JPH0524880B2 - - Google Patents
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- JPH0524880B2 JPH0524880B2 JP27324787A JP27324787A JPH0524880B2 JP H0524880 B2 JPH0524880 B2 JP H0524880B2 JP 27324787 A JP27324787 A JP 27324787A JP 27324787 A JP27324787 A JP 27324787A JP H0524880 B2 JPH0524880 B2 JP H0524880B2
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- substrate crystal
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Landscapes
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は半導体の分子線結晶成長方法に関し、
特に光デバイスないし電子デバイスに応用可能な
高品質の半導体の分子線結晶成長方法に関する。
特に光デバイスないし電子デバイスに応用可能な
高品質の半導体の分子線結晶成長方法に関する。
［従来の技術］
シリコンもしくはガリウム砒素などの半導体の
エピタキシヤル成長方法として、超高真空中で半
導体の原料物質を加熱蒸発させ、分子線の形態で
基板結晶上に照射することにより成長層を得る分
子線エピタキシー法（MBE法）が広く行われて
いる。このMBE法による半導体の結晶成長にお
いては、成長結晶の電気的特性を制御する上で、
意図的に添加する以外の不純物（いわゆる背景不
純物）をできるだけ低減することが必要である。
この背景不純物は分子線源物質および成長装置内
雰囲気から取込まれるため、従来は分子線源物質
の高純度化および成長装置内の真空の清浄度の維
持により、背景不純物の混入を防ぐ手段がとられ
ていた。
エピタキシヤル成長方法として、超高真空中で半
導体の原料物質を加熱蒸発させ、分子線の形態で
基板結晶上に照射することにより成長層を得る分
子線エピタキシー法（MBE法）が広く行われて
いる。このMBE法による半導体の結晶成長にお
いては、成長結晶の電気的特性を制御する上で、
意図的に添加する以外の不純物（いわゆる背景不
純物）をできるだけ低減することが必要である。
この背景不純物は分子線源物質および成長装置内
雰囲気から取込まれるため、従来は分子線源物質
の高純度化および成長装置内の真空の清浄度の維
持により、背景不純物の混入を防ぐ手段がとられ
ていた。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしこのような方法では、成長装置内の種々
の原因による汚染源からの不純物の混入を完全に
防止することは困難であり、例えばガリウム砒素
において炭素に起因すると考えられるアクセプタ
不純物濃度NAを1014cm-3以下に再現性良く抑制す
ることができない。従つて、成長装置内のわずか
な汚染源からの影響が低減化された不純物の混入
の防止ないし制御方法が望まれる。
の原因による汚染源からの不純物の混入を完全に
防止することは困難であり、例えばガリウム砒素
において炭素に起因すると考えられるアクセプタ
不純物濃度NAを1014cm-3以下に再現性良く抑制す
ることができない。従つて、成長装置内のわずか
な汚染源からの影響が低減化された不純物の混入
の防止ないし制御方法が望まれる。
本発明は、以上述べたような従来の事情に対処
してなされたもので、半導体の分子線結晶成長に
おいて、不純物の混入を効果的に防止ないしは制
御できる結晶成長方法を提供することを目的とす
る。
してなされたもので、半導体の分子線結晶成長に
おいて、不純物の混入を効果的に防止ないしは制
御できる結晶成長方法を提供することを目的とす
る。
［問題点を解決するための手段］
本発明は、超高真空中で、基板結晶表面に電子
線を照射して該結晶表面を負に帯電させながら結
晶成長を行うことを特徴とする半導体の分子線結
晶成長方法である。
線を照射して該結晶表面を負に帯電させながら結
晶成長を行うことを特徴とする半導体の分子線結
晶成長方法である。
本発明の方法に用いられる基板結晶としてはシ
リコン、ガリウム砒素、インジウム燐等、通常分
子線結晶成長を行い得る全ての基板結晶に適用可
能である。
リコン、ガリウム砒素、インジウム燐等、通常分
子線結晶成長を行い得る全ての基板結晶に適用可
能である。
［作用］
本発明は、基板結晶が負に帯電することによ
り、例えばガリウム砒素結晶においてアクセプタ
不純物となる炭素系分子の基板結晶表面上への付
着率が減少する現象を利用したもので、この負電
荷の帯電を電子線照射による基板結晶表面上への
電子の蓄積により実現する。
り、例えばガリウム砒素結晶においてアクセプタ
不純物となる炭素系分子の基板結晶表面上への付
着率が減少する現象を利用したもので、この負電
荷の帯電を電子線照射による基板結晶表面上への
電子の蓄積により実現する。
従来法において、基板結晶が電気的にほぼ中性
であるとするとｎ型ガリウム砒素（GaAs）基板
については、第２図ａに示したように、基板１の
結晶表面には自由電荷の空乏層２が生じ、イオン
化したドナー不純物による正の空間電荷３が現わ
れている。このような表面にアクセプタ型の不純
物分子４が到達すると、基板結晶の価電子が不純
物分子４に移動する結果、不純物分子４は負に帯
電して、基板結晶表面に現われている正の空間電
荷３との間に引力を生じ基板結晶表面に強固に付
着する結果となる。
であるとするとｎ型ガリウム砒素（GaAs）基板
については、第２図ａに示したように、基板１の
結晶表面には自由電荷の空乏層２が生じ、イオン
化したドナー不純物による正の空間電荷３が現わ
れている。このような表面にアクセプタ型の不純
物分子４が到達すると、基板結晶の価電子が不純
物分子４に移動する結果、不純物分子４は負に帯
電して、基板結晶表面に現われている正の空間電
荷３との間に引力を生じ基板結晶表面に強固に付
着する結果となる。
ところが第２図ｂに示したように、電子線５の
照射により基板結晶表面を負に帯電させた場合に
は、基板結晶表面に現われる正の空間電荷を消去
しうるうえ、過剰な負電荷層６が生じ、過剰な負
電荷７が現われる。この負電荷７によつて、電荷
移動で負に帯電した不純物分子４と基板結晶表面
との間に負電荷同士の電気的反発力が生じ、結局
不純物分子の付着率を低下させ、結晶中に取込ま
れる不純物量を低下させることになる。従つて基
板結晶表面を負に帯電させることが、ｎ型基板結
晶においてアクセプタ型背景不純物濃度を低減す
るうえで効果的であるが、これは基板結晶を電気
的に絶縁された状態で保持しつつ基板結晶表面上
に電子線を照射することにより実現できる。な
お、ｐ型基板結晶においては、アクセプタ型背景
不純物濃度は本来取込みが小さいが、基板結晶表
面を負に帯電させることにより、上記と同様の原
理によつて不純物の取込み量をいつそう低減でき
る。
照射により基板結晶表面を負に帯電させた場合に
は、基板結晶表面に現われる正の空間電荷を消去
しうるうえ、過剰な負電荷層６が生じ、過剰な負
電荷７が現われる。この負電荷７によつて、電荷
移動で負に帯電した不純物分子４と基板結晶表面
との間に負電荷同士の電気的反発力が生じ、結局
不純物分子の付着率を低下させ、結晶中に取込ま
れる不純物量を低下させることになる。従つて基
板結晶表面を負に帯電させることが、ｎ型基板結
晶においてアクセプタ型背景不純物濃度を低減す
るうえで効果的であるが、これは基板結晶を電気
的に絶縁された状態で保持しつつ基板結晶表面上
に電子線を照射することにより実現できる。な
お、ｐ型基板結晶においては、アクセプタ型背景
不純物濃度は本来取込みが小さいが、基板結晶表
面を負に帯電させることにより、上記と同様の原
理によつて不純物の取込み量をいつそう低減でき
る。
［実施例］
以下、本発明の有利な特性を用いた実施例につ
いて図面を参照して詳細に説明する。
いて図面を参照して詳細に説明する。
第１図は本発明の方法を実施するための分子線
結晶成長装置の一例を示す概略構成図である。基
板結晶１１は窒化ホウ素（BN）もしくは窒化ア
ルミニウム（AlN）などの絶縁性材質からなる
基板保持具１２上に固定され、これらを収納する
超高真空容器１３にはさらに基板結晶表面に向け
て電子銃１４およびアルゴンなどの不活性ガスの
正イオンを照射できるイオン銃１５が配設されて
いる。基板加熱ヒータ１６、分子線源１７，１
７′，１７″の配置および使用については通常の分
子線結晶成長法と同様であるのでその説明を省略
する。
結晶成長装置の一例を示す概略構成図である。基
板結晶１１は窒化ホウ素（BN）もしくは窒化ア
ルミニウム（AlN）などの絶縁性材質からなる
基板保持具１２上に固定され、これらを収納する
超高真空容器１３にはさらに基板結晶表面に向け
て電子銃１４およびアルゴンなどの不活性ガスの
正イオンを照射できるイオン銃１５が配設されて
いる。基板加熱ヒータ１６、分子線源１７，１
７′，１７″の配置および使用については通常の分
子線結晶成長法と同様であるのでその説明を省略
する。
結晶成長に際しては、電子銃１４より基板結晶
表面上に低速の電子線を照射し、基板結晶表面に
負電荷の素である電子を蓄積する。基板結晶表面
を再び中性状態に戻したいときにはイオン銃１５
により低速のアルゴンイオン（Ar+）を適量照射
する。
表面上に低速の電子線を照射し、基板結晶表面に
負電荷の素である電子を蓄積する。基板結晶表面
を再び中性状態に戻したいときにはイオン銃１５
により低速のアルゴンイオン（Ar+）を適量照射
する。
本実施例では0.1〜1kVの加速電圧による10mA
の電子線を直径５cmのガリウム砒素基板結晶上に
照射することにより、基板結晶表面上に10-3〜
10-2クーロン／cm2の面密度で電子による負電荷を
生じさせることができた。このように基板結晶表
面を帯電させた状態で、通常の方法により分子線
結晶成長を行つた。また負電荷の中和には〜
0.1kVの加速電圧によるアルゴンイオンを用い
た。電子線、イオンともに1kVの低加速電圧で
用いることは、基板結晶表面の衝撃損傷を防ぐう
えで重要である。
の電子線を直径５cmのガリウム砒素基板結晶上に
照射することにより、基板結晶表面上に10-3〜
10-2クーロン／cm2の面密度で電子による負電荷を
生じさせることができた。このように基板結晶表
面を帯電させた状態で、通常の方法により分子線
結晶成長を行つた。また負電荷の中和には〜
0.1kVの加速電圧によるアルゴンイオンを用い
た。電子線、イオンともに1kVの低加速電圧で
用いることは、基板結晶表面の衝撃損傷を防ぐう
えで重要である。
第３図は上記の方法でアンドープGaAsを成長
させた場合のアクセプタ不純物濃度NAと、成長
時に照射した0.5kVの加速電圧による電子線の電
流との関係について示したものである。同図から
電子線の照射によりアクセプタ不純物の取込みが
大幅に低減することがわかる。
させた場合のアクセプタ不純物濃度NAと、成長
時に照射した0.5kVの加速電圧による電子線の電
流との関係について示したものである。同図から
電子線の照射によりアクセプタ不純物の取込みが
大幅に低減することがわかる。
［発明の効果］
以上説明したように、分子線結晶成長におい
て、基板結晶表面に電子線を照射して基板結晶表
面を負の帯電状態に保つことにより、不純物原子
の結晶中への取込みを低減ないし制御することが
でき、背景不純物の少ない高品質の半導体のエピ
タキシヤル成長結晶が得られる。
て、基板結晶表面に電子線を照射して基板結晶表
面を負の帯電状態に保つことにより、不純物原子
の結晶中への取込みを低減ないし制御することが
でき、背景不純物の少ない高品質の半導体のエピ
タキシヤル成長結晶が得られる。
第１図は本発明の方法を実施するための分子線
結晶成長装置の一例を示す概略構成図、第２図は
本発明の原理を示す説明図、第３図は電子線電流
とアクセプタ不純物濃度との関係の一例を示す図
である。 １……ｎ型GaAs基板、２……自由電荷空乏
層、３……空間電荷、４……アクセプタ型不純物
分子、５……電子線、６……過剰負電荷層、７…
…過剰負電荷、１１……基板結晶、１２……基板
保持具、１３……超高真空容器、１４……電子
銃、１５……イオン銃、１６……加熱ヒータ、１
７，１７′，１７″……分子線源。
結晶成長装置の一例を示す概略構成図、第２図は
本発明の原理を示す説明図、第３図は電子線電流
とアクセプタ不純物濃度との関係の一例を示す図
である。 １……ｎ型GaAs基板、２……自由電荷空乏
層、３……空間電荷、４……アクセプタ型不純物
分子、５……電子線、６……過剰負電荷層、７…
…過剰負電荷、１１……基板結晶、１２……基板
保持具、１３……超高真空容器、１４……電子
銃、１５……イオン銃、１６……加熱ヒータ、１
７，１７′，１７″……分子線源。
Claims (1)
- １ 超高真空中で、基板結晶表面に電子線を照射
して該結晶表面を負に帯電させながら結晶成長を
行うことを特徴とする半導体の分子線結晶成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27324787A JPH01115894A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体の分子線結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27324787A JPH01115894A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体の分子線結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01115894A JPH01115894A (ja) | 1989-05-09 |
| JPH0524880B2 true JPH0524880B2 (ja) | 1993-04-09 |
Family
ID=17525173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27324787A Granted JPH01115894A (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体の分子線結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01115894A (ja) |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP27324787A patent/JPH01115894A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01115894A (ja) | 1989-05-09 |
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