JPS58194329A - 3−v族混晶半導体の気相エピタキシヤル成長方法 - Google Patents
3−v族混晶半導体の気相エピタキシヤル成長方法Info
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- JPS58194329A JPS58194329A JP57077820A JP7782082A JPS58194329A JP S58194329 A JPS58194329 A JP S58194329A JP 57077820 A JP57077820 A JP 57077820A JP 7782082 A JP7782082 A JP 7782082A JP S58194329 A JPS58194329 A JP S58194329A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はI−V族混晶半導体エピタキシャル成長におい
て、基板と格子定数の異なるエピタキシャル層を成長せ
しめようとする際の最初に基板の格子定数に一致する組
成かられずかづつ混晶組成を変化させた層を成長させな
がら、最終的に希望する組成を有する混晶に至るグレー
テツド層の組成制御に関するものである。
て、基板と格子定数の異なるエピタキシャル層を成長せ
しめようとする際の最初に基板の格子定数に一致する組
成かられずかづつ混晶組成を変化させた層を成長させな
がら、最終的に希望する組成を有する混晶に至るグレー
テツド層の組成制御に関するものである。
1−V族混晶牛導体において例えばIn−Ga−As−
P 系では、禁制帯幅はInAsの0.36eVからG
aPの2.25eVまで組成を変化させることによって
種々の禁制帯幅を有する混晶が可能で。
P 系では、禁制帯幅はInAsの0.36eVからG
aPの2.25eVまで組成を変化させることによって
種々の禁制帯幅を有する混晶が可能で。
赤外領域から可視領域までレーザダイオード、発光ダイ
オード、受光素子等の光デバイスとして幅広い応用が考
えられる。しかしながら、基板となるバルク結晶はIn
P、GaAs%GaPの2 元化合物以外には作製する
ことが非常に困難なために、その上のエピタキシャル層
もこれらの基板と格子定数が一致する組成を有する結晶
に限られている・このために、前述の4元素混晶ではI
nP基板を用いた場合1こは禁制帯幅で0.75eV
〜1.28eV。
オード、受光素子等の光デバイスとして幅広い応用が考
えられる。しかしながら、基板となるバルク結晶はIn
P、GaAs%GaPの2 元化合物以外には作製する
ことが非常に困難なために、その上のエピタキシャル層
もこれらの基板と格子定数が一致する組成を有する結晶
に限られている・このために、前述の4元素混晶ではI
nP基板を用いた場合1こは禁制帯幅で0.75eV
〜1.28eV。
GaAa基板を用いた場合には1.43 eV〜1.8
8eVの混晶に限られていた。この範囲を、従来容易に
入手できる基板を用いて拡大することを可能にした技術
がグレーデツド層の考え万である。すなわち、格子定数
が基板と大きく異なる結晶を基板上に無理に成長させた
場合、その界面から多数の転位が入り、結晶性が大きく
そこなわれ1表面状態も悪化して実用的な結晶を得るこ
とができない。
8eVの混晶に限られていた。この範囲を、従来容易に
入手できる基板を用いて拡大することを可能にした技術
がグレーデツド層の考え万である。すなわち、格子定数
が基板と大きく異なる結晶を基板上に無理に成長させた
場合、その界面から多数の転位が入り、結晶性が大きく
そこなわれ1表面状態も悪化して実用的な結晶を得るこ
とができない。
しかし、極くわずかな格子定数の差(Δa/a<IXI
(1”Δ1:基板の格子定数とその上に成長させようと
する結晶の格子定数の差、a:基板の格子定数)の場合
には、転位の導入も比較的少なく鏡面性の良いエピタキ
シャル層が成長することを利用して。
(1”Δ1:基板の格子定数とその上に成長させようと
する結晶の格子定数の差、a:基板の格子定数)の場合
には、転位の導入も比較的少なく鏡面性の良いエピタキ
シャル層が成長することを利用して。
格子定数をエピタキシャル層の成長方向に混晶の組成比
を変えることによって少しづつ変化させ、最終的に希望
する組成を有するエピタキシャル層を得ようとするもの
である。ところで、従来のグレーデツド層の組成を変化
させる方法として、In/Ga/Hcj/PH3法によ
るInGaPを例にとって説明する1例えばImo、3
0m0.7Pのエピタキシャル層を得たい時、この混晶
の格子定数(s、577A)に一致する格子定数を有す
る基板は入手不可能なためh GaAm基板を用いて前
述したグレーデツド層の技術により結晶成長を行なおう
とすると、最初にGmAsの格子定数に一致する組成の
In、、GへP(x=(LSI)を成長させ1次第に金
属Gaソース上に供給するHcノガスの量を増加させて
、結晶中のGa量を増加させ、最後に希望するInGa
Pの組成を得る方法が用いられている。従来法では。
を変えることによって少しづつ変化させ、最終的に希望
する組成を有するエピタキシャル層を得ようとするもの
である。ところで、従来のグレーデツド層の組成を変化
させる方法として、In/Ga/Hcj/PH3法によ
るInGaPを例にとって説明する1例えばImo、3
0m0.7Pのエピタキシャル層を得たい時、この混晶
の格子定数(s、577A)に一致する格子定数を有す
る基板は入手不可能なためh GaAm基板を用いて前
述したグレーデツド層の技術により結晶成長を行なおう
とすると、最初にGmAsの格子定数に一致する組成の
In、、GへP(x=(LSI)を成長させ1次第に金
属Gaソース上に供給するHcノガスの量を増加させて
、結晶中のGa量を増加させ、最後に希望するInGa
Pの組成を得る方法が用いられている。従来法では。
このように金層ソース上のHclガス量を変化させて組
成を変える方法が広く用いられていた。しかしながら、
この方法では、金層ソースと反応するHcl量がつねに
変化するため1反応の安定性が悪く希望する組成が得に
くいという欠点があった。
成を変える方法が広く用いられていた。しかしながら、
この方法では、金層ソースと反応するHcl量がつねに
変化するため1反応の安定性が悪く希望する組成が得に
くいという欠点があった。
グレーデツド層の格子定数の変化の割合は前述したよう
にかなり小さな範囲で制御しなければならないが、それ
がこのような反応の不安定性が生じた場合(こは制御困
難となり良好なグレーデツド層を得ることができない。
にかなり小さな範囲で制御しなければならないが、それ
がこのような反応の不安定性が生じた場合(こは制御困
難となり良好なグレーデツド層を得ることができない。
本発明は、このような従来の欠点を除去せしめて、金層
ソースと反応するガスは常に一定流量に保って反応の安
定性を確保し、金属ソースと基板の中間領域に導入した
組成制御用ガス流量のみに・1゜ よって組成を制御して、良好なグレーデツド層を得る気
相成長方法を提供することにある。
ソースと反応するガスは常に一定流量に保って反応の安
定性を確保し、金属ソースと基板の中間領域に導入した
組成制御用ガス流量のみに・1゜ よって組成を制御して、良好なグレーデツド層を得る気
相成長方法を提供することにある。
この組成制御用ガス導入による組成の変化は熱力学的考
察によって説明できる。In/Ga/Hel/PHs系
によるInGaPの気相成長を例にとると、この系の基
板領域での反応は 口acl+MP、+%H,;:GmP+Hcl (
111ncl+%P4 +MH2: InP+Hc l
121’PH,:P、 + ’/、H2(33 P 4 :2 P 2 (411
1)〜(4)式によって表わされる。これらの反応式と
InGaP中のGap、Iapの活動匿を考慮すること
によって原料ガス濃度に対する成長層のInと01の組
成を決定することができる。従来の方法で混晶組成を変
化させる場合には、璽属金属上に供給するHCノガス#
度を変化させる方法が用いられている。これは、+11
%+21式のGac、fもしくはInc、J#度が変化
して組成が変化することを利用したものであるが、本発
明による組成制御用ガス(この町ではHcl)導入によ
る組成制御は、 (tub (21式の反応を左側に進
め、析出しようとするGmPm1nPを抑制する作用を
利用して行なうものである。第1図に全l族塩化物II
IIILに対して導入したH6!ガスの割合番ζ対する
組成変化の様子の計算値を示した一Hcj、ガスを導入
しない状態でGaAm基板に格子定数が一致したI r
s 1−x G a xPの組成(x=051)が得ら
れるように原料ガスの濃度を設定した。この図から例え
ばx = 0.7のInGaPをGaAs基板上に成長
させる場合、まず、組成制御用の)(c Jガスを導入
しないでG a A m基板に格子定数が一致した組成
を有するIn Ga P(x=0.51)を成1
−X X 長させ、除々に導入するHcノ′ガス泥量を増加させて
グレーデツド層を形成し最終的に全l族塩化物量に対す
るHc、5ガスの割合が1.3チ程Illこなるように
すれば、I族金属ソース(こ供給する)(CIガス流量
を変えることなく、希望する組成を有するInGmPエ
ピタキシャル層を成長することができる。
察によって説明できる。In/Ga/Hel/PHs系
によるInGaPの気相成長を例にとると、この系の基
板領域での反応は 口acl+MP、+%H,;:GmP+Hcl (
111ncl+%P4 +MH2: InP+Hc l
121’PH,:P、 + ’/、H2(33 P 4 :2 P 2 (411
1)〜(4)式によって表わされる。これらの反応式と
InGaP中のGap、Iapの活動匿を考慮すること
によって原料ガス濃度に対する成長層のInと01の組
成を決定することができる。従来の方法で混晶組成を変
化させる場合には、璽属金属上に供給するHCノガス#
度を変化させる方法が用いられている。これは、+11
%+21式のGac、fもしくはInc、J#度が変化
して組成が変化することを利用したものであるが、本発
明による組成制御用ガス(この町ではHcl)導入によ
る組成制御は、 (tub (21式の反応を左側に進
め、析出しようとするGmPm1nPを抑制する作用を
利用して行なうものである。第1図に全l族塩化物II
IIILに対して導入したH6!ガスの割合番ζ対する
組成変化の様子の計算値を示した一Hcj、ガスを導入
しない状態でGaAm基板に格子定数が一致したI r
s 1−x G a xPの組成(x=051)が得ら
れるように原料ガスの濃度を設定した。この図から例え
ばx = 0.7のInGaPをGaAs基板上に成長
させる場合、まず、組成制御用の)(c Jガスを導入
しないでG a A m基板に格子定数が一致した組成
を有するIn Ga P(x=0.51)を成1
−X X 長させ、除々に導入するHcノ′ガス泥量を増加させて
グレーデツド層を形成し最終的に全l族塩化物量に対す
るHc、5ガスの割合が1.3チ程Illこなるように
すれば、I族金属ソース(こ供給する)(CIガス流量
を変えることなく、希望する組成を有するInGmPエ
ピタキシャル層を成長することができる。
次に1本発明を実施例1ζ基づき1図を参照しながら詳
述する。
述する。
実施例
第2図および第3図は本発明の一実施偶を示し。
本発明を用いて01人S基板上にIn6.10m(1,
7Pを成長させた例について説明する。
7Pを成長させた例について説明する。
lは石英反応管で上流部は二つのmmに別かれて。
h[には、インジウムソース2.下段にはガリウムソー
ス3が設置されている。これらの金属ソースと導入管4
および5から導入されたHcfiガスとが反応しそれぞ
れInct、Gac5となって下流に運ばれる、そこで
導入管6から導入されたPH,ガスと反応しOa A
s基板7にInGaPがエピタキシャル層長する6組成
制御のためのHCJガスは導入管6を通して導入した。
ス3が設置されている。これらの金属ソースと導入管4
および5から導入されたHcfiガスとが反応しそれぞ
れInct、Gac5となって下流に運ばれる、そこで
導入管6から導入されたPH,ガスと反応しOa A
s基板7にInGaPがエピタキシャル層長する6組成
制御のためのHCJガスは導入管6を通して導入した。
インジウムソース、ガリウム“ン=ス上tC流すHCJ
ガスの流通はそれぞれ。
ガスの流通はそれぞれ。
10 cc/mi flTh o、 3 c c/m
i fIbPH,ガス流量は10cc/minであり、
H2ガスで希釈した全流量は2600cc/m i n
とした。I族金属ソース温If80(PC,InGaP
成長温置は75o℃Iこ設定した。まず上記の流量条件
で第3図(こ示したようにGaAa基板10に完全に格
子定数が一致したI n 1−xG a xP (x
= 0.51 ) l 1を2μ喝の厚さ憂こ成長した
。引きつづいて組成制御用のHcLガスを導入しグレー
デツド層12を形成した後h I n O,30m 5
.7 P層13を5μ隅の厚さに成長させた。
i fIbPH,ガス流量は10cc/minであり、
H2ガスで希釈した全流量は2600cc/m i n
とした。I族金属ソース温If80(PC,InGaP
成長温置は75o℃Iこ設定した。まず上記の流量条件
で第3図(こ示したようにGaAa基板10に完全に格
子定数が一致したI n 1−xG a xP (x
= 0.51 ) l 1を2μ喝の厚さ憂こ成長した
。引きつづいて組成制御用のHcLガスを導入しグレー
デツド層12を形成した後h I n O,30m 5
.7 P層13を5μ隅の厚さに成長させた。
グレーデツド層は1時間の成長時間で75μ冑の厚さに
亘って、除々に組成制御用のHc、lガスを増加させて
形成し最終的に0.15 cc/minのHeχガスを
導入してI n 、、、 Ga0.7 P 4を成長さ
せた。成長層の表面は鏡面であり、基板の転位密度に比
較して成長層表面の転位密度に顕著な増加は観察されず
5本発明の効果が明らかとなった。
亘って、除々に組成制御用のHc、lガスを増加させて
形成し最終的に0.15 cc/minのHeχガスを
導入してI n 、、、 Ga0.7 P 4を成長さ
せた。成長層の表面は鏡面であり、基板の転位密度に比
較して成長層表面の転位密度に顕著な増加は観察されず
5本発明の効果が明らかとなった。
第1図はHcJlガス導入lこよる1nGaPの組成変
化を熱力学平衡計算から求めたもので横軸は全I族塙化
物濃1+こ対する導入したHcノガスa度の割合を優単
位で示したもの、a軸はl n () a PのGaの
組成比を示す。 第2図は本発明の実施例Iこ用いたInGaP気相工1
″′“0″ti′li″鵠0ヒ601・0j1中、lは
反応管、2はインジウムソース、3はガリウムソース、
4,5は■族金属輸送用He、J!ガスと希釈用H,ガ
スの導入管、6はH2ガスて希釈されたPH,ガスおよ
びグレーデツド層の組成制御用のHc、ffガスの導入
管、7は基板結晶、を示す。 第3図は+j!檜例でGaAs基板上に成長じたエピタ
キシャル層の断面構造を模式的に表わしたもので、1G
はGaAsI&板結晶、11はG a A sの格子定
数に一すした組成を有するInGaPb 12 は組成
が次第に変化しているInGaPのグレーデッド、
層、13は最終的に得ようとした1nGaP層をそれぞ
れ示す。 代理人弁理士 内 原 晋 、 ・X2−・ノ・ f 1 胆 HCア/(GoCI+InC1) r %ノ矛 2記
化を熱力学平衡計算から求めたもので横軸は全I族塙化
物濃1+こ対する導入したHcノガスa度の割合を優単
位で示したもの、a軸はl n () a PのGaの
組成比を示す。 第2図は本発明の実施例Iこ用いたInGaP気相工1
″′“0″ti′li″鵠0ヒ601・0j1中、lは
反応管、2はインジウムソース、3はガリウムソース、
4,5は■族金属輸送用He、J!ガスと希釈用H,ガ
スの導入管、6はH2ガスて希釈されたPH,ガスおよ
びグレーデツド層の組成制御用のHc、ffガスの導入
管、7は基板結晶、を示す。 第3図は+j!檜例でGaAs基板上に成長じたエピタ
キシャル層の断面構造を模式的に表わしたもので、1G
はGaAsI&板結晶、11はG a A sの格子定
数に一すした組成を有するInGaPb 12 は組成
が次第に変化しているInGaPのグレーデッド、
層、13は最終的に得ようとした1nGaP層をそれぞ
れ示す。 代理人弁理士 内 原 晋 、 ・X2−・ノ・ f 1 胆 HCア/(GoCI+InC1) r %ノ矛 2記
Claims (1)
- 組成が次第に変化しているグレーデツト層を基板上に形
成する気相エピタキシャル成長方法において、金属ソー
スと反応することなく前記基板にまで到達するように、
グレーデツト層の組成制御用ガスを新たに導入すること
を特徴とした厘−■族混晶半導体の気相エピタキシャル
成長万沃。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57077820A JPS58194329A (ja) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | 3−v族混晶半導体の気相エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP57077820A JPS58194329A (ja) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | 3−v族混晶半導体の気相エピタキシヤル成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58194329A true JPS58194329A (ja) | 1983-11-12 |
Family
ID=13644667
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP57077820A Pending JPS58194329A (ja) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | 3−v族混晶半導体の気相エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS58194329A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5348911A (en) * | 1987-06-30 | 1994-09-20 | Aixtron Gmbh | Material-saving process for fabricating mixed crystals |
CN1300826C (zh) * | 2004-07-30 | 2007-02-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 改进氢化物气相外延生长氮化镓结晶膜表面质量的方法 |
-
1982
- 1982-05-10 JP JP57077820A patent/JPS58194329A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5348911A (en) * | 1987-06-30 | 1994-09-20 | Aixtron Gmbh | Material-saving process for fabricating mixed crystals |
CN1300826C (zh) * | 2004-07-30 | 2007-02-14 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 改进氢化物气相外延生长氮化镓结晶膜表面质量的方法 |
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