JPS6273620A - 気相成長方法 - Google Patents
気相成長方法Info
- Publication number
- JPS6273620A JPS6273620A JP21290985A JP21290985A JPS6273620A JP S6273620 A JPS6273620 A JP S6273620A JP 21290985 A JP21290985 A JP 21290985A JP 21290985 A JP21290985 A JP 21290985A JP S6273620 A JPS6273620 A JP S6273620A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- reaction gas
- susceptor
- reaction
- growth method
- Prior art date
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- Pending
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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
高速デバイス、光デバイス用材料である化合物半導体の
気相エピタキシャル成長に関するものである。
気相エピタキシャル成長に関するものである。
従来の技術
最近、化合物半導体を用いたベテロ接合デバイスの研究
開発が盛んに行われている。薄膜のエピタキシャル成長
法としては、従来の液相成長法にかわり、超薄膜多層構
造の形成が容易なこと及びヘテロ接合界面の急峻性がす
ぐれている点で、分子Sエビクキ−法(MBE)や気相
成長法()・ライドVPEやMOCVD)が主流を占め
ている。
開発が盛んに行われている。薄膜のエピタキシャル成長
法としては、従来の液相成長法にかわり、超薄膜多層構
造の形成が容易なこと及びヘテロ接合界面の急峻性がす
ぐれている点で、分子Sエビクキ−法(MBE)や気相
成長法()・ライドVPEやMOCVD)が主流を占め
ている。
このうち、MOCVD法は有機金属を用いた有機金属熱
分解法のことで、特に注目を集めている。
分解法のことで、特に注目を集めている。
第3図に従来のMOCVD法のリアクタ付近の概略図を
示す。1は石英反応管、2は石英反応管1を保持するエ
ンドキャップ、3は反応ガス導入管、4は反応ガスの排
出口である。基板5はサセプタ6の上に載置し、RFコ
イル7により、誘導加熱する。基板温度は、熱電対8に
よりモニタされ、制御する。
示す。1は石英反応管、2は石英反応管1を保持するエ
ンドキャップ、3は反応ガス導入管、4は反応ガスの排
出口である。基板5はサセプタ6の上に載置し、RFコ
イル7により、誘導加熱する。基板温度は、熱電対8に
よりモニタされ、制御する。
例えば、G a A sを成長させる際、TMG()リ
メチルカリウム) = 1 occ/MR、A ’ H
3(アルシン)=1sc、c/諺講、H2ガス=2Q/
娼、基板温度=780℃でG a A s基板上に良好
なG a A sエピタキシャル薄膜が形成される。
メチルカリウム) = 1 occ/MR、A ’ H
3(アルシン)=1sc、c/諺講、H2ガス=2Q/
娼、基板温度=780℃でG a A s基板上に良好
なG a A sエピタキシャル薄膜が形成される。
G a A s系デバイス(7)場合、A4.−、Ga
、cAs(OくX<:1 )も同じこの成長管内でG
a A sに続いてA21.、、xGaxAS も成長
させる必要がある。
、cAs(OくX<:1 )も同じこの成長管内でG
a A sに続いてA21.、、xGaxAS も成長
させる必要がある。
例えばAfl。、 3Ga0.7Asの成長条件はTM
G = 10CQ/sin 、 TMA ()リメチル
アルミニウム)= 10CC/、7M、 A s H3
=15 ce/=1 + H2ガス−217w1n。
G = 10CQ/sin 、 TMA ()リメチル
アルミニウム)= 10CC/、7M、 A s H3
=15 ce/=1 + H2ガス−217w1n。
基板温度=780℃である。又1nP 系の場合ばIn
PやIn1−xGaxAayPl−、(0(xく1 、
Oくyく1)をMOCVD 成長させることができる。
PやIn1−xGaxAayPl−、(0(xく1 、
Oくyく1)をMOCVD 成長させることができる。
これらの場合、例えばA Q G a A s /G
a A sダブルへテロ接合レーザ構造を作製する場合
、G a A s基板上に順次n−GaAg/n−AQ
O,3Gao、 7As/undopeGaAs/p−
Afl、。、 3Gao、 7AI!/p−GaAsの
多層を積層する。
a A sダブルへテロ接合レーザ構造を作製する場合
、G a A s基板上に順次n−GaAg/n−AQ
O,3Gao、 7As/undopeGaAs/p−
Afl、。、 3Gao、 7AI!/p−GaAsの
多層を積層する。
これらの種々のエピタキシャル膜を成長してゆくと、石
英管1の内壁やサセプタθ上の表面に反応物9が付着し
てくる。
英管1の内壁やサセプタθ上の表面に反応物9が付着し
てくる。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、この従来の方法だと、サセプタ6や石英
管1の内壁に付着した付着物9は、次の成長の際再蒸発
し、基板6上へ再付着し、組成やキャリア濃度の制御や
結晶性の制御が難しい。特に格子定数が少し狂うと、エ
ビ層の結晶性が悪くなったり、再蒸発しやすいp (I
Jン)を用いるIn Ga As P の成
長には大きな問題で1−X X 71−7 ある。又この方法では、基板6の上部には数fl/Ii
の反応ガスのフローがあり、その影響で基板の端部と中
央部でかなりの温度差があり又基板温度と熱電対8のモ
ニタ温度も数10度の温度差があり基板内の温度の均一
化や温度そのものの制御も難しい。又、石英管内壁とサ
セプタ6(基板1含む)の間隙dを狭くシ(例えば1m
程度)、実質的な流速を上げて、ヘテロ多層構造におけ
るヘテロ界面の急峻性をよくする方法があるが、基板と
熱電対の温度差は更に大きくなると共に、基板5の表面
の流速が速くなったものの、石英管内壁の付着物9とは
距離的に近づき問題は残る。
管1の内壁に付着した付着物9は、次の成長の際再蒸発
し、基板6上へ再付着し、組成やキャリア濃度の制御や
結晶性の制御が難しい。特に格子定数が少し狂うと、エ
ビ層の結晶性が悪くなったり、再蒸発しやすいp (I
Jン)を用いるIn Ga As P の成
長には大きな問題で1−X X 71−7 ある。又この方法では、基板6の上部には数fl/Ii
の反応ガスのフローがあり、その影響で基板の端部と中
央部でかなりの温度差があり又基板温度と熱電対8のモ
ニタ温度も数10度の温度差があり基板内の温度の均一
化や温度そのものの制御も難しい。又、石英管内壁とサ
セプタ6(基板1含む)の間隙dを狭くシ(例えば1m
程度)、実質的な流速を上げて、ヘテロ多層構造におけ
るヘテロ界面の急峻性をよくする方法があるが、基板と
熱電対の温度差は更に大きくなると共に、基板5の表面
の流速が速くなったものの、石英管内壁の付着物9とは
距離的に近づき問題は残る。
問題点を解決するだめの手段
上記、付着物や基板温度とモニタ温度との温度差等の問
題点を解決するだめの本発明の技術的手段は、エピタキ
シャル成長用基板を載置する第1のサセプタと上記基板
の一主面上部をおおう第2のサセプタの間に設けられた
反応ガスガイド部に、反応ガスを送り込む反応ガス導入
管を連結させて、上記反応ガスを基板上に導き、エピタ
キシャル薄膜を提供することにある。
題点を解決するだめの本発明の技術的手段は、エピタキ
シャル成長用基板を載置する第1のサセプタと上記基板
の一主面上部をおおう第2のサセプタの間に設けられた
反応ガスガイド部に、反応ガスを送り込む反応ガス導入
管を連結させて、上記反応ガスを基板上に導き、エピタ
キシャル薄膜を提供することにある。
作 用
この技術的手段による作用は次のようになる。
すなわち、反応ガスは第1.第2のザセグタ間に設けら
れた反応ガスガイド部の空洞部のみに供給され、サセプ
タの外部の石英管内壁には反応物は付着しない。この第
1.第2のサセプタは成長の毎に新しいもの(新しく洗
浄したものも含む)に交換するだめ、第1.第2サセグ
タの空洞部に付着したものは問題とならない。それ故、
成長時の付着物の再蒸発による悪影響は避けることがで
きエピタキシャル膜の組成やキャリア濃度、結晶性の再
現性が向上する。又基板をカーボン製サセプタでおおう
ため、基板内での温度分布も数度以内に又モニタ温度と
の温度差も10℃前後と極めて小さく良好な温度制御の
下に均質なエピタキシャル膜を提供することができる。
れた反応ガスガイド部の空洞部のみに供給され、サセプ
タの外部の石英管内壁には反応物は付着しない。この第
1.第2のサセプタは成長の毎に新しいもの(新しく洗
浄したものも含む)に交換するだめ、第1.第2サセグ
