[go: up one dir, main page]

JP2741859B2 - Molecular beam epitaxy - Google Patents

Molecular beam epitaxy

Info

Publication number
JP2741859B2
JP2741859B2 JP21274587A JP21274587A JP2741859B2 JP 2741859 B2 JP2741859 B2 JP 2741859B2 JP 21274587 A JP21274587 A JP 21274587A JP 21274587 A JP21274587 A JP 21274587A JP 2741859 B2 JP2741859 B2 JP 2741859B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
molecular beam
group
gas
molecules
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP21274587A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6456397A (en
Inventor
滋雄 五島
友義 三島
知紀 田上
雅彦 河田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP21274587A priority Critical patent/JP2741859B2/en
Publication of JPS6456397A publication Critical patent/JPS6456397A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2741859B2 publication Critical patent/JP2741859B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、分視線エピタキシーに係り、特に、III−
V族化合物半導体薄膜結晶の作製に好適な分子線エピタ
キシーに関する。 〔従来の技術〕 従来、分子線エピタキシーにおけるV族の分子線原料
のクラツキングについては、高橋清編著「分子線エピタ
キシー技術」第69頁から70頁(工業調査会編,1984年)
において論じられているように、るつぼからの蒸発粒子
をさらにヒータ加熱により高温にしてテトラマからダイ
マにクラツキングする方法が用いられている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術では、ヒータで加熱することによりクラ
ツキングを行なうため、クラツキングと同時にるつぼか
らの脱ガス(CO,H2O等)を誘起し膜質に悪影響を与え
る。 本発明の目的は、上記欠点のないクラツキング法を用
いた分子線エピタキシーを提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記本発明の目的は、分子線原料が固体である場合に
は、水素ガスにより分子線原料の蒸発分子を輸送し、水
素と蒸発分子との混合気体を高周波にてプラズマ励起す
ることにより達成できる。また、分子線原料がAsH3等の
ガスの場合には、このガスを直接プラズマ励起すること
により達成できる。 〔作用〕 分子線原料が固体の場合について、第1図に示す本発
明の実施例の分子線源を参照して説明する。ヒータ3に
より原料2を加熱することによつてできた蒸発分子(テ
トラマ)はH2ガスによつてクラツキングセル6に輸送
される。輸送されたH2雰囲気のテトラマは、クラツキ
ングセル6に誘起された高周波電力によりプラズマとな
りテトラマからダイマへと解離する。この時、クラツキ
ングセル6は加熱されることがないのでセル内壁よりの
吸着ガスの脱離を生じない。すなわち、プラズマ励起に
よりクラツキングするので、低温でのクラツキングが可
能となり本発明の目的を達成できる。分子線原料がガス
の場合についても同様の作用により本発明の目的を達成
できる。 なお、特開昭61-32413号公報には、V族の固体分子線
原料の蒸発分子のプラズマ励起が記載されている。ま
た、特開昭61-32414号公報には、V族の気体分子線原料
分子のプラズマ励起が記載されている。しかし、両者
共、固体分子線原料の蒸発分子または気体分子線原料の
分子を水素ガスで輸送することについては記載がない。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例により説明する。 実施例では、ヒ素の場合について説明するが、他のP,
Sb等のV族原料についても実施可能である。 実施例1 第1図に本発明の実施例1の分子線源およびクラツキ
ング法の概略説明図を示す。固体分子線原料2としてAs
をパイロリテイクBN(窒化ボロン)のるつぼ1に装填す
る。ヒータ3で上記Asを超高真空(<1×10-10Torr)
のチヤンバ内で300℃まで加熱するとAs4分子が蒸発す
る。このAs4をH2ガスを導入することによつてクラツキ
ングセル6に導入する。ここで高周波(13.56MHz)によ
りプラズマ励起されてH2及びAs4は解離し、As2分子を
形成しクラツキングが行なわれる。またH2はHラジカ
ルとなつて基板に照射されるため表面酸化物を除去する
作用がある。 以上のようにしてAs2分子を用い作製したGaAsでは、
移動度はキヤリア濃度n型1×1016cm-3の場合で7600cm
2/v・sと向上し、通常のAs4の5300cm2/v・sに比べて
結晶の高純度化が図れた。 実施例2 第2図に本発明の実施例2の分子線源およびクラツキ
ング法の概略説明図を示す。ガスソースAsH3を用いた場
合について説明する。 ガス分子線原料AsH3をキヤリアガスをH2として直接
クラツキングセル11に導入し、高周波(13.56MHz)でプ
ラズマ励起する。プラズマ13中では、As1,As1*,As1+,
H*が発生し基板に照射される。上記プラズマによる活
性種を用いてGaAsを形成した場合、実施例1のn型GaAs
と同一条件で移動度は7000cm2/v・sが得られ、通常のA
s4ソースに比して大幅な改善が図れた。 ガス分子線原料の場合は、V族のみならずIII族のト
リメチルガリウム,トリメチルアルミニウム等をプラズ
マ励起し照射することにより同様の結果が得られる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、セルを高温で加熱することなく蒸発
分子をクラツキングすることができるので、分子線エピ
タキシー装置に適用した場合結晶性の良好なIII−V族
化合物半導体を作製でき、半導体の電子移動度を40%以
上向上させる効果がある。
The present invention relates to line-of-sight epitaxy, and particularly to III-
The present invention relates to a molecular beam epitaxy suitable for producing a group V compound semiconductor thin film crystal. [Prior Art] Conventionally, regarding cracking of group V molecular beam raw materials in molecular beam epitaxy, see "Molecular Beam Epitaxy Technology", edited by Kiyoshi Takahashi, pp. 69-70 (edited by the Industrial Research Institute, 1984).
As discussed in U.S. Pat. No. 5,867,838, a method is used in which evaporating particles from a crucible are further heated to a high temperature by heating with a heater to crack from tetramer to dimer. [Problems to be Solved by the Invention] In the above prior art, since cracking is performed by heating with a heater, degassing (CO, H 2 O, etc.) from the crucible is induced at the same time as cracking, which adversely affects the film quality. . An object of the present invention is to provide a molecular beam epitaxy using the cracking method which does not have the above-mentioned disadvantages. [Means for Solving the Problems] An object of the present invention is to provide a method for transporting vaporized molecules of a molecular beam raw material by hydrogen gas when the molecular beam raw material is a solid, and forming a mixed gas of hydrogen and vaporized molecules. This can be achieved by exciting the plasma with high frequency. When the molecular beam source is a gas such as AsH 3, it can be achieved by directly exciting this gas with plasma. [Operation] The case where the molecular beam raw material is a solid will be described with reference to the molecular beam source of the embodiment of the present invention shown in FIG. Evaporated molecules (tetramers) generated by heating the raw material 2 by the heater 3 are transported to the cracking cell 6 by H 2 gas. The transported tetramer in the H 2 atmosphere becomes plasma due to the high-frequency power induced in the cracking cell 6 and dissociates from the tetramer into a dimer. At this time, since the cracking cell 6 is not heated, the adsorbed gas does not desorb from the inner wall of the cell. That is, since cracking is performed by plasma excitation, cracking can be performed at a low temperature, and the object of the present invention can be achieved. The object of the present invention can be achieved by the same operation when the molecular beam raw material is a gas. JP-A-61-32413 describes plasma excitation of vaporized molecules of a group V solid molecular beam raw material. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-32414 describes plasma excitation of group V gas molecular beam source molecules. However, in both cases, there is no description about transporting vaporized molecules of a solid molecular beam source or molecules of a gaseous molecular beam source with hydrogen gas. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. In the embodiment, the case of arsenic will be described.
It is also feasible for group V raw materials such as Sb. Example 1 FIG. 1 is a schematic explanatory view of a molecular beam source and a cracking method according to Example 1 of the present invention. As as raw material for solid molecular beam 2
Is loaded into the crucible 1 of pyrolytic BN (boron nitride). Ultra-high vacuum (<1 × 10 -10 Torr) of the above As by heater 3
When heated to 300 ° C in the chamber, the As 4 molecules evaporate. This As 4 is introduced into the cracking cell 6 by introducing H 2 gas. Here, plasma is excited by high frequency (13.56 MHz), and H 2 and As 4 are dissociated to form As 2 molecules and cracking is performed. In addition, H 2 is converted into H radicals and irradiates the substrate, and thus has an effect of removing surface oxides. As described above, in GaAs fabricated using As 2 molecules,
The mobility is 7600 cm when the carrier concentration is n-type 1 × 10 16 cm -3
And improved 2 / v · s, highly purified crystals were Hakare compared to 5300cm 2 / v · s normal As 4. Second Embodiment FIG. 2 is a schematic explanatory view of a molecular beam source and a cracking method according to a second embodiment of the present invention. The case where the gas source AsH 3 is used will be described. The gas molecular beam source AsH 3 is directly introduced into the cracking cell 11 as a carrier gas H 2 , and is plasma-excited at a high frequency (13.56 MHz). In the plasma 13, As 1 , As 1 *, As 1 +,
H * is generated and irradiates the substrate. In the case where GaAs is formed using the above-described active species by the plasma, the n-type GaAs of Example 1 is used.
Mobility obtained 7000cm 2 / v · s under the same conditions as the normal A
It was Hakare significant improvement as compared to the s 4 source. In the case of a gas molecular beam raw material, similar results can be obtained by plasma-exciting and irradiating not only group V but also group III trimethylgallium, trimethylaluminum and the like. [Effects of the Invention] According to the present invention, a vaporized molecule can be cracked without heating the cell at a high temperature. Therefore, when applied to a molecular beam epitaxy apparatus, a group III-V compound semiconductor having good crystallinity is produced. And has the effect of improving the electron mobility of the semiconductor by 40% or more.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例1の分子線源およびクラツキン
