JPH0567575A - 半導体薄膜形成方法及び半導体装置 - Google Patents
半導体薄膜形成方法及び半導体装置Info
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- JPH0567575A JPH0567575A JP23004191A JP23004191A JPH0567575A JP H0567575 A JPH0567575 A JP H0567575A JP 23004191 A JP23004191 A JP 23004191A JP 23004191 A JP23004191 A JP 23004191A JP H0567575 A JPH0567575 A JP H0567575A
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- semiconductor
- adsorbed
- regularly
- tibal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】複数種の半導体結晶を混合し新たな性質をもっ
た半導体結晶（混晶）薄膜を作製するにあたり、構成原
子を精密に配置しながら成長させる結晶成長方法を提供
する。 【構成】複数種のＡｌ，Ｇａ等の半導体構成元素を、そ
れぞれの構成元素を含む化合物分子ＴＩＢＡｌ，ＴＥＧ
ａを用いて、分子間の相互作用によりＧａＡｓ等の結晶
表面に規則的に吸着させる。この過程を繰返し、三次元
超格子を作成する。 【効果】構成原子を精密に配置しながら成長する事がで
きるため、構成元素の組成を精密に制御することが可能
となる。また規則的な原子配列を実現することでキャリ
ア移動度などの物性を飛躍的に向上させることができ
る。
た半導体結晶（混晶）薄膜を作製するにあたり、構成原
子を精密に配置しながら成長させる結晶成長方法を提供
する。 【構成】複数種のＡｌ，Ｇａ等の半導体構成元素を、そ
れぞれの構成元素を含む化合物分子ＴＩＢＡｌ，ＴＥＧ
ａを用いて、分子間の相互作用によりＧａＡｓ等の結晶
表面に規則的に吸着させる。この過程を繰返し、三次元
超格子を作成する。 【効果】構成原子を精密に配置しながら成長する事がで
きるため、構成元素の組成を精密に制御することが可能
となる。また規則的な原子配列を実現することでキャリ
ア移動度などの物性を飛躍的に向上させることができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体薄膜の形成法及び
それを用いて作成された半導体装置に関する。
それを用いて作成された半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板上に、成長方向に垂直な方向に、二
種類以上の原子又は分子を規則的に配列する、いわゆ
る、縦型超格子の形成には、従来、微傾斜基板を用い、
成長速度を精密に制御する方法がとられていた。この方
法は、例えば、ジャーナル オブバキューム サイエン
ス テクノロジー（J. Vac. Sci. Technol.）Ｂ６(198
8)１３７３に示されている。この方法を図９により説明
する。微傾斜基板上に数百Åのバッファ層を成長する
と、テラスの幅、すなわち、ステップの幅はほぼ一定に
なり、また、ステップにおける段差はほぼ一原子層にな
る。このような基板上に、表面の全格子点のちょうど半
分の格子点を占めるだけの量のＡｌＡｓを成長すると、
成長は優先的にステップから始まり、二次元的に進み、
テラスのちょうど半分だけがＡｌＡｓの一分子層でおお
われる。次に基板表面の全格子点のちょうど半分の格子
点を占めるだけの量のＧａＡｓを成長すると、ＡｌＡｓ
の場合と同様に成長が進み、テラスの残りの部分がＧａ
Ａｓの一分子層でおおわれる。この成長を繰り返すこと
により、成長方向に垂直な方向にＡｌＡｓ層とＧａＡｓ
層が交互に並んだＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）縦型
超格子を形成することができる。
種類以上の原子又は分子を規則的に配列する、いわゆ
る、縦型超格子の形成には、従来、微傾斜基板を用い、
成長速度を精密に制御する方法がとられていた。この方
法は、例えば、ジャーナル オブバキューム サイエン
ス テクノロジー（J. Vac. Sci. Technol.）Ｂ６(198
8)１３７３に示されている。この方法を図９により説明
する。微傾斜基板上に数百Åのバッファ層を成長する
と、テラスの幅、すなわち、ステップの幅はほぼ一定に
なり、また、ステップにおける段差はほぼ一原子層にな
る。このような基板上に、表面の全格子点のちょうど半
分の格子点を占めるだけの量のＡｌＡｓを成長すると、
成長は優先的にステップから始まり、二次元的に進み、
テラスのちょうど半分だけがＡｌＡｓの一分子層でおお
われる。次に基板表面の全格子点のちょうど半分の格子
点を占めるだけの量のＧａＡｓを成長すると、ＡｌＡｓ
の場合と同様に成長が進み、テラスの残りの部分がＧａ
Ａｓの一分子層でおおわれる。この成長を繰り返すこと
により、成長方向に垂直な方向にＡｌＡｓ層とＧａＡｓ
層が交互に並んだＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）縦型
