(57)【要約】【課題】  常に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成長方法を提供することにある。【解決手段】  成長後に反応炉内の残留ガスやパーティクルを除去することを目的とし、反応炉内に高流速の不活性ガスを基板上流部より噴出し、その後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】
有機金属気相成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）を用いてIII−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する方法において、
成長後に反応炉内の残留ガスやパーティクルを除去することを目的とし、反応炉内に高流速の不活性ガスを基板上流部より噴出し、その後成長シーケンスを開始することを特徴とするＭＯＶＰＥ成長方法。
【請求項２】
請求項１記載のＭＯＶＰＥ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、ｘ≠ｙ）結晶であることを特徴とするＭＯＶＰＥ成長方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のＭＯＶＰＥ成長方法において、
上記除去すべき残留ガスがホスフィン（ＰＨ3）であることを特徴とするＭＯＶＰＥ成長方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のＭＯＶＰＥ成長方法において、
上記不活性ガスが水素、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ＭＯＶＰＥ成長方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のＭＯＶＰＥ成長方法において、
上記不活性ガスの流速を１０ｍ／ｓｅｃ以上にすることを特徴とするＭＯＶＰＥ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）を用いてIII−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する方法、特にＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体結晶を成長するＭＯＶＰＥ成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体の薄膜結晶を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で結晶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結晶基板（ＧａＡｓ）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族原料ガスを含んだキャリアガスを送り込み、これらの原料ガスを結晶基板上で熱分解反応させることによって行われる。
【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、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】
成長開始前に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。そこで、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ホスフィン（ＰＨ3）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を行っている。
【０００６】
なお、メモリー効果をなくす方法として、ＡｌＧａＩｎＰ系の結晶上に成長するＧａＡｓ層のＧａ原料をＴＭＧ（トリメチルガリウム）にする方法（例えば、特許文献１参照）や、Ｃｐ2ＭｇをＡｌＧａＩｎＰ系結晶のドーピング原料として用いる気相成長方法において、Ｍｇを添加したい半導体層の成長に先立って、Ｃｐ2Ｍｇ蒸気のみを含むガスを一定条件下で流す方法（例えば、特許文献２参照）などが知られている。
【特許文献１】特開平７−８６１８４号公報
【特許文献２】特開２００５−３２８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、反応炉を高真空にしただけでは完全にパーティクルや吸着したガスを取り除くことは難しい。一方、焼きだしを行うと、残留・吸着したガスを排出することは可能になるが、高温にすることで堆積したデポ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。更に焼きだ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。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、常に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成長方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
請求項１の発明に係るＭＯＶＰＥ成長方法は、有機金属気相成長装置（ＭＯＶＰＥ装置）を用いてIII−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する方法において、成長後に反応炉内の残留ガスやパーティクルを除去することを目的とし、反応炉内に高流速の不活性ガスを基板上流部より噴出し、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２の発明は、請求項１記載のＭＯＶＰＥ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、ｘ≠ｙ）結晶であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載のＭＯＶＰＥ成長方法において、上記除去すべき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１〜３のいずれかに記載のＭＯＶＰＥ成長方法において、上記不活性ガスが水素、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１〜４のいずれかに記載のＭＯＶＰＥ成長方法において、上記不活性ガスの流速を１０ｍ／ｓｅｃ以上にすることを特徴とする。
＜発明の要点＞
【００１５】
本発明の要点は、成長を開始する前、反応炉内に吸着又は残留したホスフィン（ＰＨ3）や異物（パーティクル）を取り除く手段として、基板上流側から高流速に不活性ガス（水素、窒素、アルゴンガス）を噴出するシステムを備え、そこから高速なガスを供給することで、残留又は吸着したホスフィンや異物を吹飛ばし、下流側へ排出し除去することにある。
【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】
請求項１〜４に記載の発明によれば、反応炉内に高流速の不活性ガスを基板上流部より噴出し、その後成長シーケンスを開始するので、残留又は吸着したホスフィンや異物が吹飛ばされ、下流側へ排出されて除去される。
【００１８】
従って、本発明を用いることにより、成長回数を重ねても、常にエピタキシャル成長後のウェハ表面の異物数を減らすことが、容易に達成できる。また本発明を用いることにより、残留・吸着したホスフィンや異物を取り除くことが容易に達成できる為、鏡面なエピタキシャルウェハの表面を安定して得ることが出来る。
【００１９】
この作用効果は、不活性ガスの流速を１０ｍ／ｓｅｃ以上にすることで特に顕著となる（請求項５）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２１】
本実施形態に係るＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法による半導体結晶の成長方法を、図１に示す。ここで成長しようとする半導体結晶は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ≠ｙ）結晶である。
【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ことを目的とし、反応炉内に高流速の不活性ガスを基板上流部より噴出する。具体的には、水素ガス、窒素ガス、アルゴンのいずれか（ここでは窒素ガス）を、流速１０ｍ／ｓｅｃ以上の高速にて所定時間（ここでは５分）だけ流す（ステップＳ０）。これにより高流速の窒素ガスが、残留又は吸着したホスフィンや異物を吹飛ばし、下流側へ排出させて除去される。
【００２３】
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、所望する半導体結晶（ここでは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、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１】
【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。
【００２８】
成長はＭＯＶＰＥ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。
【００２９】
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。
【００３０】
図２に異物数の推移を示す。丸印のドットが従来例（従来技術）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。
【００３１】
＜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ガス（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。
【００３２】
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、流速１０ｍ／ｓｅｃで噴出す窒素ガスを５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出させた。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
＜最適条件についての根拠＞
本発明の実施例において成長前に噴出すガスの流速を変えて、異物数がどう変わるかを調査した。図３に、噴出すガス流速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。噴出すガス流速を１ｍ／ｓｅｃから徐々に上げいていくと、異物数は１０ｍ／ｓｅｃを境に急激に異物数が減少する。この結果より、ガスの吹き出す流速は１０ｍ／ｓｅｃ以上と限定するのが良い。
【００３６】
＜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、ｘ≠ｙ）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。
【００３７】
（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】
【００３８】
【図１】本発明のＭＯＶＰＥ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、従来技術と対比して表した図である。
【図３】最適条件の根拠を表す、噴出すガス速度と異物数の関係を表す図である。
【図４】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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