JPH0277114A - Epitaxial growth method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、エピタキシャル成長方法に関し、特に、半導
体層の気相エピタキシャル成長に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an epitaxial growth method, and particularly to vapor phase epitaxial growth of a semiconductor layer.
本発明は、半導体基板上に半導体層を気相でエピタキシ
ャル成長させるようにしたエピタキシャル成長方法にお
いて、エピタキシャル成長中に上記半導体基板の表面お
よび／またはその近傍に電子線を照射することによって
、点欠陥密度の低い高品質の半導体層をエピタキシャル
成長させることができるようにしたものである。The present invention provides an epitaxial growth method in which a semiconductor layer is epitaxially grown in a vapor phase on a semiconductor substrate. This makes it possible to epitaxially grow a high quality semiconductor layer.
従来、化合物半導体のエピタキシャル成長は、主として
分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属化学気相成
長（ＭＯＣＶＤ）法により行われている。これらのＭＢ
Ｅ法やＭＯＣＶＤ法は、ある程度熱的に非平衡な状態で
の結晶成長法と考えられている。Conventionally, epitaxial growth of compound semiconductors has been mainly performed by molecular beam epitaxy (MBE) or metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). These M.B.
The E method and the MOCVD method are considered to be crystal growth methods in a thermally non-equilibrium state to some extent.
なお、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板上へのセレン化亜
鉛（ＺｎＳｅ）のエピタキシャル成長に関しては、例え
ば特開昭６２−８８３２９号公報に記載されている。Incidentally, the epitaxial growth of zinc selenide (ZnSe) on a gallium arsenide (GaAs) substrate is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 88329/1983.
本発明者の知見によれば、ＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体等
の結晶欠陥が発生しやすい半導体のエビタキシャル成長
を上述の従来のＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法を用いて行うと
、点欠陥密度の高いものしか得られない。すなわち、従
来のＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法では、点欠陥密度の低い高
品質の半導体層をエピタキシャル成長させることは困難
であった。According to the findings of the present inventors, when the above-mentioned conventional MBE method or MOCVD method is used to perform the epitaxial growth of semiconductors such as II-Vl group compound semiconductors, which are prone to crystal defects, those with a high point defect density I can only get it. That is, it is difficult to epitaxially grow a high quality semiconductor layer with a low point defect density using the conventional MBE method or MOCVD method.
従って本発明の目的は、点欠陥密度の低い高品質の半導
体層をエピタキシャル成長させることができるエピタキ
シャル成長方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide an epitaxial growth method that can epitaxially grow a high quality semiconductor layer with a low point defect density.
〔課題を解決するための手段］
本発明者は、従来の技術が有する上述のような課題を解
決すべく種々実験を行った結果、エピタキシャル成長中
に半導体基板の表面に電子線を照射すると、電子線を照
射しない場合に比べて点欠陥密度が低い半導体層をエピ
タキシャル成長させることができることを見出した。さ
らに、電子線を半導体基板の表面の近傍に照射するだけ
でも同様に点欠陥密度の低い半導体層をエピタキシャル
成長させることができることも見出した。[Means for Solving the Problems] The present inventor conducted various experiments to solve the above-mentioned problems of the conventional technology, and found that when the surface of a semiconductor substrate is irradiated with an electron beam during epitaxial growth, electrons We have discovered that it is possible to epitaxially grow a semiconductor layer with a lower point defect density than when no radiation is used. Furthermore, we have also discovered that a semiconductor layer with a low point defect density can be epitaxially grown by simply irradiating the vicinity of the surface of a semiconductor substrate with an electron beam.
本発明は、本発明者が見出した上記の事実に基づいて案
出されたものである。The present invention has been devised based on the above-mentioned facts discovered by the inventor.
すなわち、本発明は、半導体基板（２）上に半導体Ｎ（
５）を気相でエピタキシャル成長させるようにしたエピ
タキシャル成長方法において、エピタキシャル成長中に
半導体基板（２）の表面および／またはその近傍に電子
線（４）を照射するようにしている。That is, the present invention provides semiconductor N(
In the epitaxial growth method in which 5) is epitaxially grown in a vapor phase, the surface of the semiconductor substrate (2) and/or its vicinity is irradiated with an electron beam (4) during the epitaxial growth.
エピタキシャル成長中に半導体基板（２）の表面および
／またはその近傍に電子線（４）を照射することにより
、点欠陥密度の低い高品質の半導体層（５）をエピタキ
シャル成長させることができる。この理由は未だ完全に
解明されていないが、次のような説明が考えられる。す
なわち、エピタキシャル成長時に半導体基ｖｉ、（２）
の表面に照射される分子線やこの表面の近傍に存在する
原料ガス分子は、電子線（４）の照射により励起された
りイオン化されたり分解が促進されたりする。この結果
、エピタキシャル成長の際に半導体層（５）に発生する
点欠陥は少なくなり、これによって点欠陥密度の低い高
品質の半導体層（５）が得られるものと考えられる。By irradiating the surface of the semiconductor substrate (2) and/or its vicinity with an electron beam (4) during epitaxial growth, a high quality semiconductor layer (5) with a low point defect density can be epitaxially grown. Although the reason for this has not yet been completely elucidated, the following explanation may be considered. That is, during epitaxial growth, the semiconductor group vi, (2)
The molecular beam irradiated onto the surface of the electron beam (4) and the raw material gas molecules present in the vicinity of this surface are excited, ionized, or decomposed by the electron beam (4) irradiation. As a result, the number of point defects generated in the semiconductor layer (5) during epitaxial growth is reduced, and it is considered that a high quality semiconductor layer (5) with a low density of point defects is thereby obtained.
以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。この実施例は、Ｚｎ５ｅのエピタキシャル成長
に本発明を適用した実施例である。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. This example is an example in which the present invention is applied to epitaxial growth of Zn5e.
第１図に示すように、本実施例においては、超高真空に
保たれたＭＢＥ装置１内にｎ型またはｐ型で伝導性のＧ
ａＡｓ基板２を配置し、それぞれＺｎ、Ｓｅ及びドーパ
ントの蒸発源を構成するクヌードセンセル（にｎｕｄｓ
ｅｎ Ｃｅ１ｌ） Ｃ，、Ｃ，及びＣ３により発生さ
れるＺｎ、 Ｓｓ及びドーパントの分子線を上記ＧａＡ
ｓ基板２に照射してＺｎ５ｅのエピタキシャル成長を行
う。ＭＢＥ装置１のベース圧力は例えばｌＯ−” 〜１
０−” Ｔｏｒｒ、基板温度は例えば２５０°Ｃ程度で
ある。また、クヌードセンセルＣ１及びＣｔの標準的な
温度はそれぞれ例えば２５０°Ｃ１１３０℃である。As shown in FIG. 1, in this embodiment, an n-type or p-type conductive G
An aAs substrate 2 is arranged, and a Knudsen cell (nuds
en Ce1l) The molecular beams of Zn, Ss and dopant generated by C, C, and C3 are transferred to the GaA
The s-substrate 2 is irradiated to perform epitaxial growth of Zn5e. The base pressure of the MBE device 1 is, for example, lO-” ~1
0-'' Torr and the substrate temperature is, for example, about 250°C. Further, the standard temperatures of the Knudsen cells C1 and Ct are, for example, 250°C and 1130°C, respectively.
本実施例においては、上述のエピタキシャル成長中に、
ＭＢＥ装置１に取りつけられた電子銃３により発生され
る電子線４をＧａＡｓ基板２の表面全体にこの表面に対
して斜めの方向から照射する。In this example, during the above epitaxial growth,
An electron beam 4 generated by an electron gun 3 attached to an MBE apparatus 1 is irradiated onto the entire surface of the GaAs substrate 2 from a direction oblique to the surface.
この際、ＧａＡｓ基板２には例えば１ｏｏｖ程度の＋電
圧を印加し、電子線４がこのＧａＡｓ基板２に当たりや
すいようにしておく。なお、ＧａＡｓ基板２に印加する
この＋電圧は１００Ｖより高くても低くてもよい。さら
に、必ずしもＧａＡｓ基板２に＋電圧を印加する必要は
な（、ＧａＡｓ基板２を接地するだけでもよい。また、
電子線４の加速エネルギー及びビーム電流は、ＧａＡｓ
基板２に照射される分子線中の原子を十分に励起または
イオン化することができる値に選ばれる。具体的には、
これらの加速エネルギー及びビーム電流はそれぞれ例え
ば５〜１ＯｋｅＶ程度、１５０μＡ程度に選ばれる。At this time, a positive voltage of, for example, about 1 oov is applied to the GaAs substrate 2 so that the electron beam 4 easily hits the GaAs substrate 2. Note that this + voltage applied to the GaAs substrate 2 may be higher or lower than 100V. Furthermore, it is not always necessary to apply a + voltage to the GaAs substrate 2 (it is also possible to simply ground the GaAs substrate 2.
The acceleration energy and beam current of the electron beam 4 are
The value is selected so that atoms in the molecular beam irradiated onto the substrate 2 can be sufficiently excited or ionized. in particular,
These acceleration energy and beam current are selected to be, for example, about 5 to 1 OkeV and about 150 μA, respectively.
以上のようにして、ＧａＡｓ基板２上に所望の厚さのＺ
ｎ５ｅ工ピタキシヤル層５が成長される。このＺｎ５ｅ
工ピタキシヤル層５の導電型は使用するドーパントに応
じてｐ型またはｎ型となる。As described above, a desired thickness of Z is formed on the GaAs substrate 2.
An N5E pitaxial layer 5 is grown. This Zn5e
The conductivity type of the pitaxial layer 5 is p-type or n-type depending on the dopant used.
第２図は、上述のようにしてＧａＡｓ基板１の表面に電
子線４を照射しながらエピタキシャル成長させたＺｎ５
ｅ工ピタキシヤル層５のフォトルミネッセンススペクト
ルの一例を示す。また、第３図は、電子線照射を行わず
にエピタキシャル成長されたＺｎ５ｅ工ピタキシヤル層
５のフォトルミネッセンススペクトルの一例を示し、こ
れは第２図との比較のために測定されたものである。こ
れらのフォトルミネッセンススペクトルは、励起光源と
してＩＩｅ−Ｃｄレーザー（波長３２５０人）を用いて
測定されたものであり、測定は４にで行われた。これら
のフォトルミネッセンススペクトルにおいて、波長４５
００人付近に現れるビークａはＺｎ５ｅのバンド端近傍
の発光によるもので、このビークａの強度が大きいほど
結晶性が良好であることを示す。FIG. 2 shows Zn5 epitaxially grown while irradiating the surface of the GaAs substrate 1 with the electron beam 4 as described above.
An example of the photoluminescence spectrum of the e-engineered pitaxial layer 5 is shown. Further, FIG. 3 shows an example of the photoluminescence spectrum of the Zn5e epitaxial layer 5 epitaxially grown without electron beam irradiation, and this was measured for comparison with FIG. 2. These photoluminescence spectra were measured using a IIe-Cd laser (wavelength: 3250 nm) as an excitation light source, and the measurements were performed at 4. In these photoluminescence spectra, wavelength 45
The peak a appearing near 00 is due to light emission near the band edge of Zn5e, and the greater the intensity of the peak a, the better the crystallinity.
一方、波長５５００〜６５００人に現れるブロードなビ
ークｂは、点欠陥に起因する発光によるものである。On the other hand, the broad peak b that appears at a wavelength of 5,500 to 6,500 is due to light emission caused by point defects.
第２図と第３図とを比較すると、ビークａの強度に対す
るビークｂの強度の比は、第２図の方が第３図に比べて
約１／４と小さく、従って点欠陥に起因する発光が減少
していることがわかる。このことは、エピタキシャル成
長中に電子線照射を行った場合の方が電子線照射を行わ
ない場合に比べてＺｎ５ｅエピタキシヤルＮ５中の点欠
陥が少なくなることを示す。Comparing Fig. 2 and Fig. 3, the ratio of the intensity of beak b to the intensity of beak a is smaller in Fig. 2 than in Fig. 3, about 1/4, and is therefore caused by point defects. It can be seen that the luminescence is decreasing. This shows that the number of point defects in Zn5e epitaxial N5 is smaller when electron beam irradiation is performed during epitaxial growth than when electron beam irradiation is not performed.
以上のように、この実施例によれば、エピタキシャル成
長中にＧａＡｓ基板１の表面に電子線４を照射している
ので、点欠陥密度の低い高品質のＺｎ５ｅ工ピタキシヤ
ル層５を成長させることができる。As described above, according to this embodiment, since the surface of the GaAs substrate 1 is irradiated with the electron beam 4 during epitaxial growth, a high quality Zn5e epitaxial layer 5 with a low point defect density can be grown. .
しかも、光を照射しながらエピタキシャル成長を行う従
来の光照射エピタキシャル成長法は、光照射により基板
表面が荒れたり、成長速度が光照射を行わない場合に比
べて増加してしまうという欠点があるのに対し、本実施
例によれば、電子線４の照射によるＧａＡｓ基板２及び
Ｚｎ５ｅ工ピタキシヤル層５の表面の荒れや成長速度の
変化は認められなかった。Moreover, the conventional light irradiation epitaxial growth method, which performs epitaxial growth while irradiating light, has the drawbacks that the substrate surface becomes rough due to light irradiation and the growth rate increases compared to when no light irradiation is performed. According to this example, no surface roughness or change in growth rate of the GaAs substrate 2 and Zn5e pitaxial layer 5 due to irradiation with the electron beam 4 was observed.
以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば、上述の実施例においてはＭＢＥ法によりＺｎ５
ｅエピタキシヤルＮ５の成長を行っているが、この成長
法としてはＭＯＣＶＤ法を用いることも可能である。ま
た、上述の実施例で用いたＧａＡｓ基板２の代わりに例
えばゲルマニウム（Ｇｅ） 基板を用いることも可能で
ある。さらに、上述の実施例においては、本発明をＺｎ
５ｅ工ピタキシヤル層５の成長に適用した場合について
説明したが、本発明は、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ） 、
テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ） 、硫化亜鉛（ＺｎＳ
）、テルル化水銀（１１ｇＴｅ）等のＺｎ５ｅ以外の■
−■族化合物半導体のエピタキシャル層や、例えばＧａ
Ａｓのような■−■族化合物半導体のエピタキシャル層
、さらにはシリコン（Ｓｉ）その他の元素半導体のエピ
タキシャル層の成長に適用することも可能である。For example, in the above example, Zn5
(e) Epitaxial N5 is grown, but MOCVD can also be used as this growth method. Further, it is also possible to use, for example, a germanium (Ge) substrate instead of the GaAs substrate 2 used in the above embodiment. Furthermore, in the above-mentioned examples, the present invention is applied to Zn
Although the case where it is applied to the growth of the 5E pitaxial layer 5 has been described, the present invention also applies to zinc telluride (ZnTe),
Cadmium telluride (CdTe), zinc sulfide (ZnS)
), other than Zn5e such as mercury telluride (11gTe)
- Epitaxial layer of group compound semiconductor, e.g. Ga
It is also possible to apply the present invention to the growth of epitaxial layers of ■-■ group compound semiconductors such as As, and further epitaxial layers of silicon (Si) and other elemental semiconductors.
〔発明の効果］
以上述べたように、本発明によれば、エピタキシャル成
長中に半導体基板の表面および／またはその近傍に電子
線を照射しているので、点欠陥密度の低い高品質の半導
体層をエピタキシャル成長させることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, since the surface of the semiconductor substrate and/or its vicinity is irradiated with an electron beam during epitaxial growth, a high quality semiconductor layer with a low point defect density can be produced. It can be epitaxially grown.
第１図は本発明の一実施例によるＺｎ５ｅ工ピタキシヤ
ル層の成長方法を説明するための断面図、第２図は第１
図に示す方法により成長されたＺｎ５ｅ工ピタキシヤル
層のフォトルミネッセンススペクトルの一例を示すグラ
フ、第３図は電子線照射を行わないでエピタキシャル成
長されたＺｎ５ｅ工ピタキシヤル層のフォトルミネッセ
ンススペクトルの一例を示すグラフである。
図面における主要な符号の説明
１：ＭＢＥ装置、 ２：ＧａＡｓ基板、 ３：電子銃、
４：電子線、 ５：Ｚｎ５ｅ工ピタキシヤル層、０１
〜Ｃ３：クヌードセンセル。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a method of growing a Zn5e pittaxial layer according to an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a graph showing an example of the photoluminescence spectrum of a Zn5e pittaxial layer grown by the method shown in the figure. FIG. 3 is a graph showing an example of the photoluminescence spectrum of a Zn5e pittaxial layer grown epitaxially without electron beam irradiation. be. Explanation of main symbols in the drawings 1: MBE device, 2: GaAs substrate, 3: Electron gun,
4: Electron beam, 5: Zn5e pitaxial layer, 01
~C3: Knudsensel.
Claims (1)
せるようにしたエピタキシャル成長方法において、 エピタキシャル成長中に上記半導体基板の表面および／
またはその近傍に電子線を照射するようにしたことを特
徴とするエピタキシャル成長方法。[Claims] In an epitaxial growth method in which a semiconductor layer is epitaxially grown in a vapor phase on a semiconductor substrate, the surface of the semiconductor substrate and/or
An epitaxial growth method characterized by irradiating an electron beam at or near the area.
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1988
- 1988-09-13 JP JP63229533A patent/JP2759980B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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