JPH0234594A - 気相エピタキシャル成長方法 - 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〕 本発明は蒸気圧の高い元素を含む化命物材料に関係ある
ホントウオールエピクキ−法などの気相エピタキシャル
成長方法に関する。

赤外線検知素子としてＨｇＣｄＴｅ　（水銀・カドミウ
ム・テルル）の化合物半導体結晶が用いられており、ま
た、その化合物半導体結晶層を成長させる基板として比
較的に安価なＧａＡｓ　（ガリウム・砒素）基板が用い
られている。しかし、そのようなＨｇＣｄＴｅやＧａＡ
ｓは蒸気圧の高いＨｇＪ？）Ａｓを含んでおり、エピタ
キシャル成長層の品質に対してはそれら元素のコントロ
ールが非常に重要である。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕気相エピ
タキシャル成長法の一方式にホットウォールエピタキシ
ャル成長（Ｈｏｔ　Ｗａｌｌ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法が知
られており、それは坩堝にソースを収容して坩堝の側壁
を加熱し、高真空中で坩堝上に配置した被成長基板（ウ
ェハー）にエピタキシャル成長層を成長させる方法であ
る。そのようなホットウォールエピタキシャル成長法は
、例えば、ＣｄＴｅ。

ＨｇＣｄＴｅやＰｂＥｕＴｅ　（鉛・ユーロピウム・テ
ルル）などのエピタキシャル成長層の形成に使用されて
いる方法である。

ところが、蒸気圧の高い元素を含む化合物半導体基板、
例えば、ＧａＡｓ基板を用いて、その上にエピタキシャ
ル成長層を形成したり、また、蒸気圧の高い元素を含む
化合物半導体結晶層、例えば、ＨｇＣｄＴｅ層を成長す
る場合に問題が起こって、その蒸気圧の高い元素である
Ｈｇ、　Ａｓが蒸発し、良質のエピタキシャル成長層が
得られ難いと云う欠点がある。そのため、基板加熱温度
を低くすれば良質の結晶成長層が得られ難（なる。

そこで、従来より採られている方法を説明する。

まず、蒸気圧の高い元素を含む化合物からなる被成長基
板のＧａＡｓ基板について説明すると、そのようなエピ
タキシャル成長層を成長させる基板は予め基板表面の酸
化物などの不純物を除去するために加熱処理をおこなっ
ており、これをサーマルクリーニングと云っている。第
５図は従来のサーマルクリーニング法を説明する図で、
■は真空チャンバ、２はＧａＡｓ基板（被成長基板）、
３は基板保持部、４は保持ステージ、５は坩堝である。

真空チャンバ１の内部は１Ｏ−６Ｔｏｒｒ程度に維持さ
れていて、予め坩堝５とは離れた位置（図示の位置）に
保持して、ＧａＡｓ基板２を６００℃以上、３分以上加
熱して表面酸化膜を除去するサーマルクリーニング処理
をおこない、しかる後、ＧａＡｓ基板２を坩堝５上に位
置させて、例えば、ＣｄＴｅ層を成長する場合は、Ｃｄ
Ｔｅソースを収容して約５４０℃に加熱した坩堝５から
、約３００℃に加熱したＧａＡｓ基板２上にＣｄＴｅを
蒸発させて（：ｄＴｅ層を成長させている。なお、これ
らの真空チャンバ１内に含まれる容器、ステージなどの
材料はすべて高純度な透明石英材で構成されている。

しかし、高真空中でそのまま加熱してサーマルクリーニ
ングすると、蒸気圧の高い＾Ｓが蒸発してＧａのみが基
板表面に残りＧａの小滴（ドロップ）ができて、その上
にＣｄＴｅ層を成長しても結晶品質の良い成長層が得ら
れない。そのため、ＧａＡｓ基板２をサーマルクリーニ
ングする際、蒸発容器６　（破線で示す）にＡｓを収容
し２００℃に容器を加熱してＡｓを蒸発させ、その容器
をＧａＡｓ基板２に近接させてＡｓの蒸気圧を高くして
飽和蒸気圧として、基板からのＡｓの蒸発を抑止してい
る。

また、第６図は従来の分子線エピタキシャル成長（ＭＢ
Ｅ）法におけるサーマルクリーニングを説明する図であ
る。１は真空チャンバ、２はＧａＡｓ基板、３は基板保
持部、７はソース坩堝であって、ＧａＡｓ基板２を６５
０℃に加熱し、約１５Ｏｎ離れたソース坩堝７からＡｓ
分子ビームを基板に照射しながらサーマルクリーニング
をおこなっている。

