JPS63129610A - 半導体結晶のエピタキシヤル成長法 - Google Patents

半導体結晶のエピタキシヤル成長法

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JPS63129610A
JPS63129610A JP27542686A JP27542686A JPS63129610A JP S63129610 A JPS63129610 A JP S63129610A JP 27542686 A JP27542686 A JP 27542686A JP 27542686 A JP27542686 A JP 27542686A JP S63129610 A JPS63129610 A JP S63129610A
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Junichi Nishizawa
潤一 西澤
Fumio Matsumoto
松本 史夫
Toru Kurabayashi
徹 倉林
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は半導体結晶のエピタキシャル成長法に関し、特
に真空排気された成長室で半導体結晶をエピタキシャル
成長させる方法に関する。
(従来の技術) 半導体結晶のエピタキシャル成長法として常圧ないしは
減圧された雰囲気下で行なう気相法が広く用いられてい
る。これは装置が簡易で量産性に優れているが、S厚の
制御には限界を有している。
すなわち、単分子層オーダの膜厚制御性は有していない
例えば、テラヘルツ帯で動作可能な静電誘導トランジス
タ(SIT)などの超高周波デバイスや、超格子(SL
)デバイスは単分子オーダの膜厚制御を必要とする。
高真空中で成長を行なうエピタキシー、例えば分子線エ
ピタキシー(MBE)、分子(NK子)層エピタキシー
(肚EもしくはALE)は単分子層オーダの膜厚制御が
可能である。そこで、高度な膜厚制御を必要とするデバ
イスの製造のため、これらの方法の研究が進められてい
る。
MBEでは原料を加熱蒸発させ、蒸発した分子をビーム
状にして基板上に蒸着させ、エピタキシャル成長をさせ
る。高真空中での入射分子線の運動は指向性が強く、大
面積基板への成長は不均一になりやすい。基板の回転機
構などにより均一性を向上させる方法がとられているが
、そのため装置が複雑になっている。また、遮へい物に
より基板に入射する分子線の1部をさえぎるとその部分
では成長は起こらなくなる。凹凸を有する基板では入射
分子線にとって凹凸の影になる部分、特に側壁での成長
は望めず、あっても不均一成長となってしまう。室温で
ガス状分子であるアルキル金属化合物を用いるMO−M
BHにおいても事情は同様である。
MLEでは、成分元素を含むガス状分子をパルス状に基
板上に交互に導入し結晶を単分子層ずつ成長させる方法
である。例えば、GaAgを成長させる際は、Ga層と
AS層とを交互に成長させる。この方法はガス状分子の
単分子吸着等の基板上の表面反応を利用しているため、
導入ガスのある圧力の範囲内で常に単分子層成長がおこ
る。また、単分子層の成長が基本なので、当然均一性も
良い。例えば、3元化合物半導体の一つであるALxG
a t −xAsの成長では■族アルキル金属化合物と
してトリメチルガリウムTMGとトリメチルアルミニウ
ムTMA。
■放水素化物としてアルシンAsHsが用いられる。
メチル系アルキル金属水化物を用いると基板結晶の面方
位による成長厚さの依存性が大きい。例えば、 (io
o)面には一分子層単位で成長しても(100)面に設
けられた溝部の側壁の(111)面等の他の面方位には
成長しないかもしくは成長速度が非常に小さいこともあ
る。エチル系アルキル金属化合物例えばトリエチルアル
ミニウム(TEA)、トリエチルガリウム(TEG)を
用いると面方位依存性は小さく、ある条件下では殆んど
なくなる。しかし、この場合は導入ガス分子の入射方向
による指向性が現われる。
第3図はGaAs基板1上の窒化シリコンSiNx膜2
をマスクとして溝3をエッチし、その後TEA −TE
G −AaHs系により、成長を行なった結果を示す、
 TEA。
TEGの入射方向4による指向性が表われている。すな
わち、ガス分子が直接入射しない溝3の影の部分6にお
いて成長層5は薄くなっている。
このように優れた厚さ制御性を有する肛Eにおいても、
凹凸を有する基板上へ均一性よく成長させることは難し
かった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は、上記した真空排出した成長槽に原料ガスを導
入して成長を行なうエピタキシーにおいて、大面積基板
あるいは凹凸を有する基板の上にも均一なステップカバ
レージの良い薄膜成長できる半導体エピタキシャル成長
法を提供することを特徴とする特に、陰になる凹部側壁
面への薄膜成長に有効な半導体エピタキシャル成長法を
提供せんとするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、従来の14LHあるいはMO−MBEが原料
ガスを基板上に直接入射させ、方向性を避は難ったこと
に鑑み、原料ガスの少なくとも1つは噴出ノズルを基板
以外の方向に向け、原料ガスを基板上に直接入射させる
ことなく成長を行なうようにしたものである。
(作用) 基板以外の方向に向けられた原料ガスは1度は成長室の
壁等に当り、指向性を失なってから基板上に到達する。
これにより、半導体結晶薄膜を単分子層オーダで制御で
き、なおかつ、指向性を生じさせずに大面積基板上でも
、凹凸を有する基板上でも均一性良く成長できる。
(実施例) 以下、 TEA −TEG −ASl(s系によるAL
xGa s −xAsMLEを例にとって本発明を説明
する。
第1図は本発明による肛E装置の一実施例である。
7はTEA導入口、8はTEG導入口、9はAsH3導
入口。
7’ 、8’ 、9’は各々TEA、TEG、AsHs
の噴出口、10はTEA導入量制御装置、11はTEG
導入量制御装置、12はASl 3導入量制御装置、1
3はGaAs基板、14は石英サプセタ、15は基板加
熱用ランプ室、16は基板加熱用赤外線ランプ、17は
成長室、18はゲートバルブ、19は真空排出装置、2
0はガス導入モード制御装置である。
ALxGa t −xAsの成長は以下の手順により行
なう。
まず、成長室11の石英サブセタ14にGaAs基板1
3をセットし、真空排気装置19により10−@〜10
″″” ’ Torr程度の圧力になるまで真空排気す
る。
真空排気装置19は、クライオポンプ、ターボ分子ポン
プ等の超高真空用ポンプにより構成される。
次に、赤外線ランプ16によりGaAs基板を所定の成
長温度に加熱し一定温度に保持する。次いで、各々の導
入量制御袋!!!110.11.12により制御された
導入ガス圧力でTEA、TI’G、ASl sが各々導
入口?、8.9よりガス導入モード制御装置20により
制御されたガス導入モードに従って成長室内の各々の噴
出ロア′。
8′9より導入される。
本実施例においては成長温度は475℃、導入ガス圧力
およびモードはTEA : 4 X 10− ’ To
rr2秒導入、2秒排気、 TEA : 6X10−’
 Torr2秒導入、2秒排気、As1l 3: I 
X 10− ’ TorrlO秒導入、2秒排気で1サ
イクルであった。700サイクルの成長を行なった結果
、凹凸を有する基板上への成長は第2図の如くほぼ均一
なことが確認された。
第2図において、 21はGaAs基板、22はSiN
xマスクである。基板21にはマスク22を使って逆メ
サ型の溝23を設けである。24は成長した几xGa 
s −xAsである。24の組成には約0.4で成長厚
は溝23の底部で約2000人、溝23の側壁で約18
00人であった。
成長は1分子副づつ行なわれると考えられる!同種元素
が2層以上付着する傾向は低い。底部ではほぼ1分子層
の均一な成長膜が得られ、さらに側壁においても底部よ
り10%程度薄くなっているが均一に成長がおこってお
り、逆メサ形状の基板表面からは陰になる部分にまで均
一に成長している。第1図の陰の部分における不均一が
除かれ極めて均一・な成長膜が得られた。
TEA、TEG噴出ロア’ 、8’ が基板方向でなく
、上向きになっているため、成長室に導入されたTEA
 。
TEGは基板表面に達する前に1回以上成長室壁面と衝
突することになり、 TEA、TEGガス分子は殆んど
指向性をなくし、全方位から基板上へ入射するため、均
一性良く成長がおこったと考えられる。
本実施例においては噴出口方向を上向きとしたが基板方
向以外の方向へ噴出口を向けた場合にも 。
同様の効果が現われるのは言う迄もない、As113噴
出口が基板方向を向いているのはAsH3の場合。
圧力が比較的高いこと、GaAs基板にTEA、TUG
あるいはその一部分解したもの、あるいはAQ、Ga金
属がある場合のみGaAs基板上に吸着され反応するこ
と等のため、特に方向性について考慮する必要はないた
めである。
原料ガスとして、例えばGaCQ s 、AlCf1 
s等の吸着エネルギーの大きな化合物を用いる場合は成
長室壁面に吸着され再放出ガスが少なくなり成長に支障
をきたすが、壁面温度を適当な温度1例えばGaCn3
.AICQ s等の場合は200〜250℃に加熱すれ
ば吸着されずに、壁面より再放出され、上記実施例同様
の効果が得られる。
第4図は1本発明を適用して製造した理想型MISSI
Tの一例を示す断面図である。
N÷−GaAs基板31上にP−GaAs32およびN
 ” −GaAs33を肚Eにより成長させ、5iN3
4をマスクとしてドライエッチにより逆メサ型の溝を設
け、本発明の方法によりA Q GaAs35を溝側壁
も含めて成長させる。その後、指向性蒸着によりSiO
236を蒸着し、次いでAQ電極37をななめ蒸着によ
り側壁のAQGaAsおよびSi02上に蒸着する。さ
らに。
SiO: 38の蒸着を行ない、ソース39およびゲー
ト40の窓開けを行ない、 Au−Ga−Niにより、
ソース39およびゲート40、次いで裏面にドレイン4
1のメタライゼイションを行なう。A Q GaAs3
5はMIS構造の絶縁ゲート膜として働き、GaAs表
面電位を変化させP−GaAs32表面を流れる電流を
制御する。この場合、A Q GaAs35の厚さが不
均一であると、 P−GaAs32表面の電位制御が不
均一になり良好な理想型MISSITは作製できない。
本発明によれば溝側壁へのAΩGaAs成長が均一とな
るため、理想型MISSITの作製には極めて有効な成
長法であることは明白である。
このように、本実施例の方法はMLEあるいはMBHの
もつ単分子オーダの膜厚制御性を保持し、良好な均一性
と凹凸面への良好なステップカバレージ性とをもつこと
になり超高周波デバイスや超格子デバイスといった微細
な構造をもつデバイス作製、特に三次元構造の超VLS
I等のデバイス作製に適する。
なお、以上述べてきた実施例においてはALxGa 1
− xAsについて説明を行なったが1本発明が他の化
合物半導体、あるいはSi、Ge等の元素半導体のML
EあるいはMO−にBHにも適用できることは言う迄も
ない。
(克明の効果) 以上のように本発明によれば、JM料ガスの成長室への
噴出方向を基板へ直接入射しない方向とすることにより
、基板へ入射するガス分子の指向性を除き、均一な成長
膜を得ることができ、大面積への均一な成長あるいは凹
凸を有する基板への均一な成長を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するためのMLE成長装置の一例
を示す断面図、第2図は本発明により溝つき基板上にに
LE成長した例を示す断面図、第3図は本発明を適用し
て作製した理想型MISSIT−例を示す断面図、第4
図は従来のMLEによる溝つき基板上への成長例を示す
断面図である。 7・・・TEA導入口、8・・・TEG導入口、9・・
・AgH3導入口、10・・・TEA導入量制御装置、
11・・・TEG導入量制御装置、12・・・AsH3
導入量制御装置、13.21・・・Gaps基板、14
・・・石英サセプタ。 15・・・基板加熱用ランプ室、16・・・基板加熱用
赤外線ランプ、 17・・・成長室、18・・・ゲート
バルブ。 19・・・真空排出装置、20・・・ガス導入モード制
御装置、22・・・SiNxマスク、23・・・逆メサ
型の溝。 24− ALxGa I−xAs。 +餉 代理人 弁理士  紋 1) 誠  ゛第1図 第2図 第4図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)真空排気された成長室内に原料ガスを噴出導入し
    て基板結晶上に半導体結晶をエピタキシャル成長させる
    方法において、原料ガスの少なくとも1種類をガス導入
    口から基板結晶に向う方向以外の方向で導入する工程を
    含むことを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル成長
    法。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載において、前記原料ガ
    スがIII族元素の有機金属化合物とV族元素の水素化物
    とを含むことを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル
    成長法。
  3. (3)特許請求の範囲第1項記載において、IV族元素の
    化合物を含むことを特徴とする半導体結晶のエピタキシ
    ャル成長法。
  4. (4)特許請求の範囲第1項記載において、原料ガスの
    少なくとも1種類が前記III族元素の有機金属化合物を
    含み、前記V族元素の水素化物はガス導入口から基板結
    晶に向う方向で導入することを特徴とする半導体結晶の
    エピタキシャル成長法。
  5. (5)特許請求の範囲第1項〜第4項記載のいずれかの
    記載において、前記基板結晶が所定温度に加熱されてい
    ることを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル成長法
  6. (6)特許請求の範囲第1項〜第5項記載のいずれかの
    記載において、前記成長室内壁面が所定温度に加熱され
    ていることを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル成
    長法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02308519A (ja) * 1989-05-24 1990-12-21 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体薄膜形成装置及び半導体多層膜の形成方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60202927A (ja) * 1984-03-28 1985-10-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 3−5族元素化合物半導体層の形成法

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