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単結晶薄膜の形成方法 コモンズ 外国出願あり

国内特許コード P03A000546
整理番号 U1998P148
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願平11-052376
公開番号 特開2000-247798
登録番号 特許第3007971号
出願日 平成11年3月1日(1999.3.1)
公開日 平成12年9月12日(2000.9.12)
登録日 平成11年12月3日(1999.12.3)
発明者
  • 西永 頌
出願人
  • 学校法人東京大学
発明の名称 単結晶薄膜の形成方法 コモンズ 外国出願あり
発明の概要 気相成長法を用いたマイクロチャネルエピタキシー技術によって、非晶質膜上に単結晶薄膜を形成する新たな方法を提供する。単結晶基板1上に非晶質薄膜2を形成する。次いで、エッチングによって非晶質薄膜2に線状の開口部3を形成し、単結晶基板1の表面を露出させる。次いで、減圧下において、分子ビーム6-2を単結晶基板1の表面1Aに対して40°以下の入射角度で開口部3に入射させ、開口部3の前記露出した単結晶基板表面上に単結晶薄膜4を選択的にエピタキシャル成長させる。その後、縦方向単結晶薄膜8を成長させるとともに、非晶質薄膜2上において横方向に成長してなる横方向単結晶薄膜9を形成する。
従来技術、競合技術の概要 単結晶基板上に単結晶薄膜を形成する技術は、集積回路や電子素子、及び光素子などに現在多く用いられている。この単結晶薄膜は、単結晶基板上に分子線エピタキシー法などによってエピタキシャル成長させることによって形成する。しかしながら、単結晶基板と単結晶薄膜との格子定数差や単結晶基板自体が有する転位に基づいて、単結晶基板上にエピタキシャル成長させた単結晶薄膜中には多数の転位が取り込まれる場合があった。このような転位は、素子寿命の劣化や素子特性の不均一性の原因となるため、できるだけ少ないことが好ましい。本発明者は、かかる問題を解決すべく、特公平1―161822号公報や特公平6-105797号公報において、いわゆるマイクロチャネルエピタキシー技術を開示している。この技術は、単結晶基板上に絶縁性の非晶質薄膜を堆積するとともに、この非晶質薄膜に線状の開口部を形成し、この開口部中に単結晶薄膜を選択的にエピタキシャル成長させるものである。そして、形成された単結晶薄膜によって開口部が埋め込まれた後は、この部分に形成された単結晶薄膜を種として横方向にエピタキシャル成長させ、前記非晶質薄膜上に単結晶薄膜を形成するものである。単結晶基板に起因して発生した転位は横方向には伝搬しないため、前記非晶質薄膜上には極めて転位の少ない単結晶薄膜を形成することができる。
産業上の利用分野 電子デバイス、光デバイス、集積回路、及び光・電子集積デバイスなどに好適に用いることのできる単結晶薄膜の形成方法
特許請求の範囲 【請求項1】 単結晶基板上に非晶質薄膜を形成するとともに、前記非晶質薄膜に開口部を形成して前記単結晶基板表面の一部を露出させ、減圧下において原子ビーム又は分子ビームを前記単結晶基板表面に対して40°以下の入射角度で入射させ、前記露出した単結晶基板表面上に単結晶薄膜を選択的にエピタキシャル成長させることを特徴とする、単結晶薄膜の形成方法。
【請求項2】 前記原子ビーム又は分子ビームの前記単結晶基板表面への入射角度が25°以下であることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項3】 周期律表第V族の原子ビーム又は周期律表第V族の元素を含んでなる分子ビームを、前記単結晶基板の表面に対して40°以下の入射角度で入射させ、周期律表第III 族の原子ビーム又は周期律表第III 族の元素を含んでなる分子ビームを、前記単結晶基板の表面に対して任意の入射角度で入射させることにより、前記露出した単結晶基板表面上にIII ―V族化合物半導体からなる単結晶薄膜を選択的にエピタキシャル成長させることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項4】 前記周期律表第V族の原子ビーム又は前記周期律表第V族の元素を含んでなる分子ビームの前記単結晶基板表面への入射角度が、25°以下であることを特徴とする、請求項3に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項5】 周期律表第III 族の原子ビーム又は周期律表第III 族の元素を含んでなる分子ビームを、前記単結晶基板の表面に対して40°以下の入射角度で入射させ、周期律表第V族の原子ビーム又は周期律表第V族の元素を含んでなる分子ビームを、前記単結晶基板の表面に対して任意の入射角度で入射させることにより、前記露出した単結晶基板表面上にIII ―V族化合物半導体からなる単結晶薄膜を選択的にエピタキシャル成長させることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項6】 前記周期律表第III 族の原子ビーム又は前記周期律表第III 族の元素を含んでなる分子ビームの前記単結晶基板表面への入射角度が、25°以下であることを特徴とする、請求項5に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項7】 周期律表第VI族の原子ビーム、又は周期律表第VI族の元素を含んでなる分子ビームを、前記単結晶基板表面に対して40°以下の入射角度で入射させ、周期律表第II族の原子ビーム又は周期律表第II族の元素を含んでなる分子ビームを、前記単結晶基板表面に対して任意の入射角度で入射させることにより、前記露出した単結晶基板上にII―VI族化合物半導体からなる単結晶薄膜を選択的にエピタキシャル成長させることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項8】 前記周期律表第VI族の原子ビーム又は前記周期律表第VI族の元素を含んでなる分子ビームの前記単結晶基板表面への入射角度が、25°以下であることを特徴とする、請求項7に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項9】 周期律表第II族の原子ビーム、又は周期律表第II族の元素を含んでなる分子ビームを、前記単結晶基板表面に対して40°以下の入射角度で入射させ、周期律表第VI族の原子ビーム又は周期律表第VI族の元素を含んでなる分子ビームを、前記単結晶基板表面に対して任意の入射角度で入射させることにより、前記露出した単結晶基板上にII―VI族化合物半導体からなる単結晶薄膜を選択的にエピタキシャル成長させることを特徴とする、請求項1に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項10】 前記周期律表第II族の原子ビーム、又は前記周期律表第II族の元素を含んでなる分子ビームの前記単結晶基板表面への入射角度が、25°以下であることを特徴とする、請求項9に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項11】 前記開口部は線状であって、その幅が0.001~10μmであることを特徴とする請求項1~10のいずれか一に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項12】 前記非晶質薄膜は、絶縁物又は高融点金属からなることを特徴とする、請求項1~11のいずれか一に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項13】 前記露出した単結晶基板表面上に選択的にエピタキシャル成長させて形成した単結晶薄膜を種として、前記非晶質薄膜上に単結晶薄膜を横方向にエピタキシャル成長させて形成することを特徴とする、請求項1~12のいずれか一に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項14】 前記非晶質薄膜上に形成された単結晶薄膜の転位密度が、104 個/cm2 以下であることを特徴とする、請求項13に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項15】 前記単結晶基板と前記単結晶薄膜との格子定数が異なることを特徴とする請求項14に記載の単結晶薄膜の形成方法。
【請求項16】 前記単結晶基板と前記単結晶薄膜との格子定数差が0.1~30%であることを特徴とする、請求項15に記載の単結晶薄膜の形成方法。
産業区分
  • 無機化合物
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中


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