JPH08306622A - 化合物半導体の微結晶成長方法 - Google Patents

化合物半導体の微結晶成長方法

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JPH08306622A
JPH08306622A JP13281595A JP13281595A JPH08306622A JP H08306622 A JPH08306622 A JP H08306622A JP 13281595 A JP13281595 A JP 13281595A JP 13281595 A JP13281595 A JP 13281595A JP H08306622 A JPH08306622 A JP H08306622A
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JP
Japan
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compound semiconductor
substrate
growing
molecular beam
silicon
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JP13281595A
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English (en)
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Masaharu Oshima
正治 尾嶋
Yoshio Watanabe
義夫 渡辺
Munehiro Sugiyama
宗弘 杉山
Takanori Kiyokura
孝規 清倉
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン基板または薄膜上に孤立した微結晶
を形成すること。 【構成】 シリコンからなる基板上または薄膜上にII
I−V族化合物半導体を成長する方法において、あらか
じめ、フッ酸溶液などを用いた処理によってシリコン表
面を水素で終端する処理、又はセレン(Se)、硫黄
(S)の少なくとも一方を含む雰囲気中での熱処理の、
いずれかを行ってシリコン表面に修飾層を形成した後、
III−V族化合物半導体を成長する工程を行う化合物
半導体の微結晶成長方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板上または
薄膜上にIII−V族化合物半導体の微結晶をエピタキ
シャル成長する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン基板上または薄膜上にI
II−V族化合物半導体を成長する場合、上記シリコン
基板または薄膜表面を砒素やV族元素で終端化させた後
にIII族元素とV族元素によってIII−V族化合物
半導体を成長させていたが、結晶は層状、あるいは大き
な島状に成長してしまい、微結晶の作成は困難であっ
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そのため、シリコン基
板上または薄膜上に所望の半導体微結晶を形成するに際
し、成長初期から3次元的な微結晶状にエピタキシャル
成長する方法が必要であった。本発明の目的は、上記シ
リコン基板上または薄膜上に所望の半導体微結晶を形成
するに際し、シリコン表面に修飾層を形成してV族元素
の吸着を制限することによって成長初期から3次元微結
晶状にエピタキシャル成長することを可能にし、孤立し
た微結晶を形成することを可能にする化合物半導体の成
長方法を提供することにある。また、孤立した微結晶を
ステップ・エッジに整列させて成長する方法を提供する
ことを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、 (1)シリコンからなる基板上または薄膜上にIII−
V族化合物半導体を成長する方法において、前記基板上
または薄膜上に所望のIII−V族化合物半導体微結晶
を形成する場合、セレン、硫黄の中少なくとも一方を含
む雰囲気中で熱処理を行って表面修飾層を形成した後、
所望のIII−V族化合物半導体を成長する工程を行う
ことを特徴とする化合物半導体の微結晶成長方法を発明
の特徴とする。 (2)シリコンからなる基板上または薄膜上にIII−
V族化合物半導体を成長する方法において、前記基板上
または薄膜上に所望のIII−V族化合物半導体微結晶
を形成する場合、あらかじめフッ酸溶液による処理を行
い、シリコン表面を水素で終端する処理を行った後、所
望のIII−V族化合物半導体を成長する工程を行うこ
とを特徴とする化合物半導体の微結晶成長方法を発明の
特徴とする。 (3)表面修飾層を形成する工程において、あらかじめ
シリコン基板に通電加熱などの手段でステップを形成し
た後に表面修飾層を形成し、半導体微結晶をステップの
エッジに沿って形成することを特徴とする(1)記載の
化合物半導体の微結晶成長方法を発明の特徴とする。 本発明の対象となるものは、上記シリコン基板上または
薄膜上に形成したIII−V族化合物半導体微結晶で、
GaP,GaAs,GaSb,InP,InAs,In
Sbあるいはそれら材料の混晶系がある。
【0005】
【作用】本発明では、あらかじめ、例えばフッ酸溶液な
どを用いた処理によってシリコン表面を水素で終端する
処理、あるいはセレン(Se)、硫黄(S)の少なくと
も一方を含む雰囲気中での熱処理のいずれかを行って表
面修飾層を形成することで上記基板または薄膜の表面安
定化を行い、表面エネルギーの低下を図り、しかる後、
所望のIII−V族化合物半導体を成長する工程を行う
ことで成長初期から3次元微結晶にエピタキシャル成長
することを可能にし、孤立した半導体微結晶を形成する
ことができる。また、ステップのあるシリコン基板を用
いることによって孤立した微結晶をステップ・エッジに
整列させて成長することができる。
【0006】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。なお
実施例は一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲で、種々の変更あるいは改良を行いうることは言
うまでもない。本発明の方法を具体的に説明するため、
上記シリコン基板を用いて、熱処理雰囲気をセレン(S
e)、所望のIII−V族化合物半導体微結晶を形成す
る材料としてInAsを例にして説明するが、前記の他
の組み合わせの場合も同様である。図1は、本発明の一
実施例を示すもので、各工程1,2,3における時間と
温度の関係を示した図である。まず、工程1では、シリ
コン基板の自然酸化膜を超高真空中で900℃の加熱に
よって除去した。この際、酸化膜をフッ酸溶液で除去
し、超高真空装置に導入してもよい。次に、工程2で
は、Se分子線源を用いて、Se分子線のシャッタを開
いて、Se分子線照射下で一定時間熱処理(基板温度5
00℃、1分間)を行って、表面修飾層を形成した。次
の工程3では、シリコン基板温度を300℃に設定し、
1×10-5Torrのフラックスを有する砒素(As)
分子線を該基板に照射した状態で、1×10-7Torr
のフラックスを有するインジウム(In)分子線を20
秒間照射することで、該基板上にInAs微結晶を形成
した。
【0007】図2は、上記実施例による手順でシリコン
表面をSe分子線照射下で一定時間熱処理した表面を放
射光を用いた光電子分光によってSi2pスペクトルを
測定した結果を示す。特定原子からの光電子スペクトル
を測定することによって、その原子がどの元素と結合し
ているかが判る。シリコン表面にはSi−Si結合(バ
ルク状態のSi、すなわち4個のSi原子に囲まれたS
i)のほかにSi−Se結合が2種類存在する。すなわ
ち、4個のSe原子と結合したSi原子、および2個の
Se原子と2個のSi原子に囲まれたSi原子である。
またSe3dスペクトルにも2種類の結合状態が存在す
る(図示せず)。この結果に基づいてSe処理したシリ
コン表面の構造を類推すると、次のようになる。すなわ
ち、最表面にSe層が存在し、第2層目にはシリコン層
が存在する。第3層にはもう1つのSe層が存在する。
第2層のSi原子は第1層のSeと第3層のSeとに結
合しているため、より結合エネルギーの大きいSi−S
e(2)にピーク(図2の6)に対応し、第4層のSi
原子は第3層のSeと第5層のSiとに結合しているた
め、結合エネルギーの小さいSi−Se(1)にピーク
(図2の5)に対応する。すなわち、この表面はSe層
によって2重に保護、あるいは安定化されており、気体
分子などの吸着がきわめて起こりにくい状態になってい
る。この表面構造はSeで安定化されたGaAs表面の
構造と類似している。Se/GaAs表面では(文献:
F. Maeda et al., Phys. Rev. B48 (1993) 4956)に示さ
れるように表面約3原子層がGa2 Se3 という結晶構
造をしており、安定なGa−Se結合がAsやSbなど
の付着を妨げ、この基板の上にInAsやInSbなど
のナノ結晶成長が可能になっている(例えば、Y. Watan
abe et al., Jpn. J. Appl. Phys. 33 (1994) 698.) 。
このように、Se処理したSi表面にはAsやSb原子
の吸着は強く制限され、GaAs、GaSb、InA
s、InSbなどの結晶は微結晶化する。ただし、基板
温度を高くするとAsやSb原子は水素終端シリコンや
Se終端シリコンの表面に吸着するため、これらの吸着
が強く抑制される基板温度で微結晶の成長を行う必要が
ある。一般的傾向として、基板温度が低すぎると微結晶
の品質の低下を招き、また高すぎると微結晶のサイズが
大きくなりすぎて量子サイズ効果の発現が期待出来なく
なるため、所望のIII−V族化合物半導体微結晶の特
性によって最適基板温度を決める必要がある。なお、図
2において、4は工程2で形成した修飾化シリコン表面
からのSi2p光電子スペクトルをピーク分離した成分
(SI−Si結合に相当)を示す。
【0008】また1%のフッ酸溶液(pH=2)処理後
に超純水洗浄によって得られたシリコン表面を300℃
に設定し、1×10-5Torrのフラックスの砒素分子
線を前記基板に照射した状態で、1×10-7Torrの
フラックスのインジウム分子線を20秒照射しても同様
のInAs微結晶が得られた。なおシリコン表面を超純
水で煮沸した後にNH4 F溶液(pH=8)で処理して
も同様の水素終端が得られ効果は同じである。
【0009】このように、本発明による上記実施例の方
法を用いれば、孤立した微結晶を形成することができる
ことを示している。さらに、シリコン基板に通電加熱処
理を施すことによって数10nm幅のステップを形成す
ることができることは公知であるが、この表面を上記S
eビームで表面修飾した上で図1の工程3を実施するこ
とで、GaAs、GaSb、InAs、InSbなどの
微結晶をこのステップ・エッジに整列させて成長させる
ことができる(図示せず)。また、上記実施例では、工
程2では、Se分子線源を用いて、Se分子線のシャッ
タを開いて、Se分子線照射下で一定時間熱処理を行っ
て、表面修飾層を形成したが、所定の温度で上記基板ま
たは薄膜の表面上に硫黄、セレンの少なくとも一方を堆
積し、しかる後、超高真空中で熱処理を行う方法でも基
板表面に表面修飾層を形成することができ、同様の効果
が得られ、本発明は有効である。
【0010】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の化合物半
導体の微結晶成長方法によれば、従来困難であったシリ
コン基板上に孤立した化合物半導体微結晶を効率良く形
成することが可能となり、さらには、微結晶を整列させ
て成長することが可能になり、量子箱電子デバイスや量
子箱光デバイスの実現に向け本技術分野が大きく前進す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の化合物半導体の微結晶成長方法の一実
施例を示すもので、各工程1,2,3における時間と温
度との関係を示す図である。
【図2】本実施例による手順でシリコン表面をSe分子
線照射下で一定時間熱処理した表面を放射光を用いた光
電子分光によってSi2pスペクトルを測定した結果を
示すもので、シリコン表面にはSi−Si結合(バルク
状態のSi)のほかにSi−Se結合が2種類存在する
ことを示している。
【符号の説明】 1 シリコン基板表面の清浄化工程 2 セレン(Se)雰囲気中でのシリコン基板表面の熱
処理による表面修飾層の形成工程 3 InAs微結晶の形成工程 4 工程2で形成した修飾化シリコン表面からのSi2
p光電子スペクトルをピーク分離した成分(Si−Si
結合に相当) 5 工程2で形成した修飾化シリコン表面からのSi2
p光電子スペクトルをピーク分離した成分(Si−Se
(1)結合に相当) 6 工程2で形成した修飾化シリコン表面からのSi2
p光電子スペクトルをピーク分離した成分(Si−Se
(2)結合に相当)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清倉 孝規 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンからなる基板上または薄膜上に
    III−V族化合物半導体を成長する方法において、前
    記基板上または薄膜上に所望のIII−V族化合物半導
    体微結晶を形成する場合、セレン、硫黄の中少なくとも
    一方を含む雰囲気中で熱処理を行って表面修飾層を形成
    した後、所望のIII−V族化合物半導体を成長する工
    程を行うことを特徴とする化合物半導体の微結晶成長方
    法。
  2. 【請求項2】 シリコンからなる基板上または薄膜上に
    III−V族化合物半導体を成長する方法において、前
    記基板上または薄膜上に所望のIII−V族化合物半導
    体微結晶を形成する場合、あらかじめフッ酸溶液による
    処理を行い、シリコン表面を水素で終端する処理を行っ
    た後、所望のIII−V族化合物半導体を成長する工程
    を行うことを特徴とする化合物半導体の微結晶成長方
    法。
  3. 【請求項3】 前記の表面修飾層を形成する工程におい
    て、あらかじめシリコン基板に通電加熱などの手段でス
    テップを形成した後に上記表面修飾層を形成し、半導体
    微結晶をステップのエッジに沿って形成することを特徴
    とする請求項1記載の化合物半導体の微結晶成長方法。
JP13281595A 1995-05-01 1995-05-01 化合物半導体の微結晶成長方法 Pending JPH08306622A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009035079A1 (ja) * 2007-09-12 2009-03-19 Asahi Kasei Emd Corporation 化合物半導体基板、化合物半導体基板の製造方法及び半導体デバイス

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WO2009035079A1 (ja) * 2007-09-12 2009-03-19 Asahi Kasei Emd Corporation 化合物半導体基板、化合物半導体基板の製造方法及び半導体デバイス
US8552533B2 (en) 2007-09-12 2013-10-08 Asahi Kasei Emd Corporation Compound semiconductor substrate and method for manufacturing the same
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