JP2858058B2 - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
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- JP2858058B2 JP2858058B2 JP3458892A JP3458892A JP2858058B2 JP 2858058 B2 JP2858058 B2 JP 2858058B2 JP 3458892 A JP3458892 A JP 3458892A JP 3458892 A JP3458892 A JP 3458892A JP 2858058 B2 JP2858058 B2 JP 2858058B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体の結晶成
長方法に関し、特に膜厚制御性の改良に関する。
長方法に関し、特に膜厚制御性の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、化合物半導体結晶の作製には、分
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）及び、有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ法）が主に用いられている。
子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）及び、有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ法）が主に用いられている。
【０００３】これらの方法において、膜厚の制御（分布
及び再現性）は、ＭＢＥ法の場合は分子線強度の制御、
ＭＯＭＢＥ法の場合はガス流の制御により行なわれてい
た。しかしながら、これらの制御には技術的限界が存在
するため、原理的に１原子層の成長を制御する方法、即
ち、原子層エピタキシー法（ＡＬＥ法）が提案されてき
た。
及び再現性）は、ＭＢＥ法の場合は分子線強度の制御、
ＭＯＭＢＥ法の場合はガス流の制御により行なわれてい
た。しかしながら、これらの制御には技術的限界が存在
するため、原理的に１原子層の成長を制御する方法、即
ち、原子層エピタキシー法（ＡＬＥ法）が提案されてき
た。
【０００４】ＡＬＥを実現する方法としては、ＭＯＣＶ
Ｄ及びＭＢＥを基本的に用いた報告がある。まず、ＭＯ
ＣＶＤを用いた例としては、アプライド、フィジックス
・レター５３巻、１５０９〜１５１１頁（１９８８年）
に報告されているように、トリメチルガリウムとアルシ
ンを交互供給することにより、ほぼ１原子層単位の成長
が可能となっている。他方、ＭＢＥ法を用いた例におい
ては、ジャパニーズ・オブ・アプライド・フィジックス
２８巻、Ｌ１４４６−Ｌ１４４８頁に示されている如
く、分子線による交互供給法で過剰に供給したIII 族原
料の過剰分を熱により再蒸発させる方法で擬原子層エピ
タキシーを行なう方法が提案されている。
Ｄ及びＭＢＥを基本的に用いた報告がある。まず、ＭＯ
ＣＶＤを用いた例としては、アプライド、フィジックス
・レター５３巻、１５０９〜１５１１頁（１９８８年）
に報告されているように、トリメチルガリウムとアルシ
ンを交互供給することにより、ほぼ１原子層単位の成長
が可能となっている。他方、ＭＢＥ法を用いた例におい
ては、ジャパニーズ・オブ・アプライド・フィジックス
２８巻、Ｌ１４４６−Ｌ１４４８頁に示されている如
く、分子線による交互供給法で過剰に供給したIII 族原
料の過剰分を熱により再蒸発させる方法で擬原子層エピ
タキシーを行なう方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＭＯＣ
ＶＤを用いるＡＬＥ法においては、極めて毒性の高いア
ルシンを用いている点、および、有機金属から炭素が結
晶中に取込まれ高純度結晶を得難いという問題点があ
る。
ＶＤを用いるＡＬＥ法においては、極めて毒性の高いア
ルシンを用いている点、および、有機金属から炭素が結
晶中に取込まれ高純度結晶を得難いという問題点があ
る。
【０００６】また、ＭＢＥを用いるＡＬＥ法において
は、基板温度が７００℃と高いため、下地の不純物拡散
やＶ族空孔生成という問題点があり、実用が困難であっ
た。
は、基板温度が７００℃と高いため、下地の不純物拡散
やＶ族空孔生成という問題点があり、実用が困難であっ
た。
【０００７】本発明の課題は、基本的にＭＢＥ法に依る
ことによりＭＯＣＶＤの問題点を除去し、かつ、低温で
ＡＬＥを実現することである。
ことによりＭＯＣＶＤの問題点を除去し、かつ、低温で
ＡＬＥを実現することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
に、異なる元素から成る少なくとも２つの結晶層を交互
に結晶成長させる結晶成長方法において、１つの前記結
晶層の結晶成長工程後に、該結晶層の１原子層を超えて
成長した過剰成長部に、前記元素とは異なる元素から成
る分子線を照射して該過剰成長部を除去することにより
該結晶層を１原子層のみ残す除去工程を有することを特
徴とする結晶成長方法が得られる。
に、異なる元素から成る少なくとも２つの結晶層を交互
に結晶成長させる結晶成長方法において、１つの前記結
晶層の結晶成長工程後に、該結晶層の１原子層を超えて
成長した過剰成長部に、前記元素とは異なる元素から成
る分子線を照射して該過剰成長部を除去することにより
該結晶層を１原子層のみ残す除去工程を有することを特
徴とする結晶成長方法が得られる。
【０００９】本発明によればさらに、基板上に、Ｖ族元
素から成るＶ族原料の分子線を照射してＶ族結晶層を結
晶成長させるＶ族結晶成長工程と、Ｖ族結晶層上に、II
I族元素から成るIII族原料の分子線を照射してIII族結
晶層を成長させるIII族結晶成長工程と、前記III族結晶
層の１原子層を超えて成長した過剰成長部に、前記III
族元素とは異なる元素から成り、前記III族元結晶層と
該過剰成長部間の結合エネルギより大きくかつ前記Ｖ族
結晶層と該III族結晶層間の結合エネルギより小さい運
動エネルギを有する分子線を照射して該過剰成長部を除
去することにより該III族結晶層を１原子層のみ残す除
去工程とを有することを特徴とする結晶成長方法が得ら
れる。
素から成るＶ族原料の分子線を照射してＶ族結晶層を結
晶成長させるＶ族結晶成長工程と、Ｖ族結晶層上に、II
I族元素から成るIII族原料の分子線を照射してIII族結
晶層を成長させるIII族結晶成長工程と、前記III族結晶
層の１原子層を超えて成長した過剰成長部に、前記III
族元素とは異なる元素から成り、前記III族元結晶層と
該過剰成長部間の結合エネルギより大きくかつ前記Ｖ族
結晶層と該III族結晶層間の結合エネルギより小さい運
動エネルギを有する分子線を照射して該過剰成長部を除
去することにより該III族結晶層を１原子層のみ残す除
去工程とを有することを特徴とする結晶成長方法が得ら
れる。
【００１０】即ち、本発明によれば、III 族分子線とＶ
族分子線を交互に供給しIII −Ｖ族化合物結晶を作製す
る結晶成長方法において、１原子層分以上のIII 族分子
線を供給したのち、Ｖ族分子線を照射する前に構成元素
とは異種の加速された分子線を照射することにより１原
子層毎の成長が生ずる結晶成長が得られる。
族分子線を交互に供給しIII −Ｖ族化合物結晶を作製す
る結晶成長方法において、１原子層分以上のIII 族分子
線を供給したのち、Ｖ族分子線を照射する前に構成元素
とは異種の加速された分子線を照射することにより１原
子層毎の成長が生ずる結晶成長が得られる。
【００１１】
【作用】III 族分子線とＶ族分子線を交互に供給するII
I −Ｖ族化合物結晶の成長方法において、Ｖ族面上に照
射された１原子層分より多いIII 族原子は、その１原子
層分でＶ族表面を被覆しIII 族表面を形成し、残りのII
I 族原子はIII 族表面上でドロップレットを形成する。
この時III 族原子の蒸発に要するエネルギは、Ｖ族原子
と結合している表面のIII 族原子に比して、ドロップレ
ットを形成しているIII 族原子の方が小さい。次に上記
表面にドロップレットを形成しているIII族原子の蒸発
エネルギ程度の運動エネルギを有する分子線を照射す
る。この工程で前記ドロップレットは蒸発するが、III
族表面を形成しているIII 族原子はＶ族原子と結合して
いるため、蒸発することがない。これにより、結晶表面
はドロップレットの存在しないIII 族１原子層の面とな
る。続いてＶ族分子線を照射することにより原子層エピ
タキシーが行なわれる。
I −Ｖ族化合物結晶の成長方法において、Ｖ族面上に照
射された１原子層分より多いIII 族原子は、その１原子
層分でＶ族表面を被覆しIII 族表面を形成し、残りのII
I 族原子はIII 族表面上でドロップレットを形成する。
この時III 族原子の蒸発に要するエネルギは、Ｖ族原子
と結合している表面のIII 族原子に比して、ドロップレ
ットを形成しているIII 族原子の方が小さい。次に上記
表面にドロップレットを形成しているIII族原子の蒸発
エネルギ程度の運動エネルギを有する分子線を照射す
る。この工程で前記ドロップレットは蒸発するが、III
族表面を形成しているIII 族原子はＶ族原子と結合して
いるため、蒸発することがない。これにより、結晶表面
はドロップレットの存在しないIII 族１原子層の面とな
る。続いてＶ族分子線を照射することにより原子層エピ
タキシーが行なわれる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。
明する。
【００１３】図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施例による結
晶成長方法の工程フローを示す図である。また、図２
は、本実施例に用いた分子線エピタキシー装置、即ち、
結晶成長装置の概略断面図である。
晶成長方法の工程フローを示す図である。また、図２
は、本実施例に用いた分子線エピタキシー装置、即ち、
結晶成長装置の概略断面図である。
【００１４】本実施例では、ＧａＡｓ基板上へＧａＡｓ
結晶を成長する場合について説明する。以下、成長工程
を図２を参照して説明する。
結晶を成長する場合について説明する。以下、成長工程
を図２を参照して説明する。
【００１５】ＧａＡｓ単結晶基板（厚さ５００μm ）
１１をＨ2 ＳＯ4 系エッチング液により表面層を除去し
た後、ロードロック室（図示せず）からゲートバルブ１
７を介して真空槽１６に導入し、ホルダ２０に固定す
る。
１１をＨ2 ＳＯ4 系エッチング液により表面層を除去し
た後、ロードロック室（図示せず）からゲートバルブ１
７を介して真空槽１６に導入し、ホルダ２０に固定す
る。
【００１６】分子線セル２２の前方に設けたシャッタ
２３を開いて、分子線セル２２よりＡｓ4 分子線を基板
１１の表面に照射しながら、ヒータ１９により基板１１
を加熱して基板表面の酸化膜を除去する。この時の基板
温度は６００℃とした。
２３を開いて、分子線セル２２よりＡｓ4 分子線を基板
１１の表面に照射しながら、ヒータ１９により基板１１
を加熱して基板表面の酸化膜を除去する。この時の基板
温度は６００℃とした。
【００１７】基板温度を５８０℃に設定し、真空槽１
６に設けた電子銃２７より電子線を基板１１に照射し蛍
光スクリーン２８上に現われた回析パターンがＡｓ安定
化面である（２×４）の表面再配列構造である（Ａｓ１
２から成る層が形成された）ことを確認した後、Ａｓ4
分子線の供給を停止し、Ｇａセル（図には示していな
い）のシャッタを開き成長を開始する。
６に設けた電子銃２７より電子線を基板１１に照射し蛍
光スクリーン２８上に現われた回析パターンがＡｓ安定
化面である（２×４）の表面再配列構造である（Ａｓ１
２から成る層が形成された）ことを確認した後、Ａｓ4
分子線の供給を停止し、Ｇａセル（図には示していな
い）のシャッタを開き成長を開始する。
【００１８】Ｇａの原料は金属Ｇａ、トリメチルガリウ
ム、トリエチルガリウムのいずれを用いても良いが、本
実施例においては、金属Ｇａを用いた場合について説明
する。Ｇａの分子線強度は、反射高速電子回析（ＲＨＥ
ＥＤ）振動よりＧａＡｓの結晶成長速度に換算して０．
４原子層／毎秒（ＭＬ／sec)とした。
ム、トリエチルガリウムのいずれを用いても良いが、本
実施例においては、金属Ｇａを用いた場合について説明
する。Ｇａの分子線強度は、反射高速電子回析（ＲＨＥ
ＥＤ）振動よりＧａＡｓの結晶成長速度に換算して０．
４原子層／毎秒（ＭＬ／sec)とした。
【００１９】以下、図１を併せ参照して説明する。
【００２０】図１（ａ）において、Ｇａセル用シャッ
タを３秒間開きＧａ１３を１．２ＭＬ分基板に照射す
る。この時０．５ＭＬ分の過剰Ｇａは、凝集して過剰成
長部であるドロップレット１４を形成する。
タを３秒間開きＧａ１３を１．２ＭＬ分基板に照射す
る。この時０．５ＭＬ分の過剰Ｇａは、凝集して過剰成
長部であるドロップレット１４を形成する。
【００２１】図１（ｂ）において、Ｇａシャッタを閉
じ、バルブ２５を開いてＨ2 ガスを導入する。ガス種は
他にＨｅ、Ｎｅ、Ａｒでも良い。Ｈ2 ガスは、プラズマ
セル２４により放電し、クラッキングされて２．５〜
４．５eVに加速される。尚、プラズマセル２４として
は、電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いる方法と、
ＣＷ−ＣＯ2 レーザで放電しノズルを通して照射する方
法を用いたが、いずれの場合でも良く、分子線１５のエ
ネルギを２．５〜４．５eVの範囲に入れることが肝要で
ある。
じ、バルブ２５を開いてＨ2 ガスを導入する。ガス種は
他にＨｅ、Ｎｅ、Ａｒでも良い。Ｈ2 ガスは、プラズマ
セル２４により放電し、クラッキングされて２．５〜
４．５eVに加速される。尚、プラズマセル２４として
は、電子サイクロトロン共鳴プラズマを用いる方法と、
ＣＷ−ＣＯ2 レーザで放電しノズルを通して照射する方
法を用いたが、いずれの場合でも良く、分子線１５のエ
ネルギを２．５〜４．５eVの範囲に入れることが肝要で
ある。
【００２２】前述エネルギの分子線１５により、蒸発活
性化エネルギが３eV以下であるドロップレット１４中の
Ｇａ原子は蒸発するが、下地のＡｓ１２と結合したＧａ
１３′の蒸発には５eV以上のエネルギを要するため、蒸
発することがない。こうして、ドロップレット１４のみ
が消失し、図１（ｃ）に示す如く、表面はＧａ原子１原
子層で完全に覆われている。
性化エネルギが３eV以下であるドロップレット１４中の
Ｇａ原子は蒸発するが、下地のＡｓ１２と結合したＧａ
１３′の蒸発には５eV以上のエネルギを要するため、蒸
発することがない。こうして、ドロップレット１４のみ
が消失し、図１（ｃ）に示す如く、表面はＧａ原子１原
子層で完全に覆われている。
【００２３】図１（ｄ）において、バルブ２５を閉じ
た後、Ａｓ4 分子線１２を照射しＧａ１３´面上にＡｓ
１２面が形成される。
た後、Ａｓ4 分子線１２を照射しＧａ１３´面上にＡｓ
１２面が形成される。
【００２４】以下、図１に示す工程を繰返すと、Ｇａ
面、Ａｓ面が交互に形成され、所謂原子層エピタキシー
（ＡＬＥ）が実現した。
面、Ａｓ面が交互に形成され、所謂原子層エピタキシー
（ＡＬＥ）が実現した。
【００２５】以上のようにして成長された化合物半導体
結晶において、面内（２インチ径）の膜厚の分布は、従
来のＭＢＥで成長した場合±３％であったものに対し、
±１％以下であった。また、膜厚の再現性は、従来のＭ
ＢＥでは±５％であったものが、±１％以下となった。
さらに、基板温度は、従来の固体原料を用いたＭＢＥに
よるＡＬＥでは７００℃程度であったものが、５８０℃
まで低温化できた。
結晶において、面内（２インチ径）の膜厚の分布は、従
来のＭＢＥで成長した場合±３％であったものに対し、
±１％以下であった。また、膜厚の再現性は、従来のＭ
ＢＥでは±５％であったものが、±１％以下となった。
さらに、基板温度は、従来の固体原料を用いたＭＢＥに
よるＡＬＥでは７００℃程度であったものが、５８０℃
まで低温化できた。
【００２６】
【発明の効果】本発明による結晶成長方法は、１つの前
記結晶層の結晶成長工程後に、該結晶層の１原子層を越
えて成長した過剰成長部に、前記元素とは異なる元素か
ら成る分子線を照射して該過剰成長部を除去する工程を
有するため、膜厚の分布および膜厚の再現性が良好な高
純度結晶が得られる。
記結晶層の結晶成長工程後に、該結晶層の１原子層を越
えて成長した過剰成長部に、前記元素とは異なる元素か
ら成る分子線を照射して該過剰成長部を除去する工程を
有するため、膜厚の分布および膜厚の再現性が良好な高
純度結晶が得られる。
【００２７】また、基板温度を比較的低温化できるた
め、下地の不純物拡散やＶ族空孔生成が防止できる。
め、下地の不純物拡散やＶ族空孔生成が防止できる。
【図１】本発明の一実施例による結晶成長方法の工程フ
ローを示す図である。
ローを示す図である。
【図２】図１に示す結晶成長方法に用いた結晶成長装置
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
１１ 基板 １２ Ａｓ １３、１３′ Ｇａ １４ ドロップレット １５ 加速分子線 １６ 真空槽 １７ ゲートバルブ １８ 基板マンプレータ １９ ヒータ ２０ ホルダ ２２ 分子線セル ２３ シャッタ ２４ プラズマセル ２５ バルブ ２６ 液体窒素シュラウド ２７ 電子銃 ２８ 蛍光スクリーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−7053（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C30B 1/00 - 35/00
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に、異なる元素から成る少なくと
も２つの結晶層を交互に結晶成長させる結晶成長方法に
おいて、１つの前記結晶層の結晶成長工程後に、該結晶
層の１原子層を超えて成長した過剰成長部に、前記元素
とは異なる元素から成る分子線を照射して該過剰成長部
を除去することにより該結晶層を１原子層のみ残す除去
工程を有することを特徴とする結晶成長方法。 - 【請求項２】 基板上に、Ｖ族元素から成るＶ族原料の
分子線を照射してＶ族結晶層を結晶成長させるＶ族結晶
成長工程と、Ｖ族結晶層上に、III族元素から成るIII族
原料の分子線を照射してIII族結晶層を成長させるIII族
結晶成長工程と、前記III族結晶層の１原子層を超えて
成長した過剰成長部に、前記III族元素とは異なる元素
から成り、前記III族元結晶層と該過剰成長部間の結合
エネルギより大きくかつ前記Ｖ族結晶層と該III族結晶
層間の結合エネルギより小さい運動エネルギを有する分
子線を照射して該過剰成長部を除去することにより該II
I族結晶層を１原子層のみ残す除去工程とを有すること
を特徴とする結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3458892A JP2858058B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3458892A JP2858058B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05229894A JPH05229894A (ja) | 1993-09-07 |
| JP2858058B2 true JP2858058B2 (ja) | 1999-02-17 |
Family
ID=12418489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3458892A Expired - Lifetime JP2858058B2 (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2858058B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2771472B2 (ja) * | 1994-05-16 | 1998-07-02 | 松下電器産業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-02-21 JP JP3458892A patent/JP2858058B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05229894A (ja) | 1993-09-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981014 |