FR2579824A1 - Procede et appareil pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, utilisant un traitement epitaxial par faisceau moleculaire - Google Patents

Procede et appareil pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, utilisant un traitement epitaxial par faisceau moleculaire Download PDF

Info

Publication number
FR2579824A1
FR2579824A1 FR8604353A FR8604353A FR2579824A1 FR 2579824 A1 FR2579824 A1 FR 2579824A1 FR 8604353 A FR8604353 A FR 8604353A FR 8604353 A FR8604353 A FR 8604353A FR 2579824 A1 FR2579824 A1 FR 2579824A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
chamber
substrate
treatment
molecular beam
growth
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
FR8604353A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2579824B1 (fr
Inventor
Toshiro Hayakawa
Takahiro Suyama
Kohsei Takahashi
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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
Priority claimed from JP60067447A external-priority patent/JP2607239B2/ja
Priority claimed from JP7497685A external-priority patent/JPS61232608A/ja
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Publication of FR2579824A1 publication Critical patent/FR2579824A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2579824B1 publication Critical patent/FR2579824B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/2633—Bombardment with radiation with high-energy radiation for etching, e.g. sputteretching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02395—Arsenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02463—Arsenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/02543—Phosphides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/02546—Arsenides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02631—Physical deposition at reduced pressure, e.g. MBE, sputtering, evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02658—Pretreatments
    • H01L21/02661—In-situ cleaning
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H01L21/3245—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering of AIIIBV compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/017—Clean surfaces
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/025—Deposition multi-step
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/169—Vacuum deposition, e.g. including molecular beam epitaxy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
    • Y10S438/974—Substrate surface preparation

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL DE FABRICATION DE DISPOSITIFS SEMI-CONDUCTEURS. LE PROCEDE CONSISTE A SOUMETTRE UN SUBSTRAT EN GAAS SUR LEQUEL EST SITUE UN FILM OXYDE A UN TRAITEMENT DE DEGAZEIFICATION DANS UNE CHAMBRE 2, A CHAUFFER LE SUBSTRAT PENDANT UN TRAITEMENT D'IRRADIATION PAR UN FAISCEAU MOLECULAIRE A L'INTERIEUR D'UNE CHAMBRE DE PRE-TRAITEMENT 3 POUR ENLEVER LE FILM OXYDE DU SUBSTRAT, ET A FAIRE CROITRE UNE COUCHE SEMI-CONDUCTRICE A COMPOSE PHOSPHOREUX SUR LE SUBSTRAT PAR UN TRAITEMENT EPITAXIAL PAR FAISCEAU MOLECULAIRE A L'INTERIEUR D'UNE CHAMBRE DE CROISSANCE 4 RELIEE A LA CHAMBRE DE PRE-TRAITEMENT, LEDIT FAISCEAU MOLECULAIRE POUVANT ETRE FORME D'AS OU D'IN. APPLICATION A LA FABRICATION DE SEMI-CONDUCTEURS EMETTEURS DE LUMIERE.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de dispositifs
semi-conducteurs et un appareil pour sa mise en oeuvre. Plus particulièrement elle concerne un procédé dé fabrication de dispositifs semi-conducteurs utilisant un traitement épitaxial par faisceau moléculaire qui permet la croissance d'un semi-conducteur à composé phosphoreux avec une longueur d'onde d'émission de lumière inférieure à 700 nm sur un substrat en GaAs, ce qui permet d'obtenir des dispositifs semi-conducteurs émetteurs de lumière avec une haute précision, l'invention se rapportant
également à un appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé.
Ces dernières années, on a mis au point des techniques de communication optique basées sur des dispositifs optiques tels que des lasers semiconducteurs et des diodes émettrices de lumière ainsi que des techniques de traitement
optique d'informations basées sur des disques optiques.
Il est nécessaire de faire intervenir des dispositifs optiques ayant une longueur d'onde pour laquelle une lumière laser est émise par le dispositif dans le domaine visible et il serait
particulièrement avantageux de disposer de lasers semi-
conducteurs visibles. Des lasers semi-conducteurs en GaAs GaAlAs ayant une longueur d'onde d'oscillation de 780 nm ont été utilisés comme source lumineuse pour des disques compacts et des disques vidéo. Cependant, pour traiter un grand nombre d'informations, il est nécessaire que le diamètre du spot focalisé soit réduit et, dans ce but, il est obligatoire de disposer de lasers semi-conducteurs
ayant une longueur d'onde d'oscillation plus courte.
Comme matière semi-conductrice ayant un intervalle d'énergie correspondant à ce domaine de courtes longueurs d'ondes, on a envisagé d'utiliser (AlxGal x)yInl yP
qui a un réseau cristallin adapté à un substrat en GaAs.
Seulement la croissance de cristaux de cette matière n'est produite que difficilement par le procédé classique de traitement épitaxial en phase liquide (LPE) et, ces dernières
années, on a effectué des travaux et de recherche et de -
développement concernant la croissance de cristaux en utili-
sant un traitement épitaxial par faisceau moléculaire (MBE)
et un dépôt par vapeur organo-chimique de métal (MO-CVD).
Par le processus MBE en particulier, il est possible d'obtenir une interface à hétérojonction avec un intervalle d'énergie bien défini. En conséquence le processus MBE offre des perspectives extrêmement bonnes pour la réalisation de lasers à puits quantique (QW) et également de
lasers semi-conducteurs du type à double hétérostructure.
Cependant, lorsqu'on fait croître un semi-
conducteur à composé phosphoreux sur un substrat en GaAs en utilisant un appareil de traitement épitaxial par faisceau moléculaire classique ( appareil MBE), le substrat est chauffé
pendant un traitement d'irradiation par un faisceau molécu-
laire d'As dans une chambre de croissance de façon à enlever un film qui a été formé comme film protecteur sur le substrat par oxydation de GaAs dans l'air ( H. Asahi, Y. Kawamura, et H. Nagai, J. Appl. Phys., volume 53 (1982, page 4928). Ce procédé est utilisé habituellement pour la croissance de cristaux semi-conducteurs contenant As, tels que AlGaAs, sur le substrat en GaAs. Cependant ce procédé est indésirable pour la croissance de cristaux semi-conducteurs contenant du phosphore du fait que As, qui a un effet perturbateur sur la croissance des cristaux, est inévitablement introduit dans la chambre de croissance. Si la quantité d'As incorporée au semi-conducteur à composé phosphoreux est même seulement de 1 %, le pas réticulaire sera fortement modifié et on ne pourra pas obtenir des cristaux semi-conducteurs de haute qualité. Pendant le processus d'enlèvement du film oxydé de GaAs, il est impossible de réduire la puissance du faisceau moléculaire d'As, qui atteint une pression extrêmement élevée de 10-4 - 10-5 torr dans un court intervalle. En conséquence il faut une longue période pour enlever le film oxydé. En outre, l'As utilisé dans la chambre de croissance est présent pendant la croissance des-cristaux semi-conducteurs
à composé phosphoreux de sorte qu'une contamination substan-
tielle par As est inévitable.
On-pourrait enlever le film oxydé du substrat en GaAs en chauffant le substrat avec un rayonnement émis par
un faisceau moléculaire de P à la place du faisceau molécu-
laire d'As mais, par comparaison à As, la pression de vapeur de P est si élevée que l'enlèvement du film oxydé à partir du substrat en GaAs est sérieusement affecté à la température ordinaire d'évaporation d'environ 580 C sous une pression de -5 P de 10 torr ou moins. En outre, si un faisceau moléculaire de P puissant est utilisé, As se vaporise et la surface du substrat en GaAs peut se transformer en GaAsP, qui est indésirable.
La figure 2 représente un appareil MBE classi-
que qui comprend une chambre 1 destinée à recevoir un substrat, une chambre 2 pour le chauffage du substrat et une chambre 4 pour la croissance de couches cristallines épitaxiales sur le substrat. Les chambres 1, 2 et 4 sont séparées l'une de l'autre par des valves de fermeture 5, 7 et 8. Le substrat à utiliser pour la croissance des cristaux est introduit dans la chambre 1 et est ensuite transféré dans la chambre 2 qui est placée sous vide. Dans cette chambre 2, le substrat est
chauffé à une température appropriée pour éliminer des impu-
retés adsorbées et/ou des gaz de la surface du substrat.
Après dégazéification, le substrat est transféré dans la
chambre de croissance 4, o des couches cristallines épi-
taxiales sont formées par croissance sur le -substrat.
Conformément au processus MBE, des matières premières servant à la croissance des cristaux sont vaporisées et émises dans la chambre de croissance 4, qui est soumise à un vide correct, à partir d'une buse et sous la forme d'un courant moléculaire, en créant des couches épitaxiales sur le substrat. Dans la chambre de croissance 4, il est prévu un nombre approprié de tubes qui forment le courant moléculaire et qui sont appelés des cellules de Kundsen. Une partie de chacune desdites cellules comporte des pores à partir
desquels est émis le courant moléculaire de matières vapori-
sées. Ce débit d'émission est commandé entre les cellules de telle sorte que puisse se produire la croissance d'un film mince composé de deux composants ou plus. Pour obenir une croissance épitaxiale avec précision, il est nécessaire de maintenir à l'intérieur de la chambre de croissance 4 un vide poussé et de commander le débit d'émission des matières servant à la croissance en vue d'obtenir ainsi une vitesse lente de croissance ( par exemple de plusieurs nanomètres par minute). Il est également nécessaire de choisir pour chacun des composants un coefficient d'adhérence sur le substrat en relation avec les caractéristiques desdits composants.
