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公開番号2025163959
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-30
出願番号2024067633
出願日2024-04-18
発明の名称エピタキシャル膜の製造方法、気相成長装置及びエピタキシャル膜
出願人大陽日酸株式会社,国立大学法人東京農工大学
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類H01L 21/365 20060101AFI20251023BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】H及びCがエピタキシャル膜に混入すること及びSi濃度分布が大きくなることを抑制することが可能なエピタキシャル膜の製造方法、気相成長装置及びエピタキシャル膜を提供する。
【解決手段】材質がSiO₂の反応管を加熱するために電気炉が用いられるホットウォールMOVPE法を用いて、Ga原料としてトリメチルガリウム(TMGa)、O原料としてO₂ガス、Siのドーパントとしてテトラメチルシラン(TMSi)を用いて、950～1100℃の成長温度、1.0×10^-7～1.0×10^-3のR_Si(ただし、R_Siはモル比で(TMSiの供給量)/((TMSiの供給量)+(TMGaの供給量))を表す)の条件で、n型β-Ga₂O₃エピタキシャル膜を成長させる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
材質がＳｉＯ
２
の反応管を加熱するために電気炉が用いられるホットウォールＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜を成長させる、エピタキシャル膜の製造方法において、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ｏ原料としてＯ
２
ガス、Ｓｉのドーパントとしてテトラメチルシラン（ＴＭＳｉ）を用いて、９５０～１１００℃の成長温度、１．０×１０
－７
～１．０×１０
－３
のＲ
Ｓｉ
（ただし、Ｒ
Ｓｉ
はモル比で（ＴＭＳｉの供給量）／（（ＴＭＳｉの供給量）＋（ＴＭＧａの供給量））を表す。）の条件で、ｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜を成長させる、エピタキシャル膜の製造方法。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
材質がＳｉＯ
２
の反応管を加熱するために電気炉が用いられるホットウォールＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜を成長させる、気相成長装置において、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ｏ原料としてＯ
２
ガス、Ｓｉのドーパントとしてテトラメチルシラン（ＴＭＳｉ）を用いて、９５０～１１００℃の成長温度、１．０×１０
－７
～１．０×１０
－３
のＲ
Ｓｉ
（ただし、Ｒ
Ｓｉ
はモル比で（ＴＭＳｉの供給量）／（（ＴＭＳｉの供給量）＋（ＴＭＧａの供給量））を表す。）の条件で、ｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜を成長させる、気相成長装置。
【請求項３】
Ｓｉのドーパントを含有した、ｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜であって、基板面内のＳｉ濃度分布における、（（Ｓｉ濃度の最大値）－（Ｓｉ濃度の最小値））／（Ｓｉ濃度の平均値）×１００％の値が０％以上２．０％以下である、エピタキシャル膜。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル膜の製造方法、気相成長装置及びエピタキシャル膜に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
β－Ｇａ
２
Ｏ
３
は、大きなバンドギャップエネルギー（～４．５ｅＶ）を有し、高い絶縁破壊電界強度（＞７ＭＶ／ｃｍ）が推測されるため、次世代のパワーデバイス材料として注目されている。縦型デバイスの作製には、導電性制御されたｎ型の厚いドリフト層成長が必須で、これまでにハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法が用いられてきた。一方、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法は、高精度の膜厚制御や混晶成長が可能である。
【０００３】
特許文献１では、有機金属のIII族原料および有機金属のＶ族原料を用いて、ｎ型不純物としてＳｉの有機金属化合物であるテトラメチルシラン（ＴＭＳｉ）、テトラエチルシラン（ＴＥＳｉ）を用いるｎ型のIII－Ｖ族化合物半導体エピタキシャル薄膜の有機金属気相成長法が開示されている。
非特許文献１では、ＭＯＶＰＥ法を用いてβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜を成膜したことが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平７－１３０６６７号公報
【非特許文献】
【０００５】
Ｆ．Ａｌｅｍａ，Ｂ．Ｈｅｒｔｏｇ，Ａ．Ｏｓｉｎｓｋｙ，Ｐ．Ｍｕｋｈｏｐａｄｈｙａｙ，Ｍ．Ｔｏｐｏｒｋｏｖ，ａｎｄＷ．Ｖ．Ｓｃｈｏｅｎｆｅｌｄ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ第４７５巻，ｐｐ．７７－８２（２０１７年）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）の有機金属化合物を用いたβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
の成長では、有機金属由来の炭化水素が完全燃焼しない場合に水素（Ｈ）や炭素（Ｃ）がエピタキシャル膜に混入する。
また、Ｓｉの有機金属化合物のＳｉへの分解が早すぎたり、遅すぎたりすると、基板面内のβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜のＳｉ濃度分布が大きくなる。特に、Ｓｉの有機金属化合物が、完全にＳｉへ分解しない場合、Ｓｉがβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜に取り込まれない。
【０００７】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであって、Ｈ及びＣがエピタキシャル膜に混入すること及びＳｉ濃度分布が大きくなることを抑制することが可能なエピタキシャル膜の製造方法、気相成長装置及びエピタキシャル膜を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下の構成を採用した。
［１］材質が石英（ＳｉＯ
２
）の反応管を加熱するために電気炉が用いられるホットウォールＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜を成長させる、エピタキシャル膜の製造方法において、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ｏ原料としてＯ
２
ガス、ＳｉのドーパントとしてＴＭＳｉを用いて、９５０～１１００℃の成長温度、１．０×１０
－７
～１．０×１０
－３
のＲ
Ｓｉ
（ただし、Ｒ
Ｓｉ
はモル比で（ＴＭＳｉの供給量）／（（ＴＭＳｉの供給量）＋（ＴＭＧａの供給量））を表す。）の条件で、ｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜を成長させる、エピタキシャル膜の製造方法。
［２］材質がＳｉＯ
２
の反応管を加熱するために電気炉が用いられるホットウォールＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜を成長させる、気相成長装置において、Ｇａ原料としてＴＭＧａ、Ｏ原料としてＯ
２
ガス、ＳｉのドーパントとしてＴＭＳｉを用いて、９５０～１１００℃の成長温度、１．０×１０
－７
～１．０×１０
－３
のＲ
Ｓｉ
の条件で、ｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜を成長させる、気相成長装置。
［３］Ｓｉのドーパントを含有した、ｎ型β－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜であって、基板面内のＳｉ濃度分布における、（（Ｓｉ濃度の最大値）－（Ｓｉ濃度の最小値））／（Ｓｉ濃度の平均値）×１００％の値が０％以上２．０％以下である、エピタキシャル膜。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＨやＣがエピタキシャル膜に混入すること及びＳｉ濃度分布が大きくなることを抑制することができる。上記手段を用いることで、有機金属由来の炭化水素が完全燃焼され、ＨやＣがβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜にほとんど混入されない。また、ガスの流れ方向におけるＴＭＳｉからＳｉへの分解の位置が調整され、基板面内のβ－Ｇａ
２
Ｏ
３
エピタキシャル膜のＳｉ濃度分布を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施形態に係る気相成長装置の鉛直方向の断面図である。
実施形態に係る気相成長装置の水平方向の断面図である。
エピタキシャル膜のＲ
Ｓｉ
とＳｉ濃度及び有効キャリア密度の関係を表すグラフである。
基板を回転させない場合の基板面内のＳｉ濃度分布を示す説明図である。
基板を回転させる場合の基板面内のＳｉ濃度分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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