JPH01203292A - 化合物半導体結晶成長方法及び結晶成長装置 - Google Patents

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、化合物半導体の結晶成長方法及び結晶成長装
置に関する。

〔従来の技術〕

近年、ＧａＡｓ、ＡＩ！ＧａＡｓ等の璽−■族化合物半
導体を用いた高速論理素子、半導体レーザ、光−電子集
積回路（ＯＥＩＣ）の開発が急速に発展し、それに伴い
高度な素子製造技術が必要になってきている。

エピタキシャル成長においては、化合物半導体薄膜を均
一に制御性よく形成することが重要となり、分子線エピ
タキシャル成長法（ＭＢＥ法）や有機金属気相成長法（
ＭＯＣＶＤ法）の研究が活発に行われている。なかでも
ＭＯＣＶＤ法は、原料をガスで供給するので、膜厚や組
成の制御が容易であり、また大面積、多数枚成長が可能
゛なので、大量生産にも十分対応できる。

しかし、デバイス構造の複雑化に伴なって、原子層レベ
ルでの膜厚の制御性、均一性が求められるようになり、
従来のように原料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す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西澤らによって試みられている（ジ
ャーナル・オプ・エレクトロケミカルｅノサイアティｚ
　（Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　　５ｏｃｉｅｔｙ　）　　１９８５年、１３２
巻、５号、１）９７　助。この方法によれば、Ｉ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、ｌサイクルで化合物半導体が１分
子層のみ成長することＫ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課題〕

しかしながら、上記のＩ族原料とＶ族原料を交互に供給
する成長方法には以下のような問題がある。

即ち、■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１通常の成長では、高品質の膜ができ
ても、原子層エピタキシャルでは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。

なお、Ｖ族原料では、アルタｙ　（Ａ　ｓ　Ｈｓ　）　
ｈホスフィノ（ＰＨｓ）のような安定な水素化物が存在
するので問題ない。

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、アルタ／は分解してＡ　ｓ　４　　となり、
Ａｇ３　　とガリウムの吸着種が反応して、砒化ガリウ
ムが１層できる。この時、ガリウム原子と結合している
メチル基はアルタ／から供給された遊離水素あるいｔｉ
ＡｓＨのような中間生成物と反応してメタンとなり基板
から脱離する。しかし、原子層エピタキシャル成長では
、この反応が十分進まず、メチル基は完全に除去できな
い。このため、Ｐ型不純物であるカーボンが膜内に残る
ことになる。

本発明の目的は、１族原料とＶ族原料を交互に供給する
原子層エピタキシャル成長において、高純度の成長膜が
形成できる化合物半導体結晶成長方法及び結晶成長装置
を提供することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明の化合物半導体結晶成長方法は、有機金属化合物
を１族原料として用い、基板上に皿族原料とＶ族原料を
交互に供給して鳳−Ｖ族化合物半導体を１分子層ずつ成
長させる化合物半導体結晶成長方法において、１族原料
供給時に活性化させた水素を同時に供給することを特徴
とする。

本発明の結晶成長装置は、基板上にｌ族原料とＶ族原料
ｔ−交互に供給する機構を備え、かつ水素を活性化して
装置内に導入する装置を備えることにより構成される。

〔作用〕

原子層エピタキシャル成長において、蓋族原料供給時に
活性化させた水素を同時に供給することにより、６族原
料と結合している有機基が反応性の高い水素と反応して
、容易に解離し、基板から脱離するので、成長膜内にカ
ーボンＭ残留しない。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の結晶成長装置の一実施例の系統図であ
る。

この結晶成長装置は、成長室１と成長室を減圧にする排
気装置２と成長室ｌ内に備えられた加熱機構を有する基
板ホルダー３と璽族原料導入口４、Ｖ族原料導入口５．
水素導入口６．及び水素を活性化するＥＣＲイオン源７
から構成される。厘族原料、■族原料、水素は、それぞ
れマスフローコントローラ８，９．１０とパルプ１），
１２．１３を通って成長室ｌ内に導入される。さらに、
基板１４を成長室ｌに導入するための基板交換室１５お
よび基板移動機構１６、ゲートパルプ１７が備えである
。

以上のように構成された成長装置を用い、ＧａＡｓ基板
上に、Ｉ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
　Ｖ族原料としてアルシフ（Ａ８Ｈ３）を用いて砒化ガ
リウム（ＧａＡｓ）の原子層エピタキシャルを行った。

トリメチルガリウム（ＴＭＧ’）　　は、１０ｃＩｆｔ
の水素でバブルしてパルプ１）を介して成長室ｌに導入
した。その後、パルプ１）を閉め、水素希釈２０％アル
シｙ　（Ａ　ｓ　Ｈｓ）をパルプ１２より１００譚導入
した。これを１サイクルとして１万サイクル繰り返し成
長を行った。

トリメチルガリウム供給時に、水素（Ｈｚ）ｅ５　（ｌ
ｆｆｉ、パルプ１３を介して、ＥＣＲイオ／源７に導入
し、ラジカル化して基板に供給した。マイクロ波は、　
　２．４５　ＧＨｚ　、マグネットパワーは１００Ｗに
設定した。加速電圧は用いていない、なお、成長室ｌは
、排気装置２により１０−’　Ｔｏｒｒ台に設定しであ
る。成長時の基板温度は、５００ｔ：’である。

ｌサイクル尚りの膜厚は、２．８Ａとなり、砒化ガリウ
ムの１分子層に一致している。試料のキャリア濃度をホ
ール測定により調べると、ラジカル化した水素を導入し
ない場合はＴｈ　１ｘ１ｏ”（ｃｍ−”）の高いＰ型を
示すのに対し、本発明の方法で成長したものはｓｘｌｏ
１４（ｃｍ−”）のＰ型となり、膜質が著しく改善され
た。

第２図はｌラジカル化した水素を供給した場合と供給し
なかった場合の成長膜の７７Ｋにおけるホトルミネッセ
ンス強度を示す特性図である。

図に示すように、水素を供給しなかった場合（点線）は
、カーボンアクセプタに起因するピーク（８３００Ａ）
が大きく現れているのに対し、水素を供給した場合（実
線）は、このピークがほとんど出ていない。従って、カ
ーボ／の取り込みは著しく抑えられることがわかる。

なお１本実施例では、砒化ガリウムの場合にりいて述べ
たが、リン化インジウムのような他のＩ−Ｖ族化合物あ
るいは砒化アルミニウムガリウムのような混晶にも応用
できる。

さらに、水素を活性化する方法として、ＥＣＲイオン源
だけではなく、高周波プラズマ発生器、フィラメ７トに
よるイオン銃なども使用可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の結晶成長方法および成長装
置ｆｔ−用いれば、■族原料とＶ族原料を交互に供給す
る原子層エピタキシャルにおいて著しく膜質を改善する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の結晶成長装置の一実権例の系統図、＠
２図は〃ラジカル化した水素を供給した場合としなかっ
た場合の成長膜の７７Ｋにおけるホトルミネッセンス強
度を示す特性図である。 ｌ・・・・・・成長室、２・・・・・・排気装置、３・
・・・・・基板ホルダー、４・・・・・・■族原料導入
ロ、５・・・・・・Ｖ族原料導入口、６・・・・・・水
素導入口、７・・・・・・ＥＣＲイオ／源、　ｓ、　　
９．　１　ｏ−・・−・・マスフローコントローラ、１
）．１２．１３・・・・・・パルプ、１４・・・・・・
基板、１５・・・・・・基板交換室、１６・・・・・・
基板移動機構、１７・・・・・・ゲートパルプ。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機金属化合物をIII族原料として用い、基板上
   にIII族原料とＶ族原料を交互に供給してIII−Ｖ族化合
   物半導体を１分子層ずつ成長させる化合物半導体結晶成
   長方法において、III族原料供給時に活性化させた水素
   を同時に供給することを特徴とする化合物半導体結晶成
   長方法。
2. （２）基板上にIII族原料とＶ族原料を交互に供給する
   機構を備え、かつ水素を活性化して装置内に導入する装
   置を備えていることを特徴とする結晶成長装置。