JPH07206595A - 分子線エピタキシャル成長方法 - Google Patents
分子線エピタキシャル成長方法Info
- Publication number
- JPH07206595A JPH07206595A JP46294A JP46294A JPH07206595A JP H07206595 A JPH07206595 A JP H07206595A JP 46294 A JP46294 A JP 46294A JP 46294 A JP46294 A JP 46294A JP H07206595 A JPH07206595 A JP H07206595A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group iii
- molecular beam
- epitaxial growth
- hydride
- iii element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 炭素汚染のない高純度な成長層を得ることが
できる分子線エピタキシャル成長方法を提供することに
ある。 【構成】 III 族元素のソース材料としてIII 族元素の
水素化物を用いてIII −Ｖ族化合物半導体結晶を成長さ
せている。
できる分子線エピタキシャル成長方法を提供することに
ある。 【構成】 III 族元素のソース材料としてIII 族元素の
水素化物を用いてIII −Ｖ族化合物半導体結晶を成長さ
せている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体結晶成長技術に
関し、特にIII −Ｖ族化合物半導体結晶の薄膜を成長さ
せる分子線エピタキシャル成長方法に関するものであ
る。
関し、特にIII −Ｖ族化合物半導体結晶の薄膜を成長さ
せる分子線エピタキシャル成長方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来この種のIII −Ｖ族化合物半導体結
晶の薄膜を成長させる分子線エピタキシャル成長方法は
III 族元素のソース材料としてIII 族元素の有機金属化
合物を用いて行われていた。このエピタキシャル成長方
法の場合、急峻なヘテロ成長界面が形成でき、かつ原料
の交換が容易であるという優れた特徴を有している。
又、この成長法ではトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やト
リエチルガリウム（ＴＥＧ）をIII 族元素のソースとし
て用いることはよく知られている。このトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧ）をIII
族元素のソースとして用いる場合、バックグラウンド不
純物濃度はｐ型１×１０21ｃｍ-3から４×１０14ｃｍ-3
である。
晶の薄膜を成長させる分子線エピタキシャル成長方法は
III 族元素のソース材料としてIII 族元素の有機金属化
合物を用いて行われていた。このエピタキシャル成長方
法の場合、急峻なヘテロ成長界面が形成でき、かつ原料
の交換が容易であるという優れた特徴を有している。
又、この成長法ではトリメチルガリウム（ＴＭＧ）やト
リエチルガリウム（ＴＥＧ）をIII 族元素のソースとし
て用いることはよく知られている。このトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）やトリエチルガリウム（ＴＥＧ）をIII
族元素のソースとして用いる場合、バックグラウンド不
純物濃度はｐ型１×１０21ｃｍ-3から４×１０14ｃｍ-3
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板表
面で有機金属化合物が熱分解する際に発生する炭化水素
の炭素が成長層に取り込まれるため、この成長法で得ら
れる成長層はｐ型不純物である炭素によって汚染され、
高純度な成長層が得られないという問題点があった。ｐ
型不純物濃度においては、最低の場合でも４×１０14ｃ
ｍ-3までしか下がらず、高電子移動度を利用する素子の
能動層としては純度不足である。
面で有機金属化合物が熱分解する際に発生する炭化水素
の炭素が成長層に取り込まれるため、この成長法で得ら
れる成長層はｐ型不純物である炭素によって汚染され、
高純度な成長層が得られないという問題点があった。ｐ
型不純物濃度においては、最低の場合でも４×１０14ｃ
ｍ-3までしか下がらず、高電子移動度を利用する素子の
能動層としては純度不足である。
【０００４】本発明の課題は、上記問題点を解決し、炭
素汚染のない高純度な成長層を得ることができる分子線
エピタキシャル成長方法を提供することにある。
素汚染のない高純度な成長層を得ることができる分子線
エピタキシャル成長方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、III 族
元素のソース材料としてIII 族元素の水素化物を用いて
III −Ｖ族化合物半導体結晶を成長させることを特徴と
する分子線エピタキシャル成長方法が得られる。
元素のソース材料としてIII 族元素の水素化物を用いて
III −Ｖ族化合物半導体結晶を成長させることを特徴と
する分子線エピタキシャル成長方法が得られる。
【０００６】さらに、本発明によれば、前記III 族元素
の水素化物として（ＭＨn ）m ，（ｎ＝１〜３、ｍ＝
１，２、ＭはＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を示す）で表され
る金属水素化物を用いることを特徴とする分子線エピタ
キシャル成長方法が得られる。
の水素化物として（ＭＨn ）m ，（ｎ＝１〜３、ｍ＝
１，２、ＭはＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ等を示す）で表され
る金属水素化物を用いることを特徴とする分子線エピタ
キシャル成長方法が得られる。
【０００７】さらに、本発明によれば、前記III 族元素
の水素化物（ＭＨn ）m は、分子線エピタキシャル成長
室に直接取付けられた反応管内に装着されたIII 族元素
と水素プラズマが所定の反応温度にまで熱せられて反応
して生成され、その後、その生成されたIII 族元素の水
素化物（ＭＨn ）m が基板表面へ供給されることを特徴
とする分子線エピタキシャル成長方法が得られる。
の水素化物（ＭＨn ）m は、分子線エピタキシャル成長
室に直接取付けられた反応管内に装着されたIII 族元素
と水素プラズマが所定の反応温度にまで熱せられて反応
して生成され、その後、その生成されたIII 族元素の水
素化物（ＭＨn ）m が基板表面へ供給されることを特徴
とする分子線エピタキシャル成長方法が得られる。
【０００８】
【作用】本発明による分子線エピタキシャル成長方法で
はIII 族元素のソース材料として有機金属化合物のかわ
りに構成元素に炭素をふくまない水素化物を用いてい
る。その結果、成長層への炭素取り込みのない極めて高
純度の成長層が得られる。またIII 族金属元素の水素化
物は不安定であったり爆発性があったりするため予め容
器につめて輸送し、保存するのには適さない。従って、
III 族金属元素の水素化物は成長用真空槽に直接取り付
けた反応装置から必要な時のみに発生させるようにする
必要がある。
はIII 族元素のソース材料として有機金属化合物のかわ
りに構成元素に炭素をふくまない水素化物を用いてい
る。その結果、成長層への炭素取り込みのない極めて高
純度の成長層が得られる。またIII 族金属元素の水素化
物は不安定であったり爆発性があったりするため予め容
器につめて輸送し、保存するのには適さない。従って、
III 族金属元素の水素化物は成長用真空槽に直接取り付
けた反応装置から必要な時のみに発生させるようにする
必要がある。
【０００９】
【実施例】以下、図１を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。図１は本発明の１実施例を説明する
ための分子線エピタキシャル成長室の構成図である。本
実施例ではＶ族材料には金属状の砒素を用いている。ガ
リウムの水素化物（ＧａＨn ）m （ｎ＝１〜３、ｍ＝
１，２）は、分子線エピタキシャル成長室に直接取付け
られた反応管内に装着されたガリウムと水素プラズマが
所定の反応温度にまで熱せられて反応して生成され、そ
の後、その生成されたガリウムの水素化物（ＧａＨn ）
m （ｎ＝１〜３、ｍ＝１，２）が基板表面へ供給され
る。尚、ガリウムは４００℃まで熱せられているため水
素プラズマと容易に反応し、気体状のガリウム水素化物
が生成される。水素プラズマは停留圧１００Ｔｏｒｒの
水素に３０ｍＡの直流放電を施すことによって発生す
る。これらのガスを高真空中で成長温度に加熱保持され
たガリウム砒素基板に照射してエピタキシャル成長させ
る。
て詳細に説明する。図１は本発明の１実施例を説明する
ための分子線エピタキシャル成長室の構成図である。本
実施例ではＶ族材料には金属状の砒素を用いている。ガ
リウムの水素化物（ＧａＨn ）m （ｎ＝１〜３、ｍ＝
１，２）は、分子線エピタキシャル成長室に直接取付け
られた反応管内に装着されたガリウムと水素プラズマが
所定の反応温度にまで熱せられて反応して生成され、そ
の後、その生成されたガリウムの水素化物（ＧａＨn ）
m （ｎ＝１〜３、ｍ＝１，２）が基板表面へ供給され
る。尚、ガリウムは４００℃まで熱せられているため水
素プラズマと容易に反応し、気体状のガリウム水素化物
が生成される。水素プラズマは停留圧１００Ｔｏｒｒの
水素に３０ｍＡの直流放電を施すことによって発生す
る。これらのガスを高真空中で成長温度に加熱保持され
たガリウム砒素基板に照射してエピタキシャル成長させ
る。
【００１０】分子線エピタキシャル成長室１０には、Ｇ
ａＡｓ基板１３が保持されると共に、成長温度まで加熱
する基板ホルダ１２，砒素分子線源１４、ガリウム水素
化物分子線源１５が設置されている。さらに分子線エピ
タキシャル成長室１０は真空ポンプ１１で高真空に排気
される。砒素分子線源１４は内部に砒素分子（Ａｓ4）
を熱分解させるためのヒータ（図示せず）を備えてお
り、金属砒素から蒸発する砒素分子（Ａｓ4 ）はこのヒ
ータにより９５０℃に加熱、熱分解されて砒素分子（Ａ
ｓ2 ）となる。ガリウム水素化物の導入系は内部にガリ
ウムのルツボおよび水素プラズマ源（図示せず）を有し
水素プラズマとガリウム金属両者の直接反応によりガリ
ウム水素化物（ＧａＨn ）m ，（ｎ＝１〜３，ｍ＝１，
２）が生ずる。
ａＡｓ基板１３が保持されると共に、成長温度まで加熱
する基板ホルダ１２，砒素分子線源１４、ガリウム水素
化物分子線源１５が設置されている。さらに分子線エピ
タキシャル成長室１０は真空ポンプ１１で高真空に排気
される。砒素分子線源１４は内部に砒素分子（Ａｓ4）
を熱分解させるためのヒータ（図示せず）を備えてお
り、金属砒素から蒸発する砒素分子（Ａｓ4 ）はこのヒ
ータにより９５０℃に加熱、熱分解されて砒素分子（Ａ
ｓ2 ）となる。ガリウム水素化物の導入系は内部にガリ
ウムのルツボおよび水素プラズマ源（図示せず）を有し
水素プラズマとガリウム金属両者の直接反応によりガリ
ウム水素化物（ＧａＨn ）m ，（ｎ＝１〜３，ｍ＝１，
２）が生ずる。
【００１１】ＧａＡｓ単結晶薄膜の成長は以下の手順で
行われる。まず化学エッチングと脱ガス処理によって表
面を清浄化したＧａＡｓ基板１３を基板ホルダ１２に装
着し、真空ポンプ１１で高真空に排気する。次にＧａＡ
ｓ基板１３の加熱を開始し、基板温度が４００℃を越え
た時点で砒素分子線源１４を動作させて砒素ビームを照
射し、砒素脱離によるＧａＡｓ基板１３の劣化を防止す
る。基板温度が成長温度に達した後、ガリウム水素化物
がガリウム水素化物分子線源１５から導入されて結晶成
長が行われる。
行われる。まず化学エッチングと脱ガス処理によって表
面を清浄化したＧａＡｓ基板１３を基板ホルダ１２に装
着し、真空ポンプ１１で高真空に排気する。次にＧａＡ
ｓ基板１３の加熱を開始し、基板温度が４００℃を越え
た時点で砒素分子線源１４を動作させて砒素ビームを照
射し、砒素脱離によるＧａＡｓ基板１３の劣化を防止す
る。基板温度が成長温度に達した後、ガリウム水素化物
がガリウム水素化物分子線源１５から導入されて結晶成
長が行われる。
【００１２】このガリウム水素化物をガリウムのソース
材料に用いることによって、炭素汚染のない成長層が得
られた。ＳＩＭＳ測定より成長層の炭素濃度は１×１０
14以下となった。
材料に用いることによって、炭素汚染のない成長層が得
られた。ＳＩＭＳ測定より成長層の炭素濃度は１×１０
14以下となった。
【００１３】上記実施例ではIII −Ｖ族化合物半導体の
例としてガリウム砒素を用いたが他のIII 族原子を含む
化合物半導体を用いてもよい。その場合、ＧａＡｓ基板
１３はそのIII −Ｖ族化合物に相当する基板にかわり、
砒素分子線源１４はＶ族元素の分子線源にかわり、ガリ
ウム水素化物分子線源１５はIII 族元素の水素化物分子
線源にかわる。
例としてガリウム砒素を用いたが他のIII 族原子を含む
化合物半導体を用いてもよい。その場合、ＧａＡｓ基板
１３はそのIII −Ｖ族化合物に相当する基板にかわり、
砒素分子線源１４はＶ族元素の分子線源にかわり、ガリ
ウム水素化物分子線源１５はIII 族元素の水素化物分子
線源にかわる。
【００１４】尚、本実施例ではＧａＡｓ単結晶薄膜の成
長について行なったが、Ｇａ以外の他のIII 族元素を用
いる場合でも金属を変えるだけであり上記同様の効果が
得られる。
長について行なったが、Ｇａ以外の他のIII 族元素を用
いる場合でも金属を変えるだけであり上記同様の効果が
得られる。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、ソース材料としてIII
族元素の水素化物を用いることにより、炭素汚染の全く
ない高純度の成長層が得られる。
族元素の水素化物を用いることにより、炭素汚染の全く
ない高純度の成長層が得られる。
【図１】本発明を実施するための装置の１実施例を示す
分子線エピタキシャル成長室の構成図である。
分子線エピタキシャル成長室の構成図である。
１０ 分子線エピタキシャル成長室 １１ 真空ポンプ １２ 基板ホルダ １３ ＧａＡｓ基板 １４ 砒素分子線源 １５ ガリウム水素化物分子線源
Claims (3)
- 【請求項１】 III 族元素のソース材料としてIII 族元
素の水素化物を用いてIII −Ｖ族化合物半導体結晶を成
長させることを特徴とする分子線エピタキシャル成長方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載の分子線エピタキシャル成
長方法において、前記III 族元素の水素化物として（Ｍ
Ｈn ）m ，（ｎ＝１〜３、ｍ＝１，２、ＭはＢ，Ａｌ，
Ｇａ，Ｉｎ等を示す）で表される金属水素化物を用いる
ことを特徴とする分子線エピタキシャル成長方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の分子線エピタキシャル成
長方法において、前記III 族元素の水素化物（ＭＨn ）
m は、分子線エピタキシャル成長室に直接取付けられた
反応管内に装着されたIII 族元素と水素プラズマが所定
の反応温度にまで熱せられて反応して生成され、その
後、その生成されたIII 族元素の水素化物（ＭＨn ）m
が基板表面へ供給されることを特徴とする分子線エピタ
キシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP46294A JPH07206595A (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP46294A JPH07206595A (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07206595A true JPH07206595A (ja) | 1995-08-08 |
Family
ID=11474468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP46294A Withdrawn JPH07206595A (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07206595A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009227480A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | 水素化ガリウムガスの製造方法および窒化ガリウム結晶の製造方法 |
-
1994
- 1994-01-07 JP JP46294A patent/JPH07206595A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009227480A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Sumitomo Seika Chem Co Ltd | 水素化ガリウムガスの製造方法および窒化ガリウム結晶の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010403 |