JPH0547665A - 気相成長方法 - Google Patents
気相成長方法Info
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- JPH0547665A JPH0547665A JP20102791A JP20102791A JPH0547665A JP H0547665 A JPH0547665 A JP H0547665A JP 20102791 A JP20102791 A JP 20102791A JP 20102791 A JP20102791 A JP 20102791A JP H0547665 A JPH0547665 A JP H0547665A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 SiとGeから成る複合結晶を成長させるための
気相成長法に関し，Geの有機化合物を原料ガスとして用
いた場合の炭素汚染を低減することを目的とする。 【構成】 有機化合物から成るGe原料ガスと水素化物ま
たはハロゲン化物から成るSi原料ガスとを交互に反応管
内に供給してSi-Ge 結晶を成長させる際に, Si原料ガス
を供給する工程の前に, AsH3, PH3, B2H6 等の水素化物
を導入する工程を設ける。これにより, 有機Geが分解し
て生成した炭素または炭化水素化合物は基板表面や反応
管の内壁から離脱し, 外部に排出される。
気相成長法に関し，Geの有機化合物を原料ガスとして用
いた場合の炭素汚染を低減することを目的とする。 【構成】 有機化合物から成るGe原料ガスと水素化物ま
たはハロゲン化物から成るSi原料ガスとを交互に反応管
内に供給してSi-Ge 結晶を成長させる際に, Si原料ガス
を供給する工程の前に, AsH3, PH3, B2H6 等の水素化物
を導入する工程を設ける。これにより, 有機Geが分解し
て生成した炭素または炭化水素化合物は基板表面や反応
管の内壁から離脱し, 外部に排出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は, シリコンとゲルマニウ
ムから成る複合結晶を成長させるための気相成長方法に
関する。
ムから成る複合結晶を成長させるための気相成長方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】最近, シリコン(Si)とシリコン- ゲルマ
ニウム(Si-Ge) とのヘテロ接合を利用した半導体装置が
注目されている。その一つに, シリコン結晶上に順次エ
ピタキシャル成長させたシリコン・ゲルマニウム混晶お
よびシリコン結晶をそれぞれベース領域およびエミッタ
領域として成るヘテロバイポーラトランジスタ(HBT) が
ある。また，このヘテロ接合を利用したフォトダイオー
ドなどの受光素子や高電子移動度トランジスタ(HEMT)の
開発が進められている。さらに, シリコンとゲルマニウ
ムを原子層の整数倍の厚さで交互に積層した超格子は,
直接遷移型の半導体となることが知られており（R. Peo
ple, IEEE,J. QE-22, p1696, 1986に概説されている),
光半導体素子用の新しい結晶材料として期待されてい
る。
ニウム(Si-Ge) とのヘテロ接合を利用した半導体装置が
注目されている。その一つに, シリコン結晶上に順次エ
ピタキシャル成長させたシリコン・ゲルマニウム混晶お
よびシリコン結晶をそれぞれベース領域およびエミッタ
領域として成るヘテロバイポーラトランジスタ(HBT) が
ある。また，このヘテロ接合を利用したフォトダイオー
ドなどの受光素子や高電子移動度トランジスタ(HEMT)の
開発が進められている。さらに, シリコンとゲルマニウ
ムを原子層の整数倍の厚さで交互に積層した超格子は,
直接遷移型の半導体となることが知られており（R. Peo
ple, IEEE,J. QE-22, p1696, 1986に概説されている),
光半導体素子用の新しい結晶材料として期待されてい
る。
【０００３】上記のような半導体装置を構成するSi-Ge
混晶のエピタキシャル成長法, とくに, その厚さを原子
層オーダで制御できる超精密成長法としては, 分子線エ
ピタキシ(MBE) 法が適している。しかし, 現在のとこ
ろ, MBE 法には, これにより成長させた結晶に欠陥密度
が高いと言う質的な問題, あるいは，多数枚の大型の基
板に対する結晶成長が困難である等の生産性に関係した
問題がある。
混晶のエピタキシャル成長法, とくに, その厚さを原子
層オーダで制御できる超精密成長法としては, 分子線エ
ピタキシ(MBE) 法が適している。しかし, 現在のとこ
ろ, MBE 法には, これにより成長させた結晶に欠陥密度
が高いと言う質的な問題, あるいは，多数枚の大型の基
板に対する結晶成長が困難である等の生産性に関係した
問題がある。
【０００４】したがって, 現段階においては, 化学的気
相成長法(CVD) 法が実用性のある成長方法として有力で
ある。とくに, 基板に対する原料ガスの単分子吸着を利
用する, いわゆる原子層エピタキシ(ALE) 法によれば,
所望の化合物半導体層の成長厚さを分子層単位で制御で
きることが知られている。このALE 法を用いてSi-Ge混
晶の成長を行う技術の開発が重要視されている。
相成長法(CVD) 法が実用性のある成長方法として有力で
ある。とくに, 基板に対する原料ガスの単分子吸着を利
用する, いわゆる原子層エピタキシ(ALE) 法によれば,
所望の化合物半導体層の成長厚さを分子層単位で制御で
きることが知られている。このALE 法を用いてSi-Ge混
晶の成長を行う技術の開発が重要視されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ALE は, 現在のとこ
ろ, III-Ｖ族化合物半導体の陽イオン成分を供給する原
料ガスとして有機金属を用いた場合にのみ可能である。
これは, ALE におけるいわゆるセルフリミティング効
果, すなわち，III 族およびＶ族の原料ガスを反応管内
に交互に導入するごとに一分子層の化合物半導体が成長
する現象は，原料ガスの供給および基板温度のある条件
の範囲において, 原料ガスが基板表面に単分子層以上は
吸着しないことに起因するものと推測されている。
ろ, III-Ｖ族化合物半導体の陽イオン成分を供給する原
料ガスとして有機金属を用いた場合にのみ可能である。
これは, ALE におけるいわゆるセルフリミティング効
果, すなわち，III 族およびＶ族の原料ガスを反応管内
に交互に導入するごとに一分子層の化合物半導体が成長
する現象は，原料ガスの供給および基板温度のある条件
の範囲において, 原料ガスが基板表面に単分子層以上は
吸着しないことに起因するものと推測されている。
【０００６】Ge結晶層の成長に関しては, ゲルマニウム
の原料ガスとして, 例えばジエチルゲルマニウム(DEGe:
Ge(C2H5)2H2)のような有機化合物を用いて, 通常の化合
物半導体と同様, セルフリミティング効果を利用して結
晶成長を高精度で制御可能である。有機ゲルマニウム化
合物を原料ガスとして用いると, 300 〜350 ℃程度の低
温でゲルマニウムをエピタキシャル成長させることがで
きる。
の原料ガスとして, 例えばジエチルゲルマニウム(DEGe:
Ge(C2H5)2H2)のような有機化合物を用いて, 通常の化合
物半導体と同様, セルフリミティング効果を利用して結
晶成長を高精度で制御可能である。有機ゲルマニウム化
合物を原料ガスとして用いると, 300 〜350 ℃程度の低
温でゲルマニウムをエピタキシャル成長させることがで
きる。
【０００７】しかしながら, Si-Ge 混晶の成長に関して
は, 有機ゲルマニウム化合物を原料ガスとしてゲルマニ
ウムを成長させたのちにシリコンを成長させると, 炭素
濃度の高いシリコン層が成長したり, 炭化珪素が生成し
たりする。また，ゲルマニウム層が多結晶となりやす
い。この原因は, 有機ゲルマニウム化合物の分解によっ
て生成した炭素あるいは炭化水素化合物が基板表面や反
応容器の内壁に吸着しており，この残留炭素または炭化
水素化合物がシリコンの成長過程において汚染源となる
ためと考えられる。炭素はシリコンと強い結合を形成す
るために，シリコン結晶から容易に除去されない。
は, 有機ゲルマニウム化合物を原料ガスとしてゲルマニ
ウムを成長させたのちにシリコンを成長させると, 炭素
濃度の高いシリコン層が成長したり, 炭化珪素が生成し
たりする。また，ゲルマニウム層が多結晶となりやす
い。この原因は, 有機ゲルマニウム化合物の分解によっ
て生成した炭素あるいは炭化水素化合物が基板表面や反
応容器の内壁に吸着しており，この残留炭素または炭化
水素化合物がシリコンの成長過程において汚染源となる
ためと考えられる。炭素はシリコンと強い結合を形成す
るために，シリコン結晶から容易に除去されない。
【０００８】上記のような残留炭素による汚染を回避す
るために，シリコンの原料ガスとしては, モノシラン(S
