JPH045818A - 有機金属分子線エピタキシャル成長方法及びその成長装置 - 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、ＩＩＬＶ族化合物半導体の有機金属分子線エ
ピタキシャル成長方法およびその成長装置に関する。

（従来の技術） 化合物半導体の成長方法で、通常の分子線エビキシャル
成長装置と同じ超高真空対応の成長室を有し、その原料
として有機金属ガスを用いる有機金属分子線エピタキシ
ャル成長法（以下ＭＯＭＢＥ法と称す）は、分子線エピ
タキシャル法（以下ＭＢＥ法と称す）と比較して表面欠
陥が少なく、選択成長が可能という利点を備え、有機金
属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と称す）に対しては、
膜厚、組成の制御性が高く、均一性も良いなど多くの利
点を有しており、現在活発な研究開発が行なわれている
。

ＭＯＭＢＥ法において、ＧａＡｓ、　ＡｌＧａＡｓ、　
ＩｎＧａＡｓ等、■族に砒素が含まれるＩＩＬＶ族化合
物半導体を成長する時に、一般に用いられる■族原料は
、通常のＭＢＥと同様の金属砒素の他に、トリメチルヒ
ソ（ＴＭＡｓ）、トリエチルヒソ（ＴＥＡｓ）等の有機
金属化合物やアルシン（ＡｓＨ３）のような水素化物で
ある。

ＩＩＩ族原料は、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（
ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、ＡＩ原料と
してトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ、）、トリエチル
アルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ原料としてトリメチルイ
ンジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩ）
等である。

ＭＯＭＢＥ法は従来のＭＢＥやＭＯＶＰＥの欠点を解決
する成長法であるが、有機金属化合物を用いるため成長
膜中にカーボンが混入しやすく、これがｐ型ドーパント
となり、条件によって、成長膜は、高濃度のｐ型を示す
。特にＩＩＩ族原料としてＴＭＧやＴＭＡ等、メチル系
の原料を用いた時、キャリア濃度が、１０１９ｃｍ−３
以上の極めて高いｐ型になる。

方、ＴＥＧのようなエチル系原料を用いると、カーボン
混入は著しく抑えられるが、それでも通常のＭＢＥ法や
ＭＯＶＰＥ法に比べると、成長層の純度は劣る。これは
、次の理由による。

ＭＯＭＢＥ法の場合、ＩＩＴ族有機金属化合物は、基板
上のみで分解し金属原子に有機を１個ないし２個持った
中間生成物の形で基板に吸着すると推測される。ＴＭＧ
を例にとると、モノメチルガリウム（ＧａＣＨ３）ある
いは、ジメチルガリウム［Ｇａ（ＣＨ３）２］になり基
板表面に吸着している。これらの有機は、■族原料と反
応することにより脱離する。しかし中には、基板表面近
傍で、ラジカルとして存在し、カーボンアクセプターの
原因となるものもある。この反応過程が、基板に到達す
るまでに、既に原料が十分分解しているＭＯＶＰＥ法や
、もともと有機原料を用いないＭＢＥ法と、異なる点で
ある。

これを避けるため、■族原料の砒素（Ａｓ４の形で反応
する）を大量に供給し、ＩＩＩ族原料と十分反応させて
、ＩＩＩ族原料からのカーボン混入を抑えたり、砒素よ
り反応性の高い、アルシンを用いる等、純度を上げる手
段が、従来試みられてきた。

（発明が解決しようとする課題） 従来例では、次のような問題がある。砒素（Ａｓ４）を
大量に供給し、ＩＩＩ族原料と十分反応させて、成長層
にカーボンが混入するのを防ぐ方法は、通常のＭＢＥに
比べ、１０倍以上の砒素が必要で、原料のチャージを頻
繁に行なう必要があり煩雑なことと、Ａｓセルと基板の
距離が近い場合は、Ａｓセルから、砒素の塊が飛来し、
基板に付着して、表面欠陥の原因になることもある。砒
素より反応性の高い、アルシンを用いる場合は、このよ
うな問題はないが、アルシンは猛毒なため、大掛かりな
安全設備を備える必要があり、取扱いに対しても十分な
注意が必要となる。

本発明の目的は原料に含まれるカーボンの混入を抑え高
純度の結晶を得るための有機金属分子線エピタキシャル
成長方法とその成長装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の有機金属分子線エピタキシャル成長方法はＩＩ
ＬＶ族化合物半導体の成長方法においてＡｓ原料として
金属砒素を用い、これを７００℃以」二の高温でクラッ
キングした後、成長用基板に供給することを特徴とする
。

また本発明の成長装置は金属砒素を供給するセルと、こ
れを７００℃以上の高温でクラッキングして、基板に供
給する装置を備えていることを特徴とする。

（作用） 金属砒素Ａｓ４の使用によりアルシンに比べ、安全性は
高い。また砒素を７００℃以上でクラッキングすること
により、Ａｓ４をＡｓ２に十分に変換でき、反応性の高
いＡｓ２の形で基板に供給でき、有機原料と有効に反応
し、通常のＭＢＥと同程度の供給量でも、成長層へのカ
ーボン混入を抑えることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を説明する。第１図は、本発明
の有機、金属分子線エビタギシャル成長装置の模式的断
面図である。本装置は、有機金属原料を供給するライン
１と、そのガス流量をコントロールするマスフローコン
トローラ２と、有機金属原料を成長室に導入するガスセ
ル３と成長室４と排気装置５と基板加熱機構６とＡｓ用
セルフと砒素をクラッキングする装置８から構成されて
いる。なお９はフラックスを測定するヌードイオンゲー
ジ、１０がＧａＡｓ基板である。

本実施例において、ＩＩＩ族原料として、トリエチルガ
リウム（、ＴＥＧ）、■族原料として、金属砒素（Ａｓ
４）を使用して、ＧａＡｓを成長した。成長条件は、Ｔ
ＥＧ。

ｌｃｃ／ｍｉｎ、　Ａｓ圧力２刈０−５Ｔｏｒｒ、基板
温度５００℃１砒素クラッキング温度８００℃である。

本実施例では、半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓを２
μｍ成長した。この成長層のキャリア濃度と移動度をホ
ール測定で調べたところ、ｎ型でキャリア濃度ｎ＝ｌＸ
１０１４ｃｍ−３室温の移動度、１１ＲＴ＝７０００ｃ
ｍ２ＮＳ、７７にの移動度、Ｐ７゜え＝　１２０，００
０ｃｒｎ２／Ｖｓと良好な値を示した。本実施例はＧａ
Ａｓについて記述したが、ＡｌＧａＡｓ、　ＩｎＧａＡ
ｓ等、Ａｓを含む他のＩＩＬＶ族化合物半導体あるいは
その混晶においても同様に良好な高純度結晶が得られて
いる。更に、１０　’Ｔｏｒｒオーダの低い砒素圧で成
長できるので、砒素の塊の基板付着はなくなり、また砒
素の原料のチャージの回数が少なくなり装置の稼働率が
高くなった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の有機金属分子線エピタキ
シャル成長方法及び成長装置により、Ａｓを含むＩＩＩ
　−Ｖ族化合物半導体を成長させる際、低い砒素圧で、
原料からのカーボン混入を抑え、高純度の結晶を成長す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の成長装置の概略図である
。 ■・・・有機金属原料供給ライン、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機金属分子線エピタキシャル成長方法による、
   III−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法において砒素原
   料として金属砒素を用い、これを７００℃以上の高温で
   クラッキングした後、成長用基板に供給することを特徴
   とする有機金属分子線エピタキシャル成長方法。
2. （２）III−Ｖ族化合物半導体を成長する有機金属分子
   線エピタキシャル成長装置において、金属砒素を供給す
   るセルと、該金属砒素を７００℃以上の高温でクラッキ
   ングする装置を備えていることを特徴とする有機金属分
   子線エピタキシャル成長装置。