JPH0323294A - 化合物半導体結晶成長方法 - Google Patents
化合物半導体結晶成長方法Info
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- JPH0323294A JPH0323294A JP15587589A JP15587589A JPH0323294A JP H0323294 A JPH0323294 A JP H0323294A JP 15587589 A JP15587589 A JP 15587589A JP 15587589 A JP15587589 A JP 15587589A JP H0323294 A JPH0323294 A JP H0323294A
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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】
(概要)
化合物半導体結晶戒長方法の改良、特に、低温で良好な
原子層エビタキシを可能にする改良に関し、 低温において良好な原子層エビタキシを可能にし、それ
によって急峻なヘテロ界面を形威することができ、また
、単原子層単位の厳密さをもった急峻な不純物濃度の制
御ができる化合物半導体結晶或長方法を提供することを
目的とし、1の化合物半導体を構成する元素の少なくと
も1をこの元素のアルキル化合物として供給して、化合
物半導体基板上に原子層エビタキシ法を使用して前記の
1の化合物半導体の結晶を戒長ずる化合物半導体結晶成
長方法において、前記の化合物半導体基板の戒長面は(
1 1 0)面とするようにvj威する. (産業上の利用分野〕 本発明は、化合物半導体結晶或長方法の改良、特に、低
温で良好な原子層エビタヰシを可能にする改良に関する
. 〔従来の技術〕 電子デバイスの微細化を進めてその性能を向上し、更に
は従来の手法をもって製造された化合物半導体結晶には
ない物性を有する化合物半導体結晶を実現して新しい機
能を有する電子デバイスを開発すること等を目的として
、化合物半導体結晶及びその不純物濃度を原子層単位で
制御することが強く望まれている.従来、例えばGaA
sの単原子層を威長させる場合には、MO−CVD法を
使用し、戒長温度5 0 0 ”Cにおいてトリメチル
ガリウム( (CH3 L Ga)またはトリエチルガ
リウム( (Cm Hs )s Ga)とアルシン(A
sHz)とを交互に面方位(100)のGaAs基板上
に供給して威長させている. 〔発明が解決しようとする!lull)ところが、基板
上に、基板を構戒する元素と異なる元素を含む化合物半
導体結晶を威長させるヘテロエビタキシャル威長をなす
場合には、上記のように500℃という高温において結
晶戒長させると、ヘテロ界面近傍において、構成原子の
相互拡散が発生し、急峻なヘテロ界面を形成することが
困難になる.また、単原子層単位の厳密さをもった急峻
な不純物濃度の制御も困難になる.さらに、基板の熱膨
張率と異なる熱膨張率を有する化合物半導体を威長させ
る場合には、結晶或長後に基板温度が室温まで低下した
時に、熱膨張率の差に起因する反りや歪みが発生する. そこで、結晶戒長温度を400゜C以下に下げることに
よって、これらの問題を解決することを試みたが、新た
に以下に述べる問題が発生した.第4図参照 従来技術より低い400゜Cに加熱したGaAs(10
0)基板上に(CHi )s Gaを流量40SCCM
をもってX秒間供給した後、水素を3秒間供給してこれ
をパージし、次いで、AsH,を流量480SCCMを
もって10秒間供給してGaAs層を戒長した時のGa
As威長膜厚の1分子層厚に対する比と(CHs )3
Gaの供給時間Xとの関係を第4図に示す.威長温度
が低すぎるため、(CHs”)sGaの分解が十分進ま
ず、戒長速度が極めて遅い. 第5図参照 400℃に加熱したGaAs (100)基板上にCC
t Hs ) s G aを流量40SCCMをもつ?
X秒間f#給した後、水素を3秒間供給してこれをパー
ジし、次いで、AsH,を流量4805CCMをもって
10秒間供給してGaAs層を戒長した時のGaAst
t長膜厚のl分子層厚に対する比と(C■Hs)sGa
の供給時間Xとの関係を第5図に示す,GaAs或長が
1分子層で自動的に停止するセルフリミッティング作用
が認められない. 本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、低温
において良好な原子層エピタキシを可能にし、それによ
って急峻なヘテロ界面を形威することができ、また、単
原子層単位のIIit密さをもった急峻な不純物濃度の
制御ができる化合物半導体結晶或長方法を提供すること
にある. 〔課題を解決するための手段〕 上記の目的は、1の化合物半導体を横威する元素の少な
くともIをこの元素のアルキル化合物として供給して、
化合物半導体基板(4)上に原子層エピタキシ法を使用
して前記の1の化合物半導体の結晶を成長する化合物半
導体結晶威長方法において、前記の化合物半導体基板(
4)の戒長面は(110)面とする化合物半導体結晶或
長方法によって達威される. 〔作用〕 本願の発明者は、多くの研究を重ねた結果、表画が面方
位(110)であるGaAs,InP等の基板の表面に
存在するGa,In等の原子は安定していて他の原子と
結合しにく覧、1原子層以上のGa、In等を吸着しな
いという自然法則を見出した.本発明に係る化合物半導
体結晶戒長方法においては、この自然法則を利用したも
のである. Gaのアルキル化合物、例えば(Ci Hs )sGa
とAsH3とを交互にGaAs基1i上に供給してGa
As結晶を戒長ずる場合を例として、その理由を以下に
准考する. 第2図参照 GaAs基板表面の面方位が(100)である場合には
、第2図に示すように、基板表面においてGa原子はA
s原子2個と結合し、ダングリングボンド(不飽和結合
)を2本持っているため、l原子層以上の(Cz Hs
)m Ga (n−1〜3)を吸着しやすくなってお
り、セルフリミッティング作用が発生しないものと考え
られる.第3図参照 これに対し、GaAs基板表面の面方位が(l10)で
ある場合には、第3図に示すように、基板表面において
Ga原子はAs原子3個と結合し、ダングリングボンド
を1本しか持たないため、( C z H s ) *
G a ( n − 1 〜3 )を1原子層以上吸
着することができず、セルフリミッティング作用が発生
し、原子層エビタキシが可能になるものと考えられる. 〔実施例〕 以下、図面を参照しつ覧、本発明の一実施例に係る化合
物半導体結晶威長方法において、GaAs(110)基
板上にMO−CVD法を使用してGaAs結晶を原子層
エビタキシャル威長ずる場合を例として説明する. 第1a図参照 第1a図は、原子層エビタキシャル戒長に使用される装
置の横戒図であり、1は石英製の反応管であり、2は真
空ポンプ(図示せず)に接続された排気系であり、3は
碁Fi4を載置するサセブタであり、5は高周波加熱器
であり、6、7、8はガス切り換えバルブである. GaAs (1 10)基板4をサセプタ3上に載置し
、高周波加熱器5を使用してGaAs (110)基板
4を約400゜Cに加熱し、(C!HS)!Gaの入っ
た温度約11゜Cのバブラ(図示せず)に水素キャリャ
を通気して発生した(CgHi)sGaガスをガス切り
換えバルブ7を介して反応室l内に流量403CCMを
もってX秒間供給した後、ガス切り換えバルブ7を切り
換えて( C zHs)sGaの反応室1内への供給を
停止して、これを系外に排気する.次いで、ガス切り換
えバルブ8を介して水素を反応室1内へ約3秒間供給し
てパージする.パージ完了後、AsHsをガス切り換え
バルブ6を介して反応室1内に流量4805CCMをも
って約10秒間供給した後、ガス切り換えバルブ6を切
り換えてA s H sの反応室1内への供給を停止し
て、これを系外に排気する.次いで、ガス切り換えバル
ブ8を介して水素を反応室1内へ約3秒間供給してパー
ジする.第1b図参照 上記の工程を1周期として、これを177周期反復繰り
返し、その結果から1周期当りのGaAs威長膜厚のG
aAs 1分子層厚に対する比と(Cz Ha )IG
a供給時間X秒との関係を求めると第1b図に示すよう
になる.戒長温度400゜Cにおいても、(Cm Hs
)s Gaの供給時間が6秒に達すれば或長膜厚は飽
和してl分子層厚となり、セルフリごツテイング作用を
有する原子層エビタキシが可能であるという結果が得ら
れた.なお、(,aAstt長の外にも、G a P
( ( C*H,),GaとPHz とを使用)、In
As[ (cx H,)s InとASHzとを使用
〕、InP ((Cm Hs )s InとPH.と
を使用〕等の■−■族化合物半導体の原子層エビタキシ
ャル威長も可能であることはいうまでもない.〔発明の
効果) 以上説明せるとおり、本発明に係る化合物半導体結晶戒
長方法においては、面方位が(110)であるGaAs
等の化合物半導体基板を使用するため、基板表面のGa
等の原子はダングリングボンドを1本しか持たない安定
した状態で存在しているので、その上に原子層エビタキ
シ法を使用して化合物半導体の結晶を戒長ずる場合に、
400”C以下という低温においても良好な原子層エビ
タキシが可能となる.その結果、本発明に係る化合物半
導体結晶戒長方法は、急峻なヘテロ界面の形或や原子層
単位での不純物濃度の制御、さらには、熱膨張率の大き
く異なる二つの化合物半導体からなるヘテロ界面を有す
る電子デバイスの製造等に有効に利用することができる
.
原子層エビタキシを可能にする改良に関し、 低温において良好な原子層エビタキシを可能にし、それ
によって急峻なヘテロ界面を形威することができ、また
、単原子層単位の厳密さをもった急峻な不純物濃度の制
御ができる化合物半導体結晶或長方法を提供することを
目的とし、1の化合物半導体を構成する元素の少なくと
も1をこの元素のアルキル化合物として供給して、化合
物半導体基板上に原子層エビタキシ法を使用して前記の
1の化合物半導体の結晶を戒長ずる化合物半導体結晶成
長方法において、前記の化合物半導体基板の戒長面は(
1 1 0)面とするようにvj威する. (産業上の利用分野〕 本発明は、化合物半導体結晶或長方法の改良、特に、低
温で良好な原子層エビタヰシを可能にする改良に関する
. 〔従来の技術〕 電子デバイスの微細化を進めてその性能を向上し、更に
は従来の手法をもって製造された化合物半導体結晶には
ない物性を有する化合物半導体結晶を実現して新しい機
能を有する電子デバイスを開発すること等を目的として
、化合物半導体結晶及びその不純物濃度を原子層単位で
制御することが強く望まれている.従来、例えばGaA
sの単原子層を威長させる場合には、MO−CVD法を
使用し、戒長温度5 0 0 ”Cにおいてトリメチル
ガリウム( (CH3 L Ga)またはトリエチルガ
リウム( (Cm Hs )s Ga)とアルシン(A
sHz)とを交互に面方位(100)のGaAs基板上
に供給して威長させている. 〔発明が解決しようとする!lull)ところが、基板
上に、基板を構戒する元素と異なる元素を含む化合物半
導体結晶を威長させるヘテロエビタキシャル威長をなす
場合には、上記のように500℃という高温において結
晶戒長させると、ヘテロ界面近傍において、構成原子の
相互拡散が発生し、急峻なヘテロ界面を形成することが
困難になる.また、単原子層単位の厳密さをもった急峻
な不純物濃度の制御も困難になる.さらに、基板の熱膨
張率と異なる熱膨張率を有する化合物半導体を威長させ
る場合には、結晶或長後に基板温度が室温まで低下した
時に、熱膨張率の差に起因する反りや歪みが発生する. そこで、結晶戒長温度を400゜C以下に下げることに
よって、これらの問題を解決することを試みたが、新た
に以下に述べる問題が発生した.第4図参照 従来技術より低い400゜Cに加熱したGaAs(10
0)基板上に(CHi )s Gaを流量40SCCM
をもってX秒間供給した後、水素を3秒間供給してこれ
をパージし、次いで、AsH,を流量480SCCMを
もって10秒間供給してGaAs層を戒長した時のGa
As威長膜厚の1分子層厚に対する比と(CHs )3
Gaの供給時間Xとの関係を第4図に示す.威長温度
が低すぎるため、(CHs”)sGaの分解が十分進ま
ず、戒長速度が極めて遅い. 第5図参照 400℃に加熱したGaAs (100)基板上にCC
t Hs ) s G aを流量40SCCMをもつ?
