JPH0766908B2 - 半導体単結晶成長方法 - Google Patents
半導体単結晶成長方法Info
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- JPH0766908B2 JPH0766908B2 JP59153976A JP15397684A JPH0766908B2 JP H0766908 B2 JPH0766908 B2 JP H0766908B2 JP 59153976 A JP59153976 A JP 59153976A JP 15397684 A JP15397684 A JP 15397684A JP H0766908 B2 JPH0766908 B2 JP H0766908B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体基板上に半導体の単結晶成長層を単分子
層の単位でエピタキシャル成長させる場合に、半導体基
板とエピタキシャル成長層界面の欠陥を減少させるのに
好適な半導体単結晶成長方法に関する。
層の単位でエピタキシャル成長させる場合に、半導体基
板とエピタキシャル成長層界面の欠陥を減少させるのに
好適な半導体単結晶成長方法に関する。
従来から半導体の超薄膜結晶を得るために分子線エピタ
キシー法（以下、MBE法と呼ぶ）が知られている。しか
し、そのMBE法は、物理吸着を第一段階とするために、
結晶の品質は化学反応を利用した気相成長法に劣る。Ga
AsのようなIII−Ｖ族間の化合物半導体を成長する時に
は、III族、Ｖ族元素をソースとして用い、ソース源自
体を成長室の中に設置している。このため、ソース源を
加熱して得られる放出ガスと蒸発量の制御、および、ソ
ースの補給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つ
ことが困難となる。また、蒸発物の排出など真空装置が
複雑になる。更には、化合物半導体の化学量論的組成
（ストイキオメトリー）を精密に制御することが困難
で、結局、高品質の結晶を得ることができない欠点があ
る。
キシー法（以下、MBE法と呼ぶ）が知られている。しか
し、そのMBE法は、物理吸着を第一段階とするために、
結晶の品質は化学反応を利用した気相成長法に劣る。Ga
AsのようなIII−Ｖ族間の化合物半導体を成長する時に
は、III族、Ｖ族元素をソースとして用い、ソース源自
体を成長室の中に設置している。このため、ソース源を
加熱して得られる放出ガスと蒸発量の制御、および、ソ
ースの補給が困難であり、成長速度を長時間一定に保つ
ことが困難となる。また、蒸発物の排出など真空装置が
複雑になる。更には、化合物半導体の化学量論的組成
（ストイキオメトリー）を精密に制御することが困難
で、結局、高品質の結晶を得ることができない欠点があ
る。
また、特開昭55−130896号公報および日経エレクトロニ
クス1981年11月９日号第86〜第91頁にはALE法と称せら
れる原料蒸気を交互に基板上に導入してTa2O5,Al2O3等
のアモルファスやZnS等の多結晶を成長する技術が示さ
れているが、蒸気導入１サイクル当たりの成長膜厚が1/
3分子層以下の小さな値である欠点があった。またこのA
LE法はキャリアガス等の不活性ガスを拡散バリヤとして
用いないと交換表面反応が困難になる欠点があった。さ
らにALE法では蒸気圧の低いガスや元素が取り扱えない
ので半導体産業で重要なGaAs等のIII−Ｖ族化合物半導
体が成長できない欠点があった。また上述の日経エレク
トロニクスには成長前にArでスパッタリングして表面を
きれいにすると記載されいるが、スパッタリングによる
エネルギーで表面にダメージが入り、基板とエピタキシ
ャル成長層界面に欠陥が生じる欠点があった。
クス1981年11月９日号第86〜第91頁にはALE法と称せら
れる原料蒸気を交互に基板上に導入してTa2O5,Al2O3等
のアモルファスやZnS等の多結晶を成長する技術が示さ
れているが、蒸気導入１サイクル当たりの成長膜厚が1/
3分子層以下の小さな値である欠点があった。またこのA
LE法はキャリアガス等の不活性ガスを拡散バリヤとして
用いないと交換表面反応が困難になる欠点があった。さ
らにALE法では蒸気圧の低いガスや元素が取り扱えない
ので半導体産業で重要なGaAs等のIII−Ｖ族化合物半導
体が成長できない欠点があった。また上述の日経エレク
トロニクスには成長前にArでスパッタリングして表面を
きれいにすると記載されいるが、スパッタリングによる
エネルギーで表面にダメージが入り、基板とエピタキシ
ャル成長層界面に欠陥が生じる欠点があった。
このような点に鑑み本願発明者等は上記従来技術の欠点
を除いて、単分子層単位の成長膜厚の制御性を有する半
導体単結晶成長装置を開発した。これを第４図を参照し
て説明する。
を除いて、単分子層単位の成長膜厚の制御性を有する半
導体単結晶成長装置を開発した。これを第４図を参照し
て説明する。
図において、１は成長槽で、材質はステンレス等の金
属、２はゲートバルブ等のバルブ、３は成長槽１を超高
真空に排気するための排気装置、4,5は例えばIII−Ｖ族
化合物半導体のIII族、Ｖ族の成分元素のガス状の化合
物から成る原料ガスを導入する成長用ノズル、6,7は成
長用ノズル4,5を開閉するガス導入用バルブ、８はIII族
の成分元素を含むガス状の化合物から成る原料ガス、９
はＶ族の成分元素を含むガス状の化合物から成る原料ガ
ス、10は基板加熱用のヒーターで石英ガラスに封入した
タングステン（Ｗ）線で、基板支持台を兼ねており電線
等は図示省略してある。11は測温用の熱電対、12は化合
物半導体の基板、13は成長槽内の真空度を測るための圧
力計である。
属、２はゲートバルブ等のバルブ、３は成長槽１を超高
真空に排気するための排気装置、4,5は例えばIII−Ｖ族
化合物半導体のIII族、Ｖ族の成分元素のガス状の化合
物から成る原料ガスを導入する成長用ノズル、6,7は成
長用ノズル4,5を開閉するガス導入用バルブ、８はIII族
の成分元素を含むガス状の化合物から成る原料ガス、９
はＶ族の成分元素を含むガス状の化合物から成る原料ガ
ス、10は基板加熱用のヒーターで石英ガラスに封入した
タングステン（Ｗ）線で、基板支持台を兼ねており電線
等は図示省略してある。11は測温用の熱電対、12は化合
物半導体の基板、13は成長槽内の真空度を測るための圧
力計である。
ここで、成長用ノズル4,5を第４図に示すように基板12
の極く近くに配置し、成長用ノズル先端開口部が基板12
の表面を望むように構成したことにより、成長用ノズル
から出たガス状の化合物から成る原料ガス8,9は基板12
の表面のみに到達し、基板12のまわりに廻り込んだり、
成長槽１の内壁に吸着したりしなくなる。したがってAL
E法のようにガス相拡散バリヤを用いなくてもガス導入
用バルブ6,7の開閉と排気装置３による真空排気のみで
交換表面反応が実現できる。しかもGaCl3やTMGといった
蒸気圧の低いガスも真空中に矩形パルス状に導入でき
る。
の極く近くに配置し、成長用ノズル先端開口部が基板12
の表面を望むように構成したことにより、成長用ノズル
から出たガス状の化合物から成る原料ガス8,9は基板12
の表面のみに到達し、基板12のまわりに廻り込んだり、
成長槽１の内壁に吸着したりしなくなる。したがってAL
E法のようにガス相拡散バリヤを用いなくてもガス導入
用バルブ6,7の開閉と排気装置３による真空排気のみで
交換表面反応が実現できる。しかもGaCl3やTMGといった
蒸気圧の低いガスも真空中に矩形パルス状に導入でき
る。
GaAsの分子層を一分子層ずつ基板12上にエピタキシャル
成長させる方法は、以下の通りである。即ち、ゲートバ
ルブ２を開けて超高真空排気装置３により、成長槽１内
を10-7〜10-8Pascal（以下、Paと略す）程度に排気す
る。次に、GaAs基板12を例えば300〜800℃程度ヒーター
10により加熱し、Gaを含むガスとしてTMG（トリメチル
ガリウム）８を成長槽１内の圧力が、10-1〜10-7Paにな
る範囲で（望ましくは10-1〜10-3Paの範囲で）、0.5〜1
0秒間ガス導入用バルブ６を開けて導入する。その後、
ガス導入用バルブ６を閉じて成長槽１内の残渣ガスを真
空排気後、今度はAsを含むガスとしてAsH3（アルシン）
９を圧力が10-1〜10-7Paになる範囲で（望ましくは10-1
〜10-2Paの範囲で）、２〜200秒間ガス導入用バルブ７
を開けて導入する。その後ガス導入用バルブ７を閉じ
て、成長槽１内の残渣ガスを真空排気する。この交換表
面反応により、基板12上にGaAsの分子層が少なくとも一
分子層成長できる。GaAs（100）面上では交換表面反応
１サイクルに付き少なく共2.83Å成長する。GaAs（11
1）面上では１サイクルに付き少なく共3.26Å成長す
る。以上の操作を繰り返し、単分子層を次々と成長させ
ることにより、所望の分子層数のGaAsのエピタキシャル
成長層を単分子層の単位で成長させることができる。こ
の方法を分子層エピタキシャル成長（MLE）法と呼ぶ。
成長させる方法は、以下の通りである。即ち、ゲートバ
ルブ２を開けて超高真空排気装置３により、成長槽１内
を10-7〜10-8Pascal（以下、Paと略す）程度に排気す
る。次に、GaAs基板12を例えば300〜800℃程度ヒーター
10により加熱し、Gaを含むガスとしてTMG（トリメチル
ガリウム）８を成長槽１内の圧力が、10-1〜10-7Paにな
る範囲で（望ましくは10-1〜10-3Paの範囲で）、0.5〜1
0秒間ガス導入用バルブ６を開けて導入する。その後、
ガス導入用バルブ６を閉じて成長槽１内の残渣ガスを真
空排気後、今度はAsを含むガスとしてAsH3（アルシン）
９を圧力が10-1〜10-7Paになる範囲で（望ましくは10-1
〜10-2Paの範囲で）、２〜200秒間ガス導入用バルブ７
を開けて導入する。その後ガス導入用バルブ７を閉じ
て、成長槽１内の残渣ガスを真空排気する。この交換表
面反応により、基板12上にGaAsの分子層が少なくとも一
分子層成長できる。GaAs（100）面上では交換表面反応
１サイクルに付き少なく共2.83Å成長する。GaAs（11
1）面上では１サイクルに付き少なく共3.26Å成長す
る。以上の操作を繰り返し、単分子層を次々と成長させ
ることにより、所望の分子層数のGaAsのエピタキシャル
成長層を単分子層の単位で成長させることができる。こ
の方法を分子層エピタキシャル成長（MLE）法と呼ぶ。
この成長装置は特に数十分子層オーダーの非常に薄い結
晶成長に適したものであるが、かかる薄い結晶成長層は
基板の結晶性および基板の表面状態に非常に敏感であ
り、表面状態が悪い場合は成長した結晶の結晶性が悪く
なるばかりか、場合によっては成長しない場合もある。
成長の前処理として、GaAsの場合を例にとるならば、H2
SO4、H2O2、H2O混液による湿式エッチング等が必要であ
るが、エッチング後、大気中に晒すと、基板表面には10
〜50Å程度の自然酸化物と称せられる極く薄い酸化物等
の付着物層が形成され、その結果、基板とエピタキシャ
ル成長界面に欠陥が生じる問題があった。
晶成長に適したものであるが、かかる薄い結晶成長層は
基板の結晶性および基板の表面状態に非常に敏感であ
り、表面状態が悪い場合は成長した結晶の結晶性が悪く
なるばかりか、場合によっては成長しない場合もある。
成長の前処理として、GaAsの場合を例にとるならば、H2
SO4、H2O2、H2O混液による湿式エッチング等が必要であ
るが、エッチング後、大気中に晒すと、基板表面には10
〜50Å程度の自然酸化物と称せられる極く薄い酸化物等
の付着物層が形成され、その結果、基板とエピタキシャ
ル成長界面に欠陥が生じる問題があった。
第５図は、ｎ型GaAs基板の上に50分子層のn-層とその上
に70分子層のp+層を交換表面反応によりMLE成長したpn
接合ダイオードの立ち上がり電圧（VF）を示したもので
ある。
に70分子層のp+層を交換表面反応によりMLE成長したpn
接合ダイオードの立ち上がり電圧（VF）を示したもので
ある。
図中、一点鎖線は前述のH2SO4、H2O2、H2O混液の湿式エ
ッチングしただけの上に成長した場合で、エピタキシャ
ル成長層と基板との界面に欠陥があるため、リーク電流
が発生しVFは0.4ボルト程度と小さい。△印はサーマル
ディソープションと称するAsH3（アルシン）中での熱処
理による表面処理を第４図の成長槽１内で行ない、連続
してn-層、p+層を成長した場合であるが、基板温度510
℃でVFの最大値0.8ボルト程度である。これより基板温
度が低くなるとサーマルディソープションの効果は減少
し、420℃ではほとんど無くなる。一方、600℃等の高温
でもGaAs基板中からgaやAsが抜けだし、再びpn接合ダイ
オードの特性は悪くなる。
ッチングしただけの上に成長した場合で、エピタキシャ
ル成長層と基板との界面に欠陥があるため、リーク電流
が発生しVFは0.4ボルト程度と小さい。△印はサーマル
ディソープションと称するAsH3（アルシン）中での熱処
理による表面処理を第４図の成長槽１内で行ない、連続
してn-層、p+層を成長した場合であるが、基板温度510
℃でVFの最大値0.8ボルト程度である。これより基板温
度が低くなるとサーマルディソープションの効果は減少
し、420℃ではほとんど無くなる。一方、600℃等の高温
でもGaAs基板中からgaやAsが抜けだし、再びpn接合ダイ
オードの特性は悪くなる。
MLE法の特徴は400℃以下での分子層単位の成長が可能に
なる点であるが、510℃というサーマルディソープショ
ンの温度は、せっかく分子層単位で形成したp+n-p+,n+n
-p+n-n+等の多層構造の特性を熱拡散で乱してしまうこ
とになる。たとえば、最初にn+n-p+n-n+層をMLEで分子
層単位で形成し、その後その基板にＵ溝を掘って、その
上にn-p+層MLEで再成長させるような工程の場合、再成
長前に510℃の熱処理を行なえば分子層単位の急峻な不
純物プロファイルが乱れ、失なわれてしまう問題点があ
った。
なる点であるが、510℃というサーマルディソープショ
ンの温度は、せっかく分子層単位で形成したp+n-p+,n+n
-p+n-n+等の多層構造の特性を熱拡散で乱してしまうこ
とになる。たとえば、最初にn+n-p+n-n+層をMLEで分子
層単位で形成し、その後その基板にＵ溝を掘って、その
上にn-p+層MLEで再成長させるような工程の場合、再成
長前に510℃の熱処理を行なえば分子層単位の急峻な不
純物プロファイルが乱れ、失なわれてしまう問題点があ
った。
本発明は、真空中で基板表面をエッチングし、その直後
にエピタキシャル成長可能にして基板上に単分子層単位
の寸法精度の自己安定成長速度特性を有した良質な単結
晶膜を成長させ、しかも基板とエピタキシャル成長層界
面の欠陥を極めて少なく出来る半導体単結晶成長方法を
提供することを目的とする。
にエピタキシャル成長可能にして基板上に単分子層単位
の寸法精度の自己安定成長速度特性を有した良質な単結
晶膜を成長させ、しかも基板とエピタキシャル成長層界
面の欠陥を極めて少なく出来る半導体単結晶成長方法を
提供することを目的とする。
また、本発明の別の目的は、ALE法の成長できなかったI
II−Ｖ族化合物半導体の単分子層単位の成長を実現し、
しかも基板とエピタキシャル成長層界面の表面欠陥を極
めて少なくすることである。
II−Ｖ族化合物半導体の単分子層単位の成長を実現し、
しかも基板とエピタキシャル成長層界面の表面欠陥を極
めて少なくすることである。
本発明のさらに別の目的はダメージフリーの低温エッチ
ングにより表面クリーニングを実現し、その直後結晶成
長する方法を提供することである。
ングにより表面クリーニングを実現し、その直後結晶成
長する方法を提供することである。
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体単結晶基板をその上
部に保持する基板支持台と、該基板支持台をその内部に
配置した成長槽と、該成長槽に接続されたバルブと、該
バルブに接続された排気装置と、前記成長槽の外部から
内部に導入されて先端が前記III−Ｖ族化合物半導体単
結晶基板表面近傍に向いて形成配置されたエッチング用
ノズルおよび少なく共２本の成長用ノズルと、前記成長
槽の外部において前記成長用ノズルのそれぞれに配設さ
れたガス導入用バルブと、前記III−Ｖ族化合物半導体
単結晶基板のみを加熱する加熱源と、前記III−Ｖ族化
合物半導体単結晶基板に光照射する機構とを備えた成長
装置により半導体の結晶を成長させる方法であって、該
方法は、前記成長槽を10-7Pa程度に排気した後に前記II
I−Ｖ族化合物半導体単結晶基板を350℃以下に加熱し、
前記エッチング用ノズルからC1,F,Br等の元素を含むガ
スからなるエッチングガスを導入し、光エッチングを行
なった後前記排気装置により真空排気し、その後基板温
度を300〜600℃となし、前記ガス導入用バルブの開閉
と、前記排気装置による真空排気のみにより、少なく共
２種類の原料ガスの前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶
基板表面上の交換表面反応を前記原料ガスの導入圧力10
-1〜10-7Paの範囲において実現し、該交換表面反応の１
サイクルに付き前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜
を１分子層単位で形成することを繰り返すことにより所
望の分子層数の単結晶エピタキシャル成長層を単分子層
の単位で形成することを特徴としている。
部に保持する基板支持台と、該基板支持台をその内部に
配置した成長槽と、該成長槽に接続されたバルブと、該
バルブに接続された排気装置と、前記成長槽の外部から
内部に導入されて先端が前記III−Ｖ族化合物半導体単
結晶基板表面近傍に向いて形成配置されたエッチング用
ノズルおよび少なく共２本の成長用ノズルと、前記成長
槽の外部において前記成長用ノズルのそれぞれに配設さ
れたガス導入用バルブと、前記III−Ｖ族化合物半導体
単結晶基板のみを加熱する加熱源と、前記III−Ｖ族化
合物半導体単結晶基板に光照射する機構とを備えた成長
装置により半導体の結晶を成長させる方法であって、該
方法は、前記成長槽を10-7Pa程度に排気した後に前記II
I−Ｖ族化合物半導体単結晶基板を350℃以下に加熱し、
前記エッチング用ノズルからC1,F,Br等の元素を含むガ
スからなるエッチングガスを導入し、光エッチングを行
なった後前記排気装置により真空排気し、その後基板温
度を300〜600℃となし、前記ガス導入用バルブの開閉
と、前記排気装置による真空排気のみにより、少なく共
２種類の原料ガスの前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶
基板表面上の交換表面反応を前記原料ガスの導入圧力10
-1〜10-7Paの範囲において実現し、該交換表面反応の１
サイクルに付き前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜
を１分子層単位で形成することを繰り返すことにより所
望の分子層数の単結晶エピタキシャル成長層を単分子層
の単位で形成することを特徴としている。
第１図は本発明の一実施例に係る半導体結晶成長装置の
構成図を示したものであり、基板表面処理の手段として
気相エッチングできる機構を具備したものである。20は
気相エッチングに用いるガス状化合物を導入するエッチ
ング用ノズル、21はそれを開閉するガス導入用バルブ、
22は気相エッチングに用いるガス状化合物である。エッ
チング用のガスを導入する以外の部分は第４図の説明図
と同一であるので説明は省略する。
構成図を示したものであり、基板表面処理の手段として
気相エッチングできる機構を具備したものである。20は
気相エッチングに用いるガス状化合物を導入するエッチ
ング用ノズル、21はそれを開閉するガス導入用バルブ、
22は気相エッチングに用いるガス状化合物である。エッ
チング用のガスを導入する以外の部分は第４図の説明図
と同一であるので説明は省略する。
この構成で、気相エッチングは以下のように行なう。な
お、化合物半導体基板としてGaAs基板、エッチング用ガ
ス状化合物としてGaCl3を用いた場合を例にとって説明
する。GaAs基板を通常の湿式エッチングを行ない、その
後洗浄乾燥し、基板支持台10上に配置する。成長槽を排
気装置にて約10-7Paまで排気した後、ガス導入用バルブ
21を開け、GaCl3を10-6〜10-5Pa程度まで導入し、基板
温度を変えることによって１Å／分〜1000Å／分程GaAs
基板をエッチングできる。
お、化合物半導体基板としてGaAs基板、エッチング用ガ
ス状化合物としてGaCl3を用いた場合を例にとって説明
する。GaAs基板を通常の湿式エッチングを行ない、その
後洗浄乾燥し、基板支持台10上に配置する。成長槽を排
気装置にて約10-7Paまで排気した後、ガス導入用バルブ
21を開け、GaCl3を10-6〜10-5Pa程度まで導入し、基板
温度を変えることによって１Å／分〜1000Å／分程GaAs
基板をエッチングできる。
第２図（ａ）はGaCl3供給量をパラメータとしたときの
基板温度とエッチング速度との関係を示したものであ
り、曲線Ａは曲線Ｂに比べてGaCl3の供給量が1/3の場合
である。一方、第２図（ｂ）は基板温度をパラメータと
したときのCaCl3供給量とエッチング速度との関係を示
したものであり、直線Ｃは基板温度が350℃、直線Ｄは
基板温度が250℃の場合である。
基板温度とエッチング速度との関係を示したものであ
り、曲線Ａは曲線Ｂに比べてGaCl3の供給量が1/3の場合
である。一方、第２図（ｂ）は基板温度をパラメータと
したときのCaCl3供給量とエッチング速度との関係を示
したものであり、直線Ｃは基板温度が350℃、直線Ｄは
基板温度が250℃の場合である。
これらの図からも判るように、エッチング速度は基板温
度が高い間はGaCl3供給量により決まり、基板温度が低
くなると、GaCl3供給量には無関係となり、基板温度の
みに依存するようになる。従って、エッチング速度は、
これらの関係から基板温度とGaCl3供給量を選んで最適
値に設定することができる。
度が高い間はGaCl3供給量により決まり、基板温度が低
くなると、GaCl3供給量には無関係となり、基板温度の
みに依存するようになる。従って、エッチング速度は、
これらの関係から基板温度とGaCl3供給量を選んで最適
値に設定することができる。
第３図は本発明の別の実施例を示したもので、基板表面
処理の手段として、気相エッチングするときに基板の光
照射できる機構を具備したものである。30は光照射用の
光源であり、500Wの高圧水銀ランプである。、31は光源
から出てくる光を真空槽内に設置された半導体基板12に
導く窓の付いたポートである。光照射する以外の部分は
第１図と同一であるので説明は省略する。
処理の手段として、気相エッチングするときに基板の光
照射できる機構を具備したものである。30は光照射用の
光源であり、500Wの高圧水銀ランプである。、31は光源
から出てくる光を真空槽内に設置された半導体基板12に
導く窓の付いたポートである。光照射する以外の部分は
第１図と同一であるので説明は省略する。
光照射することによって100度以上エッチング温度を下
げることができる。光照射は気相エッチング中連続して
行なってもよいし、断続的でもよい。この場合、光は基
板12上に照射するのみならず、ノズルを透明に形成する
などしてエッチングガス自体に照射するようにしてもよ
い。そのようにすれば、エッチングガスが活性化し、エ
ッチング処理が促進される。光源は高圧水銀ランプ、キ
セノンランプのようなランプに限らず、エキシマレーザ
ーあるいはアルゴンレーザー光をてい倍したものでもよ
い。
げることができる。光照射は気相エッチング中連続して
行なってもよいし、断続的でもよい。この場合、光は基
板12上に照射するのみならず、ノズルを透明に形成する
などしてエッチングガス自体に照射するようにしてもよ
い。そのようにすれば、エッチングガスが活性化し、エ
ッチング処理が促進される。光源は高圧水銀ランプ、キ
セノンランプのようなランプに限らず、エキシマレーザ
ーあるいはアルゴンレーザー光をてい倍したものでもよ
い。
ところで、エッチングガスの活性化は上記光照射のみに
限らず、ノズル周辺に高周波コイルもしくは電極を設け
電圧を加えることによっても活性化することができる。
限らず、ノズル周辺に高周波コイルもしくは電極を設け
電圧を加えることによっても活性化することができる。
第５図の○印は本発明によりｎ型GaAs基板を気相エッチ
ングしてその後直ちにn-層（50分子層）、p+層（70分子
層）形成したpn接合ダイオードを形成した場合の、立ち
上がり電圧VFを示したものであるが、400℃以下の低温
気相エッチングでもVF＝0.85ボルトと極めて良好な結果
が得られた。
ングしてその後直ちにn-層（50分子層）、p+層（70分子
層）形成したpn接合ダイオードを形成した場合の、立ち
上がり電圧VFを示したものであるが、400℃以下の低温
気相エッチングでもVF＝0.85ボルトと極めて良好な結果
が得られた。
尚、以上述べてきた実施例において、結晶成長に用いる
基板は主にGaAs（100）面について説明してきたが、他
の面方位でも良いし、基板の不純物密度等によらない。
また、InP、AlP、GaP等他のIII−Ｖ族化合物半導体に適
用できることは勿論である。また、Ga1-xAlxAs、Ga1-xA
lxAs1-yPy等の混晶でも良い。更に、エッチングに使用
するガス状化合物はGaCl3に限らず他のガス状化合物HC
1、HBr、PCl3、AsCl3、Cl2、SF6、CCl2F2、CF4、C3F8、
CH3Brなどでも良い。成長室の隣にエッチング用ノズル
を具備した基板前処理室を設け、この基板前処理室と成
長室の間に真空試料移動機構を設け前処理室で基板をエ
ッチング後成長室に真空中で、試料を移動させて結晶成
長させた方がエッチング後の残渣ガスや反応生成物がML
E成長の障害とならないのでより良いことは無論のこと
である。
基板は主にGaAs（100）面について説明してきたが、他
の面方位でも良いし、基板の不純物密度等によらない。
また、InP、AlP、GaP等他のIII−Ｖ族化合物半導体に適
用できることは勿論である。また、Ga1-xAlxAs、Ga1-xA
lxAs1-yPy等の混晶でも良い。更に、エッチングに使用
するガス状化合物はGaCl3に限らず他のガス状化合物HC
1、HBr、PCl3、AsCl3、Cl2、SF6、CCl2F2、CF4、C3F8、
CH3Brなどでも良い。成長室の隣にエッチング用ノズル
を具備した基板前処理室を設け、この基板前処理室と成
長室の間に真空試料移動機構を設け前処理室で基板をエ
ッチング後成長室に真空中で、試料を移動させて結晶成
長させた方がエッチング後の残渣ガスや反応生成物がML
E成長の障害とならないのでより良いことは無論のこと
である。
〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、エピタキシャル成長の前
処理工程であるエッチング処理も真空槽内にて実行で
き、エッチング後大気に晒すこともないので結晶成長さ
せる基板表面を良好な状態に準備することができる。本
発明によればキャリアガス等の基板表面に関して不活性
なガスは用いていないので、これに用いるキャリアガス
用ノズルや、ガス導入用バルブの個数を減少できるので
装置の構成が簡単になり、保守や操作が容易となる。こ
れにより、III−Ｖ族化合物半導体の化学量論的組成を
満たす良質な単結晶を確実にかつ簡単に成長させること
ができるようになる。この結果、非常に高速なトランジ
スタ、集積回路、ダイオード、発光受光素子等の製作に
対して極めて有効な半導体単結晶成長装置が得られる。
特に、切り込みゲート型SITのような多層MLE成長した基
板をECRやプラズマエッチングでＵ溝を形成し、このＵ
溝の内壁に２回目のMLE成長をするような工程において
は、本発明によれば、ECRやプラズマエッチングのダメ
ージおよびＵ溝壁表面の自然酸化膜が効率良く除去でき
るので、界面欠陥の極めて少ない２回目のMLE成長が可
能となる。
処理工程であるエッチング処理も真空槽内にて実行で
き、エッチング後大気に晒すこともないので結晶成長さ
せる基板表面を良好な状態に準備することができる。本
発明によればキャリアガス等の基板表面に関して不活性
なガスは用いていないので、これに用いるキャリアガス
用ノズルや、ガス導入用バルブの個数を減少できるので
装置の構成が簡単になり、保守や操作が容易となる。こ
れにより、III−Ｖ族化合物半導体の化学量論的組成を
満たす良質な単結晶を確実にかつ簡単に成長させること
ができるようになる。この結果、非常に高速なトランジ
スタ、集積回路、ダイオード、発光受光素子等の製作に
対して極めて有効な半導体単結晶成長装置が得られる。
特に、切り込みゲート型SITのような多層MLE成長した基
板をECRやプラズマエッチングでＵ溝を形成し、このＵ
溝の内壁に２回目のMLE成長をするような工程において
は、本発明によれば、ECRやプラズマエッチングのダメ
ージおよびＵ溝壁表面の自然酸化膜が効率良く除去でき
るので、界面欠陥の極めて少ない２回目のMLE成長が可
能となる。
また、本発明によればガス導入１サイクルに付き、１分
子層の単結晶が自己停止機構によって成長するので膜厚
の制御性が良く、しかもALE法よりは短時間で所望の膜
厚を得ることができる。本発明によれば350℃以下の低
温でMLE成長前の基板の表面処理が可能なので、MLE成長
の低温エピタキシャル成長としての特徴が十分発揮でき
る。
子層の単結晶が自己停止機構によって成長するので膜厚
の制御性が良く、しかもALE法よりは短時間で所望の膜
厚を得ることができる。本発明によれば350℃以下の低
温でMLE成長前の基板の表面処理が可能なので、MLE成長
の低温エピタキシャル成長としての特徴が十分発揮でき
る。
さらに、本願発明によれば気相エッチングにより表面を
きれいにしているので、スパッタリングによる表面クリ
ーニングなどのようにダメージの心配もない。
きれいにしているので、スパッタリングによる表面クリ
ーニングなどのようにダメージの心配もない。
第１図は本発明の一実施例に係る半導体結晶成長装置の
構成図、第２図（ａ）はCaCl3によるGaAs基板のエッチ
ング速度と基板温度の関係を示すグラフ図、第２図
（ｂ）はエッチング速度とGaCl3供給量との関係を示す
グラフ図、第３図は本発明の他の実施例に係る半導体結
晶成長装置の構成図、第４図は本願発明者が先に開発し
た半導体結晶成長装置の構成図である。第５図は本発明
の装置と従来装置により形成されたpn接合ダイオードの
立ち上がり電圧特性比較図である。 １……成長槽、２……ゲートバルブ、３……排気装置、
4,5……成長用ノズル、20……エッチング用ノズル、6,
7,21……ガス導入用バルブ、8,9,22……ガス状化合物か
ら成る原料ガス、10……基板加熱用ヒーターを兼ねた基
板支持台、11……測温用の熱電対、12……基板、13……
圧力計、30……光源、31……ポート。
構成図、第２図（ａ）はCaCl3によるGaAs基板のエッチ
ング速度と基板温度の関係を示すグラフ図、第２図
（ｂ）はエッチング速度とGaCl3供給量との関係を示す
グラフ図、第３図は本発明の他の実施例に係る半導体結
晶成長装置の構成図、第４図は本願発明者が先に開発し
た半導体結晶成長装置の構成図である。第５図は本発明
の装置と従来装置により形成されたpn接合ダイオードの
立ち上がり電圧特性比較図である。 １……成長槽、２……ゲートバルブ、３……排気装置、
4,5……成長用ノズル、20……エッチング用ノズル、6,
7,21……ガス導入用バルブ、8,9,22……ガス状化合物か
ら成る原料ガス、10……基板加熱用ヒーターを兼ねた基
板支持台、11……測温用の熱電対、12……基板、13……
圧力計、30……光源、31……ポート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 仁志 宮城県仙台市緑ヶ丘１−22―11 (56)参考文献 特開 昭55−113329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−130896（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−98917（ＪＰ，Ａ) 日経エレクトロニクス 1981年11月９日 号 第86〜91頁
Claims (4)
- 【請求項１】III−Ｖ族化合物半導体単結晶基板をその
上部に保持する基板支持台と、該基板支持台をその内部
に配置した成長槽と、該成長槽に接続されたバルブと、
該バルブに接続された排気装置と、前記成長槽の外部か
ら内部に導入されて先端が前記III−Ｖ族化合物半導体
単結晶基板表面近傍に向いて形成配置されたエッチング
用ノズルおよび少なく共２本の成長用ノズルと、前記成
長槽の外部において前記成長用ノズルのそれぞれに配設
されたガス導入用バルブと、前記III−Ｖ族化合物半導
体単結晶基板のみを加熱する加熱源と、前記III−Ｖ族
化合物半導体単結晶基板に光照射する機構とを備えた成
長装置により半導体の結晶を成長させる方法であって、 該方法は、前記成長槽を10-7Pa程度に排気した後に前記
III−Ｖ族化合物半導体結晶基板を350℃以下に加熱し、
前記エッチング用ノズルからC1,F,Br等の元素を含むガ
スからなるエッチングガスを導入し、光エッチングを行
なった後前記排気装置により真空排気し、その後基板温
度を300〜600℃となし、前記ガス導入用バルブの開閉
と、前記排気装置による真空排気のみにより、少なく共
２種類の原料ガスの前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶
基板表面上の交換表面反応を前記原料ガスの導入圧力10
-1〜10-7Paの範囲において実現し、該交換表面反応の１
サイクルに付き前記III−Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜
を１分子層単位で形成することを繰り返すことにより所
望の分子層数の単結晶エピタキシャル成長層を単分子層
の単位で形成することを特徴とする半導体単結晶成長方
法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載において、前記
エッチング用ノズルの少なくとも一部を光照射する半導
体単結晶成長方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項又は第３項記載にお
いて、前記エッチング用ノズルの少なくとも一部が光学
的に透明である半導体単結晶成長方法。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項記載において、前記
エッチング用ノズルの周辺の少なくとも一部に高周波コ
イルもしくは電極を設け、エッチングガスを活性化する
半導体単結晶成長方法。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153976A JPH0766908B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 半導体単結晶成長方法 |
| GB8518842A GB2162207B (en) | 1984-07-26 | 1985-07-25 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| DE19853526888 DE3526888A1 (de) | 1984-07-26 | 1985-07-26 | Halbleiterkristallzuechtungseinrichtung |
| FR858511516A FR2582149B1 (fr) | 1984-07-26 | 1985-07-26 | Appareil pour la croissance d'un cristal semiconducteur |
| GB8718943A GB2200138B (en) | 1984-07-26 | 1987-08-11 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| GB8718942A GB2200137B (en) | 1984-07-26 | 1987-08-11 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| US07/357,695 US4975252A (en) | 1984-07-26 | 1989-05-26 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| US08/212,551 US5443033A (en) | 1984-07-26 | 1994-03-11 | Semiconductor crystal growth method |
| US08/396,589 US6464793B1 (en) | 1984-07-26 | 1995-03-01 | Semiconductor crystal growth apparatus |
| US08/904,347 US20010001952A1 (en) | 1984-07-26 | 1997-07-31 | Semiconductor crystal growth apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59153976A JPH0766908B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 半導体単結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6134926A JPS6134926A (ja) | 1986-02-19 |
| JPH0766908B2 true JPH0766908B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=15574190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59153976A Expired - Fee Related JPH0766908B2 (ja) | 1984-07-26 | 1984-07-26 | 半導体単結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0766908B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5139606A (en) * | 1989-12-05 | 1992-08-18 | Massachusetts Institute Of Technology | Laser bilayer etching of GaAs surfaces |
| US5407531A (en) * | 1994-02-15 | 1995-04-18 | At&T Corp. | Method of fabricating a compound semiconductor device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55113329A (en) * | 1979-02-23 | 1980-09-01 | Chiyou Lsi Gijutsu Kenkyu Kumiai | Light dry etching |
| FI57975C (fi) * | 1979-02-28 | 1980-11-10 | Lohja Ab Oy | Foerfarande och anordning vid uppbyggande av tunna foereningshinnor |
-
1984
- 1984-07-26 JP JP59153976A patent/JPH0766908B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日経エレクトロニクス１９８１年１１月９日号第８６〜９１頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6134926A (ja) | 1986-02-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |