Subject   : エピタキシー(epitaxy)

カテゴリー  : 半導体 


 エピタキシー(epitaxy)
 単結晶基板上に結晶方位が揃った単結晶の薄膜を成長させる方法。エピタキシーで得られる薄膜結晶は,バルクの結晶に比べ結晶性,純度ともに優れており,また極めて薄い結晶膜や複雑な多層の結晶構造を作り出せることから,特に化合物半導体の分野では不可欠な技術である。  成長させる結晶と基板結晶が同種のホモ・エピタキシーと,異種のへテロ・エピタキシーとがある。また原料物質の形態,成長に利用する原理により,気相エピタキシー,液相エピタキシ,分子線エピタキシーなどがある。

○ 分子線エピタキシー:molecular beam epitaxy(MBE)
 超高真空内に置いたるつぼ中で,原料物貿を加熱蒸発させ,分子線として飛ばし,基板上に結晶を成長させるエピタキシー法。数原子層という極めて薄い結晶膜や,超格子などの複雑な多層構造膜を,精密制御しながら作製できるのが特徴。ただ,装置が複雑で高価なのが難点。現在,HEMT などの超高速トランジスタの製造や,量子効果を研究するための超格子デバイスの作製などに広く使われている。半導体表面の研究にも有用。将来,MOCVD 法と並んで,化合物半導体などの作製に有望な技術。

○ 気相エピタキシー(vapor phase epitaxy)
 原料物質を気体の形で電気炉内に導入し,単結晶膜を作製するエピタキシー法。高純度で良質の結晶薄膜が得られる。不純物のドーピングができ,pn 接合も形成できる。シリコンの場合は材料を含んだガスを水素ガスで還元する還元法と,熱分解させる熱分解法,化合物半導体ではハロゲン・ガスで原料を運ぶハロゲン輸送法,有機金属を用いる MOCVD 法などの種類がある。パイポーラ IC の基板,化合物半導体の発光素子の作製などに利用される。

○ 液相エピタキシー(liquid phase epitaxy:LPE)
 原料物質を液体金属に溶かし込み,基板結晶上に析出させて単結晶薄膜を作製するエピタキシー法。極めて良質で高純度の単純結晶ができる。 pn 接合やレーザー用の多層構造を一度のプロセスで作製できるのが特徴。 液相エピタキシャル成長には、傾斜法、ディップ法、スライドボート法等の方法がある。 原料を溶かした金属溶液の溜めを,基板結晶上をスライドさせて作製するスライド・ポート法,基板結晶を原料を含んだ金属溶液中に浸して析出させるエチッピング法などがある。例えば,ガリウム・ヒ素の成長にはガリウム・ヒ素を溶かしたガリウム溶媒が使われる。半導体レーザや発光ダイオードなどの作製に多用される。
多層の薄膜形成に有用であるばかりでなく、溶液からの蒸発が少ないため融点での解離圧の高い元素を含む半導体( GaAs,InP,GaP,CdTe,ZnTe)に有効です。
 ⇒ 膜形成方法(deposition)

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