JPH0620046B2 - ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の原子層エピタキシヤル成長方法 - Google Patents
▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の原子層エピタキシヤル成長方法Info
- Publication number
- JPH0620046B2 JPH0620046B2 JP5517287A JP5517287A JPH0620046B2 JP H0620046 B2 JPH0620046 B2 JP H0620046B2 JP 5517287 A JP5517287 A JP 5517287A JP 5517287 A JP5517287 A JP 5517287A JP H0620046 B2 JPH0620046 B2 JP H0620046B2
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- Japan
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- iii
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- compound semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子単位で完全に平坦な成長面を有するIII
−Ｖ族化合物半導体の原子層エピタキシャル層の成長方
法に関するものである。
−Ｖ族化合物半導体の原子層エピタキシャル層の成長方
法に関するものである。
従来のＧａＡｓ等の化合物半導体の薄膜エピタキシャル
層の成長方法としては、構成元素の塩化物，水素化物，
あるいは有機金属化合物のガス状原料を用いる気相エピ
タキシャル成長法（ＶＰＥ法）、また、高真空中で構成
元素をビーム化し、基板結晶上に照射して成長を行う分
子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）などが用いられ
てきた。ところで、これたの成長法では、単分子・原子
層（数Å程度）の成長膜厚の制御となると、流量，圧
力，時間といった要因を極めて精密に制御しなければな
らない。そこで、これらを解決する優れた手法として、
化合物半導体の構成元素、あるいは、その元素を含むガ
スを交互に供給して一原子・分子層ずつ吸着させ全体と
して所望の化合物半導体を成長させる原子層エピタキシ
ャル成長方法（ＡＬＥ法）が提案された〔ツォモ・スン
トラ (T.Suntola)，第16回固体素子・材料コンファレ
ンス(Extended Abstract of the 16th Conference on S
olid State Device and Materials)，Kobe，1984，pp.6
47-650〕。この手法は本発明者等により、III−Ｖ族化
合物半導体の成長にも適用された。この方法によると、
膜厚制御のためには、従来の成長速度を制御する方法と
は異なり、例えば、ＧａＣｌとＡｓＨ３を原料とするＧ
ａＡｓ ＡＬＥ法では、ＶａＣｌの吸着回数のみを制御
することになる。しかも、広い成長温度，流量範囲にお
いて、単分子層単位の成長が可能であり、これによって
膜厚の制御技術は格段に向上した〔碓井(A.Usui)他、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),vol.25,n
o.3,1986,PP.L212-214〕。
層の成長方法としては、構成元素の塩化物，水素化物，
あるいは有機金属化合物のガス状原料を用いる気相エピ
タキシャル成長法（ＶＰＥ法）、また、高真空中で構成
元素をビーム化し、基板結晶上に照射して成長を行う分
子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ法）などが用いられ
てきた。ところで、これたの成長法では、単分子・原子
層（数Å程度）の成長膜厚の制御となると、流量，圧
力，時間といった要因を極めて精密に制御しなければな
らない。そこで、これらを解決する優れた手法として、
化合物半導体の構成元素、あるいは、その元素を含むガ
スを交互に供給して一原子・分子層ずつ吸着させ全体と
して所望の化合物半導体を成長させる原子層エピタキシ
ャル成長方法（ＡＬＥ法）が提案された〔ツォモ・スン
トラ (T.Suntola)，第16回固体素子・材料コンファレ
ンス(Extended Abstract of the 16th Conference on S
olid State Device and Materials)，Kobe，1984，pp.6
47-650〕。この手法は本発明者等により、III−Ｖ族化
合物半導体の成長にも適用された。この方法によると、
膜厚制御のためには、従来の成長速度を制御する方法と
は異なり、例えば、ＧａＣｌとＡｓＨ３を原料とするＧ
ａＡｓ ＡＬＥ法では、ＶａＣｌの吸着回数のみを制御
することになる。しかも、広い成長温度，流量範囲にお
いて、単分子層単位の成長が可能であり、これによって
膜厚の制御技術は格段に向上した〔碓井(A.Usui)他、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),vol.25,n
o.3,1986,PP.L212-214〕。
ところが、このIII族元素の塩化物と、Ｖ族元素、ある
いはその水素化物とを交互に供給するIII−Ｖ族化合物
半導体の原子層エピタキシャル成長技術にも、解決すべ
き幾つかの問題点がある。本発明が解決しようとした問
題点はそのなかでも極めて重要なもので成長面の平坦性
に関するものである。即ち、この成長手法においては、
III族元素の塩化物の基板結晶上への吸着は基板表面の
凹凸をそのまま受け継ぎ、その後Ｖ族元素を供給し、Ｇ
ａ−Ａｓボンドを形成しても、その表面拡散が成長温度
（500℃付近）程度では極めて小さく成長面の平坦化に
は殆ど寄与しない。従って、成長終了後においても成長
面は基板表面の形状をそのまま受け継いでいると考えら
れる。このような成長モードは単に厚い膜を成長させる
時にはあまり問題にならないが、単分子から成る規則性
混晶や超格子を成長させた場合その特徴を十分発揮させ
ることができない。
いはその水素化物とを交互に供給するIII−Ｖ族化合物
半導体の原子層エピタキシャル成長技術にも、解決すべ
き幾つかの問題点がある。本発明が解決しようとした問
題点はそのなかでも極めて重要なもので成長面の平坦性
に関するものである。即ち、この成長手法においては、
III族元素の塩化物の基板結晶上への吸着は基板表面の
凹凸をそのまま受け継ぎ、その後Ｖ族元素を供給し、Ｇ
ａ−Ａｓボンドを形成しても、その表面拡散が成長温度
（500℃付近）程度では極めて小さく成長面の平坦化に
は殆ど寄与しない。従って、成長終了後においても成長
面は基板表面の形状をそのまま受け継いでいると考えら
れる。このような成長モードは単に厚い膜を成長させる
時にはあまり問題にならないが、単分子から成る規則性
混晶や超格子を成長させた場合その特徴を十分発揮させ
ることができない。
本発明の目的は、上記従来技術のかかる欠点を除去し、
原子オーダで完全に平坦な成長面を有するIII−Ｖ族化
合物半導体の原子層エピタキシャル層の成長方法を提供
しようとするものである。
原子オーダで完全に平坦な成長面を有するIII−Ｖ族化
合物半導体の原子層エピタキシャル層の成長方法を提供
しようとするものである。
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体の原子層エピタキシ
ャル成長方法において、先ず、基板結晶上にIII族元素
の塩化物を供給して吸着層を形成した後、気相中のIII
族元素の塩化物を排出し、次にVI族元素、あるいはその
水素化物を基板結晶上に一定時間供給するプロセスを少
なくとも一回以上繰り返し、その後Ｖ族元素、あるいは
その水素化物とIII族元素の塩化物とを交互に供給する
ことによりエピタキシャル成長を行うことを特徴とす
る。
ャル成長方法において、先ず、基板結晶上にIII族元素
の塩化物を供給して吸着層を形成した後、気相中のIII
族元素の塩化物を排出し、次にVI族元素、あるいはその
水素化物を基板結晶上に一定時間供給するプロセスを少
なくとも一回以上繰り返し、その後Ｖ族元素、あるいは
その水素化物とIII族元素の塩化物とを交互に供給する
ことによりエピタキシャル成長を行うことを特徴とす
る。
前述したようにIII族元素の塩化物は基板表面の凹凸を
そのまま受け継ぎ吸着すると考えられる。この後、気相
中のIII族元素の塩化物を排出し、新たにVI族元素、あ
るいはその水素化物を基板結晶上に一定時間供給する
と、これらは吸着したIII族元素の塩化物の塩素をはず
してIII族元素と結合する。ところが、成長温度が高い
とVI族元素は再び気相中に飛び出し、基板表面にはIII
族元素のダングリングボンド(dangling bond)が残る。
ところで、基板表面は原子オーダで平坦でないために、
VI族元素に対して結合しているボンドの数が異なり、成
長温度を適当に選ぶことによって凹凸の窪みに入ったVI
族元素はそのままで、最上部の表面上のVI族元素だけを
外すことが可能である。この後、表面を再びIII族元素
の塩化物にさらすと、VI族元素の上には吸着するが、II
I族元素上の吸着は極めて弱くなり、容易に気相中に飛
び出す。そこで再び表面にVI族元素、あるいはその水素
化物を供給すると上記反応が再現する。このプロセスを
繰り返すことにより、基板の凹んだ部分が次第に埋めら
れ、ついには原子オーダで平坦な表面が得られる。これ
ら一連の反応は、原理からいって平坦な表面が得られた
段階での自動的に止まる自己停止機能を有しているのが
特徴の一つである。
そのまま受け継ぎ吸着すると考えられる。この後、気相
中のIII族元素の塩化物を排出し、新たにVI族元素、あ
るいはその水素化物を基板結晶上に一定時間供給する
と、これらは吸着したIII族元素の塩化物の塩素をはず
してIII族元素と結合する。ところが、成長温度が高い
とVI族元素は再び気相中に飛び出し、基板表面にはIII
族元素のダングリングボンド(dangling bond)が残る。
ところで、基板表面は原子オーダで平坦でないために、
VI族元素に対して結合しているボンドの数が異なり、成
長温度を適当に選ぶことによって凹凸の窪みに入ったVI
族元素はそのままで、最上部の表面上のVI族元素だけを
外すことが可能である。この後、表面を再びIII族元素
の塩化物にさらすと、VI族元素の上には吸着するが、II
I族元素上の吸着は極めて弱くなり、容易に気相中に飛
び出す。そこで再び表面にVI族元素、あるいはその水素
化物を供給すると上記反応が再現する。このプロセスを
繰り返すことにより、基板の凹んだ部分が次第に埋めら
れ、ついには原子オーダで平坦な表面が得られる。これ
ら一連の反応は、原理からいって平坦な表面が得られた
段階での自動的に止まる自己停止機能を有しているのが
特徴の一つである。
次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
実施例１ 本実施例では、ＩｎＰ基板結晶に550℃で原子層エピタ
キシャル成長法により、ＧａＡｓ／ＩｎＡｓ規則性混晶
を成長した場合について述べる。石英製反応管の概略を
第１図に示した。反応室１の上流にＧａソース２、反応
室３の上流にＩｎソース４を置き、それらの上流からＨ
２キャリアガスと共にＨＣｌガスを供給する。この結
果、ＧａＣｌおよびＩｎＣｌが生成され下流に運ばれ
る。一方、反応室５にはＡＨ３あるいはＨ２ＳｅをＨ２
キャリアガスと共に供給する。基板結晶６としてはＩｎ
Ｐ(100)を用いた。反応室の温度は抵抗加熱により制御
し、III族金属ソース部は800℃、基板結晶部は550℃と
した。ガス流量条件は次の通りである。
キシャル成長法により、ＧａＡｓ／ＩｎＡｓ規則性混晶
を成長した場合について述べる。石英製反応管の概略を
第１図に示した。反応室１の上流にＧａソース２、反応
室３の上流にＩｎソース４を置き、それらの上流からＨ
２キャリアガスと共にＨＣｌガスを供給する。この結
果、ＧａＣｌおよびＩｎＣｌが生成され下流に運ばれ
る。一方、反応室５にはＡＨ３あるいはＨ２ＳｅをＨ２
キャリアガスと共に供給する。基板結晶６としてはＩｎ
Ｐ(100)を用いた。反応室の温度は抵抗加熱により制御
し、III族金属ソース部は800℃、基板結晶部は550℃と
した。ガス流量条件は次の通りである。
ＨＣｌ（Ｇａ） 10 cc/min ＨＣｌ（Ｉｎ） 10 cc/min ＰＨ３ 10 cc/min ＡｓＨ３ 10 cc/min Ｈ２Ｓｅ 10 cc/min 全流量（各反応室に対して） 5000 cc/min 成長に際しては、ケミカルエッチングを行った半絶縁性
基板結晶６を先ず反応室５に置き、ＰＨ３気流中で成長
温度まで昇温した。成長温度に達したところで反応室３
にＨＣｌを供給し、一定時間後基板結晶６を反応室３に
移動した。そこで５秒間ＩｎＣｌにさらし、吸着させた
後、基板結晶６を反応室５に戻した。そこでは、表面を
５秒間Ｈ２Ｓｅ雰囲気にさらした。その後再び基板結晶
６を反応室３に移動し、このサイクルを50回繰り返し
た。
基板結晶６を先ず反応室５に置き、ＰＨ３気流中で成長
温度まで昇温した。成長温度に達したところで反応室３
にＨＣｌを供給し、一定時間後基板結晶６を反応室３に
移動した。そこで５秒間ＩｎＣｌにさらし、吸着させた
後、基板結晶６を反応室５に戻した。そこでは、表面を
５秒間Ｈ２Ｓｅ雰囲気にさらした。その後再び基板結晶
６を反応室３に移動し、このサイクルを50回繰り返し
た。
このプロセスが終了した後、通常の原子層エピタキシャ
ル成長法により、ＩｎＣｌ−ＡｓＨ３−ＧａＣｌ−Ａｓ
Ｈ３の順に基板結晶６の移動を繰り返し、先ず高抵抗の
ＧａＡｓ／ＩｎＡｓ規則性混晶を成長させ、次にノンド
ープのＧａＡｓ／ＩｎＡｓ規則性混晶を成長させた。
ル成長法により、ＩｎＣｌ−ＡｓＨ３−ＧａＣｌ−Ａｓ
Ｈ３の順に基板結晶６の移動を繰り返し、先ず高抵抗の
ＧａＡｓ／ＩｎＡｓ規則性混晶を成長させ、次にノンド
ープのＧａＡｓ／ＩｎＡｓ規則性混晶を成長させた。
得られた結晶のホール測定を行った結果、77Ｋにおける
移動度として105cm2/V・sec 台（キャリア濃度：〜1015c
m-3）がコンスタントに得られ、本発明を適用しない場
合の値、104cm/V・sec 台（キャリア濃度：〜1015cm-3）
と比較してその有効性が明らかとなった。
移動度として105cm2/V・sec 台（キャリア濃度：〜1015c
m-3）がコンスタントに得られ、本発明を適用しない場
合の値、104cm/V・sec 台（キャリア濃度：〜1015cm-3）
と比較してその有効性が明らかとなった。
実施例２ 本実施例では、ＧａＡｓ基板結晶に550℃で原子層エピ
タキシャル成長法により、ＩｎＰを成長した場合につい
て述べる。反応管および成長条件は実施例１で用いたも
のと同じである。反応室１の上流にＧａソース２、反応
室３の上流にＩｎソース４を置き、それらの上流からＨ
２キャリアガスと共にＨＣｌガスを供給する。この結
果、ＧａＣｌおよびＩｎＣｌが生成され下流に運ばれ
る。一方、反応室５にはＡｓＨ３，ＰＨＳ３およびＨ２
ＳｅをＨ２キャリアガスと共に供給する。基板結晶６と
してはＧａＡｓ(100)を用いた。反応室の温度は抵抗加
熱により制御し、III族金属ソース部は800℃、基板結晶
部は550℃とした。ガス流量条件は次の通りである。
タキシャル成長法により、ＩｎＰを成長した場合につい
て述べる。反応管および成長条件は実施例１で用いたも
のと同じである。反応室１の上流にＧａソース２、反応
室３の上流にＩｎソース４を置き、それらの上流からＨ
２キャリアガスと共にＨＣｌガスを供給する。この結
果、ＧａＣｌおよびＩｎＣｌが生成され下流に運ばれ
る。一方、反応室５にはＡｓＨ３，ＰＨＳ３およびＨ２
ＳｅをＨ２キャリアガスと共に供給する。基板結晶６と
してはＧａＡｓ(100)を用いた。反応室の温度は抵抗加
熱により制御し、III族金属ソース部は800℃、基板結晶
部は550℃とした。ガス流量条件は次の通りである。
ＨＣｌ（Ｇａ） 10 cc/min ＨＣｌ（Ｉｎ） 10 cc/min ＰＨ３ 10 cc/min Ｈ２Ｓｅ 10 cc/min 全流量（各反応室に対して） 5000 cc/min成長に際し
ては、ケミカルエッチングを行った半絶縁性基板結晶６
を先ず反応室５に置き、成長温度まで昇温した。成長温
度に達したところで反応室１にＨＣｌを供給し、一定時
間後基板結晶６を反応室１に移動した。そこで基板結晶
６を５秒間ＧａＣｌにさらし、吸着させた後、反応室５
に移動した。そこでは、表面を５秒間Ｈ２Ｓｅ雰囲気に
さらした。その後再び基板結晶６を反応室１に移動し、
このサイクルを50回繰り返した。
ては、ケミカルエッチングを行った半絶縁性基板結晶６
を先ず反応室５に置き、成長温度まで昇温した。成長温
度に達したところで反応室１にＨＣｌを供給し、一定時
間後基板結晶６を反応室１に移動した。そこで基板結晶
６を５秒間ＧａＣｌにさらし、吸着させた後、反応室５
に移動した。そこでは、表面を５秒間Ｈ２Ｓｅ雰囲気に
さらした。その後再び基板結晶６を反応室１に移動し、
このサイクルを50回繰り返した。
このプロセスが終了した後、通常の原子層エピタキシャ
ル成長法により、ＩｎＣｌ−ＰＨ３の順に基板結晶６を
移動し、ＩｎＰを成長させた。
ル成長法により、ＩｎＣｌ−ＰＨ３の順に基板結晶６を
移動し、ＩｎＰを成長させた。
得られた結晶を透過電子顕微鏡により格子像を調べた結
果、基板と成長層の界面は一原子のオーダで極めて平坦
なことが確認された。
果、基板と成長層の界面は一原子のオーダで極めて平坦
なことが確認された。
以上述べたように、本発明による成長方法を用いると、
原子オーダで完全に平坦な成長面を有するIII−Ｖ族化
合物半導体の原子層エピタキシャル層が得られ、その結
果、高品質の規則性混晶や超格子構造の成長が可能にな
る。なお、本発明においてはVI族元素およびその水素化
物を用いたが、同様な作用を有する他の元素あるいは化
合物に対しても適用可能であることは勿論、同様な原理
でII−VI族化合物半導体の成長にも適用できる。
原子オーダで完全に平坦な成長面を有するIII−Ｖ族化
合物半導体の原子層エピタキシャル層が得られ、その結
果、高品質の規則性混晶や超格子構造の成長が可能にな
る。なお、本発明においてはVI族元素およびその水素化
物を用いたが、同様な作用を有する他の元素あるいは化
合物に対しても適用可能であることは勿論、同様な原理
でII−VI族化合物半導体の成長にも適用できる。
第１図は本発明による実施例を説明するための図で、石
英製反応管の概略を示したものである。 １，３，５……反応室 ２……Ｇａソース ４……Ｉｎソース ６……基板結晶
英製反応管の概略を示したものである。 １，３，５……反応室 ２……Ｇａソース ４……Ｉｎソース ６……基板結晶
Claims (1)
- 【請求項１】III−Ｖ族化合物半導体の原子層エピタキ
シャル成長方法において、先ず、基板結晶上にIII族元
素の塩化物を供給して吸着層を形成した後、気相中のII
I族元素の塩化物を排出し、次にVI族元素、あるいはそ
の水素化物を基板結晶上に一定時間供給するプロセスを
少なくとも一回以上繰り返し、その後Ｖ族元素、あるい
はその水素化物とIII族元素の塩化物とを交互に供給す
ることによりエピタキシャル成長を行うことを特徴とす
るIII−Ｖ族化合物半導体の原子層エピタキシャル成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5517287A JPH0620046B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の原子層エピタキシヤル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5517287A JPH0620046B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の原子層エピタキシヤル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63222420A JPS63222420A (ja) | 1988-09-16 |
| JPH0620046B2 true JPH0620046B2 (ja) | 1994-03-16 |
Family
ID=12991305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5517287A Expired - Lifetime JPH0620046B2 (ja) | 1987-03-12 | 1987-03-12 | ▲ｉｉｉ▼−▲ｖ▼族化合物半導体の原子層エピタキシヤル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0620046B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6551929B1 (en) | 2000-06-28 | 2003-04-22 | Applied Materials, Inc. | Bifurcated deposition process for depositing refractory metal layers employing atomic layer deposition and chemical vapor deposition techniques |
| US6951804B2 (en) | 2001-02-02 | 2005-10-04 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US6878206B2 (en) | 2001-07-16 | 2005-04-12 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
-
1987
- 1987-03-12 JP JP5517287A patent/JPH0620046B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63222420A (ja) | 1988-09-16 |
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