JPH0566356B2 - - Google Patents

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JPH0566356B2
JPH0566356B2 JP59201658A JP20165884A JPH0566356B2 JP H0566356 B2 JPH0566356 B2 JP H0566356B2 JP 59201658 A JP59201658 A JP 59201658A JP 20165884 A JP20165884 A JP 20165884A JP H0566356 B2 JPH0566356 B2 JP H0566356B2
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JP
Japan
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reaction chamber
substrate
impurity
epitaxial growth
undoped
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JP59201658A
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Juichi Ono
Shinichi Nakatsuka
Takashi Kajimura
Hiroo Tochikubo
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/42Gallium arsenide

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は多層膜を気相エピタキシヤル成長せし
める方法および装置に関する。
本発明は高純度半導体層と不純物添加半導体層
を各々別の反応室で成長することにより、高純度
層の劣化のない再現性の良い結晶成長法及びその
製造装置に用いて有用である。特にMOCVD法
(Metal Organic Chemical Vapour
Deposition)による結晶成長法及びその製造装置
に関するものである。
〔発明の背景〕
従来のMOCVD法結晶成長装置では族有機
金属(例えばトリメチルガリウム、(CH33Ga)
と、V族水素化物(例えばアルシン、AsH3)と
より、GaAsを形成し、導電型としてn型を形成
する場合はSiH4、H2Se、H2S等を、p型を形成
する場合はシクロペンタジエチルマグネシウム
(CPMg)やジエチル亜鉛(DEZn)を導入する
ことにより形成していた。この場合、アンドープ
半導体層とドープ半導体を交互に形成する場合
に、不純物メモリ効果により、アンドープ半導体
層(通常|ND−NA|1014cm-3以下)が劣化し
|ND−NA|として1015〜1016cm-3オーダの半導体
層が形成されてしまうという欠点を有していた。
なお、ここで不純物メモリ効果とは前工程に用い
た不純物が後工程にまで残存してしまうことを意
味する。したがつて例えばGaAs電界効果型トラ
ンジスタ(GaAs−FET)やGaAsPINホトデイ
テクタのように、n+あるいはn型半導体層とn-
あるいはi型半導体層が混在している半導体素子
では、再現性の良い不純物濃度分布をもつた結晶
成長ができないのが現状であつた。
なお、上述した如き気相成長法公は開実用新案
公報昭55−180774「減圧気相成長装置」に示され
ている。
〔発明の目的〕
本発明は二重の異なる不純物状態の半導体層を
MOCVD法によつて形成する場合、第1の工程
における不純物レベルの影響を受けない半導体結
晶成長方法および半導体結晶製造装置を提供する
ものである。
本発明はMOCVD法による結晶成長法のうち、
特にアンドープの高純度半導体層と不純物ドープ
の高濃度半導体層を積層する場合、またこの成長
過程を繰返えす場合に、アンドープ層不純物濃度
レベルが安定的に保持されかつ、ドープ層の不純
物レベルの影響を受けない、新しいMOCVD法
結晶成長法などその製造装置を提供することがで
きる。
〔発明の概要〕 不純物をドーピングすると不純物種が成長結晶
層内のみならず、配管内壁、反応管管壁、治具類
等にも吸着、混入する。この不純物がそれ以降の
例えばアンドープ結晶成長の時に離脱、遊離する
ことによりアンドープ結晶の不純物レベルを劣化
させる。これを防ぐため、不純物ドーピンクとア
ングープの配管を各々ドーピング用の反応管とア
