JPH02166722A - 化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents

化合物半導体の結晶成長方法

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JPH02166722A
JPH02166722A JP32502188A JP32502188A JPH02166722A JP H02166722 A JPH02166722 A JP H02166722A JP 32502188 A JP32502188 A JP 32502188A JP 32502188 A JP32502188 A JP 32502188A JP H02166722 A JPH02166722 A JP H02166722A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 Inを構成元素の一つとする化合物半導体の結晶成長方
法に関し、 表面モフォロジーや膜厚均一性に優れた結晶成長方法を
提供することを目的とし、 Inを構成元素の一つとする化合物半導体の構成元素、
の各々を含む複数の原材料を、基板上に交互に周期的に
供給することにより該化合物半導体を結晶成長させる方
法であって、Inを含む原材料の1周期あたりの供給量
を、Inが該基板上とこl原子層だけ堆積するのに必要
な量以下にするように構成する。
〔産業上の利用分野] 本発明は、Inを構成元素の−・つとする化合物半導体
の結晶成長方法に関する。
Inを構成元素の一つとする化合物半導体は、光通信用
デバイスや高速電子デバイスを作製する材料として優れ
た特性を有しており、特に近年では、GaAsあるいは
GaAlAsとの組合せによるペテロ接合デバイスへ応
用することによって、従来のデバイス性能をさらに向上
させることが試みられている。
そのため、Inを構成元素の一つとする化合物半導体薄
膜の結晶成長技術を確立することが望まれている。
〔従来の技術〕
半導体の構成元素を含む原材料を基板上に交互に周期的
に供給し、l原子層ごとに積み重ねて結晶を成長させる
原子層エピタキシー(ALE)法は、結晶成長過程を原
子レベルで制御できるため、従来の気相成長法や液相成
長法とともに、あるいはこれらを補完する結晶成長方法
として注目されている。特に、従来方法では正確な成長
過程の制御が困難であった化合物半導体に適用されて効
果をあげている。
ALE法を用いて化合物半導体の結晶成長を行う場合、
具体的にGaAsを例にとると、Gaを含むトリメチル
ガリウム(TMG)と、Asを含むアルシン(ASHI
)を交互に周期的に基板上に供給する。このとき、もし
1周期あたりのトリメチルガリウムの供給量を、Ga原
子が基板上に1原子層だけ堆積するのに必要な量販上に
過剰に供給したとしても、Ga原子相互間の付着力が弱
いため、過剰なGa原子は相互に積み重なって成長する
ことなく外部へ排気される。実際に成長面近傍で起こっ
ている現象は、このように単純なものではなく、たとえ
ば上に説明した原子の付着力も基板温度、雰囲気その他
の条件によって異なる等、その素過程は複雑であり明ら
かにされていない点も多い。しかし、大筋においては上
記のような現象が生じているものと考えられ、そのため
、原材料の供給量が過剰になっても原子層は1周期あた
り1層のみ成長するという膜厚の自動停止機構か^LE
法において働いている。以上のような機構によって、G
a層とAs層は原材料の供給順序に従って交互に1原子
層ごとに積み重なって成長し、その結果、表面モフォロ
ジーや膜厚均一性に優れた結晶性の良いGaAs単結晶
を得ることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、ln原子を含む化合物半導体を上記の方法で
結晶成長させる場合、Inの供給量を多くすると、成長
層表面に凹凸が生じたりあるいは膜厚均一性が1貝なわ
れ、また結晶性にも問題が生じていた。その原因は、以
下のように推測される。
第5図は、InP単結晶を成長させるためInP基板1
上にInを供給したときのIn原子の配列の様子を模式
的に示したものである。基板1上へのI’nの供給量が
1原子層の成長に要する量を越えると1、In原子間で
は相互の付着力が強いため、同図に示すように過剰なI
n原子は排気されずにまとまって液滴状となって1層目
のIn原子層上にそのまま付着し積み重なり、この上に
P原子が供給されることになる。このような過程が゛繰
り返されると、場所的に不均一な成長が生じ、その表面
が荒れるとともに結晶性も悪くなる。
そこで本発明は、表面モフォロジーや膜厚均一性に優れ
たInを構成元素とする化合物半導体の結晶成長方法を
提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題は、Inを構成元素の一つとする化合物半導体
の構成元素の各々を含む複数の原材料を、基板上に交互
に周期的に供給することにより該化合物半導体を結晶成
長させる方法であって、Inを含む原材料の1周期あた
りの供給量を、Inが該基板上に1原子層だけ堆積する
のに必要な量以下にしたことを特徴とする化合物半導体
の結晶成長方法によって解決される。
〔作 用〕
本発明の作用は、InPを例にとり、具体的に第1図(
a)〜(d)を用いておよそ以下のように説明できる。
同図は、InI’ %板1上にIn及びP原子を本発明
に係る方法に従って交互に周期的に供給したとき各原子
が該基板上に付着し積み重なっていく様子を模式的に示
したものである。同図(a)に示すように、まず最初の
1周期口で供給されたIn原子は全て基板1上に付着し
、なおかつ該基板上にはIn原子の付着しない領域が残
る。続いて供給されたP原子は、同図(b)に示すよう
にIn原子に付着して1層のInP分子層を形成するが
、In原子へ付着できなかった過剰なP原子は不安定で
あり基板への付着力が弱いため外部へ排気される。つぎ
に2サイクル目に入って、この上に供給されたInは同
図(C)に示すように、未だfnP分子層の形成されて
いない基板上の残された領域へ付着する。このとき過剰
なIn原子はP原子上にも付着することになるが、In
原子が続けて重なる機会は少ない。続いて、供給された
P原子は、同図(d)に示すように、In原子に付着し
、過剰なP原子は外部へ排気される。
以上のように、1周期あたりのInの供給量を1原子層
形成に要する星以下とするこ七により、In原子が重複
して積み重なって成長していくことを防くことができる
〔実施例] 第2図は本発明の実施例に用いた結晶成長装置の模式断
面図である。
まず、3 Torrに減圧した結晶成長装置2にlnP
基板1を配置し、ヒーター3によって500°Cに加熱
する。原材料となるガスとしてトリメチルインジウム(
(CHs)*In)及び水素ガスにより20%に希釈し
た十スフィン(pH,)を用い、ガス導入口4より該結
晶成長装置2に導入する。該結晶成長装置2には、上記
各ガスを切り換えて該基板l上に交互に供給するること
のでか、るパルプが設けられている (図示していない
)。また、過剰に供給されたガスは排気口5より外部へ
排気される。
第3図は上記各ガスの供給順序、供給量及び供給時間を
示したタイミングチャートであり、同図に示したように
、供給順序を水素−トリメチルインジウム−水素−ホス
フィンとし、これを1周期として、操り返し供給する。
ここで、原材料ガスの供給の間に水素を供給し、異なっ
た種類のガスが基板上で混合しないようにした。1周期
中の各ガ上記工程中、該基板1上に供給されるガスの総
流量が常にI Sl、l’lとなるように別系統のバル
ブ(図示していない)より水素ガスを供給した。
第412Iは、1周期あたりのトリメチルインジウムの
供給時間を変化させ、その他のパラメータは上記実施例
と同一値としたときの1周期あたりの成長分子層数の測
定値を示したものである。同図から明らかなように、1
周期あたりのトリメチルインジウムの供給時間が約6秒
のとき1周期あたりの成長分子層数が1となる。従って
、本実施例において実施した3秒ではInの供給量が少
ないため成長分子層は1以下となり、その結果、膜厚均
一性の良好な平坦な成長表面が得られる。一方、同図に
おいて6秒より長いときにはInの供給量が過剰、とな
って、成長分子層数が1以上になる。このような条件の
もとでは、膜厚の不均一性が顕著になるとともに成長表
面には凹凸が生じた。このことは、同図において成長分
子層数が1を越えるとともに測定値のパラツギが大きく
なっていることからも明らかである。
なお、本実施例ではInPについて述べたが、本発明は
これに限らず、Inを構成元素の1つとする化合物半導
体、たとえばInAs、InGaAs、 InAsP、
InGaAsP等の結晶成長へも適用できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によればInをR4構成素
の1つとする化合物半導体について、成長表面に凹凸や
縞状のうねりのない、即ち表面モフォロジーの良好なか
つ膜厚均一性の良い単結晶薄膜を再現性よく得ることが
でき、これを用いたデバイスの性能向上を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明するための模式断面図、 第2図は本発明の実施例に用いた結晶成長装置の要部を
示す模式断面図、 第3図はガス供給の夕・イミングチヤード、第4図は1
周期あたりの成長分子層数のトリメチルインジウム供給
時間依存性を示す実験データ、第5図は従来例の問題点
を説明するための模式断面図である。 図において、 ■はInP基板、 2は結晶成長装置、 3はヒーター 4はガス導入口、 5は排気口、 である。 ○゛■が号 @F′沖ナ ボ発朗の厘理を鋭蛸す3にめρ棄式訪光口滲 1  の め要@15とホ寸オ莫夫的面図 第 2 図 かス・イ夫糸&のタイミ〕グ′+7−ト躬 3 図 (#/周期) 躬 図 6[牙;伎倖へ口臀9虫、各さと0月する「こごう9貢
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 Inを構成元素の一つとする化合物半導体の構成元素の
    各々を含む複数の原材料を、基板上に交互に周期的に供
    給することにより該化合物半導体を結晶成長させる方法
    であって、 Inを含む原材料の1周期あたりの供給量を、Inが該
    基板上に1原子層だけ堆積するのに必要な量以下にした
    ことを特徴とする化合物半導体の結晶成長方法。
JP63325021A 1988-12-20 1988-12-20 化合物半導体の結晶成長方法 Expired - Fee Related JP2757407B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6036771A (en) * 1997-09-30 2000-03-14 Nec Corporation Method of manufacturing optical semiconductor device
US6872043B2 (en) 2002-05-09 2005-03-29 Kubota Corporation Swivel type working vehicle
WO2014136416A1 (ja) * 2013-03-08 2014-09-12 国立大学法人山口大学 半導体装置の製造方法及びiii-v族半導体の結晶成長方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6134924A (ja) * 1984-07-26 1986-02-19 Res Dev Corp Of Japan 半導体結晶成長装置

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