JPH04151822A

JPH04151822A - 化合物半導体の有機金属気相成長法

Info

Publication number: JPH04151822A
Application number: JP27609790A
Authority: JP
Inventors: Hirochika Ishikawa; 博規石川; Yasuto Kawahisa; 川久　慶人; Masahiro Sasaki; 正洋佐々木; Masao Mashita; 真下　正夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1992-05-25

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、ｍ−Ｖ族化合物半導体薄膜形成のための有機
金属気相成長法に関する。

（従来の技術）近年、量子井戸構造、超格子構造などを利用した新機能
素子の開発か盛んに行われている。これら素子を作成す
るには結晶層を単原子層オーダーの膜厚に正確に制御す
る事が必要となる。このため、ＩＩＴ族原材原料ガス機
金属化合物を、■族原料ガスに水素化物あるいは有機化
合物を用いる有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）にお
いて、■族原料カスと■族原料ガスを基板が設置された
容器内に交互に供給することにより該基板上にｍ−ｖ族
化合物半導体結晶層を単原子層ずつ成長させるというｊ
、ｌｊ原子層成長７４（ＡＬＥ）が提案され、勢力的に
研究が行われている。かかる単原子層成長法においては
、■広原子の一原子層厚での成長自己停止機構がポイン
トとなっている。■族原子面」二への■広原子の付着係
数は大きいために、■族原料が気相中で分解し■広原子
として基板に到達すると、■広原子面上にも１■族原子
が吸着し、単原子層厚での成長速度の制御が不可能とな
る。従って、単原子層厚での成長速度の制御をするため
には、気相中での■族原料の分解を極力抑制する必要が
ある。そのためには、成長温度を低くすることが必要で
ある。しかし、成長温度を低くすると、原料に有機金属
化合物を使用しているため、結晶層に炭素などの不純物
が高濃度で混入するという問題かあった。そこで、この
問題を解決する方法としてＧａＡｓのｉｌｌ原子層制御
成長法においてジエチルガリウムクロライ１〜（ＤＥＧ
ａＣｌ）を■族原料として用いることが試みられ、６０
０°Ｃの成長においてキャリア濃度がｎ型で１　、　］
　Ｘ　１．０１５ｃｍ−３，７７Ｋにおけるホール移動
度２２４００ｃｍ”　／　Ｖ−ｓｅｃという値が報告さ
れている。（Ａｐｐｌ、、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　
晃２に；）−＋　１．９８８．　ｐ２７）　シかし、キ
ャリア濃度に対して、７７にでのホール移動度は、従来
のＭＯＣＶＤ法での成長に比べまだ低く、膜中に炭素が
依然として含まれている事を示している。また、クロラ
イドを使う系においてはＡｌ系材料が使用できないとい
う問題点があった。また、他の高純度化の例として、パ
ルスト・ジェット・エピタキシ法（Ｐｕｌｓｅｄ　Ｊｅ
ｔ　Ｅｐｊｔａｘｙ、以下ＰＪＥ法と略記する）による
報告かある。ＰＪＥ法は、■族原料を高流速で基板に吹
き付けることによって、気相中での■族原料の分解を抑
制し、ＡＬＥを実現する方法である。この方法において
、成長温度を５５０℃、ＴＭＧの供給時間を０．５秒と
短くすることにより、キャリア濃度かｎ型で２　Ｘ　１
０Ｉ４１０Ｉ４．７７Ｋにお（づるホール移動度６５０
００ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃと報告されている。

（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　５３（１６）
、　１９８８．　ｐ１５０９）　　Ｌかし、単原子層成
長においてへテロ接合を有する構造を作成する場合、５
５０℃の成長温度では、他の材料系に於て単原子層成長
か達成できない。また、一つの成長面にたけｌ＜−ピン
クする様なドーピング技術においては、５５０℃の成長
温度ではドーパン１−の拡散が起こってしまう。これら
の点で、より低温での成長が必要となっていた。

（発明が解決しようとする課題）本発明は上記事情を考慮して為されたもので、その目的
とするところは、できるだけ低い成長温度で高純度の半
導体結晶を得る単原子層成長法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明に係る化合物半導体の有機金属気相成長法は、Ｉ
ＩＩ族元素を含む有機金属化合物と、■族元素を含む水
素化物または有機化合物を所定温度の基板」二にいずれ
もキャリアガスによって交互に輸送することを１周期と
し、該基板上に１周期の操作に対して、ＩＨ−Ｖ族化合
物半導体を１原子層ずつ成長させる化合物半導体の有機
金属気相成長法において、■族原料の供給に同期させて
この■族原料の気相中での分解を促進する紫外光を基板
および■族原料ガスに照射することを特徴とする。

（作　用）本発明によれば、■■族元素を含む有機金属化合物と■
族元素を含む水素化物あるいは有機化合物を加熱された
基板上に、いずれもキャリアガスによって交互に輸送す
ることを１周期とし、１周期の操作に対して、該基板上
にＩＩＩ　−Ｖ族化合物半導体の１原子層ずつ成長させ
る化合物半導体の単原子層成長法に於て、■族原料の供
給に同期させて基板及び■族原料に対して、■族原料を
分解するような短波長の紫外光を照射することにより、
気相中で■族原料を分解し、基板」二に吸着した■族原
料との反応を促進することにより、また、紫外光照射に
より気相中でＶ族原料を分解し水素ラジカルを発生させ
、その水素ラジカルと表面上の有機基とを反応させるこ
とにより、単原子層厚で制御された炭素濃度の低い高純
度の半導体薄膜を得ることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。

第１図に本発明の実施例に用いた有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）装置の概略構成を示す。ＩＯは石英製の反応
管で、カーホンのサセプタ２０が設置され、このサセプ
タ２０の上に半導体基板３０が保持される。

基板コ）０は加熱装置４０により加熱される。この反応
管１０にはカス導入口１】から原料ガスが導入され、カ
ス排気１」１２から排気され、減圧下及び常圧下でのエ
ピタキシャル成長が可能である。

以下、この装置を用い、■族原料としてトリメチルカリ
ウム（ＴＭＧ）、■族原料にアルシン（ＡｓＨ３）を用
い面方位（１００）の半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＧａＡ
ｓ薄膜を、■族・■族原料の交互供給法により結晶成長
させた実施例について説明する。

ます、ＧａＡｓ基板をサセプタ２ｏ上に保持し、アルシ
ン雰囲気中７００℃で２０分間クリーニングを行う。

続いて基板温度を５００℃に下げ、ＴＭＧ導入・Ｈ２に
よる置換・ＡｓＨ３導入・１１２による置換を１サイク
ルとし、Ａ　ｓ　Ｈ３導入に同期させてＡｒＦエキシマ
レーザ光（１９３ｎｍ）を基板に垂直に照射し、成長温
度５ｏｏ℃、成長圧力］０Ｔｏｒｒで１００００サイク
ル成長を行った。ＴＭＧ供給量は３　ｓｅｃｍ、　Ａｓ
１１３供給量は５０ｓｅｃｍ、総流量は４ＳＬＭとし、
　ＴＭＧ導入、ＡｓＨ：＋導入、］１□による置換の時
間は、総て２秒一定とした。得られたＧａＡｓ成長結晶
の膜厚は２．８３．であり、１サイクルあたりの成長膜
厚は２．８３Ａと１サイクルあたり１分子層のＧ　ａＡ
　ｓ成長が確認された。得られたＧａＡｓ結晶の評価を
４．２にフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定、およびホ
ール測定により行った。４．２にフォトルミネッセンス
（１）Ｌ）測定では炭素に帰属されるピークは観測され
なかった。また、ホール測定によるとキャリア濃度はｎ
型でＩ　Ｘ　１０１１０ｌ５”以下、７７Ｋにおける移
動度は８５０００ｃｍ２／Ｖ−ｓｅｃ以」二であった。

この様に炭素濃度の極めて少ない高純度なＧａＡｓ成長
層が得られた。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記成長させる半導体薄膜はＧａＡｓに限
るものではなく、他の■−■族化合物半導体あるいはＩ
Ｉ−ＶＩ族化合物半導体に適用することができる。また
、本発明は他の基板面方位に対しても有効である。照射
する光は、ＡｒＦエキシマレーザに限るものではなく、
気体状態の■族原料が吸収し、分解する波長の光ならば
良い。さらに、ＧａＡｓエピタキシャル層の成長温度、
成長圧力は５００℃、］、０Ｔｏｒｒになんら限定され
るものではな（、ＧａＡｓがもっとも良好に成長する範
囲内で適宜選択すればよい。また、ＴＨＧ供給量、Ａ　
ｓ　Ｈ３供給量、ＴＭＧ供給時間、Ａｓ１１３供給時間
、および）１２バ一ジ時間は上記実施例に限定されるも
のではなく、単原子層成長が可能な条件ならばよい。１
−一パン１−としても何を用いたものでも構わない。ま
た、ＡｒＦエキシマレーザ光は、基板に垂直に照射する
必要はなく、基板に平行に、基板」二部の原料ガス流に
照射しても良い。

比較例１上記実施例におけるＧａＡｓ薄膜形成に際し、■族原料
供給に同期させてＡｒＦエキシマレーザ光を照射しない
以外、上記実施例と同様な方法により半絶縁性ＧａＡｓ
基板」二にＧａＡｓ層を成長させた。

比較例２」二記実施例におけるＧａＡｓ薄膜形成に際し、■族原
料供給に同期させてＡｒＦエキシマレーザ光を照射せず
、ＩｌＩ族原料および■族原料導入に同期させて、気体
状態の■族および■族原料の吸収係数の小さいＫｒＦエ
キシマレーザ光（２４８ｎｍ）を照射し、他の条件は本
実施例と同様の条件で、半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＧａ
Ａｓ層を成長させた。

比較例１および比較例２の方法により得られたＧａＡｓ
成長結晶の膜厚は２．８３ｐであり、１サイクルあたり
の成長膜厚は２．８３Ａと１サイクルあたり１分子層の
ＧａＡｓ成長が確認された。得られたＧａＡｓ結晶の評
価を４．２にフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定、およ
びホール測定により行った。４．２にフォトルミネッセ
ンス（ＰＬ）測定では、炭素に帰属されるピークが観測
された。ホール測定によるキャリア濃度は、比較例１お
よび比較例２の成長層共に、２．０ＸＩＯ”ｃｍ−Ｊで
あった。この結果と本実施例の結果とを比較することに
より、気体状態のＶ族原料の吸収係数の大きい波長の光
を照射することにより、炭素の取り込みの少ない、高純
度のＧａＡｓ結晶を、単原子層の厚さで制御し成長でき
ることが分かった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば■族・■族ＪＪＫ
料を交互に供給する単原子層成長法において、■族原料
供給に同期させて■族原料を分解するような短波長の紫
外光を照射することにより、単原子層厚で制御された高
純度の半導体薄膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例に用いられる成長装置の概略を
示す断面図である。１０・反応管、　　　　１トガス導入口１２・・ガス排
気口、２０・・サセプタ３０・・基板、４０・・・高周波コイル

Claims

【特許請求の範囲】

III族元素を含む有機金属化合物と、Ｖ族元素を含む水
素化物または有機化合物を所定温度の基板上に交互に供
給して化合物半導体の薄膜結晶を成長させる化合物半導
体の有機金属気相成長法において、Ｖ族原料の供給に同
期させてこのＶ族原料の気相中での分解を促進する紫外
光を基板およびＶ族原料ガスに照射することを特徴とす
る化合物半導体の有機金属気相成長法。