JPS63222420A - ▲iii▼−▲v▼族化合物半導体の原子層エピタキシヤル成長方法 - Google Patents

▲iii▼−▲v▼族化合物半導体の原子層エピタキシヤル成長方法

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JPS63222420A
JPS63222420A JP5517287A JP5517287A JPS63222420A JP S63222420 A JPS63222420 A JP S63222420A JP 5517287 A JP5517287 A JP 5517287A JP 5517287 A JP5517287 A JP 5517287A JP S63222420 A JPS63222420 A JP S63222420A
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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、原子単位で完全に平坦な成長面を有するII
I−V族化合物半導体の原子層エピタキシャル層の成長
方法に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
従来のGaAs等の化合物半導体の薄膜エピタキシャル
層の成長方法としては、構成元素の塩化物、水素化物、
あるいは有機金属化合物のガス状原料を用いる気相エピ
タキシャル成長法(VPE法)、また、高真空中で構成
元素をビーム化し、基板結晶上に照射して成長を行う分
子線エピタキシャル成長法(MB2法)などが用いられ
てきた。
ところで、これらの成長法では、単分子・原子層(数人
程度)の成長膜厚の制御となると、流量。
圧力2時間といった要因を極めて精密に制御しなければ
ならない。そこで、これらを解決する優れた手法として
、化合物半導体の構成元素、あるいは、その元素を含む
ガスを交互に供給して一原子・分子層ずつ吸着させ全体
として所望の化合物半導体を成長させる原子層エピタキ
シャル成長方法(A L E法)が提案された〔ツォモ
・スントラ(T、5untola) *第16回置体素
子・材料コンファレンス(Extended Abst
ract of the 16th Conferen
ceon 5olid 5tate Device a
nd Materials)、 Kobe。
1984、 pp、647−650)。この手法は本発
明者等により、m−v族化合物半導体の成長にも適用さ
れた。
この方法によると、膜厚制御のためには、従来の成長速
度を制御する方法とは異なり、例えば、GaCtとAS
Hffを原料とするGaAs  ALE法では、GaC
ffの吸着回数のみを制御することになる。しかも、広
い成長温度、流量範囲において、単分子層単位の成長が
可能であり、これによって膜厚の制御技術は格段に向上
した〔碓井(A。
Usui)他、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプ
ライド フィジフクス(Japanese Journ
al of Applied Physics)、vo
l、25.no、 3.1986.PP、L212−2
14〕。
ところが、この■族元素の塩化物と、■族元素、あるい
はその水素化物とを交互に供給するm−v族化合物半導
体の原子層エピタキシャル成長技術にも、解決すべき幾
つかの問題点がある。本発明が解決しようとした問題点
はそのなかでも栂めて重要なもので成長面の平坦性に関
するものである。
即ち、この成長手法においては、■族元素の塩化物の基
板結晶上への吸着は基板表面の凹凸をそのまま受は継ぎ
、その後V族元素を供給し、Ga −Asボンドを形成
しても、その表面拡散が成長温度(500℃付近)程度
では極めて小さく成長面の平坦化には殆ど寄与しない。
従って、成長終了後においても成長面は基板表面の形状
をそのまま受は継いでいると考えられる。このような成
長モードは単に厚い膜を成長させる時にはあまり問題に
ならないが、単分子から成る規則性混晶や超格子を成長
させた場合その特徴を十分発揮させることができない。
本発明の目的は、上記従来技術のかかる欠点を除去し、
原子オーダで完全に平坦な成長面を有するm−v族化合
物半導体の原子層エピタキシャル層の成長方法を提供し
ようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、m−v族化合物半導体の原子層エピタキシャ
ル成長方法において、先ず、基板結晶上に■族元素の塩
化物を供給して吸着層を形成した後、気相中の■族元素
の塩化物を排出し、次に■族元素、あるいはその水素化
物を基板結晶上に一定時間供給するプロセスを少なくと
も一回以上繰り返し、その後■族元素、あるいはその水
素化物と■族元素の塩化物とを交互に供給することによ
りエピタキシャル成長を行うことを特徴とする。
〔作用〕
前述したように■族元素の塩化物は基板表面の凹凸をそ
のまま受は継ぎ吸着すると考えられる。
この後、気相中の■族元素の塩化物を排出し、新たに■
族元素、あるいはその水素化物を基板結晶上に一定時間
供給すると、これらは吸着した■族元素の塩化物の塩素
をはずして■族元素と結合する。ところが、成長温度が
高いと■族元素は再び気相中に飛び出し、基板表面には
■族元素のダングリングボンド(dangling b
ond)が残る。ところで、基板表面は原子オーダで平
坦ではないために、■族元素に対して結合しているボン
ドの数が異なり、成長温度を適当に選ぶことによって凹
凸の窪みに入った■族元素はそのままで、最上部の表面
上の■族元素だけを外すことが可能である。この後、表
面を再び■族元素の塩化物にさらすと、■族元素の上に
は吸着するが、■族元素上の吸着は極めて弱くなり、容
易に気相中に飛び出す。そこで再び表面に■族元素、あ
るいはその水素化物を供給すると上記反応が再現する。
このプロセスを繰り返すことにより、基板の凹んだ部分
が次第に埋められ、ついには原子オーダで平坦な表面が
得られる。これら一連の反応は、原理からいって平坦な
表面が得られた段階で自動的に止まる自己停止a能を有
しているのが特徴の一つである。
次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
〔実施例〕
実施例1 本実施例では、InP基板結晶に550”Cで原子層エ
ピタキシャル成長法により、Ga A s / l n
As規則性混晶を成長した場合について述べる。
石英製反応管の概略を第1図に示した。反応室1の上流
にGaソース2、反応室3の上流にInソース4を置き
、それらの上流がらH2キャリアガスと共にHClガス
を供給する。この結果、GaC1およびI nCj2が
生成され下流に運ばれる。
一方、反応室5にはAsH,あるいはHas eをH2
キャリアガスと共に供給する。基板結晶6としてはI 
n P (100)を用いた。反応室の温度は抵抗加熱
により制御し、■族金属ソース部は800″C1基板結
晶部は550’cとした。ガス流量条件は次の通りであ
る。
HCI (Ga)    to cc/m1nHC1(
I n)    10 cc/m1nP H310cc
/m1n A s H:+       10 cc/m1nHz
S e       10 cc/min全流量(各反
応室に対して)  5000 cc/…in成長に際し
ては、ケミカルエツチングを行った半絶縁性基板結晶6
を先ず反応室5に置き、PH3気流中で成長温度まで昇
温した。成長温度に達したところで反応室3にHClを
供給し、一定時間後基板結晶6を反応室3に移動した。
そこで5秒間I nC1にさらし、吸着させた後、基板
結晶6を反応室5に戻した。そこでは、表面を5秒間H
2Se雰囲気にさらした。その後再び基板結晶6を反応
室3に移動し、このサイクルを50回繰り返した。
このプロセスが終了した後、通常の原子層エピタキシャ
ル成長法により、InC1−AsH,−GaC1−As
H3の順に基板結晶6の移動を操り返し、先ず高抵抗の
GaAs/fnAs規則性混晶を成長させ、次にノンド
ープのG a A s / InAs規則性混晶を成長
させた。
得られた結晶のホール測定を行った結果、77Kにおけ
る移動度として10’cm”/V−sec台(キャリア
濃度二〜10I10l5’)がコンスタントに得られ、
本発明を適用しない場合の値、10’cm/V −se
c台(キャリア濃度:〜101sc101sと比較して
その有効性が明らかとなった。
実施例2 本実施例では、GaAs基板結晶に550℃で原子層エ
ピタキシャル成長法により、InPを成長した場合につ
いて述べる。反応管および成長条件は実施例1で用いた
ものと同じである。反応室1ノ上流にGaソース2、反
応室3の上流にInソース4を置き、それらの上流から
H2キャリアガスと共にHCl1!ガスを供給する。こ
の結果、GaC1およびTnClが生成され下流に運ば
れる。
一方、反応室5にはAsH,、、PH3およびH2Se
をH2キャリアガスと共に供給する。基板結晶6として
はG a A s (100)を用いた。反応室の温度
は抵抗加熱により制御し、■族金属ソース部は800℃
、基板結晶部は550℃とした。ガス流量条件は次の通
りである。
HCl(Ga)    10 cc/m1nHCl (
I n)    10 cc/m1nP H310cc
/m1n HzS e       10 cc/min全流量(
各反応室に対して)  5000 cc/min成長に
際しては、ケミカルエツチングを行った半絶縁性基板結
晶6を先ず反応室5に置き、成長温度まで昇温した。成
長温度に達したところで反応室1にHCIを供給し、一
定時間後基板結晶6を反応室1に移動した。そこで基板
結晶6を5秒間GaC1にさらし、吸着させた後、反応
室5に移動した。そこでは、表面を5秒間H2Se雰囲
気にさらした。その後再び基板結晶6を反応室1に移動
し、このサイクルを50回操り返した。
このプロセスが終了した後、通常の原子層エピタキシ皐
ル成長法により、I n Ci!  P H3の順に基
板結晶6を移動し、InPを成長させた。
得られた結晶を透過電子顕微鏡により格子像を調べた結
果、基板と成長層の界面は一原子のオーダで極めて平坦
なことが確認された。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明による成長方法を用いると、
原子オーダで完全に平坦な成長面を存するm−v族化合
物半導体の原子層エピタキシャル層が得られ、その結果
、高品質の規則性混晶や超格子構造の成長が可能になる
。なお、本発明においては■族元素およびその水素化物
を用いたが、同様な作用を有する他の元素あるいは化合
物に対しても適用可能であることは勿論、同様な原理で
1l−Vl族化合物半導体の成長にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による実施例を説明するための図で、石
英製反応管の概略を示したものである。 1、 3. 5・・・反応室 2・・・・・・・Gaソース 4・・・・・・・Inソース 6・・・・・・・基板結晶

