JPS5864131A - 分子ビ−ムによつて物質層を形成する方法 - Google Patents
分子ビ−ムによつて物質層を形成する方法Info
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- JPS5864131A JPS5864131A JP57135812A JP13581282A JPS5864131A JP S5864131 A JPS5864131 A JP S5864131A JP 57135812 A JP57135812 A JP 57135812A JP 13581282 A JP13581282 A JP 13581282A JP S5864131 A JPS5864131 A JP S5864131A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B23/00—Single-crystal growth by condensing evaporated or sublimed materials
- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は一般に分子線エピタキシー（ＭＢＥ）による材
料層の成長、特にＭＢＥ成長中の揮発性金属酸化物の抑
制に関する。
料層の成長、特にＭＢＥ成長中の揮発性金属酸化物の抑
制に関する。
最近の分子線エピタキシー（ＭＢＥ）に対する興味は、
ＭＢＥが大面積にわたって非常に一様な且つ層の厚での
正確に制御さｎた薄いエピタキシャル層の製造を可能に
するという認識から生じている。ＭＢＥ技術によって半
導体材料の薄膜をエピタキシャル成長させる従来の技術
及び装置は公知である。
ＭＢＥが大面積にわたって非常に一様な且つ層の厚での
正確に制御さｎた薄いエピタキシャル層の製造を可能に
するという認識から生じている。ＭＢＥ技術によって半
導体材料の薄膜をエピタキシャル成長させる従来の技術
及び装置は公知である。
米国特許第３６１５９’３１号に、加熱さ：ｎた基板上
に成分元素の１以上の分子ビームを同時に照射する事に
よって薄膜を成長舌せるようなＭＢＥ技術が説明さ扛て
いる。てらにマグネシウムを不純物添加する事によって
ｍ （ａ） −Ｖ （ａ）族のｐ型薄膜を形成するため
のＭＢＥ技術も公知である。例えばそのような技術の１
つが米国特許第３８３９０８４号に記載芒扛ている。し
かし、以下説明するように、そのようなｐ型層のＭＢＥ
成長はＭｇのドーピング効率が低いために制約を受ける
。
に成分元素の１以上の分子ビームを同時に照射する事に
よって薄膜を成長舌せるようなＭＢＥ技術が説明さ扛て
いる。てらにマグネシウムを不純物添加する事によって
ｍ （ａ） −Ｖ （ａ）族のｐ型薄膜を形成するため
のＭＢＥ技術も公知である。例えばそのような技術の１
つが米国特許第３８３９０８４号に記載芒扛ている。し
かし、以下説明するように、そのようなｐ型層のＭＢＥ
成長はＭｇのドーピング効率が低いために制約を受ける
。
ＭＢＥ技術の重要な進歩にもかかわらず１、低い基板温
度及び高い成長速度の両者においてＭＢＥによるＧａＡ
ｓ及びＧａ Ａｔ Ａａ の成長は、１−ｘ
ｘ 特に高い砒素圧力の下で、劣悪な電気的及び光学的特性
の結晶しか生じなかった。こｎらの結果は例えばＲ，Ａ
、５ｔａｌｌ外、Ｅｌｅｃｔｒ’ｏｎ、 Ｌｅｔｔ、
ｅｒ１６ （５）、ｐｐ、１７１〜２、（１９８０）
及びＴ＋Ａ、Ｍｕｒｏｔａｎｉ外、Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＣｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ１旦、ｐｐ、３０
２〜０８、（１９７Ｂ）に報告さ【ている。
度及び高い成長速度の両者においてＭＢＥによるＧａＡ
ｓ及びＧａ Ａｔ Ａａ の成長は、１−ｘ
ｘ 特に高い砒素圧力の下で、劣悪な電気的及び光学的特性
の結晶しか生じなかった。こｎらの結果は例えばＲ，Ａ
、５ｔａｌｌ外、Ｅｌｅｃｔｒ’ｏｎ、 Ｌｅｔｔ、
ｅｒ１６ （５）、ｐｐ、１７１〜２、（１９８０）
及びＴ＋Ａ、Ｍｕｒｏｔａｎｉ外、Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆＣｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ１旦、ｐｐ、３０
２〜０８、（１９７Ｂ）に報告さ【ている。
またＭＢＥ成長は多くのパラメータの束縛を受ける。例
えば良好な品質のＧａＡｓを形成するための最低基板温
度は、Ａ、Ｙ、Ｃｈｏ外、Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、４３ （１２）、ｐ
ｐ、５１１８〜５１２３、（１９７２）に報告芒扛てい
るように約５５０℃でるる。ｘ ＞ ０．１のＱａ
ＡＬ Ａｓの場合、基板は６５０〜７００１−ｘ
、ｘ °Ｃに維持しなけ扛ばならない。またＭＢＥ成長速度は
、約２対１の最良の■−■流束比を用いても、１時間当
り約１ミクロンに制限さｎる。
えば良好な品質のＧａＡｓを形成するための最低基板温
度は、Ａ、Ｙ、Ｃｈｏ外、Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、４３ （１２）、ｐ
ｐ、５１１８〜５１２３、（１９７２）に報告芒扛てい
るように約５５０℃でるる。ｘ ＞ ０．１のＱａ
ＡＬ Ａｓの場合、基板は６５０〜７００１−ｘ
、ｘ °Ｃに維持しなけ扛ばならない。またＭＢＥ成長速度は
、約２対１の最良の■−■流束比を用いても、１時間当
り約１ミクロンに制限さｎる。
ＧａＡｌＡｓ層の製造において、有害な汚染物の量を可
能な限り減少させる事が重要であると認めら扛ている。
能な限り減少させる事が重要であると認めら扛ている。
例えば米国特許第３９７４００２号は、グラファイトの
代りに熱分解窒化ホウ素の噴出セルを用いる事によって
例えばＨ２Ｏ、Ｃ０１０２及び炭化水素等の有害な汚染
物を可能な限り減少させる事を述べている。また比較的
コリメートで扛ていないビームを用いる事によって、有
害な汚染物をゲッタする新鮮な層がビームの一部によっ
て真空容器の内壁に連続的に付着さｎる技術も示でｎて
いる。
代りに熱分解窒化ホウ素の噴出セルを用いる事によって
例えばＨ２Ｏ、Ｃ０１０２及び炭化水素等の有害な汚染
物を可能な限り減少させる事を述べている。また比較的
コリメートで扛ていないビームを用いる事によって、有
害な汚染物をゲッタする新鮮な層がビームの一部によっ
て真空容器の内壁に連続的に付着さｎる技術も示でｎて
いる。
Ｇａ２０ｉｊ有害な汚染物として知ら扛ている。
例えばＶａｐｏｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ Ｇ
ａｌｌｉｕｍ。
ａｌｌｉｕｍ。
５ｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｇａｌｌｉｕｍ ５ｕ
ｂｏｘｉｄｅＶａｐｏｒ、ａｎｄ Ｅｑｕｉｌｉｂｒ
ｉａ ｏｆ ＳｏｍｅＲｅａｃｔｉｏｎｓ ｐｒ
ｏｄｕｃｉｎｇ ＧａｌｌｉｕｍＳｕｂｏｘｉｄｅ Ｖ
ａｐｏｒ ”、 Ｃ，Ｎ、 Ｃｏｃｈｒａｎ 外、Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｅｈｅｍｉｃ
ａｌＳｏｃｉｅｔｙ、１０９、Ａ２、Ｆｅｂ、１９６２
、ｐｐ。
ｂｏｘｉｄｅＶａｐｏｒ、ａｎｄ Ｅｑｕｉｌｉｂｒ
ｉａ ｏｆ ＳｏｍｅＲｅａｃｔｉｏｎｓ ｐｒ
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ａｐｏｒ ”、 Ｃ，Ｎ、 Ｃｏｃｈｒａｎ 外、Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｅｈｅｍｉｃ
ａｌＳｏｃｉｅｔｙ、１０９、Ａ２、Ｆｅｂ、１９６２
、ｐｐ。
１４４〜１４８の論文は、揮発性のＧ ａ ２ Ｑが存
在しガリウムに関与する化学反応においてそｆを考慮す
る必要のめる事を示している。
在しガリウムに関与する化学反応においてそｆを考慮す
る必要のめる事を示している。
以前に言及したようＫ、ＭＢＥ成長における困難の１つ
は、Ａ、 Ｙ、 Ｃｈｏ 外、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓｌ ４５ （１
２）、ｐｐ。
は、Ａ、 Ｙ、 Ｃｈｏ 外、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓｌ ４５ （１
２）、ｐｐ。
５１１８〜５１２３、（１９７２）に説明嘔ｎているよ
うなマグネシウムのドーピング効率の低さである。より
具体的には米国特許第３８３９０８４号に、マグネシウ
ムの付着係数（ドーピング効率）はＭｇドープしたｋｌ
Ｇａ Ａｓ０ｐ型薄ｘ １−ｘ 膜化合物のＭＢＥ成長におけるアルミニウムの量の非線
型の単調増加関数でるると説明きｎている。
うなマグネシウムのドーピング効率の低さである。より
具体的には米国特許第３８３９０８４号に、マグネシウ
ムの付着係数（ドーピング効率）はＭｇドープしたｋｌ
Ｇａ Ａｓ０ｐ型薄ｘ １−ｘ 膜化合物のＭＢＥ成長におけるアルミニウムの量の非線
型の単調増加関数でるると説明きｎている。
上記特許によ牡ばＭｇの付着係数ｔＩｉＡｔビームの強
度（即ちＡｔの到達率）を制御する事によって変化式せ
る事ができる。その結果、成長層中に所定のキャリア濃
度を得るために、層中のＡｔＯ量を増加させる事即ちＡ
４ビームの強度を増加させる事によって、より低いＭｇ
ビーム束を用いる事ができる。
度（即ちＡｔの到達率）を制御する事によって変化式せ
る事ができる。その結果、成長層中に所定のキャリア濃
度を得るために、層中のＡｔＯ量を増加させる事即ちＡ
４ビームの強度を増加させる事によって、より低いＭｇ
ビーム束を用いる事ができる。
ＭＢＥＫよってＧａＡａ 等の材料を成長でせる時、
典型的な関係のめる反応は酸素原子を成長面に不揮発な
形で固定するように作用し、従ってエピタキシャル層が
成長すると共にそのような酸素原子を層中に組み込む。
典型的な関係のめる反応は酸素原子を成長面に不揮発な
形で固定するように作用し、従ってエピタキシャル層が
成長すると共にそのような酸素原子を層中に組み込む。
ＧａＡｓの場合、酸素の主な源はガリウム源である。ガ
リウムは典型的な場合Ｇａ２Ｏ３の形で大量の酸素を含
み、こｆ′ＬＦｉ高温でガリウムと反応してＧａ２Ｑを
形成する。Ｇａ２Ｏの存在は主な汚染物を代衣し、ＭＢ
Ｅ成長に対して重大な束縛を与える。そのような汚染物
は電気的及び光学的特性の劣った結晶を生じさせる。
リウムは典型的な場合Ｇａ２Ｏ３の形で大量の酸素を含
み、こｆ′ＬＦｉ高温でガリウムと反応してＧａ２Ｑを
形成する。Ｇａ２Ｏの存在は主な汚染物を代衣し、ＭＢ
Ｅ成長に対して重大な束縛を与える。そのような汚染物
は電気的及び光学的特性の劣った結晶を生じさせる。
酸化物の蒸気圧が低いアルミニウム又は他の非ドーピン
グ酸素ゲッタリング材料がＧａ源のるつぼに加えらｎる
時、噴出するアルミニウムの相対量は小さく成長層の組
成に対する影響も小でいが、酸素濃度に対する影響は劇
的でるる。その結果生じる反応は不揮発性のＡｔ２０３
を約３２Ｋｃａｌ／ｍｏｔｅだけ有利にする。従ってＧ
ａ２Ｏ束は少なくとも１０００二１だけ減少し、汚染物
として又はＭＢＥ成長に対する重大な制約としてのＧａ
２Ｏは事実上除去芒ｎる。
グ酸素ゲッタリング材料がＧａ源のるつぼに加えらｎる
時、噴出するアルミニウムの相対量は小さく成長層の組
成に対する影響も小でいが、酸素濃度に対する影響は劇
的でるる。その結果生じる反応は不揮発性のＡｔ２０３
を約３２Ｋｃａｌ／ｍｏｔｅだけ有利にする。従ってＧ
ａ２Ｏ束は少なくとも１０００二１だけ減少し、汚染物
として又はＭＢＥ成長に対する重大な制約としてのＧａ
２Ｏは事実上除去芒ｎる。
ｐ型のＧＩＬＡＢ層を形成するためにマグネシウムでＧ
ａＡｓをドーピングする時、ガリウム噴出セルに０．１
％のアルミニウムを含ませる事によってマグネシウムの
ドーピング効率は約１０”からほぼ１ｖｃ改善テ扛る。
ａＡｓをドーピングする時、ガリウム噴出セルに０．１
％のアルミニウムを含ませる事によってマグネシウムの
ドーピング効率は約１０”からほぼ１ｖｃ改善テ扛る。
そのようにアルミニウムを含ませる事は、ＭｇＯの形成
を抑圧する事によってＭｇのドーピング効率を改善し、
また低い基板温度及び高い成長速度でのＭＢＥ成長を可
能にする。
を抑圧する事によってＭｇのドーピング効率を改善し、
また低い基板温度及び高い成長速度でのＭＢＥ成長を可
能にする。
第１図を参照すると、Ｉｎ（ａ）−Ｖ（ａ）族化合物の
エピタキシャル薄膜を成長でせるためのＭＢＥ装置の主
要部品が単純化さｎた形で示さ扛ている。
エピタキシャル薄膜を成長でせるためのＭＢＥ装置の主
要部品が単純化さｎた形で示さ扛ている。
この型のＭＢＥ装置は公知である。例えば米国特許第５
９７４００２号はそのような装置匹ついて詳細に述べて
いる。第１図に示すようなＭＢＥ装置は、中に円筒銃を
有する真空室１０から成る。
９７４００２号はそのような装置匹ついて詳細に述べて
いる。第１図に示すようなＭＢＥ装置は、中に円筒銃を
有する真空室１０から成る。
円筒銃は典型的ＶＣはクヌーセン（Ｋｎｕｄａｅｎ）噴
出セル１８及び２０でメジ、各セル１８及び２０を熱シ
ールド材（図示せず）で包む事によって互いに熱的に絶
縁さ扛ている。噴出キル１８及び２０は、コリメート用
開口１７を有する円筒形の液体９素冷却シユラウド１６
内に配置さ扛る。ＭＢＥ装置は１つ以上の冷却シュラウ
ドを含んでいてもよい。可動シャッタ２６は、特定のビ
ームが基板１４を照射しない事が望’ｉｎ、る所定の時
間に開口１７をブロックする。基板１４は基板ホルダー
１２に取り付けらｎ支持ａｎる。基板１４の温度はそ；
ｒｔに取り付けらｔ′Ｌ、たヒーター（図示せず）によ
って上昇δせる事ができる。
出セル１８及び２０でメジ、各セル１８及び２０を熱シ
ールド材（図示せず）で包む事によって互いに熱的に絶
縁さ扛ている。噴出キル１８及び２０は、コリメート用
開口１７を有する円筒形の液体９素冷却シユラウド１６
内に配置さ扛る。ＭＢＥ装置は１つ以上の冷却シュラウ
ドを含んでいてもよい。可動シャッタ２６は、特定のビ
ームが基板１４を照射しない事が望’ｉｎ、る所定の時
間に開口１７をブロックする。基板１４は基板ホルダー
１２に取り付けらｎ支持ａｎる。基板１４の温度はそ；
ｒｔに取り付けらｔ′Ｌ、たヒーター（図示せず）によ
って上昇δせる事ができる。
典型的な噴出セル（第１．１図）１８又は２０はセル室
５６に含まｎた源物質２２又は２４（第１図）をモニタ
するＬめに挿入さｔた熱電対５４及び熱電対用凹部５２
を有する耐火性のるつぼ５０から構成さ扛る。源物質２
２又は２４はるつぼ５０を取り囲む加熱コイル５８によ
って蒸発フ扛るためにセル室５６内に含まｎている。
５６に含まｎた源物質２２又は２４（第１図）をモニタ
するＬめに挿入さｔた熱電対５４及び熱電対用凹部５２
を有する耐火性のるつぼ５０から構成さ扛る。源物質２
２又は２４はるつぼ５０を取り囲む加熱コイル５８によ
って蒸発フ扛るためにセル室５６内に含まｎている。
第４図を参照すると、本発明の技術思想に従ってＧａＡ
ｓのｐｎ接合が製造される。ＧａＡｓ基板５０はｎ型で
、例えば１００方向を有する。通常の技術を用いて、ｎ
型のＳｔドープしたＧａＡｓ層３２が基板５０上に形成
さｎる。ｐ型のＭｇドープさ扛たＧａＡｓ層３４を成長
させるために、基板３０及びｎ型層３２から成る構造体
は第１図のＭＢＥ装置内の基板ホルダー１４上に置かｎ
る。
ｓのｐｎ接合が製造される。ＧａＡｓ基板５０はｎ型で
、例えば１００方向を有する。通常の技術を用いて、ｎ
型のＳｔドープしたＧａＡｓ層３２が基板５０上に形成
さｎる。ｐ型のＭｇドープさ扛たＧａＡｓ層３４を成長
させるために、基板３０及びｎ型層３２から成る構造体
は第１図のＭＢＥ装置内の基板ホルダー１４上に置かｎ
る。
構造体の成長温度は約１０ トルの真空において約５５
−０°ＣＫ設定δ扛維持δ扛る。
−０°ＣＫ設定δ扛維持δ扛る。
るつぼ５０内に源物質２２を含む噴出セル１８（第１図
）はＧａ源として働く。不発明によ扛は源物質２２（ｒ
ｉＡｌ、よシ具体的には１モルのＧａ当＃）１０ モル
のＡｔを含む。Ｇａ源噴出セル１８は、基板ホルダー１
４の上に置かｎた構造体の成長面に１時間当り約０．７
５ ミクロンの成長速度でＧａＡｓ層を生じるような到
達率を有する分子ビームを発生させるために約１１１０
℃の温度に加熱さｎ維持さｎる。同様にるつぼ内に源物
質２４を含む噴出セル２０はへ８源として働く。本発明
によｎば源物質２４はＡｔ、より具体的ＶＣは１モルの
ＧａＡｇ化合物当シ１０ モルのＡｔを含む。Ａａ源噴
出セル２０は、約１：１というＡｓ２／ Ｇ ａの所望
の流束比を有する分子ビームを発生きせるために約１０
５３℃の温度に加熱さｎ維持さｎる。
）はＧａ源として働く。不発明によ扛は源物質２２（ｒ
ｉＡｌ、よシ具体的には１モルのＧａ当＃）１０ モル
のＡｔを含む。Ｇａ源噴出セル１８は、基板ホルダー１
４の上に置かｎた構造体の成長面に１時間当り約０．７
５ ミクロンの成長速度でＧａＡｓ層を生じるような到
達率を有する分子ビームを発生させるために約１１１０
℃の温度に加熱さｎ維持さｎる。同様にるつぼ内に源物
質２４を含む噴出セル２０はへ８源として働く。本発明
によｎば源物質２４はＡｔ、より具体的ＶＣは１モルの
ＧａＡｇ化合物当シ１０ モルのＡｔを含む。Ａａ源噴
出セル２０は、約１：１というＡｓ２／ Ｇ ａの所望
の流束比を有する分子ビームを発生きせるために約１０
５３℃の温度に加熱さｎ維持さｎる。
るつぼの中ＫＭｇ２５を含む噴出セル２７（第１図）は
Ｍｇ源として働く。このＭｇ源に、１のドーピング効率
を仮定して、約２×１０ 原子／ｃｃのドーピング濃度
レベルを与えるのに充分な分子ビームを発生するために
約２７７℃の温度に加熱でｎ維持てｎる。
Ｍｇ源として働く。このＭｇ源に、１のドーピング効率
を仮定して、約２×１０ 原子／ｃｃのドーピング濃度
レベルを与えるのに充分な分子ビームを発生するために
約２７７℃の温度に加熱でｎ維持てｎる。
ｐ型のＭｇドープしたＧａＡｓ層３４のＭＢＥ成長のた
めに、ホルダー１４に保持でｌｒＬ、た構造体ＶＣ５つ
の分子ビームが集まる事を可能にするように約１８０分
間シャッタ２６及び２９（第１図）が開か扛る。その結
果得らｎたｐ型層３４は約２゜１ミクロンの浮石を有し
、第４図に示したＧａＡａｐｎ接合を完成するようにｎ
型層３２の上に形成さ扛る。
めに、ホルダー１４に保持でｌｒＬ、た構造体ＶＣ５つ
の分子ビームが集まる事を可能にするように約１８０分
間シャッタ２６及び２９（第１図）が開か扛る。その結
果得らｎたｐ型層３４は約２゜１ミクロンの浮石を有し
、第４図に示したＧａＡａｐｎ接合を完成するようにｎ
型層３２の上に形成さ扛る。
本発明に従って形成１’ｔたｐ型ＧａＡｓ層・３４のホ
ール（Ｈａｌｌ）測定は、室温において約１．３×１０
ｃｒｎ の自由キャリア密度及び７２（７ＦＩＶ１ Ｓ のホール移動度を与えた。こ扛らの測定結果及ヒノ
マルスキー（Ｎｏｍａｒｓｋｉ ）顕微法によ扛ば、本
発明の技術に従って成長でｎたｐ型のＭｇドープさ扛た
ＧａＡｓ結晶は優ｎたモルラオロジー並びに良好な電気
的及び光学的特性を有する事が示さｎている。また質量
分析及びホール効果測定の結果は、Ｍｇがほぼ１の効率
でドープテｆ″した事を示している。
ール（Ｈａｌｌ）測定は、室温において約１．３×１０
ｃｒｎ の自由キャリア密度及び７２（７ＦＩＶ１ Ｓ のホール移動度を与えた。こ扛らの測定結果及ヒノ
マルスキー（Ｎｏｍａｒｓｋｉ ）顕微法によ扛ば、本
発明の技術に従って成長でｎたｐ型のＭｇドープさ扛た
ＧａＡｓ結晶は優ｎたモルラオロジー並びに良好な電気
的及び光学的特性を有する事が示さｎている。また質量
分析及びホール効果測定の結果は、Ｍｇがほぼ１の効率
でドープテｆ″した事を示している。
ＧａＡｓ等の物質を第１図に示したＭＢＥ装置を用いて
成長路せる時、関係する典型的な反応２Ａｓ２ （ｖ）
＋３Ｇａ２０（ｖ）←→４ＧａＡｓ（ｃ）十Ｇａ２ｅ３
（ｃ）又は多くの平行する反応が酸素を不揮発性の形で
成長面に固定するように作用し、従ってそ匹をエピタキ
シャル層の成長と共に層中に組み込む。
成長路せる時、関係する典型的な反応２Ａｓ２ （ｖ）
＋３Ｇａ２０（ｖ）←→４ＧａＡｓ（ｃ）十Ｇａ２ｅ３
（ｃ）又は多くの平行する反応が酸素を不揮発性の形で
成長面に固定するように作用し、従ってそ匹をエピタキ
シャル層の成長と共に層中に組み込む。
ＧａＡｓの場合、酸素の主な供給源の１つはガリウム源
でるる。ガリウムは典型的な場合Ｇ ａ２０３の形で多
量の酸素を含み、これは高温でガリウムと反応してＧａ
２Ｑを形成する。Ｇａ２Ｏの存在は主な汚染物を代表し
、ＭＢＥ成長に重大な制約を与える。そのような汚染物
は電気的及び光学的性質の劣った結晶を生じでせる可能
性がめる。
でるる。ガリウムは典型的な場合Ｇ ａ２０３の形で多
量の酸素を含み、これは高温でガリウムと反応してＧａ
２Ｑを形成する。Ｇａ２Ｏの存在は主な汚染物を代表し
、ＭＢＥ成長に重大な制約を与える。そのような汚染物
は電気的及び光学的性質の劣った結晶を生じでせる可能
性がめる。
本発明の一態様によれば、アルミニウム、又は酸素に対
して親和性を持つ他の物質、即ちその酸化物の蒸気圧が
低いような他の非上°−ピング性の酸素ゲッタリング物
質をＧａ源のるつぼ５０に付加する時、噴出するアルミ
ニウムの相対量は低く、成長層の組成には重大な影響を
与えないが、酸素濃度に対する効果は劇的でるる。例え
ば反応４ Ｇ ａ（４＋Ａ １２０３ （ｃ） −２Ｇ
ａ２０（ｖ） ＋Ａｔ２０ （Ｖ）は、３２ Ｋ ｃ
ａｔ／′ｍａｔｅだけ不揮発性のＡｔ２ｏ３を有利にす
る。その結果Ｇａ２Ｏ束が少なくとも１０００：１の割
合で減少し、汚染物として、あるいはＭ１３Ｅ成長に対
する重大な制約としてのＧａ２Ｏは事実上除去される。
して親和性を持つ他の物質、即ちその酸化物の蒸気圧が
低いような他の非上°−ピング性の酸素ゲッタリング物
質をＧａ源のるつぼ５０に付加する時、噴出するアルミ
ニウムの相対量は低く、成長層の組成には重大な影響を
与えないが、酸素濃度に対する効果は劇的でるる。例え
ば反応４ Ｇ ａ（４＋Ａ １２０３ （ｃ） −２Ｇ
ａ２０（ｖ） ＋Ａｔ２０ （Ｖ）は、３２ Ｋ ｃ
ａｔ／′ｍａｔｅだけ不揮発性のＡｔ２ｏ３を有利にす
る。その結果Ｇａ２Ｏ束が少なくとも１０００：１の割
合で減少し、汚染物として、あるいはＭ１３Ｅ成長に対
する重大な制約としてのＧａ２Ｏは事実上除去される。
第６図はＡｔの添加前及び添加後のＧａセルの質量スペ
クトルを示す。２重項６９及び７１はガリウムの２つの
同位体の存在を意味する。Ａｔを付加する前は、Ｇａ２
Ｏの６重項１５４．１５６及び１５８は質量スペクトル
の主要な特徴である。
クトルを示す。２重項６９及び７１はガリウムの２つの
同位体の存在を意味する。Ａｔを付加する前は、Ｇａ２
Ｏの６重項１５４．１５６及び１５８は質量スペクトル
の主要な特徴である。
Ａｌを添加した後は、Ｇａ２Ｏ及びＡｔ２０のピークは
、例え、１； ４０原子質量単位（ａｍｕ）よりも上の
領域の強度スケールを４００倍増やしても識別できない
。またＧａＡｓ層３４中のアルミニウム「汚染物」も殆
んど問題にならない。これはＧａ束の約１０ 以下の流
束においては層３４の特性に対してＡｔは殆んど影響を
与えないからである。
、例え、１； ４０原子質量単位（ａｍｕ）よりも上の
領域の強度スケールを４００倍増やしても識別できない
。またＧａＡｓ層３４中のアルミニウム「汚染物」も殆
んど問題にならない。これはＧａ束の約１０ 以下の流
束においては層３４の特性に対してＡｔは殆んど影響を
与えないからである。
ＭＢＥによって、Ｍｇを用いたＧａＡｓのドーピングを
行なう時、（前述の）Ｍｇの低いドーピング効率という
従来の困難が第２図に示す上りに経験された。本発明の
別の態様によれば、Ｍｇを用いてＧａＡｓにドーピング
を行なってｐ型のＧａＡｓ層を形成する時、次式が適用
される。
行なう時、（前述の）Ｍｇの低いドーピング効率という
従来の困難が第２図に示す上りに経験された。本発明の
別の態様によれば、Ｍｇを用いてＧａＡｓにドーピング
を行なってｐ型のＧａＡｓ層を形成する時、次式が適用
される。
２ＧａＡｓ（ｃ）＋Ｍｇ０（ｃ）←→Ｇ ａ２０ （ｖ
）＋ Ｍｇ （ｖ）＋ Ａ ８２ （ｖ）ガリウム噴出
セルに０．１チのアルミニラムラ含ませる事によって、
約１０ （第２図）から殆んど１へのマグネシウム・ド
ーピング効率の改善が達成でれた。そのようにアルミニ
ウムを添加する事は、ＭｇＯの形成を抑制する事によっ
てＭｇドーピング効率を改善し、よシ低い基板温度及び
よシ高い成長速度でのＭＢＥ成長を可能にする二これま
で分子ビーム・エピタキシー装置における揮発性の金属
酸化物の抑圧について、第４図に示したＧａＡｓ ｐ
ｎ接合の製造時のｐ型のＭｇドープでれｆｌ Ｇ ａ
Ａ ｓ層の形成に関連した形で説明を行なってきたが、
不発明は一般に他のデバイスの製造にも適用可能でろっ
て、ＭＢＥによる他の■−■族化合物にも適用可能でる
る。嘔らに揮発性金属酸化物の抑圧を、ＭＢＥ装置のた
めの分子ビーム源に関して説明して＠たが、本発明の技
術思想による殆んど汚染物のない分子ビーム源は、広く
使用されている金属薄膜蒸着装置における蒸層物質源と
して用いてもよい。
）＋ Ｍｇ （ｖ）＋ Ａ ８２ （ｖ）ガリウム噴出
セルに０．１チのアルミニラムラ含ませる事によって、
約１０ （第２図）から殆んど１へのマグネシウム・ド
ーピング効率の改善が達成でれた。そのようにアルミニ
ウムを添加する事は、ＭｇＯの形成を抑制する事によっ
てＭｇドーピング効率を改善し、よシ低い基板温度及び
よシ高い成長速度でのＭＢＥ成長を可能にする二これま
で分子ビーム・エピタキシー装置における揮発性の金属
酸化物の抑圧について、第４図に示したＧａＡｓ ｐ
ｎ接合の製造時のｐ型のＭｇドープでれｆｌ Ｇ ａ
Ａ ｓ層の形成に関連した形で説明を行なってきたが、
不発明は一般に他のデバイスの製造にも適用可能でろっ
て、ＭＢＥによる他の■−■族化合物にも適用可能でる
る。嘔らに揮発性金属酸化物の抑圧を、ＭＢＥ装置のた
めの分子ビーム源に関して説明して＠たが、本発明の技
術思想による殆んど汚染物のない分子ビーム源は、広く
使用されている金属薄膜蒸着装置における蒸層物質源と
して用いてもよい。
源元素中に存在する固有の汚染物を抑圧するためにるつ
ぼ中の源元素に加えるものとしてアルミニウムを説明し
てきたが、そのよりな汚染物に関して親和性を有する他
の物質も同様に適している。
ぼ中の源元素に加えるものとしてアルミニウムを説明し
てきたが、そのよりな汚染物に関して親和性を有する他
の物質も同様に適している。
特に、アルミニウム同様に酸化物の蒸気圧が低い非ドー
ピング酸素ゲッタリング物質が適しているかもしれない
。
ピング酸素ゲッタリング物質が適しているかもしれない
。
これまでの説明から、不発明によ°るＭＢＥ装置の金属
酸化物抑圧が、これまで達成不可能でめった利点を有し
ている事が明白である。不明細書で開示した実施例以外
にも多くの変型及び修正が存在する事は当業者にとって
明らかでメジ、従って不発明の範囲は特定の実施例に限
定されるものでＬｒｉない。
酸化物抑圧が、これまで達成不可能でめった利点を有し
ている事が明白である。不明細書で開示した実施例以外
にも多くの変型及び修正が存在する事は当業者にとって
明らかでメジ、従って不発明の範囲は特定の実施例に限
定されるものでＬｒｉない。
第１図はＭＢＥ装置の図、第１．１図はＭＢＥ装・置に
用いられる噴出セルの図、第２図はＧａＡｓにＭｇをド
ーピングする時のドーピング効率を示す図、第３図はＡ
ｔの添加前及び添加後の１１０す図、第４図はＧａＡａ
のｐｎ接合の図である。 １０・・・・真空室、１２・・・・ホルダー、１４・・
・・基板、１６・・・・シュラウド、１８．２０．２７
・・・・噴出セル、２２．２４．２５・・・・源物質、
２６．２９・・・・シャッタ。 出願人 インタゴカショカル・ビジネス・マシーンズ
・コづｆレーション代理人 弁理士 岡 １）
次 生（外１名） ＦＩＧ、３ 第１頁の続き ０発 明 者 シェリー・マクファースン・ウラドール アメリカ合衆国ニューヨーク州 ベッドフォード・ヒルズ・チェ リーストリート３３６番地
用いられる噴出セルの図、第２図はＧａＡｓにＭｇをド
ーピングする時のドーピング効率を示す図、第３図はＡ
ｔの添加前及び添加後の１１０す図、第４図はＧａＡａ
のｐｎ接合の図である。 １０・・・・真空室、１２・・・・ホルダー、１４・・
・・基板、１６・・・・シュラウド、１８．２０．２７
・・・・噴出セル、２２．２４．２５・・・・源物質、
２６．２９・・・・シャッタ。 出願人 インタゴカショカル・ビジネス・マシーンズ
・コづｆレーション代理人 弁理士 岡 １）
次 生（外１名） ＦＩＧ、３ 第１頁の続き ０発 明 者 シェリー・マクファースン・ウラドール アメリカ合衆国ニューヨーク州 ベッドフォード・ヒルズ・チェ リーストリート３３６番地
Claims (2)
- （１） 固有の汚染物を有する原物質を含む分子ビー
ム源において、上記汚染物に関して親和性を有し、加熱
時に上記汚染物と結合して上記源から噴出する分子ビー
ム中の上記汚染物を減少させる性質を有する第２の物質
を上記分子ビーム源に加える事により、汚染物を含まな
い分子ビームによって物質層を形成する方法。 - （２）上記第２の物質が、酸化物の蒸気圧の低い非ドー
ピング性の酸素ゲッタリング物質でめるような特許請求
の範囲第（１）項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/311,091 US4426237A (en) | 1981-10-13 | 1981-10-13 | Volatile metal oxide suppression in molecular beam epitaxy systems |
| US311091 | 1981-10-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5864131A true JPS5864131A (ja) | 1983-04-16 |
| JPH0253097B2 JPH0253097B2 (ja) | 1990-11-15 |
Family
ID=23205365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57135812A Granted JPS5864131A (ja) | 1981-10-13 | 1982-08-05 | 分子ビ−ムによつて物質層を形成する方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4426237A (ja) |
| JP (1) | JPS5864131A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5943873A (ja) * | 1982-09-04 | 1984-03-12 | Konishiroku Photo Ind Co Ltd | 蒸発材料収容器 |
| US4518846A (en) * | 1984-06-11 | 1985-05-21 | International Business Machines Corporation | Heater assembly for molecular beam epitaxy furnace |
| JPS6261315A (ja) * | 1985-09-11 | 1987-03-18 | Sharp Corp | 分子線エピタキシ−装置 |
| US4977103A (en) * | 1989-08-24 | 1990-12-11 | At&T Bell Laboratories | Method of making an article comprising a III/V semiconductor device |
| US5338389A (en) * | 1990-01-19 | 1994-08-16 | Research Development Corporation Of Japan | Method of epitaxially growing compound crystal and doping method therein |
| US5272373A (en) * | 1991-02-14 | 1993-12-21 | International Business Machines Corporation | Internal gettering of oxygen in III-V compound semiconductors |
| US5183767A (en) * | 1991-02-14 | 1993-02-02 | International Business Machines Corporation | Method for internal gettering of oxygen in iii-v compound semiconductors |
| US9416778B2 (en) * | 2011-04-15 | 2016-08-16 | Rutgers, The State University Of New Jersey | Self-gettering differential pump |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3615931A (en) | 1968-12-27 | 1971-10-26 | Bell Telephone Labor Inc | Technique for growth of epitaxial compound semiconductor films |
| US3647389A (en) | 1970-05-11 | 1972-03-07 | Bell Telephone Labor Inc | Method of group iii-v semiconductor crystal growth using getter dried boric oxide encapsulant |
| US3839084A (en) | 1972-11-29 | 1974-10-01 | Bell Telephone Labor Inc | Molecular beam epitaxy method for fabricating magnesium doped thin films of group iii(a)-v(a) compounds |
| US3974002A (en) | 1974-06-10 | 1976-08-10 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | MBE growth: gettering contaminants and fabricating heterostructure junction lasers |
| US4159919A (en) | 1978-01-16 | 1979-07-03 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Molecular beam epitaxy using premixing |
| US4239584A (en) | 1978-09-29 | 1980-12-16 | International Business Machines Corporation | Molecular-beam epitaxy system and method including hydrogen treatment |
-
1981
- 1981-10-13 US US06/311,091 patent/US4426237A/en not_active Expired - Lifetime
-
1982
- 1982-08-05 JP JP57135812A patent/JPS5864131A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0253097B2 (ja) | 1990-11-15 |
| US4426237A (en) | 1984-01-17 |
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