JPH0633228B2 - 分子線エピタキシヤル成長法 - Google Patents
分子線エピタキシヤル成長法Info
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- JPH0633228B2 JPH0633228B2 JP28061285A JP28061285A JPH0633228B2 JP H0633228 B2 JPH0633228 B2 JP H0633228B2 JP 28061285 A JP28061285 A JP 28061285A JP 28061285 A JP28061285 A JP 28061285A JP H0633228 B2 JPH0633228 B2 JP H0633228B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分子線エピタキシャル成長法に関し、特にリ
ン（Ｐ）を含有するＶ族元素化合物とIII族元素とを用
いてIII−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する分子線エピ
タキシャル成長法に関する。
ン（Ｐ）を含有するＶ族元素化合物とIII族元素とを用
いてIII−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する分子線エピ
タキシャル成長法に関する。
分子線エピタキシャル法とは、従来超高真空中で、結晶
のそれぞれの構成元素を別々のるつぼに入れ、加熱蒸発
し基板上に単結晶薄膜を成長させる方法である。この分
子線エピタキシャル法は現在最も薄膜の制御が優れた結
晶成長法として期待されている。
のそれぞれの構成元素を別々のるつぼに入れ、加熱蒸発
し基板上に単結晶薄膜を成長させる方法である。この分
子線エピタキシャル法は現在最も薄膜の制御が優れた結
晶成長法として期待されている。
しかし従来形の分子線エピタキシャル成長法では主に固
体原料を用いている為に、原料が枯渇し、原料補充の為
に、成長室を大気にさらすということが生じる。このこ
とは成長室を超高真空に戻す為に長時間を費すだけでな
く、エピタキシャル膜の品質という点からも問題であ
る。
体原料を用いている為に、原料が枯渇し、原料補充の為
に、成長室を大気にさらすということが生じる。このこ
とは成長室を超高真空に戻す為に長時間を費すだけでな
く、エピタキシャル膜の品質という点からも問題であ
る。
また、従来形の分子線エピタキシャル成長法は例えばGa
AlAs混晶の様なＶ族元素を一種類しか含まない結晶の成
長は良好であるが、例えばInGaAsP混晶の様なＶ族元素
を二種類またはそれ以上含む結晶の成長は困難であっ
た。この原因は、所望の組成比を有する混晶を得る為に
は、二種類またはそれ以上のＶ族の分子線強度比を正確
に制御することが必要である。しかしながらＶ族固体原
料を用いる場合、原料の蒸気圧が高く、分子線強度比の
制御が困難であった。
AlAs混晶の様なＶ族元素を一種類しか含まない結晶の成
長は良好であるが、例えばInGaAsP混晶の様なＶ族元素
を二種類またはそれ以上含む結晶の成長は困難であっ
た。この原因は、所望の組成比を有する混晶を得る為に
は、二種類またはそれ以上のＶ族の分子線強度比を正確
に制御することが必要である。しかしながらＶ族固体原
料を用いる場合、原料の蒸気圧が高く、分子線強度比の
制御が困難であった。
そこで、この様な欠点を補う成長方法として、従来まで
の固体原料にかわって気体原料を用いた分子線エピタキ
シャル成長法が行なわれている。例えば、エー・アール
・キャラワ（A.R.Calawa）により１９８１年のアプライ
ド・フィジックス・レター（Applied Physics letter
s）の第３８巻の７０１頁に発表されており、As系，Ｐ
系の化合物についてはAsH3,PH3を用いて行われている。
の固体原料にかわって気体原料を用いた分子線エピタキ
シャル成長法が行なわれている。例えば、エー・アール
・キャラワ（A.R.Calawa）により１９８１年のアプライ
ド・フィジックス・レター（Applied Physics letter
s）の第３８巻の７０１頁に発表されており、As系，Ｐ
系の化合物についてはAsH3,PH3を用いて行われている。
一般的なAsH3,PH3の導入部の断面図を第２図に示す。As
H3,PH3については超高真空系の導入部にてリークバルブ
６を介して導入しタンタル製外管１１内のタンタルフィ
ラメント１２を用いて加熱する熱分解炉（ガスセル）に
てAs1,As2,As4,P2，等の分子線を形成し成長を行なって
いる。
H3,PH3については超高真空系の導入部にてリークバルブ
６を介して導入しタンタル製外管１１内のタンタルフィ
ラメント１２を用いて加熱する熱分解炉（ガスセル）に
てAs1,As2,As4,P2，等の分子線を形成し成長を行なって
いる。
また、エム・ビー・パニッシュ（M.B.Panish）とエス・
サムスキー（S.Sumski）は第３図に示す様な熱分解炉に
てAsH3,PH3を分解してInGaAsP系混晶の成長を行ない、I
nGaAsP/InPＤＨレーザを試作し、１９８４年発行のジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of
Applied Physics）の第５５巻の３５７１頁に発表して
いる。この熱分解炉は第３図に示すように、アルミナ製
抵抗加熱炉１３中にあるガス導入管５の先端にリークす
る為の穴があり、AsH3またはPH3の圧力を変化させて供
給量を制御している。
サムスキー（S.Sumski）は第３図に示す様な熱分解炉に
てAsH3,PH3を分解してInGaAsP系混晶の成長を行ない、I
nGaAsP/InPＤＨレーザを試作し、１９８４年発行のジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of
Applied Physics）の第５５巻の３５７１頁に発表して
いる。この熱分解炉は第３図に示すように、アルミナ製
抵抗加熱炉１３中にあるガス導入管５の先端にリークす
る為の穴があり、AsH3またはPH3の圧力を変化させて供
給量を制御している。
このようにＶ族原料として気体を用いた分子線エピタキ
シャル成長法は従来の固体原料の分子線エピタキシャル
法と比べてＶ族の分子線強度を制御することが可能で、
Ｖ族元素を２種類以上含む混晶系の成長が可能であるこ
とが知られている。
シャル成長法は従来の固体原料の分子線エピタキシャル
法と比べてＶ族の分子線強度を制御することが可能で、
Ｖ族元素を２種類以上含む混晶系の成長が可能であるこ
とが知られている。
しかしながら、従来のＶ族気体原料を用いた分子線エピ
タキシャル法は急激なガス組成の切り替えが困難である
という欠点を有していた。従来のＶ族気体原料を用いた
分子線エピタキシャル法では、Ｖ族元素の組成変化はリ
ークバルブあるいはガス圧力を変化させて行なうが、超
高真空系内の分子線強度は急激には変化しなかった。こ
れは、熱分解炉の出口付近に特にＰ２，Ｐ４が付着，吸
着，再蒸発するという現象が起っており、急激にPH3流
量を断っても、しばらくＰ２等の分子線が発生している
為であると考えられる。この現象はシャッターを用いて
もシャッター上でＰ４の形で吸着し、また再蒸発を起こ
し、完全に防止することは出来なかった。
タキシャル法は急激なガス組成の切り替えが困難である
という欠点を有していた。従来のＶ族気体原料を用いた
分子線エピタキシャル法では、Ｖ族元素の組成変化はリ
ークバルブあるいはガス圧力を変化させて行なうが、超
高真空系内の分子線強度は急激には変化しなかった。こ
れは、熱分解炉の出口付近に特にＰ２，Ｐ４が付着，吸
着，再蒸発するという現象が起っており、急激にPH3流
量を断っても、しばらくＰ２等の分子線が発生している
為であると考えられる。この現象はシャッターを用いて
もシャッター上でＰ４の形で吸着し、また再蒸発を起こ
し、完全に防止することは出来なかった。
本発明はＶ族気体原料を用いた分子線エピタキシャル成
長法の特徴であるＶ族の分子線強度を正確に制御するこ
とが出来るという特徴を生かし、かつ同法の欠点である
急激なＶ族分子線強度の変化を可能ならしめる分子線エ
ピタキシャル成長法を提供することを目的とする。
長法の特徴であるＶ族の分子線強度を正確に制御するこ
とが出来るという特徴を生かし、かつ同法の欠点である
急激なＶ族分子線強度の変化を可能ならしめる分子線エ
ピタキシャル成長法を提供することを目的とする。
本発明の分子線エピタキシャル成長法は、リン（Ｐ）を
含有するＶ族元素化合物とIII族元素とを用いてIII−Ｖ
族化合物半導体結晶を成長する分子線エピタキシャル成
長法において、Ｐ供給原料ガスとしてジホスフィン（P2
H4）を用い、波長１００nm以上２６０nm以下の励起光源
を用い光分解させたものを用いることを特徴として構成
される。
含有するＶ族元素化合物とIII族元素とを用いてIII−Ｖ
族化合物半導体結晶を成長する分子線エピタキシャル成
長法において、Ｐ供給原料ガスとしてジホスフィン（P2
H4）を用い、波長１００nm以上２６０nm以下の励起光源
を用い光分解させたものを用いることを特徴として構成
される。
ジホスフィンはホスフィンと比べて不安定な物質で室温
で紫外線を照射することにより分解することが知られて
いる。川崎によると、P2H4の光分解反応の吸収波長は２
６０nm以下であり、最大吸収波長は２２０nm以下である
ことが知られている（川崎昌博：応用物理，５３，１９
８５，６０３）。なお光励起プロセス用電源としては、
例えば日経マイクロデバイス，１９８５年春号，６１〜
７８頁に示されているように、現在１００nm以下の波長
のものは入手が困難であるのが実状である。従ってジホ
スフィンをＰ供給原料ガスとして前記波長の光照射を行
なうことにより、熱分解炉を用いないで、Ｐ分子線を安
定的に得ることが出来る。また光照射は超高真空系内の
空間で行なう為に、熱分解炉の場合の様なP2,P4の吸着
現象は起らない。この為に急激なＰ分子線強度の変化が
可能となる。
で紫外線を照射することにより分解することが知られて
いる。川崎によると、P2H4の光分解反応の吸収波長は２
６０nm以下であり、最大吸収波長は２２０nm以下である
ことが知られている（川崎昌博：応用物理，５３，１９
８５，６０３）。なお光励起プロセス用電源としては、
例えば日経マイクロデバイス，１９８５年春号，６１〜
７８頁に示されているように、現在１００nm以下の波長
のものは入手が困難であるのが実状である。従ってジホ
スフィンをＰ供給原料ガスとして前記波長の光照射を行
なうことにより、熱分解炉を用いないで、Ｐ分子線を安
定的に得ることが出来る。また光照射は超高真空系内の
空間で行なう為に、熱分解炉の場合の様なP2,P4の吸着
現象は起らない。この為に急激なＰ分子線強度の変化が
可能となる。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は本発明の一実施例を説明するための分子線
エピタキシャル成長装置の構成図である。以下第１図を
用いてInP基板上にInP/InGaAs超格子構造を作成する場
合について説明する。第１図において、１０-9Torr程度
の超高真空に排気された真空チェンバー１内にInP基板
２を設置しヒーター３にて基板温度を３００℃に設定し
た。III族原料は通常のセル４内で高純度InGaを加熱し
て分子線を得る。Ｖ族元素はAsについてはAsH3を導入管
５ａよりリークバルブ６ａを介して超高真空系内に導入
し通常の熱分解炉７にてヒ素分子線を得た。Ｐについて
はP2H4を導入管５ｂよりリークバルブ６ｂを介して超高
真空系内に導入し、水銀ランプ８を用いて光照射窓９を
通して紫外線をP2H4原料ビームに照射した。
る。第１図は本発明の一実施例を説明するための分子線
エピタキシャル成長装置の構成図である。以下第１図を
用いてInP基板上にInP/InGaAs超格子構造を作成する場
合について説明する。第１図において、１０-9Torr程度
の超高真空に排気された真空チェンバー１内にInP基板
２を設置しヒーター３にて基板温度を３００℃に設定し
た。III族原料は通常のセル４内で高純度InGaを加熱し
て分子線を得る。Ｖ族元素はAsについてはAsH3を導入管
５ａよりリークバルブ６ａを介して超高真空系内に導入
し通常の熱分解炉７にてヒ素分子線を得た。Ｐについて
はP2H4を導入管５ｂよりリークバルブ６ｂを介して超高
真空系内に導入し、水銀ランプ８を用いて光照射窓９を
通して紫外線をP2H4原料ビームに照射した。
InP層の成長に際しては、Ga分子線をシャッター１０に
て遮断し、AsH3原料はリークバルブを閉め、さらにシャ
ッターにて遮断した。InGaAs層成長に際してはP2H4原料
はリークバルブを閉め遮断し光照射を中断した。AsH3の
熱分解炉は７００℃に設定した。
て遮断し、AsH3原料はリークバルブを閉め、さらにシャ
ッターにて遮断した。InGaAs層成長に際してはP2H4原料
はリークバルブを閉め遮断し光照射を中断した。AsH3の
熱分解炉は７００℃に設定した。
この様にして５０Ａ周期のInGaAs/InP超格子構造を２０
層成長させた。その結果良好な鏡面の成長層が得られ
た。
層成長させた。その結果良好な鏡面の成長層が得られ
た。
さらに二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）にて深さ方
向にAs,P原子の濃度を測定した結果界面は非常に良好
で、本発明の特徴であるＰ原子濃度が界面で急峻に変化
していることが確認された。
向にAs,P原子の濃度を測定した結果界面は非常に良好
で、本発明の特徴であるＰ原子濃度が界面で急峻に変化
していることが確認された。
Ｐを含有するＶ族元素化合物とIII族元素とを用いてIII
−Ｖ族化合物半導体結晶の分子線エピタキシャル成長を
行なうにあたり、Ｐ供給原料ガスとしてP2H4（ジホスフ
ィン）を用い波長１００nm以上２６０nm以下の励起光源
を用い超高真空系内の空間で光分解させたものを用いて
いるので、急激にＶ族元素の分子線強度を変化させた際
に熱分解炉を必要としない。従って、リンの吸着，再蒸
発に起因する成長界面でのＰ原子濃度変化が急峻になら
ず広がる現象は存在せず、良好な界面を有する成長結晶
が得られる。
−Ｖ族化合物半導体結晶の分子線エピタキシャル成長を
行なうにあたり、Ｐ供給原料ガスとしてP2H4（ジホスフ
ィン）を用い波長１００nm以上２６０nm以下の励起光源
を用い超高真空系内の空間で光分解させたものを用いて
いるので、急激にＶ族元素の分子線強度を変化させた際
に熱分解炉を必要としない。従って、リンの吸着，再蒸
発に起因する成長界面でのＰ原子濃度変化が急峻になら
ず広がる現象は存在せず、良好な界面を有する成長結晶
が得られる。
第１図は本発明の一実施例を説明するための分子線エピ
タキシャル成長装置の構成図、第２図は従来の分子線エ
ピタキシャル成長装置のAsH3,PH3の導入部の断面図、第
３図はパニシュ（Panish）の用いた熱分解炉の断面図で
ある。 １……真空チェンバー、２……InP基板、３……ヒータ
ー、４……III族原料セル、５ａ，５ｂ……ガス導入
管、６ａ，６ｂ……リークバルブ、７……通常の熱分解
炉、８……水銀ランプ、９……光照射窓、１０……シャ
ッター、１１……タンタル製外管、１２……タンタルフ
ィラメント、１３……アルミナ製抵抗加熱炉。
タキシャル成長装置の構成図、第２図は従来の分子線エ
ピタキシャル成長装置のAsH3,PH3の導入部の断面図、第
３図はパニシュ（Panish）の用いた熱分解炉の断面図で
ある。 １……真空チェンバー、２……InP基板、３……ヒータ
ー、４……III族原料セル、５ａ，５ｂ……ガス導入
管、６ａ，６ｂ……リークバルブ、７……通常の熱分解
炉、８……水銀ランプ、９……光照射窓、１０……シャ
ッター、１１……タンタル製外管、１２……タンタルフ
ィラメント、１３……アルミナ製抵抗加熱炉。
Claims (1)
- 【請求項１】リンを含有するＶ族元素化合物とIII族元
素とを用いてIII−Ｖ族化合物半導体結晶を成長する分
子線エピタキシャル成長法において、リン供給原料ガス
としてジホスフィンを用い、波長１００nm以上２６０nm
以下の励起光源を用い光分解することを特徴とする分子
線エピタキシャル成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28061285A JPH0633228B2 (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 分子線エピタキシヤル成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28061285A JPH0633228B2 (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 分子線エピタキシヤル成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62138390A JPS62138390A (ja) | 1987-06-22 |
| JPH0633228B2 true JPH0633228B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=17627463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28061285A Expired - Lifetime JPH0633228B2 (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | 分子線エピタキシヤル成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0633228B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0813717B2 (ja) * | 1989-01-12 | 1996-02-14 | 日本電気株式会社 | シリコン分子線成長方法 |
| JPH02302394A (ja) * | 1989-05-18 | 1990-12-14 | Ulvac Corp | 成膜装置 |
| JP2842269B2 (ja) * | 1995-01-25 | 1998-12-24 | 日本電気株式会社 | 化合物半導体結晶成長装置 |
-
1985
- 1985-12-12 JP JP28061285A patent/JPH0633228B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62138390A (ja) | 1987-06-22 |
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