JPH01313927A - Compound-semiconductor crystal growth method - Google Patents

Compound-semiconductor crystal growth method

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JPH01313927A
JPH01313927A JP14656088A JP14656088A JPH01313927A JP H01313927 A JPH01313927 A JP H01313927A JP 14656088 A JP14656088 A JP 14656088A JP 14656088 A JP14656088 A JP 14656088A JP H01313927 A JPH01313927 A JP H01313927A
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JP
Japan
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compound semiconductor
semiconductor crystal
atomic layer
compound
vapor phase
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Application number
JP14656088A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Otsuka
信幸 大塚
Masahiko Ozeki
雅彦 尾関
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01313927A publication Critical patent/JPH01313927A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable a compound semiconductor crystal to grow at a temperature lower than conventional devices, and to improve the performance of a device using a hetero-junction by employing a phenyl compound of a constituent component making up the compound semiconductor crystal as at least one kind of a raw material gas. CONSTITUTION:(C6H5)3Ga (triphenylgallium; TPG) is used in place of (CH3)3Ga (trimethylgallium; TMG) and (C2H5)3Ga (triethylgallium; TEG) and the like which have been employed as a gaseous raw material substance in a conventional atomic layer epitaxy method. TPG has a group having molecular weight higher than TMG and TEG, and is decomposed at a comparatively low temperature. Accordingly, crystal growth through the atomic layer epitaxy method can progress at a low temperature, a hetero-interface having steep band structure and an impurity distribution profile can be formed, and the performance of a device can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 原子層エピタキシ法と称される気相成長方法による化合
物半導体結晶の成長に関し。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] This invention relates to the growth of compound semiconductor crystals by a vapor phase growth method called atomic layer epitaxy.

従来より低温で化合物半導体結晶を成長可能にすること
を目的とし。
The aim is to make it possible to grow compound semiconductor crystals at lower temperatures than before.

所望の化合物半導体結晶を成長させるための原料ガスの
少なくとも一種として、該化合物半導体結晶を構成する
成分元素のフェニル化合物を用いることから構成される
It is constructed by using a phenyl compound, which is a component element constituting the compound semiconductor crystal, as at least one kind of source gas for growing the desired compound semiconductor crystal.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、気相成長による化合物半導体結晶の成長方法
に係り、とくに、成分原料ガスを交互に気相成長装置内
に導入して化合物半導体結晶を成長させる原子層エピタ
キシと称される成長方法に関する。
The present invention relates to a method for growing compound semiconductor crystals by vapor phase growth, and in particular to a growth method called atomic layer epitaxy in which component source gases are alternately introduced into a vapor phase growth apparatus to grow compound semiconductor crystals. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

原子層エピタキシ法においては、化合物半導体結晶を構
成する成分元素をそれぞれ単独に含有する気体状の原料
物質を交互に気相成長装置に導入し、これを繰り返すこ
とによって化合物半導体結晶を成長させる。 GaAs
結晶を例にとると、 GaおよびAsをそれぞれ含有す
る気体状の原料物質として。
In the atomic layer epitaxy method, gaseous raw materials containing individual component elements constituting a compound semiconductor crystal are alternately introduced into a vapor phase growth apparatus, and this process is repeated to grow a compound semiconductor crystal. GaAs
Taking crystals as an example, gaseous raw materials containing Ga and As, respectively.

例えば(CHs)sGa ()リメチルガリウム)とA
sH3(アルシン)を交互に気相成長装置に導入する。
For example, (CHs)sGa ()limethylgallium) and A
sH3 (arsine) is alternately introduced into the vapor phase growth apparatus.

各々の原料物質は基板上に吸着したのち熱分解し各成分
元素の単原子層を形成するため、原料物質の導入の1サ
イクルごとにGaAsの単分子層が生成する。したがっ
て、所望の化合物半導体結晶およびこれに添加される不
純物を原子層単位で制御することが可能であり、従来の
バルク材料では得られない機能を有する電子デバイスを
実現する手段として2分子線エピタキシ法とともに期待
されている。
Each raw material is adsorbed onto the substrate and then thermally decomposed to form a monoatomic layer of each component element, so a monomolecular layer of GaAs is generated every cycle of introduction of the raw material. Therefore, it is possible to control the desired compound semiconductor crystal and the impurities added to it on an atomic layer basis, and the bimolecular beam epitaxy method is a means to realize electronic devices with functions that cannot be obtained with conventional bulk materials. It is expected that

原料ガスを気相成長装置に同時に導入する従来の有機金
属気相成長(MOCVD)法においては、結晶成長時に
基板温度を650℃〜700℃に保持しておく必要があ
った。これに対して、原子層エピタキシ法によれば、5
00℃程度の基板温度で化合物半導体結晶を成長させる
ことができる。化合物半導体結晶の成長の低温化は異種
化合物半導体のへテロ界面におけるバンド構造および不
純物分布プロファイルを急峻にできることから、ヘテロ
接合を用いるデバイスの性能向上にとって重要である。
In the conventional metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method in which source gases are simultaneously introduced into a vapor phase growth apparatus, it is necessary to maintain the substrate temperature at 650° C. to 700° C. during crystal growth. On the other hand, according to the atomic layer epitaxy method, 5
Compound semiconductor crystals can be grown at a substrate temperature of about 0.000C. Lowering the growth temperature of compound semiconductor crystals is important for improving the performance of devices using heterojunctions because it can sharpen the band structure and impurity distribution profile at the heterointerface of different compound semiconductors.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、成長温度が500℃程度となると。 However, when the growth temperature becomes about 500°C.

化合物半導体結晶構成原子の相互拡散および不純物原子
の拡散が生じ、急峻なヘテロ界面の形成や単原子層の厳
密さで不純物分布プロファイルを制御することが困難と
なる。さらに、熱膨張率が大きく異なる化合物半導体結
晶から成るヘテロ界面を形成した場合、これを室温に冷
却したときに生じる化合物半導体結晶の反りや歪が大き
い。
Interdiffusion of atoms constituting a compound semiconductor crystal and diffusion of impurity atoms occur, making it difficult to form a steep heterointerface and control the impurity distribution profile with the precision of a monoatomic layer. Furthermore, when a heterointerface made of compound semiconductor crystals having significantly different coefficients of thermal expansion is formed, the compound semiconductor crystals are greatly warped and distorted when the heterointerface is cooled to room temperature.

本発明は、従来より低温で化合物半導体結晶を成長可能
とすることにより、上記問題を解決することを目的とす
る。
An object of the present invention is to solve the above problems by making it possible to grow compound semiconductor crystals at lower temperatures than conventional ones.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的は、原子層エピタキシ法により所望の化合物半
導体結晶を成長させるための原料ガスの少な(とも一種
として、該化合物半導体結晶を構成する成分元素のフェ
ニル化合物を用いることを特徴とする本発明に係る化合
物半導体結晶成長方法によって達成される。
The above-mentioned object is to grow a desired compound semiconductor crystal by an atomic layer epitaxy method using a small amount of raw material gas (the present invention is characterized by using a phenyl compound as a component element constituting the compound semiconductor crystal as one type). This is achieved by such a compound semiconductor crystal growth method.

〔作 用〕[For production]

従来の原子層エピタキシ法において気体状の原料物質と
して用いられていた(CHz) :iGa ()リメチ
ルガリウム、TMG)や(C2Hs)zGa  ()リ
エチルガリウム;TEG)等に代わって9例えば(C4
H6) zGa (トリフェニルガリウム、 TPG 
)を用いる。TPGはTl’lGやTEGに比べて分子
量の大きい基を持っており。
For example, instead of (CHz):iGa ()trimethylgallium, TMG) and (CHs)zGa ()ethylgallium; TEG), which were used as gaseous raw materials in the conventional atomic layer epitaxy method, C4
H6) zGa (triphenylgallium, TPG
) is used. TPG has a group with a larger molecular weight than Tl'lG and TEG.

比較的低温で分解する。その結果、原子層エピタキシ法
による結晶成長が低温で進行可能となる。
Decomposes at relatively low temperatures. As a result, crystal growth by atomic layer epitaxy can proceed at low temperatures.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図は本発明の実施に用いた気相成長システムの概要
構成を示す立面図であって9例えば石英管から成る気相
成長装置1の内部には、低熱伝導性の支持機構2によっ
て支持された9例えばグラファイトから成るサセプタ3
が設けられている。
FIG. 2 is an elevational view showing the general configuration of the vapor phase growth system used in the implementation of the present invention.Inside the vapor phase growth apparatus 1 made of, for example, a quartz tube, there is provided a support mechanism 2 with low thermal conductivity. a supported 9 susceptor 3 made of graphite, for example;
is provided.

サセプタ3の一端には、化合物半導体結晶が形成される
。 GaAs単結晶等から成る基板4が固定されている
。気相成長装置1の外部には、サセプタ3を加熱するた
めの高周波加熱装置10が設けられている。
A compound semiconductor crystal is formed at one end of the susceptor 3. A substrate 4 made of GaAs single crystal or the like is fixed. A high frequency heating device 10 for heating the susceptor 3 is provided outside the vapor phase growth device 1 .

気相成長装置1の一端には1図示しない真空排気製置に
接続された排気管5が設けられており。
At one end of the vapor phase growth apparatus 1, an exhaust pipe 5 is provided which is connected to a vacuum evacuation equipment (not shown).

これを通じて気相成長装置l内が真空に排気可能とされ
ている。気相成長装置1の他端にはマニホールド6が設
けられており、このマニホールド6に接続されているガ
ス切換えバルブ7.8および9を通じて水素ガス(Hz
)、 As11.、および(C6H5) 3Gaがそれ
ぞれ導入される。
Through this, the inside of the vapor phase growth apparatus 1 can be evacuated to a vacuum. A manifold 6 is provided at the other end of the vapor phase growth apparatus 1, and hydrogen gas (Hz) is supplied through gas switching valves 7.8 and 9 connected to this manifold 6.
), As11. , and (C6H5) 3Ga are introduced, respectively.

サセプタ3の温度を制御し、基板4温度を250℃に保
持した状態で、ガス切換えバルブ7.8゜9を交互に切
り換えて、気相成長装置1内に112゜(C6H5) 
zGaおよびA s fl 3を次表の流量および時間
で交互に導入した。
While controlling the temperature of the susceptor 3 and maintaining the substrate 4 temperature at 250°C, the gas switching valve 7.8°9 is alternately switched to 112° (C6H5) in the vapor phase growth apparatus 1.
zGa and A s fl 3 were introduced alternately at the flow rates and times shown in the table below.

Hz  (CJs)iGa  Hz   AsH3流t
l(SCCM)  500    x    500 
 480時間(秒)    3  10    3  
 10なお+ (Cbbs)3Gaは54℃に保持した
バブラーにキャリアとしてH2を流ixで流通させて導
入した。
Hz (CJs)iGa Hz AsH3 stylet
l(SCCM) 500 x 500
480 hours (seconds) 3 10 3
10+ (Cbbs)3Ga was introduced into a bubbler maintained at 54°C by flowing H2 as a carrier at a flow rate.

上表におけるH2は+ (Ci+H5)3GaおよびA
sH,を交互に導入する間における気相成長装置l内の
残留ガスのパージ用として導入するものである。また、
 (C,Hs) 3’GaおよびASH:lを導入する
際の圧力変動をなくすために、これらのガスに適当量の
H2を添加し、総流量を一定値に維持する。
H2 in the above table is + (Ci+H5)3Ga and A
This gas is introduced to purge residual gas in the vapor phase growth apparatus 1 while sH is alternately introduced. Also,
In order to eliminate pressure fluctuations when introducing (C,Hs)3'Ga and ASH:l, an appropriate amount of H2 is added to these gases to maintain the total flow rate at a constant value.

上記の条件を1周期として2例えば177周期を繰り返
して基板4上に成長したGaAs結晶の厚さと(C6H
5) 3Ga流量(x)との関係を第1図に示す。
The thickness of the GaAs crystal grown on the substrate 4 by repeating 2, for example, 177 cycles with the above conditions as one cycle (C6H
5) The relationship with 3Ga flow rate (x) is shown in Figure 1.

同図における縦軸は、上記1周期当たりの平均成長厚さ
をGaAs結晶の分子層の数で表したものである。
The vertical axis in the figure represents the average growth thickness per period expressed in terms of the number of molecular layers of GaAs crystal.

第1図により、 (Ci、Hs) 3Gaの流量が20
05CCHに達すると、1周期ごとにGaAs結晶が1
分子層ずつ成長し、これ以上薩量を増加させても1周期
当たりの成長厚さは増加しないことが示されている。ま
た、 (C6H5) 、Gaの流量が2005CCM以
下では、1周期ごとに1分子層が成長しないことが分か
る。
According to Figure 1, the flow rate of (Ci, Hs) 3Ga is 20
When reaching 05CCH, the GaAs crystal is
It has been shown that growth occurs one molecular layer at a time, and that even if the amount of sludge is increased further, the growth thickness per cycle does not increase. Furthermore, it can be seen that when the flow rate of (C6H5) and Ga is 2005 CCM or less, one molecular layer does not grow in each period.

上記において+ (C611s) 3Gaの代わりに従
来の原子層エピタキシ法において用いられていた前記T
MGやTEG等の原料ガスを導入してGaAs結晶の成
長を試みたが、基板温度250℃〜300℃では成長が
確認されなかった。これらTMGやTEGの熱分解が不
充分で成長が進行しなかった。
In the above, the above T used in the conventional atomic layer epitaxy method instead of + (C611s) 3Ga
Although an attempt was made to grow a GaAs crystal by introducing a raw material gas such as MG or TEG, no growth was observed at a substrate temperature of 250°C to 300°C. Thermal decomposition of these TMG and TEG was insufficient and growth did not proceed.

上記のように、 Gaの原料ガスとして(CJS) z
Gaを用いることにより、250℃で原子層エピタキシ
成長が可能であることが示された。
As mentioned above, as a raw material gas for Ga (CJS) z
It was shown that atomic layer epitaxy growth at 250° C. is possible by using Ga.

上記の成長温度の低温化については次のように推定され
る。すなわち+ (C3I%) :+Gaは加熱された
基板表面に(C,tls)、 Ga (n= 1〜3)
の形で吸着する。 TMGにおけるCH3基やTHEに
おけるやC21(、基に比べて、 C,H,基はGa原
子に対する結合力が弱いため、250℃以下の低温でも
、基板表面で容易に分解しGa単原子層を形成するので
、原子層エピタキシ成長が進行する。これに対して、T
MGやTMEはこのような低温では分解が不充分であり
、結晶成長が進まない。
The above reduction in the growth temperature is estimated as follows. That is, + (C3I%): +Ga is (C, tls) on the heated substrate surface, Ga (n = 1 to 3)
Adsorbs in the form of Compared to the CH3 group in TMG and the C21 group in THE, the C, H, group has a weaker bonding force to Ga atoms, so even at low temperatures below 250°C, they easily decompose on the substrate surface and form a Ga monoatomic layer. As T
MG and TME are insufficiently decomposed at such low temperatures, and crystal growth does not proceed.

なお、上記実施例においてはGaAs結晶を原子層エピ
タキシ成長させる場合を示したが、その他の化合物半導
体結晶5例えばAlAsについても、従来のTMAに代
えて、 AIのフェニル化合物を原料ガスとして用いる
ことにより成長温度の低減が可能であることは明らかで
ある。
Although the above example shows the case where GaAs crystal is grown by atomic layer epitaxy, other compound semiconductor crystals such as AlAs can also be grown by using phenyl compound of AI as the source gas instead of conventional TMA. It is clear that a reduction in growth temperature is possible.

また、 TPGのような大きな分子量の基を有し気化可
能な原料物質は、現状では極めて入手し難いために1本
発明はTPGに限定したが1本発明の思想はTPGと同
等の効果を有するその他の原料物質に対しても適用され
るものであることは言うまでもない。
In addition, since a vaporizable raw material having a large molecular weight group such as TPG is extremely difficult to obtain at present, the present invention is limited to TPG, but the idea of the present invention is that it has the same effect as TPG. Needless to say, this applies to other raw materials as well.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、原子層エピタキシ法により従来よりも
低温で化合物半導体結晶が成長可能となり、急峻なバン
ド構造および不純物分布プロファイルを有するヘテロ界
面を形成可能とする効果がある。
According to the present invention, a compound semiconductor crystal can be grown at a lower temperature than conventional methods by atomic layer epitaxy, and a heterointerface having a steep band structure and impurity distribution profile can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の成長方法におけるトリフェニルガリウ
ムの流量に対する1周期あたりのGaAs結晶の平均成
長厚さとの関係を示すグラフ。 第2図は本発明の成長方法を実施するために用いた気相
成長システムの概要構成を示す立面図である。 図において。 1は気相成長装置。 2は支持機構。 3はサセプタ。 4は基板。 5は排気管。 6はマニホールド。 7と8と9はガス切換えバルブ。 10は高周波加熱装置 である。 第 1 図 H2 木仝明の突鉋((用いた気相成長システム業 2 図
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the flow rate of triphenylgallium and the average growth thickness of GaAs crystal per period in the growth method of the present invention. FIG. 2 is an elevational view showing the general configuration of a vapor phase growth system used to carry out the growth method of the present invention. In fig. 1 is a vapor phase growth device. 2 is a support mechanism. 3 is the susceptor. 4 is the board. 5 is the exhaust pipe. 6 is the manifold. 7, 8 and 9 are gas switching valves. 10 is a high frequency heating device. Fig.1

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  所望の化合物半導体結晶が形成される基板を気相成長
装置内において所定温度に加熱する間に、該気相成長装
置内に前記化合物半導体を構成する成分元素をそれぞれ
単独に含有する気体状物質を交互に導入して該基板上に
前記化合物半導体結晶を成長させる方法において、前記
気体状物質の少なくとも一種が前記成分元素のフェニル
化合物であることを特徴とする化合物半導体結晶成長方
法。
While heating a substrate on which a desired compound semiconductor crystal is to be formed to a predetermined temperature in a vapor phase growth apparatus, a gaseous substance containing each of the component elements constituting the compound semiconductor singly is placed in the vapor phase growth apparatus. A method for growing compound semiconductor crystals on the substrate by alternately introducing gaseous substances, wherein at least one of the gaseous substances is a phenyl compound of the component element.
JP14656088A 1988-06-14 1988-06-14 Compound-semiconductor crystal growth method Pending JPH01313927A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005528808A (en) * 2002-06-04 2005-09-22 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Copper film deposition
US7732325B2 (en) 2002-01-26 2010-06-08 Applied Materials, Inc. Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers
US7781326B2 (en) 2001-02-02 2010-08-24 Applied Materials, Inc. Formation of a tantalum-nitride layer
US10280509B2 (en) 2001-07-16 2019-05-07 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques

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