JPS59207896A - 無機化合物単結晶薄膜の気相エピタキシヤル成長方法 - Google Patents

無機化合物単結晶薄膜の気相エピタキシヤル成長方法

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JPS59207896A
JPS59207896A JP8044283A JP8044283A JPS59207896A JP S59207896 A JPS59207896 A JP S59207896A JP 8044283 A JP8044283 A JP 8044283A JP 8044283 A JP8044283 A JP 8044283A JP S59207896 A JPS59207896 A JP S59207896A
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JP
Japan
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single crystal
thin film
epitaxial growth
crystal substrate
substrate
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Pending
Application number
JP8044283A
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English (en)
Inventor
Hisanori Fujita
尚徳 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Kasei Polytec Co
Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
Mitsubishi Monsanto Chemical Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Kasei Corp, Mitsubishi Monsanto Chemical Co filed Critical Mitsubishi Kasei Corp
Priority to JP8044283A priority Critical patent/JPS59207896A/ja
Publication of JPS59207896A publication Critical patent/JPS59207896A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02Epitaxial-layer growth

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、凹凸がなく平坦な表面を有する周期律表第m
族及び第V族元素からなる無機化合物(以下r■−v族
化合物」という。)単結晶薄膜の気相エピタキシャル成
長法に関する。
GaAs 、 GaP 、 GaAs1−xPx (0
< x < / ) 。
Ga1−yAtyAs (0< y < / )等の■
−V族化合物は可視、赤外領域の発光ダイオードその他
の半導体素子の製造に広く用いられている。特に、Ga
As1−xPxば、混晶率Xを変化させることにより赤
〜緑のいわゆる中間色の発光ダイオードを製造すること
ができるので広く用いられているか、かかる混晶の単結
晶薄膜、いわゆるエピタキシャル膜は、混晶率の変化が
液相エピタキシャル成長方法(LPE法)よしも容易で
ある気相−エピタキシャル成長方法(VPE法)により
製造される場合が多い。
気相エピタキシャル成長方法によシ製造された■−■族
化合物単結晶薄膜の表面にはピラミッド(pyrami
d ) +ヒルロック(hill rock )等と称
される異常成長に基づく突起が生じ、あるいは、表面に
微細な凹凸が発生して表面が荒れる、いわゆるラフ(r
ough )状態となるという問題があった。
上述のような表面状態の不良な■−■族化合物単結晶e
−−薄膜を用いて発光ダイオードその他の半導体素子を
製造すると、製品の歩留り(良品率)が低下するので、
かかる問題点の解決を図ることが必要とされていた。
本発明者は、かかる問題点を解決して、表面状態の良好
1nx−v族化合物単結晶薄膜を製造する方法を開発す
ることを目的として鋭意研究を重ねた結果、上述の問題
点が昇温工程において単結晶基板から第V族元素が揮散
することに起因することを見出して本発明に到達したも
のであって、上記の目的は、単結晶基板表面上に■−■
族化合物単結晶薄膜を気相エピタキシャル成長させる方
法において、単結晶基板として■−V族化合物単結晶基
板を用い、上記単結晶基板に用いられる無機化合物を構
成する第V族元素単体または化合物からなる蒸気を少な
くとも0.0 / !iモル%含有するガスを上記単結
晶基板の温度が汐00℃を超え4ない時点から供給しつ
つ上記単結晶基板の温度を気相エビクキシャル成長を実
施する温度まで昇温させる方法により達せられる。
単結晶薄膜の製造に用いられるlfl −V族化合物と
してはGaAs 、GaP、GaAs1−xPx (0
<x< / ) 。
Ga!−y−A4yAs (0<y</ )、■nP、
工nAs、工nAs1−xPx(O<x</)、■n1
9b等が挙げられる。
単結晶基板に用いられる■−■族化合物としては、単結
晶簿膜の製造に用いられる■−■族化合物と同一である
かまたは格子定数の差が小さい■−■族化合物を用いる
と転位の発生がおさえられるのでよシ好ましい。例えば
GaAs1−xPx単結晶薄膜を気相エピタキシャル成
長させる場合には、/≧X≧O5の領域で通常GaP基
板が用いられる。寸だ、0≦X≦O,Sの範囲内では、
rJ a AS基板が好ましく、さらに、Ga 1− 
yAAyA s(0≦At≦/)の場合もGaAs基板
を用いることが好ましい。
単結晶基板の表面としては、(/θ0)面に対してa〜
10°′程度傾いた面が好ましい。
気相エビクキンヤル成長に用いられるガス組成は特に制
限はないが、AsH3−()a、−HO2−H2系。
PH3−Ga −HCt −H2系、 AsH3−PH
3−Ga−HCtt−H2系。
AsH3(PH3) −Ga(OH3)3− H2系、
 ABc13− Ga −H2系等が、 GaA3.G
aP、GaASl−xPx等の成長に用いられる。その
他必要に応じて、H2S 、 H2Te、H2Se。
NH3等が不純物のドーピングに用いられる。
単結晶基板の昇温工程、で用いられる第V族元素成分と
しては元素単体の蒸気(AS4.P4等)でもよいが、
揮発性の高い化合物、例えばAsH3。
PH3等の水素化物、ASCt3 、 POt3等のノ
hロゲン化物等がより流量の制御が容易であるので好ま
しい。かかる第V族元素成分の供給は、基板の温度が5
00℃を超えない時点で開始しないと本発明の効果が発
揮されない。また、単結晶基板の温度は川−V族化合物
単結晶薄膜を成長させる温度である700〜1000℃
の範囲の温度まで昇温さぜる。供給する第V族元素成分
は上記単結晶基板を構成する第V族元素と同一の第V族
元素単体またはその化合物の蒸気を少なくとも0.0 
/ 3モル係含有するようにキャリアガス、通常は水素
ガス、アルゴン等に加えて供給しながら昇温する。
素の揮散に伴なう基板表面の荒れを防止する効果が々い
。また、第V族元素成分の濃度が0.0 / 5モル係
未満であっても本発明の効果は発揮されない。
第V族元素成分の濃度について特に上限はないが、経済
性、廃ガスの後処理の問題等から70モル係以下が好ま
しい。
その他の気相エピタキシャル成長に関する条件は通常の
条件による。
本発明方法によって成長さぜた■−■化合物単結晶薄膜
と単結晶基板の界面を、断面をスティンエッチした後顕
微鏡観察により検査したが2、単結晶基板の表面荒れが
観察されなかった。
また、本発明方法によって得られた単結晶薄膜の表面は
極めて平滑であり鏡面を呈していた。
続いて、実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに具
体的に説明する。
実施例/ 本発明に従い黄色(尖頭発光波長約sggo′A±λθ
A)発光ダイオードの製造に用いるGaA3’a1sP
o、B5 単結晶薄膜をGaP単結晶基板に以下の如く
して気相エピタキシャル成長させた。
まず、n型不純物として硫黄(S)が、?、4 X /
 O17原子個/ ad添加され、結晶学的面方位が(
10o)方向に約夕°偏付した面を有する()aP単結
晶;!I!l:板を用意した。
GaP単結晶基板は、初め約360μの厚さであったが
有機溶媒による脱脂工程に引き続いた機椋−化学的研磨
(Mechanical −chemical。
Polishing)処理により、300 μの厚さと
なった。
次に、内径70ttrm、長さ100−の水平型石英エ
ピタキシャル・リアクター内の所定の場所に、それぞれ
前記研磨済み()aP単結晶基板並びに高純度Ga入入
面石英ボートセットした。エピタキシャル・リアクター
内にアルゴン(Ar)を導入し空気を充分置換除去し、
次に、キャリヤーガスとして超高純度水素ガス(B2)
毎分3000鄭と濃度70%にB2で希釈した燐化水素
(PH3)毎分7CCを尋人し、Arの流れを止め昇温
工程に入った。前記Ga入り石英ポートセット領域並び
にGaP単結晶基板セット領域の温度がそれぞれg30
℃並びに基板の上方でqoo℃に下方でggo℃に保持
されていることを確認後、黄色発光ダイオード゛用Ga
Aso、、5”0.85単結晶膜の気相成長を行った。
エピタキシャル成長後半結晶基板を取り出し単結晶膜の
表面を観察したところ光沢を有する美しい表面に仕上っ
ていた○ 実施例ユ 下記の点以外は実施例/と同様にしてGaAs8.15
1)。8.単結晶膜を気相成長させた。GaP単結晶基
板をセットしアルゴンパージ後高純度水素を3000C
L1分で導入し昇温工程に入った0C)aP基板の上部
の温度がSOO℃になった時点で濃度70優に水素で希
釈した。燐化水素(PH3)を毎分Ω乙1ICCで導入
し、各温度設定が規定内に入ったのを確認した後にエピ
タキシャル成長を行った。
気相成長後、得られた単結晶膜の表面を観察しだところ
表面荒れが殆ど観察されなかった。
比較例 実施例/で用いた装置と同一装置を使用し黄色発光ダイ
オード用GaAs。、15PO,85単結晶膜をGaP
単結晶基板上に形成した。   − 即ち、硫黄が3’、3 X / 0’°原子個/ ar
lドープされ(10O)面より</10>方向に約S°
偏位した、n型GaP単結晶基板をセットし、エピタキ
シャル・リアクター内にアルゴン(Ar)を導入し、空
気を充分置換除去し次にキャリアガスとしての超高純度
水素ガス(B2)を毎分3000cI1.導入しArの
流れを止めて昇温工程に入った0GaP基板の上部の温
度が700℃になった時点で濃度10係に水素で希釈し
た燐化水素(PH3)を毎分uA’+ωで導入した。
次に前記Ga入り石英ボートセント領域並びにGaP単
結晶基板セット領域の温度がそれぞれg(10℃並びに
基板の上方で900℃、下方でggo℃に保持されてい
る事を確認後黄色発光ダイオード用GaASO,15P
O,85単結晶膜の気相成長を行った。
気相成長後、単結晶基板を取り出し単結晶膜の表面を観
察したところ、該表面の1以上に表面荒れが生じていた

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)単結晶基板表面上に周期律表第用族元素及び第V
    族元素からなる無機化合物単結晶薄膜を気相エピタキシ
    ャル成長させる方法において、単結晶基板として周期律
    表第■族元素及び第V族元素からなる無機化合物単結晶
    基板を用い、上記単結晶基板に用いられる無機化合物を
    構成する第V族元素単体または化合物からなる蒸気を少
    なくとも0.0 / j−モル飴含有するガスを、上記
    単結晶基板の温度がSOO℃を超えない時点t・ら供給
    しつつ上記単結晶基板の温度を気相エピタキシャル成長
    を実施する温度まで昇温することを特徴とする方法。
  2. (2)単結晶基板がGaPでありかつ、単結晶薄膜がG
    aAs1−xPx、 (0,3≦X≦7)である特許請
    求の範囲第1項記載の方法。
  3. (3)単結晶基板がGaAsであり、がっ、単結晶薄膜
    が GaAs1−xPx、  (0≦X≦o、s )ま
    たは Ga1−yAtyAs、 (0≦yく/)である
    特許請求の範囲第1項記載の方法。
JP8044283A 1983-05-09 1983-05-09 無機化合物単結晶薄膜の気相エピタキシヤル成長方法 Pending JPS59207896A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS621222A (ja) * 1985-04-10 1987-01-07 モトロ−ラ・インコ−ポレ−テツド 分子線エピタキシヤル成長法による実質的に滑らかな表面を有する単結晶エピタキシヤル層の成長方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5558519A (en) * 1978-10-24 1980-05-01 Nec Corp Vapor phase growth of 3-v group compound semiconductor

Patent Citations (1)

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