JPH05186295A - Method for growing crystal - Google Patents

Method for growing crystal

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JPH05186295A
JPH05186295A JP419492A JP419492A JPH05186295A JP H05186295 A JPH05186295 A JP H05186295A JP 419492 A JP419492 A JP 419492A JP 419492 A JP419492 A JP 419492A JP H05186295 A JPH05186295 A JP H05186295A
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JP
Japan
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atomic layer
constituent element
growth
layer
raw material
Prior art date
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JP419492A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiki Sakuma
芳樹 佐久間
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To accurately form one atomic layer by depositing >=one atomic layer of a constituent element layer of a compound to be grown on the surface of a substrate, supplying a specific substance to the surface and removing the constituent element unbonded to the substrate. CONSTITUTION:A case of growing crystal of GaAs is explained. An atomic layer 2 of As is grown on a GaAs base 1, a raw material 3 of Ga is fed to the base and >=one atomic layer of Ga atoms 4 is deposited on the As atomic layer 2. Then methyl group 5 to form a substance which is bonded to Ga and has weaker bond force than one between Ga and As is supplied to a growth face, brought into contact and reacted with the Ga atom 4a having deposited >=one atomic layer and evaporated as methylated gallium. In the operation, since the Ga atom 4b of one atomic layer directly bonded to the atomic layer 2 of As has strong bond force to As, this Ga atom will not release from the surface even if the methyl group comes into contact with this Ga atom of one atomic layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、結晶成長に関し、特に
原子層成長を制御することのできる結晶成長方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to crystal growth, and more particularly to a crystal growth method capable of controlling atomic layer growth.

【0002】[0002]

【従来の技術】原子層1層毎の成長が行なえる結晶成長
方法として、成長に用いる原料物質に成長率の自己停止
機構(セルフリミッティング)を有するものを用いる原
子層エピタキシが知られている。
2. Description of the Related Art As a crystal growth method capable of growing each atomic layer, atomic layer epitaxy using a material having a self-stopping mechanism for growth rate (self-limiting) is known. ..

【0003】たとえば、GaAsの原子層エピタキシで
は、蒸気圧のきわめて低いGaを1原子層だけ堆積させ
ることが鍵である。Gaの原料として、トリメチルガリ
ウム(TMGa)、GaCl、Ga(C2 5 2
l、GaCl3 等を用いると、As面の上に1原子層の
Ga原子層を堆積でき、丁度1原子層の成長を終える
と、成長を自動的に停止できることが知られている。
For example, in the atomic layer epitaxy of GaAs, the key is to deposit only one atomic layer of Ga having an extremely low vapor pressure. As a Ga raw material, trimethylgallium (TMGa), GaCl, Ga (C 2 H 5 ) 2 C
It is known that by using 1, 1, GaCl 3, etc., one atomic layer of Ga atomic layer can be deposited on the As plane, and the growth can be automatically stopped when the growth of just one atomic layer is completed.

【0004】GaAsの場合、As層の成長にはAs4
やAsH3 等を用いるが、Asの蒸気圧は高いため、通
常セルフリミッティングは原料によらず成立する。この
ように、III−V族化合物半導体においては、III
族元素の原料としてセルフリミッティングを有する原料
を用いることにより、原子層エピタキシが可能となる。
In the case of GaAs, As 4 is used to grow the As layer.
Although AsH 3 and the like are used, since the vapor pressure of As is high, self-limiting is usually established regardless of the raw material. Thus, in the III-V group compound semiconductor, III
Atomic layer epitaxy becomes possible by using a raw material having self-limiting as the raw material of the group element.

【0005】しかしながら、セルフリミッティングを有
する原料は限られており、たとえばトリメチルガリウム
はセルフリミッティングを有するが、トリエチルガリウ
ムはセルフリミッティングを有さない。
However, the raw materials having self-limiting are limited. For example, trimethylgallium has self-limiting but triethylgallium does not have self-limiting.

【0006】原子層エピタキシに用いる原料ガスを決定
すると、結晶成長温度が決定される。原料ガスとしてセ
ルフリミッティングを有するガスを用いることにする
と、選択できる温度領域は狭くなってしまう。
When the source gas used for atomic layer epitaxy is determined, the crystal growth temperature is determined. If a gas having self-limiting is used as the source gas, the temperature range that can be selected becomes narrow.

【0007】また、たとえば混晶結晶を成長しようとす
る場合、混晶を構成すべき2つの元素のセルフリミッテ
ィングを有する原料ガスが異なる分解温度を有すると、
実際上、原子層成長はきわめて困難となってしまう。
Further, for example, when a mixed crystal is to be grown, if the raw material gases having self-limiting of the two elements that constitute the mixed crystal have different decomposition temperatures,
In fact, atomic layer growth becomes extremely difficult.

【0008】また、原料ガスの分解速度によって、1原
子層堆積に要する時間が決定される。セルフリミッティ
ングを有する原料ガスのみから原料ガスを選択すると、
選択範囲が狭く、1原子層成長に要する時間を短縮する
ことは困難となる。
The time required for the deposition of one atomic layer is determined by the decomposition rate of the source gas. If you select a source gas from only source gas with self-limiting,
The selection range is narrow, and it is difficult to shorten the time required to grow one atomic layer.

【0009】また、原料ガスの選択の範囲が狭くなる
と、成長すべき結晶中で不純物原子等となる元素の混入
を避けることが困難になることもある。たとえば、エチ
ル化物、メチル化物等を用いる場合、Cの混入が避けに
くいが、CはIII−V族半導体においては電気的不純
物として機能する。
Further, if the range of selection of the source gas is narrowed, it may be difficult to avoid mixing of elements such as impurity atoms in the crystal to be grown. For example, when an ethyl compound, a methyl compound, or the like is used, it is difficult to avoid inclusion of C, but C functions as an electric impurity in a III-V semiconductor.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の技術による原子層エピタキシによれば、種々の制
限が伴う。
As described above,
Prior art atomic layer epitaxy presents various limitations.

【0011】本発明の目的は、原子層成長が可能で、制
限の少ない結晶成長方法を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a crystal growth method capable of atomic layer growth and less restricted.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明では、原子層エピ
タキシにおいて1原子層の成長が終了するとその時点で
成長を停止させることの代わりに、構成元素の堆積を行
なう工程と、セルフリミッティングを生ぜしめる工程を
分離する。
According to the present invention, in the atomic layer epitaxy, when the growth of one atomic layer is completed, instead of stopping the growth at that time, the step of depositing the constituent elements and the self-limiting are performed. Separate the process that causes it.

【0013】たとえば、第1に構成元素の1原子層以上
の堆積工程を行ない、次にこの構成元素と結合して除去
する物質との接触反応工程を行なうことにより、1原子
層以上堆積した余分な堆積原子を除去し、結果的に1原
子層の堆積を実現する。
For example, first, a step of depositing one atomic layer or more of a constituent element is carried out, and then a contact reaction step with a substance that binds to and removes the constituent element is carried out. The deposited atoms are removed, and as a result, the deposition of one atomic layer is realized.

【0014】[0014]

【作用】堆積工程においては、1原子層以上の堆積を行
なえるため、用いる原料にセルフリミッティングを要求
する必要がなくなる。このため、選択の範囲が広がり、
より好ましい成長温度や成長速度を選ぶことが可能にな
る。
In the deposition process, since one atomic layer or more can be deposited, it is not necessary to require self-limiting for the raw material used. For this reason, the range of selection is expanded,
It becomes possible to select a more preferable growth temperature and growth rate.

【0015】1原子層以上の堆積を行なっても、1原子
層を越える部分はメチル基やハロゲン基と結合して除去
されるため、結果的に残る堆積層は1原子層であり、原
子層エピタキシが実現できる。
Even if the deposition of one atomic layer or more is performed, the portion exceeding the one atomic layer is removed by combining with the methyl group or the halogen group, so that the remaining deposited layer is one atomic layer. Epitaxy can be realized.

【0016】[0016]

【実施例】図1(A)に示すように、GaAs基板1の
上に、Asの原子層2を成長させた後、十分量のGaの
原料3を供給し、Asの原子層2の上に1原子層以上の
Ga原子4を堆積させる。この段階では、明らかに原子
層成長は行なわれていない。ただ、Gaに覆われていな
いAsの原子層の部分がないように多めにGa原子4を
堆積させればよい。
EXAMPLE As shown in FIG. 1 (A), after growing an atomic layer 2 of As on a GaAs substrate 1, a sufficient amount of a Ga source material 3 was supplied to the atomic layer 2 of As. Then, one or more atomic layers of Ga atoms 4 are deposited. At this stage, no atomic layer growth is apparently performed. However, a large amount of Ga atoms 4 may be deposited so that there is no portion of the As atomic layer that is not covered with Ga.

【0017】次に、図1(B)に示すように、成長面に
メチル基5を供給し、表面の1原子層以上堆積したGa
原子4aと接触、反応させ、メチル化ガリウムとして表
面から蒸発させる。このとき、Asの原子層2と直接結
合している1原子層分のGa原子4bは、Asとの結合
力が強いため、メチル基5が接触しても表面から離脱し
ない。
Next, as shown in FIG. 1 (B), a methyl group 5 is supplied to the growth surface to deposit one or more atomic layers of Ga on the surface.
The atoms are brought into contact with and reacted with the atoms 4a and evaporated as gallium methylate from the surface. At this time, the Ga atom 4b for one atomic layer, which is directly bonded to the atomic layer 2 of As, has a strong bonding force with As, and therefore does not separate from the surface even when the methyl group 5 contacts.

【0018】したがって、ある程度以上のメチル基を成
長面に供給すると、1原子層以上の余分なGa原子4a
はメチル基と反応して再蒸発し、結晶表面には丁度1原
子層のGa原子層4bが残る。この状態を図1(C)に
示す。
Therefore, if more than a certain amount of methyl groups are supplied to the growth surface, one or more atomic layers of extra Ga atoms 4a will be generated.
Reacts with the methyl group and is re-evaporated, leaving exactly one atomic layer of Ga atomic layer 4b on the crystal surface. This state is shown in FIG.

【0019】なお、Ga原子4を堆積させる工程におい
て用いるGa原料はセルフリミッティングを有する必要
がないため、広い範囲から選択することができる。たと
えば、低温で原子層エピタキシを行ないたい場合は、分
解温度が十分低い原料からGa原料を選択することがで
きる。
The Ga raw material used in the step of depositing Ga atoms 4 does not need to have self-limiting and can be selected from a wide range. For example, when it is desired to perform atomic layer epitaxy at a low temperature, a Ga raw material can be selected from raw materials having a sufficiently low decomposition temperature.

【0020】すなわち、Ga原料として、金属Gaや、
トリエチルガリウム、トリイソブチルガリウム、トリメ
チルアミンガランのような有機金属化合物等、広い範囲
の材料を用いることができる。
That is, as Ga raw material, metallic Ga,
A wide range of materials can be used, such as organometallic compounds such as triethylgallium, triisobutylgallium, trimethylaminegalane, and the like.

【0021】図2に、本発明の実施例に用いることので
きる減圧MOVPE成長系を示す。石英反応管11の中
に、グラファイトのサセプタ12が配置され、その上に
GaAs基板13を載置することができる。
FIG. 2 shows a reduced pressure MOVPE growth system that can be used in the embodiment of the present invention. A graphite susceptor 12 is arranged in a quartz reaction tube 11, and a GaAs substrate 13 can be mounted thereon.

【0022】グラファイトサセプタ12は、RFコイル
14から供給する高周波電力によって加熱され、GaA
s基板13を所定温度に加熱する。石英反応管11は、
ゲートバルブ21を介して予備室22に接続されてい
る。また、石英反応管11は、排気口24を介して排気
ポンプに接続されており、石英反応管11内を所定の減
圧雰囲気に保つことができる。圧力は、たとえば15〜
20Torr程度である。
The graphite susceptor 12 is heated by the high frequency power supplied from the RF coil 14 to generate GaA.
The substrate 13 is heated to a predetermined temperature. The quartz reaction tube 11 is
It is connected to the auxiliary chamber 22 via the gate valve 21. Further, the quartz reaction tube 11 is connected to an exhaust pump via an exhaust port 24, and the inside of the quartz reaction tube 11 can be maintained in a predetermined reduced pressure atmosphere. The pressure is, for example, 15 to
It is about 20 Torr.

【0023】成長用原料は、原料供給口15から原料ガ
スマニホールドバルブ16に供給され、サセプタ12上
のGaAs基板13上に供給される。III族元素であ
るGaの原料ガスとして分解温度が低いトリイソブチル
ガリウムを用い、V族元素であるAsの原料ガスとして
アルシン、キャリアガスとしてH2 を用いる場合を示
す。
The growth raw material is supplied from the raw material supply port 15 to the raw material gas manifold valve 16 and is supplied to the GaAs substrate 13 on the susceptor 12. A case is shown in which triisobutylgallium having a low decomposition temperature is used as a source gas of Ga that is a group III element, arsine is used as a source gas of As that is a group V element, and H 2 is used as a carrier gas.

【0024】また、余分のGaを除去するためのメタン
ガス(CH4 )が、水素(H2 )と混合されて供給口1
7からバルブ18を介してプラズマ発生装置19に供給
され、プラズマ化された後、石英反応管11内に供給さ
れる。プラズマ発生装置19は、内部のガスにRF電界
を印加することによってプラズマを発生させる。サイク
ロトロン共鳴を利用したECR装置を用いてもよい。
Further, methane gas (CH 4 ) for removing excess Ga is mixed with hydrogen (H 2 ) to supply port 1.
It is supplied to the plasma generator 19 from 7 through the valve 18, converted into plasma, and then supplied into the quartz reaction tube 11. The plasma generator 19 generates plasma by applying an RF electric field to the gas inside. An ECR device utilizing cyclotron resonance may be used.

【0025】図3に、図1に示す結晶成長方法を図2に
示すような結晶成長装置を用いて実行するためのガス供
給シーケンスを示す。例として基板結晶はGaAsの
(100)面を用い、成長温度は300℃とした。ま
た、Gaの原料として分解温度の低いトリイソブチルガ
リウムを用いた。Asの原料としてはアルシン(AsH
3 )を用いた。また、メチル基はメタンガスをプラズマ
で分解して発生させた。
FIG. 3 shows a gas supply sequence for carrying out the crystal growth method shown in FIG. 1 using the crystal growth apparatus shown in FIG. As an example, the substrate crystal was a (100) plane of GaAs, and the growth temperature was 300 ° C. In addition, triisobutylgallium having a low decomposition temperature was used as a Ga raw material. As a raw material for As, arsine (AsH
3 ) was used. The methyl group was generated by decomposing methane gas with plasma.

【0026】まず、図3上段に示すように、H2 をキャ
リアガスとしたトリイソブチルガリウムを約3秒程度供
給し、GaAs表面に約1.3原子層のGa層を堆積す
る。このステップにおいては、基板表面がGa原子で覆
われればよく、厚さは厳密なものではない。ただし、最
終的に用いるのは1原子層であるため、余分に堆積させ
るほど原料が浪費され、プロセス時間が長くなる。
First, as shown in the upper part of FIG. 3, triisobutylgallium using H 2 as a carrier gas is supplied for about 3 seconds to deposit a Ga layer of about 1.3 atomic layers on the GaAs surface. In this step, the substrate surface may be covered with Ga atoms, and the thickness is not critical. However, since only one atomic layer is finally used, the raw material is wasted and the process time becomes longer as more layers are deposited.

【0027】次に、図3のシーケンスの2段目に示すよ
うに、プラズマにより発生させたメチル基(メチルラジ
カル)をGa層上に照射する。CH4 とH2 との混合ガ
スを図2に示すプラズマ発生装置19においてプラズマ
化し、基板表面上に供給することでメチルラジカルを供
給する。このメチルラジカルの供給は、Ga層の余分な
約0.3原子層を除去するためのものである。
Next, as shown in the second step of the sequence of FIG. 3, the Ga layer is irradiated with a methyl group (methyl radical) generated by plasma. A mixed gas of CH 4 and H 2 is turned into plasma in the plasma generator 19 shown in FIG. 2 and supplied to the surface of the substrate to supply methyl radicals. The supply of this methyl radical is for removing the extra approximately 0.3 atomic layer of the Ga layer.

【0028】Gaの上に堆積しているGa原子は、Ga
−Ga結合力がGa−(CH3 n よりも弱く、Gaが
メチル基CH3 と結合したときメチル化ガリウムが再蒸
発することを許容する。メチルラジカル供給ステップの
時間は、余分なGaを除去するのに十分な時間であれば
よい。
Ga atoms deposited on Ga are Ga atoms.
-Ga bonding force Ga- (CH 3) weaker than n, Ga is allowed to re-evaporate methyl gallium when coupled with the methyl group CH 3. The time of the methyl radical supply step may be a time sufficient to remove excess Ga.

【0029】メチルラジカル供給後、図3の3段目に示
すように、水素(H2 )ガスを流して石英反応管11内
をパージする。次に図3の4段目に示すように、アルシ
ン(AsH3 )を5秒程度供給し、As原子層を形成す
る。すなわち、1サイクルのうち初めの2ステップにお
いて、Ga原子層が形成され、最後の1ステップによっ
てAs原子層が形成されてGaAsの1分子層が成長す
る。この工程を必要回数繰り返し行なうことにより、必
要な厚さの原子層エピタキシャル成長を行なうことがで
きる。
After supplying the methyl radicals, as shown in the third stage of FIG. 3, hydrogen (H 2 ) gas is flown to purge the inside of the quartz reaction tube 11. Next, as shown in the fourth row of FIG. 3, arsine (AsH 3 ) is supplied for about 5 seconds to form an As atomic layer. That is, a Ga atomic layer is formed in the first two steps of one cycle, and an As atomic layer is formed in the last one step, so that one molecular layer of GaAs is grown. By repeating this step a required number of times, it is possible to perform atomic layer epitaxial growth with a required thickness.

【0030】図4は、メチル基(メチルラジカル)の照
射時間と成長率の変化を示す。横軸はCH3 の照射時間
を秒で示し、縦軸は成長率を分子層に換算して示す。成
長率1は、1サイクルで1分子層が成長することを意味
する。
FIG. 4 shows changes in the irradiation time of a methyl group (methyl radical) and the growth rate. The horizontal axis represents the CH 3 irradiation time in seconds, and the vertical axis represents the growth rate in terms of a molecular layer. A growth rate of 1 means that one molecular layer grows in one cycle.

【0031】石英反応管11として径約70〜80mm
φ程度のものを用い、グラファイトサセプタ12として
約60mmφ程度のものを用いた。Ga原料としてトリ
イソブチルガリウム(TIBGa)をバブラを約20℃
に保ち、H2 ガスを約100sccm流した。
The quartz reaction tube 11 has a diameter of about 70 to 80 mm.
A graphite susceptor 12 having a diameter of about 60 mm was used. Triisobutylgallium (TIBGa) as a Ga raw material is bubbled at about 20 ° C.
And H 2 gas was flowed at about 100 sccm.

【0032】また、As原料としては、AsH3 を水素
中で約10%に希釈したものを用い、約400sccm
流した。メチル基原料としてはメタンガスCH4 を水素
中で約2%に希釈し、約50sccm流した。また、成
長温度は300℃で測定を行なった。
As As raw material, AsH 3 diluted to about 10% in hydrogen was used, and about 400 sccm was used.
Shed As the methyl group raw material, methane gas CH 4 was diluted to about 2% in hydrogen and allowed to flow at about 50 sccm. In addition, the growth temperature was measured at 300 ° C.

【0033】図4に明らかなように、基板上に形成した
約1.3原子層分のGaの内、1原子層以上のGa層
は、CH3 を照射することによって次第に減少してい
る。図4に示すデータの条件においては、メチル基を約
4秒以上供給した場合に、成長率が1(サイクルでGa
As1分子の厚み(2.83Å))になっている。
As is apparent from FIG. 4, of the Ga of about 1.3 atomic layers formed on the substrate, the Ga layer of one atomic layer or more is gradually reduced by irradiation with CH 3 . Under the conditions of the data shown in FIG. 4, when the methyl group was supplied for about 4 seconds or longer, the growth rate was 1 (Ga
The thickness is As1 molecule (2.83Å)).

【0034】すなわち、1原子層以上のGaを堆積して
も、その後のメチル基照射によって1原子層以上の余分
なGaを除去し、1原子層のみのGa原子層を得ること
ができる。
That is, even if Ga of 1 atomic layer or more is deposited, the Ga of 1 atomic layer or more can be obtained by removing the excessive Ga of 1 atomic layer or more by subsequent irradiation with a methyl group.

【0035】これまでセルフリミッティングのあるトリ
メチルガリウム等を用いて原子層エピタキシが行なわれ
たが、トリメチルガリウムの場合、分解温度は約450
℃であり、通常用いられる成長温度は約500℃付近で
ある。分解温度以下の温度での原子層エピタキシは実現
できなかった。
Up to now, atomic layer epitaxy has been performed using trimethylgallium or the like having self-limiting, but in the case of trimethylgallium, the decomposition temperature is about 450.
C., and the growth temperature usually used is around 500.degree. Atomic layer epitaxy at temperatures below the decomposition temperature could not be realized.

【0036】上述の実施例によれば、セルフリミッティ
ングのないトリイソブチルガリウムを用いることがで
き、トリイソブチルガリウムの分解温度は約200℃で
あるため、大幅に低い温度での原子層エピタキシが実現
できる。
According to the above-mentioned embodiment, triisobutylgallium without self-limiting can be used, and the decomposition temperature of triisobutylgallium is about 200 ° C., so that atomic layer epitaxy at a significantly low temperature can be realized. it can.

【0037】MOVPE成長系を用いる場合を図示した
が、分子線エピタキシャル成長装置にメチル基供給手段
を設けても上述の実施例同様、セルフリミッティングの
ない材料を用いた原子層エピタキシを実現することがで
きる。
Although the case where the MOVPE growth system is used is shown in the drawing, even if the molecular beam epitaxial growth apparatus is provided with a methyl group supply means, atomic layer epitaxy using a material without self-limiting can be realized as in the above embodiments. it can.

【0038】この場合、Ga原料は金属Gaでもよい。
金属Gaの場合、成長温度はさらに低下させることがで
きる。また、金属Gaの場合、有機金属原料からの汚染
がないため、成長膜の品質を高くすることが可能とな
る。
In this case, the Ga raw material may be metallic Ga.
In the case of Ga metal, the growth temperature can be further lowered. Further, in the case of metal Ga, since there is no contamination from the organic metal raw material, the quality of the grown film can be improved.

【0039】以上説明した実施例においては、余分に堆
積したIII族元素を除去するための物質としてメチル
基を用いたが、この目的に利用できるのはメチル基に限
らない。
In the embodiments described above, the methyl group was used as the substance for removing the excessively deposited group III element, but the methyl group can be used for this purpose.

【0040】ハロゲンラジカルを用いて1原子層以上堆
積した化合物半導体の構成元素の層を除去することがで
きる。図5を参照して、GaAsの原子層成長にClガ
スを用いた例を説明する。
It is possible to remove the layer of the constituent element of the compound semiconductor, which is deposited by using one or more atomic layers by using halogen radicals. An example in which Cl gas is used for GaAs atomic layer growth will be described with reference to FIG.

【0041】Gaの原料としてはトリエチルガリウム
(TEGa)、Asの原料にはアルシン(AsH3 )を
用い、それぞれH2 をキャリアガスとして用いて反応管
に導入した。TEGaは、セルフリミッティング機構を
有していない。
Triethylgallium (TEGa) was used as a Ga raw material, arsine (AsH 3 ) was used as an As raw material, and H 2 was used as a carrier gas and introduced into the reaction tube. TEGa does not have a self-limiting mechanism.

【0042】したがって、たんにTEGaとアルシンと
を交互に供給して成長を行なうと、TEGaの供給パル
ス幅が長い場合、1サイクル当たりの成長膜厚はGaA
sの1分子層厚を越えて増加する。
Therefore, when TEGa and arsine are simply supplied alternately for growth, when the supply pulse width of TEGa is long, the growth film thickness per cycle is GaA.
increase over a monolayer thickness of s.

【0043】図5においては、TEGaの供給に引続
き、H2 のパージを行ない、次にClラジカルを供給し
ている。このClラジカルによって、余分なGaは成長
表面から除去される。
In FIG. 5, following the supply of TEGa, H 2 is purged, and then Cl radicals are supplied. Excess Ga is removed from the growth surface by this Cl radical.

【0044】Clラジカル供給後、再びH2 ガスでパー
ジを行ない、アルンシAsH3 を供給することによっ
て、GaAs1分子層が成長する。その後、再びH2
スパージを行なって1サイクルを終了する。なお、H2
ガスのパージは一部または全部省略することもできる。
After supplying Cl radicals, purging is performed again with H 2 gas, and Arns AsH 3 is supplied to grow a GaAs 1 molecular layer. Then, H 2 gas purge is performed again to complete one cycle. In addition, H 2
Part or all of the gas purging can be omitted.

【0045】図6は、塩素(Cl)ラジカルを発生させ
る手段の例を示す。図6(A)は、HClガスを原料と
し、反応室31内でRFコイル32から高周波を印加し
てRFプラズマを発生させ、HClをHとClとに分解
する。
FIG. 6 shows an example of means for generating chlorine (Cl) radicals. In FIG. 6A, HCl gas is used as a raw material and a high frequency is applied from the RF coil 32 in the reaction chamber 31 to generate RF plasma, and HCl is decomposed into H and Cl.

【0046】図6(B)においては、反応室31内にタ
ングステン(W)フィラメント34を配置し、フィラメ
ントに電流を流すことによって約1000℃に加熱し、
ここに原料のCl2 を供給して熱分解によりClラジカ
ルを発生させる。
In FIG. 6B, a tungsten (W) filament 34 is placed in the reaction chamber 31 and heated to about 1000 ° C. by passing an electric current through the filament.
The raw material Cl 2 is supplied here to generate Cl radicals by thermal decomposition.

【0047】図6(C)においては、反応室31に紫外
線に対して透過率の高い透過窓36を設け、エキシマレ
ーザ等による紫外光37を照射して、ここにCl2 のよ
うな分子を導入すると、光分解してClラジカルが発生
する。
In FIG. 6C, a transmissive window 36 having a high transmissivity for ultraviolet rays is provided in the reaction chamber 31, and ultraviolet light 37 such as an excimer laser is radiated to allow molecules such as Cl 2 to enter. When introduced, Cl radicals are generated by photolysis.

【0048】このような装置によってHClガスやCl
2 ガス等の塩素を含むガスからClラジカルを発生させ
ることができる。図7は、図5に示すシーケンスにした
がってGaAsの成長を行なったときのClラジカルに
よるGa原子除去の結果を示すグラフである。Clラジ
カル供給のパルス幅と、シーケンス1サイクル当たりの
成長率の関係をプロットした。図において、横軸はCl
ラジカル供給のパルス幅を秒で示し、縦軸はGaAs成
長率を1サイクル当たりの成長分子層数で示す。
With such a device, HCl gas or Cl
Cl radicals can be generated from a gas containing chlorine such as 2 gases. FIG. 7 is a graph showing the result of Ga atom removal by Cl radicals when GaAs was grown according to the sequence shown in FIG. The relationship between the pulse width of Cl radical supply and the growth rate per cycle of the sequence was plotted. In the figure, the horizontal axis is Cl
The pulse width of radical supply is shown in seconds, and the vertical axis shows the GaAs growth rate by the number of grown molecular layers per cycle.

【0049】なお、成長実験は成長温度約350℃で行
なった。Gaの原料はTEGaであり、20℃に保った
バブラに約100sccmのH2 をバブリングさせて約
4秒間供給した。Asの原料は、AsH3 を用い、水素
ガスで約10%に希釈し、500sccmの流量で約5
秒間供給した。また、水素ガスのパージは約2秒間行な
った。反応管内の圧力は約20Torrに保ち、リアク
タ内総流量を約200sccmに設定した。
The growth experiment was carried out at a growth temperature of about 350.degree. Ga was TEGa, and a bubbler kept at 20 ° C. was bubbled with about 100 sccm of H 2 and supplied for about 4 seconds. AsH 3 was used as a raw material for As, diluted to approximately 10% with hydrogen gas, and was diluted to approximately 5% at a flow rate of 500 sccm.
It was supplied for 2 seconds. The hydrogen gas was purged for about 2 seconds. The pressure in the reaction tube was kept at about 20 Torr, and the total flow rate in the reactor was set at about 200 sccm.

【0050】このとき、塩素ラジカルを用いない状態で
は1サイクル当たり約1.4分子層のGaAsが成長し
た。Ga層成長後、Clラジカル照射ステップを行なう
と、GaAsの成長率は低下する。
At this time, about 1.4 molecular layers of GaAs were grown per cycle without using chlorine radicals. If a Cl radical irradiation step is performed after growing the Ga layer, the growth rate of GaAs decreases.

【0051】図7に示すように、Clラジカル供給のパ
ルス幅を増大するにつれて、GaAs成長率は次第に減
少し、約4秒強以上Clラジカルを供給すると、GaA
s成長率は1分子層に飽和した。なお、原料のCl2
5%濃度のものを約100sccm供給し、図6(B)
に示すラジカル発生装置によってラジカルを発生させ
た。
As shown in FIG. 7, as the pulse width of Cl radical supply was increased, the GaAs growth rate gradually decreased. When Cl radicals were supplied for more than about 4 seconds, GaA
The s growth rate was saturated in one molecular layer. In addition, about 100 sccm of Cl 2 as a raw material having a concentration of 5% was supplied, and FIG.
Radicals were generated by the radical generator shown in.

【0052】以上、III−V族半導体のGaAsを例
にとって説明したが、本発明は他の化合物の原子層エピ
タキシにも適用することができることは当業者に自明で
あろう。
Although the III-V semiconductor GaAs has been described above as an example, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be applied to atomic layer epitaxy of other compounds.

【0053】すなわち、化合物の結晶成長において、そ
の構成元素の層を1原子層以上成長し、結合力の弱い1
原子層を越える分については他の物質と反応させること
によって再蒸発させること等により除去し、1原子層の
みを残し、他の構成元素をその上に成長させて原子層エ
ピタキシを行なうことができる。
That is, in the crystal growth of a compound, one or more atomic layers of the constituent elements are grown, and
A portion exceeding the atomic layer can be removed by re-evaporation by reacting with another substance, leaving only one atomic layer and growing other constituent elements thereon to perform atomic layer epitaxy. ..

【0054】特に、化合物半導体においては、1原子層
以上の厚さに堆積させた構成元素をメチル基あるいはハ
ロゲン基によって除去することができる。以上実施例に
沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限され
るものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合
わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
Particularly in the compound semiconductor, the constituent elements deposited to a thickness of one atomic layer or more can be removed by a methyl group or a halogen group. Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原子層エピタキシの成長において、必ずしもセルフリミ
ッティング特性を有しない原料を使用することができ
る。
As described above, according to the present invention,
In atomic layer epitaxy growth, it is possible to use raw materials that do not necessarily have self-limiting properties.

【0056】このため、広い範囲から原料を選択するこ
とができる。原料として適当なものを選べば、成長温度
の低下、1分子層成長に要する時間の短縮、成長膜の品
質向上等を実現することができる。
Therefore, the raw material can be selected from a wide range. If an appropriate material is selected, the growth temperature can be lowered, the time required for monolayer growth can be shortened, and the quality of the grown film can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例による原子層エピタキシを説明
するための概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating atomic layer epitaxy according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例を行なうための結晶成長装置の
構成例を示す概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a configuration example of a crystal growth apparatus for carrying out an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例による原子層エピタキシのシー
ケンスを示すタイミングチャートである。
FIG. 3 is a timing chart showing a sequence of atomic layer epitaxy according to an embodiment of the present invention.

【図4】メタン照射時間に対するGaAs成長率の変化
を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing changes in GaAs growth rate with respect to methane irradiation time.

【図5】本発明の実施例による結晶成長方法のシーケン
スを示すタイミングチャートである。
FIG. 5 is a timing chart showing a sequence of a crystal growth method according to an example of the present invention.

【図6】塩素ラジカルを発生させる手段を示す概略図で
ある。
FIG. 6 is a schematic view showing a means for generating chlorine radicals.

【図7】塩素ラジカル照射時間に対するGaAs成長率
の変化を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing changes in GaAs growth rate with respect to chlorine radical irradiation time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 Asの原子層 3 Gaの原料 4 Ga原子 5 メチル基 11 石英反応管 12 グラファイトサセプタ 13 GaAs基板 14 RFコイル 15 原料ガス供給系 16 原料ガスマニホールドバルブ 17 制御ガス供給系 18 バルブ 19 プラズマ発生装置 21 ゲートバルブ 22 予備室 24 排気口 31 反応室 32 RFコイル 34 フィラメント 36 透過窓 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GaAs substrate 2 As atomic layer 3 Ga raw material 4 Ga atom 5 Methyl group 11 Quartz reaction tube 12 Graphite susceptor 13 GaAs substrate 14 RF coil 15 Raw material gas supply system 16 Raw material gas manifold valve 17 Control gas supply system 18 valve 19 Plasma Generator 21 Gate valve 22 Preliminary chamber 24 Exhaust port 31 Reaction chamber 32 RF coil 34 Filament 36 Transmission window

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下地(1,2)表面上に成長すべき化合
物の構成元素の層(4)を少なくとも1原子層以上成長
する工程と、 前記構成元素と結合し、かつその結合力が前記構成元素
と前記下地との結合力よりも小さな物質を形成する物質
(3)を供給することにより、前記構成元素の層におけ
る前記下地と結合していない前記構成元素(4a)を除
去する工程とを含むことを特徴とする結晶成長方法。
1. A step of growing at least one atomic layer or more of a layer (4) of a constituent element of a compound to be grown on the surface of an underlayer (1, 2); A step of removing the constituent element (4a) which is not bonded to the base in the layer of the constituent element by supplying a material (3) which forms a material having a smaller binding force between the constituent element and the base. A crystal growth method comprising:
【請求項2】 前記構成元素を除去する工程により、前
記構成元素の単原子層を得た後、前記単原子層上に他の
構成元素の1原子層を堆積させる工程を含む請求項1記
載の結晶成長方法。
2. The method according to claim 1, further comprising the step of removing the constituent element to obtain a monoatomic layer of the constituent element and then depositing one atomic layer of another constituent element on the monoatomic layer. Crystal growth method.
【請求項3】 前記構成元素と結合する物質は、メチル
基あるいはハロゲン基であることを特徴とする請求項1
記載の結晶成長方法。
3. The substance binding to the constituent element is a methyl group or a halogen group.
The described crystal growth method.
【請求項4】 さらに、前記化合物の構成元素を含まな
い化合物を分解して前記メチル基あるいはハロゲン基を
生成する工程を含む請求項3記載の結晶成長方法。
4. The crystal growth method according to claim 3, further comprising the step of decomposing a compound containing no constituent element of the compound to generate the methyl group or the halogen group.
【請求項5】 前記分解は熱分解、プラズマ分解、光分
解のいずれかを含む請求項4記載の結晶成長方法。
5. The crystal growth method according to claim 4, wherein the decomposition includes any of thermal decomposition, plasma decomposition, and photolysis.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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