Lorsqu'un semi-conducteur à composé phospho-
reux est formé par croissance sur un substrat, par exemple en GaAs, etc., en utilisant le processus MBE, on rencontre les difficultés mentionnées ci-dessus et il est difficile
d'obtenir des couches de cristaux de bonne qualité.
Le procédé de fabrication de dispositifs semi-
conducteurs conforme à cette invention, qui remédie aux inconvénients mentionnés ci-dessus. et à de nombreuses autres déficiences de l'art antérieur, consiste à soumettre un substrat en GaAs sur lequel est placé un film oxydé à un traitement de dégazéification, à chauffer le substrat pendant un traitement d'irradiation par un faisceau moléculaire à l'intérieur d'une chambre de pré-traitement pour enlever le film oxydé du substrat, et à faire croître une couche d'un semi-conducteur à composé phosphoreux sur le substrat par traitement épitaxial par faisceau moléculaire à l'intérieur
d'une chambre de croissance reliée à la chambre de pré-
traitement. Le faisceau moléculaire est formé d'As dans
une réalisation préférée. En variante, le faisceau molécu-
laire est formé d'In.
L'appareil de traitement épitaxial par faisceau moléculaire conforme à cette invention, qui remédie aux inconvénients mentionnés ci-dessus et de nombreuses autres déficiences de l'art antérieur, comprend une chambre de chauffage pour la dégazéification d'un substrat en GaAs, une chambre de pré-traitement comportant un dispositif de chauffage servant à chauffer ledit substrat et des cellules de génération de faisceau moléculaire pour traiter la surface dudit substrat, ladite chambre de pré-traitement étant reliée à ladite chambre de chauffage, et une chambre de croissance épitaxiale par faisceau moléculaire pour faire croître sur ledit substrat un semi-conducteur à composé phosphoreux, ladite chambre de croissance étant reliée à
ladite chambre de pré-traitement.
Dans un mode préféré de réalisation, la chambre de chauffage, la chambre de pré-traitement et la chambre de croissance sont reliées en série par l'intermé- diaire de valves de fermeture. En variante, lesdites chambres sont, dans un mode préféré de réalisation, reliées en parallèle à une chambre de transport par l'intermédiaire
de valves de fermeture.
Les cellules de génération de faisceau moléculaire sont, dans un mode préféré de réalisation, des cellules à As. En variante, les cellules de génération de
faisceau moléculaire sont des cellules à In.
En conséquence l'invention décrite ici a pour objets (1) de créer un procédé pour la production de dispositifs semi-conducteurs à l'aide duquel un substrat en GaAs ayant une surface de haute qualité pour la croissance de cristaux est obtenu,et un semi-conducteur à composé phosphoreux de haute qualité est formé par croissance sur la surface du substrat en GaAs, sans contamination par As, par
un traitement épitaxial par faisceau moléculaire, en produi-
sant un dispositif semi-conducteur émettant de la lumière avec une longueur d'onde de 700 nm ou moins; (2) de créer un procédé pour la production de dispositifs semi-conducteurs, suivant lequel des cristaux semi-conducteurs tels que InGaP ou InGaAlP ayant une longueur d'onde d'émission de lumière de 700 nm ou moins sont formés par croissance sur un substrat en GaAs sans détérioration de la surface du substrat par traitement épitaxial par faisceau moléculaire, en produisant un dispositif semi-conducteur InGaAlP émetteur de lumière ou un laser semi- conducteur InGaAlP qui peut osciller avec une longueur d'onde plus courte que celle des lasers à gaz He-Ne; (3) de créer un appareil de traitement épitaxial par faisceau moléculaire dans lequel un substrat en GaAs comportant une surface de haute qualité
pour la croissance de cristaux est obtenu et o un semi-
conducteur à composé phosphoreux de haute qualité est formé par croissance sur la surface du substrat en GaAs sans contamination par As; et (4) de créer un appareil de traitement épitaxial par faisceau moléculaire qui est conçu de manière à empêcher As d'être introduit dans une chambre de croissance o des cristaux semi-conducteurs à composé phosphoreux sont formés par croissance sur un substrat en GaAs de telle sorte que P ne soit pas contaminé par As pendant le processus de croissance, ce qui permet à l'appareil
de produire des semi-conducteurs à composé phosphoreux unifor-
mes pendant une longue durée de service.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la
description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en
référence aux dessins annexés dans lesquels:
la figure 1 est un schéma représentant un appareil de traite-
ment épitaxial par faisceau moléculaire conforme à cette invention, la figure 2 est un schéma représentant un appareil de traitement épitaxial par faisceau moléculaire classique, la figure 3 est un schéma représentant un autre appareil de
traitement épitaxial par faisceau moléculaire.
On va maintenant décrire les modes préférés
de réalisation de l'invention.
Exemple 1
La figure 1 représente un appareil de traite-
ment épitaxial par faisceau moléculaire ( appareim MBE) conforme à cette invention, qui comprend une chambre 1 destinée à contenir un substrat en GaAs, une chambre 2 pour
le chauffage du substrat, une chambre 3 pour le pré-traite-
ment du substrat, une chambre 4 pour la croissance de
cristaux semi-conducteurs sur le substrat, dans cet ordre.
Cet appareil MBE est différent de l'appareil MBE classique représenté sur la figure 2 par le fait que la chambre de pré-traitement 3 est disposée entre la chambre de chauffage 2 et la chambre de croissance 4. Le substrat en GaAs peut
être transféré de la chambre 1 dans la chambre 4 par l'inter-
médiaire des chambres 2 et 3 au moyen d'un dispositif transporteur et sous un vide extrêmement poussé. Les chambres 1, 2, 3 et 4 sont usuellement séparées par des valves de fermeture 5, 6 et 7. La chambre de pré-traitement 3 est pourvue d'un dispositif de chauffage servant à chauffer le substrat et les cellules en As pour un traitement de la
surface du substrat.
En utilisant cet appareil, des couches sont formées sur le substrat par croissance épitaxiale par faisceau moléculaire de la façon suivante: Comme substrat sur lequel doivent être formés par croissance des cristaux semi-conducteurs à composé phosphoreux, on utilise un substrat en GaAs. Le substrat en GaAs est soumis à un traitement de gravure avec un agent de gravure contenant de l'acide sulfurique, cette opération étant suivie par la formation d'un film oxydé sur la surface du substrat en GaAs dans de l'eau pure. Le substrat en GaAs eest ensuite fixé sur un bloc de molybdène par une brasure à
l'indium et il est chargé dans la chambre 1 par l'intermé-
diaire de la valve 8. Après fermeture de la valve 8, la chambre 1 est amenée sous un vide compris entre 10-8 et 10-9 torr. La valve 5 de la chambre 2 est alors ouverte et un substrat en GaAs est transféré de la chambre 1 dans la chambre 2. La valve 5 est ensuite fermée. Dans la chambre 2,
le substrat en GaAs est graduellement chauffé jusqu'à 4000 C.
Le déqagement de gaz réduit le niveau de vide dan3 la chambre 2 au début du processus de chauffage mais un vide extrêmement
poussé de 10 torr peut être créé au bout de 30 à 60 minu-
tes. Sous l'effet de ce vide extrêmement poussé, des gaz
et/ou impuretés adsorbées sont enlevés du substrat en GaAs.
Le substrat en GaAs, dont la dégazéification est terminée, est ensuite transféré de la chambre de chauffage 2 dans la chambre de pré-traitement 3 par l'intermédiaire de la valve de fermeture 6 et le substrat en GaAs- est alors chauffé graduellement jusqu'à environ 600 C pendant un traitement d'irradiation par un faisceau moléculaire de As4 sous un vide d'environ 10 -6a 10 5 torr, et on le laisse à environ 6000 C pendant environ 10 minutes puis la température du substrat en.GaAs est réduite jusqu'à 2000 C ou moins pendant un traitement d'irradiation par le faisceau moléculaire de As4, en assurant ainsi un enlèvement complet du film oxydé 8- formé sur le 'iibstrat en GaAs et en obtenant un substrat en GaAs ayant une surface propre. Lorsqu'un écran d'azote liquide est mis en place dans la chambre de pré-traitement 3, l'As, qui a une pression de vapeur relativement élevée, peut être efficacement enlevé. Bien que l'As se soit déposé sur la surface propre du substrat en GaAs, l'As déposé est complètement évaporé par un processus de chauffage
effectué avant l'opération suivante de croissance épitaxiale.
Cependant, puisque l'As déposé sur le substrat en GaAs fonctionne comme un film protecteur qui empêche des gaz résiduels d'adhérer sur la surface du substrat en GaAs pendant que ce substrat est transféré de la chambre de pré-traitement 3 jusque dans la chambre de croissance 4, il
est souhaitable que l'irradiation avec le faisceau moléculai-
re d'As soit poursuivie, même après réduction de la tempé-
rature du substrat en GaAs, de manière que l'As se dépose
effectivement sur le substrat en GaAs.
Le substrat en GaAs est ensuite transféré de la chambre de pré-traitement 3 dans la chambre de croissance 4 au travers de la valve de fermeture 7 et, dans cette
chambre, le substrat en GaAs est chauffé jusqu'à une tempé-
rature de croissance de, par exemple, 500OC pendant un traitement d'irradiation par un faisceau moléculaire de P, puis il est irradié avec des faisceaux moléculaires du groupe III de la Classification Périodique, à savoir In, A1 et Ga dans cet exemple, pour amorcer la croissance épitaxiale de couches de (AlxGalx)yInly P sur le substrat. Pour faire x xy 1-y croître des cristaux de haute qualité sur le substrat, la température de croissance est commandée de la façon suivante: la croissance est amorcée à une température relativement basse de façon à empêcher une altération possible du substrat en GaAs qui pourrait résulter de l'enlèvement d'As à partir de celui-ci. Après amorçage de la
croissance, la température du substrat en GaAs est graduel-
lement augmentée jusqu'au niveau optimal ( par exemple 600'C), afin d'obtenir des couches de haute qualité par croissance
épitaxiale de GaAlInP sur le substrat en GaAs.
Sur la surface supérieure des couches de GaAlInP, une jonction p-n pour conversion photoélectrique est formée et des électrodes sont disposées sur celle-ci, de façon à produire finalement un dispositif semi- conducteur émetteur de lumière qui émet une lumière avec une courte longueur d'onde. En variante, les paramètres xeet y des couches de (Al xGa x)yIn lyP sont sélectionnés à des x l-x y 1-y valeurs appropriées, de façon à obtenir un dispositif laser semi-conducteur du type à double- hétérostructure qui a une structure cristalline à couches multiples comportant une couche active pour l'oscillation de laser et des couches de revêtement qui sont placées sur ladite couche active et
entre lesquelles est située l'interface à hétérojonction.
Exemple 2
La figure 3 représente un autre appareil MBE conforme à l'invention, qui comprend une chambre 11 pour un transport d'un substrat en GaAs, une chambre 1 pour le chargement du substrat, qui est reliée à une extréité de la chambre 11 par l'intermédiaire d'une valve de fermeture 21, une chambre 12 pour le déchargement du substrat qui est
reliée à l'autre extrémité de la chambre 11 par l'intermé-
diaire d'une valve de fermeture 25, et des chambres 2, 3 et 4 qui sont positionnées entre les chambres 1 et 12 et qui sont reliées en parallèle à la chambre 11 par l'intermédiaire de valves de fermeture 22, 23 et 24. Les chambres 2, 3 et 4 sont les mêmes que celles de l'Exemple 1. Le transport du substrat en GaAs de la chambre sous vide 2 à la chambre sous vide 3, et de la chambre sous vide 3 à la chambre sous vide 4, est effectué par l'intermédiaire de la chambre 11. Avec l'appareil ayant la structure mentionnée ci-dessus, le substrat introduit dans la chambre 1 par l'intermédiaire de la valve de fermeture 26 est évacué de la chambre 12 par
l'intermédiaire de la valve de fermeture 27 après terminai-
son de la croissance des cristaux sur ledit substrat.
Ainsi le transport du substrat est effectué de façon uni-
directionnelle de la chambre 1 jusqu'à la chambre 12 de telle sorte que la croissance des cristaux peut être réalisée
de façon continue sur une pluralité de substrats.
En utilisant cet appareil, des couches sont formées par croissance épitaxiale par faisceau moléculaire sur un substrat en GaAs de la même manière que dans l'Exemple 1. Le substrat en GaAs portant un film oxydé est fixé sur un bloc de molybdène par une brasure à l'indium et il est introduit dans la chambre 1 par l'intermédiaire de la valve de fermeture 26. Après que la chambre 1 a été placée sous vide, le substrat en GaAs est transféré dans la chambre 2 par l'intermédiaire des valves de fermeture 21 et 22 et, dans cette chambre, le substrat en GaAs est chauffé pour une dégazéification. Le substrat en GaAs est ensuite transféré de la chambre 2 dans la chambre 11 et il est introduit dans la chambre 3 par l'intermédiaire de la valve de fermeture 23 de manière à être chauffé jusqu'à 6000C pendant un traitement d'irradiation par le faisceau moléculaire d'As4 émis par des cellules en As; il est laissé à cette température pendant minutes et ensuite la température du substrat en GaAs est réduite jusqu'à 200OC. Par ce pré-traitement du substrat en GaAs dans la chambre 3, le film oxydé se trouvant sur la surface du substrat est complètement enlevé. Le substrat en GaAs est ensuite transféré à nouveau dans la chambre il et il est introduit dans la chambre 4 par l'intermédiaire de la valve de fermeture 24, le substrat en GaAs étant alors soumis à une irradiation par un faisceau moléculaire provenant de chaque cellule, afin de former des couches épitaxiales de
GaAlInP.
Exemple 3
Dans les exemples décrits ci-dessus, on utilisait une chambre de prétraitement 3 pourvue seulement
de cellules à As.mais l'invention n'est pas limitée à cela.
La chambre de pré-traitement 3 peut contenir, en addition aux cellules à As, des cellules à Ga de façon à produire la croissance de GaAs. En conséquence, après l'enlèvement du film oxydé de la surface du substrat, une couche-tampon en
GaAs est formée par croissance sur le substrat par irradia-
tion avec le faisceau moléculaire de Ga dans la chambre de pré-traitement 3 et ensuite le substrat est transféré dans la chambre de croissance 4 o une croissance de cristaux est réalisée sur la couche-tampon placée sur le substrat, de la même manière que dans les exemples décrits ci-dessus. Ce procédé est avantageux par le fait qu'on peut réaliser une
croissance de couches épitaxiales qui sont mieux cristalli-
sables que celles formées par croissance sur le substrat brut.
Exemple 4
Dans cet exemple, la chambre de pré-traite-
ment 3 est pourvue de cellules à In. Apres l'enlèvement du film oxydé de la surface du substrat en GaAs, une mince couche de InAs est formée comme film protecteur sur le substrat par irradiation avec le faisceau moléculaire de In et ensuite le substrat en GaAs est transféré dans la chambre de croissance 4, o la température du substrat est augmentée pendant l'irradiation du substrat en GaAs avec le faisceau moléculaire de P de la même manière que dans les exemples décrits ci-dessus. La couche de InAs se trouvant sur le substrat en GaAs est évaporée à environ 450 500 C, en produisant un substrat en GaAs ayant une surface propre. Par une irradiation simultanée avec des faisceaux moléculaires formés par exemple de In et Ga sur la surface propre du substrat, il est possible d'amorcer la croissance de InGaP sur le substrat en GaAs. L'avantage de la formation du film protecteur de InAs sur la surface du substrat en GaAs est le suivant: puisqu'il existe une grande différence réticulaire entre la couche de InAs et le substrat en GaAs, une mince couche de InAs, ayant une épaisseur de 50 à 100 angstroms, est réalisée par croissance sous la forme d'îlots tridimensionnels créant une surface ondulée sur le substrat en GaAs. Lorsque le substrat est chauffé en contrôlant sa surface par le système RHEED avant la croissance des cristaux, on peut observer le motif RHEED sous la forme de points aussi longtemps que la couche de InAs subsiste. Cependant, lorsque InAs est complètement enlevé du substrat en GaAs, le motif RHEED se présente sous la forme de raies qui reproduisent la planéité de la surface du substrat en GaAs, de sorte que l'instant d'amorçage de la croissance des cristaux peut être déterminé par l'observation
du motif RHEED.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples ie réalisation cidessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du
cadre de l'invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de dispositifs semi-
conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: soumettre un substrat en GaAs sur lequel est situé un film oxydé à un traitement de dégazéification, - chauffer le substrat pendant un traitement d'irradiation par un faisceau moléculaire à l'intérieur d'une chambre de pré-traitement pour enlever le film oxydé du substrat, et faire croître une couche semi-conductrice à composé phosphoreux sur le substrat par traitement épitaxial par faisceau moléculaire à l'intérieur d'une chambre de
croissance reliée à la chambre de pré-traitement.
2. Procédé de fabrication de dispositifs semi-
conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que
ledit faisceau moléculaire est formé d'As.
3. Procédé de fabrication de dispositifs semi-
conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que
ledit faisceau moléculaire est-formé d'In.
4. Appareil de traitement épitaxial par faisceau moléculaire pour la mise en oeuvre du procédé selon une
quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce
qu'il comprend: - une chambre de chauffage (2) pour la dégazéification d'un substrat en GaAs, - une chambre de pré-traitement (3) comportant un moyen de chauffage pour assurer le chauffage dudit substrat et des cellules de génération de faisceau moléculaire pour
traiter la surface dudit substrat, ladite chambre de pré-
traitement (3) étant reliée à ladite chambre de chaufage (2), et
- une chambre de croissance épitaxiale par faisceau molé-
culaire (4) pour faire croître un semi-conducteur à composé phosphoreux sur ledit substrat, ladite chambre de
croissance (4) étant reliée à ladite chambre de pré-
traitement (3).
1 4
5. Un appareil de fabrication -le lnspositifs semi-conducteurs selon la revendication 4, caractérisé en ce
que ladite chambre de chauffage (2), ladite chambre de pré-
traitement (3) et ladite chambre de croissance (4) sont S reliées en série par l'intermédiaire de valves de fermeture
(5, 6, 7).
6. Un appareil de fabrication de disoositifs semi-conducteurs selon la revendication 4, caractérisé en ce
que ladite chambre de chauffage (2), ladite chambre de oré-
traitement (3) et ladite chambre de croissance (4) sont reliées en parallèle à une chambre de transport (11) par
l'intermédiaire de valves de fermeture (22, 23, 24).
7. Un appareil de fabrication de dispositifs semi-conducteurs selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites cellules de génération de faisceaux moléculaires
sont des cellules à As.
8. Un appareil de fabrication de dispositifs semi-conducteurs selon la revendication 4, caracterise en ce que lesdites cellules de génération de faisce3ux moléculaires
sont des cellules à In.
FR868604353A 1985-03-29 1986-03-26 Procede et appareil pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, utilisant un traitement epitaxial par faisceau moleculaire Expired - Lifetime FR2579824B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60067447A JP2607239B2 (ja) 1985-03-29 1985-03-29 分子線エピタキシヤル装置
JP7497685A JPS61232608A (ja) 1985-04-08 1985-04-08 半導体素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2579824A1 true FR2579824A1 (fr) 1986-10-03
FR2579824B1 FR2579824B1 (fr) 1992-02-21

Family

ID=26408664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR868604353A Expired - Lifetime FR2579824B1 (fr) 1985-03-29 1986-03-26 Procede et appareil pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, utilisant un traitement epitaxial par faisceau moleculaire

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4824518A (fr)
FR (1) FR2579824B1 (fr)
GB (1) GB2174542B (fr)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733746A (en) * 1985-06-17 1988-03-29 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Vacuum treating method and apparatus
IT1185964B (it) * 1985-10-01 1987-11-18 Sgs Microelettronica Spa Procedimento e relativa apparecchiatura per realizzare contatti metallo-semiconduttore di tipo ohmico
DE3873593T2 (de) * 1987-04-21 1992-12-10 Seiko Instr Inc Apparatur zur herstellung von halbleiterkristallen.
JP2706369B2 (ja) * 1990-11-26 1998-01-28 シャープ株式会社 化合物半導体の成長方法及び半導体レーザの製造方法
US5492860A (en) * 1992-04-17 1996-02-20 Fujitsu Limited Method for growing compound semiconductor layers
JPH0897147A (ja) * 1994-09-29 1996-04-12 Mitsubishi Electric Corp エピタキシャル結晶成長装置
JPH113861A (ja) * 1997-06-12 1999-01-06 Sony Corp 半導体装置の製造方法及びその装置
US7060131B2 (en) * 2001-05-09 2006-06-13 Hrl Laboratories, Llc Epitaxy with compliant layers of group-V species

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0031180A2 (fr) * 1979-12-19 1981-07-01 Philips Electronics Uk Limited Procédé de croissance d'une couche d'un composé III-V dopé par épitaxie par faisceau moléculaire et dispositif semiconducteur comportant un substrat semiconducteur muni d'une couche épitaxiale d'un composé III-V dopé déposé par ce procédé
US4493142A (en) * 1982-05-07 1985-01-15 At&T Bell Laboratories III-V Based semiconductor devices and a process for fabrication

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4314873A (en) * 1977-07-05 1982-02-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for depositing heteroepitaxially InP on GaAs semi-insulating substrates
US4330360A (en) * 1980-07-21 1982-05-18 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Molecular beam deposition technique using gaseous sources of group V elements
FR2502643B1 (fr) * 1981-03-27 1986-05-02 Western Electric Co Appareil et procede de depot par jet moleculaire sur plusieurs substrats
US4464342A (en) * 1982-05-14 1984-08-07 At&T Bell Laboratories Molecular beam epitaxy apparatus for handling phosphorus
JPS6015917A (ja) * 1983-07-08 1985-01-26 Hitachi Ltd 分子線エピタキシ装置
JPS6086819A (ja) * 1983-10-19 1985-05-16 Hitachi Ltd 分子線エピタキシ装置
JPS60261128A (ja) * 1984-06-07 1985-12-24 Fujitsu Ltd 分子線結晶成長装置
JPS6124710A (ja) * 1984-07-13 1986-02-03 株式会社　新井組 吊り足場の組立工法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0031180A2 (fr) * 1979-12-19 1981-07-01 Philips Electronics Uk Limited Procédé de croissance d'une couche d'un composé III-V dopé par épitaxie par faisceau moléculaire et dispositif semiconducteur comportant un substrat semiconducteur muni d'une couche épitaxiale d'un composé III-V dopé déposé par ce procédé
US4493142A (en) * 1982-05-07 1985-01-15 At&T Bell Laboratories III-V Based semiconductor devices and a process for fabrication

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 38, no. 8, pages 587-589, New York, US; W.T. TSANG: "High-through-put, high-yield, and highly-reproducible (AlGa) as double heterostructure laser wafers grown by molecular beam epitaxy" *
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 20, no. 1, novembre 1981, pages L807-L810, Tokyo, JP; Y. KAWAMURA et al.: "Molecular beam epitaxial growth of undoped low-resistivity INxGA1-xP on GaAs at high substrate temperatures (500-580 degrees)" *
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 23, no. 8, août 1984, pages L599-L601, Part 2, Tokyo, JP; A. TAKAMORI et al.: "GaAs growth using an MBE system connected with a 100 kV UHV maskless ion implanter" *
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 57, no. 6, mars 1985, pages 1922-1927, Woodbury, New York, US; D.L. MILLER et al.: "Molecular-beam-epitaxy GaAs regrowth with clean interfaces by arsenic passivation" *

Also Published As

Publication number Publication date
US4824518A (en) 1989-04-25
GB2174542A (en) 1986-11-05
FR2579824B1 (fr) 1992-02-21
GB2174542B (en) 1988-09-21
GB8607458D0 (en) 1986-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1290721B1 (fr) Procede de preparation d'une couche de nitrure de gallium
EP0143792B1 (fr) Procede de formation d'un flux d'atomes et son utilisation dans un procede et un dispositif d'epitaxie par jets atomiques (e.j.a.)
CN101295753B (zh) 用于Ⅲ-V族化合物器件的低温Au-In-Au键合方法
FR2648618A1 (fr) Procede de production d'un substrat pour la croissance selective d'un cristal, procede de croissance selective d'un cristal et procede de production d'une pile solaire
EP3146558B1 (fr) Procede de fabrication d'un materiau semi-conducteur incluant une couche de nitrure d'element iii semi-polaire
JP2000101139A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法並びに半導体発光装置
FR2695261A1 (fr) Laser émetteur en surface et son procédé de fabrication.
EP0565414B1 (fr) Procédé de réalisation de couches minces hétéroépitaxiales, et de dispositifs électroniques
FR2920589A1 (fr) "procede d'obtention d'un substrat hybride comprenant au moins une couche d'un materiau nitrure"
EP1178522A1 (fr) Formation de boítes quantiques
EP0005442B1 (fr) Procédé et dispositif de formation de nitrure d'aluminium convenant à des applications électroniques
EP3311394B1 (fr) Procédé permettant d'obtenir sur un substrat cristallin une couche semi-polaire de nitrure de groupe iii
FR2682128A1 (fr) Procede de croissance de couches heteroepitaxiales.
FR2579824A1 (fr) Procede et appareil pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, utilisant un traitement epitaxial par faisceau moleculaire
FR2742926A1 (fr) Procede et dispositif de preparation de faces de laser
FR2728103A1 (fr) Substrat de base en si recouvert d'une couche de cdte ou de cdznte riche en cd et procede pour sa production
EP0480804B1 (fr) Procédé de croissance de couches hétéroépitaxiales
FR2656955A1 (fr) Structure a semiconducteurs pour composant optoelectronique.
EP3809450A1 (fr) Procede d'hetero-integration d'un materiau semi-conducteur d'interet sur un substrat de silicium
JP2607239B2 (ja) 分子線エピタキシヤル装置
CN113437191B (zh) 基于回音壁模式的电注入等离激元激光器阵列及制备方法
WO2019012215A1 (fr) Procede de realisation d'une couche cristalline en un compose iii-n par epitaxie van der waals a partir de graphene
FR2978601A1 (fr) Procede de fabrication d'un substrat de gan ou d'un dispositif a base de gan sur substrat natif de type gan, utilisant une fine couche tampon sacrificielle
JPH035051B2 (fr)
FR3001331A1 (fr) Procede de fabrication d'une couche a base de nitrure d'element iii par decollement spontane