JPS625634A - 化合物半導体気相成長方法 - 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） 本発明は化合物半導体の気相成長方法、特に低温での成
長に関するものである。

（従来の技術） 近年、有機化合物を原料とする、化合物半導体のＭＯＯ
ＶＤ法は大面積化、高均一化が容易で、膜厚や組成の制
御性も優れていることから注目を集めている。一方、デ
バイス応用の点からは成長温度の低温化が重要である。

通常のＭＯＣＶＤ法では、成長温度を低下させると原料
ガスの熱分解が進行しなくなるため低温化に限界があっ
た。例えハ、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ　）とアル
シン（Ａｓｈｓ）を用いるガリウム砒素（ＧａＡｓ　）
のＭＯＣ！ＶＤでは、ＡｓＨ３の分解温度の点からその
下限は約５００℃である。

この点を改良するための一つの方法は分解温度の低い原
料を用いることである。Ｉ−Ｖ族化合物半導体のＭＯＣ
ＶＤ用原料として用いられるＩ族元素の有機原料には、
比較的分解温度の低い原料が存在する。しかし■族元素
の原料として用いられるＡ　ｓ　Ｈ３、フォスフイン（
ｐＨ３）あるいはトリメチル砒素（ＴＭＡｓ　）、トリ
メチル燐（’ｌ’ＭＰ　）は分解温度が高く、他に適当
な原料がない。そこで、これらのＶ族元素の原料をあら
かじめ分解してから成長領域へと送る方法が考えられて
いる。

これらＶ族元素原料の分解法としては、従来、次の二つ
の方法があった。第１は第２図にその例を示したように
、Ｖ族元素の原料をあらかじめ成長領域から離れた上流
部分に設けた電気炉で分解しておくものである。第２の
方法は第３図にその例を示したように、■族元素原料の
分解を成長領域にご〈近接させた領域で行なわせるもの
である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の二つの方法には次のような問題点がある。

まず第１の方法の場合、上流の分解炉部分と成長領域の
間の温度が低くなるために、分解により生成した■族元
素分子が十分な濃度で存在することができす管壁に析出
する。この結果、成長領域に到達する■族元素濃度は小
ざくなり、分解の効果は大幅に低下してしまう。また第
２の方法では、■族元素原料の分解は成長領域のごく近
くで行なわれるから、分解した■族元素は有効に成長に
寄与するが、ｌ族元素原料との混合が不十分となるため
に良好な均一性を得ること、大面積の基板を用いること
の点で不都合である。

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、大面積基板上
の高均一性を保ちつつ低温における成長を可能とする化
合物半導体のＭＯＣＶＤ法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ＭＯ（！ＶＤ法において、ｌ族元素原料とＶ
族元素原料とを互に分離された別々の導入路により、前
者は分解させないままで、後者はその導入路に加熱手段
を設けて分解させてから、ｌ族元素原料の分解は進行せ
ずかつあらかじめ分解させたことによシ生成したＶ族元
素分子は析出しない温度範囲に保たれたガス混合領域に
導入し、しかるのちにこの混合ガスを成長領域へと送る
ことを特徴としている。

（作用） 成長の低温化のために■族元素の原料を分解し、この結
果生成したＶ族元素分子を十分に成長領域へ送るために
は、その途中の領域の温度がある一定の値より高い必要
がある。この温度は、Ｖ族元素分子のその温度での蒸気
圧が、成長領域で必要である値となる温度である。途中
の温度がこの温度以下となるとＶ族元素は反応管壁に析
出してしまい、成長領域に到達できない。

Ａｓ４の蒸気圧Ｍ　Ｏ，１ｔｏｒｒｓ　１．Ｏｔｏｒｒ
となる温度はそれぞれ３５０℃、４００℃であり、Ｐ４
の蒸気圧が０．１　ｔＪｒｒｓ　１．Ｏｔｏｒｒとなる
温度は２２０　℃、２６０℃である。成長時のＡｓ４あ
るＸＡはＰ４の蒸気圧は成長条件により異なるが、通常
０．１ｔｏｒｒ程度に設定される。したがって上述の下
限温度はＡｓＨ３の場合３５０℃程度、ＰＨ３の場合で
２２０’Ｃ程度となる。成長時の■族元素の圧力がもっ
と小さくて良い場合（実際、成長温度が低い時は０．１
ｔｏｒｒより低くても十分である）はもう少し低温とな
る。

一方、成長層の均一化、大面積化のためには、ｌ族元素
原料と■族元素とが十分に均一に混合されている必要が
ある。本発明ではこのために両者の混合領域を設けてい
る。この混合領域の温度としてはすでに述べた下限の他
に、上限がある。これは、ｌ族元素原料の熱分解温度に
より決まる。

この領域の温度がこの熱分解温度より高いとｌ族元素原
料の分解が進行し、ｖ２２元素と反応して生成した化合
物が直ちに管壁に析出し１しまうからである。この分解
温度はＴＭＧａの場合で４５０　’Ｃ。

トリエチルガリウム（ＴＥＧａ　）で３ｏｏｏｃ程度で
ある。

以上述べたように、あらかじめ分解させて生成した■族
元素とｌ族元素原料との混合領域を設け、その温度を適
当な範囲に制御してやれは、両者は完全に均一に混合さ
れ、かつ互に反応をしたり、あるいは反応管壁への析出
をすることなく原料ガスが成長領域へ到達できる−１こ
の結果、■族元素原料を分解させない場合は不用能であ
ったような低温でも十分に、高い均一性を持って成長す
ることが可能となる。

（実施例） 以下、第１図に示した実施例について説明する。

’ｌ”ＥＧａとＡｓＨいキャリアガスとしてＨ７を用い
た横型のＭＯＣＶＤの場合である。上流部分にＡｓＲ３
の分解領域、つづいてＴＥＧａとの混合領域、さらに成
長領域から構成される。１゛上Ｇａは混合領域中へＡ　
ｓ　Ｈ３とは別の導入路を通して導入されるこの例にお
いてはこの導入路の周囲に導入路冷却用ガス通路を設け
た。これは分解領域用の電気炉あるいは基板加熱用サセ
プタからの熱によって、導入路中で’Ｉ’ＥＧ＃分解す
ることを防止するたにである。

ＡｓＨ３の分解ｆ！域と混合領域は電気炉に↓り独立に
温度制御力２可能である。また基板も基板加熱用カーボ
ンサセプタを高周波誘導加熱することにより独立に温度
制御できる。本実施例においては分解領域の温度を７０
０℃、混合領域の温度を３００℃として成長温度を変化
させた。Ａｓｈ、流量は３．０ｃｃ／ｒｎｉｎｓ　ＴＥ
Ｇａ流量は０．５０ｃｃ／ｍｉｎ　（いずれも１００％
換算）、トータル流量は１０　ｌ　／　ｍ　ｉ　ｎであ
る。以上の条件下で成長を行った場合の成長速度の温度
依存性を第４図に示す。比較のためＡｓＥ。

分解領域を加熱しなかった場合を点線で示した。

図から明らかなように、低温領域での成長速度は大幅に
増加している。また、この時混合領域での管壁への析出
は見られなさった。

０　　（発明の効果） 以上述べたように本発明の方法によれば、分解・　　さ
せたＶ族元素原料を有効に利用でき、さらに成長領域に
達する前の、好ましくない管壁への析出、・　　Ｉ族元
素原料との没応などを完全に防止できる。

このため、成長温度な■族元素原料の分解温度にまで低
下させることが可能となっ７’？。また、原料ガスの混
合が完全に行なわれるため、成長の均一性もきわめて良
好である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の図、第２図、第３図は従来の
ＭＯＯＶＤ法を説明するための装置断面模式図である。 第４図は実施例にまる装置で得られたＧａＡｓ成長速度
の成長温度依存性を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）において、III族
   元素原料とＶ族元素原料とを互に分離された別々の導入
   路により、前者は分解させないままで、後者はその導入
   路に加熱手段を設けて分解させたのち、III族元素原料
   の分解は進行せずかつあらかじめ分解させたことにより
   生成したＶ族元素分子は析出しない温度範囲に保たれた
   ガス混合領域に導入し、しかるのちにこの混合ガスを成
   長領域へと送ることを特徴とするＭＯＣＶＤ法。