JP3121945B2 - 半導体結晶の成長方法 - Google Patents
半導体結晶の成長方法Info
- Publication number
- JP3121945B2 JP3121945B2 JP05008360A JP836093A JP3121945B2 JP 3121945 B2 JP3121945 B2 JP 3121945B2 JP 05008360 A JP05008360 A JP 05008360A JP 836093 A JP836093 A JP 836093A JP 3121945 B2 JP3121945 B2 JP 3121945B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor layer
- semiconductor
- hydrogen
- segregation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
に関し、特にシャープな界面を形成するのに適した半導
体結晶の成長方法に関する。
に伴い、ヘテロ接合に対する要求も高度化している。ヘ
テロ接合を形成する複数の半導体層を任意に選択でき、
かつその界面における組成分布が急峻であることが要求
される。また、不純物ドーピングを任意の場所に任意の
プロファイルで行なえることが要求されている。
として、化合物半導体を用いた相補型電界効果型トラン
ジスタの集積回路が注目されている。pチャネル電界効
果型トランジスタのチャネル材料としてはGe層、nチ
ャネル電界効果型トランジスタのチャネル材料としては
III−V族化合物半導体層を用いることが有望であ
る。
イルで形成し、かつ純度の高い半導体材料で形成するこ
とが望まれている。
液相法と気相法がある。気相法は、化学気相堆積(CV
D)、物理気相堆積(PVD)等を含む。現在、化合物
半導体の気相結晶成長には、有機金属気相成長(MOC
VD)、分子線エピタキシ(MBE)がよく用いられ
る。
り、超格子を利用する半導体素子や、ヘテロ接合を有す
る光半導体装置の製造等に広く利用されている。MBE
を用いる半導体結晶成長においては、分子線を発生させ
る分子線源を成長させようとする物質に応じて用意し、
分子線源を選択使用して、所望の物質層を成長させる。
に、少なくとも組成の一部が異なる第2の半導体層を成
長する場合、第1および第2の半導体層の組み合わせ、
およびその成長方法によっては、第1の半導体層の材
料、少なくともその一部が第2の半導体層中に偏析する
ことが防止しにくかった。つまり、界面で両者が混ざり
合い、シャープな界面を形成することが難しかった。
体の場合、この現象の影響は顕著である。GeはIV族
半導体であり、III−V族化合物半導体中ではドーパ
ントとなる。Ge等のIV族半導体中では、III、V
族原子は、やはりドーパントとなる。
化合物半導体のヘテロ接合を形成する場合、シャープな
ヘテロ接合を形成できないと、ドーピングプロファイル
は制御しがたいものとなってしまう。
く、半導体にドーピングを行なう際にも、所望のドーピ
ングプロファイルが得られないと、所定の特性が得られ
ないことになる。ところが、半導体材料とドーパントと
の組み合わせによっては、ドーパントが偏析し、所望の
ドーピングプロファイルが得られなかった。
の概念について説明する。図2(A)は、拡散の概念を
示す。第1の半導体層6と第2の半導体層7を、界面8
を境にして連続的に成長する。成長後、第1の半導体層
6の構成物質と、第2の半導体層7の構成物質がその位
置を入れ替える。この現象は、拡散と呼ばれ、所定の活
性化エネルギでランダムに生じる。したがって、界面形
成後に、所定時間、所定温度で経過した後には、ヘテロ
界面はある程度の乱れを有するものとなる。
は、第1の組成の第1の半導体層6上に、第2の組成の
第2の半導体層7を成長しようとした場合、下に配置さ
れる第1の半導体層6の構成物質が表面側に移動する現
象を言う。
構成物質の置換という点では拡散と同様であるが、偏析
は、成長原子層とその直下の層との間に優先的に生じる
点が異なっている。
の半導体層7を単原子層成長した時点においては、第2
の半導体層7は、下側にのみ隣接原子を有し、上側には
隣接原子を有さない。したがって、偏析は移動しやすい
第2の半導体層の構成原子を取り込むことによって行な
われる。
散の活性化エネルギよりも一般的に低く、偏析は拡散よ
りも生じやすい。本発明の目的は、偏析を有効に低減す
ることのできる半導体結晶の成長方法を提供することで
ある。
長方法は、第1の半導体層上に少なくとも組成が一部異
なる第2の半導体層を成長する半導体結晶の成長方法で
あって、前記第1の半導体層表面に該第1の半導体層を
構成する元素よりも偏析しやすい水素原子を供給し、前
記第1の半導体層の表面をほぼ均一な水素原子層で覆う
工程と、前記水素原子の供給を維持しつつ、第2の半導
体層の原料を供給し、前記水素原子の偏析によって前記
第1の半導体層表面に前記第2の半導体層をほぼ2原子
層になるまで成長させる工程と、前記水素原子の供給を
止めて、引き続き前記第2の半導体層の成長を行う工程
とを有することを特徴とする。
第2の半導体層の原料を供給すると、第2の半導体層の
原料は水素原子層の下に入り込んで、第1の半導体層上
に第2の半導体層を成長させる。
れるため、最上原子層とはならない。したがって、第1
の半導体層と第2の半導体層の間での偏析が防止でき
る。さらに、第2の半導体層の原料を供給することによ
り、第2の半導体層がほぼ2原子層となれば、水素原子
層を取り去っても偏析が防止できる。
ある事実に基づいてなされたものである。図1は、本発
明の基本的実施例による半導体結晶の成長方法を説明す
るための概略図である。
体層1の成長を行なう。次に、図1(B)に示すよう
に、第1の半導体層1の表面にほぼ均一な分布を有する
水素原子層3を形成する。
着し、既に水素が吸着した表面にはあまり吸着しないの
で、単原子層の水素層が形成される。なお、ここで単原
子層の水素原子層が形成される場合を説明するが、必ず
しも水素原子層は完全に単原子層形成される必要はな
い。第1の半導体層1の全表面をほぼ均一に覆う水素原
子層が形成されれば、第1の半導体層上の水素原子層の
機能は発揮される。たとえば、下地表面となる第1の半
導体層の表面の約50%がほぼ均一な水素原子層によっ
て覆われれば、ほぼ均一な水素原子層が形成されたとい
える。
原子層3を形成した第1の半導体層1の上から、第2の
半導体層の構成分子を供給する。第2の半導体層の構成
分子が、水素原子層3上に堆積しても、水素原子は極め
て偏析しやすいため、水素原子が表面に移動し、堆積し
た第2の半導体層の構成分子は、第1の半導体層1の上
に移動する。
フィルタのように振る舞い、上方から供給する第2の半
導体層の構成原子は、第1の半導体層の表面上に堆積さ
れる。
いる間は連続的に継続し、表面側から供給される第2の
半導体層2の構成原子は、水素原子層3を通って図1
(D)に示すように、第2の半導体層2を成長させる。
と、界面における第1の半導体層1の構成原子と、第2
の半導体層2の構成原子とは、互いに2原子層以上の背
景を有して対面する。したがって、界面で互いに接する
原子の相互置換が生じても、その現象は偏析ではなく、
拡散となる。
場合を説明したが、必ずしも完全な2原子層が形成され
る必要はない。1層目の第2の半導体層の全表面をほぼ
均一に覆う第2の半導体層が形成されれば、表面は安定
化される。
の約50%がほぼ均一な第2の半導体層によって覆われ
れば、水素原子層を取り去っても偏析が有効に防止でき
る。この場合、約1.5原子層であるが、機能的にほぼ
2原子層と考えることができる。
原子層3を消滅させても界面での偏析は生じない。表面
で偏析が生じても、同一物質であるので組成プロファイ
ルのだれは生じない。
ネルギより高いので、原子移動は制限される。このよう
にして、偏析が有効に防止され、シャープに界面が実現
される。
置の構成を示す。図中11は、超高真空チャンバであ
り、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプ22により、真空
排気される。半導体基板12は、基板ホルダ13上に載
置され、基板加熱ヒータ14により加熱される。
ース用クヌードセン(K)セル16が配置されている。
また、各Kセル16前面には、シャッタ15が配置さ
れ、Kセルから発射される原料分子を遮断する。
20を介して水素を充填したガスボンベ19に接続され
ている。ラジカルビームセル21には13.56MHz
の高周波電源等が接続され、水素ガスをプラズマ化して
水素ラジカルを発生させる。発生した水素ラジカルは、
水素ラジカルビームとなって基板12上に照射される。
の開閉で行なうことができる。各半導体層の成長に必要
な材料の組み合わせは、シャッタ15の開閉によって行
なわれ、基板12の上に所望組成の物質の堆積が行なわ
れる。なお、図中、液体窒素シュラウド17は、超高真
空チャンバ11の内面を覆い、付着物の再蒸発等を防止
する。
もよい。ただし、水素分子の場合は、表面に水素分子の
形で付着した後、水素原子の形に変換されてから表面を
終端化する。したがって、水素分子より水素ラジカルを
供給する方が終端化の効率が高い。
体材料の層の上に、第2の半導体材料の層を連続的に成
長する場合の原料供給タイミングを示す。第1の半導体
の材料の供給が終了し、ある時間をおいた後、第2の半
導体の材料の供給が開始する。ここで、第1の半導体の
材料の供給が終了する前に、水素の供給が始まり、第2
の半導体の材料の供給が開始した後に、水素の供給が終
了する。
水素が供給される時間をτ1とし、原料の供給がなされ
ず、水素のみが供給される時間をτ2とし、第2の半導
体の材料の供給と水素の供給が行なわれる時間をτ3と
する。
族元素やVI族元素のように蒸気圧の高い材料である場
合、表面を水素原子層で覆ってV族またはVI族元素の
再蒸発を防止するためのものである。第1の半導体材料
の層の最上層が蒸気圧の低い材料である場合は省略する
こともできる。
に、第1の半導体層の表面を水素で覆うための時間であ
る。τ1を設けた場合は、τ1とτ2の両時間で第1の
半導体層の表面が水素で覆われればよい。
で完全に覆われることが好ましいが、ほぼ均一に覆われ
れば、水素被覆の効果は生じる。たとえば、全表面の1
/2に相当する水素原子層が形成されればよい。
好ましくは2原子層成長するまでその表面を水素原子層
で覆うためのものである。第2の半導体の材料が最上層
となり、その下の層が第1の半導体の材料となる状態を
防止するためである。
る。第1の半導体をGeとし、第2の半導体をGaAs
とする。Ge、Ga、AsをそれぞれKセルに充填し、
各Kセルの温度を1200℃、1000℃、200℃と
する。この時、Geの成長速度は、たとえば0.5μm
/h、GaAsの成長速度は0.8μm/hである。
ンプで成長室を排気する。Ge基板を600℃に加熱
し、自然酸化膜を除去する。その後、基板温度を200
℃に降下させ、まずGe層を厚さ3000Å成長し、そ
の上にGaAs層を2000Å成長する。
料の各原子濃度の深さ方向プロファイルは、図5(A)
のようになる。Ge原子はGaAs層中に偏析するた
め、Geの供給を断っているのにもかかわらず、その上
に成長したGaAs層の内部に深くGeが存在してい
る。
し、600℃に加熱して自然酸化膜を除去した後、基板
温度を200℃に降下し、Ge層を約3000Å成長す
る。ここで、Ge用のKセルのシャッタを閉じ、10秒
後に水素ラジカルビームを照射する。
MHz、400Wの高周波電源により水素プラズマを生
成させ、ラジカルビームセル内で水素ラジカルを発生さ
せ、Ge基板上に照射する。
射した後、水素ラジカルビームを照射しながら、As用
Kセルのシャッタを開き、10秒後、Ga用Kセルのシ
ャッタを開く。25秒(τ3)間この状態で成長を行な
った後、水素ラジカルビームを停止する。
に、GaAsが供給されるため、GaAsは水素原子層
の下に潜り込んでGe層上にエピタキシャル成長する。
この際、Ge原子は水素原子よりも偏析する力が弱いた
め、Geの偏析はほんど生じない。水素原子は偏析する
力が強いため、GaAsの結晶成長が始まっても、常に
偏析によって表面に移動する。
(B)に示すような各原子濃度の深さ方向プロファイル
が得られる。GaAsの結晶成長をAsから始めたが、
Gaから始めることもできる。この場合は、10秒間水
素ラジカルビームを照射した後、水素ラジカルビームを
照射しながらGa用Kセルのシャッタを開き、Ga1原
子層を成長した後、すなわち1.3秒後Asのシャッタ
を開けばよい。
実施例を説明する。GaAsは、III族原子であるG
aの蒸気圧は比較的低いが、V族元素であるAsの蒸気
圧は高い。
場合は、Asの再蒸発によって原子層が乱れることを防
止することが望ましい。このために、τ1を利用するこ
とができる。
高真空に排気した後、Asを照射しながら600℃に加
熱し、自然酸化膜を除去する。基板温度を600℃に保
ってGaAs層を約3000Å成長する。成長終了時に
は、まずGa用Kセルのシャッタを閉じ、同時に水素ラ
ジカルビームの照射を開始する。10秒(τ1)後にA
s用Kセルのシャッタを閉じる。
ームを照射した後、水素ラジカルビームを照射を続けな
がら、Ge用Kセルのシャッタを開く。25秒(τ3)
間この状態で成長を行なった後、水素ラジカルビームを
止める。たとえば厚さ約2000ÅのGe層を成長す
る。
が、Ga面で終了させることもできる。この場合は、水
素ラジカルビームを照射して10秒後As用Kセルのシ
ャッタを閉じ、Ga1原子層を成長した後、すなわち
1.3秒後Ga用Kセルのシャッタを閉じる。
その表面は水素原子層によって覆われるため、次にGe
層を成長する際に、GaAsが偏析することが防止され
る。Geは水素原子層の下に潜り混んで、GaAs層上
に成長する。このため、図5(C)に示すような原子濃
度の深さ方向プロファイルが得られる。
する場合を説明したが、第1の半導体および第2の半導
体として他の半導体を成長することもできる。また、母
体が同一でも不純物または不純物濃度が異なる層を成長
することもできる。
を成長させたい場合、偏析が生じて低不純物濃度である
べき領域が高不純物濃度となってしまうと、所望の半導
体装置の性能が得られなくなる。
を埋め込む場合を説明する。ノンドープGaAs層を、
まず3000Å成長し、その上に1×1018cm-3のS
nをドープしたGaAs層を100Å成長し、その表面
上にさらにノンドープGaAs層を約2000Å成長す
る。
長した場合、図6(A)に示すようにGaAs層中のS
n濃度は表面側に尾を引いたプロファイルとなる。本実
施例においては、GaAs基板を成長室に導入し、As
を照射しながら600℃に加熱して自然酸化膜を除去す
る。その後、基板温度を550℃に設定し、ノンドープ
GaAs層を約3000Å成長する。
射する10秒(τ1)前から水素ラジカルビームを照射
する。水素ラジカルビームを照射しつつ(τ2)、Sn
を照射してSnドープ領域を100Å形成し、Sn照射
を停止する。
し、GaAs層の成長は続ける。Sn照射停止後、25
秒(τ3)後に水素ラジカルビームを停止する。本実施
例においては、SnドープGaAs層を成長している間
は、成長層の最表面は水素原子層で覆われる。このた
め、Snが偏析することが防止され、シャープな不純物
分布が得られる。
素原子層で覆うことにより、偏析を防止して原子濃度プ
ロファイルが急激に変化する界面を形成することができ
る。界面はヘテロ接合の場合と不純物ドープ領域の界面
の場合を含む。
は、種々の半導体装置に用いることができる。たとえ
ば、高電子移動度トランジスタ、特に相補型高電子移動
度トランジスタ、ヘテロバイポーラトランジスタ等に利
用することができる。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
偏析を防止した結晶成長を行なうことができるため、原
子濃度分布が急峻に変化する積層構造を得ることができ
る。このため、良好な特性を有するヘテロ接合やドーピ
ング領域を形成することができる。
る。
の概略断面図である。
示すタイミングチャートである。
ある。
すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 第1の半導体層上に少なくとも組成が一
部異なる第2の半導体層を成長する半導体結晶の成長方
法であって、 前記第1の半導体層表面に該第1の半導体層を構成する
元素よりも偏析しやすい水素原子を供給し、前記第1の
半導体層の表面をほぼ均一な水素原子層で覆う工程と、 前記水素原子の供給を維持しつつ、第2の半導体層の原
料を供給し、前記水素原子の偏析によって前記第1の半
導体層表面に前記第2の半導体層をほぼ2原子層になる
まで成長させる工程と、 前記水素原子の供給を止めて、引き続き前記第2の半導
体層の成長を行う工程とを有することを特徴とする半導
体結晶の成長方法。 - 【請求項2】 前記第1の半導体層の成長が終了する前
から前記水素原子の供給を開始することを特徴とする請
求項1に記載の半導体結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05008360A JP3121945B2 (ja) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | 半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05008360A JP3121945B2 (ja) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | 半導体結晶の成長方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06224123A JPH06224123A (ja) | 1994-08-12 |
JP3121945B2 true JP3121945B2 (ja) | 2001-01-09 |
Family
ID=11691068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05008360A Expired - Fee Related JP3121945B2 (ja) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | 半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3121945B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3077876B2 (ja) * | 1994-07-27 | 2000-08-21 | 日本電気株式会社 | Iii−v族化合物半導体の表面処理方法 |
-
1993
- 1993-01-21 JP JP05008360A patent/JP3121945B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06224123A (ja) | 1994-08-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5659188A (en) | Capped anneal | |
US6756320B2 (en) | Method of forming article comprising an oxide layer on a GaAs-based semiconductor structure | |
JPH0666274B2 (ja) | ▲iii▼−v族化合物半導体の形成方法 | |
JPH11162850A (ja) | 炭化珪素基板およびその製造方法、並びに炭化珪素基板を用いた半導体素子 | |
JP2003257868A (ja) | 混晶膜の成長方法、装置、及び半導体装置 | |
CN112687525B (zh) | 一种提高超薄氮化镓场效应管晶体质量的外延方法 | |
JP3121945B2 (ja) | 半導体結晶の成長方法 | |
JP2003332234A (ja) | 窒化層を有するサファイア基板およびその製造方法 | |
US7442654B2 (en) | Method of forming an oxide layer on a compound semiconductor structure | |
JP2004307253A (ja) | 半導体基板の製造方法 | |
JP2004533725A (ja) | 半導体層成長方法 | |
JP5537890B2 (ja) | 酸化亜鉛系半導体発光素子の製造方法 | |
JPH08335695A (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
JP2006515713A (ja) | p型窒化物半導体材料のMBE成長 | |
JPH1074700A (ja) | 半導体結晶成長方法 | |
JP2000091558A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2705374B2 (ja) | Iii−v化合物半導体上のiv族元素半導体形成方法 | |
JP2705524B2 (ja) | 半導体結晶の作成方法 | |
JPS62216222A (ja) | イオンド−ピング機構付気相成長装置 | |
JPH0442898A (ja) | 化合物半導体の結晶成長方法 | |
CN114496749A (zh) | 同质外延生长的氮化镓的方法及氮化镓材料 | |
CN115036362A (zh) | 基于衬底处理的单晶金刚石上AlGaN/GaN异质结及制备方法 | |
JPH05206028A (ja) | 半導体結晶の成長方法 | |
JPH0243720A (ja) | 分子線エピタキシャル成長方法 | |
Delage | Silicon molecular beam epitaxy: Capabilities and trends |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001010 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071020 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081020 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081020 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091020 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091020 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |