JPH0779084B2 - 半導体結晶成長方法及びそれを実施する装置 - Google Patents
半導体結晶成長方法及びそれを実施する装置Info
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- JPH0779084B2 JPH0779084B2 JP61302870A JP30287086A JPH0779084B2 JP H0779084 B2 JPH0779084 B2 JP H0779084B2 JP 61302870 A JP61302870 A JP 61302870A JP 30287086 A JP30287086 A JP 30287086A JP H0779084 B2 JPH0779084 B2 JP H0779084B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、半導体結晶成長方法及びその方法を実施する
装置に於いて、分子線エピタキシャル成長法の実施が可
能な半導体結晶成長装置に於ける基板準備室内に化合物
半導体結晶基板をセットし、次いで、前記化合物半導体
結晶基板を構成する材料の中で脱離し易い物質の分子線
及びその水素の分子線を直接前記化合物半導体結晶基板
表面に照射しつつ最も脱離し難い物質が脱離する温度以
上の温度にて加熱し、次いで、前記化合物半導体結晶基
板を成長室に移送して必要とされる半導体結晶層を分子
線エピタキシャル成長させるようにすることに依り、ま
た、そのような技法を実施する装置を提供することに依
り、化合物半導体基板表面から炭素を除去し、且つ、ス
ルー・プットを高める為にバッファ層を薄くしても、該
バッファ層上には欠陥が少ない良質な結晶を成長させる
ことを可能としたものである。
装置に於いて、分子線エピタキシャル成長法の実施が可
能な半導体結晶成長装置に於ける基板準備室内に化合物
半導体結晶基板をセットし、次いで、前記化合物半導体
結晶基板を構成する材料の中で脱離し易い物質の分子線
及びその水素の分子線を直接前記化合物半導体結晶基板
表面に照射しつつ最も脱離し難い物質が脱離する温度以
上の温度にて加熱し、次いで、前記化合物半導体結晶基
板を成長室に移送して必要とされる半導体結晶層を分子
線エピタキシャル成長させるようにすることに依り、ま
た、そのような技法を実施する装置を提供することに依
り、化合物半導体基板表面から炭素を除去し、且つ、ス
ルー・プットを高める為にバッファ層を薄くしても、該
バッファ層上には欠陥が少ない良質な結晶を成長させる
ことを可能としたものである。
本発明は、化合物半導体基板上にバッファ層を介して形
成された半導体層に半導体装置を作り込む場合に適用し
て好結果が得られる半導体結晶成長方法及びその方法を
実施する装置に関する。
成された半導体層に半導体装置を作り込む場合に適用し
て好結果が得られる半導体結晶成長方法及びその方法を
実施する装置に関する。
一般に、化合物半導体装置を製造する場合、化合物半導
体基板上にバッファ層を介して半導体層を成長させ、そ
の半導体層に素子を作り込むようにしている。
体基板上にバッファ層を介して半導体層を成長させ、そ
の半導体層に素子を作り込むようにしている。
近年、そのような化合物半導体結晶層を成長するには、
分子線エピタキシャル成長（molecular beam epitaxy:M
BE）法を適用することが多い。
分子線エピタキシャル成長（molecular beam epitaxy:M
BE）法を適用することが多い。
このMBE法を実施する装置に於いては、成長室の前室と
して基板準備室が設けらてていて、そこでは、実際の結
晶層を成長させるに先立ち、化合物半導体基板が例えば
GaAsである場合、約300〜400〔℃〕程度に加熱すること
に依り、大気中でGaAs基板表面に付着した水分を除去す
るようにしている。
して基板準備室が設けらてていて、そこでは、実際の結
晶層を成長させるに先立ち、化合物半導体基板が例えば
GaAsである場合、約300〜400〔℃〕程度に加熱すること
に依り、大気中でGaAs基板表面に付着した水分を除去す
るようにしている。
然しながら、前記のような程度の温度に依る加熱では、
炭化水素など炭素を含む分子は除去することはできな
い。尚、高真空中でGaAs基板を600〔℃〕以上の高温で
加熱すると、蒸気圧が高いAsの脱離を生じ、表面が荒れ
