JPH025512A - 分子線エピタキシャル成長方法及び成長装置 - Google Patents
分子線エピタキシャル成長方法及び成長装置Info
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- JPH025512A JPH025512A JP15729588A JP15729588A JPH025512A JP H025512 A JPH025512 A JP H025512A JP 15729588 A JP15729588 A JP 15729588A JP 15729588 A JP15729588 A JP 15729588A JP H025512 A JPH025512 A JP H025512A
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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】
〔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及び成長装置に
関し、特にＳｔ基板」二にＧａＡｓ、ＡｌＡｓまたはそ
の混晶を結晶成長させる分子線エピタキシャル成長方法
及び成長装置に関する。
関し、特にＳｔ基板」二にＧａＡｓ、ＡｌＡｓまたはそ
の混晶を結晶成長させる分子線エピタキシャル成長方法
及び成長装置に関する。
Ｓｉ基板上にＧａＡｓ、Ａ、！２ＧａＡｓ等の■−Ｖ族
化合物半導体を成長させる技術は、Ｓｉデバイスの成熟
した集積技術と化合物半導体の発光特性、高移動度とい
った特徴を融合させることができ、光−電子集積回路（
ＯＥＩＣ）、高速デバイスへの応用が期待され、近年注
目を集めている。
化合物半導体を成長させる技術は、Ｓｉデバイスの成熟
した集積技術と化合物半導体の発光特性、高移動度とい
った特徴を融合させることができ、光−電子集積回路（
ＯＥＩＣ）、高速デバイスへの応用が期待され、近年注
目を集めている。
また、Ｓｉ基板は無転位、高品質の大面積基板が安価に
生産でき、■−Ｖ族化合物半導体基板に比べると経済的
である。
生産でき、■−Ｖ族化合物半導体基板に比べると経済的
である。
Ｓｌ基板上への■−Ｖ族化合物半導体の結晶成長の問題
点の第１は、ＳｉとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶構
造が異なるため、成長層にアンチフェーズドメインを生
じること、問題点の第２は、ＳＬとＧａＰのように格子
定数差の小さいものもあるが、多くの場合はＳｉと■−
■族化合物半導体の間で格子定数が異なり、ミスフィツ
ト転位を生じることである。特に、代表的な化合物半導
体であるＧａＡｓとＳｉとは、４％の格子定数差がある
。
点の第１は、ＳｉとＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶構
造が異なるため、成長層にアンチフェーズドメインを生
じること、問題点の第２は、ＳＬとＧａＰのように格子
定数差の小さいものもあるが、多くの場合はＳｉと■−
■族化合物半導体の間で格子定数が異なり、ミスフィツ
ト転位を生じることである。特に、代表的な化合物半導
体であるＧａＡｓとＳｉとは、４％の格子定数差がある
。
以上の問題点を克服するために、従来、様々な成長方法
が試みられてきた。Ｓｉ基板上にＧａＡｓを分子線エピ
タキシャル法（ＭＢＥ法）で成長する場合を例にとると
、まずＳｉ基板を８００°Ｃ以上の高温に加熱して、表
面の酸化膜を除去した後、基板温度４５０℃以下の低温
で薄いアモルファスＧａＡｓ層を形成する。この後、通
常の成長温度（６００〜７００℃）でＧａＡｓを成長さ
せる。この方法は、ダブりニー・ティ・マセリク（Ｗ、
Ｔ、Ｍａｓｓｅｌｉｋ）ら、アプライド・フィジックス
・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙＳｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ） ４５巻、１２号、１９８４年、１３０９〜
１３１１頁に記載されている。この方法により、完全に
鏡面で、しかもシングルドメインのＧａＡｓ成長層が得
られる。しかし、この方法では格子定数差は緩和できな
い。
が試みられてきた。Ｓｉ基板上にＧａＡｓを分子線エピ
タキシャル法（ＭＢＥ法）で成長する場合を例にとると
、まずＳｉ基板を８００°Ｃ以上の高温に加熱して、表
面の酸化膜を除去した後、基板温度４５０℃以下の低温
で薄いアモルファスＧａＡｓ層を形成する。この後、通
常の成長温度（６００〜７００℃）でＧａＡｓを成長さ
せる。この方法は、ダブりニー・ティ・マセリク（Ｗ、
Ｔ、Ｍａｓｓｅｌｉｋ）ら、アプライド・フィジックス
・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙＳｉｃｓ Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ） ４５巻、１２号、１９８４年、１３０９〜
１３１１頁に記載されている。この方法により、完全に
鏡面で、しかもシングルドメインのＧａＡｓ成長層が得
られる。しかし、この方法では格子定数差は緩和できな
い。
ＧａＡｓとＳｉの格子定数差（４％）で緩和するために
、アール・エム・フレッチャ（Ｒ，ｔ４．ＦＩｅしｃｈ
ｅｒ）らは、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａ
ｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙＳｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
４４巻、１０号、１９８４年、９６７−９６９頁におい
て、Ｓｉ基板上にＧｅをコートして、その上にＧａＡｓ
を成長させる方法を提案した。ＧｅはＧａＡｓと格子定
数がほぼ一致し、ＧａＡｓとの格子歪は解消できる。テ
ィ・ツガ（Ｔ、Ｓｏｇａ）らは、有機金属気相成長法（
ＭＯＣＶＤ法）により、Ｓｉ基板とＧａＡｓ層の間にＡ
Ｊ２ Ｐ ／ Ａ Ｉ Ｇ ａ Ｐ ／Ｇ ａ Ｐ
／ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐなどから成る超格子を挟んで、
格子歪を解消しようとした試みをエレクトロニクス・レ
ターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
’；ｌ Ｑ巻、２２号、１９８４年、９１６−９１７頁
に発表した。ここで、Ａ、１２Ｐ、ＧａＰはＳｔと格子
定数が一致する。
、アール・エム・フレッチャ（Ｒ，ｔ４．ＦＩｅしｃｈ
ｅｒ）らは、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａ
ｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙＳｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
４４巻、１０号、１９８４年、９６７−９６９頁におい
て、Ｓｉ基板上にＧｅをコートして、その上にＧａＡｓ
を成長させる方法を提案した。ＧｅはＧａＡｓと格子定
数がほぼ一致し、ＧａＡｓとの格子歪は解消できる。テ
ィ・ツガ（Ｔ、Ｓｏｇａ）らは、有機金属気相成長法（
ＭＯＣＶＤ法）により、Ｓｉ基板とＧａＡｓ層の間にＡ
Ｊ２ Ｐ ／ Ａ Ｉ Ｇ ａ Ｐ ／Ｇ ａ Ｐ
／ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐなどから成る超格子を挟んで、
格子歪を解消しようとした試みをエレクトロニクス・レ
ターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ）
’；ｌ Ｑ巻、２２号、１９８４年、９１６−９１７頁
に発表した。ここで、Ａ、１２Ｐ、ＧａＰはＳｔと格子
定数が一致する。
以上述べなＳｉ基板上へのＧａＡｓ、ＡＪＡｓまなはそ
の混晶の成長には次のような問題点がある。
の混晶の成長には次のような問題点がある。
まず、低温でアモルファスＧ ａ Ａ ｓを先に成長さ
せる２段階成長法では、格子不整が解消されず、ミスフ
ィツト転位が最低でも１０’Ｃ１１−”程度成長層に導
入され、デバイスを作った場合は、著しく性能が劣化す
る。
せる２段階成長法では、格子不整が解消されず、ミスフ
ィツト転位が最低でも１０’Ｃ１１−”程度成長層に導
入され、デバイスを作った場合は、著しく性能が劣化す
る。
中間層にＧｅや超格子を挟む成長方法は、格子歪の解消
には効果があるが、単にＧｅをＳｉ基板にコートしただ
けでは、Ｓｉ基板とＧｅの界面に転位が発生し、これが
上のエピタキシャル層まで引継がれてしまう。しかも、
Ｇｅ基板上に酸化膜がある場合は、それを除去する必要
があり、ＧａＡｓ等を成長するのが困難になる。
には効果があるが、単にＧｅをＳｉ基板にコートしただ
けでは、Ｓｉ基板とＧｅの界面に転位が発生し、これが
上のエピタキシャル層まで引継がれてしまう。しかも、
Ｇｅ基板上に酸化膜がある場合は、それを除去する必要
があり、ＧａＡｓ等を成長するのが困難になる。
次に、超格子としてＡ ４ Ｐ ／ Ａ Ｊ Ｇ ａ
Ｐ ／ Ｇ ａＰ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐなどを用い
る場合は、組成を制御することによりＳｉ基板とＧａＡ
ｓ基板の両者に格子定数を整合させることができ、極め
て有効であるが、蒸気圧の高いＰを用いる必要があり、
ＭＢＥ法ではやはり難しい。
Ｐ ／ Ｇ ａＰ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐなどを用い
る場合は、組成を制御することによりＳｉ基板とＧａＡ
ｓ基板の両者に格子定数を整合させることができ、極め
て有効であるが、蒸気圧の高いＰを用いる必要があり、
ＭＢＥ法ではやはり難しい。
本発明の分子線エピタキシャル成長方法の第１の方法は
、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ、ＡＪＡｓまたはその混晶を分
子線エピタキシャル成長させる際に、Ｓｉ基板上にＳｔ
とＧｅとの混晶（Ｓｉ）（Ｇｅ１−ｘ）を成長させ、該
基板上に連続的にＧａＡｓ、ＡＪＡｓまたはその混晶を
成長させることを特徴とする。
、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ、ＡＪＡｓまたはその混晶を分
子線エピタキシャル成長させる際に、Ｓｉ基板上にＳｔ
とＧｅとの混晶（Ｓｉ）（Ｇｅ１−ｘ）を成長させ、該
基板上に連続的にＧａＡｓ、ＡＪＡｓまたはその混晶を
成長させることを特徴とする。
本発明の分子線エピタキシャル成長方法の第２の方法は
、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ、ＡｆｆｌＡｓまたはその混晶
を分子線エピタキシャル成長させる際に、真空容器で連
結した２つの分子線エピタキシャル成長装置を用い、第
１の成長室でＳｉ基板上にＳｉとＧｅの混晶（Ｓ ｉ
ｘ Ｇｅ ｌ−ｘ ）を成長させ、第２の成長室で該基
板上にＧ ａ Ａ ｓ 、 Ａ ｆＡｓまたはその混晶
を連続的に成長させることを特徴とする。
、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ、ＡｆｆｌＡｓまたはその混晶
を分子線エピタキシャル成長させる際に、真空容器で連
結した２つの分子線エピタキシャル成長装置を用い、第
１の成長室でＳｉ基板上にＳｉとＧｅの混晶（Ｓ ｉ
ｘ Ｇｅ ｌ−ｘ ）を成長させ、第２の成長室で該基
板上にＧ ａ Ａ ｓ 、 Ａ ｆＡｓまたはその混晶
を連続的に成長させることを特徴とする。
本発明の分子線エピタキシャル成長装置は、電子ビーム
銃とＳｉソースとＧｅソースを備えた分子線エピタキシ
ャル成長装置とＧａとＡＪとＡｓのクヌードセンセルを
備えた分子線エピタキシャル成長装置を真空容器で連結
し、両成長装置間を基板が移動できるような移動機構を
備えていることを特徴とする。
銃とＳｉソースとＧｅソースを備えた分子線エピタキシ
ャル成長装置とＧａとＡＪとＡｓのクヌードセンセルを
備えた分子線エピタキシャル成長装置を真空容器で連結
し、両成長装置間を基板が移動できるような移動機構を
備えていることを特徴とする。
Ｓｉ基板上に５ｉｘＧｅｔ−ｘを成長させることにより
、その組成を変化させれば、格子定数をＳｉにもＧａＡ
ｓにも合わせることができる。これは、ＧａＰ、ＧａＡ
ｓＰなどＰ系の化合物を使用しないため、ＭＢＥ法で容
易に成長できる。また真空中で連続的に５ｉｘＧｅ１−
）（上にＧａＡｓ。
、その組成を変化させれば、格子定数をＳｉにもＧａＡ
ｓにも合わせることができる。これは、ＧａＰ、ＧａＡ
ｓＰなどＰ系の化合物を使用しないため、ＭＢＥ法で容
易に成長できる。また真空中で連続的に５ｉｘＧｅ１−
）（上にＧａＡｓ。
Ａ、＆Ａｓ、ＡｆｆｌＧａＡｓを成長させれば、界面で
の不純物汚染を減少させることができる。
の不純物汚染を減少させることができる。
さらに、Ｓ ｉ Ｘ Ｇｅ １−ｘとＧａＡｓ、ＡＪ２
Ａｓ。
Ａｓ。
ＡｆｆｌＧａＡｓを別々の成長室で成長することにより
、両者がドーパント同士であるためにおこる、クロスコ
ンタミの問題が回避され、高純度のエピタキシャル層が
得られる。
、両者がドーパント同士であるためにおこる、クロスコ
ンタミの問題が回避され、高純度のエピタキシャル層が
得られる。
第１図は本発明の分子線エピタキシャル装置の一実施例
の模式図である。
の模式図である。
この装置は、Ｓ ｉ Ｘ Ｇｅ １−ｘを成長させる゛
■族用成長室１と、Ｇ ａ Ａ ｓなどの■−■族用成
用成長室２二つの成長室から成り、真空容器３により接
続されて構成されている。
■族用成長室１と、Ｇ ａ Ａ ｓなどの■−■族用成
用成長室２二つの成長室から成り、真空容器３により接
続されて構成されている。
■成用成長室１にはＳｉソースとＧｅソースの入った電
子ビーム銃４が、ＩＩ［−Ｖ成用成長室２にはＧａソー
スとＡｓソースのはいったクヌードセンセル５が取付け
である。また、両室に基板加熱機構６、排気装置７が付
いており、他に基板交換室８とゲートバルブ９から構成
される装置 ル成長方法の第２の方法を先に説明する。
子ビーム銃４が、ＩＩ［−Ｖ成用成長室２にはＧａソー
スとＡｓソースのはいったクヌードセンセル５が取付け
である。また、両室に基板加熱機構６、排気装置７が付
いており、他に基板交換室８とゲートバルブ９から構成
される装置 ル成長方法の第２の方法を先に説明する。
まず、Ｓｉ基板１０を基板交換室８に入れ、排気後、■
成用成長室１の基板加熱機構６にセットする。次に、Ｓ
ｉ基板１０を８００℃に加熱して表面酸化膜を除去後、
電子ビーム銃４によりＳＬとＧｅを蒸発させ、Ｓｉ基板
上にＳｔ）（Ｇｅｔ−ｘを成長させる。この時、電子ビ
ーム銃４のパワーを変化させて、ｘ＝１→０となるよう
に組成を変える。この操作により、ＳｉｘＧｅｌ−ｚの
格子定数は、Ｓｉに一致する５．４３人からＧｅに一致
する５．６６人に変化する。続いて、このＳｉ基板をＩ
一Ｖ族用成用成長室２動する。この時、真空容器内を真
空を破ることなく移動させる。
成用成長室１の基板加熱機構６にセットする。次に、Ｓ
ｉ基板１０を８００℃に加熱して表面酸化膜を除去後、
電子ビーム銃４によりＳＬとＧｅを蒸発させ、Ｓｉ基板
上にＳｔ）（Ｇｅｔ−ｘを成長させる。この時、電子ビ
ーム銃４のパワーを変化させて、ｘ＝１→０となるよう
に組成を変える。この操作により、ＳｉｘＧｅｌ−ｚの
格子定数は、Ｓｉに一致する５．４３人からＧｅに一致
する５．６６人に変化する。続いて、このＳｉ基板をＩ
一Ｖ族用成用成長室２動する。この時、真空容器内を真
空を破ることなく移動させる。
■−Ｖ族用成用成長室２内板加熱機構６にＳｉ基板をセ
ットし、クヌードセンセル５から蒸発させたＧａＡｓを
４μｍの厚さに成長させる。
ットし、クヌードセンセル５から蒸発させたＧａＡｓを
４μｍの厚さに成長させる。
ＧａＡｓの格子定数は、５．６５人なので、Ｇｅとほと
んど一致し、ミスフィツト転位の少ないＧａＡｓエビタ
キシャル層が得られる。
んど一致し、ミスフィツト転位の少ないＧａＡｓエビタ
キシャル層が得られる。
この成長膜をＫＯＨによりエツチングして転位密度を調
べると１０３ＣＩ１−２となり、従来の１０６ＣＩｌ１
’−２に比較して大幅に改善されていることが確認され
た．さらに、Ｃ一■−■の結果、ＧａＡｓ成長層のキャ
リア濃度は、Ｉ Ｘ １ ０ ”ｃｔａ−’以下のｎ型
を示し、良好な膜が得られたことが示された。
べると１０３ＣＩ１−２となり、従来の１０６ＣＩｌ１
’−２に比較して大幅に改善されていることが確認され
た．さらに、Ｃ一■−■の結果、ＧａＡｓ成長層のキャ
リア濃度は、Ｉ Ｘ １ ０ ”ｃｔａ−’以下のｎ型
を示し、良好な膜が得られたことが示された。
以上Ｓｉ基板上にＧａＡｓを成長させる場合を例にとっ
て述べたが、ＧａＡｓと格子定数のほぼ等しいＡＪＡｓ
、あるいはその混晶のＡＪＩｘＧ ａ ｌ−ｘ Ａ ｓ
を成長させる場合でも全く同様の効果がある。
て述べたが、ＧａＡｓと格子定数のほぼ等しいＡＪＡｓ
、あるいはその混晶のＡＪＩｘＧ ａ ｌ−ｘ Ａ ｓ
を成長させる場合でも全く同様の効果がある。
本発明の分子線エピタキシャル成長方法の第１の方法を
用いる場合は、第２図に示すような、一つの分子線エピ
タキシャル装置内に、Ｓｉ，Ｇｅを飛す電子ビーム銃と
ＡＪ，Ｇａ，Ａｓのクヌードセンセルを備えた装置を用
いても構わない。
用いる場合は、第２図に示すような、一つの分子線エピ
タキシャル装置内に、Ｓｉ，Ｇｅを飛す電子ビーム銃と
ＡＪ，Ｇａ，Ａｓのクヌードセンセルを備えた装置を用
いても構わない。
以上述べたように、本発明によれば、ＭＢＥ法でＳｉ基
板にＧａＡｓ，ＡｆｆｌＡｓ，ＡｆｘＧａｔ−ｘＡｓを
成長した場合、ミスフィツト転位の少ない良好なエピタ
キシャル成長膜を得ることができる。
板にＧａＡｓ，ＡｆｆｌＡｓ，ＡｆｘＧａｔ−ｘＡｓを
成長した場合、ミスフィツト転位の少ない良好なエピタ
キシャル成長膜を得ることができる。
第１図は本発明の分子線エピタキシャル装置の一実施例
の模式図、第２図は本発明の分子線エピタキシャル成長
方法の第２の方法に用いる装置の模式図である。 １・・・■族用成長室、２・・・■−Ｖ族用成用成長室
・・・真空容器、４・・・電子ビーム銃、５・・・クヌ
ードセンセル、６・・・基板加熱機構、７・・・排気装
置、８・・・基板交換室、９・・・ゲートバルブ、１０
・・・Ｓｉ基板。
の模式図、第２図は本発明の分子線エピタキシャル成長
方法の第２の方法に用いる装置の模式図である。 １・・・■族用成長室、２・・・■−Ｖ族用成用成長室
・・・真空容器、４・・・電子ビーム銃、５・・・クヌ
ードセンセル、６・・・基板加熱機構、７・・・排気装
置、８・・・基板交換室、９・・・ゲートバルブ、１０
・・・Ｓｉ基板。
Claims (3)
- （１）Ｓｉ基板上にＧａＡｓ、ＡｌＡｓまたはその混晶
を分子線エピタキシャル成長させる際に、Ｓｉ基板上に
ＳｉとＧｅとの混晶（Ｓｉ＿ｘＧｅ＿１＿−＿ｘ）を成
長させ、該基板上にＧａＡｓ、ＡｌＡｓまたはその混晶
を成長させることを特徴とする分子線エピタキシャル成
長方法。 - （２）Ｓｉ基板上にＧａＡｓ、ＡｌＡｓまたはその混晶
を分子線エピタキシャル成長させる際に、真空容器で連
結した２つの分子線エピタキシャル成長装置を用い、第
１の成長室でＳｉ基板上にＳｉとＧｅの混晶（Ｓｉ＿ｘ
Ｇｅ＿１＿−＿ｘ）を成長させ、第２の成長室で該基板
上にＧａＡｓ、ＡｌＡｓまたはその混晶を連続的に成長
させることを特徴とする分子線エピタキシャル成長方法
。 - （３）電子ビーム銃とＳｉソースとＧｅソースを備えた
分子線エピタキシャル成長装置とＧａとＡｌとＡｓのク
ヌードセンセルを備えた分子線エピタキシャル成長装置
を真空容器で連結し、両成長装置間を基板が移動できる
ような移動機構を備えていることを特徴とする分子線エ
ピタキシャル成長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15729588A JPH025512A (ja) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | 分子線エピタキシャル成長方法及び成長装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15729588A JPH025512A (ja) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | 分子線エピタキシャル成長方法及び成長装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH025512A true JPH025512A (ja) | 1990-01-10 |
Family
ID=15646540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15729588A Pending JPH025512A (ja) | 1988-06-24 | 1988-06-24 | 分子線エピタキシャル成長方法及び成長装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH025512A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04233720A (ja) * | 1990-08-02 | 1992-08-21 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 半導体デバイスおよびその製造方法 |
| US20170335444A1 (en) * | 2015-08-05 | 2017-11-23 | Applied Materials, Inc. | Structure for relaxed sige buffers including method and apparatus for forming |
-
1988
- 1988-06-24 JP JP15729588A patent/JPH025512A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04233720A (ja) * | 1990-08-02 | 1992-08-21 | American Teleph & Telegr Co <Att> | 半導体デバイスおよびその製造方法 |
| US20170335444A1 (en) * | 2015-08-05 | 2017-11-23 | Applied Materials, Inc. | Structure for relaxed sige buffers including method and apparatus for forming |
| US10125415B2 (en) * | 2015-08-05 | 2018-11-13 | Applied Materials, Inc. | Structure for relaxed SiGe buffers including method and apparatus for forming |
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