JPH1154442A - 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法およびこれに用いる気相成長装置 - Google Patents
化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法およびこれに用いる気相成長装置Info
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- JPH1154442A JPH1154442A JP22570097A JP22570097A JPH1154442A JP H1154442 A JPH1154442 A JP H1154442A JP 22570097 A JP22570097 A JP 22570097A JP 22570097 A JP22570097 A JP 22570097A JP H1154442 A JPH1154442 A JP H1154442A
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- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 化合物半導体エピタキシャルウェーハ製造装
置の反応炉内において、反応炉内の位置に依存しない均
一なエピタキシャル膜厚分布が得られる化合物半導体エ
ピタキシャルウェーハの製造方法および気相成長装置を
提供する。 【解決手段】 第III 族系原料ガス１３を反応炉１９の
ガス導入部１４から排気部１６に流すとともに、第Ｖ族
系原料ガス１５を第III 族系原料ガス１３の流れ方向に
複数設けられたガス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃから
分散して供給する。
置の反応炉内において、反応炉内の位置に依存しない均
一なエピタキシャル膜厚分布が得られる化合物半導体エ
ピタキシャルウェーハの製造方法および気相成長装置を
提供する。 【解決手段】 第III 族系原料ガス１３を反応炉１９の
ガス導入部１４から排気部１６に流すとともに、第Ｖ族
系原料ガス１５を第III 族系原料ガス１３の流れ方向に
複数設けられたガス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃから
分散して供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体エピ
タキシャルウェーハの製造方法およびこれに用いる気相
成長装置に関する。さらに詳しくは、周期律表の第III
族ならびに第Ｖ族元素で構成され、発光ダイオードの作
製等に用いられる化合物半導体エピタキシャルウェーハ
の製造方法およびこれに用いる気相成長装置に関する。
タキシャルウェーハの製造方法およびこれに用いる気相
成長装置に関する。さらに詳しくは、周期律表の第III
族ならびに第Ｖ族元素で構成され、発光ダイオードの作
製等に用いられる化合物半導体エピタキシャルウェーハ
の製造方法およびこれに用いる気相成長装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】赤色発光ダイオードをはじめ、橙色や黄
色発光ダイオードを製造するためには、燐化ガリウムＧ
ａＰあるいは砒化ガリウムＧａＡｓの単結晶基板上に、
砒化ガリウムＧａＡｓと燐化ガリウムＧａＰとがそれぞ
れある一定の混晶率（１−ａ）とａとを持つような燐化
砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa （但し、ａは０≦ａ≦１
を満たす実数である。）からなるエピタキシャル層を形
成した化合物半導体エピタキシャルウェーハが用いられ
ている。発光ダイオードの発光波長は混晶率ａによって
決定され、黄色発光用はａ＝０．９、橙色用はａ＝０．
６５、赤色用はａ＝０．５７付近の値である。
色発光ダイオードを製造するためには、燐化ガリウムＧ
ａＰあるいは砒化ガリウムＧａＡｓの単結晶基板上に、
砒化ガリウムＧａＡｓと燐化ガリウムＧａＰとがそれぞ
れある一定の混晶率（１−ａ）とａとを持つような燐化
砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa （但し、ａは０≦ａ≦１
を満たす実数である。）からなるエピタキシャル層を形
成した化合物半導体エピタキシャルウェーハが用いられ
ている。発光ダイオードの発光波長は混晶率ａによって
決定され、黄色発光用はａ＝０．９、橙色用はａ＝０．
６５、赤色用はａ＝０．５７付近の値である。
【０００３】前記燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa か
らなるエピタキシャル層を形成した化合物半導体エピタ
キシャルウェーハ１は、図３に示すように、例えばｎ型
の燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２上に、ｎ型の燐化ガ
リウムＧａＰエピタキシャル層３と、砒化ガリウムＧａ
Ａｓの混晶率（１−ｘ）がエピタキシャル層の成長方向
に変化するｎ型の燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混
晶率変化層４（ただし、０≦ｘ≦１）と、一定の砒化ガ
リウムＧａＡｓの混晶率（１−ａ）を有する燐化砒化ガ
リウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層５（ただし、０≦
ａ≦１）とが順次形成され、さらに、一定の砒化ガリウ
ムＧａＡｓの混晶率（１−ａ）を有しアイソエレクトロ
ニックトラップとして窒素Ｎがドープされたｎ型の燐化
砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６が積層さ
れたものである。
らなるエピタキシャル層を形成した化合物半導体エピタ
キシャルウェーハ１は、図３に示すように、例えばｎ型
の燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２上に、ｎ型の燐化ガ
リウムＧａＰエピタキシャル層３と、砒化ガリウムＧａ
Ａｓの混晶率（１−ｘ）がエピタキシャル層の成長方向
に変化するｎ型の燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混
晶率変化層４（ただし、０≦ｘ≦１）と、一定の砒化ガ
リウムＧａＡｓの混晶率（１−ａ）を有する燐化砒化ガ
リウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層５（ただし、０≦
ａ≦１）とが順次形成され、さらに、一定の砒化ガリウ
ムＧａＡｓの混晶率（１−ａ）を有しアイソエレクトロ
ニックトラップとして窒素Ｎがドープされたｎ型の燐化
砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６が積層さ
れたものである。
【０００４】ここで、本明細書において化合物半導体エ
ピタキシャルウェーハとは、化合物半導体からなるエピ
タキシャル層を有するウェーハのことをいう。また、化
合物半導体ウェーハとは、化合物半導体からなる単結晶
基板または化合物半導体エピタキシャルウェーハのこと
をいう。また、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶
率変化層４、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率
一定層５、窒素Ｎをドープした燐化砒化ガリウムＧａＡ
ｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６などを、燐化砒化ガリウムＧ
ａＡｓＰ層と総称することがある。
ピタキシャルウェーハとは、化合物半導体からなるエピ
タキシャル層を有するウェーハのことをいう。また、化
合物半導体ウェーハとは、化合物半導体からなる単結晶
基板または化合物半導体エピタキシャルウェーハのこと
をいう。また、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶
率変化層４、燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率
一定層５、窒素Ｎをドープした燐化砒化ガリウムＧａＡ
ｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６などを、燐化砒化ガリウムＧ
ａＡｓＰ層と総称することがある。
【０００５】従来、前記化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハ１を製造するために、エピタキシャル層３，４，
５，６のいずれかを化合物半導体ウェーハ上に成長する
際、例えば図４に示されるような気相成長装置２０が用
いられている。
ェーハ１を製造するために、エピタキシャル層３，４，
５，６のいずれかを化合物半導体ウェーハ上に成長する
際、例えば図４に示されるような気相成長装置２０が用
いられている。
【０００６】気相成長装置２０において、該気相成長装
置２０の反応炉２９内に配設されたウェーハ保持台２７
上に、化合物半導体ウェーハ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを
載置し、キャリアガス２２である水素Ｈ2 を反応炉２９
内に流しながら該反応炉２９の外側に配設された図示し
ない加熱装置により加熱する。そして、反応炉２９の一
端に設けられたガス導入部２４から他端に設けられた排
気部２６に向けて、キャリアガス２２とともに、塩化ガ
リウムＧａＣｌを含む第III 族系原料ガス２３、ならび
にホスフィンＰＨ3 および／またはアルシンＡｓＨ3 を
含む第Ｖ族系原料ガス２５が一括して供給される。する
と、第III 族系原料ガス２３と第Ｖ族系原料ガス２５
は、前記化合物半導体ウェーハ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
上で反応して、エピタキシャル層を成長させる。
置２０の反応炉２９内に配設されたウェーハ保持台２７
上に、化合物半導体ウェーハ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを
載置し、キャリアガス２２である水素Ｈ2 を反応炉２９
内に流しながら該反応炉２９の外側に配設された図示し
ない加熱装置により加熱する。そして、反応炉２９の一
端に設けられたガス導入部２４から他端に設けられた排
気部２６に向けて、キャリアガス２２とともに、塩化ガ
リウムＧａＣｌを含む第III 族系原料ガス２３、ならび
にホスフィンＰＨ3 および／またはアルシンＡｓＨ3 を
含む第Ｖ族系原料ガス２５が一括して供給される。する
と、第III 族系原料ガス２３と第Ｖ族系原料ガス２５
は、前記化合物半導体ウェーハ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
上で反応して、エピタキシャル層を成長させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような気相成長方法では、第III 族系原料ガス２３と第
Ｖ族系原料ガス２５が反応炉２９の一端から一括して供
給されるために、上流側に載置されたウェーハほどエピ
タキシャル層の膜厚が厚く、下流側は原料ガスが消費さ
れるので膜厚が薄くなるという欠点が発生する。これ
は、ガス導入部２４に近い側で第III 族系原料ガス２３
と第Ｖ族系原料ガス２５の大部分が反応してしまい、相
対的に多量の反応生成物が上流側のウェーハ上に堆積す
る一方で、排気部２６に近い側では残りの原料ガスどう
しが反応するのみであり、上流側から輸送されて来る反
応生成物も相対的に少なくなってしまうからである。こ
の上流側と下流側でのエピタキシャル層の膜厚バラツキ
は大きく、反応炉内において膜厚の最大値が最小値の３
〜４倍にも達することがある。エピタキシャル層の膜厚
は、発光波長、輝度、ならびに順方向電圧などの特性と
相関があるので、エピタキシャル層の膜厚にバラツキが
あると上記の品質特性にもバラツキが発生することにな
る。
ような気相成長方法では、第III 族系原料ガス２３と第
Ｖ族系原料ガス２５が反応炉２９の一端から一括して供
給されるために、上流側に載置されたウェーハほどエピ
タキシャル層の膜厚が厚く、下流側は原料ガスが消費さ
れるので膜厚が薄くなるという欠点が発生する。これ
は、ガス導入部２４に近い側で第III 族系原料ガス２３
と第Ｖ族系原料ガス２５の大部分が反応してしまい、相
対的に多量の反応生成物が上流側のウェーハ上に堆積す
る一方で、排気部２６に近い側では残りの原料ガスどう
しが反応するのみであり、上流側から輸送されて来る反
応生成物も相対的に少なくなってしまうからである。こ
の上流側と下流側でのエピタキシャル層の膜厚バラツキ
は大きく、反応炉内において膜厚の最大値が最小値の３
〜４倍にも達することがある。エピタキシャル層の膜厚
は、発光波長、輝度、ならびに順方向電圧などの特性と
相関があるので、エピタキシャル層の膜厚にバラツキが
あると上記の品質特性にもバラツキが発生することにな
る。
【０００８】本発明は前記のような問題点を解決するた
めになされたもので、その目的は気相成長装置の反応炉
内で成長するエピタキシャル層の膜厚バラツキを無く
し、均一な膜厚分布が得られる化合物半導体エピタキシ
ャルウェーハの製造方法、およびこれを実現できる気相
成長装置を提供することにある。
めになされたもので、その目的は気相成長装置の反応炉
内で成長するエピタキシャル層の膜厚バラツキを無く
し、均一な膜厚分布が得られる化合物半導体エピタキシ
ャルウェーハの製造方法、およびこれを実現できる気相
成長装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウェーハの製
造方法は、周期律表の第III 族系原料ガスならびに第Ｖ
族系原料ガスを気相成長装置の反応炉内に供給し、該反
応炉内に配列された複数枚の化合物半導体ウェーハの主
面上に化合物半導体膜をエピタキシャル成長させる際
に、上記第III 族系原料ガスを、上記複数枚の化合物半
導体ウェーハの配列方向に沿って流路が形成されるよう
に上記反応炉の一端から他端に向けて流すと共に、上記
第III 族系原料ガスの流路の途中の複数箇所において、
上記第Ｖ族系原料ガスを分散的に供給するものである。
本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウェーハの製
造方法は、周期律表の第III 族系原料ガスならびに第Ｖ
族系原料ガスを気相成長装置の反応炉内に供給し、該反
応炉内に配列された複数枚の化合物半導体ウェーハの主
面上に化合物半導体膜をエピタキシャル成長させる際
に、上記第III 族系原料ガスを、上記複数枚の化合物半
導体ウェーハの配列方向に沿って流路が形成されるよう
