JPS61107719A - ３−５化合物単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板およびその製造方法 - Google Patents
３−５化合物単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、■−■化合物単結晶薄膜をそなえた８１基板
およびその製造方法に関するものである。
およびその製造方法に関するものである。
（従来例の構成とその問題点）
ゝ 単結晶Ｇｅ 、 Ｓｔの上に、それぞれ単結
晶ＧａＡｓ 。
晶ＧａＡｓ 。
ＧａＰをエピタキシャル成長させる試みは、それらの２
つの材料の格子不整合が、それぞれ０．１％、０．３７
チと小さく、ＧａＡｓ、 ＧａＰのバンドギャップ／ｌ
’−１それぞれＧｅ 、 Ｓｉより大きいため、それら
をエミッタとするヘテロバイポーラトランジスタとして
有望でちることの他に、形成されるＧａＡｓ 。
つの材料の格子不整合が、それぞれ０．１％、０．３７
チと小さく、ＧａＡｓ、 ＧａＰのバンドギャップ／ｌ
’−１それぞれＧｅ 、 Ｓｉより大きいため、それら
をエミッタとするヘテロバイポーラトランジスタとして
有望でちることの他に、形成されるＧａＡｓ 。
ＧａＰを用いる多くの産業上の有用な用途があることか
ら、古くから数多くなされてきた。しかし、この系では
ｍ−■化合物同士のエピタキシーと違って、格子整合だ
けでは解決できない難しい問題があり、反位相構造、双
晶、転位などの欠陥が極めて多く生じ、結晶成長はうま
くいかなかった。
ら、古くから数多くなされてきた。しかし、この系では
ｍ−■化合物同士のエピタキシーと違って、格子整合だ
けでは解決できない難しい問題があり、反位相構造、双
晶、転位などの欠陥が極めて多く生じ、結晶成長はうま
くいかなかった。
近年、その原因がかなシ明らかになってきた。まず、１
９７８年に、極性のＧａＰ、 ＧａＡｓなどの■−■化
合物をＳｉ 、 Ｇｅのような非極性のダイヤモンド構
造をもつ材料の上にエピタキシャル成長する場合には、
結晶方位によって界面にチャージが生じ（たとえば〔１
００〕、［１１１］） 、このチャージは、バンド構造
や結晶成長に十分な影響を与えるだけ大きいこと、そし
て（１１０）ではこのチ ゛ヤージが生じないため、
デバイスや結晶成長に適することが指摘された。［Ｗ、
Ａ、Ｈａｒｒｉｓｏｎ ｅｔ ａＬＰｈｙｓ、 Ｒｅｖ
、 Ｂ １８ 、４４０２ （１９７８） ）。
９７８年に、極性のＧａＰ、 ＧａＡｓなどの■−■化
合物をＳｉ 、 Ｇｅのような非極性のダイヤモンド構
造をもつ材料の上にエピタキシャル成長する場合には、
結晶方位によって界面にチャージが生じ（たとえば〔１
００〕、［１１１］） 、このチャージは、バンド構造
や結晶成長に十分な影響を与えるだけ大きいこと、そし
て（１１０）ではこのチ ゛ヤージが生じないため、
デバイスや結晶成長に適することが指摘された。［Ｗ、
Ａ、Ｈａｒｒｉｓｏｎ ｅｔ ａＬＰｈｙｓ、 Ｒｅｖ
、 Ｂ １８ 、４４０２ （１９７８） ）。
ツイーｃ−１１９８２年に、それらのエピタキシーにお
いては、界面チャージが生じないことだけでなく、■−
■化合物の■族およびＶ族原子が下地のダイヤモンド構
造からなる結晶のサイトのどこに結合するかということ
（サイト・アロケーション）が重要となり、■族と■族
原子のサイト・アロケーションが確定されることが、深
刻な問題となっている反位相構造の発生を避けるために
極めて重要となることが指摘された。そして、界面チャ
ージが生じないことと、サイト・アロケーションが確定
されることの二つの条件が満足される結晶面として、Ｓ
ｉ 、 Ｇｅなどのダイヤモンド構造をとる結晶の結合
サイトを構成する４個の結合手の１個が基板に平行に存
在しく第１図の符号１）かつ、それらのサイトが基板か
ら上方に向いた１個の結合手にのるサイト（第１図の符
号２）と、基板から上方に向いた２本の結合手にのるサ
イト（第１図の符号３）の２種類のサイトからなる結晶
面が有望であシ、その最も簡単な結晶面が第１図に示す
（２１１）結晶面であることが指摘された［： Ｓ、
Ｗｒｉｇｈｔ ｅｔａｌ＋ Ｊ、 Ｖａｃ、 Ｓｅｔ、
Ｔｅｃｈｎｏｌ、。
いては、界面チャージが生じないことだけでなく、■−
■化合物の■族およびＶ族原子が下地のダイヤモンド構
造からなる結晶のサイトのどこに結合するかということ
（サイト・アロケーション）が重要となり、■族と■族
原子のサイト・アロケーションが確定されることが、深
刻な問題となっている反位相構造の発生を避けるために
極めて重要となることが指摘された。そして、界面チャ
ージが生じないことと、サイト・アロケーションが確定
されることの二つの条件が満足される結晶面として、Ｓ
ｉ 、 Ｇｅなどのダイヤモンド構造をとる結晶の結合
サイトを構成する４個の結合手の１個が基板に平行に存
在しく第１図の符号１）かつ、それらのサイトが基板か
ら上方に向いた１個の結合手にのるサイト（第１図の符
号２）と、基板から上方に向いた２本の結合手にのるサ
イト（第１図の符号３）の２種類のサイトからなる結晶
面が有望であシ、その最も簡単な結晶面が第１図に示す
（２１１）結晶面であることが指摘された［： Ｓ、
Ｗｒｉｇｈｔ ｅｔａｌ＋ Ｊ、 Ｖａｃ、 Ｓｅｔ、
Ｔｅｃｈｎｏｌ、。
２１．５３４ （１９８２）〕。
第１図はＳｉ 、 Ｇｅあるいはそれらの固溶体などの
ダイヤモンド構造を〈１１０〉方向から見た図である。
ダイヤモンド構造を〈１１０〉方向から見た図である。
１はＳｔの結合サイトを構成する４個の結合手の中で基
板忙平行となっている結合手、２は基板の下方から上方
に向かう２本の結合手にのるＳｉ結合サイト、３は基板
の下方から上方に向かう２本の結合手にのるＳｉ結合サ
イトを示す。
板忙平行となっている結合手、２は基板の下方から上方
に向かう２本の結合手にのるＳｉ結合サイト、３は基板
の下方から上方に向かう２本の結合手にのるＳｉ結合サ
イトを示す。
この結晶面では、２種類の質的に異なるサイトからなる
ため、■族とＶ族原子が選択的にそれぞれのサイトに結
合することが期待されるわけである。そして、実際に、
５ｉ（２１１）基板を用いて、分子線エピタキシー法に
よりＧａＰのエピタキシー成長を行ない、提唱した理論
が正しいことが実証された。これによって、はじめて、
Ｓｌ基板上に、反位相構造のない、鏡面をもつＧａＰの
単結晶薄膜層が形成された。このヘテロ構造を用いてβ
＝９の過去最高のβ値をもつヘテロバイポーラトランジ
スタが作られたが、この特性は、トランジスタとしでは
まだ十分なものではなかった。これは反位相構造以外の
結晶欠陥がまだ多く含まれていることによる。事実、表
面には、内部欠陥の存在を示す多くの平行に走った線状
の微細構造が存在していた。しかし、この方式により、
界面チャージをなくすこと、および最も深刻な問題であ
った反位相構造の発生をなくすことの２つの基本的な、
重要な課題が解決されているので、反位相構造以外の、
おもに格子不整合によって生じる結晶欠陥を除去するこ
とができれば、高品質のＧａＰ単結晶薄膜をそなえたＳ
ｉ基板の作製が期待できるわけである。Ｇｅの上にＧａ
Ａｓを形成する場合には、格子不整合はＳｔとＧａＰの
場合よシもはるかに小さいので、上述の結晶方位をもつ
基板を用いてＳｉ上へのＧａＰの形成を行なう場合よシ
も良い結晶成長が期待できるわけであるが、Ｇｅの単結
晶基板は表面の１ 清浄化が難しいことが大きな問題
点であった。
ため、■族とＶ族原子が選択的にそれぞれのサイトに結
合することが期待されるわけである。そして、実際に、
５ｉ（２１１）基板を用いて、分子線エピタキシー法に
よりＧａＰのエピタキシー成長を行ない、提唱した理論
が正しいことが実証された。これによって、はじめて、
Ｓｌ基板上に、反位相構造のない、鏡面をもつＧａＰの
単結晶薄膜層が形成された。このヘテロ構造を用いてβ
＝９の過去最高のβ値をもつヘテロバイポーラトランジ
スタが作られたが、この特性は、トランジスタとしでは
まだ十分なものではなかった。これは反位相構造以外の
結晶欠陥がまだ多く含まれていることによる。事実、表
面には、内部欠陥の存在を示す多くの平行に走った線状
の微細構造が存在していた。しかし、この方式により、
界面チャージをなくすこと、および最も深刻な問題であ
った反位相構造の発生をなくすことの２つの基本的な、
重要な課題が解決されているので、反位相構造以外の、
おもに格子不整合によって生じる結晶欠陥を除去するこ
とができれば、高品質のＧａＰ単結晶薄膜をそなえたＳ
ｉ基板の作製が期待できるわけである。Ｇｅの上にＧａ
Ａｓを形成する場合には、格子不整合はＳｔとＧａＰの
場合よシもはるかに小さいので、上述の結晶方位をもつ
基板を用いてＳｉ上へのＧａＰの形成を行なう場合よシ
も良い結晶成長が期待できるわけであるが、Ｇｅの単結
晶基板は表面の１ 清浄化が難しいことが大きな問題
点であった。
この場合、界面チャージ、サイト・アロケーション、お
よび格子整合の課題が解決されても、光面の清浄化が難
しいために各種の欠陥が発生する。
よび格子整合の課題が解決されても、光面の清浄化が難
しいために各種の欠陥が発生する。
一般によく用いられる（１００）、（１１１）や（１１
０）などのＳｉ、Ｇｅなどのダイヤモンド構造を有する
材料の基板では、っぎのような問題点がある。（１００
）および（１１１）基板の場合には、その上に［−Ｖ化
合物を形成すると界面にチャージが生じることの他に、
表面が同一種のサイトからなるため、ｍ族、Ｖ族原子の
サイト・アロケーションが確定されないので結晶成長が
難かしい。これらの結晶面でサイト・アロケーションの
問題を解決する方法がみつかシ、良い結晶成長が行なわ
れれば、形成された［−Ｖ化合物を用いるデバイスへの
適用は可能となるが、下地の非極性の材料との界面にチ
ャージが生じるため、この界面を用いるデバイスには適
しているとはいえない。（１１０）基板の場合には、界
面チャージは生じないが、ｍ族、Ｖ族原子のサイト・ア
ロケーションが確定されないので、欠陥の少ない単結
”晶膜の結晶成長が難かしい。（１１０）基板にお
いて、サイト・アロケーションを解決するなんらかの方
法が見つかれば、界面チャージが生じないことから、Ｉ
ＩＩ−Ｖ化合物材料とダイヤモンド構造をもつ材料との
へテロ構造を用いるデバイスや形成された■−■化合物
材料を基板として用いるデバイスなどの種々の応用があ
る。これらの結晶面を用いて、ある程度の品質のＧａＰ
が形成されたという報告もあるが、上述のように原理的
に結晶成長が難かしいことから十分なものではない。
０）などのＳｉ、Ｇｅなどのダイヤモンド構造を有する
材料の基板では、っぎのような問題点がある。（１００
）および（１１１）基板の場合には、その上に［−Ｖ化
合物を形成すると界面にチャージが生じることの他に、
表面が同一種のサイトからなるため、ｍ族、Ｖ族原子の
サイト・アロケーションが確定されないので結晶成長が
難かしい。これらの結晶面でサイト・アロケーションの
問題を解決する方法がみつかシ、良い結晶成長が行なわ
れれば、形成された［−Ｖ化合物を用いるデバイスへの
適用は可能となるが、下地の非極性の材料との界面にチ
ャージが生じるため、この界面を用いるデバイスには適
しているとはいえない。（１１０）基板の場合には、界
面チャージは生じないが、ｍ族、Ｖ族原子のサイト・ア
ロケーションが確定されないので、欠陥の少ない単結
”晶膜の結晶成長が難かしい。（１１０）基板にお
いて、サイト・アロケーションを解決するなんらかの方
法が見つかれば、界面チャージが生じないことから、Ｉ
ＩＩ−Ｖ化合物材料とダイヤモンド構造をもつ材料との
へテロ構造を用いるデバイスや形成された■−■化合物
材料を基板として用いるデバイスなどの種々の応用があ
る。これらの結晶面を用いて、ある程度の品質のＧａＰ
が形成されたという報告もあるが、上述のように原理的
に結晶成長が難かしいことから十分なものではない。
まとめると、極性のＩ［［−Ｖ化合物材料であるＧａＰ
あるいはＧａＰと格子整合する■−■化合物を非極性の
ダイヤモンド構造であるＳｉの上にエピタキシャル成長
を行なう場合、目的に応じてっぎの二つの場合がある。
あるいはＧａＰと格子整合する■−■化合物を非極性の
ダイヤモンド構造であるＳｉの上にエピタキシャル成長
を行なう場合、目的に応じてっぎの二つの場合がある。
（１１ＧａＰまたはＧａｐと格子整合するｍ−ｖ化合物
とＳｉのへテロ構造をデバイスとして活用することを目
的とする場合には、欠陥の極めて少ない、前記１１１−
Ｖ化合物の単結晶薄膜がＳｉの上に形成されるだけでは
十分でなく、この［［−Ｖ化合物とＳｔとの界面欠陥の
ないこと、バンド構造に大きな影響を与える界面チャー
ジが生じないことが重要となる。
とＳｉのへテロ構造をデバイスとして活用することを目
的とする場合には、欠陥の極めて少ない、前記１１１−
Ｖ化合物の単結晶薄膜がＳｉの上に形成されるだけでは
十分でなく、この［［−Ｖ化合物とＳｔとの界面欠陥の
ないこと、バンド構造に大きな影響を与える界面チャー
ジが生じないことが重要となる。
（２） ＧａＰまたはＧａＰと格子整合するｍ−ｖ化
合物とＳｔのへテロ構造をデバイスとして活用するので
はなく、形成された前記■−ｖ化合物をデバイスとして
活用する（たとえばＬＥＤ ）ことを目的とする場合に
は、この■−■化合物とＳｉの界面の状態（界面チャー
ジおよび欠陥）は必ずしも重要ではなく、デバイスとし
て使用する部分として、どんな方法でも良質の［［［−
Ｖ化合物結晶が形成されればよい。
合物とＳｔのへテロ構造をデバイスとして活用するので
はなく、形成された前記■−ｖ化合物をデバイスとして
活用する（たとえばＬＥＤ ）ことを目的とする場合に
は、この■−■化合物とＳｉの界面の状態（界面チャー
ジおよび欠陥）は必ずしも重要ではなく、デバイスとし
て使用する部分として、どんな方法でも良質の［［［−
Ｖ化合物結晶が形成されればよい。
前者の場合には、■−ｖ化合物と、Ｓｉとの界面だけで
なく、形成されたＩＩＩ−Ｖ化合物自身も非常にすぐれ
た品質のものとなるので、形成されたｍ−■化合物は後
者の目的にも活用できる。後者の場合には、形成された
■−■化合物の利用ということに用途が限定される。こ
れまでの研究ではど □ちらの目的でも十分なも
のはまだ形成されていない。
なく、形成されたＩＩＩ−Ｖ化合物自身も非常にすぐれ
た品質のものとなるので、形成されたｍ−■化合物は後
者の目的にも活用できる。後者の場合には、形成された
■−■化合物の利用ということに用途が限定される。こ
れまでの研究ではど □ちらの目的でも十分なも
のはまだ形成されていない。
（発明の目的）
本発明の目的は、従来の欠点を解消するもので、単結晶
Ｓｌ基板への単結晶ＧａＰｔたはＧａＰと格子整合する
ｌ［−Ｖ化合物の形成に関係し、形成される■−■化合
物と下地のＳｉとの界面チャージとサイト・アロケーシ
ョンの問題を解決するとともに、■−■化合物とＳｉと
の間にある約０．３７％格子不整合を解決することＫよ
り、欠陥の少ないｌ−Ｖ化合物を形成し、形成されるＧ
ａＰ ’ｆｇ用いたデバイス、さらにそれらとＳｉデバ
イスとを一体化したデバイスなどに適用可能な、ｌ［−
Ｖ化合物単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板およびその製造
方法を提供することである。
Ｓｌ基板への単結晶ＧａＰｔたはＧａＰと格子整合する
ｌ［−Ｖ化合物の形成に関係し、形成される■−■化合
物と下地のＳｉとの界面チャージとサイト・アロケーシ
ョンの問題を解決するとともに、■−■化合物とＳｉと
の間にある約０．３７％格子不整合を解決することＫよ
り、欠陥の少ないｌ−Ｖ化合物を形成し、形成されるＧ
ａＰ ’ｆｇ用いたデバイス、さらにそれらとＳｉデバ
イスとを一体化したデバイスなどに適用可能な、ｌ［−
Ｖ化合物単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板およびその製造
方法を提供することである。
（発明の構成）
本発明の、■−■化合物単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板
およびその製造方法は、Ｓｌのおのおのの結合サイトを
構成する４個の結合手の１個が基板に平行に存在した結
晶方位を有する単結晶Ｓｉ基板の上に、Ｓｉを含めたＧ
ｅ −Ｓｉ系固溶体の２つの固溶体であって、それらの
格子定数の平均値とＧａＰの格子定数との格子不整合が
０．２％以内となる２つの組成の固溶体の単結晶薄膜層
からなる超格子構造の薄膜層を形成し、その上にＡｔＰ
、 ＧａＰあるいはそれらの固溶体の単結晶薄膜から
構成される超格子構造の薄膜層を形成し、その上にＧａ
Ｐもしくはこれと格子整合するｌ−Ｖ化合物単結晶薄膜
を形成した構造を有するものであり、またその製造方法
である。
およびその製造方法は、Ｓｌのおのおのの結合サイトを
構成する４個の結合手の１個が基板に平行に存在した結
晶方位を有する単結晶Ｓｉ基板の上に、Ｓｉを含めたＧ
ｅ −Ｓｉ系固溶体の２つの固溶体であって、それらの
格子定数の平均値とＧａＰの格子定数との格子不整合が
０．２％以内となる２つの組成の固溶体の単結晶薄膜層
からなる超格子構造の薄膜層を形成し、その上にＡｔＰ
、 ＧａＰあるいはそれらの固溶体の単結晶薄膜から
構成される超格子構造の薄膜層を形成し、その上にＧａ
Ｐもしくはこれと格子整合するｌ−Ｖ化合物単結晶薄膜
を形成した構造を有するものであり、またその製造方法
である。
また、ｓｉ（２１１）基板を用い、あるいはＺ−Ｖ化合
物としてＧａＰを用いるものである。
物としてＧａＰを用いるものである。
（実施例の説明）
本発明の実施例を第２図ないし第４図に基づいて説明す
る。
る。
第２図ないし第４図は本発明によって形成される材料の
断面図である。
断面図である。
同図において、１は８１基板、２は３ｉノ４．ファ層、
７はＧａＰ単結晶薄膜層である。第２′図の符号 ３は
ＧｅＯ，１８ＳｉＯ，８２固溶体の単結晶薄膜層、４は
Ｓｉの単結晶薄膜層、５はそれらから形成される超格子
構造の薄膜層、６はＡｔＰとＧａＰの単結晶薄膜からな
る超格子構造の薄膜層を示す。第３図の符号８はＧｅ
ａ、１Ｓ ｌ ａ、ｑ固溶体の単結晶薄膜層、９はｓｌ
の単結晶薄膜層、１０はそれから形成される超格子構造
の薄膜層、１１はＡｔｏ、３Ｇａｏ、７ＰとＧａＰの単
結晶薄膜からなる超格子構造の薄膜層を示す。第４図の
符号１２はＧ ｅ ｏ、。５ＳｌＯ，９５固溶体の単結
晶薄膜層、】３はＧ ｅ Ｏ０２Ｓ ｊ ｏ、ａ固溶体
の単結晶薄膜層、１４はそれから形成される超格子構造
の薄膜層、６はＡｔＰとＧａＰの単結晶薄膜から形成さ
れる超格子構造の薄膜層、７はＧａＰの単結晶薄膜層を
示す。
７はＧａＰ単結晶薄膜層である。第２′図の符号 ３は
ＧｅＯ，１８ＳｉＯ，８２固溶体の単結晶薄膜層、４は
Ｓｉの単結晶薄膜層、５はそれらから形成される超格子
構造の薄膜層、６はＡｔＰとＧａＰの単結晶薄膜からな
る超格子構造の薄膜層を示す。第３図の符号８はＧｅ
ａ、１Ｓ ｌ ａ、ｑ固溶体の単結晶薄膜層、９はｓｌ
の単結晶薄膜層、１０はそれから形成される超格子構造
の薄膜層、１１はＡｔｏ、３Ｇａｏ、７ＰとＧａＰの単
結晶薄膜からなる超格子構造の薄膜層を示す。第４図の
符号１２はＧ ｅ ｏ、。５ＳｌＯ，９５固溶体の単結
晶薄膜層、】３はＧ ｅ Ｏ０２Ｓ ｊ ｏ、ａ固溶体
の単結晶薄膜層、１４はそれから形成される超格子構造
の薄膜層、６はＡｔＰとＧａＰの単結晶薄膜から形成さ
れる超格子構造の薄膜層、７はＧａＰの単結晶薄膜層を
示す。
実施例１
一般のＳｉデバイスの作製に用いられるのと同様の鏡面
仕上げを行なった５ｉ（２１１）基板の表面の清浄化を
まずつぎのようなウェットプロセスで行なう。基板をト
リクロールエチレン、アセトン、と純水を用いて脱脂洗
浄したのち、約１５０℃に加熱したＨ２ｏ２／Ｈ２Ｓ０
４（１／４）液に浸し表面の汚れを取り除く。つづいて
純水で十分に洗浄したのち、ＨＦ／Ｈ２ＯＣ１／］ ０
）液に浸して表面の酸化膜を除去する。このあと、大
気にさらさない状態で、純水を用いて十分に洗浄し、加
熱したＮＨ４０ＶＨ２０□／Ｈ２０（１／］／１０）液
に浸し表面に極めてうすいシリコン酸化膜を形成して清
浄化した表面を保護する。この基板を分子線エピタキシ
ー装置に充填し、８００℃に加熱する。これによυ、表
面に形成された酸化シリコン膜が完全に除かれ、Ｓｉ基
板の表面の清浄化が行なわれる。この基板（第２図の符
号１）の上に電子ビーム法によシ作製したＳｉ分子ビー
ムを用いてＳｉのバッファ層（第２図の符号２）をエピ
タキシアル形成し、その上にＳｉ分子ビームと抵抗熱に
よシ作製したＧｅ分子ビームを用いて、格子定数ａ＝５
．４７２ＸのＧｅｏ、１８Ｓｉｏ、８２組成の固溶体的
５０Ｘの膜厚の単結晶薄膜（第２図の符号３）と約５０
Ｘの膜厚のＳｔの単結晶薄膜層（第２図の、符号４）の
繰シ返し多層構造すなわち超格子構造の薄膜層（第２図
の符号５）をエピタキシャル形成する。
仕上げを行なった５ｉ（２１１）基板の表面の清浄化を
まずつぎのようなウェットプロセスで行なう。基板をト
リクロールエチレン、アセトン、と純水を用いて脱脂洗
浄したのち、約１５０℃に加熱したＨ２ｏ２／Ｈ２Ｓ０
４（１／４）液に浸し表面の汚れを取り除く。つづいて
純水で十分に洗浄したのち、ＨＦ／Ｈ２ＯＣ１／］ ０
）液に浸して表面の酸化膜を除去する。このあと、大
気にさらさない状態で、純水を用いて十分に洗浄し、加
熱したＮＨ４０ＶＨ２０□／Ｈ２０（１／］／１０）液
に浸し表面に極めてうすいシリコン酸化膜を形成して清
浄化した表面を保護する。この基板を分子線エピタキシ
ー装置に充填し、８００℃に加熱する。これによυ、表
面に形成された酸化シリコン膜が完全に除かれ、Ｓｉ基
板の表面の清浄化が行なわれる。この基板（第２図の符
号１）の上に電子ビーム法によシ作製したＳｉ分子ビー
ムを用いてＳｉのバッファ層（第２図の符号２）をエピ
タキシアル形成し、その上にＳｉ分子ビームと抵抗熱に
よシ作製したＧｅ分子ビームを用いて、格子定数ａ＝５
．４７２ＸのＧｅｏ、１８Ｓｉｏ、８２組成の固溶体的
５０Ｘの膜厚の単結晶薄膜（第２図の符号３）と約５０
Ｘの膜厚のＳｔの単結晶薄膜層（第２図の、符号４）の
繰シ返し多層構造すなわち超格子構造の薄膜層（第２図
の符号５）をエピタキシャル形成する。
ＧｅＯ，＋８ ＳｉＯ，８２固溶体と８１との格子定数
の平均値はＧａＰの格子定数（ａ＝ｓ、４ｓＩＸ）と一
致する。
の平均値はＧａＰの格子定数（ａ＝ｓ、４ｓＩＸ）と一
致する。
これにより、超格子構造薄膜５の各層の原子の位置が少
し動いて、ＧａＰ結晶格子に極めて近い原子位置を占め
るよう【する。この超格子構造薄膜層５の上に、ＧａＰ
と極めてよく格子整合する約５０＾のＡＬＰと約５０Ｘ
のＧａＰの単結晶薄膜からなる超格子構造薄膜層（第２
図の符号６）をＱａ 、 ＡｔとＰの分子ビームを用い
てエピタキシャル形成し、その上にｃａｐの単結晶薄膜
層（第２図の符号７）を、ＧａとＰの分子ビームを用い
てエピタキシャル形成する。ｌ−Ｖ化合物の超格子構造
薄膜層（第２図の符号６）は、下地の影響を緩和するバ
ッファ層の役割を果たす。この実施例に用いる５ｉ（２
１１）基板は、第１図に示すように結合手の１個が基板
に平行に存在していることから、その上に極性のＧａＰ
ｆ形成しても界面にチャージが生じないこと、および
原子が結合するサイトが、基板から上方にのびた１個の
結合手にのるサイト！ （第１図の符号２）と基板か
ら上方にのびた２個の結合手にのるサイト（第１図の符
号３）の質的に異なる２種類のサイトからなることから
、その上にのる■族とＶ族原子のサイト・アロケーショ
ンが確定されるという特徴を有するので、本発明の目的
にかなう基板である。しかし、これらの目的をみたす基
板は、これ以外にも種々あり、第１図の状態から（１１
１）軸のまわりに回転して作製した［２１１］方向が基
板に対して傾斜した結晶方位を有する基板、たとえば（
５４１’） 。
し動いて、ＧａＰ結晶格子に極めて近い原子位置を占め
るよう【する。この超格子構造薄膜層５の上に、ＧａＰ
と極めてよく格子整合する約５０＾のＡＬＰと約５０Ｘ
のＧａＰの単結晶薄膜からなる超格子構造薄膜層（第２
図の符号６）をＱａ 、 ＡｔとＰの分子ビームを用い
てエピタキシャル形成し、その上にｃａｐの単結晶薄膜
層（第２図の符号７）を、ＧａとＰの分子ビームを用い
てエピタキシャル形成する。ｌ−Ｖ化合物の超格子構造
薄膜層（第２図の符号６）は、下地の影響を緩和するバ
ッファ層の役割を果たす。この実施例に用いる５ｉ（２
１１）基板は、第１図に示すように結合手の１個が基板
に平行に存在していることから、その上に極性のＧａＰ
ｆ形成しても界面にチャージが生じないこと、および
原子が結合するサイトが、基板から上方にのびた１個の
結合手にのるサイト！ （第１図の符号２）と基板か
ら上方にのびた２個の結合手にのるサイト（第１図の符
号３）の質的に異なる２種類のサイトからなることから
、その上にのる■族とＶ族原子のサイト・アロケーショ
ンが確定されるという特徴を有するので、本発明の目的
にかなう基板である。しかし、これらの目的をみたす基
板は、これ以外にも種々あり、第１図の状態から（１１
１）軸のまわりに回転して作製した［２１１］方向が基
板に対して傾斜した結晶方位を有する基板、たとえば（
５４１’） 。
（４３１）、（３２１）などの基板を用いることができ
る。
る。
この実施例では、ＧａＰまたはこれと格子整合するｍ−
■化合物とＳｉとの格子不整合を調整するためにＳｉと
ＧｅＯ，１８Ｓｉ０．８□固溶体を用いてその平均の原
子位置がＧａＰのそれに極めて近くなるようにしている
が、この組成に限るものではない。格子不整合は小さい
ほどよいが、Ｇｅ−３ｉ系固溶体とＳｉ、あるいはＧｅ
−８ｒ系の２つの固溶体の超格子構造の作製において、
それらの格子定数の平均値とＧａＰの格子定数との格子
不整合が０．２％以内になるようにしても十分に効果が
ある。また、この実施例では■−■化合物からなる超格
子構造薄膜層として、ＡｔＰとＧａＰの単結晶薄膜から
なるものを用いているが、これらのｌ−Ｖ化合物と、Ａ
ｔｘＧａｌ−ｘＰ固溶体からなる超格子構造薄膜をもち
いることもできる。それらの実施例を以下に示す。
■化合物とＳｉとの格子不整合を調整するためにＳｉと
ＧｅＯ，１８Ｓｉ０．８□固溶体を用いてその平均の原
子位置がＧａＰのそれに極めて近くなるようにしている
が、この組成に限るものではない。格子不整合は小さい
ほどよいが、Ｇｅ−３ｉ系固溶体とＳｉ、あるいはＧｅ
−８ｒ系の２つの固溶体の超格子構造の作製において、
それらの格子定数の平均値とＧａＰの格子定数との格子
不整合が０．２％以内になるようにしても十分に効果が
ある。また、この実施例では■−■化合物からなる超格
子構造薄膜層として、ＡｔＰとＧａＰの単結晶薄膜から
なるものを用いているが、これらのｌ−Ｖ化合物と、Ａ
ｔｘＧａｌ−ｘＰ固溶体からなる超格子構造薄膜をもち
いることもできる。それらの実施例を以下に示す。
実施例２
実施例１と同じように、５ｉ（２１１）基板の表面の清
浄化を行なったのち、Ｓｉのバ、ソファ層（第３図の符
号１）を形成する。その上にＳｔ分子ビームとＧｅ分子
ビームを用いて、格子定数ａ ＝ ５．４５４ ｉをも
つＧ ｅ ｏ、＋ Ｓ １ ａ、ｑ組成の固溶体の約５
０λの単結晶薄膜（第３図の符号８）と約５０ＸのＳｉ
の単結晶薄膜（第３図の符号９）との繰り返えし多層構
造（第３図の符号１０）を形成する。この場合、Ｓｌと
Ｇｅｏ、、Ｓｊｏ、、固溶体の平均の格子定数は、ａ
＝ ５．４４２ Ｘとなυ、ＧａＰの格子不整合は約０
．１６チとなる。この上に、ＧａＰと極めてよく格子整
合する約５０ＸのＡｔｏ、３Ｇａ 、、ｐと約５０Ｘの
ＧａＰの単結晶膜からなる超格子構造薄膜層（第３図の
符号１１）をＧａ、ＡｊとＰの分子ビーム２用いてエピ
タキシャル形成し、その上にＧａＰの単結晶薄膜を形成
する。
浄化を行なったのち、Ｓｉのバ、ソファ層（第３図の符
号１）を形成する。その上にＳｔ分子ビームとＧｅ分子
ビームを用いて、格子定数ａ ＝ ５．４５４ ｉをも
つＧ ｅ ｏ、＋ Ｓ １ ａ、ｑ組成の固溶体の約５
０λの単結晶薄膜（第３図の符号８）と約５０ＸのＳｉ
の単結晶薄膜（第３図の符号９）との繰り返えし多層構
造（第３図の符号１０）を形成する。この場合、Ｓｌと
Ｇｅｏ、、Ｓｊｏ、、固溶体の平均の格子定数は、ａ
＝ ５．４４２ Ｘとなυ、ＧａＰの格子不整合は約０
．１６チとなる。この上に、ＧａＰと極めてよく格子整
合する約５０ＸのＡｔｏ、３Ｇａ 、、ｐと約５０Ｘの
ＧａＰの単結晶膜からなる超格子構造薄膜層（第３図の
符号１１）をＧａ、ＡｊとＰの分子ビーム２用いてエピ
タキシャル形成し、その上にＧａＰの単結晶薄膜を形成
する。
実施例３
実施例１と同様に、５ｉ（２１１）基板の表面を清浄化
し、Ｓｉのバッファ層（第４図の符号］）を形成する・
つぎに、格子定数ａ＝５．４４２ＸのＧｅｏ、。５ ”
” ０．９５組成の固溶体の約５０Ｘの厚さの単結晶薄
膜層（第４図の符号１２）と格子定数ａ＝５．４７６Ｘ
のＧ ｅ Ｇ、２ Ｓ １ ｏ、ａ組成の固溶体の約５
０Ｘの厚さの単結晶薄膜層（第４図の符号１３）との繰
シ返えし多層構造、（第４図の符号１４）を形成する。
し、Ｓｉのバッファ層（第４図の符号］）を形成する・
つぎに、格子定数ａ＝５．４４２ＸのＧｅｏ、。５ ”
” ０．９５組成の固溶体の約５０Ｘの厚さの単結晶薄
膜層（第４図の符号１２）と格子定数ａ＝５．４７６Ｘ
のＧ ｅ Ｇ、２ Ｓ １ ｏ、ａ組成の固溶体の約５
０Ｘの厚さの単結晶薄膜層（第４図の符号１３）との繰
シ返えし多層構造、（第４図の符号１４）を形成する。
この場合、それらの固溶体の平均の格子定数ａ＝５．４
５９ＸとＧａＰの格子定数との格子不整合は０．１５％
である。この上に、ＧａＰと極めてよく格子整合する約
５０ＸのＡｔＰと約５０ＸのＧａＰの単結晶薄膜からな
る超格子構造薄膜層（第３図の符号６）をＧａ、Ａｔと
Ｐの分子ビームを用いてエピタキシャル形成し、その上
にＧａＰの単結晶薄膜（第４図の符号７）を形成する。
５９ＸとＧａＰの格子定数との格子不整合は０．１５％
である。この上に、ＧａＰと極めてよく格子整合する約
５０ＸのＡｔＰと約５０ＸのＧａＰの単結晶薄膜からな
る超格子構造薄膜層（第３図の符号６）をＧａ、Ａｔと
Ｐの分子ビームを用いてエピタキシャル形成し、その上
にＧａＰの単結晶薄膜（第４図の符号７）を形成する。
なお、実施例では、ｌ−Ｖ化合物としてＧａＰだけを用
いているが、これと極めてよく格子整合するＡｔＰやＡ
ｔｘＧａｌ−ｘＰなども用いることができる。
いているが、これと極めてよく格子整合するＡｔＰやＡ
ｔｘＧａｌ−ｘＰなども用いることができる。
また、実施例においては、Ｓｉ基板の上にＳｔのバッフ
ァ層をエピタキシャル形成しているが、これは基板表面
の影響をできるだけ避けるためにもうけたものであり、
必ずしも必要ではなく、本発明の必須の要件ではない。
ァ層をエピタキシャル形成しているが、これは基板表面
の影響をできるだけ避けるためにもうけたものであり、
必ずしも必要ではなく、本発明の必須の要件ではない。
実施例においては、エビタキ７ヤル法として分子線エピ
タキシャル法を用いているが、これ以外の方法、たとえ
ばＭＯＣＶＤなどの方法も用いることができる。
タキシャル法を用いているが、これ以外の方法、たとえ
ばＭＯＣＶＤなどの方法も用いることができる。
（発明の効果）
本発明によれば、特別な結晶方位のＳｉ基板結晶を用い
ることにより、Ｉ−Ｖ／ダイヤモンド構造の界面にチャ
ージが生じないようにすること、または特別な結晶方位
の８１基板結晶を用いることにより、Ｉ族とＶ族原子の
サイト・アロケーションを確定することにより、反位相
構造が生じないようＫすること、さらに、Ｓｌとその上
に形成するＧａＰもしくはＧａＰと格子整合するｌ−Ｖ
化合物との間の格子不整合を、Ｓｉを含めたＧｅ −Ｓ
ｉ系の２つの組成の固溶体の単結晶薄膜の繰シ返えし構
造からなる超格子構造の薄膜層Ｙ Ｓ ｉ層とこれらの
■−■化合物層との間にエピタキシャル形成して解消す
ること、またエピタキシャル形成するＧａＰもしくはこ
れと格子整合する■−■化合物の下側に、ＧａＰ 、
ＧａＰと格子整合するＡＺＰ −ＡＺｘＧａｌ−ｘＰな
どからなる超格子構造薄膜層をバッファ層として形成し
て下地の影響乞緩和すること、などの課題解決によυ、
つぎのような種々の発明の効果がある。
ることにより、Ｉ−Ｖ／ダイヤモンド構造の界面にチャ
ージが生じないようにすること、または特別な結晶方位
の８１基板結晶を用いることにより、Ｉ族とＶ族原子の
サイト・アロケーションを確定することにより、反位相
構造が生じないようＫすること、さらに、Ｓｌとその上
に形成するＧａＰもしくはＧａＰと格子整合するｌ−Ｖ
化合物との間の格子不整合を、Ｓｉを含めたＧｅ −Ｓ
ｉ系の２つの組成の固溶体の単結晶薄膜の繰シ返えし構
造からなる超格子構造の薄膜層Ｙ Ｓ ｉ層とこれらの
■−■化合物層との間にエピタキシャル形成して解消す
ること、またエピタキシャル形成するＧａＰもしくはこ
れと格子整合する■−■化合物の下側に、ＧａＰ 、
ＧａＰと格子整合するＡＺＰ −ＡＺｘＧａｌ−ｘＰな
どからなる超格子構造薄膜層をバッファ層として形成し
て下地の影響乞緩和すること、などの課題解決によυ、
つぎのような種々の発明の効果がある。
（１） Ｓｉ基板上に高品質のＧａＰもしくはＧａＰ
と格子整合するｌ−Ｖ化合物が形成できることから、高
価なｌ−Ｖ化合物を用いたデバイスを安価に作製できる
。
と格子整合するｌ−Ｖ化合物が形成できることから、高
価なｌ−Ｖ化合物を用いたデバイスを安価に作製できる
。
（２） さらに、Ｓｉ基板を用いていることの効果と
して、上記のデバイスとＳｉデバイスとを一体化した新
しいデバイスを作製できる。
して、上記のデバイスとＳｉデバイスとを一体化した新
しいデバイスを作製できる。
第１図はＳｉ 、 Ｇｅまたはそれらの固溶体のダイ
、：ヤモンド構造図、第２図、第３図、第４図は本発明
によって形成される材料の断面図である。
、：ヤモンド構造図、第２図、第３図、第４図は本発明
によって形成される材料の断面図である。
Claims (8)
- （１）Ｓｉのおのおのの結合サイトを構成する４個の結
合手の１個が基板に平行に存在した結晶方位を有する単
結晶Ｓｉ基板の上に、Ｓｉを含めたＧｅ−Ｓｉ系固溶体
の２つの固溶体であって、それらの格子定数の平均値と
ＧａＰの格子定数との格子不整合が０．２％以内となる
２つの組成の固溶体の単結晶薄膜層からなる超格子構造
の薄膜層を形成し、該薄膜層の上にＡｌＰ、ＧａＰある
いはそれらの固溶体の単結晶薄膜から構成される超格子
構造の薄膜層を形成し、該薄膜層の上にＧａＰもしくは
これと格子整合するIII−Ｖ化合物単結晶薄膜を形成し
た構造を有することを特徴とするIII−Ｖ化合物単結晶
薄膜をそなえたＳｉ基板。 - （２）Ｓｉ（２１１）基板を用いることを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載のIII−Ｖ化合物単結晶薄
膜をそなえたＳｉ基板。 - （３）III−Ｖ化合物としてＧａＰを用いることを特徴
とする特許請求の範囲第（１）項記載のIII−Ｖ化合物
単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板。 - （４）Ｓｉ（２１１）基板を用いることを特徴とする特
許請求の範囲第（３）項記載のIII−Ｖ化合物単結晶薄
膜をそなえたＳｉ基板。 - （５）Ｓｉのおのおのの結合サイトを構成する４個の結
合手の１個が基板に平行に存在した結晶方位を有する単
結晶Ｓｉ基板の上に、Ｓｉを含めたＧｅ−Ｓｉ系固溶体
の２つの固溶体であって、それらの格子定数の平均値と
ＧａＰ格子定数との格子不整合が０．２％以内となる２
つの組成の固溶体の単結晶薄膜からなる超格子構造の薄
膜層をエピタキシャル形成し、該薄膜層の上にＡｌＰ、
ＧａＰあるいはそれらの固溶体の単結晶薄膜層から構成
される超格子構造の薄膜層をエピタキシャル形成し、該
薄膜層の上にＧａＰもしくはこれと格子整合するIII−
Ｖ化合物単結晶薄膜をエピタキシャル形成することを特
徴とするIII−Ｖ化合物単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板
の製造方法。 - （６）Ｓｉ（２１１）を用いることを特徴とする特許請
求の範囲第（５）項記載のIII−Ｖ化合物単結晶薄膜を
そなえたＳｉ基板の製造方法。 - （７）III−Ｖ化合物としてＧａＰを用いることを特徴
とする特許請求の範囲第（５）項記載のIII−Ｖ化合物
単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板の製造方法。 - （８）Ｓｉ（２１１）基板を用いることを特徴とする特
許請求の範囲第（７）項記載のIII−Ｖ化合物単結晶薄
膜をそなえたＳｉ基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22801184A JPS61107719A (ja) | 1984-10-31 | 1984-10-31 | ３−５化合物単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22801184A JPS61107719A (ja) | 1984-10-31 | 1984-10-31 | ３−５化合物単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61107719A true JPS61107719A (ja) | 1986-05-26 |
Family
ID=16869777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22801184A Pending JPS61107719A (ja) | 1984-10-31 | 1984-10-31 | ３−５化合物単結晶薄膜をそなえたＳｉ基板およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61107719A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4897367A (en) * | 1988-03-18 | 1990-01-30 | Fujitsu Limited | Process for growing gallium arsenide on silicon substrate |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5753928A (en) * | 1980-09-18 | 1982-03-31 | Oki Electric Ind Co Ltd | Compound semiconductor device |
| JPS5753927A (en) * | 1980-09-18 | 1982-03-31 | Oki Electric Ind Co Ltd | Compound semiconductor device |
| JPS60111412A (ja) * | 1983-10-28 | 1985-06-17 | アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニー | Ｇｅ／Ｓｉ半導体異種構造の成長法 |
-
1984
- 1984-10-31 JP JP22801184A patent/JPS61107719A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5753928A (en) * | 1980-09-18 | 1982-03-31 | Oki Electric Ind Co Ltd | Compound semiconductor device |
| JPS5753927A (en) * | 1980-09-18 | 1982-03-31 | Oki Electric Ind Co Ltd | Compound semiconductor device |
| JPS60111412A (ja) * | 1983-10-28 | 1985-06-17 | アメリカン テレフオン アンド テレグラフ カムパニー | Ｇｅ／Ｓｉ半導体異種構造の成長法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4897367A (en) * | 1988-03-18 | 1990-01-30 | Fujitsu Limited | Process for growing gallium arsenide on silicon substrate |
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