JPH01103996A - 化合物半導体の気相成長法 - Google Patents
化合物半導体の気相成長法Info
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- JPH01103996A JPH01103996A JP26083087A JP26083087A JPH01103996A JP H01103996 A JPH01103996 A JP H01103996A JP 26083087 A JP26083087 A JP 26083087A JP 26083087 A JP26083087 A JP 26083087A JP H01103996 A JPH01103996 A JP H01103996A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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）
本発明は化合物半導体の気相成長法にかかる。
（従来の技術）
原料を交互に供給する原子層エピタキシャル成長法（Ａ
ｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＡＬＥ）で
は、原料の単層吸着を利用することから単原子層レベル
で成長をコントロールすることが可能である。このため
従来薄膜の成長手段として用いられてきた分子線エピタ
キシー法（ＭＢＥ法）や有機金属気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ法）に比べ、より平坦なヘテロ界面を得ることが期待
されている。特に有機金属をＩＩＩ族原料とする有機金
属原子層エピタキシャル成長法（ＭＯ−ＡＬＥ）では、
原料をバルブで切り換えることから大面積に成長するこ
とが可能であり、量産を考える上で非常に有利である。
ｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＡＬＥ）で
は、原料の単層吸着を利用することから単原子層レベル
で成長をコントロールすることが可能である。このため
従来薄膜の成長手段として用いられてきた分子線エピタ
キシー法（ＭＢＥ法）や有機金属気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ法）に比べ、より平坦なヘテロ界面を得ることが期待
されている。特に有機金属をＩＩＩ族原料とする有機金
属原子層エピタキシャル成長法（ＭＯ−ＡＬＥ）では、
原料をバルブで切り換えることから大面積に成長するこ
とが可能であり、量産を考える上で非常に有利である。
（第１８回置体素子コンファレンス（Ｋ、 Ｍｏｒｉ、
Ａ、Ｏｇｕｒａ、 Ｍ、Ｙｏｓｈｉｄａ ａｎｄ Ｈ
，Ｔｅｒａｏ。
Ａ、Ｏｇｕｒａ、 Ｍ、Ｙｏｓｈｉｄａ ａｎｄ Ｈ
，Ｔｅｒａｏ。
ｎａｌ）Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ５ｏｌｉｄ ５
ｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ
、 Ｔｏｋｙｏ、 １９８６． ｐ、７４３））。
ｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ
、 Ｔｏｋｙｏ、 １９８６． ｐ、７４３））。
（発明が解決しようとする問題点）
ところで、ＭＯ−ＡＬＥでは通常Ｖ族原料としてアルシ
ン、ホスフィンなどが用いられるが、これらＶ族水素化
物は低温での分解率が低く、特にホスフィンの場合実質
的に５００°Ｃではほとんど分解しない。このため低温
成長時にＶ族原子の供給効率が非常に低くなり、成長膜
の膜質の低下につながる。ＡＬＥでは通常６００°Ｃ以
下で成長するので、Ｖ族水素化物の低分解は大きな問題
となる。この点で、アルシン、ホスフィンと比べると分
解温度が低いＶ族有機化合物、例えばトリエチルアルシ
ン、トリエチルホスフィン等は、毒性も比較的弱く、ア
ルシン、ホスフィンに代る原料として期待される。しか
し、Ｖ族有機化合物を原料とした成長では、Ｖ族水素化
物を原料とした場合に比べ、成長膜にカーボンが非常に
多く取りこまれる。これは原料の熱分解が不十分で未分
解のまま基板上に供給されるためと考えられ、したがっ
てＡＬＥのように低温で成長を行う系ではカーボン汚染
が増大する。ＩＩＩ族原料について同様のことがいえる
。
ン、ホスフィンなどが用いられるが、これらＶ族水素化
物は低温での分解率が低く、特にホスフィンの場合実質
的に５００°Ｃではほとんど分解しない。このため低温
成長時にＶ族原子の供給効率が非常に低くなり、成長膜
の膜質の低下につながる。ＡＬＥでは通常６００°Ｃ以
下で成長するので、Ｖ族水素化物の低分解は大きな問題
となる。この点で、アルシン、ホスフィンと比べると分
解温度が低いＶ族有機化合物、例えばトリエチルアルシ
ン、トリエチルホスフィン等は、毒性も比較的弱く、ア
ルシン、ホスフィンに代る原料として期待される。しか
し、Ｖ族有機化合物を原料とした成長では、Ｖ族水素化
物を原料とした場合に比べ、成長膜にカーボンが非常に
多く取りこまれる。これは原料の熱分解が不十分で未分
解のまま基板上に供給されるためと考えられ、したがっ
てＡＬＥのように低温で成長を行う系ではカーボン汚染
が増大する。ＩＩＩ族原料について同様のことがいえる
。
すなわち、低温ではＩＩＩ族原料の分解率も低下するた
め、ＩＩＩ族原料からのカーボン汚染も生じる。
め、ＩＩＩ族原料からのカーボン汚染も生じる。
以上のことより、成長膜へのカーボンの取り込みを減少
させるため、ＩＩＩ族及びＶ族原料を基板に供給する前
に予め分解させることが考えられる。
させるため、ＩＩＩ族及びＶ族原料を基板に供給する前
に予め分解させることが考えられる。
しかし、従来ＩＩＩ族原料として用いられてきたトリエ
チルガリウム等の有機金属は、分解すると金属として反
応管壁に析出してしまう。従って、実質的なＩＩＩ族原
料の基板への供給量が減少してしまうという欠点があっ
た。
チルガリウム等の有機金属は、分解すると金属として反
応管壁に析出してしまう。従って、実質的なＩＩＩ族原
料の基板への供給量が減少してしまうという欠点があっ
た。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめ、
低温においても高純度の結晶が得られる原子層エピタキ
シャル成長を実現することにある。
低温においても高純度の結晶が得られる原子層エピタキ
シャル成長を実現することにある。
（問題を解決するための手段）
本発明は、ＩＩＩ族有機金属原料とＶ族原料を基板結晶
上に交互に供給して成長を行うＩＩＩ −Ｖ族化合物Ａ
ＬＥ）において、ＩＩＩ族原料としてその分子中にＩＩ
Ｉ族原子とハロゲン原子の結合を１または２個含むよう
な有機金属を用い、上記ＩＩＩ族およびＶ族原料ガスを
上記基板結晶上に導入する前に分解させてから該基板結
晶上に供給することを特徴とする化合物半導体の気相成
長法を提供するものである。
上に交互に供給して成長を行うＩＩＩ −Ｖ族化合物Ａ
ＬＥ）において、ＩＩＩ族原料としてその分子中にＩＩ
Ｉ族原子とハロゲン原子の結合を１または２個含むよう
な有機金属を用い、上記ＩＩＩ族およびＶ族原料ガスを
上記基板結晶上に導入する前に分解させてから該基板結
晶上に供給することを特徴とする化合物半導体の気相成
長法を提供するものである。
（作用）
分子中にＩＩＩ族金属原子とハロゲン原子との結合を１
または２個含むＩＩＩ族有機金属は、分解した時にある
温度Ｔ０’Ｃ以上では金属モノクロライドとして気相中
に安定に存在するので、反応管壁に析出しない。したが
って反応管中をＴＱ、’Ｃ以上でかつＶ族蒸気が管壁に
析出しないような温度に保つことにより、ＩＩＩ族およ
びＶ族原料を光照射、加熱により分解させても基板上で
の原料供給量が減少することなく、高品質な成長膜を得
ることができる。
または２個含むＩＩＩ族有機金属は、分解した時にある
温度Ｔ０’Ｃ以上では金属モノクロライドとして気相中
