JPH04368120A - 原子層結晶成長法 - Google Patents
原子層結晶成長法Info
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- JPH04368120A JPH04368120A JP16923891A JP16923891A JPH04368120A JP H04368120 A JPH04368120 A JP H04368120A JP 16923891 A JP16923891 A JP 16923891A JP 16923891 A JP16923891 A JP 16923891A JP H04368120 A JPH04368120 A JP H04368120A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Recrystallisation Techniques (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。
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子層結晶成長法に係
り、より詳細には、自己停止機構を有する分子を原料の
一部に用いるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原子層結晶成
長法に関する。
り、より詳細には、自己停止機構を有する分子を原料の
一部に用いるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原子層結晶成
長法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の原子層結晶成長法をＧａＡｓ結晶
を成長する場合を例に取り説明する。従来の方法は、Ｇ
ａ原料として有機金属ガスであるトリメチルガリウム［
ＴＭＧ、（ＣＨ３）３Ｇａ］を用い、Ａｓ原料としてア
ルシン［ＡｓＨ３］を用い、両原料を被成長基板上に交
互に供給することによりＧａＡｓ結晶を得る方法が知ら
れている。
を成長する場合を例に取り説明する。従来の方法は、Ｇ
ａ原料として有機金属ガスであるトリメチルガリウム［
ＴＭＧ、（ＣＨ３）３Ｇａ］を用い、Ａｓ原料としてア
ルシン［ＡｓＨ３］を用い、両原料を被成長基板上に交
互に供給することによりＧａＡｓ結晶を得る方法が知ら
れている。
【０００３】この方法においては、ＴＭＧを供給した時
、ＴＭＧのアルキル基の一部がはずれ、Ｇａは被成長基
板表面のＡｓと化学的に結合し、さらにこの上に飛来し
たＴＭＧは吸着できず、Ｇａ層は１層で成長が止まる。 この機構を自己停止機構と呼び、これを利用することに
より原子層結晶成長が達成されている。
、ＴＭＧのアルキル基の一部がはずれ、Ｇａは被成長基
板表面のＡｓと化学的に結合し、さらにこの上に飛来し
たＴＭＧは吸着できず、Ｇａ層は１層で成長が止まる。 この機構を自己停止機構と呼び、これを利用することに
より原子層結晶成長が達成されている。
【０００４】しかし、この方法では、ＴＭＧから放出さ
れたアルキル基は被成長基板表面で分解するため、放出
されたアルキル基中の構成元素である炭素が結晶中に取
り込まれ、通常はｐ型の伝導を示す低抵抗の結晶が成長
する。この炭素濃度は、例えば、通常のＧａＡｓ結晶の
場合１０１８／ｃｍ３以上にも及ぶ。
れたアルキル基は被成長基板表面で分解するため、放出
されたアルキル基中の構成元素である炭素が結晶中に取
り込まれ、通常はｐ型の伝導を示す低抵抗の結晶が成長
する。この炭素濃度は、例えば、通常のＧａＡｓ結晶の
場合１０１８／ｃｍ３以上にも及ぶ。
【０００５】また、この方法では、自己停止機構を起こ
させるために気相中での分解及び被成長基板表面での分
解を成長温度で制御する必要があり、そのために成長温
度範囲が狭いという問題もある。成長温度範囲を拡大す
る方法として、光励起法を併用する方法（例えば、Ｊ．
Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ５，１４６０（１
９８７）に記載）、あるいは高速なガス流として供給す
る方法（例えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５３
，１５０９（１９８９）に記載）が試みられている。し
かし、これらの方法でもアルキル基のみを有する有機金
属が使用されているため、炭素の混入は避けられない。
させるために気相中での分解及び被成長基板表面での分
解を成長温度で制御する必要があり、そのために成長温
度範囲が狭いという問題もある。成長温度範囲を拡大す
る方法として、光励起法を併用する方法（例えば、Ｊ．
Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ５，１４６０（１
９８７）に記載）、あるいは高速なガス流として供給す
る方法（例えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５３
，１５０９（１９８９）に記載）が試みられている。し
かし、これらの方法でもアルキル基のみを有する有機金
属が使用されているため、炭素の混入は避けられない。
【０００６】そこで、炭素濃度を低減する目的で、ＩＩ
Ｉ族金属の塩化物、あるいはＩＩＩ族金属にアルキル基
と塩化物が結合した化合物を用いる方法も試みられてい
る（例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２５，
Ｌ２１２（１９８６））。この方法ではＧａＡｓ結晶中
の炭素の低減が実現されてきている。しかし、ＧａＡｓ
結晶とヘテロ構造形成に不可欠なＡｌＡｓの原子層成長
には成功していない。具体的に述べると、Ａｌの塩化物
、あるいはＡｌ金属に結合したアルキル基の一部を塩素
に置換した例えばジエチルアルミクロライド［（ＣＨ３
）２ＡｌＣｌ］といった原料を使う場合、Ａｌ金属が生
成されてしまう。このことはデバイス構造上重要不可欠
なヘテロ結晶成長（例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＡｓ）の原子層成長が不可能であることを
意味する。また、塩素基を有する材料を用いた場合には
、特にＡｌを組成とする結晶成長では、結晶中に成長装
置内壁から出てくる酸素が混入するために、電気的・光
学的に品質が劣るという問題もある。
Ｉ族金属の塩化物、あるいはＩＩＩ族金属にアルキル基
と塩化物が結合した化合物を用いる方法も試みられてい
る（例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２５，
Ｌ２１２（１９８６））。この方法ではＧａＡｓ結晶中
の炭素の低減が実現されてきている。しかし、ＧａＡｓ
結晶とヘテロ構造形成に不可欠なＡｌＡｓの原子層成長
には成功していない。具体的に述べると、Ａｌの塩化物
、あるいはＡｌ金属に結合したアルキル基の一部を塩素
に置換した例えばジエチルアルミクロライド［（ＣＨ３
）２ＡｌＣｌ］といった原料を使う場合、Ａｌ金属が生
成されてしまう。このことはデバイス構造上重要不可欠
なヘテロ結晶成長（例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、Ｇ
ａＡｓ／ＡｌＡｓ）の原子層成長が不可能であることを
意味する。また、塩素基を有する材料を用いた場合には
、特にＡｌを組成とする結晶成長では、結晶中に成長装
置内壁から出てくる酸素が混入するために、電気的・光
学的に品質が劣るという問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
改善するために提案されたもので、その目的は、炭素を
主とした不純物濃度の低い高純度の結晶を実現すること
が可能なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原子層結晶成長法
を提供することにある。
改善するために提案されたもので、その目的は、炭素を
主とした不純物濃度の低い高純度の結晶を実現すること
が可能なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原子層結晶成長法
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決達成す
るための本発明の要旨は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
原子層結晶成長法において、ＩＩＩ族金属の水素化合物
とアルキルアミン化合物との複合化合物からなる有機金
属分子をＩＩＩ族原料として用い、当該ＩＩＩ族有機金
属分子と、Ｖ族元素を含む水素化物または有機金属分子
とを交互に被成長基体上に供給することを特徴とする原
子層結晶成長法に存在する。
るための本発明の要旨は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の
原子層結晶成長法において、ＩＩＩ族金属の水素化合物
とアルキルアミン化合物との複合化合物からなる有機金
属分子をＩＩＩ族原料として用い、当該ＩＩＩ族有機金
属分子と、Ｖ族元素を含む水素化物または有機金属分子
とを交互に被成長基体上に供給することを特徴とする原
子層結晶成長法に存在する。
【０００９】本発明は、ＩＩＩ族原料としてＩＩＩ族金
属の水素化合物とアルキルアミン化合物との複合化合物
からなる有機金属分子を用いており、従来の技術が、Ｉ
ＩＩ族原料としてＩＩＩ族金属とアルキル基との結合あ
るいはハロゲン基との結合、あるいはそれらを組合せた
分子構造の原料を用いていた点で異なる。
属の水素化合物とアルキルアミン化合物との複合化合物
からなる有機金属分子を用いており、従来の技術が、Ｉ
ＩＩ族原料としてＩＩＩ族金属とアルキル基との結合あ
るいはハロゲン基との結合、あるいはそれらを組合せた
分子構造の原料を用いていた点で異なる。
【００１０】
【作用】以下に本発明の作用を本発明をなすに際して得
た知見とともに説明する。
た知見とともに説明する。
【００１１】本発明者は、炭素の混入を低減させるべく
鋭意探求を行った結果、アルキル基よりも安定な基とＩ
ＩＩ族金属との化合物を原料として用いれば炭素の混入
を低減させ得るのではないかとの着想を得た。そこで、
多数存在する物質を鋭意調査した結果、アルキルアミン
化合物がその可能性を有しているのではないかと考えた
。 しかし、アルキル基に替え、アルキルアミン化合物を用
いれば、炭素の混入は低減させることができることは推
測できるとしても、実際の反応系において、実際に低減
されるかどうか、アルキルアミン化合物がＩＩＩ族金属
からうまく脱離するどうか、また、原子層結晶成長が実
現できるかということについては全く不明であった。そ
こで、ＩＩＩ族金属とアルキルアミン化合物との化合物
につき実際の反応系において実験を行ったところ、アル
キルアミン化合物は、気相中において容易に熱脱離する
ことが判明し、また炭素の混入は低減された。しかし、
肝心の原子層結晶成長は必ずしも実現されなかった。
鋭意探求を行った結果、アルキル基よりも安定な基とＩ
ＩＩ族金属との化合物を原料として用いれば炭素の混入
を低減させ得るのではないかとの着想を得た。そこで、
多数存在する物質を鋭意調査した結果、アルキルアミン
化合物がその可能性を有しているのではないかと考えた
。 しかし、アルキル基に替え、アルキルアミン化合物を用
いれば、炭素の混入は低減させることができることは推
測できるとしても、実際の反応系において、実際に低減
されるかどうか、アルキルアミン化合物がＩＩＩ族金属
からうまく脱離するどうか、また、原子層結晶成長が実
現できるかということについては全く不明であった。そ
こで、ＩＩＩ族金属とアルキルアミン化合物との化合物
につき実際の反応系において実験を行ったところ、アル
キルアミン化合物は、気相中において容易に熱脱離する
ことが判明し、また炭素の混入は低減された。しかし、
肝心の原子層結晶成長は必ずしも実現されなかった。
【００１２】そこで、原子層結晶成長をも実現させるべ
く、膨大な実験を重ねた結果、単にＩＩＩ族金属とアル
キルアミン化合物との化合物ではなく、ＩＩＩ族金属の
水素化物とアルキルアミン化合物との複合化合物を用い
れば、原子層結晶成長も実現されることを知見した。
く、膨大な実験を重ねた結果、単にＩＩＩ族金属とアル
キルアミン化合物との化合物ではなく、ＩＩＩ族金属の
水素化物とアルキルアミン化合物との複合化合物を用い
れば、原子層結晶成長も実現されることを知見した。
【００１３】本発明は以上の知見に基づいてなされたも
のであり、結局、本発明は化合物半導体の原子層結晶成
長法において、炭素原子を含まないＩＩＩ族の金属水素
化物と、アルキル基との結合が強いアミン化合物とでで
きた複合化合物をＩＩＩ族原料として用いることによっ
て、アミン化合物の容易に熱脱離する性質、炭素を含ま
ないＩＩＩ族金属の水素化物による自己停止機構を用い
て、炭素を主とした不純物濃度を低減する原子層成長を
実現できる作用がある。
のであり、結局、本発明は化合物半導体の原子層結晶成
長法において、炭素原子を含まないＩＩＩ族の金属水素
化物と、アルキル基との結合が強いアミン化合物とでで
きた複合化合物をＩＩＩ族原料として用いることによっ
て、アミン化合物の容易に熱脱離する性質、炭素を含ま
ないＩＩＩ族金属の水素化物による自己停止機構を用い
て、炭素を主とした不純物濃度を低減する原子層成長を
実現できる作用がある。
【００１４】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。
【００１５】図１は本発明によるＡｌＡｓ成長の実施に
用いた装置の概略模式図であって、１がＩＩＩ族原料で
あるトリメチルアミンアルミニウムハイドライド［（Ｔ
ＭＡＡｌ）（ＣＨ３）３Ｎ・ＡｌＨ３］、２がＶ族原料
であるアルシン、３がＴＭＡＡｌの蒸気圧を制御するヒ
ータ、４がＴＭＡＡｌの流れる配管温度を制御するヒー
タ、５が被成長基板、６が反応管、７が被成長基板加熱
用ヒータ、８が原料ガスの供給を制御する止弁である。
用いた装置の概略模式図であって、１がＩＩＩ族原料で
あるトリメチルアミンアルミニウムハイドライド［（Ｔ
ＭＡＡｌ）（ＣＨ３）３Ｎ・ＡｌＨ３］、２がＶ族原料
であるアルシン、３がＴＭＡＡｌの蒸気圧を制御するヒ
ータ、４がＴＭＡＡｌの流れる配管温度を制御するヒー
タ、５が被成長基板、６が反応管、７が被成長基板加熱
用ヒータ、８が原料ガスの供給を制御する止弁である。
【００１６】図２は図１の装置により実施したＡｌＡｓ
の原子層成長例を示すものであり、ＴＭＡＡｌ流量と成
長速度との関係を示す。この時の成長は、毎分４リット
ルの水素ガスを原料ガスのキャリアガスとして、被成長
基板温度を４００℃、アルシン流量を７Ｘ１０−６ｍｏ
ｌ／サイクルとした条件で、１サイクルあたりＴＭＡＡ
ｌ供給：パージ：アルシン供給：パージ＝１秒：３秒：
１秒：３秒のシーケンスを繰り返すことにより行なった
。 ＴＭＡＡ１の流量に依存せず成長速度が２．８Å／サイ
クルで一定になる。この値はＡｌＡｓ１原子層の厚さに
相当し、原子層成長が実現されていることがわかる。
の原子層成長例を示すものであり、ＴＭＡＡｌ流量と成
長速度との関係を示す。この時の成長は、毎分４リット
ルの水素ガスを原料ガスのキャリアガスとして、被成長
基板温度を４００℃、アルシン流量を７Ｘ１０−６ｍｏ
ｌ／サイクルとした条件で、１サイクルあたりＴＭＡＡ
ｌ供給：パージ：アルシン供給：パージ＝１秒：３秒：
１秒：３秒のシーケンスを繰り返すことにより行なった
。 ＴＭＡＡ１の流量に依存せず成長速度が２．８Å／サイ
クルで一定になる。この値はＡｌＡｓ１原子層の厚さに
相当し、原子層成長が実現されていることがわかる。
【００１７】図３は本発明の効果を示すもので、成長し
たＡｌＡｓ結晶中の炭素濃度を、二次イオン質量分析法
とＶａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法により、測定したキャリ
ア濃度から求めた結果をまとめたものである。本発明に
より、従来の方法に比較して約２〜３桁濃度が低減され
、本発明の著しい効果が確認できる。
たＡｌＡｓ結晶中の炭素濃度を、二次イオン質量分析法
とＶａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法により、測定したキャリ
ア濃度から求めた結果をまとめたものである。本発明に
より、従来の方法に比較して約２〜３桁濃度が低減され
、本発明の著しい効果が確認できる。
【００１８】このような炭素濃度を低減できる理由は作
用の欄でも述べたところであるが、より具体的には以下
のように説明できる。すなわち、ＴＭＡＡｌ中のトリメ
チルアミン［（ＣＨ３）３Ｎ］は分離し易いため、約１
００℃以上で放出される。この時、トリメチルアミン自
体は安定なため、アルキル基を含んだ分子状態で放出さ
れる。この反応は被成長基板に到達する前の気相中で起
こる。したがって、この時炭素の根源となるアルキル基
が除去されるため、ＡｌＡｓ結晶中にはほとんど取り込
まれない。被成長基板表面上にはアラン［ＡｌＨ３］の
分子状態で到達し、そこで水素原子が分解脱離し、Ａｌ
原子はＡｓと化学的に結合してＡｌＡｓを形成する。
用の欄でも述べたところであるが、より具体的には以下
のように説明できる。すなわち、ＴＭＡＡｌ中のトリメ
チルアミン［（ＣＨ３）３Ｎ］は分離し易いため、約１
００℃以上で放出される。この時、トリメチルアミン自
体は安定なため、アルキル基を含んだ分子状態で放出さ
れる。この反応は被成長基板に到達する前の気相中で起
こる。したがって、この時炭素の根源となるアルキル基
が除去されるため、ＡｌＡｓ結晶中にはほとんど取り込
まれない。被成長基板表面上にはアラン［ＡｌＨ３］の
分子状態で到達し、そこで水素原子が分解脱離し、Ａｌ
原子はＡｓと化学的に結合してＡｌＡｓを形成する。
【００１９】なお、上記例ではＴＭＡＡｌを用いたＡｌ
Ａｓの成長例を示したが、トリメチルアミンガリウムハ
イドライドをＩＩＩ族原料ガスとして用いることにより
、ＡｌＡｓの場合と同様に低炭素濃度のＧａＡｓ結晶が
成長できた。また、トリメチルアミンの代わりに他のア
ルキルアミン化合物と結合させたＩＩＩ族有機金属分子
を用いても同様の効果が得られることは、別途の実験に
より確認されている。
Ａｓの成長例を示したが、トリメチルアミンガリウムハ
イドライドをＩＩＩ族原料ガスとして用いることにより
、ＡｌＡｓの場合と同様に低炭素濃度のＧａＡｓ結晶が
成長できた。また、トリメチルアミンの代わりに他のア
ルキルアミン化合物と結合させたＩＩＩ族有機金属分子
を用いても同様の効果が得られることは、別途の実験に
より確認されている。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来問題であった結晶中の炭素濃度を顕著に低減できる
。また、従来不可能であったＡｌＡｓの成長を可能とす
る。このことは、高純度の多種の化合物半導体の成長を
可能とし、ヘテロ成長構造等デバイス実現に不可欠でか
つ高品質な構造を成長でき、原子層結晶成長法の実用化
、応用を著しく推進する効果を有する。
従来問題であった結晶中の炭素濃度を顕著に低減できる
。また、従来不可能であったＡｌＡｓの成長を可能とす
る。このことは、高純度の多種の化合物半導体の成長を
可能とし、ヘテロ成長構造等デバイス実現に不可欠でか
つ高品質な構造を成長でき、原子層結晶成長法の実用化
、応用を著しく推進する効果を有する。
【図１】 本発明によるＡｌＡｓ成長の実施に用いた
装置の概略模式図である。
装置の概略模式図である。
【図２】 ＡｌＡｓの原子層成長例を示すもので、Ｔ
ＭＡＡｌ流量と成長速度との関係を示すグラフである。
ＭＡＡｌ流量と成長速度との関係を示すグラフである。
【図３】 本発明の効果を示すもので、本発明と従来
例により成長したＡｌＡｓ結晶中の炭素濃度を示すグラ
フである。
例により成長したＡｌＡｓ結晶中の炭素濃度を示すグラ
フである。
１ ＩＩＩ族原料（ＴＭＡＡｌ）、
２ Ｖ族原料（アルシン）
３ ＴＭＡＡｌの蒸気圧を制御するヒータ、４ Ｔ
ＭＡＡｌの流れる配管温度を制御するヒータ、５ 被
成長基体（被成長基板）、 ６ 反応管、 ７ 被成長基板加熱用ヒータ、 ８ 原料ガスの供給を制御する止弁。
ＭＡＡｌの流れる配管温度を制御するヒータ、５ 被
成長基体（被成長基板）、 ６ 反応管、 ７ 被成長基板加熱用ヒータ、 ８ 原料ガスの供給を制御する止弁。
Claims (1)
- 【請求項１】 ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原子層結
晶成長法において、ＩＩＩ族金属の水素化合物とアルキ
ルアミン化合物との複合化合物からなる有機金属分子を
ＩＩＩ族原料として用い、当該ＩＩＩ族有機金属分子と
、Ｖ族元素を含む水素化物または有機金属分子とを交互
に被成長基体上に供給することを特徴とする原子層結晶
成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16923891A JPH04368120A (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | 原子層結晶成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16923891A JPH04368120A (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | 原子層結晶成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04368120A true JPH04368120A (ja) | 1992-12-21 |
Family
ID=15882803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16923891A Pending JPH04368120A (ja) | 1991-06-14 | 1991-06-14 | 原子層結晶成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04368120A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0729835A (ja) * | 1993-07-15 | 1995-01-31 | Nec Corp | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法 |
-
1991
- 1991-06-14 JP JP16923891A patent/JPH04368120A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0729835A (ja) * | 1993-07-15 | 1995-01-31 | Nec Corp | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の薄膜成長方法 |
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