JPH02116120A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
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- JPH02116120A JPH02116120A JP27027988A JP27027988A JPH02116120A JP H02116120 A JPH02116120 A JP H02116120A JP 27027988 A JP27027988 A JP 27027988A JP 27027988 A JP27027988 A JP 27027988A JP H02116120 A JPH02116120 A JP H02116120A
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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】
〔概要〕
化合物半導体結晶成長方法に係り、少なくとも有機金属
を原料の一部とする原子層エピタキシに関し。
を原料の一部とする原子層エピタキシに関し。
反応効率（成長に使用された量／供給量）を低下させな
いで、より少量の原料で原子層エピタキシが行えるよう
にすることを目的とし。
いで、より少量の原料で原子層エピタキシが行えるよう
にすることを目的とし。
化合物半導体結晶の原子層エピタキシにおいて。
被成長基板上に各成分元素の原料を交互に供給し。
且つ蒸気圧の高い成分元素の原料の圧力を、その他の成
分元素の原料の圧力より上げて成長するように構成する
。
分元素の原料の圧力より上げて成長するように構成する
。
本発明は化合物半導体結晶成長方法に係り、少なくとも
有機金属を原料の一部とする原子層エピタキシに関する
。
有機金属を原料の一部とする原子層エピタキシに関する
。
本発明は、電子デバイスの微細化を進めてその性能を向
上し、更に、従来のバルク材料にはない物性を利用して
新しい機能を有するデバイスを開発する目的で、化合物
半導体結晶及びその不純物濃度を原子層単位で制御でき
る方法として利用できる。
上し、更に、従来のバルク材料にはない物性を利用して
新しい機能を有するデバイスを開発する目的で、化合物
半導体結晶及びその不純物濃度を原子層単位で制御でき
る方法として利用できる。
従来、有機金属を用いた原子層エピタキシにおいては１
例えばＧａＡｓ結晶を成長する場合、 Ｇａ原料として
トリメチルガリウム（ＴＭＧ、 （ＣＨ３） ３Ｇａ
） 。
例えばＧａＡｓ結晶を成長する場合、 Ｇａ原料として
トリメチルガリウム（ＴＭＧ、 （ＣＨ３） ３Ｇａ
） 。
又はトリエチルガリウム（ＴＥＧ、 （ＣＪｓ）ｉＧａ
）を。
）を。
Ａｓの原料としてはアルシン（ＡｓＨ，）を用い、成長
温度５００℃、成長圧力２０ Ｔｏｒｒで、原料ガスを
交互に基板結晶上に供給し、単原子層成長を行っていた
。
温度５００℃、成長圧力２０ Ｔｏｒｒで、原料ガスを
交互に基板結晶上に供給し、単原子層成長を行っていた
。
原子層エピタキシにおいては、供給原料の反応は基板表
面で起こり、且つ低温であり、又原理的にこの手法では
、一方の原料供給時には他方の原料を排気してしまうこ
とになる。
面で起こり、且つ低温であり、又原理的にこの手法では
、一方の原料供給時には他方の原料を排気してしまうこ
とになる。
このため、原子層エピタキシにおける原料の反応効率は
通常の気相成長方法に比べて極めて悪い。
通常の気相成長方法に比べて極めて悪い。
特に、＾Ｓの原料であるＡｓＨ，についてはこの傾向が
著しく （Ｉ［Ｉ族元素（Ａｓ）は蒸気圧が高く原料
を十分に供給してお（必要があり、原子層で成長を制御
する場合に、 Ａｓは過剰に吸着することがないため必
要量以上に供給しておくのが一般的である〕。
著しく （Ｉ［Ｉ族元素（Ａｓ）は蒸気圧が高く原料
を十分に供給してお（必要があり、原子層で成長を制御
する場合に、 Ａｓは過剰に吸着することがないため必
要量以上に供給しておくのが一般的である〕。
