JPS647487B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、−族化合物半導体の気相成長方
法、特に反応ガスを−族化合物半導体がエピ
タキシヤル成長される基板上に輸送するためのキ
ヤリアガスを反応系から徐外した−族化合物
半導体気相成長方法に関する。
法、特に反応ガスを−族化合物半導体がエピ
タキシヤル成長される基板上に輸送するためのキ
ヤリアガスを反応系から徐外した−族化合物
半導体気相成長方法に関する。
−族化合物半導体は、たとえば、
GaAsyP1-y発光ダイオードやGa1−xAlxAs−
GaAs−Ga1−xAlxAs二重ヘテロ接合レーザダイ
オードなどの光半導体デバイスあるいは、GaAs
ガンダイオードやGaAs電界効果トランジスタな
どのマイクロ波半導体デバイス、また、最近、そ
の高速低消費電力のため開発が急がれている
GaAs論理素子等にシリコンにない特徴を生かし
て利用されている。これらデバイスには−族
化合物半導体の性質を制御する目的と複雑な多層
構造を形成する目的とから、これら−族化合
物半導体のエピタキシヤル成長層が用いられてい
る。エピタキシヤル成長層は成長層の平担性や量
産性に優れている気相成長法によつて、ほとんど
つくられており、産業上は、主に水素ガス流中で
族元素の塩化物と族元素の蒸気を生成させ、
その下流に設置され基板上に−族化合物半導
体をエピタキシヤル成長させる水素系塩化物輸送
法あるいは水素ガス流中で有機族元素化合物と
族元素の水素化物とを反応させる熱分解法で気
相成長が、おこなわれている。水素ガスを反応分
子の輸送担体とする水素系気相成長方法の利点
は、 (1) 水素ガスの純化が容易であり、輸送担体ガス
中の不純物による成長層結晶の汚染が少ない。
GaAsyP1-y発光ダイオードやGa1−xAlxAs−
GaAs−Ga1−xAlxAs二重ヘテロ接合レーザダイ
オードなどの光半導体デバイスあるいは、GaAs
ガンダイオードやGaAs電界効果トランジスタな
どのマイクロ波半導体デバイス、また、最近、そ
の高速低消費電力のため開発が急がれている
GaAs論理素子等にシリコンにない特徴を生かし
て利用されている。これらデバイスには−族
化合物半導体の性質を制御する目的と複雑な多層
構造を形成する目的とから、これら−族化合
物半導体のエピタキシヤル成長層が用いられてい
る。エピタキシヤル成長層は成長層の平担性や量
産性に優れている気相成長法によつて、ほとんど
つくられており、産業上は、主に水素ガス流中で
族元素の塩化物と族元素の蒸気を生成させ、
その下流に設置され基板上に−族化合物半導
体をエピタキシヤル成長させる水素系塩化物輸送
法あるいは水素ガス流中で有機族元素化合物と
族元素の水素化物とを反応させる熱分解法で気
相成長が、おこなわれている。水素ガスを反応分
子の輸送担体とする水素系気相成長方法の利点
は、 (1) 水素ガスの純化が容易であり、輸送担体ガス
中の不純物による成長層結晶の汚染が少ない。
(2) 成長反応系に酸化性ガスが混入しても水素ガ
スによる還元能力があるため、成長層に酸化性
ガスの悪影響が及ばない。
スによる還元能力があるため、成長層に酸化性
ガスの悪影響が及ばない。
などである。しかし、水素系気相成長方法には、
(1) 水素ガスによる石英反応管の還元が成長層の
シリコン汚染の原因となる。
シリコン汚染の原因となる。
(2) 反応ガスと水素ガスの密度差が大きいのでガ
ス中の反応分子の濃度が不均一になり、成長層
の膜厚、不純物濃度、混晶の組成などが成長層
面内で不均一になる。
ス中の反応分子の濃度が不均一になり、成長層
の膜厚、不純物濃度、混晶の組成などが成長層
面内で不均一になる。
(3) ハロゲン化物輸送気相成長法の場合、石英反
応管管壁を水素還元して管壁を活性化してしま
うため、管壁への結晶析出がおこり、基板だけ
へ結晶が析出する選択性が損われる。
応管管壁を水素還元して管壁を活性化してしま
うため、管壁への結晶析出がおこり、基板だけ
へ結晶が析出する選択性が損われる。
等の欠点もあり、不活性ガス（窒素ガスを含む）
を反応分子の輸送担体とする不活性ガス系気相成
長が、おこなわれるにいたつた。
を反応分子の輸送担体とする不活性ガス系気相成
長が、おこなわれるにいたつた。
しかしながら、不活性ガス系では前記水素系の
欠点の(1)，(3)はなくなるものの(2)の点では、窒素
ガス（分子量28）、アルゴンガス（分子量40）を
用いても、なお、反応ガスとの密度差が大きく、
成長層の均一性は、いまだ不十分であつた。特に
高度に均一なn+活性層あるいは高抵抗層のエピ
タキシヤル成長は窒素系気相成長においても困難
であつた。
欠点の(1)，(3)はなくなるものの(2)の点では、窒素
ガス（分子量28）、アルゴンガス（分子量40）を
用いても、なお、反応ガスとの密度差が大きく、
成長層の均一性は、いまだ不十分であつた。特に
高度に均一なn+活性層あるいは高抵抗層のエピ
タキシヤル成長は窒素系気相成長においても困難
であつた。
本発明の目的は、前記従来の欠点を除去せしめ
た新規な−族化合物半導体気相成長方法を提
供することにある。本発明によれば、真空状態に
保たれた反応室内に族元素の揮発性化合物の単
体もしくは混合物からなる蒸気と族元素の揮発
性化合物の単体もしくは混合物の蒸気とを導入し
該反応室内に設置された基板上で化学反応をさせ
て−族化合物半導体をエピタキシヤル成長さ
せることを特徴とする−族化合物半導体気相
成長方法が得られる。さらに、本発明によれば真
空状態に保たれた反応室内に族元素の揮発性化
合物の単体もしくは混合物からなる蒸気と族元
素の蒸気あるいは族元素の揮発性化合物の単体
もしくは混合物からなる蒸気と水素ガスとを導入
し、該反応室内に設置された基板上で化学反応を
させて−族化合物半導体をエピタキシヤル成
長させることを特徴とする−族化合物半導体
気相成長が得られる。前記本発明によれば、高度
に均一で成長層のシリコン汚染が少なく管壁への
析出が、ほとんどない気相成長が実現される。
た新規な−族化合物半導体気相成長方法を提
供することにある。本発明によれば、真空状態に
保たれた反応室内に族元素の揮発性化合物の単
体もしくは混合物からなる蒸気と族元素の揮発
性化合物の単体もしくは混合物の蒸気とを導入し
該反応室内に設置された基板上で化学反応をさせ
て−族化合物半導体をエピタキシヤル成長さ
せることを特徴とする−族化合物半導体気相
成長方法が得られる。さらに、本発明によれば真
空状態に保たれた反応室内に族元素の揮発性化
合物の単体もしくは混合物からなる蒸気と族元
素の蒸気あるいは族元素の揮発性化合物の単体
もしくは混合物からなる蒸気と水素ガスとを導入
し、該反応室内に設置された基板上で化学反応を
させて−族化合物半導体をエピタキシヤル成
長させることを特徴とする−族化合物半導体
気相成長が得られる。前記本発明によれば、高度
に均一で成長層のシリコン汚染が少なく管壁への
析出が、ほとんどない気相成長が実現される。
以下、本発明について実施例により詳細に説明
する。第１図は本発明の第１の発明を説明するた
めの図で、−族化合物半導体としてGaAsの
成長に適用した場合について述べる。
する。第１図は本発明の第１の発明を説明するた
めの図で、−族化合物半導体としてGaAsの
成長に適用した場合について述べる。
先ず、石英製基板ホルダ１の上にGaAs半絶縁
性基板２を設置し、石英製反応室３の内部を排気
した。こののち、反応室を取り囲む電気炉４によ
つて基板および反応室の室壁を加熱し、基板を
700℃とした。しかるのちに、反応ガス導入口５
および６から、それぞれCaCl7、As48を４：１の
比率で導入し、反応室内の圧力が6torrになるよ
うに導入量を調節した。30分間経間後ガス８に
H2Sを添加しn+−GaAs層を２分間成長してから
反応ガスの導入を停止して成長を停止した。
性基板２を設置し、石英製反応室３の内部を排気
した。こののち、反応室を取り囲む電気炉４によ
つて基板および反応室の室壁を加熱し、基板を
700℃とした。しかるのちに、反応ガス導入口５
および６から、それぞれCaCl7、As48を４：１の
比率で導入し、反応室内の圧力が6torrになるよ
うに導入量を調節した。30分間経間後ガス８に
H2Sを添加しn+−GaAs層を２分間成長してから
反応ガスの導入を停止して成長を停止した。
表面n+−GaAs成長層のキヤリア濃度とn+層膜
厚の面内分布を第２図に示す。基板の周辺から４
mm内側の線の内部（図の斜線部）は高度に均一で
あつて、キヤリア濃度と膜厚は±0.5％以内の変
動しかなかつた。また、基板周辺の反応室の管壁
へはGaAsが、まつたく析出しなかつた。
厚の面内分布を第２図に示す。基板の周辺から４
mm内側の線の内部（図の斜線部）は高度に均一で
あつて、キヤリア濃度と膜厚は±0.5％以内の変
動しかなかつた。また、基板周辺の反応室の管壁
へはGaAsが、まつたく析出しなかつた。
前記本発明の第１の発明において、その気相成
長に先だつて、真空状態に保持された反応室内に
水素ガスを導入して成長にあたつての前処理を施
してもよい。これによつて、基板表面の浄化、気
相成長における成長層の平担性が改善され、さら
には、成長温度を低くすることが可能になる。
長に先だつて、真空状態に保持された反応室内に
水素ガスを導入して成長にあたつての前処理を施
してもよい。これによつて、基板表面の浄化、気
相成長における成長層の平担性が改善され、さら
には、成長温度を低くすることが可能になる。
これについてInPの成長に適用した一実施例を
第１図を用いて説明する。
第１図を用いて説明する。
先ず、前記実施例と同様にInP半絶縁性基板２
を設置し、反応室内を排気したのち、基板を600
℃とした。しかるのち、反応ガス導入口５から水
素ガスを導入し、10分間基板表面を600℃で水素
還元の前処理を行ない、しかるのちに水素ガスの
導入を停止し、水素ガスが排気されてから反応ガ
ス導入口５および６から、それぞれInCl7，P48を
４：１の比率で導入し、反応管内の圧力が4torr
になるように導入量を調節した。10分間経過後反
応ガスの導入を停止して成長を停止した。InP成
長層はｎ型で、その膜厚は2.29μｍであつた。膜
厚は２×２cm2のInP基板内で周辺から３mm以上内
側では±0.5％以内で一様であつた。
を設置し、反応室内を排気したのち、基板を600
℃とした。しかるのち、反応ガス導入口５から水
素ガスを導入し、10分間基板表面を600℃で水素
還元の前処理を行ない、しかるのちに水素ガスの
導入を停止し、水素ガスが排気されてから反応ガ
ス導入口５および６から、それぞれInCl7，P48を
４：１の比率で導入し、反応管内の圧力が4torr
になるように導入量を調節した。10分間経過後反
応ガスの導入を停止して成長を停止した。InP成
長層はｎ型で、その膜厚は2.29μｍであつた。膜
厚は２×２cm2のInP基板内で周辺から３mm以上内
側では±0.5％以内で一様であつた。
次に本発明の第２の発明について説明する。
本発明の第２の発明は、反応ガスの濃度が、よ
り希薄である条件で成長させるための前記第１の
発明の改善された方法である。もちろん、通常の
反応ガス濃度での成長にも適用できる。一般に真
空室内には、常に極めて希薄な酸化性ガスが残留
しているが、水素ガス系気相成長では成長層を水
素ガスが還元するため、この酸化性ガスの影響
は、ほとんどない。また、反応ガス濃度がある程
度高ければ、酸化性ガスの反応ガスに対する比率
は小さいので、水素ガスが系に存在しなくても酸
化性ガスの影響はほとんどない。しかし、反応ガ
スの濃度が希薄になると酸化性ガスの反応ガスに
対する比率が大きくなり、成長層の品質に悪影響
を及ぼす。そこで、前記第１の発明の系に新たに
成長層を還元するための水素ガスを加え、前記問
題点を解決しようとするものである。本発明にお
いて水素ガスの量は少ないほど成長層の均一性は
良くなるが、反応ガスが希薄な場合は、成長層の
均一性を良くするために、ある程度以上あること
が望ましい。この水素ガス量として有効な量は、
水素ガスの流率（原子数換算）で述べれば、族
元素の揮発性化合物の流率（族元素の原子数換
算）の１ないし５倍であることが好ましい。
り希薄である条件で成長させるための前記第１の
発明の改善された方法である。もちろん、通常の
反応ガス濃度での成長にも適用できる。一般に真
空室内には、常に極めて希薄な酸化性ガスが残留
しているが、水素ガス系気相成長では成長層を水
素ガスが還元するため、この酸化性ガスの影響
は、ほとんどない。また、反応ガス濃度がある程
度高ければ、酸化性ガスの反応ガスに対する比率
は小さいので、水素ガスが系に存在しなくても酸
化性ガスの影響はほとんどない。しかし、反応ガ
スの濃度が希薄になると酸化性ガスの反応ガスに
対する比率が大きくなり、成長層の品質に悪影響
を及ぼす。そこで、前記第１の発明の系に新たに
成長層を還元するための水素ガスを加え、前記問
題点を解決しようとするものである。本発明にお
いて水素ガスの量は少ないほど成長層の均一性は
良くなるが、反応ガスが希薄な場合は、成長層の
均一性を良くするために、ある程度以上あること
が望ましい。この水素ガス量として有効な量は、
水素ガスの流率（原子数換算）で述べれば、族
元素の揮発性化合物の流率（族元素の原子数換
算）の１ないし５倍であることが好ましい。
この場の一実施例としてGa1−xAlxAsの成長
方法について第３図を用いて詳述する。
方法について第３図を用いて詳述する。
先ず、石英製台座３１の上にSiCを被覆したカ
ーボン製基板加熱体３２を、さらに、その上に
n+−GaAs基板３３を設置し、石英製反応管３４
の内部を排気した。こののち高周波コイル３７で
加熱し、前記GaAs基板を650℃まで昇温し、反
応ガス導入口３５からトリメチルガリウム（Ga
（CH3）3）とアルシン（AsH3）と水素（H2）を
１：10：１の割合で含む反応ガス３６を導入し、
反応管内の圧力が2torrになるように調節した。
30分間GaAsをGaAs基板上にエピタキシヤル成
長させたのち、ガス６にさらにトリメチルアルミ
ニウム（Al（CH3）3）を加えGa1−xAlxAsを
GaAsエピタキシヤル成長層の上にエピタキシヤ
ル成長させた。
ーボン製基板加熱体３２を、さらに、その上に
n+−GaAs基板３３を設置し、石英製反応管３４
の内部を排気した。こののち高周波コイル３７で
加熱し、前記GaAs基板を650℃まで昇温し、反
応ガス導入口３５からトリメチルガリウム（Ga
（CH3）3）とアルシン（AsH3）と水素（H2）を
１：10：１の割合で含む反応ガス３６を導入し、
反応管内の圧力が2torrになるように調節した。
30分間GaAsをGaAs基板上にエピタキシヤル成
長させたのち、ガス６にさらにトリメチルアルミ
ニウム（Al（CH3）3）を加えGa1−xAlxAsを
GaAsエピタキシヤル成長層の上にエピタキシヤ
ル成長させた。
Ga1−xAlxAs成長層の組成をフオトルミネツ
センススペクトルのピークのエネルギーをバンド
ギヤツプエネルギーとして求めたところ、ｘは約
0.3で６cm2の面内で＋0.1％の変動しかなかつた。
センススペクトルのピークのエネルギーをバンド
ギヤツプエネルギーとして求めたところ、ｘは約
0.3で６cm2の面内で＋0.1％の変動しかなかつた。
以上、本発明について具体的一実施例をもとに
説明したが、前記各実施例において、族元素の
揮発性化合物としては、例えば、AlCl，GaCl，
InCl，Al（CH3），Al（C2H5）3，Ga（CH3）3，Ga
（C2H5）3，In（CH3）3，In（C2H5）3等が使用でき、
これらの単体もしくは混合物であればよい。
説明したが、前記各実施例において、族元素の
揮発性化合物としては、例えば、AlCl，GaCl，
InCl，Al（CH3），Al（C2H5）3，Ga（CH3）3，Ga
（C2H5）3，In（CH3）3，In（C2H5）3等が使用でき、
これらの単体もしくは混合物であればよい。
また、族元素の蒸気あるいは族元素の揮発
性化合物としては、Ｐ蒸気、As蒸気、Sb蒸気、
PH3AsH3，SbH3等が使用でき、これらの単体も
しくは混合物であればよい。
性化合物としては、Ｐ蒸気、As蒸気、Sb蒸気、
PH3AsH3，SbH3等が使用でき、これらの単体も
しくは混合物であればよい。
第１図は本発明の第１の発明を説明するための
図で、実施例において使用した成長装置を機械的
に示したものである。 １……基板ホルダ、２……基板、３……石英製
反応管、４……電気炉、５，６……ガス導入口、
７，８……導入されるガス。 第２図は第１の発明の一実施例において得られ
たｎ−GaAsエピタキシヤル層の面内キヤリア濃
度分布とｎ層膜厚分布とを示すものである。 第３図は、本発明の第２の発明を説明するため
の図で、実施例において使用した成長装置を模式
的に示したものである。 ３１……石英製台座、３２……SiCを被覆した
カーボン製基板加熱体、３３……基板、３４……
石英製反応管、３５……反応ガス導入口、３６…
…導入されるガス、３７……高周波コイル。
図で、実施例において使用した成長装置を機械的
に示したものである。 １……基板ホルダ、２……基板、３……石英製
反応管、４……電気炉、５，６……ガス導入口、
７，８……導入されるガス。 第２図は第１の発明の一実施例において得られ
たｎ−GaAsエピタキシヤル層の面内キヤリア濃
度分布とｎ層膜厚分布とを示すものである。 第３図は、本発明の第２の発明を説明するため
の図で、実施例において使用した成長装置を模式
的に示したものである。 ３１……石英製台座、３２……SiCを被覆した
カーボン製基板加熱体、３３……基板、３４……
石英製反応管、３５……反応ガス導入口、３６…
…導入されるガス、３７……高周波コイル。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 真空状態に保たれ室壁が加熱された反応室内
に族元素の揮発性塩素化合物の単体もしくは混
合物からなる蒸気と族元素の蒸気あるいは族
元素の揮発性化合物の単体もしくは混合物の蒸気
とを導入し、該反応室内に設置された基板上で化
学反応させて、−族化合物半導体をエピタキ
シヤル成長させることを特徴とする−族化合
物半導体気相成長方法。 ２ 真空状態に保たれ室壁が加熱された反応室内
に族元素の揮発性塩素化合物の単体もしくは混
合物からなる蒸気と族元素の蒸気あるいは族
元素の揮発性化合物の単体もしくは混合物からな
る蒸気と前記族元素の揮発性塩素化合物の原子
数換算で１〜５倍量の水素ガスとを導入し、該反
応室内に設置された基板上で化学反応させて、
−族化合物半導体をエピタキシヤル成長させる
ことを特徴とする−族化合物半導体気相成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10055979A JPS5624927A (en) | 1979-08-06 | 1979-08-06 | Method of vapor phase growth of 3-5 group compound semiconductor in periodic table |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10055979A JPS5624927A (en) | 1979-08-06 | 1979-08-06 | Method of vapor phase growth of 3-5 group compound semiconductor in periodic table |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5624927A JPS5624927A (en) | 1981-03-10 |
| JPS647487B2 true JPS647487B2 (ja) | 1989-02-09 |
Family
ID=14277278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10055979A Granted JPS5624927A (en) | 1979-08-06 | 1979-08-06 | Method of vapor phase growth of 3-5 group compound semiconductor in periodic table |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5624927A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4213800A1 (de) * | 1992-04-27 | 1993-10-28 | Siemens Ag | Gewichteter Reflektor für eine Oberflächenwellenanordnung |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS589796B2 (ja) * | 1976-07-02 | 1983-02-22 | 松下電器産業株式会社 | 分子線結晶成長方法 |
-
1979
- 1979-08-06 JP JP10055979A patent/JPS5624927A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5624927A (en) | 1981-03-10 |
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