JPH0760800B2 - 化合物半導体の気相成長法 - Google Patents
化合物半導体の気相成長法Info
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- JPH0760800B2 JPH0760800B2 JP21876286A JP21876286A JPH0760800B2 JP H0760800 B2 JPH0760800 B2 JP H0760800B2 JP 21876286 A JP21876286 A JP 21876286A JP 21876286 A JP21876286 A JP 21876286A JP H0760800 B2 JPH0760800 B2 JP H0760800B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はIII−Ｖ族化合物半導体、特にAlを含んだ化合
物半導体の新規な気相成長法に関する。さらに詳しく
は、融点以下に保たれた金属AlとHClまたはＶ族元素の
塩化物を反応させることにより、Alの塩化物を作ること
を特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長法に関
する。
物半導体の新規な気相成長法に関する。さらに詳しく
は、融点以下に保たれた金属AlとHClまたはＶ族元素の
塩化物を反応させることにより、Alの塩化物を作ること
を特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長法に関
する。
最近、III−Ｖ族化合物半導体は半導体レーザ、FET、LE
D等の種々のデバイスとして実用化されている。とくにA
lGaAsはAsの組成を変えても格子定数がほとんど変わら
ないため、理想的なAlGaAs−GaAsヘテロ接合が形成さ
れ、レーザ・ダイオード、HEMT（高電子移動度トランジ
スタ）等に応用されている。また、AlInGaPは可視光レ
ーザ・ダイオード用材料として期待されている。
D等の種々のデバイスとして実用化されている。とくにA
lGaAsはAsの組成を変えても格子定数がほとんど変わら
ないため、理想的なAlGaAs−GaAsヘテロ接合が形成さ
れ、レーザ・ダイオード、HEMT（高電子移動度トランジ
スタ）等に応用されている。また、AlInGaPは可視光レ
ーザ・ダイオード用材料として期待されている。
Alを含んだ化合物半導体は現在、主としてLPE法（液相
エピタキシャル成長法）で生産されている。また最近、
Alを含んだ化合物半導体の新しい成長法としてMBE法
（分子線エピタキシャル成長法）やMOCVD法（有機金属
気相成長法）が開発されている。
エピタキシャル成長法）で生産されている。また最近、
Alを含んだ化合物半導体の新しい成長法としてMBE法
（分子線エピタキシャル成長法）やMOCVD法（有機金属
気相成長法）が開発されている。
しかしながら、LPE法は表面平滑性、量産性に問題があ
る。また、MBE法は超格子構造等、非常に微細な構造を
実験室的レベルで製作するには非常に優れた方法である
が、装置が高価である上にランニングコストも高く量産
性に乏しいという欠点がある。
る。また、MBE法は超格子構造等、非常に微細な構造を
実験室的レベルで製作するには非常に優れた方法である
が、装置が高価である上にランニングコストも高く量産
性に乏しいという欠点がある。
またさらにMOCVD法はクロライド法、ハイドライド法等
の気相成長法（VPE法）に較べて熱平衡状態からずれた
状態で成長が行われるため結晶性が悪いという欠点があ
る。
の気相成長法（VPE法）に較べて熱平衡状態からずれた
状態で成長が行われるため結晶性が悪いという欠点があ
る。
事実、現状では超高周波FET用エピタキシャルウェーハ
はすべて金属の塩化物としてIII族元素を供給するクロ
ライド気相成長法（クロライドVPE法）により生産され
ている。しかし、クロライドVPE法の最大の欠点はAlを
含んだ化合物半導体の成長ができないことである。クロ
ライドVPE法ではGaやInの金属を800〜900℃に保ち、こ
れとAsCl3を反応させてGaClやInClを作り、これを700〜
800℃の成長領域に導くことにより次式の反応によりGsA
s等のエピタキシャル層を得る。
はすべて金属の塩化物としてIII族元素を供給するクロ
ライド気相成長法（クロライドVPE法）により生産され
ている。しかし、クロライドVPE法の最大の欠点はAlを
含んだ化合物半導体の成長ができないことである。クロ
ライドVPE法ではGaやInの金属を800〜900℃に保ち、こ
れとAsCl3を反応させてGaClやInClを作り、これを700〜
800℃の成長領域に導くことにより次式の反応によりGsA
s等のエピタキシャル層を得る。
3GaCl＋1/2As4→2GaAs＋GaCl3 しかしながら、溶融Alは石英ボードと反応して石英が溶
けてしまう。またAlは非常に酸化されやすいため、溶融
Alの表面が酸化されてアルミナ被覆が生成し、HClある
いはAsCl3と内部の溶融Alの反応が進まなくなり、その
ため、AlGa溶液中にHClをバブルさせるとか、1000℃程
度に保たれたアルミナボード中のAl金属とHClとを反応
させ、アルシンガス（AsH3）でAsを供給し、AlGaAsある
いはAlAsを成長させたという報告はあるが、GaAsのエピ
タキシャル成長に使われているような、いわゆるクロラ
イドVPE法によるAl化合物半導体の成長の報告はない。
けてしまう。またAlは非常に酸化されやすいため、溶融
Alの表面が酸化されてアルミナ被覆が生成し、HClある
いはAsCl3と内部の溶融Alの反応が進まなくなり、その
ため、AlGa溶液中にHClをバブルさせるとか、1000℃程
度に保たれたアルミナボード中のAl金属とHClとを反応
させ、アルシンガス（AsH3）でAsを供給し、AlGaAsある
いはAlAsを成長させたという報告はあるが、GaAsのエピ
タキシャル成長に使われているような、いわゆるクロラ
イドVPE法によるAl化合物半導体の成長の報告はない。
本発明の目的は上記の欠点を改良する気相成長法を提供
することにある。
することにある。
本発明はIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長法におい
て、（１）ヘリウムを主体とするキャリヤガスにより送
られるHClまたはＶ族元素の塩化物と、融点以下に保た
れた金属アルミニウムとを反応させて塩化アルミニウム
を作る工程、（２）該塩化アルミニウムを700〜800℃に
加熱する工程および（３）加熱された塩化アルミニウム
に水素を主体とするガスを導入することによりAlを含ん
だ化合物半導体を気相エピタキシャル成長させる工程を
含むことを特徴とする化合物半導体の気相成長法を提供
する。
て、（１）ヘリウムを主体とするキャリヤガスにより送
られるHClまたはＶ族元素の塩化物と、融点以下に保た
れた金属アルミニウムとを反応させて塩化アルミニウム
を作る工程、（２）該塩化アルミニウムを700〜800℃に
加熱する工程および（３）加熱された塩化アルミニウム
に水素を主体とするガスを導入することによりAlを含ん
だ化合物半導体を気相エピタキシャル成長させる工程を
含むことを特徴とする化合物半導体の気相成長法を提供
する。
本発明はIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長法においてA
l源の供給方法に特徴があり、本発明によれば、金属Al
は融点以下に保たれているために石英ボードと反応する
ことなく、また塩化Alは成長領域において水素を導入す
ることによって還元析出される（通常のクロライドVPE
法では温度を下げることにより3GaCl→2Ga＋GaCl3のよ
うな反応によりIII族元素の析出を行う）ので、金属Al
をソースとするAlを含んだ化合物半導体のクロライドVP
E成長が可能となる。
l源の供給方法に特徴があり、本発明によれば、金属Al
は融点以下に保たれているために石英ボードと反応する
ことなく、また塩化Alは成長領域において水素を導入す
ることによって還元析出される（通常のクロライドVPE
法では温度を下げることにより3GaCl→2Ga＋GaCl3のよ
うな反応によりIII族元素の析出を行う）ので、金属Al
をソースとするAlを含んだ化合物半導体のクロライドVP
E成長が可能となる。
また、他の元素、例えばGa、In等の成長は従来のクロラ
イドVPE法、ハイドライドVPE法の手法が採用できる。
イドVPE法、ハイドライドVPE法の手法が採用できる。
以下、本発明の実施態様を図面を用いて具体的に説明す
る。第１図は本発明によりAlGaAsを成長させる場合の成
長装置の模式図である。石英反応管１は大きく分けてソ
ース領域２と成長領域３とからなり、そしてソース領域
２は２つのソース領域反応室６、７と水素ガス供給用の
パス８を有する。一方のソース領域反応室６の入口に近
い側に金属Alソース９、もう一方のソース領域反応室７
の成長領域３に近い部分に金属Gaのソース10を置く。こ
のソースおよび成長領域の温度は抵抗加熱炉４、５によ
って金属Alソース９は600℃（Alの融点以下）に保たれ
ており、金属Gaのソース10部分および成長領域３は約75
0℃に保たれている。
る。第１図は本発明によりAlGaAsを成長させる場合の成
長装置の模式図である。石英反応管１は大きく分けてソ
ース領域２と成長領域３とからなり、そしてソース領域
２は２つのソース領域反応室６、７と水素ガス供給用の
パス８を有する。一方のソース領域反応室６の入口に近
い側に金属Alソース９、もう一方のソース領域反応室７
の成長領域３に近い部分に金属Gaのソース10を置く。こ
のソースおよび成長領域の温度は抵抗加熱炉４、５によ
って金属Alソース９は600℃（Alの融点以下）に保たれ
ており、金属Gaのソース10部分および成長領域３は約75
0℃に保たれている。
成長は次のように行われる。ガスライン11より水素を約
１％含んだヘリウムガスが送られ、流量計12、13でそれ
ぞれ例えば200CC/分に制御されて一定の温度に保たれた
AsCl3バプラー14、15中をバブルされる。AsCl3を含んだ
（He＋１％H2）ガスはAlソース９、Gaソース10の部分に
導かれ、それぞれ次の反応によってAl、Gaの塩化物とな
る。
１％含んだヘリウムガスが送られ、流量計12、13でそれ
ぞれ例えば200CC/分に制御されて一定の温度に保たれた
AsCl3バプラー14、15中をバブルされる。AsCl3を含んだ
（He＋１％H2）ガスはAlソース９、Gaソース10の部分に
導かれ、それぞれ次の反応によってAl、Gaの塩化物とな
る。
Al＋AsCl3→AlCl3＋1/4As4 …（１） 3Ga＋AsCl3→3GaCl＋1/4As4 …（２） これらの塩化物は成長領域３に運ばれた後、ライン16よ
り流量計17で所定の流量に制御され、パス８から導入さ
れる水素ガスによって還元され、As4と反応して次式の
ようにAlAs、GaAsとなる。
り流量計17で所定の流量に制御され、パス８から導入さ
れる水素ガスによって還元され、As4と反応して次式の
ようにAlAs、GaAsとなる。
AlCl3＋3/2H2＋1/4As4→AlAs＋3HCl …（３） GaCl＋1/2H2＋1/4As4→GaAs＋HCl …（４） したがってAlソース、Gaソースに送られるAlCl3の量を
制御することにより成長領域の基板18上にはAlXGa1-XAs
（０＜ｘ＜１）の化合物半導体を成長させることができ
る。なお、反応後のガスは排気部19から排気される。
制御することにより成長領域の基板18上にはAlXGa1-XAs
（０＜ｘ＜１）の化合物半導体を成長させることができ
る。なお、反応後のガスは排気部19から排気される。
第２図は上記の方法でGaAs基板上にAlAsを約１μ、AlGa
Asを約１μ成長させた場合のエピタキシャル層の組成分
布をスパッタリング・オージェ電子分光計により測定し
た結果を示す。この結果からAlGaAsのエピタキシャル層
が成長していることが認められる。すなわち、Alを含ん
だIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長が可能であること
が判る。また、AlInGaPの成長を行うには、第１図にお
いてIn用の第３のソース領域反応室（図示せず）を設け
ればよい。InソースはAlソースにおけるような問題はな
いのでGaソースと同一温度に保って成長を行うことがで
きる。勿論、AlInGaPの成長を行うためにはClおよびＰ
の供給源としてAsCl3の代わりにPCl3を用いることが必
要である。
Asを約１μ成長させた場合のエピタキシャル層の組成分
布をスパッタリング・オージェ電子分光計により測定し
た結果を示す。この結果からAlGaAsのエピタキシャル層
が成長していることが認められる。すなわち、Alを含ん
だIII−Ｖ族化合物半導体の気相成長が可能であること
が判る。また、AlInGaPの成長を行うには、第１図にお
いてIn用の第３のソース領域反応室（図示せず）を設け
ればよい。InソースはAlソースにおけるような問題はな
いのでGaソースと同一温度に保って成長を行うことがで
きる。勿論、AlInGaPの成長を行うためにはClおよびＰ
の供給源としてAsCl3の代わりにPCl3を用いることが必
要である。
このようにして上記のAlXGa1-XAsの場合と同様AlXInYGa
1-X-YP（０＜x,y＜１）の気相成長を行うことができ
る。
1-X-YP（０＜x,y＜１）の気相成長を行うことができ
る。
以上の説明ではAsCl3またはPCl3を用いて成長を行う場
合について述べたが、全く同様な原理に基づいてHClとA
sH3を用いることによりAl化合物のハイドライド気相成
長法を行うことができることは勿論である。
合について述べたが、全く同様な原理に基づいてHClとA
sH3を用いることによりAl化合物のハイドライド気相成
長法を行うことができることは勿論である。
その場合には第１図に示すAsCl3のバブラーは必要な
く、第３図に示すようにガスライン11より、水素を数
％、例えば１％含むHeガスで希釈したHClを送ればよ
い。AlCl3とGaClの比は流量計12、13によって所定の比
になるよう制御される。Asの供給はガスライン16よりH2
希釈のAsH3を送ることによって行う。このH2は成長領域
に導入され、AsCl3、GaClを還元するために使われる。
く、第３図に示すようにガスライン11より、水素を数
％、例えば１％含むHeガスで希釈したHClを送ればよ
い。AlCl3とGaClの比は流量計12、13によって所定の比
になるよう制御される。Asの供給はガスライン16よりH2
希釈のAsH3を送ることによって行う。このH2は成長領域
に導入され、AsCl3、GaClを還元するために使われる。
本発明によればクロライドまたはハイドライド気相成長
法においてAlを含んだ化合物半導体の製造が可能とな
る。
法においてAlを含んだ化合物半導体の製造が可能とな
る。
第１および３図は本発明を実施するための装置の模式
図、第２図は本発明で得られたエピタキシャル層の深さ
方向の組成分布を示すための図である。 １……石英管反応器、２……ソース領域、３……成長領
域、４および５……加熱炉
図、第２図は本発明で得られたエピタキシャル層の深さ
方向の組成分布を示すための図である。 １……石英管反応器、２……ソース領域、３……成長領
域、４および５……加熱炉
Claims (6)
- 【請求項１】III−Ｖ族化合物半導体の気相成長法にお
いて、ソース領域においてヘリウムを主体とするキャリ
ヤガスにより送られるHClまたはＶ族元素の塩化物と融
点以下に保たれた金属アルミニウムとを反応させて塩化
アルミニウムを作る工程、該塩化アルミニウムを700〜8
00℃に加熱する工程および成長領域において加熱された
該塩化アルミニウムに水素を主体とするガスを導入する
ことによりAlを含んだ化合物半導体を気相エピタキシャ
ル成長させる工程を含むことを特徴とする化合物半導体
の気相成長法 - 【請求項２】Ｖ族元素の塩化物がAsCl3である特許請求
の範囲第（１）項記載の気相成長法 - 【請求項３】Ｖ族元素の塩化物がPCl3である特許請求の
範囲第（１）項記載の気相成長法 - 【請求項４】III−Ｖ族化合物半導体の気相成長法にお
いて、ソース領域においてヘリウムを主体とするキャリ
ヤガスにより送られるHClまたはAsCl3と融点以下に保た
れた金属アルミニウムとを反応させて塩化アルミニウム
を作り、ついで700〜800℃に加熱された塩化アルミニウ
ムと、Ｖ族元素の塩化物としてAsCl3を用い700〜800℃
に保たれた金属Gaとヘリウムを主体とするキャリヤガス
により送られるAsCl3とを反応させて得られたGaClおよ
びAs4とを成長領域へ導入、混合し、該混合物を水素と
反応させることによりAlXGa1-XAs（０＜ｘ＜１）の気相
成長を行うことを特徴とする化合物半導体の気相成長法 - 【請求項５】III−Ｖ族化合物半導体の気相成長法にお
いて、ソース領域においてヘリウムを主体とするキャリ
ヤガスにより送られるHClまたはPCl3と融点以下に保た
れた金属アルミニウムとを反応させて塩化アルミニウム
を作り、ついで700〜800℃に加熱された塩化アルミニウ
ム、700〜800℃に保たれた金属Gaとヘリウムを主体とす
るキャリヤガスにより送られるPCl3とを反応させて得ら
れたGaClおよびP4、および700〜800℃に保たれた金属In
とヘリウムを主体とするキャリヤガスにより送られるPC
l3とを反応させて得られたInClおよびP4とを成長領域へ
導入、混合し、該混合物を水素と反応させることにより
AlxInYGa1-X-YP（０＜x,y＜１）の気相成長を行うこと
を特徴とする化合物半導体の気相成長法 - 【請求項６】III−Ｖ族化合物半導体の気相成長法にお
いて、ソース領域においてヘリウムを主体とするキャリ
ヤガスにより送られるHClまたはPCl3と融点以下に保た
れた金属アルミニウムとを反応させて塩化アルミニウム
を作り、ついで700〜800℃に加熱された塩化アルミニウ
ム、700〜800℃に保たれた金属GaとHClを反応させて得
られたGaCl、およびAsH3とを成長領域へ導入、混合し、
該混合物を水素と反応させることによりAlXGa1-XAs（０
＜ｘ＜１）の気相成長を行うことを特徴とする化合物半
導体の気相成長法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21876286A JPH0760800B2 (ja) | 1986-09-17 | 1986-09-17 | 化合物半導体の気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21876286A JPH0760800B2 (ja) | 1986-09-17 | 1986-09-17 | 化合物半導体の気相成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6373617A JPS6373617A (ja) | 1988-04-04 |
| JPH0760800B2 true JPH0760800B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=16725001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21876286A Expired - Fee Related JPH0760800B2 (ja) | 1986-09-17 | 1986-09-17 | 化合物半導体の気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760800B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3803788B2 (ja) | 2002-04-09 | 2006-08-02 | 農工大ティー・エル・オー株式会社 | Ａｌ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の気相成長方法、Ａｌ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の製造方法ならびに製造装置 |
| JP4749792B2 (ja) * | 2005-08-03 | 2011-08-17 | 国立大学法人東京農工大学 | アルミニウム系ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法および結晶積層基板 |
| CN107902695A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-13 | 红河砷业有限责任公司 | 一种高效制备高纯砷化铝的方法 |
-
1986
- 1986-09-17 JP JP21876286A patent/JPH0760800B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6373617A (ja) | 1988-04-04 |
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