JPH0532360B2 - - Google Patents
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- JPH0532360B2 JPH0532360B2 JP2314286A JP2314286A JPH0532360B2 JP H0532360 B2 JPH0532360 B2 JP H0532360B2 JP 2314286 A JP2314286 A JP 2314286A JP 2314286 A JP2314286 A JP 2314286A JP H0532360 B2 JPH0532360 B2 JP H0532360B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は−族化合物半導体の成長方法に関
し、特に原子層レベルでの精密な膜厚制御又は極
薄膜の形成が可能な−族化合物半導体の成長
方法に関する。
し、特に原子層レベルでの精密な膜厚制御又は極
薄膜の形成が可能な−族化合物半導体の成長
方法に関する。
半導体デバイスの高度化に伴い、半導体結晶成
長に対する精密制御への要請はますます強くな
り、遂に単一原子層レベルでの膜厚制御が必要と
なつてきた。有機金属気相成長法（MOCVD
法）、分子線エピタキシアル法（MBE法）は膜厚
制御に優れた方法として近年盛んに研究されてい
るが、これらの方法において結晶膜の成長速度は
基本的には原料の基板表面への供給速度によつて
決まつている。このため、膜厚を極めて正確に制
御するには、原料供給量の正確な制御が必要であ
るが、単一原子層レベルでの制御は困難である。
一方、原料の供給量に依存せずに膜厚を正確に制
御できる方法として、原子層エピタキシアル法あ
るいは分子層エピタキシアル法と呼ばれる方法が
提案されている。これは、結晶成長に際して、通
常のMOCVD法、MBE法のように連続的に成長
を行うのではなく、結晶の構成元素あるいはその
化合物を基板表面上に一原子層ずつ吸着，反応さ
せて成長を進めるものである。このため、理論上
は、膜厚を一原子層単位で数えながら成長でき、
通常のMOCVD法、MBE法のような正確な原料
供給量の制御は不用となり、広範囲の成長条件の
変化に対しても常に成長回数（一原子層を成長さ
せる工程を一回と数える）のみで膜厚が決定され
る。有機金属化合物を用いたガリウム砒素
（GaAs）の原子層エピタキシアル法を例にとつ
て以下にその方法を説明する。
長に対する精密制御への要請はますます強くな
り、遂に単一原子層レベルでの膜厚制御が必要と
なつてきた。有機金属気相成長法（MOCVD
法）、分子線エピタキシアル法（MBE法）は膜厚
制御に優れた方法として近年盛んに研究されてい
るが、これらの方法において結晶膜の成長速度は
基本的には原料の基板表面への供給速度によつて
決まつている。このため、膜厚を極めて正確に制
御するには、原料供給量の正確な制御が必要であ
るが、単一原子層レベルでの制御は困難である。
一方、原料の供給量に依存せずに膜厚を正確に制
御できる方法として、原子層エピタキシアル法あ
るいは分子層エピタキシアル法と呼ばれる方法が
提案されている。これは、結晶成長に際して、通
常のMOCVD法、MBE法のように連続的に成長
を行うのではなく、結晶の構成元素あるいはその
化合物を基板表面上に一原子層ずつ吸着，反応さ
せて成長を進めるものである。このため、理論上
は、膜厚を一原子層単位で数えながら成長でき、
通常のMOCVD法、MBE法のような正確な原料
供給量の制御は不用となり、広範囲の成長条件の
変化に対しても常に成長回数（一原子層を成長さ
せる工程を一回と数える）のみで膜厚が決定され
る。有機金属化合物を用いたガリウム砒素
（GaAs）の原子層エピタキシアル法を例にとつ
て以下にその方法を説明する。
基板の設置された反応容器内に、(A)ガリウム
（Ga）の有機金属化合物であるトリメチルガリウ
ム（TMGa）を導入して基板表面に吸着させる。
(B)反応容器内のTMGaを排出する。(C)砒素（As）
の原料としてアルシン（AsH3）を導入して基板
上に吸着しているGaの有機化合物と反応させ
GaAsを一層成長させる。(D)AsH3を排出し、そ
の後再び工程(A)〜(D)をくり返す。この時、基板温
度は常に一定の値に保たれている。
（Ga）の有機金属化合物であるトリメチルガリウ
ム（TMGa）を導入して基板表面に吸着させる。
(B)反応容器内のTMGaを排出する。(C)砒素（As）
の原料としてアルシン（AsH3）を導入して基板
上に吸着しているGaの有機化合物と反応させ
GaAsを一層成長させる。(D)AsH3を排出し、そ
の後再び工程(A)〜(D)をくり返す。この時、基板温
度は常に一定の値に保たれている。
このような有機金属化合物を用いた従来の原子
層エピタキシアル法においては、基板温度を常に
一定としているために、正確な一原子層ずつの成
長は困難である。工程(C)において、反応を十分進
行させるためには一定以上の高温（TMGaと
AsH3によるGaAs成長の場合500℃以上）が必要
であるが、そうすると工程(A)でGaの有機化合物
分子を正確に一層だけ吸着させることができな
い。高温ではTMGaの熱分解が生じ、一旦Gaが
発生するとGaの蒸気圧は極めて小さいためにGa
の堆積が起つてしまうからである。結局、基板温
度が低い場合には成長反応が進行しないため成長
速度は極めて小さくなり、一方高い場合は成長速
度が大きくなり、また過剰なGaのため結晶の品
質の悪化も生じてしまい、理想的な一原子層ずつ
の成長が可能となる温度は存在しない。
層エピタキシアル法においては、基板温度を常に
一定としているために、正確な一原子層ずつの成
長は困難である。工程(C)において、反応を十分進
行させるためには一定以上の高温（TMGaと
AsH3によるGaAs成長の場合500℃以上）が必要
であるが、そうすると工程(A)でGaの有機化合物
分子を正確に一層だけ吸着させることができな
い。高温ではTMGaの熱分解が生じ、一旦Gaが
発生するとGaの蒸気圧は極めて小さいためにGa
の堆積が起つてしまうからである。結局、基板温
度が低い場合には成長反応が進行しないため成長
速度は極めて小さくなり、一方高い場合は成長速
度が大きくなり、また過剰なGaのため結晶の品
質の悪化も生じてしまい、理想的な一原子層ずつ
の成長が可能となる温度は存在しない。
上述した従来の−族化合物半導体の成長方
法は、一定温度の基板表面に−族化合物層を
形成するようにしていたので、理想的な一原子層
ずつの成長が困難であるという欠点があつた。
法は、一定温度の基板表面に−族化合物層を
形成するようにしていたので、理想的な一原子層
ずつの成長が困難であるという欠点があつた。
本発明の目的は、膜厚の精密な制御が可能な
−族化合物半導体の成長方法を提供することに
ある。
−族化合物半導体の成長方法を提供することに
ある。
本発明の−族化合物半導体の成長方法は、
次の工程を少なくとも含むものである。
次の工程を少なくとも含むものである。
(イ) 族元素の有機化合物を反応容器内に導入し
て所定温度の下地基板表面に吸着させる工程、 (ロ) 前記有機化合物を前記反応容器から排出する
工程、 (ハ) 族元素又はその化合物の導入と下地基板表
面の昇温とによつて、−族化合物層を形成
する工程、 (ニ) 前記族元素又はその化合物の排出及び下地
基板表面の降温とを行う工程。
て所定温度の下地基板表面に吸着させる工程、 (ロ) 前記有機化合物を前記反応容器から排出する
工程、 (ハ) 族元素又はその化合物の導入と下地基板表
面の昇温とによつて、−族化合物層を形成
する工程、 (ニ) 前記族元素又はその化合物の排出及び下地
基板表面の降温とを行う工程。
本発明の最も重要な点は、族元素の有機化合
物分子の吸着時と、族および族元素原料間の
反応時との温度を変化させる点にある。この結果
完全な単一原子層の吸着と、完全な反応の進行の
両方をともに実現することが可能となり、正確な
一原子層ずつの成長が実現する。吸着時の温度は
族元素の有機化合物から族元素単体が分解し
て生じる温度以下であればよい。但し、あまり低
温では族有機化合物分子が一層でなく二層以上
吸着する可能性があることと、実際の成長におい
て温度変化に要する時間が長くなることからある
程度加熱するのが良い。反応時の温度は、吸着時
とは独立に設定できるから、吸着された族有機
化合物分子と族元素原料との反応が十分進行で
きるような高い温度にすればよい。
物分子の吸着時と、族および族元素原料間の
反応時との温度を変化させる点にある。この結果
完全な単一原子層の吸着と、完全な反応の進行の
両方をともに実現することが可能となり、正確な
一原子層ずつの成長が実現する。吸着時の温度は
族元素の有機化合物から族元素単体が分解し
て生じる温度以下であればよい。但し、あまり低
温では族有機化合物分子が一層でなく二層以上
吸着する可能性があることと、実際の成長におい
て温度変化に要する時間が長くなることからある
程度加熱するのが良い。反応時の温度は、吸着時
とは独立に設定できるから、吸着された族有機
化合物分子と族元素原料との反応が十分進行で
きるような高い温度にすればよい。
次に、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。
説明する。
第１図は本発明の一実施例を説明するための
MOCVDの一例を示す断面模式図である。
MOCVDの一例を示す断面模式図である。
反応管１の中に下地基板２があり、その温度は
反応管外部に置かれた加熱用ランプ３によつて制
御される。反応管１には加熱用の光を下地基板２
に照射するための窓４がある。原料となる
TMGa，AsH3はキヤリヤガスである水素ととも
にガス導入口５より導入され、余分の原料および
反応生成ガスはガス排出口６より排出される。１
気圧のキヤリヤガスを２／minの流量で常時流
しているものとする。このキヤリヤガスに気体原
料を乗せ全体で１気圧の混合気体を流すわけであ
るが、気体原料の分圧は小さいので、以下、その
分圧のみを記す。
反応管外部に置かれた加熱用ランプ３によつて制
御される。反応管１には加熱用の光を下地基板２
に照射するための窓４がある。原料となる
TMGa，AsH3はキヤリヤガスである水素ととも
にガス導入口５より導入され、余分の原料および
反応生成ガスはガス排出口６より排出される。１
気圧のキヤリヤガスを２／minの流量で常時流
しているものとする。このキヤリヤガスに気体原
料を乗せ全体で１気圧の混合気体を流すわけであ
るが、気体原料の分圧は小さいので、以下、その
分圧のみを記す。
次に述べる実施例は、次の工程を300回繰返し
行うものである。
行うものである。
(イ) 分圧1.8×10-4気圧のTMGを反応容器である
反応管１内に導入して300℃の下地基板である
GaAsウエーハの（100）の面上に吸着させる
工程、 (ロ) TMGaの供給を停止し５秒間待つて反応管
１内のTMGaを排出する工程、 (ハ) 族元素化合物としてAsH3を分圧１×10-3
気圧で供給すると同時に加熱用ランプ３の出力
を上げてTMGaを吸着したGaAsウエーハから
なる下地基板を520℃に昇温してGaAs層を形
成す工程（温度は数秒で上昇し、この工程全体
の時間は10秒とした）、 (ニ) AsH3の供給を停止すると共に下地基板温度
を300℃に戻し、反応管１内のAsH3及び反応
生成ガスの排出と基板温度の安定を待つために
20秒間放置する工程。
反応管１内に導入して300℃の下地基板である
GaAsウエーハの（100）の面上に吸着させる
工程、 (ロ) TMGaの供給を停止し５秒間待つて反応管
１内のTMGaを排出する工程、 (ハ) 族元素化合物としてAsH3を分圧１×10-3
気圧で供給すると同時に加熱用ランプ３の出力
を上げてTMGaを吸着したGaAsウエーハから
なる下地基板を520℃に昇温してGaAs層を形
成す工程（温度は数秒で上昇し、この工程全体
の時間は10秒とした）、 (ニ) AsH3の供給を停止すると共に下地基板温度
を300℃に戻し、反応管１内のAsH3及び反応
生成ガスの排出と基板温度の安定を待つために
20秒間放置する工程。
一周期の工程に要する時間は合計40秒となる。
以上の方法によつてGaAs（100）面上に300周
期の成長をした結果、成長膜厚は840Åとなり、
一周期に一原子層すなわち2.83Å成長した時の値
とほぼ一致し、成長が正確な単一原子層ずつの原
子層エピタキシアルとなつていることが確認され
た。なお、下地基板温度以外の条件を全く同一に
保ち、下地基板温度として常に一定の300℃とし
た場合にはGaAsの成長は全く認められず、また
520℃で一定の場合の成長膜厚は1200Åと厚くな
つた。
期の成長をした結果、成長膜厚は840Åとなり、
一周期に一原子層すなわち2.83Å成長した時の値
とほぼ一致し、成長が正確な単一原子層ずつの原
子層エピタキシアルとなつていることが確認され
た。なお、下地基板温度以外の条件を全く同一に
保ち、下地基板温度として常に一定の300℃とし
た場合にはGaAsの成長は全く認められず、また
520℃で一定の場合の成長膜厚は1200Åと厚くな
つた。
ここに示した実施例では、下地基板温度の変化
をなるべく短時間で可能とするためにランプ加熱
法を用いたが、加熱方法は他の方法、すなわち抵
抗加熱法，高周波誘導加熱法でも差支えない。
をなるべく短時間で可能とするためにランプ加熱
法を用いたが、加熱方法は他の方法、すなわち抵
抗加熱法，高周波誘導加熱法でも差支えない。
〔発明の効果〕
以上述べたように本発明は、有機金属化合物の
吸着時と反応時の下地基板温度を独立に設定する
ことによつて族有機化合物の下地基板表面上へ
の完全な単一原子層吸着と、族および族元素
原料間の完全な反応の進行が実現できる結果、従
来困難であつた正確な原子層成長が可能となり、
成長層膜厚の制御精度が飛躍的に向上するという
効果がある。
吸着時と反応時の下地基板温度を独立に設定する
ことによつて族有機化合物の下地基板表面上へ
の完全な単一原子層吸着と、族および族元素
原料間の完全な反応の進行が実現できる結果、従
来困難であつた正確な原子層成長が可能となり、
成長層膜厚の制御精度が飛躍的に向上するという
効果がある。
第１図は本発明の実施例を説明するための
MOCVD装置の断面模式図である。 １……石英からなる反応管、２……GaAsウエ
ーハからなる下地基板、３……加熱用ランプ、４
……窓、５……ガス導入口、６……ガス排出口。
MOCVD装置の断面模式図である。 １……石英からなる反応管、２……GaAsウエ
ーハからなる下地基板、３……加熱用ランプ、４
……窓、５……ガス導入口、６……ガス排出口。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 次の工程を少なくとも含むことを特徴とする
−族化合物半導体の成長方法。 (イ) 族元素の有機化合物を反応容器内に導入し
て所定温度の下地基板表面に吸着させる工程、 (ロ) 前記有機化合物を前記反応容器から排出する
工程、 (ハ) 族元素又はその化合物の導入と下地基板表
面の昇温とによつて、−族化合物層を形成
する工程、 (ニ) 前記族元素又はその化合物の排出及び下地
基板表面の降温とを行う工程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2314286A JPS62182195A (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | ３−ｖ族化合物半導体の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2314286A JPS62182195A (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | ３−ｖ族化合物半導体の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62182195A JPS62182195A (ja) | 1987-08-10 |
| JPH0532360B2 true JPH0532360B2 (ja) | 1993-05-14 |
Family
ID=12102310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2314286A Granted JPS62182195A (ja) | 1986-02-04 | 1986-02-04 | ３−ｖ族化合物半導体の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62182195A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2663641B2 (ja) * | 1989-07-18 | 1997-10-15 | 日立電線株式会社 | 電界効果トランジスタの製造方法 |
| JP2010251458A (ja) * | 2009-04-14 | 2010-11-04 | Sony Corp | 半導体層およびその製造方法ならびに半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1986
- 1986-02-04 JP JP2314286A patent/JPS62182195A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62182195A (ja) | 1987-08-10 |
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