JPS61205693A - 結晶成長方法 - Google Patents
結晶成長方法Info
- Publication number
- JPS61205693A JPS61205693A JP4366485A JP4366485A JPS61205693A JP S61205693 A JPS61205693 A JP S61205693A JP 4366485 A JP4366485 A JP 4366485A JP 4366485 A JP4366485 A JP 4366485A JP S61205693 A JPS61205693 A JP S61205693A
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- Japan
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- amorphous
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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〕
本発明は結晶成長方法、特に、［［−Ｖ化合物半導体単
結晶薄膜等を異種材料の基板上に形成する結晶成長方法
に関する。
結晶薄膜等を異種材料の基板上に形成する結晶成長方法
に関する。
ｍ−ｖ化合物半導体は、ポストＳｉ材料として注目され
ていることは周知であるが、原料である■族あるいは■
族元素のクラーク数がＳｉとは異なり小さなものである
こと、ならびにＡｓに代表されるように原料は生物にと
って有害な元素であるところから、今後、■−■化合物
半導体デバイスの実用化に向かっては原料を如何に節約
するかという課題を追求する必要がある。
ていることは周知であるが、原料である■族あるいは■
族元素のクラーク数がＳｉとは異なり小さなものである
こと、ならびにＡｓに代表されるように原料は生物にと
って有害な元素であるところから、今後、■−■化合物
半導体デバイスの実用化に向かっては原料を如何に節約
するかという課題を追求する必要がある。
こうした観点から最近、安価で高品質さらには大面積を
もったＳｉ基板上へのｍ−ｖ化合物半導体単結晶薄膜の
形成技術が注目されている。これはｍ−ｖ化合物半導体
の応用分野である超高速あるいは光デバイスの製作にお
いて、これらデバイスが数１００μｍ厚の基板結晶の表
面より僅か１μｍから１０μｍ以下の領域に括りつげら
れ動作するところからくる当然の帰結である。
もったＳｉ基板上へのｍ−ｖ化合物半導体単結晶薄膜の
形成技術が注目されている。これはｍ−ｖ化合物半導体
の応用分野である超高速あるいは光デバイスの製作にお
いて、これらデバイスが数１００μｍ厚の基板結晶の表
面より僅か１μｍから１０μｍ以下の領域に括りつげら
れ動作するところからくる当然の帰結である。
現在は、ＧａＡｓ集積回路がｍ−ｖ化合物半導体デバイ
スの大きな応用分野と考えられており、安価で大面積な
Ｓｉ基板上へのＧａＡｓ単結晶薄膜の形成には大きな期
待がかけられている。しかし、ＳｉとＧａＡｓでは当然
のことながら格子定数が異なり、現状ではＳｉ基板上に
直接形成されたＧａＡｓ薄膜の物性はＧａＡｓ基板上の
エビタキシャルＧａＡｓ薄膜の物性には遠く及ばず、引
き上げ結晶等のいわゆるバルクＧａＡｓ結晶の物性にも
及ぶものではない。こめＳｉ基板上のＧａＡｓ薄膜の結
晶性の改良のためにはＧａＡｓと格子整合性の比較的よ
いＧｅ、あるいは結晶化が十分でないアモルファス状の
ＧａＡｓをＳｉ基板上にまず形成した後に目的とするＧ
ａＡｓ単結晶薄膜を形成しようとする試みが報告されて
いることは良く知られている。しかし、このような試み
にも拘わらず目的とするＧａＡｓ単結晶薄膜の物性は十
分なものが得られていないのが現状である。
スの大きな応用分野と考えられており、安価で大面積な
Ｓｉ基板上へのＧａＡｓ単結晶薄膜の形成には大きな期
待がかけられている。しかし、ＳｉとＧａＡｓでは当然
のことながら格子定数が異なり、現状ではＳｉ基板上に
直接形成されたＧａＡｓ薄膜の物性はＧａＡｓ基板上の
エビタキシャルＧａＡｓ薄膜の物性には遠く及ばず、引
き上げ結晶等のいわゆるバルクＧａＡｓ結晶の物性にも
及ぶものではない。こめＳｉ基板上のＧａＡｓ薄膜の結
晶性の改良のためにはＧａＡｓと格子整合性の比較的よ
いＧｅ、あるいは結晶化が十分でないアモルファス状の
ＧａＡｓをＳｉ基板上にまず形成した後に目的とするＧ
ａＡｓ単結晶薄膜を形成しようとする試みが報告されて
いることは良く知られている。しかし、このような試み
にも拘わらず目的とするＧａＡｓ単結晶薄膜の物性は十
分なものが得られていないのが現状である。
例えばアモルファス状のＧａＡｓをＳｉ基板上にまず形
成した後に目的とするＧａＡｓ単結晶薄膜を形成する方
法を採った場合の例では室温でのホール移動度は平均す
ると２０００から３０００ｃｔ／■・ｓｅｃ程度と低く
なり、転位密度も極めて高く、Ｘ線ロッキングカーブの
半価幅も３０秒以上であり、加えてこれら成長層の性質
に関する再現性も極めて悪い等、種々の欠点が存在して
いる。
成した後に目的とするＧａＡｓ単結晶薄膜を形成する方
法を採った場合の例では室温でのホール移動度は平均す
ると２０００から３０００ｃｔ／■・ｓｅｃ程度と低く
なり、転位密度も極めて高く、Ｘ線ロッキングカーブの
半価幅も３０秒以上であり、加えてこれら成長層の性質
に関する再現性も極めて悪い等、種々の欠点が存在して
いる。
本発明の目的は、従来技術とその問題点で述べたＳｉ基
板上のＧａＡｓ単結晶薄膜の形成に代表されるように基
板とは異種の材料層を基板上に結晶成長する場合に前記
成長層に本来の物性を付与し、かつまたこうした優れた
物性を備えた成長層の製作再現性を著しく向上すること
のできる結晶成長方法を提供することにある。
板上のＧａＡｓ単結晶薄膜の形成に代表されるように基
板とは異種の材料層を基板上に結晶成長する場合に前記
成長層に本来の物性を付与し、かつまたこうした優れた
物性を備えた成長層の製作再現性を著しく向上すること
のできる結晶成長方法を提供することにある。
本発明は、基板材料上にこの基板材料とは異種の材料層
を結晶成長するに際し、前記基板上にアモルファス状材
料層を形成し、次に前記アモルファス状材料層を局所的
に結晶化し、しかる後に目的とする結晶層を、前記局所
的に結晶化された領域を持つ前記アモルファス状材料層
上に成長することを特徴としている。
を結晶成長するに際し、前記基板上にアモルファス状材
料層を形成し、次に前記アモルファス状材料層を局所的
に結晶化し、しかる後に目的とする結晶層を、前記局所
的に結晶化された領域を持つ前記アモルファス状材料層
上に成長することを特徴としている。
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
ここではＳｉ基板上にＧａＡｓ層を成長する場合につい
て示す。第１図（ａ）から（ｃ）はＳｉ基板上にＧａＡ
ｓ層を成長する場合の工程図であり、何れもウェーハの
断面図を示している。本実施例では分子線エピタキシャ
ル成長法（ＭＢＥ法′ ）によって行うものとする。ま
ずＳｉ基板１１の基板温度を２００℃に設定してＱａと
Ａｓを蒸発源より基板面に供給する。Ｇａ束に対するＡ
ｓ４束の比を３以上にとるとＳｉ基板ｌｌ上にはアモル
ファス状のＧａＡｓ層１２が形成される（第１図（ａ）
）。さて、このアモルファス状のＧａＡｓ層１２が３０
０人から５０００人形成されたところで一旦、アモルフ
ァス状のＧａＡｓ層１２が形成されたＳｉウェーハ１１
をＭＢＥ装置より外部に取り出し、第２図に示すような
矩形断面形状を持ち、内部に窒素あるいは水素等の高純
度ガス２１を流した石英管２２の中に設置する。そして
、アモルファス状ＧａＡｓ層１２の形成されたＳｉウェ
ーハの表面に石英管２２の外部からＡｒレーザを照射す
る。Ａｒレーザのウェーハ表面での照射径は約５μｍと
し、このパワーは５０ｍＷとした。Ａｒレーザの照射は
レーザビームを走査することにより、Ｓｉウェーハの表
面５０μｍピッチでストライプ状に行った。こうするこ
とにより、Ｓｉウェーハ１１の表面には第１図（ｂ）お
よび第３図で示すように５０μｍピッチでストライプ状
に結晶化の進んだＧａＡｓ領域３がアモルファス状Ｇａ
Ａｓ層１２の面内に形成される。
て示す。第１図（ａ）から（ｃ）はＳｉ基板上にＧａＡ
ｓ層を成長する場合の工程図であり、何れもウェーハの
断面図を示している。本実施例では分子線エピタキシャ
ル成長法（ＭＢＥ法′ ）によって行うものとする。ま
ずＳｉ基板１１の基板温度を２００℃に設定してＱａと
Ａｓを蒸発源より基板面に供給する。Ｇａ束に対するＡ
ｓ４束の比を３以上にとるとＳｉ基板ｌｌ上にはアモル
ファス状のＧａＡｓ層１２が形成される（第１図（ａ）
）。さて、このアモルファス状のＧａＡｓ層１２が３０
０人から５０００人形成されたところで一旦、アモルフ
ァス状のＧａＡｓ層１２が形成されたＳｉウェーハ１１
をＭＢＥ装置より外部に取り出し、第２図に示すような
矩形断面形状を持ち、内部に窒素あるいは水素等の高純
度ガス２１を流した石英管２２の中に設置する。そして
、アモルファス状ＧａＡｓ層１２の形成されたＳｉウェ
ーハの表面に石英管２２の外部からＡｒレーザを照射す
る。Ａｒレーザのウェーハ表面での照射径は約５μｍと
し、このパワーは５０ｍＷとした。Ａｒレーザの照射は
レーザビームを走査することにより、Ｓｉウェーハの表
面５０μｍピッチでストライプ状に行った。こうするこ
とにより、Ｓｉウェーハ１１の表面には第１図（ｂ）お
よび第３図で示すように５０μｍピッチでストライプ状
に結晶化の進んだＧａＡｓ領域３がアモルファス状Ｇａ
Ａｓ層１２の面内に形成される。
この後、再びＭＢＥ装置の中にストライプ状の結晶性Ｇ
ａＡｓ領域３を持つアモルファス状ＧａＡｓ層１２が形
成されたＳｉウェーハを設置し、再び基板温度５５０℃
でＧａ束に対するＡ Ｓ ４束の比を３以上にとってＭ
ＢＥ成長を行うと、この段階においてストライプ状の結
晶性Ｇ、ａＡｓ領域３を持つアモルファス状ＧａＡｓ層
１２上にＧａＡｓ単結晶層１３が得られる〔第１図（Ｃ
）〕。
ａＡｓ領域３を持つアモルファス状ＧａＡｓ層１２が形
成されたＳｉウェーハを設置し、再び基板温度５５０℃
でＧａ束に対するＡ Ｓ ４束の比を３以上にとってＭ
ＢＥ成長を行うと、この段階においてストライプ状の結
晶性Ｇ、ａＡｓ領域３を持つアモルファス状ＧａＡｓ層
１２上にＧａＡｓ単結晶層１３が得られる〔第１図（Ｃ
）〕。
得られたＧａＡｓ単結晶層１３はＸ線ロッキングカーブ
の半価幅が通常１５秒以下、悪い場合にも２０秒を超え
ることのない結晶性の優れたものであり、また再現性よ
く形成される。さらに得られたＧａＡｓ単結晶層１３を
ホール測定で評価したところホール移動度は室温で約６
０００ｃ＋Ｊ／Ｖ・ｓｅｃ 、液体窒素温度７７にで１
２００００ｃｎ＋／Ｖ・ｓｅｃというように高い値が得
られた。また、Ａｒレーザ照射によるストライプ状の結
晶化工程を加えずウェーハ全面がアモルファス状のＧａ
Ａｓ層上にＧａＡｓ結晶層１３を成長した場合には、表
面は局部的に鏡面を呈するもののしばしば白濁した状態
になり、こうした表面状態も再現性はないが、本実施例
により成長したＧａＡｓ薄膜の表面は再現性よく鏡面を
呈するものとなる。
の半価幅が通常１５秒以下、悪い場合にも２０秒を超え
ることのない結晶性の優れたものであり、また再現性よ
く形成される。さらに得られたＧａＡｓ単結晶層１３を
ホール測定で評価したところホール移動度は室温で約６
０００ｃ＋Ｊ／Ｖ・ｓｅｃ 、液体窒素温度７７にで１
２００００ｃｎ＋／Ｖ・ｓｅｃというように高い値が得
られた。また、Ａｒレーザ照射によるストライプ状の結
晶化工程を加えずウェーハ全面がアモルファス状のＧａ
Ａｓ層上にＧａＡｓ結晶層１３を成長した場合には、表
面は局部的に鏡面を呈するもののしばしば白濁した状態
になり、こうした表面状態も再現性はないが、本実施例
により成長したＧａＡｓ薄膜の表面は再現性よく鏡面を
呈するものとなる。
以上本発明の一実施例について説明したが、本発明はこ
の実施例に限られるものではなく種々の変形、変更が可
能である。例えば、アモルファス状ＧａＡｓ層１２の結
晶化は、必ずしもストライプ状（線状）パターンに結晶
化させることは必要ではない。ウェーハ面内においてア
モルファス状ＧａＡｓ層１２に島状にすなわち基盤目状
に５０μｍピッチで単結晶化領域３を形成しても、この
単結晶化領域３を持つアモルファス状ＧａＡｓ層１２上
には良好なＧａＡＳ単結晶膜１３が成長する。また、ス
トライプあるいは基盤目状の単結晶化領域のピンチにつ
いても１５から１００μｍの間であれば良好なＧａＡｓ
単結晶層１３が成長することが試行により確認できた。
の実施例に限られるものではなく種々の変形、変更が可
能である。例えば、アモルファス状ＧａＡｓ層１２の結
晶化は、必ずしもストライプ状（線状）パターンに結晶
化させることは必要ではない。ウェーハ面内においてア
モルファス状ＧａＡｓ層１２に島状にすなわち基盤目状
に５０μｍピッチで単結晶化領域３を形成しても、この
単結晶化領域３を持つアモルファス状ＧａＡｓ層１２上
には良好なＧａＡＳ単結晶膜１３が成長する。また、ス
トライプあるいは基盤目状の単結晶化領域のピンチにつ
いても１５から１００μｍの間であれば良好なＧａＡｓ
単結晶層１３が成長することが試行により確認できた。
ただし、アモルファス状ＧａＡｓ１’ｉ１２を全面に渡
って単結晶化するようなことをすればこの上に成長した
ＧａＡチを１ｍｍと大きくとった場合には単結晶化領域
を形成した効果はほとんどない。なお、アモルファス状
材料の単結晶化のパターンは、線状または島状に限られ
るものではなく、良好なＧａＡｓ単結晶層が成長するパ
ターンであればいかなるものでもよい。
って単結晶化するようなことをすればこの上に成長した
ＧａＡチを１ｍｍと大きくとった場合には単結晶化領域
を形成した効果はほとんどない。なお、アモルファス状
材料の単結晶化のパターンは、線状または島状に限られ
るものではなく、良好なＧａＡｓ単結晶層が成長するパ
ターンであればいかなるものでもよい。
また、本実施例では、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ単結晶層を
形成する場合について説明したが、本発明方法はＳｉ基
板上へのＧｅの成長においてもまずアモルファス状Ｇｅ
層を形成し、このアモルファス状Ｇｅ層を局所的に島状
ないし線状に単結晶化し、単結晶化された領域を持つア
モルファス状Ｇｅ層上に単結晶層を成長した場合にも顕
著な効果がある。またＳｉ基板上にアモルファス状Ｇｅ
層をまず形成し、これを局所的に島状ないし線状に単結
晶化し、単結晶化された領域全持つアモルファス状Ｇｅ
層上にＧａＡｓ単結晶を成長した場合にも顕著な効果が
ある。
形成する場合について説明したが、本発明方法はＳｉ基
板上へのＧｅの成長においてもまずアモルファス状Ｇｅ
層を形成し、このアモルファス状Ｇｅ層を局所的に島状
ないし線状に単結晶化し、単結晶化された領域を持つア
モルファス状Ｇｅ層上に単結晶層を成長した場合にも顕
著な効果がある。またＳｉ基板上にアモルファス状Ｇｅ
層をまず形成し、これを局所的に島状ないし線状に単結
晶化し、単結晶化された領域全持つアモルファス状Ｇｅ
層上にＧａＡｓ単結晶を成長した場合にも顕著な効果が
ある。
また、基板材料についてもＳｔは安価でかつ結晶性が優
れているが故に選んだにすぎず、本発明の方法は基板材
料の種類を問わず、また、その上のアモルファス材料さ
らには目的とする単結晶成長薄膜材料の種類をも本質的
に限定するものではない。
れているが故に選んだにすぎず、本発明の方法は基板材
料の種類を問わず、また、その上のアモルファス材料さ
らには目的とする単結晶成長薄膜材料の種類をも本質的
に限定するものではない。
さらに、アモルファス状材料の単結晶化工程はレーザに
よる必要はなく、電子ビームやイオンビーム等が使える
ことはいうまでもない。そもそも、実施例にて示した方
法においてもアモルファス状ＧａＡｓ層を形成後、試料
をＭＢＥ装置から出すことなくＭＢＥ装置内で電子ビー
ム走査等を行いアモルファス状ＧａＡｓ層の局所的単結
晶化を行うこともできる。
よる必要はなく、電子ビームやイオンビーム等が使える
ことはいうまでもない。そもそも、実施例にて示した方
法においてもアモルファス状ＧａＡｓ層を形成後、試料
をＭＢＥ装置から出すことなくＭＢＥ装置内で電子ビー
ム走査等を行いアモルファス状ＧａＡｓ層の局所的単結
晶化を行うこともできる。
本発明による結晶成長方法によれば、基板上に、この基
板とは異なる材料の単結晶薄膜を成長する場合に、優れ
た物性を備えた単結晶薄膜を再現性よく形成することが
できる。
板とは異なる材料の単結晶薄膜を成長する場合に、優れ
た物性を備えた単結晶薄膜を再現性よく形成することが
できる。
また、この発明の形成方法を採用することにより、高価
で公害源となり易いｍ−ｖ化合物半導体原料を著しく節
約することができる。
で公害源となり易いｍ−ｖ化合物半導体原料を著しく節
約することができる。
第１図はこの発明の一実施例である結晶成長方法の工程
をウェーハの断面構造にて示す図、第２図は一実施例に
おけるアモルファス状ＧａＡｓ層を局所的単結晶化する
工程における装置の概略を示す図、 第３図は局所的単結晶化を行ったウェーハを表面より見
た図であり、局所的単結晶化が行われたパターンを示す
図である。 ３・・・・・結晶性Ｇａ７１．ｓ領域 １１・・・・Ｓｉ基板 １２・・・・アモルファス状ＧａＡｓ屓ｌ３・・・・Ｇ
ａＡｓ単結晶層 ２１・・・・高純度ガス ２２・・・・石英管
をウェーハの断面構造にて示す図、第２図は一実施例に
おけるアモルファス状ＧａＡｓ層を局所的単結晶化する
工程における装置の概略を示す図、 第３図は局所的単結晶化を行ったウェーハを表面より見
た図であり、局所的単結晶化が行われたパターンを示す
図である。 ３・・・・・結晶性Ｇａ７１．ｓ領域 １１・・・・Ｓｉ基板 １２・・・・アモルファス状ＧａＡｓ屓ｌ３・・・・Ｇ
ａＡｓ単結晶層 ２１・・・・高純度ガス ２２・・・・石英管
Claims (1)
- （１）基板材料上にこの基板材料とは異種の材料層を結
晶成長するに際し、前記基板上にアモルファス状材料層
を形成し、次に前記アモルファス状材料層を局所的に結
晶化し、しかる後に目的とする結晶層を、前記局所的に
結晶化された領域を持つ前記アモルファス状材料層上に
成長することを特徴とする結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4366485A JPS61205693A (ja) | 1985-03-07 | 1985-03-07 | 結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4366485A JPS61205693A (ja) | 1985-03-07 | 1985-03-07 | 結晶成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61205693A true JPS61205693A (ja) | 1986-09-11 |
| JPH0524113B2 JPH0524113B2 (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=12670116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4366485A Granted JPS61205693A (ja) | 1985-03-07 | 1985-03-07 | 結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61205693A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2433447A (en) * | 2005-12-21 | 2007-06-27 | Durham Scient Crystals Ltd | Bulk single crystal material and method of growth |
| US8093671B2 (en) | 2005-12-21 | 2012-01-10 | Kromek Limited | Semiconductor device with a bulk single crystal on a substrate |
| US8968469B2 (en) | 2005-12-21 | 2015-03-03 | Kromek Limited | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
-
1985
- 1985-03-07 JP JP4366485A patent/JPS61205693A/ja active Granted
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2433447A (en) * | 2005-12-21 | 2007-06-27 | Durham Scient Crystals Ltd | Bulk single crystal material and method of growth |
| US8093671B2 (en) | 2005-12-21 | 2012-01-10 | Kromek Limited | Semiconductor device with a bulk single crystal on a substrate |
| US8093095B2 (en) | 2005-12-21 | 2012-01-10 | Kromek Limited | Semiconductor device with a bulk single crystal on a substrate |
| US8968469B2 (en) | 2005-12-21 | 2015-03-03 | Kromek Limited | Semiconductor device and method of manufacture thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0524113B2 (ja) | 1993-04-06 |
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