JPH065515A - 有機金属気相成長法 - Google Patents
有機金属気相成長法Info
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- JPH065515A JPH065515A JP18323092A JP18323092A JPH065515A JP H065515 A JPH065515 A JP H065515A JP 18323092 A JP18323092 A JP 18323092A JP 18323092 A JP18323092 A JP 18323092A JP H065515 A JPH065515 A JP H065515A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＧａＡｓ等 III−Ｖ族化合物半導体の気相成
長技術の一つである有機金属気相成長において、薄膜特
性を損なわずに膜厚の均一性を向上する方法を開発す
る。 【構成】 半導体基板上に複数の膜を成長する有機金属
気相成長法において、各薄膜を成長速度が成長温度に依
存しない原料輸送律速の温度領域、又は成長速度が成長
温度と共に増加する反応律速の温度領域で成長させる有
機金属気相成長法。
長技術の一つである有機金属気相成長において、薄膜特
性を損なわずに膜厚の均一性を向上する方法を開発す
る。 【構成】 半導体基板上に複数の膜を成長する有機金属
気相成長法において、各薄膜を成長速度が成長温度に依
存しない原料輸送律速の温度領域、又は成長速度が成長
温度と共に増加する反応律速の温度領域で成長させる有
機金属気相成長法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＧａＡｓ等 III−Ｖ族
化合物半導体の気相成長技術の一つである有機金属気相
成長法に関するもので、不純物を高濃度に添加した層の
成長を反応律速の温度領域で行うことにより、特性を損
なわずに均一性を向上させたものである。
化合物半導体の気相成長技術の一つである有機金属気相
成長法に関するもので、不純物を高濃度に添加した層の
成長を反応律速の温度領域で行うことにより、特性を損
なわずに均一性を向上させたものである。
【０００２】
【従来の技術】有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）
は、 III族原料ガスとしてトリメチルガリウム（（ＣＨ
3 ）Ｇａ、以下ＴＭＧａ）等の有機金属を用いる気相成
長法である。図８にＭＯＶＰＥ法で用いられる反応炉の
概略図を示す。図８（ａ）は横型、図８（ｂ）は縦型パ
ンケーキ型、図８（ｃ）は縦型バレル型と呼ばれるもの
である。いずれの形式においても半導体基板（１）はカ
ーボンサセプタ（２）上に設置され、外部のＲＦコイル
（３）によって高周波誘導により所定の温度に加熱され
る。原料ガスはガス導入口（４）より反応管中に、キャ
リアガス（通常はＨ2）と共に導入され半導体基板付近
に到達した原料ガスは熱分解反応を起し、半導体基板上
に半導体を堆積させ、反応終了後の原料ガスは排気口
（５）より排気される。この時半導体のキャリア濃度が
劣化するため、少量のドーピングガスを添加する場合も
ある。
は、 III族原料ガスとしてトリメチルガリウム（（ＣＨ
3 ）Ｇａ、以下ＴＭＧａ）等の有機金属を用いる気相成
長法である。図８にＭＯＶＰＥ法で用いられる反応炉の
概略図を示す。図８（ａ）は横型、図８（ｂ）は縦型パ
ンケーキ型、図８（ｃ）は縦型バレル型と呼ばれるもの
である。いずれの形式においても半導体基板（１）はカ
ーボンサセプタ（２）上に設置され、外部のＲＦコイル
（３）によって高周波誘導により所定の温度に加熱され
る。原料ガスはガス導入口（４）より反応管中に、キャ
リアガス（通常はＨ2）と共に導入され半導体基板付近
