JP2010058988A - 半導体構造物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(111)面を有するIV族半導体基板と、前記(111)面を被覆し、開口部を有する絶縁膜とを含む基板を準備し;前記基板を低温熱処理して、前記(111)面を、(111)1×1面とし;前記基板に低温条件下で、III族原料またはV族原料を供給して、前記(111)面を、(111)A面または(111)B面に変換し;前記IV族半導体基板の(111)面から前記開口部を通して、III−V化合物半導体ナノワイヤを成長させる。IV族半導体基板とは、シリコン基板やゲルマニウム基板であったりする。
【選択図】図7
Description
Nano Lett, 4. 1987 (2004) Appl. Phys. Lett., 89, 033114 (2006) Adv. Mat, 19, 1801 (2007)
[1]IV族半導体基板と、前記IV族半導体基板の表面から垂直に延びるIII−V族化合物半導体ナノワイヤとを含む半導体構造物の製造方法であって、
(111)面を有するIV族半導体基板と、前記(111)面を被覆し、開口部を有する絶縁膜とを含む基板を準備するステップと;前記基板を低温熱処理して、前記(111)面を、(111)1×1面とするステップと;前記基板に低温条件下で、III族原料またはV族原料を供給して、前記(111)面を、(111)A面または(111)B面に変換するステップと;前記IV族半導体基板の(111)面から前記開口部を通して、III−V化合物半導体ナノワイヤを成長させるステップとを含む、製造方法。
[3]前記(111)A面または(111)B面に変換された(111)1×1面に、V族原料とIII族原料を交互に供給することで、III−V族化合物半導体の薄膜を形成するステップ、をさらに含む、[1]に記載の製造方法。
[4]前記(111)面を(111)1×1面とするステップと、前記(111)面を前記(111)A面または(111)B面に変換するステップとを、順に行なうか、または同時に行う、[1]に記載の製造方法。
[6]前記III族原料は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびチタンのいずれかを含むガスまたはそれに類する化合物である、[1]に記載の製造方法。
[7]前記V族原料は、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれかを含むガスまたはそれに類する化合物である、[1]に記載の製造方法。
[8]前記III−V化合物半導体は、InAs、InP、GaAs、GaN、InSb、GaSb、AlSb、AlGaAs、InGaAs、InGaN、AlGaN、GaNAs、InAsSb、GaAsSb、InGaSb、AlInSb、InGaAlN、AlInGaP、InGaAsPまたはGaInAsN、InGaAlSb、InGaAsSb、AlInGaPSbである、[1]に記載の製造方法。
[9]前記(111)面を被覆する絶縁膜は、前記IV族半導体基板の表面の熱酸化膜である、[1]に記載の製造方法。
[10]IV族半導体基板と、前記IV族半導体基板の表面から延びる、複数本のIII−V族化合物半導体ナノワイヤとを含む半導体構造物であって、前記複数本のIII−V族化合物半導体ナノワイヤのうちの90%以上が、前記IV族半導体基板の表面から垂直に延びている、半導体構造物。
[11]前記VI族半導体基板の表面1cm2あたり、1億本以上の前記III−V族化合物半導体ナノワイヤを有する、[10]に記載の半導体構造物。
本発明における半導体構造物とは、IV族半導体基板と、IV族半導体基板の表面から延びるIII−V族化合物半導体ナノワイヤとを有する。IV族半導体基板の表面には、複数本のナノワイヤが配置されていてもよい。
本発明における半導体構造物は、(111)面を有するIV半導体基板1であって、その(111)面1−1が、開口部3を有する絶縁膜2で被覆されている基板を準備するステップ(図1C参照)と;半導体ナノワイヤ4を成長させるステップとを含む(図1D参照)。
次に、(111)A面または(111)B面に変換された(111)面に、さらにIII族元素を含む原料ガスと、V族元素を含む原料ガスとを、交互に提供する(「交互原料供給変調」ともいう)ことが好ましい。これにより、絶縁膜の開口部を通して露出した基板表面に、III−V化合物半導体の薄膜を形成する。この交互原料供給変調法による薄膜形成は、III−V族化合物半導体ナノロッドを成長させる(後述)ために必要な温度よりも低い温度にて行うことが好ましい。具体的には約400℃で行うか、または400℃から昇温しながら行ってもよい。
一方、(111)B面が形成されている場合は、まずV族元素を含む原料ガスを供給し;その後、III族元素を含む原料ガス供給する。さらに、V族元素を含む原料ガスとIII族元素を含む原料ガスとを交互に繰り返し供給する。
例えば、InAsナノワイヤを形成するときは、約540℃にて、水素化ヒ素(AsH3)とトリメチルインジウムを提供すればよい。また、GaAsナノワイヤを形成するときは、約750℃にて、水素化ヒ素(AsH3)とトリメチルガリウムを提供すればよい。
n型シリコン(111)半導体基板を、熱酸化処理して、表面に20nmの酸化シリコン膜を形成した。形成された酸化シリコン膜を、電子線ビームリソグラフィとウェットケミカルエッチングにより開口させて、シリコン表面を露出させた。開口の形状を六角形として、開口の面積円相当径は60nmとした。
実施例1と同様であるが、図5Aのグラフに示されるように、交互原料供給変調法によるInAsの薄膜形成(図4Aの符号12参照)を行わなかった。
実施例1に対して、400℃での低温熱処理(図4Aの符号11参照)と、交互原料供給変調法によるInAsの成長(図4Aの符号12参照)を行わなかった(図5Bを参照)。つまり、925℃で高温熱処理したのち、540℃にまでは降温させるが、400℃にまで降温させなかった。540℃にてそのままMOVPE法よりInAsナノワイヤを成長させた。
実施例1と同様に、n型シリコン(111)半導体基板の表面に、開口部を有する絶縁膜を形成し、得られた基板を減圧横型MOVPE装置にセットした。さらに、実施例1と同様に、925℃にて処理して基板に形成された自然酸化膜を除去し(図8Aの符号30)、その後400℃に戻して水素化ヒ素(AsH3)を提供した(図8Aの符号31)。
1−1 (111)面
2 絶縁膜
3 開口部
4 半導体ナノワイヤ
Claims (11)
- IV族半導体基板と、前記IV族半導体基板の表面から垂直に延びるIII−V族化合物半導体ナノワイヤとを含む半導体構造物の製造方法であって、
(111)面を有するIV族半導体基板と、前記(111)面を被覆し、開口部を有する絶縁膜とを含む基板を準備するステップと、
前記基板を低温熱処理して、前記(111)面を、(111)1×1面とするステップと、
前記基板に低温条件下で、III族原料またはV族原料を供給して、前記(111)面を、(111)A面または(111)B面に変換するステップと、
前記IV族半導体基板の(111)面から前記開口部を通して、III−V化合物半導体ナノワイヤを成長させるステップとを含む、製造方法。 - 前記基板を高温熱処理することにより、前記IV半導体基板の表面に形成された自然酸化膜を除去するステップ、をさらに含む、請求項1に記載の製造方法。
- 前記(111)A面または(111)B面に変換された(111)1×1面に、V族原料とIII族原料を交互に供給することで、III−V族化合物半導体の薄膜を形成するステップ、をさらに含む、請求項1に記載の製造方法。
- 前記(111)面を(111)1×1面とするステップと、前記(111)面を前記(111)A面または(111)B面に変換するステップとを、順に行なうか、または同時に行う、請求項1に記載の製造方法。
- 前記IV族半導体基板はシリコン基板またはゲルマニウム基板である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記III族原料は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびチタンのいずれかを含むガスである、請求項1に記載の製造方法。
- 前記V族原料は、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスのいずれかを含むガスである、請求項1に記載の製造方法。
- 前記III−V化合物半導体は、InAs、InP、GaAs、GaN、InSb、GaSb、AlSb、AlGaAs、InGaAs、InGaN、AlGaN、GaNAs、InAsSb、GaAsSb、InGaSb、AlInSb、InGaAlN、AlInGaP、InGaAsPまたはGaInAsN、InGaAlSb、InGaAsSb、AlInGaPSbである、請求項1に記載の製造方法。
- 前記(111)面を被覆する絶縁膜は、前記IV族半導体基板の表面の熱酸化膜である、請求項1に記載の製造方法。
- IV族半導体基板と、前記IV族半導体基板の表面から延びる、複数本のIII−V族化合物半導体ナノワイヤとを含む半導体構造物であって、
前記複数本のIII−V族化合物半導体ナノワイヤのうちの90%以上が、前記IV族半導体基板の表面から垂直に延びている、半導体構造物。 - 前記VI族半導体基板の表面1cm2あたり、1億本以上の前記III−V族化合物半導体ナノワイヤを有する、請求項10に記載の半導体構造物。
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