JPH0369879B2 - - Google Patents
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- JPH0369879B2 JPH0369879B2 JP58001868A JP186883A JPH0369879B2 JP H0369879 B2 JPH0369879 B2 JP H0369879B2 JP 58001868 A JP58001868 A JP 58001868A JP 186883 A JP186883 A JP 186883A JP H0369879 B2 JPH0369879 B2 JP H0369879B2
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- JP
- Japan
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- trimethylaluminum
- crystal
- group
- aluminum
- substrate
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
有機金属熱分解法による−族化合物半導体
燐化アルミニウムインジウムAlInP単結晶の気相
製造方法に関する。AlInPは−族化合物半導
体中、短波長半導体発光素子を得るための重要な
材料である。この材料は1970年にオントン氏及び
チコトカ氏がブリツジマン法によつて、はじめて
合成に成功した（Journal of Applied physics誌
1970年vol.41.NO.10.4205頁〜4207頁記載）。
燐化アルミニウムインジウムAlInP単結晶の気相
製造方法に関する。AlInPは−族化合物半導
体中、短波長半導体発光素子を得るための重要な
材料である。この材料は1970年にオントン氏及び
チコトカ氏がブリツジマン法によつて、はじめて
合成に成功した（Journal of Applied physics誌
1970年vol.41.NO.10.4205頁〜4207頁記載）。
しかし、アルミニウム（Al）と燐（Ｐ）との
間の結合エネルギーがインジウム（In）とＰとの
間の結合エネルギーに比べて著しく大きいために
液相からAl及びInが固相にとり込まれる際にAl
のとり込まれ率が大きく、固相の組成制御性が著
しく悪いため、液相結晶成長によるAlxIn1-xＰの
成長は事実上不可能といえる状態がつづいた。
1981年になり（Inst.Phys.Conf.Ser.No.63
Chap12.575頁〜576頁記載）朝日氏等は、分子線
イピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy
（MBE））により、砒化ガリウム（GaAs）基板
結晶上に単結晶AlInPを成長させることに成功し
た。MBE法は熱平衡から大きくずれた条件での
成長になつており、今問題にしているAlInP系に
おいては、固相におけるAl対In比が、ほぼAl原
子ビ−ムとIn原子ビームのビーム強度比に等しい
ことが予想され、液相成長と異なり組成制御が比
較的容易におこない得る。
間の結合エネルギーがインジウム（In）とＰとの
間の結合エネルギーに比べて著しく大きいために
液相からAl及びInが固相にとり込まれる際にAl
のとり込まれ率が大きく、固相の組成制御性が著
しく悪いため、液相結晶成長によるAlxIn1-xＰの
成長は事実上不可能といえる状態がつづいた。
1981年になり（Inst.Phys.Conf.Ser.No.63
Chap12.575頁〜576頁記載）朝日氏等は、分子線
イピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy
（MBE））により、砒化ガリウム（GaAs）基板
結晶上に単結晶AlInPを成長させることに成功し
た。MBE法は熱平衡から大きくずれた条件での
成長になつており、今問題にしているAlInP系に
おいては、固相におけるAl対In比が、ほぼAl原
子ビ−ムとIn原子ビームのビーム強度比に等しい
ことが予想され、液相成長と異なり組成制御が比
較的容易におこない得る。
しかし、Ｐを含む化合物半導体のMBE法によ
る結晶成長は、固体Ｐが吸湿性が大きいこと、発
火性であることなど、工業的な結晶成長技術とし
ては、好ましくない点が、いくつか存在してい
る。
る結晶成長は、固体Ｐが吸湿性が大きいこと、発
火性であることなど、工業的な結晶成長技術とし
ては、好ましくない点が、いくつか存在してい
る。
本発明は上記欠点を解決し、GaAs基板上へ良
