JPH09320964A - 化合物半導体の製造方法 - Google Patents
化合物半導体の製造方法Info
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- JPH09320964A JPH09320964A JP13176796A JP13176796A JPH09320964A JP H09320964 A JPH09320964 A JP H09320964A JP 13176796 A JP13176796 A JP 13176796A JP 13176796 A JP13176796 A JP 13176796A JP H09320964 A JPH09320964 A JP H09320964A
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- Japan
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- compound semiconductor
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- iii
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 保護膜上への多結晶の堆積がなく、成長領域
にのみ選択性よくIII-Ｖ族化合物半導体薄膜の成長を行
うことができる。 【解決手段】 III-Ｖ族化合物半導体単結晶の｛１０
０｝面に、ストライプ状の保護膜を＜０１１＞Ｂ方向を
中心として４５°以内の方向に形成した後、III-Ｖ族化
合物半導体の原料ガスとともにハライドガスおよび／ま
たはハロゲンガスを添加して、保護膜が形成されていな
い部分にIII-Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜を選択成長さ
せる。
にのみ選択性よくIII-Ｖ族化合物半導体薄膜の成長を行
うことができる。 【解決手段】 III-Ｖ族化合物半導体単結晶の｛１０
０｝面に、ストライプ状の保護膜を＜０１１＞Ｂ方向を
中心として４５°以内の方向に形成した後、III-Ｖ族化
合物半導体の原料ガスとともにハライドガスおよび／ま
たはハロゲンガスを添加して、保護膜が形成されていな
い部分にIII-Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜を選択成長さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素化物および有
機金属を原料とする化合物半導体薄膜の気相成長におい
て、化合物半導体層を形成する方法に係わり、特に選択
成長用保護膜への堆積を抑制するのに適した化合物半導
体の製造方法に関するものである。
機金属を原料とする化合物半導体薄膜の気相成長におい
て、化合物半導体層を形成する方法に係わり、特に選択
成長用保護膜への堆積を抑制するのに適した化合物半導
体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近の化合物半導体の素子構造を最適化
させる技術のひとつとして選択成長が用いられている
が、ＭＢＥ法では選択成長は困難であるため、通常ＭＯ
ＣＶＤ法が用いられている。ＭＯＣＶＤ法の選択成長に
おける利点としては、基板またはエピタキシャル成長層
へのダメージが殆どないことおよび比較的低温でプロセ
スが行えるため、品質の高い選択成長領域が得られるこ
とにある。
させる技術のひとつとして選択成長が用いられている
が、ＭＢＥ法では選択成長は困難であるため、通常ＭＯ
ＣＶＤ法が用いられている。ＭＯＣＶＤ法の選択成長に
おける利点としては、基板またはエピタキシャル成長層
へのダメージが殆どないことおよび比較的低温でプロセ
スが行えるため、品質の高い選択成長領域が得られるこ
とにある。
【０００３】しかしながら、選択成長を行う際には、保
護膜上に多結晶の堆積が起こらないようにするため、成
長条件、混晶比、およびマスク幅等に大きな制約を受け
ていた。特に、Ａｌを含んだ化合物の場合には、Ａｌの
混晶比を上げるほど、そしてマスク幅を大きくするほ
ど、保護膜上に多結晶が堆積しやすくなるという問題が
あった。この解決方法としては、選択成長を行う際に成
長させる化合物の母体元素を含まないハライド法および
／またはハロゲンガスを加えることにより広い範囲にわ
たり保護膜上への多結晶の堆積が回避できることが報告
されている（ＷＯ９３／０１６１４）。
護膜上に多結晶の堆積が起こらないようにするため、成
長条件、混晶比、およびマスク幅等に大きな制約を受け
ていた。特に、Ａｌを含んだ化合物の場合には、Ａｌの
混晶比を上げるほど、そしてマスク幅を大きくするほ
ど、保護膜上に多結晶が堆積しやすくなるという問題が
あった。この解決方法としては、選択成長を行う際に成
長させる化合物の母体元素を含まないハライド法および
／またはハロゲンガスを加えることにより広い範囲にわ
たり保護膜上への多結晶の堆積が回避できることが報告
されている（ＷＯ９３／０１６１４）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この上
記の手法を用いてもまだ選択性が十分でない場合があっ
た。特に、保護膜で保護される領域が広い場合や、保護
膜に対して選択成長を行いたい領域が極端に狭い場合に
選択性が十分でない場合がある。
記の手法を用いてもまだ選択性が十分でない場合があっ
た。特に、保護膜で保護される領域が広い場合や、保護
膜に対して選択成長を行いたい領域が極端に狭い場合に
選択性が十分でない場合がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決すべく鋭意検討した結果、ハライドガスおよび
／またはハロゲンガスを加えて選択成長を行う際に、特
定の結晶成長面と保護膜の方向を選択することにより、
選択性を向上し得ることを見出し、本発明に到達した。
題を解決すべく鋭意検討した結果、ハライドガスおよび
／またはハロゲンガスを加えて選択成長を行う際に、特
定の結晶成長面と保護膜の方向を選択することにより、
選択性を向上し得ることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】即ち、本発明の要旨は、III-Ｖ族化合物半
導体単結晶の｛１００｝面に、ストライプ状の保護膜を
＜０１１＞Ｂ方向を中心として±４５°以内の方向に形
成した後、III-Ｖ族化合物半導体の原料ガスとともにハ
ライドガスおよび／またはハロゲンガスを添加して、保
護膜が形成されていない部分にIII-Ｖ族化合物半導体単
結晶薄膜を選択成長させる工程を含むことを特徴とする
化合物半導体の製造方法に存する。
導体単結晶の｛１００｝面に、ストライプ状の保護膜を
＜０１１＞Ｂ方向を中心として±４５°以内の方向に形
成した後、III-Ｖ族化合物半導体の原料ガスとともにハ
ライドガスおよび／またはハロゲンガスを添加して、保
護膜が形成されていない部分にIII-Ｖ族化合物半導体単
結晶薄膜を選択成長させる工程を含むことを特徴とする
化合物半導体の製造方法に存する。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明においては、III-Ｖ族化合物半導体単結晶の｛１
００｝ジャストの面上に選択成長を行うこととし、オフ
アングルはあっても０．５°以下とする。これにより、
リッジやグルーブ等の構造を高精度に作り込むことが可
能である。即ち、レーザの様に光を閉じ込める装置の場
合で、特に高出力が求められる場合等には、非常に対称
性の高いリッジやグルーブ等の構造を作り込むことが必
要となり、オフアングルに垂直な方向にリッジやグルー
ブ等の構造を作成する場合には対称性に狂いが生じてし
まうが、ジャストの面を成長面として用いることによ
り、どの様な方向に構造を作成してもその様な問題を回
避できる。
本発明においては、III-Ｖ族化合物半導体単結晶の｛１
００｝ジャストの面上に選択成長を行うこととし、オフ
アングルはあっても０．５°以下とする。これにより、
リッジやグルーブ等の構造を高精度に作り込むことが可
能である。即ち、レーザの様に光を閉じ込める装置の場
合で、特に高出力が求められる場合等には、非常に対称
性の高いリッジやグルーブ等の構造を作り込むことが必
要となり、オフアングルに垂直な方向にリッジやグルー
ブ等の構造を作成する場合には対称性に狂いが生じてし
まうが、ジャストの面を成長面として用いることによ
り、どの様な方向に構造を作成してもその様な問題を回
避できる。
【０００８】この｛１００｝面上で選択成長を行うた
め、窒化珪素、酸化珪素等公知の材料および方法を用い
て保護膜を設けるが、選択性よく成長を行うには、｛１
００｝面上でストライプ状の保護膜を＜０１１＞Ｂ方向
を中心として±４５°以内、好ましくは±３０°以内の
方向に配置する。ここで＜０１１＞Ｂ方向とは、Ｖ族元
素が表面に出ている｛１１１｝Ｂ面の法線の｛１００｝
面上への正射影の方向のことである。即ち、図１ａに示
す（１００）面に対しては[０−１１]および[０１−１]
で表される方向であって、この方向に形成したストライ
プ状保護膜を図１ｂに示した。他の｛１００｝面につい
ても、それぞれについてこれと結晶学的に等価な方向を
選べばよい。なお、これに対して、III族元素が表面に
出ている｛１１１｝Ａ面の法線の｛１００｝面上への正
射影の方向のことを＜０１１＞Ａ方向という。
め、窒化珪素、酸化珪素等公知の材料および方法を用い
て保護膜を設けるが、選択性よく成長を行うには、｛１
００｝面上でストライプ状の保護膜を＜０１１＞Ｂ方向
を中心として±４５°以内、好ましくは±３０°以内の
方向に配置する。ここで＜０１１＞Ｂ方向とは、Ｖ族元
素が表面に出ている｛１１１｝Ｂ面の法線の｛１００｝
面上への正射影の方向のことである。即ち、図１ａに示
す（１００）面に対しては[０−１１]および[０１−１]
で表される方向であって、この方向に形成したストライ
プ状保護膜を図１ｂに示した。他の｛１００｝面につい
ても、それぞれについてこれと結晶学的に等価な方向を
選べばよい。なお、これに対して、III族元素が表面に
出ている｛１１１｝Ａ面の法線の｛１００｝面上への正
射影の方向のことを＜０１１＞Ａ方向という。
【０００９】また、かかるストライプ状の保護膜は、短
辺の幅が５０μｍ以上で、かつ｛１００｝面上で薄膜形
成領域に対する保護膜形成領域の割合が１以上、好まし
くは２以上、最も好ましくは２．５以上となる様に形成
するのが好ましいことがある。即ち、ブロードエリアの
レーザ等を製造する場合や、局所的に成長速度を上げる
必要がある場合等にその様な保護膜形成領域が大きく、
成長領域を狭くすることが要求され、その場合、一般に
選択性は著しく低下するが、本発明によれば、保護膜の
方位を選ぶことにより、選択性よく成長を行うことがで
きる。
辺の幅が５０μｍ以上で、かつ｛１００｝面上で薄膜形
成領域に対する保護膜形成領域の割合が１以上、好まし
くは２以上、最も好ましくは２．５以上となる様に形成
するのが好ましいことがある。即ち、ブロードエリアの
レーザ等を製造する場合や、局所的に成長速度を上げる
必要がある場合等にその様な保護膜形成領域が大きく、
成長領域を狭くすることが要求され、その場合、一般に
選択性は著しく低下するが、本発明によれば、保護膜の
方位を選ぶことにより、選択性よく成長を行うことがで
きる。
【００１０】本発明で用いる化合物半導体の原料ガスと
しては、有機金属、水素化物、塩化物等公知のいずれの
ものも使用可能であり、有機金属としてはトリメチルガ
リスム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリエチルイン
ジウム（ＴＭＩ）等が、水素化物としてはアルシン（Ａ
ｓＨ3）およびホスフィン（ＰＨ３）等が、塩化物とし
ては塩化ガリウム（ＧａＣｌ）、ジエチルガリウムクロ
ライド（ＤＥＧａＣｌ）および三塩化砒素（ＡｓＣ
ｌ3）等が用いられるが、これらの中でも成長機構が比
較的簡単で、精密な成長速度の制御が比較的容易に行え
る等の点で、塩素を含まない有機金属および塩素を含ま
ない水素化物が好ましい。また、特に有機金属を用いる
場合に、本発明の選択性向上の効果は大きい。
しては、有機金属、水素化物、塩化物等公知のいずれの
ものも使用可能であり、有機金属としてはトリメチルガ
リスム（ＴＭＧ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、ト
リメチルアルミニウム（ＴＭＡ）およびトリエチルイン
ジウム（ＴＭＩ）等が、水素化物としてはアルシン（Ａ
ｓＨ3）およびホスフィン（ＰＨ３）等が、塩化物とし
ては塩化ガリウム（ＧａＣｌ）、ジエチルガリウムクロ
ライド（ＤＥＧａＣｌ）および三塩化砒素（ＡｓＣ
ｌ3）等が用いられるが、これらの中でも成長機構が比
較的簡単で、精密な成長速度の制御が比較的容易に行え
る等の点で、塩素を含まない有機金属および塩素を含ま
ない水素化物が好ましい。また、特に有機金属を用いる
場合に、本発明の選択性向上の効果は大きい。
【００１１】ハライドガスとしてはＨＢｒ、ＨＩ、Ｈ
Ｆ、ＨＣｌ等のハロゲン化水素やＣＣｌ2Ｆ2等のハロゲ
ン化炭素が、ハロゲンガスとしてはＣｌ2、Ｉ2、Ｆ2、
Ｂｒ2など、およびこれらの混合物が挙げられ、望まし
くはＨＣｌがよい。なお、原料ガスとして上記の塩化物
を用いた場合であって、Ａｌ混晶比が０．３〜０．４以
下の化合物半導体単結晶薄膜を成長させる場合には、別
途ハライドガスまたはハロゲンガスを導入しなくても、
ある程度選択性よく成長を行うことができる。
Ｆ、ＨＣｌ等のハロゲン化水素やＣＣｌ2Ｆ2等のハロゲ
ン化炭素が、ハロゲンガスとしてはＣｌ2、Ｉ2、Ｆ2、
Ｂｒ2など、およびこれらの混合物が挙げられ、望まし
くはＨＣｌがよい。なお、原料ガスとして上記の塩化物
を用いた場合であって、Ａｌ混晶比が０．３〜０．４以
下の化合物半導体単結晶薄膜を成長させる場合には、別
途ハライドガスまたはハロゲンガスを導入しなくても、
ある程度選択性よく成長を行うことができる。
【００１２】これらのハライドガスおよび／またはハロ
ゲンガスの使用量は成長室の大きさ、成長温度、成長圧
力、使用する原料の種類等に依存するが、量が多すぎる
と薄膜成長が止まり、エッチングになってしまうエッチ
ングモード域となり、量が少なすぎると保護膜上に多結
晶が成長するデポジションモード域となるので、ハライ
ドガスおよび／またはハロゲンガスの流量を適宜調節し
てこれらの領域を避け、選択成長を行いたい領域には結
晶が成長するが、保護膜上には多結晶が成長しないセレ
クティブモードで成長を行うこととする。
ゲンガスの使用量は成長室の大きさ、成長温度、成長圧
力、使用する原料の種類等に依存するが、量が多すぎる
と薄膜成長が止まり、エッチングになってしまうエッチ
ングモード域となり、量が少なすぎると保護膜上に多結
晶が成長するデポジションモード域となるので、ハライ
ドガスおよび／またはハロゲンガスの流量を適宜調節し
てこれらの領域を避け、選択成長を行いたい領域には結
晶が成長するが、保護膜上には多結晶が成長しないセレ
クティブモードで成長を行うこととする。
【００１３】成長を行う際のガスの全圧は常圧以下が望
ましく、成長温度については一般に気相成長で用いられ
る条件でよく、一般的には５００〜９００℃程度だが、
低温側では選択性が低下する傾向にあり、一方あまりに
高温だとIII-Ｖ族元素の再蒸発や不純物の取り込みが問
題となる場合があるので、６００〜８５０℃、より好ま
しくは６５０〜８００℃程度がよい。ただし、本発明の
効果、即ち面方位や保護膜形成の方向による選択性の向
上効果はより低温側、即ち５００〜７００℃程度で顕著
であって、本発明は比較的穏やかな条件で効果的に選択
成長を行える点でも有用である。
ましく、成長温度については一般に気相成長で用いられ
る条件でよく、一般的には５００〜９００℃程度だが、
低温側では選択性が低下する傾向にあり、一方あまりに
高温だとIII-Ｖ族元素の再蒸発や不純物の取り込みが問
題となる場合があるので、６００〜８５０℃、より好ま
しくは６５０〜８００℃程度がよい。ただし、本発明の
効果、即ち面方位や保護膜形成の方向による選択性の向
上効果はより低温側、即ち５００〜７００℃程度で顕著
であって、本発明は比較的穏やかな条件で効果的に選択
成長を行える点でも有用である。
【００１４】本発明の製造方法は通常のIII-Ｖ族化合物
半導体薄膜の成長に有効であるが、特にアルミニウムを
含むIII-Ｖ族化合物半導体の成長に適している。具体的
には、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＰ、Ａ
ｌＧａＡｓなどであり、特にＡｌＧａＡｓへは好適であ
る。
半導体薄膜の成長に有効であるが、特にアルミニウムを
含むIII-Ｖ族化合物半導体の成長に適している。具体的
には、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＰ、Ａ
ｌＧａＡｓなどであり、特にＡｌＧａＡｓへは好適であ
る。
【００１５】
【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
するが、本発明は、その要旨を越えない限り、下記実施
例により限定されるものではない。 （実施例）表面が（１００）面であるＧａＡｓ基板上
に、窒化珪素からなる幅３００μｍのストライプ状の保
護膜を、長辺の方向が[０−１１]方向（図１ｂ）となる
様に１００μｍ間隔で多数形成した後、ＭＯＶＰＥ法に
より膜厚約０．５μｍのＡｌ 0.3Ｇａ0.7Ａｓ層を選択成
長させて化合物半導体を製造した。原料ガスとしては、
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）２．７×１０-4mol/mi
n、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）１．０×１０-4m
ol/minおよびアルシン（ＡｓＨ3）２５０sccm(standard
cubic cm per minute)を、キャリアガスとしての水素
とともにガスの総流量が２２slm(standard cubic liter
per minute)となるように供給し、成長温度は６６０
℃、成長圧力は１３３ｈＰａとし、成長中に塩化水素を
４ｃｃ添加した。成長終了後、微分干渉光学顕微鏡で観
察したところ、保護膜中央部に多結晶の堆積が多少観察
されただけであった。 （比較例）長辺の方向が[０１１]方向（図１ｃ）となる
様に保護膜を形成した以外は実施例と全く同様にしたと
ころ、保護膜の端部を除く大部分に多結晶の堆積が観察
された。
するが、本発明は、その要旨を越えない限り、下記実施
例により限定されるものではない。 （実施例）表面が（１００）面であるＧａＡｓ基板上
に、窒化珪素からなる幅３００μｍのストライプ状の保
護膜を、長辺の方向が[０−１１]方向（図１ｂ）となる
様に１００μｍ間隔で多数形成した後、ＭＯＶＰＥ法に
より膜厚約０．５μｍのＡｌ 0.3Ｇａ0.7Ａｓ層を選択成
長させて化合物半導体を製造した。原料ガスとしては、
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）２．７×１０-4mol/mi
n、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）１．０×１０-4m
ol/minおよびアルシン（ＡｓＨ3）２５０sccm(standard
cubic cm per minute)を、キャリアガスとしての水素
とともにガスの総流量が２２slm(standard cubic liter
per minute)となるように供給し、成長温度は６６０
℃、成長圧力は１３３ｈＰａとし、成長中に塩化水素を
４ｃｃ添加した。成長終了後、微分干渉光学顕微鏡で観
察したところ、保護膜中央部に多結晶の堆積が多少観察
されただけであった。 （比較例）長辺の方向が[０１１]方向（図１ｃ）となる
様に保護膜を形成した以外は実施例と全く同様にしたと
ころ、保護膜の端部を除く大部分に多結晶の堆積が観察
された。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、保護膜上への多結晶の
堆積がなく、成長領域にのみ選択性よくIII-Ｖ族化合物
半導体薄膜の成長を行うことができる。
堆積がなく、成長領域にのみ選択性よくIII-Ｖ族化合物
半導体薄膜の成長を行うことができる。
【図１】ａはIII-Ｖ族化合物半導体単結晶の面方位を示
す模型の（１００）面側から見た上面図。ｂは実施例に
おいて＜０１１＞Ｂ方向に形成されたストライプ状保護
膜の方向の説明図。ｃは比較例において＜０１１＞Ａ方
向に形成されたストライプ状保護膜の方向の説明図。
す模型の（１００）面側から見た上面図。ｂは実施例に
おいて＜０１１＞Ｂ方向に形成されたストライプ状保護
膜の方向の説明図。ｃは比較例において＜０１１＞Ａ方
向に形成されたストライプ状保護膜の方向の説明図。
Ａ．III族元素が表面となる面 Ｂ．Ｖ族元素が表面となる面 １．ストライプ状保護膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 秀樹 茨城県牛久市東猯穴町1000番地 三菱化学 株式会社筑波事業所内
Claims (4)
- 【請求項１】 III-Ｖ族化合物半導体単結晶の｛１０
０｝面に、ストライプ状の保護膜を＜０１１＞Ｂ方向を
中心として±４５°以内の方向に形成した後、III-Ｖ族
化合物半導体の原料ガスとともにハライドガスおよび／
またはハロゲンガスを添加して、保護膜が形成されてい
ない部分にIII-Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜を選択成長
させる工程を含むことを特徴とする化合物半導体の製造
方法。 - 【請求項２】 前記ハライドガスがハロゲン化水素また
はハロゲン化炭素である請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記ストライプ状の保護膜を、短辺の幅
が５０μｍ以上でかつ｛１００｝面の薄膜形成領域に対
する保護膜形成領域の割合が１以上となる様に形成する
請求項１乃至２の方法。 - 【請求項４】 前記選択成長の温度が５００〜９００℃
である請求項１乃至３の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13176796A JPH09320964A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 化合物半導体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13176796A JPH09320964A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 化合物半導体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09320964A true JPH09320964A (ja) | 1997-12-12 |
Family
ID=15065696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13176796A Pending JPH09320964A (ja) | 1996-05-27 | 1996-05-27 | 化合物半導体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09320964A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7855096B2 (en) | 2007-09-28 | 2010-12-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing semiconductor device |
-
1996
- 1996-05-27 JP JP13176796A patent/JPH09320964A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7855096B2 (en) | 2007-09-28 | 2010-12-21 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing semiconductor device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040831 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20041029 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20041217 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Effective date: 20041228 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
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