JPH0253097B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0253097B2 JPH0253097B2 JP57135812A JP13581282A JPH0253097B2 JP H0253097 B2 JPH0253097 B2 JP H0253097B2 JP 57135812 A JP57135812 A JP 57135812A JP 13581282 A JP13581282 A JP 13581282A JP H0253097 B2 JPH0253097 B2 JP H0253097B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mbe
- gaas
- growth
- source
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 33
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 15
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 14
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 3
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005224 Ga2O Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 GaAs compound Chemical class 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 101000874049 Magnolia grandiflora Beta-cubebene synthase Proteins 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001152 differential interference contrast microscopy Methods 0.000 description 1
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S118/00—Coating apparatus
- Y10S118/90—Semiconductor vapor doping
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/961—Ion beam source and generation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は一般に分子線エピタキシー（MBE）
による材料層の成長、特にMBE成長中の揮発性
金属酸化物の抑制に関する。
による材料層の成長、特にMBE成長中の揮発性
金属酸化物の抑制に関する。
最近の分子線エピタキシー（MBE）に対する
興味は、MBEが大面積にわたつて非常に一様な
且つ層の厚さの正確に制御された薄いエピタキシ
ヤル層の製造を可能にするという認識から生じて
いる。MBE技術によつて半導体材料の薄膜をエ
ピタキシヤル成長させる従来の技術及び装置は公
知である。
興味は、MBEが大面積にわたつて非常に一様な
且つ層の厚さの正確に制御された薄いエピタキシ
ヤル層の製造を可能にするという認識から生じて
いる。MBE技術によつて半導体材料の薄膜をエ
ピタキシヤル成長させる従来の技術及び装置は公
知である。
米国特許第3615931号に、加熱された基板上に
成分元素の１以上の分子ビームを同時に照射する
事によつて薄膜を成長させるようなMBE技術が
説明されている。さらにマグネシウムを不純物添
加する事によつて(a)−Ｖ(a)族のｐ型薄膜を形成
するためのMBE技術も公知である。例えばその
ような技術の１つが米国特許第3839084号に記載
されている。しかし、以下説明するように、その
ようなｐ型層のMBE成長はMgのドーピング効率
が低いために制約を受ける。
成分元素の１以上の分子ビームを同時に照射する
事によつて薄膜を成長させるようなMBE技術が
説明されている。さらにマグネシウムを不純物添
加する事によつて(a)−Ｖ(a)族のｐ型薄膜を形成
するためのMBE技術も公知である。例えばその
ような技術の１つが米国特許第3839084号に記載
されている。しかし、以下説明するように、その
ようなｐ型層のMBE成長はMgのドーピング効率
が低いために制約を受ける。
MBE技術の重要な進歩にもかかわらず、低い
基板温度及び高い成長速度の両者においてMBE
によるGaAs及びGa1-xAlxAsの成長は、特に高い
砒素圧力の下で、劣悪な電気的及び光学的特性の
結晶しか生じなかつた。これらの結果は例えば
R.A.Stall外、Electron.Letters16(5)、pp・171〜
２、（1980）及びT.A.Murotani外、Journal of
Crystal Srowth、45、pp.302〜08、（1978）に報
告されている。
基板温度及び高い成長速度の両者においてMBE
によるGaAs及びGa1-xAlxAsの成長は、特に高い
砒素圧力の下で、劣悪な電気的及び光学的特性の
結晶しか生じなかつた。これらの結果は例えば
R.A.Stall外、Electron.Letters16(5)、pp・171〜
２、（1980）及びT.A.Murotani外、Journal of
Crystal Srowth、45、pp.302〜08、（1978）に報
告されている。
またMBE成長は多くのパラメータの束縛を受
ける。例えば良好な品質のGaAsを形成するため
の最低基板温度は、A.Y.Cho外、Journal of
Applied Physics、43（12）、pp.5118〜5123、
（1972）に報告されているように約550℃である。
ｘ＞0.1のGa1-xAlxAsの場合、基板は650〜700℃
に維持しなければならない。またMBE成長速度
は、約２対１の最良のＶ−流束比を用いても、
１時間当り約１ミクロンに制限される。
ける。例えば良好な品質のGaAsを形成するため
の最低基板温度は、A.Y.Cho外、Journal of
Applied Physics、43（12）、pp.5118〜5123、
（1972）に報告されているように約550℃である。
ｘ＞0.1のGa1-xAlxAsの場合、基板は650〜700℃
に維持しなければならない。またMBE成長速度
は、約２対１の最良のＶ−流束比を用いても、
１時間当り約１ミクロンに制限される。
GaAlAs層の製造において、有害な汚染物の量
を可能な限り減少させる事が重要であると認めら
れている。例えば米国特許第3974002号は、グラ
フアイトの代りに熱分解窒化ホウ素の噴出セルを
用いる事によつて例えばH2O、CO、O2及び炭化
水素等の有害な汚染物を可能な限り減少させる事
を述べている。また比較的コリメートされていな
いビームを用いる事によつて、有害な汚染物をゲ
ツタする新鮮な層がビームの一部によつて真空容
器の内壁に連続的に付着される技術も示されてい
る。
を可能な限り減少させる事が重要であると認めら
れている。例えば米国特許第3974002号は、グラ
フアイトの代りに熱分解窒化ホウ素の噴出セルを
用いる事によつて例えばH2O、CO、O2及び炭化
水素等の有害な汚染物を可能な限り減少させる事
を述べている。また比較的コリメートされていな
いビームを用いる事によつて、有害な汚染物をゲ
ツタする新鮮な層がビームの一部によつて真空容
器の内壁に連続的に付着される技術も示されてい
る。
Ga2Oは有害な汚染物として知られている。例
えば“Vapor Pressure of Gallium、Stability
of Gallium Suboxide Vapor、and Equilibria
of Some Reactions Producing Gallium
Suboxide Vapor”、C.N.Cochran外、Journal
of Electrochemical Society、109、No.２、
Fed.1962、pp・144〜148の論文は、揮発性の
Ga2Oが存在しガリウムに関与する化学反応にお
いてそれを考慮する必要のある事を示している。
えば“Vapor Pressure of Gallium、Stability
of Gallium Suboxide Vapor、and Equilibria
of Some Reactions Producing Gallium
Suboxide Vapor”、C.N.Cochran外、Journal
of Electrochemical Society、109、No.２、
Fed.1962、pp・144〜148の論文は、揮発性の
Ga2Oが存在しガリウムに関与する化学反応にお
いてそれを考慮する必要のある事を示している。
以前に言及したように、MBE成長における困
難の１つは、A.Y.Cho外、Journal of Appiled
Physics、43（12）、pp・5118〜5123、（1972）に
説明されているようなマグネシウムのドーピング
効率の低さである。より具体的には米国特許第
3839084号に、マグネシウムの付着係数（ドーピ
ング効率）はMgドープしたAlxGa1-xAsのｐ型薄
膜化合物のMBE成長におけるアルミニウムの量
の非線型の単調増加関数であると説明されてい
る。上記特許によればMgの付着係数はAlビーム
の強度（即ちAlの到達率）を制御する事によつ
て変化させる事ができる。その結果、成長層中に
所定のキヤリア濃度を得るために、層中のAlの
量を増加させる事即ちAlビームの強度を増加さ
せる事によつて、より低いMgビーム束を用いる
事ができる。
難の１つは、A.Y.Cho外、Journal of Appiled
Physics、43（12）、pp・5118〜5123、（1972）に
説明されているようなマグネシウムのドーピング
効率の低さである。より具体的には米国特許第
3839084号に、マグネシウムの付着係数（ドーピ
ング効率）はMgドープしたAlxGa1-xAsのｐ型薄
膜化合物のMBE成長におけるアルミニウムの量
の非線型の単調増加関数であると説明されてい
る。上記特許によればMgの付着係数はAlビーム
の強度（即ちAlの到達率）を制御する事によつ
て変化させる事ができる。その結果、成長層中に
所定のキヤリア濃度を得るために、層中のAlの
量を増加させる事即ちAlビームの強度を増加さ
せる事によつて、より低いMgビーム束を用いる
事ができる。
MBEによつてGaAs等の材料を成長させる時、
典型的な関係のある反応は酸素原子を成長面に不
揮発な形で固定するように作用し、従つてエピタ
キシヤル層が成長すると共にそのような酸素原子
を層中に組み込む。
典型的な関係のある反応は酸素原子を成長面に不
揮発な形で固定するように作用し、従つてエピタ
キシヤル層が成長すると共にそのような酸素原子
を層中に組み込む。
GaAsの場合、酸素の主な源はガリウム源であ
る。ガリウムは典型的な場合Ga2O3の形で大量の
酸素を含み、これは高温でガリウムと反応して
Ga2Oを形成する。Ga2Oの存在は主な汚染物を代
表し、MBE成長に対して重大な束縛を与える。
そのような汚染物は電気的及び光学的特性の劣つ
た結晶を生じさせる。
る。ガリウムは典型的な場合Ga2O3の形で大量の
酸素を含み、これは高温でガリウムと反応して
Ga2Oを形成する。Ga2Oの存在は主な汚染物を代
表し、MBE成長に対して重大な束縛を与える。
そのような汚染物は電気的及び光学的特性の劣つ
た結晶を生じさせる。
酸化物の蒸気圧が低いアルミニウム又は他の非
ドーピング酸素ゲツタリング材料がGa源のるつ
ぼに加えられる時、噴出するアルミニウムの相対
量は小さく成長層の組成に対する影響も小さい
が、酸素濃度に対する影響は劇的である。その結
果生じる反応は不揮発性のAl2O3を約32Kcal／
moleだけ有利にする。従つてGa2O束は少なくと
も1000：１だけ減少し、汚染物として又はMBE
成長に対する重大な制約としてのGa2Oは事実上
除去される。
ドーピング酸素ゲツタリング材料がGa源のるつ
ぼに加えられる時、噴出するアルミニウムの相対
量は小さく成長層の組成に対する影響も小さい
が、酸素濃度に対する影響は劇的である。その結
果生じる反応は不揮発性のAl2O3を約32Kcal／
moleだけ有利にする。従つてGa2O束は少なくと
も1000：１だけ減少し、汚染物として又はMBE
成長に対する重大な制約としてのGa2Oは事実上
除去される。
ｐ型のGaAs層を形成するためにマグネシウム
でGaAsをドーピングする時、ガリウム噴出セル
に0.1％のアルミニウムを含ませる事によつてマ
グネシウムのドーピング効率は約10-5からほぼ１
に改善される。そのようにアルミニウムを含ませ
る事は、MgOの形成を抑圧する事によつてMgの
ドーピング効率を改善し、また低い基板温度及び
高い成長速度でのMBE成長を可能にする。
でGaAsをドーピングする時、ガリウム噴出セル
に0.1％のアルミニウムを含ませる事によつてマ
グネシウムのドーピング効率は約10-5からほぼ１
に改善される。そのようにアルミニウムを含ませ
る事は、MgOの形成を抑圧する事によつてMgの
ドーピング効率を改善し、また低い基板温度及び
高い成長速度でのMBE成長を可能にする。
第１図を参照すると、(a)−Ｖ(a)族化合物のエ
ピタキシヤル薄膜を成長させるためのMBE装置
の主要部品が単純化された形で示されている。
ピタキシヤル薄膜を成長させるためのMBE装置
の主要部品が単純化された形で示されている。
この型のMBE装置は公知である。例えば米国
特許第3974002号はそのような装置について詳細
に述べている。第１図に示すようなMBE装置は、
中に円筒銃を有する真空室１０から成る。円筒銃
は典型的にはクヌーセン（Knudsen）噴出セル１
８及び２０であり、各セル１８及び２０を熱シー
ルド材（図示せず）で包む事によつて互いに熱的
に絶縁されている。噴出セル１８及び２０は、コ
リメート用開口１７を有する円筒形の液体窒素冷
却シユラウド１６内に配置される。MBEは１つ
以上の冷却シユラウドを含んでいてもよい。可動
シヤツタ２６は、特定のビームが基板１４を照射
しない事が望まれる所定の時間に開口１７をブロ
ツクする。基板１４は基板ホルダー１２に取り付
けられ支持される。基板１４の温度はそれに取り
付けられたヒーター（図示せず）によつて上昇さ
せる事ができる。
特許第3974002号はそのような装置について詳細
に述べている。第１図に示すようなMBE装置は、
中に円筒銃を有する真空室１０から成る。円筒銃
は典型的にはクヌーセン（Knudsen）噴出セル１
８及び２０であり、各セル１８及び２０を熱シー
ルド材（図示せず）で包む事によつて互いに熱的
に絶縁されている。噴出セル１８及び２０は、コ
リメート用開口１７を有する円筒形の液体窒素冷
却シユラウド１６内に配置される。MBEは１つ
以上の冷却シユラウドを含んでいてもよい。可動
シヤツタ２６は、特定のビームが基板１４を照射
しない事が望まれる所定の時間に開口１７をブロ
ツクする。基板１４は基板ホルダー１２に取り付
けられ支持される。基板１４の温度はそれに取り
付けられたヒーター（図示せず）によつて上昇さ
せる事ができる。
典型的な噴出セル（第１．１図）１８又は２０
はセル室５６に含まれた源物質２２又は２４（第
１図）をモニタするために挿入された熱電対５４
及び熱電対用凹部５２を有する耐火性のるつぼ５
０から構成される。源物質２２又は２４はるつぼ
５０を取り囲む加熱コイル５８によつて蒸発され
るためにセル室５６内に含まれている。
はセル室５６に含まれた源物質２２又は２４（第
１図）をモニタするために挿入された熱電対５４
及び熱電対用凹部５２を有する耐火性のるつぼ５
０から構成される。源物質２２又は２４はるつぼ
５０を取り囲む加熱コイル５８によつて蒸発され
るためにセル室５６内に含まれている。
第４図を参照すると、本発明の技術思想に従つ
てGaAsのPn接合が製造される。GaAs基板３０
はｎ型で、例えば100方向を有する。通常の技術
を用いて、ｎ型のSiドープしたGaAs層３２が基
板３０上に形成される。ｐ型のMgドープされた
GaAs層３４を成長させるために、基板３０及び
ｎ型層３２から成る構造体は第１図のMBE装置
内の基板ホルダー１４上に置かれる。構造体の成
長温度は約10-9トルの真空において約550℃に設
定され維持される。
てGaAsのPn接合が製造される。GaAs基板３０
はｎ型で、例えば100方向を有する。通常の技術
を用いて、ｎ型のSiドープしたGaAs層３２が基
板３０上に形成される。ｐ型のMgドープされた
GaAs層３４を成長させるために、基板３０及び
ｎ型層３２から成る構造体は第１図のMBE装置
内の基板ホルダー１４上に置かれる。構造体の成
長温度は約10-9トルの真空において約550℃に設
定され維持される。
るつぼ５０内に源物質２２を含む噴出セル１８
（第１図）はGa源として働く。本発明によれば源
物質２２はAl、より具体的には１モルのGa当り
10-3モルのAlを含む。Ga源噴出セル１８、基板
ホルダー１４の上に置かれた構造体の成長面に１
時間当り約0.75ミクロンの成長速度でGaAs層を
生じるような到達率を有する分子ビームを発生さ
せるために約1110℃の温度に加熱され維持され
る。同様にるつぼ内に源物質２４を含む噴出セル
２０はAs源として働く。本発明によれば源物質
２４はAl、より具体的には１モルのGaAs化合物
当り10-3モルのAlを含む。As源噴出セル２０は、
約１：１というAs2／Gaの所望の流束比を有する
分子ビームを発生させるために約1053℃の温度に
加熱され維持される。
（第１図）はGa源として働く。本発明によれば源
物質２２はAl、より具体的には１モルのGa当り
10-3モルのAlを含む。Ga源噴出セル１８、基板
ホルダー１４の上に置かれた構造体の成長面に１
時間当り約0.75ミクロンの成長速度でGaAs層を
生じるような到達率を有する分子ビームを発生さ
せるために約1110℃の温度に加熱され維持され
る。同様にるつぼ内に源物質２４を含む噴出セル
２０はAs源として働く。本発明によれば源物質
２４はAl、より具体的には１モルのGaAs化合物
当り10-3モルのAlを含む。As源噴出セル２０は、
約１：１というAs2／Gaの所望の流束比を有する
分子ビームを発生させるために約1053℃の温度に
加熱され維持される。
るつぼの中にMg２５を含む噴出セル２７（第
１図）はMg源として働く。このMg源は、１の
ドーピング効率を仮定して、約２×1019原子／c.c.
のドーピング濃度レベルを与えるのに充分な分子
ビームを発生するために約277℃の温度に加熱さ
れ維持される。
１図）はMg源として働く。このMg源は、１の
ドーピング効率を仮定して、約２×1019原子／c.c.
のドーピング濃度レベルを与えるのに充分な分子
ビームを発生するために約277℃の温度に加熱さ
れ維持される。
ｐ型のMgドープしたGaAs層３４のMBE成長
のために、ホルダー１４に保持された構造体に３
つの分子ビームが集まる事を可能にするように約
180分間シヤツタ２６及び２９（第１図）が開か
れる。その結果得られたｐ型層３４は約2.1ミク
ロンの厚さを有し、第４図に示したGaAspn接合
を完成するようにｎ型層３２の上に形成される。
のために、ホルダー１４に保持された構造体に３
つの分子ビームが集まる事を可能にするように約
180分間シヤツタ２６及び２９（第１図）が開か
れる。その結果得られたｐ型層３４は約2.1ミク
ロンの厚さを有し、第４図に示したGaAspn接合
を完成するようにｎ型層３２の上に形成される。
本発明に従つて形成されたｐ型GaAs層３４の
ホール（Hall）測定は、室温において約1.3×
1019cm-3の自由キヤリア密度及び72cm2V-1s-1のホ
ール移動度を与えた。これらの測定結果及びノマ
ルスキー（Nomarski）顕微法によれば、本発明
の技術に従つて成長されたｐ型のMgドープされ
たGaAs結晶は優れたモルフオロジー並びに良好
な電気的及び光学的特性を有する事が示されてい
る。また質量分析及びホール効果測定の結果は、
Mgがほぼ１の効率でドープされた事を示してい
る。
ホール（Hall）測定は、室温において約1.3×
1019cm-3の自由キヤリア密度及び72cm2V-1s-1のホ
ール移動度を与えた。これらの測定結果及びノマ
ルスキー（Nomarski）顕微法によれば、本発明
の技術に従つて成長されたｐ型のMgドープされ
たGaAs結晶は優れたモルフオロジー並びに良好
な電気的及び光学的特性を有する事が示されてい
る。また質量分析及びホール効果測定の結果は、
Mgがほぼ１の効率でドープされた事を示してい
る。
GaAs等の物質を第１図に示したMBE装置を
用いて成長させる時、関係する典型的な反応 2As2（ｖ）＋3Ga2O（ｖ）←→4GaAs(c)＋Ga2O3(c) 又は多くの平行する反応が酸素を不揮発性の形
で成長面に固定するように作用し、従つてそれを
エピタキシヤル層の成長と共に層中に組み込む。
用いて成長させる時、関係する典型的な反応 2As2（ｖ）＋3Ga2O（ｖ）←→4GaAs(c)＋Ga2O3(c) 又は多くの平行する反応が酸素を不揮発性の形
で成長面に固定するように作用し、従つてそれを
エピタキシヤル層の成長と共に層中に組み込む。
GaAsの場合、酸素の主な供給源の１つはガリ
ウム源である。ガリウムは典型的な場合Ga2O3の
形で多量の酸素を含み、これは高温でガリウムと
反応してGa2Oを形成する。Ga2Oの存在は主な汚
染物を代表し、MBE成長に重大な制約を与える。
そのような汚染物は電気的及び光学的性質の劣つ
た結晶を生じさせる可能性がある。
ウム源である。ガリウムは典型的な場合Ga2O3の
形で多量の酸素を含み、これは高温でガリウムと
反応してGa2Oを形成する。Ga2Oの存在は主な汚
染物を代表し、MBE成長に重大な制約を与える。
そのような汚染物は電気的及び光学的性質の劣つ
た結晶を生じさせる可能性がある。
本発明の一態様によれば、アルミニウム、又は
酸素に対して親和性を持つ他の物質、即ちその酸
化物の蒸気圧が低いような他の非ドーピン性の酸
素ゲツタリング物質をGa源のるつぼ５０に付加
する時、噴出するアルミニウムの相対量は低く、
成長層の組成には重大な影響を与えないが、酸素
濃度に対する効果は劇的である。例えば反応 4Ga(l)＋Al2O3(c)←→2Ga2O（ｖ）＋Al2O（ｖ） は、32Kcal／moleだけ不揮発性のAl2O3を有利
にする。その結果Sa2O束が少なくとも1000：１
の割合で減少し、汚染物として、あるいはMBE
成長に対する重大な制約としてのSa2Oは事実上
除去される。
酸素に対して親和性を持つ他の物質、即ちその酸
化物の蒸気圧が低いような他の非ドーピン性の酸
素ゲツタリング物質をGa源のるつぼ５０に付加
する時、噴出するアルミニウムの相対量は低く、
成長層の組成には重大な影響を与えないが、酸素
濃度に対する効果は劇的である。例えば反応 4Ga(l)＋Al2O3(c)←→2Ga2O（ｖ）＋Al2O（ｖ） は、32Kcal／moleだけ不揮発性のAl2O3を有利
にする。その結果Sa2O束が少なくとも1000：１
の割合で減少し、汚染物として、あるいはMBE
成長に対する重大な制約としてのSa2Oは事実上
除去される。
第３図はAlの添加前及び添加後のGaセルの質
量スペクトルを示す。２重項69及び71はガリウム
の２つの同位体の存在を意味する。Alを付加す
る前は、Ga2Oの３重項154、156及び158は質量ス
ペクトルの主要な特徴である。Alを添加した後
は、Ga2O及びAl2Oのピークは、例え140原子質
量単位（amu）よりも上の領域の強度スケールを
400倍増やしても識別できない。またGaAs層３
４中のアルミニウム「汚染物」も殆んど問題にな
らない。これはGa束の約10-4以下の流束におい
ては層３４の特性に対してAlは殆んど影響を与
えないからである。
量スペクトルを示す。２重項69及び71はガリウム
の２つの同位体の存在を意味する。Alを付加す
る前は、Ga2Oの３重項154、156及び158は質量ス
ペクトルの主要な特徴である。Alを添加した後
は、Ga2O及びAl2Oのピークは、例え140原子質
量単位（amu）よりも上の領域の強度スケールを
400倍増やしても識別できない。またGaAs層３
４中のアルミニウム「汚染物」も殆んど問題にな
らない。これはGa束の約10-4以下の流束におい
ては層３４の特性に対してAlは殆んど影響を与
えないからである。
MBEによつて、Mgを用いたGaAsのドーピン
グを行なう時、（前述の）Mgの低いドーピング
効率という従来の困難が第２図に示すように経験
された。本発明の別の態様によれば、Mgを用い
てGaAsにドーピングを行なつてｐ型のGaAs層
を形成する時、次式が適用される。
グを行なう時、（前述の）Mgの低いドーピング
効率という従来の困難が第２図に示すように経験
された。本発明の別の態様によれば、Mgを用い
てGaAsにドーピングを行なつてｐ型のGaAs層
を形成する時、次式が適用される。
2GaAs(c)＋MgO(c)←→Ga2O（ｖ）＋Mg（ｖ）＋As2
（ｖ） ガリウム噴出セルに0.1％のアルミニウムを含
ませる事によつて、約10-5（第２図）から殆んど
１へのマグネシウム・ドーピング効率の改善が達
成された。そのようにアルミニウムを添加する事
は、MgOの形成を抑制する事によつてMgドーピ
ング効率を改善し、より低い基板温度及びより高
い成長速度でのMBE成長を可能にする。
（ｖ） ガリウム噴出セルに0.1％のアルミニウムを含
ませる事によつて、約10-5（第２図）から殆んど
１へのマグネシウム・ドーピング効率の改善が達
成された。そのようにアルミニウムを添加する事
は、MgOの形成を抑制する事によつてMgドーピ
ング効率を改善し、より低い基板温度及びより高
い成長速度でのMBE成長を可能にする。
これまで分子ビーム・エピタキシー装置におけ
る揮発性の金属酸化物の抑圧について、第４図に
示したGaAs pn接合の製造時のｐ型のMgドープ
されたGaAs層の形成に関連した形で説明を行な
つてきたが、本発明は一般に他のデバイスの製造
にも適用可能であつて、MBEによる他の−Ｖ
族化合物にも適用可能である。さらに揮発性金属
酸化物の抑圧を、MBE装置のための分子ビーム
源に関して説明してきたが、本発明の技術思想に
よる殆んど汚染物のない分子ビーム源は、広く使
用されている金属薄膜蒸着装置における蒸着物質
源として用いてもよい。
る揮発性の金属酸化物の抑圧について、第４図に
示したGaAs pn接合の製造時のｐ型のMgドープ
されたGaAs層の形成に関連した形で説明を行な
つてきたが、本発明は一般に他のデバイスの製造
にも適用可能であつて、MBEによる他の−Ｖ
族化合物にも適用可能である。さらに揮発性金属
酸化物の抑圧を、MBE装置のための分子ビーム
源に関して説明してきたが、本発明の技術思想に
よる殆んど汚染物のない分子ビーム源は、広く使
用されている金属薄膜蒸着装置における蒸着物質
源として用いてもよい。
源元素中に存在する固有の汚染物を抑圧するた
めにるつぼ中の源元素に加えるものとしてアルミ
ニウムを説明してきたが、そのような汚染物に関
して親和性を有する他の物質も同様に適してい
る。特に、アルミニウム同様に酸化物の蒸気圧が
低い非ドーピング酸素ゲツタリング物質が適して
いるかもしれない。
めにるつぼ中の源元素に加えるものとしてアルミ
ニウムを説明してきたが、そのような汚染物に関
して親和性を有する他の物質も同様に適してい
る。特に、アルミニウム同様に酸化物の蒸気圧が
低い非ドーピング酸素ゲツタリング物質が適して
いるかもしれない。
これまでの説明から、本発明によるMBE装置
の金属酸化物抑圧が、これまで達成不可能であつ
た利点を有している事が明白である。本明細書で
開示した実施例以外にも多くの変型及び修正が存
在する事は当業者にとつて明らかであり、従つて
本発明の範囲は特定の実施例に限定されるもので
はない。
の金属酸化物抑圧が、これまで達成不可能であつ
た利点を有している事が明白である。本明細書で
開示した実施例以外にも多くの変型及び修正が存
在する事は当業者にとつて明らかであり、従つて
本発明の範囲は特定の実施例に限定されるもので
はない。
第１図はMBE装置の図、第１．１図はMBE装
置に用いられる噴出セルの図、第２図はGaAsに
Mgをドーピングする時のドーピング効率を示す
図、第３図はAlの添加前及び添加後の1100℃に
おけるGa噴出セルの質量スペクトルを示す図、
第４図はGaAsのpn接合の図である。 １０……真空室、１２……ホルダー、１４……
基板、１６……シユラウド、１８，２０，２７…
…噴出セル、２２，２４，２５……源物質、２
６，２９……シヤツタ。
置に用いられる噴出セルの図、第２図はGaAsに
Mgをドーピングする時のドーピング効率を示す
図、第３図はAlの添加前及び添加後の1100℃に
おけるGa噴出セルの質量スペクトルを示す図、
第４図はGaAsのpn接合の図である。 １０……真空室、１２……ホルダー、１４……
基板、１６……シユラウド、１８，２０，２７…
…噴出セル、２２，２４，２５……源物質、２
６，２９……シヤツタ。
Claims (1)
- １ 汚染物及び源物質を含む分子ビーム源におい
て、加熱時に上記汚染物と結合して上記汚染物よ
りも蒸気圧の低い物質を生成する第２の物質を、
上記分子ビーム源に加える事により、汚染物を含
まない分子ビームによつて物質層を形成する方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US311091 | 1981-10-13 | ||
| US06/311,091 US4426237A (en) | 1981-10-13 | 1981-10-13 | Volatile metal oxide suppression in molecular beam epitaxy systems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5864131A JPS5864131A (ja) | 1983-04-16 |
| JPH0253097B2 true JPH0253097B2 (ja) | 1990-11-15 |
Family
ID=23205365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57135812A Granted JPS5864131A (ja) | 1981-10-13 | 1982-08-05 | 分子ビ−ムによつて物質層を形成する方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4426237A (ja) |
| JP (1) | JPS5864131A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5943873A (ja) * | 1982-09-04 | 1984-03-12 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 蒸発材料収容器 |
| US4518846A (en) * | 1984-06-11 | 1985-05-21 | International Business Machines Corporation | Heater assembly for molecular beam epitaxy furnace |
| JPS6261315A (ja) * | 1985-09-11 | 1987-03-18 | Sharp Corp | 分子線エピタキシ−装置 |
| US4977103A (en) * | 1989-08-24 | 1990-12-11 | At&T Bell Laboratories | Method of making an article comprising a III/V semiconductor device |
| US5338389A (en) * | 1990-01-19 | 1994-08-16 | Research Development Corporation Of Japan | Method of epitaxially growing compound crystal and doping method therein |
| US5183767A (en) * | 1991-02-14 | 1993-02-02 | International Business Machines Corporation | Method for internal gettering of oxygen in iii-v compound semiconductors |
| US5272373A (en) * | 1991-02-14 | 1993-12-21 | International Business Machines Corporation | Internal gettering of oxygen in III-V compound semiconductors |
| US9416778B2 (en) * | 2011-04-15 | 2016-08-16 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Self-gettering differential pump |
-
1981
- 1981-10-13 US US06/311,091 patent/US4426237A/en not_active Expired - Lifetime
-
1982
- 1982-08-05 JP JP57135812A patent/JPS5864131A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5864131A (ja) | 1983-04-16 |
| US4426237A (en) | 1984-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR970008339B1 (ko) | 화학증착에 의한 과포화 희토류 원소 도핑 반도체층 | |
| US3974002A (en) | MBE growth: gettering contaminants and fabricating heterostructure junction lasers | |
| US3839084A (en) | Molecular beam epitaxy method for fabricating magnesium doped thin films of group iii(a)-v(a) compounds | |
| CA1122859A (en) | Electronic grade aluminum nitride materials | |
| US4830982A (en) | Method of forming III-V semi-insulating films using organo-metallic titanium dopant precursors | |
| CA1102013A (en) | Molecular-beam epitaxy system and method including hydrogen treatment | |
| JPH0253097B2 (ja) | ||
| US4782034A (en) | Semi-insulating group III-V based compositions doped using bis arene titanium sources | |
| US4279670A (en) | Semiconductor device manufacturing methods utilizing a predetermined flow of reactive substance over a dopant material | |
| JP3399642B2 (ja) | 半導体発光素子層の形成方法 | |
| Massies et al. | Characterization of Ga0. 47In0. 53As and Al0. 48In0. 52As layers grown lattice matched on InP by molecular beam epitaxy | |
| US4239584A (en) | Molecular-beam epitaxy system and method including hydrogen treatment | |
| Greenwald et al. | Mocvd Erbium Sourcesa | |
| EP0107325B1 (en) | Method of making oxide films | |
| EP0293439B1 (en) | Semi-insulating group iii-v based compositions | |
| JP3991815B2 (ja) | 酸化亜鉛結晶膜の育成方法 | |
| Uchida et al. | Extremely high Be doped Ga0. 47In0. 53As growth by chemical beam epitaxy | |
| JPH0543679B2 (ja) | ||
| JPH05206520A (ja) | ｐ型ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の製造方法 | |
| US5653801A (en) | Method for reducing contamination in semiconductor by selenium doping | |
| JP3141628B2 (ja) | 化合物半導体素子及びその製造方法 | |
| Weyers et al. | Growth of GaP by MOVPE at very low pressure: kinetics and carbon incorporation | |
| JP3047523B2 (ja) | 選択エピタキシャル成長方法 | |
| RU2031477C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ AIII и BV МЕТОДОМ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ | |
| RU2064541C1 (ru) | Способ получения гетероструктур на основе полупроводниковых соединений |