JPS62132797A - 3−v族化合物半導体のエピタキシヤル成長方法 - Google Patents

3−v族化合物半導体のエピタキシヤル成長方法

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JPS62132797A
JPS62132797A JP27394585A JP27394585A JPS62132797A JP S62132797 A JPS62132797 A JP S62132797A JP 27394585 A JP27394585 A JP 27394585A JP 27394585 A JP27394585 A JP 27394585A JP S62132797 A JPS62132797 A JP S62132797A
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JP
Japan
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growth
reaction chamber
elements
compound semiconductor
epitaxial growth
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Akira Usui
彰 碓井
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NEC Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、l−v族化合物半導体の比較的低い成長温度
におけるエピタキシャル成長方法に関するものである。
〔従来の技術〕
(j a A S # I nP等のようなI−VII
fc化合物半導体エヒタキシャル成長結晶は発光ダイオ
ード、レーザダイオードのような元デバイスや、  k
’M’i’  のようなマイクロ波テパイスに広く応用
されている。
所で、これらのデバイスは一層のエピタキシャル層から
成っている事は少なく、構成元素の異なる多層のエピタ
キシャル層、あるいは、同じ組成であっても不純物の種
傾や濃度の異なるエピタキシャル層を積みかさねて成長
しデバイスに応用する場合がほとんどである。また、こ
のような界面を有する場合には、その界面においてm欣
元素や不純物が急峻に変化することを要求されることが
多い。
ところで、これらの化付物半導体のエピタキシャル成長
方法として従来から行なわれてきた製法としては1例え
ばGaAsを例に取ると、Asを溶かし込んだGa融液
に基板結晶を接触させて成長を行なう液相エピタキシャ
ル方法(LPE法)、また、ガスを用いる気相エピタキ
シャル方法(VPE法)、これには、璽族元素の輸送法
としてGaelのようなOaの塩化物を用いるハロゲン
輸送法と呼ばれる方法、Ga (CH,) 、のような
Gaの有機金属化合物を用いるM(JCVD法等がある
。更には高真を中でOaおまひ、Asのビームを飛ばし
て成長を行なう分子線エピタキシャル法(MBEiも近
年は盛んに研究が行なわれている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
さて、界面において構成元素や不純物を急峻に変化させ
るためlこ最も有効な方法は成長温度を出来るだけ低く
してエピタキシャル成長を行なうことである。この観点
の1ら成長方法を見ると、先ずLPE法の場合、 成長
温度の低下は溶媒中(例えばG a A S成長の場合
、Gaを指す)の溶質(例えば(J a A S成長の
場合、Asを指す)の溶解度の低下を持たらし、これに
よる過飽和度の大幅な増大は成長速度の制御を困難にす
る。また、MOCVD法は、400℃以下の低温成長で
は原料の有機金属化合物の分解率が小さくなり、実用的
な成長速度8得ることが困難になる。ハロゲン輸送法に
よるVPE法やMBE法は成長温度の低温化は他の方法
に較べれば、比較的容易である。しかし、成長温度の低
温下は飛来原子(あるいは、分子)の成長表面における
拡散の低下を持たらし、表面欠陥の少ない高品質の成長
面を得ることは困難である。
本発明の目的は、I−v族化合物半導体の比較的低い成
長温度におけるエピタキシャル成長において、従来の力
)かる欠点を除去し、鏡面性に優れたエピタキシャル成
長層を得ることのできる方法を提供しようとするもので
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明によれば、I−V#c化合物半導体のエピタキシ
ャル成長において、先ず、基板結晶上に成長せしめよう
とする化合物半導体の構成元素、あるいは、その元素を
含むガスを交互に供給して一原子層ずつ吸着させ全体と
して所望の化合物半導体を成長させ、次に、すべての構
成元素、あるいは、その元素を含むガスを同時に供給し
て成長せしめることを特徴とする一−V族化合物牛導体
のエピタキシャル成長方法が得られる。
〔作用〕
本発明は2つのプロセスに分けられる。先ず基板結晶上
に成長せしめようとする化合物半導体の(4次元素、あ
るいは、その元素を含むガスを交互に供給して一原子層
ずつ吸着させ全体として所望の化合物半導体を成長させ
ることである。この成長法は原子層エピタキシャル法(
ALE法)と呼ばれ、最近、スントラ(Suntola
)等によって報告(第16回向体素子、材料コンファレ
ンス予稿集・′(Extended Abstract
  of  tbe 15th Con −feren
ce  on  5olid  5tate  1)e
vtce  andMaterials)1984. 
pp、647−650)された方法である。この方法に
よると、膜厚の制御のためには、従来のバルクとし&長
速度を制御する方法とは異なり、ガスの切り換え回数を
制御すれば良いことにな、9、その精度は格段に向上す
ることができる。所で、この手法によれば、一原子層ず
つ吸着させるためには低温成長においても非常に平坦性
の良い成長面が得られ心と言う特徴がある事がわ力)り
た。これが従来の成長法であれば、成長温度の低下は成
長表面における成長分子の拡散低下を持たらし、その結
果、表面上の酸化膜や微小なゴミ等が核となり、ヒルロ
ック那の表面欠陥の非常に多い成長面となる。AIJ法
では、この低温成長においても非常に平坦性の良い成長
面が得られると言う特徴がある半面、成長速度が極端に
遅いことが欠点である。そこで我々はこの問題を解決す
べく種々の実験を行なった結果、第1図に示したように
基板結晶l上に上述したAIJ法による第一の成長プロ
セスによるエピタキシャル層2の成長を行ない1次に、
従来の成長手法による第二の成長プロセスによるエピタ
キシャル層3の成長を行なうことによって、鏡面性に優
れ、実用的な成長速度でエピタキシャル成長層を得るこ
とのできることを見いだした。
次に、本発明を実施νりに基づき具体的に説明する。
〔実施例〕
実施例1゜ 不実施例ではG a A S基板結晶に400℃の成長
温度でG a A Sをハロゲン輸送法VPEによタエ
ビタキシャル成長させる方法に本発明を適用した場合に
ついて述べる。成長装置の概略を第2図に示した。この
成長装置では、上段の反応室4の上流にGaソースポー
ト5を置き、その上流力1らH,キャリヤガスと伴にH
Cxガスを供給する。この結果Gaelが生成され下流
に運ばれる。また、Gaソースボート5をバイパスする
バイブロからAnの水素化物であるA!qH8をHl 
をキャリヤガスと伴に供給する。一方、下段反応室7に
は、−?はりAsの水素化物であるA S )i Iを
H9をキャリヤガスと伴に供給する。このガスは反応管
中で分解し、基板領域では生としてAS4となっている
。基板結晶8としてはGaAs (100)を用いた。
 反応管の温度は抵抗加熱によシ制御しGaソース部は
800℃、基板結晶部は400℃に保った。ガス流者条
件は次の通りである。
上段の反応室 HCI (Ga)      l0CC/xiASHJ
        1いンー H,50QQcc/m 下段反応室 AaHs        to蜂− H,500叶V− 成長に際しては、基板結晶8を先ず下段反応室7に置き
、Asa雰囲気で成長温度(400℃)まで昇温した。
成長温度に達した所で上段反応室4にHCIを供給し、
−足時間後基板結晶88、上段反応室4に移動した。そ
こでlO秒間QaU18士分に吸着させ、再び、基板結
晶8を下段反応室7に移動した。これを10往復行なっ
た。なお、基板結晶8移動の際には、移動中の成長を防
ぐために。
A S Hsの供給を停止し、GaCl7囲気で移動す
るようにした。この後、基板tilt!18を、上段反
応室4に固定し、従来の手法で400℃においてG a
 A Sを約1μmの厚さに成長させた。この結果、ヒ
ルロック等の表面欠陥の非常に少なく、鏡面性に優れた
エピタキシャル層が得られた。
実施例2゜ 本実施例では11P基板結晶に400℃の成長温度で1
.3 μm帝レしザ用1 n P/ L n GaA 
s Pダブルへテロ構造をハロゲン輸送法VPEにより
エピタキシャル成長させる方法に本発明を適用した場合
について述べる。成長装置の概#!Iを第3図に示した
。この成長装置では、上段の反応室4の上流にGa、I
nソースボート5を置き、その上流力)らH,キャリヤ
ガスと伴にHCIガスを供給する。
この結果、QaCl、1nCIが生成され下流に運ばれ
る。また、Gaソースボート5をバイパスするバイブロ
乃)らAs、Pの水素化物であるA s Ha 。
PH,をH8をキャリヤガスと伴に供給する。一方下段
反応室7の上流にInソースポート5を置きその上流か
らH,キャリヤガスと伴にHCI  ガスを供給する。
この結果、InClが生成され下流に運ばれる。また、
Inソースボート5をバイパスするパイプ6カ1らPの
水素化物でるるPH,をHlをキャリヤガスと伴に供給
する。基板結晶8としてはInP (100)を用いた
。反応管の温度は抵抗加熱により制御しGaソース部は
800℃、基板結晶部は400℃に保った。 ガス流量
条件は次の通りである。
上段の反応室 Hel (Ga)      2cc/mMCI (I
n)      see、/=A S Hs     
   4 cC/al+PH,6CC/龍 H”        5000 cC/rnm下段反応
室 HCl (In)      8にC/mP8.   
     6CC/韻 H自5000 cC/Hn 成長に際しては、基板結晶8を先ず下段反応室7にli
tさ、P4雰囲気で成長温度(400℃)まで昇温した
。成長温度に達した所で上段反応室4のInソースにH
Clを供給し、−走時間後基板結晶8を、上段反応室4
に移動した。そこでIO秒間InClを十分に吸着させ
、再び、基板結晶8を下段反応室7に移動した。
これをlO往復行なった。なお、基板結晶8移動の際に
は、移動中の成長を防ぐために、Pl(、の供給を停止
し、1nel雰囲気で移動するようにした。
この後、基板結晶8を、下段反応室7に固定し、従来の
手法で400℃において、H,8を用いてSをl×1O
cIIL  程度ドーピングした1nPを約1μmの厚
さに成長させた。InP成長の間に上段反応室を1nP
に格子整合して、且つ、発光波長が1.3μmとなるよ
うな組成を有するInGaAsPの成長雰囲気とした。
下段反応室7で1nPを約1μmの厚さに成長させた後
、基板結晶8を上段反応室4に移動し、Q、157jf
iの厚さ1nGaAsP f成長した。この間に下段反
応室7のドーパントをH,Sから7.n (C−H−)
−に換え、再ひ、基板結晶8を下段反応室7に移動後、
rl、nを1xlOc+y+程度ドーピングしたInP
を約1μmの厚さに成長させた。その結果、ヒルロック
等の表面欠陥が非常に少なく、鏡面性に優れたエピタキ
シャル層が得られた。更に% SIMS分析によりヘテ
ロ界面の急峻性を調べた結果1組成の遷移層の厚さは1
0X以下であり、zn、sの不糾物に関しても1nGa
−AsP /−への拡散はほとんど観察されなかった。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によるエピタキシャル成長方
法を用いると、400℃以下の比較的低い成長a度にお
けるl −V族化合物半導体エピタキシャル成長におい
て、成長面の鏡面性に優れ、しかも実用的な成長速度が
得られる。またへテロ界面においては構成元素や不純物
が急峻に変化するエピタキシャル成長層を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による方法を説明するための図である。 第2図は本発明の実施例18説明するための図で、Ga
As基板結晶に400℃の成長温度でGaAsをハロゲ
ン輸送法VPEによりエピタキシャル成長させるための
成長装置の概略図である。 第3図は本発明の実施例28説明するための図で、In
P基板結晶に400℃の成長温度で1.3μm帯レーし
用InP/InGaAsPダブルへテロ構造をハロゲン
輸送法VPEによりエピタキシャル成長させるための成
長装置の概略図である。 1・・・・・・基板結晶 2・・・・・エピタキシャル層A 3・・・ エピタキシャル層B 4・・・・・上段反応室 5・・・・・ソースボート 619811.バイパスパイプ 7・・・・・下段反応室 8・・・・・基板結晶 9・・・・・・基板ホルダー パ−N− 一も+1

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. III−V族化合物半導体のエピタキシャル成長において
    、先ず、基板結晶上に成長せしめようとする化合物半導
    体の構成元素、あるいは、その元素を含むガスを交互に
    供給して一原子層ずつ吸着させ、全体として所望の化合
    物半導体を成長させ、次に、すべての構成元素、あるい
    は、その元素を含むガスを同時に供給して成長せしめる
    ことを特徴とするIII−V族化合物半導体のエピタキシ
    ャル成長方法。
JP27394585A 1985-12-04 1985-12-04 3−v族化合物半導体のエピタキシヤル成長方法 Pending JPS62132797A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0466526U (ja) * 1990-10-19 1992-06-11
US6706119B2 (en) * 2001-03-30 2004-03-16 Technologies And Devices International, Inc. Apparatus for epitaxially growing semiconductor device structures with submicron group III nitride layer utilizing HVPE

Cited By (3)

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JPH0466526U (ja) * 1990-10-19 1992-06-11
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