JP2749743B2 - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体膜の形成方法 - Google Patents
Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体膜の形成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、段差を有するＧａＡｓ
基板の（１１１）Ａ面上に、分子線エピタキシャル法
（以下、ＭＢＥ法という。）を用いてIII−Ｖ族化合物
半導体膜を形成するための方法に関する。
基板の（１１１）Ａ面上に、分子線エピタキシャル法
（以下、ＭＢＥ法という。）を用いてIII−Ｖ族化合物
半導体膜を形成するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えばレーザなどの半導体デバイ
スを形成するために横方向のｐ−ｎ結合を形成するプロ
セスにおいて、以下の手順でＭＢＥ法を用いてＧａＡｓ
層を成長させている（例えば、エイチ・ピー・マイヤー
（Ｈ．Ｐ．Ｍｅｉｅｒ）ほか「レーザのために、段差を
有する（１００）ＧａＡｓ基板上の横方向のｐ−ｎ接合
の形成に関する問題点（Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｒｅｌａｔ
ｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａ
ｔｅｒａｌ ｐ−ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｎｃｈａ
ｎｎｅｌｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ （１００） Ｇａ
Ａｓ ｆｏｒｌａｓｅｒｓ）」ジャーナル・オブ・バキ
ュ−ム・サイエンス・アンド・テクノロジー・ビー，Ｖ
ｏｌ．６，Ｎｏ．２，１９８８年３月／４月（以下、文
献１という。）参照）。
スを形成するために横方向のｐ−ｎ結合を形成するプロ
セスにおいて、以下の手順でＭＢＥ法を用いてＧａＡｓ
層を成長させている（例えば、エイチ・ピー・マイヤー
（Ｈ．Ｐ．Ｍｅｉｅｒ）ほか「レーザのために、段差を
有する（１００）ＧａＡｓ基板上の横方向のｐ−ｎ接合
の形成に関する問題点（Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｒｅｌａｔ
ｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａ
ｔｅｒａｌ ｐ−ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｎｃｈａ
ｎｎｅｌｅｄ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ （１００） Ｇａ
Ａｓ ｆｏｒｌａｓｅｒｓ）」ジャーナル・オブ・バキ
ュ−ム・サイエンス・アンド・テクノロジー・ビー，Ｖ
ｏｌ．６，Ｎｏ．２，１９８８年３月／４月（以下、文
献１という。）参照）。
【０００３】まず、ＧａＡｓ基板の（００１）面上にス
トライプ形状又は長方形状のレジストパターンを形成し
た後、ウエットエッチング処理を行って斜面部を有する
段差を形成する。次いで、ＳｉをドープさせたＧａＡｓ
を用いてＧａＡｓの結晶を成長させる。
トライプ形状又は長方形状のレジストパターンを形成し
た後、ウエットエッチング処理を行って斜面部を有する
段差を形成する。次いで、ＳｉをドープさせたＧａＡｓ
を用いてＧａＡｓの結晶を成長させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このとき、文献１によ
れば、ｐ型層を形成しようとする段差部分に余分な（４
１１）Ａ面のファセットが出現する。この（４１１）Ａ
面のファセットは、ｎ型になりやすく、電子を閉じ込め
る効果が大幅に低下して、所望の電気的特性を有するｎ
−ｐ−ｎ構造の半導体デバイスを形成することができな
いという問題点があった。
れば、ｐ型層を形成しようとする段差部分に余分な（４
１１）Ａ面のファセットが出現する。この（４１１）Ａ
面のファセットは、ｎ型になりやすく、電子を閉じ込め
る効果が大幅に低下して、所望の電気的特性を有するｎ
−ｐ−ｎ構造の半導体デバイスを形成することができな
いという問題点があった。
【０００５】また、例えばレーザのために量子井戸層を
形成する場合において、ＭＢＥ法を用いて量子井戸層の
ＡｌxＧａ1-xＡｓを成長させるときに、段差を有するＧ
ａＡｓ基板の段差の斜面部の角度が所望の角度から変化
するとＡｌxＧａ1-xＡｓ成長層の厚さが変化し、組成比
ｘが変化する。これによって、形成された量子井戸層に
おいて所望の量子効果を得ることができないという問題
点があった。
形成する場合において、ＭＢＥ法を用いて量子井戸層の
ＡｌxＧａ1-xＡｓを成長させるときに、段差を有するＧ
ａＡｓ基板の段差の斜面部の角度が所望の角度から変化
するとＡｌxＧａ1-xＡｓ成長層の厚さが変化し、組成比
ｘが変化する。これによって、形成された量子井戸層に
おいて所望の量子効果を得ることができないという問題
点があった。
【０００６】本発明の第１の目的は以上の問題点を解決
し、ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ族化合物半導体膜の結晶
を段差を有する基板上に成長させるときに余分なファセ
ットが出現せず、しかも元の段差の傾斜部の角度を保持
して上記結晶を成長させることができるIII−V族化合物
半導体膜の形成方法を提供することにある。
し、ＭＢＥ法を用いてIII−Ｖ族化合物半導体膜の結晶
を段差を有する基板上に成長させるときに余分なファセ
ットが出現せず、しかも元の段差の傾斜部の角度を保持
して上記結晶を成長させることができるIII−V族化合物
半導体膜の形成方法を提供することにある。
【０００７】また、本発明の第２の目的は、第１の目的
に加えて、電子又は正孔の閉じ込め効果を低下させず
に、III−Ｖ族化合物半導体膜を形成する方法を提供す
ることにある。
に加えて、電子又は正孔の閉じ込め効果を低下させず
に、III−Ｖ族化合物半導体膜を形成する方法を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法は、ＧａＡｓ
基板の（１１１）Ａ面上に、正三角形状のレジストマス
クパターンの１辺が上記ＧａＡｓ基板の劈開面である
（１１０）面（ここで、下線は上線を示す。）に対して
実質的に垂直な方向になるようにレジストマスクパター
ンを形成するステップと、上記レジストマスクパターン
が形成されたＧａＡｓ基板に対して選択エッチング処理
を行って、レジストマスクパターンの各辺の近傍に（１
１１）Ａ面に対して２８°≦θ≦３３°の範囲の傾斜角
θだけ傾斜する斜面を有する段差を形成するステップ
と、上記レジストマスクパターンを除去するステップ
と、上記ＧａＡｓ基板及び上記斜面上に分子線エピタキ
シャル法を用いてIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成する
ステップとを含むことを特徴とする。
載のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法は、ＧａＡｓ
基板の（１１１）Ａ面上に、正三角形状のレジストマス
クパターンの１辺が上記ＧａＡｓ基板の劈開面である
（１１０）面（ここで、下線は上線を示す。）に対して
実質的に垂直な方向になるようにレジストマスクパター
ンを形成するステップと、上記レジストマスクパターン
が形成されたＧａＡｓ基板に対して選択エッチング処理
を行って、レジストマスクパターンの各辺の近傍に（１
１１）Ａ面に対して２８°≦θ≦３３°の範囲の傾斜角
θだけ傾斜する斜面を有する段差を形成するステップ
と、上記レジストマスクパターンを除去するステップ
と、上記ＧａＡｓ基板及び上記斜面上に分子線エピタキ
シャル法を用いてIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成する
ステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】また、請求項２記載のIII−Ｖ族化合物半
導体膜の形成方法は、請求項１記載の方法において、
（００１）面から（１１１）Ａ面への方向に傾斜されて
定義される面の斜面を有する段差が形成されるように上
記レジストマスクパターンを形成することを特徴とす
る。
導体膜の形成方法は、請求項１記載の方法において、
（００１）面から（１１１）Ａ面への方向に傾斜されて
定義される面の斜面を有する段差が形成されるように上
記レジストマスクパターンを形成することを特徴とす
る。
【００１０】
【作用】請求項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形
成方法においては、傾斜角が２８°≦θ≦３３°の範囲
である斜面の段差が形成されるので、本発明者の実験に
よれば、分子線エピタキシャル法を用いてIII−Ｖ族化
合物半導体膜の結晶を段差を有する基板上に成長させる
ときに余分なファセットが出現せず、しかも元の段差の
傾斜部の角度を保持して上記結晶を成長させることがで
きる。
成方法においては、傾斜角が２８°≦θ≦３３°の範囲
である斜面の段差が形成されるので、本発明者の実験に
よれば、分子線エピタキシャル法を用いてIII−Ｖ族化
合物半導体膜の結晶を段差を有する基板上に成長させる
ときに余分なファセットが出現せず、しかも元の段差の
傾斜部の角度を保持して上記結晶を成長させることがで
きる。
【００１１】また、請求項２記載のIII−Ｖ族化合物半
導体膜の形成方法においては、さらに、（００１）面か
ら（１１１）Ａ面への方向に傾斜されて定義される面の
斜面を有する段差が形成されるように上記レジストマス
クパターンを形成するので、本発明者の実験によれば、
電子又は正孔の閉じ込め効果を低下させずに、III−Ｖ
族化合物半導体膜を形成することができる。
導体膜の形成方法においては、さらに、（００１）面か
ら（１１１）Ａ面への方向に傾斜されて定義される面の
斜面を有する段差が形成されるように上記レジストマス
クパターンを形成するので、本発明者の実験によれば、
電子又は正孔の閉じ込め効果を低下させずに、III−Ｖ
族化合物半導体膜を形成することができる。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による一実施例
について説明する。図１乃至図７において各図面の下側
には、ＧａＡｓ基板１０の結晶構造を基準にした、各図
面に図示した面の方向を示している。なお、図１及び図
２において、ＧａＡｓの結晶構造を模式的に図示してい
るが、構成原子及び原子距離の大きさは、実際にはレジ
ストマスクパターン１１，１２及び三角錐台形状のＧａ
Ａｓ基板２１，２２の大きさに比較して極めて小さいも
のである。
について説明する。図１乃至図７において各図面の下側
には、ＧａＡｓ基板１０の結晶構造を基準にした、各図
面に図示した面の方向を示している。なお、図１及び図
２において、ＧａＡｓの結晶構造を模式的に図示してい
るが、構成原子及び原子距離の大きさは、実際にはレジ
ストマスクパターン１１，１２及び三角錐台形状のＧａ
Ａｓ基板２１，２２の大きさに比較して極めて小さいも
のである。
【００１３】本実施例は、図１に示すように、ＧａＡｓ
基板１０の（１１１）Ａ面上に、正三角形状のレジスト
マスクパターン１１，１２の１辺１１ａ，１２ａが当該
基板１０の劈開面１００である（１１０）面（ここで、
下線は上線を示す。）に対して実質的に垂直な方向にな
るようにレジストマスクパターン１１，１２を形成した
後、ＨＦ＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏからなる混合エッチング液を
用いて選択ウエットエッチング処理を行って、図２に示
すように、各レジストマスクパターン１１，１２の各辺
の近傍に（１１１）Ａ面に対して傾斜角θだけ傾斜した
斜面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ
を有する段差を形成し、次いで、上記レジストマスクパ
ターンを除去した後、ＭＢＥ法を用いてＧａＡｓ成長層
１３ａ乃至１３ｅを成長させる場合において、上記ウエ
ットエッチング処理において上記混合エッチング液の組
成を変化することによって上記傾斜角θを２８°≦θ≦
３３°の範囲に制御することを特徴とする。
基板１０の（１１１）Ａ面上に、正三角形状のレジスト
マスクパターン１１，１２の１辺１１ａ，１２ａが当該
基板１０の劈開面１００である（１１０）面（ここで、
下線は上線を示す。）に対して実質的に垂直な方向にな
るようにレジストマスクパターン１１，１２を形成した
後、ＨＦ＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏからなる混合エッチング液を
用いて選択ウエットエッチング処理を行って、図２に示
すように、各レジストマスクパターン１１，１２の各辺
の近傍に（１１１）Ａ面に対して傾斜角θだけ傾斜した
斜面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ
を有する段差を形成し、次いで、上記レジストマスクパ
ターンを除去した後、ＭＢＥ法を用いてＧａＡｓ成長層
１３ａ乃至１３ｅを成長させる場合において、上記ウエ
ットエッチング処理において上記混合エッチング液の組
成を変化することによって上記傾斜角θを２８°≦θ≦
３３°の範囲に制御することを特徴とする。
【００１４】以下、本実施例に係る、ＧａＡｓ基板１０
の（１１１）Ａ面に段差を形成した後ＧａＡｓ成長層を
成長させる基本プロセスについて詳細に説明する。
の（１１１）Ａ面に段差を形成した後ＧａＡｓ成長層を
成長させる基本プロセスについて詳細に説明する。
【００１５】（１）まず、図１に示すように、フォトリ
ソグラフィ法で、ＧａＡｓ基板１０の（１１１）Ａ面上
に、マスクアライナーを用いて正三角形状のレジストマ
スクパターン１１，１２の１辺１１ａ，１２ａが当該基
板１０の劈開面１００である（１１０）面（ここで、下
線は上線を示す。）に対して実質的に垂直な方向になる
ようにレジストマスクパターン１１，１２を形成する。
ソグラフィ法で、ＧａＡｓ基板１０の（１１１）Ａ面上
に、マスクアライナーを用いて正三角形状のレジストマ
スクパターン１１，１２の１辺１１ａ，１２ａが当該基
板１０の劈開面１００である（１１０）面（ここで、下
線は上線を示す。）に対して実質的に垂直な方向になる
ようにレジストマスクパターン１１，１２を形成する。
【００１６】（２）次いで、レジストマスクパターン１
１，１２が形成されたＧａＡｓ基板１０の上から、ＨＦ
＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏからなる混合エッチング液を用いて選
択ウエットエッチング処理を行って、図２に示すよう
に、各レジストマスクパターン１１，１２の各辺１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃの近傍に
それぞれ、（１１１）Ａ面に対して傾斜角θだけ傾斜し
た斜面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２
ｃを有する垂直方向の高さ３μｍの段差を形成する。従
って、レジストマスクパターン１１の近傍に三角錐台形
状のＧａＡｓ基板２１が形成される一方、レジストマス
クパターン１２の近傍に三角錐台形状のＧａＡｓ基板２
２が形成される。さらに、レジストマスクパターン１
１，１２が形成されていない領域においてはＧａＡｓ基
板１０がエッチングされて（１１１）Ａ面１０ｅが露出
する。なお、傾斜角θは劈開面１００を基準にして走査
型電子顕微鏡で観察することにより確認した。
１，１２が形成されたＧａＡｓ基板１０の上から、ＨＦ
＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏからなる混合エッチング液を用いて選
択ウエットエッチング処理を行って、図２に示すよう
に、各レジストマスクパターン１１，１２の各辺１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃの近傍に
それぞれ、（１１１）Ａ面に対して傾斜角θだけ傾斜し
た斜面２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２
ｃを有する垂直方向の高さ３μｍの段差を形成する。従
って、レジストマスクパターン１１の近傍に三角錐台形
状のＧａＡｓ基板２１が形成される一方、レジストマス
クパターン１２の近傍に三角錐台形状のＧａＡｓ基板２
２が形成される。さらに、レジストマスクパターン１
