JP2696928B2 - Heteroepitaxial growth method - Google Patents

Heteroepitaxial growth method

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JP2696928B2 JP12915288A JP12915288A JP2696928B2 JP 2696928 B2 JP2696928 B2 JP 2696928B2 JP 12915288 A JP12915288 A JP 12915288A JP 12915288 A JP12915288 A JP 12915288A JP 2696928 B2 JP2696928 B2 JP 2696928B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヘテロエピタキシャル成長方法に関し、例
えば、シリコン(Si)基板上へのガリウムヒ素(GaAs)
のヘテロエピタキシャル成長に適用して好適なものであ
る。
The present invention relates to a heteroepitaxial growth method, for example, gallium arsenide (GaAs) on a silicon (Si) substrate.
It is suitable for application to heteroepitaxial growth.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明のヘテロエピタキシャル成長方法は、基板上に
非晶質または多結晶半導体層を形成した後、熱処理を行
うことにより上記非晶質または多結晶半導体層を単結晶
化して単結晶半導体層を形成し、上記単結晶半導体層上
にさらに上記単結晶半導体層を形成する工程と、上記単
結晶半導体層上に上記非晶質または多結晶半導体層を形
成した後、熱処理を行うことにより上記非晶質または多
結晶半導体層を単結晶化して単結晶半導体層を形成し、
上記単結晶半導体層上にさらに上記単結晶半導体層を形
成する工程とを有する。これによって、転位等の結晶欠
陥密度が低い良質の単結晶半導体層をヘテロエピタキシ
ャル成長させることができる。
The heteroepitaxial growth method of the present invention comprises forming an amorphous or polycrystalline semiconductor layer on a substrate, and then performing a heat treatment to monocrystallize the amorphous or polycrystalline semiconductor layer to form a single crystal semiconductor layer. Forming a single-crystal semiconductor layer further on the single-crystal semiconductor layer, forming the amorphous or polycrystalline semiconductor layer on the single-crystal semiconductor layer, and then performing a heat treatment on the single-crystal semiconductor layer. Alternatively, the polycrystalline semiconductor layer is monocrystallized to form a single crystal semiconductor layer,
Forming the single crystal semiconductor layer on the single crystal semiconductor layer. Thus, a high-quality single crystal semiconductor layer having a low density of crystal defects such as dislocations can be heteroepitaxially grown.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ヘテロエピタキシャル成長は、格子定数の異なる基板
を用いてエピタキシャル層を成長させる技術である。Si
基板上へのGaAs層のヘテロエピタキシャル成長はその代
表的な例である。しかしながら、GaAsの格子定数は5.65
34Åであるのに対してSiの格子定数は5.43086Åであ
り、それらの差は約4%と大きい。このため、Si基板上
にGaAsを直接成長させると、このGaAsは島状に成長し、
層状のものは得られない。従って、Si基板上に単結晶Ga
As層を直接成長させることは困難であると言ってもよ
い。
Heteroepitaxial growth is a technique for growing an epitaxial layer using substrates having different lattice constants. Si
Heteroepitaxial growth of a GaAs layer on a substrate is a typical example. However, the lattice constant of GaAs is 5.65.
The lattice constant of Si is 5.43086 ° while the angle is 34 °, and the difference between them is as large as about 4%. Therefore, when GaAs is directly grown on a Si substrate, the GaAs grows in an island shape,
No layered product is obtained. Therefore, single-crystal Ga
It can be said that it is difficult to grow the As layer directly.

応用物理、第55巻、第11号(1986)第1069頁から第10
73頁においては、上述の問題を解決することを目的とす
る二段階成長法について論じられている。この二段階成
長法によれば、まずSi基板上に非晶質または多結晶の薄
いGaAs層を成長させた後、これを熱処理(アニール)す
ることにより固相成長させて単結晶化し、この単結晶化
されたGaAs層の上に能動層となる単結晶GaAs層を成長さ
せる。なお、上記の非晶質または多結晶の薄いGaAs層を
最初に成長させる理由は、最終的に層状の単結晶GaAs層
を得るためには、とにかくまずSi基板の表面をGaAs層で
覆っておく必要があるためであり、このGaAs層には本発
明のような貫通転位を曲げる等の機能があるわけではな
い。
Applied Physics, Vol. 55, No. 11, (1986), pp. 1069-10
On page 73, a two-stage growth method aimed at solving the above problem is discussed. According to the two-step growth method, first, a thin amorphous or polycrystalline GaAs layer is grown on a Si substrate, and then heat-treated (annealed) to be solid-phase grown to be a single crystal. A single crystal GaAs layer serving as an active layer is grown on the crystallized GaAs layer. The reason for growing the amorphous or polycrystalline thin GaAs layer first is that, in order to finally obtain a layered single crystal GaAs layer, the surface of the Si substrate is first covered with a GaAs layer anyway. This is because the GaAs layer does not necessarily have a function of bending threading dislocations as in the present invention.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記の二段階成長法により成長された
単結晶GaAs層中に存在する転位等の結晶欠陥密度は108
個/cm2程度と依然として高く、その品質は不十分であ
る。
However, the density of crystal defects such as dislocations present in the single crystal GaAs layer grown by the two-step growth method is 10 8
It is still high at about pcs / cm 2 and its quality is insufficient.

従って本発明の目的は、転位等の結晶欠陥密度が低い
良質の単結晶半導体層をヘテロエピタキシャル成長させ
ることができるヘテロエピタキシャル成長方法を提供す
ることにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a heteroepitaxial growth method capable of heteroepitaxially growing a high-quality single crystal semiconductor layer having a low density of crystal defects such as dislocations.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記課題を解決するため、本発明のヘテロエピタキシ
ャル成長方法は、基板(1)上に非晶質または多結晶半
導体層(2)を形成した後、熱処理を行うことにより非
晶質または多結晶半導体層(2)を単結晶化して単結晶
半導体層(3)を形成し、単結晶半導体層(3)上にさ
らに単結晶半導体層(4)を形成する工程と、単結晶半
導体層(4、7、10、12)上に非晶質または多結晶半導
体層(5、8)を形成した後、熱処理を行うことにより
非晶質または多結晶半導体層(5、8)を単結晶化して
単結晶半導体層(6、9、11、13)を形成し、単結晶半
導体層(6、9、11、13)上にさらに単結晶半導体層
(7、10、12、14)を形成する工程とを有する。
In order to solve the above problems, a heteroepitaxial growth method according to the present invention provides an amorphous or polycrystalline semiconductor layer by performing a heat treatment after forming an amorphous or polycrystalline semiconductor layer (2) on a substrate (1). (2) single crystallizing to form a single crystal semiconductor layer (3), and further forming a single crystal semiconductor layer (4) on the single crystal semiconductor layer (3); , 10, 12), an amorphous or polycrystalline semiconductor layer (5, 8) is formed thereon, and then heat treatment is performed to monocrystallize the amorphous or polycrystalline semiconductor layer (5, 8). Forming a semiconductor layer (6, 9, 11, 13) and further forming a single crystal semiconductor layer (7, 10, 12, 14) on the single crystal semiconductor layer (6, 9, 11, 13). Have.

〔作用〕[Action]

上記した手段によれば、基板上に形成した非晶質また
は多結晶半導体層を単結晶化することにより、ある程度
結晶欠陥密度が低い単結晶半導体層を形成することがで
きる。この単結晶半導体層の上にさらに形成される単結
晶半導体層中の結晶欠陥密度は、下層の単結晶半導体層
中の結晶欠陥密度と同程度もしくはそれ以下となる。こ
のようにして形成された単結晶半導体層の上に再び非晶
質または多結晶半導体層を形成し、これを熱処理すると
この非晶質または多結晶半導体層は固相成長により単結
晶化するが、この固相成長の際には、下層の単結晶半導
体層中の貫通転位はこの単結晶半導体層と上記の非晶質
または多結晶半導体層との界面に平行な方向に曲げられ
たり、転位ループを形成したりする。その結果、下層の
単結晶半導体層中の貫通転位の上層への伝播は、単結晶
半導体層上に直接単結晶半導体層を形成する場合に比べ
て抑えられ、従ってこの上層の単結晶半導体層中の結晶
欠陥密度は下層の単結晶半導体層よりも減少する。この
より結晶欠陥密度が低い単結晶半導体層上にさらに形成
される単結晶半導体層中の結晶欠陥密度は、下層の単結
晶半導体層の結晶欠陥密度と同程度もしくはそれ以下と
なる。従って、上記した手段によれば、転位等の結晶欠
陥密度が低い良質の単結晶半導体層をヘテロエピタキシ
ャル成長させることができる。
According to the above means, a single-crystal semiconductor layer having a somewhat low crystal defect density can be formed by monocrystallizing an amorphous or polycrystalline semiconductor layer formed over a substrate. The crystal defect density in the single crystal semiconductor layer further formed on this single crystal semiconductor layer is approximately equal to or lower than the crystal defect density in the lower single crystal semiconductor layer. An amorphous or polycrystalline semiconductor layer is formed again on the single crystal semiconductor layer thus formed, and when this is heat-treated, the amorphous or polycrystalline semiconductor layer is monocrystallized by solid phase growth. During this solid phase growth, threading dislocations in the lower single crystal semiconductor layer are bent in a direction parallel to the interface between the single crystal semiconductor layer and the amorphous or polycrystalline semiconductor layer, or dislocations are formed. Or form a loop. As a result, propagation of threading dislocations in the lower single crystal semiconductor layer to the upper layer is suppressed as compared with the case where the single crystal semiconductor layer is formed directly on the single crystal semiconductor layer. Is lower than that of the lower single crystal semiconductor layer. The crystal defect density in the single crystal semiconductor layer further formed on the single crystal semiconductor layer having a lower crystal defect density is approximately equal to or lower than the crystal defect density of the lower single crystal semiconductor layer. Therefore, according to the above means, a high-quality single crystal semiconductor layer having a low density of crystal defects such as dislocations can be heteroepitaxially grown.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。この実施例は、Si基板上へのGaAs層のヘテロ
エピタキシャル成長に本発明を適用した実施例である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is an embodiment in which the present invention is applied to heteroepitaxial growth of a GaAs layer on a Si substrate.

第1図Aに示すように、まずあらかじめ表面が洗浄化
されたSi基板上に例えば有機金属化学気相成長(MOCV
D)法により水素(H2)またはアルシン(AsH3)ガス雰
囲気中で例えば成長温度410℃で例えば厚さ200Å程度の
非晶質GaAs層2を形成する。
As shown in FIG. 1A, first, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCV) is applied onto a Si substrate whose surface has been cleaned in advance.
The amorphous GaAs layer 2 having a thickness of, for example, about 200 ° is formed at a growth temperature of 410 ° C. in a hydrogen (H 2 ) or arsine (AsH 3 ) gas atmosphere by the method D).

次に、例えば720℃でアニールを行うことにより上記
非晶質GaAs層2を固相成長させて単結晶化する。これに
よって、第1図Bに示すように、単結晶GaAs層3が形成
される。この単結晶GaAs層3中の転位等の結晶欠陥密度
は10個8/cm2程度と高い。
Next, the amorphous GaAs layer 2 is solid-phase-grown by annealing at, for example, 720 ° C., to be single-crystallized. Thus, a single-crystal GaAs layer 3 is formed as shown in FIG. 1B. The density of crystal defects such as dislocations in the single crystal GaAs layer 3 is as high as about 10 8 / cm 2 .

次に第1図Cに示すように、上記単結晶GaAs層3の上
に例えば上述と同様なMOCVD法により例えば750〜770℃
程度の成長度で単結晶GaAs層4を例えば単結晶GaAs層3
との合計の厚さが例えば0.7μm程度になるように成長
させる。このようにして二段階成長法により形成された
この単結晶GaAs層4中の結晶欠陥密度は上記単結晶GaAs
層3と同様に108/cm2程度である。
Next, as shown in FIG. 1C, for example, at 750 to 770 ° C.
For example, the single crystal GaAs layer 4 is formed with
Is grown so that the total thickness thereof becomes, for example, about 0.7 μm. The crystal defect density in the single crystal GaAs layer 4 thus formed by the two-step growth method is
Like the layer 3, it is about 10 8 / cm 2 .

次に第1図Dに示すように、この単結晶GaAs層4の上
に例えばMOCVD法により再び例えば厚さ200Å程度の非晶
質GaAs層5を形成する。
Next, as shown in FIG. 1D, an amorphous GaAs layer 5 having a thickness of, for example, about 200 ° is again formed on the single crystal GaAs layer 4 by, for example, the MOCVD method.

