JPH0427115A - 半導体ヘテロ構造を形成する方法 - 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】 〔概　要〕 原子層エピタキシ法により、周期律表第■族の元素の有
機金属化合物と同第■族の元素の水素化合物とを交互に
半導体基板結晶に供給して半導体ヘテロ構造を形成する
方法に関し、 分解温度が大きく異なる有機金属化合物を組み合わせて
用いて１原子層あるいは２原子層のオーダの半導体ヘテ
ロ構造を提供することを目的とし、使用する２種類の有
機金属化合物のうちで分解温度が低いものが基板結晶上
で熱分解する温度で気相エピタキシャル成長を行い、ま
た、もう１種類の分解温度が高い有機金属化合物の場合
、該化合物が熱分解する温度まで補助加熱手段により基
板結晶表面温度を上昇させた条件下で気相エピタ±シャ
ル成長を行うように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体ヘテロ構造の形成方法に関し、さらに詳
しく述べると、原子層エピタキシ法により、周期律表第
■族の元素の有機金属化合物と同第■族の元素の水素化
合物とを交互に半導体基板結晶に供給して半導体ヘテロ
構造を形成する方法に関する。本発明は特に、■−ｖ族
半導体ヘテロ構造の形成方法に関する。本発明は、超格
子構造あるいは規則性混晶の作成を可能とするので、各
種の半導体デバイスの製造に有利に用いることができる
。

〔従来の技術〕

近年、各種の半導体デバイスはより高性能化をめざし、
種々の試みがなされている。その一つは、従来の混晶、
例えばＩｎＧａＡｓは■族の副格子にＩｎＧａが不規則
に存在しキアリアの移動度をリミットしているが、ｑれ
を（Ｉ　ｎＡｓ）　ｍ　（ＧａＡｓ）　ｎといった超格
子構造あるいは規則性混晶にしてより高い移動度を実現
しようというものである。そのために、これらの要求に
応える半導体エピタキシャル成長技術の開発が進められ
ている。

従来、超格子構造は分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）ある
いは有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）　により作成さ
れている。しかし、これらの成長法では、成長温度が高
くヘテロ構造を構成する半導体間で界面を介して相互拡
散が生じる、また、所望の成長膜厚が堆積したと思われ
る時間で一方の半導体から他方の半導体の成長に切り換
えるため、原子層オーダの成長の制御が極めて困難であ
る、などといった問題がある。

また、半導体ヘテロ界面制御性に優れたエピタキシ法と
して原子層エピタキシ法（ＡＬＥ）があるが、この方法
では、分解温度が大きく異なる有機金属化合物を組み合
わせて半導体ヘテロ構造を作成するのは困難である。

したがって、従来の技術により作成された（Ｉ　ｎＡｓ
）　ｍ　（ＧａＡｓ）　ｎとイッた超格子構造、あるイ
ハ規則性混晶では、式中のｍ、ｎが小さい場合、必ずし
も設計通りのものができていないという問題があった。

そのために、現在、上式中のｍ・ｎがたとえば１あるい
は２であるような超格子構造あるいは規則性混晶を提供
することが望まれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、したがって、上記したような従来の技
術の問題点を解決して、分解温度が大きく異なる有機金
属化合物を組み合わせて用いて１原子層あるいは２原子
層のオーダの半導体ヘテロ構造を提供することにある。

〔課題を解決するたｔの手段〕

本発明者らは、このたび、半導体ヘテロ界面制御性に優
れた原子層エピタキシ法を用い、また、分解温度の高い
■族有機金属化合物を供給する時には光照射等により結
晶表面温度を上昇させて超格子構造を作成するのが上記
した目的の達成に有効であるという知見を得、本発明を
完成するに至った。

本発明は、すなわち、原子層エピタキシ法により、周期
律表第ｍ族の元素の有機金属化合物と同第■族の元素の
水素化合物とを交互に半導体基板結晶に供給して半導体
ヘテロ構造を形成するに当り、 使用する２種類の有機金属化合物のうちで分解温度が低
いものが基板結晶上で熱分解する温度で気相エピタキシ
ャル成長を行い、また、もう１種類の分解温度が高い有
機金属化合物の場合、該化合物が熱分解する温度まで補
助加熱手段により基板結晶表面温度を上昇させた条件下
で気相エピタキシャル成長を行うことを特徴とする。

本発明の実施において、原子層エピタキシ法は、この技
術分野においてよく知られた方法に従って実施すること
ができかつしたがって市販の気相成長装置を利用してこ
れに補助加熱手段、例えば赤外光ランプ、タングステン
ランプなどのランプあるいは赤外光反射板等を組み込む
ことができる。

原料として用いる■族有機金属化合物及び■放水素化合
物は、それぞれ、所望とする単導体ヘテロ構造の構成に
応じて任意に選択して使用することができる。例えば、
（Ｉ　ｎＡｓ）　ｍ　（ＧａＡｓ）　ｎを成長する場合
には、■族有機金属化合物としてトリメチルガリウム（
ＴＭＧ）　　とトリメチルインジウム（ＴＭＩ）　ヲ、
そしてＶ放水素化合物としてアルシン（ＡｓＨ３）を、
それぞれ有利に用いることができる。これらの原料のガ
スを気相成長装置に導入する場合、どのような順序及び
量比で導入するかの詳細は上式中のｍ及びｎの比に依存
する。なお、これらの原料ガスは通常キアリャガスであ
る水素（Ｈ２）ガスとの混合物の形で導入される。また
、必要に応じて、異なる原料ガスを導入する切り換えの
間にＨ２ガス単独を導入する工程を設けてもよい。

■族有機金属化合物は、原子層エピタキシのため、セル
フリミッティング特性を有するものでなければならない
。この特性があれば、構成元素の堆積を自動的に１層で
停止させることができるので、エピタキシャル成長を高
精度に制御することができる。また、■族有機金属化合
物は分解温度が大きく異なる有機金属化合物の組み合わ
せの形で用いられるが、本発明では、前記した通り、分
解温度が低いものを基準としてそれにみあった低温で気
相成長を行い、したがって、分解温度が高い有機金属化
合物の場合、温度の不足を補うたｔに前記したような補
助加熱手段を用いて基板結晶表面のみの温度を上昇させ
る。この補助加熱の結果、分解温度が高い有機金属化合
物も低い気相成長温度で分解が可能である。なお、この
補助加熱は、分解温度が高い有機金属化合物を基板表面
に供給する間のみに限って実施する。

〔作　用〕

原子層エピタキシ法では、原料ガスが結晶表面上で優先
的に分解されるような条件の下で結晶成長が行われ、ま
た、満足すべきセルフリミッティング特性を得るため、
比較的に低い温度で結晶成長が行われる。しかし、分解
温度が大きく異なる原料を用いた時には、この低い成長
温度が障害となる。

本発明では、分解温度が高い原料のガスを供給する時の
み、補助加熱手段で結晶基板表面を加熱するので、表面
温度をその高温分解原料が分解できる温度まで上昇させ
、所望の結晶成長を実現することができる。

〔実施例〕

本発明による半導体ヘテロ構造は、その構造の特質に応
じているいろな原料ガス供給サイクルで形成することが
できる。例えば、（Ｉ　ｎＡｓ）　ｍ　（ＧａＡｓ）　
ｎ（ｍ＝ｎ＝１）を成長する場合、■族有機金属化合物
としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びトリメチルイ
ンジウム（ＴＭＩ）をかつ■放水素化合物としてアルシ
ン（ＡＳＨ３）をそれぞれ用いて、第１図に示すガス・
フロー・シーケンスで結晶成長を実施することができる
。

トリメチルガリウムとトリメチルインジウムを対比する
に、トリメチルインジウムを用いたＩｎＡｓの原子層エ
ピタキシャル成長は基板温度３５０℃付近で可能であり
、一方、このような低い温度では、トリメチルガリウム
を用いたＧａＡｓの原子層エピタキシャル成長は、トリ
メチルガリウムの分解が遅いため、難しい。そこで、ト
リメチルガリウムの供給時間のみ、赤外光ランプあるい
はタングステンランプで結晶表面を照射し、表面温度を
トリメチルガリウムが分解する温度である約５００℃ま
で上昇させ、よって数原子層のＧａＡｓを成長する。ま
た、第１図にあわせて示す表面加熱（ランプ照射）のシ
ーケンスから理解されるように、ランプＯＦＦ後は速や
かに表面温度が下降するため、ＩｎＡｓ層の成長が可能
となる。

基板結晶表面の加熱は、上記した通り、補助加熱手段と
して赤外光ランプ又はタングステンランプを用いること
により、ランプ照射によって有利に実施することができ
る。第２図は、このランプ照射の好ましい一例を示した
断面図であり、反応管ｌ内に加熱用サセプタ２に載置し
た基板３を収容するとともに、反応管１の外側に、照射
光エネルギーが十分に基板１の表面に達するように、例
えば赤外光ランプなどのような表面加熱用ランプ４を配
置する。また、この表面加熱用ランプ４を使用すること
に代えて、第３図に示されるように、赤外光反射板５を
反応管１内に配置しても、基板３の結晶表面を十分に加
熱することができる。なお、第２及び第３図では主たる
加熱手段として加熱用サセプタ２を用いているけれども
、これに代えて、この技術分野において、屡々用いられ
ているように高周波加熱、抵抗加熱などを利用してもよ
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子層エピタキシ法を利用し、また、
ランプ照射等により基板結晶表面を加熱するので、低い
基板温度で分解温度の高い有機金属化合物を用いて超格
子構造や規則性混晶の作成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従い（Ｉ　ｎＡｓ）　ｍ　（ＧａＡ
ｓ）　ｎ　（ｍ＝ｎ＝１　）を成長する場合に用いるこ
とができるガス・フロー・シーケンスを示した略示図、
そして第２図及び第３図は、それぞれ、基板結晶表面の
補助加熱手段を示した断面図である。 図中、■は反応管、２は加熱用サセプタ、３は基板、４
は表面加熱用ランプ、そして５は赤外光反射板である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子層エピタキシ法により、周期律表第III族の元
   素の有機金属化合物と同第Ｖ族の元素の水素化合物とを
   交互に半導体基板結晶に供給して半導体ヘテロ構造を形
   成するに当り、 使用する２種類の有機金属化合物のうちで分解温度が低
   いものが基板結晶上で熱分解する温度で気相エピタキシ
   ャル成長を行い、また、もう１種類の分解温度が高い有
   機金属化合物の場合、該化合物が熱分解する温度まで補
   助加熱手段により基板結晶表面温度を上昇させた条件下
   で気相エピタキシャル成長を行うことを特徴とする半導
   体ヘテロ構造を形成する方法。 ２、前記補助加熱手段が光照射用ランプである、請求項
   １に記載の方法。 ３、前記補助加熱手段が基板結晶表面の上方にそれに対
   向して配置された赤外光反射板である、請求項１に記載
   の方法。