JPH01244608A - 半導体結晶の成長方法 - Google Patents
半導体結晶の成長方法Info
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- JPH01244608A JPH01244608A JP7252388A JP7252388A JPH01244608A JP H01244608 A JPH01244608 A JP H01244608A JP 7252388 A JP7252388 A JP 7252388A JP 7252388 A JP7252388 A JP 7252388A JP H01244608 A JPH01244608 A JP H01244608A
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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。
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〕
基板上に異種結晶を成長させる半導体結晶の成長方法、
特に格子不整合の大きなヘテロエピタキシャル成長を行
う際のバッファ層の形成方法に関し、 バッファ層の再結晶化による歪みを低減し、さらに基板
元素との混晶化を抑制し、成長させた結晶の高品質化を
図ることを目的とし、 基板上に異種結晶を成長させる半導体結晶の成長方法が
、基板温度を高温に保って該基板上に異種元素の結晶薄
膜層を成長させる工程と、該基板を低温に保って該結晶
Ｎ８層上に前記異種元素のバッファ層を成長させる工程
と、該基板を高温に保って該バッファ層を再結晶化し、
さらに所定の厚さに成長させる工程とを含むように構成
する。
特に格子不整合の大きなヘテロエピタキシャル成長を行
う際のバッファ層の形成方法に関し、 バッファ層の再結晶化による歪みを低減し、さらに基板
元素との混晶化を抑制し、成長させた結晶の高品質化を
図ることを目的とし、 基板上に異種結晶を成長させる半導体結晶の成長方法が
、基板温度を高温に保って該基板上に異種元素の結晶薄
膜層を成長させる工程と、該基板を低温に保って該結晶
Ｎ８層上に前記異種元素のバッファ層を成長させる工程
と、該基板を高温に保って該バッファ層を再結晶化し、
さらに所定の厚さに成長させる工程とを含むように構成
する。
本発明は、基板上に異種結晶を成長させる半導＃結晶の
成長方法、特に格子不整合の大きなヘテロエビタきシャ
ル成長を行う際のバッファ層の形成方法に間する。
成長方法、特に格子不整合の大きなヘテロエビタきシャ
ル成長を行う際のバッファ層の形成方法に間する。
半導体装置の高機能化およびコスト低減の要求に伴い、
近時シリコン基板（Ｓｉ基板）上に高品質の異種元素の
結晶（例えばＧａＡｓのような化金物半導体結晶）をヘ
テロエピタキシャル成長させる方法が要求されている。
近時シリコン基板（Ｓｉ基板）上に高品質の異種元素の
結晶（例えばＧａＡｓのような化金物半導体結晶）をヘ
テロエピタキシャル成長させる方法が要求されている。
従来、基板上に異種元素の結晶をヘテロエピタキシャル
成長させる方法は、最初に低温で無定形乃至微結晶構造
の薄膜（以下、これをバッファ層とする）を成長させ、
次に該バッファ層を高温で再結晶化し、引き続いて該再
結晶化層上に所定の厚さの結晶を成長させる２段階で行
われるものである。
成長させる方法は、最初に低温で無定形乃至微結晶構造
の薄膜（以下、これをバッファ層とする）を成長させ、
次に該バッファ層を高温で再結晶化し、引き続いて該再
結晶化層上に所定の厚さの結晶を成長させる２段階で行
われるものである。
例えばＳ１基板上へゲルマニウム（Ｇｅ）をモレキュラ
ビームエピタクシ（ＭＢＥ）法でヘテロエピタキシャル
成長させる場合、以下に述べる第１段階の成長および第
２段階の成長を行うことにより平坦性の優れたＧｅ結晶
が得られる。
ビームエピタクシ（ＭＢＥ）法でヘテロエピタキシャル
成長させる場合、以下に述べる第１段階の成長および第
２段階の成長を行うことにより平坦性の優れたＧｅ結晶
が得られる。
第１段階の成長（低温成長） 精密化学処理を施した
Ｓｔ基板を高温（例えば１０００℃）で清浄化し、酸化
膜、炭素を除去する０次に該基板温度を２００℃以下の
低温に保って厚さ２００人程度のＧｅバγファ層を成長
させる。
Ｓｔ基板を高温（例えば１０００℃）で清浄化し、酸化
膜、炭素を除去する０次に該基板温度を２００℃以下の
低温に保って厚さ２００人程度のＧｅバγファ層を成長
させる。
第２段階の成長（高温での再結晶化および本成長）
該バッファ層を４５０〜６００℃程度の高温で再結晶化
を行う、この再結晶化によって、無定形であるバッファ
層が核形成を経て固相成長し、全体として単結晶化する
。再結晶化に引き続いて高温の成長温度にて該再結晶化
層上に所定の厚さのＧｅ結晶層を成長（本成長）させる
。
該バッファ層を４５０〜６００℃程度の高温で再結晶化
を行う、この再結晶化によって、無定形であるバッファ
層が核形成を経て固相成長し、全体として単結晶化する
。再結晶化に引き続いて高温の成長温度にて該再結晶化
層上に所定の厚さのＧｅ結晶層を成長（本成長）させる
。
しかし、上述のバッファ層の再結晶化は、高温で３次元
的な核形成を伴って行われるため、Ｇｅ再結晶化層中に
は格子不整合（通常、結晶格子中に約４％の格子不整合
が存在する）に起因する非常に大きな歪みが蓄積される
。さらに本成長の成長温度によっては、ミスフィツト転
位の導入が起こり、また前記の歪みを緩和するためのＳ
ｔとＧｅとの混晶を生じる。したがってバッファ層上に
高温で成長させたＧｅ結晶中に新たな欠陥が導入され、
高品質のＧｅ結晶が得られないという問題がある。
的な核形成を伴って行われるため、Ｇｅ再結晶化層中に
は格子不整合（通常、結晶格子中に約４％の格子不整合
が存在する）に起因する非常に大きな歪みが蓄積される
。さらに本成長の成長温度によっては、ミスフィツト転
位の導入が起こり、また前記の歪みを緩和するためのＳ
ｔとＧｅとの混晶を生じる。したがってバッファ層上に
高温で成長させたＧｅ結晶中に新たな欠陥が導入され、
高品質のＧｅ結晶が得られないという問題がある。
そこで本発明は、バッファ層の再結晶化による歪みを低
減し、さらに基板元素との結晶化を抑制し、成長させた
結晶の高品質化を図ることを目的とするものである。
減し、さらに基板元素との結晶化を抑制し、成長させた
結晶の高品質化を図ることを目的とするものである。
上記の課題は、基板上に異種結晶を成長させる半導体結
晶の成長方法が、基板温度を高温に保って該基板上に異
種元素の結晶薄膜層を成長させる工程と、該基板を低温
に保って該結晶薄膜層上に前記異種元素のバッファ層を
成長させる工程と、該基板を高温に保って該バッファ層
を再結晶化し、さらに所定の厚さに成長させる工程とを
含むことによって達成される。
晶の成長方法が、基板温度を高温に保って該基板上に異
種元素の結晶薄膜層を成長させる工程と、該基板を低温
に保って該結晶薄膜層上に前記異種元素のバッファ層を
成長させる工程と、該基板を高温に保って該バッファ層
を再結晶化し、さらに所定の厚さに成長させる工程とを
含むことによって達成される。
本発明は、先ず基板を高温に保って該基板上に異種元素
の結晶薄膜層を直接成長させ、次に該基板を低温に保っ
て該結晶薄膜層上に前記異種元素のバッファ層を成長さ
せ、次に該基板を高温に保って該バッファ層を再結晶化
し、さらに結晶層を成長させるものである。
の結晶薄膜層を直接成長させ、次に該基板を低温に保っ
て該結晶薄膜層上に前記異種元素のバッファ層を成長さ
せ、次に該基板を高温に保って該バッファ層を再結晶化
し、さらに結晶層を成長させるものである。
このように結晶薄膜層上にバッファ層を形成するため、
高温でバッファ層の再結晶化を行なっても、この再結晶
化層中には歪みの発生はほとんどなく、したがって歪み
の緩和に伴う基板元素と異種元素との混晶化も抑制され
、高品質の異種結晶層を得ることができる。
高温でバッファ層の再結晶化を行なっても、この再結晶
化層中には歪みの発生はほとんどなく、したがって歪み
の緩和に伴う基板元素と異種元素との混晶化も抑制され
、高品質の異種結晶層を得ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明の一実施例による基板上へのバッファ層
の形成を示す断面図である。
の形成を示す断面図である。
第１図（Ａ）は、単結晶の８１基板１を示す。
このＳｔ基板１は、通常、化学処理を行なった後、高温
（例えば１０００〜１２００℃程度）で基板表面の酸化
膜および炭素を除去して清浄化される。
（例えば１０００〜１２００℃程度）で基板表面の酸化
膜および炭素を除去して清浄化される。
第１図（Ｂ）は、前記８１基板１を高温に保って異種元
素の結晶を成長させて結晶薄膜層２を形成した状態を示
す。
素の結晶を成長させて結晶薄膜層２を形成した状態を示
す。
第１図（Ｃ）は、前記結晶薄膜層２を有する前記ＳＬ基
板１を低温（例えば室温程度）に保って前記異種元素を
成長させてバッファ層３を形成した状態を示す。
板１を低温（例えば室温程度）に保って前記異種元素を
成長させてバッファ層３を形成した状態を示す。
前記結晶薄膜層２は、前記Ｓｉ基板を通常５００〜６０
０℃程度の高温に保ってＭＢＥ法等公知の方法によって
ヘテロエピタキシャル成長させて形成された単結晶層で
ある。前記結晶層ＷＡＮＩ２は、上述のように８１基板
１上に直接高温で成長させた場合に一定の膜厚（これを
臨界膜厚という）以下の厚さまでは良好な結晶となるが
、臨界膜厚を越すと島状に成長して表面の凹凸がはげし
くなり良好な結晶が得られない、したがって、前記結晶
薄膜層２の膜厚は前記臨界膜厚と同程度とすることが好
ましい、なお、前記臨界膜厚は前記結晶薄膜層２を構成
する元素によって若干変動するため、成長させる元素毎
に適宜決定する必要があるが、通常６原子層程度の厚さ
が好ましい。
０℃程度の高温に保ってＭＢＥ法等公知の方法によって
ヘテロエピタキシャル成長させて形成された単結晶層で
ある。前記結晶層ＷＡＮＩ２は、上述のように８１基板
１上に直接高温で成長させた場合に一定の膜厚（これを
臨界膜厚という）以下の厚さまでは良好な結晶となるが
、臨界膜厚を越すと島状に成長して表面の凹凸がはげし
くなり良好な結晶が得られない、したがって、前記結晶
薄膜層２の膜厚は前記臨界膜厚と同程度とすることが好
ましい、なお、前記臨界膜厚は前記結晶薄膜層２を構成
する元素によって若干変動するため、成長させる元素毎
に適宜決定する必要があるが、通常６原子層程度の厚さ
が好ましい。
前記バッファ層３は、通常室温程度の低温で前記結晶薄
膜層２の上にＭＢＥ法等の公知の方法によって成長させ
て形成されるが、前記結晶薄膜層２が前記バッファ層３
と同種の元素の単結晶層であるため、前記バッファ層３
は低温で形成されるにもかかわらず層状に成長して単結
晶が形成される。このため、通常５００〜６００℃で前
記バッファ層３を再結晶化させても、格子不整合に起因
する歪みの発生はほとんどなく、したがって、再結晶化
した前記バッファ層３上に高温の成長温度にて結晶ＮＪ
（図示せず）を所定の厚さに成長しても、バッファ層中
に存在する歪みを緩和するために基板元素であるＳｌと
異種元素との混晶が前記結晶層中に生じることがなく高
品質の結晶を得ることができる。 次に本発明の半導体
結晶の成長方法を実験例を基にさらに詳細に説明する。
膜層２の上にＭＢＥ法等の公知の方法によって成長させ
て形成されるが、前記結晶薄膜層２が前記バッファ層３
と同種の元素の単結晶層であるため、前記バッファ層３
は低温で形成されるにもかかわらず層状に成長して単結
晶が形成される。このため、通常５００〜６００℃で前
記バッファ層３を再結晶化させても、格子不整合に起因
する歪みの発生はほとんどなく、したがって、再結晶化
した前記バッファ層３上に高温の成長温度にて結晶ＮＪ
（図示せず）を所定の厚さに成長しても、バッファ層中
に存在する歪みを緩和するために基板元素であるＳｌと
異種元素との混晶が前記結晶層中に生じることがなく高
品質の結晶を得ることができる。 次に本発明の半導体
結晶の成長方法を実験例を基にさらに詳細に説明する。
＋＋％ＭＢＥ装置内に設置し、１２００℃で前記３１基
板表面の酸化膜および炭素を除去して清浄化した。
板表面の酸化膜および炭素を除去して清浄化した。
次に上記基板の温度を５５０℃に保ってＭＢＥ方法によ
ってＧｅを６原子層（１原子層は約１．４人）成長させ
て結晶薄膜層を形成した。
ってＧｅを６原子層（１原子層は約１．４人）成長させ
て結晶薄膜層を形成した。
次に前記基板を室温に保ち、前記結晶薄膜層上にＧｅを
４０／ｊ（子層成長させてバ・ｙファ唐を形成しな、こ
の基板を試料−１とする。
４０／ｊ（子層成長させてバ・ｙファ唐を形成しな、こ
の基板を試料−１とする。
一方、試料−１を作製するのに使用した８１基板を用い
、このＳｔ基板上に直接Ｇｅのバッファ層を試料−１と
同一条件で形成した基板を試料−２とする。
、このＳｔ基板上に直接Ｇｅのバッファ層を試料−１と
同一条件で形成した基板を試料−２とする。
前記試料−１および試料−２を６００℃、１５分間の高
温状悪に保ってバッファ層の再結晶化を行い、再結晶化
