JPS6373617A - 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

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JPS6373617A
JPS6373617A JP21876286A JP21876286A JPS6373617A JP S6373617 A JPS6373617 A JP S6373617A JP 21876286 A JP21876286 A JP 21876286A JP 21876286 A JP21876286 A JP 21876286A JP S6373617 A JPS6373617 A JP S6373617A
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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】 (産業上の利用分野) 本発明はm−v族化合物半導体、特にAI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AIと)HClまたはV族元
素の塩化物を反応させることにより、AIの塩化物を作
ることを特徴とするm−v族化合物半導体の気相成長法
に関する。
〔従来の技術〕
最近、m−v族化合物半導体は半導体レーザ、FET、
 LED等の種々のデバイスとして実用化されている。
とくにAlGaAsはAI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 −G
aAsヘテロ接合が形成され、レーザ・ダイオード、H
EMT (高電子移動度トランジスタ)等に応用されて
いる。また、^11nGaP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。
^1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、AIを含んだ化合物半導体の新しい成長法としてM
BE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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、シPE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叫優れた方法で
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。
事実、現状では超高周波PET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■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AsCl5を反応させてGa
Cl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G5As等のエ
ピタキシャル層を得る。
3GaCl+ 1/2Ase  2GaAs + Ga
Cl*しかしながら、溶融AIは石英ボートと反応して
石英が溶けてしまう、またAIは非常に酸化されやすい
ため、溶融^lの表面が酸化されてアルミナ被覆が生成
し、HClあるいはAsCl5と内部の溶融AIの反応
が進まなくなり、そのため、^IGa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
ボート中のAI金金属)ICIとを反応させ、アルシン
ガス(Ashs)で^S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AI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。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はm−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I(CI 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700〜8
00℃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不を導入することにより
AI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I[[−V族化合物半導体の気相成長法におい
て^1aの供給方法に特徴があり、本発明によれば、金
属^lは融点以下に保たれているために石英ボートと反
応することなく、また塩化AI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+GaCIzのような反応により■族元素の析出
を行う)ので、金属AIをソースとするAIを含んだ化
合物半導体のクロライドVPE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。
〔実施例〕
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0石英反応管1は大きく分
けてソース領域2と成長SJW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AIソース4、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AIソース9は600℃(A
I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750℃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バブラー14.15中をバブル
される。 AsCl3を含んだ(He+1χ111 )
ガスはA1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AI、Gaの塩化物となる
AI + AsCl3  AlCl5÷1/4As4−
(1)3Ga + AsCl33GaCl+ 1/4^
sa・−(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、A
saと反応して次式のようにAlAs、 GaAsとな
る。
AlCl3+3/2Hz+1/4A34→^1^s+3
HCl−−(3)GaCI  + 1/2Hz + 1
/4A34 →GaAs + HCl  −(4)した
がってAI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A 
IHGa + −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1
μ、AlGaAs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AlGaA
s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、A1を含んだm−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A1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CIおよびPの供給源としてAsCIzの代わりに
PCI、を用いることが必要である。
このようにして上記のA1.Ga+−、Asの場合と同
様AI、1lnyGa+−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AsCl、またはPct、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AsHsを用いることによりA1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AsCIz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2、例えば1χ含むHeガスで希釈したHClを送れ
ばよい、 AlC1,とGaClの比は流量計12.1
3によって所定の比になるよう制御される。^Sの供給
はガスライン16よりHz希釈のAshsを送ることに
よって行う、このHzは成長領域に導入され、AsCl
5、GaClを還元するため使われる。
〔発明の効果〕 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AIを含んだ化合物半導体の製造が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
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 スパッタリング時間(分) 第2図 P−θフ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 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700〜80
    0℃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 2)V族元素の塩化物がAsCl_3である特許請求の
    範囲第(1)項記載の気相成長法 3)V族元素の塩化物がPCl_3である特許請求の範
    囲第(1)項記載の気相成長法 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AsCl_3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AsCl_3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AsCl_3と
    を反応させて得られたGaClおよびAs_4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Al_xGa_1_−_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 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PCl_3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PCl_
    3とを反応させて得られたGaClおよびP_4、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PCl_3とを反
    応させて得られたInClおよびP_4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
    Al_xIn_YGa_1_−_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PCl_3
    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AsH_3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Al_xGa_1_−_
    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
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