JPH02260417A - 半導体薄膜の結晶成長方法及びその装置 - Google Patents
半導体薄膜の結晶成長方法及びその装置Info
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- JPH02260417A JPH02260417A JP1080482A JP8048289A JPH02260417A JP H02260417 A JPH02260417 A JP H02260417A JP 1080482 A JP1080482 A JP 1080482A JP 8048289 A JP8048289 A JP 8048289A JP H02260417 A JPH02260417 A JP H02260417A
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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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〕
本発明は半導体薄膜の結晶成長方法及びその装置に関し
、特に有機金属熱分解法を用いる半導体薄膜の結晶成長
方法及びそれに用いられる結晶成長装置に関するもので
ある。
、特に有機金属熱分解法を用いる半導体薄膜の結晶成長
方法及びそれに用いられる結晶成長装置に関するもので
ある。
第８図は従来の有機金属熱分解法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇ
ａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ；以下、ＭＯＣＶＤ法と略す）に用いられる
装置の反応管近傍の概略を示す図であり、図において、
１は原料ガス導入口、２は原料ガス導入口１下部に設け
られた石英製の反応管、３は反応管２下部に設けられた
排ガス出口、４は高周波加熱用のコイル、５はカーボン
製ウェハサセプタ、６はウェハである。
ａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ；以下、ＭＯＣＶＤ法と略す）に用いられる
装置の反応管近傍の概略を示す図であり、図において、
１は原料ガス導入口、２は原料ガス導入口１下部に設け
られた石英製の反応管、３は反応管２下部に設けられた
排ガス出口、４は高周波加熱用のコイル、５はカーボン
製ウェハサセプタ、６はウェハである。
次に第８図に示すような従来の装置を用いて八〇 〇
ａ Ａ ｓエピタキシャル層を成長する方法について述
べる。ＡｆＧａＡｓ層をエビ成長する場合、−ｉ的には
基板にＣｒａＡｓ基板を用い、母体原料材料としてはト
リメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡｆ）、アルシン（ＡｓＨｚ）を使用する。ド
ーピング原料としては種々のものがあるが、一般に広く
用いられるものは、ドナー材料としてはセレン化水素（
Ｈ，Ｓｅ）、アクセプタ材料としてはジメチルジンク（
ＤＭＺｎ）もしくはジエチルジンク（ＤＥＺｎ）である
。これらの材料をキャリアガスである水素（Ｈ７）とと
もに材料ガス導入口１より反応管２内に導入する。反応
管２内に導入された原料ガスは、高周波加熱用コイル４
により誘導加熱されたウェハサセプタ５上に設置された
ＧａＡｓ基板６上もしくはそれに近い場所により熱分解
され、単純には以下の反応式によりＡ Ｑ Ｃｒ ａ
Ａ ｓエビ層をＧａＡｓ基板６上にエピタキシャル成長
せしめる。
ａ Ａ ｓエピタキシャル層を成長する方法について述
べる。ＡｆＧａＡｓ層をエビ成長する場合、−ｉ的には
基板にＣｒａＡｓ基板を用い、母体原料材料としてはト
リメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡｆ）、アルシン（ＡｓＨｚ）を使用する。ド
ーピング原料としては種々のものがあるが、一般に広く
用いられるものは、ドナー材料としてはセレン化水素（
Ｈ，Ｓｅ）、アクセプタ材料としてはジメチルジンク（
ＤＭＺｎ）もしくはジエチルジンク（ＤＥＺｎ）である
。これらの材料をキャリアガスである水素（Ｈ７）とと
もに材料ガス導入口１より反応管２内に導入する。反応
管２内に導入された原料ガスは、高周波加熱用コイル４
により誘導加熱されたウェハサセプタ５上に設置された
ＧａＡｓ基板６上もしくはそれに近い場所により熱分解
され、単純には以下の反応式によりＡ Ｑ Ｃｒ ａ
Ａ ｓエビ層をＧａＡｓ基板６上にエピタキシャル成長
せしめる。
ｘＴＭＡＰ、＋ （１−ｘ）ＴＭＧａ＋ＡｓＨｘ→Ａｆ
ｆｉｘ Ｃａｔ−ｘ ＡＳ＋ＣＨ４ｔなわち、原料ガス
の組成比を制御することによりエビ層の組成比を制御す
ることができる。原料ガス中にドーパント原料を混入さ
せることによりエビ層の導電型及びそのキャリア濃度を
制御することができる。上に述べたドーピング原料、つ
まりＨｔ Ｓ ｅ 、 Ｄ Ｍ Ｚ ｎ 、 Ｄ Ｅ
Ｚ ｎ等は通常のＭ ０ＣＶＤ法によるエビ成長温度（
６００〜７５０″Ｃ）においてはその熱分解速度は極め
て大きいために、ドープされたエビ層のキャリア濃度は
輸送律速により規定される。すなわち、原料ガス中のド
ーパント原料ガスの流量によりキャリア濃度を制御でき
る。その上限値はほぼエビ層固相中のドーバント固溶度
により規定される。
ｆｉｘ Ｃａｔ−ｘ ＡＳ＋ＣＨ４ｔなわち、原料ガス
の組成比を制御することによりエビ層の組成比を制御す
ることができる。原料ガス中にドーパント原料を混入さ
せることによりエビ層の導電型及びそのキャリア濃度を
制御することができる。上に述べたドーピング原料、つ
まりＨｔ Ｓ ｅ 、 Ｄ Ｍ Ｚ ｎ 、 Ｄ Ｅ
Ｚ ｎ等は通常のＭ ０ＣＶＤ法によるエビ成長温度（
６００〜７５０″Ｃ）においてはその熱分解速度は極め
て大きいために、ドープされたエビ層のキャリア濃度は
輸送律速により規定される。すなわち、原料ガス中のド
ーパント原料ガスの流量によりキャリア濃度を制御でき
る。その上限値はほぼエビ層固相中のドーバント固溶度
により規定される。
このような装置を使用してＨ，Ｓｅをｎ型のドーパント
として用い、ｎ型（以下、ｎ−と略す）Ａ２ＩＩＧａｌ
−１ｌＡｓ工ビ層を成長し、ソノ上ニアンドープもしく
はｐ型（以下、ｐ−と略す）のＡ１、Ｇａ１−、Ａｓエ
ビ層を成長する場合には、第９図に示すようにｎ Ａ
ｊ！ ｚ Ｇ ａ １−１１ Ａ ｓエビ層の成長が
終了したところでＨ，Ｓｅを反応管内に導入することを
停止する。エビ層中へのＳｅのドーピングがこの段階で
完全に終了するのが理想であるが、実際には反応管内壁
や配管内壁に付着したＨ、Ｓｅが徐々にドーピングされ
るために、キャリア濃度プロファイルは第９図に示すよ
うになる。このような現象は）１．ｓｅの“メモリ効果
”と呼ばれている。
として用い、ｎ型（以下、ｎ−と略す）Ａ２ＩＩＧａｌ
−１ｌＡｓ工ビ層を成長し、ソノ上ニアンドープもしく
はｐ型（以下、ｐ−と略す）のＡ１、Ｇａ１−、Ａｓエ
ビ層を成長する場合には、第９図に示すようにｎ Ａ
ｊ！ ｚ Ｇ ａ １−１１ Ａ ｓエビ層の成長が
終了したところでＨ，Ｓｅを反応管内に導入することを
停止する。エビ層中へのＳｅのドーピングがこの段階で
完全に終了するのが理想であるが、実際には反応管内壁
や配管内壁に付着したＨ、Ｓｅが徐々にドーピングされ
るために、キャリア濃度プロファイルは第９図に示すよ
うになる。このような現象は）１．ｓｅの“メモリ効果
”と呼ばれている。
また、このようなｎ型のドーパントとして一般的である
Ｈ、Ｓｅを用いて例えば、第１０図に示すようなレーザ
用ダブルへテロ（以下、ＤＨと略す）ウェハを製造する
場合を考える。同図において、１０はｎ−ＧａＡｓ基板
、１１はｎ−ＧａＡｓ１＆ｌｌ１１０上に設けられたｎ
−Ａｊ！、 Ｇａｐ−、ＡＳ第１クラッド層、１２はｎ
−Ａｊ！ｘ Ｇａｔ−、ＡＳ第１クラッド層１１上に設
けられたｐ型の（以下、ｐ−と略す）／ｌ、Ｇａｐ−ｙ
Ａｓ活性層、１３はｐ−Ａｎ！、Ｇａｐ−、Ａｓ活性
層１２上に設けられたｐ Ａｌｘ Ｇａｐ−ｘ Ａｓ
