JPS62171999A - ３−ｖ族化合物半導体のエピタキシヤル結晶成長方法 - Google Patents
３−ｖ族化合物半導体のエピタキシヤル結晶成長方法Info
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- JPS62171999A JPS62171999A JP1375186A JP1375186A JPS62171999A JP S62171999 A JPS62171999 A JP S62171999A JP 1375186 A JP1375186 A JP 1375186A JP 1375186 A JP1375186 A JP 1375186A JP S62171999 A JPS62171999 A JP S62171999A
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- semiconductor
- semiconductor layer
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はＭ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル結晶成
長方法に関する。
長方法に関する。
（従来技術及び発明が解決しようとする問題点）ＧａＡ
ｓ ＋ＧａＰに代表されるＩ−Ｖ族化合物半導体は、電
気的、光学的に優れた特性を有する反面、高価であるば
か）でなく、機械的に脆く熱伝導性も悪い等の欠点があ
る。このため、安価で且つ機械的、熱的特性にも優れ７
ｔ ｓｔ ＋Ｇｏの■族半導体を基板とし、この上にＪ
［−Ｖ化合物半導体をエピタキシャル成長させることに
より、安価で機械的、熱的特性に優れた璽−ｖ族化合物
半導体を実現させようという試みがなされている。
ｓ ＋ＧａＰに代表されるＩ−Ｖ族化合物半導体は、電
気的、光学的に優れた特性を有する反面、高価であるば
か）でなく、機械的に脆く熱伝導性も悪い等の欠点があ
る。このため、安価で且つ機械的、熱的特性にも優れ７
ｔ ｓｔ ＋Ｇｏの■族半導体を基板とし、この上にＪ
［−Ｖ化合物半導体をエピタキシャル成長させることに
より、安価で機械的、熱的特性に優れた璽−ｖ族化合物
半導体を実現させようという試みがなされている。
しかしながら、従来、■族半導体基板上に形成された夏
−ｖ族化合物半導体層は、電気的。
−ｖ族化合物半導体層は、電気的。
光学的に極めて活性なアンチフェイ）ｅ／４ンダリと呼
ばれる面欠陥を多数含んでおり、デバイス形成に適用で
きる高品位の結晶を得るまでには至っていない。
ばれる面欠陥を多数含んでおり、デバイス形成に適用で
きる高品位の結晶を得るまでには至っていない。
以下、面方位＜Ｚｏｏ＞のｓｔ基板上ＫＧａＰをエピタ
キシャル成長させる場合を例に上記アンチ７エイズパン
ダリについて説明する。
キシャル成長させる場合を例に上記アンチ７エイズパン
ダリについて説明する。
一般に、化学的表面処理によって得られる８１基板の表
面には、原子的スケールでみると無秩序な凹凸が存在す
る。このような表面状態のｓｉ基板上にＧａＰをエピタ
キシャル成長させ念場合、ＧａＰはＧａ原子層とＰ原子
層とが順次交互に積層された結晶構造である之め、得ら
れ九〇ａＰ結晶内に本来あってはならないＧａとＧａあ
るいはＰとＰとが隣接するような結晶面が形成されてし
まう。この結晶面が上述したアンチ７エイズパンダリと
呼ばれる面欠陥である。アンチフェイズパンダリは上述
したように電気的、光学的に極めて活性な面欠陥である
ので、このような欠陥を多数含むＧａＰ結晶を用いて作
製したデバイスはとても実用に耐えがたい。
面には、原子的スケールでみると無秩序な凹凸が存在す
る。このような表面状態のｓｉ基板上にＧａＰをエピタ
キシャル成長させ念場合、ＧａＰはＧａ原子層とＰ原子
層とが順次交互に積層された結晶構造である之め、得ら
れ九〇ａＰ結晶内に本来あってはならないＧａとＧａあ
るいはＰとＰとが隣接するような結晶面が形成されてし
まう。この結晶面が上述したアンチ７エイズパンダリと
呼ばれる面欠陥である。アンチフェイズパンダリは上述
したように電気的、光学的に極めて活性な面欠陥である
ので、このような欠陥を多数含むＧａＰ結晶を用いて作
製したデバイスはとても実用に耐えがたい。
（問題点を解決するための手段）
本発明は上述した問題点を解決するために提案され念も
のであ夛、その目的はＩＴ族半導体基板の上にアンチ７
エイズパンダリの無い高品位のｌ−ｖ族化合物半導体層
を成長形成せしめるＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシ
ャル結晶成長方法を提供することにある。
のであ夛、その目的はＩＴ族半導体基板の上にアンチ７
エイズパンダリの無い高品位のｌ−ｖ族化合物半導体層
を成長形成せしめるＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシ
ャル結晶成長方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明者等は種々実験をなし
た結果、面方位４００＞または４１１＞のＩＶ族半導体
基板の表面上に、これと同種かまたは異種の■族半導体
層を、その成長表面上に発生する段差が該■族半導体層
の二原子層分に相等する厚さの整数倍となるようにエピ
タキシャル成長させ、さらに、前記■族半導体層の表面
上にＶ族元素の単原子層を吸着形成させた上で、該Ｖ族
元素を構成元素とするＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタ
キシャル成長させれば、■族半導体基板の上にアンチ７
エイズパンダリの無い高品位のＩＩ’族化合物半導体層
を得られることを発見した。この発見にもとすき、少な
くとも、面方位４００＞または４１１＞の１ｖ族半導体
基板の表面上に、これと同種かまたは異種の１ｖ族半導
体層を、その成長表面上に発生する段差をモニタしなが
ら、前記の段差が該■族半導体層の二原子層分に相等す
る厚さの整数倍となるようにエピタキシャル成長させる
第一の工程と、前記第一の工程により形成された■族半
導体層の表面上にＶ族元素の単原子層を吸着形成させる
第二の工程と、前記Ｖ族元素を構成元素とするｌ−Ｖ族
化合物半導体層を前記第二の工程によ）形成された前記
Ｖ族元素の単原子層の表面上にエピタキシャル成長させ
る第三の工程とを具備することを特徴とする、Ｉ−ｖ族
化合物半導体のエピタキシャル結晶成長方法を提案する
ものである。
た結果、面方位４００＞または４１１＞のＩＶ族半導体
基板の表面上に、これと同種かまたは異種の■族半導体
層を、その成長表面上に発生する段差が該■族半導体層
の二原子層分に相等する厚さの整数倍となるようにエピ
タキシャル成長させ、さらに、前記■族半導体層の表面
上にＶ族元素の単原子層を吸着形成させた上で、該Ｖ族
元素を構成元素とするＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタ
キシャル成長させれば、■族半導体基板の上にアンチ７
エイズパンダリの無い高品位のＩＩ’族化合物半導体層
を得られることを発見した。この発見にもとすき、少な
くとも、面方位４００＞または４１１＞の１ｖ族半導体
基板の表面上に、これと同種かまたは異種の１ｖ族半導
体層を、その成長表面上に発生する段差をモニタしなが
ら、前記の段差が該■族半導体層の二原子層分に相等す
る厚さの整数倍となるようにエピタキシャル成長させる
第一の工程と、前記第一の工程により形成された■族半
導体層の表面上にＶ族元素の単原子層を吸着形成させる
第二の工程と、前記Ｖ族元素を構成元素とするｌ−Ｖ族
化合物半導体層を前記第二の工程によ）形成された前記
Ｖ族元素の単原子層の表面上にエピタキシャル成長させ
る第三の工程とを具備することを特徴とする、Ｉ−ｖ族
化合物半導体のエピタキシャル結晶成長方法を提案する
ものである。
第２図は、ｓｉ基板上の段差が１原子層に相等する厚さ
の例を示す。この場合Ｐ原子層とＧａ原子層とを交互に
正しく積層していても、Ｐ原子相互が隣接するような結
晶面、すなわちアンチフェイズパンダリが形成される。
の例を示す。この場合Ｐ原子層とＧａ原子層とを交互に
正しく積層していても、Ｐ原子相互が隣接するような結
晶面、すなわちアンチフェイズパンダリが形成される。
とれに対して第３図ではＳｔ基板上の段差が二原子層に
相等する厚さの例を示し、この場合には、Ｐ原子層とＧ
ａ原子層が交互に正しく積層していれば、アンチ７エイ
ズパンダリは形成されないものである。
相等する厚さの例を示し、この場合には、Ｐ原子層とＧ
ａ原子層が交互に正しく積層していれば、アンチ７エイ
ズパンダリは形成されないものである。
以下、エピタキシャル成長装置として分子線工♂タキシ
ャル装置を用い、８１基板上にＧａＰをエピタキシャル
成長させる場合を例に、本発明の実施例について説明す
る。なお、本実施例は一つの例示であって、本発明の精
神を逸脱しない範囲内で他の結晶成長装置及び他の■−
ｖ族化合物半導体材料の工ぎタキシャル成長にも適用で
きることは言うまでもない。
ャル装置を用い、８１基板上にＧａＰをエピタキシャル
成長させる場合を例に、本発明の実施例について説明す
る。なお、本実施例は一つの例示であって、本発明の精
神を逸脱しない範囲内で他の結晶成長装置及び他の■−
ｖ族化合物半導体材料の工ぎタキシャル成長にも適用で
きることは言うまでもない。
第１図は面方位４００＞のｓｉ基板上に形成されたＧａ
Ｐ半導体層の断面を表わしている。図中、１は■族半導
体基板の一例としてｓｉ基板、２は同種もしくは異種の
■族半導体層を、その成長表面上に発生する段差が該■
族半導体層の二原子層分に相当する厚さの整数倍となる
ようにエピタキシャル成長させる第一の工程の一例とし
てＳｉエピタキシャル層を、３は前記第一の工程にょシ
形成された■族半導体層の表面上にＶ族元素の単原子層
を吸着形成させる第二の工程の一例としてＰ単原子層を
、４は前記Ｖ族元素を構成元素とする１−Ｖ族化合物半
導体層を前記第二の工程により形成された前記Ｖ族元素
の単原子層の表面上にエピタキシャル成長させる第三の
工程の一例としてＧａＰをエピタキシャル層させたもの
であり、以下の様に形成した。まず、ａｔ基板を有機溶
剤によ）脱脂洗浄した後、酸化膜形成、エツチングの工
程を数回繰シかえし、Ｓｌ基板表面に汚れのない酸化膜
を形成した後、前記分子線エビタキンヤル装置に挿入し
た。次にｌＯ″″ Ｔｏｒｒ以下の超高真空下で上記Ｓ
１基板を７００℃〜９００℃の温度範囲で加熱処理し、
Ｓｔ基板の表面に形成された酸化膜を除去した。次に、
電子ビーム蒸着源を用いてＳｌを蒸発させ、 ８１工ピ
タキシヤル層を成長速度０．５Ｘ／Ｓ〜ＩＯ！／８．
Ｓｔ基板温度を３００°０〜７００℃の範囲で、反射高
速電子線の＜１００＞方向入射による回折像の鏡面反射
点の振動強度を観察しながら、その成長表面上に発生す
る段差がＳｉエピタキシャル層の二原子層外に相当する
厚さの整数倍となるように上記Ｓｌ基板上にＳｔをエピ
タキシャル成長させた。この結果、成長速度３．０ Ｘ
／Ｓ 以下、基板温度４００℃〜５００℃の条件下で反
射高速電子線回折像の安定した振動が得られ、Ｓ１工ピ
タキシヤル層の成長表面上に発生する段差が８１工ピタ
キシヤル層の二原子層外に相当する厚さの整数倍となる
様にエピタキシャル成長されていることが明らかになっ
た。次に、クヌードセンセルを用いてＰを蒸発させ、ｓ
ｉ基板温度を５００℃で、前記第一の工程により形成さ
れたＳｉエピタキシャル層の表面上にＰの単原子層を吸
着形成させた。次に、クヌードセンセルを用いてＧａお
よびＰを蒸発させ、成長速度０．５Ｘ／Ｓ〜ＩＯＸ／８
．ＳＬ基板温度３り０℃〜７００°Ｃの範囲で、璽族元
素とＶ族元素の分圧比を１０に設定し、 ＧａＰエピタ
キシャル層をエピタキシャル成長させた。その結果、第
三の工程においてｓｉ基板温度を５５０°０以下で成長
速度が５．０Ｘ／Ｓ以下の条件であれば、その成長表面
が極めて平滑なＧａＰエピタキシャル層が得られた。さ
らに、得られたＧａＰエピタキシャル層を溶融ＫＯＨＫ
：よるエツチングを行なっ念結果、ＧａＰ工ぎタキシャ
ル層にはアンチ７エイズパンダリが存在しないことが明
らかになった。また、得られたＧａＰエピタキシャル層
の結晶性を評価するため、二結晶Ｘ線回折、ＨａｔＡ測
定を行なった結果、単結晶と比肩する（４００）回折線
の半値幅、キャリア濃度が得られ、高品位の結晶性が得
られていることが明らかとなった。
Ｐ半導体層の断面を表わしている。図中、１は■族半導
体基板の一例としてｓｉ基板、２は同種もしくは異種の
■族半導体層を、その成長表面上に発生する段差が該■
族半導体層の二原子層分に相当する厚さの整数倍となる
ようにエピタキシャル成長させる第一の工程の一例とし
てＳｉエピタキシャル層を、３は前記第一の工程にょシ
形成された■族半導体層の表面上にＶ族元素の単原子層
を吸着形成させる第二の工程の一例としてＰ単原子層を
、４は前記Ｖ族元素を構成元素とする１−Ｖ族化合物半
導体層を前記第二の工程により形成された前記Ｖ族元素
の単原子層の表面上にエピタキシャル成長させる第三の
工程の一例としてＧａＰをエピタキシャル層させたもの
であり、以下の様に形成した。まず、ａｔ基板を有機溶
剤によ）脱脂洗浄した後、酸化膜形成、エツチングの工
程を数回繰シかえし、Ｓｌ基板表面に汚れのない酸化膜
を形成した後、前記分子線エビタキンヤル装置に挿入し
た。次にｌＯ″″ Ｔｏｒｒ以下の超高真空下で上記Ｓ
１基板を７００℃〜９００℃の温度範囲で加熱処理し、
Ｓｔ基板の表面に形成された酸化膜を除去した。次に、
電子ビーム蒸着源を用いてＳｌを蒸発させ、 ８１工ピ
タキシヤル層を成長速度０．５Ｘ／Ｓ〜ＩＯ！／８．
Ｓｔ基板温度を３００°０〜７００℃の範囲で、反射高
速電子線の＜１００＞方向入射による回折像の鏡面反射
点の振動強度を観察しながら、その成長表面上に発生す
る段差がＳｉエピタキシャル層の二原子層外に相当する
厚さの整数倍となるように上記Ｓｌ基板上にＳｔをエピ
タキシャル成長させた。この結果、成長速度３．０ Ｘ
／Ｓ 以下、基板温度４００℃〜５００℃の条件下で反
射高速電子線回折像の安定した振動が得られ、Ｓ１工ピ
タキシヤル層の成長表面上に発生する段差が８１工ピタ
キシヤル層の二原子層外に相当する厚さの整数倍となる
様にエピタキシャル成長されていることが明らかになっ
た。次に、クヌードセンセルを用いてＰを蒸発させ、ｓ
ｉ基板温度を５００℃で、前記第一の工程により形成さ
れたＳｉエピタキシャル層の表面上にＰの単原子層を吸
着形成させた。次に、クヌードセンセルを用いてＧａお
よびＰを蒸発させ、成長速度０．５Ｘ／Ｓ〜ＩＯＸ／８
．ＳＬ基板温度３り０℃〜７００°Ｃの範囲で、璽族元
素とＶ族元素の分圧比を１０に設定し、 ＧａＰエピタ
キシャル層をエピタキシャル成長させた。その結果、第
三の工程においてｓｉ基板温度を５５０°０以下で成長
速度が５．０Ｘ／Ｓ以下の条件であれば、その成長表面
が極めて平滑なＧａＰエピタキシャル層が得られた。さ
らに、得られたＧａＰエピタキシャル層を溶融ＫＯＨＫ
：よるエツチングを行なっ念結果、ＧａＰ工ぎタキシャ
ル層にはアンチ７エイズパンダリが存在しないことが明
らかになった。また、得られたＧａＰエピタキシャル層
の結晶性を評価するため、二結晶Ｘ線回折、ＨａｔＡ測
定を行なった結果、単結晶と比肩する（４００）回折線
の半値幅、キャリア濃度が得られ、高品位の結晶性が得
られていることが明らかとなった。
以上の実施例では、分子線エビタキンヤル装置を用いて
エピタキシャル成長を行なっているが、例えば第三の工
程において、よシ高い成長速度と量産性が期待できる有
機金属化学気相成長装置もしくは液相成長装置を用いる
ことも可能である。
エピタキシャル成長を行なっているが、例えば第三の工
程において、よシ高い成長速度と量産性が期待できる有
機金属化学気相成長装置もしくは液相成長装置を用いる
ことも可能である。
また以上の実施例では、■族半導体基板としてＳｌ基板
を、■族半導体層としてＳｔエピタキシャル層を、Ｖ族
元素の単原子層としてＰ単原子層を、■−■族化合物半
導体層としてＧａＰエピタキシャル層の例について述べ
九が、■族半導体基板としてＧ＠基板を、第一の工程に
よりエピタキシャル成長させる■族半導体層として８１
゜Ｇｅ ＊ Ｓ ｉ 、□Ｇｅｘを、第三の工程により
エピタキシャル成長させる■−Ｖ族化合物半導体層とし
てＧａＡｓ 、 １ｎＰを選び結晶成長を試み、前記
実施例と同様の効果を得た。
を、■族半導体層としてＳｔエピタキシャル層を、Ｖ族
元素の単原子層としてＰ単原子層を、■−■族化合物半
導体層としてＧａＰエピタキシャル層の例について述べ
九が、■族半導体基板としてＧ＠基板を、第一の工程に
よりエピタキシャル成長させる■族半導体層として８１
゜Ｇｅ ＊ Ｓ ｉ 、□Ｇｅｘを、第三の工程により
エピタキシャル成長させる■−Ｖ族化合物半導体層とし
てＧａＡｓ 、 １ｎＰを選び結晶成長を試み、前記
実施例と同様の効果を得た。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明による層−Ｖ族化合物半導
体のエピタキシャル結晶成長方法によれば、■族半導体
基板上に高品位の■−ｖ族化合物半導体のエピタキシャ
ル結晶成長が可能となるため、大きな量産性、経済性を
もたらす効果を有するものである。
体のエピタキシャル結晶成長方法によれば、■族半導体
基板上に高品位の■−ｖ族化合物半導体のエピタキシャ
ル結晶成長が可能となるため、大きな量産性、経済性を
もたらす効果を有するものである。
第１図は面方位４００＞の８１基板上に形成されたＧａ
Ｐエピタキシャル層の断面を表わす図で第２図はＳｌ基
板上の段差が一原子層に相当する場合、第３図は二原子
層に相当する場合の原子配列を示す。 １・・・Ｓｔ基板、２・・・Ｓｔ基板上に第一の工程に
より形成されたＳｌ工ぎタキシャル層、３・・・８１工
ピタキシヤル層の上に第二の工程により形成されたＳｔ
エピタキシャル層、３・・・８ｉ工ピタキシヤル層の上
に第二の工程にょ）形成され之Ｐ単原子層、４・・・Ｐ
単原子層の上に第三の工程にょ）形成されたＧａＰエビ
タキンヤル層。 第１図 コ、−５ｉ ｌ引ンＥイ乏。 ２・−・Ｓｉエピ９えシ４Ｉし層 ３・・・Ｐｗｉ斤手層 ４・−ＧＯＰエビタキシイル層
Ｐエピタキシャル層の断面を表わす図で第２図はＳｌ基
板上の段差が一原子層に相当する場合、第３図は二原子
層に相当する場合の原子配列を示す。 １・・・Ｓｔ基板、２・・・Ｓｔ基板上に第一の工程に
より形成されたＳｌ工ぎタキシャル層、３・・・８１工
ピタキシヤル層の上に第二の工程により形成されたＳｔ
エピタキシャル層、３・・・８ｉ工ピタキシヤル層の上
に第二の工程にょ）形成され之Ｐ単原子層、４・・・Ｐ
単原子層の上に第三の工程にょ）形成されたＧａＰエビ
タキンヤル層。 第１図 コ、−５ｉ ｌ引ンＥイ乏。 ２・−・Ｓｉエピ９えシ４Ｉし層 ３・・・Ｐｗｉ斤手層 ４・−ＧＯＰエビタキシイル層
Claims (1)
- 少なくとも、面方位〈１００〉または〈１１１〉のIV族
半導体基板の表面上に、これと同種かまたは異種のIV族
半導体層を、その成長表面上に発生する段差をモニタし
ながら、前記の段差が該IV族半導体層の二原子層分に相
等する厚さの整数倍となるようにエピタキシャル成長さ
せる第一の工程と、前記第一の工程により形成されたI
V族半導体層の表面上にＶ族元素の単原子層を吸着形成
させる第二の工程と、前記Ｖ族元素を構成元素とするI
II−Ｖ族化合物半導体層を前記第二の工程により形成さ
れた前記Ｖ族元素の単原子層の表面上にエピタキシャル
成長させる第三の工程とを具備することを特徴とする、
III−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル結晶成長方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1375186A JPS62171999A (ja) | 1986-01-27 | 1986-01-27 | ３−ｖ族化合物半導体のエピタキシヤル結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1375186A JPS62171999A (ja) | 1986-01-27 | 1986-01-27 | ３−ｖ族化合物半導体のエピタキシヤル結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62171999A true JPS62171999A (ja) | 1987-07-28 |
Family
ID=11841952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1375186A Pending JPS62171999A (ja) | 1986-01-27 | 1986-01-27 | ３−ｖ族化合物半導体のエピタキシヤル結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62171999A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6825134B2 (en) | 2002-03-26 | 2004-11-30 | Applied Materials, Inc. | Deposition of film layers by alternately pulsing a precursor and high frequency power in a continuous gas flow |
| US7078302B2 (en) | 2004-02-23 | 2006-07-18 | Applied Materials, Inc. | Gate electrode dopant activation method for semiconductor manufacturing including a laser anneal |
| US7132338B2 (en) | 2003-10-10 | 2006-11-07 | Applied Materials, Inc. | Methods to fabricate MOSFET devices using selective deposition process |
| US7166528B2 (en) | 2003-10-10 | 2007-01-23 | Applied Materials, Inc. | Methods of selective deposition of heavily doped epitaxial SiGe |
| US7465666B2 (en) | 2000-06-28 | 2008-12-16 | Applied Materials, Inc. | Method for forming tungsten materials during vapor deposition processes |
| US7781326B2 (en) | 2001-02-02 | 2010-08-24 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
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| US8501594B2 (en) | 2003-10-10 | 2013-08-06 | Applied Materials, Inc. | Methods for forming silicon germanium layers |
| US9587310B2 (en) | 2001-03-02 | 2017-03-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
-
1986
- 1986-01-27 JP JP1375186A patent/JPS62171999A/ja active Pending
Cited By (14)
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