JPS6379315A - Growth of iii-v compound single crystal - Google Patents
Growth of iii-v compound single crystalInfo
- Publication number
- JPS6379315A JPS6379315A JP22460486A JP22460486A JPS6379315A JP S6379315 A JPS6379315 A JP S6379315A JP 22460486 A JP22460486 A JP 22460486A JP 22460486 A JP22460486 A JP 22460486A JP S6379315 A JPS6379315 A JP S6379315A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- molecular beam
- iii
- single crystal
- compound semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 19
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 22
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims description 17
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 10
- 150000004678 hydrides Chemical group 0.000 claims description 4
- WWVNWQJKWKSDQM-UHFFFAOYSA-N triethylarsane Chemical compound CC[As](CC)CC WWVNWQJKWKSDQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HTDIUWINAKAPER-UHFFFAOYSA-N trimethylarsine Chemical compound C[As](C)C HTDIUWINAKAPER-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 abstract description 8
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 abstract description 8
- YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N Protium Chemical compound [1H] YZCKVEUIGOORGS-IGMARMGPSA-N 0.000 abstract description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 abstract 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- QUPDWYMUPZLYJZ-UHFFFAOYSA-N ethyl Chemical compound C[CH2] QUPDWYMUPZLYJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- -1 hydrogen radicals Chemical class 0.000 description 11
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000000171 gas-source molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 6
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 4
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 3
- VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N triethylaluminium Chemical compound CC[Al](CC)CC VOITXYVAKOUIBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 229910000070 arsenic hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- KQTKYCXEDDECIZ-UHFFFAOYSA-N ethylarsenic Chemical compound CC[As] KQTKYCXEDDECIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- WCYWZMWISLQXQU-UHFFFAOYSA-N methyl Chemical compound [CH3] WCYWZMWISLQXQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRDDXSIKPQVLDP-UHFFFAOYSA-N methylarsenic Chemical compound [As]C KRDDXSIKPQVLDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（９）技術分野
この発明は、有機金属化合物を原料として用いる分子線
エピタキシャル法による化合物半導体単結晶の成長方法
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (9) Technical Field The present invention relates to a method for growing a compound semiconductor single crystal by molecular beam epitaxial method using an organometallic compound as a raw material.
分子線エピタキシャル法（Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ Ｂｅａ
ｍ Ｅｐｉｔａｘｙ ）は、超高真空容器中に設置され
な半導体ウェハに、エピタキシャル成長させようとする
半Ｊ９体の構成元素であるソース物質を、分子線源セル
により発生、照射し、ウェハ上に半導体単結晶の薄膜を
成長させる技術である。Molecular beam epitaxial method
mEpitaxy) generates and irradiates a source material, which is a constituent element of a semi-J9 body to be epitaxially grown, onto a semiconductor wafer placed in an ultra-high vacuum chamber using a molecular beam source cell, and then forms semiconductor monomers on the wafer. This is a technique for growing thin films of crystals.
分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法と略す］は、成長膜
厚の制御性や不純物ドーピングなどの制御性に優れてい
る。さらに、急峻なヘテロ界面が得られる、などの優れ
た特長を有する。このため、ＭＢＥ法は、近年、盛んに
研究が行なわれている。Molecular beam epitaxial method (abbreviated as MBE method) has excellent controllability of growth film thickness and impurity doping.Furthermore, it has excellent features such as being able to obtain a steep hetero interface.For this reason, The MBE method has been actively researched in recent years.
分子線エピタキシャル成長装置は、分子線結晶成長室と
、これに続くべきひとつ以上の真空室（試料準備室など
］とよりなっている。真空室の相互はゲートバルブによ
り仕切られる。パルプを開くと、搬送装置によって、半
導体ウェハを貼り付けたウェハホルダを隣接する真空空
間で運搬することができる。A molecular beam epitaxial growth apparatus consists of a molecular beam crystal growth chamber and one or more vacuum chambers (such as a sample preparation chamber) that follow it.The vacuum chambers are separated from each other by gate valves.When the pulp is opened, A wafer holder with a semiconductor wafer attached thereto can be transported in an adjacent vacuum space by the transport device.
ウェハホルダには、いくつかの種類がある。典型的ｌウ
ェハホルダは、ＭＯ製の円板である。これｔ加熱してお
き、Ｉｎ金属を表面に置き、溶融する。There are several types of wafer holders. A typical wafer holder is a disk made of MO. This is heated, and In metal is placed on the surface and melted.
この上に半導体ウェハを置く。融けたＩｎの表面張力に
より、ホルダ表面にウェハの裏面が強く貼付く。A semiconductor wafer is placed on top of this. Due to the surface tension of the melted In, the back side of the wafer strongly sticks to the holder surface.
このような貼付動作は、大気中又は窒素雰囲気で行なわ
れる。ウェハホルダは、この後、分子線エピタキシャル
成長装置に搬入される。試料準備室で超高真空に引かれ
、予備加熱などの操作を経て、分子線結晶成長室に入る
。Such pasting operation is performed in the air or in a nitrogen atmosphere. The wafer holder is then carried into a molecular beam epitaxial growth apparatus. The sample is drawn into an ultra-high vacuum in the sample preparation room, undergoes preheating and other operations, and then enters the molecular beam crystal growth chamber.
分子線結晶成長室には、超高真空に引くための真空排気
装置、液体窒素シュラウドなどが設けられる。The molecular beam crystal growth chamber is equipped with an evacuation device to create an ultra-high vacuum, a liquid nitrogen shroud, and the like.
ウェハホルダを分子線結晶成長室の中央部に、下向きに
支持するためにマニピュレータがある。A manipulator is provided in the center of the molecular beam crystal growth chamber to support the wafer holder downward.
マニピュレータに保持されたウェハホルダは、背後から
ヒータによって加熱される。これにより、半導体ウェハ
は、適当な成長温度に保なれろ。The wafer holder held by the manipulator is heated from behind by a heater. This allows the semiconductor wafer to be maintained at an appropriate growth temperature.
またウェハホルダは面に立てた法線のまわりに回転する
ようになっている。面内に於ける分子線の照射分布を一
様にするためである。Further, the wafer holder is designed to rotate around a normal to the surface. This is to make the irradiation distribution of the molecular beam uniform within the plane.
分子線結晶成長室の下方には、ウェハに対向する位置に
、適数の分子線源がある。Below the molecular beam crystal growth chamber, there are an appropriate number of molecular beam sources at positions facing the wafer.
これは、エピタキシャル成長させようとする半導体の構
成元素（ソース物質という〕を分子線とするものである
。固体のソース物質全充填しておくルツボ、これを加熱
するためのヒータ、ヒータ熱の周囲への放射を防ぐため
の熱遮蔽板、ルツボ温度を測定するための熱電対などが
ある。This uses molecular beams as constituent elements (called source materials) of the semiconductor to be epitaxially grown.A crucible that is completely filled with the solid source material, a heater to heat the crucible, and an area around the heater heat. There are heat shielding plates to prevent radiation, and thermocouples to measure crucible temperature.
０）従来技術 ＭＢＥ法には、次のような欠点がある。0) Conventional technology The MBE method has the following drawbacks.
（１）半導体ウェハ上に、エピタキシャル薄膜を成長さ
せた時、成長薄膜の表面にオーバルディフェクｌ−（ｏ
ｖａｌ ｄｅｆｅｃｔ ）とよばれろ表面欠陥が生ずる
。(1) When an epitaxial thin film is grown on a semiconductor wafer, an oval defect l-(o
A surface defect called val defect occurs.
（１１）小さなルツボをで、固体のソース物質を充填す
るのであるから、何回もエピタキシャル成長を行なうと
、やがてソース物質が枯渇する。そうすると、ソース物
質を新しく補充しなければならない。このため、超高真
空状態を破る必要がある。(11) Since a small crucible is used and filled with a solid source material, if epitaxial growth is performed many times, the source material will eventually be exhausted. The source material then has to be replenished. For this reason, it is necessary to break the ultra-high vacuum state.
いったん大気圧にすると、不純物ガスが分子線結晶成長
室内に多量に付着する。再び分子線結晶成長室を超高真
空にするのは容易ではない。Once atmospheric pressure is reached, a large amount of impurity gas adheres inside the molecular beam crystal growth chamber. It is not easy to make the molecular beam crystal growth chamber ultra-high vacuum again.
真空排気を行ないつつ、真空容器中のガスを放出させる
長時間のベーキングが必要である。A long baking time is required to release the gas in the vacuum container while performing vacuum evacuation.
このため、他のエピタキシャル成長技術に比較して生産
性が低い、という欠点があった。For this reason, it has the disadvantage of low productivity compared to other epitaxial growth techniques.
このような欠点（ｉ）、（ｉｔ）は、ソース物質全固体
とする事によるものであろうと考えられる。（１）は、
高温の融液から、急救な沸騰によって、液滴状態のまま
で飛沫が飛びウェハに付着することがあるためではない
かと推定される。It is thought that these drawbacks (i) and (it) are due to the fact that the source material is entirely solid. (1) is
It is presumed that this is because the sudden boiling of the high-temperature melt causes droplets to fly off in the form of droplets and adhere to the wafer.
そこで、固体に代えて、ガス状のソース物質を用いるＭ
ＢＥ法が提案されている。Therefore, M using a gaseous source material instead of a solid material
BE method has been proposed.
ガスソースＭＢＥと簡単に呼ぶ。It is simply called gas source MBE.
■−Ｖ族化合物半導体の措成元素であるｍ族、Ｖ族元素
は、そのままではガス状でない。そこでこれら元素と有
する化合物をガスソースとして用いる。(2) The M-group and V-group elements, which are constituent elements of a V-group compound semiconductor, are not gaseous as they are. Therefore, compounds containing these elements are used as a gas source.
■族元素の場合は、これを含む有機金属化合物をソース
物質とする。In the case of group (2) elements, an organometallic compound containing them is used as the source material.
Ｇａの場合は、たとえば、トリメチルガリウムＧａ（Ｃ
Ｈ３ｒ３ｔ’ソース物質とすることができる。In the case of Ga, for example, trimethyl gallium Ga (C
H3r3t' source material may be used.
Ａｌの場合は、たとえば、トリエチルアルミニウム’Ｖ
（ＣｚＨ５）ｓ ’Ｉｔソース物質とする事ができる
。In the case of Al, for example, triethylaluminum'V
(CzH5)s'It can be used as a source material.
Ｖ族元素の場合は、水素化物又は有機化合物をたとえば
ガスソース物質とする。In the case of group V elements, hydrides or organic compounds are used as gas source materials, for example.
Ａｓの場合はアルシンＡｓＨいトリメチル砒素Ａｓ（Ｃ
Ｈ５）。In the case of As, arsine AsH and trimethyl arsenic As (C
H5).
トリエチル砒素Ａｓ（Ｃ２Ｈ５）ｓ 、Ｐの場合はホ
スフィンＰＨ，、ｓｂの場合は５ｂＨ３ｔ−たとえば、
ガスソースとすることができる。Triethyl arsenic As(C2H5)s, phosphine PH for P, 5bH3t for sb - e.g.
Can be a gas source.
ガスソースＭＢＥに於ては、これらソース物質のガスボ
ンベを分子線源セルにつなげばよい。ルツボに固体全入
れるのではないから、ガスがなくなれば、新しいガスボ
ンベを単につなぎかえるだけでよい。ソース物質の補充
のために、分子線結晶成長室の真空を破る必要がない。In gas source MBE, gas cylinders containing these source materials may be connected to a molecular beam source cell. Since the entire solid is not put into the crucible, when the gas runs out, all you have to do is connect a new gas cylinder. There is no need to break the vacuum in the molecular beam crystal growth chamber to replenish source material.
このなめ、前述のＭＢＥ法の難（１１）を克服できる。This advantage makes it possible to overcome the above-mentioned difficulty (11) of the MBE method.
また、ガス状ソース物質に分子線とするのであるから、
突沸のようなこともなく、オーバルディフェクトも少な
くなるものと期待される。Also, since the gaseous source material is a molecular beam,
It is expected that there will be no bumping and oval defects will be reduced.
（つ）発明が解決しようとする問題点
ガスソースＭＢＥ法には、前述のような利点があるが、
反面、以下のような欠点がある。(1) Problems to be Solved by the Invention Although the gas source MBE method has the advantages mentioned above,
On the other hand, it has the following drawbacks.
ガスソースＭＢＥ法では、有機金属化合物をソースとし
て用いる。例えば、トリメチルガリウムＧａ（ＣＨ３）
３、トリエチルアルミニウムＡｌ！（Ｃ２Ｈ５）ｓ
などをソースとする。In the gas source MBE method, an organometallic compound is used as a source. For example, trimethyl gallium Ga (CH3)
3. Triethyl aluminum Al! (C2H5)s
etc. as a source.
これらの有機金属化合物が熱分解するとメチル＊
＊
基ＣＨ３やエチル基Ｃ２Ｈ５などが生じる。＊はラジカ
ルという意味である。極めて反応性に富んだ状態の物質
である。When these organometallic compounds are thermally decomposed, methyl*
* Group CH3, ethyl group C2H5, etc. are generated. * means radical. It is a highly reactive substance.
このメチル基、エチル基が原因となって、エピタキシャ
ル成長した半導体単結晶中へ炭素が不純物として大量に
取込まれる、という問題があった。This methyl group and ethyl group caused a problem in that a large amount of carbon was incorporated as an impurity into the epitaxially grown semiconductor single crystal.
熱分解で生じたメチル基、エチル基は、大部分がそのま
ま排気されるが、反応性の高い状態であるから、一部が
残留し、エピタキシャル薄膜の中へ不純物として取込ま
れる。Most of the methyl groups and ethyl groups generated by thermal decomposition are exhausted as they are, but since they are in a highly reactive state, some remain and are taken into the epitaxial thin film as impurities.
炭素Ｃは、■−ｖ族化合物半導体にとって、ｐ型不純物
である。大量に取込まれると、エピタキシャル成長膜を
Ｐ型にしてしまう。Carbon C is a p-type impurity for the ■-v group compound semiconductor. If incorporated in large quantities, the epitaxially grown film will become P-type.
エピタキシャル成長膜は、ｎ型にしたい場合もあるし、
半絶縁性（ＳＩ型）にしたい場合もある。There are cases where you want to make the epitaxially grown film n-type,
There are cases where it is desired to make it semi-insulating (SI type).
不純物としてＣが大量に入ると、ｎ型、ＳＩ型の所望の
特性が得られない。If a large amount of C is introduced as an impurity, desired n-type and SI-type characteristics cannot be obtained.
たとえｐ型の薄膜を得たいという場合であっても、キャ
リヤ濃度などが、設計値と異なるからやはり不適当であ
る。Even if it is desired to obtain a p-type thin film, it is still inappropriate because the carrier concentration is different from the designed value.
このように、炭素Ｃが意図に反して、エピタキシャル成
長膜にドーピングきれてしまうので、所定の電気的特性
が得られない、という難点がガスソースＭ Ｂ Ｅ法に
内在している。As described above, the gas source MBE method has the disadvantage that the epitaxially grown film is doped with carbon C against the intention, so that predetermined electrical characteristics cannot be obtained.
