JP2687371B2 - 化合物半導体の気相成長法 - Google Patents
化合物半導体の気相成長法Info
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は化合物半導体の気相成長法にかかる。
（従来の技術）
原料を交互に供給する原子層エピタキシャル成長法
（Atomic Layer Epitaxy:ALE）では、原料の単層吸着を
利用することから単原子層レベルで成長をコントロール
することが可能である。このため従来薄膜の成長手段と
して用いられてきた分子線エピタキシー法（MBE法）や
有機金属気相成長法（MOCVD法）に比べ、より平坦なヘ
テロ界面を得ることが期待されている。特に有機金属を
III族原料とする有機金属原子層エピタキシャル成長法
（MO−ALE）では、原料をバルブで切り換えることから
大面積に成長することが可能であり、量産を考える上で
非常に有利である。（第18回固体素子コンファレンス
（K.Mori,A.Ogura,M.Yoshida and H.Terao,Extended Ab
stracts of the 18th（1986 International）Conferenc
e on Solid State Devices and Materials,Tokyo,1986,
p.743））。 （発明が解決しようとする問題点） ところで、MO−ALEでは通常Ｖ族原料としてアルシ
ン、ホスフィンなどが用いられているが、これらＶ族水
素化物は低温での分解率が低く、特にホスフィンの場合
実質的に500℃ではほとんど分解しない。このため低温
成長時にＶ族原子の供給効率が非常に低くなり、成長膜
の膜質の低下につながる。ALEでは通常600℃以下で成長
するので、Ｖ族水素化物の低分解は大きな問題となる。
この点で、アルシン、ホスフィンと比べると分解温度が
低いＶ族有機化合物、例えばトリエチルアルシン、トリ
エチルホスフィン等は、毒性も比較的弱く、アルシン、
ホスフィンに代る原料として期待される。しかし、Ｖ族
有機化合物を原料とした成長では、Ｖ族水素化物を原料
とした場合に比べ、成長膜にカーボンが非常に多く取り
こまれる。これは原料の熱分解が不十分で未分解のまま
基板上に供給されるためと考えられ、したがってALEの
ように低温で成長を行う系ではカーボン汚染が増大す
る。III族原料について同様のことがいえる。すなわ
ち、低温ではIII族原料の分解率も低下するため、III族
原料からのカーボン汚染も生じる。 以上のことより、成長膜へのカーボンの取り込みを減
少させるため、III族及びＶ族原料を基板に供給する前
に予め分解させることが考えられる。しかし、従来III
族原料として用いられてきたトリエチルガリウム等の有
機金属は、分解すると金属として反応管壁に析出してし
まう。従って、実質的なIII族原料の基板への供給量が
減少してしまうという欠点があった。 本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せし
め、低温においても高純度の結晶が得られる原子層エピ
タキシャル成長を実現することにある。 （問題を解決するための手段） 本発明は、III族有機金属原料とＶ族原料を基板結晶
上に交互に供給して成長を行うIII−Ｖ族化合物半導体
の有機金属原子層エピタキシャル成長（MO−ALE）にお
いて、III族原料としてその分子中にIII族原子とハロゲ
ン原子の結合を１または２個含むような有機金属を用
い、上記III族およびＶ族原料ガスを上記基板結晶上に
導入する前に分解させてから該基板結晶上に供給するこ
とを特徴とする化合物半導体の気相成長法を提供するも
のである。 （作用） 分子中にIII族金属原子とハロゲン原子との結合を１
または２個含むIII族有機金属は、分解した時にある温
度Ｔφ℃以上では金属モノクロライドとして気相中に安
定に存在するので、反応管壁に析出しない。したがって
反応管中をＴφ℃以上でかつＶ族蒸気が管壁に析出しな
いような温度に保つことにより、III族およびＶ族原料
を光照射、加熱により分解させても基板上での原料供給
量が減少することなく、高品質な成長膜を得ることがで
きる。 （実施例） 以下本発明について実施例を示す図面を参照して説明
する。 第１図は本気相成長法によるGaAs成長装置の概要であ
る。III族原料にはジエチルガリウムクロライド、Ｖ族
原料にはトリエチルアルシンまたはアルシンを用いた。
III族原料のジエチルガリウムクロライドはバブラ11中
で水素キャリアガス12によりバブルされ反応管13に導か
れる。反応管13は、原料ガスが管壁に吸着しないように
加熱されている。ただし、ジエチルガリウムクロライド
の蒸気圧が低いことから、バブラ11は60℃に昇温され、
また配管内での結露を防ぐため、途中配管はヒーター14
により80℃に保持してある。トリエチルアルシンは、−
10℃に保たれたバブラ15中で水素キャリアガス16により
バブルされ反応管13に導かれる。アルシン17は流量調節
器18を介して反応管13に導入される。基板結晶19は石英
サセプタ20とともに成長領域に設置されている。分解領
域にある反応管には合成石英製の窓21がつけてあり、重
水素ランプ22の光が導入できるようになっている。反応
管13内の温度プロファイルは第２図に示すようになって
いる。基板温度は450℃、原料ガスの分解領域は450℃ま
たは800℃とした。ジエチルガリウムクロライド、トリ
エチルアルシンはそれぞれ200SCCM、100SCCMの水素ガス
でバブルした。アルシンの流量は3SCCMとした。全キャ
リアガス流量は7SLMとした。トリエチルアルシンとジエ
チルアガリウムクロライドは基板上に交互に供給される
が、トリエチルアルシンを２秒供給、２秒放置、ジエチ
ルアガリウムクロライドを２秒供給、２秒放置を１サイ
クルとし、これを3000サイクル繰り返した。成長後、ホ
ール測定、4Kでフォトルミネッセンスにより成長膜の膜
質を評価した。以下に各種条件で成長した例を示す。 トリエチルアルシンをＶ族原料とした場合、分解領域
の温度、基板温度をともに450℃としかつ光を照射しな
い時、すなわちあらかじめ原料ガスを分解しない時の成
長膜は、Ｐ型伝導を示し、キャリア密度は２×1018cm-3
であった。この試料の4Kにおけるフォトルミネッセンス
スペクトルをみると、カーボンアクセプタに起因する強
いピークが見られた。一方分解領域の温度を800℃、基
板温度を450℃、光照射なしとしたものは、ｎ型キャリ
ア密度は５×1016cm-3であった。フォトルミネッセンス
の測定により、カーボンアクセプタに起因するピークの
強度はあらかじめ分解しない場合に比べ非常に弱くなっ
ていることがわかった。 分解領域の温度および基板温度を450℃とし、成長中
重水素ランプの光を照射したところ、得られたえ成長膜
はやはりｐ型であったが、キャリア密度は１×1017cm-3
と光を照射しないものに比べ純度が良くなった。以上よ
り明らかなように、III族およびＶ族原料ガスをあらか
じめ加熱、光照射により分解することで、成長膜のカー
ボン取込み量を低減させることができる。 次にＶ族原料をアルシンとして、同様の成長を行なっ
た。光照射をせずに分解温度、基板温度とも450℃とし
た時は、やはりｐ型伝導を示し、キャリア密度は６×10
17cm-3とであった。一方分解領域の温度を800℃、基板
温度を450℃とし光を照射すると、成長膜はｎ型とな
り、キャリア密度も２×1015cm-3と非常に高純度の膜が
得られた。また分解領域、成長領域の温度をともに450
℃とし、重水素ランプを照射したものは、ｐ型ではある
が、キャリア温度１×1016cm-3となり照射によりカーボ
ンの取り込み量が減った。 なお、本実施例ではIII族全族と塩素原子の結合を持
つ有機金属について述べたが、他のハロゲン原子でも同
様の効果が期待される。 （発明の効果） 以上のように、本発明の方法によれば、MO−ALEにお
いてIII族及びＶ族原料を十分に分解することが可能と
なり、高品質の成長膜を得ることができる。本成長法は
GaAsの成長の他に、III族がGa、In、Ｖ族がAs、Ｐであ
るような化合物半導体、具体的にはGaP、InAs、InP、お
よびこれらの混晶について用いることができる。
（Atomic Layer Epitaxy:ALE）では、原料の単層吸着を
利用することから単原子層レベルで成長をコントロール
することが可能である。このため従来薄膜の成長手段と
して用いられてきた分子線エピタキシー法（MBE法）や
有機金属気相成長法（MOCVD法）に比べ、より平坦なヘ
テロ界面を得ることが期待されている。特に有機金属を
III族原料とする有機金属原子層エピタキシャル成長法
（MO−ALE）では、原料をバルブで切り換えることから
大面積に成長することが可能であり、量産を考える上で
非常に有利である。（第18回固体素子コンファレンス
（K.Mori,A.Ogura,M.Yoshida and H.Terao,Extended Ab
stracts of the 18th（1986 International）Conferenc
e on Solid State Devices and Materials,Tokyo,1986,
p.743））。 （発明が解決しようとする問題点） ところで、MO−ALEでは通常Ｖ族原料としてアルシ
ン、ホスフィンなどが用いられているが、これらＶ族水
素化物は低温での分解率が低く、特にホスフィンの場合
実質的に500℃ではほとんど分解しない。このため低温
成長時にＶ族原子の供給効率が非常に低くなり、成長膜
の膜質の低下につながる。ALEでは通常600℃以下で成長
するので、Ｖ族水素化物の低分解は大きな問題となる。
この点で、アルシン、ホスフィンと比べると分解温度が
低いＶ族有機化合物、例えばトリエチルアルシン、トリ
エチルホスフィン等は、毒性も比較的弱く、アルシン、
ホスフィンに代る原料として期待される。しかし、Ｖ族
有機化合物を原料とした成長では、Ｖ族水素化物を原料
とした場合に比べ、成長膜にカーボンが非常に多く取り
こまれる。これは原料の熱分解が不十分で未分解のまま
基板上に供給されるためと考えられ、したがってALEの
ように低温で成長を行う系ではカーボン汚染が増大す
る。III族原料について同様のことがいえる。すなわ
ち、低温ではIII族原料の分解率も低下するため、III族
原料からのカーボン汚染も生じる。 以上のことより、成長膜へのカーボンの取り込みを減
少させるため、III族及びＶ族原料を基板に供給する前
に予め分解させることが考えられる。しかし、従来III
族原料として用いられてきたトリエチルガリウム等の有
機金属は、分解すると金属として反応管壁に析出してし
まう。従って、実質的なIII族原料の基板への供給量が
減少してしまうという欠点があった。 本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せし
め、低温においても高純度の結晶が得られる原子層エピ
タキシャル成長を実現することにある。 （問題を解決するための手段） 本発明は、III族有機金属原料とＶ族原料を基板結晶
上に交互に供給して成長を行うIII−Ｖ族化合物半導体
の有機金属原子層エピタキシャル成長（MO−ALE）にお
いて、III族原料としてその分子中にIII族原子とハロゲ
ン原子の結合を１または２個含むような有機金属を用
い、上記III族およびＶ族原料ガスを上記基板結晶上に
導入する前に分解させてから該基板結晶上に供給するこ
とを特徴とする化合物半導体の気相成長法を提供するも
のである。 （作用） 分子中にIII族金属原子とハロゲン原子との結合を１
または２個含むIII族有機金属は、分解した時にある温
度Ｔφ℃以上では金属モノクロライドとして気相中に安
定に存在するので、反応管壁に析出しない。したがって
反応管中をＴφ℃以上でかつＶ族蒸気が管壁に析出しな
いような温度に保つことにより、III族およびＶ族原料
を光照射、加熱により分解させても基板上での原料供給
量が減少することなく、高品質な成長膜を得ることがで
きる。 （実施例） 以下本発明について実施例を示す図面を参照して説明
する。 第１図は本気相成長法によるGaAs成長装置の概要であ
る。III族原料にはジエチルガリウムクロライド、Ｖ族
原料にはトリエチルアルシンまたはアルシンを用いた。
III族原料のジエチルガリウムクロライドはバブラ11中
で水素キャリアガス12によりバブルされ反応管13に導か
れる。反応管13は、原料ガスが管壁に吸着しないように
加熱されている。ただし、ジエチルガリウムクロライド
の蒸気圧が低いことから、バブラ11は60℃に昇温され、
また配管内での結露を防ぐため、途中配管はヒーター14
により80℃に保持してある。トリエチルアルシンは、−
10℃に保たれたバブラ15中で水素キャリアガス16により
バブルされ反応管13に導かれる。アルシン17は流量調節
器18を介して反応管13に導入される。基板結晶19は石英
サセプタ20とともに成長領域に設置されている。分解領
域にある反応管には合成石英製の窓21がつけてあり、重
水素ランプ22の光が導入できるようになっている。反応
管13内の温度プロファイルは第２図に示すようになって
いる。基板温度は450℃、原料ガスの分解領域は450℃ま
たは800℃とした。ジエチルガリウムクロライド、トリ
エチルアルシンはそれぞれ200SCCM、100SCCMの水素ガス
でバブルした。アルシンの流量は3SCCMとした。全キャ
リアガス流量は7SLMとした。トリエチルアルシンとジエ
チルアガリウムクロライドは基板上に交互に供給される
が、トリエチルアルシンを２秒供給、２秒放置、ジエチ
ルアガリウムクロライドを２秒供給、２秒放置を１サイ
クルとし、これを3000サイクル繰り返した。成長後、ホ
ール測定、4Kでフォトルミネッセンスにより成長膜の膜
質を評価した。以下に各種条件で成長した例を示す。 トリエチルアルシンをＶ族原料とした場合、分解領域
の温度、基板温度をともに450℃としかつ光を照射しな
い時、すなわちあらかじめ原料ガスを分解しない時の成
長膜は、Ｐ型伝導を示し、キャリア密度は２×1018cm-3
であった。この試料の4Kにおけるフォトルミネッセンス
スペクトルをみると、カーボンアクセプタに起因する強
いピークが見られた。一方分解領域の温度を800℃、基
板温度を450℃、光照射なしとしたものは、ｎ型キャリ
ア密度は５×1016cm-3であった。フォトルミネッセンス
の測定により、カーボンアクセプタに起因するピークの
強度はあらかじめ分解しない場合に比べ非常に弱くなっ
ていることがわかった。 分解領域の温度および基板温度を450℃とし、成長中
重水素ランプの光を照射したところ、得られたえ成長膜
はやはりｐ型であったが、キャリア密度は１×1017cm-3
と光を照射しないものに比べ純度が良くなった。以上よ
り明らかなように、III族およびＶ族原料ガスをあらか
じめ加熱、光照射により分解することで、成長膜のカー
ボン取込み量を低減させることができる。 次にＶ族原料をアルシンとして、同様の成長を行なっ
た。光照射をせずに分解温度、基板温度とも450℃とし
た時は、やはりｐ型伝導を示し、キャリア密度は６×10
17cm-3とであった。一方分解領域の温度を800℃、基板
温度を450℃とし光を照射すると、成長膜はｎ型とな
り、キャリア密度も２×1015cm-3と非常に高純度の膜が
得られた。また分解領域、成長領域の温度をともに450
℃とし、重水素ランプを照射したものは、ｐ型ではある
が、キャリア温度１×1016cm-3となり照射によりカーボ
ンの取り込み量が減った。 なお、本実施例ではIII族全族と塩素原子の結合を持
つ有機金属について述べたが、他のハロゲン原子でも同
様の効果が期待される。 （発明の効果） 以上のように、本発明の方法によれば、MO−ALEにお
いてIII族及びＶ族原料を十分に分解することが可能と
なり、高品質の成長膜を得ることができる。本成長法は
GaAsの成長の他に、III族がGa、In、Ｖ族がAs、Ｐであ
るような化合物半導体、具体的にはGaP、InAs、InP、お
よびこれらの混晶について用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係わる気相成長装置を示す概略図。
11……バブラ（ジエチルガリウムクロライド）
12,16……水素キャリアガス
13……反応管
14……ヒーター
15……バブラ（トリエチルアルシン）
17……アルシン
18……流量調節器
19……基板結晶
20……セサプタ
21……合成石英製窓
22……重水素ランプ
第２図は反応間内の温度プロファイル。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．III族有機金属原料とＶ族原料を基板結晶上に交互
に供給して成長を行うIII−Ｖ族化合物半導体の有機金
属原子層エピタキシャル成長（MO−ALE）において、III
族原料としてその分子中にIII族原子とハロゲン原子の
結合を１または２個含むような有機金属を用い、上記II
I族およびＶ族原料ガスを上記基板結晶上に導入する前
に分解させてから該基板結晶上に供給することを特徴と
する化合物半導体の気相成長法。 ２．Ｖ族原料が、Ｖ族水素化物またはＶ族有機化合物で
あることを特徴とした特許請求の範囲第一項記載の化合
物半導体の気相成長法。 ３．III族およびＶ族原料ガスを分解させる手段が、光
照射または加熱のうちの少なくともひとつであることを
特徴とした特許請求の範囲第一項記載の化合物半導体の
気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26083087A JP2687371B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 化合物半導体の気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26083087A JP2687371B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 化合物半導体の気相成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01103996A JPH01103996A (ja) | 1989-04-21 |
| JP2687371B2 true JP2687371B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=17353351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26083087A Expired - Lifetime JP2687371B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 化合物半導体の気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687371B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5483919A (en) * | 1990-08-31 | 1996-01-16 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Atomic layer epitaxy method and apparatus |
| US6951804B2 (en) | 2001-02-02 | 2005-10-04 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US6878206B2 (en) | 2001-07-16 | 2005-04-12 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
-
1987
- 1987-10-16 JP JP26083087A patent/JP2687371B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01103996A (ja) | 1989-04-21 |
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