次に、上述と同様に例えば720℃でアニールを行うこ
とによりこの非晶質GaAs層5を固相成長(固相ホモエピ
タキシャル成長)させて単結晶化し、第1図Eに示すよ
うに、単結晶GaAs層6を形成する。この非晶質GaAs層5
が固相成長により単結晶化する際には、下層の単結晶Ga
As層4中の貫通転位はこの単結晶GaAs層4と非晶質GaAs
層5との界面に平行な方向に曲げられたり、転位ループ
を形成したりする結果、この下層の単結晶GaAs層4中の
貫通転位の上層への伝播は抑えられる。このため、この
単結晶GaAs層6中の貫通転位の数は下層の単結晶GaAs4
に比べて減少し、従って結晶欠陥密度は減少する。この
後、この単結晶GaAs層6の上に単結晶GaAs層7を例えば
この単結晶GaAs層6との合計の厚さが例えば0.7μm程
度になるように形成する。
Next, the amorphous GaAs layer 5 is solid-phase grown (solid-phase homoepitaxial growth) to be single-crystal by annealing at, for example, 720 ° C. in the same manner as described above, and as shown in FIG. The GaAs layer 6 is formed. This amorphous GaAs layer 5
Is single crystallized by solid phase growth, the lower single crystal Ga
Threading dislocations in the As layer 4 are caused by the single crystal GaAs layer 4 and the amorphous GaAs.
As a result of being bent in a direction parallel to the interface with the layer 5 or forming a dislocation loop, the propagation of threading dislocations in the lower single crystal GaAs layer 4 to the upper layer is suppressed. Therefore, the number of threading dislocations in this single crystal GaAs layer 6 is
Therefore, the crystal defect density decreases. Thereafter, a single-crystal GaAs layer 7 is formed on the single-crystal GaAs layer 6 such that the total thickness of the single-crystal GaAs layer 6 is, for example, about 0.7 μm.

次に第1図Fに示すように、この単結晶GaAs層7の上
に再び例えば厚さ200Å程度の非晶質GaAs層8を形成す
る。
Next, as shown in FIG. 1F, an amorphous GaAs layer 8 having a thickness of, for example, about 200 ° is formed on the single crystal GaAs layer 7 again.

次に、例えば720℃でアニールを行うことによりこの
非晶質GaAs層8を単結晶化し、第1図Gに示すように、
単結晶GaAs層9を形成する。上述と同様の理由により、
この単結晶GaAs層9中の結晶欠陥密度は上記単結晶GaAs
層7よりもさらに低くなる。この後、この単結晶GaAs層
9の上にさらに単結晶GaAs層10を形成する。この単結晶
GaAs層10中の結晶欠陥密度は上記単結晶GaAs層9と同程
度もしくはそれ以下である。
Next, this amorphous GaAs layer 8 is monocrystallized by annealing at, for example, 720 ° C., and as shown in FIG.
A single crystal GaAs layer 9 is formed. For the same reasons as above,
The crystal defect density in the single crystal GaAs layer 9 is the same as that of the single crystal GaAs.
It is even lower than layer 7. Thereafter, a single-crystal GaAs layer 10 is further formed on the single-crystal GaAs layer 9. This single crystal
The crystal defect density in the GaAs layer 10 is equal to or lower than that of the single crystal GaAs layer 9.

次に、この単結晶GaAs層10の上に例えば厚さ200Åの
非晶質GaAs層(図示せず)を形成し、これを単結晶化し
て単結晶GaAs層11を形成する。この単結晶GaAs層11中の
結晶欠陥密度は上記単結晶GaAs層10よりも低くなる。次
に、この単結晶GaAs層11の上に単結晶GaAs層12を例えば
この単結晶GaAs層11との合計の厚さが例えば0.7μm程
度になるように形成する。この単結晶GaAs層12中の結晶
欠陥密度は上記単結晶GaAs層11と同程度もしくはそれ以
下である。次に、この単結晶GaAs層12の上に例えば厚さ
200Å程度の非晶質GaAs層(図示せず)を形成し、これ
を単結晶化して単結晶GaAs層13を形成する。この単結晶
GaAs層13中の結晶欠陥密度は上記単結晶GaAs層12よりも
低くなる。この後、この単結晶GaAs層13の上に能動層と
して用いようとする単結晶GaAs層14を例えばこの単結晶
GaAs層13との合計の厚さが例えば0.7μm程度になるよ
うに形成する。この単結晶GaAs層14中の結晶欠陥密度は
上記単結晶GaAs層13と同程度もしくはそれ以下である。
Next, an amorphous GaAs layer (not shown) having a thickness of, for example, 200 ° is formed on the single-crystal GaAs layer 10, and is monocrystallized to form a single-crystal GaAs layer 11. The crystal defect density in the single crystal GaAs layer 11 is lower than that in the single crystal GaAs layer 10. Next, a single crystal GaAs layer 12 is formed on the single crystal GaAs layer 11 such that the total thickness of the single crystal GaAs layer 11 and the single crystal GaAs layer 11 is about 0.7 μm, for example. The crystal defect density in the single crystal GaAs layer 12 is equal to or lower than that of the single crystal GaAs layer 11. Next, a thickness of, for example,
An amorphous GaAs layer (not shown) of about 200 ° is formed and is monocrystallized to form a single crystal GaAs layer 13. This single crystal
The crystal defect density in the GaAs layer 13 is lower than that in the single crystal GaAs layer 12. After that, a single crystal GaAs layer 14 to be used as an active layer is
It is formed so that the total thickness with the GaAs layer 13 is, for example, about 0.7 μm. The crystal defect density in the single crystal GaAs layer 14 is equal to or lower than that of the single crystal GaAs layer 13.

本実施例において、最下層の単結晶GaAs層3から最上
層の単結晶GaAs層14までの合計の厚さは例えば3.5μm
となる。
In this embodiment, the total thickness from the lowermost single-crystal GaAs layer 3 to the uppermost single-crystal GaAs layer 14 is, for example, 3.5 μm.
Becomes

上述のようにして、非晶質GaAs層の形成、その単結晶
化及びその上の単結晶GaAs層の形成という一連の操作を
合計5回繰り返し行って形成された上記単結晶GaAs層14
中の結晶欠陥密度を測定するため、この単結晶GaAs層14
を溶接(molten)KOHでエッチングし、それによって形
成されるエッチピットの密度(Etch Pit Density、EP
D)を測定した所、約5×106個/cm2であった。従って、
この単結晶GaAs層14中の転位等の結晶欠陥密度は5×10
6個/cm2程度と極めて低いことがわかる。これと同様な
結晶欠陥密度の測定を、非晶質GaAs層の形成、その単結
晶化及びその上の単結晶GaAs層という一連の操作を1〜
4回行った場合における最上層の単結晶GaAs層について
行った。その結果を上記結果とともに第2図にまとめて
示す。なお、いずれの場合においても、最下層の単結晶
GaAs層から最上層の単結晶GaAs層までの合計の厚さはい
ずれも3.5μmに統一してある。従って、上記の一連の
操作の繰り返し回数が多ければ多いほど、非晶質GaAs層
の単結晶化により形成された単結晶GaAs層のすぐ上に形
成される単結晶GaAs層の厚さは薄くなる。
As described above, the single crystal GaAs layer 14 formed by repeating a series of operations of forming an amorphous GaAs layer, single crystallization thereof, and forming a single crystal GaAs layer thereon five times in total.
In order to measure the crystal defect density in the single crystal GaAs layer 14,
Is etched with molten KOH and the density of the etch pits formed thereby (Etch Pit Density, EP
When D) was measured, it was about 5 × 10 6 pieces / cm 2 . Therefore,
The crystal defect density such as dislocations in the single crystal GaAs layer 14 is 5 × 10
It can be seen that it is extremely low at about 6 / cm 2 . The same measurement of the crystal defect density is performed by performing a series of operations including formation of an amorphous GaAs layer, single crystallization thereof, and a single crystal GaAs layer thereon.
The operation was performed on the uppermost single crystal GaAs layer in the case where the operation was performed four times. FIG. 2 shows the results together with the above results. In each case, the lowermost single crystal
The total thickness from the GaAs layer to the uppermost single crystal GaAs layer is unified to 3.5 μm. Therefore, the greater the number of repetitions of the above series of operations, the smaller the thickness of the single crystal GaAs layer formed immediately above the single crystal GaAs layer formed by single crystallization of the amorphous GaAs layer .

第2図からわかるように、形成する非晶質GaAs層の数
が1の場合、すなわち既に述べた従来の二段階成長法に
より形成された単結晶GaAs層の場合のEPDは108/cm2であ
るのに対し、形成する非晶質GaAs層の数が2の場合には
約1×107個/cm2に減少し、非晶質GaAs層の数が3の場
合には約8×106個/cm2に減少し、さらに非晶質GaAs層
の数が5の場合には上述のように5×106個/cm2程度ま
で減少する。すなわち、非晶質GaAs層の形成、その単結
晶化及びその上の単結晶GaAs層の形成という一連の操作
の繰り返し回数が多ければ多いほど、最終的に形成され
る最上層の単結晶GaAs層中の結晶欠陥密度は低くなる傾
向にあることがわかる。
As can be seen from FIG. 2, when the number of amorphous GaAs layers to be formed is 1, that is, when the single crystal GaAs layer is formed by the conventional two-step growth method, the EPD is 10 8 / cm 2. On the other hand, when the number of amorphous GaAs layers to be formed is 2, the number is reduced to about 1 × 10 7 / cm 2 , and when the number of amorphous GaAs layers is 3, to about 8 × 10 7 10 decreased to 6 / cm 2 or, further in the case of the number of amorphous GaAs layer 5 is reduced to about 5 × 10 6 cells / cm 2 as described above. In other words, the greater the number of repetitions of the series of operations of forming an amorphous GaAs layer, single-crystallizing the same, and forming a single-crystal GaAs layer thereon, the greater the final single-crystal GaAs layer finally formed It can be seen that the crystal defect density in the middle tends to be low.

以上のように、本実施例によれば、非晶質GaAs層の形
成、その単結晶化及びその上の単結晶GaAs層の形成とい
う一連の操作を繰り返し行っているので、最上層の単結
晶GaAs層14中の転位等の結晶欠陥密度は5×106個/cm2
程度と極めて低くなる。従って、転位等の結晶欠陥密度
が低い良質の単結晶GaAs層14をSi基板1上にヘテロエピ
タキシャル成長させることができる。
As described above, according to the present embodiment, a series of operations of forming an amorphous GaAs layer, single-crystallizing the same, and forming a single-crystal GaAs layer thereon are repeatedly performed. The density of crystal defects such as dislocations in the GaAs layer 14 is 5 × 10 6 / cm 2
Degree and extremely low. Therefore, a high-quality single-crystal GaAs layer 14 having a low density of crystal defects such as dislocations can be heteroepitaxially grown on the Si substrate 1.

本実施例により得られる良質な単結晶GaAs層14を能動
層として用いることにより、高速半導体素子等の高性能
の半導体素子の作製が可能となる。また、この高速半導
体素子と光半導体素子とのモノリシック化により、高性
能の光電子集積回路(OEIC)の実現が可能となる。
By using the high-quality single-crystal GaAs layer 14 obtained in this embodiment as an active layer, a high-performance semiconductor device such as a high-speed semiconductor device can be manufactured. Further, by making the high-speed semiconductor element and the optical semiconductor element monolithic, a high-performance optoelectronic integrated circuit (OEIC) can be realized.

以上、本発明の一実施例について具体的に説明した
が、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、
本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
As mentioned above, although one Example of this invention was described concretely, this invention is not limited to said Example,
Various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.

例えば、非晶質GaAs層の形成、その単結晶化及びその
上の単結晶GaAs層の形成という一連の操作の繰り返し回
数は必要に応じて選定し得るものである。また、非晶質
GaAs層2、5、8等の代わりに多結晶のGaAs層を用いる
ことも可能である。さらに、Si基板1の代わりに例えば
石英ガラス基板のような絶縁物基板の上に単結晶Si膜を
形成したものを基板として用いることも可能である。な
お、例えばSi基板や各種の基板上に形成されたSi膜の表
面にSiO2膜のような絶縁膜を形成した基板や石英ガラス
基板を基板として用いることも可能である。さらにま
た、上述の実施例で用いたMOCVD法の代わりに分子線エ
ピタキシー(MBE)法を用いることも可能である。
For example, the number of repetitions of a series of operations of forming an amorphous GaAs layer, single-crystallizing the same, and forming a single-crystal GaAs layer thereon can be selected as necessary. Also, amorphous
Instead of the GaAs layers 2, 5, 8, etc., it is also possible to use a polycrystalline GaAs layer. Further, instead of the Si substrate 1, a substrate in which a single crystal Si film is formed on an insulating substrate such as a quartz glass substrate can be used as the substrate. Note that, for example, a substrate in which an insulating film such as a SiO 2 film is formed on the surface of a Si substrate or a Si film formed on various substrates, or a quartz glass substrate can be used as the substrate. Furthermore, it is also possible to use a molecular beam epitaxy (MBE) method instead of the MOCVD method used in the above embodiment.

また、上述の実施例においては、Si基板上へのGaAs層
のヘテロエピタキシャル成長に本発明を適用した場合に
ついて説明したが、本発明は、GaAs以外の単結晶半導体
層をヘテロエピタキシャル成長させる場合に適用するこ
とも可能である。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to heteroepitaxial growth of a GaAs layer on a Si substrate has been described. However, the present invention is applied to a case where a single crystal semiconductor layer other than GaAs is heteroepitaxially grown. It is also possible.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように、本発明によれば、ある程度結晶欠
陥密度が低い単結晶半導体層上に形成される非晶質また
は多結晶半導体層の単結晶化の際には下層の単結晶半導
体層中の貫通転位の上層への伝播が抑えられることか
ら、この単結晶化により形成される単結晶半導体層中の
結晶欠陥密度は低くなり、従ってこの単結晶半導体層上
にさらに形成される単結晶半導体層中の結晶欠陥密度は
これと同程度またはそれ以下となる。これによって、転
位等の結晶欠陥密度が低い良質の単結晶半導体層をヘテ
ロエピタキシャル成長させることができる。
As described above, according to the present invention, during the single crystallization of an amorphous or polycrystalline semiconductor layer formed over a single crystal semiconductor layer having a relatively low crystal defect density, the lower single crystal semiconductor layer Of the threading dislocations to the upper layer is suppressed, so that the crystal defect density in the single crystal semiconductor layer formed by the single crystallization becomes low, and therefore, the single crystal semiconductor further formed on the single crystal semiconductor layer The crystal defect density in the layer will be about the same or lower. Thus, a high-quality single crystal semiconductor layer having a low density of crystal defects such as dislocations can be heteroepitaxially grown.

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

第1図A〜第1図Gは本発明の一実施例によるヘテロエ
ピタキシャル成長方法を工程順に説明するための断面
図、第2図はヘテロエピタキシャル成長により形成され
る最上層の単結晶GaAs層のエッチピット密度と非晶質Ga
As層の数との関係を示すグラフである。 図面における主要な符号の説明 1:Si基板、2、5、8:非晶質GaAs層、3、4、6、7、
9、10〜14:単結晶GaAs層。
1A to 1G are cross-sectional views for explaining a heteroepitaxial growth method according to an embodiment of the present invention in the order of steps, and FIG. 2 is an etch pit of an uppermost single crystal GaAs layer formed by heteroepitaxial growth. Density and amorphous Ga
6 is a graph showing a relationship with the number of As layers. Description of main symbols in the drawings 1: Si substrate, 2, 5, 8: amorphous GaAs layer, 3, 4, 6, 7,
9, 10 to 14: single crystal GaAs layer.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に非晶質または多結晶半導体層を形
成した後、熱処理を行うことにより上記非晶質または多
結晶半導体層を単結晶化して単結晶半導体層を形成し、
上記単結晶半導体層上にさらに上記単結晶半導体層を形
成する工程と、 上記単結晶半導体層上に上記非晶質または多結晶半導体
層を形成した後、熱処理を行うことにより上記非晶質ま
たは多結晶半導体層を単結晶化して単結晶半導体層を形
成し、上記単結晶半導体層上にさらに上記単結晶半導体
層を形成する工程とを有することを特徴とするヘテロエ
ピタキシャル成長方法。
An amorphous or polycrystalline semiconductor layer is formed on a substrate, and heat treatment is performed to monocrystallize the amorphous or polycrystalline semiconductor layer to form a single crystal semiconductor layer.
A step of further forming the single-crystal semiconductor layer on the single-crystal semiconductor layer, and forming the amorphous or polycrystalline semiconductor layer on the single-crystal semiconductor layer, and then performing a heat treatment on the amorphous or polycrystalline semiconductor layer. Forming a single crystal semiconductor layer by monocrystallizing the polycrystalline semiconductor layer, and further forming the single crystal semiconductor layer on the single crystal semiconductor layer.
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