JP2845464B2 - Compound semiconductor growth method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 [概要] 格子定数の異なる物質の基板上に化合物半導体を成長
させる方法に関し、 成長面が平坦で成長層の結晶性が優れた化合物半導体
のエピタキシャル層を格子定数の異なる基板上に成長す
ることができる化合物半導体の成長方法を提供すること
を目的とし、Si、Ge、いずれかからなる下地結晶の上に
Asを分子または水素化物の形で供給してAs層を約1原子
層形成する第1準備工程と、次にAlを分子または有機金
属ガスの形で供給してAl層を約1原子層形成する第2準
備工程と、その後、下地結晶と異なる格子定数でAlAsの
格子定数に対して±5%以内の格子不整を持つIII−V
族化合物半導体を成長する成長工程とを含むように構成
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] The present invention relates to a method for growing a compound semiconductor on a substrate made of a material having a different lattice constant, wherein the epitaxial layer of the compound semiconductor having a flat growth surface and excellent crystallinity of the grown layer has a different lattice constant. The purpose of the present invention is to provide a method for growing a compound semiconductor that can be grown on a substrate.
A first preparation step of supplying As in the form of molecules or hydrides to form an As layer of about 1 atomic layer, and then supplying Al in the form of molecules or organometallic gas to form an Al layer of about 1 atomic layer III-V having a lattice constant different from that of the base crystal and within ± 5% of the lattice constant of AlAs.
And a growth step of growing a group III compound semiconductor.
[産業上の利用分野] 本発明はエピタキシャル結晶成長に関し、特に格子定
数の異なる物質の基板上に化合物半導体を成長させる方
法に関する。The present invention relates to epitaxial crystal growth, and more particularly to a method for growing a compound semiconductor on a substrate made of a material having a different lattice constant.
近年化合物半導体デバイスの進歩に伴い、結晶材料の
大口径化、価格の低下、新しい機能を実現する結晶構造
などが要求されている。このため、基板と成長層の格子
定数が異なるヘテロエピタキシャル結晶の成長技術が要
求されている。その代表といえるのがSi基板の上にGaAs
を成長する技術で、一般にGaAs on Siと呼ばれる。しか
し、このようなヘテロエピタキシャル結晶を作ろうとす
ると、格子定数の違いを克服するために、成長初期に特
殊な工夫をする必要がある。In recent years, with the progress of compound semiconductor devices, there has been a demand for a crystal material having a larger diameter, a lower price, and a crystal structure realizing new functions. Therefore, a technique for growing a heteroepitaxial crystal in which the lattice constants of the substrate and the growth layer are different from each other is required. A typical example is GaAs on a Si substrate.
This is generally called GaAs on Si. However, in order to produce such a heteroepitaxial crystal, it is necessary to take special measures in the early stage of growth in order to overcome the difference in lattice constant.
[従来の技術] 以下主としてSi基板上のGaAsのエピタキシャル成長を
例として説明する。[Prior Art] The following mainly describes an example of epitaxial growth of GaAs on a Si substrate.
従来のSi基板上のGaAsのエピタキシャル成長技術とし
てMOCVDやMBEを改良した2段階成長と呼ばれるものがあ
る。例えば、ジャパニーズジャーナル オブ アプライ
ド フィジックスにアキヤマ他が発表した方法(M.Akiy
ama et al.,Jpn.J.Appl.Phys.23(1984)L843)は以下
のようなものである。As a conventional technique for epitaxially growing GaAs on a Si substrate, there is a technique called two-step growth in which MOCVD or MBE is improved. For example, a method published by Akiyama et al. In the Japanese Journal of Applied Physics (M.Akiy
ama et al., Jpn. J. Appl. Phys. 23 (1984) L843) is as follows.
第2図(A)に示すように、まず基板温度を通常の単
結晶成長温度(600〜850℃)よりも低い温度、例えば40
0〜450℃に保って、薄いアモルファスまたは多結晶のGa
Asバッファ層23を成長する。厚さは例えばば約10nm程度
である。この段階ではバッファ層23はアモルファス相ま
たは多結晶相であってエピタキシャル成長層ではない。As shown in FIG. 2A, first, the substrate temperature is set to a temperature lower than a normal single crystal growth temperature (600 to 850 ° C.), for example, 40 ° C.
Keep at 0-450 ° C, and use thin amorphous or polycrystalline Ga
As buffer layer 23 is grown. The thickness is, for example, about 10 nm. At this stage, the buffer layer 23 is in an amorphous phase or a polycrystalline phase and is not an epitaxial growth layer.
次に、基板温度を昇温し、通常の単結晶成長温度、例
えば700℃前後にする。すると、第2図(B)に示すよ
うにアモルファス相または多結晶相であったバッファ層
23内で固相成長が進み、エピタキシャルな単結晶相に変
化する。Next, the substrate temperature is raised to a normal single crystal growth temperature, for example, around 700 ° C. Then, as shown in FIG. 2 (B), the buffer layer having an amorphous phase or a polycrystalline phase was obtained.
Solid phase growth proceeds within 23, and changes into an epitaxial single crystal phase.
バッファ層23が単結晶化した後、第2図(C)に示す
ように、その上に必要な厚さのGaAsエピタキシャル層25
を成長する。After the buffer layer 23 is single-crystallized, as shown in FIG. 2C, the GaAs epitaxial layer 25 having a required thickness is formed thereon.
Grow.
Si基板上に直接GaAs層を成長しようとすると、油が水
を弾くような島状の成長が起こり、平坦な面を持つ成長
が困難であることが知られている。上述の二段階成長
は、初めにアモルファス相または多結晶相のバッファ層
を成長することで平坦な成長面を実現するものである。It is known that when an attempt is made to grow a GaAs layer directly on a Si substrate, an island-like growth occurs in which oil repels water, and it is difficult to grow a flat surface. In the two-stage growth described above, a flat growth surface is realized by first growing a buffer layer of an amorphous phase or a polycrystalline phase.
ところが、二段階成長を用いても、最初の成長層が単
結晶でないためか、良質の結晶を作ることが容易でな
く、高密度の転位が発生したり、成長層表面の平坦化が
悪化したりする。However, even if two-step growth is used, it is not easy to produce high-quality crystals because the first growth layer is not a single crystal, high-density dislocations occur, and the flattening of the growth layer surface deteriorates. Or
[発明が解決しようとする課題] 電子デバイス用結晶としては、表面が平坦で結晶性の
優れた結晶層が望ましい。表面が平坦でないと加工プロ
セスに問題を生じ易く、結晶性が悪いとキャリア寿命の
低下等を起こしてその材料本来の性能を十分引き出すこ
とが難しく、デバイスの寿命、信頼性も低下させ易い。[Problems to be Solved by the Invention] As a crystal for an electronic device, a crystal layer having a flat surface and excellent crystallinity is desirable. If the surface is not flat, problems are likely to occur in the processing process. If the crystallinity is poor, the carrier life is reduced, and it is difficult to sufficiently bring out the original performance of the material, and the life and reliability of the device are also likely to be reduced.
上述のように、従来のヘテロエピタキシャル結晶成長
技術で得られる成長層は、成長面の平坦性、成長層の結
晶性の点で必ずしも十分なものではなかった。As described above, the growth layer obtained by the conventional heteroepitaxial crystal growth technique is not always sufficient in terms of the flatness of the growth surface and the crystallinity of the growth layer.
従って、この結晶を材料としたデバイスの特性を良く
することができず、特に発光デバイスは寿命が短いとい
った問題を生じていた。Therefore, the characteristics of a device using this crystal as a material cannot be improved, and there has been a problem that a light emitting device has a short lifetime.
本発明の目的は、成長面が平坦で成長層の結晶性が優
れた化合物半導体のエピタキシャル層を格子定数の異な
る基板上に成長することができる化合物半導体の成長方
法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a compound semiconductor growth method capable of growing a compound semiconductor epitaxial layer having a flat growth surface and excellent growth layer crystallinity on substrates having different lattice constants.
新たな結晶成長システムを利用することにより、Si上
のGaAsを初めとする格子定数の異なる基板上の化合物半
導体エピタキシャル層の品質、例えば、転位密度をを向
上させることを意図する。By using a new crystal growth system, it is intended to improve the quality, eg, dislocation density, of a compound semiconductor epitaxial layer on a substrate having a different lattice constant such as GaAs on Si.
[課題を解決するための手段] 本発明によれば、: (1)基板上に目的とする化合物半導体を直接成長する
のではなく、まずAlAsを成長する。[Means for Solving the Problems] According to the present invention: (1) Instead of directly growing a target compound semiconductor on a substrate, AlAs is first grown.
(2)このAlAsの成長において、第1層にAs、第2層に
Alをほぼ1原子層ずつ付ける用に成長原料を基板に供給
する。(2) In the growth of AlAs, the first layer has As and the second layer has
A growth raw material is supplied to the substrate so as to apply Al by approximately one atomic layer at a time.
第1図(A)〜(D)に本発明の原理説明図を示す。 1 (A) to 1 (D) show explanatory diagrams of the principle of the present invention.
第1図(A)において、Si、Geのいずれかからなる下
地結晶1の上にAs層3を約1原子層成長する。この工程
で下地結晶1の表面はほぼ隠れる。In FIG. 1 (A), an As layer 3 is grown by about one atomic layer on a base crystal 1 made of either Si or Ge. In this step, the surface of base crystal 1 is almost hidden.
次に第1図(B)に示すようにAs層3の上にAl層5を
約1原子層成長する。Next, as shown in FIG. 1B, an Al layer 5 is grown on the As layer 3 by about one atomic layer.
次に第1図(C)に示すようにAl層5の上にAlAsまた
は成長させたい目的物のIII−V族化合物半導体のバッ
ファ層7を成長する。ここで目的物のIII−V族化合物
半導体とはAlAsの格子定数に対して±5%以内の格子不
整を持つIII−V族化合物半導体であり、混晶を含む。
目的物のIII−V族化合物半導体がAsを含まないもので
ある場合はバッファ層成長の冒頭にAsをを1原子層成長
するのが好ましい。Next, as shown in FIG. 1C, a buffer layer 7 of AlAs or a target III-V compound semiconductor to be grown is grown on the Al layer 5. Here, the target group III-V compound semiconductor is a group III-V compound semiconductor having a lattice mismatch within ± 5% of the lattice constant of AlAs, and includes a mixed crystal.
When the target group III-V compound semiconductor does not contain As, it is preferable to grow As one atomic layer at the beginning of the buffer layer growth.
また、As原子層の成長とAl原子層の成長とのサイクル
を複数回繰り返すことが好ましい。Further, it is preferable to repeat a cycle of growing the As atomic layer and growing the Al atomic layer a plurality of times.
この後、第1図(D)に示すように目的とするIII−
V族化合物半導体の層9を必要な厚さ成長する。Thereafter, as shown in FIG.
A layer 9 of a group V compound semiconductor is grown to a required thickness.
なお、不純物をドープしたい場合は例えば成長と同時
に不純物元素を添加すればよい。When doping with an impurity is desired, for example, an impurity element may be added simultaneously with the growth.
また目的とするIII−V族化合物半導体とはIII−V族
化合物半導体の混晶も含むものとする。Further, the intended group III-V compound semiconductor includes a mixed crystal of group III-V compound semiconductor.
[作用] 格子定数の異なる下地結晶上にまずAlAs分子層を成長
し、その後、AlAsに対して格子定数のずれが5%以内の
III−V族化合物半導体を成長することにより、格子不
整の影響が緩和される。[Function] First, an AlAs molecular layer is grown on a base crystal having a different lattice constant, and thereafter, the deviation of the lattice constant with respect to AlAs is within 5%.
By growing a group III-V compound semiconductor, the effects of lattice irregularities are reduced.
また、異種物質上にIII−V族化合物半導体の結晶を
成長する際は、一般に島状の成長が起こり易い。特に、
下地結晶がSi、Geのような単元素半導体の場合は、基板
内は無極性の共有結合のみであり、その上にイオン性を
持つIII−V族化合物半導体層を全面に均一に成長する
ことは難しい。下地結晶上にまずAsの1原子層を成長
し、次にAlの1原子層を成長する場合は非常に優れた面
の被覆度を得やすい。これにより島状成長が起こりにく
くなり、その上に平坦な面を持つエピタキシャル層が成
長しやすい。Further, when growing a crystal of a III-V compound semiconductor on a heterogeneous substance, island-like growth is generally likely to occur. In particular,
When the underlying crystal is a single element semiconductor such as Si or Ge, only nonpolar covalent bonds are formed in the substrate, and an ionic III-V compound semiconductor layer is uniformly grown thereon. Is difficult. When first growing an atomic layer of As on the base crystal and then growing an atomic layer of Al, it is easy to obtain a very excellent surface coverage. As a result, island-like growth hardly occurs, and an epitaxial layer having a flat surface is easily grown thereon.
下地結晶と成長層との格子不整の程度等に応じて適当
にバッファ層7を設けるのが好ましい。It is preferable to appropriately provide the buffer layer 7 according to the degree of lattice irregularity between the base crystal and the growth layer.
従来の2段階成長と異なり、下地基板上に直接単結晶
相のIII−V族化合物半導体層を成長することができ
る。Unlike the conventional two-step growth, a single crystal phase III-V compound semiconductor layer can be directly grown on a base substrate.
[実施例] 第3図(A)〜(H)を参照して、Si基板上にGaAsエ
ピタキシャル層を成長する実施例を説明する。Example An example in which a GaAs epitaxial layer is grown on a Si substrate will be described with reference to FIGS. 3 (A) to 3 (H).
まず、第3図(A)に示すように、下地結晶として
(100)面または(100)面から10度以内傾いた面が表面
に出るSi基板11を用意する。First, as shown in FIG. 3 (A), an Si substrate 11 is prepared as a base crystal, on which a (100) plane or a plane inclined within 10 degrees from the (100) plane is exposed.
結晶成長は、原子層成長(ALE)と有機金属気相エピ
タキシャル成長(MOCVD)のできる装置を用い、全て気
相で行った。用いた原料ガスは、As原子がアルシン(As
H3:水素で10%に希釈)、Ga原子がトリメチルガリウム
(TMG)、Al原子がトリメチルアルミニウム(TMA)であ
る。All of the crystal growth was performed in the gas phase using an apparatus capable of atomic layer growth (ALE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). The source gas used was such that the As atom was arsine (As
H 3 : diluted to 10% with hydrogen), Ga atoms are trimethylgallium (TMG), and Al atoms are trimethylaluminum (TMA).
単原子層の成長は、加熱した基板11上に例えば単一の
V族元素の原料ガスを選択的に流し、停止後反応管内を
水素で置換し、その後別のIII族元素の原料ガスを流
し、再び反応管内を水素で置換するサイクルを繰り返し
て行った。The monoatomic layer is grown by, for example, selectively flowing a single group V element source gas onto the heated substrate 11, replacing the inside of the reaction tube with hydrogen after stopping, and then flowing another group III element source gas. The cycle of replacing the inside of the reaction tube with hydrogen was repeated.
結晶成長の手順を以下により詳細に説明する。 The procedure of crystal growth will be described in more detail below.
(1)第3図(A)に示すようなSi基板11を原子層成長
(ALE)と有機金属気相堆積(MOCVD)とを選択的に実行
できる成長装置に収納し、水素気流中で約20分間、約10
00℃で加熱する。これによりSi基板11の表面の清浄化を
行う。清浄化後基板温度を500℃に降温する。(1) The Si substrate 11 as shown in FIG. 3 (A) is housed in a growth apparatus capable of selectively performing atomic layer growth (ALE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), and is placed in a hydrogen gas stream. 20 minutes, about 10
Heat at 00 ° C. Thus, the surface of the Si substrate 11 is cleaned. After cleaning, the substrate temperature is lowered to 500 ° C.
(2)第3図(B)に示すようにAs源としてのアルシン
を約10秒間供給し、その後アルシンの供給を停止し、水
素を約10秒間供給する。これにより約1原子層のAs層13
が成長し、反応管内のアルシンないしAsはパージされ
る。(2) As shown in FIG. 3 (B), arsine as an As source is supplied for about 10 seconds, and then the supply of arsine is stopped and hydrogen is supplied for about 10 seconds. As a result, about one atomic layer of the As layer 13 is formed.
Grows, and the arsine or As in the reaction tube is purged.
(3)次に第3図(C)に示すように、Al源としてのTM
Aを約7秒間供給し、その後、TMAの供給を停止し、水素
を約10秒間供給する。これによりAl層15が成長し、反応
管内のTMAないしAlはパージされる。(3) Next, as shown in FIG. 3 (C), TM as an Al source
A is supplied for about 7 seconds, then the supply of TMA is stopped, and hydrogen is supplied for about 10 seconds. Thereby, the Al layer 15 grows, and TMA or Al in the reaction tube is purged.
ところで、As原子層13上のAl原子層15は第3図(D)
に模式的に示すように、下地As層と較べて約2倍の面内
密度を有する。このため優れた面被覆率が達成されると
考えられる。Incidentally, the Al atomic layer 15 on the As atomic layer 13 is shown in FIG.
As schematically shown in FIG. 3, the in-plane density is about twice that of the underlying As layer. Therefore, it is considered that excellent surface coverage is achieved.
(4)この2倍密度のAl原子層の上に、第3図(B)と
同様の工程で次のAs層を成長させる。すると、Al原子は
少なくとも1層の上下は自由に動き回ると考えられるの
で、AlAsが結合するに従い、下の2倍密度のAl層15から
上にAlが供給されると考えられる。すなわち元のAl層15
は本来の密度になり、上にAs層13−2、Al層15−2、As
層13−3が成長する。すなわち、第3図(C)と(E)
の2工程1サイクルで2分子層が成長することになる。(4) A next As layer is grown on the double-density Al atomic layer in the same process as in FIG. 3 (B). Then, it is considered that Al atoms freely move up and down in at least one layer, and therefore it is considered that Al is supplied from the lower double density Al layer 15 upward as AlAs is bonded. That is, the original Al layer 15
Becomes the original density, and As layer 13-2, Al layer 15-2, As
Layer 13-3 grows. That is, FIGS. 3 (C) and (E)
The two molecular layers grow in one cycle of the two steps.
(5)さらに第3図(C)と同様の工程によって、第3
図(F)に示すようにTMAを供給してAl層を成長させる
と2倍の面密度のAl層15−3が成長する。(5) Further, by the same process as in FIG.
As shown in FIG. 3F, when TMA is supplied to grow an Al layer, an Al layer 15-3 having twice the surface density grows.
(6)このようにして、As原子層とAl原子層を交互に約
50サイクル成長して、第3図(C)に示すようなAlAsの
バッファ層17を成長する。(6) In this way, the As atomic layer and the Al atomic layer
After growing for 50 cycles, an AlAs buffer layer 17 as shown in FIG. 3C is grown.
ここで反応管内圧力は20torr、流量はAsH3が480scc
m、TMGが40sccm、全流量が2slmになるように水素の流量
を調製する。Wherein the reaction tube pressure 20 torr, the flow rate is AsH 3 480scc
m, the flow rate of hydrogen is adjusted so that TMG is 40 sccm and the total flow rate is 2 slm.
このような原子層エピタキシについては、例えば、オ
ゼキ他の発表(M.Ozeki et al.,Extended Abstracts of
the 19th Conf.on Solid State Devices and Material
s,Tokyo,1987,p.475)を参照することができる。Such atomic layer epitaxy is described in, for example, Ozeki et al. (M. Ozeki et al., Extended Abstracts of
the 19th Conf.on Solid State Devices and Material
s, Tokyo, 1987, p. 475).
(7)次に温度を650℃に上げて第3図(H)に示すよ
うにGaAsをMOCVDで成長してエピタキシャル成長層19を
得る。ここで反応管内圧力は20torr、流量はTMGが2scc
m、AsH3が40sccmである。MOCVDによる成長層19の厚さが
デバイスの必要な値(例えば3μm)に達したら成長を
停止する。(7) Next, the temperature is raised to 650 ° C., and GaAs is grown by MOCVD as shown in FIG. Here, the pressure inside the reaction tube is 20 torr, and the flow rate is 2 scc for TMG.
m, AsH 3 is 40 sccm. When the thickness of the growth layer 19 by MOCVD reaches a value required for the device (for example, 3 μm), the growth is stopped.
このようにして得たエピタキシャル成長層は優れた結
晶性を示した。従来の2段階成長で108個/cm2台あった
転位密度が本実施例のサンプルの場合、106個/cm2台に
減少した。また表面の平坦性が大幅に向上した。The epitaxially grown layer thus obtained exhibited excellent crystallinity. The dislocation density, which was 10 8 / cm 2 in the conventional two-stage growth, was reduced to 10 6 / cm 2 in the case of the sample of this example. In addition, the flatness of the surface was greatly improved.
第4図に本発明の別の実施例を示す。上述の実施例で
は最初にAlAsを100分子層成長しているが、AlAsを2分
子層成長した後はGaAsの原子層エピタキシに移行しても
よい。第4図において、11は(100)面Si基板であり、
この上にAs原子層、Al原子層、As原子層を成長させると
上述のようにAlAs2分子層14とさらに1つのAs原子層が
成長する。その後はこのAs原子層上にGa原子層、As原子
層と交互に成長させることにより、原子層生長によるGa
Asバッファ層16が得られる。ある程度のバッファ層16を
原子層成長した後は、温度を上げMOCVDで必要な厚さのG
aAs層19を成長させる。GaAsやAlAsを原子層オーダで制
御しながら成長できる方法は上述のような原子層エピタ
キシに限らない。目的とする原子層の成長ができる方法
であれば良く、例えばMBEを変形したマイグレーション
増進エピタキシ(migration enhanced epitaxy)(Y.Ho
rikoshi et al.:Jpn.J.Appl.Phys.25(1986)L868)やM
OCVDを変形した流量変調エピタキシ(flow−rate modul
ated epitaxy)(N.Kobayashi et al.:Jpn.J.Appl.Phy
s.25(1986)L513)等でも、同様な成長ができる。ま
た、通常のMOCVDやMBEの装置でも原理的には実施でき
る。これらの成長方法の差は、1原子層成長に対する完
全性であり、この点に関して現在の技術レベルでは原子
層エピタキシが最も優れているので結晶成長上好まし
い。FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In the above embodiment, 100 molecular layers of AlAs are first grown, but after growing two molecular layers of AlAs, the process may shift to atomic layer epitaxy of GaAs. In FIG. 4, reference numeral 11 denotes a (100) plane Si substrate,
When an As atomic layer, an Al atomic layer, and an As atomic layer are grown thereon, the AlAs 2 molecular layer 14 and one more As atomic layer grow as described above. After that, the Ga atomic layer and the As atomic layer are alternately grown on this As atomic layer, so that the Ga atomic layer grows.
As a buffer layer 16 is obtained. After growing a certain amount of the buffer layer 16 in the atomic layer, the temperature is increased and the thickness of G required for MOCVD is increased.
The aAs layer 19 is grown. The method of growing GaAs and AlAs while controlling them in the atomic layer order is not limited to the atomic layer epitaxy described above. Any method capable of growing a target atomic layer may be used, for example, migration enhanced epitaxy (Y.Ho.)
rikoshi et al .: Jpn.J.Appl.Phys. 25 (1986) L868) and M
A flow-modulated epitaxy modified from OCVD
ated epitaxy) (N.Kobayashi et al .: Jpn.J.Appl.Phy
s. 25 (1986) L513) and similar growth can be achieved. In addition, it can be carried out in principle using an ordinary MOCVD or MBE apparatus. The difference between these growth methods is completeness with respect to single atomic layer growth, and in this regard, atomic layer epitaxy is the best at the current state of the art, and is preferred for crystal growth.
原子層成長の際不純物を添加することもできる。例え
ばAl層中にSiを添加してn型にしたり、As層中にSiを添
加してp型にしたりしてもよい。Impurities can be added during atomic layer growth. For example, Si may be added to the Al layer to make it n-type, or Si may be added to the As layer to make it p-type.
また成長層の成長もMOCVDに限らず、液相、気相の種
々の方法を利用できる。The growth of the growth layer is not limited to MOCVD, and various methods of liquid phase and gas phase can be used.
ところでSi上のGaAsを例として述べてきたが、他の下
地結晶、成長結晶を用いることもできる。特に、下地結
晶がSi、Geのような単元素半導体の場合に、島状成長を
防止し、平坦な面を持つエピタキシャル層を成長する効
果が大きい。本発明の最も特徴的な点はAs原子層上に約
2倍の面密度を持つAl原子層を成長し、この上に成長を
続けることである。By the way, GaAs on Si has been described as an example, but other underlying crystals and grown crystals can also be used. In particular, when the underlying crystal is a single element semiconductor such as Si or Ge, the effect of preventing island growth and growing an epitaxial layer having a flat surface is great. The most characteristic point of the present invention is that an Al atomic layer having an area density about twice as large as that of an Al atomic layer is grown on the As atomic layer, and is continuously grown thereon.
GaAsを成長させる場合、AlAsはほぼGaAsと格子整合す
る物質であり、Siは約4%位GaAsより小さい格子定数を
持つ。一方InPは約4%位GaAsより大きい格子定数を持
つ。When GaAs is grown, AlAs is a material that lattice-matches almost with GaAs, and Si has a lattice constant smaller than about 4% GaAs. On the other hand, InP has a lattice constant larger than about 4% GaAs.
Siの上にInPを成長する場合は、Si基板の上に2分子
層以上のAlAs分子層を付け、次にGaAsを例えば1μm成
長した後、InPを所定の厚みまで成長する。When InP is grown on Si, two or more AlAs molecular layers are formed on a Si substrate, GaAs is grown to a thickness of, for example, 1 μm, and InP is grown to a predetermined thickness.
単元素半導体の基板の場合よりも効果は低いが、下地
結晶として、GaP、GaAs、InxGa1-xAs(X≦0.02)等を
用いることもできる。 また成長層は、AlAs分子層との
なじみがよい、AlAsとの格子不整が5%以下の閃亜鉛型
結晶構造を持つIII−V族化合物半導体(混晶を含む)
を成長することができる。Although the effect is lower than in the case of a single element semiconductor substrate, GaP, GaAs, In x Ga 1 -x As (X ≦ 0.02) or the like can be used as a base crystal. The growth layer has good compatibility with the AlAs molecular layer, and has a zinc-blende type crystal structure having a lattice mismatch with AlAs of 5% or less (including mixed crystals).
Can grow.
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば基板と成長層の
格子定数が異なるヘテロエピタキシャル結晶の成長に対
して最初から単結晶が成長できる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a single crystal can be grown from the beginning with respect to the growth of a heteroepitaxial crystal in which the substrate and the growth layer have different lattice constants.
このため、成長層の品質を向上させる効果があり、こ
れを材料としたデバイスの性能向上に寄与するところが
大きい。Therefore, there is an effect of improving the quality of the growth layer, which greatly contributes to the improvement of the performance of a device using the material.
第1図(A)〜(D)は本発明の原理説明図であり、そ
れぞれ結晶の断面図、 第2図(A)〜(C)は従来技術の2段階成長によるSi
上のGaAs成長を説明する断面図、 第3図(A)〜(H)は本発明の実施例によるSi上のGa
As成長を説明する断面図、 第4図は本発明の他の実施例によるSi上のGaAs成長を説
明する断面図である。図において、 1……下地結晶 3……As層 5……Al層 7……AlAsまたは目的物のバッファ層 9……目的物の層 11……Si基板 13……As層 15……Al層 13−i……バッファ層内のAs層 15−i……バッファ層内のAl層 17……バッファ層 19……エピタキシャル成長層 14……AlAs2分子層 16……GaAsバッファ層 21……Si基板 23……GaAsバッファ層 25……GaAs単結晶1 (A) to 1 (D) are explanatory views of the principle of the present invention, each showing a cross-sectional view of a crystal, and FIGS. 2 (A) to 2 (C) are diagrams showing a conventional two-stage Si growth.
3 (A) to 3 (H) are cross-sectional views illustrating the growth of GaAs on Si.
FIG. 4 is a sectional view for explaining GaAs growth on Si according to another embodiment of the present invention. In the figure, 1... Underlying crystal 3... As layer 5... Al layer 7... AlAs or target buffer layer 9... Target layer 11... Si substrate 13. 13-i ... As layer in buffer layer 15-i ... Al layer in buffer layer 17 ... Buffer layer 19 ... Epitaxial growth layer 14 ... AlAs2 molecular layer 16 ... GaAs buffer layer 21 ... Si substrate 23 …… GaAs buffer layer 25 …… GaAs single crystal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−296672(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/203 H01L 21/205 C30B 23/00 - 25/00 C30B 29/00────────────────────────────────────────────────── (5) References JP-A-1-296672 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/203 H01L 21/205 C30B 23 / 00-25/00 C30B 29/00
Claims (3)
の上にAsを分子または水素化物の形で供給してAs層
(3)を約1原子層形成する第1準備工程と、 次にAlを分子または有機金属ガスの形で供給してAl層
(5)を約1原子層形成する第2準備工程と、 その後、下地結晶と異なる格子定数でAlAsの格子定数に
対して±5%以内の格子不整を持つIII−V族化合物半
導体(9)を成長する成長工程とを含む化合物半導体の
成長方法。An underlayer crystal made of one of Si and Ge (1)
A first preparation step in which As is supplied in the form of molecules or hydrides to form an As layer (3) of about one atomic layer, and then Al is supplied in the form of molecules or organometallic gas to form an Al layer A second preparation step of forming about one atomic layer of (5), and thereafter, a III-V compound semiconductor having a lattice mismatch different from that of the base crystal and within ± 5% of the lattice constant of AlAs (9) A growing step of growing a compound semiconductor.
子または水素化物の形で供給し、下地結晶上にストイキ
オメトリ以上に付着していたAlと2分子層のAlAs層を作
る工程を含む請求項1記載の化合物半導体の成長方法。2. Following the second preparation step, As is further supplied in the form of a molecule or a hydride to form a bimolecular AlAs layer with Al adhering to stoichiometry or more on the underlying crystal. 2. The method for growing a compound semiconductor according to claim 1, comprising a step.
1準備サイクルとし、複数回の準備サイクルを行った
後、前記成長工程に移る請求項1の化合物半導体の成長
方法。3. The compound semiconductor growth method according to claim 1, wherein the pair of the first preparation step and the second preparation step is one preparation cycle, and after performing a plurality of preparation cycles, the method proceeds to the growth step.
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