JP3319052B2 - 有機金属気相成長方法 - Google Patents
有機金属気相成長方法Info
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Description
法、特にAlGaSb系化合物半導体の成長を行う有機
金属気相成長方法に係わる。
(有機金属による化学的気相成長法)により成長する場
合TMAl(トリメチルアルミニウム)、TMGa(ト
リメチルガリウム)、TMSb(トリメチルアンチモ
ン)が用いられてきたが、原料ガスのTMAlが熱分解
し難いため、AlCの生成や、1018cm-3以上のカー
ボン不純物の混入、Alの分配係数の低下、表面の結晶
状態いわゆる表面モルフォロジーの劣化が問題とされて
いる(例えば“C.B.Cooper et al,Electron Letters16
(1980)892 ”、“M.Leroux,A.Tromson-Carli,P.Gibart,
C.Verie,C.Bernard,and M.C.Schouler, Journal of Cry
stal Growth 48(1980)367-378 ”、“G.J.Bougnot,J.Bo
ugnot,F.Delannoy,A.Foucaran,P.Grosse,M.Marjan,F.Pa
scal, andF.Roumanille,Revue Phys.Appl.22(1987)837-
844”、“E.T.R.Chidly,S.K.Hay-wood,R.E.Mallard,N.
J.Mason,R.J.Nicholas,P.J.Walker and R.J.Warburton,
Journal of Crystal Growth 93(1988)70-78 ”、“D.S.
Cao,Z.M.Fang and G.B.Stringfellow,Journal of Cryst
al Growth 107(1991)1009”など) 。
Sb、InAs、GaSb、InSb及びこれらの混晶
を用いた素子を作製する場合、低温成長が好ましい。こ
れは、GaSbが570℃〜600℃で、またInAs
が470℃近傍で良好な結晶が得られるためである。
Sbの融点がそれぞれ712℃、527℃と低いため、
これらの混晶を用いたヘテロ接合を作製する場合、低温
成長が必須条件となる。従ってAlの分解を促進するた
めに成長温度を上げることは不可能である。
供給量比を大とすると、表面モルフォロジーが悪くなる
傾向があり、良好な結晶性をもって高いAl混晶比のA
lGaSb系化合物半導体を気相成長することは極めて
困難である。
れたMOCVD法によるAlGaSb系半導体の成長条
件を提示し、これによりAl混晶比が比較的高く、且つ
その表面モルフォロジーが良好で、即ち鏡面成長が可能
なAlGaSb系半導体を得られるようにする。
めに、本発明においては、原料ガスとしてAl及びGa
及びSbのトリエチル系化合物を用いて、V/III 比が
1.0近傍でAlGaSb系半導体を成長する。
温度を570℃以上660℃以下とする。また本発明
は、上述の方法において、成長温度を570℃以上63
0℃以下とする。更にまた本発明は、上述の方法におい
て、成長圧力を常圧から減圧10Torrの圧力範囲と
する。
の混晶比が0.4以上のAlGaSb系半導体を成長す
る。
の材料を用い、V/III 比が1.0近傍で成長させること
によって、後段の実施例において詳細に説明するよう
に、AlGaSb系半導体を良好な表面性をもって成長
することができることが本発明者等の鋭意考察研究の結
果判明した。
Dにおいてその原料ガスを切り換えるのみで簡単に且つ
良好な結晶性をもってヘテロ接合を形成することがで
き、InAs/AlGaSb等の半導体半金属相転移を
組成制御によって容易に作製することができる。
ンジスタ)(例えば“T.H.Chiu andA.F.J.Levi,Journal
of Vaccum Science Technology B6(1988)674”)や、
LD(レーザダイオード)(例えば“Y.Omori et al.,J
apanese Journal of AppliedPhysics 24(1985)L657-L66
0”)、またFET(電界効果トランジスタ)(例えば
“K.Yoh et al.,Japanese Journal of Applied Physics
30(1991)P3833-3836”)への応用技術が提案されてお
り、これらのデバイスの量産を容易に行うことが可能と
なる。
体が格子整合しないGaAs基板上にこのAlGaSb
系半導体を成長しても鏡面が得られ、AlSb、GaS
b、InSb、InAs及びこれらの混晶を用いたデバ
イスをGaAs基板上に作製する場合に、良好な結晶性
をもってバッファ層を構成することができる。
原料ガスを用いて成長する比較例と対比させて説明す
る。
装置を用いた。この場合常圧から減圧10Torrの範
囲で成長可能である。また、キャリアガスとしては水素
を用い、常圧換算で流量17l/minとした。原料ガ
スとしてはエチル系はTEAl(トリエチルアルミニウ
ム)、TEGa(トリエチルガリウム)、TESb(ト
リエチルアンチモン)を用い、また比較例においてはメ
チル系材料のTMAl、TMGa、TMSbを用いた。
リアガス流量(常圧換算)は下記表1の通りである。
解析はEPMA(電子プローブX線マイクロアナライザ
ー)及びX線回折により行った。
膜厚約1μmのAlx Ga1-x Sb半導体を成長させ、
その表面モルフォロジーを観察した。実施例においては
エチル系材料のみのTEAl、TEGa及びTESbを
用い、比較例1においてはエチル系材料及びメチル系材
料を混合してTEAl、TEGa及びTMSbを、また
比較例2においてはメチル系材料のみのTMAl、TM
Ga及びTMSbを用いた場合を示す。
TEAlをダイマー(二量体)として計算し、V族原料
(Sb)と III族原料(Al、Ga)の供給量比いわゆ
るV/III比を [V]/[III] として、またAlの III族原
料に対する供給量比を [Al]/[III] として示し、表面
状態の良好なものを○、結晶性の悪いものを×、中間の
ものを△として示す。
いる本実施例においては、表面モルフォロジーが良好で
且つAl混晶比xが0.31〜0.51と格段に高い値
が得られており、特にメチル系材料のみを用いる従来方
法に比し6〜10倍と格段に大とすることができること
がわかった。
合に較べても、本発明においてはAl混晶比xを約1.
5倍〜2倍程度とすることができたことがわかる。
a、TESbの組み合わせにおいては、V/III比が1.
0近傍であることが望ましい。参考のために、GaSb
をエチル系材料によりV/III比を変えて成長した場合の
表面状態の結果を下記の表4に示す。
く離れると表面状態が悪くなる傾向があることがわか
る。このことから類推して、エチル系材料によりAlG
aSbを成長する場合においても、V/III比は1.0か
ら離れ、具体的にはV/III比が0.5未満、或いは2.
0を越える場合は表面モルフォロジーが劣化することが
予想される。このため、本発明においてはV/III比を
0.5以上2.0以下とするものである。
〜3より630℃で良好な結果が得られたため、これよ
り高温の660℃とする場合においても良好な表面状態
とすることができるものと推察される。更に、上述の表
4の結果からわかるように、エチル系材料で570℃の
成長温度とするときに、GaSb結晶を良好に成長する
ことができることから、エチル系材料のみを用いてAl
GaSbを成長する場合においても、そのV/III比を適
切に選定することによって良好な成長が可能となること
が推察される。従って、本発明においては、成長温度を
570℃〜660℃に選定するものである。
て、固相中に取り込まれたAl組成比について、上述の
実施例及び比較例において得られた結果を示す。図中□
はエチル系材料のTEAl、TEGa及びTESbを用
いる場合、▲はTEAl、TEGa及びTMSbを用い
る場合、●はTMAl、TMGa及びTMSbを用いる
場合をそれぞれ示す。また実線a〜dはそれぞれ分配係
数KAlが1.0、0.5、0.2、0.1の場合を示
す。このとき分配係数KAlを下記数1の如く定義する。
TMGa、TEAl又はTMAlの濃度を示す。)
の分配係数KAlは0.5程度の高い値を示していること
がわかる。
した結果を示す。図2において、図1に対応する部分に
は同一の記号を付して示す。この図2からわかるよう
に、本発明によるエチル系材料のみを用いる場合は分配
係数KAlはメチル系材料を用いる場合に比し高い値とな
っていることが明らかである。
Ga及びTMSb)のみを用いる比較例3において、A
l供給量比を0.3に固定した場合、また成長温度を6
30℃に固定した場合のそれぞれの表面モルフォロジー
の結果を下記の表5及び表6に示す。この例において
は、膜厚を約0.1μmとした。
は成長温度を630℃以上とし、且つV/III比を2以上
とすることが必要となることがわかる。これより低温の
条件、またV/III比の低い条件では表面モルフォロジー
の劣化が認められる。
630℃とする場合、V/III比が2.0の場合からわか
るように、Alの供給量比を上げると表面モルフォロジ
ーが悪くなる傾向が見られる。モルフォロジーを回復さ
せるには、更にV/III比を高くする必要が生じる。
てAlの混晶比が低下する傾向があり、より高い混晶比
でなおかつモルフォロジーの良好な結晶を得ることが困
難であることがわかる。
する固相中に取り込まれたAlの組成比を示す。図中実
線e〜hはそれぞれAlの分配係数KAlが1.0、0.
5、0.2、0.1の場合をそれぞれ示す。この場合A
lの分配係数が0.1〜0.2程度と低い値に留まるこ
とがわかる。
る本発明によればAlGaSb半導体の成長にあたっ
て、その表面モルフォロジーを良好に保持しつつAl混
晶比を0.3以上と比較的高くすることが可能であるこ
とがわかる。
AlGaSb系半導体を成長した場合について説明した
が、GaAs基板を用いた場合についても表面の観察を
行った。
TEGa及びTESbを用いてAl 0.4 Ga0.6 Sbを
成長した場合、その表面は平坦で良好なモルフォロジー
が得られた。
Sbを用いてAl0.25Ga0.75Sbを成長した場合は、
表面が白濁し、モルフォロジーが著しく劣化しているこ
とがわかった。
上においても、高いAl混晶比をもってAlGaSbを
鏡面成長することができる。従って、デバイス応用上極
めて重要な利益が得られる。
nAs及びその混晶を用いたデバイスを作製する場合、
その基板として現状の基板作製技術ではGaSb、In
Asの半絶縁性の基板が得られないことから超高速動作
が可能な素子を作製しても、GaSb、InAs基板の
電極下の寄生容量が低減できず、このため素子の本来も
っている高速特性が引き出せないという問題がある。
Sb、GaSb、InSb、InAs及びその混晶から
成るバッファ層を成長させ、その上に素子構造を作る方
法が試みられている(例えば“J.R.Soederstroem et a
l.,Applied Physics Letters58(1991)275-277 ”、“E.
R.Brown et al.,Applied Physics Letters 58(1991)229
1-2293”)。しかしながらMOCVDの場合、モルフォ
ロジーの劣化が顕著で、高速素子に必要な微細下に耐え
うる表面を作製するのは困難であった。
にGaAs基板上においてAlGaSb半導体を鏡面成
長できることから、これをバッファ層として構成するこ
とによって、これらの素子をGaAs基板上に作製する
ことが可能となる。
なく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能で
ある。
aSb系半導体を、表面モルフォロジーを良好に保持し
つつAl混晶比を高くすることができる。
ロ接合を容易に作製することができる。このヘテロ接合
は、半導体半金属相転移を組成制御によって容易に設計
できる。また、HET、LDやFETの応用にあたって
そのデバイスの量産を容易にする。
b半導体は、格子整合しないGaAs基板上に成長する
場合においても表面モルフォロジーが良好となって鏡面
が得られ、これをバッファ層として構成することによっ
て、AlSb、GaSb、InSb、InAs及びこれ
らの混晶を用いたデバイスをGaAs基板上に容易に作
製することができる。
l組成比の関係を示す図である。
図である。
取り込まれたAl組成比の関係を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 原料ガスとしてAl及びGa及びSbの
トリエチル系化合物を用いて、V/III 比が1.0近傍で
AlGaSb系半導体を成長することを特徴とする有機
金属気相成長方法。 - 【請求項2】 成長温度を570℃以上660℃以下と
する請求項1に記載の有機金属気相成長方法。 - 【請求項3】 成長温度を570℃以上630℃以下と
する請求項1に記載の有機金属気相成長方法。 - 【請求項4】 成長圧力を常圧から減圧10Torrの
圧力範囲とすることを特徴とする請求項1に記載の有機
金属気相成長方法。 - 【請求項5】 Alの混晶比が0.4以上のAlGaS
b系半導体を成長することを特徴とする請求項1に記載
の有機金属気相成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18839293A JP3319052B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 有機金属気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP18839293A JP3319052B2 (ja) | 1993-07-29 | 1993-07-29 | 有機金属気相成長方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0745525A JPH0745525A (ja) | 1995-02-14 |
JP3319052B2 true JP3319052B2 (ja) | 2002-08-26 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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