JPH0769783A - 液相ヘテロエピタキシー法 - Google Patents

液相ヘテロエピタキシー法

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JPH0769783A
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− オーベ・ハンゾン ペル
Martin Albrecht
マルティン・アルブレヒト
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Abstract

(57)【要約】 【目的】層材料の溶融温度まで熱的に安定であり、実際
上転位のない、正確に調節できる厚さの薄い半導体層の
制御された成長のための液相ヘテロエピタキシー法を提
供する。 【構成】溶媒として作用する溶融金属を第１の温度で基
板材料で飽和させ、層材料と化合させて溶液を得る。こ
の溶液と基板とを別々により高い第２の温度に過加熱し
た後、両者を接触させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液相ヘテロエピタキシ
ー法、すなわち基板材料からなる基板の表面に基板材料
以外の所定の層材料からなる層を、溶媒に溶解した層材
料を含有する溶体を基板に接触させることによって被着
させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液相エピタキシー（ＬＰＥ）において、
溶媒中の層材料の過冷却溶体を基板表面に接触させるこ
とが通常行われている。例えば、ハンソン(Hansson) ら
によるＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７２（５），１９９２
年９月１日，２０８３−２０８５頁；ジーエによる結晶
成長誌(Journal of Crystal Growth)２７（１９７
４），４９−６１；バウエル(Bauer) によるＪ．Ｍａｔ
ｅｒ．Ｒｅｓ．，５，Ｎｏ．４，１９９０年４月，８５
２−８９４参照。
【０００３】液相エピタキシー法は、とりわけ、例えば
古典的なバイポーラーシリコントランジスターよりも高
い利得−帯域幅積が約束されているヘテロ接合バイポー
ラートランジスター（ＨＢＴ）のための歪み付き(strai
ned)Ｓｉ−Ｇｅ層構造（これは、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡ
ｓおよびＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰヘテロ構造のＨＢＴより
も安価に製造できる）の作製に用いられる。
【０００４】しかしながら、ＬＰＥを含む既知のエピタ
キシー法において、実際上転位のない、所定の厚さの薄
い半導体層を作ることは非常に困難である。
【０００５】歪み付きエピタキシャル層は、低い成長温
度では準安定となる。高温（おおよそ７００℃以上）で
は、これまでは、二次元成長は達成されなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明
は、層材料の溶融温度まで熱的に安定であり、実際上転
位のない、正確に調節できる厚さの薄い半導体層の制御
された成長のための液相ヘテロエピタキシー法を提供す
ることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】上記課題は、
上記タイプの方法であって、溶媒の融点ないし層材料
（および基板材料の溶融温度）の融点よりも低い第１の
温度Ｔ１にある溶媒を基板材料で飽和させ、層材料とコ
ンパウド(compound)化させ、およびこうして得られた溶
体と基板を第１の温度より高くかつ層材料の溶融温度よ
り低いかほぼ同じである第２の温度Ｔ２に加熱すること
を特徴とする方法によって達成される。上記溶体をこの
第２の温度で基板表面と接触させてこれを被覆し、所望
の厚さの層材料が基板表面上に被着されるように第２の
温度と接触時間を選択する。
【０００８】基板上に層を被着するためには、原則とし
て、正の熱力学的駆動力が必要である。この正の熱力学
的駆動力は、溶体／基板間および溶媒／層材料間の界面
エネルギーの差に比例する。（界面エネルギーは、溶体
が固体を濡らしたときの固体と溶体の表面エネルギーの
差である）。基板上に生成する層についての要件は、溶
体の表面エネルギーが層のそれよりも小さく、および層
の表面エネルギーが基板のそれよりも小さいということ
である。
【０００９】第１の温度における、基板材料で飽和され
た溶体の「過加熱」により、エピタキシーのための負の
熱力学的駆動力が生じる。この負の駆動力は、層材料と
溶体および基板材料と溶体の界面エネルギーの差から結
果するエピタキシーのために正の駆動力に対抗する。過
加熱の程度は、エピタキシーのための得られる総合駆動
力を決定する。本発明により、層の厚さを単分子層の範
囲まで正確に減少させることができる。得られた材料
は、層材料の溶融温度まで熱的に安定である。
【００１０】
【実施例】本発明の好ましい態様の一つは、転位を持た
ない薄膜歪み付きエピタキシャル層、たとえばＧｅ−Ｓ
ｉ層構造である。
【００１１】溶媒として、液状態の第２の温度Ｔ２（成
長温度または過加熱温度）において層材料および基板材
料の表面エネルギーよりも小さい表面エネルギーを有す
るものであればいかなる材料をも使用することができ
る。いうまでもなく、溶媒は成長温度で液状でなければ
ならず、放射性のような不所望の性質を持たないことに
加えて、基板および層材料に対して適切な溶解性を示す
ものでなければならない。溶媒の融点は、基板材料のそ
れよりも低くなければならない。層材料の表面エネルギ
ーは、基板材料のそれと同等かそれよりも低くなければ
ならない。
【００１２】本発明の方法は、単結晶基板に限らず、多
結晶基板にも適用できる。所定の第１の温度Ｔ１で溶媒
を基板材料で飽和させ、また溶体中に層材料を導入する
順序は、任意である。
【００１３】基板材料としてシリコンを用い、層材料と
してゲルマニウムを用いた場合、溶媒としては、Ｂｉ、
Ｇａ、Ｉｎ、Ｐｂ、ＳｂおよびＳｎの各金属、これら２
種以上の合金、あるいは、その１種以上とより高い表面
エネルギーおよび／またはＧｅおよびＳｉに対するより
高い溶解性を有する他の金属たとえばＡｕ、Ａｇ等との
合金を挙げることができる。表面エネルギーの温度依存
性が個体状態において異なることから、ＧａおよびＳｎ
はほぼ３００℃以下の成長温度に対してのみ適切であ
る。
【００１４】飽和は、溶媒金属の融点からＧｅの融点
（９３７℃）までの温度で生じ、成長温度もこの範囲に
ある。
【００１５】層の厚さは、過加熱Ｔ１−Ｔ２の程度ばか
りでなく、成長温度の絶対値、溶体中に含まれる層材料
の量、および成長時間にも依存する。
【００１６】溶体は、ドーパントを含むことができる。
【００１７】Ｂｉ−Ｇｅ−Ｓｉ系において９２０℃の成
長温度Ｔ２で成長は３００℃を超える過加熱で停止す
る。すなわち、飽和温度Ｔ１は、この場合、６２０℃よ
りも低い。４０秒の成長時間、溶媒として７ｇのＢｉ、
および層材料として０．３ｇのＧｅを用いた場合、層の
厚さは３００℃ないし１３０℃の過加熱に対し多かれ少
なかれ直線的に０から５ｎｍまで変化する。
【００１８】図１は、Ｂｉの溶体からのＧｅ層のＳｉ
（１１１）上での成長速度を過冷却の関数として示して
いる。この場合、飽和温度Ｔ１は、７８０℃である。種
々の過冷却温度Ｔ＝Ｔ１−Ｔ２＜０（Ｔ２は成長温度）
を試みた。各点は、実験からのものであり、直線は、便
宜的なものである。使用した材料の量（質量単位）はＢ
ｉについては７ｇ、Ｇｅについてはほぼ２５０ｍｇであ
った。
【００１９】Ｉｎ−Ｇｅ／Ｓｉ（００１）系では、Ｇｅ
層の厚さは、５００℃の成長温度、３０秒を超える成長
時間で、−１０℃ないし０℃の過冷却について、０ない
し４単分子層まで変化する。この場合、使用した材料の
量（質量単位）は、Ｉｎは１００ｇ、Ｇｅは６ｇであ
る。
【００２０】溶媒／層材料／基板材料系のさらなる例を
下記表に示す。
【００２１】 溶媒 層材料 基板材料 Ｇａ ＧａＡｓ ＡｌＧａＡｓ Ｉｎ ＧａＡｓ ＡｌＧａＡｓ Ｇａ ＩｎＧａＡｓ ＩｎＰ Ｉｎ ＩｎＧａＡｓ ＩｎＰ 溶媒として上記要件を満足する全ての材料、すなわち、
金属に加えて、たとえばＳｅやＴｅなどの半金属を使用
することができるが、一般に金属が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉ（１１１）上でのＢｉ溶体からのＧｅ層の
成長速度を過冷却の関数として示すグラフ図。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板材料の溶媒中の溶体を作り、該基板
    材料および層材料の融点より低い成長温度（Ｔ２）にお
    いて該溶体を基板の表面に接触させることにより基板材
    料からなる基板の表面上に層材料からなる層を被着する
    方法であって、（ａ）該成長温度において表面エネルギ
    ーが該層材料のそれよりも小さい溶媒を用い、および
    （ｂ）該成長温度において表面エネルギーが該基板材料
    のそれよりも小さい層材料を用いる方法において、 （ｃ）該溶体を作るために、該成長温度より低い温度で
    該溶媒を該基板材料で飽和させ、および該溶媒を該層材
    料とコンパウンド化させ、 （ｄ）該溶体を該基板表面と接触させる前に、該基板材
    料および層材料を含む該溶体と該基板を別々に該成長温
    度まで加熱することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 該溶媒として金属または金属合金を使用
    する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 基板材料としてシリコンを用い、層材料
    としゲルマニウムを用い、溶媒としてビスマス、ガリウ
    ム、インジウム、鉛、アンチモン、スズもしくはそれら
    ２種以上の合金、またはそれらの１種以上とより高い表
    面エネルギーおよび／またはＧｅおよびＳｉに対するよ
    り高い溶解度を有する他の金属との合金を使用する請求
    項１または２記載の方法。
JP6063763A 1993-03-31 1994-03-31 液相ヘテロエピタキシー法 Pending JPH0769783A (ja)

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GB (1) GB2276564B (ja)

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FR2705695A1 (fr) 1994-12-02
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GB2276564B (en) 1997-02-05
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