JPH03225919A - 有機金属気相成長方法 - Google Patents

有機金属気相成長方法

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JPH03225919A
JPH03225919A JP2152290A JP2152290A JPH03225919A JP H03225919 A JPH03225919 A JP H03225919A JP 2152290 A JP2152290 A JP 2152290A JP 2152290 A JP2152290 A JP 2152290A JP H03225919 A JPH03225919 A JP H03225919A
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Shigeya Narizuka
重弥 成塚
Masayuki Ishikawa
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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は有機金属化合物を用いる化学的気相成長(MO
CVD)方法に係わり、その原料の供給方法及びこれを
実施するための装置構成に関する。
(従来の技術) 従来からMOCVD法に用いられるMOCVD装置は、
その高い制御性を生かして電子デバイス、光デバイスの
結晶成長に用いられている。しかし、さらに高機能で複
雑なデバイスを作製しようという場合にはその制御性は
必ずしも十分とは言えない。
例えば、In1QGaP系材料で断面が第2図に示され
るGRIN−5CHレーザを作製しようとする場合、基
板に格子整合する条件を保ちながら、なおかつAΩ混晶
比を徐々に変化させる必要が生じる。格子整合条件は非
常に厳密な条件であり、そのうえ成長層の混晶比を変化
させることは現状のMOCVD装置では非常に困難であ
る。
通常、MOCVD法において、格子整合条件を得ること
と、所望の組成を得ることは、有機金属原料を収納した
バブラをバブリングする水素の流量を制御することによ
り行われる。例えば、InGaAQPをGaAs基板に
格子整合してエピタキシャル成長する場合、第6図に示
すような構成を持つMOCVD装置を用い、有機金属原
料であるところのトリメチルインジウム(TMI)10
1.1−リメチルガリウム(TMG)102、トリメチ
ルアルミニウム(TMA)103に所望の組成、格子整
合を得るために必要な流量の水素を流しバブリングし、
原料を反応管105に運び結晶成長させる。水素流量の
制御には流量制御装置104を用い、通常0.1−10
0cc/minの範囲で流量を制御して施す。
(発明が解決しようとする課題) 上記における格子整合条件は非常に厳密な条件であり、
例えば、デバイス作成に必要な格子定数差で0.05%
以内の格子整合を実現するためには、バブリングの水素
流量を±1.0%以内の誤差範囲で正確に制御しなけれ
ばならない。
実際にGRIN構造を実現するため、へΩ組成を変化さ
せる場合、それぞれの有機金属バブラに流す水素の流量
を徐々に変化させる必要がある。このとき、同時に、き
びしい格子整合条件も維持しなければならない。通常、
流量制御装置104の応答時間も1〜6秒で速くなく、
その上、それぞれの流量制御装置104の設定流量の再
現性にも限界がある。したがって、現状の構成のMOC
VD装置では格子整合条件を保ちながら組成を任意に変
化させる− ことは非常に困難であり、実現が難しい条件であった。
本発明は上記従来の問題点に鑑み、基板への格子整合を
保ちながら、組成を任意に制御できる制御性の高い有機
金属気相成長方法及び装置を提供することを目的として
いる。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明に係る有機金属気相成長方法は、半導体基板上に
該半導体基板に格子整合した結晶層を有機金属気相成長
法で成長する際に、複数の原料を選択的に混合して前記
半導体基板に格子整合し、且つ混合比の異なる第1及び
第2の混合体を得、この第1及び第2の混合体を所定の
混合比で混合して第3の混合体を得、この第3の混合体
を用いて半導体結晶成長を行うことを特徴とする。また
、本発明に係る有機金属気相成長装置は、半導体基板上
に該半導体基板に格子整合した結晶層を成長させる有機
金属気相成長装置において、該半導体基板へ格子整合が
とれる混合比に複数の原料を混4− 合し第一の混合体を二種以上作る第一の混合部と、前記
第一の混合体同士をさらに混合し第二の混合体を作る第
二の混合部を有し、前記第二の混合体を用いて半導体結
晶成長を行うことを特徴とする。
(作 用) 本発明は、格子整合の制御と、組成の制御を独立に行な
うことを特徴とする。本発明では、有機金属供給ライン
を2系統以上用意し、それぞれのラインを異なる組成比
でなおかつ基板に格子整合する条件でバブリングする。
そして、この2系統以上の有機金属混合ガスを所望の組
成かえられる混合比で混合する。また、この混合比を変
化させることにより組成を制御する、すなわち、基板に
格子整合するような混合比で混合した有機金属混合ガス
を作り、これを2種類以上混合して組成を決めているか
ら、組成によらず格子整合条件は確保される。また、格
子整合はバブリング流産により、組成は有機金属混合ガ
スの混合比により決めているので、組成を迅速に変化さ
せても制御性よく基板に格子整合する条件を保つことが
できる。
故に、本発明によれば、基板への格子整合を制御性良く
保ちながら、組成を任意に変化させることが可能な有機
金属気相成長方法及び装置を提供することができる。
(実施例) 以下、本発明の一実施例につき第1図ないし第5図を参
照して説明する。
第1図は本発明のMOCVD方法に用いられるMOCV
D装置の構成を示す図である。本実施例では、第2図に
示されるようなGaAs基板に格子整合させInGaA
IIPをエピタキシャル成長する場合を取り上げる。ま
ず、有機金属原料であるところのTMI 11、TMG
 12のバブラで−っの組をつくる。GaAs基板に格
子整合する流量条件で、おのおののバブラを流量制御装
置15を用いて流量制御された水素でバブリングする。
なお、このバブリング水素流量は組成を変化させる際に
も変化させず一定に保つ。
方、TMI 13とTMA 14のバブラでも、もう一
方の組みを構成する。これらのバブラもGaAs基板に
格子整合する流量条件でバブリングする。先はどと同様
に、このバブリング水素流量も組成を変化させる際に変
化させず一定に保つ。次に、それぞれのバブラから出た
有機金属ガスは、おのおの混合部1.6a、16bで混
合される。混合部16a、16bで混合されたそれぞれ
の有機金属混合ガスはGaAs基板に格子整合する混合
比になっている。これらの有機金属混合ガスの一部は大
気圧に保たれた排気部へ捨てられ、他の部分は、流量制
御装置17a、17bで流量制御され、第二の混合部1
8で混合され、減圧に保たれた反応管19に導かれボン
ベより供給されたPH3とに結晶成長に用いられる。有
機金属混合ガスの第二の混合部18での混合比は二台の
流量制御装置17a、17bで制御され、この混合比で
InGaAQPエピタキシャル成長層のAQ組成が決定
される。また、ここで、有機金属混合ガスのある部分を
大気圧に保たれた排気部へ捨てているのは、有機金属バ
ブラ内を大気圧に保ちバブリング量を安定に保つためで
ある。
上記の構成の有機金属気相成長装置を用いて、GRIN
−5C++構造を持つInGa1QP系レーザを作製し
た。
エピタキシャル成長層のGaAs基板への格子整合をX
線を用いて評価したところ、基板に対して±0.05%
以内の格子不整合に収まっていた。また、SIMSを用
いてGRIN−8CH構造の作製状況を評価したところ
、第3図に示すようなプロファイルでAQ組成が変化し
ており、所望のGRIN−8CH構造が得られているこ
とが判明した。 GRIN−3CH構造の様に、非常に
薄い膜厚のうちに組成を急峻に制御性良く変化させるこ
とは難しく、なおかつ格子整合も保つ必要がある条件下
においては、従来のMOCVD法では、条件を満足させ
るエピタキシャル膜を成長させることはほぼ不可能であ
り、同様の構造を結晶成長したところ、GRIN構造を
成長させている付近よりエピタキシャル層表面の白濁が
始まった。このエピタキシャル層を光学顕微鏡でさらに
詳細に評価したところ、多くのクロスハツチが発生して
いることが観察され、格子整合条件から大きく外れてい
ることが解った。また、本実施例を用いて結晶成長した
エピタキシャル成長層を用いてレーザを試作したところ
、発振しきい値電流が20mAで− あり、通常のダブルへテロ構造の場合の発振しきい値電
流50n+Aと比べて、GRIN−5CH構造の効果が
現れていることが分かった。一方、従来のMOCVD法
を用いて結晶成長したエピタキシャル成長層を用いてG
RIN−5CH構造レーザを試作したところ、電流リー
ク成分が大きくレーザ発振させることが可能な素子を得
ることができなかった。
次に本発明の他の実施例を第4図によって説明する。こ
の実施例では、InP基板に格子整合させInGaAQ
Asをエピタキシャル成長する場合を取り上げる。まず
、有機金属原料であるところのTMI 41、TMG 
42のバブラで一つの組をつくる。InP基板に格子整
合する流量条件で、おのおののバブラを流量制御装置4
5を用いて流量制御された水素でバブリングする。ちな
みに、このバブリング水素流量は組成を変化させる際に
も変化させず一定に保つ。
一方、TMI 43とTMA 44のバブラでもう一方
の組を構成する。これらのバブラもInP基板に格子整
合する流量条件でバブリングする。取上と同様に、この
バブリング水素流量は組成を変化させる際にも変化させ
ず一定に保つ。次に、それぞれのバブラから出た有機金
属ガスは、おのおの混合部46a、46bで混合される
。これら混合部46a、46bで混合されたそれぞれの
有機金属混合ガスは、InP基板に格子整合する混合比
になっている。これらの有機金属混合ガスの有る部分は
大気圧に保たれた排気部へ捨てられ、ある部分は、流量
制御装置47a、47bで流量制御され、第二の混合部
48で混合され、減圧に保たれた反応管49に導かれ、
ボンベより供給されたAs)I3と伴に結晶成長に用い
られる。有機金属混合ガスの第二の混合部48での混合
比は二台の流量制御装置47a、47bで制御され、こ
の混合比でInGa1As工ピタキシヤル成長層のAQ
組成が決定されることになる。また、ここで、有機金属
混合ガスのある部分を大気圧に保たれた排気部へ捨てて
いるのは、有機金属バブラ内を大気圧に保ちバブリング
量を安定に保つためである。
上記の構成の有機金属気相成長装置を用いて、第5図に
示すようなエミッタ・ベース接合がグレーデッドタイプ
のInGaAQAs系の)IBTを作製した。
エピタキシャル成長層のInP基板への格子整合をX線
を用いて評価したところ、基板に対して±0.05%以
内の格子不整合に収まっていた。また、試作した)IB
Tのβは200となり良好な値が得られた。
本発明は、上記の実施例にのべた材料系の結晶成長への
適用に限るわけではなく、他の材料にも応用することが
できる。また、本実施例においては、二種類の有機金属
を用いて有機金属混合ガスを作っているが、その数は二
種類に限るわけではない。さらに本実施例では、有機金
属混合ガスの数も二種類であるが、その数も二種類に限
るわけではない。その他、本発明はその要旨を逸脱しな
い範囲で種々変形して実施することができる。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明によれば、基板への格子整合
と、成長層の組成とを独立に制御できるため、基板への
格子整合を保ちながら組成を任意に変化させることが可
能な有機金属気相成長方法及び装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係わる有機金属気相成長装置
の構成図、第2図は本発明の一実施例の製造方法により
形成されたGRIN−3CHレーザ素子の断面図、第3
図はGRIN−5CH構造レーザのSIMSによる評価
結果、第4図は本発明の他の実施例に係わる有機金属気
相成長装置の構成図、第5図はエミッタ・ベース接合が
グレーデツトタイプのInGaAQAs系のHBTの素
子構造、第6図は従来の有機金属気相成長装置の構成図
である。 11.13.41.43・・・TMIのバブラ、12.
42・・・TMGのバブラ、14.44・・・TMAの
バブラ、15a−15d、45a−45d−バブラ、1
6a、16b、18・・・有機金属ガスの混合器、17
a、17b、 47a、47b−・・流量制御装置、1
9.49・・・反応容器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上に該半導体基板に格子整合した結晶層を有
    機金属気相成長法で成長する際に、複数の原料を選択的
    に混合して前記半導体基板に格子整合し、且つ混合比の
    異なる第1及び第2の混合体を得、この第1及び第2の
    混合体を所定の混合比で混合して第3の混合体を得、こ
    の第3の混合体を用いて半導体結晶成長を行うことを特
    徴とする有機金属気相成長方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1028855A (ja) * 1996-07-12 1998-02-03 Shin Etsu Handotai Co Ltd ガス供給装置及び気相成長用設備
JP2013105832A (ja) * 2011-11-11 2013-05-30 Ulvac Japan Ltd 薄膜製造方法および薄膜製造装置

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JPH1028855A (ja) * 1996-07-12 1998-02-03 Shin Etsu Handotai Co Ltd ガス供給装置及び気相成長用設備
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