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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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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