JPH03145718A - 気相エピタキシャル成長方法 - Google Patents
気相エピタキシャル成長方法Info
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- JPH03145718A JPH03145718A JP28403989A JP28403989A JPH03145718A JP H03145718 A JPH03145718 A JP H03145718A JP 28403989 A JP28403989 A JP 28403989A JP 28403989 A JP28403989 A JP 28403989A JP H03145718 A JPH03145718 A JP H03145718A
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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、エピタキシャル層を成長させる気相エピタキ
シャル成長方法に関するものである。
シャル成長方法に関するものである。
従来の技術
近年、エピタキシャル成長は半導体を用いた高速デバイ
スや光デバイスの作製に必要不可欠であり、特に複数の
物質からなる化合物半導体デバイスでは特に重要となっ
ている。エピタキシャル成長方法は大別して液相エピタ
キシャル成長方法と気相エピタキシャル成長方法があり
、中でも異種化合物半導体の界面の急峻性を必要とする
ペテロ接合デバイスや量子井戸あるいは超格子など量子
効果デバイスでは気相エピタキシャル成長方法が多用さ
れている。この気相エピタキシャル成長方法としては水
素化物気相エピタキシャル成長方法(H−VPE)、有
機金属気相エピタキシャル成長方法(MOVPE)など
がある。
スや光デバイスの作製に必要不可欠であり、特に複数の
物質からなる化合物半導体デバイスでは特に重要となっ
ている。エピタキシャル成長方法は大別して液相エピタ
キシャル成長方法と気相エピタキシャル成長方法があり
、中でも異種化合物半導体の界面の急峻性を必要とする
ペテロ接合デバイスや量子井戸あるいは超格子など量子
効果デバイスでは気相エピタキシャル成長方法が多用さ
れている。この気相エピタキシャル成長方法としては水
素化物気相エピタキシャル成長方法(H−VPE)、有
機金属気相エピタキシャル成長方法(MOVPE)など
がある。
以下に従来の気相エピタキシャル成長方法について説明
する。
する。
第3図は従来の気相エピタキシャル成長方法の原理を示
す模式図である。第3図において、1はエピタキシャル
用半導体基板、2はその上に形成されたエピタキシャル
成長層である。3はたとえばm−v化合物では■族元素
または■族元素を含む気体であり、5は■族元素あるい
は■族元素を含む気体である。4はエピタキシャル成長
層2の表面で■族、■族元素あるいは■族、■族元素を
含む気体が分解し、エピタキシャル層表面から脱着した
元素と混合した反応相である。6は基板ホルダ、7は基
板ホルダ6を加熱するヒータであり。
す模式図である。第3図において、1はエピタキシャル
用半導体基板、2はその上に形成されたエピタキシャル
成長層である。3はたとえばm−v化合物では■族元素
または■族元素を含む気体であり、5は■族元素あるい
は■族元素を含む気体である。4はエピタキシャル成長
層2の表面で■族、■族元素あるいは■族、■族元素を
含む気体が分解し、エピタキシャル層表面から脱着した
元素と混合した反応相である。6は基板ホルダ、7は基
板ホルダ6を加熱するヒータであり。
これらを反応槽8に閉じ込めている。
以上のように構成された気相エピタキシャル成長方法に
ついて、以下にその原理を説明する。まずヒータ7によ
って基板ホルダ6を介し半導体基板1をエピタキシャル
層成長温度に加熱し、この半導体基板1に所望するエピ
タキシャル成長膜の構成元素あるいは構成元素を含む気
体3,5をエピタキシャル基板と格子整合する供給比に
設定し、3a、3b、5a、5bのように供給する。た
とえば、3aをトリメチルインジウム(以下TMInと
いう)、3bをトリメチルガリウム(以下T M G
aという)としてIn、、Gaの供給源とし、さらに5
aをA s H3,5bをPH3としてAs、Pの供給
源とし、エピタキシャル膜がI n G a A s
Pであるとすれば、前記元素を全て供給する。エピタキ
シャル膜の組成の変更あるいは化合物の変更は3a、3
b、5a、5bの供給量の変更、供給の有無によって行
い、所望のエピタキシャル膜を得る。このように供給し
た構成元素TM I n 、 TMG a 、 A s
H3、PH,はエピタキシャル成長層2近傍の反応相
