JPS63228713A - 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等を基板上に結晶成長する場合に
用いられる気相成長方法に関するものである。

従来の技術 近年、■−■族および■−■族等の化合物および混晶半
導体の気相エピタキシャル成長法特に有機金属気相成長
法（ＭＯＶＰＥ　：Ｍｅｔａｌ　ＯｚｇａｎｉｃＣｈｅ
ｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が、
大面積にわたる均一性、量産性、膜厚や組成の制御性等
の点から注目を集め、各所で研究開発が活発に行なわれ
ている。

従来、この種の気相成長方法に用いられる装置は第５図
に示すような構造になっていた。Ａ７ＧａＡｓ結晶を気
相成長させるためにＡ７　の出発原料である有機Ａ７化
合物としてトリメチルＡｌ　（（ＣＨ３）３Ａｌ）　。

ＴＭＡ２を有機Ｇａ化合物としてトリメチルＧ　ａ　（
（ＣＨ３）　ｓ　Ｇ　ａ　）　、　Ｔ　Ｍ　Ｇ　３を、
Ａｓの供給源としてアルシンガスＡ　ｓ　Ｈ３１，４を
各々用いる。

ＴＭＡ２　、ＴＭＧ３はステンレス製バブラー容器に各
々収納されている。これらの有機金属化合物の蒸気圧の
制御は恒温槽を用いて温度を正確に制御されることによ
って行なわれる。有機金属化合物の蒸気はマスフローコ
ントローラ１０〜１３で精密に制御された水素ガスでバ
ブリングすることにより、配管内をＨ２ガスと共に搬送
される。

結晶成長室５内には、カーボン製すセグタＴ上に基板６
が載置されている。基板６は結晶成長室５外部に設けた
高周波コイルあるいは熱外線ランプあるいはサセプタに
設けられた抵抗加熱により、所定の温度に加熱できるよ
うになっていた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような装置だと、ＴＭＡ２゜ＴＭ
Ｇ３およびＡ　ｓ　Ｈ３１４を原料ガス導入管４を介し
て結晶成長室５に導入するようになっており、Ｔ　Ｍ　
Ａ　２　、　Ｔ　Ｍ　Ｇ　３　Ａ　ｓ　Ｈ３１４が十分
に混合されないまま基板６に達する。通常Ｍ○ＶＰＥに
おいては、Ｖ／ＩＩＩ　比が結晶性特に不純物濃度に影
響が出るため再現性よく混合されていないと、成長毎に
不純物濃度が異なり、再現性がない。又、Ａ　Ｉ　Ｇ　
ａ　Ａ　ｓ　のような３元混晶ではＴＭＡ２とＴＭＧ３
のまざり具合によって組成の分布が生じるため、原料ガ
スが基板に達する捷でに十分混合されている方が好まし
い。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するだめの手段として、反
応ガスがサセプタに達するまでに予め磁場の印加あるい
は磁場の印加と光を照射して、反応ガスを十分混合させ
て気相成長を行なうものである。

作　　　用 この技術的手段による作用は次のようになる。

磁場の印加あるいは磁場の印加と光を照射して、反応ガ
スをサセプタに達する以前に予め十分に混合するため、
組成や層厚のバラツキはなくなり、大面積にわたって極
めて均一な結晶薄膜が再現性よく得られるようになった
。

本発明は結晶成長室内で混合するのであるが、ガスの流
れを妨害するものは全く用いないので、混合する場合は
磁場を印加し、混合を要しない場合は磁場を印加を停止
すればよい。したがって、ガスの淀みは全くないため、
成長毎の再現性も極めでよい。

実施例 本発明による気相成長方法を用いた具体的な一例を第１
図に示す。２０は反応ガス混合用磁場発生コイルである
。基板６は外部から赤外線あるいはサセプタ７内部に設
けられた抵抗加熱により７００°Ｃに加熱される。Ａ　
Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　の結晶成長について述べる。原料
ガス導入配管４を介して結晶成長室に供給されたＴＭＡ
２　、　ＴＭＧ３　、ＡＪＨ３１４はサセプタに達する
前に７００°Ｃに加熱されたサセプタ７からの輻射熱に
より、ＴＭＡ２　、ＴＭＧｓ。

Ａ　ｓ　Ｈ３１４の一部は熱分解反応 Δ 〔（ＣＨ３）３Ａｌ〕２→２ＡｌＣＨ３＋４ＣＨ３・・
・（１）（ＣＨ３）３Ｇａ−＋ＧａＣＨ３＋２ＣＨ３・
・・・・・・・・（２）Ａ　ｓ　Ｈ３→Ａｓ＋テＨ２・
・・・・・・・・・・・・・・（３）が生じている。（
１）式及び（２）式で生じたメチル基はキャリアガスで
あるＨ２と即に反応し中性のメタンＣＨ４となる。（１
）式及び（２）式におけるＡｌＣＨ３は準安定状態にあ
り、電気的に正に帯下している。

又（３）式で生じるＡｓばいくぶん負に帯電している。

Ｍ○ＶＰＥにおいては一般にＶ／ＩＩＩ　比は１０〜４
０にとられるのでＡｓは十分あり気相中のＡｓのふるま
いはあまり間項にならないが、Ａ４ＣＨ３やＣａ　ＣＨ
３のふるまいは組成の均一性に大きく効いてくる。例え
ば磁場をガスの流れ方向に印加したとする。結晶成長室
５内に入ったＴＭＡ２゜ＴＭＧ３ば（１）式と（２）式
によって、ＡｌＣＨ３及びＧ　ａ　ＣＨ３となりあらゆ
る方向に動いている中で例えば第３図ａに示すような方
向に動いている粒子を考えると、電気的に正に帯電した
粒子、この場合Ａ７ＣＨ３及びＧ　ａ　ＣＨ３はローレ
ンツ力Ｆ＝ｑ（ｖＸＢ）　　　　　・・・・・・・・・
・・・・・（４）なる作用を受ける。ｑは電荷、Ｖは粒
子が磁場Ｂの中を動く速度である。この粒子はｂに示す
ように磁場Ｂの中をサイクロトロン運動しながらサセプ
タ７方向に進む。サセプタ７に近づくにつれて、ＡｌＣ
Ｈ３及びＧ　ａ　ＣＨ３の一部はＡｌＣＨ３→　Ａｌ　
＋ＣＨ３・・・・・・・・・・・・・・・（５）ＧａＣ
Ｈ３→Ｇａ＋ＣＨ３・・・川・・川・・直６）なる熱分
解反応を起こす。（５）式と（６）式におけるメチル基
ＣＨはキャリアガスのＨ２と反応してメタンＣＨ４とな
る。Ａ４及びＧａ　　は正に帯電しており、サイクロト
ン運動しながらサセプタに達する。従って、サセプタ７
に達するまでにサイクロトロン運動により十分混合され
る。（１）式、（２）式。

（３）式の反応を促進するために、第３図に示すように
エキシマレーザ２１等の光を用いると便利がよい。

次に実際ＫＡ１０．３Ｇａｏ、７Ａ８　の結晶成長を行
ない本発明の効果を明らかにした。ＴＭＡ２　。

Ｔ　Ｍ　Ｇ　３　、　Ａ　ｓ　Ｈ３１４およびキャリア
ガスＨ２１の流量はそれぞれ１０ＣＣ／組、３０ｃｃ／
門、１００ＣＣ／　ｉｌＢ及び３　、２１Ｊ　／　ＪＬ
ＩＪ＋　である。基板は１００　ＧａＡｓで基板温度は
７００　’Ｃ＊結晶成長室内圧力は１００Ｔｏｒｒであ
る。Ａ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　におけるＡｌ　の混晶比
が０．３近くになる。基板の大きさば５ＱｆｉＸ４０１
ｆｆである。組成はホトルミネッセンス法から得られる
バンドギャップエネルギーから計算された。磁場をＱガ
ウスから徐々に大きくしていくと、５０゜ガウスを越え
たところで磁場印加による顕著な効果があられれてきた
。

第４図に磁場が０ガウス（従来の気相成長方法）の場合
と５００ガウス（本発明の気相成長方法）の場合のＡｌ
ＧａＡｓ　　の組成の面内分布を示したものである。同
図から明らかなように、０ガウスの時組成が大きくばら
つくがＳＯＯガウスではほとんどばらつかなくなる。

以上述べた実施例ではＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／Ｇ　
ａ　Ａ　ｓについて説明したが、ＩｎＧａＡｓＰ／Ｉｎ
Ｐ系やＡＩＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系は勿論のこと、他の
ｍ−ｖ族および■−■族化合物半導体に用いることがで
きることは言うまでもない。

発明の効果 本発明の気相成長方法は、反応ガスがサセプタに達する
までに予め磁場あるいは磁場とレーザ光を印加して、反
応ガスを十分混合させて気相成長を行なうものであり、
極めて均一性のよい結晶薄膜が再現性よく得られるよう
になった。

その結果、この結晶より作られるデバイスのコストも大
幅に削減することが可能となり、非常に実用的効果は犬
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法に用いる気相成長装置の
模式的構成図、第２図は磁場における荷電粒子の運動を
示す図、第３図は本発明の第２の実施例方法に用いる気
相成長装置の模式的構成図、第４図は本発明を用いて作
製したＡ　７３　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　　の組成の分布特性
図、第５図は従来の気相成長装置の模式的構成図である
。 ５・・・・・結晶成長室、６・・・・・・基板、７・・
・・・・サセプタ、２０・・・・・・磁場発生用コイル
、２１・・・・・エキシマレーザ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名δ−
Ｄ−タソ爪°ン７゛

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶成長室内に反応ガスを導入し、前記結晶成長
   室内に載置されたサセプタ上の基板に薄膜を形成する際
   に、前記反応ガスが前記サセプタに達するまでに予め磁
   場を印加して薄膜を成長させてなる気相成長方法。
2. （２）反応ガスがサセプタに達するまでに予め磁場及び
   光を照射して薄膜を成長させる特許請求の範囲第１項に
   記載の気相成長方法。
3. （３）光照射をＡｒレーザ又はエキシマレーザを用いて
   行なう特許請求の範囲第２項に記載の気相成長方法。
4. （４）反応ガスが有機金属化合物を用いたものである特
   許請求の範囲第１項に記載の気相成長方法。