JPH0562902A - 化合物半導体結晶層の気相成長方法 - Google Patents
化合物半導体結晶層の気相成長方法Info
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- JPH0562902A JPH0562902A JP21910191A JP21910191A JPH0562902A JP H0562902 A JPH0562902 A JP H0562902A JP 21910191 A JP21910191 A JP 21910191A JP 21910191 A JP21910191 A JP 21910191A JP H0562902 A JPH0562902 A JP H0562902A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 本発明は、原料交互供給法による化合物半導
体の単原子層成長法において、高純度な半導体結晶層を
得るための成長法を提供する。 【構成】 原料交互供給法による化合物半導体の単原子
層成長法において、III族原料として、フェニル基を有
する有機金属化合物、もしくは、アミノ基が配位した化
合物を用いることにより、高純度の半導体結晶層の成長
が可能となる。また、ＭＯＣＶＤにおける原料ガスを分
解させて成長に供する。
体の単原子層成長法において、高純度な半導体結晶層を
得るための成長法を提供する。 【構成】 原料交互供給法による化合物半導体の単原子
層成長法において、III族原料として、フェニル基を有
する有機金属化合物、もしくは、アミノ基が配位した化
合物を用いることにより、高純度の半導体結晶層の成長
が可能となる。また、ＭＯＣＶＤにおける原料ガスを分
解させて成長に供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体結晶層の気
相成長方法に係り、特に原料交互供給法による化合物半
導体結晶層の気相成長方法、およびＶ族元素を含む有機
化合物を原料として用いる気相成長方法に関する。
相成長方法に係り、特に原料交互供給法による化合物半
導体結晶層の気相成長方法、およびＶ族元素を含む有機
化合物を原料として用いる気相成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、量子井戸構造、超格子構造などを
利用した新機能素子の開発が盛んに行われている。これ
らの素子を作成するには、結晶層を単原子層オーダの膜
厚に正確に制御する必要がある。このため、III族原料
ガスとＶ族原料ガスを、基板が設置された成長容器内に
交互に供給することにより、該基板上にIII−Ｖ族化合
物半導体結晶層を単原子ずつ成長させる単原子層成長法
（ＡＬＥ：ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）
が提案され、精力的に研究が行われている。
利用した新機能素子の開発が盛んに行われている。これ
らの素子を作成するには、結晶層を単原子層オーダの膜
厚に正確に制御する必要がある。このため、III族原料
ガスとＶ族原料ガスを、基板が設置された成長容器内に
交互に供給することにより、該基板上にIII−Ｖ族化合
物半導体結晶層を単原子ずつ成長させる単原子層成長法
（ＡＬＥ：ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）
が提案され、精力的に研究が行われている。
【０００３】しかし、ＡＬＥ法は、従来の有機金属気相
成長法にくらべて、成長温度が低いために、結晶層中
に、原料に含まれる炭素が多量に、例えば１０17ｃｍ-3
以上も混入するという問題があった。特にＡｌを含む化
合物半導体、例えばＡｌＡｓ、ＡｌＰにおいては、Ａｌ
の原料にトリメチルアルミニウムを用いた場合、結晶層
中の炭素濃度は１０19ｃｍ-3以上となり、かつ表面モホ
ロジーが悪くなるという問題がある。
成長法にくらべて、成長温度が低いために、結晶層中
に、原料に含まれる炭素が多量に、例えば１０17ｃｍ-3
以上も混入するという問題があった。特にＡｌを含む化
合物半導体、例えばＡｌＡｓ、ＡｌＰにおいては、Ａｌ
の原料にトリメチルアルミニウムを用いた場合、結晶層
中の炭素濃度は１０19ｃｍ-3以上となり、かつ表面モホ
ロジーが悪くなるという問題がある。
【０００４】次に、III−Ｖ族化合物半導体の有機金属
気相成長法において、従来Ｖ族原料としてホスフィン
（ＰＨ3）やアルシン（ＡｓＨ3）などの水素化物が使わ
れていた。
気相成長法において、従来Ｖ族原料としてホスフィン
（ＰＨ3）やアルシン（ＡｓＨ3）などの水素化物が使わ
れていた。
【０００５】しかし、これらの水素化物は毒性が強いと
いう問題があった。この問題を改善するためにアルキル
基の結合したリンや砒素を原料として用いる方法があ
る。これにより確かに毒性は弱くなったが、アルキル基
は炭素を含むので成長膜に炭素が混入するという新たな
問題を引き起こした。III−Ｖ族化合物半導体に炭素が
混入すると禁制帯中に浅い不純物準位を作り、キャリア
を発生させる。このキャリアは化合物半導体の伝導型を
制御する際に邪魔になる。すなわち、アルキル基の結合
したリンや砒素の有機Ｖ族原料を用いた有機金属気相成
長法では、炭素の汚染があって問題であった。
いう問題があった。この問題を改善するためにアルキル
基の結合したリンや砒素を原料として用いる方法があ
る。これにより確かに毒性は弱くなったが、アルキル基
は炭素を含むので成長膜に炭素が混入するという新たな
問題を引き起こした。III−Ｖ族化合物半導体に炭素が
混入すると禁制帯中に浅い不純物準位を作り、キャリア
を発生させる。このキャリアは化合物半導体の伝導型を
制御する際に邪魔になる。すなわち、アルキル基の結合
したリンや砒素の有機Ｖ族原料を用いた有機金属気相成
長法では、炭素の汚染があって問題であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】叙上の如く、ＡＬＥ法
には原料に含まれる炭素が結晶層中に多量に混入すると
いう重大な問題があり、特にＡｌを含む化合物半導体で
は表面モホロジーが悪くなるという問題があった。ま
た、有機Ｖ族原料を用いた有機金属気相成長法でも生成
された結晶層中に炭素の混入が問題にされる。
には原料に含まれる炭素が結晶層中に多量に混入すると
いう重大な問題があり、特にＡｌを含む化合物半導体で
は表面モホロジーが悪くなるという問題があった。ま
た、有機Ｖ族原料を用いた有機金属気相成長法でも生成
された結晶層中に炭素の混入が問題にされる。
【０００７】本発明は、上記事情を考慮して為されたも
ので、その目的とするところは、低い成長温度でも高純
度の化合物半導体結晶、特にＡｌを含む高純度化合物半
導体結晶を得る単原子層成長法を提供することにある。
また、有機Ｖ族原料を用いた有機金属気相成長法におい
て、この有機Ｖ族原料からの炭素の汚染をなくし、純度
の高い化合物半導体薄膜を提供することを目的とする。
ので、その目的とするところは、低い成長温度でも高純
度の化合物半導体結晶、特にＡｌを含む高純度化合物半
導体結晶を得る単原子層成長法を提供することにある。
また、有機Ｖ族原料を用いた有機金属気相成長法におい
て、この有機Ｖ族原料からの炭素の汚染をなくし、純度
の高い化合物半導体薄膜を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の化合物半
導体結晶層の気相成長方法は、フェニル基を有しIII族
元素を含む有機金属化合物またはアミノ基が配位したII
I族元素の化合物と、Ｖ族元素を含む水素化合物または
Ｖ族元素を含む有機化合物とを所定温度の半導体基板上
に交互に供給しIII−Ｖ族化合物半導体結晶層を積層形
成する工程を含むことを特徴とする。また、前記III族
元素がＡｌでその化合物がフェニルアルミニウムである
ことを特徴とする。
導体結晶層の気相成長方法は、フェニル基を有しIII族
元素を含む有機金属化合物またはアミノ基が配位したII
I族元素の化合物と、Ｖ族元素を含む水素化合物または
Ｖ族元素を含む有機化合物とを所定温度の半導体基板上
に交互に供給しIII−Ｖ族化合物半導体結晶層を積層形
成する工程を含むことを特徴とする。また、前記III族
元素がＡｌでその化合物がフェニルアルミニウムである
ことを特徴とする。
【０００９】次に本発明に係る化合物半導体結晶層の気
相成長方法の第二は、原料のＶ族元素を含む有機化合物
を予め分解して半導体基板上に供給し気相成長を施すこ
とを特徴とする。また、前記の分解の手段が、熱、光、
放電プラズマのいずれかであることを特徴とする。
相成長方法の第二は、原料のＶ族元素を含む有機化合物
を予め分解して半導体基板上に供給し気相成長を施すこ
とを特徴とする。また、前記の分解の手段が、熱、光、
放電プラズマのいずれかであることを特徴とする。
【００１０】
【作用】本発明に係る化合物半導体単結晶成長方法の第
一についてＡｌＡｓの単原子層成長を例に説明する。
一についてＡｌＡｓの単原子層成長を例に説明する。
【００１１】Ａｌの原料として、トリメチルアルミニウ
ム（ＴＭＡ、Ａｌ（ＣＨ3）3）を用いた場合、基板表面
でＴＭＡの熱分解により生成した活性なメチルラジカル
（ＣＨ3）がＡｌ単原子層を形成する過程で膜中に取り
込まれて、それが炭素混入の原因となる。
ム（ＴＭＡ、Ａｌ（ＣＨ3）3）を用いた場合、基板表面
でＴＭＡの熱分解により生成した活性なメチルラジカル
（ＣＨ3）がＡｌ単原子層を形成する過程で膜中に取り
込まれて、それが炭素混入の原因となる。
【００１２】一方、図２（ａ）に示すフェニルアルミニ
ウム（Ｃ6Ｈ7Ａｌ）をＡｌ原料に用いた場合、基板表面
で熱分解によって生成したフェニル基は、メチルラジカ
ルに比べて熱的に安定であり、かつ反応性も低いため
に、膜中への炭素混入の源とはならない。また、図２
（ｂ）に示すトリメチルアミンアラン（Ｈ3ＡｌＮ（Ｃ
Ｈ3）3）をＡｌ原料に用いた場合も、基板表面で熱分解
により生成するアミンが熱的に安定で、反応性も低い化
合物であるために、膜中への炭素混入の源とはならな
い。
ウム（Ｃ6Ｈ7Ａｌ）をＡｌ原料に用いた場合、基板表面
で熱分解によって生成したフェニル基は、メチルラジカ
ルに比べて熱的に安定であり、かつ反応性も低いため
に、膜中への炭素混入の源とはならない。また、図２
（ｂ）に示すトリメチルアミンアラン（Ｈ3ＡｌＮ（Ｃ
Ｈ3）3）をＡｌ原料に用いた場合も、基板表面で熱分解
により生成するアミンが熱的に安定で、反応性も低い化
合物であるために、膜中への炭素混入の源とはならな
い。
【００１３】叙上の理由により、単原子層成長法におけ
るIII族原料として図１（ａ）に示すフェニル基を有す
る有機金属化合物（但し、図中のＭは金属、Ｒ1、Ｒ2は
いずれもアルキル基を夫々示す。以下同じ）、図１
（ｂ）に示すアミンが配位された化合物を用いることに
より、炭素濃度の非常に低い高純度の化合物半導体薄膜
を得ることができる。
るIII族原料として図１（ａ）に示すフェニル基を有す
る有機金属化合物（但し、図中のＭは金属、Ｒ1、Ｒ2は
いずれもアルキル基を夫々示す。以下同じ）、図１
（ｂ）に示すアミンが配位された化合物を用いることに
より、炭素濃度の非常に低い高純度の化合物半導体薄膜
を得ることができる。
【００１４】次に本発明の第二によると、有機Ｖ族原料
が成長基板に達する前に分解して炭素は安定な炭化水素
ガスとなって排気され、成長膜は炭素汚染を免れる。こ
れにより、純度の高い化合物半導体薄膜を提供する。
が成長基板に達する前に分解して炭素は安定な炭化水素
ガスとなって排気され、成長膜は炭素汚染を免れる。こ
れにより、純度の高い化合物半導体薄膜を提供する。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１６】まず、ＧａＡｓ基板上に、原料交互供給法
によりＡｌＡｓを単原子層成長させた実施例を示す。こ
れに用いられた有機金属気相成長装置の概略断面図を図
３に示す。石英製の成長容器１内のサセプタ２上に面方
位（００１）ＧａＡｓ基板３が設置される。基板３は高
周波加熱コイル４により、所定の成長温度に加熱保持さ
れる。原料ガスおよび水素ガスはガス導入口５より成長
容器１内に導入される。成長圧力は排気系６の排気速度
を調節することにより、所定の成長圧力に保持される。
によりＡｌＡｓを単原子層成長させた実施例を示す。こ
れに用いられた有機金属気相成長装置の概略断面図を図
３に示す。石英製の成長容器１内のサセプタ２上に面方
位（００１）ＧａＡｓ基板３が設置される。基板３は高
周波加熱コイル４により、所定の成長温度に加熱保持さ
れる。原料ガスおよび水素ガスはガス導入口５より成長
容器１内に導入される。成長圧力は排気系６の排気速度
を調節することにより、所定の成長圧力に保持される。
【００１７】（実施例１）Ａｌ原料に図２（ａ）に示す
フェニルアルミニウム（Ｃ6Ｈ7Ａｌ）を、また、Ａｓ原
料にアルシン（ＡｓＨ3）を用い、原料の交互供給法に
よりＡｌＡｓを成長させた実施例について以下に説明す
る。
フェニルアルミニウム（Ｃ6Ｈ7Ａｌ）を、また、Ａｓ原
料にアルシン（ＡｓＨ3）を用い、原料の交互供給法に
よりＡｌＡｓを成長させた実施例について以下に説明す
る。
【００１８】上記図３に示される装置を用い、ＧａＡｓ
基板３をサセプタ２上に設置し、ガス導入口５よりＡｓ
Ｈ3および水素を導入した後、高周波加熱コイル４によ
り基板を７５０℃に加熱し、ＧａＡｓの表面処理を２０
分間行った。その際、ガス圧力は５０Ｔｏｒｒ、ＡｓＨ
3分圧は２Ｔｏｒｒに設定した。続いて基板温度を５０
０℃に下げ、ＡｓＨ3導入／水素による置換／フェニル
アルミニウム導入／水素による置換を１サイクルとし
て、成長圧力を１０Ｔｏｒｒで、２０００サイクル成長
を行った。フェニルアルミニウムの導入量は、３．７μ
ｍｏｌ／サイクル、導入時間は５秒とした。ＡｓＨ3の
導入量は７５μｍｏｌ／サイクル、導入時間は５秒とし
た。また、水素による置換は２秒行った。各原料ガス導
入および水素による置換における全ガス流量は、３．５
ｌ／ｍｉｎ一定とした。１サイクル当たりの成長膜厚
は、約０．２８３ｎｍ／サイクルであり、１サイクル当
たり１分子層の成長が確認された。膜中の炭素濃度をＳ
ＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄ ａｒｙＩｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ａ
ｎａｌｙｓｉｓ）分析により評価したところ、検出限界
の（〜１０15ｃｍ-3）以下であり、高純度な結晶が得ら
れた。
基板３をサセプタ２上に設置し、ガス導入口５よりＡｓ
Ｈ3および水素を導入した後、高周波加熱コイル４によ
り基板を７５０℃に加熱し、ＧａＡｓの表面処理を２０
分間行った。その際、ガス圧力は５０Ｔｏｒｒ、ＡｓＨ
3分圧は２Ｔｏｒｒに設定した。続いて基板温度を５０
０℃に下げ、ＡｓＨ3導入／水素による置換／フェニル
アルミニウム導入／水素による置換を１サイクルとし
て、成長圧力を１０Ｔｏｒｒで、２０００サイクル成長
を行った。フェニルアルミニウムの導入量は、３．７μ
ｍｏｌ／サイクル、導入時間は５秒とした。ＡｓＨ3の
導入量は７５μｍｏｌ／サイクル、導入時間は５秒とし
た。また、水素による置換は２秒行った。各原料ガス導
入および水素による置換における全ガス流量は、３．５
ｌ／ｍｉｎ一定とした。１サイクル当たりの成長膜厚
は、約０．２８３ｎｍ／サイクルであり、１サイクル当
たり１分子層の成長が確認された。膜中の炭素濃度をＳ
ＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄ ａｒｙＩｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ａ
ｎａｌｙｓｉｓ）分析により評価したところ、検出限界
の（〜１０15ｃｍ-3）以下であり、高純度な結晶が得ら
れた。
【００１９】なお、上記実施例における原料ガスの導入
時間、および原料導入量はこれに限られない。
時間、および原料導入量はこれに限られない。
【００２０】（実施例２）Ａｌ原料に図２（ｂ）に示す
トリメチルアミンラン（ＴＭＡＡ）、Ａｓ原料にアルシ
ン（ＡｓＨ3）を用い、原料の交互供給法によりＡｌＡ
ｓを成長させた実施例について記す。
トリメチルアミンラン（ＴＭＡＡ）、Ａｓ原料にアルシ
ン（ＡｓＨ3）を用い、原料の交互供給法によりＡｌＡ
ｓを成長させた実施例について記す。
【００２１】実施例１と同様なＧａＡｓ基板の表面処理
を行った後、基板温度を５００℃に下げ、ＡｓＨ3導入
／水素による置換／ＴＭＡＡ導入／水素に置換を１サイ
クルとして、成長圧力を１０Ｔｏｒｒで、２０００サイ
クル成長を行った。ＴＭＡＡの導入量は、１．５μｍｏ
ｌ／サイクル、導入時間は７秒とした。ＡｓＨ3の導入
量は７５μｍｏｌ／サイクル、導入時間は５秒とした。
また、水素による置換は２秒行った。各原料ガス導入お
よび水素による置換における全ガス流量は、３．５ｌ／
ｍｉｎとした。１サイクル当たりの成長膜厚は、約０．
２８３ｎｍ／サイクルであり、１サイクル当たり１分子
層の成長が確認された。膜中の炭素濃度をＳＩＭＳ分析
により評価したところ、検出限界の（〜１０15ｃｍ-3）
以下であり、高純度な結晶が得られた。
を行った後、基板温度を５００℃に下げ、ＡｓＨ3導入
／水素による置換／ＴＭＡＡ導入／水素に置換を１サイ
クルとして、成長圧力を１０Ｔｏｒｒで、２０００サイ
クル成長を行った。ＴＭＡＡの導入量は、１．５μｍｏ
ｌ／サイクル、導入時間は７秒とした。ＡｓＨ3の導入
量は７５μｍｏｌ／サイクル、導入時間は５秒とした。
また、水素による置換は２秒行った。各原料ガス導入お
よび水素による置換における全ガス流量は、３．５ｌ／
ｍｉｎとした。１サイクル当たりの成長膜厚は、約０．
２８３ｎｍ／サイクルであり、１サイクル当たり１分子
層の成長が確認された。膜中の炭素濃度をＳＩＭＳ分析
により評価したところ、検出限界の（〜１０15ｃｍ-3）
以下であり、高純度な結晶が得られた。
【００２２】なお、原料ガス導入時間および原料導入量
は、上記実施例に限られない。
は、上記実施例に限られない。
【００２３】実施例１および実施例２においては、Ａｌ
Ａｓ単原子層成長の成長例を記したが、ＡｌＰ、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ等でも同様の効果が得られる。また、原料ガ
ス導入時、または、水素による置換時に基板に対して光
を照射する光励起単原子層成長法においても、同様な効
果が得られる。
Ａｓ単原子層成長の成長例を記したが、ＡｌＰ、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ等でも同様の効果が得られる。また、原料ガ
ス導入時、または、水素による置換時に基板に対して光
を照射する光励起単原子層成長法においても、同様な効
果が得られる。
【００２４】（実施例３）以下、化合物半導体結晶層の
気相成長方法の第二の発明につき、これに用いられる装
置の一部を示す図４ないし図７を参照して説明する。図
４は本発明の一実施例のＧａＡｓ成長のための有機金属
気相成長装置の断面図である。１２はトリメチルアルシ
ン（ＣＨ3）3Ａｓを分解させる装置（ガス分解セル）で
ある。（ＣＨ3）3Ａｓは第１の導入口１３から導入さ
れ、上記分解セル１２で分解されたのち、ＧａＡｓ基板
３の上方で基板の気相成長が施される主面（図の上面）
に対向する導管１４によって該主面上に導かれる。そし
て第２の導入管１５から導入されたトリメチルガリウム
（ＣＨ3）3Ｇａと反応して基板上にＧａＡｓが成長す
る。炭化水素ガスや未反応の原料ガスは装置下部の排気
管１６から排気される。
気相成長方法の第二の発明につき、これに用いられる装
置の一部を示す図４ないし図７を参照して説明する。図
４は本発明の一実施例のＧａＡｓ成長のための有機金属
気相成長装置の断面図である。１２はトリメチルアルシ
ン（ＣＨ3）3Ａｓを分解させる装置（ガス分解セル）で
ある。（ＣＨ3）3Ａｓは第１の導入口１３から導入さ
れ、上記分解セル１２で分解されたのち、ＧａＡｓ基板
３の上方で基板の気相成長が施される主面（図の上面）
に対向する導管１４によって該主面上に導かれる。そし
て第２の導入管１５から導入されたトリメチルガリウム
（ＣＨ3）3Ｇａと反応して基板上にＧａＡｓが成長す
る。炭化水素ガスや未反応の原料ガスは装置下部の排気
管１６から排気される。
【００２５】図５に熱分解のための装置を断面図で示
す。図中２１はタングステン製の熱分解炉、２２は加熱
用ヒーター、２３は熱シールドである。使用時の熱分解
炉の温度は８００℃である。（ＣＨ3）3Ｇａを１ｓｃｃ
ｍ、（ＣＨ3）3Ａｓを５０ｓｃｃｍ、水素キャリアガス
を６００ｓｃｃｍそれぞれ流し、圧力を１０Ｔｏｒｒと
したときＧａＡｓの成長速度は１時間あたり２μｍであ
った。熱分解炉を使用しないときにはＧａＡｓ成長膜は
ｐ型伝導を示し、キャリア濃度は１０17／ｃｍ3であっ
た。一方、熱分解炉を使用したときには１０15／ｃｍ3
と純度が向上した。ただし、成長速度は不変であった。
す。図中２１はタングステン製の熱分解炉、２２は加熱
用ヒーター、２３は熱シールドである。使用時の熱分解
炉の温度は８００℃である。（ＣＨ3）3Ｇａを１ｓｃｃ
ｍ、（ＣＨ3）3Ａｓを５０ｓｃｃｍ、水素キャリアガス
を６００ｓｃｃｍそれぞれ流し、圧力を１０Ｔｏｒｒと
したときＧａＡｓの成長速度は１時間あたり２μｍであ
った。熱分解炉を使用しないときにはＧａＡｓ成長膜は
ｐ型伝導を示し、キャリア濃度は１０17／ｃｍ3であっ
た。一方、熱分解炉を使用したときには１０15／ｃｍ3
と純度が向上した。ただし、成長速度は不変であった。
【００２６】図６に光分解の装置を断面図で示す。図中
３１は内側が鏡面研磨されたステンレスの容器３２は光
を導入するための合成石英の窓、３３はＡｒＦエキシマ
レーザ光である。波長は１９３ｎｍで、（ＣＨ3）3Ａｓ
はレーザ光を吸収して分解する。容器３１の内面３１ａ
を鏡面研磨したのは、光を反射させて閉じ込め光を有効
に使うためである。この方法でも熱分解と同様に高純度
のＧａＡｓ膜が得られた。
３１は内側が鏡面研磨されたステンレスの容器３２は光
を導入するための合成石英の窓、３３はＡｒＦエキシマ
レーザ光である。波長は１９３ｎｍで、（ＣＨ3）3Ａｓ
はレーザ光を吸収して分解する。容器３１の内面３１ａ
を鏡面研磨したのは、光を反射させて閉じ込め光を有効
に使うためである。この方法でも熱分解と同様に高純度
のＧａＡｓ膜が得られた。
【００２７】図７にプラズマ分解の装置を断面図で示
す。図中４１は石英製の容器、４２はプラズマを発生さ
せるためのコイルである。この場合も高純度のＧａＡｓ
膜が得られた。
す。図中４１は石英製の容器、４２はプラズマを発生さ
せるためのコイルである。この場合も高純度のＧａＡｓ
膜が得られた。
【００２８】有機Ｖ族原料としてトリエチルアルシン
（Ｃ2Ｈ5）3Ａｓも同様に有効である。また、リンの原
料としてはトリメチルホスフィン（ＣＨ3）3Ｐ、トリエ
チルホスフィン（Ｃ2Ｈ5）3Ｐが有効である。
（Ｃ2Ｈ5）3Ａｓも同様に有効である。また、リンの原
料としてはトリメチルホスフィン（ＣＨ3）3Ｐ、トリエ
チルホスフィン（Ｃ2Ｈ5）3Ｐが有効である。
【００２９】（実施例４）次に、ＧａＡｓ基板上に、Ａ
ｌ原料にトリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡ）を、Ａｓ
原料にトリメチルアルシン（ＴＭＡｓ）を用い、これら
原料の交互供給法によりＡｌＡｓを単原子層成長させた
実施例を示す。これに用いた有機金属気相成長装置の概
略の断面図を図８に示す。
ｌ原料にトリメチルアミンアラン（ＴＭＡＡ）を、Ａｓ
原料にトリメチルアルシン（ＴＭＡｓ）を用い、これら
原料の交互供給法によりＡｌＡｓを単原子層成長させた
実施例を示す。これに用いた有機金属気相成長装置の概
略の断面図を図８に示す。
【００３０】図示のように、石英製の成長容器５１内の
サセプタ２上に面方位（００１）ＧａＡｓ基板３が設置
される。この基板３は高周波加熱装置コイル４により、
所定の温度に加熱保持される。ＴＭＡＡおよび水素ガス
は、ガス導入口５２より成長容器５１内に導入される。
また、ＴＭＡｓおよび水素ガスもしくは、ＡｓＨ3およ
び水素ガスは、ガス分解セル５３を介し、ガス導入口５
２より成長容器５１内に導入される。成長圧力は、排気
系６の排気速度を調節することにより、所定の成長圧力
に保持される。
サセプタ２上に面方位（００１）ＧａＡｓ基板３が設置
される。この基板３は高周波加熱装置コイル４により、
所定の温度に加熱保持される。ＴＭＡＡおよび水素ガス
は、ガス導入口５２より成長容器５１内に導入される。
また、ＴＭＡｓおよび水素ガスもしくは、ＡｓＨ3およ
び水素ガスは、ガス分解セル５３を介し、ガス導入口５
２より成長容器５１内に導入される。成長圧力は、排気
系６の排気速度を調節することにより、所定の成長圧力
に保持される。
【００３１】実施例１と同様なＧａＡｓ基板の表面処理
を施した後、基板温度を５００℃に下げ、ＴＭＡｓ導入
／水素による置換／ＴＭＡＡ導入／水素による置換を１
サイクルとして、成長圧力を１０Ｔｏｒｒで、２０００
サイクル成長を行った。ＴＭＡＡの導入量は、１．５μ
ｍｏｌ／サイクル、導入時間は７秒とした。ＴＭＡｓの
導入量は、７５μｍｏｌ／サイクル、導入時間は５秒と
した。水素による置換は２秒行った。ガス分解セル温度
は、７００℃に設定し、ＴＭＡｓを供給した。各原料ガ
ス導入および水素による置換における全ガス流量は３．
５ｌ／ｍｉｎとした。１サイクル当たりの成長膜厚は、
約０．２８３ｎｍ／サイクルであり、１サイクル当たり
ＡｌＡｓ１分子層の成長が得られた。膜中の炭素濃度を
ＳＩＭＳ分析により評価したところ、検出限界の（〜１
０15ｃｍ-3）以下であり、高純度な結晶が得られた。な
お、上記分解セル温度は上記実施例の記載に限られな
い。Ｖ族原料に有機化合物を用いても、分解セルを用い
ることにより、炭素濃度の非常に小さい高純度なＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＡｌＰなどの化合物半導体の単原子層成長
が可能になる。
を施した後、基板温度を５００℃に下げ、ＴＭＡｓ導入
／水素による置換／ＴＭＡＡ導入／水素による置換を１
サイクルとして、成長圧力を１０Ｔｏｒｒで、２０００
サイクル成長を行った。ＴＭＡＡの導入量は、１．５μ
ｍｏｌ／サイクル、導入時間は７秒とした。ＴＭＡｓの
導入量は、７５μｍｏｌ／サイクル、導入時間は５秒と
した。水素による置換は２秒行った。ガス分解セル温度
は、７００℃に設定し、ＴＭＡｓを供給した。各原料ガ
ス導入および水素による置換における全ガス流量は３．
５ｌ／ｍｉｎとした。１サイクル当たりの成長膜厚は、
約０．２８３ｎｍ／サイクルであり、１サイクル当たり
ＡｌＡｓ１分子層の成長が得られた。膜中の炭素濃度を
ＳＩＭＳ分析により評価したところ、検出限界の（〜１
０15ｃｍ-3）以下であり、高純度な結晶が得られた。な
お、上記分解セル温度は上記実施例の記載に限られな
い。Ｖ族原料に有機化合物を用いても、分解セルを用い
ることにより、炭素濃度の非常に小さい高純度なＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＡｌＰなどの化合物半導体の単原子層成長
が可能になる。
【００３２】以上の実施例で使用できる原料ガスをまと
めると、形成する膜の種類によって異なるものの、フェ
ニル基を有しIII族元素を含む有機化合物としてフェニ
ルガリウム、フェニルアルミニウム、フェニルインジウ
ム等があり、アミノ基を配位したIII族元素の化合物と
してトリメチルアミンアラン、トリエチルアミンアラ
ン、トリメチルアミンガリウム等がある。さらにＶ族を
含む水素化合物としてアルシン、ホスフィン等があり、
Ｖ族元素を含む有機化合物としてトリメチルアルシン、
トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン等があ
る。
めると、形成する膜の種類によって異なるものの、フェ
ニル基を有しIII族元素を含む有機化合物としてフェニ
ルガリウム、フェニルアルミニウム、フェニルインジウ
ム等があり、アミノ基を配位したIII族元素の化合物と
してトリメチルアミンアラン、トリエチルアミンアラ
ン、トリメチルアミンガリウム等がある。さらにＶ族を
含む水素化合物としてアルシン、ホスフィン等があり、
Ｖ族元素を含む有機化合物としてトリメチルアルシン、
トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン等があ
る。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、原料交互供給法による
化合物半導体の結晶成長において、炭素濃度が低減され
高純度な結晶層を成長することが可能となり、純度の高
い化合物半導体薄膜を提供できる。
化合物半導体の結晶成長において、炭素濃度が低減され
高純度な結晶層を成長することが可能となり、純度の高
い化合物半導体薄膜を提供できる。
【００３４】なお、本発明の第二の発明に係る原料を予
め分解して気相成長を施すことはＭＯＣＶＤ法に限ら
ず、一般の膜エピタキシャル成長に応用できる。
め分解して気相成長を施すことはＭＯＣＶＤ法に限ら
ず、一般の膜エピタキシャル成長に応用できる。
【図１】（ａ）はフェニル基を有する有機金属化合物の
構造式を示す図、（ｂ）はアミノ基が配位した化合物の
構造式を示す図、
構造式を示す図、（ｂ）はアミノ基が配位した化合物の
構造式を示す図、
【図２】（ａ）はフェニルアルミニウムの構造式を示す
図、（ｂ）はトリメチルアミンアランの構造式を示す
図、
図、（ｂ）はトリメチルアミンアランの構造式を示す
図、
【図３】本発明の実施例に使用したＭＯＣＶＤ装置の要
部を示す概略の断面図、
部を示す概略の断面図、
【図４】本発明の実施例に使用したＭＯＣＶＤ装置の要
部を示す概略の断面図、
部を示す概略の断面図、
【図５】本発明に係る実施例の熱分解炉の概略を示す断
面図、
面図、
【図６】本発明に係る実施例の光分解炉の概略を示す断
面図、
面図、
【図７】本発明に係る実施例のプラズマ分解炉の概略を
示す断面図、
示す断面図、
【図８】本発明の実施例に使用したＭＯＣＶＤ装置の要
部を示す概略の断面図、
部を示す概略の断面図、
１、１１、５１ 成長容器 ３ ＧａＡｓ基板 ５、１３、１５ ガス導入口 ６、１６ 排気系 １２ ５３ ガス分解セル ２１ 熱分解炉 ３３ エキシマレーザ光 ４２ プラズマ発生用コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真下 正夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 フェニル基を有しIII族元素を含む有機
金属化合物またはアミノ基が配位したIII族元素の化合
物と、Ｖ族元素を含む水素化合物またはＶ族元素を含む
有機化合物とを所定温度の半導体基板上に交互に供給し
III−Ｖ族化合物半導体結晶層を積層形成する工程を含
む化合物半導体結晶層の気相成長方法。 - 【請求項２】 原料のＶ族元素を含む有機化合物を予め
分解して半導体基板上に供給し気相成長を施すことを特
徴とする化合物半導体結晶層の気相成長方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21910191A JPH0562902A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 化合物半導体結晶層の気相成長方法 |
| US07/858,690 US5300185A (en) | 1991-03-29 | 1992-03-27 | Method of manufacturing III-V group compound semiconductor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21910191A JPH0562902A (ja) | 1991-08-30 | 1991-08-30 | 化合物半導体結晶層の気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0562902A true JPH0562902A (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=16730276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21910191A Pending JPH0562902A (ja) | 1991-03-29 | 1991-08-30 | 化合物半導体結晶層の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0562902A (ja) |
-
1991
- 1991-08-30 JP JP21910191A patent/JPH0562902A/ja active Pending
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