ンドープ用の反応管に区別して構成し、かつ基板
あるいはエピタキシヤル基板用の基板ホルダーも
ドープ用とアンドープ用を区別して配置し、双方
間の基板の搬送機構を付与することにより、不純
物のメモリ効果を防止できる。また不純物ドープ
層とアンドープ高純度層を積層する場合の「基板
ウエハ搬送」−「昇温」−「結晶成長」−「降温」−「

ピタキシヤルウエハ搬送」−「昇温」−「結晶成長」
−「降温」−…といつた一連の工程をマイクロプロ
セツサ処理によるプログラムシーケンスを用いて
行なうことができる。この時、ウエハの搬送路、
ウエハ装着、ウエハ取出し部は空気、水分等によ
り完全に遮断された真空室になつている。
本発明の気相エピタキシヤル成長装置の概要を
第1図を用いて説明する。
第1のエピタキシヤル成長層の成長のための第
1のガス導入系と、第2のエピタキシヤル成長層
の成長のための第2のガス導入系とを少なくとも
有し、且第1、第2の両ガス導入系に対し、第1
および第2のエピタキシヤル成長層相互に共有し
ない元素のための個別的ガス導入系は少なくとも
独立した個別の配管系としてガス導入系が必要に
応じて構成される。
そして、これら第1、第2の両ガス導入系およ
び必要に応じて設けられる個別的ガス導入系は各
各第1および第2の独立した反応室に接続され
る。
第1図は不純物含有量と不純物を含有しない層
の積層体を気相成長せしめる場合の例を示してい
る。第1図においては、9はAsH3ガス導入のた
めの、10はトリメチルガリウム((CH33Ga)
ガス導入のための導入系で、これらのガス導入系
より導入されるガスを用いてGaAs層が成長され
る。なお、ガス導入系10に接続された配管系は
キヤリア・ガス(H2)の導入系である。
更に12はモノ・シラン(SiH4)の導入系で
GaAs層にn型不純物を導入するためのものであ
る。
従つて、この例では、図にみられる如く、7′,
9′および10′の配管によつて第1のガス導入
系、7″,9″および10″の配管によつて第2の
ガス導入系、12の配管によつて個別的ガス導入
系が構成されている。
そして、これら第1のガス導入系は第1の反応
室6に、第2のガス導入系および個別的ガス導入
系は第2の反応室11に接続されている。
これら第1および第2の反応室6,11の間を
基板搬送手段によつて、所望の基板が搬送され
る。
基板搬送手段は市販されているもので十分であ
り、例えばロードロツク方式による基板搬送は最
も一般的なもので、基板を外気にさらすことなく
予備排気室1、搬送室5、反応室6,11間を移
動できる。
さらに基板は基板搬送手段5によつて第1のア
ンドープ反応室6と第2の不純物添加反応室11
間を成長終了毎に自由に出入可能であり、この反
応室の移動に応じて反応ガス流量、基板昇温降
温、反応室内の真空度等は全て、各々とインター
フエイス機能を有するマイクロプロセツサ2によ
り自動化されたものとなつている。
本発明による気相エピタキシヤル成長装置に適
用可能な反応系は第1に有機金属による熱分解法
があり、材料としてはGaAs/GaAlAs系、InP/
InGaAs(P)系がある。第2に塩化物系を用いた不
均等化反応による気相成長も含まれる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明
する。
実施例 1 電界効果形トランジスタ(FET)用のエピタ
キシヤル基板を作製する場合を例にとつて説明す
る。
半絶縁性GaAs(100)基板をH2SO4:H2O2
H2O=4:1:1液でエツチ処理したウエハを
予備排気室1内のウエハ搬送治具上にセツト後、
あらかじめマイクロプロセツサ2にメモリさせて
あるシーケンスを実行する。まず真空系3により
約20分間10-4パスカル程度に排気したのちゲート
バルブ4を開け、ウエハをウエハ搬送機構室5へ
移す。次いで既ウエハを第1図に示したアンドー
プ反応室6へ移動する。この時、反応室とウエハ
搬送機構室は完全に分離される。次いでキヤリガ
スであるH27を反応室へマスコローコントロー
ラ13を用い、エアーオペレートバルブ14を開
けて毎分5流し込み、約5分後に加熱系である
高周波誘導加熱装置8を稼動、約20分後にウエハ
治具温度を650℃とする。この時治具温度が500℃
で族であるAsH3ガス9を毎分50c.c.流し、基板
表面を保護する様になつている。次いで族であ
るトリメチルガリウム、(CH33Ga10をH2をキ
ヤリアガスとして毎分1.6c.c.流し、60分間で約3μ
mのアンドープGaAsを成長する。この後、トリ
