JP2625377B2 - 化合物半導体の選択成長方法及び選択埋め込み成長方法 - Google Patents

化合物半導体の選択成長方法及び選択埋め込み成長方法

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JP2625377B2 JP6071712A JP7171294A JP2625377B2 JP 2625377 B2 JP2625377 B2 JP 2625377B2 JP 6071712 A JP6071712 A JP 6071712A JP 7171294 A JP7171294 A JP 7171294A JP 2625377 B2 JP2625377 B2 JP 2625377B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体の結晶成長
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、有機金属気相成長方法(以下MO
VPE法と略す)を用いた選択成長はInGaAsP系
では佐々木らがジャーナル オブ クリスタル グロー
ス(Journal of Crystal Grow
th)132号 1993年435頁に報告しているよ
うに完全な選択性の実現と、その選択成長領域の結晶組
成がマスク幅により変化することが明らかになり、現在
では選択成長を用いたデバイス応用が進められている。
しかしAlを含む系では香門等がジャパニーズジャーナ
ル オブ アプライド フィジックス レターズ(Ja
panese Journal of Applied
Physics Letters)1986年Vo
l.25 No.1 L10頁に報告しているようにト
リメチルアルミニウム(:TMA)を用いたAlGaA
sの成長において10Torrという通常の減圧MOV
PE成長より一層減圧にした特殊な条件下において実現
されているが、一般的な76〜100Torr程度の減
圧成長ではAlを含む系において選択成長の実現された
報告は無い。これはSiO2 あるいはSiNX マスク上
でAlがマスク材と反応して再蒸発出来ないことが原因
と考えられる。
【0003】また一方で一般的な76〜100Torr
程度の減圧成長では下山等がジャーナル オブ クリス
タル グロース(Journal of Crysta
lGrowth)124(1992)235頁に報告し
ているようにHClガスを添加することによってAlG
aAsの選択成長は実現されている。またキウチ(T.
F.Keuch)等がジャーナル オブ クリスタル
グロース(Journal of Crystal G
rowth)107(1991)116頁に報告してい
るようにジエチルガリウムクロライド(DEGaCl)
やジメチルアルミクロライド(DMAlCl)といった
ハロゲンを含んだ有機金属原料を用いてもAlGaAs
の選択成長は実現されている。これはAlClX という
化合物を形成してSiO2 あるいはSiNX マスク上に
吸着したAlが再蒸発するために選択成長が可能となる
ものと考えられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の香門等の報告に
よる超減圧MOVPE成長によるAlGaAs選択成長
は通常の減圧MOVPE成長条件と大きく異なり、同一
の成長結晶成長装置で連続して作成することは出来ない
等の問題点があった。
【0005】また従来の下山等が報告しているHClを
用いた選択成長においては、HClガスの純度が低い。
またHClガスが腐蝕性が強いために、配管中の不純物
を拾い易い、等の問題点があり、半導体レーザーの活性
層などの高純度を要求される重要な部分には用いられ
ず、電流ブロック層などに用いられる程度であった。ま
たHClを用いた選択成長の場合にはAlと塩化水素の
反応が熱平衡律速であり、僅かな気相中のHCl濃度の
変化でIII族原料の組成が選択成長領域内で変化する
という問題点があった。特に選択埋め込み成長の場合に
は、その埋め込み部の凹型形状により、塩化水素分子と
塩化アルミニウム分子の拡散が律速し、凹型形状内のガ
ス濃度分布を生じ易い。
【0006】この埋め込み部の組成変化のために、格子
整合系のAlGaAsの選択埋め込み成長は島等によっ
て第54回応用物理学会学術講演会、講演予稿集第三分
冊、1059頁に報告されているが、格子不整合系のA
lInPの選択埋め込み成長はそのミスフィット応力の
為に良好なデバイス動作が実現出来ていない。
【0007】本発明は有機金属気相成長方法を用いたA
lを含む化合物半導体結晶の選択成長において、上記問
題点を克服し、純度が低い、腐蝕性原料である等の問題
点を有するHClガスを用いる事無く、かつ通常の有機
金属気相成長装置において通常の減圧MOVPE成長条
件において選択成長を実現する方法を提供するものであ
る。
【0008】また本発明は有機金属気相成長方法を用い
たAlを含む化合物半導体結晶の選択埋め込み成長にお
いて、上記問題点を克服し、かつ選択埋め込み成長領域
内でHClガスを用いる場合に比べてIII族組成の変
化が小さいことを特徴とする選択埋め込み成長方法を提
供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】Alを含む有機金属気相
成長方法において、Al原料としてジメチルアルミハイ
ドライド(DMAlH)を用いることにより通常の76
〜100Torrの減圧MOVPE成長条件において選
択成長を実現することが可能となる。
【0010】またAlを含む有機金属気相成長方法にお
いて、Al原料としてジメチルアルミハイドライド(D
MAlH)を用いることにより通常の76〜100To
rrの減圧MOVPE成長条件において、選択埋め込み
成長領域内でHClガスを用いる場合に比べてIII族
組成の変化が小さい選択埋め込み成長を実現することが
可能となる。
【0011】
【作用】ジメチルアルミハイドライド(DMAlH)は
蒸気圧が高いことから、新沢等が特開平2−18502
6号公報(特願平1−5177号)で述べているよう
に、Si電子デバイスの配線用としてAlの選択成長に
用いられる原料である。この原料は水素気流中で200
〜300℃程度で加熱するとSiO2 、SiNX マスク
上にAlは堆積せず、選択成長が可能なことが知られて
いる。しかしこの原料を600〜800℃に加熱され、
かつV族原料と同時に供給されるIII−V族化合物半
導体の選択エピタキシャル成長及び選択埋め込み成長に
用いたのは本発明が初めてである。この原料によって選
択成長及び選択埋め込み成長が実現した原因として、ジ
メチルアルミハイドライド(DMAlH)が二量体を形
成し、その結合エネルギーが非常に大きいことが考えら
れる。例えば第40回応用物理学関係連合講演会、講演
予稿集、第一分冊319頁で平岡等が述べているように
DMAlHのダイマーがモノマーに分解するために必要
なエネルギーは30Kcal/molで、MOVPE成
長において一般的にAl原料として用いられる、トリメ
チルアルミニウム(TMA)の4Kcal/molに比
べて極めて大きい。このことにより、DMAlHは気相
中で(DMAlH)2 →DMAlH→Alという気相分
解をせず、二量体のまま基板表面に供給され、直接表面
反応を生じる。この場合、SiO2 あるいはSiNX
スク上に供給されたDMAlHダイマーはAl原子が全
てH原子あるいはC原子と結合しているために、直接マ
スク材料とAlは結合を持たない。このためマスク材上
のDMAlHの吸着エネルギーは他のAl原料に比べ
て、弱いものとなり、再蒸発が容易になり、通常のMO
VPE成長条件において、選択エピタキシャル成長が実
現する。
【0012】またこのDMAlHの選択成長ではHCl
を用いていないため、塩化物系の熱平衡律速な成長条件
では無く、供給律速な条件となる為、局所的なHClの
濃度変化の影響を受ける事無く、特に選択埋め込み成長
の場合、HCl系の選択成長に比べて埋め込み層内のI
II族組成が均一であり、組成歪みの無い良好な埋め込
み成長を実現できる。
【0013】
【実施例】
(実施例1)GaAs基板1上に図1に示すような2μ
m の幅を有するGaAlAs成長領域3と10μm の幅
を有するSiNX ストライプマスク2を通常のホトリソ
グラフィー工程により形成し、選択成長用基板とした。
成長装置は横型減圧MOVPE装置を用い、基板温度は
700℃、成長圧力は76Torrとした。キャリアガ
スは水素を用い、V族原料はAsH3 を10cc/mi
n供給した。III族原料はDMAlHとTMG、をそ
れぞれ0.3cc/minで供給し、TMAとTMGを
それぞれ0.3cc/minで供給した場合と比較し
た。
【0014】得られた結晶をSEM(走査型反射電子顕
微鏡)により観察した結果、TMAとTMGをIII族
原料に用いた場合には、SiNX ストライプマスク上に
多結晶と考えられる微細な堆積物が多数確認されたが、
DMAlHとTMGをIII族原料に用いた場合には、
SiNX ストライプマスク上に堆積物は確認されず、良
好な選択成長を実現した。
【0015】また選択成長領域の結晶組成を決定するた
めに、SIMS分析を行なった結果、ほぼAl0.5 Ga
0.5 Asであることがわかった。
【0016】(実施例2)GaAs基板1上に図2に示
すような20μm の幅を有する成長領域4と2μm の幅
を有するSiNX ストライプマスク2を通常のホトリソ
グラフィー工程により形成し、硫酸+過酸化水素系溶液
にて約2μm エッチングし、AlInP選択埋め込み成
長用基板とした。成長装置は横型減圧MOVPE装置を
用い、基板温度は700℃、成長圧力は76Torrと
した。キャリアガスは水素を用い、V族原料はPH3
60cc/min供給した。III族原料はDMAlH
とTMInをそれぞれ0.3cc/minで供給し、選
択埋め込み成長を行なった。一方、TMAとTMInを
それぞれ0.3cc/min、HClを0.1cc/m
in供給し、塩化水素系の選択成長を行ない比較した。
【0017】得られた結晶をSEM(走査型反射電子顕
微鏡)により観察した結果、III族原料としてDMA
lHとTMInを用いた場合も、TMAとTMInを用
いてHClを添加した場合もSiNX ストライプマスク
上に堆積物は確認されず、良好な選択性を示した。しか
し、SIMSにより埋め込み成長部の平均的組成を調べ
た結果、DMAlHとTMInを用いた場合はほぼAl
0.5 In0.5 Pであったのに対して、TMAとTMIn
を用いたHClを添加した場合はInが過剰でGaAs
基板と大きな格子不整合を有していることがわかった。
さらに埋め込み層内の組成を局所的に調べた結果、TM
AとTMInを用いてHClを添加した場合はメサ側部
近傍のAl組成が高く、埋め込み中央部と組成変化が生
じていたのに対して、DMAlHとTMInを用いた場
合は埋め込み成長領域内でほぼ均一な組成が確認され
た。また埋め込み成長の形状もDMAlHとTMInを
用いた場合の方が平坦であった。
【0018】またAlInP結晶にGaを添加した(A
1-X GaX 0.5 In0.5 P(0<X<0.5)結晶
の埋め込み成長についても、同様な結果が得られた。
【0019】またAlInP結晶のV族元素をAsにお
きかえた、AlInAs結晶のInP基板上での埋め込
み成長についても同様な結果が得られた。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1の
発明を用いれば、Alを含む化合物半導体結晶のMOV
PE選択成長において、該Al原料としてジメチルアル
ミハイドライド(DMAlH)を用いることにより、通
常の減圧成長条件において、純度に問題のあるHClガ
スを用いる事無く、良好な選択性が得られる。
【0021】また本発明の請求項2の発明を用いれば、
Alを含む化合物半導体結晶のMOVPE選択埋め込み
成長において、該Al原料としてジメチルアルミハイド
ライド(DMAlH)を用いることにより、埋め込み成
長領域内でIII族組成の均一な選択埋め込み成長層が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に用いた選択成長用GaAs
基板を示す断面構造図である。
【図2】本発明の実施例2に用いた選択埋め込み成長用
GaAs基板を示す断面構造図である。
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 SiNX マスク 3 選択成長領域 4 選択埋め込み成長領域

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機金属気相成長方法を用いたAlを含む
    化合物半導体結晶の選択成長において、Al原料として
    ジメチルアルミハイドライド(DMAlH)を用いるこ
    とを特徴とする化合物半導体の選択成長方法。
  2. 【請求項2】有機金属気相成長方法を用いたAlを含む
    化合物半導体結晶の選択埋め込み成長において、Al原
    料としてジメチルアルミハイドライド(DMAlH)を
    用いることを特徴とする化合物半導体の選択埋め込み成
    長方法。
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