JPS6360197A - 化合物半導体薄膜の形成方法 - Google Patents

化合物半導体薄膜の形成方法

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JPS6360197A
JPS6360197A JP20367786A JP20367786A JPS6360197A JP S6360197 A JPS6360197 A JP S6360197A JP 20367786 A JP20367786 A JP 20367786A JP 20367786 A JP20367786 A JP 20367786A JP S6360197 A JPS6360197 A JP S6360197A
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高木 一正
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Kenzo Susa
憲三 須佐
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は単結晶基板上に該基板とは材質の異なる薄膜を
形成するヘテロエピタキシに係り、特に■族単結晶基板
上に高品質の■−v族化合物半導体薄膜を形成するのに
好適な薄膜形成方法に関する。
〔従来の技術〕
現在、Siに代表される■族半導体単結晶基板上にG 
a A sに代表される■−■族化合物半導体結晶薄膜
を形成する試みが盛んに行われている。これは、このよ
うな薄膜構造が形成できると光素子と電子回路素子のモ
ノリシック化など新しい機能素子の開発が予測されるか
らである。しかしながら、m−v族化合物結晶はm族と
■族の2元素から成る有極性材料であるのに対し、■族
単結晶基板は単一元素から成る無極性材料である。従っ
て、■族単結晶基板上にnl−v族化合物半導体1膜を
エピタキシャル成長させようとする場合、m族と■族の
配列の位相がずれ、極性が反転した領域。
いわゆるアンチ・フェイズ・ドメインができる場合があ
り、基板面内全域で■族と■族の元素の位相がそろっZ
lたいわゆるシングル・ドメイン単 ・結晶を確実に形
成することは困芝であった。
このような間層を解決するために例えばSi単結晶基板
の温度を450°C以下として非晶質のG a A s
薄膜を堆積した後、Si単結晶基板の温度を600℃と
してGaAs単結晶薄膜を成長させるという方法がジャ
パニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィズイッ
クス、24.6(1985年)第L391頁からL39
3頁(Jpn、 J、 Appl、 Phys、 24
.6 (1985)pp、L391−393)において
論じられており、この方法によりシングル・ドメインの
GaAs甲、結晶薄膜を確実に得ることができるように
なった。また、この方法は薄膜形成の初期の段階で基板
温度が低いため薄膜表面の平坦性も優れているという利
点もあった。半導体薄膜の素子応用の観点から薄膜表面
の平坦性は重要である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術はSi単結晶基板上にシングル・ドメイン
のGaAs薄膜を形成した一例であるが、初期の薄膜成
長を低温で行っているため結晶性が劣る。結晶性を向上
させるためには例えばG a A s成板上のGaAs
薄膜の成長の場合と同じように基板温度を600℃程度
に高める必要がある。しかし、Si基板を用いた場合に
は基板温度を600℃付近まで高めると、通常の方法で
は膜表面の平坦性が劣り、さらに結晶性も劣ることが前
述の論文にも論じられている。
本発明の目的は、■族単結晶基板上に■−■族化合物¥
4膜をシングル・ドメイン成長させ、かつ平坦性の優れ
た膜を得るだけでなく、結晶性の優れた単結晶薄膜を形
成することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的はm−v族化合物半導体薄膜を形成する初期の
段階においてV族元素を過剰に供給することにより達成
される。
例えば、GaAs単結晶法板上に分子線エピタキシ法で
G a A s単結晶薄膜を形成する場合、Gaの分子
線量に対するAsの分子線量の比を5程度から100程
度とすることにより鏡面でかつ結晶性の良い薄膜が得ら
れる。例えばSi基板上にGaAs薄膜を形成する初期
段階において、Gaに対するAsの分子線量比を50程
度に高めてGaAs単結晶薄膜の初期成長層を形成した
後、上記分子線量比を5程度としてQ a A s単結
晶薄膜を形成する。なお、膜形成時のSi基板の温度は
薄膜形成の初期段階から600℃とした。また初期成長
層の厚みは50〜500nm程度が好ましい。
〔作用〕
本発明において、■族単結晶基板上に■−■族化合物半
導体薄膜を形成する初期段階で■族元素に対して■族元
素を過剰に供給することがどのような作用を及ぼして■
族単結晶基板上の■−■族化合物半導体薄膜の結晶性を
高めているか明らかではない。しかしながら、次の実施
例で示すように薄膜形成の初期の段階で■族元素を過剰
に供給することにより■族単結晶基板上のm −v 1
1化合物半導体薄膜の結晶性が格段に向上することは明
白である。
〔実施例〕
以下1本発明の実施例により説明する。
実施例1゜ まずSi単結晶基板上に分子線エピタキシ法によりG 
a A s単結晶薄膜を形成した例を第1図により説明
する。
基板として直径50mmのStウェハ1を用いた。
Stウェハ1の面方位は(100)面を(011)方位
に2m傾けた方位である。このSiウェハIを有機洗浄
した後、硝酸ボイル(90℃、10分間)、2.5%弗
酸水溶液浸漬(1分間)、純水洗浄(10分間)を3回
繰り返した。次に90℃に加熱したアンモニア水(20
%)、過酸化水素(20%)水溶液中に10分間入れ1
5分間の純水洗浄の後、2.5%弗酸水溶液に1分間浸
漬し、さらに10分間純水洗浄し、次に90℃に加熱し
た塩酸(60%)、過酸化水素水(20%)水溶液中に
10分間入れ、ウェハ1の表面に極く薄い(〜5人)酸
化膜を形成した。
このSiウェハ1をすばやく分子線エピタキシ装置に入
れ10″″”Pa以下の真空度に排気した後、脱ガス処
理および酸化膜除去処理を行った。
脱ガス処理は基板温度600℃9時間10分間。
真空度10−’Paで酸化膜除去処理は基板温度900
℃9時間15分間、真空度10−’Paで行った。酸化
膜除去の後、基板温度を600℃として、最初の2時間
は0.O3nm/sの成長速度でGaに対するAsの分
子線量の比を50として、200nmの初期成長G a
 A s薄膜2を形成した。引き続いて、次の2時間は
Ga分子線量のみ10倍に上げて、Qaに対するAsの
分子線量の比を5として、0 、3 n m / sの
成長速度で2μmのGaAs薄膜3を形成した。
以上のようにしてSi基板1上に形成したG a A 
s薄膜3の表面は鏡面であり結晶性も優れていた。また
、成長初期から基板温度は600℃としたが、成長膜は
シングル・ドメインの単結晶であった。第2図は、この
方法で作製したSi基板l上のG a A s薄膜2,
3のX線回折測定曲線である。第2図では、5i(40
0)回折線と同様にGaAs (400)回折線もCu
K、、1とK (+1’ 2線が明瞭に分離されており
、Si基板l上に形成したにaAs薄膜2,3の結晶性
が優れていることがわかる。
実施例2゜ 次にSi@結晶基板上に分子線エピタキシ法によりIn
P単結晶薄膜を形成した例を第3図により説明する。
基板には直径50m+eのSiウェハ4を用い、成長前
の基板処理は実施例1と同じ方法で行った。
成長時の基板温度は450℃として最初の2時間は0.
O3nm/sの成長速度でInの分子線量に対するPの
分子線量の比を500として200nmの初期成長In
P薄膜5を形成した。引き続いて次の6時間はIn分子
線量のみ5倍に上げてInに対するPの分子線量を10
0として0.15nm/sの成長速度で2μmの厚さの
InP薄膜6を形成した。この場合も実施例Iで形成し
たGaAs薄膜と同様鏡面かつ結晶性の良いInP薄膜
6が得られた。
実施例3゜ さらに、Si単結晶基板上に減圧有機金属CVD法によ
りG a A s単結晶薄膜を形成した例を説明する。
基板およびG a A s薄膜の構成は第1図と同様で
ある。なお、成長前のSi基板4は有機洗浄の後、50
%弗酸水溶液に1分間浸漬して乾燥後、CVD装置内の
カーボンサセプタ上に設置した。次にA5H3ガスを0
.5%含むH2ガスを100Torrの圧力で1200
secmの流量で流した雰囲気中でSi基板4を100
0℃に加熱し。
10分間保持した。次にSi基板4の温度を700℃と
し、AsH3およびGa (CH3)3の分圧をそれぞ
れ10Torrおよび0.03Torr。
成長管内の圧力を100Torr、原料ガスを希釈する
ために用いたH2ガスを含めた全ガス流量を1200s
ccmとして100 n m/minの成長速度で2分
間成長し、200nmの厚さの初期成長G a A s
薄膜5を形成した。引き続いてA5H3の流量を20分
の1に減少させて100 nm/minの成長速度で2
0分間成長し、厚さ2μmのG a A s薄膜6を形
成した。この場合も、実施例1の場合と同様鏡面かつ結
晶性の優れたGaAs薄膜が得られた。
実施例4゜ 実施例1と同様の条件で初期成長時のGa分子線量に対
するAs分子線量の比のみを変えて形成したG a A
 s薄膜の結晶性の違いについてX線回折ロッキングカ
ーブを測定して調べた。
第4図は、初期成長時のGaに対するAs分子線量の比
に対して、作製したG a A s膜のXi1回路ロッ
キングカーブの半値巾をプロットした図である。初期成
長後のGaに対するAs分子線量の比はいずれの場合も
5であるが第4図から、初期成長時のGaに対するAs
分子線量の比は25以上。
すなわち、初期成長後のGaに対するAs分子線量の比
に対して5倍以上とした場合にG a A s薄膜の結
晶性向上に効果があるといえる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、■族単結晶基板上に■−■族化合物単
結晶薄膜を形成する初期段階において、■族元素を過剰
に供給することにより、高品質のm−v族化合物単結晶
薄膜を形成することができた。
■族元素を過剰に供給して形成した初期成長膜の膜厚に
対して、(400)X線回折ロッキングカーブ半値巾を
測定した結果として、Si基板上のG a A sの成
長の場合について例示すると第5図のようになる。高品
質のG a A s薄膜をSi基板上に形成するために
は、初期成長膜の厚さは5゜nm以上であることが望ま
しい。
また1本発明の実施例は分子線エピタキシ法。
有機金acVD法の場合について示したが、本発明はハ
イドライドCVD法、クロライドCVD法等の他の気相
成長法を用いた場合にも有効であると思われる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例1で作製したSi基板上GaA
s薄膜の断面構造図、第2図は実施例1で作製したSt
基板上G a A s薄膜のX線回折図、第3図は本発
明の実施例2で作製したSi基板上GaAs薄膜の断面
構造図、第4図及び第5図は初期成長膜の膜厚を変えて
作製したSi基板上G a A s薄膜について測定し
た(400)回折ロッキングカーブの半値巾を示す図で
ある。 1・・・Si基板、2・・・初期成長G a A s薄
膜、3・・・G a A s薄膜、4・・・Si基板、
5・・・初期成長InP薄膜、6−InP薄膜。 \−−′ 一一−◆2θ (0) 箪51] g /+A期販 丁sP!算・υ( 戒衣枦シη6珪牒撓鈴勤丸。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、IV族単結晶基板上にIII−V族化合物半導体薄膜を
    形成する薄膜の形成方法において、成長初期のIII族の
    原子あるいはその原子を含む分子に対するV族の原子あ
    るいはその原子を含む分子の供給量の比を成長初期後の
    該化合物半導体薄膜を形成する際の供給量の比よりも過
    剰とすることを特徴とする化合物半導体薄膜の形成方法
    。 2、特許請求の範囲第1項記載の化合物半導体薄膜の形
    成方法において、初期成長層の厚さを50nm以上とす
    ることを特徴とする化合物半導体薄膜の形成方法。 3、特許請求の範囲第1項又は第2項記載の化合物半導
    体薄膜の形成方法において初期成長層形成時のIII族の
    原子あるいはその原子を含む分子に対するV族の原子あ
    るいはその原子を含む分子の供給量の比を段階的に減少
    せしめることを特徴とする化合物半導体薄膜の形成方法
JP20367786A 1986-09-01 1986-09-01 化合物半導体薄膜の形成方法 Expired - Lifetime JPH0753631B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03278426A (ja) * 1990-03-27 1991-12-10 Daido Steel Co Ltd 化合物半導体の結晶成長法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03278426A (ja) * 1990-03-27 1991-12-10 Daido Steel Co Ltd 化合物半導体の結晶成長法

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