JP2790492B2 - 半導体薄膜の成長方法 - Google Patents
半導体薄膜の成長方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、Si基板上にGaAs中間層を介在させて単結
晶InP層を成長させる方法に関する。
晶InP層を成長させる方法に関する。
（従来の技術） 従来より、GaAs単結晶は、格子定数がシリコン（Si）
とインジウムリン（InP）との中間にあることから、Si
基板上にInP単結晶を成長させる際に、このGaAs単結晶
を介在させていた。この種の結晶成長方法の典型例が、
文献I:「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 Applied Physic
s）、Vol.26,No.10,（1987），第L1587〜L1589頁」に開
示されている。
とインジウムリン（InP）との中間にあることから、Si
基板上にInP単結晶を成長させる際に、このGaAs単結晶
を介在させていた。この種の結晶成長方法の典型例が、
文献I:「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 Applied Physic
s）、Vol.26,No.10,（1987），第L1587〜L1589頁」に開
示されている。
この発明の説明に先立ち、先ず、第３図および第４図
を参照して、この文献に開示されている従来技術につき
簡単に説明する。
を参照して、この文献に開示されている従来技術につき
簡単に説明する。
第３図は、この従来技術により成長させて得られた半
導体薄膜の層構造を示す断面図であり、第４図は、従来
の成長方法での処理プロセスを説明するための、温度と
時間との関係を示す図である。
導体薄膜の層構造を示す断面図であり、第４図は、従来
の成長方法での処理プロセスを説明するための、温度と
時間との関係を示す図である。
この単結晶InPの成長方法は、有機金属化学蒸着法（M
etal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVDまたMO
VPEと略称する）を用いる方法である。
etal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVDまたMO
VPEと略称する）を用いる方法である。
先ず、Si基板10に対して前処理を行なう。この前処理
として、Si基板10をフッ酸HFで処理して表面の酸化物を
除き、フッ酸で処理済みのSi基板10を反応室（図示せ
ず）に導入して設置し、次にこのSi基板10の表面のクリ
ーニングを行なうため、反応室内にアルシン（AsH3）ガ
スと水素（H2）ガスとを導入し、これらの混合ガス雰囲
気で、基板温度を約1000℃の高温として約10分間の加熱
処理を行なう（第４図にこのクリーニング処理期間をＩ
で示す）。
として、Si基板10をフッ酸HFで処理して表面の酸化物を
除き、フッ酸で処理済みのSi基板10を反応室（図示せ
ず）に導入して設置し、次にこのSi基板10の表面のクリ
ーニングを行なうため、反応室内にアルシン（AsH3）ガ
スと水素（H2）ガスとを導入し、これらの混合ガス雰囲
気で、基板温度を約1000℃の高温として約10分間の加熱
処理を行なう（第４図にこのクリーニング処理期間をＩ
で示す）。
次に、基板処理温度を約400℃に下げてガリウムヒ素
（GaAs）バッファ層12を成長させる（第４図にIIで示す
処理期間）。このGaAsバッファ層12は、アモルファス状
態または多結晶状態となっており、その膜厚を通常は20
0Å以下としている。
（GaAs）バッファ層12を成長させる（第４図にIIで示す
処理期間）。このGaAsバッファ層12は、アモルファス状
態または多結晶状態となっており、その膜厚を通常は20
0Å以下としている。
次に、基板加熱温度を約600℃に上げてこのGaAsバッ
ファ層12上にGaAs単結晶層を約0.1μｍの膜厚で成長さ
せる（第４図にIIIで示す処理期間）。これらGaAsバッ
ファ層12とGaAs単結晶層14とでGaAs中間層16を構成して
いる。
ファ層12上にGaAs単結晶層を約0.1μｍの膜厚で成長さ
せる（第４図にIIIで示す処理期間）。これらGaAsバッ
ファ層12とGaAs単結晶層14とでGaAs中間層16を構成して
いる。
次に、再び基板加熱温度を約400℃に下げて、このGaA
s単結晶層14上に、アモルファス状または多結晶状のInP
バッファ層18を200Å以下の膜厚で成長させる（第４図
にIVで示す処理期間）。
s単結晶層14上に、アモルファス状または多結晶状のInP
バッファ層18を200Å以下の膜厚で成長させる（第４図
にIVで示す処理期間）。
次に、再び基板加熱温度を約600℃に上げてこのInPバ
ッファ層18上にInP単結晶層20を所望の膜厚に成長させ
る（第４図にＶで示す処理期間）。
ッファ層18上にInP単結晶層20を所望の膜厚に成長させ
る（第４図にＶで示す処理期間）。
このようにしてSi基板上に成膜されて得られた半導体
薄膜の電気的およびまたは光学的特性から、GaAs中間層
の膜厚をできるだけ薄くすることが望ましいと考えられ
ている。
薄膜の電気的およびまたは光学的特性から、GaAs中間層
の膜厚をできるだけ薄くすることが望ましいと考えられ
ている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した従来の成長方法では、GaAs中
間層の膜厚が0.1μｍ以上と厚くなってしまい、上述し
た電気的およびまたは光学的特性の観点から不充分であ
った。
間層の膜厚が0.1μｍ以上と厚くなってしまい、上述し
た電気的およびまたは光学的特性の観点から不充分であ
った。
また、GaAs中間層を構成するGaAsバッファ層およびGa
As単結晶層のそれぞれの成長温度が異なるため、これら
GaAsバッファ層および単結晶層をそれぞれ固有の成長条
件（他の条件もあるが主として温度条件）を設定する必
要があり、このため、成長工程が複雑となっていたとい
う問題があった。
As単結晶層のそれぞれの成長温度が異なるため、これら
GaAsバッファ層および単結晶層をそれぞれ固有の成長条
件（他の条件もあるが主として温度条件）を設定する必
要があり、このため、成長工程が複雑となっていたとい
う問題があった。
ところで、文献II:「ジャーナル オブ クリスタル
グロース（Journal of Crystal Growth）,Vol.77,（1
986）,p.490−497」に、GaAsバッファ層は450℃以下の
低温で成長させるとアモルファス状または多結晶状とな
ること、および厚さが200Å以下の場合には、750℃で５
分程度の熱処理で原子の配列が変化して単結晶状となる
ことが開示されている。
グロース（Journal of Crystal Growth）,Vol.77,（1
986）,p.490−497」に、GaAsバッファ層は450℃以下の
低温で成長させるとアモルファス状または多結晶状とな
ること、および厚さが200Å以下の場合には、750℃で５
分程度の熱処理で原子の配列が変化して単結晶状となる
ことが開示されている。
この出願の発明者は、このような事実に着目して種々
の研究および実験を行なったところ、この事実をSi基板
上へのInP単結晶の成長に適用できることを発見した。
の研究および実験を行なったところ、この事実をSi基板
上へのInP単結晶の成長に適用できることを発見した。
そこで、この発明の目的は、上述した従来のGaAs中間
層が厚くなり電気的、光学的膜質を損なってしまうこ
と、および成長条件の設定が複雑となるという問題点を
除去して、結晶性の優れたInP単結晶層をSi基板の上側
に形成することが出来る半導体薄膜の成長方法を提供す
ることにある。
層が厚くなり電気的、光学的膜質を損なってしまうこ
と、および成長条件の設定が複雑となるという問題点を
除去して、結晶性の優れたInP単結晶層をSi基板の上側
に形成することが出来る半導体薄膜の成長方法を提供す
ることにある。
（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の半導体薄膜の
成長方法によれば、 GaAs中間層をSi基板上にアモルファス状または多結晶
状のGaAs薄膜を成長させた後、このGaAs薄膜を加熱処理
して単結晶状のGaAs層に変えて、形成することを特徴と
する。
成長方法によれば、 GaAs中間層をSi基板上にアモルファス状または多結晶
状のGaAs薄膜を成長させた後、このGaAs薄膜を加熱処理
して単結晶状のGaAs層に変えて、形成することを特徴と
する。
この発明の実施に当り、前述のGaAs薄膜に対する加熱
処理をAsH3雰囲気中で行なうのが好適である。
処理をAsH3雰囲気中で行なうのが好適である。
（作用） 上述したこの発明の成長方法によれば、GaAs単結晶の
成長は行なわずに、アモルファス状または多結晶状のGa
As薄膜を成長させた後、熱処理により、このGaAs薄膜を
単結晶状のGaAs層に変える手法を持っている。従って、
中間層としての単結晶状のGaAsバッファ層の膜厚を200
Å以下の適当な厚みとすることが出来、電気的およびま
たは光学的膜質を損なうことがない。
成長は行なわずに、アモルファス状または多結晶状のGa
As薄膜を成長させた後、熱処理により、このGaAs薄膜を
単結晶状のGaAs層に変える手法を持っている。従って、
中間層としての単結晶状のGaAsバッファ層の膜厚を200
Å以下の適当な厚みとすることが出来、電気的およびま
たは光学的膜質を損なうことがない。
また、形成された単結晶状のGaAsバッファ層は結晶の
方向性がある程度秩序をもっているので、このGaAsバッ
ファ層上にInPバッファ層を成長させると、このInPバッ
ファ層がアモルファスまたは多結晶の状態にあっても、
比較的原子配列は秩序をもっている。このため、このIn
Pバッファ層上へのInP単結晶の成長が容易となり、成長
させたInP単結晶層は、結晶欠陥が少なくなりかつその
表面も平坦面（鏡面）となるという結晶性に優れた層と
なる。
方向性がある程度秩序をもっているので、このGaAsバッ
ファ層上にInPバッファ層を成長させると、このInPバッ
ファ層がアモルファスまたは多結晶の状態にあっても、
比較的原子配列は秩序をもっている。このため、このIn
Pバッファ層上へのInP単結晶の成長が容易となり、成長
させたInP単結晶層は、結晶欠陥が少なくなりかつその
表面も平坦面（鏡面）となるという結晶性に優れた層と
なる。
（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の半導体薄膜の成長
方法の実施例につき説明する。
方法の実施例につき説明する。
第１図は、この発明の成長方法の成長プロセスの説明
に供する、成長温度と時間との関係を示す図であり、第
２図（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の成長工程図で、各図
は成長工程段階で得られた層構造を概略的に示す断面図
である。尚、断面を表わすハッチング等は一部分を除き
省略して示してある。また、第１図および第２図におい
て、第３図および第４図に示したと同一の処理プロセス
および構成成分については原則として同一の符号を付し
て説明する。
に供する、成長温度と時間との関係を示す図であり、第
２図（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の成長工程図で、各図
は成長工程段階で得られた層構造を概略的に示す断面図
である。尚、断面を表わすハッチング等は一部分を除き
省略して示してある。また、第１図および第２図におい
て、第３図および第４図に示したと同一の処理プロセス
および構成成分については原則として同一の符号を付し
て説明する。
先ず、従来の場合と同様、Si基板10に対し前処理を行
なう。従って、Si基板10をHFにより表面の酸化物を取り
除いた後、このSi基板10を反応室内へ設置し、AsH3雰囲
気中で900゜〜1000℃以上の適当な高い温度で加熱処理
を行なって表面のクリーニング処理を行なう（第１図に
Ｉで示す）。
なう。従って、Si基板10をHFにより表面の酸化物を取り
除いた後、このSi基板10を反応室内へ設置し、AsH3雰囲
気中で900゜〜1000℃以上の適当な高い温度で加熱処理
を行なって表面のクリーニング処理を行なう（第１図に
Ｉで示す）。
次に、従来と同様にして、MOCVD法を用いて以下の所
要の薄膜の成膜を行なう。そのため、先ず、Si基板10上
にアモルファス状または多結晶状のGaAs薄膜22を膜厚20
0Å以下の厚さに成長させる（第２図（Ａ））。このGaA
s薄膜22の成長は、450℃以下の適当な成長温度（基板加
熱温度）として行なう（第１図にIIで示す）。
要の薄膜の成膜を行なう。そのため、先ず、Si基板10上
にアモルファス状または多結晶状のGaAs薄膜22を膜厚20
0Å以下の厚さに成長させる（第２図（Ａ））。このGaA
s薄膜22の成長は、450℃以下の適当な成長温度（基板加
熱温度）として行なう（第１図にIIで示す）。
次に、このGaAs薄膜22を単結晶状のGaAsバッファ層
（GaAs中間層）24に変える（第２図（Ｂ））。
（GaAs中間層）24に変える（第２図（Ｂ））。
この処理は、GaAs薄膜22を、AsH3雰囲気中で、原子配
列が変化するような基板加熱温度、例えば、約750℃の
温度で５分間程度、加熱して行なう（第１図にIVで示す
処理期間）。
列が変化するような基板加熱温度、例えば、約750℃の
温度で５分間程度、加熱して行なう（第１図にIVで示す
処理期間）。
次に、基板加熱温度を550℃以下の適当な温度に下げ
てInPバッファ層18を膜厚200Å以下の適当な厚みに成長
させる。尚、InPバッファ層18を良好に成長させるため
には約300℃の温度が下限温度である（第２図（Ｃ）お
よび第１図のIVで示す処理期間）。このような温度範囲
でのInPバッファ層18の成長により、このInPバッファ層
18は、アモルファス状または多結晶状となり、格子定数
の異なるGaAs上にも比較的平坦に成長する。InP成長層
の表面を平坦とするためには、好ましくは、成長温度を
400〜450℃の範囲内の温度とするのが良い。
てInPバッファ層18を膜厚200Å以下の適当な厚みに成長
させる。尚、InPバッファ層18を良好に成長させるため
には約300℃の温度が下限温度である（第２図（Ｃ）お
よび第１図のIVで示す処理期間）。このような温度範囲
でのInPバッファ層18の成長により、このInPバッファ層
18は、アモルファス状または多結晶状となり、格子定数
の異なるGaAs上にも比較的平坦に成長する。InP成長層
の表面を平坦とするためには、好ましくは、成長温度を
400〜450℃の範囲内の温度とするのが良い。
次に、InPバッファ層18上に、InP結晶層を通常の成長
温度である600〜700℃の範囲内の温度で所望の膜厚に成
長させる（第２図（Ｃ）および第１図にＶで示す処理期
間）。既に述べたように、InPバッファ層18はアモルフ
ァス状または多結晶状となっているが、原子配列は比較
的秩序をもっているので、その層上へのInPの単結晶の
成長は容易に行なうことが出来、しかも、成長したInP
単結晶の結晶性も優れている。
温度である600〜700℃の範囲内の温度で所望の膜厚に成
長させる（第２図（Ｃ）および第１図にＶで示す処理期
間）。既に述べたように、InPバッファ層18はアモルフ
ァス状または多結晶状となっているが、原子配列は比較
的秩序をもっているので、その層上へのInPの単結晶の
成長は容易に行なうことが出来、しかも、成長したInP
単結晶の結晶性も優れている。
上述した実施例においては、特定の条件を挙げて説明
したが、特に言及はしなかった条件については、設計に
応じて任意に設定できる。
したが、特に言及はしなかった条件については、設計に
応じて任意に設定できる。
（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の半導
体薄膜の成長方法によれば、Si基板上にGaAs薄膜をアモ
ルファス状または多結晶状に成長させ、然る後、加熱処
理によってその原子配列を単結晶状に変化させて単結晶
状のGaAsバッファ層（GaAs中間層）を得ているので、従
来のような0.1μｍ程度という厚膜のGaAs単結晶層をGaA
sバッファ層上へ成長させる工程をとらない。従って、
この発明によればGaAsバッファ層（GaAs中間層）を200
Å以下の膜厚とすることが出来、従って、電気的および
または光学的に特性の良い膜質の半導体薄膜を得ること
が出来る。
体薄膜の成長方法によれば、Si基板上にGaAs薄膜をアモ
ルファス状または多結晶状に成長させ、然る後、加熱処
理によってその原子配列を単結晶状に変化させて単結晶
状のGaAsバッファ層（GaAs中間層）を得ているので、従
来のような0.1μｍ程度という厚膜のGaAs単結晶層をGaA
sバッファ層上へ成長させる工程をとらない。従って、
この発明によればGaAsバッファ層（GaAs中間層）を200
Å以下の膜厚とすることが出来、従って、電気的および
または光学的に特性の良い膜質の半導体薄膜を得ること
が出来る。
さらに、この発明の成長方法によれば、GaAs薄膜を成
長させて、このGaAs薄膜を加熱処理によって単結晶状の
GaAsバッファ層へ変化させるので、GaAs膜の成長は一回
だけで済み、従って、GaAs膜の成長工程が単純化すると
いう利点がある。
長させて、このGaAs薄膜を加熱処理によって単結晶状の
GaAsバッファ層へ変化させるので、GaAs膜の成長は一回
だけで済み、従って、GaAs膜の成長工程が単純化すると
いう利点がある。
第１図は、この発明の半導体薄膜の成長方法における成
長プロセスの説明に供する、温度と時間との関係を示す
図、 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の半導体薄膜の成長
工程図、 第３図は、従来の成長方法で得られた層構造を示す断面
図、 第４図は、従来の成長方法における成長プロセスの説明
に供する、温度と時間との関係を示す図である。 10……Si基板、18……InPバッファ層 20……InP単結晶層 22……アモルファス状または多結晶状のGaAs薄膜 24……単結晶状のGaAsバッファ層（またはGaAs中間
層）。
長プロセスの説明に供する、温度と時間との関係を示す
図、 第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の半導体薄膜の成長
工程図、 第３図は、従来の成長方法で得られた層構造を示す断面
図、 第４図は、従来の成長方法における成長プロセスの説明
に供する、温度と時間との関係を示す図である。 10……Si基板、18……InPバッファ層 20……InP単結晶層 22……アモルファス状または多結晶状のGaAs薄膜 24……単結晶状のGaAsバッファ層（またはGaAs中間
層）。
Claims (2)
- 【請求項１】Si基板上にGaAs中間層を設け、該GaAs中間
層上にInPバッファ層を設け、該InPバッファ層上にInP
単結晶を設ける半導体薄膜の成長方法において、 GaAs中間層を、 前記Si基板上にアモルファス状または多結晶状のGaAs薄
膜を成長させる工程と、 加熱処理により該GaAs薄膜を単結晶状GaAs層に変える工
程と で形成することを特徴とする半導体薄膜の成長方法。 - 【請求項２】請求項１の加熱処理を、AsH3雰囲気中で行
なうことを特徴とする半導体薄膜の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26184889A JP2790492B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | 半導体薄膜の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26184889A JP2790492B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | 半導体薄膜の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03124018A JPH03124018A (ja) | 1991-05-27 |
| JP2790492B2 true JP2790492B2 (ja) | 1998-08-27 |
Family
ID=17367588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26184889A Expired - Fee Related JP2790492B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | 半導体薄膜の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2790492B2 (ja) |
-
1989
- 1989-10-06 JP JP26184889A patent/JP2790492B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH03124018A (ja) | 1991-05-27 |
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