JPS58200527A - 化合物半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
化合物半導体薄膜の製造方法Info
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- JPS58200527A JPS58200527A JP57082478A JP8247882A JPS58200527A JP S58200527 A JPS58200527 A JP S58200527A JP 57082478 A JP57082478 A JP 57082478A JP 8247882 A JP8247882 A JP 8247882A JP S58200527 A JPS58200527 A JP S58200527A
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- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45561—Gas plumbing upstream of the reaction chamber
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
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-
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-
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- Organic Chemistry (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は化合物半導体薄膜の製造方法に関するもので
ある。
ある。
GaAs、ALAsなどの化合物半導体薄膜のエピタキ
シャル成長法としては、気相成長法、液相成長法および
固相成長法などがある。その中でも気相成長法の一技術
としての有機金属熱分解法は、原料物質軸−送律速で°
組成および成長速度の制御が可能であること、非可逆反
応であり基板のエッチ作用の悪影響がないことなどの基
本的な特徴を持っており、光半導体デバイス、化合物半
導体超高周波・超高速デバイスのための基幹技術として
最近非常に注目されている。しかし、有機金属の熱分解
反応、成長反応の理論が未整備であり、不明瞭な事象が
多く、特に不純物濃度分布の高性能制御を必要とするエ
ピタキシャル層を実現するための成長工程の確立が大き
な課題となっている。
シャル成長法としては、気相成長法、液相成長法および
固相成長法などがある。その中でも気相成長法の一技術
としての有機金属熱分解法は、原料物質軸−送律速で°
組成および成長速度の制御が可能であること、非可逆反
応であり基板のエッチ作用の悪影響がないことなどの基
本的な特徴を持っており、光半導体デバイス、化合物半
導体超高周波・超高速デバイスのための基幹技術として
最近非常に注目されている。しかし、有機金属の熱分解
反応、成長反応の理論が未整備であり、不明瞭な事象が
多く、特に不純物濃度分布の高性能制御を必要とするエ
ピタキシャル層を実現するための成長工程の確立が大き
な課題となっている。
従来の有機金属熱分解法によるエピタキシャル成長法に
おいては、たとえば■−■族化合物半導体の場合、■族
元素成分がGa(CHa)s 、 AA(CIE(s)
sなどの有機金属ガスで供給される一方、V族元素成分
がAaI(a 、 PHsなとの水素化物ガスで供給さ
れ、さらに不純物添加用元素は、たとえばn形の場合、
H!Ssガスで供給される。そして、これらのガスが一
定量の為キャリヤガスとともに反応管に送られることに
より、反応管内で所定の温度に設定された結晶基板上に
エピタキシャル成長がなされる。
おいては、たとえば■−■族化合物半導体の場合、■族
元素成分がGa(CHa)s 、 AA(CIE(s)
sなどの有機金属ガスで供給される一方、V族元素成分
がAaI(a 、 PHsなとの水素化物ガスで供給さ
れ、さらに不純物添加用元素は、たとえばn形の場合、
H!Ssガスで供給される。そして、これらのガスが一
定量の為キャリヤガスとともに反応管に送られることに
より、反応管内で所定の温度に設定された結晶基板上に
エピタキシャル成長がなされる。
この時、成長層の不純物濃度の制御は、不純物添加用ガ
スの供給量のみを変化させ、他のすべてのガスの流量は
一定に保ったままで実施される。
スの供給量のみを変化させ、他のすべてのガスの流量は
一定に保ったままで実施される。
しかるに、不純物添加用ガスの供給量のみを変化させて
成長層の不純物濃度の制御を行う従来の方法においては
、不純物濃度分布の厚さ方向の勾配の制御性が悪いとい
う欠点があった。
成長層の不純物濃度の制御を行う従来の方法においては
、不純物濃度分布の厚さ方向の勾配の制御性が悪いとい
う欠点があった。
すなわち、エピタキシャル成長層の不純物濃度としてI
QIm〜1011A−Ifを得るための不純物添加用ガ
スの流量は、通常他のガス流量と比較して非常に少なく
、したがって、不純物添加用ガス配管系内でのガス流の
輸送時間および経時変化から、反応管内への急激なガス
流量の変化の制御には限界がある。また、エピタキシャ
ル成長層の不純物濃度が不純物添加用ガスの流量に近位
的に比例するため、10ts〜101S〆fの範囲内の
広い不純物濃度勾配にわたって連続的おるいは段階的に
所定の濃度分布を得るためには相応した広い範囲にわた
って不純物添加用ガスの流量制御が必要であるが、この
制御に、装置の制約から眼界がある。これらによシ、従
゛来の方法では、不純物濃度分布の厚さ方向の勾配の制
御性に限界があシ悪かった。そして、このような不純物
濃度の制御性の限界は、すなわち実現可能なエピタキシ
ャル成長層の性能限界ともなり、近年化合物半導体デバ
イスの高性能化のために要求されている最適不純物分布
の設定を達成できない重大な障害となっている。
QIm〜1011A−Ifを得るための不純物添加用ガ
スの流量は、通常他のガス流量と比較して非常に少なく
、したがって、不純物添加用ガス配管系内でのガス流の
輸送時間および経時変化から、反応管内への急激なガス
流量の変化の制御には限界がある。また、エピタキシャ
ル成長層の不純物濃度が不純物添加用ガスの流量に近位
的に比例するため、10ts〜101S〆fの範囲内の
広い不純物濃度勾配にわたって連続的おるいは段階的に
所定の濃度分布を得るためには相応した広い範囲にわた
って不純物添加用ガスの流量制御が必要であるが、この
制御に、装置の制約から眼界がある。これらによシ、従
゛来の方法では、不純物濃度分布の厚さ方向の勾配の制
御性に限界があシ悪かった。そして、このような不純物
濃度の制御性の限界は、すなわち実現可能なエピタキシ
ャル成長層の性能限界ともなり、近年化合物半導体デバ
イスの高性能化のために要求されている最適不純物分布
の設定を達成できない重大な障害となっている。
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、エピタキシ
ャル成長層の不純物濃度分布の厚さ方向の勾配の制御性
が良好な化合物半導体薄膜の製造方法を提供することを
目的とす゛る。
ャル成長層の不純物濃度分布の厚さ方向の勾配の制御性
が良好な化合物半導体薄膜の製造方法を提供することを
目的とす゛る。
以下この発明の実施例を第1図を参照して説明する。第
1図において、1は反応管、2はその中に設けられた基
板支持台、3は反応管1の外周に設けられた高周波誘導
加熱コイル、4は基板支持台2上に保持され九〇aAs
基板である。また、5はGa(CHs)sを入れたバブ
ラ20にキャリヤガスとしてH,ガスを流量調整器10
およびガス弁15を介して送るためのルガス流入口、6
はH2で希釈されたAs1aガスの流入口、7.9は第
1.第2のキャリヤガスとしてのH2ガスの流入口、8
は迅で希釈されたH、Seガス(不純物添加用ガス)の
流入口である。そして、流入口6〜9の各ガスは流量調
整器11〜14およびガス弁16゛〜19を介して反応
管1に送られるようになっている。ま九、反応管1には
、バプラ20内のGa(CHs)mガスがガス弁15′
を介して供給されるようにもなっている。
1図において、1は反応管、2はその中に設けられた基
板支持台、3は反応管1の外周に設けられた高周波誘導
加熱コイル、4は基板支持台2上に保持され九〇aAs
基板である。また、5はGa(CHs)sを入れたバブ
ラ20にキャリヤガスとしてH,ガスを流量調整器10
およびガス弁15を介して送るためのルガス流入口、6
はH2で希釈されたAs1aガスの流入口、7.9は第
1.第2のキャリヤガスとしてのH2ガスの流入口、8
は迅で希釈されたH、Seガス(不純物添加用ガス)の
流入口である。そして、流入口6〜9の各ガスは流量調
