JPH04212415A

JPH04212415A - 半導体結晶層の気相成長方法

Info

Publication number: JPH04212415A
Application number: JP5623691A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Sasaki; 正洋佐々木; Yasuto Kawahisa; 川久　慶人; Hirochika Ishikawa; 博規石川; Masao Mashita; 真下　正夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1991-01-31
Publication date: 1992-08-04

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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体の気相成長
方法に係り、特に異種の半導体を単原子層の精度で層厚
を制御しつつ積層する半導体結晶層の気相成長方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、量子井戸構造、超格子構造などを
利用した新機能素子や、新材料の開発が盛んに行われて
いる。これらの素子や、材料を作成するためには、化合
物半導体結晶層の膜厚を１分子層の単位で精確に制御す
る必要がある。結晶層の製造方法として有機金属気相成
長法（ＭＯＣＶＤ法）が知られている。しかしながら、
かかるＭＯＣＶＤ法では成長時間のみにより膜厚を制御
しているため、膜厚を単原子層オーダーで制御すること
が困難であった。

【０００３】このようなことから、例えばＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体結晶の成長においては、基板が配置された
容器内にＩＩＩ族原料ガスとＶ族原料ガスとを交互に供
給することにより、該基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体を原料供給量によらず、単原子層ずつ成長させる、単
原子層成長法が提案され（例えば、Ｊ．Ｎｉｓｈｉｚａ
ｗａ，ｅｔ．ａｌ．：Ｊ．Ｖａｃ．ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ
ｏｌ．Ａ４，７０６（１９８６）、精力的に研究開発が
行われている。かかる単原子層成長法においては、単原
子層の膜厚におけるＩＩＩ族原子の成長自己停止機構の
発現がポイントとなっている。そのためには、ＩＩＩ族
原料の気相での分解を抑制し、基板表面での分解、反応
を促進するように成長条件、特に基板温度を設定しなけ
ればならない。また、得られる結晶の結晶性及び取り込
まれる不純物量等は基板温度によって大きく変化する。従って、成長させる半導体結晶層に対して、或は使用す
る原料ガスに対して、単原子層成長に適した基板温度範
囲が存在し、その基板温度において成長を行う必要があ
る。

【０００４】一般に、各々の半導体結晶層に対して、或
は、使用する原料ガスに対して単原子層成長を実現し、
良好な膜質の得られる温度領域は異なる。従って、単原
子層成長技術を用いて異種の半導体層を積層する場合、
成長する半導体層によって基板温度を変化させる必要が
ある。ただし、基板温度を変化させるには、長い時間を
要するので、異種の半導体層の界面に於て長い時間成長
を中断する必要がある。また、長い時間成長を中断する
ことにより不純物が取り込まれ易くなり、積層した半導
体結晶層の特性が劣化するという問題があった。

【０００５】上記についてこれまでにＩＩＩ族原料に有
機金属化合物、Ｖ族原料に水素化合物を用いて、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＡｓの単原子層成
長が報告されている。ただし、ＩｎＰに関しては１／２
分子層、ＡｌＡｓに関しては単分子層および２分子層の
報告がある。次の表１にこれまでに報告されている各化
合物半導体の単原子層成長の成長温度範囲および使用原
料を示す。

【０００６】「表１」

【０００７】ＧａＡｓおよびＧａＰの成長温度領域と、
ＩｎＡｓおよびＩｎＰの成長温度領域には、大きな差が
あることがわかる。可視光半導体材料であるＩｎＧａＰ
や、長波半導体材料あるいは、超高速電子デバイス材料
であるＩｎＧａＡｓ等を単原子層成長法によって成長さ
せる際には、ＩｎＰ／ＧａＰあるいは、ＩｎＡｓ／Ｇａ
Ａｓのヘテロ成長をしなければならないが、ＩｎＰとＧ
ａＰあるいは、ＩｎＡｓとＧａＡｓの単原子層成長温度
領域の重なりがないために、それらのヘテロ単原子層成
長が困難であるという問題がある。成長温度領域の重な
りを得るためには、ＩｎＰあるいは、ＩｎＡｓの単原子
層成長温度領域を４５０℃〜５００℃にするか、ＧａＡ
ｓあるいはＧａＰの成長温度領域を低下させる必要があ
る。しかし成長温度を高くしてＩｎＰまたはＩｎＡｓの
成長を行うと、Ｉｎの析出あるいは、ＰおよびＡｓ抜け
が生じてしまう。一方、ＧａＡｓおよびＧａＰの単原子
層成長温度領域を４００℃以下にすることは可能である
。ただしその場合ＩＩＩ族原料の供給時間を非常に長く
する必要がある。例えばトリメチルガリウムを原料に用
いて、ＧａＡｓの単原子層成長を、４００℃で行うため
には、原料の供給時間をおよそ２０秒以上にする必要が
あり、またＫｒＦエキシマレーザ光を原料供給時に基板
に照射しても、供給時間を１０秒以上にする必要がある
（Ｈ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，ｅｔ．ａｌ．：Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２８．２３２７．（１９８９））
。このように成長温度を低下させると、ＩＩＩ族原料の
基板表面での分解速度が減少し、ＩＩＩ族原料のアルキ
ル基による立体障害効果により、ＩＩＩ族原子の表面被
覆率が低下するために、ＩＩＩ族原子の単原子層成長を
得るためには原料供給時間を非常に長くしなければなら
ないという問題がある。原料供給時間が長いと成膜中の
炭素濃度が増大し、高純度な成長層が得られないという
問題も生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】叙上の従来の単原子層
成長方法によって異種の半導体層を積層させる場合、例
えば、ＩｎＡｓおよびＩｎＰと、ＧａＡｓおよびＧａＰ
の単原子層成長温度に差があるために、例えばＩｎＡｓ
／ＧａＡｓのヘテロ単原子層成長を行う際には、ＧａＡ
ｓの単原子層成長温度を４００℃程度に下げる必要があ
る。ただしその場合、Ｇａ原料の表面分解速度が遅いた
めに、Ｇａ原料の立体障害効果により、Ｇａ原子の被覆
率が低下し、Ｇａ原子の単原子面を得るためには、原料
供給時間を非常に長くしなければならない。しかし、原
料供給時間を長くすることは、原料の利用効率を低下さ
せるばかりではなく、成膜中の炭素濃度を増大させ、良
質の半導体結晶層が得られないという課題があった。

【０００９】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたもので、特に異種の半導体層を低い成長温度
で、原料の利用効率を損なうこと無く、単原子層厚で制
御された高純度な化合物半導体の単原子層成長法を提供
することにある。

【００１０】［発明の構成］

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体結晶層の
気相成長方法の第一は、半導体基板上に原料ガスを交互
に供給し、気相成長により異種の半導体結晶層を単原子
層の精度で層厚を制御しつつ積層形成する半導体結晶層
の気相成長方法において、前記半導体結晶層のうち特定
の半導体結晶層の成長時に基板にエネルギビームを照射
することを特徴とする。第二は、所定の温度に設定され
た基板上に原料ガスを交互に供給し異種の化合物半導体
結晶を１原子層ずつ成長させる半導体結晶層の気相成長
方法において、前記基板上に化合物半導体の構成元素で
ある金属元素を含む有機金属原料ガスを供給し、その供
給中または供給停止後に前記基板上にエネルギビームを
照射する工程を複数回連続させて金属元素を１原子層成
長させることを特徴とする。また前記第二において、化
合物半導体がＧａＡｓ、またはＧａＰであり、基板の温
度が４５０℃以下であることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によれば、基板に照射したエネルギビー
ムは以下に示す２種の作用を有する。その第一は熱的な
作用であり、ほとんど時間遅れなく、照射している間だ
け基板の表面あるいは表面近傍のみの温度を上昇させる
ことができる。また、照射を停止すると、ほとんど時間
遅れなく、照射前の温度に戻る。その第二は化学反応へ
の直接の作用であり、吸着、分解、脱離等の表面反応を
励起し、反応を促進させる。これらの作用により、単原
子層成長に適した基板温度範囲がシフトあるいは拡大す
る。従って、単原子層成長に適した基板温度範囲が異な
る半導体結晶層を積層させる場合、特定の半導体結晶層
の成長時にエネルギビームを照射することによって単原
子層成長に適した基板温度範囲を変化させ、積層すべき
全ての半導体層に対して、単原子層成長に全した温度範
囲が重なりを有するようにする。そして、この単原子層
成長に適した温度範囲が重なった範囲内に基板温度を設
定することで、基板温度を変更するための長い時間の成
長中断を設けずに、単原子層の制度で膜厚を制御しなが
ら異種の半導体層を積層させた良好な品質の半導体結晶
層を得ることができる。

【００１３】叙上の本発明の作用をトリメチルガリウム
（Ｇａ（ＣＨ３　）３　、ＴＭＧ）をＧａ原料に用いた
ＧａＡｓのＧａ単原子層成長を例に述べる。成長温度が
４００℃と低い成長温度で１回のＴＭＧ導入でＧａ単原
子層を得るためには、非常に長い導入時間を必要とする
。これは、図２に示すように、ＴＭＧの基板表面上での
Ｇａ原子等への分解速度が遅いために、基板上のＴＭＧ
あるいは、Ｇａ（ＣＨ３　）２　による立体障害効果が
生じて、Ｇａ原子のＡｓ原子面上の被覆率が低下するた
めである。一方図１に示すように、ＴＭＧ導入後、Ａｒ
Ｆエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）等の、ＴＭＧの
吸収係数が大きい紫外光を、基板に照射することにより
、ＴＭＧの分解が促進され、Ｇａ原子が生成される。１
回のＴＭＧ導入でおよび光照射でＧａ単原子層は得るこ
とは出来ないが、この工程を複数回繰り返す事により、
紫外光を照射せず１回のＴＭＧ導入でＧａ単原子層を得
る場合よりも短時間で、Ｇａ単原子層を得ることが出来
る。しかもＴＭＧ導入総量を減らすことが出来るため、
成膜中の炭素濃度を減らすことができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例につき図面を参照して
説明する。（実施例１）実施例１はＩｎＰ基板上に（ＩｎＡｓ）１　（ＧａＡｓ
）１　結晶層を成長させた例を示し、これに用いられた
気相成長装置を概略断面図で図２に示す。

【００１５】図中の１は、上部の筒状部２が一体的に付
設された石英製の成長容器である。この容器１内には、
駆動軸３により上下に動くと共に回転するサセプタ４が
配置されている。前記成長容器１の筒状部の側壁には、
ガス導入管５、６が連結されている。なお、前記筒状部
２に連結された上部側のガス導入管５からは水素や不活
性ガスを導入され。該筒状部２上部に配置した後述する
光導入窓９内面への膜成長が防止されるようになってい
る。前記成長容器１の下部側壁には、排気装置７が連結
されている。前記成長容器１の周囲には高周波加熱コイ
ル８が巻装されている。前記高周波加熱コイルへ供給さ
れる電力は、前記サセプタ４中に埋め込まれた図示を省
略する熱電対により測定された温度と比較して制御して
いる。また、図中の１０はエキシマレーザ装置であり、
発せられる光は、光路を曲げる誘電体多層膜による固射
鏡１２、および、前記筒状部２の上部に配置されている
光導入窓９を介して基板に照射される。その光路上には
、光の照射、非照射を制御するシャッタ１１が設置され
ている。

【００１６】次に、前述した気相成長装置を用いてＩｎ
Ｐ基板上に（ＩｎＡｓ）１　（ＧａＡｓ）１　結晶層を
成長させる方法を説明する。

【００１７】まず、サセプタ４上に半絶縁性ＩｎＰ基板
１３を保持させた後、排気部材７を作動して成長容器１
内の圧力を２０Ｔｏｒｒに保持し、容器内にガス導入管
６から水素を１ｓｌｍ、ガス導入管５からＰＨ３　を０
．５ｓｌｍ供給すると共に、高周波コイルにより基板温
度を６００℃に加熱して、２０分間クリーニングを行な
った。

【００１８】ついで、高周波加熱装置の設定基板温度を
３５０℃に定めて、前記ガス導入管５から水素を、前記
ガス導入管６からトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、水素
、ＡｓＨ３　、水トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、水
素、ＡｓＨ３　、水素の順で導入すると共に、ＴＭＧの
導入時およびその直後のＡｓＨ３　の導入時にエキシマ
レ〜ザ光を照射した。図３に、このガス導入および光照
射のシーケンスを示す。ＴＭＧ、ＴＭＩは水素をキャリ
アガスとして導入し、ＡｓＨ３　は水素で希釈したもの
を用いた。ＴＭＧ、水素、ＡｓＨ３　、水素、ＴＭＩ、
水素、ＡｓＨ３　、水素の導入時間はそれぞれ１秒とし
た。ＴＭＧ、ＡｓＨ３　、ＴＭＩの供給量は、それぞれ
、０．１ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、０．１ｓｃｃｍとし
た。用いたエキシマレーザ光の波長は２４８ｎｍで、照
射強度は基板表面で２５ｍＪ／ｃｍ２　・パルス、繰り
返しは１００Ｈｚとした。成長中の成長容器１内の圧力
は１２Ｔｏｒｒ、ガスの総流量は、２．５ｓｌｍ一定に
なるようにした。ＴＭＧ、水素、ＡｓＨ３　、水素、Ｔ
ＭＩ、水素、ＡｓＨ３　、水素の導入を１サイクルとし
て２０００サイクル繰り返した。

【００１９】以上の様にして成長した結晶層の膜厚を断
面の走査二次電子顕微鏡観察により測定したところ、光
が照射された部分ではすべて１．１７±０．０２μｍに
なっており、測定精度の範囲内で正確に（ＩｎＡｓ）１
　（ＧａＡｓ）１　の２０００層分になっていた。また
、Ｘ線回折測定を行なったところ（ＩｎＡｓ）１　（Ｇ
ａＡｓ）１　超格子に対応するサテライトピークが観測
され、単原子層成長が実現できていることを確認した。一方、光学干渉顕微鏡で観測したところ表面モフォロジ
ーは極めて良好であった。

【００２０】比較のために、エキシマレーザ光を照射せ
ずに成長を試みた。成長基板温度を４００℃、４５０℃
、５００℃、と変化させて、上述の成長実験と同様のガ
ス導入量、シーケンスで成長を行なった。成長基板温度
を上げるに従い成長した結晶層の膜厚は増加したが、い
ずれの場合においても膜厚は面内で均一にならず、単原
子層成長は実現しなかった。また、いずれの結晶層につ
いても、Ｘ線回折測定において脱格子によるサテライト
ピークは観測されなかった。一方、光学干渉顕微鏡で観
測したところ４００℃、４５０℃で成長した結晶層は、
表面に凹凸が観測された。

【００２１】エキシマレーザ光を照射しないで成長した
場合、単原子層成長に適した基板温度は、ＧａＡｓの場
合で５００℃、ＩｎＡｓの場合で４００℃にあることが
わかっている。基板温度を４００℃から５００℃に、あ
るいは５００℃から４００℃に変化させるために要する
時間を調べたが、基板温度が設定値の±５℃の範囲には
いるまで２０秒程を要した。上述した（ＩｎＡｓ）１　
（ＧａＡｓ）１　成長を行なうと１１時間以上を要し、
成長する結晶層に合わせて基板温度を変化させることは
実用にならないことがわかる。また、たとえ長い時間を
かけて上述した（ＩｎＡｓ）１　（ＧａＡｓ）１　成長
を行なったとしても、界面で炭素等の不純物が多くなり
、結晶層の品質が著しく劣ることは明かである。（実施例２）この実施例は上記実施例１と同じ気相成長装置を用いて
ＧａＡｓ基板上（ＩｎＰ）１　（ＧａＰ）１　結晶層を
成長させたものである。

【００２２】まず、サセプタ４上に半絶縁性ＧａＡｓ基
板１３を保持させた後、排気部材７を作動して成長容器
１内の圧力を２０Ｔｏｒｒに保持し、容器内にガス導入
管６から水素を１ｓｌｍ、ガス導入管からＡｓＨ３　を
０．５ｓｌｍ供給すると共に、基板温度を７００℃に保
ち、２０分間クリーニングを行なった。

【００２３】ついで、高周波加熱装置の設定基板温度を
３８０℃に定めて、前記ガス導入管５から水素を、前記
ガス導入管６からＴＭＧ、水素、ＰＨ３　、水素、ＴＭ
Ｉ、水素、ＰＨ３　、水素の順で導入すると共に、ＴＭ
Ｇの導入及びその直後の水素の導入、ＰＨ３　の導入時
にエキシマレーザ光を照射させた。図４にこのガス導入
および光照射のシーケンスを示す。同様に、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＩは水素をキャリアガスとして導入し、ＰＨ３　は水
素で希釈したものを用いた。ＴＭＧ、水素、ＰＨ３　、
水素、ＴＭＩ、水素、ＰＨ３　、水素の導入時間はそれ
ぞれ１秒とし、２０００サイクル繰り返した。成長中の
成長容器１内の圧力は１２Ｔｏｒｒ、ガスの総流量は、
２．５ｓｌｍ一定になるようにした。ＴＭＧ、ＰＨ３　
、ＴＭＩの供給量は、それぞれ、０．１ｓｃｃｍ、４０
ｓｃｃｍ、０．１ｓｃｃｍとした。また、エキシマレー
ザ光の波長、照射強度は（ＩｎＡｓ）１　（ＧａＡｓ）
１　の成長と等しくして成長を行なった。

【００２４】（ＩｎＡｓ）１　（ＧａＡｓ）１　の成長
の場合と同様に、（ＩｎＰ）１　（ＧａＰ）１　につい
ても光を照射しない成長も行なった。膜厚測定およびＸ
線回析測定を行なったが、エキシマレーザ光を照射した
結晶層の場合に限り、単原子層成長が実現できているこ
とを確認することができた。

【００２５】以上、基板の照射する光の光源としてエキ
シマレーザを用いた実施例について述べたが、ハロゲン
ランプを用いても同様の成長実験を行なった。

【００２６】前述の実施例に用いた気相成長装置（図１
）のうち１０、１２をそれぞれ集光光学系を有する１Ｋ
Ｗハロゲンランプ、全反射鏡に代えた成長装置を用いて
、ＩｎＰ基板上に（ＩｎＡｓ）１　（ＧａＡｓ）１　を
２０００層成長させた。高周波加熱の設定基板温度、原
料ガスの導入量、導入シーケンスは前述した実施例と同
じにした。ただし、ハロゲンランプの照射強度は、パイ
ロメータの測定で、非照射時に４００℃の基板温度が照
射時に５００℃になるように設定した。

【００２７】成長した半導体結晶層の膜厚は正確に（Ｉ
ｎＡｓ）１　（ＧａＡｓ）１　　　２０００層に一致し
ており、また、Ｘ線回折測定において、（ＩｎＡｓ）１
　（ＧａＡｓ）１　のサテライトピークはエキシマレー
ザ光を照射したものに比べて弱いものの観測された。す
なわち、単原子層成長が実現できていることを確認した
。これによりハロゲンランプでもエキシマレーザと同様
の効果のあることが認められた。

【００２８】なお、エネルギビームとしては、例示した
上記エキシマレーザ光、ハロゲンランプ光のように基体
に対しこれに、タイムラグの僅少な表面温度上昇、電子
的励起、直接に分子機構に影響を付与する機能等を有す
るエネルギであればよく、ビーム状であることに限定さ
れない。

【００２９】また、上記各実施例では、（ＩｎＡｓ）１
　（ＧａＡｓ）１　および（ＩｎＰ）１　（ＧａＰ）１
　を単原子層成長した例について示したが、本発明は他
のＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体の任意の組み合わせによる積
層半導体結晶層について全く同様に適用することができ
る。

【００３０】また、上記各実施例において例示した（Ｉ
ｎＡｓ）１　（ＧａＡｓ）１　は、（ＩｎＡｓ）ｍ　（
ＧａＡｓ）ｎ　（ただしｍ、ｎは整数とする）から基体
または隣接の半導体層と格子整合のとれるｍおよびｎの
任意のものを選択し実施することができる。（実施例３）この実施例は上記ＭＯＣＶＤ装置を用いてＧａＡｓを低
い成長温度で単原子層成長を行なうものである。Ｇａ原
料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を、Ａｓ原料には
アルシン（ＡｓＨ３　）を用いた。成長装置にパルス的
に導入された原料ガスは、水素ガスにより、置換した。ＴＭＧとＡｓＨ３　のキャリアガスには水素を用いた。

【００３１】まず、半絶縁性ＧａＡｓ（１００）基板１
３を成長容器１内のサセプタ４上に設置した後、成長容
器内にガス導入管６からＡｓＨ３　（１０％水素希釈）
を導入し、排気系７のコンダクタンスを調整して、成長
容器内の圧力を１２Ｔｏｒｒに保持すると共に、基板の
温度を加熱装置（図示せず）により、７００℃に保持し
、２０分間表面処理を行った。続いて、基板の温度を４
００℃に設定し、ＡｓＨ３　導入→Ｈ２　置換→連続４
回のＴＭＧ導入／Ｈ２　置換を１サイクルとして５００
０サイクル成長を行った。なおＴＭＧ導入後のＨ２　置
換時に、基板に対してＡｒＦエキシマレーザ光を照射し
た。ＡｓＨ３　導入量は、７５μｍｏｌ／サイクル、Ｔ
ＭＧ導入量は、２μｍｏｌ／サイクル、全ガス流は３．
５ＳＬＭ（標準状態におけるガス流量Ｌ／ｍｉｎ）とし
た。ＡｓＨ３　の導入時間は４秒、ＴＭＧおよびＨ２　
ガスの導入時間は、１秒とした。ＡｒＦエキシマレーザ
光の照射強度は、基板表面上で、約３０ｍＪ／ｃｍ２　
とした。レーザの繰り返し周波数は８０パルス／秒とし
た。なお、ＴＭＧの気相分解を抑制するために、ＴＭＧ
導入後のＨ２　導入時間のうち、最初の０．１秒はレー
ザ光を照射せず、後の０．９秒間照射した。

【００３２】成長膜厚は、約１．４２μｍであり、１サ
イクルあたりの成長膜厚は、ＧａＡｓ単分子層厚に相当
していた。このように４００℃という低い成長温度でも
、短い時間でＧａの単原子層成長を行うことが出来た。また、成膜中の炭素濃度を、２次イオン質量分析装置で
評価したところ、その濃度は１×１０１６ｃｍ−３以下
であり、高純度なＧａＡｓ薄膜結晶を成長することがで
きた。

【００３３】なお、ＴＭＧ導入／ＡｒＦエキシマレーザ
光照射Ｈ２　導入の工程を４回以上行なっても１サイク
ルあたりの成長膜厚はＧａＡｓ１分子層厚一定であった
。成長温度３５０℃でも同様な成長条件下で、ＧａＡｓの
単原子層成長を行うことができた。

【００３４】また、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４
８ｎｍ）等の、ＴＭＧの光吸収係数が小さい波長の光を
、ＴＭＧ導入時に同期させて基板に照射することにより
、Ｇａ単原子層成長に要する成長時間をさらに短くする
ことができる。ＴＭＧの導入量および導入時間は、先に
述べた実施例と同じ条件で、ＫｒＦエキシマレーザ光（
照射強度３０ｍＪ／ｃｍ２　、繰返８０パルス／秒）を
ＴＭＧ導入に同期させて基板に照射することにより、成
長温度４００℃で、２回のＫｒＦエキシマレーザ照射Ｔ
ＭＧ導入／ＡｒＦエキシマレーザ照射Ｈ２　置換で、Ｇ
ａ単原子層成長を行うことができた。

【００３５】なお、ＧａＰ単原子層成長でも同様な効果
を得ることができた。

【００３６】照射する光はＡｒＦエキシマレーザ光に限
るものではなく、成長に用いる有機ＩＩＩ族原料の光吸
収係数が大きい波長の光ならば良い。（実施例４）次に（ＩｎＡｓ）ｍ　／（ＧａＡｓ）ｍ　（ｍ＝１，２
，３）のｓｕｐｅｒ　　ｌａｔｔｉｃｅを作成した実施
例について述べる。ＩｎＡｓの単原子層成長は、ＡｓＨ
３　導入／Ｈ２　置換／トリメチルインジウム（ＴＭＩ
ｎ）導入／Ｈ２　置換を１サイクルとして行なった。Ｇ
ａＡｓの単原子層成長は、ＡｓＨ３　導入／Ｈ２　置換
／ＴＭＧ導入／Ｈ２　置換およびＡｒＦエキシマレーザ
照射を１サイクルとして行なった。ただし、ＴＭＧ導入
／Ｈ２　置換およびＡｒＦエキシマレーザ照射は、４回
連続して行なった。ＴＭＩｎの導入量は、１．５μｍｏｌ／サイクル、導入
時間は２秒、ＴＭＧの導入量は２．０μｍｏｌ／サイク
ル、導入時間は１秒とした。ＩｎＡｓ、ＧａＡｓ、成長
ともにＡｓＨ３　の導入量は７５μｍｏｌ／サイクル、
導入時間は４秒である。ＡｒＦエキシマレーザ光の照射
タイミングおよび照射強度、繰り返しパルス数は、上記
実施例３と同様である。基板にはＩｎＰ（１００）基板
を用しいた。成長前の基板表面処理は、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３　）雰囲気中、基板温度６００℃で行なった。その
後、基板温度を４００℃に設定し上述した成長条件で（
ＩｎＡｓ）ｍ　／（ＧａＡｓ）ｍ　（ｍ＝１，２，３）
の成長を行なった。ｍ＝２の場合、ＩｎＡｓ２層／Ｇａ
Ａｓ２層／ＩｎＡｓ２層／ＧａＡｓ２層……、の積層構
造となる。成長膜の評価をＸ線回折により行なった。

【００３７】ｍ＝１，２，３のすべての試料において、
それぞれの次数ｍに対応したサテライトピークがＸ線回
折スペクトルに観測された。このように本発明により良
好なＩｎＡｓ／ＧａＡｓの単分子層オーダの超格子構造
を作成することができた。なお、本発明により、ＧａＰ
単原子層成長温度を低くすることが可能となり、ＧａＡ
ｓ基板上にＩｎＰ／ＧａＰ単分子層オーダの超格子構造
を作成することが可能である。

【００３８】なお、上記各実施例は夫々が本発明の要旨
を逸脱しない範囲で変形して実施することができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、原料交互供給による単
原子層成長において、最適成長温度が異なる異種の半導
体結晶層を、単原子層の膜厚制御で積層した半導体結晶
層を得ることができるとともに、低い成長温度で、原料
の利用効率を損なうこと無く、しかも炭素濃度の少ない
化合物半導体の単原子層成長を行うことが可能である顕
著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるＧａ単原子層形成過程を説明する
ための模式図である。

【図２】本発明の実施例に使用したＭＯＣＶＤ装置の要
部を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例における原料ガス導入、光照射
のシーケンスを示す線図である。

【図４】本発明の実施例における原料ガス導入、光照射
のシーケンスを示す線図である。

【図５】従来のＧａ単原子層形成過程を説明するための
模式図である。

【符号の説明】

１…成長容器４…サセプタ５、６…原料ガス導入管８…高周波加熱コイル９…光導入窓１０…エキシマレーザ装置１１…シャッタ１２…反射鏡１３…基板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　半導体基板上に原料ガスを交互に供給
し、気相成長により異種の半導体結晶層を単原子層の精
度で層厚を制御しつつ積層形成する半導体結晶層の気相
成長方法において、前記半導体結晶層のうち特定の半導
体結晶層の成長時に基板にエネルギビームを照射するこ
とを特徴とする半導体結晶層の気相成長方法。
【請求項２】　　所定の温度に設定された基板上に原料
ガスを交互に供給し異種の化合物半導体結晶を１原子層
ずつ成長させる半導体結晶層の気相成長方法において、
前記基板上に化合物半導体の構成元素である金属元素を
含む有機金属原料ガスを供給し、その供給中または供給
停止後に前記基板上にエネルギビームを照射する工程を
複数回連続させて金属元素を１原子層成長させることを
特徴とする半導体結晶層の気相成長方法。
【請求項３】　　化合物半導体がＧａＡｓ、またはＧａ
Ｐであり、基板の温度が４５０℃以下であることを特徴
とする請求項２に記載の半導体結晶層の気相成長方法。