JPS6255688B2 - - Google Patents

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JPS6255688B2
JPS6255688B2 JP55041740A JP4174080A JPS6255688B2 JP S6255688 B2 JPS6255688 B2 JP S6255688B2 JP 55041740 A JP55041740 A JP 55041740A JP 4174080 A JP4174080 A JP 4174080A JP S6255688 B2 JPS6255688 B2 JP S6255688B2
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gaas
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molar ratio
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Fujitsu Ltd
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高均一厚GaAsエピタキシヤル層を
再現性よく得るための気相成長法に関するもので
ある。
気相成長法は単結晶基板上に単結晶薄膜層を成
長させる方法で、半導体プロセスに広く用いられ
ている。GaAsはFET、ガンダイオード等の多く
の半導体素子の材料として使用され、このような
素子を製造する上でGaAsの気相成長法は非常に
重要なものである。近年、GaAsの量産化、およ
び素子性能の高信頼化またIC化に伴ない、大面
積基板上に今まで以上に高均一なエピタキシヤル
層を再現性良く得られる技術が要求されるように
なつた。GaAsの素子化においては、一般に連続
多層エピタキシヤル成長法が用いられており、こ
のような連続多層エピタキシヤル成長層を高歩留
りで得るには、高均一厚エピタキシヤル層を再現
性よく成長させることが必要である。
従来、素子用のGaAsエピタキシヤル層を得る
には主に、拡散律速領域の条件下で成長を行つて
いた。上記領域における成長では、基板結晶面上
に得られたエピタキシヤル層の膜厚分布が成長条
件である成長温度、ガス流速、AsCl3モル比、基
板上に設けられた温度勾配に非常に影響されるた
め、上記成長条件を非常に精密に制御して成長を
行う必要があつた。そのため再現性も良くなく、
高均一厚エピタキシヤル層を得ることが難しかつ
た。また、上記領域における成長では、基板結晶
面上に形成される境界層がエピタキシヤル層の膜
厚分布を支配しているため、大面積基板結晶面上
に高均一厚エピタキシヤル層を成長させることが
困難であつた。
一方、気相成長法では、反応律速領域の条件下
で成長を行う方法があり、基板は均一成長温度域
内に設置される。この領域での成長は、拡散律速
条件下での成長と比べ、基板結晶面上に輸送され
る反応ガス分子のモル数およびガス流速が多少変
化しても成長速度への影響が少なく、また境界層
の影響がなく均一成長温度域を十分に長くとれば
大面積基板結晶面上に膜厚の均一なエピタキシヤ
ル層が得られるという利点がある。しかし、この
領域での成長は拡散律速領域での成長と比べると
低温側での成長であるため、基板結晶の上流側お
よび周辺の反応管管壁に多結晶GaAsが析出し、
このことが原因して成長毎の再現性が悪く、しか
も高均一厚エピタキシヤル層が得られにくいとい
う問題点があつた。
本発明は、上記問題点を除去することにあり、
大面積基板結晶面上に膜厚均一度が±１％以下で
あるような高均一厚GaAsエピタキシヤル層を再
現性良く得ることのできる気相成長法を提供する
ことにある。
本発明によれば、反応律速領域下の気相エピタ
キシヤル成長において、基板結晶を成長温度ＴD
(K)が700℃以下、650℃以上の均一温度領域に設置
し、上記均一温度領域下で砒素のモル比MFを2.6
×1011exp（−3.1×104／ＴD）＞MF＞1.5×
1017exp（−4.5×104／ＴD）の範囲に設定し、
GaAsを成長さしめることにより、高均一厚エピ
タキシヤル層を再現性良く、成長することができ
ることを特徴としている気相成長法が得られる。
以下本発明を概略説明し、実施例を述べる。
本発明者は、GaAsの気相成長を反応律速条件
下で行わせしめる研究を進めた結果、高均一膜厚
で、且つ再現性に優れた気相成長法を見出した。
GaAsの気相成長における成長率は、基板温度、
即ち反応温度が低くなるに従つて上昇してピーク
値をもち、更に反応温度が低下すると共に減少し
ていく傾向を持ち、そのピーク値より高温側で拡
散律速の反応が生じ、又、それより低温側で反応
律速の成長が生じていると考えられており、一般
には先のピーク値を示す温度から多少高い範囲で
GaAsの気相成長が行われていたものである。
この低温側の、即ち700℃以下の反応律速条件
下で均一膜厚のGaAsの気相成長を再現性良く得
るためには、反応ガス中の砒素のモル比が重要な
因子である。即ち、例えば18cm2の比較的大面のウ
エハーに対し、ウエハー内の膜厚均一度±１％を
実現するには、700℃以下の反応律速条件下にお
いて、砒素のモル比を2.6×1011exp（−3.1×
104／ＴD）以下で、且つ1.5×1017exp（−4.5×
104／ＴD）以上の値とすればよいことを発見し
た。尚、ＴDは成長温度である。
即ち、2.6×1011exp（−3.1×104／ＴD）の近似
式で決定される値以上に砒素のモル比を上げてい
くと、反応ガス中分子の過飽和度が増大し、基板
結晶の上流側および周辺の反応管壁に多結晶
GaAsが析出しはじめる。その結果、反応ガス分
子種の不足による実質的な砒素モル比の低下現象
が生じ拡散律速成分を含む成長に移行していくた
め、エピタキシヤル成長層の膜厚均一性が低下す
るし、再現性も悪くなる。
また、1.5×1017exp（−4.5×104／ＴD）の式で
決定される値以下に砒素のモル比を下げると砒素
のモル比の減少に伴なう拡散律速成分の台頭のた
め均一性が悪くなる。
従つて、成長温度が700℃以下の温度領域での
GaAsの気相成長において、砒素のモル比が2.6×
1011exp（−3.1×104／ＴD）以下で、且つ1.5×
104／ＴD）以上とすることにより、±１％以内の
高均一厚さエピタキシヤル層が大面積基板上に得
られる。この成長条件領域での成長では、基板結
晶の上流側および周辺の反応管管壁にGaAsの析
出は見られない。
なお、成長温度については、700℃以下で反応
律速となるが、650℃より低温では深い不純物準
位（デイープ・レベル）が増大し、結晶の質が低
下するので700℃以下、650℃以上の成長温度とす
べきである。
次に本発明の実施例につき詳述する。
第１図は本実施例にて用いたGaAs気相成長装
置の概略を示し、１は石英反応管、２は約18cm2の
面積をもつGaAs基板、３はホルダー、４はガリ
ウム（Ga）ソース、５は恒温槽、６は三塩化砒
素（AsCl3）溶液で、水素（H2）のキヤリアガスに
よりバブリングされる。反応管１には、別に水素
ガスが流入される。
ガリウムソース４は、一つのボート内に複数に
仕切られた各セクシヨン毎にガリウム融液で満た
される。ガリウムソース４の全体が800℃に加熱
される。一方、GaAs基板２は658℃の均一温度領
域内に設定した。
AsCl3６を通るH2ガスは600c.c.／minであり、反
応管１へ直接流入するH2ガスは4000c.c.／minと
し、図示の反応管１の右端より排気する。成長前
には、公知のその場エツチ（in situetch）を行
つた。Asのモル比を制御するには流量を変え
ず、AsCl3６の温度を変えるのがよくこの場合、
15℃に設定すると、AsCl3のモル比は8.4×10-4と
なる。従つて、恒温槽５は０℃〜37℃に設定でき
るものである必要がある。
上記成長条件で60分間成長を行い、得られたエ
ピタキシヤル層の面内の膜厚分布は、第２図の様
になつた。
膜厚の最大値、最小値、平均値はそれぞれ
8.95，8.85，8.91μｍで、次式により均一度を評
価した。
△ｔ＝ｔ ｍａｘ−ｔ ｍｉｎ／ｔ ｍｅａｎ×100
（％） 膜厚の均一度は±0.6％で、非常に高い均一厚
なエピタキシヤル層が得られた。また、10回の連
続成長を行い、再現性を調べたら、第３図のよう
な結果が得られた。
いずれの成長においても、±１％以内の高均一
厚エピタキシヤル層が得られ、再現性は±２％で
あつた。
次に、上記の条件の内、成長温度を種々の値に
とり、且つAsCl3のモル比を変えて、同様にして
同じ18cm2の面積をもつGaAs基板結晶上にGaAsエ
ピタキシヤル層を成長させ、その膜厚均一度を求
めた。その結果が第４図で、右斜めの斜線で示さ
れる領域が均一度±１％以内の区域であり、左斜
めの斜線で示される領域が均一度±４％の区域で
ある。
図中の点線の直線F1は、本表が半対数グラフ
であるので、一般式はAexp（Ｂ／ＴD）で表われ
る関係式（ＡとＢは定数）にて求めると、F1＝
2.57×1011exp（−3.14×104／ＴB）となる。
下線を示す点線の直線F2は、同様にして、 F2＝1.47×1017exp（−4.48×104／ＴD）とな
る。この直線F1はF2ではさまれた範囲で、±１％
の高均一度が得られる。
上記の実施例では、AsCl3−Ga−H2系による
GaAsのエピタキシヤル成長であるが、Gaは、
GaCl3で供給してもよく、実際上、上記の実施例
においてもガリウムソース４はAsCl3と反応して
GaCl3を生じている。また、Gaソース４はGaAs
としてもよく、これも上記の実施例の場合におい
ても、Gaソース４の表面には、AsCl3との反応に
よりGaAs層があるものと考えられている。更
に、AsCl3の代りに、AsH4を用いることも可能
である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例に用いた気相成長装置
の概略図、第２図はウエハーの各位置における成
長膜厚の分布を示す図、第３図は繰返し成長にお
ける成長速度との関係を示す図、第４図は成長温
度とAsCl3モル比、膜厚均一度の関係を示す図で
ある。 図中、１は石英反応管、２はGaAs基板、３は
ホルダー、４はガリウムソース、５は恒温槽、６
は三塩化砒素ソースである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 反応律速条件下のGaAs気相エピタキシヤル
    成長において、基板結晶を成長温度ＴD(K)が650℃
    以上700℃以下の均一温度領域に設置し、上記均
    一温度領域下で砒素のモル比MFを2.6×1011exp
    （−3.1×104／ＴD）＞MF＞1.5×1017exp（−4.5×
    104／ＴD）の範囲に設定し、GaAsを成長させる
    ことを特徴とする気相成長法。
JP4174080A 1980-03-31 1980-03-31 Vapor phase epitaxial growth Granted JPS56138917A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4174080A JPS56138917A (en) 1980-03-31 1980-03-31 Vapor phase epitaxial growth
DE8181301066T DE3167025D1 (en) 1980-03-31 1981-03-13 Method of vapor phase growth of gaas
EP81301066A EP0037199B1 (en) 1980-03-31 1981-03-13 Method of vapor phase growth of gaas
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JPS56138917A JPS56138917A (en) 1981-10-29
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EP (1) EP0037199B1 (ja)
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Also Published As

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EP0037199A1 (en) 1981-10-07
JPS56138917A (en) 1981-10-29
EP0037199B1 (en) 1984-11-07
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