JPH01262618A - ３‐５族化合物半導体の気相成長方法および気相成長装置 - Google Patents
３‐５族化合物半導体の気相成長方法および気相成長装置Info
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- JPH01262618A JPH01262618A JP9194088A JP9194088A JPH01262618A JP H01262618 A JPH01262618 A JP H01262618A JP 9194088 A JP9194088 A JP 9194088A JP 9194088 A JP9194088 A JP 9194088A JP H01262618 A JPH01262618 A JP H01262618A
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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。
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Ｉ−Ｖ族化合物半導体結晶の気相成長方法およ
び気相成長装置に関する。
び気相成長装置に関する。
（従来の技術）
■族原料として■族元素の塩化物を用い、Ｖ族原料とし
てＶ族元素の水、素化物を用いる■−ｖ族化合物半導体
の気相成長法、いわゆるハイドライド気相成長方法は１
９６０年代に開発された０本成長方法は、高温において
■族金属融液上にＨＣρガスを供給して、高温で安定な
■族金属のモノクロライドガスを生成し、上記ガスを基
板近傍でＶ族原料ガスと混合して■−ｖ族化合物半導体
結晶の気相成長を行なうものである。
てＶ族元素の水、素化物を用いる■−ｖ族化合物半導体
の気相成長法、いわゆるハイドライド気相成長方法は１
９６０年代に開発された０本成長方法は、高温において
■族金属融液上にＨＣρガスを供給して、高温で安定な
■族金属のモノクロライドガスを生成し、上記ガスを基
板近傍でＶ族原料ガスと混合して■−ｖ族化合物半導体
結晶の気相成長を行なうものである。
ハイドライド気相成長法は■族原料をガス状態で気相成
長反応管内に供給するのではなく気相成長反応管内部に
おいて■族金属ソースとＨＣρガスを反応させて原料ガ
スを発生させている。
長反応管内に供給するのではなく気相成長反応管内部に
おいて■族金属ソースとＨＣρガスを反応させて原料ガ
スを発生させている。
ここでこのソース反応は、液体と気体の接触反応に依存
するから、あまり高速化できない、さらにＨＣｌガスが
■族金属融液中に溶は込むから、原料ガスの安定的及び
停止には５〜１０分程度必要であり急峻なヘテロ界面を
必要とするデバイスには本成長手法は適用でなかった。
するから、あまり高速化できない、さらにＨＣｌガスが
■族金属融液中に溶は込むから、原料ガスの安定的及び
停止には５〜１０分程度必要であり急峻なヘテロ界面を
必要とするデバイスには本成長手法は適用でなかった。
そこで本成長手法を利用する気相成長装置としては、成
長室を２室以上有して第１の成長室で成長中に第２の成
長室で次の成長準備をしておき、第１の成長室における
結晶成長を終えてから基板結晶だけを第１の成長室から
第２の成長室に移動するという多成長室法ハイドライド
気相成長装置が現実には用いられている。
長室を２室以上有して第１の成長室で成長中に第２の成
長室で次の成長準備をしておき、第１の成長室における
結晶成長を終えてから基板結晶だけを第１の成長室から
第２の成長室に移動するという多成長室法ハイドライド
気相成長装置が現実には用いられている。
本成長装置で半導体レーザやＬＥＤ、ＡＰＤ、ＰＩＮ等
の各種デバイスが作成されており、急峻なヘテロ界面が
実現されている（碓井等 ジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス（Ｊａｎ、Ｊ、Ａｐｐ
ｌ、Ｐｈｙｓ、 ） ２４（３）Ｌ１６３（１９８５１
１） 。
の各種デバイスが作成されており、急峻なヘテロ界面が
実現されている（碓井等 ジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス（Ｊａｎ、Ｊ、Ａｐｐ
ｌ、Ｐｈｙｓ、 ） ２４（３）Ｌ１６３（１９８５１
１） 。
（発明が解決しようとする課題）
