JPH0218384A - 分子線エピタキシャル成長方法 - Google Patents
分子線エピタキシャル成長方法Info
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- JPH0218384A JPH0218384A JP16816888A JP16816888A JPH0218384A JP H0218384 A JPH0218384 A JP H0218384A JP 16816888 A JP16816888 A JP 16816888A JP 16816888 A JP16816888 A JP 16816888A JP H0218384 A JPH0218384 A JP H0218384A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
分子線エピタキシャル成長方法に関し、有機金属から遊
離した炭素が単結晶膜中に入り込む現象の発生を阻止す
ることを目的とし、減圧雰囲気中に置いた化合物半導体
の基板をエピタキシャル成長温度に加熱する基板加熱工
程と、該基板加熱工程により加熱した前記基板の表面に
、有機金属を含んだガス状単結晶膜成長用材料を照射し
、これと同時に、活性ガスを前記基板表面に照射する反
応ガス供給工程とを含み構成する。
離した炭素が単結晶膜中に入り込む現象の発生を阻止す
ることを目的とし、減圧雰囲気中に置いた化合物半導体
の基板をエピタキシャル成長温度に加熱する基板加熱工
程と、該基板加熱工程により加熱した前記基板の表面に
、有機金属を含んだガス状単結晶膜成長用材料を照射し
、これと同時に、活性ガスを前記基板表面に照射する反
応ガス供給工程とを含み構成する。
本発明は、分子線エピタキシャル成長方法に関する。
単結晶薄膜を半導体基板にエピタキシャル成長する方法
として、分子線結晶方法（以下、ＭＢＥ法という）があ
る。
として、分子線結晶方法（以下、ＭＢＥ法という）があ
る。
このＭＢＥ法は、加熱した化合物半導体単結晶基板を高
真空中に置いて、この基板表面にガス状の半導体材料を
照射することにより、基板表面にその元素を堆積させる
ものであって、膜厚をきわめて精度良く制御できること
や、ヘテロエピタキシャル構造の膜と基板との境界を象
、峻に変化させることができるといった長所がある。
真空中に置いて、この基板表面にガス状の半導体材料を
照射することにより、基板表面にその元素を堆積させる
ものであって、膜厚をきわめて精度良く制御できること
や、ヘテロエピタキシャル構造の膜と基板との境界を象
、峻に変化させることができるといった長所がある。
そして、ＭＢＥ法における半導体元素の供給手段として
は、第４図に見られるように、固体化した元素材料４０
を成長室４１内に取付け、この材料を加熱して分子線状
にしたものを基板４２に供給する方法と（第４図（ａ）
）、元素材料を反応室４１の外部でガス化するとともに
、このガスを分子線状にし、分子線源セル４３を通して
基板４２に照射する方法があり（第４図（ｂ））、後者
の方法によれば、元素材料を補充する際に成長室４１内
の真空状態を解（必要がなく、凍作労力を軽減できると
いう利点がある。
は、第４図に見られるように、固体化した元素材料４０
を成長室４１内に取付け、この材料を加熱して分子線状
にしたものを基板４２に供給する方法と（第４図（ａ）
）、元素材料を反応室４１の外部でガス化するとともに
、このガスを分子線状にし、分子線源セル４３を通して
基板４２に照射する方法があり（第４図（ｂ））、後者
の方法によれば、元素材料を補充する際に成長室４１内
の真空状態を解（必要がなく、凍作労力を軽減できると
いう利点がある。
しかし、成長室４１の外部でソース材料を気化する場合
には、■属用の元素材料としてトリメチルガリウムＧａ
（ＣＨａ）ｓやトリエチルガリウムＧａ（Ｃｚｌｌｓ）
ｉ等の有機金属を使用するため、第５図に示すように、
有機金属に含まれるメチル基やエチル基が、加熱した基
板４２上で熱分解して炭素Ｃを遊離させ、この炭素Ｃが
基板４２表面に形成されたエピタキシャル結晶中に取り
込まれ、結晶の純度を低下させてアクセプタとして作用
するといった問題がある。
には、■属用の元素材料としてトリメチルガリウムＧａ
（ＣＨａ）ｓやトリエチルガリウムＧａ（Ｃｚｌｌｓ）
ｉ等の有機金属を使用するため、第５図に示すように、
有機金属に含まれるメチル基やエチル基が、加熱した基
板４２上で熱分解して炭素Ｃを遊離させ、この炭素Ｃが
基板４２表面に形成されたエピタキシャル結晶中に取り
込まれ、結晶の純度を低下させてアクセプタとして作用
するといった問題がある。
また、このような問題は、材料に含まれる■属とＶ属の
ソースのうち■属ソースの占める割合を多くすることが
できな（なり、ソースの供給量の調整範囲が狭くなると
いった不都合をも生じさせる。
ソースのうち■属ソースの占める割合を多くすることが
できな（なり、ソースの供給量の調整範囲が狭くなると
いった不都合をも生じさせる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであっ
て、有機金属から遊離した炭素が結晶中に入り込む現象
の発生を阻止することができる分子線エピタキシャル成
長方法を提供することを目的とする。
て、有機金属から遊離した炭素が結晶中に入り込む現象
の発生を阻止することができる分子線エピタキシャル成
長方法を提供することを目的とする。
上記した問題点は、減圧雰囲気中に置いた化合物半導体
の基板をエピタキシャル成長温度に加熱する基板加熱工
程と、該基板加熱工程により加熱した前記基板の表面に
、有機金属を含んだガス状単結晶膜成長用材料を照射し
、これと同時に、活性ガスを前記基板表面に照射する反
応ガス供給工程とを有することを特徴とする分子線エピ
タキシャル成長方法。
の基板をエピタキシャル成長温度に加熱する基板加熱工
程と、該基板加熱工程により加熱した前記基板の表面に
、有機金属を含んだガス状単結晶膜成長用材料を照射し
、これと同時に、活性ガスを前記基板表面に照射する反
応ガス供給工程とを有することを特徴とする分子線エピ
タキシャル成長方法。
まず、化合物半導体基板の温度をエピタキシャル温度ま
で上昇させる。
で上昇させる。
次に、単結晶膜を成長するためのガスソースとして、有
機金属を含んだガス状単結晶膜成長用材料を使用し、分
子線源セルを通して基板表面に供給する。また、これと
同時に、水素ガス■８のようなガスを活性化して、活性
ガス（Ｈ”）を発生させて、基板表面に照射する。
機金属を含んだガス状単結晶膜成長用材料を使用し、分
子線源セルを通して基板表面に供給する。また、これと
同時に、水素ガス■８のようなガスを活性化して、活性
ガス（Ｈ”）を発生させて、基板表面に照射する。
このため、基板表面には単結晶膜が成長するが、第２図
に見られるように、有機金属を構成するエチル基、メチ
ル基等が熱分解し、このエチル基等にに含まれる炭素原
子Ｃが遊離する。この状態では、蒸気圧の低いこの炭素
原子は基板に付着するが、活性ガス、例えばＨｏを基板
に向けて照射するために、ＣとＨｌが結合して炭化水素
となり基板から離脱する。
に見られるように、有機金属を構成するエチル基、メチ
ル基等が熱分解し、このエチル基等にに含まれる炭素原
子Ｃが遊離する。この状態では、蒸気圧の低いこの炭素
原子は基板に付着するが、活性ガス、例えばＨｏを基板
に向けて照射するために、ＣとＨｌが結合して炭化水素
となり基板から離脱する。
このために、単結晶膜の純度が向上する。
〔実施例］
第１図は、本発明を実施するための装置の一例を示すも
のであって、図中符号ｌはエピタキシャル成長装置で、
その成長室２の中央には、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）の
ような化合物半導体基板３を支持する支持台４が設けら
れ、この支持台４には、基板３を加熱するヒータ５とそ
の温度を検知するための熱電対６が取付けられている。
のであって、図中符号ｌはエピタキシャル成長装置で、
その成長室２の中央には、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）の
ような化合物半導体基板３を支持する支持台４が設けら
れ、この支持台４には、基板３を加熱するヒータ５とそ
の温度を検知するための熱電対６が取付けられている。
また、成長室２には、エピタキシャル成長に不必要なガ
スを冷却・液化して除去するための液体窒素シュラウド
７が内壁に沿って取付けられ、さらに、基板３と対向す
る壁面には、複数の分子線源セル８と、ラジカルビーム
銃９とが取付けられていて、基板３の表面にガスやラジ
カル原子を供給するように構成されている。
スを冷却・液化して除去するための液体窒素シュラウド
７が内壁に沿って取付けられ、さらに、基板３と対向す
る壁面には、複数の分子線源セル８と、ラジカルビーム
銃９とが取付けられていて、基板３の表面にガスやラジ
カル原子を供給するように構成されている。
上記した分子線源セル８は、螺旋状のヒータ線８ａに囲
まれたガス供給管８ｂを有し、ガス供給管８ｂの外端部
には電磁開閉弁１０を介して流量調整器１１が接続され
、ガス発生源１２から放出されるガスの流量を調整しつ
つ、反応管２内の基板３上に薄膜形成用の有機性ガスを
照射するように構成されている。
まれたガス供給管８ｂを有し、ガス供給管８ｂの外端部
には電磁開閉弁１０を介して流量調整器１１が接続され
、ガス発生源１２から放出されるガスの流量を調整しつ
つ、反応管２内の基板３上に薄膜形成用の有機性ガスを
照射するように構成されている。
また、ラジカルビーム銃９は、１ｌｌｔｔｎ弁１３を介
して供給された水素等のガスをＥＣＲプラズマ化してビ
ーム状にし、基板３に照射するように構成されている。
して供給された水素等のガスをＥＣＲプラズマ化してビ
ーム状にし、基板３に照射するように構成されている。
なお、符号１４は、成長室２を減圧するために排気口１
５側に接続する真空ポンプ、１６は、排気口１５に取付
けたゲートバルブを示している。
５側に接続する真空ポンプ、１６は、排気口１５に取付
けたゲートバルブを示している。
次に、エピタキシャル成長装置１を使用してＧａＡｓ基
板上にＧａＡｓ単結晶薄膜をエピタキシャル成長する場
合を例にあげ、本発明の一実施例を説明する。
板上にＧａＡｓ単結晶薄膜をエピタキシャル成長する場
合を例にあげ、本発明の一実施例を説明する。
先ず、ラジカルビーム銃９に水素ガスｌｂを供給し、こ
の銃９内で水素ガスを活性化する。
の銃９内で水素ガスを活性化する。
次に、支持台４上のＧａＡｓ５仮３０表面をクリーニン
グするために、この基板３０をヒータ５により約４００
°Ｃで加熱しつつ、ラジカルビーム銃９内のラジカル水
素１１０を基板３０に約３０分間照射するようにする。
グするために、この基板３０をヒータ５により約４００
°Ｃで加熱しつつ、ラジカルビーム銃９内のラジカル水
素１１０を基板３０に約３０分間照射するようにする。
基板３０のクリーニングを終えたのち、基板３０の温度
を５００°Ｃに上昇させる一方、ＧａＡｓ１１３３１を
成長するためのガスソースとして、トリエチルガリウム
Ｇａ（Ｃ１Ｈｓ）ａ （以下、ＴＥＧという）と、アル
シンＡｓＪを使用し、２つの分子線源セル８１．８２を
通してＧａＡｓ基板３０上にビーム状のガスを供給する
。この場合、ヒータ８ａによりアルシンを約９００°Ｃ
，ＴＥＧを６０゛Ｃに加熱するため、アルシンは分解さ
れてＡｓと１１□が発生する。
を５００°Ｃに上昇させる一方、ＧａＡｓ１１３３１を
成長するためのガスソースとして、トリエチルガリウム
Ｇａ（Ｃ１Ｈｓ）ａ （以下、ＴＥＧという）と、アル
シンＡｓＪを使用し、２つの分子線源セル８１．８２を
通してＧａＡｓ基板３０上にビーム状のガスを供給する
。この場合、ヒータ８ａによりアルシンを約９００°Ｃ
，ＴＥＧを６０゛Ｃに加熱するため、アルシンは分解さ
れてＡｓと１１□が発生する。
また、ガスソースの流量は、分子線源セル８１．８２に
接続した流Ｎ調整器１１によって制御し、ＴＥＧをｌ
Ｏｃｃ／ｍｉｎ、アルシンを５ ｃｃ／ｗｉｎの割合で
基板３０に照射すると、ＧａＡｓの単結晶膜３１は、１
時間当たり１μ階の速度で成長する。
接続した流Ｎ調整器１１によって制御し、ＴＥＧをｌ
Ｏｃｃ／ｍｉｎ、アルシンを５ ｃｃ／ｗｉｎの割合で
基板３０に照射すると、ＧａＡｓの単結晶膜３１は、１
時間当たり１μ階の速度で成長する。
この単結晶膜３１が成長する際には、第２図に見られる
ように、ＴＥＧのエチル基が熱分解し、このエチル基に
含まれる炭素原子Ｃが遊離し、蒸気圧の低いこの炭素原
子は基板３０に付着するが、ラジカルビーム９から基板
３０に向けてＨｏを照射すると、Ｃ、ｌ！：Ｈｏが結合
して炭化水素（ＣｎＩ＋、−。
ように、ＴＥＧのエチル基が熱分解し、このエチル基に
含まれる炭素原子Ｃが遊離し、蒸気圧の低いこの炭素原
子は基板３０に付着するが、ラジカルビーム９から基板
３０に向けてＨｏを照射すると、Ｃ、ｌ！：Ｈｏが結合
して炭化水素（ＣｎＩ＋、−。
ただし、ａ＝Ｏ１±２）となり基板３０から離脱する。
以上のようにして形成したＧａＡｓ単結晶膜３１と、ラ
ジカル水素を照射しないで形成した単結晶膜とについて
Ｃ−■測定を行うと、第３図に示すように、ラジカル水
素を照射しない場合（図中Ｉ）には、アクセプタの数が
２ Ｘ Ｉ Ｏ”ｃｍ−”であるのに対し、本発明によ
り形成した膜３１（図中■）では２ Ｘ １０ ”ｃｍ
−’となり、アクセプタ濃度が著しく低減した。なお、
この場合の膜厚は３μ繭として測定した。
ジカル水素を照射しないで形成した単結晶膜とについて
Ｃ−■測定を行うと、第３図に示すように、ラジカル水
素を照射しない場合（図中Ｉ）には、アクセプタの数が
２ Ｘ Ｉ Ｏ”ｃｍ−”であるのに対し、本発明によ
り形成した膜３１（図中■）では２ Ｘ １０ ”ｃｍ
−’となり、アクセプタ濃度が著しく低減した。なお、
この場合の膜厚は３μ繭として測定した。
従って、反応ガスに占める■層系ガスを多くすることが
可能になり、膜の成長成長条件を広い範囲で変えること
ができるようになり、高純度の単結晶膜を成長できる。
可能になり、膜の成長成長条件を広い範囲で変えること
ができるようになり、高純度の単結晶膜を成長できる。
なお、上記した実施例では、ガリウム砒素基板を使用す
る場合について説明したが、インジウムリン（ＩｎＰ）
、ガリウムアンチモン（Ｇａｒｂ）等よりなる基板を
使用することもでき。また、■層系の有機金属を使用し
てアルミニウムガリウム砒素（ＡＩＧａＡｓ）、インジ
ウムガリウム砒素（ＩｎＡＩＧａＡｓ）等の単結晶を形
成する場合にも、ラジカルビーム銃９からラジカル水素
を供給して炭素を除去するようにすることもできる。
る場合について説明したが、インジウムリン（ＩｎＰ）
、ガリウムアンチモン（Ｇａｒｂ）等よりなる基板を
使用することもでき。また、■層系の有機金属を使用し
てアルミニウムガリウム砒素（ＡＩＧａＡｓ）、インジ
ウムガリウム砒素（ＩｎＡＩＧａＡｓ）等の単結晶を形
成する場合にも、ラジカルビーム銃９からラジカル水素
を供給して炭素を除去するようにすることもできる。
また、上記した実施例では、ラジカルビーム銃９に導入
する材料として水素を用いたが、塩素を用いてＣＰとな
し、これを化合物半導体基板に照射して炭素と結合させ
て基板から離脱させるようにすることもできる。
する材料として水素を用いたが、塩素を用いてＣＰとな
し、これを化合物半導体基板に照射して炭素と結合させ
て基板から離脱させるようにすることもできる。
Ｃ発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、有機金属を含む反
応ガスを基板に照射して単結晶膜を成長する場合に、ラ
ジカルビームを基板に照射してながら行うようにしたの
で、ラジカル原子と有機金属ガスから遊離した炭素とを
結合させて基板から離脱することができ、単結晶膜に入
り込む炭素の量を著しく低減させて純度の高い単結晶膜
の形成が可能になる。
応ガスを基板に照射して単結晶膜を成長する場合に、ラ
ジカルビームを基板に照射してながら行うようにしたの
で、ラジカル原子と有機金属ガスから遊離した炭素とを
結合させて基板から離脱することができ、単結晶膜に入
り込む炭素の量を著しく低減させて純度の高い単結晶膜
の形成が可能になる。
第１図は、本発明を実施するための装置の一例を示す概
要図、 第２図は、本発明による単結晶膜を成長する状態を示す
概要図、 第３図は、本発明方法と従来方法により形成した単結晶
膜のＣ−Ｖ特性図、 第４図（ａ）、（ｂ）は、従来方法を実施する装置を例
示する概要図、 第５図は、従来方法による単結晶膜を成長する状態を示
す概要図である。 （符号の説明） ｌ・・・エピタキシャル成長装置、 ２・・・成長室、 ３・・・半導体基板、 ５・・・ヒータ、 ８・・・分子線源セル、 ９・・・ラジカルビーム銃、 １２・・・ガス発生源。
要図、 第２図は、本発明による単結晶膜を成長する状態を示す
概要図、 第３図は、本発明方法と従来方法により形成した単結晶
膜のＣ−Ｖ特性図、 第４図（ａ）、（ｂ）は、従来方法を実施する装置を例
示する概要図、 第５図は、従来方法による単結晶膜を成長する状態を示
す概要図である。 （符号の説明） ｌ・・・エピタキシャル成長装置、 ２・・・成長室、 ３・・・半導体基板、 ５・・・ヒータ、 ８・・・分子線源セル、 ９・・・ラジカルビーム銃、 １２・・・ガス発生源。
Claims (1)
- 減圧雰囲気中に置いた化合物半導体の基板をエピタキシ
ャル成長温度に加熱する基板加熱工程と、該基板加熱工
程により加熱した前記基板の表面に、有機金属を含んだ
ガス状単結晶膜成長用材料を分子線照射し、これと同時
に、活性ガスを前記基板表面に分子線照射する反応ガス
供給工程とを有することを特徴とする分子線エピタキシ
ャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16816888A JPH0218384A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16816888A JPH0218384A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0218384A true JPH0218384A (ja) | 1990-01-22 |
Family
ID=15863064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16816888A Pending JPH0218384A (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0218384A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0560645A (ja) * | 1991-09-05 | 1993-03-12 | Mitsubishi Electric Corp | 真空系多目的検査およびガス分析装置 |
| JPH0845842A (ja) * | 1994-07-27 | 1996-02-16 | Nec Corp | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の表面処理方法およびその装置 |
-
1988
- 1988-07-05 JP JP16816888A patent/JPH0218384A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0560645A (ja) * | 1991-09-05 | 1993-03-12 | Mitsubishi Electric Corp | 真空系多目的検査およびガス分析装置 |
| JPH0845842A (ja) * | 1994-07-27 | 1996-02-16 | Nec Corp | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の表面処理方法およびその装置 |
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