JPH042692A - 化合物半導体の気相成長方法 - 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、化合物半導体の気相エピタキシャル成長技術
に関し、例えばクロライド法によるガリウム・砒素化合
物半導体層の気相成長に利用して効果的な技術に関する
。

［従来の技術］ 半絶縁性化合物半導体基板上に、ＧａＡｓ　（ガリウム
・砒素）層を気相成長させる方法として、第１図に示す
ような成長装置を用いたクロライド法がある。

すなわち、原料ボート２内に原料となるＧａ塊を、また
支持台６上にＧａＡｓ基板５を設置した後、反応管１内
が所定の温度分布になるように、電気炉４により加熱す
る。この際、マスフローコントローラ８ａ、８ｂによっ
て反応管１内にＨ８ガスのみが流れるように切換弁１０
ａ−１０ｅを調整する。そして、所定温度分布になった
のち、Ｈ，ガスのみを流し続け、炉内温度分布が安定す
るまでその状態を保持する。

その後、切換弁１０ａ、１０ｂを切換え、Ｈ。

ガスをバブリング装置７ａ内に入れてＡｓＣＱ。

をＨ，ガスに含ませ、それをガス導入’Ｉｆ　３　ａよ
り反応管１内に導入して、原料ボート内のＧａにＡＳを
溶解させる。そして、Ａｓが飽和状態になって完全にＧ
ａ表面がＧａＡｓの膜で覆われるまで砒化処理を行なう
。この砒化処理中マスフローコントローラ８ｂからのＨ
８ガスをバブラ７ｂに送り、Ａ　ｓ　ＣＱ、を含ませ、
それをガス供給経路９ｂよりガス導入管３ｂに送り、ボ
ート２をバイパスして、支持台６の上流に直接導入する
。すると、ＡｓＣＱ、が分解してＨ２ガスと反応してＨ
ＣＱガスが発生し、基板部がガスエツチングされる。こ
のガスエツチングは、原料Ｇａの表面が完全にＧａ　Ａ
　ｓの膜で覆われるまで続け、基板部５上にＧａＡｓ層
が成長するのを妨げる。

その後、ガス供給経路９ａがらは引き続きＡｓＣＱ、を
供給し、かつ切換弁１０ｅを操作してガス供給経路９ｂ
からのＡ　ｓ　ＣＱ　、の供給を止め、代わってＳｉ等
のドーパントを含むガスをマスフローコントローラ８ｃ
よりガス導入管３ｂへ供給し、基板５上に不純物がドー
プされたＧａＡｓエピタキシャル層を気相成長させる。

そして、エピタキシャル成長層が所定の厚さまで成長し
たなら、ガス導入管３ａ、３ｂがらのＡｓＣＱ、ガスお
よびドーパントガスの導入を停止し、キャリアガスとし
てのＨ，ガスのみ流すようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来方法で得られたエピタキシャル層の深さ方向の
キャリア濃度プロファイルを測定したところ、第３図に
示すように、表面近傍でキャリア濃度の低い層が形成さ
れていることを見出した。

このように、キャリア濃度が表面近傍で低くなっている
基板を用いて電界効果トランジスタ等の電子デバイスを
製造すると、良好な特性のデバイスが得られないという
問題点がある。

本発明は、上記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は、深さ方向のキャリア濃度の変動
のないエピタキシャル層を成長できるような気相成長方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、エピタキシャル成長層表面でキャリア濃
度の低下する原因について考察した。

その結果、エピタキシャル成長終了後に原料ガスの供給
を停止しても、原料ボートから成長用基板までの空間に
原料ガスが滞留しており、この残留ガスによって所望の
キャリア濃度から外れたエピタキシャル層が成長するた
めではないかとの結論に達した。

すなわち、従来、エピタキシャル成長層が所望の厚みに
達した後は、一般に原料ガスの供給のみ停止し、同一流
量でキャリアガスのみ流し続けていた。ちなみに、本発
明者らが従来使用していた気相成長装置（第１図参照）
では、ガス導入管３ａからのキャリアガスの流量を気相
成長中および成長終了後も約６００　ｃｃ／ｍｉｎとし
ており、この流量では原料ボートから基板までの空間に
残留していたガスを一掃するのに４０秒以上の時間が必
要であることが分かった。ただし、残留ガス−帰所要時
間は同一流量であっても、反応管の大きさや原料ボート
から基板までの距離等によって異なることはいうまでも
ない。

本発明者らはこのガスー掃時間を短縮すれば、表面の低
キヤリア濃度層を薄くできるのではないかと考え、気相
成長終了後のキャリアガス流量を成長中の流量よりも多
くする方法を考えた。

この着眼をもとに、第１図の装置におけるガス導入管３
ａからのキャリアガスの流量を６００　ｃｃ／ｍｉｎか
ら１００ｃｃずつ増加させる実験を行なった。

その結果、成長中６００　ｃｃ／ｍｉｎの流量を８００
　ｃｃ／ｍｉｎまで増加させても、成長層表面でのキャ
リア濃度低下が認められることがあるものの、成長中６
００　ｃｃ／ｍｉｎの流量を９００　ｃｃ／ｍｉｎ以上
に増加させてやるとキャリア濃度を表面まで略一定にで
きることを見出した。ここで、キャリアガスの流量を９
００　ｃｃ／ｍｉｎとしたときの原料ボートから基板ま
での空間の残留ガス−帰所要時間はおよそ３０秒である
。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、成長用
基板を配置した反応管内に原料ガスとドーピングガスと
を導入し、上記成長用基板上に不純物がドープされた化
合物半導体のエピタキシャル層を気相成長させる気相成
長方法において、成長終了時に上記原料ガスの供給を停
止した後、キャリアガスのみ流し、その流量を、反応管
内の基板上流側の空間に残留する原料ガスの滞留時間が
３０秒以下となるように設定することを提案するもので
ある。

［作用］ 上記した手段によれば、原料ガスおよびドーパントガス
の供給停止後、原料ボート下流側に残留している原料ガ
スが流量の増加したキャリアガスによって速やかに一掃
されるため、原料ガス供給停止後に、基板上にエピタキ
シャル層が成長しなくなり、これによって表面近傍まで
ほぼ一定キャリア濃度のエピタキシャル層が成長される
ようになる。

なお、ドーパントガスの供給側のキャリアガスは、成長
終了後に供給を停止してもよいが、同一流量のまま流し
つづけるようにしてもよい。成長終了後も流し続けるよ
うにすれば、基板周辺の残留原料ガスをより早く一掃し
たり原料ガス濃度を稀釈できるので、供給を停止してし
まう場合よりもキャリア濃度の変動防止には効果がある
。

［実施例コ 先ず、本発明に係る気相成長方法を適用する気相成長装
置の構成を第１図を用いて説明する。

すなわち、この装置は、両端が閉塞された円筒状をなす
石英製の反応管１と、この反応管１を外部から加熱する
電気炉４とからなり、電気炉４は反応管１の軸方向温度
分布を制御できるように構成されている。

上記反応管１内には、上流側（図では左側）に原料を収
納するための原料ボート２が、また下流側には、気相成
長させたい基板を載置するための支持台６が設けられて
いる。また、反応管１の始端には第１のガス導入管３ａ
が接続されているとともに、上記原料ボート２をバイパ
スしてガスを支持台６側に供給するための第２のガス導
入管３ｂが接続されている。

さらに、上記ガス導入管３ａの他端には、バブリング装
置７ａを介してマスフローコントローラ８ａが接続され
、ガス導入管３ｂの他端には、バブリング装置７ｂを介
したマスフローコントローラ８ｂが接続されている。そ
して、第１のガス供給経路９ａの途中には切換弁１０ａ
、１０ｂが、また第２のガス供給経路９ｂの途中には切
換弁１０ｃ、１０ｄ、１０ｅが設けられている。このう
ち、切換弁１０ｅには第３のマスフローコントローラ８
ｃが接続されている。

一方、上記反応管１の終端には排気ノズル１１が設けら
れている。

次に、上記気相成長装置を使った本発明のＧａＡｓ気相
成長方法の一実施例を説明する。

先ず、原料ボート２内に原料となるＧａ塊を、また支持
台６上に数枚のＧａＡｓ基板５を設置した後、ボート２
の載置部が約８２０〜８５０℃、基板５の載置部が７５
０℃となるように、電気炉４により反応管１を加熱した
。

その後、切換弁１０ａ、１０ｂを切換え、マスフローコ
ントローラ８ａでＨ，ガスの流量を調節し、０．６Ｑ／
ｍｉｎの流量でバブリング装置７ａ内に入れてＡ　ｓ　
ＣＱ、をＨ，ガスに含ませ、それをガス導入管３ａより
反応管１内に導入して、原料ボート内のＧａにＡｓを溶
解させた。そして、ＡＳが飽和状態になって完全にＧａ
表面がＧａＡｓの膜で覆われるまで砒化処理を行ない、
この砒化処理中マスフローコントローラ８ｂからのＨ８
ガスの流量を調節し、０．３５Ｑ／ｍｉｎの流量でバブ
リング装置７ｂに送り、Ａ　ｓ　ＣＱ、を０，１％Ｈ８
ガスに含ませ、それをガス供給経路９ｂよりガス導入管
３ｂに送り、原料ボート２をバイパスして、基板５の上
流に直接導入させることにより、ＡＳＣＱ、が分解して
Ｈ，ガスと反応して発生したＨＣＱガスで基板５をガス
エツチングした。このガスエツチングは、原料Ｇａの表
面が完全にＧａＡｓの膜で覆われるまで続け、基板５上
にＧａＡｓ層が成長するのを妨げた。

その後、ガス供給経路９ａがらは引き続きＡｓＣＱ、を
導入し、かつ切換弁１０ｅを操作してガス供給経路９ｂ
からのＡｓＣＱ、の供給を止め、代わってＳｉ（シリコ
ン）をドーパントとして含むガスをマスフローコントロ
ーラ８ｃよリガス導入管３ｂへ供給し、基板５上に不純
物がドープされたＧａＡｓエピタキシャル層を一定時間
気相成長させた。つづいてガス導入管９ａ、９ｂがらの
ＡｓＣＱ、ガスおよびドーパントガスの導入を停止し、
反応管１内にキャリアガスとしてのＨ１ガスのみ流すよ
うに切換弁１０ａ〜１０ｅを調整した。その際、マスフ
ローコントローラ８ａ、８ｂを調整して、ガス供給経路
９ａ、９ｂからそれぞれ１　、ＯＱ　／ｍｉｎの流量で
Ｈ８ガスを供給した。

それから電気炉４による反応管ｌの加熱を停止し、室温
まで冷却して、基板５を取り出した。

このようにして得られたエピタキシャル層の深さ方向の
キャリア濃度を測定した。第２図にそのプロファイルを
示す。

同図より、従来法で成長したエピタキシャル層で見られ
た表面近傍でのキャリア濃度の低下（第３図参照）は見
られなくなった。

上記実施例では一例として、クロライド法によるＧ　ａ
　Ａ　ｓのエピタキシャル成長を例にとって説明したが
、この発明は例えばＩｎＡｓやＩｎＰ。

ＧａＰ、ＩｎＧａＰ混晶、Ｉ　ｎＧａＡｓＰその他ｍ−
ｖ族化合物半導体の気相成長さらにはハイドライド法や
ＭＯＣＶＤ法等他の気相成長方法にも適用することがで
きる。

［発明の効果コ 以上説明したようにこの発明は、成長用基板を配置した
反応管内に原料ガスとドーピングガスとを導入し、上記
成長用基板上に不純物がドープされた化合物半導体のエ
ピタキシャル層を気相成長させる気相成長方法において
、成長終了時に上記原料ガスの供給を停止した後、キャ
リアガスのみ流し、その流量を、反応管内の基板上流側
の空間に残留する原料ガスの滞留時間が３０秒以下とな
るように設定したので、原料ガスおよびドーパントガス
の供給停止後、原料ボート下流側に残留している原料ガ
スが流量の増加したキャリアガスによって速やかに一掃
されるため、原料ガス供給停止後に、基板上にエピタキ
シャル層が成長しなくなり、これによって表面近傍まで
ほぼ一定キャリア濃度のエピタキシャル層が成長される
ようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に使用される気相成長装置の
一例を示す断面正面図、 第２図は本発明方法による気相成長層のキャリア濃度の
分布を示す説明図、 第３図は従来方法による気相成長層のキャリア濃度の分
布を示す説明図である。 ■・・・・反応管、２・・・・原料ボート、３ａ、３ｂ
・・・・ガス導入管、４・・・・電気炉、５・・・・基
板、６・・・・支持台、７ａ、７ｂ・・・・バブリング
装置、８８〜８ｃ・・・・マスフローコントローラ、１
０ａ〜１０ｅ・・・・切換弁。 キャリア濃度（ｃｍ−３） キャリア濃度（ｃｍ−３）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）成長用基板を配置した反応管内に原料ガスとドー
   ピングガスとを導入し、上記成長用基板上に不純物がド
   ープされた化合物半導体のエピタキシャル層を気相成長
   させる気相成長方法において、成長終了時に上記原料ガ
   スの供給を停止した後、キャリアガスのみ流し、その流
   量を、反応管内の基板上流側の空間に残留する原料ガス
   の滞留時間が３０秒以下となるように設定したことを特
   徴とする化合物半導体の気相成長方法。