JPH0264096A - 半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
半導体薄膜の製造方法Info
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- JPH0264096A JPH0264096A JP21445388A JP21445388A JPH0264096A JP H0264096 A JPH0264096 A JP H0264096A JP 21445388 A JP21445388 A JP 21445388A JP 21445388 A JP21445388 A JP 21445388A JP H0264096 A JPH0264096 A JP H0264096A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
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〕
本発明は、半導体薄膜の結晶成長方法に関するものであ
り、詳しくは基板に印加するバイアス電圧によって成長
させるべき半導体薄膜の導電性を制御する結晶成長方法
に関するものである。
り、詳しくは基板に印加するバイアス電圧によって成長
させるべき半導体薄膜の導電性を制御する結晶成長方法
に関するものである。
従来成長させる半導体の導電性を制御する方法としては
、不純物を添加する方法が一般的である。
、不純物を添加する方法が一般的である。
しかしながら、不純物添加による方法では、デバイス作
製上のプロセス時に高温処理を必要とするとき不純物が
拡散し所望の特性が得られない（ＮＩｗａｔａ ｅｔ
ａｌ、、Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、２土
（１９８５）ｐｐ、Ｌ１７〜Ｌ２０．）。また、所望の
特性を得るためには、その拡散の補正をした不純物分布
を予測して成長する必要がある等複雑な問題があった。
製上のプロセス時に高温処理を必要とするとき不純物が
拡散し所望の特性が得られない（ＮＩｗａｔａ ｅｔ
ａｌ、、Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、２土
（１９８５）ｐｐ、Ｌ１７〜Ｌ２０．）。また、所望の
特性を得るためには、その拡散の補正をした不純物分布
を予測して成長する必要がある等複雑な問題があった。
更に、導電性の異なる層を成長する際不純物を切り替え
る必要があるが、装置内に滞留する不純物が成長層内に
取り込まれるため、導電性の異なる層の界面で相互の不
純物の補償効果により、界面の急峻性が保たれないとい
う問題点がある。また、不純物を添加せずに導電性を制
御する方法止しては、ＭＯＶＰＥ （有機金属気相成長
）法において供給する■族ガスと■族有機金属の流量比
、いわゆるＶ／Ｉ［ｌ比を変化させることによってｐ型
、ｉ型、ｎ型の導電性の成長層を得ることができる（Ｓ
、Ｉｔｏ ｅｔ ａｌ、、Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍ、 Ｓｏｃ、、 １２０ （１９７３）
ｐｐ−１４１９、）。しかしながら、このＶ１ｍ比を
変化させる方法では、ガスの切り替えが急峻にならない
ため、導電型の異なった成長層界面での急峻性が得られ
ない、Ｖ／Ｉ［［比を変化させるため成長様式が異なり
成長表面が荒れる、再現性が得られない等の問題点があ
る。また、ＭＢＥ（分子線成長）法においては不純物添
加による方法しか成長層の導電型を制御する方法が無（
、特に高抵抗層を得るためにＦｅ。
る必要があるが、装置内に滞留する不純物が成長層内に
取り込まれるため、導電性の異なる層の界面で相互の不
純物の補償効果により、界面の急峻性が保たれないとい
う問題点がある。また、不純物を添加せずに導電性を制
御する方法止しては、ＭＯＶＰＥ （有機金属気相成長
）法において供給する■族ガスと■族有機金属の流量比
、いわゆるＶ／Ｉ［ｌ比を変化させることによってｐ型
、ｉ型、ｎ型の導電性の成長層を得ることができる（Ｓ
、Ｉｔｏ ｅｔ ａｌ、、Ｊ、Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍ、 Ｓｏｃ、、 １２０ （１９７３）
ｐｐ−１４１９、）。しかしながら、このＶ１ｍ比を
変化させる方法では、ガスの切り替えが急峻にならない
ため、導電型の異なった成長層界面での急峻性が得られ
ない、Ｖ／Ｉ［［比を変化させるため成長様式が異なり
成長表面が荒れる、再現性が得られない等の問題点があ
る。また、ＭＢＥ（分子線成長）法においては不純物添
加による方法しか成長層の導電型を制御する方法が無（
、特に高抵抗層を得るためにＦｅ。
Ｍｎ、Ｃｒ−０等の遷移金属を不純物として添加すると
、結晶品質が著しく劣化するという問題点がある（Ｄ、
Ｄｅｓｉｍｏｎｅ ｅＬ ａｌ、、Ｊ、Ａｐｐｌ、
Ｐｈｙｓ、、５３ （１９８２） ｐｐ、４９８３〜４
９４２．）。
、結晶品質が著しく劣化するという問題点がある（Ｄ、
Ｄｅｓｉｍｏｎｅ ｅＬ ａｌ、、Ｊ、Ａｐｐｌ、
Ｐｈｙｓ、、５３ （１９８２） ｐｐ、４９８３〜４
９４２．）。
上記に述べた従来法では、デバイス作製時に不純物が拡
散し所望の特性が得られない、急峻な成長界面が得られ
ない、成長表面が荒れ再現性が得られない、といったよ
うな不都合を生じていた。
散し所望の特性が得られない、急峻な成長界面が得られ
ない、成長表面が荒れ再現性が得られない、といったよ
うな不都合を生じていた。
そこで本発明は上記の欠点を改善するため発明されたも
ので、不純物を添加せずに成長し、しかも高エネルギー
イオンが無いというマイクロ波電子サイクロトロン共鳴
プラズマの特徴を保持しつつ、基板に入射する粒子のエ
ネルギーを制御し成長層の導電性を簡単にかつ急速に制
御する方法を提供することを目的とするものである。
ので、不純物を添加せずに成長し、しかも高エネルギー
イオンが無いというマイクロ波電子サイクロトロン共鳴
プラズマの特徴を保持しつつ、基板に入射する粒子のエ
ネルギーを制御し成長層の導電性を簡単にかつ急速に制
御する方法を提供することを目的とするものである。
本発明はマイクロ波電子サイクロトロン共鳴プラズマ源
と発散磁界を組み合わせることにより、１つもしくは複
数の半導体構成元素あるいは還元性もしくは不活性元素
のイオン電子とともに基板に輸送し、そのままもしくは
基板設置室に他の半導体構成元素を含むガスを導入しつ
つ、基板支持部に直流電圧を印加し、基板結晶上に輸送
される価電粒子のエネルギーを制御することを最も主要
な特徴とする。
と発散磁界を組み合わせることにより、１つもしくは複
数の半導体構成元素あるいは還元性もしくは不活性元素
のイオン電子とともに基板に輸送し、そのままもしくは
基板設置室に他の半導体構成元素を含むガスを導入しつ
つ、基板支持部に直流電圧を印加し、基板結晶上に輸送
される価電粒子のエネルギーを制御することを最も主要
な特徴とする。
すなわち、本発明によるならば、印加する直流電圧を外
部から変えることによって節単にかつ急速に、基板結晶
上に輸送される価電粒子のエネルギーを数エレクトロン
ボルトから数十エレクトロンボルトの範囲に制御しつつ
必要なだけ基板にＩｔｏ送することができ、成長膜中に
与えるダメージを制御することが出来る。その結果、成
長層の導電型が制御でき、不純物を添加することなしに
成長層の導電型を制御することができることを特徴とす
る化合物半導体の結晶成長方法が提供される。
部から変えることによって節単にかつ急速に、基板結晶
上に輸送される価電粒子のエネルギーを数エレクトロン
ボルトから数十エレクトロンボルトの範囲に制御しつつ
必要なだけ基板にＩｔｏ送することができ、成長膜中に
与えるダメージを制御することが出来る。その結果、成
長層の導電型が制御でき、不純物を添加することなしに
成長層の導電型を制御することができることを特徴とす
る化合物半導体の結晶成長方法が提供される。
次に本発明において用いられる装置の概略を示す。
第１図（イ）においてｌは成長室で内部に基板結晶２が
支持されている。３は排気ポンプへの連結口、４はガス
導入口、５はプラズマ遮蔽板、６は固体材料暴発用セル
、７は空洞共振形プラズマ生成室、８はプラズマ、９は
方形導波管、１０はマグネット、１１は石英窓、１２は
基板支持部を示す。第１図（ロ）はマグネット１０によ
る発散磁界の分布を示すもので、同図に示すように空洞
共振形プラズマ生成室から成長室へ向かって磁界の強さ
を減少させており、その結果プラズマが発散して引き出
されるものである。第１図（ハ）は基板周辺部を拡大し
たちので、１２のプラズマ遮蔽板と基板結晶２の支持部
１２との間に直流電圧を印加している。
支持されている。３は排気ポンプへの連結口、４はガス
導入口、５はプラズマ遮蔽板、６は固体材料暴発用セル
、７は空洞共振形プラズマ生成室、８はプラズマ、９は
方形導波管、１０はマグネット、１１は石英窓、１２は
基板支持部を示す。第１図（ロ）はマグネット１０によ
る発散磁界の分布を示すもので、同図に示すように空洞
共振形プラズマ生成室から成長室へ向かって磁界の強さ
を減少させており、その結果プラズマが発散して引き出
されるものである。第１図（ハ）は基板周辺部を拡大し
たちので、１２のプラズマ遮蔽板と基板結晶２の支持部
１２との間に直流電圧を印加している。
以下に本発明による方法の実施例を説明する。
〔実施例１〕
第２図（イ）は、他の成長条件を一定にして基板バイア
ス電圧のみを変化させたときの成長層の電気的移動度を
示す。
ス電圧のみを変化させたときの成長層の電気的移動度を
示す。
実施例１の成長条件
・アルシン流量：４０ＳＣＣＭ
・Ｃａミセル度＝９００°Ｃ
・マイクロ波周波数、電カニ２．４５ＧＨ２，１０Ｗ
・成長時間および成長層厚：１時間、０．８μｍ基板お
よび基板温度二半絶縁性ＧａＡｓ、６３０°Ｃ 図に示すように、基板バイアス電圧のアースに対する負
極性側では移動度が減少しほぼ一定となっている。一方
正極性側では＋ＩＯＶで極大を示し、再び減少している
。また、第２図（ロ）に示すように、これらの成長層の
キャリア濃度についても基板バイアス電圧により変化し
、半絶縁性層（キャリア濃度： １０ ” ｃ ｍ−’
）から導電Ｎ（キャリア濃度：１０” ｃ ｍ−’）ま
で外部から印加する電圧を変化することによって節単に
得られることがわかる。これらの結果から明らかなよう
に、本発明による方法においては、不純物を添加せずに
成長層の電気特性が簡単に制御できることが示された。
よび基板温度二半絶縁性ＧａＡｓ、６３０°Ｃ 図に示すように、基板バイアス電圧のアースに対する負
極性側では移動度が減少しほぼ一定となっている。一方
正極性側では＋ＩＯＶで極大を示し、再び減少している
。また、第２図（ロ）に示すように、これらの成長層の
キャリア濃度についても基板バイアス電圧により変化し
、半絶縁性層（キャリア濃度： １０ ” ｃ ｍ−’
）から導電Ｎ（キャリア濃度：１０” ｃ ｍ−’）ま
で外部から印加する電圧を変化することによって節単に
得られることがわかる。これらの結果から明らかなよう
に、本発明による方法においては、不純物を添加せずに
成長層の電気特性が簡単に制御できることが示された。
また、第２図（ハ）に上述の移動度が極大を示した基板
バイアス電圧Ｏｖ及び＋ＩＯＶで成長したＧａＡｓ層の
フォトルミネッセンス観測結果を通常のＭＢＥ法で成長
したＧａＡｓ層の結果と比較して示す。
バイアス電圧Ｏｖ及び＋ＩＯＶで成長したＧａＡｓ層の
フォトルミネッセンス観測結果を通常のＭＢＥ法で成長
したＧａＡｓ層の結果と比較して示す。
比較したＭＢＥ成長層条件 フォトルミネセンス測定条
件・Ｇａセル温度：９００℃ ・測定温度７４．２Ｋ
・ヒ素圧カニ ３ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ ・励起光ｉ
：Ａｒレーザ（５１４，５ｎｍ）・成長時間、層厚：１
時間、 ０．叱／ｃｍ２０．８μｍ ・基板温度：６３０℃ ・検出器：Ｓ−１型フオート
マルチプライア 図に示すように、本発明による方法を用いて成長した場
合においても基板バイアスＩＯＶの場合はフ第１・ルミ
ネッセンス強度は高純度ＭＢＥ成長層と同等で、かつ表
面状態も鏡面で表面欠陥密度も同様であり、高品質Ｇａ
Ａｓが成長できることが示された。
件・Ｇａセル温度：９００℃ ・測定温度７４．２Ｋ
・ヒ素圧カニ ３ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒ ・励起光ｉ
：Ａｒレーザ（５１４，５ｎｍ）・成長時間、層厚：１
時間、 ０．叱／ｃｍ２０．８μｍ ・基板温度：６３０℃ ・検出器：Ｓ−１型フオート
マルチプライア 図に示すように、本発明による方法を用いて成長した場
合においても基板バイアスＩＯＶの場合はフ第１・ルミ
ネッセンス強度は高純度ＭＢＥ成長層と同等で、かつ表
面状態も鏡面で表面欠陥密度も同様であり、高品質Ｇａ
Ａｓが成長できることが示された。
〔実施例２〕
本発明による方法において、導電性の簡単かつ急速な制
御が可能であることを示すために、成長中に基板バイア
ス電圧を変化させて成長した。第３図（イ）において、
ｎ型ＧａＡｓ基板３１の上に基板バイアス電圧＋ｔＯＶ
で成長した低抵ｔ３！ｉ、ＪＩ３２と基板バイアス電圧
、−５Ｖで成長した高抵抗層３３を交互に積み重ねた、
いわゆる超格子構造の断面様弐図を示す。基板バイアス
電圧以外の成長条件は、実施例１の場合と同様である。
御が可能であることを示すために、成長中に基板バイア
ス電圧を変化させて成長した。第３図（イ）において、
ｎ型ＧａＡｓ基板３１の上に基板バイアス電圧＋ｔＯＶ
で成長した低抵ｔ３！ｉ、ＪＩ３２と基板バイアス電圧
、−５Ｖで成長した高抵抗層３３を交互に積み重ねた、
いわゆる超格子構造の断面様弐図を示す。基板バイアス
電圧以外の成長条件は、実施例１の場合と同様である。
また、成長層表面にショットキー電極を蒸着し、Ｃ−■
測定によってこの成長層のキャリア濃度の深さ分布を求
めたものを第３図（ロ）に示す。図に示すように、低抵
抗層３２と高抵抗層３３との界面でキャリア濃度が急峻
に変化しており、不純物の拡散にともなうキャリア濃度
のゆるやかな変化等は見られていない。
測定によってこの成長層のキャリア濃度の深さ分布を求
めたものを第３図（ロ）に示す。図に示すように、低抵
抗層３２と高抵抗層３３との界面でキャリア濃度が急峻
に変化しており、不純物の拡散にともなうキャリア濃度
のゆるやかな変化等は見られていない。
上述の実施例１、実施例２では、成長させる半導体とし
てのＧａＡｓとしたが例えばＩｎＰ、ＧａＡｓ基板上、
ＩｎＡｓおよびそれらを適当な割合で混合したいわゆる
混晶の化合物半導体結晶成長の場合にもＧａＡｓ成長の
場合と同様のことが実現できる。
てのＧａＡｓとしたが例えばＩｎＰ、ＧａＡｓ基板上、
ＩｎＡｓおよびそれらを適当な割合で混合したいわゆる
混晶の化合物半導体結晶成長の場合にもＧａＡｓ成長の
場合と同様のことが実現できる。
またマイクロ波原子サイクロトロン共鳴による励起は■
族元素を含むガスに対して行ったが、例えば■族元素を
含むガス、更に水素、アルゴンなど成長層内にほとんど
残留しないものを用いることもできる。
族元素を含むガスに対して行ったが、例えば■族元素を
含むガス、更に水素、アルゴンなど成長層内にほとんど
残留しないものを用いることもできる。
なお後者の場合は、成長膜構成元素は従来の分子線エピ
タキシャル法と同様の方法により供給することとなる。
タキシャル法と同様の方法により供給することとなる。
更に、上記実施例ではＧａＡｓ基板上に基板材料と同一
材料のＧａ、Ａｓの結晶を成長させたが、基板材料と異
なる材料の結晶を成長させる。すなわちヘテロエピタキ
シャル成長させる場合にも、本発明の方法は適用するこ
とができる。
材料のＧａ、Ａｓの結晶を成長させたが、基板材料と異
なる材料の結晶を成長させる。すなわちヘテロエピタキ
シャル成長させる場合にも、本発明の方法は適用するこ
とができる。
以上説明したように、本発明によれば、不純物を添加し
ないで印加する基板バイアス電圧を外部から変化させる
ことによって、簡単に成長層の導電性制御が実現でき、
表面状態および電気的特性について高品質で、かつ導電
性のの変化が界面で急峻となっている半導体薄膜が得ら
れる利点がある。
ないで印加する基板バイアス電圧を外部から変化させる
ことによって、簡単に成長層の導電性制御が実現でき、
表面状態および電気的特性について高品質で、かつ導電
性のの変化が界面で急峻となっている半導体薄膜が得ら
れる利点がある。
第１図（イ）は本発明において用いら″れる装置の概略
図、（ロ）は発散磁界の分布、（ハ）は基板支持部の拡
大図、第２図（イ）は成長層の°電気的移動度の基板バ
イアス依存性、（ロ）は成長層のキャリア濃度の基１反
バイアス電圧依存性、（ハ）は基板バイアス電圧＋ｌＯ
■で成長したＧａＡｓ層の４．２にフォトルミネッセン
ス観測結果、第３図（イ）は基板バイアス電圧を各層ご
とに交互に変化させて作製した超格子構造の模式図、（
ロ）はＣ−Ｖ測定により求めたキャリア濃度の深さ分布
である。 第１図（イ）、（ロ）、（ハ）において■は成長室 ２は基板結晶 ３は排気ポンプへの連結口 ４はガス導入口 ５はプラズマ遮蔽板 ６は固体材料蒸発用セル フは空洞共振形プラズマ生成室 ８はプラズマ ９は方形導波管 １０はマグネット １１は石英窓 １２は基板支持部 特許出廓人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 玉 蟲 久方部 （外２名） 第 １ 図 第
図、（ロ）は発散磁界の分布、（ハ）は基板支持部の拡
大図、第２図（イ）は成長層の°電気的移動度の基板バ
イアス依存性、（ロ）は成長層のキャリア濃度の基１反
バイアス電圧依存性、（ハ）は基板バイアス電圧＋ｌＯ
■で成長したＧａＡｓ層の４．２にフォトルミネッセン
ス観測結果、第３図（イ）は基板バイアス電圧を各層ご
とに交互に変化させて作製した超格子構造の模式図、（
ロ）はＣ−Ｖ測定により求めたキャリア濃度の深さ分布
である。 第１図（イ）、（ロ）、（ハ）において■は成長室 ２は基板結晶 ３は排気ポンプへの連結口 ４はガス導入口 ５はプラズマ遮蔽板 ６は固体材料蒸発用セル フは空洞共振形プラズマ生成室 ８はプラズマ ９は方形導波管 １０はマグネット １１は石英窓 １２は基板支持部 特許出廓人 日本電信電話株式会社 代理人 弁理士 玉 蟲 久方部 （外２名） 第 １ 図 第
Claims (2)
- （１）気相状態にある物質から半導体薄膜結晶を成長さ
せる場合、前記気相状態にある物質をマイクロ波電子サ
イクロトロン共鳴プラズマにより励起して結晶成長を行
う方法において、成長させるべき結晶の構成元素および
還元性もしくは不活性元素からなるグループから選ばれ
た１つもしくは複数の気相物質に対して前記プラズマに
より励起を行うこととし、前記の励起された物質をプラ
ズマ生成室から基板結晶方向に向かって磁界の強さが減
少する発散磁界により基板結晶上に輸送させ、結晶成長
を行うことを特徴とする半導体薄膜の製造方法。 - （２）気相状態にある物質から半導体薄膜結晶を成長さ
せる場合、前記気相状態にある物質をマイクロ波電子サ
イクロトロン共鳴プラズマにより励起して結晶成長を行
う方法において、前記の励起された物質をプラズマ生成
室から基板結晶方向に向かって磁界の強さが減少する発
散磁界により基板結晶上に輸送させ、基板支持部にバイ
アス電圧を２つ以上のレベルに周期的あるいは予め設定
した順番に変化させ印加しつつ、結晶成長を行うことを
特徴とする半導体薄膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21445388A JPH0264096A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | 半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21445388A JPH0264096A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | 半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0264096A true JPH0264096A (ja) | 1990-03-05 |
Family
ID=16656007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21445388A Pending JPH0264096A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | 半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0264096A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5697333B2 (ja) * | 2007-05-25 | 2015-04-08 | 国立大学法人東北大学 | 化合物系薄膜及びその形成方法、並びにその薄膜を用いた電子装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6240386A (ja) * | 1985-08-15 | 1987-02-21 | Ulvac Corp | Ｅｃｒプラズマ処理装置 |
-
1988
- 1988-08-29 JP JP21445388A patent/JPH0264096A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6240386A (ja) * | 1985-08-15 | 1987-02-21 | Ulvac Corp | Ｅｃｒプラズマ処理装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5697333B2 (ja) * | 2007-05-25 | 2015-04-08 | 国立大学法人東北大学 | 化合物系薄膜及びその形成方法、並びにその薄膜を用いた電子装置 |
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