JPH05251344A - 分子線エピタキシー方法 - Google Patents
分子線エピタキシー方法Info
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- JPH05251344A JPH05251344A JP8342692A JP8342692A JPH05251344A JP H05251344 A JPH05251344 A JP H05251344A JP 8342692 A JP8342692 A JP 8342692A JP 8342692 A JP8342692 A JP 8342692A JP H05251344 A JPH05251344 A JP H05251344A
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- Japan
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- doping gas
- irradiating
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- growth
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ドーピングガスの励起が容易であり、かつ結
晶成長が促進され、更に構造の簡単なエピタキシャル結
晶成長方法を提供する。 【構成】 反応管内の所定の空間にて前記成長原料を光
反応させない波長の複数の高出力レーザ光を照射し集光
させてレーザプラズマを発生させることによりドーピン
グガスを励起させる構成とすることで、レーザ光の照射
源を設けるのみでドーピングガスを励起できることから
構造が簡略化され、不必要な物質を励起する心配もな
い。また、結晶成長化合物の禁止帯よりも高いエネルギ
ーの光を基板に照射することで結晶成長が促進される。
加えて、基板表面を活性化可能な電子線を照射し、かつ
その反射した電子線から結晶の成長状態を検出すること
で結晶成長が一層促進されると共に成長状態を管理でき
る。従って、早期に高品質の化合物半導体エピタキシャ
ル結晶を成長させることができる。
晶成長が促進され、更に構造の簡単なエピタキシャル結
晶成長方法を提供する。 【構成】 反応管内の所定の空間にて前記成長原料を光
反応させない波長の複数の高出力レーザ光を照射し集光
させてレーザプラズマを発生させることによりドーピン
グガスを励起させる構成とすることで、レーザ光の照射
源を設けるのみでドーピングガスを励起できることから
構造が簡略化され、不必要な物質を励起する心配もな
い。また、結晶成長化合物の禁止帯よりも高いエネルギ
ーの光を基板に照射することで結晶成長が促進される。
加えて、基板表面を活性化可能な電子線を照射し、かつ
その反射した電子線から結晶の成長状態を検出すること
で結晶成長が一層促進されると共に成長状態を管理でき
る。従って、早期に高品質の化合物半導体エピタキシャ
ル結晶を成長させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エピタキシャル結晶を
成長させる方法に関し、特に高真空の反応管中の反応室
に配置された基板の表面に成長原料の分子線及び励起さ
せたドーピングガスを供給することにより化合物半導体
エピタキシャル結晶を成長させる分子線エピタキシー方
法に関するものである。
成長させる方法に関し、特に高真空の反応管中の反応室
に配置された基板の表面に成長原料の分子線及び励起さ
せたドーピングガスを供給することにより化合物半導体
エピタキシャル結晶を成長させる分子線エピタキシー方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体のエピタキシャル結晶成長
には主として分子線エピタキシー法（以下、本明細書で
はＭＢＥ法と略記する）や有機金属化学気相成長法（以
下、本明細書ではＭＯＣＶＤ法と略記する）などが一般
的に用いられている。
には主として分子線エピタキシー法（以下、本明細書で
はＭＢＥ法と略記する）や有機金属化学気相成長法（以
下、本明細書ではＭＯＣＶＤ法と略記する）などが一般
的に用いられている。
【０００３】一方、特開昭６２−８８３２９号公報には
II-VI族のエピタキシャル結晶の一例として砒化ガリウ
ム（ＧａＡｓ）基板上へのセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）の
エピタキシャル結晶を成長させ、ドーパントとして砒素
（Ａｓ）、リン（Ｐ）、または窒素（Ｎ）を導入してｐ
型結晶を得るための構造が開示されている。また、米国
のＤｅＰｕｙｄｔらによれば、ＭＢＥ法にてｒｆプラズ
マセルにより窒素ラジカルビームを発生させ、１０18ｃ
ｍ-3台の窒素ドーピングを実現する方法が提案されてお
り（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５７，２１２７
（１９９１））、これにより低抵抗のｐ型結晶が得られ
ることが示唆されている。
II-VI族のエピタキシャル結晶の一例として砒化ガリウ
ム（ＧａＡｓ）基板上へのセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）の
エピタキシャル結晶を成長させ、ドーパントとして砒素
（Ａｓ）、リン（Ｐ）、または窒素（Ｎ）を導入してｐ
型結晶を得るための構造が開示されている。また、米国
のＤｅＰｕｙｄｔらによれば、ＭＢＥ法にてｒｆプラズ
マセルにより窒素ラジカルビームを発生させ、１０18ｃ
ｍ-3台の窒素ドーピングを実現する方法が提案されてお
り（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５７，２１２７
（１９９１））、これにより低抵抗のｐ型結晶が得られ
ることが示唆されている。
【０００４】しかしながら、ｒｆプラズマセルにより窒
素ラジカルビームを発生させるには、気圧条件を１０-1
〜１０-2ｔｏｒｒ程度にすることが一般的であるが、Ｍ
ＢＥ法の一般的な適用条件が１０-7〜１０-10ｔｏｒｒ
程度であることから、条件が一致せず、実際にはあまり
現実的ではなかった。また、ｒｆプラズマによりラジカ
ルビームを発生させる場合、セルを構成するドーパント
以外の物質も叩かれて汚染物質としてエピタキシャル結
晶内に拡散し、その品質を著しく劣化させる心配もあっ
た。
素ラジカルビームを発生させるには、気圧条件を１０-1
〜１０-2ｔｏｒｒ程度にすることが一般的であるが、Ｍ
ＢＥ法の一般的な適用条件が１０-7〜１０-10ｔｏｒｒ
程度であることから、条件が一致せず、実際にはあまり
現実的ではなかった。また、ｒｆプラズマによりラジカ
ルビームを発生させる場合、セルを構成するドーパント
以外の物質も叩かれて汚染物質としてエピタキシャル結
晶内に拡散し、その品質を著しく劣化させる心配もあっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述したよう
な従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その主
な目的は、ドーピングガスの励起が容易であり、かつ結
晶成長が促進され、更に構造の簡単なエピタキシャル結
晶成長方法を提供することにある。
な従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その主
な目的は、ドーピングガスの励起が容易であり、かつ結
晶成長が促進され、更に構造の簡単なエピタキシャル結
晶成長方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した目的は本発明に
よれば、反応管内に於ける高真空の反応室にて基板の表
面に成長原料及び励起させたドーピングガスを供給して
化合物半導体エピタキシャル結晶を成長させる分子線エ
ピタキシー方法であって、前記反応管内の所定の空間に
て前記成長原料を光反応させない波長の複数の高出力レ
ーザ光を照射し集光させてレーザプラズマを発生させる
ことにより前記ドーピングガスを励起させる過程と、前
記基板の表面に、前記エピタキシャル結晶成長化合物の
禁止帯よりも高いエネルギーの光を照射して該基板表面
を活性化させる過程とを有することを特徴とする分子線
エピタキシー方法を提供することにより達成される。
よれば、反応管内に於ける高真空の反応室にて基板の表
面に成長原料及び励起させたドーピングガスを供給して
化合物半導体エピタキシャル結晶を成長させる分子線エ
ピタキシー方法であって、前記反応管内の所定の空間に
て前記成長原料を光反応させない波長の複数の高出力レ
ーザ光を照射し集光させてレーザプラズマを発生させる
ことにより前記ドーピングガスを励起させる過程と、前
記基板の表面に、前記エピタキシャル結晶成長化合物の
禁止帯よりも高いエネルギーの光を照射して該基板表面
を活性化させる過程とを有することを特徴とする分子線
エピタキシー方法を提供することにより達成される。
【０００７】
【作用】上述の構成によれば、複数のレーザ光の照射源
を設け、各レーザ光を交差、集光させてレーザプラズマ
を発生させてドーピングガスを励起することで構造が簡
略化され、かつレーザ光自体がドーピングガス以外の物
質を分解しないことから結晶成長条件に悪影響を及ぼす
心配がない。また、基板に光を照射することにより結晶
成長が促進される。更に、基板表面に該表面を活性化可
能な電子線を照射し、かつその反射した電子線から結晶
の成長状態を検出することにより、結晶成長が一層促進
されると共に成長状態を管理できる。
を設け、各レーザ光を交差、集光させてレーザプラズマ
を発生させてドーピングガスを励起することで構造が簡
略化され、かつレーザ光自体がドーピングガス以外の物
質を分解しないことから結晶成長条件に悪影響を及ぼす
心配がない。また、基板に光を照射することにより結晶
成長が促進される。更に、基板表面に該表面を活性化可
能な電子線を照射し、かつその反射した電子線から結晶
の成長状態を検出することにより、結晶成長が一層促進
されると共に成長状態を管理できる。
【０００８】
【実施例】以下、添付の図面に従って本発明の好適実施
例について説明する。
例について説明する。
【０００９】図１は本発明が適用された第１の実施例を
示すＭＢＥ装置の模式的側断面図である。本実施例は砒
化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上へのセレン化亜鉛（Ｚｎ
Ｓｅ）のエピタキシャル結晶を成長させ、ドーパントと
して窒素（Ｎ）を導入してｐ型結晶を得るためのＭＢＥ
装置である。
示すＭＢＥ装置の模式的側断面図である。本実施例は砒
化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上へのセレン化亜鉛（Ｚｎ
Ｓｅ）のエピタキシャル結晶を成長させ、ドーパントと
して窒素（Ｎ）を導入してｐ型結晶を得るためのＭＢＥ
装置である。
【００１０】反応管１は方形断面をなすと共に鉛直方向
に延在し、その内部通路１ａの中間部は反応室２をなし
ている。また、反応室２の上側部分には基板Ｂを下向き
に保持して回転させるサセプタ３が設けられている。こ
のサセプタ３には基板Ｂを加熱するための抵抗加熱ヒー
タが付設されている（図示せず）。
に延在し、その内部通路１ａの中間部は反応室２をなし
ている。また、反応室２の上側部分には基板Ｂを下向き
に保持して回転させるサセプタ３が設けられている。こ
のサセプタ３には基板Ｂを加熱するための抵抗加熱ヒー
タが付設されている（図示せず）。
【００１１】内部通路１ａの図に於ける下側位置には基
板Ｂの表面に成長原料を分子線として供給するためのク
ヌーセンセル４が設けられている。また、クヌーセンセ
ル４と隣接する位置には、窒素ガス供給管６先端のガス
ノズル６ａが設けられている。このガスノズル６ａは周
面に多数のガス噴出口を有している。
板Ｂの表面に成長原料を分子線として供給するためのク
ヌーセンセル４が設けられている。また、クヌーセンセ
ル４と隣接する位置には、窒素ガス供給管６先端のガス
ノズル６ａが設けられている。このガスノズル６ａは周
面に多数のガス噴出口を有している。
【００１２】図２に併せて示すように、反応室２の壁部
には、サセプタ３即ち基板Ｂの近傍であって、その下方
中央の所定の空間位置Ａにて出射光が交差するように、
例えば炭酸ガスレーザからなる６つの高出力レーザ光源
７が概ね等間隔に設けられている。これら高出力レーザ
光源７は、基板Ｂの主面と平行な面に沿ってに設けら
れ、各光源７の光の出射方向が基板Ｂの主面と平行とな
るようになっている。また、各光源７の出射光は上記所
定の位置Ａにて集光し、レーザプラズマを発生させるよ
うになっている。尚、上記光源７は成長原料（亜鉛、セ
レン）に対して光による影響を与えない波長、即ち赤外
域の波長の光を出射する光源であり、例えばＹＡＧレー
ザ、ルビーレーザ、炭酸ガスレーザ等であっても良い。
には、サセプタ３即ち基板Ｂの近傍であって、その下方
中央の所定の空間位置Ａにて出射光が交差するように、
例えば炭酸ガスレーザからなる６つの高出力レーザ光源
７が概ね等間隔に設けられている。これら高出力レーザ
光源７は、基板Ｂの主面と平行な面に沿ってに設けら
れ、各光源７の光の出射方向が基板Ｂの主面と平行とな
るようになっている。また、各光源７の出射光は上記所
定の位置Ａにて集光し、レーザプラズマを発生させるよ
うになっている。尚、上記光源７は成長原料（亜鉛、セ
レン）に対して光による影響を与えない波長、即ち赤外
域の波長の光を出射する光源であり、例えばＹＡＧレー
ザ、ルビーレーザ、炭酸ガスレーザ等であっても良い。
【００１３】一方、各光源７には、これらを制御するべ
く制御装置８が接続されている。この制御装置８は上記
所定の位置Ａの近傍に設置されたレーザプラズマの強度
センサ９に接続され、該センサ９からの強度検出値に基
づき各光源７の出射強度をフィードバック制御するよう
になっている。
く制御装置８が接続されている。この制御装置８は上記
所定の位置Ａの近傍に設置されたレーザプラズマの強度
センサ９に接続され、該センサ９からの強度検出値に基
づき各光源７の出射強度をフィードバック制御するよう
になっている。
【００１４】反応管１の反応室２内に於ける上側壁面に
は、例えば重水素ランプからなるランプ１０が設けられ
ている。このランプ１０は、基板Ｂに対向しており、石
英などからなる窓部材１１を介して基板Ｂに向けてセレ
ン化亜鉛の禁止帯（バンドギャップ）よりも高いエネル
ギーの光を照射するようになっている。
は、例えば重水素ランプからなるランプ１０が設けられ
ている。このランプ１０は、基板Ｂに対向しており、石
英などからなる窓部材１１を介して基板Ｂに向けてセレ
ン化亜鉛の禁止帯（バンドギャップ）よりも高いエネル
ギーの光を照射するようになっている。
【００１５】サセプタ３、即ち基板Ｂとクヌーセンセル
４との間には、基板Ｂ表面に電子線を斜めに照射するた
めの電子線照射源としての電子銃１２と、基板Ｂ表面に
反射した電子線を検出するためのセンサ１３とが設けら
れている。このセンサ１３は基板Ｂ表面に反射した電子
線から結晶成長状態を検出するためのセンサである。
４との間には、基板Ｂ表面に電子線を斜めに照射するた
めの電子線照射源としての電子銃１２と、基板Ｂ表面に
反射した電子線を検出するためのセンサ１３とが設けら
れている。このセンサ１３は基板Ｂ表面に反射した電子
線から結晶成長状態を検出するためのセンサである。
【００１６】次に本実施例の作動要領について説明す
る。まず砒化ガリウム基板Ｂをサセプタ３に下向きに保
持し、この基板Ｂを回転させると共に加熱する。そし
て、成長原料の分子線及びドーピングガスを供給する。
このとき、各光源７から赤外域の高出力レーザ光を照射
し、位置Ａにてレーザプラズマを発生させ、ドーピング
ガスを励起させる。尚、レーザプラズマ強度から各光源
７をフィードバック制御することにより、基板Ｂへの窒
素ラジカルの供給量を適正制御することができる。同時
に、ランプ１０から基板Ｂに向けて高エネルギー光を照
射すると共に電子銃１２から基板Ｂ表面に向けて電子線
を照射する。これにより結晶成長が促進されると共に基
板Ｂ表面に反射した電子線をセンサ１３にて検出するこ
とにより結晶成長状態を監視することができる。
る。まず砒化ガリウム基板Ｂをサセプタ３に下向きに保
持し、この基板Ｂを回転させると共に加熱する。そし
て、成長原料の分子線及びドーピングガスを供給する。
このとき、各光源７から赤外域の高出力レーザ光を照射
し、位置Ａにてレーザプラズマを発生させ、ドーピング
ガスを励起させる。尚、レーザプラズマ強度から各光源
７をフィードバック制御することにより、基板Ｂへの窒
素ラジカルの供給量を適正制御することができる。同時
に、ランプ１０から基板Ｂに向けて高エネルギー光を照
射すると共に電子銃１２から基板Ｂ表面に向けて電子線
を照射する。これにより結晶成長が促進されると共に基
板Ｂ表面に反射した電子線をセンサ１３にて検出するこ
とにより結晶成長状態を監視することができる。
【００１７】ここで、各光源７からのレーザ光が成長原
料に対して影響を及ぼさないエネルギーを有する赤外光
であることから、結晶成長の制御が容易になっている。
料に対して影響を及ぼさないエネルギーを有する赤外光
であることから、結晶成長の制御が容易になっている。
【００１８】一方、成長原料の分子線及びドーピングガ
スを反応室２内に供給すると同時にランプ７から基板Ｂ
に向けて光を照射することにより基板Ｂ表面のセレン化
亜鉛の結晶成長が促進される。
スを反応室２内に供給すると同時にランプ７から基板Ｂ
に向けて光を照射することにより基板Ｂ表面のセレン化
亜鉛の結晶成長が促進される。
【００１９】尚、上記実施例では基板Ｂに光を直接照射
する光源として通常のランプ光源を用いたが、内部に放
電ガスが交換可能に充填された放電管と、この放電管に
マイクロ波を供給するマイクロ波空洞共振器とを有す
る、例えば特開昭６１−１２０２２号公報に開示された
装置と同様な放電光発生装置を用いても良い。また、本
実施例では基板の表面近傍でレーザプラズマを発生させ
たが、例えば基板を保持する位置よりもドーピングガス
上流側の反応管を軸線方向に２分割し、一方の通路から
成長原料の分子線を供給し、他方の通路からドーピング
ガスを供給し、このドーピングガス通路内にてレーザプ
ラズマを発生させたり、反応管は分割せずにドーピング
ガスの供給源をセル化してこのセル内にてレーザプラズ
マを発生させれば、結晶成長に対するレーザプラズマ発
生用光源の影響を一層排除できることから結晶成長を更
に好適に管理できる。
する光源として通常のランプ光源を用いたが、内部に放
電ガスが交換可能に充填された放電管と、この放電管に
マイクロ波を供給するマイクロ波空洞共振器とを有す
る、例えば特開昭６１−１２０２２号公報に開示された
装置と同様な放電光発生装置を用いても良い。また、本
実施例では基板の表面近傍でレーザプラズマを発生させ
たが、例えば基板を保持する位置よりもドーピングガス
上流側の反応管を軸線方向に２分割し、一方の通路から
成長原料の分子線を供給し、他方の通路からドーピング
ガスを供給し、このドーピングガス通路内にてレーザプ
ラズマを発生させたり、反応管は分割せずにドーピング
ガスの供給源をセル化してこのセル内にてレーザプラズ
マを発生させれば、結晶成長に対するレーザプラズマ発
生用光源の影響を一層排除できることから結晶成長を更
に好適に管理できる。
【００２０】
【発明の効果】上記した説明により明らかなように、本
発明に基づく分子線エピタキシー方法によれば、反応管
内の所定の空間にて前記成長原料を光反応させない波長
の複数の高出力レーザ光を照射し集光させてレーザプラ
ズマを発生させることによりドーピングガスを励起させ
る構成とすることで、レーザ光の照射源を設けるのみで
ドーピングガスを励起できることから構造が簡略化さ
れ、ドーピングガス以外の不必要な物質を励起する心配
もない。また、結晶成長化合物の禁止帯よりも高いエネ
ルギーの光を基板に照射することにより、結晶成長が促
進される。加えて、基板表面を活性化可能な電子線を照
射し、かつその反射した電子線から結晶の成長状態を検
出することにより、結晶成長が一層促進されると共に成
長状態を管理できる。従って、早期に高品質の化合物半
導体エピタキシャル結晶を成長させることができる。
発明に基づく分子線エピタキシー方法によれば、反応管
内の所定の空間にて前記成長原料を光反応させない波長
の複数の高出力レーザ光を照射し集光させてレーザプラ
ズマを発生させることによりドーピングガスを励起させ
る構成とすることで、レーザ光の照射源を設けるのみで
ドーピングガスを励起できることから構造が簡略化さ
れ、ドーピングガス以外の不必要な物質を励起する心配
もない。また、結晶成長化合物の禁止帯よりも高いエネ
ルギーの光を基板に照射することにより、結晶成長が促
進される。加えて、基板表面を活性化可能な電子線を照
射し、かつその反射した電子線から結晶の成長状態を検
出することにより、結晶成長が一層促進されると共に成
長状態を管理できる。従って、早期に高品質の化合物半
導体エピタキシャル結晶を成長させることができる。
【図１】本発明が適用された実施例を示す側断面図であ
る。
る。
【図２】図１の断面平面図である。
１ 反応管 ２ 反応室 ３ サセプタ ４ クヌーセンセル ６ 窒素ガス供給管 ６ａ ガスノズル ７ レーザ光源（光導入窓、集光レンズも含む） ８ 制御装置 ９ レーザプラズマ強度センサ １０ ランプ １１ 窓部材 １２ 電子銃 １３ 電子線検出センサ
Claims (6)
- 【請求項１】 反応管内に於ける高真空の反応室にて
基板の表面に成長原料及び励起させたドーピングガスを
供給して化合物半導体エピタキシャル結晶を成長させる
分子線エピタキシー方法であって、 前記反応管内の所定の空間にて前記成長原料を光反応さ
せない波長の複数の高出力レーザ光を照射し集光させて
レーザプラズマを発生させることにより前記ドーピング
ガスを励起させる過程と、 前記基板の表面に、前記エピタキシャル結晶成長化合物
の禁止帯よりも高いエネルギーの光を照射して該基板表
面を活性化させる過程とを有することを特徴とする分子
線エピタキシー方法。 - 【請求項２】 前記基板表面を活性化可能な電子線を
該基板表面に照射し、 前記基板表面に反射した電子線から結晶の成長状態を検
出することを特徴とする請求項１に記載の分子線エピタ
キシー方法。 - 【請求項３】 前記レーザプラズマの発光強度を検知
して前記レーザ光の照射強度を制御する過程を更に有す
ることを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の
分子線エピタキシー方法。 - 【請求項４】 前記ドーピングガスが、Ｖ族元素の単
体、Ｖ族元素の化合物及びＩ族元素の化合物から選択さ
れる一員からなることを特徴とする請求項１乃至請求項
３のいずれかに記載の分子線エピタキシー方法。 - 【請求項５】 前記Ｖ族元素が、窒素、リン、砒素及
びアンチモンからなり、 前記Ｉ族元素が、リチウムからなることを特徴とする請
求項４に記載の分子線エピタキシー方法。 - 【請求項６】 前記ドーピングガスが窒素ガスからな
ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに
記載の分子線エピタキシー方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8342692A JPH05251344A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 分子線エピタキシー方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8342692A JPH05251344A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 分子線エピタキシー方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251344A true JPH05251344A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=13802116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8342692A Withdrawn JPH05251344A (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 分子線エピタキシー方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05251344A (ja) |
-
1992
- 1992-03-05 JP JP8342692A patent/JPH05251344A/ja not_active Withdrawn
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