JPH01289258A - 気相エピタキシャル成長方法 - 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】 〔概　要〕 化合物半導体の気相エピタキシャル成長方法に関し、 水銀のような室温で液相のエピタキシャル成長用ガス形
成材料、或いはトリメチルインジウムのような室温で固
相のエピタキシャル成長用ガス形成材料が輸送効率を高
めた状態でエピタキシャル成長用の反応管内へ導入する
のを目的とし、キャリアガスと、エピタキシャル成長ガ
スを含むキャリアガスとをガス導入管を通じて反応管内
に導入し、該反応管内に収容されたサセプタ上の基板を
加熱し、前記エピタキシャル成長用ガスを分解して基板
上に化合物半導体のエピタキシャル結晶を製造する方法
に於いて、 前記エピタキシャル成長用ガス形成材料として室温で固
相の状態のガス形成材料、或いは室温で液相の状態のガ
ス形成材料を微粒子体となし、該微粒子体をキャリアガ
スに分散させて反応管内に導入することで構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は気相エピタキシャル成長方法に関する。

赤外線検知素子のような光電変換素子の形成材料として
エネルギーバンドギャップの狭い水銀・カドミウム・テ
ルル（Ｈｇｌ−、Ｃｄ、　Ｔｅ）のような化合物半導体
結晶が用いられている。

更にホトダイオード形成材料としてインジウム燐（Ｉｎ
Ｐ）のような化合物半導体結晶も用いられている。

このような化合物半導体結晶を素子形成に都合が良いよ
うに大面積で、かつ薄膜状態に形成するには、反応管内
に収容されたカドミウムテルル（ＣｄＴｅ）のような化
合物半導体基板上に、キャリアガスとしての水素ガスに
担持された水銀、およびキャリアガスにジメチルカドミ
ウム、ジエチルテルルのようなエピタキシャル成長用ガ
スを担持して導入するか、或いはＩｎＰの基板上に気化
されたトリメチルインジウム、或いはＮ型のドーパント
としてのジメチルマグネシウムを担持したキャリアガス
を導入し、基板を加熱して前記エピタキシャル成長用ガ
スを分解し、この分解した成分を基板に被着させるＭ　
ＯＣＶ　Ｄ　（Ｍｅｔａｌ　ＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉ
ｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化
学気相成長）方法が用いられている。

〔従来の技術〕

従来のこのような気相エピタキシャル成長方法について
述べる。

第４図は従来の気相エピタキシャル成長方法に用いる装
置の模式図で、図示する・ように石英よりなる反応管１
内に、ＣｄＴｅの基板２を設置したサセプタ３が設置さ
れ、反応管１の周囲にはサセプタ３を加熱するための高
周波誘導コイル４が設置されている。また反応管１に連
なるガス導入管５は三方に分岐され、分岐されたガス導
入管５Ａよりジメチルカドミウムガスを担持した水素ガ
ス、ガス導入管５Ｂよりジエチルテルルガスを担持した
水素ガス、ガス導入管５Ｃより水銀を担持した水素ガス
がそれぞれ反応管１内に導入される。

また反応管１のガス流出側にはキャップ６が設けられ、
キャップ６を通じてガス排出管７が設けられている。

このような装置を用いて基板上に水銀・カドミウム・テ
ルルの結晶を成長する場合、反応管１内を排気した後、
ガス導入管５Ａ、　５Ｂ、　５Ｃよりジメチルカドミウ
ムを担持した水素ガス、ジエチルテルルを担持した水素
ガス、水銀をガス状として担持した水素ガスをそれぞれ
反応管ｌ内に導入し、高周波誘導コイル４に高周波電力
を印加してサセプタ３を加熱することで反応管Ｉ内に導
入されたガスを反応させて基板２上に水銀・カドミウム
・テルルのエピタキシャル層を形成している。

更に固相のエピタキシャル形成材料を用いて基板上に気
相エピタキシャル成長法によりエピタキシャル層を形成
する場合について述べる。

ＩｎＰの化合物半導体のエピタキシャル層形成用ガス形
成材料としてのトリメチルインジウム（（ＣＨｉ）＊Ｉ
ｎ）は融点が８９°Ｃで、室温では固相状態であり、ま
たＩｎＰの結晶のＮ型のドーパントとして用いるジメチ
ルマグネシウム（（Ｃ８：＋）　Ｊｇ　）は室温で固相
を呈しているため、水銀のようにキャリアガスでバブル
して反応管内に導入するのは不可能である。従って固相
のトリメチルインジウム、或いはジメチルマグネシウム
にキャリアガスを吹きつけ、昇華させて輸送している。

室温で固相のエピタキシャル層形成材料を用いてＩｎＰ
の化合物半導体のエピタキシャル層を形成するには第６
図に示す装置を用いる。

図の反応管１内を排気した後、ガス導入管５Ｃよりホス
フィン（ＰＨｔ）とキャリアガスの水素ガスとの混合ガ
スを反応管１内に導入すると共に、ガス導入管５Ｃより
キャリアガスをトリメチルインジウムに吹きつけること
で昇華によって気化されたトリメチルインジウムガス、
ガス導入管５Ｃよりキャリアガスをジメチルマグネシウ
ムに吹きつけることで昇華によって気化されたジメチル
マグネシウムを反応管１内に導入し、基板１１を加熱す
ることで基板１１上にＮ型のＩｎＰのエピタキシャル層
を形成している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでガス状の水銀を担持した水素ガスは反応管の管
壁やガス導入管の管壁が冷たい状態では、水銀の蒸気が
冷たい管壁で冷却されて凝結して付着し易いため、水銀
・カドウミム・テルルの結晶のエピタキシャル成長に必
要な量の水銀を輸送できない。

そのため、第４図に示すようにサセプタ３よりガスの導
入側の反応管１の管壁、および水銀を担持したキャリア
ガスのガス導入管５Ｃにヒータ８を設け、このヒータ８
を加熱することで、水銀蒸気の凝結を防ぎ管壁に付着し
ないようにしている。

また第５図に示すように水銀９を収容し、水素ガスのキ
ャリアガスを導入して容器内に収容されている水銀をバ
ブルさせて、水銀をガス状にしてキャリアガスに混合し
て反応管に導入する蒸発器１０の周囲にもヒータ１０−
１を設けている。

然し、第３図に示すようなガス導入管５Ｃの周囲のヒー
タ８、および反応管１のサセプタ３よりガス導入側に設
けたヒータ８は２５０°Ｃ程度の温度で加熱しており、
そのためこのヒータ８の加熱によって分岐していないガ
ス導入管５、および反応管１内に導入されてきたジメチ
ルカドミウムガス、或いはジエチルテルルガスのような
エピタキシャル成長用ガスが、基板上に到達する迄に分
解する恐れがあり、所望の組成のエピタキシャル層が基
板上に形成されない問題を生じる。

また前記第６図に示すように、室温で固相のエピタキシ
ャル層形成材料を用いた場合も、ガス導入管５Ｃの周囲
、並びにガス導入側より見てサセプタ３の手前の反応管
１の外壁にヒーター１７を設けて、ガス導入管の内壁に
気化したエピタキシャル形成材料が凝固して付着しない
ようにしている。

然し、このような場合でも前記水銀のような液相のエピ
タキシャル層形成材料と同様にエピタキシャル成長用ガ
スのホスフィンガスが分解する問題が発生している。

本発明は上記した問題点を解決し、室温で液相、或いは
固相のエピタキシャル層成長用ガス形成材料を用いた場
合、微粒子状のガス形成材料が容易に得られて、反応管
やガス導入管を加熱する必要が無く、高輸送効率でエピ
タキシャル成長用ガスが反応管内に導入される気相エピ
タキシャル成長方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明の気相エピタキシャル成長方
法は、キャリアガスと、エピタキシャル成長ガスを含む
キャリアガスとをガス導入管を通じて反応管内に導入し
、該反応管内に収容されたサセプタ上の基板を加熱し、
前記エピタキシャル成長用ガスを分解して基板上に化合
物半導体のエピタキシャル結晶を製造する方法に於いて
、前記エピタキシャル成長用ガス形成材料として室温で
固相状態のガス形成材料、或いは室温で液相状態のガス
形成材料を微粒子体となし、該微粒子体をキャリアガス
に分散させてガス導入管およびガス反応管内に導入する
ことで構成する。

〔作　用〕

水銀を収容せる蒸発器内に水素ガスのようなキャリアガ
スを導入してバブルさせたガス状の水銀や、或いはソー
スポートを加熱することで、気化したガス状のトリメチ
ルインジウムは低温のガス導入管や、低！！領域の反応
管の壁面に接すると凝結して液化する。この時のキャリ
アガスの水銀、或いはトリメチルインジウムの分圧は壁
面の温度で決められる水銀、或いはトリメチルインジウ
ムの飽和蒸気圧と等しくなる。この圧力は当初のガス化
した水銀、或いはトリメチルインジウムの分圧より相当
低いので所定の水銀量、トリメチルインジウム量を輸送
することができない。

水銀を液滴の状態、トリメチルインジウムを微粉体の状
態でキャリアガスに分散して輸送する場合は、液滴、或
いは微粉体が低温の壁面に接触してもキャリアガスの水
銀分圧、或いはトリメチルインジウムの分圧には変化が
無い。キャリアガスの温度と壁の温度が等しいため、水
銀、或いはトリメチルインジウムの分圧はこれ等の温度
での飽和蒸気圧に等しい。然し、キャリアガス中には水
銀は既に液滴で、トリメチルインジウムは微粉体として
存在しているのでこの状態のままである。

従ってキャリアガス中には多量の水銀の液滴、或いはト
リメチルインジウムの微粉体が存在し、必要な水銀量、
或いはトリメチルインジウム量を輸送することができる
。　更に水銀液滴、或いはトリメチルインジウム微粉体
を帯電させ、それと同じ電位に反応管の内壁を保てば、
液滴、或いは微粉体が壁に付着しないようにすることが
できる。

即ち、液滴、或いは微粉体がガス導入管や反応管の内壁
面に近ずこうとすると、電磁気力による反溌作用を受け
るから内壁面に近ずくことができない。このため、水銀
、或いはトリメチルインジウムを所定量サセプタの基板
上に輸送することができ、所望の組成のエピタキシャル
層が得られる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例につき詳細に説明す
る。

第１図は液相のエピタキシャル成長用材料を用いて装置
の説明図で水銀を担持した水素ガスのガス導入管５Ｃの
途中に断熱膨張容器２１を設ける。この容器は断熱製部
材で形成され、該容器２１内を左右に移動する断熱性の
ピストン２２と、バルブ２３を備えたガス導入管２４と
、バルブ２５を備えたガス排出管２６とよりなる。この
容器２１のガス導入管２４はバルブ２３を介して水銀９
を収容した蒸発器１０に連なる。

第２図は固相のエピタキシャル成長用材料を用いた装置
の説明図で気化したトリメチルインジウムを担持した水
素ガスのガス導入管５Ｃの途中に断熱膨張容器２１を設
ける。

第１図および第２図の装置に於いて、バルブ２３を開い
て水素ガスよりなるキャリアガスに担持された水銀ガス
、或いはキャリアガスに担持されたトリメチルインジウ
ムガスを容器２１内に導入する。

次いでバルブ２３を閉じ、ピストン２２を矢印へ方向に
移動させて容器２１内に導入された水銀、或いはトリメ
チルインジウムガスが担持された水素ガスを加圧圧縮す
る。

次いでバルブ２５を開くと上記容器２１内のガスが断熱
膨張し、この断熱膨張によって前記した水素ガスに担持
された水銀ガスは急激に冷却されて水銀液滴となって容
器２１内に分散する。またこの断熱膨張によって前記し
た水素ガスに担持されたトリメチルインジウムは気相よ
り液相を通り越して固相の状態になり、トリメチルイン
ジウムの微粉体が形成される。

このようにして室温で液相のエピタキシャル成長用材料
は微小液滴となり、また室温で固相のエピタキシャル成
長用材料は固相の微粉体となり、いずれも微粒子体とな
ってキャリガス中に分散することとなる。

このようにすれば、容器２１内の空間部に微粒子の液滴
となって漂う水銀、或いは微粉体となって容器２１内の
空間部に漂うトリメチルインジウムは、容器２１内に導
入されるキャリアガスのガス流量を調節するのみで所望
の分圧の水銀、或いはトリメチルインジウムが反応管内
に導入される。

また第２の実施例として第３図に示すように、前記ガス
排出バルブ２５に隣接して金属製の配管３１を設け、こ
の配管３１内部に金網４１を設け、この金網４１が正電
極、配管３１が負電極となるように直流電源４２を用い
て直流電圧を印加しすると微小液滴の水銀、或いは微粉
体のトリメチルインジウムが静電誘導により帯電した金
′！Ｊ４４１とは逆の電荷を帯びることによって負に帯
電する。

更に分岐したガス導入管５Ｃ１およびガス導入管５と、
サセプタ３が収容されている位置よりガス導入側の反応
管１の外壁に金属板より成る電極４３を設け、この電極
４３を負となるように直流電源４４を用いて直流電圧を
印加すると前記した負に帯電した水銀の微粒子、或いは
微粉体のトリメチルインジウムが、電極４３に対して反
撥するため、ガス導入管５Ｃ２５、および反応管１の内
壁に付着しない状態でＣｄＴｅ基板、或いはＩｎＰ基板
２上に導入されるため、第１実施例に比較してより高信
頬度の気相エピタキシャル成長装置が得られる。

以上述べたように、本発明によれば、反応管、及びガス
導入管に付着し易いガス状の水銀が微小液滴となり、気
化したトリメチルインジウムが微粉体となってキャリア
ガス内に分散した状態で反応管内に導入されるため、反
応管、ガス導入管の管壁を加熱しな（とも、管壁に水銀
や、トリメチルインジウムが付着しなくなり、他のエピ
タキシャル成長用ガスがサセプタ上に導入される迄に分
解されるような不都合な現象が除去できる。

また水銀、或いはトリメチルインジウムを担持するキャ
リアガスの流量を調節するのみで所望の分量の水銀、或
いはトリメチルインジウムが反応管内に導入されるので
、組成の安定したエピタキシャル結晶が得られる。

更に水銀、或いはトリメチルインジウムがガス導入管、
および反応管の管壁に付着するような現象が除去できる
ので原料の無駄な消費が避けられ、反応管にエピタキシ
ャル層形成材料の付着が無いため、反応管が清浄に保た
れ、高品質のエピタキシャル結晶が得られる。

尚、本実施例ではトリメチルインジウムを担持したキャ
リアガスのみを断熱膨張して微粉体としたが、ドーパン
トとしてのジメチルマグネシウムも断熱膨張して微粉体
とするのは無論である。

（発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明の気相エピタキ
シャル成長方法によれば、組成の安定した高品質のエピ
タキシャル結晶が容易に得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の気相エピタキシャル成長
方法の説明図、 第３図は本発明の第２実施例の要部を示す説明図、 第４図は従来の気相エピタキシャル成長方法の説明図、 第５図は従来の方法の要部を示す説明図、第６図は従来
の方法の説明図である。 図において、 １は反応管、２は基板、３はサセプタ、５，５Ｃはガス
導入管、９は水銀、１０は蒸発器、２１は容器、２２は
ピストン、２３．２５はバルブ、２４はガス導入管、２
６はガス排出管、３１は配管、４１は金網、４２．４４
は電源、４３は電極を示す。 ４４否明＾Ｎｇエピタ斧洲ル八長ル５ｔえり月図第　１
　図 ／￥茫ｇむ方軒グオ２彪培例□建明図 匹、ｌ飄ノ１エピタキシャル践°（シ左５乏りｔ！ρＮ
ｆｆ１第４図 従来訪５ト手部褐敲朗Ｉ 第５図 徒未偽万は＾α胡閉 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）キャリアガスと、エピタキシャル成長ガスとをガ
   ス導入管（５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）を通じて反応管（１
   ）内に導入し、該反応管（１）内に収容されたサセプタ
   （３）上の基板（２）を加熱し、前記エピタキシャル成
   長用ガスを分解して基板上に化合物半導体のエピタキシ
   ャル結晶を製造する方法に於いて、前記エピタキシャル
   成長用ガス形成材料として室温で固相状態のガス形成材
   料（１３、１６）、或いは室温で液相状態のガス形成材
   料（９）を微粒子体と成し、該微粒子体をキャリアガス
   に分散させて反応管（１）内に導入することを特徴とす
   る気相エピタキシャル成長方法。
2. （２）前記ガス導入管（５Ｃ）の径路の途中に断熱膨張
   手段（２１、２２、２３、２４、２６）を設け、該断熱
   膨張手段内にキャリアガスに担持され、室温で液相状態
   のガス形成材料、或いは室温で固相状態のガス形成材料
   とを気化した状態で導入し、前記導入されたガス形成材
   料を断熱膨張させることで液相状態のガス形成材料、或
   いは固相状態のガス形成材料を微粒子体にしてキャリア
   ガスに分散混合することを特徴とする請求項１記載の気
   相エピタキシャル成長方法。
3. （３）前記微粒子体となってキャリアガスに分散混合し
   た固相、或いは液相のガス形成材料に電荷を付与する手
   段（４１、４２）を設けるとともに、ガス導入管の外壁
   、およびサセプタよりガスの流入側の反応管の外壁を前
   記形成材料に付与した電荷と同一極性に帯電させるため
   の手段（４３）を設けたことを特徴とする請求項１また
   は請求項２記載の気相エピタキシャル成長方法。