JPS63222421A - ▲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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JPS63222421A
JPS63222421A JP5517387A JP5517387A JPS63222421A JP S63222421 A JPS63222421 A JP S63222421A JP 5517387 A JP5517387 A JP 5517387A JP 5517387 A JP5517387 A JP 5517387A JP S63222421 A JPS63222421 A JP S63222421A
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彰 碓井
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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
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(MBE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1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(ALE法)が提案された〔ツォモ・ス
ントラ(T、5untola) +第16凹面体素子・
材料コンファレンス(Extended Abstra
ct of the 16th Conference
on  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、GaC!!、と
AsH3を原料とするGaAs  ALE法では、Ga
Cj!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 フィジックスUapanese Journa
l of^pplied Physics)、vol、
25+no、 3 +1986+PP、L212−21
4〕。
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
はそのなかでも極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■族元素を供給し、Ga −A3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、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。ところで、基板
結晶の凹凸の軽減には、通常のVPEやMBE法でも1
ayer−by−1ayer成長に近い条件でエピタキ
シャル成長させることが有効とされている。しかしなが
ら、この方法によっても原子オーダで完全に平坦な成長
面を有するエピタキシャル成長面を得ることは極めて困
難であった。
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、基板結晶上に通常のハロゲ
ン輸送法による気相成長法を用いてバッファ層を形成し
た後、これに引き続いて■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7&V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セ
ル成長を行うことを特徴とする。
〔作用〕
前述したように基板結晶の凹凸の軽減には通常のVPE
やMBE法で1ayer−by−1ayer成長に近い
条件で、ある程度の厚さにエピタキシャル成長させるこ
とが有効な方法として知られている。本発明では、先ず
この方法によっである程度平坦な成長面を形成する。次
に、■族元素の塩化物のみを成長表面に供給すると、こ
れらは成長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ことにより、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、成長表面には■族元素のダングリングボンド(d
angling bond)が残る。ところで、成長表
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、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機能
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℃で原子層エピ
タキシャル成長法により、G a A s / I n
As規則性混晶を成長した場合について述べる。
成長装置の概略を第1図に示した。反応室1の上流にG
aソース2、反応室3の上流にInソース4を置き、そ
れらの上流から導入パイプ5,6を経てH,キャリアガ
スと共にHClガスを供給する。この結果、GaC11
およびI ncj!が生成され下流に運ばれる。一方、
これらの反応室1.3にはHCI導入パイプ5.6とは
別にAsH,あるいはPH,を導入するためのハイドラ
イドガス導入パイプ7.8がある。また、反応室9には
黒人バイブ10からPH,、AsH3あるいはHzSe
をH,キャリアガスと共に供給する。基板結晶11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℃、
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/m1nHC1(I
 n)    10 cc/m1nA s H:l  
     10 cc/m1nP H310cc/ll
l1n H2S 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11を先ず反応室9に置き、PHa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H
ClおよびPH3を供給し、一定時間後基板結晶11を
反応室3に移動した。
そこでInPバッファ層を約1μm成長させた後、基板
結晶11を再び反応室9に戻した。そこで反応室3のP
H3の供給を停止し、I nclだけの雰囲気とした後
基板結晶11を移動して5秒間InC2にさらし、吸着
させた後、基板結晶11を反応室9に戻した。そして、
表面を5秒間H,Se雰囲気にさらした。その後再度基
板結晶11を反応室3に移動し、このサイクルを10回
繰り返した。
このプロセスが終了した後、原子層エピタキシャル成長
法により、Incl−ASH3−GaCIl−ASHI
の順に基板結晶11の移動を繰り返し、先ず高抵抗のG
 a A s / I n A s規則性混晶を成長さ
せ、次にノンドープのG a A s / I n A
 s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:〜10”cm−″)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−sec
台(キャリア濃度二〜10”cm−3)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。成長装置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、それらの上流か
ら導入パイプ5゜6を経てH2キャリアガスと共にHC
lガスを供給する。この結果、GaC1およびIn(1
!が生成され下流に運ばれる。また、反応室9には導入
パイプ10からA3H3あるいはHzSeをH2キャリ
アガスと共に供給する。基板結晶11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/m1nHC1(
In)     10 cc/m1nA s H310
cc/m1n P H310cc/m1n Has 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11を先ず反応室9に置き、AsH3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1
にHCIおよびAsH3を供給し、一定時間後基板結晶
11を反応室lに移動した。そこでGaAsバフファ層
を約1μm成長させた後、基板結晶11を再び反応室9
に戻した。
そこで反応室1のASH3の供給を停止し、Gacgだ
けの雰囲気とした後基板結晶11を移動して5秒間Ga
C1にさらし、吸着させた後、基板結晶11を再び反応
室9に戻した。そして、表面を5秒間H,Se雰囲気に
さらした。その後再度基板結晶11を反応室1に移動し
、このサイクルを10回繰り返した。
このプロセスが終了した後、原子層エピタキシャル成長
法により、I n CI  P Htの順に基板結晶1
1の移動を操り返し、(nP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の極めて平坦な結晶が得られた
〔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有する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
n−vr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、成
長装置の概略を示したものである。 1.3.9・・・反応室 2・・・・・・・Gaソース 4・・・・・・・Inソース 5.6.19・・・導入パイプ 7.8・・・・・ハイドライドガス導入パイプ11・・
・・・・・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、基板結晶上に通常のハロゲン
    輸送法による気相成長法を用いてバッファ層を形成した
    後、これに引き続いて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、ア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。
JP5517387A 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 JPH0620047B2 (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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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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