JPH01230495A - 半導体結晶の成長方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体結晶の成長方法、特に有機金属気相成長
法を用いた半導体結晶の成長方法に関する。

（従来の技術） 従来から、半導体結晶の熱分解気相エピタキシャル成長
方法として所謂有機金属気相成長方法が知られており、
特に近年、原子（あるいは分子）−層ごとに成長を行う
所謂原子層エピタキシ（ＡＬＥ＞成長技術が開発されて
いる。そして、上述の成長法では、半導体結晶の成長方
向に十分高い精度が得られているが、横方向に対する成
長については制御できない状態にある。

また、横方向への半導体結晶の成長を制御するためには
、例えば、［エピタキシャル成長技術実用データ集、第
１分冊」５７ページ以降に記載されているように予め基
板表面にマスク材料を用いてパターンを形成しておく方
法、及び結晶成長中に基板に粒子ビーム（光を含む）を
照射する方法か知られている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上述の横方向への半導体結晶の成長制御にお
いて、マスクパターンを用いる方法では、一般にマスク
材料と半導体結晶材料とか異なるため、マスク材料と結
晶材料との界面及びマスク端部に物理的及び化学的に種
々不適合が発生するばかりでなく、マスク部分に結晶の
再成長を行う際、−旦反応器から基板を取り出してマス
クパターンの除去を行わなければならず、工程（プロセ
ス）数か多くなり、結晶表面の変質が生ずる等の問題点
がある。

一方、粒子ビームを照射する方法では、粒子ビームのエ
ネルギーによって成長中の結晶特性か損なわれてしまい
、良好なデバイスが得られないという問題点がある。

（課題を解決するための手段） 本発明では、熱分解気相エピタキシャル法を用いて基板
上に半導体結晶の成長を行う際、該半導体結晶を構成す
る元素の少なくとも一種を含み、第１の熱分解温度の成
長用原料気体（低温分解カス）及び該第１の熱分解温度
よりも高い第２の熱分解温度の成長用原料気体（高温分
解カス）を用い、前記第１の熱分解温度を超え、前記第
２の熱分解温度未満の温度に基板温度を保持するように
したことを特徴としており、さらに半導体結晶の製造の
際には、前記第２の熱分解温度の成長用原料気体を供給
する第１の工程と、粒子ビームを前記基板に予め定めら
れたパターンで照射する第２の工程と、前記第１の熱分
解温度の成長用原料気体を供給する第３の工程とを有す
ることを特徴としている。

（作　用） 本発明では、高温分解カスより低く、低温分解ガスより
高い温度に基板温度を保持して、基板に高温分解カスを
吸着させ、粒子ビームを用いて所定のパターンで基板を
照射して、この粒子ビームの作用により吸着している高
温分解ガスを局所的に分解させる。即ち粒子ビームを照
射した部分にはエピタキシャル成長がおこったことにな
る。

このパターン部分以外の部分には未分解の高温分解カス
で覆われている。次に低温分解カスを用いてエピタキシ
ャル成長を行なうと、粒子ビームを照射した部分では結
晶表面が露出しているので低温分解カスの吸着がおこり
、そこで、熱分解、エピタキシャル成長のプロセスか進
行する。他方未分解の高温分解ガスで覆われている部分
では、低温分解カスの吸着が妨げられるため結晶成長か
おこらない。即ち、高温分解カスを基板に吸着させ、マ
スクとして用いていることがわかる。

（実施例） 以下本発明について実施例によって説明する。

なお、ここでは、砒化カリウム（ＧａＡｓ）のニピタキ
シャル成長について説明する。

ここで、原料気体として、カリウムを含有する二種類の
ガス、即ち、高温分解カスとしてトリメチルカリウム（
以下ＴＭＧという）及び低温度分解ガスとしてトリメチ
ルカリウム（以下ＴＥＧという）を準備した。また、砒
素を含有する原料としてアルシンを用いた。

第１図を参照して、第１の実施例について説明する。

まず、基板としてＧａＡｓ単結晶を用意して、所定の処
理を行った後、高真空反応容器中にＧａＡｓ基板を配置
した。そして、反応容器中にアルシンのみを供給しつつ
加熱し、ＧａＡｓ基板のクリーニングを行った後、基板
温度を３００℃〜４５０℃に保持した。

ここでアルシンの供給を停止しく時間Ｔ、）、反応容器
内を十分排気した後、ＴＭＧを、ＧａＡｓ基板表面が吸
着層で覆われるに十分な量だけ反応容器に供給した。さ
らにＴＭＧを反応容器内に供給しながら、所定のパター
ンで基板衣面上にアルゴンレーザを照射した（時間Ｔ１
〜　、Ｔ２）。その後、ＴＭＧの供給を停止するととも
に、アルゴンレーザの照射を停止しく時間Ｔ２）、反応
容器内を十分に排気して（時間Ｔ２〜Ｔ３）アルシンを
反応容器内に過剰に供給した（時間Ｔ２）。この際、ア
ルゴンレーザにより分解されたカリウムとアルシンとが
反応して、基板上にＧａＡｓのエピタキシャル成長層が
形成される。

次にアルシンを供給しつつ、反応容器内にＴＥＧを供給
した（時間Ｔ４）。この際ＴＥＧは上記基板温度で熱分
解するから、基板上にＧａＡｓが成長する。時間Ｔ５で
ＴＥＧの供給を停止し、成長反応を終了さぜな。そして
、時間Ｔ６でアルシンの供給を停止しな。

上述のようにして成長さぜたＧａＡｓ結晶を観察したと
ころ、アルゴンレーザを照射した部分にのみ成長が認め
られ、さらにフォトルミネセッスンスの測定を行なった
際、十分な結晶成長が得られることがわかった。

次に、第２図に示すように、第２の実施例では、アルゴ
ンレーザの照射タイミングをＴＭＧの供給を停止した後
、即ち、時間Ｔ２〜Ｔ３のタイミングで行い、他は上述
の第１の実施例と同様に行ったところ、アルゴンレーザ
を照射した部分のみに結晶成長か認められ、さらに十分
な結晶成長か得られた。

また、第３の実施例として、アルゴンレーザに代えて、
電子ビームを用い、他は第１の実８１例と同様に行った
ところ、第１の実施例と同様の結果が得られた。

さらに、第４の実施例を第３図に示す。ここでは、基板
温度を所定の温度に保持しつつ、時間Ｔ６でアルシンの
供給を停止した後、時間Ｔ′１で再びＴＭＧを反応容器
に供給し、同時に時間Ｔ１〜Ｔ２でアルゴンレーザを基
板に照射した際と異なるパターン、即ち、基板上の異な
る箇所をアルゴンレーザで照射した（時間Ｔ′＋〜Ｔ′
２）。

以後、時間Ｔ′２でＴＭＧの供給を停止するとともに、
アルゴンレーザの照射を停止し、反応容器内を十分に排
気して（時間′「′２〜Ｔ′３）、アルシンを反応容器
内に過剰に供給しな（時間Ｔ′、）。次にアルシンを供
給しつつ、反応容器内にＴＥＧを供給した（時間Ｔ′４
）、そして、時間′［′、で’Ｉ”　Ｅ　Ｇの供給を停
止し、時間Ｔ′６でアルシンの供給を停止した。

この結果、時間Ｔ１〜Ｔ２、及び時間Ｔ′、〜Ｔ′２に
おいてアルゴンレーザを照射した基板部分のみに結晶成
長か認められた。

上述の実施例では、Ｇ　ａ　Ａ　ｓの結晶成長について
説明したが、原料気体としては、熱分解温度が十分に異
なる２種の原料気体を用いれはよく、また、高温分解カ
スとしては、粒子ビームで分解可能であればよく、他の
化合物半導体及びシリコン等の結晶成長に適用できる。

さらに、基板上に気体を吸着させ、この吸着気体をマス
クとして、選択的に半導体結晶を成長させることも可能
である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、基板上の任意の
箇所に結晶成長を容易にしかも高品位で行うことができ
、さらに、基板面上に特性の異なる領域を形成すること
も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のプロセスを説明するための
図、第２図は本発明の他の実施例のプロセスを説明する
ための図、第３図は本発明のさらに他の実施例のプロセ
スを説明するだめの図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱分解気相エピタキシャル法を用いて、基板上に
   半導体結晶の成長を行う際、該基板上に気体を吸着させ
   、該吸着気体をマスクとして選択的に半導体結晶を成長
   させることを特徴とする半導体結晶の成長方法。
2. （２）熱分解気相エピタキシャル法を用いて基板上に半
   導体結晶の成長を行う際、該半導体結晶を構成する元素
   の少なくとも一種を含み、第１の熱分解温度の成長用原
   料気体及び該第１の熱分解温度よりも高い第２の熱分解
   温度の成長用原料気体を用い、前記第１の熱分解温度を
   超え、前記第２の熱分解温度未満の温度に基板温度を保
   持するようにしたことを特徴とする半導体結晶の成長方
   法。
3. （３）特許請求の範囲第（２）項記載において、前記第
   ２の熱分解温度の成長用原料気体を供給する第１の工程
   と、粒子ビームを前記基板に予め定められたパターンで
   照射する第２の工程と、前記第１の熱分解温度の成長用
   原料気体を供給する第３の工程とを有することを特徴と
   する半導体結晶の成長方法。