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JPS63156094A - Method for growing single crystal - Google Patents

Method for growing single crystal

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Publication number
JPS63156094A
JPS63156094A JP30472886A JP30472886A JPS63156094A JP S63156094 A JPS63156094 A JP S63156094A JP 30472886 A JP30472886 A JP 30472886A JP 30472886 A JP30472886 A JP 30472886A JP S63156094 A JPS63156094 A JP S63156094A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
growth
single crystal
atomic layer
compound
group
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.)
Granted
Application number
JP30472886A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0341439B2 (en
Inventor
Nobuyuki Otsuka
信幸 大塚
Masashi Ozeki
尾関 雅志
Koji Mochizuki
望月 孔二
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu 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 Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP30472886A priority Critical patent/JPS63156094A/en
Publication of JPS63156094A publication Critical patent/JPS63156094A/en
Publication of JPH0341439B2 publication Critical patent/JPH0341439B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ごの発明は、化合物単結晶の原子層エピタキシーにかか
り、 該化合物単結晶を構成する元素の少なくとも一種の原材
料に該元素のアルキル基並びに塩素基を含む化合物を用
い、かつ該元素と該化合物単結晶を構成する他の元素と
を交互に供給することにより・ 顕著なセルフリミッティング効果により、所要の原子層
数の成長を正確に実現することを可能とするものである
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The invention relates to atomic layer epitaxy of a single crystal of a compound, and a compound containing an alkyl group and a chlorine group of at least one element constituting the single crystal of the compound. By using this element and alternately supplying other elements constituting the single crystal of the compound, the remarkable self-limiting effect makes it possible to accurately grow the required number of atomic layers. It is something to do.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

この発明は単結晶成長方法にかかり、特に良好な原子層
エピタキシーを可能にする単結晶成長方法の改善に関す
る。
The present invention relates to a method for growing a single crystal, and in particular to an improvement in the method for growing a single crystal that enables good atomic layer epitaxy.

電子デバイスの微細化を進めてその性能を向上し、更に
は従来のバルク材料にはない物性を実現して新しい機能
を有する電子デバイスを開発するなどの目的で、単結晶
成長を原子層単位で制御することが強く要望されている
Single crystal growth is being developed on an atomic layer basis for the purpose of miniaturizing electronic devices to improve their performance, and to develop electronic devices with new functions by realizing physical properties not found in conventional bulk materials. There is a strong demand for control.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

1原子層ごとに積み重ねて単結晶を成長する原子層エピ
タキシーに適すると期待される成長方法として、分子線
エピタキシー(MBE)法と有機金属気相成長法(MO
−CVD法)とが挙げられる。
Molecular beam epitaxy (MBE) and metal-organic vapor phase epitaxy (MO
-CVD method).

MO−CVD法ではガリウム(Ga)、アルミニウム(
AI)など主として■族の単結晶構成元素を輸送するの
にそのアルキル化合物を用いており、例えば砒化アルミ
ニウムガリウム(AIGaAs)系の半導体単結晶の原
料を、■族元素についてはトリメチルガリウム(Ga 
(CH3) 3)、トリエチルガリウム(Ga (C2
H5) 3)、トリメチルアルミニウム(A t (C
H3) 3)、トリエチルアルミニウム(AI (Cz
Hs) 3)など、■族元素についてはアルシン(AS
H3)などとする。
In the MO-CVD method, gallium (Ga), aluminum (
The alkyl compound is mainly used to transport single-crystal constituent elements of group Ⅰ such as AI).
(CH3) 3), triethylgallium (Ga (C2
H5) 3), trimethylaluminum (A t (C
H3) 3), triethylaluminum (AI (Cz
For group ■ elements such as Hs) 3), arsine (AS
H3) etc.

