JP2897107B2 - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体結晶成長方法に関
し、特に、化合物半導体分子線エピタキシー法における
結晶成長方法に関する。
し、特に、化合物半導体分子線エピタキシー法における
結晶成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、分子線エピタキシー法を用いてＧ
ａＡｓ結晶を成長する場合、以下に述べる原料の組み合
わせが一般に知られている。即ち、 １）金属ガリウムと金属砒素との組み合わせ、 ２）金属ガリウムとアルシン（ＡｓＨ3 ）との組み合わ
せ、 ３）トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）と金属砒素との組
み合わせ、 ４）トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）との組み合わせ、 ５）トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とトリスジメチル
アミノアルシン（Ａｓ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］3 ：ＴＤＭＡ
Ａｓ）との組み合わせが用いられている。
ａＡｓ結晶を成長する場合、以下に述べる原料の組み合
わせが一般に知られている。即ち、 １）金属ガリウムと金属砒素との組み合わせ、 ２）金属ガリウムとアルシン（ＡｓＨ3 ）との組み合わ
せ、 ３）トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）と金属砒素との組
み合わせ、 ４）トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシン（Ａｓ
Ｈ3 ）との組み合わせ、 ５）トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とトリスジメチル
アミノアルシン（Ａｓ［Ｎ（ＣＨ3 ）2 ］3 ：ＴＤＭＡ
Ａｓ）との組み合わせが用いられている。
【０００３】また、ガリウムの原料としては、トリメチ
ルガリウム（ＴＭＧａ）の代わりに、トリエチルガリウ
ムを用いる方法も広く知られている。
ルガリウム（ＴＭＧａ）の代わりに、トリエチルガリウ
ムを用いる方法も広く知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記原
料の組み合わせのいずれにも、夫々に利点と欠点が存在
する。
料の組み合わせのいずれにも、夫々に利点と欠点が存在
する。
【０００５】上記１）及び２）の組み合わせ（金属ガリ
ウムを使用する組み合わせ）では、残留不純物の少ない
高純度ＧａＡｓ結晶が得られる。しかしながら、ＧａＡ
ｓ膜を酸化膜や窒化膜上には形成させずに、ＧａＡｓ膜
上にのみ選択的に形成する所謂選択成長を行う場合に
は、この選択成長が可能な温度が７００℃以上と高く実
用的ではない。
ウムを使用する組み合わせ）では、残留不純物の少ない
高純度ＧａＡｓ結晶が得られる。しかしながら、ＧａＡ
ｓ膜を酸化膜や窒化膜上には形成させずに、ＧａＡｓ膜
上にのみ選択的に形成する所謂選択成長を行う場合に
は、この選択成長が可能な温度が７００℃以上と高く実
用的ではない。
【０００６】上記３）〜５）の組み合わせ（トリメチル
ガリウムを使用する組み合わせ）では、選択成長を比較
的低温で実現できる。しかしながら、トリメチルガリウ
ム（ＴＭＧａ）を用いるため、ＧａＡｓ膜中に炭素原子
が残留し、純度の点で問題がある。
ガリウムを使用する組み合わせ）では、選択成長を比較
的低温で実現できる。しかしながら、トリメチルガリウ
ム（ＴＭＧａ）を用いるため、ＧａＡｓ膜中に炭素原子
が残留し、純度の点で問題がある。
【０００７】最近、電子デバイスや光デバイス用に適用
可能なＧａＡｓ結晶を作製するためには、高純度で且つ
６００℃以下の低温で選択可能な成長原料が要求される
傾向がある。しかしながら、この要求に充分応え得る結
晶成長方法は開示されていない。
可能なＧａＡｓ結晶を作製するためには、高純度で且つ
６００℃以下の低温で選択可能な成長原料が要求される
傾向がある。しかしながら、この要求に充分応え得る結
晶成長方法は開示されていない。
【０００８】したがって、本発明の目的は、選択成長を
比較的低い温度でできる結晶成長方法を提供することで
ある。
比較的低い温度でできる結晶成長方法を提供することで
ある。
【０００９】本発明の他の目的は、残留不純物の少ない
高純度のＧａＡｓ結晶が得られる結晶成長方法を提供す
ることである。
高純度のＧａＡｓ結晶が得られる結晶成長方法を提供す
ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、酸化膜
及び窒化膜のいずれか一方からなるマスクが局部的に形
成されたＧａＡｓ基板の、前記マスクの開孔部に露出す
る表面上に、化合物結晶を選択的にエピタキシャル成長
させる結晶成長方法において、前記マスクの開孔部に露
出するＧａＡｓ表面にトリスジメチルアミノアルシンを
照射することによりエッチングを行い、その後、金属ガ
リウムとトリスジメチルアミノアルシンとを原料とする
分子線エピタキシー法により、前記開孔部内に選択的に
ＧａＡｓ膜をエピタキシャル成長させることを特徴とす
る結晶成長方法が得られる。
及び窒化膜のいずれか一方からなるマスクが局部的に形
成されたＧａＡｓ基板の、前記マスクの開孔部に露出す
る表面上に、化合物結晶を選択的にエピタキシャル成長
させる結晶成長方法において、前記マスクの開孔部に露
出するＧａＡｓ表面にトリスジメチルアミノアルシンを
照射することによりエッチングを行い、その後、金属ガ
リウムとトリスジメチルアミノアルシンとを原料とする
分子線エピタキシー法により、前記開孔部内に選択的に
ＧａＡｓ膜をエピタキシャル成長させることを特徴とす
る結晶成長方法が得られる。
【００１１】また、本発明によれば、ＧａＡｓ基板上に
ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とを続けて成長させた結晶
表面に、酸化膜及び窒化膜のいずれか一方をマスクとし
て形成し、該マスクの開孔部に露出する前記ＧａＡｓ層
の表面にトリスジメチルアミノアルシンを照射すること
により、前記マスクの開孔部内のＧａＡｓ層のみを選択
的にエッチングした後、前記マスクの開孔部内に表出し
たＡｌＧａＡｓ層上に、選択成長層を形成することを特
徴とする結晶成長方法が得られる。
ＡｌＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とを続けて成長させた結晶
表面に、酸化膜及び窒化膜のいずれか一方をマスクとし
て形成し、該マスクの開孔部に露出する前記ＧａＡｓ層
の表面にトリスジメチルアミノアルシンを照射すること
により、前記マスクの開孔部内のＧａＡｓ層のみを選択
的にエッチングした後、前記マスクの開孔部内に表出し
たＡｌＧａＡｓ層上に、選択成長層を形成することを特
徴とする結晶成長方法が得られる。
【００１２】
【作用】本発明の作用について第１図を用いて説明す
る。通常のリソグラフィー法により、選択成長マスクと
して酸化硅素膜２を部分的に形成したＧａＡｓ基板１上
に、金属ガリウムとＴＤＭＡＡｓとを原料として、Ｇａ
Ａｓ膜をエピタキシャル成長する場合、図１（ａ）に示
すごとく、酸化硅素膜２上に照射されたガリウム原子
は、ＴＤＭＡＡｓが酸化硅素膜２上で分解される過程で
生ずる活性種と反応することにより再蒸発し、酸化硅素
膜２上にＧａＡｓ膜を形成することがないことが判明し
た。
る。通常のリソグラフィー法により、選択成長マスクと
して酸化硅素膜２を部分的に形成したＧａＡｓ基板１上
に、金属ガリウムとＴＤＭＡＡｓとを原料として、Ｇａ
Ａｓ膜をエピタキシャル成長する場合、図１（ａ）に示
すごとく、酸化硅素膜２上に照射されたガリウム原子
