JP2520617B2 - 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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- JP2520617B2 JP2520617B2 JP62001044A JP104487A JP2520617B2 JP 2520617 B2 JP2520617 B2 JP 2520617B2 JP 62001044 A JP62001044 A JP 62001044A JP 104487 A JP104487 A JP 104487A JP 2520617 B2 JP2520617 B2 JP 2520617B2
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- substrate
- compound semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、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前処理室内に化合物
半導体結晶基板をセットし、前記基板前処理室内を高真
空に排気し、前記基板前処理室内に所定量の酸素を供給
して大気圧に比較して充分に低い一定の酸素分圧を維持
させながら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が脱離する温度を越えない温度で加
熱して酸化膜を形成し、高真空を維持した状態で前記化
合物半導体結晶基板を成長室に移送して前記脱離し易い
物質の分子線を照射しつつ加熱して前記酸化膜を除去
し、前記化合物半導体結晶基板を必要とされる温度に維
持して目的とする半導体結晶層を分子線エピタキシャル
成長させる方法、及び、そのような方法を実施する装置
を提供し、化合物半導体基板表面から炭素系の汚染物質
を充分に除去することを可能とし、従って、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がで
きるものである。
な半導体結晶成長装置に於ける基板前処理室内に化合物
半導体結晶基板をセットし、前記基板前処理室内を高真
空に排気し、前記基板前処理室内に所定量の酸素を供給
して大気圧に比較して充分に低い一定の酸素分圧を維持
させながら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が脱離する温度を越えない温度で加
熱して酸化膜を形成し、高真空を維持した状態で前記化
合物半導体結晶基板を成長室に移送して前記脱離し易い
物質の分子線を照射しつつ加熱して前記酸化膜を除去
し、前記化合物半導体結晶基板を必要とされる温度に維
持して目的とする半導体結晶層を分子線エピタキシャル
成長させる方法、及び、そのような方法を実施する装置
を提供し、化合物半導体基板表面から炭素系の汚染物質
を充分に除去することを可能とし、従って、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がで
きるものである。
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。
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。
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。
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。
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 epi
taxy:MBE）法を適用することが多い。
は、分子線エピタキシャル成長（molecular beam epi
taxy:MBE）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れていて、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。
として基板準備室が設けられていて、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。
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。
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。
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。
本発明者は、前記諸問題を解消する為、サーマル・エ
ッチング基板前処理法（要すれば、「J.Saito et al
l.,Jpn.J.Appl.Phys.,vol.25,No.8,Aug.1986,pp1216−1
220」を参照）を提供した。
ッチング基板前処理法（要すれば、「J.Saito et al
l.,Jpn.J.Appl.Phys.,vol.25,No.8,Aug.1986,pp1216−1
220」を参照）を提供した。
この技術に依れば、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低減させ、且つ、バッファ層を薄
膜化することが可能である。然しながら、これを実施す
る際、例えば、GaAs基板の場合、Asが脱離して面荒れを
生じないように注意深く制御する必要があった。
結晶層との界面準位を低減させ、且つ、バッファ層を薄
膜化することが可能である。然しながら、これを実施す
る際、例えば、GaAs基板の場合、Asが脱離して面荒れを
生じないように注意深く制御する必要があった。
本発明は、基板表面に付着している炭化水素や二酸化
炭素などの炭素系の物質を熱処理にて除去し、そして、
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成長
可能とし、しかも、困難な面荒れ防止の制御を不要にし
て特性良好な半導体装置を容易に製造することができる
ようにする。
炭素などの炭素系の物質を熱処理にて除去し、そして、
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成長
可能とし、しかも、困難な面荒れ防止の制御を不要にし
て特性良好な半導体装置を容易に製造することができる
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。
して説明する。
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前処理室３
内にGaAsの半導体結晶基板をセットし、基板前処理室３
内を高真空（約10-7〔Torr〕〜10-9〔Torr〕程度）に排
気し、基板前処理室３内に所定量の酸素を供給して大気
圧に比較して充分に低い一定の酸素分圧（例えば10
-4〔Torr〕）を維持させながら前記半導体結晶基板を構
成する材料の中でAsなど脱離し易い物質が脱離する温度
を越えない温度（例えば温度約400〔℃〕）で加熱して
酸化膜を形成し、高真空を維持した状態で前記化合物半
導体結晶基板を成長室５に移送して前記脱離し易い物質
の分子線を照射しつつ加熱（例えば温度約600〔℃〕程
度）して前記酸化膜を除去し、前記化合物半導体結晶基
板を必要とされる温度に維持して目的とする半導体結晶
層を分子線エピタキシャル成長させている。
施が可能な半導体結晶成長装置に於ける基板前処理室３
内にGaAsの半導体結晶基板をセットし、基板前処理室３
内を高真空（約10-7〔Torr〕〜10-9〔Torr〕程度）に排
気し、基板前処理室３内に所定量の酸素を供給して大気
圧に比較して充分に低い一定の酸素分圧（例えば10
-4〔Torr〕）を維持させながら前記半導体結晶基板を構
成する材料の中でAsなど脱離し易い物質が脱離する温度
を越えない温度（例えば温度約400〔℃〕）で加熱して
酸化膜を形成し、高真空を維持した状態で前記化合物半
導体結晶基板を成長室５に移送して前記脱離し易い物質
の分子線を照射しつつ加熱（例えば温度約600〔℃〕程
度）して前記酸化膜を除去し、前記化合物半導体結晶基
板を必要とされる温度に維持して目的とする半導体結晶
層を分子線エピタキシャル成長させている。
前記手段を採ると、化合物半導体結晶基板上に付着し
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バッファ層を薄くしても、
その上に形成される各化合物半導体結晶層は欠陥が少な
い良質のものとなる。
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バッファ層を薄くしても、
その上に形成される各化合物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。
長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、1Aは基板出入口、1Bは
排気管、２はゲート・バルブ、３は基板前処理室、3Aは
排気管、４はゲート・バルブ、５は結晶成長室、5Aは排
気管、６は酸素供給源、７はバルブ、８は酸素ボンベ、
９はターボ分子ポンプ、10は基板ホルダ、11は基板加熱
ヒータ、12はSi分子線源、13はGa分子線源、14はAs分子
線源、15は基板ホルダ、16は基板加熱ヒータをそれぞれ
示している。
排気管、２はゲート・バルブ、３は基板前処理室、3Aは
排気管、４はゲート・バルブ、５は結晶成長室、5Aは排
気管、６は酸素供給源、７はバルブ、８は酸素ボンベ、
９はターボ分子ポンプ、10は基板ホルダ、11は基板加熱
ヒータ、12はSi分子線源、13はGa分子線源、14はAs分子
線源、15は基板ホルダ、16は基板加熱ヒータをそれぞれ
示している。
ここで、GaAs基板上にｎ型GaAs層を成長させる場合に
ついて説明する。
ついて説明する。
GaAs基板は、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
基板出入口1Aを介して基板交換室１に導入し、高真空の
排気を行う。
デン（Mo）・ブロックにIn半田を用いて貼着し、それを
基板出入口1Aを介して基板交換室１に導入し、高真空の
排気を行う。
基板交換室１内が10-7〔Torr〕〜10-9〔Torr〕程度に
排気されてからゲート・バルブ２を開いてGaAs基板を基
板前処理室３に移送し、それを基板ホルダ10に装着して
からゲート・バルブ２を閉成する。尚、基板ホルダ10内
に在る基板加熱ヒータ11はGaAs基板を最高800〔℃〕ま
で加熱することができる能力を有している。
排気されてからゲート・バルブ２を開いてGaAs基板を基
板前処理室３に移送し、それを基板ホルダ10に装着して
からゲート・バルブ２を閉成する。尚、基板ホルダ10内
に在る基板加熱ヒータ11はGaAs基板を最高800〔℃〕ま
で加熱することができる能力を有している。
基板前処理室３内はターボ分子ポンプ９の作用で予め
10-7〔Torr〕〜10-9〔Torr〕程度の真空に排気され、ま
た、酸素供給源６から酸素を送入し得る状態になってい
る。
10-7〔Torr〕〜10-9〔Torr〕程度の真空に排気され、ま
た、酸素供給源６から酸素を送入し得る状態になってい
る。
酸素の送入及び排気を行いながら、その酸素分圧を10
-4〔Torr〕に保持しつGaAs基板を約400〔℃〕程度に加
熱し、その状態を約30〔分〕間維持することでGaAs基板
の表面に酸化膜を形成する。
-4〔Torr〕に保持しつGaAs基板を約400〔℃〕程度に加
熱し、その状態を約30〔分〕間維持することでGaAs基板
の表面に酸化膜を形成する。
基板加熱ヒータ11の電源を切断し、自然降温を行って
約200〔℃〕程度の温度になった際にゲート・バルブ４
を開放してGaAs基板を高真空に排気された成長室５に移
送し、それを基板加熱ヒータ16を有する基板ホルダ15に
装着し、ゲート・バルブ４を閉成する。
約200〔℃〕程度の温度になった際にゲート・バルブ４
を開放してGaAs基板を高真空に排気された成長室５に移
送し、それを基板加熱ヒータ16を有する基板ホルダ15に
装着し、ゲート・バルブ４を閉成する。
成長室５内に於いては、As分子線源14からのAs分子線
を照射しながらGaAs基板を再び加熱して温度を約600
〔℃〕程度以上とし、その状態を約10〔分〕間維持する
ことに依り、表面の酸化膜を除去してしまう。これに依
り、GaAs基板表面の炭素系の汚染物も同時に除去されて
しまう。
を照射しながらGaAs基板を再び加熱して温度を約600
〔℃〕程度以上とし、その状態を約10〔分〕間維持する
ことに依り、表面の酸化膜を除去してしまう。これに依
り、GaAs基板表面の炭素系の汚染物も同時に除去されて
しまう。
GaAs基板の温度をGaAs層を成長させるのに必要とされ
る程度、即ち、550〔℃〕に維持し、エピタキシャル成
長を行う。この際、Si分子線源12からのSiをGaAs基板と
同じ濃度である１×1017〔cm-3〕程度にドーピングす
る。尚、この場合の成長速度は１〔μm/時〕、成長層厚
は0.5〔μｍ〕である。
る程度、即ち、550〔℃〕に維持し、エピタキシャル成
長を行う。この際、Si分子線源12からのSiをGaAs基板と
同じ濃度である１×1017〔cm-3〕程度にドーピングす
る。尚、この場合の成長速度は１〔μm/時〕、成長層厚
は0.5〔μｍ〕である。
第２図はGaAs基板及びエピタキシャル成長GaAs層の界
面近傍に於けるキャリヤ濃度プロファイルを表す線図で
ある。
面近傍に於けるキャリヤ濃度プロファイルを表す線図で
ある。
図に於いて、横軸にはGaAs層の表面からの深さを、ま
た、縦軸にはキャリヤ濃度をそれぞれ採ってあり、実線
は本発明一実施例に関する特性線であり、また、破線は
従来例に関する特性線であり、これ等のデータはＣ−Ｖ
測定法に依って得られたもので、試料は、本発明に依る
前処理を施したものと、成長室５内で600〔℃〕の温度
でサーマル・クリーニングを行ったものを用いた。
た、縦軸にはキャリヤ濃度をそれぞれ採ってあり、実線
は本発明一実施例に関する特性線であり、また、破線は
従来例に関する特性線であり、これ等のデータはＣ−Ｖ
測定法に依って得られたもので、試料は、本発明に依る
前処理を施したものと、成長室５内で600〔℃〕の温度
でサーマル・クリーニングを行ったものを用いた。
図から判るように、本発明実施例に依るものでは、キ
ャリヤ濃度が深さ方向に略均一であり、キャリヤの空乏
化領域は存在していないが、従来技術に依るものでは、
明らかな空乏化領域が存在していて、これは炭素系物質
の汚染に依るものと判断される。
ャリヤ濃度が深さ方向に略均一であり、キャリヤの空乏
化領域は存在していないが、従来技術に依るものでは、
明らかな空乏化領域が存在していて、これは炭素系物質
の汚染に依るものと判断される。
このようなことから、本発明に依る場合、基板表面に
於ける汚染物質の除去が良好に行われ、そして、結晶欠
陥の導入もなかったことが判る。
於ける汚染物質の除去が良好に行われ、そして、結晶欠
陥の導入もなかったことが判る。
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、基板前処
理室を高真空に排気してから大気圧よりも遥に低く且つ
一定である酸素分圧を維持しつつ化合物半導体結晶基板
の表面に熱酸化膜を形成し、その後、高真空を維持した
状態で化合物半導体結晶基板を成長室に移送して、その
熱酸化膜の除去と共に炭素系などの汚染物質も同時に除
去するようにしている。
体結晶層をエピタキシャル成長させるに際し、基板前処
理室を高真空に排気してから大気圧よりも遥に低く且つ
一定である酸素分圧を維持しつつ化合物半導体結晶基板
の表面に熱酸化膜を形成し、その後、高真空を維持した
状態で化合物半導体結晶基板を成長室に移送して、その
熱酸化膜の除去と共に炭素系などの汚染物質も同時に除
去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及び他の汚染物を
除去することができ、従って、薄いバッファ層を用いて
も良質の半導体結晶層を高いスルー・プットで成長させ
ることができる。
表面荒れを発生させることなく炭素系及び他の汚染物を
除去することができ、従って、薄いバッファ層を用いて
も良質の半導体結晶層を高いスルー・プットで成長させ
ることができる。
特に、汚染物の除去については、当初、基板前処理室
を超高真空である10-7〔Torr〕〜10-9〔Torr〕に真空引
きをしてから酸素を導入しているので、不純物ガスは充
分に排出され、純度が高い酸素雰囲気中での酸化膜形成
が可能であり、従って、この工程に於ける基板表面の汚
染は少なく、クリーニング効果は大きい。
を超高真空である10-7〔Torr〕〜10-9〔Torr〕に真空引
きをしてから酸素を導入しているので、不純物ガスは充
分に排出され、純度が高い酸素雰囲気中での酸化膜形成
が可能であり、従って、この工程に於ける基板表面の汚
染は少なく、クリーニング効果は大きい。
また、大気圧に比較して充分に低い10-4〔Torr〕の酸
素分圧雰囲気で約400〔℃〕程度の加熱を行って酸化し
ているので、基板表面に付着していた水分は、この工程
で完全に除去され、しかも、化合物半導体結晶基板は高
真空を維持した状態で結晶の成長室へ移送されるので不
純物持込みを著しく少なくすることができる。
素分圧雰囲気で約400〔℃〕程度の加熱を行って酸化し
ているので、基板表面に付着していた水分は、この工程
で完全に除去され、しかも、化合物半導体結晶基板は高
真空を維持した状態で結晶の成長室へ移送されるので不
純物持込みを著しく少なくすることができる。
第１図は本発明一実施例の要部説明図、第２図はGaAs基
板及びエピタキシャル成長GaAs層の界面近傍に於けるキ
ャリヤ濃度プロファイルを表す線図をそれぞれ表してい
る。 図に於いて、１は基板交換室、1Aは基板出入口、1Bは排
気管、２はゲート・バルブ、３は基板前処理室、3Aは排
気管、４はゲート・バルブ、５は結晶成長室、5Aは排気
管、６は酸素供給源、７はバルブ、８は酸素ボンベ、９
はターボ分子ポンプ、10は基板ホルダ、11は基板加熱ヒ
ータ、12はSi分子線源、13はGa分子線源、14はAs分子線
源、15は基板ホルダ、16は基板加熱ヒータをそれぞれ示
している。
板及びエピタキシャル成長GaAs層の界面近傍に於けるキ
ャリヤ濃度プロファイルを表す線図をそれぞれ表してい
る。 図に於いて、１は基板交換室、1Aは基板出入口、1Bは排
気管、２はゲート・バルブ、３は基板前処理室、3Aは排
気管、４はゲート・バルブ、５は結晶成長室、5Aは排気
管、６は酸素供給源、７はバルブ、８は酸素ボンベ、９
はターボ分子ポンプ、10は基板ホルダ、11は基板加熱ヒ
ータ、12はSi分子線源、13はGa分子線源、14はAs分子線
源、15は基板ホルダ、16は基板加熱ヒータをそれぞれ示
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前処理室内に化合物
半導体結晶基板をセットする工程と、 次いで、前記基板前処理室内を高真空に排気する工程
と、 次いで、前記基板前処理室内に所定量の酸素を供給して
大気圧に比較して充分に低い一定の酸素分圧を維持させ
ながら前記化合物半導体結晶基板を構成する材料の中で
脱離し易い物質が脱離する温度を越えない温度で加熱し
て酸化膜を形成する工程と、 次いで、高真空を維持した状態で前記化合物半導体結晶
基板を成長室に移送して前記脱離し易い物質の分子線を
照射しつつ加熱して前記酸化膜を除去する工程と、 次いで、前記化合物半導体結晶基板を必要とされる温度
に維持して目的とす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】所定量の酸素を供給して大気圧に比較して
充分に低い一定の酸素分圧を維持させることができる酸
素供給系と高真空排気系並びに化合物半導体結晶基板を
保持し且つ前記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を越えない温度
に加熱する為のホルダが配設されてなる基板前処理室
と、 前記基板前処理室に連なる高真空排気系及び前記化合物
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
分子線を照射することができる分子線源及び前記化合物
半導体結晶基板を保持し且つ加熱して前記酸化膜の除去
と必要な分子線の照射の下に半導体結晶層を分子線エピ
タキシャル成長させる為のホルダが配設されてなる成長
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 |
|---|---|---|---|
| JP62001044A JP2520617B2 (ja) | 1987-01-08 | 1987-01-08 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP62001044A JP2520617B2 (ja) | 1987-01-08 | 1987-01-08 | 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 |
|---|---|
| JPS63169718A JPS63169718A (ja) | 1988-07-13 |
| JP2520617B2 true JP2520617B2 (ja) | 1996-07-31 |
Family
ID=11490556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62001044A Expired - Lifetime JP2520617B2 (ja) | 1987-01-08 | 1987-01-08 | 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) | JP2520617B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4724984B2 (ja) * | 2001-08-27 | 2011-07-13 | ミツミ電機株式会社 | パワーコントロール回路および電子装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6047414A (ja) * | 1983-08-26 | 1985-03-14 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 薄膜成長方法及び薄膜成長装置 |
| JPS60107821A (ja) * | 1983-11-16 | 1985-06-13 | Hitachi Ltd | 分子線結晶成長装置 |
| JPS6243119A (ja) * | 1985-08-21 | 1987-02-25 | Hitachi Ltd | 化合物半導体素子の製造方法 |
-
1987
- 1987-01-08 JP JP62001044A patent/JP2520617B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63169718A (ja) | 1988-07-13 |
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