JPH05243150A - Molecular beam epitaxial growth and device thereof - Google Patents

Molecular beam epitaxial growth and device thereof

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JPH05243150A
JPH05243150A JP4043206A JP4320692A JPH05243150A JP H05243150 A JPH05243150 A JP H05243150A JP 4043206 A JP4043206 A JP 4043206A JP 4320692 A JP4320692 A JP 4320692A JP H05243150 A JPH05243150 A JP H05243150A
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JP
Japan
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substrate
chamber
molecular beam
growth
gas
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Withdrawn
Application number
JP4043206A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Yamada
隆史 山田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05243150A publication Critical patent/JPH05243150A/en
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Abstract

PURPOSE:To perform a cleaning treatment of the surface of a substrate, which is performed prior to the emission of a molecular beam, at a lower temperature in a molecular beam epitaxial growth on a III-V compound semiconductor, such as GaAs, and to suppress low an interfacial level density for performing the epitaxial growth. CONSTITUTION:A laser beam is applied to hydrogen, which is fed to a surface 12' of a GaAs substrate 12 held in a vacuum in a surface treatment chamber 5 from a gas feeding system 1, from a laser 2 to produces radicals and the substrate surface 12' is treated with gas containing these radicals. Thereby, while a vacuum state is held, the substrate 12 is transferred to a growth chamber 8 via transfer chambers 11a and 11b and a molecular beam is emited on the substrate surface treated in the chamber 8 to form an epitaxial layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、III−V族化合物半
導体基板に分子線を入射させてエピタキシャル層を得る
方法およびその装置に関し、特に、半導体デバイスへの
応用のための表面準位や界面準位の少ない、すなわち界
面特性の良い半導体エピタキシャル層を形成する方法お
よびその装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for obtaining an epitaxial layer by injecting a molecular beam into a III-V group compound semiconductor substrate, and more particularly to a surface level and an interface for application to a semiconductor device. The present invention relates to a method and an apparatus for forming a semiconductor epitaxial layer having a low number of levels, that is, good interface characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、III−V族化合物半導体、たと
えばGaAsの基板を用いた分子線エピタキシャル成長
法(MBE法)では、エピタキシャル成長前、その場に
おいて基板は、超高真空中またはAs雰囲気中で熱処理
が行なわれてきた。この熱処理により、エピタキシャル
成長すべき基板表面は清浄にされる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a molecular beam epitaxial growth method (MBE method) using a substrate of a III-V group compound semiconductor such as GaAs, the substrate is heat treated in situ in an ultrahigh vacuum or in an As atmosphere before the epitaxial growth. Has been done. By this heat treatment, the substrate surface to be epitaxially grown is cleaned.

【0003】一方、最近、「GaAs and Rel
ated Compound,Atlanta,Geo
rgia,1988,pp.47−52」に示されるよ
うに、3チャンバ型エッチング分子線エピタキシャル成
長を用いたMBE法が開発されてきている。この方法で
は、3チャンバのうち1つのドライエッチングチャンバ
内においてCl2 ガスを用い、熱エッチングまたはEC
Rプラズマエッチングにより基板表面のクリーニングが
行なわれる。
On the other hand, recently, "GaAs and Rel
arated Compound, Atlanta, Geo
rgia, 1988, pp. 47-52 ", an MBE method using three-chamber type etching molecular beam epitaxial growth has been developed. In this method, Cl 2 gas is used in one of the three dry etching chambers to perform thermal etching or EC.
The surface of the substrate is cleaned by R plasma etching.

【0004】また、「GaAs and Relate
d Compound,Jersey,1990,p
p.111−116」では、2チャンバ超高真空MBE
装置を用い、その中の1つのチャンバ内でSe分子線を
基板に照射し、GaAs表面のダングリングボンドを終
端して不活性化するとともに、a−Se保護膜を形成す
る方法が報告されている。
In addition, "GaAs and Relate
d Compound, Jersey, 1990, p.
p. 111-116 ”is a 2-chamber ultra-high vacuum MBE.
A method of irradiating a substrate with Se molecular beam in one chamber of the apparatus to terminate the dangling bond on the GaAs surface to inactivate it and to form an a-Se protective film has been reported. There is.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来、一般に行なわれ
てきた熱処理では、高温、たとえば500°C〜700
°Cによって基板表面に損傷を与えることがあった。十
分に表面の清浄化を行なおうとして熱処理が過度になる
と、このように表面に損傷を与え、表面安定化を行なう
ことができなくなる一方、表面に損傷を与えないよう熱
処理を行なうと、表面のクリーニングが不十分となるこ
とがしばしばあった。
In the conventional heat treatment generally performed, a high temperature, for example, 500 ° C. to 700 ° C. is used.
The surface of the substrate may be damaged by ° C. If the heat treatment becomes excessive in order to sufficiently clean the surface, the surface will be damaged in this way and the surface cannot be stabilized.On the other hand, if the heat treatment is performed so as not to damage the surface, Often, the cleaning was inadequate.

【0006】上述した3チャンバ型の装置において、C
2 を用いるECRプラズマエッチングでは、O、Cお
よびCl等の不純物が基板に残り、深い準位を生成させ
た。一方、上記文献においてCl2 を用いる熱エッチン
グは基板に清浄な表面をもたらしているが、熱処理によ
り基板表面を損傷させる恐れがあった。
In the three-chamber type apparatus described above, C
In ECR plasma etching with l 2 , impurities such as O, C and Cl remained on the substrate, producing deep levels. On the other hand, in the above literature, thermal etching using Cl 2 brings a clean surface to the substrate, but there is a possibility that the heat treatment may damage the substrate surface.

【0007】また、Se保護膜についての上記文献は、
分子線エピタキシャル成長に対するSe膜の応用につい
ては、何ら言及していない。
[0007] Further, the above-mentioned document concerning the Se protective film is
No mention is made of the application of Se films to molecular beam epitaxial growth.

【0008】本発明の目的は、GaAs等のIII−V
族化合物半導体での分子線エピタキシャル成長におい
て、分子線照射に先立って行なわれる基板表面の清浄化
処理をより低温で効果的に行なうことができ、その結
果、界面準位密度を低く抑えてエピタキシャル成長を行
なうことができる方法およびその装置を提供することに
ある。
An object of the present invention is to use III-V such as GaAs.
In the molecular beam epitaxial growth of a group compound semiconductor, the cleaning treatment of the substrate surface, which is performed prior to the molecular beam irradiation, can be effectively performed at a lower temperature, and as a result, the epitaxial growth is performed while suppressing the interface state density to be low. It is to provide a method and an apparatus therefor.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】第1の発明に従う分子線
エピタキシャル法は、真空中で保持されたIII−V族
化合物半導体基板の表面を、水素およびV族元素の水素
化合物の少なくともいずれかを用いて光照射によりラジ
カルを生成させたガスで処理する工程と、真空状態を保
ちながら、処理された基板表面に分子線を照射してエピ
タキシャル層を形成する工程とを備える。第1の発明に
おいて、ラジカル生成には、水素、V族元素の水素化合
物、またはそれらの混合物が用いられる。
In the molecular beam epitaxial method according to the first aspect of the present invention, the surface of a III-V group compound semiconductor substrate held in vacuum is charged with at least one of hydrogen and a hydrogen compound of a group V element. And a step of irradiating the treated substrate surface with a molecular beam to form an epitaxial layer while maintaining a vacuum state. In the first invention, hydrogen, a hydrogen compound of a group V element, or a mixture thereof is used for radical generation.

【0010】第1の発明において利用できるIII−V
族化合物半導体は、特に限定されるものではないが、よ
く利用される化合物半導体として、たとえば、GaA
s、GaP、InSb、InP、InAs、AlAsな
らびにそれらの混晶(たとえばAl1-X GaX Asおよ
びIn1-X GaX As(0<x<1))等を挙げること
ができる。
III-V usable in the first invention
The group compound semiconductor is not particularly limited, but a compound semiconductor that is often used is, for example, GaA.
Examples thereof include s, GaP, InSb, InP, InAs, AlAs, and mixed crystals thereof (for example, Al 1-x Ga x As and In 1-x Ga x As (0 <x <1)).

【0011】また、V族元素の水素化合物には、たとえ
ば、V族元素がAsの場合AsH3、Pの場合PH3
Sbの場合SbH3 がある。
Further, the hydrogen compound of the group V element is, for example, AsH 3 when the group V element is As, PH 3 when it is P,
In the case of Sb, there is SbH 3 .

【0012】ラジカルは、不対電子を有する分子または
原子で、一般に、分子の光分解、放射線分解、電気分
解、熱分解または化学反応により生成される。本発明の
方法は、このラジカルが光分解または光化学反応により
生成されることを特徴としている。また、本発明の方法
においては、少なくとも水素ラジカルを光分解または光
化学反応により生成させることができる。
[0012] A radical is a molecule or atom having an unpaired electron and is generally produced by photolysis, radiolysis, electrolysis, thermal decomposition or chemical reaction of a molecule. The method of the present invention is characterized in that the radicals are generated by photolysis or photochemical reaction. Further, in the method of the present invention, at least hydrogen radicals can be generated by photolysis or photochemical reaction.

【0013】このような光分解または光化学反応による
ラジカル生成のため、分子を光励起させる手段として、
たとえばレーザ、および水銀ランプ等を用いることがで
きる。
As a means for photoexciting molecules for radical generation by such photolysis or photochemical reaction,
For example, a laser and a mercury lamp can be used.

【0014】水素分子を光励起させてラジカルを生成さ
せる場合、たとえば、紫外領域の光が好ましく、このよ
うな領域内の光は、たとえば、エキシマレーザーによっ
て効率的に発生させることができる。
When photoexciting hydrogen molecules to generate radicals, for example, light in the ultraviolet region is preferable, and the light in such a region can be efficiently generated by, for example, an excimer laser.

【0015】また、V族元素の水素化合物を光励起させ
てラジカルを生成させる場合、たとえば、紫外領域の光
が好ましく、このような領域内の光は、たとえば、エキ
シマレーザーによって効率的に発生させることができ
る。
When photo-exciting a hydrogen compound of a group V element to generate radicals, for example, light in the ultraviolet region is preferable, and light in such a region can be efficiently generated by, for example, an excimer laser. You can

【0016】また、第2の発明に従って、第1の発明の
方法を実施するための装置が提供される。この装置は、
基板に分子線を照射して基板上にエピタキシャル層を形
成するための装置であって、基板を収容して基板の表面
を光照射によって生成されたラジカルに晒すための反応
室と、反応室を排気するための第1排気系と、反応室に
ラジカル形成のためのガスを供給するガス供給手段と、
ガス中の分子を光励起するため、ガス供給手段から反応
室に供給されるガスに光を照射する光照射手段と、反応
室で処理された基板を収容して分子線エピタキシャル成
長を行なうための成長室と、成長室を排気するための第
2排気系と、反応室と成長室とを真空状態を維持しなが
ら連絡し、基板を反応室から成長室に搬送するための搬
送室とを備える。
According to a second invention, there is also provided an apparatus for carrying out the method of the first invention. This device
An apparatus for irradiating a substrate with a molecular beam to form an epitaxial layer on the substrate, comprising a reaction chamber for accommodating the substrate and exposing the surface of the substrate to radicals generated by light irradiation, and a reaction chamber. A first exhaust system for exhausting gas, gas supply means for supplying a gas for radical formation to the reaction chamber,
A light irradiation means for irradiating the gas supplied from the gas supply means to the reaction chamber to optically excite molecules in the gas, and a growth chamber for accommodating the substrate processed in the reaction chamber and performing molecular beam epitaxial growth. And a second exhaust system for exhausting the growth chamber, and a transfer chamber for connecting the reaction chamber and the growth chamber while maintaining a vacuum state and transferring the substrate from the reaction chamber to the growth chamber.

【0017】第2の発明に従う装置において、光照射手
段からの光をガスに照射する位置は、生成されるラジカ
ルの寿命を考慮して決める必要があり、たとえば、反応
室内において処理すべき基板表面が面する空間の適当な
位置とすることができる。
In the apparatus according to the second aspect of the invention, the position at which the gas is irradiated with the light from the light irradiation means needs to be determined in consideration of the life of the radicals generated. For example, the surface of the substrate to be processed in the reaction chamber. It can be at any suitable position in the space facing.

【0018】ラジカルを生成させるための光を反応室内
に導入する場合、光照射手段は、光源、光源からの光を
反応室に導くための光学系、および反応室に設けられる
光学窓を備えることができる。
When the light for generating radicals is introduced into the reaction chamber, the light irradiation means is provided with a light source, an optical system for guiding the light from the light source to the reaction chamber, and an optical window provided in the reaction chamber. You can

【0019】光照射手段に含まれる光源には、たとえ
ば、レーザ、および水銀ランプ等を用いることができ
る。光学系は、レンズ、反射鏡または光導波路等、光源
からの光を所定の位置に適当な強度で導くための手段を
備えることができる。
The light source included in the light irradiation means may be, for example, a laser, a mercury lamp or the like. The optical system may include a lens, a reflecting mirror, an optical waveguide, or other means for guiding the light from the light source to a predetermined position with appropriate intensity.

【0020】また、本発明に従う装置において、第1お
よび第2の排気系は、それぞれ、排気を行なうための真
空ポンプおよびその周辺装置を備えることができる。
Further, in the apparatus according to the present invention, each of the first and second exhaust systems can be provided with a vacuum pump and its peripheral device for performing exhaust.

【0021】[0021]

【作用】第1の発明に従えば、真空中で保持された基板
の表面に、ラジカル(特に水素ラジカル)が到達し、化
学的に活性なラジカルの作用により吸着分子等の表面コ
ンタミナントが排除される。また、この表面処理におい
て、ラジカルを含むガスは、原子を同時に供給する。こ
の原子は、表面ダングリングボンドを終端して不活性化
させる。このような過程の結果、安定で清浄な基板表面
を得ることができる。
According to the first aspect of the invention, radicals (especially hydrogen radicals) reach the surface of the substrate held in a vacuum, and the chemically active radicals eliminate surface contaminants such as adsorbed molecules. To be done. Further, in this surface treatment, the gas containing radicals simultaneously supplies atoms. This atom terminates and deactivates the surface dangling bond. As a result of such a process, a stable and clean substrate surface can be obtained.

【0022】また、第1の発明において、ラジカル生成
のため、水素およびV族元素の水素化合物の少なくとも
いずれかが用いられ、これらの分子は、光照射により光
励起される。光励起により電子的に励起された分子は、
効率的にラジカルへと変換され、基板表面の清浄化に作
用する。このような光励起処理を用いるため、従来より
も低温、たとえば200°C〜300°Cで基板の表面
処理を行なうことができ、熱による基板の損傷はより低
減される。
Further, in the first invention, at least one of hydrogen and a hydrogen compound of a group V element is used for radical generation, and these molecules are photoexcited by light irradiation. Molecules that are electronically excited by photoexcitation are
It is efficiently converted into radicals and acts on the cleaning of the substrate surface. Since such a photoexcitation process is used, the surface treatment of the substrate can be performed at a temperature lower than the conventional one, for example, 200 ° C. to 300 ° C., and damage to the substrate due to heat is further reduced.

【0023】また、光励起では、照射する光エネルギー
の制御により、容易に励起状態の制御を行なうことがで
きるので、基板表面の性状に応じて、表面処理の対応を
容易に変えることができる。また、このような場合、レ
ーザ光が特に有用である。
Further, in the photoexcitation, the excited state can be easily controlled by controlling the light energy to be applied, so that the surface treatment can be easily changed according to the property of the substrate surface. In such a case, laser light is particularly useful.

【0024】さらに、光照射によるラジカル処理は、ダ
イレクトプラズマ処理およびリモートプラズマ処理より
も基板の損傷をかなり少なくすることができる。
Further, the radical treatment by light irradiation can considerably reduce the damage of the substrate as compared with the direct plasma treatment and the remote plasma treatment.

【0025】また、ラジカル生成において水素を用いれ
ば、その還元作用から基板表面の酸素等を除去すること
ができる。一方、ラジカル生成においてV族元素の水素
化合物を用いれば、揮発性元素であるV族元素が基板か
ら抜けるのを防止することができる。さらに、両方の効
果を得るため、水素およびV族元素を適当な比率で混合
して使用することができる。
If hydrogen is used in radical generation, oxygen and the like on the substrate surface can be removed from the reducing action. On the other hand, if a hydrogen compound of the group V element is used in radical generation, it is possible to prevent the group V element, which is a volatile element, from coming off from the substrate. Furthermore, in order to obtain both effects, hydrogen and a group V element can be mixed and used in an appropriate ratio.

【0026】さらにまた、第1の発明は、ラジカルを含
むガスによる表面処理の後、真空状態を維持しながら、
連続的にエピタキシャル成長へと移行する。したがっ
て、表面処理の後、基板表面を汚すことなくMBE法に
よりエピタキシャル層を形成することができる。
Furthermore, in the first invention, after the surface treatment with a gas containing radicals, while maintaining a vacuum state,
Continuously shifts to epitaxial growth. Therefore, after the surface treatment, the epitaxial layer can be formed by the MBE method without contaminating the substrate surface.

【0027】第2の発明に従う装置では、まず、反応室
に基板を収容し、第1排気系により反応室内を真空にす
ることができる。この後、反応室にガス供給手段からラ
ジカル形成のためのガスを供給することができる。
In the apparatus according to the second aspect of the invention, first, the substrate can be housed in the reaction chamber, and the reaction chamber can be evacuated by the first exhaust system. Then, the gas for supplying radicals can be supplied to the reaction chamber from the gas supply means.

【0028】供給されるガスには、光照射手段から光を
照射することができるため、ガスを光励起させてラジカ
ルを生成させることができる。ラジカルを含むガスは、
反応室内の基板表面に供給され、基板表面を処理するこ
とができる。これにより、基板の表面を清浄化すること
ができる。
Since the gas to be supplied can be irradiated with light from the light irradiation means, the gas can be photoexcited to generate radicals. The gas containing radicals is
It can be supplied to the surface of the substrate in the reaction chamber to treat the surface of the substrate. Thereby, the surface of the substrate can be cleaned.

【0029】その後、真空状態を維持したまま、基板を
反応室から搬送室を経由して第2排気系で真空にされた
成長室に搬送することができる。こうして、基板はその
表面が清浄に保たれたまま成長室に収容される。以上の
ようにして、第2の発明に従う装置では、ラジカルを含
むガスによってエピタキシャル層を形成すべき基板表面
を清浄化することができ、その後、基板表面を汚すこと
なくMBE法を行なうことができる。
After that, the substrate can be transferred from the reaction chamber through the transfer chamber to the growth chamber that has been evacuated by the second exhaust system while maintaining the vacuum state. Thus, the substrate is housed in the growth chamber with its surface kept clean. As described above, in the apparatus according to the second aspect of the present invention, the substrate surface on which the epitaxial layer is to be formed can be cleaned with the gas containing radicals, and then the MBE method can be performed without contaminating the substrate surface. ..

【0030】[0030]

【実施例】図1は、本発明に従うエピタキシャル成長装
置の一具体例を示す模式図である。
EXAMPLE FIG. 1 is a schematic view showing a specific example of an epitaxial growth apparatus according to the present invention.

【0031】図1を参照して、分子線エピタキシャル装
置10において、中央部には準備室7が設けられてい
る。準備室7には超高真空用ポンプ9aが接続され、そ
の内部が排気されるようになっている。準備室7の一端
は、第1搬送室11aにより表面処理チャンバ5と連絡
され、他端は第2搬送室11bにより成長室8と連絡さ
れる。第1搬送室11aおよび第2搬送室11bにはゲ
ートバルブ6a、6bがそれぞれ設けられており、準備
室7と表面処理チャンバ5、準備室7と成長室8をそれ
ぞれ仕切れるようになっている。
Referring to FIG. 1, in a molecular beam epitaxial device 10, a preparation chamber 7 is provided at the center. An ultra-high vacuum pump 9a is connected to the preparation chamber 7, and the inside thereof is exhausted. One end of the preparation chamber 7 is connected to the surface treatment chamber 5 by the first transfer chamber 11a, and the other end is connected to the growth chamber 8 by the second transfer chamber 11b. Gate valves 6a and 6b are provided in the first transfer chamber 11a and the second transfer chamber 11b, respectively, so that the preparation chamber 7 and the surface treatment chamber 5 and the preparation chamber 7 and the growth chamber 8 can be separated from each other. ..

【0032】表面処理チャンバ5には、基板を載置する
ためのサセプタ4が設けられている。サセプタ4には、
基板を回転させるためのモータ(図示省略)が装備され
ている。また、表面処理チャンバ5には、超高真空用ポ
ンプ9bが取付けられている。
The surface treatment chamber 5 is provided with a susceptor 4 for mounting a substrate. In the susceptor 4,
A motor (not shown) for rotating the substrate is provided. An ultrahigh vacuum pump 9b is attached to the surface treatment chamber 5.

【0033】さらに、表面処理チャンバ5には、外から
の光ビームを中に取込む光学窓としてビューポート3が
設けられるとともに、ガスボンベ1a、バルブ1b、マ
スフローコントローラ1cおよびノズル1dを有するガ
ス供給系1が接続されている。ノズル1dは、表面処理
チャンバ5内で、サセプタ4の方向にガスを吹き付ける
ように構成されている。
Further, the surface treatment chamber 5 is provided with a view port 3 as an optical window for taking in a light beam from the outside, and a gas supply system having a gas cylinder 1a, a valve 1b, a mass flow controller 1c and a nozzle 1d. 1 is connected. The nozzle 1d is configured to blow a gas toward the susceptor 4 in the surface treatment chamber 5.

【0034】一方、表面処理チャンバ5の外には、ビュ
ーポート3を介してチャンバ内に光ビームを照射できる
よう、エキシマレーザ2が設けられる。また、エキシマ
レーザ2とビューポート3の間には、エキシマレーザ2
からの光を集束させるため、レンズ14が設けられる。
On the other hand, outside the surface treatment chamber 5, an excimer laser 2 is provided so that the inside of the chamber can be irradiated with a light beam through the view port 3. Further, between the excimer laser 2 and the viewport 3, the excimer laser 2
A lens 14 is provided to focus the light from the.

【0035】成長室8は、MBE法を行なうためのもの
で、図示しないが、分子線を噴出するためのセルと、M
BE法に必要な通常の装備がなされている。また、成長
室8にも超高真空用ポンプ9cが取付けられている。
The growth chamber 8 is for carrying out the MBE method, and although not shown, a cell for ejecting a molecular beam and M
The usual equipment necessary for the BE method is provided. An ultrahigh vacuum pump 9c is also attached to the growth chamber 8.

【0036】以上のように構成される装置において、ま
ず、基板を準備室7に収容した後、準備室7から基板1
2を表面処理チャンバ5のサセプタ4に移動させて載置
し、超高真空用ポンプ9bで表面処理チャンバ5内の排
気を行なう。このとき、ゲートバルブ6aは閉められて
おり、準備室7と表面処理チャンバ5は完全に隔離され
ている。その後、ガス供給系1から表面処理チャンバ5
にラジカル生成用のガスが供給される。このとき、エキ
シマレーザ2による紫外光が基板12の表面12′と平
行に表面処理チャンバ5内に入射される。この紫外光
は、ガスを基板方向に供給するノズルと基板表面との間
に照射される。その結果、紫外光はガス供給系1からの
ガスに照射され、ラジカルを生成させる。生成したラジ
カルは、基板表面12′に達する。このとき、基板はモ
ータ(図示省略)により回転されながら、ラジカルに晒
され、表面処理される。
In the apparatus constructed as described above, the substrate is first accommodated in the preparation chamber 7, and then the substrate 1 is removed from the preparation chamber 7.
2 is moved to and placed on the susceptor 4 of the surface treatment chamber 5, and the inside of the surface treatment chamber 5 is evacuated by the ultrahigh vacuum pump 9b. At this time, the gate valve 6a is closed and the preparation chamber 7 and the surface treatment chamber 5 are completely isolated. Then, from the gas supply system 1 to the surface treatment chamber 5
A gas for radical generation is supplied to. At this time, the ultraviolet light from the excimer laser 2 is incident on the surface treatment chamber 5 in parallel with the surface 12 ′ of the substrate 12. This ultraviolet light is applied between the nozzle that supplies the gas toward the substrate and the surface of the substrate. As a result, the ultraviolet light irradiates the gas from the gas supply system 1 to generate radicals. The generated radicals reach the substrate surface 12 '. At this time, the substrate is exposed to radicals and surface-treated while being rotated by a motor (not shown).

【0037】表面処理が十分に行なわれた後、レーザの
照射およびガスの供給は停止され、表面処理チャンバ5
内は最初に排気を行なったときの真空状態に戻される。
After the surface treatment is sufficiently performed, the laser irradiation and the gas supply are stopped, and the surface treatment chamber 5
The inside is returned to the vacuum state when it was first evacuated.

【0038】その後、ゲートバルブ6aを開き、予め超
高真空用ポンプ9aで排気された準備室7と表面処理チ
ャンバ5を連絡させる。次いで、第1搬送室11aを通
じて準備室7に基板12を移動させる。次に、ゲートバ
ルブ6aを閉じ、準備室7を超高真空(〜10-11
b)まで到達させた後、ゲートバルブ6bを開け、予め
超高真空用ポンプ9cにより超高真空にされた成長室8
に第2搬送室11bを通じて基板12を移動させる。成
長室8内に基板が収容されたらゲートバルブ6bを閉
じ、MBE法を開始する。以上のようにして基板上にエ
ピタキシャル層が形成される。
After that, the gate valve 6a is opened to connect the preparation chamber 7 and the surface treatment chamber 5, which have been previously evacuated by the ultrahigh vacuum pump 9a. Then, the substrate 12 is moved to the preparation chamber 7 through the first transfer chamber 11a. Next, the gate valve 6a is closed, and the preparatory chamber 7 is set to an ultra high vacuum (-10 -11 m
After reaching b), the gate valve 6b is opened, and the growth chamber 8 is previously made to have an ultrahigh vacuum by the ultrahigh vacuum pump 9c.
Then, the substrate 12 is moved through the second transfer chamber 11b. When the substrate is housed in the growth chamber 8, the gate valve 6b is closed and the MBE method is started. As described above, the epitaxial layer is formed on the substrate.

【0039】例1 上記装置を用いてMBE成長を行なった。基板にはGa
As、ガスにはH2 を用いた。
Example 1 MBE growth was performed using the above apparatus. Ga on the substrate
H 2 was used for As and gas.

【0040】GaAs基板を表面処理チャンバ内に収容
し、10-6mbまで排気した後、ノズルを介してH2
50sccm流した。このH2 にAr−Fエキシマレー
ザより紫外光を照射して、水素ラジカルを発生させた。
The GaAs substrate was housed in the surface treatment chamber and evacuated to 10 -6 mb. Then, H 2 was flowed at 50 sccm through the nozzle. This H 2 was irradiated with ultraviolet light from an Ar-F excimer laser to generate hydrogen radicals.

【0041】この状態で上述したようにGaAs基板を
回転させながら、約250°Cで約20分間、基板表面
をラジカルを含むガスに晒して表面の清浄化処理を行な
った。
In this state, while rotating the GaAs substrate as described above, the surface of the substrate was subjected to a cleaning treatment by exposing the substrate surface to a gas containing radicals at about 250 ° C. for about 20 minutes.

【0042】次に、上述した手順を踏んでGaAs基板
を成長室に移動させ、処理された基板表面に通常の手順
に従ってAlGaAsをヘテロエピタキシャル成長させ
た。
Next, the GaAs substrate was moved to the growth chamber by following the procedure described above, and AlGaAs was heteroepitaxially grown on the treated substrate surface according to the usual procedure.

【0043】その後、基板にMIS構造を形成し、その
C−V特性を測定することにより界面準位密度を求め
た。その結果、表面処理した後、エピタキシャル成長さ
せた試料の界面準位密度は〜1011cm-2・eV-1であ
った。一方、表面処理を行なわずにヘテロエピタキシャ
ル成長させた試料の界面準位密度は〜1012cm-2・e
-1であった。この結果より、光励起による水素ラジカ
ルを用いた表面処理により、界面準位密度が約1桁減少
することが明らかとなった。
After that, an MIS structure was formed on the substrate and the CV characteristics thereof were measured to determine the interface state density. As a result, the interface state density of the sample epitaxially grown after the surface treatment was -10 11 cm -2 · eV -1 . On the other hand, the interface state density of the sample that was heteroepitaxially grown without surface treatment was -10 12 cm -2 · e.
It was V -1 . From this result, it was clarified that the surface state density using the hydrogen radical by photoexcitation reduces the interface state density by about one digit.

【0044】例2 基板にはGaAs、ガスにはAsH3 を用い、上記装置
においてMBE成長を行なった。
Example 2 GaAs was used as the substrate and AsH 3 was used as the gas, and MBE growth was performed in the above apparatus.

【0045】GaAs基板を表面処理チャンバ内に収容
し、10-6mbまで排気した後、ノズルを通じてAsH
3 を10sccm流した。このAsH3 にAr−Fエキ
シマレーザより紫外光を照射して、ラジカルを発生させ
た。上述したようにGaAs基板を回転させながら、約
250°Cで約20分間、基板表面をラジカルを含むガ
スに晒して表面の清浄化処理を行なった。
The GaAs substrate was housed in the surface treatment chamber and evacuated to 10 -6 mb.
3 was flowed at 10 sccm. This AsH 3 was irradiated with ultraviolet light from an Ar-F excimer laser to generate radicals. As described above, while rotating the GaAs substrate, the surface of the substrate was exposed to a gas containing radicals at about 250 ° C. for about 20 minutes to clean the surface.

【0046】次に、上述した手順を踏んでGaAs基板
を成長室に移動させ、処理された基板表面にAlGaA
sをヘテロエピタキシャル成長させた。
Next, following the procedure described above, the GaAs substrate is moved to the growth chamber, and AlGaA is formed on the treated substrate surface.
s was heteroepitaxially grown.

【0047】その後、基板にMIS構造を形成し、その
C−V特性を測定することにより界面準位密度を求め
た。その結果、表面処理した後、エピタキシャル成長さ
せた試料の界面準位密度は〜1011cm-2・eV-1であ
った。一方、表面処理を行なわずにヘテロエピタキシャ
ル成長させた試料の界面準位密度は〜1012cm-2・e
-1であった。この結果より、光励起による水素ラジカ
ルを用いた表面処理により、界面準位密度が約1桁減少
することが明らかとなった。
After that, an MIS structure was formed on the substrate and the CV characteristics thereof were measured to determine the interface state density. As a result, the interface state density of the sample epitaxially grown after the surface treatment was -10 11 cm -2 · eV -1 . On the other hand, the interface state density of the sample that was heteroepitaxially grown without surface treatment was -10 12 cm -2 · e.
It was V -1 . From this result, it was clarified that the surface state density using the hydrogen radical by photoexcitation reduces the interface state density by about one digit.

【0048】例3 基板にInP、ガスにH2 を用い、上記装置においてM
BE成長を行なった。
Example 3 InP was used as the substrate and H 2 was used as the gas.
BE growth was performed.

【0049】InP基板を表面処理チャンバ内に収容
し、10-6mbまで排気した後、ノズルを通じてH2
50sccm流した。このH2 にAr−Fエキシマレー
ザより紫外光を照射して水素ラジカルを発生させた。
The InP substrate was housed in the surface treatment chamber and evacuated to 10 -6 mb, and then H 2 was flown at 50 sccm through the nozzle. This H 2 was irradiated with ultraviolet light from an Ar-F excimer laser to generate hydrogen radicals.

【0050】上述したようにInP基板を回転させなが
ら、約250°Cで約20分間、基板表面を水素ラジカ
ルを含むガスに晒して表面のクリーニングを行なった。
While rotating the InP substrate as described above, the substrate surface was exposed to a gas containing hydrogen radicals at about 250 ° C. for about 20 minutes to clean the surface.

【0051】次に、上述した手順を踏んでInP基板を
成長室に移動させ、処理された基板表面にGaInAs
をヘテロエピタキシャル成長させた。
Next, following the procedure described above, the InP substrate is moved to the growth chamber, and GaInAs is formed on the surface of the processed substrate.
Was heteroepitaxially grown.

【0052】そして、ホール測定によりエピタキシャル
成長層の特性について評価した。その結果、表面処理し
た後、エピタキシャル成長させた試料のキャリア移動度
は〜11000cm2 /V・sであった。一方、表面処
理を行なわずにヘテロエピタキシャル成長させた試料の
キャリア移動度は〜5000cm2 /V・sであった。
この結果より、光励起による水素ラジカルを用いた表面
処理により、キャリア移動度が2倍以上増加することが
明らかとなった。
Then, the characteristics of the epitaxial growth layer were evaluated by hole measurement. As a result, the carrier mobility of the sample epitaxially grown after the surface treatment was ˜11000 cm 2 / V · s. On the other hand, the carrier mobility of the sample that was heteroepitaxially grown without surface treatment was about 5000 cm 2 / V · s.
From this result, it was clarified that the carrier mobility increased more than twice by the surface treatment using the hydrogen radical by photoexcitation.

【0053】例4 基板にInP、ガスにPH3 を用いて上記装置によりM
BE成長を行なった。
Example 4 InP was used as the substrate, and PH 3 was used as the gas.
BE growth was performed.

【0054】InP基板を表面処理チャンバに収容し、
10-6mbまで排気した後、ノズルを通じてPH3 を1
0sccm流した。このPH3 に、Ar−Fエキシマレ
ーザより紫外光を照射してラジカルを発生させた。
The InP substrate is housed in the surface treatment chamber,
After exhausting to 10 -6 mb, PH 3 was added to 1 through the nozzle.
Flowed at 0 sccm. This PH 3 was irradiated with ultraviolet light from an Ar-F excimer laser to generate radicals.

【0055】上述したようにInP基板を回転させなが
ら、約250°Cで約20分間、基板表面をラジカルを
含むガスに晒して表面のクリーニングを行なった。
While rotating the InP substrate as described above, the substrate surface was exposed to a gas containing radicals at about 250 ° C. for about 20 minutes to clean the surface.

【0056】次に、上述した手順を踏んでInP基板を
成長室に移動させ、処理された基板表面にGaInAs
をヘテロエピタキシャル成長させた。
Next, the InP substrate is moved to the growth chamber by following the procedure described above, and GaInAs is formed on the surface of the treated substrate.
Was heteroepitaxially grown.

【0057】そして、ホール測定によりエピタキシャル
成長層の特性について評価した。その結果、表面処理し
た後、エピタキシャル成長させた試料のキャリア移動度
は〜12000cm2 /V・sであった。一方、表面処
理を行なわずにヘテロエピタキシャル成長させた試料の
キャリア移動度は〜5000cm2 /V・sであった。
この結果より、光励起によるラジカルを用いた表面処理
により、キャリア移動度が2倍以上増加することが明ら
かとなった。
The characteristics of the epitaxial growth layer were evaluated by hole measurement. As a result, the carrier mobility of the sample epitaxially grown after the surface treatment was ˜12000 cm 2 / V · s. On the other hand, the carrier mobility of the sample that was heteroepitaxially grown without surface treatment was about 5000 cm 2 / V · s.
From this result, it was clarified that the carrier mobility increased more than twice by the surface treatment using radicals by photoexcitation.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、基板
表面のクリーニングに光励起によるラジカルを用いたた
め、従来よりも低温で、基板に損傷を与えることなく効
果的に基板表面を清浄化することができる。
As described above, in the present invention, the radicals generated by photoexcitation are used for cleaning the substrate surface. Therefore, the substrate surface can be effectively cleaned at a lower temperature than before without damaging the substrate. You can

【0059】また、本発明では、基板表面のクリーニン
グの後、真空中において連続的にエピタキシャル成長さ
せるので、界面準位密度を低く抑えてエピタキシャル成
長を行なうことができる。
Further, according to the present invention, after the substrate surface is cleaned, the epitaxial growth is continuously performed in a vacuum. Therefore, the interface state density can be suppressed to be low and the epitaxial growth can be performed.

【0060】したがって、本発明を表面準位密度の高い
III−V族化合物半導体基板へのエピタキシャル成長
に利用すると非常に効果的である。
Therefore, it is very effective to apply the present invention to epitaxial growth on a III-V compound semiconductor substrate having a high surface state density.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に従う装置の一具体例を示す模式図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a specific example of an apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガス供給系 2 エキシマレーザ 3 ビューポート 4 サセプタ 5 表面処理チャンバ 6a、6b ゲートバルブ 7 準備室 8 成長室 9a、9b、9c 超高真空用ポンプ 10 分子線エピタキシャル成長装置 11a、11b 搬送室 12 基板 1 Gas Supply System 2 Excimer Laser 3 Viewport 4 Susceptor 5 Surface Treatment Chamber 6a, 6b Gate Valve 7 Preparation Room 8 Growth Chamber 9a, 9b, 9c Ultra High Vacuum Pump 10 Molecular Beam Epitaxial Growth Equipment 11a, 11b Transfer Chamber 12 Substrate

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空中で保持されたIII−V族化合物
半導体基板の表面を、水素および前記V族元素の水素化
合物の少なくともいずれかを用いて光照射によりラジカ
ルを生成させたガスで処理する工程と、 真空状態を保ちながら、処理された基板表面に分子線を
照射してエピタキシャル層を形成する工程とを備える、
分子線エピタキシャル法。
1. The surface of a III-V group compound semiconductor substrate held in vacuum is treated with a gas in which radicals are generated by light irradiation using at least one of hydrogen and a hydrogen compound of the group V element. And a step of irradiating the treated substrate surface with a molecular beam to form an epitaxial layer while maintaining a vacuum state,
Molecular beam epitaxy.
【請求項2】 基板に分子線を照射して前記基板上にエ
ピタキシャル層を形成するための装置において、 前記基板を収容して、前記基板の表面を光照射によって
生成されたラジカルに晒すための反応室と、 前記反応室を排気するための第1排気系と、 前記反応室に前記ラジカル形成のためのガスを供給する
ガス供給手段と、 前記ガス中の分子を光励起するため、前記ガス供給手段
から前記反応室に供給されるガスに光を照射する光照射
手段と、 前記反応室で処理された基板を収容して分子線エピタキ
シャル成長を行なうための成長室と、 前記成長室を排気するための第2排気系と、 前記反応室と前記成長室とを真空状態を維持しながら連
絡し、前記基板を前記反応室から前記成長室に搬送する
ための搬送室とを備える、分子線エピタキシャル成長装
置。
2. An apparatus for irradiating a substrate with a molecular beam to form an epitaxial layer on the substrate, wherein the substrate is housed and the surface of the substrate is exposed to radicals generated by light irradiation. A reaction chamber, a first exhaust system for exhausting the reaction chamber, a gas supply means for supplying a gas for radical formation to the reaction chamber, and a gas supply for optically exciting molecules in the gas Means for irradiating the gas supplied from the means to the reaction chamber with light, a growth chamber for accommodating the substrate processed in the reaction chamber and performing molecular beam epitaxial growth, and for exhausting the growth chamber Molecular beam epitaxy, including a second exhaust system of No. 2, and a transfer chamber for connecting the reaction chamber and the growth chamber while maintaining a vacuum state and transferring the substrate from the reaction chamber to the growth chamber. Le growth apparatus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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