JPH02307895A - 化合物半導体の成長方法 - 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） 本発明は化合物半導体の成長方法に関し、特に１原子層
レベルで成長層が制御可能な原子層エピタキシャル成長
方法を利用した成長方法に関する。

（従来の技術） 従来からこの種の原子層エピタキシャル成長としては光
ビームを照射する方法が知られており、その−例が第４
９回応用物理学会学術講演会予稿集分冊１．　Ｐ、　１
９９−、４ａ−Ｗ−１に報告されている。この成長方法
はＩＩＩ族材料としてトリエチルガリウム（略称ＴＥＧ
、分子式（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）をＶ原材料としてアルシ
ン（分子式ＡｓＨ３）を用い、これらのガスを高真空中
で成長温度に加熱保持したガリウム砒素基板に交互に照
射し、アルゴンレーザ光を照射して局所的にエピタキシ
ャル成長させる成長方法となっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしなから、上述した従来の原子層エピタキシャル成
長方法は、レーザ光を用いているため、局所的に成長可
能な領域はレーザ光のスポットサイズで制限されるため
１１１ｍ以下にすることが困難であった。そのため、量
子サイズ効果が顕著になる１１００ｎ以下の微小局所領
域への良好なエピタキシャル層の成長が出来ないという
欠点があった。

また、エピタキシャル層を埋め込む場合に埋め込み層と
の界面の結晶性が悪いという問題点があった。

本発明の目的は、１１００ｎ以下の微小局所領域への良
好なエピタキシャル成長層の形成が可能であり、埋め込
み層との界面の結晶性が良好なエピタキシャル成長方法
を提供することにある。

（問題を解決するための手段） 本発明は真空中に置かれた基板上に原料分子を供給する
ことにより化合物半導体を成長させる方法において、前
記基板温度を前記化合物半導体の構成元素を含む原料分
子が熱分解する温度以下でかつ前記分子が化学吸着可能
な温度に設定し、基板上に前記分子を照射して吸着させ
る工程と、続いて電子線を基板上の所望の領域に照射す
ることにより、表面を活性化させる工程と、前記化合物
半導体の他の構成元素を含む原料分子を基板上に照射す
る工程とを備えた工程とを繰り返し行うことにより選択
的に化合物半導体層を成長させ、その後、基板温度を原
料分子が熱分解可能な温度以上に設定し原料分子を基板
上に供給することにより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のであ
る。

また、選択的成長させた化合物半導体層が周期的ストラ
イプ形状を含み、該ストライプ幅及びストライプ間隔が
原料ガスが熱分解可能な温度での表面原子の拡散距離以
下とすることにより、良好な埋め込み構造が得られる。

（作用） 本発明はすべての化合物半導体の成長に適用できるが以
下ではＩＩＩ　ｅ　Ｖ族化合物半導体を例に説明する。

ＩＩＩ族元素を含む分子を半導体基板上に照射し、ＩＩ
Ｉ族元素を含む分子を半導体基板上に化学吸着させる。

このとき、半導体基板の温度を適当に設定するとＩＩＩ
族元素を含む分子は半導体基板上で解離出来ず、そのた
め新たな吸着に対して不活性であるため単分子吸着とな
る。この後にＩＩＩ族元素を含む分子を解離させるため
に必要なエネルギー以上のエネルギーを有する電子線を
ある局所領域に照射すると、この領域だけＩＩＩ族元素
を含む分子が解離し、新たな吸着に対して活性となる。

この後にＶ族元素を含む分子を照射すると電子線を照射
した活性領域だけに化学吸着し、単原子層が局所的に形
成される。このとき電子線のビーム径は１０ｎｍ、　　
以下に絞ることが可能であるので、１０ｎｍ以下の局所
領域に選択的原子層エピタキシャル成長が実現される。

また、この選択的原子層エピタキシャル成長層を周期的
ストライプ状に形成し、このストライプ幅及びストライ
プ間隔を通常の結晶成長温度における表面原子の拡散距
離以下とすると、埋め込み成長時にＩＩＩ族原子は表面
拡散により先に形成された選択的原子層エピタキシャル
成長層から基板と水平方向にステップ状に成長する。そ
のため、埋め込み層の結晶性が向上し、また選択的原子
層エピタキシャル成長層と埋め込み層との界面の結晶性
も改善することが出来る。

（実施例） 次に本発明について図面を参照して詳細に説明する。

実施例１ 第１図は特許請求の範囲第一項に示した発明の一実施例
を説明するための模式図である。本実施例では、成長装
置として基板加熱及び高真空排気が可能な分子線エピタ
キシャル成長装置を用いた。

まず、ＧａＡｓ基板１上にＩＩＩ族材料としてトリエチ
ルガリウム２（分子式（Ｃ２Ｈ５）３Ｇａ）及び、トリ
エチルアルミニウム３（分子式（Ｃ２Ｈ５）３Ａ１）を
照射する。このときＧａＡｓ基板１の温度はトリエチル
ガリウム２及びトリエチルアルミニウム３が熱分解する
温度（約４００〜６００°Ｃ）以下でかつトリエチルガ
リウム２及びトリエチルアルミニウム３がＧａＡｓ基板
１上に化学吸着しうる温度（約２０°Ｃ〜約２００°Ｃ
）に設定する。この場合トリエチルガリウム２及びトリ
エチルアルミニウム３はＧａＡｓ基板１上に化学吸着す
るが解離出来ないので新たな吸着に対して不活性である
ため単分子層吸着となる（第１図（ａ））。次にトリエ
チルガリウム２及びトリエチルアルミニウム３の供給を
とめ、電子ビーム４を局所的にＧａＡｓ基板１に照射す
る。

電子ビーム４の加速電圧は約１００ｋＶとし、ビーム径
は約１０ｎｍに集束させた。このとき、電子ビーム４が
照射された領域のトリエチルガリウム２及びトリエチル
アルミニウム３は解離し、蒸気圧の高いエチル基（分子
式Ｃ２Ｈ５−）は脱離し、ガリウム原子５及びアルミニ
ウム原子６だけがＧａＡｓ基板１上に残る。

従ってこの電子ビーム照射領域だけが化学吸着に対して
活性な状態となる（第１図（ｂ））。

次に電子ビーム照射を止め砒素分子７を照射すると砒素
分子７は化学吸着に対して活性状態となっている電子ビ
ーム照射領域のガリウム原子５およびアルミニウム原子
６の上にのみ化学吸着し、ＡｌＧａＡｓ単原子層が形成
される。

以下、この工程を繰り返すことにより、量子サイズ効果
が顕著に生じうる微小局所領域にのみ選択的エピタキシ
ャル成長層としてＡｌＧａＡｓエピタキシャル層８を成
長することが出来る。この後に、基板温度を約５００°
Ｃ〜７００°Ｃまでの間に昇温し、通常の分子線エピタ
キシー法により埋め込み層９としてＡｌＧａＡｓエピタ
キシャル成長層８と異なる半導体層（例えばＧａＡｓ）
を成長する。

以上の工程により、量子サイズ効果が顕著に生じる微小
局所領域にのみ良好なエピタキシャル成長層を形成する
ことが出来る。

実施例２ 第２図（ａ）に示すようにＡｌＧａＡｓエピタキシャル
層８を周期的ストライプ形状とし、このストライプ幅及
びストライプ間隔を通常の成長温度（約５００°Ｃ〜約
７５０°Ｃ）における表面原子の拡散距離（約５０人〜
約３００人）程度かそれ以下に形成する。

その後に基板温度を約６００°Ｃに上昇させ、通常の分
子線エピタキシャル成長方法によりＧａＡｓ層１０を成
長する。この時、Ｇａ原子１１は基板に吸着した後表面
拡散するが、ＡｌＧａＡｓエピタキシャル層８のストラ
イプ間隔がＧａ原子１１の表面拡散距離程度かそれ以下
であるため、Ｇａ原子１１はＡｌＧａＡｓエピタキシャ
ル層８まで表面拡散することが出来る（第２図（ｂ））
。従ってＧａＡｓ層１０はＡｌＧａＡｓエピタキシャル
層８から水平方向にステップ状に成長するため、ＧａＡ
ｓ層１０の結晶性が向上する。またＡｌＧａＡｓエピタ
キシャル層８とＧａＡｓ層１０との界面の結晶性も改善
される。以上の工程により良好な埋め込み構造を形成す
ることが出来る（第２図（Ｃ））。

上記実施例においては、ＩＩＩ族原子層の形成において
本発明になる成長方法を用いたが、Ｖ族原子層の形成に
おいても本発明は適用できる。

上記実施例において、ＩＩＩ族化合物としてトリエチル
ガリウムおよびトリエチルアルミニウムを用いたがこれ
にかぎらず他の有機金属化合物、例えばトリメチルガリ
ウム、トリメチルアルミニウムを用いても本発明は適用
出来る。

上記実施例においては、ＩＩＩ族構成元素としてガリウ
ム及びアルミニウム■族構成元素として砒素を用いたが
、これに限らず他の化合物半導体の構成元素、例えば、
インジウム、リン、アンチモン等を用いても本発明は適
用出来る。

上記実施例においては、ＩＩＩ族元素を含む分子として
有機金属化合物を用いたが、これに限らず他の化合物、
例えばガリウムクロライド（分子式〇ａＣ１）、インジ
ウムクロライド（ＩｎＣ１）等の塩化物を用いても本発
明は適用出来る。

また、成長させる化合物半導体層としては、■旧Ｖ族化
合物である必要はなく、例えばＺｎ５ｅ、　ＳｉＣ等で
あっても良い。さらに成長方法はＭＢＥ法に限らず、単
原子層で吸着可能な他の気相成長方法であっても良い。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば電子線を用、いて選
択成長を行うので量子サイズ効果が顕著に生じる１１０
０ｎ以下の微小局所領域においても良好な化合物半導体
のエピタキシャル成長層を形成することか出来る。また
、選択的に形成された化合物半導体層の側壁部分からス
テップ状に埋め込み層が成長するので結晶性の良好な埋
め込み層を形成することが出来る。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の第１の実施倒せ説明するための試料断
面模式図、第２図は発明の第２の実施例を説明するため
の試料断面模式図である。

図において、１・・・ＧａＡｓ基板、２・・・トリエチ
ルガリウム、３・・・トリエチルアルミニウム、４・・
・電子ビーム、５・・・ガリウム原子、６・・・アルミ
ニウム原子、７・・・砒素分子、８・・・ＡｌＧａＡｓ
エピタキシャル層、９・・・埋め込み層、１０・・・Ｇ
ａＡｓ層、１１・・・Ｇａ原子である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空中に置かれた基板上に原料分子を供給するこ
   とにより化合物半導体を成長させる方法において、前記
   基板温度を前記化合物半導体の構成元素を含む原料分子
   が熱分解する温度以下でかつ前記分子が化学吸着可能な
   温度に設定し、基板上に前記分子を照射して吸着させる
   工程と、続いて電子線を基板上の所望の領域に照射する
   ことにより、基板上に吸着した分子を分解し活性化させ
   る工程と、前記化合物半導体の他の構成元素を含む原料
   分子を基板上に照射する工程とを備えた工程とを繰り返
   し行うことにより選択的に化合物半導体層を成長させ、
   その後、基板温度を原料分子が熱分解可能な温度以上に
   設定し原料分子を基板上に供給することにより化合物半
   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。
2. （２）請求項１記載の化合物半導体の成長方法において
   、選択的に成長させた化合物半導体層が周期的ストライ
   プ形状を含み、該ストライプ幅及びストライプ間隔が原
   料ガスが熱分解可能な温度での表面における化合物半導
   体の原子の拡散距離以下としてあることを特徴とする化
   合物半導体の成長方法。