JPH071751B2 - ▲ｉｉｉ▼／▲ｖ▼族半導体デバイスからなる製品の製造方法 - Google Patents
▲ｉｉｉ▼／▲ｖ▼族半導体デバイスからなる製品の製造方法Info
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- JPH071751B2 JPH071751B2 JP2221462A JP22146290A JPH071751B2 JP H071751 B2 JPH071751 B2 JP H071751B2 JP 2221462 A JP2221462 A JP 2221462A JP 22146290 A JP22146290 A JP 22146290A JP H071751 B2 JPH071751 B2 JP H071751B2
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B23/02—Epitaxial-layer growth
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体デバイスの製造方法に係り、特に適当
な半導体基板上にエピタキシャル成長させた化合物半導
体層内に形成されたデバイスの製造方法に関する。
な半導体基板上にエピタキシャル成長させた化合物半導
体層内に形成されたデバイスの製造方法に関する。
［従来の技術］ 大部分のシリコン集積回路は、シリコン基板上にエピタ
キシャル成長されたシリコン層内に形成される。これ
は、このようなエピタキシャル材料が、バルクのシリコ
ンよりかなり高い結晶としての品質を持つことが可能だ
からである。一方で、市販のガリウムひ素（GaAs）集積
回路は、現在一般に、バルク材料で製造されており、こ
れには金属−半導体電界効果トランジスタ（MESFET）技
術を使用する。エピタキシャルなGaAsで製造された（一
般には分子線結晶成長（MBE）により成長された）同じG
aAsのデバイスは、バルク材料で製造されたものより性
能において優れているにもかかわらず、多くの市販の回
路でバルクGaAsを現在使用する大きな理由は、MBEによ
り成長したGaAs上に、いわゆる“オーバル欠陥（oval d
efect）”が頻繁に存在することである。
キシャル成長されたシリコン層内に形成される。これ
は、このようなエピタキシャル材料が、バルクのシリコ
ンよりかなり高い結晶としての品質を持つことが可能だ
からである。一方で、市販のガリウムひ素（GaAs）集積
回路は、現在一般に、バルク材料で製造されており、こ
れには金属−半導体電界効果トランジスタ（MESFET）技
術を使用する。エピタキシャルなGaAsで製造された（一
般には分子線結晶成長（MBE）により成長された）同じG
aAsのデバイスは、バルク材料で製造されたものより性
能において優れているにもかかわらず、多くの市販の回
路でバルクGaAsを現在使用する大きな理由は、MBEによ
り成長したGaAs上に、いわゆる“オーバル欠陥（oval d
efect）”が頻繁に存在することである。
オーバル欠陥は、その外見によりそう呼ばれるが、一般
に、小丘あるいは〈110〉に沿った結晶軸の生成核中心
の周りでの（111）ファセット形成成長である。その一
般的な大きさは、縦約５−20μｍ、幅約５−10μｍの範
囲である。その部分の密度は、一般的に約102から約105
cm-2まで変化し、基板の成長速度、基板のエピタキシャ
ル層の厚さ、基板の成長条件、また基板の清浄性、そし
てMBEシステム、に依存する。必ずしも全ての種類のオ
ーバル欠陥がデバイスの性能を悪くするわけではない
が、少なくともそのいくつかは、もし能動領域（例え
ば、FETのゲート領域）にあれば、デバイスの性能を悪
くする。オーバル欠陥によるデバイス性能への有害な影
響は、デバイス設計規則がより小さくなるにつれて増加
すると予想される。よって、GaAs（また他のIII−Ｖ族
材料、例えばInP）高速デバイスと大規模集積回路に対
するエピタキシャル材料を製造するための製造技術であ
るべきMBEにとってオーバル欠陥は排除する必要があ
る。
に、小丘あるいは〈110〉に沿った結晶軸の生成核中心
の周りでの（111）ファセット形成成長である。その一
般的な大きさは、縦約５−20μｍ、幅約５−10μｍの範
囲である。その部分の密度は、一般的に約102から約105
cm-2まで変化し、基板の成長速度、基板のエピタキシャ
ル層の厚さ、基板の成長条件、また基板の清浄性、そし
てMBEシステム、に依存する。必ずしも全ての種類のオ
ーバル欠陥がデバイスの性能を悪くするわけではない
が、少なくともそのいくつかは、もし能動領域（例え
ば、FETのゲート領域）にあれば、デバイスの性能を悪
くする。オーバル欠陥によるデバイス性能への有害な影
響は、デバイス設計規則がより小さくなるにつれて増加
すると予想される。よって、GaAs（また他のIII−Ｖ族
材料、例えばInP）高速デバイスと大規模集積回路に対
するエピタキシャル材料を製造するための製造技術であ
るべきMBEにとってオーバル欠陥は排除する必要があ
る。
MBE−GaAsでのオーバル欠陥の原因は、多くの研究室で
広く研究されてきた。フジワラ（Fuziwara）らは「ジャ
ーナル オブ クリスタル グロース（Journal of Cry
stal Growth）」、第80巻、104頁において、オーバル欠
陥をαタイプとβタイプとに分類した。αタイプ欠陥
は、微細な核微粒子を有さず、一方、βタイプ欠陥は、
微細な核微粒子を有し、このβタイプ欠陥は微粒子によ
るものだが、この微粒子は、準備、載積、転送、成長の
いずれかの間に、基板上に付着する。慎重に準備された
GaAs基板上で、αタイプオーバル欠陥は、Gaの“スピッ
ティング”またはGa2O3の存在に関係し、オーバル欠陥
の支配要因となっている。
広く研究されてきた。フジワラ（Fuziwara）らは「ジャ
ーナル オブ クリスタル グロース（Journal of Cry
stal Growth）」、第80巻、104頁において、オーバル欠
陥をαタイプとβタイプとに分類した。αタイプ欠陥
は、微細な核微粒子を有さず、一方、βタイプ欠陥は、
微細な核微粒子を有し、このβタイプ欠陥は微粒子によ
るものだが、この微粒子は、準備、載積、転送、成長の
いずれかの間に、基板上に付着する。慎重に準備された
GaAs基板上で、αタイプオーバル欠陥は、Gaの“スピッ
ティング”またはGa2O3の存在に関係し、オーバル欠陥
の支配要因となっている。
Gaのスピッティングは、MBEのGaクルーシブル（容器）
の問題とされる冷たいへり部で、あるいはこのへり部の
近くで、Ga原子の凝縮の為に生じる。凝縮Ga原子は滴を
形成し、続いてこの滴は、クルーシブル内のより熱い底
部の中の溶融状態の充填Gaへもどる。これにより激しい
沸騰反応が起き、クルーシブルから小さなGa小滴が噴出
することになる。これら小滴の多くは成長表面上に付着
し、オーバル欠陥を形成することになる。充填Ga内にGa
2O3が存在するため、蒸発と、後続の成長表面上への酸
素の付着とにより、オーバル欠陥を形成することにな
る。酸素はGaクルーシブルに存在し得るが、これはとり
わけ、クルーシブルの不規則なガス放出、MBEシステム
内の水蒸気の存在、システム内の洩れ、のいずれかによ
るものである。
の問題とされる冷たいへり部で、あるいはこのへり部の
近くで、Ga原子の凝縮の為に生じる。凝縮Ga原子は滴を
形成し、続いてこの滴は、クルーシブル内のより熱い底
部の中の溶融状態の充填Gaへもどる。これにより激しい
沸騰反応が起き、クルーシブルから小さなGa小滴が噴出
することになる。これら小滴の多くは成長表面上に付着
し、オーバル欠陥を形成することになる。充填Ga内にGa
2O3が存在するため、蒸発と、後続の成長表面上への酸
素の付着とにより、オーバル欠陥を形成することにな
る。酸素はGaクルーシブルに存在し得るが、これはとり
わけ、クルーシブルの不規則なガス放出、MBEシステム
内の水蒸気の存在、システム内の洩れ、のいずれかによ
るものである。
前記両方のメカニズムは連続工程であり、その速度は一
般にGaクルーシブルの温度上昇と共に増加する。結果と
して、オーバル欠陥の密度は一般に、成長速度と成長時
間と共に増加する。
般にGaクルーシブルの温度上昇と共に増加する。結果と
して、オーバル欠陥の密度は一般に、成長速度と成長時
間と共に増加する。
オーバル欠陥を避ける、あるいはオーバル欠陥を減ら
す、多くの技術が報告されている。しかし、この欠陥は
問題を残し続けている。例えば、ディー・ジー・シャロ
ム（D.G.Schlom）らは、「ジャーナル オブ バキュー
ム サイエンス アンド テクノロジー（Journal of V
acuum Science and Technology）」B7（２）巻、296
頁、において、“……いくつかのグループがオーバル欠
陥の除去について報告しているが、オーバル欠陥は依然
として問題を残している”と述べている。
す、多くの技術が報告されている。しかし、この欠陥は
問題を残し続けている。例えば、ディー・ジー・シャロ
ム（D.G.Schlom）らは、「ジャーナル オブ バキュー
ム サイエンス アンド テクノロジー（Journal of V
acuum Science and Technology）」B7（２）巻、296
頁、において、“……いくつかのグループがオーバル欠
陥の除去について報告しているが、オーバル欠陥は依然
として問題を残している”と述べている。
オーバル欠陥の問題を取り除くために提案された改善方
法の中のいくつかは以下の通りである。即ち、頻繁に使
用されるピロリティック・窒化ボロン（pBN）クルーシ
ブル（ディー・ジー・シャロム（D.G.Schlom））の代わ
りにサファイア・クルーシブルを使用、清浄表面の変法
（エイチ・フローニウス（H.Fronius）らの「ジャパニ
ーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス
（Japanese Journal of Applied Physics）」第25
（２）巻、L137頁、または米国特許第4732648号を参
照）、Gaクルーシブルの開口内に余分のパーツを設置
し、凝縮した滴がGa電荷へと落ちることを妨げる、ま
た、Gaセルを再設計し、Ga滴の形成を妨げるようにセル
口まで正比例した温度勾配を得る、などである。
法の中のいくつかは以下の通りである。即ち、頻繁に使
用されるピロリティック・窒化ボロン（pBN）クルーシ
ブル（ディー・ジー・シャロム（D.G.Schlom））の代わ
りにサファイア・クルーシブルを使用、清浄表面の変法
（エイチ・フローニウス（H.Fronius）らの「ジャパニ
ーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス
（Japanese Journal of Applied Physics）」第25
（２）巻、L137頁、または米国特許第4732648号を参
照）、Gaクルーシブルの開口内に余分のパーツを設置
し、凝縮した滴がGa電荷へと落ちることを妨げる、ま
た、Gaセルを再設計し、Ga滴の形成を妨げるようにセル
口まで正比例した温度勾配を得る、などである。
他のアプローチは、溶融状態からのGa2O3の除去に焦点
を当てている。ケイ・アキモト（K.Akimoto）らの「ジ
ャーナル オブ クリスタル グロース（Journal of G
rystal Growth）」第73巻、117頁は、酸素を減少させる
ためのMBEシステムへのH2の導入を開示している。米国
特許第4426237号及び、ジー・ディー・ペティット（G.
D.Pettit）らの「ジャーナル オブ バキューム サイ
エンス アンド テクノロジー（Journal of Vacuum Sc
ience and Technology）」Ｂ（２）巻、241頁は、同じ
目的のために、溶融状態のGaにアルミニウムまた（ある
いは）マグネシウムを付加することを開示している。ま
たワイ・ジー・チェン（Y.G.Chai）ら「アプライド フ
ィジックス レターズ（Applied Physics Letters）」
第38（10）巻、796頁）は以下を開示している。即ち、
システムが大気に開口している時は常に、清浄クルーシ
ブル内で新しい固体Gaを再度満たすことがGa酸化を抑制
する。
を当てている。ケイ・アキモト（K.Akimoto）らの「ジ
ャーナル オブ クリスタル グロース（Journal of G
rystal Growth）」第73巻、117頁は、酸素を減少させる
ためのMBEシステムへのH2の導入を開示している。米国
特許第4426237号及び、ジー・ディー・ペティット（G.
D.Pettit）らの「ジャーナル オブ バキューム サイ
エンス アンド テクノロジー（Journal of Vacuum Sc
ience and Technology）」Ｂ（２）巻、241頁は、同じ
目的のために、溶融状態のGaにアルミニウムまた（ある
いは）マグネシウムを付加することを開示している。ま
たワイ・ジー・チェン（Y.G.Chai）ら「アプライド フ
ィジックス レターズ（Applied Physics Letters）」
第38（10）巻、796頁）は以下を開示している。即ち、
システムが大気に開口している時は常に、清浄クルーシ
ブル内で新しい固体Gaを再度満たすことがGa酸化を抑制
する。
前述のMgドーピングに関して、オーバル欠陥の完全な除
去が報告されている。しかし、結果としてえられたGaAs
層は、約1019cm-3にｐ形ドーピングされている為、明白
な理由で、この方法は一般的には役立たない。他の従来
技術の方法はすべて、一般にオーバル欠陥を完全に取り
除くことはできていない。よって、基本的にオーバル欠
陥の全く無いエピタキシャルGaAs（または他の化合物半
導体、例えばInP）層を成長させるための能力を発展さ
せることの技術的重要性の点で、このような基本的にオ
ーバル欠陥の無い層（単純、再現性があり、経済的で、
必要としないドーピングのような有害な副作用がない）
を製造するための技術は非常に望まれている。本発明は
このような技術を開示する。
去が報告されている。しかし、結果としてえられたGaAs
層は、約1019cm-3にｐ形ドーピングされている為、明白
な理由で、この方法は一般的には役立たない。他の従来
技術の方法はすべて、一般にオーバル欠陥を完全に取り
除くことはできていない。よって、基本的にオーバル欠
陥の全く無いエピタキシャルGaAs（または他の化合物半
導体、例えばInP）層を成長させるための能力を発展さ
せることの技術的重要性の点で、このような基本的にオ
ーバル欠陥の無い層（単純、再現性があり、経済的で、
必要としないドーピングのような有害な副作用がない）
を製造するための技術は非常に望まれている。本発明は
このような技術を開示する。
［実施例］ 本発明は特許請求により定義される通りである。本発明
は、一実施例において、半導体デバイスを有する製品の
製造方法として示されている。このデバイスは、単結晶
半導体基板上の化合物半導体材料を有する。この化合物
半導体材料はIII−Ｖ族半導体材料であり、GaとInとか
らなるグループから選ばれた少なくとも第１の金属と、
さらに少なくとも一つの他の元素（例えば、Asあるいは
Ｐ）とを有する。
は、一実施例において、半導体デバイスを有する製品の
製造方法として示されている。このデバイスは、単結晶
半導体基板上の化合物半導体材料を有する。この化合物
半導体材料はIII−Ｖ族半導体材料であり、GaとInとか
らなるグループから選ばれた少なくとも第１の金属と、
さらに少なくとも一つの他の元素（例えば、Asあるいは
Ｐ）とを有する。
本発明の方法は、例えば、GaAsのあるいはInPの（100）
面のような主表面を持つ半導体基板を設け、主表面上で
III−Ｖ族半導体材料層を成長させ、層内にデバイスを
形成し、そして製品の完成に向けてさらに一つ以上の段
階を実行する、工程からなる。この半導体材料層は以下
の技術により成長される、すなわち、開口と内部表面と
を有するクルーシブルから相当量の第１金属を蒸発させ
る。このクルーシブルは、蒸発した第１の金属の少なく
とも一部が主表面上に蒸着するように配置され、更に主
表面上になおいっそう相当量の他の元素の蒸着を起こ
す。
面のような主表面を持つ半導体基板を設け、主表面上で
III−Ｖ族半導体材料層を成長させ、層内にデバイスを
形成し、そして製品の完成に向けてさらに一つ以上の段
階を実行する、工程からなる。この半導体材料層は以下
の技術により成長される、すなわち、開口と内部表面と
を有するクルーシブルから相当量の第１金属を蒸発させ
る。このクルーシブルは、蒸発した第１の金属の少なく
とも一部が主表面上に蒸着するように配置され、更に主
表面上になおいっそう相当量の他の元素の蒸着を起こ
す。
重要なことは、クルーシブルの内部表面の少なくとも一
部、一般にはクルーシブルの開口に近い部分は、第２金
属でコーティングされるが、この金属は、第１金属によ
り濡れ、第１金属より陰電性ではないことである。この
実施例においては、第２の金属あ、クルーシブルを濡ら
す金属で、例えば、Alである。よってコートされたクル
ーシブル（例えば、pBNクルーシブル）を使用すること
は、スピッティングまた（あるいは）充填内に酸化され
た第１金属が存在することにより、オーバル欠陥の基本
的に完全な除去を得ることも可能になる。濡れは一般
に、第１金属の滴の形成を排除し、比較的低い陰電性の
第２金属の使用により、一般にクルーシブル内の酸化さ
れた第１金属の量は減少する。
部、一般にはクルーシブルの開口に近い部分は、第２金
属でコーティングされるが、この金属は、第１金属によ
り濡れ、第１金属より陰電性ではないことである。この
実施例においては、第２の金属あ、クルーシブルを濡ら
す金属で、例えば、Alである。よってコートされたクル
ーシブル（例えば、pBNクルーシブル）を使用すること
は、スピッティングまた（あるいは）充填内に酸化され
た第１金属が存在することにより、オーバル欠陥の基本
的に完全な除去を得ることも可能になる。濡れは一般
に、第１金属の滴の形成を排除し、比較的低い陰電性の
第２金属の使用により、一般にクルーシブル内の酸化さ
れた第１金属の量は減少する。
一般に、III−Ｖ層は部分的な真空内で（例えば、約133
mPa以下の気圧）以下のように成長、すなわち、蒸発し
た第１金属原子は原子ビームを形成するように成長され
る。この成長技術は一般にMBEとして知られている。
mPa以下の気圧）以下のように成長、すなわち、蒸発し
た第１金属原子は原子ビームを形成するように成長され
る。この成長技術は一般にMBEとして知られている。
第１図は、本発明の実施を実施する為に、例に適したMB
Eシステム10を概略的に示す。真空チャンバ11は、アク
セス装置12を有し、このアクセス装置12は適当な覆い13
により閉ざされる。また真空チャンバ11は、真空チャン
バ11内に気体を導入するためのチューブ14とバルブ15と
を有する。チャンバは、ポンプ・ポート16を通して、単
数または複数の適当なポンプ（図示せず）に接続され
る。基板加熱ブロツク17はチャンバ内にあり、この基板
加熱ブロツク17の温度は装置（図示せず）により変化す
るが、一般に複数の噴射セル19、191、・・・と同様に
変化する。各噴射セルに対して、セルを加熱するための
手段21、211、・・・例えば抵抗加熱器が設けられる。
適切な温度にセルを加熱して、以下のようにセル内に含
まれる材料（例えば、Ga）を蒸発させる。すなわち、分
子線ビーム20、201、・・・がウエハ18上に当たり、ウ
エハ18は従来の手段（図示せず）により加熱ブロックに
取付けられている。MBEシステムは一般に、様々な他の
装置からなるが、例えば、気圧ゲージ、温度測定装置、
フラックス測定装置、表面特性解析装置、またシャッタ
ー、などであり、これらは従来のもので、当業者には周
知であり、よって図示しない。
Eシステム10を概略的に示す。真空チャンバ11は、アク
セス装置12を有し、このアクセス装置12は適当な覆い13
により閉ざされる。また真空チャンバ11は、真空チャン
バ11内に気体を導入するためのチューブ14とバルブ15と
を有する。チャンバは、ポンプ・ポート16を通して、単
数または複数の適当なポンプ（図示せず）に接続され
る。基板加熱ブロツク17はチャンバ内にあり、この基板
加熱ブロツク17の温度は装置（図示せず）により変化す
るが、一般に複数の噴射セル19、191、・・・と同様に
変化する。各噴射セルに対して、セルを加熱するための
手段21、211、・・・例えば抵抗加熱器が設けられる。
適切な温度にセルを加熱して、以下のようにセル内に含
まれる材料（例えば、Ga）を蒸発させる。すなわち、分
子線ビーム20、201、・・・がウエハ18上に当たり、ウ
エハ18は従来の手段（図示せず）により加熱ブロックに
取付けられている。MBEシステムは一般に、様々な他の
装置からなるが、例えば、気圧ゲージ、温度測定装置、
フラックス測定装置、表面特性解析装置、またシャッタ
ー、などであり、これらは従来のもので、当業者には周
知であり、よって図示しない。
第２図は、本発明によるクルーシブルを概略的に示す。
クルーシブルは、ピロリティック窒化ボロン24からでき
ており、また第２金属（例えば、Al）の薄いコーティン
グ25により（完全にあるいは部分的に）クルーシブルの
内部が被覆されていることが好ましい。コーティングの
厚さが重要でない場合は、クルーシブルの開口周辺部で
実質的に連続コートされていることで十分であり、第１
金属が開口の周辺部で滴を形成することを防ぐ場合であ
る。
クルーシブルは、ピロリティック窒化ボロン24からでき
ており、また第２金属（例えば、Al）の薄いコーティン
グ25により（完全にあるいは部分的に）クルーシブルの
内部が被覆されていることが好ましい。コーティングの
厚さが重要でない場合は、クルーシブルの開口周辺部で
実質的に連続コートされていることで十分であり、第１
金属が開口の周辺部で滴を形成することを防ぐ場合であ
る。
第２金属のコーティングは、適当な技術によりクルーシ
ブルの内部表面に行うことが可能である。例えば、適当
なガス放出の後、クルーシブルは相当量の第２金属で充
填される。また部分的な真空内で第２金属の融点以上の
温度に加熱されることが可能である。この結果、第２金
属の蒸気がクルーシブルの内部表面をコーティングする
ように行われる。都合の良いことに、クルーシブルは、
第１金属が蒸発されるべき温度より高い温度に加熱され
る。例えば、もし第２金属がAlであれば、クルーシブル
は1150−1250℃の範囲内の温度に加熱されることが可能
である。
ブルの内部表面に行うことが可能である。例えば、適当
なガス放出の後、クルーシブルは相当量の第２金属で充
填される。また部分的な真空内で第２金属の融点以上の
温度に加熱されることが可能である。この結果、第２金
属の蒸気がクルーシブルの内部表面をコーティングする
ように行われる。都合の良いことに、クルーシブルは、
第１金属が蒸発されるべき温度より高い温度に加熱され
る。例えば、もし第２金属がAlであれば、クルーシブル
は1150−1250℃の範囲内の温度に加熱されることが可能
である。
適切にコーティングされたクルーシブルは、相当量の第
１金属で充填されることが可能であり、更に、III−Ｖ
族層が従来の方法で形成可能である。例えば、典型的な
MBEシステムでは、第１金属のクルーシブルと基板との
距離が120mmである。もし第１金属がGa（そして加える
元素がAs）であれば、900−950℃にクルーシブルを加熱
することは、GaAsの成長速度が約１μm/hrになり得る。
もしソースと基板との距離がより大きければ、クルーシ
ブル温度は、同じ成長速度であるためには、より高くな
ければならない。
１金属で充填されることが可能であり、更に、III−Ｖ
族層が従来の方法で形成可能である。例えば、典型的な
MBEシステムでは、第１金属のクルーシブルと基板との
距離が120mmである。もし第１金属がGa（そして加える
元素がAs）であれば、900−950℃にクルーシブルを加熱
することは、GaAsの成長速度が約１μm/hrになり得る。
もしソースと基板との距離がより大きければ、クルーシ
ブル温度は、同じ成長速度であるためには、より高くな
ければならない。
III−Ｖ族層の全体欠陥密度をできるだけ低く保つため
には、非常に注意深くなければならず、またシステムは
きわめて厳密に清浄に保たれなければならない。適切な
方法を使用することにより、従来技術で、バックグラウ
ンドキャリア密度が1013cm-3程の低さを持つGaAsを成長
させることが可能になってきている。わずかにドープし
た（ｎ〜３×1013cm-3）場合に、材料は42Kで３×105cm
2V-1s-1の電子易動度を示すが、これはMBEGaAsでいまま
で測定された中で最も高いものである。しかし、たとえ
従来技術による成長技術が例外的な品質の材料を製造可
能であっても、一般には、層の厚さと成長条件による
が、103-105cm5cm-2の範囲内のオーバル欠陥密度が生じ
る。例えば、４μｍの厚さの層での密度は、3.6×104cm
-2であり、15μｍの厚さの層では、３×105cm-2であ
る。
には、非常に注意深くなければならず、またシステムは
きわめて厳密に清浄に保たれなければならない。適切な
方法を使用することにより、従来技術で、バックグラウ
ンドキャリア密度が1013cm-3程の低さを持つGaAsを成長
させることが可能になってきている。わずかにドープし
た（ｎ〜３×1013cm-3）場合に、材料は42Kで３×105cm
2V-1s-1の電子易動度を示すが、これはMBEGaAsでいまま
で測定された中で最も高いものである。しかし、たとえ
従来技術による成長技術が例外的な品質の材料を製造可
能であっても、一般には、層の厚さと成長条件による
が、103-105cm5cm-2の範囲内のオーバル欠陥密度が生じ
る。例えば、４μｍの厚さの層での密度は、3.6×104cm
-2であり、15μｍの厚さの層では、３×105cm-2であ
る。
オーバル欠陥密度、基板の種類、使用される清浄方法、
各々の間には全く相関が発見されなかった。別々に準備
されたGaAs、Si基板上で成長した材料では同じオーバル
欠陥密度が観測された。一方で、本発明によりAlでコー
ティングしたクルーシブルの使用によると、αタイプの
オーバル欠陥密度はほぼに０に減少し、βタイプの欠陥
のみが残り、この欠陥は、オーバル欠陥ではない欠陥と
同様であった。このような欠陥は、表面の汚れに関係
し、非常に注意深く表面を調整することで完全に排除す
ることが本質的には可能である。
各々の間には全く相関が発見されなかった。別々に準備
されたGaAs、Si基板上で成長した材料では同じオーバル
欠陥密度が観測された。一方で、本発明によりAlでコー
ティングしたクルーシブルの使用によると、αタイプの
オーバル欠陥密度はほぼに０に減少し、βタイプの欠陥
のみが残り、この欠陥は、オーバル欠陥ではない欠陥と
同様であった。このような欠陥は、表面の汚れに関係
し、非常に注意深く表面を調整することで完全に排除す
ることが本質的には可能である。
本発明の方法により成長したGaAsは、小量のAlを含有し
ていた。例えば、材料は、Alを0.0016、Gaを0.9984の割
合で含有していた。Alの存在により電気的性能が落ちた
ようなことはなかった。
ていた。例えば、材料は、Alを0.0016、Gaを0.9984の割
合で含有していた。Alの存在により電気的性能が落ちた
ようなことはなかった。
溶融状態の第１金属において単にAlが存在することで
は、αタイプのオーバル欠陥を排除するためには不十分
であることが証明された。例えば、0.5％b.w.のAlが付
加されたGaを充填した従来技術の（コーティングされて
いない）pBNクルーシブルを使用することにより、５μ
ｍの厚さのGaAsが約4000cm-2程度のαタイプオーバル欠
陥が生じた。
は、αタイプのオーバル欠陥を排除するためには不十分
であることが証明された。例えば、0.5％b.w.のAlが付
加されたGaを充填した従来技術の（コーティングされて
いない）pBNクルーシブルを使用することにより、５μ
ｍの厚さのGaAsが約4000cm-2程度のαタイプオーバル欠
陥が生じた。
実施例１ クルーシブルは以下のようにコーティングされた。（Al
をドープしたGaの蒸発のために）使用済みの空のpBNク
ルーシブル内に、1gのAlをおき、またクルーシブルは市
販のMBEシステム内で約1200℃に、クルーシブルがほぼ
空であることを示すビームに同等なAlの圧力が２桁落ち
るまで加熱される。冷却後、システムは解放される。ク
ルーシブルの内部はわずかにAlでコーティングされてい
る。
をドープしたGaの蒸発のために）使用済みの空のpBNク
ルーシブル内に、1gのAlをおき、またクルーシブルは市
販のMBEシステム内で約1200℃に、クルーシブルがほぼ
空であることを示すビームに同等なAlの圧力が２桁落ち
るまで加熱される。冷却後、システムは解放される。ク
ルーシブルの内部はわずかにAlでコーティングされてい
る。
クルーシブルには、Gaの新しいインゴットが入れられ
る。直径7.5cmの（100）GaAsウエハが、従来の技術によ
り調整され、MBEシステム内に入れられる。ウエハとGa
源の口との間の距離は150mmである。MBEを閉じた後、チ
ャンバは約10-10Torrに排気され、シャッター、セル、
フィラメントは完全にガスを放出される。よって、セル
の温度は、GaAsの成長速度が１μm/hr（Gaクルーシブル
の温度は約1010℃）となるように調整され、シャッター
が解放され、ウエハはGaとAsとのフラックスに５時間さ
らされる。層成長の完成と冷却後、ウエハは回収され、
検査される。αタイプオーバル欠陥密度は本質的に０で
あり、βタイプオーバル欠陥密度は約100cm-2であっ
た。エピタキシャルGaAs層のフォトルミネッセンス・ス
ペクトルは、原子の割合で約0.16％のAlの存在を示して
いる。
る。直径7.5cmの（100）GaAsウエハが、従来の技術によ
り調整され、MBEシステム内に入れられる。ウエハとGa
源の口との間の距離は150mmである。MBEを閉じた後、チ
ャンバは約10-10Torrに排気され、シャッター、セル、
フィラメントは完全にガスを放出される。よって、セル
の温度は、GaAsの成長速度が１μm/hr（Gaクルーシブル
の温度は約1010℃）となるように調整され、シャッター
が解放され、ウエハはGaとAsとのフラックスに５時間さ
らされる。層成長の完成と冷却後、ウエハは回収され、
検査される。αタイプオーバル欠陥密度は本質的に０で
あり、βタイプオーバル欠陥密度は約100cm-2であっ
た。エピタキシャルGaAs層のフォトルミネッセンス・ス
ペクトルは、原子の割合で約0.16％のAlの存在を示して
いる。
実施例２ InGaAsのエピタキシャル層は、本質的に実施例１に述べ
たような技術によりInPウエハ上に成長されるが、付け
加えるとInPクルーシブルの温度は約900℃である。生じ
た層は、本質的にαタイプオーバル欠陥は存在しない。
たような技術によりInPウエハ上に成長されるが、付け
加えるとInPクルーシブルの温度は約900℃である。生じ
た層は、本質的にαタイプオーバル欠陥は存在しない。
第１図は、典型的なMBEシステムを概略的に示す図、 第２図は、本発明の実施の際、使用される典型的なクル
ーシブルをを示す概略図である。
ーシブルをを示す概略図である。
Claims (6)
- 【請求項１】GaとInからなる群から選択された少なくと
も１つの第１金属と、少なくとも１つの他の元素とを有
する化合物半導体材料を単結晶半導体基板上に有する半
導体デバイスからなる製品の製造方法において、 主表面を有する半導体基板を設けるステップと、 開口と内部表面とを有し第１金属により濡れない材料か
らなり蒸発した第１金属の少なくとも一部が前記主表面
上に蒸着されるように配置されたクルーシブルから相当
量の第１金属を蒸発させ、その後、前記主表面上にさら
に相当量の他の元素を蒸着することにより、前記主表面
上に単結晶化合物半導体材料層を成長させる成長ステッ
プと、 製品の完成に向けてさらに１つ以上のステップを実行す
る完成ステップとからなり、 前記成長ステップの前に、クルーシブルの内部表面の少
なくとも一部が、第１金属により濡らされる金属であり
かつ第１金属より電気陰性度が低い金属である第２金属
によりコーティングされることを特徴とする半導体デバ
イスからなる製品の製造方法。 - 【請求項２】少なくとも１つの他の元素はAsとＰとから
なる群から選択され、第２金属はAlであることを特徴と
する請求項１の方法。 - 【請求項３】半導体基板はGaAs基板またはSi基板であ
り、少なくとも１つの第１金属と少なくとも１つの他の
元素とがそれぞれGaとAsとであることを特徴とする請求
項２の方法。 - 【請求項４】半導体基板はInP基板であり、少なくとも
１つの第１金属と少なくとも１つの他の元素とがそれぞ
れInとAsとであることを特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項５】前記完成ステップが、化合物半導体材料層
にデバイスを形成するステップを含むことを特徴とする
請求項１の方法。 - 【請求項６】クルーシブルは窒化ボロン・クルーシブル
であり、クルーシブルの開口の周辺部の内部表面の部分
がAlでコーティングされることを特徴とする請求項１の
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/398,115 US4977103A (en) | 1989-08-24 | 1989-08-24 | Method of making an article comprising a III/V semiconductor device |
| US398115 | 1989-08-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0391236A JPH0391236A (ja) | 1991-04-16 |
| JPH071751B2 true JPH071751B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=23574042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2221462A Expired - Lifetime JPH071751B2 (ja) | 1989-08-24 | 1990-08-24 | ▲ｉｉｉ▼／▲ｖ▼族半導体デバイスからなる製品の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4977103A (ja) |
| EP (1) | EP0416764B1 (ja) |
| JP (1) | JPH071751B2 (ja) |
| DE (1) | DE69008801T2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3469952B2 (ja) * | 1994-11-15 | 2003-11-25 | 信越化学工業株式会社 | 高温高真空用容器及び治具の保管方法 |
| US6391748B1 (en) | 2000-10-03 | 2002-05-21 | Texas Tech University | Method of epitaxial growth of high quality nitride layers on silicon substrates |
| KR101431457B1 (ko) * | 2012-04-09 | 2014-08-22 | 한국화학연구원 | 도가니 보호막 제조 방법 |
| CN108707964A (zh) * | 2018-04-13 | 2018-10-26 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 用于制备分子束外延束流源料锭的区熔坩埚及料锭 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3986822A (en) * | 1975-02-27 | 1976-10-19 | Union Carbide Corporation | Boron nitride crucible |
| US4181544A (en) * | 1976-12-30 | 1980-01-01 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Molecular beam method for processing a plurality of substrates |
| US4426237A (en) * | 1981-10-13 | 1984-01-17 | International Business Machines Corporation | Volatile metal oxide suppression in molecular beam epitaxy systems |
| EP0096980A1 (en) * | 1982-06-16 | 1983-12-28 | Borg-Warner Corporation | Continuously variable transmission with continuously running belt and hydrodynamic drive |
| US4773852A (en) * | 1985-06-11 | 1988-09-27 | Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha | Pyrolytic boron nitride crucible and method for producing the same |
| DE3677735D1 (de) * | 1985-12-17 | 1991-04-04 | Max Planck Gesellschaft | Verfahren zur herstellung von halbleitersubstraten. |
-
1989
- 1989-08-24 US US07/398,115 patent/US4977103A/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-08-14 EP EP90308924A patent/EP0416764B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-08-14 DE DE69008801T patent/DE69008801T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-08-24 JP JP2221462A patent/JPH071751B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0416764B1 (en) | 1994-05-11 |
| DE69008801D1 (de) | 1994-06-16 |
| EP0416764A2 (en) | 1991-03-13 |
| EP0416764A3 (en) | 1991-05-22 |
| US4977103A (en) | 1990-12-11 |
| DE69008801T2 (de) | 1994-10-27 |
| JPH0391236A (ja) | 1991-04-16 |
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