JPS61134014A - 多元混晶3−5族化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents
多元混晶3−5族化合物半導体の気相成長方法Info
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- JPS61134014A JPS61134014A JP25666884A JP25666884A JPS61134014A JP S61134014 A JPS61134014 A JP S61134014A JP 25666884 A JP25666884 A JP 25666884A JP 25666884 A JP25666884 A JP 25666884A JP S61134014 A JPS61134014 A JP S61134014A
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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】
(産業上の利用分野)
本発明は■−v族化合物半導体の気相成長方法、特に不
純物濃度が低い高純度な結晶が得られる多元混晶■−v
族化合物半導体の気相成長法に関する。
純物濃度が低い高純度な結晶が得られる多元混晶■−v
族化合物半導体の気相成長法に関する。
(従来技術とその問題点)
近年、多元混晶■−■族化合物半導体、例えばGaAs
、A/GaAs 、 I nP 、 I nGaAa
、 I nGaAsP等の材料を用いて種々の半導体
デバイスが作り出されている。このような半導体デバイ
スの製造において高純度のエピタキシャル層を得ること
が、デバイスの特性上要求される場合がある。例えば、
高純度化によって高い電子移動度を有する超高速デバイ
スを実現するため、あるいは受光素子等の逆バイアスデ
バイスにおける高速応答、低雑音等の特性を実現するた
め高純度エピタキシャル層が必要になってくる。
、A/GaAs 、 I nP 、 I nGaAa
、 I nGaAsP等の材料を用いて種々の半導体
デバイスが作り出されている。このような半導体デバイ
スの製造において高純度のエピタキシャル層を得ること
が、デバイスの特性上要求される場合がある。例えば、
高純度化によって高い電子移動度を有する超高速デバイ
スを実現するため、あるいは受光素子等の逆バイアスデ
バイスにおける高速応答、低雑音等の特性を実現するた
め高純度エピタキシャル層が必要になってくる。
従来、気相成長法によってm−v族化合物半導体の高純
度なエピタキシャル層を形成する方法として (イ)原料であるメタル金属及び化合物ガスを高純度化
する方法。
度なエピタキシャル層を形成する方法として (イ)原料であるメタル金属及び化合物ガスを高純度化
する方法。
(ロ)酸素ガス、アンモニアガス等を導入させて石英管
等からのシリコン(Si)汚染を抑制する方法。
等からのシリコン(Si)汚染を抑制する方法。
(ハ)原料であるメタル金属がガス中の不純物を吸収す
る効果(ゲッタリング効果)を有効に使う方法。
る効果(ゲッタリング効果)を有効に使う方法。
(ニ)原料ガスの分圧を高くしたり、成長温度を変えて
成長速度を上げ単位層厚あたりの不純物の偏析を少なく
する方法。
成長速度を上げ単位層厚あたりの不純物の偏析を少なく
する方法。
などがある。
ここで(イ)の高純度原料の使用は、気相成長の根本的
な問題であり、例えばハロゲン輸送気相成長法で使用さ
れるハロゲン化水素ガスは純度保証値が99.9%〜9
9.99%、またV族元素の化合物ガスであるA sH
3、PH3等の純度保証値は99.999%程度である
のが現状で、高純度結晶成長用の半導体材料ガスとして
はまだ純度が不十分である。
な問題であり、例えばハロゲン輸送気相成長法で使用さ
れるハロゲン化水素ガスは純度保証値が99.9%〜9
9.99%、またV族元素の化合物ガスであるA sH
3、PH3等の純度保証値は99.999%程度である
のが現状で、高純度結晶成長用の半導体材料ガスとして
はまだ純度が不十分である。
また(口)の酸素ガスやアンモニアガス等の成長領域へ
の導入によるSi 汚染を抑制する方法は簡便な方法
ではあるが、成長雰囲気にとっては異種のガスである為
結晶成長を行った場合、結晶中に不純物レベルを形成し
結晶性の悪化を生じることがある。(ニ)の結晶成長速
度を増加させる場合は、ただ単純に増加させると基板へ
の結晶成長ばかりでなく周シの石英等にも成長(管壁成
長)しはじめ、この為急激に成長速度が減少し結晶組成
等の不均一性などの問題が生じる。更に原料ガスの純度
に問題がある場合は、供給量を多くして分圧を高くする
ことはかえって結晶の純度に悪影響を与えることがある
