JPH0524113B2 - - Google Patents
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- JPH0524113B2 JPH0524113B2 JP4366485A JP4366485A JPH0524113B2 JP H0524113 B2 JPH0524113 B2 JP H0524113B2 JP 4366485 A JP4366485 A JP 4366485A JP 4366485 A JP4366485 A JP 4366485A JP H0524113 B2 JPH0524113 B2 JP H0524113B2
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は結晶成長方法、特に、−化合物半
導体単結晶薄膜等を異種材料の基板上に形成する
結晶成長方法に関する。
導体単結晶薄膜等を異種材料の基板上に形成する
結晶成長方法に関する。
−化合物半導体は、ポストSi材料として注
目されていることは周知であるが、原料である
族あるいは族元素のクラーク数がSiとは異なり
小さなものであること、ならびにAsに代表され
るように原料は生物にとつて有害な元素であると
ころから、今後、−化合物半導体デバイスの
実用化に向かつては原料を如何に節約するかとい
う課題を追求する必要がある。
目されていることは周知であるが、原料である
族あるいは族元素のクラーク数がSiとは異なり
小さなものであること、ならびにAsに代表され
るように原料は生物にとつて有害な元素であると
ころから、今後、−化合物半導体デバイスの
実用化に向かつては原料を如何に節約するかとい
う課題を追求する必要がある。
こうした観点から最近、安価で高品質さらには
大面積をもつたSi基板上への−化合物半導体
単結晶薄膜の形成技術が注目されている。これは
−化合物半導体の応用分野である超高速ある
いは光デバイスの製作において、これらデバイス
が数100μm厚の基板結晶の表面より僅か1μmから
10μm以下の領域に括りつけられ動作するところ
からくる当然の帰結である。
大面積をもつたSi基板上への−化合物半導体
単結晶薄膜の形成技術が注目されている。これは
−化合物半導体の応用分野である超高速ある
いは光デバイスの製作において、これらデバイス
が数100μm厚の基板結晶の表面より僅か1μmから
10μm以下の領域に括りつけられ動作するところ
からくる当然の帰結である。
現在は、GaAs集積回路が−化合物半導体
デバイスの大きな応用分野と考えられており、安
価で大面積なSi基板上へのGaAs単結晶薄膜の形
成には大きな期待がかけられている。しかし、Si
とGaAsでは当然のことながら格子定数が異な
り、現状ではSi基板上に直接形成されたGaAs薄
膜の物性はGaAs基板上のエピタキシヤルGaAs
薄膜の物性には遠く及ばず、引き上げ結晶等のい
わゆるバルクGaAs結晶の物性にも及ぶものでは
ない。このSi基板上のGaAs薄膜の結晶性の改良
のためにはGaAsと格子整合性の比較的よいGe、
あるいは結晶化が十分でないアモルフアス状の
GaAsをSi基板上にまず形成した後に目的とする
GaAs単結晶薄膜を形成しようとする試みが報告
されていることは良く知られている。しかし、こ
のような試みにも拘わらず目的とするGaAs単結
晶薄膜の物性は十分なものが得られていないのが
現状である。例えばアモルフアス状のGaAsをSi
基板上にまず形成した後に目的とするGaAs単結
晶薄膜を形成する方法を採つた場合の例では室温
でのホール移動度は平均すると2000から3000cm2／
Ｖ・sec程度と低くなり、転位密度も極めて高く、
Ｘ線ロツキングカーブの半価幅も30秒以上であ
り、加えてこれら成長層の性質に関する再現性も
極めて悪い等、種々の欠点が存在している。
デバイスの大きな応用分野と考えられており、安
価で大面積なSi基板上へのGaAs単結晶薄膜の形
成には大きな期待がかけられている。しかし、Si
とGaAsでは当然のことながら格子定数が異な
り、現状ではSi基板上に直接形成されたGaAs薄
膜の物性はGaAs基板上のエピタキシヤルGaAs
薄膜の物性には遠く及ばず、引き上げ結晶等のい
わゆるバルクGaAs結晶の物性にも及ぶものでは
ない。このSi基板上のGaAs薄膜の結晶性の改良
のためにはGaAsと格子整合性の比較的よいGe、
あるいは結晶化が十分でないアモルフアス状の
GaAsをSi基板上にまず形成した後に目的とする
GaAs単結晶薄膜を形成しようとする試みが報告
されていることは良く知られている。しかし、こ
のような試みにも拘わらず目的とするGaAs単結
晶薄膜の物性は十分なものが得られていないのが
現状である。例えばアモルフアス状のGaAsをSi
基板上にまず形成した後に目的とするGaAs単結
晶薄膜を形成する方法を採つた場合の例では室温
でのホール移動度は平均すると2000から3000cm2／
Ｖ・sec程度と低くなり、転位密度も極めて高く、
Ｘ線ロツキングカーブの半価幅も30秒以上であ
り、加えてこれら成長層の性質に関する再現性も
極めて悪い等、種々の欠点が存在している。
本発明の目的は、従来技術とその問題点で述べ
たSi基板上のGaAs単結晶薄膜の形成に代表され
るように基板とは異種の材料層を基板上に結晶成
長する場合に前記成長層に本来の物性を付与し、
かつまたこうした優れた物性を備えた成長層の製
作再現性を著しく向上することのできる結晶成長
方法を提供することにある。
たSi基板上のGaAs単結晶薄膜の形成に代表され
るように基板とは異種の材料層を基板上に結晶成
長する場合に前記成長層に本来の物性を付与し、
かつまたこうした優れた物性を備えた成長層の製
作再現性を著しく向上することのできる結晶成長
方法を提供することにある。
本発明は、基板材料上にこの基板材料とは異種
の材料層を結晶成長するに際し、前記基板上にア
モルフアス状材料層を形成し、次に前記アモルフ
アス状材料層を局所的に結晶化し、しかる後に目
的とする結晶層を、前記局所的に結晶化された領
域を持つ前記アモルフアス状材料層上に成長する
ことを特徴としている。
の材料層を結晶成長するに際し、前記基板上にア
モルフアス状材料層を形成し、次に前記アモルフ
アス状材料層を局所的に結晶化し、しかる後に目
的とする結晶層を、前記局所的に結晶化された領
域を持つ前記アモルフアス状材料層上に成長する
ことを特徴としている。
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。
る。
ここではSi基板上にGaAs層を成長する場合に
ついて示す。第１図ａからｃはSi基板上にGaAs
層を成長する場合の工程図であり、何れもウエー
ハの断面図を示している。本実施例では分子線エ
ピタキシヤル成長法（MBE法）によつて行うも
のとする。まずSi基板１１の基板温度を200℃に
設定してGaとAsを蒸発源より基板面に供給す
る。Ga束に対するAs4束の比を３以上にとるとSi
基板１１上にはアモルフアス状がGaAs層１２が
形成される〔第１図ａ〕。さて、このアモルフア
ス状のGaAs層１２が300Åから5000Å形成され
たところで一旦、アモルフアス状のGaAs層１２
が形成されたSiウエーハ１１をMBE装置より外
部に取り出し、第２図に示すような矩形断面形状
を持ち、内部に窒素あるいは水素等の高純度ガス
２１を流した石英管２２の中に設置する。そし
て、アモルフアス状GaAs層１２の形成されたSi
ウエーハの表面に石英管２２の外部からArレー
ザを照射する。Arレーザのウエーハ表面での照
射径は約5μmとし、このパワーは50mWとした。
Arレーザの照射はレーザビームを走査すること
により、Siウエーハの表面50μmピツチでストラ
イプ状に行つた。こうすることにより、Siウエー
ハ１１の表面には第１図ｂおよび第３図で示すよ
うに50μmピツチでストライプ状に結晶化の進ん
だGaAs領域３がアモルフアス状GaAs層１２の
面内に形成される。
ついて示す。第１図ａからｃはSi基板上にGaAs
層を成長する場合の工程図であり、何れもウエー
ハの断面図を示している。本実施例では分子線エ
ピタキシヤル成長法（MBE法）によつて行うも
のとする。まずSi基板１１の基板温度を200℃に
設定してGaとAsを蒸発源より基板面に供給す
る。Ga束に対するAs4束の比を３以上にとるとSi
基板１１上にはアモルフアス状がGaAs層１２が
形成される〔第１図ａ〕。さて、このアモルフア
ス状のGaAs層１２が300Åから5000Å形成され
たところで一旦、アモルフアス状のGaAs層１２
が形成されたSiウエーハ１１をMBE装置より外
部に取り出し、第２図に示すような矩形断面形状
を持ち、内部に窒素あるいは水素等の高純度ガス
２１を流した石英管２２の中に設置する。そし
て、アモルフアス状GaAs層１２の形成されたSi
ウエーハの表面に石英管２２の外部からArレー
ザを照射する。Arレーザのウエーハ表面での照
射径は約5μmとし、このパワーは50mWとした。
Arレーザの照射はレーザビームを走査すること
により、Siウエーハの表面50μmピツチでストラ
イプ状に行つた。こうすることにより、Siウエー
ハ１１の表面には第１図ｂおよび第３図で示すよ
うに50μmピツチでストライプ状に結晶化の進ん
だGaAs領域３がアモルフアス状GaAs層１２の
面内に形成される。
この後、再びMBE装置の中にストライプ状の
結晶性GaAs領域３を持つアモルフアス状GaAs
層１２が形成されたSiウエーハを設置し、再び基
板温度550℃でGa束に対するAs4束の比を３以上
にとつてMBE成長を行うと、この段階において
ストライプ状の結晶性GaAs領域３を持つアモル
フアス状GaAs層１２上にGaAs単結晶層１３が
得られる〔第１図ｃ〕。得られたGaAs単結晶層
１３はＸ線ロツキングカーブの半価幅が通常15秒
以下、悪い場合にも20秒を超えることのない結晶
性の優れたものであり、また再現性よく形成され
る。さらに得られたGaAs単結晶層１３をホール
測定で評価したところホール移動度は室温で約
6000cm2／Ｖ・sec、液体窒素温度77Kで120000
cm2／Ｖ・secというように高い値が得られた。ま
た、Arレーザ照射によるストライプ状の結晶化
工程を加えずウエーハ全面がアモルフアス状の
GaAs層上にGaAs結晶層１３を成長した場合に
は、表面は局部的に鏡面を呈するもののしばしば
白濁した状態になり、こうした表面状態も再現性
はないが、本実施例により成長したGaAs薄膜の
表面は再現性よく鏡面を呈するものとなる。
結晶性GaAs領域３を持つアモルフアス状GaAs
層１２が形成されたSiウエーハを設置し、再び基
板温度550℃でGa束に対するAs4束の比を３以上
にとつてMBE成長を行うと、この段階において
ストライプ状の結晶性GaAs領域３を持つアモル
フアス状GaAs層１２上にGaAs単結晶層１３が
得られる〔第１図ｃ〕。得られたGaAs単結晶層
１３はＸ線ロツキングカーブの半価幅が通常15秒
以下、悪い場合にも20秒を超えることのない結晶
性の優れたものであり、また再現性よく形成され
る。さらに得られたGaAs単結晶層１３をホール
測定で評価したところホール移動度は室温で約
6000cm2／Ｖ・sec、液体窒素温度77Kで120000
cm2／Ｖ・secというように高い値が得られた。ま
た、Arレーザ照射によるストライプ状の結晶化
工程を加えずウエーハ全面がアモルフアス状の
GaAs層上にGaAs結晶層１３を成長した場合に
は、表面は局部的に鏡面を呈するもののしばしば
白濁した状態になり、こうした表面状態も再現性
はないが、本実施例により成長したGaAs薄膜の
表面は再現性よく鏡面を呈するものとなる。
以上本発明の一実施例について説明したが、本
発明はこの実施例に限られるものではなく種々の
変形、変更が可能である。例えば、アモルフアス
状GaAs層１２の結晶化は、必ずしもストライプ
状（線状）パターンに結晶化させることは必要で
はない。ウエーハ面内においてアモルフアス状
GaAs層１２に島状にすなわち碁盤目状に50μm
ピツチで単結晶化領域３を形成しても、この単結
晶化領域３を持つアモルフアス状GaAs層１２上
には良好なGaAs単結晶膜１３が成長する。ま
た、ストライプあるいは碁盤目状の単結晶化領域
のピツチについても15から100μmの間であれば良
好なGaAs単結晶層１３が成長することが試行に
より確認できた。ただし、アモルフアス状GaAs
層１２を全面に渡つて単結晶化するようなことを
すればこの上に成長したGaAs単結晶層１３の性
質は著しく阻害されるし、また成長温度の函数で
はあるが実験における基板温度550℃の場合には
前記単結晶化領域３のピツチを１mmと大きくとつ
た場合には単結晶化領域を形成した効果はほとん
どない。なお、アモルフアス状材料の単結晶化の
パターンは、線状または島状に限られるものでは
なく、良好なGaAs単結晶層が成長するパターン
であればいかなるものでもよい。
発明はこの実施例に限られるものではなく種々の
変形、変更が可能である。例えば、アモルフアス
状GaAs層１２の結晶化は、必ずしもストライプ
状（線状）パターンに結晶化させることは必要で
はない。ウエーハ面内においてアモルフアス状
GaAs層１２に島状にすなわち碁盤目状に50μm
ピツチで単結晶化領域３を形成しても、この単結
晶化領域３を持つアモルフアス状GaAs層１２上
には良好なGaAs単結晶膜１３が成長する。ま
た、ストライプあるいは碁盤目状の単結晶化領域
のピツチについても15から100μmの間であれば良
好なGaAs単結晶層１３が成長することが試行に
より確認できた。ただし、アモルフアス状GaAs
層１２を全面に渡つて単結晶化するようなことを
すればこの上に成長したGaAs単結晶層１３の性
質は著しく阻害されるし、また成長温度の函数で
はあるが実験における基板温度550℃の場合には
前記単結晶化領域３のピツチを１mmと大きくとつ
た場合には単結晶化領域を形成した効果はほとん
どない。なお、アモルフアス状材料の単結晶化の
パターンは、線状または島状に限られるものでは
なく、良好なGaAs単結晶層が成長するパターン
であればいかなるものでもよい。
また、本実施例では、Si基板上にGaAs単結晶
層を形成する場合について説明したが、本発明方
法はSi基板上へのGeの成長においてもまずアモ
ルフアス状Ge層を形成し、このアモルフアス状
Ge層を局所的に島状ないし線状に単結晶化し、
単結晶化された領域を持つアモルフアス状Ge層
上に単結晶層を成長した場合にも顕著な効果があ
る。またSi基板上にアモルフアス状Ge層をまず
形成し、これを局所的に島状ないし線状に単結晶
化し、単結晶化された領域を持つアモルフアス状
Ge層上にGaAs単結晶を成長した場合にも顕著な
効果がある。
層を形成する場合について説明したが、本発明方
法はSi基板上へのGeの成長においてもまずアモ
ルフアス状Ge層を形成し、このアモルフアス状
Ge層を局所的に島状ないし線状に単結晶化し、
単結晶化された領域を持つアモルフアス状Ge層
上に単結晶層を成長した場合にも顕著な効果があ
る。またSi基板上にアモルフアス状Ge層をまず
形成し、これを局所的に島状ないし線状に単結晶
化し、単結晶化された領域を持つアモルフアス状
Ge層上にGaAs単結晶を成長した場合にも顕著な
効果がある。
また、基板材料についてもSiは安価でかつ結晶
性が優れているが故に選んだにすぎず、本発明の
方法は基板材料の種類を問わず、また、その上の
アモルフアス材料さらには目的とする単結晶成長
薄膜材料の種類をも本質的に限定するものではな
い。
性が優れているが故に選んだにすぎず、本発明の
方法は基板材料の種類を問わず、また、その上の
アモルフアス材料さらには目的とする単結晶成長
薄膜材料の種類をも本質的に限定するものではな
い。
さらに、アモルフアス状材料の単結晶化工程は
レーザによる必要はなく、電子ビームやイオンビ
ーム等が使えることはいうまでもない。そもそ
も、実施例にて示した方法においてもアモルフア
ス状GaAs層を形成後、試料をMBE装置から出
すことなくMBE装置内で電子ビーム走査等を行
いアモルフアス状GaAs層の局所的単結晶化を行
うこともできる。
レーザによる必要はなく、電子ビームやイオンビ
ーム等が使えることはいうまでもない。そもそ
も、実施例にて示した方法においてもアモルフア
ス状GaAs層を形成後、試料をMBE装置から出
すことなくMBE装置内で電子ビーム走査等を行
いアモルフアス状GaAs層の局所的単結晶化を行
うこともできる。
本発明による結晶成長方法によれば、基板上
に、この基板とは異なる材料の単結晶薄膜を成長
する場合に、優れた物性を備えた単結晶薄膜を再
現性よく形成することができる。
に、この基板とは異なる材料の単結晶薄膜を成長
する場合に、優れた物性を備えた単結晶薄膜を再
現性よく形成することができる。
また、この発明の形成方法を採用することによ
り、高価で公害源となり易い−化合物半導体
原料を著しく節約することができる。
り、高価で公害源となり易い−化合物半導体
原料を著しく節約することができる。
第１図はこの発明の一実施例である結晶成長方
法の工程をウエーハの断面構造にて示す図、第２
図は一実施例におけるアモルフアス状GaAs層を
局所的単結晶化する工程における装置の概略を示
す図、第３図は局所的単結晶化を行つたウエーハ
を表面より見た図であり、局所的単結晶化が行わ
れたパターンを示す図である。 ３……結晶性GaAs領域、１１……Si基板、１
２……アモルフアス状GaAs層、１３……GaAs
単結晶層、２１……高純度ガス、２２……石英
管。
法の工程をウエーハの断面構造にて示す図、第２
図は一実施例におけるアモルフアス状GaAs層を
局所的単結晶化する工程における装置の概略を示
す図、第３図は局所的単結晶化を行つたウエーハ
を表面より見た図であり、局所的単結晶化が行わ
れたパターンを示す図である。 ３……結晶性GaAs領域、１１……Si基板、１
２……アモルフアス状GaAs層、１３……GaAs
単結晶層、２１……高純度ガス、２２……石英
管。
Claims (1)
- １ 基板材料上にこの基板材料とは異種の材料層
を結晶成長するに際し、前記基板上にアモルフア
ス状材料層を形成し、次に前記アモルフアス状材
料層を局所的に結晶化し、しかる後に目的とする
結晶層を、前記局所的に結晶化された領域を持つ
前記アモルフアス状材料層上に成長することを特
徴とする結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4366485A JPS61205693A (ja) | 1985-03-07 | 1985-03-07 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4366485A JPS61205693A (ja) | 1985-03-07 | 1985-03-07 | 結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61205693A JPS61205693A (ja) | 1986-09-11 |
| JPH0524113B2 true JPH0524113B2 (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=12670116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4366485A Granted JPS61205693A (ja) | 1985-03-07 | 1985-03-07 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61205693A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2433447A (en) * | 2005-12-21 | 2007-06-27 | Durham Scient Crystals Ltd | Bulk single crystal material and method of growth |
| JP5662001B2 (ja) | 2005-12-21 | 2015-01-28 | クロメック リミテッド | 半導体デバイス及びその製造方法 |
| GB2433648A (en) | 2005-12-21 | 2007-06-27 | Durham Scient Crystals Ltd | Radiation detector formed by deposition of bulk semiconductor crystal layers |
-
1985
- 1985-03-07 JP JP4366485A patent/JPS61205693A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61205693A (ja) | 1986-09-11 |
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