タの空洞部に付着したものは問題とならない。それ故、
成長時の付着物の再蒸発による悪影響は避けることがで
きエピタキシャル膜の組成やキャリア濃度、結晶性の再
現性が向上する。又基板をカーボン製サセプタでおおう
ため、基板内での温度分布も数度以内に又モニタ温度と
の温度差も10℃前後と極めて小さく良好な温度制御の
下に均質なエピタキシャル膜を提供することができる。
実施例
本発明の実施例を第1図、第2図を用いて説明する。第
1図において、化合物半導体等の基板5ヲ載置した第1
のサセプタ10の上に第2のサセプタ11を置き、適当
な方法で石英反応管1内に固定する。反応ガスガイド部
12は、第2図に示すように、第2のサセプタ11の下
部をセットしだ時基板6の上面をおおうような形状でく
り抜かれたものでよい。反応ガス導入管(石英製)13
は、反応ガスガイド部12の端部に第1図のように連結
されている。基板5近傍にて、ガス流の乱れを生じさせ
ない様、反応ガスガイド部12の内壁(サセグタ内部表
面と基板表面はほぼ面一とし、かつサセプタと反応ガス
導入管13は最適に連結する。サセプタからの熱により
反応ガス導入管13の温度が上り反応物が付着すること
があるが流速を速くしたり適当な方法での強制クリーニ
ングにより除去できるガス導入管14は残留ガスの除去
。
1図において、化合物半導体等の基板5ヲ載置した第1
のサセプタ10の上に第2のサセプタ11を置き、適当
な方法で石英反応管1内に固定する。反応ガスガイド部
12は、第2図に示すように、第2のサセプタ11の下
部をセットしだ時基板6の上面をおおうような形状でく
り抜かれたものでよい。反応ガス導入管(石英製)13
は、反応ガスガイド部12の端部に第1図のように連結
されている。基板5近傍にて、ガス流の乱れを生じさせ
ない様、反応ガスガイド部12の内壁(サセグタ内部表
面と基板表面はほぼ面一とし、かつサセプタと反応ガス
導入管13は最適に連結する。サセプタからの熱により
反応ガス導入管13の温度が上り反応物が付着すること
があるが流速を速くしたり適当な方法での強制クリーニ
ングにより除去できるガス導入管14は残留ガスの除去
。
パージ用としてキャリアガスの一部を石英反応管1とサ
セプタ10.11の間を流すだめのものである(反応が
導入管13の空冷にも効果がある。)基板の加熱はRF
コイルを用いた誘導加熱方式を採用するが、ランプを用
いた光加熱でもよい。
セプタ10.11の間を流すだめのものである(反応が
導入管13の空冷にも効果がある。)基板の加熱はRF
コイルを用いた誘導加熱方式を採用するが、ランプを用
いた光加熱でもよい。
今、In1−、GaxAs、Pl−、ty)結晶成長&
例にとって説明する。PH3はサセプタの熱を利用し
てたとえば予め熱分解されて反応ガス導入管13の中に
導入されているとする。成長条件は装置にもかなり依存
するが、例えば基板温度670℃。
例にとって説明する。PH3はサセプタの熱を利用し
てたとえば予め熱分解されて反応ガス導入管13の中に
導入されているとする。成長条件は装置にもかなり依存
するが、例えば基板温度670℃。
TEI(トリエチルインジウム)のN2 f 10NV
(35℃)=350CC/+u++、TEG()リエチ
ルガリウム) ノH2flow (0℃) =BO(f
:、/gin 。
(35℃)=350CC/+u++、TEG()リエチ
ルガリウム) ノH2flow (0℃) =BO(f
:、/gin 。
AIIH=100cc/= 、 PH3=17oCC/
lin 、反応ガス導入管13を流れるN2f1.ow
の総流量e Q/mtR。
lin 、反応ガス導入管13を流れるN2f1.ow
の総流量e Q/mtR。
凱15QTorr 下でInP に格子整合した(1
Δa / a l(1X 10 ) I n 1−x
G a x A s y P 1−y(X〜0.27
.7〜0.57) 4元混晶が得られる。サセプタ10
.11の石英反応管1内へのセット後、石英反応管1内
を真空に引き、石英反応管1内の残留ガス等のクリーニ
ングを行なうが、ガス導入管14よりN2かN2をパー
ジすることにより、より効率を高めることができる。成
長中もN2かN2あるいは不活性ガス(He等)の類を
1〜22/馴流してもよい。
Δa / a l(1X 10 ) I n 1−x
G a x A s y P 1−y(X〜0.27
.7〜0.57) 4元混晶が得られる。サセプタ10
.11の石英反応管1内へのセット後、石英反応管1内
を真空に引き、石英反応管1内の残留ガス等のクリーニ
ングを行なうが、ガス導入管14よりN2かN2をパー
ジすることにより、より効率を高めることができる。成
長中もN2かN2あるいは不活性ガス(He等)の類を
1〜22/馴流してもよい。
この方法で、工n1−8G、!1xAByP1−y(x
−0,27゜y〜0.57)の成長を何回やっても組成
の変動及び膜厚の変動は極めて少なかった。成長の毎に
サセプタを交換し、30回のrunの組成のバラツキ及
び膜厚変動(1時間の成長時間)はそれぞれx=0.2
7±0.02.y=0.57±0.2.及び1μm±0
.o3と極めて制御よく良好な4元混晶が再現性よく得
られた。サセプタは毎回新しいもの(クリーニングされ
たもの)と交換するのが望ましいが、数回のrun程度
ならそれ程問題ではない。石英反応管1の内壁への付着
物9は石英反応管1を交換することで除去できるが極め
て非効率であり本発明を用いると内壁への付着物はほと
んどなく、石英反応管の交換は不要となる。温度制御の
点については、基板温度と熱電対8のモニタ温度差は1
0℃前後におさえることができ(H2flowの流速が
大きいと10℃以上となることがある。)又本実施例で
は基板の大きさは2.6α角のものを使用したが、6℃
以内の均熱が十分にとれ、基板内の結晶性も極めて均一
となった。
−0,27゜y〜0.57)の成長を何回やっても組成
の変動及び膜厚の変動は極めて少なかった。成長の毎に
サセプタを交換し、30回のrunの組成のバラツキ及
び膜厚変動(1時間の成長時間)はそれぞれx=0.2
7±0.02.y=0.57±0.2.及び1μm±0
.o3と極めて制御よく良好な4元混晶が再現性よく得
られた。サセプタは毎回新しいもの(クリーニングされ
たもの)と交換するのが望ましいが、数回のrun程度
ならそれ程問題ではない。石英反応管1の内壁への付着
物9は石英反応管1を交換することで除去できるが極め
て非効率であり本発明を用いると内壁への付着物はほと
んどなく、石英反応管の交換は不要となる。温度制御の
点については、基板温度と熱電対8のモニタ温度差は1
0℃前後におさえることができ(H2flowの流速が
大きいと10℃以上となることがある。)又本実施例で
は基板の大きさは2.6α角のものを使用したが、6℃
以内の均熱が十分にとれ、基板内の結晶性も極めて均一
となった。
尚、Anl−1cGaxAs+/GaAs系の場合、サ
セプタの交換の際、空気中に触れたサセプタを用いるの
はよくない。この場合は、例えばサセプタの9暁き炉(
ベーキング炉)とロードロック機構を用いて、本実施例
の気相成長装置に連結し、新しいサセプロは空気に触れ
ずに成長に使用される必要がある。
セプタの交換の際、空気中に触れたサセプタを用いるの
はよくない。この場合は、例えばサセプタの9暁き炉(
ベーキング炉)とロードロック機構を用いて、本実施例
の気相成長装置に連結し、新しいサセプロは空気に触れ
ずに成長に使用される必要がある。
サセプタの形状は基板の大きさ、形状にもよるが四角柱
が望ましく、又反応ガスガイド部の寸法すは基板5の寸
法Cの2倍以上2寸法aは1cn1程度がよい。又サセ
プタはきめの細かなボコ社裂カーボン(品番DFB)や
SiCコートしたものが望ましく、石英反応管1も四角
形がよい。
が望ましく、又反応ガスガイド部の寸法すは基板5の寸
法Cの2倍以上2寸法aは1cn1程度がよい。又サセ
プタはきめの細かなボコ社裂カーボン(品番DFB)や
SiCコートしたものが望ましく、石英反応管1も四角
形がよい。
発明の効果
本発明を用いて、化合物半導体のAN 1− xGa
XAs/GaAsや、特に格子整合度合がエビ層の結晶
性に大きく影響を与えるI n 1−xGa xAs
y P 1−y/ I nPを成長する場合、数1Q回
のrunに対し、組成、膜厚の制御が極めてよく、又均
一2正確な温度制御も可能となり基板内のバラツキも小
さく抑えることができることがわかった。又1回のru
nにおけ薄膜多層へテロ構造におけるヘテロ界面の急峻
性も極あて向上した。本発明は工n1−エGa工Asy
P1−アやA21−エG a xA s 以外の様々な
混晶半導体((Af;t 、Ga 1−、) 、I n
l−、Pや1n1−xAl!Al1yP1−ア等)にも
適用できる。MOCVD法はLPE法に比べ、run間
の再現性に問題があったが、本発明を用いることにより
再現性が大幅に向上し、MOCVD法の量産化への期待
に大きく貢献できるものである。
XAs/GaAsや、特に格子整合度合がエビ層の結晶
性に大きく影響を与えるI n 1−xGa xAs
y P 1−y/ I nPを成長する場合、数1Q回
のrunに対し、組成、膜厚の制御が極めてよく、又均
一2正確な温度制御も可能となり基板内のバラツキも小
さく抑えることができることがわかった。又1回のru
nにおけ薄膜多層へテロ構造におけるヘテロ界面の急峻
性も極あて向上した。本発明は工n1−エGa工Asy
P1−アやA21−エG a xA s 以外の様々な
混晶半導体((Af;t 、Ga 1−、) 、I n
l−、Pや1n1−xAl!Al1yP1−ア等)にも
適用できる。MOCVD法はLPE法に比べ、run間
の再現性に問題があったが、本発明を用いることにより
再現性が大幅に向上し、MOCVD法の量産化への期待
に大きく貢献できるものである。
第1図は本発明の一実施例の成長装置の構造図、第2図
は本発明のサセプタ部の概略図、第3図は従来例の成長
装置の概略構造図である。 1・・・・・・石英反応管、5・・・・・・基板、9・
・・・・・付着物、10・・・・・・第1のサセプタ、
11・・・・・・第2のサセプタ、13・・・・・・反
応ガス導入管、14・・・・・・ガス導入管。
は本発明のサセプタ部の概略図、第3図は従来例の成長
装置の概略構造図である。 1・・・・・・石英反応管、5・・・・・・基板、9・
・・・・・付着物、10・・・・・・第1のサセプタ、
11・・・・・・第2のサセプタ、13・・・・・・反
応ガス導入管、14・・・・・・ガス導入管。
Claims (8)
- (1)複数の反応ガスを用いて基板上に薄膜をエピタキ
シャル成長させる際、上記基板を載置する第1のサセプ
タと上記基板の一主面上部をおおう第2のサセプタの間
に設けられた反応ガスガイド部を介して、上記反応ガス
が上記基板上に導かれ、上記基板上に薄膜を成長させる
ことを特徴とする気相成長方法。 - (2)基板を載置させた第1のサセプタ表面と該基板の
一主面とはほぼ面一であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項に記載の気相成長方法。 - (3)反応ガスガイド端部に反応ガス導入管を連結する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の気相成
長方法。 - (4)第1、2のサセプタは薄膜成長の毎に新しいもの
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の気相成長方法。 - (5)第1、第2のサセプタはカーボン製であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の気相成長方法
。 - (6)基板は誘導加熱あるいは光加熱方式で加熱を行な
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
成長方法。 - (7)第1、第2のサセプタの外側にも水素ガスあるい
は窒素ガスを流すことを特徴とする特許請求の範囲第1
項に記載の気相成長方法。 - (8)反応ガスに有機金属を含むことを特徴とする特許
請求の範囲第1項に記載の気相成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21290985A JPS6273620A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21290985A JPS6273620A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 気相成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6273620A true JPS6273620A (ja) | 1987-04-04 |
Family
ID=16630286
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21290985A Pending JPS6273620A (ja) | 1985-09-26 | 1985-09-26 | 気相成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6273620A (ja) |
-
1985
- 1985-09-26 JP JP21290985A patent/JPS6273620A/ja active Pending
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