JPH0722336A - 気相成長方法 - Google Patents
気相成長方法Info
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- JPH0722336A JPH0722336A JP16473593A JP16473593A JPH0722336A JP H0722336 A JPH0722336 A JP H0722336A JP 16473593 A JP16473593 A JP 16473593A JP 16473593 A JP16473593 A JP 16473593A JP H0722336 A JPH0722336 A JP H0722336A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＧａＡｓなどＡｓを構成元素として含む化合
物半導体よりなる基板又は層の上に、ＩｎＧａＰ層又は
ＩｎＧａＡｓＰ層をハイドライド気相成長法によりエピ
タキシャル成長させるにあたり、成長層の厚さや混晶組
成の制御性がよく、しかも基板等とエピタキシャル成長
層との界面が平坦となるような気相成長方法を提供す
る。 【構成】 Ａｓを構成元素として含む化合物半導体より
なる基板又は層の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓ
Ｐ層をエピタキシャル成長させるにあたり、反応容器内
にＩｎ原料ガス及びＧａ原料ガスをＰ原料ガスよりも先
に供給し、反応容器内が定常状態となった後、反応容器
内にＰ原料ガスを供給する。 【効果】 Ａｓを構成元素として含む化合物半導体基板
等の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓＰ層を、組成
比の制御性がよく、しかも成長界面が良好な状態で、厚
く成長させることができる。
物半導体よりなる基板又は層の上に、ＩｎＧａＰ層又は
ＩｎＧａＡｓＰ層をハイドライド気相成長法によりエピ
タキシャル成長させるにあたり、成長層の厚さや混晶組
成の制御性がよく、しかも基板等とエピタキシャル成長
層との界面が平坦となるような気相成長方法を提供す
る。 【構成】 Ａｓを構成元素として含む化合物半導体より
なる基板又は層の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓ
Ｐ層をエピタキシャル成長させるにあたり、反応容器内
にＩｎ原料ガス及びＧａ原料ガスをＰ原料ガスよりも先
に供給し、反応容器内が定常状態となった後、反応容器
内にＰ原料ガスを供給する。 【効果】 Ａｓを構成元素として含む化合物半導体基板
等の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓＰ層を、組成
比の制御性がよく、しかも成長界面が良好な状態で、厚
く成長させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体の気相成
長方法に関し、特にＡｓを構成元素として含む化合物半
導体よりなる基板又は層（以下、「基板又は層」をまと
めて「基板等」と記述する。）の上に、ＩｎＧａＰ層又
はＩｎＧａＡｓＰ層をハイドライド気相成長法によりエ
ピタキシャル成長させる場合に適用して有用な技術に関
する。
長方法に関し、特にＡｓを構成元素として含む化合物半
導体よりなる基板又は層（以下、「基板又は層」をまと
めて「基板等」と記述する。）の上に、ＩｎＧａＰ層又
はＩｎＧａＡｓＰ層をハイドライド気相成長法によりエ
ピタキシャル成長させる場合に適用して有用な技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体の単結晶薄膜を基板等の上
にエピタキシャル成長させる一方法としてハイドライド
気相成長法がある。この気相成長法は、成長速度が速
く、しかも膜厚や組成などの制御性もよいなどの理由に
より、III−V族化合物半導体基板等に混晶組成の薄膜を
成長させる場合などに広く利用されており、例えば半導
体レーザや発光ダイオード等の光半導体デバイスの作製
において、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓのようなヘテロ構造の
エピタキシャル層を形成する際などによく利用されてい
る。
にエピタキシャル成長させる一方法としてハイドライド
気相成長法がある。この気相成長法は、成長速度が速
く、しかも膜厚や組成などの制御性もよいなどの理由に
