(57)【要約】【課題】半導体結晶製造装置の構造上避けられない反応炉への窒素の混入を踏まえた上で、結晶成長中の反応炉内を高純度化する。【解決手段】不純物で汚染された反応炉２内を、窒素中の不純物である酸素や水分を蒸発しうる温度である成長温度１０００℃程度まで昇温し、その温度を５分間維持して反応炉２内を焼き出し、その後に半導体結晶の成長を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物で汚染された反応炉内を、窒素中の不純物である酸素や水分を蒸発しうる温度まで昇温し、その温度を所定時間維持して反応炉内を焼き出し、その後に所定の成長温度で半導体結晶の成長を行うことを特徴とする半導体成長方法。
【請求項２】
窒素雰囲気中で基板をセットし、窒素雰囲気中で基板を反応炉へ移し、反応炉を水素置換した後、反応炉を所望する半導体結晶の成長温度まで昇温して半導体結晶の成長を行う方法において、
上記反応炉内を所望する半導体結晶の成長温度又はその前後の温度まで昇温した後、その温度を少なくとも５分間維持して反応炉内を焼き出し、その後に半導体結晶の成長を行うことを特徴とする半導体成長方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体成長方法において、
上記結晶成長の方法がＭＯＶＰＥ法であることを特徴とする半導体成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応炉内の純度を低下させることなく、半導体結晶を成長することができる半導体成長方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に化合物半導体の薄膜結晶を結晶基板上に気相エピタキシャル成長させるには、例えばＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）装置では反応炉内で、加熱状態にある結晶基板に、キャリアガスで希釈された複数の原料ガスを送り込み、これらの原料ガスを結晶基板上で熱分解させることによって行われる。成長を続けていくと、反応管内壁に基板上の結晶成長に寄与しなかった原料がポリ状結晶となり堆積する。このポリ状結晶が再加熱されることにより不純物が発生し、発生量によっては結晶内に取り込まれ純度を下げてしまう。
【０００３】
基板が大口径化し、一度に成長する基板が多数枚化するほど装置は大型化し、装置内壁に蓄積するデポジット総量も増え、そこから発生する不純物も増えることになり、反応管外部からの混入は大きな問題となる。
【０００４】
そこで、反応管外部で発生した不純物が内部へ混入することを抑止するため、治具の隙間（例えば均熱板とサセプタ間の間隙）を狭めることにより、高純度な結晶成長を実現する工夫などがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
一方、従来の半導体結晶製造装置は、図２に示すように、グローブボックス１と反応炉２がシャッター３を介して直結している。そのため、従来技術の製造方法において、結晶成長は高純度の水素雰囲気中で行い、反応炉２とグローブボックス１間のシャッター３を開けるときは、安全を確保するために、反応炉２を窒素雰囲気にしている。
【０００６】
かかる従来技術の製造方法を表１に示す。
【０００７】
まず、窒素雰囲気中のグローブボックス１で基板をトレーにセットし（ステップＳ１１）、シャッター３を開けて、そのトレーをグローブボックス１から反応炉２へ搬送する。すなわち、窒素雰囲気中で基板を反応炉２へ移す（ステップＳ１２）。そして、反応炉２を水素で置換した後（ステップＳ１３）、反応炉２を所望する半導体結晶の成長温度、例えば１０００℃まで昇温し（ステップＳ１４）、半導体結晶の成長を行う（ステップＳ１５）。
【０００８】
所定の半導体結晶の成長を終えたならば、反応炉２を例えば５０℃まで降温し（ステップＳ１６）、反応炉２を窒素で置換した後（ステップＳ１７）、シャッター３を開けて、トレーを反応炉２からグローブボックス１へ搬送する。すなわち、窒素雰囲気中で基板をグローブボックスへ移す（ステップＳ１８）。そして、窒素雰囲気中のグローブボックス１でトレーから基板を取り出す（ステップＳ１９）。
【表１】
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【特許文献１】特開２００１−６８４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図２及び表１に示した従来の成長方法では、背景技術で記述した通り反応炉に窒素が入ってしまい、窒素に含まれる不純物（酸素、水分）で反応炉の純度が汚染されてしまう。
【００１０】
そのため、不純物の混入に対してシビアな半導体レーザ用エピタキシャルウェハを成長することは不可能であった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、半導体結晶製造装置の構造上避けられない反応炉への窒素の混入を踏まえた上で、結晶成長中の反応炉内を高純度化する半導体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】
【００１２】
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。
【００１３】
請求項１の発明に係る半導体成長方法は、不純物で汚染された反応炉内を、窒素中の不純物である酸素や水分を蒸発しうる温度まで昇温し、その温度を所定時間維持して反応炉内を焼き出し、その後に所定の成長温度で半導体結晶の成長を行うことを特徴とする。
【００１４】
ここで、窒素中の不純物である酸素や水分を蒸発しうる温度とは、代表的には半導体結晶の成長温度、例えば１０００℃程度であるが、必ずしも成長温度である必要はなく、その前後の温度であればよい。また窒素中の不純物である酸素や水分を蒸発しうる温度を維持する所定の時間は、半導体結晶の成長温度（成長中の基板温度）が１０００℃程度の場合、少なくとも５分間である。
【００１５】
請求項２の発明に係る半導体成長方法は、窒素雰囲気中で基板をセットし、窒素雰囲気中で基板を反応炉へ移し、反応炉を水素置換した後、反応炉を所望する半導体結晶の成長温度まで昇温して半導体結晶の成長を行う方法において、上記反応炉内を所望する半導体結晶の成長温度又はその前後の温度まで昇温した後、その温度を少なくとも５分間維持して反応炉内を焼き出し、その後に半導体結晶の成長を行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の半導体成長方法において、上記結晶成長の方法がＭＯＶＰＥ法であることを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、結晶成長中の反応炉を高純度化するため、表２に示したように昇温後〜結晶成長の間で高純度化処理のステップを追加したことである。この高純度化処理というのは、成長温度又はその前後の温度で反応炉内を焼き出し、不純物を蒸発させることである。
【００１８】
代表的には、不純物で汚染された反応炉内を所望する半導体結晶の成長温度、例えば１０００℃程度まで昇温し、その温度を少なくとも５分間維持して反応炉内を焼き出す。これにより、結晶中の酸素の含有濃度と水分の含有濃度を減らすことができる。
【００１９】
従って、本発明によれば、半導体結晶製造装置の構造上避けられない反応炉への窒素の混入、ひいてはこれに含まれる不純物（酸素、水分）により反応炉の純度が汚染されるということを前提とした上で、結晶成長中の反応炉内を高純度化し、不純物の混入に対してシビアな半導体レーザ用エピタキシャルウェハ等を成長することができる。
【００２０】
本発明において、高純度化処理の時間は、実験例の結果から高純度化の効果が現れる最小の時間が５分であることから、少なくとも５分間とした。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、不純物で汚染された反応炉内を、窒素中の不純物である酸素や水分を蒸発しうる温度、例えば所望する半導体結晶の成長温度である１０００℃程度又はその前後の温度まで昇温し、その温度を少なくとも５分間維持して反応炉内を焼き出すので、これにより結晶中の酸素含有濃度、水分含有濃度を減らすことができる。従って、本発明によれば、結晶成長中の反応炉内を高純度化し、不純物の混入に対してシビアな半導体レーザ用エピタキシャルウェハ等を成長することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２３】
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製造方法を、図１及び表２に示す。ここでは図２のグローブボックス１と反応炉２の関係を前提とする。グローブボックス１はグローブがついているボックスであり、中は窒素雰囲気になっており、グローブに手を入れて作業する。
【００２４】
図１及び表２において、まず、窒素雰囲気中のグローブボックス１で基板をトレーにセットし（ステップＳ１）、シャッター３を開けて、そのトレーをグローブボックス１から反応炉２へ搬送する。すなわち、窒素雰囲気中で基板を反応炉２へ移す（ステップＳ２）。そして、反応炉２を水素で置換した後（ステップＳ３）、反応炉２を、所望する半導体結晶（ここではＡｌＧａＡｓ）の成長温度の１０００℃まで昇温する（ステップＳ４）。
【００２５】
次に、半導体結晶ＡｌＧａＡｓの成長に先立ち、反応炉２の高純度化処理を行う（ステップＳ５）。すなわち、成長温度の１０００℃で反応炉内を焼き出し、これにより窒素に含まれていた不純物（酸素、水分）を蒸発させる。
【００２６】
上記反応炉２の高純度化処理を行った後、所定の成長温度（成長中の基板温度）１０００℃で、半導体原料ガスとしてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＡｓＨ3（アルシン）を流し、基板上に半導体結晶ＡｌＧａＡｓの成長を行う（ステップＳ６）。
【００２７】
所定の半導体結晶ＡｌＧａＡｓの成長を終えたならば、反応炉２を例えば５０℃まで降温し（ステップＳ７）、反応炉２を窒素で置換した後（ステップＳ８）、シャッター３を開けて、トレーを反応炉２からグローブボックス１へ搬送する。すなわち、窒素雰囲気中で基板をグローブボックスへ移す（ステップＳ９）。そして、窒素雰囲気中のグローブボックス１でトレーから基板を取り出す（ステップＳ１０）。
【表２】
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次に、高純度化処理の適正な処理時間について検討した。
【００２８】
先ず、上述した表２の半導体結晶の製造方法で、表３に示した４つの条件の下でＡｌＧａＡｓの結晶を成長した。この４つの試作例の条件１〜条件４は、高純度化処理時間のみ１分、５分、１５分、６０分と変更し、他はすべて同じ条件とした。すなわち、結晶成長時の基板温度１０００℃、反応炉内圧力７０Ｔｏｒｒとし、原料としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を実流量２３ｃｃｍ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を実流量４４ｃｃｍ、ＡｓＨ3（アルシン）を実流量１０００ｃｃｍで流し、ＡｌＧａＡｓ結晶成膜２０００nmを成長した。
【表３】
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次に、これらの４つの試作例の結晶中に含有する不純物（酸素、水分）の濃度を調べた。この調査結果のグラフを図３に示す。
【００２９】
図３から分かるように、高純度化処理のステップを５分以上設ければ、結晶中に含まれる酸素含有濃度及び水分含有濃度を飛躍的に減らせることが分かった。つまり、高純度化処理を少なくとも５分間行うと効果が出る（結晶中の不純物濃度を減らせる）ことが分かった。また、高純度化処理の時間の最適条件は、上記の検討結果から、高純度化の効果が現れる最小の時間である５分が最適であることも分かった。
【００３０】
上記実施形態では、高純度化処理の温度を成長温度としたが、高純度化処理の温度は、必ずしも成長温度に限られるものではなく、焼き出しが可能な温度であれば、成長温度の前後の温度で任意に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の半導体成長方法を示した工程図である。
【図２】反応炉とグローブボックスとの配置関係を示した概略図である。
【図３】本発明における高純度化処理時間と、窒素中の酸素、水素含有濃度の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  グローブボックス
２  反応炉
３  シャッター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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