JPH05335236A - 半導体デバイスの製法 - Google Patents
半導体デバイスの製法Info
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- JPH05335236A JPH05335236A JP14231192A JP14231192A JPH05335236A JP H05335236 A JPH05335236 A JP H05335236A JP 14231192 A JP14231192 A JP 14231192A JP 14231192 A JP14231192 A JP 14231192A JP H05335236 A JPH05335236 A JP H05335236A
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Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来にない強い発光を示す高品質なＳｉ−Ｓ
ｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜を成長させ、光
電子デバイス等の性能も併有する半導体デバイスの製法
を提供する。 【構成】 真空領域内に、Ｓｉを含むガスとＧｅを含む
ガスとを供給し、基板１上にＳｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合
構造の半導体結晶薄膜を成長させ、半導体デバイスを製
造する方法であって、上記半導体結晶薄膜の成長の際
に、基板１の温度を６００〜９００℃に設定する。
ｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜を成長させ、光
電子デバイス等の性能も併有する半導体デバイスの製法
を提供する。 【構成】 真空領域内に、Ｓｉを含むガスとＧｅを含む
ガスとを供給し、基板１上にＳｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合
構造の半導体結晶薄膜を成長させ、半導体デバイスを製
造する方法であって、上記半導体結晶薄膜の成長の際
に、基板１の温度を６００〜９００℃に設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、真空室等の真空領域
内に、半導体結晶を構成する原子をガス状態で供給し、
基板表面にＳｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造の結晶薄膜
（シリコン単結晶薄膜とシリコンゲルマニウム混晶薄膜
とを積層した構造、以下同じ）を成長させ、半導体デバ
イス（半導体装置）を製造する方法に関するものであ
る。
内に、半導体結晶を構成する原子をガス状態で供給し、
基板表面にＳｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造の結晶薄膜
（シリコン単結晶薄膜とシリコンゲルマニウム混晶薄膜
とを積層した構造、以下同じ）を成長させ、半導体デバ
イス（半導体装置）を製造する方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、素子の高性能化の要求により、信
頼性、高集積化の容易さ等、半導体材料として優れた特
性を有し、これまで長期に渡って蓄積してきた技術を活
かせるＳｉ系半導体において新たな構造のデバイスを作
製するという試みがなされている。そのひとつが、Ｓｉ
−ＳｉＧｅ系ヘテロデバイスであり、ＳｉＧｅヘテロバ
イポーラトランジスタ等の高速電子デバイスやＳｉ−Ｓ
ｉＧｅの歪超格子を利用した新機能デバイスがあげられ
る。さらには、シリコン系半導体の発光特性を利用した
ＯＥＩＣ（光電子ＩＣ）への利用も考えられている。そ
のためには、急峻なヘテロ接合界面を持つ良質な結晶が
不可欠で、それらの要求を満足できるような結晶成長技
術の確立が望まれている。
頼性、高集積化の容易さ等、半導体材料として優れた特
性を有し、これまで長期に渡って蓄積してきた技術を活
かせるＳｉ系半導体において新たな構造のデバイスを作
製するという試みがなされている。そのひとつが、Ｓｉ
−ＳｉＧｅ系ヘテロデバイスであり、ＳｉＧｅヘテロバ
イポーラトランジスタ等の高速電子デバイスやＳｉ−Ｓ
ｉＧｅの歪超格子を利用した新機能デバイスがあげられ
る。さらには、シリコン系半導体の発光特性を利用した
ＯＥＩＣ（光電子ＩＣ）への利用も考えられている。そ
のためには、急峻なヘテロ接合界面を持つ良質な結晶が
不可欠で、それらの要求を満足できるような結晶成長技
術の確立が望まれている。
【０００３】その候補としては、固体ソースＭＢＥ法、
ガスソースＭＢＥ法、ＣＶＤ法等がある。このうち、最
も高品質なＳｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造を形成するも
のは固体ソースＭＢＥ法であると考えられてきた。
ガスソースＭＢＥ法、ＣＶＤ法等がある。このうち、最
も高品質なＳｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造を形成するも
のは固体ソースＭＢＥ法であると考えられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の固体ソースＭＢＥ法で作製した最良の結晶において
も、光関連デバイスに利用できるような強い発光は観測
されていない。通常、固体ソースＭＢＥ法でこのような
Ｓｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造の結晶薄膜を作製する場
合、結晶薄膜の成長は、３００〜５００℃と低い温度域
で行なわれている。これはつぎのような理由による。す
なわち、ＳｉとＧｅの結晶の格子定数は相互に４％も異
なっているため、Ｓｉ膜の上にＧｅないしはＳｉＧｅ
（または逆の場合でも）膜を成長させようとした場合に
は転位と呼ばれる結晶欠陥が発生し、得られるヘテロ接
合構造の結晶薄膜の特性が著しく低下してしまう。この
ような不都合な現象は、高温になればなるほど大きくな
る。したがって、結晶薄膜の成長は上記のように低温度
域で行われている。また高温で行うと、表面モホロジー
（表面の平坦性）も悪くなる傾向があるうえ、Ｇｅの表
面偏析（Ｇｅ膜の上にＳｉ膜を成長させる際、Ｓｉ膜と
／Ｇｅ膜との界面においてＧｅがＳｉ膜に入り込み、界
面の急峻性（急峻性とは、膜の積層時に新規生成膜に前
回使用時のガスの混入が少なく、新旧両膜がその接合界
面において成分が厳密に異なるようになることをいう）
を低下させる等）の問題が生じ、これらを回避すること
も、結晶薄膜の成長を上記のような低温域で行う大きな
理由となっている。
来の固体ソースＭＢＥ法で作製した最良の結晶において
も、光関連デバイスに利用できるような強い発光は観測
されていない。通常、固体ソースＭＢＥ法でこのような
Ｓｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造の結晶薄膜を作製する場
合、結晶薄膜の成長は、３００〜５００℃と低い温度域
で行なわれている。これはつぎのような理由による。す
なわち、ＳｉとＧｅの結晶の格子定数は相互に４％も異
なっているため、Ｓｉ膜の上にＧｅないしはＳｉＧｅ
（または逆の場合でも）膜を成長させようとした場合に
は転位と呼ばれる結晶欠陥が発生し、得られるヘテロ接
合構造の結晶薄膜の特性が著しく低下してしまう。この
ような不都合な現象は、高温になればなるほど大きくな
る。したがって、結晶薄膜の成長は上記のように低温度
域で行われている。また高温で行うと、表面モホロジー
（表面の平坦性）も悪くなる傾向があるうえ、Ｇｅの表
面偏析（Ｇｅ膜の上にＳｉ膜を成長させる際、Ｓｉ膜と
／Ｇｅ膜との界面においてＧｅがＳｉ膜に入り込み、界
面の急峻性（急峻性とは、膜の積層時に新規生成膜に前
回使用時のガスの混入が少なく、新旧両膜がその接合界
面において成分が厳密に異なるようになることをいう）
を低下させる等）の問題が生じ、これらを回避すること
も、結晶薄膜の成長を上記のような低温域で行う大きな
理由となっている。
【０００５】このように、従来から、Ｓｉ−ＳｉＧｅ系
のヘテロ接合構造の結晶薄膜を形成する場合には、低温
成長が必須条件であると考えられ、これが技術常識とな
っていた。このような考えに基づいて作製された、高品
質と思われたＳｉＧｅ／Ｓｉ量子井戸構造（Ｓｉ基板の
上にＳｉの薄膜を形成し、その上に薄いＳｉＧｅの膜を
形成、さらにその上にＳｉ薄膜を形成し、上下のＳｉ薄
膜でＳｉＧｅ膜をサンドイッチにした構造のもの）の膜
（ヘテロ接合構造の結晶薄膜）でさえも、光電子デバイ
スとしての利用が考えられるような強い発光現象は認め
られなかった。
のヘテロ接合構造の結晶薄膜を形成する場合には、低温
成長が必須条件であると考えられ、これが技術常識とな
っていた。このような考えに基づいて作製された、高品
質と思われたＳｉＧｅ／Ｓｉ量子井戸構造（Ｓｉ基板の
上にＳｉの薄膜を形成し、その上に薄いＳｉＧｅの膜を
形成、さらにその上にＳｉ薄膜を形成し、上下のＳｉ薄
膜でＳｉＧｅ膜をサンドイッチにした構造のもの）の膜
（ヘテロ接合構造の結晶薄膜）でさえも、光電子デバイ
スとしての利用が考えられるような強い発光現象は認め
られなかった。
【０００６】またガスソースＭＢＥ法やその他のＣＶＤ
法においても同様に、強い発光現象を示すような結晶膜
は作製されていない。しかしながら、強い発光を生じる
Ｓｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜を作製
することができれば、それを備えた半導体デバイスは、
半導体デバイスとしての基本的な性能の他、光素子等と
しての性能も備えるようになり、光通信等の領域におい
て、重要な役割を果たすようになる。
法においても同様に、強い発光現象を示すような結晶膜
は作製されていない。しかしながら、強い発光を生じる
Ｓｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜を作製
することができれば、それを備えた半導体デバイスは、
半導体デバイスとしての基本的な性能の他、光素子等と
しての性能も備えるようになり、光通信等の領域におい
て、重要な役割を果たすようになる。
【０００７】この発明は、このような事情に鑑みなされ
たもので、従来にない強い発光を示す高品質なＳｉ−Ｓ
ｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜を成長させ、光
電子デバイス等の性能も併有する半導体デバイスの製法
の提供をその目的とする。
たもので、従来にない強い発光を示す高品質なＳｉ−Ｓ
ｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜を成長させ、光
電子デバイス等の性能も併有する半導体デバイスの製法
の提供をその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明の半導体デバイスの製法は、真空領域内
に、Ｓｉを含むガスとＧｅを含むガスとを供給し、基板
上にＳｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜を
成長させ、半導体デバイスを製造する方法であって、上
記半導体結晶薄膜の成長の際に、基板の温度を６００〜
９００℃に設定するという構成をとる。すなわち、この
発明の半導体デバイスの製法は、ガスソースＭＢＥ法の
改善を図り、それによって、強い発光現象を示す結晶膜
を基板上に作製するものである。
め、この発明の半導体デバイスの製法は、真空領域内
に、Ｓｉを含むガスとＧｅを含むガスとを供給し、基板
上にＳｉ−ＳｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜を
成長させ、半導体デバイスを製造する方法であって、上
記半導体結晶薄膜の成長の際に、基板の温度を６００〜
９００℃に設定するという構成をとる。すなわち、この
発明の半導体デバイスの製法は、ガスソースＭＢＥ法の
改善を図り、それによって、強い発光現象を示す結晶膜
を基板上に作製するものである。
【０００９】
【作用】この発明者らは、上記Ｓｉ−ＳｉＧｅヘテロ接
合構造の半導体結晶薄膜が光関連デバイスに利用できる
ような強い発光を生じないのは、上記半導体結晶薄膜の
結晶性が不十分であり、しかも上記ヘテロ接合構造の結
晶薄膜におけるシリコン単結晶薄膜とシリコンゲルマニ
ウム混晶単結晶薄膜との接合界面における急峻性も不十
分ではないかと着想し、一連の研究を重ねた。この研究
の過程で、この発明者らの上記着想が正しいことが裏付
けられ、さらに上記着想を実現するために研究を重ねた
結果、ガスソースＭＢＥ法を用い、６００℃〜９００℃
という従来では考えられない高温領域においてＳｉ−Ｓ
ｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜（Ｓｉ−ＳｉＧ
ｅ／Ｓｉ量子井戸構造の膜）を作製すると、今までにな
い強い発光（化合物半導体の発光に匹敵するような強い
発光）が得られることを見いだし、この発明に到達し
た。
合構造の半導体結晶薄膜が光関連デバイスに利用できる
ような強い発光を生じないのは、上記半導体結晶薄膜の
結晶性が不十分であり、しかも上記ヘテロ接合構造の結
晶薄膜におけるシリコン単結晶薄膜とシリコンゲルマニ
ウム混晶単結晶薄膜との接合界面における急峻性も不十
分ではないかと着想し、一連の研究を重ねた。この研究
の過程で、この発明者らの上記着想が正しいことが裏付
けられ、さらに上記着想を実現するために研究を重ねた
結果、ガスソースＭＢＥ法を用い、６００℃〜９００℃
という従来では考えられない高温領域においてＳｉ−Ｓ
ｉＧｅヘテロ接合構造の半導体結晶薄膜（Ｓｉ−ＳｉＧ
ｅ／Ｓｉ量子井戸構造の膜）を作製すると、今までにな
い強い発光（化合物半導体の発光に匹敵するような強い
発光）が得られることを見いだし、この発明に到達し
た。
【００１０】これについて、より詳しく説明すると、ガ
スソースＭＢＥ法は、生成する膜の均一性の点におい
て、固体ソースＭＢＥ法に一歩を譲る。したがって、従
来固体ソースＭＢＥ法が賞用されている。しかし、上記
固体ソースＭＢＥ法における半導体結晶薄膜の成長は、
先に述べたように、３００〜５００℃の低温で行なわれ
ることが技術常識となっている。
スソースＭＢＥ法は、生成する膜の均一性の点におい
て、固体ソースＭＢＥ法に一歩を譲る。したがって、従
来固体ソースＭＢＥ法が賞用されている。しかし、上記
固体ソースＭＢＥ法における半導体結晶薄膜の成長は、
先に述べたように、３００〜５００℃の低温で行なわれ
ることが技術常識となっている。
【００１１】この発明者らは、先に述べたように、この
ような技術常識に疑いを抱き、低温における膜成長自体
が発光現象を阻害しているのではないかと考えた。すな
わち、低温では、結晶を形成する原子（ＳｉＧｅ）の活
発な運動が抑制され、上記原子が本来の結晶格子位置に
収まることができず、結晶性の低下が起こることが予期
される。この発明者らは、強い発光には、結晶性等が良
いことが必須条件であると予想している。従来は、この
予想に反し、固体ソースＭＢＥ法は、低温成長を行なっ
ていたのであり、成長したＳｉＧｅ自身の結晶性を低下
させる結果となっていた。なお、結晶性の良否の判断
は、通常、発光現象を利用した、ＰＬ（フォトルミネッ
センス）測定で行なわれている。この方法では、ＧａＡ
ｓ等の化合物半導体のように発光しやすいものであれば
容易に判定できるが、Ｓｉ系の結晶は元来発光しにくい
ため、結晶性の良否の判定は容易でない。したがって、
このことと、固体ソースＭＢＥ法が優れた成膜性能を持
ち、欠点が少ないと言われていることとが相まって、発
光現象が結晶性と接合界面の急峻性に大きな影響を受け
るということに気が付くのを遅らせていたものと考えら
れる。
ような技術常識に疑いを抱き、低温における膜成長自体
が発光現象を阻害しているのではないかと考えた。すな
わち、低温では、結晶を形成する原子（ＳｉＧｅ）の活
発な運動が抑制され、上記原子が本来の結晶格子位置に
収まることができず、結晶性の低下が起こることが予期
される。この発明者らは、強い発光には、結晶性等が良
いことが必須条件であると予想している。従来は、この
予想に反し、固体ソースＭＢＥ法は、低温成長を行なっ
ていたのであり、成長したＳｉＧｅ自身の結晶性を低下
させる結果となっていた。なお、結晶性の良否の判断
は、通常、発光現象を利用した、ＰＬ（フォトルミネッ
センス）測定で行なわれている。この方法では、ＧａＡ
ｓ等の化合物半導体のように発光しやすいものであれば
容易に判定できるが、Ｓｉ系の結晶は元来発光しにくい
ため、結晶性の良否の判定は容易でない。したがって、
このことと、固体ソースＭＢＥ法が優れた成膜性能を持
ち、欠点が少ないと言われていることとが相まって、発
光現象が結晶性と接合界面の急峻性に大きな影響を受け
るということに気が付くのを遅らせていたものと考えら
れる。
【００１２】この発明者らは、先に述べたように、ヘテ
ロ界面急峻性が良いとともに、結晶性の優れたＳｉＧｅ
／Ｓｉ量子井戸構造を作製すれば、強い発光現象が得ら
れるものと考えた。そこで結晶性の向上を図るために、
高温で成長できなおかつ高温成長の弊害が出ないような
成長方法について研究を重ねた。その結果として、ガス
ソースＭＢＥ法を用い、６００〜９００℃という従来で
は考えられない高温域でＳｉＧｅ／Ｓｉ量子井戸構造を
作製すれば、化合物半導体に匹敵するような強い発光が
得られることを見いだしこの発明に到達した。
ロ界面急峻性が良いとともに、結晶性の優れたＳｉＧｅ
／Ｓｉ量子井戸構造を作製すれば、強い発光現象が得ら
れるものと考えた。そこで結晶性の向上を図るために、
高温で成長できなおかつ高温成長の弊害が出ないような
成長方法について研究を重ねた。その結果として、ガス
ソースＭＢＥ法を用い、６００〜９００℃という従来で
は考えられない高温域でＳｉＧｅ／Ｓｉ量子井戸構造を
作製すれば、化合物半導体に匹敵するような強い発光が
得られることを見いだしこの発明に到達した。
【００１３】つぎに、この発明を詳しく説明する。
【００１４】この発明の半導体デバイスは、通常、真空
室内に基板を保持する保持部と、上記保持部の下側に反
応ガス拡散室とを設けて構成された半導体製造装置を用
いて得られる。原料となる反応ガスは、上記反応ガス拡
散室を経由して基板保持部に保持された基板に向かって
吹き出され、基板面に薄膜を形成する。通常、基板と反
応ガス拡散室の天井部との距離は、数センチメートル程
度（好適には２〜５cm、より好適には３〜４cm）に設定
されている。そして、上記反応ガスは、反応ガス拡散室
に形成された複数の開口から吹き出すのであり、これら
の開口は、上記基板面での分子線密度が均一になるよ
う、反応ガス拡散室の天井部に所定間隔で一面に分布形
成されている。このようにして、反応ガスを供給するこ
とにより、通常のガスソースＭＢＥ法では困難な、反応
ガスの平均自由行程が数センチメートルとなる比較的高
い圧力領域（１０-1Ｐａオーダ）においても、高温で膜
成長が可能となる。その結果、半導体結晶薄膜における
結晶性の向上効果とヘテロ界面における急峻性とが実現
されるようになる。
室内に基板を保持する保持部と、上記保持部の下側に反
応ガス拡散室とを設けて構成された半導体製造装置を用
いて得られる。原料となる反応ガスは、上記反応ガス拡
散室を経由して基板保持部に保持された基板に向かって
吹き出され、基板面に薄膜を形成する。通常、基板と反
応ガス拡散室の天井部との距離は、数センチメートル程
度（好適には２〜５cm、より好適には３〜４cm）に設定
されている。そして、上記反応ガスは、反応ガス拡散室
に形成された複数の開口から吹き出すのであり、これら
の開口は、上記基板面での分子線密度が均一になるよ
う、反応ガス拡散室の天井部に所定間隔で一面に分布形
成されている。このようにして、反応ガスを供給するこ
とにより、通常のガスソースＭＢＥ法では困難な、反応
ガスの平均自由行程が数センチメートルとなる比較的高
い圧力領域（１０-1Ｐａオーダ）においても、高温で膜
成長が可能となる。その結果、半導体結晶薄膜における
結晶性の向上効果とヘテロ界面における急峻性とが実現
されるようになる。
【００１５】つぎに、この発明を実施例にもとづいて詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１６】
【実施例】図１はこの発明の半導体デバイスの製法に用
いる半導体製造装置を示している。この半導体製造装置
は、円筒形のステンレス製真空室Ｘを備え、その真空室
Ｘ内に円板状の基板１が、中央にガス透過用の穴を有す
るシリコン板（図では省略している）を介して、水平に
設けられた基板保持用のトレイ４の中央開口縁３に水平
に載置され、着脱自在に装着される。上記シリコン板に
よって基板１の全体の均一加熱が可能となる。真空室Ｘ
の周壁１ａから内側に水平に突出するステンレス製のガ
イドリング１ｂとの間の間隙に、その間隙を埋める、略
リング状の分離板１１が取り付けられている。
いる半導体製造装置を示している。この半導体製造装置
は、円筒形のステンレス製真空室Ｘを備え、その真空室
Ｘ内に円板状の基板１が、中央にガス透過用の穴を有す
るシリコン板（図では省略している）を介して、水平に
設けられた基板保持用のトレイ４の中央開口縁３に水平
に載置され、着脱自在に装着される。上記シリコン板に
よって基板１の全体の均一加熱が可能となる。真空室Ｘ
の周壁１ａから内側に水平に突出するステンレス製のガ
イドリング１ｂとの間の間隙に、その間隙を埋める、略
リング状の分離板１１が取り付けられている。
【００１７】上記略リング状の分離板１１は、その内周
側のリング部分と外周側のリング部分とからなり、内周
側部分がカーボンリング２０で形成され、外周部分が石
英リング２１で形成されている。上記石英リング２１
は、熱遮蔽効果が高いため、成膜時の加熱によって基板
１の周囲が中心側から周方向に熱くなるのを、この石英
リング２１によって防止することができ、真空室Ｘの周
壁に対する伝熱を遮蔽する。この種の装置では、成膜状
態をその場で観察するために、真空室ＸにＲＨＥＥＤ等
の観察機器を取り付け、基板１の表面（図示の下側面）
に電子ビームを照射してその軌跡を反対側に設けたスク
リーン（図示せず）上に投影しその投影像を読み取るこ
とが行われるが、この時、上記分離板１１の石英リング
２１は絶縁体であり、静電気を帯びて帯電しやすい。そ
してこのような帯電部分が存在すると、電子ビームは指
向性を失い、軌跡がスクリーンから大きくずれてスクリ
ーン状に投影されなくなる。そこで、この装置では、石
英リング２１への帯電を防止するために、石英リング２
１の下面に、薄肉のカーボンプレート２２を取り付け静
電気を真空室Ｘの周壁１ａに逃がすようにしている。ま
た、分離板１１のカーボンリング２０と基板１とは、上
記石英リング２１で真空室Ｘの周壁１ａと遮蔽されてお
り帯電しやすいため、カーボンリング２０をタンタル線
２５によってガイドリング１ｂにアースし静電気を真空
室Ｘの周壁１ａに逃がすようにしている。
側のリング部分と外周側のリング部分とからなり、内周
側部分がカーボンリング２０で形成され、外周部分が石
英リング２１で形成されている。上記石英リング２１
は、熱遮蔽効果が高いため、成膜時の加熱によって基板
１の周囲が中心側から周方向に熱くなるのを、この石英
リング２１によって防止することができ、真空室Ｘの周
壁に対する伝熱を遮蔽する。この種の装置では、成膜状
態をその場で観察するために、真空室ＸにＲＨＥＥＤ等
の観察機器を取り付け、基板１の表面（図示の下側面）
に電子ビームを照射してその軌跡を反対側に設けたスク
リーン（図示せず）上に投影しその投影像を読み取るこ
とが行われるが、この時、上記分離板１１の石英リング
２１は絶縁体であり、静電気を帯びて帯電しやすい。そ
してこのような帯電部分が存在すると、電子ビームは指
向性を失い、軌跡がスクリーンから大きくずれてスクリ
ーン状に投影されなくなる。そこで、この装置では、石
英リング２１への帯電を防止するために、石英リング２
１の下面に、薄肉のカーボンプレート２２を取り付け静
電気を真空室Ｘの周壁１ａに逃がすようにしている。ま
た、分離板１１のカーボンリング２０と基板１とは、上
記石英リング２１で真空室Ｘの周壁１ａと遮蔽されてお
り帯電しやすいため、カーボンリング２０をタンタル線
２５によってガイドリング１ｂにアースし静電気を真空
室Ｘの周壁１ａに逃がすようにしている。
【００１８】上記真空室Ｘは、さきに述べた分離板１
１，トレイ４および基板１によって、基板加熱スペース
Ｐと結晶成長スペースＱの２空間に仕切られており、上
記基板加熱スペースＰ，結晶成長スペースＱのそれぞれ
には、真空ポンプ（図示せず）から延びる真空排気配管
１２，１３が連通されている。したがって、上記スペー
スＰ，Ｑは、各別に、それぞれ異なる真空℃に設定でき
るようになっている。この基板加熱スペースＰにおい
て、上記基板１の上方には、ヒータ（たとえば板状カー
ボングラファイトに筋状切り込みを交互に設け、その両
端に電極を取り付けて構成した板状ヒータ）６が設けら
れており、その下に均熱板６ａが取り付けられている。
これらは、真空室Ｘの天井から吊り下げ保持されてい
る。このヒータ６は面状に均一加熱が可能で、特に上記
均熱板６ａとの組み合わせによって非常に均一に面状加
熱を行うことができるようになっている。
１，トレイ４および基板１によって、基板加熱スペース
Ｐと結晶成長スペースＱの２空間に仕切られており、上
記基板加熱スペースＰ，結晶成長スペースＱのそれぞれ
には、真空ポンプ（図示せず）から延びる真空排気配管
１２，１３が連通されている。したがって、上記スペー
スＰ，Ｑは、各別に、それぞれ異なる真空℃に設定でき
るようになっている。この基板加熱スペースＰにおい
て、上記基板１の上方には、ヒータ（たとえば板状カー
ボングラファイトに筋状切り込みを交互に設け、その両
端に電極を取り付けて構成した板状ヒータ）６が設けら
れており、その下に均熱板６ａが取り付けられている。
これらは、真空室Ｘの天井から吊り下げ保持されてい
る。このヒータ６は面状に均一加熱が可能で、特に上記
均熱板６ａとの組み合わせによって非常に均一に面状加
熱を行うことができるようになっている。
【００１９】そして、上記ヒータ６および均熱板６ａ
は、開口を下向きにした状態で配設されたコップ状の熱
遮蔽板２６で囲われている。この熱遮蔽板２６は、８層
構造の積層板からなり、内側の４層がモリブデン材で形
成され、外側の４層がステンレス材で形成されている。
この構造によれば非常に保温性および加熱時の熱の指向
性を高くできるため、ヒータ６の加熱領域を限定し、基
板１に対する熱効率を大幅に向上することができる。
は、開口を下向きにした状態で配設されたコップ状の熱
遮蔽板２６で囲われている。この熱遮蔽板２６は、８層
構造の積層板からなり、内側の４層がモリブデン材で形
成され、外側の４層がステンレス材で形成されている。
この構造によれば非常に保温性および加熱時の熱の指向
性を高くできるため、ヒータ６の加熱領域を限定し、基
板１に対する熱効率を大幅に向上することができる。
【００２０】一方、上記結晶成長スペースＱには、中空
円柱状のマニホールド７が設けられている。このマニホ
ールド７は、内部が中板４０で上下２室に区切られてい
る。この中板４０は、ＳｉＣ（炭化珪素）コーティング
のなされたカーボン４０ａとモリブデン板４０ｂの２層
構造になっている。モリブデン板４０ｂは熱遮蔽性に富
んでおり、マニホールド７の下室への侵入を阻止する。
マニホールド７の下室は、ステンレス性の第２の反応ガ
ス拡散室４１に形成され、その底部にはステンレス性の
第２の原料ガス供給間４２が連通されている。そして、
上記第２の原料ガス供給配管４２の先端部は開口も形成
されヘッダー部４６になっており、この部分から周方向
に第２の原料ガスが噴射するようになっている。また、
上記ヘッダー部４６の周囲には、略中空半球状のステン
レス製の反射板４７が設けられており、上記第２の原料
ガスは、その曲面にそって矢印のようになめらかに均一
拡散しながら上昇するようになっている。マニホールド
７の上室は、ＳｉＣコーティングされたカーボン材製の
第１の反応ガス拡散室４３に形成され、その内側には、
側方からタンタル材製の第１の原料ガス供給配管４４が
導入されている。この原料ガス供給配管４４の先端は閉
じられていて、先端周壁部には、円周方向に所定間隔で
複数の吹き出し口４４ｂが形成されている。また、上記
吹き出し口４４ｂの上方には、タンタル材製の水平拡散
板４８が設けられている。これによって、第１の原料ガ
スが、破線矢印のように周方向に均一に拡がりながら上
昇するようになっている。そして、上記第１の反応ガス
拡散室４３の天井部、すなわち、マニホールド７の天板
には、図２に示すように、一面に、均一な間隔（例えば
ピッチ１８mm）で多数の開口（直径４．５mm）４３ａが
分布形成（基板面内迄の距離３５mm）されている。図２
において、開口４３ａは、各開口４３ａを結んで横方向
に延びる線Ｘに対し、各開口を結んで斜めに延びる線Ｙ
が略６０度の角度となるように形成されている。符号１
は基板を示している。そして、各開口４３ａの略中心
に、図１に示すように、第２の反応ガス拡散室４１の天
井部から上方へ延びるタンタル材製の連通管４０ｃの先
端が位置し、各開口４３ａの開口壁との間に空隙を設け
ている。第１の反応ガス拡散室４３に導入された第１の
原料ガスは上記空隙を通って基板１に向かって吹き出
し、第２の反応ガス拡散室４１に導入された第２の原料
ガスは連通管４０ｃを通って基板１に向かって吹き出す
ようになっている。
円柱状のマニホールド７が設けられている。このマニホ
ールド７は、内部が中板４０で上下２室に区切られてい
る。この中板４０は、ＳｉＣ（炭化珪素）コーティング
のなされたカーボン４０ａとモリブデン板４０ｂの２層
構造になっている。モリブデン板４０ｂは熱遮蔽性に富
んでおり、マニホールド７の下室への侵入を阻止する。
マニホールド７の下室は、ステンレス性の第２の反応ガ
ス拡散室４１に形成され、その底部にはステンレス性の
第２の原料ガス供給間４２が連通されている。そして、
上記第２の原料ガス供給配管４２の先端部は開口も形成
されヘッダー部４６になっており、この部分から周方向
に第２の原料ガスが噴射するようになっている。また、
上記ヘッダー部４６の周囲には、略中空半球状のステン
レス製の反射板４７が設けられており、上記第２の原料
ガスは、その曲面にそって矢印のようになめらかに均一
拡散しながら上昇するようになっている。マニホールド
７の上室は、ＳｉＣコーティングされたカーボン材製の
第１の反応ガス拡散室４３に形成され、その内側には、
側方からタンタル材製の第１の原料ガス供給配管４４が
導入されている。この原料ガス供給配管４４の先端は閉
じられていて、先端周壁部には、円周方向に所定間隔で
複数の吹き出し口４４ｂが形成されている。また、上記
吹き出し口４４ｂの上方には、タンタル材製の水平拡散
板４８が設けられている。これによって、第１の原料ガ
スが、破線矢印のように周方向に均一に拡がりながら上
昇するようになっている。そして、上記第１の反応ガス
拡散室４３の天井部、すなわち、マニホールド７の天板
には、図２に示すように、一面に、均一な間隔（例えば
ピッチ１８mm）で多数の開口（直径４．５mm）４３ａが
分布形成（基板面内迄の距離３５mm）されている。図２
において、開口４３ａは、各開口４３ａを結んで横方向
に延びる線Ｘに対し、各開口を結んで斜めに延びる線Ｙ
が略６０度の角度となるように形成されている。符号１
は基板を示している。そして、各開口４３ａの略中心
に、図１に示すように、第２の反応ガス拡散室４１の天
井部から上方へ延びるタンタル材製の連通管４０ｃの先
端が位置し、各開口４３ａの開口壁との間に空隙を設け
ている。第１の反応ガス拡散室４３に導入された第１の
原料ガスは上記空隙を通って基板１に向かって吹き出
し、第２の反応ガス拡散室４１に導入された第２の原料
ガスは連通管４０ｃを通って基板１に向かって吹き出す
ようになっている。
【００２１】この装置を使用し目的とする半導体結晶薄
膜を成長するには、真空室Ｘの圧力を１０-1〜１０-3Ｐ
ａ（パスカル）に設定する。そして、基板１から、１０
cm以内、好適には、２〜５cmに（上記装置では３．５c
m）の距離に設定した開口４３ａ、連通管４０ｃの先端
から原料ガスを吹き出し基板１に対して成膜する。この
とき基板１は、６００〜９００℃、好適には６２０〜８
００℃の温度範囲に加熱されている。通常、ＰＨ3 ，Ａ
ｓＨ3 等のドーピングガスはクラッキング後、第１の反
応ガス拡散室２に供給され、Ｓｉを含むガス（Ｓｉ2 Ｈ
6 ，ＳｉＨ4 ）やＧｅを含むガス（ＧｅＨ4 等）やＢ2
Ｈ6 等のドーピングガスは事前分解しないで直接第２の
反応ガス拡散室４１に供給される。
膜を成長するには、真空室Ｘの圧力を１０-1〜１０-3Ｐ
ａ（パスカル）に設定する。そして、基板１から、１０
cm以内、好適には、２〜５cmに（上記装置では３．５c
m）の距離に設定した開口４３ａ、連通管４０ｃの先端
から原料ガスを吹き出し基板１に対して成膜する。この
とき基板１は、６００〜９００℃、好適には６２０〜８
００℃の温度範囲に加熱されている。通常、ＰＨ3 ，Ａ
ｓＨ3 等のドーピングガスはクラッキング後、第１の反
応ガス拡散室２に供給され、Ｓｉを含むガス（Ｓｉ2 Ｈ
6 ，ＳｉＨ4 ）やＧｅを含むガス（ＧｅＨ4 等）やＢ2
Ｈ6 等のドーピングガスは事前分解しないで直接第２の
反応ガス拡散室４１に供給される。
【００２２】上記装置を用い、６２０℃で作製したＳｉ
Ｇｅ／Ｓｉのヘテロ構造を有する半導体結晶薄膜の１つ
であるＳｉ0.84Ｇｅ0.16（36Å）／Ｓｉ（54Å）量子井
戸構造（Ｓｉ基板の上に５４ÅのＳｉ結晶薄膜を形成、
その上にＳｉとＧｅの比率が０．８４対０．１６のＳｉ
Ｇｅ結晶薄膜を３６Åの厚みで形成、さらにその上にＳ
ｉ結晶薄膜を５４Å形成したもの）のＰＬ（フォトルミ
ネッセンス）スペクトルを図３の曲線Ａに示す。また同
じ装置を用いて５８０℃で作製した同じ構造の薄膜のＰ
Ｌスペクトルを曲線Ｂに示す。さらに、従来の固体ソー
スＭＢＥ装置を用いて、５００℃で作製したほぼ同じヘ
テロ構造を有する半導体結晶薄膜であるＳｉ0.8 Ｇｅ
0.2 (300Å）／Ｓｉ(600Å）量子井戸構造のＰＬスペク
トルを曲線Ｃに示す。曲線Ａにおいて、ＸTOとＸNPと表
示した強いピークがＳｉＧｅ膜からの発光であり、従来
得られなかったものである。その右側の大きなピークは
Ｓｉ基板からの発光である。５８０℃で作製した同じ構
造のものでは、発光を示すピークが全く消失している。
また、固体ソースＭＢＥで作製したものでは、ＳｉＧｅ
膜からの発光がないうえに、さらに低エネルギー側に結
晶欠陥の存在を示すブロードなピークが検出されてい
る。
Ｇｅ／Ｓｉのヘテロ構造を有する半導体結晶薄膜の１つ
であるＳｉ0.84Ｇｅ0.16（36Å）／Ｓｉ（54Å）量子井
戸構造（Ｓｉ基板の上に５４ÅのＳｉ結晶薄膜を形成、
その上にＳｉとＧｅの比率が０．８４対０．１６のＳｉ
Ｇｅ結晶薄膜を３６Åの厚みで形成、さらにその上にＳ
ｉ結晶薄膜を５４Å形成したもの）のＰＬ（フォトルミ
ネッセンス）スペクトルを図３の曲線Ａに示す。また同
じ装置を用いて５８０℃で作製した同じ構造の薄膜のＰ
Ｌスペクトルを曲線Ｂに示す。さらに、従来の固体ソー
スＭＢＥ装置を用いて、５００℃で作製したほぼ同じヘ
テロ構造を有する半導体結晶薄膜であるＳｉ0.8 Ｇｅ
0.2 (300Å）／Ｓｉ(600Å）量子井戸構造のＰＬスペク
トルを曲線Ｃに示す。曲線Ａにおいて、ＸTOとＸNPと表
示した強いピークがＳｉＧｅ膜からの発光であり、従来
得られなかったものである。その右側の大きなピークは
Ｓｉ基板からの発光である。５８０℃で作製した同じ構
造のものでは、発光を示すピークが全く消失している。
また、固体ソースＭＢＥで作製したものでは、ＳｉＧｅ
膜からの発光がないうえに、さらに低エネルギー側に結
晶欠陥の存在を示すブロードなピークが検出されてい
る。
【００２３】また図４の曲線Ａは、本発明の上記実施例
で得られたＳｉＧｅ／Ｓｉ量子井戸構造のＳｉＧｅ膜と
Ｓｉ膜との接合界面の急峻性を測定したＳＩＭＳ分析デ
ータ曲線であり、同じく図４の曲線Ｂは固体ソースＭＢ
Ｅで作製したＳｉＧｅ／Ｓｉ量子井戸構造のＳｉＧｅ膜
とＳｉ膜の接合界面の急峻性を測定したＳＩＭＳ分析曲
線である。図４の曲線ＡとＢとの対比から、本発明の上
記実施例のものでは、極めて短い距離でＧｅが減衰お
り、接合界面の急峻性が優れていることがわかる。それ
に比べ固体ソースＭＢＥの方は長い距離に渡りＧｅが分
布しており、急峻性が悪い事を示している。
で得られたＳｉＧｅ／Ｓｉ量子井戸構造のＳｉＧｅ膜と
Ｓｉ膜との接合界面の急峻性を測定したＳＩＭＳ分析デ
ータ曲線であり、同じく図４の曲線Ｂは固体ソースＭＢ
Ｅで作製したＳｉＧｅ／Ｓｉ量子井戸構造のＳｉＧｅ膜
とＳｉ膜の接合界面の急峻性を測定したＳＩＭＳ分析曲
線である。図４の曲線ＡとＢとの対比から、本発明の上
記実施例のものでは、極めて短い距離でＧｅが減衰お
り、接合界面の急峻性が優れていることがわかる。それ
に比べ固体ソースＭＢＥの方は長い距離に渡りＧｅが分
布しており、急峻性が悪い事を示している。
【００２４】〔急峻性の測定〕二次イオン質量分析装置
（酸素イオンＯ2 + を加速エネルギー６ｋＶで試料表面
に対して６０°の角度で入射し、物理スパッタ効果によ
り、ＧｅのＳｉ中における深さ方向分析を行う。《ＳＩ
ＭＳ装置》）を用いて、Ｓｉ／ＳｉＧｅ界面付近におけ
るＧｅの分布を測定した。 〈ＳＩＭＳ：ＡＴＯＭＩＫＡ製６５００、超高真空対応
（１０-11 Ｔｏｒｒ）、軽元素分析用ヘリウムクライオ
パネル装備、四重極型質量分析器型〉
（酸素イオンＯ2 + を加速エネルギー６ｋＶで試料表面
に対して６０°の角度で入射し、物理スパッタ効果によ
り、ＧｅのＳｉ中における深さ方向分析を行う。《ＳＩ
ＭＳ装置》）を用いて、Ｓｉ／ＳｉＧｅ界面付近におけ
るＧｅの分布を測定した。 〈ＳＩＭＳ：ＡＴＯＭＩＫＡ製６５００、超高真空対応
（１０-11 Ｔｏｒｒ）、軽元素分析用ヘリウムクライオ
パネル装備、四重極型質量分析器型〉
【００２５】〔ＰＬの測定〕ＪＯＢＩＮ ＹＶＯＮ製、
１ｍ分光器（ＪＨＲ−１０００）を用いて測定した。
１ｍ分光器（ＪＨＲ−１０００）を用いて測定した。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、この発明は、ガスソース
ＭＢＥ法を改良したもので、基板上にＳｉ−ＳｉＧｅヘ
テロ接合構造の半導体結晶薄膜を成長させる際に、基板
の温度を６００〜９００℃に加熱するため、従来にな
い、発光特性の極めて優れた高品質な半導体結晶薄膜を
製造することができ、それによって、半導体としての基
本的な性能の他、発光素子等の性能併用している半導体
デバイスを製造することができる。したがって、この半
導体デバイスを利用し、超高性能Ｓｉ電子デバイスや、
発光，受光，光処理といった光化学機能を組み込んだ、
全く新しい光電子デバイスの作製が可能となる。
ＭＢＥ法を改良したもので、基板上にＳｉ−ＳｉＧｅヘ
テロ接合構造の半導体結晶薄膜を成長させる際に、基板
の温度を６００〜９００℃に加熱するため、従来にな
い、発光特性の極めて優れた高品質な半導体結晶薄膜を
製造することができ、それによって、半導体としての基
本的な性能の他、発光素子等の性能併用している半導体
デバイスを製造することができる。したがって、この半
導体デバイスを利用し、超高性能Ｓｉ電子デバイスや、
発光，受光，光処理といった光化学機能を組み込んだ、
全く新しい光電子デバイスの作製が可能となる。
【図１】この発明に用いられる半導体製造装置の成長室
の縦断面図である。
の縦断面図である。
【図２】図１の装置のマニホールドの天板に分布形成さ
れる多数の開口の説明図である。
れる多数の開口の説明図である。
【図３】この発明の製法と従来の製法により得られた半
導体結晶薄膜の発光特性を比較説明する図である。
導体結晶薄膜の発光特性を比較説明する図である。
【図４】この発明の製法と従来の製法により得られた半
導体結晶薄膜の急峻性を比較説明する図である。
導体結晶薄膜の急峻性を比較説明する図である。
１ 基板 ４０ｃ 連通管 ４１ 第２の反応ガス拡散室 ４３ａ 開口 Ｘ 真空室
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年６月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
Claims (2)
- 【請求項１】 真空領域内に、Ｓｉを含むガスとＧｅを
含むガスとを供給し、基板上にＳｉ−ＳｉＧｅヘテロ接
合構造の半導体結晶薄膜を成長させ、半導体デバイスを
製造する方法であって、上記半導体結晶薄膜の成長の際
に、基板の温度を６００〜９００℃に設定することを特
徴とする半導体デバイスの製法。 - 【請求項２】 上記Ｓｉを含むガスが、ＳｉＨ4 ，Ｓｉ
2 Ｈ6 等のＳｉ水素化物であり、Ｇｅを含むガスがＧｅ
Ｈ4 等のＧｅ水素化物である請求項１記載の半導体デバ
イスの製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14231192A JP2721086B2 (ja) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | 半導体デバイスの製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14231192A JP2721086B2 (ja) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | 半導体デバイスの製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335236A true JPH05335236A (ja) | 1993-12-17 |
| JP2721086B2 JP2721086B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=15312411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14231192A Expired - Lifetime JP2721086B2 (ja) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | 半導体デバイスの製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2721086B2 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61278132A (ja) * | 1985-06-03 | 1986-12-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 水素化アモルフアスＳｉＧｅ膜の形成方法 |
| JPS62159415A (ja) * | 1986-01-08 | 1987-07-15 | Nec Corp | 単結晶半導体薄膜の製造方法 |
| JPS62231202A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-09 | Nec Corp | 分光器用結晶、量子細線構造及びそれらの製造方法 |
| JPS63158832A (ja) * | 1986-12-23 | 1988-07-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体基体 |
| JPH0461380A (ja) * | 1990-06-29 | 1992-02-27 | Toshiba Corp | 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-06-03 JP JP14231192A patent/JP2721086B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
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| JPS61278132A (ja) * | 1985-06-03 | 1986-12-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 水素化アモルフアスＳｉＧｅ膜の形成方法 |
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|---|---|
| JP2721086B2 (ja) | 1998-03-04 |
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