JPH07235505A - 半導体層の結晶成長方法 - Google Patents
半導体層の結晶成長方法Info
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- JPH07235505A JPH07235505A JP32078094A JP32078094A JPH07235505A JP H07235505 A JPH07235505 A JP H07235505A JP 32078094 A JP32078094 A JP 32078094A JP 32078094 A JP32078094 A JP 32078094A JP H07235505 A JPH07235505 A JP H07235505A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45557—Pulsed pressure or control pressure
Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶品質の高い半導体層を成長させる方法を
提供する。 【構成】 成長室１のサセプタ２上に基板３をセット
し、基板を５００℃に加熱する。水素ボンベ５、ＤＭＺ
ｎボンベ６、ＤＭＳｅボンベ７、ＤＭＳボンベ８、Ｃｐ
2Ｍｇボンベ９から流量制御計１０〜１５を用いて適切
な混合比率に調節された原料ガスを成長室１へ導入す
る。流量制御計１５及び１７を調節し、成長室内の圧力
を５ｋｇ／ｃｍ2に保ちながら原料ガスを基板近傍で分
解させ、Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9を基板３上にエピ
タキシャル成長させる。
提供する。 【構成】 成長室１のサセプタ２上に基板３をセット
し、基板を５００℃に加熱する。水素ボンベ５、ＤＭＺ
ｎボンベ６、ＤＭＳｅボンベ７、ＤＭＳボンベ８、Ｃｐ
2Ｍｇボンベ９から流量制御計１０〜１５を用いて適切
な混合比率に調節された原料ガスを成長室１へ導入す
る。流量制御計１５及び１７を調節し、成長室内の圧力
を５ｋｇ／ｃｍ2に保ちながら原料ガスを基板近傍で分
解させ、Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9を基板３上にエピ
タキシャル成長させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体層の結晶成長方法
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスは、一般に基板上に形成
された一層以上の半導層からなる半導体構造を有してい
る。従来、液相成長方法（ＬＰＥ法）等により、そのよ
うな半導体層が形成されていたが、近年、有機金属気相
成長方法（ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシ法（ＭＢ
Ｅ法）などを用いて半導体層を形成するようになってき
ている。
された一層以上の半導層からなる半導体構造を有してい
る。従来、液相成長方法（ＬＰＥ法）等により、そのよ
うな半導体層が形成されていたが、近年、有機金属気相
成長方法（ＭＯＶＰＥ法）や分子線エピタキシ法（ＭＢ
Ｅ法）などを用いて半導体層を形成するようになってき
ている。
【０００３】例えば、高速電子デバイスや半導体レーザ
に用いられるＧａＡｓ系やＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の場合、半導体層を、ＧａＡｓ基板あるいはＩ
ｎＰ基板上にＭＯＶＰＥ法などで良好にエピタキシャル
成長させることができる。得られた半導体層は十分満足
のいく特性を有しており、この様な方法により、ＧａＡ
ｓ系やＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半
導体層が大量生産され、高速デバイスや半導体レーザに
用いられている。現在のＭＯＶＰＥ法によれば、ほぼニ
ーズを満たす半導体層が形成できることから、ＧａＡｓ
系やＩｎＰ系の半導体層を形成する技術はほぼ確立して
いると考えられる。
に用いられるＧａＡｓ系やＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の場合、半導体層を、ＧａＡｓ基板あるいはＩ
ｎＰ基板上にＭＯＶＰＥ法などで良好にエピタキシャル
成長させることができる。得られた半導体層は十分満足
のいく特性を有しており、この様な方法により、ＧａＡ
ｓ系やＩｎＰ系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半
導体層が大量生産され、高速デバイスや半導体レーザに
用いられている。現在のＭＯＶＰＥ法によれば、ほぼニ
ーズを満たす半導体層が形成できることから、ＧａＡｓ
系やＩｎＰ系の半導体層を形成する技術はほぼ確立して
いると考えられる。
【０００４】一方、次世代半導体材料と言われるＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体の場合、一般に良好な特性を有する
半導体層を形成することは非常に困難である。このた
め、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体層を用い
た半導体デバイスはまだ、実用段階にはない。また、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体であっても、良好な特性を有す
る窒素を含むＧａＮ系の半導体層を得ることも難しい。
ＶＩ族化合物半導体の場合、一般に良好な特性を有する
半導体層を形成することは非常に困難である。このた
め、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体からなる半導体層を用い
た半導体デバイスはまだ、実用段階にはない。また、Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体であっても、良好な特性を有す
る窒素を含むＧａＮ系の半導体層を得ることも難しい。
【０００５】例えば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用い
たレーザを初めて室温で連続発振させたという報告がな
された程度である（例えばN.Nakayama他、Electron. Le
tt.29 (1993) 1488）。この報告において半導体レーザ
の寿命は数秒オーダである。
たレーザを初めて室温で連続発振させたという報告がな
された程度である（例えばN.Nakayama他、Electron. Le
tt.29 (1993) 1488）。この報告において半導体レーザ
の寿命は数秒オーダである。
【０００６】この報告はＭＢＥ法を用いてＺｎＭｇＳＳ
ｅからなる半導体層をＧａＡｓ基板上に結晶成長させる
ことを開示している。この報告によるＭＢＥ法によれ
ば、低抵抗を有するｐ型ＺｎＳｅを得るために、窒素プ
ラズマドーピング技術（例えばK.Ohkawa他、J. Cryst.
Growth 117 (1991) 375)を利用している。このプラズマ
ドーピング技術はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を形成す
るための有望な技術として注目されており、開発が進め
られている。
ｅからなる半導体層をＧａＡｓ基板上に結晶成長させる
ことを開示している。この報告によるＭＢＥ法によれ
ば、低抵抗を有するｐ型ＺｎＳｅを得るために、窒素プ
ラズマドーピング技術（例えばK.Ohkawa他、J. Cryst.
Growth 117 (1991) 375)を利用している。このプラズマ
ドーピング技術はＩＩ−ＶＩ族化合物半導体層を形成す
るための有望な技術として注目されており、開発が進め
られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このＭＢＥ法では、半
導体を構成する構成元素やドーピング材料を分子線ビー
ムとして基板上に飛ばして結晶成長させるため、成長中
の真空度は１０-6Ｔｏｒｒの高真空に保たれている。ま
た、成長温度は約３００℃に最適化されている。
導体を構成する構成元素やドーピング材料を分子線ビー
ムとして基板上に飛ばして結晶成長させるため、成長中
の真空度は１０-6Ｔｏｒｒの高真空に保たれている。ま
た、成長温度は約３００℃に最適化されている。
【０００８】しかしながら、３００℃程度の低温で形成
されたＺｎＳｅからなる半導体層は、通常の半導体装置
製造工程で受ける熱履歴（例えば、パッシベーション膜
の形成工程、ＣＶＤ法による電流狭窄用ＳｉＯ2膜形成
工程、電極形成のためのアロイ工程などで受ける３００
℃から４００℃程度の熱履歴）により、半導体層の品質
が大幅に低下する。例えば、フォトルミネセンスの発光
強度が極端に低下してしまう。従って、電流狭窄用Ｓｉ
Ｏ2膜の代わりにポリイミド膜を形成したり、アロイ工
程が不要なノンアロイ型の電極を形成するなどして、高
い温度の熱履歴を半導体層が受けないようにしている。
しかし、この様な代用プロセスを用いて、高信頼性を有
する半導体デバイスを量産することは極めて困難であ
る。
されたＺｎＳｅからなる半導体層は、通常の半導体装置
製造工程で受ける熱履歴（例えば、パッシベーション膜
の形成工程、ＣＶＤ法による電流狭窄用ＳｉＯ2膜形成
工程、電極形成のためのアロイ工程などで受ける３００
℃から４００℃程度の熱履歴）により、半導体層の品質
が大幅に低下する。例えば、フォトルミネセンスの発光
強度が極端に低下してしまう。従って、電流狭窄用Ｓｉ
Ｏ2膜の代わりにポリイミド膜を形成したり、アロイ工
程が不要なノンアロイ型の電極を形成するなどして、高
い温度の熱履歴を半導体層が受けないようにしている。
しかし、この様な代用プロセスを用いて、高信頼性を有
する半導体デバイスを量産することは極めて困難であ
る。
【０００９】また、通常ＩＩＩ−Ｖ族半導体層が約６０
０〜８００℃で成長されていることを考えると、このＭ
ＢＥ法の成長温度は極めて低い。通常ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体のバルク単結晶が約１０００℃で形成されてい
ることを考えると、このＭＢＥ法において更に高い温度
で半導体層を成長させることが好ましいことが考えられ
る。
０〜８００℃で成長されていることを考えると、このＭ
ＢＥ法の成長温度は極めて低い。通常ＩＩ−ＶＩ族化合
物半導体のバルク単結晶が約１０００℃で形成されてい
ることを考えると、このＭＢＥ法において更に高い温度
で半導体層を成長させることが好ましいことが考えられ
る。
【００１０】しかしながら、このＭＢＥ法において成長
温度を４００〜５００℃程度に上げると、得られる半導
体層の品質が大きく損なわれる。
温度を４００〜５００℃程度に上げると、得られる半導
体層の品質が大きく損なわれる。
【００１１】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的は高い結晶品質を有する
半導体層の結晶成長方法を提供するものである。
なされたものであり、その目的は高い結晶品質を有する
半導体層の結晶成長方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体層の
結晶成長方法は、半導体層を構成する元素及を含む複数
の原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機
金属化合物である複数の原料ガスを成長室に導入する工
程と、該成長室内の成長圧力を１気圧以上に保ちなが
ら、加熱された基板の表面近傍において該原料ガスを分
解させることにより、該基板上に該半導体層をエピタキ
シャル成長させる工程とを包含しており、そのことによ
り上記目的が達成される。
結晶成長方法は、半導体層を構成する元素及を含む複数
の原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機
金属化合物である複数の原料ガスを成長室に導入する工
程と、該成長室内の成長圧力を１気圧以上に保ちなが
ら、加熱された基板の表面近傍において該原料ガスを分
解させることにより、該基板上に該半導体層をエピタキ
シャル成長させる工程とを包含しており、そのことによ
り上記目的が達成される。
【００１３】前記半導体層は少なくとも第１及び第２の
構成元素からなり、前記加熱された基板の温度におい
て、該第１の構成元素の飽和蒸気圧は該第２の構成元素
の飽和蒸気圧よりも高くなっており、該成長圧力を構成
する分圧のうち、該第１の構成元素を含む原料ガスの分
圧は該第２の構成元素を含む原料ガスの分圧よりも高く
なっていることが好ましい。
構成元素からなり、前記加熱された基板の温度におい
て、該第１の構成元素の飽和蒸気圧は該第２の構成元素
の飽和蒸気圧よりも高くなっており、該成長圧力を構成
する分圧のうち、該第１の構成元素を含む原料ガスの分
圧は該第２の構成元素を含む原料ガスの分圧よりも高く
なっていることが好ましい。
【００１４】前記半導体層を１気圧以下の低圧に保ちな
がら加熱した場合、前記半導体層を構成する元素の少な
くとも１つが該半導体層から実質的に脱離して該半導体
層が分解を始める分解温度以上の温度で前記基板を加熱
することが好ましい。
がら加熱した場合、前記半導体層を構成する元素の少な
くとも１つが該半導体層から実質的に脱離して該半導体
層が分解を始める分解温度以上の温度で前記基板を加熱
することが好ましい。
【００１５】前記半導体層はＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体及びカルコパイライト系半導体
のうちの一つを含んでいてもよい。
体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体及びカルコパイライト系半導体
のうちの一つを含んでいてもよい。
【００１６】前記構成元素の１つにセレン及び硫黄の少
なくとも一方を含んでいてもよい。
なくとも一方を含んでいてもよい。
【００１７】前記構成元素に窒素を含んでいてもよい。
【００１８】また、本発明による半導体多層の結晶成長
方法は、第１の半導体層を構成する元素を含む複数の第
１の原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有
機金属化合物である複数の第１の原料ガスを成長室内へ
導入する工程と、該成長室の圧力を第１の成長圧力を保
ちながら、第１の温度に加熱された基板の表面近傍にお
いて該第１の原料ガスを分解させることにより、該基板
上に該第１の半導体層をエピタキシャル成長させる工程
と、第２の半導体層を構成する元素を含む複数の第２の
原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機金
属化合物である複数の第２の原料ガスを該成長室内へ導
入する工程と、該成長室内の圧力を第２の成長圧力を保
ちながら、第２の温度に加熱された基板の該第１の半導
体層の表面近傍において該原料ガスを分解させることに
より、該第１の半導体層上に該第２の半導体層をエピタ
キシャル成長させる工程とを包含し、少なくもと該第１
の成長圧力及び該第２の成長圧力の一方は１気圧以上で
あって、そのことにより上記目的が達成される。
方法は、第１の半導体層を構成する元素を含む複数の第
１の原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有
機金属化合物である複数の第１の原料ガスを成長室内へ
導入する工程と、該成長室の圧力を第１の成長圧力を保
ちながら、第１の温度に加熱された基板の表面近傍にお
いて該第１の原料ガスを分解させることにより、該基板
上に該第１の半導体層をエピタキシャル成長させる工程
と、第２の半導体層を構成する元素を含む複数の第２の
原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機金
属化合物である複数の第２の原料ガスを該成長室内へ導
入する工程と、該成長室内の圧力を第２の成長圧力を保
ちながら、第２の温度に加熱された基板の該第１の半導
体層の表面近傍において該原料ガスを分解させることに
より、該第１の半導体層上に該第２の半導体層をエピタ
キシャル成長させる工程とを包含し、少なくもと該第１
の成長圧力及び該第２の成長圧力の一方は１気圧以上で
あって、そのことにより上記目的が達成される。
【００１９】前記複数の第２の原料ガスを前記成長室内
へ導入する工程の前に、該反応室の圧力を実質的に１気
圧以下にする工程を更に包含していてもよい。
へ導入する工程の前に、該反応室の圧力を実質的に１気
圧以下にする工程を更に包含していてもよい。
【００２０】前記成長室は第１の副成長室と第２の副成
長室を備え、前記第１の半導体層を該第１の副成長室で
成長させ、前記第２の半導体層を該第２の半導体層で成
長させてもよい。
長室を備え、前記第１の半導体層を該第１の副成長室で
成長させ、前記第２の半導体層を該第２の半導体層で成
長させてもよい。
【００２１】前記第１の成長圧力及び前記第２の成長圧
力の一方は１気圧以上であり、他方は１気圧以下であっ
てもよい。
力の一方は１気圧以上であり、他方は１気圧以下であっ
てもよい。
【００２２】前記１気圧以上の成長圧力で成長させられ
る半導体層は少なくとも第１及び第２の構成元素からな
り、前記第１の温度における該第１の構成元素の飽和蒸
気圧は該第２の構成元素の飽和蒸気圧よりも高くなって
おり、前記成長圧力を構成する分圧のうち、該第１の構
成元素を含む原料ガスの分圧は該第２の構成元素を含む
原料ガスの分圧よりも高くなっていることが好ましい。
る半導体層は少なくとも第１及び第２の構成元素からな
り、前記第１の温度における該第１の構成元素の飽和蒸
気圧は該第２の構成元素の飽和蒸気圧よりも高くなって
おり、前記成長圧力を構成する分圧のうち、該第１の構
成元素を含む原料ガスの分圧は該第２の構成元素を含む
原料ガスの分圧よりも高くなっていることが好ましい。
【００２３】前記１気圧以上の成長圧力で成長される半
導体層を１気圧以下の低圧に保ちながら前記半導体層を
加熱した場合、前記半導体層を構成する元素の少なくと
も１つが該半導体層から実質的に脱離して該半導体層が
分解を始める分解温度以上の温度で前記基板を加熱する
ことが好ましい。
導体層を１気圧以下の低圧に保ちながら前記半導体層を
加熱した場合、前記半導体層を構成する元素の少なくと
も１つが該半導体層から実質的に脱離して該半導体層が
分解を始める分解温度以上の温度で前記基板を加熱する
ことが好ましい。
【００２４】また、本発明による半導体多層の結晶成長
方法は、第１の半導体層を構成する元素を含む複数の第
１の原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有
機金属化合物である複数の第１の原料ガスを成長室内へ
導入する工程と、該成長室の圧力を１気圧以上の第１の
成長圧力を保ちながら、第１の温度に加熱された基板の
表面近傍において該第１の原料ガスを分解させることに
より、該基板上に該第１の半導体層をエピタキシャル成
長させる工程と、該第１の半導体層をエピタキシャル成
長中、該成長室の圧力を該第１の成長圧力に保ちなが
ら、該第１の温度よりも低い第２の温度に該基板の温度
を下げ、その後、該成長室の圧力を１気圧以下の第２の
成長圧力に変化させる工程と、第２の半導体層を構成す
る元素を含む複数の第２の原料ガスであって、このうち
少なくとも１種類は有機金属化合物である複数の第２の
原料ガスを該成長室内へ導入する工程と、該成長室内の
圧力を該第２の成長圧力を保ちながら、該第２の温度に
加熱された基板の該第１の半導体層の表面近傍において
該原料ガスを分解させることにより、該第１の半導体層
上に該第２の半導体層をエピタキシャル成長させる工程
と、 第３の半導体層を構成する元素を含む複数の第３
の原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機
金属化合物である複数の第３の原料ガスを該成長室内へ
導入する工程と、該成長室の圧力を該第２の成長圧力に
保ちながら、該第２の温度よりも高い第２の温度に該基
板の温度を上昇させ、その後、該成長室の圧力を１気圧
以上の第３の成長圧力に変化させる工程と、 該成長室
内の圧力を該第３の成長圧力を保ちながら、該第３の温
度に加熱された基板の該第２の半導体層の表面近傍にお
いて該原料ガスを分解させることにより、該第２の半導
体層上に該第３の半導体層をエピタキシャル成長させる
工程とを包含しており、そのことにより上記目的が達成
される。
方法は、第１の半導体層を構成する元素を含む複数の第
１の原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有
機金属化合物である複数の第１の原料ガスを成長室内へ
導入する工程と、該成長室の圧力を１気圧以上の第１の
成長圧力を保ちながら、第１の温度に加熱された基板の
表面近傍において該第１の原料ガスを分解させることに
より、該基板上に該第１の半導体層をエピタキシャル成
長させる工程と、該第１の半導体層をエピタキシャル成
長中、該成長室の圧力を該第１の成長圧力に保ちなが
ら、該第１の温度よりも低い第２の温度に該基板の温度
を下げ、その後、該成長室の圧力を１気圧以下の第２の
成長圧力に変化させる工程と、第２の半導体層を構成す
る元素を含む複数の第２の原料ガスであって、このうち
少なくとも１種類は有機金属化合物である複数の第２の
原料ガスを該成長室内へ導入する工程と、該成長室内の
圧力を該第２の成長圧力を保ちながら、該第２の温度に
加熱された基板の該第１の半導体層の表面近傍において
該原料ガスを分解させることにより、該第１の半導体層
上に該第２の半導体層をエピタキシャル成長させる工程
と、 第３の半導体層を構成する元素を含む複数の第３
の原料ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機
金属化合物である複数の第３の原料ガスを該成長室内へ
導入する工程と、該成長室の圧力を該第２の成長圧力に
保ちながら、該第２の温度よりも高い第２の温度に該基
板の温度を上昇させ、その後、該成長室の圧力を１気圧
以上の第３の成長圧力に変化させる工程と、 該成長室
内の圧力を該第３の成長圧力を保ちながら、該第３の温
度に加熱された基板の該第２の半導体層の表面近傍にお
いて該原料ガスを分解させることにより、該第２の半導
体層上に該第３の半導体層をエピタキシャル成長させる
工程とを包含しており、そのことにより上記目的が達成
される。
【００２５】前記第１及び第３の半導体層はＺｎＭｇＳ
Ｓｅからなり、前記第２の半導体層はＺｎＳｅ及びＺｎ
ＣｄＳｅの超格子構造からなるものであってもよい。
Ｓｅからなり、前記第２の半導体層はＺｎＳｅ及びＺｎ
ＣｄＳｅの超格子構造からなるものであってもよい。
【００２６】
【作用】半導体層を成長させる際、成長圧力を１気圧以
上の高圧にし、また必要に応じて半導体層を構成する元
素のうち、飽和蒸気圧の高い元素を含む原料ガスが、飽
和蒸気圧の低い元素を含む原料ガスよりも過剰に存在す
るように原料ガスを供給する。これにより、結晶の品質
が向上する高温で半導体層を成長させても、飽和蒸気圧
の高い元素が基板上にほぼ化学量論的に結晶成長できる
とともに、成長した半導体層から構成元素が離脱するこ
とがない。従って、高品質の結晶性を有する半導体層が
得られる。
上の高圧にし、また必要に応じて半導体層を構成する元
素のうち、飽和蒸気圧の高い元素を含む原料ガスが、飽
和蒸気圧の低い元素を含む原料ガスよりも過剰に存在す
るように原料ガスを供給する。これにより、結晶の品質
が向上する高温で半導体層を成長させても、飽和蒸気圧
の高い元素が基板上にほぼ化学量論的に結晶成長できる
とともに、成長した半導体層から構成元素が離脱するこ
とがない。従って、高品質の結晶性を有する半導体層が
得られる。
【００２７】また、薄膜を多数積層する場合は、各層の
成長条件に最適化が必要ならばそれぞれの薄膜に対して
圧力を変えて最適圧力で成長することにより、良好なお
のおのの薄膜が得られる。化合物半導体の各層間の組成
の急峻性を改善するために、次の半導体層を結晶成長す
る前に反応室内を真空排気して構成元素をふくむキャリ
アガスの迅速な切り換えをおこなう。半導体多層の各層
に対して、別々の成長室をもちいることにより急峻性を
あげることもできる。
成長条件に最適化が必要ならばそれぞれの薄膜に対して
圧力を変えて最適圧力で成長することにより、良好なお
のおのの薄膜が得られる。化合物半導体の各層間の組成
の急峻性を改善するために、次の半導体層を結晶成長す
る前に反応室内を真空排気して構成元素をふくむキャリ
アガスの迅速な切り換えをおこなう。半導体多層の各層
に対して、別々の成長室をもちいることにより急峻性を
あげることもできる。
【００２８】
（実施例１）図１を参照しながら本発明による半導体層
の結晶成長方法を説明する。
の結晶成長方法を説明する。
【００２９】まず、本発明に用いる半導体成長装置１０
１の概略を説明する。半導体成長装置１０１はステンレ
ス製の成長室１を有しており、抵抗加熱方式のサセプタ
ー２が成長室１に備えられている。成長室１は高圧に耐
える構造を有しており、１０気圧程度の高圧に耐える構
造であることが好ましい。サセプタ２は必要に応じて回
転できるように回転制御系２１が取り付けられている。
またサセプタ２は抵抗加熱方式によって、９００℃まで
加熱することができる。成長室１には成長室１内の雰囲
気４の圧力を測定するための圧力計１６を備え付けられ
ている。サセプタ２上に半導体層を形成する基板３がセ
ットされる。
１の概略を説明する。半導体成長装置１０１はステンレ
ス製の成長室１を有しており、抵抗加熱方式のサセプタ
ー２が成長室１に備えられている。成長室１は高圧に耐
える構造を有しており、１０気圧程度の高圧に耐える構
造であることが好ましい。サセプタ２は必要に応じて回
転できるように回転制御系２１が取り付けられている。
またサセプタ２は抵抗加熱方式によって、９００℃まで
加熱することができる。成長室１には成長室１内の雰囲
気４の圧力を測定するための圧力計１６を備え付けられ
ている。サセプタ２上に半導体層を形成する基板３がセ
ットされる。
【００３０】成長室１はブロックバルブ１９を介して排
気ポンプ２０に接続されており、成長室１内の雰囲気４
を排気する。排気されたガスは除害装置２３を通して大
気へ排出される。ブロックバルブ１９には流量制御計１
７が接続されており、ブロックバルブ１９による切り換
えによって流量制御計１７及び除害装置２２を介して大
気へ放出することもできる。
気ポンプ２０に接続されており、成長室１内の雰囲気４
を排気する。排気されたガスは除害装置２３を通して大
気へ排出される。ブロックバルブ１９には流量制御計１
７が接続されており、ブロックバルブ１９による切り換
えによって流量制御計１７及び除害装置２２を介して大
気へ放出することもできる。
【００３１】半導体層を構成する元素を含む原料ガスを
供給するために、ＤＭＺｎ（ジメチルジンク）ボンベ
６、ＤＭＳｅ（ジメチルセレン）ボンベ７、ＤＭＳ（ジ
メチルサルファ）ボンベ８、及びＣｐ2Ｍｇ（シクロペ
ンタジエニルマグネシウム）ボンベ９を本実施例では用
いる。これらの原料ガスは水素と共に各ボンベ６〜９に
充填されている。また、キャリアガスとして水素ガスを
用いるため、水素ボンベ５も用いる。これらのボンベ５
〜９はそれぞれ流量制御計１０〜１４を介してブロック
バルブ１８に接続されている。ブロックバルブ１８は更
に流量制御計１５を介し成長室１へ接続されている。流
量制御計１０〜１５、及びブロックバルブ１８は各ボン
ベ５〜９の最高充填圧力に対応している。例えば、水素
ボンベ５は５０ｋｇ／ｃｍ2、その他のボンベ６〜９は
数十ｋｇ／ｃｍ2の圧力で充填されている。
供給するために、ＤＭＺｎ（ジメチルジンク）ボンベ
６、ＤＭＳｅ（ジメチルセレン）ボンベ７、ＤＭＳ（ジ
メチルサルファ）ボンベ８、及びＣｐ2Ｍｇ（シクロペ
ンタジエニルマグネシウム）ボンベ９を本実施例では用
いる。これらの原料ガスは水素と共に各ボンベ６〜９に
充填されている。また、キャリアガスとして水素ガスを
用いるため、水素ボンベ５も用いる。これらのボンベ５
〜９はそれぞれ流量制御計１０〜１４を介してブロック
バルブ１８に接続されている。ブロックバルブ１８は更
に流量制御計１５を介し成長室１へ接続されている。流
量制御計１０〜１５、及びブロックバルブ１８は各ボン
ベ５〜９の最高充填圧力に対応している。例えば、水素
ボンベ５は５０ｋｇ／ｃｍ2、その他のボンベ６〜９は
数十ｋｇ／ｃｍ2の圧力で充填されている。
【００３２】各流量制御計１０〜１５、及び１７、ブロ
ックバルブ１８、及び１９、ならびに排気ポンプ２０
は、圧力計１６で検知した圧力に基づいて、成長室１内
の圧力を任意の値に保てるようにコンピュータで制御さ
れている。具体的には、流量制御計１１〜１４によって
原料ガスの分圧比をコントロールし、流量制御計１０に
よって、これらの原料ガスの濃度をコントロールし、流
量制御計１５によって、成長圧力をコントロールする。
Ｚｎ1-xＭｇxＳyＳｅ1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の
ような混晶を作製する場合、ＤＭＺｎボンベ６、ＤＭＳ
ｅボンベ７、ＤＭＳボンベ８、及びＣｐ2Ｍｇボンベ９
をそれぞれの流量制御計１１〜１４を制御してブロック
バルブ１８を経由して成長室１に導入させる。成長室１
内の雰囲気４を１気圧以上に保つ場合、排気ポンプ２０
で成長室１内を排気する必要はない。流量制御計１７に
よって、雰囲気４の圧力を制御し、大気圧との差によ
り、除害装置２２から大気へ放出できる。一方、成長室
１内のガスをすばやく切り換えるためにはブロックバル
ブ１９を切り換えて排気ポンプ２０で成長室１内を排気
してやればよい。
ックバルブ１８、及び１９、ならびに排気ポンプ２０
は、圧力計１６で検知した圧力に基づいて、成長室１内
の圧力を任意の値に保てるようにコンピュータで制御さ
れている。具体的には、流量制御計１１〜１４によって
原料ガスの分圧比をコントロールし、流量制御計１０に
よって、これらの原料ガスの濃度をコントロールし、流
量制御計１５によって、成長圧力をコントロールする。
Ｚｎ1-xＭｇxＳyＳｅ1-y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の
ような混晶を作製する場合、ＤＭＺｎボンベ６、ＤＭＳ
ｅボンベ７、ＤＭＳボンベ８、及びＣｐ2Ｍｇボンベ９
をそれぞれの流量制御計１１〜１４を制御してブロック
バルブ１８を経由して成長室１に導入させる。成長室１
内の雰囲気４を１気圧以上に保つ場合、排気ポンプ２０
で成長室１内を排気する必要はない。流量制御計１７に
よって、雰囲気４の圧力を制御し、大気圧との差によ
り、除害装置２２から大気へ放出できる。一方、成長室
１内のガスをすばやく切り換えるためにはブロックバル
ブ１９を切り換えて排気ポンプ２０で成長室１内を排気
してやればよい。
【００３３】成長した半導体層の膜厚や電気的特性（例
えばキャリア濃度、移動度等）、光学的特性（フォトル
ミネセンス強度や発光波長等）の均一性を高めるために
は、回転制御系２１を用いて、サセプタ２を高速回転
（例えば１０００ｒｐｍ）させて、基板３上の境界層を
薄くすることが好ましい。これによって、構成元素が半
導体層にとりこまれる効率を上げることができる。ま
た、熱対流の影響を防ぐことができる。特に、飽和蒸気
圧の高い構成元素をふくむ半導体の成長には有効であ
る。更に基板３を低速で自転させてもよい。
えばキャリア濃度、移動度等）、光学的特性（フォトル
ミネセンス強度や発光波長等）の均一性を高めるために
は、回転制御系２１を用いて、サセプタ２を高速回転
（例えば１０００ｒｐｍ）させて、基板３上の境界層を
薄くすることが好ましい。これによって、構成元素が半
導体層にとりこまれる効率を上げることができる。ま
た、熱対流の影響を防ぐことができる。特に、飽和蒸気
圧の高い構成元素をふくむ半導体の成長には有効であ
る。更に基板３を低速で自転させてもよい。
【００３４】以下に図１を参照しながら、Ｚｎ0.9Ｍｇ
0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9のからなる半導体層を成長させる方法
を説明する。
0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9のからなる半導体層を成長させる方法
を説明する。
【００３５】成長室１のサセプタ２の上に、基板として
ＧａＡｓ基板３をセットする。そして、水素ボンベ５か
ら成長室１に水素ガスを導入し、成長室１の圧力を成長
圧力５ｋｇ／ｃｍ2に保つ。成長室１の圧力は圧力計１
６で計測される。圧力計１６で検出した値に基づいて、
流量制御計１７が自動的に制御され、一定の成長圧力に
保たれる。
ＧａＡｓ基板３をセットする。そして、水素ボンベ５か
ら成長室１に水素ガスを導入し、成長室１の圧力を成長
圧力５ｋｇ／ｃｍ2に保つ。成長室１の圧力は圧力計１
６で計測される。圧力計１６で検出した値に基づいて、
流量制御計１７が自動的に制御され、一定の成長圧力に
保たれる。
【００３６】次にＧａＡｓ基板３の温度が５００℃に保
たれるように、サセプタ２を加熱する。そして、各ボン
ベ６〜９の流量を流量制御計１１〜１４によって制御す
ることにより、成長させる半導体層の組成比に等しい構
成元素の比率となるように原料ガスを各ボンベ６〜９か
ら流す。混合された原料ガスは流量制御計１５を介して
成長室１へ流し込まれる。成長室１の圧力が１〜１０ｋ
ｇ／ｃｍ2程度好ましくは２〜５ｋｇ／ｃｍ2程度に保た
れるように流量制御計１５、１７が調節される。成長室
からのガスはブロックバルブ１９及び流量制御計１７を
介して除害装置２２へ排気される。成長条件によって
は、制御系２１により基板３を回転させつつ、結晶成長
してもよい。
たれるように、サセプタ２を加熱する。そして、各ボン
ベ６〜９の流量を流量制御計１１〜１４によって制御す
ることにより、成長させる半導体層の組成比に等しい構
成元素の比率となるように原料ガスを各ボンベ６〜９か
ら流す。混合された原料ガスは流量制御計１５を介して
成長室１へ流し込まれる。成長室１の圧力が１〜１０ｋ
ｇ／ｃｍ2程度好ましくは２〜５ｋｇ／ｃｍ2程度に保た
れるように流量制御計１５、１７が調節される。成長室
からのガスはブロックバルブ１９及び流量制御計１７を
介して除害装置２２へ排気される。成長条件によって
は、制御系２１により基板３を回転させつつ、結晶成長
してもよい。
【００３７】成長室１内において、ＧａＡｓ基板３だけ
が加熱されているため、成長室１へ流入してきた原料ガ
スは分解あるいは互いに反応したりせずにＧａＡｓ基板
３の表面に達する。そして、ＧａＡｓ基板３の表面近傍
において、ＧａＡｓ基板３から輻射される熱によって各
原料ガスが分解され、Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9の組
成を有する半導体層がＧａＡｓ基板３上にエピタキシャ
ル成長する。
が加熱されているため、成長室１へ流入してきた原料ガ
スは分解あるいは互いに反応したりせずにＧａＡｓ基板
３の表面に達する。そして、ＧａＡｓ基板３の表面近傍
において、ＧａＡｓ基板３から輻射される熱によって各
原料ガスが分解され、Ｚｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9の組
成を有する半導体層がＧａＡｓ基板３上にエピタキシャ
ル成長する。
【００３８】通常、１気圧以下の低圧下でＺｎ0.9Ｍｇ
0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9の組成を有する半導体層が５００℃に
加熱されると硫黄及びセレンが脱離してしまう。しか
し、本発明の方法によれば、反応室１内の圧力が高いた
め、成長した半導体層から、硫黄やセレンは非常に脱離
しにくくなっている。従って、高い品質を有するＺｎ
0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9半導体結晶がＧａＡｓ基板３上
に形成される。
0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9の組成を有する半導体層が５００℃に
加熱されると硫黄及びセレンが脱離してしまう。しか
し、本発明の方法によれば、反応室１内の圧力が高いた
め、成長した半導体層から、硫黄やセレンは非常に脱離
しにくくなっている。従って、高い品質を有するＺｎ
0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9半導体結晶がＧａＡｓ基板３上
に形成される。
【００３９】ＧａＡｓ基板１上に所望の厚さを有するＺ
ｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9の半導体層を成長させた後、
ボンベ６〜９からの原料ガスの供給を停止する。原料ガ
スが成長室１に入らないようにブロックバルブ１８と成
長室１との間にベントライン（図示せず）を設けてもよ
い。成長室１に入るガスを水素ガスだけにして、成長室
１内の雰囲気を水素に置換しながら温度を下げるととも
に、圧力も大気圧にもどしていく。圧力を大気圧にする
には、成長室１からのガスはブロックバルブ１９によっ
て真空排気ポンプ２０側に切り替えられて排気される。
ｎ0.9Ｍｇ0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9の半導体層を成長させた後、
ボンベ６〜９からの原料ガスの供給を停止する。原料ガ
スが成長室１に入らないようにブロックバルブ１８と成
長室１との間にベントライン（図示せず）を設けてもよ
い。成長室１に入るガスを水素ガスだけにして、成長室
１内の雰囲気を水素に置換しながら温度を下げるととも
に、圧力も大気圧にもどしていく。圧力を大気圧にする
には、成長室１からのガスはブロックバルブ１９によっ
て真空排気ポンプ２０側に切り替えられて排気される。
【００４０】このようにして、ＧａＡｓ基板３上に高圧
下のもとでＺｎＭｇＳＳｅからなる混晶半導体を成長さ
せることができる。上述したように、成長温度を高くし
ても混晶から原子が抜けることもないので、従来の減圧
雰囲気、低温の結晶成長に比べて極めて品質の優れた結
晶を成長することができる。
下のもとでＺｎＭｇＳＳｅからなる混晶半導体を成長さ
せることができる。上述したように、成長温度を高くし
ても混晶から原子が抜けることもないので、従来の減圧
雰囲気、低温の結晶成長に比べて極めて品質の優れた結
晶を成長することができる。
【００４１】同様の手順によりＺｎＳｅやＺｎＳからな
る半導体層も成長させることができる。特に、混晶半導
体でない場合には、半導体層を構成する元素のうち、飽
和蒸気圧の高い元素が過剰になる雰囲気を用いることが
できる。成長温度５００℃での亜鉛と硫黄あるいは亜鉛
とセレンの飽和蒸気圧を比較した場合、硫黄及びセレン
の飽和蒸気圧は亜鉛の飽和蒸気圧に較べ、それぞれ約５
桁及び約２桁高い。従って、硫黄やセレンを含むＤＭＳ
やＤＭＳｅのガス流量を亜鉛を含むＤＭＺｎのガス流量
よりも非常に多くしてやり、成長圧力を構成するＤＭＳ
やＤＭＳｅの分圧をＤＭＺｎの分圧よりも高くしてやれ
ばよい。この様な方法により、硫黄やセレンの脱離が更
に抑制され、より高品質を有する半導体層を得ることが
できる。
る半導体層も成長させることができる。特に、混晶半導
体でない場合には、半導体層を構成する元素のうち、飽
和蒸気圧の高い元素が過剰になる雰囲気を用いることが
できる。成長温度５００℃での亜鉛と硫黄あるいは亜鉛
とセレンの飽和蒸気圧を比較した場合、硫黄及びセレン
の飽和蒸気圧は亜鉛の飽和蒸気圧に較べ、それぞれ約５
桁及び約２桁高い。従って、硫黄やセレンを含むＤＭＳ
やＤＭＳｅのガス流量を亜鉛を含むＤＭＺｎのガス流量
よりも非常に多くしてやり、成長圧力を構成するＤＭＳ
やＤＭＳｅの分圧をＤＭＺｎの分圧よりも高くしてやれ
ばよい。この様な方法により、硫黄やセレンの脱離が更
に抑制され、より高品質を有する半導体層を得ることが
できる。
【００４２】実施例によって得られたアンドープＺｎＳ
ｅの半導体層は１ｘ１０15ｃｍ-3以下のキャリア濃度と
４００ｃｍ2／Ｖｓｅｃ以上の移動度とを有する良好な
特性を備えている。ドーピングが必要な場合、ｐ型化の
ためには例えばプラズマ状態の窒素、ｎ型化のためには
例えばクロライド（例えばＺｎＣｌ2）を用いればよ
い。成長速度は成長圧力、成長温度、及び基板回転速度
に依存するが、本実施例の条件のもとでは約１μｍ／ｈ
ｒである。成長速度をあげて、比較的短い時間で数１０
μｍ以上の半導体層を作製することも可能である。
ｅの半導体層は１ｘ１０15ｃｍ-3以下のキャリア濃度と
４００ｃｍ2／Ｖｓｅｃ以上の移動度とを有する良好な
特性を備えている。ドーピングが必要な場合、ｐ型化の
ためには例えばプラズマ状態の窒素、ｎ型化のためには
例えばクロライド（例えばＺｎＣｌ2）を用いればよ
い。成長速度は成長圧力、成長温度、及び基板回転速度
に依存するが、本実施例の条件のもとでは約１μｍ／ｈ
ｒである。成長速度をあげて、比較的短い時間で数１０
μｍ以上の半導体層を作製することも可能である。
【００４３】ＧａＡｓに格子整合（ミスフィットが１ｘ
１０-4以下）した、厚さ約２００μｍを有するＺｎＳＳ
ｅの半導体層を作製し、ＧａＡｓ基板を除去することに
より高品質なＺｎＳＳｅ基板を得ることもできる。従
来、ＩＩ−ＶＩ族の大口径を有する基板は得られなかっ
たが、この方法によれば、結晶成長速度も大きくできる
ので、引き上げでつくるのよりも、大きな口径の基板を
製造することもできる。
１０-4以下）した、厚さ約２００μｍを有するＺｎＳＳ
ｅの半導体層を作製し、ＧａＡｓ基板を除去することに
より高品質なＺｎＳＳｅ基板を得ることもできる。従
来、ＩＩ−ＶＩ族の大口径を有する基板は得られなかっ
たが、この方法によれば、結晶成長速度も大きくできる
ので、引き上げでつくるのよりも、大きな口径の基板を
製造することもできる。
【００４４】（実施例２）以下に、図２から図４を参照
しながら、ＺｎＳｅ系のレーザダイオードに用いられる
半導体構造形成する方法を説明する。
しながら、ＺｎＳｅ系のレーザダイオードに用いられる
半導体構造形成する方法を説明する。
【００４５】本実施例で用いられる半導体成長装置１０
２は半導体を構成する元素を供給する原料ガスが異なる
以外、実施例１で説明した半導体成長装置１０１と実質
的に同じである。半導体成長装置１０２は、カドミウム
を供給するためのＤＭＣｄ（ジメチルカドミウム）ボン
ベ２５、塩素を供給するためのＺｎＣｌ2ボンベ２６、
窒素を供給するためのＮＨ3（アンモニア）ボンベ２
７、ならびにこれらのボンベ９及び２５〜２７から流す
原料ガスの流量をコントロールするための流量制御計１
４及び２８〜３０を更に備えている。
２は半導体を構成する元素を供給する原料ガスが異なる
以外、実施例１で説明した半導体成長装置１０１と実質
的に同じである。半導体成長装置１０２は、カドミウム
を供給するためのＤＭＣｄ（ジメチルカドミウム）ボン
ベ２５、塩素を供給するためのＺｎＣｌ2ボンベ２６、
窒素を供給するためのＮＨ3（アンモニア）ボンベ２
７、ならびにこれらのボンベ９及び２５〜２７から流す
原料ガスの流量をコントロールするための流量制御計１
４及び２８〜３０を更に備えている。
【００４６】図３に示されるように、本実施例で作成す
る半導体構造１０３は、ｎ型クラッド層３５、ｎ型クラ
ッド層３５上に形成された活性層３６、及び活性層３６
上に形成されたｐ型クラッド層３７を有している。ｎ型
クラッド層３５及びｐ型クラッド層３７はＺｎ0.9Ｍｇ
0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9から形成され、塩素及び窒素がそれぞ
れドープされている。活性層３６は、アンドープＺｎＳ
ｅ（厚さ：１０ｎｍ）／アンドープＺｎＣｄＳｅ（厚さ
５０ｎｍ）が交互に複数回積層された超格子構造を有し
ている。
る半導体構造１０３は、ｎ型クラッド層３５、ｎ型クラ
ッド層３５上に形成された活性層３６、及び活性層３６
上に形成されたｐ型クラッド層３７を有している。ｎ型
クラッド層３５及びｐ型クラッド層３７はＺｎ0.9Ｍｇ
0.1Ｓ0.1Ｓｅ0.9から形成され、塩素及び窒素がそれぞ
れドープされている。活性層３６は、アンドープＺｎＳ
ｅ（厚さ：１０ｎｍ）／アンドープＺｎＣｄＳｅ（厚さ
５０ｎｍ）が交互に複数回積層された超格子構造を有し
ている。
【００４７】まず、成長室１のサセプタ２の上に、基板
としてＧａＡｓ基板３をセットする。そして、水素ボン
ベ５から成長室１に水素ガスを導入し、成長室１の圧力
を１〜１０ｋｇ／ｃｍ2程度、好ましくは２〜５ｋｇ／
ｃｍ2程度に保つ。成長室１の圧力は圧力計１６で計測
される。圧力計１６で検出した値に基づいて、流量制御
計１７が自動的に制御され、一定の成長圧力に保たれ
る。
としてＧａＡｓ基板３をセットする。そして、水素ボン
ベ５から成長室１に水素ガスを導入し、成長室１の圧力
を１〜１０ｋｇ／ｃｍ2程度、好ましくは２〜５ｋｇ／
ｃｍ2程度に保つ。成長室１の圧力は圧力計１６で計測
される。圧力計１６で検出した値に基づいて、流量制御
計１７が自動的に制御され、一定の成長圧力に保たれ
る。
【００４８】次にＧａＡｓ基板３の温度が５００℃に保
たれるように、サセプタ２を加熱する。そして、各ボン
ベ６〜９、及び２６の流量を流量制御計１１〜１４及び
２８から３０によって制御することにより、成長させる
ｎ型クラッド層３５の組成比に等しい構成元素の比率と
なるように原料ガスをボンベ６〜９及び２６から流す。
混合された原料ガスは流量制御計１５を介して成長室１
へ流し込まれる。成長室１の圧力が常に５ｋｇ／ｃｍ2
程度に保たれるように流量制御計１５、１７が調整され
る。成長室からのガスはブロックバルブ１９及び流量制
御計１７を介して除害装置２２へ排気される。実施例１
で説明したように、所望の組成比を有するｎ型クラッド
層３５がＧａＡｓ基板３上に成長する。
たれるように、サセプタ２を加熱する。そして、各ボン
ベ６〜９、及び２６の流量を流量制御計１１〜１４及び
２８から３０によって制御することにより、成長させる
ｎ型クラッド層３５の組成比に等しい構成元素の比率と
なるように原料ガスをボンベ６〜９及び２６から流す。
混合された原料ガスは流量制御計１５を介して成長室１
へ流し込まれる。成長室１の圧力が常に５ｋｇ／ｃｍ2
程度に保たれるように流量制御計１５、１７が調整され
る。成長室からのガスはブロックバルブ１９及び流量制
御計１７を介して除害装置２２へ排気される。実施例１
で説明したように、所望の組成比を有するｎ型クラッド
層３５がＧａＡｓ基板３上に成長する。
【００４９】本実施例では図４を用いて説明するタイミ
ングに従って、成長条件を制御する。所定の厚さを有す
るようになるまでｎ型クラッド層３５を成長させた後、
図４に示すように、まず、サセプタ２の加熱を調節し
て、ＧａＡｓ基板３の温度を３００℃まで徐々に下げ
る。ＧａＡｓ基板３の温度が３００℃まで下がったら、
成長室１内の圧力が０．１気圧まで下がるように、排気
ポンプ２０で成長室１内を排気する。
ングに従って、成長条件を制御する。所定の厚さを有す
るようになるまでｎ型クラッド層３５を成長させた後、
図４に示すように、まず、サセプタ２の加熱を調節し
て、ＧａＡｓ基板３の温度を３００℃まで徐々に下げ
る。ＧａＡｓ基板３の温度が３００℃まで下がったら、
成長室１内の圧力が０．１気圧まで下がるように、排気
ポンプ２０で成長室１内を排気する。
【００５０】次に、流量制御計１１、１２、及び２８を
制御し、活性層３６の組成比に等しい構成元素の比率と
なるように原料ガスをボンベ６、７、及び２５から流
す。成長圧力を５気圧から０．１気圧に下げることによ
り、従来の減圧ＭＯＶＰＥと同様の方法を用いて超格子
構造を有する活性層３６を形成する。成長圧力を０．１
気圧程度に低下させているので、成長室１内にガスが滞
留することなく、雰囲気４を瞬時に変えることができ
る。従って、原料ガスの切り換えによって、成長室１内
のガスの切り替えが瞬時に行え、急峻な界面を有する超
格子構造を形成することができる。また、ｎ型クラッド
層３５の成長中に活性層を形成する温度及び圧力条件に
切り換えているため、半導体の組成が変化するｎ型クラ
ッド層３５と活性層３６との界面において、温度及び圧
力の変化により発生する格子欠陥が生じにくくなる。こ
れは、欠陥が生じる原因となる組成の変化、温度変化、
及び圧力変化のタイミングを互いにずらせているからで
ある。
制御し、活性層３６の組成比に等しい構成元素の比率と
なるように原料ガスをボンベ６、７、及び２５から流
す。成長圧力を５気圧から０．１気圧に下げることによ
り、従来の減圧ＭＯＶＰＥと同様の方法を用いて超格子
構造を有する活性層３６を形成する。成長圧力を０．１
気圧程度に低下させているので、成長室１内にガスが滞
留することなく、雰囲気４を瞬時に変えることができ
る。従って、原料ガスの切り換えによって、成長室１内
のガスの切り替えが瞬時に行え、急峻な界面を有する超
格子構造を形成することができる。また、ｎ型クラッド
層３５の成長中に活性層を形成する温度及び圧力条件に
切り換えているため、半導体の組成が変化するｎ型クラ
ッド層３５と活性層３６との界面において、温度及び圧
力の変化により発生する格子欠陥が生じにくくなる。こ
れは、欠陥が生じる原因となる組成の変化、温度変化、
及び圧力変化のタイミングを互いにずらせているからで
ある。
【００５１】活性層３６が所望の厚さを有するようにな
ったら、図４に示すようにまず、各ボンベ６〜９及び２
７の流量を流量制御計１１〜１４及び３０によって制御
することにより成長させるｐ型クラッド層３７の組成比
に等しい構成元素の比率となるように原料ガスをボンベ
６〜９及び２７から流す。次に、圧力を５気圧に上昇さ
せ、続いてＧａＡｓ基板３の温度が５００℃になるよう
にサセプタ２を加熱する。これにより、同様にｐ型クラ
ッド層３７を成長させる。以下の手順は実施例１と同様
である。
ったら、図４に示すようにまず、各ボンベ６〜９及び２
７の流量を流量制御計１１〜１４及び３０によって制御
することにより成長させるｐ型クラッド層３７の組成比
に等しい構成元素の比率となるように原料ガスをボンベ
６〜９及び２７から流す。次に、圧力を５気圧に上昇さ
せ、続いてＧａＡｓ基板３の温度が５００℃になるよう
にサセプタ２を加熱する。これにより、同様にｐ型クラ
ッド層３７を成長させる。以下の手順は実施例１と同様
である。
【００５２】本実施例の方法によれば、ｎ型クラッド層
３５及びｐ型クラッド層３７は１気圧以上の成長圧力下
で成長させるため、実施例１で説明したように、高品質
の結晶性を有しており、その中の格子欠陥は極めて少な
くなっている。また、活性層は、１気圧以下の成長圧力
下で成長させるため、原料ガスの切れがよくなり、その
結果、急峻な界面を有する超格子構造を形成することが
できる。また、活性層が形成されるｎ型クラッド層３５
中の格子欠陥が極めて少ないため、活性層が受ける格子
欠陥の影響も極めて少なくなり、活性層中の格子欠陥も
少なくなる。更に、成長条件の変動による悪影響を受け
やすい活性層の成長中は、成長条件を一定にしている。
従って、本実施例の方法により形成された半導体構造を
用いれば、発光効率の高いレーザダイオードを得ること
ができる。
３５及びｐ型クラッド層３７は１気圧以上の成長圧力下
で成長させるため、実施例１で説明したように、高品質
の結晶性を有しており、その中の格子欠陥は極めて少な
くなっている。また、活性層は、１気圧以下の成長圧力
下で成長させるため、原料ガスの切れがよくなり、その
結果、急峻な界面を有する超格子構造を形成することが
できる。また、活性層が形成されるｎ型クラッド層３５
中の格子欠陥が極めて少ないため、活性層が受ける格子
欠陥の影響も極めて少なくなり、活性層中の格子欠陥も
少なくなる。更に、成長条件の変動による悪影響を受け
やすい活性層の成長中は、成長条件を一定にしている。
従って、本実施例の方法により形成された半導体構造を
用いれば、発光効率の高いレーザダイオードを得ること
ができる。
【００５３】（実施例３）以下に図５及び図６を参照し
ながら、ＧａＮ系の発光ダイオードに用いられる半導体
構造を形成する方法を説明する。
ながら、ＧａＮ系の発光ダイオードに用いられる半導体
構造を形成する方法を説明する。
【００５４】本実施例で用いる半導体成長装置１０４は
半導体を構成する元素を供給する原料ガス及びキャリア
ガスが異なる以外、実施例１で説明した半導体成長装置
１０１と実質的に同じである。半導体成長装置１０２は
キャリアガスとして用いられるＮ2を供給するＮ2ボンベ
４１、ガリウムを供給するためのＴＭＧ（トリメチルガ
リウム）ボンベ４２、インジウムを供給するためのＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）ボンベ４３、アルミニウム
を供給するためのＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ボ
ンベ４４、及び窒素を供給するためのＮＨ3（アンモニ
ア）ボンベ４５、及びこれらのボンベ４１〜４５から流
す原料ガスおよびキャリアガスの流量をコントロールす
るための流量制御計４６〜５０を更に備えている。
半導体を構成する元素を供給する原料ガス及びキャリア
ガスが異なる以外、実施例１で説明した半導体成長装置
１０１と実質的に同じである。半導体成長装置１０２は
キャリアガスとして用いられるＮ2を供給するＮ2ボンベ
４１、ガリウムを供給するためのＴＭＧ（トリメチルガ
リウム）ボンベ４２、インジウムを供給するためのＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）ボンベ４３、アルミニウム
を供給するためのＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ボ
ンベ４４、及び窒素を供給するためのＮＨ3（アンモニ
ア）ボンベ４５、及びこれらのボンベ４１〜４５から流
す原料ガスおよびキャリアガスの流量をコントロールす
るための流量制御計４６〜５０を更に備えている。
【００５５】図６に示されるように、本実施例で作製す
る半導体構造１０５は、非単結晶ＧａＮ層５３、非単結
晶ＧａＮ層５３上に形成されたＧａＮ層５４、ＧａＮ層
５４上に形成されたＧａＩｎＮ層５５、及びＧａＩｎＮ
層５５上に形成されたＧａＮ層５６を有している。
る半導体構造１０５は、非単結晶ＧａＮ層５３、非単結
晶ＧａＮ層５３上に形成されたＧａＮ層５４、ＧａＮ層
５４上に形成されたＧａＩｎＮ層５５、及びＧａＩｎＮ
層５５上に形成されたＧａＮ層５６を有している。
【００５６】まず、脱脂洗浄した６Ｈ−ＳｉＣからなる
基板５１をモリブデン製のサセプタ５２にセットする。
そして、流量制御計４６を用いて、窒素ガスを窒素ボン
ベ４１から成長室１に１０Ｌ／ｍｉｎの割合で導入し、
成長室１の圧力を１〜５気圧程度、好ましくは２気圧に
保つ。成長室１の圧力は圧力計１６で計測される。圧力
計１６で検出した値に基づいて、流量制御計１７が自動
的に制御され、一定の成長圧力に保たれる。サセプタ５
２は成長する半導体層の均一性を向上させるため、８０
０ｒｐｍの割合で回転させる。
基板５１をモリブデン製のサセプタ５２にセットする。
そして、流量制御計４６を用いて、窒素ガスを窒素ボン
ベ４１から成長室１に１０Ｌ／ｍｉｎの割合で導入し、
成長室１の圧力を１〜５気圧程度、好ましくは２気圧に
保つ。成長室１の圧力は圧力計１６で計測される。圧力
計１６で検出した値に基づいて、流量制御計１７が自動
的に制御され、一定の成長圧力に保たれる。サセプタ５
２は成長する半導体層の均一性を向上させるため、８０
０ｒｐｍの割合で回転させる。
【００５７】基板５１の温度が１２００℃になるように
サセプタ２を加熱し、基板５１の表面を清浄化する。そ
の後、サセプタ２の加熱を調節し、基板５１の温度を６
００℃に保つ。ＮＨ3ボンベ４５から成長室１へ５Ｌ／
ｍｉｎの割合でアンモニアガスを流し、１分後、ＴＭＧ
ボンベ４２から成長室１へ５０ｃｃ／ｍｉｎの割合でト
リメチルガリウムを流すことにより、基板５１上に非単
結晶ＧａＮ層５３を成長させる。非単結晶ＧａＮ層５３
の厚さが約２０ｎｍに達したら、アンモニアガス及びト
リメチルガリウムの供給を停止する。
サセプタ２を加熱し、基板５１の表面を清浄化する。そ
の後、サセプタ２の加熱を調節し、基板５１の温度を６
００℃に保つ。ＮＨ3ボンベ４５から成長室１へ５Ｌ／
ｍｉｎの割合でアンモニアガスを流し、１分後、ＴＭＧ
ボンベ４２から成長室１へ５０ｃｃ／ｍｉｎの割合でト
リメチルガリウムを流すことにより、基板５１上に非単
結晶ＧａＮ層５３を成長させる。非単結晶ＧａＮ層５３
の厚さが約２０ｎｍに達したら、アンモニアガス及びト
リメチルガリウムの供給を停止する。
【００５８】次に、基板５１を約１０００℃に保ちなが
ら、ＮＨ3ボンベ４５から成長室１へ５Ｌ／ｍｉｎの割
合でアンモニアガスを流し、１分後、ＴＭＧボンベ４２
から成長室１へ１００ｃｃ／ｍｉｎの割合でトリメチル
ガリウムを流す。これにより、３μｍの厚さを有するＧ
ａＮ層５４が非単結晶ＧａＮ層５３上に成長する。Ｇａ
Ｎ層５４は十分な厚さを有しているため、基板５１と非
単結晶ＧａＮ層５３との界面で発生した欠陥の影響は著
しく低減され、ＧａＮ層５４の表面は平坦となる。
ら、ＮＨ3ボンベ４５から成長室１へ５Ｌ／ｍｉｎの割
合でアンモニアガスを流し、１分後、ＴＭＧボンベ４２
から成長室１へ１００ｃｃ／ｍｉｎの割合でトリメチル
ガリウムを流す。これにより、３μｍの厚さを有するＧ
ａＮ層５４が非単結晶ＧａＮ層５３上に成長する。Ｇａ
Ｎ層５４は十分な厚さを有しているため、基板５１と非
単結晶ＧａＮ層５３との界面で発生した欠陥の影響は著
しく低減され、ＧａＮ層５４の表面は平坦となる。
【００５９】次に、基板５１を約８００℃に保ちなが
ら、ＮＨ3ボンベ４５から成長室１へ１０Ｌ／ｍｉｎの
割合でアンモニアガスを流し、同時にＴＭＧボンベ４２
及びＴＭＩボンベ４３から成長室１へそれぞれ５０ｃｃ
／ｍｉｎ及び４００ｃｃ／ｍｉｎの割合でトリメチルガ
リウム及びトリメチルインジウムを流す。これにより、
５ｎｍの厚さを有するＧａＩｎＮ層５５がＧａＮ層５４
上に成長させられる。
ら、ＮＨ3ボンベ４５から成長室１へ１０Ｌ／ｍｉｎの
割合でアンモニアガスを流し、同時にＴＭＧボンベ４２
及びＴＭＩボンベ４３から成長室１へそれぞれ５０ｃｃ
／ｍｉｎ及び４００ｃｃ／ｍｉｎの割合でトリメチルガ
リウム及びトリメチルインジウムを流す。これにより、
５ｎｍの厚さを有するＧａＩｎＮ層５５がＧａＮ層５４
上に成長させられる。
【００６０】その後、トリメチルインジウムの供給を停
止し、１μｍの厚さを有するＧａＮ層５６をＧａＩｎＮ
層５５上に成長させた後、トリメチルガリウムの供給を
停止する。基板５１の温度を徐々に低下させ、３００℃
以下まで基板５１の温度が低下したらアンモニアの供給
を停止する。
止し、１μｍの厚さを有するＧａＮ層５６をＧａＩｎＮ
層５５上に成長させた後、トリメチルガリウムの供給を
停止する。基板５１の温度を徐々に低下させ、３００℃
以下まで基板５１の温度が低下したらアンモニアの供給
を停止する。
【００６１】本実施例により得られた半導体構造１０５
の最上層であるＧａＮ層５６の表面は鏡面状になってい
る。また、ＧａＩｎＮ層５５からのＰＬ発光によって、
ＧａＩｎＮ層５５中のＩｎＮ組成は０．３と見積もられ
る。
の最上層であるＧａＮ層５６の表面は鏡面状になってい
る。また、ＧａＩｎＮ層５５からのＰＬ発光によって、
ＧａＩｎＮ層５５中のＩｎＮ組成は０．３と見積もられ
る。
【００６２】一方、従来の方法に従って、０．１気圧程
度の成長圧力で半導体構造１０５と同様な半導体構造を
作製すると、得られる半導体構造の表面は凹凸を有す
る。ＴＥＭ観察によれば、この原因は、ＧａＩｎＮ層の
結晶の品質が悪いことに起因していることが分かる。ま
た、ＧａＩｎＮ層中のＩｎＮ組成は０．０８と見積もら
れる。
度の成長圧力で半導体構造１０５と同様な半導体構造を
作製すると、得られる半導体構造の表面は凹凸を有す
る。ＴＥＭ観察によれば、この原因は、ＧａＩｎＮ層の
結晶の品質が悪いことに起因していることが分かる。ま
た、ＧａＩｎＮ層中のＩｎＮ組成は０．０８と見積もら
れる。
【００６３】本発明によれば、高圧力下で半導体層を成
長させることにより、アンモニアの分解効率が改善され
るので、ＧａＩｎＮ層に窒素が十分取り込まれ、ＧａＩ
ｎＮ層中の窒素空孔が低減する。これによって、高品質
な結晶性を有するＧａＩｎＮ層が形成され、ＧａＮ／Ｇ
ａＩｎＮ／ＧａＮからなる半導体多層全体の結晶性が向
上すると考えられる。
長させることにより、アンモニアの分解効率が改善され
るので、ＧａＩｎＮ層に窒素が十分取り込まれ、ＧａＩ
ｎＮ層中の窒素空孔が低減する。これによって、高品質
な結晶性を有するＧａＩｎＮ層が形成され、ＧａＮ／Ｇ
ａＩｎＮ／ＧａＮからなる半導体多層全体の結晶性が向
上すると考えられる。
【００６４】（実施例４）本実施例では、成長室内に滞
留する原料ガスを瞬時に切り替える方法について説明す
る。
留する原料ガスを瞬時に切り替える方法について説明す
る。
【００６５】図７（ａ）は本実施例で説明する方法に用
いる半導体成長装置１０６を概略的に示している。半導
体成長装置１０６において、図１に示される半導体成長
装置１０１と同じ構成要素には同一の参照符号を付して
いる。
いる半導体成長装置１０６を概略的に示している。半導
体成長装置１０６において、図１に示される半導体成長
装置１０１と同じ構成要素には同一の参照符号を付して
いる。
【００６６】半導体成長装置１０５は成長室６１を有し
ている。成長室６１は数１０ｋｇ／ｃｍ２に耐える高耐
圧ステンレス製でできており、図７（ｂ）に示されるよ
うに原料ガスが流れる主部６２とサセプタ６４を納める
ための基板保持部６３とからなる。サセプタ６４は、そ
の表面に基板３を保持したとき、基板の表面と主部６２
の底部６６とがほぼ同じ高さに位置するように基板保持
部６３に納められている。主部６２の断面積６５は極め
て小さい。特に、基板３の表面の上方の空間が狭くなる
ように主部６２の上面６７と底面６６との間隔はできる
だけ小さい方が好ましい。成長させる半導体材料にも依
存するが、１ｃｍ程度であることが好ましい。また、主
部６２の幅もサセプタ６４の直径程度であることが好ま
しい。
ている。成長室６１は数１０ｋｇ／ｃｍ２に耐える高耐
圧ステンレス製でできており、図７（ｂ）に示されるよ
うに原料ガスが流れる主部６２とサセプタ６４を納める
ための基板保持部６３とからなる。サセプタ６４は、そ
の表面に基板３を保持したとき、基板の表面と主部６２
の底部６６とがほぼ同じ高さに位置するように基板保持
部６３に納められている。主部６２の断面積６５は極め
て小さい。特に、基板３の表面の上方の空間が狭くなる
ように主部６２の上面６７と底面６６との間隔はできる
だけ小さい方が好ましい。成長させる半導体材料にも依
存するが、１ｃｍ程度であることが好ましい。また、主
部６２の幅もサセプタ６４の直径程度であることが好ま
しい。
【００６７】このように成長室６１のガスが流れる部分
の断面積を小さくすることにより、流量制御計１５を介
して反応室６１へ流れ込むガスの流速を大きくすること
ができる。従って、基板３の上方に形成される境界層
（結晶成長に寄与するガスの流れ）が薄くなり、半導体
層の成長速度が上がる。飽和蒸気圧が高い構成元素を成
長させる場合はとくに有効である。また、流速を大きく
することにより、成長室６１内の雰囲気の切り替えを速
くすることができる。
の断面積を小さくすることにより、流量制御計１５を介
して反応室６１へ流れ込むガスの流速を大きくすること
ができる。従って、基板３の上方に形成される境界層
（結晶成長に寄与するガスの流れ）が薄くなり、半導体
層の成長速度が上がる。飽和蒸気圧が高い構成元素を成
長させる場合はとくに有効である。また、流速を大きく
することにより、成長室６１内の雰囲気の切り替えを速
くすることができる。
【００６８】サセプタ６４を加熱することにより生じる
熱の輻射によって成長室６１の温度が上昇してしまう場
合には、冷却システム６８を成長室６１を内壁等に設け
てもよい。また、結晶成長によって、基板の自公転が必
要ならば制御系２１を用いて適宜おこなう。
熱の輻射によって成長室６１の温度が上昇してしまう場
合には、冷却システム６８を成長室６１を内壁等に設け
てもよい。また、結晶成長によって、基板の自公転が必
要ならば制御系２１を用いて適宜おこなう。
【００６９】成長室６１雰囲気４のガスの成分を更に急
峻に切り換える場合はブロックバルブ１９を真空排気ポ
ンプ２０系に切り換えて反応室６１内を排気する。
峻に切り換える場合はブロックバルブ１９を真空排気ポ
ンプ２０系に切り換えて反応室６１内を排気する。
【００７０】実施例１〜３に示される半導体成長装置１
０１、１０２、１０４の代わりに本実施例の半導体成長
装置１０６を用いることにより、各実施例で示される半
導体層の成長速度を高めることができる。
０１、１０２、１０４の代わりに本実施例の半導体成長
装置１０６を用いることにより、各実施例で示される半
導体層の成長速度を高めることができる。
【００７１】また、上述の構造を有する半導体成長装置
１０６はマルチチャンバ方式の半導体成長装置へ発展さ
せることもできる。高圧成長室と低圧成長室とを備えた
半導体成長装置を用いて、高圧成長室では１気圧以上の
高圧条件下で半導体層を成長させ、低圧成長室では１気
圧以下の低圧条件下で導体層基を成長させるようにすれ
ば、実施例２に示した半導体構造をより容易に形成する
ことができる。
１０６はマルチチャンバ方式の半導体成長装置へ発展さ
せることもできる。高圧成長室と低圧成長室とを備えた
半導体成長装置を用いて、高圧成長室では１気圧以上の
高圧条件下で半導体層を成長させ、低圧成長室では１気
圧以下の低圧条件下で導体層基を成長させるようにすれ
ば、実施例２に示した半導体構造をより容易に形成する
ことができる。
【００７２】
【発明の効果】本発明によれば、いままで高品質な結晶
が得られることが難しいとされていた半導体材料、特に
ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、
ＺｎＭｎＳＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体や、Ｃｕ
ＧａＳｅ2、ＣｕＡｌＳｅ2、ＣｕＡｌＳ2、ＣｕＧａＳ2
等のカルコパイライト系半導体、あるいは、ＧａＮ、Ｇ
ａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどの半導体層を得ることが
できる。特にセレンや硫黄等の飽和蒸気圧の高い元素を
ふくむ半導体層の成長に適しており、オプトエレクトロ
ニクス材料の製造には欠くことのできない結晶成長方法
である。
が得られることが難しいとされていた半導体材料、特に
ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、
ＺｎＭｎＳＳｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体や、Ｃｕ
ＧａＳｅ2、ＣｕＡｌＳｅ2、ＣｕＡｌＳ2、ＣｕＧａＳ2
等のカルコパイライト系半導体、あるいは、ＧａＮ、Ｇ
ａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどの半導体層を得ることが
できる。特にセレンや硫黄等の飽和蒸気圧の高い元素を
ふくむ半導体層の成長に適しており、オプトエレクトロ
ニクス材料の製造には欠くことのできない結晶成長方法
である。
【図１】本発明の第１の実施例による半導体層を結晶成
長させる方法に用いるＭＯＶＰＥ装置の概略を示してい
る。
長させる方法に用いるＭＯＶＰＥ装置の概略を示してい
る。
【図２】図２は本発明の第２の実施例による半導体層を
結晶成長させる方法に用いるＭＯＶＰＥ装置の概略を示
している。
結晶成長させる方法に用いるＭＯＶＰＥ装置の概略を示
している。
【図３】図３は第２の実施例により形成される半導体構
造を示している。
造を示している。
【図４】図４は図２に示される装置を操作するタイミン
グを示すグラフである。
グを示すグラフである。
【図５】図５は本発明の第３の実施例による半導体層を
結晶成長させる方法に用いるＭＯＶＰＥ装置の概略を示
している。
結晶成長させる方法に用いるＭＯＶＰＥ装置の概略を示
している。
【図６】図６は第３の実施例により形成される半導体構
造を示している。
造を示している。
【図７】図７（ａ）は本発明の第３の実施例による半導
体層を結晶成長させる方法に用いるＭＯＶＰＥ装置の概
略を示しており、図７（ｂ）は主要部の斜視図を示して
いる。
体層を結晶成長させる方法に用いるＭＯＶＰＥ装置の概
略を示しており、図７（ｂ）は主要部の斜視図を示して
いる。
１ 成長室 ２ サセプタ ３ 基板 ４ 成長室雰囲気 ５ Ｈ２ボンベ ６ ＤＭＺｎボンベ ７ ＤＭＳｅボンベ ８ ＤＭＳボンベ ９ Ｃｐ2Ｍｇボンベ １０〜１５、１７ 流量制御計 １６ 圧力計 １８、１９ ブロックバルブ ２０ 排気ポンプ ２１ 回転制御系 ２２、２３ 除害装置 １０１ 半導体成長装置
Claims (17)
- 【請求項１】 半導体層を構成する元素含む複数の原料
ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機金属化
合物である複数の原料ガスを成長室に導入する工程と、 該成長室内の成長圧力を１気圧以上に保ちながら、加熱
された基板の表面近傍において該原料ガスを分解させる
ことにより、該基板上に該半導体層をエピタキシャル成
長させる工程とを包含する、半導体層の結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記半導体層は少なくとも第１及び第２
の構成元素からなり、前記加熱された基板の温度におい
て、該第１の構成元素の飽和蒸気圧は該第２の構成元素
の飽和蒸気圧よりも高くなっており、該成長圧力を構成
する分圧のうち、該第１の構成元素を含む原料ガスの分
圧は該第２の構成元素を含む原料ガスの分圧よりも高く
なっている、請求項１に記載の半導体層の結晶成長方
法。 - 【請求項３】 前記半導体層を１気圧以下の低圧に保ち
ながら加熱した場合、前記半導体層を構成する元素の少
なくとも１つが該半導体層から実質的に脱離して該半導
体層が分解を始める分解温度以上の温度で前記基板を加
熱する、請求項１または２に記載の半導体層の結晶成長
方法。 - 【請求項４】 前記半導体層はＩＩ−ＶＩ族化合物半導
体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体及びカルコパイライト系半導体
のうちの一つを含む、請求項１から３のいずれかに記載
の半導体層の結晶成長方法。 - 【請求項５】 前記構成元素の１つにセレン及び硫黄の
少なくとも一方を含む、請求項４に記載の半導体層の結
晶成長方法。 - 【請求項６】 前記構成元素に窒素を含む、請求項４に
記載の半導体層の結晶成長方法。 - 【請求項７】 第１の半導体層を構成する元素を含む複
数の第１の原料ガスであって、このうち少なくとも１種
類は有機金属化合物である複数の第１の原料ガスを成長
室内へ導入する工程と、 該成長室の圧力を第１の成長圧力を保ちながら、第１の
温度に加熱された基板の表面近傍において該第１の原料
ガスを分解させることにより、該基板上に該第１の半導
体層をエピタキシャル成長させる工程と、 第２の半導体層を構成する元素を含む複数の第２の原料
ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機金属化
合物である複数の第２の原料ガスを該成長室内へ導入す
る工程と、 該成長室内の圧力を第２の成長圧力を保ちながら、第２
の温度に加熱された基板の該第１の半導体層の表面近傍
において該原料ガスを分解させることにより、該第１の
半導体層上に該第２の半導体層をエピタキシャル成長さ
せる工程とを包含し、少なくもと該第１の成長圧力及び
該第２の成長圧力の一方は１気圧以上である、半導体多
層の結晶成長方法。 - 【請求項８】 前記複数の第２の原料ガスを前記成長室
内へ導入する工程の前に、該反応室の圧力を実質的に１
気圧以下にする工程を更に包含する、請求項７に記載の
複数の半導体層を成長させる方法。 - 【請求項９】 前記成長室は第１の副成長室と第２の副
成長室を備え、前記第１の半導体層を該第１の副成長室
で成長させ、前記第２の半導体層を該第２の半導体層で
成長させる、請求項７記載の複数の半導体多層の結晶成
長方法。 - 【請求項１０】 前記第１の成長圧力及び前記第２の成
長圧力の一方は１気圧以上であり、他方は１気圧以下で
ある、請求項７記載の半導体多層の結晶成長方法。 - 【請求項１１】 前記１気圧以上の成長圧力で成長させ
られる半導体層は少なくとも第１及び第２の構成元素か
らなり、前記第１の温度における該第１の構成元素の飽
和蒸気圧は該第２の構成元素の飽和蒸気圧よりも高くな
っており、前記成長圧力を構成する分圧のうち、該第１
の構成元素を含む原料ガスの分圧は該第２の構成元素を
含む原料ガスの分圧よりも高くなっている、請求項７に
記載の半導体多層の結晶成長方法。 - 【請求項１２】 前記１気圧以上の成長圧力で成長され
る半導体層を１気圧以下の低圧に保ちながら前記半導体
層を加熱した場合、前記半導体層を構成する元素の少な
くとも１つが該半導体層から実質的に脱離して該半導体
層が分解を始める分解温度以上の温度で前記基板を加熱
する、請求項７に記載の半導体多層の結晶成長方法。 - 【請求項１３】 前記半導体層はＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体及びカルコパイライト系半導
体のうちの一つを含む請求項７から１２のいずれかに記
載の半導体多層の結晶成長方法。 - 【請求項１４】 前記構成元素の１つにセレン及び硫黄
の少なくとも一方を含む、請求項１３に記載の半導体多
層の結晶成長方法。 - 【請求項１５】 前記構成元素に窒素を含む、請求項１
３に記載の半導体多層の結晶成長方法。 - 【請求項１６】 第１の半導体層を構成する元素を含む
複数の第１の原料ガスであって、このうち少なくとも１
種類は有機金属化合物である複数の第１の原料ガスを成
長室内へ導入する工程と、 該成長室の圧力を１気圧以上の第１の成長圧力を保ちな
がら、第１の温度に加熱された基板の表面近傍において
該第１の原料ガスを分解させることにより、該基板上に
該第１の半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、 該第１の半導体層をエピタキシャル成長中、該成長室の
圧力を該第１の成長圧力に保ちながら、該第１の温度よ
りも低い第２の温度に該基板の温度を下げ、その後、該
成長室の圧力を１気圧以下の第２の成長圧力に変化させ
る工程と、 第２の半導体層を構成する元素を含む複数の第２の原料
ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機金属化
合物である複数の第２の原料ガスを該成長室内へ導入す
る工程と、 該成長室内の圧力を該第２の成長圧力を保ちながら、該
第２の温度に加熱された基板の該第１の半導体層の表面
近傍において該原料ガスを分解させることにより、該第
１の半導体層上に該第２の半導体層をエピタキシャル成
長させる工程と、 第３の半導体層を構成する元素を含む複数の第３の原料
ガスであって、このうち少なくとも１種類は有機金属化
合物である複数の第３の原料ガスを該成長室内へ導入す
る工程と、 該成長室の圧力を該第２の成長圧力に保ちながら、該第
２の温度よりも高い第３の温度に該基板の温度を上昇さ
せ、その後、該成長室の圧力を１気圧以上の第３の成長
圧力に変化させる工程と、 該成長室内の圧力を該第３の成長圧力を保ちながら、該
第３の温度に加熱された基板の該第２の半導体層の表面
近傍において該原料ガスを分解させることにより、該第
２の半導体層上に該第３の半導体層をエピタキシャル成
長させる工程とを包含する、半導体多層の結晶成長方
法。 - 【請求項１７】 前記第１及び第３の半導体層はＺｎＭ
ｇＳＳｅからなり、前記第２の半導体層はＺｎＳｅ及び
ＺｎＣｄＳｅの超格子構造からなる、請求項１６に記載
の半導体多層の結晶成長方法。
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