JPS61176112A - 気相エピタキシヤル成長方法および装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、無機結晶の気相エピタキシャル成長方法およ
び該方法を実施するために使用する装置に関する。更に
詳しくいえば、化合物半導体の気相エピタキシャル成長
法において、特に問題となる急峻な界面を形成する方法
および装置に関する。

且迷坐韮迷 最近のエレクトロニクス、オプトエレクトロニクスにお
ける進歩はめざましいものであるが、これらの特に半導
体デバイス（電子デバイス、光デバイス）の殆どにおい
てその動作上の主要部分は半導体単結晶で構成されてあ
り、アモルファスシリコンを除けばこのようなエレクト
ロニクスにおける進歩は、このような半導体の結晶成長
技術の進歩に負うところが大きい。

化合物半導体デバイス、特に光デバイス等の製法として
、薄い一様な層の成長、成分元素組成比の制御の容易さ
からエピタキシャル成長方法が一般に利用されている。

なかでも、組成制御が容易である、成長界面が急峻であ
る、高純度成長が可能である、液相エピタキシャル成長
法に比べて大量処理が可能である等の理由により気相エ
ピタキシャル成長法が注目されており、ＬＥＤＳＰＤ。

ＬＤ、太陽電池等の各分野に利用されている。

化合物半導体の気相エピタキシャル成長には、水素化物
の熱分解（ＳｉＨ＝、５ｔ２Ｈｓ等）塩化物（ＧａＡｓ
作製ではＧａとＡＳＣ１３）を用いる方法、有機金属の
熱分解法（ＭＯＣＶＤ）等が一般に用いられてきたが、
いずれの方法によっても急峻な界面状態を得ることは困
難であった。

また、半導体レーザを代表とする半導体デバイスにあっ
ては禁制帯幅、屈折率等を異にする多層構造が必要とさ
れ、あるいは太陽電池などにおいてみられるようにｐｎ
、ｐｉｎ接合など動作層を得るためには特性の異る複数
の薄膜層を形成する必要があるが、気相エピタキシャル
成長法によって多層膜形成を行うことは装置が複雑とな
る欠点を有していた。従来、気相エピタキシャル成長法
による多層成長に関して、次のような方法が提案されて
きた。

例えば、単にガスの流量を制御することによって組成比
の異なる成長層を形成する方法がある。

しかしながら、この方法では、元素組成比の異なるガス
を連続的に流すので、急峻な界面を得ることはできない
。

また、反応管中に独立な複数の所定組成のガス流領域を
作り、反応基板を該領域の夫々の中に短時間に移動させ
、夫々のガスと接触させる方法がある。この方法はダブ
ルチャンバ一方式とよばれ、例えば、日本電気側により
Ｊｐｎ、Ｊ、　Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、。

甘、１１３〜１１６　（１９８０）に記載されている。

しかしながら、この方法では反応基板を移動させる空間
が必要であり、従って限られた反応管内の空間において
は大面積処理を行うことができない。また、基板を移動
させる際にガスの流れを乱すことがあり、面内における
均一性を得ることが困難であった。

更に、”Ｇａ１ｎＡｓＰ　Ａ１１ａｙ　Ｓｅｍ１ｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒｓ”（Ｔ、　Ｐ、　Ｐｅａｒｓａｌ１編集
、Ｗｉｌｅｙ　−１ｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅＰｕｂｌｉ
ｃａｔｉｏｎ社発行）第１７〜１８頁に説明されている
パリアン（Ｖａｒｉａｎ）社の方法のように、ガス組成
を変化させた後、組成が安定するまでの間、基板ホルダ
ーに収納されたウェハを操作棒によって遮蔽しておく方
法もある。

しかしながら、この方法による場合も、ホルダーは石英
治具内に収納するのでホールドする空間に限界があり、
大面積の処理が困難であり、且つ装置が複雑であるとい
う欠点を有している。

発「が解゛しようとする問題点 かくして、気相エピタキシャル成長法による多層成長に
おいては、簡単な装置によって急峻な界面をえること、
且つ大量処理できることが重要な要請である。

それにもかかわらず、従来提案されている上記のような
各種方法は夫々固有の欠点を有しており、上記の問題を
解決する方法はいまのところ確立されていない。

そこで、本発明の目的も、従来法の各種欠点を示さず、
ガス流の乱れを最小にし、小さな反応管中で大量処理並
びに多層成長を可能とし、且つ急俊な界面を得ることの
できる気相エピタキシャル成長方法及びそのための装置
を提供することにある。更に、急俊な界面を有する半導
体単結晶薄膜、多層膜を提供することも本発明の目的の
１つである。

問題点を解決するための手段 本発明者は、上記問題を解決すべく種々検討した結果、
原料ガス流が安定するまでの間、不活性ガスを基板に直
接触れさせておき、しかる後該基板を移動させてエピタ
キシャル成長させることが極めて有効であることを見出
し本発明を完成するに到った。

即ち、本発明の方法は、基板に所定の組成の原料ガスを
接触させ、該基板上に所定の結晶層を形成する操作を繰
返して多層膜を形成する気相エピタキシャル成長方法で
あって、該原料ガスを基板に接触させる前及び後に不活
性ガスを該基板に直接触れさせることにより急俊な界面
状態を得ることを特徴としている。

更に、上記方法を実施するための装置は、反応管本体と
、その内部に設置される基板ホルダーと、該反応管内に
原料ガスを導入するためのガス導入管と、排気管とを備
えた気相エピタキシャル成長装置であって、先端部が大
口径の開放状となった不活性ガス導入管を前°記反応管
内に該先端が挿入された状態で設け、一方、基板ホルダ
ーをホルダーロッドにより移動しうるようにしたことを
特徴とする。

第１図は本発明の気相エピタキシャル成長装置の概略図
である。１は反応管本体であり、該反応管内にはホルダ
ーロッド２によって支えられた基板ホルダー３及び不活
性ガス導入パイプ４が設置されている。該不活性ガス導
入パイプ４は先端が開いており、先端部は基板ホルダー
３よりも太きな径を有している。基板ホルダー３の前面
には結晶基板５を取り付け、且つ基板ホルダー３はホル
ダーロッド２によって支えられて、待機中の位置ａ１及
び成長中の位置すの間を反応管軸方向に移動できる。な
お本装置において、各部品は石英もしくはセラミックス
で形成されている。

次に第２図によって、上記装置を用いて行なう本発明の
気相エピタキシャル成長方法を説明する。

第２図（ａ）は待機中の状態を表わす図である。基板ホ
ルダー３は第１図のａの位置にあり、不活性ガス導入パ
イプ４を通して導入される不活性ガスＡは、４の先端部
に挿入された基板ホルダー３に直接接し、な右且つ原料
ガス導入バイブロ及び７を流れてきたガスＢ及びガスＣ
の進入を防いでいる。従って基板ホルダー３上にある基
板５は、この状態ａにおいて、原料ガスＢ、Ｃに接する
ことなく保持されている。即ち、不活性ガスＡにより原
料ガスＢＳＣのパージを行うことができる。

次いで、ガスＢ及びガスＣが所定組成の安定流になった
時点で、第２図（５）に示すように基板ホルダー３を速
やかに第１図のｂの位置まで移動させ、希望組成のガス
を基板５上にエピタキシャル成長させる。

所定の膜成長が達成された後、基板ホルダー３を再び速
かに、第２図（ａ）における位置まで移動させバイブ４
の先端内に挿入する。

上記のプロセスを所定の成長層数だけ繰り返し実施すれ
ば気相エピタキシャル成長方法による連続多層膜形成を
行なうことができる。

本発明の方法において、ガスＢ、Ｃとしては同一のまた
は異る原料（または不純物）を使用することができ、例
えば同一の原料ガスを使用した場合にも、第一層を成長
させた後、不活性ガスに接触させている待機中に新たな
組成のガスを流すことによって、同一原料の組成の異な
る第二層を成長させることができ、このようにして異な
る組成の多層膜を連続的に形成することが可能となる。

更に、ガスＢとガスＣを異なるガスとし、基板上で両者
のガスを反応させ、化合物半導体の薄膜を形成すること
もできる。即ち、例えばＩｎ十八へｃｌ。

とＧａ＋Ａｓ［’ｌａとを流し、基板上にＩｎＧａＡｓ
の薄膜をエピタキシャル成長させる。

尚、均一な成長をさせるためには、基板ホルダー３を反
応管軸のまわりに回転させることが望ましい。

また、不活性ガスとしてはＮ２、Ｎ２、Ｈｅ、　Ａｒな
ど公知の任意のガスであり得る。

昨月 かくしで、不活性ガスを基板に直接触れさせることによ
って行う本発明の化合物半導体の気相エピタキシャル成
長方法及び装置を用いることにより、単純な装置、動作
で安定且つ急峻な界面を有する成長膜を得ることが可能
となり、更に大面積処理することも可能となった。

本発明の方法においては、希望する成長が終了した後た
だちに不活性ガスと接触させるため、界面が急峻な成長
膜、即ち隣接層間の組成比の不連続性の高いエピタキシ
ャル成長膜（多層膜）を得ることができる。

また、基板ホルダーもしくは不活性ガス導入管の移動は
軸方向のみであるので、ガスの流れを乱すことが少なく
、従って面内均一性が高い成長膜を得ることができる。

基板ホルダーもしくは不活性ガス導入管の移動が軸方向
移動のみであることは、併せて、限られた容積の反応管
の内部空間を最大限に利用できることとなり、従って従
来法に比較して大面積処理が可能である。

更には、基板ホルダーの移動が軸方向のみであるから装
置が単純となり、故障がなく、バラツキが少なく、ひい
ては化合物半導体の低コスト化を期待することができる
。

１１男 以下に、本発明の方法及び装置を用いてエピタキシャル
成長させた際の効果を実施例によって説明する。しかし
ながら、本発明の範囲は以下の実施例により何等制限さ
れるものではない。

原料ガスＢ及びＣとしてＩｎＧａＡｓの任意の組成ガス
を用いて、ＩｎＰ結晶基板上に本発明の方法、装置によ
って気相エピタキシャル成長させた。比較例として、同
じ＜ＩｎＰ結晶基板上に不活性ガス（Ｎ２）と接触させ
ない従来法によってＩｎＧａＡｓを気相エピタキシャル
成長させた。

得られた二種の化合物半導体をスティンエツチングする
ことによって界面状態を試験したところ、本発明の方法
による半導体の界面は従来法のそれの約１／３の厚さで
あった。

また、Ｘ−線回折によって結晶格子の格子ずれを試験し
た結果を第３図に示す。図から明らかなように、端部と
中央部の格子ずれの差異は５％以内であり、また成長開
始後ただちに所望の結晶層を得ることが可能であること
が理解される。

更にＡｕｇｅｒ分光法による解析でも４０人以内で組成
が急峻になっていることがわかった。

１１」皇呈 以上、詳しく述べてきたように、本発明の方法及び装置
を使用すれば、簡単な装置により、界面が急峻で、面内
均一性が高く、且つ大面積処理の可能な気相エピタキシ
ャル成長を行うことができる。特に、装置が複雑化する
との理由で従来あまり行われなかった気相エピタキシャ
ル成長法による多層成長を、簡単な装置で連続的に行う
ことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の装置の概略図であり、第２図（ａ）
は、本発明の方法による気相エピタキシャル成長の待機
中の状態を表わす図であり、第２図（ハ）は、成長中の
状態を表わす図であり、第３図は、本発明の方法と従来
法によって気相エピタキシャル成長させた場合の結晶格
子のずれを比較した図である。 （主な参照番号） １・・反応管、　２・・ホルダーロッド、３・・基板ホ
ルダー、 ４・・不活性ガス導入パイプ、　５・・結晶基板、６・
・ガス導入パイプ、　７・・ガス導入）Ｒ４プ、Ｂ・・
組成ガス、　Ｃ・・組成ガス、 Ａ・・不活性ガス、 ａ・・待機中の基板ホルダーの位置、 ｂ・・成長中の基板ホルダーの位置 特許出願人　　　住友電気工業株式会社代　理　人　　
　弁理士　　新居　止音１：反仄管木仏 ２：ホルダーロッレ ３：基手反ネルデー ４：王ジ舌性ｎ°ス１．入バイブ ５：基卆反 ６．７：原末→がス琳Ａパイプ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応管内で基板を所定の組成の原料ガスと接触さ
   せ、該基板上に所定の結晶層を形成する操作を繰返して
   多層膜を形成する気相エピタキシャル成長方法において
   、該結晶層各々の形成操作前及び後に不活性ガスを該基
   板表面をパージすることにより、急俊な界面状態を得る
   ことを特徴とする気相エピタキシャル成長方法。
2. （２）前記不活性ガスへの接触を該基板を移動すること
   によって行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の気相エピタキシャル成長方法。
3. （３）前記基板の移動が反応管軸方向への移動であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の気相エピ
   タキシャル成長方法。
4. （４）前記不活性ガスへの接触を該不活性ガスの導入管
   を移動することによって行うことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の気相エピタキシャル成長方法。
5. （５）前記不活性ガス導入管の移動が反応管軸方向への
   移動であることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載の気相エピタキシャル成長方法。
6. （６）反応管本体と、その内部に設置される基板ホルダ
   ーと、該反応管内に原料ガスを導入するためのガス導入
   管と、排気管とを備えた気相エピタキシャル成長装置に
   おいて、先端部が大口径の開放状となった不活性ガス導
   入管を前記反応管内に該先端が挿入された状態で設け、
   一方基板ホルダーをホルダーロッドにより移動し得るよ
   うにしたことを特徴とする気相エピタキシャル成長装置
   。
7. （７）前記気相エピタキシャル成長装置の各部品が石英
   もくしはセラミックスで形成されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項に記載の気相エピタキシャル成
   長装置。