JPS62153200A - 3−5族化合物半導体の気相エツチング装置 - Google Patents

3−5族化合物半導体の気相エツチング装置

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JPS62153200A
JPS62153200A JP29257685A JP29257685A JPS62153200A JP S62153200 A JPS62153200 A JP S62153200A JP 29257685 A JP29257685 A JP 29257685A JP 29257685 A JP29257685 A JP 29257685A JP S62153200 A JPS62153200 A JP S62153200A
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substrate crystal
reaction tube
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iii
crystal
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彰 碓井
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、I−V族化合物半導体の非常に精密に制御さ
れた気相エツチング装置に関するものである。
〔従来技術とその問題点〕
GaAs、InP等のような■−V族化合物半導体の気
相エピタキシャル成長結晶は、発光ダイオード、レーザ
ーダイオードのような光デバイスや、FETのようなマ
イクロ波のデバイスに広く応用されている。ところで、
基板結晶上:ご気を目成長によりエピタキシャル成長を
行なう場合、基板結晶のエツチングを行なうのが普通で
ある。このエツチングには、基板結晶を反応管にセット
する前に行なう溶液によるケミカルエツチングと、反応
管にセット後成長直前に行なう気を目エツチングとがあ
る。前者は主として基板結晶表面に残っている鏡面研摩
の際に発生した破壊層を取り除くのが目的であり、後者
は主としてケミカルエツチング後から反応管にセットす
るまでの間に表面に形成された酸化膜や、ゴミなどの付
着した不純物を除去したり、昇温の間に形成された変成
層を除去するのが目的である。この気相エツチングが十
分でないと、表面上に残った酸化膜や微小なゴミ等が核
となり、ヒルロック等の表面欠陥の非常に多い成長面と
なる。また、エピタキシャル層と基板結晶の界面にディ
ップ層と呼ばれるキャリア濃度の非常に低下した部分が
生じたりする。これらは何れもデバイス作製上、有害な
ものである。従って、この気相エツチングは結晶成長上
欠かせないプロセスである。
ところで、最近では、結晶の一部を選択的にエツチング
し、そこに改めて周りの結晶とは電気的。
光学的に性質の異なるエピタキシャル層の成長を行なう
選択成長が行なわれている。この場合にはエツチング深
さの精密な制御が要求される事が多い。例えば、GaA
s  FETに於けるソースとドレイン部の電極形成用
コンタクト層の成長を例にとると、従来の一般的な方法
では、選択エツチングには5i02等のマスクを通した
溶液によるケミカルエツチングが主として用いられてき
た。
しかし、この方法ではデバイスから要求されるエツチン
グ深さの精密な制御が困難であり、更に、ケミカルエツ
チング後、空気中に取り出し基板結晶の反応管へのセッ
トを行なうため、前述したように、エピタキシャル層と
基板結晶の界面にディップ層と呼ばれるキ、 IJア濃
度の非常に低下した部分が生じたりする。これもコンタ
クト層にとって非常に望ましからざる現象であった。
従来の気相エツチング装置を、第4図に示したハイドラ
イド気相成長装置に於いて説明する。
GaAsの成長を例に取ると、反応管1の上流にGaソ
ースポート8を置き、その上流からH2キャリヤガスと
共にHClガスを供給する。この結果、Ga(lが生成
され下流に運ばれる。また、Gaソースポート8をバイ
パスするバイブ9からAsの水素化物であるA s H
3をH2キャリヤガスと共に供給する。この両者のガス
が基板結晶3の領域で混合し成長が起こる。気相エツチ
ングはバイパスパイプ9からHClガスを供給すること
によって行ない、Ga輸送用のHClガスとの比を調整
することによってそのエツチング速度を制御していた。
しかしながら、この従来装置では、基板結晶温度、Ga
輸送用のHClガス流量、あるいはA S H3流量等
成長条件にエツチング速度が大きく影響され、デバイス
作製上要求される精度を持ってエツチング深さを制御す
ることは不可能であった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、I−V族化合物半導体の気相エツチン
グにおいて、従来のかかる欠点を除去し、エツチング深
さの精密な制御が可能な気相エツチング装置を提供しよ
うとするものである。
〔発明の構成〕
本発明によれば、I[l−V族化合物半導体の気相エツ
チング装置において、反応管と、この反応管の内部に設
けられ、基板結晶を保持する基板ホルダと、前記反応管
の外部に設けられ、反応管内部を加熱する加熱手段と、
前記反応管の外部に設けられ、前記基板ホルダに保持さ
れた基板結晶に照射する励起光を発生する励起光発生手
段とを備え、ハロゲンないしハロゲン化水素ガスを基板
結晶表面に吸着させ、励起光を照射して■−■族化合物
半導体の■族元素のハロゲン化物として基板結晶表面か
ら■族原素を揮発させることを特徴とする■−■族化合
物半導体の気相エツチング装置が得られる。
〔作用〕
本発明の装置では2つの工程が実施される。
先ず最初に基板結晶上にハロゲンないしハロゲン化水素
ガスを吸着させる第一の工程である□。例えばGaAS
とHClガスの場合、基板結晶温度が比較的高い場合に
は、HClガスの供給によりすぐにエツチングが生じる
が、以下の実施例でも述べるように、400℃程度にな
ると、基板結晶上にHClガスを供給してもエツチング
を生じることはなくH(lの吸着のみが起こる。このよ
うにHClが吸着した後、HClガスの供給を止め、次
に、この基板結晶にレーザ光等の励起光を照射し、Ga
Cβとして結晶表面からGaを取り去る。
これが第二の工程である。Gaとの結合ボンドを切られ
たAs原子は自分自身で気相中に飛び出すと考えられる
。この第一の工程と第二の工程により、基板結晶表面の
一分子層がエツチングされることになる。
従って、本発明による気相エツチング装置を用いると、
エツチングの深さは第一の工程と第二の工程の繰り返し
の数にのみ依存し、しかも、一分子層の単位(約3人)
で制御できるようになる。
次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
〔実施例〕
実施例 1 本実施例ではG a A S基板結晶の表面を全面に亘
って気相エツチングする場合に本発明を適用した場合に
ついて述べる。本実施例気相エツチング装置の概略を第
1図に示した。反応管1は1つの反応室を有しその内部
に基板ホルダ2が設けられている。反応管1の外部には
、反応管内部を加熱する抵抗加熱手段12と、基板ホル
ダ2に保持された基板結晶に照射されるレーザ光4を発
生するレーザ光源5とが設けられている。
この装置に於いて反応管1上流からH2キャリヤガスと
共にHCβガスを供給する。基板結晶3としては(10
0)面方位のG a A sを用いた。基板結晶3の温
度は抵抗加熱手段12により制御し400℃に保った。
ガス流量条件は次の通りである。
H(J!        5  cc/m1n822.
000 c c/m i n エツチングの手順としては、先ず、基板結晶3を所定温
度(400℃)まで昇温した。その温度に達したところ
でHCAを供給し、10秒間HCIを十分に吸着させた
(第一の工程)。次に、HCAの供給を止め、基板結晶
3の一部に対して、レーザ光源5から約10μmに絞っ
たアルゴンレーザビーム4を照射し、そのビームを走査
したく第二の工程)。これを−サイクルとして、ここで
は300サイクル行なった。この後、基板結晶3を取り
出し、エツチング深さの評価を行なったところ、GaA
sは約850人の厚さエツチングされていることがわか
った。これは、−サイクルにほぼ一分子層がエツチング
されていることを示している。
次に基板結晶温度を200〜400℃の間で変化させた
り、H(l流量を変化させてエツチング深さの変化を調
べたが、−サイクルにほぼ一分子層がエツチングされて
いる結果は変わらなかった。これらの結果は、エツチン
グの深さは第一の工程と第二の工程の繰り返しの数にの
み依存し、しかも、一分子層の単位(約3人)で精密に
制御できる本発明の効果を良く現わしている。さらに、
エツチング面は、表面欠陥や、特別なモフォロジーがな
く、鏡面性に優れたものが得られた。
実施例 2 本実施例では3102マスクの窓を通してGaAs基板
結晶の一部に気相エツチングし、その場所に再成長する
場合に本発明を適用した場合について述べる。用いた成
長装置の概略を第2図に示した。反応管1は上段反応室
6と下段反応室7との2つの反応室を有し、反応管1の
内部にはこれら反応室間を移動し得る基板ホルダ2が設
けられている。反応管1の外部には、反応管内部を加熱
する抵抗加熱手段12と、上段反応室6で基板ホルダ2
に保持された基板結晶3に照射されるレーザ光4を発生
するレーザ光源5とが設けられている。
この成長装置では、上段反応室6にはその上流からH2
キャリヤガスと共にHCβガスを供給出来る。また、上
流から基板結晶3に対してアルゴンレーザ4を照射出来
る。下段反応室7の上流にはGaソースポート8が置か
れ、その上流からH2キャリヤガスと共にHCβガスを
供給出来る。また、Gaソースポート8をバイパスする
パイプ9からはAsの水素化物であるA s H3をH
2キアリャガスと共に供給できる。基板結晶3としては
、第3図のように半絶縁性G a A s (100)
上に5102マスク10を形成し、そこに10μm幅の
窓11を開けたウェファ−を用いた。反応管の温度は抵
抗加熱により制御し、Gaソース部は800℃、基板結
晶部は400℃に保った。ガス流量条件は次の通りであ
る。
上段反応室 HCI     5  cc/m1n H22,000Cc /m i n 下段反応室 HCA  (Ga)  5   cc/minAS83
     5   cc/m1nH22,0OOCc/
m i n 先ず、エツチングの手順を示す。基板結晶3を基板ホル
ダ2にセットし、上段反応室6で所定温度(400℃)
まで昇温した。その温度に達したところでH(lを供給
し、10秒間HC1を十分に吸着させたく第一の工程)
。次に、HClの供給を止め、基板結晶3に対してアル
ゴンレーザビーム4を照射した(第二の工程)。これを
−サイクルとして、ここでは700サイクル行なった。
一方、下段反応室7のGaソースに対してHCl2を供
給し、バイパスパイプ9からはA s H3ガスと1×
1018 Cm −3程度ドーピングするためのドーパ
ントガスH2Sを供給した。上段反応室6でのプロセス
が終了したところで基板結晶3を下段反応室7に移動し
、GaAsを約2000 Aの厚さに成長させた。
成長結晶を調べた結果、窓11のGaAs部分に最初エ
ツチングが行なわれ、その場所に高濃度ドーピング層が
再成長していることが判明した。ところで、エツチング
深さの評価を行なったところ、GaAsは約2000人
の厚さエツチングされていることがわかった。これは、
−サイクルにほぼ一分子層がエツチングされていること
を示している。
また、エツチングを施した所に再成長したエビクキシャ
ル層はヒルロック等の表面欠陥の非常に少なく、鏡面性
に優れたものであった。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明による■−■族化合物半導体
の気相エツチング装置を用いると、エツチング深さの一
分子層単位での精密な制御が可能となる。従って本発明
の気相エツチング装置は、種々のデバイス作成に応用可
能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による実施例1を説明するための図で、
GaAS基板結晶を前面に亘って気相エツチングする場
合に本発明を適用した場合の気相エツチング装置の概略
図である。 第2図は本発明による実施例2を説明するための図で、
5102マスクの窓を通してGaAs基板結晶の一部を
気相エツチングし、その場所に再成長させる成長装置の
概略図である。 第3図は実施例2で用いた基板結晶上のS 102パタ
ーンを示す図である。 第4図は従来のハイドライド法による気相エツチング装
置を説明するための図である。 1 ・・・・     ・・・・・・・・ 反応管2 
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・ 基板ホルダ3 ・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ 基板結晶4 ・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ レーザ
光5 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・ レーザ光源6 ・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・ 上段反応室7 ・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
 下段反応室8 ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・ Gaソースポート9 ・・・・
・・     ・・・・・ バイパスパイプ10  ・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ マスク11・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・窓12  ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・ 抵抗加熱手段代理
人 弁理士  岩 佐 複 幸 第3図 第4図    4課

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)III−V族化合物半導体の気相エッチング装置に
    おいて、反応管と、この反応管の内部に設けられ、基板
    結晶を保持する基板ホルダと、前記反応管の外部に設け
    られ、反応管内部を加熱する加熱手段と、前記反応管の
    外部に設けられ、前記基板ホルダに保持された基板結晶
    に照射する励起光を発生する励起光発生手段とを備え、
    ハロゲンないしハロゲン化水素ガスを基板結晶表面に吸
    着させ、励起光を照射してIII−V族化合物半導体のII
    I族元素のハロゲン化物として基板結晶表面からIII族原
    素を揮発させることを特徴とするIII−V族化合物半導
    体の気相エッチング装置。
JP29257685A 1985-12-27 1985-12-27 3−5族化合物半導体の気相エツチング装置 Granted JPS62153200A (ja)

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JP29257685A JPS62153200A (ja) 1985-12-27 1985-12-27 3−5族化合物半導体の気相エツチング装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02304924A (ja) * 1989-05-19 1990-12-18 Nec Corp 原子層ドライエッチング方法
JP2014028715A (ja) * 2012-07-31 2014-02-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体単結晶の製造方法

Cited By (2)

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JPH02304924A (ja) * 1989-05-19 1990-12-18 Nec Corp 原子層ドライエッチング方法
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