ところが、これらのＡｓを蒸発させたり、Ａｓ分子ビー
ムを照射する方法は多量のＡｓを消費する欠点がある。

次に、第７図は従来のエピタキシャル成長層からの蒸発
抑制法を説明する図で、蒸気圧の高い元素を含む化合物
半導体結晶層、例えば、ＨｇＣｄＴｅ層を成長した後の
処理法である。図中の１は真空チャンバ、２はウェハー
（被成長基板）、３は基板保持部、４は基板ステージ、
８は坩堝、９は蒸発ボートで、ウェハー２面にＨｇＣｄ
Ｔｅ層を成長した後、ウェハー２を坩堝８上の位置から
移動して自然冷却させるが、蒸気圧の高いＨｇが成長層
に含まれているために、蒸発ポート９からｎｇを蒸発さ
せて、真空チャンバ１の内部をＨｇの飽和蒸気圧にして
、ＨｇＣｄＴｅ成長層からのＨｇの蒸発を抑制している
。

しかし、真空チャンバ内部を蒸気圧の高いｌ１ｇの飽和
蒸気圧にすることは多量のＨｇを消費する欠点がある。

本発明はこのような蒸気圧の高い元素を多量に消費する
ことなく、結晶品質の良いエピタキシャル成長層を形成
すること目的とした気相エピタキシャル成長法を提案す
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

その課題は、第１図（ａ）に示す原理図のように、エピ
タキシャル成長層の形成前に、蒸気圧の高い元素を含む
ウェハー２の表面を遮蔽部材１０で被覆して加熱処理（
サーマルクリーニング）をおこなう成長方法、あるいは
、第１図（ｂ）に示す原理図のように、蒸気圧の高い元
素を含むエピタキシャル成長層の形成後にエピタキシャ
ル成長層を形成したウェハー２の表面を遮蔽部材１１で
遮蔽して自然冷却をおこなう成長方法によって解決され
る。なお、図中の５は坩堝である。

〔作　用〕

即ち、本発明は、サーマルクリーニング時には、遮蔽部
材１０で被覆しておいて加熱処理し、ウェハー２と遮蔽
部材１０との空間を蒸気圧の高い元素の飽和蒸気圧にし
て、過度の蒸発を防いでウェハーの表面荒れを防ぐ。

また、エピタキシャル成長層の形成後には、ウェハーの
エピタキシャル成長層面を遮蔽部材１１で遮蔽して、遮
蔽部材と成長層面との隙間を蒸気圧の高い元素の飽和蒸
気圧にして蒸発を防止する。

そうすれば、蒸気圧の高い元素を蒸発させることなく、
多量の元素を消費せずに、高結晶品位のエピタキシャル
成長層の形成が可能になる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。

第２図は本発明にかかるサーマルクリーニング法の実施
例を示しており、第５図と同じく被成長基板はＧａＡｓ
基板２で、図中の記号は第５図と同一部位に同一記号が
付けてあり、その他の１０が遮蔽部材であり、この遮蔽
部材は空容器を適用してもよい。真空チャンバ１の内部
を１０＝Ｔｏｒｒの高真空に維持したまま、遮蔽部材１
０上にＧａＡｓ基板２を保持して、基板裏面に配置した
ヒータ２１によってＧａＡｓ基板２を６５０℃、３分間
加熱してサーマルクリニングをおこなう。なお、この遮
蔽部材１０や基板保持部３は透明石英製であるから、Ｇ
ａＡｓ基板２と遮蔽部材１０とは完全に密着せず、２〜
３龍の隙間があるが、その隙間はできるだけ小さくする
ことが好ましい。そうすれば、その隙間から真空吸引さ
れるが、ＧａＡｓ基板の基板加熱による＾Ｓ蒸発の方が
大きくて容器列はＡｓの過飽和状態になり、Ａｓの過度
な蒸発が抑制されてＧａドロップレットが生成されずに
良好な基板表面を保ったままクリーニングされる。

その後、ＧａＡｓ基板２（ヒータ２１を含む）を坩堝５
上に移動させ、ＣｄＴｅ層を成長する際には、ＣｄＴｅ
ソースを収容した加熱温度５４０℃の坩堝５から加熱温
度３００℃のＧａＡｓ基板２上にＣｄＴｅを蒸発させて
ＣｄＴｅ層（エピタキシャル成長層）を成長させる。

そうすれば、高品質なＣｄＴｅ層が得られて、その結晶
性をＸ線分析法で評価したところ、従来法に遜色のない
成長層が得られることが判った。

次に、第３図は本発明にかかるエピタキシャル成長層か
らの蒸発抑制法の実施例図で、第７図と同じくエピタキ
シャル成長層はＨｇＣｄＴｅ層で、図中の記号は第７図
と同一部位に同一記号が付けであるが、第７図に示す保
持ステージの代わりに、それを延在させて遮蔽部材１１
を設けた構造である。

かくして、坩堝８上にウェハー２を位置させてウェハー
面にＨｇＣｄＴｅ層を成長した後、ウェハー２を坩堝８
上から遮蔽部材１１上の位置（図中の点線で示す位置）
に移動させる。その時、ウェハー２は約３００℃に加熱
されているから、遮蔽部材１１もヒータ２２で同温度に
加熱しておき、遮蔽部材１１上に移動した後、ウェハー
も遮蔽部材も加熱を同時に中止して自然冷却させる。そ
うすれば、ウェハーと平板との間の数酊の間隙をＨｇ蒸
気が飽和し、また、２〜３鶴の僅かな隙間から真空吸引
され、その平衡状態が保たれてＨｇの過度な蒸発が抑制
され、成長したままの組成変動のないＨｇＣｄＴｅ層が
得られる。

次に、第４図（ａｌ、　（ｂｌは本発明にかかるエピタ
キシャル成長法を適用した構造例を示しており、同図（
ａ）は平面図、同図（ｂ）はそのＡＡ断面図である。

即ち、２枚の透明石英製円板Ｐ、Ｑ（厚さ数ｎ）を２〜
３ｗｍの間隙を設けて対向配置し、中心Ｃを支点にして
回転して外周縁部でスライドするように構成する。そし
て、一方の円板Ｑに坩堝８を付設してその他の部分を遮
蔽部材１１にし、一方の円板Ｐにウェハー２を保持させ
て、第４図のようにウェハー２と遮蔽部材１１とが対向
する位置でウェハー２を加熱してサーマルクリーニング
する。次いで、円板Ｐを回転して、坩堝８とウェハー２
とを一致させてエピタキシャル成長層を成長し、成長後
に円板Ｐを回転して、ウェハー２に成長したエピタキシ
ャル成長層を円板Ｑの遮蔽部材１１部分で遮蔽して自然
冷却させるようにする。このように構成すれば、ウェハ
ーと坩堝との密着が更に良くなり、成長層中の蒸気圧の
高い元素の蒸発を一層抑制することができる。

尚、本発明にかかるエピタキシャル成長法は上記実施例
の構造の他に種々の構成が考えられるものである。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明にかかる気相エ
ピタキシャル成長法によれば、Ａｓ、　Ｈｇなどの蒸気
圧の高い元素を多量に消費することなく、結晶品質の良
いエピタキシャル成長層を得ることができ、ＭＢ２法、
ＨＷＥ法に適用して効果の大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂｌは原理図、 第２図は本発明にかかるサーマルクリーニング法の実施
例図、 第３図は本発明にかかるエピタキシャル成長層からの蒸
発抑制法の実施例図、 第４図＋ａｌ、　（ｂ）は本発明にかかるエピタキシャ
ル成長法を適用した構造例、 第５図は従来のサーマルクリーニング法を説明する図、 第６図は従来のＭＢ２法におけるサーマルクリーニング
法を説明する図、 第７図は従来のエピタキシャル成長層からの蒸発抑制法
を説明する図である。 図において、 １は真空チャンバ、 ２はＧａＡｓ基板、またはウェハー ３は基板保持部、 ４は保持ステージ、 ５．８は坩堝、 ６は蒸発容器、 ７はソース坩堝、 ９は蒸発ボート、 １０、１１は遮蔽部材、 ２１、２２はヒータ、 Ｐ、Ｑは円板、 Ｃは円板の中心 を示している。 ２フエ八− 縁理切 第１図 φ５表ｆｌＹ−’ＺＬ７ソーニ）７・・；ｌ’ｅ　ｊ）
！ｃＩＪｇｆ３　Ｏ第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）蒸気圧の高い元素を含む化合物からなる被成長基
   板上にエピタキシャル成長層を形成する気相エピタキシ
   ャル成長方法において、該エピタキシャル成長層の形成
   前に前記被成長基板（２）の表面を遮蔽部材（１０）で
   被覆して加熱処理をおこなうことを特徴とする気相エピ
   タキシャル成長方法。
2. （２）蒸気圧の高い元素を含む化合物からなるエピタキ
   シャル成長層を形成する気相エピタキシャル成長方法に
   おいて、該エピタキシャル成長層の形成後に前記エピタ
   キシャル成長層を形成した被成長基板（２）の表面を遮
   蔽部材（１１）で遮蔽して自然冷却させることを特徴と
   する気相エピタキシャル成長方法。