は、ＴＤＭＡＡｓが酸化硅素膜２上で分解される過程で
生ずる活性種と反応することにより再蒸発し、酸化硅素
膜２上にＧａＡｓ膜を形成することがないことが判明し
た。
【００１３】一方、ＧａＡｓ基板１の表面上では、ガリ
ウム原子の大半は再蒸発することなく、ＴＤＭＡＡｓに
含有されるＡｓと反応して、図１（ｂ）に示すように、
ＧａＡｓ膜３が選択的に成長する。
ウム原子の大半は再蒸発することなく、ＴＤＭＡＡｓに
含有されるＡｓと反応して、図１（ｂ）に示すように、
ＧａＡｓ膜３が選択的に成長する。
【００１４】このようにＧａＡｓ基板１上に成長したＧ
ａＡｓ膜３は、ＴＭＧａのようにメチル基を含有するガ
リウム原料を用いていないため、残留炭素濃度は極めて
低く、２次イオン質量分析の結果、検出限界（１×１０
16cm-3）以下であった。
ａＡｓ膜３は、ＴＭＧａのようにメチル基を含有するガ
リウム原料を用いていないため、残留炭素濃度は極めて
低く、２次イオン質量分析の結果、検出限界（１×１０
16cm-3）以下であった。
【００１５】また、上記選択成長は、アミンを有する金
属化合物が基板上で分解する過程で生ずる活性種によっ
て生じるものであるため、ＧａＳｂ基板上に、金属ガリ
ウムとトリスジメチルアミノアンチモンを用いてＧａＳ
ｂを選択成長することも可能である。
属化合物が基板上で分解する過程で生ずる活性種によっ
て生じるものであるため、ＧａＳｂ基板上に、金属ガリ
ウムとトリスジメチルアミノアンチモンを用いてＧａＳ
ｂを選択成長することも可能である。
【００１６】
（実施例１）次に、本発明の実施例について説明する。
【００１７】まず、図２を参照して、本発明の第一の実
施例について説明する。ＧａＡｓ（００１）基板１に、
化学気相堆積法により、二酸化硅素膜（膜厚２００ナノ
メートル）を形成した。続いて、通常のホトリソグラフ
ィー工程およびフッ化水素膜による二酸化硅素膜をエッ
チングにより、幅１ミクロン、間隔１ミクロンの二酸化
硅素膜線２を形成した（図２（ａ）に断面図を示す）。
施例について説明する。ＧａＡｓ（００１）基板１に、
化学気相堆積法により、二酸化硅素膜（膜厚２００ナノ
メートル）を形成した。続いて、通常のホトリソグラフ
ィー工程およびフッ化水素膜による二酸化硅素膜をエッ
チングにより、幅１ミクロン、間隔１ミクロンの二酸化
硅素膜線２を形成した（図２（ａ）に断面図を示す）。
【００１８】上記バターニング工程後、基板１を有機溶
媒および硫酸を用いて表面を洗浄し、分子線エピタキシ
ー装置に装填した。続いて、ＴＤＭＡＡｓ（２．２×１
０-5Torr）を基板表面に照射しながら、基板を６００℃
で加熱した。その後、クヌーセンセルよりガリウム原子
を基板に照射しＧａＡｓエピタキシャル成長（成長速度
0.3分子層／秒）に供した。図２（ｂ）に示すごとく、
ＧａＡｓ膜３は二酸化硅素膜線２の上には成長せず、選
択成長が実現できた。ＧａＡｓ膜３の導電型は、ｐ型
（１×１０15cm-3）であった。
媒および硫酸を用いて表面を洗浄し、分子線エピタキシ
ー装置に装填した。続いて、ＴＤＭＡＡｓ（２．２×１
０-5Torr）を基板表面に照射しながら、基板を６００℃
で加熱した。その後、クヌーセンセルよりガリウム原子
を基板に照射しＧａＡｓエピタキシャル成長（成長速度
0.3分子層／秒）に供した。図２（ｂ）に示すごとく、
ＧａＡｓ膜３は二酸化硅素膜線２の上には成長せず、選
択成長が実現できた。ＧａＡｓ膜３の導電型は、ｐ型
（１×１０15cm-3）であった。
【００１９】引き続きＴＭＧａとアルシンとを原料とし
て、ＧａＡｓ成長を行った結果、図２（ｃ）に示すよう
に、ＧａＡｓ膜３上にＧａＡｓ膜４（ｐ型１×１０18cm
-3）選択的にが形成できた。
て、ＧａＡｓ成長を行った結果、図２（ｃ）に示すよう
に、ＧａＡｓ膜３上にＧａＡｓ膜４（ｐ型１×１０18cm
-3）選択的にが形成できた。
【００２０】さらに、ＧａＡｓ膜３に硅素原子を添加し
たところ、ｎ型キャリア濃度を１×１０16cm-3から５×
１０18cm-3の範囲で制御することが出来た。
たところ、ｎ型キャリア濃度を１×１０16cm-3から５×
１０18cm-3の範囲で制御することが出来た。
【００２１】さらにまた、ＧａＡｓ膜３成長時に、水素
分子をタングステンフィラメント（１６００℃）でクラ
ッキングした水素ラジカル（１×１０-5Torr）を基板上
に照射したところ、基板温度５５０℃で選択成長が実現
できた。
分子をタングステンフィラメント（１６００℃）でクラ
ッキングした水素ラジカル（１×１０-5Torr）を基板上
に照射したところ、基板温度５５０℃で選択成長が実現
できた。
【００２２】本発明者等の実験によれば、選択成長温度
は、ＴＤＭＡＡｓの分圧を大きくすることにより下げる
ことが可能であり、ＴＤＭＡＡｓ分圧を５．３×１０-5
Torrとした場合、水素ラジカルを用いることなく、５５
０℃で選択成長ができた。しかし、ＴＤＭＡＡｓの分圧
の上昇に伴い、ＧａＡｓの成長速度が減少する傾向が観
測された。
は、ＴＤＭＡＡｓの分圧を大きくすることにより下げる
ことが可能であり、ＴＤＭＡＡｓ分圧を５．３×１０-5
Torrとした場合、水素ラジカルを用いることなく、５５
０℃で選択成長ができた。しかし、ＴＤＭＡＡｓの分圧
の上昇に伴い、ＧａＡｓの成長速度が減少する傾向が観
測された。
【００２３】本実施例では、マスクとして二酸化硅素膜
を用いたが、他に窒化硅素膜、窒化ガリウム膜でも上記
選択成長は、実現できた。
を用いたが、他に窒化硅素膜、窒化ガリウム膜でも上記
選択成長は、実現できた。
【００２４】（実施例２）次に、図３を参照して本発明
の実施例２について説明する。
の実施例２について説明する。
【００２５】ＧａＡｓ（００１）基板１に、化学気相堆
積法により、二酸化硅素膜（膜厚２００ナノメートル）
を形成した。続いて、ホトリソグラフィーおよびフッ化
水素酸により二酸化硅素膜をエッチングして、幅１ミク
ロン、間隔１ミクロンの二酸化硅素膜線２を形成した。
積法により、二酸化硅素膜（膜厚２００ナノメートル）
を形成した。続いて、ホトリソグラフィーおよびフッ化
水素酸により二酸化硅素膜をエッチングして、幅１ミク
ロン、間隔１ミクロンの二酸化硅素膜線２を形成した。
【００２６】パターニング後、基板を有機溶媒および硫
酸を用いて表面を洗浄し、分子線エピタキシー装置に装
填した。ＴＤＭＡＡｓ（５．３×１０-5Torr) を基板表
面に照射しながら、基板を６００℃に加熱し１時間保持
した。ＧａＡｓ基板１の露出部はＴＤＭＡＡｓにより深
さ３００ナノメートルのエッチングがなされ、図３
（ａ）に示すように開孔部５が形成された。続いて、ク
ヌーセンセルよりガリウム原子を基板に照射しＧａＡｓ
エピタキシャル成長（成長速度0.3 分子層／秒）に供し
た。図３（ｂ）に示すごとく、ＧａＡｓ膜３は二酸化硅
素膜線２の上には成長せず、開孔部５に選択成長した。
酸を用いて表面を洗浄し、分子線エピタキシー装置に装
填した。ＴＤＭＡＡｓ（５．３×１０-5Torr) を基板表
面に照射しながら、基板を６００℃に加熱し１時間保持
した。ＧａＡｓ基板１の露出部はＴＤＭＡＡｓにより深
さ３００ナノメートルのエッチングがなされ、図３
（ａ）に示すように開孔部５が形成された。続いて、ク
ヌーセンセルよりガリウム原子を基板に照射しＧａＡｓ
エピタキシャル成長（成長速度0.3 分子層／秒）に供し
た。図３（ｂ）に示すごとく、ＧａＡｓ膜３は二酸化硅
素膜線２の上には成長せず、開孔部５に選択成長した。
【００２７】また、引き続きＴＭＧａとアルシンを原料
として、ＧａＡｓ成長を行ったところ、図３（ｃ）に示
すように、選択的にＧａＡｓ膜３上にＧａＡｓ膜４が形
成できた。
として、ＧａＡｓ成長を行ったところ、図３（ｃ）に示
すように、選択的にＧａＡｓ膜３上にＧａＡｓ膜４が形
成できた。
【００２８】上記ＴＤＭＡＡｓによるＧａＡｓエッチン
グにより、基板１とＧａＡｓ膜３との界面に残留する不
純物濃度は、著しく減少した。２次イオン質量分析法に
よれば、界面の酸素および炭素濃度は、夫々１×１０18
cm-3以下および１×１０16cm-3以下であった。
グにより、基板１とＧａＡｓ膜３との界面に残留する不
純物濃度は、著しく減少した。２次イオン質量分析法に
よれば、界面の酸素および炭素濃度は、夫々１×１０18
cm-3以下および１×１０16cm-3以下であった。
【００２９】（実施例３）次に、図４を参照して、本発
明の実施例３について説明する。
明の実施例３について説明する。
【００３０】ＧａＡｓ（００１）基板１に、分子線エピ
タキシー法により、１０ナノメートルの膜厚を有するＡ
ｌＧａＡｓ膜６に続いて、１００ナノメートルの膜厚を
有するＧａＡｓ膜７を成長させた。続いて、化学気相堆
積法により、膜厚２００ナノメートルの二酸化硅素膜２
を形成した。
タキシー法により、１０ナノメートルの膜厚を有するＡ
ｌＧａＡｓ膜６に続いて、１００ナノメートルの膜厚を
有するＧａＡｓ膜７を成長させた。続いて、化学気相堆
積法により、膜厚２００ナノメートルの二酸化硅素膜２
を形成した。
【００３１】次に、基板温度６００℃でＴＤＭＡＡｓ
（５．３×１０-5Torr）を１時間照射した。実施例２で
は、この時ＧａＡｓ基板の露出部は３００ナノメートル
エッチングされたが、本実施例では、ＡｌＧａＡｓ層が
ＴＤＭＡＡｓによってはエッチングされないため、エッ
チングはＡｌＧａＡｓ層６で止まる。即ち、エッチング
深さはＧａＡｓ膜７の膜厚と同じとなる。続いて、実施
例２と同様にして、ＧａＡｓ膜３を選択的に形成した。
（５．３×１０-5Torr）を１時間照射した。実施例２で
は、この時ＧａＡｓ基板の露出部は３００ナノメートル
エッチングされたが、本実施例では、ＡｌＧａＡｓ層が
ＴＤＭＡＡｓによってはエッチングされないため、エッ
チングはＡｌＧａＡｓ層６で止まる。即ち、エッチング
深さはＧａＡｓ膜７の膜厚と同じとなる。続いて、実施
例２と同様にして、ＧａＡｓ膜３を選択的に形成した。
【００３２】本実施例では、選択的エッチングと選択的
ＧａＡｓ成長が超高真空内で連続的に行われるため、極
めて不純物汚染の少ないＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ
界面が形成できた。
ＧａＡｓ成長が超高真空内で連続的に行われるため、極
めて不純物汚染の少ないＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ
界面が形成できた。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による結晶
成長方法では、残留炭素濃度の低いＧａＡｓ膜を低温で
選択的に形成できる。
成長方法では、残留炭素濃度の低いＧａＡｓ膜を低温で
選択的に形成できる。
【００３４】また、本発明による結晶成長方法では、選
択成長したＧａＡｓ膜と基板界面の残留酸素及び炭素濃
度を減少させ、清浄な界面を形成することができる。
択成長したＧａＡｓ膜と基板界面の残留酸素及び炭素濃
度を減少させ、清浄な界面を形成することができる。
【図１】本発明による結晶成長方法の原理を示す結晶基
板の概略断面図である。
板の概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る結晶成長方法を説明す
るための概略断面図である。
るための概略断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る結晶成長方法を説明す
るための概略断面図である。
るための概略断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る結晶成長方法を説明す
るための概略断面図である。
るための概略断面図である。
１ ＧａＡｓ基板 ２ マスク材料（二酸化硅素膜） ３，４ ＧａＡｓ膜 ５ 開孔部 ６ ＡｌＧａＡｓ膜 ７ ＧａＡｓ膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−226249（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−175150（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−299352（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/203 C30B 23/08 C30B 29/42 H01L 21/205 H01L 21/302
Claims (3)
- 【請求項１】 酸化膜及び窒化膜のいずれか一方からな
るマスクが局部的に形成されたＧａＡｓ基板の、前記マ
スクの開孔部に露出する表面上に、化合物結晶を選択的
にエピタキシャル成長させる結晶成長方法において、前
記マスクの開孔部に露出するＧａＡｓ表面にトリスジメ
チルアミノアルシンを照射することによりエッチングを
行い、その後、金属ガリウムとトリスジメチルアミノア
ルシンとを原料とする分子線エピタキシー法により、前
記開孔部内に選択的にＧａＡｓ膜をエピタキシャル成長
させることを特徴とする結晶成長方法。 - 【請求項２】 水素ラジカルを前記基板に照射しながら
前記分子線エピタキシー法によるエピタキシャル成長を
行うことを特徴とする請求項１の結晶成長方法。 - 【請求項３】 ＧａＡｓ基板上にＡｌＧａＡｓ層とＧａ
Ａｓ層とを続けて成長させた結晶表面に、酸化膜及び窒
化膜のいずれか一方をマスクとして形成し、該マスクの
開孔部に露出する前記ＧａＡｓ層の表面にトリスジメチ
ルアミノアルシンを照射することにより、前記マスクの
開孔部内のＧａＡｓ層のみを選択的にエッチングした
後、前記マスクの開孔部内に表出したＡｌＧａＡｓ層上
に、選択成長層を形成することを特徴とする結晶成長方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19066694A JP2897107B2 (ja) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | 結晶成長方法 |
| US08/514,229 US5741360A (en) | 1994-08-12 | 1995-08-11 | Method of growing a crystal of a compound semiconductor at a low temperature |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19066694A JP2897107B2 (ja) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | 結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0855799A JPH0855799A (ja) | 1996-02-27 |
| JP2897107B2 true JP2897107B2 (ja) | 1999-05-31 |
Family
ID=16261883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19066694A Expired - Lifetime JP2897107B2 (ja) | 1994-08-12 | 1994-08-12 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2897107B2 (ja) |
-
1994
- 1994-08-12 JP JP19066694A patent/JP2897107B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0855799A (ja) | 1996-02-27 |
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