JPH01206618A - 有機金属気相成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は化合物半導体のエピタキシャル成長に適用の有
機金属気相成長方法（以下ＭＯＣＶＤ法と記す）に関す
るものである。

従来の技術 ・近年、ＭＯＣＶＤ法はへテロ界面の急峻性、膜厚の均
一性および薄膜の制御性等に優れ、■−ｖ族およびＩＩ
−Ｖｌ族化合物半導体のエピタキシャル成長の有力な方
法として注目されている。

以下に従来のＭＯＣＶＤ法について説明する。

ＭＯＣＶＤ法は金属のメチル化合物あるいはエチル化合
物等、いわゆる、有機金属とアルミン（ＡＳＨ３）、ホ
スフィン（ＰＨｓ）等、要素元素の水素化物を原料ガス
として使用する方法で、石英反応管内のグラファイト製
サセプタ上に設置された単数または複数の半導体基板上
に、上記原料ガスを供給する。サセプタは高周波誘導加
熱によるため、サセプタとその上の基板以外は直接加熱
されない。上記基板近くに供給された原料ガスは熱分解
し、基板上で反応してエピタキシャル成長を行う。

原料である有機金属は液体あるいは固体であり、ステン
レス製のシリンダー内に充てんされている。シリンダー
内に水素（Ｈ２）等のガスを通過させると、シリンダー
から出るガスの中に有機金属の蒸気が飽和状態となり含
まれる。つまり有機金属の供給量はシリンダーを通過さ
せるガス流量と、有機金属の種類およびシリンダー内の
温度で決まる飽和蒸気圧に依存する。

この様にして燐化インジウム（’　Ｉ　ｎ　Ｐ　）の成
長の場合は原料ガスとしてトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）あるいはトリエチルインジウム（’Ｔ’Ｅ’Ｉ’）
とＰＨ３が使用され、混晶半導体のＩｎＧａＡｓＰの成
長の場合は、ＴＭＩ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
ＡｓＨ３およびＰＨ３等の複数の有機金属と複数の要素
元素水素化物が使用される。

第２図は□従来の方法で横１’　０’７．縦１５　ｍｍ
のＩｎＰ基板１上にＩｎＧａＡｓＰのエピタキシャル層
を厚さ０．４μｍ成長し、そのフォトルミネッセンスの
ピーク波長のウェハ内分布を示したものである。ウェハ
の中央部に比べて、周辺部は短波長のピーク波長となっ
ており、混晶半導体の組成がかなり異なっていることを
意味している。

第３図は上記ウェハの中央部横方向のＩｎ。

Ｇａ、ＡｓおよびＰの組成の分布をＸ線マイクロアナラ
イザーで調べた結果である。周辺部は中央部に比べて、
ＧａとＰの組成が増加している。つまり、周辺部では基
板触媒効果が小さく、ＴＭＩとＡｓＨ３が分解しに＜、
＜なっていると考えられる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の構成では原料ガスの解離エネ
ルギーに差があり、成長温度においてそれぞれ分解効率
が異なる。有機金属では元素番号の大きい元素の方が低
温で熱分解しやすく、分子中に含む炭素（Ｃ）数の多い
方が分解しやすい。

またＡｓＨ３の方がＰＨ３より低温で分解する。

ＴＭＧやＡ　ｓ　Ｈ，３は、ＧａＡｓ基板の存在のもと
で、ＧａＡｓ基板を触媒として効率よ（分解し、またＰ
Ｈ３は６００℃において約３０％しか熱分解しないが、
ＧａＰ基板の存在のもとではほぼ１００％分解すること
が知られている。このように原料ガスは半導体基板を触
媒として効率よく分解するが、原料ガスの種類により基
板触媒効果の大きさが異なる。

この基板触媒効果により、半導体基板の中央部と周辺部
では原料ガスの分解効率が異なり、ＩｎＰのような■−
ｖ族化合物半導体では、中央部と周辺部とで、実質的な
Ｖ１ｍ比が異なり、結晶性が変化する。

また、ＩｎＧａＡｓＰ等の混晶半導体の成長の場合、原
料ガスの有機金属をすべてメチル化合物、あるいはエチ
ル化合物等で統一すると、比較的性質が似ているため、
基板触媒効果の差は小さい。

しかし有機金属の種類によって飽和蒸気圧が極端に異な
る。たとえば、＋１０℃において、ＴＭＩは０．７４ｔ
ｏｒｒ、ＴＭＧはｌ　ｌ　１ｔｏｒｒであり、ＴＥＩは
０．１３２ｔｏｒｒ、　　トリエチルガリウム（ＴＥＧ
）は２．７８ｔｏｒｒ、　　トリエチルアルミ（ＴＥＡ
）は０、　ＯＯ９４ｔｏｒｒである。飽和蒸気圧が２桁
異なれば、同程度のモル数を供給する場合、シリンダー
を通過させるカスの流量が２桁異なることとなる。飽和
蒸気圧が高い有機金属ではガス流量が極端に少なくなり
、ｌｅｅ／分以下となる場合もある。こうなると、流量
制御が困難となる。また、有機金属の表面張力により数
秒に１回泡が出る脈流となり、定常的に有機金属が供給
されない。さらには、シリンダー出口側の少しの圧力の
変動により逆流が起り、これを回復するのに時間を要し
、この間有機金属が供給されない等の不都合が生じる。

そのため、たとえばメチル化合物の有機金属で統一した
場合、精度の良い流量制御、脈流防止および圧力制御が
必要となり、成長用装置として複雑かつ高価なものとな
る。

そこで最も簡単な装置で制御が容易な方法は、飽和蒸気
圧の近い有機金属を使用する方法である。たとえばＴＭ
ＩとＴＥＧを使用すれば、シリンダーを通過させるガス
流量をほぼ同じにすることができる。

しかし、ＴＭＩとＴＥＧあるいはＡｓＨ３とＰＨａは基
板触媒効果の差が大きく、半導体基板の存在の有無、あ
るいは基板の中央部と周辺部で分解効率が異なり、その
結果、基板の中央部と周辺部で混晶の組成が異なるとい
う欠点が生じる。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、単数ある
いは複数の半導体基板上に、均一な結晶性を有する化合
物半導体及び、均一な組成を有する混晶半導体のエピタ
キシャル層を成長する方法を提供することを目的とする
。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明のＭＯＣＶＤ方法は
、エピタキシャル成長用の単数または複数の半導体基板
の周囲に密接して、あらかじめダミー基板を設置して、
成長を行うものである。

作用 この発明によると、単数または複数の半導体基板の周辺
部、つまり基板触媒効果が小さ（なる領域にダミー基板
を配し、これにより、半導体基板の中央部と同じ基板触
媒効果を持たせ、半導体基板全面にわたって均一な結晶
性および結晶組成を有するエピタキシャル層を成長する
ことができる。

実施例 以下、本発明のＭＯＣＶＤ法の実施例を混晶半導体Ｉｎ
ＧａＡｓＰについて説明する。水冷した縦型の石英反応
管内にグラファイト製サセプタを設置し、その上に１ｎ
Ｐの基板をセットして、高周波誘導加熱によりサセプタ
を成長温度の６３０℃に加熱した。原料ガスとして、Ｔ
ＭＩ、ＴＥＧ。

Ｈ２に５％希釈されたＡ’ｓＨ３およびＨ２に２５％希
釈されたＰＨ３を用い、これらのキャリアガスとしてＨ
２を用いた。

ＴＭＩとＴＥＧはそれぞれ＋７．０℃と−８，０℃に保
温され、この時の飽和蒸気圧はそれぞれ０．５８ｔｏｒ
ｒと０　、８５ｔｏｒｒである。ＴＭＩとＴＥＧのシリ
ンダーを通過させるＨ２の流量はそれぞれ１５６．４ｃ
ｃ／分と４３．６ｃｃ／分で、ＡｓＨ３とＰＨ３の流量
はそれぞれ３２ｃｃ／分と１４４ｃｃ／分である。

第１図はＩｎＰ基板１の周囲に密接して本発明のＩｎＰ
のダミー基板２，３．４．５を設置してＩｎＧａＡｓＰ
のエピタキシャル層を成長し、そのフォトルミネッセン
スのピーク波長の分布を示したものである。ダミー基板
の幅は、ＩｎＰ基板１の左右のもの２，４がそれぞれ、
幅５　ｍｍ　、上下のもの３，５がそれぞれ、幅２．５
ｍである。混晶半導体の組成は横方向で完全に均一にな
っており、縦方向でまだ少し分布が見られる。これは、
ダミー基板３，５の幅がそれぞれ、２．５Ｍと細いため
であり、これらを各々、幅５ＩＩＴｍ程度にすれば、さ
らに改善される。

以上の様に本実施例によれば、半導体基板の周囲にダミ
ーとなる基板２．３．４．５を設けることにより、半導
体基板全面にわたって、均一な組成を有するエピタキシ
ャル層を成長することができる。

以下、本発明の第２の実施例について説明する。第１の
実施例と同様にして、原料ガスにＴＭＩとＰＨ３を用い
ＩｎＰ基板上にＩｎＰのエピタキシャル層を成長した。

Ｉ　、ｎ　Ｐ基板の周囲に１ｎＰのダミー基板を設置し
ない場合、液体窒素温度における移動度は基板の中央部
で１５０００ｃｎｆ／Ｖ−ｓｅｅ　、周辺部で１１００
０　ｃｎ？／Ｖ−ｓｅｅと異なっていた。しかし、Ｉｎ
Ｐ基板の周囲にＩｎＰのダミー基板を設置することによ
り、移動度は周辺部でも中央部と同じ値を示した。

以上の様に、半導体基板の周囲にダミーとなる基板を設
けることにより、半導体基板全面に渡り均一な結晶性を
有するエピタキシャル層を成長することができる。

なお、実施例においてＩｎＧａＡｓＰとＩｎＰの場合を
示したが、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｅＰ。

ＩｎＧａＡｓ等の他の混晶半導体やＧａＡｓ。

Ｚ　ｎ　Ｓ　”ｅ等の他の化、合物半導体てもよい。さ
らに、原料ガスとしてＴＭＩとＴＥＧを使用したが、Ｔ
ＥＩとＴＥＧを使用した場合にも、単一ウエバ内におい
ては結晶組成の分布が発生するので、ダミー基板の周辺
配設は有効である。また、メチル化合物あるいはエチル
化合物の有機金属で統一した場合も本発明は有効である
。

さらに、実施例において１枚の半導体基板を使用したが
、複数の被成長用半導体基板を使用する場合においても
、その周囲にダミー基板を設置すればよい。さらに円形
基板を複数に使用する場合は、これらの周辺はもちろん
、各基板間のすき間をダミー基板で埋めればよい。

そしてこれらのダミー基板はエツチングすることにより
、何回も使用することができるため、コストアップの要
因とはならない。

発明の効果 本発明によると、エピタキシャル成長用の単数または複
数の被成長用半導体基板の周囲に密接してダミーとなる
基板を設置することにより、前記半導体基板全面にわた
って均一な結晶性および結晶組成を有するエピタキシャ
ル層を成長することができる優れた成長層を実現できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で得られた成長被膜のフォトル
ミネッセンスのピーク波長分布図、第２図は従来の方法
で得られた成長被膜のフォトルミネッセンスのピーク波
長分布図、第３図は従来例による成長被膜ウェハの横方
向のＸ線マイクロアナライザーによるＩｎ、Ｇａ、Ａｓ
およびＰのＸ線強度の分布図である。 １・・・・・・被成長用半導体基板、２．３，４．５・
・・・・・ダミー基板。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 （単位ｐｍ） 第２図 （を位μｍ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エピタキシャル成長用の単数または複数の半導体
   基板の周囲に密接して同種のダミー基板を設置すること
   を特徴とする有機金属気相成長方法。
2. （２）原料ガスとして複数の有機金属を同時に使用する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の有機金
   属気相成長方法。
3. （３）原料ガスとして複数の要素元素水素化物を同時に
   使用することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の有機金属気相成長方法。