JPH01235233A - 分子線エピタキシャル成長方法 - Google Patents
分子線エピタキシャル成長方法Info
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- JPH01235233A JPH01235233A JP6135288A JP6135288A JPH01235233A JP H01235233 A JPH01235233 A JP H01235233A JP 6135288 A JP6135288 A JP 6135288A JP 6135288 A JP6135288 A JP 6135288A JP H01235233 A JPH01235233 A JP H01235233A
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Landscapes
- 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〕
この発明は分子線エピタキシャル成長方法に関するもの
であり、さらに詳細にいえば、基板上に厚さ並びに種類
の異なる層を交互に周期的に積層し、あるいは種類の異
なる層を数層積層させることによりヘテロ構造を形成し
て、マイクロ波素子、あるいは発光・受光素子として使
用する単結晶薄膜構造を作製するための分子線エピタキ
シャル成長方法に関するものである。
であり、さらに詳細にいえば、基板上に厚さ並びに種類
の異なる層を交互に周期的に積層し、あるいは種類の異
なる層を数層積層させることによりヘテロ構造を形成し
て、マイクロ波素子、あるいは発光・受光素子として使
用する単結晶薄膜構造を作製するための分子線エピタキ
シャル成長方法に関するものである。
従来から、化合物半導体デバイス、特に光デバイスの製
法として、薄い−様な層の成長および成分元素組成比の
制御の容易さからエピタキシャル成長方法が一般的に利
用されている。なかでも、最近特に注目されている技術
として、分子線エピタキシャル成長方法（以下、ＭＢＥ
成長法と略称する）が知られている。例えばダブリュー
・ティー・サン（Ｗ、Ｔ、Ｔｓａｎｇ ）により日経エ
レクトロニクス磁３０８．１６３（１９８３）において
、ＭＢＥ成長法並びに薄膜周期構造を利用したデバイス
が詳細に説明されている。またヒヤミズ（Ｓ、）１１ｙ
ａｍｉｚｕ）によりジャーナル オブ ジャパニーズ
アプライドフィジックス（Ｊ、Ｊ、Ａ、Ｐ ｋ １０．
ｖｏｌ、２２．ＬａＯ２（１９８３））において、上記
ＭＢＥ成長法により数層のヘテロ構造を形成することに
より作製したマイクロ波デバイスが詳細に説明されてい
る。
法として、薄い−様な層の成長および成分元素組成比の
制御の容易さからエピタキシャル成長方法が一般的に利
用されている。なかでも、最近特に注目されている技術
として、分子線エピタキシャル成長方法（以下、ＭＢＥ
成長法と略称する）が知られている。例えばダブリュー
・ティー・サン（Ｗ、Ｔ、Ｔｓａｎｇ ）により日経エ
レクトロニクス磁３０８．１６３（１９８３）において
、ＭＢＥ成長法並びに薄膜周期構造を利用したデバイス
が詳細に説明されている。またヒヤミズ（Ｓ、）１１ｙ
ａｍｉｚｕ）によりジャーナル オブ ジャパニーズ
アプライドフィジックス（Ｊ、Ｊ、Ａ、Ｐ ｋ １０．
ｖｏｌ、２２．ＬａＯ２（１９８３））において、上記
ＭＢＥ成長法により数層のヘテロ構造を形成することに
より作製したマイクロ波デバイスが詳細に説明されてい
る。
第５図は、従来の■−Ｖ族化合物半導体薄膜構造形成に
用いられるＭＢＥ成長法を説明するための概略構成図で
ある。成長室２１内において基板ホルダ２５上に基板２
４が保持され、その保持位置は、セル２２．２３の中心
軸２６．２７が交差する位置に設定されている。そして
、両セル２２゜２３に収納されている原料２２ａ、２３
ａから蒸発した原料の基板２４に対する分子線の照射を
制御するために、セルシャッタ２２ｂ、２３ｂが上記両
セル２２．２３に取付けられている。このような構成に
おいて、セルシャッタ２２ｂ、２３ｂを交互に所定の周
期で開閉することにより、選択的に一方の原料の分子線
を基板２４に照射し、基板２４上に種類の異なる化合物
半導体薄膜を形成することができる（特開昭５７−４７
１６０．５７−１１８９９号公報参照）。
用いられるＭＢＥ成長法を説明するための概略構成図で
ある。成長室２１内において基板ホルダ２５上に基板２
４が保持され、その保持位置は、セル２２．２３の中心
軸２６．２７が交差する位置に設定されている。そして
、両セル２２゜２３に収納されている原料２２ａ、２３
ａから蒸発した原料の基板２４に対する分子線の照射を
制御するために、セルシャッタ２２ｂ、２３ｂが上記両
セル２２．２３に取付けられている。このような構成に
おいて、セルシャッタ２２ｂ、２３ｂを交互に所定の周
期で開閉することにより、選択的に一方の原料の分子線
を基板２４に照射し、基板２４上に種類の異なる化合物
半導体薄膜を形成することができる（特開昭５７−４７
１６０．５７−１１８９９号公報参照）。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のＭＢＥ成長法では、一方のセルシャッタが開いて
いる間は、他方のセルシャッタが閉じられていることに
なるが、一般に■−Ｖ族化合物半導体をＭＢＥ成長させ
る場合、原料セル２２゜２３は通常７００〜１０００℃
の高温度に加熱されている。また、セル開口端近傍には
原料が蒸発してできた１μｍ径前後の付着粒子が多数形
成されている。そして、この付着粒子がセル内に落下す
ることにより、セル内原料融液の突沸現象を誘発する。
いる間は、他方のセルシャッタが閉じられていることに
なるが、一般に■−Ｖ族化合物半導体をＭＢＥ成長させ
る場合、原料セル２２゜２３は通常７００〜１０００℃
の高温度に加熱されている。また、セル開口端近傍には
原料が蒸発してできた１μｍ径前後の付着粒子が多数形
成されている。そして、この付着粒子がセル内に落下す
ることにより、セル内原料融液の突沸現象を誘発する。
この突沸現象は、原料分子が凝集した突沸粒子を基板２
４表面に付着せしめ、成長層表面の表面欠陥を形成する
ことになる。
４表面に付着せしめ、成長層表面の表面欠陥を形成する
ことになる。
この現象については、バカラック（Ｒ，Ｚ。
Ｂａｃｈｒａｃｈ）他による真空科学技術誌（Ｊ、Ｖａ
ｃ、Ｓｃｉ。
ｃ、Ｓｃｉ。
Ｔｅｃｈｎｏｌ、１８（３）（１９８１）７５Ｂ）に詳
細に記載されている。
細に記載されている。
上記突沸粒子の飛来確率は、基板ウェハ面内において著
しい分布を示した。
しい分布を示した。
また、上記とは別に、例えばｍ −ｍ −ｖ族Ｂ
等の多元成長層を形成する場合、一般に、種類の異なる
■族分子線強度比が基板表面において分布を持っている
ために、基板表面と垂直な軸を回転軸として基板ホルダ
を回転させると、■族組成が、単結晶成長層の厚み方向
に回転周期と同一の周期で振動することになり、厚み方
向の組成均一性を妨げる。
■族分子線強度比が基板表面において分布を持っている
ために、基板表面と垂直な軸を回転軸として基板ホルダ
を回転させると、■族組成が、単結晶成長層の厚み方向
に回転周期と同一の周期で振動することになり、厚み方
向の組成均一性を妨げる。
第６図は第５図に示す従来のＭＢＥ成長装置を使用して
Ｉｎ Ｇａ 。、５３ Ｇ、４□Ａｓ単結晶を１層成長させた試
料に対するＸ線回折測定結果である。この図から判るよ
うに、中央のＩｎ ＧａＯ，５３０，４７ Ａｓ格子定数に対応した主ピークに対して、低角側と高
角側の対称な位置にサテライトピークが見られる。この
サテライトピークは、厚み方向の組成振動に基くもので
あり、その存在から厚み方向の組成が不均一であること
がわかる。
Ｉｎ Ｇａ 。、５３ Ｇ、４□Ａｓ単結晶を１層成長させた試
料に対するＸ線回折測定結果である。この図から判るよ
うに、中央のＩｎ ＧａＯ，５３０，４７ Ａｓ格子定数に対応した主ピークに対して、低角側と高
角側の対称な位置にサテライトピークが見られる。この
サテライトピークは、厚み方向の組成振動に基くもので
あり、その存在から厚み方向の組成が不均一であること
がわかる。
なお、この現象についての詳細は、アラビ（Ｋ。
Ａｌａｖｉ ）らにより真空科学技術誌（Ｊ、Ｖａｃ、
Ｓｃｉ。
Ｓｃｉ。
Ｔｅｃｈｎｏｌ、Ｂ１，１４Ｂ（１９８３））において
説明されている。
説明されている。
さらに、通常のＭＢＥ成長法では、成長層表面の１分子
層に満たない余剰分子が存在し、この余剰分子の存在が
、ヘテロ界面の組成急峻性を劣化させる。そして、この
ようなヘテロ界面での組成急峻性が悪いとマイクロ波素
子や発光・受光素子の特性を劣化させる。
層に満たない余剰分子が存在し、この余剰分子の存在が
、ヘテロ界面の組成急峻性を劣化させる。そして、この
ようなヘテロ界面での組成急峻性が悪いとマイクロ波素
子や発光・受光素子の特性を劣化させる。
この発明の課題は上記の問題点を解決することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、切り欠きを有す
るマスクを前記基板に平行に且つ近接させて配置し、前
記基板ホルダを駆動して前記基板をその表面に対して垂
直な軸を中心に回転させるものである。
るマスクを前記基板に平行に且つ近接させて配置し、前
記基板ホルダを駆動して前記基板をその表面に対して垂
直な軸を中心に回転させるものである。
この方法によれば、原料からの突沸粒子の飛来確率が大
きい領域の基板表面はマスクで覆われているため、原料
からの突沸粒子の基板表面への付着を効果的に防止する
ことができ、しがも、原料からの分子線が、スリットを
通して回転する基板上に照射される。
きい領域の基板表面はマスクで覆われているため、原料
からの突沸粒子の基板表面への付着を効果的に防止する
ことができ、しがも、原料からの分子線が、スリットを
通して回転する基板上に照射される。
また、基板が回転しているために、スリット部分を通し
てのエピタキシャル成長とスリット部分以外のマスク後
方での成長中断が、自動的に且つ周期的にくり返される
。そして、エピタキシャル成長が中断しているときは、
成長層表面の過剰原子または分子が表面上において表面
と平行に拡散したり、その表面から脱離したりする。
てのエピタキシャル成長とスリット部分以外のマスク後
方での成長中断が、自動的に且つ周期的にくり返される
。そして、エピタキシャル成長が中断しているときは、
成長層表面の過剰原子または分子が表面上において表面
と平行に拡散したり、その表面から脱離したりする。
第１図は本実施例に用いるＭＢＥ成長装置の内部を上か
ら見た概略図、第２図は固定マスク板の正面図である。
ら見た概略図、第２図は固定マスク板の正面図である。
成長室１の側壁所定位置にそれぞれ■族第１原料２ａ、
ｍ族第２原料３ａを格納するセル２．３が形成されてい
る。これらセル２．３の上には分子線の照射を制御する
セルシャッタ２ｂ、３ｂが設けられており、両セル２．
３の中心軸１０゜１１が交差する位置に、基板４が基板
ホルダ５：；より回転可能に保持されている。
ｍ族第２原料３ａを格納するセル２．３が形成されてい
る。これらセル２．３の上には分子線の照射を制御する
セルシャッタ２ｂ、３ｂが設けられており、両セル２．
３の中心軸１０゜１１が交差する位置に、基板４が基板
ホルダ５：；より回転可能に保持されている。
基板４の近傍には、基板４に対する分子線の照射領域を
規制する固定マスク板６が基板４に平行に取付けられて
いる。そして、このマスク板６には、所定位置に微細な
スリット７が１個形成されている。たとえばマスク板６
は、基板４より大径の直径６０龍の円板であり、所定位
置に幅３關、長さ３０＋ａｍのスリット７が中心部から
外周部に向って形成されている。そして、マスク板６と
基板４との間隔は５關以内に設定されている。
規制する固定マスク板６が基板４に平行に取付けられて
いる。そして、このマスク板６には、所定位置に微細な
スリット７が１個形成されている。たとえばマスク板６
は、基板４より大径の直径６０龍の円板であり、所定位
置に幅３關、長さ３０＋ａｍのスリット７が中心部から
外周部に向って形成されている。そして、マスク板６と
基板４との間隔は５關以内に設定されている。
したがって、基板ホルダ５により基板４を回転させれば
、突沸粒子の基板４への付着をマスク板６により効果的
に防止しながら各セル内の原料からの分子線をスリット
７を通して基板４に照射することができ、基板４の全面
に、■族第１原料２ａと■族第２原料３ａからなるｍ
−ｍ −ｖ Ｂ 族混合化合物半導体を形成することができる。
、突沸粒子の基板４への付着をマスク板６により効果的
に防止しながら各セル内の原料からの分子線をスリット
７を通して基板４に照射することができ、基板４の全面
に、■族第１原料２ａと■族第２原料３ａからなるｍ
−ｍ −ｖ Ｂ 族混合化合物半導体を形成することができる。
以上のようにして形成したｍ −ｍ −ｖ族混Ｂ
合化合物半導体成においては、■族原料の突沸に起因す
る表面欠陥密度が約１／４に減少し、また、単結晶成長
層の厚み方向の組成振動も著しく低減した。
る表面欠陥密度が約１／４に減少し、また、単結晶成長
層の厚み方向の組成振動も著しく低減した。
第３図は本実施例のＭＢＥ成長方法を使用してＩ ｎ
Ｇａ Ａｓ単結晶を１層成長させた試０．５３
０．４７ 料に対するＸ線回折測定結果であり、中央のＩｎ
Ｇａ Ａｓ格子定数に対応した主ビー０．５３
０．４７ りに対して、低角側と高角側の対称な位置にはサテライ
トピークが全く認められない。この測定結果と第６図と
を比較すれば明らかなように、本実施例によれば、厚み
方向の組成振動が著しく低減されていることが分かる。
Ｇａ Ａｓ単結晶を１層成長させた試０．５３
０．４７ 料に対するＸ線回折測定結果であり、中央のＩｎ
Ｇａ Ａｓ格子定数に対応した主ビー０．５３
０．４７ りに対して、低角側と高角側の対称な位置にはサテライ
トピークが全く認められない。この測定結果と第６図と
を比較すれば明らかなように、本実施例によれば、厚み
方向の組成振動が著しく低減されていることが分かる。
また、本実施例のＭＢＥ成長方法を用いて（１ｎＡｓ）
（ＧａＡｓ） 超格子構造を作製ｌ
ｎすると、Ｉ ｎＡｓとＧａＡ
ｓの界面の組成急峻性が、従来方法を用いて作製したも
のと比較して、きわめて良好となる。第４図は本実施例
により作製した（Ｉ ｎＡｓ） （ＧａＡｓ）
超格子構造ｎ のＸ線回折サテライトピーク強度と、従来方法により作
成した同一構造の超格子のＸ線回折サテライトピーク強
度を表わしたものであり、黒い点が本実施例にるもの、
白い点が従来方法によるものである。本実施例によれば
Ｘ線回折サテライトピーク強度が従来方法による場合に
比べて著しく増大していることかわかる。Ｘ線回折サテ
ライトピーク強度は、超格子構造の周期性を表わしてお
り、この周期性は、ＩｎＡｓとＧａＡｓ界面の組成の急
峻度に著しく依存している。すなわち、本発明のＭＢＥ
成長方法を用いて作製した （Ｉ ｎＡｓ） （ＧａＡｓ） 超格子は、Ｉ
ｎＩｎＡｓとＧａＡ
ｓ界面の組成急峻性が従来のものに比べて、良好である
ことが分かる。
（ＧａＡｓ） 超格子構造を作製ｌ
ｎすると、Ｉ ｎＡｓとＧａＡ
ｓの界面の組成急峻性が、従来方法を用いて作製したも
のと比較して、きわめて良好となる。第４図は本実施例
により作製した（Ｉ ｎＡｓ） （ＧａＡｓ）
超格子構造ｎ のＸ線回折サテライトピーク強度と、従来方法により作
成した同一構造の超格子のＸ線回折サテライトピーク強
度を表わしたものであり、黒い点が本実施例にるもの、
白い点が従来方法によるものである。本実施例によれば
Ｘ線回折サテライトピーク強度が従来方法による場合に
比べて著しく増大していることかわかる。Ｘ線回折サテ
ライトピーク強度は、超格子構造の周期性を表わしてお
り、この周期性は、ＩｎＡｓとＧａＡｓ界面の組成の急
峻度に著しく依存している。すなわち、本発明のＭＢＥ
成長方法を用いて作製した （Ｉ ｎＡｓ） （ＧａＡｓ） 超格子は、Ｉ
ｎＩｎＡｓとＧａＡ
ｓ界面の組成急峻性が従来のものに比べて、良好である
ことが分かる。
なお、本実施例では、マスク板６に微細なスリット７を
切り欠きとして設けているが、切り欠きの形状はこれに
限定されるものではなく、エピタキシャル成長させる材
料など応じて最適な形状を選択することが望ましい。
切り欠きとして設けているが、切り欠きの形状はこれに
限定されるものではなく、エピタキシャル成長させる材
料など応じて最適な形状を選択することが望ましい。
以上のようにこの発明は、切り欠きを形成したマスクを
、基板の表面と平行に、かつ近接させて配置したうえで
、基板を回転させているので、原料からの突沸粒子が基
板表面に付着することを効果的に防止して表面欠陥密度
を著しく低減することができ、また、原料からの分子線
がマスクの切り欠きを通してのみ基板に照射されるので
、基板回転時における単結晶成長層の厚み方向の組成振
動を著しく低減することができる。さらに、スリット部
分以外でのマスク後方ではエピタキシャル成長が周期的
に中断されるので、成長層表面の余剰分子が集合したり
、あるいは脱離することにより、成長層表面が１分子層
のレベルで平担化するという特有の効果を奏する。
、基板の表面と平行に、かつ近接させて配置したうえで
、基板を回転させているので、原料からの突沸粒子が基
板表面に付着することを効果的に防止して表面欠陥密度
を著しく低減することができ、また、原料からの分子線
がマスクの切り欠きを通してのみ基板に照射されるので
、基板回転時における単結晶成長層の厚み方向の組成振
動を著しく低減することができる。さらに、スリット部
分以外でのマスク後方ではエピタキシャル成長が周期的
に中断されるので、成長層表面の余剰分子が集合したり
、あるいは脱離することにより、成長層表面が１分子層
のレベルで平担化するという特有の効果を奏する。
第１図は本発明の一実施例に用いるＭＢＥ成長装置の概
略構成図、第２図は固定マスク板の正面図、第３図は本
実施例を用いてＩｎ ＧａＯ，５３０，４７ Ａｓ単結晶を１層成長させた試料に対するＸ線回折測定
結果を示す図、第４図は（Ｉ ｎＡｓ）。 （ＧａＡｓ） 超格子のＸ線回折サテライトピーり強
度の測定結果を示す図、第５図は従来方法に用いるＭＢ
Ｅ成長装置の概略構成図、第６図は従来方法により基板
上に成長させたＩｎ０．５３０ ａ ｏ 、 ４７ Ａ
Ｓ単結晶層のＸ線回折サテライトピーク強度の測定結
果を示す図である。 １・・・成長室、２．３・・・セル、２ａ・・・■族第
１原料、３ａ・・・■族第２原料、４・・・基板、５・
・・基板ホルダ、６・・・固定マスク板、７・・・スリ
ット。 特許出願人 住友電気工業株式会社 代理人弁理士 長谷用 芳 樹間
塩 １） 辰 也実施例に用いろＭＢ
Ｅ成長波置 装１図 固定マスク級 第２図 ２θ Ｘ線回新測定結果 第３図 Ｉｎ七ル比 Ｘ線回折サテライトピータ分度の測定結果従来技術に用
いるＭＢＥ成長表量
略構成図、第２図は固定マスク板の正面図、第３図は本
実施例を用いてＩｎ ＧａＯ，５３０，４７ Ａｓ単結晶を１層成長させた試料に対するＸ線回折測定
結果を示す図、第４図は（Ｉ ｎＡｓ）。 （ＧａＡｓ） 超格子のＸ線回折サテライトピーり強
度の測定結果を示す図、第５図は従来方法に用いるＭＢ
Ｅ成長装置の概略構成図、第６図は従来方法により基板
上に成長させたＩｎ０．５３０ ａ ｏ 、 ４７ Ａ
Ｓ単結晶層のＸ線回折サテライトピーク強度の測定結
果を示す図である。 １・・・成長室、２．３・・・セル、２ａ・・・■族第
１原料、３ａ・・・■族第２原料、４・・・基板、５・
・・基板ホルダ、６・・・固定マスク板、７・・・スリ
ット。 特許出願人 住友電気工業株式会社 代理人弁理士 長谷用 芳 樹間
塩 １） 辰 也実施例に用いろＭＢ
Ｅ成長波置 装１図 固定マスク級 第２図 ２θ Ｘ線回新測定結果 第３図 Ｉｎ七ル比 Ｘ線回折サテライトピータ分度の測定結果従来技術に用
いるＭＢＥ成長表量
Claims (1)
- 高真空下に維持された成長室内でセル内に収納された
原料を蒸発させこの成長室内の基板ホルダに支持された
基板表面に半導体層を成長させる分子線エピタキシャル
成長方法において、切り欠きを有するマスクを前記基板
に平行に且つ近接させて配置し、前記基板ホルダを駆動
して前記基板をその表面に対して垂直な軸を中心に回転
させることを特徴とする分子線エピタキシャル成長方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6135288A JPH01235233A (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6135288A JPH01235233A (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01235233A true JPH01235233A (ja) | 1989-09-20 |
Family
ID=13168662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6135288A Pending JPH01235233A (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 分子線エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01235233A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011032511A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Hitachi Zosen Corp | 薄膜形成方法および薄膜形成装置 |
-
1988
- 1988-03-15 JP JP6135288A patent/JPH01235233A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011032511A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Hitachi Zosen Corp | 薄膜形成方法および薄膜形成装置 |
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