第２クラッド層、１４はｐ−Ａｊ！、Ｇａｐ−ｘ Ａｓ
第２クラッド層１３上に設けられたｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層、１５はｎ Ａ ｊ！ ＊ Ｇ ａ ｌ−ｗ
Ａ ｓ第１クラッド層１１とｐ Ａ ｆｆ１ｙ Ｇ
ａ ＋−ｙ Ａ ｓ活性層１２との間に形成されるｐｎ
接合である０例えば本装置をＣＤ用レーザとして使用す
る場合、それぞれｎ−Ａｌ、ＩＧ ａ ＊−＊ Ａ ｓ
第１クラッド層１１はｘ＝ｏ、５で層厚が〜２．５Ｂｍ
Ｓｐ−Ａｌ、Ｇａ＋−ｙ Ａｓ活性層１２はｙ−０，１
５ｉ’層厚が〜８ｏｏ人、ｐ−Ａｌｗ Ｇａｐ−ｘ Ａ
ｓ第２クラッド層１３はＸ−〇、５で層厚が〜１．２μ
ｍ、そしてｐ−ＧａＡＳコンタクト層１４の層厚は〜０
．５μｍ程度に設定される。
Ｈ、Ｓｅを用いて例えば、第１０図に示すようなレーザ
用ダブルへテロ（以下、ＤＨと略す）ウェハを製造する
場合を考える。同図において、１０はｎ−ＧａＡｓ基板
、１１はｎ−ＧａＡｓ１＆ｌｌ１１０上に設けられたｎ
−Ａｊ！、 Ｇａｐ−、ＡＳ第１クラッド層、１２はｎ
−Ａｊ！ｘ Ｇａｔ−、ＡＳ第１クラッド層１１上に設
けられたｐ型の（以下、ｐ−と略す）／ｌ、Ｇａｐ−ｙ
Ａｓ活性層、１３はｐ−Ａｎ！、Ｇａｐ−、Ａｓ活性
層１２上に設けられたｐ Ａｌｘ Ｇａｐ−ｘ Ａｓ
第２クラッド層、１４はｐ−Ａｊ！、Ｇａｐ−ｘ Ａｓ
第２クラッド層１３上に設けられたｐ−ＧａＡｓコンタ
クト層、１５はｎ Ａ ｊ！ ＊ Ｇ ａ ｌ−ｗ
Ａ ｓ第１クラッド層１１とｐ Ａ ｆｆ１ｙ Ｇ
ａ ＋−ｙ Ａ ｓ活性層１２との間に形成されるｐｎ
接合である０例えば本装置をＣＤ用レーザとして使用す
る場合、それぞれｎ−Ａｌ、ＩＧ ａ ＊−＊ Ａ ｓ
第１クラッド層１１はｘ＝ｏ、５で層厚が〜２．５Ｂｍ
Ｓｐ−Ａｌ、Ｇａ＋−ｙ Ａｓ活性層１２はｙ−０，１
５ｉ’層厚が〜８ｏｏ人、ｐ−Ａｌｗ Ｇａｐ−ｘ Ａ
ｓ第２クラッド層１３はＸ−〇、５で層厚が〜１．２μ
ｍ、そしてｐ−ＧａＡＳコンタクト層１４の層厚は〜０
．５μｍ程度に設定される。
同図に示すＤＨウェハを得るために、従来より上述の半
導体薄膜結晶成長装置を用いて行われてきたＭＯＣＶＤ
法の成長プログラムを第１１図に示す。すなわち、ｎ−
Ａｊ！、Ｇａ、−、Ａｓ第１クラッド層１１の成長が終
了した時点で１（、Ｓｅの導入を停止し、ＤＭＺｎの導
入を開始するものである。このような成長プログラムを
使用すると、前述のＨ，Ｓｅのメモリ効果によって第１
４図に示すようにｐｎ接合１５”が予定した位置よりｐ
−／Ｍ！、Ｇａ、−ｘＡｓ第２クラッド層１３側にずれ
込むことが応々にして生じる。そしてｐｎ接合位置のズ
レの巾は装置の状態、具体的には反応管内壁や配管内壁
状態により変化する。
導体薄膜結晶成長装置を用いて行われてきたＭＯＣＶＤ
法の成長プログラムを第１１図に示す。すなわち、ｎ−
Ａｊ！、Ｇａ、−、Ａｓ第１クラッド層１１の成長が終
了した時点で１（、Ｓｅの導入を停止し、ＤＭＺｎの導
入を開始するものである。このような成長プログラムを
使用すると、前述のＨ，Ｓｅのメモリ効果によって第１
４図に示すようにｐｎ接合１５”が予定した位置よりｐ
−／Ｍ！、Ｇａ、−ｘＡｓ第２クラッド層１３側にずれ
込むことが応々にして生じる。そしてｐｎ接合位置のズ
レの巾は装置の状態、具体的には反応管内壁や配管内壁
状態により変化する。
また、このようなｐｎ接合の第２クラッド層１３側のず
れを防止するために、第１４図（ａ）に示すように予め
ＨｚＳｅの流出を設計のｐｎ接合位置の手前で停止し、
第１４図（ロ）に示すようにＨ，Ｓｅのメモリ効果によ
って設計したｐｎ接合位置でＳｅのドーピングを終了さ
せる方法も考えられるが、この方法では、その後の熱処
理の工程により高温になった場合、第１４図（Ｃ）に示
すようにｐ −Ａｊ！ｙ Ｇａｐ−ｙ Ａｓ活性層１２
を形成するｐ型のドーパントであるＺｎが、その下のｎ
−Ａｎ、Ｇａ、、Ａｓ第１クラッド層１１にまで拡散し
、実際のｐｎ接合位置が第１クラッド層１１側にずれ込
むことが生じる。特にＺｎは通常のドーパントに比し急
峻なプロファイルで拡散するのでｐｎ接合位置の制御が
困難である。一般にＣＤ用のレーザの場合、活性層１２
の層厚は５００〜１０００人程度とかなり薄く設定され
ているので、このような）１．Ｓｅのメモリ効果により
ｐｎ接合位置が設計位置より少しでもずれる（リモート
ジャンクシランと称する）と、レーザの特性は極めて悪
化する。
れを防止するために、第１４図（ａ）に示すように予め
ＨｚＳｅの流出を設計のｐｎ接合位置の手前で停止し、
第１４図（ロ）に示すようにＨ，Ｓｅのメモリ効果によ
って設計したｐｎ接合位置でＳｅのドーピングを終了さ
せる方法も考えられるが、この方法では、その後の熱処
理の工程により高温になった場合、第１４図（Ｃ）に示
すようにｐ −Ａｊ！ｙ Ｇａｐ−ｙ Ａｓ活性層１２
を形成するｐ型のドーパントであるＺｎが、その下のｎ
−Ａｎ、Ｇａ、、Ａｓ第１クラッド層１１にまで拡散し
、実際のｐｎ接合位置が第１クラッド層１１側にずれ込
むことが生じる。特にＺｎは通常のドーパントに比し急
峻なプロファイルで拡散するのでｐｎ接合位置の制御が
困難である。一般にＣＤ用のレーザの場合、活性層１２
の層厚は５００〜１０００人程度とかなり薄く設定され
ているので、このような）１．Ｓｅのメモリ効果により
ｐｎ接合位置が設計位置より少しでもずれる（リモート
ジャンクシランと称する）と、レーザの特性は極めて悪
化する。
そこで、以上のようなＨｔＳｅのメモリ効果によるリモ
ートジャンクシランの発生を防止するため従来とられて
いた手段の１つとしてメモリ効果の小さいドーパント原
料を用いてドーピングを行う手法がある。このためのド
ーパント原料としては５ｔ）１．が知られている。しか
し第１３図に示すように、ＳｉＨ，はＭＯＣＶＤ法によ
る通常のエビ成長温度（６００〜７５０″Ｃ）において
はドーピング効率が低いという欠点がある。これはＳｔ
Ｈ，のドーピング効率が主にＳｉＨ４の熱分解速度に律
速されるためである。半導体レーザにおいては１ ｘ
１０” 〜１ ｘ １０”ｃｍ−’に到る程度の高濃度
ドーピングが必要であるため、ＳｉＨ４をドーパント原
料として半導体レーザ用エビ層をＭＯＣＶＤ成長にてエ
ビ成長することは困難であった。
ートジャンクシランの発生を防止するため従来とられて
いた手段の１つとしてメモリ効果の小さいドーパント原
料を用いてドーピングを行う手法がある。このためのド
ーパント原料としては５ｔ）１．が知られている。しか
し第１３図に示すように、ＳｉＨ，はＭＯＣＶＤ法によ
る通常のエビ成長温度（６００〜７５０″Ｃ）において
はドーピング効率が低いという欠点がある。これはＳｔ
Ｈ，のドーピング効率が主にＳｉＨ４の熱分解速度に律
速されるためである。半導体レーザにおいては１ ｘ
１０” 〜１ ｘ １０”ｃｍ−’に到る程度の高濃度
ドーピングが必要であるため、ＳｉＨ４をドーパント原
料として半導体レーザ用エビ層をＭＯＣＶＤ成長にてエ
ビ成長することは困難であった。
従来のＭＯＣＶＤ法による半導体薄膜の結晶成長方法及
びその装置は以上のように構成されており、上述の問題
点をまとめると以下の如くになる。
びその装置は以上のように構成されており、上述の問題
点をまとめると以下の如くになる。
■ドーパントとして一般に用いられるＨ、Ｓｅ等の材料
を用いると、メモリー効果のためにドーパント材料の反
応管への供給を停止してもエビ層中へのドーピングがす
ぐには停止しないため急峻なドーピングプロファイルを
得ることができない。
を用いると、メモリー効果のためにドーパント材料の反
応管への供給を停止してもエビ層中へのドーピングがす
ぐには停止しないため急峻なドーピングプロファイルを
得ることができない。
また、以上のことより容易に類推できることであるが、
ｐｎ接合の位置を正確に制御することは困難である。
ｐｎ接合の位置を正確に制御することは困難である。
■ドーパント材料としてメモリー効果が少ない５ＩＨ４
を用いる場合、ドーピング効率がドーパントの熱分解律
速で規定されるために、実用的な結晶成長温度では高濃
度のドーピングが困難である。
を用いる場合、ドーピング効率がドーパントの熱分解律
速で規定されるために、実用的な結晶成長温度では高濃
度のドーピングが困難である。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、例えばＳ ｉ Ｈ４等のメモリ効果の少ない
ドーピング原料を用いて高濃度のドーピングが可能であ
るとともに、急峻なドーピングプロファイルを得ること
のできるＭＯＣＶＤ法による半導体薄膜の結晶成長方法
、及びそれを容易に実現するための結晶成長装置を得る
ことを目的とする。
たもので、例えばＳ ｉ Ｈ４等のメモリ効果の少ない
ドーピング原料を用いて高濃度のドーピングが可能であ
るとともに、急峻なドーピングプロファイルを得ること
のできるＭＯＣＶＤ法による半導体薄膜の結晶成長方法
、及びそれを容易に実現するための結晶成長装置を得る
ことを目的とする。
この発明に係る第１の半導体薄膜の結晶成長方法は、Ｍ
ＯＣＶＤ法において分解律速によりキャリア濃度が規定
されるドーパントを用いてドーピングを行う際に、ドー
パントが成長用基板もしくは成長用基板上に形成される
遷移層に到達する前に紫外光をドーパントのみに選択的
に照射することによりそのドーパントのみ成長用基板も
しくは遷移層において分解する速度を大きくしたもので
ある。
ＯＣＶＤ法において分解律速によりキャリア濃度が規定
されるドーパントを用いてドーピングを行う際に、ドー
パントが成長用基板もしくは成長用基板上に形成される
遷移層に到達する前に紫外光をドーパントのみに選択的
に照射することによりそのドーパントのみ成長用基板も
しくは遷移層において分解する速度を大きくしたもので
ある。
また、この発明に係る第２の半導体薄膜の結晶成長方法
は、ＭＯＣＶＤ法において分解律速によってキャリア濃
度が規定されるドーパントを用いてドーピングを行う際
にドーパントが成長用基板もしくは成長用基板上に形成
される遷移層に到達する前に紫外光をドーパントのみに
選択的に照射することによりそのドーパントのみが成長
用基板上もしく（よ遷移層において分解する速度を高め
られる半導体薄膜の結晶成長方法において、ドーパント
の流量を変更することなく、そのドーパントのみに選択
的に照射される紫外光の光強度を制御することによりキ
ャリア濃度を制御するようにしたものである。
は、ＭＯＣＶＤ法において分解律速によってキャリア濃
度が規定されるドーパントを用いてドーピングを行う際
にドーパントが成長用基板もしくは成長用基板上に形成
される遷移層に到達する前に紫外光をドーパントのみに
選択的に照射することによりそのドーパントのみが成長
用基板上もしく（よ遷移層において分解する速度を高め
られる半導体薄膜の結晶成長方法において、ドーパント
の流量を変更することなく、そのドーパントのみに選択
的に照射される紫外光の光強度を制御することによりキ
ャリア濃度を制御するようにしたものである。
また、この発明に係る第３の半導体薄膜の結晶成長方法
は、ＭＯＣＶＤ法においてドーピングを行う際にドーパ
ントが成長用基板もしくは成長用基板上に形成される遷
移層に到達する前に紫外光をドーパントのみに選択的に
照射することによりそのドーパントのみが成長用基板上
もしくは遷移層において分解する速度を高められる半導
体薄膜の結晶成長方法において、ドーパントの流量を変
更することなく、そのドーパントのみに選択的に照射さ
れる紫外光をピーク強度一定のパルス光とし、かつパル
ス巾及びパルスの周波数を制御することによりキャリア
濃度を制御するようにしたものである。
は、ＭＯＣＶＤ法においてドーピングを行う際にドーパ
ントが成長用基板もしくは成長用基板上に形成される遷
移層に到達する前に紫外光をドーパントのみに選択的に
照射することによりそのドーパントのみが成長用基板上
もしくは遷移層において分解する速度を高められる半導
体薄膜の結晶成長方法において、ドーパントの流量を変
更することなく、そのドーパントのみに選択的に照射さ
れる紫外光をピーク強度一定のパルス光とし、かつパル
ス巾及びパルスの周波数を制御することによりキャリア
濃度を制御するようにしたものである。
また、この発明に係る第４の半導体薄膜の結晶成長方法
はＭＯＣＶＤ法によりｐｎ接合を含む多層半導体薄膜を
結晶成長する際に少なくともｎ側においてｐｎ接合より
離れた位置でのドーピングはキャリア濃度が輸送律速に
より規定されるドーパントにより行い、ｐｎ接合近傍で
のドーピングはキャリア濃度が分解律速により規定され
るドーパントを用い、かつ該ドーパントが成長用基板も
しくは成長用基板上に形成される遷移層に到達する前に
紫外光をドーパントのみに選択的に照射するようにした
ものである。
はＭＯＣＶＤ法によりｐｎ接合を含む多層半導体薄膜を
結晶成長する際に少なくともｎ側においてｐｎ接合より
離れた位置でのドーピングはキャリア濃度が輸送律速に
より規定されるドーパントにより行い、ｐｎ接合近傍で
のドーピングはキャリア濃度が分解律速により規定され
るドーパントを用い、かつ該ドーパントが成長用基板も
しくは成長用基板上に形成される遷移層に到達する前に
紫外光をドーパントのみに選択的に照射するようにした
ものである。
また、この発明に係る半導体薄膜の結晶成長装置は、ア
ルキル基もしくは水素化物により構成される母体材料原
料及びキャリア濃度が輸送律速により規定されるドーパ
ント材料及び水素等のキャリアガスを反応管内に導入す
るガス導入口の他に、キャリア濃度が分解律速により規
定されるドーパント材料を反応管内に導入するガス導入
口として石英等の紫外光に対して透明な材料でチューブ
状に形成され、紫外光がチューブを構成する透明材料内
に閉じ込められて伝搬するように構成され、かつそのチ
ューブの途中に単数もしくは複数のくぼみ、もしくは凸
部、もしくは屈折律の異なった場所を設けて紫外光がそ
の場所においてチューブ内側に浸み出すように構成され
たガス導入口を有するものである。
ルキル基もしくは水素化物により構成される母体材料原
料及びキャリア濃度が輸送律速により規定されるドーパ
ント材料及び水素等のキャリアガスを反応管内に導入す
るガス導入口の他に、キャリア濃度が分解律速により規
定されるドーパント材料を反応管内に導入するガス導入
口として石英等の紫外光に対して透明な材料でチューブ
状に形成され、紫外光がチューブを構成する透明材料内
に閉じ込められて伝搬するように構成され、かつそのチ
ューブの途中に単数もしくは複数のくぼみ、もしくは凸
部、もしくは屈折律の異なった場所を設けて紫外光がそ
の場所においてチューブ内側に浸み出すように構成され
たガス導入口を有するものである。
この発明に係る第１の半導体薄膜の結晶成長方法におけ
る分解律速によりキャリア濃度が規定されるドーパント
のみに成長用基板もしくは基板上に形成される遷移層に
到達する前に紫外光を照射する方法は、このドーパント
のみ成長用基板もしくは遷移層における熱分解速度を大
きくして高濃度のドーピングを可能とする。
る分解律速によりキャリア濃度が規定されるドーパント
のみに成長用基板もしくは基板上に形成される遷移層に
到達する前に紫外光を照射する方法は、このドーパント
のみ成長用基板もしくは遷移層における熱分解速度を大
きくして高濃度のドーピングを可能とする。
また、この発明に係る第２の半導体薄膜の結晶成長方法
における分解律速によりキャリア濃度が規定されるドー
パントのみに成長用基板もしくは基板上に形成される遷
移層に到達する前に照射する紫外光の光強度を制御する
方法は、光濃度を大きくすることにより高濃度のドーピ
ングが行えるとともに光強度の大小の切り換えによって
急峻なドーピングプロファイルを実現する。
における分解律速によりキャリア濃度が規定されるドー
パントのみに成長用基板もしくは基板上に形成される遷
移層に到達する前に照射する紫外光の光強度を制御する
方法は、光濃度を大きくすることにより高濃度のドーピ
ングが行えるとともに光強度の大小の切り換えによって
急峻なドーピングプロファイルを実現する。
また、この発明に係る第３の半導体薄膜の結晶成長方法
における分解律速によりキャリア濃度が規定されるドー
パントのみに成長用基板もしくは基板上に形成される遷
移層に到達する前に照射する紫外光を強度一定のパルス
光とし、そのパルス巾及び周波数を制御する方法は、パ
ルス光が照射されている時には高濃度のドーピングが可
能であり、非照射時には低濃度ドーピングとなるため、
急峻なドーピングプロファイルを得ることができる。ま
た、パルス周波数をガスの分解速度に比べて充分に速く
することにより、パルスのデエーティを変更することに
より、ドーピングプロファイルを制御できる。
における分解律速によりキャリア濃度が規定されるドー
パントのみに成長用基板もしくは基板上に形成される遷
移層に到達する前に照射する紫外光を強度一定のパルス
光とし、そのパルス巾及び周波数を制御する方法は、パ
ルス光が照射されている時には高濃度のドーピングが可
能であり、非照射時には低濃度ドーピングとなるため、
急峻なドーピングプロファイルを得ることができる。ま
た、パルス周波数をガスの分解速度に比べて充分に速く
することにより、パルスのデエーティを変更することに
より、ドーピングプロファイルを制御できる。
また、この発明に係る第４の半導体薄膜の結晶成長方法
における少なくともｎ側においてｐｎ接合より離れた位
置でのドーピングはキャリア濃度が輸送律速で規定され
るドーパントにより行い、ｐ ｎ接合近傍でのドーピン
グはキャリア濃度が分解律速により規定されるドーパン
トを用い、かつ該ドーパントが成長用基板もしくは成長
用基板上に形成される遷移層に到達する前に、紫外光を
ドーパントのみに選択的に照射する方法では、ｐｎ接合
近傍を除いては光学特性に優れたドーパントを用いてド
ーピングが行われ、かつｐｎ接合近傍では急峻なドーピ
ングプロファイルをもつドーパントでドーピングが行わ
れるために、光学特性に優れ、リモートジャンクション
の生じない半導体多層薄膜を得ることができる。
における少なくともｎ側においてｐｎ接合より離れた位
置でのドーピングはキャリア濃度が輸送律速で規定され
るドーパントにより行い、ｐ ｎ接合近傍でのドーピン
グはキャリア濃度が分解律速により規定されるドーパン
トを用い、かつ該ドーパントが成長用基板もしくは成長
用基板上に形成される遷移層に到達する前に、紫外光を
ドーパントのみに選択的に照射する方法では、ｐｎ接合
近傍を除いては光学特性に優れたドーパントを用いてド
ーピングが行われ、かつｐｎ接合近傍では急峻なドーピ
ングプロファイルをもつドーパントでドーピングが行わ
れるために、光学特性に優れ、リモートジャンクション
の生じない半導体多層薄膜を得ることができる。
また、この発明に係る半導体薄膜の結晶成長装置は、キ
ャリア濃度が分解律速により規定されるドーパント材料
を反応管内に導入するガス導入口として、石英等の紫外
光に対して透明な材料でチューブ状に形成され、紫外光
がチューブを構成する透明材料内に閉じ込められて伝搬
するように構成され、かつそのチューブの途中に単数も
しくは複数のくぼみもしくは凸部もしくは屈折律の異な
った場所を設けて紫外光がその場所においてチュプ内側
に浸み出すように構成されたものを使用するようにした
ので、キャリア濃度が分解律速により規定されるドーパ
ント材料のみにそのガスが成長基板上もしくは基板上に
形成される遷移層に到達する前に選択的に紫外光を照射
することができる。
ャリア濃度が分解律速により規定されるドーパント材料
を反応管内に導入するガス導入口として、石英等の紫外
光に対して透明な材料でチューブ状に形成され、紫外光
がチューブを構成する透明材料内に閉じ込められて伝搬
するように構成され、かつそのチューブの途中に単数も
しくは複数のくぼみもしくは凸部もしくは屈折律の異な
った場所を設けて紫外光がその場所においてチュプ内側
に浸み出すように構成されたものを使用するようにした
ので、キャリア濃度が分解律速により規定されるドーパ
ント材料のみにそのガスが成長基板上もしくは基板上に
形成される遷移層に到達する前に選択的に紫外光を照射
することができる。
以下、この発明に係る第１の半導体薄膜の結晶成長方法
について説明する。ここではＧａＡｓ基板上にＡｆｆｉ
ＣａＡｓ層をエビ成長する場合について述べる。母体原
材料としては従来方法と同じく、ＴＭＧａ、ＴＭＡｆ、
Ａｓ Ｈｓを用いる。キャリア濃度が分解律速により規
定されるドーパントとしてはＳｉｎ、を用いる。ＳｉＨ
，は前述の如く、メモリ効果が従来−船釣に用いられて
いたＨｚＳｅに比べて小さいために急峻なキャリアプロ
ファイルを得ることができる。しかし、従来方法でのド
ーピングにおいてはドーピング効率が低く、高濃度のド
ーピングは困難であった。これはＳｉＨ４によるドーピ
ングが主として５ｉＨａの熱分解速度に律速されるため
である。この発明に係る第１の半導体薄膜の結晶成長方
法は、５ｉＨａの分解速度を大きくする手段としてＳｉ
Ｈ，に紫外光を照射する０例えばエキシマレーザの１９
３ ｎｍ光をＳｉＨ，に照射すると、ＳｉＨ４は励起さ
れて４００°Ｃ程度の低温でも充分に速い分解速度を持
つようになる。従って、通常のＭＯＣＶＤ法による成長
温度である６００〜７５０℃においては紫外光が照射さ
れるＳｉＨ４は充分に速い熱分解速度を持つようになり
、ＳｉＨ４の供給量を増やすことによりＩ Ｘ １０
”ｃ＋ｗ＋−’以上の高濃度ドーピングが可能となる。
について説明する。ここではＧａＡｓ基板上にＡｆｆｉ
ＣａＡｓ層をエビ成長する場合について述べる。母体原
材料としては従来方法と同じく、ＴＭＧａ、ＴＭＡｆ、
Ａｓ Ｈｓを用いる。キャリア濃度が分解律速により規
定されるドーパントとしてはＳｉｎ、を用いる。ＳｉＨ
，は前述の如く、メモリ効果が従来−船釣に用いられて
いたＨｚＳｅに比べて小さいために急峻なキャリアプロ
ファイルを得ることができる。しかし、従来方法でのド
ーピングにおいてはドーピング効率が低く、高濃度のド
ーピングは困難であった。これはＳｉＨ４によるドーピ
ングが主として５ｉＨａの熱分解速度に律速されるため
である。この発明に係る第１の半導体薄膜の結晶成長方
法は、５ｉＨａの分解速度を大きくする手段としてＳｉ
Ｈ，に紫外光を照射する０例えばエキシマレーザの１９
３ ｎｍ光をＳｉＨ，に照射すると、ＳｉＨ４は励起さ
れて４００°Ｃ程度の低温でも充分に速い分解速度を持
つようになる。従って、通常のＭＯＣＶＤ法による成長
温度である６００〜７５０℃においては紫外光が照射さ
れるＳｉＨ４は充分に速い熱分解速度を持つようになり
、ＳｉＨ４の供給量を増やすことによりＩ Ｘ １０
”ｃ＋ｗ＋−’以上の高濃度ドーピングが可能となる。
第１図はこのような効果を明確にするために、同一のド
ーピングガス流量の５ｉＨａに紫外光を照射した時と照
射しない時のキャリア濃度の違いを表したものである。
ーピングガス流量の５ｉＨａに紫外光を照射した時と照
射しない時のキャリア濃度の違いを表したものである。
また、本結晶成長方法においてはドーピング原料のＳｉ
Ｈ４のみに選択的に紫外光を照射するようにしたので、
これにより、ＴＭＧｅ、ＴＭＡｆｆｉ、Ａｓ Ｈ３等の
母体材料が紫外光により励起されることがなく、従って
、母体原料に紫外光が照射された場合に生じる分解速度
の変化による組成比や結晶成長速度の変動を避けること
ができる。
Ｈ４のみに選択的に紫外光を照射するようにしたので、
これにより、ＴＭＧｅ、ＴＭＡｆｆｉ、Ａｓ Ｈ３等の
母体材料が紫外光により励起されることがなく、従って
、母体原料に紫外光が照射された場合に生じる分解速度
の変化による組成比や結晶成長速度の変動を避けること
ができる。
また、本方法により、第１０図に示す半導体レーザ用の
ＤＨウェハを製造する場合について述べる。このときの
成長プログラムを第２図に示す。
ＤＨウェハを製造する場合について述べる。このときの
成長プログラムを第２図に示す。
即ち、ｎ−ＧａＡｓ基板１０上にｎ−Ａｊ２ＸＧａ１−
ＩＡＳ第１クラッド層１１の成長に際してはドーパント
としてＳｉＨ４を用い、高濃度ドーピングを実現するた
めにＳｉＨ，のみに選択的に紫外光を照射し、第１クラ
ッド層１１の成長終了時点で紫外光の照射及びＳｔＨ，
の導入を停止するものである。この方法により製造され
たＤＨウェハにおいては５ｉＦ（、のメモリ効果が小さ
いためにｐｎ接合が予定した位置より第２クラッド層１
３側にずれることがなく、また紫外光照射によりＳｉＨ
４の分解速度を充分大きくできるため、レーザ用ＤＨ結
晶に必要なＩ Ｘ １０ ”ｃｍ−”程度の高ドープが
実現されるようになる。
ＩＡＳ第１クラッド層１１の成長に際してはドーパント
としてＳｉＨ４を用い、高濃度ドーピングを実現するた
めにＳｉＨ，のみに選択的に紫外光を照射し、第１クラ
ッド層１１の成長終了時点で紫外光の照射及びＳｔＨ，
の導入を停止するものである。この方法により製造され
たＤＨウェハにおいては５ｉＦ（、のメモリ効果が小さ
いためにｐｎ接合が予定した位置より第２クラッド層１
３側にずれることがなく、また紫外光照射によりＳｉＨ
４の分解速度を充分大きくできるため、レーザ用ＤＨ結
晶に必要なＩ Ｘ １０ ”ｃｍ−”程度の高ドープが
実現されるようになる。
次にこの発明に係る第２の半導体薄膜の結晶成長方法に
ついて説明する。ここでは前述の第１の結晶成長方法と
同じくドーパントとしてＳｉＨ。
ついて説明する。ここでは前述の第１の結晶成長方法と
同じくドーパントとしてＳｉＨ。
を用いる場合について述べる。紫外光が照射されたＳｉ
Ｈ’４の成長用基板上もしくはその上に形成される遷移
領域における分解速度は照射紫外光の強度により変化す
る。従ってドーパントガスであるＳｔＨ，の流量を一定
にしておき、照射する紫外光の光強度を変えることによ
り、エビ層中のキャリア濃度を変えることができる（第
３図参照）。
Ｈ’４の成長用基板上もしくはその上に形成される遷移
領域における分解速度は照射紫外光の強度により変化す
る。従ってドーパントガスであるＳｔＨ，の流量を一定
にしておき、照射する紫外光の光強度を変えることによ
り、エビ層中のキャリア濃度を変えることができる（第
３図参照）。
一般にはドーパントの流量を変更することによりエビ層
中のキャリア濃度を弯えることが行われているが、この
方法はガス配管系やマニホールドバルブ等で乱流が生じ
ないように設計しなければ急峻なドーピングプロファイ
ルを得ることは難しい。
中のキャリア濃度を弯えることが行われているが、この
方法はガス配管系やマニホールドバルブ等で乱流が生じ
ないように設計しなければ急峻なドーピングプロファイ
ルを得ることは難しい。
しかし、本方法によればドーパントの流量を変更せずに
光強度によってのみドー・ピング量を制御することがで
きるので、最適設計のなされていない配管系を有するＭ
ＯＣＶＤ装置においても急峻なドーピングプロファイル
を得ることができる。
光強度によってのみドー・ピング量を制御することがで
きるので、最適設計のなされていない配管系を有するＭ
ＯＣＶＤ装置においても急峻なドーピングプロファイル
を得ることができる。
次にこの発明に係る第３の半導体薄膜の結晶成長方法に
ついて説明する。ここでは前述の第１の結晶成長方法と
同じくドーパントとしてＳ ｉ Ｈａを用いる場合につ
いて述べる。ＳｉＨ４にパルス状態の紫外光を照射する
場合、パルス周波数を数十Ｈｚ以上とし、パルスのデユ
ーティ比を変更することにより、ＳｉＨ４の励起率を変
化させ、結果的にキャリア濃度を変更することができる
（第４図参照）。ドーパントに照射する紫外光源として
は種々のものが考えられるが、照射光強度の大きさが光
のとり扱い易さの点からエキシマレーザ（１９３ｎｍ光
）が最適である。しかし、エキシマレーザはその出射光
強度を短時間で正確に変更することが困難であるので、
前述のこの発明に係る第２の半導体薄膜の結晶成長方法
用の光源としては不適切である。しかし、エキシマレー
ザをＣＷで発振させ、レーザ光をＡ１０モジユレータに
導くことによりパルス光を得ることはできる。Ａ１０モ
ジユレータに印加する電圧のデユーティ比を変更するこ
とにより、簡単に１９３ｎｍのデユーティ比の異なるパ
ルス光を得ることができる。
ついて説明する。ここでは前述の第１の結晶成長方法と
同じくドーパントとしてＳ ｉ Ｈａを用いる場合につ
いて述べる。ＳｉＨ４にパルス状態の紫外光を照射する
場合、パルス周波数を数十Ｈｚ以上とし、パルスのデユ
ーティ比を変更することにより、ＳｉＨ４の励起率を変
化させ、結果的にキャリア濃度を変更することができる
（第４図参照）。ドーパントに照射する紫外光源として
は種々のものが考えられるが、照射光強度の大きさが光
のとり扱い易さの点からエキシマレーザ（１９３ｎｍ光
）が最適である。しかし、エキシマレーザはその出射光
強度を短時間で正確に変更することが困難であるので、
前述のこの発明に係る第２の半導体薄膜の結晶成長方法
用の光源としては不適切である。しかし、エキシマレー
ザをＣＷで発振させ、レーザ光をＡ１０モジユレータに
導くことによりパルス光を得ることはできる。Ａ１０モ
ジユレータに印加する電圧のデユーティ比を変更するこ
とにより、簡単に１９３ｎｍのデユーティ比の異なるパ
ルス光を得ることができる。
つまり、Ａ１０モジユレータに印加する電圧のデユーテ
ィ比を変更することによりエビ層中のドーピングプロフ
ァイルを変更することができる。
ィ比を変更することによりエビ層中のドーピングプロフ
ァイルを変更することができる。
次に、この発明に係る第４の半導体薄膜の結晶成長方法
について説明する。Ｓｅ等■族をドーパントとしてエビ
成長した場合にはキャリア濃度やＰＬ強度の成長条件依
存性は小さい、これに対してＳｉは■−■化合物中で両
性の不純物であるため、結晶成長条件（Ｖ／ＩＩＩ比）
によりそのキャリア濃度が変化し、エビ層のホトルミネ
ッセンス強度（以下、ＰＬ強度と略す）が成長条件に大
きく依存するようになる。特にハイトープの場合には基
板内にデイ−ブレベルを作りやすく、このようなデイ−
プレベルがあると結晶中のＰＬ強度が低下する。そして
１、ＰＬ強度の小さい結晶をレーザ用結晶として用いる
と発光効率が劣るなどの不具合が生じる。従って、通常
のｌＸｌ０”ｃｍ−”程度のドーピング量の場合には問
題はないが、３×１０”ａｍ−’程度以上のハイトープ
の場合には５ｉＨａのドーピングレベルの選択を慎重に
しなければならない。しかし、このような問題のない結
晶成長条件依存性の小さいＨ，Ｓｅをドーピングガスと
して用いると前述の如く、ｐｎ接合位置がずれるいわゆ
るリモートジャンクシ日ンの問題が生じ易くなってしま
う、そこで、本方法では上述の問題点に鑑み、特に、発
光効率が高く、高出力が得られるレーザを必要とする場
合には、まずｐｎ接合より離れたｎ＠ｆｌｌ域ではドー
パントとしてＨ，Ｓｅを用いて光学特性の安定したエビ
層を成長し、次にｐｎ接合に近くなってきたところで、
ｎ型ドーパントを５ｉｔ（ａに切り換えるとともに、Ｓ
ｉ Ｈ４のみに選択的に紫外光を照射する。そしてｎ
型層の成長が終了した時点でＳ Ｉ Ｈａの供給を停止
し、ｐ型ドーパントであるＤＭＺｎの供給を開始するよ
うにする。この成長プログラムのフローを第５図に示す
、また、この方法で製造されたエビ層中の各不純物のド
ーピング濃度を第６図に示す、Ｓｅは前述のメモリ効果
によりガスの供給を停止してもドーピングは徐々にしか
減っていない。この間にドーパントをＳｅからＳｉに切
り換えている。Ｓｉのドーピング材料は５ｉｔ（、であ
り、ＳｉＨ４に紫外光を照射することによりＨ、Ｓｅで
行われるものと同等の高濃度ドーピングが可能となる。
について説明する。Ｓｅ等■族をドーパントとしてエビ
成長した場合にはキャリア濃度やＰＬ強度の成長条件依
存性は小さい、これに対してＳｉは■−■化合物中で両
性の不純物であるため、結晶成長条件（Ｖ／ＩＩＩ比）
によりそのキャリア濃度が変化し、エビ層のホトルミネ
ッセンス強度（以下、ＰＬ強度と略す）が成長条件に大
きく依存するようになる。特にハイトープの場合には基
板内にデイ−ブレベルを作りやすく、このようなデイ−
プレベルがあると結晶中のＰＬ強度が低下する。そして
１、ＰＬ強度の小さい結晶をレーザ用結晶として用いる
と発光効率が劣るなどの不具合が生じる。従って、通常
のｌＸｌ０”ｃｍ−”程度のドーピング量の場合には問
題はないが、３×１０”ａｍ−’程度以上のハイトープ
の場合には５ｉＨａのドーピングレベルの選択を慎重に
しなければならない。しかし、このような問題のない結
晶成長条件依存性の小さいＨ，Ｓｅをドーピングガスと
して用いると前述の如く、ｐｎ接合位置がずれるいわゆ
るリモートジャンクシ日ンの問題が生じ易くなってしま
う、そこで、本方法では上述の問題点に鑑み、特に、発
光効率が高く、高出力が得られるレーザを必要とする場
合には、まずｐｎ接合より離れたｎ＠ｆｌｌ域ではドー
パントとしてＨ，Ｓｅを用いて光学特性の安定したエビ
層を成長し、次にｐｎ接合に近くなってきたところで、
ｎ型ドーパントを５ｉｔ（ａに切り換えるとともに、Ｓ
ｉ Ｈ４のみに選択的に紫外光を照射する。そしてｎ
型層の成長が終了した時点でＳ Ｉ Ｈａの供給を停止
し、ｐ型ドーパントであるＤＭＺｎの供給を開始するよ
うにする。この成長プログラムのフローを第５図に示す
、また、この方法で製造されたエビ層中の各不純物のド
ーピング濃度を第６図に示す、Ｓｅは前述のメモリ効果
によりガスの供給を停止してもドーピングは徐々にしか
減っていない。この間にドーパントをＳｅからＳｉに切
り換えている。Ｓｉのドーピング材料は５ｉｔ（、であ
り、ＳｉＨ４に紫外光を照射することによりＨ、Ｓｅで
行われるものと同等の高濃度ドーピングが可能となる。
ｎ型層の成長が終了した時点で５ｉＨｎの供給を停止す
ると、Ｓ ｉ Ｈ，はメモリ効果が小さいために３１の
ドーピングは迅速に立下がる。従って、ｐｎ接合位置が
ずれるリモートジャンクションは生じにくい、また、ｐ
ｎ接合のすぐ近くを除いてｎ型層は光学的に安定なＳｅ
でドーピングされているため、エビ層の光学特性は良好
な状態で維持される。以上のよ、うに本方法によれば、
特に高出力の装置を必要とする場合に特に存効で、ｐｎ
接合１５より深い所ではＨｔＳｅのドーピングにより３
Ｘ１０”ｃｍ−’程度のハイトープを形成し、ｐｎ接合
近傍ではｌＸｌ０”ｃｍ−３のドーピング濃度でＳｉｎ
、のドーピングを行うことにより設計位置にｐｎ接合を
形成することができる。
ると、Ｓ ｉ Ｈ，はメモリ効果が小さいために３１の
ドーピングは迅速に立下がる。従って、ｐｎ接合位置が
ずれるリモートジャンクションは生じにくい、また、ｐ
ｎ接合のすぐ近くを除いてｎ型層は光学的に安定なＳｅ
でドーピングされているため、エビ層の光学特性は良好
な状態で維持される。以上のよ、うに本方法によれば、
特に高出力の装置を必要とする場合に特に存効で、ｐｎ
接合１５より深い所ではＨｔＳｅのドーピングにより３
Ｘ１０”ｃｍ−’程度のハイトープを形成し、ｐｎ接合
近傍ではｌＸｌ０”ｃｍ−３のドーピング濃度でＳｉｎ
、のドーピングを行うことにより設計位置にｐｎ接合を
形成することができる。
なお、上記第１ないし第４の半導体薄膜の結晶成長方法
において、分解律速によりキャリア濃度が規定されるｎ
型のドーピング原料として５ｔＨ４を例に示したが、こ
れはＳｉＨ，に限定されるものではなく、Ｓｉの有機物
、またはＧ ｅ Ｈａ等も使用することができる。
において、分解律速によりキャリア濃度が規定されるｎ
型のドーピング原料として５ｔＨ４を例に示したが、こ
れはＳｉＨ，に限定されるものではなく、Ｓｉの有機物
、またはＧ ｅ Ｈａ等も使用することができる。
次に、この発明に係る半導体薄膜の結晶成長装置につい
て説明する。第７図はこの発明の一実施例を示す断面図
であり、図において、２２は石英製反応管、２１はアル
キル基もしくは水素化物により構成される母体材料原料
及びキャリア濃度が輸送律速により規定されるドーパン
ト材料及び水素等のキャリアガスを反応管２２内に導入
するためのガス導入口、２３は排ガスを反応管２２より
外部に排出するための排ガス出口、２Ｇは成長用ウェハ
、２５は成長用ウェハを保持加熱するためのカーボン製
サセプタ、２４はサセプタ２５を高周波により誘導加熱
するためのＲＦコイル、２７はキャリア濃度が分解律速
により規定されるドーパント材料を反応管２２内に導入
するドーパント導入口であり、紫外光に対して透明であ
る石英等の材料でチューブ状に形成され、紫外光がチュ
ーブを構成する透明材料に閉じ込めて伝搬するように構
成されており、かつチューブの途中に複数の凸部２８が
設けられており、そこで紫外光がチューブ内側に浸み出
すように構成されている。
て説明する。第７図はこの発明の一実施例を示す断面図
であり、図において、２２は石英製反応管、２１はアル
キル基もしくは水素化物により構成される母体材料原料
及びキャリア濃度が輸送律速により規定されるドーパン
ト材料及び水素等のキャリアガスを反応管２２内に導入
するためのガス導入口、２３は排ガスを反応管２２より
外部に排出するための排ガス出口、２Ｇは成長用ウェハ
、２５は成長用ウェハを保持加熱するためのカーボン製
サセプタ、２４はサセプタ２５を高周波により誘導加熱
するためのＲＦコイル、２７はキャリア濃度が分解律速
により規定されるドーパント材料を反応管２２内に導入
するドーパント導入口であり、紫外光に対して透明であ
る石英等の材料でチューブ状に形成され、紫外光がチュ
ーブを構成する透明材料に閉じ込めて伝搬するように構
成されており、かつチューブの途中に複数の凸部２８が
設けられており、そこで紫外光がチューブ内側に浸み出
すように構成されている。
次に動作について説明する。この装置においては分解律
速によりキャリア濃度が規定されるドーパント材料、例
えばＳｉＨ，はドーパント導入口２７より導入する。Ｓ
ｉＨ，ガスはドーパント導入口２７を通る間に紫外光浸
み出し用凸部２８より浸み出した紫外光により励起され
る。この励起されたＳ ｉ Ｈａガスは加熱された成長
用ウェハ２６上において充分に大きな分解速度をもって
分解される。また、この装置においては石英等の透明材
料で形成されたチューブ状のドーパント導入口２７の透
明材料に閉じ込めて紫外光を伝搬するように形成されて
おり、かつ紫外光はドーパント導入口２７の途中に紫外
光浸み出し用凸部２８が設けられており、そこでのみ紫
外光がチュー・ブ内側にもれるように設計されているの
で、紫外光をＳｉＨ４のみに選択的に照射することがで
きる。
速によりキャリア濃度が規定されるドーパント材料、例
えばＳｉＨ，はドーパント導入口２７より導入する。Ｓ
ｉＨ，ガスはドーパント導入口２７を通る間に紫外光浸
み出し用凸部２８より浸み出した紫外光により励起され
る。この励起されたＳ ｉ Ｈａガスは加熱された成長
用ウェハ２６上において充分に大きな分解速度をもって
分解される。また、この装置においては石英等の透明材
料で形成されたチューブ状のドーパント導入口２７の透
明材料に閉じ込めて紫外光を伝搬するように形成されて
おり、かつ紫外光はドーパント導入口２７の途中に紫外
光浸み出し用凸部２８が設けられており、そこでのみ紫
外光がチュー・ブ内側にもれるように設計されているの
で、紫外光をＳｉＨ４のみに選択的に照射することがで
きる。
なお、本装置では紫外光をチュー・−ブの内（す１１に
漏れるようにするためにチューブの内側に複数の凸部２
８を設けるようにしたが、これはチューブの内側にくぼ
み、あるいは屈折皐の異なった場所を設けるようにして
もよく、この場合？、こおいても同様の効果を奏する。
漏れるようにするためにチューブの内側に複数の凸部２
８を設けるようにしたが、これはチューブの内側にくぼ
み、あるいは屈折皐の異なった場所を設けるようにして
もよく、この場合？、こおいても同様の効果を奏する。
このような本装置よれば、紫外光を５ｔＨ４のみに選択
的に照射することができるので、ＳｉＨ４のみを励起さ
せることができ、また、］’ Ｍ Ｇ ａ等の母体材料
を励起することがないので、原料ガス全体に紫外光を照
射した時に生じる成長速度の変化を生じせしめることな
く、ドーピング効率を上昇させることが可能となる。
的に照射することができるので、ＳｉＨ４のみを励起さ
せることができ、また、］’ Ｍ Ｇ ａ等の母体材料
を励起することがないので、原料ガス全体に紫外光を照
射した時に生じる成長速度の変化を生じせしめることな
く、ドーピング効率を上昇させることが可能となる。
以上のように、この発明に係る第１の半導体薄膜の結晶
成長方法によれば、ＭＯＣＶＤ法において分解律速によ
りキャリア濃度が規定されるドーパントを用いてドーピ
ングを行う際に、該ドーパントが成長用基板もしくは成
長用基板上に形成される遷移層に到達する前に紫外光を
ドーパントのみに選択的に照射するようにしたので、高
濃度のドーピング及び急峻なドーピングプロファイルの
実現が可能となる効果がある。
成長方法によれば、ＭＯＣＶＤ法において分解律速によ
りキャリア濃度が規定されるドーパントを用いてドーピ
ングを行う際に、該ドーパントが成長用基板もしくは成
長用基板上に形成される遷移層に到達する前に紫外光を
ドーパントのみに選択的に照射するようにしたので、高
濃度のドーピング及び急峻なドーピングプロファイルの
実現が可能となる効果がある。
また、この発明に係る第２の半導体薄膜の結晶成長方法
によれば、ＭＯＣＶＤ法による分解律速によりキャリア
濃度が規定されるドーパントを用いてドーピングを行う
際に、該ドーパントが成長用基板もしくは成長用基板上
に形成される遷移層に到達する前に紫外光をドーパント
のみに選択的に照射するようにした半導体薄膜の結晶成
長方法において、紫外光の光強度を制御するようにした
ので、ドーパントの流量を変えることなく、紫外光の光
強度を変えることによりドーピングプロファイルを変更
することができる効果がある。
によれば、ＭＯＣＶＤ法による分解律速によりキャリア
濃度が規定されるドーパントを用いてドーピングを行う
際に、該ドーパントが成長用基板もしくは成長用基板上
に形成される遷移層に到達する前に紫外光をドーパント
のみに選択的に照射するようにした半導体薄膜の結晶成
長方法において、紫外光の光強度を制御するようにした
ので、ドーパントの流量を変えることなく、紫外光の光
強度を変えることによりドーピングプロファイルを変更
することができる効果がある。
また、この発明に係る第３の半導体薄膜の結晶成長方法
によればＭＯＣＶｔ）法による分解律速によりキャリア
濃度が規定されるドーパントを用いてドーピングを行う
際に、該ドーパントが成長用基板もしくは成長用基板上
に形成される遷移層に到達する前に紫外光をドーパント
のみに選択的に照射するようにした半導体薄膜の結晶成
長方法において紫外光をパルス光とし、そのパルス巾が
パルス周波数を制御するようにしたので、ド・−バンド
の流量を変えることなく、紫外光パルスのパルス巾及び
パルス周波数を制御することによりドーピングプロファ
イルを変更することができる効果がある。
によればＭＯＣＶｔ）法による分解律速によりキャリア
濃度が規定されるドーパントを用いてドーピングを行う
際に、該ドーパントが成長用基板もしくは成長用基板上
に形成される遷移層に到達する前に紫外光をドーパント
のみに選択的に照射するようにした半導体薄膜の結晶成
長方法において紫外光をパルス光とし、そのパルス巾が
パルス周波数を制御するようにしたので、ド・−バンド
の流量を変えることなく、紫外光パルスのパルス巾及び
パルス周波数を制御することによりドーピングプロファ
イルを変更することができる効果がある。
また、この発明に係る第４の半導体薄膜の結晶成長方法
によれば、ＭＯＣＶＤ法によりｐｎ接合を含む多層半導
体薄膜を結晶成長する際に少なくともｎ側においてｐｎ
接合より離れた位置でのドーピングはキャリア濃度が輸
送律速により規定されるドーパントを用いて行い、ｐｎ
接合近傍でのドーピングはキャリア濃度が分解律速によ
り規定されるドーパントを用い、かつ該ドーパントが成
長用基板もしくは成長用基板上に形成される遷移層に到
達する前に紫外光をドーパントのみに選択的に照射する
ようにしたので、光学的特性が良好に安定した、かつリ
モートジャンクションを生じない多層半導体薄膜結晶を
得ることができる効果がある。
によれば、ＭＯＣＶＤ法によりｐｎ接合を含む多層半導
体薄膜を結晶成長する際に少なくともｎ側においてｐｎ
接合より離れた位置でのドーピングはキャリア濃度が輸
送律速により規定されるドーパントを用いて行い、ｐｎ
接合近傍でのドーピングはキャリア濃度が分解律速によ
り規定されるドーパントを用い、かつ該ドーパントが成
長用基板もしくは成長用基板上に形成される遷移層に到
達する前に紫外光をドーパントのみに選択的に照射する
ようにしたので、光学的特性が良好に安定した、かつリ
モートジャンクションを生じない多層半導体薄膜結晶を
得ることができる効果がある。
また、この発明に係る半導体薄膜の結晶成長装置によれ
ばＭＯＣＶＤ法に用いられる結晶成長装置においてアル
キル基もしくは水素化物により構成される母体材料原料
及びキャリア濃度が輸送律速により規定されるドーパン
ト材料及び水素等のキャリアガスを反応管内に導入する
ガス導入口の他に、キャリア濃度が分解律速により規定
されるドーパント材料を反応管内に導入するガス導入口
として、石英等の紫外光に対して透明な材料でチューブ
状に形成され紫外光がチューブを構成する透明材料に閉
じ込められて伝搬するように構成され、かつ該チューブ
の途中に単数もしくは複数のくぼみもしくは凸部もしく
は屈折率が異なった場所を設けて紫外光がその場所にお
いてチューブ内側に浸み出すよ°）に構成されたガス導
入口を備えるように構成されているので、キャリア濃度
が分解重速により規定されるドーパントのみに選択的に
紫外光を照射することが可能となる効果がある。
ばＭＯＣＶＤ法に用いられる結晶成長装置においてアル
キル基もしくは水素化物により構成される母体材料原料
及びキャリア濃度が輸送律速により規定されるドーパン
ト材料及び水素等のキャリアガスを反応管内に導入する
ガス導入口の他に、キャリア濃度が分解律速により規定
されるドーパント材料を反応管内に導入するガス導入口
として、石英等の紫外光に対して透明な材料でチューブ
状に形成され紫外光がチューブを構成する透明材料に閉
じ込められて伝搬するように構成され、かつ該チューブ
の途中に単数もしくは複数のくぼみもしくは凸部もしく
は屈折率が異なった場所を設けて紫外光がその場所にお
いてチューブ内側に浸み出すよ°）に構成されたガス導
入口を備えるように構成されているので、キャリア濃度
が分解重速により規定されるドーパントのみに選択的に
紫外光を照射することが可能となる効果がある。
第１図はこの発明に係る第１の半導体薄膜の結晶成長方
法によるＳｔのドーピング特性を示す図、第２図は第１
の半導体薄膜の結晶成長方法による半導体レーザ用ＤＨ
ウェハの製造プログラムを示す図、第３図はこの発明に
係る第２の半導体薄膜の結晶成長方法によるドーピング
特性を示す図、第４図はこの発明に係る第３の半導体薄
膜の結晶成長方法によるドーピング特性を示す図、第５
図はこの発明に係る第４の半導体薄膜の結晶成長方法に
よるｐｎ接合を作る際のドーピングプログラムを示す図
、第６図は第４の半導体薄膜の結晶成長方法により製造
されたｐｎ接合のドーピングプロファイルを示す図、第
７図はこの発明に係る半導体薄膜の結晶成長装置を示す
断面図、第８図は従来のＭＯＣＶＤ装置を示す断面図、
第９図はＳｅのドーピング特性を示す図、第１０図は半
導体レーザ用ＤＨウェハの断面図、第１１図は従来方法
により第１０図に示すＤＨウェハを製造する際に用いら
れる成長プログラムを示す図、第１２図はりモートジャ
ンクションを生じたＤ）Ｉウェハの例、第１３図は従来
方法による５ｉＨｎのドーピング特性を示す図、第１４
図（ａ）〜（Ｃ）は従来方法によりリモートジャンクシ
ョンが生じる原因を説明するための図である。 １０はｎ−ＣｙａＡｓ基板、１１はｎ−Ａｊ！ＧａＡｓ
第１クラッド層、１２はｐ−ＡｆｆｉＧａＡｓ活性層、
１３はｐ−Ａ／！ＧａＡｓ第２クラッド層、１４はｐ−
ＧａＡｓコンタクト層、１５はｐｎ接合、２１はガス導
入口、２２は石英製の反応管、２７はドーパント導入口
、２８は紫外光浸み出し用３は排ガス出口、２４は加熱
用ＲＦコイル、２５はサセプタ、２６はウェハ、２７は
ドーパント導入部、２８はＵＶ光浸み出し用凸部である
。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
法によるＳｔのドーピング特性を示す図、第２図は第１
の半導体薄膜の結晶成長方法による半導体レーザ用ＤＨ
ウェハの製造プログラムを示す図、第３図はこの発明に
係る第２の半導体薄膜の結晶成長方法によるドーピング
特性を示す図、第４図はこの発明に係る第３の半導体薄
膜の結晶成長方法によるドーピング特性を示す図、第５
図はこの発明に係る第４の半導体薄膜の結晶成長方法に
よるｐｎ接合を作る際のドーピングプログラムを示す図
、第６図は第４の半導体薄膜の結晶成長方法により製造
されたｐｎ接合のドーピングプロファイルを示す図、第
７図はこの発明に係る半導体薄膜の結晶成長装置を示す
断面図、第８図は従来のＭＯＣＶＤ装置を示す断面図、
第９図はＳｅのドーピング特性を示す図、第１０図は半
導体レーザ用ＤＨウェハの断面図、第１１図は従来方法
により第１０図に示すＤＨウェハを製造する際に用いら
れる成長プログラムを示す図、第１２図はりモートジャ
ンクションを生じたＤ）Ｉウェハの例、第１３図は従来
方法による５ｉＨｎのドーピング特性を示す図、第１４
図（ａ）〜（Ｃ）は従来方法によりリモートジャンクシ
ョンが生じる原因を説明するための図である。 １０はｎ−ＣｙａＡｓ基板、１１はｎ−Ａｊ！ＧａＡｓ
第１クラッド層、１２はｐ−ＡｆｆｉＧａＡｓ活性層、
１３はｐ−Ａ／！ＧａＡｓ第２クラッド層、１４はｐ−
ＧａＡｓコンタクト層、１５はｐｎ接合、２１はガス導
入口、２２は石英製の反応管、２７はドーパント導入口
、２８は紫外光浸み出し用３は排ガス出口、２４は加熱
用ＲＦコイル、２５はサセプタ、２６はウェハ、２７は
ドーパント導入部、２８はＵＶ光浸み出し用凸部である
。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (5)
- （１）有機金属熱分解法により半導体薄膜を結晶成長さ
せる方法において、 分解律速によりキャリア濃度が規定されるドーピング原
料を用いてドーピングを行う際に、該ドーピング原料が
成長用基板もしくは成長用基板上に形成された遷移層に
到達する前に、前記ドーピング原料のみに選択的に紫外
光を照射し、前記成長用基板上もしくは前記遷移層にお
ける前記ドーピング原料の分離速度を高めるようにした
ことを特徴とする半導体薄膜の結晶成長方法。 - （２）有機金属熱分解法において分解律速によりキャリ
ア濃度が規定されるドーピング原料を用いてドーピング
を行う際に、該ドーピング原料が成長用基板もしくは成
長用基板上に形成される遷移層に到達する前に、紫外光
を前記ドーピング原料のみに選択的に照射し、前記成長
用基板上もしくは前記遷移層における前記ドーピング原
料の分解速度を高めるようにした半導体薄膜の結晶成長
方法において、 前記ドーピング原料の流量を変更することなく、前記ド
ーピング原料のみに選択的に照射する紫外光の光強度を
制御することにより前記ドーピング原料のキャリア濃度
を制御するようにしたことを特徴とする半導体薄膜の結
晶成長方法。 - （３）有機金属熱分解法において分解律速によりキャリ
ア濃度が規定されるドーピング原料を用いてドーパント
を行う際に、該ドーピング原料が成長用基板もしくは成
長用基板上に形成される遷移層に到達する前に、紫外光
を前記ドーピング原料のみに選択的に照射することによ
り、前記成長用基板上もしくは遷移層における前記ドー
ピング原料の分解速度を高めるようにした半導体薄膜の
結晶成長方法において、 前記ドーピング原料の流量を変更することなく、前記ド
ーピング原料のみに選択的に照射する紫外光をピーク強
度一定のパルス光とし、かつ、パルス幅及びパルスの周
波数を制御することにより前記ドーピング原料のキャリ
ア濃度を制御するようにしたことを特徴とする半導体薄
膜の結晶成長方法。 - （４）有機金属熱分解法によりｐｎ接合を含む多層の半
導体薄膜の結晶成長方法において、 少なくともｎ側において、ｐｎ接合により離れた位置で
のドーピングはキャリア濃度が輸送律速により規定され
るドーピング原料により行い、一方、ｐｎ接合近傍での
ドーピングはキャリア濃度が分解律速により規定される
ドーピング原料を用いて行うとともに該ドーピング原料
が成長用基板もしくは成長用基板上に形成される遷移層
に到達する前に紫外光を該ドーピング原料のみに選択的
に照射するようにしたことを特徴とする半導体薄膜の結
晶成長方法。 - （５）有機金属熱分解法を用いる半導体薄膜の結晶成長
装置において、 アルキル基もしくは水素化物により構成される母体材料
原料、キャリア濃度が輸送律速により規定されるドーピ
ング原料、及び水素等のキャリアガスを反応管内に導入
するガス導入口と、 石英等の紫外光に対して透明な材料でチューブ状に形成
され、該紫外光がチューブを構成する透明材料に閉じ込
められて伝搬するように構成され、かつ、該チューブの
途中に単数もしくは複数のくぼみ、もしくは凸部、もし
くは屈折律が異なった場所を設け、前記紫外光がその場
所においてチューブ内側に浸み出すように構成されたキ
ャリア濃度が分解律速により規定されるドーピング原料
を反応管内に導入するためのガス導入口とを有すること
を特徴とする半導体薄膜の結晶成長装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1080482A JPH02260417A (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 半導体薄膜の結晶成長方法及びその装置 |
| DE68921607T DE68921607T2 (de) | 1989-03-30 | 1989-12-01 | Verfahren zum Züchten einer kristallinen halbleitenden Dünnschicht und Vorrichtung dafür. |
| EP89312538A EP0389718B1 (en) | 1989-03-30 | 1989-12-01 | A method of crystal growing a semiconductor thin film and an apparatus therefor |
| US07/457,525 US5061643A (en) | 1989-03-30 | 1989-12-27 | Method of doping a growing crystalline semiconductor film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1080482A JPH02260417A (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 半導体薄膜の結晶成長方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02260417A true JPH02260417A (ja) | 1990-10-23 |
Family
ID=13719498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1080482A Pending JPH02260417A (ja) | 1989-03-30 | 1989-03-30 | 半導体薄膜の結晶成長方法及びその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5061643A (ja) |
| EP (1) | EP0389718B1 (ja) |
| JP (1) | JPH02260417A (ja) |
| DE (1) | DE68921607T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010232638A (ja) * | 2009-03-03 | 2010-10-14 | Hitachi Cable Ltd | 発光素子用エピタキシャルウェハおよび発光素子 |
Families Citing this family (13)
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