。
の導入によるSi 汚染を抑制する方法は簡便な方法
ではあるが、成長雰囲気にとっては異種のガスである為
結晶成長を行った場合、結晶中に不純物レベルを形成し
結晶性の悪化を生じることがある。(ニ)の結晶成長速
度を増加させる場合は、ただ単純に増加させると基板へ
の結晶成長ばかりでなく周シの石英等にも成長(管壁成
長)しはじめ、この為急激に成長速度が減少し結晶組成
等の不均一性などの問題が生じる。更に原料ガスの純度
に問題がある場合は、供給量を多くして分圧を高くする
ことはかえって結晶の純度に悪影響を与えることがある
。
この中で(ハ)のメタル金属が有するゲッタリング効果
を有効に活用する方法は、簡便な方法でありガス中の不
純物を除去するという点では、気相成長法において特に
有効である。しかしながら、メタル金属のゲッタリング
効果を有効に活用して高純度結晶を得る方法には次のよ
うな問題があった。以下ではハロゲン輸送気相成長法の
一つであるハイドライド気相成長法においてI n x
Ga 1−XA8の■−v族化合物半導体を成長する場
合について述べる。第2図は、従来のノ1イドライド気
相成長法の基本的な反応系の構成を示した断面図の一例
である(例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オプ・ア
プライド・フィツクス(J pn、 J、 App/。
を有効に活用する方法は、簡便な方法でありガス中の不
純物を除去するという点では、気相成長法において特に
有効である。しかしながら、メタル金属のゲッタリング
効果を有効に活用して高純度結晶を得る方法には次のよ
うな問題があった。以下ではハロゲン輸送気相成長法の
一つであるハイドライド気相成長法においてI n x
Ga 1−XA8の■−v族化合物半導体を成長する場
合について述べる。第2図は、従来のノ1イドライド気
相成長法の基本的な反応系の構成を示した断面図の一例
である(例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オプ・ア
プライド・フィツクス(J pn、 J、 App/。
Phys ) 19巻1980年、L113〜L116
ページを参照)。この方法の特徴は、■族をメタルとH
C/ガスの反応による塩化物ガスとして、また■族を水
素化合物のガスとしてそれぞれ供給することであシ、図
ではInxGa1=xAsの成長例を示している。
ページを参照)。この方法の特徴は、■族をメタルとH
C/ガスの反応による塩化物ガスとして、また■族を水
素化合物のガスとしてそれぞれ供給することであシ、図
ではInxGa1=xAsの成長例を示している。
各々の原料供給室1,2にはGaメタル7とInメタル
8が置かれており、各メタルは導入管3を通して外部か
ら導入されるHClガス9と反応としてGaC/、In
C/の塩化物ガスとして供給される。
8が置かれており、各メタルは導入管3を通して外部か
ら導入されるHClガス9と反応としてGaC/、In
C/の塩化物ガスとして供給される。
この時の反応式を(1)に示す。
また導入管4からはA s H3ガス10が導入され熱
分解によってAs4ガスとして供給される。この時の反
応式を(2)に示す。
分解によってAs4ガスとして供給される。この時の反
応式を(2)に示す。
AsH3−As4+’H2−”・(2)(1)、(2)
の反応によって生成された物質は、成長領域5まで輸送
され式(3)の反応が生じる。
の反応によって生成された物質は、成長領域5まで輸送
され式(3)の反応が生じる。
この結果GaAs、InAsの混晶であるInxGat
−xAsのエピタキシャル層が基板6に形成される。
−xAsのエピタキシャル層が基板6に形成される。
ところでこの様な成長系において、反応式(1)に示す
■族メタルとHClガスの反応過程においてガス中の不
純物がメタル中に吸収されるゲッタリング効果が知られ
ている。この効果は■族メタルの温度が高いほど、かつ
HClガスの流速を遅くして■族メタルとの接触時間を
長くする程有効である。この為、HC1!ガスの純度保
証値は99.9%〜99.99%と半導体材料ガスとし
ては極めて悪いが、■族メタルのゲッタリング効果によ
って高純度なガスに純化されている。しかしながら、V
族原料である■原水素化合物ガスに対しては、有効な不
純物除去の手段が講じられていない。実際、■原水素化
合物ガスであるAsH3,PH3等のガスでは、純度保
証値が99.999%程度で高純度エピタキシャル層を
得る場合純度的に問題がある。
■族メタルとHClガスの反応過程においてガス中の不
純物がメタル中に吸収されるゲッタリング効果が知られ
ている。この効果は■族メタルの温度が高いほど、かつ
HClガスの流速を遅くして■族メタルとの接触時間を