メチルガリウムを停止、加熱装置を停止、500℃
の治具温度でアルシンを停止するという一連の工
程を経て、ウエハは室温迄冷却される。次いでウ
エハはウエハ搬送機構室へ移動、さらに第1図の
不純物添加反応室11へ移動した後、ふたたびキ
ヤリアガスであるH2を毎分5流し、約5分後
治具を650℃に加熱、所定量のA3H3、(CH33Ga
およびn形不純物原料のセレン化水素(H2Se)
もしくはモノシラン(SiH4)12の反応により
n型GaAsを8分間で約0.4μm、n+GaAsを2分
間で約0.1μmエピタキシヤル成長する。この後、
反応室を室温迄冷却する。最後にエピタキシヤル
ウエハを搬送室から、ゲートバルブ4を開けるこ
とにより予備排気室1へ移動、装置外へ取り出
す。上記方法によつて得られたFETの成長方向
不純物濃度分布を電圧−容量法によつて調べた結
果を第2図に示す。第2図のFETの成長方向厚
みとキヤリア濃度の関係の曲線bの通りアンドー
プGaAsはn〜1014cm-3、n型GaAsはn〜2×
1017cm-3、n+型GaAsはn〜1×1018cm-3であつ
た。第2図曲線aは不純物添加反応室のみを用い
て、能動層およびバツフア層を形成した比較例を
示すものである。次いで第2回目、第3回目と同
様のエピタキシヤル成長を繰返し行なつたとこ
ろ、各成長層のキヤリア不純物濃度は第1回目と
ほとんど変りなく、本発明の効果が十分に大であ
ることが示された。
実施例 2 2次元電子ガス電界効果トランジスタ用のエピ
タキシヤル基板を作製する場合、 実施例1の場合と同様の手順によりマイクロプ
ロセツサのメモリを実行する。アンドープGaAs
を約1μm、アンドープ反応室で650℃にて成長し
たのち、不純物添加反応室において族原料とし
てトリメチルガリウムとトリメチルアルミニウム
((CH33Al)、族原料としてアルシン、n型不
純物原料としてSiH4を各々毎分2.5c.c.、毎分0.9
c.c.、毎分50c.c.、毎分10-3c.c.流し、Al組成が30%
のn型Ga1-xAlxAsを約400Å、次いでトリメチル
アルミニウムを停止しn型GaAsを約200Å結晶
成長した。この時のアンドープGaAsの不純物濃
度は1014cm-3、n型Ga1-xAlxAs、n型GaAsの不
純物濃度は各々6×1017cm-3、5×1017cm-3であ
り、エピタキシヤル成長回数を繰返しても各々の
不純物レベルはほとんど変化しなかつた。
実施例 3 PIN−FET(OEIC)用のエピタキシヤル基板
を作製する場合、 実施例1の場合と同様の手順によりマイクロプ
ロセツサのメモリを実行する。n+−GaAsを約3μ
m、不純物添加反応室で700℃にて成長した後、
アンドープ反応室で650℃にてn-−GaAs、n-
Ga1-xAlxAs、n-−GaAsを各々2μm、1μm、0.5μ
m結晶成長した。この時のn+−GaAs、n-
GaAs、n-−GaAlAs、n-−GaAsのキヤリア濃度
は各々、2×1018cm-3、〜1014cm-3、〜1015cm-、、
〜1014cm-3であつた。またエピタキシヤル成長回
数を繰返しても各々の不順純物レベルはほとんど
変化しなかつた。
本実施例ではドープ不純物としてn型不純物原
料を用いたが、例えばp型不純物料であるシクロ
ペンタジエチルマグネシウムやジエチル亜鉛等も
同様に実施できる。また基板装着枚数も1枚に限
らず、ウエハホルダーを大きくすることにより多
数枚装着も同様に実施できる。また実施例として
GaAs/GaAlAs系についてのみ説明したが他の
材料系つまり−族ではInP/InGaAsP系、
InGaP/InGaAlP系等、−族ではZnS、
ZnSe、CdSe等にも出発原料や不純分種を代える
ことにより同様に実施できることは言うまでもな
い。
〔発明の効果〕
本発明の装置のをいることにより、アンドープ
の高純度半導体層と不純物ドープ半導体層を積層
する場合、またこの成長過程を繰返す場合など、
ドープされた不純物のメモリ効果が現われず、常
に安定したアンドープ高純度層が得られる。また
本装置を用いて作製したFETでは安定したアン
ドープ不純物レベル(〜41014cm-3)が得られ、特
性もn−GaAs能動層移動度として4000〜4500
cm2/v・s(300K)が得られ、12GHzにおける雑
音指数として1.5dB(デシベル)、利得12dB(デシ
ベル)が得られた。
また2次元電子ガスFETにおいても77K移動度
として70000〜100000cm2/v・sの値が安定して
得られるので、アンドープ高純度エピタキシヤル
成長層を得る手段として本発明の効果は大なるも
のがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による装置を説明するための
概念図、第2図は本発明の成長方法を用いて作成
した積層体の不純物濃度分布を示した図である。 1……予備排気室、2……マイクロプロセツ
サ、3……真空系、4……ゲートバルブ、5……
ウエハ搬送機構室、6……アンドープ反応室、7
……H2ガス、8……高周波誘導加熱装置、9…
…AsH3ガス、10……トリメチルガリウム(も
しくはトリメチルアルミニウム)、11……不純
物添加反応室、12……H2SeもしくはSiH4、1
3……マスフローコントローラ、14……エアオ
ペレートバルブ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1のガス導入系からアンドープのエピタキ
    シヤル成長層を形成するためのガスを第1の反応
    室に導入し上記第1の反応室内のアンドープ用基
    板ホルダーに保持された基板上にアンドープのエ
    ピタキシヤル成長層を形成する第1の工程と、上
    記第1のガス導入系とは独立に設けられた第2の
    ガス導入系から不純物ドーピングのエピタキシヤ
    ル成長層を形成するためのガスを上記第1の反応
    室とは独立に設けられた第2の反応室に導入し上
    記第2の反応室内の不純物ドーピング用基板ホル
    ダーに保持された基板上に不純物ドーピングのエ
    ピタキシヤル成長層を形成する第2の工程と、上
    記第1及び第2の工程を交互に行なうため上記基
    板を上記一方の反応室から他方の反応室に移動す
    る工程とを有することを特徴とする気相エピタキ
    シヤル成長方法。 2 基板上にアンドープのエピタキシヤル成長層
    を形成するための第1の反応室と、上記第1の反
    応室とは独立であつて上記基板上に不純物ドーピ
    ングのエピタキシヤル成長層を形成するための第
    2の反応室と、上記アンドープのエピタキシヤル
    成長層を形成するためのガスを上記第1の反応室
    に導入する第1のガス導入系と、上記第1のガス
    導入系とは独立であつて上記不純物ドーピングの
    エピタキシヤル成長層を形成するためのガスを上
    記第2の反応室に導入する第2のガス導入系と、
    上記一方の反応室から他方の反応室に上記基板を
    移動するための基板搬送手段と、上記第1の反応
    室で上記基板を保持するアンドープ用基板ホルダ
    ーと、上記第2の反応室で上記基板を保持する不
    純物ドーピング用基板ホルダーとを備えることを
    特徴とする気相エピタキシヤル成長装置。
JP59201658A 1984-09-28 1984-09-28 気相エピタキシヤル成長方法およびその装置 Granted JPS6183700A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH02106932A (ja) * 1988-10-17 1990-04-19 Rohm Co Ltd 半導体製造装置
US5510291A (en) * 1994-05-02 1996-04-23 At&T Corp. Method of making surface-normal semiconductor optical cavity device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5825226A (ja) * 1982-07-19 1983-02-15 Shunpei Yamazaki プラズマ気相反応装置
JPS5988395A (ja) * 1982-11-08 1984-05-22 Agency Of Ind Science & Technol 化合物半導体結晶気相成長装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5825226A (ja) * 1982-07-19 1983-02-15 Shunpei Yamazaki プラズマ気相反応装置
JPS5988395A (ja) * 1982-11-08 1984-05-22 Agency Of Ind Science & Technol 化合物半導体結晶気相成長装置

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