iH4)やジシラン(Si2H6) 等の水素化物あるいはジクロー
ルシラン(SiCl2H2) 等の塩化物が一般に用いられてい
る。これらシリコンの原料ガスは，セルフリミティング
効果を示さない。
るために，シリコンの原料ガスとしては, モノシラン(S
iH4)やジシラン(Si2H6) 等の水素化物あるいはジクロー
ルシラン(SiCl2H2) 等の塩化物が一般に用いられてい
る。これらシリコンの原料ガスは，セルフリミティング
効果を示さない。
【０００９】本発明は，Si-Ge 混晶を成長させるため
に, 少なくともゲルマニウムについては有機化合物を原
料ガスとして用い, そのセルフリミティング効果によっ
て層厚を高精度で制御する場合に，この有機ゲルマニウ
ム原料ガスの分解によって生じた炭素または炭化水素化
合物によるシリコンの汚染を防止可能とすることを目的
とする。
に, 少なくともゲルマニウムについては有機化合物を原
料ガスとして用い, そのセルフリミティング効果によっ
て層厚を高精度で制御する場合に，この有機ゲルマニウ
ム原料ガスの分解によって生じた炭素または炭化水素化
合物によるシリコンの汚染を防止可能とすることを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は，所定温度に
加熱された基板が設置された反応管の内部に有機ゲルマ
ニウムから成る第１のガスを導入して該基板と接触させ
て熱分解させることにより該基板上にゲルマニウム層を
形成し，該第１の原料ガスを排出したのち容易に熱分解
する水素化物から成る第２のガスを該反応管の内部に導
入して少なくとも該基板の表面に残留する該第１のガス
または該第１のガスが該基板表面において熱分解して生
成した炭素もしくは炭化水素化合物を除去し，該第２の
ガスを排出したのち該反応管の内部にシリコンの水素化
物またはハロゲン化物から成る第３のガスを導入して該
基板と接触させて熱分解させることにより該基板上にシ
リコン層またはシリコンとゲルマニウムの混晶層を形成
する諸工程を含むことを特徴とする本発明に係る気相成
長方法によって達成される。
加熱された基板が設置された反応管の内部に有機ゲルマ
ニウムから成る第１のガスを導入して該基板と接触させ
て熱分解させることにより該基板上にゲルマニウム層を
形成し，該第１の原料ガスを排出したのち容易に熱分解
する水素化物から成る第２のガスを該反応管の内部に導
入して少なくとも該基板の表面に残留する該第１のガス
または該第１のガスが該基板表面において熱分解して生
成した炭素もしくは炭化水素化合物を除去し，該第２の
ガスを排出したのち該反応管の内部にシリコンの水素化
物またはハロゲン化物から成る第３のガスを導入して該
基板と接触させて熱分解させることにより該基板上にシ
リコン層またはシリコンとゲルマニウムの混晶層を形成
する諸工程を含むことを特徴とする本発明に係る気相成
長方法によって達成される。
【００１１】
【作用】本発明者は, ジエチルゲルマニウム(DEGe)のよ
うな有機化合物を原料ガスとし, ALE によってSi-Ge 混
晶を成長させる際に, シリコンの原料ガスを導入する工
程に先立って, アルシン(AsH3), ホスフィン(PH3) また
はジボラン(B2H4)等を反応管内に導入することによっ
て, 炭素によるシリコン層の汚染が防止されることを見
出した。この効果の原因としては，AsH3, PH3, B2H6, G
eH4 等の熱分解によって生成したに発生期の水素が, 基
板表面や反応管内壁等に吸着している炭素または炭化水
素化合物と結合して離脱を促進するためと考えられる。
また, As, P,B 等は炭素と結合し難いので, 汚染炭素
源を生成しない。これら水素化物はゲルマニウムおよび
シリコンに対して, 例えばAsH3およびPH3 はｎ型の導電
性を付与する不純物として, B2H4はｐ型の導電性を付与
する不純物としても使用できる。ゲルマニウムの水素化
物であるゲルマン(GeH4)も上記残留炭素等の除去に有効
である。
うな有機化合物を原料ガスとし, ALE によってSi-Ge 混
晶を成長させる際に, シリコンの原料ガスを導入する工
程に先立って, アルシン(AsH3), ホスフィン(PH3) また
はジボラン(B2H4)等を反応管内に導入することによっ
て, 炭素によるシリコン層の汚染が防止されることを見
出した。この効果の原因としては，AsH3, PH3, B2H6, G
eH4 等の熱分解によって生成したに発生期の水素が, 基
板表面や反応管内壁等に吸着している炭素または炭化水
素化合物と結合して離脱を促進するためと考えられる。
また, As, P,B 等は炭素と結合し難いので, 汚染炭素
源を生成しない。これら水素化物はゲルマニウムおよび
シリコンに対して, 例えばAsH3およびPH3 はｎ型の導電
性を付与する不純物として, B2H4はｐ型の導電性を付与
する不純物としても使用できる。ゲルマニウムの水素化
物であるゲルマン(GeH4)も上記残留炭素等の除去に有効
である。
【００１２】
【実施例】図１は本発明によるSi-Ge 混晶の成長を実施
するための気相成長装置の概要構成を示す模式図であっ
て, 例えば透明石英から成る反応管１の一端には, それ
ぞれマスフローコントローラ(MFC) を介して, 以下に述
べる原料ガス供給源２〜５が接続されている。２はジエ
チルゲルマニウム(DEGe)を供給するバブラであって, 恒
温槽により所定温度に保持されている。３は水素で10％
に希釈されたジシラン(Si2H6) を供給するボンベ, ４は
水素で10％に希釈されたアルシン(AsH3)を供給するボン
ベ, ５は水素で１％に希釈されたジボラン(B2H4)を供給
するボンベである。これらボンベ内の原料ガスは一般に
高圧であるため, 圧力調整器によって所定圧力に減圧し
て供給される。
するための気相成長装置の概要構成を示す模式図であっ
て, 例えば透明石英から成る反応管１の一端には, それ
ぞれマスフローコントローラ(MFC) を介して, 以下に述
べる原料ガス供給源２〜５が接続されている。２はジエ
チルゲルマニウム(DEGe)を供給するバブラであって, 恒
温槽により所定温度に保持されている。３は水素で10％
に希釈されたジシラン(Si2H6) を供給するボンベ, ４は
水素で10％に希釈されたアルシン(AsH3)を供給するボン
ベ, ５は水素で１％に希釈されたジボラン(B2H4)を供給
するボンベである。これらボンベ内の原料ガスは一般に
高圧であるため, 圧力調整器によって所定圧力に減圧し
て供給される。
【００１３】低温でシリコン結晶を成長させるために
は, 反応管１内における残留酸素および水蒸気の分圧を
〜10-7Torr以下にすることが必要である。このために,
気相成長装置の真空系は, 高レベルの気密性が維持可能
なようにするとともに, その内容積が極力小さくなるよ
うに設計されている。また, この真空系内部のガス交換
を促進するために, 上記原料ガス供給源２〜５と並列に
水素ガス(H2)の供給経路が設けられている。この水素ガ
スは, 反応管１内部および上記原料ガス供給経路のパー
ジガスおよびDEGeのキャリヤガスとして切り換えられ
る。
は, 反応管１内における残留酸素および水蒸気の分圧を
〜10-7Torr以下にすることが必要である。このために,
気相成長装置の真空系は, 高レベルの気密性が維持可能
なようにするとともに, その内容積が極力小さくなるよ
うに設計されている。また, この真空系内部のガス交換
を促進するために, 上記原料ガス供給源２〜５と並列に
水素ガス(H2)の供給経路が設けられている。この水素ガ
スは, 反応管１内部および上記原料ガス供給経路のパー
ジガスおよびDEGeのキャリヤガスとして切り換えられ
る。
【００１４】反応管１の他端にはロータリポンプ９が接
続されている。同じく反応管１の他端には, ゲートバル
ブ６を介してロードロック７が接続されている。ロード
ロック７には, ターボポンプ８と別のロータリポンプ10
が直列に接続されている。ロータリポンプ９は, 反応管
１内部の主排気に用いられる。ターボポンプ８およびロ
ータリポンプ10は, ロードロック７を介して反応管１内
に基板を出し入れするための排気系である。ロータリポ
ンプ９および10の排気側は, 図示しない有毒ガス除去装
置に接続されている。
続されている。同じく反応管１の他端には, ゲートバル
ブ６を介してロードロック７が接続されている。ロード
ロック７には, ターボポンプ８と別のロータリポンプ10
が直列に接続されている。ロータリポンプ９は, 反応管
１内部の主排気に用いられる。ターボポンプ８およびロ
ータリポンプ10は, ロードロック７を介して反応管１内
に基板を出し入れするための排気系である。ロータリポ
ンプ９および10の排気側は, 図示しない有毒ガス除去装
置に接続されている。
【００１５】反応管１の内部には, 高純度グラファィト
から成るサセプタ12が設置されている。サセプタ12は,
例えば反応管１の外部に設けられた高周波誘導コイル13
によって加熱される。これにより, サセプタ12上に載置
された基板14が所定温度に保持される。なお, 後述する
ように, シリコンとゲルマニウムを交互に成長させる場
合に, 基板14の温度を, 例えば 560℃と390 ℃の間で急
速に変化させる。このために, 高周波誘導コイル13に対
する入力電力の制御と並行して, 反応管１の外部に設け
たオイル冷却装置15上にサセプタ12を移動することによ
って冷却速度を高めた。
から成るサセプタ12が設置されている。サセプタ12は,
例えば反応管１の外部に設けられた高周波誘導コイル13
によって加熱される。これにより, サセプタ12上に載置
された基板14が所定温度に保持される。なお, 後述する
ように, シリコンとゲルマニウムを交互に成長させる場
合に, 基板14の温度を, 例えば 560℃と390 ℃の間で急
速に変化させる。このために, 高周波誘導コイル13に対
する入力電力の制御と並行して, 反応管１の外部に設け
たオイル冷却装置15上にサセプタ12を移動することによ
って冷却速度を高めた。
【００１６】図１の装置を用いて, シリコン基板上にSi
層およびGe層を成長させる実施例を説明する。面方位(1
00) を有するシリコン基板を, 硫酸と過酸化水素水の混
合溶液によって酸化処理したのち, 弗酸水溶液に浸漬し
て表面の酸化膜を除去する。このシリコン基板を, 図１
におけるロードロック７を通じて反応管１内に送入し,
サセプタ12上に載置する。そして, 反応管１内部に圧力
10Torrの高純度水素を導入しながら, 高周波誘導コイル
13に電力を入力して, シリコン基板14を900 ℃で10分間
加熱する。これにより, 表面の自然酸化膜を除去する。
そののち, サセプタ12をオイル冷却装置15上に移動する
とともに, 高周波誘導コイル13への入力電力を下げる。
層およびGe層を成長させる実施例を説明する。面方位(1
00) を有するシリコン基板を, 硫酸と過酸化水素水の混
合溶液によって酸化処理したのち, 弗酸水溶液に浸漬し
て表面の酸化膜を除去する。このシリコン基板を, 図１
におけるロードロック７を通じて反応管１内に送入し,
サセプタ12上に載置する。そして, 反応管１内部に圧力
10Torrの高純度水素を導入しながら, 高周波誘導コイル
13に電力を入力して, シリコン基板14を900 ℃で10分間
加熱する。これにより, 表面の自然酸化膜を除去する。
そののち, サセプタ12をオイル冷却装置15上に移動する
とともに, 高周波誘導コイル13への入力電力を下げる。
【００１７】次いで, 図２に示す温度サイクルおよびガ
ス導入サイクルでSi-Ge 混晶の成長を行う。すなわち， サセプタ12がオイル冷却装置15上に移動された状態
で, 反応管１内部にジエチルゲルマニウム(DEGe)を30秒
間導入する。このときのサセプタ12の最低温度は約390
℃である。なお, 上記における反応管１内におけるDEGe
の分圧が１×10-4気圧(7.6×10-2Torr) になるように,
DEGeの流量およびロータリポンプ９による排気速度を調
節する。これにより, 30秒間で約５ÅのGe層がシリコン
基板14上に成長する。
ス導入サイクルでSi-Ge 混晶の成長を行う。すなわち， サセプタ12がオイル冷却装置15上に移動された状態
で, 反応管１内部にジエチルゲルマニウム(DEGe)を30秒
間導入する。このときのサセプタ12の最低温度は約390
℃である。なお, 上記における反応管１内におけるDEGe
の分圧が１×10-4気圧(7.6×10-2Torr) になるように,
DEGeの流量およびロータリポンプ９による排気速度を調
節する。これにより, 30秒間で約５ÅのGe層がシリコン
基板14上に成長する。
【００１８】サセプタ12をオイル冷却装置15上から移
動するとともに, 高周波誘導コイル13への入力電力を増
大する。DEGeの導入を停止し, 水素ガスを約３秒間導入
する。これにより, 反応管１内部のDEGeが排出されたの
ち, アルシン(AsH3)を15秒間導入する。この間における
サセプタ12の温度は約450 ℃である。なお, 上記におけ
る反応管１内におけるAsH3の分圧が２×10-6気圧(1.5×
10-3Torr) になるように, DEGeの流量およびロータリポ
ンプ９による排気速度を調節する。
動するとともに, 高周波誘導コイル13への入力電力を増
大する。DEGeの導入を停止し, 水素ガスを約３秒間導入
する。これにより, 反応管１内部のDEGeが排出されたの
ち, アルシン(AsH3)を15秒間導入する。この間における
サセプタ12の温度は約450 ℃である。なお, 上記におけ
る反応管１内におけるAsH3の分圧が２×10-6気圧(1.5×
10-3Torr) になるように, DEGeの流量およびロータリポ
ンプ９による排気速度を調節する。
【００１９】上記AsH3の導入を停止し, 水素ガスを約
３秒間導入して反応管１内のAsH3を排出する。高周波誘
導誘導コイル13に対する入力電力を上記のままに保って
おき, サセプタ12の温度がさらに上昇して530 ℃に達し
たとき, ジシラン(Si2H6) を40秒間導入する。この間
に, サセプタ12の温度が560 ℃に達したとき, 高周波誘
導誘導コイル13に対する電力を下げる。Si2H6 の導入停
止時におけるサセプタ12の温度は 500℃である。なお,
上記における反応管１内におけるSi2H6 の分圧が２×10
-5気圧(1.5×10-2Torr) になるように, Si2H6 の流量お
よびロータリポンプ９による排気速度を調節する。これ
により, 40秒間で約７ÅのSi層がシリコン基板14上に成
長する。
３秒間導入して反応管１内のAsH3を排出する。高周波誘
導誘導コイル13に対する入力電力を上記のままに保って
おき, サセプタ12の温度がさらに上昇して530 ℃に達し
たとき, ジシラン(Si2H6) を40秒間導入する。この間
に, サセプタ12の温度が560 ℃に達したとき, 高周波誘
導誘導コイル13に対する電力を下げる。Si2H6 の導入停
止時におけるサセプタ12の温度は 500℃である。なお,
上記における反応管１内におけるSi2H6 の分圧が２×10
-5気圧(1.5×10-2Torr) になるように, Si2H6 の流量お
よびロータリポンプ９による排気速度を調節する。これ
により, 40秒間で約７ÅのSi層がシリコン基板14上に成
長する。
【００２０】上記Si2H6 の導入を停止したのち, 約３
秒間水素ガスを導入して反応管１内のSi2H6 が排出され
てから, サセプタ12を再びオイル冷却装置15上に移動す
る。サセプタ12の温度が430 ℃に達したとき, 再び反応
管１内にDEGeを30秒間導入する。
秒間水素ガスを導入して反応管１内のSi2H6 が排出され
てから, サセプタ12を再びオイル冷却装置15上に移動す
る。サセプタ12の温度が430 ℃に達したとき, 再び反応
管１内にDEGeを30秒間導入する。
【００２１】以後, 上記〜を所定回数繰り返す。
上記の工程において, AsH3の代わりに, PH3, B2H4ま
たはGeH4を導入してもよい。 上記の工程を３時間継続することにより, 全層厚が約19
00ÅのSi-Ge 結晶層が成長した。Ｘ線回折測定によれ
ば，このSi-Ge 結晶層の構造は，周期構造が小さい超格
子ではなく，むしろ，Si-Ge 混晶に近く，その原子組成
はGeが約40％であることが示された。一般に, Ge層は厚
くなると三次元成長をするために, 表面に凹凸が見られ
るようになる。しかし, 上記Si-Ge 結晶層では, 微分干
渉顕微鏡による観察によれば, 結晶表面は鏡面であっ
た。これは, 個々のGe層は厚さが数Å程度と極めて薄い
ために, 三次元成長が進まなかったためと考えられる。
上記の工程において, AsH3の代わりに, PH3, B2H4ま
たはGeH4を導入してもよい。 上記の工程を３時間継続することにより, 全層厚が約19
00ÅのSi-Ge 結晶層が成長した。Ｘ線回折測定によれ
ば，このSi-Ge 結晶層の構造は，周期構造が小さい超格
子ではなく，むしろ，Si-Ge 混晶に近く，その原子組成
はGeが約40％であることが示された。一般に, Ge層は厚
くなると三次元成長をするために, 表面に凹凸が見られ
るようになる。しかし, 上記Si-Ge 結晶層では, 微分干
渉顕微鏡による観察によれば, 結晶表面は鏡面であっ
た。これは, 個々のGe層は厚さが数Å程度と極めて薄い
ために, 三次元成長が進まなかったためと考えられる。
【００２２】ホール係数の測定結果によれば, 上記Si-G
e 結晶層はｎ型で, その電子濃度は約1019cm-3であっ
た。SIMS分析によるGeの原子濃度は38％であり，また,
炭素原子濃度は約1019cm-3であった。この値は，従来の
気相成長法によるSi-Ge 混晶層における炭素濃度の10分
の１程度と著しく低く，本発明のSi-Ge 結晶層は，実用
性のある結晶品質を有している。
e 結晶層はｎ型で, その電子濃度は約1019cm-3であっ
た。SIMS分析によるGeの原子濃度は38％であり，また,
炭素原子濃度は約1019cm-3であった。この値は，従来の
気相成長法によるSi-Ge 混晶層における炭素濃度の10分
の１程度と著しく低く，本発明のSi-Ge 結晶層は，実用
性のある結晶品質を有している。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば，有機金属原料ガスを用
いた場合の炭素汚染を低減できるために, ALE 法を用い
てSi-Ge 結晶をエピタキシャル成長させることが可能と
なる。その結果, 高精度かつ平滑な表面を有するSi-Ge
多層構造を形成することができ, シリコン基板を用いた
HBT あるいはシリコンとゲルマニウムを積層した受光素
子やHEMT等の実用化を促進する効果がある。また, Si-G
e の超格子を利用した新しい半導体素子の開発にも寄与
するところが大きい。
いた場合の炭素汚染を低減できるために, ALE 法を用い
てSi-Ge 結晶をエピタキシャル成長させることが可能と
なる。その結果, 高精度かつ平滑な表面を有するSi-Ge
多層構造を形成することができ, シリコン基板を用いた
HBT あるいはシリコンとゲルマニウムを積層した受光素
子やHEMT等の実用化を促進する効果がある。また, Si-G
e の超格子を利用した新しい半導体素子の開発にも寄与
するところが大きい。
【図１】 本発明の実施に用いた気相成長装置の概要構
成図
成図
【図２】 本発明によるSi-Ge 結晶層の成長方法の実施
例説明図
例説明図
１ 反応管 ２, ３，４，５ 原料ガス供給源 ６ ゲートバルブ ７ ロードロック ８ ターボポンプ ９, 10 ロータリポンプ 12 サセプタ 13 高周波誘導コイル 14 基板 15 オイル冷却装置
Claims (2)
- 【請求項１】 所定温度に加熱された基板が設置された
反応管の内部に有機ゲルマニウムから成る第１のガスを
導入して該基板と接触させて熱分解させることにより該
基板上にゲルマニウム層を形成する工程と，該第１の原
料ガスを排出したのち水素化物から成る第２のガスを該
反応管の内部に導入して少なくとも該基板の表面に残留
する該第１のガスまたは該第１のガスが該基板表面にお
いて熱分解して生成した炭素もしくは炭化水素化合物を
除去する工程と，該第２のガスを排出したのち該反応管
の内部にシリコンの水素化物またはハロゲン化物から成
る第３のガスを導入して該基板と接触させて熱分解させ
ることにより該基板上にシリコン層またはシリコンとゲ
ルマニウムの混晶層を形成する工程とを含むことを特徴
とする気相成長方法。 - 【請求項２】 前記第２のガスを構成する水素化物はゲ
ルマニウム，砒素，燐または硼素の水素化物であること
を特徴とする請求項１記載の気相成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20102791A JPH0547665A (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 気相成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20102791A JPH0547665A (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 気相成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0547665A true JPH0547665A (ja) | 1993-02-26 |
Family
ID=16434236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20102791A Withdrawn JPH0547665A (ja) | 1991-08-12 | 1991-08-12 | 気相成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0547665A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
-
1991
- 1991-08-12 JP JP20102791A patent/JPH0547665A/ja not_active Withdrawn
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