JPS63169718A - 半導体結晶成長方法及びそれを実施する装置 - Google Patents

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】 〔概要〕 本発明は、半導体結晶成長方法及びその方法を実施する
装置に於いて、分子線エピタキシャル成長法の実施が可
能な半導体結晶成長装置に於ける基板前処理室内に化合
物半導体結晶基板をセットする工程と、次いで、該基板
前処理室内に所定量の酸素を供給して一定の酸素分圧を
維持させながら前記化合物半導体結晶基板を構成する材
料の中で脱離し易い物質が脱離する温度を越えない温度
で加熱して酸化膜を形成する工程と、次いで、前記化合
物半導体結晶基板を成長室に移送して前記脱離し易い物
質の分子線を照射しつつ加熱して前記酸化膜を除去する
工程と、次いで、前記化合物半導体結晶基板を必要とさ
れる温度に維持して目的とする半導体結晶層を分子線エ
ピタキシャル成長させるようにすることに依り、また、
そのような技法を実施する装置を提供することに依り、
化合物半導体基板表面から炭素系の汚染物質を充分に除
去することを可能とし、従って、スルー・プツトを高め
る為にバッファ層を薄（しても、該バッファ層上には欠
陥が少ない良質な結晶を成長させることができるもので
ある。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、化合物半導体基板上にバッファ層を介して形
成された半導体層に半導体装置を作り込む場合に適用し
て好結果が得られる半導体結晶成長方法及びその方法を
実施する装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、化合物半導体装置を製造する場合、化合物半導
体基板上にバッファ層を介して半導体層を成長させ、そ
の半導体層に素子を作り込むようにしている。

近年、そのような化合物半導体結晶層を成長するには、
分子線エピタキシャル成長（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　　ｂ
ｅａｍ　　ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法を適用すること
が多い。

このＭＢＥ法を実施する装置に於いては、成長室の前室
として基板準備室が設けられていて、そこでは、実際の
結晶層を成長させるに先立ち、化合物半導体基板が例え
ばＧａＡｓである場合、約３００〜４００（’Ｃ）程度
に加熱することに依り、大気中でＧａＡｓ基板表面に付
着した水分を除去するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然しながら、前記のような程度の温度に依る加熱では、
炭化水素など炭素を含む分子は除去することはできない
、尚、高真空中でＧａＡｓ基板を６００（’Ｃ）以上の
高温で加熱すると、蒸気圧が高いＡｓの脱離を生じ、表
面が荒れてしまう欠点がある。

また、ＧａＡｓ基板表面に炭素原子などが付着した状態
で、その上に半導体結晶層をエピタキシャル成長させた
場合、その炭素原子がアクセプタとして働き、ＧａＡｓ
基板とエピタキシャル成長半導体結晶層との界面単位を
形成するので、その影響を回避する為には、厚いバッフ
ァ層を形成することが必要となり、それには多くの時間
を要するのでスルー・プツトは上がらない。

本発明者は、前記諸問題を解消する為、サーマル・エツ
チング基板前処理法（要すれば、「Ｊ。

５ａｉｔｏ　　ｅｔ　　ａｌｌ、、Ｊｐｎ、Ｊ、、Ａｐ
ｐｌ、Ｐｈｙｓ、、ｖｏｌ、２５．Ｎｏ、８．Ａｕｇ、
１９８６．ｐｐ１２１６−１２２０Ｊを参照）を提供し
た。

この技術に依れば、基板とエピタキシャル成長半導体結
晶層との界面単位を低減させ、且つ、バッファ層を薄膜
化することが可能である。然しなから、これを実施する
際、例えば、ＧａＡｓ基板の場合、Ａｓが脱離して面荒
れを生じないように注意深（制御する必要があった。

本発明は、基板表面に付着している炭化水素や二酸化炭
素などの炭素系の物質を熱処理にて除去し、そして、ス
ルー・プツトを高める為にバッファ層は薄クシても、そ
の上に、表面欠陥が少ない良質の半導体結晶層を成長可
能とし、しかも、困難な面荒れ防止の制御を不要にして
特性良好な半導体装置を容易に製造することができるよ
うにする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明一実施例を解説する為の図である第１図を参照し
て説明する。

本発明に於いては、分子線エピタキシャル成長法の実施
が可能な半導体結晶成長装置に於ける基板前処理室３内
にＧａＡｓなどの半導体結晶基板をセットし、該基板前
処理室３内に所定量の酸素を供給して一定の酸素分圧を
維持させながら前記化合物半導体結晶基板を構成する材
料の中でＡｓなど脱離し易い物質が脱離する温度を越え
ない温度（例えば約４００（’Ｃ）程度）で加熱して酸
化膜を形成し、前記化合物半導体結晶基板を成長室５に
移送して前記脱離し易い物質の分子線を照射しつつ加熱
（例えば温度約６００（’Ｃ）程度）して前記酸化膜を
除去する工程と、次いで、前記化合物半導体結晶基板を
必要とされる温度に維持して目的とする半導体結晶層を
分子線エピタキシャル成長させるようにしている。

〔作用〕

前記手段を採ると、化合物半導体結晶基板上に付着した
炭素系及びその他の汚染物は確実に除去されるので、ス
ルー・プツトを高める為にバッファ層を薄くしても、そ
の上に形成され・る各化合物半導体結晶層は欠陥が少な
い良質のものとなる。

〔実施例〕

第１図は本発明一実施例を解説する為の半導体結晶成長
装置の要部説明図を表している。

図に於いて、１は基板交換室、ＩＡは基板出入口、ＩＢ
は排気管、２はゲート・バルブ、３は基板前処理室、３
Ａは排気管、４はゲート・バルブ、５は結晶成長室、５
Ａは排気管、６は酸素供給源、７はバルブ、８は酸素ボ
ンベ、９はターボ分子ポンプ、１０は基板ホルダ、１）
は基板加熱ヒータ、１２はＳｉ分子線源、１３はＧａ分
子線源、１４はＡｓ分子線源、１５は基板ホルダ、１６
は基板加熱ヒータをそれぞれ示している。

ここで、ＧａＡｓ基機上にｎ型ＧａＡｓ層を成長させる
場合について説明する。

ＧａＡｓ基板は、大気中に於いて基板マウント用のモリ
ブデン（ＭＯ）・ブロックにＩｎ半田を用いて貼着し、
それを基板出入口ＩＡを介して基板交換室１に導入し、
高真空の排気を行う。

基板交換室１内が１０″″’　（Ｔｏ　ｒ　ｒ）　〜ｌ
　Ｑ−９（Ｔｏｒｒ）程度に排気されてからゲート・バ
ルブ２を開いてＧａＡｓ基板を基板前処理室３に移送し
、それを基板ホルダ１０に装着してからゲート・バルブ
２を閉成する。尚、基板ホルダ１０内に在る基板加熱ヒ
ータ１）はＧａＡｓ基板を最高８００（”Ｃ）まで加熱
することができる能力を有している。

基板前処理室３内はターボ分子ポンプ９の作用で予め１
０−７（Ｔｏ　ｒ　ｒ）　〜１０−９（Ｔｏ　ｒ　ｒ）
程度の真空に排気され、また、酸素供給源６から酸素を
送入し得る状態になっている。

酸素の送入及び排気を行いながら、その酸素分圧を１０
″″’（Ｔｏｒｒ）に保持しつつＧａＡｓ基板を約４０
０（’Ｃ）程度に加熱し、その状態を約３０　〔分〕間
維持することでＧａＡｓ基板の表面に酸化膜を形成する
。

基板加熱ヒータ１）の電源を切断し、自然降温を行って
約２００（’Ｃ）程度の温度になった際にゲート・バル
ブ４を開放してＧａＡｓ基板を高真空に排気された成長
室５に移送し、それを基板加熱ヒータ１６を有する基板
ホルダ１５に装着し、ゲート・バルブ４を閉成する。

成長室５内に於いては、Ａ３分子線源１４からのＡｓ分
子線を照射しなからＧａＡｓ基板を再び加熱して温度を
約６００（’Ｃ）程度以上とし、その状態を約１０Ｃ分
〕間維持することに依り、表面の酸化膜を除去してしま
う。これに依り、ＧａＡｓ基板表面の炭素系の汚染物も
同時に除去されてしまう。

ＧａＡｓ基板の温度をＧａＡｓ層を成長させるのに必要
とされる程度、即ち、５５０（”ｃ）に維持し、エピタ
キシャル成長を行う。この際、Ｓｔ分子線源１２からの
ＳｔをＧａＡｓ基板と同じ濃度であるＩ　Ｘ　１０Ｉ７
（Ｃ１）−”）程度にドーピングする。尚、この場合の
成長速度は１　〔μｍ／時〕、成長層厚は０．５〔μｍ
〕である。

第２図はＧａＡｓ基板及びエピタキシャル成長ＧａＡｓ
層の界面近傍に於けるキャリヤ濃度プロファイルを表す
線図である。

図に於いて、横軸にはＧａＡｓ層の表面からの深さを、
また、縦軸にはキャリヤ濃度をそれぞれ採うてあり、実
線は本発明一実施例に関する特性線であり、また、破線
は従来例に関する特性線であり、これ等のデータはＣ−
■測定法に依って得られたもので、試料は、本発明に依
る前処理を施したものと、成長室５内で６００（”Ｃ）
の温度でサーマル・クリーニングを行ったものを用いた
。

図から判るように、本発明実施例に依るものでは、キャ
リヤ濃度が深さ方向に略均−であり、キャリヤの空乏化
領域は存在していないが、従来技術に依るものでは、明
らかな空乏化領域が存在していて、これは炭素系物質の
汚染に依るものと判断される。

このようなことから、本発明に依る場合、基板表面に於
ける汚染物質の除去が良好に行われ、そして、結晶欠陥
の導入もなかったことが判る。

〔発明の効果〕

本発明に依れば、化合物半導体結晶基板に化合物半導体
結晶層をエピタキシャル成長させるに際し、基板前処理
室に於いて、化合物半導体結晶基板の表面に熱酸化膜を
形成し、その後、成長室に於いて、その熱酸化膜の除去
と共に炭素系などの汚染物質も同時に除去するようにし
ている。

この構成を採ることに依り、化合物半導体結晶基板の表
面荒れを発生させることな（炭素系その他の汚染物を除
去することができ、その結果、薄いバッファ層を用いな
がら良質の半導体結晶層を高いスルー・プツトで成長さ
せることを可能にしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の要部説明図、第２図はＧａＡ
ｓ基板及びエピタキシャル成長ＧａＡｓ層の界面近傍に
於けるキャリヤ濃度プロファイルを表す線図をそれぞれ
表している。 図に於いて、１は基板交換室、ＩＡは基板出入口、ＩＢ
は排気管、２はゲート・バルブ、３は基板前処理室、３
Ａは排気管、４はゲート・バルブ、５は結晶成長室、５
Ａは排気管、６は酸素供給源、７はバルブ、８は酸素ボ
ンベ、９はターボ分子ポンプ、１０は基板ホルダ、１）
は基板加熱ヒータ、１２はＳｉ分子線源、１３はＧａ分
子線源、１４はＡｓ分子線源、１５は基板ホルダ、１６
は基板加熱ヒータをそれぞれ示している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）分子線エピタキシャル成長法の実施が可能な半導
   体結晶成長装置に於ける基板前処理室内に化合物半導体
   結晶基板をセットする工程と、次いで、該基板前処理室
   内に所定量の酸素を供給して一定の酸素分圧を維持させ
   ながら前記化合物半導体結晶基板を構成する材料の中で
   脱離し易い物質が脱離する温度を越えない温度で加熱し
   て酸化膜を形成する工程と、 次いで、前記化合物半導体結晶基板を成長室に移送して
   前記脱離し易い物質の分子線を照射しつつ加熱して前記
   酸化膜を除去する工程と、次いで、前記化合物半導体結
   晶基板を必要とされる温度に維持して目的とする半導体
   結晶層を分子線エピタキシャル成長させる工程と が含まれてなることを特徴とする半導体結晶成長方法。
2. （２）所定量の酸素を供給して一定の酸素分圧を維持さ
   せることができる酸素供給系と排気系並びに化合物半導
   体結晶基板を保持し且つ該化合物半導体結晶基板を構成
   する材料の中で最も脱離し難い物質が脱離する温度を越
   えない温度に加熱する為のホルダが配設されてなる基板
   前処理室と、 該基板前処理室に連なり前記化合物半導体結晶基板を構
   成する材料の中で脱離し易い物質の分子線を照射するこ
   とができる分子線源並びに前記化合物半導体結晶基板を
   保持し且つ加熱して前記酸化膜の除去及び必要な分子線
   の照射の下に半導体結晶層を分子線エピタキシャル成長
   させる為のホルダが配設されてなる成長室とを備えてな
   ることを特徴とする半導体結晶成長装置。