JPH08139015A - ゲルマニウム薄膜成長法 - Google Patents
ゲルマニウム薄膜成長法Info
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- JPH08139015A JPH08139015A JP29588294A JP29588294A JPH08139015A JP H08139015 A JPH08139015 A JP H08139015A JP 29588294 A JP29588294 A JP 29588294A JP 29588294 A JP29588294 A JP 29588294A JP H08139015 A JPH08139015 A JP H08139015A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン結晶表面に、膜厚の均一性が高く、
平坦な単結晶ゲルマニウム薄膜を形成可能なゲルマニウ
ム薄膜成長法を提供すること。 【構成】 シリコン結晶表面に砒素を吸着後、ゲルマニ
ウム薄膜を２００℃未満の温度で形成し、その後、２０
０℃以上の温度に加熱することを特徴とする。シリコン
結晶表面に砒素を吸着後ゲルマニウム薄膜を２００℃未
満の温度で形成し、その後２００℃以上の温度に加熱し
て結晶化する工程を複数回繰り返すことを特徴とする。
シリコン結晶表面に砒素を吸着後ゲルマニウム薄膜を２
００℃未満の温度で形成する工程を複数回繰り返し、そ
の後、２００℃以上の温度に加熱して結晶化することを
特徴とする。シリコン結晶表面に砒素を吸着後、砒素を
供給しながらゲルマニウム薄膜を２００℃未満の温度で
形成し、その後２００℃以上の温度に加熱して結晶化す
ることを特徴とする。
平坦な単結晶ゲルマニウム薄膜を形成可能なゲルマニウ
ム薄膜成長法を提供すること。 【構成】 シリコン結晶表面に砒素を吸着後、ゲルマニ
ウム薄膜を２００℃未満の温度で形成し、その後、２０
０℃以上の温度に加熱することを特徴とする。シリコン
結晶表面に砒素を吸着後ゲルマニウム薄膜を２００℃未
満の温度で形成し、その後２００℃以上の温度に加熱し
て結晶化する工程を複数回繰り返すことを特徴とする。
シリコン結晶表面に砒素を吸着後ゲルマニウム薄膜を２
００℃未満の温度で形成する工程を複数回繰り返し、そ
の後、２００℃以上の温度に加熱して結晶化することを
特徴とする。シリコン結晶表面に砒素を吸着後、砒素を
供給しながらゲルマニウム薄膜を２００℃未満の温度で
形成し、その後２００℃以上の温度に加熱して結晶化す
ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はゲルマニウム薄膜成長法
に係り、より詳細には、シリコン基板等のシリコン結晶
表面上にゲルマニウム単結晶薄膜を形成する異種半導体
薄膜成長技術に関する。
に係り、より詳細には、シリコン基板等のシリコン結晶
表面上にゲルマニウム単結晶薄膜を形成する異種半導体
薄膜成長技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン結晶は集積回路の基板として適
した基板であるが、光学的な発光をしないため、半導体
レーザをはじめとする光素子の基板として利用すること
ができない。このため、ゲルマニウムなど発光可能な異
種半導体をシリコン基板上に形成する技術が研究されて
いる。しかし、ゲルマニウム単結晶薄膜をシリコン基板
上に形成する場合には大きな問題があった。すなわち、
シリコンとゲルマニウムの格子常数が４％も異なるた
め、シリコン基板上にゲルマニウム結晶を成長させる
と、４原子層までは層状成長をするものの、それ以上の
膜厚になるとゲルマニウムが島状に成長し、平坦な薄膜
を得ることができなかった（篠田、小林、日比野、杉
井：「Ｓｉ（１１１）上のＧｅの成長初期過程」表面科
学１４（１９９３）１０５）。このような成長様式を変
えるため、シリコン基板表面に砒素を１原子層吸着し、
その後砒素とゲルマニウムを同時に供給しながら５００
℃程度の温度でゲルマニウムをエピタキシャル成長させ
る方法が提案されている。この場合、島状成長は起こら
ず、連続的なゲルマニウム膜が得られている。しかし、
成長した膜を些細に調べてみると、その膜には双晶の形
成による特有のモホロジィが生じ、膜厚の均一性は低い
という問題があることを本発明者は見いだした。
した基板であるが、光学的な発光をしないため、半導体
レーザをはじめとする光素子の基板として利用すること
ができない。このため、ゲルマニウムなど発光可能な異
種半導体をシリコン基板上に形成する技術が研究されて
いる。しかし、ゲルマニウム単結晶薄膜をシリコン基板
上に形成する場合には大きな問題があった。すなわち、
シリコンとゲルマニウムの格子常数が４％も異なるた
め、シリコン基板上にゲルマニウム結晶を成長させる
と、４原子層までは層状成長をするものの、それ以上の
膜厚になるとゲルマニウムが島状に成長し、平坦な薄膜
を得ることができなかった（篠田、小林、日比野、杉
井：「Ｓｉ（１１１）上のＧｅの成長初期過程」表面科
学１４（１９９３）１０５）。このような成長様式を変
えるため、シリコン基板表面に砒素を１原子層吸着し、
その後砒素とゲルマニウムを同時に供給しながら５００
℃程度の温度でゲルマニウムをエピタキシャル成長させ
る方法が提案されている。この場合、島状成長は起こら
ず、連続的なゲルマニウム膜が得られている。しかし、
成長した膜を些細に調べてみると、その膜には双晶の形
成による特有のモホロジィが生じ、膜厚の均一性は低い
という問題があることを本発明者は見いだした。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のゲル
マニウム薄膜成長法における上記の問題を解決し、膜厚
の均一性が高く、かつ、平坦な単結晶ゲルマニウム薄膜
が形成可能なゲルマニウム薄膜成長法を提供することを
目的とする。
マニウム薄膜成長法における上記の問題を解決し、膜厚
の均一性が高く、かつ、平坦な単結晶ゲルマニウム薄膜
が形成可能なゲルマニウム薄膜成長法を提供することを
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の要旨は、シリコン結晶表面にゲルマニ
ウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法にお
いて、シリコン結晶表面に砒素を吸着した後、ゲルマニ
ウム薄膜を２００℃未満の温度で形成し、その後、２０
０℃以上の温度に加熱して結晶化することを特徴とする
ゲルマニウム薄膜成長法に存在する。
の本発明の第１の要旨は、シリコン結晶表面にゲルマニ
ウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法にお
いて、シリコン結晶表面に砒素を吸着した後、ゲルマニ
ウム薄膜を２００℃未満の温度で形成し、その後、２０
０℃以上の温度に加熱して結晶化することを特徴とする
ゲルマニウム薄膜成長法に存在する。
【０００５】第２の要旨は、シリコン結晶表面にゲルマ
ニウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法に
おいて、シリコン結晶表面に砒素を吸着した後ゲルマニ
ウム薄膜を２００℃未満の温度で形成し、その後、２０
０℃以上の温度に加熱して結晶化する工程を複数回繰り
返すことを特徴とするゲルマニウム薄膜成長法に存在す
る。
ニウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法に
おいて、シリコン結晶表面に砒素を吸着した後ゲルマニ
ウム薄膜を２００℃未満の温度で形成し、その後、２０
０℃以上の温度に加熱して結晶化する工程を複数回繰り
返すことを特徴とするゲルマニウム薄膜成長法に存在す
る。
【０００６】第３の要旨は、シリコン結晶表面にゲルマ
ニウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法に
おいて、シリコン結晶表面に砒素を吸着した後ゲルマニ
ウム薄膜を２００℃未満の温度で形成する工程を複数回
繰り返し、その後、２００℃以上の温度に加熱して結晶
化することを特徴とするゲルマニウム薄膜成長法に存在
する。
ニウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法に
おいて、シリコン結晶表面に砒素を吸着した後ゲルマニ
ウム薄膜を２００℃未満の温度で形成する工程を複数回
繰り返し、その後、２００℃以上の温度に加熱して結晶
化することを特徴とするゲルマニウム薄膜成長法に存在
する。
【０００７】第４の要旨は、シリコン結晶表面にゲルマ
ニウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法に
おいて、シリコン結晶表面に砒素を吸着した後、砒素を
供給しながらゲルマニウム薄膜を２００℃未満の温度で
形成し、その後、２００℃以上の温度に加熱して結晶化
することを特徴とするゲルマニウム薄膜成長法に存在す
る。
ニウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法に
おいて、シリコン結晶表面に砒素を吸着した後、砒素を
供給しながらゲルマニウム薄膜を２００℃未満の温度で
形成し、その後、２００℃以上の温度に加熱して結晶化
することを特徴とするゲルマニウム薄膜成長法に存在す
る。
【０００８】
（請求項１）本発明では、ゲルマニウムをシリコン基板
表面に形成する前に砒素をシリコン基板上に吸着させ
る。砒素は室温以上の温度ではシリコン表面に１原子層
しか吸着しない。シリコン表面を１原子層の砒素で覆っ
た状態でゲルマニウム膜を形成すると、砒素は結晶化過
程でゲルマニウム表面に析出し、ゲルマニウムの表面エ
ネルギーを変化させる。このため、シリコン上にゲルマ
ニウム膜を直接形成した場合には４原子層までしか層状
成長をしなかったゲルマニウムが、３０原子層程度まで
層状成長をするようになる。
表面に形成する前に砒素をシリコン基板上に吸着させ
る。砒素は室温以上の温度ではシリコン表面に１原子層
しか吸着しない。シリコン表面を１原子層の砒素で覆っ
た状態でゲルマニウム膜を形成すると、砒素は結晶化過
程でゲルマニウム表面に析出し、ゲルマニウムの表面エ
ネルギーを変化させる。このため、シリコン上にゲルマ
ニウム膜を直接形成した場合には４原子層までしか層状
成長をしなかったゲルマニウムが、３０原子層程度まで
層状成長をするようになる。
【０００９】加えて、ゲルマニウム薄膜を２００℃未満
の温度で形成することにより、ゲルマニウム薄膜が非晶
質の状熊でシリコン基板上に形成され、膜厚は極めて均
質となる。これを２００℃以上の温度、好ましくは３０
０℃から６００℃の範囲内の温度に加熱することによ
り、シリコン基板の表面から緩やかにゲルマニウム薄膜
の結晶化が進行し、膜厚の均一性を保ったまま、結晶性
の良いゲルマニウム単結晶薄膜を得ることができる。そ
してかかる効果は２００℃以上の加熱によって初めて達
成される。
の温度で形成することにより、ゲルマニウム薄膜が非晶
質の状熊でシリコン基板上に形成され、膜厚は極めて均
質となる。これを２００℃以上の温度、好ましくは３０
０℃から６００℃の範囲内の温度に加熱することによ
り、シリコン基板の表面から緩やかにゲルマニウム薄膜
の結晶化が進行し、膜厚の均一性を保ったまま、結晶性
の良いゲルマニウム単結晶薄膜を得ることができる。そ
してかかる効果は２００℃以上の加熱によって初めて達
成される。
【００１０】（請求項２）請求項１に係る発明において
は、３０原子層程度の膜厚にわたり均一で平坦なゲルマ
ニウム薄膜が得られる。
は、３０原子層程度の膜厚にわたり均一で平坦なゲルマ
ニウム薄膜が得られる。
【００１１】しかし、砒素の一部はゲルマニウム膜中に
留まるため、ゲルマニウムの膜厚が３０原子層以上にな
ると表面の砒素の濃度が低下し、島状成長が始まる。
留まるため、ゲルマニウムの膜厚が３０原子層以上にな
ると表面の砒素の濃度が低下し、島状成長が始まる。
【００１２】そこで、請求項２に係る発明では、砒素の
吸着工程（工程）、ゲルマニウムの２００℃未満での
形成工程（工程）、２００℃以上での加熱工程（工程
）の一連の工程を複数回繰り返す。これにより３０原
子層以上の所望の厚さであっても均一で結晶性のよいゲ
ルマニウム単結晶薄膜を得ることができる。
吸着工程（工程）、ゲルマニウムの２００℃未満での
形成工程（工程）、２００℃以上での加熱工程（工程
）の一連の工程を複数回繰り返す。これにより３０原
子層以上の所望の厚さであっても均一で結晶性のよいゲ
ルマニウム単結晶薄膜を得ることができる。
【００１３】（請求項３）請求項３に係る発明では、前
述の工程と工程とを複数回繰り返し所望の厚さとし
た後工程を行うものであり、かかる構成により請求項
２に係る発明と同様、３０原子層以上の所望の厚さであ
っても均一で結晶性のよいゲルマニウム単結晶薄膜を得
ることができる。
述の工程と工程とを複数回繰り返し所望の厚さとし
た後工程を行うものであり、かかる構成により請求項
２に係る発明と同様、３０原子層以上の所望の厚さであ
っても均一で結晶性のよいゲルマニウム単結晶薄膜を得
ることができる。
【００１４】（請求項４）請求項４に係る発明では、工
程において、砒素を同時に供給しながらゲルマニウム
薄膜の形成を行う。そのため、膜中全体にあらかじめ砒
素が分布し、結晶化の途中で砒素が不足することがなく
３０原子層以上の膜厚であっても島状成長を防ぐことが
できる。この結果、均一で結晶性のよいゲルマニウム単
結晶薄膜を得ることができる。しかも、工程の繰り返し
を行う必要がないため非常に容易に薄膜の形成を行うこ
とができる。
程において、砒素を同時に供給しながらゲルマニウム
薄膜の形成を行う。そのため、膜中全体にあらかじめ砒
素が分布し、結晶化の途中で砒素が不足することがなく
３０原子層以上の膜厚であっても島状成長を防ぐことが
できる。この結果、均一で結晶性のよいゲルマニウム単
結晶薄膜を得ることができる。しかも、工程の繰り返し
を行う必要がないため非常に容易に薄膜の形成を行うこ
とができる。
【００１５】
（実施例１）図１は本発明の第１の実施例によるゲルマ
ニウム結晶薄膜成長法の工程図を示したものである。ま
ず既知の方法、例えば、超高真空中での１２００℃の加
熱によりシリコンの清浄表面を得る。次にシリコン表面
に砒素を供給する。これは、例えばクヌーセンセルから
発生させた砒素の分子線を照射することによって行うこ
とができる。このときのシリコン基板の温度は室温から
８００℃程度の範囲のどの温度でもよい。砒素はこの温
度範囲ではシリコン表面に１原子層以上には吸着しない
ので、１原子層強に相当する分子線を照射すれば十分で
ある。例えば、１×１０-7Ｔｏｒｒの分子線であれば、
数十秒間照射すれば十分である。
ニウム結晶薄膜成長法の工程図を示したものである。ま
ず既知の方法、例えば、超高真空中での１２００℃の加
熱によりシリコンの清浄表面を得る。次にシリコン表面
に砒素を供給する。これは、例えばクヌーセンセルから
発生させた砒素の分子線を照射することによって行うこ
とができる。このときのシリコン基板の温度は室温から
８００℃程度の範囲のどの温度でもよい。砒素はこの温
度範囲ではシリコン表面に１原子層以上には吸着しない
ので、１原子層強に相当する分子線を照射すれば十分で
ある。例えば、１×１０-7Ｔｏｒｒの分子線であれば、
数十秒間照射すれば十分である。
【００１６】次に、シリコン基板の温度（Ｔｓ）を２０
０℃未満にしてゲルマニウムを３０原子層以下の厚さに
なるように蒸着する。蒸着の方法は、既知の方法、例え
ば、クヌーセンセルから発生させたゲルマニウムの分子
線照射、あるいは電子線加熱や抵抗加熱によるゲルマニ
ウムの蒸発を利用する。これにより均一な非晶質状態の
ゲルマニウム薄膜が得られる。次に、非晶質のゲルマニ
ウム薄膜を単結晶化するため、２００℃〜６５０℃の温
度、好ましくは３００℃〜６００℃の温度にシリコン基
板を加熱する。加熱には既知の方法や既知の加熱装置を
用いることができる。加熱により、ゲルマニウム薄膜は
固相エピタキシャル成長によりシリコン基板との界面か
ら結晶化が始まり、薄膜全体が単結晶となる。このと
き、界面の砒素は、結晶化に伴ってゲルマニウムの原子
と置換しながらゲルマニウム膜の表面側へ移動する。
０℃未満にしてゲルマニウムを３０原子層以下の厚さに
なるように蒸着する。蒸着の方法は、既知の方法、例え
ば、クヌーセンセルから発生させたゲルマニウムの分子
線照射、あるいは電子線加熱や抵抗加熱によるゲルマニ
ウムの蒸発を利用する。これにより均一な非晶質状態の
ゲルマニウム薄膜が得られる。次に、非晶質のゲルマニ
ウム薄膜を単結晶化するため、２００℃〜６５０℃の温
度、好ましくは３００℃〜６００℃の温度にシリコン基
板を加熱する。加熱には既知の方法や既知の加熱装置を
用いることができる。加熱により、ゲルマニウム薄膜は
固相エピタキシャル成長によりシリコン基板との界面か
ら結晶化が始まり、薄膜全体が単結晶となる。このと
き、界面の砒素は、結晶化に伴ってゲルマニウムの原子
と置換しながらゲルマニウム膜の表面側へ移動する。
【００１７】図２は、本発明の第一の実施例によってシ
リコン（１１１）ウエハ上に成長したゲルマニウム薄膜
の走査電子顕微鏡写真である。砒素およびゲルマニウム
の蒸着には、ともにクヌーセンセルを用いた。室温でゲ
ルマニウムを２５原子層蒸着し、４００℃で固相エピタ
キシャル成長を行い単結晶ゲルマニウム薄膜を得た。写
真はシリコンウエハ上にたまたま残っていた炭化シリコ
ン粒の付近を撮影したもので、模式図に示すように、砒
素蒸着とゲルマニウム蒸着それぞれについて、炭化シリ
コン粒による影が生じている。これは、砒素、ゲルマニ
ウムがそれぞれ、写真上で左上方、右上方から斜めに蒸
着されたためである。この砒素の影に着目すると、本発
明の効果が一目瞭然である。すなわち、砒素蒸着の影の
部分ではゲルマニウムの島が成長しているが、砒素が蒸
着された部分では一様な膜になっている。
リコン（１１１）ウエハ上に成長したゲルマニウム薄膜
の走査電子顕微鏡写真である。砒素およびゲルマニウム
の蒸着には、ともにクヌーセンセルを用いた。室温でゲ
ルマニウムを２５原子層蒸着し、４００℃で固相エピタ
キシャル成長を行い単結晶ゲルマニウム薄膜を得た。写
真はシリコンウエハ上にたまたま残っていた炭化シリコ
ン粒の付近を撮影したもので、模式図に示すように、砒
素蒸着とゲルマニウム蒸着それぞれについて、炭化シリ
コン粒による影が生じている。これは、砒素、ゲルマニ
ウムがそれぞれ、写真上で左上方、右上方から斜めに蒸
着されたためである。この砒素の影に着目すると、本発
明の効果が一目瞭然である。すなわち、砒素蒸着の影の
部分ではゲルマニウムの島が成長しているが、砒素が蒸
着された部分では一様な膜になっている。
【００１８】ここでは、真空中蒸着を例にとって説明を
行ったが、図１の工程は常圧や減圧あるいは加圧下での
気相成長にもそのまま適応できる。その場合には、砒素
やゲルマニウムの供給は蒸着ではなく、キャリアガス中
に砒素やゲルマニウムを主成分とするガスを混合するこ
とによって行う。
行ったが、図１の工程は常圧や減圧あるいは加圧下での
気相成長にもそのまま適応できる。その場合には、砒素
やゲルマニウムの供給は蒸着ではなく、キャリアガス中
に砒素やゲルマニウムを主成分とするガスを混合するこ
とによって行う。
【００１９】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
によるゲルマニウム結晶薄膜成長法の工程図を示したも
のである。まず第１の実施例に記載した方法に従ってシ
リコンの清浄表面を得、次に、第１の実施例に記載した
方法に従ってシリコン表面に砒素を供給する。
によるゲルマニウム結晶薄膜成長法の工程図を示したも
のである。まず第１の実施例に記載した方法に従ってシ
リコンの清浄表面を得、次に、第１の実施例に記載した
方法に従ってシリコン表面に砒素を供給する。
【００２０】次に、シリコン基板の温度を２００℃未満
にしてゲルマニウムを３０原子層以下の厚さになるよう
に蒸着する。蒸着の方法は、既知の方法、例えば、クヌ
ーセンセルから発生させたゲルマニウムの分子線照射、
あるいは電子線加熱や抵抗加熱によるゲルマニウムの蒸
発を利用する。これにより均一な非晶質状態のゲルマニ
ウム薄膜が得られる。
にしてゲルマニウムを３０原子層以下の厚さになるよう
に蒸着する。蒸着の方法は、既知の方法、例えば、クヌ
ーセンセルから発生させたゲルマニウムの分子線照射、
あるいは電子線加熱や抵抗加熱によるゲルマニウムの蒸
発を利用する。これにより均一な非晶質状態のゲルマニ
ウム薄膜が得られる。
【００２１】次に、非晶質のゲルマニウム薄膜を単結晶
化するため、２００℃〜６５０℃の温度、好ましくは３
００℃〜６００℃の温度にシリコン基板を加熱する。加
熱には既知の方法や既知の加熱装置を用いることができ
る。加熱により、ゲルマニウム薄膜は固相エピタキシャ
ル成長によりシリコン基板との界面から結晶化が始ま
り、薄膜全体が単結晶となる。このとき、界面の砒素
は、結晶化に伴ってゲルマニウムの原子と置換しながら
ゲルマニウム膜の表面側へ移動する。
化するため、２００℃〜６５０℃の温度、好ましくは３
００℃〜６００℃の温度にシリコン基板を加熱する。加
熱には既知の方法や既知の加熱装置を用いることができ
る。加熱により、ゲルマニウム薄膜は固相エピタキシャ
ル成長によりシリコン基板との界面から結晶化が始ま
り、薄膜全体が単結晶となる。このとき、界面の砒素
は、結晶化に伴ってゲルマニウムの原子と置換しながら
ゲルマニウム膜の表面側へ移動する。
【００２２】しかし、砒素の一部はゲルマニウム膜中に
留まるため、ゲルマニウムの膜厚が３０原子層以上にな
ると表面の砒素の濃度が低下し、島状成長が始まる。こ
れを防ぐため、結晶化したゲルマニウム薄膜の表面にさ
らに砒素を１原子層吸着させる。このときのシリコン基
板の温度は室温から固相エピタキシャル成長を行った温
度の範囲内に設定する。次に、最初と同様に３０原子層
以下の厚さのゲルマニウム薄膜の蒸着工程および結晶化
工程を繰り返す。以下、砒素の吸着とゲルマニウム薄膜
の蒸着工程および結晶化工程を繰り返すことにより、所
望の厚さの均一で結晶性のよいゲルマニウム単結晶薄膜
を得ることができる。
留まるため、ゲルマニウムの膜厚が３０原子層以上にな
ると表面の砒素の濃度が低下し、島状成長が始まる。こ
れを防ぐため、結晶化したゲルマニウム薄膜の表面にさ
らに砒素を１原子層吸着させる。このときのシリコン基
板の温度は室温から固相エピタキシャル成長を行った温
度の範囲内に設定する。次に、最初と同様に３０原子層
以下の厚さのゲルマニウム薄膜の蒸着工程および結晶化
工程を繰り返す。以下、砒素の吸着とゲルマニウム薄膜
の蒸着工程および結晶化工程を繰り返すことにより、所
望の厚さの均一で結晶性のよいゲルマニウム単結晶薄膜
を得ることができる。
【００２３】ここでは、真空中蒸着を例にとって説明を
行ったが、図３の工程は常圧や減圧あるいは加圧下での
気相成長にもそのまま適応できる。その場合には、砒素
やゲルマニウムの供給は蒸着ではなく、キャリアガス中
に砒素やゲルマニウムを主成分とするガスを混合するこ
とによって行う。
行ったが、図３の工程は常圧や減圧あるいは加圧下での
気相成長にもそのまま適応できる。その場合には、砒素
やゲルマニウムの供給は蒸着ではなく、キャリアガス中
に砒素やゲルマニウムを主成分とするガスを混合するこ
とによって行う。
【００２４】（実施例３）図４は本発明の第３の実施例
によるゲルマニウム結晶薄膜成長法の工程図を示したも
のである。まず第１の実施例に記載した方法に従ってシ
リコンの清浄表面を得、次に、第１の実施例に記載した
方法に従ってシリコン表面に砒素を供給する。
によるゲルマニウム結晶薄膜成長法の工程図を示したも
のである。まず第１の実施例に記載した方法に従ってシ
リコンの清浄表面を得、次に、第１の実施例に記載した
方法に従ってシリコン表面に砒素を供給する。
【００２５】次に、シリコン基板の温度を２００℃未満
にしてゲルマニウムを３０原子層以下の厚さになるよう
に蒸着する。蒸着の方法は、既知の方法、例えば、クヌ
ーセンセルから発生させたゲルマニウムの分子線照射、
あるいは電子線加熱や抵抗加熱によるゲルマニウムの蒸
発を利用する。これにより均一な非晶質状態のゲルマニ
ウム薄膜が得られる。続けて、非晶質ゲルマニウム薄膜
の表面にさらに砒素を１原子層吸着させる。このときの
シリコン基板の温度は室温から２００℃以下の温度の範
囲内に設定する。
にしてゲルマニウムを３０原子層以下の厚さになるよう
に蒸着する。蒸着の方法は、既知の方法、例えば、クヌ
ーセンセルから発生させたゲルマニウムの分子線照射、
あるいは電子線加熱や抵抗加熱によるゲルマニウムの蒸
発を利用する。これにより均一な非晶質状態のゲルマニ
ウム薄膜が得られる。続けて、非晶質ゲルマニウム薄膜
の表面にさらに砒素を１原子層吸着させる。このときの
シリコン基板の温度は室温から２００℃以下の温度の範
囲内に設定する。
【００２６】次に、最初と同様に３０原子層以下の厚さ
のゲルマニウム薄膜の蒸着工程を繰り返す。以下、砒素
の吸着とゲルマニウム薄膜の蒸着工程を繰り返すことに
より、所望の厚さのゲルマニウム非晶質薄膜を得ること
ができる。
のゲルマニウム薄膜の蒸着工程を繰り返す。以下、砒素
の吸着とゲルマニウム薄膜の蒸着工程を繰り返すことに
より、所望の厚さのゲルマニウム非晶質薄膜を得ること
ができる。
【００２７】次に、非晶質のゲルマニウム薄膜を単結晶
化するため、２００℃〜６５０℃の温度、好ましくは３
００℃〜６００℃の温度にシリコン基板を加熱する。加
熱には既知の方法や既知の加熱装置を用いることができ
る。加熱により、ゲルマニウム薄膜は固相エピタキシャ
ル成長によりシリコン基板との界面から結晶化が始ま
り、薄膜全体が単結晶となる。このとき、界面の砒素
は、結晶化に伴ってゲルマニウムの原子と置換しながら
ゲルマニウム膜の表面側へ移動する。砒素の一部はゲル
マニウム膜中に留まるため砒素濃度は希釈されていく
が、３０原子層あるいはそれ以下の膜厚ごとに砒素の吸
着層があるため、島状成長を防ぎ、均一で結晶性のよい
ゲルマニウム単結晶薄膜を得ることができる。
化するため、２００℃〜６５０℃の温度、好ましくは３
００℃〜６００℃の温度にシリコン基板を加熱する。加
熱には既知の方法や既知の加熱装置を用いることができ
る。加熱により、ゲルマニウム薄膜は固相エピタキシャ
ル成長によりシリコン基板との界面から結晶化が始ま
り、薄膜全体が単結晶となる。このとき、界面の砒素
は、結晶化に伴ってゲルマニウムの原子と置換しながら
ゲルマニウム膜の表面側へ移動する。砒素の一部はゲル
マニウム膜中に留まるため砒素濃度は希釈されていく
が、３０原子層あるいはそれ以下の膜厚ごとに砒素の吸
着層があるため、島状成長を防ぎ、均一で結晶性のよい
ゲルマニウム単結晶薄膜を得ることができる。
【００２８】ここでは、真空中蒸着を例にとって説明を
行ったが、図４の工程は常圧や減圧あるいは加圧下での
気相成長にもそのまま適応できる。その場合には、砒素
やゲルマニウムの供給は蒸着ではなく、キャリアガス中
に砒素やゲルマニウムを主成分とするガスを混合するこ
とによって行う。
行ったが、図４の工程は常圧や減圧あるいは加圧下での
気相成長にもそのまま適応できる。その場合には、砒素
やゲルマニウムの供給は蒸着ではなく、キャリアガス中
に砒素やゲルマニウムを主成分とするガスを混合するこ
とによって行う。
【００２９】（実施例４）図５は本発明の第４の実施例
によるゲルマニウム結晶薄膜成長法の工程図を示したも
のである。まず第１の実施例に記載した方法に従ってシ
リコンの清浄表面を得、次に、第１の実施例に記載した
方法に従ってシリコン表面に砒素を供給する。
によるゲルマニウム結晶薄膜成長法の工程図を示したも
のである。まず第１の実施例に記載した方法に従ってシ
リコンの清浄表面を得、次に、第１の実施例に記載した
方法に従ってシリコン表面に砒素を供給する。
【００３０】次に、シリコン基板の温度を２００℃未満
にしてゲルマニウムと砒素を同時蒸着する。ゲルマニウ
ムの蒸着の方法は、既知の方法、例えば、クヌーセンセ
ルから発生させたゲルマニウムの分子線照射、あるいは
電子線加熱や抵抗加熱によるゲルマニウムの蒸発を利用
する。砒素の蒸着は、例えばクヌーセンセルから発生さ
せた砒素の分子線を照射することによって行うことがで
きる。砒素の蒸着速度はゲルマニウムと同程度からゲル
マニウムの蒸着速度の３０分の１までの範囲内が好まし
い。砒素の蒸着速度をさらに増加させてもよいが、余分
な砒素は膜中に取り込まれない。このようにして、所望
の膜厚の、砒素が混合した非晶質のゲルマニウム薄膜が
得られる。
にしてゲルマニウムと砒素を同時蒸着する。ゲルマニウ
ムの蒸着の方法は、既知の方法、例えば、クヌーセンセ
ルから発生させたゲルマニウムの分子線照射、あるいは
電子線加熱や抵抗加熱によるゲルマニウムの蒸発を利用
する。砒素の蒸着は、例えばクヌーセンセルから発生さ
せた砒素の分子線を照射することによって行うことがで
きる。砒素の蒸着速度はゲルマニウムと同程度からゲル
マニウムの蒸着速度の３０分の１までの範囲内が好まし
い。砒素の蒸着速度をさらに増加させてもよいが、余分
な砒素は膜中に取り込まれない。このようにして、所望
の膜厚の、砒素が混合した非晶質のゲルマニウム薄膜が
得られる。
【００３１】次に、非晶質のゲルマニウム薄膜を単結晶
化するため、２００℃〜６５０℃の温度、好ましくは３
００℃〜６００℃の温度にシリコン基板を加熱する。加
熱には既知の方法や既知の加熱装置を用いることができ
る。加熱により、ゲルマニウム薄膜は固相エピタキシャ
ル成長によりシリコン基板との界面から結晶化が始ま
り、薄膜全体が単結晶となる。このとき、砒素は結晶化
に伴ってゲルマニウムの原子と置換しながらゲルマニウ
ム膜の表面側へ移動する。砒素の一部はゲルマニウム膜
中に留まるが大部分は表面に排除される。蒸着膜中全体
にあらかじめ砒素が分布しているため、結晶化の途中で
砒素が不足することがなく３０原子層以上の膜厚であっ
ても島状成長を防ぐことができる。この結果、均一で結
晶性のよいゲルマニウム単結晶薄膜を得ることができ
る。しかも、工程の繰り返しを行う必要がないため非常
に容易に薄膜の形成を行うことができる。
化するため、２００℃〜６５０℃の温度、好ましくは３
００℃〜６００℃の温度にシリコン基板を加熱する。加
熱には既知の方法や既知の加熱装置を用いることができ
る。加熱により、ゲルマニウム薄膜は固相エピタキシャ
ル成長によりシリコン基板との界面から結晶化が始ま
り、薄膜全体が単結晶となる。このとき、砒素は結晶化
に伴ってゲルマニウムの原子と置換しながらゲルマニウ
ム膜の表面側へ移動する。砒素の一部はゲルマニウム膜
中に留まるが大部分は表面に排除される。蒸着膜中全体
にあらかじめ砒素が分布しているため、結晶化の途中で
砒素が不足することがなく３０原子層以上の膜厚であっ
ても島状成長を防ぐことができる。この結果、均一で結
晶性のよいゲルマニウム単結晶薄膜を得ることができ
る。しかも、工程の繰り返しを行う必要がないため非常
に容易に薄膜の形成を行うことができる。
【００３２】ここでは、真空中蒸着を例にとって説明を
行ったが、図５の工程は常圧や減圧あるいは加圧下での
気相成長にもそのまま適応できる。その場合には、砒素
やゲルマニウムの供給は蒸着ではなく、キャリアガス中
に砒素やゲルマニウムを主成分とするガスを混合するこ
とによって行う。
行ったが、図５の工程は常圧や減圧あるいは加圧下での
気相成長にもそのまま適応できる。その場合には、砒素
やゲルマニウムの供給は蒸着ではなく、キャリアガス中
に砒素やゲルマニウムを主成分とするガスを混合するこ
とによって行う。
【００３３】
【発明の効果】以上述べてきたように、シリコン結晶表
面にゲルマニウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄
膜成長法において、シリコン結晶表面に砒素を供給した
後、ゲルマニウム薄膜を２００℃未満の温度で形成し、
その後、２００℃以上の温度に加熱して結晶化させるこ
とにより、シリコン上に直接ゲルマニウムを形成した場
合には４原子層までしか層状成長をしなかったゲルマニ
ウムが、３０原子層程度あるいは任意の膜厚まで層状成
長をするようになる。これにより、膜厚が一様で結晶性
の良いゲルマニウム単結晶薄膜を得ることができる。し
たがって、シリコン基板を用いた光集積回路の研究開発
に多大な進歩をもたらすことができる。
面にゲルマニウム結晶の薄膜を形成するゲルマニウム薄
膜成長法において、シリコン結晶表面に砒素を供給した
後、ゲルマニウム薄膜を２００℃未満の温度で形成し、
その後、２００℃以上の温度に加熱して結晶化させるこ
とにより、シリコン上に直接ゲルマニウムを形成した場
合には４原子層までしか層状成長をしなかったゲルマニ
ウムが、３０原子層程度あるいは任意の膜厚まで層状成
長をするようになる。これにより、膜厚が一様で結晶性
の良いゲルマニウム単結晶薄膜を得ることができる。し
たがって、シリコン基板を用いた光集積回路の研究開発
に多大な進歩をもたらすことができる。
【図１】本発明実施例の第１の実施例における工程図で
ある。
ある。
【図２】本発明実施例の第１の実施例によって製作した
Ｓｉ（１１１）基板上のゲルマニウム薄膜の電子顕微鏡
写真およびその説明図である。
Ｓｉ（１１１）基板上のゲルマニウム薄膜の電子顕微鏡
写真およびその説明図である。
【図３】本発明実施例の第２の実施例における工程図で
ある。
ある。
【図４】本発明実施例の第３の実施例における工程図で
ある。
ある。
【図５】本発明実施例の第４の実施例における工程図で
ある。
ある。
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン結晶表面にゲルマニウム結晶の
薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法において、シリ
コン結晶表面に砒素を吸着した後、ゲルマニウム薄膜を
２００℃未満の温度で形成し、その後、２００℃以上の
温度に加熱して結晶化することを特徴とするゲルマニウ
ム薄膜成長法。 - 【請求項２】 シリコン結晶表面にゲルマニウム結晶の
薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法において、シリ
コン結晶表面に砒素を吸着した後ゲルマニウム薄膜を２
００℃未満の温度で形成し、その後、２００℃以上の温
度に加熱して結晶化する工程を複数回繰り返すことを特
徴とするゲルマニウム薄膜成長法。 - 【請求項３】 シリコン結晶表面にゲルマニウム結晶の
薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法において、シリ
コン結晶表面に砒素を吸着した後ゲルマニウム薄膜を２
００℃未満の温度で形成する工程を複数回繰り返し、そ
の後、２００℃以上の温度に加熱して結晶化することを
特徴とするゲルマニウム薄膜成長法。 - 【請求項４】 シリコン結晶表面にゲルマニウム結晶の
薄膜を形成するゲルマニウム薄膜成長法において、シリ
コン結晶表面に砒素を吸着した後、砒素を供給しながら
ゲルマニウム薄膜を２００℃未満の温度で形成し、その
後、２００℃以上の温度に加熱して結晶化することを特
徴とするゲルマニウム薄膜成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29588294A JPH08139015A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | ゲルマニウム薄膜成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29588294A JPH08139015A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | ゲルマニウム薄膜成長法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08139015A true JPH08139015A (ja) | 1996-05-31 |
Family
ID=17826400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29588294A Pending JPH08139015A (ja) | 1994-11-04 | 1994-11-04 | ゲルマニウム薄膜成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08139015A (ja) |
Cited By (4)
| 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 |
| JP2010533989A (ja) * | 2007-07-20 | 2010-10-28 | アイメック | 基板上に結晶ゲルマニウム層を形成する方法 |
| JP2011054937A (ja) * | 2009-07-10 | 2011-03-17 | Imec | 基板上に単結晶層を作製する方法 |
| JP2023164300A (ja) * | 2022-04-28 | 2023-11-10 | 株式会社Kokusai Electric | 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置 |
-
1994
- 1994-11-04 JP JP29588294A patent/JPH08139015A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010533989A (ja) * | 2007-07-20 | 2010-10-28 | アイメック | 基板上に結晶ゲルマニウム層を形成する方法 |
| 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 |
| JP2011054937A (ja) * | 2009-07-10 | 2011-03-17 | Imec | 基板上に単結晶層を作製する方法 |
| JP2023164300A (ja) * | 2022-04-28 | 2023-11-10 | 株式会社Kokusai Electric | 基板処理方法、半導体装置の製造方法、プログラム及び基板処理装置 |
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