JPH07120625B2 - 化合物半導体単結晶薄膜の形成方法 - Google Patents
化合物半導体単結晶薄膜の形成方法Info
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- JPH07120625B2 JPH07120625B2 JP59164825A JP16482584A JPH07120625B2 JP H07120625 B2 JPH07120625 B2 JP H07120625B2 JP 59164825 A JP59164825 A JP 59164825A JP 16482584 A JP16482584 A JP 16482584A JP H07120625 B2 JPH07120625 B2 JP H07120625B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は単分子層単位の精度で厚み制御と同時に化学量
論的組成の制御を行なう好適な化合物半導体単結晶薄膜
の形成方法に関する。
論的組成の制御を行なう好適な化合物半導体単結晶薄膜
の形成方法に関する。
従来より、気相エピタキシャル法もしくはCVD法と呼ば
れる薄膜形成方法が知られているが、これらの方法は供
給ガスの量、成長温度および成長時間等の制御により膜
厚をコントロールせざるを得ず、再現性等を考えると、
単分子層単位の精度の薄膜を形成することは非常に困難
である。
れる薄膜形成方法が知られているが、これらの方法は供
給ガスの量、成長温度および成長時間等の制御により膜
厚をコントロールせざるを得ず、再現性等を考えると、
単分子層単位の精度の薄膜を形成することは非常に困難
である。
一方、真空蒸着法を発展させ、超高真空中での結晶成長
させるMBE法は比較的厚さ制御の出来る方法であるが、
真空蒸着を基礎としているため、結晶の品質が表面欠陥
密度やトラップ密度が高い等、化学反応を利用した気相
成長法に劣る。また、膜厚の均一性も悪く、分子線の指
向性を調整する方法が未開発で、蒸着中に試料を回転さ
せる工夫等が必要であり、膜厚の制御も基本的には蒸発
量の制御などによるものであるから、長時間にわたって
蒸発量を一定に保てないあるいは分子線強度モニタの安
定性が良く無い等の理由から、解決すべき問題が多い。
させるMBE法は比較的厚さ制御の出来る方法であるが、
真空蒸着を基礎としているため、結晶の品質が表面欠陥
密度やトラップ密度が高い等、化学反応を利用した気相
成長法に劣る。また、膜厚の均一性も悪く、分子線の指
向性を調整する方法が未開発で、蒸着中に試料を回転さ
せる工夫等が必要であり、膜厚の制御も基本的には蒸発
量の制御などによるものであるから、長時間にわたって
蒸発量を一定に保てないあるいは分子線強度モニタの安
定性が良く無い等の理由から、解決すべき問題が多い。
前記MBE法は同時に各構成元素を真空蒸着するものであ
り、各構成元素を独立に制御しがたく、化合物半導体の
化学量論的組成の制御が困難である。これを改良したの
が原子層エピタキシー法（以後ALE法と呼ぶ）で、T.Sun
tolaがUSP No.4058430（'77）で詳しく説明しているよ
うに、単元素の層を交互に蒸着することにより成長する
もので、各成分元素を独立に制御し得る為、化学量論的
組成の制御も比較的容易である。この方法により、CdT
e、およびZnTe等のII−VI族化合物半導体の薄膜成長に
成功している。しかし、MBE法と同様、真空蒸着を基礎
としているため、結晶性が悪い。一方、蒸着で無く化学
反応を利用したALE法も試みられてはいるが、ZnSのよう
なII−VI族化合物半導体の多結晶、もしくはTa2O5のよ
うな化合物のアモルファスで、単結晶成長には成功して
いない。
り、各構成元素を独立に制御しがたく、化合物半導体の
化学量論的組成の制御が困難である。これを改良したの
が原子層エピタキシー法（以後ALE法と呼ぶ）で、T.Sun
tolaがUSP No.4058430（'77）で詳しく説明しているよ
うに、単元素の層を交互に蒸着することにより成長する
もので、各成分元素を独立に制御し得る為、化学量論的
組成の制御も比較的容易である。この方法により、CdT
e、およびZnTe等のII−VI族化合物半導体の薄膜成長に
成功している。しかし、MBE法と同様、真空蒸着を基礎
としているため、結晶性が悪い。一方、蒸着で無く化学
反応を利用したALE法も試みられてはいるが、ZnSのよう
なII−VI族化合物半導体の多結晶、もしくはTa2O5のよ
うな化合物のアモルファスで、単結晶成長には成功して
いない。
さらにALE法においては、前述のT.Suntlaによる特開昭5
5−130896号公報に記載されているようにキャリアガス
のような成長表面に関して原理的に不活性なガス相媒体
を用いて、拡散バリアを形成しないと、原料ガスの残渣
蒸気によって交換表面反応の反応工程がうまく分離出来
ず、ALE法の長所が消えてしまうという欠点があった。
また、ALE法においては100％の表面被着が出来ず、ガス
導入１サイクル当りの成長が1/3分子層以下の小さい値
となる欠点があった。
5−130896号公報に記載されているようにキャリアガス
のような成長表面に関して原理的に不活性なガス相媒体
を用いて、拡散バリアを形成しないと、原料ガスの残渣
蒸気によって交換表面反応の反応工程がうまく分離出来
ず、ALE法の長所が消えてしまうという欠点があった。
また、ALE法においては100％の表面被着が出来ず、ガス
導入１サイクル当りの成長が1/3分子層以下の小さい値
となる欠点があった。
また、化合物半導体の単結晶薄膜の成長においては化学
量論的組成の制御が重要であり、既に本願発明者等が特
許第1345731号、特許第1426153号等において蒸気圧を制
御して所望の化学量論的組成を得るための気相成長法を
提案している。真空中の成長法であるMBE法やALE法は、
基板表面での蒸気圧についての検討がされてはいない
が、実際にGaAsを真空中で加熱すると600℃以下ではGa
が抜け出し、基板表面に穴が見られ、650℃以上ではAs
が抜け出し、基板表面にはGaのドロップレット（液滴）
が見られるなど、結晶の完全性が失われるな欠点があっ
た。
量論的組成の制御が重要であり、既に本願発明者等が特
許第1345731号、特許第1426153号等において蒸気圧を制
御して所望の化学量論的組成を得るための気相成長法を
提案している。真空中の成長法であるMBE法やALE法は、
基板表面での蒸気圧についての検討がされてはいない
が、実際にGaAsを真空中で加熱すると600℃以下ではGa
が抜け出し、基板表面に穴が見られ、650℃以上ではAs
が抜け出し、基板表面にはGaのドロップレット（液滴）
が見られるなど、結晶の完全性が失われるな欠点があっ
た。
このように、従来技術の気相エピタキシー法、CVD法で
は単分子層精度の膜厚制御は困難である一方、MBE法で
は結晶性に問題があり、また化学量論的組成の制御も困
難で、蒸着によるALE法は結晶性に問題があり、化学反
応によるALE法でも単結晶が成長出来ないという欠点が
あった。
は単分子層精度の膜厚制御は困難である一方、MBE法で
は結晶性に問題があり、また化学量論的組成の制御も困
難で、蒸着によるALE法は結晶性に問題があり、化学反
応によるALE法でも単結晶が成長出来ないという欠点が
あった。
本発明は上記従来技術の欠点を除き、ガス導入１サイク
ルで確実に１分子層の膜厚を自己制御機構で成長させる
ことにより、単分子層単位の精度での膜厚制御と同時
に、化学量論的組成の制御を可能にして、高品質な単結
晶薄膜が均一性良く形成できる方法を提供することを目
的とする。
ルで確実に１分子層の膜厚を自己制御機構で成長させる
ことにより、単分子層単位の精度での膜厚制御と同時
に、化学量論的組成の制御を可能にして、高品質な単結
晶薄膜が均一性良く形成できる方法を提供することを目
的とする。
本発明は化合物半導体の各成分元素を含む分子状ガスを
それぞれ交互に導入し、真空排気するサイクルを繰り返
すことにより、単分子層単位の精度で膜厚制御を行なっ
て単結晶を成長させるが、その際、少なくとも一方の分
子状ガスの蒸気圧を１分子層吸着相当分の膜圧に飽和す
る圧力範囲（以下MLE成長の窓と呼ぶ）よりも極く僅か
高めにし、１分子層吸着層を作る時間を短かくすると共
に、分子状ガスの蒸気圧又は導入時間を調整することに
より、高品質な単結晶薄膜が形成できるようにしたもの
である。
それぞれ交互に導入し、真空排気するサイクルを繰り返
すことにより、単分子層単位の精度で膜厚制御を行なっ
て単結晶を成長させるが、その際、少なくとも一方の分
子状ガスの蒸気圧を１分子層吸着相当分の膜圧に飽和す
る圧力範囲（以下MLE成長の窓と呼ぶ）よりも極く僅か
高めにし、１分子層吸着層を作る時間を短かくすると共
に、分子状ガスの蒸気圧又は導入時間を調整することに
より、高品質な単結晶薄膜が形成できるようにしたもの
である。
即ち、本発明はALE法と同様に、ソースガスの交互導入
による結晶成長ではあるが、ALE法は基板表面に単元素
の層を１層ずつ蒸着して成長するのに対し、本発明で
は、基板の各成分元素を含む分子のガスを交互に導入
し、分子の吸着層を１層ずつ積み、吸着分子の表面泳動
過程や表面反応過程を用いて１サイクル１分子層ずつ単
結晶成長させている点がALE法と異なる。
による結晶成長ではあるが、ALE法は基板表面に単元素
の層を１層ずつ蒸着して成長するのに対し、本発明で
は、基板の各成分元素を含む分子のガスを交互に導入
し、分子の吸着層を１層ずつ積み、吸着分子の表面泳動
過程や表面反応過程を用いて１サイクル１分子層ずつ単
結晶成長させている点がALE法と異なる。
また、本発明においては、これらの表面泳動過程の反応
に要する時間や、吸着分子が表面に滞在し再び離脱する
迄の時間（時定数）について考慮している点がALE法と
異なる。さらに、ALE法では導入量（導入した原子数）
のみが１分子層形成についてのパラメータとして考えら
れているが、本発明では基板表面での蒸気圧を考慮して
いる点がALE法と異なる。
に要する時間や、吸着分子が表面に滞在し再び離脱する
迄の時間（時定数）について考慮している点がALE法と
異なる。さらに、ALE法では導入量（導入した原子数）
のみが１分子層形成についてのパラメータとして考えら
れているが、本発明では基板表面での蒸気圧を考慮して
いる点がALE法と異なる。
その際、表面吸着分子層が１層形成されるためのソース
ガスの蒸気圧、導入時間、導入量を調べ、短時間で成長
でき、しかも化学量論的組成制御可能な条件も見い出し
たものである。
ガスの蒸気圧、導入時間、導入量を調べ、短時間で成長
でき、しかも化学量論的組成制御可能な条件も見い出し
たものである。
以下、本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の１実施例に係る化合物半導体単結晶成
長装置の構成図を示したもので、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内
を超高真空に排気するための排気装置、4,5は例えばIII
−Ｖ族化合物半導体のIII族、Ｖ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III族の成分元素を含むガス状の化合物、1
0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、電線等は省略して図示してい
ない。11は測温用の熱電対、12は化合物半導体の基板、
13は成長槽内の真空度を測るための圧力計である。
長装置の構成図を示したもので、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内
を超高真空に排気するための排気装置、4,5は例えばIII
−Ｖ族化合物半導体のIII族、Ｖ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III族の成分元素を含むガス状の化合物、1
0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、電線等は省略して図示してい
ない。11は測温用の熱電対、12は化合物半導体の基板、
13は成長槽内の真空度を測るための圧力計である。
以上の構成で、成長槽１内の圧力、基板12の加熱温度、
ガスの導入量等をパラメータとして結晶成長状態を調べ
た結果、下記の条件にて結晶成長させると、高品質の単
結晶薄膜を１分子槽単位の精度で形成できることが実験
的に確認できた。即ち、GaAsの単結晶をGaAs基板１上に
エピタキシャル成長させるには、先ず、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12を300〜800℃にヒーター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を成長槽１内の圧力が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１分子層成長
できる。つまりGaAs（100）面上では2.83Å、GaAs（11
1）面上では3.26Åが１サイクルで成長する。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の単結晶成長層を2.83Åとか3.26
Åというような１分子層単位の精度で成長させることが
できる。
ガスの導入量等をパラメータとして結晶成長状態を調べ
た結果、下記の条件にて結晶成長させると、高品質の単
結晶薄膜を１分子槽単位の精度で形成できることが実験
的に確認できた。即ち、GaAsの単結晶をGaAs基板１上に
エピタキシャル成長させるには、先ず、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12を300〜800℃にヒーター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を成長槽１内の圧力が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１分子層成長
できる。つまりGaAs（100）面上では2.83Å、GaAs（11
1）面上では3.26Åが１サイクルで成長する。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の単結晶成長層を2.83Åとか3.26
Åというような１分子層単位の精度で成長させることが
できる。
また、第１図に示したようにノズル４、５の先端を基板
12の表面に近づけノズルの先端開口部が基板12を望むよ
うに配置することにより、原料ガスの基板表面以外の部
分への廻り込みや、成長槽内壁への付着が無くなり、AL
E法のようにガス層媒体の拡散バリアを形成しなくても
交換表面反応が容易に実現できるようになる。
12の表面に近づけノズルの先端開口部が基板12を望むよ
うに配置することにより、原料ガスの基板表面以外の部
分への廻り込みや、成長槽内壁への付着が無くなり、AL
E法のようにガス層媒体の拡散バリアを形成しなくても
交換表面反応が容易に実現できるようになる。
第２図（ａ）〜（ｃ）は、所望の厚さのGaAs単結晶の膜
厚を以上の方法で形成した時の１サイクル当りの成長厚
みをプロットしたもので、同図（ａ）は導入ガス蒸気圧
に応じた図、同図（ｂ）は導入ガス量（蒸気圧と導入時
間の積）に応じた図、同図（ｃ）は導入時間に応じた図
である。
厚を以上の方法で形成した時の１サイクル当りの成長厚
みをプロットしたもので、同図（ａ）は導入ガス蒸気圧
に応じた図、同図（ｂ）は導入ガス量（蒸気圧と導入時
間の積）に応じた図、同図（ｃ）は導入時間に応じた図
である。
同図（ａ）で、Ｐ＝P0からＰ＝P1の範囲の蒸気圧の時、
丁度１分子層吸着層が形成されるMLE成長の第１の窓を
示し、この範囲で蒸気圧が変動しても１サイクル当りの
成長膜厚は１分子層の厚みで一定となる。さらに蒸気圧
を高くしていくと、Ｐ＝P2からＰ＝P3の範囲の蒸気圧に
おいて２分子層１サイクルで吸着層が形成されるMLE成
長の第２の窓が存在することを示している。MLE成長の
第１の窓の圧力より少し高い蒸気圧、すなわちP1より少
し高い蒸気圧P1′で成長させると、ガス導入時間は同図
（ｃ）に示すように大幅に短縮される。１サイクル当り
の成長層厚みは、導入時間に対し、ほぼ対数関数的に飽
和するのであるから飽和値の99.9％から100％までの時
間は非常に長く、少し時間が不足していれば、吸着分子
層に空孔が生じ、化学量論的組成を満足し得なくなる。
逆にP1より非常に高い蒸気圧の元で成長すると、格子間
型欠陥が発生する。化合物半導体の場合、各原料ガスの
供給量を前面に被うに必要な量より過剰に供給すれば自
然に化学量論的組成の結晶が成長するのではない。最適
な蒸気圧より低い蒸気圧で成長させれば主に空孔型欠陥
が生じ、過剰な蒸気圧の元で成長させると主に格子間欠
陥が発生するのである。基板表面にガス分子を導入し、
丁度１分子層吸着層が形成された状態は、ほぼ平衡状態
と考えられるが、さらに真空排気することにより、非平
衡状態になり少し離脱する吸着分子がある。したがっ
て、次の相手の分子のガスが導入されるまでに丁度１分
子層形成されている為には、MLE成長の窓部の範囲内の
蒸気圧よりさらに蒸気圧を余分に加えて、最初は１吸着
分子層分より少し多めに吸着させ、真空排気後、丁度１
吸着分子層が形成されるようにする。
丁度１分子層吸着層が形成されるMLE成長の第１の窓を
示し、この範囲で蒸気圧が変動しても１サイクル当りの
成長膜厚は１分子層の厚みで一定となる。さらに蒸気圧
を高くしていくと、Ｐ＝P2からＰ＝P3の範囲の蒸気圧に
おいて２分子層１サイクルで吸着層が形成されるMLE成
長の第２の窓が存在することを示している。MLE成長の
第１の窓の圧力より少し高い蒸気圧、すなわちP1より少
し高い蒸気圧P1′で成長させると、ガス導入時間は同図
（ｃ）に示すように大幅に短縮される。１サイクル当り
の成長層厚みは、導入時間に対し、ほぼ対数関数的に飽
和するのであるから飽和値の99.9％から100％までの時
間は非常に長く、少し時間が不足していれば、吸着分子
層に空孔が生じ、化学量論的組成を満足し得なくなる。
逆にP1より非常に高い蒸気圧の元で成長すると、格子間
型欠陥が発生する。化合物半導体の場合、各原料ガスの
供給量を前面に被うに必要な量より過剰に供給すれば自
然に化学量論的組成の結晶が成長するのではない。最適
な蒸気圧より低い蒸気圧で成長させれば主に空孔型欠陥
が生じ、過剰な蒸気圧の元で成長させると主に格子間欠
陥が発生するのである。基板表面にガス分子を導入し、
丁度１分子層吸着層が形成された状態は、ほぼ平衡状態
と考えられるが、さらに真空排気することにより、非平
衡状態になり少し離脱する吸着分子がある。したがっ
て、次の相手の分子のガスが導入されるまでに丁度１分
子層形成されている為には、MLE成長の窓部の範囲内の
蒸気圧よりさらに蒸気圧を余分に加えて、最初は１吸着
分子層分より少し多めに吸着させ、真空排気後、丁度１
吸着分子層が形成されるようにする。
MLE成長においては、基板表面に到達する分子の量
（数）が同じであっても、成長時の蒸気圧（原料ガスの
導入圧力）が高くて原料ガスの導入時間が短い場合と、
蒸気圧が低くて導入時間が長い場合とでは結果が違って
くる。それは、あまり導入時間が長くなると表面から再
離脱する分子が増えるため蒸気圧が低すぎればMLE成長
は実現出来なくなるからであり、吸着分子の吸着してい
る時定数より短い時間で、MLE成長に必要な表面反応を
完了しなくてはならないからである。
（数）が同じであっても、成長時の蒸気圧（原料ガスの
導入圧力）が高くて原料ガスの導入時間が短い場合と、
蒸気圧が低くて導入時間が長い場合とでは結果が違って
くる。それは、あまり導入時間が長くなると表面から再
離脱する分子が増えるため蒸気圧が低すぎればMLE成長
は実現出来なくなるからであり、吸着分子の吸着してい
る時定数より短い時間で、MLE成長に必要な表面反応を
完了しなくてはならないからである。
第３図（ａ）〜（ｄ）はそれを模型的に表したもので10
1は基板、102はGaを含む分子、103はAsを含む分子であ
る。同図（ａ）は短時間で、少し多めの吸着層を形成し
たところ、時間が短いので少しむらが生じ、空孔部も見
られるにも拘らず全数は１吸着層よりも少し多い状態と
成った。
1は基板、102はGaを含む分子、103はAsを含む分子であ
る。同図（ａ）は短時間で、少し多めの吸着層を形成し
たところ、時間が短いので少しむらが生じ、空孔部も見
られるにも拘らず全数は１吸着層よりも少し多い状態と
成った。
つまり、MLE成長の窓の範囲内の圧力で原料ガスを導入
した場合は、第３図（ａ）の吸着分子102の第１層しか
できず、極くわずかであるが穴が生じることになる。ML
E成長の窓の範囲以上の圧力を用いた場合は、第３図
（ａ）の吸着分子102の第２層が形成されることにな
る。
した場合は、第３図（ａ）の吸着分子102の第１層しか
できず、極くわずかであるが穴が生じることになる。ML
E成長の窓の範囲以上の圧力を用いた場合は、第３図
（ａ）の吸着分子102の第２層が形成されることにな
る。
巨視的には第２図（ａ）のMLE成長の第１の窓内の圧力
範囲で１分子吸着層が形成されると言って良いが、半導
体工業で要求される微視的見地からは、PPMないしPPBオ
ーダーでの欠陥が問題となる。第３図（ａ）に示したよ
うな穴は、MLE成長の窓内の圧力で導入しても存在する
ことになるのである。
範囲で１分子吸着層が形成されると言って良いが、半導
体工業で要求される微視的見地からは、PPMないしPPBオ
ーダーでの欠陥が問題となる。第３図（ａ）に示したよ
うな穴は、MLE成長の窓内の圧力で導入しても存在する
ことになるのである。
従って、成長槽内の圧力をMLE成長の第１の窓内の圧力
範囲より極わずか高めにした状態で原料ガスを導入して
部分的に吸着分子102の第２層を形成させた後、バルブ
を閉じ真空排気すると、102が少し離脱し、表面泳動
（マイグレーション）によりならされて、真空排気中に
同図（ｂ）に示すように丁度１吸着分子層形成されるよ
うになる。
範囲より極わずか高めにした状態で原料ガスを導入して
部分的に吸着分子102の第２層を形成させた後、バルブ
を閉じ真空排気すると、102が少し離脱し、表面泳動
（マイグレーション）によりならされて、真空排気中に
同図（ｂ）に示すように丁度１吸着分子層形成されるよ
うになる。
次いで、成長槽内の圧力をMLE成長の第２の窓内の圧力
範囲より極わずか高めにした状態で原料ガスを導入して
吸着分子103の第２層を形成させると、吸着分子103も少
し多めに導入されるが、真空排気後ならされて、結果的
には同図（ｄ）に示すように、表面の平坦性等の表面モ
ルフォロジーが良好で、しかも化学量論的組成を満足し
た１分子層が形成される。逆に圧力が少し低めで時間を
長くして丁度１分子層形成しようとすると２桁程度時間
を長くせざるを得ない場合もあり、１サイクル１時間で
成長するという場合も生じ得るが、あまり長時間真空中
に基板をおくと、逆にGaもしくはAsが離脱し、化学量論
的組成がずれたり、成長層表面に穴が生じてしまう。
範囲より極わずか高めにした状態で原料ガスを導入して
吸着分子103の第２層を形成させると、吸着分子103も少
し多めに導入されるが、真空排気後ならされて、結果的
には同図（ｄ）に示すように、表面の平坦性等の表面モ
ルフォロジーが良好で、しかも化学量論的組成を満足し
た１分子層が形成される。逆に圧力が少し低めで時間を
長くして丁度１分子層形成しようとすると２桁程度時間
を長くせざるを得ない場合もあり、１サイクル１時間で
成長するという場合も生じ得るが、あまり長時間真空中
に基板をおくと、逆にGaもしくはAsが離脱し、化学量論
的組成がずれたり、成長層表面に穴が生じてしまう。
MLE成長の窓の範囲内の圧力で、無限に導入時間を長く
しても、PPMないしPPBオーダーの微視的見地から見て10
0％完全な単分子吸着層が出来るのではない。所定の時
定数よりも長い時間導入しても再脱離する分子が存在す
るため必ず穴が存在するのである。
しても、PPMないしPPBオーダーの微視的見地から見て10
0％完全な単分子吸着層が出来るのではない。所定の時
定数よりも長い時間導入しても再脱離する分子が存在す
るため必ず穴が存在するのである。
一方、蒸気圧は２〜３桁変えるのは容易で、蒸気圧を高
くするれば短時間で成長出来、化学量論的組成も制御出
来る。ただし、表面泳動が完了しない程度まで短時間に
しても意味が無い。
くするれば短時間で成長出来、化学量論的組成も制御出
来る。ただし、表面泳動が完了しない程度まで短時間に
しても意味が無い。
結晶成長時に同時に基板表面からGaもしくはAsが離脱す
るが、これを防ぐ為には、各ソースガスの最適の蒸気圧
が存在するので、その各ソースガスの最適蒸気圧で、し
かも１吸着分子層分の膜圧に飽和するMLE成長の窓に相
当する圧力より少し余分にガスが導入されるように時間
を調整すれば、導入した原料ガスの蒸気圧で化学量論的
組成の制御が出来る。
るが、これを防ぐ為には、各ソースガスの最適の蒸気圧
が存在するので、その各ソースガスの最適蒸気圧で、し
かも１吸着分子層分の膜圧に飽和するMLE成長の窓に相
当する圧力より少し余分にガスが導入されるように時間
を調整すれば、導入した原料ガスの蒸気圧で化学量論的
組成の制御が出来る。
さらに以上に述べた半導体結晶成長方法による場合は、
ALE法のようにキャリアガス等のガス相拡数バリアを形
成しなくても良いので、ガス相拡数バリアに用いた不活
性ガスが基板表面に付着して、原料ガスが吸着するのに
障害となるようなこともないので、原料ガスの100％被
着が可能となり、表面モルフォロジーや、結晶の完全性
が向上する。しかも余分な不活性ガスを使わなくても良
いので装置の構成が容易となり、操作も簡単となる。
ALE法のようにキャリアガス等のガス相拡数バリアを形
成しなくても良いので、ガス相拡数バリアに用いた不活
性ガスが基板表面に付着して、原料ガスが吸着するのに
障害となるようなこともないので、原料ガスの100％被
着が可能となり、表面モルフォロジーや、結晶の完全性
が向上する。しかも余分な不活性ガスを使わなくても良
いので装置の構成が容易となり、操作も簡単となる。
以上説明したように本発明によれば、蒸気圧をMLE成長
の窓に相当する圧力より少し高めにすることによる部分
的な多層吸着を用い、結果として、短時間で単結晶薄膜
が成長でき、このため量産性が上がると同時に、化合物
半導体の一方の元素の離脱が防げる。また、成長中での
格子の乱れが少なく、蒸気圧と時間の調整で、最適蒸気
圧で成長出来るので、化学量論的組成の制御が容易で、
結晶性や表面モルフォロジーあるいは面内の膜圧の均一
性が良くなるという効果が得られる。
の窓に相当する圧力より少し高めにすることによる部分
的な多層吸着を用い、結果として、短時間で単結晶薄膜
が成長でき、このため量産性が上がると同時に、化合物
半導体の一方の元素の離脱が防げる。また、成長中での
格子の乱れが少なく、蒸気圧と時間の調整で、最適蒸気
圧で成長出来るので、化学量論的組成の制御が容易で、
結晶性や表面モルフォロジーあるいは面内の膜圧の均一
性が良くなるという効果が得られる。
第１図は本発明の１実施例に拘る結晶成長装置の構成
図、第２図は第１図の装置により形成される１サイクル
当りの成長厚みをプロットした図で、同図（ａ）は対導
入ガス蒸気圧特性図、同図（ｂ）は対ガス導入量特性
図、同図（ｃ）は対ガス導入時間特性図。第３図（ａ）
〜（ｄ）は１分子槽吸着層形成過程説明図である。 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……ガス状の化合
物、10……ヒーター、11……熱電対、12……基板、13…
…圧力計
図、第２図は第１図の装置により形成される１サイクル
当りの成長厚みをプロットした図で、同図（ａ）は対導
入ガス蒸気圧特性図、同図（ｂ）は対ガス導入量特性
図、同図（ｃ）は対ガス導入時間特性図。第３図（ａ）
〜（ｄ）は１分子槽吸着層形成過程説明図である。 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……ガス状の化合
物、10……ヒーター、11……熱電対、12……基板、13…
…圧力計
Claims (1)
- 【請求項１】成長槽内に配置した基板上に化合物半導体
の各成分元素をそれぞれ含む原料ガスをそれぞれバルブ
付きのノズルを介して順次導入する操作を繰り返すこと
により、化合物半導体の単結晶薄膜を形成させる方法に
おいて、 前記成長槽内を超高真空に排気した後、前記化合物半導
体の１成分の元素を含む原料ガスを１分子層吸着する圧
力範囲よりも僅か高めにした圧力で所定時間導入して部
分的に２分子層を形成させた後、前記バルブを閉じて原
料ガスの導入を停止すると共に、前記成長槽内を超高真
空に排気することにより交換表面反応を実現して１分子
層を形成する操作を前記化合物半導体の各成分元素につ
いて順次実行するサイクルを繰り返すことにより、１分
子層単位の精度で化学量論的組成を満たす前記化合物半
導体の単結晶薄膜を形成させることを特徴とする化合物
半導体単結晶薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59164825A JPH07120625B2 (ja) | 1984-08-08 | 1984-08-08 | 化合物半導体単結晶薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59164825A JPH07120625B2 (ja) | 1984-08-08 | 1984-08-08 | 化合物半導体単結晶薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6143413A JPS6143413A (ja) | 1986-03-03 |
| JPH07120625B2 true JPH07120625B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=15800631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59164825A Expired - Lifetime JPH07120625B2 (ja) | 1984-08-08 | 1984-08-08 | 化合物半導体単結晶薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07120625B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5384291B2 (ja) | 2008-11-26 | 2014-01-08 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法及び基板処理装置 |
| JP5011355B2 (ja) * | 2009-07-30 | 2012-08-29 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜方法 |
| JP5356569B2 (ja) * | 2012-04-05 | 2013-12-04 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法及び基板処理方法並びに基板処理装置 |
| JP5557896B2 (ja) * | 2012-12-21 | 2014-07-23 | 株式会社日立国際電気 | 半導体装置の製造方法、基板処理方法および基板処理装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI57975C (fi) * | 1979-02-28 | 1980-11-10 | Lohja Ab Oy | Foerfarande och anordning vid uppbyggande av tunna foereningshinnor |
-
1984
- 1984-08-08 JP JP59164825A patent/JPH07120625B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6143413A (ja) | 1986-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |