JP2003045805A - Method of manufacturing semiconductor film containing dielectric film and porous film - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor film containing dielectric film and porous film

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JP2003045805A
JP2003045805A JP2001228217A JP2001228217A JP2003045805A JP 2003045805 A JP2003045805 A JP 2003045805A JP 2001228217 A JP2001228217 A JP 2001228217A JP 2001228217 A JP2001228217 A JP 2001228217A JP 2003045805 A JP2003045805 A JP 2003045805A
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film
porous
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semiconductor
semiconductor film
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Japanese (ja)
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Seiichi Miyazawa
誠一 宮澤
Masahiro Okuda
昌宏 奥田
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming high quality semiconductor material with few defects even with a semiconductor film having a lattice constant different from those of substrates mass-produced so far such as Si, GaAs, GaP, and InP, and its configuration. SOLUTION: This method comprises the steps of forming a dielectric film partially on a substrate, forming a first semiconductor film having a lattice constant different from that of the substrate to sandwich the dielectric film, making the first semiconductor film porous, cleaning the surface of the porous semiconductor film, and forming a second semiconductor film having the same composition as that of the first semiconductor film on the cleaned surface.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体材料
を利用した半導体デバイスの構成に関する発明である。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a structure of a semiconductor device using a compound semiconductor material.

【0002】[0002]

【従来技術】GaAs,InP系に代表される単結晶化
合物半導体材料は、高速トランジスタ、フォトディテク
タ、半導体レーザ、発光ダイオード等に広く用いられ重
要な材料となっている。さらに近年、MOCVD法、M
BE法,CBE法などによる結晶成長法の改善により、
超薄膜構成が実現され、これまでにない優れた特性のデ
バイスを実現させている。しかし、この様な優れた特性
を有する材料でありながら、多くの化合物半導体材料は
まだ未開発の状況にある。その要因は、化合物半導体を
成長する為の基板が限られている事にある。
2. Description of the Related Art Single crystal compound semiconductor materials represented by GaAs and InP are widely used and important materials for high speed transistors, photodetectors, semiconductor lasers, light emitting diodes and the like. More recently, MOCVD method, M
By improving the crystal growth method such as the BE method and the CBE method,
An ultra-thin film structure has been realized, realizing a device with outstanding characteristics that has never been achieved. However, many compound semiconductor materials are still undeveloped despite being materials having such excellent properties. The reason is that the substrates for growing compound semiconductors are limited.

【0003】優れた特性を有する化合物半導体デバイス
を作製しようとした場合、欠陥の少ない半導体材料を成
長する必要がある。基板の格子定数と成長する化合物半
導体材料の格子定数がずれていると、成長した化合物半
導体材料に欠陥が入り所望の特性が得られない事にな
る。現在実用化されている基板としては、Si,GaA
s,InP,InAs,InSb等が上げられるが、こ
れらの基板により使用可能な化合物半導体材料は化合物
半導体全体から見ればわずかであり、任意の格子定数を
有する化合物半導体材料を成長する技術は、今後の化合
物半導体材料技術の発展に大きな影響力を及ぼすと考え
られる。
In order to manufacture a compound semiconductor device having excellent characteristics, it is necessary to grow a semiconductor material having few defects. If the lattice constant of the substrate and the lattice constant of the growing compound semiconductor material are deviated from each other, the grown compound semiconductor material will have defects and the desired characteristics cannot be obtained. Substrates currently in practical use include Si and GaA
Although s, InP, InAs, InSb, etc. can be mentioned, the compound semiconductor materials that can be used by these substrates are few in the whole compound semiconductor, and the technology for growing compound semiconductor materials having an arbitrary lattice constant will be developed in the future. It is thought that it will have a great influence on the development of the compound semiconductor material technology of.

【0004】基板の格子定数と異なった材料を成長する
検討例としては、Si基板上にGaAs,デバイスを形
成したものが上げられる。Si基板上に欠陥の少ないG
aAsを成長する為にSiとGaAs膜の界面に、これ
ら2つの材料の中間の格子定数を持つ層を形成する手法
や、貫通転移を低減する為に超格子構造を入れる手法、
また、一旦低温でGaAsを形成した後温度を上げ結晶
化し、結晶の欠陥を低温層に閉じ込める2段階成長法な
ど、いくつかの格子緩和法、および欠陥低減法が提案さ
れている。これらの検討の結果、Si基板の上に室温連
続発振するGaAs半導体レーザを実現するまでに至っ
ている。しかし、残念ながら寿命が短く、また特性的に
もGaAs基板上に作製したレーザとは大きな差があり
実用化には至っていない。この根本的原因は、格子定数
の違いおよび熱ストレスにより発生した欠陥を低減出来
ていないことにある。
As an example of studying growth of a material having a lattice constant different from that of the substrate, there is one in which GaAs and devices are formed on a Si substrate. G with few defects on Si substrate
A method of forming a layer having an intermediate lattice constant of these two materials at the interface between Si and GaAs film to grow aAs, or a method of introducing a superlattice structure to reduce threading transition,
Further, several lattice relaxation methods and defect reduction methods have been proposed, such as a two-step growth method in which GaAs is once formed at a low temperature and then the temperature is increased to crystallize to confine crystal defects in the low temperature layer. As a result of these studies, a GaAs semiconductor laser that continuously oscillates at room temperature is realized on a Si substrate. However, unfortunately, it has a short life and has a large difference in characteristics from a laser manufactured on a GaAs substrate, and has not been put into practical use. The root cause of this is that the defects caused by the difference in lattice constant and thermal stress cannot be reduced.

【0005】また最近、別の手法として、シリコン基板
上に横方向成長(ELO:Epitaxial Lateral Over growth)
を用いた方法が提案されている(Y.Ujiie and T.Nishina
ga:Japan Journal Applied Physics 28(1989)L337 な
ど)。
Recently, as another method, ELO (Epitaxial Lateral Over growth) has been performed on a silicon substrate.
Has been proposed (Y. Ujiie and T. Nishina
ga: Japan Journal Applied Physics 28 (1989) L337).

【0006】Si基板上に形成したSiOマスクにフ
ォトリソグラフィを用いて窓を開け、露出した半導体表
面を種とする。この窓から成長したGaAs結晶を横方
向へ成長させる。この場合、窓上に直接形成された G
aAs膜にはGaAs/Si間の格子定数の差により多
くの欠陥が導入されるが、横に伸びたSiO上のGa
As膜には欠陥が入りにくい。
A window is opened in the SiO 2 mask formed on the Si substrate by photolithography, and the exposed semiconductor surface is used as a seed. The GaAs crystal grown from this window is grown laterally. In this case, G formed directly on the window
The aAs film A number of defects introduced by the difference in lattice constant between GaAs / Si, Ga on SiO 2 extending laterally
Defects are less likely to enter the As film.

【0007】しかしながら、この手法は成長時間がかか
る欠点がある。また、窓部に対応したところに部分的に
欠陥が集中する問題点をもっている。全面的に高品質な
膜を提供するためには種結晶部分に集中した欠陥を低減
する必要がある。
However, this method has a drawback that it takes a long time to grow. In addition, there is a problem that defects are partially concentrated in a portion corresponding to the window. In order to provide a high quality film on the entire surface, it is necessary to reduce defects concentrated in the seed crystal portion.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これまでに
量産されている基板、Si、GaAs、GaP、InP
などと格子定数が異なっている半導体膜でも、欠陥の少
ない良質の半導体材料を形成する方法、および構成を提
供するものである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is directed to mass-produced substrates, Si, GaAs, GaP, InP.
The present invention provides a method and a structure for forming a high-quality semiconductor material with few defects even in a semiconductor film having a different lattice constant as described above.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体基板の作
製法は、基板上に部分的に誘電体膜を形成する工程と、
該誘電体膜を挟んで基板とは格子定数の異なる第一の半
導体膜を形成する工程と該第一の半導体膜を多孔質化す
る工程と、該多孔質化した半導体膜の表面をクリーニン
グする工程と、該クリーニングした表面上に該第一の半
導体膜と同じ組成の第二の半導体膜を形成することを特
徴とする。
A method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention comprises a step of partially forming a dielectric film on the substrate,
A step of forming a first semiconductor film having a lattice constant different from that of the substrate with the dielectric film interposed therebetween, a step of making the first semiconductor film porous, and a surface of the porous semiconductor film cleaned. And a step of forming a second semiconductor film having the same composition as the first semiconductor film on the cleaned surface.

【0010】ここで、前記第二の半導体層中に超格子が
形成されていることが好ましい。また、前記第一の半導
体層中に不純物が1020cm−3以上ドーピングされ
ていることが好ましい。さらに、前記第一の半導体層が
成長中に熱処理されていることが好ましい。また、前記
第一の半導体層中に不純物がドーピングされ、その不純
物がSeであること好ましい。
Here, it is preferable that a superlattice is formed in the second semiconductor layer. Further, it is preferable that the first semiconductor layer is doped with impurities of 10 20 cm −3 or more. Furthermore, it is preferable that the first semiconductor layer is heat-treated during growth. Further, it is preferable that the first semiconductor layer is doped with impurities and the impurities are Se.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の第一の形態としては、サ
ファイヤ基板上にサファイヤとは格子整合していない半
導体膜を横方向成長により形成した後、該半導体膜の最
上部に多孔質を形成し、再度この多孔質上に多孔質化す
る前の半導体膜と同じ組成の膜を形成することにより、
欠陥を低減する方法を提供するものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION According to a first embodiment of the present invention, a semiconductor film which is not lattice-matched to sapphire is formed on a sapphire substrate by lateral growth, and then a porous film is formed on the top of the semiconductor film. By forming and again forming a film having the same composition as the semiconductor film before being made porous on this porous film,
A method of reducing defects is provided.

【0012】本発明の第二の形態としては、GaAs基
板上にGaAsとは格子整合していない半導体膜を横方
向成長により形成した後、該半導体膜の最上部に多孔質
を形成し、再度この多孔質上に多孔質化する前の半導体
膜と同じ組成の膜を形成する。この時、超格子構成を含
むことにより、欠陥を低減する方法を提案するものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, a semiconductor film which is not lattice-matched with GaAs is formed on a GaAs substrate by lateral growth, and then a porous film is formed on the uppermost part of the semiconductor film, and the porous film is formed again. A film having the same composition as the semiconductor film before being made porous is formed on this porous film. At this time, a method of reducing defects by including a superlattice structure is proposed.

【0013】本発明の第三の形態としては、Si基板上
にSiとは格子整合していない第一の半導体膜を横方向
成長により形成した後、該第一の半導体膜の最上部に多
孔質を形成し、再度この多孔質上に多孔質化する前の半
導体膜と同じ組成の膜を形成する方法において、該第一
の半導体膜中に不純物を高濃度ドープすることにより、
欠陥を低減する方法を提供するものである。
According to a third aspect of the present invention, a first semiconductor film which is not lattice-matched with Si is formed on a Si substrate by lateral growth, and then a porous film is formed on the uppermost part of the first semiconductor film. In the method of forming a film, again forming a film having the same composition as the semiconductor film before being made porous on this porous film, by doping the first semiconductor film with an impurity at a high concentration,
A method of reducing defects is provided.

【0014】本発明の第四の形態としては、GaAs基
板上にGaAsとは格子整合していない該第一の半導体
膜を横方向成長により形成した後、該第一の半導体膜の
最上部に多孔質を形成し、再度この多孔質上に多孔質化
する前の半導体膜と同じ組成の膜を形成する方法におい
て、該第一の半導体膜を形成する際、熱処理を繰り返す
ことにより、欠陥を低減する方法を提供するものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, after the first semiconductor film which is not lattice-matched with GaAs is formed on the GaAs substrate by lateral growth, the first semiconductor film is formed on the uppermost part of the first semiconductor film. In the method of forming a porous film and forming a film having the same composition as the semiconductor film before being made porous again on the porous film, defects are generated by repeating heat treatment when forming the first semiconductor film. It provides a way to reduce.

【0015】[0015]

【実施例】(実施例1)本発明の実施例を図1をもって
説明する。図1(a)において、1はサファイヤ基板を
示す。この基板はC面を有している。このサファイヤ基
板上に2に示すようにSiNxを形成し、窓を開ける。
窓の形成方向は〈1−101〉に形成している。この上
にMOVPE法によりGaNを成長する。減圧MOVP
E法を用いて圧力は100Torr前後とする。原料ガ
スとしてはTEGとNHを用いている。基板温度は1
000℃とする。この条件で成長した3に示すGaN
は、窓部から成長を開始し4に示す様に横方向に成長し
結合する。窓のストライプ方向を〈1−101〉とした
理由は、膜厚方向に比べ横方向の成長速度が大きくなる
ためである。この様にしてGaN膜を横方向成長すると
図1(b)の3に示す様にGaNが結合し、SiNx上
のGaNは欠陥が少なく良好な膜が形成される。一方、
窓部に対応した5に示すGaNには欠陥が集中し形成さ
れてしまう。さらに、横方向成長同士がぶつかって面8
にも欠陥が形成される。この2つの領域の欠陥を低減す
る必要がある。そこで、6に示す様にGaNの多孔質層
により問題を解決する。多孔質の形成手法としては、G
aN層をもった基板をHF中に入れ紫外光を当てながら
陽極化成により形成する。多孔質の厚さは10μmとす
る。この陽極化成に欠陥がより積極的にエッチングされ
る傾向を示す。この結果、陽極化成によりのこった領域
は欠陥が少なく良好な膜が残る。この多孔質GaN表面
にまず薄いGaN膜を形成する。この形成方法として
は、GaN成長速度0.05μm/hとして表面の多孔
質を埋め薄い膜を形成する。この薄い膜上にGaNを形
成する。基板温度は1000℃として約20μm成長し
ている。この様に形成した7に示すGaN膜は従来欠陥
が集中する窓部に対応した部分でも、陽極化成による欠
陥の低減と多孔質層によるストレスの低減の効果により
欠陥を低減することが出来、ほぼSiNx上に横方向成
長したInGaAs膜と同程度まで欠陥を低減させるこ
とが出来る。
EXAMPLE 1 An example of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1A, reference numeral 1 indicates a sapphire substrate. This substrate has a C surface. SiNx is formed on the sapphire substrate as shown in 2 and a window is opened.
The window is formed in <1-101>. GaN is grown on this by the MOVPE method. Decompression MOVP
The pressure is set to around 100 Torr using the E method. TEG and NH 3 are used as raw material gases. Substrate temperature is 1
The temperature is 000 ° C. GaN shown in 3 grown under these conditions
Start to grow from the window and grow and bond in the lateral direction as shown by 4. The reason why the window stripe direction is <1-101> is that the growth rate in the lateral direction is higher than in the film thickness direction. When the GaN film is laterally grown in this manner, GaN is bonded as shown by 3 in FIG. 1B, and GaN on SiNx has few defects and forms a good film. on the other hand,
Defects are concentrated and formed in GaN indicated by 5 corresponding to the window. Furthermore, the lateral growth collides with each other and the surface 8
A defect is also formed. It is necessary to reduce defects in these two areas. Therefore, as shown in 6, the problem is solved by a porous layer of GaN. As a method of forming a porous material, G
A substrate having an aN layer is placed in HF and anodized while applying ultraviolet light. The thickness of the porous layer is 10 μm. Defects tend to be more positively etched in this anodization. As a result, a good film remains with few defects in the region formed by the anodization. First, a thin GaN film is formed on the surface of this porous GaN. As a method of forming this, a thin film is formed by filling the porosity of the surface with a GaN growth rate of 0.05 μm / h. GaN is formed on this thin film. The substrate temperature is 1000 ° C. and the growth is about 20 μm. The GaN film 7 thus formed can reduce defects even in the portion corresponding to the window where defects are conventionally concentrated due to the effect of reducing defects due to anodization and the stress reduction due to the porous layer. It is possible to reduce defects to the same extent as the InGaAs film laterally grown on SiNx.

【0016】以上、説明した様に従来横方向成長による
問題点である窓領域部分に対応したGaNの欠陥が多い
点を、多孔質層を導入することにより低減することが可
能となる。
As described above, by introducing a porous layer, it becomes possible to reduce the number of defects in GaN corresponding to the window region portion, which is a problem due to lateral growth in the related art.

【0017】なお、基板としてはサファイヤ基板上に直
接GaNを形成したが、一旦サファイヤ基板上にGaN
を形成し、このGaNを基板としてもよい。また、サフ
ァイヤだけでなく、Si、SiCなどを基板にしてもよ
い。
As the substrate, GaN was directly formed on the sapphire substrate, but once GaN was formed on the sapphire substrate.
May be formed, and this GaN may be used as the substrate. Further, not only sapphire but also Si, SiC or the like may be used as the substrate.

【0018】(実施例2)実施例2では、GaAs基板
を用い、GaAs基板に整合していないInGaAsを
形成した例を示す。図2(a)の11は基板であるGa
Asである。この上に12に示す誘電体膜 (ここで
は、SiNx)を形成する。ここではSiNxを100
nm形成している。このSiNx膜に通常のフォトリソ
グラフィを用いて19に示す開口部を設け、GaAs層
を露出する。この例ではこの開口部の幅が100μmと
しており、ピッチは2000μmである。この様に形成
した基板をLPE装置に入れ、13に示すように選択的
にInGaAs(In組成0.38)を10μm厚でエ
ピタキシャル成長させる。成長開始温度を800℃と
し、徐冷速度を10℃/hとする。InGaAsの成長
速度は(111)垂直面では遅いが、側面となる(11
1)A面、 (111)B面などでは速い速度を得られ
る。この様に形成したInGaAsもやはり窓に対応し
た部分図2(b)に示す15では欠陥の密度が他の部分
に比べて高い。そこで本手法ではこの基板をHCl液に
入れて多孔質層16を形成する。多孔質の形成方法とし
ては、まずInGaAs層を有した基板を有機洗浄など
によりクリーニングした後に、基板の裏面にInによっ
て電気的な接触をとる電極を作製する。この後HCl溶
液の中で陽極化成処理を行い、InGaAs基板表面に
多孔質層を形成する。多孔質InGaAsの作製条件と
しては電流を10M/cm流して5分陽極化成をおこ
なっており、多孔質層の厚さは5μm、空孔率は30%
である。
(Embodiment 2) Embodiment 2 shows an example in which a GaAs substrate is used and InGaAs which is not matched with the GaAs substrate is formed. In FIG. 2A, reference numeral 11 denotes Ga, which is a substrate.
It is As. A dielectric film (here, SiNx) 12 is formed on this. Here, SiNx is 100
nm is formed. The SiNx film is provided with an opening 19 as shown in FIG. 9 by using ordinary photolithography to expose the GaAs layer. In this example, the width of the openings is 100 μm and the pitch is 2000 μm. The substrate thus formed is placed in an LPE apparatus, and InGaAs (In composition 0.38) is selectively epitaxially grown to a thickness of 10 μm as shown in FIG. The growth start temperature is 800 ° C., and the slow cooling rate is 10 ° C./h. The growth rate of InGaAs is slow on the (111) vertical surface but on the side surface (11
1) A surface, (111) B surface, etc. can obtain high speed. The InGaAs thus formed also has a defect density higher than that of the other portions in the portion 15 corresponding to the window shown in FIG. 2B. Therefore, in this method, the porous layer 16 is formed by immersing this substrate in the HCl solution. As a method for forming a porous layer, first, a substrate having an InGaAs layer is cleaned by organic cleaning or the like, and then an electrode that makes electrical contact with In on the back surface of the substrate is manufactured. After that, anodization treatment is performed in an HCl solution to form a porous layer on the surface of the InGaAs substrate. The porous InGaAs was prepared by anodizing by applying a current of 10 M / cm 2 for 5 minutes. The thickness of the porous layer was 5 μm and the porosity was 30%.
Is.

【0019】続いて、この多孔質InGaAs膜上に目
的とするInGaAs膜を形成する。その手順について
記述する。まず多孔質層の表面に薄いInGaAsを形
成する。多孔質InGaAsを有した基板図2(b)
を、成長装置にいれる。ここでは分子線エピタキシー装
置(MBE装置)を用いる。Asを照射しながら基板温
度を600℃程度に加熱し20分間保持する。この結果
InGaAs表面の酸化膜は除去され、多孔質InGa
Asの最表面では凹凸を平坦化し表面エネルギーを下げ
る方向にGaとInのマイグレーションは生ずる。この
結果多孔質表面が平坦化する。この平坦化時には少量の
Ga、Inビームを照射して平坦化を促進してもよい。
表面に形成されるInGaAsの単結晶層の厚みは極め
て薄く、おおむね孔の径と同程度ないしはそれ以下、具
体的には100nm以下、より好ましくは30nm以下
である。つまり、孔を埋めた層厚はその上部に形成され
る半導体層の膜厚より十分に薄いことが望ましく、たと
えば5分の1以下、より好ましくは100分の1以下で
あることが望ましい。具体的には、1nm〜100nm
の範囲で化合物半導体の膜厚を考慮することが望まし
い。
Subsequently, an intended InGaAs film is formed on the porous InGaAs film. The procedure will be described. First, thin InGaAs is formed on the surface of the porous layer. Substrate with porous InGaAs Figure 2 (b)
Put in a growth device. Here, a molecular beam epitaxy apparatus (MBE apparatus) is used. The substrate temperature is heated to about 600 ° C. while irradiating with As, and held for 20 minutes. As a result, the oxide film on the surface of InGaAs is removed, and porous InGa is removed.
On the outermost surface of As, migration of Ga and In occurs in the direction of flattening the unevenness and lowering the surface energy. As a result, the porous surface is flattened. During this planarization, a small amount of Ga or In beam may be irradiated to promote the planarization.
The thickness of the InGaAs single crystal layer formed on the surface is extremely thin and is approximately the same as or less than the diameter of the hole, specifically 100 nm or less, and more preferably 30 nm or less. That is, the thickness of the layer filling the holes is preferably sufficiently smaller than the thickness of the semiconductor layer formed thereabove, for example, 1/5 or less, more preferably 1/100 or less. Specifically, 1 nm to 100 nm
It is desirable to consider the film thickness of the compound semiconductor within the range.

【0020】ここで、孔を封止方法としては本方法以外
にもマイグレーション・エンハンスド・エピタキシー
(MEE)法が有効である。また、成長法としては、ケ
ミカルビーム法(CBE法)やMOCVD法を用いても
よい。この薄く形成したInGaAs薄膜上に図2
(c)17に示す超格子層を形成する。超格子層の構成
としてはInGaAs10nmとInGaAsP10n
mを5回繰り返し形成する。この層の目的は、多孔質上
に形成した膜の平坦化を促進することに有る。最後に1
8に示すInGaAsを10μm形成して成長が終了す
る。
Here, as a method for sealing the holes, a migration enhanced epitaxy (MEE) method is effective in addition to this method. Further, as a growth method, a chemical beam method (CBE method) or a MOCVD method may be used. On this thin InGaAs thin film,
(C) The superlattice layer 17 is formed. The structure of the superlattice layer is InGaAs10 nm and InGaAsP10n.
m is repeatedly formed 5 times. The purpose of this layer is to promote planarization of the film formed on the porous material. Finally 1
InGaAs shown in 8 is formed to a thickness of 10 μm and the growth is completed.

【0021】16の多孔質層により15に示した領域の
欠陥を選択的にエッチングでき、その上に形成したIn
GaAs層 18の欠陥を低減できる。また、17に形
成しInGaAs/InGaAsP超格子により、平坦
化が促進されると共に、転移の方向を変えることによ
り、欠陥の低減が実現できる。
The 16 porous layers enable selective etching of defects in the region indicated by 15, and the In formed on the defects.
The defects of the GaAs layer 18 can be reduced. Further, the flattening is promoted by the InGaAs / InGaAsP superlattice formed in 17 and the reduction of defects can be realized by changing the direction of dislocation.

【0022】なお、本実施例では基板としてGaAsを
用いたが、Si,InP,GaP,GaNなどの基板を
用いても同様の効果が得られる。
Although GaAs is used as the substrate in this embodiment, the same effect can be obtained by using a substrate made of Si, InP, GaP, GaN or the like.

【0023】(実施例3)実施例3は、Si基板を用
い、Si基板に整合していないInGaAsを形成した
例を示す。図3(a)の21は基板であるSiである。
この上に22に示す誘電体膜(ここでは、SiO)を
形成する。ここではSiOを100nm形成してい
る。このSiO膜に通常のフォトリソグラフィを用い
て28に示す開口部を設け、Si層を露出する。23に
示すように選択的にInGaAsを10μm厚でエピタ
キシャル成長させる。この時、このInGaAs層にS
eを1020cm−3ドーピングする。このドーピング
により、成長膜の欠陥が低減される。この結果、窓部に
対応したInGaAs25の欠陥は従来に比べ大きく減
少する。さらに多孔質の効果により欠陥の低減を図る。
この基板をHCl液に入れて多孔質層26を形成する。
多孔質の形成方法としては、まずInGaAs層を有し
た基板を有機洗浄などによりクリーニングした後に、基
板の裏面にInによって電気的な接触をとる電極を作製
する。この後HCl溶液の中で陽極化成処理を行い、I
nGaAs基板表面に多孔質層を形成する。
(Embodiment 3) Embodiment 3 shows an example in which a Si substrate is used and InGaAs which is not aligned with the Si substrate is formed. Reference numeral 21 in FIG. 3A is Si which is a substrate.
A dielectric film (here, SiO 2 ) 22 is formed on this. Here, SiO 2 is formed to 100 nm. The Si layer is exposed by forming an opening 28 in the SiO 2 film using ordinary photolithography. 23, InGaAs is selectively epitaxially grown to a thickness of 10 μm. At this time, S is added to this InGaAs layer.
e is doped with 10 20 cm −3 . This doping reduces defects in the grown film. As a result, the defects in the InGaAs 25 corresponding to the window are greatly reduced as compared with the conventional one. Furthermore, the effect of porosity is used to reduce defects.
This substrate is placed in an HCl solution to form the porous layer 26.
As a method for forming a porous layer, first, a substrate having an InGaAs layer is cleaned by organic cleaning or the like, and then an electrode that makes electrical contact with In on the back surface of the substrate is manufactured. After this, anodization treatment is carried out in an HCl solution, and I
A porous layer is formed on the surface of the nGaAs substrate.

【0024】続いて、この多孔質InGaAs膜上に目
的とするInGaAs膜を形成する。その手順について
記述する。まず多孔質層の表面に薄いInGaAsを形
成する。多孔質InGaAsを有した基板、図3(b)
を、成長装置にいれる。ここではケミカルビームエピタ
キシー装置(CBE装置)を用いる。AsHを照射し
ながら基板温度を600℃程度に加熱し20分間保持す
る。この結果InGaAs表面の酸化膜は除去され、多
孔質InGaAsの最表面では凹凸を平坦化し表面エネ
ルギーを下げる方向にGaとInのマイグレーションは
生ずる。この結果多孔質表面が平坦化する。また、成長
法としては、MOCVD法などを用いてもよい。この薄
く形成したInGaAs薄膜上に27に示す InGa
Asを10μm形成して成長が終了する。
Subsequently, an intended InGaAs film is formed on this porous InGaAs film. The procedure will be described. First, thin InGaAs is formed on the surface of the porous layer. Substrate with porous InGaAs, FIG. 3 (b)
Put in a growth device. Here, a chemical beam epitaxy device (CBE device) is used. While irradiating with AsH 3 , the substrate temperature is heated to about 600 ° C. and kept for 20 minutes. As a result, the oxide film on the surface of InGaAs is removed, and Ga and In migrate in the direction of flattening the unevenness and lowering the surface energy on the outermost surface of the porous InGaAs. As a result, the porous surface is flattened. Further, as the growth method, the MOCVD method or the like may be used. InGa shown on 27 is formed on this thin InGaAs thin film.
Growth is completed after forming As of 10 μm.

【0025】23に入れたSeの高濃度ドープにするこ
とにより、窓部に対応したInGaAs25の欠陥密度
を下げることが出来る。さらに、26の多孔質層により
25に示した領域の欠陥を選択的にエッチングでき、そ
の上に形成したInGaAs層 27の欠陥を従来に比
べさらに低減できる。
The high density doping of Se in 23 can reduce the defect density of InGaAs 25 corresponding to the window. Further, the 26 porous layers can selectively etch the defects in the region indicated by 25, and the defects of the InGaAs layer 27 formed thereon can be further reduced as compared with the prior art.

【0026】(実施例4)実施例4は、GaAs基板を
用い、GaAs基板に整合していないInGaAsを形
成した例を示す。図4(a)の31は基板であるGaA
sである。この上に32に示す誘電体膜(ここでは、S
iNx)を形成する。このSiNx膜に通常のフォトリ
ソグラフィを用いて39に示す開口部を設け、GaAs
層を露出する。33に示すように選択的にInGaAs
を10μm厚でエピタキシャル成長させる。ここで成長
を一旦中止し、このInGaAs層に熱処理を加える。
熱処理温度は400℃と600℃を3回繰り返し上下す
る。この結果、窓部に対応したInGaAs35の欠陥
は従来に比べ大きく減少する。さらに多孔質の効果によ
り欠陥を低減する。この基板をHCl液に入れて多孔質
層36を形成する。多孔質の形成方法としては、まずI
nGaAs層を有した基板を有機洗浄などによりクリー
ニングした後に、基板の裏面にInによって電気的な接
触をとる電極を作製する。この後HCl溶液の中で陽極
化成処理を行い、InGaAs基板表面に多孔質層を形
成する。
(Embodiment 4) Embodiment 4 shows an example in which a GaAs substrate is used and InGaAs which is not matched with the GaAs substrate is formed. In FIG. 4A, reference numeral 31 denotes GaA which is a substrate.
s. A dielectric film 32 (here, S
iNx) is formed. The SiNx film is provided with an opening 39 as shown in FIG.
Expose the layer. As shown in 33, selective InGaAs
Are epitaxially grown to a thickness of 10 μm. Here, the growth is temporarily stopped and the InGaAs layer is heat-treated.
The heat treatment temperature is raised and lowered by repeating 400 ° C. and 600 ° C. three times. As a result, the defects in the InGaAs 35 corresponding to the window are greatly reduced as compared with the prior art. Further, the effect of porosity reduces defects. This substrate is placed in an HCl solution to form the porous layer 36. As a method for forming a porous material, first, I
After the substrate having the nGaAs layer is cleaned by organic cleaning or the like, an electrode that makes electrical contact with In is formed on the back surface of the substrate. After that, anodization treatment is performed in an HCl solution to form a porous layer on the surface of the InGaAs substrate.

【0027】続いて、この多孔質InGaAs膜上に目
的とするInGaAs膜を形成する。その手順について
記述する。まず多孔質層の表面に薄いInGaAsを形
成する。多孔質InGaAsを有した図4(b)に示す
基板を、成長装置にいれる。ここではケミカルビームエ
ピタキシー装置(CBE装置)を用いる。AsHを照
射しながら基板温度を600℃程度に加熱し20分間保
持し酸化膜を除去する。この結果InGaAs表面の酸
化膜は除去され、多孔質InGaAsの最表面では凹凸
を平坦化し表面エネルギーを下げる方向にGaとInの
マイグレーションは生ずる。この薄く形成したInGa
As薄膜上に38に示すInGaAsを10μm形成し
て成長が終了する。
Then, an intended InGaAs film is formed on the porous InGaAs film. The procedure will be described. First, thin InGaAs is formed on the surface of the porous layer. The substrate having porous InGaAs shown in FIG. 4 (b) is put into a growth apparatus. Here, a chemical beam epitaxy device (CBE device) is used. While irradiating with AsH 3 , the substrate temperature is heated to about 600 ° C. and kept for 20 minutes to remove the oxide film. As a result, the oxide film on the surface of InGaAs is removed, and Ga and In migrate in the direction of flattening the unevenness and lowering the surface energy on the outermost surface of the porous InGaAs. This thin InGa
InGaAs shown in 38 is formed to a thickness of 10 μm on the As thin film to complete the growth.

【0028】33の形成中に加える熱処理により欠陥密
度を低減することが出来る。さらに、36の多孔質層に
より35に示した領域の欠陥を選択的にエッチングで
き、その上に形成したInGaAs層 38の欠陥を従
来に比べさらに低減できる。
The heat treatment applied during the formation of 33 can reduce the defect density. Further, the 36 porous layers can selectively etch the defects in the region indicated by 35, and the defects of the InGaAs layer 38 formed thereon can be further reduced as compared with the conventional case.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明の第一の形態としては、サファイ
ヤ基板上にサファイヤとは格子整合していない半導体膜
を横方向成長により形成した後、該半導体膜の最上部に
多孔質を形成し、再度この多孔質上に多孔質化する前の
半導体膜と同じ組成の膜を形成することにより、欠陥を
低減することができる。
As a first aspect of the present invention, a semiconductor film which is not lattice-matched to sapphire is formed on a sapphire substrate by lateral growth, and then a porous film is formed on the uppermost part of the semiconductor film. The defects can be reduced by forming a film having the same composition as the semiconductor film before being made porous again on the porous film.

【0030】本発明の第二の形態としては、GaAs基
板上にGaAsとは格子整合していない半導体膜を横方
向成長により形成した後、該半導体膜の最上部に多孔質
を形成し、再度この多孔質上に多孔質化する前の半導体
膜と同じ組成の膜を形成する時、超格子構成を含むこと
により、欠陥を低減することができる。
In a second embodiment of the present invention, a semiconductor film which is not lattice-matched to GaAs is formed on a GaAs substrate by lateral growth, and then a porous film is formed on the uppermost part of the semiconductor film, and the porous film is formed again. When a film having the same composition as the semiconductor film before being made porous is formed on this porous film, the defects can be reduced by including the superlattice structure.

【0031】本発明の第三の形態としては、Si基板上
にSiとは格子整合していない半導体膜を横方向成長に
より形成した後、該半導体膜の最上部に多孔質を形成
し、再度この多孔質上に多孔質化する前の半導体膜と同
じ組成の膜を形成する方法において、Si上に最初に直
接成長する半導体膜中に不純物を高濃度ドープすること
により、欠陥を低減することができる。
According to a third aspect of the present invention, after a semiconductor film which is not lattice-matched with Si is formed on the Si substrate by lateral growth, a porous film is formed on the uppermost part of the semiconductor film and the semiconductor film is formed again. In the method of forming a film having the same composition as that of the semiconductor film before being made porous on this porous structure, by reducing the number of defects by heavily doping the semiconductor film grown directly on Si with a high concentration of impurities. You can

【0032】本発明の第四の形態としては、GaAs基
板上にGaAsとは格子整合していない半導体膜を横方
向成長により形成した後、該半導体膜の最上部に多孔質
を形成し、再度この多孔質上に多孔質化する前の半導体
膜と同じ組成の膜を形成する方法において、GaAs上
に最初に直接成長する半導体膜中を形成する際熱処理を
繰り返すことにより、欠陥を低減することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, after a semiconductor film which is not lattice-matched with GaAs is formed on a GaAs substrate by lateral growth, a porous film is formed on the uppermost part of the semiconductor film and the semiconductor film is formed again. In the method of forming a film having the same composition as the semiconductor film before being made porous on this porous structure, it is possible to reduce defects by repeating heat treatment when forming the first semiconductor film directly grown on GaAs. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本発明の第一の実施例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】図2は本発明の第二の実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】図3は本発明の第三の実施例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】図4は本発明の第四の実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サファイヤ基板、 2 SiNx、 6 GaNの多孔質層、 7 GaN膜、 11 GaAs基板、 12 誘電体膜、 13 InGaAs 16 多孔質層、 17 超格子層、 18 InGaAs層、 21 Si基板、 22 誘電体膜、 23 InGaAs層、 26 多孔質層、 27 InGaAs層、 28 開口部、 31 GaAs基板、 32 誘電体膜、 33 InGaAs層、 36 多孔質層、 38 InGaAs層、 39 開口部。 1 sapphire substrate, 2 SiNx, 6 GaN porous layer, 7 GaN film, 11 GaAs substrate, 12 Dielectric film, 13 InGaAs 16 porous layer, 17 superlattice layer, 18 InGaAs layer, 21 Si substrate, 22 Dielectric film, 23 InGaAs layer, 26 porous layer, 27 InGaAs layer, 28 openings, 31 GaAs substrate, 32 dielectric film, 33 InGaAs layer, 36 porous layer, 38 InGaAs layer, 39 Opening.

フロントページの続き Fターム(参考) 5F045 AA04 AB14 AB17 AC09 AC12 AD14 AF03 AF04 AF09 AF19 BB12 DA54 DA59 DB01 HA04Continued front page    F-term (reference) 5F045 AA04 AB14 AB17 AC09 AC12                       AD14 AF03 AF04 AF09 AF19                       BB12 DA54 DA59 DB01 HA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に部分的に誘電体膜を形成する工
程と、該誘電体膜を挟んで基板とは格子定数の異なる第
一の半導体膜を形成する工程と該第一の半導体膜を多孔
質化する工程と、該多孔質化した半導体膜の表面をクリ
ーニングする工程と、該クリーニングした表面上に該第
一の半導体膜と同じ組成の第二の半導体膜を形成するこ
とを特徴とする半導体基板の作製法。
1. A step of partially forming a dielectric film on a substrate, a step of forming a first semiconductor film having a lattice constant different from that of the substrate sandwiching the dielectric film, and the first semiconductor film. And a step of cleaning a surface of the porous semiconductor film, and a second semiconductor film having the same composition as that of the first semiconductor film is formed on the cleaned surface. And a method for manufacturing a semiconductor substrate.
【請求項2】 前記第二の半導体層中に超格子が形成さ
れていることを特徴とする請求項1に記載の半導体基板
の作製法。
2. The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein a superlattice is formed in the second semiconductor layer.
【請求項3】 前記第一の半導体層中に不純物が10
20cm−3以上ドーピングされていることを特徴とす
る請求項1または2に記載の半導体基板の作製法。
3. An impurity of 10 in the first semiconductor layer.
The method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor substrate is doped with 20 cm -3 or more.
【請求項4】 前記第一の半導体層が成長中に熱処理さ
れていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1
項に記載の半導体基板の作製法。
4. The heat treatment according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is heat-treated during growth.
A method for manufacturing a semiconductor substrate according to item.
【請求項5】 前記第一の半導体層中に不純物がドーピ
ングされ、その不純物がSeであることを特徴とする請
求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体基板の作製
法。
5. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is doped with an impurity, and the impurity is Se.
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Cited By (2)

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