JPH0410417A - 化合物半導体の表面処理方法 - 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、化合物半導体の結晶成長分野に属するもので
、結晶成長装置内での半導体の表面清浄化を容易にし、
高品質の成長膜・基板界面および成長膜を得るための基
板表面処理方法に関するものである。

（従来の技術） 原子層程度の厚さの制御ができ多様なヘテロ構造が形成
可能な化合物半導体の結晶成長方法の１つに分子線結晶
成長（ＭＢＥ：　Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐ
ｉｔａｘｙ）方法がある。この成長方法では結晶成長前
の半導体基板表面の清浄化は、成長室内で基板を酸化膜
が除去できる温度まで昇温しで行っている。例えばＧａ
Ａｓの成長の場合には、ダメージ層をウェット・エツチ
ングにより除去したＧａＡｓ基板を真空装置に入れ、表
面に吸着した水を除去するための予備加熱を行い、６０
０°Ｃ以上に基板温度を上げて表面酸化膜を除去した後
、結晶成長を行っている。

従来の化合物半導体基板の表面処理方法についてＧａＡ
ｓ基板を例にとり、図を用いて簡単に説明する。

第２図は従来の表面処理方法を施した後の化合物半導体
基板の断面模式図である。図において、１は単結晶の化
合物半導体基板、２は化合物半導体の各元素の酸化物が
混在した化合物酸化膜である。基板の洗浄は、まず有機
物汚染を除去するために超音波をかけながらアルコール
類による有機洗浄を行う。次に、基板のダメージ層を除
去するために硫酸系のエツチング液により数ｐｍから数
十ｐｍエツチングする。水洗を５分程度行って表面処理
を終了する。この段階での基板の状態を示したのが第２
図である。基板表面にはＧａおよびＡｓの酸化物からな
る厚い化合物酸化膜２が形成されている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の表面処理方法を用いて化合物半導体のＭＢＥ成長
を行う場合には、結晶成長前に化合物半導体基板１上の
化合物酸化膜２を除去する必要がある。この酸化膜除去
には基板の温度を上げて蒸発させる方法がとられるが、
化合物半導体基板を分解する程度の高温が必要となる。

例えばＧａＡｓ基板の場合には６００°Ｃ以上が必要で
ある。このような高温処理が必要なため、酸化膜除去作
業中に分解が進まないように、不足する元素を表面より
供給しておく　（ＧａＡｓの場合はＡｓを供給する）が
、これが不足すると基板表面が分解し、その上への良好
な結晶成長ができなくなる。すでに素子が形成された基
板上に再度結晶成長する場合には、高温処理によって基
板の中のドナーやアクセプタが再配列したり、素子構造
が崩れたりする危険性がある。また、化合物酸化膜を除
去した後も基板表面の炭素が残るため、再成長界面には
炭素が残り電子の欠乏が生じたりする。

最近、免田によりＧａＡｓ基板をフッ酸（ＨＦ）に浸す
ことにより表面のガリウム酸化物が除去されることが応
用物理（第５８巻第１２号、ｐ、　１５１７．１９８９
年）に報告されている。しかし、この方法でも砒素の酸
化物が表面に残ってしまい、その除去には５００°Ｃ程
度の熱処理温度が必要である。

本発明の目的は、従来の化合物半導体の表面処理方法の
持つ前述の欠点を除去し、低温熱処理だけで化合物半導
体の清浄表面を得ることのできる表面処理方法を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、化合物半導体の表面処理のおいて、化合物半
導体表面のアニオンとカチオンの酸化物が混在した酸化
膜を完全に除去しかつ表面にアニオンだけからなる層が
形成されるまで塩酸（ＨＣｌ）に浸しておく工程を含む
ことを特徴とする。

（作用） 本発明の化合物半導体の表面処理方法においては、半導
体表面が比較的低温で蒸発するアニオンで覆われるため
、低温加熱だけで清浄表面が得られる。この結果、その
上へ高品質の結晶が成長できるようになり、また層構造
をもった基板の熱処理による構造破壊をほとんど制御で
きる。

（実施例） 以下、本発明による化合物半導体の表面処理方法を図面
を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明による化合物半導体の表面処理方法によ
り得られる化合物半導体基板の断面模式図である。第１
図において、第２図と同じ番号のものは第２図と同等物
で同一機能を果たすものである。

３は化合物半導体基板のアニオンだけかるなるアニオン
堆積膜、４はアニオン堆積膜３が酸化されて形成される
アニオン酸化膜である。

化合物半導体基板１としてＧａＡｓ基板、アニオン堆積
膜３として砒素（Ａｓ）、アニオン酸化膜４として砒素
酸化膜を用いて、化合物半導体基板の表面処理の工程を
詳細に説明する。

ＧａＡｓ基板の洗浄は、以下の工程で行う。（１）有機
物汚染を除去するために超音波をかけながらアルコール
類による有機洗浄を行う。（２）純粋によりアルコール
を置換する。（３）基板のダメージ層を除去するために
エツチング液により数ｐｍから数十ｐｍエツチングする
。（４）エツチング液を純水により充分に置換し、Ｇａ
Ａｓ基板表面からエツチング液を完全に除去する。（５
）ＧａＡｓ基板を濃塩酸に数時間浸す。本実施例では２
時間浸した。（６）濃塩酸を純水により充分に置換し、
ＧａＡｓ基板表面の塩酸を完全に除去する。（７）乾燥
させて表面処理を終了する。

工程（４）を終えた段階では従来の化合物半導体の表面
処理方法で得られる表面と同様に、ＧａＡｓ基板上には
ガリウムおよび砒素の酸化物が混在した化合物酸化膜が
形成されており、ここまでは従来と同じである。しかし
、工程（５）で濃塩酸に浸している間にこの化合物酸化
膜は徐々に変化する。濃塩酸に浸している間、化合物酸
化膜中のガリウム酸化物（カチオン酸化物）はエツチン
グで除去されて行く。一方、砒素酸化物（アニオン酸化
物）はエツチングされないが、濃塩酸中で還元されて酸
素を取られ、砒素（アニオン）単体として残される。し
たがって、ＧａＡｓ基板上の化合物酸化膜は濃塩酸中に
浸す時間と共に表面から徐々に砒素膜へと変化してゆく
。充分時間が経過した後には、化合物酸化膜は完全に消
滅し、砒素膜がＧａＡｓ基板表面を覆うことになる。こ
の塩酸処理が５分間程度と短い場合には完全に化合物酸
化膜を除去することができず、本発明の目的を達成する
ことができない。その後の工程（６）での水洗以降では
砒素膜の上部が酸化され薄い砒素酸化膜が形成される。

この結果、本発明による表面処理方法を施したＧａＡｓ
基板は第１図に示すような表面構造を有することになる
。

本発明の表面清浄化方法で処理したＧａＡｓ基板をＭＢ
Ｅ装置内に導入し、オーリｘ　（ＡＥＳ、　Ａｕｇｅｒ
ｅｌｅｃｔｒｏｎ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）測定お
よび高エネルギー反則電子線回折（ＲＨＥＥＤ、　Ｒｅ
ｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｈｉｇｈ−ｅｎｅｒｇｙｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定で表面状態を評
価した。基板温度を昇温する前は、ＧａＡｓ基板表面は
ほとんど砒素で覆われており、酸素および炭素は少量し
かなかった。基板温度を３００°Ｃまで昇温すると、Ｒ
ＨＥＥＤ測定で原子の再配列表面を表すストリークなパ
ターンが得られ、またＡＥＳ測定から酸素、炭素および
過剰な砒素が完全に除去された清浄なＧａＡｓ結晶表面
を示す信号が得られた。この結果は、砒素堆積膜上の砒
素酸化膜や汚染物としての炭素は砒素の蒸発と共に除去
されたことを示している。引き続いて基板温度を４２０
°Ｃまで昇温してＧａＡｓを成長させた結果、良好な成
長界面を有する高品質の単結晶を成長させることができ
た。

以上述べたように本発明による化合物半導体の表面清浄
化方法によれば、化合物半導体表面は化合物酸化膜がな
く、蒸発温度の低いアニオン堆積膜で覆われるため、低
温熱処理によって表面洗清浄化が可能になる。

これまで述べた本発明の実施例では化合物半導体として
ＧａＡｓ　Ｌか示さなかったが、Ｇａｒｂ、ＡｌＧａＡ
ｓ、　ＡｌＧａＳｂなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体や
Ｚｎ５ｅ、　ＨｇＣｄＴｅなどのＩＩ−ＶＩ族化合物半
導体など塩酸に溶解しない化合物半導体に適用できるこ
とは明らかである。また、本発明が基板表面の一部を５
ｉ０２やＳｉ３Ｎ４などの絶縁膜で覆った化合物半導体
基板やＧａＡｓ層が表面に形成されたＳｉ基板等に対し
も適用できることは明らかである。また、化合物半導体
基板を塩酸に浸す前の基板エツチングや有機洗浄は省略
してもよい。

（発明の効果） 本発明の化合物半導体の表面処理方法により、化合物酸
化膜の代わりにアニオンで覆われた半導体表面が得られ
、低温の熱処理により清浄界面が得られるようになった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で表面処理した化合物半導体基板の断面
模式図であり、第２図は従来方法で表面処理した化合物
半導体基板の断面模式図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　化合物半導体の表面処理において、化合物半導体表面
   のアニオンとカチオンの酸化物が混在した酸化膜を完全
   に除去しかつ表面にアニオンだけからなる層が形成され
   るまで塩酸（ＨＣｌ）に浸しておく工程を含むことを特
   徴とする化合物半導体の表面処理方法。