JPH0349214A - エピタキシャル成長方法 - 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］ 本発明は材料元素を含む分子線を用いて化合物半導体結
晶の薄膜を成長させる原子層エピタキシャル成長方法に
関する。

〔従来の技術１ 真空中に保持して加熱された半導体基板に材料元素を含
む分子を交互に照射する原子層エピタキシャル成長法は
、原子レベルで急峻なヘテロ成長界面の形成、光ビーム
等の照射による膜の局所形成等の優れた特徴を有するエ
ピタキシャル成長方法である。この成長方法を用いたガ
リウム砒素のエピタキシャル成長の例が第４９回応用物
理学会学術講演会（同予稿集分冊１　、４ａ−’Ｗ−１
，ｐ、１９９）に報告されている。この従来例では■族
材料にはトリエチルガリウム（略称ＴＥＧ、分子式（Ｃ
，Ｈ，Ｌ　Ｇａ）、Ｖ族材料にはアルシン（分子式Ａｓ
Ｈ，）を用い、これらのガスを高真空中で成長温度に加
熱保持されたガリウム砒素基板に交互に照射し、アルゴ
ンレーザー光を照射して局所的にエピタキシャル成長さ
せている。本従来例ではレーザー光の照射された領域に
ガリウム砒素からなる幅０．１ｍｍの線状パターンが形
成されている。

〔発明が解決しようとする課厘］ しかしながら、前記従来例はレーザー光を照射した領域
に成長させる方式のため、面内方向へのへテロ界面の形
成が同時にできず、ヘテロ界面になるべき表面が晒され
るため良好なヘテロ界面の形成に問題があった。

本発明の目的はフォトリソグラフィー工程を用いずに良
好な面内ヘテロ構造の形成ができる原子層エピタキシャ
ル成長方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、分子流領域となる
真空中に保持して加熱した半導体基板にｍ族元素を含む
分子とＶ族元素を含む分子を交互に照射してエピタキシ
ャル成長させる方法において、前記■族又はＶ族元素を
含む分子の照射後に局部的に光を照射し、その後前記分
子に含まれる元素と同族かつ前記元素と異なる元素を含
む分子を照射するものである。

［作用］ 本発明による原子層エピタキシャル成長方法では、■族
又はＶ族元素を含む分子を照射する工程が以下の３工程
よりなる。即ち、第１に半導体基板に■族又はＶ族元素
である元素Ａを含む分子を照射し、全面に化学吸着させ
る。第２に、局所的に光を照射して化学吸着させた前記
分子を局所的に離脱させる。第３に、前記分子に含まれ
る元素Ａと同族でしかも前記元素とは異なる元素Ｂを含
む分子を基板全面に照射して、光によって局所的に離脱
させた領域に選択的に前記元素Ｂを含む分子を化学吸着
させる。以上の工程の結果、半導体基板表面に光を照射
した領域には元素Ｂを含む分子が化学吸着し、照射しな
かった領域には元素Ａを含む分子が化学吸着した化学吸
着層を得ることができる。この工程による化学吸着層の
形成を■族及びＶ族について交互に繰り返すことにより
面内及び積層方向にヘテロ接合を有する構造が形成でき
る。ここで、第２の工程において用いる光の波長は化学
吸着した分子のボンドに吸収されるような波長を設定す
る必要がある。それはこの第２の工程では化学吸着した
分子を離脱させるために必要なエネルギーを光がら化学
吸着した分子に与えることにより吸着した分子を離脱さ
せるからである。さらに第３の工程で元素Ｂを含む分子
が光によって局所的に離脱させた領域に選択的に化学吸
着される理由は以下の通りである。即ち、第２の工程後
、半導体基板表面は光を照射しなかった領域には化学吸
着した分子があり、照射した領域には化学吸着した分子
層はない。この後、第３の工程で元素Ｂを含む分子を照
射すると、既に化学吸着した分子層のある領域は吸着に
対して不活性であるため新たな吸着が妨げられる。一方
、吸着層のない領域では吸着が生じる。その結果、半導
体基板表面に光を照射した領域にのみ選択的に元素Ｂを
含む分子を化学吸着させることができる。

但し、半導体基板の温度は照射分子が単分子吸着する温
度を選ぶ必要がある。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の詳細な説明する原子層エピタキシャル
成長室の模式図である。本実施例では■族材料にはトリ
エチルガリウム（分子式、　（Ｃ，Ｈ，）、　Ｇａ）及
びトリエチルインジウム（分子式、（Ｃ，Ｈ，）。

Ｉｎ）、Ｖ族材料にはアルシンを用い、これらのガスを
高真空中で成長温度で加熱保持されたガリウム砒素基板
に以下の工程で照射してエピタキシャル成長させた。

図において、成長室１０には、ＧａＡｓ基板１３を保持
してこれを成長温度まで加熱させる基板ホルダ１２が内
装され、該ホルダ１２に向けて砒素分子線源１４、光ビ
ーム導入口１５、ＴＥＧ分子線源１６、ＴＥＩ分子線源
１７が接続されている。また、成長室１０内は真空ポン
プ１１で高真空で排気される。光ビームには波長５４５
ｎｍのアルゴンレーザ光を用い、偏向光学系で偏向させ
て光ビーム導入口１５から導入した。

砒素分子線源１４は内部にアルシンガスを熱分解させる
ためのヒーターを備えており、アルシンガスはこのヒー
ターにより９５０℃に加熱、熱分解され砒素分子（分子
式Ａｓ、　）となる。

ＧａＡｓ単結晶薄膜中にＩｎＡｓ細線を有するヘテロエ
ピタキシャル層を成長する場合は以下の手順で行う。ま
ず、化学エツチングと脱ガス処理によって表面を清浄化
したＧａＡｓ基板１３を基板ホルダ１２に取付け、真空
ポンプ１１で高真空に排気する。次に、ＧａＡｓ基板１
３の加熱を開始し、基板温度が４００℃を越えた時点で
アルシンガスを砒素分子線源１４に導入して砒素ビーム
を照射し、基板表面の酸化層除去を行う。基板温度が成
長温度４５０℃に達したのち、ＴＥＧガスをＴＥＧ分子
線源１６に導入して約１００ｎ　ｍにバッファ層を成長
させる。続いて基板温度を３５０℃に保ちヘテロエピタ
キシャル層を以下の方法で成長させた。即ち、第１に砒
素分子線源Ｉ４へのアルシンガスの導入を止め、ＴＥＧ
分子をＴＥＧ分子線源！６から照射しＧａＡｓ基板１３
の表面に１分子層を化学吸着させる。このとき過剰なＴ
ＥＧ分子は化学吸着層の表面には吸着しないため自動的
に１分子層の化学吸着が実現される。第２に光導入口１
５からアルゴンレーザ光をＧａＡｓ基板１３の表面に照
射し、２ｐｍ幅のストライプ状の形状に走査、描画した
。

このとき、光が照射された領域で化学吸着した分子が脱
離する。第３に、ＴＥ１分子をＴＥＩ分子線源１７から
照射すると、光が照射されて化学吸着層が消失した領域
に選択的にＩｎ原子を有する１分子層が化学吸着される
。このとき、７２１分子は初めに形成したＧａ原子を含
む化学吸着層の表面には吸着しないため自動的に選択性
が実現される。第４に、砒素分子線源１４から砒素分子
を照射した。以上の第１から第４の工程によりＧａＡｓ
　１分子層の面内にストライプ状のＩｎＡｓ　１分子層
を有するヘテロエピタキシャル層が形成された。この工
程とガリウム砒素のみの成長とを組合せて繰り返すこと
によりＧａＡｓ単結晶Ｆｊ）膜中に光ガイドとなるスト
ライプ状のＩｎＡｓ量子井戸構造を有するヘテロエピタ
キシャル層を成長させることができる。

上記実施例ではｍ族原子層の形成において本発明による
成長方法を用いたが、Ｖ族原子層の形成においても本発
明による成長方法を用いてパターン形成を行うことがで
きる。

上記実施例では材料化合物としてトリエチルガリウム及
びトリエチルインジウムを用いたが、トリメチルガリウ
ム等の他の有機基をもつ有機金属化合物を用いてもよい
。

上記実施例では化学吸着層としてアルキル基をもつ分子
層を形成する有機金属材料を用いたが、クロライド基を
持つ分子層を形成する材料であるジエチルガリウムクロ
ライド（分子式、（Ｃ，Ｈ，）、Ｇａ（４）及びジエチ
ルインジウムクロライド（分子式、（ＣオＨ，）、［ｎ
ＣＵ等のアルキルクロライド化物、又は、ガリウムクロ
ライド（分子式、ＧａＣｊｌ）、インジウムクロライド
（分子式、ＩｎＣＲ）等の塩化物を用いてもよい。

上記実施例では材料化合物としてガリウム及びインジウ
ムのアルキル化合物を用いたが、アルミニウム、燐、砒
素、アンチモン、亜鉛、ベリリウム等の化合物半導体の
構成元素及び不純物の有機化合物を用いてもよい。

〔発明の効果］ 以上のように本発明によるエピタキシャル成長方法によ
れば、面内方向に光の集束径程度、層厚方向に１原子層
の大きさを有する局所領域に良好な界面品質を有するペ
テロ構造を形成できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における原子層エピタキシャ
ル成長室の模式図である。 ｌＯ・・・成長室　　　　　ＩＩ・・・真空ポンプ１２
・・・基板ホルダ １４・・・砒素分子線源 １６・・・ＴＥＧ分子線源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）分子流領域となる真空中に保持して加熱した半導
   体基板にIII族元素を含む分子とＶ族元素を含む分子を
   交互に照射してエピタキシャル成長させる方法において
   、前記III族又はＶ族元素を含む分子の照射後に局部的
   に光を照射し、その後前記分子に含まれる元素と同族か
   つ前記元素と異なる元素を含む分子を照射することを特
   徴とするエピタキシャル成長方法。