JP3052399B2 - Method for manufacturing compound semiconductor film - Google Patents

Method for manufacturing compound semiconductor film

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JP3052399B2
JP3052399B2 JP3049103A JP4910391A JP3052399B2 JP 3052399 B2 JP3052399 B2 JP 3052399B2 JP 3049103 A JP3049103 A JP 3049103A JP 4910391 A JP4910391 A JP 4910391A JP 3052399 B2 JP3052399 B2 JP 3052399B2
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compound semiconductor
semiconductor film
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growth
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、発光ダイオード、半
導体レーザ、フォトダイオード、太陽電池あるいは電子
デバイスなどに広く用いられる化合物半導体膜を製造す
る方法に関し、特にアモルファス基板上に2回の成長工
程を経て結晶粒サイズの大きな化合物半導体膜を製造す
る方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a compound semiconductor film widely used in light emitting diodes, semiconductor lasers, photodiodes, solar cells, electronic devices, and the like. The present invention relates to a method for producing a compound semiconductor film having a large crystal grain size.

【0002】[0002]

【従来の技術】化合物半導体デバイスは、水平ブリッジ
マン法や引き上げ法などにより製造されたGaAsやI
nPなどのインゴットを所定厚さにスライスし、表面を
鏡面状に研磨してエッチングした基板上にGaAs、A
lGaAs、InP、InGaAsPなどそれぞれの基
板に格子整合させた化合物半導体をエピタキシャル成長
させ、さらに加工を施すことにより製造されている。あ
るいは、歪超格子や厚いバッファ層の導入によりGaA
s/SiやInGaAs/GaAsなどの格子定数の異
なった材料のエピタキシャル成長法による製造も試みら
れている。
2. Description of the Related Art Compound semiconductor devices are made of GaAs or I.D.
An ingot of nP or the like is sliced to a predetermined thickness, and GaAs, A
It is manufactured by epitaxially growing a compound semiconductor such as lGaAs, InP, InGaAsP and the like, which is lattice-matched to each substrate, and further processing the compound semiconductor. Alternatively, GaAs is introduced by introducing a strained superlattice or a thick buffer layer.
Attempts have also been made to manufacture materials having different lattice constants, such as s / Si and InGaAs / GaAs, by an epitaxial growth method.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の成長方法においては、成長時間の経過とともに
生成される核の数が増加し、核生成の制御に限界が生じ
るため、良質の大面積基板を得ることは困難である。
However, in the above-described conventional growth method, the number of nuclei generated increases with the elapse of the growth time, and the control of nucleation is limited. It is difficult to get.

【0004】たとえばGaAs基板の場合、直径が3イ
ンチまでのウエハが市販されているにすぎない。また、
GaAsやInPをはじめとする化合物半導体基板は高
価であるため、この基板上に作製されるデバイスのコス
トアップを招くことになる。
For example, in the case of a GaAs substrate, a wafer having a diameter of up to 3 inches is only commercially available. Also,
Since compound semiconductor substrates such as GaAs and InP are expensive, the cost of devices manufactured on these substrates is increased.

【0005】一方、安価なSiを半導体基板として用い
た場合には、たとえば基板上に形成されるGaAsとS
i基板との間に4%程度の格子不整合があるため、歪超
格子やバッファ層を導入しても成長した膜内には好まし
くない転移が残る。
On the other hand, when inexpensive Si is used as a semiconductor substrate, for example, GaAs and S
Since there is a lattice mismatch of about 4% with the i-substrate, even if a strained superlattice or a buffer layer is introduced, an undesired dislocation remains in the grown film.

【0006】さらに、結晶成長は高温で行われるため、
基板と成長した膜との熱膨張係数の差が問題となる。す
なわち、両者に大きな差がある場合には、成長温度で格
子整合したとしても室温まで冷却されると膜面に応力が
発生するという問題があった。
Further, since crystal growth is performed at a high temperature,
The difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate and the grown film becomes a problem. That is, when there is a large difference between them, there is a problem that stress is generated on the film surface when cooled to room temperature even if lattice matching is performed at the growth temperature.

【0007】この発明は、上記した従来の問題点を解決
するためになされたもので、有機金属気相成長法(MO
VPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)を
用いて結晶性の良好な半導体膜をアモルファス基板上に
形成させる方法を提供することを目的とするものであ
る。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and is directed to a metal organic chemical vapor deposition (MO) method.
It is an object of the present invention to provide a method for forming a semiconductor film having good crystallinity on an amorphous substrate by using VPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy).

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は、有機金属気
相成長法を用いてアモルファス基板上へ結晶成長原料を
供給して基板表面に化合物半導体膜を形成する方法であ
って、アモルファス基板を予め反応室内に導入して、基
板温度を高温状態としておき、キャリアガスにより希釈
されたIII族元素原料およびV族元素原料とをそれぞれ
モル流量を制御しながら導入管を通じて前記反応室内に
供給し、前記高温状態に保たれた基板上に前記両原料の
反応生成物として微小な結晶核を形成させる第1成長工
程と、前記第1成長工程の後に反応室内の雰囲気を昇温
して基板温度をさらに高温化させ、結晶核が形成されて
いる前記基板上に前記各原料を供給して結晶核を成長さ
せる第2成長工程とを少なくとも包含する化合物半導体
膜の製造方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for forming a compound semiconductor film on the surface of a substrate by supplying a crystal growth raw material onto the amorphous substrate using metal organic chemical vapor deposition. Introduced into the reaction chamber in advance, keeping the substrate temperature in a high temperature state, supplying the Group III element raw material and the Group V element raw material diluted by the carrier gas into the reaction chamber through the introduction pipe while controlling the respective molar flow rates, A first growth step of forming minute crystal nuclei as a reaction product of the two raw materials on the substrate kept in the high temperature state; and elevating the atmosphere in the reaction chamber after the first growth step to reduce the substrate temperature. A second growth step of further raising the temperature and supplying each of the raw materials onto the substrate on which the crystal nuclei are formed to grow the crystal nuclei.

【0009】この発明では、供給される原料を、III
族元素材料としてAl,Ga、In、その他のIII族
単体金属、あるいはそれらの有機金属化合物からなる群
より選択することができる。前記有機金属化合物として
は、例えばAl(CH、Al(C、G
a(CH、Ga(C、In(CH
、In(Cなどを挙げることができる。ま
た、V族元素材料としてP、As,Sb、その他のV族
元素の水素化物、あるいはそれらの有機金属化合物から
なる群より選択することができる。前記有機金属化合物
としては、例えばP(CH、P(C
As(CH、As(C、Sb(C
、Sb(Cなどを挙げることができ
る。
In the present invention, the raw material supplied is selected from the group consisting of III
The group element material can be selected from the group consisting of Al, Ga, In, other group III elemental metals, or organometallic compounds thereof. Examples of the organometallic compound include Al (CH 3 ) 3 , Al (C 2 H 5 ) 3 , and G
a (CH 3 ) 3 , Ga (C 2 H 5 ) 3 , In (CH 3 )
3 and In (C 2 H 5 ) 3 . In addition, P, As, Sb , and other V group materials are used as group V element materials.
It can be selected from the group consisting of element hydrides or their organometallic compounds. Examples of the organometallic compound include P (CH 3 ) 3 , P (C 2 H 5 ) 3 ,
As (CH 3 ) 3 , As (C 2 H 5 ) 3 , Sb (C
H 3 ) 3 and Sb (C 2 H 5 ) 3 .

【0010】また原料を希釈するキャリアガスとして
は、両原料と不活性のガスであれば使用でき、例えばH
2、N2、Heなどのガスから選択することができる。
As a carrier gas for diluting the raw materials, any gas which is inert with both raw materials can be used.
It can be selected from gases such as 2 , N 2 and He.

【0011】基板上に化合物半導体物質からなる結晶を
成長させる場合、結晶のサイズは成長温度条件によって
決まる。したがって、この発明では、微小な結晶核を形
成させる第1成長工程では、基板上に800℃以上10
00℃未満の温度範囲にある雰囲気中においてデポジシ
ョンが起こるように結晶核を形成させ、続く結晶核を成
長させる第2成長工程として、第1成長工程における成
長温度に比較して高温度で、しかも1000℃以下の範
囲とした雰囲気中にて原料を供給させることが好まし
い。
When a crystal made of a compound semiconductor material is grown on a substrate, the size of the crystal is determined by the growth temperature conditions. Therefore, according to the present invention, in the first growth step for forming minute crystal nuclei, the temperature of 800 ° C.
As a second growth step of forming a crystal nucleus so that deposition occurs in an atmosphere having a temperature range of less than 00 ° C. and growing the subsequent crystal nucleus, at a higher temperature than the growth temperature in the first growth step, In addition, it is preferable to supply the raw materials in an atmosphere having a temperature of 1000 ° C. or lower.

【0012】すなわち、下記(1)式の温度条件を満足
する雰囲気中にて処理を行なうことにより、 800℃≦第1成長工程<第2成長工程≦1000℃ (1) アモルファス基板上にはほとんどデポジションが起こら
ず、前記第1成長工程での結晶成長処理で形成された結
晶核のサイズを大きくすることができ、結晶性の良好な
化合物半導体膜をアモルファス基板上に形成することが
できる。
That is, by performing the treatment in an atmosphere that satisfies the temperature condition of the following equation (1), 800 ° C. ≦ first growth step <second growth step ≦ 1000 ° C. Deposition does not occur, the size of the crystal nuclei formed by the crystal growth processing in the first growth step can be increased, and a compound semiconductor film having good crystallinity can be formed on the amorphous substrate.

【0013】またこの発明では、前記温度条件を満足
し、しかも反応室内の圧力が1Torr以上760To
rr以下の範囲であって、第2成長工程における成長圧
力を第1成長工程における成長圧力以下の設定して結晶
核成長を行なうことがより好ましい。
In the present invention, the temperature condition is satisfied, and the pressure in the reaction chamber is 1 Torr or more and 760 Ton.
A following range rr, it is more preferred that the growth pressure in the second growth step by setting the following growth pressure of the first growth step is performed crystal nuclei growth.

【0014】すなわち、下記(1)及び(2)式の温度
条件および圧力条件を同時に満足する雰囲気にて処理を
行なうことが好適である。 800℃≦第1成長工程<第2成長工程≦1000℃ (1) 1Torr≦第2成長工程≦第1成長工程≦760Torr (2) 上記温度条件および圧力条件を同時に満足する雰囲気中
にて処理を行なうことにより、第2成長工程では第1成
長工程においてアモルファス基板上に形成された結晶核
へ原料が吸収されてそのサイズを大きくすることがで
き、より結晶性の良好な化合物半導体膜をアモルファス
基板上に形成することができる。
That is, it is preferable to perform the treatment in an atmosphere that simultaneously satisfies the temperature conditions and pressure conditions of the following equations (1) and (2). 800 ° C. ≦ first growth step <second growth step ≦ 1000 ° C. (1) 1 Torr ≦ second growth step ≦ first growth step ≦ 760 Torr (2) The treatment is performed in an atmosphere that satisfies the above temperature conditions and pressure conditions simultaneously. By doing so, in the second growth step, the raw material can be absorbed into the crystal nuclei formed on the amorphous substrate in the first growth step and the size thereof can be increased, and the compound semiconductor film having better crystallinity can be formed on the amorphous substrate. Can be formed on.

【0015】また、第1成長工程および第2成長工程に
おいて、III族元素原料とV族元素原料は、別々の導入
管からキャリアガスに希釈されて反応室内に供給される
が、そのモル流量の比V/IIIは通常5〜200となる
ような範囲で流入される。
In the first growth step and the second growth step, the group III element source and the group V element source are diluted into a carrier gas through separate introduction pipes and supplied into the reaction chamber. The ratio V / III is usually introduced in the range of 5 to 200.

【0016】また、反応室内への原料の供給時間は、反
応室内の温度(基板温度)、吸着種の単位時間あたりの
供給量、反応管の容積などによって異なるため一義的に
は定められないが、通常1秒〜数秒の範囲である。
Further, the supply time of the raw material into the reaction chamber is not uniquely determined because it depends on the temperature in the reaction chamber (substrate temperature), the supply amount of the adsorbed species per unit time, the volume of the reaction tube, and the like. , Usually in the range of one second to several seconds.

【0017】図3は、大気圧中におけるアモルファス基
板上へのGaAs結晶核の密度の成長温度依存性を示す
グラフである。GaAsの成長は、供給されるGaAs
の吸着種が基板の表面に吸着し、脱離を伴いながら表面
を拡散して、ある確率で臨界サイズ(エネルギ的に結晶
核として存在することができる最小の微結晶サイズ)を
超える安定な核を生成する。図3では、成長温度が高い
程、核の生成密度が低くなることを示している。これ
は、高温では基板に吸着した吸着種表面での拡散長すな
わち核間の拡散距離が長くなるためで、吸着種の拡散距
離内に結晶核が存在すると、表面への吸着によるポテン
シャルエネルギの低下よりも原料同士の結合に基づくポ
テンシャルエネルギの低下の方が大きいため、表面吸着
種は既存の結晶核へ吸収される確率が高くなり、このた
め新たな結晶核を生成する確率が低くなる。
FIG. 3 is a graph showing the growth temperature dependence of the density of GaAs crystal nuclei on an amorphous substrate at atmospheric pressure. The growth of GaAs depends on the GaAs supplied.
Adsorbed species are adsorbed on the surface of the substrate and diffused on the surface with desorption, and with a certain probability, stable nuclei exceeding the critical size (the smallest crystallite size that can be present as a crystal nucleus energetically) Generate FIG. 3 shows that the higher the growth temperature, the lower the nucleus generation density. This is because, at high temperatures, the diffusion length on the surface of the adsorbed species adsorbed on the substrate, that is, the diffusion distance between nuclei becomes longer. If crystal nuclei exist within the diffusion distance of the adsorbed species, the potential energy decreases due to adsorption on the surface. Since the decrease in the potential energy based on the bond between the raw materials is larger than that, the probability that the surface adsorbed species is absorbed by the existing crystal nuclei is increased, and thus the probability of generating new crystal nuclei is reduced.

【0018】しかしながら、基板上には必ずある数の吸
着原子が存在しているため、新たな結晶核の生成確率は
厳密には0にはならない。このため、時間の経過ととも
に結晶核の数は増加し、核密度が高くなる。また、単位
時間あたりの原料供給量は、基板表面における吸着種の
密度変化に関与し、成長温度およびトータルの原料供給
量が一定でも単位時間あたりの原料供給量が多い場合に
は、結晶核の生成密度は高くなる。
However, since a certain number of adsorbed atoms always exist on the substrate, the probability of generating a new crystal nucleus is not strictly zero. For this reason, the number of crystal nuclei increases over time, and the nucleus density increases. Further, the supply amount of the raw material per unit time is related to the change in the density of the adsorbed species on the substrate surface, and even when the growth temperature and the total supply amount of the raw material are constant, the supply amount of the raw material per unit time is large. The production density is higher.

【0019】なお、減圧状態においてアモルファス基板
上へGaAs結晶核を形成させた場合には、大気圧中で
の形成に比較して、各成長温度におけるGaAs結晶核
の密度の値が小さくなる。
When GaAs crystal nuclei are formed on an amorphous substrate under reduced pressure, the value of the density of GaAs crystal nuclei at each growth temperature becomes smaller than when the GaAs crystal nuclei are formed at atmospheric pressure.

【0020】図4は、アモルファス基板上へのGaAs
膜厚の成長時間依存性を示すグラフである。同図に示さ
れるとおり、膜厚は成長時間に比例するが原点を通らな
い。結晶核の生成は、定性的には結晶生成に伴うポテン
シャルエネルギの減少量と、基板と結晶の界面エネルギ
の増大量、および結晶の表面エネルギの増大量で決ま
る。このため、臨界核を形成するのに必要な数以上の原
子が結合して初めて結晶核が生成する。結晶核形成後に
供給される原料は、たとえばGaの付着率がGaAs膜
上に対してよりもアモルファス基板上に対しての方が非
常に低いため、吸着種の多くは結晶の成長に費やされ
る。
FIG. 4 shows GaAs on an amorphous substrate.
5 is a graph showing the growth time dependence of the film thickness. As shown in the figure, the film thickness is proportional to the growth time but does not pass through the origin. The generation of crystal nuclei is qualitatively determined by the amount of decrease in the potential energy due to the formation of the crystal, the amount of increase in the interface energy between the substrate and the crystal, and the amount of increase in the surface energy of the crystal. For this reason, a crystal nucleus is generated only when a number of atoms or more necessary for forming a critical nucleus are bonded. The raw material supplied after the formation of the crystal nuclei has a much lower adhering rate of Ga on the amorphous substrate than on the GaAs film, for example, so that most of the adsorbed species are consumed for crystal growth.

【0021】また図4において、成長初期における成長
の遅れは、臨界核を形成するために必要な時間に相当
し、傾きはGaAs基板上への成長速度にほぼ一致する
ものである。
In FIG. 4, the growth delay in the initial stage of the growth corresponds to the time required to form a critical nucleus, and the inclination substantially coincides with the growth rate on the GaAs substrate.

【0022】[0022]

【作用】この発明では、有機金属気相成長法を用いてア
モルファス基板上に2回の成長工程を経て化合物半導体
膜を製造することとしたので、大きな結晶粒サイズを有
し、しかも核密度の高い結晶を成長させることができ
る。
According to the present invention, a compound semiconductor film is manufactured through two growth steps on an amorphous substrate using a metalorganic vapor phase epitaxy method. High crystals can be grown.

【0023】また、第2成長工程における基板温度を第
1成長工程における基板温度よりも高温に設定して結晶
成長を行なうこととしたので、吸着種の拡散距離を長く
し、しかもエネルギ的に不安定な吸着種の脱着確率を高
くすることで、アモルファス基板上への新たな核生成確
率を低下させることができ、第1成長工程で生成した結
晶核の数を保持したまま、その結晶核を成長させること
ができる。
Further, since the crystal growth is performed by setting the substrate temperature in the second growth step to be higher than the substrate temperature in the first growth step, the diffusion distance of the adsorbed species is lengthened and energy is not increased. By increasing the desorption probability of the stable adsorbed species, the probability of generating new nuclei on the amorphous substrate can be reduced, and the crystal nuclei generated while maintaining the number of crystal nuclei generated in the first growth step can be reduced. Can grow.

【0024】[0024]

【実施例】以下、この発明による化合物半導体膜の形成
方法について説明する。まず、基板1として用いるSi
2材料の前処理としてフッ化水素酸によるエッチング
を行なった。さらに基板1への不純物による結晶核の異
常発生を防ぐため、基板1を反応室となるチャンバ内に
導入して1000℃で15分間HClにさらして表面を
清浄化した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for forming a compound semiconductor film according to the present invention will be described below. First, Si used as the substrate 1
Etching with hydrofluoric acid was performed as a pretreatment of the O 2 material. Further, in order to prevent abnormal generation of crystal nuclei due to impurities in the substrate 1, the substrate 1 was introduced into a chamber serving as a reaction chamber and exposed to HCl at 1000 ° C. for 15 minutes to clean the surface.

【0025】その後、反応室内の温度を850℃まで降
温すると共に圧力を大気圧(760Torr)とし、温
度および圧力が一定となった後に、基板1に対して第1
回目の成長を行なった。III族元素原料としてGa(C
33(トリメチルガリウム)、またV族元素原料とし
てAsH3(アルシン)、さらにキャリアガスとしてH2
を用い、H2により希釈されたGa(CH33およびA
sH3をそれぞれ別々のガス導入管から反応室内へ導入
した。
After that, the temperature in the reaction chamber is lowered to 850 ° C. and the pressure is set to the atmospheric pressure (760 Torr).
A second growth was performed. Ga (C
H 3 ) 3 (trimethylgallium), AsH 3 (arsine) as a group V element material, and H 2 as a carrier gas
Using Ga (CH 3 ) 3 and A diluted with H 2
sH 3 was introduced into the reaction chamber from separate gas introduction tubes.

【0026】また、本成長工程において供給される各原
料のモル流量の比V/IIIを40となるように調整し、
また単位時間当りの原料供給量を2*10-5mol/m
inに設定して、原料を15秒間供給した。
Further, the ratio V / III of the molar flow rate of each raw material supplied in this growth step is adjusted to be 40,
The raw material supply amount per unit time is 2 * 10 -5 mol / m
The raw material was supplied for 15 seconds, set to in.

【0027】この結果、図1(a)および(b)に示さ
れるようにSiO2基板1上には直径約20nmのGa
As結晶核2が形成された。この条件下での基板1上へ
の成長速度は、厚み方向へ約3μm/hであった。形成
されたGaAs結晶核の間隔はおよそ30μmで、その
密度は約105cm-2 であった。
[0027] Consequently, FIGS. 1 (a) and a diameter of about 20nm is formed on SiO 2 substrate 1 as shown in (b) Ga
As crystal nuclei 2 were formed. The growth rate on the substrate 1 under these conditions was about 3 μm / h in the thickness direction. The distance between the formed GaAs crystal nuclei was about 30 μm, and the density was about 10 5 cm −2 .

【0028】第1回目の成長の後、反応室内の温度を8
80℃に昇温すると共に圧力を100Torrに減圧
し、温度および圧力が一定となった後に第2回目の成長
を行なった。第2回目の成長は、第1回目の成長と同様
にIII族元素原料としてGa(CH33、V族元素原料
としてAsH3、キャリアガスとしてH2を用い、供給さ
れる各原料のモル流量の比V/IIIを40となるように
調整し、また単位時間あたりの原料供給量を2*10-5
mol/minとして結晶成長を30分間行なうことに
より、図2(a)および(b)に示されるようにSiO
2基板1上にグレインのサイズが35μm程度のGaA
s膜3が形成された。
After the first growth, the temperature in the reaction chamber was reduced to 8
The temperature was raised to 80 ° C. and the pressure was reduced to 100 Torr. After the temperature and pressure became constant, the second growth was performed. The second growth uses Ga (CH 3 ) 3 as the group III element source, AsH 3 as the group V element source, and H 2 as the carrier gas in the same manner as the first growth. The flow rate ratio V / III was adjusted to be 40, and the raw material supply amount per unit time was 2 * 10 -5.
By performing the crystal growth for 30 minutes at mol / min, the SiO 2 is grown as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b).
2 GaAs having a grain size of about 35 μm on the substrate 1
The s film 3 was formed.

【0029】得られた膜には、格子不整合に伴う転移は
発生しておらず、またグレインについてX線回折ピーク
のロッキングカーブを測定したところ、バルクのGaA
sあるいはGaAsエピタキシャル膜に匹敵する全値半
角が得られた。
In the obtained film, no dislocation due to lattice mismatch occurred, and the rocking curve of the X-ray diffraction peak of the grains was measured.
A full-width half-width comparable to that of the s or GaAs epitaxial film was obtained.

【0030】以上、これまでアモルファス基板としてS
iO2基板を例にとり説明したが、基板の材質を限定す
るものではなく、例えば多成分系ガラスなどにも適用で
きる。また、成長条件を変化させることにより、GaA
sの成長法に対してだけでなくInP、AlGaAs、
InGaAsP、ZnS、ZnSe、CdTeなど種々
の半導体材料を適宜選択できる。さらに、1回目の成長
工程で形成される結晶核と、2回目の成長工程で形成さ
れる結晶を異なった原料を用いて成長させたものにも適
用できる。
As described above, an amorphous substrate has been
Although the description has been made by taking the iO 2 substrate as an example, the invention is not limited to the material of the substrate, and can be applied to, for example, a multi-component glass. In addition, by changing the growth conditions,
s growth method as well as InP, AlGaAs,
Various semiconductor materials such as InGaAsP, ZnS, ZnSe, and CdTe can be appropriately selected. Furthermore, the present invention can be applied to a crystal nucleus formed in the first growth step and a crystal formed in the second growth step grown using different raw materials.

【0031】[0031]

【発明の効果】この発明によれば、有機金属気相成長法
を用いて2回の成長工程を経てアモルファス基板上に化
合物半導体膜の製造を行なうので、核密度の高い結晶を
成長させることができる。また、2回目の成長工程では
1回目の成長工程で形成された微小な結晶が核として作
用し、これがさらに成長して大きなグレインサイズを有
し、結晶性の良好な化合物半導体膜をアモルファス基板
上に形成できる。したがって、従来の基板と比較して安
価でしかも大面積の化合物半導体基板を得ることができ
る。これにより、発光ダイオードをはじめとする種々の
化合物半導体デバイスのコスト低減の効果がある。
According to the present invention, a compound semiconductor film is manufactured on an amorphous substrate through two growth steps by using a metal organic chemical vapor deposition method, so that a crystal having a high nucleus density can be grown. it can. In the second growth step, the fine crystals formed in the first growth step act as nuclei, which further grow to have a large grain size and form a compound semiconductor film having good crystallinity on an amorphous substrate. Can be formed. Therefore, a compound semiconductor substrate that is inexpensive and has a large area can be obtained as compared with a conventional substrate. This has the effect of reducing the cost of various compound semiconductor devices including light emitting diodes.

【0032】さらに、成長した化合物半導体膜とアモル
ファス基板との間には強い化学結合が存在しないため、
熱膨張係数の差に基づく結晶内へのストレスを低減でき
る。
Further, since there is no strong chemical bond between the grown compound semiconductor film and the amorphous substrate,
Stress in the crystal based on the difference in thermal expansion coefficient can be reduced.

【0033】またさらに、結晶性でしかも大面積の基板
が得られる特徴を利用して、たとえば高効率の太陽電池
への応用が期待できる。
Further, by utilizing the feature that a crystalline and large-area substrate can be obtained, application to, for example, a high-efficiency solar cell can be expected.

【0034】[0034]

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

【図1】 (a)は本発明の第1成長工程でGaAs
結晶核が形成されたアモルファス基板の正面図、(b)
は(a)の平面図
FIG. 1A shows GaAs in a first growth step of the present invention.
Front view of an amorphous substrate on which crystal nuclei are formed, (b)
Is a plan view of FIG.

【図2】 (a)は本発明の第2成長工程を経てGaA
s結晶膜が形成されたアモルファス基板の正面図、
(b)は(a)の平面図
FIG. 2 (a) shows GaAs after a second growth step of the present invention.
front view of an amorphous substrate on which an s-crystal film is formed,
(B) is a plan view of (a).

【図3】 アモルファス基板へのGaAs成長におけ
る結晶核の密度の成長温度依存性を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing the growth temperature dependence of the density of crystal nuclei in GaAs growth on an amorphous substrate.

【図4】 アモルファス基板へのGaAs膜厚の成長
時間依存性を示すグラフ
FIG. 4 is a graph showing the growth time dependence of the GaAs film thickness on an amorphous substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アモルファス基板 2 GaAs結晶核 3 GaAs結晶 Reference Signs List 1 amorphous substrate 2 GaAs crystal nucleus 3 GaAs crystal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 H01L 21/365 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 H01L 21/365

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 有機金属気相成長法を用いたアモルフ
ァス基板への化合物半導体膜の製造方法であって、予め
反応室内に導入され、前記反応室内の雰囲気と共に高温
状態とされたアモルファス基板上に、キャリアガスによ
り希釈されたIII族元素原料およびキャリアガスにより
希釈されたV族元素原料とをそれぞれモル流量を制御し
ながら前記反応室内に導入管を通じて供給し、前記基板
上に前記両原料の反応生成物として微小な結晶核を形成
させる第1成長工程と、この後、前記反応室内を昇温
し、前記基板上に前記結晶核形成時の結晶形成原料の供
給を行なうことにより前記結晶核をさらに成長させる第
2成長工程とを少なくとも包含する化合物半導体膜の製
造方法。
1. A method for producing a compound semiconductor film on an amorphous substrate using a metalorganic vapor phase epitaxy method, wherein the compound semiconductor film is introduced into a reaction chamber in advance and placed on a high temperature state together with the atmosphere in the reaction chamber. Supplying a Group III element raw material diluted by a carrier gas and a Group V element raw material diluted by a carrier gas into the reaction chamber while controlling the molar flow rate respectively, through an introduction pipe, and reacting the two raw materials on the substrate. A first growth step of forming fine crystal nuclei as a product, and thereafter, the temperature of the reaction chamber is increased, and the crystal nuclei are supplied to the substrate at the time of forming the crystal nuclei by forming the crystal nuclei. A method for producing a compound semiconductor film, comprising at least a second growth step of further growing.
【請求項2】前記III族元素材料がAl,Ga、I
n、その他のIII族単体金属、あるいはそれらの有機
金属化合物からなる群より選択される材料であり、前記
V族元素材料がAs、P、Sb、その他のV族元素の水
素化物、あるいはそれらの有機金属化合物からなる群よ
り選択される材料である請求項1に記載の化合物半導体
膜の製造方法。
2. The group III element material is Al, Ga, I
n, another group III elemental metal, or a material selected from the group consisting of organometallic compounds thereof, wherein the group V element material is As, P, Sb , a hydride of another group V element , or a hydride thereof. The method for producing a compound semiconductor film according to claim 1, wherein the method is a material selected from the group consisting of organometallic compounds.
【請求項3】 前記基板上に微小な結晶核を形成させ
る第1成長工程と、前記基板上に形成された前記結晶核
をさらに成長させる第2成長工程とを、下記(1)式を
満足する雰囲気中にてそれぞれ行なう請求項1に記載の
化合物半導体膜の製造方法。 800℃≦第1成長工程<第2成長工程≦1000℃ (1)
3. A first growth step of forming fine crystal nuclei on the substrate and a second growth step of further growing the crystal nuclei formed on the substrate satisfy the following expression (1). 2. The method of manufacturing a compound semiconductor film according to claim 1, wherein the method is performed in an atmosphere in which the compound semiconductor film is formed. 800 ° C. ≦ first growth step <second growth step ≦ 1000 ° C. (1)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012214220A (en) * 2011-03-31 2012-11-08 Tai-Her Yang Treadle-drive eccentric transmission wheel system with periodically-varied speed ratio
KR102284058B1 (en) * 2011-04-15 2021-07-30 양태허 Treadle-drive eccentric wheel transmission wheel series with periodically varied speed ratio

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