JPH01115894A - 半導体の分子線結晶成長方法 - Google Patents
半導体の分子線結晶成長方法Info
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- JPH01115894A JPH01115894A JP27324787A JP27324787A JPH01115894A JP H01115894 A JPH01115894 A JP H01115894A JP 27324787 A JP27324787 A JP 27324787A JP 27324787 A JP27324787 A JP 27324787A JP H01115894 A JPH01115894 A JP H01115894A
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Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は半導体の分子線結晶成長方法に関し、特に光デ
バイスないし電子デバイスに応用可能な高品質の半導体
の分子線結晶成長方法に関する。
バイスないし電子デバイスに応用可能な高品質の半導体
の分子線結晶成長方法に関する。
［従来の技術］
シリコンもしくはガリウム砒素などの半導体のエビタキ
シレル成長方法として、超高真空中で半導体の原料物質
を加熱蒸発させ、分子線の形態で基板結晶上に照射する
ことにより成長層を得る分子線エピタキシー法（ＭＢＥ
法）が広く行われている。このＭＢＥ法による半導体の
結晶成長においては、成長結晶の電気的特性を制御する
上で、意図的に添加する以外の不純物（いわゆる背景不
純物）をできるだけ低減することが必要である。
シレル成長方法として、超高真空中で半導体の原料物質
を加熱蒸発させ、分子線の形態で基板結晶上に照射する
ことにより成長層を得る分子線エピタキシー法（ＭＢＥ
法）が広く行われている。このＭＢＥ法による半導体の
結晶成長においては、成長結晶の電気的特性を制御する
上で、意図的に添加する以外の不純物（いわゆる背景不
純物）をできるだけ低減することが必要である。
この背景不純物は分子線源物質および成長装置内雰囲気
から取込まれるため、従来は分子線源物質の高純度化お
よび成長装置内の真空の清浄度の維持により、背景不純
物の混入を防ぐ手段がとられていた。
から取込まれるため、従来は分子線源物質の高純度化お
よび成長装置内の真空の清浄度の維持により、背景不純
物の混入を防ぐ手段がとられていた。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしこのような方法では、成長装置内の種々の原因に
よる汚染源からの不純物の混入を完全に防止することは
困難であり、例えばガリウム砒素において炭素に起因す
ると考えられるアクセプタ不純物ｍ度ＮＡを１０ ｃ
ｍ−３以下に再現性良く抑制することができない。従っ
て、成長装置内のわずかな汚染源からの影響が低減化さ
れた不純物の混入の防止ないし制御方法が望まれる。
よる汚染源からの不純物の混入を完全に防止することは
困難であり、例えばガリウム砒素において炭素に起因す
ると考えられるアクセプタ不純物ｍ度ＮＡを１０ ｃ
ｍ−３以下に再現性良く抑制することができない。従っ
て、成長装置内のわずかな汚染源からの影響が低減化さ
れた不純物の混入の防止ないし制御方法が望まれる。
本発明は、以上述べたような従来の事情に対処してなさ
れたもので、半導体の分子線結晶成長において、不純物
の混入を効果的に防止ないしは制御できる結晶成長方法
を提供することを目的とする。
れたもので、半導体の分子線結晶成長において、不純物
の混入を効果的に防止ないしは制御できる結晶成長方法
を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、超高真空中で、基板結晶表面に電子線を照射
して該結晶表面を負に帯電させながら結晶成長を行うこ
とを特徴とする半導体の分子線結晶成長方法である。
して該結晶表面を負に帯電させながら結晶成長を行うこ
とを特徴とする半導体の分子線結晶成長方法である。
本発明の方法に用いられる基板結晶としてはシリコン、
ガリウム砒素、インジウム燐等、通常分子線結晶成長を
行い得る全ての基板結晶に適用可能でおる。
ガリウム砒素、インジウム燐等、通常分子線結晶成長を
行い得る全ての基板結晶に適用可能でおる。
［作用］
本発明は、基板結晶が負に帯電することにより、例えば
ガリウム砒素結晶においてアクセプタ不純物となる炭素
系分子の基板結晶表面上への付着率が減少する現象を利
用したもので、この負電荷の帯電を電子婦照射による基
板結晶表面上への電子の蓄積により実現する。
ガリウム砒素結晶においてアクセプタ不純物となる炭素
系分子の基板結晶表面上への付着率が減少する現象を利
用したもので、この負電荷の帯電を電子婦照射による基
板結晶表面上への電子の蓄積により実現する。
従来法において、基板結晶が電気的にほぼ中性であると
すると「）型ガリウム砒素（ＧａＡｓ ）基板について
は、第２図（ａ）に示したように、基板１の結晶表面に
は自由電荷の空乏層２が生じ、イオン化したドナー不純
物による正の空間電荷３か現われている。このような表
面にアクセプタ型の不純物分子４か到達すると、基板結
晶の価電子が不純物分子４に移動する結果、不純物分子
４は負に帯電して、基板結晶表面に現われている正の空
間電荷３との間に引力を生じ基板結晶表面に強固に付着
する結果となる。
すると「）型ガリウム砒素（ＧａＡｓ ）基板について
は、第２図（ａ）に示したように、基板１の結晶表面に
は自由電荷の空乏層２が生じ、イオン化したドナー不純
物による正の空間電荷３か現われている。このような表
面にアクセプタ型の不純物分子４か到達すると、基板結
晶の価電子が不純物分子４に移動する結果、不純物分子
４は負に帯電して、基板結晶表面に現われている正の空
間電荷３との間に引力を生じ基板結晶表面に強固に付着
する結果となる。
ところが第２図（ｂ）に示したように、電子線５の照射
により基板結晶表面を負に帯電させた場合には、基板結
晶表面に現われる正の空間電荷を消去しうるうえ、過剰
な負電荷層６が生じ、過剰な負電荷７が現われる。この
負電荷７によって、電荷移動で負に帯電した不純物分子
４と基板結晶表面との間に負電荷同士の電気的反発力が
生じ、結局不純物分子の付着率を低下させ、結晶中に取
込まれる不純物量を低下させることになる。従って基板
結晶表面を負に帯電させることが、ｎ型基板結晶におい
てアクセプタ型背景不純物′ａ度を低減するうえで効果
的であるが、これは基板結晶を電気的に絶縁された状態
で保持しつつ基板結晶表面上に電子線を照射することに
より実現できる。なお、ｎ型基板結晶においては、アク
セプタ型背景不純物濃度は本来取込みが小ざいが、基板
結晶表面を負に帯電させることにより、上記と同様の原
理によって不純物の取込み屋をいっそう低減できる。
により基板結晶表面を負に帯電させた場合には、基板結
晶表面に現われる正の空間電荷を消去しうるうえ、過剰
な負電荷層６が生じ、過剰な負電荷７が現われる。この
負電荷７によって、電荷移動で負に帯電した不純物分子
４と基板結晶表面との間に負電荷同士の電気的反発力が
生じ、結局不純物分子の付着率を低下させ、結晶中に取
込まれる不純物量を低下させることになる。従って基板
結晶表面を負に帯電させることが、ｎ型基板結晶におい
てアクセプタ型背景不純物′ａ度を低減するうえで効果
的であるが、これは基板結晶を電気的に絶縁された状態
で保持しつつ基板結晶表面上に電子線を照射することに
より実現できる。なお、ｎ型基板結晶においては、アク
セプタ型背景不純物濃度は本来取込みが小ざいが、基板
結晶表面を負に帯電させることにより、上記と同様の原
理によって不純物の取込み屋をいっそう低減できる。
［実施例］
以下、本発明の有利な特性を用いた実施例について図面
を参照して詳細に説明する。
を参照して詳細に説明する。
第１図は本発明の方法を実施するための分子線結晶成長
装置の一例を示す概略構成図である。基板結晶１１は窒
化ホウ素（ＢＮ）もしくは窒化アルミニウム（ＡＩＮ）
などの絶縁性材質からなる基板保持具１２上に固定され
、これらを収納する超高真空容器１３にはさらに基板結
晶表面に向けて電子銃１４およびアルゴンなどの不活性
ガスの正イオンを照射できるイオン銃１５が配設されて
いる。基板加熱ヒータ１６、分子線源１７．１７°、１
７”の配置および使用については通常の分子線結晶成長
法と同様であるのでその説明を省略する。
装置の一例を示す概略構成図である。基板結晶１１は窒
化ホウ素（ＢＮ）もしくは窒化アルミニウム（ＡＩＮ）
などの絶縁性材質からなる基板保持具１２上に固定され
、これらを収納する超高真空容器１３にはさらに基板結
晶表面に向けて電子銃１４およびアルゴンなどの不活性
ガスの正イオンを照射できるイオン銃１５が配設されて
いる。基板加熱ヒータ１６、分子線源１７．１７°、１
７”の配置および使用については通常の分子線結晶成長
法と同様であるのでその説明を省略する。
結晶成長に際しては、電子銃１４より基板結晶表面上に
低速の電子線を照射し、基板結晶表面に負電荷の素でお
る電子を蓄積する。基板結晶表面を再び中性状態に戻し
たいときにはイオン銃１５により低速のアルゴンイオン
（Ａｒ ）を適量照射する。
低速の電子線を照射し、基板結晶表面に負電荷の素でお
る電子を蓄積する。基板結晶表面を再び中性状態に戻し
たいときにはイオン銃１５により低速のアルゴンイオン
（Ａｒ ）を適量照射する。
本実施例では０．１〜１ｋＶの加速電圧による１０ｍＡ
の電子線を直径５ ｃｍのガリウム砒素基板結晶上に照
射することにより、基板結晶表面上に１０−３〜１０−
２クーロン／ ｃｍ２の面密度で電子による負電荷を生
じさせることができた。このように基板結晶表面を帯電
させた状態で、通常の方法により分子線結晶成長を行っ
た。また負電荷の中和には〜０．１ｋＶの加速電圧によ
るアルゴンイオンを用い゛た。電子線、イオンともに≦
１ｋＶの低加速電圧で用いることは、基板結晶表面の衝
撃損傷を防ぐうえで重要である。
の電子線を直径５ ｃｍのガリウム砒素基板結晶上に照
射することにより、基板結晶表面上に１０−３〜１０−
２クーロン／ ｃｍ２の面密度で電子による負電荷を生
じさせることができた。このように基板結晶表面を帯電
させた状態で、通常の方法により分子線結晶成長を行っ
た。また負電荷の中和には〜０．１ｋＶの加速電圧によ
るアルゴンイオンを用い゛た。電子線、イオンともに≦
１ｋＶの低加速電圧で用いることは、基板結晶表面の衝
撃損傷を防ぐうえで重要である。
第３図は上記の方法でアンドープＧａＡＳを成長ざぜた
場合のアクセプタ不純物濃度ＮＡと、成長時に照射した
０、５ｋＶの加速電圧による電子線の電流との関係につ
いて示したものである。同図から電子線の照射によりア
クセプタ不純物の取込みが大幅に低減することがわかる
。
場合のアクセプタ不純物濃度ＮＡと、成長時に照射した
０、５ｋＶの加速電圧による電子線の電流との関係につ
いて示したものである。同図から電子線の照射によりア
クセプタ不純物の取込みが大幅に低減することがわかる
。
［発明の効果］
以上説明したように、分子線結晶成長において、基板結
晶表面に電子線を照射して基板結晶表面を負の帯電状態
に保つことにより、不純物原子の結晶中への取込みを低
減ないし制御することかでき、背景不純物の少ない高品
質の半導体のエピタキシャル成長結晶が得られる。
晶表面に電子線を照射して基板結晶表面を負の帯電状態
に保つことにより、不純物原子の結晶中への取込みを低
減ないし制御することかでき、背景不純物の少ない高品
質の半導体のエピタキシャル成長結晶が得られる。
第１図は本発明の方法を実施するための分子線結晶成長
装置の一例を示す概略構成図、第２図は本発明の原理を
示す説明図、第３図は電子線電流とアクセプタ不純物濃
度との関係の一例を示す図でおる。 １・・・ｎ型ＧａＡｓ基板 ２・・・自由電荷空乏層
３・・・空間電荷 ４・・・アクセプタ型不純物分子
装置の一例を示す概略構成図、第２図は本発明の原理を
示す説明図、第３図は電子線電流とアクセプタ不純物濃
度との関係の一例を示す図でおる。 １・・・ｎ型ＧａＡｓ基板 ２・・・自由電荷空乏層
３・・・空間電荷 ４・・・アクセプタ型不純物分子
Claims (1)
- （１）超高真空中で、基板結晶表面に電子線を照射して
該結晶表面を負に帯電させながら結晶成長を行うことを
特徴とする半導体の分子線結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27324787A JPH01115894A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体の分子線結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27324787A JPH01115894A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体の分子線結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01115894A true JPH01115894A (ja) | 1989-05-09 |
| JPH0524880B2 JPH0524880B2 (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17525173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27324787A Granted JPH01115894A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体の分子線結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01115894A (ja) |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP27324787A patent/JPH01115894A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0524880B2 (ja) | 1993-04-09 |
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