JP2953955B2 - 化合物半導体の選択成長方法及び選択埋め込み成長方法 - Google Patents
化合物半導体の選択成長方法及び選択埋め込み成長方法Info
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Description
方法に関する。
OVPE法と略す)を用いた選択成長はInGaAsP
系では佐々木らがジャーナル オブ クリスタル グロ
ース(Journal of Crystal Gro
wth)132号 1933年435頁に報告している
様に選択性の実現と、その選択成長領域の結晶組成がマ
スク幅により変化することが明らかになり、現在では選
択成長を用いたデバイス応用が進められている。しかし
Alを含む系では香門等がジャパニーズ ジャーナル
オブ アプライド フィジックス レターズ(Japa
nese Journalof Applied Ph
ysics Letters)1986年Vol.25
No.1L10頁に報告しているようにトリメチルア
ルミニウム(:TMA)を用いたAlGaAsの成長に
おいて10Torrという通常の減圧MOVPE成長よ
り一層減圧にした特殊な条件下において実現されている
が、一般的な76〜100Torr程度の減圧成長では
Alを含む系において選択成長の実現された報告は無
い。これはSiO2あるいはSiNxマスク上でAlが
マスク材と反応して再蒸発出来ないことが原因と考えら
れる。
程度の減圧成長では下山等がジャーナル オブ クリス
タル グロース(Journal of Crysta
lGrowth)124(1992)235頁に報告し
ているようにHClガスを添加することによってAlG
aAsの選択成長は実現されている。またキウチ(T.
F.Keuch)等がジャーナル オブ クリスタル
グロース(Journal of Crystal G
rowth)107(1991)116頁に報告してい
る様にジエチルガリウムクロライド(DMGaCl)や
ジメチルアルミクロライド(DMAlCl)といったハ
ロゲンを含んだ有機金属原料を用いてもAlGaAsの
選択成長は実現されている。これはAlClX という化
合物を形成してSiO2 あるいはSiNX マスク上に吸
着したAlが再蒸発するために選択成長が可能となるも
のと考えられる。
よる超減圧MOVPE成長によるAlGaAs選択成長
は通常の減圧MOVPE成長条件と大きく異なり、同一
の結晶成長装置で連続して作成することは出来ない等の
問題点があった。
用いた選択成長においては、HClガスの純度が低い、
またHClガスが腐蝕性が強いために、配管中の不純物
を拾い易い、等の問題点があり、半導体レーザーの活性
層などの高純度を要求される重要な部分には用いられ
ず、電流ブロック層などに用いられる程度であった。ま
たHClを用いた選択成長の場合にはAlと塩化水素の
反応が熱平衡律速であり、僅かな気相中のHCl濃度の
変化でIII族原料の組成が選択成長領域内で変化する
という問題点があった。特に選択埋め込み成長の場合に
は、その埋め込み部の凹型形状により、塩化水素分子と
塩化アルミニウム分子の拡散が律速し、凹型形状内のガ
ス濃度分布を生じ易い。
整合系のAlGaAsの選択埋め込み成長は島等によっ
て第54回応用物理学会学術講演会、講演予稿集第三分
冊、1059頁に報告されているが、格子不整合系のA
lInPの選択埋め込み成長はそのミスフィット応力の
為に良好なデバイス動作が実現出来ていない。
lを含む化合物半導体結晶の選択成長において、上記問
題点を克服し、純度が低い、腐蝕性原料である等の問題
点を有するHClガスを用いる事無く、かつ通常の有機
金属気相成長装置において通常の減圧MOVPE成長条
件において選択成長を実現する方法を提供するものであ
る。
たAlを含む化合物半導体結晶の選択埋め込み成長にお
いて、上記問題点を克服し、かつ選択埋め込み成長領域
内でHClガスを用いる場合に比べてIII族組成の変
化が小さいことを特徴とする選択埋め込み成長方法を提
供するものである。
成長方法において、Al原料としてトリメチルアルミニ
ウム(TMA)を用い、原料を輸送するキャリアガスと
して窒素または不活性ガスを用いることにより通常の7
6〜100Torrの減圧MOVPE成長条件において
選択成長を実現することが可能となる。
いて、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TM
A)を用い、原料を輸送するキャリアガスとして窒素ま
たは不活性ガスを用いることにより通常の76〜100
Torrの減圧MOVPE成長条件において、選択埋め
込み成長領域内でHClガスを用いる場合に比べてII
I族組成の変化が小さい選択埋め込み成長を実現するこ
とが可能となる。
水素を用いるが、TMAは水素キャリアガス中で加熱す
ると、水素ガスを介した熱分解:いわゆる水素化分解を
生じる。
ると単純な熱分解を生じる。この熱分解では水素化分解
に比べてAl−Cの解離エネルギーが大きく、約66K
cal/mol程度と見積もられる。このため一定の成
長温度ではTMAの分解速度定数が小さくなる。
活性ガスをキャリアガスとする気相中では(TMAl→
DMA:ジメチルアルミニウム→MMA:モノメチルア
ルミニウム→Al)という気相分解が進行せず、主にT
MAのまま基板表面に供給され、直接表面分解反応を生
じる。この場合、SiO2 あるいはSiNX マスク上に
供給されたTMAはAl原子が全てC原子と結合してい
るために、直接マスク材料とAlは結合を持たない。こ
のためマスク材上のTMAの吸着エネルギーはDMAや
MMA、Al原子に比べて、弱いものとなり、再蒸発が
容易になり、通常のMOVPE成長条件において、選択
エピタキシャル成長が実現すると考えられる。
アガスとする選択成長ではHClを用いていないため、
塩化物系の熱平衡律速な成長条件では無く、供給律速な
条件となる為、局所的なHClの濃度変化の影響を受け
る事無く、特に選択埋め込み成長の場合、HCl系の選
択成長に比べて埋め込み層内のIII族組成が均一であ
り、組成歪みの無い良好な埋め込み成長を実現できる。
の幅を有するGaAlAs成長領域3と10μm の幅を
有するSiNX ストライプマスク2を通常のホトリソグ
ラフィー工程により形成し、選択成長用基板とした。成
長装置は横型減圧MOVPE装置を用い、基板温度は7
00℃、成長圧力は76Torrとした。III族原料
はTMAとTMGをそれぞれ0.3cc/minで供給
し、V族原料はAsH3 を10cc/min供給した。
キャリアガスは窒素を20l/min供給し、水素を供
給した場合と比較した。
微鏡)により観察した結果、水素キャリアガスを用いた
場合には、SiNX ストライプマスク上に多結晶と考え
られる微細な堆積物が多数確認されたが、窒素キャリア
ガスを用いた場合には、SiNX ストライプマスク上に
堆積物は確認されず、良好な選択成長を実現した。また
選択成長領域の結晶組成を決定するために、SIMS分
析を行なった結果、ほぼAl0.5 Ga0.5 Asであるこ
とがわかった。
す様な20μm の幅を有する成長領域4と2μmの幅を
有するSiNX ストライプマスク2を通常のホトリソグ
ラフィー工程により形成し、硫酸+過酸化水素系溶液に
て約2μm エッチングし、AlInP選択埋め込み成長
用基板とした。成長装置は横型減圧MOVPE装置を用
い、基板温度は700℃、成長圧力は76Torrとし
た。V族原料はPH3 を60cc/min供給し、II
I族原料はTMAとTMInをそれぞれ0.3cc/m
in供給し、窒素キャリアガスを用いた。一方、水素キ
ャリアを用い、HClを0.1cc/min供給し、塩
化水素系の選択成長を行ない比較した。
微鏡)により観察した結果、窒素キャリアガスを用いた
場合も、水素キャリアガスを用いてHClを添加した場
合も、SiNX ストライプマスク上に堆積物は確認され
ず、良好な選択性を示した。しかし、SIMSにより埋
め込み成長部の平均的組成を調べた結果、窒素キャリア
ガスを用いた場合はほぼAl0.5 In0.5 Pであったの
に対して、水素キャリアガスを用いてHClを添加した
場合はInが過剰でGaAs基板と大きな格子不整合を
有していることがわかった。さらに埋め込み層内の組成
を局所的に調べた結果、水素キャリアガスを用いてHC
lを添加した場合はメサ側部近傍のAl組成が高く、埋
め込み中央部と組成変化が生じていたのに対して、窒素
キャリアガスを用いた場合は埋め込み成長領域内でほぼ
均一な組成が確認された。また埋め込み成長の形状も窒
素キャリアガスを用いた場合の方が平坦であった。
l1-X GaX )0.5 In0.5 P(0<X<0.5)結晶
の埋め込み成長についても、同様な結果が得られた。
発明を用いれば、Alを含む化合物半導体結晶のMOV
PE選択成長において、Al原料としてトリメチルアル
ミニウム(TMAl)を用い、原料を輸送するキャリア
ガスとして窒素あるいは不活性ガスを用いることによ
り、通常の減圧成長条件において、純度に問題のあるH
Clガスを用いる事無く、良好な選択性が得られる。
Alを含む化合物半導体結晶のMOVPE選択埋め込み
成長において、Al原料としてトリメチルアルミニウム
(TMAl)を用い、原料を輸送するキャリアガスとし
て窒素あるいは不活性ガスを用いることにより、埋め込
み成長領域内でIII族組成の均一な選択埋め込み成長
層が得られる。
基板を示す断面構造図である。
GaAs基板を示す断面構造図である。
Claims (2)
- 【請求項1】有機金属気相成長方法を用いたAlを含む
化合物半導体結晶の選択成長において、Al原料として
トリメチルアルミニウム(TMA)を用い、原料を輸送
するキャリアガスとして窒素または不活性ガスを用いる
ことを特徴とする化合物半導体の選択成長方法。 - 【請求項2】有機金属気相成長方法を用いたAlを含む
化合物半導体結晶の選択埋め込み成長において、Al原
料としてトリメチルアルミニウム(TMA)を用い、原
料を輸送するキャリアガスとして窒素または不活性ガス
を用いることを特徴とする化合物半導体の選択埋め込み
成長方法。
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
JP6144276A JP2953955B2 (ja) | 1994-06-27 | 1994-06-27 | 化合物半導体の選択成長方法及び選択埋め込み成長方法 |
KR1019950008299A KR950030221A (ko) | 1994-04-11 | 1995-04-10 | 반도체 기판의 선택성장방법 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JPH0817736A JPH0817736A (ja) | 1996-01-19 |
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JP6144276A Expired - Fee Related JP2953955B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-06-27 | 化合物半導体の選択成長方法及び選択埋め込み成長方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP3133187B2 (ja) * | 1992-03-04 | 2001-02-05 | 富士通株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
JPH06177044A (ja) * | 1992-12-01 | 1994-06-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体結晶層選択成長法 |
-
1994
- 1994-06-27 JP JP6144276A patent/JP2953955B2/ja not_active Expired - Fee Related
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