JP4747319B2

JP4747319B2 - ヘテロエピタキシャル成長方法

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Publication number: JP4747319B2
Application number: JP2004085592A
Authority: JP
Inventors: 重弥成塚; 隆浩丸山
Original assignee: 学校法人名城大学
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: JP2005276951A

Description

本発明は、ヘテロエピタキシャル成長方法に関するものであり、更に具体的には、成長膜（ないし成長結晶）中に転位が全く，あるいは、ほとんど発生しないヘテロエピタキシャル成長方法に関するものである。

従来、大型のバルク結晶を得ることが困難な材料の場合には、単結晶を得る手段として、異種基板上に結晶を成長させるヘテロエピタキシャル成長法が用いられてきた。また、異なる材料により作製されるデバイスを同一基板上にモノリシック集積化するような場合にも、ヘテロエピタキシャル成長技術が必要となる。

しかしながら、ヘテロエピタキシャル成長を行った場合、基板と成長膜に用いる材料間の格子定数差及び熱膨張係数差から、成長膜（成長結晶）内には大きな応力が発生する。転位発生の臨界値を超える応力が発生すると、成長膜中には転位が発生してしまう。転位は、デバイスの特性を大幅に劣化するため、成長膜中の無転位化が望まれる。このような転位やクラックの発生という問題を解決するため、例えば、以下の非特許文献１に示すマイクロチャネルエピタキシー法（以下「ＭＣＥ法」）と呼ばれる方法が提案されている。

この方法では、図６（Ａ）に示すように、まず、基板１００上にバッファ薄膜１０２をヘテロエピタキシャル成長させて、次に、図６（Ｂ）に示すように、バッファ薄膜１０２の表面の大部分を他の材料からなるマスク１０４で覆う。そして、マスク１０４で覆われていない開口部１０６（バッファ薄膜１０２の露出部分）を通し、マスク１０４上に単結晶薄膜１０８を横方向成長させる。このような成長を行うと、基板１００中に含まれる転位がマスク１０４により遮られるため、単結晶薄膜１０８のうち、開口部１０６以外に横方向成長した部分は、無転位に近い状態となる。
Y.Ujiie and T. Nishinaga, J. Cryst. Growth 146 (1995) 314.

しかしながら、これまで提案・実現されてきたＭＣＥ法によるヘテロエピタキシャル成長では、開口部１０６の短辺・長辺とも長さが１μｍ以上である。このため、バッファ薄膜１０２から転位が伝播するなどして、開口部１０６上に成長した結晶中には転位が存在しており、ヘテロ成長層の完全無転位化は実現されていない。すなわち、上述したＭＣＥ法により成長させた単結晶薄膜１０８中であっても、必ず開口部１０６のシード部分を経由して伝播する転位欠陥が多量に存在するという問題が生じる。特に、格子定数の差や熱膨張係数の差の大きな材料にヘテロエピタキシャル成長を行った場合には、転位の発生が顕著である。

本発明は、以上の点に着目したものであって、その目的は、ヘテロエピタキシャル成長において、成長膜（成長結晶）中の転位が零，もしくは、ほぼ無転位となる結晶薄膜を形成する方法を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明は、基板の主面上に、該基板と異なる材料によって結晶薄膜を形成するヘテロエピタキシャル成長方法であって、格子不整合によりミスフィット転位が発生する臨界サイズより小さい無転位領域を、前記基板上に多数ヘテロエピタキシャル成長させ、該多数の無転位領域を結晶核として横方向成長を行い、前記臨界サイズ以上の結晶薄膜を、前記基板の主面に対して略水平方向に形成するとともに、前記多数の無転位領域を結晶核として成長させた結晶が、隣接する無転位領域を結晶核として成長させた結晶と、常に一点から合体を開始する配置となるように、前記無転位領域を前記基板の主面上に分子線の入射方向を基板に対して回転させて成長させたことを特徴とする。

主要な形態の一つは、前記結晶核から成長した結晶と、該結晶に隣接する結晶との合体の開始が常に一点から開始するとともに、前記合体により拡大した結晶同士が、更に少なくとも一回以上、他の結晶と一点で合体を開始するように、分子線の入射方向を基板に対して回転させて多段階の合体により前記結晶薄膜を形成することを特徴とする。

他の形態は、横方向成長する結晶の上面にファセットを形成し、前記結晶薄膜を平坦化することを特徴とする。

本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明は、基板上に、格子不整合によりミスフィット転位が発生する臨界サイズより小さい無転位領域を多数ヘテロエピタキシャル成長させ、該多数の無転位領域を結晶核として横方向成長を行い、前記臨界サイズ以上の結晶薄膜を、前記基板の主面に対して略水平方向に形成するとともに、前記多数の無転位領域を結晶核として成長させた結晶が、隣接する無転位領域を結晶核として成長させた結晶と、常に一点から合体を開始する配置となるように、前記無転位領域を前記基板の主面上に分子線の入射方向を基板に対して回転させて成長させることとした。このため、無転位のまま，もしくは、ほぼ無転位状態の所望の面積を有する結晶薄膜を得ることができる。本発明によれば、これまでバルク成長による基板結晶の作製が困難であった結晶についても、既存の大きな結晶を基板として利用することにより、無転位，もしくは、ほぼ無転位の高品質な結晶基板を得ることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１を参照しながら、本発明の実施例１を説明する。図１は、本実施例の製造工程の一例を示す図である。まず、図１（Ｃ）を参照して、本実施例の基本構造を説明する。結晶薄膜１８は、基板１０の主面１２に対して水平方向に広がった面状の構造となっている。該結晶薄膜１８は、基板１０とは異なる材料をヘテロエピタキシャル成長させて形成したものであり、前記基板１０としては、例えば、Ｓｉ，ＧａＡｓ，Ａｌ_２Ｏ_３が利用され、結晶薄膜１８の材料としては、例えば、ＧａＡｓ，ＧａＮ，ＩｎＡｓ，ＩｎＰなどが利用される。

次に、本実施例の製造方法の概略を説明する。まず、図１（Ａ）に示すように、基板１０の主面１２に、格子不整合によりミスフィット転位が発生する臨界サイズよりも小さい結晶を、ヘテロエピタキシャル成長させる。臨界サイズｌは、基板１０の材料と、結晶１４の材料の格子定数差とポアソン比の値から、S. LuryiとE. Suhirにより提案された次式（S. Luryi and E. Suhir, Appl. Phys. Lett, 49 (1986) 140.）により算出される。なお、式中、ｌ：臨界サイズ、a：エピタキシャル層の格子定数、ｆ：格子不整合、ν：ポアソン比である。

また、ξは、ポアソン比に関係する量であり、

と与えられる。臨界サイズｌの値は、例えば、Ｓｉ基板上にＧａＡｓを成長させた場合、約４４ｎｍ、Ｓｉ基板上にＩｎＰを成長させた場合、約４ｎｍとなる。

以下、実施例として、基板１０としてＳｉを用いて、ＧａＡｓをヘテロエピタキシャル成長させる場合について説明する。成長手法としては、例えば、分子線エピタキシー法があり、基板温度５８０℃〜６５０℃に保った状態で基板１０の主面１２の一部に、ＧａとＡｓの分子線を照射することにより、図１（Ａ）に示すような結晶が成長される。この結晶は、以降の工程における横方向成長の結晶核（ないし成長核）１４となるが、臨界サイズよりも小さいため、該結晶核１４中に転位は全く存在しない。この結晶核１４に対して、低角入射の分子線を照射し、ヘテロエピタキシャル成長部分（ないし成長結晶）を拡大する。このとき、無転位の結晶核１４を核とした横方向成長となるため、新たに成長した成長結晶１６中にも、転位はほとんど含まれず、臨界サイズを超えた広い面積の無転位，もしくは、ほぼ無転位の結晶の作製が可能となる。

より詳細に説明すると、図１（Ａ）に示す臨界サイズ以下の結晶核１４に向けて、まず基板主面１２の上方から見て特定の方向（例えば、本実施例では図の右側）から、基板主面１２に対して９°〜１２°の範囲の低入射角度で分子線を照射する。そして、基板１０を５８０℃〜６５０℃の温度に保ち、結晶を図１（Ｂ）に示すように分子線の入射方向に拡大成長させる。このとき、垂直方向（基板主面１２に対する法線方向）への結晶成長も同時に生じるが、成長初期の段階で結晶の上面にファセットを形成することにより、基板主面１２に対して垂直方向の成長速度を抑制し、主に横方向成長のみを進行させることが可能となる。この段階では、前記図１（Ｂ）に示すように、臨界サイズ以下の結晶核１４からは、臨界線幅オーダーの線状の成長結晶１６が生成することになる。また、この時点での成長は横方向成長となるため、基板１０からの応力を受けず、成長結晶１６の内部では転位はほとんど発生せず、転位密度は零，もしくは、ほぼ零となっている。

前記図１（Ｂ）に示すように特定方向に横方向成長させた後、図１（Ｃ）に示すように、基板温度を５８０℃〜６５０℃に保ちながら、前記基板主面１２から見て最初に分子線を照射した方向から例えば９０°回転させた方向，すなわち、前記線状の成長結晶１６の長辺と直交する方向から、分子線を９°〜２１°の低入射角度で成長結晶１６に対して照射し、結晶成長を継続する。すると、線状であった成長結晶１６から、長辺部分に対して直交する横方向に成長が進行し、２次元的な広がりを有する面状の結晶薄膜１８が形成される。この場合も横方向成長であるため、結晶の内部応力は緩和されて無転位、もしくはほとんど無転位となる。従って、最終的に基板１０上に形成される結晶薄膜１８も無転位，もしくは、ほぼ無転位の結晶となる。なお、ここでは、分子線気相成長法を用いて横方向成長を行うこととしたが、例えば、液相成長法など他の方法を用いて成長を行うようにしてもよい。このように、本実施例の手法によれば、基板１０と結晶薄膜１８との間で、格子不整合や熱膨張係数などの違いがあっても、応力を低減し、転位の発生を少なくして、無転位，もしくは、ほぼ無転位の結晶薄膜１８を形成することができる。

図１（Ｄ）には、本実施例の変形例が示されている。前記１（Ｂ）に示すように線状の成長結晶１６を形成させた後、基板１０の温度を５８０℃〜６５０℃の範囲に維持した状態で、分子線の入射角度を９°〜２１°の範囲内に保ったまま、基板主面１２の上方から見た角度を一定速度で回転させながら分子線を照射していくと、図１（Ｄ）に示すような扇型の結晶薄膜２０を成長させることも可能となる。本変形例の場合も、線状の成長結晶１６の側面から横方向に成長が生じるため、新たに成長した結晶部分、ひいては最終的に形成された結晶薄膜２０も無転位，もしくは、ほぼ無転位となる。

このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)基板１０上に、格子不整合によりミスフィット転位が発生する臨界サイズより小さい無転位結晶を成長させ、該無転位結晶を結晶核１４として、前記基板の主面１２に沿うように横方向成長させることとしたので、無転位，もしくは、ほぼ無転位のままで臨界サイズより大きい結晶薄膜１８を得ることができる。また、バルク成長により基板結晶の作製が困難であった結晶についても、例えば、Ｓｉのような既存の大きな結晶を基板として利用することによって、無転位，もしくは、ほぼ無転位の高品質な結晶基板を作製することが可能となる。
(2)前記横方向成長を、分子線成長法により行うこととしたので、分子線の入射角度，方向，照射時間などの調整により、結晶薄膜１８又は２０の形状やサイズを自在に制御することが可能となる。
(3)必要に応じて成長結晶の上面にファセットを形成することとしたので、基板主面１２に対して垂直方向の成長速度が抑制され、横方向成長速度を促進するとともに、平坦な結晶薄膜を得ることができる。

次に、図２及び図３を参照しながら本発明の実施例２を説明する。図２及び図３は、本実施例２の製造工程の一例を示す図であり、図２は斜視図，図３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ図２（Ｄ）及び（Ｅ）を基板上面から見た平面図に相当する。本実施例では、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、基板３０の主面３２に多数の開口部ないし穴３６を有するマスク３４が設けられている。そして、前記穴３６内，すなわち、基板主面３２の露出部にヘテロエピタキシャル成長させた無転位結晶を核として、基板主面３２に対して水平方向かつマスク３４の主面に沿うように、２次元的な広がりを有する結晶薄膜を横方向成長により形成した構造となっている。前記基板３０としては、上述した実施例と同様に、例えば、ＳｉやＡｌ_２Ｏ_３が用いられ、結晶薄膜４４としては、例えば、ＧａＡｓ，ＧａＮなどが利用される。また、マスク３４としては、例えば、ＳｉＯ_２などが利用される。

本実施例の成長法の一例を詳細に説明すると、まず、基板３０の主面３２をマスク３４で覆い、更に、同図２（Ａ）に示すような配置で、ヘテロエピタキシャル成長させる結晶の臨界サイズより小さい多数の穴３６を形成しておく。図示の例では、多数の穴３６は、略Ｓ字状となるように配置されている。これは、後述するように、多数の無転位結晶を核として横方向成長を行う際に、個々の成長結晶同士の合体（結合）を、一点から開始させるためである。前記マスク３４の形成は、例えば、スパッタ法などの方法により行い、該マスク３４にリソグラフィ加工を施すことにより穴３６を形成し、基板主面３２を露出させる。

そして、前記マスク３４で覆われた基板３０を用いて、前記穴３６から露出した基板主面３２上に、ヘテロエピタキシャル選択成長により結晶核となる結晶（図示せず）を成長させる。このときの結晶の成長には、例えば、Ｓｉ基板上にＧａＡｓを成長させる場合、Ｇａをメルトとして用いたスーパークーリング法による液相エピタキシャル法を用いる。ただし、最初の成長は、基板温度５８０℃〜６５０℃として行い、マスク３４に設けた穴３６，すなわち、基板上面３２の露出部分からのみ成長が生じ、成長中に、マスク３４上での成長が生じないようにする。この段階では、穴３６内に形成された結晶は臨界サイズより小さく、結晶中の応力を転位の発生する臨界値以下にすることが可能なため、結晶は無転位状態となる。

更に、基板温度５８０℃〜６５０℃で成長を続けることにより、結晶は、図２（Ｂ）に示すように、穴３６の部分から飛び出して成長する。マスク３４の上面を超える領域まで成長が進んだ結晶核３８に対し、基板温度を５８０℃〜６５０℃の範囲に維持した状態で、今度は、分子線結晶成長を行う。基板３０となす角度が９°〜２１°程度の低入射角度となるように保ちながら分子線を照射して回転させていくと、図２（Ｃ）に示すように、そのサイズが徐々に大きくなり、成長結晶４０がマスク３４の表面上に広がるようになる。この場合も、上述した実施例１と同様に、結晶核３８（ないし成長結晶４０）の上面にファセットを形成することにより、基板主面３２に対して垂直方向の成長を抑制し、効率よく横方向成長させることが可能となる。

以上の方法でヘテロエピタキシャル成長を行うと、成長結晶４０中の応力を転位が発生する臨界値以下に保つことが可能となるとともに、更に、マスク３４や基板３０からの応力の影響を受けない状態を保つことが可能となる。このため、マスク３４上での成長結晶４０が臨界サイズを超えても、ヘテロエピタキシャル成長部分は、無転位，もしくは、ほぼ無転位の状態を保つことができる。

この成長を更に進めると、多数の穴３６から発生した成長結晶４０同士が合体（結合）する。なお、本実施例では、成長結晶４０同士の合体が一点から開始するように、予め多数の穴３６の配置が決定されている。このため、分子線の照射方向を調節するだけで、図２（Ｄ）及び図３（Ａ）に示すように、成長結晶４０同士が合体した際に、合体する点での新たな転位の発生を抑制することが可能となる。かりに、多数の穴３６から成長した成長結晶４０が、一点からではなく複数の点から隣接する成長結晶４０と合体を開始すると、ヘテロ成長界面で発生する応力の影響により、各々の結晶の合***置でずれが生じ、合体の過程で結晶ずれに起因する欠陥が生じてしまう。しかしながら、本実施例のように、一点から合体を開始する場合には、原理的に２点の結合間での結晶の結合にずれが生じることはなく、無転位，もしくは、ほぼ無転位状態のまま結晶成長層の面積を所望の大きさまで任意に拡大することが可能となる。

図２（Ｄ）及び図３（Ａ）に示した状態から、更に成長結晶４０同士の合体を進めるため、基板温度を５８０℃〜６５０℃の範囲に維持した状態で、基板３０（ないしマスク３４）の主面と分子線のなす角度を９°〜２１°の低角に保ちながら、分子線の入射方向を回転させる。すると、図２（Ｅ）及び図３（Ｂ）に示すように、合体により大きくなった線状の成長結晶４２同士の結合領域を、更に大きなレベルにおいて１点から合体を開始させ続けることが可能となる。このように１点からの合体を繰り返すと、最終的には、図２（Ｆ）で示すように、基板３０とほぼ同面積を有する広い領域の無転位，もしくは、ほぼ無転位の結晶ないし結晶薄膜４４を形成することが可能となる。

このように、実施例２によれば、次のような効果がある。
(1)基板３０上に設けたマスク３４に、格子不整合によりミスフィット転位が発生する臨界サイズより小さい穴３６を形成し、該穴３６の部分から露出した基板主面３２に臨界サイズより小さい無転位結晶を成長させ、該無転位結晶を核として横方向成長を行うこととしたので、無転位，もしくは、ほぼ無転位のままで臨界サイズより大きいサイズの結晶薄膜４４を得ることができる。
(2)結晶核３８から成長させた成長結晶４０，４２同士を、一点で合体ないし結合させて２次元的な広がりを有する連続したヘテロエピタキシャル成長膜を形成することとしたので、基板３０とほぼ同面積の無転位，もしくは、ほぼ無転位状態の結晶薄膜４４を得ることが可能である。また、同時に、残留応力も非常に低い値に保つことができる。
(3)マスク３４上に形成する穴３６の数と位置，および照射する分子線の方向を調節することにより、効率よく大面積の無転位結晶，もしくは、ほぼ無転位の結晶をヘテロエピタキシャル成長させることが可能となる。

次に、図４を参照しながら、本発明の実施例３を説明する。図４は、本実施例の製造工程の一例を示す主要断面図である。本実施例の基本的構造は、前記実施例２と同様であるが、本実施例は、他の製造方法を示すものである。まず、図４（Ａ）に示すように、基板温度を５８０℃〜６５０℃に保ちながら、基板主面５２上に臨界サイズ以下の多数の結晶核５４を、分子線エピタキシー法を用いてヘテロエピタキシャル成長させる。例えば、Ｓｉ基板上にＧａＡｓを成長させる場合のように、成長させる結晶と基板５０の格子定数差が大きい場合では、結晶はＶＷモードと呼ばれる島状成長モードとなるため、成長開始後初期段階で成長を停止すれば、自動的に図４（Ａ）に示すような島の状態が実現される。前記結晶核５４は、基板５０の主面５２上にランダムに発生するが、フォトリソグラフィー技術とエッチング法により不必要な結晶核を取り除き、上述した実施例２と同様に、各々の結晶核５４から成長した結晶同士が一点から合体を開始するように、例えば、基板５０の主面５２上に略Ｓ字状の配置となるように加工される。

次に、図４（Ｂ）に示すように、基板５０上の結晶核５４が存在しない部分をマスク５６で覆う。その後、基板温度を５８０℃〜６５０℃とし、ＬＰＥ法（液相エピタキシャル法）を用いて、マスク５６上には成長が生じない条件で選択成長を行う。すると、図４（Ｃ）に示す新たに成長した部分は基板５０の応力の影響を受けない横方向成長領域となるため、臨界サイズを超えた成長結晶５７も無転位状態となる。更に同じ条件で成長を続けると、各々の結晶核５４から成長した成長結晶５７同士の合体が生じる。このとき、前記実施例２の場合と同様に、結晶同士の合体が一点から生じるように成長を行うと、合体が生じた境界において新たな転位は発生しない。従って、本実施例の方法によっても、図４（Ｄ）に示すように、基板５０と同じ大きさの無転位，もしくは、ほぼ無転位の結晶薄膜５８を、ヘテロエピタキシャル成長させることが可能となる。このように、ＬＰＥ法を用いて横方向成長を行った場合でも、上述した実施例２と同様の基本的効果を得ることが可能である。

次に、図５を参照しながら、本発明の実施例４を説明する。本実施例は、上述した実施例３と同様にＬＰＥ法を用いて横方向成長を行うものであるが、ＬＰＥ法の特徴を利用して、マスクを用いずに結晶薄膜を形成する手法である。図５は、本実施例の製造工程の一例を示す主要断面図である。まず、図５（Ａ）に示すように、前記実施例３と同様にして、基板温度を５８０℃〜６５０℃に保ちながら、基板６０の主面６２上に、臨界サイズ以下の多数の結晶核６４をヘテロエピタキシャル成長させる。結晶核６４は、基板６０の主面６２上にランダムに発生するが、前記実施例３と同様に、各々の結晶核６４からの成長結晶が一点から合体を開始する配置となるように、不要な結晶核６４を適宜手段で取り除く。

次に、図５（Ｂ）に示すように、基板主面６２のうち、結晶核６４の存在しない部分を加工し、該結晶核６４同士の間に溝６６を形成する。このような加工が施された基板６０に対して、基板温度５８０℃〜６５０℃の条件で、ＬＰＥ成長を行う。このとき、多数の結晶核６４同士の間隔を適切な距離まで狭めるように予め設定しておくと、ＬＰＥ法に用いる溶媒が、表面張力によって溝６６の内側に接しない状態となる。このため、結晶成長は溝６６内部には生じず、結晶核６４から横方向の成長のみが生じる。従って、結晶は、溝６６の底面と接することなく横方向に成長する。また、上述した実施例と同様に、結晶上面にファセットを形成することにより、基板主面６２に対して垂直方向に成長速度を抑制でき、横方向成長速度を促進することができる。

更に成長が進むと、多数の結晶核６４から発生した成長部分が合体するが、前記実施例と同様に、一点で成長領域同士の合体が生じるような条件で成長を進行させることにより、図５（Ｃ）に示すように、任意の大きさ，もしくは基板６２とほぼ同じ大きさの無転位，もしくは、ほぼ無転位の結晶薄膜６８をヘテロエピタキシャル成長させることが可能となる。本実施例の基本的効果は、上述した実施例３と同様である。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した基板，結晶ないし結晶薄膜，マスクの材質は一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更可能である。例えば、本発明では、酸化物や半導体など、あらゆる単結晶の作製に適用可能である。
(2)前記実施例に示した形状や寸法も一例であり、同様の効果を奏するように適宜変更してよい。また、マスクに設ける穴の位置や基板上に形成する結晶核の位置や数も任意であり、臨界サイズより小さい結晶核であれば、必要に応じて適宜変更可能である。
(3)前記実施例に示した製造手順や製造条件は一例であり、何ら前記実施例に限定されるものではない。例えば、前記実施例では、分子線エピタキシー法あるいは液相エピタキシャル法により横方向成長を行うこととしたが、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や他の同様の効果を有する結晶成長法によって横方向成長を行うことを妨げるものではない。
(4)本発明の結晶薄膜の具体的な用途としては、Ｓｉ基板上に作製されるＬＳＩとＧａＡｓ基板上に作製される発光デバイスをモノリシック集積化した素子の作製などがあり、その他多様な応用が可能である。

本発明によれば、基板上に、格子不整合によりミスフィット転位が発生する臨界サイズより小さい無転位領域を多数ヘテロエピタキシャル成長させ、該多数の無転位領域を結晶核として横方向成長を行い、前記臨界サイズ以上の結晶薄膜を、前記基板の主面に対して略水平方向に形成するとともに、前記多数の無転位領域を結晶核として成長させた結晶が、隣接する無転位領域を結晶核として成長させた結晶と、常に一点から合体を開始する配置となるように、前記無転位領域を前記基板の主面上に分子線の入射方向を基板に対して回転させて成長させることとした。このため、バルク成長による基板結晶の作製が困難な材料について、無転位，もしくは、ほぼ無転位で高品質な任意の面積の結晶薄膜を要する場合に好適である。特に、半導体生産分野におけるデバイス作製などの用途に好適である。

本発明の実施例１の製造工程の一例を示す図である。本発明の実施例２の製造工程の一例を示す図である。前記実施例２の製造工程の一例を示す図である。本発明の実施例３の製造工程の一例を示す図である。本発明の実施例４の製造工程の一例を示す図である。背景技術の一例を示す図である。

符号の説明

１０：基板
１２：主面
１４：結晶核
１６：成長結晶
１８，２０：結晶薄膜
３０：基板
３２：主面
３４：マスク
３６：穴
３８：結晶核
４０，４２：成長結晶
４４：結晶薄膜
５０：基板
５２：主面
５４：結晶核
５６：マスク
５７：成長結晶
５８：結晶薄膜
６０：基板
６２：主面
６４：結晶核
６６：溝
６８：結晶薄膜
１００：基板
１０２：バッファ薄膜
１０４：マスク
１０６：開口部
１０８：単結晶薄膜

Claims

基板の主面上に、該基板と異なる材料によって結晶薄膜を形成するヘテロエピタキシャル成長方法であって、
格子不整合によりミスフィット転位が発生する臨界サイズより小さい無転位領域を、前記基板上に多数ヘテロエピタキシャル成長させ、該多数の無転位領域を結晶核として横方向成長を行い、前記臨界サイズ以上の結晶薄膜を、前記基板の主面に対して略水平方向に形成するとともに、
前記多数の無転位領域を結晶核として成長させた結晶が、隣接する無転位領域を結晶核として成長させた結晶と、常に一点から合体を開始する配置となるように、前記無転位領域を前記基板の主面上に分子線の入射方向を基板に対して回転させて成長させたことを特徴とするヘテロエピタキシャル成長方法。
前記結晶核から成長した結晶と、該結晶に隣接する結晶との合体の開始が常に一点から開始するとともに、前記合体により拡大した結晶同士が、更に少なくとも一回以上、他の結晶と一点で合体を開始するように、分子線の入射方向を基板に対して回転させて多段階の合体により前記結晶薄膜を形成することを特徴とする請求項１記載のヘテロエピタキシャル成長方法。
横方向成長する結晶の上面にファセットを形成し、前記結晶薄膜を平坦化することを特徴とする請求項１又は２記載のヘテロエピタキシャル成長方法。