JPH0421599A - ＧａＡｓＰ混晶の気相エピタキシャル成長方法 - Google Patents
ＧａＡｓＰ混晶の気相エピタキシャル成長方法Info
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- JPH0421599A JPH0421599A JP12481890A JP12481890A JPH0421599A JP H0421599 A JPH0421599 A JP H0421599A JP 12481890 A JP12481890 A JP 12481890A JP 12481890 A JP12481890 A JP 12481890A JP H0421599 A JPH0421599 A JP H0421599A
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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、化合物半導体の気相エピタキシャル成長技術
に関し、特にクロライドＣＶＤ法によるＧ ａ Ａ ｓ
Ｐ混晶層の気相成長に利用して好適な技術に関する。
に関し、特にクロライドＣＶＤ法によるＧ ａ Ａ ｓ
Ｐ混晶層の気相成長に利用して好適な技術に関する。
［従来の技術］
化合物半導体基板上に、ＧａＡｓ Ｐ混晶層を気相成長
させる方法として、第１図に示すような装置を用いたク
ロライドＣＶＤ法がある。
させる方法として、第１図に示すような装置を用いたク
ロライドＣＶＤ法がある。
すなわち、反応管１の始端側に隔壁１ａを介して原料と
なるＧａ （ガリウム）を収納した原料ボート２ａ、２
ｂを配置し、ガス導入管３ａ、３ｂより水素ガスを反応
管１内に適宜導入し、反応管１の外周の電気炉４で加熱
して、ボート部周辺を８７０’Ｃ前後の温度に、また基
板５の設置部を８００℃前後の温度に昇温してから、ガ
ス導入管３ａよりＨ，（水素）をキャリアガスとしてＰ
ＣＱ。
なるＧａ （ガリウム）を収納した原料ボート２ａ、２
ｂを配置し、ガス導入管３ａ、３ｂより水素ガスを反応
管１内に適宜導入し、反応管１の外周の電気炉４で加熱
して、ボート部周辺を８７０’Ｃ前後の温度に、また基
板５の設置部を８００℃前後の温度に昇温してから、ガ
ス導入管３ａよりＨ，（水素）をキャリアガスとしてＰ
ＣＱ。
（塩化リン）を、またガス導入管３ｂよりＨ３をキャリ
アガスとしてＡｓＣα、（塩化砒素）を供給する。する
と、ボート２ａ、２ｂの周辺の高温部でＡｓＣｌ２、Ｐ
ＣＱ、が分解して、ＡｓおよびＰがボート２ａ、２ｂ内
の溶融Ｇａ中に溶解してクラストが形成される。ボート
内の原料ＧａがＡＳとＰでそれぞれ飽和すると、ＡｓＣ
ｌ２、ＰＣｏ、が分解して、発生したＨＣＱとボート２
ａ。
アガスとしてＡｓＣα、（塩化砒素）を供給する。する
と、ボート２ａ、２ｂの周辺の高温部でＡｓＣｌ２、Ｐ
ＣＱ、が分解して、ＡｓおよびＰがボート２ａ、２ｂ内
の溶融Ｇａ中に溶解してクラストが形成される。ボート
内の原料ＧａがＡＳとＰでそれぞれ飽和すると、ＡｓＣ
ｌ２、ＰＣｏ、が分解して、発生したＨＣＱとボート２
ａ。
２ｂ内のＧａが反応してＧａＣＱとなり、基板５の配置
された下流側へ運ばれる。一方、分解・生成したＡｓと
Ｐは原料ＧａがすでにＡｓまたはＰで飽和されているた
め、Ｇａ中に溶解することなく低温の基板方向へ流れ、
ここでＧａＣＱと反応し、基板５上にＧａＡｓＰ混晶膜
が成長される。
された下流側へ運ばれる。一方、分解・生成したＡｓと
Ｐは原料ＧａがすでにＡｓまたはＰで飽和されているた
め、Ｇａ中に溶解することなく低温の基板方向へ流れ、
ここでＧａＣＱと反応し、基板５上にＧａＡｓＰ混晶膜
が成長される。
このとき、Ａ ｓ ＣＱ 、とＰＣＱ、の量を変化させ
ることで混晶層の組成比を制御することができ、通常は
所定の厚みの組成勾配層を形成したのちに組成−元素子
の成長が行われる。そして、ＧａＡｓＰ混晶膜が所定の
厚みに成長すると、ガス導入管３ａ、３ｂからの成長用
ガスの供給を停止し、ボート部を迂回するガス導入管３
Ｃよりエツチングガスを流して表面を少しエツチングし
て終了するというものである。
ることで混晶層の組成比を制御することができ、通常は
所定の厚みの組成勾配層を形成したのちに組成−元素子
の成長が行われる。そして、ＧａＡｓＰ混晶膜が所定の
厚みに成長すると、ガス導入管３ａ、３ｂからの成長用
ガスの供給を停止し、ボート部を迂回するガス導入管３
Ｃよりエツチングガスを流して表面を少しエツチングし
て終了するというものである。
［発明が解決しようとする課題］
従来のクロライドＣＶＤ法によるＧａＡｓＰ混晶膜のエ
ピタキシャル成長においては、基板設置部の温度が低す
ぎると、成長膜の表面にピラミッド状欠陥が発生し、逆
に温度が高すぎると成長膜の表面が荒れ、点欠陥が多く
なるいう問題点かあった。従ってクロライドＣＶＤ法に
よるＧａＡｓＰ混晶膜の成長においては、基板設置部を
適切な温度範囲に設定してやる必要があったが、従来は
その最適温度範囲が明確でなかったため、発生する欠陥
のバラツキが大きいという問題点があった。
ピタキシャル成長においては、基板設置部の温度が低す
ぎると、成長膜の表面にピラミッド状欠陥が発生し、逆
に温度が高すぎると成長膜の表面が荒れ、点欠陥が多く
なるいう問題点かあった。従ってクロライドＣＶＤ法に
よるＧａＡｓＰ混晶膜の成長においては、基板設置部を
適切な温度範囲に設定してやる必要があったが、従来は
その最適温度範囲が明確でなかったため、発生する欠陥
のバラツキが大きいという問題点があった。
本発明は上記のような問題点を解決すべくなされたもの
で、その目的とするところ（まクロライドＣＶＤ法によ
るＧａＡｓ Ｐ混晶膜のエピタキシャル成長において、
ピラミッド状欠陥および点欠陥の少ない良好な混晶膜を
得るのに最適な基板設定部の成長温度条件を提供するこ
とにある。
で、その目的とするところ（まクロライドＣＶＤ法によ
るＧａＡｓ Ｐ混晶膜のエピタキシャル成長において、
ピラミッド状欠陥および点欠陥の少ない良好な混晶膜を
得るのに最適な基板設定部の成長温度条件を提供するこ
とにある。
［課題を解決するための手段］
Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ混晶膜を形成した基板は、それ自体
でＰＮ接合を構成するため発光素子として使用される他
、さらにその上にエピタキシャル層を形成して他のデバ
イス用基板として使用される。従って、成長させるＧａ
ＡｓＰ混晶膜の組成比は作成するデバイスによって異な
り、発光波長や格子整合条件などからＧａＡｓ、−エＰ
７のχが決定される。
でＰＮ接合を構成するため発光素子として使用される他
、さらにその上にエピタキシャル層を形成して他のデバ
イス用基板として使用される。従って、成長させるＧａ
ＡｓＰ混晶膜の組成比は作成するデバイスによって異な
り、発光波長や格子整合条件などからＧａＡｓ、−エＰ
７のχが決定される。
そこで本発明者らは、組成比の異なるＧａＡｓ−χＰχ
混晶膜を同一の温度条件（７８５℃）で成長させてみた
。その結果、χ＝０．３８の組成のＧａＡｓ −エＰ工
混晶膜はピラミッド状欠陥も点欠陥も少なかったが、χ
＝０．４４の組成の混晶膜はピラミッド状欠陥が多かっ
た。そこで成長温度を８１５℃としてχ＝０．４４のＱ
ａＡｓ、−ｚＰｘ混晶膜の成長を行ったところ、ピラミ
ッド状欠陥も点欠陥も少ない成長膜が得られた。
混晶膜を同一の温度条件（７８５℃）で成長させてみた
。その結果、χ＝０．３８の組成のＧａＡｓ −エＰ工
混晶膜はピラミッド状欠陥も点欠陥も少なかったが、χ
＝０．４４の組成の混晶膜はピラミッド状欠陥が多かっ
た。そこで成長温度を８１５℃としてχ＝０．４４のＱ
ａＡｓ、−ｚＰｘ混晶膜の成長を行ったところ、ピラミ
ッド状欠陥も点欠陥も少ない成長膜が得られた。
これより、クロライドＣＶＤ法による混晶膜成長の際の
基板設置部の最適温度範囲は混晶の組成比に関係すると
の結論に達した。そして、成長温度を変えて、ＧａＡｓ
基板上へ種々の組成比を持つＧａＡｓ −エＰｚ混晶膜
の成長を試みた。その結果、成長温度Ｔが、５００χ＋
５８５≦Ｔ≦５００χ＋６０５なる範囲に入っていると
きに、ピラミッド状欠陥および点欠陥の少ないエピタキ
シャル層が得られ、上記温度範囲よりも低いとピラミッ
ド状欠陥が増加し、上記温度範囲よりも高いと点欠陥が
増加することを見出した。
基板設置部の最適温度範囲は混晶の組成比に関係すると
の結論に達した。そして、成長温度を変えて、ＧａＡｓ
基板上へ種々の組成比を持つＧａＡｓ −エＰｚ混晶膜
の成長を試みた。その結果、成長温度Ｔが、５００χ＋
５８５≦Ｔ≦５００χ＋６０５なる範囲に入っていると
きに、ピラミッド状欠陥および点欠陥の少ないエピタキ
シャル層が得られ、上記温度範囲よりも低いとピラミッ
ド状欠陥が増加し、上記温度範囲よりも高いと点欠陥が
増加することを見出した。
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、反応管内
にＧａＡｓ単結晶基板を配置し、反応管内へＰＣＱ、ガ
スとＡ ｓ ＣＱ、ガスを供給して、上記基板上にＧａ
Ａｓ、−エＰ工混晶層を成長させるにあたり、上記基板
近傍の成長温度をＴ （’Ｃ）としたとき、 ５００χ＋５８５≦Ｔ≦５００χ＋６０５なる温度条件
を満たすように成長温度を制御することを提案する。
にＧａＡｓ単結晶基板を配置し、反応管内へＰＣＱ、ガ
スとＡ ｓ ＣＱ、ガスを供給して、上記基板上にＧａ
Ａｓ、−エＰ工混晶層を成長させるにあたり、上記基板
近傍の成長温度をＴ （’Ｃ）としたとき、 ５００χ＋５８５≦Ｔ≦５００χ＋６０５なる温度条件
を満たすように成長温度を制御することを提案する。
［作用コ
成長温度が低すぎると成長膜表面のピラミッド欠陥が増
加するのはＧａボート部の温度と成長温度とによって決
まる熱化学反応（により生成される反応生成物）が、成
長させようとする混晶の組成に対して適切でないからで
ある。また、成長温度が高すぎると成長膜表面の点欠陥
が増加するのは、成長膜からリンが抜けてしまうためで
ある。
加するのはＧａボート部の温度と成長温度とによって決
まる熱化学反応（により生成される反応生成物）が、成
長させようとする混晶の組成に対して適切でないからで
ある。また、成長温度が高すぎると成長膜表面の点欠陥
が増加するのは、成長膜からリンが抜けてしまうためで
ある。
しかるに、上記した手段によれば、成長温度が最適化さ
れるため、ピラミッド欠陥および点欠陥の極めて少ない
良好なＧａＡｓＰ混晶層を成長させることができる。
れるため、ピラミッド欠陥および点欠陥の極めて少ない
良好なＧａＡｓＰ混晶層を成長させることができる。
［実施例コ
第１図に示すような気相成長装置を用いて、クロライド
ＣＶＤ法により直径２インチのＧａＡｓ基板上にＧ ａ
Ａ Ｓ ａ、ａｍ Ｐｍ−−−混晶層をエピタキシャ
ル成長させた。
ＣＶＤ法により直径２インチのＧａＡｓ基板上にＧ ａ
Ａ Ｓ ａ、ａｍ Ｐｍ−−−混晶層をエピタキシャ
ル成長させた。
先ず、キャリアガスとしてのＨ８ガスが各バブラ６ａ〜
６ｃを通過しないでそのまま反応管ｌ内に供給されるよ
うにバルブ７ａ、７ｂ〜９ａ、９ｂを切り換えて、Ｈ８
ガスを流しながら約４０分かけて反応管１を昇温し、ボ
ート部の温度が８７０℃、基板設定部が７９４℃となる
ような温度分布とした。
６ｃを通過しないでそのまま反応管ｌ内に供給されるよ
うにバルブ７ａ、７ｂ〜９ａ、９ｂを切り換えて、Ｈ８
ガスを流しながら約４０分かけて反応管１を昇温し、ボ
ート部の温度が８７０℃、基板設定部が７９４℃となる
ような温度分布とした。
次に、同一流量のままバルブ７ａ、？ｂ〜９ａ。
９ｂを切り換えてＨ，ガスを各バブラ６ａ〜６Ｃに入れ
て、ガス導入管３ａと３０からはＰＣＩ。
て、ガス導入管３ａと３０からはＰＣＩ。
を、またガス導入管３ｂからはＡｓＣｌ２をそれぞれキ
ャリアガスにのせて供給し、およそ３０分かけて原料ボ
ート２ａ、２ｂ内のＧａにＰおよびＡｓを溶解させてク
ラストを形成した。
ャリアガスにのせて供給し、およそ３０分かけて原料ボ
ート２ａ、２ｂ内のＧａにＰおよびＡｓを溶解させてク
ラストを形成した。
次に、−旦ガス導入管３ａからのＨ，ガスの供給を停止
し、バルブ７ａ、７ｂを切り換えて、マスフローコント
ローラで流量を制御し、約３時間かけてガス導入管３ａ
からのＰＯ２，ガスの流量をゼロから１００ｃｃ／ｍｉ
ｎまで徐々に増加させるとともに、ガス導入管３ｂから
のＡ ｓ ＣＱｓガスの流量は９００ｃｃ／ｍｉｎから
６６１ ｃｃ／ｗｉｎまで徐々に減少させて、厚さ約４
０μｍの組成勾配層を成長させた。その後、流量を一定
にして、ＧａＡＳ ＠＋＠Ｂ Ｐ ＠Ｈ４４の組成一定
層を３．５μｍ成長させ、ガスの供給を停止した。
し、バルブ７ａ、７ｂを切り換えて、マスフローコント
ローラで流量を制御し、約３時間かけてガス導入管３ａ
からのＰＯ２，ガスの流量をゼロから１００ｃｃ／ｍｉ
ｎまで徐々に増加させるとともに、ガス導入管３ｂから
のＡ ｓ ＣＱｓガスの流量は９００ｃｃ／ｍｉｎから
６６１ ｃｃ／ｗｉｎまで徐々に減少させて、厚さ約４
０μｍの組成勾配層を成長させた。その後、流量を一定
にして、ＧａＡＳ ＠＋＠Ｂ Ｐ ＠Ｈ４４の組成一定
層を３．５μｍ成長させ、ガスの供給を停止した。
上記と同一の方法で、成長温度すなわち基板設置部の温
度のみ８１０”Ｃ１８１９℃、８２９℃、８３２℃と変
えてχ＝０．４４のＧａＡｓ、−ｚＰｚ混晶層の成長を
行ない、得られた混晶層の表面の欠陥を調べた。その結
果を第２図に示す。同図において、Ｏ印はピラミッド状
欠陥の数を、またＸ印は点欠陥の密度を示す。
度のみ８１０”Ｃ１８１９℃、８２９℃、８３２℃と変
えてχ＝０．４４のＧａＡｓ、−ｚＰｚ混晶層の成長を
行ない、得られた混晶層の表面の欠陥を調べた。その結
果を第２図に示す。同図において、Ｏ印はピラミッド状
欠陥の数を、またＸ印は点欠陥の密度を示す。
同図より、χ＝０．４４のＧ ａ Ａ ｓ、−、Ｐ、混
晶層の成長の場合、成長温度を８１０℃以上、８２５℃
以下とすれば、ピラミッド状欠陥の数が５個以下で点欠
陥密度が１０個／ＣｌＴｌ−”以下の良好な成長層が得
られることが分かった。
晶層の成長の場合、成長温度を８１０℃以上、８２５℃
以下とすれば、ピラミッド状欠陥の数が５個以下で点欠
陥密度が１０個／ＣｌＴｌ−”以下の良好な成長層が得
られることが分かった。
さらに同様の方法でχ＝０．３８のＱａＡＳ−ｘＰ、ｃ
混晶層を成長させた場合、成長温度を７７５℃以下とす
れば良好な成長層が得られた。
混晶層を成長させた場合、成長温度を７７５℃以下とす
れば良好な成長層が得られた。
［発明の効果コ
以上説明したように本発明は、反応管内に、Ｇａ Ａ
