JP2601712B2 - 混晶を製造する材料節約式方法 - Google Patents

混晶を製造する材料節約式方法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、混晶の少なくとも1成分を源から水素化合
物及び塩素化合物含有気相に変換し、別の1種又は複数
種の混晶成分と混合し、基板へと輸送して基板上に堆積
させる、混晶特にIII−V化合物半導体を製造する材料
節約式方法に関する。
先行技術 請求の範囲1の前提部分に記載した方法はTietjenプ
ロセスとも呼ばれ、特に蒸着した混晶膜の品質及び均一
性に格別厳しい条件が要求されるとき適用される。
過去にはかかる方法は特にGaAs、InGaAs、InP膜等のI
II−V化合物半導体の製造に、たがまたII−VI族混晶の
製造にも適用された。その際普通反応管内の全圧は100
乃至1000mbarに設定され、代表的には1μm/h乃至最高3
0μm/hの成長率が達成された。全圧と膜成長率との間に
はエピタキシャルの方から知られている依存関係が生
じ、つまり圧力減少に伴なって成長率が単調に低下す
る。
分圧を約1000mbar以上に高めると成長速度が本質的に
高まることはないが、しかし製造した膜の品質が劣化す
る。
発明の説明 本発明は、請求の範囲1の前提部分に記載した方法を
改良し、経済的製造を可能とする大きな成長率で、引続
き良好な品質を有する均一な混晶を製造できるようにす
ることを課題とする。
この課題の本発明による解決法がその諸展開と共に請
求の範囲に明示してある。
請求の範囲1の前提部分に記載した方法では意外なこ
とに反応管内の全圧を、従来一般に全圧下限値とされて
きたものよりかなり低い値に低減することにより、類概
念に記載した方法で従来達成可能であった値の10乗以上
の値に至るまでの広い範囲にわたって変更可能な成長率
が得られる。
しかし格別意外なのは、恐らく別の熱力学的、熱速度
的挙動に基いて、全圧の低下に伴なって成長率が上昇す
ることである。代表的には、全圧を約80mbar乃至約1mba
r間で変えることにより成長率は約1μm/h乃至約500μm
/h間で変えることができる。
本発明方法の利点は混晶、例えばIII−V族半導体混
晶の経済的製造を可能とする高い成長率を達成できるこ
とだけではない。本発明方法は薄膜の製造に適している
だけでなく、この薄膜を蒸着する基板の製造にも適して
いる。従って基板の製造が機械加工なしに可能となるの
で、InGaAs等のごく敏感な系も本発明方法で経済的に製
造することができる。
更に、本発明方法で得られる膜はきわめて均一であ
り、電気的・光学的性質に優れている。優れた形態学的
性質、特に鏡面が得られる。
更に本発明方法は収率が高く、ガス特に有害ガスの使
用量を本質的に減らすことができる。これにより膜製造
時安全性が高まり、同時に経費が一層低減する。
本発明方法では、既に述べたように、全圧を約20乗変
更することにより成長率を約30乗変更することができ
る。本発明方法では更に全圧を本発明に係る範囲内で一
定に保って別のパラメータを変えることによりやはり広
い範囲にわたって成長率を変更することができる。これ
により成長率のごく正確な調整が可能となるので、この
点は実際上極めて重要である。
その例が請求の範囲2,4に明示してある。
本発明により例えばHCl分圧は約5・10-6乃至約5・1
0-3bar間で変更することができる。これにより成長速度
は全圧一定のとき10倍以上変更することができる(請求
の範囲2)。
請求の範囲1の前提部分に記載した方法では、請求の
範囲3に明示したように1種又は複数種のV族元素がし
ばしば水素化合物として供給される。
請求の範囲4に明示したようにこの場合水素化合物と
して依存するV族元素の分圧は約10-4乃至10-2bar間で
変更することができ、これにより20乗以上の成長速度の
変更が得られる。
本発明方法はIII−V族混晶の製造に適し、II−VI族
混晶の製造にも適している。
III−V族混晶の場合、源から反応する単数又は複数
の成分が1種成分又は複数種のIII族元素であるのが好
ましい。
V族元素としてガリウム(請求の範囲6)を使用する
場合、源の温度は代表的には600乃至750℃とすることが
できる。
しかし格別意外なのは、本発明プロセス操作ではキャ
リヤガスとして水素(H2)に代え窒素(N2)又は貴ガス
(ヘリウム、アルゴン)も使用することができる。その
原因は、本発明プロセス操作により、析出過程に影響す
る化学反応が変化し、エピタキシャル成長の間水素に代
え別のガスが使用できるようになることにある。
これにより生産プロセスに使用するうえで基本的利点
が数多く得られる。
キャリヤガスとしての水素を省くことにより酸水素反
応がもはや起き得なくなり、その結果系の安全性が数乗
高まりまた特にプロセス操作が爆発性ではなくなる。
高純度水素は窒素より本質的に高いので、水素に代え
N2を使用することでキャリヤガス(ガス消費量の99%)
の消費を極端に減らすことができる。
形態学的性質、つまり鏡面をそのまま良好に維持し、
例えばGaAsの製造において成長率はキャリヤガスとして
窒素を使用すると水素使用の場合より約10%高くなる。
同時に不純物の発生がほぼ10乗低下し、背景ドーピング
が1013cm-3程度となり、電荷担体の移動度が適宜に上昇
する。
図面の簡単な説明 以下図面を参照に本発明の1実施例を詳しく説明す
る。
第1図は本発明方法を実施する反応管。第2図は成長
率と全圧との関係。
第3図は成長率とHCl分圧との関係。
第4図は成長率とAsH3分圧との関係。
実施例の説明 以下、一般的発明思想を制限することなくGaAs膜の製
造を例に本発明方法を説明する。
第1図は本発明方法を実施する反応管1を概略示す。
反応管1内にガリウム源2と基板3が配置してある。更
にAsH3、HCl、キャリヤガスとしてH2又はN2そして添加
ガスとしてH2Sを配量して送入するための概略図示した
送入管が設けてある。本発明方法は特殊な配量に依存し
ておらず、以下の記載は単なる1例と理解すべきである
ことをはっきり指摘しておく。
類似の結果は例えば添加ガスとしてジェチル亜鉛を使
用するときにも得られよう。
個々の要素の配置に応じて反応管1は周知の如く温度
TSの源帯域Qと温度TDの基板帯域Sを有する。この帯域
内の個々のガス流を第1図からごく大まかに読取ること
ができる。
第2図は、成長率r[μm/h]を全圧Ptot[Pa(105pa
=1bar)]の関数として示し、パラメータの選択は 源の温度TS=973K 基板の温度TD=973K 分圧PHCl=100Pa 分圧PASH3=200Paである。
第2図からわかるように、従来一般的な全圧Ptot10
0mbar(=104Pa)では成長率rが圧力上昇に伴なって低
下する。全体として、圧力が10乗上昇すると成長速度も
10乗高まる。
約100mbarのとき成長速度は1乃至2μm/hであり、特
に工業的に使用するにはきわめて小さい値である。それ
故過去には約100mbar以下の全圧は考慮に入れられてい
ない。
しかし本発明により100mbar以下の圧力でも意外なこ
とに成長速度が負の圧力係数で再び急激に上昇すること
が認められた。100mbar以下の圧力で初めて成長率rは
飽和値に移行し、これは圧力が約1bar程度のときの最高
成長率より代表的には約10乗高い。
本発明によれば成長率又は成長速度rは、全圧の変更
によってだけでなく、本発明により選定した範囲内で全
圧を一定させ分圧を変更することによっても広い範囲に
わたって変更することができる。
第3,4図がその例を示す。両方の例において以下のパ
ラメータは共通する。
TD=973K、TS=973K、Ptot=10mbar 第3図に示した例では成長率rがHCl分圧の関数、第
4図に示した例ではAsH3分圧の関数として記入してあ
る。両図には更にAsH3の体積流範囲Q[ml/min]とその
都度一定に保った分圧が挙げてある。
第3,4図からわかるように、本発明によれば全圧をご
く小さな例えば10mbarで一定させ且つ温度を一定させた
場合でも成長率rは約30乗の範囲にわたって変更するこ
とができる。例えば上掲パラメータのとき以下の値が得
られる。
PHCl PASH3 成長率 10-5bar 0.275・10-3bar 1.6μm/h 10-3bar 2.0 ・10-3bar 277μm/h この数値はキャリアガスとして水素(H2)を使用した
場合のものである。キャリアガスとして窒素N2を使用す
ることにより、特にGaAsを製造する場合成長率を更に約
10%高めることができる。同時に不純物の発生がほぼ10
乗減少し、従って達成可能な背景ドーピングは1013cm-3
程度である。それに応じて電荷担体の移動度が上昇す
る。
ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスをキャリアガスと
して使用する場合にも同様の結果を達成することができ
る。
以上実施例に基づき、一般的発明思想を制限すること
なく本発明を説明したが、その枠内で各種の変形態様も
勿論可能である。
本発明により処理する際の全圧は、従来の圧力範囲で
処理した場合2μm/h未満の成長率が得られたような値
より少なくとも2乃至3乗低い。この値はGaAsの場合約
100mbarであり、その他の膜系では当然異なることがあ
る。更に、III−V化合物半導体だけでなくII−VI族混
晶も製造することができる。更に、本発明方法でもって
二成分混晶の外、三成分混晶又は四成分混晶も蒸着する
ことができる。
いずれにしても本発明方法により得られる膜は品質に
優れ、付加的利点として、膜又は膜系の厚さが多種多様
である部品を工業的に作製する場合大きな設備費を必要
とすることなく成長率を容易に調整することができる。
更に本発明方法は効率がきわめて高く、これに応じて材
料使用量が減少する。成長速度が高いので薄膜の製造だ
けでなく基板の製造も可能となり、本発明方法は複雑な
膜及び基板系の製造にも適している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バルク ピーター ドイツ連邦共和国 5100 アーヘン ポ ンムロッター ヴェック 43 (56)参考文献 特開 昭56−98823(JP,A) 仏国特許公開2501908(FR,A)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反応管内で混晶の少なくとも1成分を源か
    ら水素・塩素化合物とキャリヤガスとを含有する気相に
    変換し、別の1種又は複数種の混晶成分と混合し、基板
    へと輸送して基板上に沈殿させる、混晶特にIII−V化
    合物半導体を製造する方法において、成長率を約1μm/
    h乃至約500μm/h間で変更するため全圧を約80mbar乃至
    約1mbar間で変更することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】請求の範囲1記載の方法において、HCl分
    圧を約5・10-6bar乃至約5・10-3bar間で変更すること
    を特徴とする方法。
  3. 【請求項3】請求の範囲1又は2記載の方法において、
    水素化合物として1種又は複数種のV族元素を添加する
    ことを特徴とする方法。
  4. 【請求項4】請求の範囲1乃至3のいずれか1項記載の
    方法において、水素化合物として依存するV族元素の分
    圧を約10-4bar乃至10-2bar間で変更することを特徴とす
    る方法。
  5. 【請求項5】請求の範囲1乃至4のいずれか1項記載の
    方法において、源から蒸発させる成分がIII族元素であ
    ることを特徴とする方法。
  6. 【請求項6】請求の範囲5記載の方法において、元素が
    ガリウムであることを特徴する方法。
  7. 【請求項7】請求の範囲1乃至6のいずれか1項記載の
    方法において、源の温度が約700℃であることを特徴と
    する方法。
  8. 【請求項8】請求の範囲1乃至7のいずれか1項記載の
    方法において、キャリヤガスがN2であることを特徴とす
    る方法。
JP63505417A 1987-06-30 1988-06-30 混晶を製造する材料節約式方法 Expired - Lifetime JP2601712B2 (ja)

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FR2501908B2 (fr) * 1981-03-11 1990-08-17 Labo Electronique Physique Croissance epitaxiale acceleree en phase vapeur, sous pression reduite

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ATE80498T1 (de) 1992-09-15
WO1989000335A1 (en) 1989-01-12
EP0324812B1 (de) 1992-09-09
DE3874513D1 (de) 1992-10-15
EP0324812A1 (de) 1989-07-26
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