より、III−V族化合物半導体基板等に混晶組成の薄膜を
成長させる場合などに広く利用されており、例えば半導
体レーザや発光ダイオード等の光半導体デバイスの作製
において、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓのようなヘテロ構造の
エピタキシャル層を形成する際などによく利用されてい
る。
【０００３】例えば上記ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓのヘテロ
構造を形成する場合には、気相成長装置の反応容器内に
ＧａＡｓ基板等を配置し、その反応容器内にＧａ原料ガ
スとＩｎ原料ガスとＰ原料ガスを流して、ＧａＡｓ基板
等の上にＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長させる。Ｇ
ａＡｓ基板等は反応容器内の風下に置かれ、風上にはメ
タルソースとしてＧａ単体及びＩｎ単体が別々のボート
に入れられて置かれる。そして、図３に示したタイムチ
ャートのように、先ず反応容器内にＰ原料ガスであるＰ
Ｈ3（ホスフィン）ガスを供給する（時刻ｔ0’）。反応
容器内が定常状態となったところで（時刻ｔ1’）、反
応容器内にさらにＨＣｌ（塩化水素）ガスを上記Ｇａ単
体及び上記Ｉｎ単体に夫々流し、それらＧａ単体及びＩ
ｎ単体にＨＣｌガスを接触させて、Ｇａ原料ガスとなる
ＧａＣｌ（塩化ガリウム）ガス及びＩｎ原料ガスとなる
ＩｎＣｌ（塩化インジウム）ガスを夫々生成させる。そ
れらＧａＣｌガス及びＩｎＣｌガス並びに上記ＰＨ3ガ
スがＧａＡｓ基板等の表面において反応することにより
ＩｎＧａＰが生成する。なお、ＰＨ3ガスより生成する
Ｐ2分子は、ＩｎＣｌガスよりもＧａＣｌガスと反応し
易いため、基板等へのＩｎＣｌガスの供給量はＧａＣｌ
ガスの供給量の１０〜２０倍となるように制御してい
る。
構造を形成する場合には、気相成長装置の反応容器内に
ＧａＡｓ基板等を配置し、その反応容器内にＧａ原料ガ
スとＩｎ原料ガスとＰ原料ガスを流して、ＧａＡｓ基板
等の上にＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長させる。Ｇ
ａＡｓ基板等は反応容器内の風下に置かれ、風上にはメ
タルソースとしてＧａ単体及びＩｎ単体が別々のボート
に入れられて置かれる。そして、図３に示したタイムチ
ャートのように、先ず反応容器内にＰ原料ガスであるＰ
Ｈ3（ホスフィン）ガスを供給する（時刻ｔ0’）。反応
容器内が定常状態となったところで（時刻ｔ1’）、反
応容器内にさらにＨＣｌ（塩化水素）ガスを上記Ｇａ単
体及び上記Ｉｎ単体に夫々流し、それらＧａ単体及びＩ
ｎ単体にＨＣｌガスを接触させて、Ｇａ原料ガスとなる
ＧａＣｌ（塩化ガリウム）ガス及びＩｎ原料ガスとなる
ＩｎＣｌ（塩化インジウム）ガスを夫々生成させる。そ
れらＧａＣｌガス及びＩｎＣｌガス並びに上記ＰＨ3ガ
スがＧａＡｓ基板等の表面において反応することにより
ＩｎＧａＰが生成する。なお、ＰＨ3ガスより生成する
Ｐ2分子は、ＩｎＣｌガスよりもＧａＣｌガスと反応し
易いため、基板等へのＩｎＣｌガスの供給量はＧａＣｌ
ガスの供給量の１０〜２０倍となるように制御してい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ヘテロ構造のように、構成元素としてＡｓを含む化合物
半導体よりなる基板や層の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎ
ＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させる場合に、成長
層の厚さや混晶組成などの制御性が悪いことがあった。
即ち、例えばＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰ層を成長させ
ると、図４に示した成長層の断面拡大写真の模式図のよ
うに、ＧａＡｓ基板１とＩｎＧａＰ層２との界面（成長
界面）に凹凸が生じてその界面が平坦にならないだけで
なく、形成されたＩｎＧａＰ層２の厚さａ’は約２μｍ
程度しかなく、厚いエピタキシャル成長層が形成されな
いという問題点があった。さらに、目標とする混晶組成
であるＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ（ＩｎＧａＰに占めるＧａＰの
比率が５０at％であり、ＧａＡｓ基板との格子整合性が
よい。）が形成されず、Ｇａが過剰となった組成のも
の、例えばＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｐ（ＩｎＧａＰに占めるＧａ
Ｐの比率が９０at％である。）が形成されてしまうとい
う問題点もあった。
ヘテロ構造のように、構成元素としてＡｓを含む化合物
半導体よりなる基板や層の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎ
ＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させる場合に、成長
層の厚さや混晶組成などの制御性が悪いことがあった。
即ち、例えばＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰ層を成長させ
ると、図４に示した成長層の断面拡大写真の模式図のよ
うに、ＧａＡｓ基板１とＩｎＧａＰ層２との界面（成長
界面）に凹凸が生じてその界面が平坦にならないだけで
なく、形成されたＩｎＧａＰ層２の厚さａ’は約２μｍ
程度しかなく、厚いエピタキシャル成長層が形成されな
いという問題点があった。さらに、目標とする混晶組成
であるＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ（ＩｎＧａＰに占めるＧａＰの
比率が５０at％であり、ＧａＡｓ基板との格子整合性が
よい。）が形成されず、Ｇａが過剰となった組成のも
の、例えばＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｐ（ＩｎＧａＰに占めるＧａ
Ｐの比率が９０at％である。）が形成されてしまうとい
う問題点もあった。
【０００５】上述した各問題点は、基板等の材料がＧａ
Ａｓである場合に限らず、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓ、又はＩｎＡｓＰなどからなる基板等の場合も
同様であり、またＩｎＧａＰ層以外にも例えばＩｎＧａ
ＡｓＰ層などＰを構成元素として含む層をエピタキシャ
ル成長させる場合にも同様である。
Ａｓである場合に限らず、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、Ｉｎ
ＧａＡｓ、又はＩｎＡｓＰなどからなる基板等の場合も
同様であり、またＩｎＧａＰ層以外にも例えばＩｎＧａ
ＡｓＰ層などＰを構成元素として含む層をエピタキシャ
ル成長させる場合にも同様である。
【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、ＧａＡｓなど
Ａｓを構成元素として含む化合物半導体よりなる基板又
は層の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓＰ層をハイ
ドライド気相成長法によりエピタキシャル成長させるに
あたり、成長層の厚さや混晶組成の制御性がよく、しか
も基板等とエピタキシャル成長層との界面が平坦となる
ような気相成長方法を提供することにある。
されたもので、その目的とするところは、ＧａＡｓなど
Ａｓを構成元素として含む化合物半導体よりなる基板又
は層の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓＰ層をハイ
ドライド気相成長法によりエピタキシャル成長させるに
あたり、成長層の厚さや混晶組成の制御性がよく、しか
も基板等とエピタキシャル成長層との界面が平坦となる
ような気相成長方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点の原因に付い
て、本発明者は、反応容器内に先に供給したＰＨ3ガ
スにより、エピタキシャル成長の始まる前に、Ｐと基板
等の表面に露出するＡｓとが置換したり、Ａｓの空格子
点をＰが埋めるなどして、基板等の表面にＧａＰやＧａ
ＡｓＰなどが不均一に生成してしまうとともに、それに
よって以後のＩｎＧａＰ層の成長が妨げられてしまう、
ＰはＩｎよりもＧａとの反応性に富んでいるため、エ
ピタキシャル成長の開始段階においてＧａを過剰に含む
組成の成長核が基板等の表面に生成し、以後その成長核
と同じ組成の層が成長してしまう、と推察した。
て、本発明者は、反応容器内に先に供給したＰＨ3ガ
スにより、エピタキシャル成長の始まる前に、Ｐと基板
等の表面に露出するＡｓとが置換したり、Ａｓの空格子
点をＰが埋めるなどして、基板等の表面にＧａＰやＧａ
