JPH07326576A - 3−5族化合物半導体の薄膜成長方法 - Google Patents
3−5族化合物半導体の薄膜成長方法Info
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- JPH07326576A JPH07326576A JP11640094A JP11640094A JPH07326576A JP H07326576 A JPH07326576 A JP H07326576A JP 11640094 A JP11640094 A JP 11640094A JP 11640094 A JP11640094 A JP 11640094A JP H07326576 A JPH07326576 A JP H07326576A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、3−5族化合物半導体の薄膜成長方
法において、より低温の成長温度で高品質の化合物半導
体膜を成長させる。 【構成】ガスセル13よりアルシンを、ガスセル12よ
りTEGを供給して基板ホルダ11に保持されたGaA
s基板1上にGaAs薄膜を形成する際に、3族原料供
給時に電子銃14から電子線を基板1に照射する。
法において、より低温の成長温度で高品質の化合物半導
体膜を成長させる。 【構成】ガスセル13よりアルシンを、ガスセル12よ
りTEGを供給して基板ホルダ11に保持されたGaA
s基板1上にGaAs薄膜を形成する際に、3族原料供
給時に電子銃14から電子線を基板1に照射する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機金属原料を用いる
3−5族化合物半導体の薄膜成長方法に関する。
3−5族化合物半導体の薄膜成長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】有機金属気相成長法(MOVPE)や有
機金属分子線エピタキシー法(MOMBE)など3族原
料に有機金属を用いる薄膜成長法は、多数枚成長がで
き、選択成長性も優れているなど多くの利点があるた
め、光デバイスや低雑音デバイスの素子の作製に広く用
いられている。
機金属分子線エピタキシー法(MOMBE)など3族原
料に有機金属を用いる薄膜成長法は、多数枚成長がで
き、選択成長性も優れているなど多くの利点があるた
め、光デバイスや低雑音デバイスの素子の作製に広く用
いられている。
【0003】3族の有機金属化合物の中で一般に用いら
れるものは、Ga原料としてトリメチルガリウム(TM
G),トリエチルガリウム(TEG)、Al原料として
トリメチルアルミニウム(TMA),トリエチルアルミ
ニウム(TEA)、In原料としてトリメチルイジウム
(TMI),トリエチルイジウム(TEI)等である。
また5族原料としては、アルシン(AsH3 ),ホスフ
ィン(PH3 )等の水素化物が用いられる場合が多い。
れるものは、Ga原料としてトリメチルガリウム(TM
G),トリエチルガリウム(TEG)、Al原料として
トリメチルアルミニウム(TMA),トリエチルアルミ
ニウム(TEA)、In原料としてトリメチルイジウム
(TMI),トリエチルイジウム(TEI)等である。
また5族原料としては、アルシン(AsH3 ),ホスフ
ィン(PH3 )等の水素化物が用いられる場合が多い。
【0004】最近では、3族原料からのカーボンの混入
を抑えるため、3族原料の水素化物GaH3 ,AlH3
と5族有機化合物とを結合させ、錯体として安定化させ
た新物質を膜成長に用いる試みが行われている。この新
物質の代表的なものにトリメチルアミンアラン(TMA
A)があり、化学式は、AlH3 :N(CH3 )3 と表
記される。
を抑えるため、3族原料の水素化物GaH3 ,AlH3
と5族有機化合物とを結合させ、錯体として安定化させ
た新物質を膜成長に用いる試みが行われている。この新
物質の代表的なものにトリメチルアミンアラン(TMA
A)があり、化学式は、AlH3 :N(CH3 )3 と表
記される。
【0005】この物質は、通常の有機原料と異なりAl
とカーボン(C)との直接的な結合がないため、膜中に
取り込まれるCが少ないという利点を有している。この
物質については、例えばシー・アール・アバーナシー
他、アプライド・フィジックス・レターズ(C.R.A
bernathy et.al:Applied Ph
ysics Letters)56pp2654−26
56(1990)に報告されている。また、トリメチル
アミンアランの他に、ジメチルアミンガラン[Ga
H3 :N(CH3 )2 ]等、他の錯体化合物を用いた膜
成長も試みられている。
とカーボン(C)との直接的な結合がないため、膜中に
取り込まれるCが少ないという利点を有している。この
物質については、例えばシー・アール・アバーナシー
他、アプライド・フィジックス・レターズ(C.R.A
bernathy et.al:Applied Ph
ysics Letters)56pp2654−26
56(1990)に報告されている。また、トリメチル
アミンアランの他に、ジメチルアミンガラン[Ga
H3 :N(CH3 )2 ]等、他の錯体化合物を用いた膜
成長も試みられている。
【0006】上述したこれらの原料を用いて、MOVP
EやMOMBEで最近活発に行われている薄膜の成長法
として選択成長がある。選択成長は、まず素子を構成す
る下層を形成しておき、不要な部分をSiO2 などの絶
縁物でマスクして、必要な部分だけに別の層を成長させ
る方法である。
EやMOMBEで最近活発に行われている薄膜の成長法
として選択成長がある。選択成長は、まず素子を構成す
る下層を形成しておき、不要な部分をSiO2 などの絶
縁物でマスクして、必要な部分だけに別の層を成長させ
る方法である。
【0007】例えば図3に示す高電子移動度トランジス
タ(HEMT)において、i−GaAsバッファー層2
上のi−GaAsチャネル層6及びn−AlGaAs電
子供給層7の両側面に形成するコンタクト層のみに高ド
ープのGaAs層4を選択成長すれば、ソース抵抗を低
減でき、デバイス特性を向上させることができる。
タ(HEMT)において、i−GaAsバッファー層2
上のi−GaAsチャネル層6及びn−AlGaAs電
子供給層7の両側面に形成するコンタクト層のみに高ド
ープのGaAs層4を選択成長すれば、ソース抵抗を低
減でき、デバイス特性を向上させることができる。
【0008】尚図3において1はGaAs基板,8はT
iAlやWSiからなるゲートメタルである。
iAlやWSiからなるゲートメタルである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】薄膜を選択成長させる
場合、低温成長ができることは重要である。例えば図3
に示したHEMT製造工程における選択成長の場合、す
でにデバイス構造が形成されているため、再成長プロセ
スを600℃程度の高温で行うと、下地のバッファー層
2やチャネル層6,電子供給層7のエピタキシャル層の
組成やキャリア濃度が拡散によって変わってしまうこと
がある。またすでにゲートメタル8などが付けてある場
合、メタル/半導体界面の電気的特性が500℃以上の
高温では劣化するという問題がある。従ってGaAs膜
の場合、再成長は500℃以下で行うことが望ましい
が、TMGやTEGのような通常の有機原料を用いて5
00℃以下の低温成長を行うと、3族元素と有機化合物
の結合が完全に切れないため、膜中にCが残留し、高純
度化ができないという問題がある。
場合、低温成長ができることは重要である。例えば図3
に示したHEMT製造工程における選択成長の場合、す
でにデバイス構造が形成されているため、再成長プロセ
スを600℃程度の高温で行うと、下地のバッファー層
2やチャネル層6,電子供給層7のエピタキシャル層の
組成やキャリア濃度が拡散によって変わってしまうこと
がある。またすでにゲートメタル8などが付けてある場
合、メタル/半導体界面の電気的特性が500℃以上の
高温では劣化するという問題がある。従ってGaAs膜
の場合、再成長は500℃以下で行うことが望ましい
が、TMGやTEGのような通常の有機原料を用いて5
00℃以下の低温成長を行うと、3族元素と有機化合物
の結合が完全に切れないため、膜中にCが残留し、高純
度化ができないという問題がある。
【0010】TMAAのような3族原料の水素化物と5
族有機化合物との錯体を用いる場合、膜中にCが取り込
まれることが少ないが、500℃以下の低温では錯体が
分解しないという問題がある。また別な問題として、例
えばAlGaAsのような混晶薄膜を基板上に成長させ
る場合に、Gaの有機原料とAlの有機原料の分解特性
の違いから基板温度によって、混晶の組成が異なってし
まうという現象も見られる。
族有機化合物との錯体を用いる場合、膜中にCが取り込
まれることが少ないが、500℃以下の低温では錯体が
分解しないという問題がある。また別な問題として、例
えばAlGaAsのような混晶薄膜を基板上に成長させ
る場合に、Gaの有機原料とAlの有機原料の分解特性
の違いから基板温度によって、混晶の組成が異なってし
まうという現象も見られる。
【0011】本発明の第1の目的は、より低温で高品質
の3−5族化合物半導体の薄膜成長方法を提供すること
にある。本発明の他の目的は、基板温度が異なっても混
晶の組成を一定にできる3−5族化合物半導体の薄膜成
長方法を提供することにある。
の3−5族化合物半導体の薄膜成長方法を提供すること
にある。本発明の他の目的は、基板温度が異なっても混
晶の組成を一定にできる3−5族化合物半導体の薄膜成
長方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、3族原料とし
て有機金属原料を用いる、3−5族化合物半導体の薄膜
成長方法において、3族原料供給時に電子線を基板に照
射することを特徴とする薄膜成長方法である。
て有機金属原料を用いる、3−5族化合物半導体の薄膜
成長方法において、3族原料供給時に電子線を基板に照
射することを特徴とする薄膜成長方法である。
【0013】
【作用】3族原子には空のp電子軌道があり、電子受容
体(Lewis酸)として働く。3族化合物は3族原子
と水素やメチル基等とが電子を共有することで安定な化
合物として存在する。3族化合物に電子を供給すると3
族原子が安定化し、3族原子と結合している水素やメチ
ル基との結合が弱くなり切れ易くなる。従って、電子線
を膜の成長時に照射すれば、3族有機原料は500℃以
下の低温でも容易に分解し、膜中にカーボンや水素が取
り込まれることはない。
体(Lewis酸)として働く。3族化合物は3族原子
と水素やメチル基等とが電子を共有することで安定な化
合物として存在する。3族化合物に電子を供給すると3
族原子が安定化し、3族原子と結合している水素やメチ
ル基との結合が弱くなり切れ易くなる。従って、電子線
を膜の成長時に照射すれば、3族有機原料は500℃以
下の低温でも容易に分解し、膜中にカーボンや水素が取
り込まれることはない。
【0014】またTMAとTMGのように温度によって
分解効率の異なる原料を用いて混晶膜を成長する場合で
も、これらの原料が一様に分解するので一定の組成の膜
を成長させることができる。
分解効率の異なる原料を用いて混晶膜を成長する場合で
も、これらの原料が一様に分解するので一定の組成の膜
を成長させることができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
1は、本発明の実施例に用いる成長装置の構成図であ
る。本実施例では、薄膜の成長方法として有機金属分子
線エピタキシー(MOMBE)法を用いた。成長装置は
超高真空が保持される成長室10と、3族原料及び5族
原料を供給するガスセル12,13と、電子線を供給す
る電子銃14と、基板を加熱できる基板ホルダー11に
よって主に構成されている。
1は、本発明の実施例に用いる成長装置の構成図であ
る。本実施例では、薄膜の成長方法として有機金属分子
線エピタキシー(MOMBE)法を用いた。成長装置は
超高真空が保持される成長室10と、3族原料及び5族
原料を供給するガスセル12,13と、電子線を供給す
る電子銃14と、基板を加熱できる基板ホルダー11に
よって主に構成されている。
【0016】実施例1として、GaAs薄膜を400℃
の低温で成長した場合について説明する。成長手順は、
まず成長室10内の基板ホルダー11上にGaAs基板
1をセットしたのち、マスフローコントローラ15を介
しガスセル13からアルシンを供給し、As雰囲気中で
基板を600℃に加熱し、表面の酸化膜除去を行った。
アルシンの流量はマスフローコントローラ15により1
0SCCMにセットした。次に基板温度を400℃にセ
ットしたのち、マスフローコントローラ16を介しガス
セル12からTEGを1SCCM流して基板1に供給し
た。この流量はマスフローコントローラ16により制御
した。この時同時に電子銃14から電子線を基板1に照
射した。電子線エネルギーは1.0keVとした。
の低温で成長した場合について説明する。成長手順は、
まず成長室10内の基板ホルダー11上にGaAs基板
1をセットしたのち、マスフローコントローラ15を介
しガスセル13からアルシンを供給し、As雰囲気中で
基板を600℃に加熱し、表面の酸化膜除去を行った。
アルシンの流量はマスフローコントローラ15により1
0SCCMにセットした。次に基板温度を400℃にセ
ットしたのち、マスフローコントローラ16を介しガス
セル12からTEGを1SCCM流して基板1に供給し
た。この流量はマスフローコントローラ16により制御
した。この時同時に電子銃14から電子線を基板1に照
射した。電子線エネルギーは1.0keVとした。
【0017】以上のような手順で、GaAs基板1上に
GaAs薄膜を4μmの厚さに成長しホール測定を行っ
たところ、電子線を照射しない従来の方法で400℃の
低温成長したものは、残留カーボンのためキャリア濃度
1019cm-3台、移動度50cm2 /Vsの高いp型に
なるの対し、本実施例1によるものは1×1014cm-3
のp型を示し、室温の移動度も400cm2 /Vsと良
好なGaAs薄膜が得られた。
GaAs薄膜を4μmの厚さに成長しホール測定を行っ
たところ、電子線を照射しない従来の方法で400℃の
低温成長したものは、残留カーボンのためキャリア濃度
1019cm-3台、移動度50cm2 /Vsの高いp型に
なるの対し、本実施例1によるものは1×1014cm-3
のp型を示し、室温の移動度も400cm2 /Vsと良
好なGaAs薄膜が得られた。
【0018】次に実施例2として、3族有機原料にTE
G,TEAを用いてAlGaAs薄膜を成長した場合に
ついて説明する。成長手順は実施例1とほぼ同様であ
る。3族有機原料の場合は別々のマスフローコントロー
ラで、TEG流量を0.7SCCM,TEA流量を0.
3SCCMとした。基板温度は、500〜600℃であ
る。
G,TEAを用いてAlGaAs薄膜を成長した場合に
ついて説明する。成長手順は実施例1とほぼ同様であ
る。3族有機原料の場合は別々のマスフローコントロー
ラで、TEG流量を0.7SCCM,TEA流量を0.
3SCCMとした。基板温度は、500〜600℃であ
る。
【0019】この実施例2の場合図2に示すように、従
来の成長方法では、TEGとTMAの分解効率の違いか
ら、Alx Ga1-x AsのAl組成(X)が成長温度で
変わってしまうのに対し、本実施例2の方法では、Al
組成は成長温度によらず一定となることがわかる。
来の成長方法では、TEGとTMAの分解効率の違いか
ら、Alx Ga1-x AsのAl組成(X)が成長温度で
変わってしまうのに対し、本実施例2の方法では、Al
組成は成長温度によらず一定となることがわかる。
【0020】なお上記実施例では、GaAs,AlGa
Asの薄膜の形成について述べたが、AlAs,InP
など他の3−5族化合物半導体もしくはその混晶におい
ても同様の効果がある。また成長装置、3族及び5族の
原料及び成長条件等は、上記実施例に限らず本特許の請
求範囲を逸脱しない範囲において任意に変えることがで
きる。
Asの薄膜の形成について述べたが、AlAs,InP
など他の3−5族化合物半導体もしくはその混晶におい
ても同様の効果がある。また成長装置、3族及び5族の
原料及び成長条件等は、上記実施例に限らず本特許の請
求範囲を逸脱しない範囲において任意に変えることがで
きる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、3族の有
機原料供給時に薄膜を形成する基板表面に電子線を照射
することにより、低温でも良好な電気的特性を有する3
−5族化合物半導体の薄膜を成長することができる。ま
た混晶を成長する場合、成長温度によらず一定の組成の
ものが成長できる。
機原料供給時に薄膜を形成する基板表面に電子線を照射
することにより、低温でも良好な電気的特性を有する3
−5族化合物半導体の薄膜を成長することができる。ま
た混晶を成長する場合、成長温度によらず一定の組成の
ものが成長できる。
【図1】本発明の実施例に用いる成長装置の構成図。
【図2】基板温度とAl組成との関連を示す図。
【図3】膜の選択成長を説明するためのHEMTの断面
図。
図。
1 GaAs基板 2 バッファー層 4 コンタクト層 6 チャネル層 7 電子供給層 8 ゲートメタル 10 成長室 11 基板ホルダ 12,13 ガスセル 14 イオン銃 15,16 マスフローコントローラ
Claims (1)
- 【請求項1】 3族原料として有機金属原料を用いる、
3−5族化合物半導体の薄膜成長方法において、3族原
料供給時に薄膜を形成する基板の表面に電子線を照射す
ることを特徴とする3−5族化合物半導体の薄膜成長方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11640094A JPH07326576A (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 3−5族化合物半導体の薄膜成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11640094A JPH07326576A (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 3−5族化合物半導体の薄膜成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07326576A true JPH07326576A (ja) | 1995-12-12 |
Family
ID=14686109
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11640094A Pending JPH07326576A (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 3−5族化合物半導体の薄膜成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07326576A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004506323A (ja) * | 2000-08-04 | 2004-02-26 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 基板上に堆積された窒化ガリウムフィルムにおける応力の制御方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61194717A (ja) * | 1985-02-23 | 1986-08-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 薄膜形成法 |
JPS6233420A (ja) * | 1985-08-06 | 1987-02-13 | Nec Corp | ガリウム砒素薄膜形成方法 |
JPS6233421A (ja) * | 1985-08-06 | 1987-02-13 | Nec Corp | インジウムリン薄膜形成方法 |
JPH03268421A (ja) * | 1990-03-19 | 1991-11-29 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
JPH05259079A (ja) * | 1992-03-12 | 1993-10-08 | Nec Corp | 半導体成長方法および半導体レーザの製造方法 |
JPH05259582A (ja) * | 1992-03-10 | 1993-10-08 | Nec Corp | 半導体成長方法および半導体レーザの製造方法 |
JPH06112124A (ja) * | 1992-09-30 | 1994-04-22 | Nec Corp | 有機金属分子線エピタキシャル成長方法 |
-
1994
- 1994-05-30 JP JP11640094A patent/JPH07326576A/ja active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH06112124A (ja) * | 1992-09-30 | 1994-04-22 | Nec Corp | 有機金属分子線エピタキシャル成長方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19970204 |