００ 目 的
有機金属化合物をガスソース物質として用いるガスソー
スＭＢＥ法に於て、有機金属化合物が分解して生じたメ
チル基、エチル基を安定な物質に変化させて、炭素が結
晶中へ取込まれる事を防ぐようにした成長方法を提供す
ることが本発明の目的である。00 Purpose In the gas source MBE method using an organometallic compound as a gas source material, the methyl and ethyl groups produced by the decomposition of the organometallic compound are changed into stable substances, and carbon is incorporated into the crystal. It is an object of the present invention to provide a growth method which prevents this from occurring.
（イ）本発明の方法
本発明に於ては、水素ラジカルｒ と分子線結晶成長室
内へ導入し、メチル基、エチル基などのラジカルを不活
性化する。(a) Method of the present invention In the present invention, hydrogen radicals r 2 are introduced into the molecular beam crystal growth chamber, and radicals such as methyl groups and ethyl groups are inactivated.
本発明に於て■族元素としてはＧａ、 ）、ｌ、Ｉｎを
用いる。これらの有機金属化合物としては、これらのト
リメチル（ＣＨ３）３、ｌ・ジエチル（Ｃ２Ｈ５）３、
ジメチルエチル
（ ＣｚＨ５）２ （ ＣＨ３ ）等の化合物が含まれ
る。つまり、（１）Ｇａ′！！：含む有機金属化合物Ｇ
ａ（ＣＨ３）３、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３、Ｇａ（ＣＨ３）
２（Ｃ２Ｈ５）、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）２ （ＣＨ３）
（ｔｔ）Ｉｎを含む有機金属化合物
Ｉｎ（（１：Ｈ５）ｓ、工ｎＣＣ２Ｈ５）３、Ｉｎ（Ｃ
Ｈ３ｈ（Ｃ２Ｈ５）、工ｎ（Ｃ２Ｈ５）２（ＣＨ５）
（ｉｉｉ）Ａｌを含む有機金属化合物
Ａ６（ＣＨ３）３、Ａ（１（ｃ２Ｈ５）ｓ、Ａ６（ＣＨ
ｓｈ（Ｃ２Ｈ５）、Ａｊ？（Ｃ２Ｈ５）ｚ（ＣＨ５）
などを用いる事ができる。In the present invention, Ga, ), l, and In are used as the group (1) elements. These organometallic compounds include trimethyl (CH3)3, l-diethyl (C2H5)3,
Includes compounds such as dimethylethyl (CzH5)2 (CH3). In other words, (1) Ga′! ! : Containing organometallic compound G
a(CH3)3, Ga(C2H5)3, Ga(CH3)
Organometallic compound In((1:H5)s, nCC2H5)3, In(C
H3h(C2H5), n(C2H5)2(CH5) (iii) Organometallic compound containing Al A6(CH3)3, A(1(c2H5)s, A6(CH
sh(C2H5), Aj? (C2H5)z(CH5) etc. can be used.
■族元素としては、Ａｓ、Ｐを用いる。水素化物をＡｓ
Ｈ，、ＰＨ８使用することもできる。この他に有機砒素
であるトリメチル砒素Ａｓ（ＣＨ３）、 、）リエチル
砒素Ａｓ （Ｃ２Ｈ５）ｓを用いることもできる。固体
のＡｓ５Ｐを用いる場合、分子線源は、ルツボを使用し
た通常のものになる。As group elements, As and P are used. Hydride as As
H,, PH8 can also be used. In addition, organic arsenic such as trimethyl arsenic As(CH3), )ethyl arsenic As(C2H5)s can also be used. When using solid As5P, the molecular beam source is a conventional one using a crucible.
水素化物、有機砒素の場合は、常温で気体であるから、
ガスボンベから分子線結晶成長室へ導くことになる。In the case of hydrides and organic arsenic, they are gases at room temperature, so
It will be led from the gas cylinder to the molecular beam crystal growth chamber.
ここでは、トリメチルガリウムＧａ（ＣＨ，）、と、固
体砒素Ａｓを原料とする例について説明するが、他の原
料についても、同様に本発明を実施することができる。Here, an example in which trimethyl gallium Ga (CH, ) and solid arsenic As are used as raw materials will be described, but the present invention can be implemented in the same manner with other raw materials.
第１図は本発明のガスソースＭＢＥを行なうための分子
線結晶成長室の略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a molecular beam crystal growth chamber for performing gas source MBE of the present invention.
分子線結晶成長室１は閉じられた空間であって、真空ポ
ンプ２によって真空に排気される。ソープションポンプ
、チタンサブリメーションポンプなどが用いられる。内
壁にそって、液体窒素シュラウドが設けられているが、
ここでは図示を略した。The molecular beam crystal growth chamber 1 is a closed space, and is evacuated by a vacuum pump 2. Sorption pumps, titanium sublimation pumps, etc. are used. A liquid nitrogen shroud is installed along the inner wall.
Illustrations are omitted here.
分子線結晶成長室１には、他の真空室が連絡して↓・す
、境界に於てゲートバルブが開閉自在に設けられている
。このような構造も、簡単のため図示を略した。The molecular beam crystal growth chamber 1 communicates with other vacuum chambers, and a gate valve is provided at the boundary so that it can be opened and closed. Such a structure is also omitted from illustration for the sake of simplicity.
半導体ウェハ３が、基板用マニピュレータ４の先端に保
持されている。A semiconductor wafer 3 is held at the tip of a substrate manipulator 4.
既に述べたように、半導体ウェハ３は、Ｍｏなどのウェ
ハホルダによって保持され、ウェハホルダがマニピュレ
ータ４に保持されるわけである。ウェハホルダとウェハ
は、Ｉｎで貼付けるという機構の他に、Ｉｎを使わない
保持機＋１４もある。本発明はどのようなホルダ機構で
あるかという事は無関係である。そこでホルダの図示も
略している。As already mentioned, the semiconductor wafer 3 is held by a wafer holder made of Mo or the like, and the wafer holder is held by the manipulator 4. In addition to the mechanism that attaches the wafer holder and wafer using In, there is also a holding machine +14 that does not use In. The present invention is not concerned with what kind of holder mechanism it is. Therefore, illustration of the holder is also omitted.
マニピュレータ４の中には、ヒータ１３があり、これに
よって、ウェハ３が適当な成長温度に加熱されている。Inside the manipulator 4 is a heater 13, which heats the wafer 3 to an appropriate growth temperature.
分子線結晶成長室１の壁面には、適数の分子線源が設け
られる。An appropriate number of molecular beam sources are provided on the wall of the molecular beam crystal growth chamber 1.
ここでは、 ＧａＡｓウェハの上に、ＧａＡｓの薄膜を
エピタキシャル成長させる例を示す。Here, an example will be shown in which a GaAs thin film is epitaxially grown on a GaAs wafer.
Ａｓの分子線源７が設けられる。これは、ガスソースＡ
ｓｈ３を用いてもよいのであるが、ここでは固体Ａｓを
ソースとするものを示している。A molecular beam source 7 of As is provided. This is gas source A
sh3 may also be used, but here the one using solid As as a source is shown.
Ａｓ分子線源７は通常のもので、ルツボと、ヒータ、熱
遮蔽板、熱電対、シャッタなどよりなる。The As molecular beam source 7 is a normal one, and consists of a crucible, a heater, a heat shield, a thermocouple, a shutter, and the like.
Ａｓの場合は、融液とならず、固体から直接に気化し、
主にＡｓ、分子となって、ウエノ・３の方向へ飛んでゆ
く。融液にならないから、急激な沸騰というような問題
がない。In the case of As, it does not become a melt, but directly vaporizes from the solid,
It mainly turns into As molecules and flies in the direction of Ueno-3. Since it does not become a molten liquid, there are no problems such as rapid boiling.
固体ソースのかわりにガスソースのＡｓ分子線源とする
場合は、アルシンＡｓＨ３、） ！Ｊメチル砒素Ａｓ（
０４３）３又はトリエチル砒素Ａｓ （Ｃ，Ｈ，）３
をガスボンベからバルブを通し、Ａｓ分子線源へ導く。When using a gas source As molecular beam source instead of a solid source, use arsine AsH3,)! J Methyl Arsenic As (
043)3 or triethyl arsenic As (C,H,)3
is guided from the gas cylinder through a valve to the As molecular beam source.
ヒータは必要である。また、流量、圧力、温度などが制
御すべき変数になる。A heater is necessary. Additionally, flow rate, pressure, temperature, etc. are variables to be controlled.
トリメチルガリウムＧａ（ＣＨ，）３を導入するＧａ分
子線源１０がさらに設けられる。これは通常の固体ソー
ス分子線源と異なる。℃−夕はあるが、ルツボなとはな
い。A Ga molecular beam source 10 introducing trimethylgallium Ga(CH,)3 is further provided. This differs from ordinary solid-state molecular beam sources. ℃ - There is evening, but there is no crucible.
トリメチルガリウム容器５から、バリアプルリークバル
ブ６を通して、Ｇａ分子線源１０ヘトリメチルガリウム
が入ってくる。ここで、適当な温度、流量に調整され、
分子線結晶室１の中へ入ってゆく。Hetrimethylgallium enters the Ga molecular beam source 10 from the trimethylgallium container 5 through the barrier pull leak valve 6 . Here, the temperature and flow rate are adjusted to an appropriate level,
Enter the molecular beam crystal chamber 1.
こうして、分子線Ｇａ（ＣＨ，）３、Ａｓ４などがＧａ
Ａｓの単結晶薄膜全生じてゆく。In this way, the molecular beams Ga(CH,)3, As4, etc.
A single crystal thin film of As is formed.
本発明では、さらに、水素供給系９から水素ガスを水素
ラジカル発生器８へ導き、水素ラジカル＊
Ｈとし、これを分子線結晶成長室の中へ導入する。In the present invention, hydrogen gas is further guided from the hydrogen supply system 9 to the hydrogen radical generator 8 to form hydrogen radicals *H, which are then introduced into the molecular beam crystal growth chamber.
水素ラジカルの温度や流量は、水素ラジカル発生器８に
於て調整することができる。The temperature and flow rate of hydrogen radicals can be adjusted in the hydrogen radical generator 8.
水素ラジカルにより、メチル基、エチル基などの有機反
応基を、不活性化することができる。Hydrogen radicals can deactivate organic reactive groups such as methyl groups and ethyl groups.
（ロ）作 用
トリメチルガリウムＧａ（ＣＨ３）３の場合を例にとっ
て説明する
熱分解すると、次式
Ｇａ（ＣＨ３）、 →Ｇａ ＋ ３ＣＨ３（Ｄによって
メチルラジカルＣＩ（３が発生する。これは極めて、反
応性の高いラジカルである。本発明では、水素ラジカル
ｒを同時に導入するから、これらが
の反応を起こして、メタンとなる。メタンは安定な気体
である。安定であるから、エピタキシャル成長している
半導体結晶と反応することはない。(b) Effect When thermally decomposed using the case of trimethylgallium Ga(CH3)3 as an example, methyl radical CI(3 is generated by the following formula Ga(CH3), →Ga + 3CH3(D. This is extremely It is a highly reactive radical. In the present invention, since hydrogen radicals r are introduced at the same time, these react to form methane. Methane is a stable gas. Because it is stable, epitaxial growth is possible. It does not react with semiconductor crystals.
安定な気体であるから、やがて排気されてしまう。Since it is a stable gas, it will eventually be exhausted.
こうして、炭素Ｃが、エピタキシャル成長膜に取込まれ
るという確率が、大きく減少する。In this way, the probability that carbon C will be incorporated into the epitaxially grown film is greatly reduced.
トリエチルアルミニウムＡ１１（ｃｚＨＢ）の場合につ
いて説明する。The case of triethylaluminum A11 (czHB) will be explained.
熱分解すると、
ＡＪ？（ＣｚＨ５）ｓ → Ａ／ ＋ ８０．Ｈ，（
３）という反応により、エチルラジカル（１：２Ｈ，、
が発生する。When thermally decomposed, AJ? (CzH5)s → A/ + 80. H, (
3), the ethyl radical (1:2H,...
occurs.
しかし、本発明に於ては水素ラジカルＨ°を導入してい
るから、ラジカル同士で、
の反応が起こり、エタンが生成する。However, in the present invention, since hydrogen radicals H° are introduced, the following reaction occurs between the radicals and ethane is produced.
エタンは安定な気体である。これはエピタキシャル成長
薄膜と反応しない。反応せずに気体として存在している
から、速やかに排気される。Ethane is a stable gas. It does not react with epitaxially grown thin films. Since it exists as a gas without reacting, it is quickly exhausted.
（４）実施例
トリメチルガリウムＧａ（ＣＨ３）、と金属砒素Ａｓを
ソース物質とし、ｃａＡｓウェハの上にＧａＡｓのエピ
タキシャル成長全行なった場合の実施例について述べる
。(4) Example An example will be described in which GaAs is epitaxially grown on a caAs wafer using trimethyl gallium Ga (CH3) and metal arsenic As as source materials.
トリメチルガリウム容器６から、トリメチルガリウムが
、分子線源１０を経て、分子線結晶成長室１の中へ導入
される。リークパルプ６によってコントロールシ、トリ
メチルガリウム容器５Ｘ１０ Ｔｏｒｒの分圧とする。Trimethyl gallium is introduced from the trimethyl gallium container 6 into the molecular beam crystal growth chamber 1 via the molecular beam source 10 . The leakage pulp 6 controls the partial pressure in the trimethyl gallium container to 5×10 Torr.
Ａｓ分子線源７から、Ａｓを導入するが、Ａｓ分圧全約
７．５ Ｘ １０ Ｔａｒｒの分圧とした。As was introduced from the As molecular beam source 7, with a total As partial pressure of about 7.5×10 Tarr.
水素ラジカルは、約５Ｘ１０Ｔａｒｒの分圧として分子
線結晶成長室１へ導入した。Hydrogen radicals were introduced into the molecular beam crystal growth chamber 1 at a partial pressure of about 5×10 Tarr.
ｎ型、或はｐ型にするための不純物は意図的に加えてい
ない。No impurity was intentionally added to make it n-type or p-type.
ＧａＡｓウェハの温度を６５０℃とした。The temperature of the GaAs wafer was 650°C.
このような条件で、ＧａＡｓエピタキシャル成長を２時
間行なった。GaAs epitaxial growth was performed under these conditions for 2 hours.
この成長の結果、約２．３μｍのＧａＡｓエビクキシャ
ル層が得られた。This growth resulted in an approximately 2.3 μm GaAs eviximal layer.
このエピタキシャル層の電気的特性はｐ型で、キャリヤ
濃度は３Ｘ１０ＣＭ であった。不純物の少ない良好な
結晶であった。The electrical characteristics of this epitaxial layer were p-type, and the carrier concentration was 3×10 CM. It was a good crystal with few impurities.
表面欠陥密度も約５０個／ｄであり、良好な表面状態を
示した。The surface defect density was also about 50 defects/d, indicating a good surface condition.
比較例として、 同じ装置で、同様の条件で、水素ラジ
カル全導入せずに、 ＧａＡｓウェハの上に、ＧａＡｓ
エピタキシャル膜を成長させた。電気的特性はｐ型で、
キャリヤ濃度は約５×１０α であった。これは、炭素
の混入が著しいため、アクセプタが多く発生し、キャリ
ヤ濃度（正孔濃度ンが高くなったものである。As a comparative example, GaAs was deposited on a GaAs wafer using the same equipment under the same conditions without introducing any hydrogen radicals.
An epitaxial film was grown. The electrical characteristics are p-type,
The carrier concentration was approximately 5x10α. This is because the contamination of carbon is significant, so many acceptors are generated, and the carrier concentration (hole concentration) is increased.
ｐ型不純物を意図的にドープしているのではないから、
５Ｘ１０ ｃ′Ｉｎ のキャリヤ濃度のほとんどが、Ｃ
Ｈ８基から発生しな炭素の混入によるものと考えられる
。Because it is not intentionally doped with p-type impurities,
Most of the carrier concentration of 5X10 c'In is C
This is thought to be due to the inclusion of carbon not generated from the H8 group.
本実施例と比較例とを比較すれば、本発明に於て、炭素
混入全署しく抑制できている、という事が分る。水素ラ
ジカルを導入したからである。Comparing this example with the comparative example, it can be seen that in the present invention, carbon contamination can be suppressed completely. This is because hydrogen radicals were introduced.
（２）効 果
有機金属化合物をガスソースとして用いるガスソースＭ
ＢＥ法に於て、有機金属化合物が分解して生じたメチル
基ＣＨ，、エチル基Ｃ２Ｈ，のラジカルを水素ラジカル
によって安定な物質に変化させ、炭素がエピタキシャル
結晶の中に取込まれるのを効果的に防止できる。(2) Effect Gas source M using an organometallic compound as a gas source
In the BE method, the radicals of methyl groups, CH, and ethyl groups, CH, generated by the decomposition of organometallic compounds, are changed into stable substances by hydrogen radicals, and the effect is that carbon is incorporated into the epitaxial crystal. can be prevented.
このため、炭素汚染の少ない化合物半Ｊ９体単結晶薄膜
の成長が可能となる。Therefore, it is possible to grow a compound semi-J9 single crystal thin film with less carbon contamination.
有機金属化合物と用いる従来のガスソースＭＢＥの欠点
であつに炭素汚染の問題を解決する事ができる。The problem of carbon contamination, which is a drawback of conventional gas source MBE using organometallic compounds, can be overcome.
第１図は本発明のガスソースＭＢＥ法を実施するための
分子線結晶成長室の縦断面図。
１ ・・・・ 分子線結晶成長室
２・・・・真空ポンプ
３ ・・・・半導体ウェハ
４ ・・・・ 基板用マニピユレータ
５ ・・・・ トリメチルガリウム容器６ ・・・・
バリアプルリークバルブ？・・・・Ａｓ分子線源
８ ・・・・ 水素ラジカル発生器
９・・・・水素供給系
１０・・・・Ｇａ分子線源
発 明 者 高 岸 成 典
森 英 樹FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a molecular beam crystal growth chamber for carrying out the gas source MBE method of the present invention. 1 ... Molecular beam crystal growth chamber 2 ... Vacuum pump 3 ... Semiconductor wafer 4 ... Substrate manipulator 5 ... Trimethyl gallium container 6 ...
Barrier pull leak valve? ... As molecular beam source 8 ... Hydrogen radical generator 9 ... Hydrogen supply system 10 ... Ga molecular beam source Inventors Shige Takagishi Norimori Hideki
Claims (7)
線と、Ｖ族元素の、又はＶ族元素を含む化合物の分子線
を、超高真空中に於て、適当な温度に加熱された結晶基
板に照射し、基板上にIII−Ｖ化合物の単結晶薄膜をエ
ピタキシャル成長させる方法に於て、水素ラジカルを導
入、照射することを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体
単結晶の成長方法。(1) A molecular beam generated from an organometallic compound containing a group III element and a molecular beam of a group V element or a compound containing a group V element are heated to an appropriate temperature in an ultra-high vacuum. 1. A method for growing a III-V compound semiconductor single crystal, which comprises introducing hydrogen radicals and irradiating the crystal substrate to epitaxially grow a single crystal thin film of a III-V compound on the substrate.
熱したことにより発生した分子線であることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載のIII−Ｖ族化合物半
導体単結晶の成長方法。(2) A III-V group compound semiconductor unit according to claim (1), wherein the molecular beam of the V group element is a molecular beam generated by heating a solid source in a crucible. How to grow crystals.
あるガスソースから発生したものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項記載のIII−Ｖ族化合物半
導体単結晶の成長方法。(3) A III-V group compound semiconductor according to claim (1), wherein the molecular beam containing a group V element is generated from a gas source that is a hydride of a group V element. How to grow single crystals.
チル砒素Ａｓ（ＣＨ＿３）＿３又はトリエチル砒素Ａｓ
（Ｃ＿２Ｈ＿５）＿３のガスソースから発生したもので
あることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の
III−Ｖ族化合物半導体単結晶の成長方法。(4) The V group element is As, and the molecular beam of As is trimethyl arsenic As(CH_3)_3 or triethyl arsenic As
(C_2H_5)_3 gas source according to claim (1).
A method for growing a III-V group compound semiconductor single crystal.
ａ（ＣＨ＿３）＿３、Ｇａ（Ｃ＿２Ｈ＿５）＿３、Ｇａ
（Ｃ＿２Ｈ＿５）＿２（ＣＨ＿３）又はＧａ（ＣＨ＿３
）＿２（Ｃ＿２Ｈ＿５）であることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項〜第（４）項のいずれかに記載のI
II−Ｖ族化合物半導体単結晶の成長方法。(5) The group III element is Ga, and the organometallic compound is G.
a(CH_3)_3, Ga(C_2H_5)_3, Ga
(C_2H_5)_2(CH_3) or Ga(CH_3
)_2 (C_2H_5) according to any one of claims (1) to (4).
A method for growing a II-V group compound semiconductor single crystal.
ｌ（ＣＨ＿３）＿３、Ａｌ（Ｃ＿２Ｈ＿５）＿３、Ａｌ
（Ｃ＿２Ｈ＿５）＿２（ＣＨ＿３）又はＡｌ（ＣＨ＿３
）＿２（Ｃ＿２Ｈ＿５）であることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項〜第（４）項のいずれかに記載のI
II−Ｖ族化合物半導体単結晶の成長方法。(6) The group III element is Al, and the organometallic compound is A.
l(CH_3)_3, Al(C_2H_5)_3, Al
(C_2H_5)_2(CH_3) or Al(CH_3
)_2 (C_2H_5) according to any one of claims (1) to (4).
A method for growing a II-V group compound semiconductor single crystal.
ｎ（ＣＨ＿３）＿３Ｉｎ（Ｃ＿２Ｈ＿５）＿３、Ｉｎ（
Ｃ＿２Ｈ＿５）＿２（ＣＨ＿３）又はＩｎ（ＣＨ＿３）
＿２（Ｃ＿２Ｈ＿５）であることを特徴とする特許請求
の範囲第（１）項〜第（４）項のいずれかに記載のIII
−Ｖ族化合物半導体単結晶の成長方法。(7) The group III element is In, and the organometallic compound is I
n(CH_3)_3In(C_2H_5)_3, In(
C_2H_5)_2(CH_3) or In(CH_3)
_2 (C_2H_5) III according to any one of claims (1) to (4).
- A method for growing a group V compound semiconductor single crystal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22460486A JPS6379315A (en) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | Growth of iii-v compound single crystal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22460486A JPS6379315A (en) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | Growth of iii-v compound single crystal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6379315A true JPS6379315A (en) | 1988-04-09 |
Family
ID=16816328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22460486A Pending JPS6379315A (en) | 1986-09-22 | 1986-09-22 | Growth of iii-v compound single crystal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6379315A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63221611A (en) * | 1987-03-11 | 1988-09-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | Method and apparatus for metal organic chemical vapor deposition |
-
1986
- 1986-09-22 JP JP22460486A patent/JPS6379315A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63221611A (en) * | 1987-03-11 | 1988-09-14 | Oki Electric Ind Co Ltd | Method and apparatus for metal organic chemical vapor deposition |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5250148A (en) | Process for growing GaAs monocrystal film | |
| JPS6134929A (en) | Growing device of semiconductor device | |
| JPH0350834B2 (en) | ||
| JPH0650744B2 (en) | Method for producing cadmium mercury telluride | |
| US4439267A (en) | Vapor-phase method for growing mercury cadmium telluride | |
| EP0200766A1 (en) | Method of growing crystalline layers by vapour phase epitaxy. | |
| Tsang | Chemical beam epitaxy of InGaAs | |
| US6334901B1 (en) | Apparatus for forming semiconductor crystal | |
| US5288365A (en) | Method for growing a silicon carbide single crystal | |
| US4693207A (en) | Apparatus for the growth of semiconductor crystals | |
| JPS6134927A (en) | Growing process of compound semiconductor single crystal thin film | |
| JPS6379315A (en) | Growth of iii-v compound single crystal | |
| Beuchet et al. | Hydride multibarrel reactors suitable for microwave and optoelectronic (Ga, In)(As, P) heterostructure growth | |
| JPH0253097B2 (en) | ||
| JPH06298600A (en) | Method of growing sic single crystal | |
| GB2078695A (en) | Cadmium Mercury Telluride Deposition | |
| JPS6369219A (en) | Molecular beam source cell | |
| Lu et al. | Device quality Hg1− x Cd x Te material by low‐temperature precracking metalorganic chemical vapor deposition | |
| JP2743970B2 (en) | Molecular beam epitaxial growth of compound semiconductors. | |
| GB2190400A (en) | Process for growing GaAs monocrystal film | |
| KR100416736B1 (en) | Method for fabricating single crystal using vpe growth method | |
| JPH01286991A (en) | Method for molecular-beam epitaxial growth and apparatus therefor | |
| JPH01192798A (en) | Compound semiconductor crystal and crystal growth | |
| JPH0218384A (en) | Method for molecular beam epitaxial growth | |
| JPH0280394A (en) | Method and device for molecular ray epitaxial growth |