JPS6047238B2 - 結晶成長法 - Google Patents
結晶成長法Info
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- JPS6047238B2 JPS6047238B2 JP3133478A JP3133478A JPS6047238B2 JP S6047238 B2 JPS6047238 B2 JP S6047238B2 JP 3133478 A JP3133478 A JP 3133478A JP 3133478 A JP3133478 A JP 3133478A JP S6047238 B2 JPS6047238 B2 JP S6047238B2
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- ion
- crystal substrate
- substrate
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Links
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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)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はイオンビーム結晶成長法に関し、特に二次元パ
ターンをもつた単結晶薄膜の形成法に関するものてある
。
ターンをもつた単結晶薄膜の形成法に関するものてある
。
イオンビーム結晶成長法は１０−可ｏｒｒ以下の高真空
下において１個ないし複数個のイオン銃を用いて、１種
ないし複数種のイオンビームを生成し、これらのイオン
ビームを加熱された単結晶基板表面に照射して、各々の
イオンビームを構成する元素を構成元素ないし不純物元
素とする半導体の単結晶薄膜を単結晶基板表面に形成す
る方法である。
下において１個ないし複数個のイオン銃を用いて、１種
ないし複数種のイオンビームを生成し、これらのイオン
ビームを加熱された単結晶基板表面に照射して、各々の
イオンビームを構成する元素を構成元素ないし不純物元
素とする半導体の単結晶薄膜を単結晶基板表面に形成す
る方法である。
したがつて、イオンビーム結晶成長法においては結晶成
長中に基板に到達するイオンの数は、イオン電流の形で
正確に測定でき、また純電子的に制御できることから、
真空蒸着法ないし分子線結晶成長法に比較して、単結晶
半導体薄膜の膜厚、不純物分布、あるいは組成比の制御
精度は極めて高いものである。さらに、基板に到達する
イオンのエネルギーは電気的加速により得られるもので
あるから、真空蒸着法ないし分子線結晶成長法において
基板に到達する原子ないし分子の持つ熱的に得られたエ
ネルギーに比較して２軸から数１００晧もの大きさとな
る。エネルギーのほとんどはイオンが基板に到達した時
点で熱に転換される。したがつて、イオンビーム結晶成
長法では、真空蒸着法ないし分子線結晶成長法に比較し
て、半導体単結晶薄膜が単結晶基板上に形成するために
必要な基板温度を低くすることができる。このことは特
に化合物半導体ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ−Ｓｅｍｉｃｎｄｕｃｔｏｒ）構造の作成において変
成層の発生を防止することが可能となる点て重要な意義
Ｊがある。一方、二次元パターンを有する半導体単結晶
薄膜の形成に関しては、従来のイオンビーム結晶成長法
は真空蒸着法ないし分子線結晶成長法と何等変わるとこ
ろがなかつた。
長中に基板に到達するイオンの数は、イオン電流の形で
正確に測定でき、また純電子的に制御できることから、
真空蒸着法ないし分子線結晶成長法に比較して、単結晶
半導体薄膜の膜厚、不純物分布、あるいは組成比の制御
精度は極めて高いものである。さらに、基板に到達する
イオンのエネルギーは電気的加速により得られるもので
あるから、真空蒸着法ないし分子線結晶成長法において
基板に到達する原子ないし分子の持つ熱的に得られたエ
ネルギーに比較して２軸から数１００晧もの大きさとな
る。エネルギーのほとんどはイオンが基板に到達した時
点で熱に転換される。したがつて、イオンビーム結晶成
長法では、真空蒸着法ないし分子線結晶成長法に比較し
て、半導体単結晶薄膜が単結晶基板上に形成するために
必要な基板温度を低くすることができる。このことは特
に化合物半導体ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ−Ｓｅｍｉｃｎｄｕｃｔｏｒ）構造の作成において変
成層の発生を防止することが可能となる点て重要な意義
Ｊがある。一方、二次元パターンを有する半導体単結晶
薄膜の形成に関しては、従来のイオンビーム結晶成長法
は真空蒸着法ないし分子線結晶成長法と何等変わるとこ
ろがなかつた。
即ち、単結晶基板表面夕に近接ないし密接させた金属マ
スクを通してイオンビームを照射するか、あるいは一旦
基板表面全面にわたつて半導体単結晶薄膜を形成した後
、成長装置外部において物理的ないし化学的にエッチン
グを行なうという方法がとられていた。しかしながら、
金属マスクを利用する方法では独立した領域を有する二
次元パターンを得ることは極めて困難であり、また成長
装置外部での物理的・化学的エッチングを利用する方法
では、工程が長くかつ複雑になるという難点があつた。
ところで、イオンビームは荷電粒子ビームであるから電
子ビームと同様集束および走査が可能でる。
スクを通してイオンビームを照射するか、あるいは一旦
基板表面全面にわたつて半導体単結晶薄膜を形成した後
、成長装置外部において物理的ないし化学的にエッチン
グを行なうという方法がとられていた。しかしながら、
金属マスクを利用する方法では独立した領域を有する二
次元パターンを得ることは極めて困難であり、また成長
装置外部での物理的・化学的エッチングを利用する方法
では、工程が長くかつ複雑になるという難点があつた。
ところで、イオンビームは荷電粒子ビームであるから電
子ビームと同様集束および走査が可能でる。
またイオンと固体表面との相互作用には、イオンのもつ
エネルギーが低い場合は（１）イオンが固体表面に付着
し、またエネルギーが高い場合には（Ｉｉ）イオンが固
体表面をスパッタする、という２つの場合がある。この
２つの場合を分けるイオンエネルギーの閾値は、イオン
種および固体物質の種類によつて定まつている。本発明
の目的はイオンビームの持つ上記特性を利用して、従来
のイオンビーム結晶成長法の持つ前記の難点を除去した
改良された結晶成長法を提供することにある。
エネルギーが低い場合は（１）イオンが固体表面に付着
し、またエネルギーが高い場合には（Ｉｉ）イオンが固
体表面をスパッタする、という２つの場合がある。この
２つの場合を分けるイオンエネルギーの閾値は、イオン
種および固体物質の種類によつて定まつている。本発明
の目的はイオンビームの持つ上記特性を利用して、従来
のイオンビーム結晶成長法の持つ前記の難点を除去した
改良された結晶成長法を提供することにある。
本発明にしたがえば、一種ないし複数種のイオンビーム
を集束しかつ単結晶基板表面を走査すると同時に前記一
種ないし複数種のイオンビームの加速電圧をイオンビー
ム走査パルスと同期して一時的に単結晶基板をスパッタ
するに充分な電圧にまで高めることにより任意の二次元
パターンを有−する溝を単結晶基板表面に形成すると同
時に単結晶基板表面の溝が形成されていない部分に半導
体単結晶薄膜を形成することを特徴とする結晶成長法が
得られる。
を集束しかつ単結晶基板表面を走査すると同時に前記一
種ないし複数種のイオンビームの加速電圧をイオンビー
ム走査パルスと同期して一時的に単結晶基板をスパッタ
するに充分な電圧にまで高めることにより任意の二次元
パターンを有−する溝を単結晶基板表面に形成すると同
時に単結晶基板表面の溝が形成されていない部分に半導
体単結晶薄膜を形成することを特徴とする結晶成長法が
得られる。
以下、本発明についてＧａＡｓを例に挙げて詳述！する
。
。
第１図Ａ，ｂ，ｃは本発明の一実施例を説明するため図
てある。Ａｓ＋イオンビームは集束電極および走査電極
を通らす、単結晶ＧａＡｓ基板表面全面を均一に照射し
、Ｇａ＋イオンビームのみが集束されかつ単結晶ＧａＡ
ｓ基板表面を走査する。同図ａ！１Ｇａ＋イオンビーム
の水平走査電圧と垂直走査電圧、および加速電圧との関
係を示した図であり水平走査パルス周期は３２．５５μ
ｓ垂直走査パルス周期は１６．６７ＴＬｓであるＴＶ（
７）ＮＴＳＣ方式と同様の走査を行つている。またＧａ
＋イオンビームにクより単結晶ＧａＡｓをスパッタする
ためのＧａ＋イオンエネルギーの閾値はほぼ２０（′Ｖ
であるがスパッタ率をイオンビーム結晶成長上有意な０
．０１ｐ１ｈｒ以上とするためにはＧａ＋イオンビーム
の加速電圧は５００Ｖ以上でなければならない。したが
つてＧａＡｓ成長時の加速電圧は１０Ｖに、また基板ス
パッタ時の加速電圧は５００Ｖにとつている。同図ｂは
同図ａに示した関係のＧａ＋イオンビーム加速電圧をも
つて単結晶ＧａＡｓ基板１上に成長させた単結晶ＧａＡ
ｓ薄膜２およびスパッタエッチされた部分３を示したも
のである。スパッタエッチされた部分３の幅は、上限は
加速電圧が５００Ｖとなつている時間、下限はＧａ＋イ
オンビームの径で制限さ）れる。また同図ｃは、同図ｂ
に示されたＡ一Ａ″部分の断面図を示したものである。
ここで、Ｇａ＋イオンビームの走査面積が１ｃｍ×１Ｃ
７７！であるとき、水平走査パルス周期が３２．５５μ
ｓであれば、成長した単結晶ＧａＡｓ薄膜２の膜厚が均
一であるためには集束されたＧａ＋イオンビームの単結
晶ＧａＡｓｌ表面ての直径は１９．５μｍ以上でなけれ
ばならない。
てある。Ａｓ＋イオンビームは集束電極および走査電極
を通らす、単結晶ＧａＡｓ基板表面全面を均一に照射し
、Ｇａ＋イオンビームのみが集束されかつ単結晶ＧａＡ
ｓ基板表面を走査する。同図ａ！１Ｇａ＋イオンビーム
の水平走査電圧と垂直走査電圧、および加速電圧との関
係を示した図であり水平走査パルス周期は３２．５５μ
ｓ垂直走査パルス周期は１６．６７ＴＬｓであるＴＶ（
７）ＮＴＳＣ方式と同様の走査を行つている。またＧａ
＋イオンビームにクより単結晶ＧａＡｓをスパッタする
ためのＧａ＋イオンエネルギーの閾値はほぼ２０（′Ｖ
であるがスパッタ率をイオンビーム結晶成長上有意な０
．０１ｐ１ｈｒ以上とするためにはＧａ＋イオンビーム
の加速電圧は５００Ｖ以上でなければならない。したが
つてＧａＡｓ成長時の加速電圧は１０Ｖに、また基板ス
パッタ時の加速電圧は５００Ｖにとつている。同図ｂは
同図ａに示した関係のＧａ＋イオンビーム加速電圧をも
つて単結晶ＧａＡｓ基板１上に成長させた単結晶ＧａＡ
ｓ薄膜２およびスパッタエッチされた部分３を示したも
のである。スパッタエッチされた部分３の幅は、上限は
加速電圧が５００Ｖとなつている時間、下限はＧａ＋イ
オンビームの径で制限さ）れる。また同図ｃは、同図ｂ
に示されたＡ一Ａ″部分の断面図を示したものである。
ここで、Ｇａ＋イオンビームの走査面積が１ｃｍ×１Ｃ
７７！であるとき、水平走査パルス周期が３２．５５μ
ｓであれば、成長した単結晶ＧａＡｓ薄膜２の膜厚が均
一であるためには集束されたＧａ＋イオンビームの単結
晶ＧａＡｓｌ表面ての直径は１９．５μｍ以上でなけれ
ばならない。
したがつてスパッタエッチされた部分３の幅も１９．５
μｍ以上となる。スパッタエッチされた部分３の幅を１
μｍにするためには゛集束されたＧａ＋イオンビームの
単結晶ＱａＡｓｌ表面での直径は大きくとも１μｍでな
ければならず、したがつて成長した単結晶ＧａＡｓ薄膜
２の膜厚が均一であるためには水平走査パルス周期は１
．６μｓ以下でなければならない。なお、インターレー
ス走体査方式を併用すれは水平走査パルス周期を２倍に
するか、あるいはＧａ＋イオンビームの直径を１ノ２に
しても、成長した単結晶ＧａＡｓ薄膜の膜厚の均一性は
失なわれない。第２図Ａ，ｂ，ｃは本発明の第二の実施
例を説明するための図である。
μｍ以上となる。スパッタエッチされた部分３の幅を１
μｍにするためには゛集束されたＧａ＋イオンビームの
単結晶ＱａＡｓｌ表面での直径は大きくとも１μｍでな
ければならず、したがつて成長した単結晶ＧａＡｓ薄膜
２の膜厚が均一であるためには水平走査パルス周期は１
．６μｓ以下でなければならない。なお、インターレー
ス走体査方式を併用すれは水平走査パルス周期を２倍に
するか、あるいはＧａ＋イオンビームの直径を１ノ２に
しても、成長した単結晶ＧａＡｓ薄膜の膜厚の均一性は
失なわれない。第２図Ａ，ｂ，ｃは本発明の第二の実施
例を説明するための図である。
Ａｓ＋イオンビームは単結晶ＧａＡｓ基板表面全面を均
一に照射し、Ｇａ＋イオンビームのみが集束されかつ単
結晶ＧａＡｓ基板表面を走査することは第一の実施例と
同様てある。また、水平走査パルス周期および垂直パル
ス周期も第一の実施例と同様であるが、Ｇａ＋イオンビ
ームの加速電圧パルスを同図ａに示すように垂直同期パ
ルスの１周期の間に５１２パルスある水平同期パルスの
各々に対する位相および数を変化させて、成長を行なつ
ている。同図ｂは本実施例により得られたＧａＡｓ単結
晶薄膜を示した図であり、１は単結晶ＧａＡｓ基板、２
は成長した単結晶ＧａＡｓ薄膜、３はスパッタエッチさ
れた部分を示している。また同図ｃは同図ｂに示された
Ｂ−Ｂ″部分の断面図を示したものである。以上説明し
たように、本発明を用いれば、単結晶基板上への二次元
パターンをもつた単結晶半導体薄膜の形成を、金属マス
クの使用あるいは結晶成長装置外部での物理的・化学的
エッチングを行なうことなく、イオンの加熱電圧を制御
するこことによつて電気的に容易に行なうことができる
。
一に照射し、Ｇａ＋イオンビームのみが集束されかつ単
結晶ＧａＡｓ基板表面を走査することは第一の実施例と
同様てある。また、水平走査パルス周期および垂直パル
ス周期も第一の実施例と同様であるが、Ｇａ＋イオンビ
ームの加速電圧パルスを同図ａに示すように垂直同期パ
ルスの１周期の間に５１２パルスある水平同期パルスの
各々に対する位相および数を変化させて、成長を行なつ
ている。同図ｂは本実施例により得られたＧａＡｓ単結
晶薄膜を示した図であり、１は単結晶ＧａＡｓ基板、２
は成長した単結晶ＧａＡｓ薄膜、３はスパッタエッチさ
れた部分を示している。また同図ｃは同図ｂに示された
Ｂ−Ｂ″部分の断面図を示したものである。以上説明し
たように、本発明を用いれば、単結晶基板上への二次元
パターンをもつた単結晶半導体薄膜の形成を、金属マス
クの使用あるいは結晶成長装置外部での物理的・化学的
エッチングを行なうことなく、イオンの加熱電圧を制御
するこことによつて電気的に容易に行なうことができる
。
なお、以上の説明では、イオン種をＧａ＋イオンおよび
Ａｓ＋イオンにまた単結晶基板をＧａＡｓに限つたが、
上記材料に限定する必要はない。例えば、イオン種とし
てはＳ１＋イオン、Ｓｎ＋イオン、Ｉｎ＋イオンおよび
Ｐ＋イオン、またはＣｄ＋イオンおよびＴｅ＋イオン等
に、また単結晶基板としてはＳｉ，．Ｇｅｌ■ＮＰ等を
用いて本発明を実施しても全く同様の効果が得られる。
Ａｓ＋イオンにまた単結晶基板をＧａＡｓに限つたが、
上記材料に限定する必要はない。例えば、イオン種とし
てはＳ１＋イオン、Ｓｎ＋イオン、Ｉｎ＋イオンおよび
Ｐ＋イオン、またはＣｄ＋イオンおよびＴｅ＋イオン等
に、また単結晶基板としてはＳｉ，．Ｇｅｌ■ＮＰ等を
用いて本発明を実施しても全く同様の効果が得られる。
第１図Ａ，ｂ，ｃは本発明の一実施例を説明するための
図である。
図である。
Claims (1)
- １ １個ないし複数個のイオン銃を用いて、１種ないし
複数種のイオンビームを生成し、これらのイオンビーム
を加熱された単結晶基板表面に照射して、各々のイオン
ビームを構成する元素を構成元素ないし不純物元素とす
る半導体の単結晶薄膜を単結晶基板表面に形成するイオ
ンビーム結晶成長法において、一種ないし複数種のイオ
ンビームを集束しかつ単結晶基板表面を走査すると同時
に前記一種ないし複数種のイオンビームの加速電圧をイ
オンビーム走査パルスと同期して一時的に単結晶基板を
スパッタするに充分な電圧にまで高めることにより任意
の二次元のパターンを有する溝を単結晶基板表面に形成
すると同時に単結晶基板表面の溝が形成されていない部
分に半導体単結晶薄膜を形成することを特徴とする結晶
成長法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133478A JPS6047238B2 (ja) | 1978-03-17 | 1978-03-17 | 結晶成長法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3133478A JPS6047238B2 (ja) | 1978-03-17 | 1978-03-17 | 結晶成長法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54123587A JPS54123587A (en) | 1979-09-25 |
| JPS6047238B2 true JPS6047238B2 (ja) | 1985-10-21 |
Family
ID=12328346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3133478A Expired JPS6047238B2 (ja) | 1978-03-17 | 1978-03-17 | 結晶成長法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6047238B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4622093A (en) * | 1983-07-27 | 1986-11-11 | At&T Bell Laboratories | Method of selective area epitaxial growth using ion beams |
-
1978
- 1978-03-17 JP JP3133478A patent/JPS6047238B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54123587A (en) | 1979-09-25 |
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