JPH04214616A - 化合物半導体結晶成長方法及びその成長装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体結晶成長
方法及びその成長装置に関し、特に化合物半導体基板上
に半導体結晶をエピタキシャル成長させる分子線エピタ
キシャル成長方法及びその成長装置に関する。真空中で
化合物半導体基板を適宜の温度に加熱して、その基板上
に半導体元素を分子線状にして照射することによりエピ
タキシャル層を成長させる分子線エピタキシャル成長（
ＭＢＥ）法は、超薄膜が制御性良く成長できることや、
ヘテロエピタキシャル構造における界面の急峻性が良い
こと等により、化合物半導体を用いた電子デバイスや光
デバイス、更には両者を複合搭載したＯＥデバイスなど
を製造するための結晶成長技術として注目されている。

【０００２】この複合デバイスを製造する場合には、先
行の加工により一部のデバイスを形成した基板上に、再
びエピタキシャル層を成長させる必要が生ずるが、その
際、そのエピタキシャル層を良質に、しかも先行形成の
デバイスを損ねることのないようにすることが重要であ
る。

【０００３】

【従来の技術】化合物半導体基板上に半導体のエピタキ
シャル層をＭＢＥで成長する際、エピタキシャル層を良
質なものにするため、結晶成長に先立ち、化合物半導体
基板を清浄化する必要がある。従来からの化合物半導体
基板の清浄化方法として、次のようなものがある。

【０００４】（１）真空中で結晶成長直前に基板を加熱
し、自然酸化膜（厚さ約１ｎｍ）を除去するサーマルク
リーニング法。 （２）例えば「サーマルエッチングによるＭＢＥ−Ｇａ
Ａｓ基板前処理効果、Ｊａｐａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．２５，
１９８６，ｐｐ．１２１６−１２２０　」等に示される
サーマルエッチング法。

【０００５】（３）例えば「熱酸化膜形成除去によるＭ
ＢＥ−ＧａＡｓ基板の清浄化、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．６３，１９
８８，ｐ．４０４」等に示される熱酸化膜法。 （４）例えば「ＨＣｌガスとＨ２　混合によるＭＢＥ−
ＧａＡｓ基板のその場清浄化、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　
Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．９５，１９
８９，ｐｐ．３２２−３２７　」などに示される反応性
ガスエッチング法。

【０００６】しかしながらこれらの方法は、いずれも基
板温度を結晶成長可能温度より高温に加熱しなければな
らないものである。例えばＧａＡｓ基板を例にとれば、
結晶成長可能温度が５００℃程度であるのに対して、（
１）の方法では５８０〜６００℃以上、（２）の方法で
は７５０℃以上、（３）の方法では６００〜６４０℃以
上、（４）の方法では４５０〜５００℃以上の基板温度
にする加熱が必要である。

【０００７】しかし、本願発明者の発明による、昭和６
３年７月１５日出願に係る特願昭６３−１７７７６８、
特開平２−２６８９２において、上記方法よりもさらに
基板温度を低温にしてエッチング及び清浄化する方法（
５）が開示された。この基板清浄化方法（５）は、化合
物半導体基板表面に紫外線を照射して、反応性ガスの分
解、及び基板表面と反応性ガスとの反応を促進させるこ
とにより、基板温度が低温でもエッチング及び清浄化を
可能としたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記（１）〜（３）の
方法は、前述の如く基板温度を結晶成長温度より高温に
加熱してしまうので、デバイスが形成されている基板上
に結晶の再成長を行う場合には、そのデバイスの特性に
悪影響を与え、その特性を劣化させる問題を有している
。

【０００９】さらに、（１）の方法による熱処理に続く
結晶成長では、成長界面部にキャリア空乏層が生ずるこ
とが知られており、良質なエピタキシャル層を得ること
が困難である。このキャリア空乏層は、熱処理後に基板
上に残留している不純物、特に残留炭素がアクセプタと
なるため生ずるものと考えられている。 （２）及び（３）の方法は、処理の程度を強くすること
により上記残留炭素を除去し得るものであるが、その場
合には表面モホロジーを著しく劣化させる。このため、
処理の程度を表面モホロジーを劣化させない程度に留め
ざるを得なくなり、処理後にある程度の残留炭素が存在
してしまう。そしてこの処理に続く成長では、（１）の
方法の場合より改善されるとはいえ、上記のキャリア空
乏層が生じて良質なエピタキシャル層を得ることが困難
である。