１，１２が形成されていない領域においてはＧａＡｓ基
板１０がエッチングされて（１１１）Ａ面１０ｅが露出
する。なお、傾斜角θは劈開面１００を基準にして走査
型電子顕微鏡で観察することにより確認した。
【００１７】ここで、例えばレジストマスクパターン１
１を用いて形成された段差が傾斜角θ＝５５°を有する
とき、三角錐台形状のＧａＡｓ基板２１の斜面２１ａは
（００１）面であり、斜面２１ｂは（１００）面であ
り、斜面２１ｃは（０１０）面であり、以下、これらの
斜面２１ａ，２１ｂ，２１ｃを、互いに等価である（０
０１）関連の斜面という。また、レジストマスクパター
ン１２を用いて形成された段差が傾斜角θ＝３５°を有
するとき、三角錐台形状のＧａＡｓ基板２２の斜面２２
ａは（１１０）面であり、斜面２２ｂは（１０１）面で
あり、斜面２２ｃは（０１１）面であり、以下、これら
の斜面２２ａ，２２ｂ，２２ｃを、互いに等価である
（１１０）関連の斜面という。
１を用いて形成された段差が傾斜角θ＝５５°を有する
とき、三角錐台形状のＧａＡｓ基板２１の斜面２１ａは
（００１）面であり、斜面２１ｂは（１００）面であ
り、斜面２１ｃは（０１０）面であり、以下、これらの
斜面２１ａ，２１ｂ，２１ｃを、互いに等価である（０
０１）関連の斜面という。また、レジストマスクパター
ン１２を用いて形成された段差が傾斜角θ＝３５°を有
するとき、三角錐台形状のＧａＡｓ基板２２の斜面２２
ａは（１１０）面であり、斜面２２ｂは（１０１）面で
あり、斜面２２ｃは（０１１）面であり、以下、これら
の斜面２２ａ，２２ｂ，２２ｃを、互いに等価である
（１１０）関連の斜面という。
【００１８】例えば気温２５°Ｃにおいて上記基板２１
において傾斜角θ＝３０°に設定するためには、ＨＦと
Ｈ2Ｏ2とＨ2Ｏの各体積を２ｃｃ、１６ｃｃ、及び２５
０ｃｃに設定し、又は２ｃｃ、２２ｃｃ、及び１０００
ｃｃに設定する。また、混合エッチング液として、Ｈ3
ＰＯ4＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏを用いてもよい。この場合、気温
４０°Ｃにおいて傾斜角θ＝３０°に設定するために
は、Ｈ3ＰＯ4とＨ2Ｏ2とＨ2Ｏの各体積を３ｃｃ、１ｃ
ｃ、及び５０ｃｃに設定する。以下同様にして、ＨＦと
Ｈ2Ｏ2とＨ2Ｏとの体積比、又はＨ3ＰＯ4とＨ2Ｏ2とＨ2
Ｏとの体積比、すなわち組成を変化することにより、上
記傾斜角θを任意の角度に設定できる。
において傾斜角θ＝３０°に設定するためには、ＨＦと
Ｈ2Ｏ2とＨ2Ｏの各体積を２ｃｃ、１６ｃｃ、及び２５
０ｃｃに設定し、又は２ｃｃ、２２ｃｃ、及び１０００
ｃｃに設定する。また、混合エッチング液として、Ｈ3
ＰＯ4＋Ｈ2Ｏ2＋Ｈ2Ｏを用いてもよい。この場合、気温
４０°Ｃにおいて傾斜角θ＝３０°に設定するために
は、Ｈ3ＰＯ4とＨ2Ｏ2とＨ2Ｏの各体積を３ｃｃ、１ｃ
ｃ、及び５０ｃｃに設定する。以下同様にして、ＨＦと
Ｈ2Ｏ2とＨ2Ｏとの体積比、又はＨ3ＰＯ4とＨ2Ｏ2とＨ2
Ｏとの体積比、すなわち組成を変化することにより、上
記傾斜角θを任意の角度に設定できる。
【００１９】（３）次いで、アセトン等の有機溶媒を用
いて上記レジストマスクパターン１１，１２を除去す
る。
いて上記レジストマスクパターン１１，１２を除去す
る。
【００２０】（４）さらに、図３乃至図５に示すよう
に、ＭＢＥ法を用いて公知の通り、基板温度６２０°Ｃ
で、Ａｓ／Ｇａのフラックス比を４に設定し、かつ正孔
濃度が１×１０18ｃｍ-3であるという条件でＳｉをドー
プしたＧａＡｓを用いて厚さ１μｍのＧａＡｓ成長層１
３ａ乃至１３ｅを成長させる。
に、ＭＢＥ法を用いて公知の通り、基板温度６２０°Ｃ
で、Ａｓ／Ｇａのフラックス比を４に設定し、かつ正孔
濃度が１×１０18ｃｍ-3であるという条件でＳｉをドー
プしたＧａＡｓを用いて厚さ１μｍのＧａＡｓ成長層１
３ａ乃至１３ｅを成長させる。
【００２１】本発明者は、（ａ）三角錐台形状のＧａＡ
ｓ基板２１の傾斜角θを１１°から８４°まで１°毎に
変化させて上述のプロセスを行う一方、（ｂ）三角錐台
形状のＧａＡｓ基板２２の傾斜角θを１１°から７４°
まで１°毎に変化させて上述のプロセスを行った。特
に、代表してこの場合の基板２１の斜面２１ａとコーナ
ー部２１ｒと、基板２２のそれらに対応する部分につい
ての実験結果について以下に説明する。
ｓ基板２１の傾斜角θを１１°から８４°まで１°毎に
変化させて上述のプロセスを行う一方、（ｂ）三角錐台
形状のＧａＡｓ基板２２の傾斜角θを１１°から７４°
まで１°毎に変化させて上述のプロセスを行った。特
に、代表してこの場合の基板２１の斜面２１ａとコーナ
ー部２１ｒと、基板２２のそれらに対応する部分につい
ての実験結果について以下に説明する。
【００２２】（ａ）三角錐台形状のＧａＡｓ基板２１の
場合 図３乃至図５はそれぞれ、段差の斜面の傾斜角θ＝６１
°、４１°及び３０°のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡ
ｓ基板の、図２のＡ−Ａ’線についての断面図である。
場合 図３乃至図５はそれぞれ、段差の斜面の傾斜角θ＝６１
°、４１°及び３０°のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡ
ｓ基板の、図２のＡ−Ａ’線についての断面図である。
【００２３】図３に示すように、傾斜角θ≧３４°で
は、常に、斜面２１ａの上部に（１１４）Ａ面のファセ
ット１３ｂが出現するとともに、斜面２１ａの下部に他
の余分な面のファセット１３ｄが出現する。そして、図
４に示すように、傾斜角θが３３°に近づくほど、斜面
２１ａ側に張り出してくることが観測された。従って、
傾斜角θ≧３４°の範囲では均一な斜面のＧａＡｓ成長
層を形成することはできない。さらに、傾斜角が１５°
≦θ≦３３°の範囲では、図５に示すように、（１１
４）Ａ面のファセット１３ｂと余分なファセット１３ｄ
が消失し、他にはなんらファセットも生じず、元のＧａ
Ａｓ基板１０のエッチングパターンを保持した均一なＧ
ａＡｓ成長層１３ａ，１３ｃ，１３ｅを実現することが
できる。さらに、傾斜角がθ≦１４°の範囲では三角錐
台形状の基板２１との境界付近の斜面上に（１１１）Ａ
面と１５°を成すステップが生じ、再び均一性が失われ
ることを観測した。従って、傾斜角を１５°≦θ≦３３
°の範囲に収める必要があり、以下、第１の傾斜角の条
件という。
は、常に、斜面２１ａの上部に（１１４）Ａ面のファセ
ット１３ｂが出現するとともに、斜面２１ａの下部に他
の余分な面のファセット１３ｄが出現する。そして、図
４に示すように、傾斜角θが３３°に近づくほど、斜面
２１ａ側に張り出してくることが観測された。従って、
傾斜角θ≧３４°の範囲では均一な斜面のＧａＡｓ成長
層を形成することはできない。さらに、傾斜角が１５°
≦θ≦３３°の範囲では、図５に示すように、（１１
４）Ａ面のファセット１３ｂと余分なファセット１３ｄ
が消失し、他にはなんらファセットも生じず、元のＧａ
Ａｓ基板１０のエッチングパターンを保持した均一なＧ
ａＡｓ成長層１３ａ，１３ｃ，１３ｅを実現することが
できる。さらに、傾斜角がθ≦１４°の範囲では三角錐
台形状の基板２１との境界付近の斜面上に（１１１）Ａ
面と１５°を成すステップが生じ、再び均一性が失われ
ることを観測した。従って、傾斜角を１５°≦θ≦３３
°の範囲に収める必要があり、以下、第１の傾斜角の条
件という。
【００２４】さらには、傾斜角がθ≧５４°の範囲で
は、互いに等価な斜面同士が交差する稜線にあたるコー
ナー部２１ｒには、図６に示すように、（１１１）Ａ基
板面と３５°の角度を成す（１１０）面のファセットが
生じることが観測された。そして、傾斜角が２８°≦θ
≦５３°の範囲では、図７に示すように、その（１１
０）面のファセットが消失し、他のファセットも生じな
かった。ところが、傾斜角がθ≦２７°では、再び（１
１１）Ａ基板面と１５°以下の角度を成す（１１０）関
連の面のファセットが出現した。これらの（１１０）面
や（１１０）関連の面のファセットはＳｉドープされた
ＧａＡｓ成長層においてｐ型になるので、これらのファ
セットは正孔閉じ込めに対するリークパスとして働き閉
じ込め効果を著しく低下させる。従って、傾斜角がこれ
らのファセットが出現しない２８°≦θ≦５３°の範囲
に収める必要があり、以下、第２の傾斜角の条件とい
う。
は、互いに等価な斜面同士が交差する稜線にあたるコー
ナー部２１ｒには、図６に示すように、（１１１）Ａ基
板面と３５°の角度を成す（１１０）面のファセットが
生じることが観測された。そして、傾斜角が２８°≦θ
≦５３°の範囲では、図７に示すように、その（１１
０）面のファセットが消失し、他のファセットも生じな
かった。ところが、傾斜角がθ≦２７°では、再び（１
１１）Ａ基板面と１５°以下の角度を成す（１１０）関
連の面のファセットが出現した。これらの（１１０）面
や（１１０）関連の面のファセットはＳｉドープされた
ＧａＡｓ成長層においてｐ型になるので、これらのファ
セットは正孔閉じ込めに対するリークパスとして働き閉
じ込め効果を著しく低下させる。従って、傾斜角がこれ
らのファセットが出現しない２８°≦θ≦５３°の範囲
に収める必要があり、以下、第２の傾斜角の条件とい
う。
【００２５】従って、斜面２１ａ乃至２１ｃ及びコーナ
ー部２１ｒにおいて均一なＧａＡｓ成長層を形成するた
めには、上記第１の傾斜角の条件と上記第２の傾斜角の
条件を同時に満足させる必要があり、傾斜角を２８°≦
θ≦３３°の範囲に収める必要がある。ここで、傾斜角
θ＝２８°は（５ ５ １４）Ａ面に対応し、傾斜角θ
＝３３°は（１１４）Ａ面に対応する。これら（５ ５
１４）Ａ面及び（１１４）Ａ面は（００１）面から
（１１１）Ａ面への方向に傾斜されて定義される面であ
る。
ー部２１ｒにおいて均一なＧａＡｓ成長層を形成するた
めには、上記第１の傾斜角の条件と上記第２の傾斜角の
条件を同時に満足させる必要があり、傾斜角を２８°≦
θ≦３３°の範囲に収める必要がある。ここで、傾斜角
θ＝２８°は（５ ５ １４）Ａ面に対応し、傾斜角θ
＝３３°は（１１４）Ａ面に対応する。これら（５ ５
１４）Ａ面及び（１１４）Ａ面は（００１）面から
（１１１）Ａ面への方向に傾斜されて定義される面であ
る。
【００２６】なお、傾斜角が２８°≦θ≦３３°の範囲
で正孔が閉じ込められていることは、三角錐台形状のＧ
ａＡｓ基板２１の頂上面の（１１１）Ａ面の領域とエッ
チングされた（１１１）Ａ面１０ｅとにそれぞれオーム
性電極を形成し、各電極間の電流−電圧特性を測定する
ことによって確認した。この測定では、±１０Ｖまで電
流が流れない良好な電流ブロッキング効果が現れてい
る。これにより、斜面はｎ型となっておりかつコーナー
部２１ｒで全くリークがないことが確認され、正孔閉じ
込め効果が低下していないことを観測した。
で正孔が閉じ込められていることは、三角錐台形状のＧ
ａＡｓ基板２１の頂上面の（１１１）Ａ面の領域とエッ
チングされた（１１１）Ａ面１０ｅとにそれぞれオーム
性電極を形成し、各電極間の電流−電圧特性を測定する
ことによって確認した。この測定では、±１０Ｖまで電
流が流れない良好な電流ブロッキング効果が現れてい
る。これにより、斜面はｎ型となっておりかつコーナー
部２１ｒで全くリークがないことが確認され、正孔閉じ
込め効果が低下していないことを観測した。
【００２７】（ｂ）三角錐台形状のＧａＡｓ基板２２の
場合 傾斜角がθ≧３５°では、常に、斜面２２ａの上部に
（１１０）面のファセットが出現するが、傾斜角１５°
≦θ≦３４°では当該余分なファセットが消失し、他に
はなんらファセットも生じず、元のＧａＡｓ基板１０の
エッチングパターンを保持した均一なＧａＡｓ成長層を
形成することができる。さらに、傾斜角がθ≦１４°の
範囲では、三角錐台形状の基板２２との境界付近の斜面
上に（１１１）Ａ面と１５°の角度を成すステップが生
じ、再び均一性が失われた。なお、三角錐台形状のＧａ
Ａｓ基板２２の場合、傾斜角θを１１°から７４°まで
の範囲で変化しても、上記基板２１の場合のようにコー
ナー部に余分なファセットを観測できなかった。なお、
この場合、斜面２２ａは（１１０）面から（１１１）Ａ
面への方向に傾斜されて定義される面である。
場合 傾斜角がθ≧３５°では、常に、斜面２２ａの上部に
（１１０）面のファセットが出現するが、傾斜角１５°
≦θ≦３４°では当該余分なファセットが消失し、他に
はなんらファセットも生じず、元のＧａＡｓ基板１０の
エッチングパターンを保持した均一なＧａＡｓ成長層を
形成することができる。さらに、傾斜角がθ≦１４°の
範囲では、三角錐台形状の基板２２との境界付近の斜面
上に（１１１）Ａ面と１５°の角度を成すステップが生
じ、再び均一性が失われた。なお、三角錐台形状のＧａ
Ａｓ基板２２の場合、傾斜角θを１１°から７４°まで
の範囲で変化しても、上記基板２１の場合のようにコー
ナー部に余分なファセットを観測できなかった。なお、
この場合、斜面２２ａは（１１０）面から（１１１）Ａ
面への方向に傾斜されて定義される面である。
【００２８】従って、この場合において、斜面２２ａ乃
至２２ｃ及びコーナー部において均一なＧａＡｓ成長層
を形成するためには傾斜角を１５°≦θ≦３４°の範囲
に設定すればよい。従って、三角錐台形状のＧａＡｓ基
板２１における傾斜角範囲２８°≦θ≦３３°に設定す
れば、自然に三角錐台形状のＧａＡｓ基板２２の傾斜角
の必要条件も満足することになる。しかしながら、三角
錐台形状のＧａＡｓ基板２２の場合においては各斜面２
２ａ乃至２２ｃはＳｉがドープされたＧａＡｓ成長層は
ｐ型になるので、正孔閉じ込め効果を得ることはできな
いことを観測した。
至２２ｃ及びコーナー部において均一なＧａＡｓ成長層
を形成するためには傾斜角を１５°≦θ≦３４°の範囲
に設定すればよい。従って、三角錐台形状のＧａＡｓ基
板２１における傾斜角範囲２８°≦θ≦３３°に設定す
れば、自然に三角錐台形状のＧａＡｓ基板２２の傾斜角
の必要条件も満足することになる。しかしながら、三角
錐台形状のＧａＡｓ基板２２の場合においては各斜面２
２ａ乃至２２ｃはＳｉがドープされたＧａＡｓ成長層は
ｐ型になるので、正孔閉じ込め効果を得ることはできな
いことを観測した。
【００２９】以上説明した上記の実験結果をまとめると
以下のようになる。 （１）上述のようにＧａＡｓ基板１０の（１１１）Ａ面
上に三角錐台形状のＧａＡｓ基板２１，２２の段差の斜
面を形成するとき、傾斜角を２８°≦θ≦３３°の範囲
に収めれば、段差の傾斜角を保持して均一なＧａＡｓ成
長層を形成することができる。 （２）さらに、例えば横方向のｐ−ｎ接合などを形成す
る場合において、正孔の閉じ込め又は電子の閉じ込めを
行う場合は、上記（１）の条件に加えて、三角錐台形状
のＧａＡｓ基板２１の斜面２１ａ，２１ｂ，２１ｃのみ
を使用すればよい。すなわち、レジストマスクパターン
１１のみを形成してウエットエッチングすることによ
り、（００１）面から（１１１）Ａ面に対する方向に傾
斜して定義される（１１４）Ａ面乃至（５ ５ １４）
Ａ面の斜面を形成すればよい。これによって、正孔の閉
じ込め効果又は電子の閉じ込め効果が低下しない横方向
のｐ−ｎ接合を常に実現することができる。
以下のようになる。 （１）上述のようにＧａＡｓ基板１０の（１１１）Ａ面
上に三角錐台形状のＧａＡｓ基板２１，２２の段差の斜
面を形成するとき、傾斜角を２８°≦θ≦３３°の範囲
に収めれば、段差の傾斜角を保持して均一なＧａＡｓ成
長層を形成することができる。 （２）さらに、例えば横方向のｐ−ｎ接合などを形成す
る場合において、正孔の閉じ込め又は電子の閉じ込めを
行う場合は、上記（１）の条件に加えて、三角錐台形状
のＧａＡｓ基板２１の斜面２１ａ，２１ｂ，２１ｃのみ
を使用すればよい。すなわち、レジストマスクパターン
１１のみを形成してウエットエッチングすることによ
り、（００１）面から（１１１）Ａ面に対する方向に傾
斜して定義される（１１４）Ａ面乃至（５ ５ １４）
Ａ面の斜面を形成すればよい。これによって、正孔の閉
じ込め効果又は電子の閉じ込め効果が低下しない横方向
のｐ−ｎ接合を常に実現することができる。
【００３０】以上の実施例においては、ＧａＡｓ成長層
を形成しているが、本発明はこれに限らず、ＡｌxＧａ
1-xＡｓなどのIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成する場合
に適用することができる。また、ＧａＡｓ基板を用いて
いるが、ＩｎＰ基板を用いてもよい。
を形成しているが、本発明はこれに限らず、ＡｌxＧａ
1-xＡｓなどのIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成する場合
に適用することができる。また、ＧａＡｓ基板を用いて
いるが、ＩｎＰ基板を用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る請求
項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法によれ
ば、ＧａＡｓ基板の（１１１）Ａ面上に、正三角形状の
レジストマスクパターンの１辺が上記ＧａＡｓ基板の劈
開面である（１１０）面（ここで、下線は上線を示
す。）に対して実質的に垂直な方向になるようにレジス
トマスクパターンを形成するステップと、上記レジスト
マスクパターンが形成されたＧａＡｓ基板に対して選択
エッチング処理を行って、レジストマスクパターンの各
辺の近傍に（１１１）Ａ面に対して２８°≦θ≦３３°
の範囲の傾斜角θだけ傾斜する斜面を有する段差を形成
するステップと、上記レジストマスクパターンを除去す
るステップと、上記ＧａＡｓ基板及び上記斜面上に分子
線エピタキシャル法を用いてIII−Ｖ族化合物半導体膜
を形成するステップとを含む。従って、傾斜角が２８°
≦θ≦３３°の範囲である斜面の段差が形成されるの
で、分子線エピタキシャル法を用いてIII−Ｖ族化合物
半導体膜の結晶を段差を有する基板上に成長させるとき
に余分なファセットが出現せず、しかも元の段差の傾斜
部の角度を保持して上記結晶を成長させることができ
る。
項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体膜の形成方法によれ
ば、ＧａＡｓ基板の（１１１）Ａ面上に、正三角形状の
レジストマスクパターンの１辺が上記ＧａＡｓ基板の劈
開面である（１１０）面（ここで、下線は上線を示
す。）に対して実質的に垂直な方向になるようにレジス
トマスクパターンを形成するステップと、上記レジスト
マスクパターンが形成されたＧａＡｓ基板に対して選択
エッチング処理を行って、レジストマスクパターンの各
辺の近傍に（１１１）Ａ面に対して２８°≦θ≦３３°
の範囲の傾斜角θだけ傾斜する斜面を有する段差を形成
するステップと、上記レジストマスクパターンを除去す
るステップと、上記ＧａＡｓ基板及び上記斜面上に分子
線エピタキシャル法を用いてIII−Ｖ族化合物半導体膜
を形成するステップとを含む。従って、傾斜角が２８°
≦θ≦３３°の範囲である斜面の段差が形成されるの
で、分子線エピタキシャル法を用いてIII−Ｖ族化合物
半導体膜の結晶を段差を有する基板上に成長させるとき
に余分なファセットが出現せず、しかも元の段差の傾斜
部の角度を保持して上記結晶を成長させることができ
る。
【００３２】また、請求項２記載のIII−Ｖ族化合物半
導体膜の形成方法によれば、さらに、（００１）面から
（１１１）Ａ面への方向に傾斜されて定義される面の斜
面を有する段差が形成されるように上記レジストマスク
パターンを形成するので、電子又は正孔の閉じ込め効果
を低下させずに、III−Ｖ族化合物半導体膜を形成する
ことができるという利点がある。
導体膜の形成方法によれば、さらに、（００１）面から
（１１１）Ａ面への方向に傾斜されて定義される面の斜
面を有する段差が形成されるように上記レジストマスク
パターンを形成するので、電子又は正孔の閉じ込め効果
を低下させずに、III−Ｖ族化合物半導体膜を形成する
ことができるという利点がある。
【図１】 本発明の一実施例であるＧａＡｓ基板の（１
１１）Ａ面上にＭＢＥ法によってＧａＡｓの結晶を成長
させる方法における第１のプロセスを示す、レジストパ
ターンを形成したＧａＡｓ基板の平面図である。
１１）Ａ面上にＭＢＥ法によってＧａＡｓの結晶を成長
させる方法における第１のプロセスを示す、レジストパ
ターンを形成したＧａＡｓ基板の平面図である。
【図２】 上記実施例の方法における第２のプロセスを
示す、ウエットエッチング後のＧａＡｓ基板の平面図で
ある。
示す、ウエットエッチング後のＧａＡｓ基板の平面図で
ある。
【図３】 比較例である段差の斜面の傾斜角θ＝６１°
のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２のＡ−
Ａ’線についての断面図である。
のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２のＡ−
Ａ’線についての断面図である。
【図４】 比較例である段差の斜面の傾斜角θ＝４１°
のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２のＡ−
Ａ’線についての断面図である。
のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２のＡ−
Ａ’線についての断面図である。
【図５】 上記実施例における段差の斜面の傾斜角θ＝
３０°のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２
のＡ−Ａ’線についての断面図である。
３０°のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２
のＡ−Ａ’線についての断面図である。
【図６】 比較例である段差の斜面の傾斜角θ＝６１°
のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２の段差
の正三角形のコーナー部２１ｒにおける平面図である。
のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２の段差
の正三角形のコーナー部２１ｒにおける平面図である。
【図７】 上記実施例における段差の斜面の傾斜角θ＝
３０°のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２
の段差の正三角形のコーナー部２１ｒにおける平面図で
ある。
３０°のときのＧａＡｓ成長後のＧａＡｓ基板の、図２
の段差の正三角形のコーナー部２１ｒにおける平面図で
ある。
１０…ＧｓＡｓ基板、 １０ｅ…エッチングされたＧａＡｓ基板の［１１１］Ａ
面、 １１，１２…レジストパターン、 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…レ
ジストパターンの正三角形の１辺、 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ…ＧａＡｓ成
長層、 ２１，２２…三角錐台形状のＧａＡｓ基板、 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…三
角錐台形状のＧａＡｓ基板の斜面、 １００…劈開面、 θ…傾斜角。
面、 １１，１２…レジストパターン、 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…レ
ジストパターンの正三角形の１辺、 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ…ＧａＡｓ成
長層、 ２１，２２…三角錐台形状のＧａＡｓ基板、 ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…三
角錐台形状のＧａＡｓ基板の斜面、 １００…劈開面、 θ…傾斜角。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 悌二 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 ５番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (72)発明者 藤田 和久 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 ５番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (72)発明者 小林 規矩男 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 ５番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板の（１１１）Ａ面上に、正
三角形状のレジストマスクパターンの１辺が上記ＧａＡ
ｓ基板の劈開面である（１１０）面（ここで、下線は上
線を示す。）に対して実質的に垂直な方向になるように
レジストマスクパターンを形成するステップと、 上記レジストマスクパターンが形成されたＧａＡｓ基板
に対して選択エッチング処理を行って、レジストマスク
パターンの各辺の近傍に（１１１）Ａ面に対して２８°
≦θ≦３３°の範囲の傾斜角θだけ傾斜する斜面を有す
る段差を形成するステップと、 上記レジストマスクパターンを除去するステップと、 上記ＧａＡｓ基板及び上記斜面上に分子線エピタキシャ
ル法を用いてIII−Ｖ族化合物半導体膜を形成するステ
ップとを含むことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体
膜の形成方法。 - 【請求項２】 （００１）面から（１１１）Ａ面への方
向に傾斜されて定義される面の斜面を有する段差が形成
されるように上記レジストマスクパターンを形成するこ
とを特徴とする請求項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体
膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21908192A JP2749743B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21908192A JP2749743B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0669129A JPH0669129A (ja) | 1994-03-11 |
| JP2749743B2 true JP2749743B2 (ja) | 1998-05-13 |
Family
ID=16729967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21908192A Expired - Fee Related JP2749743B2 (ja) | 1992-08-18 | 1992-08-18 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2749743B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4110416B2 (ja) | 2005-03-18 | 2008-07-02 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光型装置及びその製造方法 |
| JP4110417B2 (ja) | 2005-03-18 | 2008-07-02 | セイコーエプソン株式会社 | 面発光型装置及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-08-18 JP JP21908192A patent/JP2749743B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0669129A (ja) | 1994-03-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |