(57)【要約】【課題】  成長後のエピタキシャルウェハの表面状態を汚さず鏡面に保つことを可能にしたＭＯＶＰＥ成長装置及び成長方法を提供することにある。【解決手段】  III−Ｖ族化合物半導体結晶の成長後の反応炉内の残留ガスやパーティクルを除去するために、反応炉内に高温の不活性ガスを多量に導入し、その後半導体結晶の成長シーケンスを開始する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
III−Ｖ族化合物半導体結晶を成長するＭＯＶＰＥ成長装置において、
成長後の反応炉内の残留ガスやパーティクルを除去するために、成長開始前に高温の不活性ガスを反応炉内に多量に流す手段を備えたことを特徴とするＭＯＶＰＥ成長装置。
【請求項２】
ＭＯＶＰＥ成長装置を用いてIII−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する化合物半導体結晶の成長方法において、
成長後の反応炉内の残留ガスやパーティクルを除去するために、反応炉内に高温の不活性ガスを多量に流し、その後成長シーケンスを開始することを特徴とする化合物半導体結晶の成長方法。
【請求項３】
請求項２記載の化合物半導体結晶の成長方法において、
上記III−Ｖ族化合物半導体結晶が（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶であり、上記残留ガスがホスフィン（ＰＨ3）であることを特徴とする化合物半導体結晶の成長方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の化合物半導体結晶の成長方法において、
上記不活性ガスがヘリウム、窒素、アルゴンのいずれかであることを特徴とする化合物半導体結晶の成長方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の化合物半導体結晶の成長方法において、
上記不活性ガスの温度が１００℃以上であることを特徴とする化合物半導体結晶の成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＶＰＥ成長装置（有機金属気相成長装置）及びそれを用いた化合物半導体結晶の成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、III−Ｖ族化合物半導体、例えばＡｌＧａＩｎＰの薄膜結晶を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）でＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させるには、反応炉内で加熱状態にあるＧａＡｓ基板に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの有機金属の蒸気とホスフィン（ＰＨ3）のＶ族原料ガスとを含んだキャリアガスを供給し、これらの原料ガスを結晶基板上で熱分解反応させている。
【０００３】
この結晶成長は、図４に示すような減圧→昇温→成長→降温→常圧復帰の工程を１回とする成長シーケンスを、同じ反応炉で繰り返すことで実行されて行く。
【０００４】
この図４のように成長シーケンスを連続して行うと、反応炉内にＶ族原料であるホスフィン（ＰＨ3）が残留したり、リンとその化合物が反応炉内の治具や炉壁に吸着する。特に冷えた部分には吸着しやすい。また、反応炉内への堆積物が増加すると、剥がれ等が発生し、これが異物（パーティクル）の原因となる。
【０００５】
パーティクルが基板表面へ付着するとエピタキシャル成長後の基板表面を汚したり、曇らせたりし、外観不良となる。従来技術ではこれらを防止する為、成長前に反応炉内を高真空にして残留ガスを排出したり、炉壁や治具に吸着したリンとその化合物を取り除くことを目的として原料ガスを流さない状態で反応炉内を高温にする焼き出し等を行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、反応炉を高真空にしただけでは吸着したガスを取り除くことは難しい。一方、焼き出しを行うと、残留したガスやパーティクルを排出することは可能になるが、高温にすることで堆積物が余計に剥がれやすくなってしまい、逆にパーティクルを増やしてしまう。更に焼き出しというプロセスを追加して行う為、生産性が低下してしまう。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、成長後の化合物半導体結晶の表面状態を汚さず鏡面に保つことを可能にしたＭＯＶＰＥ成長装置及び化合物半導体結晶の成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【０００９】
請求項１の発明に係るＭＯＶＰＥ成長装置（有機金属気相成長装置）は、III−Ｖ族化合物半導体結晶を成長するＭＯＶＰＥ成長装置において、成長後の反応炉内の残留ガスやパーティクルを除去するために、成長開始前に高温の不活性ガスを反応炉内に多量に流す手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係る化合物半導体結晶の成長方法は、ＭＯＶＰＥ成長装置（有機金属気相成長装置）を用いてIII−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する化合物半導体結晶の成長方法において、成長後の反応炉内の残留ガスやパーティクルを除去するために、反応炉内に高温の不活性ガスを多量に流し、その後成長シーケンスを開始することを特徴とする。
【００１１】
請求項１又は２において、上記の残留ガスは例えばホスフィン（ＰＨ3）である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２記載の化合物半導体結晶の成長方法において、上記III−Ｖ族化合物半導体結晶が（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶であり、上記残留ガスがホスフィン（ＰＨ3）であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２又は３記載の化合物半導体結晶の成長方法において、上記不活性ガスがヘリウム、窒素、アルゴンのいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の化合物半導体結晶の成長方法において、上記不活性ガスの温度が１００℃以上であることを特徴とする。
【００１５】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、成長を開始する前、反応炉内に残留したガス又は吸着したガス原料とその化合物を取り除くことにある。更にはパーティクルの発生を抑止することにある。そのために、本発明では、高温に熱せられた不活性ガスである窒素やアルゴンガスを反応炉内に多量に流すことで反応炉内に残留したガスを不活性ガスとともに排気させる。また、１００℃以上に温めた不活性ガスを反応炉内壁に接触させることで、吸着したガス原料とその化合物を剥離させ、剥がれた堆積物も同時に排出させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００１７】
（１）成長後の反応炉内の残留ガスやパーティクルが効果的に除去されることから、成長回数を重ねてもIII−Ｖ族化合物半導体結晶成長後の化合物半導体結晶の表面状態を汚さず鏡面に保つことができる。
【００１８】
（２）残留ガス及び吸着した残留ガス原料とその化合物を容易に取り除けることから、鏡面な化合物半導体結晶の表面を安定して得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２０】
本実施形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体結晶の成長方法を、図１に示す。ここでは、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法を用いて、III−Ｖ族化合物半導体結晶としてＡｌＧａＩｎＰの薄膜結晶をＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長させる場合について説明する。
【００２１】
実施の形態の反応炉には原料ガスを供給する供給系と、反応炉内を排気する排気系が設けられる。この供給系には高温の不活性ガスを多量に導入可能な不活性ガス供給手段が設けられる。また、この排気系には反応炉内に導入された多量の不活性ガスを排気する排気手段が設けられる。
【００２２】
図１において、まず、成長後の反応炉内の残留ガスやパーティクルを除去するために、反応炉内に高温の不活性ガスを多量に流す前処理を行う。具体的には、１００℃以上の高温のヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性ガスを所定時間、大量に流し、反応炉内を高温に熱する（ステップＳ０）。高温に熱せられた不活性ガスを反応炉内に多量に流すことで反応炉内に残留したガス（ホスフィン）を不活性ガスとともに強制的に排気させる。また、高温に熱した不活性ガスを反応炉内壁に接触させることで、吸着したガス原料（リン）とその化合物を剥離させ、剥がれた堆積物も同時に大量の不活性ガスとともに吹き飛ばすように排出させる。
【００２３】
上述した前処理後、基板（ウェハ）をトレーにセットし、窒素雰囲気中で基板を反応炉へ移す。そして、真空ポンプにより反応炉内を減圧（ステップＳ１）し反応炉を水素で置換した後、反応炉を、ＡｌＧａＩｎＰの成長温度の７００℃まで昇温する（ステップＳ２）。
【００２４】
次に、所定の成長温度（成長中の基板温度）７００℃で、半導体結晶原料ガスとして、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ原料としてそれぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、またＰの原料としてホスフィン（ＰＨ3）を流し、基板上に半導体結晶ＡｌＧａＩｎＰの成長を行う（ステップＳ３）。
【００２５】
所定の半導体結晶ＡｌＧａＩｎＰの成長を終えたならば、反応炉を例えば５０℃まで降温し（ステップＳ４）、常圧に復帰させた後（ステップＳ５）、反応炉を窒素で置換し、窒素雰囲気中でトレーを反応炉からグローブボックスへ移し、トレーから基板を取り出す。
【実施例】
【００２６】
本発明の効果を確認するため、従来例と実施例の試作を行った。
【００２７】
＜従来例＞
従来例として、ＭＯＶＰＥ装置を用いてＡｌＧａＩｎＰの多層構造のエピタキシャルウェハを作製した。成長はＭＯＶＰＥ成長装置を用いて７００℃に加熱されたＧａＡｓ基板上に、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ原料としてそれぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、またＰの原料としてホスフィン（ＰＨ3）を用いて行った。成長時のキャリアガスは水素（Ｈ2）を用いた。
【００２８】
成長厚さは１回の成長で４μｍ成長した。成長は５０回連続して行い、その成長したウェハ表面を、毎回、表面異物測定装置にかけて異物数を測定した。異物のカウントは散乱断面積が０．９μｍ2以上の個数が何個あるかで測定した。
【００２９】
図２に異物数の推移を示す。丸印のドットが従来例の場合である。成長回数の増加に伴い異物数が増加していることがわかる。成長回数が４０回を超えた辺りでは、蛍光灯下の目視でも分かるほどの大きな異物が表面に発生しているウェハもある。
【００３０】
＜実施例＞
実施例として、前述した従来例と成長条件を全く同じにして、ＡｌＧａＩｎＰの多層構造エピタキシャルウェハを成長した。すなわち、成長はＭＯＶＰＥ成長装置を用いて７００℃に加熱されたＧａＡｓ基板上に、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ原料としてそれぞれトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、またＰの原料としてホスフィン（ＰＨ3）を用いて行った。成長時のキャリアガスは水素（Ｈ2）を用いた。成長厚さも従来例と同じく１回の成長で４μｍとし、成長は５０回連続して行った。
【００３１】
但し、本実施例では、図１のステップＳ０で説明したように、成長開始前に、１５０℃に加熱した窒素を５０Ｌ／ｍｉｎで１０分間反応炉内へ供給し、残留／吸着ガス及びパーティクルを排気させた。
【００３２】
成長したウェハ表面は、毎回表面異物測定装置を用いて異物数を測定した。測定の条件は従来例で記した条件と同じにし、異物のカウントを散乱断面積が０．９μｍ2以上の個数が何個あるかで測定した。
【００３３】
図２に異物数の推移を示す。三角印のドットが本実施例（本発明）の場合である。本実施例の場合も成長回数の増加に伴い異物数が増加するが、その傾斜は従来例の場合よりも小さく、成長回数を重ねても異物数に従来例で見られたほどの大きな増加は無い。集光器下で目視によりウェハ表面状態を確認すると、本実施例の方法で成長したエピタキシャルウエハの場合は、表面が非常に綺麗であった。
【００３４】
＜最適条件についての根拠＞
本実施例において成長前に流す加熱した窒素ガスの温度を変えて、異物数がどう変わるかを調査した。図３に導入するガス温度と異物数の関係を示す。なお反応炉内は、効果を明確にするために、成長を５０回行った後の状態とした。導入ガス温度を室温から徐々に上げいていくと異物数は減少していき、１００℃近傍を境に急激に異物数が減少する。この結果よりガスの導入温度は１００℃以上とするのが良い。
【００３５】
＜使用方法、応用システムなど＞
（１）上記実施形態では、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により半導体結晶として（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）結晶を成長する方法について説明したが、本発明は燐（Ｐ）を原料として使用する、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）のほかガスソース分子線エピタキシー法に用いることもできる。
【００３６】
（２）上記実施形態では、Ｖ族原料であるホスフィン（ＰＨ3）を残留ガスとしたが、本発明は、成長に使われる亜鉛やマグネシウム、セレンといったドーパントガスのメモリー除去にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の成長方法を示した工程図である。
【図２】本発明の実施例にかかる成長回数と異物数の関係を、従来例と対比して表した図である。
【図３】最適条件の根拠を表す、導入ガス温度と異物数の関係を表す図である。
【図４】半導体結晶の成長シーケンスを表す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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