JPH01261818A - 高抵抗ＡｌＧａＡｓ混晶の気相成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板上に化合物半導体等の薄膜を形成するため
の気相生長装置に関する。

〔従来の技術〕

ＩＩＩ　−Ｖ族化合物半導体はシリコンなどに比べて移
動度が大きく高温まで使用できるなどの特徴を有するた
め、近年半導体レーザをはじめ各種デバイスへの適用に
対して研究開発が活発である。これらデバイスに用いら
れる化合物半導体のエピタキシアル膜を炸裂する方法と
して、気相成長法。

液相成長法１分子線エピタキシー法などがあるが、例え
ばＡＡＧａ　Ａｇなどのエピタキシアル膜を形成するた
めには、有機金属例えばトリメチルガリウム（Ｇａ（Ｃ
Ｈ）３．　　以下ＴＭＧとする〕、トリメチルアルミニ
ウム（ｋＡ　（ＣＨｓ　）ｓ　、以下ＴＭＡとする〕お
よびアルシン（ＡｓＨ３）を原料として用い、熱分解法
（Ｍｅｔｄ　Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣｈｅｍｉｃａＪ？　Ｖ
ａｐａｏｒ　Ｄｅｐｏ−ｓｉｔｉｏｎ、以下ＭＯＣＶＤ
とする）で行なうのが大面積のエピタキシアル膜を形成
する際の量産性や膜厚制御などの点で有利であることが
知られている。

有機金属を用いたＭＯＣＶＤ法の装置の概要を述べるた
めに、その配置と配管系統を模式的に第３図に示す。第
３図において、有機金属のＴＭＧとＴＭＡはそれぞれ容
器１と容器２に収容されているが、これらは通常液状で
あるため、水素ボンベ３からのキャリアガス水素によっ
てバブルされ、流量調整器４．５を経て反応管６に送ら
れ、また別のボンベ７から送られるアルシンと水素が異
なる経路を通ってそれぞれ流ＩＩＩＩＩＩ整器８．９を
経て反応管６に導入される。これらガス流路と反応管６
との接続管途中で反応管６の直上に主パルプｌＯを備え
ている。一方反応管６はＲＦ高周波電源１１に接続され
た加熱コイル１２の内周に近接して挿入されており、同
時に反応管６には排気系１３が接続され、排気系１３と
ガス流路との配管途中にバルブ１４を設けである。

この装置を用いて１反応管６の内部に設けたカーボンな
どのサセプタ１５の上にＧａＡｓ結晶基板１６を室温で
載置し、反応管６内のガス交換詔よび反応管６の昇温を
終え、成長条件が整うてはじめて気相成長が開始される
。キャリア濃度の水素によりバブルされ輸送されるＴＭ
ＧおよびＴＭＡと、別のラインから引き込まれるアルシ
ンとがキャリアガス水素とともに適当な量比に反応管６
中で合流混合し、これが）ＬＦ高周波加熱により高温に
保たれた反応管６中で熱分解し、ＡｌＧａＡｓ　のエピ
タキシアル成長を結晶基板１６の上に形成することがで
きる。酸素ボンベ１７と流量調整器１８については後述
する。

なお半導体エピタキシアル薄膜を実用的なデバイスとし
て作動させるために、通常はこのエピタキシアル薄膜に
Ｎ形もしくはＰ形の導電性を付与する必要があり、装置
上はＮ形やＰ形のドーパントガスラインを設けるのが一
般的であるが、これらは第３図には省略した。

・以上ＭＯＣＶｎ法による化合物半導体のエピタキシア
ル成長について装置と手順の概要を述べたが、この方法
により現在半導体レーザ、ＩＣ。

ＨＥＭＴなどの光応用の電子デバイスの開発が盛んであ
り、それに伴ない結晶成長方法にも改良が加えられてい
る。なかでもＩＣなどのアイソレージ、ンもしくは埋込
型半導体レーザの埋込層となる絶縁層として高抵抗のｋ
ｇＧａＡ　ｓ混晶を再現性よく成長させる技術の開発は
重要度が高い。

高抵抗のＡｅＧａＡｓ混晶を成長させる方法として、ま
ず考えられるのはめ加比すなわちＶ族のアルシンと■族
のＴＭＧ＋ＴＭＡのモル比を十分コントロールして、こ
れら原料から持ち込まれるＰ形およびＮ形不純物の補償
率を高め、キャリア濃度を低くすることによりＡｇＧａ
　Ａｓ混晶を高抵抗にすることである。しかし、この方
法はアルシン、ＴＭＧおよびＴＭＡの原料中に含まれて
いる不純物の量が原料の使用口、ト毎に異なるため、得
られるＡ−ｅＧａ　Ａ　ｓ混晶の再現性が悪いという欠
点があり実用的でない、これに対してＭＧａＡｓ混晶に
酸素をドープしてその結晶中にキャリアをトラ、プする
深いエネルギー単位を形成することにより、キャリア濃
度を低くするという方法も有望である。第３図の酸素ボ
ンベ１７はそのために設置したものであり、ボンベ１７
から流量調整器１８を経て酸素ガスを反応管６に導入し
、ＧａＡｓ結晶基板１６上に成長するＡｇＧａＡｓ混晶
に酸素をドープすることができしかしながら、Ａｌ３Ｇ
ａＡｓ混晶に酸素をドープしてその抵抗値を高めるとい
う方法には、なお次のような解決しなければならない問
題がある。それは酸素を希釈ガスの形で導入するときに
、第３図の経路で、ボンベ１７から送られる酸素は５反
応管６中で結晶成長するｕＧａＡｓ混晶の近傍まで到達
する以前に、活性な酸素と、容器１．２から送られ酸素
に対して極めて反応性の高い有機金属原料とが反応する
ことにより、酸素のドーピング効塞の低下、有機金属原
料と酸素が反応して生成される微粒子が付着する配管の
汚染などをもたらし、酸素のドープが再現性よく行なわ
れず、得られるＡｎＧａＡｓ混晶の抵抗値にばらつきが
生じ、また結晶の欠陥も発生しやすくなることである。

したがってこの方法は量産プロセスとして用いるのには
適切ではない。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的はｆｉＬＩ３ＧａＡｓ混晶を気相成長するに際して、
装置の配管系を汚染することなく、再現性よく酸素ドー
プを行なうことが可能な気相成長方法を提供することに
ある。

〔晶を解決するための手段〕

本発明の方法はＡｌ１　Ｇａ　ＡＢ混晶を高抵抗とする
ため酸素を導入する気相成長方法であって、ボンベによ
る酸素ガスを用いる代りに、Ａｌ　、Ｇａ　、　Ａｓ　
　のうちのいずれか一つを含む有機金属アルコオキサイ
ドを酸素源として用いるものである。

〔作用〕

本発明ではＡｌ３ＧａＡｓ混晶にドープする酸素源とし
てメトキシアルミニウム（Ａ−ｅＯ（ＣＨ３）３　）　
、　　メトキシガリウム（ＧａＯ（ＣＨ３）ｓ　）また
はトリメトキシアルミニウム〔Ａ１３　（０ＣＨｓ　）
ｓ　）などの有機金属アルコオキサイドを用いており、
これら有機金属アルコオキ叶イドは分子中に含まれてい
る酸素原子が分子中で安定なものとなっているために、
従来の酸素ガス状で供給される場合のように、原料の有
機金属と反応したり、配管内へ吸着して装置を汚染する
こともなく、安定状態で反応管内へ導入され、加熱され
た基板表面付近で熱分解し、Ｍ−０もしくはＧａ　−０
の形で原料から分解されるＡ５　、　ＧａおよびＡｓと
ともに一定の割合でＡ、１３ＧａＡｓ混晶の成長膜中に
取り込まれて行く。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

