JPH02289491A - 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］ 本発明は成長層の表面が所定の凹凸を有するように化合
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
成長方法に関する。

［従来の技術］ 化合物半導体装置を作成する上で、基板上の定められた
場所にのみ薄膜結晶を作成する技術、あるいは成長層に
凹凸を形成する技術は極めて重要である。この種の技術
は、例えば、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザダイオードを
製作する際に、数千λ周期の凹凸（回折格子）を作り込
むために用いられ、このような回折格子を作り込むこと
によって特定の波長の光の選択を可能にしている。

従来、基板上の定められた場所にのみ薄膜結晶を作成、
あるいは、成長層表面に所定の凹凸を形成するには、−
度、薄膜結晶を平面的に成長させ、その後、エツチング
によって不必要な部分を取り除くという方法が用いられ
ている。

このことは■−ｖ族化合物半導体薄膜結晶についても同
様である。即ち、■−ｖ族化合物半導体薄膜結晶におい
ても、−旦結晶を平面的に成長させ、その後で、必要の
無い部分をエツチングにより取り除き、表面に凹凸を形
成している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の方法ではエツチングのときに様々
な問題点がある。

感光材をマスクに用いるフォトエツチングプロセス（Ｐ
　Ｅ　Ｐ）を用いた場合には、成長室から取り出さなけ
ればならず、大気による汚染が問題となる。また感光材
に含まれる有機材による成長層表面の汚染が問題となり
、この汚染の影響を抑えるためには、高温でアニールを
行なう必要があるが、アニールを行った場合、エツチン
グにより形成した凹凸形状が崩れるという問題もある。

また、イオン等のエネルギービームを用いたマスクレス
エツチングの場合には、成長室と真空通路で結ばれたエ
ツチング室が用いられるので大気による汚染はないが、
結晶を成す分子同士、例えば、ｍ族原子とＶ族原子との
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、エツチングする部分以外の結晶に損傷を与
えてしまうという問題点がある。

本発明は、不必要な損傷を与えることな（清浄かつ所定
の凹凸表面を有する化合物半導体薄膜結晶を形成する化
合物半導体薄膜結晶の成長方法の提供を目的とする。

［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、所定の凹凸を有
する化合物半導体薄膜結晶を成長させる方法において、
前記結晶表面に安定に吸着される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の原子層のみの予め定められた範
囲を選択的に除去する第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。

一実施例として、ＧａＡｓ結晶基板上に表面に凹凸を有
するＧａＡｓ結晶成長層を成長する方法について述べる
。

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（ア）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
定化する。ここで、Ａｓ原子（・で表す）はＧａ原子（
○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１図（
イ）に示すようにＡｓ分子線２の供給を停止し、Ｇａ分
子線３の供給を開始する。このときＧａ分子の供給量を
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、１．３Ｘ　１０　”ａｔｏｍｓ／ｃ−の
Ｇａ分子を供給するとＡｓで安定化した基板１の（００
１）方位面上に約２原子層のＧａ原子を存在させること
ができる（第１の工程）。

この場合、下部に位置するＧａ原子層（第１の原子層）
はＡｓ原子と結合を有しているが、表面にあるＧａ原子
層（第２の原子層）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
が表面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
易に取り除くことができる。

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。

第１図（つ）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。

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、凹凸の形
状の崩れも生じない。

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１図（１）に示すように結
晶中に取り込まれてＧａ原子と結合する。従って前述し
たＧａ分子の供給量を多くしておけば、通常成長部（エ
ネルギービームを照射しない部分）の厚さ、即ち凹部の
深さを大きくすることができる。

また、上記工程を多数回行なうことによっても通常成長
部の厚さを厚くできる。尚、成長抑制部（エネルギービ
ームを照射する部分）は、上記工程１サイクルごとに１
原子層成長する。

【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所定元素
からなる′Ｍ４１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除去は高真空
中で連続して行なわれるので清浄で所定の凹凸表面を有
する化合物半導体薄膜結晶を形成することができる。

第１図

【図面の簡単な説明】

第１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、４・・・エネルギービーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、予め定められた結晶表面上に、所定の凹凸を有する
   化合物半導体薄膜結晶を成長させる方法において、前記
   結晶表面に安定に吸着される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の原子層のみの予め定められた範囲を選
   択的に除去する第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。