ｓ単結晶基板を配置し、反応管内へＰＣＱ。
ｓ単結晶基板を配置し、反応管内へＰＣＱ。
ガスとＡ ｓ ＣＱ 、ガスを供給して、上記基板上に
Ｇ ａ Ａ ｓ 、 −ｚ Ｐ ｚ混晶層を成長させる
にあり、上記基板近傍の成長温度をＴ （’Ｃ）とした
とき、５００χ＋５８５≦Ｔ≦５００χ＋６０５なる温
度条件を満たすように温度を制御するようにしたので、
ピラミッド状欠陥および点欠陥の極めて少ない良好なＧ
ａ Ａ ｓ Ｐ混晶層を成長させることができるとい
う効果がある。
Ｇ ａ Ａ ｓ 、 −ｚ Ｐ ｚ混晶層を成長させる
にあり、上記基板近傍の成長温度をＴ （’Ｃ）とした
とき、５００χ＋５８５≦Ｔ≦５００χ＋６０５なる温
度条件を満たすように温度を制御するようにしたので、
ピラミッド状欠陥および点欠陥の極めて少ない良好なＧ
ａ Ａ ｓ Ｐ混晶層を成長させることができるとい
う効果がある。
第１図は本発明方法を適用して好適な気相成長装置とし
てのクロライドＣＶＤ法置の一例を示す概略構成図、 第２図はＧａＡｓ、−エＰえ混晶層の表面の欠陥と成長
温度との関係を示すグラフである。 １・・・・反応管、２ａ、２ｂ・・・・原料ボート、３
８〜３ｃ・・・・ガス導入管、４・・・電気炉、５・・
・・成長用基板、６ａ〜６ｃ・・・・バブラ。
てのクロライドＣＶＤ法置の一例を示す概略構成図、 第２図はＧａＡｓ、−エＰえ混晶層の表面の欠陥と成長
温度との関係を示すグラフである。 １・・・・反応管、２ａ、２ｂ・・・・原料ボート、３
８〜３ｃ・・・・ガス導入管、４・・・電気炉、５・・
・・成長用基板、６ａ〜６ｃ・・・・バブラ。
Claims (1)
- （１）反応管内に、ＧａＡｓ単結晶基板を配置し、反応
管内へＰＣｌ＿３ガスとＡｓＣｌ＿２ガスを供給して、
上記基板上にＧａＡｓ＿１＿−＿ｘＰ＿ｘ混晶層を成長
させるにあたり、上記基板近傍の成長温度をＴ（℃）と
したとき、 ５００ｘ＋５８５≦Ｔ≦５００ｘ＋６０５なる温度条件
を満たすように成長温度を制御することを特徴とするＧ
ａＡｓＰ混晶の気相エピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12481890A JPH0421599A (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | ＧａＡｓＰ混晶の気相エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12481890A JPH0421599A (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | ＧａＡｓＰ混晶の気相エピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0421599A true JPH0421599A (ja) | 1992-01-24 |
Family
ID=14894872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12481890A Pending JPH0421599A (ja) | 1990-05-15 | 1990-05-15 | ＧａＡｓＰ混晶の気相エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0421599A (ja) |
-
1990
- 1990-05-15 JP JP12481890A patent/JPH0421599A/ja active Pending
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