JPH01158721A - 光照射型低温ｍｏｃｖｄ方法および装置 - Google Patents

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】 １］産業上の利用分野」 本発明は光照射型低温Ｍ　ＯＣ，Ｖ　Ｄ方法および装置
、特にＶ族原料ガス、■族原料ガスを用いる化金物半導
体のＭ　ＯＣＶ　Ｄ方法および装置の改良に関する。

［従来の技術］ 化合物半導体は、Ｓｉに対して高速性、低雑音性、直接
遷移型の発光素子を得ることができるなどの特徴を有し
、ている。

しかし、従来の素子製造プロセスにおいては、エピタキ
シャル成長層を得る方法として、ＬＰＥ（液相成長）決
し、かなく、このＬＰＥ法は、混晶の成長が困難で、し
かも小面積の基板にしが使えず、集積回路や大量生産向
きではないなどの問題があった。

このような問題を解決するため、近年、ハライドＶＰＥ
法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ　（有機金属気相成長）法な
どが開発され、急速に普及しつつある。

特に、Ｍ　ＯＣ，Ｖ　Ｄ法は、原料をガスで供給し、化
学反応によって基板上に薄膜を堆積させる手法であって
、広範囲の混晶成長が可能であり、しかもｍ−温度領域
、原料ガス供給量の制御だけで成長膜厚の制御を行える
などといった優れた特徴がある。しかも量産性、均質性
の点でも最も有力な手法となっている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、既存デバイス＜１．Ｄ、ＦＥＴなど）の小規模
量産用として完成し、つつある、このＭＯＣＶＤ法も、
化合物半導体の長所を生かしたより広範囲の多彩な応用
、用途拡大を実現するためには、いくつかの課題を克服
することが不可欠である。

その第１の課題は、より一層精密な膜厚制御手法を開発
することである。この課題を解決すれば、精密膜厚制御
、界面組成の急峻な切替によりヘテロ接合デバイスの高
性能化、超格子素子などの新デバイスへの応用が可能と
なる。

第２の課題は、Ｓｉ基板上への化合物半導体のへゾロエ
ピタキシャル成長技術の開発である。

Ｓ１以外の基板、例えば、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板は、小面
積のものしかなく、高価であり、また機械的強度も不十
分であり、省資源、安全性の点でも大量使用するには問
題が多い。

これに対して、Ｓｉ基板は、安価でかつ丈夫で、しかも
良好な熱伝導度を持つ等の大きなメリットがあり、ＦＢ
’Ｔ’、Ｌ、Ｄ、ＬＥＤの他、太陽電池、ＨＥ　Ｍ　Ｔ
、３次元ＩＣなどの大きな新需要が期待されるようにな
る。

第３の課題は、エピタキシャル成長温度を引き下げるこ
とである。

すなわち、従来広く用いられている通常のＭＯＣ，Ｖ　
Ｄ法では、供給された原料ガスに化学反応を生起させる
ためのエネルギーを、基板を加熱することにより与えて
いる。

このときの処理温度を低温化することは、転位の成長な
どのプロセス誘起欠陥の低減、既に作成された素子構造
、不純物プロファイルの保存などに非常に有効である。

特に、化合物半導体においては、Ｖ族元素の外拡散が容
易に生起することがらも処理温度の低減化は重要な問題
となる。

しかし、現状は良好な結晶品質を得るために高い成長温
度（７００°Ｃ〜７５０℃）が必要不可欠であり、この
ことが応用範囲の拡大を妨げていた。

また、この第３の課題、すなわち処理温度の低温化は、
前述した第１、第２の課題とも深く関連している。。

すなわち、高い成長温度が、精密な膜厚制御を困難なも
のとしている。

さらに、Ｓｉ基板上へのへテロエピタキシーにおいて開
発された、アモルファスバッファ層、歪超格子バッファ
層の技術でも、高い成長温度が、高転位密度とその増加
、Ｓｉと化合物半導体との熱膨脹係数差に起因する残留
応力やクラッキングを生起し、その実用化を阻んでいる
。

以上のように、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合に、成長温度
の低減は多大なメリットをもならずものであるなめ、そ
の解決が最も強く望まれていた。

このような成長温度の低温化のために、従来より各種提
案がなされている。

このような提案としては、例えば熱化学反応による原料
ガスの分解、膜堆積にかわり、プラズマ、光などのエネ
ルギーによる化学反応を利用するプラズマＭ　ＯＣＶ　
Ｉ）、可視光または遠紫外光を用いた光ＭＯＣＶＤなど
がある。

しかし、これらの技術は、確かに低温での成長を可能に
したが、良質の堆積膜を得るまでには至らなかった。

これは、上記手法が、原料分子を気相中で分解すること
を主たる効果とし、基板結晶上に到達した構成原子を的
確な結晶中の位置に落ち着かせるなめに必要な表面泳動
エルネギ−を与えるという効果が不足するために、これ
がアモルファス化、欠陥発生につながったためと考えら
れる。さらにプラズマＭＯＣＶＤでは高エネルギー粒子
（電子、イオン）により発生ずる基板結晶の損傷も、良
好な膜質を得ることを阻害するものであったためである
。

園連技貨 また、本発明の関連技術として、例えば原料ガスの分解
を光エネルギを利用して促進する超格子半導体の製造方
法に関する出願がある（特開昭６２−１４４３２０＞。

しかし、この出願は、光エネルギを用いて原料ガスその
ものを分解してしまうものであり、赤外レーザ光を照射
し原料分子の分子振動を分子が分解に至らない程度に励
起することにより、基板上に化合物半導体結晶をエピタ
キシャル成長させる本発明とは、その基本原理がまった
く異なり、しかも本発明のような作用効果も得ることは
できない。

［発明の目的］ 本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、前述した３つの課題、特に第３番目
の課題を解決し、低い基板温度においても、高い堆積速
度と良好な結晶性を得ることができる光照射低温ＭＯＣ
ＶＤ方法および装置を得ることにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明の方法は、Ｖ族原料ガ
ス、■族原料ガスを用いる化合物半導体のＭＯＣＶＤ方
法において、 基板を原料ガスが充分に熱分解しない低い反応温度に保
ち、この基板に向け発振波長がＶ族原料の分子の赤外吸
収波長に同調した赤外レーザ光を照射し原料分子の分子
振動を分子が分解に至らない程度に励起することにより
、基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させ
ることを特徴とする。

また、前記目的を達成するため、本発明の装置は、 基板を載置するサセプタを有し、サセプタ上に載置され
た基板を原料ガスが充分に熱分解しない低い反応温度に
保つ反応容器と、 この反応容器に向け■族原料ガス、■族原料カスを供給
する手段と、 所定の低温状態に保たれた基板に向け、発振周波数がＶ
族原料ガスの分子の赤外吸収波長に同調−９＝ した赤外レーザ光を照射する手段と、 を含み、低温状態に保たれた基板上に高い堆積速度でし
かも良好な結晶性が得られるよう化合物半導体結晶をエ
ピタキシャル成長させることを特徴とする。

次に本発明をより具体的に説明する。

第１図には、本発明が適用されるＭＯＣＶＤ装置の概略
図が示されている。

この装置は、反応容器］０と赤外レーザ光発生部２０と
を有し、ている。

そして、反応容器１８０は、その内部にヒータ等で加熱
され一定温度に制御されるサセプタ１２が設けられてお
り、このサセプタゴー２上に半導体基板１４を載置して
いる。

マタ、この反応容器１０には、マスフローコントローラ
などにより一定の流量に制御されたＶ族原料カスか供給
配管３０を介して供給され、同様にして一定の流量に制
御された■族有機金属蒸気を含むカスが供給配管３２を
介し、て供給されている。

そして、この反応容器１０は、このようにして供給され
たガスによる内部圧力が大気圧以下の一定値となるよう
制御され、またその内部ガスは例えば真空ポンプなどに
連結された排気管３４を介して排気される。

また、この反応容器１０には赤外線用の窓１６が設けら
れており、前記レーザ光発生部２０から出力される赤外
レーザ光１００が赤外線用光学系２２を介してこの赤外
線用の窓１６に導かれ、この窓１６を介して反応容器１
−０内部に設置された基板］４へ向け照射されている。

ここにおいて、前記赤外レーザ光発生部２０は、例えば
Ｃ０２レーザ光などのような連続発振型の波長可変赤外
レーザ光発生部として形成することが好ましく、また前
記赤外線用光学系２２は、同図に示す場合ミラー、レン
ズなどを用いて形成される。

萱且濾 次に、本発明の詳細な説明する。

本発明は、例えばＵＶレーザ光ＭＯＣＶＤ、プラズマＭ
ＯＣＶＤのように、気相中で原料分子を完全分解する手
法とは全く異なる。

本発明は、赤外レーザ光（例えばＣＯ２レーザ光など）
の特性に着目したものである。ずなわち、赤外レーザ光
は、原料分子の分子振動を分子が分解に至らない程度に
励起し、基板結晶表面またはそのごく近傍でのみに有効
な化学反応を生起して、良質な結晶成長を行わせ得るか
らである。

また、本発明では、ＭＯＣＶＤ法の次のような特徴に着
目した。すなわち、ＭＯＣＶＤ法は、原料がガスとして
供給される。このため、原料は基本的に透明であり、光
による制御が行い易い。また、原料ガスを減圧すること
により、励起された原料分子同士の気相中での相互作用
の確率を減少させ、これにより分子は副次的な反応をあ
まり起さずに基板結晶表面に効率良く輸送される。

本発明は、このような赤外レーザと、ＭＯＣＶＤ法の特
徴に着目し、減圧ＭＯＣＶＤ法と、赤外レーザによる原
料分子の振動励起手法と、を組み合せて前述した第１な
いし第３の課題、特に第３の課題を解決しようとするも
のである。

（ａ）低い基板温度 すなわち、前述したように赤外レーザ光により振動励起
された分子は、周知のようにその化学的活性度が１０〜
１００倍以上に高まる。この励起分子は、基板結晶表面
に到達して、基板からの熱エネルギーを得たり、基板結
晶の触媒効果などにより、はじめて、第２の原料分子（
または原料原子）と化学反応を起し、基板結晶に有効に
組み込まれるようになる。

なお気相中では、励起分子はすぐに失活してしまい、反
応することは少ない。このなめ、巨大なりラスタ〜、微
小結晶粉が基板から離れた空間の気相中で発生すること
はなく、基板結晶表面でのみ良質のエピタキシャル成長
が進行するようになる。

この反応に要する基板表面からの熱エネルギーはごくわ
ずかで充分であり、これ以外に必要とするエネルギーは
、分解後の原子にわずかの表面法動エネルギーを与える
のみで充分である。

従って、本発明によれば、従来のＭＯＣＶＤ法に比べ、
基板の温度を低くしても前述した反応を充分行うことが
でき、このようにして本発明ではエピタキシャル成長温
度を低温化することができるのである。

（ｂ）物質選択性 また、周知のように分子の赤外吸収スペクトルは非常に
鋭いピークを示し、わずかに赤外光波長がずれると吸収
が極端に小さくなる。

分子の赤外吸収を利用する本発明は、原料分子の赤外吸
収に赤外レーザ光の発振波長を同調することにより、優
れた物質選択性を有している。

すなわち、原料分子の赤外吸収に赤外レーザ光の発振波
長を同調することにより、原料分子のみを励起すること
が可能で、原料中に含まれる不純物ガスには一切影響を
与えない。この点が、ＵＶレーザ光を用いた従来のＭＯ
ＣＶＤのように、原料分子のみならず不純物分子をも全
て励起、分解してしまう手法と大きく異なる点である。

このように、本発明には、純度の低い原料を用いても、
良質のエピタキシャル成長結晶を得ることができるとい
う優れた特徴がある。

（Ｃ）精密な膜厚制御 さらに、本発明のように赤外レーザ光を用いると、この
赤外レーザ光をＯＮ、ＯＦＦすることにより大幅に成長
速度を変化させることが可能であり、原料ガスの切換な
どのような遅い応答時間に制限されることなく、瞬時に
成長速度を変化させ、精密な膜厚制御や急峻な組成制御
を行うことが可能となる。

このようにして、本発明では前記第１の課題を解決する
ことができるのである。

（ｄ）Ｓｉ基板の利用 また、本発明では、前述したようにエピタキシャル成長
温度を低温化することができるなめ、熱膨脹係数の差に
よる応力の発生、転位密度の増大などが押えられ、前述
し、た第２の課題を解決する可能性を与え、Ｓｉ基板上
への化合物半導体のへテロエピタキシャル成長を可能と
する道を開くものである。

「作用」 次に本発明の詳細な説明する。

まず、このＭＯＣＶＤ装置において、反応容器］０への
原料用ガスの吸排気は次のようして行われる。

図示していないマスフローラなどにより一定の流量にな
るように制御された■族原料ガスが供給配管３０を介し
て反応容器１０内に導入される。

同様にして、図示していない恒温バブラー、マスフロー
＝１ントローラなどにより一定流量となるよう制御され
な■族有機金属蒸気が供給配管３２を介して反応容器１
０内に導入される。

このようにして、反応容器１０内に導入された原料ガス
などは、排気管３４に連結された図示しない真空ポンプ
などで排気される。これにより反応容器１０内は、大気
圧以下の所定の圧力に保たれる。

このようにして、反応容器１０内においては、供給配管
３０．３２から導入され、排気管３４から排出される原
料ガスの定常的な流れが減圧された状態で作られ、この
流れの中に基板］−４の表面がさらされることになる。

ところで、このような基板１４上に結晶を成長させるた
めには、基板１４を所定の温度に加熱することが必要と
なる。このため、同図において基、　　板１４は、ヒー
タなどにより加熱されるサセプタ１２上に置かれ所定温
度に加熱保持される。

この温度は、従来から用いられている通常のＭＯＣＶＤ
法においては６５０〜７５０℃に設定される。

このため、この従来の手法では、基板１４の表面に達し
た原料ガス分子が熱により分解され、■族およびＶ族の
原子が生成され、これが基板結晶構造に組み込まれて化
合物半導体結晶がエピタキシャル成長をすることになる
。

本発明に係る方法および装置では、前記基板１４の温度
を所定の低温温度、好ましくは５００〜５５０℃の低温
温度に設定される。この温度では原料ガス分子が充分に
熱分解せず、エピタキシャル成長速度が非常に低く抑え
られている。

本発明は、このような状態に保たれた基板１４へ向け、
発振波長がＶ族原料の分子の赤外吸収波長に同調した赤
外レーザ光１００を照射し、基板表面に化合物半導体結
晶をエピタキシャル成長させることを特徴とするもので
ある。

同図に示す装置では、赤外レーザ光発生部２０から発振
出力された赤外レーザ光１００が、赤外線用光学系２２
により所定のビーム形状、ビーム断面積、方向に整形さ
れ、赤外線用の窓１６を介して反応容器１０内に尋人さ
れ、所定の入射角度で基板１４を照射している。

このとき、赤外レーザ光１００の発振波長はＶ族原料ガ
スの強い吸収波長に同調されている。

このようにして赤外レーザ光１００が基板１４に照射さ
れると、赤外レーザ光１００は基板表面付近または基板
表面に物理吸着した■族原料ガス分子にのみ効率良く吸
収され、この分子の振動を励起する。

このようにして振動励起されたＶ族原料分子は、−１８
〜 その化学的活性度が非常に高まり、基板表面またはその
近傍で基板表面に吸着している■族有機金属分子、ある
いはごくわずかに熱分解で生成された■族金属原子と化
学反応を生起し、基板表面に化合物半導体結晶としてエ
ピタキシャル成長する。

このようにして、本発明によれば、通常のＭＯＣＶＤに
比較して１５０〜２５０℃低温の基板温度においても良
質の化合物半導体結晶のエピタキシャル成長が達成され
る。

また、前述したように、分子の赤外吸収を利用する本発
明は、原料分子の赤外吸収に赤外レーザ光の発振波長を
同調することにより、優れた物質選択性を有している。

従って、原料分子の赤外吸収に赤外レーザ光の発振波長
を同調することにより、原料分子のみを選択的に励起す
ることができ、この結果、純度の低い原料を用いても、
良質のエピタキシャル成長結晶を得ることができるとい
う優れた特徴がある。

また、本発明によれば、そのエピタキシャル成長速度が
振動励起されたＶ族原料ガス分子の供給量で律速され、
ひいては赤外レーザ光の光の強度によりエピタキシャル
成長速度を自由に制御することができる。

その様子か第２図に示されている。横軸は基板温度（絶
対温度）の逆数（１０００倍したもの）、縦軸は成長速
度を示し、これら横軸および縦軸はともに対数メモリで
表されている。

同図において、添付記号０の曲線は従来から用いられて
いた通常のＭＯＣＶＤの特性曲線、添付記号］−５２、
・・・は本発明による成長速度の特性曲線であり、その
順番に従って基板１４に照射される赤外レーザ光］００
の強度が大きくなっている。

［発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、従来がら用いら
れた通常のＭＯＣＶＤに較べ１５０〜２５０℃の低温基
板温度においても実用的な化合物半導体のエピタキシャ
ル成長を実現でき、高い処理温度に基因する各種欠陥の
誘起、既に作成された素子構造の破壊等の発生が非常に
低く抑えられるようになるという効果がある。

また、本発明によれば、原料分子の赤外吸収にその発振
波長が同調された赤外レーザ光により、原料分子のみを
選択的に励起することができるため、純度の低い原料を
用いても、良質のエピタキシャル成長結晶を得ることか
できるという効果かある。

さらに、本発明によれは、赤外レーザ光の０Ｎ１０ＦＦ
や強度の調整で成長速度を制御することができるため、
通常の原料ガス流量の調整等による従来の手段に較べ、
はるかに速い応答と、柔軟な制御を可能にし、精密な成
長層の膜厚制御、成長層組成の急峻な切替を現実のもの
とすることができ、従来より用いられていた通常のＭＯ
ＣＶＤにおける問題点の大部分を解決することができる
という効果がある。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。な
お第１図に示す装置と対応する部材には同一符号を付し
その説明は省略する。

策よ実施側 第３図には本発明に係るＭＯＣＶＤ装置の好適な一例か
示されており、本実施例では、化合物半導体の砒化ガリ
ウム（Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　）のエピタキシャル成長を行う
場合を例に取り説明する。

なお、この場合に用いられる原料としては各種の組合せ
が可能であるが、実施例ではアルシン（ＡｓＨ３）とト
リメチフレカリウム（（ＣＨ３）３Ｇａ、”Ｔ”ＭＧ）
を用いる例が示されている。この他にも、トリエチルガ
リウム（ＴＥＧ）、）リブチルガリウム（（Ｃ４Ｈ９）
３　Ｇａ）などの使用も可能である。

厳科ガス偽値も まず、原料ガスの流れを説明する。

実施例の装置は、Ｖ族原料カスとしてＡ　ｓ　Ｉ（３か
充填されたボンベ４０を有し、Ａ　ｓ　Ｈ３は、通富水
素＜Ｈ２）で１０％程度に希釈したものが用いられる。

そし５て、ボンベ４０から供給されるＡｓＨ３ガスは、
マスフローコン１ヘローラ４２を用いて一定の流量にな
るよう制御され、供給配管３０を介して反応容器１０内
に導入される。

また、実施例の装置は、■族原料の有機金属である”Ｔ
’　Ｍ　Ｇのバブラー５０を有し、このバブラー５０は
、図示していない恒温装置により通常は０℃の一定温度
に保たれている。

また、前記有機金属を輸送するために実施例の装置には
キャリアガスのボンベ５２が設けられており、このボン
ベ５２内には、キャリアガスとして通常は水素（トＩ２
）ガスが充填されている。そして、このボンベ５２から
供給される水素ガスは水素純化器５４により不純物が除
去された後、１゛ＭＧのバブラー５０内に送られ、ＴＭ
Ｇ内を通過する。このとき、水素ガス中には、その温度
における飽和蒸気正分のＴＭＧが含まれることになり、
このようにしてＴＭＧが含まれた水素ガスはマスフロー
コン１〜ローラ５６により一定流量となるよう制御され
、供給配管３２を介して反応容器１−０へ導入される。

このようにして、反応容器１０内にはＡ　ｓ　Ｈ３と’
Ｉ’ＭＧとが供給され、その供給量の比は通常５０−１
００程度に設定される。

そして、反応容器１０を通過したＡｓＨ３、ＴＭＧ、水
素などの原料ガスは排気管３４に連結しているロータリ
ーポンプ６０により排気される。

このときの排気速度は、可変コンダクタンスバルブ６２
により調整され、これにより反応容器１０内の圧力が、
大気圧以下の所定の圧力に保たれる。

なお、全圧力は一般には１〜数＋ＴＧｒｒ程度、通常は
１０Ｔｏｒｒ程度に設定される。この場合のＡｓＨ３分
圧は０．５〜Ｉ　Ｔｏｒｒ、　Ｔ　Ｍ　Ｇ分圧は０．０
０５〜０．０１　Ｔｏｒｒになる。

また、同図においてターボ分子ポンプ６４、ロータリー
ポンプ６６はエピタキシャル成長前における反応容器１
−０のクリーニング用に用いられるものである。

このようにして、実施例の装置では、減圧下の反応容器
１０内に、原料ガ、スの定常的な流れが作られ、基板］
−４の表面はこの流れの中にさらされることになる。

恭櫃温崖 つぎに、このように原料ガスの定常的流れの中にさらさ
れる基板１４の温度について説明する。

本実施例の装置には、サセプタ加熱用のし〜り７０が設
けられており、基板１４は加熱されたサセプタ１２上に
載置され所定の基板温度に制御される。

このとき、基板温度を制御する方法としては各種のもの
が考えられるが、実施例においては、反応容器１０に温
度測定用窓７４を設け、この窓７４を介して放射温度計
７６により基板温度を測定している。そして、その測定
出力を温度調整器７２にフィードバックして、加熱し−
タ７０へ与える電力を制御している。

この基板温度は、従来がら用いられている通常のＭＯＣ
ＶＤ法では６５０〜７５０℃の範囲に設定されるが、本
発明の場合では、原料の熱分解が充分に生起しない温度
に設定される。

実施例のように、原料としてＡ　ｓ　Ｈ３と’Ｉ’　Ｍ
　Ｇと組み合ぜな場合には、その基板温度は５００〜５
５０℃の範囲に設定される。このような低い基板温度範
囲において、従来から用いられている通常のＭＯＣＶＤ
ではその成長速度か小さく、膜質も悪いためほとんど実
用にならなかった。

これに対し、本発明では、このような低い基板温度範囲
でも、次に述べる赤外レーザ光を用いることにより良好
に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させることが
できる。

赤外に二悪光凶照射 本発明の特徴は、このように低い温度に保たれた基板１
４へ向け、その発振波長が■族原料の分子の赤外吸収に
同調した赤外レーザ光１００を照射することにある。

この赤外レーザ光１００の入射光はＯ°〜９０゜未満の
範囲で任意の角度に設定可能であるか、実施例では４５
°に設定されている。

また、Ｖ族原料ガスとして用いられるＡｓＨ３の吸収帯
を考慮して、本実施例に用いられる赤外レーザ光発生部
２０は、可変波長機能を有するＣ　０２レ一ザ光発生部
として形成されている。このＣＯ２レーザ光１００の波
長は、ＡＳＨ３分子が強い吸収を示す１０Ｐ１２発振線
（１０，５１３μｍ　）に設定される。

そして、赤外レーザ光発生部２０から発振出力される赤
外レーザ光１００は、ミラー、レンズ、シャッタ、減衰
器などで構成される赤外光用の光学系２２により適切な
ビーム形状、方向に調整され、赤外線用の窓１６を透過
して基板１４に照射される。

なお、前記赤外光用の光学系２２は、目的に合せ任意の
部材の組合せが可能であり、また小面積基板を使用した
り、局所堆積が目的の場合には省略することもできる。

このようにして、基板１４に照射された赤外レ−ザ光１
００は、Ａ　ｓ　８３分子に吸収され、その分子振動を
励起する。振動励起され７’、：ＡＳＨ３分子は、その
化学的活性度が高まり、通常では反応を起さない低い基
板温度範囲にもかかわらず、基板表面上またはその近傍
で、ＴＭＧ分子または若干熱分解して生じたガリウム（
Ｇａ）原子と化学反応してＧ　ａ　Ａ　ｓとなり基板結
晶上にエピタキシャル成長する。

第４図にはこのようなエピタキシャル成長の様子が示さ
れており、横軸は基板温度（絶対温度）の逆数（１００
０倍したもの）、縦軸は成長速度であり、ともに対数目
盛で表されている。

また、パラメータはレーザ光１００の出力である。同図
からも明らかなように、レーザ光１００を基板１４に照
射し、ない場合には、成長速度は低いが、２０Ｗ以上の
レーザ光出力の場合では、６００℃以上の基板温度でも
成長速度と同等以上であり、膜質も改善され、実用的な
ものとなっている。

以上説明したように、本発明によれば、通常のＭ　ＯＣ
，Ｖ　Ｄに比べて１５０〜２５０℃低い基板温度におい
ても、実用的なＧ　ａ　Ａ　ｓ化合物半導体のエピタキ
シャル成長が実現できる。

策ス人施別 第５図には本発明の好適な第２実施例が示されており、
本実施例の特徴は、前述したように基板１４へ向け赤外
レーザ光１００を照射すると同時に、紫外光２００を基
板１４に照射し、より高い結晶品質を得られるようにし
たことにある。

すなわち、実施例の装置には、反応容器１０の上方に紫
外光用窓８０が設けられており、反応容器１０の外部に
設けられた紫外光源８２から発せられる紫外光２００が
この窓８０を介して基板１４の表面に照射される。

このとき、紫外光２００に含まれる光の波長は、■族有
機金属分子を直接光分解しない範囲に設定する必要があ
る。

このような紫外光源８２としては、例えば低圧水銀ラン
プ、超高圧水銀ランプ、エキシマレーザ光などの各種の
ものを用いることができ、実施例では、超高圧水銀ラン
プが用いられている。

また、実施例において紫外光２００の入射角は０°、す
なわち基板］−４に対し垂直に照射されるよう設定され
ている。

そして、実施例の装置では、基板１４の表面に赤外レー
ザ光発生部２０から赤外レーザ光１００が照射されると
同時に、紫外光源８２から紫外光２００が照射される。

このとき、前記紫外光２００は、基板表面またはその近
傍において、■族有機金属の電子励起、あるいはその分
解で生じたメチル基（ＣＨ３）などのラジカルの励起、
前記Ｖ族原料と■族原料との間の化学反応および各原子
が基板結晶の適当なサイトに落ち着く前の表面泳動の促
進などを効率的に助長し、エピタキシャル成長層の結晶
性向上に寄与する。

この−例として、例えば基板温度を５００℃に制御し、
通常のＭＯＣＶＤ法で成長したノンドープＧａＡｓ層と
、本発明の装置を用いてＣ０２赤外レーザ光１−００、
水銀ランプによる紫外光２００を照射して成長したノン
ドープＧａＡｓとの膜質を比較しな。この結果、不純物
混入等を示すキャリア密度は１／２０に減少し、結晶性
向上を表すホール移動度、フォトルミネッセンスピーり
の半値幅は、それぞれ１，５倍、１７３倍となっており
、大幅な膜質の向上が確認された。

以上の特性は、通常のＭＯＣＶＤ法で６５０℃以上の基
板温度にて成長したノンドープＧａＡｓ層と同等以上の
膜質である。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、前記第１実施例および第２実施例では、Ｖ族原
料ガスおよび■族有機金属としてＡ　ｓ　Ｈ３とトリメ
チルガリウムを用いる場合を例に取り説明したが、本発
明はこれに限らず、これ以外のＶ族原料ガス、■族原料
ガスを用いる化合物半導体に対しても適用可能であるこ
とはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した光照射型低温ＭＯＣＶＤ装置
の原理説明図、 第２図は本発明による低温成長効果の説明図、第３図は
本発明に係る装置の好適な第１実施例の説明図、 第４図は第３図に示す装置を用いて得られた低温成長効
果の測定結果の説明図、 第５図は本発明の好適な第２実施例の説明図である。 １０　・・・　反応容器 １２　・・・　サセプタ １４　・・・　基板 ２０　・・・　赤外レーザ光発生部 ３０．３２　・・・　供給配管 ３４　・・・　排気管 ４０．５２　・・・　ボンベ ５０　・・・　バブラー −３２＝ ７０　・・・　ヒータ ８２　・・・　紫外光源 １００　・・・　赤外レーザ光 ２００　・・・　紫外光

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｖ族原料ガス、III族原料ガスを用いる化合物半
   導体のＭＯＣＶＤ方法において、 基板を原料ガスが充分に熱分解しない低い反応温度に保
   ち、この基板に向け発振波長がＶ族原料の分子の赤外吸
   収波長に同調した赤外レーザ光を照射し原料分子の分子
   振動を分子が分解に至らない程度に励起することにより
   、基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させ
   ることを特徴とする光照射型低温ＭＯＣＶＤ方法。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の方法において、前記
   基板温度を５００〜５５０℃の範囲の低温状態に保った
   状態で、赤外レーザ光を照射することを特徴とする光照
   射型低温ＭＯＣＶＤ方法。
3. （３）基板を載置するサセプタを有し、サセプタ上に載
   置された基板を原料ガスが充分に熱分解しない低い反応
   温度に保つ反応容器と、 この反応容器に向けＶ族原料ガス、III族原料ガスを供
   給する手段と、 所定の低温状態に保たれた基板に向け、発振周波数がＶ
   族原料ガスの分子の赤外吸収波長に同調した赤外レーザ
   光を照射する手段と、 を含み、低温状態に保たれた基板上に高い堆積速度でし
   かも良好な結晶性が得られるよう化合物半導体結晶をエ
   ピタキシャル成長させることを特徴とする光照射型低温
   ＭＯＣＶＤ装置。
4. （４）特許請求の範囲（３）記載の装置において、前記
   基板に向け、III族有機金属分子を直接に光分解しない
   範囲に波長が設定された紫外光を照射する手段を含み、
   赤外レーザ光と紫外光とを同時に照射するよう形成され
   たことを特徴とする光照射型低温ＭＯＣＶＤ装置。