JP2596713B2 - 蒸気相トリメチルインジウムを提供する方法 - Google Patents

蒸気相トリメチルインジウムを提供する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、金属有機化学蒸着(MOCVD)のよ
うな、エピタキシャル成長法用の蒸気相トリメチルイン
ジウムの均一な線量測定を提供する方法に関する。
【0002】MOCVD もしくは他のエピタキシャル付着法
用に最も一般的に用いられているインジウム化合物はト
リメチルインジウムである。インジウム源としてトリメ
チルインジウムを用いるエピタキシャル成長により製造
される材料は、例えばInP、InGaAs、InGa
AlP、InGaAsP、InGaAs/GaAs/A
lGaAs、InAs、InSb及びInAsBiを含
む。
【0003】インジウム源としてのトリメチルインジウ
ムの公知の固有の欠点は、それが室温において固体であ
るという点である。有機金属蒸気の液体源が固体源より
も好ましい。それは、単にキャリヤーガスを液体に一定
の速度で吹き込むことにより有機金属蒸気の実質的に一
定の部分圧を有する気体流が得られるからである。一
方、固体では、有機金属源が気化すると表面積が絶えず
変化する。さらに、トリメチルインジウムのような固体
は気体通路の表面において再凝縮する傾向にあり、さら
に有機金属化合物の均一な部分圧を提供することがより
困難になる。
【0004】固体であるトリメチルインジウムは、C2
〜C5 アルキルインジウムが室温において液体であるよ
うに、他のトリアルキルインジウムと比べ変則的であ
る。これはトリメチルインジウムが室温において三量体
として存在する結果であり、一方他のトリアルキルイン
ジウムは単量体である。しかしながら、エピタキシャル
成長用に十分高い蒸気圧を与える観点から、比較的高い
蒸気圧を有するトリメチルインジウムが好ましい。
【0005】トリメチルインジウムを用いる場合の不均
一な質量流量による複雑化を排除するため多くの試みが
なされてきた。そのあるものは、バブラーによるキャリ
ヤーガスの逆流、テフロンビーズのような不活性材料中
へのトリメチルインジウムの充填、2つ以上連結したト
リメチルインジウムバブラーの使用、及びトリメチルイ
ンジウムが高沸点アミンもしくは高沸点炭化水素に溶解
及び/又は懸濁した「溶液トリメチルインジウム」を含
む。
【0006】トリメチルインジウムが固体相に残ってい
るこれらの試みは、不均一な質量流量を減少させるが排
除しない。
【0007】トリメチルインジウムはアミンに溶解する
が、その溶解度は低く、通常約20%であり、多量のトリ
メチルインジウム源が必要である。トリメチルインジウ
ムとのアミン錯体は有利には三量体を分割するが、トリ
メチルインジウムを結合する。エピタキシャル成長は高
蒸気圧不純物が最小であることが必要であるため、高純
度、特に揮発性不純物に関して高純度のアミン溶媒が用
いられる。それにも係わらず、不純物が存在すると、ト
リメチルインジウムと反応し、新規な、より揮発性の高
い不純物が形成する。また、さらに沸点の高いアミンが
気体流中にある程度混入され、製造される材料中に窒素
を導入する。
【0008】高沸点炭化水素は窒素の問題を回避する。
しかしながら、トリメチルインジウムはアミンよりも炭
化水素への溶解性が低く、トリメチルインジウムは炭化
水素溶媒に溶解するのではなくむしろ分散する。炭化水
素は三量体を分割しないので、気体通路でのトリメチル
インジウムの付着の問題が残っている。また、アミンに
よる場合と同様に、不純物がトリメチルインジウムと反
応し、揮発性不純物を形成する可能性がある。
【0009】米国特許第 4,720,560号は、2モルのトリ
メチルインジウムを1モルのトリエチルインジウムと混
合し、下式に示すような可逆反応によりエチルジメチル
インジウムを製造することによりこの問題を解決してい
る。 2Me3 In + Et3 In → 3EtMe2 In この方法における望ましいインジウム源はトリメチルイ
ンジウムではなくエチルジメチルインジウムである。平
衡は温度に依存し、低温ではこの平衡は右にシフトす
る。従って、混合物を室温以下の温度、例えば約10℃に
保ことが好ましい。そのような低温は、結晶成長に高蒸
気圧が必要である場合に欠点である。温度を高めると、
上記平衡は左にシフトし、エチルジメチルインジウムは
減少する。
【0010】本発明により、インジウムの液体源は、C
3 〜C5 トリアルキルインジウム又はC3 〜C5 トリア
ルキルインジウムの混合物に溶解されたトリメチルイン
ジウムを含む。この源に吹き込まれた水素もしくはヘリ
ウムのような気体は、単量体形状でトリメチルインジウ
ムを取り出す。
【0011】トリメチルインジウムは、C3 〜C5 トリ
アルキルインジウムのような高沸点トリアルキルインジ
ウムに対する溶解度が高い。トリメチルインジウム/ト
リエチルインジウム系と同様に、トリメチルインジウム
がトリアルキルインジウムに混入された際に可逆反応が
起きる。 Me3 In + (C3 〜C5 アルキル)3In → Mex (C3 〜C5 アルキル) (3-x) In (式中、x=1もしくは2) 従って、2モル以下のトリメチルインジウムを1モルの
3 〜C5 トリアルキルインジウムに溶解することがで
きる。例えば、320gのトリメチルインジウムを286gのト
リブチルインジウムに溶解する。
【0012】トリプロピルインジウムは溶媒として用い
てもよいが、トリn-ブチルインジウム(b.p.85〜86℃/
0.1mmHg)のようなブチルインジウム、及びトリイソブチ
ルインジウム(b.p.71〜72℃/0.05mmHg)(又はこれら
の異性体トリブチルインジウムの混合物)がその高い沸
点のため好ましい。溶媒は好ましくは高純度であり、例
えば99.999%の純度である。アミンもしくは炭化水素と
比べ、トリメチルインジウム用の溶媒としてのトリアル
キルインジウムの利点は、アミンもしくは炭化水素の場
合トリメチルインジウムと反応し揮発性不純物を形成す
る少量の不純物がすでにトリアルキルインジウムと反応
し、精製肯定において除去される不揮発性不純物もしく
は揮発性不純物を形成することである。また、材料に窒
素を導入するアミンとは異なり、トリアルキルインジウ
ムはトリメチルインジウムに存在するものの他に元素を
導入しない。アミン溶媒と同様に、トリアルキルインジ
ウム溶媒は三量体トリメチルインジウムを気化される形
状である単量体形状に分割する。
【0013】米国特許第 4,720,560号に記載されている
トリメチルインジウム/トリエチルインジウム系とは異
なり、本質的に唯一の揮発性成分はトリメチルインジウ
ムである。また、高温において、トリメチルインジウム
の高上記圧が達成されると、平衡は左にシフトし、キャ
リヤーガスにより取り出されるトリメチルインジウムの
量が増す。結果として、バブラーは高温に維持され、17
〜40℃がバブラーの典型的温度である。反応の平衡によ
って定期的に補充される単一の揮発物が存在するため、
キャリヤーガスによって取り出されるトリメチルインジ
ウムの量は、トリメチルインジウムが消耗するまで一定
である。トリメチルインジウムが消耗すると、急激な低
下が起こる。トリメチルインジウムの質量流量が一定で
あるトリメチルインジウム濃度範囲に入れることによ
り、より均一なエピタキシャル成長が達成されるであろ
う。
【0014】トリメチルインジウムのほとんど一定の質
量流量を与えるため、トリメチルインジウムの飽和もし
くはほぼ飽和溶液を最初に提供することが有利である。
【0015】好適なキャリヤーガスは、トリメチルイン
ジウムもしくはトリアルキルインジウム溶媒と反応しな
いものである。水素が好ましいキャリヤーガスである
が、他の気体、例えばヘリウムもしくはアルゴンも用い
てよい。
【0016】実施例 本発明を説明するため、以下の実験を行った。窒素を充
填したグローブボックス内で、18g のトリメチルインジ
ウム(0.11 モル)をステンレススチールバブラー内の15
g のトリn-ブチルインジウム(0.05 モル)に溶解した。
無色透明の溶液が得られ、これはNMRによりBuMe
2 Inの組成を示した。トリメチルインジウム(TM
I)のさらなる溶解は、沈降し始めるため不可能であっ
た。この溶液の密度は室温において約2g/mLであった。
【0017】この溶液の流れ挙動を調べるために用いた
装置を図1に示す。Bu3 In/Me3 In溶液を含む
ステンレススチール(SS)バブラー(源)10の入口
9はライン12を介して質量流量調節機16を通り半導
体グレードN2 のタンク14に接続されている。バブラ
ー10の出口17はライン18を介し、他のステンレス
スチールバブラー(受容器)20の出口19に接続され
ている。第二のバブラー20はこの実験において通常と
は逆の配列で用いられ、バブラー10の出口17からバ
ブラー20の出口19へ流れる。受容器バブラー20は
−15〜−20℃に保たれたこいる冷却器22により冷
却される。この受容器の入口24はライン26を介して
ドライアイス冷却されたトラップ28に接続され、受容
器20からの蒸気を凝縮する。このトラップ28はライ
ン29を介してN2 ガスのバイパスを維持する鉱油バブ
ラー30に接続されている。
【0018】この装置の他の特徴は、窒素バブラー10
の入口バルブ34aの間の空間を排気するために用いら
れるライン12内の3方バルブ、ラインを組み立てるた
めのバルブ34a、34b、34c、34d、34e、
並びに接続終了後に受容器バルブ34eまでの空間及び
トラップ30を排気するためライン29に接続された真
空を含む。
【0019】源バブラー10は約20℃に維持され、キ
ャリヤーガスが500 SCCMの速度で通される。そのような
速い流速は比較的短時間でバブラー10のないようぶつ
を消費するため選ばれる。TMInによるキャリヤーガ
スの飽和は約40%であることが観察された。これはた
ぶん速い流速及びいくらか遅い源温度のためである。キ
ャリヤーガスの飽和は、流速を低下させそして源温度を
30〜40℃に高めることにより80%以上まで容易に
高めることができる。
【0020】運ばれるトリメチルインジウムの量は源バ
ブラー内の重量損失によりモニターされる。NMRスペ
クトルが定期的に得られ、源バブラー及び受容器バブラ
ー内の物質を同定する。このデータは、トリメチルイン
ジウムのみが運ばれることを示した。このことは源バブ
ラー内のメチルピークが徐々に低下することより確認さ
れた。受容器は白色固体トリメチルインジウムを含んで
おり、これはそのNMRにより確認された。
【0021】トリメチルインジウムの線量測定を図2に
示す。TMInの輸送が徐々に低下しながら110 時間ま
で直線の関係が続いた。この実験において、15g のTM
Inのうち約13g がとても均一に輸送され、これはTM
Inの最初の量の85%に相当する。TMInの輸送は
この段階では低下せず、不安定な輸送挙動を示さなかっ
た。NMRスペクトルは最初の混合物よりも80%以上
TMInが少ないn−Bu3 Inに富んだ溶液を示し
た。このデータはTMInが一定時間の間一定の速度で
輸送されることを示している。さらに、この均一な輸送
はこの溶液にTMInをさらに懸濁することにより高め
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において気化されたトリメチルインジウ
ムを輸送するために用いられる装置の線図である。
【図2】輸送時間に対する輸送されたトリメチルインジ
ウムの量を示すグラフである。
【符号の説明】
10…源バブラー 14…窒素タンク 16…質量流量調節機 20…受容器バブラー 28…トラップ 30…鉱油バブラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベンジャミン シー.フイ アメリカ合衆国,マサチューセッツ 01960,ピーボディ,キャッスル サー クル 25 (56)参考文献 特開 平2−153898(JP,A) 特表 平6−509389(JP,A)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トリメチルインジウムをC3 〜C5 トリ
    アルキルインジウム溶媒に溶解し、溶液を調製するこ
    と、及び前記溶液からキャリヤーガスによりトリメチル
    インジウムを取り出すことを含む、蒸気相トリメチルイ
    ンジウムを提供する方法。
  2. 【請求項2】 前記溶媒がトリn-ブチルインジウム、ト
    リイソブチルインジウム及びこれらの混合物からなる群
    より選ばれる、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記トリメチルインジウムが前記溶媒に
    対し少なくとも0.05のモル比で溶解される、請求項1記
    載の方法。
  4. 【請求項4】 C3 〜C5 トリアルキルインジウム溶媒
    及びこの溶媒に溶解したトリメチルインジウムを含む溶
    液。
  5. 【請求項5】 前記トリメチルインジウムが前記溶媒に
    対し少なくとも0.05のモル比で溶解されている、請求項
    4記載の溶液。
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