JPH02248035A - エピタキシャル成長方法 - 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］ 本発明はエピタキシャル成長方法に関し、ざらに詳しく
は化合物半導体結晶の薄膜を有機金属化合物を用いて成
長させるエピタキシャル成長方法に関する。

［従来の技術］ 真空中に保持・加熱された半導体基板に材料元素を含む
分子を照射する分子線エピタキシャル成長法は、良好な
層厚制御性と選択成長特性を有する優れたエピタキシャ
ル成長方法である。このうち、原料に有機金属化合物と
水素化物を用いたガリウム砒素のエピタキシャル成長の
例が第３５回応用物理学関係講演会予稿集分冊１．　３
１ａ−Ｑ−３゜９、３００に報告されている。

この従来例では、■族材料にトリエチルガリウム（略称
ＴＥＧ、分子式；　（Ｃ２Ｈ５）３　Ｇａ）、Ｖ族材料
にはアルシン（分子式；ＡＳＨ３＞を用い、これらのガ
スを高真空中で成長温度に加熱保持されたガリウム砒素
基板に照射してエピタキシャル成長させている。本従来
例ではバックグラウンド不純物濃度は成長条件により変
化し、ｐ型１×１０１８ｃｍ−３から４　Ｘ　１０１４
ｃｍ−３が得られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、基板表面でトリエチルガリウムが熱分解
する際に発生するエチルラジカル（Ｃ２Ｈ５°）の炭素
が成長層に取り込まれるため、この成長方法で得られる
成長層は、ｐ型不純物である炭素によって汚染され、高
純度な成長層が得られないという欠点があった。実際、
上記従来例ではアルシン流量を増大させることで４×１
０１４ｃｍ−３までｐ型不純物濃度を減少させてはいる
が、高電子移動度を利用する素子の能動層としては、補
償度が大きく純度不足である。

本発明は以上述べたような従来の事情に鑑みてなされた
もので、炭素汚染の少ない成長層を得ることができる分
子線エピタキシャル成長方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、分子流領域となる真空中に保持・加熱された
半導体基板に■族元素を含む有機金属化合物分子とＶ族
元素を含む分子とを照射してエピタキシャル成長させる
エピタキシャル成長方法において、有機金属化合物分子
を照射する工程と、原子状水素を照射する工程と、Ｖ族
元素を含む分子を照射する工程とを順次繰り返してなる
ことを特徴とするエピタキシャル成長方法である。

［作用］ 本発明による分子線エピタキシャル成長方法では、■族
元素を含む有機金属分子を基板表面に照射・化学吸着さ
せた後、原子状水素を照射し、その復、Ｖ族分子を含む
分子を照射して１分子層を成長させている。

この■族元素を含む有機金属は■族元素にアルキル基が
結合した形で半導体基板表面に化学吸着している。その
ため、Ｖ族元素を含む分子を■族元素含有有機金属分子
の照射と同時、またはその直後に照射すると、■族元素
に結合したアルキル基とＶ族原子と■族原子とが反応し
、アルキル基の炭素が■族原子と結合したまま成長層に
取り込まれてしまう。

そこで、本発明では極めて反応性に富む原子状水素を有
機金属の吸着後に照射し、炭素汚染の原因となる化学吸
着層のアルキル基を原子状水素と反応させて反応性の低
いメタン、エタン等のガスに変える。その結果、Ｖ族元
素を含む分子の照射時には基板表面にアルキル基はなく
、そのため、成長層への炭素の取り込みが抑制され、炭
素汚染の極めて少ない成長層が得られる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を説明するための分子線エピ
タキシャル成長室の構成図である。本実施例では■族材
料にはトリエチルガリウム、Ｖ族材料にはアルシンを用
い、これらのガスを高真空中で成長温度に加熱・保持さ
れたガリウム砒素基板に順次照射してエピタキシャル成
長させた。

成長￥１０にはＧａＡｓ基板１３を保持すると共に成長
温度まで加熱する基板ホルダ１２、砒素分子線源１４、
ＴＥＧ分子線源１５、原子状水素源１６が配設され、真
空ポンプ１１で高真空に排気される。砒素分子線源１４
は内部にアルシンガスを熱分解させるためのヒータ（図
示せず）を備えており、アルシンガスはこのヒータによ
り９５０’Ｃに加熱・熱分解されて砒素分子（分子式：
ＡＳ２　）となる。また、原子状水素源１６は内部にパ
ラジウム合金膜と加熱ヒータ（図示せず）を備え、水素
ガスは４００℃付近に加熱されたパラジウム合金膜で原
子状の水素（分子式二Ｈ）に変換される。

ＧａＡＳ単結晶薄膜の成長は以下の手順で行った。まず
、化学エツチングと脱ガス処理によって表面を清浄化し
たＧａＡｓ基板１３を基板ホルダ１２に装着し、真空ポ
ンプ１１で高真空に排気した。次にＧａＡｓ基板１３の
加熱を開始し、基板温度が４００℃を超えた時点でアル
シンガスを砒素分子線源１４に導入して砒素ビームを照
射し、砒素脱離によるＧａＡｓ基板１３の劣化防止およ
び酸化層除去を行った。

次に基板温度を３５０’Ｃに保ち、エピタキシャル層を
以下の方法で成長させた。即ち、第１に砒素分子線源１
４へのアルシンガスの導入を止め、ＴＥＧ分子をＴＥＧ
分子線源１５から照射し、ＧａＡｓ基板１３の表面に１
分子層を化学吸着させる。このとき過剰なＴＥＧ分子は
化学吸着層の表面には吸着しないため、自動釣に１分子
層の化学吸着が実現される。第２に原子状水素源１６か
ら原子状水素を照射し、化学吸着層のエチル基をエタン
ガスに換え、ＧａＡＳ基板１３の表面から除去する。第
３に、砒素分子線源１４から砒素分子を照射し、ＱａＡ
Ｓ基板１３表面のガリウム原子と結合させてＧａＡＳの
１分子層を形成させる。

以上の工程を繰り返すことにより、必要な厚さのＧａＡ
Ｓ単結晶薄膜を成長させた。

上記の工程のうち第２の工程では原子状水素をＶ族元素
の照射前に照射するため、汚染の原因となるエチル基は
効率よく反応性の低いエタンに変わって基板表面から脱
離する。その結果、エチル基とＶ成分子とが反応覆るこ
とがなく、成長層への炭素の取り込みが抑制され、ｐ型
不純物濃度が１０１４ｃｍ−３以下の炭素汚染の極めて
少ない成長層が得られる。

上記実施例では、有機金属化合物としてトリエチルガリ
ウムを用いたが、トリメチルガリウム等の他の有機基を
もつ有機金属化合物を用いてもよい。

また、上記実施例では有機金属化合物としてガリウムの
アルキル化合物を用いたが、インジウム。

アルミニウム、燐、砒素、アンチモン、亜鉛、ベリリウ
ム等の他の化合物半導体の構成元素および不純物の有機
化合物を用いてもよい。

上記実施例では原子状水素を発生させるのにパラジウム
合金膜を用いたが、放電、１５００°Ｃ程度に加熱した
タングステンフィラメント等の高熱、紫外線等のエネル
ギーを利用して水素ガスを解離させ、原子状水素を得て
もよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によるエピタキシャル成長
方法では、成長中に基板表面に原子状水素を照射するこ
とにより成長層への炭素の取り込みが抑制され、炭素汚
染の極めて少ない高純度の成長層が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いられるエピタキシャル成長
装置の一例の構成図である。 １０・・・成長層　　　　　　１１・・・真空ポンプ１
２・・・基板ホルダ　　　　１３・・・ＧａＡＳ基板１
４・・・砒素分子線源 １６・・・原子状水素源 １５・・・ＴＥＧ分子線源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）分子流領域となる真空中に保持・加熱された半導
   体基板にIII族元素を含む有機金属化合物分子とＶ族元
   素を含む分子とを照射してエピタキシャル成長させるエ
   ピタキシャル成長方法において、有機金属化合物分子を
   照射する工程と、原子状水素を照射する工程と、Ｖ族元
   素を含む分子を照射する工程とを順次繰り返してなるこ
   とを特徴とするエピタキシャル成長方法。