JP2870084B2 - 低圧ｍｏｃｖｄを用いたエピタキシャル膜成長法 - Google Patents

低圧ｍｏｃｖｄを用いたエピタキシャル膜成長法

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一般的に、エピタキシャル膜の成長法に関
し、さらに詳しくは、低圧の金属有機化学蒸着法または
気相成長法（metalorganic chemical vapor depositio
n,MOCVDと呼ぶ。）を用いた高品質エピタキシャル膜の
成長方法に関する。
（従来技術） エピタキシャル膜面の構造上の品質は、高性能電子素
子、ならびにIII族−Ｖ族およびII族−VI族複合物光電
素子にとって極めて重要である。膜の平滑度は、サブミ
クロン・リソグラフィの品質に影響を与え、さらにヘテ
ロ境界面で表面構造が粗いと、電子の移動性を低下させ
る可能性がある。エピタキシャル膜構造の平滑性は、ま
た境界での再結合速度、光導波路からの散乱および量子
井戸からの放射の線幅などの領域で光電素子の動作に対
して重要な役割を果たす。
エピタキシャル膜の構造は、基板温度、基板結晶の配
向、周囲圧力および試薬のモル分数のような種々の波長
パラメータによって決定される。特異平面から臨界非配
向した基板上にエピタキシャル膜を成長させることは、
技術上周知である。非配向の効果は、液相エピタキシ
（LPE）、塩化物搬送気相エピタキシ（VPE）および分子
ビーム・エピタキシ（MBE）において従来から観察され
てきた。ごく最近になって、大気圧MOCVDが、臨界非配
向基板上にエピタキシャル膜を成長させるために用いら
れている。臨界非配向基板上にエピタキシャル膜を成長
させる上述の方法の場合において、特異平面からごく僅
かに非配向（3.0度未満）した基板上にのみ高品質エピ
タキシャル膜を成長させることができると当業者に信じ
られている。しかし、低圧MOCVDによって単結晶の本来
の面からごく僅か非配向させた基板上にエピタキシャル
膜を成長させると、特異平面近傍の段階状の面エネルギ
を低下させる長い範囲の再整列に起因して、粗い面を有
するエピタキシャル膜が生じることが示された。したが
って、高品質の電子素子および光電素子を製造するため
に、高品質エピタキシャル膜を成長させる方法を提供す
ることが望まれている。
（発明の概要） したがって、本発明の一目的は、低圧MOCVDを用いた
高品質エピタキシャル膜の成長方法を提供することであ
る。
本発明の他の目的は、優れた面構造を有する高品質エ
ピタキシャル膜の成長方法を提供することである。
さらに、本発明の他の目的は、優れた光学的特性を与
える高品質エピタキシャル膜の成長方法を提供すること
である。
本発明のさらに他の目的は、基板が清浄または無傷で
あることを要しない高品質エピタキシャル膜の成長方法
を提供することである。
本発明の他の目的は、比較的低い温度で膜を成長させ
ることの可能な高品質エピタキシャル膜の成長方法を提
供することである。
本発明の他の目的は、従来より少量の試薬を用いる高
品質エピタキシャル膜の成長方法を提供することであ
る。
上述および他の目的並びに特徴は、特異平面から臨界
角度以上に非配向された基板を準備する段階；この基板
を0.2気圧未満の全圧力を有するMOCVD反応装置内に位置
する段階；およびこの基板にエピタキシャル膜の層を成
長させる段階をその一部として有する本発明の１実施例
によって実現される。
（実施例） 本明細書で開示するのは、低圧MOCVDを用いいた高品
質エピタキシャル膜の成長方法である。最初に、基板を
準備しなければらない。ここで述べる特定の実施例で
は、ガリウム・ヒ素基板を使用するが、インジウム・リ
ン化物基板もしくは他のIII族−Ｖ族材料基板または水
銀カドミウム・テルル化物のようなII族−VI族材料基板
を使用することも可能である。準備した基板を特異平面
（singular plane）から臨界角度以上に非配向しなけれ
ばならない。特異平面とは、段階状表面エネルギ（step
surface energy）が正確に低指数方向に特異点を有す
る面である。臨界角度とは、長い範囲の再整列が粗い表
面構造をもたらすのを終了する最小の角度である。ガリ
ウム・ヒ化物基板を使用した場合、特異平面は｛10
0｝、｛111｝Ａおよび｛111｝Ｂの結晶方向である。
高品質エピタキシャル膜の成長可能なガリウム・ヒ化
物基板の特定の非配向として、｛111｝Ａ面に向かって
｛100｝面から3.0ないし8.5度の非配向、｛111｝Ｂ面に
向かって｛100｝面から4.5ないし12.5度の非配向、およ
び大体｛110｝面に向かって｛100｝面から少なくとも4.
0度の非配向が含まれる。｛100｝面から｛111｝Ａ面に
向かって3.0度未満の非配向、｛111｝Ｂ面に向かって4.
5度未満の非配向、および大体｛110｝面に向かって4.0
度未満の非配向を有するガリウム・ヒ化物基板上にエピ
タキシャル膜を成長させると、粗い表面構造を有するエ
ピタキシャル膜が生じる。実施例では｛100｝面から｛1
11｝Ａ面、｛111｝Ｂ面、および｛110｝面に向かう非配
向を例示したが、これらの面の間の非配向でも高品質エ
ピタキシャル間が成長可能である。これらの特定の非配
向は、外挿法によって決定される。さらに、｛100｝面
から｛111｝Ａ面および｛111｝Ｂ面に向ってそれぞれ8.
5度および12.5度を超える非配向は、それぞれ粗い表面
構造を有するエピタキシャル膜の成長をもたらす。
特異平面から適当な非配向を有するガリウム・ヒ化物
基板を準備したら、これを0.2気圧未満（好適には0.04
気圧）の全圧力を有するMOCVD反応装置内に位置する最
適の膜成長のためには、Ｖ族対III族のソース・フロー
比率は、30以下のものを使用すべきである。ガリウム・
ヒ化物基板上にアルミニウム・ガリウム・ヒ化物膜を成
長させるためには、反応装置は、650℃乃至750℃の範囲
の温度とすべきであり、好適には700℃とする。この温
度は、高品質のアルミニウム・ガリウム・ヒ化物エピタ
キシャル膜を成長させるのに通常必要とされる800℃よ
り十分低い温度であることを当業者は理解すべきであ
る。このようにして成長するアルミニウム・ガリウム・
ヒ化物エピタキシャル膜は、10ないし40パーセントの範
囲のアルミニウムを含む。
本発明の利点は、こうして準備した非配向基板が、完
全に清浄あるいは無傷であることを必要としない点にあ
る。ここで述べた方法は、若干欠陥のある基板上に膜を
成長した場合でも、高品質エピタキシャル膜の成長をも
たらすことが分かった。このことは、製造する素子の品
質を向上させると共に、歩留まりを大きく向上させると
いう多大な効果を奏する。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−82525（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−65996（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−261300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−71599（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−1137（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−68079（ＪＰ，Ａ) Ｅ．Ｓ．Ｊｏｈｎｓｏｎ ｅｔ ａ ｌ．，”Ｃｒｉｔｉｃａｌ ｍｉｓｏｒ ｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｏｒｐｈｏｌ− ｏｇｙ ｉｎ ＡＬＧａＡｓ ａｎｄ ＧａＡｓ ｇｒｏｗｎ ｂｙ ａｔｏｍ ｏｓｐｈｅｒｉｃ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＭＯＣＶＤ ｏｎ ｍｉｓｏｒｉｅｎｔ ｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ，”Ｊｏｕ ｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒ ｏｗｔｈ，1988，Ｖｏｌ．88，ｐ．53− 66 Ｄ．Ｈ．Ｒｅｅｐ ｅｔ ａｌ．，" Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｏｆ ｏｒｇａ ｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ ＣＶＤ ｇｒｏ ｗｎ ＧａＡｓ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｌａｙｅｒｓ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ, 1983，Ｖｏｌ．61，ｐ．449−457 Ｒ．Ｒ．Ｓａｘｅｎａ ｅｔ ａ ｌ．，”Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ＧａＡ ｓ ａｎｄ ＡｌＧａＡｓ ｌａｙｅｒ ｓ ｇｒｏｗｎ ｂｙ ＯＭ−ＭＢ Ｅ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓ ｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，1981，Ｖｏｌ. 55，ｐ．58−63 Ｄ．Ｈ．Ｒｅｅｐ ｅｔ ａｌ．，" Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＧａＡｓ ｅｐｉｔａｘｉａｌ ｌａｙｅｒｓ ｂｙ ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃ ＣＶＤ，”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈ ｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｏｃｉｅｔｙ，1983，Ｖｏｌ．130, Ｎｏ．３，ｐ．675 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 25/00 - 25/22 C30B 28/00 - 35/00 H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 21/365 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】低圧MOCVDを用いた高品質エピタキシャル
    膜成長方法であって： ｛111｝Ａ面に向かって｛100｝面から3.0ないし8.5度の
    非配向、｛111｝Ｂ面に向かって｛100｝面から4.5ない
    し12.5度の非配向、または実質的に｛110｝面に向かっ
    て｛100｝面から少なくとも4.0度の非配向のガリウム・
    ヒ素化物基板を準備する段階； 650℃ないし750℃の範囲の温度および0.2気圧未満の全
    圧力を有するMOCVD反応装置内に前記基板を位置する段
    階；および 前記基板上にアルミニウム・ガリウム・ヒ素化物エピタ
    キシャル膜を成長させる段階； から構成されることを特徴とするエピタキシャル膜成長
    方法。
  2. 【請求項２】前記MOCVD反応装置が約700℃の温度を有す
    ることを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル膜成
    長方法。
  3. 【請求項３】前記MOCVD反応装置が30以下のＶ族対III族
    のソース・フロー比率を有することを特徴とする請求項
    １記載のエピタキシャル膜成長方法。
  4. 【請求項４】低圧MOCVDを用いた高品質エピタキシャル
    膜成長方法であって： ｛111｝Ａ面に向かって｛100｝面から3.0ないし8.5度の
    非配向、｛111｝Ｂ面に向かって｛100｝面から4.5ない
    し12.5度の非配向、または実質的に｛110｝面に向かっ
    て｛100｝面から少なくとも4.0度の非配向のガリウム・
    ヒ素化物基板を準備する段階； 650℃ないし750℃の範囲の温度および0.2気圧未満の全
    圧力を有するMOCVD反応装置内に前記ガリウム・ヒ素化
    物基板を位置する段階；および 前記ガリウム・ヒ素化物基板上にアルミニウム・ガリウ
    ム・ヒ素化物膜を成長させる段階； から構成されることを特徴とするエピタキシャル膜成長
    方法。
  5. 【請求項５】前記MOCVD反応装置が約700℃の温度を有す
    ることを特徴とする請求項４記載のエピタキシャル膜成
    長方法。
  6. 【請求項６】前記MOCVD反応装置が30以下のＶ族対III族
    のソース・フロー比率を有することを特徴とする請求項
    ４記載のエピタキシャル膜成長方法。
  7. 【請求項７】低圧MOCVDを用いたガリウム・ヒ素化物基
    板上の高品質アルミニウム・ガリウム・ヒ素化物膜成長
    方法であって： ｛111｝Ａ面に向かって｛100｝面から3.0ないし8.5度の
    非配向、｛111｝Ｂ面に向かって｛100｝面から4.5ない
    し12.5度の非配向、または実質的に｛110｝面に向かっ
    て｛100｝面から少なくとも4.0度の非配向のガリウム・
    ヒ素化物基板を準備する段階； 650℃ないし750℃の範囲の温度および0.2気圧未満の全
    圧力を有するMOCVD反応装置内に前記ガリウム・ヒ素化
    物基板を位置する段階；および 前記ガリウム・ヒ素化物基板上にアルミニウム・ガリウ
    ム・ヒ素化物膜を成長させる段階； から構成されることを特徴とするエピタキシャル膜成長
    方法。
  8. 【請求項８】前記MOCVD反応装置が約700℃の温度を有す
    ることを特徴とする請求項７記載のエピタキシャル膜成
    長方法。
  9. 【請求項９】前記基板を準備する段階が、｛111｝Ａ
    面、｛111｝Ｂ面および｛110｝面の各面に向かって｛10
    0｝面から非配向した基板を準備する段階を含むことを
    特徴とする請求項７記載のエピタキシャル膜成長方法。
  10. 【請求項１０】前記MOCVD反応装置が、30以下のＶ族対I
    II族のソース・フロー比率を有することを特徴とする請
    求項７記載のエピタキシャル膜成長方法。
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