に到達した原料ガスは熱分解反応を起し、半導体基板上
に半導体を堆積させ、反応終了後の原料ガスは排気口
（５）より排気される。この時半導体のキャリア濃度が
劣化するため、少量のドーピングガスを添加する場合も
ある。
【０００３】原料ガス、ドーピングガスとして下記のも
のが通常よく用いられるが、これに限るものではない。III 族 Ｇａ （ＣＨ3 ）3 Ｇａ（ＴＭＧａ） （Ｃ2 Ｈ5 ）
3 Ｇａ（ＴＥＧａ） Ａｌ （ＣＨ3 ）3 Ａｌ（ＴＭＡｌ） Ｉｎ （ＣＨ3 ）3 Ｉｎ（ＴＭＩｎ）Ｖ族 Ａｓ ＡｓＨ3 Ｐ ＰＨ3 ドーピングガス Ｓｉ ＳｉＨ4 Ｓｉ2 Ｈ6 Ｓ Ｈ2 Ｓ Ｓｅ Ｈ2 Ｓｅ Ｚｎ （ＣＨ3 ）2 Ｚｎ（ＤＭＺｎ） （Ｃ2 Ｈ5 ）
2 Ｚｎ（ＤＥＺｎ）
のが通常よく用いられるが、これに限るものではない。III 族 Ｇａ （ＣＨ3 ）3 Ｇａ（ＴＭＧａ） （Ｃ2 Ｈ5 ）
3 Ｇａ（ＴＥＧａ） Ａｌ （ＣＨ3 ）3 Ａｌ（ＴＭＡｌ） Ｉｎ （ＣＨ3 ）3 Ｉｎ（ＴＭＩｎ）Ｖ族 Ａｓ ＡｓＨ3 Ｐ ＰＨ3 ドーピングガス Ｓｉ ＳｉＨ4 Ｓｉ2 Ｈ6 Ｓ Ｈ2 Ｓ Ｓｅ Ｈ2 Ｓｅ Ｚｎ （ＣＨ3 ）2 Ｚｎ（ＤＭＺｎ） （Ｃ2 Ｈ5 ）
2 Ｚｎ（ＤＥＺｎ）
【０００４】ＭＯＶＰＥ法の場合、成長速度の成長温度
に対する依存性は大きくわけて３つの領域に別けること
ができる。ＴＭＧａ−ＡｓＨ3 を原料ガスとしてＧａＡ
ｓを成長する場合についての成長速度の成長温度依存性
を図９に示す。６００℃以下の温度領域（Ｉ）では成長
速度は成長温度の増加と共に大きくなる。この領域では
成長速度は反応速度に律速されている。６００〜８００
℃の温度領域（II）では成長速度は温度に依存しない。
成長速度は原料ガスの基板までの輸送に律速されてい
る。８００℃以上の温度領域(III) では成長速度の増加
と共に減少する。これはＧａの再蒸発に起因している。
他の原料ガスでも同様のことが知られている。
に対する依存性は大きくわけて３つの領域に別けること
ができる。ＴＭＧａ−ＡｓＨ3 を原料ガスとしてＧａＡ
ｓを成長する場合についての成長速度の成長温度依存性
を図９に示す。６００℃以下の温度領域（Ｉ）では成長
速度は成長温度の増加と共に大きくなる。この領域では
成長速度は反応速度に律速されている。６００〜８００
℃の温度領域（II）では成長速度は温度に依存しない。
成長速度は原料ガスの基板までの輸送に律速されてい
る。８００℃以上の温度領域(III) では成長速度の増加
と共に減少する。これはＧａの再蒸発に起因している。
他の原料ガスでも同様のことが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＭＯＶＰＥ法では通常
上記の原料輸送律速となっている温度領域（II）を用い
て半導体薄膜の成長が行われている。これはこの領域で
高純度の結晶が得やすいこと、膜厚の制御がしやすい
（成長温度に依存しない）等の理由による。この温度領
域で膜厚の均一性を得るために、反応炉の全ガス流量や
サセプタと反応管の幾何学的配置の工夫がなされている
が、現状ではバラツキが数％程度の均一性しか得られて
いない。半導体薄膜からデバイスを作成する際の歩留り
は、この膜厚の均一性に依存するので、デバイスの低コ
スト化をはかる上で膜厚均一性の向上が望まれている。
上記の原料輸送律速となっている温度領域（II）を用い
て半導体薄膜の成長が行われている。これはこの領域で
高純度の結晶が得やすいこと、膜厚の制御がしやすい
（成長温度に依存しない）等の理由による。この温度領
域で膜厚の均一性を得るために、反応炉の全ガス流量や
サセプタと反応管の幾何学的配置の工夫がなされている
が、現状ではバラツキが数％程度の均一性しか得られて
いない。半導体薄膜からデバイスを作成する際の歩留り
は、この膜厚の均一性に依存するので、デバイスの低コ