てしまう欠点がある。
炭化水素など炭素を含む分子は除去することはできな
い。尚、高真空中でGaAs基板を600〔℃〕以上の高温で
加熱すると、蒸気圧が高いAsの脱離を生じ、表面が荒れ
てしまう欠点がある。
また、GaAs基板表面に炭素原子などが付着した状態で、
その上に半導体結晶層をエピタキシャル成長させた場
合、その炭素原子がアクセプタとして働き、GaAs基板と
エピタキシャル成長半導体結晶層との界面準位を形成す
るので、その影響を回避する為には、厚いバッファ層を
形成することが必要となり、それには多くの時間を要す
るのでスルー・プットは上がらない。
その上に半導体結晶層をエピタキシャル成長させた場
合、その炭素原子がアクセプタとして働き、GaAs基板と
エピタキシャル成長半導体結晶層との界面準位を形成す
るので、その影響を回避する為には、厚いバッファ層を
形成することが必要となり、それには多くの時間を要す
るのでスルー・プットは上がらない。
本発明は、基板表面に付着している炭化水素や二酸化炭
素などの炭素を熱処理にて除去し、しかも、スルー・プ
ットを高める為にバッファ層は薄くしても、その上に、
表面欠陥が少ない良質の半導体結晶層を容易に成長させ
ることができるようにし、特性良好な半導体装置を得る
ことが可能であるようにする。
素などの炭素を熱処理にて除去し、しかも、スルー・プ
ットを高める為にバッファ層は薄くしても、その上に、
表面欠陥が少ない良質の半導体結晶層を容易に成長させ
ることができるようにし、特性良好な半導体装置を得る
ことが可能であるようにする。
本発明一実施例を解説する為の図である第１図を参照し
て説明する。
て説明する。
本発明に於いては、分子線エピタキシャル成長法の実施
が可能な半導体結晶成長装置に於ける基板準備室２内に
GaAs基板10をセットし、前記GaAs基板10を構成する材料
の中で脱離し易い物質であるAsの分子線及びH2の分子線
を直接GaAs基板10の表面に照射しつつ、最も脱離し難い
物質であるGaが脱離する温度（例えば750〔℃〕）以上
の温度で所要時間（例えば１〔分〕間）の加熱を行い、
その後、前記GaAs基板10を成長室６に移送して必要な半
導体結晶層、例えば、GaAs/AlGaAs系結晶層を分子線エ
ピタキシャル成長させるようにしている。
が可能な半導体結晶成長装置に於ける基板準備室２内に
GaAs基板10をセットし、前記GaAs基板10を構成する材料
の中で脱離し易い物質であるAsの分子線及びH2の分子線
を直接GaAs基板10の表面に照射しつつ、最も脱離し難い
物質であるGaが脱離する温度（例えば750〔℃〕）以上
の温度で所要時間（例えば１〔分〕間）の加熱を行い、
その後、前記GaAs基板10を成長室６に移送して必要な半
導体結晶層、例えば、GaAs/AlGaAs系結晶層を分子線エ
ピタキシャル成長させるようにしている。
前記手段を採ると、GaAs基板10上に付着した炭素系及び
その他の汚染物は確実に除去されるので、スルー・プッ
トを高める為にGaAsバッファ層を薄くしても、その上に
形成される各半導体結晶層は欠陥が少ない良質のものと
なる。
その他の汚染物は確実に除去されるので、スルー・プッ
トを高める為にGaAsバッファ層を薄くしても、その上に
形成される各半導体結晶層は欠陥が少ない良質のものと
なる。
第１図は本発明一実施例を解説する為の半導体結晶成長
装置の要部説明図を表している。
装置の要部説明図を表している。
図に於いて、１は基板交換室、２は基板準備室、３は基
板移送桿、４は基板ホルダ、５はAs分子線源、６は成長
室、７は基板ホルダ、８はAs分子線源、９はGa分子線
源、10はGaAs基板、11はIn半田、12及び13はゲート・バ
ルブ、14及び15はカット・バルブ、16はH2分子線源、17
はH2純化器。18はH2ボンベをそれぞれ示している。尚、
本実施例に於ける成長室６には、As分子線源８及びGa分
子線源９の外にAl分子線源及びSi分子線源も設けられて
いるが、各分子線源は成長室６の中心軸に対して回転対
称に設けられている為、縦断面的な図である第１図には
現れていない。
板移送桿、４は基板ホルダ、５はAs分子線源、６は成長
室、７は基板ホルダ、８はAs分子線源、９はGa分子線
源、10はGaAs基板、11はIn半田、12及び13はゲート・バ
ルブ、14及び15はカット・バルブ、16はH2分子線源、17
