JPH03232221A - 化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents
化合物半導体の気相成長方法Info
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- JPH03232221A JPH03232221A JP2881590A JP2881590A JPH03232221A JP H03232221 A JPH03232221 A JP H03232221A JP 2881590 A JP2881590 A JP 2881590A JP 2881590 A JP2881590 A JP 2881590A JP H03232221 A JPH03232221 A JP H03232221A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要］
本発明はＧａＡｓの如き化合物半導体の気相エピタキシ
ャル成長に関し、 ＭＯＶＰＥに於ける、より低温の成長法、マスク皮膜上
には堆積しない選択成長法、及び炭素ドープ量の制御可
能な成長法の実現を目的とし、本発明に於けるＭＯＶＰ
Ｅ処理では、 メチル基およびエチル基の両方を有する金属の有機化合
物の蒸気を反応室に供給し、 基板温度を、メチル基のみを有する前記金属の有機化合
物を原料とするエピタキシャル成長温度より低い温度に
保持しながら、化合物半導体の気相エピタキシャル成長
が行われる。
ャル成長に関し、 ＭＯＶＰＥに於ける、より低温の成長法、マスク皮膜上
には堆積しない選択成長法、及び炭素ドープ量の制御可
能な成長法の実現を目的とし、本発明に於けるＭＯＶＰ
Ｅ処理では、 メチル基およびエチル基の両方を有する金属の有機化合
物の蒸気を反応室に供給し、 基板温度を、メチル基のみを有する前記金属の有機化合
物を原料とするエピタキシャル成長温度より低い温度に
保持しながら、化合物半導体の気相エピタキシャル成長
が行われる。
〔産業上の利用分野］
本発明は化合物半導体の気相エピタキシャル成長に関わ
り、特にＭＯＶＰＥに用いられる金属有機化合物材料の
組成に関わる。
り、特にＭＯＶＰＥに用いられる金属有機化合物材料の
組成に関わる。
■−■化合物、例えばＧａＡｓの気相エビタキシャル成
長をＭＯＶＰＥ法で行う場合、Ｇａの原料としてＴＭＧ
（）リメチル・ガリウム）やＴＥＧ（トリエチル・ガリ
ウム）のような有機化合物を用い、Ａｓの原料としてア
ルシン（Ａ ｓ Ｈ３）を用いるのが通常である。
長をＭＯＶＰＥ法で行う場合、Ｇａの原料としてＴＭＧ
（）リメチル・ガリウム）やＴＥＧ（トリエチル・ガリ
ウム）のような有機化合物を用い、Ａｓの原料としてア
ルシン（Ａ ｓ Ｈ３）を用いるのが通常である。
ＴＭＧやＴＥＧは常温、常圧の下では液体であり、キャ
リヤ・ガスである水素（Ｈ２）をバブリングさせてこれ
等の蒸気を反応室に送る。他方、常圧下で気体であるア
ルシンは水素で希釈して反応室に送られる。必要により
ドープする不純物ガスやキャリヤ・ガスを加え、原料ガ
スの組成が調整される。
リヤ・ガスである水素（Ｈ２）をバブリングさせてこれ
等の蒸気を反応室に送る。他方、常圧下で気体であるア
ルシンは水素で希釈して反応室に送られる。必要により
ドープする不純物ガスやキャリヤ・ガスを加え、原料ガ
スの組成が調整される。
原料ガスが加熱された基板面に到達すると、原料は熱分
解し、基板上に化合物となって堆積する。
解し、基板上に化合物となって堆積する。
基板温度、原料ガスの供給速度、反応室内の圧力を適当
に選択することにより、堆積層はエピタキシャル単結晶
として成長する。基板表面がＳｉＯ□膜等で部分的にマ
スクされていれば、基板面上のみに選択的に成長する。
に選択することにより、堆積層はエピタキシャル単結晶
として成長する。基板表面がＳｉＯ□膜等で部分的にマ
スクされていれば、基板面上のみに選択的に成長する。
このようなＭＯＶＰＥ法で、原料としてＴＭＧを用いた
場合には選択成長が可能であり、成長層中の炭素含有量
も高くすることが出来るが、ＴＭＧの熱分解温度が比較
的高いことから、成長温度を低くすることが困難である
。
場合には選択成長が可能であり、成長層中の炭素含有量
も高くすることが出来るが、ＴＭＧの熱分解温度が比較
的高いことから、成長温度を低くすることが困難である
。
これに対しＴＥＧを用いた場合には、成長温度をより低
（することが可能であるが、選択成長を行うとマスク皮
膜上にも反応生成物が堆積したり、マスク領域と成長領
域の境界にリング・グロウス（ｒｉｄｇｅ ｇｒｏｗｔ
ｈ）と呼ばれる異常成長が起こる等の不都合が生ずる。
（することが可能であるが、選択成長を行うとマスク皮
膜上にも反応生成物が堆積したり、マスク領域と成長領
域の境界にリング・グロウス（ｒｉｄｇｅ ｇｒｏｗｔ
ｈ）と呼ばれる異常成長が起こる等の不都合が生ずる。
また、成長層中に意図的に炭素を含有せしめることも困
難である。
難である。
化合物半導体のエピタキシャル成長法として実用に供さ
れている他の方法には、構成元素のハロゲン化物（主に
塩化物）を原料ガスとするクロライドＶＰＥや分子線エ
ピタキンー（ＭＢＥ）があるが、前者は象、峻な不純物
分布が得難く、大口径基板では成長層が不均一になる等
の欠点があり、後者では選択成長が不可能である。
れている他の方法には、構成元素のハロゲン化物（主に
塩化物）を原料ガスとするクロライドＶＰＥや分子線エ
ピタキンー（ＭＢＥ）があるが、前者は象、峻な不純物
分布が得難く、大口径基板では成長層が不均一になる等
の欠点があり、後者では選択成長が不可能である。
ＴＭＧを用いる場合、エピタキシャル成長が進行する最
低温度は約４００″Ｃであり、ＴＥＧの場合は約３００
°Ｃである。成長温度が高くなると、それだけ熱的な歪
みやそれに因る欠陥が生じ易くなり、エピタキシャル成
長を利用して形成される素子の特性に悪影響が及ぶこと
になる。ＴＭＧに於ける４００’Ｃという温度は、エピ
タキシャル成長可能な最低温度であり、現実にはこれよ
り高い温度で実施されるので、高速動作型の素子形成に
はより低い温度でエピタキシャル成長が行われることが
望ましい。
低温度は約４００″Ｃであり、ＴＥＧの場合は約３００
°Ｃである。成長温度が高くなると、それだけ熱的な歪
みやそれに因る欠陥が生じ易くなり、エピタキシャル成
長を利用して形成される素子の特性に悪影響が及ぶこと
になる。ＴＭＧに於ける４００’Ｃという温度は、エピ
タキシャル成長可能な最低温度であり、現実にはこれよ
り高い温度で実施されるので、高速動作型の素子形成に
はより低い温度でエピタキシャル成長が行われることが
望ましい。
また、基板上に形成されたＳ ｉ Ｏｚ膜等のマスク・
パターンがエンチングやイオン注入のマスクとして多重
利用できれば、素子形状の微細化に伴って要求されるリ
ソグラフィ処理のマスク合わせ精度向上の点で有利であ
り、選択成長が可能であることも同様の趣旨で望ましい
。更に、素子形成工程で選択成長が必須である場合もあ
り得る。
パターンがエンチングやイオン注入のマスクとして多重
利用できれば、素子形状の微細化に伴って要求されるリ
ソグラフィ処理のマスク合わせ精度向上の点で有利であ
り、選択成長が可能であることも同様の趣旨で望ましい
。更に、素子形成工程で選択成長が必須である場合もあ
り得る。
エピタキシャル成長層に形成される素子の特性を考える
場合、エピタキシャル層が含有する炭素（Ｃ）量につい
ての配慮も必要である。従来、Ｃは結晶性を阻害する不
純物と見做され、含有量の低いことが有利と評価されて
きたが、最近ＣをＰ型の導電性を付与する不純物として
積掻的に利用することが提案されている。
場合、エピタキシャル層が含有する炭素（Ｃ）量につい
ての配慮も必要である。従来、Ｃは結晶性を阻害する不
純物と見做され、含有量の低いことが有利と評価されて
きたが、最近ＣをＰ型の導電性を付与する不純物として
積掻的に利用することが提案されている。
このような立場からすれば、エピタキシャル成長層中の
Ｃ含有量は、単純に減少させ或いは増加させることが可
能なだけではなく、所望の値に制御し得るのが望ましい
ことになる。
Ｃ含有量は、単純に減少させ或いは増加させることが可
能なだけではなく、所望の値に制御し得るのが望ましい
ことになる。
本発明の目的は、ＭＯＶＰＥに於けるより低温での成長
法、マスク皮膜上には堆積しない選択成長法、及び炭素
ドープ量の制御可能な成長法を提供することであり、そ
れによって化合物半導体を用いる能動素子の特性を向上
せしめることである。
法、マスク皮膜上には堆積しない選択成長法、及び炭素
ドープ量の制御可能な成長法を提供することであり、そ
れによって化合物半導体を用いる能動素子の特性を向上
せしめることである。
上記目的を達成するため、本発明の気相成長法では
メチル基およびエチル基の両方を有する金属の有機化合
物の蒸気を反応室に供給して気相エピタキシャル成長が
行われる。
物の蒸気を反応室に供給して気相エピタキシャル成長が
行われる。
その際の基板温度は、メチル基のみを有する前記金属の
有機化合物を原料とするエピタキシャル成長温度より低
く設定される。また、メチル基およびエチル基の両方を
有する金属の有機化合物は、実施例に於いてはジメチル
エチル・ガリウム或いはエチルジメチル・ガリウムであ
る。
有機化合物を原料とするエピタキシャル成長温度より低
く設定される。また、メチル基およびエチル基の両方を
有する金属の有機化合物は、実施例に於いてはジメチル
エチル・ガリウム或いはエチルジメチル・ガリウムであ
る。
ＴＭＧの化学式はＧ ａ （ＣＨ）ｌであり、ＴＥＧの
それはＧａ（ＣｚＨｓ）ｔである。いづれもメチル基或
いはエチル基のみを有しており、ＭＯＶＰＥの原料とし
て用いた場合の挙動の差はメチル化物、エチル化物の化
学特性の差によって生ずるものである。ジメチルエチル
ガリウム（Ｇａ（ＣＨ）ｚＣｚＨｓ）やメチルジエチル
ガリウム（ＧａＣＨ。
それはＧａ（ＣｚＨｓ）ｔである。いづれもメチル基或
いはエチル基のみを有しており、ＭＯＶＰＥの原料とし
て用いた場合の挙動の差はメチル化物、エチル化物の化
学特性の差によって生ずるものである。ジメチルエチル
ガリウム（Ｇａ（ＣＨ）ｚＣｚＨｓ）やメチルジエチル
ガリウム（ＧａＣＨ。
（ＣｚＨｓ）ｚ）のようにメチル基及びエチル基の両方
を有する化合物はＴ、ＭＧとＴＥＧの中間の化学特性を
示し、従ってこれ等を原料とするＭＯＶＰＥでは、成長
温度、選択成長の適正、Ｃドープ量のいづれもが、ＴＭ
ＧによるＭＯＶＰＥとＴＥＧによるＭＯＶＰＥとの中間
になると考えられる。
を有する化合物はＴ、ＭＧとＴＥＧの中間の化学特性を
示し、従ってこれ等を原料とするＭＯＶＰＥでは、成長
温度、選択成長の適正、Ｃドープ量のいづれもが、ＴＭ
ＧによるＭＯＶＰＥとＴＥＧによるＭＯＶＰＥとの中間
になると考えられる。
本発明者が実際にジメチルエチルガリウムおよびメチル
ジエチルガリウムを用いてＭＯＶＰＥによるＧａＡｓの
成長を実施した結果、この予測の正しいことが明らかと
なった。これ等の物質は本発明出願時点では商業ベース
による供給は行われておらず、特別に調製し、核磁気共
鳴法によって化学構造をｖ＃認したものである。
ジエチルガリウムを用いてＭＯＶＰＥによるＧａＡｓの
成長を実施した結果、この予測の正しいことが明らかと
なった。これ等の物質は本発明出願時点では商業ベース
による供給は行われておらず、特別に調製し、核磁気共
鳴法によって化学構造をｖ＃認したものである。
上記２種の有機ガリウム化合物とＴＭＧ、ＴＥＧを原料
として用いた場合の、夫々の成長開始温度（エピタキシ
ャル成長が持続的に進行する最低温度）は第１表に記さ
れている通りであり、表中第 １ 表 ＤＭＥＣ；はジメチルエチルガリウム、ＭＤＥＧは メチルジエチルガリウムである。ここに示されるように
、中間組成化合物では成長開始温度がＴＭＧのそれに比
べて大幅に低下しており、特にメチルジエチルガリウム
を用いた場合はＴＥＧと路間し温度でエピタキシャル成
長が可能である。
として用いた場合の、夫々の成長開始温度（エピタキシ
ャル成長が持続的に進行する最低温度）は第１表に記さ
れている通りであり、表中第 １ 表 ＤＭＥＣ；はジメチルエチルガリウム、ＭＤＥＧは メチルジエチルガリウムである。ここに示されるように
、中間組成化合物では成長開始温度がＴＭＧのそれに比
べて大幅に低下しており、特にメチルジエチルガリウム
を用いた場合はＴＥＧと路間し温度でエピタキシャル成
長が可能である。
また、第１図は選択成長に於ける表面形状の相違を示す
模式図であって、１はＣｒａＡｓ基板、２はその表面を
部分的に被覆する５ｉｏｚｌｌ！、３は夫々の原料によ
るＧａＡｓのエピタキシャル成長層である。ジメチルエ
チルガリウムおよびメチルジエチルガリウムによる選択
成長の形状が同図（ａ）に示されており、ＴＭＧによる
場合と同様、結晶成長は基板面のみに見られ、ＳｉＯ□
膜上には堆積しない。更に境界部分に異常成長が生ずる
こともない。これに対しＴＥＧによる選択成長では、同
図（ｂ）に見られるように、ＳｉＯ□膜２の上に小さい
島状の堆積４が多数発生し、境界部分には異常成長５も
生じている。
模式図であって、１はＣｒａＡｓ基板、２はその表面を
部分的に被覆する５ｉｏｚｌｌ！、３は夫々の原料によ
るＧａＡｓのエピタキシャル成長層である。ジメチルエ
チルガリウムおよびメチルジエチルガリウムによる選択
成長の形状が同図（ａ）に示されており、ＴＭＧによる
場合と同様、結晶成長は基板面のみに見られ、ＳｉＯ□
膜上には堆積しない。更に境界部分に異常成長が生ずる
こともない。これに対しＴＥＧによる選択成長では、同
図（ｂ）に見られるように、ＳｉＯ□膜２の上に小さい
島状の堆積４が多数発生し、境界部分には異常成長５も
生じている。
Ｃドープ量については、ＴＭＧを用いるＭＯＶＰＥでＣ
が多量にドープされるのはメチル基に起因すると見るの
が通説になっており、上記実験結果でも、原料とする有
機金属化合物に含まれるメチル基の数に対応してＣ量が
増減することが認められた。
が多量にドープされるのはメチル基に起因すると見るの
が通説になっており、上記実験結果でも、原料とする有
機金属化合物に含まれるメチル基の数に対応してＣ量が
増減することが認められた。
ｐ型不純物としてＣをドープする場合、多量にドープす
る時にはジメチルエチルガリウムを用い、少量の時には
メチルジエチルガリウムを用いれば良い、また、細かく
調整したい場合にはジメチルエチルガリウムとメチルジ
エチルガリウムを適宜混合して用いれば良く、必要な場
合はＴＭＧやＴＥＧと混合しても良い。
る時にはジメチルエチルガリウムを用い、少量の時には
メチルジエチルガリウムを用いれば良い、また、細かく
調整したい場合にはジメチルエチルガリウムとメチルジ
エチルガリウムを適宜混合して用いれば良く、必要な場
合はＴＭＧやＴＥＧと混合しても良い。
上記実験は次のような条件で実施された。即ち、原料の
有機ガリうム化合物は全て３°Ｃの恒温槽内に保持し、
５０ ｓｃｃｍのＨ２でバブリングする。ＡＳの原料で
あるアルシンはＨ２により１０％に希釈されたものが用
いられ、２００ｓｅｃ＋ｗの速度で供給される。更に、
全Ｈ２量が２０００ｓｅｃ＋ｗになるようＨ２が加えら
れる。
有機ガリうム化合物は全て３°Ｃの恒温槽内に保持し、
５０ ｓｃｃｍのＨ２でバブリングする。ＡＳの原料で
あるアルシンはＨ２により１０％に希釈されたものが用
いられ、２００ｓｅｃ＋ｗの速度で供給される。更に、
全Ｈ２量が２０００ｓｅｃ＋ｗになるようＨ２が加えら
れる。
反応室内の圧力は２０Ｔｏｒｒであり、選択成長の実験
では基板温度は５００°Ｃ１成長開始温度の実験では２
５０〜４５０ ’Ｃの種々の基板温度で試行された。
では基板温度は５００°Ｃ１成長開始温度の実験では２
５０〜４５０ ’Ｃの種々の基板温度で試行された。
（発明の効果〕
以上説明したように、本発明のエピタキシャル成長法に
よれば、ＭＯＶＰＥによる化合物半導体の結晶成長に於
いて、成長温度を低下させること、選択された領域のみ
にエピタキシャル成長を行うこと及びエピタキシャル成
長層の炭素ドープ量を任意に調整することが可能となる
。
よれば、ＭＯＶＰＥによる化合物半導体の結晶成長に於
いて、成長温度を低下させること、選択された領域のみ
にエピタキシャル成長を行うこと及びエピタキシャル成
長層の炭素ドープ量を任意に調整することが可能となる
。
第１図は選択成長に於ける本発明の効果を示す図であっ
て、 図に於いて １はＧａＡｓ基板、 ２はＳ ｉ Ｏを膜、 ３はエピタキシャル成長層、 ４は島状堆積、 ５は異常成長 である。
て、 図に於いて １はＧａＡｓ基板、 ２はＳ ｉ Ｏを膜、 ３はエピタキシャル成長層、 ４は島状堆積、 ５は異常成長 である。
Claims (3)
- （１）メチル基およびエチル基の両方を有する金属の有
機化合物の蒸気を反応室に供給して気相エピタキシャル
成長を行うことを特徴とする化合物半導体の気相成長方
法。 - （２）請求項（１）の気相成長方法に於いて、基板温度
を、メチル基のみを有する前記金属の有機化合物を原料
とするエピタキシャル成長温度より低い温度に保持しつ
つ、気相エピタキシャル成長を行うことを特徴とする化
合物半導体の気相成長方法。 - （３）請求項（１）或いは請求項（２）の気相成長方法
に於いて、 前記金属の有機化合物はジメチルエチル・ガリウム或い
はエチルジメチル・ガリウムであることを特徴とする化
合物半導体の気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2881590A JPH03232221A (ja) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2881590A JPH03232221A (ja) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03232221A true JPH03232221A (ja) | 1991-10-16 |
Family
ID=12258906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2881590A Pending JPH03232221A (ja) | 1990-02-08 | 1990-02-08 | 化合物半導体の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03232221A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100226763B1 (ko) * | 1996-07-31 | 1999-10-15 | 김영환 | 화학기상증착 장치를 이용한 박막 형성방법 |
| KR100244283B1 (ko) * | 1996-08-27 | 2000-11-01 | 김영환 | 화학기상증착에 의한 박막형성방법 |
-
1990
- 1990-02-08 JP JP2881590A patent/JPH03232221A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100226763B1 (ko) * | 1996-07-31 | 1999-10-15 | 김영환 | 화학기상증착 장치를 이용한 박막 형성방법 |
| KR100244283B1 (ko) * | 1996-08-27 | 2000-11-01 | 김영환 | 화학기상증착에 의한 박막형성방법 |
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