JPH0551559B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0551559B2 JPH0551559B2 JP59118430A JP11843084A JPH0551559B2 JP H0551559 B2 JPH0551559 B2 JP H0551559B2 JP 59118430 A JP59118430 A JP 59118430A JP 11843084 A JP11843084 A JP 11843084A JP H0551559 B2 JPH0551559 B2 JP H0551559B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow rate
- growth
- organometallic
- ratio
- reaction tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/14—Feed and outlet means for the gases; Modifying the flow of the reactive gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、半導体素子を作製するときに使われ
る有機金属気相エピタキシヤル成長方法（以下
MOCVD方法とする。）に関するものである。
る有機金属気相エピタキシヤル成長方法（以下
MOCVD方法とする。）に関するものである。
従来例の構成とその問題点
有機金属気相エピタキシヤル成長装置は、多く
の半導体素子の電気的・光学的性質を決定づける
薄膜の作製に用いられる。この薄膜の電気的・光
学的性質およびそのウエハ面内での均一性、ウエ
ハ間での再現性を決定づける一要因に、有機金属
気相エピタキシヤル成長装置の成長用材料ガス供
給配管系の構成があげられる。従来の配管系の構
成は、成長反応管に近い側から説明すると、２系
列の配管からなる。１つは、有機金属材料を供給
するものであり、他は、水素化物材料、ハロゲン
化物材料を供給するものである。そのそれぞれ
が、さらに各材料個別の配管に分けられ、構成さ
れている。この構成で有機金属材料を供給するに
は、キヤリアガス、例えばH2などを有機金属材
料中でバブルしたり、吹きつけたりする。通常、
恒温槽に入れられた有機金属材料の温度で、この
材料の蒸気圧を制御し、キヤリアガスの量とで、
有機金属材料供給量を制御し、作製する薄膜の電
気的・光学的性質を制御する。しかしながら、こ
の方法では、有機金属材料が混合し、成長反応管
へ行くまでの径路が長いと、一部の有機金属材料
同志で化学反応が起きたり、温度の異なる有機金
属材料が混合するため、配管内壁に析出したりす
るという問題がある。また、有機金属材料をそれ
ぞれ個別の配管で成長反応管に導入すると上記問
題点は緩和されるが、それぞれの配管内の流量が
異なると、流量の少ない材料ガスが流量の多いガ
スに圧迫され、ハンチング等を起こし、混晶の組
成やキヤリア濃度などが変化する。デバイス作製
の時には、この問題も大きく、デバイスの電気
的・光学的特性を左右する。
の半導体素子の電気的・光学的性質を決定づける
薄膜の作製に用いられる。この薄膜の電気的・光
学的性質およびそのウエハ面内での均一性、ウエ
ハ間での再現性を決定づける一要因に、有機金属
気相エピタキシヤル成長装置の成長用材料ガス供
給配管系の構成があげられる。従来の配管系の構
成は、成長反応管に近い側から説明すると、２系
列の配管からなる。１つは、有機金属材料を供給
するものであり、他は、水素化物材料、ハロゲン
化物材料を供給するものである。そのそれぞれ
が、さらに各材料個別の配管に分けられ、構成さ
れている。この構成で有機金属材料を供給するに
は、キヤリアガス、例えばH2などを有機金属材
料中でバブルしたり、吹きつけたりする。通常、
恒温槽に入れられた有機金属材料の温度で、この
材料の蒸気圧を制御し、キヤリアガスの量とで、
有機金属材料供給量を制御し、作製する薄膜の電