上に述べたように、ハイドライド気相成長法のうちで当
初に開発された１室成長法ではガスの切り替わりが極め
て遅く、ヘテロデバイスに用いることはできない、そこ
でこの問題を解決するために一つの反応管の中に２室以
上の室を持っている多成長室法ハイドライド装置が開発
された（（水呑等 ジャパニーズ ジャーナル オプア
プライド フィジックス（Ｊｐｎ、 Ｊ、 Ａｐｐ １
． Ｐｈｙｓ、 ）１９、（２）１１１３（１９８０）
） 、 Ｌかし多成長室法ハイドライド気相成長装置は
、反応管および加熱装置が大型になり、また基板回転機
構部の構造が複雑になるという問題点を有していた。
初に開発された１室成長法ではガスの切り替わりが極め
て遅く、ヘテロデバイスに用いることはできない、そこ
でこの問題を解決するために一つの反応管の中に２室以
上の室を持っている多成長室法ハイドライド装置が開発
された（（水呑等 ジャパニーズ ジャーナル オプア
プライド フィジックス（Ｊｐｎ、 Ｊ、 Ａｐｐ １
． Ｐｈｙｓ、 ）１９、（２）１１１３（１９８０）
） 、 Ｌかし多成長室法ハイドライド気相成長装置は
、反応管および加熱装置が大型になり、また基板回転機
構部の構造が複雑になるという問題点を有していた。
そこで、本発明の目的は、この従来技術の課題を解決し
、簡単な装置構造で急峻なヘテロ界面を形成することが
可能な■−ｖ族化合物半導体の気相成長方法および気相
成長装置を提供することにある。
、簡単な装置構造で急峻なヘテロ界面を形成することが
可能な■−ｖ族化合物半導体の気相成長方法および気相
成長装置を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
前述の課題を解決するために本発明が提供する方法は、
■族原料として■族元素の塩化物を用い、■族原料とし
て■族元素の水素化物を用い、３元または３元以上の混
晶を成長させる■−ｖ族化合物半導体の気相成長方法で
あって、前記■族原料がＩｎＣｕ及びＧａＣβ３の２種
類のガスでなり、これら２種類のガスは同時に供給する
ことを特徴とする。
■族原料として■族元素の塩化物を用い、■族原料とし
て■族元素の水素化物を用い、３元または３元以上の混
晶を成長させる■−ｖ族化合物半導体の気相成長方法で
あって、前記■族原料がＩｎＣｕ及びＧａＣβ３の２種
類のガスでなり、これら２種類のガスは同時に供給する
ことを特徴とする。
前述の課題を解決するために本発明が提供する装置は、
■族原料としてＩｎＣρ及びＧａＣβ１を用い、Ｖ族原
料としてＶ族元素の水素化物を用いて反応管内で基板上
に■−ｖ族化合物半導体を気相で成長させる装置であっ
て、前記反応管に前記ＧａＣρ１のガスを導く導入管が
Ｉｎ輸送用ＨＣＩガス及びＶ族原料ガスの導入管とは独
立であり、前記反応管内に置かれるＩｎ金属より下流に
前記ＧａＣｌ３ガス導入管の出口が位置してあることを
特徴とする。
■族原料としてＩｎＣρ及びＧａＣβ１を用い、Ｖ族原
料としてＶ族元素の水素化物を用いて反応管内で基板上
に■−ｖ族化合物半導体を気相で成長させる装置であっ
て、前記反応管に前記ＧａＣρ１のガスを導く導入管が
Ｉｎ輸送用ＨＣＩガス及びＶ族原料ガスの導入管とは独
立であり、前記反応管内に置かれるＩｎ金属より下流に
前記ＧａＣｌ３ガス導入管の出口が位置してあることを
特徴とする。
〈作用）
通常ハイドライド気相成長方法では■族原料として高温
で安定なＩ族金属のモノクロライトを用いる。この場合
の成長反応はＩｎＰの成長を例に取ると次式のように記
述される。
で安定なＩ族金属のモノクロライトを用いる。この場合
の成長反応はＩｎＰの成長を例に取ると次式のように記
述される。
４１ ｎ Ｃｊ！ ＋ Ｐ ４ ＋ ２ Ｈ２１４Ｉ
ｎ Ｐ ＋ ２１４ ＣＤここで■族原料としてＩｎＣ
ρ）を供給した場合に基板手前の高温部で Ｉ ｎ ＣＡ ｊ 十Ｈ２→Ｉ ｎ ＣＩ ＋２ ＨＣ
ρという反応が発生し、Ｉ ｎｃＪは生成されるが同時
に２倍のＨＣＪが発生してしまう、このＨＣρは成長し
たＩｎＰ層をエツチングしてしまい、現実には成長でき
ず、通常の成長温度では逆にエツチングされてしまう。
ｎ Ｐ ＋ ２１４ ＣＤここで■族原料としてＩｎＣ
ρ）を供給した場合に基板手前の高温部で Ｉ ｎ ＣＡ ｊ 十Ｈ２→Ｉ ｎ ＣＩ ＋２ ＨＣ
ρという反応が発生し、Ｉ ｎｃＪは生成されるが同時
に２倍のＨＣＪが発生してしまう、このＨＣρは成長し
たＩｎＰ層をエツチングしてしまい、現実には成長でき
