JPH0226892A - 分子線エピタキシャル成長方法及び装置 - 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】 〔概　要〕 化合物半導体基板上に半導体のエピタキシャル層を成長
させる分子線エピタキシャル成長方法及び装置に関し、 成長前に施す上記基板の清浄化が、低温で且つ表面モホ
ロジーの劣化なしに行い得て、然も上記エピタキシャル
層が、成長界面部に生ずるキャリア空乏層の小さい良質
なものとなるようにすることを目的とし、 方法においては、真空中で上記基板の表面に反応性ガス
を導入すると共に紫外線を照射するエツチングにより該
基板を清浄化した後、該基板上に上記エピタキシャル層
を分子線エピタキシャル成長により成長させるように構
成し、装置においては、上記清浄化を行うドライエツチ
ング室と、上記分子線エピタキシャル成長を行う成長室
とを具えるように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、化合物半導体基板上に半導体のエピタキシャ
ル層を成長させる分子線エピタキシャル成長方法及び装
置に関する。

真空中で化合物半導体基板を適宜の温度に加熱して、そ
の基板上に半導体元素を分子線状にして照射することに
よりエピタキシャル層を成長させる分子線エピタキシャ
ル成長（ＭＢＥ）法は、超薄膜が制御性良く成長できる
ことや、ヘテロエピタキシャル構造における界面の急峻
性が良いことなどにより、化合物半導体を用いた電子デ
バイスや光デバイス、更には両者を複合搭載したＯＥデ
バイスなどを製造するための結晶成長技術として注目さ
れている。

この複合デバイスを製造する場合には、先行の加工によ
り一部のデバイスを形成した基板上に、再びエピタキシ
ャル層を成長させる必要が生ずるが、その際、そのエピ
タキシャル層を良質にし然も先行形成のデバイスを損ね
ることのないようにすることが重要である。

〔従来の技術〕

化合物半導体基板上に半導体のエピタキシャル層をＭＢ
Ｅで成長する際、エピタキシャル層を良質なものにする
ため成長に先立ち基板を清浄化しており、従来は、その
清浄化方法として次のようなものがある。

■　真空中で成長直前に基板を加熱して自然酸化膜（厚
さ約１０人）を除去するサーマルクリーニング法。

■　例えば「サーマルエツチングによるＭＢＥ−ＧａＡ
ｓ基板前処理効果、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉ
ｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ、２５．１９８６．　ｐ
ｐ、１２１６−１２２０　Ｊなどに示されるサーマルエ
ツチング法。

■　例えば「熱酸化膜形成除去によるＭＢＥ−ＧａＡｓ
基板の清浄化、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ
　Ｐｈｙｓｉｃｓ。

Ｖｏｌ、６３．１９８８．　ｐ、４０４　ｊなどに示さ
れる熱酸化法。

しかしながらこれらの方法は、いずれも基板温度を成長
可能温度より高温に加熱しなければならないものである
。例えばＧａＡｓ基板を例にとれば、成長可能温度が５
００℃程度であるのに対して、■の方法では５８０〜６
００℃以上、■の方法では７５０°Ｃ以上、■の方法で
は６００〜６４０　’Ｃ以上の加熱が必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、これらの方法は、先に述べたようにデバイスが
形成されている基板に再成長を行う場合ニハ、そのデバ
イスの特性に悪影響を与え、その特性を劣化させる問題
を有している。

然も、■の方法の処理に続く成長では、成長界面部にキ
ャリア空乏層が生ずることが知られており、良質なエピ
タキシャル層を得ることが困難である。このキャリア空
乏は、上記処理の後に基板上に残留している不純物特に
残留炭素がアクセプタとなるため生ずるものと考えられ
ている。

■及び■の方法は、処理の程度を強くすることにより上
記残留炭素を除去し得るものであるが、その場合には表
面モホロジーを著しく劣化させる。

このため、表面モホロジーを劣化させない程度に留めざ
るを得なくなり、処理後にある程度の残留炭素が存在し
てしまう。そしてこの処理に続く成長では、■の方法の
場合より改善されるとはいえ、上記のキャリア空乏層が
生じて良質なエピタキシャル層を得ることが困難である
。

そこで本発明は、化合物半導体基板上に半導体のエピタ
キシャル層を成長させるＭＢＥにおいて、成長前に施す
上記基板の清浄化が、低温で且つ表面モホロジーの劣化
なしに行い得て、然も上記エピタキシャル層が、成長界
面部に生ずるキャリア空乏層の小さい良質なものとなる
ようにすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、真空中で上記基板の表面に反応性ガスを導
入すると共に紫外線を照射するエツチングにより該基板
を清浄化する第１工程と、該第１工程の後に該基板上に
上記エピタキシャル層を分子線エピタキシャル成長によ
り成長させる第２工程とを含む本発明のＭＢＥ方法によ
って解決され、また、真空中で上記基板の表面に反応性
ガスを導入すると共に紫外線を照射するエツチングによ
り該基板を清浄化するドライエツチング室と、該ドライ
エツチング室から真空中で搬入される該基板の上に、上
記エピタキシャル層を分子線エピタキシャル成長により
成長させる成長室とを具える本発明のＭＢＥ装置を用い
ることによって解決される。

〔作　用〕

本発明者は、ＭＢＥにおける成長前に施す基板の処理ど
して、基板の表面モホロジーを劣化させることな（、然
も成長界面部に生ずるキャリア空乏層を小さ（させる清
浄化方法を、特願昭６３−０３８９９５号において開示
した。

この清浄化方法は、真空中で基板を５００℃程度に加熱
しながら反応性ガス例えばＨＣＩガスを導入して基板の
表面をエツチングするものであり、成長したエピタキシ
ャル層は極めて良好な結果を得ている。

しかしながらこの方法は、上記温度に基板を加熱するた
め、デバイスが形成されている基板を対象とする場合に
は望ましいものといい難い。

本発明は、この点を改善するため、上記方法のエツチン
グに相当するエツチングを低温で行い得るようにしたも
のである。

即ち、紫外線は、その高いエネルギによって、反応性ガ
スの分解及び基板とガスの反応を促進することができる
。

例えば、光源として低圧水銀ランプを用いれば、第３図
の発光波長特性図に示されるように、２５４ｎｍの紫外
線が容易に得られる。この波長をエネルギ換算すると、
Ｅ＝ｈν　の弐から約４．９ｅＶとなる。そしてこのエ
ネルギは、例えばＧａＡｓ基板とＨＣＩガスとの反応解
離エネルギ（約１．３ｅＶ）に比べて充分に高い。

このことから、紫外線は、基板の温度が低温であっても
上記促進を実現させる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について第１図及び第２図を用いて
説明する。第１図は方法実施例を説明するための図、第
２図は装置実施例の構成図である。

方法実施例は、化合物半導体基板をＳｔドープトｎ型Ｇ
ａＡｓ基板（以下、基板と言う）にし、反応性ガスとし
てＨＣ１＋Ｈ２ガスを用いた場合であり、第１図は、こ
の実施例における基板の温度の変化を示す。

第１工程では、基板をＩ　Ｘｌ０−３〜ｌ　ＸＩＯ’″
’　Ｔｏｒｒ程度の真空中に配置し、基板の表面にＨＣ
１＋Ｈ２ガスを導入しながら紫外線を照射して基板の表
面をエツチングする。ＨＣＩ及びＨ２の供給量はそれぞ
れ２ｃｃ／ｍｉｎ及び１８ｃｃ／ｍｉｎであり、紫外線
の光源には低圧水銀ランプを用い、照射時間は１０〜３
０分程度である。従って第１工程における基板の温度は
、紫外線の照射などにより多少の温度上昇があるものの
、常温に近いといった低温である。

そして基板は、このエツチングにより表面モホロジーが
劣化することなく清浄化される。

その後、第２工程でＭＢＥによりＳｔドープトｎ型Ｇａ
Ａｓのエピタキシャル層を基板上に成長する。

この成長における基板の温度は５００℃であり、エピタ
キシャル層の厚さは０．５μｍである。

このエピタキシャル層について成長界面近傍のキャリア
プロファイルをＣ−■法で測定した結果、成長界面部の
キャリア空乏層は、特願昭６３−０３８９９５号におい
て開示した方法で基板を清浄化した場合とほぼ同等であ
り、先に述べた■の方法とそれに先立つ化学洗浄処理と
を組み合わせて基板を清浄化した場合より約１桁近く小
さくなっていることが確認された。

そして上述から明らかなように上記実施例で示したＭＢ
Ｅ方法は、基板の温度を高くする時期が第２工程即ちエ
ピタキシャル層の成長時に限られるので、デバイスが形
成されている基板を対象にしてもそのデバイスの特性が
劣化する恐れを大幅に緩和する。

なお、上記実施例において、反応性ガスとしたＭＣＩの
代わりに０１２ガスを用いても良い。また、化合物半導
体基板がＧａＡｓ基板以外のものである場合には、反応
性ガスを適宜に選定することにより上記実施例と同様な
結果を得ることができる。

次ぎに装置実施例について説明する。

第２図において、１は基板交換室、２は基板搬送室、３
はＭＢＥ成長室、４はドライエツチング室、５．６はト
ランスファロッド、７Ａ、　７Ｂはガスボンベ、８はバ
ルブ、９は紫外線ランプ、１０はランプ移動機構、１１
はランプ電源、Ｓは化合物半導体基板、である。なお本
装置は、特願昭６３−０３８９９５号において開示した
方法も実施できるように基板加熱オーブン１２を具える
が、本発明方法の実施においては、加熱が不要であり基
板Ｓの支持用とする。

基板交換室ｌは、装置内外の基板Ｓの出し入れを行って
真空引きされる部分であり、不図示の基板搬送機構が基
板ＳをＭＢＥ成長室３やドライエツチング室４に搬入す
る際の基板交換を行う。いうまでもなく基板搬送機構は
基板Ｓの基板交換室１への戻しも行う。

ＭＢＥ成長室３は、通常のＭＢＥ装置の成長室と同様な
ものであり、本発明方法の第２工程となるエピタキシャ
ル層の成長を行う。

ドライエツチング室４は、本発明方法を実施するために
付加した部分であり、真空引きされて本発明方法の第１
工程となるエツチングを行う。

基板搬送室２は、真空引きされて、基板Ｓが基板交換室
１、ＭＢＥ成長室３及びドライエツチング室４の相互間
を移動する際に、その雰囲気を真空に保持する。

トランスファロッド５は、基板搬送機構によって基板搬
送室２に搬入された基板ＳをＭＢＥ成長室３の所定位置
に移送し、またその位置にある基板Ｓを基板搬送機構に
戻す。

トランスファロッド６は、基板搬送機構によってドライ
エツチング室４に搬入された基板Ｓを移送して基板加熱
オーブン１２に支持させ、またそこに支持された基Ｆｉ
、Ｓを基板搬送機構に戻す。

ガスボンベ７Ａ及び７Ｂは、本発明方法の第１工程に用
いる反応性ガスを高圧に収容したボンベで、先の方法実
施例の場合には、それぞれの収容ガスをＨＣＩ及びＨ２
にする。

パルプ８は、本発明方法の第１工程における反応性ガス
の供給量を制御する。

紫外線ランプ９は、本発明方法の第１工程における紫外
線照射の光源であり、ランプ移動機構１０の作動により
、照射時には基板加熱オーブン１２に支持された基板Ｓ
の表面の前方に位置し、その基板Ｓの移動時にはランプ
移動機構１０の側に退避する。ランプ電源１１は紫外線
ランプ９の電源である。

本発明方法を実施する場合、第１工程は、対象とする基
板Ｓを基板交換室１からドライエツチング室４に移送し
基板加熱オーブン１２で支持してから開始する。そして
第２工程は、第１工程の終わった基板Ｓをドライエツチ
ング室４からＭＢＥ成長室３の所定位置に移送してから
開始し、第２工程の終わった基板Ｓは、基板交換室ｌに
戻す。

なおこの装置は、各部の操作を適宜に変えることにより
、特願昭６３−０３８９９５号において開示した方法は
勿論のこと、先に述べた■〜■の方法など種々な方法の
実施にも使用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の構成によれば、化合物半導
体基板上に半導体のエピタキシャル層を成長させるＭＢ
Ｈにおいて、成長前に施す上記基板の清浄化が、低温で
且つ表面モホロジーの劣化なしに行い得て、然も上記エ
ピタキシャル層が、成長界面部に生ずるキャリア空乏層
の小さい良質なものとなる方法及び装置が提供されて、
デバイスが形成されている基板を対象にしてもそのデバ
イスの特性が劣化する恐れを大幅に緩和することができ
、例えばＯＥデバイスなどの安定した製造を可能にさせ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は方法実施例を説明する°ための図、第２図は装
置実施例の構成図、 第３図は低圧水銀ランプの発光波長特性図、である。 図において、 １は基板交換室、 ２は基板搬送室、 ３はＭＢＥ成長室、 ４はドライエツチング室、 ５．６はトランスファロソ ７Ａ、７Ｂはガスボンベ、 ８はバルブ、 ９は紫外線ランプ、 １０はランプ移動機構、 １１はランプ電源、 １２は基板加熱オーブン、 Ｓは化合物半導体基板、 である。 ド、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体基板上に半導体のエピタキシャル層
   を成長させる分子線エピタキシャル成長方法において、 真空中で上記基板の表面に反応性ガスを導入すると共に
   紫外線を照射するエッチングにより該基板を清浄化する
   第１工程と、 該第１工程の後に該基板上に上記エピタキシャル層を分
   子線エピタキシャル成長により成長させる第２工程とを
   含むことを特徴とする分子線エピタキシャル成長方法。
2. （２）化合物半導体基板上に半導体のエピタキシャル層
   を成長させる分子線エピタキシャル成長装置において、 真空中で上記基板の表面に反応性ガスを導入すると共に
   紫外線を照射するエッチングにより該基板を清浄化する
   ドライエッチング室と、 該ドライエッチング室から真空中で搬入される該基板の
   上に、上記エピタキシャル層を分子線エピタキシャル成
   長により成長させる成長室とを具えることを特徴とする
   分子線エピタキシャル成長装置。