JPS62270493A - ３−ｖ族化合物半導体の気相成長方法 - Google Patents
３−ｖ族化合物半導体の気相成長方法Info
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- JPS62270493A JPS62270493A JP11560786A JP11560786A JPS62270493A JP S62270493 A JPS62270493 A JP S62270493A JP 11560786 A JP11560786 A JP 11560786A JP 11560786 A JP11560786 A JP 11560786A JP S62270493 A JPS62270493 A JP S62270493A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の詳細な説明
（産業上の利用分野）
本発明はＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体の気相成長方法に
係るものであり、特に大面積高均一のＩＩＩ −Ｖ族化
合物半導体およびその混晶の極薄膜を形成するＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体気相成長技術に関するものである。
係るものであり、特に大面積高均一のＩＩＩ −Ｖ族化
合物半導体およびその混晶の極薄膜を形成するＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体気相成長技術に関するものである。
（従来の技術）
本発明が改善を目指す従来技術としては雑誌「ジャパニ
ーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィツクス（Ｊ
ａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｅｉ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）Ｊ第２４巻第１２号（１９８５年
１２月）の第Ｌ９６２〜Ｌ９６４頁に記載された流量変
調エピタキシ技術（Ｆｌｏｗ−ＲａｔｅＭｏｄｕｌａｔ
ｉｏｎ Ｅｐｉｔａｘｙ）が最も近い技術内容を含んで
いる。この方法はトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアル
シン（ＡｓＨａ）を交互に基板上に供給し、しかもＴＥ
Ｇを供給するサイクルで微量のＡｓＨ３をいっしょに基
板上に供給するというものである。この流量変調エピタ
キシ技術は最近注目されている原子層エピタキシ技術と
関連するものである。原子層エピタキシ技術においては
一層一層の積層速度を原料の供給速度や表面反応速度を
制御して決めるのではなく一層を形成する操作の繰り返
し速さによって決めることになる。そのため原子層レベ
ルの極薄膜を作ることが容易におこなわれるばかりでな
く、大面積基板への均一成長技術や窓部での成長速度の
異常増加を伴わない選択成長技術が得られると期待され
る。（雑誌「ジャパニーズ、ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィツクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ） Ｊ第２５巻第
３号（１９８６年３月）の第Ｌ２１２〜Ｌ２１４頁に記
載された論文を参照されたい。）（発明が解決しようと
する問題点）とこ ろで、選択成長技術としての流量変調エピタキシ技術の
問題点を考えてみることにする。第一に、ＧａＡｓの成
長においてはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）をより好ま
しい原料として用いているがＴＥＧは２００°Ｃ以」二
で熱的に分解してＧａを生じるので成長温度である４０
０〜５００°Ｃで安定な単分子層吸着が、実現されてい
ない。第二に、ＴＥＧを供給すると同時に少量のアルシ
ン（ＡｓＨ３）を供給しているが、この操作ではＴＥＧ
の吸着を単分子層で止めることはできず、常に一部の吸
着層がＡｓＨ３との反応によってＧａＡｓとなって結晶
に取り込まれる。第三に、ＴＥＧとＡｓＨ３の供給の切
り換えの間に無供給の時間が設けられていないため短時
間としても単分子層吸着過程を経た原子層エピタキシで
はない通常のＴＥＧとＡｓＨ３同時供給のエピタキシが
起きる問題がある。以上の問題点に共通していることば
制御されたＴＥＧの単分子層吸着過程を経た成長量」二
の成長が起きることである。このため、原理的に均一な
成長層が得られる原子層エピタキシの過程と場所的に成
長量が不均一となる通常の成長過程とが同時あるいは交
互に起き、完全な均一成長を実現することは困難である
。
ーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィツクス（Ｊ
ａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｅｉ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ）Ｊ第２４巻第１２号（１９８５年
１２月）の第Ｌ９６２〜Ｌ９６４頁に記載された流量変
調エピタキシ技術（Ｆｌｏｗ−ＲａｔｅＭｏｄｕｌａｔ
ｉｏｎ Ｅｐｉｔａｘｙ）が最も近い技術内容を含んで
いる。この方法はトリエチルガリウム（ＴＥＧ）とアル
シン（ＡｓＨａ）を交互に基板上に供給し、しかもＴＥ
Ｇを供給するサイクルで微量のＡｓＨ３をいっしょに基
板上に供給するというものである。この流量変調エピタ
キシ技術は最近注目されている原子層エピタキシ技術と
関連するものである。原子層エピタキシ技術においては
一層一層の積層速度を原料の供給速度や表面反応速度を
制御して決めるのではなく一層を形成する操作の繰り返
し速さによって決めることになる。そのため原子層レベ
ルの極薄膜を作ることが容易におこなわれるばかりでな
く、大面積基板への均一成長技術や窓部での成長速度の
異常増加を伴わない選択成長技術が得られると期待され
る。（雑誌「ジャパニーズ、ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィツクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ） Ｊ第２５巻第
３号（１９８６年３月）の第Ｌ２１２〜Ｌ２１４頁に記
載された論文を参照されたい。）（発明が解決しようと
する問題点）とこ ろで、選択成長技術としての流量変調エピタキシ技術の
問題点を考えてみることにする。第一に、ＧａＡｓの成
長においてはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）をより好ま
しい原料として用いているがＴＥＧは２００°Ｃ以」二
で熱的に分解してＧａを生じるので成長温度である４０
０〜５００°Ｃで安定な単分子層吸着が、実現されてい
ない。第二に、ＴＥＧを供給すると同時に少量のアルシ
ン（ＡｓＨ３）を供給しているが、この操作ではＴＥＧ
の吸着を単分子層で止めることはできず、常に一部の吸
着層がＡｓＨ３との反応によってＧａＡｓとなって結晶
に取り込まれる。第三に、ＴＥＧとＡｓＨ３の供給の切
り換えの間に無供給の時間が設けられていないため短時
間としても単分子層吸着過程を経た原子層エピタキシで
はない通常のＴＥＧとＡｓＨ３同時供給のエピタキシが
起きる問題がある。以上の問題点に共通していることば
制御されたＴＥＧの単分子層吸着過程を経た成長量」二
の成長が起きることである。このため、原理的に均一な
成長層が得られる原子層エピタキシの過程と場所的に成
長量が不均一となる通常の成長過程とが同時あるいは交
互に起き、完全な均一成長を実現することは困難である
。
本発明の目的はこのような従来技術の欠点を克服し原子
層エピタキシ過程による超高均一なＧａＡｓをはじめと
するＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体成長層を形成するＩＩ
Ｉ −Ｖ族化合物半導体気相成長方法を提供することに
ある。
層エピタキシ過程による超高均一なＧａＡｓをはじめと
するＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体成長層を形成するＩＩ
Ｉ −Ｖ族化合物半導体気相成長方法を提供することに
ある。
（問題点を解決するための手段）
本発明によればメチル系ＩＩＩ族元素有機金属化合物と
Ｖ族元素の揮発性化合物を交互に基板上に供給し、それ
ぞれの原料供給の間には原料の無供給の時間を設け、そ
の繰り返しによってＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体および
その混晶の薄膜を形成することを特徴とするＩＩＩ −
Ｖ族化合物半導体の気相成長方法が得られる。
Ｖ族元素の揮発性化合物を交互に基板上に供給し、それ
ぞれの原料供給の間には原料の無供給の時間を設け、そ
の繰り返しによってＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体および
その混晶の薄膜を形成することを特徴とするＩＩＩ −
Ｖ族化合物半導体の気相成長方法が得られる。
（作用）
メチル系ＩＩＩ族元素有機金属化合物を好ましい原料と
して特定する本発明は有機金属の気相およびＩＩＩ −
Ｖ族化合物半導体表面での分解過程を考察することによ
って得られた。例えばＧａＡｓのエピタキシャル成長に
用いられるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とＴＥＧは分
解の機構が異なることを本発明者は雑誌［ジャーナル・
オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサイアテイ（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ ５ｏｃｉｅｔｙ）Ｊ第１３２巻第３号（１９８５
年３月）の第６７７〜６７９頁に発表した。この論文に
よればＴＥＧは３００°Ｃ程度の低温でも分解が十分に
進行し４００〜５００°ＣのＧａＡｓ基板上に達するま
でにＧａ原子となっていると考えられるのに対し、ＴＭ
ＧはＧａＡｓ基板上に分解せずに到達する可能性が高い
。また本発明者は第１図（ａ）に示すようにＴＭＧはＧ
ａＡｓ面のＡｓ原子のダングリングボンドの電子をＧａ
の空の電子軌道に受けてＧａＡｓ面に吸着し、これによ
って分解反応を促進され第１図（ｂ）のようにモノメル
ガリウムのブリッジ型吸着種を生成するとの認識に到っ
た。このモノメチルガリウムはＴＭＧとの吸着脱離平衡
の関係には組み込まれない吸着種であり、脱離速度が無
限に小さいと考えられるから単分子層吸着が実現する。
して特定する本発明は有機金属の気相およびＩＩＩ −
Ｖ族化合物半導体表面での分解過程を考察することによ
って得られた。例えばＧａＡｓのエピタキシャル成長に
用いられるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とＴＥＧは分
解の機構が異なることを本発明者は雑誌［ジャーナル・
オブ・ジ・エレクトロケミカル・ソサイアテイ（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ ５ｏｃｉｅｔｙ）Ｊ第１３２巻第３号（１９８５
年３月）の第６７７〜６７９頁に発表した。この論文に
よればＴＥＧは３００°Ｃ程度の低温でも分解が十分に
進行し４００〜５００°ＣのＧａＡｓ基板上に達するま
でにＧａ原子となっていると考えられるのに対し、ＴＭ
ＧはＧａＡｓ基板上に分解せずに到達する可能性が高い
。また本発明者は第１図（ａ）に示すようにＴＭＧはＧ
ａＡｓ面のＡｓ原子のダングリングボンドの電子をＧａ
の空の電子軌道に受けてＧａＡｓ面に吸着し、これによ
って分解反応を促進され第１図（ｂ）のようにモノメル
ガリウムのブリッジ型吸着種を生成するとの認識に到っ
た。このモノメチルガリウムはＴＭＧとの吸着脱離平衡
の関係には組み込まれない吸着種であり、脱離速度が無
限に小さいと考えられるから単分子層吸着が実現する。
モノメチルガリウムは熱的に分解してガリウムとなるが
、この速度は極めて遅く、砒素存在下の分解速度と比べ
て無視できる。この後第１図（ｅ）に示すようにＡｓＨ
３を供給するとメチル基が外れＧａとＡｓが結晶に取り
込まれる。よって、メチル系ＩＩＩ族元素有機金属化合
物とＶ族元素の揮発性化合物の供給を完全に分離してお
こないしかもそれぞれの原料供給の間には原料の無供給
の時間を設けて二つの原料ガスが混合することを抑制し
た本発明の気相成長方法によって単分子層吸着過程を経
た成長が実現すると期待される。
、この速度は極めて遅く、砒素存在下の分解速度と比べ
て無視できる。この後第１図（ｅ）に示すようにＡｓＨ
３を供給するとメチル基が外れＧａとＡｓが結晶に取り
込まれる。よって、メチル系ＩＩＩ族元素有機金属化合
物とＶ族元素の揮発性化合物の供給を完全に分離してお
こないしかもそれぞれの原料供給の間には原料の無供給
の時間を設けて二つの原料ガスが混合することを抑制し
た本発明の気相成長方法によって単分子層吸着過程を経
た成長が実現すると期待される。
（実施例）
以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。
する。
実施例１゜
Ｇａ、Ａｓの３インチ基板な載置できる横型低圧ＭＯＶ
ＰＥ装置を用いて本発明によって３インチＧａＡｓ（１
００）基板上へのＧａＡｓ成長をおこなった。総流量９
ｒ／ｍｉｎ、反応管内圧力１００ｔｏｒｒとしてＲＦ加
熱によってカーボンサセプタ上のＧａＡｓ基板を５００
°Ｃの温度にした。このとき反応管内に１．ｌＸ１０
”ｔｏｒｒの分圧のＡｓＨ３を供給しておいた。しかる
後にＡｓＨ３供給を停止し、２秒経過後９．８５Ｘ１０
−３ｔｏｒｒの分圧のＴＭＧを３秒間供給した。原料無
供給時間の２秒間というのは本実施例の反応管内から原
料が排除されるのに十分な時間である。このあと原料無
供給時間を２秒間とり、そのあと１．Ｉ Ｘ １Ｏ−１
ｔｏｒｒの分圧のＡｓＨ３を４秒間供給した。この１１
秒間の操作を１５００回繰り返した。この後、ＡｓＨ３
を流通しながら基板温度を６４０°Ｃにして基板温度が
一定してから６．６Ｘ１０−’ｔｏｒｒの分圧のＡｓＨ
３と１．Ｉ Ｘ １Ｏ−２ｔｏｒｒの分圧のＴＭＧとＩ
Ｘ １Ｏ−６ｔｏｒｒの分圧のＳｉＨ４を１５分間供
給した。この６４０°Ｃにおける成長は比較のために通
常のＭＯＶＰＥによってＧａＡｓ成長をおこなったもの
である。
ＰＥ装置を用いて本発明によって３インチＧａＡｓ（１
００）基板上へのＧａＡｓ成長をおこなった。総流量９
ｒ／ｍｉｎ、反応管内圧力１００ｔｏｒｒとしてＲＦ加
熱によってカーボンサセプタ上のＧａＡｓ基板を５００
°Ｃの温度にした。このとき反応管内に１．ｌＸ１０
”ｔｏｒｒの分圧のＡｓＨ３を供給しておいた。しかる
後にＡｓＨ３供給を停止し、２秒経過後９．８５Ｘ１０
−３ｔｏｒｒの分圧のＴＭＧを３秒間供給した。原料無
供給時間の２秒間というのは本実施例の反応管内から原
料が排除されるのに十分な時間である。このあと原料無
供給時間を２秒間とり、そのあと１．Ｉ Ｘ １Ｏ−１
ｔｏｒｒの分圧のＡｓＨ３を４秒間供給した。この１１
秒間の操作を１５００回繰り返した。この後、ＡｓＨ３
を流通しながら基板温度を６４０°Ｃにして基板温度が
一定してから６．６Ｘ１０−’ｔｏｒｒの分圧のＡｓＨ
３と１．Ｉ Ｘ １Ｏ−２ｔｏｒｒの分圧のＴＭＧとＩ
Ｘ １Ｏ−６ｔｏｒｒの分圧のＳｉＨ４を１５分間供
給した。この６４０°Ｃにおける成長は比較のために通
常のＭＯＶＰＥによってＧａＡｓ成長をおこなったもの
である。
第２図は流れ方向７２ｍｍにわたって成長層の膜厚を測
定した結果である。測定は２°研摩ステイニングした面
を光学顕微鏡で長さ測定することによっておこなった。
定した結果である。測定は２°研摩ステイニングした面
を光学顕微鏡で長さ測定することによっておこなった。
一部は（１１０）へき開面をステイニングし走査電子顕
微鏡（ＳＥＭ）で観察し測定した。第２図に見られるよ
うに本発明によるＧａＡｓ成長層膜厚は測定精度±２０
０人の範囲内で完全に平坦であった。
微鏡（ＳＥＭ）で観察し測定した。第２図に見られるよ
うに本発明によるＧａＡｓ成長層膜厚は測定精度±２０
０人の範囲内で完全に平坦であった。
それに対し、通常の成長方法で得られたＧａＡｓ層の膜
厚は上流から下流に向かって薄くなり上流と下流では倍
量上の膜厚差を生じることが示された。
厚は上流から下流に向かって薄くなり上流と下流では倍
量上の膜厚差を生じることが示された。
実施例２゜
実施例１で使用した装置を用いて本発明によってＩｎＯ
，５ＧａＯ，５ＡＳの成長をおこなった。基板は２イン
チのＩｎＰ（１００）基板を用いた。基板温度を４７０
°Ｃと低温にしたのでＩｎＰ基板の熱損傷防止用のＰＨ
３は用いなかった。基板温度が４７０°Ｃとなった後（
１）１．ｌＸ１０＝ｔｏｒｒの分圧のＡｓＨ３を４秒間
、（２）２秒間の原料無供給、（３）８Ｘ１０＝ｔｏｒ
ｒの分圧のトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を３秒間、
（４）２秒間の原料無供給、（５Ｘ１）の操作、（６）
２秒間の原料無供給、（７）９．８５Ｘ１０−３ｔｏｒ
ｒの分圧のＴＭＧを３秒間、（８）２秒間の原料無供給
の繰り返し操作を１０００回おこなった。
，５ＧａＯ，５ＡＳの成長をおこなった。基板は２イン
チのＩｎＰ（１００）基板を用いた。基板温度を４７０
°Ｃと低温にしたのでＩｎＰ基板の熱損傷防止用のＰＨ
３は用いなかった。基板温度が４７０°Ｃとなった後（
１）１．ｌＸ１０＝ｔｏｒｒの分圧のＡｓＨ３を４秒間
、（２）２秒間の原料無供給、（３）８Ｘ１０＝ｔｏｒ
ｒの分圧のトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を３秒間、
（４）２秒間の原料無供給、（５Ｘ１）の操作、（６）
２秒間の原料無供給、（７）９．８５Ｘ１０−３ｔｏｒ
ｒの分圧のＴＭＧを３秒間、（８）２秒間の原料無供給
の繰り返し操作を１０００回おこなった。
（４００）面反射のＸ線ロッキングカーブ測定によりＩ
ｎＰ基板のピークの高角度側にＩｎＯ，５ＧａＯ，５Ａ
Ｓに相当するピークを観察した。上流から下流の４８ｍ
ｍにわたってＩｎＰピークとＩｎＧａＡｓピークの間隔
は±１０秒の範囲で一定であり、混晶成長における組成
においても高均一な成長層が本発明によって得られるこ
とが示された。
ｎＰ基板のピークの高角度側にＩｎＯ，５ＧａＯ，５Ａ
Ｓに相当するピークを観察した。上流から下流の４８ｍ
ｍにわたってＩｎＰピークとＩｎＧａＡｓピークの間隔
は±１０秒の範囲で一定であり、混晶成長における組成
においても高均一な成長層が本発明によって得られるこ
とが示された。
（発明の効果）
以上の説明で明らかなように、本発明によれば膜厚や混
晶の組成において高均一の大面積エピタキシャル層が得
られ、発明の効果が示された。
晶の組成において高均一の大面積エピタキシャル層が得
られ、発明の効果が示された。
第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の反応過程を示す模式図
である。 第２図は本発明によって得られたＧａＡｓ成長層の流れ
方向膜厚分布を示す図である。通常の成長方法によって
ＧａＡｓがその上に連続的に成長させられ第１図 （ａ） （ｂ）
である。 第２図は本発明によって得られたＧａＡｓ成長層の流れ
方向膜厚分布を示す図である。通常の成長方法によって
ＧａＡｓがその上に連続的に成長させられ第１図 （ａ） （ｂ）
Claims (1)
- メチル系III族元素有機金属化合物とＶ族元素の揮発
性化合物を交互に基板上に供給し、それぞれの原料供給
の間には原料の無供給の時間を設け、その繰り返しによ
ってIII−Ｖ族化合物半導体およびその混晶の薄膜を形
成することを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の気相
成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11560786A JPS62270493A (ja) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | ３−ｖ族化合物半導体の気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11560786A JPS62270493A (ja) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | ３−ｖ族化合物半導体の気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62270493A true JPS62270493A (ja) | 1987-11-24 |
Family
ID=14666826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11560786A Pending JPS62270493A (ja) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | ３−ｖ族化合物半導体の気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62270493A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01194318A (ja) * | 1988-01-28 | 1989-08-04 | Fujitsu Ltd | 原子層エピタキシャル成長方法 |
| US5166092A (en) * | 1988-01-28 | 1992-11-24 | Fujitsu Limited | Method of growing compound semiconductor epitaxial layer by atomic layer epitaxy |
-
1986
- 1986-05-19 JP JP11560786A patent/JPS62270493A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01194318A (ja) * | 1988-01-28 | 1989-08-04 | Fujitsu Ltd | 原子層エピタキシャル成長方法 |
| US5166092A (en) * | 1988-01-28 | 1992-11-24 | Fujitsu Limited | Method of growing compound semiconductor epitaxial layer by atomic layer epitaxy |
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