JPH04164898A - 鉄ドープ化合物半導体の気相成長装置 - Google Patents
鉄ドープ化合物半導体の気相成長装置Info
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- JPH04164898A JPH04164898A JP28732190A JP28732190A JPH04164898A JP H04164898 A JPH04164898 A JP H04164898A JP 28732190 A JP28732190 A JP 28732190A JP 28732190 A JP28732190 A JP 28732190A JP H04164898 A JPH04164898 A JP H04164898A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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、鉄ドープの■−■族化合物半導体、例えばＧ
ａＰ、 ＩｎＰ、 ｒｎＧａＰ、 ＩｎＧａＡｓ
Ｐ、 ＧａＡｓＰ等を気相エピタキシャル成長させる装
置に関する。
ａＰ、 ＩｎＰ、 ｒｎＧａＰ、 ＩｎＧａＡｓ
Ｐ、 ＧａＡｓＰ等を気相エピタキシャル成長させる装
置に関する。
（従来の技術）
ＱａＡｓ、ｌｎＰに代表される■−ｖ族化合物半導体は
、高抵抗、半絶縁性を付与するために、Ｆｅ、 Ｃｒ、
Ｔｉ等の遷移金属を添加することが有効である。気相
エピタキシャル成長方法によりこの種の半導体を成長さ
せるためには、遷移金属を何等かの化合物として気相で
供給する必要がある。
、高抵抗、半絶縁性を付与するために、Ｆｅ、 Ｃｒ、
Ｔｉ等の遷移金属を添加することが有効である。気相
エピタキシャル成長方法によりこの種の半導体を成長さ
せるためには、遷移金属を何等かの化合物として気相で
供給する必要がある。
Ｊ、Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ Ｑ（１９８９）ｐ
、７には、反応管の上流を、窒素雰囲気下で金属鉄に塩
化水素ガスを送って塩化鉄を生成する領域と、水素雰囲
気下で金属インジウムに塩化水素を送って塩化インジウ
ムヲ生成する領域と、水素ガスペースのホスフィンを供
給する領域とに分離し、反応管の下流に配置した基板上
に鉄ドープのＩｎＰ単結晶をハイドライド気相エピタキ
シャル成長させる装置が記載されている。
、７には、反応管の上流を、窒素雰囲気下で金属鉄に塩
化水素ガスを送って塩化鉄を生成する領域と、水素雰囲
気下で金属インジウムに塩化水素を送って塩化インジウ
ムヲ生成する領域と、水素ガスペースのホスフィンを供
給する領域とに分離し、反応管の下流に配置した基板上
に鉄ドープのＩｎＰ単結晶をハイドライド気相エピタキ
シャル成長させる装置が記載されている。
（発明が解決しようとする課題）
上記の成長装置では、不活性ガス雰囲気で塩化鉄を生成
し、他の水素雰囲気で生成した■族元素の塩化物と予め
混合させた後、基板の直前で■族元素の水素化物と混合
させて、鉄ドープｍ−Ｖ族化合物半導体を基板」−にエ
ピタキシャル成長させるか、原料ガスの混合方法によっ
ては、基板上及び基板手前の反応管内壁に、鉄と線成分
（Ｐ、、 ＰＨ。
し、他の水素雰囲気で生成した■族元素の塩化物と予め
混合させた後、基板の直前で■族元素の水素化物と混合
させて、鉄ドープｍ−Ｖ族化合物半導体を基板」−にエ
ピタキシャル成長させるか、原料ガスの混合方法によっ
ては、基板上及び基板手前の反応管内壁に、鉄と線成分
（Ｐ、、 ＰＨ。
等）との反応生成物であるＦｅ−Ｐ化合物が析出すると
いう問題があった。特に、成長結晶中にＦｅ−Ｐ化合物
が混入すると、Ｆｅ−Ｐ粒界ができるため、ｍ−Ｖ族化
合物の結晶性を損ない、半絶縁性（ＩＯ＠Ωｃｍ以」二
）の電気特性を得ることができない。
いう問題があった。特に、成長結晶中にＦｅ−Ｐ化合物
が混入すると、Ｆｅ−Ｐ粒界ができるため、ｍ−Ｖ族化
合物の結晶性を損ない、半絶縁性（ＩＯ＠Ωｃｍ以」二
）の電気特性を得ることができない。
そこで、本発明は、上記の問題を鯉消し、Ｆｅ−Ｐ粒子
が成長結晶に混入することを防止し、結晶性の優れた半
絶縁性のｍ−ｖ族化合物半導体を気相エピタキシャル成
長させることのできる装置を提供しようとするものであ
る。
が成長結晶に混入することを防止し、結晶性の優れた半
絶縁性のｍ−ｖ族化合物半導体を気相エピタキシャル成
長させることのできる装置を提供しようとするものであ
る。
（課題を解決するための手段）
本発明は、反応管の上流において、ドープ原料としての
鉄を塩化水素と反応させて塩化鉄を生成する領域を、Ｗ
族元素を含む原料ガス及び■族元素を含む原料ガスの供
給領域から隔壁により分離し、反応管の下流に基板を収
容する結晶成長領域を設けた［１−Ｖ族化合物半導体の
気相工ビタキンヤル成長装置において、北記隔壁の先端
と基板との距離を反応管内径の０９〜１３倍の範囲に設
定し、この間を原料ガスの混合領域としたことを特徴と
するＩ−Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長装
置である。
鉄を塩化水素と反応させて塩化鉄を生成する領域を、Ｗ
族元素を含む原料ガス及び■族元素を含む原料ガスの供
給領域から隔壁により分離し、反応管の下流に基板を収
容する結晶成長領域を設けた［１−Ｖ族化合物半導体の
気相工ビタキンヤル成長装置において、北記隔壁の先端
と基板との距離を反応管内径の０９〜１３倍の範囲に設
定し、この間を原料ガスの混合領域としたことを特徴と
するＩ−Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長装
置である。
（作用）
第１図は、本発明の１具体例である、クロライド気相エ
ピタキシャル成長方法Ｔ： Ｆｅ ）’ −７’ Ｉ
ｎＰｆｌ結晶を成長する装置の概念図である。石英製の
反応管２の上流に、Ｆｅメタル７のボートを収容する円
筒管１１を挿入し、ＨＣＩ／Ｎ、導入管３の先端をＦｅ
メタル７の近くに配置し、円筒管１１の上流端を不活性
キャリアガス導入管４と接続し、反応管２の上流部にＩ
ｎメタル８のボートを収容し、Ｐｃｔ３導入管５をＩｎ
メタル８の近くに配置し、かつ、反応管２の上流からキ
ャリア水素ガスを流すための導入管６を配置し、反応管
２の下流には操作棒１０により支持された基板９が置か
れて０る。そして、反応管２の周囲には原料ガス生成領
域並び↓こ成長領域を所定の温度に加熱するためのヒー
タ１力く設けられている。
ピタキシャル成長方法Ｔ： Ｆｅ ）’ −７’ Ｉ
ｎＰｆｌ結晶を成長する装置の概念図である。石英製の
反応管２の上流に、Ｆｅメタル７のボートを収容する円
筒管１１を挿入し、ＨＣＩ／Ｎ、導入管３の先端をＦｅ
メタル７の近くに配置し、円筒管１１の上流端を不活性
キャリアガス導入管４と接続し、反応管２の上流部にＩ
ｎメタル８のボートを収容し、Ｐｃｔ３導入管５をＩｎ
メタル８の近くに配置し、かつ、反応管２の上流からキ
ャリア水素ガスを流すための導入管６を配置し、反応管
２の下流には操作棒１０により支持された基板９が置か
れて０る。そして、反応管２の周囲には原料ガス生成領
域並び↓こ成長領域を所定の温度に加熱するためのヒー
タ１力く設けられている。
この装置では、反応管の上流の円筒管内で、Ｆｅメタル
と不活性ガスＮ、ベースのＩ（ＣＩガスとの反応により
塩化鉄（ＦｅＣＩ−）を生成し、円筒管の外でｌｎＰの
結晶成長に必要なＩｎＣｌ及びＰ、、 ＰＨ３を生成し
てキャリア水素ガスで輸送し、円筒管の先でこれらのガ
スを混合してＦｅドープｌｎＰ結晶をエピタキシャル成
長させる。
と不活性ガスＮ、ベースのＩ（ＣＩガスとの反応により
塩化鉄（ＦｅＣＩ−）を生成し、円筒管の外でｌｎＰの
結晶成長に必要なＩｎＣｌ及びＰ、、 ＰＨ３を生成し
てキャリア水素ガスで輸送し、円筒管の先でこれらのガ
スを混合してＦｅドープｌｎＰ結晶をエピタキシャル成
長させる。
ここで重要なことは、成分ガスの混合方法である。反応
系内でのＰ成分の蒸気圧は、結晶成長に十分に足りる量
が必要のため高く設定される。そして、このＰ成分は、
Ｆｅ元素と比較的容易に反応してＦｅ−Ｐ化合物を生成
する。この化合物はＰの割合により変化する。このＦｅ
−Ｐ化合物は、最大数十４ｍに達する粒子となり、反応
管内壁や基板上に付着し、成長結晶に取り込まれる。特
に、ＩｎＰエピタキシャル層中にＦｅ−Ｐ粒子の形で取
り込まれると、結晶性が損なわれ、電気特性を劣化させ
、半絶縁性を示さなくなる。これは、Ｆｅ３°が電子を
１個捕獲してキャリアを消失させることにより、結晶を
半絶縁化させる作用を無くすのではなく、Ｆｅ−Ｐ粒子
が結晶の配列を乱すことにより、電流が漏れて半絶縁性
を失うものと考えられる。
系内でのＰ成分の蒸気圧は、結晶成長に十分に足りる量
が必要のため高く設定される。そして、このＰ成分は、
Ｆｅ元素と比較的容易に反応してＦｅ−Ｐ化合物を生成
する。この化合物はＰの割合により変化する。このＦｅ
−Ｐ化合物は、最大数十４ｍに達する粒子となり、反応
管内壁や基板上に付着し、成長結晶に取り込まれる。特
に、ＩｎＰエピタキシャル層中にＦｅ−Ｐ粒子の形で取
り込まれると、結晶性が損なわれ、電気特性を劣化させ
、半絶縁性を示さなくなる。これは、Ｆｅ３°が電子を
１個捕獲してキャリアを消失させることにより、結晶を
半絶縁化させる作用を無くすのではなく、Ｆｅ−Ｐ粒子
が結晶の配列を乱すことにより、電流が漏れて半絶縁性
を失うものと考えられる。
そこで、本発明者等は、ＦｅＣｌ、成分を含むガスと他
の原料成分ガスとの合流位置と基板との間隔を変化させ
ることにより、Ｆｅ−Ｐ粒子が基板上に析出しにくい条
件を見いだした。
の原料成分ガスとの合流位置と基板との間隔を変化させ
ることにより、Ｆｅ−Ｐ粒子が基板上に析出しにくい条
件を見いだした。
第２図（ａ）は、上記の間隔を反応管内径の０．７倍と
なるように直径２インチの基板を配置してｌｎＰをエピ
タキシャル成長させ、その比抵抗面内分布を示したもの
である。図から明らかなように、基板の上流側に比抵抗
が著しく低下した領域が広がり、この領域にはＦｅ−Ｐ
粒子が散在していた。それ故、目的とする比抵抗１０６
ΩＣ−以上の結晶をほとんど得られない。
なるように直径２インチの基板を配置してｌｎＰをエピ
タキシャル成長させ、その比抵抗面内分布を示したもの
である。図から明らかなように、基板の上流側に比抵抗
が著しく低下した領域が広がり、この領域にはＦｅ−Ｐ
粒子が散在していた。それ故、目的とする比抵抗１０６
ΩＣ−以上の結晶をほとんど得られない。
また、第２図（ｂ）は、上記の間隔を１，４倍にして同
様にエピタキシャル成長させ、その比抵抗面内分布を示
したものであるが、基板下流側にＦｅ成分が不足して、
比抵抗１０’Ｑｃｍ以下の部分力く全体の約３０％程度
発生していることが分かる。
様にエピタキシャル成長させ、その比抵抗面内分布を示
したものであるが、基板下流側にＦｅ成分が不足して、
比抵抗１０’Ｑｃｍ以下の部分力く全体の約３０％程度
発生していることが分かる。
そこで、本発明では、上記の間隔を反応管内径の０．９
〜１３倍の範囲に設定することにより、基板全面に渡っ
て比抵抗１０６０ｃｍ以上のＩｎＰエビタキンヤル層を
得ることを可能にした。第３図は、そのようにして得た
エピタキシャル層の比抵抗面内分布を示したものである
。
〜１３倍の範囲に設定することにより、基板全面に渡っ
て比抵抗１０６０ｃｍ以上のＩｎＰエビタキンヤル層を
得ることを可能にした。第３図は、そのようにして得た
エピタキシャル層の比抵抗面内分布を示したものである
。
以上、ＩｎＰエビタキンヤル層の結晶成長について述べ
たが、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体についても同様に
成長させることができる。
たが、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体についても同様に
成長させることができる。
なお、本発明で使用する不活性ガスは、Ｎ、ガス以外に
、＾ｒ、 Ｈｅ等の■Ａ族ガスを使用することもできる
。
、＾ｒ、 Ｈｅ等の■Ａ族ガスを使用することもできる
。
（実施例）
第１図の装置を用いてＦｅドープＩｎＰエピタキシャル
層を成長させた。石英製反応管の内径は８０ｍｍで、円
筒管出口の内径は２０ｍ１ｉで、総ての導入管の内径は
５ｍｍのものを使用し、直径２インチで面方位（＋００
）のＩｎＰ単結晶基板を操作棒の先端に取り付け、円筒
管先端と基板との間隔を変化させて、次の成長条件の下
でｌｎＰをエピタキシャル成長させた。
層を成長させた。石英製反応管の内径は８０ｍｍで、円
筒管出口の内径は２０ｍ１ｉで、総ての導入管の内径は
５ｍｍのものを使用し、直径２インチで面方位（＋００
）のＩｎＰ単結晶基板を操作棒の先端に取り付け、円筒
管先端と基板との間隔を変化させて、次の成長条件の下
でｌｎＰをエピタキシャル成長させた。
成長条件は、ＦｅメタルとＩｎメタルを８００℃に加熱
し、基板を６００℃に加熱した。予め、１ｎメタルの表
面にＰＣｌ３ガスを１１．とともに導入してｌｎＰクラ
スト（被膜）を形成してあり、該ＩｎＰクラスト上に、
蒸気圧３６ｍｍＨｇのＰＣｌ３をＩ＋、ガスとともにｌ
００ｃｃ／ｍｉｎで供給し、全体流量を８００ｃｃ／ｌ
１ｉｎに調整した。ｌｎＰｎチクラスト上ＰＣｌ３は６
００℃以上に加熱され、熱分解して１（ＣＩとＰ、、
ＰＨ３を生成し、ｌｎＰクラストはＨＣＩと反応して１
ｎｃｌを生成し、Ｐ、、 Ｐ）Ｉ、とともに輸送される
。また、Ｆｅメタル上にＮ、ベースの５ｍｏ１％ＨＣＩ
ガスを１０ｃｃ／ｆｆ１ｉｎで供給してＦｅＣ１ｔ生成
し、別の導入管より供給される１００ｃｃ／ｍｉｎのＮ
２キャリアガスとともに輸送され、基板手前で上記の■
族並びに■放反料ガスと混合され、ｐｅＣＬはＮ２で還
元され、２００℃の温度差のついた基板上にＦｅをドー
プしたＩｎＰ結晶を成長させた。
し、基板を６００℃に加熱した。予め、１ｎメタルの表
面にＰＣｌ３ガスを１１．とともに導入してｌｎＰクラ
スト（被膜）を形成してあり、該ＩｎＰクラスト上に、
蒸気圧３６ｍｍＨｇのＰＣｌ３をＩ＋、ガスとともにｌ
００ｃｃ／ｍｉｎで供給し、全体流量を８００ｃｃ／ｌ
１ｉｎに調整した。ｌｎＰｎチクラスト上ＰＣｌ３は６
００℃以上に加熱され、熱分解して１（ＣＩとＰ、、
ＰＨ３を生成し、ｌｎＰクラストはＨＣＩと反応して１
ｎｃｌを生成し、Ｐ、、 Ｐ）Ｉ、とともに輸送される
。また、Ｆｅメタル上にＮ、ベースの５ｍｏ１％ＨＣＩ
ガスを１０ｃｃ／ｆｆ１ｉｎで供給してＦｅＣ１ｔ生成
し、別の導入管より供給される１００ｃｃ／ｍｉｎのＮ
２キャリアガスとともに輸送され、基板手前で上記の■
族並びに■放反料ガスと混合され、ｐｅＣＬはＮ２で還
元され、２００℃の温度差のついた基板上にＦｅをドー
プしたＩｎＰ結晶を成長させた。
円筒管先端と基板との間隔を５６ｍｍ（０，７倍）１こ
設定して成長させたＦｅドープｌｎＰエピタキシャル層
の比抵抗面内分布は第２図（ａ）の通りで、基板の上流
側に比抵抗の低い領域が広く存在すること力（分かる。
設定して成長させたＦｅドープｌｎＰエピタキシャル層
の比抵抗面内分布は第２図（ａ）の通りで、基板の上流
側に比抵抗の低い領域が広く存在すること力（分かる。
該間隔を７２ｍｍ以上にすると、基板」二に析出するＦ
ｅ−Ｐ化合物は急激に低減し始め、比抵抗１０”Ｑｃ＋
ｅ以上の領域は２インチ全面に広がった。第３図は該間
隔を８５ｍｍに設定して成長させたときの比抵抗面内分
布であり、面内の比抵抗の平均値は１０７０ｃｍ以上で
あった。この実験を繰り返したところ、比抵抗の変動は
±３０％以内と良好であり、１０＠Ｑｃｍ以上の半絶縁
性１ｎＰ結晶を安定して成長させることができることを
確認できた。また、該間隔を１ ］ ２ｍａ＋に設定す
ると、得られたエビタキシャ／し層の比抵抗面内分布は
第２図（ｂ）の通りで、比抵抗は再び低減することが分
かる。
ｅ−Ｐ化合物は急激に低減し始め、比抵抗１０”Ｑｃ＋
ｅ以上の領域は２インチ全面に広がった。第３図は該間
隔を８５ｍｍに設定して成長させたときの比抵抗面内分
布であり、面内の比抵抗の平均値は１０７０ｃｍ以上で
あった。この実験を繰り返したところ、比抵抗の変動は
±３０％以内と良好であり、１０＠Ｑｃｍ以上の半絶縁
性１ｎＰ結晶を安定して成長させることができることを
確認できた。また、該間隔を１ ］ ２ｍａ＋に設定す
ると、得られたエビタキシャ／し層の比抵抗面内分布は
第２図（ｂ）の通りで、比抵抗は再び低減することが分
かる。
（発明の効果）
本発明は、上記の構成を採用することにより、Ｆｅ−Ｐ
化合物の基板上への析出による電気的特性の劣化を回避
することができ、基板全面に鉄をドープした半絶縁性の
■−■族化合物半導体を安定してエピタキシャル成長さ
せることができるよう１こなった。このようにして得た
■−■族化合物半導体は、光通信などに用いるＩｎＰ系
発光発光ダイオード導体レーザなどの電流狭窄層や光電
子集積回路（ＯＲＩＣ）、フォトダイオードなどに代表
される素子の素子間分離層として適用可能となり、また
、寄生静電容量をも低減できるという利点があるため、
更に広い範囲に利用することができるようになった。
化合物の基板上への析出による電気的特性の劣化を回避
することができ、基板全面に鉄をドープした半絶縁性の
■−■族化合物半導体を安定してエピタキシャル成長さ
せることができるよう１こなった。このようにして得た
■−■族化合物半導体は、光通信などに用いるＩｎＰ系
発光発光ダイオード導体レーザなどの電流狭窄層や光電
子集積回路（ＯＲＩＣ）、フォトダイオードなどに代表
される素子の素子間分離層として適用可能となり、また
、寄生静電容量をも低減できるという利点があるため、
更に広い範囲に利用することができるようになった。
第１図は本発明の１具体例である気相エピタキシャル成
長装置の概念図、第２図（ａ）及び（ｂ）は比較例で得
たエピタキシャル層の比抵抗面内分布を示した図、第３
図は実施例で得たエピタキシャル層の比抵抗面内分布を
示した図である。
長装置の概念図、第２図（ａ）及び（ｂ）は比較例で得
たエピタキシャル層の比抵抗面内分布を示した図、第３
図は実施例で得たエピタキシャル層の比抵抗面内分布を
示した図である。
Claims (1)
- 反応管の上流において、ドープ原料としての鉄を塩化水
素と反応させて塩化鉄を生成する領域を、III族元素を
含む原料ガス及びＶ族元素を含む原料ガスの供給領域か
ら隔壁により分離し、反応管の下流に基板を収容する結
晶成長領域を設けたIII−Ｖ族化合物半導体の気相エピ
タキシャル成長装置において、上記隔壁の先端と基板と
の距離を反応管内径の０．９〜１．３倍の範囲に設定し
、この間を原料ガスの混合領域としたことを特徴とする
III−Ｖ族化合物半導体の気相エピタキシャル成長装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28732190A JPH04164898A (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 鉄ドープ化合物半導体の気相成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28732190A JPH04164898A (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 鉄ドープ化合物半導体の気相成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04164898A true JPH04164898A (ja) | 1992-06-10 |
Family
ID=17715848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28732190A Pending JPH04164898A (ja) | 1990-10-26 | 1990-10-26 | 鉄ドープ化合物半導体の気相成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04164898A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008053636A (ja) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 気相成長装置、化合物半導体膜及びその成長方法 |
-
1990
- 1990-10-26 JP JP28732190A patent/JPH04164898A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008053636A (ja) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 気相成長装置、化合物半導体膜及びその成長方法 |
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