JPH0152889B2 - - Google Patents
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- JPH0152889B2 JPH0152889B2 JP28199685A JP28199685A JPH0152889B2 JP H0152889 B2 JPH0152889 B2 JP H0152889B2 JP 28199685 A JP28199685 A JP 28199685A JP 28199685 A JP28199685 A JP 28199685A JP H0152889 B2 JPH0152889 B2 JP H0152889B2
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
アルミニウムを収容する大小の容積をもつた複
数の分子線源セルを設け、それぞれのセルの加熱
容量を換え、加熱速度に緩急を付けて、結晶組成
の変化に迅速に対応させて、所望組成のアルミニ
ウムを含むアルミニウム砒素ガリウム層を安定成
長する分子線エピタキシヤル成長方法である。
数の分子線源セルを設け、それぞれのセルの加熱
容量を換え、加熱速度に緩急を付けて、結晶組成
の変化に迅速に対応させて、所望組成のアルミニ
ウムを含むアルミニウム砒素ガリウム層を安定成
長する分子線エピタキシヤル成長方法である。
本発明は分子線エピタキシヤル成長方法に係
り、特に、アルミニウムを含む化合物半導体結晶
の分子エピタキシヤル成長方法にする。
り、特に、アルミニウムを含む化合物半導体結晶
の分子エピタキシヤル成長方法にする。
周知のように、半導体装置を製造する際、結晶
基板に沿つて半導体膜をエピタキシヤル成長する
エピタキシー法が使用されており、これは半導体
製造の最もベーシツクな技術である。
基板に沿つて半導体膜をエピタキシヤル成長する
エピタキシー法が使用されており、これは半導体
製造の最もベーシツクな技術である。
このようなエピタキシー法において、最近、分
子線エピタキー（MBE）法が知られており、こ
の分子線エピタキシー法は超高真空下（10 Torr
以下）で蒸着する方法で、清浄な結晶基板面が維
持できるために、低温度でのエピタキシヤル成長
が可能で、且つ、膜厚や不純物分布を数10Å程度
の単原子レベルで精密な制御ができるという特徴
のあるものである。
子線エピタキー（MBE）法が知られており、こ
の分子線エピタキシー法は超高真空下（10 Torr
以下）で蒸着する方法で、清浄な結晶基板面が維
持できるために、低温度でのエピタキシヤル成長
が可能で、且つ、膜厚や不純物分布を数10Å程度
の単原子レベルで精密な制御ができるという特徴
のあるものである。
更に、MBE法の大きな特徴は、各種元素ある
いは化合物元素のヘテロ接合やグレーデツドヘテ
ロ接合も容易に得られるという点で、GaAsなど
の化合物半導体のエピタキシヤル成長に広く利用
されつつある。
いは化合物元素のヘテロ接合やグレーデツドヘテ
ロ接合も容易に得られるという点で、GaAsなど
の化合物半導体のエピタキシヤル成長に広く利用
されつつある。
このように利点のあるMBE法ではあるが、分
子線源（分子線材料）から蒸発するビーム強度は
高精度に制御されることが望されており、特に、
アルミニウムを含む化合物半導体結晶はその制御
が難しくて、高精度な制御が要望されている。
子線源（分子線材料）から蒸発するビーム強度は
高精度に制御されることが望されており、特に、
アルミニウムを含む化合物半導体結晶はその制御
が難しくて、高精度な制御が要望されている。
第２図は従来の分子線エピタキシヤル成長装置
の概要図を示し、１は超高真空処理容器、２は被
成長基板、３ａ，３ｂ，３ｃは分子線源セル、４
は冷却隔壁（液体窒素シユラウド）、５はシヤツ
ター、６はクライオポンプ、７は真空排気口であ
る。
の概要図を示し、１は超高真空処理容器、２は被
成長基板、３ａ，３ｂ，３ｃは分子線源セル、４
は冷却隔壁（液体窒素シユラウド）、５はシヤツ
ター、６はクライオポンプ、７は真空排気口であ
る。
この分子線エピタキシヤル成長装置のうち、分
子線源セル３の概要図を第３図に示しており、３
１は円錐形るつぼ、３２はヒータ、３３は溶融し
た分子線源（分子線材料）、３４は温度センサで、
その他の第２図と同一部材には同一記号が付して
ある。なお、同図はシヤツター５で噴出口を遮蔽
した状態を図示しているが、このシヤツター５を
開けると、分子線が液面より蒸発して、真正面の
被成長基板面に飛着し、エピタキシヤル成長が行
なわれる。
子線源セル３の概要図を第３図に示しており、３
１は円錐形るつぼ、３２はヒータ、３３は溶融し
た分子線源（分子線材料）、３４は温度センサで、
その他の第２図と同一部材には同一記号が付して
ある。なお、同図はシヤツター５で噴出口を遮蔽
した状態を図示しているが、このシヤツター５を
開けると、分子線が液面より蒸発して、真正面の
被成長基板面に飛着し、エピタキシヤル成長が行
なわれる。
分子線源セルの大きさは、例えば、円錐形るつ
ぼ３１が口径20mm、長さ100mm程度、容量16c.c.の
容器で、焼結窒化硼素（PBN）で作成されてお
り、ヒータ３２はTa線などが用いられる。
ぼ３１が口径20mm、長さ100mm程度、容量16c.c.の
容器で、焼結窒化硼素（PBN）で作成されてお
り、ヒータ３２はTa線などが用いられる。
今、上記のような成長装置を用いて、例えば、
GaAs基板を被成長基板２とし、第４図に示すよ
うなHEMT用のAlxGa xAs結晶を成長する成長
方法を説明する。第４図はAlGaAs結晶の断面図
で、２１はGaAs基板、２２はGaAs層、２３は
AlGaAs層、２４はGaAs層で、これらを順次に
基板２１上にエピタキシヤル成長させた結晶構造
である。このような構造で、GaAs層２２と
AlGaAs層２３とのヘテロ接合界面に両層の電子
親和力の差からGaAs層２２に二次元電子ガス層
（点線で示す）が生じ、これが高速動作に寄与す
る。
GaAs基板を被成長基板２とし、第４図に示すよ
うなHEMT用のAlxGa xAs結晶を成長する成長
方法を説明する。第４図はAlGaAs結晶の断面図
で、２１はGaAs基板、２２はGaAs層、２３は
AlGaAs層、２４はGaAs層で、これらを順次に
基板２１上にエピタキシヤル成長させた結晶構造
である。このような構造で、GaAs層２２と
AlGaAs層２３とのヘテロ接合界面に両層の電子
親和力の差からGaAs層２２に二次元電子ガス層
（点線で示す）が生じ、これが高速動作に寄与す
る。
このようなAlxGa1―xAs結晶を、第２図に示
す成長装置で成長する際、分子線源セル３ａには
Ga（ガリウム）の分子線源セルを溶融し、分子線
源セル３ｂにはAs（砒素）の分子線源を溶融し、
分子線源セル３ｃにはAl（アルミニウム）の分子
線源を溶融させておいて、GaAs層２２の成長時
には分子線源セル３ａ，３ｂのシヤツターを開い
て成長する。次に、AlGaAs層２３の成長時に
は、それに加えて、更に分子線源セル３ｃのシヤ
ツターをも開いて成長する。最後に、GaAs層２
４の成長時には、Alを溶融した分子線源セル３
ｃのシヤツターを閉じて成長する。
す成長装置で成長する際、分子線源セル３ａには
Ga（ガリウム）の分子線源セルを溶融し、分子線
源セル３ｂにはAs（砒素）の分子線源を溶融し、
分子線源セル３ｃにはAl（アルミニウム）の分子
線源を溶融させておいて、GaAs層２２の成長時
には分子線源セル３ａ，３ｂのシヤツターを開い
て成長する。次に、AlGaAs層２３の成長時に
は、それに加えて、更に分子線源セル３ｃのシヤ
ツターをも開いて成長する。最後に、GaAs層２
４の成長時には、Alを溶融した分子線源セル３
ｃのシヤツターを閉じて成長する。
実際には、ｐ型やｎ型の不純物を含有させるた
めに、分子線源セルの個数は更に増加する。しか
し、凡そ、上記のような、分子線エピタキシヤル
成長方法によつて、AlxGa1―xAs結晶が形成さ
れている。
めに、分子線源セルの個数は更に増加する。しか
し、凡そ、上記のような、分子線エピタキシヤル
成長方法によつて、AlxGa1―xAs結晶が形成さ
れている。
ところで、上記に説明した成長方法において、
第２段階のAlを溶融した分子線源セル３ｃを開
いてAlGaAs層２３を成長する場合、その初期に
は、界面でGaAs層２２とAlGaAs層２３とがヘ
テロ接合してバンドギヤツプが大きくなるように
成長させるため、Alが急激に加えられて、
AlxGa1―xAs層２３のｘ値が0.3になる混晶組成
にする。従つて、この時、分子線源セル３ｃを遮
蔽するシヤツターは直ちに全開してAlを蒸発さ
せる。
第２段階のAlを溶融した分子線源セル３ｃを開
いてAlGaAs層２３を成長する場合、その初期に
は、界面でGaAs層２２とAlGaAs層２３とがヘ
テロ接合してバンドギヤツプが大きくなるように
成長させるため、Alが急激に加えられて、
AlxGa1―xAs層２３のｘ値が0.3になる混晶組成
にする。従つて、この時、分子線源セル３ｃを遮
蔽するシヤツターは直ちに全開してAlを蒸発さ
せる。
一方、他端のAlGaAs層２３とGaAs層２４と
の接合面はバンドギヤツプがなくなるように、
AlGaAs層２３の中のAl組成を徐々に減少させ混
晶比を変化させて、接合界面でｘが０になるよう
に成長する方法が採られている。それは、その界
面で無理のない接合ができるように成長するため
である。第４図の右辺に示している線S0（点線）
はｘ値の理想的な減少値を示している。
の接合面はバンドギヤツプがなくなるように、
AlGaAs層２３の中のAl組成を徐々に減少させ混
晶比を変化させて、接合界面でｘが０になるよう
に成長する方法が採られている。それは、その界
面で無理のない接合ができるように成長するため
である。第４図の右辺に示している線S0（点線）
はｘ値の理想的な減少値を示している。
しかし、このような、AlxGa1―xAs層の混晶
比を成長途中で変化させる方法は制御が難しく、
従来より、分子線源セルの温度を変化させる法や
シヤツターを徐々に開閉する法が用いられている
が、前者はAlのビーム強度の安定化が困難で、
後者は混晶比の面内分布のばらつきが大きくなる
欠点がある。
比を成長途中で変化させる方法は制御が難しく、
従来より、分子線源セルの温度を変化させる法や
シヤツターを徐々に開閉する法が用いられている
が、前者はAlのビーム強度の安定化が困難で、
後者は混晶比の面内分布のばらつきが大きくなる
欠点がある。
本発明は前者の温度制御方法を用い、混晶比の
変化を制御良くし、且つ、成長後、素早く初期の
混晶比状態に返して、Alを含有した化合物半導
体結晶の組成比の変化を含んだ混晶成長の再現性
を良くする分子線エピタキシヤル成長方法を提案
するものである。
変化を制御良くし、且つ、成長後、素早く初期の
混晶比状態に返して、Alを含有した化合物半導
体結晶の組成比の変化を含んだ混晶成長の再現性
を良くする分子線エピタキシヤル成長方法を提案
するものである。
その目的は、アルミニウムからなる分子線材料
を収容する容積の異なつた複数の分子線源セルを
設けて、前記アルミニウムを含む化合物半導体層
を成長するようにした分子線エピタキシヤル成長
方法によつて達成される。
を収容する容積の異なつた複数の分子線源セルを
設けて、前記アルミニウムを含む化合物半導体層
を成長するようにした分子線エピタキシヤル成長
方法によつて達成される。
即ち、本発明は、Al分子線材料を蓄えた大型
と小型の２種類の分子線源セルを設けて、結晶組
成を徐々に変化させる場合には、小型の分子線源
セルから分子線材料を蒸発させ、一定組成の結晶
を成長する場合は大型の分子線源セルから分子線
材料を蒸発させる成長方法を行なう。
と小型の２種類の分子線源セルを設けて、結晶組
成を徐々に変化させる場合には、小型の分子線源
セルから分子線材料を蒸発させ、一定組成の結晶
を成長する場合は大型の分子線源セルから分子線
材料を蒸発させる成長方法を行なう。
そうすると、混晶比を変化させる混晶も、一定
組成比の混晶も、再現性良く成長できる。
組成比の混晶も、再現性良く成長できる。
以下、図面を参照して実施例によつて詳細に説
明する。
明する。
第１図は本発明にかかる分子線エピタキシヤル
成長方法を実施する成長装置の概要図を示してお
り、分子線源セル３ａ，３ｂ，３ｃは従来と同様
にるつぼ容積16c.c.の大きさのセルとし、分子線源
セル３ｓはるつぼ容積５c.c.程度の小型セルにし、
ヒータの加熱容量は同程度にする。その他の部材
は第３図と同一部材に同一記号が付けてある。
成長方法を実施する成長装置の概要図を示してお
り、分子線源セル３ａ，３ｂ，３ｃは従来と同様
にるつぼ容積16c.c.の大きさのセルとし、分子線源
セル３ｓはるつぼ容積５c.c.程度の小型セルにし、
ヒータの加熱容量は同程度にする。その他の部材
は第３図と同一部材に同一記号が付けてある。
このような成長装置を用いて、大型の分子線源
セル３ｃと小型の分子線源セル３ｓとにAl分子
線源（Al分子線材料）を蓄えて、加熱溶融させ
ておき、一定組成の結晶を成長する場合には、大
型の分子線源セル３ｃからAlを蒸発させ、混晶
比を変化させた結晶を成長する場合には、小型の
分子線源セル３ｓからAlを蒸発させて、その分
子線源セル３ｓのヒータの加熱量を制御する。そ
うすれば、一定組成の結晶成長時には、その組成
は安定化して組成比は一定化し易く、組成を変化
させる結晶成長時には、容積が小さいから、組成
変化への追随性が良くなり、そのため、混晶層の
成長の再現性もよくなる。
セル３ｃと小型の分子線源セル３ｓとにAl分子
線源（Al分子線材料）を蓄えて、加熱溶融させ
ておき、一定組成の結晶を成長する場合には、大
型の分子線源セル３ｃからAlを蒸発させ、混晶
比を変化させた結晶を成長する場合には、小型の
分子線源セル３ｓからAlを蒸発させて、その分
子線源セル３ｓのヒータの加熱量を制御する。そ
うすれば、一定組成の結晶成長時には、その組成
は安定化して組成比は一定化し易く、組成を変化
させる結晶成長時には、容積が小さいから、組成
変化への追随性が良くなり、そのため、混晶層の
成長の再現性もよくなる。
次に、本発明にかかる成長方法によつて、第４
図に示すHEMT用のAlxGa1―xAs結晶を成長す
る具体的例を説明する。このようなAlxGa1―
xAs結晶を成長する際、被成長基板２にGaAs基
板２１を用い、分子線源セル３ａにはGaの分子
線源を溶融し、分子線源セル３ｂにはAsの分子
線源を溶融し、分子線源セル３ｃにはAlの分子
線源を溶融し、更に、分子線源セル３ｓにもAl
の分子線源を溶融させておき、GaAs層２２の成
長時には分子線源セル３ａ，３ｂからGa、Asを
蒸発させて成長する。次に、AlGaAs層２３の成
長時には、分子線源セル３ａ，３ｂからGa、As
を成長すると同時に、更に分子線源セル３ｃから
Alを蒸発させて成長する。
図に示すHEMT用のAlxGa1―xAs結晶を成長す
る具体的例を説明する。このようなAlxGa1―
xAs結晶を成長する際、被成長基板２にGaAs基
板２１を用い、分子線源セル３ａにはGaの分子
線源を溶融し、分子線源セル３ｂにはAsの分子
線源を溶融し、分子線源セル３ｃにはAlの分子
線源を溶融し、更に、分子線源セル３ｓにもAl
の分子線源を溶融させておき、GaAs層２２の成
長時には分子線源セル３ａ，３ｂからGa、Asを
蒸発させて成長する。次に、AlGaAs層２３の成
長時には、分子線源セル３ａ，３ｂからGa、As
を成長すると同時に、更に分子線源セル３ｃから
Alを蒸発させて成長する。
そうして、GaAs層２２とAlGaAs層２３のヘ
テロ接合部分が形成されると、Alの蒸発源を分
子線源セル３ｃから分子線源セル３ｓに切り換え
する。切り換えは勿論、シヤツターの開閉によ
る。そして、分子線源セル３ｓのヒータの加熱量
を順次に減少させ、Alの溶融温度を1300℃から
1200℃に低下させながら成長する。そして、次の
GaAs層２４の成長時には、Alを溶融した分子線
源セル３ｓのシヤツターを閉じて成長する。
テロ接合部分が形成されると、Alの蒸発源を分
子線源セル３ｃから分子線源セル３ｓに切り換え
する。切り換えは勿論、シヤツターの開閉によ
る。そして、分子線源セル３ｓのヒータの加熱量
を順次に減少させ、Alの溶融温度を1300℃から
1200℃に低下させながら成長する。そして、次の
GaAs層２４の成長時には、Alを溶融した分子線
源セル３ｓのシヤツターを閉じて成長する。
このようにすれば、AlGaAs層２３のヘテロ接
合部分は、温度が安定した大型の分子線源セル３
ｃからAlが蒸発するため、ビーム強度が安定し
ていて、AlxGa xAs結晶の組成ｘ値は0.3と一定
になり易い、また、組成ｘ値を0.3から0.26に変
化させる部分では、温度変化の容易な小型の分子
線源セル３ｃからAlを蒸発するため、その温度
追随性が良く、組成を変化させ易くなる。第４図
の右辺に示す線S1は本発明にかかる成長装置を用
いた場合の組成ｘ値の変化を示しており、線S1は
セル切り換え時に若干Al量が増えたデータとな
つているものの、この部分はヘテロ接合部を過ぎ
た部分であるから問題にはならない。
合部分は、温度が安定した大型の分子線源セル３
ｃからAlが蒸発するため、ビーム強度が安定し
ていて、AlxGa xAs結晶の組成ｘ値は0.3と一定
になり易い、また、組成ｘ値を0.3から0.26に変
化させる部分では、温度変化の容易な小型の分子
線源セル３ｃからAlを蒸発するため、その温度
追随性が良く、組成を変化させ易くなる。第４図
の右辺に示す線S1は本発明にかかる成長装置を用
いた場合の組成ｘ値の変化を示しており、線S1は
セル切り換え時に若干Al量が増えたデータとな
つているものの、この部分はヘテロ接合部を過ぎ
た部分であるから問題にはならない。
このようにして形成すると、AlGaAs層２３に
高精度で、且つ、再現性の良い組成の混晶とな
り、率いては、高性能な半導体装置の形成に役立
つ。
高精度で、且つ、再現性の良い組成の混晶とな
り、率いては、高性能な半導体装置の形成に役立
