JPH08264459A - 化学ビーム堆積方法並びに化学ビーム堆積装置 - Google Patents
化学ビーム堆積方法並びに化学ビーム堆積装置Info
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- JPH08264459A JPH08264459A JP6640295A JP6640295A JPH08264459A JP H08264459 A JPH08264459 A JP H08264459A JP 6640295 A JP6640295 A JP 6640295A JP 6640295 A JP6640295 A JP 6640295A JP H08264459 A JPH08264459 A JP H08264459A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 分子の平均自由工程が十分に長くとれる圧力
を容易に確保でき、分子線的性質が十分に保持され、選
択成長等がさらに効果的に行える化学ビーム堆積方法お
よび化学ビーム堆積装置を得ることを目的とする。 【構成】 有機金属ボンベ１を常温〜８０゜Ｃ程度に加
熱することで、流量計（ＭＦＣ）４の入力側に１０Torr
以上の分圧をかけ、有機金属の流量をキャリアガスを使
用せずに直接流量計４を用いて制御する。この制御は、
周囲にヒータ２を備えた有機金属ボンベ１と流量計４を
まとめて１つの恒温槽中に組み込んだ有機金属供給用恒
温槽５中で行われる。水素化物は、別に備えられたボン
ベより流入する。このようにして、有機金属分子と水素
化物分子がそれぞれ真空中に放出され、加熱された基板
上で反応し、半導体材料の堆積層が形成される。
を容易に確保でき、分子線的性質が十分に保持され、選
択成長等がさらに効果的に行える化学ビーム堆積方法お
よび化学ビーム堆積装置を得ることを目的とする。 【構成】 有機金属ボンベ１を常温〜８０゜Ｃ程度に加
熱することで、流量計（ＭＦＣ）４の入力側に１０Torr
以上の分圧をかけ、有機金属の流量をキャリアガスを使
用せずに直接流量計４を用いて制御する。この制御は、
周囲にヒータ２を備えた有機金属ボンベ１と流量計４を
まとめて１つの恒温槽中に組み込んだ有機金属供給用恒
温槽５中で行われる。水素化物は、別に備えられたボン
ベより流入する。このようにして、有機金属分子と水素
化物分子がそれぞれ真空中に放出され、加熱された基板
上で反応し、半導体材料の堆積層が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、分子流領域で半導体
層を成長させ堆積させる化学ビーム堆積法（ＣＢＥ）並
びに化学ビーム堆積装置に関するものである。
層を成長させ堆積させる化学ビーム堆積法（ＣＢＥ）並
びに化学ビーム堆積装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体材料のエピタキシャル堆積層は、
高速デバイス、光デバイスの開発において重要な役割を
果たしている。III −Ｖ族の半導体材料を表１に示す
（培風館発行『半導体超格子入門』より引用）。これら
の堆積層を成長させる方法としては、現在、分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）や、有
機金属化学堆積法（ＭＯＣＶＤ：Metalorganic Chemic
al Vapor Deposition）等が主流となっている。
高速デバイス、光デバイスの開発において重要な役割を
果たしている。III −Ｖ族の半導体材料を表１に示す
（培風館発行『半導体超格子入門』より引用）。これら
の堆積層を成長させる方法としては、現在、分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）や、有
機金属化学堆積法（ＭＯＣＶＤ：Metalorganic Chemic
al Vapor Deposition）等が主流となっている。
【０００３】
【表１】
【０００４】一方、化学ビーム堆積法（ＣＢＥ：Chemic
al Beam Epitaxy）は、１９８４年にBell研のＷ．Ｔ.
Tsangにより報告され、ＵＳ Patent４６３６２６８号
および特開平６−８８８７１号公報に示されるように、
ＭＢＥの分子線的性質を保持しながら、有機金属を化学
堆積させる方法である。ＭＯＣＶＤは数１０Torr程度の
減圧下の粘性流領域で成長させるのに対し、ＣＢＥは例
えば１０-4Torr程度の分子流領域で成長させるものであ
り、根本的な概念が異なる成長方法である。最近では、
選択成長が可能であることや、多種類の結晶が豊富な有
機金属の組み合わせで可能であるというＣＢＥの特長が
注目され、研究が進められている。
al Beam Epitaxy）は、１９８４年にBell研のＷ．Ｔ.
