JPH05190455A - 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

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JPH05190455A
JPH05190455A JP279992A JP279992A JPH05190455A JP H05190455 A JPH05190455 A JP H05190455A JP 279992 A JP279992 A JP 279992A JP 279992 A JP279992 A JP 279992A JP H05190455 A JPH05190455 A JP H05190455A
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JP
Japan
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semiconductor crystal
compound semiconductor
compound
ethylamino group
growth
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JP279992A
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Nobuyuki Otsuka
信幸 大塚
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 化合物半導体結晶成長方法に関し、低温にお
いて原子層エピタキシを可能にして急峻なヘテロ界面の
形成や急峻な不純物濃度の制御を可能にする化合物半導
体結晶成長方法を提供することを目的とする。 【構成】 化合物半導体結晶を構成する元素の少なくと
も1種の原材料にこの元素のエチルアミノ基を含む化合
物ガスを使用して気相成長を行うか、または、化合物半
導体結晶を構成する元素の少なくとも1種の原材料にこ
の元素のエチルアミノ基を含む化合物ガスを使用し、エ
チルアミノ基を含む化合物と化合物半導体結晶を構成す
る他の元素の原料ガスとを交互に供給して気相成長を行
うように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体結晶成長
方法、特に、低温で良好な原子層エピタキシを可能にす
る化合物半導体結晶成長方法の改良に関する。
【0002】電子デバイスの微細化を進めてその性能を
向上し、更には従来のバルク材料にはない物性を実現し
て新しい機能を有する電子デバイスを開発するなどを目
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要望されている。
【0003】
【従来の技術】従来、有機金属を使用する原子層エピタ
キシにおいては、例えば良質のガリウムヒ素(GaA
s)結晶を成長する場合、ガリウム(Ga)原料として
はトリメチルガリウム〔(CH3 3 Ga〕を使用し、
ヒ素(As)の原料としてはアルシン(AsH3 )を使
用し、成長温度500℃においてこれらの原料ガスを交
互に基板結晶上に供給して単原子層成長を行っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、500
℃の温度でヘテロ界面を有する化合物半導体結晶を成長
した場合、ヘテロ界面近傍において化合物半導体の構成
原子の相互拡散が発生し、急峻なヘテロ界面を形成する
ことが困難である。また、単原子層の厳密さをもって急
峻な不純物濃度の制御を行うことも難しい。さらに、熱
膨張率の大きく異なる化合物からなるヘテロ界面の成長
を行った場合、その成長後に結晶を室温に戻した時に化
合物相互間の熱膨張率の差によって反りや歪みを生ず
る。
【0005】かといって、500℃よりも低い温度、例
えば350℃で結晶成長を実施する場合、例えばガリウ
ム(Ga)の原材料にトリメチルガリウム〔(CH3
3 Ga〕を使用する場合には成長温度が低すぎて分解が
進まないという問題がある。また、トリメチルガリウム
〔(CH3 3 Ga〕を使用してガリウムヒ素(GaA
s)を成長する場合には、不純物として炭素(C)が混
入すると云う問題も発生する。
【0006】本発明の目的は、これらの欠点を解消する
ことにあり、低温において原子層エピタキシを可能にし
て急峻なヘテロ界面の形成や急峻な不純物濃度の制御を
可能にする化合物半導体結晶成長方法を提供することに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、化合物半
導体結晶を構成する元素の少なくとも1種の原材料にこ
の元素のエチルアミノ基を含む化合物ガスを使用して気
相成長を行う化合物半導体結晶成長方法、または、化合
物半導体結晶を構成する元素の少なくとも1種の原材料
にこの元素のエチルアミノ基を含む化合物ガスを使用
し、この元素のエチルアミノ基を含む化合物と前記の化
合物半導体結晶を構成する他の元素の原料ガスとを交互
に供給して気相成長を行う化合物半導体結晶成長方法に
よって達成される。なお、前記のエチルアミノ基を含む
化合物はエチルメチルアミノガラン〔GaH3 ・(C2
5 x (CH3 y NH3-x-y 〕、エチルメチルアミ
ノアラン〔AlH3 ・(C2 5 x (CH3 y NH
3-x-y 〕、または、エチルメチルアミノイラン〔InH
3 ・(C2 5 x (CH3 y NH3-x-y 〕が好まし
い。
【0008】
【作用】ガリウム(Ga)の原材料にメチルアミノ基を
含む化合物の1例としてモノエチルアミノガラン〔Ga
3 ・(C2 5 )NH2 〕を使用し、ヒ素(As)の
原材料にアルシン(AsH3 )を使用し、これらを交互
に基板上に供給してガリウムヒ素(GaAs)結晶を成
長する場合を例にして作用を説明する。
【0009】モノエチルアミノガラン〔GaH3 ・(C
2 5 )NH2 〕はヒ素(As)面上には吸着し、吸着
した後はガリウム(Ga)にすばやく分解する。これは
モノエチルアミノガラン〔GaH3 ・(C2 5 )NH
2 〕中の(C2 5 )NH2 −基とガリウム(Ga)と
の結合力が弱いため150℃以下の低温においても分解
するためである。さらに、(C2 5 )NH2 −の形で
離脱していくため炭素(C)の混入は防止される。これ
に対し、ガリウム(Ga)面上にはモノエチルアミノガ
ラン〔GaH3 ・(C2 5 )NH2 〕は吸着しない。
この吸着効果の差によってセルフリミッティング効果が
得られ、モノエチルアミノガラン〔GaH3 ・(C2
5 )NH2 〕とアルシン(AsH3 )とを交互に供給す
ることにより低温における原子層エピタキシが可能にな
る。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
係る化合物半導体結晶成長方法について説明する。
【0011】図2に有機金属気相成長装置の構成図を示
す。図において、1は石英反応室であり、2はガス切り
換えバルブであり、3は排気口であり、4は真空排気口
であり、5は圧力コントローラであり、6は高周波加熱
コイルであり、7はカーボンサセプタである。
【0012】ガリウムヒ素(GaAs)基板8をカーボ
ンサセプタ7に装着し、真空排気口4から真空吸引して
石英反応室1内を真空とし、高周波加熱コイル6に高周
波電力を印加して基板8を例えば150℃の温度に加熱
する。次いで、表1に示すスケジュールに従ってパージ
用水素ガスと原料ガスとを切り換えバルブ2を介して順
次石英反応室1内に供給する工程を354周期繰り返し
実行する。すなわち、まず切り換えバルブ2を介して水
素ガスを0.3秒間供給して石英反応室1内をパージし
た後、5℃の温度に保持されたバブラ(図示せず。)に
水素キャリヤを通気して気化させたモノエチルアミノガ
ラン〔GaH3 ・(C2 5 )NH2 〕を供給量40S
CCMをもってx秒間供給する。次に、再び水素ガスを
0.3秒間供給して石英反応室1内をパージした後、ア
ルシン(AsH3 )を供給量480SCCMをもって1
0秒間供給する工程を1周期としてこれを354周期繰
り返し実行する。成長中の圧力は6〜50Torr好ましく
は20Torr程度に制御する。また、成長温度は室温乃至
400℃程度の温度範囲が許容範囲であるが、低温成長
が可能であることは極めて特徴的であり、また、有利で
ある。
【0013】
【表1】 H2パージ GaH3・(C2H5)NH2 H2パージ AsH3 流量(SCCM) − 40 − 480 時間(秒) 0.3 x 0.3 10 上記の結果から1周期あたりの成長膜厚のガリウムヒ素
(GaAs)1分子層の厚さに対する比とモノエチルア
ミノガラン〔GaH3 ・(C2 5 )NH2 〕の供給時
間xとの関係を求めると図1に示すグラフが得られる。
成長温度が150℃の場合においてもモノエチルアミノ
ガラン〔GaH3 ・(C2 5 )NH2 〕の供給時間が
約4秒に達すれば、これ以上供給時間を増加させても成
長膜厚は増加せずに1周期あたりのガリウムヒ素(Ga
As)の成長膜厚が1分子層厚に保たれた原子層エピタ
キシ成長が可能であるという結果が得られた。
【0014】なお、化合物半導体結晶を構成する元素の
エチルアミノ基を含む化合物としては、モノエチルアミ
ノガラン〔GaH3 ・(C2 5 )NH2 〕の他に、ジ
エチルアミノガラン〔GaH3 ・(C2 5 2
H〕、トリエチルアミノガラン〔GaH3 ・(C
2 5 3 N〕、モノメチルジエチルアミノガラン〔G
aH3 ・(CH3 )(C2 5 2 N〕、ジメチルモノ
エチルアミノガラン〔GaH3 ・(CH3 2 (C2
5 )N〕、モノメチルジモノエチルアミノガラン〔Ga
3 ・(CH3 )(C2 5 )NH〕等(これらのガラ
ンを構成するガリウムをアルミニウムまたはインジュウ
ムに置き換えたアラン化合物またはイラン化合物)があ
り、これらいずれの化合物を使用した場合にも低温にお
いて原子層エピタキシ成長が可能であることが確認され
た。
【0015】さらに、本発明を用いれば、GaAs、A
lAs、InAsだけでなく、Ga、Al、Inを含む
材料系(AlP、AlSb、AlN、AlGaAs、I
nP、GaP、InSb、InN、GaN、GaSb、
InGaAs、InGaP、AlInAs、AlIn
P、AlGaP、AlAsP、AlAsN、AlPN、
AlAsSb、AlPSb、AlSbN、AlGaS
b、AlGaN、AlInGaAs、InPN、GaP
N、InAsSb、GaAsSb、InPSb、GaP
Sb、InSbN、GaSbN、InGaPSb、In
GaAsSb、InAsPSb、GaAsPSb、Al
InGaP、AlInGaSb、AlInGaN、Al
GaAsSb、AlGaPSb、AlAsPSb、Al
2 3 、MgO・Al2 3 等およびそれぞれを組み合
わせた超格子構造)を低温で成長することが可能であ
る。
【0016】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る化合
物半導体結晶成長方法においては、化合物半導体結晶を
構成する元素の少なくとも1種の原材料に低温において
も分解し、しかも、セルフリミッティング効果を有する
エチルアミノ基を含む化合物を使用しているので、低温
においても化合物半導体結晶の原子層エピタキシ成長が
良好になされ、急峻なヘテロ界面の形成や急峻な不純物
濃度の制御が可能になった。また、熱膨張率の大きく異
なる化合物からなるヘテロ界面を有する電子デバイス材
料の開発等に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】1周期あたりの成長膜厚の1分子層厚に対する
比とGaH3 ・(C2 5 )NH2 供給時間との関係を
示すグラフである。
【図2】有機金属気相成長装置の構成図である。
【符号の説明】 1 石英反応室 2 ガス切り換えバルブ 3 排気口 4 真空排気口 5 圧力コントローラ 6 高周波加熱コイル 7 カーボンサセプタ 8 基板

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体結晶を構成する元素の少な
    くとも1種の原材料に該元素のエチルアミノ基を含む化
    合物ガスを使用して気相成長を行うことを特徴とする化
    合物半導体結晶成長方法。
  2. 【請求項2】 化合物半導体結晶を構成する元素の少な
    くとも1種の原材料に該元素のエチルアミノ基を含む化
    合物ガスを使用し、 該元素のエチルアミノ基を含む化合物と前記化合物半導
    体結晶を構成する他の元素の原料ガスとを交互に供給し
    て気相成長を行うことを特徴とする化合物半導体結晶成
    長方法。
  3. 【請求項3】 前記エチルアミノ基を含む化合物はエチ
    ルメチルアミノガラン〔GaH3 ・(C2 5 x (C
    3 y NH3-x-y 〕であることを特徴とする請求項1
    または2記載の化合物半導体結晶成長方法。
  4. 【請求項4】 前記エチルアミノ基を含む化合物はエチ
    ルメチルアミノアラン〔AlH3 ・(C2 5 x (C
    3 y NH3-x-y 〕であることを特徴とする請求項1
    または2記載の化合物半導体結晶成長方法。
  5. 【請求項5】 前記エチルアミノ基を含む化合物はエチ
    ルメチルアミノイラン〔InH3 ・(C2 5 x (C
    3 y NH3-x-y 〕であることを特徴とする請求項1
    または2記載の化合物半導体結晶成長方法。
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