将来この技術を実用化してゆく上で重要な課題である。
本発明は反応効率を低下させないで、より少量の原料で
原子層エピタキシが行えるようにすることを目的とする
。
原子層エピタキシが行えるようにすることを目的とする
。
上記課題の解決は、化合物半導体結晶の原子層エピタキ
シにおいて、被成長基板上に各成分元素の原料を交互に
供給し、且つ蒸気圧の高い成分元素の原料の圧力を、そ
の他の成分元素の原料の圧力より上げて成長することを
特徴とする結晶成長方法により達成される。
シにおいて、被成長基板上に各成分元素の原料を交互に
供給し、且つ蒸気圧の高い成分元素の原料の圧力を、そ
の他の成分元素の原料の圧力より上げて成長することを
特徴とする結晶成長方法により達成される。
例えば、 ＧａＡｓ結晶を通常のＭＯ−ＣＶＤ （有機
金属化学気相成長）装置を用いて成長する場合、 Ｇａ
の原料であるＴＭＧを成長圧力２０ Ｔｏｒｒで、 Ａ
ｓの原料であるＡｓＨ：ｌを成長圧カフ６０ Ｔｏｒｒ
で基板表面上に供給する。
金属化学気相成長）装置を用いて成長する場合、 Ｇａ
の原料であるＴＭＧを成長圧力２０ Ｔｏｒｒで、 Ａ
ｓの原料であるＡｓＨ：ｌを成長圧カフ６０ Ｔｏｒｒ
で基板表面上に供給する。
上記の場合、 ＡｓＨ３供給時の圧力を上げることによ
り、 ＡｓＨ３の実効的な濃度を高めることができる
。
り、 ＡｓＨ３の実効的な濃度を高めることができる
。
本発明は、 Ａｓは蒸気圧が高いため、成長圧力を上げ
てもＡｓの堆積は進行し、且つ原子１層で成長が自然に
止まる所謂セルフリミッティング効果は失われないので
単原子層ごとの成長が可能であることを利用したもので
ある。
てもＡｓの堆積は進行し、且つ原子１層で成長が自然に
止まる所謂セルフリミッティング効果は失われないので
単原子層ごとの成長が可能であることを利用したもので
ある。
但し、この場合ＧａＡｓの成長速度を決定する元素であ
るＧａの原料のＴＭＧは２０ Ｔｏｒｒ以下に減圧され
ていなければならない。これは、成長圧力が高いと基板
表面にできるよどみ層の中でＴＭＧがＧａに完全に分解
してしまうためＧａが過剰吸着を起こし。
るＧａの原料のＴＭＧは２０ Ｔｏｒｒ以下に減圧され
ていなければならない。これは、成長圧力が高いと基板
表面にできるよどみ層の中でＴＭＧがＧａに完全に分解
してしまうためＧａが過剰吸着を起こし。
成長を原子１層で止めることが困難となるためである。
即ち、 ＴＭＧは基板表面まで未分解のまま供給する必
要がある。
要がある。
これに対して、 Ａｓｈ、はＡｓの蒸気圧が高いため。
成長圧力を高くしても過剰吸着を起こすことはない。
ＧａＡｓ結晶を通常のＭＯ−ＣＶＤ装置を用いて成長す
る場合の実施例を、第１図〜・第３図を用いて説明する
。
る場合の実施例を、第１図〜・第３図を用いて説明する
。
第１図（１１〜（４）は実施例のガス流量及び圧力シー
ケンスを示す図である。
ケンスを示す図である。
第１図（１）は反応室内の圧力（原料供給中は成長圧力
となる）、第１図（２）は原料切り換え時反応室をパー
ジする水素の流量、第１図（３）はＴＭＧの流量。
となる）、第１図（２）は原料切り換え時反応室をパー
ジする水素の流量、第１図（３）はＴＭＧの流量。
第１図（４）はＡｓＨ，の流量のタイミングチャートで
ある。
ある。
いま、成長温度を例えば５００℃とし、 ＴＭＧを入れ
た温度３℃のバプラに水素（Ｈ２）キャリアを通気して
ＴＭＧを供給し、ＴＭＧ（流量４０ ＳＣＣＭ）の供給
時間Ｘを変化させて、１サイクルが下表の条件で行われ
た成長を２例えば１７７サイクル繰り返した結果から１
サイクル当たりの成長厚さのＧａＡｓ １分子層の厚さ
に対する比を求めた結果が第２図に示される。
た温度３℃のバプラに水素（Ｈ２）キャリアを通気して
ＴＭＧを供給し、ＴＭＧ（流量４０ ＳＣＣＭ）の供給
時間Ｘを変化させて、１サイクルが下表の条件で行われ
た成長を２例えば１７７サイクル繰り返した結果から１
サイクル当たりの成長厚さのＧａＡｓ １分子層の厚さ
に対する比を求めた結果が第２図に示される。
第２図はＴＭＧの供給時間Ｘと成長膜厚の関係を示す図
である。
である。
図より分かるように、 ＴＭＧの供給時間Ｘが４秒に達
すれば、これ以上に供給時間を増加させても成長膜厚は
増加せずに、１サイクル当たりの成長厚さがＧａＡｓ
１分子層に保たれた原子層エピタキシが可能であるとい
う結果が得られた。
すれば、これ以上に供給時間を増加させても成長膜厚は
増加せずに、１サイクル当たりの成長厚さがＧａＡｓ
１分子層に保たれた原子層エピタキシが可能であるとい
う結果が得られた。
Ｈ２パージ ＴＭＧ Ｈｚバージ Ａｓ
Ｈ３流量（ＳＣＣＭ） −４０２ 時間（秒）３Ｘ３１ ここで圧力の調整は、後で説明する第３図のニードルバ
ルブ６を用いて行った。減圧の場合はニードルバルブを
開の方に回して反応室１内をポンプで十分排気し、常圧
の場合はニードルバルブを閉の方に回してポンプの排気
能力を落として調節する。
Ｈ３流量（ＳＣＣＭ） −４０２ 時間（秒）３Ｘ３１ ここで圧力の調整は、後で説明する第３図のニードルバ
ルブ６を用いて行った。減圧の場合はニードルバルブを
開の方に回して反応室１内をポンプで十分排気し、常圧
の場合はニードルバルブを閉の方に回してポンプの排気
能力を落として調節する。
又、 ＴＭＧ 、 ＡｓＨ３の切り換えの際はガスの混
合を防ぐため、 ＴＭＧのキャリアガスを用いて反応室
１内をＨ２パージした。
合を防ぐため、 ＴＭＧのキャリアガスを用いて反応室
１内をＨ２パージした。
実施例によるＡｓＨ３の消費量は従来のそれの１７５０
以下であった。
以下であった。
ここまではＧａＡｓ結晶の成長について説明したが。
次にＩｎＰ結晶の実施例を説明する。
この場合は各成分元素の原料として、トリメチルインジ
ウム〔Ｔ旧、 （ＣＨ，）３Ｉｎ ）及びフォスフイン
（ＰＨ３）を用いる。
ウム〔Ｔ旧、 （ＣＨ，）３Ｉｎ ）及びフォスフイン
（ＰＨ３）を用いる。
ガス流量及び圧力シーケンスは第１図のようにする。
Ｔ旧を入れた温度２７℃のバブラにＨ２キャリアを通気
してＴＭＩを供給し、Ｔ旧（流量５０５ＣＣＭ）の供給
時間Ｙを変化させて、１サイクルが下表の条件からなる
成長を行った。例えば１７７サイクル繰り返した結果か
ら１サイクル当たりの成長厚さはＹ＝３秒で飽和してＩ
ｎＰ １分子層の厚さになることが分かった。
してＴＭＩを供給し、Ｔ旧（流量５０５ＣＣＭ）の供給
時間Ｙを変化させて、１サイクルが下表の条件からなる
成長を行った。例えば１７７サイクル繰り返した結果か
ら１サイクル当たりの成長厚さはＹ＝３秒で飽和してＩ
ｎＰ １分子層の厚さになることが分かった。
Ｈ２パージ ＴＭＩ Ｈｚパージ Ｐ
Ｈ３流量（ＳＣＣＭ） −５０２ 時間（秒）５Ｙ５１ 実施例によるＰＲ，の消費量は従来のそれの１／１００
以下である。
Ｈ３流量（ＳＣＣＭ） −５０２ 時間（秒）５Ｙ５１ 実施例によるＰＲ，の消費量は従来のそれの１／１００
以下である。
本発明は上記の実施例の他に２元結晶の場合は＾ＩＡｓ
等、３元結晶の場合はＡｌＧａＡｓ、 Ｇａ１ｎＰ。
等、３元結晶の場合はＡｌＧａＡｓ、 Ｇａ１ｎＰ。
Ｇａ１ｎＡｓ等に適用することができる。
第３図は実施例に用いられる装置の模式断面図である。
図において、１は反応室、２は被成長基板、３は基板を
保持するカーボン製のサセプタ、４は誘導加熱用のＲＦ
コイル、５．５Ａはガス切り換えバルブ、６は反応室内
のガス圧（成長圧力）調整用のニードルパルプ、７はニ
ードルパルプを経由して反応室を排気するロークリポン
プである。
保持するカーボン製のサセプタ、４は誘導加熱用のＲＦ
コイル、５．５Ａはガス切り換えバルブ、６は反応室内
のガス圧（成長圧力）調整用のニードルパルプ、７はニ
ードルパルプを経由して反応室を排気するロークリポン
プである。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、少量の原料ガスで
化合物半導体結晶の成長が可能となり。
化合物半導体結晶の成長が可能となり。
原子層エピタキシの実用化に寄与する。
更に、 ＡｓＨ３等の消費量を減らすと、 ＡｓＨ３等
は有毒ガスであるためそれらの処理にかかる労力と費用
と危険性を低減できる。
は有毒ガスであるためそれらの処理にかかる労力と費用
と危険性を低減できる。
第１図（１１〜（４）は実施例のガス流量及び圧力シー
ケンスを示す図。 第２図はＴＭＧの供給時間にと成長膜厚の関係を示す図
。 第３図は実施例に用いられる装置の模式断面図である。 図において。 １は反応室、 ２は被成長基板。 ３は基板を保持するカーボン製のサセプタ４は誘導加熱
用のＲＰコイル。 ５．５＾はガス切り換えパルプ。 ６はニードルパルプ、７はロータリポンプ時 間 実施例のガス流量及び圧力シーケンスを示す図第 図
ケンスを示す図。 第２図はＴＭＧの供給時間にと成長膜厚の関係を示す図
。 第３図は実施例に用いられる装置の模式断面図である。 図において。 １は反応室、 ２は被成長基板。 ３は基板を保持するカーボン製のサセプタ４は誘導加熱
用のＲＰコイル。 ５．５＾はガス切り換えパルプ。 ６はニードルパルプ、７はロータリポンプ時 間 実施例のガス流量及び圧力シーケンスを示す図第 図
Claims (1)
- 化合物半導体結晶の原子層エピタキシにおいて、被成長
基板上に各成分元素の原料を交互に供給し、且つ蒸気圧
の高い成分元素の原料の圧力を、その他の成分元素の原
料の圧力より上げて成長することを特徴とする結晶成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27027988A JPH02116120A (ja) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27027988A JPH02116120A (ja) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | 結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02116120A true JPH02116120A (ja) | 1990-04-27 |
Family
ID=17484043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27027988A Pending JPH02116120A (ja) | 1988-10-26 | 1988-10-26 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02116120A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06124900A (ja) * | 1991-07-18 | 1994-05-06 | Res Dev Corp Of Japan | 化合物結晶のエピタキシャル成長方法及びそのドーピング方法 |
| WO2003087430A1 (fr) * | 2002-04-16 | 2003-10-23 | Tokyo Electron Limited | Systeme de traitement, procede de traitement et element de montage |
-
1988
- 1988-10-26 JP JP27027988A patent/JPH02116120A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06124900A (ja) * | 1991-07-18 | 1994-05-06 | Res Dev Corp Of Japan | 化合物結晶のエピタキシャル成長方法及びそのドーピング方法 |
| WO2003087430A1 (fr) * | 2002-04-16 | 2003-10-23 | Tokyo Electron Limited | Systeme de traitement, procede de traitement et element de montage |
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