JPH0620041B2 - ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents
▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶の成長方法Info
- Publication number
- JPH0620041B2 JPH0620041B2 JP671487A JP671487A JPH0620041B2 JP H0620041 B2 JPH0620041 B2 JP H0620041B2 JP 671487 A JP671487 A JP 671487A JP 671487 A JP671487 A JP 671487A JP H0620041 B2 JPH0620041 B2 JP H0620041B2
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- Japan
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- compound semiconductor
- iii
- gas species
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- 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III−Ｖ族化合物半導体結晶の成長方法に関す
るものである。
るものである。
近年、数原子層以下、さらには単原子層の超薄膜および
その積層構造を有する量子効果素子が提案された。超薄
膜内二次元電子ガスの特異な電気的および光学的性質は
新たなデバイス機能の可能性を示しており、量子井戸レ
ーザなどへの応用に加えて高速新機能の電子／光デバイ
スへの展開が期待されている。
その積層構造を有する量子効果素子が提案された。超薄
膜内二次元電子ガスの特異な電気的および光学的性質は
新たなデバイス機能の可能性を示しており、量子井戸レ
ーザなどへの応用に加えて高速新機能の電子／光デバイ
スへの展開が期待されている。
しかしながら従来の化合物半導体のエピタキシャル成長
方法では実現が難しいという問題を有していた。例えば
MO−CVD方、MBE法においては原料供給量によって成長速
度が決るため、原料供給量を少なくして成長速度を遅く
することによって数原子層レベルの成長制御が可能であ
るが、その供給量の精密なモニターと制御が必要とな
り、単原子層レベルで高い制御精度を得るのは困難であ
る。
方法では実現が難しいという問題を有していた。例えば
MO−CVD方、MBE法においては原料供給量によって成長速
度が決るため、原料供給量を少なくして成長速度を遅く
することによって数原子層レベルの成長制御が可能であ
るが、その供給量の精密なモニターと制御が必要とな
り、単原子層レベルで高い制御精度を得るのは困難であ
る。
そこで最近、スントラ(Suntola) 等によって報告された
原子層エピタキシャル法(ALE法)が注目を集めている
〔第16回個体素子，材料コンファレンス予稿集(T.Sunto
la，Extended Abstract of the 16th Conference on So
lid State Device and Materiales，Kobe，1984，pp.64
7-650)〕。この方法は、化合物半導体の構成元素、ある
いはその元素を含むガス種を交互に導入することにより
一原子層づつ積層して所望の化合物半導体結晶を成長さ
せようとする方法である。この方法によると、膜厚の制
御のためには従来の原料ガスや供給時間で成長速度を制
御する方法とは異なり、ガスの切り替え回数を制御すれ
ばよいことになり、その精度は格段に向上することが期
待される。
原子層エピタキシャル法(ALE法)が注目を集めている
〔第16回個体素子，材料コンファレンス予稿集(T.Sunto
la，Extended Abstract of the 16th Conference on So
lid State Device and Materiales，Kobe，1984，pp.64
7-650)〕。この方法は、化合物半導体の構成元素、ある
いはその元素を含むガス種を交互に導入することにより
一原子層づつ積層して所望の化合物半導体結晶を成長さ
せようとする方法である。この方法によると、膜厚の制
御のためには従来の原料ガスや供給時間で成長速度を制
御する方法とは異なり、ガスの切り替え回数を制御すれ
ばよいことになり、その精度は格段に向上することが期
待される。
またすでに確井等，西沢等によって、原子層エピタキシ
ャル法(ALE法) は一定の領域において原料供給量によら
ず一原子層成長が達成されていることが報告されている
〔ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィ
ジックス（Japanese Journal of Applied Physics）25,
1986，pp.L212-214．ジャーナル オブ ザ エレクト
ロケミカル ソサイエティ(Journal of The Electroche
mical Society)132,1985，pp.1197-12003。〕。
ャル法(ALE法) は一定の領域において原料供給量によら
ず一原子層成長が達成されていることが報告されている
〔ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィ
ジックス（Japanese Journal of Applied Physics）25,
1986，pp.L212-214．ジャーナル オブ ザ エレクト
ロケミカル ソサイエティ(Journal of The Electroche
mical Society)132,1985，pp.1197-12003。〕。
しかしながらＶ族を二種類以上含む超格子構造を有する
III−Ｖ族化合物半導体結晶を原子層エピタキシャル法
にて成長を行うとＶ族元素同士が相互拡散してしまい、
単原子層の急峻性を有する超格子構造を作成することは
できなかった。
III−Ｖ族化合物半導体結晶を原子層エピタキシャル法
にて成長を行うとＶ族元素同士が相互拡散してしまい、
単原子層の急峻性を有する超格子構造を作成することは
できなかった。
本発明の目的はＶ族を二種類以上含む超格子構造を有す
るIII−Ｖ族化合物半導体結晶を原子層エピタキシャル
法にて成長する際に、従来のかかる欠点を除去し、単原
子層の急峻性を有する超格子構造を作成する成長方法を
提供することにある。
るIII−Ｖ族化合物半導体結晶を原子層エピタキシャル
法にて成長する際に、従来のかかる欠点を除去し、単原
子層の急峻性を有する超格子構造を作成する成長方法を
提供することにある。
本発明はＶ族を二種類以上含む超格子構造を有するIII
−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピタキシャル成長法
であって、III族構成元素を含むガス種と、Ｖ族構成元
素を含むガス種との供給を交互に組み返しながら気相成
長を行うIII−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピタキ
シャル成長方法において、III族構成元素：Ａを含む第
一のガス種を供給後、一方のＶ族構成元素：Ｂを含む第
二のガス種を供給し、その後に他方のＶ族構成元素：Ｃ
を含む第三のガス種を供給し、第二のガス種によって供
給されたＶ族元素：Ｂを第三のガス種によって供給され
たＶ族元素：Ｃに置換させることを特徴とするIII−Ｖ
族化合物半導体結晶の成長方法である。
−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピタキシャル成長法
であって、III族構成元素を含むガス種と、Ｖ族構成元
素を含むガス種との供給を交互に組み返しながら気相成
長を行うIII−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピタキ
シャル成長方法において、III族構成元素：Ａを含む第
一のガス種を供給後、一方のＶ族構成元素：Ｂを含む第
二のガス種を供給し、その後に他方のＶ族構成元素：Ｃ
を含む第三のガス種を供給し、第二のガス種によって供
給されたＶ族元素：Ｂを第三のガス種によって供給され
たＶ族元素：Ｃに置換させることを特徴とするIII−Ｖ
族化合物半導体結晶の成長方法である。
III−Ｖ族化合物半導体の原子層エピタキシィーの成長
機構としては、まずIII族構成元素を含むガス種を基板
上に供給し、III族構成元素を含む吸着種を基板上に吸
着させ、Ｖ族構成元素を含むガス種を基板上に供給し、
吸着種と反応させ、III−Ｖ族化合物半導体結晶を一分
子層成長させる。
機構としては、まずIII族構成元素を含むガス種を基板
上に供給し、III族構成元素を含む吸着種を基板上に吸
着させ、Ｖ族構成元素を含むガス種を基板上に供給し、
吸着種と反応させ、III−Ｖ族化合物半導体結晶を一分
子層成長させる。
ここでＶ族を二種類以上含む超格子構造を有するIII−
Ｖ族化合物半導体結晶(A-B)n(A-C)mの原子層エピタキシ
ャル成長を考えると、まずIII族構成元素：Ａを含む第
一のガス種を基板上に供給し、第一の吸着種を基板上に
吸着させ、Ｖ族構成元素：Ｂを含む第二のガス種を基板
上に供給し、第一の吸着種と反応させ、III−Ｖ族化合
物半導体(A−B)結晶を一分子層成長させる。これをｎ回
繰り返すことによって(A-B)nを成長させる。
Ｖ族化合物半導体結晶(A-B)n(A-C)mの原子層エピタキシ
ャル成長を考えると、まずIII族構成元素：Ａを含む第
一のガス種を基板上に供給し、第一の吸着種を基板上に
吸着させ、Ｖ族構成元素：Ｂを含む第二のガス種を基板
上に供給し、第一の吸着種と反応させ、III−Ｖ族化合
物半導体(A−B)結晶を一分子層成長させる。これをｎ回
繰り返すことによって(A-B)nを成長させる。
次にIII族構成元素：Ａを含む第一のガス種を基板上に
供給し、第一の吸着種を基板上に吸着させ、Ｖ族構成元
素：Ｃを含む第三のガス種を基板上に供給し、第一の吸
着種と反応させ、III−Ｖ族化合物半導体(A−C)結晶を
一分子層成長させる。
供給し、第一の吸着種を基板上に吸着させ、Ｖ族構成元
素：Ｃを含む第三のガス種を基板上に供給し、第一の吸
着種と反応させ、III−Ｖ族化合物半導体(A−C)結晶を
一分子層成長させる。
しかしここで、Ｖ族構成元素：Ｃを含む第三のガス種を
基板上に供給時に表面Ａ原子面一原子面下のＢ原子の一
部がＣ原子に置換されてしまい、単原子層の急峻性を有
する超格子構造を作成することはできなかった。
基板上に供給時に表面Ａ原子面一原子面下のＢ原子の一
部がＣ原子に置換されてしまい、単原子層の急峻性を有
する超格子構造を作成することはできなかった。
その理由として、表面Ａ原子面は単なる吸着層に過ぎ
ず、結晶面としてはＢ原子面が露出しているため、Ｂ原
子は比較的容易にＣ原子に置換されてしまう。
ず、結晶面としてはＢ原子面が露出しているため、Ｂ原
子は比較的容易にＣ原子に置換されてしまう。
そこで(A-B)nを成長後、III族構成元素：Ａを含む第一
のガス種を基板上に供給し、第一の吸着種を基板上に吸
着させ、Ｖ族構成元素：Ｂを含む第二のガス種を基板上
に供給し、第一の吸着種と反応させ、III−Ｖ族化合物
半導体(A−B)結晶を一分子層成長させる。
のガス種を基板上に供給し、第一の吸着種を基板上に吸
着させ、Ｖ族構成元素：Ｂを含む第二のガス種を基板上
に供給し、第一の吸着種と反応させ、III−Ｖ族化合物
半導体(A−B)結晶を一分子層成長させる。
しかる後、Ｖ族構成元素：Ｃを含む第三のガス種を基板
上に供給し、Ｂ原子面をＣ原子面に置換してしまう。
上に供給し、Ｂ原子面をＣ原子面に置換してしまう。
このとき、二原子面下のＢ原子はすでに結晶中に取込ま
れているため、Ｃ原子にはほとんど置換しない。
れているため、Ｃ原子にはほとんど置換しない。
その後、III族構成元素：Ａを含む第一のガス種を基板
上に供給し、第一の吸着種を基板上に吸着させ、Ｖ族構
成元素：Ｃを含む第三のガス種を基板上に供給し、第一
の吸着種と反応させ、これをm−1回繰り返すことに、(A
-C)m層を成長させることができる。
上に供給し、第一の吸着種を基板上に吸着させ、Ｖ族構
成元素：Ｃを含む第三のガス種を基板上に供給し、第一
の吸着種と反応させ、これをm−1回繰り返すことに、(A
-C)m層を成長させることができる。
このような成長手法により単原子層の急峻性を有する(A
-B)n(A-C)m超格子構造を作成することが可能となった。
-B)n(A-C)m超格子構造を作成することが可能となった。
以下に本発明の実施例を図によって説明する。
（実施例１） 本実施例ではハロゲン輸送法に基づくALE 法エピタキシ
ャル成長によってGaAsP基板結晶に(GaAs)１(GaP)1層を
成長させた例について述べる。成長装置の概略を第１図
に示した。なお多成長室を有するALE 成長装置について
は確井等によってジャパニーズ ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス（Japanese Journal of Applie
d Physics）25，1986，pp.L212−214に報告されてい
る。この成長装置では、下段の成長室11の上流にGaソー
スボート12を置き、その上流からH2キャリアガスと共に
HCl ガスを供給する。結果、GaClが生成され下流に輸送
される。一方上段の成長室13にはAsの水素化物であるAs
H3とＰの水素化物であるPH3をH2キャリアガスと共に供
給した。AsH3,PH3ガスは反応管中で分解して基板領域で
はAs4,P4となっている。基板結晶14としはGaAsP(100)面
を用いた。反応管の温度は抵抗加熱炉によりGaソース部
は730℃、基板結晶部は500℃に設定した。ガス流量条件
は次のとおりである。
ャル成長によってGaAsP基板結晶に(GaAs)１(GaP)1層を
成長させた例について述べる。成長装置の概略を第１図
に示した。なお多成長室を有するALE 成長装置について
は確井等によってジャパニーズ ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス（Japanese Journal of Applie
d Physics）25，1986，pp.L212−214に報告されてい
る。この成長装置では、下段の成長室11の上流にGaソー
スボート12を置き、その上流からH2キャリアガスと共に
HCl ガスを供給する。結果、GaClが生成され下流に輸送
される。一方上段の成長室13にはAsの水素化物であるAs
H3とＰの水素化物であるPH3をH2キャリアガスと共に供
給した。AsH3,PH3ガスは反応管中で分解して基板領域で
はAs4,P4となっている。基板結晶14としはGaAsP(100)面
を用いた。反応管の温度は抵抗加熱炉によりGaソース部
は730℃、基板結晶部は500℃に設定した。ガス流量条件
は次のとおりである。
ガス種 流量 HCl ２sccm AsH3 ６sccm PH3 ６sccm H2 ５slm まず従来の一般的な成長方法として、下段の成長室11で
GaClを吸着させ、基板を上段の成長室13へ移動して、PH
3を吸着させ、基板を上段の成長室13へ移動して、PH3を
供給し、（GaP）一分子層成長させる。次に再び下段の
成長室11でGaClを吸着させ、基板を上段の成長室13へ移
動して、AsH3を供給し、(GaAs)一分子層成長させる。こ
れらの操作を5000回繰り返した。
GaClを吸着させ、基板を上段の成長室13へ移動して、PH
3を吸着させ、基板を上段の成長室13へ移動して、PH3を
供給し、（GaP）一分子層成長させる。次に再び下段の
成長室11でGaClを吸着させ、基板を上段の成長室13へ移
動して、AsH3を供給し、(GaAs)一分子層成長させる。こ
れらの操作を5000回繰り返した。
得られた結晶をＸ線回折にて組成を調べた結果、(GaAs)
0.7 (GaP)0.3程度の混晶組成を示し、超格子回折線は認
められなかった。
0.7 (GaP)0.3程度の混晶組成を示し、超格子回折線は認
められなかった。
一方本発明による成長手法を用いて以下のような成長を
行った。
行った。
まず下段の成長室11でGaClを吸着させ、基板移動機構部
15を動作させ、基板を上段の成長室13へ移動して、PH3
を供給し、（GaP）一分子層成長させる。次に再び下段
の成長室11でGaClを吸着させ、基板14を上段の成長室13
へ移動して、ここで PH3を供給し、(Gap)一分子層成長
させる。しかる後にPH3をAsH3に切り替え、表面P原子層
をAs原子層に置換して(GaAs)一分子層とする。これらの
操作を5000回繰り返した。
15を動作させ、基板を上段の成長室13へ移動して、PH3
を供給し、（GaP）一分子層成長させる。次に再び下段
の成長室11でGaClを吸着させ、基板14を上段の成長室13
へ移動して、ここで PH3を供給し、(Gap)一分子層成長
させる。しかる後にPH3をAsH3に切り替え、表面P原子層
をAs原子層に置換して(GaAs)一分子層とする。これらの
操作を5000回繰り返した。
得られた結晶をＸ線回折にて組成を調べた結果、(GaAs)
0.5(GaP)0.5 程度の混晶組成を示し、(GaAs)1(GaP)1層
に対応する(300)超格子回折線が認められ、単原子層の
急峻性を有する超格子構造が作成されていることを確認
した。
0.5(GaP)0.5 程度の混晶組成を示し、(GaAs)1(GaP)1層
に対応する(300)超格子回折線が認められ、単原子層の
急峻性を有する超格子構造が作成されていることを確認
した。
（実施例２） 本実施例ではMOCVD法に基づくALE法エピタキシャル成長
によってInAsP基板結晶に(InAs)1(InP)1層を成長させた
例について述べる。成長装置の概略を第２図に示した。
III族原料についてはTEI(トリエチルインジウム)を用
い、Ｖ族原料についてはAsH3，PH3を用いた。基板結晶1
4としてはInAsP(100) 面を用いた。基板結晶14はカーボ
ンサセプタ16上に設置し、高周波加熱コイル17に通電し
て高周波加熱により基板温度を500℃とした。ガス分圧
条件は次のとおりである。
によってInAsP基板結晶に(InAs)1(InP)1層を成長させた
例について述べる。成長装置の概略を第２図に示した。
III族原料についてはTEI(トリエチルインジウム)を用
い、Ｖ族原料についてはAsH3，PH3を用いた。基板結晶1
4としてはInAsP(100) 面を用いた。基板結晶14はカーボ
ンサセプタ16上に設置し、高周波加熱コイル17に通電し
て高周波加熱により基板温度を500℃とした。ガス分圧
条件は次のとおりである。
ガス種 分圧 TEI ５×10-6atm AsH3 ５×10-4atm PH3 １×10-3atm H2 ５slm まず従来の一般的な成長方法として、TEI を供給して、
つぎにPH3を供給し、再び、TEIを供給して、AsH3を供給
する。これらの操作を5000回繰り返した。
つぎにPH3を供給し、再び、TEIを供給して、AsH3を供給
する。これらの操作を5000回繰り返した。
得られた結晶をＸ線回折にて組成を調べた結果、(GaAs)
0.7 (GaP0.3程度の混晶組成を示し、超格子回折線は認
められなかった。
0.7 (GaP0.3程度の混晶組成を示し、超格子回折線は認
められなかった。
一方本発明による成長手法を用いて以下のような成長を
行った。
行った。
まずTEIを供給して、つぎにPH3を供給し、(GaP)一分子
層成長させる。再びTEIを供給して、PH3を供給し(GaP)
一分子層成長させる。ここでPH3をAsH３に切り替えて表
面P原子層をAs原子層に置換して(GaAs)一分子層とす
る。これらの操作を5000回繰り返した。
層成長させる。再びTEIを供給して、PH3を供給し(GaP)
一分子層成長させる。ここでPH3をAsH３に切り替えて表
面P原子層をAs原子層に置換して(GaAs)一分子層とす
る。これらの操作を5000回繰り返した。
得られた結晶をＸ線回折にて組成を調べた結果、(GaAs)
0.5(GaP)0.5 程度の混晶組成を示し、(GaAs)1(GaP)1層
に対応する(300)超格子回折線が認められ、単原子層の
急峻性を有する超格子構造が作成されていることを確認
した。
0.5(GaP)0.5 程度の混晶組成を示し、(GaAs)1(GaP)1層
に対応する(300)超格子回折線が認められ、単原子層の
急峻性を有する超格子構造が作成されていることを確認
した。
以上述べたように、本発明によるIII−Ｖ族化合物半導
体結晶の成長方法によればＶ族を二種類以上含む超格子
構造を有するIII−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピ
タキシャル成長方法において、Ｖ族元素同士の相互拡散
がなく、単原子層の急峻性を有する超格子構造を作成す
ることができる効果を有する。
体結晶の成長方法によればＶ族を二種類以上含む超格子
構造を有するIII−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピ
タキシャル成長方法において、Ｖ族元素同士の相互拡散
がなく、単原子層の急峻性を有する超格子構造を作成す
ることができる効果を有する。
第１図は本発明の実施例１を説明するためのGaAsP のハ
ロゲン輸送法に基づく原子層エピタキシャル成長装置の
概略図、第２図は本発明の実施例２を説明するためのIn
AsPのMO−CVD法に基づく原子量エピタキシャル成長装置
の概略図である。 11……下段成長室、12……Gaソースボート 13……上段成長室、14……基板結晶 15……基板移動機構部、16……カーボンサセプター 17……高周波加熱コイル
ロゲン輸送法に基づく原子層エピタキシャル成長装置の
概略図、第２図は本発明の実施例２を説明するためのIn
AsPのMO−CVD法に基づく原子量エピタキシャル成長装置
の概略図である。 11……下段成長室、12……Gaソースボート 13……上段成長室、14……基板結晶 15……基板移動機構部、16……カーボンサセプター 17……高周波加熱コイル
Claims (2)
- 【請求項１】III族構成元素を含むガス種と、Ｖ族構成
元素を含むガス種との供給を交互に繰り返しながら気相
成長を行うIII−Ｖ族化合物半導体結晶の原子層エピタ
キシャル成長方法において、III族構成元素：Ａを含む
第一のガス種を供給後、Ｖ族構成元素：Ｂを含む第二の
ガス種を供給し、その後にＶ族構成元素：Ｃを含む第三
のガス種を供給して、第二のガス種によって供給された
Ｖ族元素：Ｂを第三のガス種によって供給されたＶ族元
素：Ｃに置換させることを特徴とするIII−Ｖ族化合物
半導体結晶の成長方法。 - 【請求項２】前記III−Ｖ族化合物半導体結晶がＶ族を
二種類以上を含む超格子構造を有する特許請求の範囲第
１項記載のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP671487A JPH0620041B2 (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP671487A JPH0620041B2 (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63174313A JPS63174313A (ja) | 1988-07-18 |
| JPH0620041B2 true JPH0620041B2 (ja) | 1994-03-16 |
Family
ID=11645935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP671487A Expired - Lifetime JPH0620041B2 (ja) | 1987-01-13 | 1987-01-13 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0620041B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0462834A (ja) * | 1990-06-25 | 1992-02-27 | Nec Corp | 半導体薄膜の製造方法 |
-
1987
- 1987-01-13 JP JP671487A patent/JPH0620041B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63174313A (ja) | 1988-07-18 |
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