JPH0786161A - Selective growing method for semiconductor - Google Patents

Selective growing method for semiconductor

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JPH0786161A
JPH0786161A JP22544593A JP22544593A JPH0786161A JP H0786161 A JPH0786161 A JP H0786161A JP 22544593 A JP22544593 A JP 22544593A JP 22544593 A JP22544593 A JP 22544593A JP H0786161 A JPH0786161 A JP H0786161A
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JP
Japan
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growth
temperature
semiconductor
substrate
laser
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Application number
JP22544593A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Kawada
雅彦 河田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0786161A publication Critical patent/JPH0786161A/en
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Abstract

PURPOSE:To grow a crystal selectively in a region not irradiated with laser light by irradiating an arbitrary region on a semiconductor substrate under growth with laser light and raising the substrate temperature at that region to a level for desorbing the group III element of semiconductor to be grown CONSTITUTION:A GaAs substrate 21 subjected to normal pretreatment is heated, at first, to a growing temperature. The GaAs substrate 21 is then irradiated, on the surface thereof, with Ar laser light through a pattern set by a pattern generator. The surface of the GaAs substrate 21 is separated into parts 22, 23 irradiated and not irradiated, respectively, with laser light according to a desired pattern. Laser output is regulated under that state to set the part 22 at a temperature for desorbing a group 11 element and the part 23 at a growing temperature. When growth is started under that state, GaAs is not grown in the part irradiated with laser light because the group III element impinging on the Gaps substrate 21 are evaporated again.

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、半導体の結晶成長方法
に係り、特に、マスクレスで選択成長,埋込成長が可能
な半導体の結晶成長方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor crystal growth method, and more particularly to a semiconductor crystal growth method capable of maskless selective growth and buried growth.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaAs等に代表されるIII −V族化合
物半導体の結晶成長において、固体ソースを用いた分子
線エピタキシ法(MBE)では、GaAs表面には正常
なエピタキシャル膜が成長するが、SiO2 等の酸化膜
上にも多結晶が成長してしまい、選択成長は出来ないと
言われていた。しかし、近年、SiO2 マスクを用いて
成長中の基板温度を高くし、GaAs表面とSiO2
面でのGaの付着係数、マイグレーション距離の違いに
より選択性を実現している(アプライド フィジクス
レター(Appl.Phys.Lett.)51(19),9 198
7 P1512−1514)。
2. Description of the Related Art In crystal growth of a III-V group compound semiconductor represented by GaAs or the like, a normal epitaxial film grows on the GaAs surface by the molecular beam epitaxy (MBE) method using a solid source. It was said that the polycrystal grew on the oxide film such as 2nd grade and selective growth could not be performed. However, in recent years, the substrate temperature during growth is increased by using a SiO 2 mask, and selectivity is realized by the difference in the Ga attachment coefficient and migration distance between the GaAs surface and the SiO 2 surface (Applied Physics).
Letter (Appl. Phys. Lett.) 51 (19), 9 198
7 P1512-1514).

【0003】上記の様に、従来の選択成長技術はGaA
s基板上にSiO2 等の酸化膜をデポし、さらに、レジ
ストを用いたホトリソグラフィにより選択的に酸化膜を
除去して残った酸化膜をマスクとして選択成長するもの
であった。これらのマスクを用いた方法では成長前にプ
ロセス数が多く、個々のプロセスにおいて基板に与える
ダメージ(SiO2 デポ時の熱ストレス等)、基板の表面
汚染等は避けられなかった。
As described above, the conventional selective growth technique is GaA.
An oxide film such as SiO 2 is deposited on the s substrate, and the oxide film is selectively removed by photolithography using a resist, and the remaining oxide film is used as a mask for selective growth. In the method using these masks, the number of processes is large before growth, and damage to the substrate in each process (such as thermal stress at the time of SiO 2 deposition) and surface contamination of the substrate cannot be avoided.

【0004】また、選択成長を行った後は、一度成長装
置から出し、マスクを除去しないと次のプロセスは出来
ない。このため、選択成長層の埋込成長、または選択成
長後の連続ヘテロ成長のような同一成長プロセスでの連
続成長は不可能であった。
After the selective growth, the next process cannot be performed unless the mask is removed from the growth apparatus once. Therefore, it is impossible to perform the buried growth of the selective growth layer or the continuous growth in the same growth process such as the continuous hetero growth after the selective growth.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】固体ソースを用いた分
子線エピタキシ装置を用いて選択成長を行う場合、基板
上に酸化膜によるマスクを形成する必要があり、このた
め、異物接触による表面汚染、および熱歪等の物理的ダ
メージが発生する。また、選択成長後、マスクの除去プ
ロセスが必要なため、選択成長後の連続成長が出来な
い。
When selective growth is carried out using a molecular beam epitaxy apparatus using a solid source, it is necessary to form a mask of an oxide film on the substrate. Therefore, surface contamination due to foreign matter contact, And physical damage such as heat distortion occurs. Further, since the mask removal process is required after the selective growth, continuous growth cannot be performed after the selective growth.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】成長中の半導体基板の任
意の場所にレーザ光を照射し、その部分の基板温度を成
長する半導体のIII 族元素が脱離する温度まで上げるこ
とにより、レーザ光を照射した場所には成長させず、そ
れ以外の場所に選択的に結晶成長する。
Laser light is irradiated to an arbitrary place on a growing semiconductor substrate, and the substrate temperature of that portion is raised to a temperature at which a growing group III element of the semiconductor is desorbed, so that laser light is emitted. Does not grow at the place irradiated with, but selectively grows at other places.

【0007】[0007]

【作用】基板表面に照射するレーザ光をパルス照射と
し、かつ、レーザの照射時間をレーザ照射部分と非照射
部分の境界面の温度が、熱伝導により半導体が成長しな
い温度になる時間より短くすることにより、レーザ照射
部分から非照射部分への熱伝導を抑え、境界面の温度を
半導体が成長しない温度以下に抑えることにより、境界
面でだれの無い選択成長層がマスクレスで成長可能とな
る。
The laser light for irradiating the substrate surface is pulsed, and the laser irradiation time is shorter than the time at which the temperature of the boundary surface between the laser-irradiated portion and the non-irradiated portion becomes a temperature at which the semiconductor does not grow due to heat conduction. This suppresses heat conduction from the laser-irradiated portion to the non-irradiated portion and suppresses the temperature of the interface below the temperature at which the semiconductor does not grow, thereby making it possible to grow a selective growth layer without sagging on the interface without masking. .

【0008】[0008]

【実施例】【Example】

(実施例1)本発明の実施例を図1,図2を用いて説明
する。装置の構成は次の様になっている。成長チャンバ
1内に液体窒素シュラウド2があり、下方に数本の分子
線源3,上方に基板加熱機構4があり、内部は超高真空
に保持されている。半導体基板5は基板加熱機構4の下
部に成長面を下にして設置されている。基板5の真下に
はビューイングポート6が設けられている。レーザ光源
7にはArレーザを用い、これより発生したレーザ光は
パターンジェネレータ8を経由してビューイングポート
6より基板5の表面に照射される。また、成長チャンバ
1下部には基板5の温度を測定するためのパイロメータ
9がある。
(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The configuration of the device is as follows. A liquid nitrogen shroud 2 is provided in the growth chamber 1, several molecular beam sources 3 are provided below, and a substrate heating mechanism 4 is provided above, and the inside is maintained in an ultrahigh vacuum. The semiconductor substrate 5 is installed below the substrate heating mechanism 4 with the growth surface facing down. A viewing port 6 is provided just below the substrate 5. An Ar laser is used as the laser light source 7, and the laser light generated by the Ar laser is applied to the surface of the substrate 5 from the viewing port 6 via the pattern generator 8. Further, below the growth chamber 1 is a pyrometer 9 for measuring the temperature of the substrate 5.

【0009】次に、図2を用いて選択成長の手順を説明
する。まず、通常の前処理を施したGaAs基板21を
基板加熱機構4にセットし、成長温度(例えばGaAs
の場合540℃程度)まで昇温する。次に、Arレーザ
光をパターンジェネレータ8に導入し、ここで、レーザ
光を任意のパターンに設定し、反射ミラー10,ビュー
イングポート6を経由させGaAs基板21表面に照射
する。この時、GaAs基板21表面には希望したパター
ン通りにレーザ光が当っている部分22と当っていない
部分23とに分離される。この状態でパイロメータ9の
値を見ながらレーザ出力を調整し、基板温度を部分的に
昇温する。この時、GaAs基板21の温度は、レーザ
光の当っていない場所23は成長温度(例えばGaAs
の場合540℃程度)に設定し、レーザ光の当っている
場所22はIII 族元素が脱離する温度(例えば、GaA
sの場合725℃)に設定する。この状態で成長を開始
すると、レーザ光の当っている場所にはGaAs基板2
1に入射したIII 族元素(ここではGa元素)が再蒸発
するためGaAsは成長しないが、レーザ光が当ってい
ない場所は成長温度から変化していないためGaAs2
4がエピタキシャル成長する。以上の方法により、マス
クレスの選択成長が実現できる。
Next, the procedure of selective growth will be described with reference to FIG. First, the GaAs substrate 21 that has been subjected to normal pretreatment is set in the substrate heating mechanism 4, and the growth temperature (for example, GaAs) is set.
In the case of, the temperature is raised to about 540 ° C. Next, Ar laser light is introduced into the pattern generator 8, where the laser light is set to an arbitrary pattern and is irradiated onto the surface of the GaAs substrate 21 via the reflection mirror 10 and the viewing port 6. At this time, the surface of the GaAs substrate 21 is separated into a portion 22 where the laser light is applied and a portion 23 where the laser light is not applied according to a desired pattern. In this state, the laser output is adjusted while observing the value of the pyrometer 9 to partially raise the substrate temperature. At this time, the temperature of the GaAs substrate 21 is the growth temperature (for example, GaAs
Temperature is set to about 540 ° C.), and the place 22 exposed to the laser light is at a temperature (eg, GaA) at which the group III element is desorbed.
725 ° C. in the case of s). When the growth is started in this state, the GaAs substrate 2 is placed in the place where the laser beam is applied.
Since the group III element (Ga element here) incident on 1 is re-evaporated, GaAs does not grow, but GaAs2 does not grow in the place where the laser beam is not irradiated because it does not change from the growth temperature.
4 grows epitaxially. By the above method, maskless selective growth can be realized.

【0010】(実施例2)レーザ光照射により微細パタ
ーンを形成する場合、高温部と低温部との境界面での熱
伝導が少なからず問題になる。これを解決するための実
施例を図3を用いて説明する。GaAs基板の熱伝導
率,比熱より、基板の一部分を800℃にした時の境界
面の温度が600℃になる時間を計算すると、約50n
sec となる。
(Embodiment 2) When a fine pattern is formed by laser light irradiation, heat conduction is not a little at the interface between the high temperature portion and the low temperature portion, which causes a problem. An embodiment for solving this will be described with reference to FIG. From the thermal conductivity and specific heat of the GaAs substrate, the time required for the interface temperature to reach 600 ° C when the temperature of a part of the substrate is 800 ° C is calculated to be about 50n.
It becomes sec.

【0011】本実施例ではレーザ光をパルス照射するこ
とにより境界面の温度を分離するものである。基板表面
に照射するレーザは図の様な、照射時間50nsec ,オ
フ時間100nsec のパルスである。ここではオフ時間
を100nsec としてあるが、最長,選択成長する半導
体が1/2モノレイヤ成長する時間まで長くすることが
できる。この方法では、レーザ光が照射されてから境界
面の温度がレーザ照射部と同じになる前にレーザをオフ
し、かつレーザオフ時間の間に境界面の温度を自然冷却
できる。このため、境界面の温度は常に成長速度がゼロ
になる温度まで上昇することがなく、また、GaAsが
1原子層成長するための時間は1秒程度なのでレーザ光
オフ時間にGaAsが成長することはなく、境界面にだ
れの無い選択成長が可能となる。
In this embodiment, the temperature of the boundary surface is separated by irradiating the laser beam in pulses. The laser for irradiating the substrate surface is a pulse having an irradiation time of 50 nsec and an off time of 100 nsec as shown in the figure. Here, the off time is set to 100 nsec, but it can be extended to the longest, that is, the time for the selectively grown semiconductor to grow to ½ monolayer. With this method, the laser can be turned off before the temperature of the boundary surface becomes the same as that of the laser irradiation portion after the laser light irradiation, and the temperature of the boundary surface can be naturally cooled during the laser off time. For this reason, the temperature of the boundary surface does not always rise to a temperature at which the growth rate becomes zero, and since the time for growing one atomic layer of GaAs is about 1 second, GaAs grows during the laser light off time. Instead, selective growth without boundary on the boundary surface is possible.

【0012】(実施例3)図4に本発明を利用した選択
成長,埋込成長を連続成長した実施例を示す。まず、成
長前のGaAs基板41を基板加熱機構4にセットし、
サーマルクリーニングを行った後、InAs成長温度
(400℃)に設定する。次に、GaAs基板41表面
にパターンニングされたレーザ光を照射する。レーザ照
射面42をInAsが再蒸発する温度(600℃)にな
るようにレーザ出力を調整する。次に、レーザをパルス
照射とし、照射しながらInAs層43を500Å程度
成長する。この時、レーザ照射部と非照射部の境界面は
パルス照射により冷却時間を設けているので600℃以
上には上昇しない。したがって、レーザ照射部にはIn
Asは成長せず、図の様な形状に周辺のだれがない選択
成長できる。ここで、選択成長層のサイズはレーザ照射
部の間隔を狭めることにより微細化が可能である。次
に、レーザ照射を止め、基板温度をGaAsの成長温度
(500℃)として、GaAs層44を成長し、InA
s選択成長層43を埋め込む。以上の手順により、マス
クレスの選択成長から埋込成長まで同一プロセス内で連
続成長できる。
(Embodiment 3) FIG. 4 shows an embodiment in which selective growth and buried growth utilizing the present invention are continuously grown. First, set the GaAs substrate 41 before growth to the substrate heating mechanism 4,
After thermal cleaning, the InAs growth temperature (400 ° C.) is set. Next, the surface of the GaAs substrate 41 is irradiated with patterned laser light. The laser output is adjusted so that the laser irradiation surface 42 has a temperature (600 ° C.) at which InAs is re-evaporated. Next, the laser is pulsed, and the InAs layer 43 is grown to about 500 Å while being irradiated. At this time, the interface between the laser irradiation part and the non-irradiation part does not rise above 600 ° C. because the cooling time is provided by pulse irradiation. Therefore, In
As does not grow, and selective growth can be performed without a peripheral sag in the shape shown in the figure. Here, the size of the selective growth layer can be miniaturized by narrowing the interval between the laser irradiation portions. Next, the laser irradiation is stopped and the GaAs layer 44 is grown with the substrate temperature set to the GaAs growth temperature (500 ° C.).
The s selective growth layer 43 is embedded. By the above procedure, continuous growth can be performed in the same process from maskless selective growth to buried growth.

【0013】(実施例4)図5に三元混晶(ここではA
lGaAs)の中に二元混晶(ここではGaAs)を埋込
成長した実施例を示す。まず、GaAs基板51上にA
lGaAsバッファ層52を通常成長する。次に、成長
表面にレーザ光を任意の場所に照射して表面温度をGa
Asが成長しない温度(725℃)に設定する。このま
まレーザ光を照射しながらGaAs層53を選択成長す
る。次にレーザ光をオフし、AlGaAs埋込層54を通常成
長する。以上の工程により三元混晶に埋め込まれた二元
混晶の選択成長層をマスクレスで形成することができ
る。
(Embodiment 4) FIG. 5 shows a ternary mixed crystal (here, A
An example is shown in which a binary mixed crystal (here, GaAs) is embedded and grown in (1GaAs). First, A on the GaAs substrate 51
The lGaAs buffer layer 52 is normally grown. Next, the growth surface is irradiated with laser light at an arbitrary position to adjust the surface temperature to Ga.
The temperature is set to a temperature (725 ° C.) at which As does not grow. The GaAs layer 53 is selectively grown while irradiating the laser beam as it is. Then, the laser light is turned off, and the AlGaAs buried layer 54 is normally grown. Through the above steps, the selective growth layer of the binary mixed crystal embedded in the ternary mixed crystal can be formed without a mask.

【0014】(実施例5)図6に選択成長層に電子を閉
じ込めた場合の実施例を示す。まず、GaAs基板61
上にアンドープGaAsバッファ層62を成長する。次
に成長表面の任意の場所にレーザ光を照射して表面温度
をGaAsが成長しない温度(725℃)に設定する。
その状態でレーザ光を照射しながらSiドープGaAs
層63を選択成長する。次にレーザ光をオフし、アンド
ープGaAs埋込層64を通常成長する。以上の工程に
より、アンドープGaAs内にSiドープGaAsを埋
め込むことができる。ここで、SiはGaAsに対して
n型の不純物となるので電子は選択成長層内に閉じ込め
られた状態になる。また、Siの替わりにBe等のp型
不純物をドーピングすることにより、正孔を閉じ込める
こともできる。
(Embodiment 5) FIG. 6 shows an embodiment in which electrons are confined in the selective growth layer. First, the GaAs substrate 61
An undoped GaAs buffer layer 62 is grown on it. Next, a laser beam is irradiated to an arbitrary place on the growth surface to set the surface temperature to a temperature (725 ° C.) at which GaAs does not grow.
In that state, while irradiating laser light, Si-doped GaAs
Layer 63 is selectively grown. Then, the laser light is turned off, and the undoped GaAs buried layer 64 is normally grown. Through the above steps, Si-doped GaAs can be embedded in undoped GaAs. Here, since Si is an n-type impurity with respect to GaAs, electrons are confined in the selective growth layer. Further, holes can be confined by doping a p-type impurity such as Be instead of Si.

【0015】(実施例6)図7にドーピングされた異種
類の半導体を埋め込んだ場合の実施例を示す。まず、G
aAs基板71上にアンドープGaAsバッファ層72
を成長する。次に成長表面の任意の場所にレーザ光を照
射して表面温度をInAsが成長しない温度(600
℃)に設定する。その状態でレーザ光を照射しながらB
eドープInAs層73を選択成長する。次にレーザ光をオ
フし、アンドープGaAs埋込層74を通常成長する。
以上の工程により、アンドープGaAs内にBeドープ
InAsを埋め込むことができる。ここで、BeはInA
sに対してp型の不純物となるので正孔は選択成長層内
に閉じ込められた状態になる。また、Beの替わりにS
i等のn型不純物をドーピングすることにより、電子を
閉じ込めることもできる。
(Embodiment 6) FIG. 7 shows an embodiment in which a different type of doped semiconductor is embedded. First, G
Undoped GaAs buffer layer 72 on aAs substrate 71
To grow. Next, laser light is irradiated to an arbitrary place on the growth surface to adjust the surface temperature to a temperature at which InAs does not grow (600
℃). While irradiating laser light in that state, B
The e-doped InAs layer 73 is selectively grown. Then, the laser light is turned off, and the undoped GaAs buried layer 74 is normally grown.
Through the above steps, Be-doped InAs can be embedded in undoped GaAs. Where Be is InA
Since it becomes a p-type impurity with respect to s, holes are trapped in the selective growth layer. Also, S instead of Be
Electrons can also be confined by doping an n-type impurity such as i.

【0016】(実施例7)図8に選択成長層を超格子構
造にした場合の実施例を示す。まず、GaAs基板81
上にGaAsバッファ層82を成長する。次に成長表面
の任意の場所にレーザ光を照射して表面温度をGaAs
が成長しない温度(725℃)に設定する。その状態で
レーザ光を照射しながらGaAs層84を選択成長す
る。続けて、InAs薄膜85,GaAs層84を順次
成長する。InAsが成長しない温度はGaAsに比べ
て低い温度のため、レーザ出力を調節しなくてもGaA
sが成長しない温度に設定しておけば連続成長が可能で
ある。その後、レーザ光をオフし、GaAs層85を通
常成長により全面成長することにより、超格子構造83
を埋込成長することができる。
(Embodiment 7) FIG. 8 shows an embodiment in which the selective growth layer has a superlattice structure. First, the GaAs substrate 81
A GaAs buffer layer 82 is grown on top. Next, the surface temperature is set to GaAs by irradiating laser light on any place on the growth surface.
Is set to a temperature (725 ° C.) at which no growth occurs. In this state, the GaAs layer 84 is selectively grown while irradiating laser light. Subsequently, the InAs thin film 85 and the GaAs layer 84 are sequentially grown. Since the temperature at which InAs does not grow is lower than that of GaAs, GaA can be adjusted without adjusting the laser output.
If the temperature is set so that s does not grow, continuous growth is possible. After that, the laser light is turned off, and the GaAs layer 85 is grown over the entire surface by normal growth, whereby the superlattice structure 83 is formed.
Can be embedded and grown.

【0017】[0017]

【発明の効果】本発明により、選択成長に使用するマス
クが不要になる。これにより、マスクの形成および除去
プロセスが必要なくなり、選択成長層の形成時間が大幅
に短縮できるだけでなく、基板へのダメージや汚染を防
止でき、基板の清浄面に成長できるので欠陥,界面準位
を低減することができる。また、レーザ光をパルス照射
することにより、高温部と低温部の境界を明確に区別で
き、微小面積の選択成長が可能になる。
According to the present invention, the mask used for selective growth becomes unnecessary. This eliminates the need for mask formation and removal processes, significantly shortens the formation time of the selective growth layer, prevents damage and contamination of the substrate, and allows growth on the clean surface of the substrate. Can be reduced. In addition, by irradiating the laser beam in a pulsed manner, the boundary between the high temperature portion and the low temperature portion can be clearly distinguished, and selective growth of a minute area becomes possible.

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

【図1】本発明の分子線エピタキシ装置の概要を示す説
明図。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a molecular beam epitaxy apparatus of the present invention.

【図2】マスクレス選択成長の手順を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a procedure of maskless selective growth.

【図3】レーザパルス照射による境界面の温度上昇防止
策を示す説明図。
FIG. 3 is an explanatory view showing a measure for preventing a temperature rise of a boundary surface by laser pulse irradiation.

【図4】同一プロセスでの埋込成長手順を示す説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a buried growth procedure in the same process.

【図5】三元混晶内に二元混晶を埋め込んだ実施例を示
す説明図。
FIG. 5 is an explanatory view showing an example in which a binary mixed crystal is embedded in a ternary mixed crystal.

【図6】GaAs成長層にSi−GaAs層を埋め込ん
だ実施例を示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory view showing an embodiment in which a Si-GaAs layer is embedded in a GaAs growth layer.

【図7】GaAs成長層にBe−InAs層を埋め込ん
だ実施例を示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory view showing an embodiment in which a Be—InAs layer is embedded in a GaAs growth layer.

【図8】埋込成長による超格子構造の閉じ込め手順を示
す説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a procedure of confining a superlattice structure by buried growth.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…成長チャンバ、2…液体窒素シュラウド、3…分子
線源、4…基板加熱機構、5…半導体基板、6…ビュー
イングポート、7…レーザ光源、8…パターンジェネレ
ータ、9…パイロメータ、10…反射ミラー、21…G
aAs基板、22…レーザ照射部(高温部)、23…レー
ザ非照射部(低温部)、24…GaAs成長層。
1 ... Growth chamber, 2 ... Liquid nitrogen shroud, 3 ... Molecular beam source, 4 ... Substrate heating mechanism, 5 ... Semiconductor substrate, 6 ... Viewing port, 7 ... Laser light source, 8 ... Pattern generator, 9 ... Pyrometer, 10 ... Reflection mirror, 21 ... G
aAs substrate, 22 ... Laser irradiation part (high temperature part), 23 ... Laser non-irradiation part (low temperature part), 24 ... GaAs growth layer.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C30B 23/04 Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location // C30B 23/04

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の分子線源と基板ホルダおよび液体窒
素シュラウドを有する分子線エピタキシ装置を用いた半
導体の結晶成長において、エピタキシャル成長中に半導
体基板表面の任意の部分の温度を成長中の半導体の成長
速度がゼロになる温度まで局所的に上昇させ、温度を上
げた部分にはエピタキシャル成長させず、その他の部分
のみに選択的にエピタキシャル成長することを特徴とす
る半導体の結晶成長方法。
1. Crystal growth of a semiconductor using a molecular beam epitaxy apparatus having a plurality of molecular beam sources, a substrate holder and a liquid nitrogen shroud, the temperature of an arbitrary portion of a semiconductor substrate surface being grown during epitaxial growth. A method for crystal growth of a semiconductor, which comprises locally increasing the temperature to a temperature at which the growth rate becomes zero, not performing epitaxial growth on a portion where the temperature is raised, and selectively performing epitaxial growth on only the other portion.
【請求項2】請求項1において、前記分子線エピタキシ
装置の成長チャンバの外部からビューイングポートを介
してレーザ光を成長面に垂直に照射することができる構
造を持ち、レーザ発生源と分子線エピタキシ装置の間に
パターンジェネレータを設置することによりレーザ光路
を変化させ、半導体表面に任意のパターンを照射し、選
択成長する化合物半導体の結晶成長方法。
2. The structure according to claim 1, wherein the growth surface of the molecular beam epitaxy apparatus can be irradiated with laser light perpendicularly to the growth surface from the outside through a viewing port. A crystal growth method for a compound semiconductor, in which a pattern generator is installed between epitaxy devices to change the laser optical path, irradiate a semiconductor surface with an arbitrary pattern, and selectively grow.
【請求項3】請求項1または2において、前記基板の表
面の任意の部分のみにレーザ光を照射し、それ以外の部
分に前記基板と異種類の半導体を選択的に成長し、その
後、レーザ光をオフすることにより、前記基板の温度を
通常成長温度に戻し、その上に選択成長層と異種類の半
導体を基板全面に連続成長することにより、選択成長層
を埋め込む化合物半導体の結晶成長方法。
3. A laser according to claim 1, wherein only a desired portion of the surface of the substrate is irradiated with laser light, and a semiconductor of a different type from the substrate is selectively grown on the other portion, and then the laser is irradiated. By turning off the light, the temperature of the substrate is returned to the normal growth temperature, and a semiconductor of a different type from the selective growth layer is continuously grown on the substrate to continuously grow a compound semiconductor crystal on the selective growth layer. .
【請求項4】請求項1または2において、レーザ光をパ
ルス照射することにより、レーザ照射部分と非照射部分
との境界面の温度が成長する半導体のIII 族元素が脱離
する温度まで上昇する以前にレーザ照射を止め、かつ、
次のレーザ照射までに自然冷却時間を設けることによ
り、レーザ照射部分から非照射部分への温度拡散を抑制
し、成長部分と非成長部分との境界を明確にする化合物
半導体の結晶成長方法。
4. The laser irradiation according to claim 1 or 2, wherein the temperature of the interface between the laser-irradiated portion and the non-irradiated portion rises to a temperature at which a growing group III element is desorbed. Stop the laser irradiation before, and
A method for growing a crystal of a compound semiconductor in which a natural cooling time is provided before the next laser irradiation to suppress temperature diffusion from a laser-irradiated portion to a non-irradiated portion and to clarify the boundary between the grown portion and the non-grown portion.
【請求項5】請求項4において、自然冷却時間の長さを
選択成長する化合物半導体が1/2モノレイヤ成長する
までの時間を最大とする半導体の結晶成長方法。
5. The method for crystal growth of a semiconductor according to claim 4, wherein the time until natural growth of the compound semiconductor selectively grown is 1/2 monolayer is maximized.
【請求項6】請求項2において、成長中の基板温度、特
にレーザ照射部の温度をパイロメータで検出し、そのデ
ータをレーザ発生源にフィードバックすることにより、
基板に照射するレーザ出力を調整し、基板温度を常に制
御しながら選択成長する半導体の結晶成長方法。
6. The method according to claim 2, wherein the temperature of the substrate during growth, especially the temperature of the laser irradiation portion is detected by a pyrometer and the data is fed back to the laser source.
A semiconductor crystal growth method in which the laser output for irradiating a substrate is adjusted to selectively grow while constantly controlling the substrate temperature.
【請求項7】請求項1または3において、選択成長層の
サイズを量子サイズにすることにより、量子細線,量子
箱を形成する半導体の結晶成長方法。
7. The semiconductor crystal growth method according to claim 1, wherein the quantum wires and quantum boxes are formed by setting the size of the selective growth layer to a quantum size.
【請求項8】請求項1,3または7において、選択成長
層にn型またはp型の不純物をドーピングすることによ
り、選択成長層内に電子または正孔を閉じ込める半導体
の結晶成長方法。
8. A method for crystal growth of a semiconductor according to claim 1, 3 or 7, wherein electrons or holes are confined in the selective growth layer by doping the selective growth layer with n-type or p-type impurities.
【請求項9】請求項1または3において、選択成長層を
超格子構造にすることにより、選択成長層内に量子構造
を持たせる半導体の結晶成長方法。
9. The method for crystal growth of a semiconductor according to claim 1, wherein the selective growth layer has a superlattice structure to have a quantum structure in the selective growth layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190126878A (en) 2017-03-23 2019-11-12 오사까 가스 가부시키가이샤 Operation method of fuel gas manufacturing device

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