整器11〜14およびガス弁16゛〜19を介して反応
管1に送られるようになっている。ま九、反応管1には
、バプラ20内のGa(CHs)mガスがガス弁15′
を介して供給されるようにもなっている。
21は反応管1に接続された排ガス口である。
さて、エピタキシャル成長を行う場合は、まず、その紡
段階として次のことを行う。すなわち、基板支持台2に
GaAs基板4を装着し九後、流入ロアー流量調整器1
2−ガス弁17のガス系から所定の流量の第1のキャリ
ヤガス(迅ガス)を反応管1に供給し、さらに高周波誘
導によりGaA’s基板4を加熱し、基板温度がはソ4
00℃に達した時点で流入口6−流量調整器11−ガス
弁16のガス系から所定の流量のAsH3ガス流を反応
管1に加え、基板温度を所定の温度たとえば625℃に
設定し、一定時間この温度に保持する。
段階として次のことを行う。すなわち、基板支持台2に
GaAs基板4を装着し九後、流入ロアー流量調整器1
2−ガス弁17のガス系から所定の流量の第1のキャリ
ヤガス(迅ガス)を反応管1に供給し、さらに高周波誘
導によりGaA’s基板4を加熱し、基板温度がはソ4
00℃に達した時点で流入口6−流量調整器11−ガス
弁16のガス系から所定の流量のAsH3ガス流を反応
管1に加え、基板温度を所定の温度たとえば625℃に
設定し、一定時間この温度に保持する。
しかる後、流入口5−流量調整器10−ガス弁15−°
ガス弁15′のガス系から所定の流量のGa(CHa)
sガス流を反応管1に加えることにより、GaAs基板
4上へのエピタキシャル成長が開始される。この時、エ
ピタキシャル成長層に対する不純物添加は流入口8−流
量調整器13−ガス弁18のガス系からH,Seガス流
を反応管1に加えることに二になされるが、エピタキシ
ャル成長層の厚み方向に所望の不純物濃度勾配を形成す
るために、次のような二種類のガス制御方式が実施され
る。
ガス弁15′のガス系から所定の流量のGa(CHa)
sガス流を反応管1に加えることにより、GaAs基板
4上へのエピタキシャル成長が開始される。この時、エ
ピタキシャル成長層に対する不純物添加は流入口8−流
量調整器13−ガス弁18のガス系からH,Seガス流
を反応管1に加えることに二になされるが、エピタキシ
ャル成長層の厚み方向に所望の不純物濃度勾配を形成す
るために、次のような二種類のガス制御方式が実施され
る。
第1の制御方式では、Ga (CHs >s + As
Haの原料ガス流量および不純物添加用ガスH,Se
の流量を一定に保った状態で、迅キャリヤガスの流量の
みを連続的あるいは段階的に変化させる。H,キャリヤ
ガスの流ゝ率制御は、流入ロアー流量調整器12−ガス
弁17の第1のキャリヤガス流系の調整で、まえは第1
のキャリヤガス流系は一定に保った状態で流入口9−流
量調整器14−ガス弁19の第2のキャリヤガス流系の
調整で実施される。
Haの原料ガス流量および不純物添加用ガスH,Se
の流量を一定に保った状態で、迅キャリヤガスの流量の
みを連続的あるいは段階的に変化させる。H,キャリヤ
ガスの流ゝ率制御は、流入ロアー流量調整器12−ガス
弁17の第1のキャリヤガス流系の調整で、まえは第1
のキャリヤガス流系は一定に保った状態で流入口9−流
量調整器14−ガス弁19の第2のキャリヤガス流系の
調整で実施される。
第2の制御方式では、Ga(C)I3)、 l A8H
3の原料ガス流量を一定に保った状態で、不純物添加用
ガスH,seの流量とH,キャリヤガスの流量とを連続
的あるいは段階的に変化させる。H,S・ガス流量の調
整は、流入口8−流量調整器13−ガス弁18のHo5
eガス系の調整に実施される。H,キャリヤガスの流量
調整は、第1の制御方式の場合と同様に、第1あるいは
第2のキャリヤガス流系の調整により実施される。
3の原料ガス流量を一定に保った状態で、不純物添加用
ガスH,seの流量とH,キャリヤガスの流量とを連続
的あるいは段階的に変化させる。H,S・ガス流量の調
整は、流入口8−流量調整器13−ガス弁18のHo5
eガス系の調整に実施される。H,キャリヤガスの流量
調整は、第1の制御方式の場合と同様に、第1あるいは
第2のキャリヤガス流系の調整により実施される。
以上の実施例から明らかなように、この発明の方法では
、H7をキャリヤガス、Ga(CH3)3などの有機金
属ガスとAshsなどの水素化物ガスを原料ガス、[、
Seなどを不純物添加用ガスとする有機金属熱分解CV
D法によるエピタキシャル成長工程において、Htキャ
リヤガスの流量または山キャリヤガスと不純物添加用ガ
スの流量を連続的あるいは段階的に変化させることによ
り、エピタキシャル成長層の厚さ方向の不純物分布を連
続的あるいは段階的に変化させるものである。か\るこ
の発明の方法は、次のような基本原理による。
、H7をキャリヤガス、Ga(CH3)3などの有機金
属ガスとAshsなどの水素化物ガスを原料ガス、[、
Seなどを不純物添加用ガスとする有機金属熱分解CV
D法によるエピタキシャル成長工程において、Htキャ
リヤガスの流量または山キャリヤガスと不純物添加用ガ
スの流量を連続的あるいは段階的に変化させることによ
り、エピタキシャル成長層の厚さ方向の不純物分布を連
続的あるいは段階的に変化させるものである。か\るこ
の発明の方法は、次のような基本原理による。
第2図は、−3℃に保持されたGa(CHs)aノ(プ
ラヘの迅ガス流量をIQ −/min 、 Haで濃度
5チに希釈されたAs迅ガス流量を804mIn 、
Hlで濃度50ppmに希釈され九He S eガス流
量を5 d/min 、成長温度を625℃に設定した
場合について、H,キャリヤガス流量と成長層の不純物
濃度との関係を示す実験結果の一例である。
ラヘの迅ガス流量をIQ −/min 、 Haで濃度
5チに希釈されたAs迅ガス流量を804mIn 、
Hlで濃度50ppmに希釈され九He S eガス流
量を5 d/min 、成長温度を625℃に設定した
場合について、H,キャリヤガス流量と成長層の不純物
濃度との関係を示す実験結果の一例である。
有機金属熱分解CVD法によるエピタキシャル成長にお
いては、成長層の不純物濃度が不純物添加用ガスすなわ
ちH,Seガスの流量に近似的に比例する性質があり、
これは公知の事実である。しかしながら、第2図の実験
結果によれば、成長層の不純物濃度は鴇キャリヤガス流
量に大きく依存しており、たとえばH1流量をXt1分
から217分に変化させると成長層不純物濃度は約4.
5倍増加する。
いては、成長層の不純物濃度が不純物添加用ガスすなわ
ちH,Seガスの流量に近似的に比例する性質があり、
これは公知の事実である。しかしながら、第2図の実験
結果によれば、成長層の不純物濃度は鴇キャリヤガス流
量に大きく依存しており、たとえばH1流量をXt1分
から217分に変化させると成長層不純物濃度は約4.
5倍増加する。
か\る成長層不純物濃度に対するH、キャリヤガス流量
の強い依存性は従来全く未発見の新事実であり、この発
明の方法は、この新事実の発見に立脚するものである。
の強い依存性は従来全く未発見の新事実であり、この発
明の方法は、この新事実の発見に立脚するものである。
そして、成長層の不純物濃度制御の手段として迅キャリ
ヤガスの流量制御を行うこの発明の方法によれば次のよ
うな効果を有する。まず、通常のガス流量調整器の精度
のよい調整範囲は1桁の範囲内であり、不純物濃度と比
例関係にある不純物添加用ガスの流量調整による従来の
方法では不純物濃度分布の設定に限界があるが、この発
明によれば、第2図の実験結果で詳述したような成長層
不純物濃度に対する山流量の非常に強い依存性のために
、段階的あるいは連続的な広範囲にわたる不純物濃度分
布の制御が可能となる。また、不純物添加用ガスの流量
はルキャリャガスの流量と比較して非常に微量であり、
か\る微量ガスの場合は、精密流量制御が比較的困難で
あることに加えて、ガス配管内の伝搬時間が長くなシガ
ス流量の過渡応答性が非常に悪く、急峻な不純物濃度分
布の実現が困難であるが、この発明では、流量が大きく
過渡応答性のよいH2キャリヤガス流を制御することに
よシ、従来不可能であった極めて急峻な不純物濃度分布
を実現でき、しかし濃度分布を高精度に制御できる。こ
のように、この発明によれば、エピタキシャル成長層の
不純物濃度分布の厚さ方向の勾配の制御性が極めて良好
になる。
ヤガスの流量制御を行うこの発明の方法によれば次のよ
うな効果を有する。まず、通常のガス流量調整器の精度
のよい調整範囲は1桁の範囲内であり、不純物濃度と比
例関係にある不純物添加用ガスの流量調整による従来の
方法では不純物濃度分布の設定に限界があるが、この発
明によれば、第2図の実験結果で詳述したような成長層
不純物濃度に対する山流量の非常に強い依存性のために
、段階的あるいは連続的な広範囲にわたる不純物濃度分
布の制御が可能となる。また、不純物添加用ガスの流量
はルキャリャガスの流量と比較して非常に微量であり、
か\る微量ガスの場合は、精密流量制御が比較的困難で
あることに加えて、ガス配管内の伝搬時間が長くなシガ
ス流量の過渡応答性が非常に悪く、急峻な不純物濃度分
布の実現が困難であるが、この発明では、流量が大きく
過渡応答性のよいH2キャリヤガス流を制御することに
よシ、従来不可能であった極めて急峻な不純物濃度分布
を実現でき、しかし濃度分布を高精度に制御できる。こ
のように、この発明によれば、エピタキシャル成長層の
不純物濃度分布の厚さ方向の勾配の制御性が極めて良好
になる。
第1図はこの発明の化合物半導体薄膜の製造方法の実施
例を説明するための構成図、第2図はH。 キャリヤガス流量と成長層の不純物濃度との関係を示す
特性図である。 1・・・反応管、2・・・基板支持台、3・・・高周波
誘導加熱コイル、4・・・GaAs基板、5〜9・・・
各ガスの流入口、5〜14・・・流量調整器、15.1
5’、16〜19・・・ガス弁、20・・・バブラ、2
1・・・排ガス口。 牙1図 才2図 H2埒ヤ・ツヤか°スj庇量(Z/m1n)手続補正書 昭和57年9月3F 特許庁長官着杉和夫 殿 1、事件の表示 昭和s7年轡 許 願第 824782、発@O名称 化合物半導体薄属の親造方法 3、補正をする者 事件との関係 譬 許 出願人<one>沖
電気工業株式会社 4、代理人 5、補正命令の日付 昭和 年 月 日(自発
)する。
例を説明するための構成図、第2図はH。 キャリヤガス流量と成長層の不純物濃度との関係を示す
特性図である。 1・・・反応管、2・・・基板支持台、3・・・高周波
誘導加熱コイル、4・・・GaAs基板、5〜9・・・
各ガスの流入口、5〜14・・・流量調整器、15.1
5’、16〜19・・・ガス弁、20・・・バブラ、2
1・・・排ガス口。 牙1図 才2図 H2埒ヤ・ツヤか°スj庇量(Z/m1n)手続補正書 昭和57年9月3F 特許庁長官着杉和夫 殿 1、事件の表示 昭和s7年轡 許 願第 824782、発@O名称 化合物半導体薄属の親造方法 3、補正をする者 事件との関係 譬 許 出願人<one>沖
電気工業株式会社 4、代理人 5、補正命令の日付 昭和 年 月 日(自発
)する。
Claims (1)
- 烏からなるキャリヤガス、有機金属ガスと水素化物ガス
からなる原料ガスさらには不純物添加用ガスを用いて行
われる有機金属熱分解CVDによるエピタキシャル成長
工程において、迅キャリヤガスの流量またはH,キャリ
ヤガスと不純−添加用ガスの流量を連続的あるいは段階
的に変化させることにより、エピタキシャル成長法の厚
さ方向の不純物濃度分布を連続的、あるいは段階的に変
化させるようにしたことを特徴とする化合物半導体薄膜
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57082478A JPS58200527A (ja) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | 化合物半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57082478A JPS58200527A (ja) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | 化合物半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58200527A true JPS58200527A (ja) | 1983-11-22 |
Family
ID=13775614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57082478A Pending JPS58200527A (ja) | 1982-05-18 | 1982-05-18 | 化合物半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58200527A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000091633A (ja) * | 1999-10-05 | 2000-03-31 | Toyoda Gosei Co Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体 |
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