JP3272531B2 - Method for manufacturing compound semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing compound semiconductor device

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JP3272531B2
JP3272531B2 JP04441494A JP4441494A JP3272531B2 JP 3272531 B2 JP3272531 B2 JP 3272531B2 JP 04441494 A JP04441494 A JP 04441494A JP 4441494 A JP4441494 A JP 4441494A JP 3272531 B2 JP3272531 B2 JP 3272531B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】本発明は化合物半導体装置の製造方法に関
し、より詳しくは、化合物半導体単結晶基板上に選択的
にエピタキシャル成長を行う工程を含む化合物半導体装
置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a compound semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a compound semiconductor device including a step of selectively epitaxially growing a compound semiconductor single crystal substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、単結晶半導体基板上にエピタキシ
ャル成長層を形成し、このエピタキシャル成長層を多層
化したり、あるいは、ヘテロ構造にすることで新しい電
子デバイスや光デバイスが実現されている。特に、微細
加工技術とヘテロエピタキシャル技術を組み合わせるこ
とによって、電子を低次元構造に閉じ込めて電子の量子
効果を引き出す量子効果素子や、電子の波の性質を利用
した電子波干渉論理素子などが考案されており、これら
は量子化機能素子と呼ばれ、新しい電子デバイスとして
近い将来の実用化が期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, new electronic devices and optical devices have been realized by forming an epitaxially grown layer on a single-crystal semiconductor substrate and forming the epitaxially grown layer into a multilayer or a heterostructure. In particular, by combining microfabrication technology and heteroepitaxial technology, quantum effect devices that confine electrons in a low-dimensional structure and extract the quantum effect of electrons, and electron wave interference logic devices that use the properties of electron waves have been devised. These are called quantized functional elements and are expected to be put to practical use in the near future as new electronic devices.

【0003】これらの場合のエピタキシャル技術として
は、分子線エピタキシャル成長法(MBE)、あるい
は、有機金属気相成長法(MOVPE)などが知られて
いる。これらの技術の特徴は、超薄膜を制御性良く成長
することができる点にある。MBEにおいて分子線源材
料を供給するために、金属ソースを真空チャンバ(結晶
成長室)内で保持する構造が採用されている。最近で
は、有機金属化合物を含むガス状のソースを真空チャン
バの外部に設け、そのソースをガス導入バルブを通して
真空チャンバ内に導入するガス導入方法を採用したガス
ソース分子線エピタキシャル成長方法(GSMBE)の
開発が活発になっている。GSMBEは、MOMBE(M
etalorganic MBE)或いはCBE(Chemical Beam Ep
itaxy )とも呼ばれている。
As an epitaxial technique in these cases, a molecular beam epitaxial growth method (MBE), a metal organic chemical vapor deposition method (MOVPE) and the like are known. The feature of these techniques is that an ultrathin film can be grown with good controllability. In order to supply a molecular beam source material in MBE, a structure in which a metal source is held in a vacuum chamber (crystal growth chamber) is employed. Recently, a gas source molecular beam epitaxial growth method (GSMBE) has been developed, in which a gaseous source containing an organometallic compound is provided outside a vacuum chamber and the source is introduced into the vacuum chamber through a gas introduction valve. Is active. GSMBE is MOMBE (M
etalorganic MBE) or CBE (Chemical Beam Ep)
itaxy).

【0004】ヘテロエピタキシャル技術として使用され
ているMBE、MOVPE或いはGSMBEは、半導体
基板上での成長過程にそれぞれ特徴を有する。特に、パ
ターニング用のマスクを半導体基板上に形成し、その基
板表面でのヘテロエピタキシャル層を成長することにつ
いて、説明すると以下のようになる。 (1)MBE MBE法の成長原理が物理蒸着に近いことから、例え
ば、GaAs基板上に SiNxよりなるマスクを使用して化合
物半導体層をパターニングすると、GaAs単結晶表面上に
はGaAsあるいはAlGaAsの単結晶層の成長が可能である。
[0004] MBE, MOVPE or GSMBE used as a heteroepitaxial technique has a characteristic in a growth process on a semiconductor substrate. In particular, formation of a mask for patterning on a semiconductor substrate and growth of a heteroepitaxial layer on the surface of the substrate will be described below. (1) Since the growth principles of MBE MBE method is close to the physical vapor deposition, for example, when patterning the compound semiconductor layer using a mask made from SiN x on a GaAs substrate, a GaAs or AlGaAs is on the GaAs single crystal surface A single crystal layer can be grown.

【0005】一方、 SiNx 膜上には、多結晶状のGaAsあ
るいはAlGaAs層が積層される。単結晶層の厚さの制御
は、マスクの窓の大きさや形状には依存せず、マスクや
単結晶層の表面に到達する分子線の強度で決まる。この
点は、微細構造を作製する場合に有利な点である。マス
ク上に形成された多結晶層は絶縁層としては利用できる
が、単結晶層の横の領域にヘテロ構造や電極を形成する
場合には、リフトオフ法などにより、その多結晶層の除
去が必要となる。
On the other hand, a polycrystalline GaAs or AlGaAs layer is laminated on the SiN x film. The control of the thickness of the single crystal layer does not depend on the size or shape of the window of the mask, but is determined by the intensity of the molecular beam reaching the surface of the mask or the single crystal layer. This is an advantageous point when fabricating a fine structure. The polycrystalline layer formed on the mask can be used as an insulating layer, but if a heterostructure or an electrode is formed in a region next to the single crystal layer, the polycrystalline layer must be removed by a lift-off method or the like. Becomes

【0006】(2)MOVPE MOVPE法では、成長中の炉内のガス圧が常圧か減圧
かの違いによって基板上への選択成長の特徴も変わって
くる。常圧MOVPEの場合には、マスクとして使用さ
れる絶縁膜(例えば SiNx 膜)上には多結晶あるいはア
モルファス状の膜が堆積する。また、単結晶面上には単
結晶膜が成長する。しかし、絶縁膜が形成された領域と
単結晶層が存在する領域との面積比によって単結晶面で
の成長速度が変わったり、また単結晶面のうち絶縁膜に
近い領域で成長速度が大きくなるいわゆるエッジ効果が
生じることが知られている。
(2) MOVPE In the MOVPE method, the feature of selective growth on a substrate changes depending on whether the gas pressure in a growing furnace is normal pressure or reduced pressure. In the case of normal pressure MOVPE, a polycrystalline or amorphous film is deposited on an insulating film (for example, a SiN x film) used as a mask. Further, a single crystal film grows on the single crystal plane. However, the growth rate on the single crystal surface changes depending on the area ratio between the region where the insulating film is formed and the region where the single crystal layer exists, or the growth speed increases in a region of the single crystal surface near the insulating film. It is known that a so-called edge effect occurs.

【0007】減圧MOVPEの場合には、圧力を減じる
に従って絶縁膜上への多結晶あるいはアモルファス状の
膜は堆積し難くなる一方、絶縁膜と単結晶面の面積比に
よる成長速度の変化やエッジ効果は顕著になる。エッジ
効果については次の文献に記載されている。 [1]Kenji HIRUMA et al., Journal of Crystal Grow
th 102, pp.717-724,1990 (3)GSMBE GSMBE法では、例えば、GaAs基板上に SiNx (絶縁
膜)よりなるマスクを形成した状態でGaAsを成長すると
そのマスクの上には何も堆積せず、また、絶縁膜と単結
晶の面積比による成長速度の変化やエッジ効果は全く観
察されない。これはGSMBE法が、分子線材料と固体
表面との表面反応機構による成長であることに起因して
いる。
In the case of reduced pressure MOVPE, as the pressure is reduced, it becomes difficult to deposit a polycrystalline or amorphous film on the insulating film, but the growth rate changes due to the area ratio between the insulating film and the single crystal plane, and the edge effect. Becomes noticeable. The edge effect is described in the following document. [1] Kenji HIRUMA et al., Journal of Crystal Grow
th 102, pp.717-724,1990 (3) GSMBE In the GSMBE method, for example, when GaAs is grown with a mask made of SiN x (insulating film) formed on a GaAs substrate, nothing is left on the mask. No deposition occurs, and no change in growth rate or edge effect due to the area ratio between the insulating film and the single crystal is observed. This is because the GSMBE method is a growth based on a surface reaction mechanism between a molecular beam material and a solid surface.

【0008】GSMBEのもつ成長の選択性の良さは、
半導体基板上にヘテロエピ成長させて量子化機能素子を
作製する場合に非常に有効である。しかし、MBEの場
合と同様に、絶縁膜上に多結晶膜あるいはアモルファス
状の膜が堆積してしまうような分子線材料と絶縁膜との
組み合わせが存在する。例えば、 SiNx よりなるパター
ニング用マスクを使してGaAs面上にAlGaAs単結晶を選択
成長する場合、そのマスク上にはAlGaAs多結晶状或いは
アモルファス状の膜が堆積する。これは、Alを含む有機
金属材料が非常に活性であり、 SiNx 膜、絶縁膜上でも
分解反応を起こしてしまうためである。AlGaAs単結晶
層、あるいはAlを組成に持つ単結晶層は、GaAs系の電子
デバイスを作製する上で非常に重要な層であり、これら
の層を選択成長するための技術開発の要求は大きい。
[0008] The good growth selectivity of GSMBE is
This is very effective in producing a quantized functional element by heteroepitaxial growth on a semiconductor substrate. However, as in the case of MBE, there is a combination of a molecular beam material and an insulating film such that a polycrystalline film or an amorphous film is deposited on the insulating film. For example, when an AlGaAs single crystal is selectively grown on a GaAs surface using a patterning mask made of SiN x , an AlGaAs polycrystalline or amorphous film is deposited on the mask. This is because the organometallic material containing Al is very active and causes a decomposition reaction even on the SiN x film and the insulating film. An AlGaAs single crystal layer or a single crystal layer having an Al composition is a very important layer for producing a GaAs-based electronic device, and there is a great demand for technology development for selectively growing these layers.

【0009】次の文献においては、MOVPE法でAlGa
As成長中に塩化水素ガス(HCl) を添加することにより、
SiNx パターニングマスク膜上に多結晶あるいはアモル
ファス状の膜を堆積することなくAlGaAs層を選択成長で
きることが示されている。 [2]下山謙司,藤井克司,井上優一,後藤秀樹、応用
物理学会、応用電子物性分科会研究報告(AP922227)、
No.445、pp.15-20、1992 選択性向上に対するHCl ガスの役割のモデルとして、彼
らは、 SiNx 膜表面のダングリングボンドがClにより終
端処理(ターミネーション)され、Alを含んだ成長種と
SiNx 膜との反応が抑制されるからであると考えてい
る。
[0009] In the following document, AlGa is formed by MOVPE.
By adding hydrogen chloride gas (HCl) during As growth,
It is shown that the AlGaAs layer can be selectively grown without depositing a polycrystalline or amorphous film on the SiN x patterning mask film. [2] Kenji Shimoyama, Katsushi Fujii, Yuichi Inoue, Hideki Goto, Japan Society of Applied Physics, Applied Electronic Properties Subcommittee Research Report (AP922227),
No.445, pp.15-20, 1992 As a model of the role of HCl gas in improving the selectivity, they proposed that the dangling bonds on the SiN x film surface were terminated with Cl, and the growth species containing Al When
This is because the reaction with the SiN x film is suppressed.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】MOVPE法による成
長中にHCl ガスを添加する方法を採用しても、先に述べ
たパターンの面積比効果やエッジ効果を完全に除去する
ことができず、微細構造のパターンを形成する上で成長
速度の制御性が良くない。面積比効果によれば1つの半
導体集積回路において均一な素子特性が得られ難くなる
という問題が生じる。また、エッジ効果によれば半導体
層が湾曲することになるので、電子デバイスのキャリア
走行性が悪くなり、光デバイスの光閉じ込めが悪くなる
等の問題がある。
Even if the method of adding HCl gas during growth by the MOVPE method is employed, it is not possible to completely eliminate the area ratio effect and the edge effect of the pattern described above. In forming the pattern of the structure, the controllability of the growth rate is not good. According to the area ratio effect, there is a problem that it is difficult to obtain uniform element characteristics in one semiconductor integrated circuit. In addition, since the semiconductor layer is curved according to the edge effect, there is a problem that the carrier traveling property of the electronic device is deteriorated and the light confinement of the optical device is deteriorated.

