JPH02288329A - 化合物半導体薄膜結晶の成長方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、成長方向に直交する平面内に異なる組成比部
分を有する化合物半導体薄膜結晶の成長方法に関する。

［従来の技術］ 分子線結晶成長方法あるいは、有機金属熱分解気相成長
法等を用いて、成長方向に１００Å以下の厚さで組成の
異なる化合物を含む薄膜結晶を作製する技術は概に確立
されている。

一方、成長方向に直交する平面内に組成の異なる部分を
含む化合物半導体薄膜結晶を作製することは容品ではな
い。

一般に、成長方向と直交する平面内に組成の異なる部分
を含む化合物半導体薄膜結晶を作成するためには次のよ
うな方法が採用されている。まず、成長装置内で結晶基
板上に所定の組成を有する化合物半導体薄膜結晶を成長
させ、次に成長装置から成長した基板を取り出し、バタ
ーニングを行い再び成長装置に導入する。そして、先に
成長した半導体薄膜結晶とは異なる組成の半導体薄膜結
晶を成長して、成長方向と直交する平面内に異なる組成
を有する化合物半導体薄膜結晶を作製している。

ところがこの方法では、成長室から一度成長基板を取り
出さなければならず、薄膜結晶表面が大気にさらされ、
炭素、酸素等が付着し、その後の結晶特性に悪影響を与
えることが知られている。

（例えば、高森他、ジャパニーズジャーナルオブアバラ
イドフィジックス第２６巻、第２号、１５８頁）。また
、パターニングに用いられる酸、有機材料の残留も問題
となる。

これらの問題点を解決する方法として、最近、成長室と
真空通路によって連結されたエツチング室において、イ
オン等のエネルギービームを用いるマスクレスエツチン
グが最近注目を集めている。

この方法によれば、成長室と同じ雰囲気中で表面加工が
可能なので、大気による表面汚染はない。

また、エツチングに酸や有機材料等を用いないので、こ
れらが結晶表面に残留することもない。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、エネルギービームを結晶に照射して加工
するマスクレスエツチングでは、結晶を成す分子量子の
結合を引き離す過程において多大なエネルギーを必要と
するために、エツチングをしようとする部分以外の結晶
に損傷を与えるという問題点がある。

本発明は、成長方向と直交する平面内に異なる組成比を
有する化合物半導体膜結晶を清浄かつ不必要な損傷を与
えずに成長する方法を提供することを目的とする。

１課題を解決するための手段］ 本発明は予め定められた結晶表面上に成長方向と直交す
る平面内に異なる組成比部分を有する化金物半導体薄膜
結晶を成長させる化合物半導体薄膜結晶の成長方法にお
いて、 前記結晶表面に安定に吸着される少なくとも２種類の元
素を含む所定元素からなる第１の原子層を形成すると共
に、前記第１の原子層より不安定な状態で前記第１の原
子層上に吸着される前記所定元素からなる第２の原子層
を少なくとも一層形成する第１の工程と、前記Ｍ２の原
子層の予め定められた範囲内から前記所定元素のうち特
定の種類の元素のみ除去する第２の工程とを含み、前記
第１の工程と、第２の工程とは高真空条件下で連続して
行なわれることを特徴とする。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明の化合物半導体薄膜結晶の成長方法の一実施例と
して、第１図〜第４図にＧａＡｓ結晶基板上に成長方向
Ａと直交する平面Ｂ内で組成比の異なるＡ！１ＧａＡｓ
結晶成長層を作製する方法を示し、説明する。

まず有機洗浄及び酸処理により表面を清浄化したＧａＡ
ｓ基板を成長装置（例えばＭＢＥ装置）に導入する。次
に、第１図に示すようにＧａＡｓ基板１を６５０℃まで
昇温しながら、ＧａＡｓ基板１の表面にＡｓ分子線２を
照射する。すると基板１の表面はＡｓ原子層で安定化る
す。ここで、Ａｓ原子（・で表す）はＧａ原子（Ｏで表
す）が露出した表面には付着率１で吸着するが、Ａｓ原
子が露出した表面には吸着しない。尚、−船釣には良質
な結晶表面を得るために基板上にＧａＡｓバッファー層
を成長させた後、そのバッファー層表面をＡｓ原子で安
定化する手法がとられることもある。

続いて、Ａｓで基板１の表面を安定化した後、第２図に
示すようにＡｓ分子線２の供給を停止し、Ｇａ分子線及
びＡ４７分子線３の供給を開始する。

このときＧａ分子及びＡ１分子のま供給量を制御するこ
とによってＧａ層の厚さを制御することができる。例え
ば、１．３　ｘ　１０　”ａｔｏｍｓ／ｃ−のＧａ分子
と６．５　Ｘ　１０　”ａｔｏｍｓ／ｃ−のＡ１分子と
を供給するとＡｓで安定化した基板１の（００１）方位
面上に約３原子層のＧａ原子とＡｌ原子（Ｏで表す）を
存在させることができる（第１の工程）。

この場合、下部に位置するＧａ原子とＡｇ原子（供給量
の１／３）はＡｓ原子と結合を有しているが、上部に位
置するＧａ原子とＡｇ原子とはＡｓ原子と結合を有して
いない。換言すれば、図ではＡｓ原子と結合を持たない
Ｇａ原子とＡｊｌ原子とが表面の２原子層に存在してい
ることになる。

次に所定の範囲のＡｓ原子と結合を持たないＧａ原子を
取り除く（第２の工程）。このＧａ原子の除去は本実施
例では成長室内で行なうものとして説明するが、成長室
と真空通路により連結された別の室で行なっても良い。

この工程は成長に引き続き、成長と同じ雰囲気下で行え
るので大気による汚染はない。

Ａｓ原子と結合を持たないＧａ原子とＡｇ原子は、従来
のマスクレスエツチングの際に使用されるビームに比べ
て小さいエネルギーのエネルギービームを照射すること
によって容品に取り除くことができる。

しかも、Ａｌ原子同士の結合よりもＧａ原子同士の結合
の方が弱いので、エネルギービームのエネルギーを小さ
くすればほぼＧａ原子のみ除去できる。例えば、エネル
ギービームとして水素分子イオンビームを用い、加速電
圧５ｋＶでビーム径３０００人に集束して利用するとＧ
ａ原子が除去できる（第２の工程）。

第３図に示すようにエネルギービーム４を基板表面に照
射し、走査して、予め定められた範囲のＡｓ分子と結合
を持たないＧａ原子を除去する（Ａｇ原子も除去される
がＧａ原子に比べれば極めて少ない）。

このとき、エネルギービーム４のエネルギーは小さいの
で周囲の結晶に不必要な損傷を与えることはない。また
、マスクを用いないので有機材による汚染も生じない。

エネルギービーム４の照射を停止した後、Ａｓ分子線２
の照射を再開する。Ａｓ原子はＧａ原子の露出した表面
を安定化するだけでなく、第４図に示すように結晶中に
取り込まれてＧａ原子及びｌ原子と結合する。従ってイ
オンビームを照射した部分では除去されなかったＧａ原
子と１原子との比によってＡＪ７ＧａＡｓの組成が決ま
る。

上記工程を繰り返すことによって組成比の異なるＡ、Ｑ
ＧａＡｓ層の厚さを厚くできる。または、Ｇａ分子と１
分子の供給量を多くすることによっても−サイクルあた
りのＡ］ＧａＡｓ層の厚さを厚くできる。

［発明の効果］ 本発明によれば、結晶表面に安定に吸着される少なくと
も２種類の元素を含む所定元素からなる第１の原子層上
に、第１の原子層よりも不安定な状態で吸着される同一
の所定元素からなる第２の原子層を少なくとも一層形成
することで第２の原子層のうち特定種類の原子は弱いエ
ネルギービームを用いて除去することができ、生成され
た薄膜表面に不必要な損傷を与えることがない。

また、第２の原子層形成とその所定範囲の特定の種類の
元素の除去は高真空中で連続して行なわれるので清浄な
化合物半導体薄膜結晶を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例に係る化合物半導体
薄膜結晶の成長方法を説明するための模式図である。 １・・・ＧａＡｓ基板結晶、２・・・Ａｓ分子線、３・
・・Ｇａ分子線及びＡ１１分子線、４・・・エネルギー
ビーム、Ａ・・・成長方向、Ｂ・・・成長方向に直々す
る平面。 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、予め定められた結晶表面上に成長方向と直交する平
   面内に異なる組成比部分を有する化合物半導体薄膜結晶
   を成長させる化合物半導体薄膜結晶の成長方法において
   、 前記結晶表面に安定に吸着される少なくとも２種類の元
   素を含む所定元素からなる第１の原子層を形成すると共
   に、前記第１の原子層より不安定な状態で前記第１の原
   子層上に吸着される前記所定元素からなる第２の原子層
   を少なくとも一層形成する第１の工程と、前記第２の原
   子層の予め定められた範囲内から前記所定元素のうち特
   定の種類の元素のみ除去する第２の工程とを含み、前記
   第１の工程と第２の工程とは高真空条件下で連続して行
   なわれることを特徴とする化合物半導体薄膜結晶の成長
   方法。 ２、請求項１記載の化合物半導体薄膜結晶の成長方法に
   おいて、前記第２の工程は光線、あるいは粒子線を照射
   して行われることを特徴とする化合物半導体薄膜結晶の
   成長方法。