JPH02188493A - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば、ＧａＡｓ結晶を基板上に成長せしめ
る化合物半導体装置の製造方法に係り、特に低温で良好
な原子層エピタキシを可能にする化合物゛［′導体結晶
の成長方法に関する。

最近、電子デバイスを微細化してその性能を向上し、ま
た基板上にＧａＡｓ等の化合物半導体の薄膜を形成し従
来のバルク材料にはない物性を実現して新しい機能を備
えさせるために化合物半導体結晶及びその不純物濃度を
原子層単位で制御することが強く要望されている。

〔従来の技術〕

ｉノＩ：来、０機金属を用いた原子層エピタキシにおい
ては、例えばＧａＡｓ結晶を成長させる場合に、石英管
からなる真空容器内にシリコン、ＧａＡｓ等の拮阪を設
置し、この真空容器内にＧａ原料としてトリメチルガリ
ウム〔（ＣＨ３）３Ｇａ〕又はトリエチルガリウム〔（
Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ〕Ａｓの原料としてアルシン（Ａ　ｓ
　Ｈａ　）のガスを用い、前記真空容器内を加熱コイル
等によって約５００℃に維持しつつ前記原料ガスを交互
に基板結晶に供給し単原子層成長させていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上述のように結晶成長温度が５００℃のよう
に高いと、シリコン基板の上にガリウムヒ素等のへテロ
界面を有する化合物半導体結晶の成長を行った場合、ペ
テロ界面近傍で結晶構成原子の相互拡散が起こり、急峻
なヘテロ界面を形成することが困難であるし、また、１
１一原子層の厳密さを持って急峻な不純物濃度の制御を
行なうことも難しい。

さらに、基板を構成する化合物と化合物゛１（導体結晶
をｔＭ成する化合物との熱膨張率が大きく異なる場合に
、高温での結晶成長後に室温に戻したときに、ヘテロ界
面において化合物相互の熱膨張率の差から反りや歪みを
引き起こすという問題が生じていた。

このような問題に対処するために結晶成長させる温度を
、例えば、４００℃程度に下げることも考えられる。し
かしこの場合には第３図（ａ）。

（ｂ）に示されるような問題がある。すなわち、第３図
はアルシン（Ａ　ｓ　Ｈａ　）ガスの流量を４８０８Ｃ
ＣＭ、供給時間を１０秒間とし、もう−ノｊのトリメチ
ルガリウム（第３図（ａ））ないしトリエチルガリウム
（第３図（ｂ））の流Ｍを４　（、）　Ｓ　ＣＣＭ、　
Ｉｔｌ、給時間を変化（横軸）させた各場合について■
洗浄のための水素の（ｊ％給、■メチルジエチルガリウ
ムのｆ供給、■洗浄のための水素の供給、■アルシンガ
スの供給という一連のサイクル動作を所定回繰り返し、
その平均をとって１サイクル当りのＧａＡｓの成長厚さ
のＧａＡｓ　１分子層のＪｖさに対する比を求めたもの
である。これによれば、Ｇａの原材料に（ＣＨ３）３Ｇ
ａを用いたときは、成長温度が低すぎるために、（ＣＨ
３）３Ｇａの分解が容易に進まず、結晶成長にかなりの
時間を要し、一方、Ｇａの原材料に（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ
を用いたときには、結晶成長が原料ガスの１ＪＩ−給量
の関係なくＧａ原料とＡｓ原料の供給−サイクルで結晶
成長が原子−層で自然に停止ト、するいわゆるセルフリ
ミッティング効果がないという問題がある。

そこで、本発明は、低温で良好な化合物半導体の結晶成
長が可能であり、結晶成長後における温度低下に際して
も反りや歪みが生じることがなく、しかもセルフリミッ
ティング効果を有する化合物半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本発明は、反応室内に基板を設置し、反応室内に
化合物半導体結晶の構成元素を含むガスを供給して前記
基板上に化合物半導体結晶を成長させる化合物半導体装
置の製造方法において、前記化合物゛１コ導体結晶の構
成元素を含むガスはその（１′４成元素のメチル基およ
びエチル基を含む化合物のガスと、前記構成元素ととも
に化合物半導体結晶を構成する他の構成元素を含む化合
物のガスとからなり、前記２つの化合物のガスを交互に
反応室内に供給するように構成した。

〔作用〕

反応室内に基板を設置し、この基板表面に化合物半導体
結晶の一つの構成元素を含むメチル基およびエチル基を
有する化合物のガスと、前記構成元素とともに化合物半
導体結晶を構成する他の構成元素を含む化合物のガスと
を交互に反応室内に１％給する。このようにメチル基お
よびエチル基を含む化合物のガスを使用すれば、低温で
セルフリミッティング効果を有しつつ良好な化合物半導
体結晶を成長させることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。

第１図において従来のＭＯ（有機金属）ＣＶＤ法を実施
するための気相成長装置Ｍは、石英管からなる反応容器
１を有し、この反応容器１の周囲には、加熱コイル２が
巻かれ、反応容器１内の反応室■の温度を所定温度（例
えば４００℃）に維持するようになっている。前記反応
室Ｖ内にはカーボンサセプタ３が吊持され、このサセプ
タ３の下面には基板４が加熱状態で保持され、この基板
４上に例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の化合物半導体
の結晶が成長する。

前記反応容器１の上部からは排気バイブ５が図示しない
真空源に伸びている。この真空源により反応室内は、例
えば２０Ｔｏ　ｒ　ｒ程度にされる。

前記反応容器１の下端には、ガス導入部７が設けられ、
このガス導入部７には２つの第１および第２ガス導入路
８，９が接続されるとともに水素供給管１２が接続され
ている。この第１ガス導入路８にはガス切換えバルブ１
０が設けられ、このガス切換バルブ１０にはバブラー装
置１１が接続されている。

前記バブラー装置１１は約１℃位に維持された恒温？ｅ
１３をｕし、この恒温１合１３には、バブラー容器１４
が収納され、このバブラー容器１４内には液状のメチル
基およびエチル基を含む化合物、例えばメチルジエチル
ガリウム（Ｃ２Ｈ５）２ＣＨ３Ｇ　ａが収納され、この
液体内に水素導入管１５の下端が浸漬され、一方、バブ
ラー容器１４の液面上の空間２７には、ガス管１６の下
端が位置している。このバブラー装置１１は水素（Ｈ２
）をキャリヤとしてメチルジエチルガリウムのガスを発
生し、このガスが反応室Ｖ内に（Ｂ給されてメチルジエ
チルガリウム中のガリウム（Ｇａ）が基板４上に析出結
晶する。

一方、前記第２ガス導入路９にはガス切換えバルブ１７
が接続され、このガス切換えバルブ１７にはアルシン（
Ａ　ｓ　Ｈ３）ガスが（供給され、このガスが反応室Ｖ
内に供給されてアルシン中のヒ素（Ａｓ）が基板４上に
析出結晶する。

また、前記切換えバルブ１０．１７はそれぞれ２流路切
換えバルブであり、各ガスを反応容器１のド端のガス導
入部７に供給するガス導入流路と外部にＩＪｌｌ気する
排気流路とに切換える。

次に、気相成長装置ＭのＩ・■作について説明する。

まず、水素ＩＦ：給管１２を介して水素ガスか反応室Ｖ
内に送られ、反応室Ｖ内が洗浄される。この水素ガスを
流す時間は例えば３秒であり、水素の送りを停市した後
、常にバブラー装置１１を動作させて発！１ニジたメチ
ルジエチルガリウムのガスを切換えバルブ１０をガス導
入流路が開くとともに排気流路が閉しる位置に切換えて
、例えば、流量４０３ＣＣＭ一定とし、所定秒間反応室
Ｖ内に送る。なお、前記反応容器１内は加熱コイル２に
よって、約４００℃位に維持されており、この温度でメ
チルジエチルガリウムは加熱された基板４上に吸着した
後、（Ｃ２Ｈ５）２ＣＨ３とＧａとにすばやく分解し、
このＧａが加熱された基数４上に析出結晶する。

次に、前記水素供給管１２から水素ガスを供給して３秒
間反応室Ｖ内を洗浄し、次いで、切換えバルブ１７を切
換えて所定流量のアルシンのガスを約１０秒間反応室Ｖ
内に供給し、ヒ素を基問４上に析出結晶させる。この間
においては、反対側の切換えバルブ１０は排気流路側を
開放してメチルジエチルガリウムのガスを外部に排出す
る。

このようにして■洗浄のための水素の供給、■メチルジ
エチルガリウムの供給、■洗浄のための水素の供給、■
アルシンガスの供給という一連のサイクルが所定回数繰
り返される。

前記アルシンガスの流量を４８０３ＣＣＭ、供給時間を
１０秒間とし、もう一方のメチルジエチルガリウムの流
量を４０３ＣＣＭ、１供給時間を変化させた各場合につ
いて前述の１サイクル動作を１７７回繰り返し、その平
均をとって１周期当りのＧａＡｓの成長厚さのＧａＡｓ
　１分子層の厚さに対する比を求めたグラフが第２図で
ある。すなわち、第２図の１苗軸はメチルジエチルガリ
ウムの１１、給時間（秒）を示し、その縦軸は１サイク
ル当りのＧａＡｓ結晶の成長厚さを示している。これに
よれば、成長温度４００℃においてメチルジエチルガリ
ウムのは給時間が約５秒に達する迄はその１周期当りの
成長厚さは曲線的に増加していき、その時間が約５秒に
達すれば、これ以上メチルジエチルガリウムの［％給時
間を増加しても成長厚さは増加せずに１サイクル当りの
成長厚さが１分子層に保たれた原子層エピタキシ成長が
可能であることが判る。

上記のメチルジエチルガリウムにかえてジメチルエチル
ガリウム（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５Ｇａまたはメチルエチル
ガリウムＣＨ３Ｃ２Ｈ３ＧａＨを用いた場合においても
同様な本発明の効果が確認された。

また、ＧａのかわりにＡＩ、Ｉｎ等の■属元素の使用も
可能である。

〔発明の効果〕

本発明は、結晶の構成元素とメチル基およびエチル基を
含むガスと、他の結晶構成元素を含むガスを一定周期で
交互に供給するようにしたので、低温でセルフリミッテ
ィング効果を有しつつ良好な化合物半導体結晶を十分に
成長させることかでき、成長後の熱膨張の差による半導
体素子の歪あるいは反り等を有効に防止できるという効
果を奏する。また、本発明は急峻なヘテロ界面を形成す
ることができ、急峻な不純物濃度の制御ができるという
効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る気相成長装置の概略構成図、 第２図はメチルジエチルガリウム供給時間に対する１サ
イクル当りのＧａＡｓ結晶の成長膜厚を示すグラフ、 第３図（ａ）、（ｂ）はそれぞれトリメチルガリウムお
よびトリエチルガリウム供給時間に対する１ザイクル当
りのＧａＡｓ結晶の成長膜厚を示すグラフである。 １・・・反応容器、 ２・・・加熱コイル、 ４・・・基板、 １０．１７・・ガス導入路、 １１・・・バブラー装置。 （Ｃ２Ｈ５）２ｃＨ３Ｇａ　Ｍｙａ吟間　（Ｓｅｃ）（
Ｃ２Ｈ込ＣＨｆｆｚａ供佑叶間ヱ成子順厚Ｏ関塚【示す
門＄　２１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応室（Ｖ）内に基板（４）を設置し、反応室（Ｖ）内
   に化合物半導体結晶の構成元素を含むガスを供給して前
   記基板上に化合物半導体結晶を成長させる化合物半導体
   装置の製造方法において、前記化合物半導体結晶の構成
   元素を含むガスはその構成元素のメチル基およびエチル
   基を含む化合物のガスと、前記構成元素とともに化合物
   半導体結晶を構成する他の構成元素を含む化合物のガス
   とからなり、前記２つの化合物のガスを交互に反応室内
   （Ｖ）に供給することを特徴とする化合物半導体装置の
   製造方法。