JPH01290222A - 半導体気相成長方法 - Google Patents
半導体気相成長方法Info
- Publication number
- JPH01290222A JPH01290222A JP12087588A JP12087588A JPH01290222A JP H01290222 A JPH01290222 A JP H01290222A JP 12087588 A JP12087588 A JP 12087588A JP 12087588 A JP12087588 A JP 12087588A JP H01290222 A JPH01290222 A JP H01290222A
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- JP
- Japan
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- raw material
- atomic layer
- growth
- compound semiconductor
- epitaxy
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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〕
本発明は化合物半導体の原子層エピタキシに関し、
より低温で化合物半導体を気相エピタキシャル成長させ
ることを目的とし、 例えばｍ−ｖ化合物の成長法に於いて、■族元素の原料
としてブチル基を含む有機金属化合物を使用する如く構
成する。
ることを目的とし、 例えばｍ−ｖ化合物の成長法に於いて、■族元素の原料
としてブチル基を含む有機金属化合物を使用する如く構
成する。
本発明は化合物半導体、典型的にはｍ−Ｖ化合物の気相
エピタキシャル成長法に関わり、特に、化合物半導体を
構成する金属元素のアルキル化物を用いて行われる原子
層エピタキシに関わる。
エピタキシャル成長法に関わり、特に、化合物半導体を
構成する金属元素のアルキル化物を用いて行われる原子
層エピタキシに関わる。
近年、半導体集積回路は素子の微細化による高密化、高
速化が進んでいるが、一方ではへテロ接合や超格子構造
を利用した高性能素子の開発も進められている。そのよ
うな素子では、ヘテロ接合や超格子を形成する化合物半
導体の組成や厚さを原子層単位で制御することが強く要
望されている。
速化が進んでいるが、一方ではへテロ接合や超格子構造
を利用した高性能素子の開発も進められている。そのよ
うな素子では、ヘテロ接合や超格子を形成する化合物半
導体の組成や厚さを原子層単位で制御することが強く要
望されている。
化合物半導体を原子層単位でエピタキシャル成長させる
場合、一方の組成の原料を供給して、その元素の層を１
原子層だけ堆積し、原料ガスを切り換えて他方を１原子
層成長させ、これの繰り返しによって必要な厚みの化合
物半導体層を形成することになる。
場合、一方の組成の原料を供給して、その元素の層を１
原子層だけ堆積し、原料ガスを切り換えて他方を１原子
層成長させ、これの繰り返しによって必要な厚みの化合
物半導体層を形成することになる。
所望の原子層を堆積させる方法は分子線エピタキシでも
よいが、生産性を考慮するとＭＯＣＶＤのようなＣＶＤ
法で原子層エピタキシを実現することが望ましい、ＭＯ
ＣＶＤは、例えばＧａＡｓをエピタキシャル成長させる
場合、Ｇａの原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）
若しくはトリエチルガリウム（Ｔ Ｅ Ｇ）を用い、Ａ
ｓの原料としてアルシン（ＡｓＨｉ）、キャリヤガスと
してＨ２を用いて行われる。
よいが、生産性を考慮するとＭＯＣＶＤのようなＣＶＤ
法で原子層エピタキシを実現することが望ましい、ＭＯ
ＣＶＤは、例えばＧａＡｓをエピタキシャル成長させる
場合、Ｇａの原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）
若しくはトリエチルガリウム（Ｔ Ｅ Ｇ）を用い、Ａ
ｓの原料としてアルシン（ＡｓＨｉ）、キャリヤガスと
してＨ２を用いて行われる。
ＭＯＣＶＤによって原子層エピタキシを実施する場合、
何らかの方法によって、各層の堆積を１層だけに限定す
ること、即ち白層制限（ｓｅｌｆ−１層ｍｉｔｔｉｎｇ
）効果を生せしめることが必要である。
何らかの方法によって、各層の堆積を１層だけに限定す
ること、即ち白層制限（ｓｅｌｆ−１層ｍｉｔｔｉｎｇ
）効果を生せしめることが必要である。
本来、化合物半導体は化学量論組成が最も安定であるか
ら、白層制限効果を示す傾向はあるが、−方の原料の供
給だけが続く状況では、該効果を超越して、同原子層が
何層も堆積することが起こる。
ら、白層制限効果を示す傾向はあるが、−方の原料の供
給だけが続く状況では、該効果を超越して、同原子層が
何層も堆積することが起こる。
したがってＭＯＣＶＤによる原子層エピタキシでは、原
料供給条件や時間、処理温度などを厳密に制御して、堆
積層を１原子層とすることが行われている。アルキル金
属の分解が気相中で進行するよりも、分解せずに基板に
吸着され、その状態で熱、光あるいは化学エネルギによ
って分解の進む方が、原子層エピタキシの実現には好都
合である。
料供給条件や時間、処理温度などを厳密に制御して、堆
積層を１原子層とすることが行われている。アルキル金
属の分解が気相中で進行するよりも、分解せずに基板に
吸着され、その状態で熱、光あるいは化学エネルギによ
って分解の進む方が、原子層エピタキシの実現には好都
合である。
即ち、アルキル金属が基板に吸着する時には、基板側に
金属が、表面側にアルキル基が並ぶように吸着されるの
で、−旦このような吸着状態を実現した後、アルキル基
を分離して金属層とするようにすれば、金属層が多層化
することが避けられる。何故なら基板表面がアルキル基
で覆われた状態では、それ以上の吸着は進行し難いから
である。
金属が、表面側にアルキル基が並ぶように吸着されるの
で、−旦このような吸着状態を実現した後、アルキル基
を分離して金属層とするようにすれば、金属層が多層化
することが避けられる。何故なら基板表面がアルキル基
で覆われた状態では、それ以上の吸着は進行し難いから
である。
これに反し、気相中で遊離した金属原子が基板上に堆積
する形で金属層の成長が進行すれば、白層制限効果は現
れ難く、原子層エピタキシには不向きな状況となる。
する形で金属層の成長が進行すれば、白層制限効果は現
れ難く、原子層エピタキシには不向きな状況となる。
このような事情とは別に、ヘテロ接合を形成する温度を
なるべ（低くしたいという要求がある。
なるべ（低くしたいという要求がある。
ヘテロ接合形成中あるいはその後の処理温度が高いと、
−旦急峻な組成分布を実現しても、構成原子の相互拡散
が起こって、所望の界面が得られないことになるからで
あり、接合構成層の熱膨張係数が異なると、エピタキシ
ャル成長後、室温に下げた時に反りや歪を生じることに
なるからである。
−旦急峻な組成分布を実現しても、構成原子の相互拡散
が起こって、所望の界面が得られないことになるからで
あり、接合構成層の熱膨張係数が異なると、エピタキシ
ャル成長後、室温に下げた時に反りや歪を生じることに
なるからである。
また、ヘテロ接合を利用する素子では、ヘテロ接合を構
成する２層の不純物濃度に差があったり、導電型が異な
るなど、不純物濃度分布の急峻な変化を要求する場合も
少なくないので、ヘテロ接合形成中に不純物再分布が起
こらないようにする意味でも、処理温度は低いことが望
ましい。
成する２層の不純物濃度に差があったり、導電型が異な
るなど、不純物濃度分布の急峻な変化を要求する場合も
少なくないので、ヘテロ接合形成中に不純物再分布が起
こらないようにする意味でも、処理温度は低いことが望
ましい。
その反面、基板温度が低いとアルキル金属が分解し難く
なるため成長速度が低下し、エピタキシャル成長層の結
晶性も悪くなる。
なるため成長速度が低下し、エピタキシャル成長層の結
晶性も悪くなる。
上述のＴＭＧやＴＥＧを用いるＧａＡｓの原子層エピタ
キシでは、基板温度は５００℃程度が通常であり、結晶
性のみに着目すればこれは６００℃程度に上げることが
望ましいくらいである。結晶性を無視すれば、ＴＥＧで
は３５０℃、ＴＭＧでは４００℃でもＧａ層は成長する
が、成長速度は極端に低下する。
キシでは、基板温度は５００℃程度が通常であり、結晶
性のみに着目すればこれは６００℃程度に上げることが
望ましいくらいである。結晶性を無視すれば、ＴＥＧで
は３５０℃、ＴＭＧでは４００℃でもＧａ層は成長する
が、成長速度は極端に低下する。
このような事情から、処理温度が低く、成長速度を低下
させずに、良好な結晶の得られる原子層エピタキシ技術
が希求されている。
させずに、良好な結晶の得られる原子層エピタキシ技術
が希求されている。
〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕例えばＧ
ａＡｓの原子層エピタキシでは、Ｇａの原料としてはＴ
ＭＧ或いはＴＥＧを、Ａｓの原料としてはＡｓＨ３を用
い、成長温度５００℃で上記原料ガスを交互に供給して
行われている。
ａＡｓの原子層エピタキシでは、Ｇａの原料としてはＴ
ＭＧ或いはＴＥＧを、Ａｓの原料としてはＡｓＨ３を用
い、成長温度５００℃で上記原料ガスを交互に供給して
行われている。
成長温度がこの程度であると、ヘテロ界面を持つ結晶成
長を行った場合にヘテロ界面近傍で構成原子の相互拡散
が起こり、急峻なヘテロ接合を得ることが難しくなる。
長を行った場合にヘテロ界面近傍で構成原子の相互拡散
が起こり、急峻なヘテロ接合を得ることが難しくなる。
また、室温との温度差が大であることに起因して、反り
などの歪が発生する。
などの歪が発生する。
これを避けるため成長温度のみを低下させ、他の条件を
変えずにエピタキシャル成長を行うと、ＴＭＧやＴＥＧ
の分解速度が低下し、結晶成長が進行しなくなる。この
温度でもＡｓ層の堆積は進行し、蒸気圧も高いことから
白層制限効果は失われないので、アルキルＧａの分解を
低温で実現すれば、ＧａＡｓの低温エピタキシャル成長
が可能となる。この状況はｍ−ｖ化合物半導体一般の原
子層エピタキシに共通するものである。
変えずにエピタキシャル成長を行うと、ＴＭＧやＴＥＧ
の分解速度が低下し、結晶成長が進行しなくなる。この
温度でもＡｓ層の堆積は進行し、蒸気圧も高いことから
白層制限効果は失われないので、アルキルＧａの分解を
低温で実現すれば、ＧａＡｓの低温エピタキシャル成長
が可能となる。この状況はｍ−ｖ化合物半導体一般の原
子層エピタキシに共通するものである。
本発明の目的は、アルキル金属を選択することによって
、より低温でｍ−ｖ化合物半導体の原子層エピタキシを
可能ならしめることである。
、より低温でｍ−ｖ化合物半導体の原子層エピタキシを
可能ならしめることである。
上記目的を達成するため、
化合物半導体を構成する少なくも一の元素のアルキル化
物を原料の一部とする半導体の気相成長方法である本発
明の原子層エピタキシでは、前記アルキル化物はブチル
基を有するものであり、 該アルキル化物を包含する原料ガスと、前記化合物半導
体を構成する他の元素の原料ガスとを交互に成長装置に
供給することが行われる。
物を原料の一部とする半導体の気相成長方法である本発
明の原子層エピタキシでは、前記アルキル化物はブチル
基を有するものであり、 該アルキル化物を包含する原料ガスと、前記化合物半導
体を構成する他の元素の原料ガスとを交互に成長装置に
供給することが行われる。
アルキル基はＣａＨｘａ＋＋−で表されるが、その金属
化合物はｍが大になるほど分解温度が低くなる。従９て
原子層エピタキシで、ＴＭＧ’？３ＴＥＧに代えてブチ
ル化Ｇａを用いれば、より低い基板温度でＧａ層を堆積
することが可能になる。
化合物はｍが大になるほど分解温度が低くなる。従９て
原子層エピタキシで、ＴＭＧ’？３ＴＥＧに代えてブチ
ル化Ｇａを用いれば、より低い基板温度でＧａ層を堆積
することが可能になる。
また、ブチル化Ｇａは常温で液体であるから、キャリヤ
ガスでバブリングして蒸気を反応管に送るといった操作
が可能であるが、ｍ−５或いはそれ以上になると、常温
で固体であるためキャリヤガスで送ることが困難である
。
ガスでバブリングして蒸気を反応管に送るといった操作
が可能であるが、ｍ−５或いはそれ以上になると、常温
で固体であるためキャリヤガスで送ることが困難である
。
ブチル基にはｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、Ｓ−ブチル
基、ｔ−ブチル基があるが、いづれも本発明に用いるこ
とが出来る。また、トリブチル化物だけでなく、ブチル
基が２個あるいは１個の金属化合物を用いてもエピタキ
シャル成長は可能である。
基、ｔ−ブチル基があるが、いづれも本発明に用いるこ
とが出来る。また、トリブチル化物だけでなく、ブチル
基が２個あるいは１個の金属化合物を用いてもエピタキ
シャル成長は可能である。
このようなブチル基を含む種々のＧａ化合物は以下トリ
ブチルＧ ａ （Ｔ Ｂ Ｇ）で代表されるが、Ａｓ面
の成長の後、反応管に送られたＴＢＧは先ず基板表面に
吸着する。その際、表面泳動も行われるが、基板表面の
Ａ３とＧａが結合するので、最表面側にはブチル基が並
ぶことになる。そして、ブチル基土にはＴＢＧは吸着し
ない。
ブチルＧ ａ （Ｔ Ｂ Ｇ）で代表されるが、Ａｓ面
の成長の後、反応管に送られたＴＢＧは先ず基板表面に
吸着する。その際、表面泳動も行われるが、基板表面の
Ａ３とＧａが結合するので、最表面側にはブチル基が並
ぶことになる。そして、ブチル基土にはＴＢＧは吸着し
ない。
この状態で熱、光等のエネルギが与えられ、或いはアル
シンのような化学物質と反応すると、ブチル基が除かれ
て基板表面がＧａ面になり、次に供給されるＡｓと結合
して１分子層のＧａＡｓが成長する。その時の基板温度
は、ＴＭＧやＴＥＧを用いる場合に比べ数十℃〜百℃程
度低くても、ブチル基は分離される。
シンのような化学物質と反応すると、ブチル基が除かれ
て基板表面がＧａ面になり、次に供給されるＡｓと結合
して１分子層のＧａＡｓが成長する。その時の基板温度
は、ＴＭＧやＴＥＧを用いる場合に比べ数十℃〜百℃程
度低くても、ブチル基は分離される。
ＧａＡｓの原子層エピタキシの例について説明する。使
用する気相成長装置は第１図に模式的に示される構成で
あって、１は反応管、２はエピタキシャル成長下地結晶
である基板、３はサセプタ、４はＲＦ加熱コイル、５．
５′は切り換えバルブである。
用する気相成長装置は第１図に模式的に示される構成で
あって、１は反応管、２はエピタキシャル成長下地結晶
である基板、３はサセプタ、４はＲＦ加熱コイル、５．
５′は切り換えバルブである。
原料ガスはＧａ層方はイソブチル化Ｇａをバブルさせた
Ｈ８ガス、Ａｓの方はアルシンを含むＨｔガスであって
、夫々の供給源から一定の流量で連続して流されている
のを、バルブで切り換えて反応管に供給する。即ち、Ｔ
ＢＧを反応管に送る時は、バルブ５が反応管側に導通し
、バルブ５′は排気側に導通している。なお、基板温度
は３００ ℃である。
Ｈ８ガス、Ａｓの方はアルシンを含むＨｔガスであって
、夫々の供給源から一定の流量で連続して流されている
のを、バルブで切り換えて反応管に供給する。即ち、Ｔ
ＢＧを反応管に送る時は、バルブ５が反応管側に導通し
、バルブ５′は排気側に導通している。なお、基板温度
は３００ ℃である。
次にアルシンを供給する時は、バルブ５が排気側に、バ
ルブ５′が反応管側に導通するが、原料ガス切り換えの
間にＨｔガスだけを流して反応管内の残留ガスをパージ
する期間が設けられている。
ルブ５′が反応管側に導通するが、原料ガス切り換えの
間にＨｔガスだけを流して反応管内の残留ガスをパージ
する期間が設けられている。
この期間は、例えば図示されない装置によってアルシン
の供給を停止し、Ｈ□ガスだけが反応管に送られる。
の供給を停止し、Ｈ□ガスだけが反応管に送られる。
ＴＢＧ５Ｈ！ 、フルシン、Ｈ８夫々の供給時間及び流
量は下表の通りである。
量は下表の通りである。
これを１周期として所定の分子層に相当する回数だけ繰
り返されるが、Ｘは、５０℃のＴＢＧ中をバブルさせる
Ｈ！ガスの流量であり、Ｘ値の変化に伴う成長厚さが第
２図に示されている。なお、上表でガス種類Ｈ２と記さ
れているものは、既述したように反応管内の残留ガスを
パージするためのもので、その流量は反応管のサイズや
形状に合わせて設定される。また本実施例では、基板温
度は３００度であり、反応管内の圧力は２ＱＴｏｒｒで
ある。更に、アルシン流量はＨ茸で１０％に希釈したも
のの流量である。
り返されるが、Ｘは、５０℃のＴＢＧ中をバブルさせる
Ｈ！ガスの流量であり、Ｘ値の変化に伴う成長厚さが第
２図に示されている。なお、上表でガス種類Ｈ２と記さ
れているものは、既述したように反応管内の残留ガスを
パージするためのもので、その流量は反応管のサイズや
形状に合わせて設定される。また本実施例では、基板温
度は３００度であり、反応管内の圧力は２ＱＴｏｒｒで
ある。更に、アルシン流量はＨ茸で１０％に希釈したも
のの流量である。
ここで第２図を参照しながらＸ値の変化に伴う成長厚さ
について述べる。ＴＢＧをバブルさせるＨｔｖＬ量を増
加させてゆくと、当初直線状に増加した成長膜厚は次第
に増加が鈍り、標準状態に換算して２００ａｊ／ｓを越
えると一定値となる傾向を示している。この成長膜厚は
前記の周期を１７７周期操り返した後、予め準備された
選択成長部の成長段差を接触膜差計で測定し、１周期あ
たりの値を求めたものである。
について述べる。ＴＢＧをバブルさせるＨｔｖＬ量を増
加させてゆくと、当初直線状に増加した成長膜厚は次第
に増加が鈍り、標準状態に換算して２００ａｊ／ｓを越
えると一定値となる傾向を示している。この成長膜厚は
前記の周期を１７７周期操り返した後、予め準備された
選択成長部の成長段差を接触膜差計で測定し、１周期あ
たりの値を求めたものである。
上記の飽和膜厚はＱａＡ３１分子層の厚みに相当するも
のであり、このことは原子層エピタキシが行われたこと
を示すものである。原料をＴＭＧ或いはＴＦ、Ｇとして
同様の条件で処理した場合には結晶成長が殆ど進行しな
かったことと対比すれば、３００℃でこのようにエピタ
キシャル成長が進行したのは、原料をＴＢＧとしたこと
に因るものと言える。
のであり、このことは原子層エピタキシが行われたこと
を示すものである。原料をＴＭＧ或いはＴＦ、Ｇとして
同様の条件で処理した場合には結晶成長が殆ど進行しな
かったことと対比すれば、３００℃でこのようにエピタ
キシャル成長が進行したのは、原料をＴＢＧとしたこと
に因るものと言える。
以上説明したように、本発明によれば従来の方法に比べ
、数十℃低い基板温度で原子層エピタキシが行われるの
で、より急峻なヘテロ界面を持つエピタキシャル成長が
可能となり、更に、熱歪も減少するためより優れたヘテ
ロ接合型素子の形成が可能になる。
、数十℃低い基板温度で原子層エピタキシが行われるの
で、より急峻なヘテロ界面を持つエピタキシャル成長が
可能となり、更に、熱歪も減少するためより優れたヘテ
ロ接合型素子の形成が可能になる。
本発明をＧａＡｓ／ＡｊＧａＡｓ系の高電子移動度トラ
ンジスタ（ＨＥＭＴ）の形成に利用する場合、チャネル
層となる高純度ＧａＡｓ層を本発明の方法によって形成
し、電子供給層であるＡｊＧａＡｓ層は従来の方法によ
って形成すれば、特性の優れたＨＥＭＴを得ることが出
来る。
ンジスタ（ＨＥＭＴ）の形成に利用する場合、チャネル
層となる高純度ＧａＡｓ層を本発明の方法によって形成
し、電子供給層であるＡｊＧａＡｓ層は従来の方法によ
って形成すれば、特性の優れたＨＥＭＴを得ることが出
来る。
第１図は本発明に用いられる装置を模式的に示す図、
第２図はＴＢＧ供給量と成長膜厚の関係を示す図
であって、
図に於いて
１は反応管、
２は基板、
３はサセプタ、
４はＲＦコイル、
５．５′は切り換えバルブ
である。
本発明に用いられる装置を模式的に示す国策１図
第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 化合物半導体を構成する少なくも一の元素のアルキル
化物を原料の一部とする半導体の気相成長に於いて、 前記アルキル化物は（Ｃ＿４Ｈ＿９）＿ｎＨ＿３＿−＿
ｎＭ（但しＭは金属元素、ｎ＝１、２又は３）であり、
該アルキル化物を包含する原料ガスと、前記化合物半導
体を構成する他の元素の原料ガスとを交互に成長装置に
供給することを特徴とする半導体気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12087588A JPH01290222A (ja) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | 半導体気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12087588A JPH01290222A (ja) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | 半導体気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01290222A true JPH01290222A (ja) | 1989-11-22 |
Family
ID=14797119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12087588A Pending JPH01290222A (ja) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | 半導体気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01290222A (ja) |
Cited By (19)
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-
1988
- 1988-05-18 JP JP12087588A patent/JPH01290222A/ja active Pending
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