JPH0258215A - 化合物半導体薄膜の製造方法 - Google Patents

化合物半導体薄膜の製造方法

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JPH0258215A
JPH0258215A JP20902888A JP20902888A JPH0258215A JP H0258215 A JPH0258215 A JP H0258215A JP 20902888 A JP20902888 A JP 20902888A JP 20902888 A JP20902888 A JP 20902888A JP H0258215 A JPH0258215 A JP H0258215A
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JP
Japan
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thin film
substrate
compound semiconductor
semiconductor thin
growth
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JP20902888A
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Hideaki Iwano
岩野 英明
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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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1 本発明は化合物半導体薄膜の選択的成長方法に関する。
[従来の技術1 従来のGaAs、A氾GaAs等のIll −V族化合
物半導体薄膜の選択的成長方法は、ジャーナル・才ブ・
クリスタル・グロウス(Jour口al ofCrys
tal  Growth  )  Vo  1. 73
.   (1985)P73〜P76に見られるように
、有機金属を原料とする化学気相成長法(以下MOCV
D法と記す)による場合には、GaAS単結晶基板上に
5fNx等の誘電体膜をパターン状に形成し、反応圧力
が低(、基板温度の高い条件で得られるものであった。
また、InP等のIll −V族化合物半導体薄膜の選
択的成長方法は、アプライド・フィジックス・レタース
(Applied Physics Letters 
) V o l 。
47 (1985)PI 127〜P1129に見られ
るようにクロライド気相成長法c以下りロライドVPE
法と記す)を用い、InP単結晶基板上に5iO=等の
誘電体膜をパターン状に形成し、得られるものであった
またZn5e等のII −Vl族化合物半導体薄膜の選
択的成長法は、応用物理学会講演予稿集(昭和62年秋
季、18a−x−9)に見られるようにMOCVD法を
用いGaAs単結晶基板上にSiO□等の誘電体膜をパ
ターン状に形成し、反応圧力が低く、基板温度の高い条
件で得られるものであった。
[発明が解決しようとする課題1 しかし、前述の従来技術ではGaAsの選択成長の場合
、650℃以上の高い基板温度を必要とし、半導体レー
ザや光電気集積回路(以下0EICと記す)に応用する
場合、他の機能素子や活性層の特性を劣化させるという
問題点を有していた。またAffGaAsの選択成長の
場合には700℃以上の高い基板温度を必要とし更に、
AI2オG a + −x A sのAfi組成Xが0
.35以上の選択成長は得られないという問題点を有し
ていた。
AR組成の大きい薄膜が選択成長できないために、任意
にエネルギーギャップ(以下Egと記す)の異なる薄膜
を得られないため、応用範囲が制限されるという問題点
を有している。
また、InP等の選択成長においては、クロライドVP
Eを用いるためy A I I n P等のAffを含
む化合物半導体薄膜が成長できず、大きなEgを有し且
つ発光特性のある薄膜成長が不可能であるという問題点
を有していた。
またZn5e等のII−Vl族化合物半導体の選択成長
においても、600℃以上の高い基板温度を必要とし、
GaAs基板とZn5e薄膜の界面にはZnの拡散等の
不安定性が生じ、基板上に形成した他の機能素子の特性
を劣化させるという問題点を有していた。
そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは、+11−V族及びII−Vl族
化合物半導体薄膜を、自由な組成比において、低い基板
温度の条件のもとてエピタキシャル成長させ得る製造方
法を提供するところにある。
〔課題を解決するための手段1 本発明の化合物半導体薄膜の製造方法は、半導体基板上
に選択的に化合物半導体薄膜を製造する方法において前
記半導体基板上の一部にマスクを形成する手段と前記マ
スクの形成された半導体基板上に化合物半導体薄膜をエ
ピタキシャル成長する手段と前記エピタキシャル成長中
に光照射する手段を含むことを特徴としている。
〔作 用1 本発明の上記の構成によれば、エピタキシャル成長中に
光照射を行なうことにより、マスク上では堆積物が形成
される前に、光エネルギーを吸着分子が吸収し、ガス雰
囲気中に再度蒸発してしまいマスク上にには堆積が起こ
らない、マスクに覆われていない半導体基板表面におい
ては、光照射によって、低温においても、良好な特性を
有する結晶層が成長する。従って低い基板温度において
選択的成長が可能となる。また照射する光の波長を適当
に選べば、AffGaAs、Aj2InP等の混晶薄膜
の形成の際にも、マスク上の吸着分子を再蒸発させるこ
とができ、任意の組成を持つ混晶薄膜の選択的成長が可
能となる。
[実 施 例] 本発明を実施例に基づきさらに詳述する。
第1図は本発明の実施例におけるGaAs薄膜の選択成
長法を示した製造工程図である。101のGaAs単結
晶基板上に102の誘電体膜を形成する(第1図(a)
、(b))、次に102を任意の形状に残して、エツチ
ング除去する(第1図(c))、次に、この基板上に1
05のGaAs層をエピタキシャル成長させるが、この
時、同時に104の光照射を基鈑全面に行なう(第1図
(d))、これによって、マスクの誘電体膜を除去した
GaAs基板表面上1こはエピタキシャル成長が起こり
、103のパターニングした誘電体膜上では、いかなる
堆積物も得られなかった6もしも104の光照射を行な
わない場合には、103の上には多結晶のGaAsある
いは粒状のGaAsが成長してしまい、デバイスへの応
用が困難となる。同様の現象は、ARGaAs、InP
Zn5e、ZnS等の種々の化合物半導体の成長時にも
起こり、良好な選択成長が可能であった。
第2図は本発明の実施例におけるAεGaAS薄膜の選
択成長の場合のMOCVD法による成長装置の基本構成
図を示す。206の反応管には208の石英窓が設置さ
れており、203の光照射が可能なようになっている。
205のサセプター上に204のGaAs単結晶基板を
設置し、207の高周波発振器により基板温度を保持す
る。Ga及びA9.の原料は、トリメチルガリウム(以
下TMGと記す)及びトリメチルアルミニウム(以下T
MAと記す)を用い、216.217のシリンダー中の
各原料が水素ガスをキャリアとして反応管中に導入され
る。209のボンベからアルシン(以下A s Hsと
記す)ガスを反応管中に導入し、204の基板上にエピ
タキシャル成長させる。その時、同時に201のエキシ
マ−レーザからの紫外光が202の光学系を通して平行
ビームとなり基板全面に一様に照射する。GaAS基板
の表面には、SiO□膜がパターン状に形成されており
、第1図(d)に示したように、GaASの面が露出し
た部分にだけAβGaAs結晶薄膜の成長が可能であっ
た。基板温度は300℃〜600℃の低温で選択成長し
、低温成長においても、バンド端発光の強い結晶性の良
好な結晶を得ることができた。第3図は本発明の実施例
におけるGaAs薄膜の選択成長の場合の有機金属を原
料とする分子線エピタキシー法(以下MOMBE法と記
す)による成長装置の基本構成図を示す。
超高真空容器305には石英窓303が設置され、内部
に307の基板加熱用ヒーターが設置されている。31
3,314のガス供給源からTMG、ASH3を305
内に導入し306のGaAs基板上にGaASのエピタ
キシャル成長を行なうものであるが、その時301のエ
キシマ−レーザから発する紫外光を302の光学系を通
して306の基板表面上に照射する。306の基板には
、第1図(c)のように、S i 02膜がパターン状
に形成されている。第1図(d)に示したように、Ga
Asの面が露出した部分にだけGaAs結晶薄膜の成長
が可能であった。基板温度は300℃〜600℃の低温
で選択成長し、低温成長においても、バンド端発光の強
い結晶性の良好な結晶を得ることができた。前述と同様
の方法によって、GaAs系、InP系のIII −V
族化合物半導体のエピタキシャル成長可能なあらゆる組
み合せの混晶においても、低い基板温度において選択成
長が可能であり、またZn5e、ZnS等の!I −V
l族化合物半導体のエピタキシャル成長可能なあらゆる
組み合せの混晶においても、低い基板温度において選択
成長が可能であった。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、次のような効果を有
する。
(1)化合物半導体薄膜の選択成長が低い基板温度で可
能なために、光デバイスあるいは0EIC等に用いれば
、他の機能素子や活性層の特性を劣化させることなくデ
バイスの平坦化等の重要なプロセスを実行できる。
(2)光照射により、はとんど任意の組み合せの混晶薄
膜の選択成長が可能であるため、Egを制御して、任意
の形状に成長できる。そのため、短波長発光材料を埋め
込み成長に用い、低損失先導波路の形成や、短波長半導
体レーザを用いた0EIC等の実現が可能となる。
(3)光照射により、エピタキシャル成長した薄膜の結
晶性は、従来の低温成長した薄膜より向上し、そのまま
、機能素子を形成することが可能である。従って光デバ
イスや0EICのプロセスを簡略化し、信頼性も向上さ
せるという効果を有する。
(4)MOCVD法やMOMBE法を用いることができ
、大面積に均一な膜厚で選択成長が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(d)は本発明の化合物半導体薄膜の製
造方法の一実施例を示す製造工程図。 第2図は本発明の化合物半導体薄膜の製造方法の一実施
例を示す製造装置の基本構成図。 第3図は本発明の化合物半導体薄膜の製造方法の一実施
例を示す製造装置の基本構成図。 101・・・・・・・・・・単結晶半導体基板102・
・・・・・・・・・誘電体膜 103・・・・・・・・・・パターン状に残った誘電体
膜 104・・・・・・・・・・照射光 105・・・・・・・・・・化合物半導体薄膜201.
301・・・・・・紫外光光源202.302・・・・
・・光学系 203.304・・・・・・紫外光 204.306・・・・・・基板 205・・・・・・・・・・サセプター206・・・・
・・・・・・反応管 207・・・・・ ・・・・高周波電源208.303
・・・・・・石英窓 209.210.314.313 ・・・・原料源 211〜215,311〜312 ・・・・マスフローコント ローラ 216.217・・・・・・有接金属 218〜223,228,229 ・・・・バルブ 224.309・・・・・・ターボ分子ポンプ225.
226.310・・ロークリポンプ227・・・・・・
・・・・除害装置 305・・・・・・・・・・反応炉 307・・・・・・・・・・基板加熱ピーク以上 出願人 セイコーエプソン株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半導体基板上に選択的に化合物半導体薄膜を製造する方
    法において前記半導体基板上の一部にマスクを形成する
    手段と前記マスクの形成された半導体基板上に化合物半
    導体薄膜をエピタキシャル成長する手段と前記エピタキ
    シャル成長中に、光照射する手段を含むことを特徴とす
    る化合物半導体薄膜の製造方法。
JP20902888A 1988-08-23 1988-08-23 化合物半導体薄膜の製造方法 Pending JPH0258215A (ja)

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