JP3090232B2 - Compound semiconductor thin film formation method - Google Patents
Compound semiconductor thin film formation methodInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はIII −V族化合物半導体
薄膜の形成に関する。The present invention relates to the formation of III-V compound semiconductor thin films.
【0002】[0002]
【開示の概要】本発明はIII −V族化合物半導体薄膜の
形成において加熱された基板上に、水素によって希釈さ
れたIII 族有機金属化合物と水素によって希釈されたV
族水素化物を交互に基板上に流し、SUMMARY OF THE DISCLOSURE The present invention relates to a method for forming a group III-V compound semiconductor thin film on a substrate heated by a hydrogen atom.
Group hydrides alternately flow over the substrate,
【0003】水素キャリアガスを輸送しながら、有機金
属の導入を停止する工程において停止時間が3分間以上
であること、または、停止する工程において基板表面に
紫外または可視光を照射することによって、In the step of stopping the introduction of the organic metal while transporting the hydrogen carrier gas, the stop time is 3 minutes or more, or by irradiating the substrate surface with ultraviolet or visible light in the step of stopping.
【0004】基板上にIII 族元素の単原子層とV族元素
の単原子層を交互に形成し、もってIII −V族化合物半
導体の薄膜を基板に形成することにより、1サイクル当
り単原子層の成長速度セルフリミッティング機能を有
し、格子欠陥,不純物の少ない高品質の化合物半導体薄
膜および極限の急峻性を持つヘテロ構成の成長を可能に
する技術を開示するものである。[0004] A monoatomic layer of a group III element and a monoatomic layer of a group V element are alternately formed on a substrate, and a thin film of a III-V compound semiconductor is formed on the substrate. The present invention discloses a technology that has a self-limiting function for the growth rate of a semiconductor layer and enables the growth of a high-quality compound semiconductor thin film with few lattice defects and impurities and a hetero structure having an extremely steep characteristic.
【0005】[0005]
【従来の技術】基板上に化合物半導体薄膜を形成する方
法として、原子層エピタキシ法(米国特許第4,058,430
号明細書;1977年) が知られている。またレーザ光をII
I 族原料(TMG)又はV族原料(AsH3 )供給時に
照射し、分解を促進させる例はA.Doi,Y.Aoyagi and S.N
ambaによる論文,"Growth of GaAs by switched laser m
etalorganic vapor phase epitaxy",Appl.Phys.Lett.4
8,(26),30 June 1986 に開示されている通りである。
原子層エピタキシ法は、T. Suntolaらによって提案され
たもので、半導体元素のそれぞれをパルス上に交互に供
給し、単原子層を基板に交互に付着させるものである。
原子層エピタキシ法をGaAsを例にとって説明する。
反応管内におかれ加熱されたGaAs基板に導入された
Gaの有機金属化合物であるトリメチルガリウム(CH
3 )3 Gaは、基板表面にCH3 基で終端された表面を
形成する。CH3 基で終端された基板表面に単原子層以
上に輸送された(CH3 )3 Gaは、CH3 基で終端さ
れた表面との分子間反発により表面には付着しない。次
に水素キャリアガスとともに1秒〜5秒程度の(C
H3 )3 Gaの導入を停止する工程の後、水素化物であ
るアルシンAsH3 が基板表面に輸送される。AsH3
は、基板表面でCH3 基で終端されたGaと反応し、分
解してGaAs単原子層が形成される。この工程を繰り
返すことにより、GaAsの結晶が成長する。この成長
法では、CH3 基で終端されたGa面にAsH3 が供給
されて反応し、成長するため、炭素が取り込まれて、結
晶性が悪くなる欠点があった。またCH3 基終端基板表
面でV族水素化物の反応が遅く、V族単原子層の形成が
不完全となり、1サイクル当りの単原子層の成長速度セ
ルフリミッティング現象が得られない欠点があった。2. Description of the Related Art As a method of forming a compound semiconductor thin film on a substrate, an atomic layer epitaxy method (US Pat. No. 4,058,430) is used.
No. 1977) is known. In addition, laser light II
An example of irradiation at the time of supply of a group I raw material (TMG) or a group V raw material (AsH 3 ) to promote decomposition is described in A. Doi, Y. Aoyagi and SN
A paper by amba, "Growth of GaAs by switched laser m
etalorganic vapor phase epitaxy ", Appl.Phys.Lett.4
8, (26), 30 June 1986.
Atomic layer epitaxy, proposed by T. Suntola et al., Alternately supplies each of the semiconductor elements on a pulse to deposit a monoatomic layer on the substrate alternately.
The atomic layer epitaxy will be described using GaAs as an example.
Trimethylgallium (CH) which is an organometallic compound of Ga introduced into a heated GaAs substrate placed in a reaction tube
3) 3 Ga forms the end surface on the substrate surface in a CH 3 group. It transported over a single atomic layer in the termination substrate surface by CH 3 groups (CH 3) 3 Ga does not adhere to the surface by intermolecular repulsion of the end surface in the CH 3 group. Next, for about 1 to 5 seconds (C
After the step of stopping the introduction of H 3 ) 3 Ga, hydride arsine AsH 3 is transported to the substrate surface. AsH 3
Reacts with Ga terminated with CH 3 groups on the substrate surface and decomposes to form a GaAs monoatomic layer. By repeating this process, a GaAs crystal grows. In this growth method, AsH 3 is supplied and reacts and grows on the Ga surface terminated with a CH 3 group, so that carbon is taken in and the crystallinity is deteriorated. In addition, the reaction of the group V hydride is slow on the surface of the CH 3 -terminated substrate, the formation of the group V monolayer is incomplete, and the self-limiting phenomenon of the growth rate of the monolayer per cycle cannot be obtained. Was.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このように従来の技術
は、炭素の取り込みによる結晶性の劣化、CH3 基で終
端された表面でのV族水素化物の反応が遅いことによる
1サイクル当り単原子層の成長速度セルフリミッティン
グ現象が得られない欠点があった。As described above, the prior art is characterized by deterioration of crystallinity due to incorporation of carbon, and slow reaction of group V hydride on a surface terminated with CH 3 groups. There is a defect that the self-limiting phenomenon of the growth rate of the atomic layer cannot be obtained.
【0007】本発明は、上記欠点を解決し、格子欠陥,
不純物の少ない高品質の化合物半導体薄膜を、1サイク
ル当り単原子層の成長速度セルフリミッティング現象を
実現し成長することを目的とする。[0007] The present invention solves the above-mentioned drawbacks and provides a lattice defect,
It is an object of the present invention to grow a high-quality compound semiconductor thin film with few impurities by realizing a self-limiting phenomenon of a growth rate of a monoatomic layer per cycle.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明においては、加熱
された基板上に水素によって希釈されたIII 族有機金属
化合物とV族水素化物を水素キャリアガスによる停止工
程を挟んで交互に基板上に流し、III 族有機金属化合物
の導入を停止する工程において、停止時間が3分間以上
であることまたは、停止工程において基板表面に紫外ま
たは可視光を照射することによって、III 族有機金属化
合物の導入を停止する工程の後、基板上にIII 族元素の
単原子層を形成し、前記表面にV族水素化物を供給し、
V族単原子層を形成する工程を繰り返すことによって、
III −V族化合物半導体の薄膜を基板上に形成する。In the present invention, a group III organometallic compound and a group V hydride diluted with hydrogen are alternately placed on a heated substrate with a stopping step using a hydrogen carrier gas interposed therebetween. In the step of flowing and stopping the introduction of the group III organometallic compound, the introduction time of the group III organometallic compound is reduced by setting the suspension time to 3 minutes or more, or irradiating the substrate surface with ultraviolet or visible light in the stopping step. After the step of stopping, forming a monoatomic layer of a group III element on the substrate, supplying a group V hydride to the surface,
By repeating the step of forming a group V monoatomic layer,
A thin film of a III-V compound semiconductor is formed on a substrate.
【0009】本発明の構成は下記に示す通りである。即
ち、本発明は、III 族有機金属化合物およびV族水素化
物を加熱された基板上に輸送し、熱分解によってIII −
V族化合物半導体を基板上に成長させる化合物半導体薄
膜形成法において、水素で希釈されたIII 族有機金属化
合物を基板上に導入する第1の工程と、水素キャリアガ
スを輸送しながら前記有機金属化合物の導入を停止する
第2の工程と、水素で希釈されたV族水素化物を基板上
に導入する第3の工程と、水素キャリアガスを輸送しな
がら前記水素化物の導入を停止する第4の工程とを繰り
返し、前記有機金属化合物がメチル基を有する金属化合
物であり、前記水素キャリアガスを輸送しながら前記有
機金属化合物の導入を停止する時間が3分以上であるこ
とを特徴とする化合物半導体薄膜形成法としての構成を
有するものであり、或いはまた、The structure of the present invention is as described below. That is, the present invention transports a group III organometallic compound and a group V hydride onto a heated substrate, and thermally decomposes the group III-
In a compound semiconductor thin film forming method for growing a Group V compound semiconductor on a substrate, a first step of introducing a Group III organometallic compound diluted with hydrogen onto the substrate, and the step of transporting a hydrogen carrier gas to the organometallic compound. A second step of stopping the introduction of hydrogen, a third step of introducing a group V hydride diluted with hydrogen onto the substrate, and a fourth step of stopping the introduction of the hydride while transporting a hydrogen carrier gas. Repeating the steps, wherein the organometallic compound is a metallic compound having a methyl group, and the time for stopping the introduction of the organometallic compound while transporting the hydrogen carrier gas is 3 minutes or more. It has a configuration as a thin film forming method, or
【0010】III 族有機金属化合物およびV族水素化物
を加熱された基板上に輸送し、熱分解によってIII −V
族化合物半導体を基板上に成長させる化合物半導体薄膜
形成法において、水素で希釈されたIII 族有機金属化合
物を基板上に導入する第1の工程と、水素キャリアガス
を輸送しながら前記有機金属化合物の導入を停止する第
2の工程と、水素で希釈されたV族水素化物を基板上に
導入する第3の工程と、水素キャリアガスを輸送しなが
ら前記水素化物の導入を停止する第4の工程とを繰り返
し、前記有機金属化合物がメチル基を有する金属化合物
であり、前記水素キャリアガスを輸送しながら前記有機
金属化合物の導入を停止する第4の工程において基板表
面に、紫外または可視光を照射することを特徴とする化
合物半導体薄膜形成法としての構成を有するものであ
る。The group III organometallic compound and the group V hydride are transported onto a heated substrate and subjected to thermal decomposition to obtain III-V
In a compound semiconductor thin film forming method for growing a group III compound semiconductor on a substrate, a first step of introducing a group III organometallic compound diluted with hydrogen onto the substrate, and a step of transporting a hydrogen carrier gas to the organic metal compound. A second step of stopping the introduction, a third step of introducing a group V hydride diluted with hydrogen onto the substrate, and a fourth step of stopping the introduction of the hydride while transporting a hydrogen carrier gas. Is repeated, and the substrate surface is irradiated with ultraviolet or visible light in a fourth step of stopping the introduction of the organometallic compound while transporting the hydrogen carrier gas, wherein the organometallic compound is a metal compound having a methyl group. And a method for forming a compound semiconductor thin film.
【0011】[0011]
【作用】III −V族化合物半導体であるInPを例にと
って本発明の作用を図1乃至図5によって説明する。加
熱されたInP基板上に水素キャリアガスとともにIII
族有機金属であるトリメチルインジウム(CH3 )3 I
nを流す。(CH3 )3 Inは、熱分解し表面に吸着し
てCH3 基で終端されたインジウム単原子層を形成す
る。単原子層以上に供給された(CH3 )3 Inは、基
板表面のCH3 基との分子間反発により基板表面に付着
しない(図1)。次に水素キャリアガスを流しながら、
(CH3 )3 Inの供給を3分以上停止する。停止工程
において、表面を被覆しているCH3 基が水素キャリア
ガスと反応し、還元されてメタンとなり脱離していき
(図2)、インジウム金属面を形成する(図3)。CH
3 基が脱離していくため炭素が結晶に取り込まれること
がない。前記(CH3 )3 Inの停止工程の後、ホスフ
ィンPH3 が表面に供給される。CH3 基が脱離して金
属インジウム面が形成されているため、PH3 は金属イ
ンジウムとの触媒作用により容易に分解してリン単原子
層を形成する(図4)。このサイクルを繰り返しInP
が1サイクル当り単原子層の成長速度セルフリミッティ
ング現象を生じながら成長していく。The operation of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5, taking InP as a group III-V compound semiconductor as an example. III on a heated InP substrate with hydrogen carrier gas
Group organometallic trimethylindium (CH 3 ) 3 I
Flow n. (CH 3 ) 3 In is thermally decomposed and adsorbed on the surface to form an indium monoatomic layer terminated with CH 3 groups. (CH 3 ) 3 In supplied to a monoatomic layer or more does not adhere to the substrate surface due to intermolecular repulsion with the CH 3 group on the substrate surface (FIG. 1). Next, while flowing hydrogen carrier gas,
The supply of (CH 3 ) 3 In is stopped for 3 minutes or more. In the stopping step, the CH 3 group covering the surface reacts with the hydrogen carrier gas, is reduced to methane, and is desorbed (FIG. 2) to form an indium metal surface (FIG. 3). CH
Since the three groups are eliminated, carbon is not taken into the crystal. After the step of stopping (CH 3 ) 3 In, phosphine PH 3 is supplied to the surface. Since the CH 3 group is eliminated to form a metal indium surface, PH 3 is easily decomposed by a catalytic action with the metal indium to form a phosphorus monoatomic layer (FIG. 4). This cycle is repeated for InP
Grows while generating the self-limiting phenomenon of the growth rate of the monoatomic layer per cycle.
【0012】また図1に示すように(CH3 )3 Inの
成長表面への吸着が飽和した後、水素キャリアガスを輸
送しながら(CH3 )3 Inの供給を停止する工程にお
いて、成長層表面に紫外または可視光を照射する(図
5)。成長層表面で照射された紫外または可視光は表面
でのCH3 基で終端されたインジウムを電子励起し、光
分解を生じさせる。即ち、成長層表面からCH3 基が脱
離し、水素によって還元されてメタンとなる。従って炭
素の混入がなく、高品質な結晶が成長する。(CH3 )
3 Inの停止工程の後、PH3 が表面に供給される。C
H3 基が脱離して金属インジウム面(図3)が形成され
ているため、PH3 は触媒作用により容易に分解してリ
ン単原子層を形成する(図4)。このサイクルを繰り返
しInPが1サイクル当り単原子層の成長速度セルフリ
ミッティング現象を生じながら成長していく。As shown in FIG. 1, after the adsorption of (CH 3 ) 3 In on the growth surface is saturated, the supply of (CH 3 ) 3 In is stopped while transporting a hydrogen carrier gas. The surface is irradiated with ultraviolet or visible light (FIG. 5). Ultraviolet or visible light irradiated on the surface of the growth layer electronically excites indium terminated with CH 3 groups on the surface to cause photodecomposition. That is, CH 3 groups are eliminated from the surface of the growth layer, and are reduced to methane by hydrogen. Therefore, high quality crystals grow without carbon contamination. (CH 3 )
After the step of stopping 3 In, PH 3 is supplied to the surface. C
Since the H 3 group is eliminated to form a metal indium surface (FIG. 3), PH 3 is easily decomposed by a catalytic action to form a phosphorus monoatomic layer (FIG. 4). By repeating this cycle, InP grows while generating a self-limiting phenomenon of the growth rate of the monoatomic layer per cycle.
【0013】[0013]
【実施例】以下本発明の実施例について詳細に説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below in detail.
【0014】[0014]
【実施例1】InP基板上にInP薄膜を成長させた。
基板は単結晶で成長面は(001)である。V族元素の
水素化物としてホスフィンPH3 を、III 族有機金属化
合物としてトリメチルインジウム(CH3 )3 Inを用
いた。Example 1 An InP thin film was grown on an InP substrate.
The substrate is a single crystal and the growth surface is (001). Phosphine PH 3 was used as a hydride of a group V element, and trimethylindium (CH 3 ) 3 In was used as a group III organometallic compound.
【0015】図6に本発明装置の実施例の概要を示す。
1は反応炉、2は基板を支えるサセプタ、3はInP基
板、4は基板を加熱するためのRFコイル、5は水素ガ
ス、6はIII 族有機金属である(CH3 )3 In、7は
V族水素化物であるPH3 、8,9は(CH3 )3 I
n、PH3 の供給を開始,停止するためのバルブであ
る。FIG. 6 shows an outline of an embodiment of the apparatus of the present invention.
1 is a reaction furnace, 2 is a susceptor that supports the substrate, 3 is an InP substrate, 4 is an RF coil for heating the substrate, 5 is hydrogen gas, 6 is a group III organic metal (CH 3 ) 3 In, and 7 is PH 3 , 8, 9 which are group V hydrides are (CH 3 ) 3 I
n, starting the supply of PH 3, a valve for stopping.
【0016】供給プログラムを図7に示す。まずバルブ
8を1秒間開け、6の(CH3 )3 Inを供給し、水素
ガス5を流しながら、(CH3 )3 Inの供給を3分間
停止し、その後バルブ9を10秒間開け、PH3 を供給
し、水素ガス5を供給しながら、PH3 の供給を1秒間
停止する。このサイクルを繰り返すことによりInPを
成長させていく。FIG. 7 shows the supply program. First, the valve 8 is opened for 1 second, (CH 3 ) 3 In of 6 is supplied, the supply of (CH 3 ) 3 In is stopped for 3 minutes while the hydrogen gas 5 is flowing, and then the valve 9 is opened for 10 seconds, While supplying 3 and supplying hydrogen gas 5, supply of PH 3 is stopped for 1 second. By repeating this cycle, InP is grown.
【0017】まずInP基板表面に(CH3 )3 Inを
供給した場合について説明する。4のRFコイルを加熱
し、基板2の温度を350℃に設定し、5の水素キャリ
アガスを5SLM流しながら、8のバルブを1秒間開
け、6の(CH3 )3 Inを0.1〜0.6μmol供
給した時の表面光吸収法(SPA)の反射率変化を図8
に示す。基板温度350℃において、SPA反射強度は
(CH3 )3 In供給量の増加とともに、金属インジウ
ム面の値(反射強度6.2×10-2)よりも小さな値
(反射強度2.7×10-2)で顕著な飽和を示す。この
飽和特性は(CH3 )3 In分子の成長表面への吸着が
飽和するために生じていることを示している。First, the case where (CH 3 ) 3 In is supplied to the InP substrate surface will be described. The RF coil of No. 4 was heated, the temperature of the substrate 2 was set to 350 ° C., and while the hydrogen carrier gas of No. 5 was flowing at 5 SLM, the valve of No. 8 was opened for 1 second, and the (CH 3 ) 3 In No. FIG. 8 shows the change in reflectance of the surface light absorption method (SPA) when 0.6 μmol was supplied.
Shown in At a substrate temperature of 350 ° C., the SPA reflection intensity becomes smaller (reflection intensity 2.7 × 10 −2 ) than the value of the metal indium surface (reflection intensity 6.2 × 10 −2 ) as the supply amount of (CH 3 ) 3 In increases. -2 ) shows significant saturation. This saturation characteristic indicates that the adsorption of (CH 3 ) 3 In molecules on the growth surface is caused by saturation.
【0018】次に水素ガスを流しながら(CH3 )3 I
nの供給を停止する工程について説明する。図9に(C
H3 )3 Inを0.6μmol供給後の停止工程におけ
るSPA反射強度変化を示す。(CH3 )3 In供給直
後のCH3 で終端された面から、停止時間の増大ととも
にSPA反射強度が増加し、金属インジウム面で飽和し
ていく。これは、表面を被覆しているCH3 基が水素キ
ャリアガスと反応し、還元されてメタンとなり脱離して
いき、金属インジウム面が形成されることを示してい
る。Next, while flowing hydrogen gas, (CH 3 ) 3 I
The step of stopping the supply of n will be described. FIG. 9 shows (C
The change in SPA reflection intensity in the stopping step after supplying 0.6 μmol of H 3 ) 3 In is shown. From the surface terminated with CH 3 immediately after the supply of (CH 3 ) 3 In, the SPA reflection intensity increases as the stop time increases, and the surface is saturated with the metal indium surface. This indicates that the CH 3 group covering the surface reacts with the hydrogen carrier gas, is reduced and becomes methane, and is desorbed, thereby forming a metal indium surface.
【0019】最後に(CH3 )3 Inの供給を停止する
工程の後、バルブ9を開け、PH3 を供給した場合のS
PA反射強度変化を図10に示す。PH3 は50scc
m供給している。3分間の供給停止工程により、金属イ
ンジウム面が形成されているため、PH3 供給開始後、
ほぼ10秒程度でリン安定化面までSPA反射強度が到
達している。これは、PH3 が金属インジウム面との触
媒効果により容易に分解して、リン単原子層が形成され
ることを示している。[0019] After the last (CH 3) 3 In the step of stopping the supply of, when opening the valve 9, which supplies the PH 3 S
FIG. 10 shows the change in PA reflection intensity. PH 3 is 50scc
m. Since the metal indium surface has been formed by the supply stop process for 3 minutes, after starting the supply of PH 3 ,
In about 10 seconds, the SPA reflection intensity reaches the phosphorus stabilized surface. This indicates that PH 3 is easily decomposed by the catalytic effect with the metal indium surface to form a phosphorus monoatomic layer.
【0020】以上図7に示す供給プログラムを繰り返す
ことにより、InPが1サイクル当り単原子層の成長速
度セルフリミッティング現象を生じながら、成長してい
く。By repeating the supply program shown in FIG. 7, InP grows while generating the self-limiting phenomenon of the growth rate of the monoatomic layer per cycle.
【0021】[0021]
【実施例2】InP基板上にInP薄膜を成長させた。
基板は単結晶で成長面は(001)である。V族元素の
水素化物としてホスフィンPH3 を、III 族有機金属化
合物としてトリメチルインジウム(CH3 )3 Inを用
いた。Example 2 An InP thin film was grown on an InP substrate.
The substrate is a single crystal and the growth surface is (001). Phosphine PH 3 was used as a hydride of a group V element, and trimethylindium (CH 3 ) 3 In was used as a group III organometallic compound.
【0022】図6に本発明装置の実施例の概要を示す。
1は反応炉、2は基板を支えるサセプタ、3はInP基
板、4は基板を加熱するためのRFコイル、5は水素ガ
ス、6はIII 族有機金属である(CH3 )3 In、7は
V族水素化物であるPH3 、8,9は(CH3 )3 I
n、PH3 の供給を開始,停止するためのバルブ、10
は紫外または可視光源である。今回は、紫外光源とし
て、波長193nmのエキシマレーザを用いた。また、
成長時の基板温度は、350℃に設定した。FIG. 6 shows an outline of an embodiment of the apparatus of the present invention.
1 is a reaction furnace, 2 is a susceptor that supports the substrate, 3 is an InP substrate, 4 is an RF coil for heating the substrate, 5 is hydrogen gas, 6 is a group III organic metal (CH 3 ) 3 In, and 7 is PH 3 , 8, 9 which are group V hydrides are (CH 3 ) 3 I
n, starting the supply of PH 3, valves for stopping, 10
Is an ultraviolet or visible light source. In this case, an excimer laser having a wavelength of 193 nm was used as an ultraviolet light source. Also,
The substrate temperature during growth was set to 350 ° C.
【0023】供給プログラムを図11に示す。まずバル
ブ8を1秒間開け、6の(CH3 ) 3 Inを供給し、水
素ガス5を流しながら、(CH3 )3 Inの供給を停止
し、同時に成長表面にエキシマレーザを10秒間照射
し、その後バルブ9を10秒間開け、PH3 を供給し、
水素ガス5を供給しながら、PH3 の供給を1秒間停止
する。このサイルを繰り返すことによりInPを成長さ
せていく。FIG. 11 shows the supply program. First bal
And open the channel 8 for 1 second.Three) ThreeSupply In and water
While flowing the raw gas 5, (CHThree)ThreeStop supplying In
And simultaneously irradiate the growth surface with excimer laser for 10 seconds
Then, open the valve 9 for 10 seconds,ThreeSupply,
PH while supplying hydrogen gas 5ThreeSupply for 1 second
I do. By repeating this sile, InP is grown.
Let me go.
【0024】InP基板表面に(CH3 )3 Inを供給
した場合については、実施例1と同じである。即ち図8
に示すように、SPA反射強度は(CH3 )3 In供給
量の増加とともに、金属インジウム面の値(反射強度
6.2×10-2)よりも小さな値(反射強度2.7×1
0-2)で顕著な飽和を示す。これはCH3 で終端された
表面形成され、その表面との分子間反発により(C
H3 )3 In分子の成長表面への吸着が飽和することを
示している。The case where (CH 3 ) 3 In is supplied to the InP substrate surface is the same as in the first embodiment. That is, FIG.
As shown in the figure, as the (CH 3 ) 3 In supply amount increases, the SPA reflection intensity becomes smaller (reflection intensity 2.7 × 1 −2 ) than the value of the metal indium surface (reflection intensity 6.2 × 10 −2 ).
0 -2 ) shows significant saturation. This forms a surface terminated with CH 3 , and due to intermolecular repulsion with the surface (C
This indicates that the adsorption of H 3 ) 3 In molecules on the growth surface is saturated.
【0025】次に水素ガスを流しながら(CH3 )3 I
nの供給を停止し、エキシマレーザを照射する工程につ
いて説明する。図12に(CH3 )3 Inを0.6μm
ol供給後の停止工程におけるエキシマレーザ照射時の
SPA反射強度変化を示す。(CH3 )3 In供給直後
のCH3 で終端された面から、エキシマレーザ照射時間
の増大とともにSPA反射強度が増加し、金属インジウ
ム面で飽和していく。これは、成長層表面で照射された
エキシマレーザが表面でのCH3 基で終端されたインジ
ウムを電子励起し、光分解を生じさせ、成長層表面から
CH3 基が脱離していき、金属インジウム面が形成され
ることを示している。Next, while flowing hydrogen gas, (CH 3 ) 3 I
The step of stopping the supply of n and irradiating an excimer laser will be described. FIG. 12 shows that (CH 3 ) 3 In
6 shows a change in the SPA reflection intensity at the time of excimer laser irradiation in the stop step after the supply of the ol. From the surface terminated with CH 3 immediately after the supply of (CH 3 ) 3 In, the SPA reflection intensity increases with an increase in the excimer laser irradiation time, and becomes saturated on the metal indium surface. This is because the excimer laser irradiated on the surface of the growth layer electronically excites indium terminated with CH 3 groups on the surface, causing photodecomposition, and the CH 3 groups are desorbed from the surface of the growth layer, and metal indium is removed. This shows that a surface is formed.
【0026】最後に(CH3 )3 Inの供給を停止し、
エキシマレーザを照射する工程の後、バルブ9を開け、
PH3 を供給した場合には、前記実施例1の図10で説
明したように、エキシマレーザの照射工程により、金属
インジウム面が形成されているため、PH3 供給開始
後、ほぼ10秒程度でリン安定化面までSPA反射強度
が到達している。これは、PH3 が金属インジウム面と
の触媒効果により容易に分解して、リン単原子層が形成
されることを示している。Finally, the supply of (CH 3 ) 3 In is stopped,
After the step of excimer laser irradiation, the valve 9 is opened,
When PH 3 was supplied, as described with reference to FIG. 10 of the first embodiment, since the metal indium surface was formed by the excimer laser irradiation process, approximately 10 seconds after the start of PH 3 supply. SPA reflection intensity reaches the phosphorus stabilization surface. This indicates that PH 3 is easily decomposed by the catalytic effect with the metal indium surface to form a phosphorus monoatomic layer.
【0027】以上図11に示す供給プログラムを繰り返
すことにより、InPが1サイクル当り単原子層の成長
速度セルフリミッティング現象を生じながら、成長して
いく。By repeating the supply program shown in FIG. 11, InP grows while generating the self-limiting phenomenon of the growth rate of the monoatomic layer per cycle.
【0028】なお、上記実施例では、基板温度を350
℃に設定したが、材料系,成長装置の幾何学的形状等に
より決まるものであり、好ましくは、300℃以上50
0℃以下の範囲にある。更に補足的に説明すると以下の
通りである。即ち、基板温度の上限はセルフリミッティ
ングに決定され、Ga系で450℃以下,In系で35
0℃以下となる。基板温度の下限はエピタキシャル成長
(単結晶成長)条件から決定されるが、材料系,装置系
にも依存するため一意的には決まらない。In the above embodiment, the substrate temperature is set to 350
The temperature was set to ° C., but it is determined by the material system, the geometrical shape of the growth apparatus, and the like.
It is in the range of 0 ° C or less. The following is a supplementary explanation. That is, the upper limit of the substrate temperature is determined by the self-limiting method.
It is 0 ° C. or less. The lower limit of the substrate temperature is determined from the epitaxial growth (single crystal growth) conditions, but cannot be uniquely determined because it depends on the material system and the device system.
【0029】上記実施例1,2における説明ではトリメ
チルインジウムIn(CH3 )3 の例を用いていたが、
これに限られるものではない。メチル基を有する金属化
合物であればよいことは図1乃至図5に図示した動作原
理からも明らかである。In the description of the first and second embodiments, the example of trimethylindium In (CH 3 ) 3 is used.
However, it is not limited to this. It is clear from the operation principle shown in FIGS. 1 to 5 that a metal compound having a methyl group may be used.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
III 族有機金属とV族水素化物を水素キャリアガスによ
るパージ工程を挟みながら、交互に供給することによる
III −V族化合物半導体薄膜形成法においてIII 族有機
金属供給後の水素キャリアガスによるパージ時間を3分
間以上とすることまたはIII 族有機金属供給後の水素キ
ャリアガスによるパージ工程で成長層表面に紫外または
可視光を照射するものである。水素パージ時間を3分間
以上とすることにより、成長層表面を被覆しているCH
3 基は水素によって還元されてメタンとなり、脱離して
いく。また紫外または可視光を照射することにより、成
長層表面を被覆しているCH3 基は電子励起され、光分
解し、脱離していく。このことにより、水素パージ終了
後、または紫外,可視光照射後はIII 族金属面が形成さ
れる。その後、V族水素化物が供給され、III 族金属面
上で触媒分解し、V族単原子層が形成される。III 族金
属面とV族面がパージ工程後交互に形成されつつ成長す
るため、炭素の取り込みが少なく、結晶性が良くなる。
また1サイクル当り単原子層の成長速度セルフリミッテ
ィング現象を実現することが可能となる。As described above, in the present invention,
By alternately supplying a group III organic metal and a group V hydride while interposing a purge step with a hydrogen carrier gas
In the method of forming a group III-V compound semiconductor thin film, the purging time with a hydrogen carrier gas after supply of a group III organic metal is set to 3 minutes or more, or the purging step with a hydrogen carrier gas after supply of a group III organic metal causes an ultraviolet ray on the surface of the growth layer. Alternatively, it emits visible light. By setting the hydrogen purge time to 3 minutes or longer, CH covering the growth layer surface is removed.
The three groups are reduced by hydrogen to methane and desorb. By irradiating ultraviolet or visible light, the CH 3 group covering the surface of the growth layer is electronically excited, photo-decomposed, and desorbed. As a result, a group III metal surface is formed after the end of the hydrogen purge or after the irradiation of ultraviolet or visible light. Thereafter, a Group V hydride is supplied and catalytically decomposed on the Group III metal surface to form a Group V monoatomic layer. Since the group III metal plane and the group V plane grow while being alternately formed after the purge step, the incorporation of carbon is small and the crystallinity is improved.
In addition, it becomes possible to realize the self-limiting phenomenon of the growth rate of the monoatomic layer per cycle.
【図1】本発明の動作原理を説明する図であって、単原
子層以上に供給された(CH3 )3 Inは、基板表面の
CH3 基との分子間反発により基板表面に付着しない様
子を示す図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the operation principle of the present invention, in which (CH 3 ) 3 In supplied to a monoatomic layer or more does not adhere to a substrate surface due to intermolecular repulsion with a CH 3 group on the substrate surface. It is a figure showing a situation.
【図2】本発明の動作原理を説明する図であって、停止
工程において、表面を被覆しているCH3 基が水素キャ
リアガスと反応し、還元されてメタンとなり脱離する様
子を示す図である。FIG. 2 is a view for explaining the operation principle of the present invention, and shows a state in which a CH 3 group covering the surface reacts with a hydrogen carrier gas in a stopping step, and is reduced to methane and desorbed. It is.
【図3】本発明の動作原理を説明する図であって、イン
ジウム金属面を形成する様子を示す図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation principle of the present invention and is a diagram showing a state of forming an indium metal surface.
【図4】本発明の動作原理を説明する図であって、ホス
フィンPH3 が金属インジウムとの触媒作用により分離
してリン単原子層を形成する様子を示す図である。FIG. 4 is a view for explaining the principle of operation of the present invention, showing how phosphine PH 3 is separated by catalytic action with indium metal to form a phosphorus monoatomic layer.
【図5】本発明の動作原理を説明する図であって、成長
層表面に紫外または可視光を照射する様子を示す図であ
る。FIG. 5 is a view for explaining the operation principle of the present invention, showing a state in which the surface of a growth layer is irradiated with ultraviolet or visible light.
【図6】本発明の装置の実施例の概要を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an outline of an embodiment of the apparatus of the present invention.
【図7】本発明の実施例の供給プログラムを示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing a supply program according to the embodiment of the present invention.
【図8】トリメチルインジウム供給量とSPA反射強度
の関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the supply amount of trimethylindium and the SPA reflection intensity.
【図9】トリメチルインジウム供給停止時間の効果を示
す図である。FIG. 9 is a diagram showing the effect of the supply stop time of trimethylindium.
【図10】金属インジウム面上でのホスフィンの分解を
示す図である。FIG. 10 is a view showing decomposition of phosphine on a metal indium surface.
【図11】本発明の実施例の供給プログラムを示す図で
ある。FIG. 11 is a diagram showing a supply program according to the embodiment of the present invention.
【図12】レーザ照射の効果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an effect of laser irradiation.
1 反応管 2 サセプタ 3 基板 4 RFコイル 5 水素ガス 6 III 族有機金属 7 V族水素化物 8,9 バルブ 10 紫外または可視光源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction tube 2 Susceptor 3 Substrate 4 RF coil 5 Hydrogen gas 6 Group III organometallic 7 Group V hydride 8, 9 Bulb 10 Ultraviolet or visible light source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−38823(JP,A) 特開 平1−316925(JP,A) 特開 平5−62902(JP,A) 特開 平5−175145(JP,A) 特開 平4−226018(JP,A) 特開 昭63−253619(JP,A) 特開 昭59−3099(JP,A) 特開 昭61−275195(JP,A) 特開 平4−368120(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01S 5/00 C30B 25/00 C23C 16/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-4-38823 (JP, A) JP-A-1-316925 (JP, A) JP-A-5-62902 (JP, A) JP-A-5-62902 175145 (JP, A) JP-A-4-226018 (JP, A) JP-A-63-253619 (JP, A) JP-A-59-3099 (JP, A) JP-A-61-275195 (JP, A) JP-A-4-368120 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/31 H01S 5/00 C30B 25/00 C23C 16/00
Claims (2)
物を加熱された基板上に輸送し、熱分解によってIII −
V族化合物半導体を基板上に成長させる化合物半導体薄
膜形成法において、 水素で希釈されたIII 族有機金属化合物を基板上に導入
する第1の工程と、 水素キャリアガスを輸送しながら前記有機金属化合物の
導入を停止する第2の工程と、 水素で希釈されたV族水素化物を基板上に導入する第3
の工程と、 水素キャリアガスを輸送しながら前記水素化物の導入を
停止する第4の工程とを繰り返し、 前記有機金属化合物がメチル基を有する金属化合物であ
り、 前記水素キャリアガスを輸送しながら前記有機金属化合
物の導入を停止する時間が3分以上であることを特徴と
する化合物半導体薄膜形成法。1. A group III organometallic compound and a group V hydride are transported onto a heated substrate, and the III-
A compound semiconductor thin film forming method for growing a group V compound semiconductor on a substrate, wherein a first step of introducing a group III organometallic compound diluted with hydrogen onto the substrate; and A second step of stopping the introduction of hydrogen, and a third step of introducing a group V hydride diluted with hydrogen onto the substrate.
And a fourth step of stopping the introduction of the hydride while transporting the hydrogen carrier gas, wherein the organometallic compound is a metal compound having a methyl group, and A method for forming a compound semiconductor thin film, wherein the time for stopping the introduction of the organometallic compound is 3 minutes or more.
物を加熱された基板上に輸送し、熱分解によってIII −
V族化合物半導体を基板上に成長させる化合物半導体薄
膜形成法において、 水素で希釈されたIII 族有機金属化合物を基板上に導入
する第1の工程と、 水素キャリアガスを輸送しながら前記有機金属化合物の
導入を停止する第2の工程と、 水素で希釈されたV族水素化物を基板上に導入する第3
の工程と、 水素キャリアガスを輸送しながら前記水素化物の導入を
停止する第4の工程とを繰り返し、 前記有機金属化合物がメチル基を有する金属化合物であ
り、 前記水素キャリアガスを輸送しながら前記有機金属化合
物の導入を停止する第4の工程において基板表面に、紫
外または可視光を照射することを特徴とする化合物半導
体薄膜形成法。2. A group III organometallic compound and a group V hydride are transported onto a heated substrate, and the group III-
A compound semiconductor thin film forming method for growing a group V compound semiconductor on a substrate, wherein a first step of introducing a group III organometallic compound diluted with hydrogen onto the substrate; and A second step of stopping the introduction of hydrogen, and a third step of introducing a group V hydride diluted with hydrogen onto the substrate.
And a fourth step of stopping the introduction of the hydride while transporting the hydrogen carrier gas, wherein the organometallic compound is a metal compound having a methyl group, and A method of forming a compound semiconductor thin film, comprising irradiating a substrate surface with ultraviolet or visible light in a fourth step of stopping introduction of an organometallic compound.
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---|---|---|---|
JP04030004A JP3090232B2 (en) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | Compound semiconductor thin film formation method |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05198518A JPH05198518A (en) | 1993-08-06 |
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