超格子を形成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、微傾
斜基板上のテラス幅のばらつき、成長速度の揺らぎなど
から、超格子界面の十分な急俊性を得ることができなか
った。また、超格子の周期は微傾斜基板上のテラス幅に
よって決まり、１００Å以下の周期にすることは難し
い。そのため、例えば、量子細線を従来の方法で形成し
た場合には、界面の原子配列の乱れによる散乱のため
に、高い電子移動度を再現性良く得ることは難しい。ま
た、原子配列の乱れの無い量子細線、量子箱を高密度で
得ることも困難であった。
斜基板上のテラス幅のばらつき、成長速度の揺らぎなど
から、超格子界面の十分な急俊性を得ることができなか
った。また、超格子の周期は微傾斜基板上のテラス幅に
よって決まり、１００Å以下の周期にすることは難し
い。そのため、例えば、量子細線を従来の方法で形成し
た場合には、界面の原子配列の乱れによる散乱のため
に、高い電子移動度を再現性良く得ることは難しい。ま
た、原子配列の乱れの無い量子細線、量子箱を高密度で
得ることも困難であった。
【０００４】本発明は、このような問題を解決し、異種
元素間の界面の原子配列の乱れが数原子層以下の縦型超
格子を、最小数Åの周期で形成することを可能とするも
のである。さらに、異なった組成をもつ混晶半導体を一
原子層ずつ成長することも可能であり、いわゆる、三次
元超格子も作成することができる。さらに本発明により
量子細線及び量子箱を形成し、それを用いて高性能の半
導体トランジスタやレーザ装置などの半導体装置を再現
性良く実現することができる。
元素間の界面の原子配列の乱れが数原子層以下の縦型超
格子を、最小数Åの周期で形成することを可能とするも
のである。さらに、異なった組成をもつ混晶半導体を一
原子層ずつ成長することも可能であり、いわゆる、三次
元超格子も作成することができる。さらに本発明により
量子細線及び量子箱を形成し、それを用いて高性能の半
導体トランジスタやレーザ装置などの半導体装置を再現
性良く実現することができる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】複数種の半導体構成元素
を、それぞれの構成元素を含む化合物分子を用いて、分
子間の相互作用により結晶表面に規則的に吸着させる。
を、それぞれの構成元素を含む化合物分子を用いて、分
子間の相互作用により結晶表面に規則的に吸着させる。
【０００６】
【作用】まず、第一の半導体構成元素を、その元素を含
む化合物分子の形で結晶表面に吸着させると、分子間の
相互作用のために、化合物分子は結晶表面に、部分的、
かつ、規則的に吸着する。次に吸着した第一の半導体構
成元素の化合物分子を、より小さな構造にすると、分子
間の反発力は小さくなり、これまで空になっていた格子
点に、第二の半導体構成元素の化合物分子を吸着させる
事が可能になる。このようにして、二種類、もしくはそ
れ以上の半導体構成元素を結晶表面に規則正しく吸着さ
せる事ができる。その際、適当な化合物分子を選択する
ことにより、所望の比率で二種類以上の半導体構成元素
を吸着させることができる。さらに適当な化合物分子を
選択することにより、半導体構成元素の吸着パタン（直
線上，島状など）も選ぶことができる。
む化合物分子の形で結晶表面に吸着させると、分子間の
相互作用のために、化合物分子は結晶表面に、部分的、
かつ、規則的に吸着する。次に吸着した第一の半導体構
成元素の化合物分子を、より小さな構造にすると、分子
間の反発力は小さくなり、これまで空になっていた格子
点に、第二の半導体構成元素の化合物分子を吸着させる
事が可能になる。このようにして、二種類、もしくはそ
れ以上の半導体構成元素を結晶表面に規則正しく吸着さ
せる事ができる。その際、適当な化合物分子を選択する
ことにより、所望の比率で二種類以上の半導体構成元素
を吸着させることができる。さらに適当な化合物分子を
選択することにより、半導体構成元素の吸着パタン（直
線上，島状など）も選ぶことができる。
【０００７】
【実施例】以下本発明の実施例について詳細に説明す
る。
る。
【０００８】＜実施例１＞ＧａＡｓ基板の（００１）面
上にＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）薄膜を成長させ
た。III 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（Ｔ
ＩＢＡｌ：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）とトリエチルガリウム
（ＴＥＧ：(Ｃ2Ｈ5)3Ｇａ）を、Ｖ族原料としてアルシ
ン(ＡｓＨ3）を用いた。
上にＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）薄膜を成長させ
た。III 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（Ｔ
ＩＢＡｌ：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）とトリエチルガリウム
（ＴＥＧ：(Ｃ2Ｈ5)3Ｇａ）を、Ｖ族原料としてアルシ
ン(ＡｓＨ3）を用いた。
【０００９】図６に成長に用いた装置の概略を示す。１
はＧａＡｓ基板、２は高周波コイル、３はレーザ、４は
サセプタである。原料ガスを、コンピュータにより制御
されたバルブ１ないし５の開閉により基板上に導入し、
成長を行った。
はＧａＡｓ基板、２は高周波コイル、３はレーザ、４は
サセプタである。原料ガスを、コンピュータにより制御
されたバルブ１ないし５の開閉により基板上に導入し、
成長を行った。
【００１０】図１に結晶成長の過程を示す。成長温度は
３５０℃である。まず、Ａｓ原子層が表面にでた基板上
にＴＩＢＡｌを導入すると、分子間の反発力のために、
図に示すように部分的に、かつ規則的に基板上に吸着す
る。次にこの基板をＡｒＦエキシマレーザ(波長１９３
ｎｍ)で照射しながらＡsＨ3を導入すると、ＴＩＢＡｌ
からイソブチル基が脱離しＡｓ原子と置き代わり、Ａｌ
とＡｓが結合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、
Ａｌで占有されていない格子点にＧａが吸着する。この
後、レーザを照射しながらＡｓＨ3 を基板上に導入する
と、ＧａとＡｓが結合する。このようにして、同一原子
層中にＡｌとＧａが規則正しく配置した構造が得られ
る。以上の過程を繰り返すことにより、成長方向に垂直
な方向にＡｌとＧａが規則正しく配置した構造を持つＡ
ｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）の混晶半導体が得られ
る。
３５０℃である。まず、Ａｓ原子層が表面にでた基板上
にＴＩＢＡｌを導入すると、分子間の反発力のために、
図に示すように部分的に、かつ規則的に基板上に吸着す
る。次にこの基板をＡｒＦエキシマレーザ(波長１９３
ｎｍ)で照射しながらＡsＨ3を導入すると、ＴＩＢＡｌ
からイソブチル基が脱離しＡｓ原子と置き代わり、Ａｌ
とＡｓが結合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、
Ａｌで占有されていない格子点にＧａが吸着する。この
後、レーザを照射しながらＡｓＨ3 を基板上に導入する
と、ＧａとＡｓが結合する。このようにして、同一原子
層中にＡｌとＧａが規則正しく配置した構造が得られ
る。以上の過程を繰り返すことにより、成長方向に垂直
な方向にＡｌとＧａが規則正しく配置した構造を持つＡ
ｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）の混晶半導体が得られ
る。
【００１１】＜実施例２＞ＧａＡｓ基板の（００１）面
上にＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５) 薄膜を成長させ
た。III 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（Ｔ
ＩＢＡl：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）とトリエチルガリウム
(ＴＥＧ：(Ｃ2Ｈ5)3Ｇａ）を、Ｖ族原料としてアルシン
(ＡｓＨ3）を用いた。
上にＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５) 薄膜を成長させ
た。III 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（Ｔ
ＩＢＡl：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）とトリエチルガリウム
(ＴＥＧ：(Ｃ2Ｈ5)3Ｇａ）を、Ｖ族原料としてアルシン
(ＡｓＨ3）を用いた。
【００１２】図６に成長に用いた装置の概略を示す。１
はＧａＡｓ基板、２は高周波コイル、３はレーザ、４は
サセプタである。原料ガスを、コンピュータにより制御
されたバルブ１および５の開閉により基板上に導入し、
成長を行った。
はＧａＡｓ基板、２は高周波コイル、３はレーザ、４は
サセプタである。原料ガスを、コンピュータにより制御
されたバルブ１および５の開閉により基板上に導入し、
成長を行った。
【００１３】図２に結晶成長の過程を示す。成長温度は
３５０℃である。まず、Ａｓ原子層が表面にでた基板上
にＴＩＢＡｌを導入すると、分子間の反発力のために、
図に示すように部分的に、かつ規則的に基板上に吸着す
る。次にＨＣｌガスを導入すると、ＴＩＢＡｌからイソ
ブチル基が脱離する。その後、ＡｓＨ3 を導入するとＡ
ｌとＡｓが結合する。次にＴＥＧを基板上に導入する
と、Ａｌで占有されていない格子点にＧａが吸着する。
この後ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を照射
しながらＡｓＨ3 を基板上に導入すると、ＧａとＡｓが
結合する。このようにして、同一原子層中にＡｌとＧａ
が規則正しく配置した構造が得られる。以上の過程を繰
り返すことにより、成長方向に垂直な方向にＡｌとＧａ
が規則正しく配置した構造を持つＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組
成：０.５）の混晶半導体が得られる。
３５０℃である。まず、Ａｓ原子層が表面にでた基板上
にＴＩＢＡｌを導入すると、分子間の反発力のために、
図に示すように部分的に、かつ規則的に基板上に吸着す
る。次にＨＣｌガスを導入すると、ＴＩＢＡｌからイソ
ブチル基が脱離する。その後、ＡｓＨ3 を導入するとＡ
ｌとＡｓが結合する。次にＴＥＧを基板上に導入する
と、Ａｌで占有されていない格子点にＧａが吸着する。
この後ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を照射
しながらＡｓＨ3 を基板上に導入すると、ＧａとＡｓが
結合する。このようにして、同一原子層中にＡｌとＧａ
が規則正しく配置した構造が得られる。以上の過程を繰
り返すことにより、成長方向に垂直な方向にＡｌとＧａ
が規則正しく配置した構造を持つＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組
成：０.５）の混晶半導体が得られる。
【００１４】尚、この例ではＴＩＢＡｌからイソブチル
基を脱離するのにＨＣｌガスを用いたが、この代わりに
水素ラジカルを用いることもできる。
基を脱離するのにＨＣｌガスを用いたが、この代わりに
水素ラジカルを用いることもできる。
【００１５】＜実施例３＞ＧａＡｓ基板の（００１）面
上にＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）薄膜を成長させ
た。III 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（Ｔ
ＩＢＡｌ：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）とトリエチルガリウム
（ＴＥＧ：（Ｃ2Ｈ5)3Ｇａ）を、Ｖ族原料としてアルシ
ン(ＡｓＨ3）を用いた。
上にＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）薄膜を成長させ
た。III 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（Ｔ
ＩＢＡｌ：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）とトリエチルガリウム
（ＴＥＧ：（Ｃ2Ｈ5)3Ｇａ）を、Ｖ族原料としてアルシ
ン(ＡｓＨ3）を用いた。
【００１６】図６に成長に用いた装置の概略を示す。１
はＧaＡs基板、２は高周波コイル、３はレーザ、４はサ
セプタである。原料ガスを、コンピュータにより制御さ
れたバルブ１ないし５の開閉により基板上に導入して成
長を行った。
はＧaＡs基板、２は高周波コイル、３はレーザ、４はサ
セプタである。原料ガスを、コンピュータにより制御さ
れたバルブ１ないし５の開閉により基板上に導入して成
長を行った。
【００１７】図３に結晶成長の過程を示す。成長温度は
３５０℃である。まず、Ａｓ原子層が表面にでた基板上
にＴＩＢＡｌを導入すると、分子間の反発力のために、
図に示すように部分的に、かつ規則的に基板上に吸着す
る。次に、ＨＣｌガスを導入すると、ＴＩＢＡｌからイ
ソブチル基が脱離し、代わりに一個の塩素基がＧａと結
合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、Ａｌで占有
されていない格子点にＧａが吸着する。この後ＡｒＦエ
キシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を照射しながらＡｓＨ
3 を基板上に導入すると、Ａｓは塩素基及びエチル基と
入れ替わり、Ａｌ及びＧａと結合する。このようにし
て、同一原子層中にＡｌとＧａが規則正しく配置した構
造が得られる。以上の過程を繰り返すことにより、成長
方向に垂直な方向にＡｌとＧａが規則正しく配置した構
造を持つＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０.５)の混晶半導体
が得られる。
３５０℃である。まず、Ａｓ原子層が表面にでた基板上
にＴＩＢＡｌを導入すると、分子間の反発力のために、
図に示すように部分的に、かつ規則的に基板上に吸着す
る。次に、ＨＣｌガスを導入すると、ＴＩＢＡｌからイ
ソブチル基が脱離し、代わりに一個の塩素基がＧａと結
合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、Ａｌで占有
されていない格子点にＧａが吸着する。この後ＡｒＦエ
キシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を照射しながらＡｓＨ
3 を基板上に導入すると、Ａｓは塩素基及びエチル基と
入れ替わり、Ａｌ及びＧａと結合する。このようにし
て、同一原子層中にＡｌとＧａが規則正しく配置した構
造が得られる。以上の過程を繰り返すことにより、成長
方向に垂直な方向にＡｌとＧａが規則正しく配置した構
造を持つＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成：０.５)の混晶半導体
が得られる。
【００１８】＜実施例４＞ＧａＡｓ基板の（００１）面
上にＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５) 薄膜を成長させ
た。III 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（Ｔ
ＩＢＡｌ：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）とトリエチルガリウム
（ＴＥＧ：（Ｃ2Ｈ5)3Ｇａ）を、Ｖ族原料としてアルシ
ン(ＡｓＨ3) を用いた。
上にＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５) 薄膜を成長させ
た。III 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（Ｔ
ＩＢＡｌ：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）とトリエチルガリウム
（ＴＥＧ：（Ｃ2Ｈ5)3Ｇａ）を、Ｖ族原料としてアルシ
ン(ＡｓＨ3) を用いた。
【００１９】図６に成長に用いた装置の概略を示す。１
はＧａＡｓ基板、２は高周波コイル、３はレーザ、４は
サセプタである。原料ガスを、コンピュータにより制御
されたバルブ１乃至５の開閉により基板上に導入し、成
長を行った。
はＧａＡｓ基板、２は高周波コイル、３はレーザ、４は
サセプタである。原料ガスを、コンピュータにより制御
されたバルブ１乃至５の開閉により基板上に導入し、成
長を行った。
【００２０】図４に結晶成長の過程を示す。成長温度は
３５０℃である。まず、Ａｓ原子層が表面にでた基板上
にＴＩＢＡｌを導入すると、分子間の反発力のために、
図に示すように部分的に、かつ規則的に基板上に吸着す
る。次にこの基板をＡｒＦエキシマレーザ(波長１９３
ｎｍ)で照射しながらＡsＨ3を導入すると、ＴＩＢＡｌ
からイソブチル基が脱離しＡｓ原子と置き代わり、Ａｌ
とＡｓが結合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、
Ａｌで占有されていない格子点にＧａが吸着する。この
後、ＡｓＨ3 を基板上に導入すると、ＧａとＡｓが結合
する。このようにして、同一原子層中にＡｌとＧａが規
則正しく配置した構造が得られる。
３５０℃である。まず、Ａｓ原子層が表面にでた基板上
にＴＩＢＡｌを導入すると、分子間の反発力のために、
図に示すように部分的に、かつ規則的に基板上に吸着す
る。次にこの基板をＡｒＦエキシマレーザ(波長１９３
ｎｍ)で照射しながらＡsＨ3を導入すると、ＴＩＢＡｌ
からイソブチル基が脱離しＡｓ原子と置き代わり、Ａｌ
とＡｓが結合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、
Ａｌで占有されていない格子点にＧａが吸着する。この
後、ＡｓＨ3 を基板上に導入すると、ＧａとＡｓが結合
する。このようにして、同一原子層中にＡｌとＧａが規
則正しく配置した構造が得られる。
【００２１】この層のＧａＡｓ分子の上に、Ａｌ原子を
ＳＴＭにより数十から数百原子おきに配列する。次にＴ
ＩＢＡｌを導入すると、ＳＴＭにより配列したＡｌ原子
を基準としてＴＩＢＡｌが規則正しく吸着する。次にこ
の基板をＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）で照
射しながらＡｓＨ3 を導入すると、ＴＩＢＡｌからイソ
ブチル基が脱離しＡｓ原子と置き代わり、ＡｌとＡｓが
結合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、Ａｌで占
有されていない格子点にＧａが吸着する。この後ＡｓＨ
3を基板上に導入すると、ＧａとＡｓが結合する。
ＳＴＭにより数十から数百原子おきに配列する。次にＴ
ＩＢＡｌを導入すると、ＳＴＭにより配列したＡｌ原子
を基準としてＴＩＢＡｌが規則正しく吸着する。次にこ
の基板をＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）で照
射しながらＡｓＨ3 を導入すると、ＴＩＢＡｌからイソ
ブチル基が脱離しＡｓ原子と置き代わり、ＡｌとＡｓが
結合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、Ａｌで占
有されていない格子点にＧａが吸着する。この後ＡｓＨ
3を基板上に導入すると、ＧａとＡｓが結合する。
【００２２】このようにして、一層ごとに違う配列の超
格子を形成することができる。
格子を形成することができる。
【００２３】＜実施例５＞ＧａＡｓ基板（００１）面上
にｎ型にドーピングしたＡｌＡｓ薄膜を成長させた。II
I 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡ
ｌ：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）を、Ｖ族原料としてアルシン
(ＡｓＨ3）を、ドーパント原料としてモノシラン(Ｓｉ
Ｈ4) を用いた。
にｎ型にドーピングしたＡｌＡｓ薄膜を成長させた。II
I 族原料としてトリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡ
ｌ：（ｉ−Ｃ4Ｈ9)3Ａｌ）を、Ｖ族原料としてアルシン
(ＡｓＨ3）を、ドーパント原料としてモノシラン(Ｓｉ
Ｈ4) を用いた。
【００２４】図５に結晶成長の過程を示す。成長温度は
３５０℃である。まず、基板上にＴＩＢＡlを導入する
と、分子間の反発力のために、図に示すように部分的
に、かつ規則的に基板上に吸着する。次にこの基板をＡ
ｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）で照射しながら
ＡｓＨ3 を導入すると、ＴＩＢＡｌからイソブチル基が
脱離しＡｓ原子と置き代わり、ＡｌとＡｓが結合する。
次に気相中又は基板面上にレーザを照射したままＳｉＨ
4 を基板上に導入すると、Ａｌで占有されていない格子
点にＳｉが吸着する。この後ＡｓＨ3 を基板上に導入す
ると、ＳｉとＡｓが結合する。このようにして、同一原
子層中にＡｌとＳｉが規則正しく配置した構造が得られ
る。以上の過程を繰り返すことにより、成長方向に垂直
な方向にＡｌとドーパント原子が規則正しく配置した構
造を持つｎ型のＡｌＡｓ半導体が得られる。
３５０℃である。まず、基板上にＴＩＢＡlを導入する
と、分子間の反発力のために、図に示すように部分的
に、かつ規則的に基板上に吸着する。次にこの基板をＡ
ｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）で照射しながら
ＡｓＨ3 を導入すると、ＴＩＢＡｌからイソブチル基が
脱離しＡｓ原子と置き代わり、ＡｌとＡｓが結合する。
次に気相中又は基板面上にレーザを照射したままＳｉＨ
4 を基板上に導入すると、Ａｌで占有されていない格子
点にＳｉが吸着する。この後ＡｓＨ3 を基板上に導入す
ると、ＳｉとＡｓが結合する。このようにして、同一原
子層中にＡｌとＳｉが規則正しく配置した構造が得られ
る。以上の過程を繰り返すことにより、成長方向に垂直
な方向にＡｌとドーパント原子が規則正しく配置した構
造を持つｎ型のＡｌＡｓ半導体が得られる。
【００２５】＜実施例６＞本発明の一実施例を図７によ
り説明する。この図はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）の断面図である。まず、半絶
縁性ＧａＡｓ基板上にアンドープＧａＡｓ層（厚さ：６
０００Å），アンドープＡｌＧａＡｓ層(Ａｌ組成：０.
３，厚さ：４０Å）を成長する。この時、最表面はＡｓ
原子層である。この上にＴＩＢＡｌを導入すると、分子
間の反発力のために、部分的、かつ、規則的に基板上に
吸着する。次に、ＨＣｌガスを導入すると、ＴＩＢＡｌ
からイソブチル基が脱離し、代わりに一個の塩素基がＧ
ａと結合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、Ａｌ
で占有されていない格子点にＧａが吸着する。この後、
ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を照射しなが
らＡｓＨ3 を基板上に導入すると、Ａｓは塩素基及びエ
チル基と入れ替わり、Ａｌ及びＧａと結合する。このよ
うにして、同一原子層中にＡｌとＧａが規則正しく配置
した多重量子細線構造が得られる（図７（ｂ））。
り説明する。この図はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ＦＥＴ
（電界効果トランジスタ）の断面図である。まず、半絶
縁性ＧａＡｓ基板上にアンドープＧａＡｓ層（厚さ：６
０００Å），アンドープＡｌＧａＡｓ層(Ａｌ組成：０.
３，厚さ：４０Å）を成長する。この時、最表面はＡｓ
原子層である。この上にＴＩＢＡｌを導入すると、分子
間の反発力のために、部分的、かつ、規則的に基板上に
吸着する。次に、ＨＣｌガスを導入すると、ＴＩＢＡｌ
からイソブチル基が脱離し、代わりに一個の塩素基がＧ
ａと結合する。次にＴＥＧを基板上に導入すると、Ａｌ
で占有されていない格子点にＧａが吸着する。この後、
ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を照射しなが
らＡｓＨ3 を基板上に導入すると、Ａｓは塩素基及びエ
チル基と入れ替わり、Ａｌ及びＧａと結合する。このよ
うにして、同一原子層中にＡｌとＧａが規則正しく配置
した多重量子細線構造が得られる（図７（ｂ））。
【００２６】この上にアンドープＡｌＧａＡｓ層(Ａｌ
組成：０.３，膜厚：４０Å），ＳｉドープＡｌＧａＡ
ｓ層(Ａｌ組成：０.３，膜厚：２５０Å，キャリア濃度
ｎ＝２.３×１０18［１／cm3］），アンドープＡｌＧａ
Ａｓ層(Ａｌ組成：０.３，膜厚：１５０Å），Ｓｉドー
プＡｌＧａＡｓ層(Ａｌ組成：０.３，膜厚：１６００
Å，キャリア濃度ｎ＝３.３×１０18［１／cm3］）が成
長する。
組成：０.３，膜厚：４０Å），ＳｉドープＡｌＧａＡ
ｓ層(Ａｌ組成：０.３，膜厚：２５０Å，キャリア濃度
ｎ＝２.３×１０18［１／cm3］），アンドープＡｌＧａ
Ａｓ層(Ａｌ組成：０.３，膜厚：１５０Å），Ｓｉドー
プＡｌＧａＡｓ層(Ａｌ組成：０.３，膜厚：１６００
Å，キャリア濃度ｎ＝３.３×１０18［１／cm3］）が成
長する。
【００２７】次に、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜 (厚さ：
３０００Å) を形成する。次にホトリソグラフィ・プロ
セス、及びドライエッチによりソース，ドレイン電極，
ゲート電極を図の様に形成する。
３０００Å) を形成する。次にホトリソグラフィ・プロ
セス、及びドライエッチによりソース，ドレイン電極，
ゲート電極を図の様に形成する。
【００２８】このような方法により作製したＦＥＴは、
チャネルが量子細線構造であるため電子の散乱がほとん
ど無く、大きな移動度が得られ、従来のＦＥＴよりも高
い性能を示す。
チャネルが量子細線構造であるため電子の散乱がほとん
ど無く、大きな移動度が得られ、従来のＦＥＴよりも高
い性能を示す。
【００２９】＜実施例７＞本発明の他の実施例を図８に
より説明する。この図はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系量子
井戸箱レーザの断面である。ＳｉドープＧａＡｓ基板
（ｎ型でキャリア濃度ｎ＝４×１０18［１／cm3］）上
にＳｉドープＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ組成：０.４，膜
厚：１５００Å，ｎ型キャリア濃度ｎ＝５×１０17［１
／cm3］）を成長する。
より説明する。この図はＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系量子
井戸箱レーザの断面である。ＳｉドープＧａＡｓ基板
（ｎ型でキャリア濃度ｎ＝４×１０18［１／cm3］）上
にＳｉドープＡｌＧａＡｓ層（Ａｌ組成：０.４，膜
厚：１５００Å，ｎ型キャリア濃度ｎ＝５×１０17［１
／cm3］）を成長する。
【００３０】次にフタロシアニン分子を導入する。これ
は平面分子であり、ＡｌＧａＡｓ層上に平面的に、規則
正しく吸着する（図８（ｂ））。さらにこの状態で、フ
タロシアニン分子により覆われていない、ＡｌＧａＡｓ
表面が表れている部分が存在する。次にＴＥＧを導入す
ると、ＧａはＡｌＧａＡｓ表面が表れた部分にのみ吸着
する。次にＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）で
照射しながらＡｓＨ3を導入すると、フタロシアニン分
子は基板から脱離し、ＧａはＡｓと結合する。次にトリ
エチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）を導入すると、Ａｌは
Ｇａにより覆われていない部分にのみ吸着する。次にレ
ーザで照射しながらＡｓＨ3 を導入すると、ＡｌはＡｓ
と結合する。このようにしてＡｌＡｓの中にＧａＡｓの
島が規則正しく配列したＧａＡｓの量子井戸箱層が得ら
れる（図８（ｃ））。
は平面分子であり、ＡｌＧａＡｓ層上に平面的に、規則
正しく吸着する（図８（ｂ））。さらにこの状態で、フ
タロシアニン分子により覆われていない、ＡｌＧａＡｓ
表面が表れている部分が存在する。次にＴＥＧを導入す
ると、ＧａはＡｌＧａＡｓ表面が表れた部分にのみ吸着
する。次にＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）で
照射しながらＡｓＨ3を導入すると、フタロシアニン分
子は基板から脱離し、ＧａはＡｓと結合する。次にトリ
エチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）を導入すると、Ａｌは
Ｇａにより覆われていない部分にのみ吸着する。次にレ
ーザで照射しながらＡｓＨ3 を導入すると、ＡｌはＡｓ
と結合する。このようにしてＡｌＡｓの中にＧａＡｓの
島が規則正しく配列したＧａＡｓの量子井戸箱層が得ら
れる（図８（ｃ））。
【００３１】この上にＢｅドープＡｌＧａＡｓ層(Ａｌ
組成：０.４，膜厚：１５００Å，ｐ型キャリア濃度ｐ
＝５×１０17［１／cm3］），ＢｅドープＧａＡｓ層
（膜厚：２０００Å，ｐ型キャリア濃度＝１×１０
19［１／cm3］）を成長する。
組成：０.４，膜厚：１５００Å，ｐ型キャリア濃度ｐ
＝５×１０17［１／cm3］），ＢｅドープＧａＡｓ層
（膜厚：２０００Å，ｐ型キャリア濃度＝１×１０
19［１／cm3］）を成長する。
【００３２】このような多重量子井戸箱構造を備えたエ
ピタキシャル結晶に対して、ｎ型オーミック電極を基板
裏面全面に、ｐ型オーミック電極を基板表面の必要領域
にそれぞれ形成したあとに、へき開を行ない、図５に示
したレーザ装置を作製した。このような方法により作製
したレーザ装置は、量子井戸箱層における状態密度がデ
ルタ関数的になるために、発光波長の広がりがほとんど
無くなり、又しきい値電流も大幅に低減化できる。
ピタキシャル結晶に対して、ｎ型オーミック電極を基板
裏面全面に、ｐ型オーミック電極を基板表面の必要領域
にそれぞれ形成したあとに、へき開を行ない、図５に示
したレーザ装置を作製した。このような方法により作製
したレーザ装置は、量子井戸箱層における状態密度がデ
ルタ関数的になるために、発光波長の広がりがほとんど
無くなり、又しきい値電流も大幅に低減化できる。
【００３３】
【発明の効果】本発明により、成長方向に垂直な方向に
複数の原子が規則的に配列した縦型超格子を、従来より
も短い周期で、しかも、界面の急峻性良く作成すること
が可能となり、量子細線，量子箱などの作成に応用する
ことができる。
複数の原子が規則的に配列した縦型超格子を、従来より
も短い周期で、しかも、界面の急峻性良く作成すること
が可能となり、量子細線，量子箱などの作成に応用する
ことができる。
【００３４】また、非常に高濃度にドーピングした層
を、一原子層ずつ制御しながら成長することができる。
を、一原子層ずつ制御しながら成長することができる。
【図１】アンドープＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）縦
型超格子の形成工程図。
型超格子の形成工程図。
【図２】アンドープＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）縦
型超格子の形成工程図。
型超格子の形成工程図。
【図３】アンドープＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）縦
型超格子の形成工程図。
型超格子の形成工程図。
【図４】アンドープＡｌＧａＡｓ(Ａｌ組成：０.５）縦
型超格子の形成工程図。
型超格子の形成工程図。
【図５】ｎ型のＡｌＡｓ半導体の成長過程を示す説明
図。
図。
【図６】成長に用いた装置の概略を示す説明図。
【図７】本発明の一実施例のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
ＦＥＴの作製方法を示す説明図。
ＦＥＴの作製方法を示す説明図。
【図８】本発明の他の実施例のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
系量子井戸箱レーザの作製方法を示す説明図。
系量子井戸箱レーザの作製方法を示す説明図。
【図９】従来の縦型超格子の形成方法を示す説明図。
１…ＧａＡｓ基板、２…高周波コイル、３…レーザ、４
…サセプタ、５…石英反応管。
…サセプタ、５…石英反応管。
Claims (5)
- 【請求項１】半導体構成元素を、その構成元素を含む化
合物分子を用いて、分子間の相互作用により、下地の結
晶表面の原子密度に対して新たに形成する原子層の原子
密度が正確に１／ｎ（ｎ＝１，２，３，４…）になるよ
うに結晶表面に規則的に吸着させることを特徴とする半
導体薄膜形成方法。 - 【請求項２】複数種の半導体構成元素を、それぞれの構
成元素を含む化合物分子を用いて、分子間の相互作用に
より結晶表面に規則的に吸着させることを特徴とする半
導体薄膜形成方法。 - 【請求項３】一種類以上の半導体構成元素と、一種類以
上のドーパントとなる元素を、それぞれの元素を含む化
合物分子を用いて、分子間の相互作用により結晶表面に
規則的に吸着させることを特徴とする半導体薄膜形成方
法。 - 【請求項４】半導体基板の表面に、分子を規則的かつ部
分的に吸着させ、その分子により覆われていない半導体
基板の表面上だけに、半導体構成元素を含む化合物分子
を吸着させることを特徴とする半導体薄膜形成方法。 - 【請求項５】請求項１，２，３または４記載の半導体薄
膜形成方法を用いて作成された半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23004191A JPH0567575A (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 半導体薄膜形成方法及び半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23004191A JPH0567575A (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 半導体薄膜形成方法及び半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0567575A true JPH0567575A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16901641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23004191A Pending JPH0567575A (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | 半導体薄膜形成方法及び半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0567575A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013527596A (ja) * | 2010-03-24 | 2013-06-27 | ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ | 原子層堆積による量子閉じ込め構造の照射誘起核形成 |
-
1991
- 1991-09-10 JP JP23004191A patent/JPH0567575A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013527596A (ja) * | 2010-03-24 | 2013-06-27 | ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ | 原子層堆積による量子閉じ込め構造の照射誘起核形成 |
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