JPH05186294A - 化合物半導体結晶の成長方法 - Google Patents
化合物半導体結晶の成長方法Info
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- JPH05186294A JPH05186294A JP13077992A JP13077992A JPH05186294A JP H05186294 A JPH05186294 A JP H05186294A JP 13077992 A JP13077992 A JP 13077992A JP 13077992 A JP13077992 A JP 13077992A JP H05186294 A JPH05186294 A JP H05186294A
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 アルミニウムを含む化合物半導体結晶基板表
面の平坦性を損うことなく、基板と成長層との界面への
不純物の蓄積がなく低温で表面清浄化を行い得るととも
に、この表面から高品質結晶層を成長させ得る化合物半
導体結晶の成長方法を提供する。 【構成】 化合物半導体結晶は、気相状態にある物質の
少なくとも一部をマイクロ波電子サイクロトロン共鳴に
より励起し、該励起物質を、構成元素としてアルミニウ
ムを含む化合物半導体結晶基板上に発散磁界により輸送
し、この輸送された前記励起物質により前記結晶基板表
面を清浄化したのち、引き続いて結晶成長することによ
り得られる。
面の平坦性を損うことなく、基板と成長層との界面への
不純物の蓄積がなく低温で表面清浄化を行い得るととも
に、この表面から高品質結晶層を成長させ得る化合物半
導体結晶の成長方法を提供する。 【構成】 化合物半導体結晶は、気相状態にある物質の
少なくとも一部をマイクロ波電子サイクロトロン共鳴に
より励起し、該励起物質を、構成元素としてアルミニウ
ムを含む化合物半導体結晶基板上に発散磁界により輸送
し、この輸送された前記励起物質により前記結晶基板表
面を清浄化したのち、引き続いて結晶成長することによ
り得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体結晶の成長
方法に関するものである。
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、化合物半導体の結晶成長におい
て、その結晶成長前の基板表面の清浄化は例えば分子線
エピタキシャル（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯ
ＣＶＤ）法などの熱的な方法により行われてきた。すな
わち、上記ＭＢＥ法では、結晶基板を超高真空中である
いは結晶基板にＶ族元素ビームを照射しながら基板温度
を上げることによって基板表面の非晶質酸化層を蒸発さ
せ、これにより表面清浄化を行い、引き続き結晶成長を
行う。
て、その結晶成長前の基板表面の清浄化は例えば分子線
エピタキシャル（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯ
ＣＶＤ）法などの熱的な方法により行われてきた。すな
わち、上記ＭＢＥ法では、結晶基板を超高真空中である
いは結晶基板にＶ族元素ビームを照射しながら基板温度
を上げることによって基板表面の非晶質酸化層を蒸発さ
せ、これにより表面清浄化を行い、引き続き結晶成長を
行う。
【０００３】また、ＭＯＣＶＤ法では水素雰囲気中もし
くはＶ族の気相材料を混ぜた水素雰囲気中で基板温度を
上げることにより表面清浄化を行い、引き続き結晶成長
を行う。
くはＶ族の気相材料を混ぜた水素雰囲気中で基板温度を
上げることにより表面清浄化を行い、引き続き結晶成長
を行う。
【０００４】ところで、構成元素にアルミニウムを含む
結晶基板の表面では、表面非晶質酸化層中でアルミニウ
ムと酸素の結合が基板温度を上昇させることによって促
進され、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を形成する。このアル
ミナは化学的・熱的に安定であるため、表面非晶質層が
蒸発する温度に達しても表面に残留する。その結果、ア
ルミナが不均一に基板表面上で分布することに起因し
た、表面平坦性の劣化、その上に半導体結晶を成長させ
た場合、部分的に結晶成長が困難となったり、成長した
結晶との界面に酵素が不純物として残留する等の欠点が
あった。さらに、アルミナが蒸発する温度まで昇温させ
ると、基板材料そのものの蒸発も始まり、表面の平坦性
がさらに悪化してしまう。
結晶基板の表面では、表面非晶質酸化層中でアルミニウ
ムと酸素の結合が基板温度を上昇させることによって促
進され、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を形成する。このアル
ミナは化学的・熱的に安定であるため、表面非晶質層が
蒸発する温度に達しても表面に残留する。その結果、ア
ルミナが不均一に基板表面上で分布することに起因し
た、表面平坦性の劣化、その上に半導体結晶を成長させ
た場合、部分的に結晶成長が困難となったり、成長した
結晶との界面に酵素が不純物として残留する等の欠点が
あった。さらに、アルミナが蒸発する温度まで昇温させ
ると、基板材料そのものの蒸発も始まり、表面の平坦性
がさらに悪化してしまう。
【０００５】このような結晶基板表面上には高品質の結
晶が成長しない。従って、基板温度上昇という従来の熱
的方法ではアルミニウムを含む基板結晶の表面清浄化を
図りつつ、かつその上に高品質成長層を得ることが困難
であるという欠点があった。
晶が成長しない。従って、基板温度上昇という従来の熱
的方法ではアルミニウムを含む基板結晶の表面清浄化を
図りつつ、かつその上に高品質成長層を得ることが困難
であるという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の技術的
課題を解決するためになされたもので、その目的とする
ところは、構成元素としてアルミニウムを含む化合物半
導体結晶基板表面の平坦性を損うことなく、低い基板温
度でその表面の清浄化を行い得るとともに、その平坦な
結晶表面すなわち高品質界面から高品質結晶層を結晶成
長させ得る化合物半導体結晶の成長方法を提供すること
にある。
課題を解決するためになされたもので、その目的とする
ところは、構成元素としてアルミニウムを含む化合物半
導体結晶基板表面の平坦性を損うことなく、低い基板温
度でその表面の清浄化を行い得るとともに、その平坦な
結晶表面すなわち高品質界面から高品質結晶層を結晶成
長させ得る化合物半導体結晶の成長方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の化合物半導体結晶の成長方法は気相状態に
ある物質の少なくとも一部をマイクロ波電子サイクロト
ロン共鳴により励起し、該励起物質を、構成元素として
アルミニウムを含む化合物半導体結晶基板上に発散磁界
により輸送し、この輸送された前記励起物質により前記
結晶基板表面を清浄化したのち、引き続いて結晶成長す
ることを特徴とする。ここで、前記マイクロ波電子サイ
クロトロン共鳴により励起される気相状態にある物質が
還元性ガスまたは不活性ガスであってもよいし、同物質
が化合物半導体結晶基板の構成元素であってもよい。
に、本発明の化合物半導体結晶の成長方法は気相状態に
ある物質の少なくとも一部をマイクロ波電子サイクロト
ロン共鳴により励起し、該励起物質を、構成元素として
アルミニウムを含む化合物半導体結晶基板上に発散磁界
により輸送し、この輸送された前記励起物質により前記
結晶基板表面を清浄化したのち、引き続いて結晶成長す
ることを特徴とする。ここで、前記マイクロ波電子サイ
クロトロン共鳴により励起される気相状態にある物質が
還元性ガスまたは不活性ガスであってもよいし、同物質
が化合物半導体結晶基板の構成元素であってもよい。
【０００８】
【作用】本発明においては、マイクロ波電子サイクロト
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低エネルギーイオンを、励起され
た化学的に活性な中性粒子とともに基板に輸送し、基板
結晶表面に入射することにより結晶表面が清浄化され
る。すなわち、本発明によれば、マイクロ波電子サイク
ロトロン共鳴プラズマ中で励起された化学的に活性な中
性粒子・低エネルギーイオンを基板結晶上に入射するこ
とによって、表面に吸着している不純物および表面酸化
層が、低い基板温度で除去され、表面の平坦性にも優れ
た清浄表面が得られる。ここで、低エネルギーイオンは
熱平衡の場合に比べはるかに大きな運動エネルギー・運
動量を持っているため、それらを入射することによって
基板表面に付着している不純物・表面酸化層を物理的に
除去することができる。一方、化学的に活性な中性粒子
は、基板表面に付着している不純物・表面酸化層と化学
的に結合し、蒸気圧の高い物質となって表面から除去さ
れる。表面にある基板結晶の構成元素は、表面に付着し
ている不純物等に比べ下地結晶との結合力が強く、プラ
ズマを照射することによる物理的・化学的作用に対して
は変化を起こさないため基板表面の平坦性が保たれる。
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低エネルギーイオンを、励起され
た化学的に活性な中性粒子とともに基板に輸送し、基板
結晶表面に入射することにより結晶表面が清浄化され
る。すなわち、本発明によれば、マイクロ波電子サイク
ロトロン共鳴プラズマ中で励起された化学的に活性な中
性粒子・低エネルギーイオンを基板結晶上に入射するこ
とによって、表面に吸着している不純物および表面酸化
層が、低い基板温度で除去され、表面の平坦性にも優れ
た清浄表面が得られる。ここで、低エネルギーイオンは
熱平衡の場合に比べはるかに大きな運動エネルギー・運
動量を持っているため、それらを入射することによって
基板表面に付着している不純物・表面酸化層を物理的に
除去することができる。一方、化学的に活性な中性粒子
は、基板表面に付着している不純物・表面酸化層と化学
的に結合し、蒸気圧の高い物質となって表面から除去さ
れる。表面にある基板結晶の構成元素は、表面に付着し
ている不純物等に比べ下地結晶との結合力が強く、プラ
ズマを照射することによる物理的・化学的作用に対して
は変化を起こさないため基板表面の平坦性が保たれる。
【０００９】このように清浄化され、平坦化された結晶
基板上に引き続き結晶成長を行うことから、清浄化され
た平坦な基板結晶表面上に再び不純物を付着させたりす
ることが無い。従って、本発明では、従来の熱的清浄化
において基板と成長層との間に見られたような不純物の
蓄積が極めて少なく、かつ平坦な高品質界面が低温で得
られる。
基板上に引き続き結晶成長を行うことから、清浄化され
た平坦な基板結晶表面上に再び不純物を付着させたりす
ることが無い。従って、本発明では、従来の熱的清浄化
において基板と成長層との間に見られたような不純物の
蓄積が極めて少なく、かつ平坦な高品質界面が低温で得
られる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１１】本発明の方法において好適に用いられる成
長装置の概略を図１に示す。
長装置の概略を図１に示す。
【００１２】図１において１は成長室で、内部に基板２
が支持されている。３は排気ポンプへの連結口、４は第
１ガス導入口、５は第２ガス導入口、６は固体材料蒸発
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
を示す。図２はマグネット１０による発散磁界の分布を
示すもので、図２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。
が支持されている。３は排気ポンプへの連結口、４は第
１ガス導入口、５は第２ガス導入口、６は固体材料蒸発
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
を示す。図２はマグネット１０による発散磁界の分布を
示すもので、図２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。
【００１３】（実施例１）Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓを基板
結晶として用いた場合の反射型電子線回折像（ＲＨＥＥ
Ｄ）の結果を表１に示す。プラズマによる基板表面清浄
化は、以下の条件で行った。
結晶として用いた場合の反射型電子線回折像（ＲＨＥＥ
Ｄ）の結果を表１に示す。プラズマによる基板表面清浄
化は、以下の条件で行った。
【００１４】・基板温度：６３０℃ ・水素流量：４０ｓｃｃｍ ・マイクロ波電力：３００Ｗ ・清浄化時間：１．５時間
【００１５】
【表１】
【００１６】ＲＨＥＥＤパターンのハローは基板温度６
３０℃で消失し、表面の酸化層が蒸発していることを示
しているが、清浄化前には広がったスポットであり、こ
れは結晶性が悪くかつ表面の平坦性も悪いことを示して
いる。水素プラズマによる清浄化を行うと、スポットは
明瞭となり、かつストリークが現れ、結晶性・平坦性と
もに向上していることが分かる。
３０℃で消失し、表面の酸化層が蒸発していることを示
しているが、清浄化前には広がったスポットであり、こ
れは結晶性が悪くかつ表面の平坦性も悪いことを示して
いる。水素プラズマによる清浄化を行うと、スポットは
明瞭となり、かつストリークが現れ、結晶性・平坦性と
もに向上していることが分かる。
【００１７】次に、これらの基板表面上に、ＧａＡｓ層
を同一成長装置内で引き続き成長させ、この成長層とし
てのＧａＡｓ層の深さ方向の２次イオン質量分析（ＳＩ
ＭＳ）を行った。成長条件は以下の通りである。
を同一成長装置内で引き続き成長させ、この成長層とし
てのＧａＡｓ層の深さ方向の２次イオン質量分析（ＳＩ
ＭＳ）を行った。成長条件は以下の通りである。
【００１８】・基板温度：６３０℃ ・アルシン（Ｈ2 で１０％に希釈）ガス流量：４０ｓｃ
ｃｍ ・マイクロ波電力：１００Ｗ ・成長時間：１時間 ・Ｇａ供給：クヌーセンセルからの蒸発（セル温度：９
００℃） （従来法と同じ） 図３は成長層の表面から深さ方向への酸素分布を、図４
は成長層の表面から深さ方向への炭素分布を示す。図中
の２１は本発明による方法を用いた場合の結果を、２２
は比較のために従来の熱的清浄化のみを行った場合の結
果を、２３は基板と成長層との界面の位置をそれぞれ示
している。本発明においては、従来の熱的清浄化法に比
べ、界面の不純物の蓄積が著しく減少していることが分
かる。
ｃｍ ・マイクロ波電力：１００Ｗ ・成長時間：１時間 ・Ｇａ供給：クヌーセンセルからの蒸発（セル温度：９
００℃） （従来法と同じ） 図３は成長層の表面から深さ方向への酸素分布を、図４
は成長層の表面から深さ方向への炭素分布を示す。図中
の２１は本発明による方法を用いた場合の結果を、２２
は比較のために従来の熱的清浄化のみを行った場合の結
果を、２３は基板と成長層との界面の位置をそれぞれ示
している。本発明においては、従来の熱的清浄化法に比
べ、界面の不純物の蓄積が著しく減少していることが分
かる。
【００１９】上記実施例で見られるように、本発明によ
れば、基板表面の平坦性が改善され、基板と成長層との
間に不純物の蓄積が極めて少ない界面が得られた。
れば、基板表面の平坦性が改善され、基板と成長層との
間に不純物の蓄積が極めて少ない界面が得られた。
【００２０】（実施例２）Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓを基板
結晶として用い、実施例１と同じく水素プラズマ照射に
よる清浄化を行った後、ＧａＡｓを保護層として約８０
Å成長させたものを一度大気中に取り出し、別の結晶成
長装置で多層量子井戸（以下、ＭＱＷと略す）層を成長
させた結果を以下に述べる。大気中に取り出すまでの清
浄化の条件・ＧａＡｓ成長条件は、ＧａＡｓの成長時間
が４５秒であることを除き、実施例１と同じである。清
浄化前・清浄化後・成長後でのＲＨＥＥＤ観察結果を表
２に示す。清浄化前・清浄化後については、実施例１と
同様であるが、約８０ÅのＧａＡｓ成長後はストリーク
パターンのみとなり、表面が極めて平坦な成長層が得ら
れていることを示している。
結晶として用い、実施例１と同じく水素プラズマ照射に
よる清浄化を行った後、ＧａＡｓを保護層として約８０
Å成長させたものを一度大気中に取り出し、別の結晶成
長装置で多層量子井戸（以下、ＭＱＷと略す）層を成長
させた結果を以下に述べる。大気中に取り出すまでの清
浄化の条件・ＧａＡｓ成長条件は、ＧａＡｓの成長時間
が４５秒であることを除き、実施例１と同じである。清
浄化前・清浄化後・成長後でのＲＨＥＥＤ観察結果を表
２に示す。清浄化前・清浄化後については、実施例１と
同様であるが、約８０ÅのＧａＡｓ成長後はストリーク
パターンのみとなり、表面が極めて平坦な成長層が得ら
れていることを示している。
【００２１】
【表２】
【００２２】次に、このＧａＡｓ保護層をつけたままの
ＡｌＧａＡｓ基板を一度大気中に取り出し、別の成長装
置でＭＱＷ成長を行った。この成長装置は従来のＭＢＥ
成長装置で、成長前のＧａＡｓ保護層の表面清浄化を従
来の熱的方法のみにより６８０℃で行い、成長温度を６
８０℃とし、成長速度を１．０μｍ／ｈとした。
ＡｌＧａＡｓ基板を一度大気中に取り出し、別の成長装
置でＭＱＷ成長を行った。この成長装置は従来のＭＢＥ
成長装置で、成長前のＧａＡｓ保護層の表面清浄化を従
来の熱的方法のみにより６８０℃で行い、成長温度を６
８０℃とし、成長速度を１．０μｍ／ｈとした。
【００２３】このような成長層の構造を図５に示す。図
５において、３１はＡｌＧａＡｓ基板、３１ａはプラズ
マクリーニングした界面、３２はＧａＡｓ保護層（８０
Å）、３３はＧａＡｓバッファ層（１０００Å）、３４
はＭＱＷ層中のＧａＡｓ層（１００Å）、３５はＭＱＷ
層中のＡｌＧａＡｓ層（１００Å）である。ＧａＡｓ層
３４とＡｌＧａＡｓ層３５とは交互に１００層ずつ積層
してＭＱＷ層３６を構成している。この構造では、フォ
トルミネッセンス（ＰＬ）の発光波長は室温で８３２ｎ
ｍに見られる。表３に成長した試料のＰＬの相対強度を
示す。上記の操作（プラズマによる基板表面清浄化およ
びその上のＧａＡｓ保護層成長）を行っていない従来の
熱的清浄化法のみのＡｌＧａＡｓ基板およびＧａＡｓ基
板上の成長の結果を合わせて比較してある。
５において、３１はＡｌＧａＡｓ基板、３１ａはプラズ
マクリーニングした界面、３２はＧａＡｓ保護層（８０
Å）、３３はＧａＡｓバッファ層（１０００Å）、３４
はＭＱＷ層中のＧａＡｓ層（１００Å）、３５はＭＱＷ
層中のＡｌＧａＡｓ層（１００Å）である。ＧａＡｓ層
３４とＡｌＧａＡｓ層３５とは交互に１００層ずつ積層
してＭＱＷ層３６を構成している。この構造では、フォ
トルミネッセンス（ＰＬ）の発光波長は室温で８３２ｎ
ｍに見られる。表３に成長した試料のＰＬの相対強度を
示す。上記の操作（プラズマによる基板表面清浄化およ
びその上のＧａＡｓ保護層成長）を行っていない従来の
熱的清浄化法のみのＡｌＧａＡｓ基板およびＧａＡｓ基
板上の成長の結果を合わせて比較してある。
【００２４】
【表３】
【００２５】表３から明らかなように、プラズマ清浄化
を行ったＡｌＧａＡｓ基板では、熱的清浄化の場合に比
べＰＬ強度が著しく改善され、ＧａＡｓ基板上の成長層
と同等の品質が得られており、ＡｌＧａＡｓ表面のプラ
ズマによる清浄化が有効に働いていることが分かる。
を行ったＡｌＧａＡｓ基板では、熱的清浄化の場合に比
べＰＬ強度が著しく改善され、ＧａＡｓ基板上の成長層
と同等の品質が得られており、ＡｌＧａＡｓ表面のプラ
ズマによる清浄化が有効に働いていることが分かる。
【００２６】上記実施例で見られるように、プラズマ照
射による基板表面の清浄化後に引き続き成長を行った界
面を用いると、その上の成長層の品質が大幅に改善され
ていた。
射による基板表面の清浄化後に引き続き成長を行った界
面を用いると、その上の成長層の品質が大幅に改善され
ていた。
【００２７】なお、上記実施例の場合、一度大気中に取
り出して別の成長装置でＭＱＷ構造を作製するため、基
板表面清浄化後に薄いＧａＡｓ層をつけていたが、清浄
化装置と成長装置が真空の搬送室で結合され、大気に曝
される可能性が無い条件では薄いＧａＡｓ層を設ける必
要はなく、基板表面清浄化後に直ちに成長室へ搬送し成
長を行えばよい。
り出して別の成長装置でＭＱＷ構造を作製するため、基
板表面清浄化後に薄いＧａＡｓ層をつけていたが、清浄
化装置と成長装置が真空の搬送室で結合され、大気に曝
される可能性が無い条件では薄いＧａＡｓ層を設ける必
要はなく、基板表面清浄化後に直ちに成長室へ搬送し成
長を行えばよい。
【００２８】（実施例３）Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ａｓを基板
結晶として用いた場合、実施例１の場合よりさらに効果
が著しい基板表面清浄化条件を以下に示す。
結晶として用いた場合、実施例１の場合よりさらに効果
が著しい基板表面清浄化条件を以下に示す。
【００２９】・基板温度：５００℃ ・使用ガス：水素、流量１０ｓｃｃｍ ・マイクロ波電力：３００Ｗ ・時間：１．５時間 表４でＲＨＥＥＤパターンの観測結果を示す。基板温度
５００℃では清浄化前はハローパターンで、表面の非晶
質酸化層が残っていることを示している。水素プラズマ
による清浄化を行うとストリークパターンとなり、表面
酸化層が除去され平坦性に優れた基板結晶表面が得られ
ることが分かる。なお、この温度においてはＸ線光電子
分光によるＡｌ2Pスペクトルの測定結果から、アルミナ
からのピークはあるものの、その強度はアルミニウム砒
素に比べそれ程顕著ではないことを確認している。
５００℃では清浄化前はハローパターンで、表面の非晶
質酸化層が残っていることを示している。水素プラズマ
による清浄化を行うとストリークパターンとなり、表面
酸化層が除去され平坦性に優れた基板結晶表面が得られ
ることが分かる。なお、この温度においてはＸ線光電子
分光によるＡｌ2Pスペクトルの測定結果から、アルミナ
からのピークはあるものの、その強度はアルミニウム砒
素に比べそれ程顕著ではないことを確認している。
【００３０】
【表４】
【００３１】さらに、実施例１と同様にＧａＡｓ層を同
一成長装置内で引き続き成長させ、深さ方向のＳＩＭＳ
分析を行った。成長条件は実施例１と同じである。図６
に成長層の表面から深さ方向への酸素分布を示す。図中
の４１は本発明による方法を用いた場合の結果、４２は
比較のために通常の熱的清浄化のみを行った場合の結果
（実施例１で比較したのと同じ）、４３は基板と成長層
との界面の位置を示している。なお炭素分布については
実施例１と同じであった。このように清浄化の条件を適
切にすると酸素についても不純物蓄積の無い高品質界面
が得られることとなる。
一成長装置内で引き続き成長させ、深さ方向のＳＩＭＳ
分析を行った。成長条件は実施例１と同じである。図６
に成長層の表面から深さ方向への酸素分布を示す。図中
の４１は本発明による方法を用いた場合の結果、４２は
比較のために通常の熱的清浄化のみを行った場合の結果
（実施例１で比較したのと同じ）、４３は基板と成長層
との界面の位置を示している。なお炭素分布については
実施例１と同じであった。このように清浄化の条件を適
切にすると酸素についても不純物蓄積の無い高品質界面
が得られることとなる。
【００３２】以上本実施例で見られるように、本発明に
よる方法による場合においては表面の非晶質酸化層を残
したままで、かつアルミナ形成が十分行われない温度に
おいてプラズマによる清浄化を行うことにより、その表
面酸化層が除去されると共に、表面平坦性が著しく改善
され、かつ基板と成長層との間の界面不純物の蓄積が無
くなることが示された。
よる方法による場合においては表面の非晶質酸化層を残
したままで、かつアルミナ形成が十分行われない温度に
おいてプラズマによる清浄化を行うことにより、その表
面酸化層が除去されると共に、表面平坦性が著しく改善
され、かつ基板と成長層との間の界面不純物の蓄積が無
くなることが示された。
【００３３】なお、上記３つの実施例では清浄化に使用
するガスとして水素を用いたが、成長に用いた基板構成
元素を含む水素希釈アルシンガス等、あるいは還元性ガ
スもしくは不活性ガス例えば、アルゴン、ヘリウムなど
のガスを清浄化に使用しても、同様の結果が得られる。
するガスとして水素を用いたが、成長に用いた基板構成
元素を含む水素希釈アルシンガス等、あるいは還元性ガ
スもしくは不活性ガス例えば、アルゴン、ヘリウムなど
のガスを清浄化に使用しても、同様の結果が得られる。
【００３４】さらに、上記３つの実施例ではアルミニウ
ムを構成元素に含む基板結晶としてＡｌＧａＡｓを用い
たが、その他の材料、例えばＡｌＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，
ＡｌＳｂ，ＡｌＧａＳｂ，ＡｌＩｎＳｂ，ＡｌＰ，Ａｌ
ＧａＰ，ＡｌＩｎＰ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＡｌＩｎＮ
およびそれらの混晶の基板結晶もしくはそれらが成長さ
せるべき表面にある場合にも適応できることは言うまで
もない。その場合、材料によって本発明による方法が最
も有効に働く基板温度は異なってくる。即ち、表面非晶
質酸化層中でアルミナ形成が十分行われない温度におい
て行えばよいことは明らかである。
ムを構成元素に含む基板結晶としてＡｌＧａＡｓを用い
たが、その他の材料、例えばＡｌＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，
ＡｌＳｂ，ＡｌＧａＳｂ，ＡｌＩｎＳｂ，ＡｌＰ，Ａｌ
ＧａＰ，ＡｌＩｎＰ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，ＡｌＩｎＮ
およびそれらの混晶の基板結晶もしくはそれらが成長さ
せるべき表面にある場合にも適応できることは言うまで
もない。その場合、材料によって本発明による方法が最
も有効に働く基板温度は異なってくる。即ち、表面非晶
質酸化層中でアルミナ形成が十分行われない温度におい
て行えばよいことは明らかである。
【００３５】また、上記実施例の場合、成長する化合物
半導体をＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓとしたが、それらに加
えＡｌＡｓ，ＩｎＡｓ，ＧａＳｂ，ＡｌＳｂ，ＩｎＳ
ｂ，ＧａＰ，ＡｌＰ，ＩｎＰ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮ
およびそれらの混晶の場合など、いわゆるヘテロエピタ
キシャルの場合にも適用できる。
半導体をＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓとしたが、それらに加
えＡｌＡｓ，ＩｎＡｓ，ＧａＳｂ，ＡｌＳｂ，ＩｎＳ
ｂ，ＧａＰ，ＡｌＰ，ＩｎＰ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＩｎＮ
およびそれらの混晶の場合など、いわゆるヘテロエピタ
キシャルの場合にも適用できる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構成元素としてアルミニウムを含む化合物半導体結晶基
板の表面清浄化を低温で行うことができる。この清浄化
では、基板表面の非晶質酸化膜が除去され、平坦性に優
れた基板表面が得られる。さらに、上記清浄化に引き続
いて成長を行うことにより、基板と成長層との界面に不
純物の少ない高品質結晶を成長させることができる。
構成元素としてアルミニウムを含む化合物半導体結晶基
板の表面清浄化を低温で行うことができる。この清浄化
では、基板表面の非晶質酸化膜が除去され、平坦性に優
れた基板表面が得られる。さらに、上記清浄化に引き続
いて成長を行うことにより、基板と成長層との界面に不
純物の少ない高品質結晶を成長させることができる。
【図１】本発明を実施するのに好適な成長装置の一例を
示す模式的断面図である。
示す模式的断面図である。
【図２】図１に示した成長装置内部の発散磁界の分布を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図３】本発明の一実施例における成長層の表面から深
さ方向への酸素分布を示すグラフである。
さ方向への酸素分布を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施例における成長層の表面から深
さ方向への炭素分布を示すグラフである。
さ方向への炭素分布を示すグラフである。
【図５】本発明により得られた成長層であってＭＱＷ構
造を含む積層構造を示す模式的断面図である。
造を含む積層構造を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の他の実施例における成長層の表面から
深さ方向への酸素分布を示すグラフである。
深さ方向への酸素分布を示すグラフである。
１ 成長室 ２ 基板 ３ 排気口 ４ 第１ガス導入口 ５ 第２ガス導入口 ６ 固体材料蒸発用セル ７ プラズマ生成室 ８ プラズマ ９ 導波管 １０ マグネット １１ 石英窓 ２１ 本発明による成長層中の酸素または炭素のＳＩＭ
Ｓ強度 ２２ 従来の熱的方法による成長層中の酸素または炭素
のＳＩＭＳ強度 ２３ 基板と成長層との界面の位置 ３１ ＡｌＧａＡｓ基板 ３１ａ プラズマクリーニングした界面 ３２ ＧａＡｓ保護層 ３３ ＧａＡｓバッファ層 ３４ ＧａＡｓ層 ３５ ＡｌＧａＡｓ層 ３６ ＭＱＷ層 ４１ 本発明による成長層中の酸素のＳＩＭＳ強度 ４２ 従来の熱的方法による成長層中の酸素のＳＩＭＳ
強度 ４３ 基板と成長層との境界の位置
Ｓ強度 ２２ 従来の熱的方法による成長層中の酸素または炭素
のＳＩＭＳ強度 ２３ 基板と成長層との界面の位置 ３１ ＡｌＧａＡｓ基板 ３１ａ プラズマクリーニングした界面 ３２ ＧａＡｓ保護層 ３３ ＧａＡｓバッファ層 ３４ ＧａＡｓ層 ３５ ＡｌＧａＡｓ層 ３６ ＭＱＷ層 ４１ 本発明による成長層中の酸素のＳＩＭＳ強度 ４２ 従来の熱的方法による成長層中の酸素のＳＩＭＳ
強度 ４３ 基板と成長層との境界の位置
Claims (3)
- 【請求項１】 気相状態にある物質の少なくとも一部を
マイクロ波電子サイクロトロン共鳴により励起し、該励
起物質を、構成元素としてアルミニウムを含む化合物半
導体結晶基板上に発散磁界により輸送し、この輸送され
た前記励起物質により前記結晶基板表面を清浄化したの
ち、引き続いて結晶成長することを特徴とする化合物半
導体結晶の成長方法。 - 【請求項２】 請求項１において、前記マイクロ波電子
サイクロトロン共鳴により励起される気相状態にある物
質が還元性ガスまたは不活性ガスであることを特徴とす
る化合物半導体結晶の成長方法。 - 【請求項３】 請求項１において、前記マイクロ波電子
サイクロトロン共鳴により励起される気相状態にある物
質が前記化合物半導体結晶基板の構成元素であることを
特徴とする化合物半導体結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13077992A JPH05186294A (ja) | 1991-07-25 | 1992-05-22 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18618091 | 1991-07-25 | ||
| JP3-186180 | 1991-10-07 | ||
| JP25904991 | 1991-10-07 | ||
| JP3-259049 | 1991-10-07 | ||
| JP13077992A JPH05186294A (ja) | 1991-07-25 | 1992-05-22 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05186294A true JPH05186294A (ja) | 1993-07-27 |
Family
ID=27316189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13077992A Pending JPH05186294A (ja) | 1991-07-25 | 1992-05-22 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05186294A (ja) |
-
1992
- 1992-05-22 JP JP13077992A patent/JPH05186294A/ja active Pending
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