JP2794506B2 - 化合物半導体ヘテロエピタキシャル成長方法 - Google Patents
化合物半導体ヘテロエピタキシャル成長方法Info
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- JP2794506B2 JP2794506B2 JP28457091A JP28457091A JP2794506B2 JP 2794506 B2 JP2794506 B2 JP 2794506B2 JP 28457091 A JP28457091 A JP 28457091A JP 28457091 A JP28457091 A JP 28457091A JP 2794506 B2 JP2794506 B2 JP 2794506B2
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- Japan
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- substrate
- compound semiconductor
- growth
- heteroepitaxial growth
- growth method
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体のエピタキ
シャル成長方法に関し、特に微視的に柱状構造の化合物
半導体のエピタキシャル成長方法に関する。
シャル成長方法に関し、特に微視的に柱状構造の化合物
半導体のエピタキシャル成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】量子細線等、化合物半導体の微細構造を
形成する場合、例えば、半導体基板上にＳｉＯ2 などの
マスクを形成したあとパターニングを行い、メサエッチ
ングなどの化学エッチングを行って、基板表面にパター
ンを形成し、有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢ
Ｅ法）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などで量
子細線の形成が行われている。
形成する場合、例えば、半導体基板上にＳｉＯ2 などの
マスクを形成したあとパターニングを行い、メサエッチ
ングなどの化学エッチングを行って、基板表面にパター
ンを形成し、有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢ
Ｅ法）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などで量
子細線の形成が行われている。
【０００３】また、半導体基板上にオフアングルを形成
し、微視的なステップ及びキンクを形成して、そのステ
ップのキンク部にいわゆる量子箱のような量子構造を形
成することが行われている。
し、微視的なステップ及びキンクを形成して、そのステ
ップのキンク部にいわゆる量子箱のような量子構造を形
成することが行われている。
【０００４】ところで、液相エピタキシャル成長法（Ｌ
ＰＥ法）を用いた化合物半導体のヘテロエピタキシャル
成長で、エピタキシャル層の組成を変化させて格子定数
を変化させると、基板の格子定数との差（格子不整合）
が大きくなるに従って、エピタキシャル層の表面にクロ
スハッチパターンが現れ、さらに格子不整合が大きくな
るとエピタキシャル層は基板全面に成長しなくなり、島
（island）状成長を始める。この島状成長層は、基板の
面方位に依存した特有の面で囲まれた柱状成長となるこ
とが報告されている。なお、さらに格子不整合が大きく
なるとＬＰＥ法による成長ではエピタキシャル成長しな
くなることが報告されている。
ＰＥ法）を用いた化合物半導体のヘテロエピタキシャル
成長で、エピタキシャル層の組成を変化させて格子定数
を変化させると、基板の格子定数との差（格子不整合）
が大きくなるに従って、エピタキシャル層の表面にクロ
スハッチパターンが現れ、さらに格子不整合が大きくな
るとエピタキシャル層は基板全面に成長しなくなり、島
（island）状成長を始める。この島状成長層は、基板の
面方位に依存した特有の面で囲まれた柱状成長となるこ
とが報告されている。なお、さらに格子不整合が大きく
なるとＬＰＥ法による成長ではエピタキシャル成長しな
くなることが報告されている。
【０００５】例えば、ＧａＰ基板上にＩｎ1-X ＧａX Ｐ
をエピタキシャル成長させると、Ｘ≧0.8 ではクロスハ
ッチパターンの現れた表面モホロジーが観測され、 0.7
5 ≧Ｘ≧0.6 では特有のファセット面で囲まれた柱状層
が島状に形成されることが報告されている。この柱状層
は、基板とエピタキシャル層との格子不整合が大きいた
めに横方向の成長が抑えられ、縦方向の成長が速くなる
ために生ずると考えられている。
をエピタキシャル成長させると、Ｘ≧0.8 ではクロスハ
ッチパターンの現れた表面モホロジーが観測され、 0.7
5 ≧Ｘ≧0.6 では特有のファセット面で囲まれた柱状層
が島状に形成されることが報告されている。この柱状層
は、基板とエピタキシャル層との格子不整合が大きいた
めに横方向の成長が抑えられ、縦方向の成長が速くなる
ために生ずると考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】化合物半導体の微細構
造を形成する際にＳｉＯ2 などのマスクを用いると、ウ
エットエッチング工程などが必要となるために、インシ
ツ（In-situ ）での一貫プロセスを行うことが困難であ
るという問題点がある。
造を形成する際にＳｉＯ2 などのマスクを用いると、ウ
エットエッチング工程などが必要となるために、インシ
ツ（In-situ ）での一貫プロセスを行うことが困難であ
るという問題点がある。
【０００７】本発明は、ＬＰＥ法で知られている島状成
長を利用して、インシツ（In-situ）での一貫プロセス
が可能な、微細構造のヘテロエピタキシャル成長を行う
方法を提供することを目的とする。
長を利用して、インシツ（In-situ）での一貫プロセス
が可能な、微細構造のヘテロエピタキシャル成長を行う
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、化合物
半導体基板表面上に該基板を構成するIII 族元素の窒化
物を保護膜として形成する第１の工程と、前記保護膜表
面の所定範囲に前記III 族元素ビームを照射したあと加
熱し、該ビームが照射された範囲の前記保護膜を除去す
る第２の工程と、前記基板とは異なる種類の化合物半導
体混晶をエピタキシャル成長させる第３の工程とを含む
ことを特徴とする化合物半導体ヘテロエピタキシャル成
長方法が得られる。
半導体基板表面上に該基板を構成するIII 族元素の窒化
物を保護膜として形成する第１の工程と、前記保護膜表
面の所定範囲に前記III 族元素ビームを照射したあと加
熱し、該ビームが照射された範囲の前記保護膜を除去す
る第２の工程と、前記基板とは異なる種類の化合物半導
体混晶をエピタキシャル成長させる第３の工程とを含む
ことを特徴とする化合物半導体ヘテロエピタキシャル成
長方法が得られる。
【０００９】
【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１に本発明の一実施例の工程図を示す。
する。図１に本発明の一実施例の工程図を示す。
【００１０】まず、ＧａＡｓ（１００）基板１１を超高
真空装置（図示せず）内に導入し、基板ホルダーに保持
させ、基板ホルダーに設けられたヒーターで６８０℃に
加熱する。次に、加熱された基板１１上に、Ｇａ及び窒
素を同時に供給し、図１（ａ）に示すように選択成長用
のＧａＮマスク１２を形成する。ここで、Ｇａ源として
は例えばメタルＧａが、窒素源としては例えばジメチル
ヒドラジンが使用できる。ＧａＮマスク１２の形成は、
例えばＲＨＥＥＤ（高速電子線回折）でその場観察しな
がら行われ、数 mono layer （２〜５ＭＬ）形成され
る。
真空装置（図示せず）内に導入し、基板ホルダーに保持
させ、基板ホルダーに設けられたヒーターで６８０℃に
加熱する。次に、加熱された基板１１上に、Ｇａ及び窒
素を同時に供給し、図１（ａ）に示すように選択成長用
のＧａＮマスク１２を形成する。ここで、Ｇａ源として
は例えばメタルＧａが、窒素源としては例えばジメチル
ヒドラジンが使用できる。ＧａＮマスク１２の形成は、
例えばＲＨＥＥＤ（高速電子線回折）でその場観察しな
がら行われ、数 mono layer （２〜５ＭＬ）形成され
る。
【００１１】次に、図１（ｂ）に示すようにＧａまたは
Ｇａイオンを収束させ、ドット状にパターニングしなが
らＧａＮマスク１２表面に照射する。そして、この基板
を６５０℃以上の温度に保持する。メタルＧａ（Ｇａイ
オン）は、ＧａＮの熱分解に対して触媒的な作用をする
ので、基板を６５０℃以上の温度に保持すると、Ｇａの
ドットをつけた部分が選択的に熱分解し、図１（ｃ）に
示すようにＧａＮマスクにドット状の穴１３を開ける。
Ｇａイオンを収束させ、ドット状にパターニングしなが
らＧａＮマスク１２表面に照射する。そして、この基板
を６５０℃以上の温度に保持する。メタルＧａ（Ｇａイ
オン）は、ＧａＮの熱分解に対して触媒的な作用をする
ので、基板を６５０℃以上の温度に保持すると、Ｇａの
ドットをつけた部分が選択的に熱分解し、図１（ｃ）に
示すようにＧａＮマスクにドット状の穴１３を開ける。
【００１２】続いて、上記のようにしてＧａＮマスク１
２にドット状の穴１３を形成した基板に、基板に対して
格子不整合の大きいＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｐ１４のヘテロエ
ピタキシャル成長を行う。この成長には、原料ガスとし
てトリメチルＩｎ（ＴＭＩ）、トリメチルＧａ（ＴＭ
Ｇ）、及びＰＨ3 が使用される。そして、これらのガス
を温度４００℃〜４５０℃に保持した基板表面に同時に
供給する。すると、穴１３の部分では図１の（ｄ）に示
されるようにＧａＡｓ基板１１上に結晶成長が進む。一
方、穴１３以外の部分では、即ち、ＧａＮマスク上では
ＴＭＧ及びＴＭＩの分解が抑制されるためにＩｎ0.25Ｇ
ａ0.75Ｐは結晶成長しない。ここで、穴１３の部分に成
長したＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｐ１４は、特有のファセット面
で囲まれた微視的に柱状の成長層となる。
２にドット状の穴１３を形成した基板に、基板に対して
格子不整合の大きいＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｐ１４のヘテロエ
ピタキシャル成長を行う。この成長には、原料ガスとし
てトリメチルＩｎ（ＴＭＩ）、トリメチルＧａ（ＴＭ
Ｇ）、及びＰＨ3 が使用される。そして、これらのガス
を温度４００℃〜４５０℃に保持した基板表面に同時に
供給する。すると、穴１３の部分では図１の（ｄ）に示
されるようにＧａＡｓ基板１１上に結晶成長が進む。一
方、穴１３以外の部分では、即ち、ＧａＮマスク上では
ＴＭＧ及びＴＭＩの分解が抑制されるためにＩｎ0.25Ｇ
ａ0.75Ｐは結晶成長しない。ここで、穴１３の部分に成
長したＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｐ１４は、特有のファセット面
で囲まれた微視的に柱状の成長層となる。
【００１３】なお、上記実施例ではＧａＡｓ基板上にＧ
ａＮマスクを施し、基板とエピタキシャル層との格子不
整合を利用してＩｎＧａＰを成長させる場合について説
明したが、エピタシャル層としてＩｎＧａＡｓＰ、Ｇａ
ＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ等、他の半導体を成長させること
もできる。
ａＮマスクを施し、基板とエピタキシャル層との格子不
整合を利用してＩｎＧａＰを成長させる場合について説
明したが、エピタシャル層としてＩｎＧａＡｓＰ、Ｇａ
ＡｓＰ、ＧａＡｌＡｓ等、他の半導体を成長させること
もできる。
【００１４】また、ＧａＡｓ基板に代えてＩｎＰ基板
を、ＧａＮマスクに代えてＩｎＮ等のマスクを使用し、
ＩｎＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、及びＧａ
ＡｓＰなどを成長させることもできる。
を、ＧａＮマスクに代えてＩｎＮ等のマスクを使用し、
ＩｎＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、及びＧａ
ＡｓＰなどを成長させることもできる。
【００１５】さらに、その他のマスク材としてＧａＡｓ
酸化膜を用いて上記同様にＧａビーム等を照射して選択
的にパターニングすることもできる。そして、このパタ
ーニングした部分に選択的に結晶成長を行うこともでき
る。
酸化膜を用いて上記同様にＧａビーム等を照射して選択
的にパターニングすることもできる。そして、このパタ
ーニングした部分に選択的に結晶成長を行うこともでき
る。
【００１６】さらにまた、基板とエピタキシャル成長層
の組成のずれが小さい場合（格子不整合が小さい場合）
は、マスクに形成する穴の大きさを充分小さくする（微
視的柱状構造の変の長さ程度にする）ことによって、横
方向の成長を押さえ、微視的柱状構造を形成することが
できる。
の組成のずれが小さい場合（格子不整合が小さい場合）
は、マスクに形成する穴の大きさを充分小さくする（微
視的柱状構造の変の長さ程度にする）ことによって、横
方向の成長を押さえ、微視的柱状構造を形成することが
できる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、化合物半導体基板表面
上に該基板を構成するIII 族元素の窒化物保護膜を形成
し、そのIII 族元素ビームを照射して加熱することで、
ビームが照射された範囲の保護膜を除去したあと、基板
とは異なる種類の化合物半導体混晶をエピタキシャル成
長させるようにしたことで、インシツ（In-situ ）での
一貫プロセスで、化合物半導体基板上にいわゆる量子箱
（微視的柱状構造）を形成することができる。
上に該基板を構成するIII 族元素の窒化物保護膜を形成
し、そのIII 族元素ビームを照射して加熱することで、
ビームが照射された範囲の保護膜を除去したあと、基板
とは異なる種類の化合物半導体混晶をエピタキシャル成
長させるようにしたことで、インシツ（In-situ ）での
一貫プロセスで、化合物半導体基板上にいわゆる量子箱
（微視的柱状構造）を形成することができる。
【図１】本発明の位置実施例の工程図である。
【符号の説明】 １１ ＧａＡｓ基板 １２ ＧａＮマスク １３ 穴 １４ Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｐ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/20 H01L 21/203 H01L 21/205
Claims (1)
- 【請求項１】 化合物半導体基板表面上に該基板を構成
するIII 族元素の窒化物を保護膜として形成する第１の
工程と、前記保護膜表面の所定範囲に前記III 族元素ビ
ームを照射したあと加熱し、該ビームが照射された範囲
の前記保護膜を除去する第２の工程と、前記基板とは異
なる種類の化合物半導体混晶をエピタキシャル成長させ
る第３の工程とを含むことを特徴とする化合物半導体ヘ
テロエピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28457091A JP2794506B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 化合物半導体ヘテロエピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28457091A JP2794506B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 化合物半導体ヘテロエピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05121324A JPH05121324A (ja) | 1993-05-18 |
| JP2794506B2 true JP2794506B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=17680180
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28457091A Expired - Lifetime JP2794506B2 (ja) | 1991-10-30 | 1991-10-30 | 化合物半導体ヘテロエピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2794506B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11340576A (ja) * | 1998-05-28 | 1999-12-10 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ガリウム系半導体デバイス |
| KR100301116B1 (ko) * | 1998-12-02 | 2001-10-20 | 오길록 | 양자점 구조를 갖는 화합물반도체 기판의 제조 방법 |
-
1991
- 1991-10-30 JP JP28457091A patent/JP2794506B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05121324A (ja) | 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: 19980513 |