JPS5826656B2 - ３−５ ゾクカゴウブツハンドウタイエピタキシヤルセキソウケツシヨウノ セイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、Ｉ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル積層
結晶の製造方法に関するものである。

Ｉ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置には、複雑な
不純物濃度分布を有する多層構造やきれいな接合界面を
有するエピタキシャル積層結晶を要求するものが多い。

ある半導体装置では急峻に変化する不純物濃度分布を要
求し、またある半導体装置では極めてきれいな接合界面
を得るため種結晶基板に触れることなく瞬時にエツチン
グ状態から成長状態へ切換えさらにまたエツチング状態
へ切換るなと、多種多様の難題が提出されているのが現
状である。

このような要求を満たすためには、通常実施されている
ような製造方法、すなわち、第１図に示すような気相成
長装置を用い、石英製反応管１内の上流域に■族元素を
供給する原料２を収納した原料ボートを、またその下流
域に種結晶基板３を設置し、■族元素を供給する原料ガ
ス４を流し、ドーピングガスもしくはエツチングガスあ
るいはまたドーピングガスとエツチングガスとを混合し
たガス５を種結晶基板３の近傍上流域に開口するガス導
入管６を通じて導入し、ガス導入管６の上流域に設けた
ガス開閉調節弁９によってガス５を制御する製造方法で
は不都合である。

なぜならば、このような通常の製造方法では、たとえガ
ス開閉調節弁９の制御が理想的に行われ得たとしても、
そうして制御されたガス５が種結晶基板３に到達して有
効に働くまでにかなりの時間遅れを生じ、かつ前記理想
的制御の結果からは遠くかけ離れ著るしく崩れた形で、
種結晶基板に影響を及ぼすようなことになってしまい、
例えば急峻な不純物濃度分布などが実現できなくなるな
どの欠点を除去し得ないからである。

この発明は、簡単な工夫により、このような欠点を取り
除き、ガス開閉調節弁での制御が忠実に再現し得るよう
にした■−■族化合物半導体エピタキシャル積層結晶の
製造方法を提供するものである。

この発明によれば、例えば第２図に示したように、石英
製反応管１１内にその上流側から下流側に向けて貫通す
る石英製ガス導入管１４を設け、しかもこのガス導入管
１４の種結晶基板１３近傍上流域に相当する位置の管壁
の一部に窓１５を開き、さらにこのガス導入管１４のこ
の窓１５よりも下流にガス開閉調節弁１８を設け、この
ガス開閉調節弁１８を開けたときガス導入管１４内を流
れるドーピングガス１７もしくはエツチングガス１７あ
るいはまたドーピングガスとエツチングガスとを混合し
たガス１７の流速が反応管１１内の窓１５付近を流れる
ソース反応を経た原料ガス１６の流速よりも犬となるよ
うにして前記ガス導入管１４内のガス１７が窓１５を通
じて反応管１１内に漏入しないようにし、前記ガス開閉
調節弁１８を絞った状態にして、ドーピングガス１７を
窓１５を通じて反応管１１内に漏入して種結晶基板１３
上に急峻な不純物濃度分布を有するドーピング層を形成
しもしくはエツチングガス１７を窓１５を通じて反応管
１１内に漏入して種結晶基板１３表面をエツチングしあ
るいはまたドーピングガスとエツチングガスとを混合し
たガス１Ｔを窓１５を通じて反応管１１内に漏入して極
めて急峻な不純物濃度分布を有するドーピング層を形成
するＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャル積層結晶の製
造方法を得る。

すなわち、この発明によれば、ガス開閉調節弁１８を開
けた状態では、ガス導入管１４内を流れるガス１７は、
窓１５の付近での流速が反応管１１内を流れるガス１６
の流速よりも犬であるため圧力は小さく、窓１５を通じ
て反応管１１内へは流出し得す、むしろ反応管１１内を
流れるガス１６が窓を通じてガス導入管１４内に流入す
る。

換言すれば、ガス導入管１４内を常時貫流するドーピン
グガス１７もしくはエツチングガス１７あるいはまたド
ーピングガスとエツチングガスとを混合したガス１γは
、ガス開閉調節弁１８が開いた状態にあっては、伺ら種
結晶基板１３に対し有意な影響を与えることはない。

一方ガス開閉調節弁１８を絞り込んでいけば、所望によ
ち常時ガス導入管１４を貫流させであるドーピングガス
１７もしくはエツチングガス１７あるいはまたドーピン
グガスとエツチングガスとを混合したガス１７が、窓１
５を通じて反応管１１内に漏れ出るように流入し、所望
の有意な影響を種結晶基板１３に与えることになる。

この発明の最大の利点は、ガス開閉調節弁１８による制
御の結果がすみやかにしかも再現性良く種結晶基板１３
に及ぶことであり、それにより従来は実現困難とされた
複雑な不純物濃度分布を有する多層構造や極めて急峻な
不純物濃度分布あるいはまた極めてきれいな接合界面な
どを容易に実現し組み合わせ得るようになったことであ
る。

以下、具体的な例を挙げてこの発明について説明する。

各実施例について、気相成長装置は第２図に示したもの
を共用するが、これは説明の便宜からであって、他に実
施し得る変形例が存在しないということでは決してない
。

実施例 １ ガス１７にドーピングガスを使用した例；この実施例で
は、■族元素を供給する原料１２としてはガリウム（Ｇ
ａ）単体を、種結晶基板１３としては砒化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）単結晶ウェハーを、ガス１６としては■族元素
を供給する原料ガスである三塩化砒素（Ａ ｓ Ｃｌｌ
ｓ ）とキャリアガスである水素（Ｈ２）との混合ガス
を、ガス１７としてはドーピングガスである硫化水素（
Ｈ２Ｓ）とキャリアガスである水素（Ｈ２）との混合ガ
スをそれぞれ使用し、硫黄（Ｓ）を急峻な不純物濃度分
布でドーピングしたＧａＡｓエピタキシャル成長層を製
造する。

いま、石英製ガス導入管１４内を流れるガス１７の流速
は、ガス開閉調節弁１８を開けた状態で、石英製反応管
１１内の窓１５付近を流れるガス１６の流速よりも犬と
しておく。

するとガス導入管１４内の圧力の方が反応管１１内の圧
力よりも小であるため、ガス１７は反応管１１内へは漏
入しない。

ここでガス開閉調節弁１８を階段状に絞り込んでいけば
、窓１５付近の圧力バランスが崩れ、絞り込みの大きさ
に見合っただけのガス１７が反応管１１内に流入して、
種結晶基板１３上に成長しつつあるエピタキシャル成長
層中に不純物Ｓが階段状にドーピングされる。

この場合ガス１７は、常に窓１５付近に存在し、その流
速のみを制御することにより窓１５からの漏入が制御さ
れるため、従来の製造方法に比らべて、ガス導入管上流
に設けられたガス開閉調節弁から開口して終る端部に達
するまでに要する時間遅れやガス拡散等による流量変化
の形状の崩れが生ぜず、極めて応答が良い。

実施例 ２ ガス１７にエツチングガスを使用した例：この実施例で
は、■族元素を供給する原料１２としてはＧａ単体を、
種結晶基板１３としてはＧａＡｓ単結晶ウェハーを、ガ
ス１６としては■族元素を供給する原料ガスであるＡｓ
Ｃｌ３とキャリアガスであるＨ２との混合ガスを、ガス
１７としてはエツチングガスである塩化水素（ＨＣｌ）
とキャリアガスであるＨ２との混合ガスをそれぞれ使用
する。

ガス開閉調節弁１８を閉じては種結晶基板１３の表面を
エツチングして清浄にし、ガス開閉調節弁１８をある程
度間いて成長とエツチングとを釣り合わせて成長を中断
し、ガス開閉調節弁１８を一瞬にして全開し所望の成長
速度で即エピタキシャル成長させる、といった制御が極
めて応答良くなし得る。

実施例 ３ ガス１７にドーピングガスとエツチングガスとを混合し
たガスを使用した例； 実施例１あるいは実施例２を使用して急峻な不純物濃度
分布を有する接合界面の極めてきれいな多層エピタキシ
ャル成長層が得られることは、あらためて説明する必要
もないであろう。

この実施例では、より急峻な、極めて不純物濃度の飛躍
が大きい階段状のエピタキシャル成長層を製造する方法
を説明する。

この実施例のねらいは、実施例１で述べたこの発明の効
果を生かして鋭い階段状のドーピングを行いつつ、実施
例２で述べたこの発明の効果を生かした鋭い階段状のエ
ピタキシャル成長速度低下を併せて実施して、結果とし
て極めて急峻な不純物濃度分布を持ち不純物濃度飛躍が
大きい階段状のエピタキシャル成長層を製造することに
ある。

この実施例では、■族元素を供給する原料１２としては
Ｇａ単体を、種結晶基板１３としてＧ ａ Ａｓ単結晶
ウェハーを、ガス１６としては■族元素を供給する原料
ガスであるＡｓＣｌ３とキャリアガスであるＨ２との混
合ガスを、ガス１７としてはドーピングガスであるＨ２
ＳとエツチングガスであるＨＣ７とキャリアガスである
Ｈ２との混合ガスをそれぞれ使用する。

ガス開閉調節弁１８による制御機構は実施例１および実
施例２の説明から充分理解し得ると思われるので省略す
る。

第３図に示したのは、この発明の詳細な説明するための
図であり、図中２０はこの実施例３によって得たＧａＡ
ｓエピタキシャル成長層の不純物濃度分布であり、２１
は従来の製造方法を組み合わせ努力して得た結果である
。

以上３つの実施例では、この発明の効果が端的に表現し
得るために、主に階段状の不純物濃度分布を得ようとす
る例を挙げたが、例もこの発明が階段状のものにのみ適
用し得るということではない。

例えば単調増減や任意の形状の不純物濃度分布も容易に
実現し得る。

このときこの発明の利点は、ガス開閉調節弁による制御
の応答が極めて良く、しかもその再現性が極めて良いと
いった形で現われる。

さらにまた以上述べた実施例では、Ｉ−Ｖ族化合物半導
体としてＧａＡｓのみの例を、またその反応系としても
Ｇａ／ＡｓＣｌ３／Ｈ２系でのみ、説明したが、この発
明がこれらの例に限定されるものでないことは当然であ
る。

他の反応系はもちろん、他のＩ−Ｖ族化合物半導体に適
用し得ることは当然である。

またドーピングガスとしてはもっばらＨ２Ｓのみを用い
たが、他の■族もしくは■族あるいはまた■族元素の単
体ガスや気体状化合物が使用し得ることもまた当然であ
る。

さらにまたエツチングガスとしてもＨＣ７のみではなく
、他の例えばＣ１２やＡｓＣ４やＰＣｌ３などが有用で
ある例があることもまた当然である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の製造方法を説明するための図であり、第
２図はこの発明による典型的な例を説明するための図で
ある。 図中、１および１１は石英製反応管を、２および１２は
■族元素を供給する原料を、３および１３は種結晶基板
を、６はガス導入管を、８および１９は炉を、９および
１８はガス開閉調節弁を、１４は窓１５を有するガス導
入管をそれぞれ示す。 第３図は、努めて急峻な不純物濃度分布を得ようとした
ときの、従来の製造方法による結果の一例２１とこの発
明による結果の一例２０とを比較して示した不純物濃度
分布図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 石英製反応管内にその上流側から下流側に向けて貫
   通する石英製ガス導入管を設け、しかもこのガス導入管
   の種結晶基板近傍上流域に相当する位置の管壁の一部に
   窓を開き、さらにこのガス導入管のこの窓よりも下流に
   ガス開閉調節弁を設け、このガス開閉調節弁を開けたと
   きガス導入管内を流れるドーピングガスもしくはエツチ
   ングガスあるいはまたドーピングガスとエツチングガス
   とを混合したガスの流速が反応管内を流れるソース反応
   を経た原料ガスの流速よりも犬となるようにして前記ガ
   ス導入管内のガスが窓を通じて反応管内に漏入しないよ
   うにし、前記ガス開閉調節弁を絞っては、ドーピングガ
   スを窓を通じて反応管内に漏入して種結晶基板上にドー
   ピング層を形成しもしくはエツチングガスを窓を通じて
   反応管内に漏入して種結晶基板表面をエツチングしある
   いはまたドーピングガスとエツチングガスとを混合した
   ガスを窓を通じて反応管内に漏入してドーピング層を形
   成する■−■族化合物半導体エピタキシャル積層結晶の
   製造方法。