JPH05198529A - Method of forming semiconductor crystal - Google Patents

Method of forming semiconductor crystal

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JPH05198529A
JPH05198529A JP702992A JP702992A JPH05198529A JP H05198529 A JPH05198529 A JP H05198529A JP 702992 A JP702992 A JP 702992A JP 702992 A JP702992 A JP 702992A JP H05198529 A JPH05198529 A JP H05198529A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
metal
crystal
silicide
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JP702992A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenichiro Takahei
謙一郎 高幣
Yukihiko Maeda
就彦 前田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To junction two layers of metallic layers, half metallic layers, or silicide and get high-quality crystals wherein the metallic layers are caught with semiconductors by heating the metallic layers, the half metallic layers, or silicide at not less than a temperature at which it is confirmed that they construct a stratified lattice by reflected high-speed electron beam diffraction, etc. CONSTITUTION:Crystals are made by sticking two sheets of metallic layers 9 and 14 close to each other in vacuum and heating them. These crystals are taken out into air, and it is shaved off by lapping until an n-type GaAs substrate 10 becomes 30mum or less. The residual GaAs substrate layer is removed by the selective etchant which dissolves GaAs and does not dissolve Al0.3Ga0.7As. Next, an Al0.3Ga0.7As layer 11 is removed by the selective etchant which does not dissolve GaAs. This way, semiconductor crystal catching the metallic crystal layer can be made on semiconductor substrate. That is, the crystal, which has caught both sides of the metallic layer having high-quality layer and interface with semiconductor layers, can be made.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、金属層、半金属層又は
シリサイドの両側を半導体層で挟んだ構造を有する結晶
の作成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a crystal having a structure in which a metal layer, a metalloid layer, or a silicide is sandwiched between semiconductor layers.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高度に発達した結晶成長技術によ
り、半導体基板の上に、組成の異なる半導体層を成長さ
せるヘテロ・エピタキシャル成長が可能になり、これを
使った半導体素子も実用化されている。例えば、高速で
動作するヘテロ・バイポーラ・トランジスターのエミッ
ター、ベース、コレクターは、それぞれ組成や伝導型が
異なる半導体を積層した結晶で作成されている。また、
高速スイッチング素子として注目されている、共鳴トン
ネル・ダイオードおよびトランジスターは、組成が異な
り、帯間遷移エネルギーが違う半導体を利用し、帯間エ
ネルギーが小さい井戸層を、帯間エネルギーが大きな障
壁層で挟んだ結晶で作成する。
2. Description of the Related Art In recent years, hetero-epitaxial growth for growing semiconductor layers having different compositions on a semiconductor substrate has become possible by a highly developed crystal growth technique, and a semiconductor device using this has been put into practical use. .. For example, the emitter, base, and collector of a hetero-bipolar transistor that operates at high speed are made of crystals in which semiconductors having different compositions and conduction types are stacked. Also,
Resonant tunnel diodes and transistors, which are attracting attention as high-speed switching devices, use semiconductors with different compositions and different band-to-band transition energies, with well layers with small band-to-band energy sandwiched by barrier layers with large band-to-band energy. Create with a crystal.

【0003】これらの素子の動作速度を制限しているの
は、トランジスターの場合はベースの半導体の抵抗と電
極の接触抵抗であり、共鳴トンネリング・ダイオードで
は井戸層の半導体の抵抗と電極の接触抵抗である。これ
らの半導体層を、より抵抗が低い金属に置き換えること
が可能になれば、活性領域の低抵抗化と電極の接触抵抗
の低減が同時にはかられ、更に動作速度が早い素子を実
現することができる。
It is the resistance of the base semiconductor and the contact resistance of the electrode in the case of a transistor that limits the operating speed of these devices, and the resistance of the semiconductor in the well layer and the contact resistance of the electrode in a resonance tunneling diode. Is. If it becomes possible to replace these semiconductor layers with a metal having a lower resistance, it is possible to realize a device having a faster operating speed while simultaneously lowering the resistance of the active region and reducing the contact resistance of the electrodes. it can.

【0004】このため、高真空中での分子線エピタキシ
ャル結晶成長方法(Molecular BeamEpitakxy法、略して
MBE法) で、金属層を半導体層で挟む構造を作成す
る研究が進められている。従来の研究開発により、下地
の半導体結晶と原子間の間隔が近い金属結晶は、結晶軸
を揃えてエピタキシャルに成長させることが可能にな
り、半導体結晶と金属結晶の界面を原子オーダーで平坦
にして、半導体結晶上に高品質な金属結晶を作成するこ
とに成功している。
For this reason, studies are underway to create a structure in which a metal layer is sandwiched between semiconductor layers by a molecular beam epitaxial crystal growth method in high vacuum (Molecular Beam Epitakxy method, MBE for short). According to conventional research and development, it is possible to epitaxially grow a metal crystal with a close distance between atoms and the underlying semiconductor crystal by aligning the crystal axes, and flattening the interface between the semiconductor crystal and the metal crystal in atomic order. , Has succeeded in producing high quality metal crystals on semiconductor crystals.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】これに対して、金属層
の上に、高品質の半導体層を作成することはきわめて難
しく、これまでのところ、実用的な素子を作成するため
に充分な品質のものは出来ていない(参考文献、Z.H. C
hen, J. S. Smith, S. Margalit, A. Yariv, L.C. Chi
u:Japanese Journal of Applied Physics (1984), Pa
rt 2, vol.23, No.4, p.L238-L240.)。この主な理由
は、半導体と金属では、その構成原子を結び付ける力が
本質的に異なるためである。半導体を構成する原子の間
では、隣合う原子が共通の電子2個ずつを介して結び付
き、大きな結合力と定まった方向性を持ついわゆる共有
結合を示す。これに対して金属では、金属を構成する原
子が互いに接近して、それぞれの原子が持つ電子が他の
原子の領域まで運動できる空間を広げることによって、
構成原子がばらばらの時より固体になることによって安
定状態を保つ、いわゆる金属結合であるため、一般に隣
合う原子同士の方向性が小さい。
On the other hand, it is extremely difficult to form a high-quality semiconductor layer on a metal layer, and thus far, it is of sufficient quality to form a practical device. Is not available (references, ZH C
hen, JS Smith, S. Margalit, A. Yariv, LC Chi
u: Japanese Journal of Applied Physics (1984), Pa
rt 2, vol.23, No.4, p.L238-L240.). The main reason for this is that semiconductors and metals are essentially different in the force that binds their constituent atoms. Among the atoms that form the semiconductor, adjacent atoms are linked together through two common electrons, and a so-called covalent bond having a large binding force and a fixed directivity is shown. On the other hand, in metals, the atoms that make up the metals come close to each other, and by expanding the space in which the electrons of each atom can move to the region of other atoms,
Since the constituent atoms are so-called metal bonds that maintain a stable state when they become solid rather than when they are separated, the directionality between adjacent atoms is generally small.

【0006】したがって、金属層の上に半導体層を積層
する際には、下地の金属が容易に変形してしまい、原子
オーダーで平坦で均一な半導体層を形成することが困難
になる。さらに、一般に、金属結晶の格子定数は半導体
結晶の格子定数より小さいこと、金属結晶の対称性は半
導体結晶の対称性より高いことなどは、金属結晶の上に
半導体結晶が乗る位置と方向に任意性を生じ、金属結晶
の上に均一な半導体結晶を形成することを困難にしてい
る。
Therefore, when the semiconductor layer is laminated on the metal layer, the underlying metal is easily deformed, which makes it difficult to form a flat and uniform semiconductor layer on the atomic order. Further, in general, the lattice constant of a metal crystal is smaller than that of a semiconductor crystal, and the symmetry of a metal crystal is higher than that of a semiconductor crystal. Property, which makes it difficult to form a uniform semiconductor crystal on the metal crystal.

【0007】このため、従来技術によると、半導体結晶
の上に良質の金属結晶を形成することは可能であった
が、その上に更に第二の半導体結晶を形成すると、第二
の半導体結晶の品質が悪く、このようにして作成した半
導体/金属/半導体構造結晶で、実用的な素子を作成す
るには到っていない(参考文献、S.M. Sze, "Physics o
f Semiconductor Devices" (John Wiley & sons, Inc.
New York, 1969), p.587-613.)。
Therefore, according to the prior art, it was possible to form a good-quality metal crystal on the semiconductor crystal, but if a second semiconductor crystal is further formed on it, it is possible to form a second semiconductor crystal. Poor quality, and the semiconductor / metal / semiconductor structure crystal prepared in this way has not yet been used to make a practical device (Reference, SM Sze, "Physics o
f Semiconductor Devices "(John Wiley & sons, Inc.
New York, 1969), p.587-613.).

【0008】本発明の目的は、以上のような困難を克服
して、金属層を半導体層で挟んだ、高品質な結晶を提供
することにある。更に、本発明の他の目的は、金属層の
みならず、半金属層又はシリサイドを半導体層で挟ん
だ、高品質な結晶を提供することにある。
An object of the present invention is to overcome the above difficulties and provide a high quality crystal in which a metal layer is sandwiched between semiconductor layers. Still another object of the present invention is to provide a high quality crystal in which not only a metal layer but also a semimetal layer or a silicide is sandwiched between semiconductor layers.

【0009】本発明の上記ならびに新規な特徴は、本明
細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
The above and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、まず、MBE法で図1(a)に示すよう
に、結晶基板1の上に所望の半導体層2を積層し、次に
金属層3を積層させる。同様の方法で、図1(b)に示
すように、結晶基板4の上に、所望の半導体層5を積層
し、次に、金属層6を積層させる。このようにして作成
した2枚の結晶の金属層3と6を密着させて加熱するこ
とにより、2枚の結晶は接合して、図2(a)のような
結晶ができる。
In order to achieve the above object, the present invention firstly deposits a desired semiconductor layer 2 on a crystal substrate 1 by an MBE method as shown in FIG. Then, the metal layer 3 is laminated. By a similar method, as shown in FIG. 1B, the desired semiconductor layer 5 is laminated on the crystal substrate 4, and then the metal layer 6 is laminated. The two crystals thus formed are brought into close contact with each other and heated, whereby the two crystals are joined together to form a crystal as shown in FIG. 2 (a).

【0011】前述のように、金属を構成する原子を結び
付けている力の原因は、各原子の外殻電子が固体金属中
に広がることによるため、金属と金属の面は、半導体と
半導体の面、あるいは、半導体と金属の面に比べて結合
しようとする活性度が高く、容易に接合する。しかし、
金属層を成長した後、結晶成長装置内で長時間放置する
と金属層の上に異種原子が付着し、金属間の接合が不完
全になり、良質の結晶が得られない。
As described above, the cause of the force connecting the atoms constituting the metal is that the outer shell electrons of each atom spread into the solid metal. Alternatively, the activity of the bonding is higher than that of the surface of the semiconductor and that of the metal, and the bonding is easy. But,
After growing the metal layer, if it is left in the crystal growth apparatus for a long time, foreign atoms adhere to the metal layer, the bonding between the metals becomes incomplete, and a good quality crystal cannot be obtained.

【0012】接合に要する数十秒から、数十分の間に、
接合の品質を低下させない程度に金属表面の完全性を保
つためには、成長後に結晶を保持する場所の真空度を1
0-9torr以下にすることが必要である。特に、金属
層を構成する元素以外の元素による分圧を、この圧力以
下に保つことが重要である。また、接着する2層の金属
の界面の乱れを少なくするためには、成長した金属の表
面が平らで規則正しく配列していることが望ましく、こ
れは、反射高速電子線回折 (RHEED)像をモニターする
ことにより確認できる。
From tens of seconds required for joining to tens of minutes,
In order to maintain the integrity of the metal surface without deteriorating the quality of the bond, the degree of vacuum at the place where the crystal is held after the growth is set to 1
It is necessary to below 0- 9 torr. In particular, it is important to keep the partial pressure due to an element other than the elements forming the metal layer to be equal to or lower than this pressure. Moreover, in order to reduce the disorder of the interface between the two layers of metal to be bonded, it is desirable that the surface of the grown metal be flat and regularly arranged. It can be confirmed by doing.

【0013】一般に、このような状態(成長面方位、温
度、真空度等) では、金属原子の表面での移動がスム
ースに行われているため、このような条件下で金属層を
軽く密着させると2つの金属層の界面を大きく乱すこと
なく、2つの金属層は互いに引き合って密着する。これ
は、前述のように、金属を構成する原子は互いに引き合
う性質を持つため、清浄な表面を有する金属を真空中で
接触させると、表面張力が働き、多少の凹凸は、結合の
方向性が小さい金属表面の原子の移動で平滑化されるた
めである。
In general, in such a state (growth plane orientation, temperature, degree of vacuum, etc.), the metal atoms are smoothly moved on the surface, so that the metal layer is lightly adhered under such conditions. The two metal layers attract each other and adhere to each other without significantly disturbing the interface between the two metal layers. This is because, as described above, the atoms that make up the metal have the property of attracting each other, so when a metal having a clean surface is brought into contact in a vacuum, surface tension acts, and some unevenness has a directivity of bonding. This is because the atoms are smoothed by the movement of atoms on the small metal surface.

【0014】このようにして作成した結晶では、金属層
を挟む半導体結晶の両端が基板結晶となっている。素子
の活性領域となる金属層とそれに接して成長させた半導
体層をフォトリソグラフィー等で微細加工する際に、厚
い基板結晶は障害となる。これを除去するためには、図
1の半導体層5の組成、あるいは不純物濃度を、結晶基
板4と異なるものとする。2枚の結晶の金属層を接着し
た後、結晶基板4と半導体層5の界面から数十マイクロ
メーターを残して、結晶基板4を研磨し、その後、結晶
基板4は溶解し、半導体層5は溶解しない溶液で残る結
晶基板4を除去する。
In the crystal thus produced, both ends of the semiconductor crystal sandwiching the metal layer are substrate crystals. A thick substrate crystal becomes an obstacle when finely processing a metal layer to be an active region of the device and a semiconductor layer grown in contact with the metal layer by photolithography or the like. In order to remove this, the composition or impurity concentration of the semiconductor layer 5 in FIG. 1 is made different from that of the crystal substrate 4. After adhering the two crystal metal layers, the crystal substrate 4 is polished leaving several tens of micrometers from the interface between the crystal substrate 4 and the semiconductor layer 5, and then the crystal substrate 4 is melted and the semiconductor layer 5 is removed. The crystal substrate 4 remaining with the insoluble solution is removed.

【0015】このような溶解液は、選択エッチング液と
して各種半導体についてよく知られている。以上のよう
にして、図2(b)のような所望の半導体結晶を作成す
ることが出来る。
Such a solution is well known as a selective etching solution for various semiconductors. As described above, a desired semiconductor crystal as shown in FIG. 2B can be produced.

【0016】[0016]

【作用】本発明による半導体結晶は、新しいタイプの結
晶として様々な用途が考えられるが、特にバリスティッ
ク型電気素子への応用が有望である(参考文献、(J.M.
Poate, R.C. Dynes, IEEE Spectrum (1986), vol.23,
No.2, p.38-42.)。
The semiconductor crystal according to the present invention can be used for various purposes as a new type of crystal, and is particularly promising for application to a ballistic type electric element (references, (JM
Poate, RC Dynes, IEEE Spectrum (1986), vol.23,
No.2, p.38-42.).

【0017】この種の素子では、半導体で挟まれた金属
層を電子が散乱されることなく通過するため、非常に高
い速度で動作する素子を実現することができる。電子の
走行時間を小さくするために、金属層は薄いことが望ま
しいが、半導体と金属が形成する接合、いわゆるショッ
トキー接合の特性を安定にするためには、半導体上の金
属層の厚さを少なくとも、3原子層(約0.5nm)
以上とすることが望ましい。
In this type of element, since the electrons pass through the metal layer sandwiched by the semiconductors without being scattered, an element which operates at a very high speed can be realized. In order to reduce the transit time of electrons, it is desirable that the metal layer be thin, but in order to stabilize the characteristics of the junction formed by the semiconductor and the metal, so-called Schottky junction, the thickness of the metal layer on the semiconductor should be reduced. At least 3 atomic layers (about 0.5 nm)
It is desirable to set it as above.

【0018】さらに、接着する2つの金属層の表面に、
方向性を持つ半導体との結合の影響を大きく受けない金
属結合の性格を持つ、変形しやすい金属層を有すること
が望ましい。したがって、接合された金属層の厚さは、
全体として1nm以上とすることにより、良好な半導体
/金属/半導体接合を実現することができる。
Further, on the surfaces of the two metal layers to be bonded,
It is desirable to have a deformable metal layer having the property of metal bonding that is not significantly affected by the bond with a directional semiconductor. Therefore, the thickness of the joined metal layers is
When the thickness is 1 nm or more as a whole, a good semiconductor / metal / semiconductor junction can be realized.

【0019】一方、高速で動作する素子を実現するため
には、金属層を高速の電子が散乱されることなく通過す
ることが重要である。電子が金属中を散乱されることな
く動くことが出来る距離は平均自由行程とよばれ、金属
の種類、金属中の不純物や欠陥の濃度、温度などに依存
するが、室温では約50nm以下である。したがって、
本発明にかかる半導体結晶は、金属層の厚さを、1nm
以上50nm以下にすることが、実用上重要である。
On the other hand, in order to realize a device that operates at high speed, it is important that high-speed electrons pass through the metal layer without being scattered. The distance that electrons can move in a metal without being scattered is called the mean free path, and it depends on the type of metal, the concentration of impurities and defects in the metal, the temperature, etc., but it is about 50 nm or less at room temperature. . Therefore,
In the semiconductor crystal according to the present invention, the metal layer has a thickness of 1 nm.
It is practically important that the thickness is 50 nm or less.

【0020】本発明において特筆すべきことは、本発明
は接合する前の2枚の半導体結晶の格子定数が大きく異
なる場合においても適用できることである。従来のエピ
タキシャル成長技術では、一般に、格子定数が異なる結
晶を高い品質を保ったまま接合させることは困難であっ
た。前述の説明において、金属層3と金属層6は、その
格子定数が異なっても、強い接合を形成する。
What is remarkable in the present invention is that the present invention can be applied even in the case where two semiconductor crystals before being bonded have greatly different lattice constants. In the conventional epitaxial growth technique, it was generally difficult to bond crystals having different lattice constants while maintaining high quality. In the above description, the metal layer 3 and the metal layer 6 form a strong bond even if their lattice constants are different.

【0021】これは、前述のように、金属原子間の結合
においては、接近した金属間を電子が動き回れることが
結合力の原因となっているため、格子の乱れは、原子の
再配列によって容易に調整されてしまうためである。こ
のような金属中の格子配列の乱れは電子の散乱の原因に
なるが、このような乱れが半導体中にある場合に比べる
と、その影響ははるかに少ない。
This is because, as described above, in the bond between metal atoms, the fact that electrons move around between the adjacent metals is the cause of the bonding force, so that the disorder of the lattice is caused by the rearrangement of atoms. This is because it is easily adjusted. Such disorder of the lattice arrangement in the metal causes electron scattering, but its influence is far less than that in the case of such disorder in the semiconductor.

【0022】半導体では電子の取り得るエネルギーに禁
制帯があり、格子の乱れにより禁制帯中にエネルギーの
準位が生じ、これが電子を捕獲する原因となるが、金属
には禁制帯がないため、格子の乱れは大きな散乱原因に
はならない。したがって、本発明による技術を利用する
ことにより、格子定数等の特性が大きく異なる半導体の
上に成長した2つの結晶を、金属層を介して、高い品質
を保ったまま接合することが出来る。
In semiconductors, the energy that electrons can take has a forbidden band, and the energy level is generated in the forbidden band due to the disorder of the lattice, which causes electrons to be trapped. However, metal has no forbidden band. Grating turbulence does not cause significant scattering. Therefore, by using the technique according to the present invention, two crystals grown on a semiconductor having largely different characteristics such as lattice constants can be bonded via the metal layer while maintaining high quality.

【0023】このことは、例えば、前述のメタル・ベー
ス・トランジスターを作成するに当たって、エミッター
用の半導体とコレクター用の半導体を任意に選択する自
由度を与えるという意味で非常に重要である。つまり、
エミッター用の帯間エネルギーが大きいことが望ましい
半導体の上には、これの上に高い品質で成長する特定の
金属層を成長させ、一方、コレクター用の、より帯間エ
ネルギーが小さいことが望ましい半導体の上には、その
上に高い品質で成長する別の金属層を成長させる。その
後に、これらの金属層を接合させることにより、電子の
大きな散乱要因となる半導体層中、および半導体/金属
界面には欠陥を持たない半導体/金属/半導体接合結晶
を実現することが出来る。
This is very important, for example, in giving the degree of freedom to arbitrarily select the semiconductor for the emitter and the semiconductor for the collector in manufacturing the metal base transistor described above. That is,
On top of the semiconductor, for which a high band-to-band energy for the emitter is desired, is grown a certain metal layer which grows with high quality, while for the collector, a semiconductor with a lower band-to-band energy is desired. On top of that is grown another metal layer which grows on it with high quality. After that, by joining these metal layers, a semiconductor / metal / semiconductor junction crystal having no defects in the semiconductor layer and the semiconductor / metal interface, which become a major factor of electron scattering, can be realized.

【0024】以上の説明では、金属を半導体で挟んだ構
造について説明したが、同様の技術を、金属を半金属ま
たはシリサイドに置き換えた場合についても適用するこ
とが可能である。なお、ここでいう半金属とは、金属と
同様の自由電子(正孔)をもつが、その密度が普通の金
属よりもはるかに小さい物質をいう。
In the above description, a structure in which a metal is sandwiched between semiconductors has been described, but the same technique can be applied to the case where the metal is replaced with a semimetal or a silicide. Note that the semimetal here means a substance having free electrons (holes) similar to those of metals, but the density thereof is much smaller than that of ordinary metals.

【0025】例えば、(111)面Si結晶上には、高
品質のNiSi2結晶を、また、(100)面GaAs
結晶上には、高品質のErAs結晶を成長させることが
可能であるが、NiSi2やErAsは金属に匹敵する
高い伝導率を有する材料であることが知られている。ま
た、これらの半金属またはシリサイドでは、その構成元
素のひとつが下地の半導体の構成元素と共通であるため
に、良好な半導体との界面が構成できる。本発明による
技術は、このような材料へも適用することにより、更に
広い応用が可能となる。
For example, a high quality NiSi 2 crystal is formed on a (111) plane Si crystal, and a (100) plane GaAs is formed.
High quality ErAs crystals can be grown on the crystals, but NiSi 2 and ErAs are known to be materials having high conductivity comparable to metals. In addition, since one of the constituent elements of these semi-metals or silicides is common to the constituent element of the underlying semiconductor, a good interface with the semiconductor can be formed. The technology according to the present invention can be applied to a wider range of applications by applying it to such materials.

【0026】以下、本発明の構成について、実施例とと
もに説明する。
The structure of the present invention will be described below together with embodiments.

【0027】[0027]

【実施例】(実施例1)図3、図4は、実施例1を説明
する図で、GaAs系メタル・ベース・トランジスター
の基本構造の作成方法を示したものである。まず、図3
(a)に示すように、面方位(100)のn型GaAs
結晶基板7の上に1μmのn型GaAs層8を積層さ
せ、次に、1〜20nmのAl層9を積層させる。一
方、図3(b)に示すように、面方位(100)のn型
GaAs結晶基板10の上に、0.5μmのn型Al0.
3Ga0.7As層11を積層させ、1μmのn型GaAs
層12および1〜2nmの高濃度ドープn型GaAs層
13を積層させ、さらに1〜20nmのAl層14を積
層させる。
(Embodiment 1) FIGS. 3 and 4 are views for explaining Embodiment 1 and show a method of forming a basic structure of a GaAs-based metal base transistor. First, FIG.
As shown in (a), n-type GaAs with a plane orientation (100)
A 1 μm n-type GaAs layer 8 is laminated on the crystal substrate 7, and then an Al layer 9 of 1 to 20 nm is laminated. On the other hand, as shown in FIG. 3B, 0.5 μm of n-type Al 0 .. is formed on the n-type GaAs crystal substrate 10 having the plane orientation (100).
3 Ga 0. 7 As layers 11 are stacked, 1 [mu] m n-type GaAs of
A layer 12 and a highly doped n-type GaAs layer 13 having a thickness of 1 to 2 nm are stacked, and an Al layer 14 having a thickness of 1 to 20 nm is further stacked.

【0028】これら2枚の結晶の金属層9および14を
10-9torr以下の真空中で互いに密着させ、300
〜400°Cで2分間加熱することにより、図4(a)
に示すような結晶が出来る。この結晶を大気中に取り出
し、n型GaAs基板10が30μm以下になるまでラ
ッピングによって削り落とす。残りのGaAs基板層
は、GaAsを溶かし、Al0.3Ga0.7Asを溶かさな
い選択エッチング液(過酸化水素水H22:アンモニア
水NH4OH=30:1)により除去する。次に、A
0.3Ga0.7As層11を、Al0.3Ga0.7Asを溶か
し、GaAsを溶かさない選択的エッチング液(フッ酸
HF)により除去する。このようにして、図4(b)に
示すような金属結晶層を挟み込んだ半導体結晶が、半導
体基板上に形成される。
[0028] is brought into close contact these two metal layers 9 and 14 of the crystal in a vacuum of 10- 9 torr to each other, 300
By heating at ~ 400 ° C for 2 minutes, Fig. 4 (a)
Crystals such as those shown in can be formed. This crystal is taken out into the atmosphere and is scraped off by lapping until the n-type GaAs substrate 10 becomes 30 μm or less. The remaining GaAs substrate layer, dissolving GaAs, Al 0 3 Ga 0 7 selective etchant that does not dissolve the As.. (Hydrogen peroxide H 2 O 2: aqueous ammonia NH 4 OH = 30: 1) by removing. Next, A
l 0 a. 3 Ga 0. 7 As layer 11, dissolved Al 0. 3 Ga 0. 7 As, is removed by selective etching solution which does not dissolve the GaAs (hydrofluoric acid HF). Thus, the semiconductor crystal sandwiching the metal crystal layer as shown in FIG. 4B is formed on the semiconductor substrate.

【0029】本例の金属層9および金属層14として、
Al層の代わりに、GaAs(100)面上にエピタキ
シャル成長する他の金属を用いることもできる。すなわ
ち、金属層9および14として、1〜20nmのAl、
NiAl,NiGa,CoAl,CoGa層を用いるこ
とができる。
As the metal layer 9 and the metal layer 14 of this example,
Instead of the Al layer, other metals that are epitaxially grown on the GaAs (100) plane can be used. That is, as the metal layers 9 and 14, Al having a thickness of 1 to 20 nm,
NiAl, NiGa, CoAl, CoGa layers can be used.

【0030】(実施例2)図5、図6は、実施例2を説
明する図で、Si系メタル・ベース・トランジスターの
基本構造の作成方法を示したものである。まず、図5
(a)に示すように、面方位(111)あるいは(10
0)のn型Si結晶基板15の上に1μmのn型Si層
16を積層させ、次に、1〜20nmのCoSi2層1
7を積層させる。一方、図5(b)に示すように、面方
位(111)あるいは(100)のn型Si結晶基板1
8の上に、0.5μmの高濃度ドープp型Si層19、
1μmのn型Si層20および1〜2nmの高濃度ドー
プn型Si層21を積層させ、さらに1〜20nmのC
oSi2層22を積層させる。ここで、n型Si結晶基
板15および18の面方位は互いに異なってもかまわな
い。
(Embodiment 2) FIGS. 5 and 6 are views for explaining Embodiment 2 and show a method of forming a basic structure of a Si-based metal base transistor. First, FIG.
As shown in (a), the plane orientation (111) or (10
0) n-type Si crystal substrate 15 is laminated with 1 μm n-type Si layer 16, and then 1-20 nm CoSi 2 layer 1 is deposited.
7 is laminated. On the other hand, as shown in FIG. 5B, an n-type Si crystal substrate 1 having a plane orientation (111) or (100)
8, a highly doped p-type Si layer 19 of 0.5 μm,
A 1 μm n-type Si layer 20 and a 1-2 nm highly-doped n-type Si layer 21 are stacked, and further 1-20 nm C
The oSi 2 layer 22 is laminated. Here, the plane orientations of the n-type Si crystal substrates 15 and 18 may be different from each other.

【0031】次に、これら2枚の結晶の金属層17およ
び22を10-9torr以下の真空中で互いに密着さ
せ、300〜400°Cで2分間加熱することにより、
図6(a)のような結晶が出来る。この結晶を大気中に
取り出し、n型Si基板18が30μm以下になるまで
ラッピングによって削り落とす。残りのSi基板層は、
n型Siを溶かし、高濃度ドープp型Siを溶かさない
選択的エッチング液(エチレンジアミン17ml、ピロ
カテコール3g、水8mlの混合液(EPW)、ドーピ
ング濃度差エッチング比〜50)により除去する。次
に、高濃度ドープp型Si層19を、高濃度ドープp型
Siを溶かし、n型Siを溶かさない選択的エッチング
液(硝酸HNO3、フッ酸HF、酢酸CH3COOHの混
合液、ドーピング濃度差エッチング比〜50)により除
去する。このようにして、図6(b)に示すような金属
結晶層を挟み込んだ半導体結晶が、半導体基板上に形成
される。
Next, these two metal layers 17 and 22 of the crystal 10- 9 torr into close contact with each other in a vacuum below, by heating for 2 minutes at 300 to 400 ° C,
A crystal as shown in FIG. 6A is formed. This crystal is taken out into the atmosphere and is scraped off by lapping until the n-type Si substrate 18 becomes 30 μm or less. The remaining Si substrate layer is
It is removed by a selective etching solution that dissolves n-type Si and does not dissolve highly-doped p-type Si (a mixed solution of 17 ml of ethylenediamine, 3 g of pyrocatechol, and 8 ml of water (EPW), a doping concentration difference etching ratio of ˜50). Next, the highly-doped p-type Si layer 19 is selectively doped with a highly-doped p-type Si but does not dissolve n-type Si (mixed solution of nitric acid HNO 3 , hydrofluoric acid HF, acetic acid CH 3 COOH, doping). It is removed by the concentration difference etching ratio ˜50). In this way, the semiconductor crystal sandwiching the metal crystal layer as shown in FIG. 6B is formed on the semiconductor substrate.

【0032】上記本例の金属層17および22として、
CoSi2層の代わりに、Si(100)あるいは(1
11)面上にエピタキシャル成長すると期待される他の
金属(Siと格子整合性の良い金属)を用いることもで
きる。すなわち、金属層17および22として、1〜2
0μmのCoSi2、NiSi2、Nb3Sn、Nb3Ge
層を用いることができる。
As the metal layers 17 and 22 of the present example,
Instead of the CoSi 2 layer, Si (100) or (1
11) Another metal (metal having a good lattice matching with Si) expected to grow epitaxially on the plane can be used. That is, as the metal layers 17 and 22, 1-2
0 μm CoSi 2 , NiSi 2 , Nb 3 Sn, Nb 3 Ge
Layers can be used.

【0033】(実施例3)図7、図8は、実施例3を説
明する図で、金属量子井戸を用いた共鳴トンネル・デバ
イスの基本構造の作成方法を示したものである。まず、
図7(a)に示すように、面方位(100)のn型Ga
As結晶基板23の上に1μmのn型GaAs24およ
び1〜2nmのAlAs層25を積層させ、次に1〜3
nmのAl層26を積層させる。一方、図7(b)に示
すように、面方位(100)のn型GaAs結晶基板2
7の上に0.5μmのn型Al0.3Ga0.7As層28、
1μmのn型GaAs層29および1〜2nmのAlA
s層30を積層させ、さらに1〜3nmのAl層31を
積層させる。
(Embodiment 3) FIGS. 7 and 8 are diagrams for explaining Embodiment 3 and show a method of forming a basic structure of a resonant tunneling device using a metal quantum well. First,
As shown in FIG. 7A, an n-type Ga having a plane orientation (100)
A 1 μm n-type GaAs 24 and a 1-2 nm AlAs layer 25 are stacked on the As crystal substrate 23, and then 1 to 3 are stacked.
The Al layer 26 having a thickness of 10 nm is laminated. On the other hand, as shown in FIG. 7B, an n-type GaAs crystal substrate 2 having a plane orientation (100)
N-type Al 0 of 0.5μm on the 7. 3 Ga 0. 7 As layer 28,
1 μm n-type GaAs layer 29 and 1-2 nm AlA
The s layer 30 is laminated, and the Al layer 31 having a thickness of 1 to 3 nm is further laminated.

【0034】これら2枚の結晶の金属層26および31
を10-9torr以下の真空中で互いに密着させ、30
0〜400°Cで2分間加熱することにより図8(a)
の結晶が出来る。この結晶を大気中に取り出し、n型G
aAs基板27が30μm以下になるまでラッピングに
よって削り落とす。残りのGaAs基板層は、GaAs
を溶かし、Al0.3Ga0.7Asを溶かさない選択的エッ
チング液(過酸化水素水H22:アンモニア水NH4
H=30:1)により除去する。次に、Al0.3Ga0.7
As層28をAl0.3Ga0.7Asを溶かし、GaAsを
溶かさない選択的エッチング液(フッ酸HF)により除
去する。このようにして、図8(b)に示すような金属
結晶層を挟み込んだ半導体結晶が、半導体基板上に形成
される。
These two crystalline metal layers 26 and 31
Into close contact with each other in a vacuum of 10- 9 torr and 30
By heating at 0-400 ° C for 2 minutes, Fig. 8 (a)
Can form crystals. This crystal was taken out to the atmosphere and n-type G
The aAs substrate 27 is scraped off by lapping until it becomes 30 μm or less. The remaining GaAs substrate layer is GaAs
.. Was dissolved, Al 0 3 Ga 0 7 selective etchant that does not dissolve the As (hydrogen peroxide H 2 O 2: aqueous ammonia NH 4 O
H = 30: 1). Then, Al 0. 3 Ga 0. 7
The As layer 28 was dissolved Al 0. 3 Ga 0. 7 As, is removed by selective etching solution which does not dissolve the GaAs (hydrofluoric acid HF). Thus, the semiconductor crystal sandwiching the metal crystal layer as shown in FIG. 8B is formed on the semiconductor substrate.

【0035】上記実施例3の金属層26および31とし
て、Al層の代わりにAlAs(100)面上にエピタ
キシャル成長する他の金属を用いることもできる。すな
わち、金属層26および31として1〜3nmのAl、
NiAl,NiGa,CoGa層を用いることができ
る。
As the metal layers 26 and 31 of the third embodiment, other metal which is epitaxially grown on the AlAs (100) surface may be used instead of the Al layer. That is, as the metal layers 26 and 31, 1 to 3 nm of Al,
NiAl, NiGa, CoGa layers can be used.

【0036】以上本発明を実施例に基づき具体的に説明
したが、本発明は上記実施例に限定されることなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲において、種々変更し得ること
はいうまでもない。
Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高い品質の層と界面を有する金属層、あるいは半金属層
の両側を半導体層で挟んだ結晶を作成することが可能に
なり、超高速電子素子などの実用化の道を開くものであ
る。
As described above, according to the present invention,
It becomes possible to form a crystal in which both sides of a metal layer having a high quality layer and an interface or a semi-metal layer are sandwiched by semiconductor layers, which opens the way for practical application of an ultrafast electronic device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明を説明するための、半導体基板上に半
導体層を積層した断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor layer laminated on a semiconductor substrate for explaining the present invention.

【図2】 図1の金属層を接合した断面図と、一方の基
板を除去した所望の結晶の断面図。
2A and 2B are a cross-sectional view in which the metal layers of FIG. 1 are joined and a cross-sectional view of a desired crystal in which one substrate is removed.

【図3】 本発明の実施例1の半導体基板上に半導体層
を積層した断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view in which a semiconductor layer is laminated on the semiconductor substrate of Example 1 of the present invention.

【図4】 図3の金属層を接合した断面図と、一方の基
板を除去した所望の結晶の断面図。
4A and 4B are a cross-sectional view in which the metal layers of FIG. 3 are joined and a cross-sectional view of a desired crystal in which one substrate is removed.

【図5】 本発明の実施例2の半導体基板上に半導体層
を積層した断面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view in which a semiconductor layer is laminated on a semiconductor substrate of Example 2 of the present invention.

【図6】 図5の金属層を接合した断面図と、一方の基
板を除去した所望の結晶の断面図。
6A and 6B are a cross-sectional view in which the metal layers of FIG. 5 are joined and a cross-sectional view of a desired crystal in which one substrate is removed.

【図7】 本発明の実施例3の半導体基板上に半導体層
を積層した断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view in which a semiconductor layer is laminated on a semiconductor substrate of Example 3 of the present invention.

【図8】 図7の金属層を接合した断面図と、一方の基
板を除去した所望の結晶の断面図。
8A and 8B are a cross-sectional view in which the metal layers of FIG. 7 are joined and a cross-sectional view of a desired crystal in which one substrate is removed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,4,7,10,15,18,23,27…半導体結
晶基板、2,5,8,11,12,13,16,19,
20,21,24,25,28,29,30…半導体
層、3,6,9,14,17,22,26,31…金属
層、半金属層またはシリサイド。
1, 4, 7, 10, 15, 18, 23, 27 ... Semiconductor crystal substrate, 2, 5, 8, 11, 12, 13, 16, 19,
20, 21, 24, 25, 28, 29, 30 ... Semiconductor layer, 3, 6, 9, 14, 17, 22, 26, 31 ... Metal layer, metalloid layer or silicide.

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/28 301 S 7738−4M 29/48 F 7738−4M 21/331 29/73 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI Technical indication location H01L 21/28 301 S 7738-4M 29/48 F 7738-4M 21/331 29/73

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2枚の半導体結晶基板上にそれぞれ金属
層、半金属層又はシリサイドのいずれかを形成し、前記
2枚の半導体結晶基板を、前記金属層、半金属層又はシ
リサイドが互いに密着する状態で、所定値以下の真空中
において、前記金属層、半金属層又はシリサイドが反射
高速電子線回折等で層状に格子を組むことが確認される
温度以上で加熱することにより、2層の金属層、半金属
層又はシリサイドを接合させることを特徴とする半導体
結晶の作成方法。
1. A metal layer, a semimetal layer, or a silicide is formed on each of two semiconductor crystal substrates, and the two semiconductor crystal substrates are adhered to each other by the metal layer, the semimetal layer, or the silicide. In this state, the metal layer, the semimetal layer, or the silicide is heated in a vacuum of a predetermined value or less at a temperature higher than the temperature at which it is confirmed that the metal layer, the metalloid layer, or the silicide forms a layered lattice by reflection high-energy electron diffraction or the like. A method for producing a semiconductor crystal, which comprises joining a metal layer, a semi-metal layer or a silicide.
【請求項2】 2枚のうち少なくとも1枚の半導体結晶
基板を、該半導体結晶基板上に組成、あるいは不純物濃
度が異なる半導体層を形成し、更にその上に金属層、半
金属層又はシリサイドを形成して作成し、前記2枚の半
導体結晶基板の金属層、半金属層又はシリサイドを接合
させた後、前記半導体結晶基板と前記半導体層とのエッ
チング速度の違いを利用して、半導体結晶基板を除去し
半導体層を残すことを特徴とする、請求項1記載の半導
体結晶の作成方法。
2. At least one of the two semiconductor crystal substrates is formed with a semiconductor layer having a different composition or impurity concentration on the semiconductor crystal substrate, and a metal layer, a semi-metal layer or a silicide is further formed thereon. The semiconductor crystal substrate is formed and formed, and after bonding the metal layer, the semimetal layer, or the silicide of the two semiconductor crystal substrates, the semiconductor crystal substrate is formed by utilizing the difference in etching rate between the semiconductor crystal substrate and the semiconductor layer. The method for producing a semiconductor crystal according to claim 1, characterized in that the semiconductor layer is removed and the semiconductor layer is left.
【請求項3】 少なくとも1枚の半導体基板上に形成す
る金属層、半金属層又はシリサイドを、該半導体金属層
の組成である元素の少なくともひとつと他の元素で構成
される金属、半金属層又はシリサイドとすることを特徴
とする、請求項1または2記載の半導体結晶の作成方
法。
3. A metal or metalloid layer comprising a metal layer, a metalloid layer or a silicide formed on at least one semiconductor substrate, which is composed of at least one element which is the composition of the semiconductor metal layer and another element. 3. The method for producing a semiconductor crystal according to claim 1, wherein the method is a silicide.
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