JPH05251369A - 有機金属化学気相成長方法 - Google Patents

有機金属化学気相成長方法

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JPH05251369A
JPH05251369A JP8342492A JP8342492A JPH05251369A JP H05251369 A JPH05251369 A JP H05251369A JP 8342492 A JP8342492 A JP 8342492A JP 8342492 A JP8342492 A JP 8342492A JP H05251369 A JPH05251369 A JP H05251369A
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JP
Japan
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gas
growth
chemical vapor
group
Prior art date
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JP8342492A
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English (en)
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Satoshi Fujii
智 藤井
Yukihisa Fujita
恭久 藤田
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 成長原料ガスの分解及びドーピングガスの励
起が容易であり、かつ高品質な結晶が得られ、更に構造
の簡単なエピタキシャル結晶成長方法を提供することに
ある。 【構成】 基板表面近傍の所定位置に向けて、成長原料
ガスを光分解可能な波長の高出力レーザ光を複数の方向
から照射し、集光させてレーザプラズマを発生させる構
成とすることで、レーザ光の照射源を設けるのみで成長
原料ガスを分解しドーピングガスを励起できることから
構造が簡略化されると共に結晶成長温度を低くでき、点
欠陥の発生を防止できる。また、結晶成長化合物の禁止
帯よりも高いエネルギーの光を基板に照射することによ
り、結晶成長が一層促進されると共に結晶成長温度が低
くても成膜中への炭化水素の汚染を防止できる。従っ
て、早期に高品質の化合物半導体エピタキシャル結晶を
成長させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エピタキシャル結晶を
成長させる方法に関し、特に反応管中の反応室内に配置
された基板の表面に成長原料ガス及び励起させたドーピ
ングガスを供給することにより化合物半導体エピタキシ
ャル結晶を成長させる有機金属化学気相成長方法に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体のエピタキシャル結晶成長
には主として分子線エピタキシー法(以下、本明細書で
はMBE法と略記する)や有機金属化学気相成長法(以
下、本明細書ではMOCVD法と略記する)などが一般
的に用いられている。
【0003】一方、特開昭62−88329号公報には
II-VI族のエピタキシャル結晶の一例として砒化ガリウ
ム(GaAs)基板上へのセレン化亜鉛(ZnSe)の
エピタキシャル結晶を成長させ、ドーパントとして砒素
(As)、リン(P)、または窒素(N)を導入してp
型結晶を得るための構造が開示されている。また、米国
のDePuydtらによれば、MBE法にてrfプラズ
マセルにより窒素ラジカルビームを発生させ、1018
-3台の窒素ドーピングを実現する方法が提案されてお
り(Appl.Phys.Lett.57,2127
(1991))、これにより低抵抗のp型結晶が得られ
ることが示唆されている。
【0004】しかしながら、rfプラズマセルにより窒
素ラジカルビームを発生させるには、気圧条件を10-1
〜10-2torr程度にすることが一般的であるが、M
BE法の一般的な適用条件が10-7〜10-10tor
r、MOCVD法の一般的な適用条件が10〜760t
orr程度であることから、条件が一致せず、実際には
あまり現実的ではなかった。また、プラズマによりラジ
カルビームを発生させる場合、セルを構成するドーパン
ト以外の物質も叩かれて汚染物質としてエピタキシャル
結晶内に拡散し、その品質を著しく劣化させる心配もあ
った。一方、MOCVD法に於て、成長原料ガスに有機
金属原料を用いる場合、その熱分解温度(結晶成長温
度)は500℃〜600℃であるが、一般に温度が高い
ほど点欠陥が発生し易い問題がある。そこで成長原料を
熱以外の方法をも用いて分解し、結晶成長温度を可及的
に下げることが好ましいが、実際には150℃以下にな
ると炭化水素が成膜中に入り込み、汚染する心配があっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述したよう
な従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その主
な目的は、成長原料ガスの分解及びドーピングガスの励
起が容易であり、かつ高品質な結晶が得られ、更に構造
の簡単なエピタキシャル結晶成長方法を提供することに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した目的は本発明に
よれば、反応管中の反応室内に配置された基板の表面に
成長原料ガス及び励起させたドーピングガスを供給する
ことにより半導体エピタキシャル結晶を成長させる有機
金属化学気相成長方法であって、前記基板表面の近傍位
置に向けて、前記成長原料ガスを光分解可能な波長の複
数の高出力レーザ光を照射し集光させてレーザプラズマ
を発生させることにより前記位置にて前記ドーピングガ
スを励起させる過程と、前記基板の表面に、前記エピタ
キシャル結晶成長化合物の禁止帯よりも高いエネルギー
の光を照射して該基板表面を活性化させる過程とを有す
ることを特徴とする有機金属化学気相成長方法を提供す
ることにより達成される。
【0007】
【作用】上述の構成によれば、レーザ光の照射源を設け
るのみで成長原料ガスの分解及びドーピングガスを励起
できることから構造が簡略化される。また、基板に光を
照射することにより、結晶成長が促進されると共に結晶
成長温度が例えば室温程度と低くても成膜中への炭化水
素の汚染を防止できる。
【0008】
【実施例】以下、添付の図面に従って本発明の好適実施
例について説明する。
【0009】図1は本発明が適用された第1の実施例を
示すMOCVD装置の模式的側断面図である。本実施例
は砒化ガリウム(GaAs)基板上へのセレン化亜鉛
(ZnSe)のエピタキシャル結晶を成長させ、ドーパ
ントとして窒素(N)を導入してp型結晶を得るための
MOCVD装置である。
【0010】反応管1は方形断面をなすと共に水平方向
に延在し、その右側から成長原料ガス及びドーパントガ
スが供給されるようになっている。ここで、本実施例で
はドーピングガスとして窒素ガス(N2)、成長原料ガ
スとしてジメチル亜鉛(Zn(CH32)及びジエチル
セレン(Se(C252)を用い、またキャリアガス
として窒素ガス(N2)を用いている。
【0011】反応管1の中間部左側部分は反応室2をな
している。反応室2の下側壁面には基板Bを、ある程度
各ガスの上流側に該基板Bの主面が対向するように傾斜
させて上向きに保持し、かつ回転させるサセプタ3が設
けられている。また、このサセプタ3には基板Bを加熱
するための抵抗加熱ヒータが付設されている(図示せ
ず)。ここで、本実施例では基板Bをサセプタ3に斜め
上向きに保持したが、実際には反応室2の上側壁面に下
向き、またはある程度各ガスの上流側に基板Bの主面が
対向するように傾斜させて下向きに保持しても良い。
【0012】図2に併せて示すように、反応室2の壁部
には、サセプタ3即ち基板Bの上方中央の所定の位置A
にて出射光が交差するように、例えばKrFエキシマレ
ーザからなる6つの高出力レーザ光源4が概ね等間隔に
設けられている。これら高出力レーザ光源4は、基板B
の主面と平行な面に沿ってに設けられ、各光源4の光の
出射方向が基板Bの主面と平行となるようになってい
る。また、各光源4の出射光は上記所定の位置Aにて集
光し、レーザプラズマを発生させるようになっている。
尚、上記光源4は成長原料ガス(ジメチル亜鉛、ジエチ
ルセレン)を光分解し得る紫外域の波長の光を出射する
光源であり、例えばArFエキシマレーザ、XeClエ
キシマレーザ等であっても良い。
【0013】一方、各光源4には、これらを制御するべ
く制御装置5が接続されている。この制御装置5は上記
所定の位置Aの近傍に設置されたレーザプラズマの強度
センサ6に接続され、該センサ6からの強度検出値に基
づき各光源4の出射強度をフィードバック制御するよう
になっている。
【0014】反応管1の反応室2内に於ける上側壁面に
は、例えば重水素ランプからなるランプ7が設けられて
いる。このランプ7は、基板Bに対向しており、石英な
どからなる窓部材8を介して基板Bに向けてセレン化亜
鉛の禁止帯(バンドギャップ)よりも高いエネルギーの
光を照射するようになっている。
【0015】次に本実施例の作動要領について説明す
る。まず砒化ガリウム基板Bをサセプタ3に斜め上向き
に保持し、この基板Bを回転させると共に加熱する。そ
して、成長原料ガス及びドーピングガスを供給する(室
温)。このとき、各光源4から紫外域の高出力レーザ光
を照射し、成長原料ガスを分解すると共に位置Aにてレ
ーザプラズマを発生させ、ドーピングガスを励起させ
る。尚、レーザプラズマ強度から各光源4をフィードバ
ック制御することにより、成長速度及び基板Bへの窒素
ラジカルの供給量を適正制御することができる。
【0016】両ガスを反応室2内に供給すると同時にラ
ンプ7から基板Bに向けて高エネルギー光を照射する。
これにより基板B表面のセレン化亜鉛の結晶成長が促進
される。
【0017】尚、通常は成長原料ガス、ドーピングガス
及びキャリアガスのいずれかに水素が用いられるが、こ
れにより成膜中にN−H基が取り込まれて欠陥を生じる
心配がある。しかしながら、本実施例では、成長原料ガ
ス、ドーピングガス及びキャリアガスのいずれにも水素
(H)が用いられていないことから成膜中にN−H基が
取り込まれる心配がなく、欠陥が生じない。従って高濃
度ドーピングが可能となっている。また、特に水素をキ
ャリアガスに使用しないと、低温では成膜中に炭化水素
による汚染が問題となるが、基板Bに向けて高エネルギ
ー光を照射することでこれを防止できる。
【0018】図3は本発明が適用された第2の実施例を
示す図1と同様な図であり、第1の実施例と同様な部分
には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0019】本実施例では反応管11が方形断面をなす
と共に鉛直方向に延在している。また、成長原料ガス及
びドーピングガスは図に於ける上側から下側に向けて供
給されるようになっている。
【0020】反応管11の中間部下側部分は、反応室1
2をなし、この反応室12には基板Bを上向きに保持し
て回転させるサセプタ13が設けられている。
【0021】反応管11の反応室12を臨む壁面には、
ランプ17が設けられている。このランプ17は、基板
Bに斜めに対向しており、基板Bに向けてセレン化亜鉛
の禁止帯よりも高いエネルギーの光を照射するようにな
っている。それ以外の構造は第1の実施例と同様であ
る。
【0022】尚、本実施例では基板Bを上向きに保持
し、両ガスを図に於ける上側から下側に向けて供給する
構成としたが、実際には基板Bを下向きに保持し、両ガ
スを図に於ける下側から上側に向けて供給すると共に基
板Bには斜め下から光を照射する構成としても良い。
【0023】また、上記各実施例では基板Bに光を直接
照射する光源として通常のランプ光源を用いたが、内部
に放電ガスが交換可能に充填された放電管と、この放電
管にマイクロ波を供給するマイクロ波空洞共振器とを有
する、例えば特開昭61−12022号公報に開示され
た装置と同様な放電光発生装置を用いても良い。
【0024】
【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明に基づく有機金属化学気相成長方法によれば、基板
表面近傍の所定位置に向けて、成長原料ガスを光分解可
能な波長の高出力レーザ光を複数の方向から照射し、集
光させてレーザプラズマを発生させる構成とすること
で、レーザ光の照射源を設けるのみで成長原料ガスを分
解しドーピングガスを励起できることから構造が簡略化
されると共に結晶成長温度を低くでき、点欠陥の発生を
防止できる。また、結晶成長化合物の禁止帯よりも高い
エネルギーの光を基板に照射することにより、結晶成長
が一層促進されると共に結晶成長温度が低くても特に水
素をキャリアガスに使用しない場合に成膜中への炭化水
素の汚染を防止できる。従って、早期に高品質の化合物
半導体エピタキシャル結晶を成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す側断面図である。
【図2】図1の断面平面図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す側断面図である。
【符号の説明】
1 反応管 2 反応室 3 サセプタ 4 レーザ光源(光導入窓と集光レンズも含む) 5 制御装置 6 レーザプラズマ強度センサ 7 光源 8 窓 11 反応管 12 反応室 13 サセプタ 17 光源

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応管中の反応室内に配置された基板
    の表面に成長原料ガス及び励起させたドーピングガスを
    供給することにより半導体エピタキシャル結晶を成長さ
    せる有機金属化学気相成長方法であって、 前記基板表面の近傍位置に向けて、前記成長原料ガスを
    光分解可能な波長の複数の高出力レーザ光を照射し集光
    させてレーザプラズマを発生させることにより前記位置
    にて前記ドーピングガスを励起させる過程と、 前記基板の表面に、前記エピタキシャル結晶成長化合物
    の禁止帯よりも高いエネルギーの光を照射して該基板表
    面を活性化させる過程とを有することを特徴とする有機
    金属化学気相成長方法。
  2. 【請求項2】 前記レーザプラズマの発光強度を検知
    して前記レーザ光の照射強度を制御する過程を更に有す
    ることを特徴とする請求項1に記載の有機金属化学気相
    成長方法。
  3. 【請求項3】 前記ドーピングガスが、V族元素の単
    体、V族元素の化合物及びI族元素の化合物から選択さ
    れる一員からなることを特徴とする請求項1若しくは請
    求項2に記載の有機金属化学気相成長方法。
  4. 【請求項4】 前記V族元素が、窒素、リン、砒素及
    びアンチモンからなり、 前記I族元素の化合物が、リチウムのアルキル化合物か
    らなることを特徴とする請求項3に記載の有機金属化学
    気相成長方法。
  5. 【請求項5】 前記成長原料が有機金属からなり、 前記成長原料のキャリアガス及び前記ドーピングガスが
    窒素ガスからなることを特徴とする請求項1乃至請求項
    4のいずれかに記載の有機金属化学気相成長方法。
JP8342492A 1992-03-05 1992-03-05 有機金属化学気相成長方法 Withdrawn JPH05251369A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994008355A1 (de) * 1992-09-28 1994-04-14 Aixtron Gmbh VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON p-DOTIERTEN SCHICHTEN INSBESONDERE IN II-VI-HALBLEITERN
US5772759A (en) * 1992-09-28 1998-06-30 Aixtron Gmbh Process for producing p-type doped layers, in particular, in II-VI semiconductors

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WO1994008355A1 (de) * 1992-09-28 1994-04-14 Aixtron Gmbh VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON p-DOTIERTEN SCHICHTEN INSBESONDERE IN II-VI-HALBLEITERN
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Effective date: 19990518