JPS6226568B2 - - Google Patents
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- JPS6226568B2 JPS6226568B2 JP54172849A JP17284979A JPS6226568B2 JP S6226568 B2 JPS6226568 B2 JP S6226568B2 JP 54172849 A JP54172849 A JP 54172849A JP 17284979 A JP17284979 A JP 17284979A JP S6226568 B2 JPS6226568 B2 JP S6226568B2
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- JP
- Japan
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- compound semiconductor
- growth
- thin film
- evaporation
- temperature
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/243—Crucibles for source material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
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- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- 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
- C30B29/42—Gallium arsenide
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- 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】
本発明は真空容器内で行なう化合物半導体薄膜
の製造方法即ち分子線エピタキシヤル成長法に関
するものである。
の製造方法即ち分子線エピタキシヤル成長法に関
するものである。
−族あるいは−族化合物半導体はオプ
テイカルデバイスやマイクロ波デバイス用材料と
して利用されているが、デバイスを形成するため
には導膜が必要である。薄膜は気相成長法、液相
成長法あるいは分子線成長法等によつて製造され
るが、分子線成長法と呼ばれる真空容器内で行な
う成長法は非常に薄い膜を形成するのに適してお
り他の方法では製造困難な非常に薄い膜を制御で
きる特徴を有している。しかしながら従来の分子
線成長法においては以下に説明る欠点を持つてい
る。砒化ガリウム（GaAs）を例にとつて説明す
れば、揮発性の高い砒素はガリウム蒸発量の10倍
以上の蒸発量を必要とするが、これは成長表面を
良好な鏡面とするためである。このため、原料砒
素の消費が激しく、原料利用効率が低いばかりで
なく、真空容器内壁の汚染が大きく、また作業の
完全性も悪い欠点があつた。本発明者は、揮発性
の高い元素をもう一つの元素に比べ10倍以上も蒸
発しなければならない理由を検討した結果、次の
様な結論を得た。即ち揮発性の高い元素は必然的
に蒸発温度を低くする必要があり、低温における
蒸発時の分子は多原子合子となる。砒素を例にと
れば殆んどの蒸発分子は通常蒸発温度400℃前後
では４原子分子のAs4という分子形をしている。
しかしながら、成長に寄与する分子はAs2あるい
はAsという形であることが知られている。即ち
As4分子は成長表面でAs2あるいはAsという形に
分解した後成長に寄与する。As4の大半は分解し
ないので大部分が再蒸発し損失となる。従つて成
長面に供給するときにAs2あるいはAsという分子
形になつていれば再蒸発分が少なく原料利用効率
が向上する。砒素元素に限らず高温になる程１分
子中の原子数は少なくなるので、高温で蒸発させ
れば、望む低原子数分子となるが、蒸気圧が非常
に大きくなり蒸発量が極めて増大し、結局原料利
用率は低下する。
テイカルデバイスやマイクロ波デバイス用材料と
して利用されているが、デバイスを形成するため
には導膜が必要である。薄膜は気相成長法、液相
成長法あるいは分子線成長法等によつて製造され
るが、分子線成長法と呼ばれる真空容器内で行な
う成長法は非常に薄い膜を形成するのに適してお
り他の方法では製造困難な非常に薄い膜を制御で
きる特徴を有している。しかしながら従来の分子
線成長法においては以下に説明る欠点を持つてい
る。砒化ガリウム（GaAs）を例にとつて説明す
れば、揮発性の高い砒素はガリウム蒸発量の10倍
以上の蒸発量を必要とするが、これは成長表面を
良好な鏡面とするためである。このため、原料砒
素の消費が激しく、原料利用効率が低いばかりで
なく、真空容器内壁の汚染が大きく、また作業の
完全性も悪い欠点があつた。本発明者は、揮発性
の高い元素をもう一つの元素に比べ10倍以上も蒸
発しなければならない理由を検討した結果、次の
様な結論を得た。即ち揮発性の高い元素は必然的
に蒸発温度を低くする必要があり、低温における
蒸発時の分子は多原子合子となる。砒素を例にと
れば殆んどの蒸発分子は通常蒸発温度400℃前後
では４原子分子のAs4という分子形をしている。
しかしながら、成長に寄与する分子はAs2あるい
はAsという形であることが知られている。即ち
As4分子は成長表面でAs2あるいはAsという形に
分解した後成長に寄与する。As4の大半は分解し
ないので大部分が再蒸発し損失となる。従つて成
長面に供給するときにAs2あるいはAsという分子
形になつていれば再蒸発分が少なく原料利用効率
が向上する。砒素元素に限らず高温になる程１分
子中の原子数は少なくなるので、高温で蒸発させ
れば、望む低原子数分子となるが、蒸気圧が非常
に大きくなり蒸発量が極めて増大し、結局原料利
用率は低下する。
一方、従来のAs4分子からの成長薄膜における
結晶欠陥について評価した所、少ない場合で３〜
５×1014cm-3、多い場合で５×1015cm-3という多
量の深い準位Deep Level）が検出された。この
量は成長温度が高い程低くなる傾向がみられる
が、成長温度が高い程Ag4→As2の解離が促進さ
れるためと考える事ができる。従つてAs4分子線
はAs2分子線に比べ結晶欠陥を作りやすいと考え
られる。
結晶欠陥について評価した所、少ない場合で３〜
５×1014cm-3、多い場合で５×1015cm-3という多
量の深い準位Deep Level）が検出された。この
量は成長温度が高い程低くなる傾向がみられる
が、成長温度が高い程Ag4→As2の解離が促進さ
れるためと考える事ができる。従つてAs4分子線
はAs2分子線に比べ結晶欠陥を作りやすいと考え
られる。
本発明の目的はかかる本発明者の結論にもとず
き従来の欠点を除去し、原料利用率が良くかつ結
晶性の良い結晶を成長させ得る改善された化合物
半導体薄膜の製造方法を提供することにある。
き従来の欠点を除去し、原料利用率が良くかつ結
晶性の良い結晶を成長させ得る改善された化合物
半導体薄膜の製造方法を提供することにある。
本発明によれば、真空容器内で行なう化合物半
導体薄膜の製造方法において、化合物半導体構成
元素のうち揮発性の高い元素を蒸発用ルツボから
蒸発させた後、該蒸発によつて得られる蒸気を前
記ルツボの温度以上に設定されたチヤンバーに導
びき加熱した後成長薄膜表面に到達せしめるよう
にすることを特徴とする化合物半導体薄膜の製造
方法が得られる。
導体薄膜の製造方法において、化合物半導体構成
元素のうち揮発性の高い元素を蒸発用ルツボから
蒸発させた後、該蒸発によつて得られる蒸気を前
記ルツボの温度以上に設定されたチヤンバーに導
びき加熱した後成長薄膜表面に到達せしめるよう
にすることを特徴とする化合物半導体薄膜の製造
方法が得られる。
以下、図面を用いて詳細に説明する。
図は、本発明を説明するための図で砒化ガリウ
ムの分子線成長装置の真空容器内の一部を模式的
に示した図である。原料ガリウムは蒸発ルツボ１
より蒸発し加熱ヒーター２により高温（500〜600
℃）に保たれたGaAs基板３に向う。一方、揮発
性の高い原料砒素は蒸発ルツボ４より蒸発し、そ
の蒸気は加熱チヤンバ５で一担加熱された後基板
３に向かう。通常砒素蒸発温度は400℃前後であ
るが、この程度の低温では砒素蒸気の分子形はす
べてAs4という４原子分子である。この蒸気を加
熱すればAs4→2As2、あるいはAs2→2Asなる分
解反応が進み加熱温度を800〜1000℃以上にする
と殆んどAs2分子とAs分子になる。従つて、加熱
チヤンバー５の温度をこの程度に保持すれば、砒
素蒸気は原料から蒸発する時はAs4蒸気であるが
基板に照射されるときはAs2あるいはAsという分
子形になつている。このように多原子分子をクラ
ツキングして低原子数分子に変換するための加熱
チヤンバー５を設ければ、原料蒸発量を必要最少
限に抑えかつ成長への原料利用率の向上が図れ
る。
ムの分子線成長装置の真空容器内の一部を模式的
に示した図である。原料ガリウムは蒸発ルツボ１
より蒸発し加熱ヒーター２により高温（500〜600
℃）に保たれたGaAs基板３に向う。一方、揮発
性の高い原料砒素は蒸発ルツボ４より蒸発し、そ
の蒸気は加熱チヤンバ５で一担加熱された後基板
３に向かう。通常砒素蒸発温度は400℃前後であ
るが、この程度の低温では砒素蒸気の分子形はす
べてAs4という４原子分子である。この蒸気を加
熱すればAs4→2As2、あるいはAs2→2Asなる分
解反応が進み加熱温度を800〜1000℃以上にする
と殆んどAs2分子とAs分子になる。従つて、加熱
チヤンバー５の温度をこの程度に保持すれば、砒
素蒸気は原料から蒸発する時はAs4蒸気であるが
基板に照射されるときはAs2あるいはAsという分
子形になつている。このように多原子分子をクラ
ツキングして低原子数分子に変換するための加熱
チヤンバー５を設ければ、原料蒸発量を必要最少
限に抑えかつ成長への原料利用率の向上が図れ
る。
次にGaAsの成長の一実施例について述べる。
図において、基板３に（100）面を有する高抵
抗GaAsを用い加熱ヒーターで530℃に保つ。原料
ガリウムは蒸発ルツボ１に入れ1050℃に加熱する
原料砒素は蒸発ルツボ４に入れ300℃に加熱す
る。加熱チヤンバー５は1030℃に加熱する。この
様な状態で真空容器内器真空度が２×10-8torr以
下になるのを待つてシヤツター６を移動し砒素蒸
気を基板に照射する。この状態で約10分間放置し
た後シヤツター７を移動しガリウム蒸気を基板に
照射しGaAs膜の成長を開始する。２時間成長
後、シヤツター７を閉じ基板を冷却し、成長膜を
測定した所、厚さ1.8ミクロンで成長表面は極め
て良好な鏡面を呈していた。すなわち、この実験
ではAs／Ga比が従来の10〜20に比べ５〜７と小
さく、原料利用率が高く、かつ非常に良好な膜を
得られることが判つた。
抗GaAsを用い加熱ヒーターで530℃に保つ。原料
ガリウムは蒸発ルツボ１に入れ1050℃に加熱する
原料砒素は蒸発ルツボ４に入れ300℃に加熱す
る。加熱チヤンバー５は1030℃に加熱する。この
様な状態で真空容器内器真空度が２×10-8torr以
下になるのを待つてシヤツター６を移動し砒素蒸
気を基板に照射する。この状態で約10分間放置し
た後シヤツター７を移動しガリウム蒸気を基板に
照射しGaAs膜の成長を開始する。２時間成長
後、シヤツター７を閉じ基板を冷却し、成長膜を
測定した所、厚さ1.8ミクロンで成長表面は極め
て良好な鏡面を呈していた。すなわち、この実験
ではAs／Ga比が従来の10〜20に比べ５〜７と小
さく、原料利用率が高く、かつ非常に良好な膜を
得られることが判つた。
また、このようにして得られたGaAs膜を
DLTS測定装置にて深い準位の濃度を測定した所
４〜８×1013cm-3と従来の方法による薄膜の数分
の１以下に減少しており結晶性が改善されている
ことが判つた。
DLTS測定装置にて深い準位の濃度を測定した所
４〜８×1013cm-3と従来の方法による薄膜の数分
の１以下に減少しており結晶性が改善されている
ことが判つた。
以上、GaAsの成長を例にとり説明したが
GaP、InP、InAs等の他の−族化合物及びそ
の混晶の成長においても族元素について本発明
における方法が適用できることは明らかであり、
また、ZnS、ZnSe等の−族化合物及びその混
晶や他の揮発性元素を含む化合物の分子線成長に
おいても全く同様に本発明が適用できる。また、
ドーピング用不純物元素についても全く同様な効
果が得られる。
GaP、InP、InAs等の他の−族化合物及びそ
の混晶の成長においても族元素について本発明
における方法が適用できることは明らかであり、
また、ZnS、ZnSe等の−族化合物及びその混
晶や他の揮発性元素を含む化合物の分子線成長に
おいても全く同様に本発明が適用できる。また、
ドーピング用不純物元素についても全く同様な効
果が得られる。
図は、本発明の方法を説明するためのもので、
真空容器内の主要部分を模式的に示す。１は化合
物半導体構成元素のうち一元素の蒸発用ルツボ、
２は、基板加熱ヒーター、３は基板、４は化合物
半導体構成元素のうち揮発性の高い元素の蒸発用
ルツボ、５は加熱チヤンバー、６および７はシヤ
ツターである。
真空容器内の主要部分を模式的に示す。１は化合
物半導体構成元素のうち一元素の蒸発用ルツボ、
２は、基板加熱ヒーター、３は基板、４は化合物
半導体構成元素のうち揮発性の高い元素の蒸発用
ルツボ、５は加熱チヤンバー、６および７はシヤ
ツターである。
Claims (1)
- １ 真空容器内で行なう化合物半導体薄膜の製造
方法において、化合物半導体構成元素のうち揮発
性の高い元素を蒸発用ルツボから蒸発させた後該
蒸発によつて得られる蒸気を前記蒸発用ルツボの
温度以上に設定されたチヤンバーに導びき加熱し
た後成長薄膜表面に到達せしめるようにすること
を特徴とする化合物半導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17284979A JPS5694730A (en) | 1979-12-28 | 1979-12-28 | Preparation method of compound semiconductor thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17284979A JPS5694730A (en) | 1979-12-28 | 1979-12-28 | Preparation method of compound semiconductor thin film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5694730A JPS5694730A (en) | 1981-07-31 |
| JPS6226568B2 true JPS6226568B2 (ja) | 1987-06-09 |
Family
ID=15949444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17284979A Granted JPS5694730A (en) | 1979-12-28 | 1979-12-28 | Preparation method of compound semiconductor thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5694730A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63297925A (ja) * | 1987-05-28 | 1988-12-05 | Kyocera Corp | 高耐蝕性グロ−プラグ |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH033580Y2 (ja) * | 1985-08-23 | 1991-01-30 | ||
| JPH07307287A (ja) * | 1995-05-29 | 1995-11-21 | Sharp Corp | 化合物半導体エピタキシャル成長法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5915379B2 (ja) * | 1977-04-11 | 1984-04-09 | 富士通株式会社 | 分子線エピタキシヤル成長装置 |
-
1979
- 1979-12-28 JP JP17284979A patent/JPS5694730A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63297925A (ja) * | 1987-05-28 | 1988-12-05 | Kyocera Corp | 高耐蝕性グロ−プラグ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5694730A (en) | 1981-07-31 |
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