JPS6314419A - イオン化分子線エピタキシヤル成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 分子線エピタキシャル成長装置内に分子線源より照射さ
れる分子線と共にイオン化せる反応ガスを導入し、分子
線源より照射される分子線を用いて基板上にエピタキシ
ャル結晶層を形成後、この分子線とイオン化せる反応ガ
スとを反応させてエピタキシャル層を保護する保護膜や
、絶縁膜を形成するようにしたもの。

〔産業上の利用分野〕

本発明は分子線エピタキシャル成長方法に係り、特に分
子線とイオン化せる反応ガスとを反応させる分子線エピ
タキシャル成長方法に関する。

ガリウム−砒素（ＧａＡｓ）よりなる化合物半導体基板
上にアルミニウムーガリウム−砒素（ＡｌｌＧａＡｓ）
よりなる化合物半導体結晶層をヘテロ構造に形成して半
導体レーザ素子を形成する際、この〜ＧａＡｓよりなる
結晶層を薄層構造に形成し、八ｇの含有量を任意の値に
制御して成長するために分子線エピタキシャル成長方法
が用いられている。

〔従来の技術〕

従来のこのようなへΩＧａＡｓ結晶層をヘテロ構造に形
成する分子線エピタキシャル方法に用いる装置の特に結
晶成長室の部分を第４図に示す。

図示するように、ゲートバルブ１を介して仕切られた結
晶成長室２内に、回転駆動しがっ基板３を設置するる基
板設置台４が設けられ、この基板３に対して対向する位
置に、基板に対して所定の角度を有し、かつ分子線を放
射する分子線セル５゜６が設けられている。

また基板３と分子線セル５，６との間に、シャッタ７が
設置され、更に基板３の温度を測定するためのパイロメ
ータ８が基板３に対向して設置されている。更に結晶室
２内に照射された分子線の状態を観察するスクリーン９
と結晶室２内に導入された分子線を移動させる電子銃Ｉ
Ｏが前記スクリーン９と対向する位置に設けられている
。

更に結晶室２には、室内の残留ガスを検知するための質
量分析器１１や、結晶室２内を観察するための覗き窓１
２が設けられている。

このような分子線エピタキシャル成長装置を用いてＧａ
Ａｓの基板上に、ｐＪＪ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ結晶層をヘテ
ロ構造に形成する際、前記基板設置台４にＧａＡｓ基板
３を設置した後、該結晶室２内をＩＱ　　ｔｏｒｒ程度
の真空度に成るまで排気した後、基板を６５０℃程度の
温度に加熱して、前記分子線セル５よりＧａの分子線を
、前記分子線セル６よりＡｓの分子線を、図示しないが
他の分子線セルより鳩の分子線を基板上に照射し、Ｇａ
Ａｓの基板３上にＡｇＧａＡｓの結晶層を所定の厚さに
ヘテロ構造に形成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで従来のこのような方法では、基板上に形成され
たＡｇＧ　ａ　Ａ　ｓの結晶層が、基板を成長装置より
取り出して半導体素子形成のために加工室の方に移動さ
せた場合、そのＮＪＧａＡｓの結晶層のうちの〜が酸化
しやすい原子であるので、大気中の酸素や水蒸気と反応
して、結晶層が変質する恐れがある。

また分子線エピタキシャル成長装置で結晶層を形成後、
この結晶層が形成された基板をゲートバルブを介して結
晶成長準備室を介して更に室外に取り出す過程に於いて
もその結晶層は変質するおそれがある。

本発明は上記した問題点を除去し、厚さが数人のオーダ
ーで微細にかつ精巧に積層されたエピタキシャル層の極
表面を保護し、エピタキシャル成長後、この基板を結晶
成長室より取り出して、半導体素子形成のために所定の
プロセスを開始する間に於いて、その形成されたエピタ
キシャル層の極表面が変質しないようにした分子線エピ
タキシャル成長方法の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の分子線エピタキシャル成長方法は、分子線エピ
タキシャル成長装置の結晶成長室内に基板を設置し、こ
の結晶成長室内に分子線源より分子線を照射するととも
に、この分子線にイオン化せる反応ガスを照射し、前記
基板上に分子線源より照射された分子線とイオン化せる
反応ガスとの反応生成物を成長させるようにする。

〔作用〕

本発明の分子線エピタキシャル成長方法は、基板に分子
線が到達する以前に、この分子線にイオン化せる反応ガ
スが衝突する手段を設け、この分子線とイオン化せる反
応ガスとの間の反応生成物を、基板上に形成されたエピ
タキシャル層上に形成するようにして、前記エピタキシ
ャル層が変質されるのを防ぐようにする。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例につき詳細に説明
する。

第１図は本説明の分子線エピタキシャル成長方法に用い
る装置の概念図で、第２図はこの装置を試料の温度測定
器側より見た側断面図で、第３図は該装置のイオン電極
部分の模式図である。

第１図、第２図および第３図に示すように、本発明の方
法に用いるイオン化分子線エピタキシャル成長方法は、
結晶成長室２内に分子線源５，６より放射される分子線
が基板３に到達する以前に、該放射される分子線を挟む
ようにメツシュ状のステンレスよりなるイオン電極２１
が設けられ、このイオン電極２１間には、数１００　Ｖ
−１０ＫＶの直流の高電圧が印加されている。

更に、このイオン電極２１は、導入された反応ガスをイ
オン化させるための放電が効果的に行われるようにする
ため、ステンレス製のメツシュ状部材を近接させ、かつ
対向させて形成している。

このような装置を用いて、例えばＧａＡｓの基板上にＡ
ｇＧａＡｓの結晶層をヘテロ構造に形成した後、例えば
反応ガスとして窒素ガスを成長室内に導入し、この導入
された窒素ガスを、前記したイオン化電極を用いて放電
させることで、このイオ化電極２１の間に導入されてく
る窒素ガスをイオン化する。

そしてＡｓと鰯の分子線が放射される分子線セルのヒー
タの加熱を停止することで、結晶成長室にＧａの分子線
のみが照射されるようにし、このＧａの分子線とイオン
化電極２１でイオン化せる窒素ガスとを反応させて窒化
ガリウム（ＧａＮ）の層を前記形成されたＡ１１ｌＧａ
Ａｓの結晶層の上に形成する。

このように分子線源より放射されたＧａの分子線とイオ
ン化された窒素ガスが反応するのは、前記したＧａの分
子にイオン化された窒素ガスの原子が塊のようになって
形成され、それが加熱された基板の上で反応して反応生
成物が形成される。

このようにすれば、分子線エピタキシャル成長法で形成
されたＡｇＧａＡｓの結晶層の極表面が、基板を成長室
より取り出して素子形成のプロセスを開始する迄に変質
するおそれが無くなり、高信頼度の半導体素子が得られ
る。

また本実施例ではＮＪＧ　ａ　Ａ　ｓの結晶層上に、絶
縁膜としてのＧａＮを形成する場合に例を用いて述べた
が、このようなＮＪＧ　ａ　Ａ　ｓのような化合物半導
体をヘテロ構造に形成後、例えば別個に設けた他の分子
線源よりＳｉの分子線を照射し、この分子線とイオン化
せる窒素ガスとを用いて窒化シリコンの絶縁膜を形成す
る場合に用いても良い。

また本実施例では、導入されたガスをイオン化するのに
イオン化電極を用いたが、この成長室内に別個にイオン
ガンを設け、このイオンガン内に窒素ガスを導入し、こ
の窒素ガスをイオンガン内でイオン化し、このイオン化
せる窒素ガスをイオンガンに設けた細孔より結晶室内に
照射して分子線源より照射されたＧａの分子線と反応さ
せるようにしても良い。

またこの結晶成長室内にイオン化せるアルゴン（Ａｒ）
ガスを溝入し、このＡｒガスとＳｔの分子線とを反応さ
せてアモルファスＳ４を、前記−形成した化合物半導体
結晶層の上に形成することもでき、半導体素子、半導体
レーザ素子に本発明の方法を通用すれば、種々の構造の
半導体装置を容易に形成でき、素子設計の自由度が大き
く拡がる。

（発明の効果〕 以上述べたように、本発明の方法によれば、分子線エピ
タキシャル層で形成した結晶層の表面を変質しない状態
で保護できると共に、種々な構造の半導体素子を形成す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオン化分子線エピタキシャル方法の
説明図、 第２図は本発明の詳細な説明するための模式図、第３図
は本発明に於けるイオン電極の詳細図、第４図は従来の
方法の説明図である。 図に於いて、 ２は結晶成長室、３は基板、４は基板設置台、７Ｆ４Ｂ
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４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　分子線エピタキシャル成長装置の結晶成長室（２）内
   に基板（３）を設置し、該結晶成長室（２）内に分子線
   源（５、６）より分子線を照射するとともに、該分子線
   にイオン化せる反応ガスを照射し、前記基板上に分子線
   源より照射された分子線とイオン化せる反応ガスとの反
   応生成物を成長させるようにしたことを特徴とするイオ
   ン化分子線エピタキシャル成長方法。