JPH0291929A - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置の製造方法Info
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- JPH0291929A JPH0291929A JP24691688A JP24691688A JPH0291929A JP H0291929 A JPH0291929 A JP H0291929A JP 24691688 A JP24691688 A JP 24691688A JP 24691688 A JP24691688 A JP 24691688A JP H0291929 A JPH0291929 A JP H0291929A
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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】
〔概要〕
化合物半導体装置の製造方法に関し、
基板結晶の大部分を低温に保持し極めて急峻なヘテロ界
面を形成して、かつ低温成長で生じる炭素原子のエピタ
キシャル膜への取り込み量を減らして低濃度化を実現す
ることができ、高純度なエピタキシャル膜を形成するこ
とができる化合物半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とし、基板を加熱するための光源を備え、該光源
の光を結晶成長が生じない低温下で前記基板に照射し、
被照射部に原料供給律速化下で有機金属気相成長法によ
り結晶成長を生じさせ、前記光を基板上に走査して化合
物半導体層を結晶成長させるように構成する。
面を形成して、かつ低温成長で生じる炭素原子のエピタ
キシャル膜への取り込み量を減らして低濃度化を実現す
ることができ、高純度なエピタキシャル膜を形成するこ
とができる化合物半導体装置の製造方法を提供すること
を目的とし、基板を加熱するための光源を備え、該光源
の光を結晶成長が生じない低温下で前記基板に照射し、
被照射部に原料供給律速化下で有機金属気相成長法によ
り結晶成長を生じさせ、前記光を基板上に走査して化合
物半導体層を結晶成長させるように構成する。
本発明は、化合物半導体装置の製造方法に係り、詳しく
は、特に有機金属気相成長法(MOVPE法とも言い、
MOVPEはMetal Organic Vapor
Phase Epitaxyの略である)を用い、ヘテ
ロ界面を1分子層(3人くらい)以下の膜厚制御をしな
がら高純度なエピタキシャル膜を形成することができる
化合物半導体装置の製造方法に関するものである。
は、特に有機金属気相成長法(MOVPE法とも言い、
MOVPEはMetal Organic Vapor
Phase Epitaxyの略である)を用い、ヘテ
ロ界面を1分子層(3人くらい)以下の膜厚制御をしな
がら高純度なエピタキシャル膜を形成することができる
化合物半導体装置の製造方法に関するものである。
例えば、InP系やGaAs系等のm−v族半導体エピ
タキシャル成長法としてMOVPE法が盛んに研究開発
され、既にいくつかのデバイスがMOVPE法によって
形成されている。近年、超薄膜へテロ接合を用いる超格
子(多重量子井戸)構造のデバイス等では、ヘテロ接合
界面の凹凸の高さや組成遷移領域の厚さが一分子層以下
であることが望まれている(ヘテロ界面はフラットであ
ることが理想的である)。そしてMOVPE法では一分
子層以下(原子層レベル)での膜厚制御が要求されてい
る。
タキシャル成長法としてMOVPE法が盛んに研究開発
され、既にいくつかのデバイスがMOVPE法によって
形成されている。近年、超薄膜へテロ接合を用いる超格
子(多重量子井戸)構造のデバイス等では、ヘテロ接合
界面の凹凸の高さや組成遷移領域の厚さが一分子層以下
であることが望まれている(ヘテロ界面はフラットであ
ることが理想的である)。そしてMOVPE法では一分
子層以下(原子層レベル)での膜厚制御が要求されてい
る。
以下、従来技術について説明する。
第3図〜第5図は従来の有機金属気相成長法について説
明する図であり、第3図は従来例の超格子構造を示す図
