JPH0556650B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0556650B2 JPH0556650B2 JP60101379A JP10137985A JPH0556650B2 JP H0556650 B2 JPH0556650 B2 JP H0556650B2 JP 60101379 A JP60101379 A JP 60101379A JP 10137985 A JP10137985 A JP 10137985A JP H0556650 B2 JPH0556650 B2 JP H0556650B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- single crystal
- growth
- substrate
- growth tank
- seconds
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 41
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 34
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 22
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 14
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 23
- 239000010408 film Substances 0.000 description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M chlorogallium Chemical compound [Ga]Cl XOYLJNJLGBYDTH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
- C30B29/42—Gallium arsenide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/60—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape characterised by shape
- C30B29/68—Crystals with laminate structure, e.g. "superlattices"
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明はGaAsの単結晶成長層を単分子層単位
で形成するのに好適なGaAs単結晶薄膜の成長法
に関する。
で形成するのに好適なGaAs単結晶薄膜の成長法
に関する。
［先行技術の説明］
超高真空を利用した結晶成長法としてよく知ら
れる分子線エピタキシー法（MBE法）は、物理
吸着を第一段階とするために、結晶の品質は科学
反応を利用した気相成長法に劣る。GaAsのよう
な族−族間の化合物半導体を成長する時に
は、族、族元素をソースとして用い、ソース
源自体を成長室の中に設置している。このため、
ソース源を加熱して得られる放出ガスと蒸発量の
制御、および、ソースの補給が困難であり、成長
速度を長時間一定に保つことが困難である。ま
た、蒸発物の排出など真空装置が複雑になる。更
には、化合物半導体の化学量論的組成（ストイキ
オメトリー）を精密に制御することが困難で、結
局、高品質の結晶を得ることができない欠点があ
る。
れる分子線エピタキシー法（MBE法）は、物理
吸着を第一段階とするために、結晶の品質は科学
反応を利用した気相成長法に劣る。GaAsのよう
な族−族間の化合物半導体を成長する時に
は、族、族元素をソースとして用い、ソース
源自体を成長室の中に設置している。このため、
ソース源を加熱して得られる放出ガスと蒸発量の
制御、および、ソースの補給が困難であり、成長
速度を長時間一定に保つことが困難である。ま
た、蒸発物の排出など真空装置が複雑になる。更
には、化合物半導体の化学量論的組成（ストイキ
オメトリー）を精密に制御することが困難で、結
局、高品質の結晶を得ることができない欠点があ
る。
特開昭55−130896号公報には化学反応を利用し
た薄膜形成法であるALE法が記載され、化合物
薄膜の成分元素を含む原料ガスを基板表面に交互
に供給する交換表面反応による成長が示されてい
る。しかしこのALE法は−族化合物半導体
の多結晶やTa2O5のようなアモルフアスの成長方
法であつて単結晶成長技術ではない欠点があつ
た。さらにキヤリアガス等の不活性ガスを用いて
ガス相拡散バリアを形成する必要がある欠点があ
つた。また、１サイクル当りの成長膜厚が1/3分
子層以下といつた小さな値であり、完全な自己停
止機構を有した成長法にはなつていないという欠
点があつた。
た薄膜形成法であるALE法が記載され、化合物
薄膜の成分元素を含む原料ガスを基板表面に交互
に供給する交換表面反応による成長が示されてい
る。しかしこのALE法は−族化合物半導体
の多結晶やTa2O5のようなアモルフアスの成長方
法であつて単結晶成長技術ではない欠点があつ
た。さらにキヤリアガス等の不活性ガスを用いて
ガス相拡散バリアを形成する必要がある欠点があ
つた。また、１サイクル当りの成長膜厚が1/3分
子層以下といつた小さな値であり、完全な自己停
止機構を有した成長法にはなつていないという欠
点があつた。
このような点に鑑み、本願発明者等は上記従来
技術の欠点を除いて、単分子層単位の成長膜層の
制御性を有する半導体結晶成長方法を先に提案し
た（特願昭59−153978号明細書参照）。これを第
５図を参照して説明する。
技術の欠点を除いて、単分子層単位の成長膜層の
制御性を有する半導体結晶成長方法を先に提案し
た（特願昭59−153978号明細書参照）。これを第
５図を参照して説明する。
第５図において、１は成長槽で材質はステンレ
ス等の金属、２はゲートバルブ、３は成長槽１を
超高真空に排気するための排気装置、４，５は例
えば族−族化合物半導体の族、族の成分
元素のガス状の化合物を導入するノズル、６，７
はノズル４，５を開閉するバルブ、８は族の成
分元素を含むガス状の化合物、９は族の成分元
素を含むガス状の化合物、１０は基板加熱用のヒ
ーターで石英ガラスに封入したタングステン
（Ｗ）線であり、電線等は図示省略してある。１
１は測温用の熱電対、１２は化合物半導体の単結
晶基板、１３は成長槽内の真空度を測るための圧
力計である。
ス等の金属、２はゲートバルブ、３は成長槽１を
超高真空に排気するための排気装置、４，５は例
えば族−族化合物半導体の族、族の成分
元素のガス状の化合物を導入するノズル、６，７
はノズル４，５を開閉するバルブ、８は族の成
分元素を含むガス状の化合物、９は族の成分元
素を含むガス状の化合物、１０は基板加熱用のヒ
ーターで石英ガラスに封入したタングステン
（Ｗ）線であり、電線等は図示省略してある。１
１は測温用の熱電対、１２は化合物半導体の単結
晶基板、１３は成長槽内の真空度を測るための圧
力計である。
GaAsの分子層を一層ずつ基板１２上にエピタ
キシヤル成長させる方法は、以下の通りである。
即ち、ゲートバルブ２を開けて超高真空排気装置
３により、成長槽１内を10-7〜10-8Pascal（以下、
Paと略す）程度に排気する。次に、GaAs基板１
２を例えば300〜800℃程度ヒーター１０により加
熱し、Gaを含むガスとしてTMG（トリメチルガ
リウム）８を成長槽１内の圧力が10-1〜10-7Paに
なる範囲で、0.5〜10秒間バルブ６を開けて導入
する。その後、バルブ６を閉じて成長槽１内のガ
スを排気後、今度はAsを含むガスとしてAsH3
（アルシン）９を圧力が10-1〜10-7Paになる範囲
で、２〜200秒間バルブ７を開けて導入する。こ
れにより、基板１２上にGaAsが少なくとも１分
子層成長できる。以上の操作を繰り返し、単分子
層を次々と成長させることにより、所望の分子層
数のGaAsのエピタキシヤル成長層を単分子層の
単位で成長させることができる。
キシヤル成長させる方法は、以下の通りである。
即ち、ゲートバルブ２を開けて超高真空排気装置
３により、成長槽１内を10-7〜10-8Pascal（以下、
Paと略す）程度に排気する。次に、GaAs基板１
２を例えば300〜800℃程度ヒーター１０により加
熱し、Gaを含むガスとしてTMG（トリメチルガ
リウム）８を成長槽１内の圧力が10-1〜10-7Paに
なる範囲で、0.5〜10秒間バルブ６を開けて導入
する。その後、バルブ６を閉じて成長槽１内のガ
スを排気後、今度はAsを含むガスとしてAsH3
（アルシン）９を圧力が10-1〜10-7Paになる範囲
で、２〜200秒間バルブ７を開けて導入する。こ
れにより、基板１２上にGaAsが少なくとも１分
子層成長できる。以上の操作を繰り返し、単分子
層を次々と成長させることにより、所望の分子層
数のGaAsのエピタキシヤル成長層を単分子層の
単位で成長させることができる。
ここで、ノズル４，５の先端部は、図示の通り
化合物半導体の基板１２のすぐ近くに配置され、
ノズル先端開口部が基板１２の表面を望むように
しているので、原料ガス８，９が基板１２の表面
上に有効に供給され、基板１２以外のところに廻
り込んだり、成長槽１の内壁に吸着され、それが
長い時定数で次第に再脱離するようなことがなく
なる。この結果、バルブ６，７の開閉と、排気装
置３による真空排気のみで基板１２上の交換表面
反応が実現する。これにより、GaAsの成長に必
要なGaCl3やTMGといつた蒸気圧の低い原料ガ
スを用いても、矩形パルス状に基板１２の表面に
原料ガスが導入できる。
化合物半導体の基板１２のすぐ近くに配置され、
ノズル先端開口部が基板１２の表面を望むように
しているので、原料ガス８，９が基板１２の表面
上に有効に供給され、基板１２以外のところに廻
り込んだり、成長槽１の内壁に吸着され、それが
長い時定数で次第に再脱離するようなことがなく
なる。この結果、バルブ６，７の開閉と、排気装
置３による真空排気のみで基板１２上の交換表面
反応が実現する。これにより、GaAsの成長に必
要なGaCl3やTMGといつた蒸気圧の低い原料ガ
スを用いても、矩形パルス状に基板１２の表面に
原料ガスが導入できる。
また、本願発明者等は、先に、基板１２の加熱
をタングステン（Ｗ）線ヒーターではなく、赤外
線ランプを成長槽１の外部に設け、赤外線ランプ
からの赤外線で基板１２を加熱することにより、
タングステン（Ｗ）線ヒーターからのガス放出も
無いクリーンな真空を得、それによつて高純度な
単結晶が得られる技術も提案した（特願昭59−
153979号参照）。
をタングステン（Ｗ）線ヒーターではなく、赤外
線ランプを成長槽１の外部に設け、赤外線ランプ
からの赤外線で基板１２を加熱することにより、
タングステン（Ｗ）線ヒーターからのガス放出も
無いクリーンな真空を得、それによつて高純度な
単結晶が得られる技術も提案した（特願昭59−
153979号参照）。
ところで、結晶成長のプロセスでは、結晶成長
の温度を高くしていくと空位や格子間原子などが
存在するようになる。また、オートドーピングな
どにより不純物が取り込まれるようになり完全性
の高い結晶を成長する上から好ましくない。その
ため、温度を高くせず結晶成長する必要がある
が、先に提案した結晶成長法においては、結晶成
長温度が300〜800℃とかなり高温になつていたた
め、完全性の高いGaAsの単結晶が得られない問
題があつた。
の温度を高くしていくと空位や格子間原子などが
存在するようになる。また、オートドーピングな
どにより不純物が取り込まれるようになり完全性
の高い結晶を成長する上から好ましくない。その
ため、温度を高くせず結晶成長する必要がある
が、先に提案した結晶成長法においては、結晶成
長温度が300〜800℃とかなり高温になつていたた
め、完全性の高いGaAsの単結晶が得られない問
題があつた。
［発明の目的］
本発明は上記の問題を解消して、更に低温で成
長し更に高純度・高品質なGaAs半導体単結晶薄
膜を単分子層の単位で成長させる方法を提供する
ことを目的とする。
長し更に高純度・高品質なGaAs半導体単結晶薄
膜を単分子層の単位で成長させる方法を提供する
ことを目的とする。
［発明の概要］
このため本発明では、真空に排気する成長槽内
に外部より結晶成分元素を含むガスを導入し、半
導体単結晶基板上にGaAs単結晶薄膜を成長させ
る方法において、該半導体単結晶基板を300℃以
下の温度に加熱し、TEG（トリエチルガリウム）
を前記成長槽に10-5〜10-2Paの圧力で１〜20秒間
導入し、排気後AsH3（アルシン）を、前記成長
槽に10-4〜1Paの圧力で１〜200秒間導入し、そ
の後排気するサイクルによつて少なくともほぼ１
分子層を成長させ、このサイクルを繰り返すこと
により所望の厚さのGaAs単結晶薄膜を単分子層
の単位で自己停止機構により成長させることを主
な特徴としている。
に外部より結晶成分元素を含むガスを導入し、半
導体単結晶基板上にGaAs単結晶薄膜を成長させ
る方法において、該半導体単結晶基板を300℃以
下の温度に加熱し、TEG（トリエチルガリウム）
を前記成長槽に10-5〜10-2Paの圧力で１〜20秒間
導入し、排気後AsH3（アルシン）を、前記成長
槽に10-4〜1Paの圧力で１〜200秒間導入し、そ
の後排気するサイクルによつて少なくともほぼ１
分子層を成長させ、このサイクルを繰り返すこと
により所望の厚さのGaAs単結晶薄膜を単分子層
の単位で自己停止機構により成長させることを主
な特徴としている。
［発明の実施例］
以下、本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の一実施例に係る分子層エピタ
キシヤル成長装置の構成図を示したものである。
図中、第５図と同一符号は同一または相当部分を
示し、第５図の構成と異なる点は、加熱源として
赤外線ランプ３０を用い、これを成長槽１外のラ
ンプハウス３１内に設け、そのランプハウス３１
から放出する赤外線を石英ガラス３２を介して半
導体単結晶基板１２に照射することにより、サセ
プター３３に保持させた半導体単結晶基板１２を
加熱するようにした点である。
キシヤル成長装置の構成図を示したものである。
図中、第５図と同一符号は同一または相当部分を
示し、第５図の構成と異なる点は、加熱源として
赤外線ランプ３０を用い、これを成長槽１外のラ
ンプハウス３１内に設け、そのランプハウス３１
から放出する赤外線を石英ガラス３２を介して半
導体単結晶基板１２に照射することにより、サセ
プター３３に保持させた半導体単結晶基板１２を
加熱するようにした点である。
この装置を用い、Gaを含むガスとしてTEG
（トリエチルガリウム）８を10-5〜10-2Paの圧力
で１〜20秒間導入し１〜20秒間排気する。そし
て、Asを含むガスとしてAsH3（アルシン）９を
10-4〜1Paの圧力で１〜200秒間導入し１〜20秒
間排気する。TEGおよびAsH3はほぼ矩形パルス
状の圧力波形を示して、半導体単結晶基板１２上
に導入され、交換表面反応が実現される。これに
より、半導体単結晶基板１２上にGaAsの単分子
層が成長できる。以上の操作を繰り返し単分子層
を次々と成長させることにより、所望の厚さの
GaAsの単結晶成長膜を単分子層の精度で成長さ
せることができる。
（トリエチルガリウム）８を10-5〜10-2Paの圧力
で１〜20秒間導入し１〜20秒間排気する。そし
て、Asを含むガスとしてAsH3（アルシン）９を
10-4〜1Paの圧力で１〜200秒間導入し１〜20秒
間排気する。TEGおよびAsH3はほぼ矩形パルス
状の圧力波形を示して、半導体単結晶基板１２上
に導入され、交換表面反応が実現される。これに
より、半導体単結晶基板１２上にGaAsの単分子
層が成長できる。以上の操作を繰り返し単分子層
を次々と成長させることにより、所望の厚さの
GaAsの単結晶成長膜を単分子層の精度で成長さ
せることができる。
第２図は、導入ガスとしてTEGとAsH3を用い
基板温度をパラメーターとして260℃から350℃の
間で１サイクル当りのGaAs膜の（111）Ｂ面方
向における成長膜厚を示したものである。基板温
度が290℃の時に１サイクル当りのGaAs膜が１
分子層に相当する3.26Åとなる。上記260℃とい
う成長温度は、本発明者等が先に提案したTMG
とAsH3の組み合わせによる結晶成長法における
結晶成長温度最低350℃に比べて約90℃程、更に
低い温度である。
基板温度をパラメーターとして260℃から350℃の
間で１サイクル当りのGaAs膜の（111）Ｂ面方
向における成長膜厚を示したものである。基板温
度が290℃の時に１サイクル当りのGaAs膜が１
分子層に相当する3.26Åとなる。上記260℃とい
う成長温度は、本発明者等が先に提案したTMG
とAsH3の組み合わせによる結晶成長法における
結晶成長温度最低350℃に比べて約90℃程、更に
低い温度である。
第３図は基板温度が290℃でガス導入圧力が
10-1〜10-4Pa、導入時間が２〜60秒、排気時間が
２〜20秒の間で１サイクル当りのTEGの導入量
をパラメーターとして１サイクル当りのGaAs膜
の成長膜厚を示したものである。この図から判る
ように、１サイクル当りのTEGの導入量が増え
るとある導入量以上で成長膜厚が飽和する。従つ
て、この飽和が開始される導入量の値以上のガス
の導入量で成長してやれば、たとえ、ガス導入量
が多少変動しても確実に１サイクル１分子層に自
己停止機構により成長するため一分子層単位の精
度で膜厚が制御できる。基板温度350℃の場合は
第３図のように飽和特性は得られず、TEGの導
入量と共に１サイクル当りの成長膜厚は増加し、
自己停止機構は認められない。高温ではTEGが
熱分解し、Gaを多層堆積させるためと思われる。
基板温度260℃の場合はTEGの導入圧力10-2Pa以
上の高圧の領域で１分子層に飽和する。第３図の
ような飽和特性の得られる基板温度の境界値は約
300℃である。（100）面の場合は１サイクル当り
2.83Åに飽和する。このようにして得られた
GaAsのエピタキシヤル成長層を電子線回析およ
びＸ線回析で調べたところ、非常に完全性の高い
薄膜単結晶となつていることが判明した。
10-1〜10-4Pa、導入時間が２〜60秒、排気時間が
２〜20秒の間で１サイクル当りのTEGの導入量
をパラメーターとして１サイクル当りのGaAs膜
の成長膜厚を示したものである。この図から判る
ように、１サイクル当りのTEGの導入量が増え
るとある導入量以上で成長膜厚が飽和する。従つ
て、この飽和が開始される導入量の値以上のガス
の導入量で成長してやれば、たとえ、ガス導入量
が多少変動しても確実に１サイクル１分子層に自
己停止機構により成長するため一分子層単位の精
度で膜厚が制御できる。基板温度350℃の場合は
第３図のように飽和特性は得られず、TEGの導
入量と共に１サイクル当りの成長膜厚は増加し、
自己停止機構は認められない。高温ではTEGが
熱分解し、Gaを多層堆積させるためと思われる。
基板温度260℃の場合はTEGの導入圧力10-2Pa以
上の高圧の領域で１分子層に飽和する。第３図の
ような飽和特性の得られる基板温度の境界値は約
300℃である。（100）面の場合は１サイクル当り
2.83Åに飽和する。このようにして得られた
GaAsのエピタキシヤル成長層を電子線回析およ
びＸ線回析で調べたところ、非常に完全性の高い
薄膜単結晶となつていることが判明した。
第４図はTEGとAsH3をソースガスにして分子
層エピタキシヤル成長した膜の不純物密度と移動
度の関係を従来のTMGとAsH3による分子層エ
ピタキシヤル成長膜と比較して示したものであ
る。図中、Ａで示す曲線は理論計算値、Ｂで示す
点はTEG，AsH3をソースとする本発明による成
長膜、Ｃで示す点は従来の分子層エピタキシヤル
成長膜を示している。この図から判るように、従
来のTMGとAsH3をソースガスとして分子層エ
ピタキシヤル成長したものは不純物密度がｐ型で
1018〜1020cm-3と高く、正孔（ホール）移動度も
100cm2V-1S-1以下のものしか得られていなかつた
が、本発明によれば、不純物密度は1015〜1017cm
−３と２〜３桁も改善されており、ホール移動度も
360cm2V-1S-1とほぼ理論値に近い値が得られる。
ここで、得られた成長膜はTEGの圧力が10-3〜
10-4Pa、AsH3の圧力が10-1〜10-2Paで導入時間
が２〜60秒の間にあり排気時間が２〜20秒である
ような実験条件下で作られたものである。第４図
から本発明による成長膜は従来の分子層エピタキ
シヤル成長によつて得られたものに比べて格段に
優れた高純度単結晶であることが判る。
層エピタキシヤル成長した膜の不純物密度と移動
度の関係を従来のTMGとAsH3による分子層エ
ピタキシヤル成長膜と比較して示したものであ
る。図中、Ａで示す曲線は理論計算値、Ｂで示す
点はTEG，AsH3をソースとする本発明による成
長膜、Ｃで示す点は従来の分子層エピタキシヤル
成長膜を示している。この図から判るように、従
来のTMGとAsH3をソースガスとして分子層エ
ピタキシヤル成長したものは不純物密度がｐ型で
1018〜1020cm-3と高く、正孔（ホール）移動度も
100cm2V-1S-1以下のものしか得られていなかつた
が、本発明によれば、不純物密度は1015〜1017cm
−３と２〜３桁も改善されており、ホール移動度も
360cm2V-1S-1とほぼ理論値に近い値が得られる。
ここで、得られた成長膜はTEGの圧力が10-3〜
10-4Pa、AsH3の圧力が10-1〜10-2Paで導入時間
が２〜60秒の間にあり排気時間が２〜20秒である
ような実験条件下で作られたものである。第４図
から本発明による成長膜は従来の分子層エピタキ
シヤル成長によつて得られたものに比べて格段に
優れた高純度単結晶であることが判る。
このように、ｐ型不純物密度が1015cm-3以下で
あり、ホール移動度が360cm2V-1S-1以上の単結晶
が得られる。
あり、ホール移動度が360cm2V-1S-1以上の単結晶
が得られる。
［発明の効果］
以上のように本発明によれば、一分子層ずつ自
己停止機構で成長できること、化学量論的組成を
満たすことが容易で、基板温度が低温にできるた
め、格子欠陥の非常に少ない良質な単結晶を基板
上に形成させることができる。本発明によれば、
TEGとAsH3をソースガスとして用いることによ
り、TMGとAsH3をソースガスとして用いた場
合のように未分解のカーボンが成長膜に取り込ま
れることがないので、不純物密度10-15cm-3以下
の高純度の結晶が得られる。さらに本発明によれ
ば、基板加熱を成長槽外に設けた赤外線ランプを
用いて行なつているので、成長槽内のヒーターで
基板加熱する場合のヒーターからの放出ガスの影
響もないので高純度の結晶が得られる。
己停止機構で成長できること、化学量論的組成を
満たすことが容易で、基板温度が低温にできるた
め、格子欠陥の非常に少ない良質な単結晶を基板
上に形成させることができる。本発明によれば、
TEGとAsH3をソースガスとして用いることによ
り、TMGとAsH3をソースガスとして用いた場
合のように未分解のカーボンが成長膜に取り込ま
れることがないので、不純物密度10-15cm-3以下
の高純度の結晶が得られる。さらに本発明によれ
ば、基板加熱を成長槽外に設けた赤外線ランプを
用いて行なつているので、成長槽内のヒーターで
基板加熱する場合のヒーターからの放出ガスの影
響もないので高純度の結晶が得られる。
また、不純物の添加を一層ずつ行うことができ
るので、非常に急峻な不純物密度分布を得ること
ができる等、非常に高速なトランジスタ、集積回
路、ダイオード発光素子等の製作に大して優れた
作用効果を発揮する。
るので、非常に急峻な不純物密度分布を得ること
ができる等、非常に高速なトランジスタ、集積回
路、ダイオード発光素子等の製作に大して優れた
作用効果を発揮する。
第１図は本発明の一実施例に係る結晶成長装置
の構成図、第２図は第１図の結晶成長装置を用い
て製作した結晶の成長膜厚と基板温度の関係を示
すグラフ図、第３図は基板温度290℃の時におけ
る成長膜厚とTEG導入量の関係を示すグラフ図、
第４図はTEGとAsH3をソースガスとする成長膜
の不純物密度と移動度の関係を従来の分子層エピ
タキシヤルと比較して示したグラフ図、第５図は
本願発明者等が先に提案した結晶成長装置の構成
図である。 １……成長槽、２……ゲートバルブ、３……排
気装置、４，５……ノズル、６，７……バルブ、
８，９……ガス状化合物、１０……ヒーター、１
１……熱電対、１２……半導体単結晶基板、１３
……圧力計、３０……赤外線ランプ、３１……ラ
ンプハウス、３２……石英ガラス、３３……サセ
プター。
の構成図、第２図は第１図の結晶成長装置を用い
て製作した結晶の成長膜厚と基板温度の関係を示
すグラフ図、第３図は基板温度290℃の時におけ
る成長膜厚とTEG導入量の関係を示すグラフ図、
第４図はTEGとAsH3をソースガスとする成長膜
の不純物密度と移動度の関係を従来の分子層エピ
タキシヤルと比較して示したグラフ図、第５図は
本願発明者等が先に提案した結晶成長装置の構成
図である。 １……成長槽、２……ゲートバルブ、３……排
気装置、４，５……ノズル、６，７……バルブ、
８，９……ガス状化合物、１０……ヒーター、１
１……熱電対、１２……半導体単結晶基板、１３
……圧力計、３０……赤外線ランプ、３１……ラ
ンプハウス、３２……石英ガラス、３３……サセ
プター。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 成長槽内に配置された半導体単結晶基板を
300℃以下の温度に加熱し、前記成長槽の外部よ
りTEG（トリエチルガリウム）を前記成長槽に
10-5〜10-2Paの圧力で１〜20秒間導入し、排気後
前記成長槽の外部よりAsH3（アルシン）を、前
記成長槽に10-4〜1Paの圧力で１〜200秒間導入
し、その後排気するサイクルによつて確実に１分
子層を成長させ、該サイクルを繰り返すことによ
り所望の厚さのGaAs単結晶薄膜を単分子層の単
位で自己停止機構により成長させることを特徴と
するGaAs単結晶薄膜の成長法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、加熱源
として成長槽外に設けた赤外線ランプを用いるこ
とを特徴とするGaAs単結晶薄膜の成長法。 ３ 特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載に
おいて、前記ガス導入後の排気時間が１〜20秒で
あることを特徴とするGaAs単結晶薄膜の成長
法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60101379A JPS61260622A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | ＧａＡｓ単結晶薄膜の成長法 |
| FR8606988A FR2582023B1 (fr) | 1985-05-15 | 1986-05-15 | Procede de developpement d'un film d'un monocristal gaas sous la forme d'une seule couche moleculaire |
| DE3616358A DE3616358C2 (de) | 1985-05-15 | 1986-05-15 | Verfahren zum Aufwachsen einer GaAs-Einkristallschicht |
| GB8612024A GB2190400B (en) | 1985-05-15 | 1986-05-16 | Process for growing gaas monocrystal film |
| US07/790,118 US5250148A (en) | 1985-05-15 | 1991-11-12 | Process for growing GaAs monocrystal film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60101379A JPS61260622A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | ＧａＡｓ単結晶薄膜の成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61260622A JPS61260622A (ja) | 1986-11-18 |
| JPH0556650B2 true JPH0556650B2 (ja) | 1993-08-20 |
Family
ID=14299154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60101379A Granted JPS61260622A (ja) | 1985-05-15 | 1985-05-15 | ＧａＡｓ単結晶薄膜の成長法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61260622A (ja) |
| DE (1) | DE3616358C2 (ja) |
| FR (1) | FR2582023B1 (ja) |
| GB (1) | GB2190400B (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2162207B (en) * | 1984-07-26 | 1989-05-10 | Japan Res Dev Corp | Semiconductor crystal growth apparatus |
| JPH0657636B2 (ja) * | 1985-05-29 | 1994-08-03 | 日本電信電話株式会社 | 化合物半導体薄膜形成法 |
| EP0297867B1 (en) * | 1987-07-01 | 1993-10-06 | Nec Corporation | A process for the growth of iii-v group compound semiconductor crystal on a si substrate |
| EP2862199A4 (en) * | 2012-06-18 | 2016-02-24 | Government Of The U S A As Represented By The Secretary Of The Navy | PLASMA-ASSISTED ATOMIC LAYER EPITAXY OF CUBIC AND HEXAGONIC INN FILMS AND ITS ALLOYS WITH LOW-TEMPERATURE ALN |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1900116C3 (de) * | 1969-01-02 | 1978-10-19 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Verfahren zum Herstellen hxxochreiner, aus Silicium bestehender einkristalliner Schichten |
| US3666553A (en) * | 1970-05-08 | 1972-05-30 | Bell Telephone Labor Inc | Method of growing compound semiconductor films on an amorphous substrate |
| JPS5129880B2 (ja) * | 1973-03-15 | 1976-08-27 | ||
| EP0106537B1 (en) * | 1982-10-19 | 1989-01-25 | The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and | Organometallic chemical vapour deposition of films |
| GB2162862B (en) * | 1984-07-26 | 1988-10-19 | Japan Res Dev Corp | A method of growing a thin film single crystalline semiconductor |
| JPH0766910B2 (ja) * | 1984-07-26 | 1995-07-19 | 新技術事業団 | 半導体単結晶成長装置 |