はH2純化器。18はH2ボンベをそれぞれ示している。尚、
本実施例に於ける成長室６には、As分子線源８及びGa分
子線源９の外にAl分子線源及びSi分子線源も設けられて
いるが、各分子線源は成長室６の中心軸に対して回転対
称に設けられている為、縦断面的な図である第１図には
現れていない。
ここで、GaAs基板10上にGaAs層及びAlGaAs層或いはｎ型
AlGaAs層を成長させる場合について説明する。
AlGaAs層を成長させる場合について説明する。
GaAs基板10は、大気中に於いて基板マウント用のモリブ
デン（Mo）・ブロックにIn半田を用いて貼着し、それを
基板交換室１に導入する。
デン（Mo）・ブロックにIn半田を用いて貼着し、それを
基板交換室１に導入する。
基板交換室１内を10-7〔Torr〕〜10-8〔Torr〕程度に排
気してからゲート・バルブ12を開いて基板準備室２に移
送する。
気してからゲート・バルブ12を開いて基板準備室２に移
送する。
基板準備室２内は10-9〔Torr〕程度に維持されていて、
As分子線源５からGaAs基板10に向かってAs分子線を、ま
た、H2分子線源16からはH2分子線を放射できるようにな
っている。As分子線及びH2分子線が放射されると基板準
備室２内の真空度は10-3〜10-4〔Torr〕程度に低下す
る。この場合の排気は、ターボ分子ポンプ（turbo−mol
ecular pump:TMP）或いは油拡散ポンプ（oil diffusion
pump:DP）で行われる。
As分子線源５からGaAs基板10に向かってAs分子線を、ま
た、H2分子線源16からはH2分子線を放射できるようにな
っている。As分子線及びH2分子線が放射されると基板準
備室２内の真空度は10-3〜10-4〔Torr〕程度に低下す
る。この場合の排気は、ターボ分子ポンプ（turbo−mol
ecular pump:TMP）或いは油拡散ポンプ（oil diffusion
pump:DP）で行われる。
GaAs基板10は、As分子線とH2分子線の照射を受けながら
加熱可能な基板ホルダ４に依って約750〔℃〕程度に加
熱され、その状態を例えば１〔分〕間持続した後、自然
降温を行い、約300〔℃〕程度になった際に成長室６に
移送する。
加熱可能な基板ホルダ４に依って約750〔℃〕程度に加
熱され、その状態を例えば１〔分〕間持続した後、自然
降温を行い、約300〔℃〕程度になった際に成長室６に
移送する。
成長室６に於いて、GaAs基板10を再び加熱することに依
り温度を約680〔℃〕程度として、GaAs/AlGaAs系の半導
体結晶層を成長させる。
り温度を約680〔℃〕程度として、GaAs/AlGaAs系の半導
体結晶層を成長させる。
第２図は前記説明した工程で製造された半導体結晶層を
有するウエハの要部切断側面図を表している。
有するウエハの要部切断側面図を表している。
図において、21は半絶縁性GaAs基板、22はGaAsバッファ
層、23はAlxGa1-xAsスペーサ層、24はｎ型AlxGa1-xAs電
子供給層、25はｎ型GaAs電極コンタクト層をそれぞれ示
している。尚、GaAsバッファ層22はチャンネル層も兼ね
ている。
層、23はAlxGa1-xAsスペーサ層、24はｎ型AlxGa1-xAs電
子供給層、25はｎ型GaAs電極コンタクト層をそれぞれ示
している。尚、GaAsバッファ層22はチャンネル層も兼ね
ている。
図示のウエハに於ける各半導体層をデータを例示すると
次の通りである。
次の通りである。
（１）GaAsバッファ層22 厚さ:0.2〔μｍ〕 （２）AlxGa1-xAsスペーサ層23 厚さ:60〔Å〕 ｘ値:0.3 （３）ｎ型AlxGa1-xAs電子供給層24 厚さ:900〔Å〕 ｘ値:0.3 不純物濃度:1×1018〔cm-3〕 （４）ｎ型GaAs電極コンタクト層25 厚さ:200〔Å〕 不純物濃度:1×1018〔cm-3〕 このウエハ及び従来技術に依って製造されたウエハ、即
ち、基板準備室２内に於いて、〜400〔℃〕、10〔分〕
の熱処理を受けただけのウエハをホール測定し、ヘテロ
界面に於ける２次元電子ガス層の於ける電子移動度及び
電子濃度を比較した。尚、従来技術に依るウエハのGaAs
バッファ層の厚さは0.6〔μｍ〕である。
ち、基板準備室２内に於いて、〜400〔℃〕、10〔分〕
の熱処理を受けただけのウエハをホール測定し、ヘテロ
界面に於ける２次元電子ガス層の於ける電子移動度及び
電子濃度を比較した。尚、従来技術に依るウエハのGaAs
バッファ層の厚さは0.6〔μｍ〕である。
第３図はバッファ層の厚さ対２次元電子ガス層に於ける
電子移動度及び電子濃度の関係を表す線図である。
電子移動度及び電子濃度の関係を表す線図である。
図では、横軸にバッファ層の厚さを、左縦軸に電子移動
度を、右縦軸に電子濃度をそれぞれ採ってあり、□印は
本発明一実施例における電子移動度〔cm2/V・ｓ〕及び
電子濃度〔cm-2〕を表し、○印は従来例に於けるそれを
表している。
度を、右縦軸に電子濃度をそれぞれ採ってあり、□印は
本発明一実施例における電子移動度〔cm2/V・ｓ〕及び
電子濃度〔cm-2〕を表し、○印は従来例に於けるそれを
表している。
本実施例では、GaAsバッファ層22を0.2〔μｍ〕とした
場合、電子移動度は90,000〔cm2.V・ｓ〕、電子濃度は
5.0×1011〔cm-2〕であり、厚さ0.6〔μｍ〕のGaAsバッ
ファ層を有する従来技術に依るものと比較して遜色のな
い特性が得られ、また、エピタキシャル成長半導体結晶
層全体が薄くなされたことから、表面欠陥密度も従来の
厚さのものと比較すると約1/2に低減される。
場合、電子移動度は90,000〔cm2.V・ｓ〕、電子濃度は
5.0×1011〔cm-2〕であり、厚さ0.6〔μｍ〕のGaAsバッ
ファ層を有する従来技術に依るものと比較して遜色のな
い特性が得られ、また、エピタキシャル成長半導体結晶
層全体が薄くなされたことから、表面欠陥密度も従来の
厚さのものと比較すると約1/2に低減される。
因に、GaAsバッファ層の厚さを本発明と同様に0.2〔μ
ｍ〕とし、熱処理を前記従来例と同様にした場合、半絶
縁性GaAs基板とエピタキシャル成長半導体結晶層との界
面に於ける電子トラップの影響が現れ、電子移動度は6
0.000〔cm2/V・ｓ〕、電子濃度は3.8×1011〔cm-2〕な
る値しか得られなかった。
ｍ〕とし、熱処理を前記従来例と同様にした場合、半絶
縁性GaAs基板とエピタキシャル成長半導体結晶層との界
面に於ける電子トラップの影響が現れ、電子移動度は6
0.000〔cm2/V・ｓ〕、電子濃度は3.8×1011〔cm-2〕な
る値しか得られなかった。
本発明に依れば、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、基板準備室
に於いて、化合物半導体結晶基板を構成する材料の中で
離脱し易い物質の分子線及び水素の分子線を浴びせなが
ら最も離脱し難い物質が離脱する温度以上の温度で熱処
理するようにしている。
結晶層をエピタキシャル成長させるに際し、基板準備室
に於いて、化合物半導体結晶基板を構成する材料の中で
離脱し易い物質の分子線及び水素の分子線を浴びせなが
ら最も離脱し難い物質が離脱する温度以上の温度で熱処
理するようにしている。
この構成を採ることに依り、化合物半導体結晶基板の表
面荒れを発生させることなく炭素系その他の汚染物を除
去し、その結果、薄いバッファ層を用いながら良質の半
導体結晶層を高いスルー・プットで成長させることを可
能にしている。
面荒れを発生させることなく炭素系その他の汚染物を除
去し、その結果、薄いバッファ層を用いながら良質の半
導体結晶層を高いスルー・プットで成長させることを可
能にしている。
第１図は本発明一実施例の要部説明図、第２図は本発明
一実施例に依って製造されたウエハの要部切断側面図、
第３図はバッファ層の厚さ対２次元電子ガス層の電子移
動度及び電子濃度の関係を説明する線図をそれぞれ表し
ている。 図に於いて、１は基板交換室、２は基板準備室、３は基
板移送桿、４は基板ホルダ、５はAs分子線源、６は成長
室、７は基板ホルダ、８はAs分子線源、９はGa分子線
源、10はGaAs基板、11はIn半田、12及び13はゲート・バ
ルブ、14及び15はカット・バルブ、16はH2分子線源、17
はH2純化器、18はH2ボンベをそれぞれ示している。
一実施例に依って製造されたウエハの要部切断側面図、
第３図はバッファ層の厚さ対２次元電子ガス層の電子移
動度及び電子濃度の関係を説明する線図をそれぞれ表し
ている。 図に於いて、１は基板交換室、２は基板準備室、３は基
板移送桿、４は基板ホルダ、５はAs分子線源、６は成長
室、７は基板ホルダ、８はAs分子線源、９はGa分子線
源、10はGaAs基板、11はIn半田、12及び13はゲート・バ
ルブ、14及び15はカット・バルブ、16はH2分子線源、17
はH2純化器、18はH2ボンベをそれぞれ示している。
Claims (2)
- 【請求項１】分子線エピタキシャル成長法の実施が可能
な半導体結晶成長装置に於ける基板準備室内に化合物半
導体結晶基板をセットする工程と、 次いで、前記化合物半導体結晶基板を構成する材料の中
で脱離し易い物質の分子線及び水素の分子線を直接前記
化合物半導体結晶基板表面に照射しつつ最も脱離し難い
物質が脱離する温度以上の温度に加熱する工程と、 次いで、前記化合物半導体結晶基板を成長室に移送して
必要とされる半導体結晶層を分子線エピタキシャル成長
させる工程と が含まれてなることを特徴とする半導体結晶成長方法。 - 【請求項２】化合物半導体結晶基板を保持し且つ該化合
物半導体結晶基板を構成する材料の中で最も脱離し難い
物質が脱離する温度以上の温度に加熱することができる
ホルダ及び脱離し易い物質を分子線として直接該化合物
半導体結晶基板表面に照射することができる分子線源及
び水素を分子線として直接該化合物半導体結晶基板表面
に照射することができる分子線源が配設されてなる基板
準備室と、 該基板準備室に連なり半導体結晶層を分子線エピタキシ
ャル成長させる成長室と を備えてなることを特徴とする半導体結晶成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302870A JPH0779084B2 (ja) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | 半導体結晶成長方法及びそれを実施する装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61302870A JPH0779084B2 (ja) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | 半導体結晶成長方法及びそれを実施する装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63156314A JPS63156314A (ja) | 1988-06-29 |
| JPH0779084B2 true JPH0779084B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=17914092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61302870A Expired - Fee Related JPH0779084B2 (ja) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | 半導体結晶成長方法及びそれを実施する装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0779084B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2894917B2 (ja) * | 1993-04-15 | 1999-05-24 | 日本電気株式会社 | フッ素化合物上半導体製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61168592A (ja) * | 1985-01-18 | 1986-07-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 分子線結晶成長方法 |
| JPS61222217A (ja) * | 1985-03-28 | 1986-10-02 | Sony Corp | 分子線エピタキシヤル成長法 |
| JP2607239B2 (ja) * | 1985-03-29 | 1997-05-07 | シャープ株式会社 | 分子線エピタキシヤル装置 |
-
1986
- 1986-12-20 JP JP61302870A patent/JPH0779084B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63156314A (ja) | 1988-06-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |