JPH03191513A - 気相成長方法 - Google Patents

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〕 本発明は気相成長方法に関し、特にメタルソースをハロ
ゲン化物ガスと反応させて基板上に気相成長させる気相
成長方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の気相成長方法は、例えばＩｎＰ基板にＴ
ｎＰをエピタキシャル成長させる場合、第２図に示すよ
うな気相成長装置によって行なわれていた。

反応管１の外周には加熱炉２が配設されており、反応管
１の内部にはＩｎソース３．基板ホルダー５に載置され
たＩｎＰ基板４が置かれており、Ｉｎソース３の置かれ
た領域は８８０℃に、ＩｎＰ基板４が置かれた領域は６
８０℃に加熱しておく。供給ガスは共にＨ２で希釈した
ＨＣｅとＰＨ，を用い、前者は導入管６からＩｎソース
３上に、後者はバイパス管７から流し、両者合流してＩ
ｎＰ基板４に達し、ＩｎＰ基板４へのＩ　、ｎ　Ｐエピ
タキシャル成長を行ない、最終的に排気管８から排気さ
れる。

ＩｎＰ基板４へのＩ　ｎ　Ｆ’エピタキシャル成長は主
として以下の反応を経て起る。

１　ｎ　＋　ＨＣｅ−１１ｎ　Ｃｅ　＋　−）−１２こ
の時、ｎ型の不純物ガスは意識的には流していないが、
バックグランドとして存在する不純異物が反応ガスに溶
こみ、これがｎ型のソースとなる。ＩｎＰ基板４上のＩ
　ｎ　Ｐエピタキシャル層のｎをキャリア濃度は、第３
図に示すように、Ｉｎンース３上に流すＩ−Ｉ　Ｃｅ　
、’　Ｈ２ガスの１１２流量を変化させることにより制
御する。反応ガスに溶こんだ不純異物はｌｎソース３に
も溶こむ（この現象をゲッタリング効果という）。Ｉｎ
ソース３Ｊ：。

のＨ２流量を減少させると、そこでのガス流速は減少し
、反応ガスとＩｎソース３との接触時間が増加してゲッ
タリング効果が増大し、反応ガス中の不純異物濃度（以
後、これをバックグランド濃度と称する）が減少して、
ＩｎＰエピタキシャル層のｎ型キャリア濃度は減少する
ことになる。

この方法により、ｎ型の１０１５ｃｍ−３〜１１０１７
ａづの範囲の低キヤリア濃度の制御を行なっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

旧述した従来の気相成長法は、ＩｎＰエピタキシャル層
のｎ型キャリア濃度を、意図的なドーピングではなく、
バックグランド濃度により制御しているため、様々な要
因による変動を受け、再現性、制御性に乏しい欠点があ
る。

バックグランド濃度の変動要因を把握することは困難で
ある。例えば、反応管を長時間パージした後、エピタキ
シャル成長を行なうと、成長の回数を重ねるに従い、第
４図に示すようにｎ型キャリア濃度が低下していくとい
う傾向が見られ、極めて制御性が悪い。

化合物半導体デバイスでは、３元アバランシエホ１−ダ
イオード等の低キヤリア濃度は、±１０％程度の制御分
必要とするが、バックグランド濃度による制御では、歩
留りが低くなる。

なお、ドーピングガスを用いて低キヤリア濃度を制御す
る方法も考えられるが、１０１５ｃｍ−３〜１　（）　
１７　ｃｍ−３という低キヤリア濃度を制御するために
は、１．　ｐ　ｐ　ｍ程度の非常に低い濃度のドーピン
グガスボンベを用意しなければならず、かつ、ドーピン
グガスライン系を清浄安定に維持することが要求され、
困難および負担を伴なう。

１課題を解決するための手段〕 本発明の気相成長方法は、メタルソースとハロゲン化物
ガスとを反応させた反応ガスを基板に接触させて半導体
層を気相成長させる気相成長方法において、反応管内に
２個の反応室を内包させ、それぞれの反応室にメタルソ
ースおよびハロゲン化物ガスの導入手段を設置し、更に
一方の反応室内のメタルソースの気層下流側に不純物ソ
ースを配置し、各反応室からのメタルソースとハロゲン
化物ガスとの反応ガスおよびメタルソースと不純物ソー
スとハロゲン化物ガスとの反応ガスを合流させ、下流側
に設置された自転させる回転機構を有した基板に供給し
、基板上に半導体層を気相成長する。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の説明をするための概略図で
ある。反応管１の外周には加熱炉２が配置され、反応管
１の上流側には隔壁９を隔てて２個の反応室１０ａ、Ｈ
ｌｂを内包し、各反応室にＩｎソース３ａ、３ｂをセッ
トし、反応室１０ａのＩｎソース３ａの下流側に２ＸＩ
Ｘ０．５ｍｍ３のＳｉ小片１１を配置する。一方、反応
管１の下流側に、ＩｎＰ基板４を載置する基板ホルダー
５ａを設置し、これはＩｎＰ基板４に自転を墜えるため
の回転機構１２に連結されている。

Ｈ２で希釈したＨＣｅは導入管６ａ、６ｂからそれぞれ
反応室１０ａ、　１０ｂに供給し、Ｈ２で希釈したＰ　
＋−（、はバイパス管７から反応管１内に供給する。反
応ガスは最終的に排気管８から排気される。

加熱炉２により温度はＩｎソース３ａ、３ｂの位置で８
８０℃、Ｓｉ小片ＩＩの位置で８６０℃。

ＩｎＰ基板４の位置で６８０℃になるように制御されて
いる。

反応管１内では、主として以下の化学反応が起る。Ｉｎ
ソース３ａ、３ｂのある領域では、Ｔ　ｎ　＋　ＨＣ（
Ｚ　−１ｎ　Ｃｅ　＋−Ｈ２Ｓｉ小片１１の位置では、 Ｓ　ｉ　ｌ−ｎ！（（１？＋２Ｈ２＋Ｓ　ｉ　Ｈ４−ｎ
　Ｃｌ２ｎ＋ｎ！−１２ （ｎ二１，２，３．４＞ バイパス管７内では１ ．４　Ｐ　Ｉ−１，→Ｐ４＋６８２ これらの反応により生じたＩｎＣｅ、５ｉ）１４−ｎＣ
ｆｆａ、Ｐ４￥Ｆ＝が、ＩｎＰ基板４まで輸送され、Ｓ
ｊがドープされたｎ型のＩｎＰエピタキシャル層が得ら
れる。

この時、Ｉｎソース３ａ、３ｂ上のガス流速を十分低速
に保ち、反応管１内に導入されるｌ・−タルのＨＣｅガ
ス流量を一定にしながら、導入管６ａから導入するＨ　
Ｃｅガス流量を変化させる。

Ｉｎソース３ａ、３ｂ上のガス流速は十分低速に保たれ
ているので、反応ガス中に含まれるバックグランドとし
ての不純異物は、Ｉｎソース３ａ。

３ｂに十分ゲッタリングされるため、不純物の発生源は
Ｓｉ小片１１に限定される。従って、ＩｎＰ基板４に供
給される不純物ガスは反応室１０ａに供給されるＩ（Ｃ
ｅガス流量により高精度で制御される。

また、Ｓｉ小片１１は、Ｉｎソース３ａの下流側にある
ため、ＨＣｆｆガスは既に十分Ｉｎソース３ａの反応し
てＩ　ｎｃｅとなっており、極少量のＨＣ／ガスがＳｉ
小片１１に接触反応し、発生する５ＩＨ４−ｏＣｅｎは
極めて少量となる。従って、ＩｎＰ基板４上のＩｎＰエ
ビタＡシャル層のｎ型キャリア濃度は、１０１５ｃ　ｍ
−３〜１０　”ｃ　ｍ　−’の範囲内での制御が実現出
来る。

本実施例では、ＩｎＰのエピタキシャル成長について述
べたが、他の■−ｖ族化合物でも、同様に適用すること
が出来る。

Ｉ発明の効果〕 以上説明したように本発明は、二つの反応室に流す１−
一タルのハロゲン化物ガスを一定にして、不純物ソース
のある反応室への流量を極微量にすることにより、意図
的に極少量の不純物ソースとハロゲン１ヒ物ガスとの反
応ガスを被気相成長基板に供給することが可能となり、
気相成長半導体層のキャリア濃度を、１０　”ｃ　ｍ−
３〜ｌ　Ｑ　”ｃ　ｍ　−’の低キヤリア濃度に１１０
％の精度で再現性よく制御することが出来る。

また、被気相成長基板を自転させることにより、不純物
ソースとハロゲン化物ガスとの反応ガス並びにメタルソ
ースとハロゲン化物ガスとの反応ガスを供給する反応室
と、メタルソースとハロゲン化物ガスとの反応ガスのみ
供給する反応室とから均等に反応ガスの供給を受け、均
一なキャリア濃度分布を有する気相成長半導体層が得ら
れる効果がある。

さらに、本発明は反応室を部分することにより、単に低
濃度領域に対してのみではなく、より広範囲なキャリア
濃度の気相成長の制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための概略図、第
２図、第３図、第４図は従来の技術を説明するための概
略図である。 １・・・反応管、２・・・加熱炉、３．３ａ、３ｂ・・
・Ｉｎソース、４・・・ＩｎＰ基板、５，５ａ・・・基
板ボルダ−６，６ａ、６ｂ・・・導入管、７・・・バイ
パス管、８・・・排気管、９・・・隔壁、ｌｏａ、　Ｉ
Ｏｂ・・・反応管、ＩＩ・・・Ｓｉ小片、１２・・・回
転機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応管内のメタルソース上にハロゲン化物ガスを供給し
   、前記メタルソースの下流側に載置された被気相成長基
   板に半導体層を堆積する気相成長方法において、前記反
   応管内に２個の反応室を内包させ、前記の２個の反応室
   に前記メタルソースおよび前記ハロゲン化物ガスの導入
   手段を設置し、更に一方の反応室内の前記メタルソース
   の気層下流側に不純物ソースを配置し、前記の各反応室
   からの前記メタルソースと前記ハロゲン化物ガスとの反
   応ガスおよび前記メタルソースと前記不純物ソースと前
   記ハロゲン化物ガスとの反応ガスを合流させて前記被気
   相成長基板に供給し、前記被気相成長基板を自転させ、
   前記半導体層を前記被気相成長基板に堆積することを特
   徴とする気相成長方法。