長くする程有効である。この為、HC1!ガスの純度保
証値は99.9%〜99.99%と半導体材料ガスとし
ては極めて悪いが、■族メタルのゲッタリング効果によ
って高純度なガスに純化されている。しかしながら、V
族原料である■原水素化合物ガスに対しては、有効な不
純物除去の手段が講じられていない。実際、■原水素化
合物ガスであるAsH3,PH3等のガスでは、純度保
証値が99.999%程度で高純度エピタキシャル層を
得る場合純度的に問題がある。
この様に従来の気相成長法によシ高純度結晶を得る場合
、■族元素輸送のためのハロゲン化水素ガスに対しては
■族メタルとの反応過程においてゲッタリ/−グ効果に
よってガス中の不純物が除去できたが、V族原料である
V原水素化合物ガスに対しては有効な不純物除去が講じ
られていないという問題があった。
、■族元素輸送のためのハロゲン化水素ガスに対しては
■族メタルとの反応過程においてゲッタリ/−グ効果に
よってガス中の不純物が除去できたが、V族原料である
V原水素化合物ガスに対しては有効な不純物除去が講じ
られていないという問題があった。
(発明の目的)
本発明の目的は、この様な欠点を除去し多元混晶■−v
族化合物半導体の製造において、特にV族元素の化合物
ガス中の不純物を除去して高純度結晶が得られる多元混
晶■〜V族化合物半導体の気相成長法を提供することに
ある。
族化合物半導体の製造において、特にV族元素の化合物
ガス中の不純物を除去して高純度結晶が得られる多元混
晶■〜V族化合物半導体の気相成長法を提供することに
ある。
(発明の構成)
本発明の多元混晶■−v族化合物牛導体の気相成長方法
は複数のV族元素と■族元素との化合物の半導体が表面
に成長する基板を反応室内の成長領域に置き、■族元素
を反応室内の原料供給室に置き、この原料供給室に導い
たハロゲン化水素と■族元素との反応により生じたハロ
ゲン化■族元素を反応室内の成長領域に供給し、外部か
ら成長領域に■族元素の化合物ガスを供給して行う多元
混晶■−■族化合物半導体の成長方法において、V族元
素の化合物ガスを外部から成長領域に導入する過程でゲ
ッタリング効果の大きい■族元素と接触させるようにし
たことを特徴とする。
は複数のV族元素と■族元素との化合物の半導体が表面
に成長する基板を反応室内の成長領域に置き、■族元素
を反応室内の原料供給室に置き、この原料供給室に導い
たハロゲン化水素と■族元素との反応により生じたハロ
ゲン化■族元素を反応室内の成長領域に供給し、外部か
ら成長領域に■族元素の化合物ガスを供給して行う多元
混晶■−■族化合物半導体の成長方法において、V族元
素の化合物ガスを外部から成長領域に導入する過程でゲ
ッタリング効果の大きい■族元素と接触させるようにし
たことを特徴とする。
(発明の作用、原理)
本発明は、上述の構成をとることKより従来技術の問題
点を解決した。、まず従来の気相成長方法では、ハロゲ
ン化水素については■族元素と反応する過程でゲッタリ
ング効果によシネ鈍物が除去されていたが、V族元素の
化合物ガスについては有効な不純物除去方法がなかった
。本発明では、■族元素の有するゲッタリング効果に注
目し、■族元素の化合物ガスが成長領域に導入する直前
K ゛ゲッタリング効果の大きい■族元素と接
触させる。
点を解決した。、まず従来の気相成長方法では、ハロゲ
ン化水素については■族元素と反応する過程でゲッタリ
ング効果によシネ鈍物が除去されていたが、V族元素の
化合物ガスについては有効な不純物除去方法がなかった
。本発明では、■族元素の有するゲッタリング効果に注
目し、■族元素の化合物ガスが成長領域に導入する直前
K ゛ゲッタリング効果の大きい■族元素と接
触させる。
このためV族元素の化合物ガス中の不純物が■族元素に
とシこまれ、成長領域には高純度なガスとして供給され
る。これよりm族原料の輸送に関与するハロゲン化水素
ばかりでなく、v族元素の化合物ガスに関しても不純物
除去過程が含まれるため、高純度な結晶成長が可能にな
る。
とシこまれ、成長領域には高純度なガスとして供給され
る。これよりm族原料の輸送に関与するハロゲン化水素
ばかりでなく、v族元素の化合物ガスに関しても不純物
除去過程が含まれるため、高純度な結晶成長が可能にな
る。
(実施例)
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。第1図は本発明の気相成長方法の一実施例を説明
する断面図であシ、第2図と同様にハイドライド気相成
長方法にもとづくものでI n xGa 1−XASの
■−■族化合物半導体の成長例を示している。各々の原
料供給室1,2にはGaメタル7とエロメタル8が置か
れておシ、各メタルは導入管3全通して外部から導入さ
れるHCIガス9と反応してGaCl 、 InClの
塩化物ガスとして供給される。また導入管4からはA
sH3ガス10が導入され熱分解によってAs4として
供給される。
する。第1図は本発明の気相成長方法の一実施例を説明
する断面図であシ、第2図と同様にハイドライド気相成
長方法にもとづくものでI n xGa 1−XASの
■−■族化合物半導体の成長例を示している。各々の原
料供給室1,2にはGaメタル7とエロメタル8が置か
れておシ、各メタルは導入管3全通して外部から導入さ
れるHCIガス9と反応してGaCl 、 InClの
塩化物ガスとして供給される。また導入管4からはA
sH3ガス10が導入され熱分解によってAs4として
供給される。
ここで前述した(3)の反応によって基板6上にエピタ
キシャル層が形成される。この成長系においては導入さ
れたAsH3ガス10は、本発明の特徴である成長領域
5よりも上流側に置かれたゲッタリング効果の大きい■
族メタルここではInメタル11と接触した後成長領域
5に供給される。このInメタル11との接触によって
AsH3ガス10は高純度化される。
キシャル層が形成される。この成長系においては導入さ
れたAsH3ガス10は、本発明の特徴である成長領域
5よりも上流側に置かれたゲッタリング効果の大きい■
族メタルここではInメタル11と接触した後成長領域
5に供給される。このInメタル11との接触によって
AsH3ガス10は高純度化される。
本成長系において、InP基板上のInxGat−xA
sの成長を行う場合の成長条件としては、成長温度が〜
700℃、原料供給用m族メタル温度が〜900℃、A
sH3ガスゲッタリング用m族メタル温度が〜850℃
InC/発生用のHC/ガス流量は3cc/min 、
GaCl発生用のHC/ガス流量はQ、3cc/rn
in%V族原料ガスであるA s H3ガスの流量はl
cc/171in 、キャリアガスH2を含めた全ガ
ス流量は1.6//minである。この成長条件により
InP基板上に格子整合した良好なInxGat−xA
a層が得られている。
sの成長を行う場合の成長条件としては、成長温度が〜
700℃、原料供給用m族メタル温度が〜900℃、A
sH3ガスゲッタリング用m族メタル温度が〜850℃
InC/発生用のHC/ガス流量は3cc/min 、
GaCl発生用のHC/ガス流量はQ、3cc/rn
in%V族原料ガスであるA s H3ガスの流量はl
cc/171in 、キャリアガスH2を含めた全ガ
ス流量は1.6//minである。この成長条件により
InP基板上に格子整合した良好なInxGat−xA
a層が得られている。
(発明の効果)
本発明(第1図に示すもの)と従来(第2図に示すもの
)の気相成長方法によシ、InP基板上のInxGa
1−xAaの成長を行い、Hall測定法によりエピタ
キシャル層の結晶性の比較を行った。
)の気相成長方法によシ、InP基板上のInxGa
1−xAaの成長を行い、Hall測定法によりエピタ
キシャル層の結晶性の比較を行った。
その不純物濃度と電子移動度の結果を表1に示す。
成長条件としては、実施例に示した条件と同一である。
表11表
測定法: Van der Pauw法によるHall
測定測定温置ニア7に 従来法で得られたInxGa1−xAs層は、77にの
測定で不純物濃度が2.1×10 Cm 1 電子移動
度は21000cm V、 sec である。ところ
が本発明による気相成長法で得られたI n xGa
5−xAs層は不純物濃度がZOXIOCm−’、電子
移動度は41000 cm”V−”5ec−’である。
測定測定温置ニア7に 従来法で得られたInxGa1−xAs層は、77にの
測定で不純物濃度が2.1×10 Cm 1 電子移動
度は21000cm V、 sec である。ところ
が本発明による気相成長法で得られたI n xGa
5−xAs層は不純物濃度がZOXIOCm−’、電子
移動度は41000 cm”V−”5ec−’である。
これよシ、不純物濃度に関して約−!−糧度まで高純度
化がなされ、それに伴い77にでの電子移動度が約2倍
径度改善がなされたことがわかる。これは、 AsH3
ガスを■族のInメタルと接触させることによりAsH
1ガス中の不純物が除去され、高純度な原料ガスが成長
領域に供給されて、高純度エピタキシャル層の形成が可
能になっ九ためと考えられる。
化がなされ、それに伴い77にでの電子移動度が約2倍
径度改善がなされたことがわかる。これは、 AsH3
ガスを■族のInメタルと接触させることによりAsH
1ガス中の不純物が除去され、高純度な原料ガスが成長
領域に供給されて、高純度エピタキシャル層の形成が可
能になっ九ためと考えられる。
本実施例では、V族元素の化合物ガスをゲッタリングす
