JPS63266816A - ３−５族化合物半導体結晶成長方法 - Google Patents
３−５族化合物半導体結晶成長方法Info
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- JPS63266816A JPS63266816A JP9990287A JP9990287A JPS63266816A JP S63266816 A JPS63266816 A JP S63266816A JP 9990287 A JP9990287 A JP 9990287A JP 9990287 A JP9990287 A JP 9990287A JP S63266816 A JPS63266816 A JP S63266816A
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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】
［産業上の利用分野］
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長方法に
関し、さらに詳しくは原料を交互に供給することにより
高精度に膜厚を制御できる結晶成長方法に関する。
関し、さらに詳しくは原料を交互に供給することにより
高精度に膜厚を制御できる結晶成長方法に関する。
［従来の技術］
近年、■−ｖ族化合物半導体を用いた高速デバイスや光
デバイスの急速な発展とともに、化合物半導体薄膜を均
一に制御性よく形成する技術がきわめて重要になってき
ている。また一方では、デバイスプロセス応用のために
は、成長温度の低温化が要請されている。
デバイスの急速な発展とともに、化合物半導体薄膜を均
一に制御性よく形成する技術がきわめて重要になってき
ている。また一方では、デバイスプロセス応用のために
は、成長温度の低温化が要請されている。
それらの要求を満たずためには金属気相成長方法のよう
な、原料をガスで供給し基板上で反応させエピタキシャ
ル成長させる気相成長方法は有効な手段である。
な、原料をガスで供給し基板上で反応させエピタキシャ
ル成長させる気相成長方法は有効な手段である。
しかしデバイス構造の複雑化にともなって、原子層レベ
ルでの膜厚の制御性、均一性か求められるようになり、
従来のように原わ１ガスを流量と時間で制御する方法で
は対応できなくなってきている。
ルでの膜厚の制御性、均一性か求められるようになり、
従来のように原わ１ガスを流量と時間で制御する方法で
は対応できなくなってきている。
気相成長方法に共通ずるこの問題を解決するため、最近
化合物半導体の原料ガスを交互に供給する原子層エピタ
キシャル成長方法が画性らによって試みられている（ジ
ャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソザイアティ、
１９８５年発行、１３２＠、第５号、１１９７ページ：
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ
ｌ ５ｏｃｉｅｔｙ ）。
化合物半導体の原料ガスを交互に供給する原子層エピタ
キシャル成長方法が画性らによって試みられている（ジ
ャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソザイアティ、
１９８５年発行、１３２＠、第５号、１１９７ページ：
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ
ｌ ５ｏｃｉｅｔｙ ）。
この方法によれば、■族原料を送った時、■族元素が１
層だけ成長し、Ｖ族原料を送った時、Ｖ族元素が１層だ
け成長する。従って、これを１サイクルとすると、１サ
イクルで化合物半導体が１分子層のみ成長することにな
り、サイクル数で原子層レベルの膜厚が決まる。またガ
ス流に依存しないので、均一性も改善される。
層だけ成長し、Ｖ族原料を送った時、Ｖ族元素が１層だ
け成長する。従って、これを１サイクルとすると、１サ
イクルで化合物半導体が１分子層のみ成長することにな
り、サイクル数で原子層レベルの膜厚が決まる。またガ
ス流に依存しないので、均一性も改善される。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、上記の■族原料とＶ族原料を交互に供給
する成長方法には２つの欠点がある。
する成長方法には２つの欠点がある。
その１つは、１サイクルの化合物半導体の膜厚が、実際
の１分子層に一致するためには、原料が分解して、１原
子層のみ吸着する吸着種を作り出す必要があり、その温
度範囲が限定されていることである。例えば、トリメチ
ルガリウムとアルシンを用いてガリウム砒素を成長する
場合、原子層エピタキシャルする成長温度は、通常４５
０〜５５０′°Ｃである。それ以下では１原子層より薄
くなり、それ以上では逆に厚くなる。薄くなる理由は、
成長温度が４５０℃未満であると、■族原料のトリメチ
ルガリウムは分解するが、Ｖ族原料のアルシンの分解が
不十分になるためである。また５５０℃を越えると厚く
なるのは、トリメチルガリウムの分解が進みすぎるため
である。従って、より低温で原子層エピタキシャルさせ
るためには、より低温で分解するような原料が必要とな
るが、低温分解する適当なＶ族原料はない。
の１分子層に一致するためには、原料が分解して、１原
子層のみ吸着する吸着種を作り出す必要があり、その温
度範囲が限定されていることである。例えば、トリメチ
ルガリウムとアルシンを用いてガリウム砒素を成長する
場合、原子層エピタキシャルする成長温度は、通常４５
０〜５５０′°Ｃである。それ以下では１原子層より薄
くなり、それ以上では逆に厚くなる。薄くなる理由は、
成長温度が４５０℃未満であると、■族原料のトリメチ
ルガリウムは分解するが、Ｖ族原料のアルシンの分解が
不十分になるためである。また５５０℃を越えると厚く
なるのは、トリメチルガリウムの分解が進みすぎるため
である。従って、より低温で原子層エピタキシャルさせ
るためには、より低温で分解するような原料が必要とな
るが、低温分解する適当なＶ族原料はない。
もう一つの問題点は、■族原料としてトリメチルガリウ
ムのような有機金属を用いた場合、低温で原子層エピタ
キシャルさせると、成長膜内にカーボンが残り、成長層
は高いＰ型を示すことである。トリメチルガリウムを例
にとると、原子層エピタキシャルでは、ガリウムの吸着
種は、メチル基を１個ないし２個有するモノメチルガリ
ウムあるいはジメチルガリウムである。これが基板に１
層だけ付着し、次にアルシンを送ると、アルシンは分解
してＡｓ２となり、Ａｓ４とガリウムの吸着種が反応し
て、ガリウム砒素が１層できる。この時、メチル基はア
ルシンから供給された遊離水素と反応してメタンとなり
、基板から脱離する。しかし低温ではアルシンの分解が
十分でなく、遊離水素が少ないので、メチル基は完全に
脱離せず、成長層内にカーボンが残るという問題がある
。
ムのような有機金属を用いた場合、低温で原子層エピタ
キシャルさせると、成長膜内にカーボンが残り、成長層
は高いＰ型を示すことである。トリメチルガリウムを例
にとると、原子層エピタキシャルでは、ガリウムの吸着
種は、メチル基を１個ないし２個有するモノメチルガリ
ウムあるいはジメチルガリウムである。これが基板に１
層だけ付着し、次にアルシンを送ると、アルシンは分解
してＡｓ２となり、Ａｓ４とガリウムの吸着種が反応し
て、ガリウム砒素が１層できる。この時、メチル基はア
ルシンから供給された遊離水素と反応してメタンとなり
、基板から脱離する。しかし低温ではアルシンの分解が
十分でなく、遊離水素が少ないので、メチル基は完全に
脱離せず、成長層内にカーボンが残るという問題がある
。
本発明は、以上述べたような従来の問題点を解決するた
めになされたもので、成長温度を従来より低くでき、か
つ高精度に膜厚および膜質を制御できる■−ｖ族化合物
半導体の結晶成長方法を提供することを目的′とする。
めになされたもので、成長温度を従来より低くでき、か
つ高精度に膜厚および膜質を制御できる■−ｖ族化合物
半導体の結晶成長方法を提供することを目的′とする。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、基板上に■族原料ガスおよびＶ族原料ガスを
交互に供給して１原子層ずつ成長させる有機金属気相成
長による■−ｖ族化合物半導体結晶成長方法において、
Ｖ族原料ガスについてはあらかじめ分解した分解ガスを
基板上に供給してなることを特徴とする■−ｖ族化合物
半導体結晶成長方法である。
交互に供給して１原子層ずつ成長させる有機金属気相成
長による■−ｖ族化合物半導体結晶成長方法において、
Ｖ族原料ガスについてはあらかじめ分解した分解ガスを
基板上に供給してなることを特徴とする■−ｖ族化合物
半導体結晶成長方法である。
■族原料ガスとＶ族原料ガスを交互に供給する際、■族
原料とＶ族原料を分離させて成長室内に導入し、基板加
熱部に原料が到達する以前にＶ族原料のみを光もしくは
熱によって分解し、基板に供給することを特徴としてい
る。
原料とＶ族原料を分離させて成長室内に導入し、基板加
熱部に原料が到達する以前にＶ族原料のみを光もしくは
熱によって分解し、基板に供給することを特徴としてい
る。
［作用］
Ｖ族原料をあらかじめ分解することにより、より低温で
原子層エピタキシャル成長ができ、しかも分解により発
生した大量の遊離水素が、ガリウムと結合しているメチ
ル基と反応してメチル基を脱離させるので、成長膜内に
カーボンが残ることがなく、膜質が改善される。
原子層エピタキシャル成長ができ、しかも分解により発
生した大量の遊離水素が、ガリウムと結合しているメチ
ル基と反応してメチル基を脱離させるので、成長膜内に
カーボンが残ることがなく、膜質が改善される。
［実施例］
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の成長方法に用いられる気相成長装置の
一例を示す概略図である。■族原利はバルブ１を通って
■族原料導入口２から結晶成長室３に導入される。一方
、Ｖ族原料はバルブ４を通ってＶ族原料導入口５からｖ
ｔｓ原料分解室６に導入され、加熱装置７によって加熱
されて分解する。
一例を示す概略図である。■族原利はバルブ１を通って
■族原料導入口２から結晶成長室３に導入される。一方
、Ｖ族原料はバルブ４を通ってＶ族原料導入口５からｖ
ｔｓ原料分解室６に導入され、加熱装置７によって加熱
されて分解する。
この分解ガスはＶ族原料分解室６に続いて配設されてい
る結晶成長室３に導入される。結晶成長室３内には基板
８がカーボンサセプタ９上に載置され、該成長室３の外
周に沿って配設された高周波コイル１０によって加熱さ
れるようになっている。
る結晶成長室３に導入される。結晶成長室３内には基板
８がカーボンサセプタ９上に載置され、該成長室３の外
周に沿って配設された高周波コイル１０によって加熱さ
れるようになっている。
また結晶成長室３には原料ガスまたは分解ガスを排出す
る排気口１１が設けられている。
る排気口１１が設けられている。
以上のように構成された気相成長装置を用いて■族原利
としてトリメデルガリウム、Ｖ族原利としてアルシンを
用いてガリウム砒素の原子層エピタキシャルを行った。
としてトリメデルガリウム、Ｖ族原利としてアルシンを
用いてガリウム砒素の原子層エピタキシャルを行った。
トリメチルカリウムは、１０ＣＣの水素でバブルしてバ
ルブ１を介して結晶成長室３に導入した。そののち、バ
ルブ１を閉め、水素希釈１０％アルシンをバルブ４より
１ 、０００ｃｃ導入した。これを１サイクルとして１
万サイクル繰り返した。
ルブ１を介して結晶成長室３に導入した。そののち、バ
ルブ１を閉め、水素希釈１０％アルシンをバルブ４より
１ 、０００ｃｃ導入した。これを１サイクルとして１
万サイクル繰り返した。
この時、ｖｉ原籾を分解する加熱装置７を７５０°Ｃに
設定し、カーボンサセプタ９の温度を３００〜６００°
Ｃと変化させた。
設定し、カーボンサセプタ９の温度を３００〜６００°
Ｃと変化させた。
第２図は上記の場合における成長温度と膜厚との関係を
示したものである。図中、実線はＶ族原利ガスをあらか
じめ分解してから成長室３に導入した場合、点線は分解
せずに直接成長室３に導入した場合を示す。図から理解
できるように、本発明の方法によれば１サイクルあたり
の膜厚がガリウム砒素の１分子層（２，８人）に一致す
る領域は、３５０〜５５０°Ｃとなり、Ｖ族原料ガスを
分解しない場合に比較して、１００°Ｃ１成長温度の低
温化が実現できた。
示したものである。図中、実線はＶ族原利ガスをあらか
じめ分解してから成長室３に導入した場合、点線は分解
せずに直接成長室３に導入した場合を示す。図から理解
できるように、本発明の方法によれば１サイクルあたり
の膜厚がガリウム砒素の１分子層（２，８人）に一致す
る領域は、３５０〜５５０°Ｃとなり、Ｖ族原料ガスを
分解しない場合に比較して、１００°Ｃ１成長温度の低
温化が実現できた。
さらに、成長温度５００°Ｃで成長させた試料のキャリ
ア濃度を調べると、Ｖ族原料を分解しない場合は、１Ｘ
１０１ｌＸ１０１９（のＰ型であるのに対し、本発明の
方法で成長したものは、２Ｘ １０１５（ｃｍ”）のＰ
型を示し、膜質が著しく改善された。
ア濃度を調べると、Ｖ族原料を分解しない場合は、１Ｘ
１０１ｌＸ１０１９（のＰ型であるのに対し、本発明の
方法で成長したものは、２Ｘ １０１５（ｃｍ”）のＰ
型を示し、膜質が著しく改善された。
なお、本実施例ではガリウム砒素の場合について述べた
が、インジウム燐のような他の■−ｖ族化合物あるいは
アルミガリウム砒素のような混晶にも応用できる。
が、インジウム燐のような他の■−ｖ族化合物あるいは
アルミガリウム砒素のような混晶にも応用できる。
また、Ｖ族原料を分解する方法としては、抵抗加熱のほ
か、紫外光のような光反応を用いた分解法が挙げられる
。
か、紫外光のような光反応を用いた分解法が挙げられる
。
［発明の効果］
以上述べたように本発明の成長方法を用いれば、原子層
エピタキシャルでの基板温度の低温化、成長膜質の改善
が実現される。
エピタキシャルでの基板温度の低温化、成長膜質の改善
が実現される。
第１図は本発明の方法に用いられる気相成長装置の一例
を示す概略図、第２図は成長温度と膜厚との関係を従来
例との比較において示す特性図である。
を示す概略図、第２図は成長温度と膜厚との関係を従来
例との比較において示す特性図である。
Claims (1)
- （１）基板上にIII族原料ガスおよびＶ族原料ガスを交
互に供給して１原子層ずつ成長させる有機金属気相成長
によるIII−Ｖ族化合物半導体結晶成長方法において、
Ｖ族原料ガスについてはあらかじめ分解した分解ガスを
基板上に供給してなることを特徴とするIII−Ｖ族化合
物半導体結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9990287A JPS63266816A (ja) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | ３−５族化合物半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9990287A JPS63266816A (ja) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | ３−５族化合物半導体結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63266816A true JPS63266816A (ja) | 1988-11-02 |
Family
ID=14259704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9990287A Pending JPS63266816A (ja) | 1987-04-24 | 1987-04-24 | ３−５族化合物半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63266816A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5483919A (en) * | 1990-08-31 | 1996-01-16 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Atomic layer epitaxy method and apparatus |
-
1987
- 1987-04-24 JP JP9990287A patent/JPS63266816A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5483919A (en) * | 1990-08-31 | 1996-01-16 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Atomic layer epitaxy method and apparatus |
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