エピタキシャル成長とは何ですか?

エピタキシャル成長とは、単結晶基板（基板）上に、基板と同じ結晶方位を持った単結晶層を、あたかも元の結晶が外側に伸びているかのように成長させる技術です。この新たに成長した単結晶層は、導電型、抵抗率などの点で基板とは異なっていてもよく、異なる厚さと異なる要件を備えた多層単結晶を成長させることができるため、デバイス設計の柔軟性とデバイス性能が大幅に向上します。さらに、エピタキシャルプロセスは、集積回路の PN 接合分離技術や大規模集積回路の材料品質の向上にも広く使用されています。

エピタキシーの分類は主に、基板とエピタキシャル層の異なる化学組成と異なる成長方法に基づいています。
化学組成の違いに応じて、エピタキシャル成長は 2 つのタイプに分類できます。

1. ホモエピタキシャル: この場合、エピタキシャル層は基板と同じ化学組成を持ちます。例えば、シリコンエピタキシャル層はシリコン基板上に直接成長する。

2. ヘテロエピタキシー: ここで、エピタキシャル層の化学組成は基板の化学組成とは異なります。例えば、窒化ガリウムのエピタキシャル層はサファイア基板上に成長する。

さまざまな成長方法に応じて、エピタキシャル成長技術もさまざまなタイプに分類できます。

1. 分子線エピタキシー（MBE）：超高真空中で分子線の流量とビーム密度を精密に制御することにより、単結晶基板上に単結晶薄膜を成長させる技術。

2. 有機金属化学蒸着 (MOCVD): この技術は、有機金属化合物と気相試薬を使用して高温で化学反応を実行し、必要な薄膜材料を生成します。化合物半導体材料およびデバイスの製造に幅広い用途があります。

3. 液相エピタキシー（LPE）：単結晶基板に液体材料を加え、一定の温度で熱処理を行うことで液体材料が結晶化して単結晶膜が形成されます。この技術によって作製された膜は基板と格子整合しており、化合物半導体材料やデバイスの作製によく使用されます。

4. 気相エピタキシー (VPE): ガス状反応物質を利用して高温で化学反応を実行し、必要な薄膜材料を生成します。この技術は大面積で高品質な単結晶膜の作製に適しており、特に化合物半導体材料やデバイスの作製に優れています。

5. 化学ビームエピタキシー（CBE）：化学ビームを使用して単結晶基板上に単結晶膜を成長させる技術で、化学ビームの流量とビーム密度を正確に制御することで実現されます。高品質の単結晶薄膜の作製に幅広い用途があります。

6. 原子層エピタキシー (ALE): 原子層堆積技術を使用して、必要な薄膜材料が単結晶基板上に層ごとに堆積されます。この技術は大面積で高品質の単結晶膜を作製できるため、化合物半導体材料やデバイスの作製によく使用されます。

7. ホットウォールエピタキシー (HWE): 高温加熱により、ガス状反応物質が単結晶基板上に堆積され、単結晶膜が形成されます。この技術は大面積で高品質な単結晶膜の作製にも適しており、特に化合物半導体材料やデバイスの作製に用いられています。