JPH0888185A - 半導体結晶成長方法 - Google Patents
半導体結晶成長方法Info
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アルシンに代表される有毒な金属水素化物を
用いず、低温で、二次元的に制御される化合物半導体の
結晶成長方法を提供する。 【構成】 ｐ型ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板１１の表面
に、［２１バー１バー］Ａ方向沿ってメサ溝を形成し、
Ｖ族原料のＴＤＭＡＡｓを８×１０-3Ｐａで、III族原
料のＴＭＧａを８×１０-4Ｐａで供給し、メサ１２の側
面上で優先的にｎ型ＧａＡｓ１３を成長させる。次に、
Ｖ族原料を金属Ａｓに変え、Ａｓ4 を５×１０-3Ｐａ
で、ＭＡＧａを８×１０-4Ｐａで供給してＧａＡｓ１３
の側面にのみｐ型ＧａＡｓ１４を成長させる。次に、Ｖ
族原料を再びＴＤＭＡＡｓにして、ＴＤＭＡＡｓ及びＴ
ＭＧａをともに８×１０-4Ｐａで供給して、ｐ型ＧａＡ
ｓ１５の成長を行う。 【効果】ＴＤＭＡＡｓとＴＭＧａの圧力比を制御するこ
とにより、伝導形を制御できる。
用いず、低温で、二次元的に制御される化合物半導体の
結晶成長方法を提供する。 【構成】 ｐ型ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板１１の表面
に、［２１バー１バー］Ａ方向沿ってメサ溝を形成し、
Ｖ族原料のＴＤＭＡＡｓを８×１０-3Ｐａで、III族原
料のＴＭＧａを８×１０-4Ｐａで供給し、メサ１２の側
面上で優先的にｎ型ＧａＡｓ１３を成長させる。次に、
Ｖ族原料を金属Ａｓに変え、Ａｓ4 を５×１０-3Ｐａ
で、ＭＡＧａを８×１０-4Ｐａで供給してＧａＡｓ１３
の側面にのみｐ型ＧａＡｓ１４を成長させる。次に、Ｖ
族原料を再びＴＤＭＡＡｓにして、ＴＤＭＡＡｓ及びＴ
ＭＧａをともに８×１０-4Ｐａで供給して、ｐ型ＧａＡ
ｓ１５の成長を行う。 【効果】ＴＤＭＡＡｓとＴＭＧａの圧力比を制御するこ
とにより、伝導形を制御できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体の結晶成
長方法に関し、特に選択的結晶成長の制御方法に関す
る。
長方法に関し、特に選択的結晶成長の制御方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスを作製するために、基板
の所定領域のみに化合物半導体を結晶成長させる、所
謂、選択的結晶成長が利用されている。
の所定領域のみに化合物半導体を結晶成長させる、所
謂、選択的結晶成長が利用されている。
【０００３】従来、このような選択的成長を行う方法と
して、ＳｉＯ2 などの薄膜を用いる方法がある。これ
は、基板の表面にＳｉＯ2 膜を形成し、化合物半導体を
結晶成長させようとする領域のＳｉＯ2 膜を部分的に除
去して基板を露出させ、その後、結晶成長を行なって、
露出した基板上にのみ化合物半導体を結晶成長させると
いうものである。このような方法として、例えば、ＭＢ
Ｅ法を用いる方法が、アプライドフィジックスレター５
１巻（１９８７年）、１５１２−１５１４頁に、ＭＯＣ
ＶＤ法を用いる方法が、ジャーナルオブクリスタルグロ
ース７７巻（１９８６年）、３０３−３０９頁に記載さ
れている。
して、ＳｉＯ2 などの薄膜を用いる方法がある。これ
は、基板の表面にＳｉＯ2 膜を形成し、化合物半導体を
結晶成長させようとする領域のＳｉＯ2 膜を部分的に除
去して基板を露出させ、その後、結晶成長を行なって、
露出した基板上にのみ化合物半導体を結晶成長させると
いうものである。このような方法として、例えば、ＭＢ
Ｅ法を用いる方法が、アプライドフィジックスレター５
１巻（１９８７年）、１５１２−１５１４頁に、ＭＯＣ
ＶＤ法を用いる方法が、ジャーナルオブクリスタルグロ
ース７７巻（１９８６年）、３０３−３０９頁に記載さ
れている。
【０００４】また、上記のようにＳｉＯ2 膜を用いて選
択成長させた化合物半導体を埋め込むために、その側面
に別の化合物半導体を二次元的に制御して結晶成長させ
る技術が、アプライドフィジックスレター５７巻（１９
９０年）、１２０９−１２１１頁に記載されている。こ
れは、（１１１）Ｂ基板を用い、ＭＯＣＶＤ法によって
化合物半導体を成長させ、先に選択的に結晶成長させた
化合物半導体の側面にのみ他の化合物半導体を成長させ
て実現している。
択成長させた化合物半導体を埋め込むために、その側面
に別の化合物半導体を二次元的に制御して結晶成長させ
る技術が、アプライドフィジックスレター５７巻（１９
９０年）、１２０９−１２１１頁に記載されている。こ
れは、（１１１）Ｂ基板を用い、ＭＯＣＶＤ法によって
化合物半導体を成長させ、先に選択的に結晶成長させた
化合物半導体の側面にのみ他の化合物半導体を成長させ
て実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳｉＯ
2 膜を用いて選択的成長を実現する方法では、ＳｉＯ2
膜上で結晶成長が生じないようにするために、ＳｉＯ2
膜上での分解蒸発を促進する必要がある。つまり、結晶
成長を高温で行わなければならない。具体的には、ＭＢ
Ｅ法で７００℃以上、ＭＯＣＶＤ法で６２０℃以上で成
長を行わなければならないことが上記文献に報告されて
いる。このような高温での結晶成長は、伝導形を制御す
るための不純物が拡散しやすいという問題点がある。
2 膜を用いて選択的成長を実現する方法では、ＳｉＯ2
膜上で結晶成長が生じないようにするために、ＳｉＯ2
膜上での分解蒸発を促進する必要がある。つまり、結晶
成長を高温で行わなければならない。具体的には、ＭＢ
Ｅ法で７００℃以上、ＭＯＣＶＤ法で６２０℃以上で成
長を行わなければならないことが上記文献に報告されて
いる。このような高温での結晶成長は、伝導形を制御す
るための不純物が拡散しやすいという問題点がある。
【０００６】また、ＳｉＯ2 膜を用いて選択的成長を実
現する方法では、結晶成長を一次元方向（基板と垂直方
向）にしか制御できないという問題点もある。
現する方法では、結晶成長を一次元方向（基板と垂直方
向）にしか制御できないという問題点もある。
【０００７】さらに、（１１１）Ｂ基板を用い、選択成
長させた化合物半導体の側面を埋め込む方法では、後か
ら成長させる化合物半導体がＳｉＯ2 膜の上に形成され
るため、完全な半導体による埋め込み構造を作製するこ
とができないという問題点がある。
長させた化合物半導体の側面を埋め込む方法では、後か
ら成長させる化合物半導体がＳｉＯ2 膜の上に形成され
るため、完全な半導体による埋め込み構造を作製するこ
とができないという問題点がある。
【０００８】さらに、ＭＯＣＶＤ法は、極めて毒性の高
いアルシンなどを使用するという問題点もある。
いアルシンなどを使用するという問題点もある。
【０００９】本発明は、アルシンに代表される有毒な金
属水素化物を用いること無く、低温での結晶成長を実現
するとともに、二次元あるいは三次元的に結晶成長制御
して完全な半導体による埋め込み構造を作製する方法を
提供することを目的とする。
属水素化物を用いること無く、低温での結晶成長を実現
するとともに、二次元あるいは三次元的に結晶成長制御
して完全な半導体による埋め込み構造を作製する方法を
提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上の特定の領域に選択的に化合物半導体を結晶成長
させる半導体結晶成長方法において、前記半導体基板上
に段差を形成する第１の工程と、アルキルアミノ基を有
する金属化合物と有機金属とを用いて前記化合物半導体
を結晶成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする
半導体結晶成長方法が得られる。
基板上の特定の領域に選択的に化合物半導体を結晶成長
させる半導体結晶成長方法において、前記半導体基板上
に段差を形成する第１の工程と、アルキルアミノ基を有
する金属化合物と有機金属とを用いて前記化合物半導体
を結晶成長させる第２の工程とを含むことを特徴とする
半導体結晶成長方法が得られる。
【００１１】また、本発明によれば、前記第１の工程の
後、前記半導体基板表面にＶ族安定化面及びVI族安定化
面のうち一方を形成し、第２の工程における化合物半導
体の結晶成長が特定方位面上で抑制されるようにしたこ
とを特徴とする半導体結晶成長方法が得られる。
後、前記半導体基板表面にＶ族安定化面及びVI族安定化
面のうち一方を形成し、第２の工程における化合物半導
体の結晶成長が特定方位面上で抑制されるようにしたこ
とを特徴とする半導体結晶成長方法が得られる。
【００１２】さらに、本発明によれば、前記アルキルア
ミノ基を有する金属化合物と前記有機金属との供給量制
御することにより不純物濃度を制御することを特徴とす
る半導体結晶成長方法が得られる。
ミノ基を有する金属化合物と前記有機金属との供給量制
御することにより不純物濃度を制御することを特徴とす
る半導体結晶成長方法が得られる。
【００１３】
【作用】アルキルアミノ基を有する金属化合物は、基板
表面で分解する際に化学的活性種を生成する。この活性
種は、有機金属の分解に影響を与え、またその分解生成
物の基板表面での吸着、拡散、及び離脱にも影響を及ぼ
す。したがって、アルキルアミノ基を有する金属化合物
を用いた化合物半導体の結晶成長では、成長速度の面依
存性が、通常の原料（金属元素あるいはその水素化物）
を用いる場合に比して大きくなる。さらに、アルキルア
ミノ基を有する金属化合物は、それと同一の金属元素を
有する水素化物に比べ、分解温度が低いために、より低
温でその金属安定化面が得られる。
表面で分解する際に化学的活性種を生成する。この活性
種は、有機金属の分解に影響を与え、またその分解生成
物の基板表面での吸着、拡散、及び離脱にも影響を及ぼ
す。したがって、アルキルアミノ基を有する金属化合物
を用いた化合物半導体の結晶成長では、成長速度の面依
存性が、通常の原料（金属元素あるいはその水素化物）
を用いる場合に比して大きくなる。さらに、アルキルア
ミノ基を有する金属化合物は、それと同一の金属元素を
有する水素化物に比べ、分解温度が低いために、より低
温でその金属安定化面が得られる。
【００１４】また、（１１１）Ｂ面のＶ族あるいはVI族
安定化面は、非常に安定しており、この面上での有機金
属の分解は著しく抑制される。したがって、（１１１）
Ｂ面と（１１１）Ｂ面以外の面で構成される段差を有す
る基板上に、有機金属を用いる結晶成長を行えば、（１
１１）Ｂ面以外での面上で優先的に結晶成長が起こる。
安定化面は、非常に安定しており、この面上での有機金
属の分解は著しく抑制される。したがって、（１１１）
Ｂ面と（１１１）Ｂ面以外の面で構成される段差を有す
る基板上に、有機金属を用いる結晶成長を行えば、（１
１１）Ｂ面以外での面上で優先的に結晶成長が起こる。
【００１５】さらに、上記活性種は、有機金属分解の際
に生成する炭素を基板表面から除去する機能を有してい
る。したがって、アルキルアミノ基を有する金属化合物
の供給量を制御することにより、炭素の濃度を制御する
ことができる。炭素は化合物半導体の電導形を決定する
代表的不純物の１つであり、その濃度を制御することが
できるので、成長した化合物半導体の伝導形を制御する
ことができる。
に生成する炭素を基板表面から除去する機能を有してい
る。したがって、アルキルアミノ基を有する金属化合物
の供給量を制御することにより、炭素の濃度を制御する
ことができる。炭素は化合物半導体の電導形を決定する
代表的不純物の１つであり、その濃度を制御することが
できるので、成長した化合物半導体の伝導形を制御する
ことができる。
【００１６】さらにまた、上記活性種は、基板表面での
核生成にも影響を及ぼし、格子不整合系の半導体結晶成
長において、３次元島状成長を抑制し、２次元層状成長
を促進する。すなわち、成長層表面の平坦性を向上させ
る。
核生成にも影響を及ぼし、格子不整合系の半導体結晶成
長において、３次元島状成長を抑制し、２次元層状成長
を促進する。すなわち、成長層表面の平坦性を向上させ
る。
【００１７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。まず、図１を参照して本発明の第１の実施
例について説明する。図１（ａ）に示すように、本実施
例では、まず、ｐ型ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板１１の表
面に、［２１バー１バー］Ａ方向沿って、通常のフォト
リソグラフィーと湿式エッチングによりメサ溝を形成し
た。このとき、メサ１２の側面には（１バー３１）Ａ面
が現れた。なお、［２１バー１バー］Ａ方向及び（１バ
ー３１）Ａ面はそれぞれ数式１及び数式２で表される方
向及び面である。
て説明する。まず、図１を参照して本発明の第１の実施
例について説明する。図１（ａ）に示すように、本実施
例では、まず、ｐ型ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板１１の表
面に、［２１バー１バー］Ａ方向沿って、通常のフォト
リソグラフィーと湿式エッチングによりメサ溝を形成し
た。このとき、メサ１２の側面には（１バー３１）Ａ面
が現れた。なお、［２１バー１バー］Ａ方向及び（１バ
ー３１）Ａ面はそれぞれ数式１及び数式２で表される方
向及び面である。
【００１８】
【数１】
【００１９】
【数２】
【００２０】次に、この基板１１を有機金属分子線エピ
タキシー（ＭＯＭＢＥ）装置に装填し、Ｖ族原料として
トリスジメチルアミノアルシン（ＴＤＭＡＡｓ：Ａｓ
（Ｎ（ＣＨ3 ）2 ）3 ）を、III 族原料としてトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧａ）を用いて、ＧａＡｓの結晶成長
を行った。ここで、ＴＤＭＡＡｓ及びＴＭＧａのフラッ
クスは、それぞれ、８×１０-3Ｐａ、８×１０-4Ｐａと
し、基板温度は５３０℃とした。
タキシー（ＭＯＭＢＥ）装置に装填し、Ｖ族原料として
トリスジメチルアミノアルシン（ＴＤＭＡＡｓ：Ａｓ
（Ｎ（ＣＨ3 ）2 ）3 ）を、III 族原料としてトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧａ）を用いて、ＧａＡｓの結晶成長
を行った。ここで、ＴＤＭＡＡｓ及びＴＭＧａのフラッ
クスは、それぞれ、８×１０-3Ｐａ、８×１０-4Ｐａと
し、基板温度は５３０℃とした。
【００２１】上記条件では、ＴＭＧａに比べ、ＴＤＭＡ
Ａｓの圧力が高く、基板表面はＡｓで安定化されながら
成長が進むので、基板１１の（１１１）Ｂ面では結晶成
長が起こらず、図１（ｂ）に示すように、メサ１２の側
面上で優先的にＧａＡｓ１３の成長が生じた。このと
き、ＧａＡｓ１３の側面は、（１１１）Ｂ面に対して垂
直な、（０１バー１）面となっていた。また、このＧａ
Ａｓ１３は、ｎ型伝導を示し、キャリア濃度は、１×１
０17cm-3であった。なお、上記条件下で、ＧａＡｓ１３
の側面は、（０１バー１）面となった、ＴＤＭＡＡｓと
ＴＭＧａの供給比、及び成長温度等、成長条件を制御す
ることにより、メサ１２の側面に一致させることもでき
る。また、（０１バー１）面は、数式３で表される面で
ある。
Ａｓの圧力が高く、基板表面はＡｓで安定化されながら
成長が進むので、基板１１の（１１１）Ｂ面では結晶成
長が起こらず、図１（ｂ）に示すように、メサ１２の側
面上で優先的にＧａＡｓ１３の成長が生じた。このと
き、ＧａＡｓ１３の側面は、（１１１）Ｂ面に対して垂
直な、（０１バー１）面となっていた。また、このＧａ
Ａｓ１３は、ｎ型伝導を示し、キャリア濃度は、１×１
０17cm-3であった。なお、上記条件下で、ＧａＡｓ１３
の側面は、（０１バー１）面となった、ＴＤＭＡＡｓと
ＴＭＧａの供給比、及び成長温度等、成長条件を制御す
ることにより、メサ１２の側面に一致させることもでき
る。また、（０１バー１）面は、数式３で表される面で
ある。
【００２２】
【数３】
【００２３】次に、Ｖ族原料を金属Ａｓに変え、Ａｓ4
及びＴＡＧａのフラックスを、それぞれ、５×１０-3Ｐ
ａ、８×１０-4Ｐａとし、基板温度５３０℃としてＧａ
Ａｓを成長させた。この条件においても、ＧａＡｓは
（１１１）Ｂ面上では成長が起こらず、図１（ｃ）に示
すように、ＧａＡｓ１３の側面にのみＧａＡｓ１４が成
長した。このＧａＡｓ１４は、Ｖ族原料を金属Ａｓとし
たことで、ｐ型伝導を示し、そのキャリア濃度は、１×
１０20cm-3であった。つまり、この成長により、基板１
１上に横方向のｐ−ｎ接合を形成することができた。な
お、上記工程を繰り返すことにより、複数のｐ−ｎ接合
を形成することができる。
及びＴＡＧａのフラックスを、それぞれ、５×１０-3Ｐ
ａ、８×１０-4Ｐａとし、基板温度５３０℃としてＧａ
Ａｓを成長させた。この条件においても、ＧａＡｓは
（１１１）Ｂ面上では成長が起こらず、図１（ｃ）に示
すように、ＧａＡｓ１３の側面にのみＧａＡｓ１４が成
長した。このＧａＡｓ１４は、Ｖ族原料を金属Ａｓとし
たことで、ｐ型伝導を示し、そのキャリア濃度は、１×
１０20cm-3であった。つまり、この成長により、基板１
１上に横方向のｐ−ｎ接合を形成することができた。な
お、上記工程を繰り返すことにより、複数のｐ−ｎ接合
を形成することができる。
【００２４】次に、Ｖ族原料を再びＴＤＭＡＡｓにし
て、ＴＤＭＡＡｓ及びＴＭＧａのフラックスがともに、
８×１０-4Ｐａ、基板温度が５８０℃の条件で、ＧａＡ
ｓの成長を行った。この条件では、図１（ｄ）に示すよ
うに、（１１１）Ｂ面上でも結晶成長が生じ、キャリア
濃度１×１０19cm-3のｐ型ＧａＡｓ１５を得る事ができ
た。こうして、ｎ型ＧａＡｓ１３をｐ型ＧａＡｓ１１、
１４、及び１５で完全に埋め込むことができた。なお、
ＧａＡｓ１５を成長させる工程で、Ｖ族原料として金属
Ａｓをも同時に用いることにより、ＧａＡｓ１５の表面
の平坦性を向上させることができる。
て、ＴＤＭＡＡｓ及びＴＭＧａのフラックスがともに、
８×１０-4Ｐａ、基板温度が５８０℃の条件で、ＧａＡ
ｓの成長を行った。この条件では、図１（ｄ）に示すよ
うに、（１１１）Ｂ面上でも結晶成長が生じ、キャリア
濃度１×１０19cm-3のｐ型ＧａＡｓ１５を得る事ができ
た。こうして、ｎ型ＧａＡｓ１３をｐ型ＧａＡｓ１１、
１４、及び１５で完全に埋め込むことができた。なお、
ＧａＡｓ１５を成長させる工程で、Ｖ族原料として金属
Ａｓをも同時に用いることにより、ＧａＡｓ１５の表面
の平坦性を向上させることができる。
【００２５】このように、本実施例によれば、従来のＭ
ＢＥ法及びＭＯＣＶＤ法に比べ、低温での選択的成長を
実現することができる。また、ＴＤＭＡＡｓを用いると
有機金属の分解により生じる炭素を取り除くことができ
るので、原料ガスの供給比を制御することにより不純物
濃度を制御することができる。しかも、成長方向及び伝
導形は二次元的制御できる。
ＢＥ法及びＭＯＣＶＤ法に比べ、低温での選択的成長を
実現することができる。また、ＴＤＭＡＡｓを用いると
有機金属の分解により生じる炭素を取り除くことができ
るので、原料ガスの供給比を制御することにより不純物
濃度を制御することができる。しかも、成長方向及び伝
導形は二次元的制御できる。
【００２６】次に図２を参照して本発明の第２の実施例
について説明する。本実施例では、ｐ型ＧａＡｓ（０１
１）基板２１を用い、まず、図２（ａ）に示すように、
［０１１バー］方向に沿ってメサ溝を形成した。このと
き、メサ２２の側面には、（１バー１１）Ｂ面が現れ
た。なお、［０１１バー］方向及び（１バー１１）Ｂ面
は、それぞれ、数式４及び数式５で表される方向及び面
である。
について説明する。本実施例では、ｐ型ＧａＡｓ（０１
１）基板２１を用い、まず、図２（ａ）に示すように、
［０１１バー］方向に沿ってメサ溝を形成した。このと
き、メサ２２の側面には、（１バー１１）Ｂ面が現れ
た。なお、［０１１バー］方向及び（１バー１１）Ｂ面
は、それぞれ、数式４及び数式５で表される方向及び面
である。
【００２７】
【数４】
【００２８】
【数５】
【００２９】次に、この基板２１をＭＯＭＢＥ装置に装
填し、Ｖ族原料としてトリスジメチルアミノアルシン
（ＴＤＭＡＡｓ）を、III 族原料としてトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）を用い、ＴＤＭＡＡｓとＴＭＧａとを
交互に基板２１上に供給することによってＧａＡｓの結
晶成長を行った。なお、ＴＤＭＡＡｓ及びＴＭＧａのフ
ラックスは、ともに８×１０-4Ｐａとして、供給時間は
それぞれ、１０秒、及び３秒とした。この結果、図２
（ｂ）に示すように、基板２１上の（０１１）面上では
成長がほとんど起こらず、メサ２２の側面である（１バ
ー１１）Ｂ面上で優先的にＧａＡｓ２３が結晶成長し
た。このように、本実施例では、（１１１）Ｂ基板とは
異なる面方位の基板を用いても、選択的成長を実現する
ことができた。
填し、Ｖ族原料としてトリスジメチルアミノアルシン
（ＴＤＭＡＡｓ）を、III 族原料としてトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧａ）を用い、ＴＤＭＡＡｓとＴＭＧａとを
交互に基板２１上に供給することによってＧａＡｓの結
晶成長を行った。なお、ＴＤＭＡＡｓ及びＴＭＧａのフ
ラックスは、ともに８×１０-4Ｐａとして、供給時間は
それぞれ、１０秒、及び３秒とした。この結果、図２
（ｂ）に示すように、基板２１上の（０１１）面上では
成長がほとんど起こらず、メサ２２の側面である（１バ
ー１１）Ｂ面上で優先的にＧａＡｓ２３が結晶成長し
た。このように、本実施例では、（１１１）Ｂ基板とは
異なる面方位の基板を用いても、選択的成長を実現する
ことができた。
【００３０】次に、図３を参照して本発明の第３の実施
例について説明する。本実施例では第１の実施例と同じ
ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板１１を用いた。そして、図３
（ａ）に示すように、第１の実施例と同様のメサ溝を形
成した。そして、この基板をＭＯＭＢＥ装置に装填し、
基板温度を５００℃、ＴＤＭＡＡｓのフラックスを４×
１０-3Ｐａとして、１０分間維持した。この処理により
基板１１表面に形成されていた自然酸化膜（図示せず）
を除去することができた。このときの基板温度は、通常
のＭＢＥ法におけるＡｓ4 圧下で自然酸化膜を除去する
方法よりも、約１００℃も低い温度である。
例について説明する。本実施例では第１の実施例と同じ
ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板１１を用いた。そして、図３
（ａ）に示すように、第１の実施例と同様のメサ溝を形
成した。そして、この基板をＭＯＭＢＥ装置に装填し、
基板温度を５００℃、ＴＤＭＡＡｓのフラックスを４×
１０-3Ｐａとして、１０分間維持した。この処理により
基板１１表面に形成されていた自然酸化膜（図示せず）
を除去することができた。このときの基板温度は、通常
のＭＢＥ法におけるＡｓ4 圧下で自然酸化膜を除去する
方法よりも、約１００℃も低い温度である。
【００３１】次に、図３（ｂ）に示すように基板１１の
全面に、通常のＭＢＥ法を用いてＡｌＧａＡｓ３１を成
長させた。この後、ＴＤＭＡＡｓ及びＴＭＧａを用い、
それぞれのフラックスを、８×１０-3Ｐａ、８×１０-4
Ｐａとし、基板温度は５３０℃として、ＧａＡｓを結晶
成長させた。すると、第１の実施例と同様、（１１１）
Ｂ面では結晶成長が起こらず、図３（ｃ）に示すよう
に、ＡｌＧａＡｓ３１のメサ側面でのみＧａＡｓ３２が
結晶成長した。
全面に、通常のＭＢＥ法を用いてＡｌＧａＡｓ３１を成
長させた。この後、ＴＤＭＡＡｓ及びＴＭＧａを用い、
それぞれのフラックスを、８×１０-3Ｐａ、８×１０-4
Ｐａとし、基板温度は５３０℃として、ＧａＡｓを結晶
成長させた。すると、第１の実施例と同様、（１１１）
Ｂ面では結晶成長が起こらず、図３（ｃ）に示すよう
に、ＡｌＧａＡｓ３１のメサ側面でのみＧａＡｓ３２が
結晶成長した。
【００３２】次に、再びＭＢＥ法により、図３（ｄ）に
示すように、ＡｌＧａＡｓ３３を成長してＧａＡｓ３２
を埋め込み、量子細線構造を作製した。こうして得られ
た試料をフォトルミネッセンスにより評価したところ、
量子化に伴う発光の短波長シフトが確認された。また、
その発光の半値幅は、Ａｓ4 圧力下で、基板温度を６２
０℃として自然酸化膜を除去した後に、上記工程により
作製した試料に比べ、約３分の１に改善されていた。
示すように、ＡｌＧａＡｓ３３を成長してＧａＡｓ３２
を埋め込み、量子細線構造を作製した。こうして得られ
た試料をフォトルミネッセンスにより評価したところ、
量子化に伴う発光の短波長シフトが確認された。また、
その発光の半値幅は、Ａｓ4 圧力下で、基板温度を６２
０℃として自然酸化膜を除去した後に、上記工程により
作製した試料に比べ、約３分の１に改善されていた。
【００３３】なお、本実施例では、基板１１にストライ
プ状の段差（メサ溝）を形成して、量子細線構造を作製
したが、基板に形成する段差の形状を角柱状或いは円錐
状とすることにより、量子箱構造を形成することも可能
である。即ち、成長量及び伝導形を３次元で制御するこ
とも可能である。
プ状の段差（メサ溝）を形成して、量子細線構造を作製
したが、基板に形成する段差の形状を角柱状或いは円錐
状とすることにより、量子箱構造を形成することも可能
である。即ち、成長量及び伝導形を３次元で制御するこ
とも可能である。
【００３４】最後に、本発明の第４の実施例について説
明する。本実施例では、Ｓｉ（１００）基板を使用す
る。まず、このＳｉ（１００）基板をＭＯＭＢＥ装置に
装填し、基板温度６５０℃、ＴＤＭＡＡｓフラックス４
×１０-4Ｐａという条件下で１０分間処理を行い、基板
表面の自然酸化膜を除去した。そして、基板温度４００
℃、ＴＤＭＡＡｓフラックス４×１０-3Ｐａ、ＴＭＧａ
フラックス８×１０-4Ｐａとして、基板上にＧａＡｓを
結晶成長させた。通常のＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法を用い
て、Ｓｉ基板上にＧａＡｓの結晶成長を行うと、Ｓｉと
ＧａＡｓとの格子定数の違い、及び熱膨張係数の違いに
よって、成長させたＧａＡｓ中に１０6 cm-2以上の転位
が発生する。ところが、本実施例の場合は、成長させた
ＧａＡｓ中の転位密度は５×１０4 cm-2と非常に低く、
また、表面の平坦性も大きく向上していた。
明する。本実施例では、Ｓｉ（１００）基板を使用す
る。まず、このＳｉ（１００）基板をＭＯＭＢＥ装置に
装填し、基板温度６５０℃、ＴＤＭＡＡｓフラックス４
×１０-4Ｐａという条件下で１０分間処理を行い、基板
表面の自然酸化膜を除去した。そして、基板温度４００
℃、ＴＤＭＡＡｓフラックス４×１０-3Ｐａ、ＴＭＧａ
フラックス８×１０-4Ｐａとして、基板上にＧａＡｓを
結晶成長させた。通常のＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法を用い
て、Ｓｉ基板上にＧａＡｓの結晶成長を行うと、Ｓｉと
ＧａＡｓとの格子定数の違い、及び熱膨張係数の違いに
よって、成長させたＧａＡｓ中に１０6 cm-2以上の転位
が発生する。ところが、本実施例の場合は、成長させた
ＧａＡｓ中の転位密度は５×１０4 cm-2と非常に低く、
また、表面の平坦性も大きく向上していた。
【００３５】なお、上記実施例では、ＧａＡｓを成長さ
せる場合について説明したが、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡ
ｓ、及び、ＺｎＳｅなど、他のIII −Ｖ族化合物半導体
やII−VI族化合物半導体についても、それぞれの構成元
素を含むアルキルアミノ基を有する金属化合物と有機金
属とを原料に用いることにより同様に適用することがで
きる。
せる場合について説明したが、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡ
ｓ、及び、ＺｎＳｅなど、他のIII −Ｖ族化合物半導体
やII−VI族化合物半導体についても、それぞれの構成元
素を含むアルキルアミノ基を有する金属化合物と有機金
属とを原料に用いることにより同様に適用することがで
きる。
【００３６】また、上記実施例では、ＴＤＭＡＡｓを用
いる例について説明したが、他のアルキルアミノ基（窒
素に２つのアルキル基が付いたもの）を有する金属化合
物を用いても良い。例えば、ＴＤＭＡＡｓの分子構造
は、図４で表されるが、３つのＮ（ＣＨ3 ）2 のうち２
つまでをＨに置き換えたものであっても良いし、ＣＨ3
を、より高分子のアルキル基（Ｃn Ｈ2n+1）に置き換え
たものであっても良い。
いる例について説明したが、他のアルキルアミノ基（窒
素に２つのアルキル基が付いたもの）を有する金属化合
物を用いても良い。例えば、ＴＤＭＡＡｓの分子構造
は、図４で表されるが、３つのＮ（ＣＨ3 ）2 のうち２
つまでをＨに置き換えたものであっても良いし、ＣＨ3
を、より高分子のアルキル基（Ｃn Ｈ2n+1）に置き換え
たものであっても良い。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、アルキルアミノ基と有
機金属とを用いることにより、従来より安全な結晶成長
が行える。また、より低温での化合物半導体の選択的成
長を実現できる。また、アルキルアミノ基と有機金属と
の供給比を制御することにより、成長させた化合物半導
体中の不純物濃度を制御する事ができる。さらに、段差
を有する基板を用い、アルキルアミノ基と有機金属との
供給比を制御することにより、二次元あるいは三次元的
に成長量及び電導形を制御することができる。
機金属とを用いることにより、従来より安全な結晶成長
が行える。また、より低温での化合物半導体の選択的成
長を実現できる。また、アルキルアミノ基と有機金属と
の供給比を制御することにより、成長させた化合物半導
体中の不純物濃度を制御する事ができる。さらに、段差
を有する基板を用い、アルキルアミノ基と有機金属との
供給比を制御することにより、二次元あるいは三次元的
に成長量及び電導形を制御することができる。
【００３８】また、本発明によれば、アルキルアミノ基
と有機金属とを用いることにより、格子不整合系の半導
体結晶成長において、結晶成長膜中の転位密度を従来よ
りも大幅に低減できる。
と有機金属とを用いることにより、格子不整合系の半導
体結晶成長において、結晶成長膜中の転位密度を従来よ
りも大幅に低減できる。
【図１】本発明の第１の実施例の工程図である。
【図２】本発明の第２の実施例の工程図である。
【図３】本発明の第３の実施例の工程図である。
【図４】ＴＤＭＡＡｓの分子構造ずである。
１１ ｐ型ＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板 １２ メサ １３ ＧａＡｓ １４ ＧａＡｓ １５ ｐ型ＧａＡｓ ２１ ｐ型ＧａＡｓ（０１１）基板 ２２ メサ ２３ ＧａＡｓ ３１ ＡｌＧａＡｓ ３２ ＧａＡｓ ３３ ＡｌＧａＡｓ
Claims (10)
- 【請求項１】 半導体基板上の特定の領域に選択的に化
合物半導体を結晶成長させる半導体結晶成長方法におい
て、前記半導体基板上に段差を形成する第１の工程と、
アルキルアミノ基を有する金属化合物と有機金属とを用
いて前記化合物半導体を結晶成長させる第２の工程とを
含むことを特徴とする半導体結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記半導体基板の表面及び前記第１の工
程により露出した露出面のうちの少なくとも１面が（１
１１）Ｂ面であることを特徴とする請求項１の半導体結
晶成長方法。 - 【請求項３】 前記第１の工程の後、前記半導体基板表
面に前記アルキルアミノ基を有する金属化合物を照射し
て、該半導体基板表面に付着した不純物を除去すること
を特徴とする請求項１の半導体結晶成長方法。 - 【請求項４】 前記第２の工程の前に、前記半導体基板
表面にＶ族安定化面及びVI族安定化面のうち一方を形成
し、第２の工程における化合物半導体の結晶成長が特定
方位面上で抑制されるようにしたことを特徴とする請求
項１または３の半導体結晶成長方法。 - 【請求項５】 前記特定方位面が（１１１）Ｂ面である
ことを特徴とする請求項４の半導体結晶成長方法。 - 【請求項６】 前記第２の工程に引き続き、前記半導体
基板及び前記化合物半導体の表面に該化合物半導体とは
異なる化合物半導体を結晶成長させ、多次元量子閉じ込
め構造を作製することを特徴とする請求項４の半導体結
晶成長方法。 - 【請求項７】 前記第２の工程が、前記アルキルアミノ
基を有する金属化合物と、前記有機金属とを、交互に供
給することにより行われることを特徴とする請求項１、
３、４、または６の半導体結晶成長方法。 - 【請求項８】 前記アルキルアミノ基を有する金属化合
物と前記有機金属とに加えて、前記アルキルアミノ基を
有する金属化合物を構成する金属元素を用いて前記第２
の工程を行うことを特徴とする請求項１、３、４、６、
または７の半導体結晶成長方法。 - 【請求項９】 前記アルキルアミノ基を有する金属化合
物と前記有機金属との供給量、または、前記アルキルア
ミノ基を有する金属化合物、前記有機金属、及び前記金
属元素の供給量をそれぞれ制御することにより不純物濃
度を制御することを特徴とする請求項１、３、４、６、
７、または８の半導体結晶成長方法。 - 【請求項１０】 化合物半導体を格子定数の異なる基板
上に結晶成長させる半導体結晶成長方法において、前記
化合物半導体を構成する元素のうち、少なくとも１つ
を、アルキルアミノ基を有する金属化合物として供給し
て結晶成長させることを特徴とする半導体結晶成長方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22341894A JP2946280B2 (ja) | 1994-09-19 | 1994-09-19 | 半導体結晶成長方法 |
| US08/411,464 US5656540A (en) | 1994-09-19 | 1995-03-28 | Semiconductor crystal growing method |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22341894A JP2946280B2 (ja) | 1994-09-19 | 1994-09-19 | 半導体結晶成長方法 |
| US08/411,464 US5656540A (en) | 1994-09-19 | 1995-03-28 | Semiconductor crystal growing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0888185A true JPH0888185A (ja) | 1996-04-02 |
| JP2946280B2 JP2946280B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=26525461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22341894A Expired - Lifetime JP2946280B2 (ja) | 1994-09-19 | 1994-09-19 | 半導体結晶成長方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5656540A (ja) |
| JP (1) | JP2946280B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7060131B2 (en) * | 2001-05-09 | 2006-06-13 | Hrl Laboratories, Llc | Epitaxy with compliant layers of group-V species |
| US6846454B2 (en) * | 2001-12-24 | 2005-01-25 | Agilent Technologies, Inc. | Fluid exit in reaction chambers |
| US6783592B2 (en) * | 2002-10-10 | 2004-08-31 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Lateral movement of screw dislocations during homoepitaxial growth and devices yielded therefrom free of the detrimental effects of screw dislocations |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4788159A (en) * | 1986-09-18 | 1988-11-29 | Eastman Kodak Company | Process for forming a positive index waveguide |
| JPH01134366U (ja) * | 1988-03-07 | 1989-09-13 | ||
| US5130269A (en) * | 1988-04-27 | 1992-07-14 | Fujitsu Limited | Hetero-epitaxially grown compound semiconductor substrate and a method of growing the same |
| US5300185A (en) * | 1991-03-29 | 1994-04-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing III-V group compound semiconductor |
| DE69316519T2 (de) * | 1992-10-22 | 1998-08-20 | Mitsubishi Chem Corp | Vorrichtung zur Verarbeitung optischer Informationen und Licht-zu-Licht Konverter |
| JP2654339B2 (ja) * | 1992-11-24 | 1997-09-17 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション | 感光性レジスト組成物及び基板上にレジスト像を形成する方法 |
-
1994
- 1994-09-19 JP JP22341894A patent/JP2946280B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-03-28 US US08/411,464 patent/US5656540A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2946280B2 (ja) | 1999-09-06 |
| US5656540A (en) | 1997-08-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990512 |