【0011】また、HCl ガスはGaAsやAlGaAsのエッチン
グガスとなるために、HCl の添加によって半導体の成長
速度が制御し難くなり、電子デバイスや光デバイスを形
成する際に均一な素子特性が得にくいという問題もあ
る。本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであ
って、選択成長される化合物半導体層の厚さを制御よく
制御するとともに、その化合物半導体層を平坦に形成す
ることができる化合物半導体エピタキシャル成長方法、
化合物半導体エピタキシャル成長装置と、平坦に膜厚制
御性よく化合物半導体層を形成することができる化合物
半導体装置の形成方法を提供することを目的とする。
Further, since the HCl gas becomes an etching gas for GaAs or AlGaAs, it is difficult to control the growth rate of the semiconductor by adding HCl, and it is difficult to obtain uniform element characteristics when forming an electronic device or an optical device. There is also a problem. The present invention has been made in view of such a problem, and a compound semiconductor epitaxial growth method capable of controlling the thickness of a selectively grown compound semiconductor layer with good control and forming the compound semiconductor layer flat. ,
It is an object of the present invention to provide a compound semiconductor epitaxial growth apparatus and a method for forming a compound semiconductor device capable of forming a compound semiconductor layer flatly and with good film thickness controllability.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、請求項1に係る発明は化合物半導体装置の製造方
法に係り、図4及び図5に例示するように、第一の化合
物半導体層24,42の上に第一の絶縁性マスク25,
44を形成する工程と、前記第一の化合物半導体層2
4,42の表面と前記第一の絶縁性マスク25,44の
表面に、前記第一の化合物半導体層24,42のエッチ
ャントとならないラジカル粒子を照射する工程と、前記
第一の絶縁性マスク25,44に覆われない前記第一の
化合物半導体層24,42の上にガスソースを供給して
選択的に第二の化合物半導体層26,27,45,48
をエピタキシャル成長する工程と、前記第一の絶縁性マ
スク25,44を除去する工程と、前記第二の化合物半
導体層26,27,45,48の上面を選択的に覆う第
二の絶縁性マスク28,49を形成する工程と、前記第
二の絶縁性マスク28,49の表面と前記第一の化合物
半導体層24,42の表面に、前記第一の化合物半導体
層24,42のエッチャントとして機能しないラジカル
粒子を照射する工程と、前記第二の絶縁性マスク(2
8,49)に覆われない前記第一の化合物半導体層2
4,42の上に第三の化合物半導体層29,50をエピ
タキシャル成長する工程と、前記第二の絶縁性マスク2
8,49を除去する工程とを有することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 relates to a method for manufacturing a compound semiconductor device, and as shown in FIG. 4 and FIG. 24, 42, a first insulating mask 25,
Forming the first compound semiconductor layer 2
Irradiating the surface of each of the first and second insulating masks 25 and 44 with radical particles that do not become an etchant of the first compound semiconductor layers 24 and 42; A gas source is supplied over the first compound semiconductor layers 24 and 42 that are not covered with the first and second compound semiconductor layers 26, 27, 45 and 48.
Epitaxially growing, a step of removing the first insulating masks 25 and 44, and a second insulating mask 28 which selectively covers the upper surfaces of the second compound semiconductor layers 26, 27, 45 and 48. , 49, and that the surfaces of the second insulating masks 28, 49 and the surfaces of the first compound semiconductor layers 24, 42 do not function as an etchant for the first compound semiconductor layers 24, 42. A step of irradiating with radical particles and the second insulating mask (2
8, 49) not covered with the first compound semiconductor layer 2
A step of epitaxially growing third compound semiconductor layers 29 and 50 on the first and second insulating masks 4 and 42;
And a step of removing 8,49.

【0013】請求項2に係る発明では、前記第二の化合
物半導体層26,27,45,48は、ソースガスとラ
ジカル粒子を照射することにより成長されることを特徴
とする。請求項3に係る発明では、前記第二の化合物半
導体層26,27,45,48及び前記第三の化合物半
導体層29,50の少なくとも一方は、化合物半導体の
ソースガスとともに化合物半導体のエッチャントとして
機能しないラジカル粒子を照射しながら成長されること
を特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the second compound semiconductor layers 26, 27, 45, and 48 are grown by irradiating a source gas and radical particles. In the invention according to claim 3, at least one of the second compound semiconductor layers 26, 27, 45, and 48 and the third compound semiconductor layers 29 and 50 functions as an etchant for the compound semiconductor together with the source gas for the compound semiconductor. It is characterized in that it is grown while irradiating radical particles that do not.

【0014】請求項4に係る発明では、前記第二の化合
物半導体層26,27,45,48及び前記第三の化合
物半導体層29,50の少なくとも一方は、化合物半導
体のソースガスと化合物半導体のエッチャントとして機
能しないラジカル粒子とを交互に供給することを特徴と
する。請求項5に係る発明では、前記第一の絶縁性マス
ク25,44及び前記第二の絶縁性マスク28,49の
少なくとも一方は、酸素雰囲気中で光照射によって形成
された酸化膜から構成されていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, at least one of the second compound semiconductor layers 26, 27, 45, and 48 and the third compound semiconductor layers 29 and 50 includes a source gas of the compound semiconductor and a compound semiconductor. It is characterized in that radical particles not functioning as an etchant are alternately supplied. In the invention according to claim 5, at least one of the first insulating masks 25 and 44 and the second insulating masks 28 and 49 is formed of an oxide film formed by light irradiation in an oxygen atmosphere. It is characterized by being.

【0015】請求項6に係る発明では、前記第一の絶縁
性マスク25,44及び前記第二の絶縁性マスク28,
49の少なくとも一方は、エッチング分子ガス雰囲気中
で絶縁膜に電子線を描画することによりパターニングさ
れていることを特徴とする。請求項7に係る発明では、
前記第一の絶縁性マスク25,44及び前記第二の絶縁
性マスク28,49の少なくとも一方は、酸素雰囲気中
で前記第一の化合物半導体層24,42又は前記第二の
化合物半導体層26,27,45,48に電子線を描画
することにより形成されていることを特徴とする。
In the invention according to claim 6, the first insulating masks 25 and 44 and the second insulating masks 28 and
At least one of 49 is characterized by being patterned by drawing an electron beam on an insulating film in an etching molecular gas atmosphere. In the invention according to claim 7,
At least one of the first insulating masks 25, 44 and the second insulating masks 28, 49 is provided in the first compound semiconductor layer 24, 42 or the second compound semiconductor layer 26 in an oxygen atmosphere. 27, 45, and 48 are formed by drawing an electron beam.

【0016】請求項8に係る発明では、前記第一の絶縁
性マスク25,44及び前記第二の絶縁性マスク28,
49の少なくとも一方は、As雰囲気中で加熱すること
によって除去されることを特徴とする。請求項9に係る
発明では、前記ラジカル粒子は、水素ラジカル、アルゴ
ンラジカル又は窒素ラジカルであること特徴とする。
In the invention according to claim 8, the first insulating masks 25 and 44 and the second insulating masks 28 and
At least one of 49 is removed by heating in an As atmosphere. The invention according to claim 9 is characterized in that the radical particles are a hydrogen radical, an argon radical or a nitrogen radical.

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【作 用】本発明によれば、絶縁性マスクに覆われてい
ない第一の化合物半導体層の上に化合物半導体を成長す
るためのソースガスを導入する前又は導入と同時又は間
欠的に、化合物半導体のエッチャントとならないラジカ
ル粒子を第一の化合物半導体層及び絶縁性マスクに照射
するようにしている。
According to the present invention, a compound gas is grown before, simultaneously with, or intermittently with, the introduction of a source gas for growing a compound semiconductor on a first compound semiconductor layer not covered with an insulating mask. The first compound semiconductor layer and the insulating mask are irradiated with radical particles that do not become a semiconductor etchant.

【0022】これにより、第一及び第二の化合物半導体
層を殆どエッチングすることなく絶縁性マスク上のダン
グリングボンドを終端し、絶縁膜面上での分子線源材料
の分解反応を抑制できる。しかも、ガスソース分子線エ
ピタキシャル成長によれば選択成長された化合物半導体
層は平坦に形成される。ラジカル粒子は、ECRプラズ
マ、RFプラズマ或いは熱電子の衝突などにより生成す
ることが可能であり、平均自由行程が大きい真空中で
は、このように生成されたラジカル粒子をビーム状にし
て取り出し、成長基板に照射することができる。
Thus, the dangling bond on the insulating mask is terminated without substantially etching the first and second compound semiconductor layers, and the decomposition reaction of the molecular beam source material on the insulating film surface can be suppressed. In addition, according to the gas source molecular beam epitaxial growth, the selectively grown compound semiconductor layer is formed flat. Radical particles can be generated by ECR plasma, RF plasma, collision of thermoelectrons, or the like. In a vacuum having a large mean free path, the radical particles thus generated are taken out in a beam form and grown. Can be irradiated.

【0023】ラジカル粒子は、それ自身が非常に活性で
あり、他の粒子や物質に衝突することにより電子を交換
して安定な中性の粒子になろうとする性質がある。従っ
て、ラジカル粒子が絶縁膜上のダングリングボンドに接
近することによって、ダングリングボンドの電子を共有
し、あるいは電子を吸収して中性化する。ダングリング
ボンドが終端化された絶縁膜表面は、もはや有機金属分
子が飛来、接近してもその分子が分解するために必要な
電子の供給が行われないために、その分子はそのまま分
解することなく再脱離する。一方、単結晶基板表面に
は、自由電子が存在するために到着した有機金属分子は
分解し、金属原子のみが成長に寄与し、有機基は再蒸発
脱離することによって、結晶成長が行われる。
The radical particles themselves are very active, and have the property of exchanging electrons by colliding with other particles or substances to become stable neutral particles. Therefore, when the radical particles approach the dangling bonds on the insulating film, they share the electrons of the dangling bonds or absorb and neutralize the electrons. On the surface of the insulating film where the dangling bonds are terminated, the organometallic molecules no longer fly, and even when approached, the electrons required to decompose the molecules are not supplied, so the molecules must be decomposed as they are. Without elimination. On the other hand, organometallic molecules arriving on the surface of the single crystal substrate due to the existence of free electrons are decomposed, only metal atoms contribute to the growth, and the organic groups are re-evaporated and eliminated, whereby crystal growth is performed. .

【0024】従って、絶縁膜でパターニングされた単結
晶基板上に、ラジカル粒子を断続的に照射しながら、有
機金属材料を供給することによって、絶縁膜上には何も
堆積せず、単結晶面上にのみ供給された有機金属材料の
強度に応じた成長速度で単結晶の成長が可能になる。ま
た、特にラジカル粒子が水素ラジカルである場合には、
半導体結晶表面のクリーニング効果があることも知られ
ており、パターニングされた単結晶面上に界面準位の極
めて小さい良質のエピタキシャル膜を成長することが可
能となる。
Therefore, by supplying the organometallic material to the single crystal substrate patterned with the insulating film while intermittently irradiating the radical particles, nothing is deposited on the insulating film, and the A single crystal can be grown at a growth rate corresponding to the strength of the organometallic material supplied only above. Also, particularly when the radical particles are hydrogen radicals,
It is also known that the semiconductor crystal surface has a cleaning effect, and it becomes possible to grow a high-quality epitaxial film having an extremely small interface state on a patterned single crystal surface.

【0025】特に、Alの様な活性な構成元素を含むエピ
タキシャル膜の選択成長には効果が大きい。
In particular, the effect is great for the selective growth of an epitaxial film containing an active constituent element such as Al.

【0026】[0026]

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図1は、本発明の実施例に係る化合物半
導体選択的成長装置の概要構成を示す平面図である。化
合物半導体選択成長装置1は、ウェハの出し入れを行う
ためのロードロック室2と、ウェハを中継するための試
料交換室3と、真空トンネル4aを介して試料交換室3
に接続されるGSMBE装置5と、真空トンネル4bを
介して試料交換室3に接続される光酸化膜形成室6と、
真空トンネル4cを介して試料交換室3に接続される電
子線照射室7を有している。なお、図中符号8a〜8d
は、シャッタを示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a compound semiconductor selective growth apparatus according to an embodiment of the present invention. The compound semiconductor selective growth apparatus 1 includes a load lock chamber 2 for loading and unloading wafers, a sample exchange chamber 3 for relaying wafers, and a sample exchange chamber 3 via a vacuum tunnel 4a.
A GSMBE apparatus 5 connected to the sample chamber, a photo oxide film forming chamber 6 connected to the sample exchange chamber 3 via the vacuum tunnel 4b,
An electron beam irradiation chamber 7 is connected to the sample exchange chamber 3 via the vacuum tunnel 4c. Note that reference numerals 8a to 8d in FIG.
Indicates a shutter.

【0027】GSMBE装置5の結晶成長室5aには、
図2(a) に示すように、ウェハwを載置するウェハ支持
台5bと、ウェハ支持台5bを加熱するヒータ5cと、
ヒータ5cの温度測定するための熱伝対5dと、ウェハ
w表面に電子を照射する電子銃5eと、ウェハwから反
射された電子を受けるRHEED5fと、結晶成長室5
a内を減圧するための排気系5gが存在する。また、そ
の結晶成長室5aには、有機金属ガスを導入するための
複数の分子線源ノズル9a〜9cと、熱分解セル10a
により分解された無機ガスを導入するための分子線源ノ
ズル9dと、熱分解セル10c,10dにより分解され
た不純物ガスを導入する分子線源ノズル9e,9fが取
付けられている。それらの分子線源ノズルの先端はウェ
ハwに向けられ、また、それらの分子線源ノズル9a〜
9fの先端の前方には開閉自在な分子線源シャッタ(不
図示)が配置されている。さらに、結晶成長室5aに
は、ラジカルを発生させるためECRプラズマ発生源1
1が取付けられている。
The crystal growth chamber 5a of the GSMBE apparatus 5 includes:
As shown in FIG. 2A, a wafer support 5b on which a wafer w is mounted, a heater 5c for heating the wafer support 5b,
A thermocouple 5d for measuring the temperature of the heater 5c, an electron gun 5e for irradiating the surface of the wafer w with electrons, an RHEED 5f for receiving electrons reflected from the wafer w, and a crystal growth chamber 5
There is an exhaust system 5g for depressurizing the inside of a. In the crystal growth chamber 5a, a plurality of molecular beam source nozzles 9a to 9c for introducing an organometallic gas and a pyrolysis cell 10a are provided.
A molecular beam source nozzle 9d for introducing the inorganic gas decomposed by the thermal decomposition, and molecular beam source nozzles 9e and 9f for introducing the impurity gas decomposed by the thermal decomposition cells 10c and 10d are attached. The tips of the molecular beam source nozzles are directed to the wafer w, and the molecular beam source nozzles 9a to
A molecular beam source shutter (not shown) that can be opened and closed is disposed in front of the front end of 9f. Further, an ECR plasma generation source 1 for generating radicals is provided in the crystal growth chamber 5a.
1 is attached.

【0028】ECRプラズマ発生源11は、図2(b) に
示すように、マイクロ波導入管11a及びガス導入管1
1bが接続されたプラズマ室11cと、プラズマ室11
cを囲むマグネットコイル11dと、プラズマ室11c
からガスをウェハwに向けて放出するためのガス放出口
11eとを有し、ガス放出口11eにはシャッタ11f
が配置されている。
As shown in FIG. 2 (b), the ECR plasma generation source 11 includes a microwave introduction pipe 11a and a gas introduction pipe 1
1b is connected to the plasma chamber 11c;
and a magnet coil 11d surrounding the plasma chamber 11c.
And a gas discharge port 11e for discharging a gas toward the wafer w from the shutter 11f.
Is arranged.

【0029】GSMBE装置5には、その他に、図示し
ない質量分析計、オージェ分光分析装置、ヌードイオン
ゲージ等が取付けられている。上記した電子線照射室7
は、電子線をウェハwに照射するための差動排気構造の
電子線カラム(不図示)を有し、また、EB描画室に塩
素、酸素などのガスを導入できる構造となっている。
The GSMBE apparatus 5 further includes a mass spectrometer (not shown), an Auger spectrometer, a nude ion gauge, and the like. The above-mentioned electron beam irradiation room 7
Has an electron beam column (not shown) having a differential pumping structure for irradiating the wafer w with an electron beam, and has a structure capable of introducing a gas such as chlorine or oxygen into the EB drawing chamber.

【0030】上記した光酸化膜形成室は、ウェハを設置
する室内に酸素が導入できる構造を有しており、その室
内で酸素雰囲気で光照射を行うことにより、GaAsなどの
化合物半導体層表面に光酸化膜を形成する。次に、上記
した化合物半導体選択成長装置1を使用して、電子デバ
イスと光デバイスを製造する工程の実施例について説明
する。
The above-described photo-oxide film forming chamber has a structure in which oxygen can be introduced into a chamber in which a wafer is installed. By irradiating light in an oxygen atmosphere in the chamber, the surface of a compound semiconductor layer such as GaAs is formed. A photo oxide film is formed. Next, an example of a process of manufacturing an electronic device and an optical device using the above-described compound semiconductor selective growth apparatus 1 will be described.

【0031】(第1実施例)本実施例は、本発明の選択
成長技術を駆使することによってヘテロエピタキシャル
構造を持つ高性能のパワーFETの製造方法の説明であ
る。以下に、図3に示すフローチャトと図4、5に示す
断面図に基づいてパワーFETの製造工程を説明する。
(First Embodiment) This embodiment describes a method for manufacturing a high-performance power FET having a heteroepitaxial structure by making full use of the selective growth technique of the present invention. Hereinafter, the manufacturing process of the power FET will be described based on the flowchart shown in FIG. 3 and the sectional views shown in FIGS.

【0032】パワーFETが形成される化合物半導体基
板として(100)面を有する半絶縁性GaAs基板(ウェ
ハ)21を使用する。まず、図1に示すロードロック室
2、試料交換室3を通してGaAs基板21をGSMBE装
置5内に搬送する。そして、GSMBE装置5の結晶成
長室5a内のウェハ支持台5bにGaAs基板21を搭載
し、MBE成長工程(図3中S1 )に入る。
A semi-insulating GaAs substrate (wafer) 21 having a (100) plane is used as a compound semiconductor substrate on which a power FET is formed. First, the GaAs substrate 21 is transferred into the GSMBE apparatus 5 through the load lock chamber 2 and the sample exchange chamber 3 shown in FIG. Then, the GaAs substrate 21 mounted on the wafer support table 5b of the crystal growth chamber 5a of GSMBE device 5, entering the MBE growth step (in Fig. 3 S 1).

【0033】結晶成長室5a内に導入するエピタキシャ
ル成長用のガスソース材料として、トリエチルガリウム
(TEG:Ga(C2H5)3)とトリエチルアルミニウム(TE
A:Al(C2H5)3)を第一及び第二の分子線源ノズル9a,
9bを通して結晶成長室5aに導入し、アルシン(As
H3)を熱分解セル10a付きの第四の分子線源セル9d
を通して結晶成長室5aに導入する。また、n型のドー
パントとしてジシラン(Si2H6 )を熱分解セル10b付
きの第五の分子線源セル9eを通して結晶成長室5aに
導入する。
As a gas source material for epitaxial growth introduced into the crystal growth chamber 5a, triethyl gallium (TEG: Ga (C 2 H 5 ) 3 ) and triethyl aluminum (TE
A: Al (C 2 H 5 ) 3 ) was converted to first and second molecular beam source nozzles 9a,
9b into the crystal growth chamber 5a and arsine (As
H 3 ) is converted to a fourth molecular beam source cell 9 d with a pyrolysis cell 10 a
Into the crystal growth chamber 5a. Further, disilane (Si 2 H 6 ) as an n-type dopant is introduced into the crystal growth chamber 5a through a fifth molecular beam source cell 9e having a pyrolysis cell 10b.

【0034】これらのガスソースは、図示しないマスフ
ローコントローラによって各々独立に流量が調整され、
結晶成長室5a内のGaAs基板21に向けて照射されるよ
うになっている。ただし、アルシンガスは、高温(90
0℃) の熱分解セル10aで分解されてAsとH2として基
板表面に照射される。ジシランガスも同様に熱分解セル
10bによりSiとH2に分解されて基板表面に照射され
る。
The flow rates of these gas sources are independently adjusted by a mass flow controller (not shown).
Irradiation is performed toward the GaAs substrate 21 in the crystal growth chamber 5a. However, arsine gas has a high temperature (90
0 ° C.) are decomposed by pyrolysis cell 10a of irradiated on the substrate surface as As and H 2. Similarly, the disilane gas is also decomposed into Si and H 2 by the pyrolysis cell 10b and irradiated on the substrate surface.

【0035】そして、半絶縁性GaAs基板21を結晶成長
室に導入した後に以下の順序で分子線源ノズルのシャッ
タの開閉を行い、図4(a) に示すような化合物半導体層
を形成する。まず、第四の分子線源ノズル9dのシャッ
タを開き、アルシンを流量5sccmでGaAs基板21の表面
に照射しながら、ヒータ5dによりGaAs基板21を約6
00℃以上の温度で加熱する。これにより、GaAs基板2
1表面の自然酸化膜を除去する。続いて、基板温度を成
長温度550℃まで下げてこの温度を保持する。
After the semi-insulating GaAs substrate 21 is introduced into the crystal growth chamber, the shutter of the molecular beam source nozzle is opened and closed in the following order to form a compound semiconductor layer as shown in FIG. First, the shutter of the fourth molecular beam source nozzle 9d is opened, and while the arsine is irradiated on the surface of the GaAs substrate 21 at a flow rate of 5 sccm, the GaAs substrate 21 is heated to about 6 by the heater 5d.
Heat at a temperature of 00 ° C or higher. Thereby, the GaAs substrate 2
The natural oxide film on one surface is removed. Subsequently, the substrate temperature is lowered to a growth temperature of 550 ° C., and this temperature is maintained.

【0036】その後に、TEG導入用の分子線源ノズル
9aのシャッターを開けて、GaAs基板21の上にi-GaAs
の成長を開始する。TEGの流量は1.6sccmとする。
GaAs基板21の上にi-GaAs層22を約4000Å成長し
た後、第二の分子線源ノズル9bのシャッタを開けてT
EAガスをGaAs基板21に向けて照射し、これによりAl
GaAsの成長を開始し、i-AlGaAs層23を約1000Å成
長する。TEAガスの流量は0.24sccmとする。
Thereafter, the shutter of the molecular beam source nozzle 9a for introducing the TEG is opened, and the i-GaAs
To start growing. The flow rate of TEG is 1.6 sccm.
After the i-GaAs layer 22 is grown on the GaAs substrate 21 by about 4000 °, the shutter of the second molecular beam source nozzle 9b is opened and T
An EA gas is irradiated toward the GaAs substrate 21, whereby Al
The growth of GaAs is started, and the i-AlGaAs layer 23 is grown by about 1000 °. The flow rate of the TEA gas is 0.24 sccm.

【0037】その後に、ジシラン導入用の分子線源ノズ
ル9dのシャッターを開けると同時に、TEA導入用の
分子線源ノズル9bのシャッターを閉め、これによりSi
がドープされたn-GaAs層24をi-AlGaAs層23の上に
0.2μmの厚さに成長する。n-GaAs層24の不純物濃
度を1.5×1017cm-3とする。その後、アルシン導入
用の分子線源ノズル9d以外の分子線源ノズルのシャッ
ターを閉め、続いて基板温度を徐々に降温する。基板温
度が300℃以下になったところでアルシン導入用の分
子線源ノズル9dのシャッタを閉じる。これにより1回
目の化合物半導体層の成長が終了する。
Thereafter, the shutter of the molecular beam source nozzle 9d for introducing disilane is opened, and at the same time, the shutter of the molecular beam source nozzle 9b for introducing TEA is closed.
Is grown on the i-AlGaAs layer 23 to a thickness of 0.2 μm. The impurity concentration of the n-GaAs layer 24 is set to 1.5 × 10 17 cm −3 . Thereafter, the shutters of the molecular beam source nozzles other than the arsine-introducing molecular beam source nozzle 9d are closed, and then the substrate temperature is gradually lowered. When the substrate temperature becomes 300 ° C. or lower, the shutter of the molecular beam source nozzle 9d for introducing arsine is closed. Thus, the first growth of the compound semiconductor layer is completed.

【0038】次に、図3のステップS2 に示すようなイ
ンサイチュー(IN-SITU )リソグラフィー工程に入る。
まず、GaAs基板21をGSMBE装置1の結晶成長室5
aから取り出し、真空トンネル4a,4bと試料交換室
3を通して光酸化膜形成室6に搬入する。そして、図4
(b) に示すように、光酸化膜形成室6内を数Torr〜数十
Torr範囲の圧力の酸素雰囲気として、その中で、GaAs基
板21上のn-GaAs層24の表面に光を照射することによ
りn-GaAs層24の表面にGaAs酸化膜25を形成する(図
3ステップS21)。この場合、光源としてキセノンラン
プを使用する。
Next, into the in situ (IN-SITU) lithographic process as shown in step S 2 in FIG.
First, the GaAs substrate 21 is placed in the crystal growth chamber 5 of the GSMBE apparatus 1.
Then, the sample is taken out from a, and is carried into the photo-oxide film forming chamber 6 through the vacuum tunnels 4a and 4b and the sample exchange chamber 3. And FIG.
As shown in (b), the inside of the photo-oxide film forming chamber 6 is several Torr to several tens.
A GaAs oxide film 25 is formed on the surface of the n-GaAs layer 24 by irradiating light to the surface of the n-GaAs layer 24 on the GaAs substrate 21 in an oxygen atmosphere having a pressure in the Torr range (FIG. 3). step S 21). In this case, a xenon lamp is used as a light source.

【0039】この後に、GaAs基板21を光酸化膜形成室
6から取り出し、真空トンネル4b,4cと試料交換室
3を通して電子線照射室7に導入する。その電子線照射
室7内において、塩素ガスをGaAs基板21に向けて照射
しながら、図示しない差動排気構造の電子線カラムから
取り出した電子線をパワーFETのチャネル領域(オー
ミック形成領域以外の領域)にあるGaAs酸化膜25に照
射する(図3ステップS22)。この結果、図4(c) に示
すように、電子線が照射されたGaAs酸化膜25は除去さ
れ、そこからn-GaAs層24が露出する。
Thereafter, the GaAs substrate 21 is taken out of the photo-oxide film formation chamber 6 and introduced into the electron beam irradiation chamber 7 through the vacuum tunnels 4b and 4c and the sample exchange chamber 3. In the electron beam irradiation chamber 7, while irradiating the GaAs substrate 21 with chlorine gas, an electron beam extracted from an electron beam column having a differential pumping structure (not shown) is applied to a channel region of the power FET (a region other than the ohmic formation region). irradiating the GaAs oxide film 25 in) (Fig. 3 step S 22). As a result, as shown in FIG. 4C, the GaAs oxide film 25 irradiated with the electron beam is removed, and the n-GaAs layer 24 is exposed therefrom.

【0040】次に、GaAs基板21を電子線照射室7から
取り出し、真空トンネル4c,4a及び試料交換室3を
通して、再びGSMBE装置5の結晶成長室5aに導入
する。GSMBE装置5のECRプラズマ発生源11に
は水素ガスが導入され、結晶成長室5a内に水素ラジカ
ルを放出するようになっている。その結晶成長室5aで
はまず、図3のステップS23と図4(d) に示すように、
ECRプラズマ発生源11から取り出した水素ラジカル
をGaAs基板21上のn-GaAs層24及びGaAs酸化膜25に
照射する。この時に結晶成長室5a内を10-4Torr台と
し、また、ECRプラズマ発生源11への水素の導入流
量は2sccmとした。このようにして、単結晶のn-GaAs層
24表面をクリーニングするとともにGaAs酸化膜25の
表面のダングリングボンドを水素により終端する。
Next, the GaAs substrate 21 is taken out of the electron beam irradiation chamber 7 and introduced again into the crystal growth chamber 5a of the GSMBE apparatus 5 through the vacuum tunnels 4c and 4a and the sample exchange chamber 3. Hydrogen gas is introduced into the ECR plasma generation source 11 of the GSMBE apparatus 5, and emits hydrogen radicals into the crystal growth chamber 5a. In the crystal growth chamber 5a First, as shown in step S 23 and 4 of FIG. 3 (d),
The n-GaAs layer 24 and the GaAs oxide film 25 on the GaAs substrate 21 are irradiated with hydrogen radicals extracted from the ECR plasma generation source 11. At this time, the inside of the crystal growth chamber 5a was on the order of 10 -4 Torr, and the flow rate of hydrogen introduced into the ECR plasma generation source 11 was 2 sccm. Thus, the surface of the single-crystal n-GaAs layer 24 is cleaned, and the dangling bonds on the surface of the GaAs oxide film 25 are terminated with hydrogen.

【0041】次に、水素ラジカル照射を止めた後、図3
のステップS3に示すようなMBE再成長工程に入る。
まず、第四の分子線源ノズル9dからアルシンをGaAs基
板21に向けて照射しながら基板温度を550℃にし昇
温し、この温度を保持する。続いて、TEG、TEA及
びジシランを導入する分子線源ノズル9a,9b,9e
のシャッターを同時に開けて、図5(a)に示すよう
に、GaAs酸化膜25に覆われていないn −GaAs層24の
上にn- −AlGaAs層26を500Åの厚さに成長する。n
- −AlGaAs層26内のシリコンの不純物濃度は5×10
16cm-3とする。その後、TEA及びジシラン導入用の分
子線源ノズル9b,9eのシャッターだけを閉めて、図
5(a)に示すように、n- −AlGaAs層26の上にi−G
aAs層27を1500Åの厚さに成長した。
Next, after stopping the hydrogen radical irradiation, FIG.
Entering the MBE regrowth steps as shown in Step S 3 of.
First, the substrate temperature is raised to 550 ° C. while irradiating arsine toward the GaAs substrate 21 from the fourth molecular beam source nozzle 9d, and the temperature is maintained. Subsequently, molecular beam source nozzles 9a, 9b, 9e for introducing TEG, TEA and disilane.
5A, the n -- AlGaAs layer 26 is grown to a thickness of 500 DEG on the n-GaAs layer 24 not covered with the GaAs oxide film 25, as shown in FIG. n
- the impurity concentration of the silicon in -AlGaAs layer 26 is 5 × 10
16 cm -3 Then, TEA and molecular beam source nozzle 9b for disilane introduced, and only the closed 9e shutter, as shown in FIG. 5 (a), n - i -G on the -AlGaAs layer 26
The aAs layer 27 was grown to a thickness of 1500 °.

【0042】このように、GaAs酸化膜25をマスクにし
てGSMBEにより選択成長されたn- -AlGaAs 層2
6、i-GaAs層27を観察したところ、エッジ効果や絶縁
膜・半導体層面積比効果は発生していなかった。次に、
アルシン導入用の分子線源ノズル9dのシャッターのみ
を開けたままにして、基板温度を600℃以上に加熱す
ることにより、図5(b) 及び図3ステップS4 に示すよ
うに、マスクに使用していたGaAs酸化膜25を除去す
る。
As described above, the n -AlGaAs layer 2 selectively grown by GSMBE using the GaAs oxide film 25 as a mask
6. When the i-GaAs layer 27 was observed, no edge effect and no insulating film / semiconductor layer area ratio effect occurred. next,
And remain open only shutter molecular beam source nozzles 9d for arsine introduction, by heating the substrate temperature to 600 ° C. or higher, as shown in FIG. 5 (b) and 3 Step S 4, used as a mask The GaAs oxide film 25 that has been removed is removed.

【0043】次に、図3のステップS5 に示すような2
回目のインサイチューリソグラフィー工程に入る。ま
ず、GaAs基板25を再び電子線照射室7に導入する。そ
の電子線照射室7内では上述したCl2 ガスに変えてO2
スを照射しながら、選択成長されたi-GaAs層27の上面
にのみ電子線を描画し、その表面にGaAs酸化膜28を形
成する。
Next, as shown in step S 5 of FIG 2
Enter the second in-situ lithography process. First, the GaAs substrate 25 is introduced into the electron beam irradiation chamber 7 again. While irradiating O 2 gas in place of Cl 2 gas described above in that the electron beam irradiation chamber 7, only to draw the electron beam on the upper surface of the i-GaAs layer 27 is selectively grown, GaAs oxide film 28 on the surface thereof To form

【0044】続いて、GaAs基板21を再びGSMBE装
置5の結晶成長室5aに導入し、その中でラジカル水素
をGaAs酸化膜28及びi-GaAs層24に照射してi-GaAs層
24をクリーニングし、GaAs酸化膜28表面を水素でタ
ーミネート(終端)する(図3ステップS52)。次に、
同じGSMBE装置5において、TEG、アルシン、ジ
シランを導入する分子線源ノズル9a,9d,9eのシ
ャッタを開いて、図5(c) に示すように、GaAs酸化膜2
8をマスクにしてオーミック領域にのみ n+ -GaAs 層2
9を選択成長する(図3ステップS6 )。 n+ -GaAs 層
29のシリコンの含有濃度は2×1018cm-3とし、その
厚さはGaAs酸化膜28とほぼ同じ高さになるようにす
る。
Subsequently, the GaAs substrate 21 is introduced again into the crystal growth chamber 5a of the GSMBE apparatus 5, in which radical hydrogen is irradiated to the GaAs oxide film 28 and the i-GaAs layer 24 to clean the i-GaAs layer 24. and, terminating (terminate) with hydrogen GaAs oxide film 28 surface (Fig. 3 step S 52). next,
In the same GSMBE apparatus 5, the shutters of the molecular beam source nozzles 9a, 9d and 9e for introducing TEG, arsine and disilane are opened, and as shown in FIG.
8 as a mask, n + -GaAs layer 2 only in ohmic region
9 selective growth (FIG. 3 Step S 6). The silicon concentration of the n + -GaAs layer 29 is set to 2 × 10 18 cm −3 , and the thickness thereof is set to be substantially the same as the GaAs oxide film 28.

【0045】この後に、マスクとして使用したGaAs酸化
膜28を一層目のGaAs酸化膜25と同じ要領で除去す
る。次に、GaAs基板21をGSMBE装置5から真空室
4a、試料交換室3、ロードロック室2を通して外部に
取り出す。そして、図5(d) に示すように、最初の選択
成長層部分のi-GaAs層27をパターニングして開口部を
形成し、その中に埋め込みゲート電極30を形成すると
ともに、二番目の選択成長層部分の n+ -GaAs 層29の
上面にソース電極31、ドレイン電極32を形成するこ
とにより、パワーFETが完成する(図3ステップ
7 )。
Thereafter, the GaAs oxide film 28 used as the mask is removed in the same manner as the first GaAs oxide film 25. Next, the GaAs substrate 21 is taken out of the GSMBE apparatus 5 through the vacuum chamber 4a, the sample exchange chamber 3, and the load lock chamber 2. Then, as shown in FIG. 5D, an opening is formed by patterning the i-GaAs layer 27 in the first selective growth layer portion, a buried gate electrode 30 is formed therein, and the second selective growth layer is formed. source electrode 31 on the upper surface of the n + -GaAs layer 29 grown layer portion, by forming the drain electrode 32, the power FET is completed (FIG. 3 step S 7).

【0046】こうして作成したFET構造では、ソー
ス、ドレイン電極部のオーミックコンタクト抵抗が低減
されるため、良好なFET特性が実現された。ところ
で、以上の工程において、化合物半導体を選択成長する
前に、水素ラジカル粒子を使用して半導体層の表面をク
リーニングしているので、これによって単結晶面上に界
面準位の極めて小さい良質のエピタキシャル層が成長す
る。
In the FET structure thus manufactured, the ohmic contact resistance of the source and drain electrode portions was reduced, and thus good FET characteristics were realized. By the way, in the above process, before the compound semiconductor is selectively grown, the surface of the semiconductor layer is cleaned using hydrogen radical particles, so that a high quality epitaxial layer having an extremely small interface state can be formed on a single crystal plane. Layer grows.

【0047】また、水素ラジカルによれば、GaAs酸化膜
(絶縁膜)25,28上のダングリングボンドが終端さ
れるので、その絶縁膜25,28表面での分子線源材料
の分解反応が抑制される。この場合、水素ラジカルのGa
AsやAlGaAsに対するエッチングレートは極めて小さく、
その水素ラジカルの制御を緻密に行う必要はない。これ
によりGaAs絶縁膜25,28に覆われないGaAs層24,
27の膜厚が制御性良く形成されるので、デバイスの特
性のバラツキがなくなる。
According to the hydrogen radicals, dangling bonds on the GaAs oxide films (insulating films) 25 and 28 are terminated, so that the decomposition reaction of the molecular beam source material on the surfaces of the insulating films 25 and 28 is suppressed. Is done. In this case, the hydrogen radical Ga
The etching rate for As and AlGaAs is extremely small,
It is not necessary to precisely control the hydrogen radical. As a result, the GaAs layer 24, which is not covered with the GaAs insulating films 25, 28,
Since the film thickness of 27 is formed with good controllability, there is no variation in device characteristics.

【0048】ラジカル粒子は、それ自身が非常に活性で
あり、他の粒子や物質に衝突することにより電子を交換
して安定な中性の粒子になろうとする性質がある。従っ
て、ラジカル粒子が絶縁膜上のダングリングボンドに接
近することによって、ダングリングボンドの電子を共有
し、あるいは電子を吸収して中性化する。ダングリング
ボンドが終端化された絶縁膜表面は、もはや有機金属分
子が飛来、接近してもその分子が分解するために必要な
電子の供給が行われないために、その分子はそのまま分
解することなく再脱離する。一方、単結晶基板表面に
は、自由電子が存在するために到着した有機金属分子は
分解し、金属原子のみが成長に寄与し、有機基は再蒸発
脱離することによって、結晶成長が行われる。
The radical particles themselves are very active, and have the property of exchanging electrons by colliding with other particles or substances to become stable neutral particles. Therefore, when the radical particles approach the dangling bonds on the insulating film, they share the electrons of the dangling bonds or absorb and neutralize the electrons. On the surface of the insulating film where the dangling bonds are terminated, the organometallic molecules no longer fly, and even when approached, the electrons required to decompose the molecules are not supplied, so the molecules must be decomposed as they are. Without elimination. On the other hand, organometallic molecules arriving on the surface of the single crystal substrate due to the existence of free electrons are decomposed, only metal atoms contribute to the growth, and the organic groups are re-evaporated and eliminated, whereby crystal growth is performed. .

【0049】従って、絶縁膜でパターニングされた単結
晶基板上に、ラジカル粒子を断続的に照射しながら、有
機金属材料を供給することによって、絶縁膜上には何も
堆積せず、単結晶面上にのみ供給された有機金属材料の
強度に応じた成長速度で単結晶の成長が可能になる。ま
た、GaAs酸化膜25,28をマスクにしてGaAsやAlGaAs
を選択成長する際にそれらのGaAsやAlGaAsにはエッジ効
果が生じたり、膜厚がマスクの面積に依存することはな
く、チャネル領域となるGaAs層は平坦に形成される。こ
れによりFETではキャリアの走行性が良好になり、良
好なトランジスタ特性が得られる。
Therefore, by supplying the organometallic material while intermittently irradiating radical particles onto the single crystal substrate patterned with the insulating film, nothing is deposited on the insulating film, and the A single crystal can be grown at a growth rate corresponding to the strength of the organometallic material supplied only above. Also, GaAs or AlGaAs is used by using the GaAs oxide films 25 and 28 as a mask.
When GaAs or AlGaAs is selectively grown, an edge effect does not occur or the film thickness does not depend on the area of the mask, and the GaAs layer serving as a channel region is formed flat. As a result, in the FET, the traveling properties of carriers are improved, and good transistor characteristics are obtained.

【0050】(第2実施例)本実施例は、InP 基板上に
本発明の選択成長技術を駆使することによってDH構造
の半導体レーザの製造方法の説明である。以下に、図
6、図7に示す断面図に基づいて半導体レーザの製造工
程を説明する。
(Second Embodiment) This embodiment describes a method for manufacturing a semiconductor laser having a DH structure by making full use of the selective growth technique of the present invention on an InP substrate. Hereinafter, the manufacturing process of the semiconductor laser will be described with reference to the cross-sectional views shown in FIGS.

【0051】半導体レーザが形成される化合物半導体基
板として(100)面を有するn-InP 基板(ウェハ)を
使用する。まず、図1に示すロードロック室2、試料交
換室3を通してGaAs基板21をGSMBE装置5内に搬
送する。そして、GSMBE装置5の結晶成長室5a内
のウェハ支持台5bにn-InP 基板41を搭載する。
An n-InP substrate (wafer) having a (100) plane is used as a compound semiconductor substrate on which a semiconductor laser is formed. First, the GaAs substrate 21 is transferred into the GSMBE apparatus 5 through the load lock chamber 2 and the sample exchange chamber 3 shown in FIG. Then, the n-InP substrate 41 is mounted on the wafer support 5b in the crystal growth chamber 5a of the GSMBE apparatus 5.

【0052】結晶成長室5a内に導入するエピタキシャ
ル成長用のガスソース材料として、トリエチルガリウム
(TEG:Ga(C2H5)3)とトリエチルインジウム(TE
I:In(C2H5)3)を第一及び第二の分子線源ノズル9a,
9bを通して結晶成長室5aに導入し、アルシン(As
H3)とホスフィン(PH3 )を熱分解セル10a,10c
付きの第四、六の分子線源セル9d,9fを通して結晶
成長室5aに導入する。また、n型のドーパントとして
ジシラン(Si2H6 )を熱分解セル10b付きの第五の分
子線源セル9eを通して結晶成長室5aに導入し、p型
のドーパントとしてジメチルジンク(DMZ:Zn(C
H3)2)を第三の分子線源セル9cを通して結晶成長室5
aに導入する。
As a gas source material for epitaxial growth introduced into the crystal growth chamber 5a, triethyl gallium (TEG: Ga (C 2 H 5 ) 3 ) and triethyl indium (TE
I: In (C 2 H 5 ) 3 ) was converted to the first and second molecular beam source nozzles 9a,
9b into the crystal growth chamber 5a and arsine (As
H 3 ) and phosphine (PH 3 ) are converted into pyrolysis cells 10a and 10c.
It is introduced into the crystal growth chamber 5a through the attached fourth and sixth molecular beam source cells 9d and 9f. Further, disilane (Si 2 H 6 ) as an n-type dopant is introduced into the crystal growth chamber 5a through a fifth molecular beam source cell 9e having a pyrolysis cell 10b, and dimethyl zinc (DMZ: Zn ( C
H 3 ) 2 ) is passed through the third molecular beam source cell 9 c to the crystal growth chamber 5.
a.

【0053】これらのガスソースは、図示しないマスフ
ローコントローラによって各々独立に流量が調整され、
結晶成長室5a内のn-InP 基板41に向けて照射される
ようになっている。ただし、アルシンガス、ホスフィン
は、高温(900℃) の熱分解セルで分解した後に、As
2 とH2として基板表面に照射される。ジシランガスも同
様に熱分解セルによりSiとH2に分解されて基板表面に照
射される。
The flow rates of these gas sources are independently adjusted by a mass flow controller (not shown).
Irradiation is performed toward the n-InP substrate 41 in the crystal growth chamber 5a. However, arsine gas and phosphine are decomposed in a high-temperature (900 ° C)
As 2 and H 2 is applied to the substrate surface. Similarly, the disilane gas is also decomposed into Si and H 2 by the thermal decomposition cell and is irradiated on the substrate surface.

【0054】そして、n-InP 基板41を結晶成長室5a
に導入した後に以下の順序で分子線源ノズルのシャッタ
の開閉を行い、図6(a) に示すような化合物半導体層を
形成する。まず、n-InP 基板41を結晶成長室5aに導
入した後、砒素(As)をn-InP 基板表面に照射しなが
ら、基板温度を約530℃以上に加熱し、n-InP 基板4
1表面の自然酸化膜を除去した後、基板温度を成長温度
480℃まで下げてこの温度を保持する。続いて、TE
Iとホスフィンとジシランを導入する各分子線源ノズル
9b,9f,9eのシャッタを開けて、n-InP の成長を
開始し、n-InP 基板41の上にn-InP 層42を約300
0Å成長する。
Then, the n-InP substrate 41 is placed in the crystal growth chamber 5a.
After the introduction, the shutter of the molecular beam source nozzle is opened and closed in the following order to form a compound semiconductor layer as shown in FIG. First, after introducing the n-InP substrate 41 into the crystal growth chamber 5a, the substrate temperature is heated to about 530 ° C. or higher while arsenic (As) is irradiated on the surface of the n-InP substrate 4a.
After removing the natural oxide film on one surface, the substrate temperature is lowered to a growth temperature of 480 ° C., and this temperature is maintained. Then, TE
The shutters of the molecular beam source nozzles 9b, 9f and 9e for introducing I, phosphine and disilane are opened to start the growth of n-InP, and the n-InP layer 42 is formed on the n-InP substrate 41 by about 300 nm.
Grow 0Å.

【0055】その後に、TEIとホスフィンとジシラン
の分子線源ノズル9b,9f,9eのシャッタを閉じた
後に、アルシンの分子線源ノズル9dとTEAの分子線
源ノズル9bを開けて数原子層のGaAs層43を成長す
る。続いて、アルシン導入用の分子線源ノズル9d以外
の分子線源ノズルのシャッターを閉め、続いて基板温度
を徐々に降温する。基板温度が300℃以下になったと
ころでアルシン用の分子線源シャッタを閉じる。これに
より1回目の化合物半導体層の成長が終了する。
After closing the shutters of the molecular beam source nozzles 9b, 9f and 9e of TEI, phosphine and disilane, the molecular beam source nozzle 9d of arsine and the molecular beam source nozzle 9b of TEA are opened to open several atomic layers. A GaAs layer 43 is grown. Subsequently, the shutters of the molecular beam source nozzles other than the molecular beam source nozzle 9d for introducing arsine are closed, and then the substrate temperature is gradually lowered. When the substrate temperature becomes 300 ° C. or lower, the molecular beam source shutter for arsine is closed. Thus, the first growth of the compound semiconductor layer is completed.

【0056】次に、n-InP 基板41をGSMBE装置5
から取り出し、真空トンネル4a,4b、試料交換室3
を通して光酸化膜形成室6に搬入する。そして、図6
(b) に示すように、光酸化膜形成室6内を数Torr〜数十
Torr範囲の圧力の酸素雰囲気とし、その中で、n-InP 基
板41上の数原子のGaAs層43の表面に光を照射を照射
して酸化することによりGaAs酸化膜44を形成する。こ
の場合、光源としてキセノンランプを使用する。
Next, the n-InP substrate 41 is placed in the GSMBE device 5.
From the vacuum tunnels 4a and 4b, and the sample exchange chamber 3.
Then, it is carried into the photo-oxide film forming chamber 6. And FIG.
As shown in (b), the inside of the photo-oxide film forming chamber 6 is several Torr to several tens.
An GaAs oxide film 44 is formed by irradiating the surface of the GaAs layer 43 of several atoms on the n-InP substrate 41 with light to oxidize the atmosphere in an oxygen atmosphere having a pressure in the Torr range. In this case, a xenon lamp is used as a light source.

【0057】次に、n-InP 基板41を光酸化膜形成室6
から取り出し、真空トンネル4b,4c、試料交換室3
を通して電子線照射室7に移す。その電子線照射室7内
において、図6(c) に示すように、塩素(Cl2 )ガスを
n-InP 基板41に向けて照射しながら電子線を半導体レ
ーザ導波領域にあるGaAs酸化膜44に照射する。電子線
が照射されたGaAs酸化膜44は除去され、そこからはn-
InP 層41の上面が露出する。
Next, the n-InP substrate 41 is placed in the photo-oxide film forming chamber 6.
From the vacuum tunnels 4b and 4c, the sample exchange chamber 3
Through to the electron beam irradiation chamber 7. In the electron beam irradiation chamber 7, chlorine (Cl 2 ) gas is supplied as shown in FIG.
An electron beam is irradiated on the GaAs oxide film 44 in the semiconductor laser waveguide region while irradiating the electron beam toward the n-InP substrate 41. The GaAs oxide film 44 irradiated with the electron beam is removed, and n-
The upper surface of the InP layer 41 is exposed.

【0058】次に、n-InP 基板41を電子線照射室7か
ら取り出し、真空トンネル4c,4a及び試料交換室3
を通して、再びGSMBE装置5に導入する。GSMB
E装置5の結晶成長室5aでは、まず、図6(d) に示す
ように、ECRプラズマ発生源11から取り出した水素
ラジカルをn-InP 基板41上のn-InP層42及びGaAs酸
化膜44の照射する。
Next, the n-InP substrate 41 is taken out of the electron beam irradiation chamber 7, and the vacuum tunnels 4c and 4a and the sample exchange chamber 3 are removed.
Through the GSMBE apparatus 5 again. GSMB
In the crystal growth chamber 5a of the E apparatus 5, first, as shown in FIG. 6D, hydrogen radicals extracted from the ECR plasma generation source 11 are converted into n-InP layers 42 and GaAs oxide films 44 on an n-InP substrate 41. Irradiation.

【0059】この時に成長室内を10-4Torr台とし、ま
た、ECRプラズマ発生源11への水素の導入流量は2
sccmとした。このようにして、GaAs酸化膜44の表面の
ダングリングボンドを水素によって終端するとともに単
結晶のn-InP 層42表面をクリーニングする。その水素
ラジカルによりn-InP 層42の表面は深くエッチングさ
れることがないので、水素ラジカルの導入量を緻密に制
御する必要はない。
At this time, the growth chamber was set at a level of 10 −4 Torr, and the flow rate of hydrogen introduced into the ECR plasma generation source 11 was 2
sccm. In this manner, dangling bonds on the surface of the GaAs oxide film 44 are terminated with hydrogen, and the surface of the single crystal n-InP layer 42 is cleaned. Since the surface of the n-InP layer 42 is not deeply etched by the hydrogen radical, it is not necessary to precisely control the amount of the introduced hydrogen radical.

【0060】次に、水素ラジカル照射を止めた後に2回
目の結晶成長を行って、図7(a) に示すような層構造を
形成する。まず、第四の分子線源ノズル9dからアルシ
ンをn-InP 基板41に向けて照射しながら基板温度を5
50℃に昇温し、この温度を保持する。続いて、TE
I、ホスフィン及びジシラン導入用の分子線源ノズル9
b,9e,9fのシャッターを同時に開けて、GaAs酸化
膜44に覆われてないn-InP 層42の上にn-InP クラッ
ド層45を5000Åの厚さに成長する。n-InP クラッド層
45内のシリコンの不純物濃度を5 ×1017cm-3とする。
Next, after stopping the irradiation of hydrogen radicals, a second crystal growth is performed to form a layer structure as shown in FIG. First, while irradiating arsine toward the n-InP substrate 41 from the fourth molecular beam source nozzle 9d, the substrate temperature is reduced to 5%.
The temperature is raised to 50 ° C. and maintained at this temperature. Then, TE
Molecular beam source nozzle 9 for introducing I, phosphine and disilane
The shutters b, 9e and 9f are simultaneously opened to grow an n-InP cladding layer 45 to a thickness of 5000 ° on the n-InP layer 42 not covered by the GaAs oxide film 44. The impurity concentration of silicon in the n-InP cladding layer 45 is set to 5 × 10 17 cm −3 .

【0061】その後、ジシラン及びホスフィンを導入す
るための分子線源ノズル9e,9fのシャッターを閉
め、ついでTEGとアルシンを導入するための分子線源
ノズル9a,9dシャッタを開いて、n-InP クラッド層
45の上にInGaAs活性層46を20Åの厚さに成長す
る。InGaAs活性層46を成長した後に、TEGとアルシ
ン用の分子線源ノズル9a,9dのシャッタを閉じる。
Thereafter, the shutters of the molecular beam source nozzles 9e and 9f for introducing disilane and phosphine are closed, and then the shutters of the molecular beam source nozzles 9a and 9d for introducing TEG and arsine are opened, and the n-InP cladding is opened. An InGaAs active layer 46 is grown on layer 45 to a thickness of 20 °. After the growth of the InGaAs active layer 46, the shutters of the molecular beam source nozzles 9a and 9d for TEG and arsine are closed.

【0062】続いて、DMZとホスフィンを導入するた
めの電子線源ノズル9c,9fのシャッタを開いてp-In
P クラッド層47を5000Åの厚さに成長する。このとき
のp型不純物濃度は5 ×1017cm-3である。さらに、ホス
フィン用の電子線源ノズル9fのシャッタを閉じ、TE
G用とアルシン用の電子線源ノズル9a,9dのシャッ
タを開いてp-InGaAsキャップ層48を形成する。 以上
により、GaAs酸化膜44をマスクにして導波領域に沿っ
て選択成長されたn-InP クラッド層45、InGaAs活性層
46、p-InP クラッド層47及びp-InGaAsキャップ層4
8にはエッジ効果や絶縁膜・半導体層面積比効果は生じ
ない。
Subsequently, the shutters of the electron beam source nozzles 9c and 9f for introducing DMZ and phosphine are opened to open p-In.
A P cladding layer 47 is grown to a thickness of 5000 °. At this time, the p-type impurity concentration is 5 × 10 17 cm −3 . Further, the shutter of the electron beam source nozzle 9f for phosphine is closed and TE
The shutters of the electron beam source nozzles 9a and 9d for G and arsine are opened to form a p-InGaAs cap layer 48. As described above, the n-InP cladding layer 45, the InGaAs active layer 46, the p-InP cladding layer 47, and the p-InGaAs cap layer 4 selectively grown along the waveguide region using the GaAs oxide film 44 as a mask.
No edge effect or insulating film / semiconductor layer area ratio effect occurs in 8.

【0063】次に、アルシン導入用の分子線源ノズル9
dシャッターのみを開けたままにして、基板温度を60
0℃以上に加熱することにより、図7(b) に示すよう
に、マスクに使用していたGaAs酸化膜44を除去する。
続いて、選択成長されたp-InGaAsキャップ層48の最上
面に酸化膜を形成するために、n-InP 基板41を再び電
子線照射室7に導入する。その電子線照射室7内では、
上述したCl2 ガスに変えてO2ガスを照射しながら、選択
成長したp-InGaAsキャップ層48の上面にのみ電子線を
描画することによりその表面にInGaAs酸化膜49を形成
する。
Next, a molecular beam source nozzle 9 for introducing arsine
d Keep the shutter open and set the substrate temperature to 60
By heating to 0 ° C. or higher, the GaAs oxide film 44 used as the mask is removed as shown in FIG.
Subsequently, the n-InP substrate 41 is introduced again into the electron beam irradiation chamber 7 to form an oxide film on the uppermost surface of the selectively grown p-InGaAs cap layer 48. In the electron beam irradiation chamber 7,
An electron beam is drawn only on the upper surface of the selectively grown p-InGaAs cap layer 48 while irradiating the O 2 gas instead of the Cl 2 gas described above, thereby forming an InGaAs oxide film 49 on the surface.

【0064】次に、n-InP 基板41を再びGSMBE装
置5の成長室5aに導入し、その中でラジカル水素をIn
GaAs酸化膜49及びn-InP 層42に照射する。これによ
り、導波路領域両側のn-InP 層42をクリーニングする
とともに、InGaAs酸化膜49の表面のダングリングボン
ドを水素により終端する。この後に、TEIとホスフィ
ンの電子線源シャッタを開いてn-InP クラッド層45の
両側のn-InP 層42の上にのみi-InP を成長し、これに
よりp-InGaAsキャップ層48とほぼ同じ高さのi-InP 高
抵抗電流狭窄層50を形成する。この成長工程において
エッジ効果は発生せず、i-InP 高抵抗電流狭窄層50は
平坦に形成される。
Next, the n-InP substrate 41 is again introduced into the growth chamber 5a of the GSMBE apparatus 5, and radical hydrogen is introduced therein.
Irradiation is performed on the GaAs oxide film 49 and the n-InP layer 42. This cleans the n-InP layer 42 on both sides of the waveguide region and terminates dangling bonds on the surface of the InGaAs oxide film 49 with hydrogen. Thereafter, the electron beam source shutter of TEI and phosphine is opened, and i-InP is grown only on the n-InP layer 42 on both sides of the n-InP cladding layer 45. An i-InP high resistance current confinement layer 50 having a height is formed. No edge effect occurs in this growth step, and the i-InP high-resistance current confinement layer 50 is formed flat.

【0065】この後に、TEIとホスフィンの電子線源
ノズル9b,9fのシャッタを閉じ、マスクとして用い
たInGaAs酸化膜49をアルシン雰囲気中で600℃に加
熱して除去する。続いて、TEI、DMZ及びホスフィ
ンの電子線源ノズル9b,9c,9fシャッタを開いて
p-InGaAsキャップ層48とi-InP 高抵抗電流狭窄層50
の上に図7(d) に示すような p+ -InP層51を3000Åの
厚さに形成する。
Thereafter, the shutters of the electron beam source nozzles 9b and 9f of TEI and phosphine are closed, and the InGaAs oxide film 49 used as a mask is removed by heating to 600 ° C. in an arsine atmosphere. Then, the electron beam source nozzles 9b, 9c, 9f of TEI, DMZ and phosphine are opened to open the shutter.
p-InGaAs cap layer 48 and i-InP high resistance current confinement layer 50
A p + -InP layer 51 as shown in FIG.

【0066】次に、n-InP 基板41をGSMBE装置5
から真空室4a、試料交換室3、ロードロック室2を通
して外部に取り出す。この後に、n-InP 基板41の下面
にn電極52を形成し、 p+ -InP層51の上にはp電極
53を形成し、これによりDH型半導体レーザが完成す
る。こうして作製した半導体レーザでは、n-InP クラッ
ド層45、InGaAs活性層46及びp-クラッド層47が平
坦に形成されるので、InGaAs活性層46が湾曲して光閉
じ込めが悪くなるとことはない。しかも、選択成長され
たInGaAs活性層46とInP クラッド層45,47の側面
に生じる界面準位が殆ど無視できる程度なのでリーク電
流が増加することはなく、これにより閾値電流が小さく
て発光効率が大きな特性が得られる。
Next, the n-InP substrate 41 is placed in the GSMBE device 5
From the vacuum chamber 4a, the sample exchange chamber 3, and the load lock chamber 2 to the outside. Thereafter, an n-electrode 52 is formed on the lower surface of the n-InP substrate 41, and a p-electrode 53 is formed on the p + -InP layer 51, thereby completing the DH semiconductor laser. In the semiconductor laser fabricated in this manner, the n-InP cladding layer 45, the InGaAs active layer 46, and the p-cladding layer 47 are formed flat, so that the InGaAs active layer 46 does not bend and light confinement does not deteriorate. In addition, since the interface states generated on the side surfaces of the selectively grown InGaAs active layer 46 and the InP clad layers 45 and 47 are almost negligible, the leakage current does not increase, thereby reducing the threshold current and increasing the luminous efficiency. Characteristics are obtained.

【0067】これに対して、既に用いられている工程
は、図8(a) に示すように、n-InP 基板61の上にn-In
P クラッド層62、InGaAs活性層63、p-InP クラッド
層64及びp-InGaAsキャップ層65を形成した後に、Si
O2マスク66を導波領域に沿って形成し、そのSiO2マス
ク66の両側のp-InGaAsキャップ層65からn-InP クラ
ッド層62までをエッチングにより除去する。その後
に、図8(b) に示すように、導波領域の両側に電流狭窄
層(又はpnp埋め込み層)67を形成し、さらに図8
(c) に示すように、 p+ - InP コンタクト層68を形成
している。
On the other hand, the process which has already been used is to form the n-InP substrate 61 on the n-InP substrate 61 as shown in FIG.
After forming the P cladding layer 62, the InGaAs active layer 63, the p-InP cladding layer 64, and the p-InGaAs cap layer 65,
An O 2 mask 66 is formed along the waveguide region, and the portions from the p-InGaAs cap layer 65 to the n-InP clad layer 62 on both sides of the SiO 2 mask 66 are removed by etching. Thereafter, as shown in FIG. 8 (b), a current confinement layer (or pnp buried layer) 67 is formed on both sides of the waveguide region.
As shown in (c), a p + -InP contact layer 68 is formed.

【0068】このような従来の製造工程によれば、半導
体層のパターニングの際のエッチングによって活性層6
4の側面及びクラッド層63,65の側面には光発光中
心が形成され、発光効率が低下したりリーク電流が増加
する。これにより、閾値電流が大きくなって特性が劣化
するという問題があった。そのリーク電流は、図8(c)
の破線で示すように、p-InP クラッド層65からその両
側の埋め込み層(又は電流狭窄層)67に流れる。
According to such a conventional manufacturing process, the active layer 6 is formed by etching when patterning the semiconductor layer.
Light emission centers are formed on the side surface 4 and the side surfaces of the cladding layers 63 and 65, so that the light emission efficiency is reduced and the leak current is increased. As a result, there has been a problem that the threshold current increases and the characteristics deteriorate. The leakage current is shown in FIG.
As shown by the dashed line, the current flows from the p-InP cladding layer 65 to the buried layer (or current confinement layer) 67 on both sides thereof.

【0069】また、本実施例では、InP やInGaAsを選択
成長する場合に、水素ラジカルによるInGaAsやInP に対
するエッチングレートは極めて小さいので、それらの化
合物半導体層の厚さは精度良く制御される。また、GaAs
酸化膜やInGaAs酸化膜をマスクに使用してパターニング
された単結晶層の上に、ラジカル粒子を断続的に照射し
ながら、有機金属材料を供給することによって、絶縁膜
上には何も堆積せず、単結晶面上にのみ供給された有機
金属材料の強度に応じた成長速度で単結晶は平坦に成長
する。これらにより、デバイスの膜厚の制御が容易にな
り、デバイス特性は均一化する。
In this embodiment, when InP or InGaAs is selectively grown, the etching rate of InGaAs or InP by hydrogen radicals is extremely small, so that the thickness of the compound semiconductor layer is controlled with high precision. Also, GaAs
Nothing is deposited on the insulating film by supplying an organometallic material while intermittently irradiating radical particles onto the single crystal layer patterned using an oxide film or InGaAs oxide film as a mask. Instead, the single crystal grows flat at a growth rate corresponding to the strength of the organometallic material supplied only on the single crystal face. As a result, the control of the device film thickness is facilitated, and the device characteristics are made uniform.

【0070】(その他の実施例)第1実施例では、ラジ
カル粒子を用いた化合物半導体の選択成長をパワーFE
の作製に利用したが、本発明の特徴はEB描画技術を用
いた微細パチーンの形成技術と組み合わせることによ
り、量子効果や電子波の性質を引き出すような量子化機
能素子の作製に最適である。
(Other Embodiments) In the first embodiment, the selective growth of a compound semiconductor using radical particles was performed using power FE.
However, the feature of the present invention is most suitable for the fabrication of a quantized functional element that brings out the properties of a quantum effect and an electron wave by combining it with a technique for forming a fine pattern using an EB drawing technique.

【0071】第一及び第二の実施例では、結晶成長技術
としてガスソースMBE法を用いたが、その他の例とし
ては、真空容器内で成長を行うMOVPE法でも可能で
ある。また、半導体成長室は、真空トンネルを通して他
の処理室への基板の搬送ができれば装置の構造を制限す
る必要はない。ただし、成長ソース材料としては有機金
属化合物である必要がある。
In the first and second embodiments, the gas source MBE method is used as the crystal growth technique. However, as another example, the MOVPE method in which the crystal is grown in a vacuum vessel can be used. In addition, if the semiconductor growth chamber can transfer a substrate to another processing chamber through a vacuum tunnel, there is no need to limit the structure of the apparatus. However, the growth source material needs to be an organometallic compound.

【0072】ラジカル粒子は、上記したECRプラズマ
だけでなく、RFプラズマ、あるいは熱電子の衝突など
により生成してもよく、平均自由行程が大きい真空中で
は、このように生成されたラジカル粒子をビーム状にし
て取り出し、成長基板に照射することが可能である。ま
た、GaAs、InGaAs、AlGaAs等の化合物半導体を選択成長
している最中にラジカル粒子を同時に照射してもよい
し、化合物半導体の成長とラジカル粒子の照射を交互に
行ってもよい。
The radical particles may be generated not only by the above-mentioned ECR plasma but also by RF plasma or the collision of thermoelectrons. In a vacuum having a large mean free path, the radical particles thus generated are beam-formed. It is possible to take out and irradiate the growth substrate. Radical particles may be simultaneously irradiated during selective growth of a compound semiconductor such as GaAs, InGaAs, or AlGaAs, or compound semiconductor growth and irradiation of radical particles may be performed alternately.

【0073】なお、ラジカル粒子としては、水素ラジカ
ルの他に、アルゴンラジカル, 窒素ラジカル等がある
が、化合物半導体のエッチングガスとなる塩素、フッ素
は含めない。
The radical particles include argon radicals and nitrogen radicals in addition to hydrogen radicals, but do not include chlorine and fluorine which serve as etching gases for compound semiconductors.

【0074】[0074]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、絶縁
性マスクに覆われていない第一の化合物半導体層の上に
化合物半導体を成長するためのソースガスを導入する前
又は導入と同時又は間欠的に、化合物半導体のエッチャ
ントとならないラジカル粒子を第一の化合物半導体層及
び絶縁性マスクに照射するようにしているので、これに
より、第一及び第二の化合物半導体層を殆どエッチング
することなく絶縁性マスク上のダングリングボンドを終
端でき、絶縁膜面上での分子線源材料の分解反応を抑制
できる。しかも、ガスソース分子線エピタキシャル成長
によれば選択成長された化合物半導体層を平坦に形成で
きる。
As described above, according to the present invention, before or simultaneously with the introduction of the source gas for growing the compound semiconductor on the first compound semiconductor layer not covered with the insulating mask. Or, intermittently, the first compound semiconductor layer and the insulating mask are irradiated with radical particles that do not become an etchant of the compound semiconductor, so that the first and second compound semiconductor layers are almost etched. The dangling bond on the insulating mask can be terminated without any problem, and the decomposition reaction of the molecular beam source material on the insulating film surface can be suppressed. In addition, according to the gas source molecular beam epitaxial growth, the compound semiconductor layer selectively grown can be formed flat.

【0075】特に、Alの様な活性な構成元素を含むエピ
タキシャル膜の選択成長には効果が大きい。
In particular, the effect is great for the selective growth of an epitaxial film containing an active constituent element such as Al.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に係る化合物半導体エピタキシ
ャル選択成長装置の概要を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing an outline of a compound semiconductor epitaxial selective growth apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例に係る化合物半導体エピタキシ
ャル成長装置の結晶成長室とその内部に取付けられたラ
ジカル粒子発生源を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a crystal growth chamber of a compound semiconductor epitaxial growth apparatus according to an embodiment of the present invention and a radical particle generation source mounted inside the crystal growth chamber.

【図3】本発明の第1実施例の電子デバイスの製造工程
を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a manufacturing process of the electronic device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施例に係る電子デバイスの製造
工程を示す断面図(その1)である。
FIG. 4 is a cross-sectional view (part 1) illustrating a process for manufacturing the electronic device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施例に係る電子デバイスの製造
工程を示す断面図(その2)である。
FIG. 5 is a sectional view (No. 2) showing a step of manufacturing the electronic device according to the first example of the present invention.

【図6】本発明の第2実施例に係る半導体レーザの製造
工程を示す断面図(その1)である。
FIG. 6 is a sectional view (1) showing a step of manufacturing a semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第2実施例に係る半導体レーザの製造
工程を示す断面図(その2)である。
FIG. 7 is a sectional view (No. 2) showing a step for manufacturing the semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention.

【図8】従来の半導体レーザの代表的な製造工程を示す
断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a typical manufacturing process of a conventional semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21 GaAs基板 22 i-GaAs層 23 i-AlGaAs層 24 n-GaAs層 25 GaAs酸化膜(絶縁性マスク) 26 n- - AlGaAs層 27 i-GaAs層 28 GaAs酸化膜(絶縁性マスク) 29 n+ - GaAs層 41 n-InP 基板 42 n-InP 層 43 GaAs層 44 GaAs酸化膜(絶縁性マスク) 45 n-InP クラッド層 46 InGaAs活性層 47 p-InP クラッド層 48 p-InGaAsキャップ層 49 InGaAs酸化膜(絶縁性マスク) 50 InP 層21 GaAs substrate 22 i-GaAs layer 23 i-AlGaAs layer 24 n-GaAs layer 25 GaAs oxide films (insulating mask) 26 n - - AlGaAs layer 27 i-GaAs layer 28 GaAs oxide films (insulating mask) 29 n + -GaAs layer 41 n-InP substrate 42 n-InP layer 43 GaAs layer 44 GaAs oxide film (insulating mask) 45 n-InP cladding layer 46 InGaAs active layer 47 p-InP cladding layer 48 p-InGaAs cap layer 49 InGaAs oxidation Film (insulating mask) 50 InP layer

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−62917(JP,A) 特開 平4−192323(JP,A) 特開 平5−21356(JP,A) 特開 平5−109670(JP,A) 特開 平5−243150(JP,A) 特開 平5−299352(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C30B 23/08 H01L 21/203 H01S 5/30 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-62917 (JP, A) JP-A-4-192323 (JP, A) JP-A-5-21356 (JP, A) JP-A-5-109670 (JP JP-A-5-243150 (JP, A) JP-A-5-299352 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 C30B 23/08 H01L 21/203 H01S 5/30

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第一の化合物半導体層(24,42)の
上に第一の絶縁性マスク(25,44)を形成する工程
と、 前記第一の化合物半導体層(24,42)の表面と前記
第一の絶縁性マスク(25,44)の表面に、前記第一
の化合物半導体層(24,42)のエッチャントとなら
ないラジカル粒子を照射する工程と、 前記第一の絶縁性マスク(25,44)に覆われない前
記第一の化合物半導体層(24,42)の上にガスソー
スを供給して選択的に第二の化合物半導体層(26,2
7,45,48)をエピタキシャル成長する工程と、 前記第一の絶縁性マスク(25,44)を除去する工程
と、 前記第二の化合物半導体層(26,27,45,48)
の上面を選択的に覆う第二の絶縁性マスク(28,4
9)を形成する工程と、 前記第二の絶縁性マスク(28,49)の表面と前記第
一の化合物半導体層(24,42)の表面に、前記第一
の化合物半導体層(24,42)のエッチャントとして
機能しないラジカル粒子を照射する工程と、 前記第二の絶縁性マスク(28,49)に覆われない前
記第一の化合物半導体層(24,42)の上に第三の化
合物半導体層(29,50)をエピタキシャル成長する
工程と、 前記第二の絶縁性マスク(28,49)を除去する工程
とを有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方
法。
1. A step of forming a first insulating mask (25, 44) on a first compound semiconductor layer (24, 42); and a surface of the first compound semiconductor layer (24, 42). And irradiating the surface of the first insulating mask (25, 44) with radical particles that do not become an etchant of the first compound semiconductor layer (24, 42); A gas source is supplied over the first compound semiconductor layer (24, 42) not covered by the second compound semiconductor layer (26, 2).
7, 45, 48), a step of removing the first insulating mask (25, 44), and a step of removing the second compound semiconductor layer (26, 27, 45, 48).
A second insulating mask (28, 4) for selectively covering the upper surface of
9) forming a first compound semiconductor layer (24, 42) on the surface of the second insulating mask (28, 49) and the surface of the first compound semiconductor layer (24, 42); A) irradiating radical particles that do not function as an etchant; and a third compound semiconductor on the first compound semiconductor layer (24, 42) not covered with the second insulating mask (28, 49). A method for manufacturing a compound semiconductor device, comprising: a step of epitaxially growing a layer (29, 50); and a step of removing the second insulating mask (28, 49).
【請求項2】 前記第二の化合物半導体層(26,2
7,45,48)は、ソースガスとラジカル粒子を照射
することにより成長されることを特徴とする請求項1に
記載の化合物半導体装置の製造方法。
2. The second compound semiconductor layer (26, 2).
7. The method according to claim 1, wherein the growth is performed by irradiating a source gas and radical particles.
【請求項3】 前記第二の化合物半導体層(26,2
7,45,48)及び前記第三の化合物半導体層(2
9,50)の少なくとも一方は、化合物半導体のソース
ガスとともに化合物半導体のエッチャントとして機能し
ないラジカル粒子を照射しながら成長されることを特徴
とする請求項1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
3. The second compound semiconductor layer (26, 2).
7, 45, 48) and the third compound semiconductor layer (2
9. The method according to claim 1, wherein at least one of (9, 50) is grown while irradiating a compound semiconductor source gas with radical particles that do not function as an etchant for the compound semiconductor.
【請求項4】 前記第二の化合物半導体層(26,2
7,45,48)及び前記第三の化合物半導体層(2
9,50)の少なくとも一方は、化合物半導体のソース
ガスと化合物半導体のエッチャントとして機能しないラ
ジカル粒子とを交互に供給することを特徴とすることに
より成長されることを特徴とする請求項1に記載の化合
物半導体装置の製造方法。
4. The second compound semiconductor layer (26, 2).
7, 45, 48) and the third compound semiconductor layer (2
9. The method according to claim 1, wherein at least one of (9, 50) is grown by alternately supplying a source gas of the compound semiconductor and radical particles that do not function as an etchant of the compound semiconductor. The manufacturing method of the compound semiconductor device of the above.
【請求項5】 前記第一の絶縁性マスク(25,44)
及び前記第二の絶縁性マスク(28,49)の少なくと
も一方は、酸素雰囲気中で光照射によって形成された酸
化膜から構成されていることを特徴とする請求項1に記
載の化合物半導体装置の製造方法。
5. The first insulating mask (25, 44).
2. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the second insulating mask and the second insulating mask is formed of an oxide film formed by light irradiation in an oxygen atmosphere. Production method.
【請求項6】 前記第一の絶縁性マスク(25,44)
及び前記第二の絶縁性マスク(28,49)の少なくと
も一方は、エッチング分子ガス雰囲気中で絶縁膜に電子
線を描画することによりパターニングされていることを
特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置の製造方
法。
6. The first insulating mask (25, 44).
2. The compound according to claim 1, wherein at least one of the second insulating masks (28, 49) is patterned by drawing an electron beam on the insulating film in an etching gas atmosphere. 3. A method for manufacturing a semiconductor device.
【請求項7】 前記第一の絶縁性マスク(25,44)
及び前記第二の絶縁性マスク(28,49)の少なくと
も一方は、酸素雰囲気中で前記第一の化合物半導体層
(24,42)又は前記第二の化合物半導体層(26,
27,45,48)に電子線を描画することにより形成
されていることを特徴とする請求項1に記載の化合物半
導体装置の製造方法。
7. The first insulating mask (25, 44).
And at least one of the second insulating masks (28, 49) is provided in the oxygen atmosphere in the first compound semiconductor layer (24, 42) or the second compound semiconductor layer (26, 49).
2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed by drawing an electron beam on (27, 45, 48).
【請求項8】 前記第一の絶縁性マスク(25,44)
及び前記第二の絶縁性マスク(28,49)の少なくと
も一方は、As雰囲気中で加熱することによって除去さ
れることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装
置の製造方法。
8. The first insulating mask (25, 44).
2. The method according to claim 1, wherein at least one of the second insulating mask and the second insulating mask is removed by heating in an As atmosphere. 3.
【請求項9】 前記ラジカル粒子は、水素ラジカル、ア
ルゴンラジカル又は窒素ラジカルであること特徴とする
請求項1に記載の化合物半導体装置の製造方法。
9. The method according to claim 1, wherein the radical particles are hydrogen radicals, argon radicals, or nitrogen radicals.
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