つ。
以上の説明から判るように、本発明にかかるア
ルミニウム分子源セルを用いた分子線エピタキシ
ヤル成長方法によれば、成長結晶の品質が向上
し、再現性が良くなつて、化合物半導体装置の高
品質・高性能化に顕著に寄与するものである。
ルミニウム分子源セルを用いた分子線エピタキシ
ヤル成長方法によれば、成長結晶の品質が向上
し、再現性が良くなつて、化合物半導体装置の高
品質・高性能化に顕著に寄与するものである。
第１図は本発明にかかる分子線エピタキシヤル
成長方法を適用する成長装置の概要図、第２図は
従来の分子線エピタキシヤル成長方法を行なう成
長装置の概要図、第３図は分子線源セルの概要
図、第４図はAlGaAs結晶の断面図である。 図において、１は超高真空処理容器、２は被成
長基板、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｓは分子線源セ
ル、４は冷却隔壁、５はシヤツター、６はクライ
オポンプ、７は真空排気口、２１はGaAs基板、
２２，２４はGaAs層、２３はAlGaAs層、３１
は円錐形るつぼ、３２はヒータ、３３は分子線
源、３４は温度センサを示している。
成長方法を適用する成長装置の概要図、第２図は
従来の分子線エピタキシヤル成長方法を行なう成
長装置の概要図、第３図は分子線源セルの概要
図、第４図はAlGaAs結晶の断面図である。 図において、１は超高真空処理容器、２は被成
長基板、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｓは分子線源セ
ル、４は冷却隔壁、５はシヤツター、６はクライ
オポンプ、７は真空排気口、２１はGaAs基板、
２２，２４はGaAs層、２３はAlGaAs層、３１
は円錐形るつぼ、３２はヒータ、３３は分子線
源、３４は温度センサを示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アルミニウムを収容する第１の分子線源セル
と、該第１の分子線源セルと同じアルミニウムを
収容し、該第１の分子線源セルより容積の小さい
第２の分子線源セルとを設け、 第１の分子線源セルを用いてアルミニウム膜の
組成比が一定のアルミニウム砒素ガリウム層を成
長し、 該第１の分子線源セルの噴出口をシヤツターで
閉じると共に、第２の分子線源セルのシヤツター
を開けて、該第２の分子線源セルから分子線を噴
出させ、 該第２の分子線源セルの加熱温度を低下させ
て、アルミニウムの組成比を次第に減少させて成
長するようにしたことを特徴とする分子線エピタ
キシヤル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28199685A JPS62141715A (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | 分子線エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28199685A JPS62141715A (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | 分子線エピタキシヤル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62141715A JPS62141715A (ja) | 1987-06-25 |
| JPH0152889B2 true JPH0152889B2 (ja) | 1989-11-10 |
Family
ID=17646772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28199685A Granted JPS62141715A (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 | 分子線エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62141715A (ja) |
-
1985
- 1985-12-17 JP JP28199685A patent/JPS62141715A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62141715A (ja) | 1987-06-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |