JPH02307894A - 化合物半導体の成長方法 - Google Patents
化合物半導体の成長方法Info
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- JPH02307894A JPH02307894A JP13050889A JP13050889A JPH02307894A JP H02307894 A JPH02307894 A JP H02307894A JP 13050889 A JP13050889 A JP 13050889A JP 13050889 A JP13050889 A JP 13050889A JP H02307894 A JPH02307894 A JP H02307894A
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Landscapes
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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。
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）
化合物半導体結晶の薄膜を材料元素を含む分子線を用い
て望む部位に選択的に成長させる化合物の成長方法に関
する。
て望む部位に選択的に成長させる化合物の成長方法に関
する。
（従来の技術）
真空中に保持、加熱された半導体基板に材料元素を含む
分子を交互に照射する原子層エピタキシャル成長法は、
原子レベルで急峻なペテロ成長界面の形成、光ビーム等
の照射による膜の局所形成等の優れた特徴を有するエピ
タキシャル成長法である。この成長方法を用いたガリウ
ム砒素のエピタキシャル成長の例が第４９回応用物理学
会学術講演会（同予稿集分冊１．４ａ−Ｗ−１、ｐ、１
９９）に報告されている。此の従来例ではＩＩＩ族材料
にはトリエチルガリウム（略称ＴＥＧ、分子式（Ｃ２Ｈ
５）３Ｇａ）、Ｖ族材料にはアルシン（分子式 ＡｓＨ
３）を用い、これらのガスを高真空中で成長温度に加熱
保持されたガリウム砒素基板に交互照射し、アルゴンレ
ーザー光を照射して局所的にエピタキシャル成長させて
いる。本従来例ではレーザー光の照射された領域にガリ
ウム砒素からなる幅０．１ｍｍの線状パターンが形成さ
れている。
分子を交互に照射する原子層エピタキシャル成長法は、
原子レベルで急峻なペテロ成長界面の形成、光ビーム等
の照射による膜の局所形成等の優れた特徴を有するエピ
タキシャル成長法である。この成長方法を用いたガリウ
ム砒素のエピタキシャル成長の例が第４９回応用物理学
会学術講演会（同予稿集分冊１．４ａ−Ｗ−１、ｐ、１
９９）に報告されている。此の従来例ではＩＩＩ族材料
にはトリエチルガリウム（略称ＴＥＧ、分子式（Ｃ２Ｈ
５）３Ｇａ）、Ｖ族材料にはアルシン（分子式 ＡｓＨ
３）を用い、これらのガスを高真空中で成長温度に加熱
保持されたガリウム砒素基板に交互照射し、アルゴンレ
ーザー光を照射して局所的にエピタキシャル成長させて
いる。本従来例ではレーザー光の照射された領域にガリ
ウム砒素からなる幅０．１ｍｍの線状パターンが形成さ
れている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、局所的に形成可能な領域はレーザー光の
スポットサイズで制限されるため、ｌｐｍ以下にするこ
とが困難であった。また、同様の理由によりｌｐｍ程度
の最小寸法であっても０．１ｐｍ以下の高い形成精度が
必要な半導体層への応用が困難であった。そのため、′
量子サイズ効果が顕著になる１０ｎｍ以下の微小局所領
域への選択成長や先導波路等への応用が難しかった。
スポットサイズで制限されるため、ｌｐｍ以下にするこ
とが困難であった。また、同様の理由によりｌｐｍ程度
の最小寸法であっても０．１ｐｍ以下の高い形成精度が
必要な半導体層への応用が困難であった。そのため、′
量子サイズ効果が顕著になる１０ｎｍ以下の微小局所領
域への選択成長や先導波路等への応用が難しかった。
本発明の目的は１０ｎｍ以下の微小局所領域や０．１ｐ
ｍ以下の精度を有する選択成長層の形成ができる化合物
半導体の成長方法を提供することにある。
ｍ以下の精度を有する選択成長層の形成ができる化合物
