JPH05182906A - ヘテロエピタキシャル成長法 - Google Patents
ヘテロエピタキシャル成長法Info
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- JPH05182906A JPH05182906A JP34664691A JP34664691A JPH05182906A JP H05182906 A JPH05182906 A JP H05182906A JP 34664691 A JP34664691 A JP 34664691A JP 34664691 A JP34664691 A JP 34664691A JP H05182906 A JPH05182906 A JP H05182906A
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｓｉ基板上に低転位で良質のＧａＡｓエピタ
キシャル層を形成するヘテロエピタキシャル成長方法を
提供しようとするものである。 【構成】 Ｓｉ基板上にＧａＡｓ層をエピタキシャル成
長させる方法において、Ｓｉ基板表面にＡｓ単原子層を
成長する第１工程と、Ａｓ単原子層の上にＺｎ、Ｂｅ、
Ｍｇ等のII族元素の単原子層を成長する第２工程と、そ
の上に低温ＧａＡｓバッファ層を成長する第３工程と、
該バッファ層の上にＧａＡｓ層をエピタキシャル成長す
る第４工程とを有することを特徴とするヘテロエピタキ
シャル成長法である。
キシャル層を形成するヘテロエピタキシャル成長方法を
提供しようとするものである。 【構成】 Ｓｉ基板上にＧａＡｓ層をエピタキシャル成
長させる方法において、Ｓｉ基板表面にＡｓ単原子層を
成長する第１工程と、Ａｓ単原子層の上にＺｎ、Ｂｅ、
Ｍｇ等のII族元素の単原子層を成長する第２工程と、そ
の上に低温ＧａＡｓバッファ層を成長する第３工程と、
該バッファ層の上にＧａＡｓ層をエピタキシャル成長す
る第４工程とを有することを特徴とするヘテロエピタキ
シャル成長法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｓｉ基板上に良質のＧ
ａＡｓ層をエピタキシャル成長させるヘテロエピタキシ
ャル成長法に関する。
ａＡｓ層をエピタキシャル成長させるヘテロエピタキシ
ャル成長法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ等の化合物半導体は、Ｓｉに比
べて電子移動度が高く、直接遷移型のバンド構造を持つ
ため、高速電子デバイスや発光、受光デバイス等に広く
利用されている。電子デバイスの分野では、高電子移動
度トランジスター（ＨＥＭＴ）を利用した集積回路の開
発、試作等がなされている。このような複数の素子を集
積化するＧａＡｓデバイスを実現するためには、ＧａＡ
ｓ等の化合物半導体の薄膜結晶を大面積に、かつ均一に
制御しながら成長する必要がある。大面積基板上に化合
物半導体の薄膜結晶を成長させる場合、同一材料種であ
るＧａＡｓ基板が用られるが、ＧａＡｓ結晶は比重が大
きく、また脆いという物性上の弱点が、基板の大口径化
にともなってデバイスプロセスを制約するという問題が
新たに生ずる。そこで、大口径基板の入手が容易で、比
重が小さく、機械的強度の強いＳｉ基板を用いて、化合
物半導体の薄膜結晶を成長させるヘテロエピタキシャル
成長技術が注目されるようになった。
べて電子移動度が高く、直接遷移型のバンド構造を持つ
ため、高速電子デバイスや発光、受光デバイス等に広く
利用されている。電子デバイスの分野では、高電子移動
度トランジスター（ＨＥＭＴ）を利用した集積回路の開
発、試作等がなされている。このような複数の素子を集
積化するＧａＡｓデバイスを実現するためには、ＧａＡ
ｓ等の化合物半導体の薄膜結晶を大面積に、かつ均一に
制御しながら成長する必要がある。大面積基板上に化合
物半導体の薄膜結晶を成長させる場合、同一材料種であ
るＧａＡｓ基板が用られるが、ＧａＡｓ結晶は比重が大
きく、また脆いという物性上の弱点が、基板の大口径化
にともなってデバイスプロセスを制約するという問題が
新たに生ずる。そこで、大口径基板の入手が容易で、比
重が小さく、機械的強度の強いＳｉ基板を用いて、化合
物半導体の薄膜結晶を成長させるヘテロエピタキシャル
成長技術が注目されるようになった。
【０００３】しかし、ＧａＡｓは、Ｓｉより格子定数が
約４％大きく、熱膨張率が約３倍と大きいために、Ｇａ
Ａｓ基板を用いるときに比べて、Ｓｉ基板上に良質なＧ
ａＡｓ結晶をエピタキシャル成長させることは不可能で
あった。例えば、格子定数の差が大きいために格子不整
合によるミスフィット転位が発生したり、また、熱膨張
率の違いによ理成長後の冷却工程でウエハに反りが発生
し、平坦なウエハを得ることができなかった。
約４％大きく、熱膨張率が約３倍と大きいために、Ｇａ
Ａｓ基板を用いるときに比べて、Ｓｉ基板上に良質なＧ
ａＡｓ結晶をエピタキシャル成長させることは不可能で
あった。例えば、格子定数の差が大きいために格子不整
合によるミスフィット転位が発生したり、また、熱膨張
率の違いによ理成長後の冷却工程でウエハに反りが発生
し、平坦なウエハを得ることができなかった。
【０００４】これらの問題を解決するために、Ｓｉ基板
の上にアモルファス状の低温ＧａＡｓバッファ層を介し
てＧａＡｓエピタキシャル層を成長させる２段階法と呼
ばれる成長法が提案されている。（M.Akiyama 等"Jpn.A
ppl.Phsys.,23,(1984)L843参照） また、低温バッファ層の代わりに中間層として超格子を
用いた成長法も提案されている。（特開昭62─58616 号
公報） これらの方法により、現在までにミスフィト転位は１０
6 ｃｍ-2程度まで低減されたが、通常のＧａＡｓ系化合
物半導体デバイスにおいて許容される転位密度１０4 ｃ
ｍ-2、レーザーダイオードで許容される転位密度１０3
ｃｍ-2と比較して２〜３桁以上多く、なお改善する必要
があった。
の上にアモルファス状の低温ＧａＡｓバッファ層を介し
てＧａＡｓエピタキシャル層を成長させる２段階法と呼
ばれる成長法が提案されている。（M.Akiyama 等"Jpn.A
ppl.Phsys.,23,(1984)L843参照） また、低温バッファ層の代わりに中間層として超格子を
用いた成長法も提案されている。（特開昭62─58616 号
公報） これらの方法により、現在までにミスフィト転位は１０
6 ｃｍ-2程度まで低減されたが、通常のＧａＡｓ系化合
物半導体デバイスにおいて許容される転位密度１０4 ｃ
ｍ-2、レーザーダイオードで許容される転位密度１０3
ｃｍ-2と比較して２〜３桁以上多く、なお改善する必要
があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記の問題点を解消し、Ｓｉ基板上に低転位で良質のＧａ
Ａｓエピタキシャル層が得られるヘテロエピタキシャル
成長方法を提供しようとするものである。
記の問題点を解消し、Ｓｉ基板上に低転位で良質のＧａ
Ａｓエピタキシャル層が得られるヘテロエピタキシャル
成長方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するためき手段】本発明は、Ｓｉ基板上に
ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させる方法において、
Ｓｉ基板表面にＡｓ単原子層を成長する第１工程と、Ａ
ｓ単原子層の上にＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ等のII族元素の単原
子層を成長する第２工程と、その上に低温ＧａＡｓバッ
ファ層を成長する第３工程と、該バッファ層の上にＧａ
Ａｓ層をエピタキシャル成長する第４工程とを有するこ
とを特徴とするヘテロエピタキシャル成長法である。
ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させる方法において、
Ｓｉ基板表面にＡｓ単原子層を成長する第１工程と、Ａ
ｓ単原子層の上にＺｎ、Ｂｅ、Ｍｇ等のII族元素の単原
子層を成長する第２工程と、その上に低温ＧａＡｓバッ
ファ層を成長する第３工程と、該バッファ層の上にＧａ
Ａｓ層をエピタキシャル成長する第４工程とを有するこ
とを特徴とするヘテロエピタキシャル成長法である。
【０００７】
【作用】本発明者等は、上記の格子不整合や熱膨張率の
差異による技術的課題の他に、Ｓｉ基板上のＧａＡｓ成
長における初期段階の成長形式に着目した。Ｓｉ基板上
にＧａＡｓを成長させると、ＧａＡｓは島状に成長し、
次いで島同士が合体するときにミツフィット転位等の欠
陥が入ることが分かっていた。この３次元島状成長の起
こる原因がＳｉ基板とＧａＡｓ層との界面に発生する電
荷の不整合にあると考えられる。即ち、非極性半導体で
あるＳｉ表面にIII 族ないしＶ族原子が結合して結晶格
子が形成される過程で、結合手であるダングリングボン
ドが生ずることになるが、このダングリングボンド一つ
には電荷が一つ伴うため、Ｓｉ基板との界面に極めて大
きな電荷不整合が発生することになり、この電荷不整合
をエネルギー的に安定させるためには、界面付近におけ
るＧａＡｓ成長は３次元島状成長が起こると考えられ
る。そこで、Ｓｉ基板上とＧａＡｓ層との界面の電荷中
性化を行うことにより、ＧａＡｓ成長初期の時点から２
次元層状成長を促進させることができ、良質なＧａＡｓ
薄膜を得ることに成功し、本発明を完成するに至った。
差異による技術的課題の他に、Ｓｉ基板上のＧａＡｓ成
長における初期段階の成長形式に着目した。Ｓｉ基板上
にＧａＡｓを成長させると、ＧａＡｓは島状に成長し、
次いで島同士が合体するときにミツフィット転位等の欠
陥が入ることが分かっていた。この３次元島状成長の起
こる原因がＳｉ基板とＧａＡｓ層との界面に発生する電
荷の不整合にあると考えられる。即ち、非極性半導体で
あるＳｉ表面にIII 族ないしＶ族原子が結合して結晶格
子が形成される過程で、結合手であるダングリングボン
ドが生ずることになるが、このダングリングボンド一つ
には電荷が一つ伴うため、Ｓｉ基板との界面に極めて大
きな電荷不整合が発生することになり、この電荷不整合
をエネルギー的に安定させるためには、界面付近におけ
るＧａＡｓ成長は３次元島状成長が起こると考えられ
る。そこで、Ｓｉ基板上とＧａＡｓ層との界面の電荷中
性化を行うことにより、ＧａＡｓ成長初期の時点から２
次元層状成長を促進させることができ、良質なＧａＡｓ
薄膜を得ることに成功し、本発明を完成するに至った。
【０００８】本発明では、Ｓｉ基板とＧａＡｓ層の界面
にII族原子を単原子層で挿入することにより、ＳｉとII
I 族あるいはＶ族原子との間で発生する電荷不整合を解
消することができ、低転位で良質のＧａＡｓエピタキシ
ャル層を得ることができるのである。図１は、本発明の
１具体例である、Ｓｉ基板上のＡｓ単原子層、Ｚｎ単原
子層、及び低温ＧａＡｓバッファ層の上にＧａＡｓエピ
タキシャル層を形成した積層の断面構造を示したもので
あり、図２は、Ｓｉ基板界面付近における原子の結合状
態を示したものである。
にII族原子を単原子層で挿入することにより、ＳｉとII
I 族あるいはＶ族原子との間で発生する電荷不整合を解
消することができ、低転位で良質のＧａＡｓエピタキシ
ャル層を得ることができるのである。図１は、本発明の
１具体例である、Ｓｉ基板上のＡｓ単原子層、Ｚｎ単原
子層、及び低温ＧａＡｓバッファ層の上にＧａＡｓエピ
タキシャル層を形成した積層の断面構造を示したもので
あり、図２は、Ｓｉ基板界面付近における原子の結合状
態を示したものである。
【０００９】
【実施例】分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）を用
い、図１の積層構造でＳｉ基板上にＧａＡｓ層をエピタ
キシャル成長させた。第１工程として、ＭＢＥ装置にセ
ットしたＳｉ（１００）基板１を２５０℃に加熱した
後、Ａｓ分子線のみを基板に照射し、Ｓｉ基板上にＡｓ
単原子層２を形成した。次いで、第２工程として、II族
原子源のＺｎ分子線を同じ温度で照射してＡｓ単原子層
２の上にＺｎ単原子層３を形成した。第３工程では、成
長温度を２５０℃に保持したままＡｓ分子線とＧａ分子
線を同時に照射し、Ｚｎ単原子層３の上に低温ＧａＡｓ
バッファ層４を２００Å成長させた。この時のＡｓとＧ
ａの分子線強度比（フラックス比）は１０であり、成長
時間は５分であった。その後、成長温度を５５０℃まで
昇温させ、ＧａＡｓエピタキシャル層５を約３μｍ成長
させた。この時のＡｓ／Ｇａフラックス比は１０であ
り、成長速度は１μｍ／ｈであった。（得られたＧａＡ
ｓエピタキシャル層の転位密度、２次元成長の確認など
の実験結果を記載することができませんか。）
い、図１の積層構造でＳｉ基板上にＧａＡｓ層をエピタ
キシャル成長させた。第１工程として、ＭＢＥ装置にセ
ットしたＳｉ（１００）基板１を２５０℃に加熱した
後、Ａｓ分子線のみを基板に照射し、Ｓｉ基板上にＡｓ
単原子層２を形成した。次いで、第２工程として、II族
原子源のＺｎ分子線を同じ温度で照射してＡｓ単原子層
２の上にＺｎ単原子層３を形成した。第３工程では、成
長温度を２５０℃に保持したままＡｓ分子線とＧａ分子
線を同時に照射し、Ｚｎ単原子層３の上に低温ＧａＡｓ
バッファ層４を２００Å成長させた。この時のＡｓとＧ
ａの分子線強度比（フラックス比）は１０であり、成長
時間は５分であった。その後、成長温度を５５０℃まで
昇温させ、ＧａＡｓエピタキシャル層５を約３μｍ成長
させた。この時のＡｓ／Ｇａフラックス比は１０であ
り、成長速度は１μｍ／ｈであった。（得られたＧａＡ
ｓエピタキシャル層の転位密度、２次元成長の確認など
の実験結果を記載することができませんか。）
【００１０】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、Ｓｉ基板とＧａＡｓエピタキシャル層との界面で
発生する電荷不整合を解消することができ、Ｓｉ基板上
へのＧａＡｓエピタキシャル成長の初期過程において３
次元島状成長を抑制し、２次元成長を支配的にすること
ができるために、低転位で良質のＧａＡｓエピタキシャ
ル層を得ることができるようになった。
より、Ｓｉ基板とＧａＡｓエピタキシャル層との界面で
発生する電荷不整合を解消することができ、Ｓｉ基板上
へのＧａＡｓエピタキシャル成長の初期過程において３
次元島状成長を抑制し、２次元成長を支配的にすること
ができるために、低転位で良質のＧａＡｓエピタキシャ
ル層を得ることができるようになった。
【図１】本発明のヘテロエピタキシャル成長法で得た、
Ｓｉ基板上にＧａＡｓエピタキシャル層を形成した積層
構造の１例を示した断面図である。
Ｓｉ基板上にＧａＡｓエピタキシャル層を形成した積層
構造の１例を示した断面図である。
【図２】図１のＳｉ基板界面付近の原子の結合状態を示
した説明図である。
した説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 浩也 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 嶋津 充 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 白川 二 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｓｉ基板上にＧａＡｓ層をエピタキシャ
ル成長させる方法において、Ｓｉ基板表面にＡｓ単原子
層を成長する第１工程と、Ａｓ単原子層の上にＺｎ、Ｂ
ｅ、Ｍｇ等のII族元素の単原子層を成長する第２工程
と、その上に低温ＧａＡｓバッファ層を成長する第３工
程と、該バッファ層の上にＧａＡｓ層をエピタキシャル
成長する第４工程とを有することを特徴とするヘテロエ
ピタキシャル成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34664691A JPH05182906A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | ヘテロエピタキシャル成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34664691A JPH05182906A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | ヘテロエピタキシャル成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05182906A true JPH05182906A (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=18384857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34664691A Pending JPH05182906A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | ヘテロエピタキシャル成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05182906A (ja) |
Cited By (20)
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| CN115966458A (zh) * | 2021-11-29 | 2023-04-14 | 中国科学院半导体研究所 | 外延结构的制备方法 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP34664691A patent/JPH05182906A/ja active Pending
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