JPH03185716A - 化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents
化合物半導体結晶の成長方法Info
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- JPH03185716A JPH03185716A JP32460689A JP32460689A JPH03185716A JP H03185716 A JPH03185716 A JP H03185716A JP 32460689 A JP32460689 A JP 32460689A JP 32460689 A JP32460689 A JP 32460689A JP H03185716 A JPH03185716 A JP H03185716A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(概要〕
本発明は、化合物半導体結晶成長方法、特に原子層単位
で結晶成長を行うことを可能にする原子層エピタキシを
利用して、化合物半導体結晶を成長させる方法の改善に
関し。
で結晶成長を行うことを可能にする原子層エピタキシを
利用して、化合物半導体結晶を成長させる方法の改善に
関し。
アンチモンを含む化合物半導体の原子層エピタキシャル
成長を目的とし。
成長を目的とし。
(1)アンチモンを含む化合物半導体結晶の成長におい
て、トリメチルアンチモン(TMSb)と。
て、トリメチルアンチモン(TMSb)と。
化合物半導体結晶を構成するアンチモン以外の元素を含
む原材料とを、交互に、成長室内へ供給して基板上にア
ンチモンを含む化合物半導体結晶を成長するように。
む原材料とを、交互に、成長室内へ供給して基板上にア
ンチモンを含む化合物半導体結晶を成長するように。
(2)トリメチルアンチモン(TMSb)の供給時の管
内圧力は、 1QTorr以上であり、且つ基板加熱温
度が450℃〜550℃であるように構成する。
内圧力は、 1QTorr以上であり、且つ基板加熱温
度が450℃〜550℃であるように構成する。
本発明は、化合物半導体結晶成長方法、特に原子層単位
で結晶成長を行うことを可能にする原子層エピタキシを
利用して、化合物半導体結晶を成長させる方法の改善に
関する。
で結晶成長を行うことを可能にする原子層エピタキシを
利用して、化合物半導体結晶を成長させる方法の改善に
関する。
近年、電子デバイスの微細化を進めてその性能を向上し
、更に、従来のバルク材料にはない物性を実現して、新
しい機能を有する電子デバイスを開発するなどの目的で
、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。
、更に、従来のバルク材料にはない物性を実現して、新
しい機能を有する電子デバイスを開発するなどの目的で
、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。
これまでに 有・機金属を用いた原子層エピタキシにお
いて、アンチモン(Sb)系化合物半導体を成長した報
告例はない。
いて、アンチモン(Sb)系化合物半導体を成長した報
告例はない。
また、従来の気相成長法を用いて、原子層単位で成長を
制御することは非常に困難であった。
制御することは非常に困難であった。
原子層エピタキシの特徴は、結晶成長が原子−層で自動
的に停止するセルフリミッティング機構を持つことであ
る。
的に停止するセルフリミッティング機構を持つことであ
る。
sb系化合物半導体結晶の原子層エピタキシを行う際に
1重要なのは、如何にこのセルフリミッティング機構を
持たせるかである。
1重要なのは、如何にこのセルフリミッティング機構を
持たせるかである。
現在、我々が行っている砒化ガリウム(GaAs) +
砒化アルミニウム(A I As) 、インジウム燐(
InP)等の原子層エピタキシでは1原材料の基板表面
原子に対する選択吸着(または選択離脱)を利用して。
砒化アルミニウム(A I As) 、インジウム燐(
InP)等の原子層エピタキシでは1原材料の基板表面
原子に対する選択吸着(または選択離脱)を利用して。
セルフリミッティング機構を達成している。
(特許 88POO546)
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明の原理説明図でる。
図において、■は基板、2はガリウム(Ga)、 3
はSb、 4はTMSbである。
はSb、 4はTMSbである。
本発明では、 sbを含む化合物半導体結晶を成長する
際に、 sbの原材料として蒸気圧が高く9選択吸着(
または選択脱離)性のある有機金属化合物であるトリメ
チルアンチモン(TMSb)を用いる。
際に、 sbの原材料として蒸気圧が高く9選択吸着(
または選択脱離)性のある有機金属化合物であるトリメ
チルアンチモン(TMSb)を用いる。
即ち1本発明は、アンチモンを含む化合物半導体結晶の
成長において、TMSbと、化合物半導体結晶を構成す
るアンチモン以外の元素を含む原材料とを、交互に、成
長室内へ供給して基板上にアンチモンを含む化合物半導
体結晶を成長することにより、また、TMSbの供給時
の管内圧力は。
成長において、TMSbと、化合物半導体結晶を構成す
るアンチモン以外の元素を含む原材料とを、交互に、成
長室内へ供給して基板上にアンチモンを含む化合物半導
体結晶を成長することにより、また、TMSbの供給時
の管内圧力は。
10Torr以上であり、且つ基板加熱温度が450℃
〜550℃であることにより前記目的が達成される。
〜550℃であることにより前記目的が達成される。
上記のように1本発明によれば1例えばガリウム・アン
チモン(GaSb)結晶を従来のMOCVD法の装置を
用いて成長する場合に、実施例として後述するように、
Gaの原材料にトリメチルガリウム(TMG)、Sb
の原材料にTMSb等の有機金属化合物を用い、これら
の供給と、水素(11□)パージを交互に行う。
チモン(GaSb)結晶を従来のMOCVD法の装置を
用いて成長する場合に、実施例として後述するように、
Gaの原材料にトリメチルガリウム(TMG)、Sb
の原材料にTMSb等の有機金属化合物を用い、これら
の供給と、水素(11□)パージを交互に行う。
基板lの表面に供給されたTMGは、メチル基(CH3
Jを残した状態[Cfl:+)nGa、n=o 〜3
]で基板表面に到達する。sb表面上に到達した(C1
,) n Gaはアンチモン(Sb)原子上に吸着し、
基板からの熱エネルギー(基板温度500℃)を得て、
すばやく分解して、 Ga原子2になる。
Jを残した状態[Cfl:+)nGa、n=o 〜3
]で基板表面に到達する。sb表面上に到達した(C1
,) n Gaはアンチモン(Sb)原子上に吸着し、
基板からの熱エネルギー(基板温度500℃)を得て、
すばやく分解して、 Ga原子2になる。
これに対し、 Ga原子上に到達した(CHa)n G
aは吸着しないか、或いはすばやく離脱する。
aは吸着しないか、或いはすばやく離脱する。
この選択吸着の原理により、TMGはGaの一原子層吸
着した後は、それ以上の成長は起こらない。
着した後は、それ以上の成長は起こらない。
同様の原理により、TMSbを供給した場合も第1図に
示すように、基板1の表面に供給されたTMSbはメチ
ル基(CHx −)を残した状態のまま。
示すように、基板1の表面に供給されたTMSbはメチ
ル基(CHx −)を残した状態のまま。
((Cllx)nGa、nJ〜3 〕で基基板面に到達
する。Ga原子2の表面上に到達した7MSb4はGa
原子2の上に吸着し、基板からの熱エネルギー(基板温
度500’C)を得て、すばやく分解して、 sb原子
3になる。
する。Ga原子2の表面上に到達した7MSb4はGa
原子2の上に吸着し、基板からの熱エネルギー(基板温
度500’C)を得て、すばやく分解して、 sb原子
3になる。
これに対し、Sb原子上に到達した7MSb4は吸着し
