JPH10242062A - 半導体薄膜の成長方法 - Google Patents
半導体薄膜の成長方法Info
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- JPH10242062A JPH10242062A JP4354097A JP4354097A JPH10242062A JP H10242062 A JPH10242062 A JP H10242062A JP 4354097 A JP4354097 A JP 4354097A JP 4354097 A JP4354097 A JP 4354097A JP H10242062 A JPH10242062 A JP H10242062A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体薄膜の成長方法に関し、III-Ｖ族化合
物半導体混晶薄膜の膜厚及び組成の面内分布を均一にす
る。 【解決手段】 半導体基板３を収容した反応炉１内にガ
ス導入部４に設けた複数ガス吹き出し口５からIII 族原
料を含む原料ガス６とＶ族原料を含む原料ガス７を導入
すると共に、Ｖ族原料を含む原料ガス７とIII 族原料を
含む原料ガス６の流量比を各ガス吹き出し口５毎に制御
する。
物半導体混晶薄膜の膜厚及び組成の面内分布を均一にす
る。 【解決手段】 半導体基板３を収容した反応炉１内にガ
ス導入部４に設けた複数ガス吹き出し口５からIII 族原
料を含む原料ガス６とＶ族原料を含む原料ガス７を導入
すると共に、Ｖ族原料を含む原料ガス７とIII 族原料を
含む原料ガス６の流量比を各ガス吹き出し口５毎に制御
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体薄膜の成長方
法に関するものであり、特に、組成の均一なIII-Ｖ族化
合物半導体混晶薄膜をエピタキシャル成長させるための
半導体薄膜の成長方法に関するものである。
法に関するものであり、特に、組成の均一なIII-Ｖ族化
合物半導体混晶薄膜をエピタキシャル成長させるための
半導体薄膜の成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体レーザや半導体光検出素子
の製造工程において薄膜成長技術は重要な工程の一つで
あり、その膜厚や組成の制御は素子性能や製造歩留りを
大きく左右する要因となっている。
の製造工程において薄膜成長技術は重要な工程の一つで
あり、その膜厚や組成の制御は素子性能や製造歩留りを
大きく左右する要因となっている。
【０００３】この様な薄膜成長技術の内、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）は、前述の制御性が優れている
と共に、大量生産が可能であるため主要な薄膜成長技術
の地位を占めているが、今後量産技術として確固たる地
位を築くためには、さらに大口径半導体基板結晶上への
高均一性成膜技術の開発が望まれている。
（有機金属気相成長法）は、前述の制御性が優れている
と共に、大量生産が可能であるため主要な薄膜成長技術
の地位を占めているが、今後量産技術として確固たる地
位を築くためには、さらに大口径半導体基板結晶上への
高均一性成膜技術の開発が望まれている。
【０００４】ここで、図５を参照して、従来の縦型ＭＯ
ＶＰＥ装置を用いたＩｎＧａＡｓＰ混晶薄膜の成長方法
を説明する。 図５（ａ）参照 図５（ａ）は、従来の縦型ＭＯＶＰＥ装置の概念的構成
を示す図であり、直径２インチ（約５ｃｍ）の口径のＩ
ｎＰ基板２３、及び、ＩｎＰ基板２３を載置するサセプ
タ２２を収容する縦型反応炉２１のＩｎＰ基板２３に対
向する側に、ＩｎＰ基板２３と略同じ面積を有し、且
つ、ガスの流れを均一にするための蜂の巣状のガス吹き
出し口２５を有するガス導入部２４が設けられている。
ＶＰＥ装置を用いたＩｎＧａＡｓＰ混晶薄膜の成長方法
を説明する。 図５（ａ）参照 図５（ａ）は、従来の縦型ＭＯＶＰＥ装置の概念的構成
を示す図であり、直径２インチ（約５ｃｍ）の口径のＩ
ｎＰ基板２３、及び、ＩｎＰ基板２３を載置するサセプ
タ２２を収容する縦型反応炉２１のＩｎＰ基板２３に対
向する側に、ＩｎＰ基板２３と略同じ面積を有し、且
つ、ガスの流れを均一にするための蜂の巣状のガス吹き
出し口２５を有するガス導入部２４が設けられている。
【０００５】そして、この各ガス吹き出し口２５には、
ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＧ（トリエチル
ガリウム）、ＡｓＨ3 、及び、ＰＨ3 を混合したIII 族
・Ｖ族混合原料ガス２６が上流側で分流されてＭＦＣ
（マスフローコントローラ）２７で流量が制御された状
態で配管２８を介して供給される（必要ならば、ガス吹
き出し口の構成は異なるものの、特開平１−１４０７１
２号公報参照）。
ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＧ（トリエチル