【００１０】（４）の方法は、（２）及び（３）の方法
における基板温度よりも低い基板温度に加熱するので、
表面モホロジーを劣化させることなく基板の清浄化が可
能である。しかし、既にデバイスが形成されている基板
上に結晶の再成長を行なうような場合には、さらに基板
温度の低温化が重要な課題となる。 （５）の方法は、（４）の方法における問題を解決し、
基板温度の低温化を可能にしている。しかし、エッチン
グ深さの制御は反応性ガスの流量あるいは真空度、また
は紫外線の照射時間に依存しており、これらの制御に困
難性を有している。従って、デバイスが形成されている
基板表面を対象とする精密なエッチング処理には望まし
いものといい難い。

【００１１】本発明の目的は、化合物半導体基板上に半
導体のエピタキシャル層を成長させるＭＢＥにおいて、
化合物半導体基板への加熱温度を低くしても、基板表面
の表面モホロジーが劣化しない結晶成長前の基板清浄を
実現でき、また、結晶成長界面部に生ずるキャリア空乏
層を減少させた良質なエピタキシャル層を形成すること
ができ、かつエッチング深さを原子層オーダでデジタル
的に制御できる化合物半導体結晶成長方法及びその成長
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、化合物半導
体基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させ
る分子線エピタキシャル成長方法を用いた化合物半導体
結晶成長方法において、結晶成長前の前記化合物半導体
基板を減圧下に保持して加熱し、前記化合物半導体基板
表面に吸着した水分を除去する第１の工程と、前記化合
物半導体基板を反応性ガス雰囲気に曝しつつ、前記化合
物半導体基板に紫外線を継続的に照射する第２の工程と
を有し、結晶成長前の前記化合物半導体基板表面を清浄
化することを特徴とする化合物半導体結晶成長方法によ
って達成される。

【００１３】また、上記目的は、化合物半導体基板上に
、分子線エピタキシャル成長法を用いて化合物半導体結
晶を成長させる結晶成長室を有する化合物半導体結晶成
長装置において、前記化合物半導体基板を保持し、前記
化合物半導体基板の基板温度を所望温度に維持できる基
板マニピュレータと、前記基板マニピュレータに保持さ
れた前記化合物半導体基板に対向して配置され、前記化
合物半導体基板表面に紫外線を照射する紫外線ランプと
、前記紫外線ランプと前記化合物半導体基板の間に設け
られ、前記紫外線ランプによる前記化合物半導体基板表
面への紫外線照射を時間制御するシャッターとを有し、
ゲートバルブを介して前記結晶成長室に連通させて設け
られ、反応性ガス及び水素ガスが供給可能で減圧加能な
、化合物半導体基板の前処理室を備え、結晶成長前の前
記化合物半導体基板表面を清浄化することを特徴とする
化合物半導体結晶成長装置によって達成される。

【００１４】

【作用】本発明によれば、化合物半導体基板上に半導体
のエピタキシャル層を成長させるＭＢＥにおいて、化合
物半導体基板への加熱温度を低くでき、基板表面の表面
モホロジーも劣化しない結晶成長前の基板清浄を実現で
きる。さらに、結晶成長界面部に生ずるキャリア空乏層
を減少させた良質なエピタキシャル層を形成することが
でき、かつエッチング深さを原子層オーダでデジタル的
に制御することが可能となる。

【００１５】

【実施例】本発明の第１の実施例による化合物半導体結
晶成長方法及びその装置を図１及び図２を用いて説明す
る。図１は本発明の第１の実施例による化合物半導体結
晶成長方法を説明するための図、図２は本発明の第１の
実施例による化合物半導体結晶成長装置の構成図である
。

【００１６】本実施例は、反応性ガスを基板に照射して
吸着させ、雰囲気として残っている反応性ガスを排気し
た後、基板に紫外線を照射することにより、吸着した反
応性ガスと基板との反応だけの、即ち吸着した反応性ガ
ス量だけのエッチングを行なうようにし、反応性ガス照
射、排気、紫外線照射の工程を周期的にくり返すことに
より、そのくり返し回数によって所望の深さのエッチン
グを行なうことができるようにしたことを特徴としてい
る。

【００１７】本実施例では、化合物半導体基板１８をＳ
ｉドープｎ型ＧａＡｓにし、反応性ガスとして塩化水素
（ＨＣｌ）ガスを用いた。図１は、本実施例における反
応性ガスの導入・停止・排気および紫外線照射・停止の
工程順序を示している。ＧａＡｓ基板１８は大気中に於
いて基板マウント用のモリブデン（Ｍｏ）ブロック１９
にインジウム（Ｉｎ）半田を用いて貼着し、それを成長
装置の基板出入口を介して基板交換室３４に導入し、高
真空の排気を行なう。最近では、インジウム半田を使わ
ないで基板マウントブロック１９に保持するいわゆるＩ
ｎフリーホルダーも開発されており、これを用いてＧａ
Ａｓ基板１８を前記と同様に基板交換室３４に導入し、
高真空排気を行なうこともしばしばである。特にＧａＡ
ｓ基板１８上のエピタキシャル層上にデバイスを形成し
た後で再びその上にエピタキシャル成長を行なうような
場合は、このＩｎフリーホルダーを使う。

【００１８】基板交換室３４内が１Ｅ−７Ｔｏｒｒ〜１
Ｅ−９Ｔｏｒｒ程度に排気されてからゲートバルブ（図
示せず）を開けてＧａＡｓ基板１８を基板搬送室３２を
通してドライエッチング室（基板前処理室）１０に移し
、それを基板マニピュレータ１４に装着して、真空室間
のゲートバルブを閉じる。基板マニピュレータ１４内に
設けられた基板加熱ヒータ１６はＧａＡｓ基板１８を最
高８００℃まで加熱することができる。ドライエッチン
グ室１０はターボ分子ポンプの作用で予め１Ｅ−７〜１
Ｅ−９Ｔｏｒｒ程度の真空に排気される。基板マニピュ
レータ１４は、基板の上下移動および向きを０〜２００
°変えることができる。基板トランスファロット１２と
反応側のポートには合成石英できたビューイングポート
（図示せず）を設け、大気側に設置した低圧水銀ランプ
２２によって紫外線をドライエッチング室１０内に照射
できるようにした。光源として低圧水銀ランプ２２を用
いれば、図３の発光波長特性図に示されるように２５４
ｎｍと１８５ｎｍの紫外線が容易に得られる。この波長
をエネルギ換算すると、Ｅ＝ｈνの式から約４．９ｅＶ
と約６．７ｅＶとなる。このエネルギは、例えばＧａＡ
ｓ基板１８とＨＣｌガスとの反応解離エネルギ（約１．
３ｅＶ）に比較して十分に高い。このことから、基板に
吸着した反応性ガスと基板との反応を低温で起こすこと
ができる。

【００１９】低圧水銀ランプ２２と石英ビューポートガ
ラスとの間には、紫外線のドライエッチング室１０への
照射を機械的に開閉するためのシャッター２０が設けら
れている。紫外線は大気中の酸素によって吸収される。 低圧水銀ランプ２２から発光される紫外線を有効に使う
ために、低圧水銀ランプ２２と石英ビューポートガラス
との間は密閉して、中の大気を乾燥した窒素ガスで置換
している。また、ドライエッチング室１０には、塩化水
素ボンベと水素ボンベ２４がバルブ２８とマスフローコ
ントローラ２６を介して接続されており、各マスフロー
コントローラ２６を使って一定流量で塩化水素ガス（Ｈ
Ｃｌガス）および水素が導入できる。流量を調整するこ
とによってドライエッチング室１０内の真空度の制御が
できる。ドライエッチング室１０内の真空度は、ガス流
量を一定にしておいて、排気系のコンダクタンスを調整
することによっても可能である。ガスラインのバルブ２
８を開閉することによってガスのドライエッチング室１
０内への導入・停止が制御できる。また各ガスラインに
はベントライン３０が設けられ、バルブ２８の切り変え
によりガスをドライエッチング室１０へ導入したり、排
気ラインへベントしたりできる。

【００２０】ＧａＡｓ基板１８表面を石英ビューポート
ガラスと平行に紫外線ランプ２２の方に向けて設置し、
ＨＣｌガスのバルブ２８を開けてＨＣｌガスを流量５０
ｓｃｃｍでドライエッチング室１０へ導入する。この時
、ＧａＡｓ基板１８の基板温度は室温のままである。 ドライエッチング室１０内の真空度を０．１〜１Ｔｏｒ
ｒに保持し、１分後、ＨＣｌガスラインのバルブ２８を
閉じて、ＨＣｌガスの流入を止める。ＨＣｌガスの排気
を３分間続けた後、紫外線ランプ２２の前面のシャッタ
２０を開けて、紫外線をＧａＡｓ基板１８表面に照射す
る。紫外線ランプ２２はあらかじめ点灯しておき、照射
時までメカニカルシャッターによって遮断しておく。Ｇ
ａＡｓ基板１８への紫外線照射を２分間続けた後、シャ
ッター２０を閉めて紫外線照射を止める。以上のＨＣｌ
ガス導入・停止・排気・紫外線照射・停止の工程を１周
期として、これを２０周期くり返す。

【００２１】以上の工程に次いで、ドライエッチング室
１０内の真空度が１Ｅ−８から１Ｅ−９Ｔｏｒｒ台に致
って後、ゲートバルブを開けてＧａＡｓ基板１８を高真
空に排気された基板搬送室３２を通して、ＭＢＥ成長室
３８へ移す。ＭＢＥ成長室３８内の基板加熱ヒータ（図
示せず）を内蔵する基板マニピュレーター（図示せず）
に装着、保持する。

【００２２】ＭＢＥ成長室３８内においては、砒素（Ａ
ｓ４　）分子線源からＡｓ４　分子線を照射しながら、
ＧａＡｓ基板１８を加熱して温度を６００℃程度とし、
この温度を維持しながらＧａＡｓ層のエピタキシャル成
長を行なう。この際、シリコン（Ｓｉ）分子線源からＳ
ｉをＧａＡｓ基板１８と同じ濃度７Ｅ１６ｃｍ−３程度
にドーピングする。尚、この場合の成長速度は１μｍ／
ｈ、成長層厚は０．５μｍである。

【００２３】図４はＧａＡｓ基板１８及びエピタキシャ
ル成長ＧａＡｓ層の界面近傍におけるキャリア濃度プロ
ファイルを示す線図である。図において、横軸にはＧａ
Ａｓ層の表面からの深さを、また、縦軸にはキャリア濃
度をそれぞれとってあり、実線は本実施例に関する特性
線である。また、破線は従来例（１）に関する特性線で
あり、これらのデータはＣ−Ｖ測定法によって得られる
ものである。試料は、本実施例による前処理を施したも
のと、従来例としては、成長室内でＡｓビーム照射下で
基板温度を６００℃で１０分間保持することによってサ
ーマルクリーニングを施したものを用いた。

【００２４】図から判るように、本実施例によるもので
は、キャリア濃度がエピタキシャル層から基板側にわた
って均一であり、キャリアの空乏化領域は存在しないが
、従来技術によるものでは、明らかな空乏化領域が存在
していて、これは炭素などの基板表面に残留している不
純物によるものと判断される。このようなことから、本
実施例による場合、基板表面における汚染物質の除去が
良好に行われ、そして、結晶欠陥の導入もなかったこと
が判る。

【００２５】本実施例では、ＨＣｌガス導入・停止・排
気、紫外線照射・停止の工程を２０周期繰り返したがこ
の前処理によってＧａＡｓ基板１８表面は約６ｎｍエッ
チングされている。これは１周期の工程で１原子層分の
エッチングが行われていることになる。エッチング後の
表面モホロジーは良好で、エッチング前と同様な鏡面が
得られている。エッチングの深さは、この工程周期の繰
り返し数により決めることができるため、精密にかつ安
定性・再現性よく前処理を行うことができる。

【００２６】本実施例では、ドライエッチング室１０内
において基板マニピュレータ１４に保持したＧａＡｓ基
板１８は、室温のままで、ＨＣｌガスの照射・停止・排
気、紫外線照射・停止の工程によってエッチングをデジ
タル的に行ったが、基板マニピュレータ１４内の基板加
熱ヒータ１６を使ってＧａＡｓ基板１８を加熱保持して
おいて、同様にエッチングを行うこともできる。この場
合、ＧａＡｓ基板１８の場合には、ＨＣｌガスと反応分
解が基板温度が４００℃以上で生じるため、これ以上の
温度に加熱すると、本実施例の効果は得られず紫外線照
射なしでエッチングが進行する。ゆえに、基板加熱は４
００℃以下である必要がある。

【００２７】本発明の第２の実施例による化合物半導体
結晶成長方法を図５を用いて説明する。第１の実施例で
示した場合と同様に、化合物半導体基板１８をＳｉドー
プｎ型ＧａＡｓにし、反応性ガスとして塩化水素（ＨＣ
ｌ）ガスを用いた場合であるが、さらに、前処理工程の
間に水素ガスを導入したものである。図５は、この実施
例における基板温度の制御、水素ガスの導入・停止、反
応性ガスの導入・停止・排気および紫外線の照射・停止
の工程順序を示す。

【００２８】ＧａＡｓ基板１８をドライエッチング室１
０へ移送し、基板マニピュレータ１４で保持するところ
までは第１の実施例と同様である。その後、基板マニピ
ュレータ１４に内蔵された基板加熱ヒータ１６を使って
基板加熱を行う。この時、水素ガスラインのバルブ２８
を開け、水素ガスを流量５０ｓｃｃｍで流して排気を続
ける。排気ラインのコンダクタンスが最大になるように
ゲートバルブは全開にしておくことにより、真空度は１
Ｅ−３Ｔｏｒｒ台に保持される。この水素雰囲気中でＧ
ａＡｓ基板１８を３００℃まで加熱し約１０分間保持す
る。この工程により、ＧａＡｓ基板１８表面に吸着して
いた水分が除去される。水素ガスを流し続けることによ
り、ＧａＡｓ基板１８表面より脱離した水分をドライエ
ッチング室１０内の壁面に吸着させることなく、排気す
ることができる。

【００２９】ＧａＡｓ基板１８を２００℃まで降温して
、エッチングの工程に入る。ＧａＡｓ基板１８は、石英
ビューポートガラスと紫外線ランプ２２の方へ向けて平
行に設置する。ＨＣｌガスラインのバルブ２８を開けて
ＨＣｌガスを流量５０ｓｃｃｍでドライエッチング室１
０へ導入する。ドライエッチング室１０内の真空度を０
．５Ｔｏｒｒに保持する。この時、ドライエッチング室
１０内はＨＣｌガスと水素によって０．５Ｔｏｒｒの圧
力が構成されている。１分後に、ＨＣｌガスラインのバ
ルブ２８を閉め、ＨＣｌガスの流入を止める。水素ガス
はそのまま流し続ける。水素ガスの流入が続くことによ
ってＨＣｌガスの置換・排気が早くなるため、排気時間
は１０秒程度で終了する。その後あらかじめ点灯してお
いた紫外線ランプ２２前面のシャッタ２０を開けて、紫
外線をＧａＡｓ基板１８に照射する。ＧａＡｓ基板１８
への紫外線照射は１分間続ける。その後、シャッタ２０
を閉めて紫外線照射を止める。以上のＨＣｌガス導入・
停止・排気、紫外線照射停止の工程を１周期として、こ
れを１０周期くり返す。

【００３０】以上の工程に次いで、基板加熱ヒータ１６
の入力パワーを切り、基板温度を２００℃から降温する
と共に、水素ガスの導入を停止し、ドライエッチング室
１０内の真空度を１Ｅ−８Ｔｏｒｒ台にまで排気する。 その後、ゲートバルブを開けてＧａＡｓ基板１８を高真
空に排気された基板搬送室３２を通して、ＭＢＥ成長室
３８へ移す。ＭＢＥ成長室３８内の基板加熱ヒータを内
蔵する基板マニピュレータに装着、保持する。

【００３１】ＭＢＥ成長室３８内においては、砒素（Ａ
ｓ４　）分子線源からＡｓ４　分子線を照射しながら、
ＧａＡｓ基板１８を加熱して温度を６００℃程度とし、
この温度を維持しながらＧａＡｓ層のエピタキシャル成
長を行なう。この際、シリコン（Ｓｉ）分子線源からＳ
ｉをＧａＡｓ基板１８と同じ濃度７Ｅ１６ｃｍ−３程度
にドーピングする。尚、この場合の成長速度は１μｍ／
ｈ、成長層厚は０．５μｍである。

【００３２】ＧａＡｓ基板１８とエピタキシャル成長Ｇ
ａＡｓ層の界面近傍におけるキャリア濃度プロファイル
は第１の実施例の結果（図４）と同様となる。本実施例
によれば、ＨＣｌガス導入・停止・排気、紫外線照射・
停止の工程に必要な時間を、水素ガスの連続導入によっ
て短縮できる。また、水素ガスの導入は紫外線照射中の
ＧａＡｓ基板１８表面とＨＣｌガス吸着分子との反応時
において、エッチング表面を水素分子で被覆する効果が
出現するため、エッチング表面が安定化する。その結果
、エッチング後のＧａＡｓ基板１８表面モホロジーの劣
化を抑制することができ、深いエッチングにおいても鏡
面を得ることができる。

【００３３】本実施例では、エッチング工程を基板温度
２００℃に保持して行ったが、ＧａＡｓ基板１８表面の
水分を除去する工程の後は、基板温度が室温から４００
℃までの範囲で保持して、同様にエッチングをデジタル
的に行うこともできる。本実施例では、ＧａＡｓ基板１
８表面の水分を除去する工程として、基板温度を水素ガ
ス雰囲気中で加熱して、３００℃で１０分間保持するよ
うにしているが、基板表面に吸着している水分の除去方
法としては、この他に基板温度は室温のままで、基板表
面に紫外線を照射する方法がある。これは、紫外線エネ
ルギーによってＧａＡｓ基板１８表面に吸着している分
子を分解・脱離する方法である。この方法では、基板加
熱に比較して簡単に短時間で水分除去工程が終了する。 ＧａＡｓ基板１８の場合、紫外線の照射時間は１０分間
程度で十分である。

【００３４】本発明の第３の実施例による化合物半導体
結晶成長方法を説明する。本実施例は、加工基板上にｎ
＋　型ＧａＡｓ層をオーミックコンタクト層として成長
させる場合について説明する。ＧａＡｓ基板１８にイオ
ン注入法を用いて活性層を形成し、その一部を加工した
上にエピタキシャル層を成長させ、新たな活性層を形成
してＦＥＴとレーザなどの複合デバイスを作製すること
がしばしば行なわれる。あるいは、ＦＥＴのゲート電極
直下は低キャリア濃度又は絶縁性の層を必要とし、一方
、ソース電極やドレイン電極は、オーミックコンタクト
のために高濃度キャリア層を必要とするような場合、絶
縁層として１回成長した後、加工してオーミック電極の
領域のみを除去して活性層面を基板表面としてｎ＋　型
ＧａＡｓ層をオーミックコンタクト層として形成するこ
とがある。

【００３５】図６は、本実施例を解説する為の基板の断
面図を表示している。半絶縁性ＧａＡｓ基板５１上にノ
ンドープＧａＡｓバッファ層５２が形成され、その上部
にＳｉドープＧａＡｓ活性層５３が形成されている。Ｓ
ｉドープＧａＡｓ活性層５３上部にノンドープＧａＡｓ
層５４が形成されている。それぞれエピタキシャル成長
により形成されている（同図（ａ））。

【００３６】ノンドープＧａＡｓ層５４上にゲート電極
６１を形成し、その上部に被覆したシリコン酸化膜７１
をマスクとして、ノンドープＧａＡｓ層５４をエッチン
グし、ノンドープＧａＡｓ層５４を約１ｎｍ残したソー
ス・ドレイン領域を形成する（同図（ｂ））。この同図
（ｂ）に示すＧａＡｓ基板１８をインジウムフリーホル
ダーを用いて基板マウントブロック１９に保持し、基板
交換室３４に導入し、高真空排気を行う。

【００３７】基板交換室３４内が１Ｅ−７から１Ｅ−９
Ｔｏｒｒ程度に排気されてからゲートバルブを開けてＧ
ａＡｓ基板１８を、基板搬送室３２を通過してドライエ
ッチング室１０へ移送し、それを基板マニピュレータ１
４に装着してから基板搬送室３２間のゲートバルブを閉
じる。ＧａＡｓ基板１８は室温のまま保持しておく。基
板表面が石英ビューポートガラスつまり紫外線ランプ２
２に平行に向くように設置する。

【００３８】水素ガスラインのバルブ２８を開け、水素
ガスを流入５０ｓｃｃｍで流して排気を続ける。排気ラ
インのコンダクタンスが最大になるようにゲートバルブ
は全開にしておくことにより、真空度は１Ｅ−３Ｔｏｒ
ｒ台に保持される。この水素ガス雰囲気中で紫外線を基
板表面に照射し、吸着している分子を脱離する。ＨＣｌ
ガスラインのバルブ２８を開けて、ＨＣｌガスを流量５
０ｓｃｃｍでドライエッチング室１０へ導入する。ドラ
イエッチング室１０内の真空度を０．５Ｔｏｒｒに保持
する。この時、ドライエッチング室１０内はＨＣｌガス
と水素によって０．５Ｔｏｒｒの圧力が構成されている
。１分後に、ＨＣｌガスラインのバルブ２８を閉め、Ｈ
Ｃｌガスの流入を止める。水素ガスはそのまま流し続け
る。ＨＣｌガスの置換・排気が早くなるため、排気時間
は１０秒程度で終了する。その後、あらかじめ点灯して
おいた紫外線ランプ２２前面のシャッタ２０を開けて、
紫外線をＧａＡｓ基板１８に照射する。ＧａＡｓ基板１
８への紫外線照射は１分間続ける。その後、シャッタ２
０を閉めて紫外線照射を止める。以上のＨＣｌガス導入
・停止・排気、紫外線照射停止の工程を１周期として、
これを５回繰り返す。

【００３９】以上の工程の後、水素ガスの導入を停止し
、ドライエッチング室１０内の真空度を１Ｅ−８Ｔｏｒ
ｒ台にまで排気する。その後、ゲートバルブを開けて、
ＧａＡｓ基板１８を高真空に排気された基板搬送室３２
を通して、ＭＢＥ成長室３８へ移す。ＭＢＥ成長室３８
内の基板加熱ヒータを内蔵する基板マニピュレータに装
着、保持する。

【００４０】ＭＢＥ成長室３８内においては、Ａｓ分子
線源からＡｓ分子線を照射しながら加工されたＧａＡｓ
基板１８を加熱して温度を５００℃程度とし、この温度
を維持しながら、今度はＳｉに変えてＳｎ分子線源から
Ｓｎを２Ｅ１９から５Ｅ１９ｃｍ−３程度にドーピング
したＧａＡｓ層５５のエピタキシャル成長を行なう。尚
、この場合の成長速度は、１μｍ／ｈ、成長層厚は０．
３μｍである。

【００４１】この再成長によってシリコン酸化膜７１の
上にＧａＡｓ層５５が形成されるが、しかしこれは下地
が酸化シリコンであるためエピタキシャル層とはならず
多結晶膜となるため、酸化シリコンをエッチング除去す
ることにより簡単に取り除くことができる。このように
して成長したソース・ドレイン領域部分の高濃度ＧａＡ
ｓ層５５の上にソース電極６２及びドレイン電極６３を
形成することによりノンアロイでオーミック電極を作る
ことができる（同図（ｃ））。

【００４２】本実施例では、加工基板上の約１ｎｍとい
う非常に薄い層を精密に除去し、かつ加工処理時に付着
した結晶表面の炭素などの残留不純物を除去することが
できるため、ノンアロイでのオーミック電極の形成が可
能となった。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、化合物半導体結晶基板
に化合物半導体結晶層をエピタキシャル成長させるに際
し、ドライエッチング室において、化合物半導体結晶基
板の表面に反応ガスを照射・停止・排気、紫外線照射・
停止する工程を行い、基板表面層をエッチングすると同
時に、炭素などの汚染物質も同時に除去するようにして
いる。

【００４４】この構成を採用することにより、基板表面
や加工表面層を制御性よく原子層単位で除去して、表面
に付着している炭素などの不純物を確実に除去し、そし
てその上に電気的特性の良好な薄いエピタキシャル結晶
層を成長可能とし、特性良好な半導体装置を容易に製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による化合物半導体結晶
成長方法の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施例による化合物半導体結晶
成長装置の構成図である。

【図３】低圧水銀ランプの発光波長特性図である。

【図４】ＧａＡｓ基板及びエピタキシャル成長ＧａＡｓ
層の界面近傍におけるキャリア濃度プロファイルを示す
図である。

【図５】本発明の第２の実施例による化合物半導体結晶
成長方法の説明図である。

【図６】本発明の第３の実施例による基板断面の説明図
である。

【符号の説明】

１０…ドライエッチング室 １２…基板トランスファロッド １４…基板マニピュレータ １６…基板加熱ヒータ １８…化合物半導体基板（ＧａＡｓ基板）１９…基板マ
ウントブロック ２０…シャッタ ２２…紫外線ランプ（低圧水銀ランプ）２４…ガスボン
ベ ２６…マスフローコントローラ ２８…バルブ ３０…ベントライン ３２…基板搬送室 ３４…基板交換室 ３６…基板トランスファロッド ３８…ＭＢＥ成長室 ５１…半絶縁性ＧａＡｓ基板 ５２…ノンドープＧａＡｓバッファ層 ５３…ＳｉドープＧａＡｓ活性層 ５４…ノンドープＧａＡｓ層 ５５…ＳｉドープＧａＡｓオーミックコンタクト層６１
…Ａｌゲート電極 ６２…ＡｕＧｅソース電極 ６３…ＡｕＧｅドレイン電極 ７１…シリコン酸化膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　化合物半導体基板上に化合物半導体結
   晶をエピタキシャル成長させる分子線エピタキシャル成
   長方法を用いた化合物半導体結晶成長方法において、結
   晶成長前の前記化合物半導体基板を減圧下に保持して加
   熱し、前記化合物半導体基板表面に吸着した水分を除去
   する第１の工程と、前記化合物半導体基板を反応性ガス
   雰囲気に曝しつつ、前記化合物半導体基板に紫外線を継
   続的に照射する第２の工程とを有し、結晶成長前の前記
   化合物半導体基板表面を清浄化することを特徴とする化
   合物半導体結晶成長方法。
2. 【請求項２】　　化合物半導体基板上に化合物半導体結
   晶をエピタキシャル成長させる分子線エピタキシャル成
   長方法を用いた化合物半導体結晶成長方法において、真
   空中で前記化合物半導体基板表面に水素を照射して加熱
   し、前記化合物半導体基板表面に吸着した水分を除去す
   る第１の工程と、前記化合物半導体基板表面に反応性ガ
   スを照射する第２の工程と、前記反応性ガスを排気する
   第３の工程と、前記化合物半導体基板表面に紫外線を照
   射する第４の工程とを有し、前記第２の工程から前記第
   ４の工程をこの順序を１周期として複数回繰り返すこと
   により、結晶成長前の前記化合物半導体基板表面をエッ
   チングし、かつ清浄化することを特徴とする化合物半導
   体結晶成長方法。
3. 【請求項３】　　請求項１又は２記載の化合物半導体結
   晶成長方法において、全工程にわたり水素ガスを導入し
   続けることを特徴とする化合物半導体結晶成長方法。
4. 【請求項４】　　請求項１記載の化合物半導体結晶成長
   方法において、前記第１の工程の代わりに、結晶成長前
   の前記化合物半導体基板を減圧下に保持して紫外線を照
   射し、前記化合物半導体基板表面に吸着した水分を除去
   する工程を有することを特徴とする化合物半導体結晶成
   長方法。
5. 【請求項５】　　請求項２記載の化合物半導体結晶成長
   方法において、前記第１の工程の代わりに、結晶成長前
   の前記化合物半導体基板を減圧下に保持して紫外線を照
   射し、前記化合物半導体基板表面に吸着した水分を除去
   する工程を有することを特徴とする化合物半導体結晶成
   長方法。
6. 【請求項６】　　請求項１乃至４記載の化合物半導体結
   晶成長方法において、前記化合物半導体基板がＧａＡｓ
   基板であって、前記反応性ガスが塩化水素ガスであり、
   前記化合物半導体基板の加熱温度が４００℃以下である
   ことを特徴とする化合物半導体結晶成長方法。
7. 【請求項７】　　化合物半導体基板上に、分子線エピタ
   キシャル成長法を用いて化合物半導体結晶を成長させる
   結晶成長室を有する化合物半導体結晶成長装置において
   、前記化合物半導体基板を保持し、前記化合物半導体基
   板の基板温度を所望温度に維持できる基板マニピュレー
   タと、前記基板マニピュレータに保持された前記化合物
   半導体基板に対向して配置され、前記化合物半導体基板
   表面に紫外線を照射する紫外線ランプと、前記紫外線ラ
   ンプと前記化合物半導体基板の間に設けられ、前記紫外
   線ランプによる前記化合物半導体基板表面への紫外線照
   射を時間制御するシャッターとを有し、ゲートバルブを
   介して前記結晶成長室に連通させて設けられ、反応性ガ
   ス及び水素ガスが供給可能で減圧加能な、化合物半導体
   基板の前処理室を備え、結晶成長前の前記化合物半導体
   基板表面を清浄化することを特徴とする化合物半導体結
   晶成長装置。