JPS63202909A - 気相成長方法 - 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、膜厚制御に優れており、また異種の結晶を積
層する場合、優れた界面の急峻性が得られる気相成長方
法に関するものである。

従来の技術 ガスを原料とし、そのガスの反応、例えば熱分３　・　
−５ 解反応を利用して結晶をあらかじめ用意した基板上に形
成する気相成長法において、最近、光デバイスや高速デ
バイスとして注目されている化合物半導体の結晶成長に
量産性、制御性の点で優れた有機金属気相成長法（ＭＯ
Ｖ　Ｐ　Ｅ　；ＭｅｔａｔＯｒｇａｎｉｃＶａｐｏｒ　
Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）がある。第２図に従来の
典型的なＭＯＶＰＥ装置のガス系統の概略図を示す。結
晶成長用炉芯管４内部に、結晶を成長させる基板１４を
載置したカーボン製のサセプタ１６が置かれており、高
周波コイル２２により高周波加熱されている。サセプタ
１５には熱電対１０１が差し込れており、サセプタ１５
の温度をモニタすると同時に、高周波発生装置にフィー
ドバックさせて高周波出力を調節し、サセプタ１５およ
び基板１４を成長温度に保っている。このＭＯＶＰＥ装
置で例えばＩｎＧａＡｓＰ　　四元混晶を成長する場合
、Ｉｎ　の原料となる有機金属化合物としてＴＥＩ（ト
リエチルインジウム）およびＧａ　の有機金属化合物と
してＴＥＧ（）リエチルガリウム）を導入管３から、Ｐ
の原料となるＰＨ３（ホスフィン）カス、およびＡｓ　
の原料となるＡｓＨ３（アルシン）ガスを導入管８から
炉芯管４内に供給する。ＴＥＩ。

ＴＥＧ　Ｏ供］ｆｔｕ、マスフローコントローラー１０
２　、１０３で流量制御されたキャリアガス（主にＨ２
）で、バブリングして飽和蒸気ガスとして制御される。

Ｐ　Ｈ３，Ａ　ｓ　Ｈｓの供給量はマス７０−コントロ
ーラー１０４　、１０５で直接制御される。これらの原
料の供給量を変化させることで、様々な組成のＩｎＧａ
ＡｓＰ四元混晶を形成することが可能となる。結晶成長
後のガスは、ガス排気管２３から炉芯管４の外部へ排気
される。真空ポンプ１０６により減圧成長することも可
能である。

発明が解決しようとする問題点 このようにして成長したＩ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ！／ｉｉす
る場合、壕ず、三方バブル２４．２５．２６を閉しバル
ブ２７，２８．２９を開くことによりＴＥ　Ｉ。

ＴＥＧ、八ＳＨ３の炉芯管への供給を止めＩｎＧａＡｓ
Ｐ結晶成長を終わる。ただしＰＨ３は、Ｐ抜けによるサ
ーマルダメージを防止するために供給しつづけている。

その後、バルブ２７を閉じ、三方パル６　・、−ノ ブ２４を開けて、供給量を制御したＴＥＩを導入管３を
通じて炉芯管４に供給することで、ＩｎＰ結晶の成長を
行なう。このように原料ガスの供給を止めて結晶成長を
終え、次にその上に形成する結晶の原料ガスを供給する
ことで積層する場合、原料ガスの供給をバルブを閉じる
ことで結晶成長を止めているため、そのバルブ以降、す
なわち導入管３、および８にこれまで流れていたＴＥＩ
　。

ＴＥＧ　、ＡｓＨ３といった原料ガスが残留することと
なる。これらの残留ガスは次のＩｎＰ成長を始める際に
、ＩｎＰ成長層を形成する原料ガスとともに炉芯管４内
へ押し出されてくるだめ、積層界面の急峻性が悪くなる
原因となっている。

そこでこのよう々導入管３，８内の残留ガスを早く除く
ためにバルブ３０．３１を通じてキャリアガスを導入管
３，８へ流してやる方法もある。

しかし、残留ガスが炉芯管４内へキャリアガスとともに
流れ込むことは避けられず、このときにＩｎＧａＡｓＰ
成長層上に残留ガスによる生成物が形成され、このあと
に成長するＩｎＰとＩｎＧａＡｓＰとの　ｌ−７ 界面の急峻性がやはり悪くなる原因となる。

また形成する結晶や物質によっては、形成速度が速い場
合で薄膜形成する場合残留ガスによる形成があるため、
膜厚精度を悪くする原因ともなる。

本発明はかかる点を鑑みてなされたもので、積層の場合
、優れた界面の急峻性が得られ、かつ膜厚制御に優れた
気相成長方法を提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 前述の問題点を解決するための技術的手段は、結晶成長
用炉芯管への第１の反応ガスの供給を止めると同時に前
記第１の反応ガスを前記結晶成長用炉芯管へ供給してい
た導入管内を真空に引くことで、前記第１の反応ガスに
よる結晶成長を終え、次に前記第１の反応ガスとは異な
る第２のガスを供給する方法を備えていることである。

作　　用 この技術的手段による作用は次のようになる。

結晶成長用炉芯管への第１の反応ガスの供給を止めると
同時にこの第１の反応ガスを結晶成長用炉芯管へ供給し
ていた導入管内を真空に引くことで、導入管内に残留し
ていた第１の反応ガスを除去することができる。しだが
ってこれらの残留ガスが、第１の反応ガスによる結晶成
長を終えたあとでも結晶成長用炉芯管内へ流れ込むこと
はなく、次の結晶成長が行えるので、これらの残留ガス
による積層した結晶の界面の急峻性の悪化を防ぐことが
でき、かつ膜厚制御の精度も向上する。

実施例 以下、本発明の一実施例としてＭＯＶＰＥ法による１、
３μｍ帯Ｉ　ｎＧａＡｓ　Ｐ層とＩｎＰ層との積層成長
する場合について、図面とともに説明する。第１図に本
発明の一実施例に用いたＭＯＶＰＥ装置の結晶成長炉芯
管部および導入管部の構造概略図である。他のガス系統
部分は第２図の従来例とほぼ同一である。

まず１．３μｍ帯ＩｎＧａＡｓＰ成長時には、Ｉｎの原
料としての有機金属化合物ＴＥＩ、およびＧａの原料と
しての有機金属化合物ＴＥＧは蒸気圧の比較的高い液体
であるため、マスフローコントローラーで流量制御され
たキャリアガスである水素を通してバブリングしたのち
、飽和蒸気の反応ガスとしてそれぞれ供給管１および２
から導入管３を通して結晶成長用炉芯管４に供給される
。一方Ｐの原料としてのＰＨ３、およびＡｓ　の原料と
してのＡｓＨ３ハ、マスフローコントローラーで流！　
制御された反応ガスとしてそれぞれ供給管５および６か
ら導入管７および８を通じて炉芯管４に供給される。な
お１．３μｍ帯ＩｎＧａＡｓＰおよび次に成長するＩｎ
Ｐ結晶の各原料ガスの供給量および成長温度を次表で示
す。なお有機金属化合物はバブリングする水素の流量で
示しである。

ＴＥＩとＴＥＣｉの反応ガス、および供給管１６から供
給されるキャリアガスである水素との混合ガスを炉芯管
４に供給する導入管３のガス噴出口９には、導入管３内
の圧力が炉芯管４内の圧力より高い場合に開き、低い・
場合に閉じる弁１ｏが設けである。′−１：だ弁１ｏに
は密閉度が高くなるように硬質ゴム製のＱ　ＩＪング１
１が付いている。弁１０は導入管３やエンドキャップ１
２と同じステンレ効果を受け、かつ高温に加熱されてい
るサセプタ１３からは光分離れているため、弁１ｏやＯ
リング１１が熱的損傷を受けることはない。また弁１゜
から噴出した反応ガスが、基板１４ヘスムーズに流れる
ようにしたガイド１６が取り付けである。

ガイド１５はサセプタ１３の熱に耐えられるよう石英製
である。これらの弁１０やガイド１５は、着脱可能とな
っており、そこを流れる反応ガスの付着物が着いて汚れ
たり、弁の密閉度が悪くなったりした場合かんたんに取
りはずして洗浄するこ１０　・　− とができる。

一方、ＡｓＨ３、および供給管１７から供給されるキャ
リアガスとしての水素ガスとの混合ガスを炉芯管４に供
給する導入管８のガス噴出口１８にも、前述と同様の弁
１９、ＱＩＪング２０、およびガイド２１が設けられて
いる。基板１４は高周波コイル２２により高周波加熱さ
れたサセフリ１３に載置され、成長温度（ｅｓｏ℃）に
保温されている。

結晶成長中は導入管３および８内の圧力はほぼ１気圧、
炉芯管４内の圧力はほぼ１００　Ｔｏｒｒであり、導入
管内の方が高いだめ、弁１０および１９は開き、反応ガ
スは炉芯管４内へ供給される。成長反応後のガスは排気
管２３を通して排気系へ排気される。

次にＩｎＧａＡｓＰ成長を止める場合について述べる。

三方バルブ２４，２５．２６を閉り、、ｖＥＮＴ側へ流
すバルブ２７，２８．２９を開けることによシ、反応ガ
スであるＴ”　Ｉ、　Ｔ　Ｅ　Ｇ　、　Ａ　ｓ　Ｈｓの
炉芯管４への供給を止めると同時に、水素ガスを供給し
ているパルプ３０，３１を閉じ、排気系３２へ結がる三
方パルプ３３．３４を開けて、導入管３および８の内部
を真空に引く。このため、導入管３および８の内部に残
留した反応ガスを除去することができる。まだ導入管３
および８内部の圧力が炉芯管４の圧力より低くなるため
、弁１０は閉じてしまい、炉芯管４内部のガスをほとん
ど引き込まなくても済む。しばらく真空に引いたのち、
再びパルプ３３．３４を閉じ、パルプ３０．３１を開い
て水素ガスを流す。次にＩｎＰ結晶成長の原料であるＴ
ＥＩを、パルプ２７を閉じ、三方パルプ２４を開けて導
入管３を通じて炉芯管へ供給することで、次のＩｎＰ成
長が始まることとなる。

以上のような気相成長法によれば、導入管３および８に
残留した反応ガスは、完全に除去されてしまい、ＩｎＧ
ａＡｓＰ　成長後に炉芯管４に流れ込むことはないため
、Ｉ　ｎＧａＡｓ　ＰとＩｎＰとの界面の急峻性を悪化
させることはない。このような方法で積層したＩｎＧａ
ＡｓＰとＩｎＰとの界面の急峻性をＳＩＭＳ分析により
調べ、Ａｓ　の急峻性（Ａｓ遷移領域）は１５八と従来
方法の約％となり、導入管の残留ガスの除去効果が表わ
れている。

なおＰの原料であるＰＨ３は、Ｐ抜けによるサーマルダ
メージを防ぐため常に供給しつづけた。

さて以上の実施例では、導入管内の真空引きのあと、ま
ず、キャリアガスである水素を供給したが、この過程を
飛ばし直接、ＩｎＰ結晶成長に用いられる反応ガスを供
給し始めても、本特許の効果は変わらない。まだ、導入
管のガス噴出口にガイドを取り付けたが材質はサセフリ
ーの熱の影響で損傷しないものであれば石英以外でもよ
く、また形状も管状に限るものではなく、ガス流をスム
ーズに基板に供給する形状であればよい。更に弁による
ガス流の乱れが結晶成長に影響を及ぼしにくい場合、例
えばＩｎＰ　、　ＧａＡｓ等二元化合物半導体結晶の成
長の場合等では、取り付けなくてもかまわない。更に弁
の材質も、サセプタの熱で損傷しないもので、かつ反応
ガスにより腐食されないものであればステンレスに限る
ものではなく、例えば石英製でもかまわない。また導入
管内を真空に引くのは、残留ガスの除去が目的であるだ
め、−１３・−２ 時的であり、その間、炉芯管内のガスが導入管へ多少逆
流してもかまわない結晶成長であれば、０リングや更に
は弁そのものも設けなくてもかまわない。

また、以上のような気相成長方法を用いれば、残留ガス
によるだらだらとした成長を防ぐことができるため、界
面の急峻性の向上だけではなく、成長層の膜厚も精度良
く制御できる。

なお、以上の説明において組成の異なるＩｎＧａＡｓＰ
とＩｎＰとの積層のＭＯＶＰＥ法による気相成長方法に
ついて述べたが、キャリア濃度の異なる結晶の積層の場
合でもよく、またＭＯＶＰＥや一般のハライド法やクロ
ライド法のようなＶ　Ｐ　Ｅ（ＶａｐｏｒＰｈａｓｅ　
Ｅｐｉｔａｘｙ）の場合であれば、ｍ−ｖ族、■−■族
化合物半導体に限らず、他の結晶系の気相成長でも、本
発明を適用することはできる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、結晶成長を終えたあと導
入管内に残留した反応ガスを炉芯管へ流れ出させること
なく取り除くことができるため、次の結晶成長までに残
留ガスによる反応物が成長層表面に形成されたり、次の
結晶成長時の反応ガスとともに炉芯管に供給されたりし
て、界面の急峻性を悪くすることがなくなるため、実質
的に界面の急峻性が得られる。したがってペテロ接合や
ｐ−ｎ接合をもつデバイスの接合面等の急峻性向上によ
るデバイス特性の向上が得られる。また、残留ガスによ
るだらだら成長も防ぐことができるため、膜厚制御の精
度も向上し、ロフト間の膜厚分布の均一性が向上するこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を用いたＭＯＶＰＥある。 ４・・・・・・結晶成長用炉芯管、３，８・・・・・・
導入管、′９，１８・・・・・・ガス噴出口、１０．１
９・・・・・・弁、１５．２１・・・・・・ガイド。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶成長用炉芯管への第１の反応ガスの供給を止
   めると同時に、前記第１の反応ガスを前記結晶成長用炉
   芯管へ供給していた導入管内を真空に引くことで、前記
   第１の反応ガスによる結晶の成長を終え、次に前記第１
   の反応ガスとは異なる第２のガスを供給することを特徴
   とする気相成長方法。
2. （２）導入管内の圧力が結晶成長用炉芯管内の圧力より
   高い場合に開き、低い場合に閉じる弁を前記導入管のガ
   ス噴出口に設けていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の気相成長方法。
3. （３）弁が設けられた導入管のガス噴出口のガス噴出側
   に、反応ガスをスムーズに基板の方へ流すガイドを設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の気相成
   長方法。
4. （４）第２のガスが反応には寄与しないキャリアガスの
   みであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   気相成長方法。
5. （５）第２のガスが、第１の反応ガスにより成長した結
   晶とは、組成、もしくはキャリア濃度等が異なる結晶を
   成長するための第２の反応ガスであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の気相成長方法。
6. （６）第１の反応ガスが結晶成長に寄与する数種の反応
   ガスの混合ガスであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の気相成長方法。
7. （７）第２の反応ガスが、結晶成長に寄与する数種の反
   応ガスの混合ガスであることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の気相成長方法。