ないか、或いはすばやく離脱する。
ないか、或いはすばやく離脱する。
このように、基板1上にGa原子2とsb原子3が。
交互に、単原子層成長することが可能であり、これらを
繰り返すことにより* GaSb結晶を一層づつ成長さ
せる原子層エピタキシを行うことが出来る。
繰り返すことにより* GaSb結晶を一層づつ成長さ
せる原子層エピタキシを行うことが出来る。
第2図は本発明に使用した結晶成長装置の模式図におい
て、5は基板、6は減圧リアクター7はサセプター支持
棒、8はカーボンサセプター9は高周波コイル、 10
は真空排気口、 Itはバブラ、12はバブラー、13
は切換バルブ、14は切換バルブ115はガス混合器で
ある。
て、5は基板、6は減圧リアクター7はサセプター支持
棒、8はカーボンサセプター9は高周波コイル、 10
は真空排気口、 Itはバブラ、12はバブラー、13
は切換バルブ、14は切換バルブ115はガス混合器で
ある。
本発明の実施例では、 GaSb (100)の基板5
上へのGaSbの原子層2エピタキシヤル成長を、従来
から。
上へのGaSbの原子層2エピタキシヤル成長を、従来
から。
MOCVD法に用いている気相成長装置を使用して、以
下に説明する様に実施しており、第3図に例示するよう
な結果が得られている。
下に説明する様に実施しており、第3図に例示するよう
な結果が得られている。
本実施例では、第2図に模式的に示すような結晶成長装
置を使用する。
置を使用する。
装置は石英製の減圧リアクター6よりなり、上部からサ
セプター支持棒7に支えられてカーボンサセプター8を
固定し、これに基板5をセットする。カーボンサセプタ
ー8はサセプター支持棒7により上下に移動できるとと
もに1回転もできる。
セプター支持棒7に支えられてカーボンサセプター8を
固定し、これに基板5をセットする。カーボンサセプタ
ー8はサセプター支持棒7により上下に移動できるとと
もに1回転もできる。
また、減圧リアクター6の外側に巻いた高周波コイル9
により、カーボンサセプター8は加熱される。
により、カーボンサセプター8は加熱される。
減圧リアクター6の下部は漏斗状に絞られ、成長ガスが
基板5に直接当たるようになっている。
基板5に直接当たるようになっている。
また、N圧すアクター6の上部に真空排気口IOが設け
ら、実施例では、If!i、長時の圧力を1例えば20
Torrに真空排気することができる。
ら、実施例では、If!i、長時の圧力を1例えば20
Torrに真空排気することができる。
成長ガスは2個のバブラー11.12の中にTMG及び
TMSbをそれぞれ入れ、キャリアガスとして水素(l
h)ガスを通気して、切替えバルブ13.14を通して
、ガス混合器15に入り、M圧すアクター6にセットさ
れた基板5の表面にこれら成長ガスを吹き付ける。
TMSbをそれぞれ入れ、キャリアガスとして水素(l
h)ガスを通気して、切替えバルブ13.14を通して
、ガス混合器15に入り、M圧すアクター6にセットさ
れた基板5の表面にこれら成長ガスを吹き付ける。
即ち、先ず、TMGを入れ、20”Cに設定されたバブ
ラー11にHzを通気し、基板5上にGaの単原子層を
成長し1次に切換バルブ13によりTMGを排気し、1
12でパージをおこなった後、’TMSbを入れ3℃に
設定されたバブラー12に■I!を通気し。
ラー11にHzを通気し、基板5上にGaの単原子層を
成長し1次に切換バルブ13によりTMGを排気し、1
12でパージをおこなった後、’TMSbを入れ3℃に
設定されたバブラー12に■I!を通気し。
基板上にsbの単原子層を成長し、交互にGaとsbの
成長を繰り返す。
成長を繰り返す。
実施例では、 Hzに原材料のTMG或いはTMSbを
含めた成長ガス及びHtパージのトータル流量を2.
OOOSCCMとし、各原材料のガス流量、11□バー
ジ及び単原子成長の時間を下記表のように設定して、
GaSbの成長を行った。
含めた成長ガス及びHtパージのトータル流量を2.
OOOSCCMとし、各原材料のガス流量、11□バー
ジ及び単原子成長の時間を下記表のように設定して、
GaSbの成長を行った。
即ち、温度20℃としたバブラー12にHtガスを通気
して、TMSb供給時間を第3図の横軸に示すように設
定し、1周期が下記の各時間、流量および温度からなる
成長を1例えば328周期繰り返した結果から、 I
J’?i1期当たりの成長の厚さのGaSb 1分子層
の厚さに対する比を求めている。このときGaSbを成
長する基板5の温度が500℃になるように、高周波コ
イル9により加熱される。
して、TMSb供給時間を第3図の横軸に示すように設
定し、1周期が下記の各時間、流量および温度からなる
成長を1例えば328周期繰り返した結果から、 I
J’?i1期当たりの成長の厚さのGaSb 1分子層
の厚さに対する比を求めている。このときGaSbを成
長する基板5の温度が500℃になるように、高周波コ
イル9により加熱される。
本実施例ではTMSbの供給時間が、約2秒に達すれば
、これ以上に供給時間Xを増加させても成長厚さは増加
せずに、1周期あたりの成長厚さが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という結果が得られ
ている。
、これ以上に供給時間Xを増加させても成長厚さは増加
せずに、1周期あたりの成長厚さが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という結果が得られ
ている。
また、この場合とは逆に、TMSbの供給量および供給
時間を固定して、TMGの供給量および供給時間を変化
させた場合でも、同様な結果が得られている。
時間を固定して、TMGの供給量および供給時間を変化
させた場合でも、同様な結果が得られている。
TMSbは、基板温度が450’C〜550’Cの範囲
で使用されることが望ましい。450″C以下では。
で使用されることが望ましい。450″C以下では。
TMSbが十分に分解されず、逆に550℃以上では、
TMSbが基板に達するまでに分解してしまい、原子層
成長ができなくなる。
TMSbが基板に達するまでに分解してしまい、原子層
成長ができなくなる。
また、成長管内(減圧リアクター内)の圧力は。
10Torr以上であることが好ましい。10Torr
以下ではTMSbが希薄であり、成長ができないばかり
か、高周波加熱によって基板等を加熱する際は。
以下ではTMSbが希薄であり、成長ができないばかり
か、高周波加熱によって基板等を加熱する際は。
成長管内にプラズマが発生する場合がある。
ただし、成長管内が50Torr以上では、圧力が高す
ぎて1例え基板を低温(〜500℃)で加熱したとして
も、TMSbが基板に達するまでに分解してしまい、原
子層成長ができなくなる。
ぎて1例え基板を低温(〜500℃)で加熱したとして
も、TMSbが基板に達するまでに分解してしまい、原
子層成長ができなくなる。
上記実施例の他に、 InSbの成長も可能である。
この場合には、 Inの原材料にトリメチルインジュウ
ム(TMI)を用いて、バブラー温度27.1”Cで成
長温度350℃で成長を行う。
ム(TMI)を用いて、バブラー温度27.1”Cで成
長温度350℃で成長を行う。
(発明の効果)
本発明によれば、従来不可能であったsbを含む化合物
半導体の原子層エピタキシャル成長が可能となる。
半導体の原子層エピタキシャル成長が可能となる。
第1図は本発明の原理説明図。
第2図は結晶成長装置模式図。
第3図はTMSb供給時間に対する一周期当たりの成長
膜厚である。 図において。 1は基板、 2はGa。 3はSb、 4はTMSb。 5は基板、 6は減圧リアクター7はサセプ
ター支持棒。 8はカーボンサセプター 9は高周波コイル、 10は真空排気口。 11はバブラー、12はバブラー 13は切換バルブ、14は切換バルブ。 15はガス混合器 不・弓4乏日目〆つ原理説日日七コ 野 1 図 超、i¥i八兵へ實顆式紹 第 樽
膜厚である。 図において。 1は基板、 2はGa。 3はSb、 4はTMSb。 5は基板、 6は減圧リアクター7はサセプ
ター支持棒。 8はカーボンサセプター 9は高周波コイル、 10は真空排気口。 11はバブラー、12はバブラー 13は切換バルブ、14は切換バルブ。 15はガス混合器 不・弓4乏日目〆つ原理説日日七コ 野 1 図 超、i¥i八兵へ實顆式紹 第 樽
Claims (2)
- (1)アンチモンを含む化合物半導体結晶の成長におい
て、 トリメチルアンチモン(TMSb)と、 化合物半導体結晶を構成するアンチモン以外の元素を含
む原材料とを、 交互に、成長室内へ供給して基板上にアンチモンを含む
化合物半導体結晶を成長することを特徴とする化合物半
導体結晶の成長方法。 - (2)トリメチルアンチモン(TMSb)の供給時の管
内圧力は、10Torr以上であり、且つ基板加熱温度
が450℃〜550℃であることを特徴とする請求項(
1)記載の化合物半導体結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32460689A JPH03185716A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32460689A JPH03185716A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03185716A true JPH03185716A (ja) | 1991-08-13 |
Family
ID=18167697
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32460689A Pending JPH03185716A (ja) | 1989-12-14 | 1989-12-14 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03185716A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6833161B2 (en) * | 2002-02-26 | 2004-12-21 | Applied Materials, Inc. | Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode |
US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
US7781326B2 (en) | 2001-02-02 | 2010-08-24 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
-
1989
- 1989-12-14 JP JP32460689A patent/JPH03185716A/ja active Pending
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