JPH03150294A - 化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents

化合物半導体の気相成長方法

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JPH03150294A
JPH03150294A JP28661689A JP28661689A JPH03150294A JP H03150294 A JPH03150294 A JP H03150294A JP 28661689 A JP28661689 A JP 28661689A JP 28661689 A JP28661689 A JP 28661689A JP H03150294 A JPH03150294 A JP H03150294A
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gas
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Nagahito Makino
修仁 牧野
Eiji Ikeda
池田 英治
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、エピタキシャル成長技術さらには不純物をド
ープした半導体層の気相成長技術に関し例えば■−v族
化合物半導体のエピタキシャル成長方法に利用して有効
な技術に関する。
[従来の技術] 従来、不純物をドーピングしたGaAs、GaP、In
P、InAs等のm−v族化合物半導体を基板上にエピ
タキシャル成長させる技術として液相エピタキシャル成
長法(LPE)や気相エピタキシャル成長法(VPE)
、有機金属熱分解法(MOCVD) 、分子線エピタキ
シー(MBE)等が開発されている。第3図にはこのう
ちMOCVD!置の概略構成を示す。
すなわち、このMOCVD装置は、円筒状をなす石英製
の反応管lと、高周波コイル2とからなり、反応管1に
は成長用基板3を載置するゲラファイト製サセプタ4が
設けられ、サセプタ4上の基板3を高周波コイル2によ
って加熱できるように構成されている。
一方、反応管lの上端には、原料ガスやドーパントガス
を基板3の上流に供給するためのガス導入管6a、6b
、6cとが設けられている。上記ガス導入管6Cには第
1のガス供給路7aと第2のガス供給路7bが接続され
ている。
そして、ガス導入管6a、6bおよびガス供給路7a、
7bの途中にはマスフローコントローラ9a、9b、9
c、9dが、またガス供給路7aの途中には■族元素の
有機化合物であるトリメチルインジムやトリメチルガリ
ウムの入ったバブラ8が介装されている。ガス供給路7
aには、H。
ガスが導入され、バブラ8内へH3ガスを吹き込むこと
によって原料とH,の混合ガスを反応管l内に供給でき
るように構成されている。ガス導入管6aはドーパント
ガス供給用に、まh、ガス導入管6bはV族元素の供給
用に使用される。そのため、ガス導入W6a、6bには
それぞれドーパントガスおよびV族元素の水素化物の入
ったボンベlOa、lObが接続されている。なお、バ
ブラ8は温度制御可能な恒温槽12に入れ、温度を制御
することによって■族原料の蒸発量を制御するようにし
である。11は反応g1の下端に接続された排気管であ
る。
[発明が解決しようとする課題] 従来、上記のような構成のMOCVD装置により高濃度
の不純物を添加した化合物半導体層をエピタキシャル成
長させると、半導体層が島状に成長し、基板表面に凹凸
が生じ、平滑性が悪くなるという欠点があった。
本発明は上記欠陥を解決すべくなされたもので、その目
的とするところは、不純物濃度の高い化合物半導体層を
気相成長法でエピタキシャル成長させる際に、半導体層
の平滑性を向上させることにある。
[課題を解決するための手段] 本発明者は、高濃度の半導体層をエピタキシャル成長さ
せる場合に、表面の平滑性が損なわれる原因について考
察した。
その結果、従来第3図に示すようなMOCVD装置によ
り不純物を添加した■−v族化合物半導体の気相成長を
行なう場合、各ガス導入管の長さの違いやガス導入部の
構造あるいは供給するガスの流量比によっては、エピタ
キシャル成長開始時にドーパントガスの方が原料ガスよ
りも早く基板表面に到達してしまうことがある。そして
その場合、ドーパント量が多いと成長開始時に結晶表面
の熱力学的に安定な格子位置を、不純物の原子が占めて
しまう確率が高くなる。その結果、本来、半導体層の構
成原子が占めるべき格子位置が失われ、3次元的に島状
に成長して結晶表面に凹凸を生じるようになることが分
かった。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、化合物
半導体層のエピタキシャル成長に際し、不純物の導入開
始時期を遅らせて、半導体層が少なくとも1分子層以上
成長した後に、不純物の導入を開始させることを提案す
るものである。 ′なお、1分子層単位では厳密な制御
を必要とすること、及び半導体層の成長が安定して進行
するようになるのは通常数分子層以上成長した後である
ことから、望ましくは不純物の添加開始時期は半導体層
が数分子層以上、具体的には5分子層以上成長した後に
設定するのがよい。
一方、不純物の添加時期と半導体層成長開始時期の時間
差は長くするほど半導体層の表面状態の改善に寄与する
ことが予想される。しかるに、得られた半導体層の成長
方向のキャリア密度のプロファイルは、成長開始と同時
に不純物を添加した場合と同じプロファイルにしたいこ
とから、好ましくは不純物を添加しない層の厚みは数十
分子層以内にするのがよい。
[作用] 上記した手段によれば、反応管内基板近傍には半導体層
成長開始直後に不純物が存在しないため、基板表面の熱
力学的に安定な格子位置が不純物で占められることがな
く、すべての安定な格子位置が半導体層の構成原子によ
り占められるようになるため、半導体層が島状に成長し
て結晶表面の平滑性が損なわれるのを防止できる。
[実施例] 一例として、MOCVD (有機金属熱分解法)法でS
iドープInP層の気相成長を行なった。
成長用基板として、(100)面を主面とするInP基
板を用意し、これをMOCVD装置内に設置し、成長温
度625℃、圧カフ6Torrの条件を設定した。原料
のIn源としては(CH,)、 I nを、P源として
はPH,、ドーパントのSi源としてSiH,を用い、
(CH,) 、 I nはH8をキャリアガスとして、
各々マスフローコントローラで装置内に流量を制御しな
がら導入した。
第1図および第2図に、気相成長時の原料ガスの流量の
変化を、また第2図にそのときの基板温度の変化を示す
まず、Hlガスをl OQ /winの割合で装置内に
導入して内部をHlガスで置換した後、PH,ガスを0
.5Q/winの割合で供給して基板からのPの解離を
防止しながら高周波誘導加熱でサセプタを昇温し、基板
が700℃になった時点で昇温を停止した。この状態を
lO分程度保持することで基板表面の酸化膜を熱エッチ
ングで除去した。このとき上記PH,ガスの供給量は、
700℃でPの平衡蒸気圧以上となるように決定した。
その後H,ガスとPH,ガスを流し続けたまま基板温度
625℃まで下げた。次に、基板温度を625℃に維持
しつつ原料ガスとしての(CHs)、 I nをl×1
0−″g/@inの割合で導入した。(CH,)、 I
 nガスの流量と半導体層の成長速度は比例するので、
成長速度がおよそ1μm/hrとなるように(CH,)
、Inガスの流量を決定した、(CH,)、I nガス
導入開始後lO秒経過した時点1.でドーパントガスと
してのS i H,ガスの導入を開始した。上記lO秒
はInPが10分子層成長するのに要する時間に相当す
る。一方、InP成長層のキャリア密度はSiH,ガス
の流量に比例するので、キャリア密度がl X 10”
011−となるよう、SiH。
ガスの流量を1xlO−ffi/鳳inとした。
比較のため、温度および圧力、ガス流量等の条件を上記
プロセスと同一にし、ドーパントガス(SiH,)の導
入開始時期のみを、からシ、(成長用ガスの導入開始時
点)へ変えて従来法によるSiドーブInP層の成長も
行なった。
成長後の基板表面を光学顕微鏡で観察したところ、原料
ガス(CH,)、 I nの導入開始とドーパントガス
S i H,の導入開始を同時に行なう従来方法でエピ
タキシャル成長した基板表面には島状の凹凸が観察され
た。これに対し、本実施例の方法でエピタキシャル成長
した基板表面には凹凸が見られす、平滑性の良好な基板
が得られた。
なお、上記実施例ではMOCVD法によりSiドープI
nP層のエピタキシャル成長を行なったものについて説
明したが、InP以外の■−v族化合物半導体層をエピ
タキシャル成長させる場合やSi以外の不純物を添加す
る場合にも本発明を適用でき、同様の効果が得られる。
また、基板上に化合物半導体層を一層のみ成長する場合
のみならず、異なる組成の化合物半導体層(3元系、4
元系を含む)を2層以上成長する場合で、不純物を添加
したい層があるときに適用することができる。
さらに、適用する気相成長方法もMOCVD法に限定さ
れず、クロライドCVD法によるエピタキシャル成長に
も適用することが可能である。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明は、半導体基板を設置した
反応管中へエピタキシャル成長用ガスとドーピングガス
とを供給して、上記半導体基板上に不純物を添加した化
合物半導体層を気相成長させるにあたり、ドーピングガ
スの導入開始時期をエピタキシャル成長用ガスの導入開
始時期よりも遅らせ、少なくとも不純物を含まない半導
体層が1分子層以上成長した後にドーピングガスを導入
させるようにしたので、反応管内基板近傍には半導体層
成長開始直後に不純物が存在しないため、基板表面の熱
力学的に安定な格子位置が不純物で占められることがな
く、すべての安定な格子位置が半導体層の構成原子によ
り占められるようになるため、半導体層が島状に成長し
て結晶表面の平滑性が損なわれるのを防止できるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は本発明方法をMOCVD法により
SiドーブInPエピタキシャル層の成長に適用した場
合の原料ガスおよびドーパントガスの流量および温度の
変化を示す制御タイミング図、 第3図はMOCVD装置の一例を示す概略構成図である
。 l−・・・反応管、2−・・・高周波コイル、3・・・
・基板、6a〜6C・・−・ガス導入管、8・・・・バ
ブラ、9a〜9d・・−・マスフローコントローラ。 第3図 7b      6c I 亨辛  半環  ・・ PHs j   l   l !3iH4(dopan
t)手続補正書印釦 1、事件の表示 平成1年特許願第286616号 2、発明の名称 化合物半導体の気相成長方法 3、補正をする者 事件との関係   特許出願人 名称   日本鉱業株式会社 4、代理人 〒162 住 所  東京都新宿区市谷本村町3番20号5、補正
の対象 (1)明細書の[発明の詳細な説明」の欄6、補正の内
容 (1)明細書の第8頁第5行目に、[lO分子層Jとあ
るのを、[5分子層Jと補正する。 −一−1−〜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  半導体基板を設置した反応管中へエピタキシャル成長
    用ガスとドーピングガスとを供給して、上記半導体基板
    上に不純物を添加した化合物半導体層を気相成長させる
    にあたり、ドーピングガスの導入開始時期をエピタキシ
    ャル成長用ガスの導入開始時期よりも遅らせ、少なくと
    も不純物を含まない半導体層が1分子層以上成長した後
    にドーピングガスを導入させることを特徴とする化合物
    半導体の気相成長方法。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0703605A3 (en) * 1994-09-02 1998-03-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method for etching semiconductor, method for fabricating semiconductor device, method for fabricating semiconductor laser, and semiconductor laser

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