本発明はＡｅＧａ　Ａ　ｓ混晶を成長させるのに導入す
る酸素の源材料として、ガス状酸素の代りに有機金属ア
ルコオキサイドを用いるが、ここではＴＭＡに酸素がつ
いた形のメトキシアルミニウム（Ａｌ３０（ＣＨ３）ｓ
）を用いた場合について述べる。したがって本発明の方
法が用いられるＭＯＣＶＤ装置は第１図に示す配置構成
と配管系統となるが第３図と共通する部分は同一符号で
表わしである。第１図が第３図と異なる点は、酸素ガス
ボンベ１７とその流量調整器１８の代りに、メトキシア
ルミニウム容器１９とその流」調整器部を設けたことで
ある。

ここで高抵抗ＡｇＧａＡｓ混晶を成長する手順を説明す
る。まず原料に適切な蒸気圧を付与するために、ＴＭＧ
容器１は一１Ｏ℃、ＴＭＡ容器２は９℃。

メトキシアルミニウム容器１９は２０’Ｃとなるように
、図示してない附属の恒温槽を用いてｑ度を保持してお
く。それぞれの温度でＴＭＧ蒸気圧は３７　ａｓ　Ｈｇ
　ｅＴＭＡ蒸気圧は９．２　ｇｓＨｇ　、　　メトキシ
アルミニウム蒸気圧は０．１４　ｔａｓＨｇである。　
ＧａＡｓ結晶基板１６は例えば厚さ１００１１ｍ　、比
抵抗１０８Ω−ｍのものを用い、結晶成長面を（Ｚｏｏ
）面とし、エピタキシアル成長を行なうに先立ち通常の
脱脂、工、チングを行なって表面を清浄にした後、サセ
プタ１５に載置する。

次にボンベ３からキャリアガスである水素を２０２゜ボ
ンベ７からアルシン１．８ｋを主バルブ１０を開いて反
応管６の中Ｉこ導入し、反応管６内のガス交換を行なう
、その後、高周波電源１１に通電し、サセプタ１５．基
板１６を８００℃まで加熱する。

かくして８００℃で基［１６の温度が安定した後、水素
をＴＭＧ容器１に１７０　ｃｃ　、　Ｔ　ＭＡ容器２に
２００　ＣＧ　、　　メトキシアルミニウム容器１９に
１０　ＣＣヲそれぞれ流し、各有機金属原料を輸送して
１反応管６内（こ導入することによりＡｌＧａＡｓ混晶
膜のエピタキシアル成長を開始する。１００分間のエピ
タキシアル成長を行ない、各有機金属原料の輸送を停止
した後冷却し、さらに水素とアルシンの供給を停市して
、　ＡＡＧａ　Ａｓ混晶膜の成長した基板１６を反応管
６から取り出し、一連の操作を終了することができる。

以上のようにして得られたエピタキシアル成長膜すなわ
ちλｅＧａＡｓ混晶の膜厚を測定した結果、１２０μｍ
であり成長速度は１．２　Ｐｍ／ｍｉｎ　であることが
わかった。また組成比を調べた結果からは、このエピタ
キシアル成長膜はＡ１３　ｇ、４　Ｇａ　６．６　Ａ　
ｓが得られ、上述の成長条件でメトキシアルミニウムを
添加しない場合と何ら変るものではないことも明らかと
なった。また上述のような手順で得られたＡ（３（１，
４Ｇａ　□、６　Ａ　ｓ混晶のエピタキシアル成長膜の
比抵抗は、メトキシアルミニウム容器１９への輸送水素
ガス流量をＯ〜１ＱＱｃｃの範囲で変化させることも行
ない、輸送ガス流量との関係で求めた。比抵抗はホール
測定により行ない、その結果第２図に示す線図が得られ
た。第２図からメトキシアルミニウムを輸送する水素ガ
ス流量は約５０　ｃｃで容易に１０””−ｆｆの比抵抗
を有するＩ％Ｊ３　ｏ、ａ　Ｇａ　Ｌ６　Ａｓ　Ｚビタ
キシアル膜が形成されることがわかる。第２図では各水
素ガス流量に対して比抵抗の測定点を範囲で示し、数回
のエピタキシアル成長を行つた結果の比抵抗のばらつき
を表わすものであるが、第２図の結果からかなり再現性
のよいことが明らかである。なお１０’Ω−備以上の比
抵抗を有するエピタキシアル膜については、１０Ω−副
の比抵抗を有するＧａｐｓ結晶基板の影響を考濾して、
この基板を工、チングにより除去した後ホール測定を行
なったものである。

一方エビタキシアル成長を終了した後、使用した装置に
ついても調べたが、メトキシアルミニウムは安定な物質
であるために、配管中でＴＭＧ。

ＴＭＡ、　　アルシンおよび水素とはいずれも反応する
ことなく、ステンレス製配管に反応生成物の付着など全
く見られない、したがって［Ｊガスをドーパントとして
用いる従来方法のような配管汚染の問題はなくなり、量
産への適用も可能となる。

メトキシアルミニウムを酸素源として用いたときのエピ
タキシアル成長膜へのドーピング４［については明確で
はないが１本発明者らは、メチル基がメトキシアルミニ
ウムから高温で熱分解されて脱離し、酸素原子１個を伴
なったアルミニウム原子ｋｌ）０の形でエピタキシアル
成長膜へ導入されるものと推測している。

本実施ではメトキシアルミニウムを用いた例で説明して
きたが、酸素源としてはこのほかにも酸素原子を含むＡ
ｇ　、　ＧａまたはＡｓの有機金属アルコオキ廿イドで
あれば適用可能なことは勿論である。

〔発明の効果〕

半導体レーザの絶縁層などとして用いられるＡＪＧａＡ
ｓ　Ｓ晶を高抵抗とするため酸素をドープして行なう従
来の気相成長方法は活性な酸素ガスが有機金属原料と反
応しやすく、その反応生成物が装置の配管系に付着して
汚染させるなどの不都合があったのに対し、本発明の方
法は実施例で説明したように、ガス状の酸素を用いる代
りに、酸素源として資素原子が安定な分子中に含まれて
いるＭ、ＧａまたはＡｓの有機金属アルコオキ廿イドを
用いて、これを輸送ガスで反応管に導入するようにした
ため、原料の有機金属と反応を起こさず、配管中に反応
生成物が付着することもなく、所望の組成比を有し結晶
欠陥のない高抵抗ＡｌＧａＡｓ　エピタキシアル成長膜
を再現性よく得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるＭ　ＯＣＶ　Ｄ装置を説明
するための系統図、第２図はｊ）キシアルミニウムを輸
送するガス流量とエピタキシアル成長膜の比抵抗との関
係を示す線図、第３図は従来方法に用いるＭＯＣＶＤ装
置を説明するための系統図である。 １・・・ＴＭＧ容器、２・・・ＴＭＡ容器、　３・・・
水素ガスボンベ、４．５，８，９，１８，２０・・・流
量調整器、６・・・反応９．７・・・アルシンボンベ、
１０・・・主バ／ｌ／７”、１】・・・高周波電源、１
５・・・サセプタ、１６・・・ＧａＡｓ結晶基板、１７
・・・酸素ガスボンベ、１９・・・メトキシアルミニウ
ム容器。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）それぞれＡｌとＧａを含む２種類以上の有機金属と
   アルシン（ＡｓＨ＿３）を原料とし、これら原料を輸送
   ガスにより反応管に導くとともに、酸素を供給して前記
   反応管内の高温に加熱した基板上で有機金属を熱分解す
   ることにより高抵抗ＡｌＧａＡｓ混晶を気相成長する方
   法であって、酸素源としてＡｌ、Ｇａ、Ａｓのうちのい
   ずれか一つを含む有機金属アルコオキサイドを用いるこ
   とを特徴とする高抵抗ＡｌＧａＡｓ混晶の気相成長方法
   。