後のバッファ層の構造をラマンスペクトル測定により調
べた。結果を第２図に示す。
温状悪に保ってバッファ層の再結晶化を行い、再結晶化
後のバッファ層の構造をラマンスペクトル測定により調
べた。結果を第２図に示す。
第２図（Ａ）は本発明の方法による試料−１のラマン散
乱強度を示す図であり、第２図（Ｂ）は従来の方法によ
る試料−２のラマン散乱強度を示す図である。
乱強度を示す図であり、第２図（Ｂ）は従来の方法によ
る試料−２のラマン散乱強度を示す図である。
第２図（Ａ）においては、ラマンシフト５２０ｃｍ−１
付近にて５ｉ−Ｓｉ結合の光学格子振動モードを示すピ
ークａ、３１０ａｍ−’付近にＧｅ−Ｇｅ結合の光学格
子振動モードを示すピークｂが現われている。しかし、
ＳｌとＧｅの混晶化に伴う５ｉ−Ｇｅ結合の光学格子振
動モードを示す信号は検出限界以下であり、ＳｌとＧｅ
の混晶がほとんどないことが明らかである。
付近にて５ｉ−Ｓｉ結合の光学格子振動モードを示すピ
ークａ、３１０ａｍ−’付近にＧｅ−Ｇｅ結合の光学格
子振動モードを示すピークｂが現われている。しかし、
ＳｌとＧｅの混晶化に伴う５ｉ−Ｇｅ結合の光学格子振
動モードを示す信号は検出限界以下であり、ＳｌとＧｅ
の混晶がほとんどないことが明らかである。
一方、第２図（Ｂ）においては、ラマンシフト５２０■
−１付近に試料−１と同様に５ｉ−ｓｔ結合の光学格子
振動モードを示すピーク五′が現われているが、Ｇｅ−
Ｇｅ結合の光学格子振動モードを示すピークｂ′が試料
−１のピークｂの３１０３付近から低エネルギー側の２
９００！ｌ−’付近にシフトし、さらに４０５３−１付
近に５Ｌ−Ｇｅ結合の光学格子振動モードを示すピーク
Ｃが現われている。すなわち、試料−２では、バッファ
層においてＳｌとＧｅの混晶が発生したことにより、Ｇ
ｅ−Ｇｅ詰合が減少するとともに５ｉ−Ｇｅ結合が生じ
ていることが明らかである。
−１付近に試料−１と同様に５ｉ−ｓｔ結合の光学格子
振動モードを示すピーク五′が現われているが、Ｇｅ−
Ｇｅ結合の光学格子振動モードを示すピークｂ′が試料
−１のピークｂの３１０３付近から低エネルギー側の２
９００！ｌ−’付近にシフトし、さらに４０５３−１付
近に５Ｌ−Ｇｅ結合の光学格子振動モードを示すピーク
Ｃが現われている。すなわち、試料−２では、バッファ
層においてＳｌとＧｅの混晶が発生したことにより、Ｇ
ｅ−Ｇｅ詰合が減少するとともに５ｉ−Ｇｅ結合が生じ
ていることが明らかである。
したがって試料−１の再結晶化されたバッファ層には格
子不整合に起因する歪みの発生はほとんどなく、またＳ
ｌとＧｅとの混晶もほとんど発生しておらず、このため
該バッファ層上に成長させる結晶層は極めて高品質なも
のが得られる。
子不整合に起因する歪みの発生はほとんどなく、またＳ
ｌとＧｅとの混晶もほとんど発生しておらず、このため
該バッファ層上に成長させる結晶層は極めて高品質なも
のが得られる。
本発明の半導体結晶の成長方法によれば、基板上に高温
で直接結晶薄膜層を形成し、この結晶薄膜層上に低温で
バッファ層を形成するため、このバッファ層は単結晶構
造であり、高温における該バッファ層の再結晶化におい
てもパフ９１層内に歪み、混晶の発生がほとんどなく、
このため再結晶化した該バッファ層上に高温で成長され
る結晶層の品質は格段に向上する。
で直接結晶薄膜層を形成し、この結晶薄膜層上に低温で
バッファ層を形成するため、このバッファ層は単結晶構
造であり、高温における該バッファ層の再結晶化におい
てもパフ９１層内に歪み、混晶の発生がほとんどなく、
このため再結晶化した該バッファ層上に高温で成長され
る結晶層の品質は格段に向上する。
第１図は本発明の一実施例による基板上へのバッファ層
の形成を示す断面図、 第２図は再結晶化後のバッファ層の構造のラマンスペク
トル測定結果を示す図であり、第２図（Ａ）は本発明に
よる試料の測定結果、第２図（Ｂ）は従来の方法による
試料の測定結果を示す図である。 １・・・基板、 ２・・・結晶薄膜層、 ３・・・バッファ層。 第 １ｒ！Ａ り嘴ンシ７ト［ｃｒｒｆＩ） 第 ２ 図 手続判＃１正書く方式） 昭和６３年７月ｌＺ日 １ 事件の表示 昭和６３年特許願第７２５２３号 ２ 発明の名称 半導体結晶の成長方法 ３ 補正をする者 事件との関係 特許出願人 （５２２）富士通株テ（会社 昭和６３年 ６月 ８日 （発送臼 昭和６３年６月２８日） ６ 補正の対象 第 １ 図 ラマン散乱強度 ラマ／散乱強度
の形成を示す断面図、 第２図は再結晶化後のバッファ層の構造のラマンスペク
トル測定結果を示す図であり、第２図（Ａ）は本発明に
よる試料の測定結果、第２図（Ｂ）は従来の方法による
試料の測定結果を示す図である。 １・・・基板、 ２・・・結晶薄膜層、 ３・・・バッファ層。 第 １ｒ！Ａ り嘴ンシ７ト［ｃｒｒｆＩ） 第 ２ 図 手続判＃１正書く方式） 昭和６３年７月ｌＺ日 １ 事件の表示 昭和６３年特許願第７２５２３号 ２ 発明の名称 半導体結晶の成長方法 ３ 補正をする者 事件との関係 特許出願人 （５２２）富士通株テ（会社 昭和６３年 ６月 ８日 （発送臼 昭和６３年６月２８日） ６ 補正の対象 第 １ 図 ラマン散乱強度 ラマ／散乱強度
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 基板上に異種結晶を成長させる半導体結晶の成長方法
が、 基板温度を高温に保って該基板上に異種元素の結晶薄膜
層を成長させる工程と、 該基板を低温に保つて該結晶薄膜層上に前記異種元素の
バッファ層を成長させる工程と、 該基板を高温に保って該バッファ層を再結晶化し、さら
に所定の厚さに成長させる工程とを含むことを特徴とす
る半導体結晶の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7252388A JPH01244608A (ja) | 1988-03-26 | 1988-03-26 | 半導体結晶の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7252388A JPH01244608A (ja) | 1988-03-26 | 1988-03-26 | 半導体結晶の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01244608A true JPH01244608A (ja) | 1989-09-29 |
Family
ID=13491774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7252388A Pending JPH01244608A (ja) | 1988-03-26 | 1988-03-26 | 半導体結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01244608A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010157721A (ja) * | 2008-12-23 | 2010-07-15 | Imec | 基板上に単結晶半導体層を作製する方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60202952A (ja) * | 1984-03-28 | 1985-10-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS62132312A (ja) * | 1985-12-04 | 1987-06-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体薄膜の製造方法 |
-
1988
- 1988-03-26 JP JP7252388A patent/JPH01244608A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60202952A (ja) * | 1984-03-28 | 1985-10-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPS62132312A (ja) * | 1985-12-04 | 1987-06-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体薄膜の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010157721A (ja) * | 2008-12-23 | 2010-07-15 | Imec | 基板上に単結晶半導体層を作製する方法 |
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