気的・光学的性質を制御する。しかしながら、こ
の方法では、有機金属材料が混合し、成長反応管
へ行くまでの径路が長いと、一部の有機金属材料
同志で化学反応が起きたり、温度の異なる有機金
属材料が混合するため、配管内壁に析出したりす
るという問題がある。また、有機金属材料をそれ
ぞれ個別の配管で成長反応管に導入すると上記問
題点は緩和されるが、それぞれの配管内の流量が
異なると、流量の少ない材料ガスが流量の多いガ
スに圧迫され、ハンチング等を起こし、混晶の組
成やキヤリア濃度などが変化する。デバイス作製
の時には、この問題も大きく、デバイスの電気
的・光学的特性を左右する。
発明の目的
本発明は上記欠点に鑑み、所望の薄膜の電気
的・光学的性質を制御性良く、ウエハ面内での均
一性良く、しかもウエハ間での再現性も良く作製
することを可能とする有機金属気相エピタキシヤ
ル成長方法を提供するものである。
的・光学的性質を制御性良く、ウエハ面内での均
一性良く、しかもウエハ間での再現性も良く作製
することを可能とする有機金属気相エピタキシヤ
ル成長方法を提供するものである。
発明の構成
この目的を達成するために、本発明の
MOCVD方法は、成長反応管に、個別の配管に
より有機金属材料を導入し、それぞれの配管内を
同時に流れるガスの流量の最大値に対する最小値
の比が１／10以上である様に流量を設定すること
により構成される。この構成により、電気的・光
学的性質の制御性、ウエハ面内での均一性、ウエ
ハ間での再現性の良い薄膜を作製することができ
る。
MOCVD方法は、成長反応管に、個別の配管に
より有機金属材料を導入し、それぞれの配管内を
同時に流れるガスの流量の最大値に対する最小値
の比が１／10以上である様に流量を設定すること
により構成される。この構成により、電気的・光
学的性質の制御性、ウエハ面内での均一性、ウエ
ハ間での再現性の良い薄膜を作製することができ
る。
実施例の説明
本発明のMOCVD方法について、その一実施
例を第１図を用いて具体的に説明する。
例を第１図を用いて具体的に説明する。
第１図の構成は、GaAs系、GaAlAs系材料を
用いて結晶成長を行なうものとなつている。この
構成では、Ｐ型ドーパントとして、Znをジメチ
ル亜鉛（以下DMZ）の形で、ｎ型ドーパントと
して、Seをセレン化水素、H2Seの形で用いる。
用いて結晶成長を行なうものとなつている。この
構成では、Ｐ型ドーパントとして、Znをジメチ
ル亜鉛（以下DMZ）の形で、ｎ型ドーパントと
して、Seをセレン化水素、H2Seの形で用いる。
一例として、アンドープ＝GaAlAsの結晶成長
の場合を考える。従来の方法では、有機金属槽１
中のトリメチルガリウム（以下TMG）をH2をキ
ヤリアガスとして輸送路４を介して、成長反応管
８に導く。同様に有機金属槽２中のトリメチルア
ルミニウム（以下TMA）を輸送路５を介して導
く。他方、輸送路７により、アルシンをH2をキ
ヤリアガスとして成長反応管８に導き、結晶成長
を行なつた。成長温度は750℃、Ｖ族元素の
族元素に対するモル比30、全ガス流量５／分、
成長速度2μm／時で２時間結晶成長を行なつた。
有機金属槽１は−10℃、有機金属槽２は20℃に保
ち、TMGのキヤリアH2ガスは、５c.c.／分、
TMAは、５c.c.／分としたところ、ｎ型のGa1-x
AlxAsが成長した。この時の成長結晶の混晶比ｘ
のバラツキ幅Δxをウエハ面内及びエピ層膜厚方
向に、フオトルミネセンス法、Ｘ線マイクロアナ
リシス法、スパツタリング・オージエ電子分光法
を併用して測定した。
の場合を考える。従来の方法では、有機金属槽１
中のトリメチルガリウム（以下TMG）をH2をキ
ヤリアガスとして輸送路４を介して、成長反応管
８に導く。同様に有機金属槽２中のトリメチルア
ルミニウム（以下TMA）を輸送路５を介して導
く。他方、輸送路７により、アルシンをH2をキ
ヤリアガスとして成長反応管８に導き、結晶成長
を行なつた。成長温度は750℃、Ｖ族元素の
族元素に対するモル比30、全ガス流量５／分、
成長速度2μm／時で２時間結晶成長を行なつた。
有機金属槽１は−10℃、有機金属槽２は20℃に保
