JPH04315420A - 有機金属分子線エピタキシャル成長方法及びその装置 - Google Patents
有機金属分子線エピタキシャル成長方法及びその装置Info
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- JPH04315420A JPH04315420A JP8217091A JP8217091A JPH04315420A JP H04315420 A JPH04315420 A JP H04315420A JP 8217091 A JP8217091 A JP 8217091A JP 8217091 A JP8217091 A JP 8217091A JP H04315420 A JPH04315420 A JP H04315420A
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、有機金属分子線エピタ
キシャル成長方法及びその装置に関し、特に３−５族化
合物半導体膜のエピタキシャル成長方法及びその装置に
関する。
キシャル成長方法及びその装置に関し、特に３−５族化
合物半導体膜のエピタキシャル成長方法及びその装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体膜の成長方法で、通常の分
子線エピタキシャル成長装置と同じ超高真空対応の成長
室を有し、その原料として有機金属を用いる有機金属分
子線エピタキシャル成長法（以下ＭＯＭＢＥと称す）は
、分子線エピタキシャル成長法（以下ＭＢＥと称す）と
比較して表面欠陥が少なく、選択成長が可能という利点
を備え、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥと称す
）に対しては、膜厚，組成の制御性が高く、面内の均一
性も良いなど多くの利点を有しており、現在活発な研究
開発が行われている。
子線エピタキシャル成長装置と同じ超高真空対応の成長
室を有し、その原料として有機金属を用いる有機金属分
子線エピタキシャル成長法（以下ＭＯＭＢＥと称す）は
、分子線エピタキシャル成長法（以下ＭＢＥと称す）と
比較して表面欠陥が少なく、選択成長が可能という利点
を備え、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥと称す
）に対しては、膜厚，組成の制御性が高く、面内の均一
性も良いなど多くの利点を有しており、現在活発な研究
開発が行われている。
【０００３】ＭＯＭＢＥ法において、ＧａＡｓ，ＡｌＧ
ａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ等、５族に砒素が含まれる３−５
族化合物半導体膜を成長する際に、用いられる５族原料
は、通常のＭＢＥと同様の金属砒素のほか、トリメチル
砒素（ＴＭＡｓ）、トリエチル砒素（ＴＥＡｓ）等の有
機金属化合物や、アルシン（ＡＨ３ ）のような水素化
合物が使用される。３族原料は、Ｇａ原料として、トリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇ）、Ａｌ原料として、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ原料と
して、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルイ
ンジウム（ＴＥＩ）等である。
ａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ等、５族に砒素が含まれる３−５
族化合物半導体膜を成長する際に、用いられる５族原料
は、通常のＭＢＥと同様の金属砒素のほか、トリメチル
砒素（ＴＭＡｓ）、トリエチル砒素（ＴＥＡｓ）等の有
機金属化合物や、アルシン（ＡＨ３ ）のような水素化
合物が使用される。３族原料は、Ｇａ原料として、トリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇ）、Ａｌ原料として、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ原料と
して、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルイ
ンジウム（ＴＥＩ）等である。
【０００４】ＭＯＭＢＥ法は、従来のＭＢＥやＭＯＶＰ
Ｅの欠点を解決する成長法であるが、有機金属化合物を
用いるため、成長膜中に原料からのカーボンが混入しや
すく、これがｐ型ドーパントとなり、条件により成長膜
は、高濃度のｐ型を示す。特に３族原料として、ＴＭＧ
やＴＭＡ等、メチル系の原料を用いた時、キャリア濃度
が１０１９ｃｍ−３以上の極めて高いｐ型になる。一方
、ＴＥＧのようなエチル系原料を用いると、カーボン混
入は著しく抑えられるが、それでも通常のＭＢＥ法やＭ
ＯＶＰＥ法に比べると、成長層の純度は劣る。これは次
の理由による。
Ｅの欠点を解決する成長法であるが、有機金属化合物を
用いるため、成長膜中に原料からのカーボンが混入しや
すく、これがｐ型ドーパントとなり、条件により成長膜
は、高濃度のｐ型を示す。特に３族原料として、ＴＭＧ
やＴＭＡ等、メチル系の原料を用いた時、キャリア濃度
が１０１９ｃｍ−３以上の極めて高いｐ型になる。一方
、ＴＥＧのようなエチル系原料を用いると、カーボン混
入は著しく抑えられるが、それでも通常のＭＢＥ法やＭ
ＯＶＰＥ法に比べると、成長層の純度は劣る。これは次
の理由による。
【０００５】ＭＯＭＢＥ法の場合３族有機金属化合物は
、基板上のみで分解し、金属原子に有機化合物を１個な
いし２個持った中間生成物の形で基板に吸着すると推測
される。ＴＭＧを例にとると、モノメチルガリウム（Ｇ
ａＣＨ３ ）あるいはジメチルガリウム［Ｇａ（ＣＨ３
）２ ］になり、基板表面に吸着している。これらの
有機金属化合物は、５族原料と反応することにより脱離
する。しかし中には、基板表面近傍でラジカルとして存
在し、カーボンアクセプタの原因となるものもある。こ
の反応過程が基板に到達するまでに、原料がすでに十分
分解しているＭＯＶＰＥ法や、もともと有機原料を用い
ないＭＢＥ法と異なる点である。これを避けるため、５
族原料の砒素（Ａｓ４の形で反応する）を大量に供給し
、３族原料と十分反応させて、３族原料からのカーボン
混入を抑えたり、砒素より反応性の高いアルシン（Ａｓ
２ あるいはＡｓＨの形で反応する）を用いるなど、純
度を上げる手段が従来試みられてきた。
、基板上のみで分解し、金属原子に有機化合物を１個な
いし２個持った中間生成物の形で基板に吸着すると推測
される。ＴＭＧを例にとると、モノメチルガリウム（Ｇ
ａＣＨ３ ）あるいはジメチルガリウム［Ｇａ（ＣＨ３
）２ ］になり、基板表面に吸着している。これらの
有機金属化合物は、５族原料と反応することにより脱離
する。しかし中には、基板表面近傍でラジカルとして存
在し、カーボンアクセプタの原因となるものもある。こ
の反応過程が基板に到達するまでに、原料がすでに十分
分解しているＭＯＶＰＥ法や、もともと有機原料を用い
ないＭＢＥ法と異なる点である。これを避けるため、５
族原料の砒素（Ａｓ４の形で反応する）を大量に供給し
、３族原料と十分反応させて、３族原料からのカーボン
混入を抑えたり、砒素より反応性の高いアルシン（Ａｓ
２ あるいはＡｓＨの形で反応する）を用いるなど、純
度を上げる手段が従来試みられてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＭＯＭ
ＢＥ法では、次のような問題がある。砒素（Ａｓ４ ）
を大量に供給し、３族原料と十分反応させて、成長層に
カーボンが混入するのを抑制する方法は、通常のＭＢＥ
に比べ１０倍以上の砒素が必要で、原料のチャージを頻
繁に行なう必要があり煩雑なことと、Ａｓセルと基板の
距離が近い場合は、Ａｓセルから、砒素の塊が飛来し、
基板に付着して表面欠陥の原因になることもある。砒素
より反応性の高いアルシンを用いる場合は、このような
問題はないが、アルシンは猛毒のため大がかりな安全設
備を整える必要があり、取扱いに対しても十分な注意が
必要になる。アルシンより毒性の低い有機砒素を用いる
場合は、有機砒素からのカーボン混入もあり、結晶純度
の低下を招く。
ＢＥ法では、次のような問題がある。砒素（Ａｓ４ ）
を大量に供給し、３族原料と十分反応させて、成長層に
カーボンが混入するのを抑制する方法は、通常のＭＢＥ
に比べ１０倍以上の砒素が必要で、原料のチャージを頻
繁に行なう必要があり煩雑なことと、Ａｓセルと基板の
距離が近い場合は、Ａｓセルから、砒素の塊が飛来し、
基板に付着して表面欠陥の原因になることもある。砒素
より反応性の高いアルシンを用いる場合は、このような
問題はないが、アルシンは猛毒のため大がかりな安全設
備を整える必要があり、取扱いに対しても十分な注意が
必要になる。アルシンより毒性の低い有機砒素を用いる
場合は、有機砒素からのカーボン混入もあり、結晶純度
の低下を招く。
【０００７】本発明の目的は、猛毒なアルシンを用いる
ことなく、原料に含まれるカーボンの混入を抑え、化合
物半導体の高純度の結晶膜を得るための有機金属分子線
エピタキシャル成長方法及びその装置を提供することに
ある。
ことなく、原料に含まれるカーボンの混入を抑え、化合
物半導体の高純度の結晶膜を得るための有機金属分子線
エピタキシャル成長方法及びその装置を提供することに
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の本発明の有機金属
分子線エピタキシャル成長方法は、金属砒素を原料とし
て基板上に化合物半導体膜を形成する有機金属分子線エ
ピタキシャル成長方法において、前記金属砒素を加熱す
るかまたはプラズマもしくは紫外光の照射により分解し
た後水素と混入させて成長用基板に供給するものである
。
分子線エピタキシャル成長方法は、金属砒素を原料とし
て基板上に化合物半導体膜を形成する有機金属分子線エ
ピタキシャル成長方法において、前記金属砒素を加熱す
るかまたはプラズマもしくは紫外光の照射により分解し
た後水素と混入させて成長用基板に供給するものである
。
【０００９】第２の発明の有機金属分子線エピタキシャ
ル成長装置は、成長室内に設けられた基板ホルダと、こ
の基板ホルダの相対する位置に設けられた金属砒素供給
用の砒素用セルと、この砒素用セルの上部に設けられた
金属砒素を分解するための手段と、前記砒素用セルに接
続された水素供給用のラインとを含んで構成される。
ル成長装置は、成長室内に設けられた基板ホルダと、こ
の基板ホルダの相対する位置に設けられた金属砒素供給
用の砒素用セルと、この砒素用セルの上部に設けられた
金属砒素を分解するための手段と、前記砒素用セルに接
続された水素供給用のラインとを含んで構成される。
【００１０】
【作用】金属砒素は毒性，取扱い上アルシンに比べ安全
性は高い。さらに、７００℃以上の加熱または、プラズ
マもしくは紫外光の照射により、金属砒素（Ａｓ４ ）
を分解（クラッキング）し、これに水素を混入する事に
より反応性の高いＡｓ２ やＡｓＨが大量に発生して有
機原料と有効に反応するため、通常のＭＢＥ法と同程度
の供給量でも、成長層へのカーボン混入を抑えることが
できる。この効果は水素を活性化することによりさらに
高まる。
性は高い。さらに、７００℃以上の加熱または、プラズ
マもしくは紫外光の照射により、金属砒素（Ａｓ４ ）
を分解（クラッキング）し、これに水素を混入する事に
より反応性の高いＡｓ２ やＡｓＨが大量に発生して有
機原料と有効に反応するため、通常のＭＢＥ法と同程度
の供給量でも、成長層へのカーボン混入を抑えることが
できる。この効果は水素を活性化することによりさらに
高まる。
【００１１】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の第１の実施例を説明するた
めのＭＯＭＢＥの模式断面図である。
て説明する。図１は本発明の第１の実施例を説明するた
めのＭＯＭＢＥの模式断面図である。
【００１２】図１において成長室１内にはＧａＡｓ基板
９を保持する基板ホルダ６が設けられており、この基板
ホルダ６の相対する位置には金属砒素供給用のＡｓ用セ
ル７と、マスフローコントローラ２を介して有機金属原
料のＴＥＧボンベに接続されたガスセル３と、Ａｓ用セ
ル７の上部に設けられた金属砒素をクラッキングするた
めのクラッキング用ヒータ８と、マスフローコントロー
ラ２Ａを有しＡｓ用セル７に接続された水素供給用ライ
ン４と、排気系を構成する真空ポンプ５とから主に構成
されている。なお図１において１０は、原料のフラック
スを測定するヌードイオンゲージである。
９を保持する基板ホルダ６が設けられており、この基板
ホルダ６の相対する位置には金属砒素供給用のＡｓ用セ
ル７と、マスフローコントローラ２を介して有機金属原
料のＴＥＧボンベに接続されたガスセル３と、Ａｓ用セ
ル７の上部に設けられた金属砒素をクラッキングするた
めのクラッキング用ヒータ８と、マスフローコントロー
ラ２Ａを有しＡｓ用セル７に接続された水素供給用ライ
ン４と、排気系を構成する真空ポンプ５とから主に構成
されている。なお図１において１０は、原料のフラック
スを測定するヌードイオンゲージである。
【００１３】このように構成されたＭＯＭＢＥによれば
金属砒素はクラッキング用ヒータ８によりクラッキング
され、水素の混入により有機原料と有効に反応させるこ
とができる。以下化合物半導体膜の成長例について説明
する。
金属砒素はクラッキング用ヒータ８によりクラッキング
され、水素の混入により有機原料と有効に反応させるこ
とができる。以下化合物半導体膜の成長例について説明
する。
【００１４】３族原料としてトリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇ）、５族原料として金属砒素（Ａｓ４ ）を使用しＧ
ａＡｓ膜を成長した。成長条件は、ＴＥＧ１ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ａｓイオンフラックス２×１０−５Ｔｏｒｒ、基板
温度５００℃，Ａｓクラッキング温度８００℃、クラッ
キング用ヒータに混入する水素流量１ｃｃ／ｍｉｎであ
る。本第１の実施例では、半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＧ
ａＡｓ膜を４μｍ成長した。この成長層のキャリア濃度
と移動度をホール測定で調べたところ、ｎ型でキャリア
濃度ｎ＝１×１０１４ｃｍ−３，室温の移動度μＲＴ＝
８０００ｃｍ２ ／Ｖｓ，７７Ｋの移動度μ７７Ｋ ＝
１２０，０００ｃｍ２ ／Ｖｓと良好な値を示した。さ
らに４Ｋにおけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定に
おいても、カーボンに起因するピークは見られず、この
結晶が高純度であることを示している。水素を混入しな
い場合は、ｐ型でキャリア濃度ｐ＝１．５×１０１４ｃ
ｍ−３，室温の移動度μＲＴ＝４５０ｃｍ２ ／Ｖｓと
比較的高純度だが、ＰＬ測定では、カーボンに起因する
ピークが見られ、残留カーボンが存在していることがわ
かる。
Ｇ）、５族原料として金属砒素（Ａｓ４ ）を使用しＧ
ａＡｓ膜を成長した。成長条件は、ＴＥＧ１ｃｃ／ｍｉ
ｎ、Ａｓイオンフラックス２×１０−５Ｔｏｒｒ、基板
温度５００℃，Ａｓクラッキング温度８００℃、クラッ
キング用ヒータに混入する水素流量１ｃｃ／ｍｉｎであ
る。本第１の実施例では、半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＧ
ａＡｓ膜を４μｍ成長した。この成長層のキャリア濃度
と移動度をホール測定で調べたところ、ｎ型でキャリア
濃度ｎ＝１×１０１４ｃｍ−３，室温の移動度μＲＴ＝
８０００ｃｍ２ ／Ｖｓ，７７Ｋの移動度μ７７Ｋ ＝
１２０，０００ｃｍ２ ／Ｖｓと良好な値を示した。さ
らに４Ｋにおけるフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定に
おいても、カーボンに起因するピークは見られず、この
結晶が高純度であることを示している。水素を混入しな
い場合は、ｐ型でキャリア濃度ｐ＝１．５×１０１４ｃ
ｍ−３，室温の移動度μＲＴ＝４５０ｃｍ２ ／Ｖｓと
比較的高純度だが、ＰＬ測定では、カーボンに起因する
ピークが見られ、残留カーボンが存在していることがわ
かる。
【００１５】本第１の実施例は、ＧａＡｓ膜の成長につ
いて記述したが、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ等、Ａｓ
を含む他の３−５族化合物半導体あるいはその混晶にお
いても、同様に高純度な結晶が得られている。更に、Ｍ
ＢＥと同程度の１０−５Ｔｏｒｒオーダーの低い砒素圧
で成長できるので、砒素の塊が基板表面に付着する問題
はなくなり、また砒素原料のチャージ回数が少なくなり
、装置の稼働率が高くなった。
いて記述したが、ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ等、Ａｓ
を含む他の３−５族化合物半導体あるいはその混晶にお
いても、同様に高純度な結晶が得られている。更に、Ｍ
ＢＥと同程度の１０−５Ｔｏｒｒオーダーの低い砒素圧
で成長できるので、砒素の塊が基板表面に付着する問題
はなくなり、また砒素原料のチャージ回数が少なくなり
、装置の稼働率が高くなった。
【００１６】図２は本発明の第２の実施例を説明するた
めのＭＯＭＢＥの模式断面図であり、水素供給用のライ
ンにＥＣＲプラズマ発生器１２を設けたものである。こ
のＥＣＥプラズマ発生器で水素を活性化して供給すると
、クラッキングされた砒素との反応性がさらに高まり、
０．５ｃｃ／ｍｉｎ程度の小量の水素でも第１の実施例
と同様の効果がある。
めのＭＯＭＢＥの模式断面図であり、水素供給用のライ
ンにＥＣＲプラズマ発生器１２を設けたものである。こ
のＥＣＥプラズマ発生器で水素を活性化して供給すると
、クラッキングされた砒素との反応性がさらに高まり、
０．５ｃｃ／ｍｉｎ程度の小量の水素でも第１の実施例
と同様の効果がある。
【００１７】図３は本発明の第３の実施例を説明するた
めのＭＢＥの模式断面図であり、Ａｓ用セルにＥＣＲプ
ラズマ発生器１２を設けたものである。砒素を高熱でク
ラッキングせず、ＥＣＲプラズマ発生器１２などでクラ
ッキングすれば、成長室内に余分な熱源がなくなり、有
機金属原料が成長前に分解してしまうという問題を回避
できる。この場合は、水素も同時に活性化するので、水
素ラインに個別のＥＣＲプラズマ発生器を設ける必要は
ない。もちろん設けてもかまわない。
めのＭＢＥの模式断面図であり、Ａｓ用セルにＥＣＲプ
ラズマ発生器１２を設けたものである。砒素を高熱でク
ラッキングせず、ＥＣＲプラズマ発生器１２などでクラ
ッキングすれば、成長室内に余分な熱源がなくなり、有
機金属原料が成長前に分解してしまうという問題を回避
できる。この場合は、水素も同時に活性化するので、水
素ラインに個別のＥＣＲプラズマ発生器を設ける必要は
ない。もちろん設けてもかまわない。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の有機金属
分子線エピタキシャル成長方法およびその装置によれば
、Ａｓを含む３−５族化合物半導体膜を成長させる際に
、低い砒素圧で、原料からのカーボン混入を抑え、高純
度の結晶を成長することができる。
分子線エピタキシャル成長方法およびその装置によれば
、Ａｓを含む３−５族化合物半導体膜を成長させる際に
、低い砒素圧で、原料からのカーボン混入を抑え、高純
度の結晶を成長することができる。
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための成長装
置の模式断面図。
置の模式断面図。
【図２】本発明の第２の実施例を説明するための成長装
置の模式断面図。
置の模式断面図。
【図３】本発明の第３の実施例を説明するための成長装
置の模式断面図。
置の模式断面図。
１ 成長室
２，２Ａ マスフローコントローラ３ ガ
スセル ４ ライン ５ 真空ポンプ ６ 基板ホルダ ７ Ａｓ用セル ８ クラッキング用ヒータ ９ ＧａＡｓ基板 １０ ヌードイオンゲージ
スセル ４ ライン ５ 真空ポンプ ６ 基板ホルダ ７ Ａｓ用セル ８ クラッキング用ヒータ ９ ＧａＡｓ基板 １０ ヌードイオンゲージ
Claims (4)
- 【請求項１】 金属砒素を原料として基板上に化合物
半導体膜を形成する有機金属分子線エピタキシャル成長
方法において、前記金属砒素を加熱するかまたはプラズ
マもしくは紫外光の照射により分解した後水素と混入さ
せて成長用基板に供給することを特徴とする有機金属分
子線エピタキシャル成長方法。 - 【請求項２】 水素をプラズマもしくは紫外光の照射
により活性化して分解した金属砒素と混入させる請求項
１記載の有機金属分子線エピタキシャル成長方法。 - 【請求項３】 成長室内に設けられた基板ホルダと、
この基板ホルダの相対する位置に設けられた金属砒素供
給用の砒素用セルと、この砒素用セルの上部に設けられ
た金属砒素を分解するための手段と、前記砒素用セルに
接続された水素供給用のラインとを含むことを特徴とす
る有機金属分子線エピタキシャル成長装置。 - 【請求項４】 水素の活性化手段を備えている請求項
３記載の有機金属分子線エピタキシャル成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8217091A JPH04315420A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 有機金属分子線エピタキシャル成長方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8217091A JPH04315420A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 有機金属分子線エピタキシャル成長方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04315420A true JPH04315420A (ja) | 1992-11-06 |
Family
ID=13766959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8217091A Pending JPH04315420A (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 有機金属分子線エピタキシャル成長方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04315420A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019212677A (ja) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 有機金属分子線エピタキシー方法及び装置 |
-
1991
- 1991-04-15 JP JP8217091A patent/JPH04315420A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019212677A (ja) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 有機金属分子線エピタキシー方法及び装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990907 |