JPH0689861A - 半導体エピタキシャル基板およびその形成方法 - Google Patents
半導体エピタキシャル基板およびその形成方法Info
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- JPH0689861A JPH0689861A JP4266686A JP26668692A JPH0689861A JP H0689861 A JPH0689861 A JP H0689861A JP 4266686 A JP4266686 A JP 4266686A JP 26668692 A JP26668692 A JP 26668692A JP H0689861 A JPH0689861 A JP H0689861A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体エピタキシャル基板に関し、表面が平
滑で鏡面となるような半導体エピタキシャル基板を得る
ことを目的とする。 【構成】 半導体基板４の構成原子に６族原子、または
６族分子を結合させ、該６族原子３、または６族分子を
結合させた半導体基板４上に２−６族の化合物半導体結
晶をエピタキシャル成長して形成して構成する。
滑で鏡面となるような半導体エピタキシャル基板を得る
ことを目的とする。 【構成】 半導体基板４の構成原子に６族原子、または
６族分子を結合させ、該６族原子３、または６族分子を
結合させた半導体基板４上に２−６族の化合物半導体結
晶をエピタキシャル成長して形成して構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体エピタキシャル基
板、特にシリコン基板上に２−６族化合物半導体結晶を
エピタキシャル成長した半導体エピタキシャル基板、お
よび該半導体エピタキシャル基板の形成方法に関する。
板、特にシリコン基板上に２−６族化合物半導体結晶を
エピタキシャル成長した半導体エピタキシャル基板、お
よび該半導体エピタキシャル基板の形成方法に関する。
【０００２】２−６族化合物半導体結晶は、赤外線光電
変換素子や、可視光発光素子の半導体素子形成材料とし
て、幅広い応用が期待されている。例えば、信号処理素
子を設けたシリコン（Si）基板上に、水銀・カドミウム
・テルル（Hg1-x Cdx Te）のような２−６族化合物半導
体結晶をヘテロエピタキシャル成長し、この２−６族化
合物半導体結晶に赤外線光電変換素子を集積化して形成
したモノリシック型の半導体光検知装置を形成すること
が要望されている。
変換素子や、可視光発光素子の半導体素子形成材料とし
て、幅広い応用が期待されている。例えば、信号処理素
子を設けたシリコン（Si）基板上に、水銀・カドミウム
・テルル（Hg1-x Cdx Te）のような２−６族化合物半導
体結晶をヘテロエピタキシャル成長し、この２−６族化
合物半導体結晶に赤外線光電変換素子を集積化して形成
したモノリシック型の半導体光検知装置を形成すること
が要望されている。
【０００３】このようなモノリシック型の半導体装置に
於いて、集積度および信頼性の高い半導体装置を得るに
は、Si基板上に上記２−６族半導体結晶の薄膜を転写や
接着等の手法でなく、気相成長法等を用いて一体型に形
成した半導体エピタキシャル基板、およびその形成方法
の技術が要望されている。
於いて、集積度および信頼性の高い半導体装置を得るに
は、Si基板上に上記２−６族半導体結晶の薄膜を転写や
接着等の手法でなく、気相成長法等を用いて一体型に形
成した半導体エピタキシャル基板、およびその形成方法
の技術が要望されている。
【０００４】
【従来の技術】従来よりサファイア基板や、Si基板上に
Hg1-x Cdx Te結晶を気相成長法でエピタキシャル成長す
る場合、２−６族半導体結晶のカドミウムテルル（CdT
e）結晶をバッファ層として形成している。
Hg1-x Cdx Te結晶を気相成長法でエピタキシャル成長す
る場合、２−６族半導体結晶のカドミウムテルル（CdT
e）結晶をバッファ層として形成している。
【０００５】このようなCdTe結晶をSi基板上に、例えば
分子線エピタキシャル成長方法で成長した半導体エピタ
キシャル基板を形成する場合、Si基板を設置した真空容
器を10-10torr 程度の超高真空に排気する。次いで、こ
の超高真空内でSi基板を850℃の温度に加熱し、該Si基
板表面に付着しているSiの酸化物等を蒸発させて除去す
る熱クリーニング処理を行う。
分子線エピタキシャル成長方法で成長した半導体エピタ
キシャル基板を形成する場合、Si基板を設置した真空容
器を10-10torr 程度の超高真空に排気する。次いで、こ
の超高真空内でSi基板を850℃の温度に加熱し、該Si基
板表面に付着しているSiの酸化物等を蒸発させて除去す
る熱クリーニング処理を行う。
【０００６】次いで直ちに該Si基板の温度を260 〜340
℃の温度に降下させ、次いでカドミウムテルル( CdTe)
多結晶からの分子線をSi基板に同時に照射してCdTe結晶
をSi基板上に気相成長して半導体エピタキシャル基板を
形成している。
℃の温度に降下させ、次いでカドミウムテルル( CdTe)
多結晶からの分子線をSi基板に同時に照射してCdTe結晶
をSi基板上に気相成長して半導体エピタキシャル基板を
形成している。
【０００７】また文献"Molecular beam epitaxial grow
th of CdTe on 5-in.-diam Si(100)、Appl.phys.Lett.5
7(14),1 October 1990、by R.Sporken等" や、文献"Mol
ecular beam epitaxial growth of CdTe and HgCdTe on
Si(100)、Appl.phys.Lett.55(18),30 October 1989 、
by R.Sporken等" により(100) のSi基板上にCdTe、或い
はHgCdTeのエピタキシャル結晶を分子線エピタキシャル
成長法で形成したことが記載されている。
th of CdTe on 5-in.-diam Si(100)、Appl.phys.Lett.5
7(14),1 October 1990、by R.Sporken等" や、文献"Mol
ecular beam epitaxial growth of CdTe and HgCdTe on
Si(100)、Appl.phys.Lett.55(18),30 October 1989 、
by R.Sporken等" により(100) のSi基板上にCdTe、或い
はHgCdTeのエピタキシャル結晶を分子線エピタキシャル
成長法で形成したことが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等は上記文献
に記載した方法に基づき、基板上にCdTe結晶を気相エピ
タキシャル成長したところ、CdTe結晶表面が凹凸状を呈
し、期待した鏡面状の結晶表面が得られない問題が生じ
た。そこで種々実験を繰り返し、検討した結果、以下の
ことが判明した。
に記載した方法に基づき、基板上にCdTe結晶を気相エピ
タキシャル成長したところ、CdTe結晶表面が凹凸状を呈
し、期待した鏡面状の結晶表面が得られない問題が生じ
た。そこで種々実験を繰り返し、検討した結果、以下の
ことが判明した。
【０００９】Si基板上にCdTe結晶を形成すると、両者の
結晶間の格子不整合は20％有り、(100) 面のSi基板上に
は(111) 面のCdTe結晶のエピタキシャル層が成長する。
然し、上記したSi基板は図2(c)に示すようにSi原子１の
みの単体元素の半導体結晶で形成されているのに対し
て、CdTe結晶は図2(a)、図2(b)のようにCd原子２とTe原
子３の化合物半導体結晶である。
結晶間の格子不整合は20％有り、(100) 面のSi基板上に
は(111) 面のCdTe結晶のエピタキシャル層が成長する。
然し、上記したSi基板は図2(c)に示すようにSi原子１の
みの単体元素の半導体結晶で形成されているのに対し
て、CdTe結晶は図2(a)、図2(b)のようにCd原子２とTe原
子３の化合物半導体結晶である。
【００１０】そして図2(a)に示すように、Si基板上に成
長したCdTe結晶の最上層の表面層はCd原子２で終端して
いるか、或いは図2(b)に示すようにTe原３で終端してい
るかの何れかの結晶面を有する。
長したCdTe結晶の最上層の表面層はCd原子２で終端して
いるか、或いは図2(b)に示すようにTe原３で終端してい
るかの何れかの結晶面を有する。
【００１１】そしてこのような終端する原子が異なる結
晶面を有する半導体結晶を、結晶学的極性を有する結晶
と称しており、図2(a)に示すCd原子２で終端する結晶面
を(111)A面と称し、図2(b)に示すTe原子３で終端する結
晶面を(111)B面と称している。
晶面を有する半導体結晶を、結晶学的極性を有する結晶
と称しており、図2(a)に示すCd原子２で終端する結晶面
を(111)A面と称し、図2(b)に示すTe原子３で終端する結
晶面を(111)B面と称している。
【００１２】そして上記した(111)A面のCdTeエピタキシ
ャル結晶表面は凹凸状を呈し、 (111)B 面のCdTeエピタ
キシャル結晶表面は鏡面を呈して平滑な結晶面となる事
が判明した。従って、この(111)B面のCdTeエピタキシャ
ル結晶面上にHg1-x Cdx Te結晶を成長すると、表面が平
滑な鏡面状のHg1-x Cdx Te結晶が得られることになる。
ャル結晶表面は凹凸状を呈し、 (111)B 面のCdTeエピタ
キシャル結晶表面は鏡面を呈して平滑な結晶面となる事
が判明した。従って、この(111)B面のCdTeエピタキシャ
ル結晶面上にHg1-x Cdx Te結晶を成長すると、表面が平
滑な鏡面状のHg1-x Cdx Te結晶が得られることになる。
【００１３】本発明は上記した事項に鑑みて成されたも
ので、Si基板のような半導体基板上にCdTe結晶のような
化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長する場合、
気相成長法で得られたCdTe結晶のエピタキシャル表面の
極性を制御する方法、およびその方法で形成した(111)B
面となるような半導体エピタキシャル基板の提供を目的
とする。
ので、Si基板のような半導体基板上にCdTe結晶のような
化合物半導体結晶を気相エピタキシャル成長する場合、
気相成長法で得られたCdTe結晶のエピタキシャル表面の
極性を制御する方法、およびその方法で形成した(111)B
面となるような半導体エピタキシャル基板の提供を目的
とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体エピタキ
シャル基板は請求項１に示すように、半導体基板の構成
原子に６族原子、または６族分子を２対、または３対の
結合手で結合させて成り、該６族原子、または６族分子
を結合させた半導体基板上に２−６族の化合物半導体結
晶をエピタキシャル成長して構成したことを特徴とす
る。
シャル基板は請求項１に示すように、半導体基板の構成
原子に６族原子、または６族分子を２対、または３対の
結合手で結合させて成り、該６族原子、または６族分子
を結合させた半導体基板上に２−６族の化合物半導体結
晶をエピタキシャル成長して構成したことを特徴とす
る。
【００１５】本発明の半導体エピタキシャル基板の形成
方法は、請求項２に示すように、半導体基板を450 〜72
0 ℃の温度に加熱して６族原子、または６族分子を前記
半導体基板の構成原子に結合させた後、前記半導体基板
上に２−６族の化合物半導体結晶をエピタキシャル成長
することを特徴とする。
方法は、請求項２に示すように、半導体基板を450 〜72
0 ℃の温度に加熱して６族原子、または６族分子を前記
半導体基板の構成原子に結合させた後、前記半導体基板
上に２−６族の化合物半導体結晶をエピタキシャル成長
することを特徴とする。
【００１６】また請求項３に示すように、半導体基板を
450 ℃以下の温度に保って６族原子、または６族分子を
前記半導体基板の構成原子に結合させ、次いで該基板を
450〜720 ℃の温度で加熱処理した後、前記半導体基板
上に２−６族の化合物半導体結晶をエピタキシャル成長
することを特徴とする。
450 ℃以下の温度に保って６族原子、または６族分子を
前記半導体基板の構成原子に結合させ、次いで該基板を
450〜720 ℃の温度で加熱処理した後、前記半導体基板
上に２−６族の化合物半導体結晶をエピタキシャル成長
することを特徴とする。
【００１７】また請求項４に示すように、半導体基板に
可視光、或いは紫外光を照射しながら６族原子、または
分子を前記半導体基板を構成する原子に結合させ、或い
は半導体基板を加熱して６族原子、または分子を前記半
導体基板を構成する原子に結合させた後、可視光、或い
は紫外光を該基板に照射し、次いで前記半導体基板に２
−６族の化合物半導体結晶をエピタキシャル成長するこ
とを特徴とする。
可視光、或いは紫外光を照射しながら６族原子、または
分子を前記半導体基板を構成する原子に結合させ、或い
は半導体基板を加熱して６族原子、または分子を前記半
導体基板を構成する原子に結合させた後、可視光、或い
は紫外光を該基板に照射し、次いで前記半導体基板に２
−６族の化合物半導体結晶をエピタキシャル成長するこ
とを特徴とする。
【００１８】また請求項５に示すように、半導体基板を
設置した真空容器、真空容器の内壁、或いは真空容器内
の部品に６族原子、或いは６族原子を含む化合物を充
填、或いは付着させ、前記充填、或いは付着した６族原
子、或いは６族原子を含む化合物を、加熱した前記半導
体基板、或いは半導体基板の加熱ヒータ、若しくは真空
容器内の加熱ヒータからの輻射熱によって蒸発させ、２
−６族化合物半導体結晶のエピタキシャル成長以前の半
導体基板の基板構成原子に６族原子が到達して結合する
ようにしたことを特徴とする。
設置した真空容器、真空容器の内壁、或いは真空容器内
の部品に６族原子、或いは６族原子を含む化合物を充
填、或いは付着させ、前記充填、或いは付着した６族原
子、或いは６族原子を含む化合物を、加熱した前記半導
体基板、或いは半導体基板の加熱ヒータ、若しくは真空
容器内の加熱ヒータからの輻射熱によって蒸発させ、２
−６族化合物半導体結晶のエピタキシャル成長以前の半
導体基板の基板構成原子に６族原子が到達して結合する
ようにしたことを特徴とする。
【００１９】また請求項６に示すように、６族元素の分
子、或いは原子の雰囲気の真空容器内で半導体基板を45
0 ℃以上の温度で加熱処理した後、前記半導体基板上に
２−６族化合物半導体結晶をエピタキシャル成長するこ
とを特徴とする。
子、或いは原子の雰囲気の真空容器内で半導体基板を45
0 ℃以上の温度で加熱処理した後、前記半導体基板上に
２−６族化合物半導体結晶をエピタキシャル成長するこ
とを特徴とする。
【００２０】また請求項７に示すように、２−６族化合
物半導体結晶のエピタキシャル成長以前に、該化合物半
導体結晶を成長する半導体基板の基板温度を450 ℃以上
の温度に保ち、６族元素を含む有機金属化合物をエピタ
キシャル成長用の反応管内に導入し、前記半導体基板の
構成原子に６族元素の分子、或いは原子を結合するよう
にしたことを特徴とする。
物半導体結晶のエピタキシャル成長以前に、該化合物半
導体結晶を成長する半導体基板の基板温度を450 ℃以上
の温度に保ち、６族元素を含む有機金属化合物をエピタ
キシャル成長用の反応管内に導入し、前記半導体基板の
構成原子に６族元素の分子、或いは原子を結合するよう
にしたことを特徴とする。
【００２１】また請求項８に示すように、前記半導体基
板がシリコン基板であり、６族元素がテルル原子であ
り、２族元素がカドミウム、水銀、亜鉛原子のうちの何
れかの原子を一種以上含むことを特徴とする。
板がシリコン基板であり、６族元素がテルル原子であ
り、２族元素がカドミウム、水銀、亜鉛原子のうちの何
れかの原子を一種以上含むことを特徴とする。
【００２２】また請求項９に示すように、前記化合物半
導体結晶のエピタキシャル成長方法が分子線エピタキシ
ャル成長方法、或いは有機金属気相成長方法であること
を特徴とする。
導体結晶のエピタキシャル成長方法が分子線エピタキシ
ャル成長方法、或いは有機金属気相成長方法であること
を特徴とする。
【００２３】
【作用】本発明の構成によれば、酸化物等の不純物が表
面に付着していない清浄な(100) 面のSi基板上には、Te
のような６族元素が、Cdのような２族元素に比較して優
先的に結合する。この時、６族元素のTeのSiとの結合状
態は、結合する際のSi基板の温度に依って異なる。
面に付着していない清浄な(100) 面のSi基板上には、Te
のような６族元素が、Cdのような２族元素に比較して優
先的に結合する。この時、６族元素のTeのSiとの結合状
態は、結合する際のSi基板の温度に依って異なる。
【００２４】Si基板の温度が比較的低い、450 ℃以下の
温度であると、図3(a)に示すようにSi基板４内のSi原子
１とTe原子３は互いに一対の結合手５により結合する。
またこれに対して結合時のSi基板４の温度が高い、450
℃以上の温度の場合は図３に示すように、三対、または
二対の結合手５で結合する。
温度であると、図3(a)に示すようにSi基板４内のSi原子
１とTe原子３は互いに一対の結合手５により結合する。
またこれに対して結合時のSi基板４の温度が高い、450
℃以上の温度の場合は図３に示すように、三対、または
二対の結合手５で結合する。
【００２５】そして基板温度が450 ℃以上となると、容
易に図3(a)より図3(b)に示す結合状態に移行するが、図
3(b)の結合状態に一旦移行すると図3(a)に示す結合状態
には戻らず、両者の結合状態は不可逆反応を呈すること
になる。
易に図3(a)より図3(b)に示す結合状態に移行するが、図
3(b)の結合状態に一旦移行すると図3(a)に示す結合状態
には戻らず、両者の結合状態は不可逆反応を呈すること
になる。
【００２６】本発明では、この結合の相違を利用して形
成されるCdTe結晶のエピタキシャル層の極性を制御す
る。即ち、熱クリーニング、或いはその他の表面クリー
ニング法で酸化物等の被着物を除去して清浄化したSi基
板を、CdTe結晶の気相成長する以前に450 ℃〜800℃の
温度範囲で保持し、10-6torr程度の分子線強度のTe分子
線を3 分間照射する。
成されるCdTe結晶のエピタキシャル層の極性を制御す
る。即ち、熱クリーニング、或いはその他の表面クリー
ニング法で酸化物等の被着物を除去して清浄化したSi基
板を、CdTe結晶の気相成長する以前に450 ℃〜800℃の
温度範囲で保持し、10-6torr程度の分子線強度のTe分子
線を3 分間照射する。
【００２７】その後、分子線の照射を一時中断し、基板
をCdTe結晶の気相成長温度の260 〜340 ℃の温度に降下
し、CdとTeの分子線を同時に照射して分子線エピタキシ
ャル成長を行う。このような方法を実施すると、Si基板
とCdTe結晶のエピタキシャル層との間の境界面での結合
状態は総て図3(b)のようになり、Si基板の全面の範囲で
結晶学的極性の揃った図3(b)に示す（111)B 面のCdTe結
晶のエピタキシャル層が得られる。
をCdTe結晶の気相成長温度の260 〜340 ℃の温度に降下
し、CdとTeの分子線を同時に照射して分子線エピタキシ
ャル成長を行う。このような方法を実施すると、Si基板
とCdTe結晶のエピタキシャル層との間の境界面での結合
状態は総て図3(b)のようになり、Si基板の全面の範囲で
結晶学的極性の揃った図3(b)に示す（111)B 面のCdTe結
晶のエピタキシャル層が得られる。
【００２８】また図3(a)の状態より図3(b)の状態への変
化は、光、或いは熱エネルギーの付与によって図3(a)の
結合手５が切れて、より安定な図3(b)の状態に遷移する
と考えられ、基板温度を昇温して熱エネルギーを付与す
る代わりに波長の短い高エネルギーの紫外線等を照射し
てエネルギーを供給するようにしても良い。
化は、光、或いは熱エネルギーの付与によって図3(a)の
結合手５が切れて、より安定な図3(b)の状態に遷移する
と考えられ、基板温度を昇温して熱エネルギーを付与す
る代わりに波長の短い高エネルギーの紫外線等を照射し
てエネルギーを供給するようにしても良い。
【００２９】このように本発明ではCdTe結晶の成長前の
クリーニング処理したSi基板を、450 ℃〜800 ℃の温度
に保持し、６族のTe原子でSi基板の表面を覆うようにし
ているので、Si基板上には(111)B面のCdTe結晶が成長す
ることになり、表面が平滑なCdTeのエピタキシャル結晶
が得られる。
クリーニング処理したSi基板を、450 ℃〜800 ℃の温度
に保持し、６族のTe原子でSi基板の表面を覆うようにし
ているので、Si基板上には(111)B面のCdTe結晶が成長す
ることになり、表面が平滑なCdTeのエピタキシャル結晶
が得られる。
【００３０】またこの他にCdTe結晶の成長前のクリーニ
ング処理したSi基板を、450 ℃以下の温度で付着させた
後、更に該基板を450 ℃〜800 ℃の温度で熱処理しても
同様な結果が得られる。
ング処理したSi基板を、450 ℃以下の温度で付着させた
後、更に該基板を450 ℃〜800 ℃の温度で熱処理しても
同様な結果が得られる。
【００３１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例に付き詳
細に説明する。図１は本発明の半導体エピタキシャル基
板の説明図である。図示するようにSi基板４の構成原子
のSi原子１は該基板４をクリーニング後、450 ℃以上の
温度で加熱してTeガスの雰囲気に曝すことでTe原子３、
或いはTe分子と結合する。
細に説明する。図１は本発明の半導体エピタキシャル基
板の説明図である。図示するようにSi基板４の構成原子
のSi原子１は該基板４をクリーニング後、450 ℃以上の
温度で加熱してTeガスの雰囲気に曝すことでTe原子３、
或いはTe分子と結合する。
【００３２】次いでこのTe原子３、或いはTe分子と結合
したCdTe結晶６を、分子線エピタキシャル成長等を用い
て形成すると、Te原子３が最上層の表面層に終端された
(111)B面のCdTe結晶が得られる。この(111)B面のCdTe結
晶表面は鏡面状態であるので、この上にHg1-x Cdx Te結
晶を気相、或いは液相エピタキシャル成長すると、表面
が平坦な鏡面状のHg1-x Cdx Teのエピタキシャル結晶が
得られる。
したCdTe結晶６を、分子線エピタキシャル成長等を用い
て形成すると、Te原子３が最上層の表面層に終端された
(111)B面のCdTe結晶が得られる。この(111)B面のCdTe結
晶表面は鏡面状態であるので、この上にHg1-x Cdx Te結
晶を気相、或いは液相エピタキシャル成長すると、表面
が平坦な鏡面状のHg1-x Cdx Teのエピタキシャル結晶が
得られる。
【００３３】このような半導体エピタキシャル基板の製
造方法について述べる。分子線エピタキシャル成長装置
を用い、Siの(100) 面の基板上にCdTe結晶を気相成長す
る場合について述べる。
造方法について述べる。分子線エピタキシャル成長装置
を用い、Siの(100) 面の基板上にCdTe結晶を気相成長す
る場合について述べる。
【００３４】図4(a)に示すように、分子線エピタキシャ
ル成長装置の真空容器11内に(100)面のSi基板４を基板
加熱台12上に設置し、該真空容器11内を10-10 〜10-8to
rrの超高真空に排気し、該Si基板４を850 ℃の温度に加
熱し、該基板４の表面に付着しているSiの酸化物等を除
去する熱クリーニング処理を実施する。
ル成長装置の真空容器11内に(100)面のSi基板４を基板
加熱台12上に設置し、該真空容器11内を10-10 〜10-8to
rrの超高真空に排気し、該Si基板４を850 ℃の温度に加
熱し、該基板４の表面に付着しているSiの酸化物等を除
去する熱クリーニング処理を実施する。
【００３５】次いでSi基板４の温度を600 ℃の温度に降
下し、Te坩堝13内に収容されたTeを加熱して10-6torrの
ビーム強度のTeの分子線を3 分間照射し、次いで図示し
ないがシャッタ等を用いてSi基板４、或いはTe坩堝13の
上部の開口部を遮閉してTeの照射を一度中断する。
下し、Te坩堝13内に収容されたTeを加熱して10-6torrの
ビーム強度のTeの分子線を3 分間照射し、次いで図示し
ないがシャッタ等を用いてSi基板４、或いはTe坩堝13の
上部の開口部を遮閉してTeの照射を一度中断する。
【００３６】そして、該基板４の温度を320 ℃の温度に
降下した後、CdTeソースを収容したCdTe坩堝14からのCd
Teの分子線を照射して、該基板上に2 〜5 μm のCdTe層
のエピタキシャル層を成長する。このようにして形成し
たCdTeのエピタキシャル層の極性は、直径50mmの円形の
Si基板４の全領域の範囲で、(111)B面と成った。
降下した後、CdTeソースを収容したCdTe坩堝14からのCd
Teの分子線を照射して、該基板上に2 〜5 μm のCdTe層
のエピタキシャル層を成長する。このようにして形成し
たCdTeのエピタキシャル層の極性は、直径50mmの円形の
Si基板４の全領域の範囲で、(111)B面と成った。
【００３７】このような結果を図５に示す。図5(a)は(1
00) 面のSi基板に直接CdTe結晶を成長した場合の反射高
速電子線回折(RHEED;Reflected High-Energy Electron
Difraction) を示す図で、図5(b)は(100) 面のSi基板に
600 ℃の温度でTe分子線を照射した後、該基板の温度を
320 ℃に保ってCdTe結晶を成長する本発明の方法によっ
て成長した場合の反射高速電子線回折写真である。
00) 面のSi基板に直接CdTe結晶を成長した場合の反射高
速電子線回折(RHEED;Reflected High-Energy Electron
Difraction) を示す図で、図5(b)は(100) 面のSi基板に
600 ℃の温度でTe分子線を照射した後、該基板の温度を
320 ℃に保ってCdTe結晶を成長する本発明の方法によっ
て成長した場合の反射高速電子線回折写真である。
【００３８】図5(a)のRHEED パターンは、1/2 オーダの
ストリークが観察され、２×2 構造を示しており、この
場合は明らかに(111)A面のCdTe結晶が成長したことを示
しており、図5(b)のRHEED パターンは、1/2 オーダのス
トリークの他に1/6 オーダの弱いストリークが観察さ
れ、2 ×31/2×2 ×31/2R30 構造を呈しており(111)B面
のCdTe結晶が成長したことが確認できた。
ストリークが観察され、２×2 構造を示しており、この
場合は明らかに(111)A面のCdTe結晶が成長したことを示
しており、図5(b)のRHEED パターンは、1/2 オーダのス
トリークの他に1/6 オーダの弱いストリークが観察さ
れ、2 ×31/2×2 ×31/2R30 構造を呈しており(111)B面
のCdTe結晶が成長したことが確認できた。
【００３９】また(111)B面のCdTe結晶が形成されている
か否かを、エッチング液を用いて確認した結果を図６に
示す。(111)A面のCdTe結晶を、弗化水素酸と過酸化水素
と水の混合液よりなる弗化水素酸系エッチング液( 中川
エッチング液) でエッチングするとピットが発生する
が、(111)B面のCdTe結晶ではピットは現れず、表面が荒
れ、黒く変色する。
か否かを、エッチング液を用いて確認した結果を図６に
示す。(111)A面のCdTe結晶を、弗化水素酸と過酸化水素
と水の混合液よりなる弗化水素酸系エッチング液( 中川
エッチング液) でエッチングするとピットが発生する
が、(111)B面のCdTe結晶ではピットは現れず、表面が荒
れ、黒く変色する。
【００４０】また(111)A面のCdTe結晶を、乳酸と硝酸と
弗化水素酸の混合液の乳酸系エッチング液でエッチング
すると、殆ど変化は見られないが、(111)B面のCdTe結晶
を上記エッチング液でエッチングすると、ピットが発生
することが確認されている。
弗化水素酸の混合液の乳酸系エッチング液でエッチング
すると、殆ど変化は見られないが、(111)B面のCdTe結晶
を上記エッチング液でエッチングすると、ピットが発生
することが確認されている。
【００４１】図6(a)は、(100) Si基板上に直接CdTe結晶
を成長した試料を弗化水素酸系のエッチング液でエッチ
ングした場合で、黒色の部分がピットに該当し、(111)A
面の結晶が形成されたことが判る。
を成長した試料を弗化水素酸系のエッチング液でエッチ
ングした場合で、黒色の部分がピットに該当し、(111)A
面の結晶が形成されたことが判る。
【００４２】図6(b)は、(100) Si基板上に直接CdTe結晶
を成長した試料を乳酸系のエッチング液でエッチングし
た場合で、ピットは観察されず、単に表面が荒れている
のみで、(111)A面の結晶が形成されたことが判る。
を成長した試料を乳酸系のエッチング液でエッチングし
た場合で、ピットは観察されず、単に表面が荒れている
のみで、(111)A面の結晶が形成されたことが判る。
【００４３】図6(c)は、本発明の(100) のSi基板に600
℃の温度でTe分子線を照射した後、該基板の温度を320
℃に保ってCdTe結晶を成長した試料を弗化水素酸系のエ
ッチング液でエッチングした場合で、ピットは観察され
ず、(111)B面の結晶が成長したことが確認できる。
℃の温度でTe分子線を照射した後、該基板の温度を320
℃に保ってCdTe結晶を成長した試料を弗化水素酸系のエ
ッチング液でエッチングした場合で、ピットは観察され
ず、(111)B面の結晶が成長したことが確認できる。
【００４４】図6(d)は、本発明の(100) のSi基板に600
℃の温度でTe分子線を照射した後、該基板の温度を320
℃に保ってCdTe結晶を成長した試料を乳酸系のエッチン
グ液でエッチングした場合で、写真の中央に黒色の三角
状のピットが観察され、(111)B面の結晶が成長したこと
が確認できる。
℃の温度でTe分子線を照射した後、該基板の温度を320
℃に保ってCdTe結晶を成長した試料を乳酸系のエッチン
グ液でエッチングした場合で、写真の中央に黒色の三角
状のピットが観察され、(111)B面の結晶が成長したこと
が確認できる。
【００４５】このような結果より本発明者は、図７の矢
印Ｂに示すように、(100) のSi基板の温度を500 〜650
℃に保って、Te分子を照射した後、Si基板の温度を降下
してCdTe結晶を成長すると確実に表面に(111)B面のCdTe
結晶が得られることを確認した。
印Ｂに示すように、(100) のSi基板の温度を500 〜650
℃に保って、Te分子を照射した後、Si基板の温度を降下
してCdTe結晶を成長すると確実に表面に(111)B面のCdTe
結晶が得られることを確認した。
【００４６】また図７の矢印Ａに示すように、(100) の
Si基板の温度を450 〜720 ℃に保って、Te分子を照射し
た後、Si基板の温度を降下してCdTe結晶を成長した場合
に於いても、多少は表面処理等の条件により歩留りは低
下するが、(111)B面のCdTe結晶が得られることを確認し
た。
Si基板の温度を450 〜720 ℃に保って、Te分子を照射し
た後、Si基板の温度を降下してCdTe結晶を成長した場合
に於いても、多少は表面処理等の条件により歩留りは低
下するが、(111)B面のCdTe結晶が得られることを確認し
た。
【００４７】またこの(111)B面のCdTe結晶を有するSi基
板４上にHg1-x Cdx Te結晶を引続き分子線エピタキシャ
ル成長法、或いは他の液相成長で成長したところ、形成
されたHg1-x Cdx Te結晶は平滑な鏡面状態の表面が得ら
れた。
板４上にHg1-x Cdx Te結晶を引続き分子線エピタキシャ
ル成長法、或いは他の液相成長で成長したところ、形成
されたHg1-x Cdx Te結晶は平滑な鏡面状態の表面が得ら
れた。
【００４８】また他の実施例として表面を熱的にクリー
ニング処理したSi基板上に、出力が100 Ｗで波長が300n
m の紫外線を照射する水銀ランプを用いて該基板に光エ
ネギーを付与した状態で、Te坩堝13内に収容されたTeを
加熱して10-6torrのビーム強度のTeの分子線を照射した
後、前記したようにCdTeの分子線を照射して、(111)B面
のCdTe結晶を形成しても良い。
ニング処理したSi基板上に、出力が100 Ｗで波長が300n
m の紫外線を照射する水銀ランプを用いて該基板に光エ
ネギーを付与した状態で、Te坩堝13内に収容されたTeを
加熱して10-6torrのビーム強度のTeの分子線を照射した
後、前記したようにCdTeの分子線を照射して、(111)B面
のCdTe結晶を形成しても良い。
【００４９】また他の実施例として、Te分子線を故意に
Si基板４に照射する方法の代わりに、分子線エピタキシ
ャル成長装置の真空容器11の内壁や、該真空容器11内の
部品や基板加熱台12等にTe、或いはTeの化合物を蒸着等
の手法で付着させておき、基板４を加熱する加熱ヒータ
15からの輻射熱等で上記した真空容器11の内壁等に付着
しているTe等の付着物を蒸発させてクリーニング処理し
たSi基板４に飛来させるようにしても良い。
Si基板４に照射する方法の代わりに、分子線エピタキシ
ャル成長装置の真空容器11の内壁や、該真空容器11内の
部品や基板加熱台12等にTe、或いはTeの化合物を蒸着等
の手法で付着させておき、基板４を加熱する加熱ヒータ
15からの輻射熱等で上記した真空容器11の内壁等に付着
しているTe等の付着物を蒸発させてクリーニング処理し
たSi基板４に飛来させるようにしても良い。
【００５０】また他の実施例としてガス状のTe2 分子を
真空容器11内に充満させるようにして、該Te2 分子が充
満した真空容器11内にクリーング処理されたSi基板４を
450℃以上の温度に保って放置してSi基板にTe原子を結
合させた後、基板表面に(111)B面のCdTe結晶を成長して
も良い。
真空容器11内に充満させるようにして、該Te2 分子が充
満した真空容器11内にクリーング処理されたSi基板４を
450℃以上の温度に保って放置してSi基板にTe原子を結
合させた後、基板表面に(111)B面のCdTe結晶を成長して
も良い。
【００５１】また他の実施例として図4(b)に示すよう
に、分子線エピタキシャル成長装置に代えて、有機金属
気相成長装置を用い、クリーニング処理されたSi基板４
を加熱ヒータ15を用いて450 ℃以上の温度に保ち、ジエ
チルテルルや、ジメチルテルル等の６族元素を含む有機
化合物を反応管16内に流入し、その後、CdTe結晶をエピ
タキシャル成長しても良い。
に、分子線エピタキシャル成長装置に代えて、有機金属
気相成長装置を用い、クリーニング処理されたSi基板４
を加熱ヒータ15を用いて450 ℃以上の温度に保ち、ジエ
チルテルルや、ジメチルテルル等の６族元素を含む有機
化合物を反応管16内に流入し、その後、CdTe結晶をエピ
タキシャル成長しても良い。
【００５２】このように本発明ではCdTe結晶の成長前の
クリーニング処理したSi基板４を、450 ℃以上の温度に
保持し、６族のTe原子でSi基板の表面を覆うようにして
いるので、このようにしたSi基板上には(111)B面のCdTe
結晶が成長することになり、表面が平滑なCdTeのエピタ
キシャル結晶が得られる。
クリーニング処理したSi基板４を、450 ℃以上の温度に
保持し、６族のTe原子でSi基板の表面を覆うようにして
いるので、このようにしたSi基板上には(111)B面のCdTe
結晶が成長することになり、表面が平滑なCdTeのエピタ
キシャル結晶が得られる。
【００５３】またこの他の実施例としてCdTe結晶の成長
前のクリーニング処理したSi基板を、450 ℃以下の比較
的低温でTe原子の雰囲気、或いはTeの分子線を照射して
Si基板のSi原子とTe原子を図3(a)に示す結合状態と成る
ように一旦形成した後、更に該基板を450 ℃以上の温度
で熱処理して図3(b)に示す結合状態を形成して、更にCd
Te結晶をエピタキシャル成長しても良い。
前のクリーニング処理したSi基板を、450 ℃以下の比較
的低温でTe原子の雰囲気、或いはTeの分子線を照射して
Si基板のSi原子とTe原子を図3(a)に示す結合状態と成る
ように一旦形成した後、更に該基板を450 ℃以上の温度
で熱処理して図3(b)に示す結合状態を形成して、更にCd
Te結晶をエピタキシャル成長しても良い。
【００５４】このようにすると、基板の加熱温度が二段
階に加熱されるのでSi基板に熱歪みが入り難くなる効果
がある。なお、本実施例ではSi基板上にCdTe結晶を成長
する場合について述べたが、Si基板上に亜鉛テルル結
晶、水銀テルル結晶を形成する場合でも適用可能であ
る。
階に加熱されるのでSi基板に熱歪みが入り難くなる効果
がある。なお、本実施例ではSi基板上にCdTe結晶を成長
する場合について述べたが、Si基板上に亜鉛テルル結
晶、水銀テルル結晶を形成する場合でも適用可能であ
る。
【００５５】
【発明の効果】以上述べたように本発明の半導体エピタ
キシャル基板、およびその形成方法によると、Si基板の
全領域の範囲に極性の揃った(111)B面のCdTeのエピタキ
シャル結晶を安定して確実に形成することが可能とな
る。その結果、平滑性に富み表面が鏡面状態のCdTeのエ
ピタキシャル結晶が得られる効果がある。
キシャル基板、およびその形成方法によると、Si基板の
全領域の範囲に極性の揃った(111)B面のCdTeのエピタキ
シャル結晶を安定して確実に形成することが可能とな
る。その結果、平滑性に富み表面が鏡面状態のCdTeのエ
ピタキシャル結晶が得られる効果がある。
【００５６】またこのような方法を用いるとSi基板上に
鏡面状態のCdTe結晶が得られ、更にこのCdTe結晶上に鏡
面状態のHg1-x Cdx Te結晶が得られ、このHg1-x Cdx Te
結晶に光電変換素子を形成し、Si基板に光電変換素子の
信号処理素子を形成することで、モノリシック型の半導
体光検知装置が高品質に形成できる効果がある。
鏡面状態のCdTe結晶が得られ、更にこのCdTe結晶上に鏡
面状態のHg1-x Cdx Te結晶が得られ、このHg1-x Cdx Te
結晶に光電変換素子を形成し、Si基板に光電変換素子の
信号処理素子を形成することで、モノリシック型の半導
体光検知装置が高品質に形成できる効果がある。
【図１】 本発明の半導体エピタキシャル基板の模式的
説明図である。
説明図である。
【図２】 CdTe結晶とSi結晶の結晶面の模式的説明図で
ある。
ある。
【図３】 Si原子にTe原子を結合させた時の状態図であ
る。
る。
【図４】 本発明の半導体エピタキシャル基板の形成方
法の実施例の説明図である。
法の実施例の説明図である。
【図５】 本発明と従来の方法で形成したCdTe結晶の結
晶構造を示す電子回折写真である。
晶構造を示す電子回折写真である。
【図６】 本発明と従来の方法で形成したCdTe結晶の結
晶構造を示すエッチピットの顕微鏡写真である。
晶構造を示すエッチピットの顕微鏡写真である。
【図７】 本発明に於ける基板の加熱温度とCdTe結晶の
表面状態の関係図である。
表面状態の関係図である。
1 Si原子 2 Cd原子 3 Te原子 5 結合手 6 CdTe結晶 11 真空容器 12 基板加熱台 13 Te坩堝 14 CdTe坩堝 15 加熱ヒータ 16 反応管
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年４月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/205 21/36 9171−4Ｍ 31/0264
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体基板(4) の構成原子に６族原子
(3) 、または６族分子を２対、または３対の結合手で結
合させて成り、該６族原子(3) 、または６族分子を結合
させた半導体基板(4) 上に２−６族の化合物半導体結晶
をエピタキシャル成長して構成したことを特徴とする半
導体エピタキシャル基板。 - 【請求項２】 半導体基板(4) を450 〜720 ℃の温度に
加熱して６族原子(3) 、または６族分子を前記半導体基
板(4) の構成原子(1) に結合させた後、前記半導体基板
(4) 上に２−６族の化合物半導体結晶をエピタキシャル
成長することを特徴とする半導体エピタキシャル基板の
形成方法。 - 【請求項３】 半導体基板(4) を450 ℃以下の温度に保
って６族原子(3) 、または分子を前記半導体基板(4) の
構成原子に結合させ、次いで該基板(4) を450 〜720 ℃
の温度で加熱処理した後、前記半導体基板(4) 上に２−
６族の化合物半導体結晶をエピタキシャル成長すること
を特徴とする半導体エピタキシャル基板の形成方法。 - 【請求項４】 半導体基板(4) に可視光、或いは紫外光
を照射しながら６族原子(3) 、または分子を前記半導体
基板(4) を構成する原子(1) に結合させ、或いは半導体
基板(4) を加熱して６族原子(3) 、または分子を前記半
導体基板(4)を構成する原子に結合させた後、可視光、
或いは紫外光を該半導体基板(4) に照射し、次いで前記
半導体基板(4) に２−６族の化合物半導体結晶をエピタ
キシャル成長することを特徴とする半導体エピタキシャ
ル基板の形成方法。 - 【請求項５】 半導体基板(4) を設置した真空容器(1
1)、真空容器(11)の内壁、或いは真空容器(11)内の部品
に、６族原子、或いは６族原子を含む化合物を充填、或
いは付着させ、前記充填、或いは付着した６族原子、或
いは６族原子を含む化合物を、加熱した前記半導体基板
(4) 、或いは半導体基板の加熱ヒータ(15)、若しくは真
空容器(11)内の加熱ヒータからの輻射熱によって蒸発さ
せ、２−６族化合物半導体結晶のエピタキシャル成長以
前の半導体基板(4) の基板構成原子(1) に６族原子(3)
が到達して結合するようにしたことを特徴とする半導体
エピタキシャル基板の形成方法。 - 【請求項６】 ６族元素の分子、或いは原子の雰囲気の
真空容器(11)内で半導体基板(4) を450 ℃以上の温度で
加熱処理した後、前記半導体基板(4) 上に２−６族化合
物半導体結晶をエピタキシャル成長することを特徴とす
る半導体エピタキシャル基板の形成方法。 - 【請求項７】 ２−６族化合物半導体結晶のエピタキシ
ャル成長以前に、該化合物半導体結晶を成長する半導体
基板(4) の基板温度を450 ℃以上の温度に保ち、６族元
素を含む有機金属化合物をエピタキシャル成長用の反応
管(16)内に導入し、前記半導体基板(4) の構成原子に６
族元素の分子、或いは原子を結合するようにしたことを
特徴とする半導体エピタキシャル基板の形成方法。 - 【請求項８】 請求項１〜７記載の半導体基板(4) がシ
リコン基板であり、６族元素がテルル原子であり、２族
元素がカドミウム、水銀、亜鉛原子のうちの何れかの元
素を一種以上含むことを特徴とする半導体エピタキシャ
ル基板の形成方法。 - 【請求項９】 請求項２〜６記載の化合物半導体結晶の
エピタキシャル成長方法が分子線エピタキシャル成長方
法であり、請求項７記載のエピタキシャル成長方法が有
機金属気相成長方法であることを特徴とする半導体エピ
タキシャル基板の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4266686A JPH0689861A (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 半導体エピタキシャル基板およびその形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4266686A JPH0689861A (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 半導体エピタキシャル基板およびその形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0689861A true JPH0689861A (ja) | 1994-03-29 |
Family
ID=17434290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4266686A Pending JPH0689861A (ja) | 1992-09-08 | 1992-09-08 | 半導体エピタキシャル基板およびその形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0689861A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4905104A (en) * | 1986-07-22 | 1990-02-27 | Hitachi, Ltd. | Rotary head type digital signal recording and/or reproducing apparatus for recording and/or reproducing with a variable speed |
| JP2008072136A (ja) * | 2007-10-24 | 2008-03-27 | Nagoya Industrial Science Research Inst | 半導体放射線検出器の製造方法 |
-
1992
- 1992-09-08 JP JP4266686A patent/JPH0689861A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4905104A (en) * | 1986-07-22 | 1990-02-27 | Hitachi, Ltd. | Rotary head type digital signal recording and/or reproducing apparatus for recording and/or reproducing with a variable speed |
| JP2008072136A (ja) * | 2007-10-24 | 2008-03-27 | Nagoya Industrial Science Research Inst | 半導体放射線検出器の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001031 |