JP4528413B2 - 気相成長方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、組成の異なる化合物半導体のエピタキシャル膜を積層して成長させる気相成長方法に関し、特に有機金属気相成長法に適用して好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウムリン（ＩｎＰ）などの化合物半導体基板上へエピタキシャル膜を成長させる技術が非常に注目されている。最近の技術によれば、エピタキシャル膜としてインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）、インジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓ）、インジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）等のいわゆる混晶層を成長させることもできる。
【０００３】
これらのエピタキシャル膜を成長させる有効な方法の一つに有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）がある。ここで、図５に基づき有機金属気相成長法について簡単に説明する。
【０００４】
図５は、有機金属気相成長法を実現可能な装置の概略図であり、符号１が反応管、２ａは有機金属原料（ＴＭＩ，ＴＭＧ等）の導入口、２ｂは第５Ｂ属の水素化ガス（ＰＨ3、ＡｓＨ3等）の導入口、３が主に基板を加熱するヒータ、４がエピタキシャル膜を成長させるための基板、５が基板保持台、６が排気口である。
【０００５】
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等のいわゆる有機金属とアルシン（ＡｓＨ3）あるいはホスフィン（ＰＨ3）ガスを原料ガスとして、キャリアガスである水素（Ｈ2）とともに導入口２を介して基板４を配置した反応管１内に供給すると、原料ガスは基板４の上流側Ｕで分解され、ヒータ３で加熱された基板４上で第１３族（３Ｂ族）元素と第１５族（５Ｂ族）元素が反応して薄膜が成長する。なお、原料ガスとしてはアルシンやホスフィン等のガスの代わりにトリメチル砒素やターシャルブチルホスフィン等の有機金属を用いることもできる。
【０００６】
例えば、図２に示す供給ガス切替シーケンスに従って説明すると、プロセスＰ１１において、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料として反応管内に導入すれば、これらは基板上流側Ｕで分解され基板４上で反応してＩｎＧａＡｓ層（第１層）が成長する。次にＳ１２において、ＴＭＧとＡｓＨ3の供給を停止してＰＨ3の供給を開始すれば、ＴＭＩとＰＨ3が基板上流側Ｕで分解されＩｎＧａＡｓ層上で反応してＩｎＰ層（第２層）が成長することができる。
【０００７】
このとき、ＩｎＰ層（第２層）を形成するための原料ガスに、ＩｎＧａＡｓ層（第１層）の原料ガスでＩｎＰ層の形成には不必要なガス、すなわちＴＭＧやＡｓＨ3が混入するとＩｎＰ層の結晶性が悪くなる。そこで、残留しているＴＭＧ、ＡｓＨ3がキャリアガスＨ2により充分に排気するように、第１層の成長プロセスと第２層の成長プロセスの間に、成長中断プロセスを入れて結晶成長を中断するようにしている。
【０００８】
しかし、成長中断プロセスにおいて、ＩｎＰのように第５Ｂ族元素を含むエピタキシャル膜（第１層）をそのまま放置しておくと、第５Ｂ族元素（Ｐ）は蒸気圧が高いために層表面から蒸発してしまうという不具合を生じる。そこで、成長中断プロセスにおいて、第１層に含まれる第５Ｂ族元素を含むガス（ＡｓＨ3、ＰＨ3）をパージガスとして所定の時間供給し続けてから第２層の原料ガスに切り換える方法が提案された。
【０００９】
例えば、特開平９−２１３６４１号公報（有機金属気相成長法による急峻なヘテロ界面の作製方法 沖電気工業株式会社）には、ＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＰ層を成長させる場合、ＩｎＧａＡｓ層を成長させた後、パージガスとしてＡｓＨ3を所定時間供給してＩｎＧａＡｓ層表面からＡｓが蒸発するのを防ぎつつ第１層の原料ガスを排気してから、ＩｎＰの原料ガスであるＴＭＩおよびＰＨ3を供給する技術が開示されている。この技術は、第１層に含まれる第５Ｂ族元素（Ａｓ、Ｐ）が第２層にも含まれる場合、例えば第１層がＩｎＧａＰで第２層がＩｎＰである場合に、成長中断プロセスでＰＨ3を供給することによりその分圧で第１層からＰが蒸発するのを防止できるとともにＴＭＧを排気することができ、そのままＰＨ3は第２層の原料ガスとして使用できるという利点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術では第１層がＩｎＧａＡｓ層で第２層がＩｎＰ層である場合のように、組成の大きく異なるエピタキシャル膜を積層して成長させるときには以下のような問題が生じることが判明した。
【００１１】
例えば、ＩｎＧａＡｓ層（第１層）上に、ＩｎＰ（第２層）を成長させる場合を考える。上述した技術によると、成長中断プロセスにおいてＩｎＧａＡｓ層表面からＡｓが蒸発するのを防ぐためにＡｓＨ3を供給し、その後ＡｓＨ3からＴＭＩおよびＰＨ3に切り換えて供給する。この場合、成長中断プロセスにおいて、ＡｓＨ3を供給しているので第１層からＡｓが蒸発するのは防止することはできる。しかし、ＴＭＩとＰＨ3の供給を開始したときにはＡｓＨ3がまだ残留しているので、反応管内にはＴＭＩとＰＨ3とＡｓＨ3が混入した状態で存在することになる。その結果、これらのガスから形成されるＩｎＰ層（第２層）の結晶性は低下してしまい第１層と第２層との界面の急峻性も悪くなってしまう。この影響は第１層の成長時間が長い程大きくなる傾向にあり、反応管の形状、ガス供給条件、成長する層の組成等によって異なるが数秒〜数十分のオーダーで切り換え前後のガスが混在した状態が続くことが発明者の実験により確かめられている。
【００１２】
逆に、ＩｎＧａＡｓ層（第１層）を成長させ、成長中断プロセスにおいてＰＨ3のみを供給してから、ＴＭＩおよびＰＨ3を供給してＩｎＰ（第２層）を形成する場合は、ＩｎＰ層の形成には不必要なＴＭＧとＡｓＨ3は完全に排気されＩｎＰ層の原料ガスに混入することはなくなるが、成長中断プロセスにおいてＩｎＧａＡｓ層表面からＡｓが蒸発したりＩｎＧａＡｓ層中のＡｓとＰＨ3のＰが置換したりするので、ＩｎＧａＡｓ層の品質が低下してしまう。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題点を解消し、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＰ層のように組成の大きく異なるエピタキシャル膜を、界面の急峻性を損なうことなく積層して成長させ得る方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、反応炉内に設けられた基板保持台上に半導体基板を配置し、所望する薄膜を成長させるのに必要な原料ガスを供給し、前記半導体基板表面に組成の異なる少なくとも２以上の薄膜を順次積層して成長させる気相成長方法において、前記反応炉内に第１の原料ガスを導入して前記基板上に第１層を成長させるプロセスと、第２の原料ガスを導入して、前記第１の原料ガスを排気しつつ前記第１層を構成する揮発性元素が蒸発するのを防止する中間層を第１層上に成長させるプロセスと、第２層を成長させるための原料ガスのうちの１または２種類のガスであって、前記中間層をサーマルエッチング可能なパージガスを導入して、前記中間層をエッチングしながら第１および第２の原料ガスを排気する成長中断プロセスと、第３の原料ガスを導入して、前記中間層上に前記第１層に格子整合し、かつ前記第１層と組成の異なる第２層を成長させるプロセスと、を少なくとも有するようにした気相成長方法である。
【００１５】
第１層上に中間層を成長させることにより、成長中断プロセスにおいて第１層の構成元素が蒸発して第１層の表面状態が悪化するのを防止できるとともに、第１層を成長させるための第１の原料ガスが第２層を成長させるための第３の原料ガスに混入しないように充分排気できるため、組成の異なる薄膜を積層して成長させる場合でも急峻性に優れた結晶界面が形成され良質な結晶を得ることができる。
【００１６】
また、前記中間層は、前記成長中断プロセスにおけるサーマルエッチングの後に結晶全体としての品質に影響を与えない厚さで残留するように成長させるとよい。すなわち、第１層の原料ガスが充分に排気できる時間をもとに成長中断プロセスを行う時間を設定し、成長中断プロセス中にサーマルエッチングにより中間層がすべてエッチングされ第１層表面が剥き出しにならない厚さに中間層を形成することが望ましい。これにより、中間層がすべてエッチングされ第１層表面が剥き出しになり第１層の構成元素（第５Ｂ族）が蒸発して第１層の表面状態が悪化するのを防止できる上に、中間層により結晶品質が低下することもなくなる。
【００１７】
さらに、前記プロセスを有機金属気相成長法において行うようにするとよい。
【００１８】
また、前記エピタキシャル膜の少なくとも一つは、化合物半導体混晶とすることができる。さらに、前記半導体基板を化合物半導体としてもよい。
【００１９】
特に、前記半導体基板および前記エピタキシャル膜は、第３Ｂ族元素と第５Ｂ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とすることにより、顕著に本発明の効果が現れる。
【００２０】
また、前記半導体基板がＩｎＰであり、前記エピタキシャル膜はいずれもＩｎＰに０．５％以内で格子整合するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるときには、特に優れた品質の結晶を得ることができる。
【００２１】
前記中間層はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、前記第２層は前記中間層に含まれる第５Ｂ族元素を含むようにする。
【００２２】
これにより、成長中断プロセスにおいて中間層および第２層に含まれる第５Ｂ族元素を含むガスを供給すれば、中間層表面から前記第５Ｂ族元素が蒸発するのを防止できるとともに、第３の原料ガスに不純ガス（第１および第２の原料ガス）が混入することも防止できる。また、中間層は成長中断プロセスにおけるサーマルエッチングにより除去されるものであるが完全に除去することは困難であるので、結晶全体の品質をよくするために残留する中間層の結晶性の良好であることが望ましい。そのために中間層表面から前記第５Ｂ属元素が蒸発するのを防ぐことが重要となる。
【００２３】
また、残留する中間層の厚さは薄い方が結晶全体としての品質には影響が少なくなるので望ましく、中間層の結晶性が良好で厚さが充分に薄い場合は、中間層の存在は結晶全体としての品質には影響しないことが実験により分かった。具体的には、サーマルエッチング後の中間層の厚さが１〜２０ｎｍであれば、結晶全体の厚さが０．１μｍ以上のときには結晶全体としての品質には影響を与えることはない。
【００２４】
また、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰのように、第３Ｂ族元素であるＩｎ、Ｇａと第５Ｂ族元素であるＡｓ、Ｐのうち少なくとも３つの元素を含むようにすることができる。本発明は、このように組成の大きく異なるエピタキシャル膜を積層して成長させるときに適用することができる。
【００２５】
前記成長中断プロセスにおいて、前記中間層がＡｓを含む場合はＡｓＨ3を、前記中間層がＰを含む場合はＰＨ3を、前記中間層がＡｓおよびＰを含む場合はＡｓＨ3とＰＨ3の混合ガスをパージガスとして導入するようにした。これにより、成長中断プロセスにおいて供給されるガスは、そのまま第３の原料ガスとして供給できるので、効率的に作業を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図５のような構成を有する有機金属気相成長装置を用いて、図６に示すようなＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層（第１層）１２、ＩｎＰ層（第２層）１１を積層してエピタキシャル成長させた半導体結晶を作製した。なお、ＩｎＧａＡｓとＩｎＰとは０．１％以内で格子整合する結晶である。
【００２８】
原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）を用いた。また、成長温度は６５０℃、ガスの総流量は５００００ｓｃｃｍで、成長圧力は５０ｔｏｒｒとした。
【００２９】
ただし、ここで［ｓｃｃｍ］とは、０℃、１気圧の下での１分間の流量をｃｃで表したもので、標準体積を指す。
【００３０】
図１に、本実施形態の結晶成長における原料ガスの供給の切替シーケンスを示す。このシーケンスにおいて、［ＯＮ］は反応管内に原料ガスが供給されている状態であり、［ＯＦＦ］は原料ガスの供給が停止されている状態であることを示す。また、図７は本実施形態の結晶の成長過程を示す概略図である。
【００３１】
まず、プロセスＰ１において、ＡｓＨ3を５００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを２．５ｓｃｃｍおよびＴＭＧを２．５ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層（第１層）１２を２．５μｍ成長させた（図７（ａ））。次に、プロセスＰ２において、ＡｓＨ3とＴＭＧの供給を停止して、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで１ｍｉｎ供給して中間層としてのＩｎＰ層１４を１５ｎｍ成長させた（図７（ｂ））。
【００３２】
次に、プロセスＰ３において、ＴＭＩの供給を停止してＰＨ3のみを６００ｓｃｃｍで１０ｍｉｎ供給して、反応管内に残留しているＡｓＨ3とＴＭＧをＰＨ3に置換した（図７（ｃ））。このとき、プロセスＰ２で形成したＩｎＰ中間層１４により、ＩｎＧａＡｓ層１３よりＡｓが蒸発するのを防止している。また、プロセスＰ３ではＡｓＨ3とＴＭＧをＰＨ3で置換するとともに、図７（ｃ）の１４ｂの部分がサーマルエッチングされ、プロセスＰ３の終了時点ではＩｎＰ中間層１４ａの厚さは５ｎｍになっていた。
【００３３】
次に、プロセスＰ４において、ＰＨ3の供給を継続したままＴＭＩの供給を開始し、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ層（第２層）１１を１．５μｍ成長させた（図７（ｄ））。
【００３４】
得られた結晶について光学顕微鏡で観察したところ、良質な結晶であり欠陥は観察されなかった。また、図８に示すＳＩＭＳによる分析結果より、ＩｎＰ層１１におけるＡｓの混入量は２〜１０×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｃで、Ｇａの混入量は１〜１０×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｃであった。
【００３５】
比較のため、プロセスＰ３における成長中断プロセスの時間を１ｍｉｎにしたところＩｎＰ層１１表面にクロスハッチ状の欠陥が発生した。これは、プロセスＰ３において、残留しているＴＭＧ、ＡｓＨ3とＰＨ3が充分に置換されなかったために、プロセスＰ４で供給される原料ガスにＴＭＧ、ＡｓＨ3が混入したことが原因であると考えられる。
【００３６】
さらに比較のため、プロセスＰ２においてＩｎＰ中間層１４を１００ｎｍの厚さで成長させ、プロセスＰ３における時間を１０ｍｉｎとしたところ、ＩｎＰ層１１の結晶性が悪化してクロスハッチ状の欠陥が観察された。これは、結晶性の悪いＩｎＰ中間層１４ａがサーマルエッチングによりその影響を無視できる程度まで除去されなかったためであると考えられる。
【００３７】
以上のことから、成長する層、ガス供給量、気相成長装置等により条件は異なるが、第１層の原料ガスが完全に排気される時間をもとに成長中断時間（プロセスＰ３の時間）を設定し、成長中断プロセスにおいて行われるサーマルエッチングによりＩｎＰ中間層１４が完全にエッチングされず、かつ結晶全体としての結晶性に影響を与えない程度の厚さにＩｎＰ中間層１４を成長させるなど最適化する必要があることが分かる。
【００３８】
次に、比較のため図２〜図４に示す従来の結晶成長における原料ガスの供給の切替シーケンスに従って、図６に示す結晶を成長させてその結晶性を評価した。
【００３９】
図２は、成長中断プロセスを行わない場合のシーケンスである。まず、プロセスＰ１と同様に、ＡｓＨ3を５００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを２．５ｓｃｃｍおよびＴＭＧを２．５ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層を１μｍ成長させた（プロセスＰ１１）。次に、ＡｓＨ3とＴＭＧの供給を停止して、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ層１３を１．５μｍ成長させた（プロセスＰ１２）。
【００４０】
得られた結晶について光学顕微鏡で観察したところ、ＧａＩｎＡｓ層１２上のＩｎＰ層１１の結晶性が悪化しており、ＩｎＰ層１１表面にクロスハッチ上の欠陥が観察された。さらに、図９に示すＳＩＭＳによる分析結果より、ＩｎＰ層１１におけるＡｓの混入量は５×１０19〜８×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｃで、Ｇａの混入量は２×１０18〜２×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｃであり本実施形態の結晶に比較して混入量が１桁以上増大していた。
【００４１】
図３は、成長中断プロセス中にＡｓＨ3を供給した場合のシーケンスである。まず、ＡｓＨ3を５００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを２．５ｓｃｃｍおよびＴＭＧを２．５ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層を１μｍ成長させた（プロセスＰ２１）。次に、ＴＭＧの供給を停止して、ＡｓＨ3のみを５００ｓｃｃｍで２０ｍｉｎ供給した（プロセスＰ２２）。次に、次に、ＡｓＨ3の供給を停止して、ＰＨ3とＴＭＩの供給を開始し、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ層１３を１．５μｍ成長させた（プロセスＰ２３）。
【００４２】
この場合もＩｎＰ層１１表面にクロスハッチ状の欠陥が観察された。これは、成長中断プロセス（プロセスＰ２２）において第１層に含まれる第５Ｂ族元素Ａｓを供給すれば、第１層表面からＡｓが蒸発するのを防止できるが、供給する原料ガスをＭＴＩとＰＨ3に切り換えたときにはＡｓＨ3が残留しているため、ＩｎＰ層１１中にＡｓが混入してしまうからである。
【００４３】
図４は、成長中断プロセス中にＰＨ3を供給した場合のシーケンスである。まず、ＡｓＨ3を５００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを２．５ｓｃｃｍおよびＴＭＧを２．５ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層を１μｍ成長させた（プロセスＰ３１）。次に、ＴＭＧの供給を停止して、ＰＨ3のみを６００ｓｃｃｍで２０ｍｉｎ供給した（プロセスＰ３２）。次に、ＰＨ3は供給したままＴＭＩの供給を開始し、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ層１３を１．５μｍ成長させた（プロセスＰ３３）。
