JP3448695B2 - 気相成長方法 - Google Patents

気相成長方法

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JP3448695B2 JP18362294A JP18362294A JP3448695B2 JP 3448695 B2 JP3448695 B2 JP 3448695B2 JP 18362294 A JP18362294 A JP 18362294A JP 18362294 A JP18362294 A JP 18362294A JP 3448695 B2 JP3448695 B2 JP 3448695B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、気相成長方法に関し、
例えば１０〜１５０Torr程度の減圧雰囲気下でＩｎＰ基
板上にＩｎＰのバッファー層となる成長膜やＩｎＰのホ
モエピタキシャル成長膜を気相成長させる減圧ＭＯＣＶ
Ｄ法（有機金属気相成長法）に適用して有用な技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎＰ基板上にＩｎＰのバッファー層と
なる成長膜やＩｎＰのホモエピタキシャル成長膜を気相
成長させる一手法として、ＴＭＩ（トリメチルインジウ
ム）等のＩｎの有機金属化合物とＰＨ3 などを原料ガス
に用いるＭＯＣＶＤ法がある。この方法では、気相成長
を開始する前にＩｎＰ基板が所定の成長温度になるまで
の基板加熱中に蒸気圧の大きいＰが基板から解離するの
を防ぐために、基板加熱時に成長容器内にＰＨ3 を供給
してＩｎＰ基板にリン圧を印加していた。そして、基板
温度が所定の成長温度になったら、成長容器内にＴＭＩ
等を供給して気相成長を行なっていた。
【０００３】しかし、従来より、上記のようにして得ら
れた成長膜とＩｎＰ基板との界面にｎ型のキャリアが発
生するという問題があった。これに対して、気相成長を
開始する前にＰＨ3 雰囲気中で成長温度以上、３０分以
上の熱処理をＩｎＰ基板に施すことによって、界面のｎ
型キャリアを減少させる技術が提案されている（特開昭
６４−５７７１１号公報及びJ.Appl.Phys.71(8),15 Apr
il 1992,pp3898-3903に記載されている）。この提案に
よれば、常圧（１atm 、即ち７６０Torr）下で膜成長を
行なう常圧ＭＯＣＶＤ法の場合には、６４０℃で３０分
以上の熱処理を行なうことによって界面のｎ型キャリア
が減少または消失するとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年で
は成長膜の厚さ及び組成の均一性並びに結晶性が良いこ
となどから３０Torr程度の減圧下で膜成長を行なう減圧
ＭＯＣＶＤ法が主流となっているが、上記提案はその減
圧ＭＯＣＶＤ法に対しては上述したｎ型キャリアの低減
効果を有しないことが本発明者により明らかとされた。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、成長膜と基板との界面のｎ型キャリア
が低減されるように、ＩｎＰ基板上にＩｎＰのバッファ
ー層となる成長膜やＩｎＰのホモエピタキシャル成長膜
を気相成長させることのできる気相成長方法を提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者は鋭意研究を重ねた結果、ＩｎＰバッファ
ー層の通常の成長温度（６６０℃）よりも低い温度（例
えば、５８０℃）で気相成長を行なうことにより、成長
膜と基板との界面のｎ型キャリアが低減されることを見
い出した。
【０００７】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、ＩｎＰ基板上にＩｎＰのバッファー層となる成長膜
またはＩｎＰのホモエピタキシャル成長膜を気相成長さ
せるにあたり、前記成長膜が基板との界面から少なくと
も１原子層分成長するまでの初期成長段階における成長
温度を５５０〜６００℃、好ましくは５７０〜５９０℃
とすることを特徴とする。また、その発明において、成
長容器内を１０〜１５０Torr程度の減圧雰囲気に保つと
ともに、該成長容器内にＩｎの有機金属化合物を供給し
て気相成長を行なうことも特徴とする。
【０００８】
【作用】上記した手段によれば、成長膜が基板との界面
から少なくとも数原子層分成長するまでの初期成長段階
における成長温度を５５０〜６００℃、好ましくは５７
０〜５９０℃として気相成長を行なうことにより、成長
膜と基板との界面に存在するｎ型キャリアが従来よりも
低減される。
【０００９】
【実施例】本発明に係る気相成長方法は、以下の通りで
ある。即ち、例えば、ＭＯＣＶＤ装置の成長容器内にＩ
ｎＰ基板を設置し、成長容器内を排気するとともに、成
長容器内にＰＨ3 ガス及びＨ2 ガスを流して容器内を減
圧雰囲気にする。そして、図１のタイムチャートにおい
て（Ａ）で示すパターンのように、ヒーターにより従来
のＩｎＰバッファー層の成長温度Ｔ2 （６６０℃）より
も低い温度Ｔ1 までＩｎＰ基板を加熱して保持し、その
成長温度Ｔ1 のまま、所定時間ｔ1 が経過したら成長容
器内へのＴＭＩの供給を開始して、基板上にＩｎＰ膜を
少なくとも数原子層分成長させる。その後、成長温度を
パターン（Ａ）のように従来の成長温度Ｔ2 まで上昇さ
せてもよいし、Ｔ1 のままとしてもよい。
【００１０】ここで、前記成長温度Ｔ1 の妥当な範囲は
５５０〜６００℃である。その理由は、前記上限を超え
ると従来の成長温度Ｔ2 に近くなってｎ型キャリアの低
減効果がなくなってしまうからであり、一方、前記下限
に満たないと、基板温度が低すぎて成長膜の結晶性が悪
くなるからである。なお、前記成長温度Ｔ1 は好ましく
は５７０〜５９０℃であるが、その理由は、この範囲で
あればｎ型キャリアの低減効果と良好な結晶性とがバラ
ンスよく得られるからである。
【００１１】また、少なくとも基板上にＩｎＰ膜が数原
子層分成長するまで成長温度をＴ1に保ち、その後は成
長温度を変えてもよいのは、ＩｎＰ膜が基板上に数原子
層成長してしまえば、常に成長するＩｎＰ膜の新しい界
面が露出することになるからである。
【００１２】以下に、具体的な実施例と比較例とを挙げ
て本発明の特徴とするところを明らかとするが、本発明
は以下の実施例により何等制限されるものではない。な
お、実施例及び比較例においては、減圧ＭＯＣＶＤ法に
より、表１及び図１に示す成長条件でもって、ＩｎＰ基
板上にＩｎＰバッファー層となる膜を成長させた。
【表１】
【００１３】（実施例）図１のタイムチャートにおい
て、温度パターンを（Ａ）とした。即ち、成長容器内に
Ｈ2 ガスと流量ＶｐのＰＨ3 ガスを流しながら、基板を
成長温度Ｔ1 （５８０℃）まで加熱し、その温度でｔ1
時間（９００sec ）保持した。その後、所定流量のＴＭ
Ｉの供給を開始した。そして、成長温度Ｔ1 のままＴＭ
Ｉを流し続け、ｔ2 時間（３００sec ）経過後、成長温
度をＴ2 （６６０℃）まで上昇させ、その上昇開始から
ｔ3 時間（３３００sec ）経過したら所定量のＨ2 Ｓガ
スを供給し、さらにｔ4 時間（９００sec ）たったらＴ
ＭＩ及びＨ2 Ｓの供給を停止して４５分かけて常温まで
冷却した。なお、ＰＨ3 については、冷却途中で供給を
停止した。
【００１４】その他の条件は、以下の通りであった。 ＰＨ3 の流量：毎分４００cc（水素ベース５０％のＰＨ
3 を毎分８００cc供給） ＰＨ3 及びＨ2 の総流量：毎分１５リットル 流速：毎分１０ｍ 圧力：３０Torr リアクタの断面積Ｓ：１２５６cm2 リアクタの半径ｒ：２０cm
【００１５】得られた成長膜と基板との界面に存在する
ｎ型キャリアの濃度を測定したところ、表１に示すよう
に、６．０×１０15cm-3であった。
【００１６】（比較例）図１のタイムチャートにおい
て、温度パターンを（Ｂ）とした。即ち、成長容器内に
Ｈ2 ガスと流量ＶｐのＰＨ3 ガスを流しながら、基板を
成長温度Ｔ2 （６６０℃）まで加熱し、その後、成長終
了まで成長温度をＴ2 のまま保持した。ＴＭＩとＨ2 Ｓ
の各供給のタイミング、及びその他の条件は上記実施例
と同じであった。
【００１７】得られた成長膜と基板との界面に存在する
ｎ型キャリアの濃度は、表１に示すように、５．０×１
０16cm-3であった。
【００１８】ここで、上記各温度は、熱電対により基板
の裏側の温度を測定した値である。
【００１９】以上のように、成長膜が基板との界面から
少なくとも１原子層分成長するまでの初期成長段階にお
ける成長温度を５５０〜６００℃、好ましくは５７０〜
５９０℃として気相成長を行なうことにより、成長膜と
基板との界面に存在するｎ型キャリアを従来よりも低減
させることができるので、減圧ＭＯＣＶＤ法により成長
膜と基板との界面のｎ型キャリアが従来よりも少なくな
るように、ＩｎＰ基板上にＩｎＰのバッファー層となる
成長膜またはＩｎＰのホモエピタキシャル成長膜を成長
させることができる。なお、ｎ型キャリアが低減される
メカニズムについては明らかでないが、ｎ型キャリアを
補償する何かが生成されていると考えられる。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、成長膜が基板との界面
から少なくとも数原子層分成長するまでの初期成長段階
における成長温度を５５０〜６００℃、好ましくは５７
０〜５９０℃として気相成長を行なうことにより、成長
膜と基板との界面に存在するｎ型キャリアを従来よりも
低減させることができるので、減圧ＭＯＣＶＤ法により
成長膜と基板との界面のｎ型キャリアが従来よりも少な
くなるように、ＩｎＰ基板上にＩｎＰのバッファー層と
なる成長膜またはＩｎＰのホモエピタキシャル成長膜を
成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施例と比較例とにおける処
理温度パターン及び原料ガスの供給パターンを示すタイ
ムチャートである。
【符号の説明】
Ｔ1 本実施例の初期成長段階における成長温度（５８
０℃） Ｔ2 比較例の成長温度（６６０℃）

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＩｎＰ基板上にＩｎＰのバッファー層と
    なる成長膜またはＩｎＰのホモエピタキシャル成長膜を
    気相成長させるにあたり、前記成長膜が基板との界面か
    ら少なくとも１原子層分成長するまでの初期成長段階に
    おける成長温度を５５０〜５９０℃とすることを特徴と
    する気相成長方法。
  2. 【請求項２】 前記初期成長段階における成長温度を５
    ７０〜５９０℃とすることを特徴とする請求項１記載の
    気相成長方法。
  3. 【請求項３】 成長容器内を１０〜１５０Torr程度の減
    圧雰囲気に保つとともに、該成長容器内にＩｎの有機金
    属化合物を供給して気相成長を行なうことを特徴とする
    請求項１または２記載の気相成長方法。
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