JPH04151821A - 化合物半導体の気相成長方法 - 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、気相成長法により作製される化合物半導体薄
膜の均一性を向上させる方法に関するものである。

（従来の技術） 化合物半導体の気相成長法として、塩化物原料等を使用
して作製するクロライド気相成長法、水素化物原料と塩
化物原料を使用して作製するハイドライド気相成長法、
及び有機金属原料と水素化物原料等を使用して作製する
有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法とよふ）が一
般に用いられている。これらの気相成長方法は、上述し
たように、いずれも化合物半導体の構成元素を含有する
化合物を原料としており、これらの原料ガスを他の化合
物ガスあるいは単体ガス（キャリアガスと呼ばれる）に
よって成長室へ運搬し、化学反応を介して成長を行って
いる。また、この時原料ガスの成長室内での切れや均−
性等を向上させるため、−ｉに上記原料ガス以外の化合
物ガスや単体ガス（希釈ガスと呼ばれる）を過剰器こ成
長室内へ供給している。このように、化合物半導体の気
相成長法には数種類の方法が存在するが、いずれの方法
でも、キャリアガスもしくは希釈ガスとして、従来水素
が用いられてきた。その理由は、高純度で比較的安価に
人手でき、レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ　）数が小ざい
ため結晶品質に悪影響を及ぼす成長室内のガスの対流を
抑制できるからである。また特に、ＭＯＶＰＥ法で原料
として用いられる有機金属は、気相中もしくは基板上で
熱分解反応により化合物半導体の構成元素と炭水化物と
に分離することで成長が進行するが、水素は熱力学的に
安定な炭化水素の形成を促進させる効果を有するため、
有機金属原料の分解を比較的容易に起こすことができる
。さらに、所望の電気的性質を得るために用いるト′−
パント用原料も一般に水素化物や有機金属であることか
ら、これらの分解反応に関して、水素雰囲気は好ましい
環境にあるといえる。

このような方法で、化合物半導体薄膜を用いた素子構造
を成長する場合、素子特性の均一性や高歩留りを得るた
めには、ウェハ面内での膜厚１組成、ギヤリア濃度等の
均一性が必要不可欠である。

これらの均一性は、成長室内の原料ガスの流れバタンに
依存しているため、成長室は流体力学的に最適設計され
ている。その場合、流れバタンは原料ガス、キャリアガ
ス、希釈ガスの混合ガスの持つ粘性係数で決定される。

従って、−旦成長室の形状が決定されると、使用する混
合ガスの粘性係数は一定であることが望ましい。

一方、代表的な化合物半導体であるガリウムヒ素（Ｇａ
Ａｓ　）やアルミニウムガリウムヒ素（＾］ＧａＡｓ）
を用いた電子デバイスとして、近年、高電子移動度トラ
ンジスタ（ｆ（ＥＭＴ）やヘテじＩ接合バイポーラトラ
ンジスタ（ＨＢＴ）がン主目されている。

これらの素子が持つ優れた特性を実現するためには、象
、峻なヘテロ接合や、急峻な１ζ−パントプロファイル
の実現が必要不可欠である。従来用いられてきたいずれ
の成長方法でも、急峻性に関しては、原料ガスの流速を
増大させる等の方法で充分な値が得られているが、その
際、原料ガスの種類や濃度を変化させるため混合ガスの
粘性が変化してしまい、ある粘性係数を持つガスに対し
て最適設計されている成長室内の流れバタンか乱れる結
果、均一性が損なわれることが問題であった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記問題点を解決するために提案されたもの
で、その目的とする点は、化合物半導体の気相成長方法
において、ガスの流れパタンを一定に保ち、急、酸性と
均一性を同時に実現することにある。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は化合物半０体の気
相成長用の原料ガスと混合する、キャリアガスもしくは
希釈ガスの少なくとも一方のガスの成分が、粘性係数の
異なる二種類以上の混合ガスからなり、前記混合ガスの
粘性係数を前記原料ガスの粘性係数とほぼ等しくしたも
のを用いることを特徴とする化合物半導体の気相成長方
法を発明の要旨とするものである。

（作用） 本発明は、キャリアガスもしくは希釈ガスの少なくとも
一方のガスとして、粘性係数の異なる二種類以上のガス
を用いることによって、ガスの流れパタンを一定に保ち
均一性の向上を図ることができる。

（実施例） 次に本発明の実施例について説明する。なお実施例は一
つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で、
種々の変更あるいは改良を行いうろことは言うまでもな
い。

以下に、ＭＯＶＰＥ法による高濃度炭素（Ｃ）ドープＧ
ａＡｓ層の結晶成長の場合を例に挙げ、本発明を説明す
る。

本実施例では、縦型減圧方式のＭＯＶＰＥ装置において
ガリウム及びヒ素の原料であるｌ・リメチルガリウム（
ＴＭＧａ　）とアルシン（ＡｓＨ３）を用い、キャリア
ガスとして水素及び水素と不活性ガスであるアルゴンの
混合ガスを用いる。装置は、アルシンとＴＭＧａのモル
流量比、いわゆるＶ／ＩＩｌ比が１００程度の時最も均
一性が高くなるように設計、調整されている。一方、高
濃度ＣドープＧａＡｓ層を成長させるには、Ｖ／１［１
比を２程度に小さくする必要があるため、アルシン流量
を５０分の１に変化させなければならない。その際、表
１に示すようにアルシンと水素は粘性係数が大きく異な
るため、混合ガスの平均粘性係数も大きく変化してしま
う。

表１ 各種不活性ガス及びアルシンの粘性係数（ｘｌＯ−’　
　ｐｏｉｓｅ、　ｌａｔｍ　）第１図に、希釈ガスに水
素のみを用いて炭素ドーピングを行った場合の、Ｈａｌ
ｌ効果測定により求めたシートキャリア濃度の面内分布
を示す。横軸にはウェハ中心からの距離、縦軸にキャリ
ア濃度をとっである。図には比較のため、Ｖ／ＩＩＩ比
が１００の場合に、ＳｉＨ４ガスを用いてＳｉをドーピ
ングした場合のキャリア濃度の分布も示しである。Ｖ／
ＩＩ比が１００の場合には均一な分布が得られるが、Ｖ
／Ｕｆ比が低くなるとこのように均一性が著しく低下し
てしまう。それに対し、本発明を用いアルシンガスの流
量減少を補うように、希釈ガスとして粘性係数がアルシ
ンと等しい混合ガス（水素９６．８％、アルゴン３．２
％）を導入すれば、ガスの流れバタンを一定に保つこと
ができ、同一成長条件で、Ｓｉドープしたものと同様の
均一性が実現できる。

また、混合するガスが不活性なため、成長した結晶の品
質に悪影響を及ぼすことは無い。ここでは希釈ガスにつ
いて述べたが、キャリアガスの場合も同様の効果が得ら
れる。

本実施例では、一種類以上の気体の組合せとして水素と
アルゴンの場合について述べているが、この他に、窒素
（Ｎ２）　、ヘリウム（Ｈｅ）等との組合せを用いても
同様な効果が得られる。

以上から明らかなように、本発明を用いれば、化合物半
導体薄膜を作製する場合において、従来の技術に比較し
て均一性向上に関して多大な改善がみられる。

（発明の効果） 本発明を用いれば、化合物半導体の気相成長用＝７ の原料ガスと混合する、キャリアガスもしくは希釈ガス
の少なくとも一方のガスの成分が、粘性係数の異なる二
種類以上の混合ガスからなり、前記混合ガスの粘性係数
を前記原料ガスの粘性係数とほぼ等しくしたものを用い
ることにより、既存の成長室を改造することなく、象、
峻な組成やドーノクントプロファイルを持つ均一なエピ
タキシャルウェハを成長することが可能になるばかりで
なく、様々な組成やドーピング濃度を持つ複雑な層構造
のエピタキシャル層を連続して成長する場合でも各々の
層で、組成、膜厚、ドーピング濃度の均一性を高く保つ
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、縦型減圧方式のＭＯＶＰＥ装置において、原
料ガスとしてＴＭＧａ及びアルシン、キャリアガスとし
て水素とアルゴンの混合ガスを用いて高濃度ＣドープＧ
ａＡｓエピタキシャル層を形成させた場合の、キャリア
濃度のウエノ＼面内分布を、キャリアガスとして水素の
みを用いた場合の結果と比較して示した図である。 第 図 如 つＬへ中曳力゛うｑｓ￥！醒（ｍｍ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体の気相成長用の原料ガスと混合する
   、キャリアガスもしくは希釈ガスの少なくとも一方のガ
   スの成分が、粘性係数の異なる二種類以上の混合ガスか
   らなり、前記混合ガスの粘性係数を前記原料ガスの粘性
   係数とほぼ等しくしたものを用いることを特徴とする化
   合物半導体の気相成長方法。
2. （２）化合物半導体が、III族及びＶ族から成る化合物
   半導体であることを特徴とする請求項１記載の化合物半
   導体の気相成長方法。