ＡｓＰなどが不均一に生成してしまうとともに、それに
よって以後のＩｎＧａＰ層の成長が妨げられてしまう、
ＰはＩｎよりもＧａとの反応性に富んでいるため、エ
ピタキシャル成長の開始段階においてＧａを過剰に含む
組成の成長核が基板等の表面に生成し、以後その成長核
と同じ組成の層が成長してしまう、と推察した。
【０００８】そして、本発明者は、反応容器内へのＰＨ
3ガスの導入時期を種々変えて実験を試みた。その結
果、反応容器内にＰＨ3ガス及びＨＣｌガスを略同時に
供給して、ＰＨ3ガスとＧａＣｌガスとＩｎＣｌガスの
基板等への供給開始タイミングが略同時になるようにし
たところ、基板等とエピタキシャル成長層との界面は平
坦となり良好であったが、成長層の厚さは約５μｍと薄
く、しかもその混晶組成はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｐ（ＩｎＧ
ａＰに占めるＧａＰの比率が８５at％である。）であっ
た。また、反応容器内に先にＨＣｌガスを供給し、遅れ
てＰＨ3ガスを供給して、基板等にＧａＣｌガス及びＩ
ｎＣｌガスがＰＨ3ガスよりも先に供給されるようにし
たところ、基板等とエピタキシャル成長層との界面が平
坦となり良好であったのに加えて、成長層の厚さも約３
０μｍと厚く、しかもその混晶組成は目標組成のＩｎ
0.5Ｇａ0.5Ｐであった。
3ガスの導入時期を種々変えて実験を試みた。その結
果、反応容器内にＰＨ3ガス及びＨＣｌガスを略同時に
供給して、ＰＨ3ガスとＧａＣｌガスとＩｎＣｌガスの
基板等への供給開始タイミングが略同時になるようにし
たところ、基板等とエピタキシャル成長層との界面は平
坦となり良好であったが、成長層の厚さは約５μｍと薄
く、しかもその混晶組成はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｐ（ＩｎＧ
ａＰに占めるＧａＰの比率が８５at％である。）であっ
た。また、反応容器内に先にＨＣｌガスを供給し、遅れ
てＰＨ3ガスを供給して、基板等にＧａＣｌガス及びＩ
ｎＣｌガスがＰＨ3ガスよりも先に供給されるようにし
たところ、基板等とエピタキシャル成長層との界面が平
坦となり良好であったのに加えて、成長層の厚さも約３
０μｍと厚く、しかもその混晶組成は目標組成のＩｎ
0.5Ｇａ0.5Ｐであった。
【０００９】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、Ａｓを構成元素として含む化合物半導体よりなる基
板又は層の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓＰ層を
エピタキシャル成長させるにあたり、反応容器内にＩｎ
原料ガス及びＧａ原料ガスをＰ原料ガスよりも先に供給
し、反応容器内が定常状態となった後、反応容器内にＰ
原料ガスを供給することを提案するものである。また、
Ａｓを構成元素として含む上記化合物半導体は、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、又はＩｎＡ
ｓＰとする。
で、Ａｓを構成元素として含む化合物半導体よりなる基
板又は層の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡｓＰ層を
エピタキシャル成長させるにあたり、反応容器内にＩｎ
原料ガス及びＧａ原料ガスをＰ原料ガスよりも先に供給
し、反応容器内が定常状態となった後、反応容器内にＰ
原料ガスを供給することを提案するものである。また、
Ａｓを構成元素として含む上記化合物半導体は、ＧａＡ
ｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、又はＩｎＡ
ｓＰとする。
【００１０】
【作用】上記した手段によれば、反応容器内に先に供給
したＨＣｌガスにより生成したＧａＣｌガス及びＩｎＣ
ｌガスでもって反応容器内が定常状態となってからＰＨ
3ガスを供給するようにしたため、成長開始段階におい
ては容器内に置かれた基板等の表面にはＧａＣｌ分子及
びＩｎＣｌ分子が吸着している。そのため、後から供給
されたＰＨ3より生じたＰ2分子は、基板等と反応するこ
となく、吸着しているＧａＣｌ分子及びＩｎＣｌ分子と
反応するので、成長開始段階において基板等の表面にＧ
ａＰやＧａＡｓＰなどが不均一に生成してしまうのが防
止され、成長界面は平坦になる。
したＨＣｌガスにより生成したＧａＣｌガス及びＩｎＣ
ｌガスでもって反応容器内が定常状態となってからＰＨ
3ガスを供給するようにしたため、成長開始段階におい
ては容器内に置かれた基板等の表面にはＧａＣｌ分子及
びＩｎＣｌ分子が吸着している。そのため、後から供給
されたＰＨ3より生じたＰ2分子は、基板等と反応するこ
となく、吸着しているＧａＣｌ分子及びＩｎＣｌ分子と
反応するので、成長開始段階において基板等の表面にＧ
ａＰやＧａＡｓＰなどが不均一に生成してしまうのが防
止され、成長界面は平坦になる。
【００１１】また、基板等の表面に吸着するＧａＣｌ分
子とＩｎＣｌ分子との比率は、Ｐ2分子とＧａＣｌ分子
との反応性、及びＰ2分子とＩｎＣｌ分子との反応性、
の大小に応じて決められてなるＧａＣｌガス及びＩｎＣ
ｌガスの基板等への供給量に応じた比率と略同じになる
ので、例えばＧａＣｌ分子１個に対してＩｎＣｌ分子１
０〜２０個が吸着していることになる。つまり、基板等
の表面においては、ＧａＣｌ分子はＩｎＣｌ分子により
囲まれたような状態となっているため、ＩｎＣｌ分子に
より略満たされている基板等の表面に点在するＧａＣｌ
分子のみにＰ2分子が選択的に到達してＧａＰのみが生
成され続けることはなく、丁度１：１の比率でＧａＰと
ＩｎＰとが生成する。それを成長核として以後のエピタ
キシャル層が成長するので、ＧａＰの比率が丁度５０at
％となる。
子とＩｎＣｌ分子との比率は、Ｐ2分子とＧａＣｌ分子
との反応性、及びＰ2分子とＩｎＣｌ分子との反応性、
の大小に応じて決められてなるＧａＣｌガス及びＩｎＣ
ｌガスの基板等への供給量に応じた比率と略同じになる
ので、例えばＧａＣｌ分子１個に対してＩｎＣｌ分子１
０〜２０個が吸着していることになる。つまり、基板等
の表面においては、ＧａＣｌ分子はＩｎＣｌ分子により
囲まれたような状態となっているため、ＩｎＣｌ分子に
より略満たされている基板等の表面に点在するＧａＣｌ
分子のみにＰ2分子が選択的に到達してＧａＰのみが生
成され続けることはなく、丁度１：１の比率でＧａＰと
ＩｎＰとが生成する。それを成長核として以後のエピタ
キシャル層が成長するので、ＧａＰの比率が丁度５０at
％となる。
【００１２】
【実施例】以下に、具体例及び比較例並びに従来例を挙
げて本発明の特徴とするところを明かとする。なお、具
体例及び比較例並びに従来例においては、ＧａＡｓ基板
上にＩｎＧａＰ層をハイドライド気相成長法によりエピ
タキシャル成長させた。
げて本発明の特徴とするところを明かとする。なお、具
体例及び比較例並びに従来例においては、ＧａＡｓ基板
上にＩｎＧａＰ層をハイドライド気相成長法によりエピ
タキシャル成長させた。
【００１３】（具体例）ＧａＡｓ単結晶基板を成長装置
の反応容器内の反応領域に設置し、その反応領域に水素
ガスを１０００ml／分の流量で供給しながら基板の温度
を６５０℃に昇温した。同時に、反応容器内に独立して
置かれたＩｎ及びＧａの２つのメタルソースを夫々８０
０℃に昇温した。それらの温度が安定してから、図１に
示すタイムチャートのように、Ｉｎ及びＧａのメタルソ
ースにＨＣｌガスを夫々３０ml／分及び５ml／分の流量
で供給して、Ｇａ原料ガスとなるＧａＣｌガス及びＩｎ
原料ガスとなるＩｎＣｌガスを夫々反応領域に流した
（時刻ｔ0）。その状態を３０分間保持して反応容器内
を定常状態とし、続いて反応領域にＰＨ3ガスを３０ml
／分の流量で供給して（時刻ｔ1）、ＩｎＧａＰ層のエ
ピタキシャル成長を２時間行った。
の反応容器内の反応領域に設置し、その反応領域に水素
ガスを１０００ml／分の流量で供給しながら基板の温度
を６５０℃に昇温した。同時に、反応容器内に独立して
置かれたＩｎ及びＧａの２つのメタルソースを夫々８０
０℃に昇温した。それらの温度が安定してから、図１に
示すタイムチャートのように、Ｉｎ及びＧａのメタルソ
ースにＨＣｌガスを夫々３０ml／分及び５ml／分の流量
で供給して、Ｇａ原料ガスとなるＧａＣｌガス及びＩｎ
原料ガスとなるＩｎＣｌガスを夫々反応領域に流した
（時刻ｔ0）。その状態を３０分間保持して反応容器内
を定常状態とし、続いて反応領域にＰＨ3ガスを３０ml
／分の流量で供給して（時刻ｔ1）、ＩｎＧａＰ層のエ
ピタキシャル成長を２時間行った。
【００１４】得られたエピタキシャル成長層の組成は目
標とする混晶組成であるＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ、即ちＩｎＧ
ａＰに占めるＧａＰの比率が５０at％のものであり、Ｇ
ａＡｓ基板に格子整合する組成であった。また、図２に
示した断面の拡大写真の模式図のように、ＧａＡｓ基板
１とＩｎＧａＰ層２との成長界面は平坦であった。さら
に、ＩｎＧａＰ層２の厚さａは約３０μｍであった。
標とする混晶組成であるＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ、即ちＩｎＧ
ａＰに占めるＧａＰの比率が５０at％のものであり、Ｇ
ａＡｓ基板に格子整合する組成であった。また、図２に
示した断面の拡大写真の模式図のように、ＧａＡｓ基板
１とＩｎＧａＰ層２との成長界面は平坦であった。さら
に、ＩｎＧａＰ層２の厚さａは約３０μｍであった。
【００１５】（比較例）反応領域に水素ガスを供給し、
昇温した基板及び２つのメタルソース（Ｉｎ及びＧａ）
の温度が安定してから、それら各メタルソースにＨＣｌ
ガスを供給して、ＧａＣｌガス及びＩｎＣｌガスを夫々
反応領域に流すと同時に、ＰＨ3ガスも供給し、ＩｎＧ
ａＰ層のエピタキシャル成長を２時間行った。なお、各
ガスの流量や、基板及びメタルソースの温度など、他の
条件は上記具体例と同じであった。得られたエピタキシ
ャル成長層の組成は、ＩｎＧａＰに占めるＧａＰの比率
が８５at％のものであった。また、成長界面は平坦であ
り、約５μｍの厚さのＩｎＧａＰ層が形成されていた。
昇温した基板及び２つのメタルソース（Ｉｎ及びＧａ）
の温度が安定してから、それら各メタルソースにＨＣｌ
ガスを供給して、ＧａＣｌガス及びＩｎＣｌガスを夫々
反応領域に流すと同時に、ＰＨ3ガスも供給し、ＩｎＧ
ａＰ層のエピタキシャル成長を２時間行った。なお、各
ガスの流量や、基板及びメタルソースの温度など、他の
条件は上記具体例と同じであった。得られたエピタキシ
ャル成長層の組成は、ＩｎＧａＰに占めるＧａＰの比率
が８５at％のものであった。また、成長界面は平坦であ
り、約５μｍの厚さのＩｎＧａＰ層が形成されていた。
【００１６】（従来例）図３に示したタイムチャートの
ように、水素ガスの供給開始と同時に反応領域にＰＨ3
ガスを供給した（時刻ｔ0’）。そして、昇温した基板
及び２つのメタルソース（Ｉｎ及びＧａ）の温度が安定
してから、それら各メタルソースにＨＣｌガスを供給し
て、ＧａＣｌガス及びＩｎＣｌガスを夫々反応領域に流
し（時刻ｔ1’）、ＩｎＧａＰ層のエピタキシャル成長
を２時間行った。なお、各ガスの流量や、基板及びメタ
ルソースの温度など、他の条件は上記具体例と同じであ
った。得られたエピタキシャル成長層の組成は、ＩｎＧ
ａＰに占めるＧａＰの比率が９０at％のものであった。
また、図４に示した断面の拡大写真の模式図のように、
ＧａＡｓ基板１とＩｎＧａＰ層２との成長界面は平坦で
なく凹凸状に乱れていた。さらに、ＩｎＧａＰ層２の厚
さａ’は約２μｍであった。
ように、水素ガスの供給開始と同時に反応領域にＰＨ3
ガスを供給した（時刻ｔ0’）。そして、昇温した基板
及び２つのメタルソース（Ｉｎ及びＧａ）の温度が安定
してから、それら各メタルソースにＨＣｌガスを供給し
て、ＧａＣｌガス及びＩｎＣｌガスを夫々反応領域に流
し（時刻ｔ1’）、ＩｎＧａＰ層のエピタキシャル成長
を２時間行った。なお、各ガスの流量や、基板及びメタ
ルソースの温度など、他の条件は上記具体例と同じであ
った。得られたエピタキシャル成長層の組成は、ＩｎＧ
ａＰに占めるＧａＰの比率が９０at％のものであった。
また、図４に示した断面の拡大写真の模式図のように、
ＧａＡｓ基板１とＩｎＧａＰ層２との成長界面は平坦で
なく凹凸状に乱れていた。さらに、ＩｎＧａＰ層２の厚
さａ’は約２μｍであった。
【００１７】上述した具体例を比較例及び従来例と較べ
ることにより、反応容器内の基板に、先にＩｎＣｌガス
及びＧａＣｌガスを供給してからＰＨ3ガスを遅れて供
給することが、基板とエピタキシャル成長層との成長界
面の状態を良好にするとともに、その成長層の組成の制
御性をよくし、しかも厚く成長させるのに、極めて有効
であることがわかる。
ることにより、反応容器内の基板に、先にＩｎＣｌガス
及びＧａＣｌガスを供給してからＰＨ3ガスを遅れて供
給することが、基板とエピタキシャル成長層との成長界
面の状態を良好にするとともに、その成長層の組成の制
御性をよくし、しかも厚く成長させるのに、極めて有効
であることがわかる。
【００１８】なお、上記実施例ではＩｎＧａＰ／ＧａＡ
ｓのヘテロ構造を例として挙げて説明したが、これに限
らず、構成元素としてＡｓを含む化合物半導体結晶基板
上に、構成元素としてＰを含んでなる化合物半導体結晶
をエピタキシャル成長する場合にも同様の効果、即ち成
長層の組成の制御性がよく、しかも良好な成長界面でも
って厚い成長層が形成されるという効果が得られるのは
いうまでもない。例えば、基板材料としてＩｎＡｓ、Ｇ
ａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、又はＩｎＡｓＰを用いたり、
ＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させたりする場
合でも同様の効果が得られる。また、基板上に直接エピ
タキシャル成長させる場合に限らず、基板上に積層した
ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、又は
ＩｎＡｓＰなどからなる化合物半導体層上にエピタキシ
ャル成長させる場合にも同様の効果が得られるのは勿論
である。
ｓのヘテロ構造を例として挙げて説明したが、これに限
らず、構成元素としてＡｓを含む化合物半導体結晶基板
上に、構成元素としてＰを含んでなる化合物半導体結晶
をエピタキシャル成長する場合にも同様の効果、即ち成
長層の組成の制御性がよく、しかも良好な成長界面でも
って厚い成長層が形成されるという効果が得られるのは
いうまでもない。例えば、基板材料としてＩｎＡｓ、Ｇ
ａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、又はＩｎＡｓＰを用いたり、
ＩｎＧａＡｓＰ層をエピタキシャル成長させたりする場
合でも同様の効果が得られる。また、基板上に直接エピ
タキシャル成長させる場合に限らず、基板上に積層した
ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓ、又は
ＩｎＡｓＰなどからなる化合物半導体層上にエピタキシ
ャル成長させる場合にも同様の効果が得られるのは勿論
である。
【００１９】さらに、上記実施例では本発明をハイドラ
イド気相成長法に適用した場合を例として挙げて説明し
たが、本発明は他の気相成長方法にも適用可能であるの
はいうまでもない。
イド気相成長法に適用した場合を例として挙げて説明し
たが、本発明は他の気相成長方法にも適用可能であるの
はいうまでもない。
【００２０】
【発明の効果】本発明に係る気相成長方法によれば、反
応容器内の基板等に、先にＩｎ原料ガス及びＧａ原料ガ
スを供給してからＰ原料ガスを供給するようにしたた
め、Ｐ原料ガスの供給開始時点においては基板等の表面
は吸着Ｉｎ及び吸着Ｇａにより被われた状態となってお
り、Ｐ原料ガスはそれら吸着Ｉｎ及び吸着Ｇａと反応す
るので、成長開始段階においてＰ原料ガスにより基板等
の表面にＧａＰやＧａＡｓＰなどが不均一に生成してし
まうのが防止される。それにより、平坦な成長界面が得
られるとともに、エピタキシャル層が厚く成長する。ま
た、基板等の表面における吸着Ｉｎ及び吸着Ｇａの存在
比率は、Ｉｎ原料ガス及びＧａ原料ガスの基板等への供
給量に応じた比率（即ち、Ｐとの反応性の低いＩｎがそ
の反応性の低さを補い得るくらい多くなるような比率）
となるため、ＧａＰとＩｎＰとの比率が丁度１：１であ
るような成長核が基板等の表面に生成し、以後その成長
核と同じ組成のエピタキシャル層が成長するので、Ｇａ
Ｐの比率が丁度５０at％である目標組成のエピタキシャ
ル層が得られる。従って、Ａｓを構成元素として含む化
合物半導体基板等の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡ
ｓＰ層を、組成比の制御性がよく、しかも成長界面が良
好な状態で、厚く成長させることができる。
応容器内の基板等に、先にＩｎ原料ガス及びＧａ原料ガ
スを供給してからＰ原料ガスを供給するようにしたた
め、Ｐ原料ガスの供給開始時点においては基板等の表面
は吸着Ｉｎ及び吸着Ｇａにより被われた状態となってお
り、Ｐ原料ガスはそれら吸着Ｉｎ及び吸着Ｇａと反応す
るので、成長開始段階においてＰ原料ガスにより基板等
の表面にＧａＰやＧａＡｓＰなどが不均一に生成してし
まうのが防止される。それにより、平坦な成長界面が得
られるとともに、エピタキシャル層が厚く成長する。ま
た、基板等の表面における吸着Ｉｎ及び吸着Ｇａの存在
比率は、Ｉｎ原料ガス及びＧａ原料ガスの基板等への供
給量に応じた比率（即ち、Ｐとの反応性の低いＩｎがそ
の反応性の低さを補い得るくらい多くなるような比率）
となるため、ＧａＰとＩｎＰとの比率が丁度１：１であ
るような成長核が基板等の表面に生成し、以後その成長
核と同じ組成のエピタキシャル層が成長するので、Ｇａ
Ｐの比率が丁度５０at％である目標組成のエピタキシャ
ル層が得られる。従って、Ａｓを構成元素として含む化
合物半導体基板等の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａＡ
ｓＰ層を、組成比の制御性がよく、しかも成長界面が良
好な状態で、厚く成長させることができる。
【図１】本発明に係る気相成長方法を適用した一具体例
における各原料ガスの供給タイミングを表すタイムチャ
ートである。
における各原料ガスの供給タイミングを表すタイムチャ
ートである。
【図２】その具体例におけるエピタキシャル成長層の断
面の拡大写真を模式的に示した図である。
面の拡大写真を模式的に示した図である。
【図３】比較として挙げた従来例における各原料ガスの
供給タイミングを表すタイムチャートである。
供給タイミングを表すタイムチャートである。
【図４】その従来例におけるエピタキシャル成長層の断
面の拡大写真を模式的に示した図である。
面の拡大写真を模式的に示した図である。
ｔ0 Ｉｎ原料ガス及びＧａ原料ガスの供給開始時刻 ｔ1 Ｐ原料ガスの供給開始時刻 １ ＧａＡｓ基板（Ａｓを構成元素として含む化合物半
導体よりなる基板） ２ ＩｎＧａＰ層
導体よりなる基板） ２ ＩｎＧａＰ層
Claims (2)
- 【請求項１】 Ａｓを構成元素として含む化合物半導体
よりなる基板又は層の上に、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＧａ
ＡｓＰ層をエピタキシャル成長させるにあたり、反応容
器内にＩｎ原料ガス及びＧａ原料ガスをＰ原料ガスより
も先に供給し、反応容器内が定常状態となった後、反応
容器内にＰ原料ガスを供給することを特徴とする気相成
長方法。 - 【請求項２】 Ａｓを構成元素として含む上記化合物半
導体は、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡ
ｓ、又はＩｎＡｓＰであることを特徴とする請求項１記
載の気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05164735A JP3101753B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05164735A JP3101753B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 気相成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722336A true JPH0722336A (ja) | 1995-01-24 |
| JP3101753B2 JP3101753B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=15798911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05164735A Expired - Fee Related JP3101753B2 (ja) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | 気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3101753B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0193745A (ja) * | 1987-10-05 | 1989-04-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | 画像信号処理装置 |
-
1993
- 1993-07-02 JP JP05164735A patent/JP3101753B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0193745A (ja) * | 1987-10-05 | 1989-04-12 | Fuji Photo Film Co Ltd | 画像信号処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3101753B2 (ja) | 2000-10-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |