JPH01110720A - ３−５族化合物半導体の気相成長法 - 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】 【発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は■族元素からなる有機金属化合物と、■族元素
からなる水素化合物もしくは有機化合物の熱分解により
■−■族化合物半導体の気相成長法（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒ
ｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ法：以下ＮＯ−ＣＶＤ法と略称する）に
係り、特に異種の半導体接合（ペテロ接合）の界面にお
ける組成急峻性を高める気相成長法に関する。

（従来の技術） ＭＯ−ＣＶＤ法は分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）に比べ
て量産性に富んだエピタキシャル結晶成長方法として注
目されている。特に最近は砒化ガリュウム（ＧａＡｓ）
／アルミニュウム・ガリュウム・砒素（ＡｊｌＧａＡｓ
）　、りん化インジュウム（ＩｎＰ）　／インジュラム
・ガリュウム・砒素（ＩｎＧａＡｓ）等へテロ接合を成
長して、従来の単層膜を用いた素子以上の機能を持たせ
た例えば多重量子井戸（ＭＱＩｊ）レーザ。

高電子移動度トランジスタ（ＯＥＭＴ）等の素子用結晶
の成長が盛んであり、前述のへテロ接合を使用する結晶
では通常急峻な組成変化を持っヘテロ接合界面を形成す
ることが重要である。

このＭＯ−ＣＶＤ法にあっては成長ガスの流速を大きく
できるのでクロライドＶＰＥ法等の他の気相成長法より
急峻な界面を形成することが比較的容易であるが、ＭＢ
Ｅ法により形成した界面の急峻性と比較するとまだ劣っ
ているのが実状であり、この界面急峻性を向上する方法
としては原理的にガスの切替えをす早く行えばよい。

このために、イ、原料ガスを切替える開閉弁（バルブ）
をできるだけ反応容器に近づける　口。

反応容器の形状を工夫してガスの滞留時間を極力短くす
る等の装置に関する改善　ハ、成長速度と比例関係にあ
る■族の原料ガス流量を極力小さくして成長速度を下げ
る等の成長条件に関する改善が行われている。

更に近年−膜化しつつある方法としては反応容器に直接
原料ガスを導く主配管と、原料ガスを反応容器に導入せ
ずに排気口に直接導入する副配管の２本を設置してこの
原料ガスの流路を主副配管間で切替える方法があり、こ
の方法によればガス切替えによる反応容器内の圧力変動
は殆どなくなるので、ガスの乱れがなくなり速やかなガ
ス置換が行われる結果界面の急峻化が図られる。

以下本発明に適用する第１図を借用して従来装置を説明
すると、　ＧａＡｓ基板にアンドープＧａＡｓ層。

ｎ形ＡＱＧａＡｓ層、ｎ形ＧａＡｓ層をこの順序で成長
する例について述べるが、以下の複数の反応容器１０２
゜１０３、１０４．１０５にはこの順番にＧａの有機化
合物の一種であるトリメチルガリュウム（ＴＭＧ）　、
アルミニュウムの有機化合物の一種であるトリメチルア
ルミニュウム（ＴＭＡ）、砒化水素（ＡｓＨ３）、ｎ形
不純物である珪素（ＳＬ）の水素化物であるモノシラン
（ＳｉＨ４）を夫々収納し、１０１はこの原料ガスを反
応容器へ輸送するのにキャリアガスとして使用する水素
用収納容器である。

この第１図に示す装置では前記原料ガス及びキャリアガ
スを反応容器１０へ輸送する役割を果たす主配管１０７
と、前記原料ガス及びキャリアガスを反応容器１０６へ
導かずに排気口１０９へ導く副配管１１０を設置し、こ
の反応容器１０６に配置する支持台１１１にはＧａＡｓ
基板１１２を載置する。

このようにこの装置の特徴はガス配管として主配管１０
７と副配管１１０を設置し、バルブ１１３〜１２０を開
閉することにより原料ガスの流路を自在に選択可能とし
た構造としたことである。更に主配管１０７から分岐す
る副配管１１０に流れこむ水素の流量と、　副配管１１
０の排出口近くに設ける圧力調整弁１２１の開閉度を適
切に選定することにより主配管１０７と副配管１１０内
の圧力を極力等しくかつ一定に保持できるようにした。

このような配管の配置を工夫することにより例えばＴＭ
Ａの流路をバルブ１１５．１１６の開閉により主配管１
０７から副配管１１０に変更する際には反応容器１０６
における両配管の流れが乱される現象が減少する。更に
この装置を使用して前述のアンドープＧａＡｓ／ｎ形Ａ
ｌ２ＧａＡｓ／　ｎ形ＧａＡｓからなる３層へテロ接合
を形成する成長手順は以下の通りである。

先ずバルブ１１３．１１７を開いてＴＭＧ、　ＡｓＨ３
を反応容器１０６に送ってＧａＡｓ層の成長を行うが、
　この時ＴＭＡ＝　ＳｘＨ，はバルブ１１６．１２０を
開いて副配管１１０側に流して主配管１０７の極く近く
まで一定量のＴＭＡ　。

ＳｉＨ４を満たしておく。そしてｎ形Ａｌ２ＧａＡｓ層
の成長時にはバルブ１１６．１２０を閉じ゛、バルブ１
１５．１１９を開いて主配管１０７にす速（ＴＭＡ、　
ＳｉＨ，を送りこんでｎ形Ａ１２ＧａＡｓ層を成長する
。

このｎ形ＡＱＧａＡｓＪａにｎ形ＧａＡｓ層を積層する
には前述の手法とは逆にＴＭＡのバルブ１１５を閉じ１
１６を開けてＴＭＡを副配管１１０に流してｎ形ＧａＡ
ｓ層を堆積成長する。

（発明が解決しようとする問題点） 前述の成長手順により形成した半導体基板に堆積成長し
たＧａＡｓ／ｎ形１ＧａＡｓ／　ｎ形ＧａＡｓ界面の組
成急峻性をオージェ電子分光分析（ＡＥＳ）を使用する
ＡＱ原子の深さ方向分布測定により調査したところ第３
図に明らかなように、ＧａＡｓ層　ｎ形Ａｌ２ＧａＡｓ
界面で約１０５人、ｎ形ＡＱＧａＡｓ／アンドープｎ形
Ｇａ−Ａｓ界面で１００人程度であり、界面にダレは２
５原子層にも及ぶことが判明した。このダレの原因につ
いて種々検討したところ前述の配管構造を備えた装置で
は主配管と副配管の圧力を等しくしてバルブ切替えを行
うと、反応容器内の圧力変動は防止できるがＴＭＡ配管
内のバルブ１１５の出口と主配管の接続部間に生ずる隙
間に入る原料ガスの置換が十分速くできないとの結果を
得た。

本発明は上記足点を除去する新規な■−■族化合物半導
体の気相成長法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するのに本発明ではキャリアガスと原料
ガスを混合して反応容器内に導く主配管と、前記反応容
器内でなく排気口に導く副配管を備えるｍ−ｖ族化合物
半導体の気相成長装置により種類の異なる２層以上の気
相成長層を連続的に形成するに当たって、原料ガス流路
を副配管から主配管に切替えるには予め主配管内の圧力
を副配管のそれより低く、逆に原料ガス流路を主配管か
ら副配管に切替えるには予め主配管内の圧力を副配管の
それより高くする手法を採用する。

（作　用） このように本発明では半導体基板に複数のへテロ接合を
形成するに際して、ｍ−ｖ族化合物からなる異なる組成
の複合元素層の界面の組成急峻性を得るために気相成長
装置に設置する主配管と副舵管間にはむしろ圧力差を設
け、これらに付設するバルブの切替えに伴って生じる多
少のガス流の乱れはこの主配管と副舵管間の隙間に入る
原料ガスの置換を速やかに実施する方が前記界面の組成
急峻性を得るのには有効であるとの知見を基に本発明は
完成したものである。

即ち本発明に係る■−ｖ族化合物半導体の気相成長法で
は先ず主配管にＴＭＧとＡｓＨを流してｍ　−■族化合
物半導体基板にＧａＡｓ層を気相成長法で堆積し引続き
ＴＭＡの流路を副配管側から主配管に切替えてＡＱＧａ
Ａｓ層を形成するのに当たって予め主配管内の圧力を副
配管内のそれより低く調整しておく。この工程によりＴ
ＭＡの流路を副配管側から主配管側に切替える時にこの
面舵管間に圧力差を生じ、この結果ＴＭＡ配管における
主配管側バルブ出口から主配管との接続部までの間をＴ
ＭＡで置換する時間が短縮される。更にＡＱＧａＡｓ層
に引続きＧａＡｓ層を堆積するには前述とは逆に主配管
内の圧力を副配管内のそれよりも高く予め調整しておく
。

このような操作を経てＴＭＡ配管の副配管側のバルブを
開き続けて主配管のバルブを閉じると極く短時間の間に
この主副配管間に発生する圧力差により原料ガスを引込
み、前記バルブ出口と接続部間でのＴＭＡの置換が速ま
り、ＡａＧａＡｓ層とＧａＡｓ層の界面におけるＡＱ原
子のダレはきわめて小さくなった。

（実施例） 第１図及び第２図により本発明を詳述するが。

従来技術と多少重複する記載が都合によりでてくるもの
の改めて説明する。

一実施例としてアンドープＧａＡｓ／ｎ形ＡＱＧａＡｓ
／ｎ形ＧａＡｓの３層構造を気相成長する例を第１図の
気相成長装置により説明する。７ＭＧ１０２とＡｓＨ３
１０３夫々の所定量を主配管１０７に流し込み反応容器
１０６内に導いて支持台１１１に設置する半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板１１２に不純物を添加していないＧａＡｓ層を
堆積して成長させる。　このＧａＡｓ層成長工程でＴＭ
Ａ１０３゜５ｉＨ４１０５はバルブ１１６．１２０を開
、１１５．１１９を閉として副配管１１０に所定量を流
しておく。

ところでこの気相成長装置は反応容器１０６とＴＭＧ。

ＴＭＡ　、　ＡｓＨ３，ＳｉＨ，を夫々充填する容器１
０２．１０３゜１０／Ｉ、　１０５間を主配管１０７と
副配管１１０で接続し、これらの面舵管間にはバルブ１
１３．１１４．１１５．１１６゜１１７、１１８．１１
９．１２０を設置するが、これらのバルブは１容器につ
き開閉用として２個ずつ形成する。

（この若いバルブ番号は順に若い反応容器に対応する） 文語は前後するが反応容器１０６には半絶縁性ＧａＡｓ
基板１１２を載置する支持台１１１を、更に反応容器１
０６端部に排気口１０９ならびに圧力調整弁１２１を設
置し、更に又１０１は前記原料ガスを反応容器１０６に
輸送するキャリアガス用の容器である。

前記副舵管１１０には７ＭＡ１０３．　ＳｉＨ，１０５
の所定量が流れているのは前述の通りであるが、この場
合この副舵管１１０に流す水素の流量と、排気口接続部
付近に設置する圧力調整弁１２１の開閉度を調整して主
配管１０７内の圧力を副舵管１１０内のそれよりも例え
ば０．０５ｋｇ／ｃｄ低くしておくのが本発明の特色で
ある。

ＧａＡｓ層の形成に引続きバルブ１１６．１２０を閉じ
ると同時にバルブ１１５．１１９を開いて７ＭＡ１０３
．５ｉＨ４１０５を主配管１０７に流込んでｎ形ＡＱＧ
ａＡｓ層を形成する。この７ＭＡ１０３．５ｉＨ４１０
５を主配管１０７に流込むに際しては予め主副配管間に
圧力差を設け、バルブ１１５、１１９を開くことにより
ＴＭＡ、　ＳｉＨ４が速やかに流入するのでガス切替え
時間が従来方法に比べて短縮される。

次にｎ形Ａｊ２ＧａＡｓｌｊの形成時に主配管１０７内
の圧力を副舵管１１０内のそれよりも例えば０．０５ｋ
ｇ／ａ＃高くなるように副舵管１１０内を流れる水素の
流量と圧力調整弁１２１の開閉度により調整する。　こ
のｎ形１ＧａＡｓｉの形成に続いてＴＭＡ用配管のバル
ブ１１６を開としバルブ１１５を閉じてｎ形ＡＱＧａＡ
ｓ層を成長させる。

この工程では前述とは逆に予め主副配管間に設ける圧力
差により　ＴＭＡ容器１０３への供給は速やかに停止す
る。このような工程により■−■族化合物からなる半絶
縁性半導体基板に設置するＡＱＧａＡｓｌＱａＡｓ層の
界面におけるＡ２原子の組成急峻性をＡＥＳで測定した
結果を第２図に示したが、　この図から明らかなように
ＡＱＧａＡｓ／　ＧａＡｓ層の接合界面におけるＡＱ原
子のダレ幅は夫々４０人、３７人とＡＥＳの測定限界に
近い値を得た。

このように本発明に係る■−ｖ族化合物半導体気相成長
法を適用すると優れた界面急峻性を持つヘテロ接合を形
成可能にすることが判明した。

前記実施例では１ＧａＡｓ／　ＧａＡｓによるヘテロ接
合の形成について説明したが、この成長材料に拘束され
るものでなく、他の■−■族化合物半導体例えばＩｎＰ
／　ＩｎＧａＡｓ等の成長に適用できるのは勿論、ヘテ
ロ接合界面の急峻化に止まらず、不純物を添　４加する
場合急峻に添加することも可能になる。

更に前記実施例では主・副舵管間の圧力差を０．０５ｋ
ｇ／（ｄとしたが、本発明はこの数値に限定されるもの
でなく、各成長工程間に実質的な圧力差を設定すれば期
待した効果は得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明で適用する特殊な気相成長装置
は、原料ガスを反応容器内に導く主配管とこの原料ガス
を反応容器内でなく排気口に導く副舵管を設置し、しか
も■−■族化合物からなる複数層の気相成長を実施する
際には原料ガス流路。

を主配管から副舵管に切替える方式が必要となり、本発
明方法ではこの切替え方向により前記主副配管の圧力に
高低差を設置する方法を採用しているのは前述の通りで
ある。

しかしこの流路の切替方式により急峻な組成変化を持つ
ヘテロ接合の形成が可能になりひいてはこのへテロ接合
を利用する半導体装置の特性や信頼性の向上をもたらす
大きな利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に必要な気相成長装置の概要を示す図、
第２図はその特性を表わす図、第３図は従来の気相成長
層の特性図である。 １０１〜１０５：容器　　　　１０７：主配管１１３〜
１２０：バルブ　　　１１１：支持台１０６二反応容器
　　　　１０９：排気口１１０：副舵管　　　　　１１
２：半導体基板代理人　弁理士　　井　上　−男 隻誇Ｊ＠ら　　−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素又は水素を主成分とするキャリアガスと原料
   ガスを混合して反応容器内に導く主配管と、原料ガスを
   この反応容器内でなく排気口に導く副配管を備えるIII
   −Ｖ族化合物半導体の気相成長装置により種類の異なる
   ２層以上の気相成長層を連続的に形成する際に、原料ガ
   ス流路を副配管から主配管に切替えるには予め主配管内
   の圧力を副配管のそれより低く、原料ガス流路を主配管
   から副配管に切替えるには予め主配管内の圧力を副配管
   のそれより高くすることを特徴とするIII−Ｖ族化合物
   半導体の気相成長法。
2. （２）原料ガスは複数のIII族元素からなる有機化合物
   と、一種類以上のＶ族元素からなる水素化合物もしくは
   有機化合物で構成することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長法。
3. （３）前記特許請求の範囲第２項記載の原料はIII−Ｖ
   族化合物半導体にｎ形もしくはｐ形領域を形成する添加
   材で構成することを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体
   の気相成長法。