質なAlInP単結晶を形成する方法を提供すること
にある。本発明に述べる製造方法は、、広くは一
般に有機金属熱分解法（MOCVD法）として知
られるものであり、成長が熱平衡より大きくずれ
た系であり、原料の気相組成と固相組成の比が１
に近いことが特徴としてあげられるものである。
しかし、著者等の研究により、AlxIn1-xＰの成長
においては、気相から固相へのAlのとり込まれ
効率が、一般にMOCVD法の特徴としてあげら
れている族の気相組成と族の固相組成との近
似的な一致という状況からは程遠いことが明らか
となつた。これらの条件を調べることにより、特
許請求の範囲において示した条件において、良好
な電気的・光学的性質を有する単結晶AlInPが
GaAs基板上に再現性よく得られるようになつ
た。
質なAlInP単結晶を形成する方法を提供すること
にある。本発明に述べる製造方法は、、広くは一
般に有機金属熱分解法（MOCVD法）として知
られるものであり、成長が熱平衡より大きくずれ
た系であり、原料の気相組成と固相組成の比が１
に近いことが特徴としてあげられるものである。
しかし、著者等の研究により、AlxIn1-xＰの成長
においては、気相から固相へのAlのとり込まれ
効率が、一般にMOCVD法の特徴としてあげら
れている族の気相組成と族の固相組成との近
似的な一致という状況からは程遠いことが明らか
となつた。これらの条件を調べることにより、特
許請求の範囲において示した条件において、良好
な電気的・光学的性質を有する単結晶AlInPが
GaAs基板上に再現性よく得られるようになつ
た。
本発明の燐化アルミニウム・インジウム単結晶
の製造方法はトリメチルアルミニウムとトリエチ
ルインジウムとを、それぞれアルミニウム及びイ
ンジウムの供給原料として用いる−族化合物
半導体燐化アルミニウム・インジウム単結晶の有
機金属熱分解（MOCVD）気相成長による製造
方法において、族原料中のトリメチルアルミニ
ウムのモル分率が0.05から0.25の間に設定され、
族元素原料として水素化燐を用い、砒化ガリウ
ム基板結晶上において、上記諸原料を熱分解せし
め該基板上に単結晶を育成せしめることを特徴と
する。
の製造方法はトリメチルアルミニウムとトリエチ
ルインジウムとを、それぞれアルミニウム及びイ
ンジウムの供給原料として用いる−族化合物
半導体燐化アルミニウム・インジウム単結晶の有
機金属熱分解（MOCVD）気相成長による製造
方法において、族原料中のトリメチルアルミニ
ウムのモル分率が0.05から0.25の間に設定され、
族元素原料として水素化燐を用い、砒化ガリウ
ム基板結晶上において、上記諸原料を熱分解せし
め該基板上に単結晶を育成せしめることを特徴と
する。
次に本発明の実施例について、図面等を用いな
がら説明する。化学エツチングによつて表面を清
浄化した（100）GaAs基板４を、第１図に示す
石英製反応管２に設置したカーボン製サセプター
３上に置く。反応管入口１より高純度水素ガス
を、毎分約3l導入し、反応管内の大気のパージを
おこなう。次に高周波発振器から高周波コイル５
に電流を導き、カーボン製サセプター３上に誘起
される誘導電流によりサセプターの加熱をおこな
い、GaAs基板４を加熱する。基板温度が750℃
になつたところで、反応管入口よりホスフインガ
ス（PH3）を導入し、次に、族の有機金属ガス
を反応管入口より反応管に導入する。族有機金
属としては、トリメチルアルミニウムとトリエチ
ルインジウムを用いた。
がら説明する。化学エツチングによつて表面を清
浄化した（100）GaAs基板４を、第１図に示す
石英製反応管２に設置したカーボン製サセプター
３上に置く。反応管入口１より高純度水素ガス
を、毎分約3l導入し、反応管内の大気のパージを
おこなう。次に高周波発振器から高周波コイル５
に電流を導き、カーボン製サセプター３上に誘起
される誘導電流によりサセプターの加熱をおこな
い、GaAs基板４を加熱する。基板温度が750℃
になつたところで、反応管入口よりホスフインガ
ス（PH3）を導入し、次に、族の有機金属ガス
を反応管入口より反応管に導入する。族有機金
属としては、トリメチルアルミニウムとトリエチ
ルインジウムを用いた。
トリメチルアルミニウムの全族原料蒸気圧に
占める割合を15±５％とするとき、GaAs上に堆
積するAlxIn1-xＰの組成ｘは51±10％の範囲内に
収まり、従つて、GaAsとの格子ずれは±４％の
範囲内に収まり、良好な格子整合性を有する単結
晶AlxIn1-xＰが得られる。室温において、GaAs
基板と格子整合のとれるAlxIn1-xＰはｘ−0.51だ
が、気相の族原料蒸気圧中のAl原料蒸気は、
固相中へのとり込まれ率がInのそれに比べて高く
約15％のAl原料蒸気に対し約50％の固相Alが堆
積する。従来は、有機金属熱分解成長法では、
族元素の気相と固相でのモル比の比は１に近いと
言われていたものである。
占める割合を15±５％とするとき、GaAs上に堆
積するAlxIn1-xＰの組成ｘは51±10％の範囲内に
収まり、従つて、GaAsとの格子ずれは±４％の
範囲内に収まり、良好な格子整合性を有する単結
晶AlxIn1-xＰが得られる。室温において、GaAs
基板と格子整合のとれるAlxIn1-xＰはｘ−0.51だ
が、気相の族原料蒸気圧中のAl原料蒸気は、
固相中へのとり込まれ率がInのそれに比べて高く
約15％のAl原料蒸気に対し約50％の固相Alが堆
積する。従来は、有機金属熱分解成長法では、
族元素の気相と固相でのモル比の比は１に近いと
言われていたものである。
しかし、AlInP系においては、この比は１から
大きいずれることが、本発明者の研究により明ら
かになつたものである。
大きいずれることが、本発明者の研究により明ら
かになつたものである。
第２図に気相の族元素供給用原料中のトリメ
チルアルミニウムのモル分率と固相AlxIn1-xＰの
アルミニウムモル分率（Ｘ）との実験例を示す。
破線ｂはGaAsとの室温での格子整合条件を示
し、実線ａは実施例における値を示している。
チルアルミニウムのモル分率と固相AlxIn1-xＰの
アルミニウムモル分率（Ｘ）との実験例を示す。
破線ｂはGaAsとの室温での格子整合条件を示
し、実線ａは実施例における値を示している。
なお、実施例においては反応管中のガス全圧力
は、約70Torrの減圧状態にして、原料ガス間の
中間反応の抑制を、おこなつている。ガスの全圧
力は２気圧以下で有効である。
は、約70Torrの減圧状態にして、原料ガス間の
中間反応の抑制を、おこなつている。ガスの全圧
力は２気圧以下で有効である。
本実施例は成長温度を750℃としたが、680℃か
ら580℃の間の温度で有効である。結晶成長温度
680℃以下では鏡面結晶が得られないが、これは
結晶表面における元素の移動度が温度の低下と共
に下がり、鏡面を得るのに必要な移動度が得られ
なくなるためである。基板温度が850℃以上では
結晶の熱分解が著しく良好な結晶を得ることが出
来ない。結局、基板温度680℃から850℃の間でト
リメチルアルミニウムの族元素供給原料ガス
（トリメチルアルミニウムとトリエチルインジウ
ム）中のモル分率を0.05から0.25の間に設定する
ことにより、固相AlxIn1-xＰを、ｘ−0.51±0.2の
範囲で成長することができる。特に基板温度を
750℃に設定し、トリメチルアルミニウムのモル
分率を0.15±0.05の範囲に設定すると、固相Alx
In1-xＰのAl組成ｘは、0.51±0.1の範囲に収める
ことができる。このときのAlxIn1-xＰのGaAs基
板からの格子ズレは±４％である。上述のように
トリメチルアルミニウムのモル分率、成長温度を
本発明で提案する如く制御することによりGaAs
基板上にAlxIn1-xＰ単結晶の成長が可能となる。
ら580℃の間の温度で有効である。結晶成長温度
680℃以下では鏡面結晶が得られないが、これは
結晶表面における元素の移動度が温度の低下と共
に下がり、鏡面を得るのに必要な移動度が得られ
なくなるためである。基板温度が850℃以上では
結晶の熱分解が著しく良好な結晶を得ることが出
来ない。結局、基板温度680℃から850℃の間でト
リメチルアルミニウムの族元素供給原料ガス
（トリメチルアルミニウムとトリエチルインジウ
ム）中のモル分率を0.05から0.25の間に設定する
ことにより、固相AlxIn1-xＰを、ｘ−0.51±0.2の
範囲で成長することができる。特に基板温度を
750℃に設定し、トリメチルアルミニウムのモル
分率を0.15±0.05の範囲に設定すると、固相Alx
In1-xＰのAl組成ｘは、0.51±0.1の範囲に収める
ことができる。このときのAlxIn1-xＰのGaAs基
板からの格子ズレは±４％である。上述のように
トリメチルアルミニウムのモル分率、成長温度を
本発明で提案する如く制御することによりGaAs
基板上にAlxIn1-xＰ単結晶の成長が可能となる。
第１図は実施例における結晶成長が行なわれる
反応管部分の概略を示しており、１は反応管入
口、２は反応管、３はカーボン製サセプター、４
はGaAs基板結晶、５は高周波コイル、６は基板
温度測定用の熱電対を示す。７は排気ガス出口で
ある。第２図は実施例におけるトリメチルアルミ
ニウムのモル分率と固相AlxIn1-xＰにおけるAl組
成（ｘ）との関係を示す。図の縦軸において、
〔Al〕は、単位体積固相AlInP中のAlモル数を示
し、〔In〕はInモル数を示す。図の横軸で
〔TMA〕は単位体積中のトリメチルアルミニウ
ムのモル数を示し、〔TEI〕は、トリメチルイン
ジウムのモル数を示す。破線ｂは、GaAsとの室
温での格子整合条件を示す。実線ａは実施例にお
ける実験値〔△印〕の最適合曲線を示す。
反応管部分の概略を示しており、１は反応管入
口、２は反応管、３はカーボン製サセプター、４
はGaAs基板結晶、５は高周波コイル、６は基板
温度測定用の熱電対を示す。７は排気ガス出口で
ある。第２図は実施例におけるトリメチルアルミ
ニウムのモル分率と固相AlxIn1-xＰにおけるAl組
成（ｘ）との関係を示す。図の縦軸において、
〔Al〕は、単位体積固相AlInP中のAlモル数を示
し、〔In〕はInモル数を示す。図の横軸で
〔TMA〕は単位体積中のトリメチルアルミニウ
ムのモル数を示し、〔TEI〕は、トリメチルイン
ジウムのモル数を示す。破線ｂは、GaAsとの室
温での格子整合条件を示す。実線ａは実施例にお
ける実験値〔△印〕の最適合曲線を示す。
Claims (1)
- １ トリメチルアルミニウムとトリエチルインジ
ウムとを、それぞれアルミニウム及びインジウム
の供給原料として用いる−族化合物半導体燐
化アルミニウム・インジウム単結晶の有機金属熱
分解気相成長による製造方法において、族原料
中のトリメチルアルミニウムのモル分率が0.05か
ら0.25の間に設定され、族元素原料として水素
化燐を用い、砒化ガリウム基板結晶上において、
上記諸原料を熱分解せしめ該基板上に単結晶を育
成せしめることを特徴とする燐化アルミニウム・
インジウム単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP186883A JPS59128299A (ja) | 1983-01-10 | 1983-01-10 | 燐化アルミニウム・インジウム単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP186883A JPS59128299A (ja) | 1983-01-10 | 1983-01-10 | 燐化アルミニウム・インジウム単結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59128299A JPS59128299A (ja) | 1984-07-24 |
| JPH0369879B2 true JPH0369879B2 (ja) | 1991-11-05 |
Family
ID=11513521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP186883A Granted JPS59128299A (ja) | 1983-01-10 | 1983-01-10 | 燐化アルミニウム・インジウム単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59128299A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4761269A (en) * | 1986-06-12 | 1988-08-02 | Crystal Specialties, Inc. | Apparatus for depositing material on a substrate |
| US4901670A (en) * | 1988-08-22 | 1990-02-20 | Santa Barbara Research Center | Elemental mercury source for metal-organic chemical vapor deposition |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4834798A (ja) * | 1971-09-06 | 1973-05-22 | ||
| JPS4876472A (ja) * | 1972-01-13 | 1973-10-15 |
-
1983
- 1983-01-10 JP JP186883A patent/JPS59128299A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59128299A (ja) | 1984-07-24 |
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