ず、通常の成長温度では逆にエツチングされてしまう。
一般にハイドライド気相成長においては、気相ガス中に
ＨＣＩガスを添加すると成長速度は減少しやがて成長し
なくなり、さらに添加するとエツチング反応が進行する
。
ＨＣＩガスを添加すると成長速度は減少しやがて成長し
なくなり、さらに添加するとエツチング反応が進行する
。
ところでＨＣρの添加の効果は、温度に対する依存性が
極めて大きいことを本発明者は見出した。
極めて大きいことを本発明者は見出した。
ＩｎＰの成長においては成長温度を低温化するにしたが
ってＨＣｌのエツチング効果は弱くなり、成長温度６０
０℃程度では■族原料の２５％程度ＨＣρを添加しない
とエツチング反応は進行しない。
ってＨＣｌのエツチング効果は弱くなり、成長温度６０
０℃程度では■族原料の２５％程度ＨＣρを添加しない
とエツチング反応は進行しない。
ところでＩｎＰ基板に格子整合する１、３−帯光デバイ
スに用いられるＩｎＧａＡｓＰは固相でのＧａの割合が
全■族に対して２５％程度であり、１．５５μ■帯光デ
バイスに用いられるＩｎＧａＡｓＰは４０％程度である
。またＧａとＩｎの偏析係数の違いから気相中でのＧａ
の割合は成長温度にもよるが数％であることが多い、そ
こでＧａの原料としてＧ ａ Ｃｆｌ ｓを用いた場合
に発生するＨＣβ濃度は全■族原料ガスの十数％程度で
あり多少成長速度は低下するがエツチング反応は進行し
ないことが明らかとなった。
スに用いられるＩｎＧａＡｓＰは固相でのＧａの割合が
全■族に対して２５％程度であり、１．５５μ■帯光デ
バイスに用いられるＩｎＧａＡｓＰは４０％程度である
。またＧａとＩｎの偏析係数の違いから気相中でのＧａ
の割合は成長温度にもよるが数％であることが多い、そ
こでＧａの原料としてＧ ａ Ｃｆｌ ｓを用いた場合
に発生するＨＣβ濃度は全■族原料ガスの十数％程度で
あり多少成長速度は低下するがエツチング反応は進行し
ないことが明らかとなった。
（実施例）
以下には、本発明の一実施例として、ＧａＣρ、を用い
たハイドライド気相成長法にて、１．３−イ帯半導体レ
ーザに用いるダブルへテロ構造の結晶をｎ型１ｎＰ基板
上に成長する方法および装置について述べる。気相成長
装置の概略を第１図に示した。この気相成長装置では、
反応管１１の上流部にＩｎソース１２が設置してあり、
ガス導入部から供給されるＨＣｆＩガスによりＩｎＣｌ
を発生させ、ＩｎＰ基板１３の設置されている成長領域
にＩｎＣｌを導く、一方Ｇａ原料は、ＧａＣρＳ容器上
にキャリアＨ２を流しバイパス管１４から、ＨＣρガス
及びＶ族原料ガスとは独立にまたＩｎソース部に非接触
で、成長領域に供給される。
たハイドライド気相成長法にて、１．３−イ帯半導体レ
ーザに用いるダブルへテロ構造の結晶をｎ型１ｎＰ基板
上に成長する方法および装置について述べる。気相成長
装置の概略を第１図に示した。この気相成長装置では、
反応管１１の上流部にＩｎソース１２が設置してあり、
ガス導入部から供給されるＨＣｆＩガスによりＩｎＣｌ
を発生させ、ＩｎＰ基板１３の設置されている成長領域
にＩｎＣｌを導く、一方Ｇａ原料は、ＧａＣρＳ容器上
にキャリアＨ２を流しバイパス管１４から、ＨＣρガス
及びＶ族原料ガスとは独立にまたＩｎソース部に非接触
で、成長領域に供給される。
一方Ｖ族原料としてＡ ｓ Ｈｓ及びＰＨ，をＨ２キャ
リアと共に他のバイパス管１５から導入する。
リアと共に他のバイパス管１５から導入する。
Ｇ ａ Ｃｐ ｓ容器は蒸気圧の関係で９０℃程度に加
熱しておく、また反応管１１．を抵抗加熱炉１６で加熱
し、ソース領域は８５０℃に成長領域は６００℃に設定
しである。
熱しておく、また反応管１１．を抵抗加熱炉１６で加熱
し、ソース領域は８５０℃に成長領域は６００℃に設定
しである。
成長の手順は次の如くである０反応管１１内に基板１３
を導入後にＰＨＩ雰囲気中で反応管１１の温度を上げ、
ＨＣＪ２ガス及びｎ型ドーパントとしてＨ２Ｓ ｅを供
給してｎ型ＩｎＰクラッド層を約２１１Ｉ成長させる。
を導入後にＰＨＩ雰囲気中で反応管１１の温度を上げ、
ＨＣＪ２ガス及びｎ型ドーパントとしてＨ２Ｓ ｅを供
給してｎ型ＩｎＰクラッド層を約２１１Ｉ成長させる。
その後にＧａＣρ３及びＡ ｓ Ｈ、を同時に供給する
とともに、ＧａＣρ１及びＡ ｓ Ｈｓの供給開始と同
時にＷｉｄｅの供給を停止する。ここで約０．２１Ｊｍ
層厚のＩ ｎＧａＡｓＰ活性層を成長させて後、再びＧ
