JPH0710671A - 化合物半導体薄膜の形成方法 - Google Patents
化合物半導体薄膜の形成方法Info
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- JPH0710671A JPH0710671A JP14780993A JP14780993A JPH0710671A JP H0710671 A JPH0710671 A JP H0710671A JP 14780993 A JP14780993 A JP 14780993A JP 14780993 A JP14780993 A JP 14780993A JP H0710671 A JPH0710671 A JP H0710671A
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- Japan
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- surface layer
- layer part
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 製造コストやスループットの改善を図り得る
新規な化合物半導体薄膜の形成方法を提供する。 【構成】 ＧａＰ基板２を封管１内に真空封入し、その
ＧａＰの固相と液相とが共存可能な温度Ｔで熱処理して
その表面部のみを融解させた後、固化させてＧａＰ基板
２上に薄膜をエピタキシャル成長させる。その際、温度
Ｔでの封管１内におけるＰの分圧をＧａＰ結晶における
Ｐの平衡解離圧よりも低くするか、表面部にＧａの薄膜
を予め形成しておく。また、封管１内にＩｎ単体３を封
入しておき、Ｉｎ1-XＧａXＰ混晶組成の薄膜を形成して
もよい。 【効果】 従来のエピタキシャル成長技術に較べて安価
且つ簡便に化合物半導体薄膜を形成することができる。
また、ウェハアニールとエピタキシャル成長とを一連の
工程として行なうことができるので、製造コストの低減
やスループットの向上も図れる。
新規な化合物半導体薄膜の形成方法を提供する。 【構成】 ＧａＰ基板２を封管１内に真空封入し、その
ＧａＰの固相と液相とが共存可能な温度Ｔで熱処理して
その表面部のみを融解させた後、固化させてＧａＰ基板
２上に薄膜をエピタキシャル成長させる。その際、温度
Ｔでの封管１内におけるＰの分圧をＧａＰ結晶における
Ｐの平衡解離圧よりも低くするか、表面部にＧａの薄膜
を予め形成しておく。また、封管１内にＩｎ単体３を封
入しておき、Ｉｎ1-XＧａXＰ混晶組成の薄膜を形成して
もよい。 【効果】 従来のエピタキシャル成長技術に較べて安価
且つ簡便に化合物半導体薄膜を形成することができる。
また、ウェハアニールとエピタキシャル成長とを一連の
工程として行なうことができるので、製造コストの低減
やスループットの向上も図れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体薄膜の形
成方法に関し、特に封管内において熱処理することによ
りその化合物半導体の表面部を融解及び再固化させてそ
の表面部に薄膜をエピタキシャル成長させる技術に関す
る。
成方法に関し、特に封管内において熱処理することによ
りその化合物半導体の表面部を融解及び再固化させてそ
の表面部に薄膜をエピタキシャル成長させる技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】超高速ディジタルデバイスの動作層等の
形成領域を作製する技術として、化合物半導体基板（ウ
ェハ）上に化合物半導体薄膜を形成するエピタキシャル
成長技術が知られている。このエピタキシャル成長技術
においては、化合物半導体の単結晶（インゴット）から
切り出した基板の主面上に薄膜をエピタキシャル成長さ
せる際に、従来、基板の組成や格子定数の調整、基板の
電気的特性の改善、結晶欠陥の低減等を目的として、エ
ピタキシャル成長前に基板の熱処理（ウェハアニール）
を行うことがあった。そして、熱処理後に、例えば液相
エピタキシャル成長法（ＬＰＥ）、気相エピタキシャル
成長法（ＶＰＥ）、有機金属気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの
周知の手法によりエピタキシャル成長を行っていた。
形成領域を作製する技術として、化合物半導体基板（ウ
ェハ）上に化合物半導体薄膜を形成するエピタキシャル
成長技術が知られている。このエピタキシャル成長技術
においては、化合物半導体の単結晶（インゴット）から
切り出した基板の主面上に薄膜をエピタキシャル成長さ
せる際に、従来、基板の組成や格子定数の調整、基板の
電気的特性の改善、結晶欠陥の低減等を目的として、エ
ピタキシャル成長前に基板の熱処理（ウェハアニール）
を行うことがあった。そして、熱処理後に、例えば液相
エピタキシャル成長法（ＬＰＥ）、気相エピタキシャル
成長法（ＶＰＥ）、有機金属気相エピタキシャル成長法
（ＭＯＶＰＥ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）などの
周知の手法によりエピタキシャル成長を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各エピタキシャル成長法においては、膜厚の均一性が
低かったり、高価な専用装置が必要であったりなど、種
々の欠点があった。また、エピタキシャル成長の前に熱
処理を行うため、工程数が増えてしまうだけでなく、エ
ピタキシャル成長後に要する基板の冷却時間に加えて熱
処理後における冷却時間も必要となり、製造コスト及び
スループットの悪化を招くという問題点もあった。
た各エピタキシャル成長法においては、膜厚の均一性が
低かったり、高価な専用装置が必要であったりなど、種
々の欠点があった。また、エピタキシャル成長の前に熱
処理を行うため、工程数が増えてしまうだけでなく、エ
ピタキシャル成長後に要する基板の冷却時間に加えて熱
処理後における冷却時間も必要となり、製造コスト及び
スループットの悪化を招くという問題点もあった。
【０００４】本発明は、上記問題点を鑑みてなされたも
ので、従来のエピタキシャル成長技術とは異なり、ウェ
ハアニールと同時にエピタキシャル成長を行い得る、新
規な化合物半導体薄膜の形成方法を提供することを目的
とする。
ので、従来のエピタキシャル成長技術とは異なり、ウェ
ハアニールと同時にエピタキシャル成長を行い得る、新
規な化合物半導体薄膜の形成方法を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者は、例えば図１に示すように、ＧａＰの二
元状態図（縦軸は温度、横軸はＰの平均原子組成であり
右にいくほどＰが多くなる。）において、温度Ｔにおけ
るＡ点で示す組成のＧａＰ（固相）よりなる基板の表面
部のみをＢ点とＣ点との間の組成（即ち、固相線Ｓと液
相線Ｌとの間の組成）にし、そのＧａＰ基板を温度Ｔで
熱処理することにより、その表面部のみを固相と液相と
が共存した状態、即ち融解した状態とすることができる
と考えた。そして、その融解した表面部を再び固化させ
ることによりエピタキシャル膜を成長させることができ
ると考え、鋭意研究を重ねて本発明を完成させた。
め、本発明者は、例えば図１に示すように、ＧａＰの二
元状態図（縦軸は温度、横軸はＰの平均原子組成であり
右にいくほどＰが多くなる。）において、温度Ｔにおけ
るＡ点で示す組成のＧａＰ（固相）よりなる基板の表面
部のみをＢ点とＣ点との間の組成（即ち、固相線Ｓと液
相線Ｌとの間の組成）にし、そのＧａＰ基板を温度Ｔで
熱処理することにより、その表面部のみを固相と液相と
が共存した状態、即ち融解した状態とすることができる
と考えた。そして、その融解した表面部を再び固化させ
ることによりエピタキシャル膜を成長させることができ
ると考え、鋭意研究を重ねて本発明を完成させた。
【０００６】即ち、本発明は、化合物半導体を封管内に
真空封入し、その化合物半導体の固相と液相とが共存可
能な温度（Ｔ）で前記化合物半導体を加熱して同化合物
半導体の表面部を融解させた後、冷却してその表面部を
固化させることにより、化合物半導体よりなる基板上に
薄膜（エピタキシャル成長膜）を形成することを提案す
るものである。また、形成される薄膜を混晶組成の化合
物半導体膜とするために、上記封管内に化合物半導体の
構成元素以外の他の元素よりなる単体又は化合物を封入
しておくことを提案するものである。
真空封入し、その化合物半導体の固相と液相とが共存可
能な温度（Ｔ）で前記化合物半導体を加熱して同化合物
半導体の表面部を融解させた後、冷却してその表面部を
固化させることにより、化合物半導体よりなる基板上に
薄膜（エピタキシャル成長膜）を形成することを提案す
るものである。また、形成される薄膜を混晶組成の化合
物半導体膜とするために、上記封管内に化合物半導体の
構成元素以外の他の元素よりなる単体又は化合物を封入
しておくことを提案するものである。
【０００７】化合物半導体の表面部を融解させるには、
表面部の組成を上述したＢ点よりもＣ点側の組成（Ｇａ
Ｐの場合にはＧａがより多い組成）にすればよい。具体
的には、上述した温度Ｔでの封管内における化合物半導
体の一構成元素（例えばＧａＰの場合にはＰ）の分圧
を、その化合物半導体における当該構成元素（Ｐ）の平
衡解離圧よりも低くするか、表面部にその化合物半導体
の構成元素のうちより蒸気圧の低い元素（ＧａＰの場合
にはＧａ）からなる薄膜を予め設けておけばよい。な
お、表面部の組成は、Ｂ点とＣ点との間の組成でもよい
し、Ｃ点よりも気相側（Ｂ点の逆側）の組成でもよいの
は勿論である。
表面部の組成を上述したＢ点よりもＣ点側の組成（Ｇａ
Ｐの場合にはＧａがより多い組成）にすればよい。具体
的には、上述した温度Ｔでの封管内における化合物半導
体の一構成元素（例えばＧａＰの場合にはＰ）の分圧
を、その化合物半導体における当該構成元素（Ｐ）の平
衡解離圧よりも低くするか、表面部にその化合物半導体
の構成元素のうちより蒸気圧の低い元素（ＧａＰの場合
にはＧａ）からなる薄膜を予め設けておけばよい。な
お、表面部の組成は、Ｂ点とＣ点との間の組成でもよい
し、Ｃ点よりも気相側（Ｂ点の逆側）の組成でもよいの
は勿論である。
【０００８】
【作用】化合物半導体基板を入れ真空で封じた封管を加
熱してその基板を温度Ｔで熱処理することにより、基板
表面から蒸気圧の高い元素が解離蒸発し、表面部の組成
は、蒸気圧の低い元素がより過剰となった組成になる。
その解離蒸発が続き、表面部の組成が上述したＢ点より
もＣ点側の組成となれば、表面部の融解が起こり液相を
生じる。或は、予め基板の表面にその構成元素のうちよ
り蒸気圧の低い元素の薄膜を形成しておいてもよい。そ
の場合にも表面部の組成は、蒸気圧の低い元素がより過
剰となった組成になるので、上述した解離蒸発の場合と
同様に、温度Ｔにおいて表面部の融解が起こり液相を生
じる。
熱してその基板を温度Ｔで熱処理することにより、基板
表面から蒸気圧の高い元素が解離蒸発し、表面部の組成
は、蒸気圧の低い元素がより過剰となった組成になる。
その解離蒸発が続き、表面部の組成が上述したＢ点より
もＣ点側の組成となれば、表面部の融解が起こり液相を
生じる。或は、予め基板の表面にその構成元素のうちよ
り蒸気圧の低い元素の薄膜を形成しておいてもよい。そ
の場合にも表面部の組成は、蒸気圧の低い元素がより過
剰となった組成になるので、上述した解離蒸発の場合と
同様に、温度Ｔにおいて表面部の融解が起こり液相を生
じる。
【０００９】そして、表面部が融解してなる基板を冷却
することにより、その表面部は再び固化して、ホモエピ
タキシャル膜が基板の主面に形成される。封管中に化合
物半導体基板とともに、その化合物半導体の構成元素以
外の元素の単体や化合物を封入しておくことにより、加
熱時に融解した表面部の液相にその単体や化合物から蒸
発した元素の原子が溶け込む。その溶け込んだ液相が冷
えて固化すると、エピタキシャル膜は上記構成元素とそ
の構成元素以外の元素とからなる混晶組成の膜（ヘテロ
エピタキシャル膜）となる。なお、熱処理温度Ｔ、熱処
理時間、封管内の容積、化合物半導体基板の量（大き
さ）などを適宜調整することにより、エピタキシャル膜
の厚さを調整することができる。
することにより、その表面部は再び固化して、ホモエピ
タキシャル膜が基板の主面に形成される。封管中に化合
物半導体基板とともに、その化合物半導体の構成元素以
外の元素の単体や化合物を封入しておくことにより、加
熱時に融解した表面部の液相にその単体や化合物から蒸
発した元素の原子が溶け込む。その溶け込んだ液相が冷
えて固化すると、エピタキシャル膜は上記構成元素とそ
の構成元素以外の元素とからなる混晶組成の膜（ヘテロ
エピタキシャル膜）となる。なお、熱処理温度Ｔ、熱処
理時間、封管内の容積、化合物半導体基板の量（大き
さ）などを適宜調整することにより、エピタキシャル膜
の厚さを調整することができる。
【００１０】
（実施例１）図２に示すように、内容積約０．４リット
ルの石英製封管１内に、ＧａＰ単結晶より切り出してな
る約０．７gのＧａＰ基板２（直径２インチのウェハの
１／４に相当）を入れ、封管１内を１×１０-6Torr程度
に真空引きして封じた後、抵抗加熱炉等により１１５０
℃で５時間の熱処理を行った。徐冷後、封管１内から基
板２を取り出し、その縦断面を顕微鏡等により観察した
ところ、ＧａＰ基板２の表面部に厚さ１９μｍのホモエ
ピタキシャル膜が成長しているのが確認された。
ルの石英製封管１内に、ＧａＰ単結晶より切り出してな
る約０．７gのＧａＰ基板２（直径２インチのウェハの
１／４に相当）を入れ、封管１内を１×１０-6Torr程度
に真空引きして封じた後、抵抗加熱炉等により１１５０
℃で５時間の熱処理を行った。徐冷後、封管１内から基
板２を取り出し、その縦断面を顕微鏡等により観察した
ところ、ＧａＰ基板２の表面部に厚さ１９μｍのホモエ
ピタキシャル膜が成長しているのが確認された。
【００１１】（実施例２）図３に示すように、石英製封
管１内にＧａＰ基板２とともに、ＧａＰの構成元素以外
の元素として６gのＩｎ単体３と、ＧａＰの熱分解抑制
用の０．１gのＰ（赤リン）４を封入して熱処理を行っ
た。その他の条件は上記実施例１と同じであった。得ら
れた基板の表面を観察したところ、格子不正合ヘテロエ
ピタキシャル膜の特徴であるクロスハッチが認められ、
基板の表面部にヘテロエピタキシャル膜が成長している
ことがわかった。また、基板の縦断面を観察したとこ
ろ、エピタキシャル膜の厚さは７．５μｍであった。
管１内にＧａＰ基板２とともに、ＧａＰの構成元素以外
の元素として６gのＩｎ単体３と、ＧａＰの熱分解抑制
用の０．１gのＰ（赤リン）４を封入して熱処理を行っ
た。その他の条件は上記実施例１と同じであった。得ら
れた基板の表面を観察したところ、格子不正合ヘテロエ
ピタキシャル膜の特徴であるクロスハッチが認められ、
基板の表面部にヘテロエピタキシャル膜が成長している
ことがわかった。また、基板の縦断面を観察したとこ
ろ、エピタキシャル膜の厚さは７．５μｍであった。
【００１２】さらに、Ｘ線回折（ＸＲＤ）によりそのエ
ピタキシャル膜の回折パターンを測定した。ＧａＰ基板
２の格子定数との差から算出した混晶Ｉｎ1-XＧａXＰ膜
（０＜Ｘ＜１）の混晶比（組成比）Ｘは０．９５であっ
た。即ち、形成されたヘテロエピタキシャル膜はＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｐであることがわかった。
ピタキシャル膜の回折パターンを測定した。ＧａＰ基板
２の格子定数との差から算出した混晶Ｉｎ1-XＧａXＰ膜
（０＜Ｘ＜１）の混晶比（組成比）Ｘは０．９５であっ
た。即ち、形成されたヘテロエピタキシャル膜はＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｐであることがわかった。
【００１３】なお、上記実施例において例示した熱処理
の温度Ｔや時間、封管１内の容積、ＧａＰ基板２の量、
Ｉｎ単体３や赤リン４の量などを適宜変更しても、同様
にＧａＰ基板２の表面部にホモエピタキシャル膜やヘテ
ロエピタキシャル膜を成長させることができるのはいう
までもなく、さらにそれら各パラメータを適宜設定する
ことによりエピタキシャル膜の厚さを調整することが可
能である。また、上記実施例においては化合物半導体基
板としてＧａＰ基板２を用いているが、本発明はこれに
限定されるものではなく、ＩｎＰやＧａＡｓ等の他のII
I−V族化合物半導体やＺｎＴｅやＣｄＴｅなどのII−VI
族化合物半導体などからなる基板を用いてその上にエピ
タキシャル膜を成長させる場合にも適用可能である。さ
らに、二元系に限らず三元系以上の混晶化合物半導体を
基板として用いることも可能である。また、ヘテロエピ
タキシャル膜を成長させる場合に、基板の構成元素以外
の元素として２種以上の元素を封管１内に封入して、そ
れら２種以上の元素と基板の構成元素とを含んでなる混
晶の薄膜を形成してもよい。
の温度Ｔや時間、封管１内の容積、ＧａＰ基板２の量、
Ｉｎ単体３や赤リン４の量などを適宜変更しても、同様
にＧａＰ基板２の表面部にホモエピタキシャル膜やヘテ
ロエピタキシャル膜を成長させることができるのはいう
までもなく、さらにそれら各パラメータを適宜設定する
ことによりエピタキシャル膜の厚さを調整することが可
能である。また、上記実施例においては化合物半導体基
板としてＧａＰ基板２を用いているが、本発明はこれに
限定されるものではなく、ＩｎＰやＧａＡｓ等の他のII
I−V族化合物半導体やＺｎＴｅやＣｄＴｅなどのII−VI
族化合物半導体などからなる基板を用いてその上にエピ
タキシャル膜を成長させる場合にも適用可能である。さ
らに、二元系に限らず三元系以上の混晶化合物半導体を
基板として用いることも可能である。また、ヘテロエピ
タキシャル膜を成長させる場合に、基板の構成元素以外
の元素として２種以上の元素を封管１内に封入して、そ
れら２種以上の元素と基板の構成元素とを含んでなる混
晶の薄膜を形成してもよい。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、従来一般的に行われて
いるウェハアニールと同様の装置及び手法を用いて、化
合物半導体基板の表面部にエピタキシャル膜を成長させ
ることができるので、従来のエピタキシャル成長技術に
較べて安価且つ簡便に化合物半導体薄膜を形成すること
ができる。また、従来エピタキシャル成長前に行ってい
たウェハアニールをエピタキシャル成長と同時に、或は
同じ炉内に設置したまま出し入れや加熱冷却を繰り返し
行なわずにウェハアニールとエピタキシャル成長とを一
連の工程として行なうことができ、製造コストの低減や
スループットの向上を図ることができる。
いるウェハアニールと同様の装置及び手法を用いて、化
合物半導体基板の表面部にエピタキシャル膜を成長させ
ることができるので、従来のエピタキシャル成長技術に
較べて安価且つ簡便に化合物半導体薄膜を形成すること
ができる。また、従来エピタキシャル成長前に行ってい
たウェハアニールをエピタキシャル成長と同時に、或は
同じ炉内に設置したまま出し入れや加熱冷却を繰り返し
行なわずにウェハアニールとエピタキシャル成長とを一
連の工程として行なうことができ、製造コストの低減や
スループットの向上を図ることができる。
【図１】ＧａＰの二元状態図を示す模式図である。
【図２】本発明に係るエピタキシャル成長法の一例を示
す概略構成図である。
す概略構成図である。
【図３】本発明に係るエピタキシャル成長法の他の例を
示す概略構成図である。
示す概略構成図である。
１ 封管 ２ ＧａＰ基板（化合物半導体） ３ Ｉｎ単体（化合物半導体の構成元素以外の他の元
素） Ｔ 熱処理温度（化合物半導体の固相と液相とが共存可
能な温度）
素） Ｔ 熱処理温度（化合物半導体の固相と液相とが共存可
能な温度）
Claims (4)
- 【請求項１】 化合物半導体を封管内に真空封入し、そ
の化合物半導体の固相と液相とが共存可能な温度で前記
化合物半導体を加熱して同化合物半導体の表面部を融解
させた後、冷却してその表面部を固化させることを特徴
とする化合物半導体薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 上記封管内に上記化合物半導体ととも
に、その化合物半導体の構成元素以外の他の元素よりな
る単体又は当該他の元素を含んでなる化合物を封入して
おくことを特徴とする請求項１記載の化合物半導体薄膜
の形成方法。 - 【請求項３】 上記温度での上記封管内における上記化
合物半導体の一構成元素の分圧が、同化合物半導体にお
ける当該構成元素の平衡解離圧よりも低くなるようにす
ることを特徴とする請求項１又は２記載の化合物半導体
薄膜の形成方法。 - 【請求項４】 上記化合物半導体の表面部に、同化合物
半導体の構成元素のうちより蒸気圧の低い元素からなる
薄膜を予め設けておくことを特徴とする請求項１又は２
記載の化合物半導体薄膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14780993A JPH0710671A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14780993A JPH0710671A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0710671A true JPH0710671A (ja) | 1995-01-13 |
Family
ID=15438709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14780993A Pending JPH0710671A (ja) | 1993-06-18 | 1993-06-18 | 化合物半導体薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0710671A (ja) |
-
1993
- 1993-06-18 JP JP14780993A patent/JPH0710671A/ja active Pending
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