JPH09219409A - 半導体成長基板及びその製造方法 - Google Patents
半導体成長基板及びその製造方法Info
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- JPH09219409A JPH09219409A JP8022319A JP2231996A JPH09219409A JP H09219409 A JPH09219409 A JP H09219409A JP 8022319 A JP8022319 A JP 8022319A JP 2231996 A JP2231996 A JP 2231996A JP H09219409 A JPH09219409 A JP H09219409A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体成長基板及びその製造方法に関し、バ
ッファ層による横方向及び縦方向の格子不整合をさらに
緩和して、結晶性の良好なエピタキシャル層を再現性良
く得る。 【解決手段】 格子定数の差が１５％以上ある半導体基
板１と半導体成長層５から半導体成長基板１を構成する
と際に、半導体基板１の｛１００｝面４にオフ角を設
け、且つ、半導体成長層８の成長面である｛１１１｝面
９を、半導体基板１のオフ方向に沿った横方向の格子不
整合の緩和による傾き角と、その後の縦方向の格子不整
合の緩和による傾き角により決定される傾き角だけ傾け
る。
ッファ層による横方向及び縦方向の格子不整合をさらに
緩和して、結晶性の良好なエピタキシャル層を再現性良
く得る。 【解決手段】 格子定数の差が１５％以上ある半導体基
板１と半導体成長層５から半導体成長基板１を構成する
と際に、半導体基板１の｛１００｝面４にオフ角を設
け、且つ、半導体成長層８の成長面である｛１１１｝面
９を、半導体基板１のオフ方向に沿った横方向の格子不
整合の緩和による傾き角と、その後の縦方向の格子不整
合の緩和による傾き角により決定される傾き角だけ傾け
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体成長基板及び
その製造方法に関するものであり、特に、ＨｇＣｄＴｅ
等のＨｇを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体をＳｉ等の異
種基板上に結晶性良くエピタキシャル成長させるための
半導体成長基板及びその製造方法に関するものである。
その製造方法に関するものであり、特に、ＨｇＣｄＴｅ
等のＨｇを含むＩＩ−ＶＩ族化合物半導体をＳｉ等の異
種基板上に結晶性良くエピタキシャル成長させるための
半導体成長基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、赤外線検出半導体装置用の結晶と
しては、シリコン、ＩｎＳｂ、ＰｂＳｎＴｅ、及び、Ｈ
ｇＣｄＴｅが用いられているが、１０μｍ帯の赤外線に
感度を有する赤外線検出半導体装置としては、ＣｄＴｅ
基板上に成長させたＨｇＣｄＴｅ、特に、Ｈｇ0.78Ｃｄ
0.22Ｔｅ等が用いられている。
しては、シリコン、ＩｎＳｂ、ＰｂＳｎＴｅ、及び、Ｈ
ｇＣｄＴｅが用いられているが、１０μｍ帯の赤外線に
感度を有する赤外線検出半導体装置としては、ＣｄＴｅ
基板上に成長させたＨｇＣｄＴｅ、特に、Ｈｇ0.78Ｃｄ
0.22Ｔｅ等が用いられている。
【０００３】そして、近年の赤外線検出半導体装置の大
規模化に伴って大面積のＨｇＣｄＴｅ結晶が必要になっ
てきているが、大面積のＣｄＴｅ基板の入手が困難であ
るため、大面積の基板の入手が容易であるＳｉやＧａＡ
ｓ等の異種基板を用いることが試みられている。
規模化に伴って大面積のＨｇＣｄＴｅ結晶が必要になっ
てきているが、大面積のＣｄＴｅ基板の入手が困難であ
るため、大面積の基板の入手が容易であるＳｉやＧａＡ
ｓ等の異種基板を用いることが試みられている。
【０００４】この様な異種基板を用いる場合には、Ｈｇ
ＣｄＴｅ（３００Ｋにおける格子定数：６．４６０〜
６．４８１Å）と、Ｓｉ（３００Ｋにおける格子定数：
５．４３０９Å）またはＧａＡｓ（３００Ｋにおける格
子定数：５．６５３３Å）との格子定数の差を緩和する
ためにＣｄＴｅをバッファ層として設け、このＣｄＴｅ
バッファ層上にＨｇＣｄＴｅ層を成長させていた。
ＣｄＴｅ（３００Ｋにおける格子定数：６．４６０〜
６．４８１Å）と、Ｓｉ（３００Ｋにおける格子定数：
５．４３０９Å）またはＧａＡｓ（３００Ｋにおける格
子定数：５．６５３３Å）との格子定数の差を緩和する
ためにＣｄＴｅをバッファ層として設け、このＣｄＴｅ
バッファ層上にＨｇＣｄＴｅ層を成長させていた。
【０００５】この場合、ＣｄＴｅ（３００Ｋにおける格
子定数：６．４８１Å）とＳｉとの格子定数の差は約１
９％と大きいので、Ｓｉの（１００）面上にＣｄＴｅの
（１１１）Ｂ面が成長層として現れ、これにより成長層
面内の横方向、即ち、ＣｄＴｅ層の＜−２１１＞方向に
見た格子面間隔のずれは３．４％に軽減される。なお、
結晶面及び結晶方位の表記において、“１バー”或いは
“２バー”等で表される指数を、本明細書においては便
宜的に“−１”或いは“−２”等で表記する。
子定数：６．４８１Å）とＳｉとの格子定数の差は約１
９％と大きいので、Ｓｉの（１００）面上にＣｄＴｅの
（１１１）Ｂ面が成長層として現れ、これにより成長層
面内の横方向、即ち、ＣｄＴｅ層の＜−２１１＞方向に
見た格子面間隔のずれは３．４％に軽減される。なお、
結晶面及び結晶方位の表記において、“１バー”或いは
“２バー”等で表される指数を、本明細書においては便
宜的に“−１”或いは“−２”等で表記する。
【０００６】図６（ａ）参照 この場合、図６（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１の
（１００）面１６とＣｄＴｅ層１２の（１１１）Ｂ面１
８が平行になる一般的なエピタキシャル関係によって成
長層は得られる。
（１００）面１６とＣｄＴｅ層１２の（１１１）Ｂ面１
８が平行になる一般的なエピタキシャル関係によって成
長層は得られる。
【０００７】図６（ｂ）参照 しかし、反位相領域（ａｎｔｉｐｈａｓｅ ｄｏｍａｉ
ｎ）や双晶の発生を抑制するために、Ｓｉ基板１１をオ
フし表面１３を（１００）面１６から＜０１１＞方向に
沿ってオフ角θだけ傾けた場合には、ステップ１４，２
０の高さの違いによる縦方向の格子不整合を軽減するた
めに、Ｓｉ基板１１の（１００）面１６とＣｄＴｅ層１
２の（１１１）Ｂ面１８にずれが生じて、ＣｄＴｅ層１
２が傾き角δだけ傾くことになると考えられている。
ｎ）や双晶の発生を抑制するために、Ｓｉ基板１１をオ
フし表面１３を（１００）面１６から＜０１１＞方向に
沿ってオフ角θだけ傾けた場合には、ステップ１４，２
０の高さの違いによる縦方向の格子不整合を軽減するた
めに、Ｓｉ基板１１の（１００）面１６とＣｄＴｅ層１
２の（１１１）Ｂ面１８にずれが生じて、ＣｄＴｅ層１
２が傾き角δだけ傾くことになると考えられている。
【０００８】このオフ角θと、縦格子不整合緩和による
傾き角δはＮａｇａｉが提唱している機構で決定される
ことになる（必要ならば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４５，１９７
４，ｐ．３７８９参照）。
傾き角δはＮａｇａｉが提唱している機構で決定される
ことになる（必要ならば、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４５，１９７
４，ｐ．３７８９参照）。
【０００９】即ち、ＣｄＴｅ層１２のステップ２０の高
さをｄCdTe、Ｓｉ基板１１のステップ１４の高さを
ｄSi、及び、Ｓｉ基板１１のテラス１５の幅をＷとする
と、縦格子不整合緩和による傾き角δは、 ｔａｎδ＝（ｄCdTe−ｄSi）／Ｗ で決定される。
さをｄCdTe、Ｓｉ基板１１のステップ１４の高さを
ｄSi、及び、Ｓｉ基板１１のテラス１５の幅をＷとする
と、縦格子不整合緩和による傾き角δは、 ｔａｎδ＝（ｄCdTe−ｄSi）／Ｗ で決定される。
【００１０】なお、この場合のＳｉ基板１１のテラス１
５の幅Ｗは、Ｓｉ基板１１のオフ角θに依存し、 Ｗ＝ｄSiｃｏｔθ となり、また、この場合のＳｉ基板１１のステップ１４
の高さｄSiもオフ角θに依存し、θ＞２°の場合には、
ｄSiは２原子層分の高さ、即ち、格子定数の１／２とな
る。
５の幅Ｗは、Ｓｉ基板１１のオフ角θに依存し、 Ｗ＝ｄSiｃｏｔθ となり、また、この場合のＳｉ基板１１のステップ１４
の高さｄSiもオフ角θに依存し、θ＞２°の場合には、
ｄSiは２原子層分の高さ、即ち、格子定数の１／２とな
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この様なＣｄ
Ｔｅ層１２をバッファ層として設けたＳｉ基板をＨｇＣ
ｄＴｅ成長用半導体成長基板として用いた場合も、Ｃｄ
Ｔｅ層１２による横方向及び縦方向の格子不整合の緩和
が充分でないためその上に成長させたＨｇＣｄＴｅ層の
結晶性が良好ではなく、且つ、その結晶性にばらつきが
あるという問題があった。
Ｔｅ層１２をバッファ層として設けたＳｉ基板をＨｇＣ
ｄＴｅ成長用半導体成長基板として用いた場合も、Ｃｄ
Ｔｅ層１２による横方向及び縦方向の格子不整合の緩和
が充分でないためその上に成長させたＨｇＣｄＴｅ層の
結晶性が良好ではなく、且つ、その結晶性にばらつきが
あるという問題があった。
【００１２】したがって、本発明は、ＣｄＴｅ層等のバ
ッファ層による横方向及び縦方向の格子不整合をさらに
緩和して、結晶性の良好なエピタキシャル層を再現性良
く得ることを目的とする。
ッファ層による横方向及び縦方向の格子不整合をさらに
緩和して、結晶性の良好なエピタキシャル層を再現性良
く得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１（ａ）乃至（ｄ）参照 （１）本発明は、半導体基板１とその上に設けた半導体
成長層５からなり、且つ、半導体基板１と半導体成長層
５との間の格子定数の差が１５％以上ある半導体成長基
板１において、半導体基板１として｛１００｝面４にオ
フ角を設けた半導体基板１を用いると共に、半導体成長
層８の成長面である｛１１１｝面９の傾き角が、半導体
基板１のオフ方向に沿った横方向の格子不整合の緩和に
よる傾き角と、その後の縦方向の格子不整合の緩和によ
る傾き角により決定されることを特徴とする。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１（ａ）乃至（ｄ）参照 （１）本発明は、半導体基板１とその上に設けた半導体
成長層５からなり、且つ、半導体基板１と半導体成長層
５との間の格子定数の差が１５％以上ある半導体成長基
板１において、半導体基板１として｛１００｝面４にオ
フ角を設けた半導体基板１を用いると共に、半導体成長
層８の成長面である｛１１１｝面９の傾き角が、半導体
基板１のオフ方向に沿った横方向の格子不整合の緩和に
よる傾き角と、その後の縦方向の格子不整合の緩和によ
る傾き角により決定されることを特徴とする。
【００１３】この様に、成長初期において、半導体成長
層５の｛１１１｝面６を半導体基板１の｛１００｝面４
から所定角δ1 だけ傾くように成長させることによっ
て、半導体基板１と半導体成長層５とが単位格子胞集団
として格子整合してオフ方向に沿った横方向の格子不整
合が緩和され、且つ、その後の成長において、Ｎａｇａ
ｉの関係式に基づいて所定角δ2 だけ逆方向に傾くこと
により縦方向の格子不整合が緩和され、全体として、半
導体成長層８の｛１１１｝面９は半導体基板１の｛１０
０｝面４に対してδ2 −δ1 だけ傾いて、横方向及び縦
方向の格子不整合の緩和が行われることになる。
層５の｛１１１｝面６を半導体基板１の｛１００｝面４
から所定角δ1 だけ傾くように成長させることによっ
て、半導体基板１と半導体成長層５とが単位格子胞集団
として格子整合してオフ方向に沿った横方向の格子不整
合が緩和され、且つ、その後の成長において、Ｎａｇａ
ｉの関係式に基づいて所定角δ2 だけ逆方向に傾くこと
により縦方向の格子不整合が緩和され、全体として、半
導体成長層８の｛１１１｝面９は半導体基板１の｛１０
０｝面４に対してδ2 −δ1 だけ傾いて、横方向及び縦
方向の格子不整合の緩和が行われることになる。
【００１４】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、半導体基板１と半導体成長層５との界面におけるオ
フ方向に沿った半導体基板１の単位結晶面間隔をＬ1 、
半導体成長層５の単位結晶面間隔をＬ2 とし、また、原
子数をｎとした場合、ｎＬ1−（ｎ−１）Ｌ2 の絶対値
が最小になる原子数ｎによって決まる単位格子胞集団の
幅ｎＬ1 が、オフ角によって決定される半導体基板１の
テラス３の平均幅の２倍よりも大きいことを特徴とす
る。
て、半導体基板１と半導体成長層５との界面におけるオ
フ方向に沿った半導体基板１の単位結晶面間隔をＬ1 、
半導体成長層５の単位結晶面間隔をＬ2 とし、また、原
子数をｎとした場合、ｎＬ1−（ｎ−１）Ｌ2 の絶対値
が最小になる原子数ｎによって決まる単位格子胞集団の
幅ｎＬ1 が、オフ角によって決定される半導体基板１の
テラス３の平均幅の２倍よりも大きいことを特徴とす
る。
【００１５】この様にテラス３の幅Ｗ1 を、ｎＬ1 ＞２
Ｗ1 にすることによって、成長初期には、半導体成長層
５がｃｏｓδ1 ＝ｎＬ1 ／（ｎ−１）Ｌ2 で決まる傾き
角δ 1 だけ傾き、幅ｎＬ1 を単位とする単位格子胞集団
を形成することによって、横方向の格子不整合が緩和さ
れる。
Ｗ1 にすることによって、成長初期には、半導体成長層
５がｃｏｓδ1 ＝ｎＬ1 ／（ｎ−１）Ｌ2 で決まる傾き
角δ 1 だけ傾き、幅ｎＬ1 を単位とする単位格子胞集団
を形成することによって、横方向の格子不整合が緩和さ
れる。
【００１６】（３）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、半導体基板１がＳｉからなり、また、
半導体成長層５がＣｄＴｅからなることを特徴とする。
（２）において、半導体基板１がＳｉからなり、また、
半導体成長層５がＣｄＴｅからなることを特徴とする。
【００１７】上記（１）または（２）の構成の採用は、
ＨｇＣｄＴｅを成長させるためのＣｄＴｅ／Ｓｉ成長基
板において最も有効に機能し、大口径で、且つ、結晶性
の優れたＨｇＣｄＴｅ結晶を再現性良く得ることがで
き、赤外線検出半導体装置のコストダウンを可能にす
る。
ＨｇＣｄＴｅを成長させるためのＣｄＴｅ／Ｓｉ成長基
板において最も有効に機能し、大口径で、且つ、結晶性
の優れたＨｇＣｄＴｅ結晶を再現性良く得ることがで
き、赤外線検出半導体装置のコストダウンを可能にす
る。
【００１８】（４）また、本発明は、上記（３）におい
て、半導体基板１に設けたオフ角が、〔０１１〕方向に
２．５°以上であることを特徴とする。
て、半導体基板１に設けたオフ角が、〔０１１〕方向に
２．５°以上であることを特徴とする。
【００１９】基板がＳｉ場合、オフ角θを〔０１１〕方
向に２．５°以上とすることによって、ｎＬ1 ＞２Ｗ1
の関係を満たし、且つ、結晶性の優れたＣｄＴｅバッフ
ァ層を再現性良く成長させることが可能になる。
向に２．５°以上とすることによって、ｎＬ1 ＞２Ｗ1
の関係を満たし、且つ、結晶性の優れたＣｄＴｅバッフ
ァ層を再現性良く成長させることが可能になる。
【００２０】（５）また、本発明は、半導体成長基板１
の製造方法において、｛１００｝面４の〔０１１〕方向
に２．５°以上のオフ角を設けたＳｉ基板表面にＣｄＴ
ｅ層の成長温度より低温でＴｅを付着させたのちアニー
ルを施し、次いで、Ｓｉ基板のオフ方向に沿った横方向
の格子不整合の緩和による傾き角と、その後の縦方向の
格子不整合の緩和による傾き角とにより決定される傾き
角だけ｛１１１｝面９から傾いたＣｄＴｅ層を成長させ
ることを特徴とする。
の製造方法において、｛１００｝面４の〔０１１〕方向
に２．５°以上のオフ角を設けたＳｉ基板表面にＣｄＴ
ｅ層の成長温度より低温でＴｅを付着させたのちアニー
ルを施し、次いで、Ｓｉ基板のオフ方向に沿った横方向
の格子不整合の緩和による傾き角と、その後の縦方向の
格子不整合の緩和による傾き角とにより決定される傾き
角だけ｛１１１｝面９から傾いたＣｄＴｅ層を成長させ
ることを特徴とする。
【００２１】この様に、Ｓｉ基板表面にＴｅを付着させ
たのちアニールを施して、成長するＣｄＴｅ層の結晶方
向を揃えるための前処理を行ったのち、横方向及び縦方
向の格子不整合緩和による傾き角を有するＣｄＴｅ層を
成長させることにより、成長初期における横方向格子不
整合を緩和するための傾きの方向の一義的に制御するこ
とができ、双晶のない結晶性に優れたＣｄＴｅ層を再現
性良く成長させることができる。
たのちアニールを施して、成長するＣｄＴｅ層の結晶方
向を揃えるための前処理を行ったのち、横方向及び縦方
向の格子不整合緩和による傾き角を有するＣｄＴｅ層を
成長させることにより、成長初期における横方向格子不
整合を緩和するための傾きの方向の一義的に制御するこ
とができ、双晶のない結晶性に優れたＣｄＴｅ層を再現
性良く成長させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】まず、図２を参照して本発明の実
施の形態における横方向の格子不整合緩和の原理を説明
する。 図２（ａ）参照 図２（ａ）はオフ角のない通常のＳｉ／ＣｄＴｅ界面近
傍の結晶状態を模式的に示した図であり、この様な成長
系では成長面方位の変換が起こっているため、即ち、
（１００）面上に（１１１）Ｂ面が成長しているため、
界面においてＳｉとＴｅの原子が１：１に対応していな
い。
施の形態における横方向の格子不整合緩和の原理を説明
する。 図２（ａ）参照 図２（ａ）はオフ角のない通常のＳｉ／ＣｄＴｅ界面近
傍の結晶状態を模式的に示した図であり、この様な成長
系では成長面方位の変換が起こっているため、即ち、
（１００）面上に（１１１）Ｂ面が成長しているため、
界面においてＳｉとＴｅの原子が１：１に対応していな
い。
【００２３】この場合、Ｓｉ基板１１の（１００）面表
面の結晶配列における＜０１１＞方向に取った単位格子
面間隔ＬSiは約３．８４０Åであり、一方、ＣｄＴｅ層
１２の（１１１）Ｂ面の＜−２１１＞面方向に取った単
位格子面間隔ＬCdTe、即ち、Ｔｅ原子の間隔は約３．９
６９Åであり、その格子不整合は約３．４％となる。
面の結晶配列における＜０１１＞方向に取った単位格子
面間隔ＬSiは約３．８４０Åであり、一方、ＣｄＴｅ層
１２の（１１１）Ｂ面の＜−２１１＞面方向に取った単
位格子面間隔ＬCdTe、即ち、Ｔｅ原子の間隔は約３．９
６９Åであり、その格子不整合は約３．４％となる。
【００２４】図２（ｂ）参照 この様な、通常の状態の界面においては、Ｓｉ基板１１
とＣｄＴｅ層１２とを１原子分だけ面配置をずらして、
３１個のＬSiと３０個のＬCdTeとが対応するようにすれ
ば、最も面間隔のマッチングが良好になる。
とＣｄＴｅ層１２とを１原子分だけ面配置をずらして、
３１個のＬSiと３０個のＬCdTeとが対応するようにすれ
ば、最も面間隔のマッチングが良好になる。
【００２５】即ち、ｎＬSi−（ｎ−１）ＬCdTeの絶対値
が最小に成る原子数ｎは、 ｎＬSi−（ｎ−１）ＬCdTe＝３．８４ｎ−３．９６９（ｎ−１） ＝３．９６９−０．１２９ｎ＝０ から、ｎ≒３０．７７となり、したがって、ＬSiが３１
個の時に面間隔の差が最小になる。
が最小に成る原子数ｎは、 ｎＬSi−（ｎ−１）ＬCdTe＝３．８４ｎ−３．９６９（ｎ−１） ＝３．９６９−０．１２９ｎ＝０ から、ｎ≒３０．７７となり、したがって、ＬSiが３１
個の時に面間隔の差が最小になる。
【００２６】図２（ｃ）参照 そして、ＣｄＴｅ層１２の（１１１）Ｂ面がさらにδ1
＝１．７８°だけ傾くと、ｃｏｓ１．７８°＝３１ＬSi
／３０ＬCdTeであるので、３１ＬSiと３０ＬCd Teの長さ
が等しくなり、３１ＬSi，３０ＬCdTeを単位格子胞集団
とする面間隔によって横方向の格子整合が行われること
になる。
＝１．７８°だけ傾くと、ｃｏｓ１．７８°＝３１ＬSi
／３０ＬCdTeであるので、３１ＬSiと３０ＬCd Teの長さ
が等しくなり、３１ＬSi，３０ＬCdTeを単位格子胞集団
とする面間隔によって横方向の格子整合が行われること
になる。
【００２７】次に、図３を参照して、本発明の実施の形
態における横方向の格子不整合緩和を具体的に説明す
る。 図３（ａ）参照 先ず、（１００）面１６を主面とするＳｉ基板１１を＜
０１１＞方向にオフ角θ1 だけオフし、高さｄSiのステ
ップ１４及び幅Ｗ1 のテラス１５からなる表面１３を形
成する。
態における横方向の格子不整合緩和を具体的に説明す
る。 図３（ａ）参照 先ず、（１００）面１６を主面とするＳｉ基板１１を＜
０１１＞方向にオフ角θ1 だけオフし、高さｄSiのステ
ップ１４及び幅Ｗ1 のテラス１５からなる表面１３を形
成する。
【００２８】なお、この場合のオフ角θ1 としては、２
°、４°、及び、８°を用いて実験を行ったが、この場
合の通常のステップ１４の高さｄSiは２原子層分の高
さ、即ち、格子定数の１／２であり、また、テラス１５
の幅Ｗ1 はＷ1 ＝ｄSiｃｏｔθ 1 の関係式によって決定
される。
°、４°、及び、８°を用いて実験を行ったが、この場
合の通常のステップ１４の高さｄSiは２原子層分の高
さ、即ち、格子定数の１／２であり、また、テラス１５
の幅Ｗ1 はＷ1 ＝ｄSiｃｏｔθ 1 の関係式によって決定
される。
【００２９】この場合のテラス１５の幅Ｗ1 は、Ｓｉの
格子定数を５．４３０９Åとすると、θ1 が２°、４
°、及び、８°の場合、Ｗ1 ＝（５．４３０９／２）ｃ
ｏｔθ 1 の関係式から、夫々、７７．７７Å、３８．８
３Å、及び、１９．４０Åとなる。
格子定数を５．４３０９Åとすると、θ1 が２°、４
°、及び、８°の場合、Ｗ1 ＝（５．４３０９／２）ｃ
ｏｔθ 1 の関係式から、夫々、７７．７７Å、３８．８
３Å、及び、１９．４０Åとなる。
【００３０】次いで、Ｓｉ基板１１を洗浄処理したの
ち、基板温度を３５０〜４５０℃、例えば、４１０℃と
した状態で、ＤＥＴｅ（ジエチルテルル）を５〜２０ｓ
ｃｃｍ、例えば、１２ｓｃｃｍ、キャリアガスとしての
Ｈ2 を６０００ｓｃｃｍ流して圧力が１５０Ｔｏｒｒな
るようにして、Ｓｉ基板１１の表面にＴｅを付着させ
る。
ち、基板温度を３５０〜４５０℃、例えば、４１０℃と
した状態で、ＤＥＴｅ（ジエチルテルル）を５〜２０ｓ
ｃｃｍ、例えば、１２ｓｃｃｍ、キャリアガスとしての
Ｈ2 を６０００ｓｃｃｍ流して圧力が１５０Ｔｏｒｒな
るようにして、Ｓｉ基板１１の表面にＴｅを付着させ
る。
【００３１】次いで、基板温度を６００〜８００℃、例
えば、７００℃とし、Ｈ2 を６０００ｓｃｃｍ流して圧
力を１５０Ｔｏｒｒとした水素雰囲気中で、５〜３０
秒、例えば、１０秒間アニールする。
えば、７００℃とし、Ｈ2 を６０００ｓｃｃｍ流して圧
力を１５０Ｔｏｒｒとした水素雰囲気中で、５〜３０
秒、例えば、１０秒間アニールする。
【００３２】この様な、前処理を施すことによって、Ｓ
ｉ基板１１の各テラス１５上に成長するＣｄＴｅ層１２
の成長初期におけるＣｄＴｅ層１２の傾きの方向を一義
的に揃えることができ、全体として双晶を含まない均一
な単結晶を再現性良く得ることができる。
ｉ基板１１の各テラス１５上に成長するＣｄＴｅ層１２
の成長初期におけるＣｄＴｅ層１２の傾きの方向を一義
的に揃えることができ、全体として双晶を含まない均一
な単結晶を再現性良く得ることができる。
【００３３】次いで、基板温度を４００〜４２０℃、例
えば、４１０℃とした状態で、Ｈ2を６０００ｓｃｃ
ｍ、ＤＭＣｄ（ジメチルカドミウム）を０．１〜２．０
ｓｃｃｍ、例えば、０．６ｓｃｃｍ、及び、ＤＥＴｅ
（ジエチルテルル）を３．５〜６．０ｓｃｃｍ、例え
ば、４．８ｓｃｃｍ流して圧力を５０〜３００Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１５０Ｔｏｒｒとした状態のＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）によって、厚さ１．５μｍのＣ
ｄＴｅ層１２を成長させる。
えば、４１０℃とした状態で、Ｈ2を６０００ｓｃｃ
ｍ、ＤＭＣｄ（ジメチルカドミウム）を０．１〜２．０
ｓｃｃｍ、例えば、０．６ｓｃｃｍ、及び、ＤＥＴｅ
（ジエチルテルル）を３．５〜６．０ｓｃｃｍ、例え
ば、４．８ｓｃｃｍ流して圧力を５０〜３００Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１５０Ｔｏｒｒとした状態のＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）によって、厚さ１．５μｍのＣ
ｄＴｅ層１２を成長させる。
【００３４】図３（ｂ）参照 図３（ｂ）は、図３（ａ）における破線の楕円内を拡大
して模式的に示したものであり、ＣｄＴｅ層１２の成長
初期において、ＣｄＴｅ層１２はＳｉ基板１１のテラス
構造に沿って配列しようとするが、ステップ１４におい
て原子配列が矢印の方向に押されて原子配列が傾き、３
１ＬSiと３０ＬCdTeが一致するように傾き角δ1 （≒
１．７８°）だけ傾いた単位格子胞集団１７が積層する
ように成長が生じて横方向の格子不整合を緩和し、その
結果、ＣｄＴｅ層１２の成長面である（１１１）Ｂ面１
８はδ1 だけ傾くことになる。
して模式的に示したものであり、ＣｄＴｅ層１２の成長
初期において、ＣｄＴｅ層１２はＳｉ基板１１のテラス
構造に沿って配列しようとするが、ステップ１４におい
て原子配列が矢印の方向に押されて原子配列が傾き、３
１ＬSiと３０ＬCdTeが一致するように傾き角δ1 （≒
１．７８°）だけ傾いた単位格子胞集団１７が積層する
ように成長が生じて横方向の格子不整合を緩和し、その
結果、ＣｄＴｅ層１２の成長面である（１１１）Ｂ面１
８はδ1 だけ傾くことになる。
【００３５】そして、この場合の成長初期のＣｄＴｅ層
１２の表面１９におけるテラス２１の幅Ｗ2 は、ステッ
プ２０と、表面１９の（１１１）Ｂ面１８に対する傾斜
角θ 2 とによって、 Ｗ2 ＝ＬCdTeｃｏｔθ2 ＝ＬCdTeｃｏｔ（θ1 −δ1 ） となり、Ｗ1 ＝ＬSiｃｏｔθ1 で表されるＳｉ基板１１
のテラス１５の幅Ｗ1 よりも大きくなる。
１２の表面１９におけるテラス２１の幅Ｗ2 は、ステッ
プ２０と、表面１９の（１１１）Ｂ面１８に対する傾斜
角θ 2 とによって、 Ｗ2 ＝ＬCdTeｃｏｔθ2 ＝ＬCdTeｃｏｔ（θ1 −δ1 ） となり、Ｗ1 ＝ＬSiｃｏｔθ1 で表されるＳｉ基板１１
のテラス１５の幅Ｗ1 よりも大きくなる。
【００３６】次いで、成長を続けると、上述のＮａｇａ
ｉの関係式にしたがって、縦方向の格子不整合の緩和が
生じ、図１に示したように、ＣｄＴｅ層１２の（１１
１）Ｂ面１８はｔａｎδ2 ＝（ｄCdTe−ｄSi）／Ｗ2 で
決定される傾き角δ2 だけ逆方向に傾くことになり、そ
の結果、最終的なＣｄＴｅ層１２の（１１１）Ｂ面１８
は、Ｓｉ基板１１の（１００）面に対して傾き角δ
0 （＝δ2 −δ1 ）だけ傾くことになる。
ｉの関係式にしたがって、縦方向の格子不整合の緩和が
生じ、図１に示したように、ＣｄＴｅ層１２の（１１
１）Ｂ面１８はｔａｎδ2 ＝（ｄCdTe−ｄSi）／Ｗ2 で
決定される傾き角δ2 だけ逆方向に傾くことになり、そ
の結果、最終的なＣｄＴｅ層１２の（１１１）Ｂ面１８
は、Ｓｉ基板１１の（１００）面に対して傾き角δ
0 （＝δ2 −δ1 ）だけ傾くことになる。
【００３７】図４参照 図４は、この様にして成長させたＣｄＴｅ層１２の（１
１１）Ｂ面１８の傾き角δ0 のＳｉ基板１１の（１０
０）面１６に対するオフ角θ1 依存性を示す図であり、
傾き角δ0 はＸ線回折によって測定したものである。
１１）Ｂ面１８の傾き角δ0 のＳｉ基板１１の（１０
０）面１６に対するオフ角θ1 依存性を示す図であり、
傾き角δ0 はＸ線回折によって測定したものである。
【００３８】図における実線は、本発明の結果を示すも
ので、本発明における傾き角δ0 は、破線で示す従来の
Ｎａｇａｉモデルによって求められる角度よりもかなり
小さいことがわかり、上で説明したモデルに近い角度が
得られた。
ので、本発明における傾き角δ0 は、破線で示す従来の
Ｎａｇａｉモデルによって求められる角度よりもかなり
小さいことがわかり、上で説明したモデルに近い角度が
得られた。
【００３９】なお、オフ角が２°の場合には、上で説明
したモデルからずれることになるが、これは、θ1 ＝２
°における、テラス幅Ｗ1 が７７．７７Åと、３１ＬSi
／２＝５９．５２Å比べてかなり長くなり、３０ＬCdTe
を単位とする単位格子胞集団が形成される際に、ステッ
プ１４の影響が少なくなり、３０ＬCdTeを３１ＬSiに整
合させる際の傾きの方向が一義的に決まらないため、全
体にばらつきが生じるためであると考えられる。
したモデルからずれることになるが、これは、θ1 ＝２
°における、テラス幅Ｗ1 が７７．７７Åと、３１ＬSi
／２＝５９．５２Å比べてかなり長くなり、３０ＬCdTe
を単位とする単位格子胞集団が形成される際に、ステッ
プ１４の影響が少なくなり、３０ＬCdTeを３１ＬSiに整
合させる際の傾きの方向が一義的に決まらないため、全
体にばらつきが生じるためであると考えられる。
【００４０】即ち、この様に、オフ角θ1 が小さすぎる
と、結果としての傾き角δ0 は小さくなるものの、均一
な結晶が得られないので、上で説明したモデルを適用し
て均一な単結晶を再現性良く成長させるためには、テラ
ス幅Ｗ1 を３１ＬSi／２程度以下にする必要があり、そ
のためのオフ角θ1 は約２．５°以上である。
と、結果としての傾き角δ0 は小さくなるものの、均一
な結晶が得られないので、上で説明したモデルを適用し
て均一な単結晶を再現性良く成長させるためには、テラ
ス幅Ｗ1 を３１ＬSi／２程度以下にする必要があり、そ
のためのオフ角θ1 は約２．５°以上である。
【００４１】図５参照 図５は、オフ角θ1 を８°とした場合に得られたＣｄＴ
ｅ層１２の結晶性をＸ線ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔ
ｈ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ：半値幅）により調べた
もので、ＦＷＨＭが小さいほど結晶性が良好であるの
で、図５からは傾き角δ0 が小さいほど結晶性が良好な
ＣｄＴｅ層１２が得られているのが確認された。
ｅ層１２の結晶性をＸ線ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔ
ｈ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ：半値幅）により調べた
もので、ＦＷＨＭが小さいほど結晶性が良好であるの
で、図５からは傾き角δ0 が小さいほど結晶性が良好な
ＣｄＴｅ層１２が得られているのが確認された。
【００４２】この様に、本発明においては、Ｓｉ基板の
オフ角θ1 を制御することによって、従来の縦方向の格
子不整合緩和とともに、横方向の格子不整合緩和をもた
らすことができるので、結晶性の良好な大口径のＣｄＴ
ｅ／Ｓｉ成長基板を得ることができる。
オフ角θ1 を制御することによって、従来の縦方向の格
子不整合緩和とともに、横方向の格子不整合緩和をもた
らすことができるので、結晶性の良好な大口径のＣｄＴ
ｅ／Ｓｉ成長基板を得ることができる。
【００４３】また、それと同時に、Ｓｉ基板表面にＴｅ
を付着しアニールする前処理工程の温度を制御すること
によって、横方向の格子不整合緩和のための成長初期に
おけるＣｄＴｅ層の傾きの方向を一義的に揃えることが
できるものである。
を付着しアニールする前処理工程の温度を制御すること
によって、横方向の格子不整合緩和のための成長初期に
おけるＣｄＴｅ層の傾きの方向を一義的に揃えることが
できるものである。
【００４４】また、ＣｄＴｅ層１２を成長させる際の、
成長温度、或いは、ＶＩ族原料ガス／ＩＩ族原料ガスの
比を制御することによって双晶の発生を抑制して、均一
な単結晶を得ることができる。
成長温度、或いは、ＶＩ族原料ガス／ＩＩ族原料ガスの
比を制御することによって双晶の発生を抑制して、均一
な単結晶を得ることができる。
【００４５】即ち、成長温度を高くしたり、また、ＶＩ
族原料ガス／ＩＩ族原料ガスの比を小さくすると双晶が
発生しやすくなるので、成長温度、及び、ＶＩ族原料ガ
ス／ＩＩ族原料ガスの比は、夫々、４００〜４２０℃、
及び、６〜１０の範囲であることが望ましい。
族原料ガス／ＩＩ族原料ガスの比を小さくすると双晶が
発生しやすくなるので、成長温度、及び、ＶＩ族原料ガ
ス／ＩＩ族原料ガスの比は、夫々、４００〜４２０℃、
及び、６〜１０の範囲であることが望ましい。
【００４６】なお、上記の実施の形態の説明において
は、ＣｄＴｅ／Ｓｉ系についてしか説明していないが、
本発明はこの様なＣｄＴｅ／Ｓｉ系に限られるものでは
なく、構成定数の差が１５％以上異なる半導体の組合せ
に適用されるものである。
は、ＣｄＴｅ／Ｓｉ系についてしか説明していないが、
本発明はこの様なＣｄＴｅ／Ｓｉ系に限られるものでは
なく、構成定数の差が１５％以上異なる半導体の組合せ
に適用されるものである。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、ＣｄＴｅ等のバッファ
層を設けた大面積のＳｉ基板上にＨｇＣｄＴｅ等の結晶
層を成長させる際に、Ｓｉ基板のオフ角及び前処理温度
等を制御することによって、成長初期において再現性良
く横方向の格子不整合を緩和することができ、それによ
って、特性の優れた赤外線検知半導体装置を安価に提供
することができる。
層を設けた大面積のＳｉ基板上にＨｇＣｄＴｅ等の結晶
層を成長させる際に、Ｓｉ基板のオフ角及び前処理温度
等を制御することによって、成長初期において再現性良
く横方向の格子不整合を緩和することができ、それによ
って、特性の優れた赤外線検知半導体装置を安価に提供
することができる。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明における横方向の格子不整合緩和の原理
的説明図である。
的説明図である。
【図３】本発明における横方向の格子不整合緩和の具体
的説明図である。
的説明図である。
【図４】ＣｄＴｅ層の傾き角δ0 とＳｉ基板のオフ角と
の相関関係の説明図である。
の相関関係の説明図である。
【図５】ＣｄＴｅ層の結晶性の傾き角δ0 依存性の説明
図である。
図である。
【図６】従来の格子不整合緩和の説明図である。
１ 半導体基板 ２ ステップ ３ テラス ４ ｛１００｝面 ５ 半導体成長層 ６ ｛１１１｝面 ７ テラス ８ 半導体成長層 ９ ｛１１１｝面 １０ ステップ １１ Ｓｉ基板 １２ ＣｄＴｅ層 １３ 表面 １４ ステップ １５ テラス １６ （１００）面 １７ 単位格子胞集団 １８ （１１１）Ｂ面 １９ 表面 ２０ ステップ ２１ テラス
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板とその上に設けた半導体成長
層からなり、且つ、前記半導体基板と前記半導体成長層
との間の格子定数の差が１５％以上ある半導体成長基板
において、前記半導体基板として｛１００｝面にオフ角
を設けた半導体基板を用いると共に、前記半導体成長層
の成長面である｛１１１｝面の傾き角が、前記半導体基
板のオフ方向に沿った横方向の格子不整合の緩和による
傾き角と、その後の縦方向の格子不整合の緩和による傾
き角により決定されることを特徴とする半導体成長基
板。 - 【請求項２】 上記半導体基板と上記半導体成長層との
界面における、上記オフ方向にそった前記半導体基板の
単位結晶面間隔をＬ1 、前記半導体成長層の単位結晶面
間隔をＬ2 とし、また、原子数をｎとした場合、ｎＬ1
−（ｎ−１）Ｌ2 の絶対値が最小になる原子数ｎによっ
て決まる単位格子胞集団の幅ｎＬ1 が、前記オフ角によ
って決定される前記半導体基板の平均テラス幅の２倍よ
りも大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体成長
基板。 - 【請求項３】 上記半導体基板がＳｉからなり、また、
上記半導体成長層がＣｄＴｅからなることを特徴とする
請求項１または２に記載の半導体成長基板。 - 【請求項４】 上記半導体基板に設けたオフ角が、〔０
１１〕方向に２．５°以上であることを特徴とする請求
項３記載の半導体成長基板。 - 【請求項５】 ｛１００｝面の〔０１１〕方向に２．５
°以上のオフ角を設けたＳｉ基板表面に、ＣｄＴｅ層の
成長温度より低温でＴｅを付着させたのちアニールを施
し、次いで、前記Ｓｉ基板のオフ方向に沿った横方向の
格子不整合の緩和による傾き角と、その後の縦方向の格
子不整合の緩和による傾き角とにより決定される傾き角
だけ｛１１１｝面から傾いたＣｄＴｅ層を成長させるこ
とを特徴とする半導体成長基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8022319A JPH09219409A (ja) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | 半導体成長基板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8022319A JPH09219409A (ja) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | 半導体成長基板及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09219409A true JPH09219409A (ja) | 1997-08-19 |
Family
ID=12079411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8022319A Withdrawn JPH09219409A (ja) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | 半導体成長基板及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09219409A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006319107A (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-24 | Ngk Insulators Ltd | エピタキシャル基板、半導体素子、エピタキシャル基板の製造方法、およびｉｉｉ族窒化物結晶における転位偏在化方法 |
-
1996
- 1996-02-08 JP JP8022319A patent/JPH09219409A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006319107A (ja) * | 2005-05-12 | 2006-11-24 | Ngk Insulators Ltd | エピタキシャル基板、半導体素子、エピタキシャル基板の製造方法、およびｉｉｉ族窒化物結晶における転位偏在化方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030506 |