JPH10321963A5 - 化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents

Description

【０００３】
【従来の技術】
光デバイス又は高周波電子デバイス用として供されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法としては、液相成長法（ＬＰＥ）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）があるが、その中でもＭＯ−ＣＶＤ法は量産性や超薄膜層の制御性及びその再現性に優れることから、将来的にも最も技術の向上が期待されている。現状のＭＯＣＶＤ法ではＩＩＩ族原料に液体又は固体の有機金属化合物を用い、Ｖ族原料に気体の水素化合物又は液体の有機金属化合物を用いられている。これらの原料はキャリアガスによって反応室に導入され、さらに配管中又は反応室内で混合され、加熱された基板上に供給される。原料ガスは基板上で熱分解し、その結果、基板上に化合物半導体薄膜が結晶成長する。一般に、原料を基板上に輸送するためのキャリアガスとしては不活性であり、且つ高純度なものが要求されており、パラジウム膜透過の精製水素が広く用いられ、実際に光デバイス及び高周波電子デバイスの生産が行われている。以下に従来のＭＯＣＶＤ法をＡｌＧａＡｓ結晶薄膜の成長を例にとって詳細に説明をする。

【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように作製された化合物半導体結晶薄膜中には少なからず不純物が混入し、結晶品質を低下させる場合がある。とりわけ、酸素の混入は発光デバイスにおいて著しく特性を劣化させる要因となる。酸素混入の起源としては、原料として用いる有機金属や水素化物中に水分や会合水分子或いはメトキシ基のような酸素を含んだ化合物として存在することが知られている。このような酸素を含んだ化合物はキャリアガスで原料とともに反応室に輸送され、酸素が成長結晶中に取り込まれてしまうという問題があった。また、このような原料中に含まれる酸素化合物が供給配管の管壁に吸着し、メモリー効果によって数ランの成長をかさねても結晶品質が回復しないという問題もある。特に反応室の洗浄等のメンテナンス時には反応室自体と配管の一部が大気に晒されるため、それらの表面に酸素化合物が吸着し、デバイス作製のための結晶品質を確保するためのベーキングと空成長に相当の時間を要する。

【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の化合物半導体の気相成長方法は、反応室と、該反応室にＩＩＩ族原料を導入するための単独の供給ラインであるＩＩＩ族供給ラインと、該反応室にＶ族原料を供給するための単独の供給ラインであるＶ族供給ラインとを備えた気相成長装置によって、前記ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウムを用い、前記Ｖ族原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を用い、これらの各原料をキャリアガスによってそれぞれ前記ＩＩＩ族供給ラインおよびＶ族供給ラインを介して前記反応室に導入してＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法において、前記ＩＩＩ族供給ラインおよびＶ族供給ラインにおける少なくとも一方のキャリアガスとして、水素とモノシラン（ＳｉＨ_４）の混合ガスと窒素とモノシラン（ＳｉＨ_４）の混合ガスのいずれか一方又は両方を用いることを特徴とする。

前記キャリアガスの全体中のモノシランガスの濃度が、１〜１０００ｐｐｂであってもよい。

本発明によれば、ＩＩＩ族原料として有機金属化合物を用い、Ｖ族原料として水素化合物又は有機金属化合物を用い、これらをキャリアガスによって反応室に導入して化合物半導体薄膜を結晶成長させる方法において、キャリアガスに水素とモノシラン（ＳｉＨ_４）の混合ガス又は窒素とモノシラン（ＳｉＨ_４）の混合ガスのいずれか或いは両方を用いるため、原料として用いる有機金属や水素化物中の水分や会合水分子或いはメトキシ基のような酸素を含んだ化合物は充填容器中でモノシラン（ＳｉＨ_４）と反応し、ＳｉＯ_ｘ或いはＳｉＨ_ｘＯ_ｙとなって装置外に排出又は非常に蒸気圧低い物質に変換されるため、反応室に輸送される有機金属や水素化物ガス中の酸素濃度が減少する。また、供給配管及び反応室の管壁に吸着した酸素化合物も、モノシラン（ＳｉＨ_４）と反応し、ＳｉＯｘ或いはＳｉＨ_ｘＯ_ｙとなって成長膜中に取り込まれにくくなり、装置外に排出されるため、供給配管の管壁、反応室の管壁及び反応室内の雰囲気が清浄化される。

【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、ＩＩＩ族原料として有機金属化合物を用い、Ｖ族原料として水素化合物又は有機金属化合物を用い、これらをキャリアガスによって反応室に導入して化合物半導体薄膜を結晶成長させる方法において、キャリアガスに水素とモノシラン（ＳｉＨ_４）の混合ガス又は窒素とモノシラン（ＳｉＨ_４）の混合ガスのいずれかを用いるため、本発明によれば、従来の化合物半導体の気相成長方法とは異なって、前記原料中の酸素を含んだ化合物及び供給配管及び反応室の管壁に吸着した酸素関連の物質はまずモノシラン（ＳｉＨ_４）と反応し、ＳｉＯ_ｘ或いはＳｉＨ_ｘＯ_ｙとなって装置外に排出又は非常に蒸気圧低い物質に変換されるため、反応室に輸送される有機金属や水素化物ガス中の酸素濃度が減少する。

また、供給配管及び反応室の管壁に吸着した酸素化合物も、モノシラン（ＳｉＨ_４）と反応し、ＳｉＯ_ｘ或いはＳｉＨ_ｘＯ_ｙとなって成長膜中に取り込まれにくくなり、装置外に排出されるため、酸素及び酸素化合物は結晶膜内に取り込まれず、不純物及び結晶欠陥の低減が出来、結晶基板上に良好な結晶性を有する化合物半導体を形成することができ、半導体レーザ、ＬＥＤ等の発光素子の特性向上に寄与するところが大きい。

Claims (2)

1. 反応室と、該反応室にＩＩＩ族原料を導入するための単独の供給ラインであるＩＩＩ族供給ラインと、該反応室にＶ族原料を供給するための単独の供給ラインであるＶ族供給ラインとを備えた気相成長装置によって、前記ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウムを用い、前記Ｖ族原料としてアンモニア（ＮＨ_３）を用い、これらの各原料をキャリアガスによってそれぞれ前記ＩＩＩ族供給ラインおよびＶ族供給ラインを介して前記反応室に導入してＧａＮ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法において、
   前記ＩＩＩ族供給ラインおよびＶ族供給ラインにおける少なくとも一方のキャリアガスとして、水素とモノシラン（ＳｉＨ_４）の混合ガスと窒素とモノシラン（ＳｉＨ_４）の混合ガスのいずれか一方又は両方を用いることを特徴とする化合物半導体の気相成長方法。
2. 前記キャリアガスの全体中のモノシランガスの濃度が、１〜１０００ｐｐｂであることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体の気相成長方法。