JPH0364465A - 有機金属気相成長法 - 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】 〔ヰ既　　要〕 本発明は、原料ガスの利用効率を向上させた有機金属気
相成長法に関し、 基板の昇温も反応生成物の付着も起こさずに熱分解を促
進して原料ガスの利用効率を高めた有機金属気相成長法
を提供することを目的とし、原料ガスをキャリアガスで
結晶成長室内に導入する工程と上記原料ガスを熱分解す
る工程とを含む有機金属気相成長法において、加熱した
キャリアガスを結晶成長室内への導入直前に原料ガスと
混合することによって上記原料ガスを加熱するように構
成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、原料ガスの利用効率を向上させた有機金属気
相成長法に関する。

〔従来の技術〕

有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法においては、原料ガ
スを熱分解し結晶構成元素を原子状で生成させ、この原
子を加熱された基板上で化学結合させて結晶を成長させ
る。従来、この熱分解は基板での加熱によって行われて
いた。

近年、有機金属気相成長法によって極めて高品質の結晶
を成長させることが可能になってきており、それに対応
してヘテロ界面の急峻性を高める等のために、より高精
度の界面制御が要求されている。そのための一つの手段
として低温成長が注目されている。低温成長では、基板
温度をたとえ（１） （２） ば４００℃程度の低温に保持して結晶成長を行う。

しかし、基板温度を低下させると、それに伴って原料ガ
スの熱分解効率も急速に低下する。特に、■族元素供給
源であるホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（Δ５Ｈｓ）
等のガスは、基板温度が約６００℃以下になると分解効
率が著しく低下し、原料ガスの利用効率が極端に低下し
て実用上大きな問題となる。

従来、これに対処するための一つの方法として、基板に
レーザー光を照射して、それに伴う紫外線によって原料
ガスの分解反応を促進する方法（光ＣＶＤ法）が行われ
ている。しかし、この方法は、原料ガスの紫外線吸収効
率が低いこと、レーザー照射によって基板自体が昇温し
で低温成長の効果が十分に得られないこと等の問題があ
った。これに対して、基板の昇温を避けるため、原料ガ
ス自体を予め直接加熱またはプラズマで加熱して熱分解
させる方法（クララキンク法）が行われている。

しかし、この方法も、原料ガスの流れを乱さずに効率良
く分解するのが非常に困難である。例えば、熱分解効率
を向上させるためには、原料ガスの供給源〈ボンベ、バ
ブラ等）から結晶成長室までのガス搬送経路のどこで加
熱するかが重要である。

第５図に、従来の有機金属気相成長法における原料ガス
供給系の典型例を模式的に示す。ボンベ１１またはバブ
ラ１２から供給された原料ガスは配管１３または工４を
通ってブロックバルブ３０に達する。ボンベ２１から純
化袋Ｍ２２を介して供給されたキャリアガスは配管２３
を通ってブロックバルブ３０に達する。この例では、ボ
ンベ２１からはキャリアガスと同じガス（例えばＨ２）
がバブリングガスとして供給され、配管１５を介してバ
ブラ↓２に達し、必要な原料ガスをそこで発生させるよ
うにしである。ボンベから供給された高圧状態のガスは
流量調節装置（マスフローコントローラ）３５を介して
減圧した状態で用いられる。ブロックバルブ３０に達し
たキャリアガスと原料ガスはブロックバルブ３０内で混
合された後直ちに結晶成長室４０内に進入する。使用済
みのガスは排気系４５によって結晶成長装置４０外（３
） （４） へ排出される。

上記の供給系において、（Ａ）の位置ずなわち結晶成長
室４０内でガス導入後基板到達までの間に効率的に加熱
できれば理想的であるが、実際にはこの位置では加熱範
囲を十分にとれないため、非接触方式で十分に加熱する
ことが困難である。

一方、直接方式で加熱しようとして表面積の大きな加熱
体をこの位置に挿入すると、加熱体の表面に分解生成物
が付着腰微粉末となって基板４２の表面での欠陥発生の
原因となる。

また、（Ｂ）の位置すなわち結晶成長室４０への最終バ
ルブであるブロックバルブ３０の手前で加熱すれば、加
熱範囲は十分とれるが、分解生成物の一部が原料ガス流
切り換え制御の心臓部であるブロックバルブ３０に付着
してバルブの制御性を阻害する。

（Ｃ）の位置すなわち原料ガス供給源１１，１２とマス
フローコントローラ３５との間についても事情は（Ｂ）
の場合と同様である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、基板の昇温も反応生成物の付着も起こさずに
熱分解を促進して原料ガスの利用効率を高めた有機金属
気相成長法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、本発明によれば、原料ガスをキャリアガ
スで結晶成長室内に導入する工程と上記原料ガスを熱分
解する工程とを含む有機金属気相成長法において、加熱
したキャリアガスを結晶成長室内への導入直前に原料ガ
スと混合することによって上記原料ガスを加熱すること
を特徴とする有機金属気相成長法によって達成される。

本発明においては、原料ガスの熱分解を、原料ガスの直
接加熱ではなく、加熱されたキャリアガスを介した間接
的な加熱によって行う。

キャリアガスとしては、従来有機金属気相成長法でキャ
リアガスとして用いられているガス、たとえばＨ２，４
ｒ、Ｎ２等のガスを用いる。

原料ガスは、成長させる結晶の種類に応して従来のよう
に選択すればよく、例えばＩｎＰ結晶の層とＱａＩｎＡ
ｓ結晶の層とを成長させる場合には、ＴＭ■　（トリメ
チルインジウム）　、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、
ＰＨ３（ホフィン）、ＡＳＨ３（アルシン）を用いる。

原料ガスは、通常、従来と同様に必要量の希釈ガスで希
釈して用いられる。すなわち、ホスフィン等は極めて毒
性が高いので、作業時の安全性の観点から通常は１０％
程度に希釈された状態でボンベに貯蔵されている。また
、成長させる結晶の組成によって非常に微量の原料ガス
を安定して流す必要がある場合には、希釈ガスで希釈す
ることによってガス流量の絶対値を大きくして流量制御
の精度を確保する。通常、希釈ガスとしては、キャリア
ガスと同じガスが用いられる。

実施例 第１図に、本発明の方法を行うための装置の配置例を示
す。ボンベ１１またはバブラ１２から供給された原料ガ
スは配管１３または１４を通ってブロックバルブ３０に
達する。ブロックバルブ３０は、複数のバルブを共通の
流路に沿って配置して一体化したバルブ装置である。ボ
ンベ２１から純化装置２２を介して供給されたキャリア
ガスは配管２３から配管２４を通って、ヒーター５０で
所定温度に加熱された後、ブロックバルブ３０に達する
。この例では、ボンベ２１からはキャリアガスと同じガ
ス（例えばＮ２）がバブリングガスとして供給され、配
管１５を介してバブラ１２に達し、必要な原料ガスをそ
こで発生させるようにしである。ボンベから供給された
高圧状態のガスは流量調節装置（マスフローコントロー
ラ）３５を介して減圧した状態で用いられる。ブロック
バルブ３０に達したキャリアガスと原料ガスはブロック
バルブ３０内で混合された後直ちに結晶成長室４０内に
進入する。使用済みのガスは排気系４５によって結晶成
長装置４０外へ排出される。

キャリアガスは予めヒーター５０で加熱された後、ブロ
ックバルブ３０内で原料ガスと混合されることによって
原料ガスを加熱する。このプロッ（７） （８） クバルブ３０はガス供給源から結晶成長室までのガス搬
送経路の最後、ずなわち結晶成長室４０の直前に配置さ
れる。そのため、ブロックバルブ３０内で混合されて熱
分解された混合ガスは直ちに結晶成長室４０内に進入す
る。したがって、原料ガスの分解生成物によるブロック
バルブの制御性を低下させることなく高い効率で原料ガ
スの加熱を行うことができる。

ヒーター５０は、配管の外部に必要長さにわたって電気
抵抗式等の発熱体を配置する間接加熱方式で容易に設け
ることができる。あるいは、キャリアガスの流路内に発
熱体を設置した直接加熱方式も用いることができる。キ
ャリアガスは直接方式でも発熱体との反応に起因する問
題は生じない。

なお、配管２３から配管２５へ分岐したキャリアガスは
ブロックバルブで複数種類の流量に設定され、複数種類
の原料ガスの切り換えに対応するバランス用のダミーガ
スとして用いられる。

第２図に本発明の方法を行うための装置の別の配置例を
示す。同図ではマスローコントローラは省略しである。

第３図には第２図の装置のブロックバルブおよび結晶成
長室近傍の詳細を示す。

第２図において、例えば基板温度４００℃でＩ　ｎＰ、
Ｇａ　ＩｎＡｓを成長させる場合、■の位置で取り分け
たキャリアガス（例えばＮ２、Ｎ２等）を■の位置でヒ
ーター５０によって４００℃〜６００℃程度に加熱する
。加熱されたキャリアガスは■の位置のブロックバルブ
３０に達する。

一方、ＩｎおよびＧａの原料ガスＴＭＩ（）リメチルイ
ンジウム）およびＴＭＧ（トリメチルガリウム）は、キ
ャリアガスと同じガスをバブリングガスとして用いてそ
れぞれバブラ１２ａ、１２ｂ内で発生させられ、またＰ
およびＡｓの原料ガスＰＨ３（ホフィン）およびΔｓ■
−■３（アルシン）はそれぞれボンベｌｌａ　　ｌｌｂ
から供給される。

これらの原料ガスは■の位置のブロックバルブ３０に達
し、そこでキャリアガスと混合されて加熱され、そのま
まキャリアガスに搬送されて結晶成長室４０内に導入さ
れる。

第３図には、第２図の■から■の位置を拡大しく９） （１０） て示しである。同図の左端からキャリアガスが流入する
。同図において、Ａ１およびＡ２はＩｎＰ成長用に流量
を調整したそれぞれＴＭＩおよびＰＨ３のブロックバル
ブ流入口、Ｂ１．、Ｂ２．およびＢ３はＧａＩｎＡｓ成
長用に流量を調整したそれぞれＴＭ　Ｉ　　Ａ　ｓ　Ｈ
３，およびＴＭＧのブロックバルブ流入口である。また
、Ｃは何れもダミーガス（キャリアガスとおなしガス）
のブロックバルブ流入口である。成長させる結晶の種類
に応じた種類および流量の原料ガスをブロックバルブ内
に流入させるが、その陰性の原料ガスの流入は停止させ
る。このように成長層を変える都度原料ガスを切り換え
るので、結晶成長室内の圧力を常に一定に維持するため
に、停止した原料ガスと等しい流入量のダミーガスを原
料ガスの切り換えと同期させて流入させる。

第４図に、ブロックバルブから結晶成長室の近傍の他の
配置例を示す。図中の各記号は第３図と同様の意味であ
る。熱分解に比較的高温を必要とするＶ族元素（Ｐ、Ａ
ｓ）の原料ガス（Ｐ　Ｈ３ＡＳＨ３）を■族元素（Ｉ　
ｎ、Ｇａ）の原料ガス（ＴＭＩ、ＴＭＧ）よりも上流側
（Ａ２．Ｂ３）で流入させることによって、特に■族元
素の原料ガスの熱分解を優先的に促進するようにしであ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、基板の昇温も反
応生成物の付着も起こさずに熱分解を促進して原料ガス
の利用効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を行うための装置の一例を示す
配置図、 第２図は、本発明の方法を行うための装置の他の例を示
す配置図、 第３図は、第２図の装置のブロックバルブ近傍の配置例
を示す配置図、 第４図は、第２図の装置のブロックバルブ近傍の他の配
置例を示す配置図、および 第５図は、従来の有機金属気相成長法におけるガス供給
系を示す配置図である。 （１１） （１２） １．１，２１：ボンベ、１２；バブラ、１．３．　１４
．　１５．　２３．　２４．　２５：配管、３０；ブロ
ックバルブ、４０：結晶成長室、５０：ヒーター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．原料ガスをキャリアガスで結晶成長室内に導入する
   工程と上記原料ガスを熱分解する工程とを含む有機金属
   気相成長法において、加熱したキャリアガスを結晶成長
   室内への導入直前に原料ガスと混合することによって上
   記原料ガスを加熱することを特徴とする有機金属気相成
   長法。