JPS6355926A - 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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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。

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
法に間する。
［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
圧て第２分子の蒸気中て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ｌｎＰ、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）成長は膜厚や組成制御性に
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■−■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４旺成長にあたっては■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、り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コ 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（ＭＢＣ）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■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■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１Ｉｌｉ適
■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■族蒸気圧ＰａはＧａＡｓの場合、Ｐ　ａ＝　２．
６ｘ　１０６ｅｘｐ（−１，０５ｅＶ／ｋＴｓ）　　Ｔ
ｏｒｒＧａＰの場合、 Ｐ　ａ＝　４．６７ｘ　１０　’ｅｘｐ（−１，０１ｅ
Ｖ／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、しＰＥ的にＧａＡ
ｓ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ｅ　　ＧａＡｓを例に述べる。
本成長装置は第１真空室（ＭＢＣ室）１００と第２真空
室（アニール室）２００の２室に分かれる。ＭＢＥ室１
００は通常のＭＢＥ装置と同様てＧａセル１０１とＡｓ
セル＋０２からそれぞれＧａビームＩ　！、　１と＾Ｓ
ビーム１１２をＧａＡｓ基板ａｌｌに向かって放射しＧ
ａＡｓ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ａｌｌを移しＡｓ圧下てアニールする
。この際基板ａｌｌ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でつながつｋＡｓ室２２０が付
置され、Ａｓ２２２が最Ｍ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ａｌｌのＡｓ圧Ｐｓは Ｐ　ｓ＝　Ｐ　Ａｓｘ　（Ｔ　ｓ／Ｔ　ａ）　”　　＋
　Ｐ　ｓ＝　Ｐ　ａとなるように温度制御される＊ＰＡ
ｓ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ａｌｌ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。門
ＢＥ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２１０は台座２４０に固定さ
れその摺動部分は８２０３等の液体でシールする。基板
ホルダー２１０の回転はやはり８２０３等のシールをも
フ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ｉ１１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］ 上記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、ｌｎＰ、ＧａＰ等の他の■−■化
合物、Ａ　Ｉ　ＧａＡｓ　、　ｌ　ｎＧａＡｓＰ等の混
晶ｍ−ｖ化合物、Ｚｎ５ｅ　、　ＺｎＳ　、　ＨｇＴｅ
等のＩＩ−Ｖｌ化合物などの半導体薄膜の成長に適用で
きる。ざらにＭＢＥに限らずＭＯＭＢＥＳＭＯＣＶＤ、
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−−一第１真空ｉ（ＭＢＥｔＥ）、１０１−−−
Ｇａセル、　ｌ１ｌ−−Ｇａビーム、　１０２−−−Ａ
ｓセル、　＋１２−−−Ａｓビーム、　２０〇−一一第
２真空室（アニール室）、２１０−ｍ−基板ホルダー、
２２０−−−Ａｓ室、２２２−−一固体Ａｓ、２３０−
−−キャピラリ、２４０−−一台座、　１１．１２−ｍ
−基板出願人　セイコー電子工業株式会社 不化哨１球ろへ肴方ジ五袋アＬ紙丁社めめ及１悼託設各
図第１図 ジＥＬ度分布図 第２図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （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. （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. （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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