に上記反応炉の一端から他端に向けて流すと共に、上記
第III 族系原料ガスの流路の途中の複数箇所において、
上記第Ｖ族系原料ガスを分散的に供給するものである。
【００１０】上記第Ｖ族系原料ガスは、上記化合物半導
体ウェーハに向けてその至近から供給することが好適で
ある。特に、複数の化合物半導体ウェーハがその各々の
主面を上記第III 族系原料ガスの流路と平行とするごと
く配列されている場合には、上記第Ｖ族系原料ガスを該
化合物半導体ウェーハの各々に対面する位置から供給す
ると良い。このとき、第Ｖ族系原料ガスを供給する位置
は、第III 族系原料ガスのガス流に流されることなく、
十分量の第Ｖ族系原料ガスをウェーハ表面へ到達させる
観点から、化合物半導体ウェーハの主面からの垂直距離
で１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好適である。た
だし、この垂直距離があまり小さすぎると、化合物半導
体膜のエピタキシャル成長に伴ってガス放出口が該化合
物半導体膜に接近しすぎるか、あるいは接触し、第Ｖ族
系原料ガスを円滑に供給することが困難となる。一方、
この垂直距離があまり大きすぎると、第Ｖ族系原料ガス
が第III 族系原料ガスに流されて膜厚分布が次第に悪く
なる他、ガス放出口に化合物半導体膜が堆積する不都合
も生ずる。上記垂直距離のより好ましい範囲は３ｍｍ以
上１０ｍｍ以下である。
体ウェーハに向けてその至近から供給することが好適で
ある。特に、複数の化合物半導体ウェーハがその各々の
主面を上記第III 族系原料ガスの流路と平行とするごと
く配列されている場合には、上記第Ｖ族系原料ガスを該
化合物半導体ウェーハの各々に対面する位置から供給す
ると良い。このとき、第Ｖ族系原料ガスを供給する位置
は、第III 族系原料ガスのガス流に流されることなく、
十分量の第Ｖ族系原料ガスをウェーハ表面へ到達させる
観点から、化合物半導体ウェーハの主面からの垂直距離
で１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることが好適である。た
だし、この垂直距離があまり小さすぎると、化合物半導
体膜のエピタキシャル成長に伴ってガス放出口が該化合
物半導体膜に接近しすぎるか、あるいは接触し、第Ｖ族
系原料ガスを円滑に供給することが困難となる。一方、
この垂直距離があまり大きすぎると、第Ｖ族系原料ガス
が第III 族系原料ガスに流されて膜厚分布が次第に悪く
なる他、ガス放出口に化合物半導体膜が堆積する不都合
も生ずる。上記垂直距離のより好ましい範囲は３ｍｍ以
上１０ｍｍ以下である。
【００１１】なお、上記第III 族系原料ガスの供給量
は、上記第Ｖ族系原料ガスの供給量に対して過剰とする
ことが好適である。このようにすれば、化合物半導体膜
の生成反応は第Ｖ族系原料ガスの供給律速となるため、
第Ｖ族系原料ガスさえ複数箇所において均等に供給され
ていれば、どの地点においても均一量の化合物半導体が
生成し、均一な膜厚の化合物半導体膜をウェーハ上に形
成することができるからである。
は、上記第Ｖ族系原料ガスの供給量に対して過剰とする
ことが好適である。このようにすれば、化合物半導体膜
の生成反応は第Ｖ族系原料ガスの供給律速となるため、
第Ｖ族系原料ガスさえ複数箇所において均等に供給され
ていれば、どの地点においても均一量の化合物半導体が
生成し、均一な膜厚の化合物半導体膜をウェーハ上に形
成することができるからである。
【００１２】このような化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハを製造するための気相成長装置としては、反応炉
と、この反応炉の内部でその長手方向に沿って複数の化
合物半導体ウェーハを保持するウェーハ保持手段と、上
記反応炉の長手方向の一端から他端に向けて上記第III
族系原料ガスを供給する第１のガス供給手段と、上記第
III 族系原料ガスの流路に沿って開口された複数のガス
放出口から上記第Ｖ族系原料ガスを分散的に供給する第
２のガス供給手段とを備えるものを使用する。
ェーハを製造するための気相成長装置としては、反応炉
と、この反応炉の内部でその長手方向に沿って複数の化
合物半導体ウェーハを保持するウェーハ保持手段と、上
記反応炉の長手方向の一端から他端に向けて上記第III
族系原料ガスを供給する第１のガス供給手段と、上記第
III 族系原料ガスの流路に沿って開口された複数のガス
放出口から上記第Ｖ族系原料ガスを分散的に供給する第
２のガス供給手段とを備えるものを使用する。
【００１３】上記第２のガス供給手段のガス放出口は、
上記化合物半導体ウェーハに向けてその至近に開口され
ていることが好適である。特に、上記ウェーハ保持手段
が上記化合物半導体ウェーハの各々の主面を上記反応炉
の長手方向と平行に保持している場合には、上記ガス放
出口がこれら各々の主面に対面して開口されているとよ
い。このとき、上記第Ｖ族系原料ガスのガス放出口は、
上記化合物半導体ウェーハの主面から垂直距離で１ｍｍ
以上２０ｍｍ以下の位置に設けられていることが好適で
ある。
上記化合物半導体ウェーハに向けてその至近に開口され
ていることが好適である。特に、上記ウェーハ保持手段
が上記化合物半導体ウェーハの各々の主面を上記反応炉
の長手方向と平行に保持している場合には、上記ガス放
出口がこれら各々の主面に対面して開口されているとよ
い。このとき、上記第Ｖ族系原料ガスのガス放出口は、
上記化合物半導体ウェーハの主面から垂直距離で１ｍｍ
以上２０ｍｍ以下の位置に設けられていることが好適で
ある。
【００１４】上記第２のガス供給手段は、上記第III 族
系原料ガスの流路の下流に向かうほど、化合物半導体ウ
ェーハ１枚当たりの上記ガス放出口の総開口面積が大と
されていることが好適である。これは、第２のガス供給
手段の内部を流れる第Ｖ族系原料ガス自身の流体抵抗に
より、末端に向かう程ガスが流れにくくなるので、これ
をガス放出口の総開口面積の増大でカバーし、どの供給
箇所においても均一量の第Ｖ族系原料ガスを供給できる
ようにするためである。ここで、上記ガス放出口の数が
どの供給箇所においても１個である場合には、下流側の
ガス放出口ほどその開口径を大きくすることになる。し
かし、開口径が比較的小さく、かつ互いに開口径の等し
いガス放出口の開口数を供給箇所ごとに変化させる構成
とすれば、設計が容易でしかもガス供給量の微調整も可
能となる。
系原料ガスの流路の下流に向かうほど、化合物半導体ウ
ェーハ１枚当たりの上記ガス放出口の総開口面積が大と
されていることが好適である。これは、第２のガス供給
手段の内部を流れる第Ｖ族系原料ガス自身の流体抵抗に
より、末端に向かう程ガスが流れにくくなるので、これ
をガス放出口の総開口面積の増大でカバーし、どの供給
箇所においても均一量の第Ｖ族系原料ガスを供給できる
ようにするためである。ここで、上記ガス放出口の数が
どの供給箇所においても１個である場合には、下流側の
ガス放出口ほどその開口径を大きくすることになる。し
かし、開口径が比較的小さく、かつ互いに開口径の等し
いガス放出口の開口数を供給箇所ごとに変化させる構成
とすれば、設計が容易でしかもガス供給量の微調整も可
能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施形態を添
付図面にもとづいて説明する。図１は、本発明に係る気
相成長装置の実施の一形態を説明する概念図である。ま
た図２は、図１におけるガス放出口を説明する拡大断面
図である。
付図面にもとづいて説明する。図１は、本発明に係る気
相成長装置の実施の一形態を説明する概念図である。ま
た図２は、図１におけるガス放出口を説明する拡大断面
図である。
【００１６】本発明に係る気相装置装置１０の内部に
は、ガス導入部１４と排気部１６とを有する反応炉１９
が設置されている。このガス導入部１４からは、第１の
ガス供給管ｌ１を通じてキャリアガス１２である水素Ｈ
2 や塩化ガリウムＧａＣｌを含む第III 族系原料ガス１
３が、他端に設けられた排気部１６に向けて供給され
る。つまり、ガス導入部１４から排気部１６にかけて第
III 族系原料ガス１３の流路が形成されることになる。
上記反応炉１９の内部には、化合物半導体ウェーハＷ
１，Ｗ２，Ｗ３を載置するウェーハ保持台１７が収容さ
れている。ここで、各化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ
２，Ｗ３は、その主面を上記第III 族系原料ガス１３の
流路に沿って一列に、かつその主面が該流路に対して平
行となるように配列されている。図１ではウェーハが１
列に３枚配列されているが、列数や枚数はこの限りでは
ない。
は、ガス導入部１４と排気部１６とを有する反応炉１９
が設置されている。このガス導入部１４からは、第１の
ガス供給管ｌ１を通じてキャリアガス１２である水素Ｈ
2 や塩化ガリウムＧａＣｌを含む第III 族系原料ガス１
３が、他端に設けられた排気部１６に向けて供給され
る。つまり、ガス導入部１４から排気部１６にかけて第
III 族系原料ガス１３の流路が形成されることになる。
上記反応炉１９の内部には、化合物半導体ウェーハＷ
１，Ｗ２，Ｗ３を載置するウェーハ保持台１７が収容さ
れている。ここで、各化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ
２，Ｗ３は、その主面を上記第III 族系原料ガス１３の
流路に沿って一列に、かつその主面が該流路に対して平
行となるように配列されている。図１ではウェーハが１
列に３枚配列されているが、列数や枚数はこの限りでは
ない。
【００１７】上記反応炉１９の内部にはまた、第２のガ
ス供給管１８がその壁面に沿ってガス導入部１４から排
気部１６に向けて設けられ、その管内にはホスフィンＰ
Ｈ3および／またはアルシンＡｓＨ3 を含む第Ｖ族系原
料ガス１５が供給される。この第２のガス供給管１８の
側面の３ヶ所には、各化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ
２，Ｗ３の主面に対面するごとく、それぞれガス放出口
１８ａ，１８ｂ，１８ｃが設けられ、第Ｖ族系原料ガス
をウェーハ主面に対して直交する方向に放出するように
なされている。
ス供給管１８がその壁面に沿ってガス導入部１４から排
気部１６に向けて設けられ、その管内にはホスフィンＰ
Ｈ3および／またはアルシンＡｓＨ3 を含む第Ｖ族系原
料ガス１５が供給される。この第２のガス供給管１８の
側面の３ヶ所には、各化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ
２，Ｗ３の主面に対面するごとく、それぞれガス放出口
１８ａ，１８ｂ，１８ｃが設けられ、第Ｖ族系原料ガス
をウェーハ主面に対して直交する方向に放出するように
なされている。
【００１８】ここで、各化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ
２，Ｗ３に対応するガス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃ
の個数は、第III 族系原料ガス１３の流路の上流側から
下流側に向かって多くなるように設定されている。図示
される例では、どのガス放出口も直径０．３〜４ｍｍの
円形であり、化合物半導体ウェーハＷ１に対応するガス
放出口１８ａは２個、化合物半導体ウェーハＷ２に対応
するガス放出口１８ｂは３個、化合物半導体ウェーハＷ
３に対応するガス放出口１８ｃは４個とされている。つ
まり、ガス放出口の総開口面積は化合物半導体ウェーハ
Ｗ１で最小、化合物半導体ウェーハＷ３上で最大であ
る。このようにガス放出口の総開口面積をウェーハごと
に変化させているのは、第２のガス供給管１８の内部の
流体抵抗により上流側ほど第Ｖ族系原料ガスが流れ易
く、下流側ほどガスが流れにくくなるので、下流側ほど
ガス放出口の数を多くして、どのウェーハに対しても均
一な量の第Ｖ族系原料ガス１５を供給するためである。
２，Ｗ３に対応するガス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃ
の個数は、第III 族系原料ガス１３の流路の上流側から
下流側に向かって多くなるように設定されている。図示
される例では、どのガス放出口も直径０．３〜４ｍｍの
円形であり、化合物半導体ウェーハＷ１に対応するガス
放出口１８ａは２個、化合物半導体ウェーハＷ２に対応
するガス放出口１８ｂは３個、化合物半導体ウェーハＷ
３に対応するガス放出口１８ｃは４個とされている。つ
まり、ガス放出口の総開口面積は化合物半導体ウェーハ
Ｗ１で最小、化合物半導体ウェーハＷ３上で最大であ
る。このようにガス放出口の総開口面積をウェーハごと
に変化させているのは、第２のガス供給管１８の内部の
流体抵抗により上流側ほど第Ｖ族系原料ガスが流れ易
く、下流側ほどガスが流れにくくなるので、下流側ほど
ガス放出口の数を多くして、どのウェーハに対しても均
一な量の第Ｖ族系原料ガス１５を供給するためである。
【００１９】ただし、放出される第Ｖ族系原料ガス１５
の線速度は上流側ほど大きく、下流側ほど小さくなる。
ここで線速度とは、単位時間当たりのガス流量を断面積
で除した値であり、その単位は例えばｃｍ／ｍｉｎであ
る。また、図１においては開口の個数により第Ｖ族系原
料ガス１５の流れ易さを調節する例を示したが、開口の
大きさにより調節しても、あるいは個数と大きさの組み
合わせにより調節しても良い。いずれにしてもガス放出
口の総開口面積は、第III 族系原料ガス１３の流路の最
も上流側で最小、最も下流側で最大とする。
の線速度は上流側ほど大きく、下流側ほど小さくなる。
ここで線速度とは、単位時間当たりのガス流量を断面積
で除した値であり、その単位は例えばｃｍ／ｍｉｎであ
る。また、図１においては開口の個数により第Ｖ族系原
料ガス１５の流れ易さを調節する例を示したが、開口の
大きさにより調節しても、あるいは個数と大きさの組み
合わせにより調節しても良い。いずれにしてもガス放出
口の総開口面積は、第III 族系原料ガス１３の流路の最
も上流側で最小、最も下流側で最大とする。
【００２０】上記ガス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃと
化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３との垂直距離Ｌ
は、１〜２０ｍｍに設定されている。垂直距離Ｌが小さ
すぎると、ガス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃと化合物
半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３とが接触して好ましく
ない。また、垂直距離Ｌが２０ｍｍを超えると、第Ｖ族
系原料ガス１５が第III 族系原料ガス１３に流されるた
めにＧａＡｓＰ化合物半導体膜の膜厚分布が次第に悪く
なる他、ＧａＡｓＰ化合物半導体膜がガス放出口１８
