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JPH0786162A - Heterostructure thin film growth method and apparatus - Google Patents

Heterostructure thin film growth method and apparatus

Info

Publication number
JPH0786162A
JPH0786162A JP22719693A JP22719693A JPH0786162A JP H0786162 A JPH0786162 A JP H0786162A JP 22719693 A JP22719693 A JP 22719693A JP 22719693 A JP22719693 A JP 22719693A JP H0786162 A JPH0786162 A JP H0786162A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
substrate
heterostructure
group
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.)
Pending
Application number
JP22719693A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kashima
秀夫 鹿島
Teruo Busshu
照夫 物集
Kazuhiko Hosomi
和彦 細見
Hiromi Sato
浩美 佐藤
Kiyoshi Ouchi
潔 大内
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 JP22719693A priority Critical patent/JPH0786162A/en
Publication of JPH0786162A publication Critical patent/JPH0786162A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】HBTなどの超格子デバイスに不可欠な、極め
て急峻で良品質の界面を有するヘテロ構造薄膜の成長方
法およびその装置を提供する。 【構成】2種の半導体薄膜からなるヘテロ構造薄膜の成
長の際に、一方の薄膜の成長後、基板への薄膜原料の供
給を、所定の時間中断する工程を1回以上含み、この後
に、他方の薄膜原料の供給を行い、ヘテロ構造薄膜の成
長を行う方法。および、基板への薄膜原料の供給を所定
の時間中断する基板シャッタを設けたヘテロ構造薄膜の
成長装置。 【効果】ヘテロ界面での原料の急峻な切換えが可能とな
るため、界面での原料の混在に起因した異常な組成を持
つ薄膜の成長がなく、超格子デバイスに最適な急峻で良
品質のヘテロ構造薄膜を容易に作製することができる。
(57) [Summary] [Object] To provide a growth method of a heterostructure thin film having an extremely steep and high-quality interface, which is indispensable for a superlattice device such as an HBT, and an apparatus therefor. [Structure] When growing a heterostructure thin film composed of two kinds of semiconductor thin films, after the growth of one thin film, the step of interrupting the supply of the thin film raw material to the substrate for a predetermined time is included once or more. A method of growing a heterostructure thin film by supplying the other thin film raw material. And a heterostructure thin film growth apparatus provided with a substrate shutter for interrupting supply of a thin film raw material to a substrate for a predetermined time. [Effect] Since the raw materials can be rapidly switched at the hetero interface, there is no growth of a thin film having an abnormal composition due to the mixture of the raw materials at the interface, and a steep and high quality hetero film suitable for a superlattice device is obtained. A structural thin film can be easily produced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体薄膜の結晶
成長方法およびその装置に係り、特に良品質で急峻なヘ
テロ界面を有する化合物半導体ヘテロ構造薄膜の成長方
法およびそれを実施する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for growing a crystal of a compound semiconductor thin film and an apparatus therefor, and more particularly to a method for growing a compound semiconductor heterostructure thin film having a good quality and a steep hetero interface and an apparatus for carrying it out.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の薄膜原料としてガスを用いた半導
体薄膜成長技術であるガスソ−ス分子線エピタキシ法
(Gas Source Molecular Beam Epitaxy,以下GSMB
Eと省略する)としては、例えば特開昭57−30322号公
報または特開昭61−222112号公報等に記載されている化
合物半導体薄膜の形成方法が挙げられる。図9は、GS
MBE装置の構成の一例を示す模式図である。以下、元
素の周期表III−V族化合物半導体薄膜の成長を例に採
って説明する。薄膜を成長させる基板24は、真空雰囲
気に保持された成長容器9内に載置され、基板熱源8に
より任意の温度に加熱される。一方、III族の薄膜原料
である固体IIIa22、固体IIIb23は、一般に用いら
れている固体ソ−ス分子線セル4、5内に充填して、任
意の温度に加熱、蒸発した後、基板24上に供給され
る。V族の薄膜原料となるガス状のVa25、Vb 2
6は、それぞれのボンベ20、21に充填され、バルブ
1a、バルブ2aを介して同一のクラッキングセル3に
導入され、任意の温度に加熱し分解した後、基板24に
供給される。各々の固体ソ−ス分子線セル4、5および
クラッキングセル3には、シャッタ3a、4a、5a
が、それぞれ具備されている。ところで、例えばIII−
V族化合物半導体薄膜において、2種以上のV族の異な
る半導体薄膜であるIIIaVaとIIIbVbから構成され
るヘテロ構造薄膜を成長する場合に、そのヘテロ界面に
おいて、基板24に供給するIII族とV族原料の切換え
工程が必要となる。従来のGSMBE装置におけるヘテ
ロ界面における原料の切換えは、以下の工程で行われて
いた。まず、IIIaVa薄膜をバルブ1a、シャッタ3
a、4aを開け、IIIa族とVa族原料を、同時に基板
24に供給し、所定時間、通常のMBE成長を行う。こ
の後、シャッタ4aを閉じて、IIIaの供給を停止し、I
IIaVa薄膜の成長を終了する。この時、蒸気圧が高
く、付着効率が低いV族原料であるVa族原料は、基板
24への供給を継続する。ついで、バルブ1aを閉め、
バルブ2aを開けて、クラッキングセル3に導入する原
料を、VaからVbに切換える。この間、V族原料は、
基板24への供給を継続している。この後、シャッタ5
aを開け、IIIbVb薄膜の成長を開始する。
2. Description of the Related Art Gas Source Molecular Beam Epitaxy, which is a conventional semiconductor thin film growth technique using gas as a thin film raw material, is hereinafter referred to as GSMB.
Examples of the method for forming a compound semiconductor thin film include those described in JP-A-57-30322 or JP-A-61-222112. Figure 9 shows GS
It is a schematic diagram which shows an example of a structure of an MBE apparatus. Hereinafter, the growth of a III-V compound semiconductor thin film of the periodic table of elements will be described as an example. The substrate 24 on which the thin film is to be grown is placed in the growth container 9 held in a vacuum atmosphere and heated by the substrate heat source 8 to an arbitrary temperature. On the other hand, the solid IIIa22 and the solid IIIb23, which are group III thin film raw materials, are filled in the commonly used solid source molecular beam cells 4 and 5, and heated on a desired temperature to evaporate, and then on the substrate 24. Is supplied to. Gaseous Va25 and Vb 2 used as thin film raw materials of group V
6 is filled in the respective cylinders 20 and 21, introduced into the same cracking cell 3 via the valves 1a and 2a, heated to an arbitrary temperature and decomposed, and then supplied to the substrate 24. Shutters 3a, 4a, 5a are provided on each of the solid source molecular beam cells 4, 5 and the cracking cell 3.
Are respectively provided. By the way, for example III-
When a heterostructure thin film composed of two or more kinds of semiconductor thin films of different V groups, IIIaVa and IIIbVb, is grown in the group V compound semiconductor thin film, the group III and the group V supplied to the substrate 24 at the hetero interface are grown. A raw material switching process is required. The switching of the raw material at the hetero interface in the conventional GSMBE apparatus has been performed in the following steps. First, the IIIaVa thin film is applied to the valve 1a and the shutter 3.
The openings a and 4a are opened, the group IIIa and Va group raw materials are simultaneously supplied to the substrate 24, and normal MBE growth is performed for a predetermined time. After that, the shutter 4a is closed and the supply of IIIa is stopped.
The growth of the IIaVa thin film is completed. At this time, the Va group raw material, which is a V group raw material having a high vapor pressure and a low deposition efficiency, is continuously supplied to the substrate 24. Then close the valve 1a,
The valve 2a is opened, and the raw material introduced into the cracking cell 3 is switched from Va to Vb. During this period, the Group V raw material
The supply to the substrate 24 is continued. After this, the shutter 5
Open a and start the growth of the IIIbVb thin film.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来は
ヘテロ界面におけるV族原料の切換えを、基板に原料を
供給しながら行っていたため、基板上にVa原料とVb
原料が一時的に混在することになり、このため形成され
る薄膜のヘテロ界面近傍において、局所的にIII族とV
族の組成比が所望の組成比と異なる薄膜、例えばIIIa
VaVb、IIIaVb、IIIaIIIbVaVbなどのIIIa
族、Va族とIIIb族、Vb族等の薄膜原料が混合した
薄膜が形成され、ヘテロ界面の急峻性が低下し、品質が
劣化するという問題が生じる。図10に、従来法で成長
させたIII−V族化合物半導体薄膜であるInGa−A
sとInPからなるヘテロ構造薄膜を、InPのみを塩
酸系エッチャントを用いて選択除去した後、InGaA
s界面の元素をオ−ジェ電子分光法で測定した結果を示
す。In、Ga、AsのほかにPの存在を示すオ−ジェ
スペクトルが明瞭に現われており、界面にPを含む薄膜
が成長していることが推察される。図11は、上記と同
様の従来法で成長させたInGaAsとInPからなる
ヘテロ構造薄膜を、2結晶X線回折法で測定した結果を
示す。InP基板からのX線回折スペクトルと比較し、
InGaAsからのX線回折スペクトルは非常に微弱
で、かつ半値幅が非常に広いブロ−ドなスペクトルが得
られている。図12は、従来法で成長させた量子井戸幅
が25ÅのInGaAs/InP量子井戸を、液体窒素
温度に冷却して、フォトルミネッセンス法で測定した結
果を示す。得られたフォト ルミネッセンス スペクトル
は、半値幅が広く非常にブロ−ドなスペクトルとなって
いる。以上の結果から、従来技術で成長させたInGa
AsとInPヘテロ構造薄膜は、その界面において結晶
性が悪く、組成も急峻に変化していないことを示してい
る。以上説明したように、ヘテロ界面においてIII族と
V族の組成比が急峻に変化せず、局所的に所望の組成比
と異なる薄膜が形成された場合は、ヘテロ界面における
歪の発生ならびにエネルギーバンド構造の制御が不可能
となるなどによって、電子デバイス、光デバイスの結晶
欠陥および性能特性に多大の影響を及ぼすことは言うま
でもない。その中でも、特にヘテロバイポ−ラトランジ
スタ(以下HBTと省略する)においては、電流利得、
動作速度等のデバイス特性を著しく劣化させる一因とな
る。また、上記の説明では、特にInGaAsとInP
からなるヘテロ構造薄膜の成長についてのみ触れている
が、同様の問題は、例えばInGaPとGaAs、Zn
SとZnSeなどの他の材料系のヘテロ構造薄膜の成長
の際においても生じる。
However, conventionally, since the group V raw material was switched at the hetero interface while supplying the raw material to the substrate, the Va raw material and the Vb raw material were provided on the substrate.
The raw materials are mixed temporarily, and as a result, the group III and V are locally mixed in the vicinity of the hetero interface of the formed thin film.
A thin film in which the composition ratio of the group differs from the desired composition ratio, for example, IIIa
IIIa such as VaVb, IIIaVb, IIIaIIIbVaVb
There is a problem that a thin film is formed by mixing thin film raw materials of group III, group Va, group IIIb, group Vb, etc., the steepness of the hetero interface decreases, and the quality deteriorates. FIG. 10 shows InGa-A which is a III-V group compound semiconductor thin film grown by the conventional method.
After selectively removing the heterostructure thin film composed of s and InP using only a hydrochloric acid-based etchant, InGaA
The result of having measured the element of the s interface by Auger electron spectroscopy is shown. In addition to In, Ga, and As, an Auger spectrum showing the presence of P is clearly shown, and it is speculated that a thin film containing P is grown at the interface. FIG. 11 shows the result of measurement by a two-crystal X-ray diffraction method for a heterostructure thin film composed of InGaAs and InP grown by the same conventional method as described above. Compared with the X-ray diffraction spectrum from the InP substrate,
The X-ray diffraction spectrum from InGaAs is very weak, and a broad spectrum having a half width is obtained. FIG. 12 shows the results obtained by measuring the InGaAs / InP quantum wells with a quantum well width of 25 Å grown by the conventional method at the liquid nitrogen temperature and measuring by the photoluminescence method. The obtained photoluminescence spectrum has a wide half-width and a very broad spectrum. From the above results, InGa grown by the conventional technique
The As and InP heterostructure thin films have poor crystallinity at the interface and show that the composition does not change sharply. As described above, when a thin film in which the composition ratio of the group III and the group V does not change sharply at the hetero interface and locally differs from the desired composition ratio, the occurrence of strain at the hetero interface and the energy band It goes without saying that the crystal defects and performance characteristics of electronic devices and optical devices are greatly affected by the fact that the structure cannot be controlled. Among them, especially in a hetero bipolar transistor (hereinafter abbreviated as HBT), the current gain,
This is one of the causes of remarkably degrading device characteristics such as operating speed. In the above description, InGaAs and InP
Although only the growth of a heterostructure thin film made of is mentioned, similar problems are caused by, for example, InGaP and GaAs, Zn.
It also occurs during the growth of heterostructure thin films of other materials such as S and ZnSe.

【0004】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消するものであり、特に急峻なヘテロ界面が要
求されるHBTなどの超格子デバイスの成長方法におい
て、極めて急峻で良品質のヘテロ界面を有するヘテロ構
造薄膜の成長方法およびそれを実施する装置を提供する
ことにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, and particularly in a growth method of a superlattice device such as HBT which requires a steep hetero interface, an extremely steep and good quality hetero interface. A method for growing a heterostructure thin film having the above and an apparatus for implementing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明のヘテロ構造薄膜の成長方法は、本
発明の成長方法の原理である、例えば図1に示す薄膜成
長の工程を用いるものである。まず、基板へのIIIa族
原料の供給を停止し、IIIaVa薄膜の成長を終了す
る。この時、Va族原料の供給はt1時間継続する。つ
いで、Va族原料の基板への供給を停止し、基板への一
切の薄膜原料の供給をt2時間中断する。t2時間の間、
上記の状態を維持した後、IIIbVb薄膜原料であるV
b族原料またはIIIb族原料の一方の原料の供給を、ま
ず再開し、t3時間後、他方の原料の供給を開始する
か、もしくはその両方を同時に供給し、IIIbVb薄膜
の成長を開始する。なお、上記図1では、Vb族の原料
の供給をまず再開し、t3時間後に、IIIb族の原料の供
給を開始するシ−ケンス図を示している。本発明のヘテ
ロ構造薄膜の成長方法は、真空雰囲気中に保持された基
板上に、所望する薄膜の構成成分、または薄膜の構成成
分を含む原料ガスを、原料供給セルを介して導入し、気
相反応により所望のヘテロ構造薄膜を形成する方法であ
って、元素の周期表のII−VI族半導体薄膜またはIII−
V族半導体薄膜もしくはその両方の半導体薄膜のうちか
ら選択される2種以上の異なる半導体薄膜により構成さ
れるヘテロ構造薄膜の成長方法において、上記基板上
に、第1の半導体薄膜を成長した後、該第1の半導体薄
膜を構成するV族元素またはVI族元素を1分子層以上
堆積させる工程と、上記基板への一切の薄膜の構成成
分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスの導入を、所
定時間中断する工程を少なくとも1回以上含み、その後
に、上記ヘテロ構造薄膜を形成する第2の半導体薄膜の
構成成分、または構成成分を含む原料ガスを上記基板上
に導入し成膜する工程を少なくとも含むヘテロ構造薄膜
の成長方法である。そして、上記の基板への一切の上記
薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガス
の導入を中断する所定時間は、上記基板に堆積したV族
元素またはVI族元素の表面被覆層が1分子層となるに
要する上記基板からの脱離時間とするものである。ま
た、本発明のヘテロ構造薄膜の成長方法において、上記
基板への一切の上記薄膜の構成成分、または構成成分を
含む原料ガスの導入を所定時間中断した後、上記ヘテロ
構造薄膜を形成する第2の半導体薄膜の構成成分である
III族成分またはII族成分、もしくはIII族成分またはII
族成分を含む原料ガスを、上記基板上に所定量導入し、
ついで上記第2の半導体薄膜の構成成分、または構成成
分を含む原料ガスを、上記基板上に導入するヘテロ構造
薄膜の成長方法である。そして、ヘテロ構造薄膜を形成
する第2の半導体薄膜の構成成分であるIII族成分また
はII族成分、もしくはIII族成分またはII族成分を含む
原料ガスの基板上への導入量は、上記III族元素またはI
I族元素が上記基板上に1分子層を形成するに要する量
の整数倍とするヘテロ構造薄膜の成長方法である。ま
た、成長するヘテロ構造薄膜は、ヘテロバイポ−ラトラ
ンジスタにおけるベ−スとエミッタもしくはコレクタと
ベ−スであるヘテロ構造薄膜の成長方法であり、薄膜の
構成成分、または構成成分を含む原料ガスは、II、II
I、IV、V、VI族の元素のうちから選ばれる少なくと
も2種以上の元素を含む原料ガスを用いるヘテロ構造薄
膜の成長方法である。さらに、薄膜の構成成分、または
構成成分を含む原料ガスは、アルシンおよびホスフィン
とするヘテロ構造薄膜の成長方法である。また、ヘテロ
構造薄膜を構成する2種以上の異なる半導体薄膜は、I
nP、InGaAs、GaAs、InGaP、GaS
b、InGaAsP、InAs、GaP、ZnS、Zn
SSe、ZnSe、ZnCdSeのうちから選択される
2つ以上の組合せにより構成されるヘテロ構造薄膜の成
長方法である。そして、本発明のヘテロ構造薄膜の成長
装置は、真空雰囲気に保持された薄膜成長容器内に所定
の基板を配設し、該基板を任意の温度に加熱制御する加
熱手段と、上記基板と対向する位置に、所望する薄膜の
構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスを導入
する各々の原料供給セルを設け、上記原料供給セルに
は、各々のセル専用のシャッタを少なくとも1個以上有
するヘテロ構造薄膜の成長装置において、上記基板と上
記原料供給セルとの間に、上記各セルから上記基板に導
入される薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む
原料ガスの1部もしくは全部を、設定の任意の時間自在
に遮断し得る構造のシャッタを少なくとも1個以上配設
したヘテロ構造薄膜の成長装置とするものである。そし
て、上記のヘテロ構造薄膜の成長装置は、基板と上記原
料供給セルとの間に、上記各セルから上記基板に導入さ
れる薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料
ガスの1部もしくは全部を、設定の任意の時間遮断し得
る構造のシャッタを用い、上述した本発明のヘテロ構造
薄膜の成長方法に基づいて薄膜の成長を行う手段を備え
たヘテロ構造薄膜の成長装置である。
In order to achieve the above-mentioned object of the present invention, the growth method of a heterostructure thin film of the present invention is the principle of the growth method of the present invention, for example, the thin film growth step shown in FIG. Is used. First, the supply of the Group IIIa source material to the substrate is stopped, and the growth of the IIIaVa thin film is completed. At this time, the supply of the Va group raw material continues for t 1 hours. Then, the supply of the Va group source material to the substrate is stopped, and the supply of any thin film source material to the substrate is interrupted for t 2 hours. for t 2 hours,
After maintaining the above condition, Vb which is a IIIbVb thin film raw material
The supply of one of the group b raw material and the group IIIb raw material is first restarted, and after t 3 hours, the supply of the other raw material is started, or both of them are simultaneously supplied to start the growth of the IIIbVb thin film. Note that FIG. 1 shows a sequence diagram in which the supply of the Vb group raw material is first restarted and the supply of the IIIb group raw material is started after t 3 hours. The method for growing a heterostructure thin film of the present invention, on a substrate held in a vacuum atmosphere, a desired thin film constituent component, or a raw material gas containing a thin film constituent component is introduced via a raw material supply cell, A method for forming a desired heterostructure thin film by a phase reaction, comprising a II-VI group semiconductor thin film or III-
In a method for growing a heterostructure thin film composed of two or more different semiconductor thin films selected from group V semiconductor thin films or both semiconductor thin films, a first semiconductor thin film is grown on the substrate, A step of depositing one or more molecular layers of a group V element or a group VI element constituting the first semiconductor thin film, and introduction of a constituent gas of any thin film or a source gas containing the constituent constituent of the thin film into the substrate, A step of including at least one or more steps of interrupting for a predetermined time, and then introducing a constituent gas of the second semiconductor thin film forming the heterostructure thin film or a source gas containing the constituent gas onto the substrate to form a film. This is a method for growing a heterostructure thin film containing at least. The surface coating layer of the group V element or the group VI element deposited on the substrate is kept for a predetermined time during which the introduction of all the constituent components of the thin film or the source gas containing the constituent components of the thin film to the substrate is interrupted. The desorption time from the substrate required to form one molecular layer is set. In the method for growing a heterostructure thin film of the present invention, the heterostructure thin film is formed after the introduction of all the constituent components of the thin film or the source gas containing the constituent components into the substrate is interrupted for a predetermined time. Is a component of the semiconductor thin film of
Group III component or Group II component, or Group III component or II
A source gas containing a group component is introduced on the substrate in a predetermined amount,
Next, there is provided a method for growing a heterostructure thin film in which a constituent gas of the second semiconductor thin film or a source gas containing the constituent gas is introduced onto the substrate. Then, the introduction amount of the group III component or the group II component or the source gas containing the group III component or the group II component, which is the constituent component of the second semiconductor thin film forming the heterostructure thin film, to the substrate is Element or I
This is a method for growing a heterostructure thin film in which the amount of the group I element is an integral multiple of the amount required to form one molecular layer on the substrate. The growing heterostructure thin film is a method for growing a heterostructure thin film which is a base, an emitter or a collector and a base in a heterobipolar transistor, and the constituent components of the thin film or the source gas containing the constituent components is II, II
This is a method for growing a heterostructure thin film using a source gas containing at least two or more elements selected from the group I, IV, V and VI elements. Furthermore, the constituent components of the thin film or the source gas containing the constituent components are arsine and phosphine in the method for growing a heterostructure thin film. Further, two or more different semiconductor thin films forming the heterostructure thin film are I
nP, InGaAs, GaAs, InGaP, GaS
b, InGaAsP, InAs, GaP, ZnS, Zn
This is a growth method of a heterostructure thin film composed of a combination of two or more selected from SSe, ZnSe, and ZnCdSe. The heterostructure thin film growth apparatus of the present invention comprises a heating means for arranging a predetermined substrate in a thin film growth container held in a vacuum atmosphere, heating the substrate to an arbitrary temperature, and facing the substrate. At each position, a raw material supply cell for introducing a desired thin film constituent or a raw material gas containing the thin film constituent is provided, and the raw material supply cell has at least one shutter dedicated to each cell. In the heterostructure thin film growth apparatus, between the substrate and the raw material supply cell, a part or all of the constituent gas of the thin film introduced into the substrate from each of the cells or the raw material gas containing the constituent component of the thin film is provided. The apparatus for growing a heterostructure thin film is provided with at least one shutter having a structure capable of freely blocking for any set time. Further, the above-mentioned heterostructure thin film growth apparatus is configured such that between the substrate and the raw material supply cell, a component of the thin film introduced into the substrate from each of the cells or a part of the raw material gas containing the thin film constituent component. Alternatively, it is an apparatus for growing a heterostructure thin film, which comprises means for growing a thin film based on the above-described method for growing a heterostructure thin film of the present invention, using a shutter having a structure capable of shutting off all or a set time.

【0006】[0006]

【作用】IIIaVa薄膜の成長終了後、t1時間Va族原
料の供給を継続することで、基板表面には1分子層以上
のVa族元素で完全に覆われる。この後、Va族原料の
供給を停止し、基板への一切の薄膜原料の供給をt2
間一時中断する。この時、同時にクラッキングセルへ導
入するV族原料を、VaからVbに切換える。またこの
間に、基板表面に過剰に堆積したVa族元素の基板表面
からの脱離が進行する。薄膜原料の供給中断時間t
2は、基板表面における過剰のVa族元素が脱離し、そ
の被覆率が1(1分子層)となる時間である。これによっ
て、基板表面は1分子層のVa族元素で完全に覆われる
ことになる。この後、Vb族原料またはIIIb族原料の
一方の原料の供給をまず再開し、ついでt3時間後、他
方の原料の供給を行い、IIIbVb薄膜の成長を開始す
る。t3時間は、Vb族原料またはIIIb族原料の供給量
が、基板表面に1分子層分、またはその整数倍分のVb
族元素またはIIIb族元素の形成に要する量に達する時
間となるように調整する。また、特にt3時間を設けず
にIIIb、Vb族原料を同時に供給しても支障は無い。
以上の工程を採ることによって、基板へ供給する薄膜成
分の急峻な切換えが可能となる。さらにV族原料の切換
えが、V族原料を基板に供給しない状態で行われるた
め、ヘテロ界面での薄膜原料の混在に起因する異常な組
成を有する薄膜の成長が抑止される。さらに、供給中断
時間t2および一方の薄膜原料の供給時間t3を、上述し
た手段に従い調整することによって、ヘテロ界面での過
剰なV族元素またはIII族元素の堆積が抑制され、極め
て急峻で所望の組成比を有する良品質のヘテロ構造薄膜
を実現することができる。
After the growth of the IIIaVa thin film, the supply of the Va group raw material is continued for t 1 hour, whereby the substrate surface is completely covered with one or more molecular layers of the Va group element. After that, the supply of the Va group raw material is stopped, and the supply of any thin film raw material to the substrate is temporarily stopped for t 2 hours. At this time, the group V raw materials simultaneously introduced into the cracking cell are switched from Va to Vb. In addition, during this period, desorption of the Va group element excessively deposited on the substrate surface from the substrate surface proceeds. Supply interruption time t of thin film raw material
2 is the time when the excess Va group element is desorbed on the substrate surface and the coverage becomes 1 (one molecular layer). As a result, the surface of the substrate is completely covered with the Va group element of one molecular layer. Thereafter, the supply of one of the Vb group raw material and the IIIb group raw material is first restarted, and then, after t 3 hours, the other raw material is supplied to start the growth of the IIIbVb thin film. For t 3 hours, the supply amount of the Vb group raw material or the IIIb group raw material is Vb for one molecular layer or an integral multiple thereof on the substrate surface.
The time is adjusted so that the amount required to form the group element or the group IIIb element is reached. Further, there is no problem even if the IIIb and Vb group raw materials are simultaneously supplied without especially providing the time t 3 .
By adopting the above steps, it is possible to rapidly switch the thin film components supplied to the substrate. Further, since the group V raw material is switched without supplying the group V raw material to the substrate, growth of a thin film having an abnormal composition due to the mixture of the thin film raw materials at the hetero interface is suppressed. Further, by adjusting the supply interruption time t 2 and the supply time t 3 of one of the thin film raw materials according to the above-mentioned means, it is possible to suppress the deposition of the excessive group V element or the group III element at the hetero interface, and to make it extremely steep. A good quality heterostructure thin film having a desired composition ratio can be realized.

【0007】[0007]

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 〈実施例1〉本実施例においては、InP基板上にIn
GaAsとInPにより構成されるヘテロ構造薄膜の成
長方法について説明する。薄膜原料としては、III族原
料として固体In、固体Gaを用い、V族原料としては
アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)を用いた。
図2に、本実施例におけるヘテロ構造薄膜の成長方法に
基づいた各種の薄膜原料を基板へ供給するシ−ケンスの
一例を示す。図3は、本実施例で使用したGSMBE
(ガスソース分子線エピタキシ)装置の構成を示す模式
図である。なお、図2において従来のGSMBE装置
(図9)と同一の部分は同じ符号で示す。ヘテロ構造薄
膜を成長するInP基板6は、真空雰囲気に保持された
成長容器9内に設置される。一方、固体In10、固体
Ga11は、固体ソ−ス分子線セル4、5内に充填さ
れ、任意の温度に加熱し蒸発させた後、InP基板6に
供給される。アルシン12を充填したボンベ1およびホ
スフィン13を充填したボンベ2は、それぞれバルブ1
a、バルブ2aを介して、同一のクラッキングセル3へ
導入され、任意の温度に加熱し分解した後、As2、P2
の形態でInP基板6に供給される。各々の固体ソ−ス
分子線セル4、5およびクラッキングセル3には、シャ
ッタ3a、4a、5aが、それぞれ具備されている。図
3に示すGSMBE装置を用いて、図2に示す原料供給
シ−ケンスにより、InGaAsとInPのヘテロ構造
薄膜の成長を、以下の手順で行った。まず、InGaA
s薄膜を、バルブ1a、シャッタ3a、4a、5a、お
よび基板シャッタ7を開け、III族とV族原料を同時に
供給し、所定の時間、通常のMBE成長を行った後、シ
ャッタ4a、5aを閉じて、InGaAs薄膜の成長を
終了した。その後、InGaAs薄膜の表面を砒素(A
s)面で終端させるため、2秒間、バルブ1a、シャッ
タ3aおよび基板シャッタ7は開けた状態を保持し、A
2のみをInP基板6に過剰に供給した。この後、基
板シャッタ7のみを閉じ、一切の薄膜原料のInP基板
6への供給を24秒間中断した。この時、同時にバルブ
1aを閉じ、バルブ2aを開ける。この中断時間は、本
実施例では24秒間としたが、この中断時間内にInG
aAs薄膜の表面を覆う過剰のAsの再蒸発を促し、最
終的にInP基板6を覆うAsの被覆率が1(Asの1
分子層)となるように調整する。さらに、この時InP
基板6の温度を、基板熱源8によって調整し、成長容器
9内に残留する炭素(C)などの残留不純物のInP基
板6への付着が、結晶の品質に十分影響を与えない時間
となるように調整することが望ましい。また中断時間中
は、基板シャッタ7を閉じていることで、成長容器9内
に残留する不純物または薄膜成分などのInP基板6へ
の直接入射を防止できる効果がある。さらに、原料供給
の中断と同時に、バルブ1aからバルブ2aに切換える
ことで、バルブ1aからクラッキングセル3の間に残留
しているアルシンまたは砒素水素化物などのガスは、シ
ャッタ3aが開いているため、効率良く成長容器9内に
排気され、代わりにホスフィンまたは燐水素化物などの
燐(P)を含むガスで充填される。もちろん、この時基
板シャッタ7を開けた状態でシャッタ3aのみを閉じた
状態、もしくはその両方を閉じた状態でバルブ1aから
バルブ2aに切換えを行っても支障はない。この原料供
給の中断後、基板シャッタ7を再び開けることによっ
て、InP基板6にはP2のみが供給されることにな
る。この後、2秒間、InP基板6の表面を燐で覆う目
的でP2をInP基板6に供給し、この後、シャッタ4
aを開けInGaAs薄膜とヘテロ構造を形成するIn
P薄膜の成長を開始する。P2の供給時間は、本実施例
では2秒としているが、燐がInP基板6上に1分子層
または1分子層の整数倍を形成するのに要するP2量の
供給時間となるように調整することが望ましい。
Embodiments of the present invention will be described below in more detail with reference to the drawings. <Example 1> In the present example, In is deposited on an InP substrate.
A method of growing a heterostructure thin film composed of GaAs and InP will be described. As the thin film raw material, solid In and solid Ga were used as group III raw materials, and arsine (AsH 3 ) and phosphine (PH 3 ) were used as group V raw materials.
FIG. 2 shows an example of a sequence for supplying various thin film raw materials to the substrate based on the growth method of the heterostructure thin film in this embodiment. FIG. 3 shows the GSMBE used in this example.
It is a schematic diagram which shows the structure of a (gas source molecular beam epitaxy) apparatus. In FIG. 2, the same parts as those of the conventional GSMBE device (FIG. 9) are designated by the same reference numerals. The InP substrate 6 on which the heterostructure thin film is grown is placed in the growth container 9 which is held in a vacuum atmosphere. On the other hand, the solid In10 and the solid Ga11 are filled in the solid source molecular beam cells 4 and 5, heated to an arbitrary temperature and evaporated, and then supplied to the InP substrate 6. The cylinder 1 filled with arsine 12 and the cylinder 2 filled with phosphine 13 are respectively provided with a valve 1
a, the valve 2a, and then introduced into the same cracking cell 3, heated to an arbitrary temperature and decomposed, and then As 2 , P 2
Is supplied to the InP substrate 6. The solid source molecular beam cells 4 and 5 and the cracking cell 3 are provided with shutters 3a, 4a and 5a, respectively. The GSMBE apparatus shown in FIG. 3 was used to grow a heterostructure thin film of InGaAs and InP by the following procedure by the raw material supply sequence shown in FIG. First, InGaA
After opening the valves 1a, shutters 3a, 4a, 5a, and substrate shutter 7, the thin film, the group III and group V raw materials are simultaneously supplied, and ordinary MBE growth is performed for a predetermined time, and then the shutters 4a, 5a are opened. Then, the growth of the InGaAs thin film was completed. After that, arsenic (A
s) surface, the valve 1a, the shutter 3a, and the substrate shutter 7 are kept open for 2 seconds.
Only s 2 was excessively supplied to the InP substrate 6. After that, only the substrate shutter 7 was closed, and the supply of any thin film raw material to the InP substrate 6 was interrupted for 24 seconds. At this time, the valve 1a is simultaneously closed and the valve 2a is opened. This interruption time is 24 seconds in this embodiment, but InG
The re-evaporation of excess As covering the surface of the aAs thin film is promoted, and finally the coverage of As covering the InP substrate 6 is 1 (1 of As).
(Molecular layer). Furthermore, at this time InP
The temperature of the substrate 6 is adjusted by the substrate heat source 8 so that the adhesion of residual impurities such as carbon (C) remaining in the growth vessel 9 to the InP substrate 6 does not affect the crystal quality sufficiently. It is desirable to adjust to. Further, by closing the substrate shutter 7 during the interruption time, there is an effect that impurities or thin film components remaining in the growth container 9 can be prevented from directly entering the InP substrate 6. Further, when the valve 1a is switched to the valve 2a at the same time as the supply of the raw material is interrupted, the gas such as arsine or arsenic hydride remaining between the valve 1a and the cracking cell 3 is opened by the shutter 3a. It is efficiently evacuated into the growth chamber 9 and is filled with a gas containing phosphorus (P) such as phosphine or phosphorus hydride instead. Of course, at this time, there is no problem even if the valve 1a is switched to the valve 2a while the substrate shutter 7 is open and only the shutter 3a is closed, or both of them are closed. After the supply of the raw material is interrupted, the substrate shutter 7 is opened again, so that only P 2 is supplied to the InP substrate 6. After that, P 2 is supplied to the InP substrate 6 for the purpose of covering the surface of the InP substrate 6 with phosphorus for 2 seconds.
In that opens a and forms a heterostructure with the InGaAs thin film
The growth of the P thin film is started. The supply time of P 2 is set to 2 seconds in the present embodiment, but the supply time of the P 2 amount required for phosphorus to form one molecular layer or an integral multiple of one molecular layer on the InP substrate 6 is set. It is desirable to adjust.

【0008】〈実施例2〉図4に、本実施例でヘテロ構
造薄膜の成長を行った原料供給シ−ケンスを示す。ヘテ
ロ界面におけるInP基板6への薄膜原料の供給を中断
する工程までは、上記実施例1と同一の工程を採用し
た。この後、シャッタ4a、および基板シャッタ7を開
けることで、InP基板6にInとP2を同時に供給
し、InGaAs薄膜とヘテロ構造を形成するInP薄
膜の成長を開始して、実施例1と同様にヘテロ構造薄膜
の成長を行った。
Example 2 FIG. 4 shows a raw material supply sequence for growing a heterostructure thin film in this example. The same steps as those in Example 1 were adopted up to the step of interrupting the supply of the thin film raw material to the InP substrate 6 at the hetero interface. After that, by opening the shutter 4a and the substrate shutter 7, In and P 2 are simultaneously supplied to the InP substrate 6, and the growth of the InP thin film forming the heterostructure with the InGaAs thin film is started. A heterostructure thin film was grown on.

【0009】〈実施例3〉図5に、本実施例でヘテロ構
造薄膜の成長を行った原料供給シ−ケンスを示す。ヘテ
ロ界面におけるInP基板6への薄膜原料の供給を中断
する工程までは、実施例1と同一の工程を採用した。こ
の後、シャッタ3aを閉じ、シャッタ4aおよび基板シ
ャッタ7を開け、Inを1.6秒間、InP基板6に供
給した。このInの供給時間1.6秒は、InがInP
基板6上に、1分子層形成するのに要するIn量の供給
時間である。なお、本実施例では、1分子層分のIn量
の供給時間を採っているが、1分子層の整数倍分のIn
量の供給時間としても差し支えない。この後、シャッタ
3aを開け、P2とInを、InP基板6に同時に供給
し、InGaAs薄膜とヘテロ構造を形成するInP薄
膜の成長を開始して、実施例1と同様にヘテロ構造薄膜
の成長を行った。以上本発明の実施例によれば、ヘテロ
界面においてAs2とP2とが完全に分離して供給される
ため、ヘテロ界面には、例えばInGaAsP、InA
sPまたは InAsなどの薄膜が形成されることな
く、所望のV族−III族比を持つ急峻なヘテロ構造薄膜
を得ることができた。図6に、実施例1に基づいてIn
P基板上に成長したInGaAsとInPからなるヘテ
ロ構造薄膜において、InPのみを塩酸系エッチャント
で選択除去し、InGaAs界面の元素をオ−ジェ電子
分光法で測定した結果を示す。In、Ga、As以外の
元素の存在を示すオ−ジェスペクトルは全く見られず、
従来、問題となっていた燐(P)を含む異常な組成の薄
膜が存在しないことを示している。また、図7に、同じ
ヘテロ構造薄膜を2結晶X線回折法で測定した結果を示
す。InGaAs薄膜からの回折スペクトルは、InP
基板からのX線回折スペクトルと同等の回折強度および
半値幅(2θ)が得られた。図8に、上記実施例に基づ
いて成長した量子井戸幅が25ÅのInGaAs/In
P量子井戸を、液体窒素温度に冷却してフォト ルミネ
ッセンス法で測定した結果を示す。得られたフォト ル
ミネッセンス スペクトルは、その半値幅(2θ)が、
従来方法にしたがって成長させた同一構造の量子井戸か
らのフォト ルミネッセンス スペクトルよりも明らかに
低減しており、シャ−プな波形が得られている。以上説
明した本発明のヘテロ構造薄膜の成長方法を用いれば、
結晶性、組成比共に良品質で、急峻な界面を有するヘテ
ロ構造薄膜を容易に実現できることが明白であり、急峻
なヘテロ界面が要求される超格子デバイス、例えばHB
Tの作製に極めて有効である。なお、上記本発明のヘテ
ロ構造薄膜の成長方法において、アルシン、ホスフィン
を、同一のクラッキングセルを用いて成長容器内の基板
に供給する方法について説明したが、それぞれ個別にク
ラッキングセルを用いても同様の効果が得られることは
言うまでもない。 また、上記実施例では説明上、特に
InGaAsとInPからなるヘテロ構造薄膜について
説明したが、他の材料系、例えばIII−V族半導体であ
ればGaAsとInGaP、II−V族半導体であれば
ZnSとZnSe等の他の構成のヘテロ構造薄膜の成長
においても、もちろん適用可能であり、本発明と同様の
効果が得られることを確認している。
<Embodiment 3> FIG. 5 shows a raw material supply sequence for growing a heterostructure thin film in this embodiment. The same steps as in Example 1 were adopted up to the step of interrupting the supply of the thin film raw material to the InP substrate 6 at the hetero interface. After that, the shutter 3a was closed, the shutter 4a and the substrate shutter 7 were opened, and In was supplied to the InP substrate 6 for 1.6 seconds. In is supplied to InP for 1.6 seconds.
This is the supply time of the amount of In required for forming one molecular layer on the substrate 6. In the present embodiment, the supply time of the In amount for one molecular layer is used, but In for an integral multiple of one molecular layer
There is no problem in supplying the amount. After that, the shutter 3a is opened, P 2 and In are simultaneously supplied to the InP substrate 6, and the growth of the InP thin film forming the heterostructure with the InGaAs thin film is started, and the growth of the heterostructure thin film is performed as in the first embodiment. I went. As described above, according to the embodiment of the present invention, As 2 and P 2 are completely separated and supplied at the hetero-interface, so that, for example, InGaAsP, InA are formed at the hetero-interface.
It was possible to obtain a steep heterostructure thin film having a desired V-III group ratio without forming a thin film of sP or InAs. In FIG. 6, In
In a heterostructure thin film composed of InGaAs and InP grown on a P substrate, only InP is selectively removed with a hydrochloric acid-based etchant, and the results of measuring the elements at the InGaAs interface by Auger electron spectroscopy are shown. No Auger spectrum showing the presence of elements other than In, Ga and As was observed,
This indicates that there is no thin film having an abnormal composition containing phosphorus (P), which has been a problem in the past. Further, FIG. 7 shows a result of measuring the same heterostructure thin film by a two-crystal X-ray diffraction method. The diffraction spectrum from the InGaAs thin film is InP
The diffraction intensity and the half width (2θ) equivalent to the X-ray diffraction spectrum from the substrate were obtained. FIG. 8 shows InGaAs / In having a quantum well width of 25 Å grown according to the above-mentioned embodiment.
The result of having measured P quantum well by liquid nitrogen temperature and measured by the photoluminescence method is shown. The obtained photoluminescence spectrum has a half-width (2θ) of
The photoluminescence spectrum from the quantum wells of the same structure grown according to the conventional method is clearly reduced, and a sharp waveform is obtained. Using the method for growing a heterostructure thin film of the present invention described above,
It is obvious that a heterostructure thin film having good crystallinity and composition ratio and having a steep interface can be easily realized, and a superlattice device requiring a steep heterointerface, for example, HB.
It is extremely effective in producing T. In the above-described method for growing a heterostructure thin film of the present invention, arsine and phosphine were described as a method of supplying the substrates in the growth vessel by using the same cracking cell, but the same applies even if each cracking cell is used individually. It goes without saying that the effect of can be obtained. Further, in the above-mentioned embodiment, the heterostructure thin film made of InGaAs and InP is explained, but other materials such as GaAs and InGaP for III-V semiconductors and II-V semiconductors are used.
It has been confirmed that the present invention can be applied to the growth of heterostructure thin films having other configurations such as ZnS and ZnSe, and the same effect as the present invention can be obtained.

【0010】[0010]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のヘ
テロ構造薄膜の成長方法によれば、特別な手法、手段を
用いることなく、良品質で、急峻なヘテロ界面を有する
ヘテロ構造薄膜を容易に実現することが可能であり、特
に急峻なヘテロ界面が要求される超格子デバイス、例え
ばHBT等の高性能デバイスの作製が極めて容易とな
る。
As described in detail above, according to the method for growing a heterostructure thin film of the present invention, a heterostructure thin film of good quality and having a steep hetero interface can be obtained without using any special method or means. It can be easily realized, and it becomes extremely easy to manufacture a high-performance device such as a superlattice device such as an HBT which requires a particularly steep hetero interface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のヘテロ構造薄膜の成長における原料供
給シ−ケンスの原理図。
FIG. 1 is a principle diagram of a raw material supply sequence in growing a heterostructure thin film of the present invention.

【図2】本発明の実施例1のヘテロ構造薄膜の成長に用
いた原料供給シ−ケンス図。
FIG. 2 is a raw material supply sequence diagram used for growing the heterostructure thin film of Example 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施例1のヘテロ構造薄膜の成長に用
いたGSMBE装置の構成を示す模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a GSMBE apparatus used for growing a heterostructure thin film of Example 1 of the present invention.

【図4】本発明の実施例2のヘテロ構造薄膜の成長に用
いた原料供給シ−ケンス図。
FIG. 4 is a sequence diagram of a raw material supply sequence used for growing a heterostructure thin film of Example 2 of the present invention.

【図5】本発明の実施例3のヘテロ構造薄膜の成長に用
いた原料供給シ−ケンス図。
5 is a raw material supply sequence diagram used for growing the heterostructure thin film of Example 3 of the present invention. FIG.

【図6】本発明の実施例1で成長したInGaAs/I
nPヘテロ構造薄膜のオ−ジェ電子分析結果を示す図。
FIG. 6 is InGaAs / I grown in Example 1 of the present invention.
The figure which shows the Auger electron analysis result of a nP heterostructure thin film.

【図7】本発明の実施例1で成長したInGaAs/I
nPヘテロ構造薄膜の2結晶X線回折測定結果を示す
図。
FIG. 7: InGaAs / I grown in Example 1 of the present invention
The figure which shows the 2 crystal X-ray-diffraction measurement result of a nP heterostructure thin film.

【図8】本発明の実施例1で成長したInGaAs/I
nP量子井戸構造のヘテロ薄膜の液体窒素温度における
フォト ルミネッセンス測定結果を示す図。
FIG. 8: InGaAs / I grown in Example 1 of the present invention
The figure which shows the photoluminescence measurement result in the liquid nitrogen temperature of the hetero thin film of nP quantum well structure.

【図9】従来のGSMBE装置の構成を示す模式図。FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional GSMBE apparatus.

【図10】従来方法で成長したInGaAs/InPヘ
テロ構造薄膜のオ−ジェ電子分析結果を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing Auger electron analysis results of an InGaAs / InP heterostructure thin film grown by a conventional method.

【図11】従来方法で成長したInGaAs/InPヘ
テロ構造薄膜の2結晶X線回折測定結果を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing a two-crystal X-ray diffraction measurement result of an InGaAs / InP heterostructure thin film grown by a conventional method.

【図12】従来方法で成長したInGaAs/InP量
子井戸構造のヘテロ薄膜の液体窒素温度におけるフォト
ルミネッセンス測定結果を示す図。
FIG. 12 is a view showing a photoluminescence measurement result at a liquid nitrogen temperature of a hetero thin film having an InGaAs / InP quantum well structure grown by a conventional method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2、20、21…ボンベ 1a、2a…バルブ 3…クラッキングセル 3a、4a、5a…シャッタ 4、5…固体ソ−ス分子線セル 6…InP基板 7…基板シャッタ 8…基板熱源 9…成長容器 10…固体In 11…固体Ga 12…アルシン 13…ホスフィン 22…固体IIIa 23…固体IIIb 24…基板 25…Va族原料 26…Vb族原料 1, 2, 20, 21 ... Cylinder 1a, 2a ... Valve 3 ... Cracking cell 3a, 4a, 5a ... Shutter 4, 5 ... Solid source molecular beam cell 6 ... InP substrate 7 ... Substrate shutter 8 ... Substrate heat source 9 ... Growth container 10 ... Solid In 11 ... Solid Ga 12 ... Arsine 13 ... Phosphine 22 ... Solid IIIa 23 ... Solid IIIb 24 ... Substrate 25 ... Va group raw material 26 ... Vb group raw material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 浩美 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大内 潔 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hiromi Sato, 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo 1-280, Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Kiyoshi Ouchi 1-280, Higashi Koikeku, Kokubunji, Tokyo Hitachi, Ltd. Central Research Laboratory

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】真空雰囲気中に保持された基板上に、所望
する薄膜の構成成分または薄膜の構成成分を含む原料ガ
スを、原料供給セルを介して導入し、気相反応によって
所望のヘテロ構造薄膜を形成する方法であって、元素の
周期表のII−VI族半導体薄膜またはIII−V族半導体薄
膜もしくはその両方の半導体薄膜のうちから選択される
2種以上の異なる半導体薄膜により構成されるヘテロ構
造薄膜の成長方法において、上記基板上に第1の半導体
薄膜を成長した後、該第1の半導体薄膜を構成するV族
元素またはVI族元素を1分子層以上堆積させる工程
と、上記基板への一切の薄膜の構成成分、または薄膜の
構成成分を含む原料ガスの導入を、所定時間中断する工
程を少なくとも1回以上含み、その後に、上記ヘテロ構
造薄膜を形成する第2の半導体薄膜の構成成分、または
構成成分を含む原料ガスを上記基板上に導入して成膜す
る工程を少なくとも含むことを特徴とするヘテロ構造薄
膜の成長方法。
1. A desired heterostructure is introduced on a substrate held in a vacuum atmosphere by introducing a raw material gas containing a desired thin film constituent or a thin film constituent via a raw material supply cell and performing a gas phase reaction. A method for forming a thin film, comprising two or more different semiconductor thin films selected from a II-VI group semiconductor thin film and / or a III-V group semiconductor thin film of the periodic table of elements or both semiconductor thin films. In the method for growing a heterostructure thin film, the step of growing a first semiconductor thin film on the substrate, and then depositing one or more molecular layers of a group V element or a group VI element constituting the first semiconductor thin film; A second step of forming the heterostructure thin film after at least one step of interrupting the introduction of all the thin film constituents or the raw material gas containing the thin film constituents for a predetermined time. A method for growing a heterostructure thin film, comprising at least a step of introducing a constituent component of a semiconductor thin film or a source gas containing the constituent component onto the substrate to form a film.
【請求項2】請求項1において、基板への一切の上記薄
膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスの
導入を中断する所定時間は、上記基板に堆積したV族元
素またはVI族元素の表面被覆層が1分子層となるに要
する上記基板からの脱離時間であることを特徴とするヘ
テロ構造薄膜の成長方法。
2. The method according to claim 1, wherein the introduction of all the constituents of the thin film or the raw material gas containing the constituents of the thin film to the substrate is interrupted for a predetermined period of time by the group V element or the group VI element deposited on the substrate. A method for growing a heterostructure thin film, characterized in that it is a desorption time from the substrate required for the surface coating layer of the element to become one molecular layer.
【請求項3】請求項1または請求項2記載のヘテロ構造
薄膜の成長方法において、上記基板への一切の薄膜の構
成成分、または構成成分を含む原料ガスの導入を所定時
間中断した後、上記ヘテロ構造薄膜を形成する第2の半
導体薄膜の構成成分であるIII族成分またはII族成分、
もしくはIII族成分またはII族成分を含む原料ガスを上
記基板上に所定量導入し、ついで上記第2の半導体薄膜
の構成成分、または構成成分を含む原料ガスを、上記基
板上に導入することを特徴とするヘテロ構造薄膜の成長
方法。
3. The method for growing a heterostructure thin film according to claim 1 or 2, after the introduction of all the constituent components of the thin film or the source gas containing the constituent components into the substrate is interrupted for a predetermined time, A group III component or a group II component which is a constituent component of the second semiconductor thin film forming the heterostructure thin film,
Alternatively, a predetermined amount of a source gas containing a group III component or a group II component may be introduced onto the substrate, and then the constituent component of the second semiconductor thin film or the source gas containing the constituent component may be introduced onto the substrate. Characteristic heterostructure thin film growth method.
【請求項4】請求項1ないし請求項3のいずれか1項に
おいて、ヘテロ構造薄膜を形成する第2の半導体薄膜の
構成成分であるIII族成分またはII族成分、もしくはIII
族成分またはII族成分を含む原料ガスの基板上への導入
量は、上記III族元素またはII族元素が上記基板上に1
分子層を形成するに要する量の整数倍とすることを特徴
とするヘテロ構造薄膜の成長方法。
4. A group III component or a group II component as a constituent component of a second semiconductor thin film forming a heterostructure thin film according to any one of claims 1 to 3, or III.
The introduction amount of the source gas containing the group III component or the group II component onto the substrate is such that the group III element or the group II element is 1 above the substrate.
A method for growing a heterostructure thin film, characterized in that the amount is an integral multiple of the amount required to form a molecular layer.
【請求項5】請求項1ないし請求項4のいずれか1項に
おいて、成長するヘテロ構造薄膜は、ヘテロバイポ−ラ
トランジスタにおけるベ−スとエミッタもしくはコレク
タとベ−スであることを特徴とするヘテロ構造薄膜の成
長方法。
5. The heterostructure thin film according to claim 1, wherein the growing heterostructure thin film is a base and an emitter or a collector and a base in a heterobipolar transistor. Method for growing structural thin film.
【請求項6】請求項1ないし請求項5のいずれか1項に
おいて、薄膜の構成成分、または構成成分を含む原料ガ
スは、II、III、IV、V、VI族の元素のうちから選択
される少なくとも2種以上の元素を含む原料ガスである
ことを特徴とするヘテロ構造薄膜の成長方法。
6. The thin film constituent according to any one of claims 1 to 5, or the raw material gas containing the constituent is selected from the group II, III, IV, V and VI elements. A method for growing a heterostructure thin film, characterized in that the source gas contains at least two or more elements.
【請求項7】請求項1ないし請求項6のいずれか1項に
おいて、薄膜の構成成分、または構成成分を含む原料ガ
スは、アルシンおよびホスフィンであることを特徴とす
るヘテロ構造薄膜の成長方法。
7. The method for growing a heterostructure thin film according to claim 1, wherein the constituent components of the thin film or the source gas containing the constituent components are arsine and phosphine.
【請求項8】請求項1ないし請求項7のいずれか1項に
おいて、ヘテロ構造薄膜を構成する2種以上の異なる半
導体薄膜は、InP、InGaAs、GaAs、InG
aP、GaSb、InGaAsP、InAs、GaP、
ZnS、ZnSSe、ZnSe、ZnCdSeのうちか
ら選択される2種以上の組合せにより構成されることを
特徴とするヘテロ構造薄膜の成長方法。
8. The semiconductor thin film according to claim 1, wherein the two or more different semiconductor thin films constituting the heterostructure thin film are InP, InGaAs, GaAs, InG.
aP, GaSb, InGaAsP, InAs, GaP,
A heterostructure thin film growth method comprising a combination of two or more selected from ZnS, ZnSSe, ZnSe, and ZnCdSe.
【請求項9】真空雰囲気に保持された薄膜成長容器内に
所定の基板を配設し、該基板を任意の温度に加熱制御す
る加熱手段と、上記基板と対向する位置に、所望する薄
膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスを
導入する各々の原料供給セルを設け、上記原料供給セル
には、各々のセル専用のシャッタを少なくとも1個以上
備えたテロ構造薄膜の成長装置において、上記基板と上
記原料供給セルとの間に、上記各セルから上記基板上に
導入する薄膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む
原料ガスの1部もしくは全部を、設定の任意の時間自在
に遮断し得る構造のシャッタを少なくとも1個以上配設
したことを特徴とするヘテロ構造薄膜の成長装置。
9. A predetermined substrate is provided in a thin film growth container held in a vacuum atmosphere, and heating means for heating and controlling the substrate to an arbitrary temperature, and a desired thin film at a position facing the substrate. In a growth apparatus for a terror structure thin film, each raw material supply cell for introducing a raw material gas containing a constituent or a constituent of a thin film is provided, and at least one shutter dedicated to each cell is provided in the raw material supply cell. Between the substrate and the raw material supply cell, the constituent components of the thin film to be introduced onto the substrate from each of the cells, or a part or all of the raw material gas containing the constituent component of the thin film can be freely set for any time. An apparatus for growing a heterostructure thin film, characterized in that at least one shutter having a structure capable of blocking is provided.
【請求項10】請求項9において、基板と上記原料供給
セルとの間に、上記各セルから上記基板上に導入する薄
膜の構成成分、または薄膜の構成成分を含む原料ガスの
1部もしくは全部を、設定の任意の時間遮断し得る構造
のシャッタを用い、請求項1ないし請求項8のいずれか
1項記載のヘテロ構造薄膜の成長方法に基づいて薄膜の
成長を行う手段を備えたことを特徴とするヘテロ構造薄
膜の成長装置。
10. The thin film constituent introduced from each cell onto the substrate between the substrate and the raw material supply cell according to claim 9, or part or all of the raw material gas containing the thin film constituent. And a means for growing a thin film on the basis of the method for growing a heterostructure thin film according to any one of claims 1 to 8, using a shutter having a structure capable of shutting off for any set time. Characteristic heterostructure thin film growth device.
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