【００４４】
この場合は、成長中断プロセス（プロセスＰ３２）においてガスの置換が充分に行われたためクロスハッチ状の欠陥は発生しなかったが、成長中断プロセス中にＩｎＧａＡｓ層からＡｓが蒸発したりＰと置換したりしたため、ＩｎＧａＡｓ層の表面状態が悪化してしまった。
【００４５】
これらの結果より、本発明の結晶成長方法によればＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＰ層を界面の急峻性を良く成長させることが可能であることが証明された。
【００４６】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【００４７】
例えば、本実施例では中間層に第２層（ＩｎＰ）と格子整合する結晶（ＩｎＰ）を成長させたが、前述したように中間層は結晶全体としての品質に影響を与えない厚さまでサーマルエッチングによって除去されるため、他の組成例えばＧａＰ等を中間層とすることもできる。その場合、当然のことながら中間層の厚さと成長中断時間の最適値の組み合わせは中間層がＩｎＰ層の時とは異なる。具体的には、第１層の原料ガスが充分に排気できる時間をもとに成長中断プロセスを行う時間を設定するとともに、成長中断プロセス中にサーマルエッチングにより除去されるエッチング量（厚さ）をもとに中間層を形成する厚さ（時間）を決定するとよい。もちろんエッチング後の中間層の厚さは、結晶全体としての結晶性に影響を与えない程度まで薄くされるのがよい。
【００４８】
また、本発明を適用可能な材料の組み合わせを表１に示す。少なくとも表１に掲げる材料の組み合わせによれば、良質の結晶が得られることが確認されている。なお、材料の組み合わせは表１に挙げた例に制限されるものではなく、中間層が第２層の構成元素である第５Ｂ属元素の少なくとも一つを含むように構成されるようにし、成長中断プロセスにおいてその第５Ｂ族元素を含むガスをパージガスとして供給するようにすればよい。
【００４９】
【表１】
【００５０】
また、本実施形態では基板上に異なる組成をした２種類のエピタキシャル膜を成長させる場合について説明したが、本発明は、さらに第３層、第４層・・・と多層構造をした結晶を成長させる方法にも適用可能である。その際、第２層と第３層の間に形成される中間層、第３層と第４層の間に形成される中間層は、それぞれその中間層上に成長させる層に含まれる第５Ｂ族元素の少なくとも一つを含むようにし、その第５Ｂ族元素を含むガスをパージガスとして供給して成長中断プロセスを行うようにすればよい。
【００５１】
【発明の効果】
本願において開示される発明によれば、第１層上に中間層を成長させることにより、成長中断プロセスにおいて第１層の構成元素が蒸発して第１層の表面状態が悪化するのを防止できるとともに、第１層の原料ガスが第２層の原料ガスに混入しないように充分排気できるため、急峻性に優れた結晶界面が形成され良質な結晶を得ることができる。特に、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＰ層のように組成の大きく異なるエピタキシャル膜を積層して成長させる場合に適用して顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶成長における供給ガス切替シーケンス図である。
【図２】成長中断プロセスを行わないときの結晶成長における供給ガス切替シーケンス図である。
【図３】成長中断プロセスにおいてＡｓＨ3を供給したときの結晶成長における供給ガス切替シーケンス図である。
【図４】成長中断プロセスにおいてＰＨ3を供給したときの結晶成長における供給ガス切替シーケンス図である。
【図５】有機金属気相成長装置の概略図である。
【図６】本実施形態において成長させた結晶の模式図である。
【図７】本実施形態の結晶成長プロセスをあらわす模式図である。
【図８】図１の結晶成長シーケンスに従って成長させた結晶のＳＩＭＳの測定結果チャートである。
【図９】図２の結晶成長シーケンスに従って成長させた結晶のＳＩＭＳの測定結果チャートである。
【符号の説明】
１ 反応管
２ａ 有機金属原料の導入口
２ｂ 第５Ｂ族水素化ガスの導入口
３ ヒータ
４ 基板
５ 基板保持台
６ 排気口
Ｕ 上流側
Ｌ 下流側
１１ ＩｎＰ層（第２層）
１２ ＩｎＧａＡｓ層（第１層）
１３ ＩｎＰ基板
１４ ＩｎＰ中間層
１４ａ ＩｎＰ層（残留部分）
１４ｂ ＩｎＰ層（エッチング部分）
【発明の属する技術分野】
本発明は、組成の異なる化合物半導体のエピタキシャル膜を積層して成長させる気相成長方法に関し、特に有機金属気相成長法に適用して好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウムリン（ＩｎＰ）などの化合物半導体基板上へエピタキシャル膜を成長させる技術が非常に注目されている。最近の技術によれば、エピタキシャル膜としてインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムガリウムリン（ＩｎＧａＰ）、アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）、インジウムアルミニウム砒素（ＩｎＡｌＡｓ）、インジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）等のいわゆる混晶層を成長させることもできる。
【０００３】
これらのエピタキシャル膜を成長させる有効な方法の一つに有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）がある。ここで、図５に基づき有機金属気相成長法について簡単に説明する。
【０００４】
図５は、有機金属気相成長法を実現可能な装置の概略図であり、符号１が反応管、２ａは有機金属原料（ＴＭＩ，ＴＭＧ等）の導入口、２ｂは第５Ｂ属の水素化ガス（ＰＨ3、ＡｓＨ3等）の導入口、３が主に基板を加熱するヒータ、４がエピタキシャル膜を成長させるための基板、５が基板保持台、６が排気口である。
【０００５】
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等のいわゆる有機金属とアルシン（ＡｓＨ3）あるいはホスフィン（ＰＨ3）ガスを原料ガスとして、キャリアガスである水素（Ｈ2）とともに導入口２を介して基板４を配置した反応管１内に供給すると、原料ガスは基板４の上流側Ｕで分解され、ヒータ３で加熱された基板４上で第１３族（３Ｂ族）元素と第１５族（５Ｂ族）元素が反応して薄膜が成長する。なお、原料ガスとしてはアルシンやホスフィン等のガスの代わりにトリメチル砒素やターシャルブチルホスフィン等の有機金属を用いることもできる。
【０００６】
例えば、図２に示す供給ガス切替シーケンスに従って説明すると、プロセスＰ１１において、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を原料として反応管内に導入すれば、これらは基板上流側Ｕで分解され基板４上で反応してＩｎＧａＡｓ層（第１層）が成長する。次にＳ１２において、ＴＭＧとＡｓＨ3の供給を停止してＰＨ3の供給を開始すれば、ＴＭＩとＰＨ3が基板上流側Ｕで分解されＩｎＧａＡｓ層上で反応してＩｎＰ層（第２層）が成長することができる。
【０００７】
このとき、ＩｎＰ層（第２層）を形成するための原料ガスに、ＩｎＧａＡｓ層（第１層）の原料ガスでＩｎＰ層の形成には不必要なガス、すなわちＴＭＧやＡｓＨ3が混入するとＩｎＰ層の結晶性が悪くなる。そこで、残留しているＴＭＧ、ＡｓＨ3がキャリアガスＨ2により充分に排気するように、第１層の成長プロセスと第２層の成長プロセスの間に、成長中断プロセスを入れて結晶成長を中断するようにしている。
【０００８】
しかし、成長中断プロセスにおいて、ＩｎＰのように第５Ｂ族元素を含むエピタキシャル膜（第１層）をそのまま放置しておくと、第５Ｂ族元素（Ｐ）は蒸気圧が高いために層表面から蒸発してしまうという不具合を生じる。そこで、成長中断プロセスにおいて、第１層に含まれる第５Ｂ族元素を含むガス（ＡｓＨ3、ＰＨ3）をパージガスとして所定の時間供給し続けてから第２層の原料ガスに切り換える方法が提案された。
【０００９】
例えば、特開平９−２１３６４１号公報（有機金属気相成長法による急峻なヘテロ界面の作製方法 沖電気工業株式会社）には、ＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＰ層を成長させる場合、ＩｎＧａＡｓ層を成長させた後、パージガスとしてＡｓＨ3を所定時間供給してＩｎＧａＡｓ層表面からＡｓが蒸発するのを防ぎつつ第１層の原料ガスを排気してから、ＩｎＰの原料ガスであるＴＭＩおよびＰＨ3を供給する技術が開示されている。この技術は、第１層に含まれる第５Ｂ族元素（Ａｓ、Ｐ）が第２層にも含まれる場合、例えば第１層がＩｎＧａＰで第２層がＩｎＰである場合に、成長中断プロセスでＰＨ3を供給することによりその分圧で第１層からＰが蒸発するのを防止できるとともにＴＭＧを排気することができ、そのままＰＨ3は第２層の原料ガスとして使用できるという利点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術では第１層がＩｎＧａＡｓ層で第２層がＩｎＰ層である場合のように、組成の大きく異なるエピタキシャル膜を積層して成長させるときには以下のような問題が生じることが判明した。
【００１１】
例えば、ＩｎＧａＡｓ層（第１層）上に、ＩｎＰ（第２層）を成長させる場合を考える。上述した技術によると、成長中断プロセスにおいてＩｎＧａＡｓ層表面からＡｓが蒸発するのを防ぐためにＡｓＨ3を供給し、その後ＡｓＨ3からＴＭＩおよびＰＨ3に切り換えて供給する。この場合、成長中断プロセスにおいて、ＡｓＨ3を供給しているので第１層からＡｓが蒸発するのは防止することはできる。しかし、ＴＭＩとＰＨ3の供給を開始したときにはＡｓＨ3がまだ残留しているので、反応管内にはＴＭＩとＰＨ3とＡｓＨ3が混入した状態で存在することになる。その結果、これらのガスから形成されるＩｎＰ層（第２層）の結晶性は低下してしまい第１層と第２層との界面の急峻性も悪くなってしまう。この影響は第１層の成長時間が長い程大きくなる傾向にあり、反応管の形状、ガス供給条件、成長する層の組成等によって異なるが数秒〜数十分のオーダーで切り換え前後のガスが混在した状態が続くことが発明者の実験により確かめられている。
【００１２】
逆に、ＩｎＧａＡｓ層（第１層）を成長させ、成長中断プロセスにおいてＰＨ3のみを供給してから、ＴＭＩおよびＰＨ3を供給してＩｎＰ（第２層）を形成する場合は、ＩｎＰ層の形成には不必要なＴＭＧとＡｓＨ3は完全に排気されＩｎＰ層の原料ガスに混入することはなくなるが、成長中断プロセスにおいてＩｎＧａＡｓ層表面からＡｓが蒸発したりＩｎＧａＡｓ層中のＡｓとＰＨ3のＰが置換したりするので、ＩｎＧａＡｓ層の品質が低下してしまう。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題点を解消し、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＰ層のように組成の大きく異なるエピタキシャル膜を、界面の急峻性を損なうことなく積層して成長させ得る方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、反応炉内に設けられた基板保持台上に半導体基板を配置し、所望する薄膜を成長させるのに必要な原料ガスを供給し、前記半導体基板表面に組成の異なる少なくとも２以上の薄膜を順次積層して成長させる気相成長方法において、前記反応炉内に第１の原料ガスを導入して前記基板上に第１層を成長させるプロセスと、第２の原料ガスを導入して、前記第１の原料ガスを排気しつつ前記第１層を構成する揮発性元素が蒸発するのを防止する中間層を第１層上に成長させるプロセスと、第２層を成長させるための原料ガスのうちの１または２種類のガスであって、前記中間層をサーマルエッチング可能なパージガスを導入して、前記中間層をエッチングしながら第１および第２の原料ガスを排気する成長中断プロセスと、第３の原料ガスを導入して、前記中間層上に前記第１層に格子整合し、かつ前記第１層と組成の異なる第２層を成長させるプロセスと、を少なくとも有するようにした気相成長方法である。
【００１５】
第１層上に中間層を成長させることにより、成長中断プロセスにおいて第１層の構成元素が蒸発して第１層の表面状態が悪化するのを防止できるとともに、第１層を成長させるための第１の原料ガスが第２層を成長させるための第３の原料ガスに混入しないように充分排気できるため、組成の異なる薄膜を積層して成長させる場合でも急峻性に優れた結晶界面が形成され良質な結晶を得ることができる。
【００１６】
また、前記中間層は、前記成長中断プロセスにおけるサーマルエッチングの後に結晶全体としての品質に影響を与えない厚さで残留するように成長させるとよい。すなわち、第１層の原料ガスが充分に排気できる時間をもとに成長中断プロセスを行う時間を設定し、成長中断プロセス中にサーマルエッチングにより中間層がすべてエッチングされ第１層表面が剥き出しにならない厚さに中間層を形成することが望ましい。これにより、中間層がすべてエッチングされ第１層表面が剥き出しになり第１層の構成元素（第５Ｂ族）が蒸発して第１層の表面状態が悪化するのを防止できる上に、中間層により結晶品質が低下することもなくなる。
【００１７】
さらに、前記プロセスを有機金属気相成長法において行うようにするとよい。
【００１８】
また、前記エピタキシャル膜の少なくとも一つは、化合物半導体混晶とすることができる。さらに、前記半導体基板を化合物半導体としてもよい。
【００１９】
特に、前記半導体基板および前記エピタキシャル膜は、第３Ｂ族元素と第５Ｂ族元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体とすることにより、顕著に本発明の効果が現れる。
【００２０】
また、前記半導体基板がＩｎＰであり、前記エピタキシャル膜はいずれもＩｎＰに０．５％以内で格子整合するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるときには、特に優れた品質の結晶を得ることができる。
【００２１】
前記中間層はＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、前記第２層は前記中間層に含まれる第５Ｂ族元素を含むようにする。
【００２２】
これにより、成長中断プロセスにおいて中間層および第２層に含まれる第５Ｂ族元素を含むガスを供給すれば、中間層表面から前記第５Ｂ族元素が蒸発するのを防止できるとともに、第３の原料ガスに不純ガス（第１および第２の原料ガス）が混入することも防止できる。また、中間層は成長中断プロセスにおけるサーマルエッチングにより除去されるものであるが完全に除去することは困難であるので、結晶全体の品質をよくするために残留する中間層の結晶性の良好であることが望ましい。そのために中間層表面から前記第５Ｂ属元素が蒸発するのを防ぐことが重要となる。
【００２３】
また、残留する中間層の厚さは薄い方が結晶全体としての品質には影響が少なくなるので望ましく、中間層の結晶性が良好で厚さが充分に薄い場合は、中間層の存在は結晶全体としての品質には影響しないことが実験により分かった。具体的には、サーマルエッチング後の中間層の厚さが１〜２０ｎｍであれば、結晶全体の厚さが０．１μｍ以上のときには結晶全体としての品質には影響を与えることはない。
【００２４】
また、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰのように、第３Ｂ族元素であるＩｎ、Ｇａと第５Ｂ族元素であるＡｓ、Ｐのうち少なくとも３つの元素を含むようにすることができる。本発明は、このように組成の大きく異なるエピタキシャル膜を積層して成長させるときに適用することができる。
【００２５】
前記成長中断プロセスにおいて、前記中間層がＡｓを含む場合はＡｓＨ3を、前記中間層がＰを含む場合はＰＨ3を、前記中間層がＡｓおよびＰを含む場合はＡｓＨ3とＰＨ3の混合ガスをパージガスとして導入するようにした。これにより、成長中断プロセスにおいて供給されるガスは、そのまま第３の原料ガスとして供給できるので、効率的に作業を行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図５のような構成を有する有機金属気相成長装置を用いて、図６に示すようなＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層（第１層）１２、ＩｎＰ層（第２層）１１を積層してエピタキシャル成長させた半導体結晶を作製した。なお、ＩｎＧａＡｓとＩｎＰとは０．１％以内で格子整合する結晶である。
【００２８】
原料として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）を用いた。また、成長温度は６５０℃、ガスの総流量は５００００ｓｃｃｍで、成長圧力は５０ｔｏｒｒとした。
【００２９】
ただし、ここで［ｓｃｃｍ］とは、０℃、１気圧の下での１分間の流量をｃｃで表したもので、標準体積を指す。
【００３０】
図１に、本実施形態の結晶成長における原料ガスの供給の切替シーケンスを示す。このシーケンスにおいて、［ＯＮ］は反応管内に原料ガスが供給されている状態であり、［ＯＦＦ］は原料ガスの供給が停止されている状態であることを示す。また、図７は本実施形態の結晶の成長過程を示す概略図である。
【００３１】
まず、プロセスＰ１において、ＡｓＨ3を５００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを２．５ｓｃｃｍおよびＴＭＧを２．５ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層（第１層）１２を２．５μｍ成長させた（図７（ａ））。次に、プロセスＰ２において、ＡｓＨ3とＴＭＧの供給を停止して、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで１ｍｉｎ供給して中間層としてのＩｎＰ層１４を１５ｎｍ成長させた（図７（ｂ））。
【００３２】
次に、プロセスＰ３において、ＴＭＩの供給を停止してＰＨ3のみを６００ｓｃｃｍで１０ｍｉｎ供給して、反応管内に残留しているＡｓＨ3とＴＭＧをＰＨ3に置換した（図７（ｃ））。このとき、プロセスＰ２で形成したＩｎＰ中間層１４により、ＩｎＧａＡｓ層１３よりＡｓが蒸発するのを防止している。また、プロセスＰ３ではＡｓＨ3とＴＭＧをＰＨ3で置換するとともに、図７（ｃ）の１４ｂの部分がサーマルエッチングされ、プロセスＰ３の終了時点ではＩｎＰ中間層１４ａの厚さは５ｎｍになっていた。
【００３３】
次に、プロセスＰ４において、ＰＨ3の供給を継続したままＴＭＩの供給を開始し、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ層（第２層）１１を１．５μｍ成長させた（図７（ｄ））。
【００３４】
得られた結晶について光学顕微鏡で観察したところ、良質な結晶であり欠陥は観察されなかった。また、図８に示すＳＩＭＳによる分析結果より、ＩｎＰ層１１におけるＡｓの混入量は２〜１０×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｃで、Ｇａの混入量は１〜１０×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｃであった。
【００３５】
比較のため、プロセスＰ３における成長中断プロセスの時間を１ｍｉｎにしたところＩｎＰ層１１表面にクロスハッチ状の欠陥が発生した。これは、プロセスＰ３において、残留しているＴＭＧ、ＡｓＨ3とＰＨ3が充分に置換されなかったために、プロセスＰ４で供給される原料ガスにＴＭＧ、ＡｓＨ3が混入したことが原因であると考えられる。
【００３６】
さらに比較のため、プロセスＰ２においてＩｎＰ中間層１４を１００ｎｍの厚さで成長させ、プロセスＰ３における時間を１０ｍｉｎとしたところ、ＩｎＰ層１１の結晶性が悪化してクロスハッチ状の欠陥が観察された。これは、結晶性の悪いＩｎＰ中間層１４ａがサーマルエッチングによりその影響を無視できる程度まで除去されなかったためであると考えられる。
【００３７】
以上のことから、成長する層、ガス供給量、気相成長装置等により条件は異なるが、第１層の原料ガスが完全に排気される時間をもとに成長中断時間（プロセスＰ３の時間）を設定し、成長中断プロセスにおいて行われるサーマルエッチングによりＩｎＰ中間層１４が完全にエッチングされず、かつ結晶全体としての結晶性に影響を与えない程度の厚さにＩｎＰ中間層１４を成長させるなど最適化する必要があることが分かる。
【００３８】
次に、比較のため図２〜図４に示す従来の結晶成長における原料ガスの供給の切替シーケンスに従って、図６に示す結晶を成長させてその結晶性を評価した。
【００３９】
図２は、成長中断プロセスを行わない場合のシーケンスである。まず、プロセスＰ１と同様に、ＡｓＨ3を５００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを２．５ｓｃｃｍおよびＴＭＧを２．５ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層を１μｍ成長させた（プロセスＰ１１）。次に、ＡｓＨ3とＴＭＧの供給を停止して、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ層１３を１．５μｍ成長させた（プロセスＰ１２）。
【００４０】
得られた結晶について光学顕微鏡で観察したところ、ＧａＩｎＡｓ層１２上のＩｎＰ層１１の結晶性が悪化しており、ＩｎＰ層１１表面にクロスハッチ上の欠陥が観察された。さらに、図９に示すＳＩＭＳによる分析結果より、ＩｎＰ層１１におけるＡｓの混入量は５×１０19〜８×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｃで、Ｇａの混入量は２×１０18〜２×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｃであり本実施形態の結晶に比較して混入量が１桁以上増大していた。
【００４１】
図３は、成長中断プロセス中にＡｓＨ3を供給した場合のシーケンスである。まず、ＡｓＨ3を５００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを２．５ｓｃｃｍおよびＴＭＧを２．５ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層を１μｍ成長させた（プロセスＰ２１）。次に、ＴＭＧの供給を停止して、ＡｓＨ3のみを５００ｓｃｃｍで２０ｍｉｎ供給した（プロセスＰ２２）。次に、次に、ＡｓＨ3の供給を停止して、ＰＨ3とＴＭＩの供給を開始し、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ層１３を１．５μｍ成長させた（プロセスＰ２３）。
【００４２】
この場合もＩｎＰ層１１表面にクロスハッチ状の欠陥が観察された。これは、成長中断プロセス（プロセスＰ２２）において第１層に含まれる第５Ｂ族元素Ａｓを供給すれば、第１層表面からＡｓが蒸発するのを防止できるが、供給する原料ガスをＭＴＩとＰＨ3に切り換えたときにはＡｓＨ3が残留しているため、ＩｎＰ層１１中にＡｓが混入してしまうからである。
【００４３】
図４は、成長中断プロセス中にＰＨ3を供給した場合のシーケンスである。まず、ＡｓＨ3を５００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを２．５ｓｃｃｍおよびＴＭＧを２．５ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ基板１３上にＩｎＧａＡｓ層を１μｍ成長させた（プロセスＰ３１）。次に、ＴＭＧの供給を停止して、ＰＨ3のみを６００ｓｃｃｍで２０ｍｉｎ供給した（プロセスＰ３２）。次に、ＰＨ3は供給したままＴＭＩの供給を開始し、ＰＨ3を６００ｓｃｃｍ、ＴＭＩを６．０ｓｃｃｍで６０ｍｉｎ供給してＩｎＰ層１３を１．５μｍ成長させた（プロセスＰ３３）。
【００４４】
この場合は、成長中断プロセス（プロセスＰ３２）においてガスの置換が充分に行われたためクロスハッチ状の欠陥は発生しなかったが、成長中断プロセス中にＩｎＧａＡｓ層からＡｓが蒸発したりＰと置換したりしたため、ＩｎＧａＡｓ層の表面状態が悪化してしまった。
【００４５】
これらの結果より、本発明の結晶成長方法によればＩｎＧａＡｓ層上にＩｎＰ層を界面の急峻性を良く成長させることが可能であることが証明された。
【００４６】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【００４７】
例えば、本実施例では中間層に第２層（ＩｎＰ）と格子整合する結晶（ＩｎＰ）を成長させたが、前述したように中間層は結晶全体としての品質に影響を与えない厚さまでサーマルエッチングによって除去されるため、他の組成例えばＧａＰ等を中間層とすることもできる。その場合、当然のことながら中間層の厚さと成長中断時間の最適値の組み合わせは中間層がＩｎＰ層の時とは異なる。具体的には、第１層の原料ガスが充分に排気できる時間をもとに成長中断プロセスを行う時間を設定するとともに、成長中断プロセス中にサーマルエッチングにより除去されるエッチング量（厚さ）をもとに中間層を形成する厚さ（時間）を決定するとよい。もちろんエッチング後の中間層の厚さは、結晶全体としての結晶性に影響を与えない程度まで薄くされるのがよい。
【００４８】
また、本発明を適用可能な材料の組み合わせを表１に示す。少なくとも表１に掲げる材料の組み合わせによれば、良質の結晶が得られることが確認されている。なお、材料の組み合わせは表１に挙げた例に制限されるものではなく、中間層が第２層の構成元素である第５Ｂ属元素の少なくとも一つを含むように構成されるようにし、成長中断プロセスにおいてその第５Ｂ族元素を含むガスをパージガスとして供給するようにすればよい。
【００４９】
【表１】
また、本実施形態では基板上に異なる組成をした２種類のエピタキシャル膜を成長させる場合について説明したが、本発明は、さらに第３層、第４層・・・と多層構造をした結晶を成長させる方法にも適用可能である。その際、第２層と第３層の間に形成される中間層、第３層と第４層の間に形成される中間層は、それぞれその中間層上に成長させる層に含まれる第５Ｂ族元素の少なくとも一つを含むようにし、その第５Ｂ族元素を含むガスをパージガスとして供給して成長中断プロセスを行うようにすればよい。
【００５１】
【発明の効果】
本願において開示される発明によれば、第１層上に中間層を成長させることにより、成長中断プロセスにおいて第１層の構成元素が蒸発して第１層の表面状態が悪化するのを防止できるとともに、第１層の原料ガスが第２層の原料ガスに混入しないように充分排気できるため、急峻性に優れた結晶界面が形成され良質な結晶を得ることができる。特に、ＩｎＧａＡｓ層とＩｎＰ層のように組成の大きく異なるエピタキシャル膜を積層して成長させる場合に適用して顕著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶成長における供給ガス切替シーケンス図である。
【図２】成長中断プロセスを行わないときの結晶成長における供給ガス切替シーケンス図である。
【図３】成長中断プロセスにおいてＡｓＨ3を供給したときの結晶成長における供給ガス切替シーケンス図である。
【図４】成長中断プロセスにおいてＰＨ3を供給したときの結晶成長における供給ガス切替シーケンス図である。
【図５】有機金属気相成長装置の概略図である。
【図６】本実施形態において成長させた結晶の模式図である。
【図７】本実施形態の結晶成長プロセスをあらわす模式図である。
【図８】図１の結晶成長シーケンスに従って成長させた結晶のＳＩＭＳの測定結果チャートである。
【図９】図２の結晶成長シーケンスに従って成長させた結晶のＳＩＭＳの測定結果チャートである。
【符号の説明】
１ 反応管
２ａ 有機金属原料の導入口
２ｂ 第５Ｂ族水素化ガスの導入口
３ ヒータ
４ 基板
５ 基板保持台
６ 排気口
Ｕ 上流側
Ｌ 下流側
１１ ＩｎＰ層（第２層）
１２ ＩｎＧａＡｓ層（第１層）
１３ ＩｎＰ基板
１４ ＩｎＰ中間層
１４ａ ＩｎＰ層（残留部分）
１４ｂ ＩｎＰ層（エッチング部分）
Claims (6)
- 反応炉内に設けられた基板保持台上に半導体基板を配置し、所望する薄膜を成長させるのに必要な原料ガスを供給し、前記半導体基板表面に組成の異なる少なくとも２以上の薄膜を順次積層して成長させる気相成長方法において、
前記反応炉内に第１の原料ガスを導入して前記基板上に第１層を成長させるプロセスと、
第２の原料ガスを導入して、前記第１の原料ガスを排気しつつ前記第１層を構成する揮発性元素が蒸発するのを防止する中間層を第１層上に成長させるプロセスと、
第２層を成長させるための原料ガスのうちの１または２種類のガスであって、前記中間層をサーマルエッチング可能なパージガスを導入して、前記中間層をエッチングしながら第１および第２の原料ガスを排気する成長中断プロセスと、
第３の原料ガスを導入して、前記中間層上に前記第１層に格子整合し、かつ前記第１層と組成の異なる第２層を成長させるプロセスと、を少なくとも有し、
前記半導体基板、前記第１層、前記中間層、および前記第２層は、第１３族（３Ｂ族）元素と第１５族（５Ｂ族）元素とからなるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であり、
前記第２層は前記中間層に含まれる第１５族（５Ｂ族）元素を含み、前記中間層に含まれる第１５族（５Ｂ族）元素はＡｓ及び、又はＰであり、
前記成長中断プロセスにおいて、前記中間層がＡｓを含む場合はＡｓＨ3 を、前記中間層がＰを含む場合はＰＨ3 を、前記中間層がＡｓおよびＰを含む場合はＡｓＨ3 とＰＨ3 の混合ガスをパージガスとして導入することを特徴とする気相成長方法。 - 前記中間層は、前記成長中断プロセスにおけるサーマルエッチングの後に結晶全体としての品質に影響を与えない厚さで残留することを特徴とする請求項１に記載の気相成長方法。
- 有機金属気相成長法により前記第１層、前記中間層、および前記第２層を成長させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気相成長方法。
- 前記第１層、前記中間層、および前記第２層の少なくとも一つは、化合物半導体混晶であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の気相成長方法。
- 前記半導体基板がＩｎＰであり、前記第１層、前記中間層、および前記第２層はいずれもＩｎＰに０．５％以内で格子整合するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の気相成長方法。
- 前記第１層および第２層は、Ｉｎ、Ｇａ、ＡｓおよびＰのうち少なくとも３つの元素を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の気相成長方法。
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0697097A (ja) * | 1992-07-30 | 1994-04-08 | Nec Corp | ヘテロ界面形成方法 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0697097A (ja) * | 1992-07-30 | 1994-04-08 | Nec Corp | ヘテロ界面形成方法 |
| JPH09213641A (ja) * | 1996-02-06 | 1997-08-15 | Oki Electric Ind Co Ltd | 有機金属気相成長による急峻なヘテロ界面の作製方法 |
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