ａＣｌ３及びＡ ｓ Ｈｓの供給を同時に停止する。さ
らにここでｐ型ドーパントとしてＤＭＺ （ジメチル亜
鉛）を供給して約１１ＪＩＩのｐ型１ｎＰクラッド層を
成長させる０以上の手順によりダブルへテロ構造が形成
される。
とともに、ＧａＣρ１及びＡ ｓ Ｈｓの供給開始と同
時にＷｉｄｅの供給を停止する。ここで約０．２１Ｊｍ
層厚のＩ ｎＧａＡｓＰ活性層を成長させて後、再びＧ
ａＣｌ３及びＡ ｓ Ｈｓの供給を同時に停止する。さ
らにここでｐ型ドーパントとしてＤＭＺ （ジメチル亜
鉛）を供給して約１１ＪＩＩのｐ型１ｎＰクラッド層を
成長させる０以上の手順によりダブルへテロ構造が形成
される。
これらの一連のガス供給停止の操作はすべてエアーバル
ブによって制御され、またすべてのエアーバルブはコン
ピュータによって瞬時に切り替える。このようなエアー
バルブの自動制御によりガス供給のタイミングは０．１
秒以下の誤差で制御できる。そこで、以上に述べた実施
例の方法および装置により得られた結晶のへテロ急峻性
は極めて良好で半導体レーザに用いるダブルへテロ構造
としては十分であることがＳＩＭＳの分析の結果明かと
なった。またＧａＣρ１を用いて成長したＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層の結晶性もＸ線回折及びホトルミネッセンス測
定の結果−〇ａ金金属ＨＣＩガスを用いた通常のハイド
ライド気相成長方法によって成長したＩｎＧａＡｓＰ層
に遜色がないことが明かとなった。
ブによって制御され、またすべてのエアーバルブはコン
ピュータによって瞬時に切り替える。このようなエアー
バルブの自動制御によりガス供給のタイミングは０．１
秒以下の誤差で制御できる。そこで、以上に述べた実施
例の方法および装置により得られた結晶のへテロ急峻性
は極めて良好で半導体レーザに用いるダブルへテロ構造
としては十分であることがＳＩＭＳの分析の結果明かと
なった。またＧａＣρ１を用いて成長したＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層の結晶性もＸ線回折及びホトルミネッセンス測
定の結果−〇ａ金金属ＨＣＩガスを用いた通常のハイド
ライド気相成長方法によって成長したＩｎＧａＡｓＰ層
に遜色がないことが明かとなった。
またこの成長におけるＩｎＣｌの供給は５ ｃｃ／ｍｉ
ｎ 、 ＧａＣｊ！３は０．２ｃｃ ／１ｎと設定して
おり、従ってＭＣＩは０．４ｃｃ ／ｍｉｎ反応管内で
発生しているものと考えられる。このＨＣｐ量は■族原
料供給量に対して１０％以下であり成長速度も７００人
／ｉｉｎと通常のハイドライド成長に比べれば多少低下
しているが、実用上十分な成長速度が得られている。
ｎ 、 ＧａＣｊ！３は０．２ｃｃ ／１ｎと設定して
おり、従ってＭＣＩは０．４ｃｃ ／ｍｉｎ反応管内で
発生しているものと考えられる。このＨＣｐ量は■族原
料供給量に対して１０％以下であり成長速度も７００人
／ｉｉｎと通常のハイドライド成長に比べれば多少低下
しているが、実用上十分な成長速度が得られている。
また本気相成長装置は１．１つの成長室だけしか用いな
いから、多成長室法ハイドライド気相成長装置に比べて
構造が極めて簡単であり、また基板移動機構も必要がな
い。
いから、多成長室法ハイドライド気相成長装置に比べて
構造が極めて簡単であり、また基板移動機構も必要がな
い。
（発明の効果）
以上に述べたように■族原料として■族元素の塩化物を
用い、Ｖ族原料としてＶ族元素の水素化物を用い、前記
■族原料がＩ ｎｃｉｌ及びＧ・ａ ＣＪ ｓでなり、
これら２種類のガスを同時に反応管に供給し、３元また
は３元以上の混晶を成長させる■−Ｖ族化合物半導体の
気相成長方法（本発明の方法）は、本質的にバルブ操作
だけによって極めて急峻なヘテロ界面を形成できる成長
方法であり、成長室は１つだけしか要しないで、しかも
半導体レーザに必要な程度に十分に急峻なヘテロ界面を
形成できる０本発明の成長方法がこのように１つの成長
室しか用いないから、本発明を実施する成長装置はその
構造が極めて簡単になる。
用い、Ｖ族原料としてＶ族元素の水素化物を用い、前記
■族原料がＩ ｎｃｉｌ及びＧ・ａ ＣＪ ｓでなり、
これら２種類のガスを同時に反応管に供給し、３元また
は３元以上の混晶を成長させる■−Ｖ族化合物半導体の
気相成長方法（本発明の方法）は、本質的にバルブ操作
だけによって極めて急峻なヘテロ界面を形成できる成長
方法であり、成長室は１つだけしか要しないで、しかも
半導体レーザに必要な程度に十分に急峻なヘテロ界面を
形成できる０本発明の成長方法がこのように１つの成長
室しか用いないから、本発明を実施する成長装置はその
構造が極めて簡単になる。
第１図は本発明の方法の一実施例に用いた気相成長装置
（本発明の装置の一実施例）の該略図である。 １１・・・反応管、１２・・・Ｉｎソース、１３・・・
ＩｎＰ基板、１４・・・ＧａＣｌ３用バイパス管、１５
・・・Ｖ族原料用バイパス管、１６・・・抵抗加熱炉。
（本発明の装置の一実施例）の該略図である。 １１・・・反応管、１２・・・Ｉｎソース、１３・・・
ＩｎＰ基板、１４・・・ＧａＣｌ３用バイパス管、１５
・・・Ｖ族原料用バイパス管、１６・・・抵抗加熱炉。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、III族原料としてIII族元素の塩化物を用い、Ｖ族原
料としてＶ族元素の水素化物を用い、３元または３元以
上の混晶を成長させる III−Ｖ族化合物半導体の気相成長方法において、前記
III族原料がＩｎＣｌ及びＧａＣｌ＿３の２種類のガス
でなり、これら２種類のガスは同時に供給することを特
徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長方法。 ２、III族原料としてＩｎＣｌ及びＧａＣｌ＿３を用い
、Ｖ族原料としてＶ族元素の水素化物を用いて反応管内
で基板上にIII−Ｖ族化合物半導体を気相で成長させる
装置において、前記反応管に前記ＧａＣｌ＿３のガスを
導く導入管がＩｎ輸送用ＨＣｌガス及びＶ族原料ガスの
導入管とは独立であり、前記反応管内に置かれるＩｎ金
属より下流に前記ＧａＣｌ＿３ガス導入管の出口が位置
してあることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の気
相成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9194088A JPH01262618A (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | ３‐５族化合物半導体の気相成長方法および気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9194088A JPH01262618A (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | ３‐５族化合物半導体の気相成長方法および気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01262618A true JPH01262618A (ja) | 1989-10-19 |
Family
ID=14040589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9194088A Pending JPH01262618A (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | ３‐５族化合物半導体の気相成長方法および気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01262618A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206283A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ |
-
1988
- 1988-04-14 JP JP9194088A patent/JPH01262618A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206283A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ |
| JP4572942B2 (ja) * | 2008-02-27 | 2010-11-04 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ |
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