JPH02283018A - 半導体基体の処理方法及び半導体の製造方法 - 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 本発明は新しいオプトエレクトロニクス材料として注目
される■−■族化合物半導体の加工及び基体表面にある
加工変質層の除去に関するものと、その基体上への半導
体形成に関するものである。

従来の技術 ■−■族化合物半導体としてセレン化亜鉛の例をあげる
。セレン化亜鉛のバルクより適当な大きさの基板を切り
出し、研磨したものが用いられる。

基板は化学エツチング液より処理された後に、前記基板
表面上にセレン化亜鉛膜を形成している（例えば、ジャ
ーナルオアクリスタルグロー１１９８８年８６巻３２４
〜３２８ページ）。

発明が解決しようとする課題 しかし、基板の切り出し、研磨による基板表面の加工変
質層はμｍのオーダーで存在しており、従来からの化学
エツチングでは、■族元素が表面に残留しやすく、表面
が荒れやすい。そのため、基板を鏡面状態でしかもμｍ
オーダーのエツチングを施すことには化学エツチング液
による方法では不可能であった。清浄にしかも平坦にエ
ツチングされていない基板上へ形成した半導体膜は品質
は十分に高くなかった。

課題を解決するための手段 ｎ−Ｖｌ族元素からなる半導体基板をカソード電極上に
設置し、ハロゲンを含む１０ｍＴｏｒｒ以上８０ｍＴ。

ｒｒ以下の圧力のガスに高周波をかけ放電を起こし、生
じたハロゲンを含むガスのプラズマ中のイオン及び中性
粒子を利用することによって半導体基板エツチングする
。また、こうして加工変質層の除去された基板が得られ
たのち、この基板を真空中で４００℃以上６６０℃以下
の範囲の温度に加熱した後に、成長温度に設定し、基板
上に半導体形成を行なう。

作用 この技術的手段による作用は次のようになる。

ハロゲンを含む１０ｍＴｏｒｒ以上８０ｍＴｏｒｒ以下
の圧力のガスのプラズマによるエツチングは、■−■族
化合物半導体の■族元素を残留させることなく均一にエ
ツチング可能であり、得られた面は、平坦で鏡面を呈し
ており、エピタキシャル成長の基板として十分であるこ
とを発見した。しかもエツチング速度は毎時２μｍ以上
の高速性があり、十分に実用的であることが判明した。

上記の基板処理方法によって得られた加工変質層のない
基板を加熱による熱エツチングにより基板表面上の酸化
膜を取り除いた基板上に形成した半導体膜は高品質であ
る。

実施例 以下、図面に基づき、本発明の一実施例を示す。

第１図（ａ）に示すセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）のバルク
より切り出し、研磨されたＺｎ５ｅ基撮ｌは、まず有機
溶剤によって脱脂・洗浄を行なう。１０は加工変質層で
ある０次に基板処理装置のカソード電極上にＺｎ５ｅ基
板ｌを設置し、装置内を排気する。１Ｏ−６Ｔｏｒｒ程
度の高真空にし、装置内壁やＺ　ｎｓｅ基板に吸着した
物質を排気した後に三塩化ホウ素ガスを基板処理装置に
導入する。塩素ガスまたは塩化水素ガスまたはフロンガ
スまたは臭素ガスまたはヨウ化水素ガス等のハロゲンガ
スにおいても同様の効果がある。電極に高周波をかけ放
電を起こす。３０は三塩化ホウ素のプラズマである高周
波のパワーは約１．１Ｗ１ｃｎ＋２程度である。放電中
、カソード電極を水冷し、Ｚｎ５ｅ基板！の温度が高く
ならないようにした。加工変質層ＩＯの厚さは加工方法
により異なるがおよそ１μｍ以上であるため、エツチン
グ量は１μｍ以上必要である。本実施例では１０８ｍエ
ツチングし、第１図（ｂ）に示す基板を得た。高周波パ
ワー１、Ｈ／Ｉｃａ＋２におけるエツチング速度は三塩
化ホウ素のガス圧が３３ａ＋Ｔｏｒｒのとき、およそ毎
時２０μｍ、また６０ｍＴｏｒｒのときはおよそ毎時３
０μ側と高速度であったことから、エツチング時間はそ
れぞれの場合で３０分間および２０分間であった。１ｏ
μ磨エツチングしたＺｎ５ｅ基板表面は、平坦で鏡面を
呈しており、従来問題となっていたＳｅの残留はなかっ
た。Ｚｎ５ｅ基板として研磨面並びに前述のエツチング
処理した面を用いたＺｎ５ｅのホモエピタキシャル成長
について記す。成長方法としては低温成長であるために
自己補償効果等が抑えられる分子線エピタキシー法また
は有機金属気相成長法が好適である。以下、分子線エピ
タキシー法を用いた場合について記す。前述のＺｎ５ｅ
基板ｌを成長室に導入し、１０−”Ｔｏｒｒ以下の超高
真空下で成長直前に６００℃、１０分間の熱エツチング
を施し、Ｚｎ５ｅ基板１表面に形成された酸化膜を昇華
させ、清浄なＺｎ５ｅ面を出した。

その後、第１図（Ｃ）に示すごとく基板温度を３２５℃
に設定し、亜鉛とセレンのビームを同時に照射すること
によってＺｎ５ｅのホモエピタキシャル１１！２０を形
成する。成長直前の加熱温度は、４００℃から６６０℃
の温度範囲が良い。４００℃以上にすることにより、基
板表面の酸化膜が昇華するが、６６０℃以上ではロー■
族化合物半導体基板自身が、劣下するためである。第５
図に基板処理を行なわない研磨面のＺｎ５ｅ基板に形成
したＺｎ５ｅホモエピタキシヤル膜の１１Ｋにおけるフ
ォトルミネッセンス・スペクトルを示す。高い品質を示
すエキシトン発光は弱く、欠陥等の低品質性に起因する
７発光、Ｓ発光が支配的であり、研磨面上に形成したＺ
ｎ５ｅホモエピタキシヤル膜は低品質である。

三塩化ホウ素のガス圧を３３ｍＴｏｒｒに設定して上記
条件のエツチングを施した基板上に形成したＺｎ５ｅホ
モエピタキシヤル膜のフォトルミネッセンス・スペクト
ルを第３図に示す。三塩化ホウ素のガス圧を６０ｍＴｏ
ｒｒに設定した場合のＺｎ５ｅホモエピタキシヤル膜の
スペクトルを第４図に示す。第３図、第４図共に高い品
質を示すエキシトン発光が支配的であり、低い品質を示
すＹやＳ発光は弱く、この半導体膜は高品質である。以
上に示したように、本発明者らは三塩化ホウ素のプラズ
マによってＺｎ５ｅ基板をエツチング加工することがで
き、そのエツチングされたＺｎ５ｅ基板はＳｅ等の残留
がなく洗浄であることを発見した。また本エツチング方
法によって加工変質層を取り除いたＺｎ５ｅ基板上には
高品質なＺｎ５ｅホモエピタキシヤル膜が形成できるこ
とを発見した。高品質半導体膜が形成できる基板の処理
条件を第２図を用いて説明する。半導体膜の品質は基板
の処理条件の１つである三塩化ホウ素のガス圧に大きく
依存する。Ｚｎ５ｅの品質はＩＩＫにおけるフォトルミ
ネッセンス・スペクトル中の自由励起子発光強度によっ
て表わされる。第２図に示すように三塩化ホウ素の圧力
が８０ｍＴｏｒｒ以下の条件ではホモエピタキシャル膜
は基板よりも高品質になることから、三塩化ホウ素の圧
力は８０ａ＋Ｔｏｒｒ以下にすることが望ましいことを
、本発明者らは発見した。特に、三塩化ホウ素の圧カカ
月０＋＋Ｔｏｒｒから８０ｍＴｏｒｒの範囲にある条件
の場合は処理した基板の品質及びホモエピタキシャル膜
共に高い品質になることを見い出した。なお、本発明に
おいては塩素に限らず、フッ素、臭素、またはヨウ素等
のハロゲン元素を含むガスを用いたＩＩ−Ｖｌ族化合物
半導体の加工及び処理に適用である。硫化亜鉛（ＺｎＳ
）、硫化セレン化曲鉛（ＺｎＳｘＳｅ＋−ｘ）、硫化亜
鉛カドミウム（ＺｎｒＣｄ＋−ＸＳ）、テルル化亜鉛（
ＺｎＴｅ）、テルル化力ドシウム（ＣｄＴｅ）、セレン
化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）
等のイオウまたはセレンまたはテルルまたはホロニウム
を含む■−■族化合物半導体は化学エツチング液による
エツチングでは、イオウまたはセレンまたはテルルまた
はボロニウムが単体として析出し、残留しやすいが、本
発明のごとくハロゲンを含むガスによるエツチングでは
、■族元素と同様に■族元素も取り除くために、清浄な
面が得られることから、■−■族化合物半導体に対して
極めて有効であることを発明した。

エツチングした■−■族化合物半導体上には■−■族化
合物半導体の膜に限らず、Ｇａｒｂ、　ｌｎＰ、　Ｉｎ
Ａｓ。

ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｓｉ　、Ｇｅ等の半導体膜が高品質
に形成することができる。

発明の効果 本発明によれば、■−■族化合物半導体を平坦で清浄な
面に加工することが可能であり、半導体基板上の加工変
質層を取り除いて高品質な半導体膜を形成可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のにおける半導体基板の処理
方法及びエピタキシャル成長の工程を示す断面図、第２
図は三塩化ホウ素のガス圧を変えて基板処理を行なった
場合の、処理したＺｎ５ｅ基板及びＺｎ５ｅホモエピタ
キシヤル膜の１１Ｋにおけるフォトルミネッセンス・ス
ペクトルの自由励起子発光強度の変化を示すグラフ、第
３図は、本発明の一実施例である、三塩化ホウ素のガス
圧３３ｍＴｏｒｒで基板処理を行なったＺｎ５ｅ基板上
に形成したＺｎ５ｅホモエピタキシヤル膜のＩＩＫにお
けるフォトルミネッセンス・スペクトル図、第４図は、
本発明の一実施例である。三塩化ホウ素のガス圧６０ｓ
Ｔｏｒｒで基板処理を行なったＺｎ５ｅ基板上に形成し
たＺｎ５ｅホモエピタキシヤル膜のＩｔＫにおけるフォ
トルミネッセンス・スペクトル図、第５図は、本発明に
従った基板処理を施さずに、研磨面のＺｎ５ｅ基板上に
形成したＺｎ５ｅホモエピタキシヤル膜の■ににおける
フォトルミネッセンス・スペクトル図である。 １・・・・Ｚ　ｎｓｅ基板、１０・・・・加工変質層、
２０・・・・Ｚｎ５ｅホモエピタキシヤル膜、３０・・
・・三塩化ホウ素のプラズマ。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名図 Ｅ塩化ｅつ素力゛ス斥　Ｃ惧Ｔｏ〆と】ｓｔｗ　　　　
　　　　　　ｓｓ。 う！Ｌ　侵　（、ヮ） Ｓρ０　　　　　　　　６！０ ＝ＪＥ　　号　師飢ン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）フッ素または塩素または臭素またはヨウ素のハロ
   ゲン元素のいずれか１つ以上の元素を含む分子から成る
   ガスの圧力を１０ｍＴｏｒｒ以上８０ｍＴｏｒｒ以下の
   範囲に設定した放電雰囲気中で、II族元素とイオウまた
   はセレンまたはテルルまたはポロニウムのいずれか１つ
   以上を含むVI族元素から成るII−VI族化合物半導体をエ
   ッチングすることを特徴とする半導体基体の処理方法。
2. （２）請求項１記載の半導体基体の処理方法により処理
   した基体上に半導体を形成することを特徴とする半導体
   の製造方法。
3. （３）請求項１記載の半導体基体の処理方法により、半
   導体基体の表面から１μｍ以上をエッチングすることを
   特徴とする請求項２記載の半導体の製造方法。
4. （４）エッチングした半導体基体を真空下で４００℃以
   上から６６０℃以下の範囲の温度に加熱した後に、前記
   半導体基板上に半導体を形成する請求項２または３記載
   の半導体の製造方法。
5. （５）エッチングした半導体上に形成する半導体として
   アルミニウムまたはガリウムまたはインジウムのいずれ
   か１つ以上を含むIII族元素と窒素または燐またはヒ素
   またはアンチモンのいずれか１つ以上を含むＶ族元素か
   らなるIII−Ｖ族化合物半導体、またはII族元素とイオ
   ウまたはセレンまたはテルルまたはボロニウムのいずれ
   か１つ以上のIV族元素から成るII−VI族化合物半導体、
   またはシリコンまたはゲルマニウムから成る半導体を用
   いる請求項２から４のいずれかに記載の半導体の製造方
   法。