JPH0834180B2 - 化合物半導体薄膜の成長方法 - Google Patents

化合物半導体薄膜の成長方法

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、化合物半導体の分子線エピタキシャル成長
方法に関する。
［発明の概要］ 化合物半導体の分子線エピタキシャル成長において第
１真空室で少なくとも第１分子線と蒸気圧の高い第２分
子線を照射して加熱された半導体基板上に少なくとも第
１分子（原子）と第２分子（原子）からなる化合物半導
体薄膜を成長した後、前記基板の温度を殆ど変化させず
に前記基板を第２真空室に移し少なくとも制御された蒸
気圧で第２分子の蒸気中で熱処理するものである。これ
を交互に繰り返すことや、照射すべき第２分子線の線量
を０または殆ど０にすることも可能である。その結果、
化学量論的組成の制御された化合物半導体薄膜を提供す
る。
［従来の技術］ GaAsやInP,それらの混晶等化合物半導体の分子線エピ
タキシャル（MBE）成長は薄膜や組成制御性に優れFET、
HEMTなどの高速デバイス、レーザダイオード等の光デバ
イスの製造に用いられつつある。例えばIII−Ｖ化合物
半導体では一般的にＶ族分子が蒸気圧が高いためMBE成
長にあたってはＶ族分子線量を過剰にして化学量論的組
成（ストイキオメトリ）からのずれをなくそうとしてい
る。しかし熱平衡状態での結晶成長ではないためストイ
キオメトリの制御は充分とはいいがたい。一方、液層エ
ピタキシャル成長（LPE）においては例えば半導体研究
第23巻39頁もしくは85頁（1985年工業調査会）に記載の
ように蒸気圧制御温度差法によってストイキオメトリの
制御された完全結晶が得られている。しかし超薄膜化例
えば超格子への適用はしにくい問題ももっている。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は上記の従来の化合物半導体の分子線エピタキ
シャル（MBE）成長の問題点であるはストイキオメトリ
からのずれをなくそうとするものである。
［問題点を解決するための手段］ 本発明ではMBE成長にあたり第１真空室と第２真空室
を設けておき、第１真空室でIII族の第１分子線と蒸気
圧の高いＶ族の第２分子線を照射して加熱された半導体
基板上に化合物半導体薄膜を成長した後、前記基板の温
度を殆ど変化させずに前記基板を第２真空室に移し制御
された蒸気圧で第２分子の蒸気中で熱処理する。これを
交互に繰り返すことや、照射すべき第２分子線の線量を
０または殆ど０にすることも可能である。
［作用］ 化合物半導体基板を制御されたＶ族蒸気圧中で熱処理
すると、ストイキオメトリからのずれを制御できること
は上記文献に示されている。これは第１真空室で設けた
エピタキシャル層にも適用され、第２真空室で最適Ｖ族
蒸気圧中で熱処理することによってストイキオメトリか
らのずれを制御できる。
最適Ｖ族蒸気圧PaはGaAsの場合、 Pa＝2.6×106exp（−1.05eV/kTs）Torr GaPの場合、 Pa＝4.67×106exp（−1.01eV/kTs）Torr と実験的に示される。ここでｋはボルツマン定数、Tsは
基板温度である。
熱処理は成長層が充分薄いので短時間で済み従って成
長と熱処理を交互に繰り返せる。また、例えばGaAsの場
合、第１真空室でGaを数原子層以下と薄く堆積し第２真
空室でAs圧下で熱処理すれば、LPE的にGaAs層を数分子
層成長できる。
［実施例］ 第１図には本発明による成長方法を実施するための装
置例の概略図を示す。GaAsを例に述べる。本成長装置は
第１真空室（MBE室）100と第２真空室アニール室）200
の２室に分かれる。MBE室100は通常のMBE装置と同様でG
aセル101とAsセル102からそれぞれGaビーム111とAsビー
ム112をGaAs基板a11に向かって放射しGaAs成長層を所定
の厚みに形成する。その後、アニール室200に基板a11を
移しAs圧下でアニールする。この際基板a11の温度は変
化しないようにアニール室200および基板ホルダー210は
電気炉300で加熱されている。アニール室200にはAs蒸気
圧印加のためにキャピラリ230でつながったAs室220が付
置され、As222が最適蒸気圧Paになるよう電気炉300で加
熱されている。そのため、電気炉300は第２図に示すよ
うに基板温度TsとAs室温度Taの２ゾーンの温度分布をも
ち、基板a11のAs圧Psは Ps＝P Asx（Ts/Ta）0.5,Ps＝Pa となるように温度制御される。P AsはAs室220での蒸気
圧である。
サンプルの作成を効率的に行うために基板ホルダー21
0には基板a11と基板b12の２枚が装着され、交互にMBE室
100とアニール室200で処理される。MBE室100とアニール
室200の間は密閉を保つ必要があるため、基板ホルダー2
10は台座240に固定されその摺動部分はB203等の液体で
シールする。基板ホルダー210の回転はやはりB203等の
シールをもった回転軸によって外部から制御される。必
要に応じアニール室200にも真空引きラインが設けられ
るが、図示はしていない。
アニール室200では最適As蒸気圧でAsが供給されるの
で、MBE室100ではGaビーム111のみの照射でGaAsが成長
できる。その際はGaの堆積は数原子層以下に薄くする。
厚いとアニール室200での熱処理で多結晶が析出した
り、成長層が不均一になりやすい。
［発明の効果］ 蒸気のように本発明によればストイキオメトリ制御さ
れた化合物半導体薄膜がMBE成長によって得られる。そ
の結果、特性や信頼性の優れた高速デバイス、光デバイ
ス、超格子デバイス、それらの集積された集積回路が高
歩留まりで実現される。主にGaAsを例に本発明を述べて
きたが、勿論不純物添加できるとともに、InP,GaP等の
他のIII−Ｖ化合物、AlGaAs,InGaAsP等の混晶III−Ｖ化
合物、ZnSe,ZnS,HgTe等のII−VI化合物などの半導体薄
膜の成長に適用できる。さらにMBEに限らずMOMBE、MOCV
D、光利用エピタキシー等にも同様な思想で応用できる
ものである。
【図面の簡単な説明】
第１図には本発明による成長方法を実施するための装置
の概略図、第２図には第１図を説明するための温度分布
図を示す。 100……第１真空室（MBE室）、101……Gaセル、111……
Gaビーム、102……Asセル、112……Asビーム、200……
第２真空室（アニール室）、210……基板ホルダー、220
……As室、222……固体As、230……キャピラリ、240…
…台座、11,12……基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１真空室で少なくとも第１分子線と蒸気
    圧の高い第２分子線を照射して加熱された半導体基板上
    に少なくとも第１分子（原子）と第２分子（原子）から
    なる化合物半導体薄膜を成長した後、前記基板の温度を
    殆ど変化させずに前記基板を第２真空室に移し少なくと
    も制御された蒸気圧で第２分子の蒸気中で熱処理するこ
    とを特徴とする化合物半導体薄膜の成長方法。
  2. 【請求項２】同一の前記基板に対して前記成長と前記熱
    処理を交互に繰り返すことを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の化合物半導体薄膜の成長方法。
  3. 【請求項３】前記成長において照射すべき第２分子線の
    線量を０または殆ど０にしたことを特徴とする特許請求
    の範囲第１項または第２項記載の化合物半導体薄膜の成
    長方法。
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