JP3707079B2 - 化合物半導体薄膜成長方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、有機金属気相成長法で化合物半導体薄膜を成長する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機金属気相成長法で化合物半導体薄膜を成長するときに、成長室に接続するランラインと系外に放出するベントラインを設け、Ｖ族原料ガスの切り換え時に水素ガスをランラインに供給して、成長室へのガス流速並びに成長室内の圧力を一定にして成長条件の変動を防止することが行われていた。
【０００３】
図２は、従来の有機金属気相成長法を実施するときのＶ族原料ガスの供給ラインを示した説明図である。成長室６に接続するランライン１と系外に放出するためのベントライン２を備え、両ラインにはマスフローコントローラー３で流量を制御された水素ガスを常時流し、また、マスフローコントローラー３で流量制御されたアルシン又はホスフィンをＶ族原料供給ライン４からランライン１の水素ガスに添加して成長室６に供給して気相成長を行う。Ｖ族原料ガスを切り換えてベントライン２に流すときには、ダミーライン５からの水素ガスをランライン１の水素ガスに添加して成長室６に供給することにより、成長室６に流れるガスの流速を一定にし、かつ、成長室６内の成長圧力も一定にして、安定した成長条件の下での気相成長を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法では、Ｖ族原料ガスと水素ガスの比熱が異なるため、前記ガスの切り換え時に、ガスの接触する基板表面温度が変化し、一定の成長条件の下での気相成長を妨げる原因となっていた。
そこで、本発明では、上記の問題を解消し、有機金属気相成長法で化合物半導体薄膜を気相成長する際に、基板表面に供給するガスの切り換えによる基板表面温度の変化を防止し、一定の成長条件の下における化合物半導体薄膜の気相成長を可能にする方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成長室に接続するランラインと系外に放出するベントラインを備え、Ｖ族原料供給ラインとダミーラインを上記のランラインとベントラインに交互に接続して有機金属気相成長法で化合物半導体薄膜を成長する方法において、Ｖ族原料にアルシン及び／又はホスフィンを用い、Ｖ族原料供給ラインのガスの比熱とほぼ同じ比熱を有し、該Ｖ族原料供給ラインのガスとは平均分子量の異なるガスをダミーライン用ガスとして用いることを特徴とする化合物半導体薄膜の成長方法である。なお、ダミーライン用ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスと水素の混合比率を調整することにより、Ｖ族原料ガスとほぼ同じ比熱のガスを供給することができる。
【０００６】
【作用】
図１は、本発明の方法を実施するときのＶ族原料ガスの供給ラインを示した説明図であり、図２との相違はダミーライン５の水素ガスに窒素ガス等の不活性ガスを添加するライン７を付設し、マスフローコントローラー３により混合比率を調節可能にしたものであるが、その他の構成については違いがないので説明を省略する。
【０００７】
仮に、Ｖ族原料ガスに５％に希釈した水素ベースのアルシンを用い、ダミーラインに水素を用いる場合を想定すると、以下のとおりになる。
定圧比熱：Ｃｐ（ＡｓＨ3 ５％）＝１．１８８（ｃａｌ／ｇ・Ｋ）
定圧比熱：Ｃｐ（Ｈ2 ） ＝３．４４５（ｃａｌ／ｇ・Ｋ）
混合ガスの比熱は次のように求められる。
ＣｐAB＝ＫA ( ρA ／ρAB）ＣｐA ＋ＫB ( ρB ／ρAB）ＣｐB
ρAB＝ＫA ρA ＋ＫB ρB
式中、ＣｐAB：混合ガスの定積比熱
ＣｐA ：ガスＡの定積比熱
ＣｐB ：ガスＢの定積比熱
ρAB ：混合ガスの比重
ρA ：ガスＡの比重
ρB ：ガスＢの比重
ＫA ：ガスＡの濃度比
ＫB ：ガスＢの濃度比
【０００８】
５％アルシンの比熱と水素の比熱は上記のように大きく異なる。そこで、水素に約１７．４％の窒素を加えると、その比熱はＣｐH2N2≒１．１８９となり、５％のアルシンガスの比熱と一致させることができる。
したがって、図１のダミーラインには、窒素が１７．４％含まれる水素を流すことにより、流量、比熱ともにＶ族原料ガスと同等に扱うことができ、基板の成長温度を一定にして成長させることができるようになった。
【０００９】
同様に、Ｖ族原料ガスに２０％に希釈した水素ベースのホスフィン〔定圧比熱：Ｃｐ（ＰＨ3 ２０％）＝０．８６６（ｃａｌ／ｇ・Ｋ）〕を用いる場合は、水素に約２３．０％の窒素を加えると、その比熱はＣｐH2N2≒０．８６６となり、２０％のホスフィンガスの比熱と一致させることができる。
【００１０】
【実施例】
（実施例１）
図１の装置を用い、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ薄膜を成長させた。
基板温度を室温から成長温度である６５０℃に昇温させた。このとき、基板の表面状態を維持するために、２０％ホスフィンを２００ｓｃｃｍで基板上に供給し、ホスフィンに対応するダミーラインには２３．０％の窒素を含む水素ガスをホスフィンと同流量ベント側に流しておいた。
【００１１】
さらに、ＩｎＧａＡｓＰを成長させるのに必要な５％アルシン１００ｓｃｃｍをベント側に流しておき、対応するダミーラインには１７．４％の窒素を含む水素ガスをアルシンと同流量流し、反応管へ流しておいた。
そして、基板温度が安定した後、Ｉｎ原料を加え、厚さ１μｍのＩｎＰ層を成長させた。
【００１２】
上記ＩｎＰのエピタキシャル成長は、Ｉｎ原料を反応管側からベント側に切り換えることにより成長を終了させ、ベント側に流していた５％アルシン１００ｓｃｃｍを反応管側に加え、同時に対応するダミーラインである１７．４％の窒素を含む水素ガス１００ｓｃｃｍを反応管側からベント側へ切り換えた。さらに、Ｉｎ、Ｇａ原料を加えて厚さ０．１μｍのＩｎＧａＡｓＰ層を成長させた。
【００１３】
上記のＩｎＧａＡｓＰ層は、Ｉｎ、Ｇａ原料を反応管側からベント側に切り換えることにより成長を終了させ、続いて、５％アルシン１００ｓｃｃｍを反応管側からベント側に切り換え、同時に対応している１７．４％の窒素を含む水素１００ｓｃｃｍのダミーラインを反応管側に切り換え、Ｉｎ原料を加えて厚さ１μｍのＩｎＰ層を成長させた。その後、Ｉｎ原料をベント側に切り換えて成長を終了した。
この間の基板温度の変動は０．１℃以下であり、ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層の組成は設計通りのものが得られた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、上記の構成を採用することにより、Ｖ族原料ガスの切り換えにともなう成長温度の変動を抑制することができ、安定した成長条件の下で薄膜を成長させることが可能になった。例えば、成長温度に敏感なＩｎＧａＡｓＰのエピタキシャル成長などにおいては有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する装置の説明図である。
【図２】従来の有機金属気相成長方法を実施する装置の説明図である。
【産業上の利用分野】
本発明は、有機金属気相成長法で化合物半導体薄膜を成長する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機金属気相成長法で化合物半導体薄膜を成長するときに、成長室に接続するランラインと系外に放出するベントラインを設け、Ｖ族原料ガスの切り換え時に水素ガスをランラインに供給して、成長室へのガス流速並びに成長室内の圧力を一定にして成長条件の変動を防止することが行われていた。
【０００３】
図２は、従来の有機金属気相成長法を実施するときのＶ族原料ガスの供給ラインを示した説明図である。成長室６に接続するランライン１と系外に放出するためのベントライン２を備え、両ラインにはマスフローコントローラー３で流量を制御された水素ガスを常時流し、また、マスフローコントローラー３で流量制御されたアルシン又はホスフィンをＶ族原料供給ライン４からランライン１の水素ガスに添加して成長室６に供給して気相成長を行う。Ｖ族原料ガスを切り換えてベントライン２に流すときには、ダミーライン５からの水素ガスをランライン１の水素ガスに添加して成長室６に供給することにより、成長室６に流れるガスの流速を一定にし、かつ、成長室６内の成長圧力も一定にして、安定した成長条件の下での気相成長を行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法では、Ｖ族原料ガスと水素ガスの比熱が異なるため、前記ガスの切り換え時に、ガスの接触する基板表面温度が変化し、一定の成長条件の下での気相成長を妨げる原因となっていた。
そこで、本発明では、上記の問題を解消し、有機金属気相成長法で化合物半導体薄膜を気相成長する際に、基板表面に供給するガスの切り換えによる基板表面温度の変化を防止し、一定の成長条件の下における化合物半導体薄膜の気相成長を可能にする方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、成長室に接続するランラインと系外に放出するベントラインを備え、Ｖ族原料供給ラインとダミーラインを上記のランラインとベントラインに交互に接続して有機金属気相成長法で化合物半導体薄膜を成長する方法において、Ｖ族原料にアルシン及び／又はホスフィンを用い、Ｖ族原料供給ラインのガスの比熱とほぼ同じ比熱を有し、該Ｖ族原料供給ラインのガスとは平均分子量の異なるガスをダミーライン用ガスとして用いることを特徴とする化合物半導体薄膜の成長方法である。なお、ダミーライン用ガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスと水素の混合比率を調整することにより、Ｖ族原料ガスとほぼ同じ比熱のガスを供給することができる。
【０００６】
【作用】
図１は、本発明の方法を実施するときのＶ族原料ガスの供給ラインを示した説明図であり、図２との相違はダミーライン５の水素ガスに窒素ガス等の不活性ガスを添加するライン７を付設し、マスフローコントローラー３により混合比率を調節可能にしたものであるが、その他の構成については違いがないので説明を省略する。
【０００７】
仮に、Ｖ族原料ガスに５％に希釈した水素ベースのアルシンを用い、ダミーラインに水素を用いる場合を想定すると、以下のとおりになる。
定圧比熱：Ｃｐ（ＡｓＨ3 ５％）＝１．１８８（ｃａｌ／ｇ・Ｋ）
定圧比熱：Ｃｐ（Ｈ2 ） ＝３．４４５（ｃａｌ／ｇ・Ｋ）
混合ガスの比熱は次のように求められる。
ＣｐAB＝ＫA ( ρA ／ρAB）ＣｐA ＋ＫB ( ρB ／ρAB）ＣｐB
ρAB＝ＫA ρA ＋ＫB ρB
式中、ＣｐAB：混合ガスの定積比熱
ＣｐA ：ガスＡの定積比熱
ＣｐB ：ガスＢの定積比熱
ρAB ：混合ガスの比重
ρA ：ガスＡの比重
ρB ：ガスＢの比重
ＫA ：ガスＡの濃度比
ＫB ：ガスＢの濃度比
【０００８】
５％アルシンの比熱と水素の比熱は上記のように大きく異なる。そこで、水素に約１７．４％の窒素を加えると、その比熱はＣｐH2N2≒１．１８９となり、５％のアルシンガスの比熱と一致させることができる。
したがって、図１のダミーラインには、窒素が１７．４％含まれる水素を流すことにより、流量、比熱ともにＶ族原料ガスと同等に扱うことができ、基板の成長温度を一定にして成長させることができるようになった。
【０００９】
同様に、Ｖ族原料ガスに２０％に希釈した水素ベースのホスフィン〔定圧比熱：Ｃｐ（ＰＨ3 ２０％）＝０．８６６（ｃａｌ／ｇ・Ｋ）〕を用いる場合は、水素に約２３．０％の窒素を加えると、その比熱はＣｐH2N2≒０．８６６となり、２０％のホスフィンガスの比熱と一致させることができる。
【００１０】
【実施例】
（実施例１）
図１の装置を用い、ＩｎＰ基板上にＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ薄膜を成長させた。
基板温度を室温から成長温度である６５０℃に昇温させた。このとき、基板の表面状態を維持するために、２０％ホスフィンを２００ｓｃｃｍで基板上に供給し、ホスフィンに対応するダミーラインには２３．０％の窒素を含む水素ガスをホスフィンと同流量ベント側に流しておいた。
【００１１】
さらに、ＩｎＧａＡｓＰを成長させるのに必要な５％アルシン１００ｓｃｃｍをベント側に流しておき、対応するダミーラインには１７．４％の窒素を含む水素ガスをアルシンと同流量流し、反応管へ流しておいた。
そして、基板温度が安定した後、Ｉｎ原料を加え、厚さ１μｍのＩｎＰ層を成長させた。
【００１２】
上記ＩｎＰのエピタキシャル成長は、Ｉｎ原料を反応管側からベント側に切り換えることにより成長を終了させ、ベント側に流していた５％アルシン１００ｓｃｃｍを反応管側に加え、同時に対応するダミーラインである１７．４％の窒素を含む水素ガス１００ｓｃｃｍを反応管側からベント側へ切り換えた。さらに、Ｉｎ、Ｇａ原料を加えて厚さ０．１μｍのＩｎＧａＡｓＰ層を成長させた。
【００１３】
上記のＩｎＧａＡｓＰ層は、Ｉｎ、Ｇａ原料を反応管側からベント側に切り換えることにより成長を終了させ、続いて、５％アルシン１００ｓｃｃｍを反応管側からベント側に切り換え、同時に対応している１７．４％の窒素を含む水素１００ｓｃｃｍのダミーラインを反応管側に切り換え、Ｉｎ原料を加えて厚さ１μｍのＩｎＰ層を成長させた。その後、Ｉｎ原料をベント側に切り換えて成長を終了した。
この間の基板温度の変動は０．１℃以下であり、ＩｎＧａＡｓＰエピタキシャル層の組成は設計通りのものが得られた。
【００１４】
【発明の効果】
本発明は、上記の構成を採用することにより、Ｖ族原料ガスの切り換えにともなう成長温度の変動を抑制することができ、安定した成長条件の下で薄膜を成長させることが可能になった。例えば、成長温度に敏感なＩｎＧａＡｓＰのエピタキシャル成長などにおいては有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施する装置の説明図である。
【図２】従来の有機金属気相成長方法を実施する装置の説明図である。
Claims (2)
- 成長室に接続するランラインと系外に放出するベントラインを備え、Ｖ族原料供給ラインとダミーラインを上記のランラインとベントラインに交互に接続して有機金属気相成長法で化合物半導体薄膜を成長する方法において、Ｖ族原料にアルシン及び／又はホスフィンを用い、Ｖ族原料供給ラインのガスの比熱とほぼ同じ比熱を有し、該Ｖ族原料供給ラインのガスとは平均分子量の異なるガスをダミーライン用ガスとして用いることを特徴とする化合物半導体薄膜の成長方法。
- ダミーライン用ガスとして、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスと水素との混合ガスを用いることを特徴とする請求項１記載の化合物半導体薄膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10695094A JP3707079B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | 化合物半導体薄膜成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10695094A JP3707079B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | 化合物半導体薄膜成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07315986A JPH07315986A (ja) | 1995-12-05 |
| JP3707079B2 true JP3707079B2 (ja) | 2005-10-19 |
Family
ID=14446651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10695094A Expired - Fee Related JP3707079B2 (ja) | 1994-05-20 | 1994-05-20 | 化合物半導体薄膜成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3707079B2 (ja) |
-
1994
- 1994-05-20 JP JP10695094A patent/JP3707079B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07315986A (ja) | 1995-12-05 |
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