スト化をはかる上で膜厚均一性の向上が望まれている。
【０００６】本発明はこれに鑑み種々検討の結果、特性
を損なわずに均一性を向上させることができる有機金属
気相成長法を開発したものである。
を損なわずに均一性を向上させることができる有機金属
気相成長法を開発したものである。
【０００７】本発明成長法の一つは、半導体基板上に複
数の薄膜を成長する有機金属気相成長法において、各薄
膜を成長速度が成長温度に依存しない原料輸送律速の温
度領域、又は成長速度が成長温度と共に増加する反応律
速の温度領域で成長させることを特徴とするものであ
る。
数の薄膜を成長する有機金属気相成長法において、各薄
膜を成長速度が成長温度に依存しない原料輸送律速の温
度領域、又は成長速度が成長温度と共に増加する反応律
速の温度領域で成長させることを特徴とするものであ
る。
【０００８】本発明成長法の他の一つは、ＧａＡｓ基板
上に高純度ＧａＡｓをバッファ層として成長させ、その
上にキャリア濃度を１０17cm-3台としたＧａＡｓを活性
層として成長させる有機金属気相成長法において、バッ
ファ層を原料輸送律速の温度領域で成長させ、活性層を
反応律速の温度領域で成長させることを特徴とするもの
である。
上に高純度ＧａＡｓをバッファ層として成長させ、その
上にキャリア濃度を１０17cm-3台としたＧａＡｓを活性
層として成長させる有機金属気相成長法において、バッ
ファ層を原料輸送律速の温度領域で成長させ、活性層を
反応律速の温度領域で成長させることを特徴とするもの
である。
【０００９】本発明成長法の更に他の一つは、ＧａＡｓ
基板上に高純度のＧａＡｓバッファ層として成長させ、
その上にキャリア濃度を１０18cm-3台としたＡｌＧａＡ
ｓ、キャリア濃度を１０17cm-3台としたＡｌＧａＡｓ、
キャリア濃度を１０18cm-3台としたＧａＡｓを順次成長
させる有機金属気相成長法において、バッファ層を原料
輸送律速の温度領域で成長させ、他の三層を反応律速の
温度領域で成長させることを特徴とするものである。
基板上に高純度のＧａＡｓバッファ層として成長させ、
その上にキャリア濃度を１０18cm-3台としたＡｌＧａＡ
ｓ、キャリア濃度を１０17cm-3台としたＡｌＧａＡｓ、
キャリア濃度を１０18cm-3台としたＧａＡｓを順次成長
させる有機金属気相成長法において、バッファ層を原料
輸送律速の温度領域で成長させ、他の三層を反応律速の
温度領域で成長させることを特徴とするものである。
【００１０】
【作用】原料輸送律速領域で膜厚のバラツキが生じるの
は、半導体基板上の位置で基板に到達する原料ガスの量
に差があるからである。しかし反応律速領域では、原料
ガスの供給量のみならず、成長温度にも成長速度は依存
する。従って原料輸送律速領域で膜厚の厚くなる部分の
基板温度を膜厚の薄くなる部分の基板温度より若干低く
なる様に設定する。この状態で反応律速領域で成長を行
えば、原料ガスの供給量と成長温度の分布の効果が打ち
消し合って膜厚が均一となる。
は、半導体基板上の位置で基板に到達する原料ガスの量
に差があるからである。しかし反応律速領域では、原料
ガスの供給量のみならず、成長温度にも成長速度は依存
する。従って原料輸送律速領域で膜厚の厚くなる部分の
基板温度を膜厚の薄くなる部分の基板温度より若干低く
なる様に設定する。この状態で反応律速領域で成長を行
えば、原料ガスの供給量と成長温度の分布の効果が打ち
消し合って膜厚が均一となる。
【００１１】
【実施例】以下本発明を実施例について説明する。図８
（ｃ）のバレル型反応炉を用い、基板温度６５０℃（原
料輸送律速領域）でＴＭＧａ、ＡｓＨ3 を原料ガスとし
て用い、ＧａＡｓの成長を行なった。その膜厚分布を図
１（ａ）〜（ｃ）に示す。図から判るように、ガスの流
れ方向に沿って、膜厚が大きくなる傾向を示すと共に、