ａ，１８ｂ，１８ｃに堆積するようになってしまう。
化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３との垂直距離Ｌ
は、１〜２０ｍｍに設定されている。垂直距離Ｌが小さ
すぎると、ガス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃと化合物
半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３とが接触して好ましく
ない。また、垂直距離Ｌが２０ｍｍを超えると、第Ｖ族
系原料ガス１５が第III 族系原料ガス１３に流されるた
めにＧａＡｓＰ化合物半導体膜の膜厚分布が次第に悪く
なる他、ＧａＡｓＰ化合物半導体膜がガス放出口１８
ａ，１８ｂ，１８ｃに堆積するようになってしまう。
【００２１】エピタキシャル層の膜厚は、反応炉１９内
の温度分布によっても変化するので、均一な膜厚を得る
には、予備実験により化合物半導体膜をエピタキシャル
成長させ、膜厚が薄い個所に対応するガス放出口１８
ａ，１８ｂ，または１８ｃの総開口面積を大きくした
り、逆に、膜厚が厚い個所に対応するガス放出口１８
ａ，１８ｂ，または１８ｃの総開口面積を小さくしたり
することにより、第Ｖ族系原料ガス１５の供給量を調節
するとよい。
の温度分布によっても変化するので、均一な膜厚を得る
には、予備実験により化合物半導体膜をエピタキシャル
成長させ、膜厚が薄い個所に対応するガス放出口１８
ａ，１８ｂ，または１８ｃの総開口面積を大きくした
り、逆に、膜厚が厚い個所に対応するガス放出口１８
ａ，１８ｂ，または１８ｃの総開口面積を小さくしたり
することにより、第Ｖ族系原料ガス１５の供給量を調節
するとよい。
【００２２】上記反応炉１９内において化合物半導体膜
をエピタキシャル成長させるためには、まず、キャリア
ガス１２を反応炉１９内に流しながら、該反応炉１９内
に載置された化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３
を、反応炉１９の外側に配設された図示されない加熱装
置により加熱する。
をエピタキシャル成長させるためには、まず、キャリア
ガス１２を反応炉１９内に流しながら、該反応炉１９内
に載置された化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３
を、反応炉１９の外側に配設された図示されない加熱装
置により加熱する。
【００２３】次に、ガス導入部１４から排気部１６に向
けて、キャリアガス１２とともに、塩化ガリウムＧａＣ
ｌを含む第III 族系原料ガス１３を第１のガス供給管１
１を通じて供給する。そして、それと同時に、上記第２
のガス供給管１８に設けられたガス放出口１８ａ，１８
ｂ，１８ｃから、それぞれに対面する化合物半導体ウェ
ーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３に向けて、上記第Ｖ族系原料ガス
１５を分散して供給する。
けて、キャリアガス１２とともに、塩化ガリウムＧａＣ
ｌを含む第III 族系原料ガス１３を第１のガス供給管１
１を通じて供給する。そして、それと同時に、上記第２
のガス供給管１８に設けられたガス放出口１８ａ，１８
ｂ，１８ｃから、それぞれに対面する化合物半導体ウェ
ーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３に向けて、上記第Ｖ族系原料ガス
１５を分散して供給する。
【００２４】このように、第２のガス供給管１８内を通
して第Ｖ族系原料ガス１５を各化合物半導体ウェーハＷ
１，Ｗ２，Ｗ３近傍にまで分散供給すると、第Ｖ族系原
料ガスは上記第２のガス供給管１８から放出されるまで
第III 族系原料ガスと反応しないので、各化合物半導体
ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３近傍に同一濃度のものを供給
することができる。しかも、第Ｖ族系原料ガス１５は第
III 族系原料ガス１３の流れに影響されることなく、ガ
ス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃのそれぞれに垂直距離
Ｌで対面する化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３に
確実に到達することができ、かつ第III 族系原料ガス１
３との接触が効率的になされる。したがって、気相成長
が円滑に進行する。
して第Ｖ族系原料ガス１５を各化合物半導体ウェーハＷ
１，Ｗ２，Ｗ３近傍にまで分散供給すると、第Ｖ族系原
料ガスは上記第２のガス供給管１８から放出されるまで
第III 族系原料ガスと反応しないので、各化合物半導体
ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３近傍に同一濃度のものを供給
することができる。しかも、第Ｖ族系原料ガス１５は第
III 族系原料ガス１３の流れに影響されることなく、ガ
ス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃのそれぞれに垂直距離
Ｌで対面する化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３に
確実に到達することができ、かつ第III 族系原料ガス１
３との接触が効率的になされる。したがって、気相成長
が円滑に進行する。
【００２５】ところで、燐化砒化ガリウムＧａＡｓＰ層
をエピタキシャル成長させる反応では、第III 族系原料
ガスが第Ｖ族系原料ガスより過剰に供給されている場
合、ホスフィンＰＨ3 ならびにアルシンＡｓＨ3 を含む
第Ｖ族系原料ガスが反応を律速することが知られてい
る。そこで、第III 族系原料ガスである塩化ガリウムＧ
ａＣｌをガス導入部１４から過剰に供給し、所望の層厚
を形成するために必要な量のホスフィンＰＨ3 ならびに
アルシンＡｓＨ3 を含む第Ｖ族系原料ガス１５を、各化
合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３近傍に分散して供
給すると、どのウェーハ上にも均一な膜厚を有するエピ
タキシャル層を形成することができるのである。
をエピタキシャル成長させる反応では、第III 族系原料
ガスが第Ｖ族系原料ガスより過剰に供給されている場
合、ホスフィンＰＨ3 ならびにアルシンＡｓＨ3 を含む
第Ｖ族系原料ガスが反応を律速することが知られてい
る。そこで、第III 族系原料ガスである塩化ガリウムＧ
ａＣｌをガス導入部１４から過剰に供給し、所望の層厚
を形成するために必要な量のホスフィンＰＨ3 ならびに
アルシンＡｓＨ3 を含む第Ｖ族系原料ガス１５を、各化
合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３近傍に分散して供
給すると、どのウェーハ上にも均一な膜厚を有するエピ
タキシャル層を形成することができるのである。
【００２６】
【実施例】次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。
説明する。
【００２７】実施例１ 図１に示す気相成長装置１０を用いて、図３に示す化合
物半導体エピタキシャルウェーハ１を形成した。まず、
反応炉１９内に収容されたウェーハ保持台１７上に、化
合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３として３枚の燐化
ガリウムＧａＰ単結晶基板を第III 族系原料ガス１３の
流れ方向に沿って載置した。この燐化ガリウムＧａＰ単
結晶基板は、鏡面加工が施された厚さ約３００μｍ、直
径５０ｍｍ、ｎ型、結晶方位（１００）でオフアングル
１０°の基板である。ここで、上記ガス放出口１８ａ，
１８ｂ，１８ｃの個々の直径は２ｍｍ、化合物半導体ウ
ェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３との間の垂直距離は７ｍｍとし
た。
物半導体エピタキシャルウェーハ１を形成した。まず、
反応炉１９内に収容されたウェーハ保持台１７上に、化
合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３として３枚の燐化
ガリウムＧａＰ単結晶基板を第III 族系原料ガス１３の
流れ方向に沿って載置した。この燐化ガリウムＧａＰ単
結晶基板は、鏡面加工が施された厚さ約３００μｍ、直
径５０ｍｍ、ｎ型、結晶方位（１００）でオフアングル
１０°の基板である。ここで、上記ガス放出口１８ａ，
１８ｂ，１８ｃの個々の直径は２ｍｍ、化合物半導体ウ
ェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３との間の垂直距離は７ｍｍとし
た。
【００２８】次に、窒素Ｎ2 ガスを反応炉１９内に導入
して空気を十分除去した後に、該反応炉１９内にガス導
入部１４からキャリアガスとして水素Ｈ2 を３６４０ｃ
ｍ3／分の流量で導入して、上記反応炉１９内を水素Ｈ
2 でさらに置換した後に昇温を開始した。
して空気を十分除去した後に、該反応炉１９内にガス導
入部１４からキャリアガスとして水素Ｈ2 を３６４０ｃ
ｍ3／分の流量で導入して、上記反応炉１９内を水素Ｈ
2 でさらに置換した後に昇温を開始した。
【００２９】化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３の
温度が８４５℃に達した後に、高純度塩化水素ＨＣｌを
１４０ｃｍ3 ／分の流量で導入しながら反応炉１９内の
図示しない高純度ガリウムＧａと反応させて第III 族系
原料ガス１３である塩化ガリウムＧａＣｌガス１３を発
生させ、キャリアガス１２の水素Ｈ2 とともに、ガス導
入部１４から供給した。それと同時に、水素Ｈ2 で１０
％に希釈された第Ｖ族系原料ガス１５のホスフィンＰＨ
3 を流量７００ｃｍ3 ／分にて、また水素Ｈ2 で５０ｐ
ｐｍに希釈された硫化水素Ｈ2 Ｓを流量１９０ｃｍ3 ／
分にて、共に第２のガス供給管１８内を通して供給し、
ガス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃからそれぞれに対面
する化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３に直交方向
に放出した。これにより、第Ｖ族系原料ガス１５である
ホスフィンＰＨ3 と第III 族系原料ガス１３である塩化
ガリウムＧａＣｌとを接触させて、燐化ガリウムＧａＰ
単結晶基板上にｎ型燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル
層３を約３μｍの厚さに成長させた。以下に成長させる
エピタキシャル層には同様にして硫黄Ｓがドープされ、
全てｎ型である。
温度が８４５℃に達した後に、高純度塩化水素ＨＣｌを
１４０ｃｍ3 ／分の流量で導入しながら反応炉１９内の
図示しない高純度ガリウムＧａと反応させて第III 族系
原料ガス１３である塩化ガリウムＧａＣｌガス１３を発
生させ、キャリアガス１２の水素Ｈ2 とともに、ガス導
入部１４から供給した。それと同時に、水素Ｈ2 で１０
％に希釈された第Ｖ族系原料ガス１５のホスフィンＰＨ
3 を流量７００ｃｍ3 ／分にて、また水素Ｈ2 で５０ｐ
ｐｍに希釈された硫化水素Ｈ2 Ｓを流量１９０ｃｍ3 ／
分にて、共に第２のガス供給管１８内を通して供給し、
ガス放出口１８ａ，１８ｂ，１８ｃからそれぞれに対面
する化合物半導体ウェーハＷ１，Ｗ２，Ｗ３に直交方向
に放出した。これにより、第Ｖ族系原料ガス１５である
ホスフィンＰＨ3 と第III 族系原料ガス１３である塩化
ガリウムＧａＣｌとを接触させて、燐化ガリウムＧａＰ
単結晶基板上にｎ型燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル
層３を約３μｍの厚さに成長させた。以下に成長させる
エピタキシャル層には同様にして硫黄Ｓがドープされ、
全てｎ型である。
【００３０】続いて、水素Ｈ2 で１０％に希釈されたホ
スフィンＰＨ3 の流量を７００ｃｍ3 ／分から４５５ｃ
ｍ3 ／分に徐々に減少させると同時に、同じく水素Ｈ2
で１０％に希釈されたアルシンＡｓＨ3 の流量を０ｃｍ
3 ／分から２４５ｃｍ3 ／分に徐々に増加させた。ま
た、ウェーハ温度を８４５℃から徐々に８１０℃まで降
温させた。このようにして第Ｖ族系原料ガス１５中のホ
スフィンＰＨ3 とアルシンＡｓＨ3 の割合を変化させる
ことにより、ｎ型燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層
３上に、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）がエ
ピタキシャル層の成長方向に変化するｎ型の燐化砒化ガ
リウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４（ただし、０≦
ｘ≦０．６５）を、１２μｍの厚さに形成した。
スフィンＰＨ3 の流量を７００ｃｍ3 ／分から４５５ｃ
ｍ3 ／分に徐々に減少させると同時に、同じく水素Ｈ2
で１０％に希釈されたアルシンＡｓＨ3 の流量を０ｃｍ
3 ／分から２４５ｃｍ3 ／分に徐々に増加させた。ま
た、ウェーハ温度を８４５℃から徐々に８１０℃まで降
温させた。このようにして第Ｖ族系原料ガス１５中のホ
スフィンＰＨ3 とアルシンＡｓＨ3 の割合を変化させる
ことにより、ｎ型燐化ガリウムＧａＰエピタキシャル層
３上に、砒化ガリウムＧａＡｓの混晶率（１−ｘ）がエ
ピタキシャル層の成長方向に変化するｎ型の燐化砒化ガ
リウムＧａＡｓ1-x Ｐx 混晶率変化層４（ただし、０≦
ｘ≦０．６５）を、１２μｍの厚さに形成した。
【００３１】この後同様にして、一定の砒化ガリウムＧ
ａＡｓの混晶率（１−ａ＝０．３５）を有する膜厚が５
μｍでｎ型の燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率
一定層５（ＧａＡｓ0.35Ｐ0.65）を形成し、さらにこれ
と同じ混晶率を有し、アイソエレクトロニックトラップ
として窒素Ｎがドープされた膜厚が１８μｍでｎ型の燐
化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６（Ｇａ
Ａｓ0.35Ｐ0.65）とを順次形成した。
ａＡｓの混晶率（１−ａ＝０．３５）を有する膜厚が５
μｍでｎ型の燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率
一定層５（ＧａＡｓ0.35Ｐ0.65）を形成し、さらにこれ
と同じ混晶率を有し、アイソエレクトロニックトラップ
として窒素Ｎがドープされた膜厚が１８μｍでｎ型の燐
化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６（Ｇａ
Ａｓ0.35Ｐ0.65）とを順次形成した。
【００３２】このようにして燐化ガリウムＧａＰ単結晶
基板上に形成された各エピタキシャル層３，４，５，６
を合計した膜厚を測定したところ、その最大値は化合物
半導体ウェーハＷ１上に形成されたエピタキシャル層の
中心部の値で４２．０μｍであり、最小値は化合物半導
体ウェーハＷ３上に形成されたエピタキシャル層の最下
流部の値で３３．６μｍであった。つまり、同一ロット
内における膜厚のバラツキは、最小値に対する最大値の
倍率で表すとわずかに１．２５倍であった。
基板上に形成された各エピタキシャル層３，４，５，６
を合計した膜厚を測定したところ、その最大値は化合物
半導体ウェーハＷ１上に形成されたエピタキシャル層の
中心部の値で４２．０μｍであり、最小値は化合物半導
体ウェーハＷ３上に形成されたエピタキシャル層の最下
流部の値で３３．６μｍであった。つまり、同一ロット
内における膜厚のバラツキは、最小値に対する最大値の
倍率で表すとわずかに１．２５倍であった。
【００３３】ところで、化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハ１の発光する波長は、窒素Ｎをドープしたｎ型の
燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６の混
晶率ａにより決定される。設計どおりの発光波長が得ら
れるかどうかは、エピタキシャル層の膜厚分布や光度と
ともに重要な特性の一つである。
ェーハ１の発光する波長は、窒素Ｎをドープしたｎ型の
燐化砒化ガリウムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６の混
晶率ａにより決定される。設計どおりの発光波長が得ら
れるかどうかは、エピタキシャル層の膜厚分布や光度と
ともに重要な特性の一つである。
【００３４】そこで、本実施例で製造した化合物半導体
エピタキシャルウェーハ１の発光特性を、フォトルミネ
ッセンス法を用いて評価した。まず、波長が５１４．５
ｎｍのアルゴンレーザを化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハ１の主表面から照射する。すると、該化合物半導
体エピタキシャルウェーハ１は照射されたレーザ光を吸
収すると同時に、主表面部に形成された燐化砒化ガリウ
ムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６の混晶率ａに対応す
る波長を持ったフォトルミネッセンス光を発するので、
フォトルミネッセンス光の強度が最大となる波長λｐを
測定する。測定の結果、波長λｐは、化合物半導体ウェ
ーハＷ１に対応して得られた化合物半導体エピタキシャ
ルウェーハにおいて６２９ｎｍで３枚中最長、化合物半
導体ウェーハＷ３に対応して得られた化合物半導体エピ
タキシャルウェーハにおいて６２６ｎｍで３枚中最短と
なった。すなわち、同一ロットとして得られた３枚の化
合物半導体エピタキシャルウェーハにおける発光波長の
バラツキは、最長値と最短値との差で表すと３ｎｍであ
った。
エピタキシャルウェーハ１の発光特性を、フォトルミネ
ッセンス法を用いて評価した。まず、波長が５１４．５
ｎｍのアルゴンレーザを化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハ１の主表面から照射する。すると、該化合物半導
体エピタキシャルウェーハ１は照射されたレーザ光を吸
収すると同時に、主表面部に形成された燐化砒化ガリウ
ムＧａＡｓ1-a Ｐa 混晶率一定層６の混晶率ａに対応す
る波長を持ったフォトルミネッセンス光を発するので、
フォトルミネッセンス光の強度が最大となる波長λｐを
測定する。測定の結果、波長λｐは、化合物半導体ウェ
ーハＷ１に対応して得られた化合物半導体エピタキシャ
ルウェーハにおいて６２９ｎｍで３枚中最長、化合物半
導体ウェーハＷ３に対応して得られた化合物半導体エピ
タキシャルウェーハにおいて６２６ｎｍで３枚中最短と
なった。すなわち、同一ロットとして得られた３枚の化
合物半導体エピタキシャルウェーハにおける発光波長の
バラツキは、最長値と最短値との差で表すと３ｎｍであ
った。
【００３５】比較例１ 図４に示す従来の化合物半導体エピタキシャルウェーハ
の製造装置２０を用いた以外は実施例１と同様にして、
図３に示す化合物半導体エピタキシャルウェーハ１を形
成した。
の製造装置２０を用いた以外は実施例１と同様にして、
図３に示す化合物半導体エピタキシャルウェーハ１を形
成した。
【００３６】その結果、燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ上に形成されたエピタキシャル
層３，４，５，６を合計した膜厚を測定したところ、Ｇ
ａＰ単結晶基板２１ａ上の面内で最も上流側の領域にお
いて最大値６０μｍ、ＧａＰ単結晶基板２１ｃ上の面内
で最も下流側の領域において最小値１８．２μｍである
ことがわかった。つまり、同一ロット内の膜厚のバラツ
キは３．３倍にも達していた。
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ上に形成されたエピタキシャル
層３，４，５，６を合計した膜厚を測定したところ、Ｇ
ａＰ単結晶基板２１ａ上の面内で最も上流側の領域にお
いて最大値６０μｍ、ＧａＰ単結晶基板２１ｃ上の面内
で最も下流側の領域において最小値１８．２μｍである
ことがわかった。つまり、同一ロット内の膜厚のバラツ
キは３．３倍にも達していた。
【００３７】また、フォトルミネッセンス法による波長
λｐを測定したところ、その最長値は燐化ガリウムＧａ
Ｐ単結晶基板２１ａに形成された化合物半導体エピタキ
シャルウェーハのλｐ＝６３１ｎｍであり、その最短値
は燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２１ｃに形成された化
合物半導体エピタキシャルウェーハのλｐ＝６２３ｎｍ
であった。つまり、波長バラツキは８ｎｍと大きかっ
た。
λｐを測定したところ、その最長値は燐化ガリウムＧａ
Ｐ単結晶基板２１ａに形成された化合物半導体エピタキ
シャルウェーハのλｐ＝６３１ｎｍであり、その最短値
は燐化ガリウムＧａＰ単結晶基板２１ｃに形成された化
合物半導体エピタキシャルウェーハのλｐ＝６２３ｎｍ
であった。つまり、波長バラツキは８ｎｍと大きかっ
た。
【００３８】以上、本発明の具体的な実施例について述
べたが、本発明は上述の実施例に何ら限られるものでは
ない。たとえば、図１に示されるような横型の気相成長
装置ではなく、縦型やバレル型の装置にも本発明は同様
に適用できる。また、各エピタキシャル層の厚さや混晶
率、エピタキシャル成長条件の細部についても適宜変
更、選択、組合せが可能である。
べたが、本発明は上述の実施例に何ら限られるものでは
ない。たとえば、図１に示されるような横型の気相成長
装置ではなく、縦型やバレル型の装置にも本発明は同様
に適用できる。また、各エピタキシャル層の厚さや混晶
率、エピタキシャル成長条件の細部についても適宜変
更、選択、組合せが可能である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る化合物
半導体エピタキシャルウェーハの製造方法およびこれに
用いる気相成長装置は、膜厚制御ガスである第Ｖ族系原
料ガスを、化合物半導体ウェーハの至近にガス放出口を
備えた第２のガス供給管を通じて第III 族系原料ガスと
は別個に各ウェーハまで輸送して供給し、各化合物半導
体ウェーハの極近傍で第III 族系原料ガスと第Ｖ族系原
料ガスとを接触させる構成を有するため、エピタキシャ
ル膜厚の制御が効果的になされる。これにより、反応炉
内のウェーハ配列位置に依存しない均一なエピタキシャ
ル層の膜厚を得ることが可能となる。このように得られ
たエピタキシャルウェーハは、たとえば発光ダイオード
の製造に用いられた場合に均一な波長分布を実現するこ
とができるため、産業上極めて有用である。
半導体エピタキシャルウェーハの製造方法およびこれに
用いる気相成長装置は、膜厚制御ガスである第Ｖ族系原
料ガスを、化合物半導体ウェーハの至近にガス放出口を
備えた第２のガス供給管を通じて第III 族系原料ガスと
は別個に各ウェーハまで輸送して供給し、各化合物半導
体ウェーハの極近傍で第III 族系原料ガスと第Ｖ族系原
料ガスとを接触させる構成を有するため、エピタキシャ
ル膜厚の制御が効果的になされる。これにより、反応炉
内のウェーハ配列位置に依存しない均一なエピタキシャ
ル層の膜厚を得ることが可能となる。このように得られ
たエピタキシャルウェーハは、たとえば発光ダイオード
の製造に用いられた場合に均一な波長分布を実現するこ
とができるため、産業上極めて有用である。
【図１】本発明に係る化合物半導体エピタキシャルウェ
ーハの製造装置の一構成例を示す概念図である。
ーハの製造装置の一構成例を示す概念図である。
【図２】図１のガス放出口のひとつを示す拡大断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明により製造される化合物半導体エピタキ
シャルウェーハの一構成例を示す模式的断面図である。
シャルウェーハの一構成例を示す模式的断面図である。
【図４】化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造す
るための従来の気相成長装置の一構成例を示す概念図で
ある。
るための従来の気相成長装置の一構成例を示す概念図で
ある。
１０ 気相成長装置 １１ 第１のガス供給管（第III 族系原料ガス供給用） １２ キャリアガス １３ 第III 族系原料ガス １４ ガス導入部 １５ 第Ｖ族系原料ガス １６ 排気部 １７ ウェーハ保持台 １８ 第２のガス供給管（第Ｖ族系原料ガス供給用） １８ａ，１８ｂ，１８ｃ ガス放出口 １９ 反応炉 Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ 化合物半導体ウェーハ
Claims (11)
- 【請求項１】 周期律表の第III 族系原料ガスならびに
第Ｖ族系原料ガスを気相成長装置の反応炉内に供給し、
該反応炉内に配列された複数枚の化合物半導体ウェーハ
の主面上に化合物半導体膜をエピタキシャル成長させる
化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法であっ
て、 前記第III 族系原料ガスを、前記複数枚の化合物半導体
ウェーハの配列方向に沿って流路が形成されるように前
記反応炉の一端から他端に向けて流すと共に、 前記第III 族系原料ガスの流路の途中の複数箇所におい
て、前記第Ｖ族系原料ガスを分散的に供給することを特
徴とする化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方
法。 - 【請求項２】 前記第Ｖ族系原料ガスは、前記化合物半
導体ウェーハに向けてその至近から供給することを特徴
とする請求項１記載の化合物半導体エピタキシャルウェ
ーハの製造方法。 - 【請求項３】 前記複数の化合物半導体ウェーハは、そ
の各々の主面を前記第III 族系原料ガスの流路と平行と
するごとく配列し、前記第Ｖ族系原料ガスは該化合物半
導体ウェーハの各々に対面する位置から供給することを
特徴とする請求項２記載の化合物半導体エピタキシャル
ウェーハの製造方法。 - 【請求項４】 前記第Ｖ族系原料ガスを供給する位置
は、前記化合物半導体ウェーハの主面からの垂直距離で
１ｍｍ以上２０ｍｍ以下とすることを特徴とする請求項
３記載の化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方
法。 - 【請求項５】 前記第III 族系原料ガスの供給量を、前
記第Ｖ族系原料ガスの供給量に対して過剰とすることを
特徴とする請求項２記載のエピタキシャルウェーハの製
造方法。 - 【請求項６】 周期律表の第III 族系原料ガスならびに
第Ｖ族系原料ガスを反応炉内に供給し、該反応炉内に配
列された化合物半導体ウェーハ上に化合物半導体膜をエ
ピタキシャル成長させる気相成長装置であって、 前記反応炉内でその長手方向に沿って複数の化合物半導
体ウェーハを保持するウェーハ保持手段と、 前記反応炉の長手方向の一端から他端に向けて前記第II
I 族系原料ガスを供給する第１のガス供給手段と、 前記第III 族系原料ガスの流路に沿って開口された複数
のガス放出口から前記第Ｖ族系原料ガスを分散的に供給
する第２のガス供給手段とを備えることを特徴とする気
相成長装置。 - 【請求項７】 前記ガス放出口は、前記化合物半導体ウ
ェーハに向けてその至近に開口されていることを特徴と
する請求項６記載の気相成長装置。 - 【請求項８】 前記ウェーハ保持手段は、前記化合物半
導体ウェーハの各々の主面を前記反応炉の長手方向と平
行に保持し、前記ガス放出口はこれら各々の主面に対面
して開口されていることを特徴とする請求項７記載の気
相成長装置。 - 【請求項９】 前記第Ｖ族系原料ガスのガス放出口の開
口面は、前記化合物半導体ウェーハの主面から垂直距離
で１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の位置に設定されていること
を特徴とする請求項８記載の気相成長装置。 - 【請求項１０】 前記第２のガス供給手段は、前記第II
I 族系原料ガスの流路の下流側に向かうほど前記化合物
半導体ウェーハ１枚当たりの前記ガス放出口の総開口面
積が大とされていることを特徴とする請求項８記載の気
相成長装置。 - 【請求項１１】 前記化合物半導体ウェーハ１枚当たり
の前記ガス放出口の総開口面積は、個々の開口面積の等
しい該ガス放出口の開口個数により決定されていること
を特徴とする請求項１０記載の気相成長装置。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP22570097A JPH1154442A (ja) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法およびこれに用いる気相成長装置 |
| US09/129,381 US6184049B1 (en) | 1997-08-07 | 1998-08-05 | Method for fabricating compound semiconductor epitaxial wafer and vapor phase growth apparatus using the same |
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| JP22570097A JPH1154442A (ja) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハの製造方法およびこれに用いる気相成長装置 |
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