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)III−V族化合物半導体の原子層エピタキシャル
    成長方法において、先ず、基板結晶上にIII族元素の塩
    化物を供給して吸着層を形成した後、気相中のIII族元
    素の塩化物を排出し、次にVI族元素、あるいはその水素
    化物を基板結晶上に一定時間供給するプロセスを少なく
    とも一回以上繰り返し、その後V族元素、あるいはその
    水素化物とIII族元素の塩化物とを交互に供給すること
    によりエピタキシャル成長を行うことを特徴とするIII
    −V族化合物半導体の原子層エピタキシャル成長方法。
JP5517287A 1987-03-12 1987-03-12 ▲iii▼−▲v▼族化合物半導体の原子層エピタキシヤル成長方法 Expired - Lifetime JPH0620046B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7781326B2 (en) 2001-02-02 2010-08-24 Applied Materials, Inc. Formation of a tantalum-nitride layer
US7846840B2 (en) 2000-06-28 2010-12-07 Applied Materials, Inc. Method for forming tungsten materials during vapor deposition processes
US9587310B2 (en) 2001-03-02 2017-03-07 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques

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US7781326B2 (en) 2001-02-02 2010-08-24 Applied Materials, Inc. Formation of a tantalum-nitride layer
US9012334B2 (en) 2001-02-02 2015-04-21 Applied Materials, Inc. Formation of a tantalum-nitride layer
US9587310B2 (en) 2001-03-02 2017-03-07 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques
US10280509B2 (en) 2001-07-16 2019-05-07 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques

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