JP2700210B2 - 化合物半導体の気相エピタキシャル成長法 - Google Patents
化合物半導体の気相エピタキシャル成長法Info
- Publication number
- JP2700210B2 JP2700210B2 JP2086489A JP2086489A JP2700210B2 JP 2700210 B2 JP2700210 B2 JP 2700210B2 JP 2086489 A JP2086489 A JP 2086489A JP 2086489 A JP2086489 A JP 2086489A JP 2700210 B2 JP2700210 B2 JP 2700210B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vapor phase
- reaction tube
- group
- vapor
- growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、AlGaAs,AlGaInP等のIII−Ｖ族化合物半導
体の気相エピタキシャル成長法、特に、ウォームウォー
ル法に関する。
体の気相エピタキシャル成長法、特に、ウォームウォー
ル法に関する。
（従来の技術） GaAs,InP,AlGaAs等のIII−Ｖ族化合物半導体の気相エ
ピタキシャル成長法としては、ハロゲン輸送法と有機金
属気相成長法がある。
ピタキシャル成長法としては、ハロゲン輸送法と有機金
属気相成長法がある。
前者は、ホットウォール法と呼ばれ反応系全体を結晶
成長に必要な高温に保ち、熱平衡に近い状態で気相成長
を行う方法である。ホットウォール法は、反応管壁も反
応温度に加熱されるために、石英製の反応管を用いてAl
化合物半導体を気相成長させるときには、石英とAl化合
物が反応し、気相成長を困難にする。
成長に必要な高温に保ち、熱平衡に近い状態で気相成長
を行う方法である。ホットウォール法は、反応管壁も反
応温度に加熱されるために、石英製の反応管を用いてAl
化合物半導体を気相成長させるときには、石英とAl化合
物が反応し、気相成長を困難にする。
後者は、有機金属気相成長法（MOVPE法）は、Ga,In,A
l等のIII族元素をトリメチルガリウム、トリメチルイン
ジウム、トリメチルアルミニウム等の有機金属化合物と
して供給し、Ｖ族元素雰囲気中で熱分解してAlGaAs等の
化合物半導体を気相成長させるものである。この方法で
は、基板結晶表面で原料を熱分解させ、気相成長させる
もので、基板結晶表面のみ高温の成長温度に保持すれば
よく、反応管壁の温度は室温に保持される。それ故、こ
の方法はコールドウォール法と呼ばれる。Al化合物半導
体の唯一の気相成長法として広く研究されている。
l等のIII族元素をトリメチルガリウム、トリメチルイン
ジウム、トリメチルアルミニウム等の有機金属化合物と
して供給し、Ｖ族元素雰囲気中で熱分解してAlGaAs等の
化合物半導体を気相成長させるものである。この方法で
は、基板結晶表面で原料を熱分解させ、気相成長させる
もので、基板結晶表面のみ高温の成長温度に保持すれば
よく、反応管壁の温度は室温に保持される。それ故、こ
の方法はコールドウォール法と呼ばれる。Al化合物半導
体の唯一の気相成長法として広く研究されている。
（発明が解決しようとする課題） コールドウォール法では、成長領域でＶ族元素の蒸気
圧を保持するために、室温で気体のアルシン（AsH3）、
ホスフィン（PH3）等のＶ族元素化合物を供給する。し
かし、これらの化合物は、致死量が数ppmという猛毒ガ
スのため、僅かな漏洩や操作ミスが大きな事故を引き起
こす。それ故、気相成長装置には安全装置や排気ガス処
理装置の設置が必須となり、設備費が膨大となる。
圧を保持するために、室温で気体のアルシン（AsH3）、
ホスフィン（PH3）等のＶ族元素化合物を供給する。し
かし、これらの化合物は、致死量が数ppmという猛毒ガ
スのため、僅かな漏洩や操作ミスが大きな事故を引き起
こす。それ故、気相成長装置には安全装置や排気ガス処
理装置の設置が必須となり、設備費が膨大となる。
また、これらのガスは基板結晶表面付近で熱分解され
るが、Ｖ族元素金属の蒸気が室温の反応管壁に急速に吸
い取られ付着する。そのため基板結晶表面にＶ族元素金
属の所定の蒸気圧を確保するために多量のＶ族元素化合
物ガスを供給する必要がある。例えば、InP系化合物半
導体の気相成長ではIII族元素化合物の数百倍から千倍
のホスフィンを必要とする。
るが、Ｖ族元素金属の蒸気が室温の反応管壁に急速に吸
い取られ付着する。そのため基板結晶表面にＶ族元素金
属の所定の蒸気圧を確保するために多量のＶ族元素化合
物ガスを供給する必要がある。例えば、InP系化合物半
導体の気相成長ではIII族元素化合物の数百倍から千倍
のホスフィンを必要とする。
本発明は、上記の気相成長法の欠点を解消し、猛毒ガ
スを用いることなく、反応管壁への析出を防止してＶ族
元素金属の蒸気圧を確保することのできるIII−Ｖ族化
合物半導体の気相エピタキシャル成長法を提供しようと
するものである。
スを用いることなく、反応管壁への析出を防止してＶ族
元素金属の蒸気圧を確保することのできるIII−Ｖ族化
合物半導体の気相エピタキシャル成長法を提供しようと
するものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、III−Ｖ族化合物半導体を気相エピタキシ
ャル成長させる方法において、Ｖ族元素の出発原料とし
て三価のハロゲン化物又は元素金属の蒸気を用い、原料
と反応管材料との反応温度より低く、Ｖ族元素金属の蒸
気圧が気相成長に必要な圧力となるように反応管壁を加
熱し、基板結晶を反応管壁の温度より高い成長温度に加
熱することを特徴とする化合物半導体の気相エピタキシ
ャル成長法である。
ャル成長させる方法において、Ｖ族元素の出発原料とし
て三価のハロゲン化物又は元素金属の蒸気を用い、原料
と反応管材料との反応温度より低く、Ｖ族元素金属の蒸
気圧が気相成長に必要な圧力となるように反応管壁を加
熱し、基板結晶を反応管壁の温度より高い成長温度に加
熱することを特徴とする化合物半導体の気相エピタキシ
ャル成長法である。
成長温度は、成長対象に化合物により異なるが、およ
そ550〜750℃が好ましく、また、反応管壁の温度は、ひ
素系では400〜450℃、リン系では200〜250℃に制御する
ことが好ましい。石英製の反応管を用いてAl化合物半導
体を成長させるときには、Al化合物と石英の反応を実質
的に防止するために、反応管壁の温度を500℃以下に抑
えることが必要である。
そ550〜750℃が好ましく、また、反応管壁の温度は、ひ
素系では400〜450℃、リン系では200〜250℃に制御する
ことが好ましい。石英製の反応管を用いてAl化合物半導
体を成長させるときには、Al化合物と石英の反応を実質
的に防止するために、反応管壁の温度を500℃以下に抑
えることが必要である。
Ｖ族元素の供給方法としては、気相成長に先立って、
Ｖ族元素の三価のハロゲン化物を供給し、熱分解及び又
は水素還元によりＶ族元素金属蒸気を発生させ、該蒸気
を室温状態の反応管の上流に析出させ、所定量蓄えた
後、気相成長を行う方法と、反応管の外でＶ族元素金属
を加熱してその蒸気を反応管に供給しながら気相成長を
行う方法とがある。
Ｖ族元素の三価のハロゲン化物を供給し、熱分解及び又
は水素還元によりＶ族元素金属蒸気を発生させ、該蒸気
を室温状態の反応管の上流に析出させ、所定量蓄えた
後、気相成長を行う方法と、反応管の外でＶ族元素金属
を加熱してその蒸気を反応管に供給しながら気相成長を
行う方法とがある。
III族元素の出発原料としては、カーボンの汚染を防
止するために、三価のハロゲン化物を用いることが好ま
しい。しかし、有機金属化合物を使用することも可能で
ある。インジウムについては、ハロゲン化物の蒸気圧が
非常に低いので、トリメチルインジウムやトリエチルイ
ンジウムなどの有機金属化合物を使用する。
止するために、三価のハロゲン化物を用いることが好ま
しい。しかし、有機金属化合物を使用することも可能で
ある。インジウムについては、ハロゲン化物の蒸気圧が
非常に低いので、トリメチルインジウムやトリエチルイ
ンジウムなどの有機金属化合物を使用する。
（作用） 第１図及び第２図は、本発明を実施するための気相成
長装置の説明図である。
長装置の説明図である。
第１図は、AlGaAsの気相エピタキシャル成長法の１例
を説明するためのもので、反応管の中央に基板結晶を置
き、気相成長に先立って、Ｖ族元素原料のAsCl3液に水
素ガスを吹き込んで熱分解領域に送り、ひ素蒸気を発生
させ、反応管内の析出領域に該ひ素を析出させて一定量
蓄える。
を説明するためのもので、反応管の中央に基板結晶を置
き、気相成長に先立って、Ｖ族元素原料のAsCl3液に水
素ガスを吹き込んで熱分解領域に送り、ひ素蒸気を発生
させ、反応管内の析出領域に該ひ素を析出させて一定量
蓄える。
次いで、反応管壁を420℃に、基板結晶を650℃に加熱
し、水素をキャリァガスとしてトリメチルガリウム及び
トリメチルアルミニウムを反応管に供給し、基板結晶表
面で熱分解することにより、雰囲気ガス中のひ素蒸気と
反応させ、基板結晶の上にAlGaAsをエピタキシャル成長
させるものである。
し、水素をキャリァガスとしてトリメチルガリウム及び
トリメチルアルミニウムを反応管に供給し、基板結晶表
面で熱分解することにより、雰囲気ガス中のひ素蒸気と
反応させ、基板結晶の上にAlGaAsをエピタキシャル成長
させるものである。
このように反応管壁を、気相成長のための熱分解温度
より低く、所定のひ素蒸気圧を確保できる温度に加熱す
ることにより、反応管壁にひ素を付着させることもな
く、アルシンに比べて少量のひ素原料を効果的に使用す
ることができる。本発明は、このように反応管壁の温度
を室温より高く、成長に必要な基板温度より低く保って
気相成長を行うところから、ウォームウォール法と呼ぶ
ことができる。
より低く、所定のひ素蒸気圧を確保できる温度に加熱す
ることにより、反応管壁にひ素を付着させることもな
く、アルシンに比べて少量のひ素原料を効果的に使用す
ることができる。本発明は、このように反応管壁の温度
を室温より高く、成長に必要な基板温度より低く保って
気相成長を行うところから、ウォームウォール法と呼ぶ
ことができる。
また、Ｖ族元素を室温で安定なAsCl3を用いる場合
は、気相成長に先立って、空気に触れさせずに反応管内
に析出させ蓄えるので、反応系内に酸素等の混入を防止
することができる。なお、AsCl3の代わりにPCl3を用い
てリン化合物半導体を同様に成長させることができる。
なお、リンはひ素に比べて蒸気圧がはるかに高いので、
反応管の外でリンを加熱して所定の蒸気圧を容易に得る
ことができる。
は、気相成長に先立って、空気に触れさせずに反応管内
に析出させ蓄えるので、反応系内に酸素等の混入を防止
することができる。なお、AsCl3の代わりにPCl3を用い
てリン化合物半導体を同様に成長させることができる。
なお、リンはひ素に比べて蒸気圧がはるかに高いので、
反応管の外でリンを加熱して所定の蒸気圧を容易に得る
ことができる。
さらに、反応管壁の温度は、反応管の材料と原料化合
物との反応、例えば、石英とAl化合物との反応を実質的
に抑える程度に低いので、Al化合物であるAlGaAs等を石
英製反応管で容易に成長させることができるようになっ
た。
物との反応、例えば、石英とAl化合物との反応を実質的
に抑える程度に低いので、Al化合物であるAlGaAs等を石
英製反応管で容易に成長させることができるようになっ
た。
第２図は、AlGaInPの気相エピタキシャル成長を説明
するためのもので、反応管壁を約200℃に、基板結晶を7
00℃に加熱し、出発原料であるリン、GaCl3及びAlCl3を
それぞれ収容するエバポレータを約200℃、65℃及び120
℃に加熱し、インジウムについては室温で液体のトリメ
チルインジウムに水素ガスを吹き込んで、反応管に供給
して基板結晶上にAlGaInPを気相成長させる。
するためのもので、反応管壁を約200℃に、基板結晶を7
00℃に加熱し、出発原料であるリン、GaCl3及びAlCl3を
それぞれ収容するエバポレータを約200℃、65℃及び120
℃に加熱し、インジウムについては室温で液体のトリメ
チルインジウムに水素ガスを吹き込んで、反応管に供給
して基板結晶上にAlGaInPを気相成長させる。
（実施例１） 第１図の装置を用いて、GaAs基板結晶の上にAlGaAsを
気相成長させた。気相成長に先立ち、室温に保持したAs
Cl3の液中に水素ガスを吹き込み、熱分解領域で850℃に
加熱してひ素蒸気を発生させ、室温に保持されている反
応管上流の析出領域にひ素を析出し蓄積した。次に、反
応管壁の温度を420℃に、基板結晶の温度を600℃に保持
した。ひ素析出領域には、流量200cc/minの水素を送
り、反応領域に数10Torrのひ素蒸気圧を確保し、また、
通常の有機金属気相成長法と同様に、それぞれ０℃及び
20℃に保持したトリメチルガリウム及びトリメチルアル
ミニウムに、流量4cc/min及び3cc/minの水素を送ってバ
ブルさせ、600cc/minの水素で希釈して反応管に送っ
た。
気相成長させた。気相成長に先立ち、室温に保持したAs
Cl3の液中に水素ガスを吹き込み、熱分解領域で850℃に
加熱してひ素蒸気を発生させ、室温に保持されている反
応管上流の析出領域にひ素を析出し蓄積した。次に、反
応管壁の温度を420℃に、基板結晶の温度を600℃に保持
した。ひ素析出領域には、流量200cc/minの水素を送
り、反応領域に数10Torrのひ素蒸気圧を確保し、また、
通常の有機金属気相成長法と同様に、それぞれ０℃及び
20℃に保持したトリメチルガリウム及びトリメチルアル
ミニウムに、流量4cc/min及び3cc/minの水素を送ってバ
ブルさせ、600cc/minの水素で希釈して反応管に送っ
た。
その結果、約２μm/hrの成長速度でAlGaAsを成長させ
ることができた。成長層をスパッタリングオージェ電子
分光法で測定したところ、AlxGa1-xAsの組成分布は第３
図に示す通りであり、Alの混晶比Ｘは約0.3であった。
ることができた。成長層をスパッタリングオージェ電子
分光法で測定したところ、AlxGa1-xAsの組成分布は第３
図に示す通りであり、Alの混晶比Ｘは約0.3であった。
（実施例２） 第２図の装置を用いてGaAs基板結晶上にAlGaInPを気
相成長させた。基板結晶は700℃に、反応管壁は200℃に
加熱保持し、出発原料は、AlCl3を120℃に加熱し、流量
200cc/minのヘリウムガスで搬送し、GaCl3を65℃に加熱
し、流量50cc/minのヘリウムガスで搬送し、室温の20℃
に保持したIn（CH3）３液中に流量30cc/minのヘリウム
ガスを吹き込んで搬送し、リンは200℃に加熱して流量3
00cc/minの水素で搬送し、基板結晶表面に気相成長させ
た。
相成長させた。基板結晶は700℃に、反応管壁は200℃に
加熱保持し、出発原料は、AlCl3を120℃に加熱し、流量
200cc/minのヘリウムガスで搬送し、GaCl3を65℃に加熱
し、流量50cc/minのヘリウムガスで搬送し、室温の20℃
に保持したIn（CH3）３液中に流量30cc/minのヘリウム
ガスを吹き込んで搬送し、リンは200℃に加熱して流量3
00cc/minの水素で搬送し、基板結晶表面に気相成長させ
た。
その結果、（Al0.3Ga0.7）0.5In0.5Pを約３μm/hrの
成長速度で成長させることができた。
成長速度で成長させることができた。
（発明の効果） 本発明は、上記の構成を採用することにより、アルシ
ン、ホスフィン等の猛毒ガスを使用することなくウォー
ムウォール法でIII−Ｖ族化合物半導体を容易に成長さ
せることができるようになった。特に、Ｖ族元素金属の
蒸気圧の確保が容易となり、また、Al化合物半導体の気
相成長を可能とした。
ン、ホスフィン等の猛毒ガスを使用することなくウォー
ムウォール法でIII−Ｖ族化合物半導体を容易に成長さ
せることができるようになった。特に、Ｖ族元素金属の
蒸気圧の確保が容易となり、また、Al化合物半導体の気
相成長を可能とした。
第１図及び第２図は、本発明を実施するための装置の説
明図であり、第３図は、実施例１で得たAlGaAs成長層の
組成分布を示した図である。
明図であり、第３図は、実施例１で得たAlGaAs成長層の
組成分布を示した図である。
Claims (4)
- 【請求項１】III−Ｖ族化合物半導体を気相エピタキシ
ャル成長させる方法において、Ｖ族元素の出発原料とし
て三価のハロゲン化物又は元素金属の蒸気を用い、原料
と反応管材料との反応温度より低く、Ｖ族元素金属の蒸
気圧が気相成長に必要な圧力となるように反応管壁を加
熱し、基板結晶を反応管壁の温度より高い成長温度に加
熱することを特徴とする化合物半導体の気相エピタキシ
ャル成長法。 - 【請求項２】気相成長に先立って、Ｖ族元素の三価のハ
ロゲン化物を供給し、反応管内にＶ族元素金属を析出保
持することを特徴とする請求項（１）記載の化合物半導
体の気相エピタキシャル成長法。 - 【請求項３】III族元素の出発原料として三価のハロゲ
ン化物を用いることを特徴とする請求項（１）又は
（２）記載の化合物半導体の気相エピタキシャル成長
法。 - 【請求項４】III族元素の中でインジウムについては、
有機インジウム化合物を用いることを特徴とする請求項
（３）記載のインジウム化合物半導体の気相エピタキシ
ャル成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2086489A JP2700210B2 (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 化合物半導体の気相エピタキシャル成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2086489A JP2700210B2 (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 化合物半導体の気相エピタキシャル成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02252699A JPH02252699A (ja) | 1990-10-11 |
