JPH05326412A - 化合物薄膜形成方法 - Google Patents
化合物薄膜形成方法Info
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- JPH05326412A JPH05326412A JP13254892A JP13254892A JPH05326412A JP H05326412 A JPH05326412 A JP H05326412A JP 13254892 A JP13254892 A JP 13254892A JP 13254892 A JP13254892 A JP 13254892A JP H05326412 A JPH05326412 A JP H05326412A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 薄膜中の炭素成分濃度が低減化し、結晶欠陥
のない品質が向上した化合物薄膜の形成方法を提供する
こと。 【構成】 基板上に一分子層飽和吸着が起こる約５００
℃でトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を１秒間供給し、基
板表面に飽和吸着させる。そして、１秒間のＴＭＧ２の
パージ時間を置いて光ビームを１秒間照射して、基板の
表面温度を６５０℃程度まで上昇させる。このとき基板
表面に吸着されたＴＭＧ２から生成する炭素化合物は脱
離し、また、結晶表面の原子の動きが促進され結晶欠陥
の生成が減少する。光ビームの照射開始と同時にアルシ
ンを２秒間供給する。次いで、１秒間のアルシンのパー
ジ時間を置き、この間に基板表面の温度を５００℃まで
下降させる。この様にして一サイクルのＧａＡｓの一分
子層の結晶成長が終了する。この操作をｎ回繰り返すこ
とによってｎ層のＧａＡｓ層を形成させる。
のない品質が向上した化合物薄膜の形成方法を提供する
こと。 【構成】 基板上に一分子層飽和吸着が起こる約５００
℃でトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を１秒間供給し、基
板表面に飽和吸着させる。そして、１秒間のＴＭＧ２の
パージ時間を置いて光ビームを１秒間照射して、基板の
表面温度を６５０℃程度まで上昇させる。このとき基板
表面に吸着されたＴＭＧ２から生成する炭素化合物は脱
離し、また、結晶表面の原子の動きが促進され結晶欠陥
の生成が減少する。光ビームの照射開始と同時にアルシ
ンを２秒間供給する。次いで、１秒間のアルシンのパー
ジ時間を置き、この間に基板表面の温度を５００℃まで
下降させる。この様にして一サイクルのＧａＡｓの一分
子層の結晶成長が終了する。この操作をｎ回繰り返すこ
とによってｎ層のＧａＡｓ層を形成させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、化合物薄膜形成方法
に関し、特に原子層単位での膜厚制御が可能で、短時間
の基板温度上昇によって高品質な化合物薄膜が得られる
化合物薄膜形成方法に関するものである。
に関し、特に原子層単位での膜厚制御が可能で、短時間
の基板温度上昇によって高品質な化合物薄膜が得られる
化合物薄膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、気相法による化合物半導体薄膜単
結晶成長方法においては、通常、二種類以上の原料を同
時に基板に供給し、反応させる方法が用いられてきた。
例えば、有機金属化合物を原料に用いた気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ）によるＧａＡｓ薄膜の結晶成長方法におい
て、ガリウム（Ｇａ）の原料であるトルメチルガリウム
（ＴＭＧ）とヒ素（Ａｓ）の原料であるアルシン（Ａｓ
Ｈ3）とを同時に基板上に供給して結晶成長を行う方法
が用いられている。この場合、原料の供給量および供給
時間を厳密に制御することによって、基板上の結晶の成
長膜厚の精密な制御が可能になってきた。
結晶成長方法においては、通常、二種類以上の原料を同
時に基板に供給し、反応させる方法が用いられてきた。
例えば、有機金属化合物を原料に用いた気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ）によるＧａＡｓ薄膜の結晶成長方法におい
て、ガリウム（Ｇａ）の原料であるトルメチルガリウム
（ＴＭＧ）とヒ素（Ａｓ）の原料であるアルシン（Ａｓ
Ｈ3）とを同時に基板上に供給して結晶成長を行う方法
が用いられている。この場合、原料の供給量および供給
時間を厳密に制御することによって、基板上の結晶の成
長膜厚の精密な制御が可能になってきた。
【０００３】なかでも、近年原子層オーダーの膜厚の制
御性を持つ成長方法が研究されており、その方法として
単原子層制御結晶成長法（ＡＬＥ法）がある。ＡＬＥ法
は薄膜を構成する原子を含む原料ガスを交互に基板上に
供給することが特徴である。例えば、ＧａＡｓの結晶成
長方法においては、ＴＭＧとアルシンを交互に供給す
る。適当な結晶成長条件の下では、ＴＭＧの供給によっ
て基板面上にモノメチルガリウム（ＭＭＧ）などの一分
子層吸着が実現され、続いて供給されるアルシンとの反
応によってＧａＡｓの一分子層が形成される。この場
合、原料の供給量によらず原料ガス供給の一サイクル毎
に一分子層の薄膜されるために、結晶の格子定数が分か
っていれば、薄膜の膜厚は成長サイクル数によって精密
に制御できる。
御性を持つ成長方法が研究されており、その方法として
単原子層制御結晶成長法（ＡＬＥ法）がある。ＡＬＥ法
は薄膜を構成する原子を含む原料ガスを交互に基板上に
供給することが特徴である。例えば、ＧａＡｓの結晶成
長方法においては、ＴＭＧとアルシンを交互に供給す
る。適当な結晶成長条件の下では、ＴＭＧの供給によっ
て基板面上にモノメチルガリウム（ＭＭＧ）などの一分
子層吸着が実現され、続いて供給されるアルシンとの反
応によってＧａＡｓの一分子層が形成される。この場
合、原料の供給量によらず原料ガス供給の一サイクル毎
に一分子層の薄膜されるために、結晶の格子定数が分か
っていれば、薄膜の膜厚は成長サイクル数によって精密
に制御できる。
【０００４】前記ＡＬＥ法では、原料分子の一分子層の
飽和吸着の性質等を利用した自動堆積停止機構が必要で
ある。この自動堆積停止機構とは原料分子が基板上に一
分子層からなる吸着層を形成した後は、続いて供給され
る原料分子は吸着分子により反発される性質等を利用し
て自動的に原料分子の堆積が一分子層で停止されるもの
である。
飽和吸着の性質等を利用した自動堆積停止機構が必要で
ある。この自動堆積停止機構とは原料分子が基板上に一
分子層からなる吸着層を形成した後は、続いて供給され
る原料分子は吸着分子により反発される性質等を利用し
て自動的に原料分子の堆積が一分子層で停止されるもの
である。
【０００５】従って、この自動堆積停止機構が実現され
るためには基板温度などの結晶成長条件の設定が重要で
ある。例えば、ＴＭＧ一分子層のみの飽和吸着は基板の
表面温度が約５００℃である時に形成され、それ以上の
温度になると多分子層が形成される度合が高くなる。従
来の有機金属化合物を原料に用いたＡＬＥ法では、結晶
成長温度が低いために原料の分解によって生じる炭素成
分が不純物として結晶中に取り込まれる量が多く、高濃
度の正孔を持つＰ型半導体になり易い。そのために他の
不純物の導入によるＮ型半導体の作製及びキャリアー濃
度の制御が困難であるのが大きな欠点となっており、半
導体素子の作製等に対する障害になっている。
るためには基板温度などの結晶成長条件の設定が重要で
ある。例えば、ＴＭＧ一分子層のみの飽和吸着は基板の
表面温度が約５００℃である時に形成され、それ以上の
温度になると多分子層が形成される度合が高くなる。従
来の有機金属化合物を原料に用いたＡＬＥ法では、結晶
成長温度が低いために原料の分解によって生じる炭素成
分が不純物として結晶中に取り込まれる量が多く、高濃
度の正孔を持つＰ型半導体になり易い。そのために他の
不純物の導入によるＮ型半導体の作製及びキャリアー濃
度の制御が困難であるのが大きな欠点となっており、半
導体素子の作製等に対する障害になっている。
【０００６】結晶中に不純物として取り込まれる炭素成
分量を少なくする方法として、結晶成長時に基板全体の
温度を７００℃程度まで定常的に上げておく方法がある
（Appl.Phys.Lett.,Vol.59,No.19,P2397 4 November 19
91）。しかし、この方法では結晶中の炭素は脱離しやす
くなるが、基板温度が高過ぎるため多分子層からなる結
晶が形成しやすくなり一分子層からなる薄膜形成のため
には非常に厳密な原料の供給時間のコントロールが必要
である。
分量を少なくする方法として、結晶成長時に基板全体の
温度を７００℃程度まで定常的に上げておく方法がある
（Appl.Phys.Lett.,Vol.59,No.19,P2397 4 November 19
91）。しかし、この方法では結晶中の炭素は脱離しやす
くなるが、基板温度が高過ぎるため多分子層からなる結
晶が形成しやすくなり一分子層からなる薄膜形成のため
には非常に厳密な原料の供給時間のコントロールが必要
である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述のように有機金属
化合物を原料に用いるＡＬＥ法においては、原料分子を
基板表面に吸着させ、表面での原料分子の反応を利用す
るために、分解反応で生じる炭素化合物が結晶表面に多
く存在する。ＡＬＥ法では一分子層飽和吸着を達成する
ための温度が通常の結晶成長温度に比較して低いため
に、炭素化合物の脱離速度が遅くて基板表面に滞在する
時間が長い。従って、ＡＬＥ法で作られる結晶は、通常
のＭＯＶＰＥ法で作られる結晶と比較して炭素濃度が大
きいために、他の不純物を導入して電子あるいは正孔濃
度の制御を行うことが困難である。
化合物を原料に用いるＡＬＥ法においては、原料分子を
基板表面に吸着させ、表面での原料分子の反応を利用す
るために、分解反応で生じる炭素化合物が結晶表面に多
く存在する。ＡＬＥ法では一分子層飽和吸着を達成する
ための温度が通常の結晶成長温度に比較して低いため
に、炭素化合物の脱離速度が遅くて基板表面に滞在する
時間が長い。従って、ＡＬＥ法で作られる結晶は、通常
のＭＯＶＰＥ法で作られる結晶と比較して炭素濃度が大
きいために、他の不純物を導入して電子あるいは正孔濃
度の制御を行うことが困難である。
【０００８】また、前記不具合をなくすために結晶成長
温度を高くすると、多分子層ができ易くなる欠点があ
る。そこで、本発明の目的は、従来の単原子層制御結晶
成長方法を改良して、結晶等の化合物薄膜中の炭素成分
濃度が低減化し、結晶欠陥のない品質が向上した化合物
薄膜の形成方法を提供することである。
温度を高くすると、多分子層ができ易くなる欠点があ
る。そこで、本発明の目的は、従来の単原子層制御結晶
成長方法を改良して、結晶等の化合物薄膜中の炭素成分
濃度が低減化し、結晶欠陥のない品質が向上した化合物
薄膜の形成方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、下記の工程（ａ）
〜（ｅ）を含む化合物薄膜形成方法である。 （ａ）定常温度に加熱した基板上に第一原料化合物をパ
ルス状にして供給し、第一原料化合物あるいはその分解
物を一分子層で基板表面に飽和吸着させる工程、（ｂ）
前記第一原料化合物を供給停止後、基板表面の温度を一
定温度上昇させる工程、（ｃ）次に、前記第一原料化合
物とは異なる第二原料化合物を基板上にパルス状にして
供給し、飽和吸着している第一原料化合物あるいはその
分解物からなる分子と反応させて一分子層の化合物薄膜
を形成させる工程、（ｄ）基板の温度を初期の定常温度
まで下降させる工程、（ｅ）前記（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）および（ｄ）の工程を複数回繰り返して、所要の
厚みの化合物薄膜を形成させる工程。
構成によって達成される。すなわち、下記の工程（ａ）
〜（ｅ）を含む化合物薄膜形成方法である。 （ａ）定常温度に加熱した基板上に第一原料化合物をパ
ルス状にして供給し、第一原料化合物あるいはその分解
物を一分子層で基板表面に飽和吸着させる工程、（ｂ）
前記第一原料化合物を供給停止後、基板表面の温度を一
定温度上昇させる工程、（ｃ）次に、前記第一原料化合
物とは異なる第二原料化合物を基板上にパルス状にして
供給し、飽和吸着している第一原料化合物あるいはその
分解物からなる分子と反応させて一分子層の化合物薄膜
を形成させる工程、（ｄ）基板の温度を初期の定常温度
まで下降させる工程、（ｅ）前記（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）および（ｄ）の工程を複数回繰り返して、所要の
厚みの化合物薄膜を形成させる工程。
【００１０】ここで、前記（ｂ）工程の基板表面の温度
を一定温度上昇させる手段として、パルス状の光ビーム
の照射あるいはヒーターによる照射によって行うことが
できる。ヒーターを使用する場合は、基板の表面の近傍
にオンオフ制御可能な電熱ヒーターを配置することもで
きる。
を一定温度上昇させる手段として、パルス状の光ビーム
の照射あるいはヒーターによる照射によって行うことが
できる。ヒーターを使用する場合は、基板の表面の近傍
にオンオフ制御可能な電熱ヒーターを配置することもで
きる。
【００１１】本発明の第一原料化合物としては、例え
ば、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチ
ルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｔ
ＭＩ（トリチメルインジウム）などの第３族原子を含む
原料を用い、第二原料化合物としては、ＡｓＨ3（アル
シン）、ＰＨ3（ホスフィン）等の第５族原子を含む原
料を用いることができる。
ば、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチ
ルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｔ
ＭＩ（トリチメルインジウム）などの第３族原子を含む
原料を用い、第二原料化合物としては、ＡｓＨ3（アル
シン）、ＰＨ3（ホスフィン）等の第５族原子を含む原
料を用いることができる。
【００１２】また、本発明の化合物薄膜形成方法によ
り、第一原料化合物の一分子層の飽和吸着が達成される
定常温度は第一原料化合物により多少の差異はあり、そ
れぞれ次の温度付近である。 ＴＭＧ：約５００℃、 ＴＥＧ：約３５０℃、 ＴＭＡ：約５００℃、ＴＭＩ：約３６０℃
り、第一原料化合物の一分子層の飽和吸着が達成される
定常温度は第一原料化合物により多少の差異はあり、そ
れぞれ次の温度付近である。 ＴＭＧ：約５００℃、 ＴＥＧ：約３５０℃、 ＴＭＡ：約５００℃、ＴＭＩ：約３６０℃
【００１３】また、パルス状光ビームあるいはヒーター
による加熱による基板表面の温度上昇の例示としては約
１００℃〜２００℃の範囲である。この例示に限定され
るものではない。なお、この基板表面の温度上昇は数秒
間内で行うことが望ましい。なぜなら、本発明の方法を
半導体デバイスに適用する場合に、例えばＧａＡｓ基板
上に半導体層を形成する場合、ＧａＡｓ基板表面の温度
上昇期間が長すぎると基板中のＡｓ成分が脱離する場合
があるからである。
による加熱による基板表面の温度上昇の例示としては約
１００℃〜２００℃の範囲である。この例示に限定され
るものではない。なお、この基板表面の温度上昇は数秒
間内で行うことが望ましい。なぜなら、本発明の方法を
半導体デバイスに適用する場合に、例えばＧａＡｓ基板
上に半導体層を形成する場合、ＧａＡｓ基板表面の温度
上昇期間が長すぎると基板中のＡｓ成分が脱離する場合
があるからである。
【００１４】パルス状の光ビームまたはヒーター等によ
る基板の表面の加熱と同時に、または該加熱より少し遅
れて第二原料化合物を供給して基板表面に吸着された第
一原料化合物分子と反応させる。第二原料化合物は前記
定常温度より１００〜２００℃上昇した温度範囲では一
分子層より多くは堆積しないために、第一原料化合物と
第二原料化合物から得られる一分子層薄膜、例えばＧａ
Ａｓ等の第３族−第５族化合物の一分子層薄膜が形成さ
れる。
る基板の表面の加熱と同時に、または該加熱より少し遅
れて第二原料化合物を供給して基板表面に吸着された第
一原料化合物分子と反応させる。第二原料化合物は前記
定常温度より１００〜２００℃上昇した温度範囲では一
分子層より多くは堆積しないために、第一原料化合物と
第二原料化合物から得られる一分子層薄膜、例えばＧａ
Ａｓ等の第３族−第５族化合物の一分子層薄膜が形成さ
れる。
【００１５】本発明で用いられるパルス状の光ビームま
たはヒーターとしては、特に限定はないが、効率良く基
板の表面を加熱できる近赤外線、長波長側の可視光線が
好ましい。本発明の化合物薄膜形成方法は半導体レーザ
の量子井戸活性層の膜厚制御等の半導体デバイスの膜厚
制御に利用できる。また、本発明は結晶性を問題にしな
い材料、例えば、Ｘ線導波路材料に一分子層単位で薄膜
を形成する場合に適用できる。
たはヒーターとしては、特に限定はないが、効率良く基
板の表面を加熱できる近赤外線、長波長側の可視光線が
好ましい。本発明の化合物薄膜形成方法は半導体レーザ
の量子井戸活性層の膜厚制御等の半導体デバイスの膜厚
制御に利用できる。また、本発明は結晶性を問題にしな
い材料、例えば、Ｘ線導波路材料に一分子層単位で薄膜
を形成する場合に適用できる。
【００１６】
【作用】本発明によれば、基板上に一分子層飽和吸着が
起こる定常温度領域で第一原料化合物を基板上に供給す
ると一分子層飽和吸着が形成される。その後、基板表面
の温度を一定温度上昇させ、前記基板の表面の加熱と同
時に、または該加熱より遅れて第二原料化合物を供給し
て基板表面に吸着された第一原料化合物分子と反応させ
ると、第一原料化合物と第二原料化合物との反応は促進
され、また、第一原料化合物に由来する化合物薄膜形成
に不要な分子または反応によって生じる化合物薄膜形成
に不要な分子である炭素化合物等の脱離を促進させるこ
とができる。
起こる定常温度領域で第一原料化合物を基板上に供給す
ると一分子層飽和吸着が形成される。その後、基板表面
の温度を一定温度上昇させ、前記基板の表面の加熱と同
時に、または該加熱より遅れて第二原料化合物を供給し
て基板表面に吸着された第一原料化合物分子と反応させ
ると、第一原料化合物と第二原料化合物との反応は促進
され、また、第一原料化合物に由来する化合物薄膜形成
に不要な分子または反応によって生じる化合物薄膜形成
に不要な分子である炭素化合物等の脱離を促進させるこ
とができる。
【００１７】こうして、化合物薄膜中に取り込まれる炭
素成分濃度を大きく減少させることが可能となる。さら
に、化合物薄膜が結晶の場合は基板表面の前記温度上昇
によって結晶表面の原子の動きを促進させることがで
き、結晶欠陥の生成を減少させることもできる。
素成分濃度を大きく減少させることが可能となる。さら
に、化合物薄膜が結晶の場合は基板表面の前記温度上昇
によって結晶表面の原子の動きを促進させることがで
き、結晶欠陥の生成を減少させることもできる。
【００１８】また、パルス状の光ビームのパルス幅を短
くすることによって、温度上昇が基板表面の極めて浅い
領域のみに制限されるので、光ビームの照射を停止した
後の基板表面の温度は、基板表面から基板内部への熱拡
散によって定常温度まで急速に下降する。その後、再び
第一原料化合物を供給する。このように基板表面の温度
を急上昇および急冷却させ、第一原料化合物の供給時の
温度を一定にして結晶成長等の化合物薄膜形成を繰り返
すことによって、不純物としての炭素濃度および結晶欠
陥が減少した高品質な化合物薄膜が形成される。
くすることによって、温度上昇が基板表面の極めて浅い
領域のみに制限されるので、光ビームの照射を停止した
後の基板表面の温度は、基板表面から基板内部への熱拡
散によって定常温度まで急速に下降する。その後、再び
第一原料化合物を供給する。このように基板表面の温度
を急上昇および急冷却させ、第一原料化合物の供給時の
温度を一定にして結晶成長等の化合物薄膜形成を繰り返
すことによって、不純物としての炭素濃度および結晶欠
陥が減少した高品質な化合物薄膜が形成される。
【００１９】
【実施例】本発明の実施例を図面とともに説明する。本
実施例は図４の装置を用いて、ＧａＡｓの化合物薄膜を
形成する方法である。図４の装置において、キャリアー
ガスとしての水素ガス１、第一原料化合物としてのトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）２、第二原料化合物としての
アルシン（ＡｓＨ3）３はそれぞれガスバルブ４を介し
て反応炉５内に供給され、排気口６を通して排気され
る。反応炉５はＧａＡｓ基板７の表面を光ビーム（本実
施例では波長５００〜２０００ｎｍの近赤外線等を用い
た）８で照射するための平坦で透明な石英ガラスからな
る窓９を備え、かつＧａＡｓ基板７を一分子層形成のた
めの定常温度（約５００℃）に加熱するためのヒーター
１０を設けている。反応炉の窓９の外部には、光ビーム
８の照射時間を制御したパルス状の光ビームとするため
のシャッター１１を備えている。
実施例は図４の装置を用いて、ＧａＡｓの化合物薄膜を
形成する方法である。図４の装置において、キャリアー
ガスとしての水素ガス１、第一原料化合物としてのトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）２、第二原料化合物としての
アルシン（ＡｓＨ3）３はそれぞれガスバルブ４を介し
て反応炉５内に供給され、排気口６を通して排気され
る。反応炉５はＧａＡｓ基板７の表面を光ビーム（本実
施例では波長５００〜２０００ｎｍの近赤外線等を用い
た）８で照射するための平坦で透明な石英ガラスからな
る窓９を備え、かつＧａＡｓ基板７を一分子層形成のた
めの定常温度（約５００℃）に加熱するためのヒーター
１０を設けている。反応炉の窓９の外部には、光ビーム
８の照射時間を制御したパルス状の光ビームとするため
のシャッター１１を備えている。
【００２０】この製造装置において、まず反応炉５内の
ヒーター１０の上にＧａＡｓ基板７を置き、約５００℃
の温度に加熱する。水素ガス１を３リットル／分の流量
で流し、反応炉５内を１００ｍｂａｌの一定圧力に保
つ。一サイクル当たり２×１０-7モルのＴＭＧ２を反応
炉５内に供給する。ＴＭＧ２の供給後、反応炉５内の基
板７に吸着されないＴＭＧ２を水素気流で取り去るため
のパージ時間（１秒）をおく。次いで、シャッター１１
の開閉制御によりＧａＡｓ基板７表面をパルス状の光ビ
ーム８で照射して、基板７の表面温度を約６５０℃に上
昇させる。光ビーム８の照射と同時に、一サイクル当た
り３×１０-5モルのＡｓＨ3３をガスバルブ４でパルス
状にして反応炉内に供給する。ついで、再び過剰なＡｓ
Ｈ3を水素気流で取り去るためのパージ時間（１秒）を
おく。
ヒーター１０の上にＧａＡｓ基板７を置き、約５００℃
の温度に加熱する。水素ガス１を３リットル／分の流量
で流し、反応炉５内を１００ｍｂａｌの一定圧力に保
つ。一サイクル当たり２×１０-7モルのＴＭＧ２を反応
炉５内に供給する。ＴＭＧ２の供給後、反応炉５内の基
板７に吸着されないＴＭＧ２を水素気流で取り去るため
のパージ時間（１秒）をおく。次いで、シャッター１１
の開閉制御によりＧａＡｓ基板７表面をパルス状の光ビ
ーム８で照射して、基板７の表面温度を約６５０℃に上
昇させる。光ビーム８の照射と同時に、一サイクル当た
り３×１０-5モルのＡｓＨ3３をガスバルブ４でパルス
状にして反応炉内に供給する。ついで、再び過剰なＡｓ
Ｈ3を水素気流で取り去るためのパージ時間（１秒）を
おく。
【００２１】このように、ＴＭＧ２とＡｓＨ3を交互に
反応炉５内に供給する。光ビーム８による加熱停止後は
基板表面温度が定常温度まで減少した後で、再びＴＭＧ
２を供給する。このサイクルを繰り返すことでＧａＡｓ
の薄膜を基板７上に製造することができる。なお、この
基板７の加熱温度やＴＭＧ２、ＡｓＨ3３のガスなどの
供給量については適宜に変更することができる。
反応炉５内に供給する。光ビーム８による加熱停止後は
基板表面温度が定常温度まで減少した後で、再びＴＭＧ
２を供給する。このサイクルを繰り返すことでＧａＡｓ
の薄膜を基板７上に製造することができる。なお、この
基板７の加熱温度やＴＭＧ２、ＡｓＨ3３のガスなどの
供給量については適宜に変更することができる。
【００２２】図１は、これらの原料化合物２、３のガス
の供給および光パルスについての時系列を示す。ＴＭＧ
２を１秒間供給し、基板７表面に飽和吸着させる。そし
て、１秒間のＴＭＧ２のパージ時間を置いて光パルス８
を１秒間照射する。この時の基板７の表面温度は、定常
温度（Ｔ0：５００℃）から（Ｔ0＋△Ｔ：５００＋１５
０℃）まで上昇する。このとき基板７表面に飽和吸着さ
れたＴＭＧ２から生成する炭素成分は基板７の表面から
脱離する。
の供給および光パルスについての時系列を示す。ＴＭＧ
２を１秒間供給し、基板７表面に飽和吸着させる。そし
て、１秒間のＴＭＧ２のパージ時間を置いて光パルス８
を１秒間照射する。この時の基板７の表面温度は、定常
温度（Ｔ0：５００℃）から（Ｔ0＋△Ｔ：５００＋１５
０℃）まで上昇する。このとき基板７表面に飽和吸着さ
れたＴＭＧ２から生成する炭素成分は基板７の表面から
脱離する。
【００２３】このことを図５で説明する。化合物薄膜の
発光スペクトルの測定から結晶品質の評価を行った。図
５に示したように、光パルスを照射しないで３５０℃で
作製した薄膜からの発光スペクトルのピークは１．４７
８ｅＶに現れた。これは炭素不純物による発光ピークに
対応しており炭素濃度が高いことを示す。一方、光パル
スを照射して作製した薄膜からの発光スペクトルのピー
クは高エネルギー領域の１．４９７ｅＶに現れた。これ
は炭素不純物濃度の低い純度の良い薄膜からの発光に対
応している。従って、光パルス照射によって薄膜中の炭
素成分濃度が著しく減少したことを示している。
発光スペクトルの測定から結晶品質の評価を行った。図
５に示したように、光パルスを照射しないで３５０℃で
作製した薄膜からの発光スペクトルのピークは１．４７
８ｅＶに現れた。これは炭素不純物による発光ピークに
対応しており炭素濃度が高いことを示す。一方、光パル
スを照射して作製した薄膜からの発光スペクトルのピー
クは高エネルギー領域の１．４９７ｅＶに現れた。これ
は炭素不純物濃度の低い純度の良い薄膜からの発光に対
応している。従って、光パルス照射によって薄膜中の炭
素成分濃度が著しく減少したことを示している。
【００２４】光ビーム８の照射開始と同時にＡｓＨ3３
を２秒間供給する。次いで、１秒間のＡｓＨ3ガスのパ
ージ時間を置き、この間に基板７表面の温度を定常温度
（Ｔ0：５００℃）まで下降させる。この様にして一サ
イクルのＧａＡｓの一分子層の結晶成長が終了する。こ
の操作をｎ回繰り返すことによってｎ層のＧａＡｓ層を
形成させる。
を２秒間供給する。次いで、１秒間のＡｓＨ3ガスのパ
ージ時間を置き、この間に基板７表面の温度を定常温度
（Ｔ0：５００℃）まで下降させる。この様にして一サ
イクルのＧａＡｓの一分子層の結晶成長が終了する。こ
の操作をｎ回繰り返すことによってｎ層のＧａＡｓ層を
形成させる。
【００２５】また、Ａｓ成分が供給される前にＴＭＧ２
により形成される膜から不要成分を脱離させるためには
光ビーム８の照射開始より遅れてＡｓＨ３を供給する方
法も採用できる。図２には光ビーム８の照射開始タイミ
ングより少し遅れてＡｓＨ３３を供給する場合の例を示
し、図３には光ビーム８の照射後、基板７の表面温度が
定常温度に戻ってから、ＡｓＨ３３を供給する例を示
す。なお、その他の条件は図１の場合と同様である。
により形成される膜から不要成分を脱離させるためには
光ビーム８の照射開始より遅れてＡｓＨ３を供給する方
法も採用できる。図２には光ビーム８の照射開始タイミ
ングより少し遅れてＡｓＨ３３を供給する場合の例を示
し、図３には光ビーム８の照射後、基板７の表面温度が
定常温度に戻ってから、ＡｓＨ３３を供給する例を示
す。なお、その他の条件は図１の場合と同様である。
【００２６】この様に、光ビームの照射によって基板７
表面の温度が上昇しても、ＴＭＧ２の供給時はＧａＡｓ
基板７温度を定常温度（Ｔ0：約５００℃）に保つこと
によって一分子層飽和吸着の条件を維持し、単原子層制
御結晶成長が可能である。このとき、ＴＭＧ２供給後の
短時間の温度上昇によって結晶の欠陥がなくなり、品質
が向上する。また、発光強度が５０倍程に大きくなる結
果が得られた。このことは、結晶品質が向上したことを
示す。なお、本実施例において基板温度の定常温度を約
５００℃としたが、これは反応装置の大きさ等の影響で
適宜最適温度を選択することができる。
表面の温度が上昇しても、ＴＭＧ２の供給時はＧａＡｓ
基板７温度を定常温度（Ｔ0：約５００℃）に保つこと
によって一分子層飽和吸着の条件を維持し、単原子層制
御結晶成長が可能である。このとき、ＴＭＧ２供給後の
短時間の温度上昇によって結晶の欠陥がなくなり、品質
が向上する。また、発光強度が５０倍程に大きくなる結
果が得られた。このことは、結晶品質が向上したことを
示す。なお、本実施例において基板温度の定常温度を約
５００℃としたが、これは反応装置の大きさ等の影響で
適宜最適温度を選択することができる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明した通り、この発明によって優
れた品質を持ち、一分子層オーダーの膜厚制御性を有す
る化合物薄膜の形成が可能になり、さらに次のような効
果がある。 （１）膜厚の制御が一分子層単位で精密にできる。 （２）化合物薄膜が結晶の場合は、その品質が大きく改
善され、例えば量子井戸活性層の膜厚制御が容易にな
り、高性能の半導体レーザ等の半導体デバイスの作製が
容易になる。 （３）本発明によるＡＬＥ方法は前記半導体素子製造ま
たはＸ線導波路材料製造等への適用が可能である。
れた品質を持ち、一分子層オーダーの膜厚制御性を有す
る化合物薄膜の形成が可能になり、さらに次のような効
果がある。 （１）膜厚の制御が一分子層単位で精密にできる。 （２）化合物薄膜が結晶の場合は、その品質が大きく改
善され、例えば量子井戸活性層の膜厚制御が容易にな
り、高性能の半導体レーザ等の半導体デバイスの作製が
容易になる。 （３）本発明によるＡＬＥ方法は前記半導体素子製造ま
たはＸ線導波路材料製造等への適用が可能である。
【図１】 本発明の一実施例の原料ガス供給、光パル
ス、および基板温度を時系列で示した概念図である。
ス、および基板温度を時系列で示した概念図である。
【図２】 本発明の一実施例の原料ガス供給、光パル
ス、および基板温度を時系列で示した概念図である。
ス、および基板温度を時系列で示した概念図である。
【図３】 本発明の一実施例の原料ガス供給、光パル
ス、および基板温度を時系列で示した概念図である。
ス、および基板温度を時系列で示した概念図である。
【図４】 この発明の方法に用いる製造装置の一例を示
した構成図である。
した構成図である。
【図５】 光パルス照射割合に対する発光スペクトルピ
ーク位置を示した図である。
ーク位置を示した図である。
１…キャリヤーガス（水素ガス）、２…第一原料化合物
（トリメチルガリウム）、３…第二原料化合物（アルシ
ン）、４…ガスバルブ、５…反応炉、６…排気口、７…
ＧａＡｓ基板、８…光ビーム、９…窓、１０…ヒータ
ー、１１…シャッター
（トリメチルガリウム）、３…第二原料化合物（アルシ
ン）、４…ガスバルブ、５…反応炉、６…排気口、７…
ＧａＡｓ基板、８…光ビーム、９…窓、１０…ヒータ
ー、１１…シャッター
Claims (6)
- 【請求項１】 下記の工程を含むことを特徴とする化合
物薄膜形成方法。 （ａ）定常温度に加熱した基板上に第一原料化合物をパ
ルス状にして供給し、第一原料化合物あるいはその分解
物を一分子層で基板表面に飽和吸着させる工程、（ｂ）
前記第一原料化合物を供給停止後、基板表面の温度を一
定温度上昇させる工程、（ｃ）次に、前記第一原料化合
物とは異なる第二原料化合物を基板上にパルス状にして
供給し、飽和吸着している第一原料化合物あるいはその
分解物からなる分子と反応させて一分子層の化合物薄膜
を形成させる工程、（ｄ）基板の温度を初期の定常温度
まで下降させる工程、（ｅ）前記（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）および（ｄ）の工程を複数回繰り返して、所要の
厚みの化合物薄膜を形成させる工程。 - 【請求項２】 パルス状の光ビームの照射によって前記
（ｂ）工程の基板表面の温度を一定温度上昇させること
を特徴とする請求項１記載の化合物薄膜形成方法。 - 【請求項３】 ヒーターによる照射によって前記（ｂ）
工程の基板表面の温度を一定温度上昇させることを特徴
とする請求項１記載の化合物薄膜形成方法。 - 【請求項４】 第一原料化合物の供給による一分子層飽
和吸着が形成された後で、基板表面の温度上昇によって
化合物薄膜形成に不要な分子の脱離を促進させることを
特徴とする請求項１記載の化合物薄膜形成方法。 - 【請求項５】 基板表面の温度上昇によって第二原子化
合物との反応を促進させ、化合物薄膜形成に不要な分子
の脱離を促進させることを特徴とする請求項１記載の化
合物薄膜形成方法。 - 【請求項６】 基板表面の温度上昇によって基板表面で
の原子の移動を促進させ、化合物薄膜形成時の結晶欠陥
を減少させることを特徴とする請求項１記載の化合物薄
膜形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13254892A JP3182584B2 (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 化合物薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13254892A JP3182584B2 (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 化合物薄膜形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326412A true JPH05326412A (ja) | 1993-12-10 |
| JP3182584B2 JP3182584B2 (ja) | 2001-07-03 |
Family
ID=15083864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13254892A Expired - Fee Related JP3182584B2 (ja) | 1992-05-25 | 1992-05-25 | 化合物薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3182584B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7368014B2 (en) | 2001-08-09 | 2008-05-06 | Micron Technology, Inc. | Variable temperature deposition methods |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1090972B1 (en) | 1999-10-08 | 2005-05-04 | Mitsui Takeda Chemicals, Inc. | Solvent-free two-component curable adhesive composition |
-
1992
- 1992-05-25 JP JP13254892A patent/JP3182584B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7368014B2 (en) | 2001-08-09 | 2008-05-06 | Micron Technology, Inc. | Variable temperature deposition methods |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3182584B2 (ja) | 2001-07-03 |
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