このMO−CVD法における反応式は、砒化ガリウム(
GaAs)を例にとれば、 Ga (CH3) :l + As113−GaAs 
+ 3CH4と表される。実際に成長面近傍で起こって
いる反応はこの様に単純ではなく、その素過程を充分把
握するには至っていないが、この成長は反応物質の拡散
で律速されるというのが定説となっている。
The reaction formula in this MO-CVD method is gallium arsenide (
Taking GaAs) as an example, Ga (CH3) :l + As113-GaAs
+3CH4. The reactions that actually occur near the growth surface are not as simple as this, and the elementary processes have not yet been fully understood, but it is a well-established theory that the rate of growth is determined by the diffusion of reactants. .

具体的な拡散種は何かという点については未だ定説がな
いが、代表的な説は加熱されたサセプタ上層部の境界層
中でGa(Ct(3)iは完全に熱分解しており、成長
面近傍ではAsH3が分解しAs4が生成しているとい
うものである。
There is still no established theory as to what the specific diffusion species is, but a typical theory is that Ga(Ct(3)i is completely thermally decomposed in the boundary layer above the heated susceptor). Near the growth surface, AsH3 decomposes and As4 is generated.

この場合にGa原子は拡散により境界層中を移動して基
板表面に達し、 Ga + ’A As4−GaAs なる反応によりGaAsが析出する。従って成長を律速
するのはGa原子の拡散となり、A s 113の濃度
が充分に大きいとき、成長速度がGa(CH:+)zの
供給量に比例して大きくなるという実験事実に合致する
In this case, Ga atoms move through the boundary layer due to diffusion and reach the substrate surface, and GaAs is precipitated by the reaction Ga + 'A As4-GaAs. Therefore, the growth rate is determined by the diffusion of Ga atoms, which is consistent with the experimental fact that when the concentration of As 113 is sufficiently large, the growth rate increases in proportion to the amount of Ga(CH:+)z supplied.

この?l0−CVD法は、単体金属を原料に用いるこれ
以前の気相成長法より制御性がすぐれており、成長速度
を数秒/原子層程度まで下げ、原料ガスの切り換えを高
速化して、へ単位の極薄膜を形成することが既に報告さ
れている。
this? The 10-CVD method has better controllability than previous vapor phase growth methods that use single metals as raw materials, reducing the growth rate to several seconds/atomic layer and speeding up the switching of raw material gases. It has already been reported that it forms an extremely thin film.

また通常の気相成長法は各構造元素を含む原料ガスを同
時に流し、基板上あるいはその近傍で反応が生じること
を利用しているのに対し、より新しい原子層エピタキシ
ャル成長技術として原料ガスを交互に流す方法が、塩化
亜鉛(ZnC1□)を用いた硫化亜鉛(ZnS)の成長
、塩化タンタル(TaC1s)を用いた酸化タンタル(
TazOs)の成長等について報告されている。
In addition, while the normal vapor phase growth method uses raw material gas containing each structural element to flow simultaneously and takes advantage of the fact that reactions occur on or near the substrate, newer atomic layer epitaxial growth technology uses raw material gases that are alternately supplied. The flowing method is the growth of zinc sulfide (ZnS) using zinc chloride (ZnC1□) and the growth of tantalum oxide (ZnS) using tantalum chloride (TaC1s).
The growth of TazOs) has been reported.

MO−CVD法にこの原料ガスを交互に流す方法を導入
し、GaAsについて原子層エピタキシャル成長を試み
た結果を第1図に破線で例示する。本従来例では成長温
度を例えば400℃とし、にa (CzHs) 3の流
1xを同図横軸に示す様に変化させて、1周期が下記の
各時間からなる成長を繰り返した結果から、1周期当た
りの成長厚さの1原子層の厚さに対する比を求めている
A method of alternately flowing the raw material gases was introduced into the MO-CVD method, and the results of attempting atomic layer epitaxial growth of GaAs are illustrated by broken lines in FIG. In this conventional example, the growth temperature is set to, for example, 400°C, the flow 1x of Ni a (CzHs) 3 is changed as shown on the horizontal axis in the figure, and one cycle of growth is repeated as shown below. The ratio of the growth thickness per period to the thickness of one atomic layer is calculated.

休み Ga(CzHs) 3  休み  AsH。Rest Ga (CzHs) 3 Rest AsH.

流量(SCC門)        X        
480時間(秒)    3   10   3   
10同図に示すデータでは、Ga(Czlls)3の流
量Xが約805CCHのとき1周期当たりの成長厚さが
1原子層となり、流量Xがこの値未満では1周期当たり
l原子層に達せず、この値を超えれば1周期当たりl原
子層を超えて、流量Xと成長厚さとの相関は連続的な単
調増加曲線となっている。
Flow rate (SCC gate)
480 hours (seconds) 3 10 3
10 According to the data shown in the same figure, when the flow rate X of Ga(Czlls)3 is about 805 CCH, the growth thickness per period is 1 atomic layer, and when the flow rate X is less than this value, it does not reach 1 atomic layer per period. , if this value is exceeded, it exceeds 1 atomic layer per period, and the correlation between the flow rate X and the growth thickness becomes a continuous monotonically increasing curve.

この結果は、1周期当たりの成長厚さを1原子層に制御
するには流量Xを成る一定値に制御することがこの方法
では必要であることを示すのみならず、この1周期当た
りの成長厚さは平均値であり、実際には1原子層の成長
が完了した後に次の原子層の成長が開始されるものでは
なく、エピタキシャル成長の進行に部分的な遅速があり
得ることを示している。
This result not only shows that in this method it is necessary to control the flow rate X to a constant value in order to control the growth thickness per cycle to one atomic layer, but also shows that The thickness is an average value and does not actually mean that the growth of the next atomic layer starts after the growth of one atomic layer is completed, indicating that there may be partial slowdowns in the progress of epitaxial growth. .

MBE法による原子層エピタキシーも平行して開発が進
められているが、成長メカニズムが極めて類似するMO
−CVD法とMBE法の長所を合わせた成長法を目指し
て、原料にガスソースを用い10−’Torr前後の真
空度で結晶成長を行う方法が最近注目されており、MO
−MBE法、真空MO−CVD法などと呼ばれている。
Atomic layer epitaxy using the MBE method is being developed in parallel, but MO, which has a very similar growth mechanism,
-Aiming for a growth method that combines the advantages of CVD and MBE methods, a method of growing crystals in a vacuum of around 10-'Torr using a gas source as a raw material has recently been attracting attention.
-MBE method, vacuum MO-CVD method, etc.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述の従来例は、1原子層ごとに成長反応が終了するセ
ルフリミッティング効果が原料ガスを交互に流してもさ
ほど期待できないことを示しており、セルフリミッティ
ング効果を高める成長方法が原子層エピタキシーを実現
するために強く要望されている。
The above-mentioned conventional example shows that the self-limiting effect in which the growth reaction ends for each atomic layer cannot be expected much even if the raw material gases are alternately flowed, and the growth method that enhances the self-limiting effect is atomic layer epitaxy. There is a strong demand for this to be realized.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

前記問題点は、化合物単結晶を構成する元素の少なくと
も一種の原材料に該元素のアルキル基並びに塩素基を含
む化合物を用い、かつ該元素と該化合物単結晶を構成す
る他の元素とを交互に供給する本発明による単結晶成長
方法により解決される。
The above problem can be solved by using a compound containing an alkyl group and a chlorine group of at least one of the elements constituting the compound single crystal, and alternately using the element and other elements constituting the compound single crystal. This problem is solved by the single crystal growth method according to the present invention.

なお本発明によりアルキル基並びに塩素基を含む化合物
を原材料とする元素は、主として■族元素及び■族元素
である。
In addition, according to the present invention, the elements whose raw materials are compounds containing an alkyl group and a chlorine group are mainly group (1) elements and group (2) elements.

〔作 用〕[For production]

本発明によれば、例えばGaAs単結晶を従来の間−C
VD法の装置を用いて成長する場合に、実施例として後
述する如く、Gaの原材料にそのアルキル基と塩素基を
含む化合物例えばGa(CJs)zclを用い、これと
Asの原材料ASH3とを交互に供給する。
According to the present invention, for example, GaAs single crystal can be
When growing using a VD method apparatus, as described below as an example, a compound containing an alkyl group and a chlorine group, such as Ga(CJs)zcl, is used as the Ga raw material, and this and As raw material ASH3 are alternately used. supply to.

このエピタキシャル成長は下記の様に考えられる。すな
わち、Ga(CJs)zclは加熱されたサセプタ上層
部の境界層中でC,H,基を熱分解するが、結合力が強
いCI基は分解せずに・Ga−Clが拡散種となって基
板表面に達する。成長面のGa原子の位置にこのGa原
子が入れば結合しているCIにより更にその上への積層
付着が阻止され、Ga原子は単原子層状態に配列し、G
a(Czl(s) zclの供給が続いてもそれ以上は
進行しない。
This epitaxial growth can be considered as follows. In other words, Ga(CJs)zcl thermally decomposes C, H, and groups in the boundary layer of the heated upper layer of the susceptor, but CI groups with strong bonding strength are not decomposed and Ga-Cl becomes a diffusion species. and reach the substrate surface. If this Ga atom enters the position of the Ga atom on the growth surface, the bonded CI will prevent further stacking on top of it, the Ga atoms will be arranged in a monoatomic layer, and the G
a(Czl(s)) Even if the supply of zcl continues, no further progress is made.

Ga(czos)zctを停止して排気した後にAsH
3を供給すれば成長面近傍でこれが熱分解し、単原子層
状態に配列したGa原子間の空格子位置にAs原子が入
り、前記CIはHCIとして排出される。なおAsH。
AsH after stopping and exhausting Ga(czos)zct
When 3 is supplied, this is thermally decomposed near the growth surface, As atoms enter the vacant lattice positions between Ga atoms arranged in a monoatomic layer, and the CI is discharged as HCI. In addition, AsH.

を当量以上に供給しても結晶成長には影響しない。Even if more than the equivalent amount is supplied, crystal growth is not affected.

この様にして、実施例として後述する如き顕著なセルフ
リミッティング効果が実現されるが、成長メカニズムが
極めて類似する所謂MO−MBE法においても同様の効
果が得られる。
In this way, a remarkable self-limiting effect is achieved as will be described later as an example, but a similar effect can also be obtained in the so-called MO-MBE method, which has a very similar growth mechanism.

〔実施例〕〔Example〕

゛  以下本発明を実施例により具体的に説明する。 ゛゛ ゛ The present invention will be specifically explained below with reference to Examples.

本実施例は、GaAs基板上へのGaAsの原子層エピ
タキシャル成長を、従来からMO−CVD法に用いてい
る気相成長装置を用いて以下に説明する様に実施してお
り、第1図に実線で例示する如き結果を得ている。
In this example, atomic layer epitaxial growth of GaAs on a GaAs substrate was carried out using a vapor phase growth apparatus conventionally used in the MO-CVD method as described below. I have obtained results as shown in the example below.

本実施例では、成長温度を例えば400℃と前記従来例
に等しくし、温度47℃としたバブラーに水素(H2)
キャリアを通気してGa(CJs)zcIの流量Xを同
図横軸に示す様に設定し、前記従来例と同様に1周期が
下記各時間からなる成長を例えば177周期繰り返した
結果から、1周期当たりの成長厚さの1原子層の厚さに
対する比を求めている。
In this example, the growth temperature was set to 400°C, which is the same as that of the conventional example, and hydrogen (H2) was added to the bubbler at a temperature of 47°C.
The carrier is aerated and the flow rate The ratio of the growth thickness per period to the thickness of one atomic layer is determined.

休みGa(CtHs)zcl休み  AsH。Rest Ga (CtHs) zcl Rest AsH.

流量(SCCM)        X        
480時間(秒”)    3    10   3 
  10本実施例のデータから、Ga(CJs)zcl
の流量X或いは時間を前記従来例のGa(Czlls)
:iより増加する必要があるが、丁度単原子層の堆積が
得られる限界値、本実施例では流量約2003CCHに
達すれば、これ以上にGa(CzHs) 、clの流N
Xを増加させても成長厚さは増加せずに1周期当たりの
成長厚さが1原子層に保たれており、橿めて確実なセル
フリミッティング効果が得られている。
Flow rate (SCCM)
480 hours (seconds) 3 10 3
10 From the data of this example, Ga(CJs)zcl
Flow rate X or time of Ga(Czlls) of the conventional example
:I need to increase more than i, but if the flow rate reaches the limit value at which a monoatomic layer can be deposited, which is approximately 2003 CCH in this example, the flow rate of Ga (CzHs) and Cl must be increased more than this.
Even if X is increased, the growth thickness does not increase, and the growth thickness per period is maintained at one atomic layer, thereby achieving a reliable self-limiting effect.

上述の実施例はm−v族化合物単結晶の成長を引例して
いるが、■−■族化合物単結晶についても、例えば硫化
亜鉛(ZnS)をZn(CJs)C1とlhsとを原材
料としてエピタキシャル成長するなど、本発明を適用し
て同様の効果を得ることができる。
Although the above examples refer to the growth of single crystals of m-v group compounds, single crystals of ■-■ group compounds can also be grown by epitaxial growth using, for example, zinc sulfide (ZnS) as raw materials with Zn(CJs)C1 and lhs. Similar effects can be obtained by applying the present invention.

更に上述の実施例は従来のMO−CVD法の手法に基づ
いているが、MO−MBE法に基づいた手法によっても
同様の効果が得られる。
Further, although the above-described embodiments are based on the conventional MO-CVD method, similar effects can be obtained by using a method based on the MO-MBE method.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した如く本発明によれば、化合物単結晶のエピ
タキシャル成長に際して、1原子層ごとに成長反応が終
了するセルフリミッティング効果が極めて顕著に得られ
、所要の原子層数の成長を正確に実現することが可能と
なって、電子デバイスの微細化による性能の向上、更に
は従来のバルク材料では得られない新しい機能を有する
電子デバイスの開発などに大きく貢献する。
As explained above, according to the present invention, during the epitaxial growth of compound single crystals, the self-limiting effect in which the growth reaction ends for each atomic layer is extremely noticeable, and the growth of the required number of atomic layers can be achieved accurately. This makes it possible to greatly contribute to improving the performance of electronic devices through miniaturization, as well as to the development of electronic devices with new functions that cannot be obtained with conventional bulk materials.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は1周期当たりの成長厚さを、本発明の実施例と
従来例について比較する図である。 i2倫裾ごぺt都峠町
FIG. 1 is a diagram comparing the growth thickness per cycle between an embodiment of the present invention and a conventional example. i2 Rin Susagopet Miyakotoge Town

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)化合物単結晶を構成する元素の少なくとも一種の原
材料に該元素のアルキル基並びに塩素基を含む化合物を
用い、かつ該元素と該化合物単結晶を構成する他の元素
とを交互に供給することを特徴とする単結晶成長方法。 2)前記化合物を用いる元素がIII族元素であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の単結晶成長方法
。 3)前記化合物を用いる元素がII族元素であることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の単結晶成長方法。
[Claims] 1) A compound containing an alkyl group and a chlorine group of the element is used as a raw material for at least one of the elements constituting the compound single crystal, and the element and other elements constituting the compound single crystal are combined. A single crystal growth method characterized by alternately supplying. 2) The single crystal growth method according to claim 1, wherein the element used in the compound is a group III element. 3) The single crystal growth method according to claim 1, wherein the element used in the compound is a Group II element.
JP30472886A 1986-12-18 1986-12-18 Method for growing single crystal Granted JPS63156094A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30472886A JPS63156094A (en) 1986-12-18 1986-12-18 Method for growing single crystal

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JP30472886A JPS63156094A (en) 1986-12-18 1986-12-18 Method for growing single crystal

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JPS63156094A true JPS63156094A (en) 1988-06-29
JPH0341439B2 JPH0341439B2 (en) 1991-06-24

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JP (1) JPS63156094A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5483919A (en) * 1990-08-31 1996-01-16 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Atomic layer epitaxy method and apparatus

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5483919A (en) * 1990-08-31 1996-01-16 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Atomic layer epitaxy method and apparatus

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JPH0341439B2 (en) 1991-06-24

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