Tsangにより報告され、ＵＳ Patent４６３６２６８号
および特開平６−８８８７１号公報に示されるように、
ＭＢＥの分子線的性質を保持しながら、有機金属を化学
堆積させる方法である。ＭＯＣＶＤは数１０Torr程度の
減圧下の粘性流領域で成長させるのに対し、ＣＢＥは例
えば１０-4Torr程度の分子流領域で成長させるものであ
り、根本的な概念が異なる成長方法である。最近では、
選択成長が可能であることや、多種類の結晶が豊富な有
機金属の組み合わせで可能であるというＣＢＥの特長が
注目され、研究が進められている。
【０００５】Ｗ.Ｔ.Tasngらの提案した従来のＣＢＥで
は、例えば水素、窒素、ネオン、ヘリウム等のキャリア
ガスを用いて有機金属の流入制御を行っていた。具体的
には、有機金属のボンベを常温以下に冷却し、キャリア
ガスの流量とその中での有機金属の分圧を調整すること
で、有機金属流量を決定していた。ＣＢＥにおいてはＭ
ＢＥの分子線的性質を保持しながら、有機金属を化学的
に堆積させるため、堆積させる分子の平均自由工程を十
分に長く確保することが必要であり、そのためには堆積
中の成長室での圧力の設定が非常に重要である。成長室
の圧力がある値以上に高くなると、堆積させる分子の平
均自由工程が、分子の飛び出す源から基板までの距離よ
りも短くなり、分子の分子線的性質が失われる。
は、例えば水素、窒素、ネオン、ヘリウム等のキャリア
ガスを用いて有機金属の流入制御を行っていた。具体的
には、有機金属のボンベを常温以下に冷却し、キャリア
ガスの流量とその中での有機金属の分圧を調整すること
で、有機金属流量を決定していた。ＣＢＥにおいてはＭ
ＢＥの分子線的性質を保持しながら、有機金属を化学的
に堆積させるため、堆積させる分子の平均自由工程を十
分に長く確保することが必要であり、そのためには堆積
中の成長室での圧力の設定が非常に重要である。成長室
の圧力がある値以上に高くなると、堆積させる分子の平
均自由工程が、分子の飛び出す源から基板までの距離よ
りも短くなり、分子の分子線的性質が失われる。
【０００６】有機金属のIII 族源として、トリエチルガ
リウム（ＴＥＧａ）を用いた例を示す。ＴＥＧａの平均
自由工程λTEGaの圧力依存性は下式より概算できる。 λTEGa＝１.０×１０-3／Ｐ（Torr） (cm) ＣＢＥ装置においては、分子の飛び出す源から基板まで
の距離は一般的に１０〜３０cm程度であるので、この距
離よりも長いＴＥＧａの平均自由工程を得るためには、
図５に示すように１０-4Torr以下の圧力を保持する必要
がある。一方、ＣＢＥ装置での一般的な堆積速度１.０
μｍ／hrを得るためには、ＴＥＧａの流量は常温で０.
５sccm程度が必要であり、これを排気速度１０００L／s
ecのポンプを備えた装置に流入した場合の真空度は、 Ｐ＝０.５×１.３×１０-2／１０００＝６.５×１０
-6(Torr) となり、この条件下ではＴＥＧａの分子線的性質は十分
に保持される。
リウム（ＴＥＧａ）を用いた例を示す。ＴＥＧａの平均
自由工程λTEGaの圧力依存性は下式より概算できる。 λTEGa＝１.０×１０-3／Ｐ（Torr） (cm) ＣＢＥ装置においては、分子の飛び出す源から基板まで
の距離は一般的に１０〜３０cm程度であるので、この距
離よりも長いＴＥＧａの平均自由工程を得るためには、
図５に示すように１０-4Torr以下の圧力を保持する必要
がある。一方、ＣＢＥ装置での一般的な堆積速度１.０
μｍ／hrを得るためには、ＴＥＧａの流量は常温で０.
５sccm程度が必要であり、これを排気速度１０００L／s
ecのポンプを備えた装置に流入した場合の真空度は、 Ｐ＝０.５×１.３×１０-2／１０００＝６.５×１０
-6(Torr) となり、この条件下ではＴＥＧａの分子線的性質は十分
に保持される。
【０００７】しかし、Ｔ.Ｗ.Ｔsangらの提案した従来の
ＣＢＥ装置においては、上記の条件に加えてさらにキャ
リアガスの流入による圧力も考慮する必要がある。一例
として、Ｎ2キャリアガスを用いた場合、図６に示すよ
うに、Ｎ2の平均自由工程λN2はＴＥＧａの平均自由工
程の約５倍であり、下式より概算される。 λN2＝５.０×１０-3／Ｐ（Torr） (cm) ＴＥＧａを０.５sccm程度の流量で流す場合、一般的な
条件下では１０sccm程度のキャリアガスが必要であり、
これを先の条件と同様の装置に流入した場合の真空度
は、 Ｐ＝１０×１.３×１０-2／１０００＝１.３×１０-4(T
orr) となる。この圧力下においては、Ｎ2のみの流入であっ
てもＮ2ガス分子の平均自由工程は３０cm以下であり、
さらにＴＥＧａ等のガスを流入すると、ＴＥＧａ分子の
平均自由工程は１０cmを確保することも難しくなる。さ
らに、実際に堆積する場合には、Ｖ族水素化物も流入す
るため、これらの条件下でそれぞれの分子の十分な平均
自由工程を得ることは困難である。なお、上記の計算に
用いた流量等の値は、装置形状、排気系の容量により異
なり、当所の実験データを示したものである。
ＣＢＥ装置においては、上記の条件に加えてさらにキャ
リアガスの流入による圧力も考慮する必要がある。一例
として、Ｎ2キャリアガスを用いた場合、図６に示すよ
うに、Ｎ2の平均自由工程λN2はＴＥＧａの平均自由工
程の約５倍であり、下式より概算される。 λN2＝５.０×１０-3／Ｐ（Torr） (cm) ＴＥＧａを０.５sccm程度の流量で流す場合、一般的な
条件下では１０sccm程度のキャリアガスが必要であり、
これを先の条件と同様の装置に流入した場合の真空度
は、 Ｐ＝１０×１.３×１０-2／１０００＝１.３×１０-4(T
orr) となる。この圧力下においては、Ｎ2のみの流入であっ
てもＮ2ガス分子の平均自由工程は３０cm以下であり、
さらにＴＥＧａ等のガスを流入すると、ＴＥＧａ分子の
平均自由工程は１０cmを確保することも難しくなる。さ
らに、実際に堆積する場合には、Ｖ族水素化物も流入す
るため、これらの条件下でそれぞれの分子の十分な平均
自由工程を得ることは困難である。なお、上記の計算に
用いた流量等の値は、装置形状、排気系の容量により異
なり、当所の実験データを示したものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、ＣＢＥ
においては、堆積させる分子の平均自由工程を十分に長
く確保することが必要であり、そのためには堆積中の成
長室での圧力の設定が非常に重要であるが、従来のキャ
リアガスを用いて有機金属の流入制御を行う方法では、
必要な真空度を得ることが難しく、十分な平均自由工程
が得られにくいという問題があった。また、十分な平均
自由工程を得るために、堆積室に導入する有機金属を制
限する必要があり、堆積できる半導体材料の種類が少な
いという問題点もあった。
においては、堆積させる分子の平均自由工程を十分に長
く確保することが必要であり、そのためには堆積中の成
長室での圧力の設定が非常に重要であるが、従来のキャ
リアガスを用いて有機金属の流入制御を行う方法では、
必要な真空度を得ることが難しく、十分な平均自由工程
が得られにくいという問題があった。また、十分な平均
自由工程を得るために、堆積室に導入する有機金属を制
限する必要があり、堆積できる半導体材料の種類が少な
いという問題点もあった。
【０００９】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、分子の平均自由工程が十分に
長くとれる圧力を容易に確保でき、分子線的性質が十分
に保持され、選択成長等がさらに効果的に行える化学ビ
ーム堆積方法および化学ビーム堆積装置を得ることを目
的とする。
るためになされたもので、分子の平均自由工程が十分に
長くとれる圧力を容易に確保でき、分子線的性質が十分
に保持され、選択成長等がさらに効果的に行える化学ビ
ーム堆積方法および化学ビーム堆積装置を得ることを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明における化学ビ
ーム堆積方法は、加熱された基板が設けられた高真空雰
囲気中に、常温から８０゜Ｃ程度に温められたアルキル
基を有する少なくとも一種の分子化合物を放出する工程
と、このアルキル基を有する分子化合物のみで基板近傍
に到達させ、真空雰囲気中に放出された第２の分子化合
物と基板上で反応させることにより、半導体材料の層を
エピタキシャル成長させて堆積させる工程とを含むもの
である。また、アルキル基を有する分子化合物は、高真
空雰囲気中での平均自由工程が、アルキル基を有する分
子化合物が飛び出す源と基板間との距離よりも大きく、
分子線的性質を備えているものである。また、高真空雰
囲気は、１０-4トール（Torr）程度に設定されたもので
ある。
ーム堆積方法は、加熱された基板が設けられた高真空雰
囲気中に、常温から８０゜Ｃ程度に温められたアルキル
基を有する少なくとも一種の分子化合物を放出する工程
と、このアルキル基を有する分子化合物のみで基板近傍
に到達させ、真空雰囲気中に放出された第２の分子化合
物と基板上で反応させることにより、半導体材料の層を
エピタキシャル成長させて堆積させる工程とを含むもの
である。また、アルキル基を有する分子化合物は、高真
空雰囲気中での平均自由工程が、アルキル基を有する分
子化合物が飛び出す源と基板間との距離よりも大きく、
分子線的性質を備えているものである。また、高真空雰
囲気は、１０-4トール（Torr）程度に設定されたもので
ある。
【００１１】また、アルキル基を有する分子化合物とし
て、有機金属化合物を用いるものである。また、第２の
分子化合物として、半導体材料の構成元素の水素化物を
用いるものである。また、第２の分子化合物として、半
導体材料のＶ族の構成元素の有機金属化合物を用いるも
のである。また、形成される半導体材料は、III −Ｖ族
の材料である。また、形成される半導体材料は、II−Ｖ
I 族の材料である。また、形成される半導体材料は、 I
Ｖ−ＶI 族の材料である。また、形成される半導体材料
は、 IＶ族の材料である。
て、有機金属化合物を用いるものである。また、第２の
分子化合物として、半導体材料の構成元素の水素化物を
用いるものである。また、第２の分子化合物として、半
導体材料のＶ族の構成元素の有機金属化合物を用いるも
のである。また、形成される半導体材料は、III −Ｖ族
の材料である。また、形成される半導体材料は、II−Ｖ
I 族の材料である。また、形成される半導体材料は、 I
Ｖ−ＶI 族の材料である。また、形成される半導体材料
は、 IＶ族の材料である。
【００１２】また、この発明に係わる化学ビーム堆積装
置は、恒温槽内部に有機金属化合物供給装置と、この有
機金属化合物供給装置に設置された流量制御装置と、有
機金属化合物供給装置の周囲に設置された加熱装置とを
有し、有機金属分子の流量制御をキャリアガスを用いる
ことなく流量制御装置により直接行い、チャンバー内に
放出された水素化物と有機金属分子とを、加熱された基
板上で反応させることにより、化合物よりなる半導体材
料の層をエピタキシャル成長させながら堆積させるもの
である。また、恒温槽内は、常温ないし８０゜Ｃ程度に
保たれているものである。
置は、恒温槽内部に有機金属化合物供給装置と、この有
機金属化合物供給装置に設置された流量制御装置と、有
機金属化合物供給装置の周囲に設置された加熱装置とを
有し、有機金属分子の流量制御をキャリアガスを用いる
ことなく流量制御装置により直接行い、チャンバー内に
放出された水素化物と有機金属分子とを、加熱された基
板上で反応させることにより、化合物よりなる半導体材
料の層をエピタキシャル成長させながら堆積させるもの
である。また、恒温槽内は、常温ないし８０゜Ｃ程度に
保たれているものである。
【００１３】
【作用】この発明における化学ビーム堆積方法は、アル
キル基を有する分子化合物を常温ないし８０゜Ｃ程度に
加熱することにより、上記分子化合物のみで基板近傍に
到達することができ、高真空雰囲気中での上記分子化合
物の平均自由工程が十分に長くとれるので、化学ビーム
堆積法の分子線的性質が向上し、選択成長等がさらに効
果的に行える。
キル基を有する分子化合物を常温ないし８０゜Ｃ程度に
加熱することにより、上記分子化合物のみで基板近傍に
到達することができ、高真空雰囲気中での上記分子化合
物の平均自由工程が十分に長くとれるので、化学ビーム
堆積法の分子線的性質が向上し、選択成長等がさらに効
果的に行える。
【００１４】また、この発明における化学ビーム堆積装
置は、有機金属化合物供給装置を恒温層内で温め、有機
金属化合物分子の分圧を流量計で制御できる値以上に大
きくし、その流量を流量計で制御することにより、キャ
リアガスを用いることなく有機金属化合物のみでチャン
バー内の基板近傍へ到達するので、キャリアガスによる
チャンバー内の圧力の増加がなく、有機金属化合物の分
子の平均自由工程が十分に長くとれ、分子線的性質が向
上し、さらにキャリアガスが必要ないのでシステムが簡
易化され、製造コストを下げることができる。
置は、有機金属化合物供給装置を恒温層内で温め、有機
金属化合物分子の分圧を流量計で制御できる値以上に大
きくし、その流量を流量計で制御することにより、キャ
リアガスを用いることなく有機金属化合物のみでチャン
バー内の基板近傍へ到達するので、キャリアガスによる
チャンバー内の圧力の増加がなく、有機金属化合物の分
子の平均自由工程が十分に長くとれ、分子線的性質が向
上し、さらにキャリアガスが必要ないのでシステムが簡
易化され、製造コストを下げることができる。
【００１５】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は、この発明の一実施例であるキャリアガス
を使用せずにアルキル基を有する分子化合物である有機
金属の流入制御を行う制御システムの概念図であり、図
２は、図１に示す制御システムを用いたＣＢＥ装置の概
略図である。図において、１は有機金属化合物供給装置
である有機金属ボンベ、２は有機金属ボンベ１の周囲に
設置されたヒータ、３はガスバルブ、４は流量計（ＭＦ
Ｃ）、５は有機金属供給用恒温槽、６はＣＢＥ装置の成
長室、７は基板、８〜１０はそれぞれ第２の分子化合物
であるＡｓＨ3ガス、ＰＨ3ガス、Ｓｉ2Ｈ6ガスのボン
ベ、１１は反射型高速電子線回折装置、１２は質量分析
装置をそれぞれ示す。本実施例では、有機金属ボンベ１
を常温あるいは常温以上に加熱することで、流量計（Ｍ
ＦＣ）４の入力側に１０Torr以上の分圧をかけ、有機金
属の流量をキャリアガスを使用せずに直接流量計４を用
いて制御する。この制御は、図１に示すように、周囲に
ヒーター２を備えた有機金属ボンベ１と流量計４をまと
めて１つの恒温槽中に組み込んだ有機金属供給用恒温槽
５中で行われる。水素化物は、別に備えられたボンベ８
〜１０より流入する。図２に示す成長室６において、有
機金属供給用恒温槽５より有機金属分子が、水素化物ボ
ンベ８〜１０より水素化物分子がそれぞれ真空中に放出
され、加熱された基板７上で反応し、半導体材料の堆積
層が形成される。
する。図１は、この発明の一実施例であるキャリアガス
を使用せずにアルキル基を有する分子化合物である有機
金属の流入制御を行う制御システムの概念図であり、図
２は、図１に示す制御システムを用いたＣＢＥ装置の概
略図である。図において、１は有機金属化合物供給装置
である有機金属ボンベ、２は有機金属ボンベ１の周囲に
設置されたヒータ、３はガスバルブ、４は流量計（ＭＦ
Ｃ）、５は有機金属供給用恒温槽、６はＣＢＥ装置の成
長室、７は基板、８〜１０はそれぞれ第２の分子化合物
であるＡｓＨ3ガス、ＰＨ3ガス、Ｓｉ2Ｈ6ガスのボン
ベ、１１は反射型高速電子線回折装置、１２は質量分析
装置をそれぞれ示す。本実施例では、有機金属ボンベ１
を常温あるいは常温以上に加熱することで、流量計（Ｍ
ＦＣ）４の入力側に１０Torr以上の分圧をかけ、有機金
属の流量をキャリアガスを使用せずに直接流量計４を用
いて制御する。この制御は、図１に示すように、周囲に
ヒーター２を備えた有機金属ボンベ１と流量計４をまと
めて１つの恒温槽中に組み込んだ有機金属供給用恒温槽
５中で行われる。水素化物は、別に備えられたボンベ８
〜１０より流入する。図２に示す成長室６において、有
機金属供給用恒温槽５より有機金属分子が、水素化物ボ
ンベ８〜１０より水素化物分子がそれぞれ真空中に放出
され、加熱された基板７上で反応し、半導体材料の堆積
層が形成される。
【００１６】以下、ＧａＡｓ基板上に本実施例によるＣ
ＢＥ装置でＧａＡｓエピタキシャル層を成長させる場合
を例に挙げる。III 族源としては、トリエチルガリウム
（ＴＥＧａ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ａｓ
源としてはアルシン（ＡｓＨ3）を用いた。また、Ｇａ
Ａｓエピタキシャル層にｎ型ドーピングを行う場合には
ジシラン（ＳｉＨ6）、ディエチルテルル（ＤＥＴ
ｅ）、テトラエチルスズ（ＴＥＳｎ）等、ｐ型ドーピン
グを行う場合には、ディエチルベリリウム（ＤＥＢ
ｅ）、ディエチルジンク（ＤＥＺｎ）、４臭化炭素（Ｃ
Ｂｒ4）等が用いられる。基板直径は７５ｍｍであり、
装置の構成によりそれ以上の直径の基板への対応も可能
である。
ＢＥ装置でＧａＡｓエピタキシャル層を成長させる場合
を例に挙げる。III 族源としては、トリエチルガリウム
（ＴＥＧａ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ａｓ
源としてはアルシン（ＡｓＨ3）を用いた。また、Ｇａ
Ａｓエピタキシャル層にｎ型ドーピングを行う場合には
ジシラン（ＳｉＨ6）、ディエチルテルル（ＤＥＴ
ｅ）、テトラエチルスズ（ＴＥＳｎ）等、ｐ型ドーピン
グを行う場合には、ディエチルベリリウム（ＤＥＢ
ｅ）、ディエチルジンク（ＤＥＺｎ）、４臭化炭素（Ｃ
Ｂｒ4）等が用いられる。基板直径は７５ｍｍであり、
装置の構成によりそれ以上の直径の基板への対応も可能
である。
【００１７】有機金属は、専用の容器（バブラー）に封
入され、これが図１のように配管された恒温槽５内に保
持される。恒温槽５内は、常温から８０゜Ｃまでの加熱
とし、その目安温度は各有機金属の自圧が１０Torr以上
になる温度とする。流量計（ＭＦＣ）４は、入力側圧力
が１０Torr程度で、各流量計規定の流量を流すことが可
能となる。図３に一般的な有機金属の蒸気圧特性を示
す。ＴＥＧａの場合は３５℃、ＴＭＧａに至っては常温
で、各ＭＦＣにおける規定の流量を得ることができる。
ＡｓＨ3やＰＨ3等の水素化物は、ボンベ８〜１０からＭ
ＦＣ制御により１０-4Torr程度の高真空雰囲気である成
長室６に流入される。その際、８００〜１０００゜Ｃで
クラッキングすることで、構成元素であるＡｓやＰを結
晶中に取り込むことができる。成長温度は４００゜Ｃ以
上で、一般的には５００〜５５０゜Ｃ程度が望ましい。
また、Ｖ族／III 族流量比（Ｖ／III 比）は、１０〜２
０程度が好ましく、例えばＴＥＧａの流量は、０.３〜
０.５sccm、ＡｓＨ3の流量は３〜５sccmに調整する。こ
の条件下でのＧａＡｓエピタキシャル層の成長速度は、
０.８〜２.０μｍ／hrである。
入され、これが図１のように配管された恒温槽５内に保
持される。恒温槽５内は、常温から８０゜Ｃまでの加熱
とし、その目安温度は各有機金属の自圧が１０Torr以上
になる温度とする。流量計（ＭＦＣ）４は、入力側圧力
が１０Torr程度で、各流量計規定の流量を流すことが可
能となる。図３に一般的な有機金属の蒸気圧特性を示
す。ＴＥＧａの場合は３５℃、ＴＭＧａに至っては常温
で、各ＭＦＣにおける規定の流量を得ることができる。
ＡｓＨ3やＰＨ3等の水素化物は、ボンベ８〜１０からＭ
ＦＣ制御により１０-4Torr程度の高真空雰囲気である成
長室６に流入される。その際、８００〜１０００゜Ｃで
クラッキングすることで、構成元素であるＡｓやＰを結
晶中に取り込むことができる。成長温度は４００゜Ｃ以
上で、一般的には５００〜５５０゜Ｃ程度が望ましい。
また、Ｖ族／III 族流量比（Ｖ／III 比）は、１０〜２
０程度が好ましく、例えばＴＥＧａの流量は、０.３〜
０.５sccm、ＡｓＨ3の流量は３〜５sccmに調整する。こ
の条件下でのＧａＡｓエピタキシャル層の成長速度は、
０.８〜２.０μｍ／hrである。
【００１８】図４は、上記のような方法で結晶成長させ
た膜厚７μｍのアンドープＧａＡｓ層の結晶性を低温フ
ォトルミネセンスにより評価した結果である。８２５０
〜８４００オングストロームにカーボンによる発光と思
われるピークが存在しているが、８２００Åにエキシト
ンによる発光が明確に観察され、このことは、良好なＧ
ａＡｓのエピタキシャル層が形成されていることを示し
ている。この時のバックグラウンド濃度は８.７×１０
15ｃｍ-3、移動度は３６０ｃｍ2／ｖ・ｓである。また、
シート抵抗の基板面内ばらつきは３.４％と良好で、Ｖ
／III 比を１０以上にすれば、７５ｍｍ直径の基板全面
が完全鏡面となる。
た膜厚７μｍのアンドープＧａＡｓ層の結晶性を低温フ
ォトルミネセンスにより評価した結果である。８２５０
〜８４００オングストロームにカーボンによる発光と思
われるピークが存在しているが、８２００Åにエキシト
ンによる発光が明確に観察され、このことは、良好なＧ
ａＡｓのエピタキシャル層が形成されていることを示し
ている。この時のバックグラウンド濃度は８.７×１０
15ｃｍ-3、移動度は３６０ｃｍ2／ｖ・ｓである。また、
シート抵抗の基板面内ばらつきは３.４％と良好で、Ｖ
／III 比を１０以上にすれば、７５ｍｍ直径の基板全面
が完全鏡面となる。
【００１９】本実施例では、第２の分子化合物としてＶ
族の水素化物を用いたが、Ｖ族の有機金属化合物を用い
る場合もある。また、堆積する半導体材料は、III −Ｖ
族の材料のみでなく、II−ＶI 族、 IＶ−ＶI 族， IＶ
− IＶ族の半導体材料についても同様に本発明が有効で
あることは言うまでもない。
族の水素化物を用いたが、Ｖ族の有機金属化合物を用い
る場合もある。また、堆積する半導体材料は、III −Ｖ
族の材料のみでなく、II−ＶI 族、 IＶ−ＶI 族， IＶ
− IＶ族の半導体材料についても同様に本発明が有効で
あることは言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、アル
キル基を有する分子化合物をキャリアガスを用いずに成
長室に流入するので、キャリアガスによる成長室内の圧
力の増加がなく、アルキル基を有する分子の平均自由工
程が十分に長くとれるため、化学ビーム堆積法の分子線
的性質が向上し、選択成長等がさらに効果的に行える化
学ビーム堆積装置が得られる。
キル基を有する分子化合物をキャリアガスを用いずに成
長室に流入するので、キャリアガスによる成長室内の圧
力の増加がなく、アルキル基を有する分子の平均自由工
程が十分に長くとれるため、化学ビーム堆積法の分子線
的性質が向上し、選択成長等がさらに効果的に行える化
学ビーム堆積装置が得られる。
【００２１】また、キャリアガスを用いないので、シス
テムが簡易化され、製造コストを下げることができる。
テムが簡易化され、製造コストを下げることができる。
【００２２】さらに、キャリアガスを用いないので、高
真空を保ちながら多種類の有機金属を一度に成長室に導
入することができ、堆積できる半導体材料の層の種類が
多くなる効果がある。
真空を保ちながら多種類の有機金属を一度に成長室に導
入することができ、堆積できる半導体材料の層の種類が
多くなる効果がある。
【図１】 この発明の一実施例であるＣＢＥ装置の有機
金属供給用恒温槽を示す概念図である。
金属供給用恒温槽を示す概念図である。
【図２】 この発明の一実施例であるＣＢＥ装置の構成
を示す概略図である。
を示す概略図である。
【図３】 各有機金属の蒸気圧特性を示す図である。
【図４】 この発明の一実施例であるＣＢＥ装置にて成
長したアンドープＧａＡｓの４．２ＫＰＬ特性を示す図
である。
長したアンドープＧａＡｓの４．２ＫＰＬ特性を示す図
である。
【図５】 トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）の平均自由
工程の成長室内圧力依存性を示す図である。
工程の成長室内圧力依存性を示す図である。
【図６】 Ｎ2の平均自由工程およびＮ2ガスが混在した
場合のＴＥＧａの平均自由工程の成長室内圧力依存性を
示す図である。
場合のＴＥＧａの平均自由工程の成長室内圧力依存性を
示す図である。
１ 有機金属ボンベ、２ ヒータ、３ ガスバルブ、４
流量計、５ 有機金属供給用恒温槽、６ 成長室、７
基板、８ ＡｓＨ3ボンベ、９ ＰＨ3ボンベ、１０
Ｓｉ2Ｈ6ボンベ、１１ 反射型高速電子線回折装置、１
２ 質量分析装置。
流量計、５ 有機金属供給用恒温槽、６ 成長室、７
基板、８ ＡｓＨ3ボンベ、９ ＰＨ3ボンベ、１０
Ｓｉ2Ｈ6ボンベ、１１ 反射型高速電子線回折装置、１
２ 質量分析装置。
Claims (12)
- 【請求項１】 加熱された基板が設けられた高真空雰囲
気中に、常温ないし８０゜Ｃ程度に温められたアルキル
基を有する少なくとも一種の分子化合物を放出する工
程、 上記アルキル基を有する分子化合物のみで上記基板近傍
に到達させて、上記真空雰囲気中に放出された第２の分
子化合物と上記基板上で反応させることにより、半導体
材料の層をエピタキシャル成長させて堆積させる工程を
含むことを特徴とする化学ビーム堆積方法。 - 【請求項２】 アルキル基を有する分子化合物は、高真
空雰囲気中での平均自由工程が、前記分子化合物が飛び
出す源と基板との距離よりも大きく、分子線的性質を有
していることを特徴とする請求項１記載の化学ビーム堆
積方法。 - 【請求項３】 高真空雰囲気は、１０-4トール（Torr）
程度であることを特徴とする請求項１または請求項２記
載の化学ビーム堆積方法。 - 【請求項４】 アルキル基を有する分子化合物は、有機
金属化合物であることを特徴とする請求項１〜請求項３
のいずれか一項記載の化学ビーム堆積方法。 - 【請求項５】 第２の分子化合物は、半導体材料の構成
元素の水素化物であることを特徴とする請求項１記載の
化学ビーム堆積方法。 - 【請求項６】 第２の分子化合物は、半導体材料のＶ族
の構成元素の有機金属化合物であることを特徴とする請
求項１記載の化学ビーム堆積方法。 - 【請求項７】 半導体材料は、III −Ｖ族の材料である
ことを特徴とする請求項１記載の化学ビーム堆積方法。 - 【請求項８】 半導体材料は、II−ＶI 族の材料である
ことを特徴とする請求項１記載の化学ビーム堆積方法。 - 【請求項９】 半導体材料は、 IＶ−ＶI 族の材料であ
ることを特徴とする請求項１記載の化学ビーム堆積方
法。 - 【請求項１０】 半導体材料は IＶ族の材料であること
を特徴とする請求項１記載の化学ビーム堆積方法。 - 【請求項１１】 内部を真空に保つチャンバー、 このチャンバー内に設置され、基板を固定するステー
ジ、 上記チャンバーに半導体材料の水素化物を供給する装
置、 この装置と上記チャンバーとの間に設置され、上記水素
化物の流量を制御する装置、 上記チャンバーに有機金属化合物の分子を供給する有機
金属化合物供給装置と、この有機金属化合物供給装置か
ら供給される有機金属化合物の流量を制御する装置と、
上記有機金属化合物供給装置の周囲に設置された加熱装
置とを有する恒温槽を備え、上記有機金属分子の流量制
御を上記恒温槽内に設置された上記流量制御装置により
行い、上記チャンバー内に放出された上記水素化物と上
記有機金属分子とを加熱された上記基板上で反応させ
て、化合物よりなる半導体材料の層をエピタキシャル成
長させながら堆積させることを特徴とする化学ビーム堆
積装置。 - 【請求項１２】 恒温槽内は、常温ないし８０゜Ｃ程度
に保たれていることを特徴とする請求項１１記載の化学
ビーム堆積装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6640295A JPH08264459A (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 化学ビーム堆積方法並びに化学ビーム堆積装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6640295A JPH08264459A (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 化学ビーム堆積方法並びに化学ビーム堆積装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08264459A true JPH08264459A (ja) | 1996-10-11 |
Family
ID=13314785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6640295A Pending JPH08264459A (ja) | 1995-03-24 | 1995-03-24 | 化学ビーム堆積方法並びに化学ビーム堆積装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08264459A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005523384A (ja) * | 2002-04-19 | 2005-08-04 | マットソン テクノロジイ インコーポレイテッド | 低蒸気圧のガス前駆体を用いて基板上にフィルムを蒸着させるシステム |
| JP2009290230A (ja) * | 2009-09-01 | 2009-12-10 | Stanley Electric Co Ltd | 化合物半導体の製造装置および製造方法 |
-
1995
- 1995-03-24 JP JP6640295A patent/JPH08264459A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005523384A (ja) * | 2002-04-19 | 2005-08-04 | マットソン テクノロジイ インコーポレイテッド | 低蒸気圧のガス前駆体を用いて基板上にフィルムを蒸着させるシステム |
| JP2009290230A (ja) * | 2009-09-01 | 2009-12-10 | Stanley Electric Co Ltd | 化合物半導体の製造装置および製造方法 |
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