JPH03220717A - 結晶成長装置 - Google Patents

結晶成長装置

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JPH03220717A
JPH03220717A JP1492390A JP1492390A JPH03220717A JP H03220717 A JPH03220717 A JP H03220717A JP 1492390 A JP1492390 A JP 1492390A JP 1492390 A JP1492390 A JP 1492390A JP H03220717 A JPH03220717 A JP H03220717A
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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、高性能化合物半導体光素子や電気素子用結晶
成長装置に係り、特に歪系超格子III −V族、II
−VI族化合物半導体およびそれらの混晶半導体の結晶
成長装置に関し、更に詳しくは結晶成長原料として、そ
れぞれの納品の構成元素を含む有機金属化合物、または
水素化合物を用いる結晶成長装置に関する。
〔従来の技術〕
(2) 従来の歪量化合物半導体の応用例として、MBE(分子
線エピタキシー法)によりI n G a A s系の
歪超格子活性層を持つ半導体レーザを試作したものとし
ては、インタナショナルコンファレンスオンインテグレ
ーテッドオプチツクスアンドオプチカルコミュニケーシ
ョンズ]、8B2−68頁(1989) (Inter
national Conference onInt
egrated 0ptics and 0ptica
l Communj、cations18B2−6 P
−8(1,989)がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来技術による歪超格子の納品成長法は、歪量
のフィードバック機構が付与されておらず、正確な制御
がなされていないものであった。
本発明の目的は、歪量の化合物半導体成長において、歪
量の正確な計測とその設定植からのずれ量の迅速なフィ
ードバックによって、目的の歪超格子構造を得ることで
ある。さらに、成長ウェーハの歪量の面内分布を均一化
し、新規で生産性の高い化合物半導体等の結晶成長装置
を提供することにある。
(3) (ill1題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明の結晶成長装置では
例えば、第工同に示すように、横型の有機金属熱分解用
リアクタ1にX線源2、X線透過窓3、同折波透過窓4
、カウンター5、ジャイロ機構6からなるX線同折装青
を組込み、所定の反応ガスを流して形成した半導体納品
層7の同折角を測定できる手段を設ける。また、この回
折角情報は歪量から混晶組成へ、さらに混晶組成から反
応ガス流量へとCPU制御系8によって変換され、次い
でガス制御系9にフィードバックされる。また、半導体
結晶層7の歪量のウェーハ面内分布は、リアクタ1内に
設けられたガス流制御板10により、均一化を同れるよ
うにしである。また、ガス流制御板1.0の一部分は、
X線の透過率が十分に高い飼料を用いることにより、容
易に回折角を測定できる。例えばベリリウムを用いれば
、X線の透過率は90%以上を確保できる。ところで、
基板納品上部に配置されたベリリウム製X線透過窓11
は、納品成長中に反応ガスに曝されるため。
(4) 反応積出物が徐々に堆積し、結果としてX線透過率が徐
々に低下する。この現象は、搬送機構上2により、−同
の結晶成長毎に基板ウェーハと一緒に新しいベリリウム
(ベリリウムホルダーと一体になっている)に交換する
ことにより解決出来る。
〔作用〕
X線同折装青と結晶成長装置を一体化した事により、成
長結晶の回折情報を歪量から混晶組成へ、混晶組成から
反応ガス流量へと短時間にフィードバックできるため、
所定の歪量を持った超格子構造を再現性良く実現1出来
る。また、ガス流制御板を兼ねたX線透過率の良いベリ
リウムを用いる為、X線の入射波と同折波の強度減衰は
少なく、正確な同折角情報が容易に得られるばかりでな
く、歪量のウェーハ面内分布もまた均一になるため、再
現性、量産性に優れた結晶成長が実現できる。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例をあげ、図面な参照しながらさ
らに詳細に説明する。
(実施例工) (5) 相料として50mmφのInP基板上にInP/ I 
n G a A sの歪超格子構造を作成する場合を例
にとって第1図及び第2図を用いて説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る結晶成長装置の構成
間である。第2同は本発明の一実施例に係る結晶成長装
置の、特に基板ホルダー周辺の詳細な構成間である。
n型のInP (100)基板7を前処理エッチした後
、第1図に示すように搬送系工2によりリアクタ1内の
所定装置に固定する。この時、基板ウェーハ7をセット
する治具は第2同に三面同を示すように、ガス制御板を
兼ね、かつ2絹のベリリウム製X線透過窓工1が配置さ
れ、さらにこれとウェーハホルダー王3が一体となって
いる構造体である。基板加熱用のホルダー14は、高周
波誘導加熱法や抵抗加熱法等によって加熱されるが、こ
の基板ホルダーエ4の上部にウェーハホルダー13が配
置される構造となっている。さらに基板ホルダー14は
外部駆動力により同転運動可能とすることもできる。
(6) 次いで、反応系を76 T o r rの減圧下におい
て水素ガスにより十分にガス置換した。その後、抵抗加
熱方式により基板ホルダー14を加熱昇温し、600℃
に保持した。約5分後にIn(インジウム)の原料であ
るトリメチルインジウム及びP(リン)の原料であるホ
スフィンを20分間輸送し、0.5μmのInP (イ
ンジウムリン)バッファ層を成長した。次いでIn(イ
ンジウム)の原料であるトリメチルインジウム、P(リ
ン)の原料であるホスフィン及びGa(ガリウム)の原
料であるトリエチルガリウムを基板InPとの結晶格子
ミスマツチ量が+2.0%になるようにそれぞれガス流
量を調整して約25秒間輸送し、0.01amのI n
 G a A s歪層(量子井戸層)を成長じた。この
状態でX線同折装置によりX軸、Y軸、あおり等(ジャ
イロ機構6を用いる)を微調整してI n G a A
 s歪層の同折角を測定し、CPU制御系8により歪量
を計算した結果、成長層の歪量は+1.8%であった。
この歪量は設計値である+2.0%と比較して−0,2
%の差かあ(7) す、この情報はCPU制御系8により直ちに結晶の混晶
組成に、さらに混晶組成より反応ガス流量に変換されデ
ータは一既保存された。この間、リアクタ1内では次の
InP層(障壁層)を約0.01μm成長じた。次にI
 n G a A s量子井戸層を成長じたが、この時
点ではすでに歪量が+2.0%になるように調整された
反応ガス流量が得られた。
この操作を10回繰返したのち最後にInP層を約0.
5μm成長じた。以上の様なプロセスにより、結晶の歪
量は誤差±0.1%以下となり、従来の±0.2〜0.
4%に比べ格段に高精度の歪量を得ることができた。こ
の結晶をリアクタlより取り吊し半導体プロセスを経た
のち、キャリアを注入したところ通常の超格子あるいは
バルクに比べてキャリアのエネルギー分布の変化(バン
ドフィリング効果)が大きく、屈折率が大きく変化した
。屈折率変化はバルクが2%に対し、本発明の素子では
4%であった。これは歪超格子の大きな特徴である。
(実施例2) (8) 第3同は本発明を半導体レーザレご適用した場合の説明
図である。
実施例1と同様の操作によりnGaAs基板31上にn
 −A I G a A sクララド層32、膜厚50
Aの1 n、a、G ao、5A s井戸133と膜厚
100AのG a A 5n−aPna7障壁層34の
5周期構造からなる歪超格子層、p −A I G a
 A sクラッド層35、n −G a A s層36
を本発明の結晶成長装置により順次成長し、Zn拡散領
域37により電流通過領域38を形成し、p電極39.
n電極40を形成した。
このレーザの特性を測定したところ、歪超格子構造の効
果を反映して、しきい値電流は約1mA、共振周波数は
光出力5mWで30 G Hzと従来の数倍の値が得ら
れた。
(実施例3) 第4図は本発明を半導体光位相変調器に適用した場合の
説明図である。
実施例1と同様の操作によりn−InP基板51上にn
 −I n Pバラフッ層52、膜厚70A(9) のIn。、*G ao+7.A s井戸層53と膜厚7
0AのInP障壁層54の7周期からなる歪超格子層、
p−InPクラッド層55、p −I n G a A
 s Pキャラプ層56を本発明の結晶成長装置により
順次成長する。この時井戸層の歪量は1.9%であった
次いでホトレジストマスクを用いて塩酸と硝酸の混合液
を用いてキャップ層56とクラッド層55を歪超格子層
に達するまで選択的にエツチングすることで第4図に示
すようなりッジ構造を形成する。この後、SiO,股5
7をCVD法で形成し、コンタクトホールを形成した後
、Znの拡散領域58を形成する。次いで、n型電極5
9とp型電極60を形成した後、結晶の臂開法により光
軸方向の長さを1mmとし、双方の璧開面を無反射コー
ティングした。この光変調器の片端面より波長1.55
μmのレーザ光を入射させた時の伝搬損失は20 d 
B / c m、注入電流30 m Aで2πの位相制
御が得られた。
本実施例では基板としてI n P 、 G a A 
s、歪(10) 超格子の井戸層と障檗層の組合せとしてInGaAsI
nP、InGaAs−GaAsP層を代表として述べた
が、これらの基板、歪超格子の井戸層と障檗層の組合せ
に限らず、SjやII−VI族の基板を用いても良いし
、量子井戸及び障壁層としてI n G a A s 
P 、 I n A s P 、 A ]、 G a 
A s 。
Ga I nAs Sb、 I nGaAIA、s、 
InGaAIPのいずれの紹合せでも良いことはいうま
でもない。
また、納品成長の手段として他の分子ビームエピタキシ
ー装置等を用いてもよい。
〔発明の効果〕
以十詳細に説明したように、本発明によれば所望の歪を
持った超格子構造を精度良く、かつ再現性良く形成でき
るため、従来の結晶成長装置では出来なかった種々の新
しい光素子や電気素子が設計可能になる。
【図面の簡単な説明】
第工図は本発明の結晶成長装置の全体構成を示す模式同
、第2図は本発明の結晶成長装置におけるウェーハホル
ダーを兼ねたベリリウム製X線透(11) 適意の構造を示す電面同、第3図、第4図は本発明の結
晶成長装置によって形成された歪超格子構造応用素子の
一例の断面間である。 工・・・リアクタ、2・・・X線源、3・・・X線透過
窓、4・・・同折波透過窓、5・・・カウンター、6・
・・ジャイロ機構、7・・・半導体結晶層、8・・・C
PU制御系、9・・ガス制御系、lO・・・ガス流制御
盤、工1・・・ベリリウム製X線透過窓、↓3・・・ウ
ェーハホルダー14・・・基板ホルダー、31・・・n
 −G a A s基板、32− n −A ] G 
a A sクララド層、33 ・・・I n G a 
A、 s井戸層、34− G a A s P障壁層、
35− A I G a A sクララド層、36− 
n −GaAs層、51− n −I n P基板、5
2− n −I n Pバラフッ層、53・・・I n
 G a A、 s井戸層、54・・・InP障棲層、
55・・・p−InPクラッド層、(12) 第 ? 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に半導体エピタキシャル層を成長させ
    る半導体結晶成長装置において、上記エピタキシャル層
    の形成中に上記エピタキシャル屑の歪量を測定する機能
    を有することを特長とする結晶成長装置。 2、特許請求範囲第1項に記載の結晶成長装置において
    成長装置に少なくとも2つのX線透過窓および回折波透
    過窓が設けられており、X線回折法により上記歪量を測
    定する手段を有することを特長とする結晶成長装置。 3、特許請求範囲第2項に記載の結晶成長装置において
    、X線透過窓および回折波透過窓の材質がBe(ベリリ
    ウム)であることを特長とする結晶成長装置。 4、特許請求範囲第1項、第2項または第3項に記載の
    結晶成長装置において、半導体基板を装着するウェーハ
    ホルダーの少なくとも2箇所にX線透過用のBe(ベリ
    リウム)が配置されていることを特長とする結晶成長装
    置。 5、特許請求範囲第4項に記載の結晶成長装置において
    、Be(ベリリウム)製X線透過窓と一体のウェーハホ
    ルダーが搬送機構により成長装置外に取り出せる事を特
    長とする結晶成長装置。 6、特許請求範囲第4項または第5項に記載の結晶成長
    装置において既ホルダーがガス流制御板を兼用している
    ことを特長とする結晶成長装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0827573A (ja) * 1994-07-18 1996-01-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 成膜方法
JPH10209052A (ja) * 1997-01-17 1998-08-07 Sony Corp 気相成長装置および気相成長方法
WO2018135422A1 (ja) * 2017-01-17 2018-07-26 国立大学法人名古屋大学 気相成長装置

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