JPH01158721A - Method and apparatus for light irradiation type low temperature mocvd - Google Patents
Method and apparatus for light irradiation type low temperature mocvdInfo
- Publication number
- JPH01158721A JPH01158721A JP31787087A JP31787087A JPH01158721A JP H01158721 A JPH01158721 A JP H01158721A JP 31787087 A JP31787087 A JP 31787087A JP 31787087 A JP31787087 A JP 31787087A JP H01158721 A JPH01158721 A JP H01158721A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- molecules
- group
- temperature
- raw material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 96
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 25
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 67
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 7
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 claims description 6
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 46
- 239000010408 film Substances 0.000 description 13
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 101100215641 Aeromonas salmonicida ash3 gene Proteins 0.000 description 2
- -1 butyl gallium Chemical compound 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000700560 Molluscum contagiosum virus Species 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 description 1
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013527 bean curd Nutrition 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001534 heteroepitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
1]産業上の利用分野」
本発明は光照射型低温M OC,V D方法および装置
、特にV族原料ガス、■族原料ガスを用いる化金物半導
体のM OCV D方法および装置の改良に関する。[Detailed Description of the Invention] 1] Industrial Application Field The present invention relates to a light irradiation type low-temperature MOC, VD method and apparatus, in particular, a method and apparatus for MOCVD of a metal compound semiconductor using a group V raw material gas or a group II raw material gas. Concerning improvements in methods and apparatus.
[従来の技術]
化合物半導体は、Siに対して高速性、低雑音性、直接
遷移型の発光素子を得ることができるなどの特徴を有し
、ている。[Prior Art] Compared to Si, compound semiconductors have characteristics such as high speed, low noise, and the ability to obtain direct transition type light emitting elements.
しかし、従来の素子製造プロセスにおいては、エピタキ
シャル成長層を得る方法として、LPE(液相成長)決
し、かなく、このLPE法は、混晶の成長が困難で、し
かも小面積の基板にしが使えず、集積回路や大量生産向
きではないなどの問題があった。However, in conventional device manufacturing processes, LPE (liquid phase epitaxy) is the only method to obtain epitaxial growth layers, and this LPE method has difficulty growing mixed crystals and cannot be used for small-area substrates. However, there were problems such as not being suitable for integrated circuits or mass production.
このような問題を解決するため、近年、ハライドVPE
法、MBE法、MOCVD (有機金属気相成長)法な
どが開発され、急速に普及しつつある。In order to solve these problems, in recent years halide VPE
method, MBE method, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, etc. have been developed and are rapidly becoming popular.
特に、M OC,V D法は、原料をガスで供給し、化
学反応によって基板上に薄膜を堆積させる手法であって
、広範囲の混晶成長が可能であり、しかもm−温度領域
、原料ガス供給量の制御だけで成長膜厚の制御を行える
などといった優れた特徴がある。しかも量産性、均質性
の点でも最も有力な手法となっている。In particular, the MOC, VD method is a method in which a raw material is supplied as a gas and a thin film is deposited on a substrate through a chemical reaction. It has excellent features such as being able to control the thickness of the grown film simply by controlling the supply amount. Moreover, it is the most effective method in terms of mass production and uniformity.
[発明が解決しようとする問題点]
しかし、既存デバイス<1.D、FETなど)の小規模
量産用として完成し、つつある、このMOCVD法も、
化合物半導体の長所を生かしたより広範囲の多彩な応用
、用途拡大を実現するためには、いくつかの課題を克服
することが不可欠である。[Problems to be solved by the invention] However, existing devices <1. This MOCVD method, which has been perfected for small-scale mass production of D, FET, etc.
In order to realize a wider variety of applications and expansion of uses by taking advantage of the advantages of compound semiconductors, it is essential to overcome several challenges.
その第1の課題は、より一層精密な膜厚制御手法を開発
することである。この課題を解決すれば、精密膜厚制御
、界面組成の急峻な切替によりヘテロ接合デバイスの高
性能化、超格子素子などの新デバイスへの応用が可能と
なる。The first challenge is to develop a more precise film thickness control method. If this issue is solved, it will be possible to improve the performance of heterojunction devices through precise film thickness control and abrupt switching of interface composition, and to apply them to new devices such as superlattice elements.
第2の課題は、Si基板上への化合物半導体のへゾロエ
ピタキシャル成長技術の開発である。The second challenge is the development of a technology for heso-epitaxial growth of compound semiconductors on Si substrates.
S1以外の基板、例えば、G a A s基板は、小面
積のものしかなく、高価であり、また機械的強度も不十
分であり、省資源、安全性の点でも大量使用するには問
題が多い。Substrates other than S1, such as GaAs substrates, have only a small area, are expensive, and have insufficient mechanical strength, making them problematic for mass use in terms of resource conservation and safety. many.
これに対して、Si基板は、安価でかつ丈夫で、しかも
良好な熱伝導度を持つ等の大きなメリットがあり、FB
’T’、L、D、LEDの他、太陽電池、HE M T
、3次元ICなどの大きな新需要が期待されるようにな
る。On the other hand, Si substrates have major advantages such as being inexpensive, durable, and have good thermal conductivity.
'T', L, D, LED, solar cells, HE M T
, 3D ICs, and other large new demands are expected.
第3の課題は、エピタキシャル成長温度を引き下げるこ
とである。The third challenge is to lower the epitaxial growth temperature.
すなわち、従来広く用いられている通常のMOC,V
D法では、供給された原料ガスに化学反応を生起させる
ためのエネルギーを、基板を加熱することにより与えて
いる。That is, the conventional MOC, V
In method D, energy for causing a chemical reaction in the supplied raw material gas is given by heating the substrate.
このときの処理温度を低温化することは、転位の成長な
どのプロセス誘起欠陥の低減、既に作成された素子構造
、不純物プロファイルの保存などに非常に有効である。Lowering the processing temperature at this time is very effective in reducing process-induced defects such as the growth of dislocations, preserving already created device structures, and impurity profiles.
特に、化合物半導体においては、V族元素の外拡散が容
易に生起することがらも処理温度の低減化は重要な問題
となる。In particular, in compound semiconductors, reduction of processing temperature is an important issue because out-diffusion of group V elements easily occurs.
しかし、現状は良好な結晶品質を得るために高い成長温
度(700°C〜750℃)が必要不可欠であり、この
ことが応用範囲の拡大を妨げていた。However, at present, a high growth temperature (700° C. to 750° C.) is essential to obtain good crystal quality, and this has hindered the expansion of the range of applications.
また、この第3の課題、すなわち処理温度の低温化は、
前述した第1、第2の課題とも深く関連している。。In addition, this third issue, that is, lowering the processing temperature,
This is also deeply related to the first and second issues mentioned above. .
すなわち、高い成長温度が、精密な膜厚制御を困難なも
のとしている。That is, the high growth temperature makes precise film thickness control difficult.
さらに、Si基板上へのへテロエピタキシーにおいて開
発された、アモルファスバッファ層、歪超格子バッファ
層の技術でも、高い成長温度が、高転位密度とその増加
、Siと化合物半導体との熱膨脹係数差に起因する残留
応力やクラッキングを生起し、その実用化を阻んでいる
。Furthermore, even in the technology of amorphous buffer layers and strained superlattice buffer layers developed in heteroepitaxy on Si substrates, high growth temperatures lead to high dislocation densities, increases in dislocation density, and differences in thermal expansion coefficients between Si and compound semiconductors. This causes residual stress and cracking, which hinders its practical application.
以上のように、MOCVD法を用いた場合に、成長温度
の低減は多大なメリットをもならずものであるなめ、そ
の解決が最も強く望まれていた。As described above, when the MOCVD method is used, reducing the growth temperature does not bring much merit, and a solution to this problem has been most strongly desired.
このような成長温度の低温化のために、従来より各種提
案がなされている。Various proposals have been made to lower the growth temperature.
このような提案としては、例えば熱化学反応による原料
ガスの分解、膜堆積にかわり、プラズマ、光などのエネ
ルギーによる化学反応を利用するプラズマM OCV
I)、可視光または遠紫外光を用いた光MOCVDなど
がある。Such proposals include, for example, plasma MOCV, which utilizes chemical reactions using energy such as plasma and light, instead of decomposing source gases and film deposition through thermochemical reactions.
I), optical MOCVD using visible light or far ultraviolet light, etc.
しかし、これらの技術は、確かに低温での成長を可能に
したが、良質の堆積膜を得るまでには至らなかった。However, although these techniques have certainly enabled growth at low temperatures, they have not led to obtaining deposited films of good quality.
これは、上記手法が、原料分子を気相中で分解すること
を主たる効果とし、基板結晶上に到達した構成原子を的
確な結晶中の位置に落ち着かせるなめに必要な表面泳動
エルネギ−を与えるという効果が不足するために、これ
がアモルファス化、欠陥発生につながったためと考えら
れる。さらにプラズマMOCVDでは高エネルギー粒子
(電子、イオン)により発生ずる基板結晶の損傷も、良
好な膜質を得ることを阻害するものであったためである
。This is because the main effect of the above method is to decompose the raw material molecules in the gas phase, and provides the surface migration energy necessary to settle the constituent atoms that have arrived on the substrate crystal in the correct position in the crystal. This is considered to be because the lack of this effect led to amorphization and the occurrence of defects. Furthermore, in plasma MOCVD, damage to substrate crystals caused by high-energy particles (electrons, ions) also hinders obtaining good film quality.
園連技貨
また、本発明の関連技術として、例えば原料ガスの分解
を光エネルギを利用して促進する超格子半導体の製造方
法に関する出願がある(特開昭62−144320>。Furthermore, as a technology related to the present invention, there is an application relating to a method for manufacturing a superlattice semiconductor in which the decomposition of a raw material gas is promoted using light energy (Japanese Patent Application Laid-open No. 144320/1983).
しかし、この出願は、光エネルギを用いて原料ガスその
ものを分解してしまうものであり、赤外レーザ光を照射
し原料分子の分子振動を分子が分解に至らない程度に励
起することにより、基板上に化合物半導体結晶をエピタ
キシャル成長させる本発明とは、その基本原理がまった
く異なり、しかも本発明のような作用効果も得ることは
できない。However, this application uses optical energy to decompose the raw material gas itself, and by irradiating infrared laser light to excite the molecular vibrations of the raw material molecules to the extent that the molecules do not decompose, the material gas itself is decomposed. The basic principle is completely different from the present invention in which a compound semiconductor crystal is epitaxially grown on top of the present invention, and furthermore, it is not possible to obtain the same effects as the present invention.
[発明の目的]
本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、前述した3つの課題、特に第3番目
の課題を解決し、低い基板温度においても、高い堆積速
度と良好な結晶性を得ることができる光照射低温MOC
VD方法および装置を得ることにある。[Objective of the Invention] The present invention has been made in view of such conventional problems, and its purpose is to solve the above-mentioned three problems, especially the third problem, and to achieve high temperature even at low substrate temperatures. Light-irradiated low-temperature MOC that can achieve high deposition rate and good crystallinity
The object of the present invention is to obtain a VD method and apparatus.
[問題点を解決するための手段]
前記目的を達成するため、本発明の方法は、V族原料ガ
ス、■族原料ガスを用いる化合物半導体のMOCVD方
法において、
基板を原料ガスが充分に熱分解しない低い反応温度に保
ち、この基板に向け発振波長がV族原料の分子の赤外吸
収波長に同調した赤外レーザ光を照射し原料分子の分子
振動を分子が分解に至らない程度に励起することにより
、基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させ
ることを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the method of the present invention provides a method for MOCVD of compound semiconductors using group V source gas and group II source gas, in which the source gas sufficiently thermally decomposes the substrate. The reaction temperature is maintained at a low temperature, and the substrate is irradiated with an infrared laser beam whose oscillation wavelength is tuned to the infrared absorption wavelength of the molecules of the group V raw material to excite the molecular vibrations of the raw material molecules to the extent that the molecules do not decompose. This method is characterized in that a compound semiconductor crystal is epitaxially grown on a substrate.
また、前記目的を達成するため、本発明の装置は、
基板を載置するサセプタを有し、サセプタ上に載置され
た基板を原料ガスが充分に熱分解しない低い反応温度に
保つ反応容器と、
この反応容器に向け■族原料ガス、■族原料カスを供給
する手段と、
所定の低温状態に保たれた基板に向け、発振周波数がV
族原料ガスの分子の赤外吸収波長に同調−9=
した赤外レーザ光を照射する手段と、
を含み、低温状態に保たれた基板上に高い堆積速度でし
かも良好な結晶性が得られるよう化合物半導体結晶をエ
ピタキシャル成長させることを特徴とする。Furthermore, in order to achieve the above object, the apparatus of the present invention includes a reaction vessel which has a susceptor on which a substrate is placed, and which maintains the substrate placed on the susceptor at a low reaction temperature at which the raw material gas is not sufficiently thermally decomposed. , a means for supplying a Group ■ raw material gas and a Group ■ raw material waste to this reaction vessel, and a means for supplying a group III raw material gas and a group III raw material waste to the reaction vessel, and a means for supplying a group
means for irradiating an infrared laser beam tuned to the infrared absorption wavelength of the molecules of the Group source gas, and capable of obtaining good crystallinity at a high deposition rate on a substrate maintained at a low temperature. It is characterized by epitaxially growing compound semiconductor crystals.
次に本発明をより具体的に説明する。Next, the present invention will be explained in more detail.
第1図には、本発明が適用されるMOCVD装置の概略
図が示されている。FIG. 1 shows a schematic diagram of an MOCVD apparatus to which the present invention is applied.
この装置は、反応容器]0と赤外レーザ光発生部20と
を有し、ている。This apparatus includes a reaction container]0 and an infrared laser beam generating section 20.
そして、反応容器180は、その内部にヒータ等で加熱
され一定温度に制御されるサセプタ12が設けられてお
り、このサセプタゴー2上に半導体基板14を載置して
いる。The reaction vessel 180 is provided with a susceptor 12 heated by a heater or the like and controlled to a constant temperature, and the semiconductor substrate 14 is placed on the susceptor 2 .
マタ、この反応容器10には、マスフローコントローラ
などにより一定の流量に制御されたV族原料カスか供給
配管30を介して供給され、同様にして一定の流量に制
御された■族有機金属蒸気を含むカスが供給配管32を
介し、て供給されている。The reaction vessel 10 is supplied with group V raw material scum, which is controlled at a constant flow rate by a mass flow controller, etc., via the supply piping 30, and group II organometallic vapor, which is also controlled at a constant flow rate. The dregs containing waste is supplied via a supply pipe 32.
そして、この反応容器10は、このようにして供給され
たガスによる内部圧力が大気圧以下の一定値となるよう
制御され、またその内部ガスは例えば真空ポンプなどに
連結された排気管34を介して排気される。The reaction vessel 10 is controlled so that the internal pressure of the gas thus supplied is a constant value below atmospheric pressure, and the internal gas is fed through an exhaust pipe 34 connected to, for example, a vacuum pump. is exhausted.
また、この反応容器10には赤外線用の窓16が設けら
れており、前記レーザ光発生部20から出力される赤外
レーザ光100が赤外線用光学系22を介してこの赤外
線用の窓16に導かれ、この窓16を介して反応容器1
−0内部に設置された基板]4へ向け照射されている。The reaction vessel 10 is also provided with an infrared window 16, and the infrared laser beam 100 output from the laser beam generating section 20 passes through the infrared optical system 22 to the infrared window 16. through this window 16 into the reaction vessel 1.
4 is irradiated.
ここにおいて、前記赤外レーザ光発生部20は、例えば
C02レーザ光などのような連続発振型の波長可変赤外
レーザ光発生部として形成することが好ましく、また前
記赤外線用光学系22は、同図に示す場合ミラー、レン
ズなどを用いて形成される。Here, the infrared laser beam generating section 20 is preferably formed as a continuous wave type wavelength tunable infrared laser beam generating section such as a C02 laser beam, and the infrared optical system 22 is In the case shown in the figure, it is formed using mirrors, lenses, etc.
萱且濾 次に、本発明の詳細な説明する。萱佚filtration Next, the present invention will be explained in detail.
本発明は、例えばUVレーザ光MOCVD、プラズマM
OCVDのように、気相中で原料分子を完全分解する手
法とは全く異なる。The present invention can be applied, for example, to UV laser light MOCVD, plasma M
This method is completely different from a method such as OCVD, which completely decomposes raw material molecules in the gas phase.
本発明は、赤外レーザ光(例えばCO2レーザ光など)
の特性に着目したものである。ずなわち、赤外レーザ光
は、原料分子の分子振動を分子が分解に至らない程度に
励起し、基板結晶表面またはそのごく近傍でのみに有効
な化学反応を生起して、良質な結晶成長を行わせ得るか
らである。The present invention uses infrared laser light (for example, CO2 laser light, etc.)
It focuses on the characteristics of In other words, infrared laser light excites the molecular vibrations of raw material molecules to an extent that does not lead to decomposition of the molecules, causing effective chemical reactions only at or near the substrate crystal surface, resulting in high-quality crystal growth. This is because it can be made to do.
また、本発明では、MOCVD法の次のような特徴に着
目した。すなわち、MOCVD法は、原料がガスとして
供給される。このため、原料は基本的に透明であり、光
による制御が行い易い。また、原料ガスを減圧すること
により、励起された原料分子同士の気相中での相互作用
の確率を減少させ、これにより分子は副次的な反応をあ
まり起さずに基板結晶表面に効率良く輸送される。Further, in the present invention, attention was paid to the following characteristics of the MOCVD method. That is, in the MOCVD method, the raw material is supplied as a gas. Therefore, the raw material is basically transparent and can be easily controlled by light. In addition, by reducing the pressure of the raw material gas, the probability of interaction between excited raw material molecules in the gas phase is reduced, which allows the molecules to efficiently reach the substrate crystal surface without causing many side reactions. Well transported.
本発明は、このような赤外レーザと、MOCVD法の特
徴に着目し、減圧MOCVD法と、赤外レーザによる原
料分子の振動励起手法と、を組み合せて前述した第1な
いし第3の課題、特に第3の課題を解決しようとするも
のである。The present invention focuses on the characteristics of such an infrared laser and MOCVD method, and solves the above-mentioned first to third problems by combining a low-pressure MOCVD method and a vibrational excitation method of raw material molecules using an infrared laser. In particular, it attempts to solve the third problem.
(a)低い基板温度
すなわち、前述したように赤外レーザ光により振動励起
された分子は、周知のようにその化学的活性度が10〜
100倍以上に高まる。この励起分子は、基板結晶表面
に到達して、基板からの熱エネルギーを得たり、基板結
晶の触媒効果などにより、はじめて、第2の原料分子(
または原料原子)と化学反応を起し、基板結晶に有効に
組み込まれるようになる。(a) Low substrate temperature, i.e., as mentioned above, molecules vibrationally excited by infrared laser light have a chemical activity of 10 to
It increases by more than 100 times. This excited molecule reaches the surface of the substrate crystal, obtains thermal energy from the substrate, or due to the catalytic effect of the substrate crystal, etc., becomes the second raw material molecule (
(or raw material atoms) and become effectively incorporated into the substrate crystal.
なお気相中では、励起分子はすぐに失活してしまい、反
応することは少ない。このなめ、巨大なりラスタ〜、微
小結晶粉が基板から離れた空間の気相中で発生すること
はなく、基板結晶表面でのみ良質のエピタキシャル成長
が進行するようになる。Note that in the gas phase, excited molecules are quickly deactivated and are unlikely to react. Because of this, giant raster to microcrystalline powder is not generated in the gas phase in a space away from the substrate, and high-quality epitaxial growth progresses only on the substrate crystal surface.
この反応に要する基板表面からの熱エネルギーはごくわ
ずかで充分であり、これ以外に必要とするエネルギーは
、分解後の原子にわずかの表面法動エネルギーを与える
のみで充分である。This reaction requires only a small amount of thermal energy from the substrate surface, and the only other energy required is to impart a small amount of surface dynamic energy to the decomposed atoms.
従って、本発明によれば、従来のMOCVD法に比べ、
基板の温度を低くしても前述した反応を充分行うことが
でき、このようにして本発明ではエピタキシャル成長温
度を低温化することができるのである。Therefore, according to the present invention, compared to the conventional MOCVD method,
The above-mentioned reaction can be carried out sufficiently even if the temperature of the substrate is lowered, and thus the present invention allows the epitaxial growth temperature to be lowered.
(b)物質選択性
また、周知のように分子の赤外吸収スペクトルは非常に
鋭いピークを示し、わずかに赤外光波長がずれると吸収
が極端に小さくなる。(b) Material selectivity Furthermore, as is well known, the infrared absorption spectrum of a molecule exhibits a very sharp peak, and if the infrared light wavelength shifts slightly, the absorption becomes extremely small.
分子の赤外吸収を利用する本発明は、原料分子の赤外吸
収に赤外レーザ光の発振波長を同調することにより、優
れた物質選択性を有している。The present invention, which utilizes the infrared absorption of molecules, has excellent material selectivity by tuning the oscillation wavelength of the infrared laser beam to the infrared absorption of the raw material molecules.
すなわち、原料分子の赤外吸収に赤外レーザ光の発振波
長を同調することにより、原料分子のみを励起すること
が可能で、原料中に含まれる不純物ガスには一切影響を
与えない。この点が、UVレーザ光を用いた従来のMO
CVDのように、原料分子のみならず不純物分子をも全
て励起、分解してしまう手法と大きく異なる点である。That is, by tuning the oscillation wavelength of the infrared laser beam to the infrared absorption of the raw material molecules, it is possible to excite only the raw material molecules, without affecting the impurity gas contained in the raw material at all. This point is clear in the conventional MO using UV laser light.
This is significantly different from a method such as CVD, which excites and decomposes not only raw material molecules but also all impurity molecules.
このように、本発明には、純度の低い原料を用いても、
良質のエピタキシャル成長結晶を得ることができるとい
う優れた特徴がある。In this way, even if raw materials with low purity are used in the present invention,
It has the excellent feature of being able to obtain epitaxially grown crystals of good quality.
(C)精密な膜厚制御
さらに、本発明のように赤外レーザ光を用いると、この
赤外レーザ光をON、OFFすることにより大幅に成長
速度を変化させることが可能であり、原料ガスの切換な
どのような遅い応答時間に制限されることなく、瞬時に
成長速度を変化させ、精密な膜厚制御や急峻な組成制御
を行うことが可能となる。(C) Precise film thickness control Furthermore, when infrared laser light is used as in the present invention, it is possible to significantly change the growth rate by turning the infrared laser light on and off. It becomes possible to instantly change the growth rate and perform precise film thickness control and steep composition control without being limited by slow response times such as switching.
このようにして、本発明では前記第1の課題を解決する
ことができるのである。In this way, the present invention can solve the first problem.
(d)Si基板の利用
また、本発明では、前述したようにエピタキシャル成長
温度を低温化することができるなめ、熱膨脹係数の差に
よる応力の発生、転位密度の増大などが押えられ、前述
し、た第2の課題を解決する可能性を与え、Si基板上
への化合物半導体のへテロエピタキシャル成長を可能と
する道を開くものである。(d) Utilization of Si substrate In addition, in the present invention, as mentioned above, the epitaxial growth temperature can be lowered, so generation of stress due to difference in coefficient of thermal expansion, increase in dislocation density, etc. can be suppressed. This provides the possibility of solving the second problem and opens the way to enable heteroepitaxial growth of compound semiconductors on Si substrates.
「作用」 次に本発明の詳細な説明する。"action" Next, the present invention will be explained in detail.
まず、このMOCVD装置において、反応容器]0への
原料用ガスの吸排気は次のようして行われる。First, in this MOCVD apparatus, the intake and exhaust of the raw material gas into the reaction vessel]0 is performed as follows.
図示していないマスフローラなどにより一定の流量にな
るように制御された■族原料ガスが供給配管30を介し
て反応容器10内に導入される。Group (1) raw material gas whose flow rate is controlled to be constant by a mass flower (not shown) or the like is introduced into the reaction vessel 10 via the supply pipe 30.
同様にして、図示していない恒温バブラー、マスフロー
=1ントローラなどにより一定流量となるよう制御され
な■族有機金属蒸気が供給配管32を介して反応容器1
0内に導入される。Similarly, group (2) organometallic vapor, which is not controlled to have a constant flow rate using a constant temperature bubbler, a mass flow controller (not shown), etc., is supplied to the reaction vessel 1 through the supply piping 32.
Introduced within 0.
このようにして、反応容器10内に導入された原料ガス
などは、排気管34に連結された図示しない真空ポンプ
などで排気される。これにより反応容器10内は、大気
圧以下の所定の圧力に保たれる。The raw material gas introduced into the reaction vessel 10 in this manner is exhausted by a vacuum pump (not shown) connected to the exhaust pipe 34. Thereby, the inside of the reaction vessel 10 is maintained at a predetermined pressure below atmospheric pressure.
このようにして、反応容器10内においては、供給配管
30.32から導入され、排気管34から排出される原
料ガスの定常的な流れが減圧された状態で作られ、この
流れの中に基板]−4の表面がさらされることになる。In this way, a steady flow of raw material gas introduced from the supply pipes 30, 32 and discharged from the exhaust pipe 34 is created in the reaction vessel 10 under reduced pressure, and the substrate is included in this flow. ]-4 surface will be exposed.
ところで、このような基板14上に結晶を成長させるた
めには、基板14を所定の温度に加熱することが必要と
なる。このため、同図において基、 板14は、ヒー
タなどにより加熱されるサセプタ12上に置かれ所定温
度に加熱保持される。By the way, in order to grow crystals on such a substrate 14, it is necessary to heat the substrate 14 to a predetermined temperature. For this reason, in the figure, the substrate 14 is placed on a susceptor 12 which is heated by a heater or the like, and is heated and maintained at a predetermined temperature.
この温度は、従来から用いられている通常のMOCVD
法においては650〜750℃に設定される。This temperature is the same as the conventional MOCVD temperature.
In the method, the temperature is set at 650 to 750°C.
このため、この従来の手法では、基板14の表面に達し
た原料ガス分子が熱により分解され、■族およびV族の
原子が生成され、これが基板結晶構造に組み込まれて化
合物半導体結晶がエピタキシャル成長をすることになる
。Therefore, in this conventional method, the raw material gas molecules that have reached the surface of the substrate 14 are decomposed by heat to generate group (I) and group V atoms, which are incorporated into the substrate crystal structure and allow the compound semiconductor crystal to grow epitaxially. I will do it.
本発明に係る方法および装置では、前記基板14の温度
を所定の低温温度、好ましくは500〜550℃の低温
温度に設定される。この温度では原料ガス分子が充分に
熱分解せず、エピタキシャル成長速度が非常に低く抑え
られている。In the method and apparatus according to the present invention, the temperature of the substrate 14 is set to a predetermined low temperature, preferably a low temperature of 500 to 550°C. At this temperature, the source gas molecules are not sufficiently thermally decomposed, and the epitaxial growth rate is kept very low.
本発明は、このような状態に保たれた基板14へ向け、
発振波長がV族原料の分子の赤外吸収波長に同調した赤
外レーザ光100を照射し、基板表面に化合物半導体結
晶をエピタキシャル成長させることを特徴とするもので
ある。The present invention aims at the substrate 14 maintained in such a state,
This method is characterized by irradiating an infrared laser beam 100 whose oscillation wavelength is tuned to the infrared absorption wavelength of the molecules of the V group raw material to epitaxially grow compound semiconductor crystals on the substrate surface.
同図に示す装置では、赤外レーザ光発生部20から発振
出力された赤外レーザ光100が、赤外線用光学系22
により所定のビーム形状、ビーム断面積、方向に整形さ
れ、赤外線用の窓16を介して反応容器10内に尋人さ
れ、所定の入射角度で基板14を照射している。In the device shown in the figure, an infrared laser beam 100 oscillated and outputted from an infrared laser beam generating section 20 is transmitted to an infrared optical system 22.
The beam is shaped into a predetermined beam shape, beam cross-sectional area, and direction, and is introduced into the reaction vessel 10 through an infrared window 16 to irradiate the substrate 14 at a predetermined incident angle.
このとき、赤外レーザ光100の発振波長はV族原料ガ
スの強い吸収波長に同調されている。At this time, the oscillation wavelength of the infrared laser beam 100 is tuned to the strong absorption wavelength of the V group raw material gas.
このようにして赤外レーザ光100が基板14に照射さ
れると、赤外レーザ光100は基板表面付近または基板
表面に物理吸着した■族原料ガス分子にのみ効率良く吸
収され、この分子の振動を励起する。When the infrared laser beam 100 is irradiated onto the substrate 14 in this way, the infrared laser beam 100 is efficiently absorbed only by the group (III) raw material gas molecules that are physically adsorbed near the substrate surface or on the substrate surface, and the vibrations of these molecules excite.
このようにして振動励起されたV族原料分子は、−18
〜
その化学的活性度が非常に高まり、基板表面またはその
近傍で基板表面に吸着している■族有機金属分子、ある
いはごくわずかに熱分解で生成された■族金属原子と化
学反応を生起し、基板表面に化合物半導体結晶としてエ
ピタキシャル成長する。The group V raw material molecules vibrationally excited in this way are -18
~ Its chemical activity becomes extremely high and chemical reactions occur on or near the substrate surface with Group II organometallic molecules adsorbed on the substrate surface, or with a very small amount of Group III metal atoms generated by thermal decomposition. , epitaxially grows as a compound semiconductor crystal on the surface of the substrate.
このようにして、本発明によれば、通常のMOCVDに
比較して150〜250℃低温の基板温度においても良
質の化合物半導体結晶のエピタキシャル成長が達成され
る。In this manner, according to the present invention, epitaxial growth of high-quality compound semiconductor crystals can be achieved even at a substrate temperature 150 to 250 degrees Celsius lower than that in normal MOCVD.
また、前述したように、分子の赤外吸収を利用する本発
明は、原料分子の赤外吸収に赤外レーザ光の発振波長を
同調することにより、優れた物質選択性を有している。Further, as described above, the present invention, which utilizes the infrared absorption of molecules, has excellent material selectivity by tuning the oscillation wavelength of the infrared laser beam to the infrared absorption of the raw material molecules.
従って、原料分子の赤外吸収に赤外レーザ光の発振波長
を同調することにより、原料分子のみを選択的に励起す
ることができ、この結果、純度の低い原料を用いても、
良質のエピタキシャル成長結晶を得ることができるとい
う優れた特徴がある。Therefore, by tuning the oscillation wavelength of the infrared laser beam to the infrared absorption of the raw material molecules, it is possible to selectively excite only the raw material molecules, and as a result, even if raw materials with low purity are used,
It has the excellent feature of being able to obtain epitaxially grown crystals of good quality.
また、本発明によれば、そのエピタキシャル成長速度が
振動励起されたV族原料ガス分子の供給量で律速され、
ひいては赤外レーザ光の光の強度によりエピタキシャル
成長速度を自由に制御することができる。Further, according to the present invention, the epitaxial growth rate is determined by the supply amount of vibrationally excited Group V raw material gas molecules,
Furthermore, the epitaxial growth rate can be freely controlled by adjusting the intensity of the infrared laser beam.
その様子か第2図に示されている。横軸は基板温度(絶
対温度)の逆数(1000倍したもの)、縦軸は成長速
度を示し、これら横軸および縦軸はともに対数メモリで
表されている。This situation is shown in Figure 2. The horizontal axis shows the reciprocal of the substrate temperature (absolute temperature) (multiplied by 1000), the vertical axis shows the growth rate, and both the horizontal and vertical axes are expressed in logarithmic memory.
同図において、添付記号0の曲線は従来から用いられて
いた通常のMOCVDの特性曲線、添付記号]−52、
・・・は本発明による成長速度の特性曲線であり、その
順番に従って基板14に照射される赤外レーザ光]00
の強度が大きくなっている。In the same figure, the curve with attached symbol 0 is the characteristic curve of normal MOCVD that has been used conventionally, and the attached symbol ]-52,
... is a characteristic curve of the growth rate according to the present invention, and infrared laser light is irradiated onto the substrate 14 in accordance with the order]00
The intensity of is increasing.
[発明の効果」
以上説明したように、本発明によれば、従来がら用いら
れた通常のMOCVDに較べ150〜250℃の低温基
板温度においても実用的な化合物半導体のエピタキシャ
ル成長を実現でき、高い処理温度に基因する各種欠陥の
誘起、既に作成された素子構造の破壊等の発生が非常に
低く抑えられるようになるという効果がある。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, practical epitaxial growth of compound semiconductors can be realized even at a low substrate temperature of 150 to 250°C compared to conventional MOCVD, and high processing speed is achieved. This has the effect that the occurrence of various defects caused by temperature, destruction of already created element structures, etc. can be suppressed to a very low level.
また、本発明によれば、原料分子の赤外吸収にその発振
波長が同調された赤外レーザ光により、原料分子のみを
選択的に励起することができるため、純度の低い原料を
用いても、良質のエピタキシャル成長結晶を得ることか
できるという効果かある。Furthermore, according to the present invention, only the raw material molecules can be selectively excited using an infrared laser beam whose oscillation wavelength is tuned to the infrared absorption of the raw material molecules, so even if raw materials with low purity are used. This has the effect of making it possible to obtain high quality epitaxially grown crystals.
さらに、本発明によれは、赤外レーザ光の0N10FF
や強度の調整で成長速度を制御することができるため、
通常の原料ガス流量の調整等による従来の手段に較べ、
はるかに速い応答と、柔軟な制御を可能にし、精密な成
長層の膜厚制御、成長層組成の急峻な切替を現実のもの
とすることができ、従来より用いられていた通常のMO
CVDにおける問題点の大部分を解決することができる
という効果がある。Furthermore, according to the present invention, an infrared laser beam of 0N10FF
The growth rate can be controlled by adjusting the
Compared to conventional means such as adjusting the flow rate of raw material gas,
It enables much faster response and flexible control, allows precise control of the thickness of the grown layer, and steep switching of the composition of the grown layer, compared to the conventional MO.
It has the effect of being able to solve most of the problems in CVD.
[実施例]
次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。な
お第1図に示す装置と対応する部材には同一符号を付し
その説明は省略する。[Example] Next, a preferred example of the present invention will be described based on the drawings. Note that the same reference numerals are given to the members corresponding to those of the apparatus shown in FIG. 1, and the explanation thereof will be omitted.
策よ実施側
第3図には本発明に係るMOCVD装置の好適な一例か
示されており、本実施例では、化合物半導体の砒化ガリ
ウム(G a A s )のエピタキシャル成長を行う
場合を例に取り説明する。Figure 3 shows a preferred example of the MOCVD apparatus according to the present invention, and in this embodiment, the case of epitaxial growth of gallium arsenide (GaAs), a compound semiconductor, is taken as an example. explain.
なお、この場合に用いられる原料としては各種の組合せ
が可能であるが、実施例ではアルシン(AsH3)とト
リメチフレカリウム((CH3)3Ga、”T”MG)
を用いる例が示されている。この他にも、トリエチルガ
リウム(TEG)、)リブチルガリウム((C4H9)
3 Ga)などの使用も可能である。In addition, various combinations are possible as the raw materials used in this case, but in the example, arsine (AsH3) and trimethiflepotassium ((CH3)3Ga, "T" MG)
An example using . In addition, triethyl gallium (TEG),) butyl gallium ((C4H9)
3 Ga) and the like can also be used.
厳科ガス偽値も まず、原料ガスの流れを説明する。Strict gas false value too First, the flow of raw material gas will be explained.
実施例の装置は、V族原料カスとしてA s I(3か
充填されたボンベ40を有し、A s H3は、通富水
素<H2)で10%程度に希釈したものが用いられる。The apparatus of the embodiment has a cylinder 40 filled with As I (3) as the group V raw material waste, and As H3 is used diluted to about 10% with Tofu hydrogen < H2.
そし5て、ボンベ40から供給されるAsH3ガスは、
マスフローコン1ヘローラ42を用いて一定の流量にな
るよう制御され、供給配管30を介して反応容器10内
に導入される。5.The AsH3 gas supplied from the cylinder 40 is
The mass flow controller 1 is controlled to have a constant flow rate using the roller 42, and is introduced into the reaction vessel 10 via the supply piping 30.
また、実施例の装置は、■族原料の有機金属である”T
’ M Gのバブラー50を有し、このバブラー50は
、図示していない恒温装置により通常は0℃の一定温度
に保たれている。In addition, the apparatus of the embodiment is capable of producing "T" which is an organometallic material of group
'MG bubbler 50, which is normally maintained at a constant temperature of 0° C. by a constant temperature device (not shown).
また、前記有機金属を輸送するために実施例の装置には
キャリアガスのボンベ52が設けられており、このボン
ベ52内には、キャリアガスとして通常は水素(トI2
)ガスが充填されている。そして、このボンベ52から
供給される水素ガスは水素純化器54により不純物が除
去された後、1゛MGのバブラー50内に送られ、TM
G内を通過する。このとき、水素ガス中には、その温度
における飽和蒸気正分のTMGが含まれることになり、
このようにしてTMGが含まれた水素ガスはマスフロー
コン1〜ローラ56により一定流量となるよう制御され
、供給配管32を介して反応容器1−0へ導入される。Further, in order to transport the organic metal, the apparatus of the embodiment is provided with a carrier gas cylinder 52, and in this cylinder 52, hydrogen (I2) is normally used as a carrier gas.
) is filled with gas. After impurities are removed from the hydrogen gas supplied from this cylinder 52 by a hydrogen purifier 54, it is sent into a 1゛MG bubbler 50 and then
Pass through G. At this time, the hydrogen gas will contain TMG equivalent to the saturated vapor at that temperature,
In this way, the hydrogen gas containing TMG is controlled to have a constant flow rate by the mass flow controller 1 to the roller 56, and is introduced into the reaction vessel 1-0 via the supply pipe 32.
このようにして、反応容器10内にはA s H3と’
I’MGとが供給され、その供給量の比は通常50−1
00程度に設定される。In this way, A s H3 and '
I'MG is supplied, and the ratio of the supply amount is usually 50-1.
It is set to about 00.
そして、反応容器10を通過したAsH3、TMG、水
素などの原料ガスは排気管34に連結しているロータリ
ーポンプ60により排気される。The raw material gases such as AsH3, TMG, and hydrogen that have passed through the reaction vessel 10 are exhausted by a rotary pump 60 connected to the exhaust pipe 34.
このときの排気速度は、可変コンダクタンスバルブ62
により調整され、これにより反応容器10内の圧力が、
大気圧以下の所定の圧力に保たれる。The exhaust speed at this time is determined by the variable conductance valve 62.
The pressure inside the reaction vessel 10 is adjusted by
It is maintained at a predetermined pressure below atmospheric pressure.
なお、全圧力は一般には1〜数+TGrr程度、通常は
10Torr程度に設定される。この場合のAsH3分
圧は0.5〜I Torr、 T M G分圧は0.0
05〜0.01 Torrになる。Note that the total pressure is generally set to about 1 to several + TGrr, and usually about 10 Torr. In this case, the AsH3 partial pressure is 0.5 to I Torr, and the TMG partial pressure is 0.0
05 to 0.01 Torr.
また、同図においてターボ分子ポンプ64、ロータリー
ポンプ66はエピタキシャル成長前における反応容器1
−0のクリーニング用に用いられるものである。In addition, in the same figure, a turbo molecular pump 64 and a rotary pump 66 represent the reaction vessel 1 before epitaxial growth.
-0 is used for cleaning.
このようにして、実施例の装置では、減圧下の反応容器
10内に、原料ガ、スの定常的な流れが作られ、基板]
−4の表面はこの流れの中にさらされることになる。In this way, in the apparatus of the example, a steady flow of raw material gas is created in the reaction vessel 10 under reduced pressure, and the substrate]
The surface of -4 will be exposed to this flow.
恭櫃温崖
つぎに、このように原料ガスの定常的流れの中にさらさ
れる基板14の温度について説明する。Next, the temperature of the substrate 14 exposed to the steady flow of source gas will be explained.
本実施例の装置には、サセプタ加熱用のし〜り70が設
けられており、基板14は加熱されたサセプタ12上に
載置され所定の基板温度に制御される。The apparatus of this embodiment is provided with a shield 70 for heating the susceptor, and the substrate 14 is placed on the heated susceptor 12 and controlled to a predetermined substrate temperature.
このとき、基板温度を制御する方法としては各種のもの
が考えられるが、実施例においては、反応容器10に温
度測定用窓74を設け、この窓74を介して放射温度計
76により基板温度を測定している。そして、その測定
出力を温度調整器72にフィードバックして、加熱し−
タ70へ与える電力を制御している。At this time, various methods can be considered to control the substrate temperature, but in this embodiment, a temperature measurement window 74 is provided in the reaction vessel 10, and the substrate temperature is measured by a radiation thermometer 76 through this window 74. Measuring. Then, the measured output is fed back to the temperature regulator 72 to heat the
The power supplied to the controller 70 is controlled.
この基板温度は、従来がら用いられている通常のMOC
VD法では650〜750℃の範囲に設定されるが、本
発明の場合では、原料の熱分解が充分に生起しない温度
に設定される。This substrate temperature is the same as that of the conventionally used normal MOC.
In the VD method, the temperature is set in the range of 650 to 750°C, but in the case of the present invention, the temperature is set at a temperature at which sufficient thermal decomposition of the raw material does not occur.
実施例のように、原料としてA s H3と’I’ M
Gと組み合ぜな場合には、その基板温度は500〜5
50℃の範囲に設定される。このような低い基板温度範
囲において、従来から用いられている通常のMOCVD
ではその成長速度か小さく、膜質も悪いためほとんど実
用にならなかった。As in the example, A s H3 and 'I' M are used as raw materials.
When combined with G, the substrate temperature is 500~5
It is set in the range of 50°C. In such a low substrate temperature range, conventional MOCVD
However, the growth rate was slow and the film quality was poor, so it was almost never put to practical use.
これに対し、本発明では、このような低い基板温度範囲
でも、次に述べる赤外レーザ光を用いることにより良好
に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させることが
できる。In contrast, in the present invention, even in such a low substrate temperature range, a compound semiconductor crystal can be epitaxially grown favorably by using infrared laser light, which will be described below.
赤外に二悪光凶照射
本発明の特徴は、このように低い温度に保たれた基板1
4へ向け、その発振波長が■族原料の分子の赤外吸収に
同調した赤外レーザ光100を照射することにある。A feature of the present invention is that the substrate 1 kept at a low temperature
4, the purpose is to irradiate an infrared laser beam 100 whose oscillation wavelength is tuned to the infrared absorption of the molecules of the group II raw material.
この赤外レーザ光100の入射光はO°〜90゜未満の
範囲で任意の角度に設定可能であるか、実施例では45
°に設定されている。The incident light of this infrared laser beam 100 can be set at any angle in the range of 0° to less than 90°, or in the embodiment
° is set.
また、V族原料ガスとして用いられるAsH3の吸収帯
を考慮して、本実施例に用いられる赤外レーザ光発生部
20は、可変波長機能を有するC 02レ一ザ光発生部
として形成されている。このCO2レーザ光100の波
長は、ASH3分子が強い吸収を示す10P12発振線
(10,513μm )に設定される。Furthermore, in consideration of the absorption band of AsH3 used as the group V raw material gas, the infrared laser light generating section 20 used in this embodiment is formed as a C02 laser light generating section having a variable wavelength function. There is. The wavelength of this CO2 laser beam 100 is set to the 10P12 oscillation line (10,513 μm) where ASH3 molecules exhibit strong absorption.
そして、赤外レーザ光発生部20から発振出力される赤
外レーザ光100は、ミラー、レンズ、シャッタ、減衰
器などで構成される赤外光用の光学系22により適切な
ビーム形状、方向に調整され、赤外線用の窓16を透過
して基板14に照射される。The infrared laser beam 100 oscillated and outputted from the infrared laser beam generator 20 is shaped into an appropriate beam shape and direction by an infrared optical system 22 composed of mirrors, lenses, shutters, attenuators, etc. The infrared light is adjusted and transmitted through the infrared window 16 and irradiated onto the substrate 14 .
なお、前記赤外光用の光学系22は、目的に合せ任意の
部材の組合せが可能であり、また小面積基板を使用した
り、局所堆積が目的の場合には省略することもできる。Note that the optical system 22 for infrared light can be composed of any combination of members depending on the purpose, and can be omitted when a small-area substrate is used or when local deposition is the purpose.
このようにして、基板14に照射された赤外レ−ザ光1
00は、A s 83分子に吸収され、その分子振動を
励起する。振動励起され7’、:ASH3分子は、その
化学的活性度が高まり、通常では反応を起さない低い基
板温度範囲にもかかわらず、基板表面上またはその近傍
で、TMG分子または若干熱分解して生じたガリウム(
Ga)原子と化学反応してG a A sとなり基板結
晶上にエピタキシャル成長する。In this way, the infrared laser beam 1 irradiated onto the substrate 14
00 is absorbed by the As 83 molecule and excites its molecular vibrations. The vibrationally excited 7':ASH3 molecules increase their chemical activity and cause TMG molecules or some thermal decomposition to occur on or near the substrate surface, despite the low substrate temperature range where no reaction normally occurs. Gallium (
It chemically reacts with Ga) atoms to become Ga As and epitaxially grows on the substrate crystal.
第4図にはこのようなエピタキシャル成長の様子が示さ
れており、横軸は基板温度(絶対温度)の逆数(100
0倍したもの)、縦軸は成長速度であり、ともに対数目
盛で表されている。Figure 4 shows such epitaxial growth, where the horizontal axis represents the reciprocal of the substrate temperature (absolute temperature) (100
(multiplied by 0), the vertical axis is the growth rate, and both are expressed on a logarithmic scale.
また、パラメータはレーザ光100の出力である。同図
からも明らかなように、レーザ光100を基板14に照
射し、ない場合には、成長速度は低いが、20W以上の
レーザ光出力の場合では、600℃以上の基板温度でも
成長速度と同等以上であり、膜質も改善され、実用的な
ものとなっている。Further, the parameter is the output of the laser beam 100. As is clear from the figure, when the substrate 14 is irradiated with the laser beam 100, the growth rate is low, but when the laser beam output is 20 W or more, the growth rate increases even at a substrate temperature of 600°C or more. It is the same or better, and the film quality is also improved, making it practical.
以上説明したように、本発明によれば、通常のM OC
,V Dに比べて150〜250℃低い基板温度におい
ても、実用的なG a A s化合物半導体のエピタキ
シャル成長が実現できる。As explained above, according to the present invention, the normal MOC
, V D , practical epitaxial growth of a GaAs compound semiconductor can be realized even at a substrate temperature 150 to 250° C. lower than that of V D .
策ス人施別
第5図には本発明の好適な第2実施例が示されており、
本実施例の特徴は、前述したように基板14へ向け赤外
レーザ光100を照射すると同時に、紫外光200を基
板14に照射し、より高い結晶品質を得られるようにし
たことにある。Figure 5 shows a second preferred embodiment of the present invention.
The feature of this embodiment is that, as described above, the substrate 14 is irradiated with the infrared laser beam 100 and at the same time, the substrate 14 is irradiated with the ultraviolet light 200, thereby making it possible to obtain higher crystal quality.
すなわち、実施例の装置には、反応容器10の上方に紫
外光用窓80が設けられており、反応容器10の外部に
設けられた紫外光源82から発せられる紫外光200が
この窓80を介して基板14の表面に照射される。That is, in the apparatus of the embodiment, an ultraviolet light window 80 is provided above the reaction vessel 10, and ultraviolet light 200 emitted from an ultraviolet light source 82 provided outside the reaction vessel 10 is transmitted through the window 80. The surface of the substrate 14 is irradiated with the light.
このとき、紫外光200に含まれる光の波長は、■族有
機金属分子を直接光分解しない範囲に設定する必要があ
る。At this time, the wavelength of the light included in the ultraviolet light 200 needs to be set within a range that does not directly photodecompose group (I) organometallic molecules.
このような紫外光源82としては、例えば低圧水銀ラン
プ、超高圧水銀ランプ、エキシマレーザ光などの各種の
ものを用いることができ、実施例では、超高圧水銀ラン
プが用いられている。As such an ultraviolet light source 82, various types can be used, such as a low-pressure mercury lamp, an ultra-high-pressure mercury lamp, and an excimer laser beam, and in the embodiment, an ultra-high-pressure mercury lamp is used.
また、実施例において紫外光200の入射角は0°、す
なわち基板]−4に対し垂直に照射されるよう設定され
ている。Further, in the embodiment, the incident angle of the ultraviolet light 200 is set to 0°, that is, the ultraviolet light 200 is set to be irradiated perpendicularly to the substrate ]-4.
そして、実施例の装置では、基板14の表面に赤外レー
ザ光発生部20から赤外レーザ光100が照射されると
同時に、紫外光源82から紫外光200が照射される。In the apparatus of the embodiment, the surface of the substrate 14 is irradiated with the infrared laser beam 100 from the infrared laser beam generator 20 and simultaneously irradiated with the ultraviolet light 200 from the ultraviolet light source 82.
このとき、前記紫外光200は、基板表面またはその近
傍において、■族有機金属の電子励起、あるいはその分
解で生じたメチル基(CH3)などのラジカルの励起、
前記V族原料と■族原料との間の化学反応および各原子
が基板結晶の適当なサイトに落ち着く前の表面泳動の促
進などを効率的に助長し、エピタキシャル成長層の結晶
性向上に寄与する。At this time, the ultraviolet light 200 causes electronic excitation of group (I) organic metals or excitation of radicals such as methyl groups (CH3) generated by its decomposition on or near the substrate surface.
It effectively promotes the chemical reaction between the group V raw material and the group II raw material and the promotion of surface migration before each atom settles on an appropriate site of the substrate crystal, contributing to improving the crystallinity of the epitaxially grown layer.
この−例として、例えば基板温度を500℃に制御し、
通常のMOCVD法で成長したノンドープGaAs層と
、本発明の装置を用いてC02赤外レーザ光1−00、
水銀ランプによる紫外光200を照射して成長したノン
ドープGaAsとの膜質を比較しな。この結果、不純物
混入等を示すキャリア密度は1/20に減少し、結晶性
向上を表すホール移動度、フォトルミネッセンスピーり
の半値幅は、それぞれ1,5倍、173倍となっており
、大幅な膜質の向上が確認された。As an example of this, for example, controlling the substrate temperature to 500°C,
Using a non-doped GaAs layer grown by a conventional MOCVD method and a C02 infrared laser beam 1-00 using the apparatus of the present invention,
Compare the film quality with that of non-doped GaAs grown by irradiating ultraviolet light of 200 ml with a mercury lamp. As a result, the carrier density, which indicates impurity contamination, decreased to 1/20, and the half-width of hole mobility and photoluminescence peak, which indicate improved crystallinity, were 1.5 times and 173 times, respectively, which were significantly increased. An improvement in film quality was confirmed.
以上の特性は、通常のMOCVD法で650℃以上の基
板温度にて成長したノンドープGaAs層と同等以上の
膜質である。The above characteristics are equivalent to or higher than that of a non-doped GaAs layer grown by a normal MOCVD method at a substrate temperature of 650° C. or higher.
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。Note that the present invention is not limited to the above embodiments,
Various modifications are possible within the scope of the invention.
例えば、前記第1実施例および第2実施例では、V族原
料ガスおよび■族有機金属としてA s H3とトリメ
チルガリウムを用いる場合を例に取り説明したが、本発
明はこれに限らず、これ以外のV族原料ガス、■族原料
ガスを用いる化合物半導体に対しても適用可能であるこ
とはいうまでもない。For example, in the first and second embodiments, the case where A s H3 and trimethyl gallium are used as the group V raw material gas and the group (III) organic metal was explained as an example, but the present invention is not limited to this. It goes without saying that the invention is also applicable to compound semiconductors using other Group V raw material gases and Group (2) raw material gases.
第1図は本発明を適用した光照射型低温MOCVD装置
の原理説明図、
第2図は本発明による低温成長効果の説明図、第3図は
本発明に係る装置の好適な第1実施例の説明図、
第4図は第3図に示す装置を用いて得られた低温成長効
果の測定結果の説明図、
第5図は本発明の好適な第2実施例の説明図である。
10 ・・・ 反応容器
12 ・・・ サセプタ
14 ・・・ 基板
20 ・・・ 赤外レーザ光発生部
30.32 ・・・ 供給配管
34 ・・・ 排気管
40.52 ・・・ ボンベ
50 ・・・ バブラー
−32=
70 ・・・ ヒータ
82 ・・・ 紫外光源
100 ・・・ 赤外レーザ光
200 ・・・ 紫外光FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of a light irradiation type low-temperature MOCVD apparatus to which the present invention is applied; FIG. 2 is an explanatory diagram of the low-temperature growth effect according to the present invention; and FIG. 3 is a preferred first embodiment of the apparatus according to the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of the measurement results of the low-temperature growth effect obtained using the apparatus shown in FIG. 3. FIG. 5 is an explanatory diagram of a second preferred embodiment of the present invention. 10... Reaction vessel 12... Susceptor 14... Substrate 20... Infrared laser light generating section 30.32... Supply piping 34... Exhaust pipe 40.52... Cylinder 50...・ Bubbler-32=70 ... Heater 82 ... Ultraviolet light source 100 ... Infrared laser light 200 ... Ultraviolet light
Claims (4)
導体のMOCVD方法において、 基板を原料ガスが充分に熱分解しない低い反応温度に保
ち、この基板に向け発振波長がV族原料の分子の赤外吸
収波長に同調した赤外レーザ光を照射し原料分子の分子
振動を分子が分解に至らない程度に励起することにより
、基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させ
ることを特徴とする光照射型低温MOCVD方法。(1) In the MOCVD method for compound semiconductors using group V source gas and group III source gas, the substrate is kept at a low reaction temperature at which the source gas is not sufficiently thermally decomposed, and the oscillation wavelength is directed toward this substrate to match the molecules of the group V source material. A light irradiation type that epitaxially grows compound semiconductor crystals on a substrate by irradiating infrared laser light tuned to the infrared absorption wavelength and exciting the molecular vibrations of raw material molecules to the extent that the molecules do not decompose. Low temperature MOCVD method.
基板温度を500〜550℃の範囲の低温状態に保った
状態で、赤外レーザ光を照射することを特徴とする光照
射型低温MOCVD方法。(2) A light irradiation type low temperature method according to claim (1), characterized in that infrared laser light is irradiated while the substrate temperature is maintained at a low temperature in the range of 500 to 550°C. MOCVD method.
置された基板を原料ガスが充分に熱分解しない低い反応
温度に保つ反応容器と、 この反応容器に向けV族原料ガス、III族原料ガスを供
給する手段と、 所定の低温状態に保たれた基板に向け、発振周波数がV
族原料ガスの分子の赤外吸収波長に同調した赤外レーザ
光を照射する手段と、 を含み、低温状態に保たれた基板上に高い堆積速度でし
かも良好な結晶性が得られるよう化合物半導体結晶をエ
ピタキシャル成長させることを特徴とする光照射型低温
MOCVD装置。(3) A reaction vessel having a susceptor on which the substrate is placed, and maintaining the substrate placed on the susceptor at a low reaction temperature at which the raw material gas is not sufficiently thermally decomposed; A means for supplying a group raw material gas and a substrate kept at a predetermined low temperature with an oscillation frequency of V.
a means for irradiating an infrared laser beam tuned to the infrared absorption wavelength of the molecules of the group raw material gas; A light irradiation type low temperature MOCVD device characterized by epitaxially growing crystals.
基板に向け、III族有機金属分子を直接に光分解しない
範囲に波長が設定された紫外光を照射する手段を含み、
赤外レーザ光と紫外光とを同時に照射するよう形成され
たことを特徴とする光照射型低温MOCVD装置。(4) The apparatus according to claim (3), including means for irradiating the substrate with ultraviolet light whose wavelength is set in a range that does not directly photodecompose group III organometallic molecules,
A light irradiation type low temperature MOCVD apparatus characterized in that it is formed to simultaneously irradiate infrared laser light and ultraviolet light.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31787087A JPH0744154B2 (en) | 1987-12-16 | 1987-12-16 | Light irradiation type low temperature MOCVD method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31787087A JPH0744154B2 (en) | 1987-12-16 | 1987-12-16 | Light irradiation type low temperature MOCVD method and apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01158721A true JPH01158721A (en) | 1989-06-21 |
JPH0744154B2 JPH0744154B2 (en) | 1995-05-15 |
Family
ID=18092979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31787087A Expired - Lifetime JPH0744154B2 (en) | 1987-12-16 | 1987-12-16 | Light irradiation type low temperature MOCVD method and apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0744154B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10112830B4 (en) * | 2000-03-17 | 2007-05-03 | Ricoh Printing Systems, Ltd. | For fine and individual control of the discharge of ink from each nozzle, a line scanning ink jet recording apparatus |
JP2012504866A (en) * | 2008-10-03 | 2012-02-23 | ビーコ・インストゥルメンツ・インコーポレイテッド | Method and apparatus for chemical vapor deposition |
CN115315297A (en) * | 2020-07-13 | 2022-11-08 | 日本碍子株式会社 | Refining method |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2426702A4 (en) | 2009-05-01 | 2014-03-26 | Univ Tokyo | Method of deposition of chemical compound semiconductor and device |
-
1987
- 1987-12-16 JP JP31787087A patent/JPH0744154B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10112830B4 (en) * | 2000-03-17 | 2007-05-03 | Ricoh Printing Systems, Ltd. | For fine and individual control of the discharge of ink from each nozzle, a line scanning ink jet recording apparatus |
JP2012504866A (en) * | 2008-10-03 | 2012-02-23 | ビーコ・インストゥルメンツ・インコーポレイテッド | Method and apparatus for chemical vapor deposition |
US8815709B2 (en) | 2008-10-03 | 2014-08-26 | Veeco Instruments Inc. | Chemical vapor deposition with energy input |
CN115315297A (en) * | 2020-07-13 | 2022-11-08 | 日本碍子株式会社 | Refining method |
CN115315297B (en) * | 2020-07-13 | 2024-06-04 | 日本碍子株式会社 | Refining method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0744154B2 (en) | 1995-05-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7396743B2 (en) | Low temperature epitaxial growth of silicon-containing films using UV radiation | |
JPS6134928A (en) | Growing process of element semiconductor single crystal thin film | |
JPH02258689A (en) | Method for forming crystalline thin film | |
JPH01158721A (en) | Method and apparatus for light irradiation type low temperature mocvd | |
JP2003332234A (en) | Sapphire substrate having nitride layer and its manufacturing method | |
JPH06224127A (en) | Method and device for growth of silicon film | |
KR970003502B1 (en) | Laser vpe method and apparatus thereof | |
JP2821557B2 (en) | Method for growing compound semiconductor single crystal thin film | |
JP3000143B2 (en) | Compound semiconductor film forming method | |
JPS63188932A (en) | Method for vapor growth of gallium nitride compound semiconductor | |
JPS62199015A (en) | Semiconductor crystal growth device | |
JP3104677B2 (en) | Group III nitride crystal growth equipment | |
JP2618408B2 (en) | Manufacturing method of single crystal alloy film | |
JP2577543B2 (en) | Single crystal thin film growth equipment | |
JPH0337186A (en) | Method for forming compound semiconductor thin film | |
JP2753832B2 (en) | III-V Vapor Phase Growth of Group V Compound Semiconductor | |
JP3141441B2 (en) | Method of forming SiC crystal film by laser | |
JPH0267721A (en) | Manufacture of compound semiconductor thin film | |
JPS6278191A (en) | Production of single crystal thin film | |
JPS63188935A (en) | Vapor growth system for gallium nitride compound semiconductor | |
JPS61176111A (en) | Manufacture of compound semiconductor thin film | |
JPH07118452B2 (en) | Silicon epitaxial growth method | |
JPS62202894A (en) | Vapor growth method for iii-v compound semiconductor | |
JPS62139319A (en) | Compound semiconductor crystal growth method | |
JPH0891994A (en) | Formation of crystalline silicon |