に安定に存在するので、反応管壁に析出しない。したが
って反応管中をＴＱ、’Ｃ以上でかつＶ族蒸気が管壁に
析出しないような温度に保つことにより、ＩＩＩ族およ
びＶ族原料を光照射、加熱により分解させても基板上で
の原料供給量が減少することなく、高品質な成長膜を得
ることができる。
（実施例）
以下本発明について実施例を示す図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本気相成長法によるＧａＡｓ成長装置の概要で
ある。ＩＩＩ族原料にはジエチルガリウムクロライド、
Ｖ族原料にはトリエチル・アルシンまたはアルシンを用
いた。ＩＩＩ族原料のジエチルガリウムクロライドはバ
ブラ１１中で水素キャリアがス１２によりバブルされ反
応管１３に導かれる。反応管１３は、原料ガスが管壁に
吸着しないように加熱されている。ただし、ジエチルガ
リウムクロライドの蒸気圧が低いことから、バブラ１１
は６０°Ｃに昇温され、また配管内での結露を防ぐため
、途中配管はヒーター１４により８０°Ｃに保持しであ
る。トリエチルアルシンは、−１０°Ｃに保たれたバブ
ラ１５中で水素キャリアガス１６によりバブルされ反応
管１３に導か゛れる。アルシン１７は流量調節器１８を
介して反応管１３に導入される。基板結晶１９は石英サ
セプタ２０とともに成長領域に設置されている。分解領
域にある反応管には合成石英製の窓２１がつけてあり、
重水素ランプ２２の光が導入できるようになっている。
ある。ＩＩＩ族原料にはジエチルガリウムクロライド、
Ｖ族原料にはトリエチル・アルシンまたはアルシンを用
いた。ＩＩＩ族原料のジエチルガリウムクロライドはバ
ブラ１１中で水素キャリアがス１２によりバブルされ反
応管１３に導かれる。反応管１３は、原料ガスが管壁に
吸着しないように加熱されている。ただし、ジエチルガ
リウムクロライドの蒸気圧が低いことから、バブラ１１
は６０°Ｃに昇温され、また配管内での結露を防ぐため
、途中配管はヒーター１４により８０°Ｃに保持しであ
る。トリエチルアルシンは、−１０°Ｃに保たれたバブ
ラ１５中で水素キャリアガス１６によりバブルされ反応
管１３に導か゛れる。アルシン１７は流量調節器１８を
介して反応管１３に導入される。基板結晶１９は石英サ
セプタ２０とともに成長領域に設置されている。分解領
域にある反応管には合成石英製の窓２１がつけてあり、
重水素ランプ２２の光が導入できるようになっている。
反応管１３内の温度プロファイルは第２図に示すように
なっている。基板温度は４５０°Ｃ１原料ガスの分解領
域は４５０°Ｃまたは８００°Ｃとした。ジエチルガリ
ウムクロライド、トリエチルアルシンはそれぞれ２００
８ＣＣＭ１１００ＳＣＣＭの水素ガスでバブルした。
なっている。基板温度は４５０°Ｃ１原料ガスの分解領
域は４５０°Ｃまたは８００°Ｃとした。ジエチルガリ
ウムクロライド、トリエチルアルシンはそれぞれ２００
８ＣＣＭ１１００ＳＣＣＭの水素ガスでバブルした。
アルシンの流量は３８ＣＣＭとした。全キャリアガス流
量は７ＳＬＭとした。トリエチルアルシンとジエチルア
ガリウムクロライドは基板上に交互に供給されるが、ト
リエチルアルシンを２秒供給、２秒放置、ジエチルアガ
リウムクロライドを２秒供給、２秒放置を１サイクルと
し、これを３０００サイクル繰り返した。成長後、ホー
ル測定、４にで７オトルミネツセンスにより成長膜の膜
質を評価した。以下に各種条件で成長した例を示す。
量は７ＳＬＭとした。トリエチルアルシンとジエチルア
ガリウムクロライドは基板上に交互に供給されるが、ト
リエチルアルシンを２秒供給、２秒放置、ジエチルアガ
リウムクロライドを２秒供給、２秒放置を１サイクルと
し、これを３０００サイクル繰り返した。成長後、ホー
ル測定、４にで７オトルミネツセンスにより成長膜の膜
質を評価した。以下に各種条件で成長した例を示す。
トリエチルアルシンをＶ族原料とした場合、分解領域の
温度、基板温度をともに４５０°Ｃとしかつ光を照射し
ない蒔、すなわちあらかじめ原料ガスを分解しない時の
成長膜は、Ｐ型伝導を示し、キャリア密度は２Ｘ１０１
８ｃｍ＝であった。この試料の４Ｋにおけるフォトルミ
ネッセンススペクトルをみると、カーボンアクセプタに
起因する強いピークが見られた。一方分解領域の温度を
８００°Ｃ１基板温度を４５０°Ｃ１光照射なしとした
ものは、ｎ型キャリア密度は５Ｘ１０１６ｃｍ−３であ
った。フォトルミネッセンスの測定により、カーボンア
クセプタに起因するピークの強度はあらかじめ分解しな
い場合に比べ非常に弱くなっていることがわかった。
温度、基板温度をともに４５０°Ｃとしかつ光を照射し
ない蒔、すなわちあらかじめ原料ガスを分解しない時の
成長膜は、Ｐ型伝導を示し、キャリア密度は２Ｘ１０１
８ｃｍ＝であった。この試料の４Ｋにおけるフォトルミ
ネッセンススペクトルをみると、カーボンアクセプタに
起因する強いピークが見られた。一方分解領域の温度を
８００°Ｃ１基板温度を４５０°Ｃ１光照射なしとした
ものは、ｎ型キャリア密度は５Ｘ１０１６ｃｍ−３であ
った。フォトルミネッセンスの測定により、カーボンア
クセプタに起因するピークの強度はあらかじめ分解しな
い場合に比べ非常に弱くなっていることがわかった。
分解領域の温度および基板温度を４５０°Ｃとし、成長
中重水素ランプの光を照射したところ、得られたえ成長
膜はやはりｐ型であったが、キャリア密度はｌＸ１０１
７ｃｍ−３と光を照射しないものに比べ純度が良くなっ
た。以上より明らかなように、ＩＩＩ族およびＶ族原料
ガスをあらかじめ加熱、光照射により分解することで、
成長膜のカーボン取込み量を低減させることができる。
中重水素ランプの光を照射したところ、得られたえ成長
膜はやはりｐ型であったが、キャリア密度はｌＸ１０１
７ｃｍ−３と光を照射しないものに比べ純度が良くなっ
た。以上より明らかなように、ＩＩＩ族およびＶ族原料
ガスをあらかじめ加熱、光照射により分解することで、
成長膜のカーボン取込み量を低減させることができる。
次にＶ族原料をアルシンとして、同様の成長を行なった
。光照射をせずに分解温度、基板温度とも４５０°Ｃと
した時は、やはりｐ型伝導を示し、キャリア密度は６Ｘ
１０１７ｃｍ−３とであった。一方分解領域の温度を８
００°Ｃ１基板温度を４５０°Ｃとし光を照射すると、
成長膜はｎ型となり、キャリア密度も２Ｘ１０１５ｃｍ
−３と非常に高純度の膜が得られた。また分解領域、成
長領域の温度をともに４５０’Ｃとし、重水素ランプを
照射したものは、ｐ型ではあるが、キャリア濃度ｌＸｌ
０”ｃｍ＝となり照射によりカーボンの取り込み量が減
った。
。光照射をせずに分解温度、基板温度とも４５０°Ｃと
した時は、やはりｐ型伝導を示し、キャリア密度は６Ｘ
１０１７ｃｍ−３とであった。一方分解領域の温度を８
００°Ｃ１基板温度を４５０°Ｃとし光を照射すると、
成長膜はｎ型となり、キャリア密度も２Ｘ１０１５ｃｍ
−３と非常に高純度の膜が得られた。また分解領域、成
長領域の温度をともに４５０’Ｃとし、重水素ランプを
照射したものは、ｐ型ではあるが、キャリア濃度ｌＸｌ
０”ｃｍ＝となり照射によりカーボンの取り込み量が減
った。
なお、本実施例ではＩＩＩ族全族と塩素原子の結合を持
つ有機金属について述べたが、他のハロゲン原子でも同
様の効果が期待される。
つ有機金属について述べたが、他のハロゲン原子でも同
様の効果が期待される。
（発明の効果）
以上のように、本発明の方法によれば、ＭＯ−ＡＬＥに
おいてＩＩＩ族及びＶ族原料を十分に分解することが可
能となり、高品質の成長膜を得ることができる。本成長
法はＧａＡｓの成長の他に、ＩＩＩ族がＧａ、 Ｉｎ、
Ｖ族がＡｓ５Ｐであるような化合物半導体、具体的に
はＧａＰ、 ＩｎＡｓ１１ｎＰ１およびこれらの混晶に
ついて用いることができる。
おいてＩＩＩ族及びＶ族原料を十分に分解することが可
能となり、高品質の成長膜を得ることができる。本成長
法はＧａＡｓの成長の他に、ＩＩＩ族がＧａ、 Ｉｎ、
Ｖ族がＡｓ５Ｐであるような化合物半導体、具体的に
はＧａＰ、 ＩｎＡｓ１１ｎＰ１およびこれらの混晶に
ついて用いることができる。
第１図は本発明に係わる気相成長装置を示す概略図。
１１ バブラ（ジエチルガリウムクロライド）１２、
１６ 水素キャリアガス １３ 反応管 １４ ヒーター １５ バブラ（トリエチルアルシン）１７ アルシ
ン １８ 流量調節器 １９ 基板結晶 ２０ サセプタ。 ２１ 合成石英製窓 ２２ 重水素ランプ 第２図は反応量内の温度プロファイル。
１６ 水素キャリアガス １３ 反応管 １４ ヒーター １５ バブラ（トリエチルアルシン）１７ アルシ
ン １８ 流量調節器 １９ 基板結晶 ２０ サセプタ。 ２１ 合成石英製窓 ２２ 重水素ランプ 第２図は反応量内の温度プロファイル。
Claims (3)
- （１）III族有機金属原料とＶ族原料を基板結晶上に交
互に供給して成長を行うIII−Ｖ族化合物半導体の有機
金属原子層エピタキシャル成長（ＭＯ−ＡＬＥ）におい
て、III族原料としてその分子中にIII族原子とハロゲン
原子の結合を１または２個含むような有機金属を用い、
上記III族およびＶ族原料ガスを上記基板結晶上に導入
する前に分解させてから該基板結晶上に供給することを
特徴とする化合物半導体の気相成長法。 - （２）Ｖ族原料が、Ｖ族水素化物またはＶ族有機化合物
であることを特徴とした特許請求の範囲第一項記載の化
合物半導体の気相成長法。 - （３）III族およびＶ族原料ガスを分解させる手段が、
光照射または加熱のうちの少なくともひとつであること
を特徴とした特許請求の範囲第一項記載の化合物半導体
の気相成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26083087A JP2687371B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 化合物半導体の気相成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26083087A JP2687371B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 化合物半導体の気相成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01103996A true JPH01103996A (ja) | 1989-04-21 |
| JP2687371B2 JP2687371B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=17353351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26083087A Expired - Lifetime JP2687371B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 化合物半導体の気相成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2687371B2 (ja) |
Cited By (3)
| 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 |
| 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 |
-
1987
- 1987-10-16 JP JP26083087A patent/JP2687371B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| 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 |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2687371B2 (ja) | 1997-12-08 |
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