JPS63228712A - 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 本発明は化合物半導体結晶の気相成長方法、特に原料ガ
スに有機金属化合物を用いる気相成長方法に関するもの
である。

従来の技術 化合物半導体、例えば砒化ガリウム（ＧａＡｓ　）の気
相成長法の一つとして有機金属の一種であるトリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）、Ｖ族として砒素の水素化合物であ
るアルシン（ＡｓＨ３）を用い、水素をキャリアガスと
して用い、熱分解を利用して気相成長を行う方法が知ら
れている。このような従来の装置では、結晶成長は通常
、水素雰囲気中で高周波加熱により所定温度に加熱され
た基板上に有機金属の蒸気圧を制御するため所定温度に
保たれた有機金属原料容器の中にキャリアガスである水
素をバブルさせ上記温度での飽和量の有機金属を含む水
素ガスと所定濃度の水素化物を流し、これら原料気体の
熱分解により化合物半導体を形成することにより行なわ
れている。上記原料ガス濃度は、所定温度に保たれた有
機金属原料の飽和蒸気圧温度特性と、有機金属原料容器
をバブルする水素の流量とによシ制御される。

発明が解決しようとする問題点 しかし上述した気相成長方法で化合物半導体を成長する
際、有機金属原料濃度は有機金属原料容器中を流れる水
素ガスが飽和量の有機金属を含むと仮定して決定される
ため、有機金属原料容器の形状から生じる前記容器内の
有機金属原料の残量及び水素ガスの流速により有機金属
原料容器中を流れる水素ガスが飽和量の有機金属を含ま
ず前記水素ガスの流量を所定流量に設定しても、有機金
属原料の濃度変化が生じる。特に、前記容器中の有機金
属原料の枯渇の場合には前記有機金属原料濃度変化は著
しい。

本発明は、上述した有機金属原料の濃度変化が生じても
結晶基板上を流れる原料ガス濃度を一定に保ち、エビ膜
厚、混晶比、結晶性、不純物密度等を再現性良く制御し
、同時に有機金属原料の枯渇を検知することを目的とす
る。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的な手段は有機金属
原料ガス濃度を測定するために赤外分光分析用セルを、
成長室内の結晶基板上流か成長室外、例えばＶＥＮＴ側
に備え、上述の原料ガス濃度が変動しても結晶基板上を
流れる原料ガス流量を制御するものである。

作　　用 本発明は上述した構成により、赤外線吸収分光分析によ
り有機金属原料ガス濃度を測定するため、結晶成長に寄
与する有機金属原料ガス濃度を精度良く制御することに
より、エピ膜厚、混晶比、不純物密度、結晶性等を再現
性良く制御することが可能である。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実施例の装置図である。

第２図、及び第３図において１は石英製の反応管で、こ
の本体１の内部に設置されたサセプタ２・の上流側に赤
外線吸収分光分析による原料ガス濃度測定用のセルを取
シ付けた。

原料ガス濃度の測定は第１図のごとく原料ガスの流れ方
向Ａと垂直方向に赤外線Ｂを透過し、その赤外線吸収ス
ペクトルの強度変化を原料ガス濃度に対応させる。Ｃは
赤外線分光分析装置である。

濃度測定に必要な波長領域の赤外線強度の反応管１への
入射に伴う窓材による減衰をおさえるために赤外線透過
の窓材としてＫＢｒ製窓材を用いた。

ＫＢｒ製窓材は７ランジ５，６によ５ｏリングを介して
固定した。フランジ６から水素ガスを注入することによ
り有機金属原料ガスの熱分解反応生成物のＫＢｒ製忘材
への付着による曇りを回避した。

キャリアガス水素ハ、マスフローコントローラにより流
量を制御し、有機金属原料容器は恒温槽により所定温度
に設定した。

化合物半導体、砒化ガリウム（ＧａＡｇ）を、サセプタ
を７００　’Ｃに加熱し反応管中にトリメチルガリウム
：１．０Ｘ１０　　ｍｏｂ／ｍｉｎ　　５％に希釈した
Ａｓ　Ｈ３原料ガスを所要量、並びにキャリアガスとし
てのＨ２ガスを５７／ｍｉｎの割合で供給し結晶成長さ
せた。

赤外線吸収分光分析により２ト１ルメチルガ、ＩＪウム
は、５了２ｆｆｉ−１の赤外線吸収スペクトルの強度、
Ａ８Ｈ３Ｋ　関しては、２１２２ｚ　　の赤外線吸収ス
ペクトルの強度によりそれぞれの原料ガス濃度が測定さ
れる。Ｌａｍｂｅｒｔ−Ｂｅａｒの法則で、赤外線吸収
スペクトルの強度と前記ガス濃度は比例するので、有機
金属原料容器中をバブルする水素ガスにより輸送される
有機金属の濃度が変動しても、基板表面上を流れる前記
原料ガス濃度は、赤外線吸収スペクトル強度を一定に保
つことにより設定値に一定に制御される。

例えば、所定流量のＴＭＧの６了２ｃＰｎ　　の赤外線
吸収スペクトルの透過率が５０％である場合に有機金属
原料容器内の有機金属原料の残量変化、水素ガス流量変
化などによシ、結晶基板上を流れる前記原料ガス濃度の
変化が生じて前記赤外線吸収スペクトルの透過率が５０
＋ａ％を示しても、前記原料容器内を流れる水素ガスの
流量を、（ａ＞ｏ）の場合には増加しくａｇｏ）の場合
には減少させ、ａｇｏとなる様に調料することにより結
晶基板上を流れる前記原料ガス濃度を精度良く制御し得
る。

次に、赤外線吸収分光分析用セルを成長室外に備えであ
る実施例を第３図に基づいて説明する。

第４図において８は石英管、９はカーボン製サセプタ、
１０は準備室であり、有機金属気相成長に用いられる横
型の装置である。

１１は有機金属及び水素化物を含む原料ガス導入ライン
で、１２は前記原料ガスラインと同流量の水素ガスライ
ンである。１３は成長系への導入ラインで１４ｉＶＥＮ
Ｔラインで導入ガスが反応管８を流れず、成長室である
反応管８外に設置された赤外線吸収分光分析用セル１５
に導入される。

成長開始前には、原料ガスは１１から１４へ導入され、
反応管８にはライン１２から水素が導入された状態であ
り、ライン１１からライン１３及びライン１２からライ
ン１４へと同時に切り換えることにより結晶成長が開始
される。成長終了は前記開始前と同状態となる。成長前
後には原料ガスは常にＶＥＮＴ側に設置された赤外線分
光分析用セル１５に導入される。

成長開始前、前記原料ガスはセル１６に導入され赤外線
分光分析器１７により前記原料ガスの赤外線吸収スペク
トル強度が測定され、前記実施例同様に、前記スペクト
ルの強度を一定値に設定することにより再現性良くガス
濃度が設定でき、また、前記スペクトル強度の急激な減
少により有機金属原料の枯渇を即座に認知し得る。

前記実施例では、５７２ｃｒｎ　、２１２２ｃｎ１　の
赤外線吸収スペクトル強度変化でＴＭＧ及びＡｓＨ３、
それぞれの濃度変化を測定したが、ＴＭＧ及びＡｓＨｓ
の他の波数の赤外線吸収スペクトルでも可能であること
は言うまでもない。また、前記実施例では、Ｔ　Ｍ　Ｇ
　、　ＡｓＨａを原料としだ砒化ガリウムの場合でちる
が、他の有機金属原料を用いても可能であり、更に、有
機金属原料を用いる池の化合物半導体や■−■族化合物
半導体に関しても適用できる。又、有機金属を用いた、
例えばＡｌ電極配線形成等にも適用でき応用範囲は広い
。

発明の効果 本発明は、原料ガスの濃度測定に赤外線吸収分析分光法
を使用するものであシ、赤外線が原料分子に与えるエネ
ルギーは十封手さいため、前記エネルギーは原料分子の
回転・振動準位を励起するに停まり、他の反応を誘発す
ることなく精度良く原料ガス濃度を測定することができ
る。また赤外線吸収分光分析用セルを成長室外に備えで
ある前記測定法により測定される原料ガスは、反応管に
流れず排気されるため結晶成長に関係せずに、有機金属
原料の枯渇及び前記ガス濃度の変動をモニターでき再現
性良くエピ膜厚、混晶比、不純物密度、結晶性を制御す
ることができる。本発明は有機金属気相成長法に欠くこ
とのできないものであり、歩留り向上、コスト削減に多
大な効果を有するものである。

°・”Ａ　ｍ　’Ｄｆ？ｔ＊′″６”　　３第１図は本
発明の一実施例４法に用いる、反応管に赤外線分光分析
用セルを備えた化合物半導体の気相成長装置の要部断面
図、第２図は第１図の装置に用いる反応管の横断面図、
第３図は同縦断面図、第４図はＶＥＮＴ側に赤外線分光
分析用セルを備えた化合物半導体の気相成長装置の概略
構成図である。

１・・・・・・反応管、２・・・・・サセプタ、３・・
・・・・基板、４・・・・ＫＢｒ製窓材、５，６・・・
・・フランジ、了・・・・０リング、８・・・・・・反
応管、９・・・・・・サセプタ、１０・・・・・・準備
室、１１・・・・・原料ガス導入ライン、１２゜１３．
１４・・・・・水素ライン、１５・・・・・・赤外線分
光用セル、１６・・・・ＫＢｒｆｆ窓材、１７・・・・
・ＩＲ分光器。

代理人の示名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｆ−
−一ξ亮肯 ４−にβハ製迂Ｒ ｙ、６−−−フラシジ 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機金属を原料として成長室内で化合物半導体を
   結晶基板上に気相成長させる過程において、赤外線吸収
   分光分析用セルを、成長室内の結晶基板上流か前記成長
   室外かに設け、結晶成長に先立ち原料ガス濃度を赤外吸
   収スペクトルの強度で測定し、結晶基板上に到達する前
   記原料ガス濃度を所定値に制御するようにした化合物半
   導体の気相成長方法。（２）有機金属原料の枯渇を赤外
   線吸収スペクトルの強度の変動より認知する特許請求の
   範囲第１項記載の化合物半導体の気相成長方法。