JPS62274712A - 分子線結晶成長方法 - Google Patents
分子線結晶成長方法Info
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- JPS62274712A JPS62274712A JP11851986A JP11851986A JPS62274712A JP S62274712 A JPS62274712 A JP S62274712A JP 11851986 A JP11851986 A JP 11851986A JP 11851986 A JP11851986 A JP 11851986A JP S62274712 A JPS62274712 A JP S62274712A
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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】
３、発明の詳細な説明
〔概要〕
液体原料をバブラで供給する分子線エビタキー（ＭＢＣ
）において、原料を運ぶキャリアガスとして液体窒素温
度（７７Ｋ）付近で蒸気圧（１０−’Ｔｏｒｒ程度以下
）が低く、基板温度（通常化合物半導体の場合ハ５００
〜８００℃）において反応性の乏しいガスを用いて、成
長室内の真空度をよくし、高品質の結晶成長を行う。
）において、原料を運ぶキャリアガスとして液体窒素温
度（７７Ｋ）付近で蒸気圧（１０−’Ｔｏｒｒ程度以下
）が低く、基板温度（通常化合物半導体の場合ハ５００
〜８００℃）において反応性の乏しいガスを用いて、成
長室内の真空度をよくし、高品質の結晶成長を行う。
本発明は液体原料をバブラで供給するＭＢＢ結晶成長方
法に関する。
法に関する。
ＭＢＥ結晶成長方法は、超格子構造等のごく薄い数原子
層程度の膜を成長できるため、化合物半導体装置の製造
に広く使われている。
層程度の膜を成長できるため、化合物半導体装置の製造
に広く使われている。
近年、このＭＢＣ法の変形として、原料をガスの形で供
給する方法口が採用されるようになった。
給する方法口が採用されるようになった。
〔１） 日経マイクロデバイシズ、 １９８５年１２
月ｐｐ８９ ） 従来の固体原料を用いた場合に比し、ガス原料を用いた
この方法の利点はっぎの通りである。
月ｐｐ８９ ） 従来の固体原料を用いた場合に比し、ガス原料を用いた
この方法の利点はっぎの通りである。
■ 原料再充填による成長停止を少なくでき、スループ
ットが上がる。
ットが上がる。
■ ガリウムインジウム砒素燐（ＧａｌｎＡｓＰ）等の
■族原子を２種以上含む混晶を容易に作成できる。
■族原子を２種以上含む混晶を容易に作成できる。
Ｐは蒸気圧が高く、成長室内を高真空に保てないため、
高品質の結晶成長が困難である。
高品質の結晶成長が困難である。
■ 表面欠陥の少ないガリウム砒素（ＧａＡｓ）を成長
できる。 ・ 固体原料の場合は、成長中に原料のＧａが酸化してＧａ
酸化物となり、これの分子線が基板に照射されて表面欠
陥を生成するが、ガス原料の場合は表面欠陥の生成は少
ない。
できる。 ・ 固体原料の場合は、成長中に原料のＧａが酸化してＧａ
酸化物となり、これの分子線が基板に照射されて表面欠
陥を生成するが、ガス原料の場合は表面欠陥の生成は少
ない。
■ 選択エピタキシャル成長が容易である。
ガス原料の場合の方が、成長機構的に同じマスク材（ス
テンレス鋼、シリコン基板等を開口したもの）に対し、
選択性が得られやすい。
テンレス鋼、シリコン基板等を開口したもの）に対し、
選択性が得られやすい。
つぎに、原料ガスの供給方法について述べる。
■ ■族の原料ガス
例えば、ＧａＡｓを成長する場合は、高純度のものが容
易に得られるアルシン（Ａｓｌｈ）をそのまま成長室に
導入して使用できる。
易に得られるアルシン（Ａｓｌｈ）をそのまま成長室に
導入して使用できる。
■ ■族の原料ガス
（ａｌ ＩＩＩ族の原料は常温で液体、または固体で
ある。■族の原料としては、つぎのようなものがある。
ある。■族の原料としては、つぎのようなものがある。
Ｇａ ： ＴＭＧａ、トリメチルガリウム。
ＴＥＧａ、トリエチルガリウム。
Ａ１：ＴＭＡｌ、 ｔ−リメチルアルミニウム。
［ｎ ： Ｔ旧、トリメチルインジウム。
これらは、０〜５０℃で数〜数１００ Ｔｏｒｒの蒸気
圧を有する。そこで、これらの原料を真空容器の中に入
れて、周囲温度を一定にして、微小流量調節可能なリー
クバルブを介してＭＢＥ成長室に導入する。
圧を有する。そこで、これらの原料を真空容器の中に入
れて、周囲温度を一定にして、微小流量調節可能なリー
クバルブを介してＭＢＥ成長室に導入する。
（ｂ） 化学気相成長（ＣＶＤ）法で用いられるバブ
ラ方式を使う。
ラ方式を使う。
第１図はバブラの断面図である。
図において、バルブ１２．１３を開いて、バルブ１２よ
りキャリアガスをバブラ１１に流し込み、液体、あるい
は固体原料（温度を上げて液体にする）をバブリングし
て、バルブ１３を経由してキャリアガスと原料ガスをＭ
ＢＥ成長室に導入する。
りキャリアガスをバブラ１１に流し込み、液体、あるい
は固体原料（温度を上げて液体にする）をバブリングし
て、バルブ１３を経由してキャリアガスと原料ガスをＭ
ＢＥ成長室に導入する。
流し込むキャリアガスの流量と、バブラ１の温度を精度
よ（制′４１■できるので、安定した原料の供給ができ
る。
よ（制′４１■できるので、安定した原料の供給ができ
る。
以上説明した方法のうち、原料供給の安定性と再現性に
関しては、（ａ）より、（ｂ）の方が格段にすぐれてい
る。
関しては、（ａ）より、（ｂ）の方が格段にすぐれてい
る。
とくに、エチル系の原料で蒸気圧が低い場合は（ａｌの
方法では十分な制御をすることが難しい。
方法では十分な制御をすることが難しい。
Ｃ発明が解決しようとする問題点〕
前記の（ｂｌの方法で問題となるのは、通常キャリアガ
スとして水素（Ｈ２）を用いるため、成長中真空度がわ
るくなることである。
スとして水素（Ｈ２）を用いるため、成長中真空度がわ
るくなることである。
その例をＧａＡｓを成長する場合について考える。
被成長基板にＧａＡｓの２インチウェハを用い、これに
ＧａＡｓを３人／ｓ （大凡Ｇａ原子１層／ｓ 、 Ｇ
ａＡｓの格子定数は２．８人）の成長速度で成長させる
とき必要なＧａ原子数は１．５Ｘ１０Ｉ６個／Ｓである
。
ＧａＡｓを３人／ｓ （大凡Ｇａ原子１層／ｓ 、 Ｇ
ａＡｓの格子定数は２．８人）の成長速度で成長させる
とき必要なＧａ原子数は１．５Ｘ１０Ｉ６個／Ｓである
。
このＧａの原料としてＴＭＧａを用いると、バブラ温度
Ｑ’ＣのときのＴＭＧａの蒸気圧は約５５Ｔｏｒｒで、
１気圧でバブリングするとして必要となるキャリアガス
１１□の流量は０．０７２ｃｍ３／ｓ となる。
Ｑ’ＣのときのＴＭＧａの蒸気圧は約５５Ｔｏｒｒで、
１気圧でバブリングするとして必要となるキャリアガス
１１□の流量は０．０７２ｃｍ３／ｓ となる。
このキャリアガスを排気するためには、成長室の圧力を
ＩＰ ’Ｔｏｒｒに保つものとして、５．４７Ｘ１０’
ｃｍ３／ｓ ＝ ５４７０１！／ｓの莫大な排気速度を
もつ真空ポンプが必要となる。
ＩＰ ’Ｔｏｒｒに保つものとして、５．４７Ｘ１０’
ｃｍ３／ｓ ＝ ５４７０１！／ｓの莫大な排気速度を
もつ真空ポンプが必要となる。
ＭＢＥ装置に接続する通常の真空ポンプは２０００〜３
０００ｊ２／ｓであるから、ごの値は実現不可能である
。
０００ｊ２／ｓであるから、ごの値は実現不可能である
。
従って、成長中の真空度が５ Ｘ １０− ’Ｔｏｒｒ
とわるくなっている報告例２ゝがある。
とわるくなっている報告例２ゝがある。
（２） Ｗ、Ｔ、Ｔｓａｎｇ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、
Ｌｅｔｔ、、 ４５．１２３４このような真空度では
、通常のＭＢＥ法で作成さ机るような高品質の結晶作成
は望むことはできない。
Ｌｅｔｔ、、 ４５．１２３４このような真空度では
、通常のＭＢＥ法で作成さ机るような高品質の結晶作成
は望むことはできない。
上記問題点の解決は、液体原料を、液体窒素温度で水素
より蒸気圧の低いキャリアガスでパブリングして原料を
供給する分子線結晶成長方法によ。
より蒸気圧の低いキャリアガスでパブリングして原料を
供給する分子線結晶成長方法によ。
り達成される。
前記蒸気圧の低いキャリアガスは被成長基板と化学反応
をしないことが必要で、キセノン（’Ｘｅ）、あるいは
エタン（Ｃ２Ｈ，）、あるいはエチレン（Ｃ２Ｈ４）、
あるいは六弗化硫黄（ｓｐａ）等が適当である。
をしないことが必要で、キセノン（’Ｘｅ）、あるいは
エタン（Ｃ２Ｈ，）、あるいはエチレン（Ｃ２Ｈ４）、
あるいは六弗化硫黄（ｓｐａ）等が適当である。
本発明は、バブリングするキャリアガスとしてＨ２以外
の液体窒素温度付近で蒸気圧の低いものを用い、真空ポ
ンプの負担を軽減し、成長中の真空度をよくするもので
ある。
の液体窒素温度付近で蒸気圧の低いものを用い、真空ポ
ンプの負担を軽減し、成長中の真空度をよくするもので
ある。
ＭＢＥ成長中の成長室の壁は液体窒素温度（７７Ｋ）付
近に保たれている。Ｈ２ガスは７７にでは１気圧以上の
蒸気圧をもち、７７にの壁面とは相互作用をしない。
近に保たれている。Ｈ２ガスは７７にでは１気圧以上の
蒸気圧をもち、７７にの壁面とは相互作用をしない。
ところが、キャリアガスとしてＨ２以外の液体窒素温度
近傍で蒸気圧の低いものを用いると、成長室の壁面にキ
ャリアガスの一部、または全部が吸着して壁面自身が真
空ポンプとなり１．すなわち壁面を一種のクライオポン
プとして使うことができ、実質的な排気速度を上げるこ
とができる。
近傍で蒸気圧の低いものを用いると、成長室の壁面にキ
ャリアガスの一部、または全部が吸着して壁面自身が真
空ポンプとなり１．すなわち壁面を一種のクライオポン
プとして使うことができ、実質的な排気速度を上げるこ
とができる。
本発明においては、キャリアガスの選択のみが重要で、
選択要件として前記のように、（１１７７に付近で低い
蒸気圧をもつこと＋２） ５００〜８００℃に加熱さ
れた基板と化学反応（熱分解反応）をしないこと である。
選択要件として前記のように、（１１７７に付近で低い
蒸気圧をもつこと＋２） ５００〜８００℃に加熱さ
れた基板と化学反応（熱分解反応）をしないこと である。
これらの要件を充たすキャリアガスをつぎにあげる。
ガス ７７にでの蒸気圧（Ｔｏｒｒ）Ｘｅ
８．８７ Ｘ １０− ’ＣＺＨ６６，８４Ｘ １Ｏ
−５ ＣＪ４７．４１ Ｘ １０−’ ＳＦ６ ５．７８×１０−９ 上表のうち、最もよいものはＳＦｂである。
８．８７ Ｘ １０− ’ＣＺＨ６６，８４Ｘ １Ｏ
−５ ＣＪ４７．４１ Ｘ １０−’ ＳＦ６ ５．７８×１０−９ 上表のうち、最もよいものはＳＦｂである。
第２図はＭＢＥ装置の概略を示す断面図である。
図において、１は成長室、２．３はシュラウド、２Ａ、
２Ｂはシュラウド２の液体窒素導入口と排出口、３Ａ、
３Ｂはシュラウド３の液体窒素導入口と排出口、４は排
気口に設けられたゲートバルブ、５は基板ホルダ、６は
基板、７．８はそれぞれＡｓ、 Ｇａ分子線源、９．１
０は分子線シャッタである。
２Ｂはシュラウド２の液体窒素導入口と排出口、３Ａ、
３Ｂはシュラウド３の液体窒素導入口と排出口、４は排
気口に設けられたゲートバルブ、５は基板ホルダ、６は
基板、７．８はそれぞれＡｓ、 Ｇａ分子線源、９．１
０は分子線シャッタである。
通常、ＭＢＥ装置には、口承のようにシュラウドが設け
られている。これは成長室内を高真空に保つために、残
留ガスを吸着させ、かつ、各々の分子線源セルの熱遮蔽
を行うためのもので、非常に重要な役割を果たしている
。
られている。これは成長室内を高真空に保つために、残
留ガスを吸着させ、かつ、各々の分子線源セルの熱遮蔽
を行うためのもので、非常に重要な役割を果たしている
。
シュラウドは通常、冷却剤として液体窒素（ＬＮＺ）を
流す液体窒素シュラウドが用いられる。
流す液体窒素シュラウドが用いられる。
以上詳細に説明したように本発明によれば、バブラ方式
で原料を供給するＭＢＥ法において、制御性よく原料を
供給しつつ、成長中の真空度を改善することができるの
で、高品質の結晶膜を得ることができる。
で原料を供給するＭＢＥ法において、制御性よく原料を
供給しつつ、成長中の真空度を改善することができるの
で、高品質の結晶膜を得ることができる。
第１図はバブラの断面図、
第２図はｌ’ｌＢＥ装置の概略を示す断面図である。
図において、
１は成長室、
２．３はシュラウド、
２Ａ、３八は液体窒素の導入口、
２Ｂ、３Ｂは液体窒素の排出口、
４は排気口のゲートバルブ、
５は基（反ホルダ、
６は基板、
７．８は分子線源、
９．１０は分子線シャッタ、
１１はバブラ、
１２．１３はバルブ
バプラの断曲図
茅 Ｉ 閾
Claims (3)
- （１）液体原料を、液体窒素温度で水素より蒸気圧の低
いキャリアガスでバブリングして原料を供給することを
特徴とする分子線結晶成長方法。 - （２）前記キャリアガスが被成長基板と化学反応を起こ
さないことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分
子線結晶成長方法。 - （３）前記キャリアガスがキセノン（Ｘｅ）、あるいは
エタン（Ｃ＿２Ｈ＿６）、あるいはエチレン（Ｃ＿２Ｈ
＿４）、あるいは六弗化硫黄（ＳＦ＿６）であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分子線結晶成長
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11851986A JPH0758693B2 (ja) | 1986-05-23 | 1986-05-23 | 分子線結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11851986A JPH0758693B2 (ja) | 1986-05-23 | 1986-05-23 | 分子線結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62274712A true JPS62274712A (ja) | 1987-11-28 |
| JPH0758693B2 JPH0758693B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=14738630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11851986A Expired - Lifetime JPH0758693B2 (ja) | 1986-05-23 | 1986-05-23 | 分子線結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0758693B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006278616A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 薄膜製造装置、薄膜の製造方法、および薄膜積層体 |
-
1986
- 1986-05-23 JP JP11851986A patent/JPH0758693B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006278616A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 薄膜製造装置、薄膜の製造方法、および薄膜積層体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0758693B2 (ja) | 1995-06-21 |
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