ3 流量が
０．５０cc／分／cm2 以上であれば、ｎ型キャリアの低
減効果が得られることがわかった。 ８００［cc／分］÷１２５６［cm2 ］ ＝０．６４［cc／分／cm2 ］ ・・・・（１２） ４００［cc／分］÷１２５６［cm2 ］ ＝０．３２［cc／分／cm2 ］ ・・・・（１３）
【００２４】次に、上記試料３と試料４について、成長
膜と基板との界面のＳｉ濃度を調べたところ、何れも１
〜２×１０17cm-3程度で明らかな差がなかった。このこ
とより、界面におけるｎ型キャリアの低減効果はＳｉの
除去によりもたらされたものではないことがわかった。
即ち、減圧下での熱処理では、常圧下における場合と異
なり、Ｓｉ除去以外の何らかの作用によりｎ型キャリア
が低減されたと考えられる。その作用については、試料
２のように試料４と同じＰＨ3 流量であっても熱処理温
度を６８０℃と高くすることによってｎ型キャリアの低
減効果が得られたことと、上述したように常圧下と減圧
下とで必要とされるＰＨ3 流量が異なることから、ＰＨ
3 が分解した時に生成されるラジカルな水素が何らかの
作用をしていると推測される。
膜と基板との界面のＳｉ濃度を調べたところ、何れも１
〜２×１０17cm-3程度で明らかな差がなかった。このこ
とより、界面におけるｎ型キャリアの低減効果はＳｉの
除去によりもたらされたものではないことがわかった。
即ち、減圧下での熱処理では、常圧下における場合と異
なり、Ｓｉ除去以外の何らかの作用によりｎ型キャリア
が低減されたと考えられる。その作用については、試料
２のように試料４と同じＰＨ3 流量であっても熱処理温
度を６８０℃と高くすることによってｎ型キャリアの低
減効果が得られたことと、上述したように常圧下と減圧
下とで必要とされるＰＨ3 流量が異なることから、ＰＨ
3 が分解した時に生成されるラジカルな水素が何らかの
作用をしていると推測される。
【００２５】また、熱処理時間については、試料３のよ
うに１５分でも所望の効果が得られた。本発明者の行な
った別の実験では、熱処理時間が１５分の試料と３０分
の試料とではｎ型キャリアの低減効果は同程度であっ
た。そこで、その低減効果が飽和傾向を示す熱処理時間
を求めるべく本発明者はさらに実験を行なったところ、
１０分程度でも所望の効果が得られた。従って、熱処理
時間は１０分以上が適当であることがわかった。
うに１５分でも所望の効果が得られた。本発明者の行な
った別の実験では、熱処理時間が１５分の試料と３０分
の試料とではｎ型キャリアの低減効果は同程度であっ
た。そこで、その低減効果が飽和傾向を示す熱処理時間
を求めるべく本発明者はさらに実験を行なったところ、
１０分程度でも所望の効果が得られた。従って、熱処理
時間は１０分以上が適当であることがわかった。
【００２６】さらに、熱処理温度については、試料１，
２，３より６６０℃及び６８０℃で所望の効果が得られ
ているが、その効果を得るための熱処理温度の臨界値を
求めるべく本発明者はさらに実験を行なったところ、６
３０℃での熱処理でも効果のあることが確認された。但
し、７００℃を超える温度での熱処理では、ＩｎＰ基板
からのＰ原子の解離が著しく、基板表面に荒れが生じて
しまうので好ましくない。従って、熱処理温度の適切な
範囲は６３０〜７００℃である。なお、熱処理温度が高
いほうがより優れたｎ型キャリアの低減効果を得ること
ができることと、ＩｎＰ層の成長温度（６６０℃）より
も低い温度で熱処理を行なっても気相成長を開始する際
にはその成長温度まで高めなければならないことなどか
ら、好ましくは成長温度以上、より好ましくは成長温度
よりも１０℃高い温度（６７０℃）以上であるのがよ
い。
２，３より６６０℃及び６８０℃で所望の効果が得られ
ているが、その効果を得るための熱処理温度の臨界値を
求めるべく本発明者はさらに実験を行なったところ、６
３０℃での熱処理でも効果のあることが確認された。但
し、７００℃を超える温度での熱処理では、ＩｎＰ基板
からのＰ原子の解離が著しく、基板表面に荒れが生じて
しまうので好ましくない。従って、熱処理温度の適切な
範囲は６３０〜７００℃である。なお、熱処理温度が高
いほうがより優れたｎ型キャリアの低減効果を得ること
ができることと、ＩｎＰ層の成長温度（６６０℃）より
も低い温度で熱処理を行なっても気相成長を開始する際
にはその成長温度まで高めなければならないことなどか
ら、好ましくは成長温度以上、より好ましくは成長温度
よりも１０℃高い温度（６７０℃）以上であるのがよ
い。
【００２７】熱処理温度が６７０℃以上であるとより好
ましい理由は、本発明者の行なった他の実験によれば、
その温度以上であればリアクタの単位断面積あたりに要
するＰＨ3 流量が０．３０cc／分／cm2 でもｎ型キャリ
アの低減効果が得られたからである。試料２がこれに該
当する。但し、ＰＨ3 流量が０．２０cc／分／cm2 や
０．２５cc／分／cm2 では所望の効果が得られなかっ
た。
ましい理由は、本発明者の行なった他の実験によれば、
その温度以上であればリアクタの単位断面積あたりに要
するＰＨ3 流量が０．３０cc／分／cm2 でもｎ型キャリ
アの低減効果が得られたからである。試料２がこれに該
当する。但し、ＰＨ3 流量が０．２０cc／分／cm2 や
０．２５cc／分／cm2 では所望の効果が得られなかっ
た。
【００２８】なお、上記実施例における各熱処理温度及
び成長温度は、熱電対により基板の裏側の温度を測定し
た値である。
び成長温度は、熱電対により基板の裏側の温度を測定し
た値である。
【００２９】以上の検討結果をまとめると、好適な熱処
理条件は、ＰＨ3 の流量を０．５０SCCM／cm2 以上とし
て６３０℃以上７００℃以下の温度（試料３が該当）、
またＰＨ3 の流量を０．３０SCCM／cm2 以上として６７
０℃以上７００℃以下の温度（試料２が該当）、またＰ
Ｈ3 の流量を０．５０SCCM／cm2 以上として６７０℃以
上７００℃以下の温度（試料１が該当）である。そのよ
うな条件でもってＩｎＰ基板を熱処理してからその上に
ＩｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合物半導体層
を気相成長させることにより、成長膜と基板との界面に
存在するｎ型キャリアを従来よりも低減させることがで
きるので、減圧ＭＯＣＶＤ法により成長膜と基板との界
面のｎ型キャリアが従来よりも少なくなるように、Ｉｎ
Ｐ基板上に化合物半導体層を成長させることができる。
理条件は、ＰＨ3 の流量を０．５０SCCM／cm2 以上とし
て６３０℃以上７００℃以下の温度（試料３が該当）、
またＰＨ3 の流量を０．３０SCCM／cm2 以上として６７
０℃以上７００℃以下の温度（試料２が該当）、またＰ
Ｈ3 の流量を０．５０SCCM／cm2 以上として６７０℃以
上７００℃以下の温度（試料１が該当）である。そのよ
うな条件でもってＩｎＰ基板を熱処理してからその上に
ＩｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合物半導体層
を気相成長させることにより、成長膜と基板との界面に
存在するｎ型キャリアを従来よりも低減させることがで
きるので、減圧ＭＯＣＶＤ法により成長膜と基板との界
面のｎ型キャリアが従来よりも少なくなるように、Ｉｎ
Ｐ基板上に化合物半導体層を成長させることができる。
【００３０】なお、本発明は、３０Torrの減圧下に限ら
ず、１０〜１５０Torrの減圧下でも適用可能である。ま
た、リアクタの大きさも上記実施例に挙げたものに限ら
ないのはいうまでもない。さらに、上記実施例の各実験
においては、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層を気相成長させた
が、ＩｎＰ基板上にＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合
物半導体層を気相成長させる場合にも同様の効果、即ち
基板と成長膜との界面におけるｎ型キャリアの低減効果
が得られる。
ず、１０〜１５０Torrの減圧下でも適用可能である。ま
た、リアクタの大きさも上記実施例に挙げたものに限ら
ないのはいうまでもない。さらに、上記実施例の各実験
においては、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層を気相成長させた
が、ＩｎＰ基板上にＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合
物半導体層を気相成長させる場合にも同様の効果、即ち
基板と成長膜との界面におけるｎ型キャリアの低減効果
が得られる。
【００３１】
【発明の効果】請求項１記載の発明ではＰＨ3 の流量を
０．５０SCCM／cm2 以上として６３０℃以上７００℃以
下の温度、また請求項２記載の発明ではＰＨ3 の流量を
０．３０SCCM／cm2 以上として６７０℃以上７００℃以
下の温度、また請求項３記載の発明ではＰＨ3 の流量を
０．５０SCCM／cm2 以上として６７０℃以上７００℃以
下の温度、でそれぞれＩｎＰ基板を熱処理してからその
上にＩｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合物半導
体層を気相成長させることにより、成長膜と基板との界
面に存在するｎ型キャリアを従来よりも低減させること
ができるので、減圧ＭＯＣＶＤ法により成長膜と基板と
の界面のｎ型キャリアが従来よりも少なくなるように、
ＩｎＰ基板上に化合物半導体層を成長させることができ
る。
０．５０SCCM／cm2 以上として６３０℃以上７００℃以
下の温度、また請求項２記載の発明ではＰＨ3 の流量を
０．３０SCCM／cm2 以上として６７０℃以上７００℃以
下の温度、また請求項３記載の発明ではＰＨ3 の流量を
０．５０SCCM／cm2 以上として６７０℃以上７００℃以
下の温度、でそれぞれＩｎＰ基板を熱処理してからその
上にＩｎＰやＡｌＩｎＰやＧａＩｎＡｓ等の化合物半導
体層を気相成長させることにより、成長膜と基板との界
面に存在するｎ型キャリアを従来よりも低減させること
ができるので、減圧ＭＯＣＶＤ法により成長膜と基板と
の界面のｎ型キャリアが従来よりも少なくなるように、
ＩｎＰ基板上に化合物半導体層を成長させることができ
る。
【図１】本発明者の行なった実験における各試料の処理
温度及びＰＨ3 の流量を示すタイムチャートである。
温度及びＰＨ3 の流量を示すタイムチャートである。
Ｔ1 ＩｎＰバッファー層を成長させる場合の成長温度
（６６０℃） Ｔ2 Ｔ1 よりも高い温度（６８０℃） Ｖｐ1 Ｖｐ2 の２倍量 Ｖｐ2 ＩｎＰバッファー層成長時のＰＨ3 流量
（６６０℃） Ｔ2 Ｔ1 よりも高い温度（６８０℃） Ｖｐ1 Ｖｐ2 の２倍量 Ｖｐ2 ＩｎＰバッファー層成長時のＰＨ3 流量
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/205
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (3)
- 【請求項１】 １０〜１５０Torrの減圧雰囲気とした成
長容器内でＩｎＰ基板上に化合物半導体層を気相成長さ
せるにあたり、前記成長容器の単位断面積あたりのＰＨ
3 の流量を０．５０SCCM／cm2 以上としたＰＨ3 とＨ2
よりなる雰囲気下で、６３０℃以上７００℃以下の温度
で１０分以上の熱処理を前記ＩｎＰ基板に施した後、前
記化合物半導体層の成長を開始することを特徴とする気
相成長方法。 - 【請求項２】 １０〜１５０Torrの減圧雰囲気とした成
長容器内でＩｎＰ基板上に化合物半導体層を気相成長さ
せるにあたり、前記成長容器の単位断面積あたりのＰＨ
3 の流量を０．３０SCCM／cm2 以上としたＰＨ3 とＨ2
よりなる雰囲気下で、６７０℃以上７００℃以下の温度
で１０分以上の熱処理を前記ＩｎＰ基板に施した後、前
記化合物半導体層の成長を開始することを特徴とする気
相成長方法。 - 【請求項３】 １０〜１５０Torrの減圧雰囲気とした成
長容器内でＩｎＰ基板上に化合物半導体層を気相成長さ
せるにあたり、前記成長容器の単位断面積あたりのＰＨ
3 の流量を０．５０SCCM／cm2 以上としたＰＨ3 とＨ2
よりなる雰囲気下で、６７０℃以上７００℃以下の温度
で１０分以上の熱処理を前記ＩｎＰ基板に施した後、前
記化合物半導体層の成長を開始することを特徴とする気
相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19547794A JP3435645B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19547794A JP3435645B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864537A JPH0864537A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3435645B2 true JP3435645B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=16341744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19547794A Expired - Fee Related JP3435645B2 (ja) | 1994-08-19 | 1994-08-19 | 気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3435645B2 (ja) |
-
1994
- 1994-08-19 JP JP19547794A patent/JP3435645B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0864537A (ja) | 1996-03-08 |
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