ガスの流れと垂直方向で、外周部に向って膜厚が大きく
なる傾向を示す。膜厚バラツキは±６％である。この時
の基板の温度分布を調査したところ、図２に示すように
基板外周部の温度が中央部に比較して３〜４℃低いこと
が判明した。そこで図８（ｃ）に示すバレル型反応炉の
ＲＦコイルの位置を調整したところ、図３に示すように
ガスの流れ方向の温度分布が改善された。この状態で基
板温度５８０℃（反応律速領域）でＧａＡｓの成長を行
ったところ、図４（ａ）（ｂ）に示すように膜厚のバラ
ツキが±３％と均一性が大幅に改善された。
（ｃ）のバレル型反応炉を用い、基板温度６５０℃（原
料輸送律速領域）でＴＭＧａ、ＡｓＨ3 を原料ガスとし
て用い、ＧａＡｓの成長を行なった。その膜厚分布を図
１（ａ）〜（ｃ）に示す。図から判るように、ガスの流
れ方向に沿って、膜厚が大きくなる傾向を示すと共に、
ガスの流れと垂直方向で、外周部に向って膜厚が大きく
なる傾向を示す。膜厚バラツキは±６％である。この時
の基板の温度分布を調査したところ、図２に示すように
基板外周部の温度が中央部に比較して３〜４℃低いこと
が判明した。そこで図８（ｃ）に示すバレル型反応炉の
ＲＦコイルの位置を調整したところ、図３に示すように
ガスの流れ方向の温度分布が改善された。この状態で基
板温度５８０℃（反応律速領域）でＧａＡｓの成長を行
ったところ、図４（ａ）（ｂ）に示すように膜厚のバラ
ツキが±３％と均一性が大幅に改善された。
【００１２】図５に示すＦＥＴ用エピタキシャルウエー
ハの気相成長を行った。ＧａＡｓ基板上に高純度のＧａ
Ａｓをバッファ層として２〜３μｍ成長させた後、キャ
リア濃度１×１０17cm-3のＧａＡｓを活性層として０．
５μｍ成長させた。高純度ＧａＡｓ層は反応律速領域で
成長するのは困難であり、原料輸送律速領域でしか成長
できない。しかしバッファ層は基板とエピタキシャル層
の界面の結晶性の悪さを回復させるのが目的であるから
膜厚のバラツキは数％あっても問題ない。
ハの気相成長を行った。ＧａＡｓ基板上に高純度のＧａ
Ａｓをバッファ層として２〜３μｍ成長させた後、キャ
リア濃度１×１０17cm-3のＧａＡｓを活性層として０．
５μｍ成長させた。高純度ＧａＡｓ層は反応律速領域で
成長するのは困難であり、原料輸送律速領域でしか成長
できない。しかしバッファ層は基板とエピタキシャル層
の界面の結晶性の悪さを回復させるのが目的であるから
膜厚のバラツキは数％あっても問題ない。
【００１３】一方活性層は実際にＦＥＴにした時に電流
の流れる層なので均一性がよいことが要求される。従っ
て反応律速領域で成長すればよい。反応律速領域で活性
層を成長した場合、結晶のバックグランドはあがるが、
実際に１０17cm-3レベルにドーピングするので、バック
グランドの影響は小さいと考えられる。これを確認する
ために、バッファ層を６５０℃で成長した後、６５０℃
（原料輸送律速領域）で活性層を成長した場合と、５８
０℃（反応律速領域）で活性層を成長した場合の比較を
行った。図６にそのキャリア濃度と移動度の関係を示
す。両者の間に差はなく、理論曲線に近い良好な特性が
得られていることが判る。このようにバッファ層を原料
輸送律速領域で、活性層を反応律速領域で成長すれば、
活性層の均一性に優れ、その特性も従来法によるものと
同等のエピタキシャルウエーハが得られる。
の流れる層なので均一性がよいことが要求される。従っ
て反応律速領域で成長すればよい。反応律速領域で活性
層を成長した場合、結晶のバックグランドはあがるが、
実際に１０17cm-3レベルにドーピングするので、バック
グランドの影響は小さいと考えられる。これを確認する
ために、バッファ層を６５０℃で成長した後、６５０℃
（原料輸送律速領域）で活性層を成長した場合と、５８
０℃（反応律速領域）で活性層を成長した場合の比較を
行った。図６にそのキャリア濃度と移動度の関係を示
す。両者の間に差はなく、理論曲線に近い良好な特性が
得られていることが判る。このようにバッファ層を原料
輸送律速領域で、活性層を反応律速領域で成長すれば、
活性層の均一性に優れ、その特性も従来法によるものと
同等のエピタキシャルウエーハが得られる。
【００１４】図７に示すＨＥＭＴ用エピタキシャルウエ
ーハの気相成長を行った。ＧａＡｓ基板上に高純度のＧ
ａＡｓをバッファ層として２μｍ成長させた後、キャリ
ア濃度２×１０18cm-3のＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ、キャ
リア濃度１×１０17のＡｌ0. 3 Ｇａ0.7 Ａｓ、キャリ
ア濃度１×１０18のＧａＡｓを順次成長させた。ＨＥ
ＭＴを作成した時電流はノンドープＧａＡｓバッファ層
のＳｉドープＡｌＧａＡｓの界面付近を流れる。従っ
てバッファ層は高純度であることが要求されるので、原
料輸送領域でしか成長できない。
ーハの気相成長を行った。ＧａＡｓ基板上に高純度のＧ
ａＡｓをバッファ層として２μｍ成長させた後、キャリ
ア濃度２×１０18cm-3のＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ、キャ
リア濃度１×１０17のＡｌ0. 3 Ｇａ0.7 Ａｓ、キャリ
ア濃度１×１０18のＧａＡｓを順次成長させた。ＨＥ
ＭＴを作成した時電流はノンドープＧａＡｓバッファ層
のＳｉドープＡｌＧａＡｓの界面付近を流れる。従っ
てバッファ層は高純度であることが要求されるので、原
料輸送領域でしか成長できない。
【００１５】一方〜の各層はデバイス作成上、膜厚
の均一性が要求される。また不純物を高濃度に添加して
あるので、多少バックグランドがあっても、その影響は
小さいと考えられる。そこでバッファ層６５０℃、〜
層を６５０℃とした従来方法と、〜層を５８０℃
とした本発明方法で成長し、Ｈａｌｌ測定により、２次
元電子とその移動度を測定した。その結果従来方法はｎ
s ＝１．５×１０12cm-2（７７Ｋ）、μ＝１１０００cm
2 /V.S、これに対し本発明方法はｎs ＝１．４×１０12
cm-2（７７Ｋ）、μ＝１０５００cm2 /V.Sとその差はほ
とんど認められなかった。
の均一性が要求される。また不純物を高濃度に添加して
あるので、多少バックグランドがあっても、その影響は
小さいと考えられる。そこでバッファ層６５０℃、〜
層を６５０℃とした従来方法と、〜層を５８０℃
とした本発明方法で成長し、Ｈａｌｌ測定により、２次
元電子とその移動度を測定した。その結果従来方法はｎ
s ＝１．５×１０12cm-2（７７Ｋ）、μ＝１１０００cm
2 /V.S、これに対し本発明方法はｎs ＝１．４×１０12
cm-2（７７Ｋ）、μ＝１０５００cm2 /V.Sとその差はほ
とんど認められなかった。
【００１６】
【発明の効果】このように本発明によれば、不純物を高
濃度に添加した層の成長を反応律速の温度領域の温度で
行うことにより、特性を損なわずに均一性を向上させる
ことができる等工業上顕著な効果を奏する。
濃度に添加した層の成長を反応律速の温度領域の温度で
行うことにより、特性を損なわずに均一性を向上させる
ことができる等工業上顕著な効果を奏する。
【図１】バレル型反応炉における膜厚分布を示すもの
で、（ａ）は基板上のガスの流れを示す説明図、（ｂ）
は基板上のｘ方向の膜厚分布の測定図、（ｃ）はｙ方向
の膜厚分布の測定図である。
で、（ａ）は基板上のガスの流れを示す説明図、（ｂ）
は基板上のｘ方向の膜厚分布の測定図、（ｃ）はｙ方向
の膜厚分布の測定図である。
【図２】従来方法における基板中央部と外周部の温度差
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図３】ＲＦコイルの位置により改善された温度分布を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図４】本発明方法による膜厚分布を示すもので（ａ）
は基板上のｘ方向の膜厚分布の測定図、（ｂ）はｙ方向
の膜厚分布の測定図である。
は基板上のｘ方向の膜厚分布の測定図、（ｂ）はｙ方向
の膜厚分布の測定図である。
【図５】ＥＴＦ用エピウエーハの構造を示す断面図であ
る。
る。
【図６】キャリア濃度と移動度の関係を示す説明図であ
る。
る。
【図７】ＨＥＭＴ用エピウエーハの構造を示す断面図で
ある。
ある。
【図８】ＭＯＶＰＥ法で用いられる反応炉を示すもの
で、（ａ）は横型、（ｂ）は縦型パンケーキ型、（ｃ）
は縦型バレル型を示すそれぞれ説明図である。
で、（ａ）は横型、（ｂ）は縦型パンケーキ型、（ｃ）
は縦型バレル型を示すそれぞれ説明図である。
【図９】ＧａＡｓを成長する場合の成長速度の成長温度
依存性を示す説明図である。
依存性を示す説明図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板上に複数の薄膜を成長する有
機金属気相成長法において、各薄膜を成長速度が成長温
度に依存しない原料輸送律速の温度領域、又は成長速度
が成長温度と共に増加する反応律速の温度領域で成長さ
せることを特徴とする有機金属気相成長法。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ基板上に高純度ＧａＡｓをバッ
ファ層として成長させ、その上にキャリア濃度を１０17
cm-3台としたＧａＡｓを活性層として成長させる有機金
属気相成長において、バッファ層を原料輸送律速の温度
領域で成長させ、活性層を反応律速の温度領域で成長さ
せることを特徴とする有機金属気相成長法。 - 【請求項３】 ＧａＡｓ基板上に高純度ＧａＡｓをバッ
ファ層として成長させ、その上にキャリア濃度を１０18
cm-3台としたＡｌＧａＡｓ、キャリア濃度を１０17cm-3
台としたＡｌＧａＡｓ、キャリア濃度を１０18cm-3台と
したＧａＡｓを順次成長させる有機金属気相成長法にお
いて、バッファ層を原料輸送律速の温度領域で成長さ
せ、他の三層を反応律速の温度領域で成長させることを
特徴とする有機金属気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18323092A JPH065515A (ja) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | 有機金属気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18323092A JPH065515A (ja) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | 有機金属気相成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH065515A true JPH065515A (ja) | 1994-01-14 |
Family
ID=16132063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18323092A Pending JPH065515A (ja) | 1992-06-17 | 1992-06-17 | 有機金属気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065515A (ja) |
-
1992
- 1992-06-17 JP JP18323092A patent/JPH065515A/ja active Pending
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