ち、TMGのキヤリアH2ガスは、５c.c.／分、
TMAは、５c.c.／分としたところ、ｎ型のGa1-x
AlxAsが成長した。この時の成長結晶の混晶比ｘ
のバラツキ幅Δxをウエハ面内及びエピ層膜厚方
向に、フオトルミネセンス法、Ｘ線マイクロアナ
リシス法、スパツタリング・オージエ電子分光法
を併用して測定した。
一方、本発明の一実施例として、第１図に示す
様に、TMG専用輸送H2ガスライン９、TMA専
用輸送H2ガスライン１０を設け、上記従来例と
同一の成長条件で、前記輸送路９と輸送路１０の
H2ガス流量Ｆだけ変化させ、結晶成長を行ない、
前記と同様の測定方法で混晶比ｘとそのバラツキ
幅Δxを測定した。
様に、TMG専用輸送H2ガスライン９、TMA専
用輸送H2ガスライン１０を設け、上記従来例と
同一の成長条件で、前記輸送路９と輸送路１０の
H2ガス流量Ｆだけ変化させ、結晶成長を行ない、
前記と同様の測定方法で混晶比ｘとそのバラツキ
幅Δxを測定した。
第２図に測定結果を示す。輸送路４の流量を
FG、輸送路５の流量をFAとして、 Fnio＝min（FG，FA） と定義する。ただし、 FG≦FAの時Fnio＝FG FG＞FAの時Fnio＝FAである。
FG、輸送路５の流量をFAとして、 Fnio＝min（FG，FA） と定義する。ただし、 FG≦FAの時Fnio＝FG FG＞FAの時Fnio＝FAである。
また、輸送路７の流量をFnaxとする。
また混晶比バラツキ幅Δxは、Δx＝xn−ｘと
する、ただしxn：測定した混晶比
ｘ：理論計算より算出した混晶比
についてはデータ数ｎ（≧20）での平均値
を算出し、混晶比ｘにより規格化し、｜
｜／ｘをパラメータとした。
｜／ｘをパラメータとした。
Fnio／Fnaxを横軸に、｜｜／ｘを縦軸にと
り、白丸は測定値である。実線に示すグラフは、
２次回帰により求めたものである。
り、白丸は測定値である。実線に示すグラフは、
２次回帰により求めたものである。
第２図より、Fnio／Fnaxが１／10より小さくな
るにつれ、｜｜／ｘが大きくなり、Fnio／Fnax
〜１／1000では、｜Δx｜／ｘ〜0.10となる。原因
は明らかではないが、次の事が考えられる。流量
比が小さくなると、FGやFAが時間軸で見て、反
応管内に一定の流量で流れずハンチングを起こし
やすくなる。エピ層膜厚方向で特に｜｜／ｘ
の値が大きくなる事から以上の理由で解釈できる
と考えられる。
るにつれ、｜｜／ｘが大きくなり、Fnio／Fnax
〜１／1000では、｜Δx｜／ｘ〜0.10となる。原因
は明らかではないが、次の事が考えられる。流量
比が小さくなると、FGやFAが時間軸で見て、反
応管内に一定の流量で流れずハンチングを起こし
やすくなる。エピ層膜厚方向で特に｜｜／ｘ
の値が大きくなる事から以上の理由で解釈できる
と考えられる。
しかしながら、Fnio／Fnax≧１／10では、｜Δx
｜＝0.01と小さく、混晶比の制御性が良い。
｜＝0.01と小さく、混晶比の制御性が良い。
さらにZnをドーピングしたＰ−GaAlAsの結晶
成長の場合、有機金属材料としてZnが加わり、
輸送路６の流量をFzとし、 Fnio＝min（FG，FA，FZ） ＝min（min（FG，FA）， min（FA，FZ）） と定義されたFnioを用い、混晶比ｘの制御性に加
えてキヤリア濃度ｐの制御性を調べたところ、
Fnio／Fnaxに対して、同様の結果が得られた。
成長の場合、有機金属材料としてZnが加わり、
輸送路６の流量をFzとし、 Fnio＝min（FG，FA，FZ） ＝min（min（FG，FA）， min（FA，FZ）） と定義されたFnioを用い、混晶比ｘの制御性に加
えてキヤリア濃度ｐの制御性を調べたところ、
Fnio／Fnaxに対して、同様の結果が得られた。
本実施例では、混晶比とキヤリア濃度の制御
性、均一性、再現性について述べたが、結晶成長
層の膜厚についても同様に制御性、均一性、再現
性が良い。これは結晶成長層の膜厚が、混晶比の
関数となつているためである。
性、均一性、再現性について述べたが、結晶成長
層の膜厚についても同様に制御性、均一性、再現
性が良い。これは結晶成長層の膜厚が、混晶比の
関数となつているためである。
なお、本実施例では、GaAs系、GaAlAs系材
料を用いて説明したが、本発明は、全ての有機金
属材料を用いたMOCVD成長装置について適用
可能である。
料を用いて説明したが、本発明は、全ての有機金
属材料を用いたMOCVD成長装置について適用
可能である。
発明の効果
本発明はMOCVD装置において、成長反応管
に個別の配管により有機金属材料を導入し、その
それぞれの配管内を同時に流れるガスの流量の最
大値に対する最小値の比が１／10以上である様に
流量を設定することにより、制御性、均一性、再
現性の良い結晶成長を行なう事ができ、その実用
的効果は著しい。
に個別の配管により有機金属材料を導入し、その
それぞれの配管内を同時に流れるガスの流量の最
大値に対する最小値の比が１／10以上である様に
流量を設定することにより、制御性、均一性、再
現性の良い結晶成長を行なう事ができ、その実用
的効果は著しい。
第１図は本発明実施例のMOCVD装置配管系
の概略図、第２図は、流量比Fnio／Fnaxに対する
成長結晶の混晶比のバラツキ幅｜｜／ｘを示
す図である。 １……TMG用有機金属槽、２……TMA用有
機金属槽、３……DMZ用有機金属槽、４，５，
６……輸送路、７……アルシン、セレン化水素、
反応管内の流量制御用キヤリアH2ガスの輸送路、
８……成長反応管、９……TMG専用輸送ライ
ン、１０……TMA専用輸送ライン、１１……
DMZ専用輸送ライン。
の概略図、第２図は、流量比Fnio／Fnaxに対する
成長結晶の混晶比のバラツキ幅｜｜／ｘを示
す図である。 １……TMG用有機金属槽、２……TMA用有
機金属槽、３……DMZ用有機金属槽、４，５，
６……輸送路、７……アルシン、セレン化水素、
反応管内の流量制御用キヤリアH2ガスの輸送路、
８……成長反応管、９……TMG専用輸送ライ
ン、１０……TMA専用輸送ライン、１１……
DMZ専用輸送ライン。
Claims (1)
- １ 有機金属気相エピタキシヤル成長反応管に、
個別の配管を通して異なる有機金属材料を導入
し、最大流量の配管の流量と最小流量の配管の流
量との比が１／10以上である様に流量を設定する
ことを特徴とする有機金属気相エピタキシヤル成
長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59118430A JPS60264395A (ja) | 1984-06-08 | 1984-06-08 | 有機金属気相エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59118430A JPS60264395A (ja) | 1984-06-08 | 1984-06-08 | 有機金属気相エピタキシヤル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60264395A JPS60264395A (ja) | 1985-12-27 |
| JPH0551559B2 true JPH0551559B2 (ja) | 1993-08-02 |
Family
ID=14736448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59118430A Granted JPS60264395A (ja) | 1984-06-08 | 1984-06-08 | 有機金属気相エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60264395A (ja) |
-
1984
- 1984-06-08 JP JP59118430A patent/JPS60264395A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60264395A (ja) | 1985-12-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |