JPH07235494A

JPH07235494A - 気相エピタキシャル成長方法

Info

Publication number: JPH07235494A
Application number: JP1445894A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Meguro; 健目黒; Harunori Sakaguchi; 春典坂口
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-02-08
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】原子状水素を反応管内に導入することによっ
て、高純度のエピタキシャル層を成長させることを可能
とする。【構成】タングステン等の高融点フィラメントを用いた
水素クラッキングセル１０をＭＯＶＰＥ装置の反応管１
に付設する。水素クラッキングセル１０で発生した原子
状の水素を水素導入管１１を通して反応管１内に原料ガ
スとは別個に導入させる。導入された原子状水素は、基
板２に到達した有機金属化合物の金属と有機基との結合
を切り、エピタキシャル層に取り込まれる炭素を効果的
に抑止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体結晶の気
相エピタキシャル成長方法に係り、特にエピタキシャル
層に取り込まれる炭素量を抑制ないし制御して所望のエ
ピタキシャル層を成長する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来の有機金属気相成長（ＭＯＶ
ＰＥ）装置の成長炉部を模式化した横断面図の一例を示
す。

【０００３】同図において、１は反応管、２はエピタキ
シャル成長させる結晶成長用基板、３は原料ガスの導入
口、４はその排気口、５は基板を支持するサセプタ、６
は基板加熱手段であるＲＦ（高周波）コイル、７はサセ
プタ支持軸、８はサセプタ及び基板を回転させるモー
タ、９は反応管を冷却するための冷却水出入口である。
同図によりエピタキシャル成長プロセスを説明する。サ
セプタ５の上に結晶成長用基板２をセットし、Ｖ属原料
を反応管１内に流しながらＲＦコイル６に高周波電流を
流してサセプタ５すなわち結晶成長用基板２を加熱す
る。

【０００４】目的とする成長温度に達したらIII 属原料
ガスをガス導入口３より供給する。すると、結晶成長用
基板２上において高温気相における原料ガス分解と蒸着
が起こり、結晶成長用基板２上にエピタキシャル層が形
成される。III 属原料の供給を切ることによりエピタキ
シャル成長を停止させる。Ｖ属原料を流したままＲＦコ
イル６に流す電流を切り室温まで基板２を降温させる。

【０００５】上述したＭＯＶＰＥ装置は、超薄膜の形
成、高急峻なヘテロ接合の形成及びそれらを組み合わせ
た多層構造の形成が容易に行なえるため、化合物半導体
を用いた超高周波素子デバイス用エピタキシャルウェハ
の製作に用いられている。

【０００６】この中でＨＥＭＴやＭＥＳＦＥＴ等のよう
な超高周波デバイスにおいては、キャリア濃度が１０¹⁴
cm^-3台の高純度なバッファ層（エピタキシャル層）が要
求されている。

【０００７】従来、ＭＯＶＰＥ法を用いて高純度エピタ
キシャル層を成長させるためには、III 属とＶ属の原料
にメチル系の有機金属化合物を用いる場合、原料自体に
含まれる炭素がエピタキシャル層中にかなり高濃度に取
り込まれてしまうため、高純度のエピタキシャル層を成
長することができない。

【０００８】これに対して、III 属とＶ属の原料に少な
くとも炭素数が２以上のアルキル基またはアリール基が
付いた有機金属化合物を用いれば、エピタキシャル層に
取り込まれる炭素の量をかなり減らすことができるが、
それでもキャリア濃度が１０¹⁴cm^-3台の高純度のエピタ
キシャル層を成長することは困難であった。

【０００９】III 族とＶ族の原料にアミン系の原料を用
いれば炭素の混入はなくなるが、原料自体の純度が十分
でなくシラン等の不純物を含有するため、ｎ型でキャリ
ア濃度が１０¹⁵cm^-3台のものしか成長できていない。

【００１０】そこで、最近では、高純度のエピタキシャ
ル層を成長させるために、III 属原料に有機金属化合物
を用い、Ｖ属原料にはエピタキシャル層へ取り込まれる
炭素を抑止することができるアルシンやターシャリーブ
チルアルシン等のＶ族水素化物を用いる方法が検討され
ている。

【００１１】一方、例えばヘテロバイポーラトランジス
タ（ＨＢＴ）のような超高周波素子デバイスにおいて
は、高濃度ｐ型ＧａＡｓ層（ベース層になる）とその層
の前後に高急峻なＰＮ接合が必要になる。

【００１２】従来、Ｐ型ＧａＡｓ層を成長するのに用い
られてきたＰ型ドーパントは亜鉛（Ｚｎ）やベリリウム
（Ｂｅ）やマグネシウム（Ｍｇ）がある。

【００１３】ＢｅはＺｎに比べ拡散定数は遥かに小さい
が、Ｂｅはそれ自体かなり毒性が強く取扱いにくいた
め、安全性の点気相エピタキシャル成長法に用いること
は困難である。

【００１４】ＭｇはＺｎに比べ拡散定数が遥かに小さい
が、その主原料であるビスシクロペンタジエニルマグネ
シウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）やビスメチルシクロペンタジエニ
ルマグネシウム（Ｍ₂Ｃｐ₂Ｍｇ）は蒸気圧が低いた
め、配管や成長炉の内壁に吸着しやすい。このため、こ
れらの原料を用いてＭｇをドーピングするエピタキシャ
ル層を成長する場合、メモリー効果により高急峻なｐｎ
接続を形成することは困難である。

【００１５】そこで最近では、ＭＯＶＰＥ法を用い、炭
素をｐ型ドーパントとして高濃度ｐ型ＧａＡｓ層を成長
する方法が検討されている。炭素はＢｅやＭｇに比べさ
らに拡散定数が小さく、またその原料はメモリ効果を示
さない特長がある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】

(1) 上述したようにＭＯＶＰＥ法で高純度のエピタキシ
ャル成長を行なう場合、III 属原料に有機金属化合物を
用い、Ｖ属原料にはアルシンやターシャリーブチルアル
シン等のＶ族水素化物を用いると、エピタキシャル層へ
取り込まれる炭素を抑止することができる。これは水素
化物が分解したときにできる活性化した原子状の水素
が、基板に到達した有機金属化合物の金属と有機基との
結合を切り、エピタキシャル層に取り込まれる炭素を効
果的に抑止する作用があるためである。

【００１７】しかし、高純度のエピタキシャル層を成長
するために必要な量の活性化した原子状の水素をこれら
の水素化物から得るためには、III 属有機金属原料に対
するＶ属水素化物のモル比をかなり大きくしなければな
らず、原料効率が悪かった。 (2) 一方、ＭＯＶＰＥ法で炭素をドーピングしたエピタ
キシャル層の成長を行う場合、その濃度は成長温度、成
長圧力、ガス流速及びＶ属原料にアルシンを用いる場合
はその流量により制御している。成長温度、成長圧力及
びガス流速を変えて炭素濃度を制御する場合、これらの
設定値を瞬間的に変えることは難しく、ドーパントの流
量を変えてキャリア濃度を制御する場合に比べ、キャリ
アプロファイルの微妙な制御が難しい。またこれらの条
件を変えることにより、成長速度、膜厚分布またはキャ
リア濃度分布が変化するため大変扱いずらかった。

【００１８】Ｖ属原料にアルシンを用いる場合は、その
流量により炭素濃度を制御できるため、前述した方法に
比べ制御し易いと考えられるが、高濃度に炭素をドーピ
ングさせる成長領域では、その成長はアルシン供給律速
になっており、アルシン流量を変えると成長速度が変わ
ってしまう問題があった。

【００１９】本発明の目的は、エピタキシャル層に取り
込まれる炭素量を制御して所望のエピタキシャル層を成
長させることが可能な気相エピタキシャル成長方法を提
供することにある。

【００２０】また、本発明の目的は、高純度のエピタキ
シャル層を成長させることが可能な気相エピタキシャル
成長方法を提供することにある。

【００２１】また、本発明の目的は、炭素ドーピング濃
度が高精度に制御されたエピタキシャル層を成長させる
ことが可能な気相エピタキシャル成長方法を提供するこ
とにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の気相エピタキシ
ャル成長法は、反応管内に設置した結晶成長用基板を加
熱し、反応管内にIII 族原料ガスとＶ族原料ガスを供給
して結晶成長用基板上に化合物半導体結晶をエピタキシ
ャル成長させる気相エピタキシャル成長方法において、
反応管内に活性化した原子状水素を前記原料ガスとは別
に供給するようにしたものである。

【００２３】ここで、活性化した原子状水素を水素クラ
ッキングセルにより供給することにより高純度のエピタ
キシャル層を成長することができる。

【００２４】また、結晶成長用基板上に成長させる化合
物半導体結晶はＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＧ
ａＡｓ、ＩｎＧａＡｓまたはＩｎＡｌＡｓ等のＡｓ系化
合物結晶であることが好ましい。そして、III 属−Ｖ族
原料の組み合わせは、次のようにすることが好ましい。

【００２５】まず、上記のようなＡｓ化合物結晶を成長
させるには、III 属原料はトリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム、トリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム（Ｔ
ＥＩ）等のアルキル基またはアリール基が付いた有機金
属化合物とし、Ｖ属原料はトリメチル砒素（ＴＭＡｓ）
とする。

【００２６】特に、ＧａＡｓ結晶を成長させるには、II
I 族原料はＴＭＧとし、前記Ｖ族原料はトリエチル砒素
（ＴＥＡｓ）等の少なくも炭素数が２以上のアルキル基
及びアリール基が付いたＡｓ系有機金属化合物とする
か、またはIII 族原料はＴＭＧとし、Ｖ族原料はアルシ
ン等の水素化物とする。

【００２７】また、本発明の気相エピタキシャル成長方
法は、反応管内に設置した結晶成長用基板を加熱し、反
応管内にIII 族原料ガスとＶ族原料ガスを供給して結晶
成長用基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長
させる気相エピタキシャル成長方法において、前記原料
ガス中の有機金属化合物に含まれる炭素をドーパント源
としてエピタキシャル層中に炭素をドーピングする成長
を行う際に、活性化した原子状水素を水素クラッキング
セルにより供給するとともに、供給される原子状水素の
量によりエピタキシャル層中の炭素濃度を制御するよう
にしたものである。

【００２８】ここで、水素クラッキングセルに導入する
水素流量により原子状水素の量を制御することが好まし
い。また、高融点フィラメントを加熱して原子状水素を
生成する水素クラッキングセルを用いる場合は、フィラ
メントの温度により原子状水素の量を制御することが好
ましい。

【００２９】また、結晶成長用基板上に成長させる化合
物半導体結晶は、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、Ａｌ
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、またはＧａ
Ｐ、ＡｌＰ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡ
ｌＰ、ＡｌＧａＰであることが好ましい。

【００３０】

【作用】原料ガスとは別に活性化した原子状の水素が反
応管内に供給されると、基板に到達した有機金属化合物
の金属と有機基との結合が切られるため、エピタキシャ
ル層に取り込まれる炭素が効果的に抑止される。したが
って、原子状水素の供給量を増やしてやると、炭素の取
り込みが全面的に抑止され、高純度のエピタキシャル層
を成長することが可能になる。特に、水素クラッキング
セルを供給源として用いると、高純度のエピタキシャル
層を成長するために必要な量の原子状水素を効率的に供
給できる。

【００３１】また、III 属とＶ属の有機金属化合物の組
み合わせでも高純度なエピタキシャル層の成長が可能に
なる一方、活性化した原子状の水素を原料ガスとは別個
に供給するので原料効率が良くなる。

【００３２】一方、エピタキシャル層中に炭素をドーピ
ングする成長を行なう際に、水素クラッキングセルより
活性化した原子状の水素が反応管内に供給されると、既
述したようにエピタキシャル層に取り込まれる炭素が効
果的に抑止される。したがって、原子状水素の供給量
を、水素クラッキングセルに導入する水素流量や、ある
いはフィラメントの温度によって制御してやると、エピ
タキシャル層中に取り込まれる炭素濃度が制御され、成
長速度は変わらず、炭素濃度が独立したパラメータとし
て制御されたエピタキシャル層を成長することが可能と
なる。

【００３３】例えば、これを、ＴＭＧをIII 属原料兼ド
ーパント源として、ＧａＡｓに炭素ドーピングさせる場
合について説明しよう。炭素のドーピングメカニズム
は、ＴＭＧが表面反応律速になる温度領域において、Ｔ
ＭＧが不完全に分解した状態、すなわちガリウムにモノ
メチル基がついた状態（Ｇａ−ＣＨ₃）で炭素が基板に
到達し、エピタキシャル層中に取り込まれる。活性化し
た原子状水素は、有機金属化合物であるＴＭＧのＧａと
メチル基の結合にアタックして、この結合を切る働きが
ある。従って成長炉中の活性化した原子状水素の量を制
御することにより、基板に届くＧａ−ＣＨ₃の量を制御
することができ、最終的にはエピタキシャル層中に取り
込まれる炭素の量を制御することができる。

【００３４】また、この方法は、ＴＭＧ以外でもメチル
基をもつ有機金属化合物を用いて炭素をドーピングする
場合でも同様なメカニズムになるため、効果がある。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の気相エピタキシャル成長方法を実施するための
ＭＯＶＰＥ装置の反応炉部の模式化した横断面図であ
る。

【００３６】同図において、石英製の反応管１の上部に
原料ガス導入口３が、下部に排気口４がそれぞれ設けら
れる。反応管１内には、エピタキシャル成長させる結晶
成長用基板２を支持するＳｉＣで被覆されたカーボン製
のサセプタ５が設置される。サセプタ５及び基板２は支
持棒７で支持されてモータ９により回転する。基板２
は、加熱手段である反応管１の外周に巻回したＲＦコイ
ル６により加熱される。反応管壁は、冷却水出入口９か
ら給排水される冷却水によって冷却される。

【００３７】導入口３の途中に石英製の水素導入管１１
が差し込まれ、この水素導入管１０には、水素導入口１
２より導入される水素をクラッキングするためのタング
ステンフィラメントを用いた水素クラッキングセル１０
が接続され、ここでクラッキングした水素を水素導入管
１１を通して反応管１内に導入するようになっている。
水素クラッキングセル１０内に設けた温度センサ１３
は、フィラメントの温度をモニタする。

【００３８】次に、上述した水素クラッキングセルを備
えた成長炉を用いて炭素を含まない高純度エピタキシャ
ル層を成長する実施例と、炭素ドーピング濃度を制御す
る実施例とに分けて説明する。

【００３９】（１）高純度エピタキシャル層成長の実施
例上述したＭＯＶＰＥ装置は、タングステン等の高融点の
フィラメントを用いた水素クラッキングセル１０を設け
てあるので、原料ガスとは別に活性化した原子状水素を
反応管１内に供給できる。したがって、活性化した原子
状水素を十分かつ効率的に導入することができ、導入さ
れた原子状水素が基板２の表面に達した有機金属化合物
の金属と有機基との間の結合を強制的に切断するため、
III 属とＶ属の有機金属化合物の組み合わせでも、エピ
タキシャル層中に取り込まれる炭素を大幅に抑止でき、
高純度なエピタキシャル層の成長が可能になる。

【００４０】また、高純度のエピタキシャル層を成長す
るために必要な量の活性化した原子状の水素を原料の水
素化物とは別個に十分に供給できるので、III 属有機金
属原料に対するＶ属水素化物のモル比を大きくする必要
がなくなり、原料効率が良くなる。

【００４１】従って、ＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル成
長を行うにあたり、使用する原料の選択の幅が広がり、
またＨＥＭＴやＭＥＳＦＥＴ等のデバイス用エピタキシ
ャルウェハの成長において必要な高純度のバッファ層を
経済性よく成長できるようになる。

【００４２】次に本装置を用いて行なった実施例を説明
する。

【００４３】（実施例１）反応管内のサセプタにＧａＡ
ｓ基板を設置し、反応炉内の圧力を７×１０^-3Ｐａに保
ち、反応管内にＴＭＡｓを流した状態でＧａＡｓ基板を
成長温度まで加熱し、ＴＭＧを反応炉内に導入し、Ｇａ
Ａｓ層の成長を行った。

【００４４】成長の終了はＴＭＧの反応管内への供給を
停止することにより行ない、ＴＭＡｓを流した状態で室
温まで降温した。

【００４５】成長温度は６００℃とし、成長時間は６０
min とした。また、ＴＭＡｓとＴＭＧのモル流量比は１
０とし、水素クラッキングセルのタングステンフィラメ
ントの温度は２０００℃に設定した。

【００４６】このような成長条件下で水素クラッキング
セルに水素を１０ml/min流して活性化した原子状水素を
反応管に導入した場合と、導入しなかった場合の２通り
について実験を行った。

【００４７】上記条件で作成した２種類のサンプルのキ
ャリア濃度をＣＶ測定した結果、活性化した水素を反応
管に導入しなかった場合は、ｐ型で５×１０¹⁶cm^-3のキ
ャリア濃度になったが、活性化した水素を反応管に導入
した場合はｐ型で３×１０¹⁴cm^-3のキャリア濃度になっ
た。これはバッファ層に要求されている前記キャリア濃
度を満たしている。

【００４８】このように従来高純度成長が不可能であっ
たIII 属とＶ属の有機金属化合物の組み合わせでも、高
純度なエピタキシャル層の成長が可能になることがわか
った。

【００４９】（実施例２）反応管内にアルシンを流した
状態でＧａＡｓ基板を成長温度まで加熱し、ＴＭＧを反
応炉内に導入し、ＴＭＧとアルシンのモル流量比を５程
度にしたこと以外は、実施例１と同様にしてＧａＡｓ層
の成長を行った。

【００５０】実施例１と同様に２種類のサンプルのキャ
リア濃度をＣＶ測定した結果、活性化した水素を反応管
に導入しなかった場合は、ｐ型で１×１０¹⁶cm^-3のキャ
リア濃度になったが、活性化した水素を反応管に導入し
た場合はｐ型で２×１０¹⁴cm^-3のキャリア濃度になっ
た。これもバッファ層に要求されている前記キャリア濃
度を満たしている。

【００５１】従来、ＴＭＧとアルシンを用いてキャリア
濃度を２×１０¹⁴cm^-3にするためには、そのモル流量比
を２０程度にしなければならず、本実施例を用いること
により、約４倍アルシンを節約できることがわかった。

【００５２】（実施例３）反応管内にＴＥＡｓを流した
状態でＧａＡｓ基板を成長温度まで加熱し、ＴＭＧを反
応炉内に導入したこと以外は、実施例１と同様にしてＧ
ａＡｓ層の成長を行った。

【００５３】実施例１と同様に２種類のサンプルのキャ
リア濃度をＣＶ測定した結果、活性化した水素を反応管
に導入しなかった場合は、ｐ型で４×１０¹⁶cm^-3のキャ
リア濃度になったが、活性化した水素を反応管に導入し
た場合はｐ型で５×１０¹⁴cm^-3のキャリア濃度になっ
た。

【００５４】したがって、有機金属化合物に含まれる炭
素をドーパントとしてエピタキシャル成長中に炭素をド
ーピングする際に、成長中に流す活性化した水素原子の
量により、独立パラメータとしてエピタキシャル層中の
炭素濃度を制御できる。その結果、ＨＥＭＴやＭＥＳＦ
ＥＴ等の超高周波デバイス用エピタキシャルの成長にお
いて、デバイス特性に大きな影響を与えるため重要とな
る高純度なバッファ層を成長する場合において、キャリ
ア濃度が１０¹⁴cm^-3台の高純度なバッファ層を成長する
ことができるようになり、ＨＥＭＴ等の高純度化が必要
なエピタキシャルウェハの高品質化（デバイス特性が良
く、品質のばらつきが小さい）が可能になる。

【００５５】（２）炭素ドーピング濃度制御の実施例上述したＭＯＶＰＥ装置は、また、水素クラッキングセ
ルより供給される原子状水素の量によりエピタキシャル
層中の炭素濃度を制御することができる。すなわち、有
機金属化合物原料に含まれる炭素をドーパントとしてエ
ピタキシャル成長中に炭素をドーピングする際に、水素
クラッキングセルより供給する活性化した原子状水素の
量により、エピタキシャル層に取り込まれる炭素濃度を
制御しているため、アルシン流量を変えて炭素濃度を制
御する場合のように成長速度が変わることがなく、原子
状水素の量を独立パラメータとしてエピタキシャル層中
の炭素濃度を制御できる。

【００５６】その結果、たとえばＨＢＴ用エピタキシャ
ルウェハの成長で、デバイス特性に大きな影響を与える
ため重要になる炭素ドープＰ型ＧａＡｓベース層を成長
する場合において、その層の膜厚及び炭素濃度を制御性
よく成長できるようになり、ＨＢＴ等の炭素ドーピング
が必要なエピタキシャルウェハの高品質化が可能にな
る。

【００５７】次に、III 属有機金属原料にＴＭＧ、Ｖ属
原料にアルシンを用いて炭素ドープＰ型ＧａＡｓの成長
を行なった実施例を説明する。

【００５８】（実施例４）反応管内のサセプタにＧａＡ
ｓ基板を設置し、反応炉内の圧力を７×１０³Ｐａに保
ち、反応管内にアルシンを流した状態でＧａＡｓ基板を
５００℃まで加熱し、ＴＭＧを反応炉内に導入し、炭素
ドープＰ型ＧａＡｓ層の成長を行った。ＴＭＧの成長炉
内への供給を停止することで成長を終了し、アルシンを
流した状態で室温まで降温した。これらの原料ガスのキ
ャリアは水素を用いた。成長時間は６０min とした。Ｔ
ＭＧとアルシンのモル流量比は１とした。成長中に反応
炉に流す活性化した原子状水素の量は、クラッキングセ
ルに流す水素の流量により制御した。水素クラッキング
セルのタングステンフィラメントの温度は２０００℃と
した。クラッキングセルに流す水素の流量は０、１０、
３０、６０及び１００ml/minとした５つの条件で独立に
実験を行った。

【００５９】エピタキシャル成長した炭素ドープ型Ｐ型
ＧａＡｓの膜厚（成長速度）及び炭素濃度をそれぞれ走
査型電子顕微鏡及びＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法
で測定した結果をそれぞれ図２（Ａ）及び（Ｂ）に示
す。

【００６０】図２（Ａ）を見てわかるように成長速度
は、水素クラッキングセルに流す水素流量が変わっても
ほとんど変化しない。これに対して炭素濃度は図２
（Ｂ）に示したように水素クラッキングセルに流す水素
流量が多くなるほど低下していき、活性化した原子状水
素の量により炭素濃度を制御できることを示している。
このように本実施例を用いれば独立パラメータとして炭
素濃度を制御することが出来る。

【００６１】（実施例５）成長中に成長炉に流す活性化
した原子状水素の量を、クラッキングセルのタングステ
ンフィラメントの温度により制御した点を除いて実施例
４と同一条件とした。水素クラッキングセルに流す水素
の流量は１００ml/minとした。タングステンフィラメン
トの温度は１０００、１２５０、１５００、１７５０及
び２０００℃とした５つの条件で独立に実験を行った。

【００６２】エピタキシャル成長した炭素ドープ型Ｐ型
ＧａＡｓの膜厚（成長速度）及び炭素濃度をそれぞれ走
査電子顕微鏡及びＳＩＭＳ法で測定した結果をそれぞれ
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図３（Ａ）を見てわかる
ように成長速度は、水素クラッキングセルのタングステ
ンフィラメントの温度が変わっても変化しない。これに
対して炭素濃度は、図３（Ｂ）に示したようにタングス
テンフィラメントの温度が高くなるほど低下していき、
活性化した原子状水素の量により炭素濃度を制御できる
ことを示している。このように本実施例を用いても独立
パラメータとして炭素濃度を制御することが出来る。

【００６３】

【発明の効果】

(1) 請求項１、３、１０に記載の発明によれば、原料ガ
スとは別に炭素の取り込み量を制御する原子状水素を反
応炉に供給するようにしたので、炭素濃度が抑止ないし
制御された所望のエピタキシャル層の成長を行なうこと
ができる。また、原料ガスとは別個に原子状水素が供給
されるので、エピタキシャル成長を行うにあたり、使用
する原料の選択の幅が広がり、またＨＥＭＴやＭＥＳＦ
ＥＴ等のデバイス用エピタキシャルウェハの成長におい
て必要な純度のバッファ層、もしくはＨＢＴ等のデバイ
ス用エピタキシャルウェハの成長において必要な濃度の
ｐ型ＧａＡｓ層を経済性よく成長できるようになる。

【００６４】(2) 請求項２に記載の発明によれば、水素
クラッキングセルにより原子状水素を反応炉に供給する
ようにしたので、高純度のエピタキシャル層を成長する
ために必要な量の活性化した原子状の水素を効率的に供
給することができる。

【００６５】(3) 請求項４に記載の発明によれば、原子
状水素を反応炉に供給するようにしたので、従来高純度
成長が不可能であったIII 属とＶ属の有機金属化合物の
組み合わせでも、高純度なエピタキシャル層の成長がが
可能になる。

【００６６】(4) 請求項５に記載の発明によれば、III
属原料にＴＭＧを用い、Ｖ属原料にＡｓ系有機化合物を
用いたので、炭素の取り込みが有効に阻止された高純度
のＧａＡｓエピタキシャル層を成長させることができ
る。

【００６７】(5) 請求項６に記載の発明によれば、III
属原料にＴＭＧを用い、Ｖ属原料に水素化物を用いたの
で、高純度のエピタキシャル層を成長させることができ
ると共に、従来に比べ大幅に水素化物の消費量を減少さ
せることが可能になる。

【００６８】(6) 請求項７に記載の発明によれば、成長
中に流す活性化した水素原子の量により炭素濃度を制御
するようにしたので、独立パラメータとしてエピタキシ
ャル層中の炭素濃度を高精度に制御できる。

【００６９】(7) 請求項８に記載の発明によれば、水素
流量により原子状水素の量を制御するようにしたので、
炭素濃度の制御が容易である。

【００７０】(8) 請求項９に記載の発明によれば、高融
点フィラメントを加熱して原子状水素を生成する水素ク
ラッキングセルを用いる場合は、フィラメントの温度に
より原子状水素の量を制御するようにしたので、炭素濃
度の制御が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の気相エピタキシャル成長方法の実施例
を説明するための、タングステンフィラメントを用いた
水素クラッキングセルを具備したＭＯＶＰＥ装置の成長
炉部の模式的な横断面図。

【図２】本実施例により独立したパラメータとなること
を説明するための図であって、（Ａ）はエピタキシャル
膜厚のクラッキングセル水素流量依存性を示す図、
（Ｂ）は炭素濃度のクラッキングセル水素流量依存性を
示す図。

【図３】本実施例により独立したパラメータとなること
を説明するための図であって、（Ａ）はエピタキシャル
膜厚のクラッキングセルタングステンフィラメント温度
依存性を示す図、（Ｂ）は炭素濃度のクラッキングセル
タングステンフィラメント温度依存性を示す図。

【図４】従来例のＭＯＶＰＥ装置の成長炉部の模式的な
横断面図。

【符号の説明】

１反応管２結晶成長用基板３原料ガスの導入口４排気口５基板を支持するサセプタ６加熱手段であるＲＦ（高周波）コイル７サセプタ支持棒８サセプタを回転させるモータ９反応管を冷却するための冷却水出入口１０タングステンフィラメントを用いた水素クラッキ
ングセル１１活性化した原子状水素の導入管１２水素導入口１３温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応管内に設置した結晶成長用基板を加熱
し、反応管内にIII 族原料ガスとＶ族原料ガスを供給し
て結晶成長用基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャ
ル成長させる気相エピタキシャル成長方法において、前
記反応管内に活性化した原子状水素を前記原料ガスとは
別に供給するようにしたことを特徴とする気相エピタキ
シャル成長方法。
【請求項２】請求項１に記載の気相エピタキシャル成長
方法において、前記活性化した原子状水素を水素クラッ
キングセルにより供給することにより高純度のエピタキ
シャル層を成長することを特徴とする気相エピタキシャ
ル成長方法。
【請求項３】前記結晶成長用基板上に成長させる化合物
半導体結晶はＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＧａ
Ａｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓであることを特徴と
する請求項１または２に記載の気相エピタキシャル成長
方法。
【請求項４】前記III 属原料はトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム、トリ
メチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルインジウム
（ＴＥＩ）等のアルキル基またはアリール基が付いた有
機金属化合物とし、前記Ｖ属原料はトリメチル砒素（Ｔ
ＭＡｓ）とすることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれかに記載の気相エピタキシャル成長方法。
【請求項５】前記III 族原料はＴＭＧとし、前記Ｖ族原
料はトリエチル砒素（ＴＥＡｓ）等の少なくも炭素数が
２以上のアルキル基及びアリール基が付いたＡｓ系有機
金属化合物とすることを特徴とする請求項１または２に
記載の気相エピタキシャル成長方法。
【請求項６】前記III 族原料はＴＭＧとし、前記Ｖ族原
料はアルシン等の水素化物とすることを特徴とする請求
項１または２に記載の気相エピタキシャル成長方法。
【請求項７】請求項１に記載の気相エピタキシャル成長
方法において、前記原料ガス中の有機金属化合物に含ま
れる炭素をドーパント源としてエピタキシャル層中に炭
素をドーピングする成長を行う際に、前記活性化した原
子状水素を水素クラッキングセルにより供給するととも
に、供給される原子状水素の量によりエピタキシャル層
中の炭素濃度を制御することを特徴とする気相エピタキ
シャル成長方法。
【請求項８】水素クラッキングセルに導入する水素流量
により前記原子状水素の量を制御することを特徴とする
請求項７に記載の気相エピタキシャル成長方法。
【請求項９】高融点フィラメントを加熱して原子状水素
を生成する水素クラッキングセルを用いる場合は、フィ
ラメントの温度により前記原子状水素の量を制御するこ
とを特徴とする請求項７に記載の気相エピタキシャル成
長方法。
【請求項１０】前記結晶成長用基板上に成長させる化合
物半導体結晶は、ＧａＡｓ、ＡｌＡｓ、ＩｎＡｓ、Ａｌ
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ、またはＧａ
Ｐ、ＡｌＰ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡ
ｌＰ、ＡｌＧａＰであることを特徴とする請求項７ない
し９のいずれかに記載の気相エピタキシャル成長方法。