JP2729866B2 - Compound semiconductor epitaxial growth method - Google Patents
Compound semiconductor epitaxial growth methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体のエピタ
キシャル成長に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to epitaxial growth of a compound semiconductor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＧａＡｓ基板上にＳｉＯ2 やＧａＡｓ酸
化膜をマスク（保護膜）として形成し、ＧａＡｓ等を選
択成長させる方法はすでに報告されている。近年、Ｇａ
Ａｓ酸化膜を保護膜として用いて化合物半導体を選択成
長させるインシツ（In-situ ）での一貫プロセスが報告
されている。 2. Description of the Related Art A method of forming an SiO 2 or GaAs oxide film as a mask (protective film) on a GaAs substrate and selectively growing GaAs or the like has already been reported. Recently, Ga
An in-situ integrated process for selectively growing a compound semiconductor using an As oxide film as a protective film has been reported.
【０００３】この選択成長方法は、超高真空装置（図示
せず）内に、ＧａＡｓ基板を導入し、基板ホルダに保持
させ、基板ホルダに設けられたヒータで約６００温度に
加熱してＧａＡｓ基板表面の自然酸化膜を除去する。次
に、ヒータを制御してＧａＡｓ基板の温度を下げ、超高
真空装置内に酸素ガスを１０Torrの圧力になるまで導入
し、ハロゲンランプによって光を照射してＧａＡｓ基板
上にＧａＡｓ酸化膜を形成させる。In this selective growth method, a GaAs substrate is introduced into an ultra-high vacuum apparatus (not shown), held in a substrate holder, and heated to a temperature of about 600 by a heater provided in the substrate holder. The natural oxide film on the surface is removed. Next, the heater is controlled to lower the temperature of the GaAs substrate, oxygen gas is introduced into the ultra-high vacuum apparatus until the pressure becomes 10 Torr, and light is irradiated by a halogen lamp to form a GaAs oxide film on the GaAs substrate. Let it.
【０００４】次に、ＧａＡｓ酸化膜のパターニングを行
う。ＧａＡｓ基板上のパターニングにより酸化膜が除か
れた部分に、ＭＯＭＢＥ法により、即ち、ＴＭＧ（トリ
メチルガリウム）とＡｓ4 とを同時に、または、ＴＥＧ
（トリエチルガリウム）とＡｓ4 とを同時に照射しなが
らＧａＡｓを選択成長させる。この後、ヒータの温度を
制御してＧａＡｓ酸化膜の温度を上げ、ＧａＡｓ酸化膜
を熱分解する。さらに、その上にエピタキシャル成長を
行うことも可能である。Next, a GaAs oxide film is patterned. On the portion of the GaAs substrate from which the oxide film has been removed by patterning, the TMG (trimethylgallium) and As 4 are simultaneously applied by the MOMBE method or TEG.
GaAs is selectively grown while simultaneously irradiating (triethylgallium) and As 4 . Thereafter, the temperature of the heater is controlled to increase the temperature of the GaAs oxide film, and the GaAs oxide film is thermally decomposed. Further, epitaxial growth can be performed thereon.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、化合物半導体
の選択成長をＳｉＯ2 等を保護膜として用いると、ウエ
ットエッチング工程等が必要となるために、インシツ
（In-situ ）での一貫プロセスが困難であるという問題
点がある。[0006] However, the use of compound semiconductor selective growth of SiO 2 or the like as a protective film, in order to wet etching process or the like is required, difficult to consistently process in situ (In-situ) There is a problem that is.
【０００６】また、ＧａＡｓ酸化膜を保護膜として用い
ると、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ系の化合物半導体の選択
成長は可能であるが、ＡｌＡｓやＧａＡｌＡｓ等のＡｌ
系の化合物半導体の成長には、ＡｌとＯが反応しやすい
ため保護膜として機能しないという問題点がある。When a GaAs oxide film is used as a protective film, it is possible to selectively grow GaAs or InGaAs-based compound semiconductors. However, AlGaAs such as AlAs or GaAlAs can be used.
There is a problem in the growth of a system compound semiconductor that Al and O easily react with each other and do not function as a protective film.
【０００７】本発明の課題は、インシツ（In-situ ）で
の一貫プロセスに適した化合物半導体エピタキシャル成
長方法を提供することである。It is an object of the present invention to provide a compound semiconductor epitaxial growth method suitable for an in-situ integrated process.
【０００８】本発明の他の課題は、Ａｌ系の化合物半導
体の選択成長に適した化合物半導体エピタキシャル成長
方法を提供することである。Another object of the present invention is to provide a compound semiconductor epitaxial growth method suitable for selective growth of an Al-based compound semiconductor.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、化合物
半導体から成る基板上に該化合物半導体に含まれる半導
体の窒化物から成る保護膜を形成する第１の工程と、前
記保護膜を予め定められた範囲だけ除去する第２の工程
と、前記保護膜の除去された部分に化合物半導体をエピ
タキシャル成長させる第３の工程とを有することを特徴
とする化合物半導体エピタキシャル成長方法が得られ
る。According to the present invention, a first step of forming a protective film made of a nitride of a semiconductor contained in a compound semiconductor on a substrate made of a compound semiconductor; A method for epitaxially growing a compound semiconductor, comprising: a second step of removing a predetermined area, and a third step of epitaxially growing a compound semiconductor on the removed portion of the protective film.
【００１０】[0010]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１１】図１は、本実施例に用いられる超高真空装
置を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an ultra-high vacuum apparatus used in this embodiment.
【００１２】図１において、本装置は、メインチャンバ
１０を有する。メインチャンバ１０は、基板ホルダ１１
と、ＲＨＥＥＤ電子銃１２と、ＱＭＳ分析チャンバ１３
と、Ａｓセル１４と、バルブ１５と、バルブ１６と、液
体窒素シュラウド１７とを有する。基板ホルダ１１に
は、基板を加熱するためのヒータ１８が設けられてい
る。ＲＨＥＥＤ電子銃１２は、電子線回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）に用いられる。ＱＭＳ分析チャンバ１３は、質量分
析（ＱＭＳ）に用いられる。Ａｓセル１４は、Ａｓ4 を
供給するためのものである。バルブ１５は、可変リーク
バルブであり、真空排気系（図示せず）に連結されてい
る。Referring to FIG. 1, the present apparatus has a main chamber 10. The main chamber 10 includes a substrate holder 11
, RHEED electron gun 12, QMS analysis chamber 13
, An As cell 14, a valve 15, a valve 16, and a liquid nitrogen shroud 17. The substrate holder 11 is provided with a heater 18 for heating the substrate. The RHEED electron gun 12 is an electron beam diffraction (RHEE)
D). The QMS analysis chamber 13 is used for mass spectrometry (QMS). The As cell 14 is for supplying As 4 . The valve 15 is a variable leak valve, and is connected to a vacuum exhaust system (not shown).
【００１３】本発明による第１の実施例を図１を参照し
て説明する。A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
【００１４】まず、窒素源としてジメチルヒドラジン
（（ＣＨ3 ）2 Ｎ−ＮＨ2 ）をバルブより導入した。ま
た、Ｇａ源としてはメタルＧａ（純度９９．９９９９
％）を用いた。今、ＧａＡｓ（１００）基板２０を予
め、Ｈ2 ＳＯ4 ：Ｈ2 Ｏ2 ：Ｈ2 Ｏ＝３：１：１でエッ
チングした後、メインチャンバ１０内の基板ホルダ１１
にセットする。基板をセットした後、ＧａＡｓ基板２０
上に存在する自然酸化膜をヒータ１８により基板温度を
６００℃程度まで上げて熱分解させる。First, dimethylhydrazine ((CH 3 ) 2 N—NH 2 ) was introduced from a valve as a nitrogen source. As a Ga source, metal Ga (purity 99.99999) was used.
%). Now, the GaAs (100) substrate 20 is etched in advance with H 2 SO 4 : H 2 O 2 : H 2 O = 3: 1: 1 and then the substrate holder 11 in the main chamber 10 is etched.
Set to. After setting the substrate, the GaAs substrate 20
The substrate temperature is raised to about 600 ° C. by the heater 18 to thermally decompose the overlying natural oxide film.
【００１５】酸化膜を熱分解によって除去した後、でき
るだけ平坦なＧａＡｓ表面を得るために、トリエチルガ
リウム（ＴＥＧ）をバルブ１５から、ＴＥＧと同時に、
ＡＳ4 をＡｓセル１４から供給しながら基板温度を５５
０℃としてＧａＡｓをエピタキシャル成長させる。After removing the oxide film by thermal decomposition, triethyl gallium (TEG) is supplied from the valve 15 simultaneously with the TEG to obtain a GaAs surface as flat as possible.
While supplying AS 4 from the As cell 14, the substrate temperature is set to 55
At 0 ° C., GaAs is epitaxially grown.
【００１６】ＧａＡｓ表面を平坦化した後に、基板温度
を上昇させる。このとき、ＲＨＥＥＤでＧａＡｓ表面の
回折パターンを観察すると２×４構造より１×１構造の
パターンに変化する。このとき、メインチャンバ１０内
の真空度は、１０-8Torr以下であった。After flattening the GaAs surface, the substrate temperature is raised. At this time, when the diffraction pattern on the GaAs surface is observed by RHEED, the pattern changes from a 2 × 4 structure to a 1 × 1 structure pattern. At this time, the degree of vacuum in the main chamber 10 was 10 −8 Torr or less.
【００１７】この後、バルブ１６よりジメチルヒドラジ
ンを真空度が１×１０-5Torrになるまで導入する。さら
にメタルＧａを照射しながら、ＧａＮを形成させる。Ｇ
ａＮの形成時間は１５〜６０分であった。Thereafter, dimethylhydrazine is introduced from the valve 16 until the degree of vacuum becomes 1.times.10@-5 Torr. Further, GaN is formed while irradiating metal Ga. G
The formation time of aN was 15-60 minutes.
【００１８】このようにして、ＧａＡｓ基板２０上にＧ
ａＮから成る保護膜が形成された。ここで、ＧａＮの膜
厚は非常に薄く、その厚さは直接測定することができな
いが、保護膜が形成されたかどうかは、ＲＨＥＥＤのパ
ターンから数原子程度の非常に薄い膜であることが推定
できる。In this manner, the G on the GaAs substrate 20 is
A protective film made of aN was formed. Here, the thickness of GaN is very thin, and the thickness cannot be directly measured. However, whether or not the protective film is formed is estimated to be a very thin film of about several atoms from the RHEED pattern. it can.
【００１９】上述のＧａＮから成る保護膜を用い、その
膜上で、有機金属であるＴＥＧが分解するかどうかを調
べた。基板温度は、従来のＧａＡｓ酸化膜を用いた選択
成長の基板温度と同じ４５０℃〜５００℃とした。その
結果、ＧａＡｓの表面ではＴＥＧが分解しないことがわ
かった。Using the above-mentioned protective film made of GaN, it was examined whether or not TEG, which is an organic metal, is decomposed on the protective film. The substrate temperature was set at 450 ° C. to 500 ° C., which is the same as the substrate temperature for selective growth using a conventional GaAs oxide film. As a result, it was found that TEG did not decompose on the GaAs surface.
【００２０】さらに、ＧａＮからなる保護膜の所定の範
囲にＡｒスパッタにより穴をあけ（パターニングを行
い）、その上にＧａＡｓが選択的に成長するかどうかを
調べた。その結果、ＧａＡｓの選択成長を行うことがで
きた。Further, a hole was formed (patterned) in a predetermined range of the protective film made of GaN by Ar sputtering, and it was examined whether GaAs was selectively grown thereon. As a result, GaAs could be selectively grown.
【００２１】続いて、ＧａＡｓ基板２０の温度を６３０
℃以上とし、Ａｓ圧をかけた状態で真空中に保持するこ
とによって、保護膜を除去することができた。Subsequently, the temperature of the GaAs substrate 20 is set to 630
C. or higher, the protective film was able to be removed by holding in a vacuum with As pressure applied.
【００２２】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
本実施例も、第１の実施例と同様に図１に示す装置が用
いられる。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In this embodiment, the apparatus shown in FIG. 1 is used as in the first embodiment.
【００２３】まず、ＧａＮから成る保護膜の形成には、
窒素源として、ジメチルヒドラジンを用いた。Ｇａ源に
は、第１の実施例と同様にメタルＧａを用いたが、これ
を用いずに、ＧａＡｓ表面をＲＨＥＥＤパターンにおい
て、（１×１）Ｇａ飽和面とした後、ジメチルヒドラジ
ンを導入してもよい。さらに、窒素源として、アンモニ
ア、窒素ラジカルなども用いることができる。以後、第
１の実施例と同様の工程がなされる。ＧａＮ保護膜の形
成がなされたかどうかは、ＲＨＥＥＤのパターンによ
り、その場観察することができる。First, in forming a protective film made of GaN,
Dimethylhydrazine was used as a nitrogen source. As the Ga source, metal Ga was used in the same manner as in the first embodiment, but without using this, the GaAs surface was changed to a (1 × 1) Ga saturated surface in the RHEED pattern, and dimethylhydrazine was introduced. You may. Further, ammonia, nitrogen radicals, and the like can be used as the nitrogen source. Thereafter, the same steps as in the first embodiment are performed. Whether or not the GaN protective film has been formed can be observed in-situ by the RHEED pattern.
【００２４】以上のようにしてＧａＮから成る保護膜が
形成された。保護膜上でＧａＡｓの選択成長が可能なこ
とは当然である。ここで、ＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、Ｉ
ｎＧａＡｓ等の他の化合物半導体についても応用可能で
あることを確認した。即ち、立方晶のＧａＮとＧａＡｓ
の格子定数は、約２０％のずれがある。このため、Ｇａ
Ｎは、ＧａＡｓ上では短時間の成長においては、数原子
層オーダーの膜厚を多結晶状に成長している。このよう
なＧａＮの表面では、基板温度が低い場合（４００℃〜
５００℃）、ＴＥＧ、ＴＭＧ等の有機金属は分解しなか
った。同様に、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）も
分解しなかった。したがって、ＡｌＡｓ、ＧａＡｌＡｓ
等のＡｌ系の化合物半導体の選択成長にも保護膜として
使用可能である。As described above, a protective film made of GaN was formed. It is natural that GaAs can be selectively grown on the protective film. Here, AlAs, GaAlAs, I
It has been confirmed that other compound semiconductors such as nGaAs can be applied. That is, cubic GaN and GaAs
Have a deviation of about 20%. Therefore, Ga
N is grown on GaAs in a polycrystalline form with a thickness of several atomic layers in a short time. On such a GaN surface, when the substrate temperature is low (from 400 ° C.
(500 ° C.), organic metals such as TEG and TMG did not decompose. Similarly, TMAl (trimethylaluminum) did not decompose. Therefore, AlAs, GaAlAs
It can also be used as a protective film for selective growth of Al-based compound semiconductors such as.
【００２５】また、ＧａＮ膜の除去法として熱分解させ
ることを述べたが熱分解させる際、ＧａＮ表面にあらか
じめメタルＧａを１〜２原子層つけて、基板温度を６０
０℃程度まで上昇させてＧａＮを熱分解させることもで
きる。Although the method of removing the GaN film by thermal decomposition has been described, when performing thermal decomposition, one or two atomic layers of metal Ga are previously applied to the GaN surface, and the substrate temperature is reduced to 60 ° C.
The GaN can be thermally decomposed by raising the temperature to about 0 ° C.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本発明による化合物半導体のエピタキシ
ャル成長方法は、基板を構成する半導体の窒化物から成
る保護膜を用いるため、ウエットエッチング工程が必要
なく、インシツ（In-situ ）での一貫プロセスに適す
る。さらに、Ａｌ系の化合物半導体中のＡｌとＯとが反
応するおそれがなく、Ａｌ系の化合物半導体の選択成長
に適する。The method for epitaxially growing a compound semiconductor according to the present invention does not require a wet etching step and is suitable for an in-situ integrated process since a protective film made of a nitride of a semiconductor constituting a substrate is used. . Further, there is no possibility that Al and O in the Al-based compound semiconductor react with each other, which is suitable for selective growth of the Al-based compound semiconductor.
【図１】本発明の実施例に用いられる超高真空装置を示
す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an ultra-high vacuum device used in an embodiment of the present invention.
１０ メインチャンバ １１ 基板ホルダ １２ ＲＨＥＥＤ電子銃 １３ ＱＭＳ分析チャンバ １４ Ａｓセル １５、１６ バルブ １７ 液体窒素シュラウド １８ ヒータ ２０ ＧａＡｓ基板 Reference Signs List 10 Main chamber 11 Substrate holder 12 RHEED electron gun 13 QMS analysis chamber 14 As cell 15, 16 Valve 17 Liquid nitrogen shroud 18 Heater 20 GaAs substrate
Claims (1)
ら成る保護膜を形成する第１の工程と、前記保護膜を予
め定められた範囲だけ除去する第２の工程と、前記保護
膜の除去された部分に化合物半導体をエピタキシャル成
長させる第３の工程とを有することを特徴とする化合物
半導体エピタキシャル成長方法。A first step of forming a protective film made of GaN on a substrate made of a compound semiconductor; a second step of removing the protective film only in a predetermined range; and a step of removing the protective film. And a third step of epitaxially growing a compound semiconductor in the portion where the compound semiconductor is grown.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3281200A JP2729866B2 (en) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | Compound semiconductor epitaxial growth method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3281200A JP2729866B2 (en) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | Compound semiconductor epitaxial growth method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05121328A JPH05121328A (en) | 1993-05-18 |
| JP2729866B2 true JP2729866B2 (en) | 1998-03-18 |
Family
ID=17635745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3281200A Expired - Lifetime JP2729866B2 (en) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | Compound semiconductor epitaxial growth method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2729866B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5939024A (en) * | 1982-08-27 | 1984-03-03 | Fujitsu Ltd | Manufacture of semiconductor device |
-
1991
- 1991-10-28 JP JP3281200A patent/JP2729866B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05121328A (en) | 1993-05-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19971028 |