JP2620546B2 - Method for producing compound semiconductor epitaxy layer - Google Patents

Method for producing compound semiconductor epitaxy layer

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JP2620546B2
JP2620546B2 JP61255795A JP25579586A JP2620546B2 JP 2620546 B2 JP2620546 B2 JP 2620546B2 JP 61255795 A JP61255795 A JP 61255795A JP 25579586 A JP25579586 A JP 25579586A JP 2620546 B2 JP2620546 B2 JP 2620546B2
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潤一 西澤
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潤一 西澤
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光化学反応を利用した低温かつ数オングス
トロームから数10オングストロームの精度の膜厚制御が
可能なIII−V族化合物半導体の完全結晶育成技術に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial application field) The present invention relates to a perfect crystal growth of a III-V compound semiconductor capable of controlling the film thickness at a low temperature and with a precision of several Angstroms to several tens Angstroms using a photochemical reaction. About technology.

(従来の技術) 超高速半導体素子の実現のために、高純度薄膜の結晶
成長技術の確立が必要である。化合物半導体の結晶成長
技術の中では、分子線エピタキシイ(MBE)や有機金属
法気相エピタキシャル成長法(MO−CVD)が、薄膜形
成、多元混晶の組成制御及び超格子の作製のために広く
用いられて来た。MO−CVDは装置の簡易性、量産性、及
び、ある程度実用上で充分な膜厚制御性を有している
が、単分子層オーダーの精度の膜厚制御性を必要とする
超高速半導体素子作製プロセスとしては不充分である。
MBEは、半導体の成分である金属材料を加熱し、その蒸
気を基板結晶上に蒸着する方法を用いており、成長速度
を非常に小さくすることができるために、膜厚制御性は
MO−CVDに比べ優れている。しかし、単分子層オーダの
精度の膜厚制御は難しく、RHEEDによるモニタによりこ
の問題がようやく解決されつつある。また、MBEでは良
質の結晶を得るために成長温度を500〜600℃といった高
温に設定する必要があり、作製した不純物プロファイル
の再分布等の問題が生じる。さらに、MBEは蒸着法に基
づいており、oval defectといった結晶欠陥の嵌入や、
化学量論的組成からの逸脱といった問題が生じる。
(Prior Art) In order to realize an ultrahigh-speed semiconductor device, it is necessary to establish a crystal growth technique for a high-purity thin film. Among compound semiconductor crystal growth technologies, molecular beam epitaxy (MBE) and metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD) are widely used for thin film formation, composition control of multi-element mixed crystals, and superlattice fabrication. I came. MO-CVD has the simplicity of equipment, mass productivity, and sufficient film thickness controllability for practical use to a certain extent, but ultra-high-speed semiconductor devices that require film thickness control with an accuracy on the order of a monolayer. It is insufficient as a manufacturing process.
MBE uses a method in which a metal material, which is a component of a semiconductor, is heated and its vapor is vapor-deposited on a substrate crystal.
It is superior to MO-CVD. However, it is difficult to control the film thickness with an accuracy of the order of a monolayer, and this problem is finally being solved by monitoring with RHEED. Further, in MBE, it is necessary to set the growth temperature to a high temperature of 500 to 600 ° C. in order to obtain a good quality crystal, which causes a problem such as redistribution of the produced impurity profile. Furthermore, MBE is based on a vapor deposition method, in which crystal defects such as oval defects are inserted,
Problems arise, such as deviations from the stoichiometric composition.

一方、分子層エピタキシは、III−V族化合物半導体
の結晶成長において、III族化合物ガスとV族化合物ガ
スを交互に基板結晶上に導入し、結晶を単分子層ずつ成
長させる方法である(例えば、西澤潤一の論文〔J.Nish
izawa、H.Abe and T.Kurabayashi;J.Electrochem.Soc.1
32(1985)1197−1200〕参照)。この方法は、化合物ガ
スの単分子吸着を利用し、III族化合物ガスとV族化合
物ガスの1回ずつの導入で単分子膜成長層を得るもので
ある。この方法は、化合物ガスの単分子吸着を利用して
いるため、導入ガスの圧力が変化しても常に単分子層ず
つの成長が起こる。よって、MBEで用いられているよう
なRHEED等のモニタは不要である。しかし、この方法は
単分子層ずつ成長を行うため、所定の膜厚を得るのに時
間がかかるという欠点を持つ。
On the other hand, molecular layer epitaxy is a method in which a group III compound gas and a group V compound gas are alternately introduced onto a substrate crystal in the crystal growth of a group III-V compound semiconductor, and the crystal is grown in monolayers (for example, , Junichi Nishizawa's paper (J. Nish
izawa, H. Abe and T. Kurabayashi; J. Electrochem. Soc. 1
32 (1985) 1197-1200]. In this method, a monomolecular film growth layer is obtained by introducing a group III compound gas and a group V compound gas once each by utilizing the single molecule adsorption of a compound gas. Since this method utilizes the monomolecular adsorption of the compound gas, the growth of the monomolecular layers always occurs even if the pressure of the introduced gas changes. Therefore, a monitor such as RHEED used in MBE is unnecessary. However, this method has a disadvantage that it takes a long time to obtain a predetermined film thickness because the growth is performed for each monolayer.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上気の分子層エピタキシの問題点を克服す
る新規な結晶成長法であって、数分子層から約10分子層
といった精度の膜厚制御性を有し、光学化反応を利用し
結晶成長温度を低温化したことを特徴とするエピタキシ
ャル成長法を提供することを目的とする。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention is a novel crystal growth method for overcoming the problem of upward molecular layer epitaxy, and has an accurate film thickness controllability from several molecular layers to about 10 molecular layers. And an epitaxial growth method characterized in that the crystal growth temperature is lowered by utilizing an optical reaction.

(問題点を解決するため手段) このため、本発明は、まず基板結晶上に数分子層から
数10分子層に相当する量のIII族元素を、紫外線照射を
伴った該III族元素を含ガスとキャリアガスである水素
との水素還元反応、不活性キャリアガスとの反応により
気相熱分解反応若しくはIII族物質の蒸着によって薄膜
状に堆積させ、次にV族元素の水素化物をIII族物質堆
積層上へ導入して紫外線照射下でIII族物質と表面反応
をさせる。例えばGaを、アルキルガリウムの水素還元反
応、または窒素のような不活性ガスとの気相熱分解反応
もしくはGaの蒸着により薄膜状に堆積させ、次に、例え
ばヒ素の水素化物であるアルシンをGa堆積層上へ導入
し、紫外光照射を伴にGaとAsH3を反応させGaAs等のIII
−V族化合物半導体を得る方法である。V族水素化物に
リンの水素化物を用いれば、例えばGaPの成長膜を得る
ことができる。
(Means for Solving the Problems) For this reason, the present invention first includes a group III element corresponding to several to several tens of molecular layers on a substrate crystal, the group III element being accompanied by ultraviolet irradiation. A gas reduction reaction between a gas and hydrogen as a carrier gas, a reaction with an inert carrier gas, a vapor phase pyrolysis reaction or a thin film formed by vapor deposition of a group III substance, and then a hydride of a group V element is converted into a group III substance. It is introduced onto the material deposition layer and undergoes a surface reaction with a group III material under ultraviolet irradiation. For example, Ga is deposited in the form of a thin film by a hydrogen reduction reaction of alkyl gallium, a gas phase pyrolysis reaction with an inert gas such as nitrogen, or vapor deposition of Ga, and then, for example, arsenic, which is a hydride of arsenic, is treated with Ga. Introduced on the deposition layer and reacted with Ga and AsH 3 with ultraviolet light irradiation, III
This is a method for obtaining a group V compound semiconductor. If phosphorus hydride is used as the group V hydride, for example, a GaP grown film can be obtained.

(作用) III族に属する物質としてGaを含む化合物半導体のう
ちの、GaAsのエピタキシャル成長を例に挙げて説明す
る。第1図は本発明によるエピタキシャル成長の原理図
である。第1図において、符号1はGaAs基板結晶、符号
2は基板1上に堆積したGa、符号3は基板1上に成長さ
せたエピタキシャル成長層、符号4は第1の光、符号
5は第2の光を示す。第1図に示すように、まず、Ga
As基板結晶1上にGa2を数オングストロームから数10オ
ングストロームに相当する量を選んで堆積させる。この
とき、基板1の表面に符号4で示した第1の光を照射
し、低温でアルキルガリウムの水素還元又は熱分解反応
を生じさせ、基板1の表面にGa2を堆積させる。また
は、Gaの蒸着によりGa2を堆積させる。Gaの堆積量は、
アルキルガリウムもしくはGa蒸気の供給量及び供給時間
により、所定の膜厚になるように制御する。次に、符号
5で示した第2の光を基板1の表面に照射しながら、
Ga堆積層2上へアルシン(AsH3)を導入し、GaAs基板結
晶1の上にGaAsエピタキシャル成長層3を低温で得る。
この操作を繰り返えすことにより、所定の膜層のGaAs成
長層3を、数オングストロームから数10オングストロー
ムの範囲の任意の膜厚制御性を有しつつ、得ることがで
きる。アルキルガリウムを用いた場合、光はエキシマ
レーザ光のArF:193nm、KrF:249nmもしくは水銀ランプ光
を、光はArF:193nm、KrF:249nmもしくは水銀ランプ光
を用いる。
(Effect) The epitaxial growth of GaAs among compound semiconductors containing Ga as a substance belonging to Group III will be described as an example. FIG. 1 is a diagram showing the principle of epitaxial growth according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a GaAs substrate crystal, reference numeral 2 denotes Ga deposited on the substrate 1, reference numeral 3 denotes an epitaxially grown layer grown on the substrate 1, reference numeral 4 denotes a first light, and reference numeral 5 denotes a second light. Indicates light. As shown in FIG. 1, first, Ga
On the As substrate crystal 1, Ga2 is selected and deposited in an amount corresponding to several angstroms to several tens angstroms. At this time, the surface of the substrate 1 is irradiated with the first light indicated by reference numeral 4 to cause a hydrogen reduction or thermal decomposition reaction of the alkyl gallium at a low temperature to deposit Ga 2 on the surface of the substrate 1. Alternatively, Ga2 is deposited by vapor deposition of Ga. The amount of Ga deposited is
The film thickness is controlled so as to be a predetermined film thickness by the supply amount and the supply time of the alkyl gallium or Ga vapor. Next, while irradiating the surface of the substrate 1 with the second light indicated by reference numeral 5,
Arsine (AsH 3 ) is introduced onto the Ga deposition layer 2 to obtain a GaAs epitaxial growth layer 3 on the GaAs substrate crystal 1 at a low temperature.
By repeating this operation, the GaAs growth layer 3 of a predetermined film layer can be obtained while having an arbitrary film thickness controllability in the range of several angstroms to several tens angstroms. When alkyl gallium is used, the light is excimer laser light, ArF: 193 nm, KrF: 249 nm or mercury lamp light, and the light is ArF: 193 nm, KrF: 249 nm, or mercury lamp light.

これによってGaとAsH3の反応 は室温でも起こすことができ、室温でもGaAsのエピタキ
シャル成長が可能である。
This allows the reaction between Ga and AsH 3 Can occur at room temperature, and epitaxial growth of GaAs is possible even at room temperature.

(実施例) 以下、添付の図面を参照にして、本発明の実施例を詳
細に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第2図(a)は、常圧MO−CVD装置を利用して、紫外
光照射を伴ってアルキルガリウムを水素還元する本発明
の1つの実施例の製造方法に用いる装置を示すものであ
る。石英反応管9の一端には、TMG(トリメチルガリウ
ム)導入口6、アルシン導入口7、水素導入口8が設け
られ、他端には排気口が設けられている。そして、石英
反応管9の内部にはGaAs基板結晶1を支持する石英サセ
プタ10が設けられており、石英反応管9の周囲にはGaAs
基板結晶1を加熱するための抵抗加熱炉11が設けられて
いる。この実施例では、Gaのソースとしてアルキルガリ
ウムの一種であるトリメチルガリウム(TMG)を用いて
いる。エピタキシャル成長は第2図(b)に示した手順
で行う。すなわち、符号4で示した光(エキシマレー
ザ光ArF:193nm、KrF:249nmまたは水銀ランプ)をGaAs基
板結晶1上に照射しながら、水素で希釈したTMGをTMG導
入口6、水素を水素導入口8より石英反応管9に導入
し、石英サセプタ10上に取付けられたGaAs基板結晶1を
抵抗加熱炉11により加熱し、その表面にGaを数オングス
トロームから数10オングストローム堆積させる。堆積さ
せるGaの量はTMG導入量、TMG導入時間及び光の強度に
より制御する。次に、石英反応管9を水素導入口8から
導入した水素によりパージする。その次に、符号5で示
した光(エキシマレーザ光ArF:193nm、KrF:249nmまた
は水銀ランプ)をGaAs基板結晶1上に照射しながら、水
素で希釈したアルシンをアルシン導入口7より石英反応
管9に導入する。アルシン導入は、GaAs基板1上に堆積
していたGaがGaAsになるまで続ける。光の照射によ
り、室温においてもGaAsエピタキシャル薄膜が得られる
が、高純度のGaAsエピタキシャル成長層は300℃以上で
得られる。
FIG. 2 (a) shows an apparatus used in the production method of one embodiment of the present invention in which an alkyl gallium is reduced with irradiation of ultraviolet light using an atmospheric pressure MO-CVD apparatus. At one end of the quartz reaction tube 9, a TMG (trimethylgallium) inlet 6, an arsine inlet 7, and a hydrogen inlet 8 are provided, and at the other end, an exhaust port is provided. A quartz susceptor 10 for supporting the GaAs substrate crystal 1 is provided inside the quartz reaction tube 9, and a GaAs susceptor 10 is provided around the quartz reaction tube 9.
A resistance heating furnace 11 for heating the substrate crystal 1 is provided. In this embodiment, trimethylgallium (TMG), which is a kind of alkyl gallium, is used as a source of Ga. The epitaxial growth is performed according to the procedure shown in FIG. That is, while irradiating the light (excimer laser light ArF: 193 nm, KrF: 249 nm or a mercury lamp) indicated by the reference numeral 4 on the GaAs substrate crystal 1, the TMG diluted with hydrogen is introduced into the TMG inlet 6, and the hydrogen is introduced into the hydrogen inlet The GaAs substrate crystal 1 mounted on the quartz susceptor 10 is heated by the resistance heating furnace 11 and Ga is deposited from several angstroms to several ten angstroms on the surface thereof. The amount of Ga to be deposited is controlled by the TMG introduction amount, TMG introduction time, and light intensity. Next, the quartz reaction tube 9 is purged with hydrogen introduced from the hydrogen inlet 8. Then, while irradiating the light (excimer laser light ArF: 193 nm, KrF: 249 nm or a mercury lamp) indicated by the reference numeral 5 on the GaAs substrate crystal 1, arsine diluted with hydrogen was introduced into the quartz reaction tube through the arsine inlet 7. 9 The introduction of arsine is continued until Ga deposited on the GaAs substrate 1 becomes GaAs. Although GaAs epitaxial thin films can be obtained at room temperature by light irradiation, high-purity GaAs epitaxial growth layers can be obtained at 300 ° C. or higher.

第3図(a)は、紫外線照射下で、アルキルガリウム
と不活性キャリアガスと気相熱分解反応により、数分子
層(5〜10オングストローム)の膜厚制御性を実現した
本発明による結晶成長法の他の実施例の製造方法に用い
る装置を示すものである。石英反応管9の上端には、TM
G導入口20、アルシン導入口21が設けられ、下端には真
空排気系23が設けられている。そして、石英反応管9の
内部には、GaAs基板結晶1を加熱するための加熱用ヒー
タ22が設けられている。結晶成長の手順を第3図(b)
に示す。まず、符号4で示した光(エキシマレーザ光
ArF:193nm、KrF:249nmまたは水銀ランプ)をGaAs基板結
晶1上に照射しながら、窒素で希釈してTMGをTMG導入口
20より石英反応管9に導入し、加熱用ヒータ22により加
熱されたGaAs基板1の表面にGaを数分子層(5〜10オン
グストローム)堆積させる。次に、TMGの導入を止め、
真空排気系23により石英反応管9内のTMGを排気する。
その次に、符号5で示した光(エキシマレーザ光ArF:
193nm、KrF:249nmまたは水銀ランプ)をGaAs基板結晶1
上に照射しながら、窒素で希釈したアルシンをアルシン
導入口21より導入し、GaAsエピタキシャル成長薄膜を得
る。本実施例では、低真空で成長を行わせること、及
び、ガスの希釈に水素を用いず窒素を用いることによ
り、TMG導入によるGaの堆積量を精密に制御することが
できる。また、光の照射により、光を照射した場所に
のみ室温以上の温度でGaを堆積させ、光の照射によ
り、室温以上の温度でGaとアルシンを反応させることが
できるので、光を照射した部分にのみGaAsをエピタキ
シャル成長させることができる。
FIG. 3 (a) shows a crystal growth according to the present invention in which the thickness controllability of several molecular layers (5 to 10 angstroms) is realized by a gas phase thermal decomposition reaction between alkyl gallium and an inert carrier gas under ultraviolet irradiation. 7 shows an apparatus used in a manufacturing method according to another embodiment of the present invention. At the upper end of the quartz reaction tube 9, TM
A G inlet 20 and an arsine inlet 21 are provided, and a vacuum exhaust system 23 is provided at the lower end. A heating heater 22 for heating the GaAs substrate crystal 1 is provided inside the quartz reaction tube 9. FIG. 3 (b) shows the procedure of crystal growth.
Shown in First, light indicated by reference numeral 4 (excimer laser light)
ArF: 193 nm, KrF: 249 nm or a mercury lamp) is irradiated onto the GaAs substrate crystal 1 while diluting with nitrogen to introduce TMG into the TMG inlet.
Ga is introduced into the quartz reaction tube 9 from 20 and several molecular layers (5 to 10 angstroms) of Ga are deposited on the surface of the GaAs substrate 1 heated by the heater 22. Next, stop introducing TMG,
The TMG inside the quartz reaction tube 9 is evacuated by the vacuum evacuation system 23.
Then, the light indicated by reference numeral 5 (excimer laser light ArF:
193 nm, KrF: 249 nm or mercury lamp) GaAs substrate crystal 1
While irradiating the above, arsine diluted with nitrogen is introduced from the arsine inlet 21 to obtain a GaAs epitaxially grown thin film. In the present embodiment, by performing growth in a low vacuum and using nitrogen instead of hydrogen for gas dilution, the amount of Ga deposited by introducing TMG can be precisely controlled. In addition, by irradiating light, Ga is deposited at a temperature higher than room temperature only at a place where the light is irradiated, and Ga and arsine can be reacted at a temperature higher than room temperature by irradiating light. GaAs can only be epitaxially grown.

第4図(a)は、Gaの蒸着を利用した本発明の他の実
施例の製造方法に用いる装置を示すものである。真空チ
ャンバー35の側壁にはアルシン供給口30が設けられ、そ
の先端には加熱ヒータ22によって加熱されたGaAs基板結
晶1に対向するようにアルシン導入ノズル31が取付けら
れている。真空チャンバー35の内部には加熱用ヒータを
内蔵した石英るつぼ33が設けられ、その中に金属ガリウ
ム32が入れられている。そして、るつぼ33の蒸発口の前
にはシャッタ34が設けられている。また、真空チャンバ
ー35の下部には真空排気系26が設けられている。真空チ
ャンバー35は初め、真空排気系26により超高真空(〜10
-10Torr)に引かれる。結晶成長の手順を第4図(b)
に示す。まず、基板加熱用ヒータ22により加熱されたGa
As基板結晶1上に、るつぼ33内の加熱されたGa32から発
生するGaの蒸気をシャッタ34を開けて蒸着する。次に、
シャッタ34を閉じた後、符号5で示した光(エキシマ
レーザ光ArF:193nm、KrF:249nmまたは水銀ランプ)をGa
As基板結晶1上に照射しながら、アルシン導入ノズル31
よりアルシン導入し、GaAsのエピタキシャル成長を行
う。この後、アルシンを真空排気する。この方法による
結晶成長法の膜厚制御性は、数オングストロームから数
10オングストロームである。この方法では、光の照射
により室温より高い温度でGaA3のエピタキシャル成長が
可能である。ただし、高純度GaAsエピタキシャル成長薄
膜は、基板温度が300℃以上で得られやすい。
FIG. 4 (a) shows an apparatus used in a manufacturing method according to another embodiment of the present invention utilizing vapor deposition of Ga. An arsine supply port 30 is provided on the side wall of the vacuum chamber 35, and an arsine introduction nozzle 31 is attached at the tip thereof so as to face the GaAs substrate crystal 1 heated by the heater 22. Inside the vacuum chamber 35, a quartz crucible 33 having a built-in heating heater is provided, in which a metal gallium 32 is put. In addition, a shutter 34 is provided in front of the evaporation port of the crucible 33. Further, a vacuum exhaust system 26 is provided below the vacuum chamber 35. The vacuum chamber 35 is initially evacuated to an ultra-high vacuum (~ 10
-10 Torr). FIG. 4 (b) shows the procedure of crystal growth.
Shown in First, the Ga heated by the substrate heating heater 22
On the As substrate crystal 1, a vapor of Ga generated from the heated Ga 32 in the crucible 33 is vapor-deposited by opening the shutter. next,
After the shutter 34 is closed, light (excimer laser light ArF: 193 nm, KrF: 249 nm or a mercury lamp) indicated by reference numeral 5 is applied to Ga.
While irradiating onto As substrate crystal 1, arsine introduction nozzle 31
More arsine is introduced and GaAs is epitaxially grown. Thereafter, the arsine is evacuated. The thickness controllability of the crystal growth method by this method is from several angstroms to several
10 angstroms. In this way, it is possible to epitaxially grow GaA 3 at temperatures above room temperature by irradiation of light. However, a high-purity GaAs epitaxially grown thin film is easily obtained at a substrate temperature of 300 ° C. or higher.

第5図(a)はAlXGa1-XAsのエピタキシャル成長で不
純物添加を行う場合の第2図(a)の同様な装置の実施
例である。石英反応管9の一端には、さらに、TMA(ト
リメチルアルミニウム)の導入口41、DMZ(ジメチル亜
鉛)の導入口42、硫化水素(H2S)の導入口43が設けら
れている。AlXGa1-XAsの成長は、まず、符号4で示した
光(エキシマレーザ光ArF:193nm、KrF:249nmまた水銀
ランプ)をGaAs基板結晶1上に照射しながらTMGを導入
し、第2図(a)の場合と同様にGaAs基板結晶1の表面
にGaを堆積させる。次に、符号40で示した光(エキシ
マレーザ光ArF:193nm、KrF:249nmまたは水銀ランプ)を
GaAs基板結晶1に照射しながらTMAをTMA導入口41より導
入し、同様にしてAlを堆積させ、その次に、符号5で示
した光をGaAs基板結晶1上に照射しながらアルシン導
入口7よりアルシンを導入し、AlXGa1-XAsのエピタキシ
ャル薄膜を得る。不純物添加は、p形については、水素
で希釈したDMZを導入口42より、TMAの導入に引き続き導
入し、p形のAlXGa1-XAsを得る。DMZの導入時に光ま
たは光を照射し、不純物密度を制御できる。n形につ
いては、水素で希釈した硫化水素を導入口43より、TMA
の導入に引き続き導入し、n形のAlXGa1-XAsを得る。硫
化水素の導入時に、光を照射し、不純物密度を制御で
きる。
FIG. 5 (a) is an embodiment of the same apparatus as that of FIG. 2 (a) in the case where impurities are added by epitaxial growth of Al X Ga 1 -X As. At one end of the quartz reaction tube 9, an inlet 41 for TMA (trimethylaluminum), an inlet 42 for DMZ (dimethylzinc), and an inlet 43 for hydrogen sulfide (H 2 S) are further provided. In the growth of Al X Ga 1 -X As, first, TMG was introduced while irradiating the light (excimer laser light ArF: 193 nm, KrF: 249 nm or a mercury lamp) indicated by reference numeral 4 onto the GaAs substrate crystal 1. 2 Ga is deposited on the surface of the GaAs substrate crystal 1 as in the case of FIG. Next, the light indicated by reference numeral 40 (excimer laser light ArF: 193 nm, KrF: 249 nm or a mercury lamp)
While irradiating the GaAs substrate crystal 1, TMA is introduced from the TMA inlet 41, and Al is deposited in the same manner. Then, while irradiating the light indicated by the reference numeral 5 on the GaAs substrate crystal 1, the arsine inlet 7 is irradiated. More arsine is introduced to obtain an Al X Ga 1-X As epitaxial thin film. As for the impurity addition, for the p-type, DMZ diluted with hydrogen is introduced from the inlet 42 following the introduction of TMA to obtain p-type Al X Ga 1 -X As. When introducing DMZ, light or light is irradiated to control the impurity density. For n-type, hydrogen sulfide diluted with hydrogen
To obtain n-type Al X Ga 1 -X As. At the time of introduction of hydrogen sulfide, light is irradiated to control the impurity density.

第5図(b)及び第5図(c)は、第5図(a)と同
様に、光照射を利用したAlXGa1-XAsのエピタキシャル成
長で不純物を行う場合の装置の実施例である。第5図
(b)は第3図(a)と同様な装置で石英反応管9の上
端には、さらに、TMAの導入口50、DMZの導入口51、硫化
水素の導入口52が設けられ、それぞれ窒素で希釈したガ
スを第5図(a)の実施例と同様の手順で導入し、p形
及びn形のAlXGa1-XAsの成長を得る。第5図(c)は第
4図(a)と同様な装置で、真空チャンバー35の側壁に
は、さらに、硫化水素の導入口60が設けられ、その先端
には硫化水素の導入ノズル61が取付けられている。真空
チャンバー35の内部には、さらに、アルミニウム加熱用
るつぼ63と硫黄加熱用るつぼ66が設けられ、それらの中
に金属アルミニウム62と金属硫黄65とが入れられてい
る。また、るつぼ63と66の蒸発口の前にはシャッタ64と
67が設けられている。ガス導入手順は第5図(a)と同
様に行い、p形でキャリア密度が1020cm-3のものからn
形で1019cm-3の単結晶GaAs及AlXGa1-XAs薄膜を得た。
Figure 5 (b) and FIG. 5 (c), like the FIG. 5 (a), in an embodiment of the apparatus in the case where an impurity in the epitaxial growth of using light irradiation Al X Ga 1-X As is there. FIG. 5 (b) shows a device similar to that of FIG. 3 (a). At the upper end of the quartz reaction tube 9, an inlet 50 for TMA, an inlet 51 for DMZ, and an inlet 52 for hydrogen sulfide are further provided. Then, gases diluted with nitrogen are introduced in the same manner as in the embodiment of FIG. 5 (a) to obtain growth of p-type and n-type Al X Ga 1 -X As. FIG. 5 (c) shows a device similar to that of FIG. 4 (a). A hydrogen sulfide inlet 60 is further provided on the side wall of the vacuum chamber 35, and a hydrogen sulfide inlet nozzle 61 is provided at the tip thereof. Installed. Inside the vacuum chamber 35, an aluminum heating crucible 63 and a sulfur heating crucible 66 are further provided, in which metal aluminum 62 and metal sulfur 65 are put. In addition, a shutter 64 is provided in front of the evaporation ports of the crucibles 63 and 66.
67 are provided. The gas introduction procedure was performed in the same manner as in FIG. 5 (a). From the p-type carrier density of 10 20 cm −3 to n,
Single crystal GaAs and Al X Ga 1-X As thin films of 10 19 cm -3 were obtained.

以上の説明において、主として、III族物質としてガ
リウム、V族の物質としてヒ素の場合を説明したが、そ
の他のIII族物質、例えば、インジウム、及び、その他
のV族の物質、例えばリンの場合にも同様に本発明の製
造方法で適用できる。また、例えばInGaAsPの四元のIII
−V族混晶の場合にも本発明の方法を適用することがで
きる。
In the above description, mainly the case of gallium as a group III substance and arsenic as a group V substance has been described, but in the case of other group III substances, for example, indium, and other group V substances, for example, phosphorus Can also be applied in the production method of the present invention. Also, for example, the quaternary III of InGaAsP
The method of the present invention can be applied to the case of a -V group mixed crystal.

(発明の効果) 以上説明してきたように、本発明の結晶成長法は、例
えばGaのIII族に属する物質と、例えばアルシンのV族
の水素化物の反応を利用し、Gaの堆積反応及び堆積され
たGaとアルシンの反応をエキシマレーザ光または水銀ラ
ンプ光で励起することにより、数オングストロームから
数10オングスロトームの単位の膜厚制御が可能な低温エ
ピタキシャル成長によるIII−V族化合物半導体のエピ
キシャル層の製造方法である。また、光照射によりGaと
アルシンの反応は室温でも起こすことができ、低温成長
が可能であり、工業的に価値の高いものである。
(Effect of the Invention) As described above, the crystal growth method of the present invention utilizes the reaction between a substance belonging to Group III of Ga and a hydride of Group V of arsine, for example, to form a deposition reaction and deposition of Ga. Excitation of the reaction between Ga and arsine by excimer laser light or mercury lamp light to control the film thickness from several angstroms to several tens of angstroms. It is a manufacturing method of. Further, the reaction between Ga and arsine can be caused even at room temperature by light irradiation, and low-temperature growth is possible, which is industrially valuable.

さらに、三元系混晶であるAlXGa1-XAsの成長も可能で
あり、不純物添加も行い得ることから、半導体レーザ、
HEMT、FET、超各子等の製造方法として価値の高いもの
である。
Further, it is possible to grow Al X Ga 1 -X As, which is a ternary mixed crystal, and it is possible to add impurities, so that a semiconductor laser,
It is a valuable method for manufacturing HEMTs, FETs, super-elements, etc.

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

第1図は本発明のエピタキシャル成長の原理図、第2図
(a)、第3図(a)及び第4図(a)はGaAsエピタキ
シャル成長装置の例を示す断面図、第2図(b)、第3
図(b)及び第4図(b)はそれぞれの結晶成長法の手
順の説明図、第5図(a)、第5図(b)及び第5図
(c)は不純物添加したAlXGa1-XAsエピタキシャル成長
装置の例を示す断面図である。 1:GaAs基板結晶、2:ガリウム、3:エピタキシャル成長
層、4:第1の光、5:第2の光、6、20:TMG導入口、
7、21:アルシン導入口、8:水素導入口、9:石英反応
管、10:石英サセプタ、11:抵抗加熱炉、22:加熱用ヒー
タ、23、26:真空排気系、30:アルシル供給口、31:アル
シン導入ノズル、32:金属ガリウム、33:石英るつぼ、3
4、64、67:シャッタ、35:真空チャンバー、40:光、4
1、50:TMAの導入口、42、51:DMZの導入口、43、52、60:
硫化水素の導入口、61:硫化水素の導入ノズル、62:金属
アルミニウム、63:アルミニウム加熱用るつぼ、65:金属
硫黄、66:硫黄加熱用るつぼ
FIG. 1 is a principle view of the epitaxial growth of the present invention, FIG. 2 (a), FIG. 3 (a) and FIG. 4 (a) are sectional views showing an example of a GaAs epitaxial growth apparatus, FIG. Third
4 (b) and FIG. 4 (b) are explanatory views of the procedures of the respective crystal growth methods, and FIGS. 5 (a), 5 (b) and 5 (c) show impurity-doped Al X Ga. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a 1-X As epitaxial growth apparatus. 1: GaAs substrate crystal, 2: gallium, 3: epitaxial growth layer, 4: first light, 5: second light, 6, 20: TMG inlet,
7, 21: Arsine inlet, 8: Hydrogen inlet, 9: Quartz reaction tube, 10: Quartz susceptor, 11: Resistance heating furnace, 22: Heater, 23, 26: Vacuum exhaust system, 30: Arsyl supply port , 31: Arsine introduction nozzle, 32: Metallic gallium, 33: Quartz crucible, 3
4, 64, 67: shutter, 35: vacuum chamber, 40: light, 4
1, 50: TMA inlet, 42, 51: DMZ inlet, 43, 52, 60:
Hydrogen sulfide inlet, 61: hydrogen sulfide inlet nozzle, 62: metal aluminum, 63: aluminum heating crucible, 65: metal sulfur, 66: sulfur heating crucible

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉林 徹 仙台市八木山香澄町7−25 (56)参考文献 特開 昭61−34927(JP,A) 「電子通信学会技術研究報告」Vo l.184,No.127,SSD84−55”M OLECULAR LAYER EPI TAXY”(1984.8.27) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toru Kurabayashi 7-25 Kasumicho, Yagiyama, Sendai City (56) References JP-A-61-34927 (JP, A) "Technical Research Report of the Institute of Electronics and Communication Engineers" Vol. 184, no. 127, SSD84-55 "MOLECULAR LAYER EPI TAXY" (August 27, 1984)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】III−V族化合物半導体の制御された量のI
II族物質を、III族元素を含むガスとキャリアガスであ
る水素との水素還元反応、不活性キャリアガスとの反応
による気相熱分解反応若しくはIII族物質の蒸着によっ
て、III−V族化合物半導体基板結晶上に薄膜状に堆積
させ、次にIII族物質堆積層上へ光を照射しながらV族
元素の水素化物を導入して、光化学反応により先に堆積
したIII族物質と表面反応をさせ、以上の操作を繰り返
すことによりIII−V族化合物半導体のエピタキシャル
層を得ることを特徴とする化合物半導体のエピタキシャ
ル層の製造方法
1. A controlled amount of I in a group III-V compound semiconductor.
A III-V compound semiconductor is obtained by subjecting a group II substance to a hydrogen reduction reaction between a gas containing a group III element and hydrogen as a carrier gas, a gas phase thermal decomposition reaction by a reaction with an inert carrier gas, or a vapor deposition of a group III substance. A thin film is deposited on the substrate crystal, and then a hydride of a group V element is introduced while irradiating light onto the group III substance deposition layer to cause a surface reaction with the group III substance previously deposited by a photochemical reaction. A method of manufacturing an epitaxial layer of a compound semiconductor, comprising obtaining an epitaxial layer of a group III-V compound semiconductor by repeating the above operation.
【請求項2】III族物質をIII−V族化合物半導体基板結
晶上に薄膜状に堆積させるとき、光を照射させながらII
I族物質のアルキル化物を水素還元または気相熱分解す
ることによって行うことを特徴とする特許請求の範囲第
1項の化合物半導体のエピタキシャル層の製造方法
2. A method for depositing a group III substance on a crystal of a group III-V compound semiconductor substrate in the form of a thin film while irradiating light.
2. The method for producing an epitaxial layer of a compound semiconductor according to claim 1, wherein the method is carried out by hydrogen reduction or gas phase thermal decomposition of an alkylated group I substance.
【請求項3】III族物質をIII−V族化合物半導体基板結
晶上に薄膜状に堆積させるとき、III族物質の蒸着によ
って行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項の化合
物半導体のエピタキシャル層の製造方法
3. A compound semiconductor according to claim 1, wherein the group III substance is deposited on the crystal of the group III-V compound semiconductor substrate in the form of a thin film by vapor deposition of the group III substance. Layer manufacturing method
【請求項4】III族物質としてガリウムを、V族元素の
水素化物としてアルシンまたはホスフィンを用いること
を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項の何れ
かの化合物半導体のエピタキシャル層の製造方法
4. The epitaxial layer of a compound semiconductor according to claim 1, wherein gallium is used as a group III substance, and arsine or phosphine is used as a hydride of a group V element. Production method
【請求項5】複数のIII−V族の原子または化合物によ
り、三元ないし四元のIII−V族混晶を成長させること
を特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第3項の何れ
かの化合物半導体のエピタキシャル層の製造方法
5. A ternary or quaternary group III-V mixed crystal is grown by a plurality of group III-V atoms or compounds. For manufacturing epitaxial layers of some compound semiconductors
【請求項6】III−V族混晶がAlXGa1-XAsであることを
特徴とする特許請求の範囲第5項の化合物半導体のエピ
タキシャル層の製造方法
6. The method for producing an epitaxial layer of a compound semiconductor according to claim 5, wherein the group III-V mixed crystal is Al X Ga 1 -X As.
【請求項7】II族またはVI族の原子または化合物によ
り、III−V族化合物半導体のエピタキシャル層に不純
物添加を行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項か
ら第6項の何れかの化合物半導体のエピタキシャル層の
製造方法
7. The method according to claim 1, wherein an impurity is added to the epitaxial layer of the group III-V compound semiconductor by using a group II or group VI atom or compound. Method for producing compound semiconductor epitaxial layer
【請求項8】II族の物質として亜鉛を、VI族の物質とし
て硫黄を用いることを特徴とする特許請求の範囲第6項
の化合物半導体のエピタキシャル層の製造方法
8. The method according to claim 6, wherein zinc is used as a group II substance and sulfur is used as a group VI substance.
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