JPS63311718A - ヘテロ構造単結晶半導体薄膜の製造方法 - Google Patents
ヘテロ構造単結晶半導体薄膜の製造方法Info
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- JPS63311718A JPS63311718A JP14709587A JP14709587A JPS63311718A JP S63311718 A JPS63311718 A JP S63311718A JP 14709587 A JP14709587 A JP 14709587A JP 14709587 A JP14709587 A JP 14709587A JP S63311718 A JPS63311718 A JP S63311718A
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Landscapes
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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〕
本発明は単結晶薄膜の製造方法に係り、特にヘテロ構造
の半導体素子の製造に好適な単結晶薄膜の製造方法に関
する。
の半導体素子の製造に好適な単結晶薄膜の製造方法に関
する。
従来のヘテロ構造の単結晶薄膜の製造方法については、
応用物理、第55巻、第8号(1986)第791頁か
ら第794頁において論じられている。
応用物理、第55巻、第8号(1986)第791頁か
ら第794頁において論じられている。
例えば、シリコン(Si)単結晶基板上にSi以外の半
導体膜を形成する方法には、前記の従来技術に述べられ
ているヘテロ・エピタキシャル法がある。しかしながら
、Siと異種半導体では格子定数、熱膨張係数が異なる
ため、ヘテロ・エピタキシャル成長後にSiと異種半導
体とのヘテロ界面に多くの欠陥が残留する問題があった
。
導体膜を形成する方法には、前記の従来技術に述べられ
ているヘテロ・エピタキシャル法がある。しかしながら
、Siと異種半導体では格子定数、熱膨張係数が異なる
ため、ヘテロ・エピタキシャル成長後にSiと異種半導
体とのヘテロ界面に多くの欠陥が残留する問題があった
。
本発明の目的は、これらの欠陥を除去し、高品質のヘテ
ロ界面をもった半導体単結晶薄膜を提供することにある
。
ロ界面をもった半導体単結晶薄膜を提供することにある
。
上記の目的は、通常のヘテロ・エピタキシャル成長法を
用いて形成したベテロ構造の界面近傍両側を、イオン打
込み法を用いて一度非晶質化した後、アニールし、固相
結晶成長法により非晶質領域を再結晶化することにより
達成される。
用いて形成したベテロ構造の界面近傍両側を、イオン打
込み法を用いて一度非晶質化した後、アニールし、固相
結晶成長法により非晶質領域を再結晶化することにより
達成される。
本発明は上述のように通常の方法で形成した結晶欠陥の
多いヘテロ界面を一旦非晶質化した後再結晶化すること
によってヘテロ構造単結晶薄膜を形成しているので界面
近傍に発生する結晶欠陥がきわめて少なくなる。
多いヘテロ界面を一旦非晶質化した後再結晶化すること
によってヘテロ構造単結晶薄膜を形成しているので界面
近傍に発生する結晶欠陥がきわめて少なくなる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例 1゜
第1図(a)、(b)、(c)は本発明の一実施例の工
程[略説明図である。
程[略説明図である。
図(a)は通常の方法で単結晶Si基板1上に単結晶G
aAs層2を形成する里程であるーこの工程では、通常
、分子線蒸着(MBE)法、または有機金属の熱分解に
よる気相成長(MOCVD)法が用いられる。典型的な
成長シーケンスは以下のとおりである。すなわち、まず
、Si基板表面を清浄にするために900℃で熱処理す
る。つぎに、MOCVD法ならば400〜450’C,
M B E法ならば150〜400℃の低い温度で20
n m位の厚さの非晶質GaAs層をSj基板上に堆積
する。その後、成長を一端中断し、基板温度を700〜
750℃に上げ、2回目の成長を厚さ300n mだけ
行なう。基板温度が上がると非晶質GaA、sFIは単
結晶化し、その上に2回目に成長するG a A s層
は単結晶となる。しかしながら、電子顕微鏡1g1mに
よると、単結晶GaAs層と単結晶Sj基板との界面に
は多くの欠陥が残留していることが認められた。
aAs層2を形成する里程であるーこの工程では、通常
、分子線蒸着(MBE)法、または有機金属の熱分解に
よる気相成長(MOCVD)法が用いられる。典型的な
成長シーケンスは以下のとおりである。すなわち、まず
、Si基板表面を清浄にするために900℃で熱処理す
る。つぎに、MOCVD法ならば400〜450’C,
M B E法ならば150〜400℃の低い温度で20
n m位の厚さの非晶質GaAs層をSj基板上に堆積
する。その後、成長を一端中断し、基板温度を700〜
750℃に上げ、2回目の成長を厚さ300n mだけ
行なう。基板温度が上がると非晶質GaA、sFIは単
結晶化し、その上に2回目に成長するG a A s層
は単結晶となる。しかしながら、電子顕微鏡1g1mに
よると、単結晶GaAs層と単結晶Sj基板との界面に
は多くの欠陥が残留していることが認められた。
図(b)は図(a)の単結晶G a A s層2を形成
したSi基板1にイオン打込み3を行ない、単結晶Ga
As層2とSi基板1との界面4の近傍を非晶質化する
工程である。この場合、打込みイオン種及び打込みエネ
ルギーを適当に選べば、G a A s層の表面側を単
結晶に保ったままでGaAs層2と単結晶Sj基@1と
の界面4の両側の層4′、4“を非晶質化することは可
能である。本実施例では、350keVに加速したSi
”イオンをIXIOlgan−”打込み、単結晶GaA
s層と単結晶Si基板との界面の両側4’、4’を非晶
質化した。
したSi基板1にイオン打込み3を行ない、単結晶Ga
As層2とSi基板1との界面4の近傍を非晶質化する
工程である。この場合、打込みイオン種及び打込みエネ
ルギーを適当に選べば、G a A s層の表面側を単
結晶に保ったままでGaAs層2と単結晶Sj基@1と
の界面4の両側の層4′、4“を非晶質化することは可
能である。本実施例では、350keVに加速したSi
”イオンをIXIOlgan−”打込み、単結晶GaA
s層と単結晶Si基板との界面の両側4’、4’を非晶
質化した。
図(c)は図(b)に示したイオン打込みした試料をア
ニールし、ヘテロ界面の非晶質層を単結晶化する工程で
ある。すなわち、前記試料を600℃で1時間のアニー
ルを行なった所、表面側の単結晶GaAs層2及び単結
晶81基板1を結晶成長のシードとして非晶質層の固相
結晶成長が起った。
ニールし、ヘテロ界面の非晶質層を単結晶化する工程で
ある。すなわち、前記試料を600℃で1時間のアニー
ルを行なった所、表面側の単結晶GaAs層2及び単結
晶81基板1を結晶成長のシードとして非晶質層の固相
結晶成長が起った。
その結果、ヘテロ界面両側の非晶質層が単結晶化し、良
質のGaAs/Si結晶が形成できた。この結晶の電子
顕微鏡観察を行ないヘテロ界面を詳細に調べた処、結晶
欠陥の数は工程(a)後のものに比へて1/10以下に
減少していた。
質のGaAs/Si結晶が形成できた。この結晶の電子
顕微鏡観察を行ないヘテロ界面を詳細に調べた処、結晶
欠陥の数は工程(a)後のものに比へて1/10以下に
減少していた。
ところで、第1図に示した実施例の場合、ヘテロ界面近
傍に形成された非晶質層は表面側単結晶G a A、
s層及び裏面側単結晶Si基板の両者を結晶成長のシー
ドとし、反対方向から互いに同相成長し、2つの成長層
の先端が衝突した時点で成長は終了する。結晶成長の観
点から言えば、固相結晶成長が終了する迄非晶質GaA
s層の同相結晶成長は表面側の単結晶GaAs層を結晶
成長のシードとして進行し、非晶質Si層の固相結晶成
長は裏面側単結晶SL基板を結晶成長のシードどして進
行することが望ましい。言い換えると、上記の2つの成
長層の先端はGaAs層と81基板とのヘテロ界面にお
いて衝突することが望ましい。そのため条件を第2図を
用いて説明する。
傍に形成された非晶質層は表面側単結晶G a A、
s層及び裏面側単結晶Si基板の両者を結晶成長のシー
ドとし、反対方向から互いに同相成長し、2つの成長層
の先端が衝突した時点で成長は終了する。結晶成長の観
点から言えば、固相結晶成長が終了する迄非晶質GaA
s層の同相結晶成長は表面側の単結晶GaAs層を結晶
成長のシードとして進行し、非晶質Si層の固相結晶成
長は裏面側単結晶SL基板を結晶成長のシードどして進
行することが望ましい。言い換えると、上記の2つの成
長層の先端はGaAs層と81基板とのヘテロ界面にお
いて衝突することが望ましい。そのため条件を第2図を
用いて説明する。
第2図において、1は単結晶Si基板、7はイオン打込
みにより形成した非晶質Si層、5は単結晶G a A
s層、6はイオン打込みにより形成した非晶質G a
A s層である。ここで、6及び7は第1図(b)と
同じ工程で形成されたものであり、その各々の厚さをL
GaAs及びL S iと書くことにする。
みにより形成した非晶質Si層、5は単結晶G a A
s層、6はイオン打込みにより形成した非晶質G a
A s層である。ここで、6及び7は第1図(b)と
同じ工程で形成されたものであり、その各々の厚さをL
GaAs及びL S iと書くことにする。
いま、あるアニール温度(T)におけるSi及びG a
A sの固相結晶成長速度を各々VS+及びvea^
6と書き表わすならば、6及び7が固相結晶成長により
単結晶化する時間は各々L GaAs層 VGaAs及
びL s ; / V s ;となる。両者の時間が等
しければ、同相結晶成長の先端かヘテロ界面で衝突する
訳であるから、良いエピタキシャル結晶を得るにはL
sr / Vst = L aaAs/ VGaAsの
条件を満たせば良いことになる。
A sの固相結晶成長速度を各々VS+及びvea^
6と書き表わすならば、6及び7が固相結晶成長により
単結晶化する時間は各々L GaAs層 VGaAs及
びL s ; / V s ;となる。両者の時間が等
しければ、同相結晶成長の先端かヘテロ界面で衝突する
訳であるから、良いエピタキシャル結晶を得るにはL
sr / Vst = L aaAs/ VGaAsの
条件を満たせば良いことになる。
以下具体例を用いて説明する。
第1図(a)の工程を終了した試料に500 k e
Vに加速したSi+イオンをl x 101s、、−2
及び400 k e Vに加速したSiゝイオンを5X
10−”打込み、ヘテロ界面近傍を非晶質化した。その
後、2MeVに加速したプロトンを利用した後方散乱法
を用いて非晶質層の厚さを測定した所、LaaAs=3
0nm 。
Vに加速したSi+イオンをl x 101s、、−2
及び400 k e Vに加速したSiゝイオンを5X
10−”打込み、ヘテロ界面近傍を非晶質化した。その
後、2MeVに加速したプロトンを利用した後方散乱法
を用いて非晶質層の厚さを測定した所、LaaAs=3
0nm 。
L3;=210nmの値を得た。そこで、G a A
s層とSi層の同相結晶成長速度の比(VGIIAS
: Vs;)が1ニアとなるアニール温度(600℃)
を選び、3時間のアニールを行なった処、両者の非晶質
層が完全に単結晶化した。その後、電子顕微鏡駅察を行
ない、ヘテロ界面を詳細に調べた所、結晶欠陥の数は第
1図(a)の工程後の試料に比べて1/100以下に減
少していた。すなわち、第1図の実施例に比べて第2図
の実施例の方が特性がさらに改善されていることがわか
る。以上においては、イオン種としてSiを選んだ場合
について述べたが、As、P等の他のイオン種を用いて
もよい。
s層とSi層の同相結晶成長速度の比(VGIIAS
: Vs;)が1ニアとなるアニール温度(600℃)
を選び、3時間のアニールを行なった処、両者の非晶質
層が完全に単結晶化した。その後、電子顕微鏡駅察を行
ない、ヘテロ界面を詳細に調べた所、結晶欠陥の数は第
1図(a)の工程後の試料に比べて1/100以下に減
少していた。すなわち、第1図の実施例に比べて第2図
の実施例の方が特性がさらに改善されていることがわか
る。以上においては、イオン種としてSiを選んだ場合
について述べたが、As、P等の他のイオン種を用いて
もよい。
以上の実施例においては、GaAs/Si構造を例に取
り説明してきた。しかしながら、本発明の方法が他のヘ
テロ構造半導体材料に取っても有効であることはいうま
でもない、事実、本発明の方法をGaP/Si、SiC
/Si、AQP/Si。
り説明してきた。しかしながら、本発明の方法が他のヘ
テロ構造半導体材料に取っても有効であることはいうま
でもない、事実、本発明の方法をGaP/Si、SiC
/Si、AQP/Si。
Si、−xGex/5i(O<X<1)、 5ixGe
yCz/5i(x+y+z=1)、Ge/Si、GaA
s/Ge。
yCz/5i(x+y+z=1)、Ge/Si、GaA
s/Ge。
GaP/Ge等の広範囲のヘテロ構造材料系に適用した
場合にも、この方法が有効であることを確認している。
場合にも、この方法が有効であることを確認している。
ところで、GaAs層に打込まれたSi+イオンは固相
結晶成長後には電気的に活性化してドナーとなり、n型
を形成する。一方、Si基板に打込まれたSi+イオン
は固相結晶成長後には電気的に中性のままである。した
がって、GaAs/Siのヘテロ構造にSi+イオンを
打込み、その後にアニールすれば、GaAs/Siのヘ
テロ界面の改善とGaAs層へのドーピングとを同時に
行なうことができることになる。この方法はGaAs層
をエミッタとしたヘテロ構造のバイポーラ・トランジス
タを製造する際に極めて有用となる。以下、このような
実施例を第3図を用いて説明する。
結晶成長後には電気的に活性化してドナーとなり、n型
を形成する。一方、Si基板に打込まれたSi+イオン
は固相結晶成長後には電気的に中性のままである。した
がって、GaAs/Siのヘテロ構造にSi+イオンを
打込み、その後にアニールすれば、GaAs/Siのヘ
テロ界面の改善とGaAs層へのドーピングとを同時に
行なうことができることになる。この方法はGaAs層
をエミッタとしたヘテロ構造のバイポーラ・トランジス
タを製造する際に極めて有用となる。以下、このような
実施例を第3図を用いて説明する。
第3図(a)は通常の方法でバイポーラ・トランジスタ
のコレクタ及びベースまでを形成した図である。図にお
いて、8はボロンを10”an−’程度含んだp型Si
領域であり、70n m程度の厚みを有するベース層で
ある。9はAsを10”〜lO”a++−’程度含んだ
、厚さ170nm程度のn−8i領域、 10はAsを
101g〜10” cxn ’″33程度だ、厚さlt
!m程度のn”Si領域であり、9と10とでコレクタ
層を形成している。11はボロンを1015〜10”a
n−程度含んだp型のSi基板、12は素子間分離用の
′Si○2膜、13はS io2膜12に形成したエミ
ッタ領域形成用の窓である。
のコレクタ及びベースまでを形成した図である。図にお
いて、8はボロンを10”an−’程度含んだp型Si
領域であり、70n m程度の厚みを有するベース層で
ある。9はAsを10”〜lO”a++−’程度含んだ
、厚さ170nm程度のn−8i領域、 10はAsを
101g〜10” cxn ’″33程度だ、厚さlt
!m程度のn”Si領域であり、9と10とでコレクタ
層を形成している。11はボロンを1015〜10”a
n−程度含んだp型のSi基板、12は素子間分離用の
′Si○2膜、13はS io2膜12に形成したエミ
ッタ領域形成用の窓である。
第3図(b)は窓13内に厚ざl 50n mのGaA
sff1を形成する工程であり、第1図(a)と同じ工
程である。この工程では、まず単結晶SL基板8上には
単結晶GaAs層が、またSin、膜12上には多結晶
GaAs層が形成される。ついで、Si○2膜12上に
堆積された多結晶GaAs層は通常のホト・リソグラフ
ィ一工程で除去され、窓13内に単結晶GaAs層14
をもった第3図(b)の構造が形成される。
sff1を形成する工程であり、第1図(a)と同じ工
程である。この工程では、まず単結晶SL基板8上には
単結晶GaAs層が、またSin、膜12上には多結晶
GaAs層が形成される。ついで、Si○2膜12上に
堆積された多結晶GaAs層は通常のホト・リソグラフ
ィ一工程で除去され、窓13内に単結晶GaAs層14
をもった第3図(b)の構造が形成される。
第3図(c)は150keVに加速したSi”イオンを
5 X 10”am−”打込む工程であり、第1図(b
)の工程と同じものである。
5 X 10”am−”打込む工程であり、第1図(b
)の工程と同じものである。
第3図(d)は600℃で30分間のアニールをする工
程であり、第1図(C)と同じ工程である。
程であり、第1図(C)と同じ工程である。
この工程でSi+イオン打込みにより形成されたベテロ
界面近傍の非晶質Si層とG a A s層は単結晶化
し、高品質なヘテロ界面が形成されると同時にG a
A s層はn1領域となり、エミッタが形成される。す
なわち、図(c)及び(d)の一連の工程で高品質のヘ
テロ界面が形成されると同時にエミッタへの不純物のド
ーピングがなされる点が本発明の特徴となっている。
界面近傍の非晶質Si層とG a A s層は単結晶化
し、高品質なヘテロ界面が形成されると同時にG a
A s層はn1領域となり、エミッタが形成される。す
なわち、図(c)及び(d)の一連の工程で高品質のヘ
テロ界面が形成されると同時にエミッタへの不純物のド
ーピングがなされる点が本発明の特徴となっている。
第3図(e)は電極を形成する工程であり、GaAs層
14の表面上にはA u−G e電極15が、また、p
型Si層8の表面上にAQ電極16が形成される。
14の表面上にはA u−G e電極15が、また、p
型Si層8の表面上にAQ電極16が形成される。
これらの電極は通常の5iLSrまたはG a A、
5LSIで用いられる工程で形成することができ、特に
特別な工程は何もない。以上でエミッタをG a A
s p3としだヘテロ構造のバイポーラ・I・ランシス
タの形成が終了する。
5LSIで用いられる工程で形成することができ、特に
特別な工程は何もない。以上でエミッタをG a A
s p3としだヘテロ構造のバイポーラ・I・ランシス
タの形成が終了する。
本発明によれば、固相結晶成長法を利用することにより
、通常の方法で形成したベテロ界面の結晶構造を改善す
ることができるので、高品質なヘテロ構造をもった単結
晶薄膜を形成できる効果がある。特にGaAs/Siの
ヘテロ構造にSi+イオン打込みを行ない、その後にア
ニールして固相結晶成長を行なえば、高品質のヘテロ界
面の形成とGaAsへの不純物ドーピングとを同時に行
なえるという効果がある。
、通常の方法で形成したベテロ界面の結晶構造を改善す
ることができるので、高品質なヘテロ構造をもった単結
晶薄膜を形成できる効果がある。特にGaAs/Siの
ヘテロ構造にSi+イオン打込みを行ない、その後にア
ニールして固相結晶成長を行なえば、高品質のヘテロ界
面の形成とGaAsへの不純物ドーピングとを同時に行
なえるという効果がある。
第1図〜第3図は本発明の詳細な説明図である。
図において、
■・・・単結晶Si基板 2・・・GaAs層3
・・・イオン打込み 4・・・界面5・・・単結
晶GaAs層 6・・・非晶質GaAs層7・・・
非晶質85層 8・・・p型Si層9−= n−
型Si層 10−n+型S1層11・・・p型
Si基板 12・・5in2膜14−n”GaA
s層 15−Au−Ge電極16・・・AQ電極 代理人弁理士 中 村 純之助 ?1 閏 ↑2図 第3図
・・・イオン打込み 4・・・界面5・・・単結
晶GaAs層 6・・・非晶質GaAs層7・・・
非晶質85層 8・・・p型Si層9−= n−
型Si層 10−n+型S1層11・・・p型
Si基板 12・・5in2膜14−n”GaA
s層 15−Au−Ge電極16・・・AQ電極 代理人弁理士 中 村 純之助 ?1 閏 ↑2図 第3図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、単結晶半導体基板上に単結晶異種半導体層を形成し
た後、イオン打込み法を用いて前記半導体基板と前記異
種半導体層との界面両側を所定厚さだけ非晶質化し、し
かる後に、アニールして再結晶化することを特徴とする
ヘテロ構造単結晶半導体薄膜の製造方法。 2、特許請求の範囲第1項記載のヘテロ構造単結晶薄膜
の製造方法において、上記イオン打込みによって上記異
種半導体層中に形成される非晶質層の膜厚と上記半導体
基板中に形成される非晶質層の膜厚との比を上記再結晶
化の際における上記異種半導体結晶と上記基板半導体結
晶の結晶成長速度の比に等しくすることを特徴とするヘ
テロ構造単結晶半導体薄膜の製造方法。 3、特許請求の範囲第1項または第2項記載のヘテロ構
造単結晶薄膜の製造方法において、上記基板半導体をS
i、上記異種半導体をGaAs、上記イオン打込み種を
Siとすることを特徴とするヘテロ構造単結晶半導体薄
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14709587A JPS63311718A (ja) | 1987-06-15 | 1987-06-15 | ヘテロ構造単結晶半導体薄膜の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14709587A JPS63311718A (ja) | 1987-06-15 | 1987-06-15 | ヘテロ構造単結晶半導体薄膜の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63311718A true JPS63311718A (ja) | 1988-12-20 |
Family
ID=15422368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14709587A Pending JPS63311718A (ja) | 1987-06-15 | 1987-06-15 | ヘテロ構造単結晶半導体薄膜の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63311718A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006191028A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 配向変更された低欠陥密度のSiを製造する方法 |
JP2008543081A (ja) * | 2005-06-01 | 2008-11-27 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | ハイブリッド配向基板のための改善されたアモルファス化/テンプレート再結晶化の方法 |
JP2009239315A (ja) * | 2009-07-17 | 2009-10-15 | Sharp Corp | 窒化物系iii−v族化合物半導体装置の製造方法 |
-
1987
- 1987-06-15 JP JP14709587A patent/JPS63311718A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006191028A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 配向変更された低欠陥密度のSiを製造する方法 |
JP2008543081A (ja) * | 2005-06-01 | 2008-11-27 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | ハイブリッド配向基板のための改善されたアモルファス化/テンプレート再結晶化の方法 |
JP2009239315A (ja) * | 2009-07-17 | 2009-10-15 | Sharp Corp | 窒化物系iii−v族化合物半導体装置の製造方法 |
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