X秒間f#給した後、水素を3秒間供給してこれをパー
ジし、次いで、AsH,を流量4805CCMをもって
10秒間供給してGaAs層を戒長した時のGaAst
t長膜厚のl分子層厚に対する比と(C■Hs)sGa
の供給時間Xとの関係を第5図に示す,GaAs或長が
1分子層で自動的に停止するセルフリミッティング作用
が認められない. 本発明の目的は、この欠点を解消することにあり、低温
において良好な原子層エピタキシを可能にし、それによ
って急峻なヘテロ界面を形威することができ、また、単
原子層単位のIIit密さをもった急峻な不純物濃度の
制御ができる化合物半導体結晶或長方法を提供すること
にある. 〔課題を解決するための手段〕 上記の目的は、1の化合物半導体を横威する元素の少な
くともIをこの元素のアルキル化合物として供給して、
化合物半導体基板(4)上に原子層エピタキシ法を使用
して前記の1の化合物半導体の結晶を成長する化合物半
導体結晶威長方法において、前記の化合物半導体基板(
4)の戒長面は(110)面とする化合物半導体結晶或
長方法によって達威される. 〔作用〕 本願の発明者は、多くの研究を重ねた結果、表画が面方
位(110)であるGaAs,InP等の基板の表面に
存在するGa,In等の原子は安定していて他の原子と
結合しにく覧、1原子層以上のGa、In等を吸着しな
いという自然法則を見出した.本発明に係る化合物半導
体結晶戒長方法においては、この自然法則を利用したも
のである. Gaのアルキル化合物、例えば(Ci Hs )sGa
とAsH3とを交互にGaAs基1i上に供給してGa
As結晶を戒長ずる場合を例として、その理由を以下に
准考する. 第2図参照 GaAs基板表面の面方位が(100)である場合には
、第2図に示すように、基板表面においてGa原子はA
s原子2個と結合し、ダングリングボンド(不飽和結合
)を2本持っているため、l原子層以上の(Cz Hs
)m Ga (n−1〜3)を吸着しやすくなってお
り、セルフリミッティング作用が発生しないものと考え
られる.第3図参照 これに対し、GaAs基板表面の面方位が(l10)で
ある場合には、第3図に示すように、基板表面において
Ga原子はAs原子3個と結合し、ダングリングボンド
を1本しか持たないため、( C z H s ) *
G a ( n − 1 〜3 )を1原子層以上吸
着することができず、セルフリミッティング作用が発生
し、原子層エビタキシが可能になるものと考えられる. 〔実施例〕 以下、図面を参照しつ覧、本発明の一実施例に係る化合
物半導体結晶威長方法において、GaAs(110)基
板上にMO−CVD法を使用してGaAs結晶を原子層
エビタキシャル威長ずる場合を例として説明する. 第1a図参照 第1a図は、原子層エビタキシャル戒長に使用される装
置の横戒図であり、1は石英製の反応管であり、2は真
空ポンプ(図示せず)に接続された排気系であり、3は
碁Fi4を載置するサセブタであり、5は高周波加熱器
であり、6、7、8はガス切り換えバルブである. GaAs (1 10)基板4をサセプタ3上に載置し
、高周波加熱器5を使用してGaAs (110)基板
4を約400゜Cに加熱し、(C!HS)!Gaの入っ
た温度約11゜Cのバブラ(図示せず)に水素キャリャ
を通気して発生した(CgHi)sGaガスをガス切り
換えバルブ7を介して反応室l内に流量403CCMを
もってX秒間供給した後、ガス切り換えバルブ7を切り
換えて( C zHs)sGaの反応室1内への供給を
停止して、これを系外に排気する.次いで、ガス切り換
えバルブ8を介して水素を反応室1内へ約3秒間供給し
てパージする.パージ完了後、AsHsをガス切り換え
バルブ6を介して反応室1内に流量4805CCMをも
って約10秒間供給した後、ガス切り換えバルブ6を切
り換えてA s H sの反応室1内への供給を停止し
て、これを系外に排気する.次いで、ガス切り換えバル
ブ8を介して水素を反応室1内へ約3秒間供給してパー
ジする.第1b図参照 上記の工程を1周期として、これを177周期反復繰り
返し、その結果から1周期当りのGaAs威長膜厚のG
aAs 1分子層厚に対する比と(Cz Ha )IG
a供給時間X秒との関係を求めると第1b図に示すよう
になる.戒長温度400゜Cにおいても、(Cm Hs
)s Gaの供給時間が6秒に達すれば或長膜厚は飽
和してl分子層厚となり、セルフリごツテイング作用を
有する原子層エビタキシが可能であるという結果が得ら
れた.なお、(,aAstt長の外にも、G a P
( ( C*H,),GaとPHz とを使用)、In
As[ (cx H,)s InとASHzとを使用
〕、InP ((Cm Hs )s InとPH.と
を使用〕等の■−■族化合物半導体の原子層エビタキシ
ャル威長も可能であることはいうまでもない.〔発明の
効果) 以上説明せるとおり、本発明に係る化合物半導体結晶戒
長方法においては、面方位が(110)であるGaAs
等の化合物半導体基板を使用するため、基板表面のGa
等の原子はダングリングボンドを1本しか持たない安定
した状態で存在しているので、その上に原子層エビタキ
シ法を使用して化合物半導体の結晶を戒長ずる場合に、
400”C以下という低温においても良好な原子層エビ
タキシが可能となる.その結果、本発明に係る化合物半
導体結晶戒長方法は、急峻なヘテロ界面の形或や原子層
単位での不純物濃度の制御、さらには、熱膨張率の大き
く異なる二つの化合物半導体からなるヘテロ界面を有す
る電子デバイスの製造等に有効に利用することができる
.
第1a図は、本発明の一実施例に係る化合物半導体結晶
威長方法に使用される装置の構成図である.第1b図は
、本発明の一実施例に係る化合物半導体結晶戒長方法に
おける(CI Hs )s Ga供給時間とGaAs戒
長膜厚との関係を示すグラフである. 第2図は、GaAs (100)基板断面の原子配列図
である. 第3図は、GaAs (1 10)aIFFi断面の原
子配列図である. 第4図は、従来技術に係るCCHs )s Ga供給時
間とQaAstc長膜厚との関係を示すグラフである. 第5図は、従来技術に係る(Ct H.)s Ga供給
時間とGaAs威長膜厚との関係を示すグラフである. 3・・・サセブタ、 4・・・基板、 5・・・高周波加熱器、
威長方法に使用される装置の構成図である.第1b図は
、本発明の一実施例に係る化合物半導体結晶戒長方法に
おける(CI Hs )s Ga供給時間とGaAs戒
長膜厚との関係を示すグラフである. 第2図は、GaAs (100)基板断面の原子配列図
である. 第3図は、GaAs (1 10)aIFFi断面の原
子配列図である. 第4図は、従来技術に係るCCHs )s Ga供給時
間とQaAstc長膜厚との関係を示すグラフである. 第5図は、従来技術に係る(Ct H.)s Ga供給
時間とGaAs威長膜厚との関係を示すグラフである. 3・・・サセブタ、 4・・・基板、 5・・・高周波加熱器、
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1の化合物半導体を構成する元素の少なくとも1を該元
素のアルキル化合物として供給して、化合物半導体基板
(4)上に原子層エピタキシ法を使用して前記1の化合
物半導体の結晶を成長する化合物半導体結晶成長方法に
おいて、 前記化合物半導体基板(4)の成長面は(110)面と
する ことを特徴とする化合物半導体結晶成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15587589A JPH0323294A (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 化合物半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15587589A JPH0323294A (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 化合物半導体結晶成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0323294A true JPH0323294A (ja) | 1991-01-31 |
Family
ID=15615415
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15587589A Pending JPH0323294A (ja) | 1989-06-20 | 1989-06-20 | 化合物半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0323294A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6833161B2 (en) * | 2002-02-26 | 2004-12-21 | Applied Materials, Inc. | Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode |
US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
US7781326B2 (en) | 2001-02-02 | 2010-08-24 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
-
1989
- 1989-06-20 JP JP15587589A patent/JPH0323294A/ja active Pending
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