JPH0773097B2 - 分子線結晶成長方法 - Google Patents
分子線結晶成長方法Info
- Publication number
- JPH0773097B2 JPH0773097B2 JP61115363A JP11536386A JPH0773097B2 JP H0773097 B2 JPH0773097 B2 JP H0773097B2 JP 61115363 A JP61115363 A JP 61115363A JP 11536386 A JP11536386 A JP 11536386A JP H0773097 B2 JPH0773097 B2 JP H0773097B2
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- JP
- Japan
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- substrate
- molecular beam
- growth
- grown
- pretreatment
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 基板を構成する蒸気圧の高い元素の温度上昇による離脱
を補充するため、この元素の分子線を被成長基板に照射
しながら基板温度を上昇して基板表面の酸化膜を除去
し、基板に損傷をあたえない程度の低エネルギで大面積
のイオンビームを照射して残留炭素等の汚染物質を物理
的に除去する基板前処理により、結晶欠陥と不純物の導
入のない高品質の結晶成長を行う。
を補充するため、この元素の分子線を被成長基板に照射
しながら基板温度を上昇して基板表面の酸化膜を除去
し、基板に損傷をあたえない程度の低エネルギで大面積
のイオンビームを照射して残留炭素等の汚染物質を物理
的に除去する基板前処理により、結晶欠陥と不純物の導
入のない高品質の結晶成長を行う。
本発明は被成長基板、とくに化合物半導体基板に高品質
化合物半導体エピタキシャル膜を得るための前処理方法
に関する。
化合物半導体エピタキシャル膜を得るための前処理方法
に関する。
分子線エピタキシャル成長（MBE）法は数原子層の極め
て薄い層を精度よく形成できるため、超格子構造等の微
細構造形成に多用されるようになってきた。
て薄い層を精度よく形成できるため、超格子構造等の微
細構造形成に多用されるようになってきた。
この場合も、他の成長法と同様に結晶性のよい成膜のた
めには、基板の前処理が重要な問題となる。
めには、基板の前処理が重要な問題となる。
従来のMBE法における化合物半導体基板の前処理方法と
してはつぎのような方法が用いられている。
してはつぎのような方法が用いられている。
真空中（成長室）で離脱しやすい元素を基板に照射
しながら基板を加熱する方法。
しながら基板を加熱する方法。
例えば、ガリウム砒素（GaAs）基板に対しては砒素（A
s）を照射しながら、基板を570〜600℃に加熱する。
s）を照射しながら、基板を570〜600℃に加熱する。
この方法では酸化膜は除去できるが、炭素（Ｃ）等の汚
染物質は除去できない。
染物質は除去できない。
真空中でアルゴンイオン（Ar+）等のビームを照射
する方法。
する方法。
この方法では、Ar+の衝撃でＣ等の汚染物質をはじき飛
ばすため、汚染物質の除去はできるが、0.5〜1KV程度の
高加速電圧を使っているため、結晶に欠陥を導入してし
まう。
ばすため、汚染物質の除去はできるが、0.5〜1KV程度の
高加速電圧を使っているため、結晶に欠陥を導入してし
まう。
この結晶欠陥を除去するためにビーム照射後、基板を50
0〜600℃に加熱し、10〜20分間アニールする必要があっ
た。
0〜600℃に加熱し、10〜20分間アニールする必要があっ
た。
また、従来のイオンビームを照射して基板をスパッタリ
ングして前処理を行う方法では、ビーム径が数100μｍ
〜数mmと細いため、大口径基板に対して全面処理を行う
には時間がかかり、そのため一度清浄化した部分が再び
汚染されるといった問題があった。
ングして前処理を行う方法では、ビーム径が数100μｍ
〜数mmと細いため、大口径基板に対して全面処理を行う
には時間がかかり、そのため一度清浄化した部分が再び
汚染されるといった問題があった。
従来の被成長基板の前処理方法においては、短時間で行
え、結晶欠陥の導入のない、かつ表面のすべての汚染物
が除去できる完全な方法はなかった。
え、結晶欠陥の導入のない、かつ表面のすべての汚染物
が除去できる完全な方法はなかった。
上記問題点の解決は、結晶成長の前に真空中において、
被成長基板を構成する蒸気圧の高い元素の分子線を被成
長基板に照射しながら、該被成長基板を自然酸化膜が分
解除去される温度以上に加熱し、且つ該分子線の照射と
同時に該加熱されている被成長基板の全面に、該被成長
基板の面積と同程度以上のビーム面積をもつイオンビー
ムを用いイオンを一括照射して該基板表面部の汚染物質
を除去した後、該被成長基板上に結晶成長を行う工程を
有する本発明による分子線結晶成長方法により達成され
る。
被成長基板を構成する蒸気圧の高い元素の分子線を被成
長基板に照射しながら、該被成長基板を自然酸化膜が分
解除去される温度以上に加熱し、且つ該分子線の照射と
同時に該加熱されている被成長基板の全面に、該被成長
基板の面積と同程度以上のビーム面積をもつイオンビー
ムを用いイオンを一括照射して該基板表面部の汚染物質
を除去した後、該被成長基板上に結晶成長を行う工程を
有する本発明による分子線結晶成長方法により達成され
る。
本発明は、従来のイオンスパッタ法による基板前処理を
改良したものである。
改良したものである。
前述のように、従来の基板前処理方法は、化合物半導体
基板の場合では基板を構成しているＶ族や、VI族の元素
の蒸気圧が高いため、基板を加熱したときこれらの元素
が離脱し、面荒れや結晶欠陥を導入する。従来のイオン
スパッタ法では、イオン照射後にＶ族、あるいはVI族の
元素を基板に照射しながら基板加熱を行い、イオン照射
により導入した結晶欠陥のアニールを行っていた。
基板の場合では基板を構成しているＶ族や、VI族の元素
の蒸気圧が高いため、基板を加熱したときこれらの元素
が離脱し、面荒れや結晶欠陥を導入する。従来のイオン
スパッタ法では、イオン照射後にＶ族、あるいはVI族の
元素を基板に照射しながら基板加熱を行い、イオン照射
により導入した結晶欠陥のアニールを行っていた。
本発明は、イオン照射時に、すでに基板温度を600℃以
上のアニール温度に昇温しておき、同時にＶ族、あるい
はVI族の元素を照射するようにし、かつ表面の汚染物質
の除去を熱的に促進するようにしたものである。
上のアニール温度に昇温しておき、同時にＶ族、あるい
はVI族の元素を照射するようにし、かつ表面の汚染物質
の除去を熱的に促進するようにしたものである。
また、大口径の100eV以下の低加速ビームを基板全面に
照射することにより、短時間に処理を行い、かつ結晶欠
陥の導入を少なくすることができる。大口径ビームはカ
ウフマン型のイオンビーム源を用いて得られる。
照射することにより、短時間に処理を行い、かつ結晶欠
陥の導入を少なくすることができる。大口径ビームはカ
ウフマン型のイオンビーム源を用いて得られる。
第１図は本発明の実施例を説明するMBE装置の断面図で
ある。
ある。
図において、被成長基板３として、GaAs基板〔インジウ
ム（In）ソルダでモリブデン（Mo）ブロックに貼り付け
たもの〕を用い、これを基板出入口８より基板交換室７
に入れ高真空に排気する。
ム（In）ソルダでモリブデン（Mo）ブロックに貼り付け
たもの〕を用い、これを基板出入口８より基板交換室７
に入れ高真空に排気する。
つぎに、ゲートバルブ９を開いて高真空に排気された基
板前処理室１にGaAs基板３を入れ基板加熱ホルダ２に取
り付け、ゲートバルブ９を閉じる。GaAs基板３は基板加
熱ヒータ４により最高800℃まで加熱できる。
板前処理室１にGaAs基板３を入れ基板加熱ホルダ２に取
り付け、ゲートバルブ９を閉じる。GaAs基板３は基板加
熱ヒータ４により最高800℃まで加熱できる。
基板前処理室１には、ビーム径２インチのカウフマン型
イオン源５と、As分子線源６とが設けられている。
イオン源５と、As分子線源６とが設けられている。
As分子線を約１×10-5Torrの強度でGaAs基板３に照射し
ながら、基板温度を600℃まで昇温する。この温度に保
持しながら、加速電圧50eVのアルゴンイオン（Ar+）ビ
ームを約20分間GaAs基板３に照射した。
ながら、基板温度を600℃まで昇温する。この温度に保
持しながら、加速電圧50eVのアルゴンイオン（Ar+）ビ
ームを約20分間GaAs基板３に照射した。
基板加熱ヒータ４の電源を切った後、約200℃まで基板
温度が下がったところで、ゲートバルブ10を開いて、Ga
As基板３を高真空に排気された結晶成長室11に導入し、
基板加熱ホルダ12に取り付ける。
温度が下がったところで、ゲートバルブ10を開いて、Ga
As基板３を高真空に排気された結晶成長室11に導入し、
基板加熱ホルダ12に取り付ける。
この前処理の終わったGaAs基板３上に、As分子線源14と
Ga分子線源15を用いてGaAs結晶をエピタキシャル成長し
た。この際、Si分子線源16より、Siを基板と同じ１×10
17cm-3程度一様にドープした。
Ga分子線源15を用いてGaAs結晶をエピタキシャル成長し
た。この際、Si分子線源16より、Siを基板と同じ１×10
17cm-3程度一様にドープした。
成長温度は600℃、成長速度は１μm/時間、成長膜厚は
１μｍである。基板は基板加熱ヒータ13により加熱され
る。
１μｍである。基板は基板加熱ヒータ13により加熱され
る。
従来の、成長室内で600℃のサーマルクリーニングのみ
の前処理を行って成長した結晶と、本発明の前処理を行
って成長した結晶の基板−エピタキシャル層界面付近の
キャリア濃度のプロファイルをＣ−Ｖ（容量−電圧）測
定により調べた。
の前処理を行って成長した結晶と、本発明の前処理を行
って成長した結晶の基板−エピタキシャル層界面付近の
キャリア濃度のプロファイルをＣ−Ｖ（容量−電圧）測
定により調べた。
第２図は本発明の前処理を行って成長した結晶と、従来
の基板加熱のみの前処理を行って成長した結晶の深さに
対するキャリア濃度の分布を示す図である。
の基板加熱のみの前処理を行って成長した結晶の深さに
対するキャリア濃度の分布を示す図である。
図において、従来法（ａ）ではカーボン汚染によると思
われるキャリアの空乏化領域（ｂ）が存在する。
われるキャリアの空乏化領域（ｂ）が存在する。
本発明の実施例（ｃ）によると、キャリアの空乏化がほ
とんどなくなっていることが分かった。
とんどなくなっていることが分かった。
すなわち、基板表面の汚染物質の除去がなされており、
かつ結晶欠陥の導入もなかったことが分かった。
かつ結晶欠陥の導入もなかったことが分かった。
実施例においては、前処理時の基板加熱温度を600℃と
した、Ar+ビームの照射を約20分としたが、基板加熱温
度を600℃よりさらに高温にすれば、Ar+ビームの照射時
間は短縮できる。
した、Ar+ビームの照射を約20分としたが、基板加熱温
度を600℃よりさらに高温にすれば、Ar+ビームの照射時
間は短縮できる。
また、実施例においてはAr+ビームを用いたが、これの
代わりにネオンイオン（Ne+）、ヘリウムイオン（H
e+）、水素イオン（H2 +）、窒素イオン（N2 +）、または
これらの混合ガスのイオンビームを用いてもよい。
代わりにネオンイオン（Ne+）、ヘリウムイオン（H
e+）、水素イオン（H2 +）、窒素イオン（N2 +）、または
これらの混合ガスのイオンビームを用いてもよい。
以上詳細に説明したように本発明による被成長基板の前
処理方法では、処理を短時間で行え、結晶欠陥の導入が
なく、かつ表面のすべての汚染物が除去できる。
処理方法では、処理を短時間で行え、結晶欠陥の導入が
なく、かつ表面のすべての汚染物が除去できる。
従って、高品質のMBE成長膜が得られる。
第１図は本発明の実施例を説明するMBE装置の断面図、 第２図は本発明の前処理を行って成長した結晶と、従来
の基板加熱のみの前処理を行って成長した結晶の深さに
対するキャリア濃度の分布を示す図である。 図において、 １は基板前処理室、２は基板加熱ホルダ、３は被成長基
板でGaAs基板、４は基板加熱ヒータ、５はカウフマン型
イオン源、６はAs分子線源、７は基板交換室、８は基板
出入口、９、10はゲートバルブ、11は結晶成長室、12は
基板加熱ホルダ、13は基板加熱ヒータ、14はAs分子線
源、15はGa分子線源、16はSi分子線源 である。
の基板加熱のみの前処理を行って成長した結晶の深さに
対するキャリア濃度の分布を示す図である。 図において、 １は基板前処理室、２は基板加熱ホルダ、３は被成長基
板でGaAs基板、４は基板加熱ヒータ、５はカウフマン型
イオン源、６はAs分子線源、７は基板交換室、８は基板
出入口、９、10はゲートバルブ、11は結晶成長室、12は
基板加熱ホルダ、13は基板加熱ヒータ、14はAs分子線
源、15はGa分子線源、16はSi分子線源 である。
Claims (1)
- 【請求項１】結晶成長の前に真空中において、被成長基
板を構成する蒸気圧の高い元素の分子線を被成長基板に
照射しながら、該被成長基板を自然酸化膜が分解除去さ
れる温度以上に加熱し、且つ該分子線の照射と同時に該
加熱されている被成長基板の全面に、該被成長基板の面
積と同程度以上のビーム面積をもつイオンビームを用い
イオンを一括照射して該基板表面部の汚染物質を除去し
た後、該被成長基板上に結晶成長を行う工程を有するこ
とを特徴とする分子線結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61115363A JPH0773097B2 (ja) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | 分子線結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61115363A JPH0773097B2 (ja) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | 分子線結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62269310A JPS62269310A (ja) | 1987-11-21 |
| JPH0773097B2 true JPH0773097B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=14660669
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61115363A Expired - Lifetime JPH0773097B2 (ja) | 1986-05-19 | 1986-05-19 | 分子線結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0773097B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2706369B2 (ja) * | 1990-11-26 | 1998-01-28 | シャープ株式会社 | 化合物半導体の成長方法及び半導体レーザの製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59116192A (ja) * | 1982-12-21 | 1984-07-04 | Fujitsu Ltd | 分子線結晶成長方法 |
| JPS6080216A (ja) * | 1983-10-07 | 1985-05-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 分子線エピタキシヤル成長法 |
-
1986
- 1986-05-19 JP JP61115363A patent/JPH0773097B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62269310A (ja) | 1987-11-21 |
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