JPH01158720A - 化合物半導体結晶成長方法及び結晶成長装置 - Google Patents
化合物半導体結晶成長方法及び結晶成長装置Info
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- JPH01158720A JPH01158720A JP31795487A JP31795487A JPH01158720A JP H01158720 A JPH01158720 A JP H01158720A JP 31795487 A JP31795487 A JP 31795487A JP 31795487 A JP31795487 A JP 31795487A JP H01158720 A JPH01158720 A JP H01158720A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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。
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）
本発明は化合物半導体結晶成長方法におよび結晶成長装
置に関する。
置に関する。
（従来の技術〉
近年、■−Ｖ族化合物半導体を用いた高速デバイス、ヘ
テロ接合デバイス、光デバイス等の開発が急速に発展し
、それに伴なうデバイス製作プロセスも高度化している
。
テロ接合デバイス、光デバイス等の開発が急速に発展し
、それに伴なうデバイス製作プロセスも高度化している
。
分子線エピタキシャル成長方法（ＭＢＥ法）は、高精度
に膜厚が制御でき、しかも高品質の化合物半導体薄膜が
得られるので」二記のようなテハイス作製には重要な成
長技術である。
に膜厚が制御でき、しかも高品質の化合物半導体薄膜が
得られるので」二記のようなテハイス作製には重要な成
長技術である。
ところでデバイスの高性能化、高集積化を図るためには
金属電極に接触するコンタク１へ層の形成技術、デバイ
スの平坦化技術、さらに清浄な界面形成技術が必要とな
り、従来のＭＢＥ装置、成長方法では対応できなくなっ
てきているのか実情である。
金属電極に接触するコンタク１へ層の形成技術、デバイ
スの平坦化技術、さらに清浄な界面形成技術が必要とな
り、従来のＭＢＥ装置、成長方法では対応できなくなっ
てきているのか実情である。
特に、結晶加工を施した基板上に再成長を行う場合、基
板表面には炭素系の汚染物質および酸化物が形成され、
界面に深い準位が生じ、キャリア濃度の減少が見られる
。このため再成長界面での抵抗が大きくなり、デバイス
特性を劣下させる原因となっている。
板表面には炭素系の汚染物質および酸化物が形成され、
界面に深い準位が生じ、キャリア濃度の減少が見られる
。このため再成長界面での抵抗が大きくなり、デバイス
特性を劣下させる原因となっている。
従来のＭＢＥ法では、ジャパン・ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジックス（Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ、２５
１２１６１９８６）に発表されているように基板を７０
０°Ｃ以上に加熱して、表面の結晶を熱により蒸発させ
る方法で、界面の不純物を除去している。
プライド・フィジックス（Ｊａｐａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ、２５
１２１６１９８６）に発表されているように基板を７０
０°Ｃ以上に加熱して、表面の結晶を熱により蒸発させ
る方法で、界面の不純物を除去している。
あるいは桟用らが発表しているように（応用物理、第５
４巻、第１）号、１９８５） 、高真空下でＥＣＲ。
４巻、第１）号、１９８５） 、高真空下でＥＣＲ。
イオン源を用いて、イオン化したガスにより基板表面を
エツチングする方法も行われている。
エツチングする方法も行われている。
また、気相成長法（ＶＰＥ法）では、装置内にあらかじ
め塩酸などの反応性ガスを流し、常圧で結晶表面に反応
させてエツチングした後、結晶を成長する方法かとられ
ている。
め塩酸などの反応性ガスを流し、常圧で結晶表面に反応
させてエツチングした後、結晶を成長する方法かとられ
ている。
（発明が解決しようとする問題点）
しかしこれらの方法は以下のような問題がある。まず、
ＭＢＥ法で行われている高温で熱により結晶表面を蒸発
させる方法（サーマルエツチング法）では、高温により