半導体の成長方法を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明は分子流領域となる真空中に保持された基板上に
２種類以上の構成元素からなる化合物半導体を成長させ
る方法において、前記基板上に前記化合物半導体の原料
分子の供給に続いて電子線を照射する工程を行うことに
より電子線照射領域以外にのみ前記化合物半導体を成長
させることを特徴とする化合物半導体の成長方法を提供
するものである。また、ＩＩＩ族元素の化合物から成る
原料分子、電子線、Ｖ族元素の化合物から成る原料分子
、電子線、原料分子の順に前記基板に照射するかもしく
はＶ族元素の化合物から成る原料分子、電子線、ＩＩＩ
族元素の化合物から成る原料分子の順に前記基板に照射
する工程を繰り返し行うことによりＩＩＬＶ族から成る
化合物半導体を選択的に成長させることができる。
２種類以上の構成元素からなる化合物半導体を成長させ
る方法において、前記基板上に前記化合物半導体の原料
分子の供給に続いて電子線を照射する工程を行うことに
より電子線照射領域以外にのみ前記化合物半導体を成長
させることを特徴とする化合物半導体の成長方法を提供
するものである。また、ＩＩＩ族元素の化合物から成る
原料分子、電子線、Ｖ族元素の化合物から成る原料分子
、電子線、原料分子の順に前記基板に照射するかもしく
はＶ族元素の化合物から成る原料分子、電子線、ＩＩＩ
族元素の化合物から成る原料分子の順に前記基板に照射
する工程を繰り返し行うことによりＩＩＬＶ族から成る
化合物半導体を選択的に成長させることができる。
（作用）
本発明による化合物半導体の成長方法では、１分子層を
成長させる工程が以下の３工程よりなる。ＩＩＩ ｅ
Ｖ族化合物半導体の成長を例にとって説明する。即ち、
第１に、半導体基板にＩＩＩ族元素を含む分子を照射し
全面に化学吸着させる。第２に、局所的に電子線を照射
して化学吸着させた前記分子を局所的に脱離させる。第
３に、■族元素を含む分子を基板全面に照射して、第１
の工程で化学吸着させたＩＩＩ族元素と反応させ１分子
層を形成する。以上の工程の結果、第２の工程に於て電
子線を照射した領域を除いて選択的に１分子層の半導体
層が形成される。この工程を繰り返すことにより必要な
厚さを有する半導体層が選択的に形成される。この選択
的に形成された成長層の面内方向の寸法精度は電子線の
照射精度できまるため、容易に１０ｎｍ以下の微小サイ
ズの成長層もしくは０．１νｍ以下の精度を有するパタ
ーンが形成できる。ここで、第２の工程において用いる
電子線の加速電圧は化学吸着した分子の吸着エネルギー
と基板温度の熱エネルギーとの差より大きいエネルギー
を電子に与えられるよう設定する必要がある。それはこ
の第２の工程では化学吸着した分子を脱離させるために
必要なエネルギーを電子から化学吸着した分子に与える
ことにより吸着した分子を脱離させるからである。但し
、脱離過程に、複数の電子が関与し得る程度に電子電流
を上げられる場合はこの限りではない。但し、半導体基
板の温度は照射分子が単分子吸収する温度を選ぶ必要が
ある。以上ではＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる
場合について説明したが、本発明は原理的に■族やＩＩ
−ＶＩ族など他の化合物半導体層に適用できる。
成長させる工程が以下の３工程よりなる。ＩＩＩ ｅ
Ｖ族化合物半導体の成長を例にとって説明する。即ち、
第１に、半導体基板にＩＩＩ族元素を含む分子を照射し
全面に化学吸着させる。第２に、局所的に電子線を照射
して化学吸着させた前記分子を局所的に脱離させる。第
３に、■族元素を含む分子を基板全面に照射して、第１
の工程で化学吸着させたＩＩＩ族元素と反応させ１分子
層を形成する。以上の工程の結果、第２の工程に於て電
子線を照射した領域を除いて選択的に１分子層の半導体
層が形成される。この工程を繰り返すことにより必要な
厚さを有する半導体層が選択的に形成される。この選択
的に形成された成長層の面内方向の寸法精度は電子線の
照射精度できまるため、容易に１０ｎｍ以下の微小サイ
ズの成長層もしくは０．１νｍ以下の精度を有するパタ
ーンが形成できる。ここで、第２の工程において用いる
電子線の加速電圧は化学吸着した分子の吸着エネルギー
と基板温度の熱エネルギーとの差より大きいエネルギー
を電子に与えられるよう設定する必要がある。それはこ
の第２の工程では化学吸着した分子を脱離させるために
必要なエネルギーを電子から化学吸着した分子に与える
ことにより吸着した分子を脱離させるからである。但し
、脱離過程に、複数の電子が関与し得る程度に電子電流
を上げられる場合はこの限りではない。但し、半導体基
板の温度は照射分子が単分子吸収する温度を選ぶ必要が
ある。以上ではＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる
場合について説明したが、本発明は原理的に■族やＩＩ
−ＶＩ族など他の化合物半導体層に適用できる。
（実施例）
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の詳細な説明する原子層エピタキシャル
成長室の模式図である。本実施例ではＩＩＩ族材料には
トリエチルガリウム（分子式、（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）、
及び、トリエチルインジウム（分子式、（０２Ｈ５）３
Ｉｎ）、Ｖ族材料にはアルシンを用い、これらのガスを
高真空中で成長）温度に加熱保持されたＧａＡｓ基板に
以下の工程で照射してエピタキシャル成長させた。成長
室１０はＧａＡｓ基板１３を成長温度まで加熱、保持す
る基板ホルダ１２、Ａｓ分子線源１４、電子ビーム源１
５、ＴＥＧ分子線源１６、ＴＥＩ分子線源１７か接続さ
れ、真空ポジプ１１で高真空に排気される。Ａｓ分子線
源１４は内部にアルシンガスを熱分解させるためのヒー
ターを備えており、アルシンガスはこのヒーターにより
９５０°Ｃに加熱、熱分解されＡｓ２分子となる。また
、電子ビーム源１５は内部に電子銃、加速電極、集束レ
ンズ、及び偏向電極を備え、必要とする空間分解能以下
に電子ビー゛ムを集束し描画する。
成長室の模式図である。本実施例ではＩＩＩ族材料には
トリエチルガリウム（分子式、（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）、
及び、トリエチルインジウム（分子式、（０２Ｈ５）３
Ｉｎ）、Ｖ族材料にはアルシンを用い、これらのガスを
高真空中で成長）温度に加熱保持されたＧａＡｓ基板に
以下の工程で照射してエピタキシャル成長させた。成長
室１０はＧａＡｓ基板１３を成長温度まで加熱、保持す
る基板ホルダ１２、Ａｓ分子線源１４、電子ビーム源１
５、ＴＥＧ分子線源１６、ＴＥＩ分子線源１７か接続さ
れ、真空ポジプ１１で高真空に排気される。Ａｓ分子線
源１４は内部にアルシンガスを熱分解させるためのヒー
ターを備えており、アルシンガスはこのヒーターにより
９５０°Ｃに加熱、熱分解されＡｓ２分子となる。また
、電子ビーム源１５は内部に電子銃、加速電極、集束レ
ンズ、及び偏向電極を備え、必要とする空間分解能以下
に電子ビー゛ムを集束し描画する。
ＧａＡｓ基板１３上にＩｎＡｓよりなる量子線構造をマ
スクなしで形成する場合は以下の手順で行う。まず、化
学エツチングと脱ガス処理によって表面を清浄化したＧ
ａＡｓ基板１３を基板ホルダ１２に取り付け、真空ポン
プ１１で高真空に排気した。次に、ＧａＡｓ基板１３の
加熱を開始し、基板温度が４００°Ｃを越えた時点でア
ルシンガスをＡｓ分子線源１４に導入してＡｓビームを
照射し基板表面の酸化層除去を行った。基板温度が成長
温度４５０°Ｃに達したのち、ＴＥＧガスをＴＥＧ分子
線源１６に導入して約１１００ｎバツフア層を形成した
。続いて基板温度を３５０°Ｃに保ちヘテロエピタキシ
ャル層を以下の方法で成長させた。即ち、第１にＡｓ分
子線源１４へのアルシンガスの導入を止め、ＴＥＧ分子
をＴＥＧ分子線源１６から照射しＧａＡｓ基板１３の表
面に１分子層を化学吸着させる。このとき過剰なＴＥＧ
分子は化学吸着層の表面には吸着しないため自動的に１
分子層の化学吸着が実現される。第２に電子ビーム源１
５から集束した電子線をＧａＡｓ基板１３上の吸着層に
照射し、幅５ｎｍ、周期１０ｎｍの線状パターンを走査
、描画した。このとき、電子ビームが照射された領域で
化学吸着した分子が脱離する。第３に、Ａｓ分子線源１
４からＡｓ２分子を照射した。以上の第１から第３の工
程により電子線を照射しない部分に１分子層のＩｎＡｓ
層、即ち、量子サイズの幅を有するのＩｎＡｓ１分子層
よりなる細線パターンが形成される。同様の工程を２０
回繰り返すことにより約５ｎｍの厚さのＩｎＡｓ細線が
形成した。最後に電子線を照射せずにＴＥＧ分子線源１
６とＡｓ分子線源１４よりそれぞれ同時にＴＥＧ分子と
Ａｓ２分子を照射し厚さ１１００ｎのＧａＡｓ層を全体
に成長させて前記ＩｎＡｓ細線をＧａＡｓ層で埋め込み
、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子細線構造を成長させた。
スクなしで形成する場合は以下の手順で行う。まず、化
学エツチングと脱ガス処理によって表面を清浄化したＧ
ａＡｓ基板１３を基板ホルダ１２に取り付け、真空ポン
プ１１で高真空に排気した。次に、ＧａＡｓ基板１３の
加熱を開始し、基板温度が４００°Ｃを越えた時点でア
ルシンガスをＡｓ分子線源１４に導入してＡｓビームを
照射し基板表面の酸化層除去を行った。基板温度が成長
温度４５０°Ｃに達したのち、ＴＥＧガスをＴＥＧ分子
線源１６に導入して約１１００ｎバツフア層を形成した
。続いて基板温度を３５０°Ｃに保ちヘテロエピタキシ
ャル層を以下の方法で成長させた。即ち、第１にＡｓ分
子線源１４へのアルシンガスの導入を止め、ＴＥＧ分子
をＴＥＧ分子線源１６から照射しＧａＡｓ基板１３の表
面に１分子層を化学吸着させる。このとき過剰なＴＥＧ
分子は化学吸着層の表面には吸着しないため自動的に１
分子層の化学吸着が実現される。第２に電子ビーム源１
５から集束した電子線をＧａＡｓ基板１３上の吸着層に
照射し、幅５ｎｍ、周期１０ｎｍの線状パターンを走査
、描画した。このとき、電子ビームが照射された領域で
化学吸着した分子が脱離する。第３に、Ａｓ分子線源１
４からＡｓ２分子を照射した。以上の第１から第３の工
程により電子線を照射しない部分に１分子層のＩｎＡｓ
層、即ち、量子サイズの幅を有するのＩｎＡｓ１分子層
よりなる細線パターンが形成される。同様の工程を２０
回繰り返すことにより約５ｎｍの厚さのＩｎＡｓ細線が
形成した。最後に電子線を照射せずにＴＥＧ分子線源１
６とＡｓ分子線源１４よりそれぞれ同時にＴＥＧ分子と
Ａｓ２分子を照射し厚さ１１００ｎのＧａＡｓ層を全体
に成長させて前記ＩｎＡｓ細線をＧａＡｓ層で埋め込み
、ＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子細線構造を成長させた。
上記実施例では材料化合物としてトリエチルガリウム及
びトリエチルインジウムを用いたが、トリメチルガリウ
ム等の他の有機基をもつ有機金属化合物を用いてもよい
。
びトリエチルインジウムを用いたが、トリメチルガリウ
ム等の他の有機基をもつ有機金属化合物を用いてもよい
。
上記実施例では化学吸着層としてアルキル基をもつ分子
層を形成する有機金属材料を用いたが、クロライド基を
持つ分子層を形成する材料であるジエチルガリウムクロ
ライド（分子式、（Ｃ２Ｈ５）２ＧａＣＩ）、及び、ジ
エチルガリウムクロライド （分子式、（Ｃ２Ｈｓ）２
ＩｎＣＩ ）等のアルキルクロライド化物、または、
ガリウムクロライド（分子式、ＧａＣＩ）インジウムク
ラロイド（分子式、ＧａＣＩ）等の塩化物を用いてもよ
い。また二元化合物のみならずＩｎＧａＡｓ、 ＡｌＧ
ａＡｓなどの三元化合物でも良い。この場合、ＩｎとＧ
ａもしくはＡＩとＧａを含む分子を照射後電子線Ａａを
含む分子を照射すれば良い。さらにＩＩＩ−Ｖ族化合物
に限らずＺｎ５ｅなどのＩＩ−ＶＩ族あるいは５ｉＧｅ
などの■族の化合物半導体にも本発明は適用できる。
層を形成する有機金属材料を用いたが、クロライド基を
持つ分子層を形成する材料であるジエチルガリウムクロ
ライド（分子式、（Ｃ２Ｈ５）２ＧａＣＩ）、及び、ジ
エチルガリウムクロライド （分子式、（Ｃ２Ｈｓ）２
ＩｎＣＩ ）等のアルキルクロライド化物、または、
ガリウムクロライド（分子式、ＧａＣＩ）インジウムク
ラロイド（分子式、ＧａＣＩ）等の塩化物を用いてもよ
い。また二元化合物のみならずＩｎＧａＡｓ、 ＡｌＧ
ａＡｓなどの三元化合物でも良い。この場合、ＩｎとＧ
ａもしくはＡＩとＧａを含む分子を照射後電子線Ａａを
含む分子を照射すれば良い。さらにＩＩＩ−Ｖ族化合物
に限らずＺｎ５ｅなどのＩＩ−ＶＩ族あるいは５ｉＧｅ
などの■族の化合物半導体にも本発明は適用できる。
上記実施例では材料化合物としてガリウム及びインジウ
ムのアルキル化合物を用いたが、アルミニウム、燐、砒
素、アンチモン、亜鉛、ベリリウム、等の他の化合物半
導体の構成元素及び不純物の有機化合物や塩化物を用い
てもよい。
ムのアルキル化合物を用いたが、アルミニウム、燐、砒
素、アンチモン、亜鉛、ベリリウム、等の他の化合物半
導体の構成元素及び不純物の有機化合物や塩化物を用い
てもよい。
（発明の効果）
本発明による化合物半導体の成長方法では、電子線を照
射することにより原料分子の吸着を制御し、また−原子
層単位で成長を行うので面内方向に電子線の集束径程度
、層厚方向に１原子層の大きさを有する微小局所領域の
成長が可能となる。微小なヘテロ構造の形成などに応用
できる。
射することにより原料分子の吸着を制御し、また−原子
層単位で成長を行うので面内方向に電子線の集束径程度
、層厚方向に１原子層の大きさを有する微小局所領域の
成長が可能となる。微小なヘテロ構造の形成などに応用
できる。
第１図は本発明の一実施例における原子層エピタキシャ
ル成長室の模式図、 １０ ・・・成長室、１１ ・・・真空ポンプ
、１２ ・・・基板ホルダ、１３ −ＧａＡｓ基
板、１４ −Ａｓ分子線源、１５ ０１．電子ビー
ム源、１６ ・・・ＴＥＧ分子線源、１７ ・
・・ＴＥＩ分子線源を、それぞれ示す。
ル成長室の模式図、 １０ ・・・成長室、１１ ・・・真空ポンプ
、１２ ・・・基板ホルダ、１３ −ＧａＡｓ基
板、１４ −Ａｓ分子線源、１５ ０１．電子ビー
ム源、１６ ・・・ＴＥＧ分子線源、１７ ・
・・ＴＥＩ分子線源を、それぞれ示す。
Claims (2)
- （１）分子流領域となる真空中に設置された基板上に２
種類以上の構成元素からなる化合物半導体を成長させる
方法において、前記基板上に前記化合物半導体の原料分
子の供給に続いて電子線を所望のパターンに照射する工
程を備えることを特徴とする化合物半導体の成長方法。 - （２）III族元素の化合物から成る原料分子、電子線、
Ｖ族元素の化合物から成る原料分子の順に前記基板に照
射するかもしくはＶ族元素の化合物から成る原料分子、
電子線、III族元素の化合物から成る原料分子の順に前
記基板に照射する工程を繰り返し行うことによりIII−
Ｖ族から成る化合物半導体を成長させることを特徴とす
る請求項１記載の化合物成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13050889A JPH02307894A (ja) | 1989-05-23 | 1989-05-23 | 化合物半導体の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13050889A JPH02307894A (ja) | 1989-05-23 | 1989-05-23 | 化合物半導体の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02307894A true JPH02307894A (ja) | 1990-12-21 |
Family
ID=15035961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13050889A Pending JPH02307894A (ja) | 1989-05-23 | 1989-05-23 | 化合物半導体の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02307894A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0729824A (ja) * | 1993-07-07 | 1995-01-31 | Nec Corp | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
-
1989
- 1989-05-23 JP JP13050889A patent/JPH02307894A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0729824A (ja) * | 1993-07-07 | 1995-01-31 | Nec Corp | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
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