JPH01503742A - 混晶を製造する材料節約式方法 - 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】 発明の名称 混晶を製造する材料節約式方法 技術分野 本発明は、混晶の少なくとも１成分を源から水素化合物及び塩素化合物含有気相 に変換し、別の１種又は複数種の混晶成分と混合し、基板へと輸送して基板上に 堆積させる、混晶特に■−■化合物半導体を製造する材料節約式方法に関する。

先行技術 請求の範囲１の前提部分に記載した方法はＴｉｅｔｉｅ。

プロセスとも呼ばれ、特に蒸着した混晶膜の品質及び均一性に格別厳しい条件が 要求されるとき適用される。

過去にはかかる方法は特にＧａＡｓ、　１ｎＧａＡｓ、　ＩｎＰ膜等の■−■化 合物半導体の製造に、だがまたＩＩ−ＶＩ族混晶の製造にも適用された。その際 普通反応管内の全圧は１００乃至１０００１００Ｏに設定され、代表的には１μ ｍ／ｂ乃至最高３０μｍ／ｈの成長率が達成された。全圧と膜成長率との間には エピタキシャルの方から知られている依存関係が生じ、つまり圧力減少に伴なっ て成長率が単調に低下する。

分圧を約１０００１００Ｏ以上に高めると成長速度が本質的に高まることはない が、しかし製造した膜の品質が劣化する。

発明の説明 本発明は、請求の範囲１の前提部分に記載した方法を改良し、経済的製造を可能 とする大きな成長率で、引続き良好な品質を有する均一な混晶を製造できるよう にすることを課題とする。

この課題の本発明による解決法がその諸展開と共に請求の範囲に明示しである。

請求の範囲１の前提部分に記載した方法では意外なことに反応管内の全圧を、従 来一般に全圧下限値とされてきたものよりかなり低い値に低減することにより、 類概念に記載した方法で従来達成可能であった値の１０乗以上の値に至るまでの 広い範囲にわたって変更可能な成長率が得られる。

しかし格別意外なのは、恐ら（別の熱力学的、熱速度的挙動に基いて、全圧の低 下に伴なって成長率が上昇することである。代表的には、全圧を約３Ｑｍｂａｒ 乃至約１ｍｂａｒ間で変えることにより成長率は約１μｍ／ｂ乃至約５００μｍ ／ｂ間で変えることができる。

本発明方法の利点は混晶、例えばｍ−ｖ族半導体混晶の経済的製造を可能とする 高い成長率を達成できることだけではない。本発明方法は薄膜の製造に適してい るだけでなく、この薄膜を蒸着する基板の製造にも適している。従って基板の製 造が機械加工なしに可能となるので、ＩｎＧａＡｓ等のごく敏感な系も本発明方 法で経済的に製造することができる。

更に、本発明方法で得られる膜はきわめて均一であり、電気的・光学的性質に優 れている。優れた形態学的性質、特に鏡面が得られる。

更に本発明方法は収率が高く、ガス特に有害ガスの使用量を本質的に減らすこと ができる。これにより膜製速時安全性が高まり、同時に経費が一層低減する。

本発明方法では、既に述べたように、全圧を約２０乗変更することにより成長率 を約３０乗変更することができる。本発明方法では更に全圧を本発明に係る範囲 内で一定に保って別のパラメータを変えることによりやはり広い範囲にわたって 成長率を変更することができる。これにより成長率のごく正確な調整が可能とな るので、この点は実際上極めて重要である。

その例が請求の範囲２．４に明示しである。

本発明により例えば８０１分圧は約５・１０−６乃至約５・１０−’ｂａｒ間で 変更することができる。これにより成長速度は全圧一定のとき１０倍以上変更す ることができる（請求の範囲２）。

請求の範囲１の前提部分に記載した方法では、請求の範囲３に明示したように１ 種又は複数種のＶ族元素がしばしば水素化合物として供給される。

請求の範囲４に明示したようにこの場合水素化合物として依存するＶ族元素の分 圧は約１０−４乃至１Ｏ−２ｂａｒ間で変更することができ、これにより２０乗 以上の成長速度の変更が得られる。

本発明方法はｍ−ｖ族混晶の製造に適し、ＩＩ−ＶＩ族混晶の製造にも適してい る。

ｍ−ｖ族混晶の場合、源から反応する単数又は複数の成分が１種又は複数種の■ 族元素であるのが好ましい。

Ｖ族元素としてガリウム（請求の範囲６）を使用する場合、源の温度は代表的に は６００乃至７５０℃とすることができる。

しかし格別意外なのは、本発明プロセス操作ではキャリヤガスとして水素（Ｎ２ ）に代え窒素（Ｎ２）又は貴ガス（ヘリウム、アルゴン）も使用することができ る。その原因は、本発明プロセス操作により、析出過程に影響する化学反応が変 化し、エピタキシャル成長の間水素に代え別のガスが使用できるようになること にある。

これにより生産プロセスに使用するうえで基本的利点が数多く得られる。

キャリヤガスとしての水素を省くことにより酸水素反応がもはや起き得なくなり 、その結果系の安全性が数乗高まりまた特にプロセス操作が爆発性ではなくなる 。

高純度水素は窒素より本質的に高いので、水素に代えＮ２を使用することでキャ リヤガス（ガス消費量の９９％）の消費を極端に減らすことができる。

形態学的性質、つまり鏡面をそのまま良好に維持し、例えばＧ　ａ　Ａｓの製造 において成長率はキャリヤガスとして窒素を使用すると水素使用の場合より約１ ０％高くなる。同時に不純物の発生がほぼ１０乗低下し、背景ドーピングがＩ　 Ｑ　１３ｃｍ−３種度となり、電荷担体の移動度が適宜に上昇する。

図面の簡単な説明 以下図面を参考に本発明の１実施例を詳しく説明する。

第１図は本発明方法を実施する反応管。第２図は成長率と全圧との関係。

第３図は成長率とＨＣＩ分圧との関係。

第４図は成長率とＡｓＨ３分圧との関係。

実施例の説明 以下、一般的発明思想を制限することな（ＧａＡｓ膜の製造を例に本発明方法を 説明する。

第１図は本発明方法を実施する反応管１を概略示す。

反応管１内にガリウム源２と基板３が配置しである。

更にＡｓＨ３、ＨＣＩ　、キャリヤガスとしてＮ２又はＮ２そして添加ガスとし てＮ２ｓを配量して送入するための概略図示した送入管が設けである。本発明方 法は特殊な配量に依存しておらず、以下の記載は単なる１例と理解すべきである ことをはっきり指摘しておく。

類似の結果は例えば添加ガスとしてジエチル亜鉛を使用するときにも得られよう 。

個々の要素の配置に応じて反応管１は周知の如く温度Ｔ５の源帯域Ｑと温度ＴＤ の基板帯域Ｓを有する。

この帯域内の個々のガス流を第１図がらごく大まかに読取ることができる。

第２図は、成長率ｒ　［、ｃｚｍ／ｈ］を全圧Ｐｔｏ＋　［Ｐａ（１０５ｐａ＝ １ｂａｒ）コの関数として示し、パラメータの選択は 源の温度Ｔ５＝９７３に 基板の温度ＴＤ＝９７３に 分圧Ｐ）ＩｃＩ　＝１００　Ｐａ 分圧Ｐ　ＡＳＨ３＝　２００　Ｐ　ａである。

第２図かられかるように、従来一般的な全圧Ｐ　＋ｌ＋！≧１００ｍｂａｒ（＝ 　１０’　Ｐａ）では成長率ｒが圧力上昇に伴なって低下する。全体と七で、圧 力が１０乗上昇すると成長速度も１０乗高まる。

約１００ｍｂａｒのとき成長速度は１乃至２μｍ／ｈであり、特に工業的に使用 するにはきわめて小さな値である。

それ故過去には約１００ｍｂａｒ以下の全圧は考慮に入れられていない。

しかし本発明により１００＋＋＋ｂａｒ以下の圧力でも意外なことに成長速度が 負の圧力係数で再び急激に上昇することが認められた。１０ｍｂａｒ以下の圧力 で初めて成長率ｒは飽和値に移行し、これは圧力が約１　ｂａｒ程度のときの最 高成長率より代表的には約１０乗高い。

本発明によれば成長率又は成長速度ｒは、全圧の変更によってだけでなく、本発 明により選定した範囲内で全圧を一定させ分圧を変更することによっても広い範 囲にわたって変更することができる。

第３．４図がその例を示す。両方の例において以下のパラメータは共通する。

ＴＤ　＝９７３　Ｋ％　ＴＳ　＝９７３　Ｋ％　Ｐｌｏｔ　＝１０ｍｂａｒ第３ 図に示した例では成長率ｒがＨＣＩ分圧の関数、第４図に示した例ではＡｓ）１ ３分圧の関数として記入しである。両図には更にＡｓＨ３の体積流範囲Ｑ　［ｍ ｌ／ｍｉｎ］とその都度一定に保った分圧が挙げである。

第３，４図かられかるように、本発明によれば全圧をごく小さな例えばｌＱｍｂ ａｒで一定させ且つ温度を一定させた場合でも成長率ｒは約３０乗の範囲にわた って変更することができる。例えば上掲パラメータのとき以下の値が得られる。

Ｐ　ＨＣＩ　Ｐ　ＡＳＭ３　成長率 １０−’ｂａｒ　Ｏ，２７５・１０−３ｂａｒ　１．６　μｍ／ｈ１０−３ｂａ ｒ　２．０　・１Ｏ−３ｂａｔ　２７７　μｍ／ｂこの数値はキャリヤガスとし て水素（Ｎ２）を使用した場合のものである。キャリヤガスとして窒素Ｎ２を使 用することにより、特にＧａＡ＋を製造する場合成長率を更に約１０％高めるこ とができる。同時に不純物の発生がほぼ１０乗減少し、従って達成可能な背景ド ーピングはＩ　Ｑ　１３　ｃ　ｍ　−３程度である。それに応じて電荷担体の移 動度が上昇する。

ヘリウムやアルゴン等の不活性ガスをキャリヤガスとして使用する場合にも同様 の結果を達成することができる。

以上実施例に基づき、一般的発明思想を制限することなく本発明を説明したが、 その枠内で各種の変形態様も勿論可能である。

本発明により処理する際の全圧は、従来の圧力範囲で処理した場合２μｍ／ｂ未 満の成長率が得られたような値より少なくとも２乃至３乗低い。この値はＧａＡ ｓの場合的１００ｍｂａｒであり、その他の膜系では当然異なることがある。更 に、ｍ−ｖ化合物半導体だけでなく■−■族混晶も製造することができる。更に 、本発明方法でもって二成分混晶の外、三成分混晶又は四成分混晶も蒸着するこ とができる。

いずれにしても本発明方法により得られる膜は品質に優れ、付加的利点として、 膜又は膜系の厚さが多種多様である部品を工業的に作製する場合大きな設備費を 必要とすることなく成長率を容易に調整することができる。更に本発明方法は効 率がきわめて高く、これに応じて材料使用量が減少する。成長速度が高いので薄 膜の製造だけでなく基板の製造も可能となり、本発明方法は複雑な膜及び基板系 の製造にも適している。

国際調査報告 □１□２にπ／ＤＥ　８８１００４０１国際調査報告 ＤＥ　８８００４０１ ＳＡ　２２９４１

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．反応管内で混晶の少なくとも１成分を源から水素・塩素化合物とキャリヤガ スとを含有する気相に変換し、別の１種又は複数種の混晶成分と混合し、基板へ と輸送して基板上に沈殿させる、混晶特にＩＩＩ−Ｖ化合物半導体を製造する方 法において、成長率を約１μｍ／ｂ乃至約５００μｍ／ｂ間で変更するため全圧 を約８０ｍｂａｒ乃至約１ｍｂａｒ間で変更することを特徴とする方法。
2. ２．請求の範囲１記載の方法において、ＨＣｌ分圧を約５．１０−６ｂａｒ乃至 約５・１０−３ｂａｒ間で変更することを特徴とする方法。
3. ３．請求の範囲１又は２記載の方法において、水素化合物として１種又は複数種 のＶ族元素を添加することを特徴とする方法。
4. ４．請求の範囲１乃至３のいずれか１項記載の方法において、水素化合物として 依存するＶ族元素の分圧を約１０−４ｂａｒ乃至１０−２ｂａｒ間で変更するこ とを特徴とする方法。
5. ５．請求の範囲１乃至４のいずれか１項記載の方法において、源から蒸発させる 成分がＩＩＩ族元素であることを特徴とする方法。
6. ６．請求の範囲５記載の方法において、元素がガリウムであることを特徴する方 法。
7. ７．請求の範囲１乃至６のいずれか１項記載の方法において、源の温度が約７０ ０℃であることを特徴とする方法。
8. ８．請求の範囲１乃至７のいずれか１項記載の方法において、キャリヤガスがＮ ２であることを特徴とする方法。