JPS6134926A - 半導体単結晶成長装置 - Google Patents

半導体単結晶成長装置

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JPS6134926A
JPS6134926A JP15397684A JP15397684A JPS6134926A JP S6134926 A JPS6134926 A JP S6134926A JP 15397684 A JP15397684 A JP 15397684A JP 15397684 A JP15397684 A JP 15397684A JP S6134926 A JPS6134926 A JP S6134926A
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semiconductor single
crystal growth
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Junichi Nishizawa
潤一 西澤
Hitoshi Abe
仁志 阿部
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は半導体の単結晶成長層を単分子層オーダーで形
成するのに好適な半導体単結晶成長装置に関する。
[先行技術とその問題点] 従来から半導体の薄膜結晶を得るための気相エピタキシ
技術として、有機金属気相成長法(以下、MO−CVD
法と呼ぶ)や分子線エピタキシー法(以下、MBE法と
呼ぶ)が知られている。しかし、MO−CVDはソース
として■族、V族元素を水素ガス等をキャリアとして、
同時に反応室へ導入し、熱分解によって成長させるため
、成長層の品質が悪い。また、単分子層オーダーの制御
が困難である等の欠点がある。
一方、超高真空を利用した結晶成長法としてよく知られ
るMBE法は、物理吸着を第一段階とするために、結晶
の品質は化学反応を利用した気相成長法に劣る。GaA
sのような■−■族間の化合物半導体を成長する時には
、■族、V族元素をソースとして用い、ソース源自体を
成長室の中に設置している。このため、ソース源を加熱
して得られる放出ガスと蒸発量の制御、および、ソース
の補給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つこと
が困難である。また、蒸発物の排出など真空装置が複雑
になる。更には、化合物半導体の化学量論的組成(スト
イキオメトリ−)を精密に制御することが困難で、結局
、高品質の結晶を得ることができない欠点がある。
このような点に鑑み本願発明者等は上記従来技術の欠点
を除いて、単分子層オーダーの成長膜厚の制御性を有す
る半導体結晶成長装置を開発した。
これを第4図を参照して説明する。
図において、1は成長槽で、材質はステンレス等の金属
、2はゲートバルブ、3は成長槽lを超高真空に排気す
るための排気装置、4,5は例えば■−V族化合物半導
体の■族、■族の成分元素のガス状の化合物を導入する
ノズル、6,7はノズル4,5を開閉するバルブ、8は
■族は成分元素を含むガス状の化合物、9は■の成分元
素を含むガス状の化合物、lOは基板加熱用のヒーター
で石英ガラスに封入したタングステン(W)線であり、
電線等は図示省略しである。11は測温用の熱電対、1
2は化合物半導体の基板、13は成長槽内の真空度を測
るための圧力計である。
GaAsの分子層を一層ずつ基板12上にエピタキシャ
ル成長させる方法は、以下の通りである。即ち、ゲート
バルブ2を開けて超高真空排気袋W3により、成長槽1
内を1’0−”−10−’ Pa5cal(以下、 P
aと略す)程度に排気する。次に、GaAs基板12を
例えば300〜800℃程度ヒーター10により加熱し
、Gaを含むガスとしてTMG(トリメチルガリウム)
8を成長槽1内の圧力が、1O−1−10−7Paにな
る範囲で、0.5〜10秒間バルブ6を開けて導入する
。その後、バルブ6を閉じて成長槽1内のガスを排気後
、今度はAsを含むガスとしてAsHs (アルシン)
9を圧力が10””” 〜10−’ Paになる範囲テ
、2〜2oo秒間バルブ7を開けて導入する。これによ
り、基板12上にGaAsの分子層が少なくとも一層成
長できる。以上の操作を繰り返し、単分子層を次々と成
長させることにより、所望の厚さのGaAsのエピタキ
シャル成長層を単分子層の精度で成長させることができ
る。
この成長装置は特に数十分子層オーダーの非常に薄い結
晶成長に適したものであるが、かがる薄い結晶成長層は
基板の結晶性および基板の表面状態に非常に敏感であり
、表面状態が悪い場合は成長した結晶の結晶性が悪くな
るばかりが、場合によっては全ったく成長しない場合も
ある。成長の前処理として、GaAsの場合を例とする
ならば、H2SO4,H2O2)H20混液による湿式
エツチング等が必要であるが、エツチング後の表面は非
常に活性であるため、エツチング後、大気中に晒すと、
基板表面には酸化物等の付着物層が形成される問題点が
あった。
[発明の目的] 本発明は、先に開発した装置を更に改良して。
真空中で基板表面をエツチングし、その直後に結晶成長
可能にして基板上に単分子層オーダーの寸法精度で良質
な単結晶膜を成長させることのできる半導体単結晶成長
装置を提供することを目的とする。
[発明の概要コ このため本発明は、本願発明者らが先に開発した結晶成
長槽にエツチングガスを導入するノズルを取り付け、結
晶成長前に真空にしたその結晶成長槽内で、基板のエツ
チング処理を行なうことができるようにしたことを特徴
としている。
[発明の実施例コ 第1図は本発明の一実施例に係る半導体結晶成長装置の
構成図を示したものであり、基板表面処理の手段として
気相エツチングできる機構を具備したものである。20
は気相エツチングに用いるガス状化合物を導入するノズ
ル、21はそれを開閉するバルブ、22は気相エツチン
グに用いるガス状化合物である。エツチング用のガスを
導入する以外の部分は第4図の説明図と同一であるので
説明は省略する。
この構成で、気相エツチングは以下のように行なう。な
お、化合物半導体基板としてGaAs基板、エツチング
用のガス状化合物としてGaCQsを用いた場合を例に
とって説明する。GaAs基板を通常のエツチング、洗
浄乾燥後、基板ホルダー15上に配置する。成長槽を排
気装置にて約1O−7Paまで排気した後、バルブ21
を開け、GaCQ3を10−6〜10’Pa程度まで導
入し、基板温度を変えることによって1入/分〜100
OA/分程GaAs基板をエツチングできた。
第2図(a)はGaCQ3供給量をパラメータとしたと
きの基板温度とエツチング速度との関係を示したもので
あり、曲線Aは曲線Bに比べてGaCQsの供給量が1
73の場合である。一方、第2図(b)は基板温度をパ
ラメータとしたときのGaCQ3供給量とエツチング速
度との関係を示したもので、あり、直線Cは基板温度が
350℃、直線りは基板温度が250℃の場合である。
これらの図からも判るように、エツチング速度は基板温
度が高い間はGaCQs供給量により決まり、基板温度
が低くなると、GaC’Q 3供給量には無関係となり
、基板温度のみに依存するようになる。従って、エツチ
ング速度は、これらの関係から基板温度とGaCQ、s
供給量を選んで最適値に設定することができる。
第3図は本発明の別の実施例を示したもので、基板表面
処理の手段として、気相エツチングするときに基板に光
照射できる機構を具備したものである。30は光照射用
の光源であり、500Wの高圧水銀ランプである。、3
1は光源から出てくる光を真空槽内に設置された半導体
基板17に導く窓の付いたボートである。光照射する以
外の部分は第1図と同一であるので説明は省略する。
光照射することによって100度以上エツチング温度を
下げることができた。光照射は気相エツチング中連続し
て行なってもよいし、断続的でもよい。この場合、光は
基板工2上に照射するのみならず、ノズルを透明に形成
するなどしてエツチングガス自体に照射するようにして
もよい。そのようにすれば、エツチングガスが活性化し
、エツチング処理が促進される。光源は高圧水銀ランプ
、キセノンランプのようなランプに限らず、エキシマレ
ーザ−あるいはレーザー光をてい倍したものでもよい。
ところで、エツチングガスの活性化は上記光照射のみに
限らず、ノズル周辺に高周波コイルもしくは電極を設は
電圧を加えることによっても活性化することができる。
尚、以上述べてきた実施例において、結晶成長に用いる
基板は主にGaAs(100)面について説明してきた
が、他の面方位でも良いし、基板の不純物密度等によら
ない。また、InP、 AρP、 GaP等他の■−■
族化合物あるいはII −VI族化合物あるいはSi、
Ge等の■族半導体に適用できることは勿論である・ま
た、Ga 1−xA+AxAs、 Ga t −xAQ
xAsr−yPy等の混晶でも良い。更に、エツチング
に使用するガス状化合物はGaC(lsに限らず他のガ
ス状化合物HCQ 、 HBr、 P(Q 3、As(
12s、CQ 2.SF6、CCn 2F2)CF4、
C3Fa、CH3Brなどでも良い。成長室の隣に基板
前処理室を設け、前処理室で基板をエツチング後成長室
に真空中で、試料を移動させて結晶成長させても良いこ
とは熱論のことである。
[発明の効果コ 以上のように本発明によれば、エピタキシャル成長の前
処理工程であるエツチング処理も同一成長槽内にて実行
でき、結晶させる基板表面を良好な状態に準備すること
ができる。これにより、化学量論的組成を満たす良質な
単結晶を確実に成長させることができるようになる。こ
の結果、非常に高速なトランジスタ、集積回路、ダイオ
ード、発光受光素子等の製作に対して極めて有効な半導
体単結晶成長装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例に係る半導体結晶成長装置の
構成図、第2図(a)はGaCQsによるGaAs基板
のエツチング速度と基板温度の関係を示すグラフ図、第
2図(b)はエツチング速度とGaCΩ3供給量との関
係を示すグラフ図、第3図は本発明の他の実施例に係る
半導体結晶成長装置の構成図、第4図は本願発明者が先
に開発した半導体結晶成長装置の構成図である。 1・・・成長槽、2・・・ゲートバルブ、3・・・排気
装置、 4,5.20・・・ガス導入ノズル、 6,7
.21・・・バルブ、8,9.22・・・ガス状化合物
、10・・・基板加熱用ヒーター、11・・・測温用の
熱電対、12・・・基板、13・・・圧力計、30・・
・光源、31・・・ポート。 ゝ・シー・′ 第7図 第2図 第3図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板被う成長槽と、前記基板を加熱する加熱装置
    と、前記成長槽を超高真空に排気する排気装置と、前記
    基板上に成長させたい結晶成分を含むガスを導入するノ
    ズルと、前記基板上にエッチングガスを導入するノズル
    とを具備し、エピタキシャル成長前に基板表面処理のた
    めの気相エッチングを実行可能としたことを特徴とする
    半導体単結晶成長装置。
  2. (2)特許請求の範囲第1項記載において、基板に光照
    射する機構を備えて成る半導体単結晶成長装置。
  3. (3)特許請求の範囲第2項記載において、前記エッチ
    ングガス導入用ノズルの少なくとも一部を光照射する半
    導体単結晶成長装置。
  4. (4)特許請求の範囲第2項又は第3項記載において、
    前記エッチングガス導入用ノズルの少なくとも一部が光
    学的に透明である半導体単結晶成長装置。
  5. (5)特許請求の範囲第1項記載において、前記エッチ
    ングガス導入用ノズルの周辺の少なくとも一部に高周波
    コイルもしくは電極を設け、エッチングガスを活性化す
    る半導体単結晶成長装置。
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