JP2793939B2 - 化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents
化合物半導体結晶の成長方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体結晶の成
長方法に関し、特に化合物半導体結晶を所定の領域にの
み選択的に成長させる成長方法に関する。
長方法に関し、特に化合物半導体結晶を所定の領域にの
み選択的に成長させる成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板の所定の領域にのみ半導体結
晶を成長させる選択成長方法として、マスクを使用する
方法が知られている。これは、基板表面を、基板と異な
る種類の材料からなる薄膜で覆い、この薄膜の所定部分
を除去したあと、この基板上に原料ガスを導入する方法
である。基板上に導入された原料ガスは、薄膜上では分
解及び吸着が抑制され、基板が露出した部分にのみ結晶
が成長する。
晶を成長させる選択成長方法として、マスクを使用する
方法が知られている。これは、基板表面を、基板と異な
る種類の材料からなる薄膜で覆い、この薄膜の所定部分
を除去したあと、この基板上に原料ガスを導入する方法
である。基板上に導入された原料ガスは、薄膜上では分
解及び吸着が抑制され、基板が露出した部分にのみ結晶
が成長する。
【０００３】また、マスクを使用しない方法として、基
板温度を原料ガスが十分に分解しない値に設定して、基
板表面の所定の領域にのみ光荷電粒子等のエネルギービ
ームを照射し、原料ガスの励起を促すことによって、所
定の領域にのみ結晶を成長させる方法がある。
板温度を原料ガスが十分に分解しない値に設定して、基
板表面の所定の領域にのみ光荷電粒子等のエネルギービ
ームを照射し、原料ガスの励起を促すことによって、所
定の領域にのみ結晶を成長させる方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のマスクを用いる
方法では、マスクを完全に除去することが出来ず、マス
クを構成する元素が半導体結晶内に残るという問題点が
ある。また、マスク除去に使用した化学種が半導体結晶
内に残るという問題点もある。
方法では、マスクを完全に除去することが出来ず、マス
クを構成する元素が半導体結晶内に残るという問題点が
ある。また、マスク除去に使用した化学種が半導体結晶
内に残るという問題点もある。
【０００５】一方、マスクを使用しない方法では、エネ
ルギービームを照射して原料ガスを電子的に励起した場
合、半導体結晶に対して悪影響を及ぼす元素を含む活性
な分解生成物が多量に生成される。この分解生成物は、
基板温度が十分に高くないので半導体結晶に高い効率で
取り込まれてしまうという問題点がある。また、エネル
ギービームを照射して原料ガスを熱的に励起する場合
は、エネルギーが熱的に拡散して半導体結晶を成長させ
る領域と、成長させない領域との境界が不明確になると
いう問題点がある。
ルギービームを照射して原料ガスを電子的に励起した場
合、半導体結晶に対して悪影響を及ぼす元素を含む活性
な分解生成物が多量に生成される。この分解生成物は、
基板温度が十分に高くないので半導体結晶に高い効率で
取り込まれてしまうという問題点がある。また、エネル
ギービームを照射して原料ガスを熱的に励起する場合
は、エネルギーが熱的に拡散して半導体結晶を成長させ
る領域と、成長させない領域との境界が不明確になると
いう問題点がある。
【０００６】上記問題点は、いずれも、後に製造される
半導体素子の性能を劣化させるという問題点を引き起こ
す。
半導体素子の性能を劣化させるという問題点を引き起こ
す。
【０００７】本発明は、所定の領域に高品質の半導体結
晶を高い選択性を有するようにエピタキシャル成長させ
る方法を提供することを目的とする。
晶を高い選択性を有するようにエピタキシャル成長させ
る方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板表
面に原料ガスを照射して化合物半導体結晶を成長させる
化合物半導体結晶の成長方法において、前記基板として
ＧａＡｓ（１００）基板、前記原料ガスとしてトリメチ
ルガリウムを用い、前記基板の温度を６１０℃に保ち、
かつ前記原料ガスの供給量を所定量に保つことにより
（２×４）の表面再構成構造を維持しつつ、前記基板表
面の所定領域に光を照射して加熱することにより前記
（２×４）の表面再構成構造を局所的に崩し、前記所定
領域にのみ前記化合物半導体結晶を成長させるようにし
たことを特徴とする化合物半導体結晶の成長方法が得ら
れる。
面に原料ガスを照射して化合物半導体結晶を成長させる
化合物半導体結晶の成長方法において、前記基板として
ＧａＡｓ（１００）基板、前記原料ガスとしてトリメチ
ルガリウムを用い、前記基板の温度を６１０℃に保ち、
かつ前記原料ガスの供給量を所定量に保つことにより
（２×４）の表面再構成構造を維持しつつ、前記基板表
面の所定領域に光を照射して加熱することにより前記
（２×４）の表面再構成構造を局所的に崩し、前記所定
領域にのみ前記化合物半導体結晶を成長させるようにし
たことを特徴とする化合物半導体結晶の成長方法が得ら
れる。
【０００９】
【作用】化合物半導体のエピタキシャル成長に使用され
る原料ガスの基板表面における化学反応は、基板の表面
状態に大きく影響を受ける。特に、基板表面が不活性の
場合、原料ガスの表面分解は著しく抑制される。化合物
半導体を成長させる場合、基板表面での反応は、基板表
面における化学量論比によって変化し、基板の構成元
素、面方位に対して最も不活性になる表面化学量論比が
存在する。
る原料ガスの基板表面における化学反応は、基板の表面
状態に大きく影響を受ける。特に、基板表面が不活性の
場合、原料ガスの表面分解は著しく抑制される。化合物
半導体を成長させる場合、基板表面での反応は、基板表
面における化学量論比によって変化し、基板の構成元
素、面方位に対して最も不活性になる表面化学量論比が
存在する。
【００１０】基板温度と原料ガス供給量等を適宜に選択
すると、基板の表面を最も不活性な状態の化学量論比と
する（特定の表面再構成構造を維持する）ことができ
る。この基板表面の所定領域に光を照射すると、光を照
射した部分だけ加熱され、局所的に化学量論比が変化す
る。即ち、活性化される。したがって、基板表面の局所
的に加熱された部分にのみ化合物半導体が成長する。
すると、基板の表面を最も不活性な状態の化学量論比と
する（特定の表面再構成構造を維持する）ことができ
る。この基板表面の所定領域に光を照射すると、光を照
射した部分だけ加熱され、局所的に化学量論比が変化す
る。即ち、活性化される。したがって、基板表面の局所
的に加熱された部分にのみ化合物半導体が成長する。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。まず、本実施例で使用する成長装置について説明
する。図１に示す成長装置は、ステンレススチール製の
超高真空容器１１と、超高真空容器１１内を排気する排
気装置１２と、加熱装置１３とを備えている。超高真空
容器１１内部には、高真空状態を保つために使用される
液体窒素シュラウド１４と、基板１５を加熱するための
タングステンフィラメントヒータ１６が設けられてい
る。また、超高真空容器１１の側壁には、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）を基板１５上に照射するＴＭＧノズル
１７、砒素分子を基板１５上に照射するための固体砒素
用クヌードセンセル１８、反射高速電子回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）観測装置としての電子銃１９及び蛍光スクリーン２
０、及び光導入窓２１が設けられている。また、加熱装
置１３は、アルゴンイオンレーザ２２と、アルゴンイオ
ンレーザからの光を光導入窓２１を通して基板上に集光
させる反射鏡２３及びレンズ２４を有している。
する。まず、本実施例で使用する成長装置について説明
する。図１に示す成長装置は、ステンレススチール製の
超高真空容器１１と、超高真空容器１１内を排気する排
気装置１２と、加熱装置１３とを備えている。超高真空
容器１１内部には、高真空状態を保つために使用される
液体窒素シュラウド１４と、基板１５を加熱するための
タングステンフィラメントヒータ１６が設けられてい
る。また、超高真空容器１１の側壁には、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）を基板１５上に照射するＴＭＧノズル
１７、砒素分子を基板１５上に照射するための固体砒素
用クヌードセンセル１８、反射高速電子回折（ＲＨＥＥ
Ｄ）観測装置としての電子銃１９及び蛍光スクリーン２
０、及び光導入窓２１が設けられている。また、加熱装
置１３は、アルゴンイオンレーザ２２と、アルゴンイオ
ンレーザからの光を光導入窓２１を通して基板上に集光
させる反射鏡２３及びレンズ２４を有している。
【００１２】次に、図１乃至図３を参照して本発明の一
実施例を説明する。ここで、基板はＧａＡｓ（１００）
基板を使用し、ＧａＡｓを成長させるものとする。
実施例を説明する。ここで、基板はＧａＡｓ（１００）
基板を使用し、ＧａＡｓを成長させるものとする。
【００１３】まず、超高真空容器１１内にＧａＡｓ（１
００）基板１５を導入し、ＧａＡｓ基板１５の表面にク
ヌードセンセル１８からの砒素分子を照射するととも
に、タングステンフィラメントヒータ１６を用いて基板
を加熱する。この工程により、ＧａＡｓ基板１５上の自
然酸化膜は除去される。次に、基板温度を６１０℃に保
ち、基板表面にＴＭＧノズル１７からのＴＭＧと、クヌ
ードセンセル１７からの砒素分子とを照射する。こうし
て、基板１５表面に厚さ１μm のＧａＡｓ層を成長さ
せ、清浄で平坦なＧａＡｓ（１００）面を得る。
００）基板１５を導入し、ＧａＡｓ基板１５の表面にク
ヌードセンセル１８からの砒素分子を照射するととも
に、タングステンフィラメントヒータ１６を用いて基板
を加熱する。この工程により、ＧａＡｓ基板１５上の自
然酸化膜は除去される。次に、基板温度を６１０℃に保
ち、基板表面にＴＭＧノズル１７からのＴＭＧと、クヌ
ードセンセル１７からの砒素分子とを照射する。こうし
て、基板１５表面に厚さ１μm のＧａＡｓ層を成長さ
せ、清浄で平坦なＧａＡｓ（１００）面を得る。
【００１４】ＧａＡｓ（１００）面上におけるＴＭＧの
分解率は、図２に示す用に表面の砒素被覆率（表面化学
量論比）に依存する。砒素被覆率０．７５のとき、ＴＭ
Ｇの分解は著しく抑制され、このときＧａＡｓ（１０
０）面上ではエピタキシャル成長はほとんど起こらな
い。ＧａＡｓ（１００）面の表面を砒素被覆率０．７５
にするには、図３（ａ）に示すように、砒素分子のみを
ＧａＡｓ（１００）面上に照射しながら、ＧａＡｓ基板
１５の温度を調整する。このとき、オフブラック条件に
調整されたＲＨＥＥＤ観測装置を使用してＧａＡｓ（１
００）面を観測し、（２×４）の再配列構造が最も明瞭
に表われ、境界反射強度が最大となるようにする。こう
してＧａＡｓ（１００）面において最も不活性な砒素被
膜率０．７５の面を形成することができる。
分解率は、図２に示す用に表面の砒素被覆率（表面化学
量論比）に依存する。砒素被覆率０．７５のとき、ＴＭ
Ｇの分解は著しく抑制され、このときＧａＡｓ（１０
０）面上ではエピタキシャル成長はほとんど起こらな
い。ＧａＡｓ（１００）面の表面を砒素被覆率０．７５
にするには、図３（ａ）に示すように、砒素分子のみを
ＧａＡｓ（１００）面上に照射しながら、ＧａＡｓ基板
１５の温度を調整する。このとき、オフブラック条件に
調整されたＲＨＥＥＤ観測装置を使用してＧａＡｓ（１
００）面を観測し、（２×４）の再配列構造が最も明瞭
に表われ、境界反射強度が最大となるようにする。こう
してＧａＡｓ（１００）面において最も不活性な砒素被
膜率０．７５の面を形成することができる。
【００１５】次に、上記状態を維持したまま、図３
（ｂ）に示すように、アルゴンイオンレーザ２２からの
アルゴンイオンレーザ光を、反射鏡２３、レンズ２４、
及び光導入窓２１を介してＧａＡｓ（１００）面に照射
する。アルゴンイオンレーザ光は、レンズ２４によって
集光されており、ＧａＡｓ（１００）面の所定領域にの
み照射される。ＧａＡｓ基板１５では、ＧａＡｓ（１０
０）面のアルゴンイオンレーザ光が照射された領域のみ
が局所的に加熱され、砒素被覆率は変化する。続いて、
ＴＭＧ分子線を平衡真空度で５×１０-8Torrのフラック
スで照射する。すると、図３（ｃ）に示すように、アル
ゴンイオンレーザ光が照射された領域に、選択的にＧａ
Ａｓ突起３１が成長する。
（ｂ）に示すように、アルゴンイオンレーザ２２からの
アルゴンイオンレーザ光を、反射鏡２３、レンズ２４、
及び光導入窓２１を介してＧａＡｓ（１００）面に照射
する。アルゴンイオンレーザ光は、レンズ２４によって
集光されており、ＧａＡｓ（１００）面の所定領域にの
み照射される。ＧａＡｓ基板１５では、ＧａＡｓ（１０
０）面のアルゴンイオンレーザ光が照射された領域のみ
が局所的に加熱され、砒素被覆率は変化する。続いて、
ＴＭＧ分子線を平衡真空度で５×１０-8Torrのフラック
スで照射する。すると、図３（ｃ）に示すように、アル
ゴンイオンレーザ光が照射された領域に、選択的にＧａ
Ａｓ突起３１が成長する。
【００１６】なお、上記実施例では、ＧａＡｓ（１０
０）基板を用いたが、他の基板を用いることもできる。
例えば、ＧａＡｓ（１１１）基板を用いることもでき
る。この場合、（２×２）に再配列した表面が特異的に
不活性となる。
０）基板を用いたが、他の基板を用いることもできる。
例えば、ＧａＡｓ（１１１）基板を用いることもでき
る。この場合、（２×２）に再配列した表面が特異的に
不活性となる。
【００１７】また、上記実施例では、アルゴンイオンレ
ーザからの光を照射して、基板表面を局所的に加熱した
が、他の光源を用いて加熱するようにしても良い。例え
ば、クリプトンレーザ、ヘリウムネオンレーザ、ＹＡＧ
レーザ、及びハロゲンランプ等からの光を集光して照射
しても良い。
ーザからの光を照射して、基板表面を局所的に加熱した
が、他の光源を用いて加熱するようにしても良い。例え
ば、クリプトンレーザ、ヘリウムネオンレーザ、ＹＡＧ
レーザ、及びハロゲンランプ等からの光を集光して照射
しても良い。
【００１８】さらに、上記実施例では、砒素とＴＭＧを
原料ガスとして用いたが、これに限られるものではな
く、アルシン等の水素化合物、トリエチルガリウム（Ｔ
ＥＧ）等の有機金属、及びこれらの誘導体、さらに砒
素、ガリウムをそれぞれ含む他の化合物でも良い。
原料ガスとして用いたが、これに限られるものではな
く、アルシン等の水素化合物、トリエチルガリウム（Ｔ
ＥＧ）等の有機金属、及びこれらの誘導体、さらに砒
素、ガリウムをそれぞれ含む他の化合物でも良い。
【００１９】さらにまた、上記実施例では、ＧａＡｓを
成長させたが、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、
ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＴｅ、及びＣｄＴｅ等のIII-
V 族及びII-VI 族化合物半導体、及びこれらの混晶半導
体を成長させることもできる。ここで、基板と成長層と
が異種であっても問題はない。
成長させたが、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、
ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＴｅ、及びＣｄＴｅ等のIII-
V 族及びII-VI 族化合物半導体、及びこれらの混晶半導
体を成長させることもできる。ここで、基板と成長層と
が異種であっても問題はない。
【００２０】又、基板は温度により表面の反応性が変化
する特性を有していれば、ＧａＡｓ基板に限らず、他の
半導体、絶縁体、及びガラスなどを使用することもでき
る。
する特性を有していれば、ＧａＡｓ基板に限らず、他の
半導体、絶縁体、及びガラスなどを使用することもでき
る。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、原料ガスの照射量と基
板の温度を制御して基板表面を不活性状態にすると共
に、光を局部的に照射して、基板表面を局部的に活性化
することによって、不純物を取り込むことなく、所定の
領域にのみ化合物半導体結晶を成長させることができ
る。
板の温度を制御して基板表面を不活性状態にすると共
に、光を局部的に照射して、基板表面を局部的に活性化
することによって、不純物を取り込むことなく、所定の
領域にのみ化合物半導体結晶を成長させることができ
る。
【図１】本発明の一実施例に使用される。成長装置の概
略図である。
略図である。
【図２】ＧａＡｓ（１００）面における砒素被覆率とＴ
ＭＧの分解率の関係を示すグラフである。
ＭＧの分解率の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例を説明するための工程図であ
る。
る。
１１ 超真空容器 １２ 排気装置 １３ 加熱装置 １４ 液体窒素シュラウド １５ 基板 １６ タングステンフィラメントヒータ １７ ＴＭＧノズル １８ クヌードセンセル １９ 電子銃 ２０ 蛍光スクリーン ２１ 光導入窓 ２２ アルゴンイオンレーザ ２３ 反射鏡 ２４ レンズ ３１ ＧａＡｓ突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−74792（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−22410（ＪＰ，Ａ) ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ．58 （４），28 ＪＡＮＵＡＲＹ 1991，Ｐ Ｐ．406−408 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/203 H01L 21/20 H01L 21/205 C30B 23/08
Claims (1)
- 【請求項１】 基板表面に原料ガスを照射して化合物半
導体結晶を成長させる化合物半導体結晶の成長方法にお
いて、前記基板としてＧａＡｓ（１００）基板、前記原
料ガスとしてトリメチルガリウムを用い、前記基板の温
度を６１０℃に保ち、かつ前記原料ガスの供給量を所定
量に保つことにより（２×４）の表面再構成構造を維持
しつつ、前記基板表面の所定領域に光を照射して加熱す
ることにより前記（２×４）の表面再構成構造を局所的
に崩し、前記所定領域にのみ前記化合物半導体結晶を成
長させるようにしたことを特徴とする化合物半導体結晶
の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5022752A JP2793939B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5022752A JP2793939B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06236849A JPH06236849A (ja) | 1994-08-23 |
| JP2793939B2 true JP2793939B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=12091427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5022752A Expired - Lifetime JP2793939B2 (ja) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2793939B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0322410A (ja) * | 1989-06-19 | 1991-01-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体薄膜形成法 |
| JPH0474792A (ja) * | 1989-07-17 | 1992-03-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体薄膜形成法 |
-
1993
- 1993-02-10 JP JP5022752A patent/JP2793939B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＬＥＴＴ．５８（４），２８ ＪＡＮＵＡＲＹ １９９１，ＰＰ．４０６−４０８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06236849A (ja) | 1994-08-23 |
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