JP2576135B2 - Ｓｉ基板上のＧａＰ結晶の成長方法 - Google Patents
Ｓｉ基板上のＧａＰ結晶の成長方法Info
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- JP2576135B2 JP2576135B2 JP17637487A JP17637487A JP2576135B2 JP 2576135 B2 JP2576135 B2 JP 2576135B2 JP 17637487 A JP17637487 A JP 17637487A JP 17637487 A JP17637487 A JP 17637487A JP 2576135 B2 JP2576135 B2 JP 2576135B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はSi基板上のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の成
長方法に関するものである。
長方法に関するものである。
（従来の技術） 近年、Si基板上にIII−Ｖ族化合物半導体結晶を成長
させる試みがなされており、特にIII−Ｖ族化合物半導
体結晶の中でもGaAsについて最も活発に研究開発が行わ
れている。その代表的な成長方法は、まずAs雰囲気中で
1000℃程度の高温において、Si基板表面の酸化物（SiO
2）を除去し、As雰囲気中で冷却し、400℃程度の低温に
おいてアモルファスGaAs層を成長させていた。この低温
成長させたアモルファスGaAs層をバッファー層として、
その上に単結晶GaAs層を成長させていた。この成長手法
は二温度成長法と称し秋山等によって提案されている。
（秋山等ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジ
ックス（Jpn.J.Appl.Phys） 23 （1984）L843）一般的なM
BEやMOCVD等の成長手法ではSi基板上に単結晶GaAsを成
長させようとすると連続膜にならずに島状成長してしま
い結晶性の良好なGaAs層が得られない。しかし成長温度
を低温化するとこれらの成長手法はアモルファスの連続
膜が形成される。そこで上記の方法ではこれらのアモル
ファスGaAs層を高温で熱処理することによって、単結晶
化しバッファー層としている。このバッファー層の上に
は通常の成長と同様に単結晶GaAs層を成長させることが
できる。Si基板上のGaPについても同様なアモルファス
バッファー層が用いられている。
させる試みがなされており、特にIII−Ｖ族化合物半導
体結晶の中でもGaAsについて最も活発に研究開発が行わ
れている。その代表的な成長方法は、まずAs雰囲気中で
1000℃程度の高温において、Si基板表面の酸化物（SiO
2）を除去し、As雰囲気中で冷却し、400℃程度の低温に
おいてアモルファスGaAs層を成長させていた。この低温
成長させたアモルファスGaAs層をバッファー層として、
その上に単結晶GaAs層を成長させていた。この成長手法
は二温度成長法と称し秋山等によって提案されている。
（秋山等ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジ
ックス（Jpn.J.Appl.Phys） 23 （1984）L843）一般的なM
BEやMOCVD等の成長手法ではSi基板上に単結晶GaAsを成
長させようとすると連続膜にならずに島状成長してしま
い結晶性の良好なGaAs層が得られない。しかし成長温度
を低温化するとこれらの成長手法はアモルファスの連続
膜が形成される。そこで上記の方法ではこれらのアモル
ファスGaAs層を高温で熱処理することによって、単結晶
化しバッファー層としている。このバッファー層の上に
は通常の成長と同様に単結晶GaAs層を成長させることが
できる。Si基板上のGaPについても同様なアモルファス
バッファー層が用いられている。
また最近では、III族構成元素を含むガス種とＶ族構
成元素を含むガス種とを交互に供給する原子層エピタキ
シャル成長を用い、Si基板上にもアモルファス層を用い
ずに、最初からIII−Ｖ族化合物半導体結晶層を成長さ
せることが可能となっている。
成元素を含むガス種とを交互に供給する原子層エピタキ
シャル成長を用い、Si基板上にもアモルファス層を用い
ずに、最初からIII−Ｖ族化合物半導体結晶層を成長さ
せることが可能となっている。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら二温度成長ではアモルファス層を単結晶
化するために結晶性が悪く、その上に成長する単結晶層
の結晶性が悪く転位密度が悪いという問題点があった。
化するために結晶性が悪く、その上に成長する単結晶層
の結晶性が悪く転位密度が悪いという問題点があった。
また原子層エピタキシャル成長法でも成長の初期過程
において島状成長を起こして、結晶性を劣化させてい
た。
において島状成長を起こして、結晶性を劣化させてい
た。
（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、シリコン（Si）基板上にガリウムの
塩化物とホスティンとを交互に供給する原子層エピタキ
シャル成長を用いてGaPエピタキシャル層を成長させる
に当たり、Si清浄表面にガリウムの塩化物を先に提供す
ることに特徴とするSi基板上のGaP結晶の成長方法が得
られる。
塩化物とホスティンとを交互に供給する原子層エピタキ
シャル成長を用いてGaPエピタキシャル層を成長させる
に当たり、Si清浄表面にガリウムの塩化物を先に提供す
ることに特徴とするSi基板上のGaP結晶の成長方法が得
られる。
（作用） III−Ｖ族化合物半導体の原子層エピタキシャルは、I
II族構成元素を含むガス種を基板上に供給し、III族構
成元素を含む吸着種を基板上に吸着させ、次にＶ族構成
元素を含むガス種を基板上に供給し、吸着種と反応さ
せ、III−Ｖ族化合物半導体結晶を一分子層成長させる
成長方法である。
II族構成元素を含むガス種を基板上に供給し、III族構
成元素を含む吸着種を基板上に吸着させ、次にＶ族構成
元素を含むガス種を基板上に供給し、吸着種と反応さ
せ、III−Ｖ族化合物半導体結晶を一分子層成長させる
成長方法である。
このIII族構成元素を含むガス種とＶ族構成元素を含
むガス種を基板上に交互に供給することにより、350℃
〜600℃という低い成長温度に於て単結晶エピタキシャ
ル成長が実現されている。この原子層エピタキシャル成
長をSi基板上でIII−Ｖ族化合物半導体結晶の成長に適
用する際に一般にSiの酸化物除去方法として行われてい
るＰ雰囲気中で1000℃程度の高温熱処理、およびＰ雰囲
気中での冷却を行うと結晶性が悪化することを見出し
た。これはSiとＰが高温で化合物を形成しGaP層の成長
を妨げるためと考えられる。
むガス種を基板上に交互に供給することにより、350℃
〜600℃という低い成長温度に於て単結晶エピタキシャ
ル成長が実現されている。この原子層エピタキシャル成
長をSi基板上でIII−Ｖ族化合物半導体結晶の成長に適
用する際に一般にSiの酸化物除去方法として行われてい
るＰ雰囲気中で1000℃程度の高温熱処理、およびＰ雰囲
気中での冷却を行うと結晶性が悪化することを見出し
た。これはSiとＰが高温で化合物を形成しGaP層の成長
を妨げるためと考えられる。
そこで本発明者は、Siの酸化物除去方法としてＶ族原
料を含まない水素雰囲気中あるいは真空雰囲気中で1000
℃程度の高温熱処理を行い、Ｖ族原料を含まない水素雰
囲気中あるいは真空雰囲気中で冷却し、ガリウムの塩化
物を先に供給すればよいと考えた。この方法によれば、
清浄Si基板表面にGaClが全面に吸着し、レイヤーバイレ
イヤーの成長が可能になり、良好な結晶性を有するGaP
層が得られることを見出した。
料を含まない水素雰囲気中あるいは真空雰囲気中で1000
℃程度の高温熱処理を行い、Ｖ族原料を含まない水素雰
囲気中あるいは真空雰囲気中で冷却し、ガリウムの塩化
物を先に供給すればよいと考えた。この方法によれば、
清浄Si基板表面にGaClが全面に吸着し、レイヤーバイレ
イヤーの成長が可能になり、良好な結晶性を有するGaP
層が得られることを見出した。
（実施例） 本実施例ではハロゲン輸送法に基づくSi基板上のGaP
の原子層エピタキシー成長について述べる。成長装置の
概略を第１図に示した。なお多成長室を有するALE成長
装置について碓井等によってジャパニーズジャーナルオ
ブアプライドフィジックス（Japanese Journal of A
pplied Physics）25,1986,pp,L212−214、に報告され
ている。この成長装置では、下段の成長室11の上流にGa
ソースボート12を置き、その上流からH2キャリアガスと
共にHClガスを供給する。この結果、GaClが生成され下
流に輸送される。
の原子層エピタキシー成長について述べる。成長装置の
概略を第１図に示した。なお多成長室を有するALE成長
装置について碓井等によってジャパニーズジャーナルオ
ブアプライドフィジックス（Japanese Journal of A
pplied Physics）25,1986,pp,L212−214、に報告され
ている。この成長装置では、下段の成長室11の上流にGa
ソースボート12を置き、その上流からH2キャリアガスと
共にHClガスを供給する。この結果、GaClが生成され下
流に輸送される。
一方上段の成長室13にはＰの水素化物であるPH3をH2
キャリアガスと共に供給出来る。結晶基板14としては２
インチSi（100）３゜offto＜110＞を用いた。反応管の
温度は抵抗加熱炉により制御し、第２図に示す様なプロ
グラムで基板温度を変化させた。まず970℃水素雰囲気
でSi基板表面の酸化物を除去しSi清浄表面を形成し、45
0℃でALE−GaP成長を行った。
キャリアガスと共に供給出来る。結晶基板14としては２
インチSi（100）３゜offto＜110＞を用いた。反応管の
温度は抵抗加熱炉により制御し、第２図に示す様なプロ
グラムで基板温度を変化させた。まず970℃水素雰囲気
でSi基板表面の酸化物を除去しSi清浄表面を形成し、45
0℃でALE−GaP成長を行った。
次に流量条件を示す。
ガス種 流量 HCl 2sccm PH3 125sccm H2 5slm まず下段の成長室11でGaClを基板上に吸着させ、基板
を上段の成長室13へ移動して、PH3を供給し、GaP層を一
分子層成長した。これらの操作を500回繰り返した。
を上段の成長室13へ移動して、PH3を供給し、GaP層を一
分子層成長した。これらの操作を500回繰り返した。
この結果、鏡面性に優れたエピタキシャル層が得ら
れ、成長膜厚から単分子成長が実現されていることを確
認した。またＸ線回折によるGaP層の（200）回折強度は
Ｐ雰囲気で熱処理した試料に比べて約200倍も強く、そ
の半値幅は0.2゜と良好であった。さらに平面TEM観察に
より結晶欠陥の極めて少ないGaPエピタキシャル層が確
認された。
れ、成長膜厚から単分子成長が実現されていることを確
認した。またＸ線回折によるGaP層の（200）回折強度は
Ｐ雰囲気で熱処理した試料に比べて約200倍も強く、そ
の半値幅は0.2゜と良好であった。さらに平面TEM観察に
より結晶欠陥の極めて少ないGaPエピタキシャル層が確
認された。
これらのことよりALE成長によるSi基板上のGaPの成長
では、Si清浄表面上に低温でガリウムの塩化物を先に供
給することによってSi基板との界面から結晶性の良好な
単結晶エピタキシャル層を成長出来ることが確認され
た。
では、Si清浄表面上に低温でガリウムの塩化物を先に供
給することによってSi基板との界面から結晶性の良好な
単結晶エピタキシャル層を成長出来ることが確認され
た。
以上述べた実施例ではGaの塩化物であるGaClとPH3を
交互に流す方法のみでGaP層全体を成長したが、これに
限る必要はない。（従来の技術）の欄で述べた二温度成
長法のように、バッファー層に相当するような用い方を
本発明の原子層エピタキシャル成長方法で行ないそのあ
とは通常のMBEやMOCVD,VPEで成長すれば成長時間を短く
することができる。
交互に流す方法のみでGaP層全体を成長したが、これに
限る必要はない。（従来の技術）の欄で述べた二温度成
長法のように、バッファー層に相当するような用い方を
本発明の原子層エピタキシャル成長方法で行ないそのあ
とは通常のMBEやMOCVD,VPEで成長すれば成長時間を短く
することができる。
（発明の効果） 以上述べたように、シリコン（Si）基板上にガリウム
の塩化物とホスフィンとを交互に供給する原子層エピタ
キシャル成長を用い、GaPエピタキシャル層を成長させ
るに当たり、Si清浄表面上にガリウムの塩化物を先に供
給することによりSi基板上に結晶性の良好なGaPエピタ
キシャル層が得られることがわかった。
の塩化物とホスフィンとを交互に供給する原子層エピタ
キシャル成長を用い、GaPエピタキシャル層を成長させ
るに当たり、Si清浄表面上にガリウムの塩化物を先に供
給することによりSi基板上に結晶性の良好なGaPエピタ
キシャル層が得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を説明するためのハロ輸送法に
基づく原子層エピタキシャル成長装置の概略図を示す。
第２図は本発明の実施例を説明するための基板温度プロ
グラムを示す図である。 図中の番号は11……下段成長室、12……Gaソースボー
ト、13……上段成長室、14……結晶基板、15……基板移
動機構部を示す。
基づく原子層エピタキシャル成長装置の概略図を示す。
第２図は本発明の実施例を説明するための基板温度プロ
グラムを示す図である。 図中の番号は11……下段成長室、12……Gaソースボー
ト、13……上段成長室、14……結晶基板、15……基板移
動機構部を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン（Si）基板上にガリウムの塩化物
とホスティンとを交互に供給する原子層エピタキシャル
成長を用いてGaPエピタキシャル層を成長させるに当た
り、Si清浄表面にガリウムの塩化物を先に提供すること
に特徴とするSi基板上のGaP結晶の成長方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17637487A JP2576135B2 (ja) | 1987-07-14 | 1987-07-14 | Ｓｉ基板上のＧａＰ結晶の成長方法 |
| DE88305944T DE3884682T2 (de) | 1987-07-01 | 1988-06-30 | Verfahren zur Züchtung eines Halbleiterkristalles aus III-V-Gruppen-Verbindung auf einem Si-Substrat. |
| EP88305944A EP0297867B1 (en) | 1987-07-01 | 1988-06-30 | A process for the growth of iii-v group compound semiconductor crystal on a si substrate |
| US07/213,940 US4840921A (en) | 1987-07-01 | 1988-06-30 | Process for the growth of III-V group compound semiconductor crystal on a Si substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17637487A JP2576135B2 (ja) | 1987-07-14 | 1987-07-14 | Ｓｉ基板上のＧａＰ結晶の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6418999A JPS6418999A (en) | 1989-01-23 |
| JP2576135B2 true JP2576135B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=16012511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17637487A Expired - Lifetime JP2576135B2 (ja) | 1987-07-01 | 1987-07-14 | Ｓｉ基板上のＧａＰ結晶の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2576135B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6576062B2 (en) * | 2000-01-06 | 2003-06-10 | Tokyo Electron Limited | Film forming apparatus and film forming method |
-
1987
- 1987-07-14 JP JP17637487A patent/JP2576135B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6418999A (en) | 1989-01-23 |
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