(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器内において、有機金属気相成長法により、下地上にＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長させるに当たり、
III族原料ガスの流量、Ｖ族原料ガスの流量、キャリアガスの流量、及び前記反応器内の圧力をそれぞれ調整し、かつ、前記キャリアガスをＮ2 とすることにより、
前記下地近傍の、前記 III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスが熱分解する領域である境界層における、前記 III族原料ガスと前記Ｖ族原料ガスとの中間反応を抑制する
ことを特徴とするＩｎＧａＰ層のエピタキシャル成長方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＩｎＧａＰ層のエピタキシャル成長方法において、
前記下地を、ＧａＡｓ層とし、
前記 III族原料ガスを、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 又はＧａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 、及びＩｎ（ＣＨ3 ）3 とし、及び
前記Ｖ族原料ガスを、ＰＨ3 とするとき、
Ｇａ（ＣＨ3 ）3 又はＧａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 の流量を、３０ｓｃｃｍとし、
Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 の流量を、１９８ｓｃｃｍとし、
ＰＨ3 の流量を、１００ｓｃｃｍとし、
Ｎ2 の流量を、７ｓｌｍとし、及び
前記反応器内の圧力を、７０Ｔｏｒｒとする
ことを特徴とするＩｎＧａＰ層のエピタキシャル成長方法。
【請求項３】
反応器内において、有機金属気相成長法により、下地上にＩｎＡｌＰ層をエピタキシャル成長させるに当たり、
III族原料ガスの流量、Ｖ族原料ガスの流量、キャリアガスの流量、及び前記反応器内の圧力をそれぞれ調整し、かつ、前記キャリアガスをＮ2 とすることにより、
前記下地近傍の、前記 III族原料ガス及び前記Ｖ族原料ガスが熱分解する領域である境界層における、前記 III族原料ガスと前記Ｖ族原料ガスとの中間反応を抑制する
ことを特徴とするＩｎＡｌＰ層のエピタキシャル成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＡｌＰ層のエピタキシャル成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギー産業の分野で、太陽電池の開発が行われている。特に、太陽電池の変換効率を向上させる為の研究が行われている。高変換効率を有する太陽電池として、例えば、ヘテロ接合型半導体素子がある。このヘテロ接合型半導体素子の例として、ＧａＡｓ下地、及びこのＧａＡｓ下地上にＩｎＧａＰ層（又はＩｎＡｌＰ層）を具える半導体素子がある。このＩｎＧａＰ層（又はＩｎＡｌＰ層）の膜成長には、一般的に、有機金属気相成長法が利用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の有機金属気相成長法によれば、ＩｎＧａＰ層（又はＩｎＡｌＰ層）の表面に、高密度のヒルロック（表面欠陥の一種）が生じる。このヒルロックが生じるのは、ＩｎＧａＰ層（又はＩｎＡｌＰ層）を構成する、 III族の原料ガス及びＶ族の原料ガスが、ＧａＡｓ下地上に到達する前に、ＧａＡｓ下地上近傍の境界層（すなわち、 III族原料ガス及びＶ族原料ガスが熱分解する領域；文献「半導体超格子入門、ｐｐ．９７、培風館、小長井誠」参照）にて化学反応（以下「中間反応」と言う。）を起こして、その結果生じた化合物がＧａＡｓ下地上に付着する為と考えられる。
【０００４】
ところで、高密度のヒルロックを有する半導体素子を使用して太陽電池を作成した場合に、この太陽電池の特性に様々な影響を与える。例えば、太陽電池の変換効率は、低下することがある。
【０００５】
そこで、有機金属気相成長法によって、ヒルロックの密度を低減させる、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＡｌＰ層のエピタキシャル成長方法の出現が求められていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、反応器内において、有機金属気相成長法により、下地上にＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長させるに当たり、この発明の成長方法によれば、 III族原料ガスの流量、Ｖ族原料ガスの流量、キャリアガスの流量、及び反応器内の圧力をそれぞれ調整し、かつ、このキャリアガスをＮ2とすることにより、下地近傍の境界層における、 III族原料ガスとＶ族原料ガスとの中間反応を抑制する。
【０００７】
例えば、下地を、ＧａＡｓ層とする。又、 III族原料ガスを、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 又はＧａ（Ｃ2Ｈ5 ）3、及びＩｎ（ＣＨ3 ）3 とする。又、Ｖ族原料ガスを、ＰＨ3とする。このとき、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 又はＧａ（Ｃ2Ｈ5 ）3 の流量を、３０ｓｃｃｍとする。又、Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 の流量を、１９８ｓｃｃｍとする。又、ＰＨ3 の流量を、１００ｓｃｃｍとする。又、Ｎ2 の流量を、７ｓｌｍとする。又、反応器内の圧力を、７０Ｔｏｒｒとする。
【０００８】
このような構成によれば、ＩｎＧａＰ層の表面のヒルロックの密度は、低減する。
【０００９】
又、上述の目的を達成するために、反応器内において、有機金属気相成長法により、下地上にＩｎＡｌＰ層をエピタキシャル成長させるに当たり、この発明の成長法法によれば、 III族原料ガスの流量、Ｖ族原料ガスの流量、キャリアガスの流量、及び反応器内の圧力をそれぞれ調整し、かつ、このキャリアガスをＮ2とすることにより、下地近傍の境界層における、 III族原料ガスとＶ族原料ガスとの中間反応を抑制する。
【００１０】
このような構成によれば、ＩｎＡｌＰ層の表面のヒルロックの密度は、低減する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状及び配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、従って、この発明は、図示例に限定されるものではない。
【００１２】
図１及び図２を参照して、ＭＯＣＶＤ法によって、単結晶である下地（この構成例では、ＧａＡｓ基板１０とする。）上に、ＩｎＧａＰ層１２を成膜する方法につき、説明する。
【００１３】
図１（Ａ）〜（Ｄ）は、ＩｎＧａＰ層の成膜工程図である。各図は、製造の主要段階で得られている素子構造体の概略的な断面図としてそれぞれ示してある。
【００１４】
又、図２は、ＧａＡｓ基板の温度変化を示すグラフである。縦軸および横軸は、それぞれ温度および時間である。実線Ｃ１は、この発明の実施に基づく温度変化曲線である。
【００１５】
先ず、単結晶のＧａＡｓ基板１０を用意する。具体的には、ＧａＡｓ基板１０を直径２インチおよび最大厚さ３５０ミクロンの円形基板とする。そして、酸エッチャント（例えば、Ｈ2 ＳＯ4 ）又はアルカリエッチャント（例えば、ＮＨ4 ＯＨ）を使用して、このＧａＡｓ基板１０の表面を洗浄する。これにより、この表面に付着していた汚れ（例えば、炭化物）を除去することができる。
【００１６】
次に、図１（Ａ）に示すように、反応器（図１において図示せず。）内に、このＧａＡｓ基板１０を設置する。このとき、反応器内の温度は、室温である（図２の（ａ））。尚、ＧａＡｓ基板１０の主表面１０Ａは、（１００）面である。この反応器内には、ＧａＡｓ基板１０を設置するためのウェハキャリアがある。このウェハキャリア上に、主表面１０Ａを上側にして、ＧａＡｓ基板１０を載せて設置する。尚、後述の過程において、このＧａＡｓ基板１０を抵抗加熱法により加熱する。この加熱の間、このウェハキャリアを一定速度で回転させる。よって、このウェハキャリア上に設置されたＧａＡｓ基板１０も回転する。従って、後述のように、ＩｎＧａＰ層１２の原料である III族原料ガス（この構成例では、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 （トリメチルガリウム）及びＩｎ（ＣＨ3 ）3 （トリメチルガインジウム））及びＶ族原料ガス（この構成例では、ＰＨ3 （ホスフィン））は、ＧａＡｓ基板１０の主表面１０Ａ上に万遍なくそれぞれ散布されるので、この主表面１０Ａ上に形成されるＩｎＧａＰ層１２の膜厚は、それぞれ、実質的に均一となる。
【００１７】
次に、図１（Ｂ）に示すように、ＡｓＨ3 （アルシン）を供給しながら、このＧａＡｓ基板１０を加熱して、６５０℃（但し、ＧａＡｓ基板１０の温度である。以下単に「温度」と言う。）程度まで昇温する（図２の（ｂ））。ＡｓＨ3 を供給するのは、主表面１０Ａを構成するＡｓ原子が、この主表面１０Ａから抜けるのを防止する為である。
【００１８】
次に、ＡｓＨ3 を供給したまま、温度をそのまま６５０℃にして、時間Ｔだけ安定させる（この場合、Ｔ＝５〜１０分間程度）（図２の（ｃ））。これにより、主表面１０Ａに形成されている自然酸化膜を除去することができる。
【００１９】
次に、ＡｓＨ3 を供給したまま、このＧａＡｓ基板１０を加熱して、７００℃程度まで昇温する（図２の（ｄ））。
【００２０】
次に、図１（Ｃ）に示すように、温度が７００℃に到達したら、そのまま７００℃に保持する（図２の（ｅ））。そして、ＡｓＨ3 の供給を停止すると共に、 III族原料ガス及びＶ族原料ガスの供給を開始する。
【００２１】
但し、ＧａＡｓ基板１０近傍の境界層における、 III族原料ガスとＶ族原料ガスとの中間反応を抑制するように、下記の如く諸条件を設定する。この構成例では、 III族原料ガスを、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 及びＩｎ（ＣＨ3 ）3 とする。又、Ｖ族原料ガスを、ＰＨ3 とする。このとき、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 の流量を、３０ｓｃｃｍとする。又、Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 の流量を、１９８ｓｃｃｍとする。又、ＰＨ3 の流量を、１００ｓｃｃｍとする。よって、Ｖ／ III（Ｖ族原料ガスと III族原料ガスとの流量比）＝６５である。又、Ｇａ（ＣＨ3）3のキャリアガスをＮ2 （窒素）とする。このとき、Ｎ2 の流量を、７ｓｌｍ（ｓｌｍ：標準状態における分当たりの流量[ｌ]）とする。又、反応器内の圧力を、７０Ｔｏｒｒとする。これにより、主表面１０Ａに、ＩｎＧａＰ層１２がエピタキシャル成長する（図１の（Ｄ））。ＩｎＧａＰ層１２の成長速度は、５００Å／ｍｉｎである。ＩｎＧａＰ層１２の膜厚は、実質的に均一である。以上の工程を以って、ＩｎＧａＰ層１２を成膜する為のエピタキシャル成長は、終了する。
【００２２】
上述の工程によって得られたＩｎＧａＰ層１２の主表面１２Ａ上におけるヒルロックの密度は、１５０（１／ｃｍ2 ）であった。一方、従来方法によって得られるＩｎＧａＰ層の主表面上におけるヒルロックの密度は、１０００（１／ｃｍ2 ）である。よって、本願発明の方法によれば、ヒルロックの密度を、従来の約１／６に低減することができる。
【００２３】
このように、本願発明において、ヒルロックの密度を低減させることができたのは、境界層（上述）にて、 III族原料ガス及びＶ族原料ガスが中間反応を起こすのを抑制した為であると考えられる。そこで、この中間反応を抑制することができた理由につき、説明する。
【００２４】
（１）本願発明の方法によれば、従来の方法と比較して、キャリアガス（この例では、Ｎ2 ）の流量を、多くしている。よって、境界層は薄層化する。従って、境界層にて、 III族原料ガス及びＶ族原料ガスが中間反応を起こす確率が低減する。
【００２５】
（２）本願発明の方法によれば、従来の方法と比較して、反応器内の圧力を低減させている。よって、境界層は薄層化する。従って、境界層にて、 III族原料ガス及びＶ族原料ガスが中間反応を起こす確率が低減する。
【００２６】
（３）本願発明の方法によれば、従来の方法と比較して、 III族原料ガスの供給量を減少させると共に、Ｖ／ IIIを減少させる。よって、ＩｎＧａＰ層１２の成長速度は、遅くなる。従って、境界層にて、 III族原料ガス及びＶ族原料ガスが中間反応を起こす確率が減少する。
【００２７】
（４）本願発明の方法によれば、キャリアガスとして、Ｎ2 を使用している。一方、従来方法によれば、キャリアガスとして、Ｈ2 （水素）を使用している。Ｎ2 の熱伝導率は、Ｈ2 の熱伝導率と異なる。この為、境界層は薄層化すると考えられる。従って、境界層にて、 III族原料ガス及びＶ族原料ガスが中間反応を起こす確率が減少する。
【００２８】
この発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、設計に応じて種々の変更を加えることができる。
【００２９】
例えば、上述の実施の形態では、 III族原料ガスの１つとして、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 を使用しているが、このＧａ（ＣＨ3 ）3 の代わりに、Ｇａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 （トリエチルガリウム）を使用しても良い。
【００３０】
又、例えば、上述の実施の形態では、下地上に、ＩｎＧａＰ層を成長させているが、このＩｎＧａＰ層の代わりにＩｎＡｌＰ層を成長させても良い。但し、 III族原料ガスの流量、Ｖ族原料ガスの流量、キャリアガスの流量、及び反応器内の圧力をそれぞれ調整し、かつ、キャリアガスをＮ2 とすることにより、下地近傍の境界層における、 III族原料ガスとＶ族原料ガスとの中間反応を抑制する。
【００３１】
【発明の効果】
上述の説明から明らかなように、この発明のＩｎＧａＰ層又はＩｎＡｌＰ層のエピタキシャル成長方法によれば、境界層における III族原料ガスとＶ族原料ガスとの中間反応を抑制することができる。従って、ＩｎＧａＰ層又はＩｎＡｌＰ層表面のヒルロックの密度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩｎＧａＰ層の成膜工程図である。
【図２】ＧａＡｓ基板の温度変化を示すグラフである
【符号の説明】
１０：ＧａＡｓ基板
１０Ａ：主表面
１２：ＩｎＧａＰ層
１２Ｂ：主表面
【図１】
0003756044.tif 000002
【図２】
0003756044.tif 000003