る■族メタルとしてInメタルを使用しているが、さら
にGaメタルあるいはA/メタルなどの場合も考えられ
る。
る■族メタルとしてInメタルを使用しているが、さら
にGaメタルあるいはA/メタルなどの場合も考えられ
る。
以上説明した様に本発明によれば、V族元素を含む化合
物ガス例えばAsH3、PH3ガス等をゲッタリング効
果の大きい■族メタルと接触させることにより、ガス中
の不純物を有効に除去することが可能である。このため
、多元混晶■−V族化合物半導体において不純物の少な
い高純度なエピタキシャルの形成が可能である。
物ガス例えばAsH3、PH3ガス等をゲッタリング効
果の大きい■族メタルと接触させることにより、ガス中
の不純物を有効に除去することが可能である。このため
、多元混晶■−V族化合物半導体において不純物の少な
い高純度なエピタキシャルの形成が可能である。
第1図は、本発明の成長系の断面図、第2図は従来例の
ハイドライド気相成長法によるInxGat−xAsの
成長系の断面図を示す。 1.2・・・・・・原料供給室、3,4・・・・・・導
入管、5・・・・・・成長領域、6・・・・・・成長用
基板、7・・・・・・Gaメタル、8,11・・・・・
・Inメタル、9・・・・・・)10/ガスとH2ガス
、10・・・・・・A a H3ガスとH2ガス。 、く
ハイドライド気相成長法によるInxGat−xAsの
成長系の断面図を示す。 1.2・・・・・・原料供給室、3,4・・・・・・導
入管、5・・・・・・成長領域、6・・・・・・成長用
基板、7・・・・・・Gaメタル、8,11・・・・・
・Inメタル、9・・・・・・)10/ガスとH2ガス
、10・・・・・・A a H3ガスとH2ガス。 、く
Claims (1)
- 反応室内の原料供給室にIII族元素を配置し、この原
料供給室に導いたハロゲン化水素と前記III族元素との
反応により生じたハロゲン化III族元素ガスと、外部か
ら導入されたV族元素の化合物ガスとを反応室内の結晶
成長領域に導入し、該成長領域に配置された基板上に結
晶成長を行なう多元混晶III−V族化合物半導体の気相
成長方法において、前記V族元素の化合物ガスを外部か
ら成長領域に導入する過程でゲッタリング用のIII族元
素と接触させることを特徴とする多元混晶III−V族化
合物半導体の気相成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25666884A JPS61134014A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | 多元混晶3−5族化合物半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25666884A JPS61134014A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | 多元混晶3−5族化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61134014A true JPS61134014A (ja) | 1986-06-21 |
Family
ID=17295808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25666884A Pending JPS61134014A (ja) | 1984-12-05 | 1984-12-05 | 多元混晶3−5族化合物半導体の気相成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61134014A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007035690A (ja) * | 2005-07-22 | 2007-02-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | トランス |
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 |
-
1984
- 1984-12-05 JP JP25666884A patent/JPS61134014A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
JP2007035690A (ja) * | 2005-07-22 | 2007-02-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | トランス |
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