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Info
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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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Landscapes
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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。
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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−〜
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)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1286616A JP2847198B2 (ja) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1286616A JP2847198B2 (ja) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03150294A true JPH03150294A (ja) | 1991-06-26 |
JP2847198B2 JP2847198B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=17706717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1286616A Expired - Lifetime JP2847198B2 (ja) | 1989-11-02 | 1989-11-02 | 化合物半導体の気相成長方法 |
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JP (1) | JP2847198B2 (ja) |
Cited By (1)
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 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02203519A (ja) * | 1989-02-01 | 1990-08-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体結晶の成長方法 |
-
1989
- 1989-11-02 JP JP1286616A patent/JP2847198B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02203519A (ja) * | 1989-02-01 | 1990-08-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Cited By (2)
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 |
US5872022A (en) * | 1994-09-02 | 1999-02-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for etching a semiconductor method for fabricating semiconductor device method for fabricating semiconductor laser and semiconductor laser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JP2847198B2 (ja) | 1999-01-13 |
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