JPH07312345A - 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

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JPH07312345A
JPH07312345A JP10374194A JP10374194A JPH07312345A JP H07312345 A JPH07312345 A JP H07312345A JP 10374194 A JP10374194 A JP 10374194A JP 10374194 A JP10374194 A JP 10374194A JP H07312345 A JPH07312345 A JP H07312345A
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JP
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substrate
compound semiconductor
arsenic
film
semiconductor crystal
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JP10374194A
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Yoichi Mada
洋一 間田
Kazumi Wada
一実 和田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体デバイスの作製上の自由度が広く、キャ
リアの枯渇が生じない良好なキャリア濃度を有する再成
長界面を容易に実現する化合物半導体結晶の成長方法を
提供する 【構成】III−V族化合物半導体からなる基板の表面に
形成された大気汚染層を除去し清浄化した後、ヒ素を含
む溶液で処理して基板表面にヒ素膜を形成する工程と、
結晶成長装置内に基板を保持して加熱を行って基板表面
のヒ素膜を蒸発した後、引続き基板表面上に半導体結晶
の成長を行う工程を少なくとも用いる。 【効果】半導体結晶の再成長工程を必要とする量子細
線、BHレーザ等の素子の作製に極めて有効である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体の製造方法
に係り、特に元素の周期表III−V族化合物半導体結晶
の成長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体を用いた半導体集積回路、
半導体レーザ、光検知素子などの製造工程において、結
晶成長技術は極めて重要な工程の一つとなっている。近
年、量子細線の側壁保護、埋め込みヘテロ構造(BH)
レーザ、パーミアブルベーストランジスタ(PBT)等
の素子の製作のため、結晶成長を一時中断し、種々のプ
ロセスを施した後、再び結晶成長を行う方法、いわゆる
再成長方法が広く用いられている。この再成長方法は、
デバイス製作上の自由度を著しく広げられるという利点
がある。しかしながら、一度大気に曝した半導体基板上
に結晶成長を行う場合には、再成長界面に残存するC、
O等の不純物が形成する欠陥準位によりキャリア補償が
起こり、その結果、界面のキャリアが枯渇するという問
題が生じる。図3は、従来技術による結晶再成長工程を
示す図である。図3(a)は、再成長を行う基板の断面
を示し、ガリウムヒ素(GaAs)基板1上に、キャリ
ア濃度1×1016cm~3のn型GaAs層2を、有機金
属熱分解気相成長(MOCVD)法によりエピタキシァ
ル成長してある。基板は大気中に放置しているため、表
面には自然酸化膜等の大気汚染層5が形成されている。
初めに、大気汚染層5を除くために、エッチング液(硫
酸:過酸化水素水:水=1:1:50)により基板表面
を100Å程度除去する。次に、基板表面の自然酸化膜
を除くために塩酸中に浸漬すると、基板表面は、図3
(b)に示すように清浄な表面となる。しかしながら、
化合物半導体の結晶成長装置に搬入するまでに大気に曝
されるため、結晶成長前の基板表面には、図3(c)に
示すごとく、大気汚染層5が形成される。このような基
板表面に、結晶成長を行うと、再成長後の基板の断面
は、図3(d)に示すように、大気汚染層5が結晶の再
成長界面に残存した状態となる。図2に、従来技術によ
り得られる半導体結晶の再成長界面付近のキャリア濃度
分布(曲線7)を示すが、大気汚染層5の影響によって
界面のキャリアには著しい枯渇が見られる。この問題を
解決するために、半導体結晶成長の中断後の表面をヒ素
(As)膜で被覆する方法、また結晶成長前の表面を化
学的に処理してイオウ膜で被覆する方法等が提案されて
いるが、いずれの方法においても、次に示す問題があ
る。すなわち、結晶成長の中断後の表面をヒ素膜で被覆
する方法〔河合:電子情報通信学会技術研究報告、SS
D84−26、(1984)、p23〕においては、分
子線エピタキシァル成長(MBE)法により、結晶成長
の中断後、表面にヒ素膜を室温付近で堆積する。この状
態で大気に曝した後、MBE装置内に基板を装着し、加
熱により表面のヒ素膜を蒸発させた後、結晶の再成長を
行うと、通常大気に曝した試料に生じる結晶の再成長界
面でのキャリアの枯渇は見られず、大気による汚染をほ
ぼ完全に防止できる。しかしながら、上記の方法は、結
晶成長の中断後の基板表面はヒ素膜で覆われているた
め、基板表面に対しヒ素膜除去が前提となる加工プロセ
スを適用することが困難な場合があり、デバイス作製上
の自由度が広げられるという結晶再成長プロセスの利点
を充分に発揮させることができない。また、結晶再成長
前の表面を化学的に処理する方法は、硫化アンモニウム
〔(NH4)2X〕溶液中に基板を浸漬して行い、処理後
の基板表面にはイオウ膜が形成される。このイオウ膜
は、基板表面の大気による汚染を防止する。イオウ膜を
形成した基板を結晶成長装置内に装着し、加熱により表
面のイオウ膜の除去を行うが、イオウ膜を完全に除去す
ることができず、結晶再成長時に、残留したイオウがド
ーピングされ、結晶再成長界面のキャリア濃度に変化を
及ぼすという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術における問題点を解決するべくなされたもので、半
導体デバイスの作製上の自由度が広く、キャリアの枯渇
現象が生じることなく、良好なキャリア濃度分布の半導
体結晶の再成長界面を容易に実現できる化合物半導体結
晶の成長方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明の化合物半導体結晶の成長方法は、
III−V族化合物半導体基板の表面に形成されている大
気汚染層を除去して清浄化した後、ヒ素を含む溶液で基
板表面を処理することによって、基板表面にヒ素膜を形
成する工程と、半導体の結晶成長装置内で、上記基板表
面のヒ素膜を加熱により蒸発させた後、化合物半導体の
結晶成長を行う工程とを少なくとも用いるものである。
本発明の具体的構成は、III−V族化合物半導体からな
る基板の表面に形成された自然酸化膜等の大気汚染層を
除去して清浄化した後、大気に曝すことなく、基板の表
面をヒ素を含む溶液で処理をして、基板の表面にヒ素膜
を形成する工程と、化合物半導体の結晶成長装置内に上
記基板を装着して加熱を行い、基板表面のヒ素膜を蒸発
させた後、引続き基板の表面に化合物半導体結晶の成長
を行う工程を少なくとも用いるものである。このような
工程を用いて、化合物半導体結晶の成長を行うと、再成
長界面に自然酸化膜等の大気汚染層が存在しなくなるの
で、C、O等の不純物が原因で形成される欠陥準位によ
りキャリア補償が生じることがなくなり、キャリア枯渇
のない良好なキャリア濃度分布を有する再成長界面を、
デバイ作製上の自由度を損なうことなく容易に実現する
ことができる。したがって、半導体結晶の再成長を必要
とする量子細線、BHレーザ等の素子の作製において極
めて有効な化合物半導体結晶の再成長方法となる。本発
明の化合物半導体結晶の成長に用いるIII−V族化合物
半導体の基板は、ガリウムヒ素(GaAs)であること
が望ましい。本発明の化合物半導体結晶の成長方法にお
いて、化合物半導体の基板表面のヒ素膜形成に用いるヒ
素を含む溶液は、アルカリ性のヒ素を含む溶液であるこ
とが好ましく、具体的には、ヒ素のアンモニア水溶液ま
たはヒ素の二硫化炭素溶液等が好ましい。また、基板表
面にヒ素膜を形成するために用いるヒ素を含む溶液は、
上記のアルカリ性のヒ素の溶液に限らず、例えば、ヒ酸
水溶液等のヒ素を含む酸性溶液であっても好適に用いる
ことができ、基板表面に良好なヒ素膜を形成させること
ができる。
【0005】
【作用】清浄な化合物半導体の基板表面を大気から保護
するためには、基板表面を保護膜で覆う必要がある。保
護膜の形成は、結晶成長の中断直後に行う方法が提案さ
れているが、基板表面は常に保護膜で覆われていること
になり、デバイス作製のための基板表面の加工の自由度
が狭くなり、特定のデバイスにしか適用できなくなる。
また、結晶の再成長前のエッチングの最後の工程で、表
面にイオウ膜を形成させる方法も提案されているが、イ
オウがドーピングされ、再成長界面のキャリア濃度が変
動するという問題がある。本発明の化合物半導体結晶の
成長方法は、大気による汚染を防止するための表面保護
用のヒ素膜を、半導体結晶の再成長前に形成させるた
め、デバイス作製上の自由度を損なうことはない。ま
た、基板表面を元素の周期表V族元素であるヒ素膜で覆
うため、従来のVI族元素のイオウ膜のように、結晶再成
長界面のキャリア濃度に変動をもたらすことなく、キャ
リア枯渇のない良好なキャリア濃度を有する結晶再成長
界面を容易に実現することができる。
【0006】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。図1(a)〜(e)は、本実施
例で例示する化合物半導体結晶の再成長工程を示す図
で、図1(a)は、化合物半導体結晶の再成長を行う基
板の断面を示す図である。GaAs基板1上に、n型G
aAs層2をエピタキシァル成長してある。大気中に保
管しているため、表面には大気汚染層5が存在する。初
めに、大気汚染層5を除くために、エッチング液(硫
酸:過酸化水素水:水=1:1:50)により基板表面
を100Å程度除去する。次に、表面の自然酸化膜を除
くために、塩酸中に浸漬すると、基板表面は、図1
(b)に示すように清浄な表面となる。その後、黒色の
Asを、80℃に加熱したアンモニア水に溶かして得ら
れるヒ素含有量が5%溶液中に、基板を30分間浸すこ
とにより形成する。処理後は、窒素ガスにより基板表面
を乾燥させる。この状態では、図1(c)に示すよう
に、基板表面はAs膜3により被覆されているため、大
気中に曝し保管しても基板表面には大気による汚染層が
生じない。次に、結晶成長装置の一つであるMOCVD
装置(図示せず)内に基板を装着する。初めに、基板を
250℃に加熱すると、基板表面のAs膜3は蒸発する
ため、図1(d)に示すように、n型GaAs層2の清
浄な表面が露出する。次に、図1(e)に示すようにシ
リコンを1×1016cm~3ドープした厚さ1μmのn型
GaAs層4を650℃で成長させる。図2に、本発明
の方法により得られた再成長界面の電子濃度分布を、従
来技術における電子濃度分布と比較して示す。曲線6は
本発明の実施例を示し、曲線7は従来技術における電子
濃度分布を示す。結晶再成長直前まで基板表面を大気に
曝さない本発明の化合物半導体結晶の成長方法は、再結
晶界面にC、O等の不純物が存在しないため、これらに
よる欠陥準位の形成はなく、平坦で良好な電子濃度分布
が得られる。一方、従来技術では既に述べたように空乏
層の発生した電子濃度分布となっており、再成長界面に
おいてキャリアの枯渇が生じ、キャリア濃度が著しく減
少している。上記の実施例ではAsを含む溶液として、
黒色のAsを加熱したアンモニア水に溶かしたものを用
いたが、黄色のAsを二硫化炭素(CS2)に溶かした
溶液、あるいはヒ酸(H3AsO4)の水溶液を用いても
上記と同様の効果が得られることを確認している。
【0007】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の化
合物半導体結晶の成長方法によれば、キャリア枯渇のな
い良好なキャリア濃度分布を有する再成長界面を、デバ
イス作製上の自由度を損なうことなく容易に実現でき
る。したがって、半導体結晶の再成長を必要とする量子
細線、BHレーザ等の素子の作製に、本発明の結晶成長
方法は極めて有効な手段となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で例示した結晶再成長工程を示
す図。
【図2】本発明の実施例で例示した結晶再成長界面にお
けるキャリア濃度分布を、従来技術と比較して示したグ
ラフ。
【図3】従来法による結晶再成長工程を示す図。
【符号の説明】
1…GaAs基板 2…n型GaAs層 3…As膜 4…n型GaAs層 5…大気汚染層(自然酸化膜等) 6…本発明の実施例による電子濃度曲線 7…従来技術による電子濃度曲線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】III−V族化合物半導体からなる基板の表
    面に形成された大気汚染層を除去して清浄化した後、ヒ
    素を含む溶液で処理をして、上記基板の表面にヒ素膜を
    形成する工程と、化合物半導体の結晶成長装置内に上記
    基板を装着して加熱を行い、基板表面のヒ素膜を蒸発さ
    せた後、引続き基板の表面に化合物半導体結晶の成長を
    行う工程を少なくとも含むことを特徴とする化合物半導
    体結晶の成長方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、III−V族化合物半導
    体はガリウムヒ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。
  3. 【請求項3】請求項1において、ヒ素を含む溶液はアル
    カリ性の溶液であることを特徴とする化合物半導体結晶
    の成長方法。
  4. 【請求項4】請求項3において、ヒ素を含むアルカリ性
    の溶液は、ヒ素のアンモニア水溶液であることを特徴と
    する化合物半導体結晶の成長方法。
  5. 【請求項5】請求項1において、ヒ素を含む溶液はヒ酸
    水溶液もしくはヒ素の二硫化炭素溶液であることを特徴
    とする化合物半導体結晶の成長方法。
JP10374194A 1994-05-18 1994-05-18 化合物半導体結晶の成長方法 Pending JPH07312345A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014220281A (ja) * 2013-05-01 2014-11-20 住友電気工業株式会社 半導体装置の製造方法

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