グ法の概略を説明するための断面図、第2図は本発明の
実施例2の分子線源およびクラツキング法の概略を説明
するための断面図である。 1……るつぼ、2……原料、3……ヒータ、4,13……プ
ラズマ、5,12……高周波コイル、6,11……クラツキング
セル。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining an outline of a molecular beam source and a cracking method according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a molecular beam source and a cracking according to a second embodiment of the present invention. It is sectional drawing for demonstrating the outline of a method. 1 ... crucible, 2 ... material, 3 ... heater, 4,13 ... plasma, 5,12 ... high frequency coil, 6,11 ... cracking cell.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河田 雅彦 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−32413(JP,A) 特開 昭61−32414(JP,A)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Masahiko Kawata               1-280 Higashi Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo                 Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.                (56) References JP-A-61-32413 (JP, A)                 JP-A-61-32414 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.固体分子線原料の蒸発分子または気体分子線原料の
分子と、該固体分子線原料の蒸発分子または気体分子線
原料の分子を輸送する水素ガスとの混合気体がプラズマ
励起されて、上記固体分子線原料の蒸発分子または気体
分子線原料の分子がクラッキングし、かつ上記水素ガス
が水素ラジカルに変わる過程と、上記クラッキングされ
た固体分子線原料の蒸発分子または気体分子線原料の分
子、および水素ラジカルが基板上に照射される過程を有
することを特徴とする分子線エピタキシー。 2.上記固体分子線原料の蒸発分子はV族元素から成
り、上記気体分子線原料の分子はV族元素を含んでいる
特許請求の範囲第1項記載の分子線エピタキシー。 3.上記分子線エピタキシーによりIII−V族化合物が
作製される特許請求の範囲第2項記載の分子線エピタキ
シー。 4.上記III−V族化合物を構成する上記III族元素はガ
リウムまたはアルミニウムであり、上記V族元素はヒ
素、PおよびSbから成る群の中から選ばれた1種である
特許請求の範囲第3項記載の分子線エピタキシー。 5.上記III族元素はガリウムであり、上記V族元素は
ヒ素である特許請求の範囲第4項記載の分子線エピタキ
シー。 6.上記III−V族化合物を構成するIII族元素およびV
族元素の原料として上記気体分子線原料を用い、上記II
I族元素の気体分子線原料の分子とこれを輸送する水素
ガスとの混合気体をプラズマ励起する特許請求の範囲第
3項乃至第5項のいずれか一項に記載の分子線エピタキ
シー。
(57) [Claims] A mixed gas of vaporized molecules of the solid molecular beam source or molecules of the gaseous molecular beam source and hydrogen gas transporting the vaporized molecules of the solid molecular beam source or the molecules of the gaseous molecular beam source is plasma-excited, and The process in which the vaporized molecules of the raw material or the molecules of the gas molecular beam raw material cracks and the hydrogen gas is converted into hydrogen radicals, Molecular beam epitaxy having a process of irradiating a substrate. 2. 2. The molecular beam epitaxy according to claim 1, wherein said vaporized molecules of said solid molecular beam raw material comprise a group V element, and said molecules of said gas molecular beam raw material include a group V element. 3. 3. The molecular beam epitaxy according to claim 2, wherein a group III-V compound is produced by said molecular beam epitaxy. 4. 4. The group III element constituting the group III-V compound is gallium or aluminum, and the group V element is one selected from the group consisting of arsenic, P and Sb. Molecular beam epitaxy as described. 5. 5. The molecular beam epitaxy according to claim 4, wherein said group III element is gallium and said group V element is arsenic. 6. Group III element and V constituting the above group III-V compound
Using the above gaseous molecular beam raw material as the raw material for the group II element,
The molecular beam epitaxy according to any one of claims 3 to 5, wherein a mixed gas of a molecule of a group I element gas molecular beam raw material and a hydrogen gas transporting the gas is excited by plasma.
JP21274587A 1987-08-28 1987-08-28 Molecular beam epitaxy Expired - Lifetime JP2741859B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21274587A JP2741859B2 (en) 1987-08-28 1987-08-28 Molecular beam epitaxy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21274587A JP2741859B2 (en) 1987-08-28 1987-08-28 Molecular beam epitaxy

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6456397A JPS6456397A (en) 1989-03-03
JP2741859B2 true JP2741859B2 (en) 1998-04-22

Family

ID=16627721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21274587A Expired - Lifetime JP2741859B2 (en) 1987-08-28 1987-08-28 Molecular beam epitaxy

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2741859B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990008210A2 (en) * 1989-01-13 1990-07-26 Hughes Aircraft Company Plasma/radiation assisted molecular beam epitaxy method and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6456397A (en) 1989-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chichibu et al. Helicon-wave-excited-plasma sputtering epitaxy of ZnO on sapphire (0001) substrates
JPH04212411A (en) Epitaxial growth method
JPS6153719A (en) Semiconductor crystalline film manufacturing device
JP2741859B2 (en) Molecular beam epitaxy
JPH06224127A (en) Method and device for growth of silicon film
JP2002348199A (en) Method for making group iii nitride thin membrane
JPS6132414A (en) Thin film forming equipment
JPS62269311A (en) Method of doping crystals
JP3063317B2 (en) Vapor growth method of semiconductor thin film
JPS61286297A (en) Chemical vapor deposition process
KR100205075B1 (en) Method of forming III-V compound semiconductor epitaxial thin film
JP2793939B2 (en) Method for growing compound semiconductor crystal
Sherwin et al. The design of an ECR plasma system and its application to InP grown by CBE
JPS62119193A (en) Production of semiconductor
JP2841694B2 (en) Photo CVD method
JPH07221018A (en) Method for forming nitric compound semiconductor
JPS6376318A (en) Compound semiconductor manufacturing method
JPH09309795A (en) Cubic aluminum nitride thin film and method for synthesizing the same
JP3345692B2 (en) Crystal growth method
JP2643899B2 (en) Surface cleaning method
JPS6042816A (en) Vapor growth method
JPH09110594A (en) Heterogeneous epitaxial growth of aluminum oxide single crystal film on silicon substrate and device used for the method
JPH03122996A (en) plasma equipment
JPH01253912A (en) Manufacture of semiconductor thin film
JPS6341880B2 (en)