JPH02129913A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH02129913A
JPH02129913A JP28280188A JP28280188A JPH02129913A JP H02129913 A JPH02129913 A JP H02129913A JP 28280188 A JP28280188 A JP 28280188A JP 28280188 A JP28280188 A JP 28280188A JP H02129913 A JPH02129913 A JP H02129913A
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JP
Japan
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atomic layer
atoms
raw material
tmg
layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP28280188A
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English (en)
Inventor
Koji Mochizuki
望月 孔二
Masashi Ozeki
尾関 雅志
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明はGaを含む化合物半導体の形成、典型的にはG
aAs、の原子層エピタキシャル成長に関し、 Ga層吸着に於けるセルフリミテイング効果を明確なら
しめると共に、エピタキシャル成長層の不純物濃度増加
を抑制することを目的とし、Ga原子層を基板原子面上
に吸着させる際に、先ずトリエチルガリウム(T E 
G)を原料として1原子層を越えるGa吸着が生じるこ
とのない程度にGa原子を吸着させ、 次いでトリメチルガリウム(T M G)を原料とし、
前記1原子層に不足するGaを吸着させてIGa原子層
を完成させる工程を包含して構成される。
〔産業上の利用分野〕
本発明はGaAsの気相エピタキシャル成長法を含む半
導体装置の製造方法に関わり、特に、Gaのアルキル化
物を用いて行われる原子層エピタキシャル成長に関わる
近年、高電子移動度トランジスタ(I(EMT)のよう
なヘテロ接合型の素子や超格子構造を利用した高性能素
子の開発が進められている。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
原子層単位で制御して形成しなければならず、各種半導
体材料の原子層エピタキシャル成長技術の確立が強く要
望されている。
化合物半導体を原子層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
け吸着させ、次に原料ガスを切り換えて他方を1原子層
成だけ長させることの繰り返しによって、必要な層数の
化合物半導体層を形成することが基本的な処理である。
化合物半導体を構成する一つの元素を1原子層に限定し
て吸着させようとする場合、原料分子の化学的性質や成
長層の結晶構造によって住するセルフリミティング効果
を利用することは殆ど不可欠の要件となっている。
〔従来の技術〕
通常GaAsの原子層エピタキシーでは、Gaの原料と
してT M G ((CH2) 5Ga)が、Asの原
料としてアルシン(A3Hりが用いられる。
その場合のGa吸着については、先ずTMG分子中のG
aが基板に吸着した後に分子が分解して基板面にGaが
残るという形でGa原子層が形成されると考えられてお
り、そのためGa上にGaが堆積することは起こり難く
、従ってセルフリミティング効果が明瞭に現れることに
なる。
また、GaAsを1原子層毎に原料を切り換えて成長さ
せるのではなく、GaとAsの原料を同時に供給し、化
合物としてGaAsJiを成長させる場合には、T E
 G ((CzHs) 3Ga)  とアルシンを用い
ることがある。
〔発明が解決しようとする課題〕
GaAsのエピタキシャル成長では、TMGを原料とし
た場合にはセルフリミティング効果が明瞭に現れ、原子
層エピタキシーが可能であるが、成長層中に炭素(C)
が不純物として含まれることが多い。炭素はp型の不純
物であり、GaAsでは通常n型層に素子が形成される
から、これは大きな問題となる。
一方、TEC,を原料とするGaAsエピタキシャル成
長では、成長層中に炭素が不純物として含まれることは
ないが、TEGによるGa吸着ではセルフリミティング
効果が現れず、原子層エピタキシーを行うことが困難で
ある。
本発明の目的は、セルフリミティング効果を利用した原
子層エピタキシーが可能で、然も成長層中の炭素不純物
が少ないエピタキシャル成長法を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
・上記目的を達成するた゛め、本発明の化合物半導体の
エピタキシャル成長法では、 先ずTEGを原料とし、1原子層を越えるGa吸着が生
じることのない量のGa原子を吸着させ、次いでTMG
を原料とし、前記Ga原子層で1原子層に不足するGa
原子を吸着させてIGa原子層を完成させることが行わ
れる。
本発明の典型的な実施例であるGaAsの成長では、A
sの原料としてアルシンが用いられ、化合物半導体を構
成する他の元素であるAsが供給される。
[作 用] 第1図は本発明の基本処理を示す模式図であり、第2図
は本発明に現れる現象を模式的に説明する図である。以
下、これ等の図面を参照しながら本発明の詳細な説明す
る。
先ず第1図が参照されるが、同図(a)1ら)及び(C
1は、TEG、TMG及びアルシンがリアクタに供給さ
れる状況を1サイクル分、横軸を共通の時間軸として示
しており、同図(d)は同じ時間軸に於いて基板最表面
に存在するGa原子数を比率で示している。このGa原
子数の比率は、基板表面の全てが1原子層のGaで覆わ
れた状態を1とするものである。
図(a)に示されるように、Ga層形成のために最初T
EGが時間t、だけ供給される。その間、基板最表面に
存在するGa原子は同図(d)に示されるように、TE
Gの供給が停止されるまで増加してゆく。その場合、基
板面に吸着するGa原子は、基板面の如何なる位置に於
いても2原子層或いはそれ以上にならないようにTEG
供給時間1+を調整する。
次に、H2ガスによるリアクタ内雰囲気の置換処理を挟
んで、同図(ロ)の如<TMGが時間t2だけ供給され
る。このTMGによるGa原子の吸着は、上記TEGに
よるGa層の不足を補填する形で進行し、基板全面にG
a原子層が1層だけ形成されると、セルフリミティング
効果を示し、それ以上の吸着は起こらない。
即ち同図(d)に示されるように、TMG供給時間t2
では、基板表面のGa原子の比率は1に到達するまで増
加し、それ以上には上昇しない。即ちGaは1原子層を
越えて多層に吸着することはない。
その後、H2ガスによるリアクタ内雰囲気の置換処理を
挟んで、アルシンを時間t、だけ供給することにより、
Ga原子層上にAs原子層を形成する。Asは蒸気圧が
高く、セルフリミティング効果が顕著なので、ここでも
1原子層を越えて吸着することはない。
以上の処理に於けるGa原子の吸着状況を2次元モデル
によって図解したものが第2図である。
以下、該図面を参照しながら基板面にGa原子が吸着す
る状況を説明する。
最初に、原料としてTEGが供給されている間は、Ga
原子は不規則に吸着して行く、但しGa原子の分布は巨
視的に均一ではなく、リアクタ内のガスの流れ等の影響
によって、同図(a)に示すように、高密度に吸着する
領域Aと低密度に吸着する領域Bが生ずる。図中のOが
この段階で吸着したGa原子を示している。
TEG供給時間t1を、高密度領域に於いても2原子層
或いはそれ以上のGa吸着が生じない範囲に設定して、
TEGの供給を停止し、次にTMGを供給すると、TM
GによるGa′@着はセルフリミティング効果を示すの
で、Ga原子上には吸着せず、残された基板面上のみに
吸着し、同図(1))の如く1層のGa原子層を完成さ
せる。図中の◎はTMGによるGa原子である。
このように、Ga原子が2層或いはそれ以上にならない
範囲でTEGによるGa吸着を進めておき、残りをTM
GによるGa吸着で補填するようにすれば、不純物とし
てCを含有することの少ないGaを主とし、且つセルフ
リミティング効果によって正確に1原子層となるGa層
を形成することが可能である。
〔実施例〕
第3図に本実施例で使用するエピタキシャル成長装置が
示されている。エピタキシャル成長の下地結晶である基
板lはサセプタ2に載せられ、反応管であるリアクタ3
内に設置される。ガスマニホールド4には、リアクタ内
部の置換ガスであるH2ガス、A s H3をH2で希
釈したガス、TMGをH2で希釈したガス及びTEGを
H2で希釈したガスの4種のガスが送り込まれ、制御装
置によって選択されたガスがリアクタに送り出される。
原料ガスの供給は、単一種のガスを順次所定時間供給す
る形で行われ、そのサイクルが成長させる層数だけ繰り
返される。リアクタへのガス供給状態を安定なものにす
るため、各原料ガスは常に所定量を流しておき、リアク
タに供給されない時は直接排気系に送るようにするのが
通常である。
第4図に、本実施例に於ける各種原料ガスのりアクタへ
の供給状況が1サイクル分だけ示されている。以下、該
図面が参照される。
エピタキシャル成長開始前は、同図(a)に示されるよ
うに、置換ガスであるH2ガスが100 d/mi口の
流量で流されている。これは又、As原子層の形成が終
了した状態でもある。Ga原子の吸着は最初TEGによ
って行われ、バブリングによってTEGが飽和したH2
ガスを、同図@)に示す如く、100 sf/winの
速度で3 secだけりアクタに送る。
これによって基板表面の大部分にGa原子が吸着するが
、この処理時間ではGa原子が1層を越えて堆積するこ
とはなく、部分的に未吸着の基板表面が残された状態と
なる。
その後、1秒だけH8ガスを流してリアクタ内のTEG
を排出した後、同図(C)に示す如く、TMGをキャリ
ヤ流量300 H1/winの速度で0.5 secだ
けりアクタに送る。この処理によって基板表面の残され
た部分にGa原子が吸着し、l原子層のGa層が形成さ
れる。既に述べたように、TMGによるGa吸着ではセ
ルフリミティング効果が顕著なので、Ga原子層はl原
子層以上になることはない。
再びHzガスによるリアクタ内ガスの置換を行い、同図
(d)に示す如(、アルシンを4秒間リアクタに送る。
このアルシンガスはH,によって10%の濃度に希釈し
たもので、速度は100 af/winである。これも
既に述べたように、Asは蒸気圧が高く、セルフリミテ
ィング効果が顕著なので、1原子層だけAs層が形成さ
れる。
以上の処理がGaAs層を1層だけ形成する単位サイク
ルであり、これに続く1秒間のHオガス送入がサイクル
開始時の状態に対応する。この単位サイクルを必要回数
繰り返すことにより、所定の原子層数のエピタキシャル
成長が行われる。
C発明の効果〕 以上説明した如く本発明では、Ga原子の吸着を主とし
てTEGによって行うことで、不純物となるC原子の取
り込みを抑制し、不足のGa原子の吸着はTMGによっ
て行うことでセルフリミティング効果を生ぜしめ、過剰
の無いGa原子層の吸着形成を実現している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本処理を示す模式図、第2図は本発
明に現れる現象を模式的に説明する図、 第3図は本実施例で使用するエピタキシャル成長装置を
示す模式図、 第4図は本実施例に於ける各種原料ガスのりアクタへの
供給状況を示す図 であって、 図に於いて 1は基手反、 2はサセプタ、 3はリアクタ、 4はガスマニホールド である。 本発明の基本処理を示す模式図 第1図 (a)TEGによるGa111着 (b)TMGによるGa吸着(補填) 0:TEGによるGa @:TMGによるGa 本発明に現れる現象を模式的に説明する図第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 基板原子面にGa原子層を吸着させる際に、先ずトリエ
    チルガリウム(TEG)を原料として1原子層を越えて
    Ga吸着が生じることのない量のGa原子を吸着させ、 次いでトリメチルガリウム(TMG)を原料とし、前記
    Ga原子層で1原子層に不足するGa原子を吸着させて
    1原子層のGa層を完成させる工程を包含することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
JP28280188A 1988-11-09 1988-11-09 半導体装置の製造方法 Pending JPH02129913A (ja)

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