JPH0446096A - 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］ 本発明はエピタキシャル成長技術さらには回転式サセプ
タを有する気相酸−長装鵞におけるサセプタの回転制御
方法に関し、特にＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）
により■−Ｖ族化合物半導体混晶をエピタキシャル成長
させる場合に利用して好適な技術に関する。

［従来の技術］ 化合物半導体のエピタキシャル成長波＋ｆｆ１ｊとして
、ＶＰＥ法（気相エピタキシャル成長方法）やＭＯＣＶ
Ｄ法、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル法）が知られて
いる。このうち、ＭＯＣＶＤ法は膜厚制御性が良好で大
量生産に適しているため、ｍ　−Ｖ族化合物半導体混乱
のエピタキシャル成長に利用されている。

第１図には、化合物半導体気相成長装置の概略が示され
ている。すなわち、この気相成長装置は、マニホールド
１によって反応管２内に導入された複数の原料ガスが、
バレル型のサセプタ３上に載置された基板４に向かって
流下し、高周波コイル５によって加熱された基板上で熱
分離して基板上にエピタキシャル層が成長されるという
ものである。

上記気相成長装置においては、流下する原料ガスの濃度
や流れを反応管内全体に亘って均一に制御することが困
難であり、流れが不均一であるとエピタキシャル層の均
一性が得られにくい。そこで、サセプタ３を支持する支
持軸６を回転機構７によって回転させながらエピタキシ
ャル成長を行なう方法が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記気相成長装置を用いてサセプタを回
転させながら、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＩｎ、ＡｓＰや
Ａ　Ｑ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓのようなｍ−ｖ族化合物半導体
混晶の成長を行なったところ、混晶層表面を光学顕微鏡
で観察したときに良好な鏡面となっている場合と白濁状
態になっている場合とがあることが分かった。

本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、そ
の目的とするところは、回転式サセプタを有する気相成
長装置によりＭＯＣＶＤ法でｍ−Ｖ族化合物半導体混晶
をエピタキシャル成長させる場合に、表面モホロジー（
表面状態）が良好で、かつ面内均一性の高い混晶層を得
るための気相成長技術を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、ＭＯＣＶＤ法で気相エピタキシャル成長
させた化合物半導体混晶の表面状態の不良の原因につい
て解析を行なった。その結果、混晶の膜厚は均一であっ
ても、その組成が所望の組成から太きくずれると、表面
が白濁し、表面モホロジーが悪くなることを見出した。

そして、その原因は、反応管内の原料ガスの濃度や流量
が時間によって変化したり、濃度分布や流れの様子が反
応管の各部で異なっていることにあり、この流れの不均
一性によって、混晶組成が成長方向で変化したり（組成
の揺らぎ）、基板間および基板面内でばらついてしまう
との結論に達した。

そこで、混晶組成の揺らぎやばらつきの少ない成長条件
を見つけるべく実験を行なった。その結果、サセプタが
１回転する間に成長される混晶層が３分子層以下となる
ように原料ガスの流量およびサセプタの回転速度を制御
すれば、混晶組成の変動を４％未満に抑えることができ
ることを見出した。

この発明は上記知見に基づいてなされたもので、反応管
内に配置され、回転機構によって回転される支持台」二
に半導体基板を載せ、上記支持台を回転させながら反応
管内に複数の原料カスを流して反応させ、上記基板上に
化合物半導体層を成長させる気相エピタキシャル成長方
法において、−上記支持台の１回転当たりに成長される
半導体層が３分子層以下となるように支持台の回転数お
よび原料ガスの流量を制御することを提案するものであ
る。

［作用］ 上記した手段によれば、サセプタが１回転する間に混晶
層が数分子成長されるにすぎないため、成長方向の組成
の揺らぎがあっても、基板に吸着した分子のマイグレー
ションによっ〜で組成の揺らぎが緩和されるとともに、
各基板もしくは基板の各部が同一の濃度、流れのガスに
さらされるようになって混晶層の組成の均一性が向上し
、良好な表面モホロジーが得られるようになる。

［実施例コ 第１図に示すようｆ２構成の気相成長装置を用いて、原
料ガスの流量とサセプタの回転数を変えて、ＩｎＰ基板
上へＧａＩｎＡｓＰ混晶層の成長を繰り返し行なった。

使用した装置は、反応管２の内径が１２ｃｍ、サセプタ
３の直径（ウェーハ載置部）が１０ｃｍである。

上記サセプタ３上には直径２インチのＩｎＰ基板４を３
枚載置して、基板表面が６２５°Ｃとなるように高周波
コイル５で加熱し、真空ポンプ８で反応管内を７６　ｔ
ｏｒｒに引きながらマニホールド１よりトリエチルガリ
ウムとトリメチルインジウムとアルシン（Ａ、５）−１
，）およびホスフィン（ＰＨ，）を、所望の組成比（χ
＝０．２８．ｙ＝Ｑ、６１）となるように、各原料ガス
の流量を決定して流し、基板表面に厚み約２　ｐ、　ｍ
（７）Ｇ　ａｘｌ　ｎ、−ｘＡ　５ｙＰ−ｙ混晶層を成
長させた。

成長終了後、反応管２より基板４を取り出して表面の混
晶層を光学顕微鏡で観察した。その結果を第２図に示す
。

第２図は横軸にサセプタ３の回転数を、また縦軸に成長
速度をとったもので、混晶層の表面モホロジーが良好で
あったものを○印で、表面モホロジーが不良であったも
のをΦ印でそれぞれ示しである。

同図より、サセプタ１回転当たりの成長速度が３分子層
以下である場合に、良好な表面モホロジーを有する混晶
層が得られることが分かる。

さらに、第２図に符号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄで示す試料につい
て、フォトルミネッセンスと二結晶Ｘ線回折法によって
混晶層の組成分析を行ない、そのばらつきを算出した。

なお、組成分析は基板の中心を通る２つの直交軸に沿っ
て中心から２０■の位置まで５Ｍ間隔で計１７点につい
て行ない、目標とする組成比からのずれをｘ、ｙそれぞ
れについて百分率で算出した。その結果を表１に示す。

表１よりサセプタ１回転当たりの混晶層成長速度を３分
子層以下とすることにより組成比のつ工−ハ面内ばらつ
きを４％未満に抑えることができることが分かる。

なお、上記実施例では、Ｉ　ｎ、　Ｐ基板上にＧａＩｎ
ＡｓＰ混晶層をＭＯＣＶＤ法でエピタキシャル成長させ
た場合について説明したが、この発明はそれに限定され
るものでなく、ＧａＡｓ基板上にＡＱＧａＡｓ混晶層を
成長させる場合その他■−Ｖ族化合物半導体混晶をエピ
タキシャル成長させる場合一般に適用することができる
。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、反応管内に配置され、
回転機構によって回転される支持台上に半導体基板を載
せ、上記支持台を回転させながら反応管内に複数の原料
ガスを流して反応させ、上記基板上に化合物半導体層を
成長させる気相エピタキシャル成長方法において、上記
支持台の１回転当たりに成長される半導体層が３分子層
以下となるように支持台の回転数および原料ガスの流量
を制御するようにしたので、サセプタが１回転する間に
混晶層が数分子成長させるにすぎないため、成長方向の
組成の揺らぎがあっても、基板に吸着した分子のマイグ
レーションによって組成の揺らぎが緩和されるとともに
、各基板もしくは基板の各部が同一の濃度、流れのガス
にさらされるようになって混晶層の組成の均一性が向上
し、良好な表面モホロジーが得られるようになるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を適用して好適な気相成長装置の一
例を示す概略構成図、 第２図はＩｎＰ基板上にＧａ１ｎＡｓＰ混晶層をＭＯＣ
ＶＤ法で成長させた場合のサセプタ回転数および成長速
度と混晶層の表面状態との相関を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応管内に配置され、回転機構によって回転され
   る支持台上に半導体基板を載せ、上記支持台を回転させ
   ながら反応管内に複数の原料ガスを流して反応させ、上
   記基板上に化合物半導体層を成長させる気相エピタキシ
   ャル成長方法において、上記支持台の１回転当たりに成
   長される半導体層が３分子層以下となるように支持台の
   回転数および原料ガスの流量を制御するようにしたこと
   を特徴とする気相エピタキシャル成長方法。