JPH0566355B2 - - Google Patents
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- JPH0566355B2 JPH0566355B2 JP6800985A JP6800985A JPH0566355B2 JP H0566355 B2 JPH0566355 B2 JP H0566355B2 JP 6800985 A JP6800985 A JP 6800985A JP 6800985 A JP6800985 A JP 6800985A JP H0566355 B2 JPH0566355 B2 JP H0566355B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、半導体等の工業用の結晶の成長方法
に関する。
に関する。
（従来技術とその問題点）
従来から結晶のエピタキシヤル成長法として
は、気相成長法（VPE）、液相成長法（LPE）、
分子線エピタキシヤル成長法（MBE）、有機金属
熱分解成長法（MOCVD）などが知られており、
半導体工業用結晶はこれら成長法を利用してつく
られている。特に高品質の結晶が要求されると
き、格子欠陥の少ない結晶を得るためには成長温
度を低くおさえることが極めて重要である。何故
なら、高い成長温度においては結晶の自由エネル
ギーのエントロピー項の寄与が相対的に大きくな
り、格子欠陥の量が大きい方が自由エネルギーが
小さくなり安定であるからである。従つて低温成
長の試みがなされてきているが、これには一定の
限界が存在する。すなわち、低温成長をおこなう
と、結晶が成長しながらかつ自由エネルギー最小
の状態に遷移するのに長い時間がかかり、有限時
間内での成長では、結晶は準安定状態にとどまり
自由エネルギー最小の状態には到達できない。こ
れは、結晶が自身の中に多くの格子欠陥を含んだ
状態にとどまることを意味している。成長中の基
板結晶の温度より実効的に高い温度を表面につく
り出す方法として従来からイオンビームエピタキ
シーの方法が知られている。イオンビームエピタ
キシー（EBI）は、例えば、硫化亜鉛（ZnS）を
例にとるならば、Znをイオン化してZn+又は
Zn++としたのち、電場をかけて加速し基板表面
に到達せしめ、表面における局所的揺動を結晶に
与えることによつて、低温においても、実効的な
高温状態を結晶表面に実現することができる。し
かし、従来のEBIにおいては、結晶構成元素自身
をイオン化するから成長する結晶の種類毎に違つ
たイオン源を設計せねばならないこと、及び成長
の原料自身をイオン源とするから成長原料源とし
ての最適設計と表面局所励起源としての最適設計
との間には一般的に妥協点を見出さざれを得ない
故に、成長条件上の自由度が制限されていた。こ
のため、IBE法の本質的特徴が充分に引き出され
得ないで来た。また、高速イオンを照射すること
により成長表面の平均温度が成長結晶の平均温度
より高く、真の低温成長からは程遠い成長法であ
つた。
は、気相成長法（VPE）、液相成長法（LPE）、
分子線エピタキシヤル成長法（MBE）、有機金属
熱分解成長法（MOCVD）などが知られており、
半導体工業用結晶はこれら成長法を利用してつく
られている。特に高品質の結晶が要求されると
き、格子欠陥の少ない結晶を得るためには成長温
度を低くおさえることが極めて重要である。何故
なら、高い成長温度においては結晶の自由エネル
ギーのエントロピー項の寄与が相対的に大きくな
り、格子欠陥の量が大きい方が自由エネルギーが
小さくなり安定であるからである。従つて低温成
長の試みがなされてきているが、これには一定の
限界が存在する。すなわち、低温成長をおこなう
と、結晶が成長しながらかつ自由エネルギー最小
の状態に遷移するのに長い時間がかかり、有限時
間内での成長では、結晶は準安定状態にとどまり
自由エネルギー最小の状態には到達できない。こ
れは、結晶が自身の中に多くの格子欠陥を含んだ
状態にとどまることを意味している。成長中の基
板結晶の温度より実効的に高い温度を表面につく
