JPH04372120A - Iii −v族化合物半導体気相成長法 - Google Patents

Iii −v族化合物半導体気相成長法

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JPH04372120A
JPH04372120A JP17468591A JP17468591A JPH04372120A JP H04372120 A JPH04372120 A JP H04372120A JP 17468591 A JP17468591 A JP 17468591A JP 17468591 A JP17468591 A JP 17468591A JP H04372120 A JPH04372120 A JP H04372120A
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JP
Japan
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iii
growth
crystal
group
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP17468591A
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English (en)
Inventor
Nozomi Matsuo
松尾 望
Toshio Kikuta
俊夫 菊田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は III−V族化合物半
導体結晶薄膜の気相成長方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上にGaAs/GaAlAs
系やInP/InGaAsP系等のIII−V族化合物
半導体薄膜の気相成長を行う際、従来、V族元素の供給
源として原料に用いられてきたAsH3 (アルシン)
やPH3 (フォスフィン)等の水素化物は毒性が極め
て強く、安全上の問題を有するため、近年これらに代わ
るV族元素の供給源としてAsやP等の有機化合物を原
料に用いる方法が研究されている。以下、これを図面を
参照して説明する。
【0003】図3は、V族の有機化合物であるTBA(
ターシャリーブチルアルシン)とIIIの有機化合物で
あるTMIn(トリメチルインジウム)及びTMGa(
トリメチルガリウム)を用いて、InGaAs結晶の成
長を行う結晶成長装置の一例を示すものである。図にお
いて、1は反応炉内に原料ガスを供給するガス導入口、
2は反応容器、3はガス排出口、4は高周波誘導加熱コ
イル、5はカーボン等で作られたサセプタ、6はサセプ
タ支持棒、7は被成長基板である。また、8は原料ガス
の流量を調整する流量調整器、9は原料容器、10は原
料容器を一定温度に保持する恒温槽、11はガス導入口
1に接続されるガス導入管である。
【0004】結晶成長を行う際には、TBA、TMGa
、TMInの各原料容器9にそれぞれF2、F3、F4
の流量調整器8で所望の流量に調整された水素ガスを通
し、各原料容器の保持温度に対応した各原料の蒸気圧に
応じてこの水素ガス中に各原料ガスを含ませた上で、流
量調整器F1により調整された水素ガスとともに、ガス
導入管11を通して反応容器内に原料ガスを供給する。 被成長基板7は高周波誘導加熱コイル4によりサセプタ
5を加熱することにより550〜800℃程度に保持さ
れ、この被成長基板の表面付近における原料ガスの熱分
解により結晶成長が行われる。従来V族元素の供給源と
して用いられてきたAsH3 に代えTBAを用いるこ
とにより原料ガスの毒性の問題が大幅に軽減されるとと
もに、図3に示すように、TBAは液体の形で低圧のシ
リンダー中に保存されるため、従来のAsH3 ガスの
ように、高圧ボンベを用いる必要もなくなり、安全上の
効果は極めて高い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、TBA
を用いてInGaAsの結晶成長を行う場合、図2に示
すような組成制御上の問題が生じることが明らかにされ
た。すなわち、 III族原料の供給量に対するV族原
料の比率を増加させるに従い、結晶中のIn組成比(I
nx Ga1−x As中のInの比x)が減少する。 In組成比は、結晶の光学的特性や結晶の格子定数を決
定し、結晶を用いて作製される半導体素子の特性を左右
するため、従来から[TMIn]と[TMGa]の供給
比を調整し一定値に保持されていたが、AsH3 を用
いた場合には、結晶中のInの比率は、この[TMIn
]と[TMGa]の比率により主に決定され、V族のA
sH3 流量にはほとんど左右されなかった。TBAを
用いることにより図2に示すような問題が生じる原因は
詳細な調査により主にTMInとTBAの気相中での付
加反応であることが明らかになった。V族原料の比率は
結晶純度や結晶欠陥にかかわり、比較的大きな値とする
必要があり、このような付加反応は結晶品質の制御性や
再現性を阻害するため好ましくない。
【0006】本発明の目的は、上記例に見るようなV族
元素の有機化合物と他の原料との付加反応を抑制するこ
とにより、安全性の高いV族元素の有機化合物の特徴を
生かしながら、制御性良く、かつ、再現性良く結晶成長
が行える III−V族化合物半導体の気相成長法を提
供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的に鑑み
てなされたものであり、少なくとも原料の一部にV族元
素の有機化合物を用いて III−V族化合物半導体の
気相成長を行う際に、被成長基板を300rpm以上の
高速で回転することを特徴とする III−V族化合物
半導体気相成長法を提供するものである。
【0008】本発明において、基板の回転速度が300
rpm未満の低速では上記上限温度の高温化はほとんど
生じず、また、ガス中の高温領域もほとんど狭められな
い。また、回転速度が大きい程、本発明の効果は大とな
るが、回転速度があまり大きすぎると機械的な問題が生
じることがあり、これによりガス漏れ、サセプタ支持棒
の振動等の問題も生じる。従って、回転速度は300r
pm以上10000rpm以下とするのが好ましく、よ
り好ましくは600〜2500rpmである。回転速度
は用いる原料の特性と、付加反応の度合により適切に選
択すべきものであることは言うまでもない。
【0009】本発明方法は III−V族化合物半導体
薄膜の気相成長法を行う場合に上記の点以外は特に制限
なく用いることができる。例えばTBAとTMInとT
MGaを用いてInGaAs結晶の成長を行う場合のほ
か様々な応用が可能であり、TMIn、TMGaとTB
Pの組み合わせでInGaPの成長を行う場合、TMI
n、TMGaとTBP及びAsH3 の組み合わせでI
nGaAsPの成長を行う場合等、少なくとも1種類以
上のV族元素の有機化合物を用いて気相成長を行う場合
において本発明は有効に適用される。反応炉構造は本発
明に何ら制限を加えるものではなく、例えば高周波誘導
加熱方式は、抵抗加熱方式や赤外線加熱方式に置き換え
ても全く支障は生じない。また、反応炉の運転圧力やサ
セプタの加熱温度等も原料の種類や結晶材料に応じて適
切に選択されるべきものであり、本発明はこれらの結晶
成長条件を規定するものではない。
【0010】
【作用】被成長基板の高速回転によるこのような改善の
メカニズムは、図4により説明できる。すなわち、回転
速度が比較的遅い場合には、ガス中の高温領域が図中の
12のように広がり、原料ガス中のTBAとTMInが
この領域で付加反応を生じ、被成長基板表面に十分なT
MInが供給されなくなるためTBA流量比増加に伴い
、In組成の減少を生じるにのに比べ、回転速度を増加
した場合には、回転により生じるポンプ効果に起因して
ガス中の高温領域が図中の13のように狭められ、TB
AとTMInの付加反応の度合が減少し、上記のような
問題が大幅に低減されるものである。
【0011】
【実施例】次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説
明する。
【0012】実施例1 図3に示す気相成長装置の反応炉を用いInGaAsの
結晶成長を行った。成長条件は次の通りである。
【0013】成長温度      620℃水素ガス流
量  10リットル/minV/III 比    5
〜20 成長速度      3μm/hr
【0014】図1はこの結果を示す。図2と比較しても
明らかなように、TBAの流量比を増加させても結晶中
のInの組成比は一定に保たれ制御性の大幅な改善が見
られた。
【0015】実施例2 原料にTMInとTBP(ターシャリーブチルフォスフ
ィン)及びドーピング材としてSiH4 (モノシラン
)を用いてSiドープのInP結晶の成長を行った。こ
の時に用いた反応装置を図5に示した。また反応条件は
次の通りである。
【0016】成長温度      650℃水素ガス流
量  10リットル/minV/III 比    6
0 成長速度      3μm/hr
【0017】その結果を図6に示した。図6は結果を基
板の回転が低速の場合と高速の場合で比較したもので、
いずれもSiH4 供給量増加に伴い結晶中のキャリヤ
濃度(不純物濃度)が増大するが、低速の場合には図6
(A)に示すように、キャリヤ濃度が1017cm−3
を越える付近から結晶の表面荒れが始まりSiH4 供
給量増加に伴い表面荒れの程度は大きくなる。これは、
TBPとSiH4 の付加反応によって生じた不揮発性
の中間生成物が基板表面で結晶成長を阻害するために生
じる現象である。結晶の表面荒れの問題は被成長基板を
1000rpmの高速で回転させながら結晶成長を行う
ことにより解決され、図6(B)に示すように広い範囲
でのドーピングが可能となることが判明した。
【0018】
【発明の効果】以上、本発明によれば、V族の有機化合
物を原料として用いた場合に問題となる原料間の付加反
応を、基板の高速回転を行うことにより気相中の高温領
域を狭めることで大幅に低減することが可能であり、V
族の有機化合物を使用することによる安全性向上の利点
を生かしながら、良質な結晶を制御性良く、かつ、再現
性良く作製することができ、産業上の有用性は絶大であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により得られるInGAs半導体結晶の
組成制御性を示すグラフである。
【図2】V族元素の有機化合物を用いた従来の結晶成長
結果の一例である。
【図3】従来の気相成長法に用いられてきた結晶成長装
置の一例を示す概略図である。
【図4】本発明の基本原理を示す図である。
【図5】本発明の他の実施例を示す装置図である。
【図6】その結晶成長の結果を従来方法を用いた場合と
比較する図である。(A)は基板回転0〜200rpm
の場合、(B)は基板回転1000rpmの場合である
【符号の説明】
1  ガス導入口 2  反応容器 3  ガス排出口 4  高周波誘導加熱コイル 5  サセプタ 6  サセプタ支持棒 7  被成長基板 8  流量調整器 9  原料容器 10  恒温槽 11  ガス導入管 12  低速回転時の高温ガス領域 13  高速回転時の高温ガス領域 14  回転導入機

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  少なくとも原料の一部にV族元素の有
    機化合物を用いて III−V族化合物半導体の気相成
    長を行う際に、被成長基板を300rpm以上の高速で
    回転することを特徴とする III−V族化合物半導体
    気相成長法。
JP17468591A 1991-06-20 1991-06-20 Iii −v族化合物半導体気相成長法 Pending JPH04372120A (ja)

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JP17468591A JPH04372120A (ja) 1991-06-20 1991-06-20 Iii −v族化合物半導体気相成長法

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JP17468591A Pending JPH04372120A (ja) 1991-06-20 1991-06-20 Iii −v族化合物半導体気相成長法

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JP (1) JPH04372120A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7575946B2 (en) 2004-03-19 2009-08-18 Sony Corporation Method for making compound semiconductor and method for making semiconductor device

Cited By (1)

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