| JP2700210B2 true JP2700210B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=12039010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2086489A Expired - Lifetime JP2700210B2 (ja) | 1989-02-01 | 1989-02-01 | 化合物半導体の気相エピタキシャル成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2700210B2 (ja) |
-
1989
- 1989-02-01 JP JP2086489A patent/JP2700210B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02252699A (ja) | 1990-10-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jones | Developments in metalorganic precursors for semiconductor growth from the vapour phase | |
| US5036022A (en) | Metal organic vapor phase epitaxial growth of group III-V semiconductor materials | |
| JP2700210B2 (ja) | 化合物半導体の気相エピタキシャル成長法 | |
| JPH0529218A (ja) | 有機金属分子線エピタキシヤル成長方法 | |
| JPH0654764B2 (ja) | 半絶縁性ガリウムヒ素形成方法 | |
| JP2736655B2 (ja) | 化合物半導体結晶成長方法 | |
| US20050112281A1 (en) | Growth of dilute nitride compounds | |
| JP2687371B2 (ja) | 化合物半導体の気相成長法 | |
| CA1313343C (en) | Metal organic vapor phase epitaxial growth of group iii-v semiconductor materials | |
| JPH04151822A (ja) | 化合物半導体の有機金属気相成長法 | |
| Ghandhi et al. | Organometallic Vapor Phase Epitaxy: Features, Problems, New Approaches | |
| JPH07226380A (ja) | 原子層結晶成長法 | |
| JP2714824B2 (ja) | 分子線エピタキシャル成長方法及びそれを実施する装置 | |
| JP2924072B2 (ja) | 有機金属分子線エピタキシャル成長方法及びその成長装置 | |
| JPH0536397B2 (ja) | ||
| JPH01261818A (ja) | 高抵抗ＡｌＧａＡｓ混晶の気相成長方法 | |
| JPH04279023A (ja) | ３−５族化合物半導体の選択成長方法 | |
| JP2743970B2 (ja) | 化合物半導体の分子線エピタキシャル成長法 | |
| JPH01179312A (ja) | ３‐５族化合物半導体の気相成長方法 | |
| JPH01141899A (ja) | ３−５族化合物半導体の気相成長方法 | |
| JPS62235300A (ja) | ３−５族化合物半導体の気相成長方法 | |
| JPH0567576A (ja) | 化合物半導体結晶の製造方法 | |
| JPH06124900A (ja) | 化合物結晶のエピタキシャル成長方法及びそのドーピング方法 | |
| Gurary et al. | Vapor transport epitaxy, a novel growth technique for compound semiconductors | |
| JPS62500695A (ja) | エピタキシャル化合物半導体膜の成長のための技術 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 10 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071003 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081003 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091003 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091003 Year of fee payment: 12 |