ガリウム）、ＡｓＨ3 、及び、ＰＨ3 を混合したIII 族
・Ｖ族混合原料ガス２６が上流側で分流されてＭＦＣ
（マスフローコントローラ）２７で流量が制御された状
態で配管２８を介して供給される（必要ならば、ガス吹
き出し口の構成は異なるものの、特開平１−１４０７１
２号公報参照）。
【０００６】図５（ｂ）参照 図５（ｂ）はガス吹き出し口２５の配置状況を示す図で
あり、ガス吹き出し口２５の数を１９とし、これを同心
円状に配置しており、各ガス吹き出し口２５の分流比
は、ガス吹き出し口1 ：ガス吹き出し口2-7 ：ガス吹き
出し口8-19＝１：１：１．２になるように制御して膜厚
の面内分布が均一になるようにし、且つ、全てのガス吹
き出し口1-19におけるＶ族原料ガスとIII 族原料ガスの
流量比、即ち、Ｖ／III 比は２００に設定してある。
あり、ガス吹き出し口２５の数を１９とし、これを同心
円状に配置しており、各ガス吹き出し口２５の分流比
は、ガス吹き出し口1 ：ガス吹き出し口2-7 ：ガス吹き
出し口8-19＝１：１：１．２になるように制御して膜厚
の面内分布が均一になるようにし、且つ、全てのガス吹
き出し口1-19におけるＶ族原料ガスとIII 族原料ガスの
流量比、即ち、Ｖ／III 比は２００に設定してある。
【０００７】なお、この場合の配管２８は１０本であ
り、ガス吹き出し口1 には１本の配管から供給し、ガス
吹き出し口2-7 には３本の配管を用いて１本の配管から
２つのガス吹き出し口に供給するようにし、ガス吹き出
し口8-19には６本の配管を用いて１本の配管から２つの
ガス吹き出し口に供給するようにしている。
り、ガス吹き出し口1 には１本の配管から供給し、ガス
吹き出し口2-7 には３本の配管を用いて１本の配管から
２つのガス吹き出し口に供給するようにし、ガス吹き出
し口8-19には６本の配管を用いて１本の配管から２つの
ガス吹き出し口に供給するようにしている。
【０００８】また、他の成長方法としては、III 族・Ｖ
族混合原料ガスを上流側で分流してＭＦＣで流量制御し
たのち、各配管に夫々独立にＩｎ供給配管及びＡｓ供給
配管を接続し、ガス吹き出し口におけるガス組成比を任
意に制御することによって、III-Ｖ族化合物半導体混晶
薄膜の組成の面内分布を均一にすることも提案されてい
る（必要ならば、特開平３−２６２１１６号公報参
照）。
族混合原料ガスを上流側で分流してＭＦＣで流量制御し
たのち、各配管に夫々独立にＩｎ供給配管及びＡｓ供給
配管を接続し、ガス吹き出し口におけるガス組成比を任
意に制御することによって、III-Ｖ族化合物半導体混晶
薄膜の組成の面内分布を均一にすることも提案されてい
る（必要ならば、特開平３−２６２１１６号公報参
照）。
【０００９】さらに、他の成長方法としては、III 族原
料ガス及びＶ族原料ガスを夫々独立に上流側で分流し
て、独立した配管により反応炉内に導入するとともに、
各配管における流量をニードルバルブで制御したのち、
メッシュを介して原料ガスを供給することによりIII-Ｖ
族化合物半導体混晶薄膜の組成の面内分布を均一にする
ことも提案されている（必要ならば、特開平６−２９５
８６２号公報の図７参照）。
料ガス及びＶ族原料ガスを夫々独立に上流側で分流し
て、独立した配管により反応炉内に導入するとともに、
各配管における流量をニードルバルブで制御したのち、
メッシュを介して原料ガスを供給することによりIII-Ｖ
族化合物半導体混晶薄膜の組成の面内分布を均一にする
ことも提案されている（必要ならば、特開平６−２９５
８６２号公報の図７参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図５に示した
従来の縦型ＭＯＶＰＥ装置を用いた成膜方法において
は、組成比、特に、III-Ｖ族化合物半導体混晶における
Ｖ族の組成比が均一に得られないという問題があるの
で、これを図６を参照して説明する。
従来の縦型ＭＯＶＰＥ装置を用いた成膜方法において
は、組成比、特に、III-Ｖ族化合物半導体混晶における
Ｖ族の組成比が均一に得られないという問題があるの
で、これを図６を参照して説明する。
【００１１】図６参照 図６は従来の成膜方法におけるＰＬ（フォトルミネッセ
ンス）波長及び膜厚の面内分布の説明図であり、膜厚分
布に関しては、上述の分流比の制御によってＩｎＰ基板
２３の中心±２０ｍｍの領域内で２％程度と高い均一性
が得られている。
ンス）波長及び膜厚の面内分布の説明図であり、膜厚分
布に関しては、上述の分流比の制御によってＩｎＰ基板
２３の中心±２０ｍｍの領域内で２％程度と高い均一性
が得られている。
【００１２】しかし、組成分布に関しては、１．３μｍ
波長組成のＩｎＧａＡｓＰを成膜させた場合、ＰＬ波長
換算でＩｎＰ基板２３の周辺部の方が中央部よりも１０
ｎｍ程度短波長化して大きな面内分布を生じるという問
題がある。この様な周辺部における短波長化は、Ｖ族原
料のＰＨ3 とＡｓＨ3 の熱分解温度の違いに起因して生
ずるＰ／Ａｓ取り込み比の分布によるものと理解されて
いる。
波長組成のＩｎＧａＡｓＰを成膜させた場合、ＰＬ波長
換算でＩｎＰ基板２３の周辺部の方が中央部よりも１０
ｎｍ程度短波長化して大きな面内分布を生じるという問
題がある。この様な周辺部における短波長化は、Ｖ族原
料のＰＨ3 とＡｓＨ3 の熱分解温度の違いに起因して生
ずるＰ／Ａｓ取り込み比の分布によるものと理解されて
いる。
【００１３】即ち、ＡｓＨ3 よりもＰＨ3 の方が熱分解
温度が高いために、基板中央部に供給された原料ガスが
周辺部に輸送される過程での加熱効果により、周辺部の
方がＰＨ3 の分解が起こりやすく、Ｐの供給量が多くな
りＰリッチの組成になるものと考えられている。
温度が高いために、基板中央部に供給された原料ガスが
周辺部に輸送される過程での加熱効果により、周辺部の
方がＰＨ3 の分解が起こりやすく、Ｐの供給量が多くな
りＰリッチの組成になるものと考えられている。
【００１４】この様なＶ族組成分布の不均一性は素子特
性のバラツキ、例えば、発光波長のバラツキ等の要因と
なり、製造歩留り及び量産性を低下させるという問題が
ある。なお、この場合のIII 族の組成については、通常
の成長温度においては組成分布が見られない。
性のバラツキ、例えば、発光波長のバラツキ等の要因と
なり、製造歩留り及び量産性を低下させるという問題が
ある。なお、この場合のIII 族の組成については、通常
の成長温度においては組成分布が見られない。
【００１５】また、上述の２つの他の従来の成長装置の
前者の場合には、成長装置の構成及び流量制御方法が複
雑になるという問題があり、且つ、その効果についても
単に可能性を述べるだけであって、具体的にどの程度の
組成均一性の改善が得られ、また、膜厚均一性が得られ
るのかは全く不明である。
前者の場合には、成長装置の構成及び流量制御方法が複
雑になるという問題があり、且つ、その効果についても
単に可能性を述べるだけであって、具体的にどの程度の
組成均一性の改善が得られ、また、膜厚均一性が得られ
るのかは全く不明である。
【００１６】また、後者においては、反応炉の内部にII
I 族原料ガス及びＶ族原料ガスを夫々独立に導入し、メ
ッシュの直前で混合しているので、Ｖ／III 比の制御性
が必ずしも良好であるとは考えられず、且つ、結果とし
て具体的にどの程度の組成均一性の改善が得られ、ま
た、膜厚均一性が得られるのかは全く不明である。
I 族原料ガス及びＶ族原料ガスを夫々独立に導入し、メ
ッシュの直前で混合しているので、Ｖ／III 比の制御性
が必ずしも良好であるとは考えられず、且つ、結果とし
て具体的にどの程度の組成均一性の改善が得られ、ま
た、膜厚均一性が得られるのかは全く不明である。
【００１７】したがって、本発明は、半導体基板上に成
長させるIII-Ｖ族化合物半導体混晶薄膜の膜厚及び組成
の面内分布を、簡単な構成及び制御方法によって確実に
均一にすることを目的とする。
長させるIII-Ｖ族化合物半導体混晶薄膜の膜厚及び組成
の面内分布を、簡単な構成及び制御方法によって確実に
均一にすることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、また、図２はＶ族固相組成比のＶ／
III 比依存性の説明図であり、この図１及び図２を参照
して本発明における課題を解決するための手段を説明す
る。
成の説明図であり、また、図２はＶ族固相組成比のＶ／
III 比依存性の説明図であり、この図１及び図２を参照
して本発明における課題を解決するための手段を説明す
る。
【００１９】図１参照 （１）本発明は、半導体薄膜の成長方法において、半導
体基板３を収容した反応炉１内に、ガス導入部４に設け
た複数ガス吹き出し口５からIII 族原料を含む原料ガス
６とＶ族原料を含む原料ガス７を導入し、半導体基板３
上にIII-Ｖ族化合物半導体混晶薄膜を成長させる際に、
Ｖ族原料を含む原料ガス７とIII 族原料を含む原料ガス
６の流量比を各ガス吹き出し口５毎に制御することを特
徴とする。
体基板３を収容した反応炉１内に、ガス導入部４に設け
た複数ガス吹き出し口５からIII 族原料を含む原料ガス
６とＶ族原料を含む原料ガス７を導入し、半導体基板３
上にIII-Ｖ族化合物半導体混晶薄膜を成長させる際に、
Ｖ族原料を含む原料ガス７とIII 族原料を含む原料ガス
６の流量比を各ガス吹き出し口５毎に制御することを特
徴とする。
【００２０】この様に、III-Ｖ族化合物半導体混晶薄膜
を成長させる際に、Ｖ族原料を含む原料ガス７における
Ｖ族組成比ではなく、Ｖ族原料を含む原料ガス７とIII
族原料を含む原料ガス６の流量比、即ち、Ｖ／III 比を
各ガス吹き出し口５毎に行うことによって、III-Ｖ族化
合物半導体混晶薄膜中におけるＶ族組成比の面内分布を
均一にすることができる。
を成長させる際に、Ｖ族原料を含む原料ガス７における
Ｖ族組成比ではなく、Ｖ族原料を含む原料ガス７とIII
族原料を含む原料ガス６の流量比、即ち、Ｖ／III 比を
各ガス吹き出し口５毎に行うことによって、III-Ｖ族化
合物半導体混晶薄膜中におけるＶ族組成比の面内分布を
均一にすることができる。
【００２１】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、ガス吹き出し口５におけるガス分流比を、各ガス吹
き出し口５毎に制御することを特徴とする。
て、ガス吹き出し口５におけるガス分流比を、各ガス吹
き出し口５毎に制御することを特徴とする。
【００２２】この様に、ガス分流比を各ガス吹き出し口
５毎に制御することによって成長させる半導体薄膜の膜
厚の面内分布を均一にすることができる。
５毎に制御することによって成長させる半導体薄膜の膜
厚の面内分布を均一にすることができる。
【００２３】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、Ｖ族原料を含む原料ガス７がＡｓＨ3
及びＰＨ3 からなり、且つ、ガス導入部４の周辺部に配
置したガス吹き出し口５におけるＶ族原料を含む原料ガ
ス７とIII 族原料を含む原料ガス６の流量比を中央部に
配置したガス吹き出し口５におけるＶ族原料を含む原料
ガス７とIII 族原料を含む原料ガス６の流量比より大き
くすることを特徴とする。
（２）において、Ｖ族原料を含む原料ガス７がＡｓＨ3
及びＰＨ3 からなり、且つ、ガス導入部４の周辺部に配
置したガス吹き出し口５におけるＶ族原料を含む原料ガ
ス７とIII 族原料を含む原料ガス６の流量比を中央部に
配置したガス吹き出し口５におけるＶ族原料を含む原料
ガス７とIII 族原料を含む原料ガス６の流量比より大き
くすることを特徴とする。
【００２４】Ｖ族原料を含む原料ガス７としてＡｓＨ3
及びＰＨ3 を用いた場合、III-Ｖ族化合物半導体混晶薄
膜における通常の場合のＰ／Ａｓ組成比は、半導体基板
３の周辺部においてＰリッチになるので、ガス導入部４
の周辺部に配置したガス吹き出し口５におけるＶ／III
比を中央部に配置したガス吹き出し口５におけるＶ／II
I 比より大きくすることによってＰ／Ａｓ組成比の面内
分布を均一にすることができる。
及びＰＨ3 を用いた場合、III-Ｖ族化合物半導体混晶薄
膜における通常の場合のＰ／Ａｓ組成比は、半導体基板
３の周辺部においてＰリッチになるので、ガス導入部４
の周辺部に配置したガス吹き出し口５におけるＶ／III
比を中央部に配置したガス吹き出し口５におけるＶ／II
I 比より大きくすることによってＰ／Ａｓ組成比の面内
分布を均一にすることができる。
【００２５】図２参照 即ち、Ｖ族元素としてＰ及びＡｓを含むIII-Ｖ族化合物
半導体混晶、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ混晶を成長させる
場合、Ｐ／Ａｓ気相組成比、即ち、供給ガスにおけるＰ
Ｈ3 ／ＡｓＨ3 比とＰ／Ａｓ固相組成比、即ち、成長し
たＩｎＧａＡｓＰ混晶におけるＰ／Ａｓ比とは両対数関
係において略リニアな関係にあり、また、通常の条件で
はＶ／III 比を大きくすることによって、同じＰ／Ａｓ
気相組成比の場合のＰ／Ａｓ固相組成比を小さくするこ
とができる。
半導体混晶、例えば、ＩｎＧａＡｓＰ混晶を成長させる
場合、Ｐ／Ａｓ気相組成比、即ち、供給ガスにおけるＰ
Ｈ3 ／ＡｓＨ3 比とＰ／Ａｓ固相組成比、即ち、成長し
たＩｎＧａＡｓＰ混晶におけるＰ／Ａｓ比とは両対数関
係において略リニアな関係にあり、また、通常の条件で
はＶ／III 比を大きくすることによって、同じＰ／Ａｓ
気相組成比の場合のＰ／Ａｓ固相組成比を小さくするこ
とができる。
【００２６】したがって、ガス導入部４の周辺部に配置
したガス吹き出し口５におけるＶ／III 比を中央部に配
置したガス吹き出し口５におけるＶ／III 比より大きく
することによって、周辺部のＰ／Ａｓを通常の値よりも
小さくすることができるのでＰリッチ化を補償し組成比
の面内分布を均一にすることができる。
したガス吹き出し口５におけるＶ／III 比を中央部に配
置したガス吹き出し口５におけるＶ／III 比より大きく
することによって、周辺部のＰ／Ａｓを通常の値よりも
小さくすることができるのでＰリッチ化を補償し組成比
の面内分布を均一にすることができる。
【００２７】（５）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、Ｖ族原料を含む原料ガス７がＡｓＨ3
及びＰＨ3 からなり、且つ、ガス導入部４の周辺部に配
置したガス吹き出し口５におけるＶ族原料を含む原料ガ
ス７とIII 族原料を含む原料ガス６の流量比を中央部に
配置したガス吹き出し口５におけるＶ族原料を含む原料
ガス７とIII 族原料を含む原料ガス６の流量比より小さ
くすることを特徴とする。
（２）において、Ｖ族原料を含む原料ガス７がＡｓＨ3
及びＰＨ3 からなり、且つ、ガス導入部４の周辺部に配
置したガス吹き出し口５におけるＶ族原料を含む原料ガ
ス７とIII 族原料を含む原料ガス６の流量比を中央部に
配置したガス吹き出し口５におけるＶ族原料を含む原料
ガス７とIII 族原料を含む原料ガス６の流量比より小さ
くすることを特徴とする。
【００２８】また、ＭＯＶＰＥ装置の構成によっては、
周辺部における加熱温度が低くなり、周辺部がＡｓリッ
チとなって長波長化する場合があるが、その場合には、
ガス導入部４の周辺部に配置したガス吹き出し口５にお
けるＶ／III 比を中央部に配置したガス吹き出し口５に
おけるＶ／III 比より小さくすることによって、周辺部
のＰ／Ａｓを通常の値よりも大きくすることができるの
でＡｓリッチ化を補償し組成比の面内分布を均一にする
ことができる。
周辺部における加熱温度が低くなり、周辺部がＡｓリッ
チとなって長波長化する場合があるが、その場合には、
ガス導入部４の周辺部に配置したガス吹き出し口５にお
けるＶ／III 比を中央部に配置したガス吹き出し口５に
おけるＶ／III 比より小さくすることによって、周辺部
のＰ／Ａｓを通常の値よりも大きくすることができるの
でＡｓリッチ化を補償し組成比の面内分布を均一にする
ことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】ここで、本発明の実施の形態を図
３及び図４を参照して説明する。なお、図３（ａ）は本
発明の実施に用いる縦型ＭＯＶＰＥ装置の概念的構成を
示す図であり、また、図３（ｂ）はガス吹き出し口の配
置状況とガスの供給比の説明図であり、図４は本発明の
実施の形態におけるＰＬ波長及び膜厚の面内分布の説明
図である。
３及び図４を参照して説明する。なお、図３（ａ）は本
発明の実施に用いる縦型ＭＯＶＰＥ装置の概念的構成を
示す図であり、また、図３（ｂ）はガス吹き出し口の配
置状況とガスの供給比の説明図であり、図４は本発明の
実施の形態におけるＰＬ波長及び膜厚の面内分布の説明
図である。
【００３０】図３（ａ）参照 本発明の実施に用いる縦型ＭＯＶＰＥ装置は、ＩｎＰ基
板１３を載置するサセプタ１２を収容する縦型反応炉１
１のＩｎＰ基板１３に対向する側に、ＩｎＰ基板１３と
略同じ面積を有し、且つ、ガスの流れを均一にするため
の蜂の巣状のガス吹き出し口１５を有するガス導入部１
４が設けられている。
板１３を載置するサセプタ１２を収容する縦型反応炉１
１のＩｎＰ基板１３に対向する側に、ＩｎＰ基板１３と
略同じ面積を有し、且つ、ガスの流れを均一にするため
の蜂の巣状のガス吹き出し口１５を有するガス導入部１
４が設けられている。
【００３１】なお、この縦型ＭＯＶＰＥ装置と類似の構
成の成長装置は、対象がＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ薄膜の成長
装置であるため、具体的目的及び流量制御方法は異なる
ものの、配管内における原料ガスの事前分解反応を防止
するための成長装置として、本出願人により既に提案さ
れている（必要ならば、特開平４−１１６９２０号公報
参照）。
成の成長装置は、対象がＨｇ1-x Ｃｄx Ｔｅ薄膜の成長
装置であるため、具体的目的及び流量制御方法は異なる
ものの、配管内における原料ガスの事前分解反応を防止
するための成長装置として、本出願人により既に提案さ
れている（必要ならば、特開平４−１１６９２０号公報
参照）。
【００３２】そして、ＴＭＩ及びＴＥＧを混合したIII
族原料ガス１６、及び、ＡｓＨ3 及びＰＨ3 を混合した
Ｖ族原料ガス１７を夫々独立に上流側で分流してＭＦＣ
１８で流量を制御した状態で配管１９，２０で輸送し、
ガス導入部１５の近傍で配管１９，２０を一組毎合流さ
せたのち、各ガス吹き出し口１５に供給する。
族原料ガス１６、及び、ＡｓＨ3 及びＰＨ3 を混合した
Ｖ族原料ガス１７を夫々独立に上流側で分流してＭＦＣ
１８で流量を制御した状態で配管１９，２０で輸送し、
ガス導入部１５の近傍で配管１９，２０を一組毎合流さ
せたのち、各ガス吹き出し口１５に供給する。
【００３３】図３（ｂ）参照 図３（ｂ）はガス吹き出し口１５の配置状況を示す図で
あり、ガス吹き出し口１５の数を１９とし、これを同心
円状に配置しており、各ガス吹き出し口１５におけるII
I 族原料ガスの分流比は、ガス吹き出し口1 ：ガス吹き
出し口2-7 ：ガス吹き出し口8-19＝１：１：１．２にな
るように制御して膜厚の面内分布が均一になるように
し、且つ、各ガス吹き出し口１５におけるＶ／III 比
が、ガス吹き出し口1 ：ガス吹き出し口2-7 ：ガス吹き
出し口8-19＝２００：２５０：３００＝１：１．２５：
１．５になるように制御し、１．３μｍ波長のＩｎ
0.716 Ｇａ 0.284 Ａｓ0.613 Ｐ0.387 薄膜が得られるよ
うにする。
あり、ガス吹き出し口１５の数を１９とし、これを同心
円状に配置しており、各ガス吹き出し口１５におけるII
I 族原料ガスの分流比は、ガス吹き出し口1 ：ガス吹き
出し口2-7 ：ガス吹き出し口8-19＝１：１：１．２にな
るように制御して膜厚の面内分布が均一になるように
し、且つ、各ガス吹き出し口１５におけるＶ／III 比
が、ガス吹き出し口1 ：ガス吹き出し口2-7 ：ガス吹き
出し口8-19＝２００：２５０：３００＝１：１．２５：
１．５になるように制御し、１．３μｍ波長のＩｎ
0.716 Ｇａ 0.284 Ａｓ0.613 Ｐ0.387 薄膜が得られるよ
うにする。
【００３４】なお、この場合の配管１９及び２０は夫々
１９本であり、配管１９，２０を一組毎合流させたの
ち、各ガス吹き出し口1-19に１本の合流配管から混合ガ
スを供給するようにする。
１９本であり、配管１９，２０を一組毎合流させたの
ち、各ガス吹き出し口1-19に１本の合流配管から混合ガ
スを供給するようにする。
【００３５】また、この場合の他の成長条件は、ＩｎＰ
基板１３として直径が２インチの（１００）面を主面と
するＩｎＰ基板を用いるとともに、成長圧力を５０Ｔｏ
ｒｒとし、成長温度を６３０℃としている。
基板１３として直径が２インチの（１００）面を主面と
するＩｎＰ基板を用いるとともに、成長圧力を５０Ｔｏ
ｒｒとし、成長温度を６３０℃としている。
【００３６】図４参照 上述の様な成長条件でＩｎ0.716 Ｇａ0.284 Ａｓ0.613
Ｐ0.387 薄膜を成長させた場合、Ｉｎ0.716 Ｇａ0.284
Ａｓ0.613 Ｐ0.387 薄膜の中央部におけるＰＬ波長は設
計通りに１．３００μｍとなり、基板中心から±２０ｍ
ｍ離れた周辺部におけるＰＬ波長は１．２９８μｍとな
り、ＰＬ波長分布は従来の１０ｎｍ（０．０１μｍ）の
１／５の２ｎｍとなり、大きな改善がみられた。
Ｐ0.387 薄膜を成長させた場合、Ｉｎ0.716 Ｇａ0.284
Ａｓ0.613 Ｐ0.387 薄膜の中央部におけるＰＬ波長は設
計通りに１．３００μｍとなり、基板中心から±２０ｍ
ｍ離れた周辺部におけるＰＬ波長は１．２９８μｍとな
り、ＰＬ波長分布は従来の１０ｎｍ（０．０１μｍ）の
１／５の２ｎｍとなり、大きな改善がみられた。
【００３７】これは、上記において図２に関して説明し
たように、ＩｎＧａＡｓＰ混晶を成長させる場合、Ｐ／
Ａｓ気相組成比とＰ／Ａｓ固相組成比とは両対数関係に
おいて略リニアな関係にあり、また、通常の条件ではＶ
／III 比を大きくすることによって、同じＰ／Ａｓ気相
組成比におけるＰ／Ａｓ固相組成比を小さくすることが
できるので、ガス導入部１４の周辺部に配置したガス吹
き出し口１５、即ち、ガス吹き出し口8-19におけるＶ／
III 比を中央部に配置したガス吹き出し口１５、即ち、
ガス吹き出し口1-7 におけるＶ／III 比より大きくする
ことによって、周辺部のＰ／Ａｓを通常の値よりも小さ
くすることができるのでＰリッチ化を補償し組成比の面
内分布を均一にすることができるものである。
たように、ＩｎＧａＡｓＰ混晶を成長させる場合、Ｐ／
Ａｓ気相組成比とＰ／Ａｓ固相組成比とは両対数関係に
おいて略リニアな関係にあり、また、通常の条件ではＶ
／III 比を大きくすることによって、同じＰ／Ａｓ気相
組成比におけるＰ／Ａｓ固相組成比を小さくすることが
できるので、ガス導入部１４の周辺部に配置したガス吹
き出し口１５、即ち、ガス吹き出し口8-19におけるＶ／
III 比を中央部に配置したガス吹き出し口１５、即ち、
ガス吹き出し口1-7 におけるＶ／III 比より大きくする
ことによって、周辺部のＰ／Ａｓを通常の値よりも小さ
くすることができるのでＰリッチ化を補償し組成比の面
内分布を均一にすることができるものである。
【００３８】また、ＩｎＧａＡｓＰ薄膜の膜厚の±２０
ｍｍの範囲における面内分布は、従来と同様の２％程度
であり、十分高い均一性が得られている。
ｍｍの範囲における面内分布は、従来と同様の２％程度
であり、十分高い均一性が得られている。
【００３９】この様に、本発明の実施の形態において
は、簡単な装置構成及び制御方法によって、組成及び膜
厚の面内分布が均一なIII-Ｖ族化合物半導体混晶薄膜を
成長させることができる具体的な成長方法を提案するも
のであり、半導体基板の直前において、流量を制御した
III 族原料ガスとＶ族原料ガスをガス導入部に設けた各
ガス吹き出し口毎に制御しているので、反応炉内におけ
るＶ／III 比分布及び分流比分布を精度良く制御するこ
とができる。
は、簡単な装置構成及び制御方法によって、組成及び膜
厚の面内分布が均一なIII-Ｖ族化合物半導体混晶薄膜を
成長させることができる具体的な成長方法を提案するも
のであり、半導体基板の直前において、流量を制御した
III 族原料ガスとＶ族原料ガスをガス導入部に設けた各
ガス吹き出し口毎に制御しているので、反応炉内におけ
るＶ／III 比分布及び分流比分布を精度良く制御するこ
とができる。
【００４０】したがって、この様な成長方法を半導体レ
ーザの製造方法に用いることによって発振波長等の素子
特性のそろった半導体レーザを製造歩留り良く、大量生
産することができる。
ーザの製造方法に用いることによって発振波長等の素子
特性のそろった半導体レーザを製造歩留り良く、大量生
産することができる。
【００４１】なお、上記の実施の形態においては、周辺
部のガス吹き出し口におけるＶ／III 比を中央部のガス
吹き出し口におけるＶ／III 比より大きく設定して、周
辺部における短波長化を防止しているが、縦型ＭＯＶＰ
Ｅ装置によっては、加熱機構の違いにより、半導体基板
の中央部の方が高温になりやすい場合、均一なＶ／III
比の成長条件で成膜した場合、周辺部の組成がＡｓリッ
チになる場合もあるので、その場合には、周辺部のガス
吹き出し口におけるＶ／III 比を中央部のガス吹き出し
口におけるＶ／III 比より小さく設定して、周辺部にお
けるＡｓリッチ化を防止する必要がある。
部のガス吹き出し口におけるＶ／III 比を中央部のガス
吹き出し口におけるＶ／III 比より大きく設定して、周
辺部における短波長化を防止しているが、縦型ＭＯＶＰ
Ｅ装置によっては、加熱機構の違いにより、半導体基板
の中央部の方が高温になりやすい場合、均一なＶ／III
比の成長条件で成膜した場合、周辺部の組成がＡｓリッ
チになる場合もあるので、その場合には、周辺部のガス
吹き出し口におけるＶ／III 比を中央部のガス吹き出し
口におけるＶ／III 比より小さく設定して、周辺部にお
けるＡｓリッチ化を防止する必要がある。
【００４２】したがって、各ガス吹き出し口におけるＶ
／III 比の分布は、上述の比に限られるものではなく、
半導体基板の口径、成膜しようするIII-Ｖ族化合物半導
体混晶薄膜の組成比、及び、使用するＭＯＶＰＥ装置の
特性に応じて適宜変更すべきものである。
／III 比の分布は、上述の比に限られるものではなく、
半導体基板の口径、成膜しようするIII-Ｖ族化合物半導
体混晶薄膜の組成比、及び、使用するＭＯＶＰＥ装置の
特性に応じて適宜変更すべきものである。
【００４３】また、上記の実施の形態においては、ガス
吹き出し口を１９個設けた例で説明しているが、１９個
に限られるものではなく、半導体ウェハの口径、したが
って、ガス導入部の大きさ等に合わせて適宜設定すれば
良く、また、ガス吹き出し口と配管とを１：１に対応さ
せる必要は必ずしもなく、図５に示した従来例のように
１つの合流配管から２つのガス吹き出し口に供給するよ
うにしても良く、いずれにしても、ガス吹き出し口及び
配管の数が多ければ制御性は高まるが、装置構成及び制
御が複雑になる。
吹き出し口を１９個設けた例で説明しているが、１９個
に限られるものではなく、半導体ウェハの口径、したが
って、ガス導入部の大きさ等に合わせて適宜設定すれば
良く、また、ガス吹き出し口と配管とを１：１に対応さ
せる必要は必ずしもなく、図５に示した従来例のように
１つの合流配管から２つのガス吹き出し口に供給するよ
うにしても良く、いずれにしても、ガス吹き出し口及び
配管の数が多ければ制御性は高まるが、装置構成及び制
御が複雑になる。
【００４４】また、各ガス吹き出し口における分流比
も、上記の数値に限られるものではなく、半導体基板の
口径及び必要とするＩｎＧａＡｓＰ薄膜の組成比等に応
じて適宜変更すれば良いものである。
も、上記の数値に限られるものではなく、半導体基板の
口径及び必要とするＩｎＧａＡｓＰ薄膜の組成比等に応
じて適宜変更すれば良いものである。
【００４５】また、本発明の対象はＩｎＧａＡｓＰに限
られるものでなく、Ｖ族原料ガスとして互いに熱分解温
度の異なる複数のＶ族原料ガスを用いたIII-Ｖ族化合物
半導体混晶薄膜の成長方法を対象とするものである。
られるものでなく、Ｖ族原料ガスとして互いに熱分解温
度の異なる複数のＶ族原料ガスを用いたIII-Ｖ族化合物
半導体混晶薄膜の成長方法を対象とするものである。
【００４６】
【発明の効果】本発明によれば、III 族原料ガスとＶ族
原料ガスとを独立に分流して流量制御を行い、ガス導入
部に設けたガス吹き出し口毎にガスの分流比及びＶ／II
I 比を精度良く抑制しているので、III-Ｖ族化合物半導
体混晶薄膜の組成比及び膜厚の面内分布を均一にするこ
とができ、化合物半導体装置の製造歩留り及び量産性の
向上に寄与するところが大きい。
原料ガスとを独立に分流して流量制御を行い、ガス導入
部に設けたガス吹き出し口毎にガスの分流比及びＶ／II
I 比を精度良く抑制しているので、III-Ｖ族化合物半導
体混晶薄膜の組成比及び膜厚の面内分布を均一にするこ
とができ、化合物半導体装置の製造歩留り及び量産性の
向上に寄与するところが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】Ｖ族固相組成比のＶ／III 比依存性の説明図で
ある。
ある。
【図３】本発明の実施の形態の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＰＬ波長及び膜厚
の面内分布の説明図である。
の面内分布の説明図である。
【図５】従来の縦型ＭＯＶＰＥ装置を用いた成膜方法の
説明図である。
説明図である。
【図６】従来の成膜方法におけるＰＬ波長及び膜厚の面
内分布の説明図である。
内分布の説明図である。
１ 反応炉 ２ サセプタ ３ 半導体基板 ４ ガス導入部 ５ ガス吹き出し口 ６ III 族原料を含む原料ガス ７ Ｖ族原料を含む原料ガス ８ マスフローコントローラ ９ 配管 １０ 配管 １１ 縦型反応炉 １２ サセプタ １３ ＩｎＰ基板 １４ ガス導入部 １５ ガス吹き出し口 １６ III 族原料ガス １７ Ｖ族原料ガス １８ ＭＦＣ １９ 配管 ２０ 配管 ２１ 縦型反応炉 ２２ サセプタ ２３ ＩｎＰ基板 ２４ ガス導入部 ２５ ガス吹き出し口 ２６ III 族・Ｖ族混合原料ガス ２７ ＭＦＣ ２８ 配管
Claims (4)
- 【請求項１】 半導体基板を収容した反応炉内に、ガス
導入部に設けた複数のガス吹き出し口からIII 族原料を
含む原料ガスとＶ族原料を含む原料ガスを導入し、前記
半導体基板上にIII-Ｖ族化合物半導体混晶薄膜を成長さ
せる際に、Ｖ族原料を含む原料ガスと前記III 族原料を
含む原料ガスの流量比を上記各ガス吹き出し口毎に制御
することを特徴とする半導体薄膜の成長方法。 - 【請求項２】 上記ガス吹き出し口におけるガス分流比
を、前記各ガス吹き出し口毎に制御することを特徴とす
る請求項１記載の半導体薄膜の成長方法。 - 【請求項３】 上記Ｖ族原料を含む原料ガスがＡｓＨ3
及びＰＨ3 からなり、且つ、上記ガス導入部の周辺部に
配置した上記ガス吹き出し口におけるＶ族原料を含む原
料ガスとIII 族原料を含む原料ガスの流量比を中央部に
配置したガス吹き出し口におけるＶ族原料を含む原料ガ
スとIII 族原料を含む原料ガスの流量比より大きくする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体薄膜
の成長方法。 - 【請求項４】 上記Ｖ族原料を含む原料ガスがＡｓＨ3
及びＰＨ3 からなり、且つ、上記ガス導入部の周辺部に
配置した上記ガス吹き出し口におけるＶ族原料を含む原
料ガスとIII 族原料を含む原料ガスの流量比を中央部に
配置したガス吹き出し口におけるＶ族原料を含む原料ガ
スとIII 族原料を含む原料ガスの流量比より小さくする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体薄膜
の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4354097A JPH10242062A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 半導体薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4354097A JPH10242062A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 半導体薄膜の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242062A true JPH10242062A (ja) | 1998-09-11 |
Family
ID=12666581
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4354097A Withdrawn JPH10242062A (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 半導体薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10242062A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013030636A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Horiba Stec Co Ltd | ガス供給システム |
| CN115341194A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-11-15 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 提高微型发光二极管发光一致性的生长方法 |
-
1997
- 1997-02-27 JP JP4354097A patent/JPH10242062A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013030636A (ja) * | 2011-07-28 | 2013-02-07 | Horiba Stec Co Ltd | ガス供給システム |
| CN115341194A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-11-15 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 提高微型发光二极管发光一致性的生长方法 |
| CN115341194B (zh) * | 2022-07-05 | 2024-02-23 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 提高微型发光二极管发光一致性的生长方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040511 |