り出す方法として従来からイオンビームエピタキ
シーの方法が知られている。イオンビームエピタ
キシー（EBI）は、例えば、硫化亜鉛（ZnS）を
例にとるならば、Znをイオン化してZn+又は
Zn++としたのち、電場をかけて加速し基板表面
に到達せしめ、表面における局所的揺動を結晶に
与えることによつて、低温においても、実効的な
高温状態を結晶表面に実現することができる。し
かし、従来のEBIにおいては、結晶構成元素自身
をイオン化するから成長する結晶の種類毎に違つ
たイオン源を設計せねばならないこと、及び成長
の原料自身をイオン源とするから成長原料源とし
ての最適設計と表面局所励起源としての最適設計
との間には一般的に妥協点を見出さざれを得ない
故に、成長条件上の自由度が制限されていた。こ
のため、IBE法の本質的特徴が充分に引き出され
得ないで来た。また、高速イオンを照射すること
により成長表面の平均温度が成長結晶の平均温度
より高く、真の低温成長からは程遠い成長法であ
つた。
（発明の目的）
本発明の目的は、結晶成長条件の設定に関する
自由度が大きく、高品質なエピタキシヤル結晶を
成長する方法の提供にある。
自由度が大きく、高品質なエピタキシヤル結晶を
成長する方法の提供にある。
（問題点を解決するための手段）
前述の問題点を解決するために本発明が提供す
る手段は、結晶の構成元素をその元素の原子若し
くは分子又はその元素と他種元素との化合物の形
で基板結晶に供給し高真空雰囲気中で前記基板結
晶上に前記構成元素の前記の結晶を成長させる方
法であつて、互いに平均エネルギーが異なる２種
類の周期律表族の原子若しくはそのイオン又は
成長中の前記結晶への固溶を無視し得る原子若し
くは分子又はそれらのイオンを成長中の前記結晶
の表面に照射しながら前記結晶を成長させること
を特徴とする。
る手段は、結晶の構成元素をその元素の原子若し
くは分子又はその元素と他種元素との化合物の形
で基板結晶に供給し高真空雰囲気中で前記基板結
晶上に前記構成元素の前記の結晶を成長させる方
法であつて、互いに平均エネルギーが異なる２種
類の周期律表族の原子若しくはそのイオン又は
成長中の前記結晶への固溶を無視し得る原子若し
くは分子又はそれらのイオンを成長中の前記結晶
の表面に照射しながら前記結晶を成長させること
を特徴とする。
（作用）
前述の如く、結晶中の格子欠陥は熱平衡状態に
おいては低温である程少ないから、低温成長は高
品質の結晶を得るには本来極めて好ましいことで
ある。しかし、結晶成長は一般に有限の時間内に
成長が行なわれるので、実際に成長した結晶は熱
平衡状態からずれており、格子欠陥も熱平衡値よ
りも多いのが普通である。結晶が成長しつつ、且
つ、成長温度における熱平衡状態が実現されるた
めには、少なくとも、成長表面における結晶構成
原子の表面移動度が大きく、自由エネルギー最小
の配置を原子が選択できなくてはならない。しか
し、一般には、表面での構成原子の表面移動度は
表面温度の関数であつて、温度の低下と共に急速
に小さくなるのが普通である。従つて、すでに成
長をおわつた成長表面より下の部分の温度は低
く、成長表面において、表面移動度を高められる
ことが望ましい。本発明の方法は、このための手
段を提供するものである。
おいては低温である程少ないから、低温成長は高
品質の結晶を得るには本来極めて好ましいことで
ある。しかし、結晶成長は一般に有限の時間内に
成長が行なわれるので、実際に成長した結晶は熱
平衡状態からずれており、格子欠陥も熱平衡値よ
りも多いのが普通である。結晶が成長しつつ、且
つ、成長温度における熱平衡状態が実現されるた
めには、少なくとも、成長表面における結晶構成
原子の表面移動度が大きく、自由エネルギー最小
の配置を原子が選択できなくてはならない。しか
し、一般には、表面での構成原子の表面移動度は
表面温度の関数であつて、温度の低下と共に急速
に小さくなるのが普通である。従つて、すでに成
長をおわつた成長表面より下の部分の温度は低
く、成長表面において、表面移動度を高められる
ことが望ましい。本発明の方法は、このための手
段を提供するものである。
すなわち、結晶構成元素は原子又は分子又はそ
れらのイオンの形でソース領域から高真空中を基
板結晶に向けて射出されている。これらは基板結
晶表面に到達した後、設定された基板結晶の温度
に対応した平均距離を動いて或る結晶格子におさ
まるか、又は、不整位置に納まる。一般にこの距
離が充分に長ければ、原子は安定な正しい格子位
置を捜し当て得る。温度が低ければこの平均距離
が短かくなり、原子は正しくない格子位置を取る
ことを余儀なくされ、格子欠陥の原因となつた
り、又、表面荒れの原因となる。低い温度におい
てもこの平均移動距離を長くすることができれ
ば、格子欠陥の少ない高品質な結晶を得ることが
できる。本発明方法は、結晶構成原子の成長表面
における移動度を大きくするために、成長結晶に
とりHe、Ar、Kr、Xeなどの不活性なガスの原
子流又はN2などの不活性なガスの分子流を速度
を制御して成長表面に照射し、成長表面にあつ
て、低温成長のため動き不活発な結晶構成原子の
動きを活発化させると共に、このガス原子流又は
分子流照射によつて上昇する表面における平均的
温度上昇を、第１の平均エネルギーの大きい方の
分子流又は原子流よりも低エネルギーの第２の分
子流又は原子流を成長結晶表面に照射することに
よつて抑制することを特徴とする高品質結晶成長
方法である。
れらのイオンの形でソース領域から高真空中を基
板結晶に向けて射出されている。これらは基板結
晶表面に到達した後、設定された基板結晶の温度
に対応した平均距離を動いて或る結晶格子におさ
まるか、又は、不整位置に納まる。一般にこの距
離が充分に長ければ、原子は安定な正しい格子位
置を捜し当て得る。温度が低ければこの平均距離
が短かくなり、原子は正しくない格子位置を取る
ことを余儀なくされ、格子欠陥の原因となつた
り、又、表面荒れの原因となる。低い温度におい
てもこの平均移動距離を長くすることができれ
ば、格子欠陥の少ない高品質な結晶を得ることが
できる。本発明方法は、結晶構成原子の成長表面
における移動度を大きくするために、成長結晶に
とりHe、Ar、Kr、Xeなどの不活性なガスの原
子流又はN2などの不活性なガスの分子流を速度
を制御して成長表面に照射し、成長表面にあつ
て、低温成長のため動き不活発な結晶構成原子の
動きを活発化させると共に、このガス原子流又は
分子流照射によつて上昇する表面における平均的
温度上昇を、第１の平均エネルギーの大きい方の
分子流又は原子流よりも低エネルギーの第２の分
子流又は原子流を成長結晶表面に照射することに
よつて抑制することを特徴とする高品質結晶成長
方法である。
不活性ガス原子または分子流（以下弾原子流と
略称する）は、速度を制御し得るため、最も適し
た速度を選択することができる。第１の弾原子流
は、結晶成長に使われる原子流ではないから、結
晶構成原子の表面移動度の大きさを最適化するこ
とに目的を絞つて生成・照射すればよい。従つ
て、照射角度や、照射のタイミングを広い自由度
の中から選ぶことができる。しかも、結晶への固
溶度が無視し得る弾原子流を選べるので、結晶へ
の不純物混入は心配する必要がない。又、弾原子
流の重さを例えばHe、Ar、Kr、Xeなど広い質
量スペクトルの中から選ぶことができるから、結
晶表面での弾原子と結晶構成原子間の運動量交換
に関する広い自由度を確保することができる。照
射角度に関する自由度は、成長結晶への損傷を最
小限にし、成長表面での表面構成不安定原子のみ
に、弾原子流の影響を及ぼすのにも役に立つ。
又、弾原子流は成長結晶構成元素とは異なる不活
性原子又は分子又はそれらのイオンであるから、
成長結晶が異なるたびにイオン源を最適化する必
要がなく、広範な種類の結晶の成長に規格化され
うる共通のイオン源を用いることができる利点を
有している。
略称する）は、速度を制御し得るため、最も適し
た速度を選択することができる。第１の弾原子流
は、結晶成長に使われる原子流ではないから、結
晶構成原子の表面移動度の大きさを最適化するこ
とに目的を絞つて生成・照射すればよい。従つ
て、照射角度や、照射のタイミングを広い自由度
の中から選ぶことができる。しかも、結晶への固
溶度が無視し得る弾原子流を選べるので、結晶へ
の不純物混入は心配する必要がない。又、弾原子
流の重さを例えばHe、Ar、Kr、Xeなど広い質
量スペクトルの中から選ぶことができるから、結
晶表面での弾原子と結晶構成原子間の運動量交換
に関する広い自由度を確保することができる。照
射角度に関する自由度は、成長結晶への損傷を最
小限にし、成長表面での表面構成不安定原子のみ
に、弾原子流の影響を及ぼすのにも役に立つ。
又、弾原子流は成長結晶構成元素とは異なる不活
性原子又は分子又はそれらのイオンであるから、
成長結晶が異なるたびにイオン源を最適化する必
要がなく、広範な種類の結晶の成長に規格化され
うる共通のイオン源を用いることができる利点を
有している。
第１の弾原子流は成長結晶表面での結晶構成原
子の表面移動度の上昇のために成長結晶表面に照
射されるが、この弾原子流は、実効的に成長結晶
のもつ平均温度におけるよりも高い温度に対応す
る原子又は分子速度を有するから、成長結晶表面
における平均温度を上昇させる効果をもつ。第１
の弾原子流のみによつては真の低温結晶成長法を
実現することは困難である。第２の弾原子流は成
長結晶表面における平均温度の、成長結晶の平均
温度からの上昇分を、結晶成長に差しつかえない
範囲に抑制するために使用される。これは近似的
には、第２の弾原子流の実効的な温度を、成長結
晶表面の温度より低くすることによつて実現する
ことができる。即ち、上記の如き第２の弾原子流
を基板に照射することによつて、第１の弾原子流
により成長結晶構成原子の表面移動度を上昇させ
ながらも表面温度を低温に保つて真の意味の低温
成長が実現可能となる。
子の表面移動度の上昇のために成長結晶表面に照
射されるが、この弾原子流は、実効的に成長結晶
のもつ平均温度におけるよりも高い温度に対応す
る原子又は分子速度を有するから、成長結晶表面
における平均温度を上昇させる効果をもつ。第１
の弾原子流のみによつては真の低温結晶成長法を
実現することは困難である。第２の弾原子流は成
長結晶表面における平均温度の、成長結晶の平均
温度からの上昇分を、結晶成長に差しつかえない
範囲に抑制するために使用される。これは近似的
には、第２の弾原子流の実効的な温度を、成長結
晶表面の温度より低くすることによつて実現する
ことができる。即ち、上記の如き第２の弾原子流
を基板に照射することによつて、第１の弾原子流
により成長結晶構成原子の表面移動度を上昇させ
ながらも表面温度を低温に保つて真の意味の低温
成長が実現可能となる。
（実施例）
以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明
する。第１図は本発明の一実施例に使用するエピ
タキシヤル結晶成長装置の構成を示す図であり、
砒化ガリウム（GaAs）のホモエピタキシヤル成
長例である。成長室１内に試料導入口３より
GaAs基板５を導入し、基板ホルダー４に固定す
る。しかるのち、排気ポンプ２にて成長室１を排
気し、10-10Torrまでの高真空をつくる。その後
GaAs基板５の温度を成長温度350℃まで上昇し、
シヤツター１４，１５を開いて、Ga６、及びAs
７の分子線をGaAs基板５に照射する。これと並
行して、10eVの運動エネルギーをもつクリプト
ンガス流及び室温近傍の運動エネルギーをもつヘ
リウムガス流を基板５に照射する。クリプトンガ
ス流はガスボンベ１１からイオン化室１０に供給
され、イオン化されたのち引き出し電極９でイオ
ン化室１０から引き出される。その後減速用電極
８にて所望の加速エネルギーにまで調整される。
本実施例では10eVに調整されたのちGaAs基板５
に向う。ヘリウムガスはHeガスボンベ１２から
ガスセル１３に導入されたのち、GaAs基板５に
向わしめる。このようにして、350℃という低温
においても550℃で成長したときと変わらぬ表面
モホロジーを有するGaAsが成長できるばかり
か、結晶欠陥密度が1012cm-3以下の極めて高品質
な結晶を得ることが出来る。
する。第１図は本発明の一実施例に使用するエピ
タキシヤル結晶成長装置の構成を示す図であり、
砒化ガリウム（GaAs）のホモエピタキシヤル成
長例である。成長室１内に試料導入口３より
GaAs基板５を導入し、基板ホルダー４に固定す
る。しかるのち、排気ポンプ２にて成長室１を排
気し、10-10Torrまでの高真空をつくる。その後
GaAs基板５の温度を成長温度350℃まで上昇し、
シヤツター１４，１５を開いて、Ga６、及びAs
７の分子線をGaAs基板５に照射する。これと並
行して、10eVの運動エネルギーをもつクリプト
ンガス流及び室温近傍の運動エネルギーをもつヘ
リウムガス流を基板５に照射する。クリプトンガ
ス流はガスボンベ１１からイオン化室１０に供給
され、イオン化されたのち引き出し電極９でイオ
ン化室１０から引き出される。その後減速用電極
８にて所望の加速エネルギーにまで調整される。
本実施例では10eVに調整されたのちGaAs基板５
に向う。ヘリウムガスはHeガスボンベ１２から
ガスセル１３に導入されたのち、GaAs基板５に
向わしめる。このようにして、350℃という低温
においても550℃で成長したときと変わらぬ表面
モホロジーを有するGaAsが成長できるばかり
か、結晶欠陥密度が1012cm-3以下の極めて高品質
な結晶を得ることが出来る。
（発明の効果）
ここまでに詳しく説明してきたように、本発明
によれば、結晶成長条件の設定に関する自由度が
大きく、高品質なエピタキシヤル結晶を成長する
方法が提供できる。
によれば、結晶成長条件の設定に関する自由度が
大きく、高品質なエピタキシヤル結晶を成長する
方法が提供できる。
第１図は本発明の一実施例に使用するエピタキ
シヤル結晶成長装置の構成を示す図である。
シヤル結晶成長装置の構成を示す図である。
Claims (1)
- １ 結晶の構成元素をその元素の原子若しくは分
子又はその元素と他種元素との化合物の形で基板
結晶に供給し高真空雰囲気中で前記基板結晶上に
前記構成元素の前記の結晶を成長させる方法にお
いて、互いに平均エネルギーが異なる２種類の周
期律表族の原子若しくはそのイオン又は成長中
の前記結晶への固溶を無視し得る原子若しくは分
子又はそれらのイオンを成長中の前記結晶の表面
に照射しながら前記結晶を成長させることを特徴
とする結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6800985A JPS61227987A (ja) | 1985-03-31 | 1985-03-31 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6800985A JPS61227987A (ja) | 1985-03-31 | 1985-03-31 | 結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61227987A JPS61227987A (ja) | 1986-10-11 |
| JPH0566355B2 true JPH0566355B2 (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=13361423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6800985A Granted JPS61227987A (ja) | 1985-03-31 | 1985-03-31 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61227987A (ja) |
-
1985
- 1985-03-31 JP JP6800985A patent/JPS61227987A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61227987A (ja) | 1986-10-11 |
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