| GB2162207B (en) * | 1984-07-26 | 1989-05-10 | Japan Res Dev Corp | Semiconductor crystal growth apparatus |
| JPH0766906B2 (ja) * | 1984-07-26 | 1995-07-19 | 新技術事業団 | ＧａＡｓエピタキシャル成長方法 |
-
1985
- 1985-05-15 JP JP60101379A patent/JPS61260622A/ja active Granted
-
1986
- 1986-05-15 DE DE3616358A patent/DE3616358C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-15 FR FR8606988A patent/FR2582023B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-16 GB GB8612024A patent/GB2190400B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61260622A (ja) | 1986-11-18 |
| DE3616358A1 (de) | 1986-11-20 |
| GB2190400B (en) | 1990-10-17 |
| DE3616358C2 (de) | 1996-02-15 |
| FR2582023A1 (fr) | 1986-11-21 |
| GB8612024D0 (en) | 1986-06-25 |
| FR2582023B1 (fr) | 1994-04-15 |
| GB2190400A (en) | 1987-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5250148A (en) | Process for growing GaAs monocrystal film | |
| US5294286A (en) | Process for forming a thin film of silicon | |
| JPS6134929A (ja) | 半導体結晶成長装置 | |
| GB2162206A (en) | Process for forming monocrystalline thin film of element semiconductor | |
| US6334901B1 (en) | Apparatus for forming semiconductor crystal | |
| JPS6134927A (ja) | 化合物半導体単結晶薄膜の成長法 | |
| JPH0556650B2 (ja) | ||
| JP2577550B2 (ja) | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体単結晶薄膜の不純物添加法 | |
| JP2577542B2 (ja) | 半導体結晶成長装置 | |
| JPS6134922A (ja) | 超格子半導体装置の製造方法 | |
| JP2821557B2 (ja) | 化合物半導体単結晶薄膜の成長方法 | |
| JP2687371B2 (ja) | 化合物半導体の気相成長法 | |
| JP2577543B2 (ja) | 単結晶薄膜成長装置 | |
| JPH07120625B2 (ja) | 化合物半導体単結晶薄膜の形成方法 | |
| JP3090232B2 (ja) | 化合物半導体薄膜形成法 | |
| JPH01313927A (ja) | 化合物半導体結晶成長方法 | |
| JP2654608B2 (ja) | ＧａＡｓ半導体ダイオードの製造方法 | |
| JP2567331B2 (ja) | 化合物半導体単結晶薄膜の成長法 | |
| JP2620578B2 (ja) | 化合物半導体のエピタキシャル層の製造方法 | |
| JPH0728079B2 (ja) | 半導体レ−ザの製造方法 | |
| JP2753832B2 (ja) | 第▲ｉｉｉ▼・ｖ族化合物半導体の気相成長法 | |
| JPH01173708A (ja) | 半導体素子 | |
| JP2743970B2 (ja) | 化合物半導体の分子線エピタキシャル成長法 | |
| JP2620546B2 (ja) | 化合物半導体のエピタキシヤル層の製造方法 | |
| JPH0713966B2 (ja) | ＧａＡｓ半導体ダイオードの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |