JPS61500291A - リンを含む３−５族化合物半導体基板上の液相エピタキシャル成長 - 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】 リンを含む■−ｖ族化合物半導体基板上の液相エピタキシャル成長 技術分野 本発明は■−ｖ族化合物半導体基板上の液相エピタキシャル成長に関する。

発明の背景 ＩｎＰ　（インジュウム　リン）、ＩｎＧａＡｓ　（インジュウム　ガリウムヒ 素）およびＩｎＱａＡｌｐのような■−ｖ族化合物半導体のエピタキシャル層は 、通常液相エピタキシー　（ＬＰＥ　）として知られている方法でＩｎＰのよう な単結晶基板上に作られる。この方法は、所要のエピタキシャル層（単層おるい は複数層）に相当する化合成分を有する溶融液（単数あるいは複数）を炉内の加 熱された基板と接触せしめることから成る。制御された冷却プログラムが原料を 溶融液から基板上に沈殿せしめ、かくして相当するエピタキシャル層を成長する 。成長の間、炉の雰囲気は代表的には、水素、ヘリウム、窒素、アルゴンあるい はそれらの混合物のうちの１つでおる。代表的には、基板は滑動する部材（スラ イダー）の凹所に置かれ、そのスライダーは、異なる化学組成のエピタキシャル 層の連続物（ヘテロ構造）を成長するために、メルトホールダー内の連続してい る溶液ウェルに入りている異なる溶融液（メルト）に押込まれこれと接触する。

スライダーとメルトホールダーは、代表的には、グラファイト製でアリ、スライ ダー（基板の入っている）およびメルトホールダ−（メルトの入った）の両者は 、基板をメルトとの接触のだめの押込まれる前にはじめに炉内で同じ温度になる までメルトを均質化するために予熱される。

リンの化合物を含む基板例えばＩｎＰ製基板を用いる公知の方法での問題の１つ は、約３６５℃以上の基板からの解離によるリンの不均化ロスによって生ずるリ ン化合物の分解である。この解離は、基板の表面がメルトと接触する前に露出さ れ加熱される際に起る。このリンのロスがデバイス性能を低下する望ましくない 介在物として成長した層中を蔓延するリン欠陥孔を生ずる。そのために、基板の 分解を最小にすることが極めて重要である。

従来技術では、ＬＰＥ成長の前にメルト（単数または複数）の均質化に必要な予 熱の間、リンを含む基板に、各種の技術により与えられるような、リンの局部的 な分圧を与え、基板の分解をおさえている。これらの技術には、リンの発生源と してリンを含む（例えばＩｎＰの）カバー材を使用して、局部的なリンの過剰圧 を作り、水素（Ｈ３）生長雰囲気内で基板からのリンのロスを抑制することが含 まれる。Ｋ、バク＜　ｐａｋ　）等による日本ジャーナル　オブ　アプライド　 フィジークス、第１８巻、Ｎα９　、１８５９頁Ｉ　１９７９年）に報告されて いる別の方法には、Ａｒ−Ｈｚガス混合物を炉雰囲気に作るために、成長環境内 にＡｒを導入することがちる。しかし、これらの何れの方法もが、基板の分解を 所望のところまで抑えてはいない。

発明の開示 ＬＰＥ成長方法に関し、我々は、リンを含む■−Ｖ族化合物半導体基根の熱分解 を、予熱段階の間、非還元ガス、例えば窒素またはヘリウムを用いることによっ て望ましく減少する方法を発見したものである。この方法は、基板のリン化合物 の熱分解を減少する。しかし、我々はまた、もしそのような非還元性ガス雰囲気 をその後のエピタキシャル成長方法の間に用いると、それにより生ずる問題とし て、固化したメルトが強固にスライダーに付着し、（特にスライダーがグラファ イト製の際）、スライダーをメルトホールダーから分離しようとする間にしばし ば系に損傷を生ずることを発見している。我々が発見したこの問題の解決は、引 続き行われるエピタキシャル成長方法の間に、還元ガス雰囲気、例えば水素、を 使用することにある。このように、本発明によれば、予熱と成長の二処理工程を 異なる雰囲気で行うことでちる。

詳細な説明 前述したように、本発明は２つの問題すなわち（］）　ＬＰＥ成長に先たち、基 板とメルトとをともに炉内で予熱する間における、基板のリン化合物の分解、お よび （２）　ＬＰＥ成長後の冷却の際における、固化したメルトの付着、 に鑑み、これを解決するものでちる。我々は、ＬＰＥ成長の直前に基板とメルト とを同じ温度に加熱する間はヘリウムまたは窒素雰囲気（ならびに従来と同じ（ ＩｎＰカバー）を用い、続いて行なうＬＰＥ成長の間は水素雰囲気を用いること により、基板からのリンの解離の問題およびスライダーへの固化したメルトの付 着の問題の両方が軽減されることを見い出した。これは、ＬＰＥ成長の間で基板 がメルトと接触しているときはもはや解離を抑える必要はなく、還元性雰囲気で ある水素はそれを用いなければＬＰＥ成長の間に形成する望ましくない酸化物不 純物を減少させる働きがあることによシ説明される。しかし、本発明の有用性は この説明の正当性の如何に依存するものでないと理解されねばならない。

本発明の一態様においては、原料物質のエピタキシャル層のＩｎＰ基板上のＬＰ Ｅ成長は、−（ａ）　非還元ガス雰囲気たとえば本質的にヘリウムまたは窒素内 で、グラファイト製スライダーの凹部におかれた基板と、グラファイト製溶液ウ ェル内の原料物質とを所定の温度に加熱し、 （ｂ）　スライダーを移動させて基板をメルトと接触させ、（ｃ）　基板をメル トと接触させる実質的直前（または直後）に、雰囲気を還元ガスたとえば本質的 、に水素に変える、 という工程を含むプロセスによって行なわれる。。　−以下、実施例により、波 長約１，３ミクロンの発光ダイオードに適したＩ　ｎｐ／Ｉ　ｎＧａＡｓＰダブ ルへテロ構造の成長について、詳細に記す。すべてのガスの圧力は本質的に１気 圧である。

ＩｎＰ単結晶基板を、その主面が結晶学的方向（１００）に垂直になるように製 造する。この結晶基板には約５×１０１８個／ｃ、？のイオウ原子をドーピング してｎ型半導体とする。基板をグラファイト製スライダーの凹部におき、スライ ダーをグラファイト製メルトホールダー内の適当な最初の位置におく。メルトホ ールダーは、以下により詳しく記すように、複数の溶液ウェルの構造を有し、そ れぞれの溶液ウェルには（異なる）適当なメルトが入っている。メルトホールダ ーを炉内に位置させ、炉内の温度を、溶液ウェル内のメルトを均質化するために 、最初は約６６５℃とし、この温度に約１時間保つ。炉内は窒素ガスを約５００ α３７分で流すことにより純粋な窒素雰囲気とする。上記均質化が達成される時 間が経過した後、温度を約０，７℃／分の一定速度で連続的に下降させる。好ま しくは、水素を炉内に導入する直前にパラジウムフィルターを通して浄化する。

温度が約６４７℃に下がった時点で、ガス流を窒素から同じガス流速の水素に切 換える。

温度が約６４６℃に下がった時点で、スライダーを移動させてＩｎＰ基板が１回 に１つずつ次々と各種溶液ウェルと接触するようにする。

さらに特定して示せば、第１の溶液ウェルはＩｎ　を含み、第２の溶液ウェルは Ｉｎ、Ｓｎおよび過剰のＩｎＰを含み、第３の溶液ウェルはＩｎ、　Ｇａ、　Ａ ｓ　および過剰のＩｎＰを含み、第４の溶液ウェルはＩｎ、Ｚｎおよび過剰のＩ ｎＰを含み、第５の溶液ウェルはＩｎ、　Ａｓ、　Ｇａ、　Ｚｎ　および過剰の ＩｎＰを含む。第１の溶液ウェルのメルトの目的は、ＩｎＰ基板の露出した上面 に典型的には２〜３ミクロンの厚さで生成するリンの乏しいインジウムリンを溶 解することでちる。第２の溶液ウェルのメルトの目的は、約３〜５ミクロンの厚 さを有するｎ型のＩｒ＋Ｐ　ｒバッファー」層を形成することである。第３の溶 液ウェルのメルトの目的は、１．３ミクロンの光を発するだめのドープされない ＩｎＧａＡｓＰ　ｒ活性」層を形成することでおる。第４の溶液ウェルのメルト の目的は、約１．０ミクロンの厚さを有するｐ型のＩｎＰ光とじ込め層を形成す ることである。第５の溶液ウェルのメルトの目的は約０．５ミクロンの厚さを有 するｐ型のＩｎＧａＡｓＰ接触層（「キャップ」）を形成することである。それ らの各々の層の厚さは、基板の露出した上面と対応するメルトを接触させる時間 によって制御される。

基板の露出した上面を移動させて第１の溶液ウェルのメルトと約１０秒間接触さ せ、続いて第２の溶液ウェルのメルトと温度が約６３９℃に下降するのに十分な 時間だけ接触させる。温度を６３９℃のこの温度に保ちながら、基板を移動させ て第３の溶液ウェルのメルトと約４分間接触させる。温度を約０．７℃／分の速 さで連続的に低下させ、ただちに成長中の基板を移動させて第４の溶液ウェルの メルトと接触させ、温度が約６３６℃に下降するまでその一！ま維持する。ここ で、炉の温度を６３６℃のこの温度に保ち、基板を移動させて第５の溶液ウェル のメルトと接触させ、そのまま約１分間維持する。最後に基板を移動させてメル トから離し、ぬぐい去ったのち、メルトホールダーとスライダーの組を炉から引 き出す。

本発明は、スライダーとメルトホールダーの材質として細粒グラファイト（粒径 約１０ミクロン以下）を用いる場合に特に有用である。そのような細粒グラファ イトを用いると、部品の寸法のバラツキの幅が狭くなるという利点がチシ、それ らの間の滑動が容易になる。しかし、そのような組粒の材質を用いた場合には（ より粗粒のグラファイトに比べて）、成長工程が完了した後に室温まで冷却する 際のスライダーへの固化したメルトの付着の問題が特に悪化することがわかった 。前述したように、この問題は成長工程において還元ガス雰囲気を用いること（ てより回避される。

本発明の範囲から離脱することなくして種々の変法が行なわれ得る。水素の代わ ９に他の還元性ガスが有用であることが見い出される可能性がある。また、水素 への切シ換えを基板を移動させて第１の溶液ウェルと接触させる実質的直前（約 ５分以内）に行なう代わりに、水素への切り換えをその実質的直後に行なうこと もできる。

本発明はＩｎＰ基板上もしくはリンを含むあらゆる■−■族半導体化合物基板上 の、いかなる■−〜７族化合物半導体のＬＰＥ成長にも適用できる。

国際調充報告　？ＣＴ／ＵＳ　８４．’０１４５＋

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．基板と、層がそこから成長する溶融液との両者を、基板と溶融液とが接触し ない間に、非還元ガス雰囲気内で所定の温度に加熱し、その後基板を溶融液と接 触する工程からなるリンを含むＩＩＩ−Ｖ族半導体化合物基板上に、ＩＩＩ−Ｖ 族半導体化合物層を液相エピタキシヤル成長する方法において、 該接触工程を還元ガス雰囲気で行なうことを特徴とする液相エピタキシヤル成長 方法。
2. ２．溶融液が溶液ウエル内に、基板がスライダー内にあり、溶液ウエルの表面が グラフアイトからなる請求の範囲第１項の方法。
3. ３．非還元ガス雰囲気が窒素またはヘリウムよりなり、還元ガス雰囲気が水素か らなる請求の範囲第２項の方法。
4. ４．加工物環境雰囲気を、接触工程前に、非還元ガスから還元ガスに変える請求 の範囲第１項の方法。