JPH0480915A

JPH0480915A - 有機金属分子線エピタキシャル成長装置

Info

Publication number: JPH0480915A
Application number: JP19556790A
Authority: JP
Inventors: Naoki Furuhata; 直規古畑
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1992-03-13

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、ＩＩＩ　−Ｖ族化合物半導体の有機金属分子
線エピタキシャル成長装置に関する。

（従来の技術）化合物半導体の成長方法で、通常の分子線エピタキシャ
ル成長装置と同じ超高真空対応の成長室を有し、その原
料として有機金属を用いる有機金属分子線エピタキシャ
ル成長法（以下ＭＯＭＢＥと称す）は、分子線エピタキ
シャル法（以下ＭＢＥ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と称す）に対しては、膜厚、組
成の制御性が高く、面内の均一性も良いなどの多くの利
点を有しており、現在活発な研究開発が行われている。

ＭｏＶＰＥ法において、　ＧａＡｓ、　ＡｌＧａＡｓ、
　ＩｎＧａＡｓ等、Ｖ族に砒素が含まれるＩＩＩ　−Ｖ
族化合物半導体を成長する際に、用いられるＶ族元素原
料は、通常のＭＢＥと同様の金属砒素のほか、トリメチ
ル砒素（ＴＭＡｓ）、　）リエチル砒素（ＴＥＡｓ）等
の有機金属化合物や、アルシン（ＡｓＨａ）のような水
素化物が使用される。ＩＩＩ族元素原料は、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）、ｈ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。

ＭｏＶＰＥ法は、従来のＭＢＥやＭｏＶＰＥの欠陥を解
決する成長法であるが、有機金属化合物を用いるため、
成長膜中に原料からのカーボンが混入しやすく、これが
ｐ型ドーパントとなり、条件により成長膜は、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１０　
ｃｍ　　以上の極めて高いｐ型になる。一方、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、ＩＩＩ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。ＴＭ
Ｇを例にとると、モノメチルガリウム（ＧａＣＨｓ）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、Ｖ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
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、原料がすでに十分分解している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など、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抑制する方法は、通常のＭＢ
Ｅ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、アルシンは猛毒のため、犬がか
りな安全設備を整える必要があり、取扱に対しても十分
な注意が必要になる。

また砒素を高温（７００°Ｃ以上）でクラッキングする
方法も考えられるが、この場合は、周囲が加熱されるた
め、ＩＩＩ族原料が途中で分解し、成長層表面の欠陥の
原因になる。

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装置は、高
真空成長室と、金属砒素を供給するセルと、該金属砒素
をクラッキングするためのプラズマ発生装置または紫外
光発生装置とを備えていることを特徴とする。

（作用）金属砒素の使用によりアルシンに比べ安全性は高い。さ
らに、プラズマもしくは紫外光を用いて、Ａｓ４をＡｓ
２に変換することにより、周囲を加熱することなく、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。

クラッキングのために高温に加熱する必要がなく、成長
表面に欠陥がはいることもない。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

第１図は、本発明の有機金属分子線エピタキシャル成長
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はフランクス測定するヌー
ドイオンゲージ、１０はＧａＡｓ成長用基板である。砒
素をクラッキングする装置は、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙ
ｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　（ＥＣＲ）プラ
ズマ発生装置８を用いた。

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）、Ｖ族原料として、金属砒素（Ａｓ４
）を使用して、ＧａＡｓ層を成長した。成長条件は、Ｔ
ＥＧ。

１　ｃｃ／ｍｉｎ、　Ａｓ圧力２　Ｘ　１０　　Ｔｏｒ
ｒ、基板温度５００°Ｃ，ＥＣＲ装置のマイクロ波パワ
ーは２００Ｗである。本実施例では、半絶縁性ＧａＡｓ
基板上１０にＧａＡｓ層を２□ｍ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７７にの移動度ｐ。７に＝　１２０
．０００ｃｍ　／Ｖｓと良好な値を示した。本実施例は
ＧａＡｓについて記述したが、ＡｌＧａＡｓ、　ＩｎＧ
ａＡｓ等、Ａｓを含む他のＩＩＩ　−Ｖ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
稼動率が高くなった。

また本実施例では、ＥＣＲプラズマ発生装置を用いたが
、紫外光発生装置を用いて紫外光によりクラッキングし
ても同様の効果がある。あるいは高周波を用いてクラッ
キングしてもよい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の有機金属エピタキシャル
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
。図において、１・・・有機金属原料供給ライン、２・・
・マスフローコントローラ、３・・・ガスセル、４・・
・成長室、５・・・排気装置、６・・・基板加熱機構、
７．・・Ａｓ用セル、８・・・ＥＣＲプラズマ発生装置
、９・・・ヌードイオンゲージ、１０・・・基板。

Claims

【特許請求の範囲】

　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、真空成長室と、金属砒
素を供給するセルと、該金属砒素をクラッキングするた
めのプラズマ発生装置または紫外光発生装置を備えてい
ることを特徴とする有機金属分子線エピタキシャル装置
。