JPH0788276B2 - 気相エピタキシヤル成長方法 - Google Patents
気相エピタキシヤル成長方法Info
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- JPH0788276B2 JPH0788276B2 JP30384386A JP30384386A JPH0788276B2 JP H0788276 B2 JPH0788276 B2 JP H0788276B2 JP 30384386 A JP30384386 A JP 30384386A JP 30384386 A JP30384386 A JP 30384386A JP H0788276 B2 JPH0788276 B2 JP H0788276B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明はＶ族元素の水素化物とIII族元素の有機金属
化合物を原料として用いるIII−Ｖ族化合物半導体結晶
層の気相エピタキシャル成長方法に適用されるものであ
る。
化合物を原料として用いるIII−Ｖ族化合物半導体結晶
層の気相エピタキシャル成長方法に適用されるものであ
る。
（従来の技術） アルシン（AsH3），ホスフィン（PH3）等のＶ族元素の
水素化物と、トリメチルガリウム（Ga（CH3）3:以下TMG
と略称），トリメチルアルミニウム（Al（CH3）3:以下T
MAと略称）等のIII族元素の有機金属化合物を原料とし
て用い、III−Ｖ族化合物半導体結晶層を成長させる方
法は有機金属化学気相堆積法（以下MO−CVD法と略称）
と呼称され、均一性，量産性に優れた結晶成長法として
注目を集めている。
水素化物と、トリメチルガリウム（Ga（CH3）3:以下TMG
と略称），トリメチルアルミニウム（Al（CH3）3:以下T
MAと略称）等のIII族元素の有機金属化合物を原料とし
て用い、III−Ｖ族化合物半導体結晶層を成長させる方
法は有機金属化学気相堆積法（以下MO−CVD法と略称）
と呼称され、均一性，量産性に優れた結晶成長法として
注目を集めている。
ここ数年、高電子移動度トランジスタ（以下HEMTと略
称），多重量子井戸レーザ（以下MQWレーザと略称）等
の新しい素子の出現により、これらの素子を製造する際
の出発材料となるエピタキシャルウエハの成長において
も、多元系半導体結晶層を高度な制御性を有して多層に
成長させる技術が要求されている。
称），多重量子井戸レーザ（以下MQWレーザと略称）等
の新しい素子の出現により、これらの素子を製造する際
の出発材料となるエピタキシャルウエハの成長において
も、多元系半導体結晶層を高度な制御性を有して多層に
成長させる技術が要求されている。
MO−CVD法は上記多元系半導体結晶層を多層に成長させ
るという観点からも有用な技術であるが、上記均一性，
量産性を損なうことなくHEMTやMQWレーザ等に用いるエ
ピタキシャルウエハの成長を行なうには未だに不満足な
状況である。
るという観点からも有用な技術であるが、上記均一性，
量産性を損なうことなくHEMTやMQWレーザ等に用いるエ
ピタキシャルウエハの成長を行なうには未だに不満足な
状況である。
以下、従来例としてMO−CVD法によりHEMT用のウエハを
成長させる工程につき図面を参照して説明する。
成長させる工程につき図面を参照して説明する。
第２図にHEMT用のエピタキシャルウエハを断面図で示
す。図中の101は半絶縁性GaAs基板、102はアンドープGa
As層で層厚は約１μm,キャリア濃度は１×1014cm-3以
下、103はｎ型AlχGa1- χAs層で層厚は400Å，キャリア
濃度は５×1017cm-3,Al組成χは0.3,104はｎ型GaAs層で
層厚は500Å，キャリア濃度は５×1017cm-3である。
す。図中の101は半絶縁性GaAs基板、102はアンドープGa
As層で層厚は約１μm,キャリア濃度は１×1014cm-3以
下、103はｎ型AlχGa1- χAs層で層厚は400Å，キャリア
濃度は５×1017cm-3,Al組成χは0.3,104はｎ型GaAs層で
層厚は500Å，キャリア濃度は５×1017cm-3である。
HEMTの特性を向上させるためには第２図に示したウエハ
において、次にあげる要件が満たされなければならな
い。すなわち、 （ｉ）アンドープGaAs層102が高純度である（不純物濃
度が低い）こと。これには望ましくは77Kにおける移動
度が100,000cm2/VS以上であること。
において、次にあげる要件が満たされなければならな
い。すなわち、 （ｉ）アンドープGaAs層102が高純度である（不純物濃
度が低い）こと。これには望ましくは77Kにおける移動
度が100,000cm2/VS以上であること。
（ii）アンドープGaAs層102とｎ型AlGaAs層103との界面
の組成変化が急峻であること。
の組成変化が急峻であること。
（iii）ｎ型AlGaAs層103の層厚，キャリア濃度，組成が
所定値に精度よく制御されていること。
所定値に精度よく制御されていること。
さらに素子製作工程における素子収量を増加させるため
に （iv）ｎ型AlGaAs層103,n型GaAs層104の層厚およびキャ
リア濃度の面内均一性が良好であること。
に （iv）ｎ型AlGaAs層103,n型GaAs層104の層厚およびキャ
リア濃度の面内均一性が良好であること。
も必要である。
叙上の要件を満たすべく、従来のMO−CVD法においては
次のような装置および工程により成長が行なわれてい
る。
次のような装置および工程により成長が行なわれてい
る。
第３図は従来のMO−CVD装置の概要を示す断面図で、図
中111は石英で形成された反応管、112は上記反応管111
に開口し設けられた原料ガス導入口、113はウエハを載
置するためにグラファイトで形成されたサセプタ、114
はGaAs基板、115はサセプタ113を加熱するための高周波
コイル、116はガス排出口を夫々示す。
中111は石英で形成された反応管、112は上記反応管111
に開口し設けられた原料ガス導入口、113はウエハを載
置するためにグラファイトで形成されたサセプタ、114
はGaAs基板、115はサセプタ113を加熱するための高周波
コイル、116はガス排出口を夫々示す。
次に上記装置を用いたHEMT用のウエハの成長は次のよう
に進められる。まず、GaAs基板114を所定の位置に設置
したのち高周波コイル115に通電しサセプタ113を加熱す
る。GaAs基板114の温度が成長温度の例えば650℃に達し
安定した時点で原料ガス導入管112から予め設定された
流量のAsH3,TMG,水素の混合ガスを反応管111内に流入さ
せる。この工程によりアンドープGaAs層102（第２図）
の成長が行なわれる。さらに所定時間経過後反応管111
内に上記AsH3,TMG,水素の混合ガスに加えて、TMA及びド
ーバントであるSiH4を所定量流入される。この工程によ
りｎ型AlGaAs層103（第２図）の成長が行なわれる。さ
らに所定時間ｎ型AlGaAs層を成長させたのち、TMAの供
給を停止し、ｎ型GaAs層104層（第２図）を所定時間成
長させて全部の成長が完了する。
に進められる。まず、GaAs基板114を所定の位置に設置
したのち高周波コイル115に通電しサセプタ113を加熱す
る。GaAs基板114の温度が成長温度の例えば650℃に達し
安定した時点で原料ガス導入管112から予め設定された
流量のAsH3,TMG,水素の混合ガスを反応管111内に流入さ
せる。この工程によりアンドープGaAs層102（第２図）
の成長が行なわれる。さらに所定時間経過後反応管111
内に上記AsH3,TMG,水素の混合ガスに加えて、TMA及びド
ーバントであるSiH4を所定量流入される。この工程によ
りｎ型AlGaAs層103（第２図）の成長が行なわれる。さ
らに所定時間ｎ型AlGaAs層を成長させたのち、TMAの供
給を停止し、ｎ型GaAs層104層（第２図）を所定時間成
長させて全部の成長が完了する。
（発明が解決しようとする問題点） 叙上の工程により作成されたエピタキシャルウエハで
は、上記HEMT用ウエハが満たすべき４要件のうち、アン
ドープGaAs層を高純度にするという項目（（ｉ）項）以
外の３要件についてはこれらを満足させることが困難で
あった。特に第３図に示した常圧下の成長においてはガ
スの置換に時間がかかるので、GaAs層とAlGaAs層との界
面の急峻性が低下してしまうという重大な問題がある。
は、上記HEMT用ウエハが満たすべき４要件のうち、アン
ドープGaAs層を高純度にするという項目（（ｉ）項）以
外の３要件についてはこれらを満足させることが困難で
あった。特に第３図に示した常圧下の成長においてはガ
スの置換に時間がかかるので、GaAs層とAlGaAs層との界
面の急峻性が低下してしまうという重大な問題がある。
上記問題点に対する解決手段として、反応管内を排気し
減圧下で成長を行なうことが試みられている。この減圧
下で成長を行なう装置は第４図に示すように、反応管11
1の排気口116に圧力調整用バルブ117を介して真空用ロ
ータリポンプ118を取付け、反応管111内を50〜100Torr
程度の減圧にして成長を施す。成長の工程は常圧にて行
なう既述の工程と全く同様に施されるから説明を省略す
る。
減圧下で成長を行なうことが試みられている。この減圧
下で成長を行なう装置は第４図に示すように、反応管11
1の排気口116に圧力調整用バルブ117を介して真空用ロ
ータリポンプ118を取付け、反応管111内を50〜100Torr
程度の減圧にして成長を施す。成長の工程は常圧にて行
なう既述の工程と全く同様に施されるから説明を省略す
る。
上記減圧下における成長では、常圧下の成長に比べて （ａ）ガスの流速が大きいために、ガスの置換が短時間
で行なわれ界面急峻性が向上する。
で行なわれ界面急峻性が向上する。
（ｂ）成長速度が低下するので、成長膜厚の制御性が向
上する。
上する。
（ｃ）熱対流の影響を受けにくく、膜厚，キャリア濃度
の面内均一性が向上する。
の面内均一性が向上する。
などの利点があり、上述の４要件のうち（ii）〜（iv）
項を満足させることができる。しかしながら、減圧下の
成長においては結晶層中に炭素が取り込まれやすく、Ga
As層を高純度化することが困難であること、および成長
濃度が小さいためにアンドーブGaAs層102を層厚１μｍ
に成長させるのに１時間以上を要し生産性が低いという
問題があった。
項を満足させることができる。しかしながら、減圧下の
成長においては結晶層中に炭素が取り込まれやすく、Ga
As層を高純度化することが困難であること、および成長
濃度が小さいためにアンドーブGaAs層102を層厚１μｍ
に成長させるのに１時間以上を要し生産性が低いという
問題があった。
叙上の如く、MO−CVD法でHEMT用ウエハを成長させる場
合、常圧，減圧のいずれかの方式においても一長一短が
あり、HEMT製作に適したMO−CVDの成長方法は見出せて
いない状況であった。
合、常圧，減圧のいずれかの方式においても一長一短が
あり、HEMT製作に適したMO−CVDの成長方法は見出せて
いない状況であった。
本発明者はこの点に鑑み種々検討を重ねた結果、複数層
のIII−Ｖ族化合物半導体結晶層を成長させるに際し、
各成長層において要求される結晶品質に応じて異なる圧
力化で成長を行えば常圧，減圧の各方法の長所を生かし
た成長が可能であるとの結論に達し、本発明を案出する
に至った。
のIII−Ｖ族化合物半導体結晶層を成長させるに際し、
各成長層において要求される結晶品質に応じて異なる圧
力化で成長を行えば常圧，減圧の各方法の長所を生かし
た成長が可能であるとの結論に達し、本発明を案出する
に至った。
この発明は上記従来の問題点を改良するためになされた
もので、各成長層に要求され結晶品質を満たすように成
長圧力を調整して施す成長方法を提供する。
もので、各成長層に要求され結晶品質を満たすように成
長圧力を調整して施す成長方法を提供する。
（問題点を解決するための手段） この発明にかかる気相エピタキシャル成長方法は、Ｖ族
元素の水素化物とIII族元素の有機金属化合物を用いて
複数層のIII−Ｖ族化合物半導体結晶層を成長させるに
際し、反応容器内の圧力を可変となす機構を備えた成長
装置により、複数層の化合物半導体結晶層のうち組成も
しくはキャリア濃度の異なる少くとも二層に対し各層の
形成に適した異なる圧力の下で成長を施すことを特徴と
し、高品質の結晶層を得るものである。
元素の水素化物とIII族元素の有機金属化合物を用いて
複数層のIII−Ｖ族化合物半導体結晶層を成長させるに
際し、反応容器内の圧力を可変となす機構を備えた成長
装置により、複数層の化合物半導体結晶層のうち組成も
しくはキャリア濃度の異なる少くとも二層に対し各層の
形成に適した異なる圧力の下で成長を施すことを特徴と
し、高品質の結晶層を得るものである。
（作 用） この発明は各結晶層において要求される結晶品質に適合
するように反応管内圧力を選択して成長を行なうことに
より従来の常圧もしくは減圧いずれか単一の圧力下での
成長では得られなかったより高品質のエピタキシャル結
晶層を得ることができる。
するように反応管内圧力を選択して成長を行なうことに
より従来の常圧もしくは減圧いずれか単一の圧力下での
成長では得られなかったより高品質のエピタキシャル結
晶層を得ることができる。
（実施例） 以下、この発明にかかる気相エピタキシャル成長方法の
一実施例につき第１図を参照して説明する。なお、説明
において従来と変わらない部分については、この成長に
用いられるMO−CVD装置（第１図）の各部に従来と同じ
符号をつけて示し説明を省略する。
一実施例につき第１図を参照して説明する。なお、説明
において従来と変わらない部分については、この成長に
用いられるMO−CVD装置（第１図）の各部に従来と同じ
符号をつけて示し説明を省略する。
この発明の実施に用いられるMO−CVD装置は、従来例で
示した装置（第４図または第３図）に圧力を可変にする
機構部を付与したものである。即ち第１図において、11
a,11bはいずれも圧力調整バルブ、12は減圧排気する経
路を選択するための三方バルブを夫々示す。この第１図
に示す装置によって第２図に示したHEMT用ウエハを成長
させる手順は以下の通りである。
示した装置（第４図または第３図）に圧力を可変にする
機構部を付与したものである。即ち第１図において、11
a,11bはいずれも圧力調整バルブ、12は減圧排気する経
路を選択するための三方バルブを夫々示す。この第１図
に示す装置によって第２図に示したHEMT用ウエハを成長
させる手順は以下の通りである。
まず、所定の流量を流した状態で、各排気経路の圧力調
整バルブ11a,11bを調節する。これには第１図の上側の
経路（以下経路Ａと記す）を通して排気する場合には反
応管内の圧力が常圧に近い例えば500Torrになるように
調整バルブ11aを予め調節しておき、また、下側の経路
（以下経路Ｂと記す）を通して排気する場合には圧力が
低く例えば50Torrになるように予め調節しておく。
整バルブ11a,11bを調節する。これには第１図の上側の
経路（以下経路Ａと記す）を通して排気する場合には反
応管内の圧力が常圧に近い例えば500Torrになるように
調整バルブ11aを予め調節しておき、また、下側の経路
（以下経路Ｂと記す）を通して排気する場合には圧力が
低く例えば50Torrになるように予め調節しておく。
次にGaAs基板114を所定位置に設置し、従来例で述べた
手順と同一の方法でアンドープGaAs層の成長を施す。こ
の際、反応管内の排気は経路Ａを通して行なうことによ
って反応管内の圧力は500Torrに設定される。この工程
では反応管内圧が常圧に近いため成長速度は0.05μm/mi
nと比較的大きく、また、高純度のGaAs層を成長させる
ことができる。次に、20分間経過（この時GaAs層厚は１
μｍとなる）後、三方バルブ12を操作し排気経路を経路
Ｂに切換える。上記操作により反応管の内圧は50Torrに
減圧され、成長速度は0.01μm/minに急激に低下する。
そして、圧力が定常状態に達した時点でTMAおよびSiH4
を反応管内に導入しｎ型AlGaAs層の成長を行なう。そし
て、所定時間経過後TMAの導入を停止し、ｎ型GaAs層を
所定時間成長させて成長が完了する。
手順と同一の方法でアンドープGaAs層の成長を施す。こ
の際、反応管内の排気は経路Ａを通して行なうことによ
って反応管内の圧力は500Torrに設定される。この工程
では反応管内圧が常圧に近いため成長速度は0.05μm/mi
nと比較的大きく、また、高純度のGaAs層を成長させる
ことができる。次に、20分間経過（この時GaAs層厚は１
μｍとなる）後、三方バルブ12を操作し排気経路を経路
Ｂに切換える。上記操作により反応管の内圧は50Torrに
減圧され、成長速度は0.01μm/minに急激に低下する。
そして、圧力が定常状態に達した時点でTMAおよびSiH4
を反応管内に導入しｎ型AlGaAs層の成長を行なう。そし
て、所定時間経過後TMAの導入を停止し、ｎ型GaAs層を
所定時間成長させて成長が完了する。
上記排気経路を経路Ｂに変更後の成長は反応管の内圧が
50Torrという減圧下で成長が行なわれるので、界面急峻
性、面内均一性が良好である等の減圧成長での長所がそ
のまま発揮される。
50Torrという減圧下で成長が行なわれるので、界面急峻
性、面内均一性が良好である等の減圧成長での長所がそ
のまま発揮される。
以上述べたようにこの発明によれば、各結晶層において
要求される結晶品質に適合するように反応管内圧力を選
択して成長を行うことにより、従来、常圧または減圧の
いずれか単一の圧力下での成長では得られなかったより
高品質のエピタキシャル結晶を提供することが可能にな
る。
要求される結晶品質に適合するように反応管内圧力を選
択して成長を行うことにより、従来、常圧または減圧の
いずれか単一の圧力下での成長では得られなかったより
高品質のエピタキシャル結晶を提供することが可能にな
る。
なお、叙上の実施例においてはHEMT用ウエハの成長を例
示したが、成長層が高純度であること、組成変化が急峻
であること、層厚，キャリア濃度，組成の制御性、面内
均一性が良好であること等の要件はHEMT用ウエハに限定
されるものではなく、MQWレーザ用ウエハ等、材料，構
造等にかかわりなく広くエピタキシャルウエハに要求さ
れる普遍的な要件であるから、本発明はエピタキシャル
成長材料，構造に何ら拘束されるものではない。また、
実施例では圧力を変化させる工程を一度しか含んでいな
いが、この工程を複数回含む如き成長においても本発明
は適用できる。
示したが、成長層が高純度であること、組成変化が急峻
であること、層厚，キャリア濃度，組成の制御性、面内
均一性が良好であること等の要件はHEMT用ウエハに限定
されるものではなく、MQWレーザ用ウエハ等、材料，構
造等にかかわりなく広くエピタキシャルウエハに要求さ
れる普遍的な要件であるから、本発明はエピタキシャル
成長材料，構造に何ら拘束されるものではない。また、
実施例では圧力を変化させる工程を一度しか含んでいな
いが、この工程を複数回含む如き成長においても本発明
は適用できる。
第１図は本発明の一実施例を説明するためのMO−CVD装
置の概略を示す断面図、第２図はHEMT用エピタキシャル
ウエハの構造を示す断面図、第３図および第４図はいず
れも夫々が従来のMO−CVD装置の概略を示す断面図であ
る。 101……半絶縁性GaAs基板 102……アンドープGaAs層 103……ｎ型AlχGa1- χAs層 104……ｎ型GaAs層、111……反応管 114……GaAs基板 11a……圧力調整バルブ（経路Ａ） 11b……圧力調整バルブ（経路Ｂ） 12……三方バルブ
置の概略を示す断面図、第２図はHEMT用エピタキシャル
ウエハの構造を示す断面図、第３図および第４図はいず
れも夫々が従来のMO−CVD装置の概略を示す断面図であ
る。 101……半絶縁性GaAs基板 102……アンドープGaAs層 103……ｎ型AlχGa1- χAs層 104……ｎ型GaAs層、111……反応管 114……GaAs基板 11a……圧力調整バルブ（経路Ａ） 11b……圧力調整バルブ（経路Ｂ） 12……三方バルブ
Claims (2)
- 【請求項１】Ｖ族元素の水素化物とIII族元素の有機金
属化合物を用いて複数層のIII−Ｖ族化合物半導体結晶
層を成長させるに際し、反応容器内の圧力を可変となす
機構を備えた成長装置により、複数層の化合物半導体結
晶層のうち組成もしくはキャリア濃度の異なる二層に対
し各層の形成に適した異なる圧力の下で成長を施すこと
を特徴とする気相エピタキシャル成長方法。 - 【請求項２】前記二層の化合物半導体結晶層がGaAs層と
AlGaAs層であることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の気相エピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30384386A JPH0788276B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | 気相エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30384386A JPH0788276B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | 気相エピタキシヤル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63159296A JPS63159296A (ja) | 1988-07-02 |
| JPH0788276B2 true JPH0788276B2 (ja) | 1995-09-27 |
Family
ID=17925972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30384386A Expired - Lifetime JPH0788276B2 (ja) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | 気相エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0788276B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0350721A (ja) * | 1989-07-18 | 1991-03-05 | Nec Corp | 気相エピタキシャル成長方法 |
-
1986
- 1986-12-22 JP JP30384386A patent/JPH0788276B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63159296A (ja) | 1988-07-02 |
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