4では原子あるいは単純な分子に分解され、エピタキシ
ャル成長層2への付着、一部解離を繰り返し、適当な分
圧のもとて所望のエピタキシャル膜を成長させる。
ついて、以下にその原理を説明する。まずヒータ7によ
って基板ホルダ6を介し半導体基板1をエピタキシャル
層成長温度に加熱し、この半導体基板1に所望するエピ
タキシャル成長膜の構成元素あるいは構成元素を含む気
体3,5をエピタキシャル基板と格子整合する供給比に
設定し、3a、3b、5a、5bのように供給する。た
とえば、3aをトリメチルインジウム(以下TMInと
いう)、3bをトリメチルガリウム(以下T M G
aという)としてIn、、Gaの供給源とし、さらに5
aをA s H3,5bをPH3としてAs、Pの供給
源とし、エピタキシャル膜がI n G a A s
Pであるとすれば、前記元素を全て供給する。エピタキ
シャル膜の組成の変更あるいは化合物の変更は3a、3
b、5a、5bの供給量の変更、供給の有無によって行
い、所望のエピタキシャル膜を得る。このように供給し
た構成元素TM I n 、 TMG a 、 A s
H3、PH,はエピタキシャル成長層2近傍の反応相
4では原子あるいは単純な分子に分解され、エピタキシ
ャル成長層2への付着、一部解離を繰り返し、適当な分
圧のもとて所望のエピタキシャル膜を成長させる。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、たとえば半導体基板1として化合物半導
体基板であるInP基板を用いた場合、この上にエピタ
キシャル成長をする際には基板温度を数百℃以上に設定
する必要がある。一方InP基板は400℃程度で分解
し、蒸気の高いPは気相中に放出される。この分解を抑
えるために一般には気相中にPの分圧を与え、InPの
分解、気相中へのPの放出を防いでいる。しかし、実際
のエピタキシャル成長においては、常にこの基板と同一
の■族元素の分圧を与える訳にはいかない。
体基板であるInP基板を用いた場合、この上にエピタ
キシャル成長をする際には基板温度を数百℃以上に設定
する必要がある。一方InP基板は400℃程度で分解
し、蒸気の高いPは気相中に放出される。この分解を抑
えるために一般には気相中にPの分圧を与え、InPの
分解、気相中へのPの放出を防いでいる。しかし、実際
のエピタキシャル成長においては、常にこの基板と同一
の■族元素の分圧を与える訳にはいかない。
たとえば、InP基板上にこれと格子整合するI n
G a A sを直接成長することを考える。この場合
、基板温度がエピタキシャル成長に必要な所定の温度に
なるまでは、たとえば第3図におけるように、PH,を
基板に供給すれば、基板近傍ではPの分圧が生じ、In
P基板の分解を防止でき3− る。次に、I n G a A s形成のためにPH3
の供給を止め、In、Ga、Asそれぞれの供給源であ
るT”M I n 、 TMG a 、A s H3の
供給を開始する。これと同時に基板近傍のPに分圧が無
くなるためInPの分解が生じる。しかし基板表面のエ
ピタキシャル面ではInP上に直ちにI n G a
A sが成長し、この面は安定な面となる。
G a A sを直接成長することを考える。この場合
、基板温度がエピタキシャル成長に必要な所定の温度に
なるまでは、たとえば第3図におけるように、PH,を
基板に供給すれば、基板近傍ではPの分圧が生じ、In
P基板の分解を防止でき3− る。次に、I n G a A s形成のためにPH3
の供給を止め、In、Ga、Asそれぞれの供給源であ
るT”M I n 、 TMG a 、A s H3の
供給を開始する。これと同時に基板近傍のPに分圧が無
くなるためInPの分解が生じる。しかし基板表面のエ
ピタキシャル面ではInP上に直ちにI n G a
A sが成長し、この面は安定な面となる。
一方基板裏面ではInPの分解を防止するものが無くな
り分解を開始し、気相中へP(リン)5cが放出される
。この気相中へ放出されたP5cは拡散などによって基
板表面付近にも存在するようになり、エピタキシャル面
へのPの堆積、異物の形成、ディフェクトの発生、I
n G a A s中への取り込みによる格子不整の発
生、これにともなう界面での歪の発生、劣化、エピタキ
シャル層の品質の低下、表面モホロジーの劣化などを生
じる問題がある。また特に電子デバイス、光デバイスと
してはリーク電流の増大、効率の低下を生じる問題が生
じる。
り分解を開始し、気相中へP(リン)5cが放出される
。この気相中へ放出されたP5cは拡散などによって基
板表面付近にも存在するようになり、エピタキシャル面
へのPの堆積、異物の形成、ディフェクトの発生、I
n G a A s中への取り込みによる格子不整の発
生、これにともなう界面での歪の発生、劣化、エピタキ
シャル層の品質の低下、表面モホロジーの劣化などを生
じる問題がある。また特に電子デバイス、光デバイスと
してはリーク電流の増大、効率の低下を生じる問題が生
じる。
本発明は上記従来の問題を解決するもので、基4−
板に異種化合物の気相エピタキシャル層を容易に成長さ
せることができる気相エピタキシャル成長方法を提供す
ることを目的とするものである。
せることができる気相エピタキシャル成長方法を提供す
ることを目的とするものである。
課題を解決するための手段
この課題を解決するために本発明の気相エピタキシャル
成長方法は、エピタキシャル用半導体基板の裏面を成長
温度では基板より安定である絶縁物により被覆しておき
、その後にエピタキシャル層を成長させるものである。
成長方法は、エピタキシャル用半導体基板の裏面を成長
温度では基板より安定である絶縁物により被覆しておき
、その後にエピタキシャル層を成長させるものである。
作用
この構成により、エピタキシャル用半導体基板裏面は少
なくとも成長温度では周囲の雰囲気によらず安定である
絶縁物によって保護されることになり、基板構成元素の
分圧の無い状態でもその元素の解離を防止し、基板表面
エピタキシャル層への混入、モホロジーの劣化を防ぐこ
とができる。
なくとも成長温度では周囲の雰囲気によらず安定である
絶縁物によって保護されることになり、基板構成元素の
分圧の無い状態でもその元素の解離を防止し、基板表面
エピタキシャル層への混入、モホロジーの劣化を防ぐこ
とができる。
実施例
以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の一実施例の気相エビタキシャル成長方
法を説明する模式図である。第1図において、10はエ
ピタキシャル用半導体基板1■の裏面に、たとえばプラ
ズマCVDなどによって形成された酸化シリコン(以下
5i02という)膜である。もちろん、SiO2膜10
は成長温度で蒸発しない絶縁物であれば何でも良く、た
とえば窒化シリコン膜などでも構わないことは言うまで
もない。
法を説明する模式図である。第1図において、10はエ
ピタキシャル用半導体基板1■の裏面に、たとえばプラ
ズマCVDなどによって形成された酸化シリコン(以下
5i02という)膜である。もちろん、SiO2膜10
は成長温度で蒸発しない絶縁物であれば何でも良く、た
とえば窒化シリコン膜などでも構わないことは言うまで
もない。
エピタキシャル用半導体基板11はたとえばInP半導
体基板である。12はエピタキシャル成長層で、たとえ
ばInP、InGaAsP、InGaAsの複数の層で
ある。13a、13bはたとえば■−■化合物では■族
元素または■族元素を含む気体であり、ここではそれぞ
れキャリアガスに水素を用いたTM I n 、 TM
G aである。15a、15bは■族元素あるいは■族
元素を含む気体で、たとえば水素で希釈したPH,、A
S H,である。これら■族、■族元素の供給源はさ
らに多く設置されていても良く、また不純物のドーピン
グ用の供給源を備えていても良い。14はエピタキシャ
ル成長層12の表面で■族、■族元素あるいは■族、■
族元素を含む気体が分解し、エピタキシャル層表面から
脱着した元素と混合した反応相である。16は炭素など
からなる基板ホルダ、17は基板ホルダ16を加熱する
ヒータであり、直接基板ホルダ16に取り付けられてい
ても、高周波などによって外部から加熱する構造であっ
ても良い。8はこれらを閉じ込める反応槽で、石英ガラ
スからなっている。
体基板である。12はエピタキシャル成長層で、たとえ
ばInP、InGaAsP、InGaAsの複数の層で
ある。13a、13bはたとえば■−■化合物では■族
元素または■族元素を含む気体であり、ここではそれぞ
れキャリアガスに水素を用いたTM I n 、 TM
G aである。15a、15bは■族元素あるいは■族
元素を含む気体で、たとえば水素で希釈したPH,、A
S H,である。これら■族、■族元素の供給源はさ
らに多く設置されていても良く、また不純物のドーピン
グ用の供給源を備えていても良い。14はエピタキシャ
ル成長層12の表面で■族、■族元素あるいは■族、■
族元素を含む気体が分解し、エピタキシャル層表面から
脱着した元素と混合した反応相である。16は炭素など
からなる基板ホルダ、17は基板ホルダ16を加熱する
ヒータであり、直接基板ホルダ16に取り付けられてい
ても、高周波などによって外部から加熱する構造であっ
ても良い。8はこれらを閉じ込める反応槽で、石英ガラ
スからなっている。
以上のように構成された気相エピタキシャル成長方法に
ついて、以下にその動作を説明する。まず、第2図に示
すように、裏面にS工02膜20を形成したInP半導
体基板21上に第1層としてInP22、第2層として
InGaAsP23、第3層としてInGaAs24を
順次エピタキシャル成長する場合を考える。最初にIn
P半導体基板21を成長に必要な温度にまでヒータ17
で加熱する。
ついて、以下にその動作を説明する。まず、第2図に示
すように、裏面にS工02膜20を形成したInP半導
体基板21上に第1層としてInP22、第2層として
InGaAsP23、第3層としてInGaAs24を
順次エピタキシャル成長する場合を考える。最初にIn
P半導体基板21を成長に必要な温度にまでヒータ17
で加熱する。
このとき、InPの分解の始まる400℃以下でPH3
を基板に供給し、InPの分解を防止する。
を基板に供給し、InPの分解を防止する。
所定の基板温度になったらTMInを供給し、第1層の
InP22を所望の厚さに対応する時間成長する。さら
にTM I n 、 TMG a 、 P H3、7− AsH3をInPに格子整合する所定の量に調整した後
に供給し、第2層のInGaAsP23を所望の厚さ成
長する。この第1層および第2層の成長中はPの供給源
であるPH,を供給しているので、基板のInPの分解
は起こらない。次に、PH3の供給を停止し、TMIn
、TMGa、AsH3をInPに格子整合するように供
給量を調整し、第3層のI n G a A s 24
を成長する。このとき、InPの分解を防止するPの分
圧がなくなり、基板近傍の雰囲気はInPの分解を生じ
させる状態になる。しかし、基板表面では直ちにI n
G a A sが成長し、Pの分圧の無い状態でも安
定な面となり、さらに基板裏面は数百℃の温度では安定
な5i02膜20で覆われているため、InPの分解は
起こらず、したがってこの状態での基板のInPからの
Pの解離は生じず、反応相14への不純物としてのPの
混入は生じない。
InP22を所望の厚さに対応する時間成長する。さら
にTM I n 、 TMG a 、 P H3、7− AsH3をInPに格子整合する所定の量に調整した後
に供給し、第2層のInGaAsP23を所望の厚さ成
長する。この第1層および第2層の成長中はPの供給源
であるPH,を供給しているので、基板のInPの分解
は起こらない。次に、PH3の供給を停止し、TMIn
、TMGa、AsH3をInPに格子整合するように供
給量を調整し、第3層のI n G a A s 24
を成長する。このとき、InPの分解を防止するPの分
圧がなくなり、基板近傍の雰囲気はInPの分解を生じ
させる状態になる。しかし、基板表面では直ちにI n
G a A sが成長し、Pの分圧の無い状態でも安
定な面となり、さらに基板裏面は数百℃の温度では安定
な5i02膜20で覆われているため、InPの分解は
起こらず、したがってこの状態での基板のInPからの
Pの解離は生じず、反応相14への不純物としてのPの
混入は生じない。
以上のように本実施例によれば、エピタキシャル用半導
体基板であるInP半導体基板21の裏面に絶縁物とし
てのSin、膜20を設けることによ8− って、基板と構成の異なるI n G a A s層の
エピタキシャル成長に際しても基板のInPの分解を防
止し、分解によるPの解離を防ぎ、異種エピタキシャル
成長の界面への汚染を回避し、界面での異物の形成、デ
ィフェクトの発生を抑制し、格子不整の無い良好な界面
を持つヘテロエピタキシャルが可能となり、表面モホロ
ジーも良好な成長面を持つ気相エピタキシャル層の形成
が可能となる。
体基板であるInP半導体基板21の裏面に絶縁物とし
てのSin、膜20を設けることによ8− って、基板と構成の異なるI n G a A s層の
エピタキシャル成長に際しても基板のInPの分解を防
止し、分解によるPの解離を防ぎ、異種エピタキシャル
成長の界面への汚染を回避し、界面での異物の形成、デ
ィフェクトの発生を抑制し、格子不整の無い良好な界面
を持つヘテロエピタキシャルが可能となり、表面モホロ
ジーも良好な成長面を持つ気相エピタキシャル層の形成
が可能となる。
発明の効果
以上のように本発明によれば、エピタキシャル成長用半
導体基板の裏面を少なくとも成長温度では安定な絶縁物
で被覆することにより、基板と構成の異なるエピタキシ
ャル層成長に対しても基板の分解、これによるエピタキ
シャル層への汚染などの影響を除外することができ、良
好なヘテロエピタキシャル界面を持つエピタキシャル層
成長を実現することができ、特にペテロ接合を利用する
電子デバイス、光デバイスに対して有効である。
導体基板の裏面を少なくとも成長温度では安定な絶縁物
で被覆することにより、基板と構成の異なるエピタキシ
ャル層成長に対しても基板の分解、これによるエピタキ
シャル層への汚染などの影響を除外することができ、良
好なヘテロエピタキシャル界面を持つエピタキシャル層
成長を実現することができ、特にペテロ接合を利用する
電子デバイス、光デバイスに対して有効である。
第1図は本発明の一実施例に於ける気相エビタキシャル
成長方法を説明する模式図、第2図は本実施例のエピタ
キシャル層構造図、第3図は従来の気相エピタキシャル
成長方法を説明する模式図である。 1.0.20・・酸化シリコン(SiO2)膜、1.1
、21・InP半導体基板、12・・・エピタキシャ
ル成長層、+3a −TM I n、13b−TMGa
、]5 a −P H3,15b −A s H3,2
2−I n P、23−I n G a A s P、
24−InGaAs。
成長方法を説明する模式図、第2図は本実施例のエピタ
キシャル層構造図、第3図は従来の気相エピタキシャル
成長方法を説明する模式図である。 1.0.20・・酸化シリコン(SiO2)膜、1.1
、21・InP半導体基板、12・・・エピタキシャ
ル成長層、+3a −TM I n、13b−TMGa
、]5 a −P H3,15b −A s H3,2
2−I n P、23−I n G a A s P、
24−InGaAs。
Claims (1)
- 1、化合物半導体エピタキシャル成長用基板の裏面を前
記基板より成長温度では安定である絶縁物により被覆し
てエピタキシャル層を成長させる気相エピタキシャル成
長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28403989A JPH03145718A (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 気相エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28403989A JPH03145718A (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 気相エピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03145718A true JPH03145718A (ja) | 1991-06-20 |
Family
ID=17673508
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28403989A Pending JPH03145718A (ja) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | 気相エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03145718A (ja) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5227356A (en) * | 1975-08-27 | 1977-03-01 | Nec Corp | Manufacturing process of silicon epitaxial wafer |
JPS5244169A (en) * | 1975-10-06 | 1977-04-06 | Hitachi Ltd | Process for production of semiconductor device |
JPS5752141A (en) * | 1980-09-12 | 1982-03-27 | Sharp Corp | Manufacture of semiconductor element |
-
1989
- 1989-10-31 JP JP28403989A patent/JPH03145718A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5227356A (en) * | 1975-08-27 | 1977-03-01 | Nec Corp | Manufacturing process of silicon epitaxial wafer |
JPS5244169A (en) * | 1975-10-06 | 1977-04-06 | Hitachi Ltd | Process for production of semiconductor device |
JPS5752141A (en) * | 1980-09-12 | 1982-03-27 | Sharp Corp | Manufacture of semiconductor element |
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