結晶中の不純物の再分布か生じ、デバイスの特性劣化が
起る。例えはＩ−Ｉ ＥＭＴでは移動度の低下、ＭＥＳ
ＦＥＴではしきい値電圧の変動、ＨＢＴではペース層中
のＰ型不純物がエミツタ層側へ拡散するため電流増幅率
βの大幅な減少を生じさせる。
ＭＢＥ法で行われている高温で熱により結晶表面を蒸発
させる方法（サーマルエツチング法）では、高温により
結晶中の不純物の再分布か生じ、デバイスの特性劣化が
起る。例えはＩ−Ｉ ＥＭＴでは移動度の低下、ＭＥＳ
ＦＥＴではしきい値電圧の変動、ＨＢＴではペース層中
のＰ型不純物がエミツタ層側へ拡散するため電流増幅率
βの大幅な減少を生じさせる。
またこの方法では、炭素系の不純物を完全に除去できな
い。
い。
次に、イオンによる表面クリーニングでは、イオン衝撃
により基板表面にダメージを与え、欠陥を生じさせる。
により基板表面にダメージを与え、欠陥を生じさせる。
さらに、イオンにより、スパッタされた周囲からの不純
物をとり込みやすくなり、これまた清浄な界面を得るこ
とは困難である。
物をとり込みやすくなり、これまた清浄な界面を得るこ
とは困難である。
この中で、ＶＰＥ法で行われている反応性ガスによるエ
ツチングは、基板の表面反応を利用しているのでダメー
ジがなく、表面クリーニング方法としではすぐれている
が、エツチング速度かガス流量、基板温度等の条件に敏
感で制御性か十分と言えず、またＭＢＥ法等他の真空装
置に接続するのも困難である。
ツチングは、基板の表面反応を利用しているのでダメー
ジがなく、表面クリーニング方法としではすぐれている
が、エツチング速度かガス流量、基板温度等の条件に敏
感で制御性か十分と言えず、またＭＢＥ法等他の真空装
置に接続するのも困難である。
ところで超高真空中では、ガス流量の制御もしやす＜Ｍ
ＢＥ法等の他の真空装置に接続するのも容易である。
ＢＥ法等の他の真空装置に接続するのも容易である。
従って、超高真空中で、ガスエツチングを行うのが、最
適な方法になるが、前述したように基板の表面反応を利
用しているので、初期の表面状態に敏感であるという問
題がある。即ち表面に酸化膜が残っていると、基板面内
でエツチング速度が異なり、完全に平坦な面を得ること
ができない。
適な方法になるが、前述したように基板の表面反応を利
用しているので、初期の表面状態に敏感であるという問
題がある。即ち表面に酸化膜が残っていると、基板面内
でエツチング速度が異なり、完全に平坦な面を得ること
ができない。
通常、表面酸化膜を除去するには、Ｖ族雰囲気中で、基
板を６００〜７００°Ｃに加熱する方法が用いられるが
、この方法では比較的高温で処理するためサーマルアニ
ーリンク法と同様の問題が生じる。
板を６００〜７００°Ｃに加熱する方法が用いられるが
、この方法では比較的高温で処理するためサーマルアニ
ーリンク法と同様の問題が生じる。
本発明の目的は従来技術の問題点を解決し、特に低い基
板温度で表面を処理して、欠陥のない清浄な界面を形成
することにある。
板温度で表面を処理して、欠陥のない清浄な界面を形成
することにある。
（問題点を解決するための手段）
第１９発明では、超高真空容器内で、■−Ｖ族化合物半
導体結晶の基板表面に活性化した水素を供給して表面酸
化膜を除去する工程と次いで基板を加熱して反応性ガス
により基板表面をエツチングする工程と、該基板上に半
導体薄膜を分子線エピタキシャル成長させる工程が連続
して行われることを特徴とする化合物半導体結晶成長方
法を提供し、第２の発明では、超高真空に排気できる排
気装置を備え、かつ基板を保持し加熱できる基板ホルダ
ーと水素ガスを導入し活性化して基板に供給する装置と
反応性ガスを導入するガス導入管を備えている基板準備
室と、該基板準備室に連なり化合物半導体結晶薄膜を分
子線エピタキシャル成長させる成長室とを少なくとも有
する化合物半導体結晶成長装置を提供する。
導体結晶の基板表面に活性化した水素を供給して表面酸
化膜を除去する工程と次いで基板を加熱して反応性ガス
により基板表面をエツチングする工程と、該基板上に半
導体薄膜を分子線エピタキシャル成長させる工程が連続
して行われることを特徴とする化合物半導体結晶成長方
法を提供し、第２の発明では、超高真空に排気できる排
気装置を備え、かつ基板を保持し加熱できる基板ホルダ
ーと水素ガスを導入し活性化して基板に供給する装置と
反応性ガスを導入するガス導入管を備えている基板準備
室と、該基板準備室に連なり化合物半導体結晶薄膜を分
子線エピタキシャル成長させる成長室とを少なくとも有
する化合物半導体結晶成長装置を提供する。
（作用）
本発明によれば、基板表面の酸化膜を除去した後、反応
性ガスによりエツチングするので、完全に平坦で、汚染
、ダメージのない清浄な界面ができる。また高真空下で
行うため、清浄な界面を保ったまま、ＭＢＥ成長室に基
板を移動して、成長することかできる。
性ガスによりエツチングするので、完全に平坦で、汚染
、ダメージのない清浄な界面ができる。また高真空下で
行うため、清浄な界面を保ったまま、ＭＢＥ成長室に基
板を移動して、成長することかできる。
更に詳しくは、活性化した水素を供給することにより、
基板はエツチングしないで表面酸化膜のみエツチングす
ることかできる。
基板はエツチングしないで表面酸化膜のみエツチングす
ることかできる。
また、１Ｏ−３Ｔｏｒｒ以下の高真空中でエツチングを
行なうのて、供給ガスは、分子粒とみなせ流量制御等か
容易になる。
行なうのて、供給ガスは、分子粒とみなせ流量制御等か
容易になる。
（実施例）
以下に本発明の実施例を図によって説明する。
第１図は、本願箱２の発明の化合物半導体結晶成長装置
の構成を示す概略図である。
の構成を示す概略図である。
本実施例の装置は超高真空に保持できる基板準備室１と
この基板準備室１に接続して備えられた排気装置２と加
熱機構を有する基板ホルダー３と、水素ガスを活性化す
るラジカルビームガン４と反応性ガスと水素ガスを基板
準備室１内に導入するガス導入管５ａ、５ｂとＭＢＥ成
長室６と分子線を供給するための■族原料セルフ、■族
原料セル８、ドーパント原料セル９、基板ホルダー１０
、排気装置１）と基板交換室１２と排気袋Ｗ １．３と
各室１．６．１２をそれぞれ遮断するためのグー１−バ
ルブ、１４．１５によって構成されている。本装置で用
いたラジカルビームガンは、マイクロ波で電子を励起し
て、サイクロトロン運動させ、ガスに衝突させて、ガス
をエネルギーの高いラジカル状態にするものである。
この基板準備室１に接続して備えられた排気装置２と加
熱機構を有する基板ホルダー３と、水素ガスを活性化す
るラジカルビームガン４と反応性ガスと水素ガスを基板
準備室１内に導入するガス導入管５ａ、５ｂとＭＢＥ成
長室６と分子線を供給するための■族原料セルフ、■族
原料セル８、ドーパント原料セル９、基板ホルダー１０
、排気装置１）と基板交換室１２と排気袋Ｗ １．３と
各室１．６．１２をそれぞれ遮断するためのグー１−バ
ルブ、１４．１５によって構成されている。本装置で用
いたラジカルビームガンは、マイクロ波で電子を励起し
て、サイクロトロン運動させ、ガスに衝突させて、ガス
をエネルギーの高いラジカル状態にするものである。
本願箱１の発明の実施例では、本装置を用いＧａＡｓの
再成長界面を以下の手順で作製して、評価した。まずＭ
ＢＥ成長室に、■族原料としてＧａ、Ｖ族原料としてＡ
ｓ、 ｎ型ｌ〜−パントとしてＳｉを投入し、Ｓｉドー
プ３ Ｘ １０１８ｃｍ−３のＧａＡｓ基板上に通常の
方法でＳｉドープ２Ｘ１０１６ｃｍ’のＧａＡｓエピタ
キシャル層を成長温度６００°Ｃて１．０μｍを成長さ
せた。
再成長界面を以下の手順で作製して、評価した。まずＭ
ＢＥ成長室に、■族原料としてＧａ、Ｖ族原料としてＡ
ｓ、 ｎ型ｌ〜−パントとしてＳｉを投入し、Ｓｉドー
プ３ Ｘ １０１８ｃｍ−３のＧａＡｓ基板上に通常の
方法でＳｉドープ２Ｘ１０１６ｃｍ’のＧａＡｓエピタ
キシャル層を成長温度６００°Ｃて１．０μｍを成長さ
せた。
この基板を交換室１２から大気に取り出し、大気中にさ
らした後、再び基板交換室１２に入れて５Ｘ １０−８
Ｔ ｏ ｒ ｒまで排気装置１３により真空引きを行っ
た。次にゲーＩ〜バルフ１４を開け、この基板を基板準
備室１内の基板ホルダー３にセットした。基板準備室１
は、あらかじめ２Ｘ１０−８Ｔｏｒｒ以下に排気されて
いる。
らした後、再び基板交換室１２に入れて５Ｘ １０−８
Ｔ ｏ ｒ ｒまで排気装置１３により真空引きを行っ
た。次にゲーＩ〜バルフ１４を開け、この基板を基板準
備室１内の基板ホルダー３にセットした。基板準備室１
は、あらかじめ２Ｘ１０−８Ｔｏｒｒ以下に排気されて
いる。
次にこの基板にラジカルビームカン４によりラジカル状
態になった水素ガスを供給する。水素ガスは、基板表面
の酸化物と反応して、酸化膜を除去するが、基板とは反
応しない。この工程を１０分間続けた後、水素ガスの導
入を止めて、反応性ガスとして塩素ガス（ｃ１２ ）を
用い、基板準備室１に導入した。塩素ガスの分圧は５Ｘ
１０−４Ｔｏｒｒである。
態になった水素ガスを供給する。水素ガスは、基板表面
の酸化物と反応して、酸化膜を除去するが、基板とは反
応しない。この工程を１０分間続けた後、水素ガスの導
入を止めて、反応性ガスとして塩素ガス（ｃ１２ ）を
用い、基板準備室１に導入した。塩素ガスの分圧は５Ｘ
１０−４Ｔｏｒｒである。
基板を３００°Ｃに加熱することにより、結晶表面は塩
素ガスと化学反応をおこし、エツチングされる。本実施
例では、基板を２００ＯＡエツチングした。エツチング
終了後、基板温度を下げ、塩素ガスを止めて、再び準備
室１を２×１Ｏ−８Ｔｏｒｒまで真空排気した。
素ガスと化学反応をおこし、エツチングされる。本実施
例では、基板を２００ＯＡエツチングした。エツチング
終了後、基板温度を下げ、塩素ガスを止めて、再び準備
室１を２×１Ｏ−８Ｔｏｒｒまで真空排気した。
続いてゲー１へバルブ１５を開け、ＭＢＥ成長室６内に
基板を導入し、基板ホルタ−１０にセット＝９− した。ＭＢＥ成長室６は、排気装置１］により、１×１
Ｏ−１０ＴＯｒｒ以下になっている。
基板を導入し、基板ホルタ−１０にセット＝９− した。ＭＢＥ成長室６は、排気装置１］により、１×１
Ｏ−１０ＴＯｒｒ以下になっている。
基板上に通常のＭＢＥ法により、Ｓｉをドープしてキャ
リア濃度２ ｘ １０” ｃｎＩ３ のＧａＡｓを１．
０μｍエピタキシャル成長させた。基板温度は６００°
Ｃである。
リア濃度２ ｘ １０” ｃｎＩ３ のＧａＡｓを１．
０μｍエピタキシャル成長させた。基板温度は６００°
Ｃである。
再成長界面の評価として、Ｃ−■測定により基板表面か
らの深さ方向のキャリア濃度の分布を求めた。第２図に
その結果を示す。第２図には比較のため、再成長界面を
従来のサーマルエツチング法で処理したものを示したが
、従来法では、界面でキャリア濃度の低下が見られたが
、本実施例の方法では、界面での不純物、ダメージがま
ったくないので、キャリア濃度の低下は全く見られない
。
らの深さ方向のキャリア濃度の分布を求めた。第２図に
その結果を示す。第２図には比較のため、再成長界面を
従来のサーマルエツチング法で処理したものを示したが
、従来法では、界面でキャリア濃度の低下が見られたが
、本実施例の方法では、界面での不純物、ダメージがま
ったくないので、キャリア濃度の低下は全く見られない
。
さらに再成長する前のエツチング面をＲＨＥ ＥＤで観
察したところ、本実施例でエツチングした基板は、スト
リークの超構造パターンを示し、損傷のない良好な界面
の形成か確認された。
察したところ、本実施例でエツチングした基板は、スト
リークの超構造パターンを示し、損傷のない良好な界面
の形成か確認された。
なお本実施例で用いた基板は、ＧａＡｓであるか、他に
Ｉｎｐ 、 ＡｌＧａＡｓのような他の■−■化合物あ
るいは、その混晶ても同様の効果か得られた。さらに反
応性ガスとして塩素（ｃ１２ ）たけてなく、塩酸（ｔ
ｌｃｌ） 、塩化炭素（ＣａＩ２ ）なと、化合物半導
体と反応するガスは、ずへて使用可能である。また本実
施例ては、水素ガスを活性化するためにラシカルヒーム
ガンを用いたが、光やレーザを照射して、活性化させる
等、別の手段を用いてもよい。
Ｉｎｐ 、 ＡｌＧａＡｓのような他の■−■化合物あ
るいは、その混晶ても同様の効果か得られた。さらに反
応性ガスとして塩素（ｃ１２ ）たけてなく、塩酸（ｔ
ｌｃｌ） 、塩化炭素（ＣａＩ２ ）なと、化合物半導
体と反応するガスは、ずへて使用可能である。また本実
施例ては、水素ガスを活性化するためにラシカルヒーム
ガンを用いたが、光やレーザを照射して、活性化させる
等、別の手段を用いてもよい。
（発明の効果）
以上述へたように、本発明によれは、平坦で欠陥のない
清浄な界面を有する良好な再成長薄膜を得ることがてき
、ひいてはテパイス特性を向上させる効果を有する。
清浄な界面を有する良好な再成長薄膜を得ることがてき
、ひいてはテパイス特性を向上させる効果を有する。
第１図は、本発明装置の概略図。
第２図はＧａＡｓ成長層のキャリア濃度の表面から基板
方向への深さ分布を示す図である。 １、基板準備室 ２、］、１．１３．排気装置 ３、］、Ｏ，基板ホルダー ４、ラジカルヒームカン ５ａ、５ｂ ガス導入管 ６、ＭＢＥ成長室 ７、ＩＩｌ族原料セル ８ Ｖ族原料セル ９．１・−パン１へ原料セル １２、基板交換室 １４、．１５．ゲートバルブ
方向への深さ分布を示す図である。 １、基板準備室 ２、］、１．１３．排気装置 ３、］、Ｏ，基板ホルダー ４、ラジカルヒームカン ５ａ、５ｂ ガス導入管 ６、ＭＢＥ成長室 ７、ＩＩｌ族原料セル ８ Ｖ族原料セル ９．１・−パン１へ原料セル １２、基板交換室 １４、．１５．ゲートバルブ
Claims (2)
- （１）１０＾−＾３Ｔｏｒｒ以下の高真空中で、III−
Ｖ族化合物半導体結晶の基板表面に活性化した水素を供
給して表面酸化膜を除去する工程と次いで反応性ガスに
より基板表面をエッチングする工程と、該基板上に半導
体薄膜を分子線エピタキシャル成長させる工程が連続し
て行われることを特徴とする化合物半導体結晶成長方法
。 - （２）１０＾−＾３Ｔｏｒｒ以下の高真空に排気できる
排気装置を備え、かつ基板を保持し加熱できる基板ホル
ダーと、水素ガスを導入し活性化して基板に供給する活
性化手段と反応性ガスを導入するガス導入管を備えてい
る基板準備室と、該基板準備室に連なり化合物半導体結
晶薄膜を分子線エピタキシャル成長させる成長室とを有
する化合物半導体結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31795487A JP2596027B2 (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | 化合物半導体結晶成長方法及び結晶成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31795487A JP2596027B2 (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | 化合物半導体結晶成長方法及び結晶成長装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01158720A true JPH01158720A (ja) | 1989-06-21 |
| JP2596027B2 JP2596027B2 (ja) | 1997-04-02 |
Family
ID=18093859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31795487A Expired - Lifetime JP2596027B2 (ja) | 1987-12-15 | 1987-12-15 | 化合物半導体結晶成長方法及び結晶成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2596027B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01214017A (ja) * | 1988-02-22 | 1989-08-28 | Fujitsu Ltd | 分子線エピタキシアル成長方法及び装置 |
| WO2001033618A1 (en) * | 1999-10-29 | 2001-05-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for cleaning substrate and method for manufacturing semiconductor device |
-
1987
- 1987-12-15 JP JP31795487A patent/JP2596027B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01214017A (ja) * | 1988-02-22 | 1989-08-28 | Fujitsu Ltd | 分子線エピタキシアル成長方法及び装置 |
| WO2001033618A1 (en) * | 1999-10-29 | 2001-05-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for cleaning substrate and method for manufacturing semiconductor device |
| US7105449B1 (en) | 1999-10-29 | 2006-09-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for cleaning substrate and method for producing semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2596027B2 (ja) | 1997-04-02 |
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