、第4図は従来例のへテロ界面の状態を示す図、第5図
は従来例の組成遷移領域を示す図である。
明する図であり、第3図は従来例の超格子構造を示す図
、第4図は従来例のへテロ界面の状態を示す図、第5図
は従来例の組成遷移領域を示す図である。
これらの図において、31a、31b、31c、31d
は例えばlnPからなる第1の半導体層、32a、32
b、32cは例えばrnGaAsからなる第2の半導体
層、33は例えばI nGaAs Pからなる組成遷移
領域である。
は例えばlnPからなる第1の半導体層、32a、32
b、32cは例えばrnGaAsからなる第2の半導体
層、33は例えばI nGaAs Pからなる組成遷移
領域である。
なお、第4図に示すXはへテロ界面の凸凹の高さであり
、第5図に示すYは組成遷移領域33の厚さである。
、第5図に示すYは組成遷移領域33の厚さである。
成長温度が通常500〜800°Cの原料供給律速を利
用する従来のMOVPE法では、第4図に示すヘテロ接
合界面の凹凸の高さXや、第5図に示す組成遷移領域3
3の厚さYを一分子層以下にしたいという要求のため、
基板結晶に吹き付ける原料ガスを極めて素早く切り換え
る技術が開発され、比較的急峻なヘテロ界面が得られる
ようになってきた。原料ガスを切り換える例としては、
例えばIn P ←I n G a A sや、G a
A s −A I G aAs等がある。
用する従来のMOVPE法では、第4図に示すヘテロ接
合界面の凹凸の高さXや、第5図に示す組成遷移領域3
3の厚さYを一分子層以下にしたいという要求のため、
基板結晶に吹き付ける原料ガスを極めて素早く切り換え
る技術が開発され、比較的急峻なヘテロ界面が得られる
ようになってきた。原料ガスを切り換える例としては、
例えばIn P ←I n G a A sや、G a
A s −A I G aAs等がある。
一方、原子層レベルで成長層を制御する技術として成長
温度が250〜400°Cの成長速度律速を利用した原
子層エピタキシャル法(Atomic 1ayerep
itaxy ; A L E法ともいう)が開発され
つつある。ALE法はMOVPE法で行われる高温の成
長温度(500’C〜800°C)では成長させず、非
常に低温のところで成長が行われるものであり、膜厚制
御がMOVPE法よりも優れている。
温度が250〜400°Cの成長速度律速を利用した原
子層エピタキシャル法(Atomic 1ayerep
itaxy ; A L E法ともいう)が開発され
つつある。ALE法はMOVPE法で行われる高温の成
長温度(500’C〜800°C)では成長させず、非
常に低温のところで成長が行われるものであり、膜厚制
御がMOVPE法よりも優れている。
(発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来のMOVPE法にあっては、基板結
晶に吹き付ける原料ガスを極めて素早く切り換える技術
が開発され、比較的急峻なヘテロ界面が得られるように
なってきたが、未だ界面の乱れを一分子層以下にするこ
とができないという問題点があった。これは切り換える
ガス種をどれ程急峻に切り換えた場合でも、第5図に示
すように、例えばInPからなる第1の半導体層31a
の最表面に位置するPと、I nGaAsからなる第2
の半導体層32aを成長するために流すASとが熱力学
的に一部置換して厳密に象、峻なヘテロ界面を形成する
ことができず、両系のAsとPが混じってI nGaA
s Pというような組成i!!Pp領域33が生じてし
まうことによるものである。PはMOVPE法による5
00’C〜800°Cの高温成長の場合、必ずある頻度
で離脱し、Pが離脱したところにAsが入ってしまうの
であり、このPとAsとの置換頻度は成長温度の上昇と
ともに増加する傾向にある。
晶に吹き付ける原料ガスを極めて素早く切り換える技術
が開発され、比較的急峻なヘテロ界面が得られるように
なってきたが、未だ界面の乱れを一分子層以下にするこ
とができないという問題点があった。これは切り換える
ガス種をどれ程急峻に切り換えた場合でも、第5図に示
すように、例えばInPからなる第1の半導体層31a
の最表面に位置するPと、I nGaAsからなる第2
の半導体層32aを成長するために流すASとが熱力学
的に一部置換して厳密に象、峻なヘテロ界面を形成する
ことができず、両系のAsとPが混じってI nGaA
s Pというような組成i!!Pp領域33が生じてし
まうことによるものである。PはMOVPE法による5
00’C〜800°Cの高温成長の場合、必ずある頻度
で離脱し、Pが離脱したところにAsが入ってしまうの
であり、このPとAsとの置換頻度は成長温度の上昇と
ともに増加する傾向にある。
また、ALE法では250°C〜400″Cという低い
成長温度のために、上記MOVPE法によるような問題
は生じないが、原料ガスに含まれる炭素原子のエピタキ
シャル膜への取り込み量が多く低濃度化が実現すること
ができず、高純度なエピタキシャル膜を成長させること
ができないという問題点があった。即ち、低濃度化が実
現できないと、ALE法をデバイス作製に利用すること
ができないのである。
成長温度のために、上記MOVPE法によるような問題
は生じないが、原料ガスに含まれる炭素原子のエピタキ
シャル膜への取り込み量が多く低濃度化が実現すること
ができず、高純度なエピタキシャル膜を成長させること
ができないという問題点があった。即ち、低濃度化が実
現できないと、ALE法をデバイス作製に利用すること
ができないのである。
そこで本発明は、基板結晶の大部分を低温に保持するこ
とによって極めて急峻なヘテロ界面を形成して、ヘテロ
界面の乱れを一分子層以下にすることができ、かつ低温
成長で生じる炭素原子のエピタキシャル膜への取り込み
を生じさせずに低濃度化を実現することができ、高純度
なエビタキシャル膜を形成することができる化合物半導
体装置の製造方法を提供することを目的としている。
とによって極めて急峻なヘテロ界面を形成して、ヘテロ
界面の乱れを一分子層以下にすることができ、かつ低温
成長で生じる炭素原子のエピタキシャル膜への取り込み
を生じさせずに低濃度化を実現することができ、高純度
なエビタキシャル膜を形成することができる化合物半導
体装置の製造方法を提供することを目的としている。
本発明による化合物半導体装置の製造方法は上記目的達
成のため、基板を加熱するための光源を備え、該光源の
光を結晶成長が生じない低温下で前記基板に照射し、被
照射部に原料供給律速化下で有機金属気相成長法により
結晶成長を生じさせ、前記光を基板上に走査して化合物
半導体層を結晶成長させるものである。
成のため、基板を加熱するための光源を備え、該光源の
光を結晶成長が生じない低温下で前記基板に照射し、被
照射部に原料供給律速化下で有機金属気相成長法により
結晶成長を生じさせ、前記光を基板上に走査して化合物
半導体層を結晶成長させるものである。
本発明は、基板を加熱するための光源が備えられ、光源
の光が結晶成長が生じない低温下で基板に照射され、被
照射部に原料供給律速化下の結晶成長が生じ、光が基板
上に走査され、結晶成長される。
の光が結晶成長が生じない低温下で基板に照射され、被
照射部に原料供給律速化下の結晶成長が生じ、光が基板
上に走査され、結晶成長される。
したがって、光の当っていない基板結晶の大部分は低温
に保持されPとAsの置換が生じず、極めて急峻なヘテ
ロ界面を形成してヘテロ界面の乱れを一分子層以下にす
ることができるようになり、かつ熱せられた成長部分は
通常の原料供給律速下の成長が起こり、炭素原子のエピ
タキシャル膜への取り込み量を減らして低濃度化を実現
することができるようになる。
に保持されPとAsの置換が生じず、極めて急峻なヘテ
ロ界面を形成してヘテロ界面の乱れを一分子層以下にす
ることができるようになり、かつ熱せられた成長部分は
通常の原料供給律速下の成長が起こり、炭素原子のエピ
タキシャル膜への取り込み量を減らして低濃度化を実現
することができるようになる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1図及び第2図は本発明に係る化合物半導体装置の製
造方法の一実施例を説明する図であり、第1図は一実施
例の製造装置を示す概略図、第2図は一実施例の基板上
への光の走査を説明する図である。
造方法の一実施例を説明する図であり、第1図は一実施
例の製造装置を示す概略図、第2図は一実施例の基板上
への光の走査を説明する図である。
これらの図において、1は反応室、2は例えばグラファ
イト製からなる基板載置台、3は基板結晶、4は基板載
置台2を加熱するための高周波コイル、5は原料ガスを
導入するための原料ガス導入口、6は排気口、7は光源
、8はスリット、9はミラーで、角度を適宜可変するこ
とができるようになっている。10はミラー9を駆動さ
せるための駆動系、11は光を導入するための窓、12
は線状の開口、13は被照射部で、光が照射されている
部分である。
イト製からなる基板載置台、3は基板結晶、4は基板載
置台2を加熱するための高周波コイル、5は原料ガスを
導入するための原料ガス導入口、6は排気口、7は光源
、8はスリット、9はミラーで、角度を適宜可変するこ
とができるようになっている。10はミラー9を駆動さ
せるための駆動系、11は光を導入するための窓、12
は線状の開口、13は被照射部で、光が照射されている
部分である。
なお、スリット8は線状の開口12を有する。第1図及
び第2図に示す矢印Aは走査される光の照射方向を示し
ている。第1図に示す矢印Yはミラー9の駆動方向を示
している。
び第2図に示す矢印Aは走査される光の照射方向を示し
ている。第1図に示す矢印Yはミラー9の駆動方向を示
している。
次に、その動作原理について説明する。
まず、高周波コイル4により僅かに加熱された基板結晶
3上に目的とする原料ガスを吹き付けながら、光源7よ
り生じた光をスリット8を通して線状の光にし、この線
状の光をミラー9により基板結晶3に照射し、第2図に
示す如く基板結晶3の被照射部13に原料供給律速下の
結晶成長を生じさせる。そして、ミラー9を所定の角度
で適宜振ることによって被照射部13が基板結晶3上全
域に渡るように線状の光を基板結晶3上に矢印への如く
走査して結晶成長させる。
3上に目的とする原料ガスを吹き付けながら、光源7よ
り生じた光をスリット8を通して線状の光にし、この線
状の光をミラー9により基板結晶3に照射し、第2図に
示す如く基板結晶3の被照射部13に原料供給律速下の
結晶成長を生じさせる。そして、ミラー9を所定の角度
で適宜振ることによって被照射部13が基板結晶3上全
域に渡るように線状の光を基板結晶3上に矢印への如く
走査して結晶成長させる。
ここで、基板結晶3は高周波コイル4によって高周波を
基板S!載置台にかけて基板載置台2を加熱することに
より加熱されており、その際の基板結晶3温度は光が照
射されないと結晶成長が生じないように予め低温(30
0°C〜400°C)に設定されている。基板結晶3を
通り過ぎた原料ガスは排気口6より排気される。
基板S!載置台にかけて基板載置台2を加熱することに
より加熱されており、その際の基板結晶3温度は光が照
射されないと結晶成長が生じないように予め低温(30
0°C〜400°C)に設定されている。基板結晶3を
通り過ぎた原料ガスは排気口6より排気される。
対象とする結晶はI n G a A s / I n
Pや!nG a P 7/ G a A sなど、■
族元素が互いに異なるものに対し強い効果がある。
Pや!nG a P 7/ G a A sなど、■
族元素が互いに異なるものに対し強い効果がある。
更に具体的には、光照射されていない部分は予め低温に
保持されているため結晶成長が生じないのであるが、被
照射部13部分のみ局所的に加熱されて原料供給律速下
で・の結晶成長が起こる。そして、被照射部13を基板
結晶3全域に渡るように走査することにより基板結晶3
全面に結晶成長させることができるのである。
保持されているため結晶成長が生じないのであるが、被
照射部13部分のみ局所的に加熱されて原料供給律速下
で・の結晶成長が起こる。そして、被照射部13を基板
結晶3全域に渡るように走査することにより基板結晶3
全面に結晶成長させることができるのである。
すなわち、上記実施例では、第1図及び第2図に示すよ
うに、基板3を加熱するための光源7を備え、光源7の
光を結晶成長が生じない低温下で線状の光として基板3
に照射し、被照射部13に原料供給律速化下での結晶成
長を生じさせ、被照射部13が基板3上全域に渡るよう
に線状の光を基板3上に走査して、エピタキシャル膜を
結晶成長させるようにしたので、橿めて急峻なヘテロ界
面を形成してヘテロ界面の乱れを一分子層以下にするこ
とができ、かつ低温部では結晶成長が生じず、炭素原子
のエピタキシャル膜への取り込み量を減らして低濃度化
を実現することができ、高純度なエピタキシャル膜を形
成することができる。したがって、電子デバイスにおい
ては、低濃度でかっ、急峻なヘテロ界面が実現できるの
で、電子の走行速度が上がり、高速化が実現できる。ま
た、光デバイスにおいては、低濃度でかつ、急峻なヘテ
ロ界面が実現できるので、発光する光のエネルギー分布
が非常に狭いものになってきて、発光狭線巾が狭くなり
性能を向上させることができる。
うに、基板3を加熱するための光源7を備え、光源7の
光を結晶成長が生じない低温下で線状の光として基板3
に照射し、被照射部13に原料供給律速化下での結晶成
長を生じさせ、被照射部13が基板3上全域に渡るよう
に線状の光を基板3上に走査して、エピタキシャル膜を
結晶成長させるようにしたので、橿めて急峻なヘテロ界
面を形成してヘテロ界面の乱れを一分子層以下にするこ
とができ、かつ低温部では結晶成長が生じず、炭素原子
のエピタキシャル膜への取り込み量を減らして低濃度化
を実現することができ、高純度なエピタキシャル膜を形
成することができる。したがって、電子デバイスにおい
ては、低濃度でかっ、急峻なヘテロ界面が実現できるの
で、電子の走行速度が上がり、高速化が実現できる。ま
た、光デバイスにおいては、低濃度でかつ、急峻なヘテ
ロ界面が実現できるので、発光する光のエネルギー分布
が非常に狭いものになってきて、発光狭線巾が狭くなり
性能を向上させることができる。
ここで、極めて急峻なヘテロ界面を形成してヘテロ界面
の乱れを一分子層以下に形成することができるのは、ヘ
テロ界面を形成するときも同じように走査させるのであ
り、基板結晶3の照射されていない部分は基板結晶3の
ほとんどを占めており、しかも低温なので、従来のよう
な気相中とエピタキシャル膜との間の原子置換(PとA
s)が生じなくなり、組成遷移領域が生じなくなるから
である。
の乱れを一分子層以下に形成することができるのは、ヘ
テロ界面を形成するときも同じように走査させるのであ
り、基板結晶3の照射されていない部分は基板結晶3の
ほとんどを占めており、しかも低温なので、従来のよう
な気相中とエピタキシャル膜との間の原子置換(PとA
s)が生じなくなり、組成遷移領域が生じなくなるから
である。
低温で炭素原子のエピタキシャル膜への取り込み量を減
らして低濃化が実現できるのは、通常のMOVPE法の
原理を用いており、基板結晶3の低温の部分は結晶成長
しないからである。
らして低濃化が実現できるのは、通常のMOVPE法の
原理を用いており、基板結晶3の低温の部分は結晶成長
しないからである。
また、線状の照射光の走査速度を一回走査で一分子層成
長の速度に適宜台わせるシーケンスを行うことにより、
走査数と成長分子層が一致し、完全に成長膜厚を制御す
ることができる。
長の速度に適宜台わせるシーケンスを行うことにより、
走査数と成長分子層が一致し、完全に成長膜厚を制御す
ることができる。
なお、上記実施例では、光源7として高出力のArレー
ザあるいはArFエキシマレーザを用いることで好まし
く具体化することができ、この場合、光を走査する走査
速度を上げることができるという利点がある。低出力の
光源を用いて走査速度が大きい場合、基板が加熱される
前に光が通り過ぎて未反応が生じるおそれがあるからで
ある。
ザあるいはArFエキシマレーザを用いることで好まし
く具体化することができ、この場合、光を走査する走査
速度を上げることができるという利点がある。低出力の
光源を用いて走査速度が大きい場合、基板が加熱される
前に光が通り過ぎて未反応が生じるおそれがあるからで
ある。
また、ArFエキシマレーザを用いる場合、気相中のガ
ス種(特に、AsH,、PH,の場合)が活性化され、
原料ガスの無駄を少なくすることができるという利点も
ある。これは具体的にはArFエキシマレーザは加熱し
なくても例えばAsH,、PH,を活性化して分解する
ことができるのであり、A s H:l 、P H3を
効率よく反応に寄与させる形態にすることができるので
ある。
ス種(特に、AsH,、PH,の場合)が活性化され、
原料ガスの無駄を少なくすることができるという利点も
ある。これは具体的にはArFエキシマレーザは加熱し
なくても例えばAsH,、PH,を活性化して分解する
ことができるのであり、A s H:l 、P H3を
効率よく反応に寄与させる形態にすることができるので
ある。
本発明によれば、極めて急、峻なヘテロ界面を形成して
界面の乱れを一分子層以下にすることができ、かつ炭素
原子のエピタキシャル膜への取り込み量を減らして低濃
度化を実現することができるという効果がある。
界面の乱れを一分子層以下にすることができ、かつ炭素
原子のエピタキシャル膜への取り込み量を減らして低濃
度化を実現することができるという効果がある。
第1図及び第2図は本発明に係る化合物半導体装置の製
造方法の一実施例を説明する図であり、第1図は一実施
例の製造装置を示す概略図、第2図は一実施例の基板上
への光の走査を説明する図、 第3図〜第5図は従来例を説明する図であり、第3図は
従来例の超格子構造を示す図、第4図は従来例のへテロ
界面の状態を示す図、第5図は従来例の組成遷移領域を
示す図である。 1・・・・・・反応室、 2・・・・・・基板裁置台、 3・・・・・・基板結晶、 4・・・・・・高周波コイル、 5・・・・・・原料ガス導入口、 6・・・・・・排気口、 7・・・・・・光源、 8・・・・・・スリット、 9・・・・・・ミラー 10・・・・・・駆動系、 11・・・・・・窓、 12・・・・・・線状の開口、 13・・・・・・被照射部。 −一一一一一一一二− 第 図 一実施例の製造装置を示す概略図 第 図 従来例の超格子構造を示す図 第 図 従来例のへテロ界面の状態を示す図 第 図 従来例の組成遷移領域を示す図 第 図
造方法の一実施例を説明する図であり、第1図は一実施
例の製造装置を示す概略図、第2図は一実施例の基板上
への光の走査を説明する図、 第3図〜第5図は従来例を説明する図であり、第3図は
従来例の超格子構造を示す図、第4図は従来例のへテロ
界面の状態を示す図、第5図は従来例の組成遷移領域を
示す図である。 1・・・・・・反応室、 2・・・・・・基板裁置台、 3・・・・・・基板結晶、 4・・・・・・高周波コイル、 5・・・・・・原料ガス導入口、 6・・・・・・排気口、 7・・・・・・光源、 8・・・・・・スリット、 9・・・・・・ミラー 10・・・・・・駆動系、 11・・・・・・窓、 12・・・・・・線状の開口、 13・・・・・・被照射部。 −一一一一一一一二− 第 図 一実施例の製造装置を示す概略図 第 図 従来例の超格子構造を示す図 第 図 従来例のへテロ界面の状態を示す図 第 図 従来例の組成遷移領域を示す図 第 図
Claims (1)
- 基板を加熱するための光源を備え、該光源の光を結晶成
長が生じない低温下で前記基板に照射し、被照射部に原
料供給律速化下で有機金属気相成長法により結晶成長を
生じさせ、前記光を基板上に走査して化合物半導体層を
結晶成長させることを特徴とする化合物半導体装置の製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24691688A JPH0291929A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24691688A JPH0291929A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0291929A true JPH0291929A (ja) | 1990-03-30 |
Family
ID=17155660
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24691688A Pending JPH0291929A (ja) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0291929A (ja) |
-
1988
- 1988-09-28 JP JP24691688A patent/JPH0291929A/ja active Pending
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