JP2998244B2 - 領域選択的結晶成長方法 - Google Patents
領域選択的結晶成長方法Info
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- JP2998244B2 JP2998244B2 JP5350391A JP5350391A JP2998244B2 JP 2998244 B2 JP2998244 B2 JP 2998244B2 JP 5350391 A JP5350391 A JP 5350391A JP 5350391 A JP5350391 A JP 5350391A JP 2998244 B2 JP2998244 B2 JP 2998244B2
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- crystal growth
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体の原子層エ
ピタキシ−（ＡＬＥ：Atomic Layer Epitaxy ）結晶成
長法において、成長を領域選択的に制御する技術に関す
るものである。
ピタキシ−（ＡＬＥ：Atomic Layer Epitaxy ）結晶成
長法において、成長を領域選択的に制御する技術に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＧａＡｓ等の化合物半導体結晶の
ＡＬＥ成長においては、最上層原子面上に次期成長のた
めの媒体分子を、その電子的性質を積極的に変化させる
ことなく自由に吸着・堆積させていた。このため、図４
のように半導体結晶４２に微細な溝構造４１を結晶内に
作成しようとする場合、一様に成長した面に対してマス
キングとエッチングを組み合わせて、成長・除去のステ
ップを多段に亘って繰り返す必要があった。
ＡＬＥ成長においては、最上層原子面上に次期成長のた
めの媒体分子を、その電子的性質を積極的に変化させる
ことなく自由に吸着・堆積させていた。このため、図４
のように半導体結晶４２に微細な溝構造４１を結晶内に
作成しようとする場合、一様に成長した面に対してマス
キングとエッチングを組み合わせて、成長・除去のステ
ップを多段に亘って繰り返す必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、工程が繁雑となり製造に時間がかかるだけではな
く、全作成過程を通じて高いエッチング精度を得るため
の条件制御が困難であった。本発明では、媒体分子の結
晶成長表面への吸着条件を電子状態レベルで制御するこ
とにより、より直接的に目的とする量子的微細構造を形
成させることを意図し、これによって、工程が短縮さ
れ、コスト的により有利な製造が可能な領域選択的結晶
成長方法を提供することを目的とする。
では、工程が繁雑となり製造に時間がかかるだけではな
く、全作成過程を通じて高いエッチング精度を得るため
の条件制御が困難であった。本発明では、媒体分子の結
晶成長表面への吸着条件を電子状態レベルで制御するこ
とにより、より直接的に目的とする量子的微細構造を形
成させることを意図し、これによって、工程が短縮さ
れ、コスト的により有利な製造が可能な領域選択的結晶
成長方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、化合物半導体
結晶を原子層エピタキシ−法によって製造する際に、結
晶成長面の直上位置に高指向性のエネルギ−ビ―ムを成
長面に平行に照射し、該照射領域直下の成長面上への媒
体分子の吸着を電子状態レベルで制御することにより、
化合物半導体結晶の成長を所定領域に限定することを特
徴とする領域選択的結晶成長方法である。
結晶を原子層エピタキシ−法によって製造する際に、結
晶成長面の直上位置に高指向性のエネルギ−ビ―ムを成
長面に平行に照射し、該照射領域直下の成長面上への媒
体分子の吸着を電子状態レベルで制御することにより、
化合物半導体結晶の成長を所定領域に限定することを特
徴とする領域選択的結晶成長方法である。
【０００５】
【作用】本発明では、図１に示すように、結晶成長層１
５の最表面層から極くわずかだけ上方の領域に、レ―ザ
光ないしはシンクロトロン放射光のような指向性の高い
光エネルギ−ビ―ムを面に平行に照射する。この光ビ−
ム通過領域１４は、光子場にある結晶成長媒体分子１２
を電子的励起状態に遷移させ、その光子場直下の吸着条
件を変化させる。吸着にあたっては表面原子との化学結
合を生成するうえで、分子側の最高占有軌道（ＨＯＭ
Ｏ： Highest Occupied Molecular Orbital）および最
低非占有軌道（ＬＵＭＯ： Lowest Unoccupied Molecul
ar Orbital）の空間的分布、また分子の双極子能率の向
き・大きさ等の静電的な性質が吸着条件を支配する要因
として重要であると考えられる。こうした電子的な性質
は、分子の基底状態と励起状態では大きく変化する場合
があり、本発明ではこれを積極的に利用する。
５の最表面層から極くわずかだけ上方の領域に、レ―ザ
光ないしはシンクロトロン放射光のような指向性の高い
光エネルギ−ビ―ムを面に平行に照射する。この光ビ−
ム通過領域１４は、光子場にある結晶成長媒体分子１２
を電子的励起状態に遷移させ、その光子場直下の吸着条
件を変化させる。吸着にあたっては表面原子との化学結
合を生成するうえで、分子側の最高占有軌道（ＨＯＭ
Ｏ： Highest Occupied Molecular Orbital）および最
低非占有軌道（ＬＵＭＯ： Lowest Unoccupied Molecul
ar Orbital）の空間的分布、また分子の双極子能率の向
き・大きさ等の静電的な性質が吸着条件を支配する要因
として重要であると考えられる。こうした電子的な性質
は、分子の基底状態と励起状態では大きく変化する場合
があり、本発明ではこれを積極的に利用する。
【０００６】例として、結晶に溝構造を作成する場合に
ついて述べる。この場合、エネルギ−ビ―ムの線幅が溝
の幅に対応することになる。光による電子励起の場合、
双極子許容の遷移は１電子遷移で、電子状態（2S+1Ｌ）
の指定量子数の変化が始状態と終状態の間で△Ｓ＝０、
△Ｌ＝（０、±１）に従う。本発明では、この選択則を
満足し、かつ基底状態と電子的性質が異なる励起状態を
吸着分子側に生成することで吸着状態の制御を行う。こ
こで、光子のエネルギ−が電子遷移エネルギ−に対応す
る（△Ｅ＝ｈν）。図２に、２原子分子ＡＢの基底状
態、および双極子遷移許容の励起状態のポテンシャルエ
ネルギ−曲線を示す。ここで、Ａが結晶構成原子であ
り、ＡＢはＡを面側に向けて吸着するとする。ＡＢの電
子分布は、基底状態において、Ａ（δ＋）−Ｂ（δ−）
の向きに分極し、一方、励起状態においては反転して、
Ａ（δ−）−Ｂ（δ＋）となっている。表面原子層への
ＡＢの初期の吸着過程が主として静電的効果によって支
配されるならば、電子励起状態では分子内の電子分布の
反転によって吸着が制御される。従って、電子的励起に
よって光子場直下の領域への吸着が制御できる。こうし
た操作を層ごとに繰り返すことにより、図４に示すよう
な溝構造が精度良く実現される。
ついて述べる。この場合、エネルギ−ビ―ムの線幅が溝
の幅に対応することになる。光による電子励起の場合、
双極子許容の遷移は１電子遷移で、電子状態（2S+1Ｌ）
の指定量子数の変化が始状態と終状態の間で△Ｓ＝０、
△Ｌ＝（０、±１）に従う。本発明では、この選択則を
満足し、かつ基底状態と電子的性質が異なる励起状態を
吸着分子側に生成することで吸着状態の制御を行う。こ
こで、光子のエネルギ−が電子遷移エネルギ−に対応す
る（△Ｅ＝ｈν）。図２に、２原子分子ＡＢの基底状
態、および双極子遷移許容の励起状態のポテンシャルエ
ネルギ−曲線を示す。ここで、Ａが結晶構成原子であ
り、ＡＢはＡを面側に向けて吸着するとする。ＡＢの電
子分布は、基底状態において、Ａ（δ＋）−Ｂ（δ−）
の向きに分極し、一方、励起状態においては反転して、
Ａ（δ−）−Ｂ（δ＋）となっている。表面原子層への
ＡＢの初期の吸着過程が主として静電的効果によって支
配されるならば、電子励起状態では分子内の電子分布の
反転によって吸着が制御される。従って、電子的励起に
よって光子場直下の領域への吸着が制御できる。こうし
た操作を層ごとに繰り返すことにより、図４に示すよう
な溝構造が精度良く実現される。
【０００７】電子的励起を受けるべき媒体分子の成長面
への供給については、比較的高温下での成長の場合は、
図１に示すような自由拡散による供給法がある。また低
温での成長の場合は、超音速断熱膨張によって生成され
る分子線による供給法がある。後者の方が分子並進性の
高い供給源となるので、光子エネルギ−やビ―ムのエネ
ルギ−密度等の光子場の設計と組み合わせて、より高度
な結晶成長の領域制御が可能になる。
への供給については、比較的高温下での成長の場合は、
図１に示すような自由拡散による供給法がある。また低
温での成長の場合は、超音速断熱膨張によって生成され
る分子線による供給法がある。後者の方が分子並進性の
高い供給源となるので、光子エネルギ−やビ―ムのエネ
ルギ−密度等の光子場の設計と組み合わせて、より高度
な結晶成長の領域制御が可能になる。
【０００８】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。Ｇａ
とＡｓが交互に層をなす結晶について、本発明による成
長制御を適用した例について述べる。本例では、チャン
バ−内の温度を４５０℃とし、ＧａをＡｓ面上に供給す
るソ−スガスとしてはＧａＣｌとＨ2の混合ガスを、Ａ
ｓをＧａ面上に供給するソ−スガスとしてはＡｓＨ3を
用いている。ただし、ＡｓＨ3は、この温度では分解し
ており、実際にはＡｓクラスタ―（Ａｓ2，Ａｓ4）がＧ
ａ面へのＡｓの供給源となっている。ビ―ムの光源とし
ては、ＡｒＦエキシマレ―ザ―を用いた。また、結晶の
支持母体の基板として、ＧａＡｓ（１００）面を使用し
た。
とＡｓが交互に層をなす結晶について、本発明による成
長制御を適用した例について述べる。本例では、チャン
バ−内の温度を４５０℃とし、ＧａをＡｓ面上に供給す
るソ−スガスとしてはＧａＣｌとＨ2の混合ガスを、Ａ
ｓをＧａ面上に供給するソ−スガスとしてはＡｓＨ3を
用いている。ただし、ＡｓＨ3は、この温度では分解し
ており、実際にはＡｓクラスタ―（Ａｓ2，Ａｓ4）がＧ
ａ面へのＡｓの供給源となっている。ビ―ムの光源とし
ては、ＡｒＦエキシマレ―ザ―を用いた。また、結晶の
支持母体の基板として、ＧａＡｓ（１００）面を使用し
た。
【０００９】手順は、ＧａＣｌ分子をＡｓ面上に供給す
る際に、レ−ザ―ビ―ムをＡｓ面の直上に照射してＧａ
Ｃｌの吸着を領域選択的に抑制する。吸着されたＧａＣ
ｌについては、Ｈ2との反応によりＣｌが除去され、Ｇ
ａ原子がＡｓ面上に固定される。次に新しいＡｓ面の成
長を行うが、Ａｓは蒸気圧が大きいのでＡｓ層上にはＡ
ｓクラスタ―は吸着されない。一方、Ｇａ原子とは化学
結合を作るので、露出しているＧａ上にのみＡｓが固定
されることになる。これが一プロセスで、図３に拡大し
て示すように、精度を保つために、再び光ビ−ム３３の
存在下でＧａ層の成長を行い、以下、プロセスを繰り返
して領域選択的に結晶を成長させる。この選択成長方法
を、光ビ−ムを４本に分割して行い、図４に示すような
４つの溝構造４１を持つ層状ＧａＡｓ結晶４２を得た。
る際に、レ−ザ―ビ―ムをＡｓ面の直上に照射してＧａ
Ｃｌの吸着を領域選択的に抑制する。吸着されたＧａＣ
ｌについては、Ｈ2との反応によりＣｌが除去され、Ｇ
ａ原子がＡｓ面上に固定される。次に新しいＡｓ面の成
長を行うが、Ａｓは蒸気圧が大きいのでＡｓ層上にはＡ
ｓクラスタ―は吸着されない。一方、Ｇａ原子とは化学
結合を作るので、露出しているＧａ上にのみＡｓが固定
されることになる。これが一プロセスで、図３に拡大し
て示すように、精度を保つために、再び光ビ−ム３３の
存在下でＧａ層の成長を行い、以下、プロセスを繰り返
して領域選択的に結晶を成長させる。この選択成長方法
を、光ビ−ムを４本に分割して行い、図４に示すような
４つの溝構造４１を持つ層状ＧａＡｓ結晶４２を得た。
【００１０】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来技
術に比べて容易かつ効率的に微細構造を結晶中に作成す
ることができ、工程の簡素化・短縮によるコストの低減
と共に、構造自体の精度の向上を図ることができる。
術に比べて容易かつ効率的に微細構造を結晶中に作成す
ることができ、工程の簡素化・短縮によるコストの低減
と共に、構造自体の精度の向上を図ることができる。
【図１】本発明の方法による領域選択的結晶成長の説明
図である。
図である。
【図２】分子ＡＢの基底状態と１電子励起状態のポテン
シャルエネルギ−曲線を示す図である。
シャルエネルギ−曲線を示す図である。
【図３】成長中の層状ＧａＡｓ結晶の拡大断面図であ
る。
る。
【図４】半導体結晶上に作られた溝構造の一例の断面図
である。
である。
１１ 結晶成長の媒体分子の供給源 １２ 媒体分子ガス １３ 吸着された
媒体分子 １４，３３ 光ビ−ム通過領域 １５ 結晶成長層 １６ 結晶支持母体 ３１ Ａｓ層 ３２ Ｇａ層 ３４ 自由なＧａ
Ｃｌ分子 ３５ 吸着ＧａＣｌ分子 ４１ 溝 ４２ 半導体結晶
媒体分子 １４，３３ 光ビ−ム通過領域 １５ 結晶成長層 １６ 結晶支持母体 ３１ Ａｓ層 ３２ Ｇａ層 ３４ 自由なＧａ
Ｃｌ分子 ３５ 吸着ＧａＣｌ分子 ４１ 溝 ４２ 半導体結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205
Claims (1)
- 【請求項１】 化合物半導体結晶を原子層エピタキシ−
法によって製造する際に、結晶成長面の直上位置に高指
向性のエネルギ−ビ―ムを成長面に平行に照射し、該照
射領域直下の成長面上への媒体分子の吸着を電子状態レ
ベルで制御することにより、化合物半導体結晶の成長を
所定領域に限定することを特徴とする領域選択的結晶成
長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5350391A JP2998244B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 領域選択的結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5350391A JP2998244B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 領域選択的結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04273120A JPH04273120A (ja) | 1992-09-29 |
| JP2998244B2 true JP2998244B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=12944631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5350391A Expired - Lifetime JP2998244B2 (ja) | 1991-02-27 | 1991-02-27 | 領域選択的結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2998244B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6951804B2 (en) | 2001-02-02 | 2005-10-04 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
| US6878206B2 (en) | 2001-07-16 | 2005-04-12 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
| US6911391B2 (en) | 2002-01-26 | 2005-06-28 | Applied Materials, Inc. | Integration of titanium and titanium nitride layers |
-
1991
- 1991-02-27 JP JP5350391A patent/JP2998244B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04273120A (ja) | 1992-09-29 |
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