JP2000331934A - 半導体結晶層の成長方法 - Google Patents
半導体結晶層の成長方法Info
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- JP2000331934A JP2000331934A JP11139361A JP13936199A JP2000331934A JP 2000331934 A JP2000331934 A JP 2000331934A JP 11139361 A JP11139361 A JP 11139361A JP 13936199 A JP13936199 A JP 13936199A JP 2000331934 A JP2000331934 A JP 2000331934A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板の不純物濃度の変更を招くことなく、し
かも残留物による結晶性の低下を招くことのない半導体
結晶層のヘテロエピタキシャル成長方法を提供する。 【解決手段】 基板１０の上面の清浄化のためにこれに
熱処理を施した後、この基板１０の組成と異なる組成の
半導体結晶層２０、２１を基板１０上にエピタキシャル
成長させる成長方法。前記熱処理を基板１０の組成元素
の中の少なくとも１つの元素を含むガス雰囲気下で行
う。
かも残留物による結晶性の低下を招くことのない半導体
結晶層のヘテロエピタキシャル成長方法を提供する。 【解決手段】 基板１０の上面の清浄化のためにこれに
熱処理を施した後、この基板１０の組成と異なる組成の
半導体結晶層２０、２１を基板１０上にエピタキシャル
成長させる成長方法。前記熱処理を基板１０の組成元素
の中の少なくとも１つの元素を含むガス雰囲気下で行
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体結晶の成長
方法に関し、特に、基板上に該基板と組成を異にする半
導体結晶層を成長させるヘテロエピタキシャル成長方法
に関する。
方法に関し、特に、基板上に該基板と組成を異にする半
導体結晶層を成長させるヘテロエピタキシャル成長方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ヘテロエピタキシャル成長方法は、結晶
基板上に、該基板の組成と異なる組成の単結晶半導体層
を成長させる技術である。この技術によれば、例えばシ
リコン結晶基板上に、該基板の面指数に依存した例えば
GaAsのような化合物半導体の結晶層を成長させることが
できる。
基板上に、該基板の組成と異なる組成の単結晶半導体層
を成長させる技術である。この技術によれば、例えばシ
リコン結晶基板上に、該基板の面指数に依存した例えば
GaAsのような化合物半導体の結晶層を成長させることが
できる。
【０００３】このヘテロエピタキシャル成長方法に関し
ては、秋山正博氏により、１９９１年、京都大学の学位
論文、「有機金属気相成長法によるSi基板上へのGaAsの
ヘテロエピタキシャル成長の研究」、第５０〜５５頁
で、新たな技術が提案された。この論文には、Si基板上
に所望のGaAs層をエピタキシャル成長させるに先立っ
て、所望のGaAsをエピタキシャル成長させる適正な成長
温度よりも低温で、GaAsからなる低温緩衝層をSi基板上
に成長させ、その後、この低温緩衝層上に所望のGaAsを
適正な成長温度で成長させる２段階成長法が記載されて
いる。
ては、秋山正博氏により、１９９１年、京都大学の学位
論文、「有機金属気相成長法によるSi基板上へのGaAsの
ヘテロエピタキシャル成長の研究」、第５０〜５５頁
で、新たな技術が提案された。この論文には、Si基板上
に所望のGaAs層をエピタキシャル成長させるに先立っ
て、所望のGaAsをエピタキシャル成長させる適正な成長
温度よりも低温で、GaAsからなる低温緩衝層をSi基板上
に成長させ、その後、この低温緩衝層上に所望のGaAsを
適正な成長温度で成長させる２段階成長法が記載されて
いる。
【０００４】また、前記論文には、前記した２段階成長
法で、前記基板に前記緩衝層を成長させるに先立って、
Si基板の表面の浄化のために、該Si基板に熱処理を施す
ことが記載され、この熱処理をAsH3（アルシン）の雰囲
気下で行うことにより、Si基板を保持するペデスタル等
に付着する残留GaAsの分解を抑制することができ、これ
により結晶表面が良好なGaAsをSi基板上に、エピタキシ
ャル成長させることができる旨が記載されている。
法で、前記基板に前記緩衝層を成長させるに先立って、
Si基板の表面の浄化のために、該Si基板に熱処理を施す
ことが記載され、この熱処理をAsH3（アルシン）の雰囲
気下で行うことにより、Si基板を保持するペデスタル等
に付着する残留GaAsの分解を抑制することができ、これ
により結晶表面が良好なGaAsをSi基板上に、エピタキシ
ャル成長させることができる旨が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記論
文に記載された従来の方法では、Si基板がAsH3の雰囲気
下で熱処理を受けることから、AsH3から分解したAs（ヒ
素）が、Si基板上に付着し、このAsが、熱処理の加熱に
より、Si基板内に拡散することがある。Si基板にAsが拡
散すると、このSi基板と、その上に成長されたヘテロエ
ピタキシャル層とからなる半導体基板に形成される半導
体素子の電気特性に大きな影響を及ぼすことになる。As
の拡散により、例えば、ｎ型を示すSi基板の不純物濃度
が高まり、またはｐ型を示すSi基板の不純物濃度が低下
しあるいはｐ型のSi基板がｎ型に反転すると、半導体基
板に所定の性能の半導体素子を組み込むことが、事実
上、不可能となる。
文に記載された従来の方法では、Si基板がAsH3の雰囲気
下で熱処理を受けることから、AsH3から分解したAs（ヒ
素）が、Si基板上に付着し、このAsが、熱処理の加熱に
より、Si基板内に拡散することがある。Si基板にAsが拡
散すると、このSi基板と、その上に成長されたヘテロエ
ピタキシャル層とからなる半導体基板に形成される半導
体素子の電気特性に大きな影響を及ぼすことになる。As
の拡散により、例えば、ｎ型を示すSi基板の不純物濃度
が高まり、またはｐ型を示すSi基板の不純物濃度が低下
しあるいはｐ型のSi基板がｎ型に反転すると、半導体基
板に所定の性能の半導体素子を組み込むことが、事実
上、不可能となる。
【０００６】そこで、本発明の目的は、基板の不純物濃
度の変更を招くことなく、しかも残留物による結晶性の
低下を招くことのない半導体結晶層のヘテロエピタキシ
ャル成長方法を提供することにある。
度の変更を招くことなく、しかも残留物による結晶性の
低下を招くことのない半導体結晶層のヘテロエピタキシ
ャル成長方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来では、基板の上面に
ヘテロ成長されるGaAsの組成成分であるAsを含む成分ガ
スの雰囲気下で、基板の洗浄化のための熱処理が行われ
ており、この基板を構成する元素と、ガス雰囲気の元素
との周期律表での族の違いによって、前記した基板の不
純物濃度の変化がもたらされることに鑑み、本願発明
は、基板の浄化のための熱処理を基板の組成元素の中の
少なくとも１つの元素を含むガス雰囲気下で行うという
基本構想に立脚する。
ヘテロ成長されるGaAsの組成成分であるAsを含む成分ガ
スの雰囲気下で、基板の洗浄化のための熱処理が行われ
ており、この基板を構成する元素と、ガス雰囲気の元素
との周期律表での族の違いによって、前記した基板の不
純物濃度の変化がもたらされることに鑑み、本願発明
は、基板の浄化のための熱処理を基板の組成元素の中の
少なくとも１つの元素を含むガス雰囲気下で行うという
基本構想に立脚する。
【０００８】ために、本願発明は、基板の上面の清浄化
のために該基板に熱処理を施した後、該基板上に該基板
の組成と異なる組成の半導体結晶層をエピタキシャル成
長させる成長方法において、前記熱処理を前記基板の組
成元素の中の少なくとも１つの元素を含むガス雰囲気下
で行うことを特徴とする。
のために該基板に熱処理を施した後、該基板上に該基板
の組成と異なる組成の半導体結晶層をエピタキシャル成
長させる成長方法において、前記熱処理を前記基板の組
成元素の中の少なくとも１つの元素を含むガス雰囲気下
で行うことを特徴とする。
【０００９】例えば、基板が４族元素からなるとき、こ
の４族元素を含む雰囲気ガス下で熱処理を施すことによ
り、基板上に成長される半導体結晶層の形成でペデスタ
ル等に残留する成分の分解を抑制することができ、この
熱処理後の半導体結晶層の成長により、従来におけると
同様な良好な半導体結晶層を前記基板上に成長させるこ
とができる。しかも、前記した熱処理の雰囲気ガスに含
まれる４族元素は、例え、基板への従来と同様な熱拡散
を生じても、該基板を構成する４族と電気的に同一の振
る舞いをなすことから、これによっては、従来のような
基板の不純物濃度の変化が実質的に生じることはない。
の４族元素を含む雰囲気ガス下で熱処理を施すことによ
り、基板上に成長される半導体結晶層の形成でペデスタ
ル等に残留する成分の分解を抑制することができ、この
熱処理後の半導体結晶層の成長により、従来におけると
同様な良好な半導体結晶層を前記基板上に成長させるこ
とができる。しかも、前記した熱処理の雰囲気ガスに含
まれる４族元素は、例え、基板への従来と同様な熱拡散
を生じても、該基板を構成する４族と電気的に同一の振
る舞いをなすことから、これによっては、従来のような
基板の不純物濃度の変化が実質的に生じることはない。
【００１０】基板が、例えばSi（シリコン）あるいはGe
（ゲルマニゥム）のような単一の４族元素からなる半導
体結晶基板であるとき、前記ガス雰囲気はその単一元素
ガスを用いることができる。
（ゲルマニゥム）のような単一の４族元素からなる半導
体結晶基板であるとき、前記ガス雰囲気はその単一元素
ガスを用いることができる。
【００１１】シリコン結晶基板であるとき、SiH4（シラ
ンガス）あるいはSi2H6（ジシランガス）のようなSinH
2n+2（ケイ化水素）で代表される、シリコンを含む水素
化ガスの雰囲気下で、前記熱処理を行うことができる。
また、SiCl4（塩化シリコン）のような、シリコンを含
むハロゲン化ガスの雰囲気下を採用することができる。
ンガス）あるいはSi2H6（ジシランガス）のようなSinH
2n+2（ケイ化水素）で代表される、シリコンを含む水素
化ガスの雰囲気下で、前記熱処理を行うことができる。
また、SiCl4（塩化シリコン）のような、シリコンを含
むハロゲン化ガスの雰囲気下を採用することができる。
【００１２】また、ゲルマニゥム結晶基板であるとき、
GeH4のようなゲルマニゥムを含む水素化ガスまたはGeCl
4のようなゲルマニゥムを含むハロゲン化ガスを含むガ
ス雰囲気下で、前記した熱処理を施すことができる。
GeH4のようなゲルマニゥムを含む水素化ガスまたはGeCl
4のようなゲルマニゥムを含むハロゲン化ガスを含むガ
ス雰囲気下で、前記した熱処理を施すことができる。
【００１３】４族元素からなる基板として、例えばシリ
コンおよび炭素の組成元素からなるシリコンカーバイド
基板を採用することができる。このような複数の組成元
素からなる基板が採用されるとき、そのいずれか一つの
適正な組成元素を含むガス雰囲気下で熱処理が施され
る。前記したシリコンカーバイド（SiC）基板では、前
記したシリコンを含む水素化ガス、シリコンを含むハロ
ゲン化ガス、あるいはCH 4のような炭化水素ガスを選択
することができる。
コンおよび炭素の組成元素からなるシリコンカーバイド
基板を採用することができる。このような複数の組成元
素からなる基板が採用されるとき、そのいずれか一つの
適正な組成元素を含むガス雰囲気下で熱処理が施され
る。前記したシリコンカーバイド（SiC）基板では、前
記したシリコンを含む水素化ガス、シリコンを含むハロ
ゲン化ガス、あるいはCH 4のような炭化水素ガスを選択
することができる。
【００１４】前記した熱処理を基板の組成元素を含むガ
ス雰囲気下で行うことにより、ガス雰囲気の組成元素が
例え基板内に熱拡散を生じても、この熱拡散による基板
の不純物濃度に、実質的な変更が生じることはなく、こ
れにより、基板の不純物濃度の変更を招くことなく、前
記した熱処理での前記した残留成分の分解を抑制するこ
とが可能となる。
ス雰囲気下で行うことにより、ガス雰囲気の組成元素が
例え基板内に熱拡散を生じても、この熱拡散による基板
の不純物濃度に、実質的な変更が生じることはなく、こ
れにより、基板の不純物濃度の変更を招くことなく、前
記した熱処理での前記した残留成分の分解を抑制するこ
とが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係る結晶成長方法を実施す
るためのエピタキシャル結晶成長装置の一部を模式的か
つ概略的に示す断面図である。以下、本発明をエピタキ
シャル結晶成長方法の１つである有機金属気相成長（MO
CVD）法に適用して、シリコン結晶基板上に、化合物半
導体であるGaAsをエピタキシャル成長させる例に沿って
説明する。
について詳細に説明する。 〈具体例〉図１は、本発明に係る結晶成長方法を実施す
るためのエピタキシャル結晶成長装置の一部を模式的か
つ概略的に示す断面図である。以下、本発明をエピタキ
シャル結晶成長方法の１つである有機金属気相成長（MO
CVD）法に適用して、シリコン結晶基板上に、化合物半
導体であるGaAsをエピタキシャル成長させる例に沿って
説明する。
【００１６】GaAsを成長させるためのSi結晶基板１０
は、図１に示されているように、ペデスタル１１に載せ
られた状態で、反応管１２内に配置される。反応管１２
には、ペデスタル１１上のSi結晶基板１０の温度を制御
するための加熱手段１３が組み込まれている。図示の例
では、加熱手段１３は、ペデスタル１１に近接して配置
された加熱コイル１４と、該加熱コイルに電力を制御可
能に供給する電源装置１５とを備え、電源装置１５から
加熱コイル１４への電力の供給制御により、反応管１２
内のペデスタル１１上のSi結晶基板１０の温度を室温か
ら例えば９５０℃を越える温度に制御可能である。この
温度制御の一例が、図２のグラフの特性線Ａに示されて
いる。
は、図１に示されているように、ペデスタル１１に載せ
られた状態で、反応管１２内に配置される。反応管１２
には、ペデスタル１１上のSi結晶基板１０の温度を制御
するための加熱手段１３が組み込まれている。図示の例
では、加熱手段１３は、ペデスタル１１に近接して配置
された加熱コイル１４と、該加熱コイルに電力を制御可
能に供給する電源装置１５とを備え、電源装置１５から
加熱コイル１４への電力の供給制御により、反応管１２
内のペデスタル１１上のSi結晶基板１０の温度を室温か
ら例えば９５０℃を越える温度に制御可能である。この
温度制御の一例が、図２のグラフの特性線Ａに示されて
いる。
【００１７】Si結晶基板１０上には、後述する従来よく
知られた２段階成長法により、Si結晶基板１０と組成を
異にするGaAsからなる低温緩衝層およびこの緩衝層の成
長温度よりも高温の所定の成長温度で形成されるGaAs層
がヘテロエピタキシャル成長される。このGaAs層を成長
させるために、Si結晶基板１０は、前記したとおり、ペ
デスタル１１を介して反応管１２内に収容されるが、こ
のSi結晶基板１０の反応管１２内への収容は、H2源１６
から反応管１２内に導入されたH2（水素ガス）の雰囲気
下で、行われる。
知られた２段階成長法により、Si結晶基板１０と組成を
異にするGaAsからなる低温緩衝層およびこの緩衝層の成
長温度よりも高温の所定の成長温度で形成されるGaAs層
がヘテロエピタキシャル成長される。このGaAs層を成長
させるために、Si結晶基板１０は、前記したとおり、ペ
デスタル１１を介して反応管１２内に収容されるが、こ
のSi結晶基板１０の反応管１２内への収容は、H2源１６
から反応管１２内に導入されたH2（水素ガス）の雰囲気
下で、行われる。
【００１８】Si結晶基板１０がペデスタル１１に載せら
れた状態で反応管１２内に収容されると、GaAs層の形成
に先立って、Si結晶基板１０の表面の酸化シリコン膜を
除去して、その表面を浄化するために、加熱処理が行わ
れる。この加熱処理では、電源装置１５から加熱コイル
１４への電力により、図２のグラフに示されるとおり、
反応管１２内のSi結晶基板１０の温度が例えば９００℃
〜９５０℃に高められる。
れた状態で反応管１２内に収容されると、GaAs層の形成
に先立って、Si結晶基板１０の表面の酸化シリコン膜を
除去して、その表面を浄化するために、加熱処理が行わ
れる。この加熱処理では、電源装置１５から加熱コイル
１４への電力により、図２のグラフに示されるとおり、
反応管１２内のSi結晶基板１０の温度が例えば９００℃
〜９５０℃に高められる。
【００１９】この温度の上昇過程で、例えばSi結晶基板
１０の温度が４００℃に達すると、反応管１２内には、
前記した水素ガスに加えて、Si2H6源１７からSi2H6（ジ
シランガス）が供給される。水素ガスに対するSi2H6の
濃度は、例えば２０ppmである。このジシランガスを水
素で希釈した混合ガスは、例えば２００ｃｃ／分の供給
量で、反応管１２内に供給される。前記混合ガスの供給
状態で、Si結晶基板１０の温度が例えば９５０℃に達す
ると、この熱処理温度が、例えば３〜５分間（ｔ1〜
ｔ2）保持される。
１０の温度が４００℃に達すると、反応管１２内には、
前記した水素ガスに加えて、Si2H6源１７からSi2H6（ジ
シランガス）が供給される。水素ガスに対するSi2H6の
濃度は、例えば２０ppmである。このジシランガスを水
素で希釈した混合ガスは、例えば２００ｃｃ／分の供給
量で、反応管１２内に供給される。前記混合ガスの供給
状態で、Si結晶基板１０の温度が例えば９５０℃に達す
ると、この熱処理温度が、例えば３〜５分間（ｔ1〜
ｔ2）保持される。
【００２０】Si結晶基板１０が９００℃を越える温度で
加熱を受けると、従来よく知られているように、Si結晶
基板１０の表面のSiO2（酸化シリコン）膜が除去され、
これにより、Si結晶基板１０の表面がエピタキシャル成
長に好適な状態に浄化される。
加熱を受けると、従来よく知られているように、Si結晶
基板１０の表面のSiO2（酸化シリコン）膜が除去され、
これにより、Si結晶基板１０の表面がエピタキシャル成
長に好適な状態に浄化される。
【００２１】また、本発明に係る成長方法では、前記し
たとおり、Si結晶基板１０の加熱による浄化は、Si2H6
を含む水素希釈ガス雰囲気中で行われる。このSi2H6を
含むガス雰囲気は、反応管１２内の内壁あるいはペデス
タル１１にGaAsが残留しているとき、この残留物である
GaAsの分解を抑制する作用をなす。従って、例えばペデ
スタル１１として、前回の結晶成長の使用によってGaAs
が残留しているペデスタル１１を使用したとしても、こ
の残留成分がSi結晶基板１０の表面に付着することを防
止することができる。そのため、この残留成分のSi結晶
基板１０への付着を防止するために、結晶成長毎にペデ
スタル１１および反応管１２から前記残留物を除去する
ための洗浄工程に厳密さを要求されることはなく、ペデ
スタル１１および反応管１２の洗浄工程の簡素化を図る
ことができる。
たとおり、Si結晶基板１０の加熱による浄化は、Si2H6
を含む水素希釈ガス雰囲気中で行われる。このSi2H6を
含むガス雰囲気は、反応管１２内の内壁あるいはペデス
タル１１にGaAsが残留しているとき、この残留物である
GaAsの分解を抑制する作用をなす。従って、例えばペデ
スタル１１として、前回の結晶成長の使用によってGaAs
が残留しているペデスタル１１を使用したとしても、こ
の残留成分がSi結晶基板１０の表面に付着することを防
止することができる。そのため、この残留成分のSi結晶
基板１０への付着を防止するために、結晶成長毎にペデ
スタル１１および反応管１２から前記残留物を除去する
ための洗浄工程に厳密さを要求されることはなく、ペデ
スタル１１および反応管１２の洗浄工程の簡素化を図る
ことができる。
【００２２】しかも、Si2H6を含むガス雰囲気の分解に
よって生じるSi（シリコン）は、基板１０を構成する組
成と同一成分であることから、前記ガス雰囲気の主成分
であるシリコン成分が、結晶基板１０に付着し、前記し
た高温での熱処理により、たとえSi結晶基板１０に拡散
しても、このシリコンが従来のアルシンに含まれるAs
（ヒ素）のような不純物として作用することはない。従
って、アルシンを使用した従来の熱処理におけるような
Si結晶基板１０の不純物濃度の変化をもたらすことな
く、このSi結晶基板１０の表面を好適に浄化することが
できる。
よって生じるSi（シリコン）は、基板１０を構成する組
成と同一成分であることから、前記ガス雰囲気の主成分
であるシリコン成分が、結晶基板１０に付着し、前記し
た高温での熱処理により、たとえSi結晶基板１０に拡散
しても、このシリコンが従来のアルシンに含まれるAs
（ヒ素）のような不純物として作用することはない。従
って、アルシンを使用した従来の熱処理におけるような
Si結晶基板１０の不純物濃度の変化をもたらすことな
く、このSi結晶基板１０の表面を好適に浄化することが
できる。
【００２３】Si結晶基板１０の前記した熱処理による浄
化後、Si結晶基板１０の温度が例えば４５０℃に下げら
れる。Si結晶基板１０の温度が４５０℃に降下すると、
Si2H6の反応管１２への供給が停止され、このSi2H6に代
えて、GaAsの成長のために、前記した水素ガスをキャリ
アガスとして、Ga（(CH3)3）（トリメチルガリゥム）源
１８およびAsH3（アルシン）源１９からそれぞれトリメ
チルガリゥムおよびアルシンが反応管１２に供給され
る。
化後、Si結晶基板１０の温度が例えば４５０℃に下げら
れる。Si結晶基板１０の温度が４５０℃に降下すると、
Si2H6の反応管１２への供給が停止され、このSi2H6に代
えて、GaAsの成長のために、前記した水素ガスをキャリ
アガスとして、Ga（(CH3)3）（トリメチルガリゥム）源
１８およびAsH3（アルシン）源１９からそれぞれトリメ
チルガリゥムおよびアルシンが反応管１２に供給され
る。
【００２４】前記した４５０℃の基板温度は、所定の時
間（ｔ3〜ｔ4）保持される。この低温状態での前記トリ
メチルガリゥムおよびアルシンの供給により、図３に示
されているように、Si結晶基板１０上に低温成長のGaAs
からなる緩衝層２０が例えば１００Åの厚さ寸法に成長
する。この緩衝層２０の低温成長は、従来よく知られて
いるように、Si結晶基板１０の面指数に依存したエピタ
キシャル成長である。
間（ｔ3〜ｔ4）保持される。この低温状態での前記トリ
メチルガリゥムおよびアルシンの供給により、図３に示
されているように、Si結晶基板１０上に低温成長のGaAs
からなる緩衝層２０が例えば１００Åの厚さ寸法に成長
する。この緩衝層２０の低温成長は、従来よく知られて
いるように、Si結晶基板１０の面指数に依存したエピタ
キシャル成長である。
【００２５】前記緩衝層２０が所定の厚さ寸法に成長し
た後、Si結晶基板１０の温度が緩衝層２０の成長温度よ
りも高い、例えば７００〜７５０℃の適正な成長温度に
高められる。この適正な温度が維持される間（ｔ5〜
ｔ6）、反応管１２内には、緩衝層２０におけると同様
に、水素ガス源１６からの水素ガスをキャリアガスとし
て、前記トリメチルガリゥムおよびアルシンが供給され
続け、このトリメチルガリゥムおよびアルシンの反応に
より、緩衝層２０上には、図３に示すとおり、これと同
一組成を有しかつ良好な結晶性を示すGaAs結晶層２１が
エピタキシャル成長する。
た後、Si結晶基板１０の温度が緩衝層２０の成長温度よ
りも高い、例えば７００〜７５０℃の適正な成長温度に
高められる。この適正な温度が維持される間（ｔ5〜
ｔ6）、反応管１２内には、緩衝層２０におけると同様
に、水素ガス源１６からの水素ガスをキャリアガスとし
て、前記トリメチルガリゥムおよびアルシンが供給され
続け、このトリメチルガリゥムおよびアルシンの反応に
より、緩衝層２０上には、図３に示すとおり、これと同
一組成を有しかつ良好な結晶性を示すGaAs結晶層２１が
エピタキシャル成長する。
【００２６】この良好な結晶性を示すGaAsからなるエピ
タキシャル層（２１）が所定の厚さ寸法、例えば１．５
μｍに達すると、キャリアガスである水素ガスを除くガ
スの供給が停止され、水素ガス雰囲気下で、Si結晶基板
１０の温度が室温に向けて降下される。これにより、Si
結晶基板１０上に、良好なモホロジーの結晶表面を有す
る優れた結晶性のGaAs結晶層２１を得ることができる。
タキシャル層（２１）が所定の厚さ寸法、例えば１．５
μｍに達すると、キャリアガスである水素ガスを除くガ
スの供給が停止され、水素ガス雰囲気下で、Si結晶基板
１０の温度が室温に向けて降下される。これにより、Si
結晶基板１０上に、良好なモホロジーの結晶表面を有す
る優れた結晶性のGaAs結晶層２１を得ることができる。
【００２７】前記したGaAsからなる緩衝層２０およびGa
As結晶のエピタキシャル層（２１）が堆積されるSi結晶
基板１０は、それらに先立って、浄化のための熱処理を
受けるが、前記したように、Si結晶基板１０と同一組成
を有するジシランガスを含む雰囲気下で前記した熱処理
が施されることから、この熱処理により、Si結晶基板１
０の不純物濃度が実質的に変化することはない。従っ
て、Si結晶基板１０の不純物濃度の変化によるSi結晶基
板１０の電気特性の変更を招くことなく、Si結晶基板１
０およびGaAs結晶層（２０および２１）からなる良質の
ヘテロ構造を有する半導体基板を得ることができる。
As結晶のエピタキシャル層（２１）が堆積されるSi結晶
基板１０は、それらに先立って、浄化のための熱処理を
受けるが、前記したように、Si結晶基板１０と同一組成
を有するジシランガスを含む雰囲気下で前記した熱処理
が施されることから、この熱処理により、Si結晶基板１
０の不純物濃度が実質的に変化することはない。従っ
て、Si結晶基板１０の不純物濃度の変化によるSi結晶基
板１０の電気特性の変更を招くことなく、Si結晶基板１
０およびGaAs結晶層（２０および２１）からなる良質の
ヘテロ構造を有する半導体基板を得ることができる。
【００２８】前記した例では、熱処理時に供給されるジ
シランの濃度が２０ppmの例を示したが、GaAsが堆積す
るSi結晶基板１０の堆積面積の大きさに応じて、水素ガ
スで希釈されるジシランの濃度およびその混合ガスの供
給量は、適宜選択することができる。また、Si結晶基板
１０の熱処理時のガスとして、Si結晶基板１０の組成で
あるシリコンを含むジシランを用いた例について説明し
たが、このジシランに代えて、SiH4（シランガス）を用
いることができる。さらに、シランおよびジシランを含
むSinH2n+2（ケイ化水素）で代表されるシラン系の水素
化ガスに代えて、SiCl4（塩化シリコン）のような、シ
リコンを含むハロゲン化ガスを前記した熱処理時に採用
することができる。
シランの濃度が２０ppmの例を示したが、GaAsが堆積す
るSi結晶基板１０の堆積面積の大きさに応じて、水素ガ
スで希釈されるジシランの濃度およびその混合ガスの供
給量は、適宜選択することができる。また、Si結晶基板
１０の熱処理時のガスとして、Si結晶基板１０の組成で
あるシリコンを含むジシランを用いた例について説明し
たが、このジシランに代えて、SiH4（シランガス）を用
いることができる。さらに、シランおよびジシランを含
むSinH2n+2（ケイ化水素）で代表されるシラン系の水素
化ガスに代えて、SiCl4（塩化シリコン）のような、シ
リコンを含むハロゲン化ガスを前記した熱処理時に採用
することができる。
【００２９】また、結晶基板１０として、化合物半導体
のエピタキシャル成長のための基板として、Si以外の基
板を用いることができる。基板（１０）として、例え
ば、ゲルマニゥム結晶基板を用いることができる。この
Ge結晶基板に対して、GeH4のようなゲルマニゥムを含む
水素化ガスまたはGeCl4のようなゲルマニゥムを含むハ
ロゲン化ガスを前記したと同様な熱処理時の雰囲気ガス
の主成分として、採用することができる。
のエピタキシャル成長のための基板として、Si以外の基
板を用いることができる。基板（１０）として、例え
ば、ゲルマニゥム結晶基板を用いることができる。この
Ge結晶基板に対して、GeH4のようなゲルマニゥムを含む
水素化ガスまたはGeCl4のようなゲルマニゥムを含むハ
ロゲン化ガスを前記したと同様な熱処理時の雰囲気ガス
の主成分として、採用することができる。
【００３０】さらに、SiあるいはGe以外の基板として、
例えばシリコンおよび炭素の組成元素からなるSiC（シ
リコンカーバイド）の基板を採用することができる。こ
のような複数の組成元素からなる基板が採用されると
き、そのいずれか一つの適正な組成元素を主成分とする
ガス雰囲気下で、前記した熱処理が施される。前記した
SiC（シリコンカーバイド）基板では、前記したシリコ
ンを含む水素化ガス、シリコンを含むハロゲン化ガス、
あるいはCH4のような炭化水素ガスを選択することがで
きる。
例えばシリコンおよび炭素の組成元素からなるSiC（シ
リコンカーバイド）の基板を採用することができる。こ
のような複数の組成元素からなる基板が採用されると
き、そのいずれか一つの適正な組成元素を主成分とする
ガス雰囲気下で、前記した熱処理が施される。前記した
SiC（シリコンカーバイド）基板では、前記したシリコ
ンを含む水素化ガス、シリコンを含むハロゲン化ガス、
あるいはCH4のような炭化水素ガスを選択することがで
きる。
【００３１】さらに、結晶基板１０として、必要に応じ
て、ダイヤあるいは４族元素以外の例えばサファイア
（Al2O3）のような基板を用いることができる。ダイヤ
基板では、CH3、サファイア基板では、例えばトリメチ
ルアルミのようなアルミを含むガス雰囲気をそれぞれ採
用することができる。
て、ダイヤあるいは４族元素以外の例えばサファイア
（Al2O3）のような基板を用いることができる。ダイヤ
基板では、CH3、サファイア基板では、例えばトリメチ
ルアルミのようなアルミを含むガス雰囲気をそれぞれ採
用することができる。
【００３２】また、本願発明は、結晶基板（１０）上に
例えばInＰのようなGaAs以外の化合物半導体を適宜成長
させる有機金属気相成長法にも、適用することができ
る。もちろん、本願発明は、有機金属気相成長法以外の
例えばＭＢＥ（分子線エピタキシー）法のようなエピタ
キシャル方法に適用することができる。
例えばInＰのようなGaAs以外の化合物半導体を適宜成長
させる有機金属気相成長法にも、適用することができ
る。もちろん、本願発明は、有機金属気相成長法以外の
例えばＭＢＥ（分子線エピタキシー）法のようなエピタ
キシャル方法に適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、前記したように、基板
の上面の清浄化のための熱処理を基板の組成元素を含む
ガス雰囲気下で行うことにより、ガス雰囲気の組成元素
が例え基板内に熱拡散を生じても、この熱拡散による基
板の不純物濃度に、実質的な変更を生じることを防止す
ることができ、また前記した熱処理での前記残留成分の
分解を抑制することが可能となることから、結晶成長毎
に前記基板を保持するペデスタルおよびこれが収容され
る反応管等に残留する結晶成分の完璧な洗浄作業を必要
とすることなく、しかも基板の不純物濃度の変更を招く
ことなく、低温緩衝層およびその上への半導体結晶層を
好適に成長させることができ、これにより、効率的に良
好なヘテロエピタキシャル半導体結晶基板を得ることが
可能となる。
の上面の清浄化のための熱処理を基板の組成元素を含む
ガス雰囲気下で行うことにより、ガス雰囲気の組成元素
が例え基板内に熱拡散を生じても、この熱拡散による基
板の不純物濃度に、実質的な変更を生じることを防止す
ることができ、また前記した熱処理での前記残留成分の
分解を抑制することが可能となることから、結晶成長毎
に前記基板を保持するペデスタルおよびこれが収容され
る反応管等に残留する結晶成分の完璧な洗浄作業を必要
とすることなく、しかも基板の不純物濃度の変更を招く
ことなく、低温緩衝層およびその上への半導体結晶層を
好適に成長させることができ、これにより、効率的に良
好なヘテロエピタキシャル半導体結晶基板を得ることが
可能となる。
【図１】本発明に係る結晶成長方法を実施する装置の一
部（反応管）を概略的に示す断面図である。
部（反応管）を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示した本発明に係る結晶成長方法に使用
する反応管内の温度変化を示すグラフである。
する反応管内の温度変化を示すグラフである。
【図３】本発明に係る結晶成長方法により得られる試料
結晶基板の構造を示す断面図である。
結晶基板の構造を示す断面図である。
１０ 結晶基板 １１ ペデスタル １２ 反応管 １３ 加熱手段 １７ ジシランガス
Claims (9)
- 【請求項１】 基板の上面の清浄化のために該基板に熱
処理を施した後、該基板上に該基板の組成と異なる組成
の半導体結晶層をエピタキシャル成長させる成長方法で
あって、前記熱処理を前記基板の組成元素の中の少なく
とも１つの元素を含むガス雰囲気下で行うことを特徴と
する半導体結晶層の成長方法。 - 【請求項２】 前記半導体結晶層は、前記熱処理後に該
半導体結晶層の成長に先立ち該半導体結晶層の成長温度
よりも低い成長温度で前記基板上に成長される該結晶層
と同一組成を有する緩衝層上に成長される請求項１記載
の成長方法。 - 【請求項３】 前記基板は、４族元素からなり、前記ガ
ス雰囲気は４族元素ガスを含むことを特徴とする請求項
２記載の成長方法。 - 【請求項４】 前記基板は、単一元素からなる半導体結
晶基板であり、前記ガス雰囲気は前記単一元素を含むこ
とを特徴とする請求項３記載の成長方法。 - 【請求項５】 前記半導体結晶基板はシリコン基板であ
り、前記ガス雰囲気は、シリコンを含む水素化ガスまた
はシリコンを含むハロゲン化ガスを含むことを特徴とす
る請求項４記載の成長方法。 - 【請求項６】 前記半導体結晶基板はゲルマニゥム基板
であり、前記ガス雰囲気は、ゲルマニゥムを含む水素化
ガスまたはゲルマニゥムを含むハロゲン化ガスを含むこ
とを特徴とする請求項４記載の成長方法。 - 【請求項７】 前記基板は、複数の組成元素からなる化
合物半導体結晶基板であり、前記ガス雰囲気は、そのい
ずれか一つの組成元素を含むことを特徴とする請求項３
記載の成長方法。 - 【請求項８】 前記半導体結晶基板は、シリコンガーバ
イド基板であり、前記ガス雰囲気は、シリコンを含む水
素化ガス、シリコンを含むハロゲン化ガスまたは炭素を
含む炭化水素ガスのいずれか１つのガスを含む請求項７
記載の成長方法。 - 【請求項９】 前記半導体結晶層は化合物半導体結晶層
である請求項１記載の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11139361A JP2000331934A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 半導体結晶層の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11139361A JP2000331934A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 半導体結晶層の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000331934A true JP2000331934A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15243548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11139361A Pending JP2000331934A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 半導体結晶層の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000331934A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009177167A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-08-06 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、半導体基板の製造方法および電子デバイス |
| JP2009177165A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-08-06 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、半導体基板の製造方法および電子デバイス |
| US8723019B2 (en) | 2010-11-04 | 2014-05-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Solar cell and method of manufacturing the same |
-
1999
- 1999-05-20 JP JP11139361A patent/JP2000331934A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009177167A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-08-06 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、半導体基板の製造方法および電子デバイス |
| JP2009177165A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-08-06 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、半導体基板の製造方法および電子デバイス |
| US8723019B2 (en) | 2010-11-04 | 2014-05-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Solar cell and method of manufacturing the same |
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