JPH02166723A - Growth of compound semiconductor - Google Patents

Growth of compound semiconductor

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JPH02166723A
JPH02166723A JP32506288A JP32506288A JPH02166723A JP H02166723 A JPH02166723 A JP H02166723A JP 32506288 A JP32506288 A JP 32506288A JP 32506288 A JP32506288 A JP 32506288A JP H02166723 A JPH02166723 A JP H02166723A
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to control the composition and the growth rate at specified values by supplying the raw material of an element A in the same group on a substrate, adsorbing the element at a specified covering rate, then supplying the raw material of an element B, adsorbing the element in a region where the element A is not adsorbed, preventing the adsorption of the raw material of the element B which is supplied later, supplying an element in another group, and adsorbing the element on the elements A and B. CONSTITUTION:The concentration and the supplying time length of the raw material A of an element A are controlled. Thus the A atoms are adsorbed on substrate crystals at a specified covering rate. The raw material B of an element B is adsorbed on vacant sites which are not occupied by the A atoms. When a single atom layer wherein the A atoms and the B atoms are mixed is formed, growing is stopped. A specified composition AxB1-x is obtained only by performing precise control for concentration supplying time of the raw material A. When an R layer is grown at the same time, the single molecule layer of AxB1-XR can be grown readily at the accurate composition. In the case of AxB1-xCyD1-y, C and A are the same type for the part of CyD1-y, and D and B are the same type. Therefore, when the concentration of the raw material C and the supply time length are precisely controlled, the accurate composition CyD1-y is obtained, and the growing can be performed at the accurate composition.

Description

【発明の詳細な説明】 [概要] 化合物半導体の成長方法に関し、 組成と成長速度とを所望の値に制御できる化合物半導体
の成長方法を提供することを目的とし、複数の同族元素
と他の族の元素との混晶よりなる化合物半導体結晶を成
長する方法であって、基板上に前記複数の同族元素の1
つである第1の元素の原料を供給して前記第1の元素を
前記基板上に所定の被覆率で吸着させる工程と、次いで
、前記複数の同族元素の1つである第2の元素の原料を
供給して、前記基板上の第1の元素が吸着されない領域
に前記第2の元素を吸着させ、その後供給される第2の
元素の原料については、その吸着を阻止する工程と、次
いで、前記的の族の元素の原石を供給して前記第1及び
第2の元素の上に前記的の族の元素を吸着させる工程と
を含むように構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The purpose of this invention is to provide a method for growing compound semiconductors that can control the composition and growth rate to desired values. A method for growing a compound semiconductor crystal consisting of a mixed crystal with one of the plurality of homologous elements on a substrate.
a step of supplying a raw material of a first element that is one of the plurality of homologous elements and adsorbing the first element onto the substrate at a predetermined coverage rate; a step of supplying a raw material to cause the second element to be adsorbed to a region on the substrate where the first element is not adsorbed, and then blocking the adsorption of the raw material for the second element supplied thereafter; and a step of supplying a raw ore of the target group element and adsorbing the target group element onto the first and second elements.

[産業上の利用分野] 本発明は化合物半導体の成長方法に関する。[Industrial application field] The present invention relates to a method for growing compound semiconductors.

近年の半導体デバイスの発達は著しいが、最近ではAl
GaAs、InGaAs、 InGaP、InGaAs
P、InGaAlAs等のような3元あるいは4元混晶
半導体結晶の重要度が高まってきている。これは共鳴ト
ンネリング現象を利用した高速動作の機能デバイスや、
量子サイズ効果を積極的に利用した量子井戸レーザのデ
バイス等を作製する際、上記の材料が必要不可欠となる
からである。
The development of semiconductor devices has been remarkable in recent years, and recently Al
GaAs, InGaAs, InGaP, InGaAs
Ternary or quaternary mixed semiconductor crystals such as P, InGaAlAs, etc. are becoming increasingly important. This is a high-speed functional device that utilizes the resonant tunneling phenomenon,
This is because the above-mentioned materials are indispensable when producing devices such as quantum well lasers that actively utilize quantum size effects.

これらのデバイスを優れた特性のものとし、しかも再現
性よく作製するためには優れた結晶成長技術の開発が必
要となる。具体的には、結晶の組成を自由にコントロー
ルでき、しかもへテロ界面の凹凸を1原子層のオーダで
制御可能な結晶成長法を開発する必要がある。
In order to provide these devices with excellent characteristics and to manufacture them with good reproducibility, it is necessary to develop excellent crystal growth techniques. Specifically, it is necessary to develop a crystal growth method that allows the composition of the crystal to be freely controlled and the unevenness of the heterointerface to be controlled on the order of one atomic layer.

[従来の技術] 従来、2種類以上の同族元素を含む混晶化合物半導体の
結晶成長法としては、超高真空中に置かれた基板上に梢
成元索となる物質を分子線の状態にして照射して成長を
行うMBE法(Ho 1ecu farBeara E
pitaxy:分子線エピタキシ)や、有機化合物、水
素化合物の形の原料を高温に保たれた基板上に供給し熱
分解反応を利用して結晶を得るMO、CV D法(Me
tal Organic Chernical Vap
or Deposition :有機金属化学的気相成
長法)等がある。
[Prior Art] Conventionally, as a crystal growth method for a mixed crystal compound semiconductor containing two or more types of homologous elements, a substance that will become a top layer is made into a molecular beam state on a substrate placed in an ultra-high vacuum. MBE method (Ho 1ecu far Beara E) in which growth is performed by irradiating
pitaxy (molecular beam epitaxy), MO, CVD method (Me
tal Organic Chemical Vap
or Deposition: organometallic chemical vapor phase growth method).

第2図(A>、(B)にこれらの従来技術を実施する装
置を示す。
FIGS. 2A and 2B show apparatuses implementing these conventional techniques.

第2図(A)は、MBE装置の概念図を示す。FIG. 2(A) shows a conceptual diagram of the MBE device.

真空容器31は排気システム32によって排気され、内
壁上に液体窒素シュラウド33を備え、反射高エネルギ
電子回折(RHEED)用の電子銃34、RHEEDモ
ニタシステム35、内部観察用のぞき窓36、真空計3
9、質量分析器40等のモニタを備えている。基板10
は排気システム38で排気された基板交換室37から順
次供給交換できる。
The vacuum vessel 31 is evacuated by an evacuation system 32 and equipped with a liquid nitrogen shroud 33 on the inner wall, an electron gun 34 for reflected high energy electron diffraction (RHEED), a RHEED monitor system 35, a peephole 36 for internal observation, and a vacuum gauge 3.
9, a monitor such as a mass spectrometer 40 is provided. Substrate 10
can be sequentially supplied and exchanged from the substrate exchange chamber 37 evacuated by the exhaust system 38.

結晶成長原料は、分子線セル41.43.45.47に
収められている。各分子線セルには独立に制御可能のし
−タとシャッタとが設けられている。
Crystal growth raw materials are contained in molecular beam cells 41, 43, 45, 47. Each molecular beam cell is provided with an independently controllable shutter and shutter.

基板10も基板ヒータによって加熱されている。The substrate 10 is also heated by the substrate heater.

プロセス制御用のコンピュータ49がモニタ用装置から
のモニタ信号を受け、設定プログラムに従って各分子線
セルのし−タ温度、シャッタおよび基板シャッタ等を制
御する0例えば、InGaAs層を成長するときには、
Inセル、Gaセル、^Sセルのシャッタを開けて基板
上にIn、 Ga、 Asの分子あるいは原子を照射す
る。
A process control computer 49 receives monitor signals from a monitor device and controls the shutter temperature, shutter, substrate shutter, etc. of each molecular beam cell according to a setting program.For example, when growing an InGaAs layer,
The shutters of the In, Ga, and S cells are opened to irradiate In, Ga, and As molecules or atoms onto the substrate.

第2図(B ) !i、MOCVD装’It、 ノIl
l 念図ヲ示す0石英の反応管51は水冷ジャケット5
2を備え、その外側に高周波加熱用のコイル53が巻い
である。基板10は排気システム38を備えた基板交換
室37から順次供給交換できる。基板1゜をのせるサセ
プタ内には熱電対が配備され基板温度をモニタする9反
応ガスは上方より導入され、フィルタ55、圧力調整弁
56、排気システム57、廃ガス処理装置58を通って
排出される。
Figure 2 (B)! i, MOCVD equipment
l The quartz reaction tube 51 shown in the drawing is a water-cooled jacket 5.
2, and a high-frequency heating coil 53 is wound around the outside thereof. The substrates 10 can be sequentially supplied and exchanged from a substrate exchange room 37 equipped with an exhaust system 38. A thermocouple is installed inside the susceptor on which the substrate 1° is placed to monitor the substrate temperature.9 The reaction gas is introduced from above and is discharged through the filter 55, pressure regulating valve 56, exhaust system 57, and waste gas treatment device 58. be done.

反応ガスの原料は気相供給のものど液相バブリング供給
のものがある0図には、液相バブリングの原料としてl
・リメチルインジウム(TMIn) 61、トリエチル
ガリウム(TEGa)62、気相供給の原11としてホ
スフィン(PH3>63、アルシン(^5H3)64が
示しである。水素65が純化装置67を介してキャリア
ガスとして導入される。原ず161.62は水素をバブ
リングすることにより、池の気相原料は水素と混合して
、原料が供給される。マスフローメータ68a、68b
、68c、68dはそれぞれバブリング用水素、希釈用
水素、気相原料−次希釈用の水素、気相原料二次希釈用
の水素を調整する。
The raw material for the reaction gas can be supplied in the gas phase or in the liquid phase by bubbling.
・Limethylindium (TMIn) 61, triethylgallium (TEGa) 62, phosphine (PH3>63, arsine (^5H3) 64 as gas phase supply source 11 are shown).Hydrogen 65 is passed through a purification device 67 to become a carrier. It is introduced as a gas.By bubbling hydrogen into the raw materials 161 and 62, the gas phase raw material in the pond is mixed with hydrogen, and the raw material is supplied.Mass flow meters 68a, 68b
, 68c, and 68d respectively adjust hydrogen for bubbling, hydrogen for dilution, hydrogen for gas-phase raw material-second dilution, and hydrogen for secondary dilution of gas-phase raw material.

このように、それぞれの原料は所定の率で希釈され、混
合された後、反応管51の原料供給口に送られる。
In this way, each raw material is diluted at a predetermined ratio, mixed, and then sent to the raw material supply port of the reaction tube 51.

[発明が解決しようとする課題〕 上述したMBE、MOCVD法により混晶化合物半導体
を成長する時は、原料を同時に供給して成長を行う0例
えば、InGaAsを成長する場合は、In、 Ga、
^Sを同時に供給する。
[Problems to be Solved by the Invention] When growing a mixed crystal compound semiconductor using the above-mentioned MBE or MOCVD method, raw materials are simultaneously supplied for growth. For example, when growing InGaAs, In, Ga,
^S is supplied at the same time.

この時、結晶の成長速度と組成は、各原料の分子線強度
あるいは濃度に大きく影響される。つまり成長速度と組
成は互いに関係しているので、独立に制御することは困
難であった4例えば、上述のInGaAsの場合、In
の比率の高い結晶を成長するには原料Inの割合を増加
しなければならない、ところがInの供給量を増加する
と成長速度が非常に速いものになってしまう。このよう
に成長速度か供給律速となり、所望の速度で所望の組成
の混晶化合物半導体結晶を成長することはできなかった
At this time, the growth rate and composition of the crystal are greatly influenced by the molecular beam intensity or concentration of each raw material. In other words, growth rate and composition are related to each other, so it is difficult to control them independently4.For example, in the case of InGaAs mentioned above,
In order to grow a crystal with a high ratio of , it is necessary to increase the ratio of raw material In, but when the amount of In supplied increases, the growth rate becomes extremely fast. In this way, the growth rate is the rate of supply, and it has not been possible to grow a mixed crystal compound semiconductor crystal of a desired composition at a desired rate.

本発明の目的は、組成と成長速度とを所望の値に制御で
きる化合物半導体の成長方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a method for growing a compound semiconductor in which the composition and growth rate can be controlled to desired values.

また、従来技術によると、組成の制御自身が容易でない
ことか多かった0例えば、■族元素としてGaとInを
含むInGaAsの場合、Inの原料としてのトリメチ
ルインジウム(TMIn)のガス中導入量と固体中のI
n組成との関係は第3図のようになる。
In addition, according to the prior art, it was often difficult to control the composition itself.For example, in the case of InGaAs containing Ga and In as group Ⅰ elements, the amount of trimethylindium (TMIn) introduced into the gas as a raw material for In I in solid
The relationship with n composition is as shown in FIG.

すなわち、Gaと比較してInはなかなか固体中に入ら
ず、TMInの導入量を高くすると急激に入り出す、こ
のため、In組成がある程度以上高いIn組成は制御が
容易でなかった。
That is, compared to Ga, In does not easily enter the solid, and when the amount of TMIn introduced is increased, it enters rapidly. Therefore, it has not been easy to control the In composition when the In composition is higher than a certain level.

本発明の他の目的は、組成制御の容易な化合物半導体の
成長方法を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a method for growing a compound semiconductor whose composition can be easily controlled.

[課題を解決するための手段] 本発明に従えば、AxBl−xR型の混晶化合物半導体
の結晶を成長する際、成分Aの原子、B原子を順次独立
に供給、吸着させ、さらにB原子の原料としてセルフリ
ミティング効果を有するものを用いる。A、Rは単独元
素でも元素群でも所定比の元素の組合わせでもよい。
[Means for Solving the Problems] According to the present invention, when growing a crystal of an AxBl-xR type mixed crystal compound semiconductor, atoms of component A and atoms of B are sequentially and independently supplied and adsorbed, and further B atoms are A material that has a self-limiting effect is used as the raw material. A and R may be a single element, a group of elements, or a combination of elements at a predetermined ratio.

第1図(A)、(B)は本発明の原理説明図である。FIGS. 1A and 1B are diagrams explaining the principle of the present invention.

第1図(A)はAxB、、R単分子層の成長を模式的に
示す、Aは単原子とする。まず、下地結晶上に元素Aの
原料[A]を供給する。ここで、原料[A]の濃度、C
1と供給する時間長t1を制御して組成Xを実現する所
定の被覆率でA原子を吸着させる。
FIG. 1(A) schematically shows the growth of an AxB, , R monolayer, where A is a single atom. First, a raw material [A] of element A is supplied onto the base crystal. Here, the concentration of raw material [A], C
1 and the supply time t1 is controlled to adsorb A atoms at a predetermined coverage rate that achieves composition X.

次に、元素Bの原料[B]としてセルフリミティング効
果、すなわち成長膜厚に対する自動停止iR横を有する
ものを用い、供給量が十分ならのとなるンa度、時間長
の組合わせで供給する。
Next, as the raw material [B] for element B, a material that has a self-limiting effect, that is, an iR side that automatically stops depending on the thickness of the grown film, is used, and if the supply amount is sufficient, it is supplied at a combination of a degree and time length. do.

さらにR層を成長する。例えば、Rか単原子であれば、
R単原子層を成長する。
Furthermore, an R layer is grown. For example, if R is a single atom,
Grow R monoatomic layer.

このようにしてAB   R単分子層を成長す×1−X る。In this way, grow an AB R monolayer ×1-X Ru.

第1図(B)は、AB   CD   単分子x  1
−x  y  1−y 層の成長を模式的に示す、、A、Cは単原子とする。
Figure 1 (B) shows AB CD single molecule x 1
-x y 1-y This schematically shows the growth of a layer, A and C are single atoms.

まず、下地結晶上に元素Aの原料[A]を供給する。こ
こで、原料[A]の濃度、C1と供給する時間長t1を
制御して、組成Xを実現する所定の被覆率でA原子を吸
着させる。
First, a raw material [A] of element A is supplied onto the base crystal. Here, the concentration of raw material [A], C1, and supply time t1 are controlled to adsorb A atoms at a predetermined coverage rate that achieves composition X.

次に、元素Bの原tl[B]としてセルフリミティング
効果、すなわち成長膜厚に対する自動停止機構を有する
ものを用い、供給量か十分なものとなる濃度、時間長の
組合わせで供給する。
Next, element B having a self-limiting effect, that is, an automatic stopping mechanism depending on the thickness of the grown film, is used as the source tl[B] of element B, and is supplied at a combination of concentration and time that provides a sufficient supply amount.

つづいて、元素Cの原料[C]を供給する。原料[C]
の濃度C2と供給する時間長t2を制御して組成yを実
現する所定の被覆率でC原子を吸着させる。
Subsequently, raw material [C] of element C is supplied. Raw material [C]
C atoms are adsorbed at a predetermined coverage rate that achieves the composition y by controlling the concentration C2 and supply time t2.

この上に元素りの原f=’l [D ]を供給する。[
D]にはセルフリミテイング効果を有するものを用いる
。十分な供給量となる濃度、供給時間長で供給する。
On top of this, an element f='l [D] is supplied. [
For D], a material having a self-limiting effect is used. Supply at a concentration and supply time that will provide a sufficient supply amount.

このようにしてAx B1−x Cv Dl−y単分子
層を成長する。
In this way, an Ax B1-x Cv Dl-y monolayer is grown.

以上、単分子層の成長について述べたが、多層積み重ね
て成長することにより必要膜厚を得られる。
Although the growth of a monomolecular layer has been described above, the required film thickness can be obtained by stacking and growing multiple layers.

[作用] 元素Aの原料[A]の濃度、供給時間長を制御すること
により、下地結晶上に所定の被覆率でA原子を吸着させ
ることは容易である。
[Operation] By controlling the concentration and supply time length of the raw material [A] of element A, it is easy to adsorb A atoms onto the base crystal at a predetermined coverage rate.

元素Bの原料[B]はセルフリミティング効果を有する
ので、A原子に占有されていない空のサイトに吸着し、
A原子とB原子の混合した単原子層を形成した時に成長
を停止する。
Since the raw material [B] of element B has a self-limiting effect, it adsorbs to empty sites not occupied by A atoms,
Growth is stopped when a monoatomic layer containing a mixture of A and B atoms is formed.

このようにして、精密な制御は、原料[A]の濃度供給
時間について行うのみで所望の組成A3B1−xが得ら
れる。
In this way, the desired composition A3B1-x can be obtained by precisely controlling only the concentration supply time of the raw material [A].

R層を併せて成長することによりAxBl−xR単分子
層が容易に、正確な組成で成長できる。
By growing the R layer together, an AxBl-xR monolayer can be easily grown with a precise composition.

AxB、、C,Dl−、の場合も、Ax”1−xの部分
は上述と同様である。C,Dl、の部分に就いてはCど
Aが類型であり、DとBが類型である。
In the case of AxB,,C,Dl-, the part Ax''1-x is the same as above.For the part C, Dl, C and A are types, and D and B are types. be.

従って、原料[C]の濃度、供給時間長を精密に制御す
れば正確な組成C,D1.が得られる。このようにして
AxBl−xCyDl−7が正確な組成で容易に成長で
きる。
Therefore, if the concentration of raw material [C] and supply time length are precisely controlled, accurate compositions C, D1. is obtained. In this way, AxBl-xCyDl-7 can be easily grown with a precise composition.

〔実施例] 第4図にm−m−v型温晶化合物半導体結晶成長方法の
実施例を概略的に示す。
[Example] FIG. 4 schematically shows an example of the m-m-v type warm-crystalline compound semiconductor crystal growth method.

■−v族化合物の成長において、一般に、■族金属元素
は多層積層し易く、v族元素は蒸気圧が高く、V族元素
上には吸着しにくい、従って、■−m−v型の結晶化合
物半導体を精度よく高品質に成長することは容易でなか
った6 第4図において、2N類の可成原料は同時でなく時間的
に分能して供給される。2番目に供給する■族原料には
、原子層エピタキシにおいて、セ・ルフリミティング効
果を有する原料を選ぶ。その後、V族原料を供給して1
分子層に相当する結晶が成長する。成長環境はMBEの
ような超高真空中でもM OCV Dのような常圧ある
いは減圧のト(2雰囲気中でもよい。
In the growth of ■-V group compounds, in general, group ■ metal elements are easy to stack in multiple layers, and group V elements have a high vapor pressure and are difficult to adsorb onto group V elements. Therefore, ■-m-v type crystals It has not been easy to grow compound semiconductors with high precision and high quality.6 In FIG. 4, the 2N-type materials are not supplied simultaneously but in a time-divided manner. As the second group material to be supplied, a material having a self-limiting effect in atomic layer epitaxy is selected. After that, the V group raw material is supplied and 1
Crystals corresponding to molecular layers grow. The growth environment may be an ultra-high vacuum such as MBE, or a normal pressure or reduced pressure atmosphere such as MOCVD.

先に供給される■族原料をI[11,21目のものを■
2と記す、まず、■1をある濃度Mである時間m秒だけ
送る。これにより、結晶表面上にはMとmに応じである
被覆率θ(M、m)の■1が吸着する。引き続いて■2
を十分に供給すると■2はセルフリミティング効果を有
しているために、結晶表面上で■1が吸着しなかった所
に吸着し、■1と■2の合計被覆率は1になる。この時
、■2は■1の上にも、また■2自身の上にも吸着しな
い、その後V族原料を供給することによって、結晶が1
分子層だけ成長する。結晶の組成の制御は■1の濃度M
と供給時間m′@−選び、被覆率θを変えることにより
自由に行える。成長膜厚の制御は■2が■1で埋められ
なかった所を全部埋めるので、■1の被覆率によらず1
サイクル当たり1分子層をなる。つまり1サイクル当た
り1分子層という成長速度は保ったままで、結晶の組成
だけを自由に変えられる。しかも、厳密なコントロール
が必要なのは■1の濃度と供給時間だけであって、■2
やV族原料の導入条件がずれても組成と成長率には影響
がない。
Group ■ raw materials supplied first are I [11th and 21st materials are ■
First, 1 is sent at a certain density M for a certain time m seconds. As a result, 1 of the coverage ratio θ(M, m), which depends on M and m, is adsorbed onto the crystal surface. Continuing ■2
When a sufficient amount of 2 is supplied, since 2 has a self-limiting effect, it adsorbs on the crystal surface where 1 was not adsorbed, and the total coverage of 1 and 2 becomes 1. At this time, ■2 does not adsorb on either ■1 or ■2 itself. After that, by supplying the V group raw material, the crystal becomes 1.
Only molecular layers grow. The composition of the crystal is controlled by the concentration M of 1.
This can be freely done by selecting the supply time m'@- and changing the coverage rate θ. Controlling the growth film thickness is possible because ■2 fills in all the areas that were not filled by ■1, so regardless of the coverage rate of ■1,
One molecular layer per cycle. In other words, the crystal composition can be changed freely while maintaining the growth rate of one molecular layer per cycle. Moreover, only the concentration and supply time of ■1 need to be strictly controlled, and ■2
Even if the introduction conditions of Group V raw materials are changed, the composition and growth rate are not affected.

以上、m−■−v型混型化晶化合物半導体結晶長の場合
を説明したか、ff[−V−V型温晶化合物半導体結晶
の成長の場合も上述の■とV族とを交換すれば同様に行
える。さらに、m−m−v−v型4元混晶化合物半導体
結晶の成長も■族、V族それぞれについて被覆率制御と
セルフリミティング成長とを行うことによって実施でき
る。
Above, we have explained the case of the m-■-v type hybrid compound semiconductor crystal length, and also in the case of the growth of ff[-V-V type warm crystal compound semiconductor crystal, the above-mentioned ■ and V group should be exchanged. You can do the same thing. Furthermore, the growth of m-m-v-v type quaternary mixed crystal compound semiconductor crystals can be carried out by performing coverage control and self-limiting growth for each of the (I) and V groups.

次に、nr−m−v型温晶化合物半導体としてInGa
Asを成長する具体的実施例について述べる。
Next, we will use InGa as an nr-m-v type warm crystal compound semiconductor.
A specific example of growing As will be described.

ここではInの原料にはトリメチルインジウム、Gaの
原料にはトリメチルガリウム、Asの原料にはアルシン
を用いた。■族原料は、最初にトリメチルインジウムを
、次にトリメチルガリウムを供給した。トリメチルガリ
ウムがセルフリミティング効果を持っている。第5図に
500 ’Cf InGaAsの、成長を行ったときの
インジウムの組成比と成長率をトリメチルインジウムの
供給時間に対してグロットした。水素をキャリアガスと
し、トリメチルインジウムをモル分率1.2X10−4
で、11メチルガリウムをモル分率2.1X10−3で
5秒、アルシンをモル分率4.8X10−2で20秒、
約15 torrの減圧雰囲気下で導入した。トリメチ
ルインジウムの供給時間の増加と共にインジウムの組成
比はほぼリニアに増加している。すなわら、組成比の制
御が極めて容易に行える。一方1サイクル当たりの成長
膜厚は1分子層の一定値をとる。
Here, trimethylindium was used as a raw material for In, trimethylgallium was used as a raw material for Ga, and arsine was used as a raw material for As. As for group (2) raw materials, trimethylindium was first supplied, and then trimethylgallium was supplied. Trimethyl gallium has a self-limiting effect. In FIG. 5, the composition ratio of indium and the growth rate when 500'Cf InGaAs was grown are plotted against the supply time of trimethylindium. Hydrogen is used as a carrier gas, and trimethylindium is used at a mole fraction of 1.2X10-4.
So, 11 methyl gallium was treated at a mole fraction of 2.1X10-3 for 5 seconds, arsine was treated at a mole fraction of 4.8X10-2 for 20 seconds,
It was introduced under a reduced pressure atmosphere of about 15 torr. As the supply time of trimethylindium increases, the composition ratio of indium increases almost linearly. In other words, the composition ratio can be controlled extremely easily. On the other hand, the film thickness grown per cycle takes a constant value of one molecular layer.

従って、成長率(成長速度)の制御も容易に行える。Therefore, the growth rate (growth rate) can also be easily controlled.

第6図(A)、(B)、(C)にInGaAsの成長モ
デルを示した。
A growth model of InGaAs is shown in FIGS. 6(A), (B), and (C).

第6図(A)は濃度と時間を制御して基板上にトリメチ
ルインジウムを供給した状態を示す。基板1の表面には
■族元素が吸着できるサイト2が分布している。このサ
イト2のうちx/1をIn原子3が占有する。
FIG. 6(A) shows a state in which trimethylindium is supplied onto a substrate while controlling concentration and time. On the surface of the substrate 1, sites 2 to which group Ⅰ elements can be adsorbed are distributed. In site 3 occupies x/1 of site 2 .

第6図(B)はトリメチルガリウムを十分量供給した状
態を示す。濃度と時間に関して、十分量の1〜リメチル
ガリウムが供給され、空いていな■族すイトには全てG
a原子5が吸着する。トリメチルガリウムはセルフリミ
ティング効果を有し、■族原子の上には吸着しない、従
って■族原子(In、Ga)の単原子層が出来上がった
時点で反応は完了する6 第6図(C)はアルシンを供給した状態を示す。
FIG. 6(B) shows a state in which a sufficient amount of trimethyl gallium has been supplied. In terms of concentration and time, a sufficient amount of 1-trimethylgallium is supplied, and all unoccupied groups are filled with G.
A atom 5 is adsorbed. Trimethylgallium has a self-limiting effect and does not adsorb onto group III atoms, so the reaction is complete when a monoatomic layer of group III atoms (In, Ga) is completed.6 Figure 6 (C) indicates a state in which arsine is supplied.

十分量のアルシンが供給され、可成単原子層上にAs原
子7の単原子層か成長する。
A sufficient amount of arsine is supplied, and a monoatomic layer of 7 As atoms is grown on the preformable monoatomic layer.

アルシンらセルフリミティング効果を有しており、単原
子層か成長すると反応は停止する。
Arsine has a self-limiting effect, and the reaction stops when a monoatomic layer grows.

なお、上記実施例ではセルフリミティング効果を持つ■
族原料としてトリメチルガリウム[Ga(CH3)31
を用いなか、この他ガリウムクロライド[GaCl] 
、ジエチルガリウムクロライド[Ga(C2H5) 2
CI]をセルフリミーr イ7グ効果を有する原料とし
て用いてもよい。
In addition, in the above embodiment, ■
Trimethylgallium [Ga(CH3)31
In addition, gallium chloride [GaCl]
, diethylgallium chloride [Ga(C2H5) 2
CI] may be used as a raw material having a self-removal effect.

また、V族元素を複数含む1−v−v族混晶化合物半導
体を成長する場合は、アルシン[AS)(3]、ホスフ
ィン[PH31等の水素化合物やトリメチル砒素[AS
(CH3)3]等の有機金属をセルフリミティング効果
を有する原料として用いることができる。このような原
料を利用して、例えばGaAsP 、 GaAsSb等
の1−v−v混晶化合物半導体結晶を高精度に成長する
ことができる。
In addition, when growing a 1-v-v group mixed crystal compound semiconductor containing multiple group V elements, hydrogen compounds such as arsine [AS] (3), phosphine [PH31] and trimethyl arsenic [AS
Organic metals such as (CH3)3] can be used as raw materials having a self-limiting effect. By using such raw materials, 1-v-v mixed crystal compound semiconductor crystals such as GaAsP and GaAsSb can be grown with high precision.

また、セルフリミテイング効果を有する■族元素原料と
セルフリミティング効果を有するV族元素原料ノ両方を
用いてrnGaAsP、GaAIAsP等のm−m−v
−v混晶化合物半導体結晶を高精度に成長することがで
きる。
In addition, m-m-v of rnGaAsP, GaAIAsP, etc. can be produced by using both the Group I element raw material having a self-limiting effect and the V Group element raw material having a self-limiting effect.
-V mixed crystal compound semiconductor crystal can be grown with high precision.

以上、III−V族化合物半導体を例示して説明しなか
、本発明はIII−V族化合物半導体に限らず、■族−
Vl族化合物半導体の結晶成長等にも適用できる。
Although the above description has been made by exemplifying III-V compound semiconductors, the present invention is not limited to III-V compound semiconductors, but also applies to group III-V compound semiconductors.
It can also be applied to crystal growth of Vl group compound semiconductors.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれは、混晶化合物半導
体の成長において、組成の制御と成長率の制御を独立に
行うことができ、3元以上の混晶1ヒ合物半導体の成長
を簡単にする6 さらに、組成の制御自体を容易にする。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, it is possible to independently control the composition and the growth rate in the growth of a mixed crystal compound semiconductor, and to Simplifying the Growth of Physical Semiconductors 6 Furthermore, composition control itself is facilitated.

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

第111ffi (A)、(B)は本発明の原理説明図
であり、(A)はA 、 B 1−8R単分子層の成長
プロセスを示すグラフ、(B)はA xB 1−x C
、D 1−1単分子層の成長を示すグラフ、 第2図<A)、(B)は従来技術を示し、(A)はMB
E装置の概念図、(B)はMOCVD装置の概念図、 第3図は従来技術によるトリメチルインジウム導入量と
固体中のIn組成との関係を示すグラフ、第4図はII
[1−I[[2−V族化合物半導体の成長プロセスを示
すグラフ、 第5図は本発明の実施例によるトリメチルインジウム導
入量とInの組成比および成長率との関係を示すグラフ
、 第6図(A)、(B)、(C)はInGaAs結晶成長
のモデルを示し、(A)はトリメチルインジウム供給の
工程、(B)はトリメチルガリウム供給の工程、(B)
はアルシン供給の工程における結晶成長機構を説明する
モデル図である6図において、 A、C,R D [A] [B] [Cl [Dコ [Rコ lc3 し1.t3 成分 元素 成分Aの原料 元素Bの原理1 成分Cの原料 元素りの原理4 成分Rの原料 濃度 供給時間長 基板 (下地結晶) サ イト In原子 Ga原子 As原子 (A)MBE装置概念図 (B)MOCVD装fのiE念2 従来技術 第2図 時肩 (A) Aより1シR星分子層の成長 (B)A化,−エC,D+ー,単分子層の成長本発明の
M理説明図 第1図 トリメチルインジウムの導入量 第 図
111ffi (A) and (B) are diagrams explaining the principle of the present invention, (A) is a graph showing the growth process of A, B 1-8R monolayer, (B) is A x B 1-x C
, D Graph showing the growth of a 1-1 monolayer, FIG. 2<A), (B) show the conventional technology, (A)
(B) is a conceptual diagram of the MOCVD equipment. Figure 3 is a graph showing the relationship between the amount of trimethylindium introduced and the In composition in the solid according to the prior art. Figure 4 is II
[1-I [[2- A graph showing the growth process of a group V compound semiconductor. FIG. Figures (A), (B), and (C) show models of InGaAs crystal growth, where (A) is the process of supplying trimethylindium, (B) is the process of supplying trimethylgallium, and (B) is the process of supplying trimethylindium.
In Figure 6, which is a model diagram explaining the crystal growth mechanism in the arsine supply process, A, C, R D [A] [B] [Cl [D co[R colc3] and 1. t3 Component element Principle 1 of raw material element B of component A Principle 4 of raw material element R of component C Supply time length of raw material concentration of component R Substrate (underlying crystal) Site In atom Ga atom As atom (A) MBE apparatus conceptual diagram (B ) MOCVD system f iE concept 2 Conventional technology Fig. 2 shoulder (A) Growth of 1-SiR star molecular layer from A (B) A, -E C, D + -, growth of monomolecular layer M of the present invention Figure 1: Amount of trimethylindium introduced

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)、複数の同族元素(A、B)と他の族の元素(R
、C、D)との混晶よりなる化合物半導体結晶を成長す
る方法であつて、 基板上に前記複数の同族元素の1つである第1の元素(
A)の原料を供給して前記第1の元素を前記基板上に所
定の被覆率で吸着させる工程と、 次いで、前記複数の同族元素の1つである第2の元素(
B)の原料を供給して、前記基板上の第1の元素が吸着
されない領域に前記第2の元素を吸着させ、その後供給
される第2の元素の原料については、その吸着を阻止す
る工程と、次いで、前記他の族の元素(R、C、D)の
原料を供給して前記第1及び第2の元素の上に前記他の
族の元素を吸着させる工程とを含むことを特徴とする化
合物半導体の成長方法。
(1), multiple homologous elements (A, B) and other group elements (R
, C, D), the method comprises: growing a compound semiconductor crystal consisting of a mixed crystal with a first element (
A) A step of supplying the raw material to adsorb the first element onto the substrate at a predetermined coverage rate, and then adsorbing the second element (
B) Supplying the raw material to cause the second element to be adsorbed in a region on the substrate where the first element is not adsorbed, and preventing the adsorption of the second element raw material that is subsequently supplied. and then, a step of supplying a raw material for the element (R, C, D) of the other group to adsorb the element of the other group onto the first and second elements. A method for growing compound semiconductors.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000049104A (en) * 1998-05-29 2000-02-18 Sharp Corp Crystal growth method of compound semiconductor and compound semiconductor device
JP2010153795A (en) * 2008-11-26 2010-07-08 Hitachi Kokusai Electric Inc Method of manufacturing semiconductor device and substrate processing apparatus

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JPS593099A (en) * 1982-06-28 1984-01-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Growth method of compound semiconductor crystal

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