JPH03132017A - 結晶の形成方法 - Google Patents
結晶の形成方法Info
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- JPH03132017A JPH03132017A JP26911389A JP26911389A JPH03132017A JP H03132017 A JPH03132017 A JP H03132017A JP 26911389 A JP26911389 A JP 26911389A JP 26911389 A JP26911389 A JP 26911389A JP H03132017 A JPH03132017 A JP H03132017A
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Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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III −V族化合物結晶およびその形成法に
関し、特に堆積面材料の種類による堆積材料の核形成密
度の差を利用して作成した■−V族化合物単結晶ないし
粒径が制御された■−v族化合物多結晶の形成方法に関
するものである。
関し、特に堆積面材料の種類による堆積材料の核形成密
度の差を利用して作成した■−V族化合物単結晶ないし
粒径が制御された■−v族化合物多結晶の形成方法に関
するものである。
本発明は、例えば半導体集積回路、光集積回路、光素子
等に使用される単結晶や多結晶等の結晶の形成に適用さ
れる。
等に使用される単結晶や多結晶等の結晶の形成に適用さ
れる。
[従来の技術]
従来、半導体電子素子や光素子等に用いられる単結晶薄
膜は、単結晶基板上にエピタキシャル成長させることで
形成されていた。例えば、Si単結晶基板(シリコンウ
ェハ)上には、Si、 Ge、 GaAs等を液相、気
相または固相からエピタキシャル成長することが知られ
ており、またGaAs単結晶基板上にはGaAs、 G
aAlAs等の単結晶がエピタキシャル成長することが
知られている。このようにして形成された半導体薄膜を
用いて、半導体素子および集積回路、半導体レーザーや
LED等の発光素子等が作製される。
膜は、単結晶基板上にエピタキシャル成長させることで
形成されていた。例えば、Si単結晶基板(シリコンウ
ェハ)上には、Si、 Ge、 GaAs等を液相、気
相または固相からエピタキシャル成長することが知られ
ており、またGaAs単結晶基板上にはGaAs、 G
aAlAs等の単結晶がエピタキシャル成長することが
知られている。このようにして形成された半導体薄膜を
用いて、半導体素子および集積回路、半導体レーザーや
LED等の発光素子等が作製される。
また、最近、二次元電子ガスを用いた超高速トランジス
タや、量子井戸を利用した超格子素子等の研究開発が盛
んであるが、これらを可能にしたのは、例えば超高真空
を用いたMBE (分子線エピタキシー)やMOCVD
(有機金属化学気相法)等の高精度エピタキシャル技
術である。
タや、量子井戸を利用した超格子素子等の研究開発が盛
んであるが、これらを可能にしたのは、例えば超高真空
を用いたMBE (分子線エピタキシー)やMOCVD
(有機金属化学気相法)等の高精度エピタキシャル技
術である。
このような単結晶基板上のエピタキシャル成長では、基
板の単結晶材料とエピタキシャル成長層との間に、格子
定数と熱膨張係数とを整合をとる必要がある。この整合
が不十分であると格子欠陥がエピタキシャル層に発達す
る。また基板を構成する元素がエピタキシャル層に拡散
することもある。
板の単結晶材料とエピタキシャル成長層との間に、格子
定数と熱膨張係数とを整合をとる必要がある。この整合
が不十分であると格子欠陥がエピタキシャル層に発達す
る。また基板を構成する元素がエピタキシャル層に拡散
することもある。
このように、エピタキシャル成長による従来の単結晶薄
膜の形成方法は、その基板材料に大きく依存することが
分る。Mathews等は、基板材料とエピタキシャル
成長層との組合せを調べている(EPITAXIAL
GROWTH,Academic Press、 Ne
w York。
膜の形成方法は、その基板材料に大きく依存することが
分る。Mathews等は、基板材料とエピタキシャル
成長層との組合せを調べている(EPITAXIAL
GROWTH,Academic Press、 Ne
w York。
1975 ed、by J、W、Mathews)。
また、基板の大きさは、現在Stウェハで6インチ程度
であり、GaAs+サファイア基板の大型化は更に遅れ
ている。加えて、単結晶基板は製造コストが高いために
、チップ当りのコストが高くなる。
であり、GaAs+サファイア基板の大型化は更に遅れ
ている。加えて、単結晶基板は製造コストが高いために
、チップ当りのコストが高くなる。
このように、従来の方法によって、良質な素子が作製可
能な単結晶層を形成するには、基板材料の種類が極めて
狭い範囲に限定されるという問題点を有していた。
能な単結晶層を形成するには、基板材料の種類が極めて
狭い範囲に限定されるという問題点を有していた。
一方、半導体素子を基板の法線方向に積層形成し、高集
積化および多機能化を達成する三次元集積回路の研究開
発が近年盛んに行われており、また安価なガラス上に素
子をアレー状に配列する太陽電池や液晶画素のスイッチ
ングトランジスタ等の大面積半導体装置の研究開発も年
々盛んになりつつある。
積化および多機能化を達成する三次元集積回路の研究開
発が近年盛んに行われており、また安価なガラス上に素
子をアレー状に配列する太陽電池や液晶画素のスイッチ
ングトランジスタ等の大面積半導体装置の研究開発も年
々盛んになりつつある。
これら両者に共通することは、半導体薄膜を非晶質絶縁
物上に形成し、そこにトランジスタ等の電子素子を形成
する技術を必要とすることである。その中でも特に、非
晶質絶縁物上に高品質の単結晶半導体を形成する技術が
望まれている。
物上に形成し、そこにトランジスタ等の電子素子を形成
する技術を必要とすることである。その中でも特に、非
晶質絶縁物上に高品質の単結晶半導体を形成する技術が
望まれている。
船釣に、SiO□等の非晶質絶縁物基板上に薄膜を堆積
させると、基板材料の長距離秩序の欠如によって、堆積
膜の結晶構造は非晶質または多結晶となる。ここで非晶
質膜とは、最近接原子程度の近距離秩序は保存されてい
るが、それ以上の長距離秩序はない状態のものであり、
多結晶膜とは、特定の結晶方位を持たない単結晶粒が粒
界で隔離されて集合したものである。
させると、基板材料の長距離秩序の欠如によって、堆積
膜の結晶構造は非晶質または多結晶となる。ここで非晶
質膜とは、最近接原子程度の近距離秩序は保存されてい
るが、それ以上の長距離秩序はない状態のものであり、
多結晶膜とは、特定の結晶方位を持たない単結晶粒が粒
界で隔離されて集合したものである。
例えば、SiO□上にSLをCVD法によって形成する
場合、堆積温度が約600℃以下であれば非晶質シリコ
ンとなり、それ以上の温度であれば粒径が数百〜数千人
の間で分布した多結晶シリコンとなる。ただし、多結晶
シリコンの粒径およびその分布は形成方法によって大き
く変化する。
場合、堆積温度が約600℃以下であれば非晶質シリコ
ンとなり、それ以上の温度であれば粒径が数百〜数千人
の間で分布した多結晶シリコンとなる。ただし、多結晶
シリコンの粒径およびその分布は形成方法によって大き
く変化する。
更に、非晶質または多結晶膜をレーザや棒状ヒータ等の
エネルギビームによって溶融固化させることによって、
ミクロンあるいはミリメートル程度の大粒径の多結晶薄
膜が得られている(Single−crystal 5
ilicon on non−single−crys
talinsulators、JouIIIal of
Crystal Growth vol。
エネルギビームによって溶融固化させることによって、
ミクロンあるいはミリメートル程度の大粒径の多結晶薄
膜が得られている(Single−crystal 5
ilicon on non−single−crys
talinsulators、JouIIIal of
Crystal Growth vol。
63、 No、3. 0ctober 1983 ed
ited by G、 W。
ited by G、 W。
(:ullen)。
このようにして形成された各結晶構造の薄膜にトランジ
スタを形成し、その特性から電子易動度を測定すると、
非晶質シリコンでは〜0.1 cm” /V−see
、数百人の粒径な有する多結晶シリコンでは1 xlO
cm”/V−sec 、溶融固化による大粒径の多結晶
シリコンでは単結晶シリコンの場合と同程度の易動度が
得られている。
スタを形成し、その特性から電子易動度を測定すると、
非晶質シリコンでは〜0.1 cm” /V−see
、数百人の粒径な有する多結晶シリコンでは1 xlO
cm”/V−sec 、溶融固化による大粒径の多結晶
シリコンでは単結晶シリコンの場合と同程度の易動度が
得られている。
この結果から、結晶粒内の単結晶領域に形成された素子
と、粒界にまたがって形成された素子とは、その電気的
特性に大きな差異のあることが分る。すなわち、従来法
で得られていた非晶質上の堆積膜は非晶質または粒径分
布をもった多結晶構造となり、そこに作製された素子は
、単結晶層に作製された素子に比べて、その性能が大き
く劣るものとなる。そのために、用途としては簡単なス
イッチング素子、太陽電池、光電変換素子等に限られる
。
と、粒界にまたがって形成された素子とは、その電気的
特性に大きな差異のあることが分る。すなわち、従来法
で得られていた非晶質上の堆積膜は非晶質または粒径分
布をもった多結晶構造となり、そこに作製された素子は
、単結晶層に作製された素子に比べて、その性能が大き
く劣るものとなる。そのために、用途としては簡単なス
イッチング素子、太陽電池、光電変換素子等に限られる
。
また、溶融固化によって大粒径の多結晶薄膜を形成する
方法は、ウェハごとに非晶質または単結晶薄膜をエネル
ギビームで走査するために、大粒径化に多大な時間を要
し、量産性に乏しく、また大面積化に向かないという問
題点を有していた。
方法は、ウェハごとに非晶質または単結晶薄膜をエネル
ギビームで走査するために、大粒径化に多大な時間を要
し、量産性に乏しく、また大面積化に向かないという問
題点を有していた。
一方、ff1−V族化合物半導体は、超高速デバイス、
光素子などの、Siでは実現できない新しいデバイスを
実現し得る材料として期待されているが、■−v族化合
物結晶は、これまでSi単結晶上あるいはn’+−v族
化合物単結晶上にしか成長させることができず、デバイ
ス作製上の大きな障害となっていた。
光素子などの、Siでは実現できない新しいデバイスを
実現し得る材料として期待されているが、■−v族化合
物結晶は、これまでSi単結晶上あるいはn’+−v族
化合物単結晶上にしか成長させることができず、デバイ
ス作製上の大きな障害となっていた。
上記従来の問題点を解決するものとして、本発明者は核
形成密度の小さい非核形成面に該非核形成面材料より核
形成密度が十分に太き(、かつ単一の核だけが成長する
程度に十分微細な核形成面が設けられ、該核形成面に成
長した単一の核を中心として成長を続けさせることによ
って結晶を形成する形成方法を提案し、非単結晶基体上
にもIII −V族化合物単結晶形成が可能なことを示
した。
形成密度の小さい非核形成面に該非核形成面材料より核
形成密度が十分に太き(、かつ単一の核だけが成長する
程度に十分微細な核形成面が設けられ、該核形成面に成
長した単一の核を中心として成長を続けさせることによ
って結晶を形成する形成方法を提案し、非単結晶基体上
にもIII −V族化合物単結晶形成が可能なことを示
した。
この形成方法は、結晶成長して単結晶となる核を所望の
距離まで人工的に離別させて、選択的に形成させ、必要
な大きさの結晶領域に成長させるまで結晶粒の接触・衝
突を回避するものである。
距離まで人工的に離別させて、選択的に形成させ、必要
な大きさの結晶領域に成長させるまで結晶粒の接触・衝
突を回避するものである。
結晶成長の方法としては、成長速度が速く量産性に優れ
、結晶性が良好な有機金属化学輸送法(MOCVD法)
が主に用いられる。
、結晶性が良好な有機金属化学輸送法(MOCVD法)
が主に用いられる。
[発明が解決しようとしている課題]
しかしながら、上記の発明はMOCVD法により微細な
核形成面上の核発生を制御するのには不十分な点もあり
、非核形成面上に核発生が起きたり、核形成面上に核発
生が起きなかったりするなどの課題が生ずることがあっ
た。
核形成面上の核発生を制御するのには不十分な点もあり
、非核形成面上に核発生が起きたり、核形成面上に核発
生が起きなかったりするなどの課題が生ずることがあっ
た。
従って、本発明の目的は、核形成初期段階と結晶成長段
階にそれぞれ適応した成長条件を設定することによって
、非核形成面上の制御されない核の発生を抑え、良質の
III −V族化合物単結晶を選択性よく成長する方法
を提供することにある。
階にそれぞれ適応した成長条件を設定することによって
、非核形成面上の制御されない核の発生を抑え、良質の
III −V族化合物単結晶を選択性よく成長する方法
を提供することにある。
[課題を解決するための手段]
上記問題点を解決するものとして、有様金属化学輸送法
によるm−v族化合物の結晶の形成方法において、核形
成密度の小さい非核形成面と、該非核形成面の核形成密
度より大きい核形成密度を有し、結晶成長して単結晶に
なる核が唯一形成され得るに十分小さい面積を有する核
形成面とが隣接して配された自由表面を有する基体に、
核形成初期段階では原料ガスの濃度を低(し、かつ結晶
成長段階では原料ガスの濃度を核形成初期段階より高(
する結晶成長処理を施すことを特徴とする結晶の形成方
法が提供される。
によるm−v族化合物の結晶の形成方法において、核形
成密度の小さい非核形成面と、該非核形成面の核形成密
度より大きい核形成密度を有し、結晶成長して単結晶に
なる核が唯一形成され得るに十分小さい面積を有する核
形成面とが隣接して配された自由表面を有する基体に、
核形成初期段階では原料ガスの濃度を低(し、かつ結晶
成長段階では原料ガスの濃度を核形成初期段階より高(
する結晶成長処理を施すことを特徴とする結晶の形成方
法が提供される。
本発明の結晶の形成方法は、非核形成面、核形成面、結
晶表面のそれぞれの面における結晶材料の原子の付着係
数x、y、zがz>y>xなる関係があることから、非
核形成面に設けられた核形成面に単一の核が形成される
核形成初期段階においては、核形成の選択性を高くする
ために、供給ガス中の■族とIII族の原料ガス濃度を
低くして核発生確率を低くする。そして、核形成面上へ
の核形成が完了し、非核形成面上への横方向成長が始ま
った段階(結晶成長段階)になったら、原料ガス濃度を
核形成初期段階よりも高(して結晶成長を促進させるも
のである。
晶表面のそれぞれの面における結晶材料の原子の付着係
数x、y、zがz>y>xなる関係があることから、非
核形成面に設けられた核形成面に単一の核が形成される
核形成初期段階においては、核形成の選択性を高くする
ために、供給ガス中の■族とIII族の原料ガス濃度を
低くして核発生確率を低くする。そして、核形成面上へ
の核形成が完了し、非核形成面上への横方向成長が始ま
った段階(結晶成長段階)になったら、原料ガス濃度を
核形成初期段階よりも高(して結晶成長を促進させるも
のである。
次に、結晶核の発生と原料ガスの濃度の関係について説
明する。
明する。
第4図に、各種の膜上におけるGaAs結晶核の発生密
度と原料ガス濃度の関係を示す。
度と原料ガス濃度の関係を示す。
成長条件ニ
トリメチルガリウム(TMG)
ターシャルブチルヒ素(TBAs)
V/I11 10
希釈ガス Hz IOA/min反応圧力
80torr 基板温度 670℃ 成長時間 5分 第4図から明らかなように、核形成密度の高い材料(例
えばAl20m、 Ta20a)は供給ガス中の原料ガ
スの濃度を大きく変化させても核形成密度の変化は小さ
いが、核形成密度の低い材料(例えば5in2.5iJ
4)は原料ガス濃度と核形成密度に強い相関を持ってい
る。特に原料ガス濃度が低い領域ではAliam、Ta
、OsとSing、 5isNaの間の核形r密度の差
はかなり大きくなり、結晶成長の際に1好な選択性が得
られる。しかし、原料ガス濃度ノ低(なるに従い結晶成
長速度は遅くなる。従−て、実際の結晶成長ではこれら
の要素のバラン。
80torr 基板温度 670℃ 成長時間 5分 第4図から明らかなように、核形成密度の高い材料(例
えばAl20m、 Ta20a)は供給ガス中の原料ガ
スの濃度を大きく変化させても核形成密度の変化は小さ
いが、核形成密度の低い材料(例えば5in2.5iJ
4)は原料ガス濃度と核形成密度に強い相関を持ってい
る。特に原料ガス濃度が低い領域ではAliam、Ta
、OsとSing、 5isNaの間の核形r密度の差
はかなり大きくなり、結晶成長の際に1好な選択性が得
られる。しかし、原料ガス濃度ノ低(なるに従い結晶成
長速度は遅くなる。従−て、実際の結晶成長ではこれら
の要素のバラン。
が取れる条件を選択することが望ましい。
次に、本発明の実施態様を図面により説明:る。
第1図(A)〜(E)は本発明の方法によりi択的核形
成を行ない■−v族化合物の単結晶をb長させる概略工
程図である。
成を行ない■−v族化合物の単結晶をb長させる概略工
程図である。
(A):下地材料l (たとえばA1.0.、AIN、
BNなどのセラミック、石英、高融点ガラスやW、M
などの高融点金属)上に結晶核形成密度の低い事料から
なる薄膜2(例えば非晶質、多結晶質等り非単結晶質の
5iOz、 5isN4など)を堆積し非核月成面3と
する。この薄膜の形成にはC■0法、;バッター法、蒸
着法、分散媒を使った塗布法なとの方法を用いる。また
、第1図(F)のように]地材料1を用いず前記核形成
密度の低い材料かぐなる支持体5を用いてもよい((第
1図(A))(B);非核形成面より核形成密度の高い
材料(非単結晶質のAliam、 AIN、 Ta2e
s、 Tio2.wo3など)を結晶成長して単結晶と
なる核を唯一形成され得るに十分な程小さい面積(好ま
しくは10μm四方以下5最適には2μm四方以下)を
形成し核形成面4とする。また、このように薄膜を微細
にパターニングする他、第1図(G)のように下地に核
形成密度の高い材料からなる薄膜6を堆積し、その上に
核形成密度の低い材料からなる薄膜2を積み重ね非核形
成面3とし、エツチングにより微細な窓を開けて核形成
面4を露出させてもよく、第1図(H)のように核形成
密度の低い材料からなる薄膜2に凹部を形成し、その凹
部の底面に微細な窓を開けて核形成面4を露出させても
よい(この場合前記凹部内に結晶を形成させる)。
BNなどのセラミック、石英、高融点ガラスやW、M
などの高融点金属)上に結晶核形成密度の低い事料から
なる薄膜2(例えば非晶質、多結晶質等り非単結晶質の
5iOz、 5isN4など)を堆積し非核月成面3と
する。この薄膜の形成にはC■0法、;バッター法、蒸
着法、分散媒を使った塗布法なとの方法を用いる。また
、第1図(F)のように]地材料1を用いず前記核形成
密度の低い材料かぐなる支持体5を用いてもよい((第
1図(A))(B);非核形成面より核形成密度の高い
材料(非単結晶質のAliam、 AIN、 Ta2e
s、 Tio2.wo3など)を結晶成長して単結晶と
なる核を唯一形成され得るに十分な程小さい面積(好ま
しくは10μm四方以下5最適には2μm四方以下)を
形成し核形成面4とする。また、このように薄膜を微細
にパターニングする他、第1図(G)のように下地に核
形成密度の高い材料からなる薄膜6を堆積し、その上に
核形成密度の低い材料からなる薄膜2を積み重ね非核形
成面3とし、エツチングにより微細な窓を開けて核形成
面4を露出させてもよく、第1図(H)のように核形成
密度の低い材料からなる薄膜2に凹部を形成し、その凹
部の底面に微細な窓を開けて核形成面4を露出させても
よい(この場合前記凹部内に結晶を形成させる)。
さらに、第1図(1)〜(J)のように微細な領域を残
し他をレジスト7でカバーし、イオン(As 、P、
Ga 、AI 、Inなど)を核形成密度の低い材料か
らなる薄膜2に打込んで、核形成密度の高いイオン打込
領域8を形成してもよい。(第1図(B)) (C):こうして得られた基板上に、MOCVD法によ
って11− V族化合物(例えばGaAs、 GaAl
As。
し他をレジスト7でカバーし、イオン(As 、P、
Ga 、AI 、Inなど)を核形成密度の低い材料か
らなる薄膜2に打込んで、核形成密度の高いイオン打込
領域8を形成してもよい。(第1図(B)) (C):こうして得られた基板上に、MOCVD法によ
って11− V族化合物(例えばGaAs、 GaAl
As。
GaP、 GaAsP、 InP、 GaInAsP)
結晶核9を発生させる。この核形成初期段階(発生した
核の底面積が核形成面よりも小さい間)では、原料濃度
は低くして(希釈用水素ガスに対する周期律表第■■族
原子を含有する原料のモル比が好ましくは1.5×10
1以下、より好ましくは1.OX 10−’以下、最適
には8 X to−’程度、下限としてはlXl0−’
程度)核形成面上の制御されない核の発生を抑える。
結晶核9を発生させる。この核形成初期段階(発生した
核の底面積が核形成面よりも小さい間)では、原料濃度
は低くして(希釈用水素ガスに対する周期律表第■■族
原子を含有する原料のモル比が好ましくは1.5×10
1以下、より好ましくは1.OX 10−’以下、最適
には8 X to−’程度、下限としてはlXl0−’
程度)核形成面上の制御されない核の発生を抑える。
V / IHモル比はV族原料が気体の場合30〜50
程度、V族原料が液体の場合20〜30程度で任意の値
に設定して成長を行なう。圧力は80〜1ootorr
が望ましい、(第1図(C)) (D):III−V族化合物結晶核9が成長したm−v
族化合物単結晶10が核形成面4の面積より広がって成
長する段階(結晶成長段階)になったら、原料濃度は前
記核形成初期段階よりも高く(希釈用水素ガスに対する
周期律表第III族原子を含有する原料のモル比が、好
ましくは3 X 10−’以下、より好ましくは2.5
X 10−’以下、最適には2×104程度、下限とし
ては2 X 10−’程度)設定を変更し結晶の成長速
度を増加させる。(第1図(D)) (E):核を中心にIIT−V族化合物結晶の成長を進
め、非核形成面上へ横方向に結晶を成長させていく。
程度、V族原料が液体の場合20〜30程度で任意の値
に設定して成長を行なう。圧力は80〜1ootorr
が望ましい、(第1図(C)) (D):III−V族化合物結晶核9が成長したm−v
族化合物単結晶10が核形成面4の面積より広がって成
長する段階(結晶成長段階)になったら、原料濃度は前
記核形成初期段階よりも高く(希釈用水素ガスに対する
周期律表第III族原子を含有する原料のモル比が、好
ましくは3 X 10−’以下、より好ましくは2.5
X 10−’以下、最適には2×104程度、下限とし
ては2 X 10−’程度)設定を変更し結晶の成長速
度を増加させる。(第1図(D)) (E):核を中心にIIT−V族化合物結晶の成長を進
め、非核形成面上へ横方向に結晶を成長させていく。
前述のしたように、結晶表面、核形成面、非核形成面の
それぞれの面における結晶材料の原子の付着係数をそれ
ぞれx、y、zとお(と次のような関係となる。
それぞれの面における結晶材料の原子の付着係数をそれ
ぞれx、y、zとお(と次のような関係となる。
x>y>z
核形成初期段階においては、結晶材料の原子に対する表
出面は、非核形成面及び核形成面だけである。そのため
、核は選択的に核形成面上で形成される。続いて、核が
成長し核形成面を覆いっ(してしまうと、そこには結晶
表面と非核形成面のみが存在するようになるので核発生
の選択性はさらに高(なる。さらに結晶が成長しその表
面積が大きくなるに従い、さらに選択性は高くなるので
、非核形成面上の制御されない核発生はほとんど起らな
くなる。つまり、選択性を維持する条件は、結晶の成長
につれて徐々に変化する。
出面は、非核形成面及び核形成面だけである。そのため
、核は選択的に核形成面上で形成される。続いて、核が
成長し核形成面を覆いっ(してしまうと、そこには結晶
表面と非核形成面のみが存在するようになるので核発生
の選択性はさらに高(なる。さらに結晶が成長しその表
面積が大きくなるに従い、さらに選択性は高くなるので
、非核形成面上の制御されない核発生はほとんど起らな
くなる。つまり、選択性を維持する条件は、結晶の成長
につれて徐々に変化する。
従って、選択性を制御する製造条件であるV/IIIも
連続的に変化させることも好ましい。
連続的に変化させることも好ましい。
また最適の堆積条件は、非核形成面上への核形成面の配
置の形態や、密度によっても異ってくる。(第1図(E
)) [実施例] 以下、本発明を実施例により説明する。
置の形態や、密度によっても異ってくる。(第1図(E
)) [実施例] 以下、本発明を実施例により説明する。
実施例1
第2図(A)〜(F)に、本発明の方法によりGaAs
結晶を形成する概略工程図を示す。
結晶を形成する概略工程図を示す。
(A)二石英基板11の上に真空蒸着法によってTaJ
s膜12全1200人堆積した。蒸着条件は、基板温度
は室温、蒸着源はTaxes 、 0□ガスを4×10
−’torrまで導入し、堆積速度1人/seeであっ
た。(第2図(A)) (B)二次にプラズマCVD法で非晶質SiNx膜13
を300人堆積した。堆積条件は基板温度350℃、反
応圧力0.2torr、原料ガスは5i84100cc
、NHs 200ccであった。(第2図(B))(C
):フォトリソグラフィー技術を使ってパターニングし
、リアクティブイオンエツチングによってSiNx膜1
3を部分的に取り去って、40μmの間隔で2μm四方
の微細な窓14を作りTa2O。
s膜12全1200人堆積した。蒸着条件は、基板温度
は室温、蒸着源はTaxes 、 0□ガスを4×10
−’torrまで導入し、堆積速度1人/seeであっ
た。(第2図(A)) (B)二次にプラズマCVD法で非晶質SiNx膜13
を300人堆積した。堆積条件は基板温度350℃、反
応圧力0.2torr、原料ガスは5i84100cc
、NHs 200ccであった。(第2図(B))(C
):フォトリソグラフィー技術を使ってパターニングし
、リアクティブイオンエツチングによってSiNx膜1
3を部分的に取り去って、40μmの間隔で2μm四方
の微細な窓14を作りTa2O。
を露出させた。この部分がGaAsの核形成面4となる
。(第2図(C)) (D):H,雰囲気で850℃、10分間の熱処理を行
い、次にMOCVD法によってGaAs結晶核15をT
aaO@上に発生させた。
。(第2図(C)) (D):H,雰囲気で850℃、10分間の熱処理を行
い、次にMOCVD法によってGaAs結晶核15をT
aaO@上に発生させた。
原料にはトリメチルガリウム(TMG)とターシャルブ
チルヒ素(TBAs)、希釈ガスにはH2を用いた。
チルヒ素(TBAs)、希釈ガスにはH2を用いた。
V/IIIモル比TBAs : TMGは25で、希釈
用H2に対するTMGのモル比は8 X 10−’、反
応圧力80torr、基板温度670℃であった。(第
2図(D))(E):成長開始後約30分でGaAsの
結晶核15が成長したGaAs単結晶16がTa2O,
の窓14の領域を埋めたところで、H2に対するTMG
のモル比を2 X 10−’に設定変更した。(第2図
(E))(F);さらにGaAsの単結晶16が成長を
続は他のGaAs単結晶との粒界17を形成し、結晶径
が40μmになったところで成長を止めた。(第2図(
F))ついで表面を研磨により平坦化した後でInSn
の電極を蒸着により付け、Ar中で500℃でアニール
した。これを用いてホール測定をしたところ、ホール移
動度3200cm”/V−s (300K ) 、キ
ャリア濃度2 X 10”7cm”のn型の結晶が得ら
れていることが分った。
用H2に対するTMGのモル比は8 X 10−’、反
応圧力80torr、基板温度670℃であった。(第
2図(D))(E):成長開始後約30分でGaAsの
結晶核15が成長したGaAs単結晶16がTa2O,
の窓14の領域を埋めたところで、H2に対するTMG
のモル比を2 X 10−’に設定変更した。(第2図
(E))(F);さらにGaAsの単結晶16が成長を
続は他のGaAs単結晶との粒界17を形成し、結晶径
が40μmになったところで成長を止めた。(第2図(
F))ついで表面を研磨により平坦化した後でInSn
の電極を蒸着により付け、Ar中で500℃でアニール
した。これを用いてホール測定をしたところ、ホール移
動度3200cm”/V−s (300K ) 、キ
ャリア濃度2 X 10”7cm”のn型の結晶が得ら
れていることが分った。
実施例2
第3図(A)〜(F)に、本発明の方法によりGaAl
As結晶を形成する概略工程図を示す。
As結晶を形成する概略工程図を示す。
(A):シリコンウエハ21上にSiH4と02を用い
たCVD法によって非晶質SiO□膜22を1500人
堆積した。(第3図(A)) (B):次にフォトレジスト23で開口部24を有する
所望のパターンに5iOz膜上をマスクして、イオンイ
ンブランターを用いてAtイオン25を打ち込んだ。打
込み量はI X 10”7cm”であった。(第3図(
B)) イオン打込み部分の大きさは2μm四方、打ち込み部分
の間隔は30μmであった。
たCVD法によって非晶質SiO□膜22を1500人
堆積した。(第3図(A)) (B):次にフォトレジスト23で開口部24を有する
所望のパターンに5iOz膜上をマスクして、イオンイ
ンブランターを用いてAtイオン25を打ち込んだ。打
込み量はI X 10”7cm”であった。(第3図(
B)) イオン打込み部分の大きさは2μm四方、打ち込み部分
の間隔は30μmであった。
(C):Alイオンの打込まれていないStow表面2
6では結晶の核発生確率は低(、Alイオン打込み領域
27では結晶の発生確率が高(、該領域27に結晶成長
して単結晶になる核が発生する。
6では結晶の核発生確率は低(、Alイオン打込み領域
27では結晶の発生確率が高(、該領域27に結晶成長
して単結晶になる核が発生する。
(第3図(C))
(D):)1.雰囲気の中で850℃、10分間の熱処
理行って、次にMOCVD法によって、Atがイオン打
込領域27の上にGaAlAs結晶核28を発生させた
。
理行って、次にMOCVD法によって、Atがイオン打
込領域27の上にGaAlAs結晶核28を発生させた
。
原料にはトリメチルガリウム(TMG)とトリメチルア
ルミニウム(TMA) 、アルシン(AsH−)を使い
、希釈ガスには■2を用いた。それぞれのモル比TMG
: TMA : AsH,は3 : 2 : 250
(V/III =50)で、H2に対する■族原料
のモル比は7 X 10−’、反応圧力は80torr
、基板温度は700℃であった。
ルミニウム(TMA) 、アルシン(AsH−)を使い
、希釈ガスには■2を用いた。それぞれのモル比TMG
: TMA : AsH,は3 : 2 : 250
(V/III =50)で、H2に対する■族原料
のモル比は7 X 10−’、反応圧力は80torr
、基板温度は700℃であった。
(第3図(D))
(E):成長開始後30分でGaAlAs結晶核28が
成長したGaAlAs単結晶29が、Al打ち込み領域
15を覆いつ(したところで、■族とV族の比率は保っ
たままで、H2に対する■族原料のモル比を2 X 1
0−’に設定変更した。(第3図(E))(F):さら
に成長を続けGaAlAsの結晶がぶつかり合うまで成
長させた。30は粒界である。
成長したGaAlAs単結晶29が、Al打ち込み領域
15を覆いつ(したところで、■族とV族の比率は保っ
たままで、H2に対する■族原料のモル比を2 X 1
0−’に設定変更した。(第3図(E))(F):さら
に成長を続けGaAlAsの結晶がぶつかり合うまで成
長させた。30は粒界である。
(第3図(F))
[発明の効果]
本発明の結晶成長法によれば、核形成初期段階では非核
形成面上の核発生を防ぎ、核形成面上にのみ単一の核を
発生し、結晶成長段階ではより原料濃度を上げて、より
高い成長速度で効率良く良質なIII −V族化合物の
単結晶を得ることが可能になる。
形成面上の核発生を防ぎ、核形成面上にのみ単一の核を
発生し、結晶成長段階ではより原料濃度を上げて、より
高い成長速度で効率良く良質なIII −V族化合物の
単結晶を得ることが可能になる。
第1図は本発明の結晶の形成方法を示す概略工程図、第
2図は本発明の方法をGaAs結晶の形成に用いた場合
の概略工程図、第3図は本発明の方法をGaAlAs結
晶の形成に用いた場合の概略工程図、第4図は核発生密
度と原料ガス濃度との関係図である。 l・・・下地材料 2・・・核形成密度の低い材料からなる薄膜3・・・非
核形成面 4・・・核形成面5・・・核形成密度の
低い材料からなる支持体6・・・核形成密度の高い材料
からなる薄膜7・・・フォトレジスト 8・・・イオン
打込領域9・・・m−v族化合物結晶核 lO・・・m−v族化合物単結晶 11・・・石英基板 12・・・Ta−0s膜1
3・・・SiNx膜 1461.窓15・・・
GaAs結晶核 16・・・GaAs単結晶17・
・・粒界 21・・・シリコンウェハ22・
・・非晶質SiO□膜 23・・・フォトレジスト2
4・・・開口部 25・・・Atイオン26・
・・Alイオンの打込まれていない領域27・・・A1
イオン打込領域 28−−− GaAlAs結晶核 29− GaAl
As単結晶30・・・粒界
2図は本発明の方法をGaAs結晶の形成に用いた場合
の概略工程図、第3図は本発明の方法をGaAlAs結
晶の形成に用いた場合の概略工程図、第4図は核発生密
度と原料ガス濃度との関係図である。 l・・・下地材料 2・・・核形成密度の低い材料からなる薄膜3・・・非
核形成面 4・・・核形成面5・・・核形成密度の
低い材料からなる支持体6・・・核形成密度の高い材料
からなる薄膜7・・・フォトレジスト 8・・・イオン
打込領域9・・・m−v族化合物結晶核 lO・・・m−v族化合物単結晶 11・・・石英基板 12・・・Ta−0s膜1
3・・・SiNx膜 1461.窓15・・・
GaAs結晶核 16・・・GaAs単結晶17・
・・粒界 21・・・シリコンウェハ22・
・・非晶質SiO□膜 23・・・フォトレジスト2
4・・・開口部 25・・・Atイオン26・
・・Alイオンの打込まれていない領域27・・・A1
イオン打込領域 28−−− GaAlAs結晶核 29− GaAl
As単結晶30・・・粒界
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、有機金属化学輸送法によるIII−V族化合物の結晶
の形成方法において、核形成密度の小さい非核形成面と
、該非核形成面の核形成密度より大きい核形成密度を有
し、結晶成長して単結晶になる核が唯一形成され得るに
十分小さい面積を有する核形成面とが隣接して配された
自由表面を有する基体に、核形成初期段階では原料ガス
の濃度を低くし、かつ結晶成長段階では原料ガスの濃度
を核形成初期段階より高くする結晶成長処理を施すこと
を特徴とする結晶の形成方法。 2、前記核形成初期段階における希釈用水素ガスに対す
る周期律表第III族原子を含有する原料のモル比が1.
5×10^−^5以下である請求項1記載の結晶の形成
方法。 3、前記結晶成長段階における希釈用水素ガスに対する
周期律表第III族原子を含有する原料のモル比が3×1
0^−^5以下である請求項1記載の結晶の形成方法。 4、前記原料ガス中の周期律表第V族原子を含有する原
料と周期律表第III族原子を含有する原料との第V族原
子と第III族原子のモル比(V/III)が20以上50以
下である請求項1記載の結晶の形成方法。 5、前記核形成面を前記非核形成面の内部に形成する請
求項1記載の結晶の形成方法。 6、前記核形成面を前記非核形成面の面上に形成する請
求項1記載の結晶の形成方法。 7、前記核形成面を区画化して複数形成する請求項1記
載の結晶の形成方法。 8、前記核形成面を規則的に区画化して複数形成する請
求項1記載の結晶の形成方法。 9、前記核形成面を不規則に区画化して複数形成する請
求項1記載の結晶の形成方法。 10、前記核形成面を格子状に形成する請求項1記載の
結晶の形成方法。 11、前記核形成面を区画化して複数設け、該核形成面
のそれぞれより、単結晶を成長させる請求項1記載の結
晶の形成方法。 12、各核形成面より成長する単結晶を、隣り合う核形
成面間で隣接する大きさまで成長させる請求項1記載の
結晶の形成方法。 13、前記核形成面を、イオン打込み法によって形成す
る請求項1記載の結晶の形成方法。 14、前記基体の表面を非単結晶質で構成する請求項1
記載の結晶の形成方法。 15、前記非核形成面を形成する材料が非晶質SiO_
2である請求項1記載の結晶の形成方法。 16、前記III−V族化合物が二元系III−V族化合物で
ある請求項1記載の結晶の形成方法。 17、前記III−V族化合物が混晶III−V族化合物であ
る請求項1記載の結晶の形成方法。 18、前記結晶形成処理がMOCVD法である請求項1
記載の結晶の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26911389A JPH03132017A (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 結晶の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26911389A JPH03132017A (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 結晶の形成方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03132017A true JPH03132017A (ja) | 1991-06-05 |
Family
ID=17467854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26911389A Pending JPH03132017A (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 結晶の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03132017A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013065703A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-10-18 JP JP26911389A patent/JPH03132017A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013065703A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
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