JPH0786162A - ヘテロ構造薄膜の成長方法およびその装置 - Google Patents
ヘテロ構造薄膜の成長方法およびその装置Info
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- JPH0786162A JPH0786162A JP22719693A JP22719693A JPH0786162A JP H0786162 A JPH0786162 A JP H0786162A JP 22719693 A JP22719693 A JP 22719693A JP 22719693 A JP22719693 A JP 22719693A JP H0786162 A JPH0786162 A JP H0786162A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ＨＢＴなどの超格子デバイスに不可欠な、極め
て急峻で良品質の界面を有するヘテロ構造薄膜の成長方
法およびその装置を提供する。 【構成】２種の半導体薄膜からなるヘテロ構造薄膜の成
長の際に、一方の薄膜の成長後、基板への薄膜原料の供
給を、所定の時間中断する工程を１回以上含み、この後
に、他方の薄膜原料の供給を行い、ヘテロ構造薄膜の成
長を行う方法。および、基板への薄膜原料の供給を所定
の時間中断する基板シャッタを設けたヘテロ構造薄膜の
成長装置。 【効果】ヘテロ界面での原料の急峻な切換えが可能とな
るため、界面での原料の混在に起因した異常な組成を持
つ薄膜の成長がなく、超格子デバイスに最適な急峻で良
品質のヘテロ構造薄膜を容易に作製することができる。
て急峻で良品質の界面を有するヘテロ構造薄膜の成長方
法およびその装置を提供する。 【構成】２種の半導体薄膜からなるヘテロ構造薄膜の成
長の際に、一方の薄膜の成長後、基板への薄膜原料の供
給を、所定の時間中断する工程を１回以上含み、この後
に、他方の薄膜原料の供給を行い、ヘテロ構造薄膜の成
長を行う方法。および、基板への薄膜原料の供給を所定
の時間中断する基板シャッタを設けたヘテロ構造薄膜の
成長装置。 【効果】ヘテロ界面での原料の急峻な切換えが可能とな
るため、界面での原料の混在に起因した異常な組成を持
つ薄膜の成長がなく、超格子デバイスに最適な急峻で良
品質のヘテロ構造薄膜を容易に作製することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体薄膜の結晶
成長方法およびその装置に係り、特に良品質で急峻なヘ
テロ界面を有する化合物半導体ヘテロ構造薄膜の成長方
法およびそれを実施する装置に関する。
成長方法およびその装置に係り、特に良品質で急峻なヘ
テロ界面を有する化合物半導体ヘテロ構造薄膜の成長方
法およびそれを実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の薄膜原料としてガスを用いた半導
体薄膜成長技術であるガスソ−ス分子線エピタキシ法
（Gas Source Molecular Beam Epitaxy，以下ＧＳＭＢ
Ｅと省略する）としては、例えば特開昭57−30322号公
報または特開昭61−222112号公報等に記載されている化
合物半導体薄膜の形成方法が挙げられる。図９は、ＧＳ
ＭＢＥ装置の構成の一例を示す模式図である。以下、元
素の周期表III−Ｖ族化合物半導体薄膜の成長を例に採
って説明する。薄膜を成長させる基板２４は、真空雰囲
気に保持された成長容器９内に載置され、基板熱源８に
より任意の温度に加熱される。一方、III族の薄膜原料
である固体IIIａ２２、固体IIIｂ２３は、一般に用いら
れている固体ソ−ス分子線セル４、５内に充填して、任
意の温度に加熱、蒸発した後、基板２４上に供給され
る。Ｖ族の薄膜原料となるガス状のＶａ２５、Ｖｂ ２
６は、それぞれのボンベ２０、２１に充填され、バルブ
１ａ、バルブ２ａを介して同一のクラッキングセル３に
導入され、任意の温度に加熱し分解した後、基板２４に
供給される。各々の固体ソ−ス分子線セル４、５および
クラッキングセル３には、シャッタ３ａ、４ａ、５ａ
が、それぞれ具備されている。ところで、例えばIII−
Ｖ族化合物半導体薄膜において、２種以上のＶ族の異な
る半導体薄膜であるIIIａＶａとIIIｂＶｂから構成され
るヘテロ構造薄膜を成長する場合に、そのヘテロ界面に
おいて、基板２４に供給するIII族とＶ族原料の切換え
工程が必要となる。従来のＧＳＭＢＥ装置におけるヘテ
ロ界面における原料の切換えは、以下の工程で行われて
いた。まず、IIIａＶａ薄膜をバルブ１ａ、シャッタ３
ａ、４ａを開け、IIIａ族とＶａ族原料を、同時に基板
２４に供給し、所定時間、通常のＭＢＥ成長を行う。こ
の後、シャッタ４ａを閉じて、IIIａの供給を停止し、I
IIａＶａ薄膜の成長を終了する。この時、蒸気圧が高
く、付着効率が低いＶ族原料であるＶａ族原料は、基板
２４への供給を継続する。ついで、バルブ１ａを閉め、
バルブ２ａを開けて、クラッキングセル３に導入する原
料を、ＶａからＶｂに切換える。この間、Ｖ族原料は、
基板２４への供給を継続している。この後、シャッタ５
ａを開け、IIIｂＶｂ薄膜の成長を開始する。
体薄膜成長技術であるガスソ−ス分子線エピタキシ法
（Gas Source Molecular Beam Epitaxy，以下ＧＳＭＢ
Ｅと省略する）としては、例えば特開昭57−30322号公
報または特開昭61−222112号公報等に記載されている化
合物半導体薄膜の形成方法が挙げられる。図９は、ＧＳ
ＭＢＥ装置の構成の一例を示す模式図である。以下、元
素の周期表III−Ｖ族化合物半導体薄膜の成長を例に採
って説明する。薄膜を成長させる基板２４は、真空雰囲
気に保持された成長容器９内に載置され、基板熱源８に
より任意の温度に加熱される。一方、III族の薄膜原料
である固体IIIａ２２、固体IIIｂ２３は、一般に用いら
れている固体ソ−ス分子線セル４、５内に充填して、任
意の温度に加熱、蒸発した後、基板２４上に供給され
る。Ｖ族の薄膜原料となるガス状のＶａ２５、Ｖｂ ２
６は、それぞれのボンベ２０、２１に充填され、バルブ
１ａ、バルブ２ａを介して同一のクラッキングセル３に
導入され、任意の温度に加熱し分解した後、基板２４に
供給される。各々の固体ソ−ス分子線セル４、５および
クラッキングセル３には、シャッタ３ａ、４ａ、５ａ
が、それぞれ具備されている。ところで、例えばIII−
Ｖ族化合物半導体薄膜において、２種以上のＶ族の異な
る半導体薄膜であるIIIａＶａとIIIｂＶｂから構成され
るヘテロ構造薄膜を成長する場合に、そのヘテロ界面に
おいて、基板２４に供給するIII族とＶ族原料の切換え
工程が必要となる。従来のＧＳＭＢＥ装置におけるヘテ
ロ界面における原料の切換えは、以下の工程で行われて
いた。まず、IIIａＶａ薄膜をバルブ１ａ、シャッタ３
ａ、４ａを開け、IIIａ族とＶａ族原料を、同時に基板
２４に供給し、所定時間、通常のＭＢＥ成長を行う。こ
の後、シャッタ４ａを閉じて、IIIａの供給を停止し、I
IIａＶａ薄膜の成長を終了する。この時、蒸気圧が高
く、付着効率が低いＶ族原料であるＶａ族原料は、基板
２４への供給を継続する。ついで、バルブ１ａを閉め、
バルブ２ａを開けて、クラッキングセル３に導入する原
料を、ＶａからＶｂに切換える。この間、Ｖ族原料は、
基板２４への供給を継続している。この後、シャッタ５
ａを開け、IIIｂＶｂ薄膜の成長を開始する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来は
ヘテロ界面におけるＶ族原料の切換えを、基板に原料を
供給しながら行っていたため、基板上にＶａ原料とＶｂ
原料が一時的に混在することになり、このため形成され
る薄膜のヘテロ界面近傍において、局所的にIII族とＶ
族の組成比が所望の組成比と異なる薄膜、例えばIIIａ
ＶａＶｂ、IIIａＶｂ、IIIａIIIｂＶａＶｂなどのIIIａ
族、Ｖａ族とIIIｂ族、Ｖｂ族等の薄膜原料が混合した
薄膜が形成され、ヘテロ界面の急峻性が低下し、品質が
劣化するという問題が生じる。図１０に、従来法で成長
させたIII−Ｖ族化合物半導体薄膜であるＩｎＧａ−Ａ
ｓとＩｎＰからなるヘテロ構造薄膜を、ＩｎＰのみを塩
酸系エッチャントを用いて選択除去した後、ＩｎＧａＡ
ｓ界面の元素をオ−ジェ電子分光法で測定した結果を示
す。Ｉｎ、Ｇａ、ＡｓのほかにＰの存在を示すオ−ジェ
スペクトルが明瞭に現われており、界面にＰを含む薄膜
が成長していることが推察される。図１１は、上記と同
様の従来法で成長させたＩｎＧａＡｓとＩｎＰからなる
ヘテロ構造薄膜を、２結晶Ｘ線回折法で測定した結果を
示す。ＩｎＰ基板からのＸ線回折スペクトルと比較し、
ＩｎＧａＡｓからのＸ線回折スペクトルは非常に微弱
で、かつ半値幅が非常に広いブロ−ドなスペクトルが得
られている。図１２は、従来法で成長させた量子井戸幅
が２５ÅのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ量子井戸を、液体窒素
温度に冷却して、フォトルミネッセンス法で測定した結
果を示す。得られたフォト ルミネッセンス スペクトル
は、半値幅が広く非常にブロ−ドなスペクトルとなって
いる。以上の結果から、従来技術で成長させたＩｎＧａ
ＡｓとＩｎＰヘテロ構造薄膜は、その界面において結晶
性が悪く、組成も急峻に変化していないことを示してい
る。以上説明したように、ヘテロ界面においてIII族と
Ｖ族の組成比が急峻に変化せず、局所的に所望の組成比
と異なる薄膜が形成された場合は、ヘテロ界面における
歪の発生ならびにエネルギーバンド構造の制御が不可能
となるなどによって、電子デバイス、光デバイスの結晶
欠陥および性能特性に多大の影響を及ぼすことは言うま
でもない。その中でも、特にヘテロバイポ−ラトランジ
スタ（以下ＨＢＴと省略する）においては、電流利得、
動作速度等のデバイス特性を著しく劣化させる一因とな
る。また、上記の説明では、特にＩｎＧａＡｓとＩｎＰ
からなるヘテロ構造薄膜の成長についてのみ触れている
が、同様の問題は、例えばＩｎＧａＰとＧａＡｓ、Ｚｎ
ＳとＺｎＳｅなどの他の材料系のヘテロ構造薄膜の成長
の際においても生じる。
ヘテロ界面におけるＶ族原料の切換えを、基板に原料を
供給しながら行っていたため、基板上にＶａ原料とＶｂ
原料が一時的に混在することになり、このため形成され
る薄膜のヘテロ界面近傍において、局所的にIII族とＶ
族の組成比が所望の組成比と異なる薄膜、例えばIIIａ
ＶａＶｂ、IIIａＶｂ、IIIａIIIｂＶａＶｂなどのIIIａ
族、Ｖａ族とIIIｂ族、Ｖｂ族等の薄膜原料が混合した
薄膜が形成され、ヘテロ界面の急峻性が低下し、品質が
劣化するという問題が生じる。図１０に、従来法で成長
させたIII−Ｖ族化合物半導体薄膜であるＩｎＧａ−Ａ
ｓとＩｎＰからなるヘテロ構造薄膜を、ＩｎＰのみを塩
酸系エッチャントを用いて選択除去した後、ＩｎＧａＡ
ｓ界面の元素をオ−ジェ電子分光法で測定した結果を示
す。Ｉｎ、Ｇａ、ＡｓのほかにＰの存在を示すオ−ジェ
スペクトルが明瞭に現われており、界面にＰを含む薄膜
が成長していることが推察される。図１１は、上記と同
様の従来法で成長させたＩｎＧａＡｓとＩｎＰからなる
ヘテロ構造薄膜を、２結晶Ｘ線回折法で測定した結果を
示す。ＩｎＰ基板からのＸ線回折スペクトルと比較し、
ＩｎＧａＡｓからのＸ線回折スペクトルは非常に微弱
で、かつ半値幅が非常に広いブロ−ドなスペクトルが得
られている。図１２は、従来法で成長させた量子井戸幅
が２５ÅのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ量子井戸を、液体窒素
温度に冷却して、フォトルミネッセンス法で測定した結
果を示す。得られたフォト ルミネッセンス スペクトル
は、半値幅が広く非常にブロ−ドなスペクトルとなって
いる。以上の結果から、従来技術で成長させたＩｎＧａ
ＡｓとＩｎＰヘテロ構造薄膜は、その界面において結晶
性が悪く、組成も急峻に変化していないことを示してい
る。以上説明したように、ヘテロ界面においてIII族と
Ｖ族の組成比が急峻に変化せず、局所的に所望の組成比
と異なる薄膜が形成された場合は、ヘテロ界面における
歪の発生ならびにエネルギーバンド構造の制御が不可能
となるなどによって、電子デバイス、光デバイスの結晶
欠陥および性能特性に多大の影響を及ぼすことは言うま
でもない。その中でも、特にヘテロバイポ−ラトランジ
スタ（以下ＨＢＴと省略する）においては、電流利得、
動作速度等のデバイス特性を著しく劣化させる一因とな
る。また、上記の説明では、特にＩｎＧａＡｓとＩｎＰ
からなるヘテロ構造薄膜の成長についてのみ触れている
が、同様の問題は、例えばＩｎＧａＰとＧａＡｓ、Ｚｎ
ＳとＺｎＳｅなどの他の材料系のヘテロ構造薄膜の成長
の際においても生じる。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消するものであり、特に急峻なヘテロ界面が要
求されるＨＢＴなどの超格子デバイスの成長方法におい
て、極めて急峻で良品質のヘテロ界面を有するヘテロ構
造薄膜の成長方法およびそれを実施する装置を提供する
ことにある。
題点を解消するものであり、特に急峻なヘテロ界面が要
求されるＨＢＴなどの超格子デバイスの成長方法におい
て、極めて急峻で良品質のヘテロ界面を有するヘテロ構
造薄膜の成長方法およびそれを実施する装置を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明のヘテロ構造薄膜の成長方法は、本
発明の成長方法の原理である、例えば図１に示す薄膜成
長の工程を用いるものである。まず、基板へのIIIａ族
原料の供給を停止し、IIIａＶａ薄膜の成長を終了す
る。この時、Ｖａ族原料の供給はｔ1時間継続する。つ
いで、Ｖａ族原料の基板への供給を停止し、基板への一
切の薄膜原料の供給をｔ2時間中断する。ｔ2時間の間、
上記の状態を維持した後、IIIｂＶｂ薄膜原料であるＶ
ｂ族原料またはIIIｂ族原料の一方の原料の供給を、ま
ず再開し、ｔ3時間後、他方の原料の供給を開始する
か、もしくはその両方を同時に供給し、IIIｂＶｂ薄膜
の成長を開始する。なお、上記図１では、Ｖｂ族の原料
の供給をまず再開し、ｔ3時間後に、IIIｂ族の原料の供
給を開始するシ−ケンス図を示している。本発明のヘテ
ロ構造薄膜の成長方法は、真空雰囲気中に保持された基
板上に、所望する薄膜の構成成分、または薄膜の構成成
分を含む原料ガスを、原料供給セルを介して導入し、気
相反応により所望のヘテロ構造薄膜を形成する方法であ
って、元素の周期表のII−ＶI族半導体薄膜またはIII−
Ｖ族半導体薄膜もしくはその両方の半導体薄膜のうちか
ら選択される２種以上の異なる半導体薄膜により構成さ
れるヘテロ構造薄膜の成長方法において、上記基板上
に、第１の半導体薄膜を成長した後、該第１の半導体薄
膜を構成するＶ族元素またはＶI族元素を１分子層以上
堆積させる工程と、上記基板への一切の薄膜の構成成
分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスの導入を、所
定時間中断する工程を少なくとも１回以上含み、その後
に、上記ヘテロ構造薄膜を形成する第２の半導体薄膜の
構成成分、または構成成分を含む原料ガスを上記基板上
に導入し成膜する工程を少なくとも含むヘテロ構造薄膜
の成長方法である。そして、上記の基板への一切の上記
薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガス
の導入を中断する所定時間は、上記基板に堆積したＶ族
元素またはＶI族元素の表面被覆層が１分子層となるに
要する上記基板からの脱離時間とするものである。ま
た、本発明のヘテロ構造薄膜の成長方法において、上記
基板への一切の上記薄膜の構成成分、または構成成分を
含む原料ガスの導入を所定時間中断した後、上記ヘテロ
構造薄膜を形成する第２の半導体薄膜の構成成分である
III族成分またはII族成分、もしくはIII族成分またはII
族成分を含む原料ガスを、上記基板上に所定量導入し、
ついで上記第２の半導体薄膜の構成成分、または構成成
分を含む原料ガスを、上記基板上に導入するヘテロ構造
薄膜の成長方法である。そして、ヘテロ構造薄膜を形成
する第２の半導体薄膜の構成成分であるIII族成分また
はII族成分、もしくはIII族成分またはII族成分を含む
原料ガスの基板上への導入量は、上記III族元素またはI
I族元素が上記基板上に１分子層を形成するに要する量
の整数倍とするヘテロ構造薄膜の成長方法である。ま
た、成長するヘテロ構造薄膜は、ヘテロバイポ−ラトラ
ンジスタにおけるベ−スとエミッタもしくはコレクタと
ベ−スであるヘテロ構造薄膜の成長方法であり、薄膜の
構成成分、または構成成分を含む原料ガスは、II、II
I、IＶ、Ｖ、ＶI族の元素のうちから選ばれる少なくと
も２種以上の元素を含む原料ガスを用いるヘテロ構造薄
膜の成長方法である。さらに、薄膜の構成成分、または
構成成分を含む原料ガスは、アルシンおよびホスフィン
とするヘテロ構造薄膜の成長方法である。また、ヘテロ
構造薄膜を構成する２種以上の異なる半導体薄膜は、Ｉ
ｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＳ
ｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＺｎＳ、Ｚｎ
ＳＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＣｄＳｅのうちから選択される
２つ以上の組合せにより構成されるヘテロ構造薄膜の成
長方法である。そして、本発明のヘテロ構造薄膜の成長
装置は、真空雰囲気に保持された薄膜成長容器内に所定
の基板を配設し、該基板を任意の温度に加熱制御する加
熱手段と、上記基板と対向する位置に、所望する薄膜の
構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスを導入
する各々の原料供給セルを設け、上記原料供給セルに
は、各々のセル専用のシャッタを少なくとも１個以上有
するヘテロ構造薄膜の成長装置において、上記基板と上
記原料供給セルとの間に、上記各セルから上記基板に導
入される薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む
原料ガスの１部もしくは全部を、設定の任意の時間自在
に遮断し得る構造のシャッタを少なくとも１個以上配設
したヘテロ構造薄膜の成長装置とするものである。そし
て、上記のヘテロ構造薄膜の成長装置は、基板と上記原
料供給セルとの間に、上記各セルから上記基板に導入さ
れる薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料
ガスの１部もしくは全部を、設定の任意の時間遮断し得
る構造のシャッタを用い、上述した本発明のヘテロ構造
薄膜の成長方法に基づいて薄膜の成長を行う手段を備え
たヘテロ構造薄膜の成長装置である。
するために、本発明のヘテロ構造薄膜の成長方法は、本
発明の成長方法の原理である、例えば図１に示す薄膜成
長の工程を用いるものである。まず、基板へのIIIａ族
原料の供給を停止し、IIIａＶａ薄膜の成長を終了す
る。この時、Ｖａ族原料の供給はｔ1時間継続する。つ
いで、Ｖａ族原料の基板への供給を停止し、基板への一
切の薄膜原料の供給をｔ2時間中断する。ｔ2時間の間、
上記の状態を維持した後、IIIｂＶｂ薄膜原料であるＶ
ｂ族原料またはIIIｂ族原料の一方の原料の供給を、ま
ず再開し、ｔ3時間後、他方の原料の供給を開始する
か、もしくはその両方を同時に供給し、IIIｂＶｂ薄膜
の成長を開始する。なお、上記図１では、Ｖｂ族の原料
の供給をまず再開し、ｔ3時間後に、IIIｂ族の原料の供
給を開始するシ−ケンス図を示している。本発明のヘテ
ロ構造薄膜の成長方法は、真空雰囲気中に保持された基
板上に、所望する薄膜の構成成分、または薄膜の構成成
分を含む原料ガスを、原料供給セルを介して導入し、気
相反応により所望のヘテロ構造薄膜を形成する方法であ
って、元素の周期表のII−ＶI族半導体薄膜またはIII−
Ｖ族半導体薄膜もしくはその両方の半導体薄膜のうちか
ら選択される２種以上の異なる半導体薄膜により構成さ
れるヘテロ構造薄膜の成長方法において、上記基板上
に、第１の半導体薄膜を成長した後、該第１の半導体薄
膜を構成するＶ族元素またはＶI族元素を１分子層以上
堆積させる工程と、上記基板への一切の薄膜の構成成
分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスの導入を、所
定時間中断する工程を少なくとも１回以上含み、その後
に、上記ヘテロ構造薄膜を形成する第２の半導体薄膜の
構成成分、または構成成分を含む原料ガスを上記基板上
に導入し成膜する工程を少なくとも含むヘテロ構造薄膜
の成長方法である。そして、上記の基板への一切の上記
薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガス
の導入を中断する所定時間は、上記基板に堆積したＶ族
元素またはＶI族元素の表面被覆層が１分子層となるに
要する上記基板からの脱離時間とするものである。ま
た、本発明のヘテロ構造薄膜の成長方法において、上記
基板への一切の上記薄膜の構成成分、または構成成分を
含む原料ガスの導入を所定時間中断した後、上記ヘテロ
構造薄膜を形成する第２の半導体薄膜の構成成分である
III族成分またはII族成分、もしくはIII族成分またはII
族成分を含む原料ガスを、上記基板上に所定量導入し、
ついで上記第２の半導体薄膜の構成成分、または構成成
分を含む原料ガスを、上記基板上に導入するヘテロ構造
薄膜の成長方法である。そして、ヘテロ構造薄膜を形成
する第２の半導体薄膜の構成成分であるIII族成分また
はII族成分、もしくはIII族成分またはII族成分を含む
原料ガスの基板上への導入量は、上記III族元素またはI
I族元素が上記基板上に１分子層を形成するに要する量
の整数倍とするヘテロ構造薄膜の成長方法である。ま
た、成長するヘテロ構造薄膜は、ヘテロバイポ−ラトラ
ンジスタにおけるベ−スとエミッタもしくはコレクタと
ベ−スであるヘテロ構造薄膜の成長方法であり、薄膜の
構成成分、または構成成分を含む原料ガスは、II、II
I、IＶ、Ｖ、ＶI族の元素のうちから選ばれる少なくと
も２種以上の元素を含む原料ガスを用いるヘテロ構造薄
膜の成長方法である。さらに、薄膜の構成成分、または
構成成分を含む原料ガスは、アルシンおよびホスフィン
とするヘテロ構造薄膜の成長方法である。また、ヘテロ
構造薄膜を構成する２種以上の異なる半導体薄膜は、Ｉ
ｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＧａＳ
ｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＺｎＳ、Ｚｎ
ＳＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＣｄＳｅのうちから選択される
２つ以上の組合せにより構成されるヘテロ構造薄膜の成
長方法である。そして、本発明のヘテロ構造薄膜の成長
装置は、真空雰囲気に保持された薄膜成長容器内に所定
の基板を配設し、該基板を任意の温度に加熱制御する加
熱手段と、上記基板と対向する位置に、所望する薄膜の
構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスを導入
する各々の原料供給セルを設け、上記原料供給セルに
は、各々のセル専用のシャッタを少なくとも１個以上有
するヘテロ構造薄膜の成長装置において、上記基板と上
記原料供給セルとの間に、上記各セルから上記基板に導
入される薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む
原料ガスの１部もしくは全部を、設定の任意の時間自在
に遮断し得る構造のシャッタを少なくとも１個以上配設
したヘテロ構造薄膜の成長装置とするものである。そし
て、上記のヘテロ構造薄膜の成長装置は、基板と上記原
料供給セルとの間に、上記各セルから上記基板に導入さ
れる薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料
ガスの１部もしくは全部を、設定の任意の時間遮断し得
る構造のシャッタを用い、上述した本発明のヘテロ構造
薄膜の成長方法に基づいて薄膜の成長を行う手段を備え
たヘテロ構造薄膜の成長装置である。
【０００６】
【作用】IIIａＶａ薄膜の成長終了後、ｔ1時間Ｖａ族原
料の供給を継続することで、基板表面には１分子層以上
のＶａ族元素で完全に覆われる。この後、Ｖａ族原料の
供給を停止し、基板への一切の薄膜原料の供給をｔ2時
間一時中断する。この時、同時にクラッキングセルへ導
入するＶ族原料を、ＶａからＶｂに切換える。またこの
間に、基板表面に過剰に堆積したＶａ族元素の基板表面
からの脱離が進行する。薄膜原料の供給中断時間ｔ
2は、基板表面における過剰のＶａ族元素が脱離し、そ
の被覆率が１(１分子層)となる時間である。これによっ
て、基板表面は１分子層のＶａ族元素で完全に覆われる
ことになる。この後、Ｖｂ族原料またはIIIｂ族原料の
一方の原料の供給をまず再開し、ついでｔ3時間後、他
方の原料の供給を行い、IIIｂＶｂ薄膜の成長を開始す
る。ｔ3時間は、Ｖｂ族原料またはIIIｂ族原料の供給量
が、基板表面に１分子層分、またはその整数倍分のＶｂ
族元素またはIIIｂ族元素の形成に要する量に達する時
間となるように調整する。また、特にｔ3時間を設けず
にIIIｂ、Ｖｂ族原料を同時に供給しても支障は無い。
以上の工程を採ることによって、基板へ供給する薄膜成
分の急峻な切換えが可能となる。さらにＶ族原料の切換
えが、Ｖ族原料を基板に供給しない状態で行われるた
め、ヘテロ界面での薄膜原料の混在に起因する異常な組
成を有する薄膜の成長が抑止される。さらに、供給中断
時間ｔ2および一方の薄膜原料の供給時間ｔ3を、上述し
た手段に従い調整することによって、ヘテロ界面での過
剰なＶ族元素またはIII族元素の堆積が抑制され、極め
て急峻で所望の組成比を有する良品質のヘテロ構造薄膜
を実現することができる。
料の供給を継続することで、基板表面には１分子層以上
のＶａ族元素で完全に覆われる。この後、Ｖａ族原料の
供給を停止し、基板への一切の薄膜原料の供給をｔ2時
間一時中断する。この時、同時にクラッキングセルへ導
入するＶ族原料を、ＶａからＶｂに切換える。またこの
間に、基板表面に過剰に堆積したＶａ族元素の基板表面
からの脱離が進行する。薄膜原料の供給中断時間ｔ
2は、基板表面における過剰のＶａ族元素が脱離し、そ
の被覆率が１(１分子層)となる時間である。これによっ
て、基板表面は１分子層のＶａ族元素で完全に覆われる
ことになる。この後、Ｖｂ族原料またはIIIｂ族原料の
一方の原料の供給をまず再開し、ついでｔ3時間後、他
方の原料の供給を行い、IIIｂＶｂ薄膜の成長を開始す
る。ｔ3時間は、Ｖｂ族原料またはIIIｂ族原料の供給量
が、基板表面に１分子層分、またはその整数倍分のＶｂ
族元素またはIIIｂ族元素の形成に要する量に達する時
間となるように調整する。また、特にｔ3時間を設けず
にIIIｂ、Ｖｂ族原料を同時に供給しても支障は無い。
以上の工程を採ることによって、基板へ供給する薄膜成
分の急峻な切換えが可能となる。さらにＶ族原料の切換
えが、Ｖ族原料を基板に供給しない状態で行われるた
め、ヘテロ界面での薄膜原料の混在に起因する異常な組
成を有する薄膜の成長が抑止される。さらに、供給中断
時間ｔ2および一方の薄膜原料の供給時間ｔ3を、上述し
た手段に従い調整することによって、ヘテロ界面での過
剰なＶ族元素またはIII族元素の堆積が抑制され、極め
て急峻で所望の組成比を有する良品質のヘテロ構造薄膜
を実現することができる。
【０００７】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 〈実施例１〉本実施例においては、ＩｎＰ基板上にＩｎ
ＧａＡｓとＩｎＰにより構成されるヘテロ構造薄膜の成
長方法について説明する。薄膜原料としては、III族原
料として固体Ｉｎ、固体Ｇａを用い、Ｖ族原料としては
アルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）を用いた。
図２に、本実施例におけるヘテロ構造薄膜の成長方法に
基づいた各種の薄膜原料を基板へ供給するシ−ケンスの
一例を示す。図３は、本実施例で使用したＧＳＭＢＥ
（ガスソース分子線エピタキシ）装置の構成を示す模式
図である。なお、図２において従来のＧＳＭＢＥ装置
（図９）と同一の部分は同じ符号で示す。ヘテロ構造薄
膜を成長するＩｎＰ基板６は、真空雰囲気に保持された
成長容器９内に設置される。一方、固体Ｉｎ１０、固体
Ｇａ１１は、固体ソ−ス分子線セル４、５内に充填さ
れ、任意の温度に加熱し蒸発させた後、ＩｎＰ基板６に
供給される。アルシン１２を充填したボンベ１およびホ
スフィン１３を充填したボンベ２は、それぞれバルブ１
ａ、バルブ２ａを介して、同一のクラッキングセル３へ
導入され、任意の温度に加熱し分解した後、Ａｓ2、Ｐ2
の形態でＩｎＰ基板６に供給される。各々の固体ソ−ス
分子線セル４、５およびクラッキングセル３には、シャ
ッタ３ａ、４ａ、５ａが、それぞれ具備されている。図
３に示すＧＳＭＢＥ装置を用いて、図２に示す原料供給
シ−ケンスにより、ＩｎＧａＡｓとＩｎＰのヘテロ構造
薄膜の成長を、以下の手順で行った。まず、ＩｎＧａＡ
ｓ薄膜を、バルブ１ａ、シャッタ３ａ、４ａ、５ａ、お
よび基板シャッタ７を開け、III族とＶ族原料を同時に
供給し、所定の時間、通常のＭＢＥ成長を行った後、シ
ャッタ４ａ、５ａを閉じて、ＩｎＧａＡｓ薄膜の成長を
終了した。その後、ＩｎＧａＡｓ薄膜の表面を砒素（Ａ
ｓ）面で終端させるため、２秒間、バルブ１ａ、シャッ
タ３ａおよび基板シャッタ７は開けた状態を保持し、Ａ
ｓ2のみをＩｎＰ基板６に過剰に供給した。この後、基
板シャッタ７のみを閉じ、一切の薄膜原料のＩｎＰ基板
６への供給を２４秒間中断した。この時、同時にバルブ
１ａを閉じ、バルブ２ａを開ける。この中断時間は、本
実施例では２４秒間としたが、この中断時間内にＩｎＧ
ａＡｓ薄膜の表面を覆う過剰のＡｓの再蒸発を促し、最
終的にＩｎＰ基板６を覆うＡｓの被覆率が１（Ａｓの１
分子層）となるように調整する。さらに、この時ＩｎＰ
基板６の温度を、基板熱源８によって調整し、成長容器
９内に残留する炭素（Ｃ）などの残留不純物のＩｎＰ基
板６への付着が、結晶の品質に十分影響を与えない時間
となるように調整することが望ましい。また中断時間中
は、基板シャッタ７を閉じていることで、成長容器９内
に残留する不純物または薄膜成分などのＩｎＰ基板６へ
の直接入射を防止できる効果がある。さらに、原料供給
の中断と同時に、バルブ１ａからバルブ２ａに切換える
ことで、バルブ１ａからクラッキングセル３の間に残留
しているアルシンまたは砒素水素化物などのガスは、シ
ャッタ３ａが開いているため、効率良く成長容器９内に
排気され、代わりにホスフィンまたは燐水素化物などの
燐（Ｐ）を含むガスで充填される。もちろん、この時基
板シャッタ７を開けた状態でシャッタ３ａのみを閉じた
状態、もしくはその両方を閉じた状態でバルブ１ａから
バルブ２ａに切換えを行っても支障はない。この原料供
給の中断後、基板シャッタ７を再び開けることによっ
て、ＩｎＰ基板６にはＰ2のみが供給されることにな
る。この後、２秒間、ＩｎＰ基板６の表面を燐で覆う目
的でＰ2をＩｎＰ基板６に供給し、この後、シャッタ４
ａを開けＩｎＧａＡｓ薄膜とヘテロ構造を形成するＩｎ
Ｐ薄膜の成長を開始する。Ｐ2の供給時間は、本実施例
では２秒としているが、燐がＩｎＰ基板６上に１分子層
または１分子層の整数倍を形成するのに要するＰ2量の
供給時間となるように調整することが望ましい。
さらに詳細に説明する。 〈実施例１〉本実施例においては、ＩｎＰ基板上にＩｎ
ＧａＡｓとＩｎＰにより構成されるヘテロ構造薄膜の成
長方法について説明する。薄膜原料としては、III族原
料として固体Ｉｎ、固体Ｇａを用い、Ｖ族原料としては
アルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）を用いた。
図２に、本実施例におけるヘテロ構造薄膜の成長方法に
基づいた各種の薄膜原料を基板へ供給するシ−ケンスの
一例を示す。図３は、本実施例で使用したＧＳＭＢＥ
（ガスソース分子線エピタキシ）装置の構成を示す模式
図である。なお、図２において従来のＧＳＭＢＥ装置
（図９）と同一の部分は同じ符号で示す。ヘテロ構造薄
膜を成長するＩｎＰ基板６は、真空雰囲気に保持された
成長容器９内に設置される。一方、固体Ｉｎ１０、固体
Ｇａ１１は、固体ソ−ス分子線セル４、５内に充填さ
れ、任意の温度に加熱し蒸発させた後、ＩｎＰ基板６に
供給される。アルシン１２を充填したボンベ１およびホ
スフィン１３を充填したボンベ２は、それぞれバルブ１
ａ、バルブ２ａを介して、同一のクラッキングセル３へ
導入され、任意の温度に加熱し分解した後、Ａｓ2、Ｐ2
の形態でＩｎＰ基板６に供給される。各々の固体ソ−ス
分子線セル４、５およびクラッキングセル３には、シャ
ッタ３ａ、４ａ、５ａが、それぞれ具備されている。図
３に示すＧＳＭＢＥ装置を用いて、図２に示す原料供給
シ−ケンスにより、ＩｎＧａＡｓとＩｎＰのヘテロ構造
薄膜の成長を、以下の手順で行った。まず、ＩｎＧａＡ
ｓ薄膜を、バルブ１ａ、シャッタ３ａ、４ａ、５ａ、お
よび基板シャッタ７を開け、III族とＶ族原料を同時に
供給し、所定の時間、通常のＭＢＥ成長を行った後、シ
ャッタ４ａ、５ａを閉じて、ＩｎＧａＡｓ薄膜の成長を
終了した。その後、ＩｎＧａＡｓ薄膜の表面を砒素（Ａ
ｓ）面で終端させるため、２秒間、バルブ１ａ、シャッ
タ３ａおよび基板シャッタ７は開けた状態を保持し、Ａ
ｓ2のみをＩｎＰ基板６に過剰に供給した。この後、基
板シャッタ７のみを閉じ、一切の薄膜原料のＩｎＰ基板
６への供給を２４秒間中断した。この時、同時にバルブ
１ａを閉じ、バルブ２ａを開ける。この中断時間は、本
実施例では２４秒間としたが、この中断時間内にＩｎＧ
ａＡｓ薄膜の表面を覆う過剰のＡｓの再蒸発を促し、最
終的にＩｎＰ基板６を覆うＡｓの被覆率が１（Ａｓの１
分子層）となるように調整する。さらに、この時ＩｎＰ
基板６の温度を、基板熱源８によって調整し、成長容器
９内に残留する炭素（Ｃ）などの残留不純物のＩｎＰ基
板６への付着が、結晶の品質に十分影響を与えない時間
となるように調整することが望ましい。また中断時間中
は、基板シャッタ７を閉じていることで、成長容器９内
に残留する不純物または薄膜成分などのＩｎＰ基板６へ
の直接入射を防止できる効果がある。さらに、原料供給
の中断と同時に、バルブ１ａからバルブ２ａに切換える
ことで、バルブ１ａからクラッキングセル３の間に残留
しているアルシンまたは砒素水素化物などのガスは、シ
ャッタ３ａが開いているため、効率良く成長容器９内に
排気され、代わりにホスフィンまたは燐水素化物などの
燐（Ｐ）を含むガスで充填される。もちろん、この時基
板シャッタ７を開けた状態でシャッタ３ａのみを閉じた
状態、もしくはその両方を閉じた状態でバルブ１ａから
バルブ２ａに切換えを行っても支障はない。この原料供
給の中断後、基板シャッタ７を再び開けることによっ
て、ＩｎＰ基板６にはＰ2のみが供給されることにな
る。この後、２秒間、ＩｎＰ基板６の表面を燐で覆う目
的でＰ2をＩｎＰ基板６に供給し、この後、シャッタ４
ａを開けＩｎＧａＡｓ薄膜とヘテロ構造を形成するＩｎ
Ｐ薄膜の成長を開始する。Ｐ2の供給時間は、本実施例
では２秒としているが、燐がＩｎＰ基板６上に１分子層
または１分子層の整数倍を形成するのに要するＰ2量の
供給時間となるように調整することが望ましい。
【０００８】〈実施例２〉図４に、本実施例でヘテロ構
造薄膜の成長を行った原料供給シ−ケンスを示す。ヘテ
ロ界面におけるＩｎＰ基板６への薄膜原料の供給を中断
する工程までは、上記実施例１と同一の工程を採用し
た。この後、シャッタ４ａ、および基板シャッタ７を開
けることで、ＩｎＰ基板６にＩｎとＰ2を同時に供給
し、ＩｎＧａＡｓ薄膜とヘテロ構造を形成するＩｎＰ薄
膜の成長を開始して、実施例１と同様にヘテロ構造薄膜
の成長を行った。
造薄膜の成長を行った原料供給シ−ケンスを示す。ヘテ
ロ界面におけるＩｎＰ基板６への薄膜原料の供給を中断
する工程までは、上記実施例１と同一の工程を採用し
た。この後、シャッタ４ａ、および基板シャッタ７を開
けることで、ＩｎＰ基板６にＩｎとＰ2を同時に供給
し、ＩｎＧａＡｓ薄膜とヘテロ構造を形成するＩｎＰ薄
膜の成長を開始して、実施例１と同様にヘテロ構造薄膜
の成長を行った。
【０００９】〈実施例３〉図５に、本実施例でヘテロ構
造薄膜の成長を行った原料供給シ−ケンスを示す。ヘテ
ロ界面におけるＩｎＰ基板６への薄膜原料の供給を中断
する工程までは、実施例１と同一の工程を採用した。こ
の後、シャッタ３ａを閉じ、シャッタ４ａおよび基板シ
ャッタ７を開け、Ｉｎを１．６秒間、ＩｎＰ基板６に供
給した。このＩｎの供給時間１．６秒は、ＩｎがＩｎＰ
基板６上に、１分子層形成するのに要するＩｎ量の供給
時間である。なお、本実施例では、１分子層分のＩｎ量
の供給時間を採っているが、１分子層の整数倍分のＩｎ
量の供給時間としても差し支えない。この後、シャッタ
３ａを開け、Ｐ2とＩｎを、ＩｎＰ基板６に同時に供給
し、ＩｎＧａＡｓ薄膜とヘテロ構造を形成するＩｎＰ薄
膜の成長を開始して、実施例１と同様にヘテロ構造薄膜
の成長を行った。以上本発明の実施例によれば、ヘテロ
界面においてＡｓ2とＰ2とが完全に分離して供給される
ため、ヘテロ界面には、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡ
ｓＰまたは ＩｎＡｓなどの薄膜が形成されることな
く、所望のＶ族−III族比を持つ急峻なヘテロ構造薄膜
を得ることができた。図６に、実施例１に基づいてＩｎ
Ｐ基板上に成長したＩｎＧａＡｓとＩｎＰからなるヘテ
ロ構造薄膜において、ＩｎＰのみを塩酸系エッチャント
で選択除去し、ＩｎＧａＡｓ界面の元素をオ−ジェ電子
分光法で測定した結果を示す。Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ以外の
元素の存在を示すオ−ジェスペクトルは全く見られず、
従来、問題となっていた燐（Ｐ）を含む異常な組成の薄
膜が存在しないことを示している。また、図７に、同じ
ヘテロ構造薄膜を２結晶Ｘ線回折法で測定した結果を示
す。ＩｎＧａＡｓ薄膜からの回折スペクトルは、ＩｎＰ
基板からのＸ線回折スペクトルと同等の回折強度および
半値幅（２θ）が得られた。図８に、上記実施例に基づ
いて成長した量子井戸幅が２５ÅのＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐ量子井戸を、液体窒素温度に冷却してフォト ルミネ
ッセンス法で測定した結果を示す。得られたフォト ル
ミネッセンス スペクトルは、その半値幅（２θ）が、
従来方法にしたがって成長させた同一構造の量子井戸か
らのフォト ルミネッセンス スペクトルよりも明らかに
低減しており、シャ−プな波形が得られている。以上説
明した本発明のヘテロ構造薄膜の成長方法を用いれば、
結晶性、組成比共に良品質で、急峻な界面を有するヘテ
ロ構造薄膜を容易に実現できることが明白であり、急峻
なヘテロ界面が要求される超格子デバイス、例えばＨＢ
Ｔの作製に極めて有効である。なお、上記本発明のヘテ
ロ構造薄膜の成長方法において、アルシン、ホスフィン
を、同一のクラッキングセルを用いて成長容器内の基板
に供給する方法について説明したが、それぞれ個別にク
ラッキングセルを用いても同様の効果が得られることは
言うまでもない。 また、上記実施例では説明上、特に
ＩｎＧａＡｓとＩｎＰからなるヘテロ構造薄膜について
説明したが、他の材料系、例えばIII−Ｖ族半導体であ
ればＧａＡｓとＩｎＧａＰ、II−Ｖ族半導体であれば
ＺｎＳとＺｎＳｅ等の他の構成のヘテロ構造薄膜の成長
においても、もちろん適用可能であり、本発明と同様の
効果が得られることを確認している。
造薄膜の成長を行った原料供給シ−ケンスを示す。ヘテ
ロ界面におけるＩｎＰ基板６への薄膜原料の供給を中断
する工程までは、実施例１と同一の工程を採用した。こ
の後、シャッタ３ａを閉じ、シャッタ４ａおよび基板シ
ャッタ７を開け、Ｉｎを１．６秒間、ＩｎＰ基板６に供
給した。このＩｎの供給時間１．６秒は、ＩｎがＩｎＰ
基板６上に、１分子層形成するのに要するＩｎ量の供給
時間である。なお、本実施例では、１分子層分のＩｎ量
の供給時間を採っているが、１分子層の整数倍分のＩｎ
量の供給時間としても差し支えない。この後、シャッタ
３ａを開け、Ｐ2とＩｎを、ＩｎＰ基板６に同時に供給
し、ＩｎＧａＡｓ薄膜とヘテロ構造を形成するＩｎＰ薄
膜の成長を開始して、実施例１と同様にヘテロ構造薄膜
の成長を行った。以上本発明の実施例によれば、ヘテロ
界面においてＡｓ2とＰ2とが完全に分離して供給される
ため、ヘテロ界面には、例えばＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡ
ｓＰまたは ＩｎＡｓなどの薄膜が形成されることな
く、所望のＶ族−III族比を持つ急峻なヘテロ構造薄膜
を得ることができた。図６に、実施例１に基づいてＩｎ
Ｐ基板上に成長したＩｎＧａＡｓとＩｎＰからなるヘテ
ロ構造薄膜において、ＩｎＰのみを塩酸系エッチャント
で選択除去し、ＩｎＧａＡｓ界面の元素をオ−ジェ電子
分光法で測定した結果を示す。Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ以外の
元素の存在を示すオ−ジェスペクトルは全く見られず、
従来、問題となっていた燐（Ｐ）を含む異常な組成の薄
膜が存在しないことを示している。また、図７に、同じ
ヘテロ構造薄膜を２結晶Ｘ線回折法で測定した結果を示
す。ＩｎＧａＡｓ薄膜からの回折スペクトルは、ＩｎＰ
基板からのＸ線回折スペクトルと同等の回折強度および
半値幅（２θ）が得られた。図８に、上記実施例に基づ
いて成長した量子井戸幅が２５ÅのＩｎＧａＡｓ／Ｉｎ
Ｐ量子井戸を、液体窒素温度に冷却してフォト ルミネ
ッセンス法で測定した結果を示す。得られたフォト ル
ミネッセンス スペクトルは、その半値幅（２θ）が、
従来方法にしたがって成長させた同一構造の量子井戸か
らのフォト ルミネッセンス スペクトルよりも明らかに
低減しており、シャ−プな波形が得られている。以上説
明した本発明のヘテロ構造薄膜の成長方法を用いれば、
結晶性、組成比共に良品質で、急峻な界面を有するヘテ
ロ構造薄膜を容易に実現できることが明白であり、急峻
なヘテロ界面が要求される超格子デバイス、例えばＨＢ
Ｔの作製に極めて有効である。なお、上記本発明のヘテ
ロ構造薄膜の成長方法において、アルシン、ホスフィン
を、同一のクラッキングセルを用いて成長容器内の基板
に供給する方法について説明したが、それぞれ個別にク
ラッキングセルを用いても同様の効果が得られることは
言うまでもない。 また、上記実施例では説明上、特に
ＩｎＧａＡｓとＩｎＰからなるヘテロ構造薄膜について
説明したが、他の材料系、例えばIII−Ｖ族半導体であ
ればＧａＡｓとＩｎＧａＰ、II−Ｖ族半導体であれば
ＺｎＳとＺｎＳｅ等の他の構成のヘテロ構造薄膜の成長
においても、もちろん適用可能であり、本発明と同様の
効果が得られることを確認している。
【００１０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のヘ
テロ構造薄膜の成長方法によれば、特別な手法、手段を
用いることなく、良品質で、急峻なヘテロ界面を有する
ヘテロ構造薄膜を容易に実現することが可能であり、特
に急峻なヘテロ界面が要求される超格子デバイス、例え
ばＨＢＴ等の高性能デバイスの作製が極めて容易とな
る。
テロ構造薄膜の成長方法によれば、特別な手法、手段を
用いることなく、良品質で、急峻なヘテロ界面を有する
ヘテロ構造薄膜を容易に実現することが可能であり、特
に急峻なヘテロ界面が要求される超格子デバイス、例え
ばＨＢＴ等の高性能デバイスの作製が極めて容易とな
る。
【図１】本発明のヘテロ構造薄膜の成長における原料供
給シ−ケンスの原理図。
給シ−ケンスの原理図。
【図２】本発明の実施例１のヘテロ構造薄膜の成長に用
いた原料供給シ−ケンス図。
いた原料供給シ−ケンス図。
【図３】本発明の実施例１のヘテロ構造薄膜の成長に用
いたＧＳＭＢＥ装置の構成を示す模式図。
いたＧＳＭＢＥ装置の構成を示す模式図。
【図４】本発明の実施例２のヘテロ構造薄膜の成長に用
いた原料供給シ−ケンス図。
いた原料供給シ−ケンス図。
【図５】本発明の実施例３のヘテロ構造薄膜の成長に用
いた原料供給シ−ケンス図。
いた原料供給シ−ケンス図。
【図６】本発明の実施例１で成長したＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＰヘテロ構造薄膜のオ−ジェ電子分析結果を示す図。
ｎＰヘテロ構造薄膜のオ−ジェ電子分析結果を示す図。
【図７】本発明の実施例１で成長したＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＰヘテロ構造薄膜の２結晶Ｘ線回折測定結果を示す
図。
ｎＰヘテロ構造薄膜の２結晶Ｘ線回折測定結果を示す
図。
【図８】本発明の実施例１で成長したＩｎＧａＡｓ／Ｉ
ｎＰ量子井戸構造のヘテロ薄膜の液体窒素温度における
フォト ルミネッセンス測定結果を示す図。
ｎＰ量子井戸構造のヘテロ薄膜の液体窒素温度における
フォト ルミネッセンス測定結果を示す図。
【図９】従来のＧＳＭＢＥ装置の構成を示す模式図。
【図１０】従来方法で成長したＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘ
テロ構造薄膜のオ−ジェ電子分析結果を示す図。
テロ構造薄膜のオ−ジェ電子分析結果を示す図。
【図１１】従来方法で成長したＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘ
テロ構造薄膜の２結晶Ｘ線回折測定結果を示す図。
テロ構造薄膜の２結晶Ｘ線回折測定結果を示す図。
【図１２】従来方法で成長したＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ量
子井戸構造のヘテロ薄膜の液体窒素温度におけるフォト
ルミネッセンス測定結果を示す図。
子井戸構造のヘテロ薄膜の液体窒素温度におけるフォト
ルミネッセンス測定結果を示す図。
１、２、２０、２１…ボンベ １ａ、２ａ…バルブ ３…クラッキングセル ３ａ、４ａ、５ａ…シャッタ ４、５…固体ソ−ス分子線セル ６…ＩｎＰ基板 ７…基板シャッタ ８…基板熱源 ９…成長容器 １０…固体Ｉｎ １１…固体Ｇａ １２…アルシン １３…ホスフィン ２２…固体IIIａ ２３…固体IIIｂ ２４…基板 ２５…Ｖａ族原料 ２６…Ｖｂ族原料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 浩美 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大内 潔 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (10)
- 【請求項１】真空雰囲気中に保持された基板上に、所望
する薄膜の構成成分または薄膜の構成成分を含む原料ガ
スを、原料供給セルを介して導入し、気相反応によって
所望のヘテロ構造薄膜を形成する方法であって、元素の
周期表のII−ＶI族半導体薄膜またはIII−Ｖ族半導体薄
膜もしくはその両方の半導体薄膜のうちから選択される
２種以上の異なる半導体薄膜により構成されるヘテロ構
造薄膜の成長方法において、上記基板上に第１の半導体
薄膜を成長した後、該第１の半導体薄膜を構成するＶ族
元素またはＶI族元素を１分子層以上堆積させる工程
と、上記基板への一切の薄膜の構成成分、または薄膜の
構成成分を含む原料ガスの導入を、所定時間中断する工
程を少なくとも１回以上含み、その後に、上記ヘテロ構
造薄膜を形成する第２の半導体薄膜の構成成分、または
構成成分を含む原料ガスを上記基板上に導入して成膜す
る工程を少なくとも含むことを特徴とするヘテロ構造薄
膜の成長方法。 - 【請求項２】請求項１において、基板への一切の上記薄
膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスの
導入を中断する所定時間は、上記基板に堆積したＶ族元
素またはＶI族元素の表面被覆層が１分子層となるに要
する上記基板からの脱離時間であることを特徴とするヘ
テロ構造薄膜の成長方法。 - 【請求項３】請求項１または請求項２記載のヘテロ構造
薄膜の成長方法において、上記基板への一切の薄膜の構
成成分、または構成成分を含む原料ガスの導入を所定時
間中断した後、上記ヘテロ構造薄膜を形成する第２の半
導体薄膜の構成成分であるIII族成分またはII族成分、
もしくはIII族成分またはII族成分を含む原料ガスを上
記基板上に所定量導入し、ついで上記第２の半導体薄膜
の構成成分、または構成成分を含む原料ガスを、上記基
板上に導入することを特徴とするヘテロ構造薄膜の成長
方法。 - 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
おいて、ヘテロ構造薄膜を形成する第２の半導体薄膜の
構成成分であるIII族成分またはII族成分、もしくはIII
族成分またはII族成分を含む原料ガスの基板上への導入
量は、上記III族元素またはII族元素が上記基板上に１
分子層を形成するに要する量の整数倍とすることを特徴
とするヘテロ構造薄膜の成長方法。 - 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか１項に
おいて、成長するヘテロ構造薄膜は、ヘテロバイポ−ラ
トランジスタにおけるベ−スとエミッタもしくはコレク
タとベ−スであることを特徴とするヘテロ構造薄膜の成
長方法。 - 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれか１項に
おいて、薄膜の構成成分、または構成成分を含む原料ガ
スは、II、III、IＶ、Ｖ、ＶI族の元素のうちから選択
される少なくとも２種以上の元素を含む原料ガスである
ことを特徴とするヘテロ構造薄膜の成長方法。 - 【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれか１項に
おいて、薄膜の構成成分、または構成成分を含む原料ガ
スは、アルシンおよびホスフィンであることを特徴とす
るヘテロ構造薄膜の成長方法。 - 【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれか１項に
おいて、ヘテロ構造薄膜を構成する２種以上の異なる半
導体薄膜は、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＧ
ａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、
ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＣｄＳｅのうちか
ら選択される２種以上の組合せにより構成されることを
特徴とするヘテロ構造薄膜の成長方法。 - 【請求項９】真空雰囲気に保持された薄膜成長容器内に
所定の基板を配設し、該基板を任意の温度に加熱制御す
る加熱手段と、上記基板と対向する位置に、所望する薄
膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスを
導入する各々の原料供給セルを設け、上記原料供給セル
には、各々のセル専用のシャッタを少なくとも１個以上
備えたテロ構造薄膜の成長装置において、上記基板と上
記原料供給セルとの間に、上記各セルから上記基板上に
導入する薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む
原料ガスの１部もしくは全部を、設定の任意の時間自在
に遮断し得る構造のシャッタを少なくとも１個以上配設
したことを特徴とするヘテロ構造薄膜の成長装置。 - 【請求項１０】請求項９において、基板と上記原料供給
セルとの間に、上記各セルから上記基板上に導入する薄
膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスの
１部もしくは全部を、設定の任意の時間遮断し得る構造
のシャッタを用い、請求項１ないし請求項８のいずれか
１項記載のヘテロ構造薄膜の成長方法に基づいて薄膜の
成長を行う手段を備えたことを特徴とするヘテロ構造薄
膜の成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22719693A JPH0786162A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | ヘテロ構造薄膜の成長方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22719693A JPH0786162A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | ヘテロ構造薄膜の成長方法およびその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0786162A true JPH0786162A (ja) | 1995-03-31 |
Family
ID=16857006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22719693A Pending JPH0786162A (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | ヘテロ構造薄膜の成長方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0786162A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261029A (ja) * | 2001-03-02 | 2002-09-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | エピウエハの成長方法及び成長装置 |
| WO2005006421A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2005-01-20 | Nikko Materials Co., Ltd. | エピタキシャル成長方法 |
| CN112233966A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-15 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | InGaAs到InP界面生长的气流切换方法 |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP22719693A patent/JPH0786162A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002261029A (ja) * | 2001-03-02 | 2002-09-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | エピウエハの成長方法及び成長装置 |
| WO2005006421A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2005-01-20 | Nikko Materials Co., Ltd. | エピタキシャル成長方法 |
| JPWO2005006421A1 (ja) * | 2003-07-15 | 2006-08-24 | 日鉱金属株式会社 | エピタキシャル成長方法 |
| EP1646078A4 (en) * | 2003-07-15 | 2009-09-02 | Nippon Mining Co | EPITAXIAL GROWTH PROCESS |
| JP2010278469A (ja) * | 2003-07-15 | 2010-12-09 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | 高電子移動度トランジスタの製造方法 |
| JP4714583B2 (ja) * | 2003-07-15 | 2011-06-29 | Ｊｘ日鉱日石金属株式会社 | エピタキシャル成長方法 |
| US8231728B2 (en) | 2003-07-15 | 2012-07-31 | Nippon Mining & Metals Co., Ltd. | Epitaxial growth process |
| CN112233966A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-15 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | InGaAs到InP界面生长的气流切换方法 |
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