JP2987163B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シリコン基板上に化合物半導体層を形成し
てなる半導体装置の製造方法に関する。
てなる半導体装置の製造方法に関する。
［従来の技術］ 第４図はシリコン基板上にIII−Ｖ属化合物半導体を
形成した構造の断面図である。シリコン基板２の格子定
数ｄ＝5.43であるのに対し、ガリウムひ素の格子定数ｄ
＝5.653と、格子定数が異なることに起因し、両者の界
面にミスフィット転位が多く発生し、このような転位が
拡大して半導体層３の貫通転位となる。このようなミス
フィット転位は、通常108〜109cm-2程度存在することが
知られている。
形成した構造の断面図である。シリコン基板２の格子定
数ｄ＝5.43であるのに対し、ガリウムひ素の格子定数ｄ
＝5.653と、格子定数が異なることに起因し、両者の界
面にミスフィット転位が多く発生し、このような転位が
拡大して半導体層３の貫通転位となる。このようなミス
フィット転位は、通常108〜109cm-2程度存在することが
知られている。
このようなミスフィット転位を減少させて半導体層３
の結晶性を改善するために、従来ではアルシンAsH3雰囲
気中にて700〜900℃の温度で熱処理を行い、前記転位の
拡大を阻止するようにしている。前記熱処理は、電気炉
またはランプアニールなどの装置が用いられ、蒸気圧が
比較的高いひ素Asが加熱中に半導体層３から蒸発してし
まうのを防ぐために、前記アルシンガス中にて熱処理を
行うようにしている。
の結晶性を改善するために、従来ではアルシンAsH3雰囲
気中にて700〜900℃の温度で熱処理を行い、前記転位の
拡大を阻止するようにしている。前記熱処理は、電気炉
またはランプアニールなどの装置が用いられ、蒸気圧が
比較的高いひ素Asが加熱中に半導体層３から蒸発してし
まうのを防ぐために、前記アルシンガス中にて熱処理を
行うようにしている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら前述したような熱処理によれば、転位の
密度をたとえば２桁以上低下させることが困難であると
いう問題点がある。
密度をたとえば２桁以上低下させることが困難であると
いう問題点がある。
本発明の目的は、上述の技術的課題を解消し、得られ
る半導体装置の結晶性が格段に改善される半導体装置の
製造方法を提供することである。
る半導体装置の結晶性が格段に改善される半導体装置の
製造方法を提供することである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、シリコンから成る半導体基板上に形成され
た化合物半導体層上に、該半導体層の溶融温度より高
く、かつ電気絶縁性の材料からなる被覆層を形成し、 該被覆層上から該被覆層を介して前記半導体層にレー
ザ光を照射して前記半導体層を微小なドット状に溶融し
てLEDが形成される微小な領域ごとに再結晶させるよう
にしたことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
た化合物半導体層上に、該半導体層の溶融温度より高
く、かつ電気絶縁性の材料からなる被覆層を形成し、 該被覆層上から該被覆層を介して前記半導体層にレー
ザ光を照射して前記半導体層を微小なドット状に溶融し
てLEDが形成される微小な領域ごとに再結晶させるよう
にしたことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
［作 用］ 本発明に従えば、シリコンから成る半導体基板上に化
合物半導体層を形成し、その半導体層上に溶融温度が該
半導体層の溶融温度より高く、かつ電気絶縁性の材料か
らなる被覆層を形成する。この後、被覆層上から被覆層
を介して半導体層にレーザ光を照射して、半導体層を微
小なドット状に溶融してLEDが形成される微小な領域ご
とに再結晶させるようにする。これによってLEDが形成
される微小な領域内での転位密度が大幅に低減できる。
すなわち、広い領域ごとに再結晶化させると、転位密度
を低減するのが困難であり、LEDを形成する領域に転位
が発生する可能性が高くなる。また半導体層は被覆層で
被覆されるので、当該半導体層が比較的蒸気圧が大きい
成分を含む化合物半導体層であっても、前記蒸気圧の大
きい成分が蒸発してしまう事態を防ぐことができる。
合物半導体層を形成し、その半導体層上に溶融温度が該
半導体層の溶融温度より高く、かつ電気絶縁性の材料か
らなる被覆層を形成する。この後、被覆層上から被覆層
を介して半導体層にレーザ光を照射して、半導体層を微
小なドット状に溶融してLEDが形成される微小な領域ご
とに再結晶させるようにする。これによってLEDが形成
される微小な領域内での転位密度が大幅に低減できる。
すなわち、広い領域ごとに再結晶化させると、転位密度
を低減するのが困難であり、LEDを形成する領域に転位
が発生する可能性が高くなる。また半導体層は被覆層で
被覆されるので、当該半導体層が比較的蒸気圧が大きい
成分を含む化合物半導体層であっても、前記蒸気圧の大
きい成分が蒸発してしまう事態を防ぐことができる。
またこのような成分の蒸発を防ぐにあたり、半導体基
板を前記蒸気圧の高い成分を含有する雰囲気ガス中に設
置して加熱処理を行う必要がなく、極めて容易に結晶性
を改善することができる。このような結晶性の改善は、
半導体層が形成される半導体基板が単結晶、多結晶また
は非晶質のいずれであっても拘わりなく実現される。
板を前記蒸気圧の高い成分を含有する雰囲気ガス中に設
置して加熱処理を行う必要がなく、極めて容易に結晶性
を改善することができる。このような結晶性の改善は、
半導体層が形成される半導体基板が単結晶、多結晶また
は非晶質のいずれであっても拘わりなく実現される。
［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の製造方法を説明する系統
図である。半導体基板としてのシリコン基板11上には、
後述するような有機金属熱分解気相成長法（以下、MOCV
D法と称する）により、ガリウムひ素などのIII−Ｖ属化
合物半導体などからなる化合物半導体層12が、層厚t1
（例として１〜２μｍ）で形成される。この化合物半導
体層12上には、溶融温度が半導体層12よりも高く、かつ
電気絶縁性を有する材料、たとえば酸化シリコンSiO2な
どからなる被覆層13が、スパッタリングや蒸着などによ
って形成される。
図である。半導体基板としてのシリコン基板11上には、
後述するような有機金属熱分解気相成長法（以下、MOCV
D法と称する）により、ガリウムひ素などのIII−Ｖ属化
合物半導体などからなる化合物半導体層12が、層厚t1
（例として１〜２μｍ）で形成される。この化合物半導
体層12上には、溶融温度が半導体層12よりも高く、かつ
電気絶縁性を有する材料、たとえば酸化シリコンSiO2な
どからなる被覆層13が、スパッタリングや蒸着などによ
って形成される。
このように半導体層12および被覆層13が形成されたシ
リコン基板11に対し、レーザ発振器14からレーザ光15を
照射し、被覆層13を介して半導体層12の被照射領域を数
μ秒の期間だけ溶融させ直ちに凝固させる。このとき用
いられるレーザ発振器14は、たとえば0.3W〜10Wのアル
ゴンレーザ発振器が用いられる。発生されるレーザ光15
は、たとえば波長5145Åであり、ビーム径は60μｍφ以
下（好適には40μｍφ付近）に選ぶ。ビーム径が60μｍ
φ以下であれば、溶融は微小なドット状になり、微小な
ドット状の領域ごとに再結晶され、微小な領域内では転
位密度が大幅に低減できる。60μｍφを越えると結晶領
域が広くなり、転位密度が低下されず結晶性が劣化する
ことが確認された。
リコン基板11に対し、レーザ発振器14からレーザ光15を
照射し、被覆層13を介して半導体層12の被照射領域を数
μ秒の期間だけ溶融させ直ちに凝固させる。このとき用
いられるレーザ発振器14は、たとえば0.3W〜10Wのアル
ゴンレーザ発振器が用いられる。発生されるレーザ光15
は、たとえば波長5145Åであり、ビーム径は60μｍφ以
下（好適には40μｍφ付近）に選ぶ。ビーム径が60μｍ
φ以下であれば、溶融は微小なドット状になり、微小な
ドット状の領域ごとに再結晶され、微小な領域内では転
位密度が大幅に低減できる。60μｍφを越えると結晶領
域が広くなり、転位密度が低下されず結晶性が劣化する
ことが確認された。
このような微小なドット状の領域を溶融するには、前
述のレーザ光をパルス状に発振させる。たとえば半導体
層12上にpn接合層を形成してLEDアレイを形成しようと
する場合、個々のLEDに対応する微少な領域をドット状
に再結晶化させることができる。
述のレーザ光をパルス状に発振させる。たとえば半導体
層12上にpn接合層を形成してLEDアレイを形成しようと
する場合、個々のLEDに対応する微少な領域をドット状
に再結晶化させることができる。
また、半導体層12は溶融温度が半導体層12よりも高い
被覆層13で被覆されるため、半導体層12が前述のように
ガリウムひ素などの化合物半導体層からなり、しかもひ
素Asの蒸気圧が比較的高い場合、溶融状態にあってもひ
素Asが蒸発してしまう事態を防ぐことができる。しかも
この蒸発を防ぐにあたり、従来技術の項で述べたよう
に、シリコン基板11をアルシンガスAsH3雰囲気中におい
て熱処理を行うための装置を必要とせず、極めて容易に
前記再結晶を行うことができる。
被覆層13で被覆されるため、半導体層12が前述のように
ガリウムひ素などの化合物半導体層からなり、しかもひ
素Asの蒸気圧が比較的高い場合、溶融状態にあってもひ
素Asが蒸発してしまう事態を防ぐことができる。しかも
この蒸発を防ぐにあたり、従来技術の項で述べたよう
に、シリコン基板11をアルシンガスAsH3雰囲気中におい
て熱処理を行うための装置を必要とせず、極めて容易に
前記再結晶を行うことができる。
第２図は前述したMOCVD法による製造装置18の構成を
示す系統図であり、第３図は半導体層12の製造工程を説
明するグラフである。製造装置18には、たとえば石英な
どから形成される反応管19が設けられ、内部にシリコン
カーバイドSiCでグラファイトを被覆したサセプタ20が
配置され、その上にシリコン基板11が乗載される。反応
管19には、高周波コイル21が巻回されており、高周波電
力が供給されてサセプタ20が誘導加熱される。
示す系統図であり、第３図は半導体層12の製造工程を説
明するグラフである。製造装置18には、たとえば石英な
どから形成される反応管19が設けられ、内部にシリコン
カーバイドSiCでグラファイトを被覆したサセプタ20が
配置され、その上にシリコン基板11が乗載される。反応
管19には、高周波コイル21が巻回されており、高周波電
力が供給されてサセプタ20が誘導加熱される。
前記反応管19に連通される管路28には、トリメチルガ
リウム（以下、TMGと略す）ガス発生装置22とアルシン
ガス発生装置23とが、それぞれマスフローコントローラ
24,25および流量弁26,27をそれぞれ介して接続される。
前記管路28には水素ガスまたはアルゴンガスなどのキャ
リアガスなどが供給される。
リウム（以下、TMGと略す）ガス発生装置22とアルシン
ガス発生装置23とが、それぞれマスフローコントローラ
24,25および流量弁26,27をそれぞれ介して接続される。
前記管路28には水素ガスまたはアルゴンガスなどのキャ
リアガスなどが供給される。
半導体層12を形成するにあたり常法に従って、洗滌さ
れたシリコン基板11をサセプタ20上に乗載し、反応管１
の内部を真空にし、第３図期間P1に亘り高周波コイル21
によりシリコン基板11を所定の温度T3（例として900〜9
50℃）でサーマルクリーニングする。引き続く期間P2で
は、シリコン基板11の温度をT1（400〜450℃好ましくは
420℃）に設定し、流量弁２を開いてTMGガスおよびアル
シンガスを反応管19内に供給する。この状態でシリコン
基板11上には、非晶質のガリウムひ素が形成される。
れたシリコン基板11をサセプタ20上に乗載し、反応管１
の内部を真空にし、第３図期間P1に亘り高周波コイル21
によりシリコン基板11を所定の温度T3（例として900〜9
50℃）でサーマルクリーニングする。引き続く期間P2で
は、シリコン基板11の温度をT1（400〜450℃好ましくは
420℃）に設定し、流量弁２を開いてTMGガスおよびアル
シンガスを反応管19内に供給する。この状態でシリコン
基板11上には、非晶質のガリウムひ素が形成される。
引き続く期間P3では温度T2（例として620℃〜750℃）
に昇温し、アモルファス状態のガリウムひ素層が結晶化
する。また前記TMGガスとアルシンガスとを供給するこ
とにより、ガリウムひ素結晶が成長される。このように
してシリコン基板11上に、半導体層12が所定膜厚t1で形
成される。
に昇温し、アモルファス状態のガリウムひ素層が結晶化
する。また前記TMGガスとアルシンガスとを供給するこ
とにより、ガリウムひ素結晶が成長される。このように
してシリコン基板11上に、半導体層12が所定膜厚t1で形
成される。
本実施例では、前述したようにシリコン基板11上に２
段階成長法にて半導体層12を形成する。このような半導
体層12上に、前記被覆層13を形成してレーザ発振器14に
より再結晶化を行っている。これにより、前述したよう
に半導体層12の結晶性が格段に向上される。本発明の発
明者の実験によれば、半導体層12の60μｍ□の微少面積
内の転位密度は、104〜105cm-2程度に削減されたことが
確認されている。
段階成長法にて半導体層12を形成する。このような半導
体層12上に、前記被覆層13を形成してレーザ発振器14に
より再結晶化を行っている。これにより、前述したよう
に半導体層12の結晶性が格段に向上される。本発明の発
明者の実験によれば、半導体層12の60μｍ□の微少面積
内の転位密度は、104〜105cm-2程度に削減されたことが
確認されている。
本発明の化合物半導体層は、前記実施例ではガリウム
ひ素から成るものとして説明したが、本発明はシリコン
半導体基板と、その上に形成される化合物半導体層とが
ヘテロ結合されている際に発生する転位密度を低下しよ
うとするものであり、化合物半導体層の材料は前記実施
例に限定されるものではない。また用いられるレーザの
種類もアルゴンレーザに限定されず、本発明の権利範囲
を逸脱しない変形例は全て本件発明の精神に属するもの
である。
ひ素から成るものとして説明したが、本発明はシリコン
半導体基板と、その上に形成される化合物半導体層とが
ヘテロ結合されている際に発生する転位密度を低下しよ
うとするものであり、化合物半導体層の材料は前記実施
例に限定されるものではない。また用いられるレーザの
種類もアルゴンレーザに限定されず、本発明の権利範囲
を逸脱しない変形例は全て本件発明の精神に属するもの
である。
［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、被覆層上から被覆層を
介して、化合物半導体層にレーザ光を照射して、半導体
層を微小なドット状に熔融してLEDが形成される微小な
領域ごとに再結晶させるようにしている。これによって
前記微小な領域内の転位密度が大幅に低減される。また
半導体層は被覆層で被覆されているので、当該半導体層
が比較的蒸気圧が大きい成分を含む化合物半導体層であ
っても、前記蒸気圧の大きい成分が蒸発してしまう事態
を防ぐことができる。
介して、化合物半導体層にレーザ光を照射して、半導体
層を微小なドット状に熔融してLEDが形成される微小な
領域ごとに再結晶させるようにしている。これによって
前記微小な領域内の転位密度が大幅に低減される。また
半導体層は被覆層で被覆されているので、当該半導体層
が比較的蒸気圧が大きい成分を含む化合物半導体層であ
っても、前記蒸気圧の大きい成分が蒸発してしまう事態
を防ぐことができる。
またこのような成分の蒸発を防ぐにあたり、半導体基
板を前記蒸気圧の高い成分を含有する雰囲気ガス中に設
置して加熱処理を行う必要がなく、極めて容易に結晶性
を改善することができる。このような結晶性の改善は、
半導体層が形成される半導体基板が単結晶、多結晶また
は非晶質のいずれであっても拘わりなく実現される。
板を前記蒸気圧の高い成分を含有する雰囲気ガス中に設
置して加熱処理を行う必要がなく、極めて容易に結晶性
を改善することができる。このような結晶性の改善は、
半導体層が形成される半導体基板が単結晶、多結晶また
は非晶質のいずれであっても拘わりなく実現される。
第１図は本発明の一実施例を説明する系統図、第２図は
製造装置18の構成を示す系統図、第３図は半導体層12の
製造工程を説明するグラフ、第４図は従来例を説明する
断面図である。 11……シリコン基板、12……半導体層、13……被覆層、
14……レーザ発振器、15……レーザ光
製造装置18の構成を示す系統図、第３図は半導体層12の
製造工程を説明するグラフ、第４図は従来例を説明する
断面図である。 11……シリコン基板、12……半導体層、13……被覆層、
14……レーザ発振器、15……レーザ光
Claims (1)
- 【請求項１】シリコンから成る半導体基板上に形成され
た化合物半導体層上に、該半導体層の溶融温度より高
く、かつ電気絶縁性の材料からなる被覆層を形成し、 該被覆層上から該被覆層を介して前記半導体層にレーザ
光を照射して前記半導体層を微小なドット状に溶融して
LEDが形成される微小な領域ごとに再結晶させるように
したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34249589A JP2987163B2 (ja) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34249589A JP2987163B2 (ja) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03203315A JPH03203315A (ja) | 1991-09-05 |
| JP2987163B2 true JP2987163B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=18354192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34249589A Expired - Fee Related JP2987163B2 (ja) | 1989-12-29 | 1989-12-29 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2987163B2 (ja) |
-
1989
- 1989-12-29 JP JP34249589A patent/JP2987163B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03203315A (ja) | 1991-09-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |