JPH01103982A - ３−５族化合物半導体単結晶の製造方法 - Google Patents
３−５族化合物半導体単結晶の製造方法Info
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- JPH01103982A JPH01103982A JP62260833A JP26083387A JPH01103982A JP H01103982 A JPH01103982 A JP H01103982A JP 62260833 A JP62260833 A JP 62260833A JP 26083387 A JP26083387 A JP 26083387A JP H01103982 A JPH01103982 A JP H01103982A
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Landscapes
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野） 。
本発明はＩＩＩ ＋ Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方
法に関するものである。
法に関するものである。
（従来の技術）
半導体の極めて薄い膜は、ヘテロ構造と組合わせること
によって新しいデバイスへの応用が期待されることから
近年大きな注目を集めている。また、ＧａＡｌＡｓ−Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰなどのＩＩＩ −Ｖ族
化合物半導体の組合わせを用いて、超格子構造による量
子井戸レーザーや変調ドープ構造による超格子デバイス
などが作られている。これらの構造においてはへテロ界
面の急峻性が非常に重要であり、原子層レベルでの急峻
性、平坦性が要求される。
によって新しいデバイスへの応用が期待されることから
近年大きな注目を集めている。また、ＧａＡｌＡｓ−Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＰ−ＩｎＧａＡｓＰなどのＩＩＩ −Ｖ族
化合物半導体の組合わせを用いて、超格子構造による量
子井戸レーザーや変調ドープ構造による超格子デバイス
などが作られている。これらの構造においてはへテロ界
面の急峻性が非常に重要であり、原子層レベルでの急峻
性、平坦性が要求される。
このような半導体薄膜の成長技術として、最近原子層エ
ピタキシャル成長法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐ
ｉｔａｘｙ： ＡＬＥ）が注目されている。ＩＩＩ族原
料とＶ族原料を交互に供給する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り、また低温で成長させるこ
とが可能である。このため、従来半導体の薄膜成長にお
いて主として用いられてきた分子線エピタキシー法（Ｍ
ＢＥ法）、有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ法）に比べ、
より平坦なかつ急峻なペテロ界面を得ることが期待され
る。ＡＬＥは大別すると、トリメチルガリウム等の有機
金属を用いた成長と、ＩＩＩ族モノクロライドを用いた
成長に分けられる。特にＩＩＩ族モノクロライドを原料
としたクロライドＡＬＥは、自己堆積停止機構を有する
ことから原料供給量、原料分圧、成長温度に関し広い範
囲で単原子層成長が可能である。このため、大面積上に
高均一に成長することが可能であり、量産を考えると非
常に有利である。（Ａ、 Ｕｓｕｉ ａｎｄ Ｈ。
ピタキシャル成長法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐ
ｉｔａｘｙ： ＡＬＥ）が注目されている。ＩＩＩ族原
料とＶ族原料を交互に供給する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り、また低温で成長させるこ
とが可能である。このため、従来半導体の薄膜成長にお
いて主として用いられてきた分子線エピタキシー法（Ｍ
ＢＥ法）、有機金属熱分解法（ＭＯＣＶＤ法）に比べ、
より平坦なかつ急峻なペテロ界面を得ることが期待され
る。ＡＬＥは大別すると、トリメチルガリウム等の有機
金属を用いた成長と、ＩＩＩ族モノクロライドを用いた
成長に分けられる。特にＩＩＩ族モノクロライドを原料
としたクロライドＡＬＥは、自己堆積停止機構を有する
ことから原料供給量、原料分圧、成長温度に関し広い範
囲で単原子層成長が可能である。このため、大面積上に
高均一に成長することが可能であり、量産を考えると非
常に有利である。（Ａ、 Ｕｓｕｉ ａｎｄ Ｈ。
Ｓｕｎａｋａｗａ；Ｊｐｎ、 Ｊ、 Ａｐｐｌ、 Ｐｈ
ｙｓ、 ２５ （１９８６） ｐｐ、Ｌ２１２−Ｌ２１
４） （発明が解決しようとした問題点） 以上のようにクロライドＡＬＥは、従来の成長法にない
利点があるが、−原子層成長させるのに４０秒近くかか
゛るため成、長速度が１〜ＩＯＡ／ｍｉｎと非常に遅い
。これは次の理由による。ＡＬＥでは原料を交互に供給
することから、原料供給の遮断を急峻に行なう必要があ
る。ところが、クロライドＡＬＥでは常圧で成長を行な
うため、原料ガスを急峻に遮断することができず、パー
ジ時間を十分とらなければならない。成長速度が遅いと
、スルーブツトが低下するだけでなく、成長中に成長表
面が長時間雰囲気ガスにさらされることになり、不純物
の取り込みが増える恐れがあり１．高純度化が困難とな
る。
ｙｓ、 ２５ （１９８６） ｐｐ、Ｌ２１２−Ｌ２１
４） （発明が解決しようとした問題点） 以上のようにクロライドＡＬＥは、従来の成長法にない
利点があるが、−原子層成長させるのに４０秒近くかか
゛るため成、長速度が１〜ＩＯＡ／ｍｉｎと非常に遅い
。これは次の理由による。ＡＬＥでは原料を交互に供給
することから、原料供給の遮断を急峻に行なう必要があ
る。ところが、クロライドＡＬＥでは常圧で成長を行な
うため、原料ガスを急峻に遮断することができず、パー
ジ時間を十分とらなければならない。成長速度が遅いと
、スルーブツトが低下するだけでなく、成長中に成長表
面が長時間雰囲気ガスにさらされることになり、不純物
の取り込みが増える恐れがあり１．高純度化が困難とな
る。
また、アルミニウムを含む結晶のクロライドＡＬＥに関
しては、この他にも問題がある。アルミニウムクロライ
ドは、常圧下で ３ ＡｌＣｌ→２ＡＩ＋ＡｌＣｌ３ なる不均等化反応を起こし、アルミニウムが析出してし
まうため、ＩＩＩ族モノクロライドの特徴である自己堆
積停止機構が機能しなくなる。
しては、この他にも問題がある。アルミニウムクロライ
ドは、常圧下で ３ ＡｌＣｌ→２ＡＩ＋ＡｌＣｌ３ なる不均等化反応を起こし、アルミニウムが析出してし
まうため、ＩＩＩ族モノクロライドの特徴である自己堆
積停止機構が機能しなくなる。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、高真空中に設置された基板単結晶上に、ＩＩ
Ｉ族モノクロライド分子線と、Ｖ族原子を含む分子の分
子線を交互に照射し、上記基板結晶上にＩＩＩ ｅ Ｖ
族化合物半導体単結晶を成長させることを特徴としたＩ
ＩＩ ｅ Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法を提供す
るものである。
Ｉ族モノクロライド分子線と、Ｖ族原子を含む分子の分
子線を交互に照射し、上記基板結晶上にＩＩＩ ｅ Ｖ
族化合物半導体単結晶を成長させることを特徴としたＩ
ＩＩ ｅ Ｖ族化合物半導体単結晶の製造方法を提供す
るものである。
（作用）
原料ガスを高真空中で分子線として供給するため、原料
供給の遮断が急峻に行える。また、残留不純物の少ない
高真空中で成長を行なうので、成長時間が長くなっても
成長膜が汚染されることはない。さらに平衡計算による
と、アルミニウムクロライドは、１０’Ｔｏｒｒ以上の
真空度では成長温度において安定に存在するので、自己
堆積停止機構が失われることはない。
供給の遮断が急峻に行える。また、残留不純物の少ない
高真空中で成長を行なうので、成長時間が長くなっても
成長膜が汚染されることはない。さらに平衡計算による
と、アルミニウムクロライドは、１０’Ｔｏｒｒ以上の
真空度では成長温度において安定に存在するので、自己
堆積停止機構が失われることはない。
（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。
る。
第１図は本発明に基づ＜ ＧａＡｓ成長装置の概略であ
る。基板結晶１０はモリブデン製ブロック１１にインジ
ウムを用いて固定し、ベース圧力ｌＸｌ０−１ＯＴｏｒ
ｒの一真空容器１２中に設置される。真空容器１３のベ
ース圧力は１０−’Ｔｏｒｒであり、その中にガリウム
をいれたカーボンルツボ１４を設置する。ルツボ１４は
石英窓１５をとおして赤外線ランプ１６により２００〜
１０００°Ｃに加熱される。塩素または塩化水素ガス１
７はバリアプルリークバルブ１８を介し、ノズル１９か
らルツボ１４中のガリウムに吹き付けられ、２ Ｇａ
＋ Ｃ１ｚ→２ Ｇａｃｌ または ２ Ｇａ ＋ ２ ＨＣｌ−＋２ ＧａＣ１＋ Ｈ２な
る反応によりガリウムモノクロライドを生成する。真空
容器１３の圧力は塩素または塩化水素ガス導入時１Ｏ−
３Ｔｏｒｒとした。生成したガリウムモノクロライドは
０．５ｍｍのきンホール２０を通り、ビームとして真空
容器１２に導かれる。真空容器１２にはガリウムモノク
ロライドの分子線を遮断するためのシャッター２１が設
置されている。Ｖ族原料にはＡｓＨｓを用いた。ＡｓＨ
ａ ２２はマスフローコントローラ２３で流量を制御し
、クラッカーセル２４によりＡｓ２に分解して基板に供
給される。Ａｓ２のｏｎｌｏｆｆはシャッター２５によ
り行った。また真空容器内のガスを分析するため四重極
質量分析器２６が設置されている。
る。基板結晶１０はモリブデン製ブロック１１にインジ
ウムを用いて固定し、ベース圧力ｌＸｌ０−１ＯＴｏｒ
ｒの一真空容器１２中に設置される。真空容器１３のベ
ース圧力は１０−’Ｔｏｒｒであり、その中にガリウム
をいれたカーボンルツボ１４を設置する。ルツボ１４は
石英窓１５をとおして赤外線ランプ１６により２００〜
１０００°Ｃに加熱される。塩素または塩化水素ガス１
７はバリアプルリークバルブ１８を介し、ノズル１９か
らルツボ１４中のガリウムに吹き付けられ、２ Ｇａ
＋ Ｃ１ｚ→２ Ｇａｃｌ または ２ Ｇａ ＋ ２ ＨＣｌ−＋２ ＧａＣ１＋ Ｈ２な
る反応によりガリウムモノクロライドを生成する。真空
容器１３の圧力は塩素または塩化水素ガス導入時１Ｏ−
３Ｔｏｒｒとした。生成したガリウムモノクロライドは
０．５ｍｍのきンホール２０を通り、ビームとして真空
容器１２に導かれる。真空容器１２にはガリウムモノク
ロライドの分子線を遮断するためのシャッター２１が設
置されている。Ｖ族原料にはＡｓＨｓを用いた。ＡｓＨ
ａ ２２はマスフローコントローラ２３で流量を制御し
、クラッカーセル２４によりＡｓ２に分解して基板に供
給される。Ａｓ２のｏｎｌｏｆｆはシャッター２５によ
り行った。また真空容器内のガスを分析するため四重極
質量分析器２６が設置されている。
以上の装置によりＧａＡｓ ＡＬＥ成長を行なった。
ムをいれたルツボ１４を４００°Ｃに保つ、塩素流量を
３ｓｅｃｍ、 ＡｓＨ３流量を５ｓｅｃｍとした。原料
供給サイクルは、ＧａＣ１を１秒供給、Ａｓ２を１秒供
給を１サイクルとし、これを３０００サイクル繰り返し
た。基板には半絶縁性＜１００＞ＧａＡｓ基板を用い、
基板温度は４００〜５５０°Ｃとした。これらの条件の
下で成長を行なった結果、第２図と第３図に示すように
成長温度、ＧａＣ１分圧によらず単原子層成長が実現さ
れていることがわかった。得られた成長膜の電気的特性
を測定したところ、電子密度は２Ｘ１０１５ａｍ’であ
り、純度の高い成長膜が得られたことがわかる。
３ｓｅｃｍ、 ＡｓＨ３流量を５ｓｅｃｍとした。原料
供給サイクルは、ＧａＣ１を１秒供給、Ａｓ２を１秒供
給を１サイクルとし、これを３０００サイクル繰り返し
た。基板には半絶縁性＜１００＞ＧａＡｓ基板を用い、
基板温度は４００〜５５０°Ｃとした。これらの条件の
下で成長を行なった結果、第２図と第３図に示すように
成長温度、ＧａＣ１分圧によらず単原子層成長が実現さ
れていることがわかった。得られた成長膜の電気的特性
を測定したところ、電子密度は２Ｘ１０１５ａｍ’であ
り、純度の高い成長膜が得られたことがわかる。
またルツボ１４にアルミニウムをいれＡＩ’Ａｓの成長
を行なったが、ＧａＡｓと同様に基板温度、ＡｌＣｌ分
圧によらない単原子層成長が実現された。塩素ガスのか
わりに塩化水素ガスを用いた場合も同様の結果が得られ
た。
を行なったが、ＧａＡｓと同様に基板温度、ＡｌＣｌ分
圧によらない単原子層成長が実現された。塩素ガスのか
わりに塩化水素ガスを用いた場合も同様の結果が得られ
た。
（発明の効果）
ＩＩＩ族分子分子線てＧａＣ１を用い、高真空中でＧａ
ＡｓＡＬＥを行なうことにより、常圧のクロライドＡＬ
Ｅに比べてスループットの高い成長を行なうことができ
、また純度の高い成長膜が得られた。さらに、常圧では
不可能であった、ＡｌＡｓのＡＬＥ成長も本発明により
可能となった。実施例にはＧａＡｓ、ＡｌＡｓの成長例
を示したが、この他にもＩＩＩ族原子がＧａ、 Ａｌ、
Ｉｎ、 Ｖ族原子が、Ａｓ、 Ｐ、 Ｓｂからなる化合
物半導体、例えばＧａＰ、 ＩｎＰ等や、さらにこれら
から構成される混晶においても同様の効果が得られるこ
とは明かである。
ＡｓＡＬＥを行なうことにより、常圧のクロライドＡＬ
Ｅに比べてスループットの高い成長を行なうことができ
、また純度の高い成長膜が得られた。さらに、常圧では
不可能であった、ＡｌＡｓのＡＬＥ成長も本発明により
可能となった。実施例にはＧａＡｓ、ＡｌＡｓの成長例
を示したが、この他にもＩＩＩ族原子がＧａ、 Ａｌ、
Ｉｎ、 Ｖ族原子が、Ａｓ、 Ｐ、 Ｓｂからなる化合
物半導体、例えばＧａＰ、 ＩｎＰ等や、さらにこれら
から構成される混晶においても同様の効果が得られるこ
とは明かである。
第１図は本発明に係る実施例に用いられた結晶成長装置
を示す概略図。 １０・・・基板結晶 １１・・・モリブデン製ブロック １２、１３・・・真空容器 １４・・・カーボンルツボ １５・・・石英窓 １６・・・赤外線ランプ １７・・・塩素または塩化水素ガス １８・・・バリアプルリークバルブ １９・・・ノズル ２０・・・ピンホール ２１・・・シャッター ２２・ＡｓＨ３ ２３・・・マスフローコントローラ ２４・・・クラッカーセル ２５・・・バルブ ２６・・・四重極質量分析器 第２図は本発明によるＧａＡｓ ＡＬＥ成長における、
成長速度の成長温度依存性を示す図。 第３図は本発明によるＧａＡｓ ＡＬＥ成長における、
成長速度のＧａＣ１分圧依存性を示す図。
を示す概略図。 １０・・・基板結晶 １１・・・モリブデン製ブロック １２、１３・・・真空容器 １４・・・カーボンルツボ １５・・・石英窓 １６・・・赤外線ランプ １７・・・塩素または塩化水素ガス １８・・・バリアプルリークバルブ １９・・・ノズル ２０・・・ピンホール ２１・・・シャッター ２２・ＡｓＨ３ ２３・・・マスフローコントローラ ２４・・・クラッカーセル ２５・・・バルブ ２６・・・四重極質量分析器 第２図は本発明によるＧａＡｓ ＡＬＥ成長における、
成長速度の成長温度依存性を示す図。 第３図は本発明によるＧａＡｓ ＡＬＥ成長における、
成長速度のＧａＣ１分圧依存性を示す図。
Claims (2)
- （１）高真空中に設置された単結晶基板上に、III族モ
ノクロライド分子線とＶ族原子を含む分子の分子線を交
互に照射し、上記基板上にIII−Ｖ族化合物半導体単結
晶を成長させることを特徴としたIII−Ｖ族化合物半導
体単結晶の製造方法。 - （２）前記III族モノクロライドを、III族金属と塩素ま
たはIII族金属と塩化水素との反応により得ることを特
徴とした特許請求の範囲第１項に記載のIII−Ｖ族化合
物半導体単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62260833A JPH01103982A (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | ３−５族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62260833A JPH01103982A (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | ３−５族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01103982A true JPH01103982A (ja) | 1989-04-21 |
Family
ID=17353390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62260833A Pending JPH01103982A (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | ３−５族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01103982A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9012334B2 (en) | 2001-02-02 | 2015-04-21 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US9587310B2 (en) | 2001-03-02 | 2017-03-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
| CN107902695A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-04-13 | 红河砷业有限责任公司 | 一种高效制备高纯砷化铝的方法 |
-
1987
- 1987-10-16 JP JP62260833A patent/JPH01103982A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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