JPS63136511A - ヘテロエピタキシヤル成長法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は単結晶基板上に異種単結晶膜をヘテロエピタキ
シャル成長させる技術に関し、特にヘテロ接合間の面方
位を制御設定した単結晶成長法に関するものである０ 〈従来技術〉 半導体単結晶膜を利用して種々の半導体素子を製作する
場合に、異種半導体単結晶基板上に所望の半導体単結晶
膜をエピタキシャル成長させるヘテロエピタキシャル成
長の技術が極めて重要な要素となっている。これはエピ
タキシャル成長の基板に利用し得る工うなバルク結晶の
成長が困難な場合や、安価で入手の容易な基板結晶を利
用する場合が多いからである。現在、ＧａＡｓ基板上に
成長形成されたＧａＡｔＡｓ　単結晶やＩｎＰ基板上に
成長形成されたＩｎＧａＡｓ　単結晶は半導体素子とし
ての実用化又は実用化に近い技術開発がなされており、
さらにＳｉ基板上のＧａＡｓ単結晶やＳｉ基板上のＳｉ
Ｃ単結晶の研究開発も進められている。一般に単結晶基
板とこの上に成長形成される異種単結晶膜とは、格子定
数が異なるため、エピタキシャル成長を行なうと基板と
成長膜の界面で発生する格子歪に起因して成長膜中に歪
や応力が生じ、多数の結晶欠陥の発生を招きあるいは成
長膜が反ったりひび割れたジする。さらに極端な場合に
は単結晶成長膜が得られずに多結晶膜となる。

上述し′ｆｃ、実用化の域に達しているＧａＡｓ基板上
のＧａＡｔＡ３　結晶やＩｎＰ　基板上のＩｎＧａＡｓ
結晶の場合は基板と成長膜の間で格子定数の相違が非常
に小さく（１％以下）、従って上記問題の発生する程度
が少ない。しかし、これ以外の一般的な基板と成長膜の
組み合わせでは格子定数の異なりが１％以上あるため上
述の問題点が発生し、実用上極めて大きな障害となって
いる。第３図は従来のヘテロエピタキシャル成長を説明
する模式図である。格子定数ａの単結晶基板Ａ上に格子
定数すの単結晶成長膜Ｂｉエピタキシャル成長させる場
合、基板Ａの結晶面方位とエピタキシャル成長膜Ｂの対
応する面方位は同一方位であり、従ってその界面Ｃにお
いて格子定数ａ＋ｂの相違＜　ａ（ｂ　）から格子歪が
生じ、結晶欠陥の発生を招来する〇〈発明の目的〉 本発明は上述の問題点に鑑み、格子定数の異なりの大き
い異種半導体単結晶の組み合わせを用いてヘテロエピタ
キシャル成長を行なう場合に結晶欠陥、反り及びひび割
れ等の極めて少ない良質のエピタキシャル単結晶成長膜
を得る方法を提供することを目的とする。

〈実施例〉 第１図は本発明の基本原理を説明する模式図である。格
子定数ａの単結晶基板Ａ上に格子定数すの単結晶成長膜
Ｂｉエピタキシャル成長させる場合に、基板１の結晶面
方位と成長膜２における基板】と同一の結晶面方位を傾
斜させてエピタキシャル成長させることにより、双方の
界面Ｃでの格子定数の相違を緩和して格子歪を大幅に抑
制し上述の目的を達成している。成長ｇＢの結晶面方位
を基板Ａに対して傾斜させることによりヘテロ接合界面
Ｃにおいて基板Ａの格子定数ａに対し成長膜Ｂの界面と
平行な結晶格子間距離はｂ＝９小さくなＶ実質的に格子
歪の程度は大幅に減少する。

こｎ’！ｒ傾斜エピタキシャル成長（Ｉｎｃ　１１ｎｅ
ｄＥｐｉｔａｘｉａｌ　　Ｇｒｏｗｔｈ）と命名する。

以下、Ｓｉ基板上にＳｉＣ単結晶膜をヘテロエピタキシ
ャル成長させる場合を実施例として説明する。第２図は
本実施例に用いられる気相成長装置の構成図である。Ｓ
ｉ単結晶基板上へのＳｉＣ単結晶のヘテロエピタキシャ
ル成長における原料ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ）
、プロパｙ（ＣａＨｇ　）を用い、化学的気相成長法（
ＣＶＤ法）でＳｉＣ単結晶を成長させる。Ｓｉ単結晶基
板とＳｉＣ単結晶膜の格子定数の相違は約２０％である
。

二重石英反応管１の内部に試料台２が支持台３上に載置
されて内設されている。反応管ｌの外周囲にはワークコ
イル４が巻回され、反応管ｌの内部が熱される。試料台
２は水平に設置してもよく適当に傾斜させてもよい。反
応管ｌの片端には、ガス流入口となる枝管５が設けられ
、二重石英反応管Ｊの外側の石英管内には枝管６，７を
介して冷却水が供給される。反応管Ｉの他端はステンレ
ス鋼製のフランジ８で閉塞されかつフランジ８の周縁に
配設された止め板９、ボルト１０、ナツト１１．０−リ
ング１２にてシールされている０７ランジ８の中央には
ガスの出口となる枝管１３が設けられている。この成長
装置を用いて以下の様に結晶成長を行なう。

試料台２上にＳｉ単結晶基板＋４を載置する。

基板面の結晶面方位Ｆｉ（５１１）面を用いた。キャリ
アガスとして水素ガスを毎分３ｔ１原料ガスとしてプロ
パンガスを毎分１．　ＯＣＣ程度流し、ワークコイル４
に高周波電流を流して黒鉛試料台２を加熱しＳｉ基板１
４を約１３５０℃まで加熱する。１〜５分間程度保持す
ることにより、Ｓｔ単結晶基板１４表面を炭化してＳｉ
Ｃ単結晶の薄層を形成する。ついで、モノシランとプロ
パンガスをそれぞｎ毎分０．４〜０．９ＣＣ、キャリア
ガスの水素（毎分ａｇとともに流して上記ＳｉＣの薄層
上にＳｉＣ単結晶膜’ｉ＋３００〜１３５０℃の温度で
エピタキシャル成長させる０　１時間で約２μｍのＳｉ
Ｃ成長膜が得られた０ Ｘ線回折及び電子線回折観察の結果、得られた成長膜は
単結晶膜であり、基板面の面方位（５１１）に対して成
長膜の（５目）の結晶面方位（・１３．７度傾いており
、成長膜表面に平行な（すなわち基板面に平行な）面方
位は（４１１）となっていて傾斜エピタキシャル成長が
行なわれていた。

成長膜に反りやひび割れは発生せず、電子顕微鏡観察の
結果、結晶欠陥の少ない良質のＳｉＣ単結晶膜であった
。

〈発明の効果〉 本発明によれば、従来格子定数が異なるために良質の単
結晶膜が得られていなかった半導体のへテロエビメキシ
ャル成長において高品質単結晶膜の成長を可能にし、こ
れらのエピタキシャル成長膜の素子への応用、実用化が
急速に促進される。

従って素子の高性能化、低価格化に寄与するとともに、
新規素子の実現を可能にし、半導体素子応用分野の飛躍
的な拡大ｆ、実現する基礎技術となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る結晶方位を説明するための模式図
である。 第２図は本発明の１実施例を説明する気相成長装置の構
成図である。 第３図は従来の方法における結晶方位を説明する模式図
である。 Ａ・・・基板、Ｂ・・・成長膜、Ｃ・・・界面、１・・
・反応管、２・・・試料台、３・・・支持台、４・・・
ワークコイル、５、６．７．１３・・・枝管、８・・・
フランジ、Ｉ　＝１・・・Ｓｉ単結晶基板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、単結晶基板上に格子定数の異なる異種単結晶膜を成
   長形成するヘテロエピタキシャル成長法において、前記
   単結晶基板の成長面の面方位と同一面方位に相当する前
   記異種単結晶膜の結晶面が前記成長面に対して傾斜して
   いることを特徴とするヘテロエピタキシャル成長法。 ２、異種単結晶膜がＣＶＤ法で成長形成される特許請求
   の範囲第１項記載のヘテロエピタキシャル成長法。 ３、単結晶基板が珪素、異種単結晶膜が炭化珪素である
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載のヘテロエピタキ
   シャル成長法。 ４、異種単結晶膜の前記結晶面の傾斜角度が１度から３
   ０度の範囲である特許請求の範囲第１項記載のヘテロエ
   ピタキシャル成長法。