JPH01223720A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH01223720A
JPH01223720A JP63050279A JP5027988A JPH01223720A JP H01223720 A JPH01223720 A JP H01223720A JP 63050279 A JP63050279 A JP 63050279A JP 5027988 A JP5027988 A JP 5027988A JP H01223720 A JPH01223720 A JP H01223720A
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JP
Japan
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layer
crystal
type
group
ingap
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Pending
Application number
JP63050279A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruo Nagai
治男 永井
Susumu Kondo
進 近藤
Shinichi Matsumoto
信一 松本
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH01223720A publication Critical patent/JPH01223720A/en
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  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To minimize an effect oil the deterioration of the performance of a semiconductor element of various crystal defects existing in high density in a crystal layer, and to improve the performance and reliability of the element, by using the crystal layer, in which micro spinodal decomposition is generated, as a hetero-epitaxial growth layer formed onto a substrate of a different kind. CONSTITUTION:An N-type GaAs layer 2 is formed on a face (100) N-type silicon substrate 1 through a normal-pressure MOVPE method, the surface of the silicon substrate 1 is thermally treated in a hydrogen atmosphere and cleaned, and an amorphous layer in approximately 100Angstrom is formed at a temperature of approximately 450 deg.C. An N-type InGaP layer 3 approximately lattice-matching with GaAs and a P-type InGaP layer 4 are grown onto the GaAs layer through a hydride VPE method. A crystal layer in the InGaP layer generates micro spinodal decomposition, and dislocation in a crystal is difficult to be moved. Accordingly, an ohmic electrode 5 composed of an Au-Zn-Ni alloy, etc., is shaped onto the surface of P-type InGaP acquired, and a mesa type light-emitting diode including the electrode 5 is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、経済的で信頼性に富んだ半導体装置に関し、
特に、エピタキシャル成長した■−■族やI[−VI族
の結晶がスピノーダル分解を生じている結晶層である半
導体装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an economical and highly reliable semiconductor device.
In particular, it relates to a semiconductor device in which the crystal layer is an epitaxially grown crystal of the group ■-■ or group I[-VI that undergoes spinodal decomposition.

〔従来技術〕[Prior art]

シリコン(Si)基板上にG a A s等の化合物半
導体をエピタキシャル成長させる技術は、(1)大面積
化が容易にできること、 (2)低価格が期待できること、 などの理由から盛んに研究が行われている。
The technology for epitaxially growing compound semiconductors such as GaAs on silicon (Si) substrates has been actively researched for the following reasons: (1) it can be easily grown into a large area, and (2) it can be expected to be inexpensive. It is being said.

そして、かなり良質な単結晶薄膜が得られることは多く
の研究結果より明かになっており、既に、GaAsのF
 E T (Field Effect Transi
stor)。
It has become clear from many research results that a fairly high-quality single crystal thin film can be obtained, and GaAs F
E T (Field Effect Transi
stor).

GaAs/GaAlAsのHB T (Heteroj
unction Bipolar T ransist
or)、GaAs/GaAlAsレーザ等が製作されて
いる。
GaAs/GaAlAs HB T (Heteroj
unction Bipolar Transist
or), GaAs/GaAlAs lasers, etc. have been manufactured.

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

しかしながら、これらのデバイスの特性や信頼性はまだ
極めて不十分な段階にある。その最大の理由はシリコン
(Si)基板と化合物半導体層との間の格子定数と熱膨
張係数との不整合にある。GaAs/SLを例にとれば
、格子定数で約4バーセント、熱膨張係数で約60パー
セントの差がある。
However, the characteristics and reliability of these devices are still at an extremely insufficient stage. The biggest reason for this is the mismatch between the lattice constant and thermal expansion coefficient between the silicon (Si) substrate and the compound semiconductor layer. Taking GaAs/SL as an example, there is a difference of about 4 percent in lattice constant and about 60 percent in thermal expansion coefficient.

これが原因となってSi上のG a A sには10’
/cm°2から10”/am−”の高密度で転位等の結
晶欠陥が存在し、また、10’dynas/a#程度の
引っ張り応力が存在していることが明らかにされている
This causes Ga As on Si to have 10'
It has been revealed that crystal defects such as dislocations exist at a high density of /cm°2 to 10"/am-", and that tensile stress of about 10'dynas/a# exists.

これらの欠陥や応力はデバイスの特性や信頼性に重大な
影響を及ぼす。FETではピンチオフ電圧又はしきい値
電圧のバラツキが生じ、HBTやレーザダイオードでは
特性の急速な劣化を招く。例えばGaAIAS/GaA
sレーザでは、報告された最も性能のよいものでも連続
動作させると、4時間程度の寿命しかないことからも明
らかである。
These defects and stresses have a significant impact on device characteristics and reliability. In FETs, variations in pinch-off voltage or threshold voltage occur, and in HBTs and laser diodes, characteristics rapidly deteriorate. For example, GaAIAS/GaA
It is clear that even the best-performing S laser reported has a lifetime of only about 4 hours when operated continuously.

そこで、欠陥や応力の低減のため、Si基板と化合物半
導体層との間に様々な構造のいわゆるバッファー層を形
成することが有効であると報告されている。特に、互い
に格子定数が異なり極めて薄い2種類以上の半導体結晶
層を多層に積み重ねた、いわゆる超格子バッファー層は
最も有望であるとされている。
Therefore, it has been reported that it is effective to form so-called buffer layers of various structures between the Si substrate and the compound semiconductor layer in order to reduce defects and stress. In particular, a so-called superlattice buffer layer, which is a stack of two or more extremely thin semiconductor crystal layers with different lattice constants, is said to be the most promising.

しかしながら、これらの最新技術を駆使しても結晶欠陥
の密度を1050−2台にすることは極めて困難である
と考えられている。
However, even if these latest technologies are used, it is considered extremely difficult to reduce the density of crystal defects to the 1050-2 range.

同じ■−■族同士、II−VI族同士の組合せにおいて
も、格子整合がとれない場合には高密度の結晶欠陥が生
じ、実用的な素子製作のためには複雑な構造のバッファ
ー層が必要であることが予想されている。
Even in the combination of the same ■-■ group or II-VI group, if lattice matching cannot be achieved, a high density of crystal defects will occur, and a buffer layer with a complex structure is required for practical device fabrication. It is expected that

一方、ガラス等の非晶質絶縁性の基板上に半導体の単結
晶層を形成する技術も応用上重要である。
On the other hand, technology for forming a semiconductor single crystal layer on an amorphous insulating substrate such as glass is also important for application.

特に、素子間の分離が容易であり、高速集積回路の形成
に有利であるとともに、大面積化、3次元  −化のた
めにも研究が進められている。この場合、非晶質基板上
に一旦ゲルマニウム(Ge)等の結晶化の容易な中間層
を形成し、この上に■−v族、■−■族等のエピタキシ
ャル成長を行うことが一般的であるつしたがって、エピ
タキシャル層中にはSi基板上の場合と同様か、それ以
上の密度で各稀の結晶欠陥が導入される。そして、その
密度を低減することはSi基板上の場合よりさらに困難
である。
In particular, it is easy to separate elements, which is advantageous for forming high-speed integrated circuits, and research is also being carried out to increase the area and make it three-dimensional. In this case, it is common to first form an easily crystallized intermediate layer such as germanium (Ge) on an amorphous substrate, and then perform epitaxial growth of ■-v group, ■-■ group, etc. Therefore, rare crystal defects are introduced into the epitaxial layer at a density similar to or higher than that on the Si substrate. And it is even more difficult to reduce the density than on a Si substrate.

このように、異種基板上に半導体結晶をエピタキシャル
成長させて素子製作に利用しようとする技術においては
、エピタキシャル層中での結晶欠陥の影響を軽減するこ
とが最重要課題であった。
As described above, in the technique of epitaxially growing a semiconductor crystal on a heterogeneous substrate and using it for device fabrication, the most important issue has been to reduce the influence of crystal defects in the epitaxial layer.

特に、従来は欠陥密度の低減法そのものに研究の焦点が
絞られており大きな困難に直面していた。
In particular, conventional research has focused on methods of reducing defect density itself, which has faced great difficulties.

本発明は、前述の問題点を解決するためになされたもの
である。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems.

本発明の目的は、エピタキシャル層中での結晶欠陥密度
の低減にこだわることなく、異種基板上のいわゆるヘテ
ロエピタキシャル成長層を用いた半導体素子の高性能化
、高信頼化をはかることができる技術を提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a technology that can improve the performance and reliability of a semiconductor device using a so-called heteroepitaxial growth layer on a different type of substrate, without worrying about reducing the crystal defect density in the epitaxial layer. It's about doing.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は1本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

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

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

本発明は、シリコン、m−v族結晶、II−VI族等の
結晶基板上にエピタキシャル成長した■−■族やIf−
VI族の結晶を設けた半導体装置であって、前記エピタ
キシャル成長した■−V族やII−■族の結晶がスピノ
ーダル分解を生じている結晶層であることを最も主要な
特徴とするものである。
The present invention is directed to crystals of ■-■ group and If-
This is a semiconductor device provided with a group VI crystal, and the most important feature is that the epitaxially grown group 1-V or group II-2 crystal is a crystal layer in which spinodal decomposition occurs.

また、ガラス、セラミック等の非晶質基板上にゲルマニ
ウム等の中間層を介してエピタキシャル成長した■−■
族やn−VI族の結晶を設けた半導体装置であって、エ
ピタキシャル成長した■−■族やn−VI族の結晶がス
ピノーダル分解を生じている結晶層であることを特徴と
するものである。
In addition, ■−■
The present invention is a semiconductor device provided with a group or n-VI group crystal, and is characterized in that the epitaxially grown group 1-2 or n-VI group crystal is a crystal layer in which spinodal decomposition occurs.

すなわち、本発明は、成長法によらずスピノーダル分解
により引き起こされる有用な性質をシリコン基板上等の
へテロエピタキシャル成長に応用しようとするもので、
従来のひたすら転位密度を減少させようとする考え方と
は異なるものである。
That is, the present invention seeks to apply the useful properties caused by spinodal decomposition to heteroepitaxial growth on silicon substrates, etc., regardless of the growth method.
This is different from the conventional idea of simply trying to reduce the dislocation density.

もちろん、転位密度の小さい条件で本発明を適用するこ
とはさらに有用な結果を生むものである。
Of course, applying the present invention under conditions of low dislocation density will produce even more useful results.

〔作用〕[Effect]

前述の手段によれば、異種基板上に形成するヘテロエピ
タキシャル成長層としてミクロなスピノーダル分解の生
じている結晶層を使用することにより、結晶層中に高密
度に存在する各種結晶欠陥が素子の性能劣化に及ぼす影
響を最小限にくい止めることができる。
According to the above-mentioned method, by using a crystal layer in which microscopic spinodal decomposition has occurred as a heteroepitaxial growth layer formed on a heterogeneous substrate, various crystal defects present at high density in the crystal layer can reduce the performance of the device. The impact on the environment can be minimized.

スピノーダル分解とは、混合の不安定領域の組成を有す
る固溶体中に生じる臨界核形成を必要としない組成の変
動である。スピノーダル分解を利用すれば、固体中にl
Oオングストローム(人)から10ミクロンメートル(
μm)程度にわたる大きさで規則的な組成の変動領域を
形成することができる。この場合、組成の変動量は数%
であることが多い。この様な構造は固体中に規則的な応
力分布を引き起こし、その結果として固体中での転位の
運動を阻害する。
Spinodal decomposition is a compositional fluctuation that occurs in a solid solution with a composition in the unstable region of mixing that does not require critical nucleation. If spinodal decomposition is used, l in a solid can be
O angstrom (person) to 10 micrometer (
It is possible to form a region of regular compositional variation with a size of the order of .mu.m. In this case, the amount of variation in composition is a few percent
Often. Such a structure causes a regular stress distribution in the solid, thereby inhibiting the movement of dislocations in the solid.

したがって、スピノーダル分解の生じている固体は変形
しにくくなり、金属工学の分野では、この事実を利用し
て有用な合金が種々開発されていることは周知の事実で
ある。既に述べてきたようにシリコン基板上に成長した
■−V族結高結晶はある程度高密度の転位の存在を避け
ることは困難である。したがって、転位の存在を認めた
上でその転位が素子の性能劣化に結び付かない様に配慮
することが実用上重要である。
Therefore, a solid in which spinodal decomposition has occurred becomes difficult to deform, and it is a well-known fact that various useful alloys have been developed in the field of metallurgy by taking advantage of this fact. As already mentioned, it is difficult to avoid the presence of a certain degree of high density dislocations in the (1)-V group high crystal grown on a silicon substrate. Therefore, it is practically important to acknowledge the existence of dislocations and to take precautions to prevent the dislocations from leading to deterioration in device performance.

レーザダイオードや発光ダイオードでは、結晶中に存在
する転位が素子中を流れる電流の作用によって増殖し、
非発光のセンターとなって特性が劣化していく。スピノ
ーダル分解の生じている結晶を使用して、これらの素子
を製作すれば劣化の生じにくい素子が得られるであろう
ことが想像される。これまでにもInPに格子整合した
I nGaAsPを活性層とする半導体レーザが劣化し
にくい事実をスピノーダル分解と結び付けて考えようと
した例は有るが(例えば、 S、Mahajanet 
al、。
In laser diodes and light emitting diodes, dislocations existing in the crystal multiply due to the action of current flowing through the device.
It becomes a non-luminous center and its characteristics deteriorate. It is conceivable that if these devices are manufactured using crystals in which spinodal decomposition has occurred, devices that are less susceptible to deterioration will be obtained. There have been previous attempts to link the fact that semiconductor lasers with an active layer of InGaAsP, which is lattice-matched to InP, from being easily degraded to spinodal decomposition (for example, S, Mahajanet et al.
al.

Journal of Crystal Growth
 Vol、68 pp、589〜595(1984))
、シリコン上のm−v族成長の様に極めて大きな格子不
整を持つ結晶材料に対してこの考えを適用した例はない
。本発明はこの様な場合に対してこそスピノーダル分解
の生じた結晶を利用することが極めて大きな効果をもた
らすものであることを実証したことに基づいている。
Journal of Crystal Growth
Vol, 68 pp, 589-595 (1984))
There is no example in which this idea has been applied to a crystal material with an extremely large lattice mismatch, such as m-v group growth on silicon. The present invention is based on the fact that it has been demonstrated that the use of crystals in which spinodal decomposition has occurred is extremely effective in such cases.

■−■族やIf−VI族の混晶の安定性は、それを構成
する成分に依存する−が、低温では大部分の混晶が混合
の不安定性を有している。したがって、同じ材料でも結
晶成長の方法によっては、非常に異なった状態でえられ
ることが知られている。例えば同じ温度で成長させても
M B E (MolecularB eam E p
itaxy)法やM OV P E (Metalor
ganic Vapor Phase Epitaxy
)法によれば分解が生じにくく、液相成長法やV P 
E (vapor PhasθE pitaxy)法で
は分解が生じやすい、また、高温度で均一に形成された
材料も、混合の不安定になる低温でアニールすれば分解
が生じる。
The stability of mixed crystals of groups 1-2 and If-VI depends on the constituent components, but most of the mixed crystals have mixing instability at low temperatures. Therefore, it is known that the same material can be obtained in very different states depending on the method of crystal growth. For example, even if grown at the same temperature, M B E (Molecular Beam E p
itaxy) method and MOV P E (Metalor
Ganic Vapor Phase Epitaxy
) method, decomposition is less likely to occur, and liquid phase growth method and V P
Decomposition easily occurs in the E (vapor phase θE pitaxy) method, and even materials formed uniformly at high temperatures will decompose if annealed at low temperatures where mixing becomes unstable.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳細に説明する
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail using the drawings.

第1図は、本発明をメサ形発光ダイオードに適用した一
実施例の概略・構成を説明するための要部断面図である
FIG. 1 is a sectional view of a main part for explaining the outline and structure of an embodiment in which the present invention is applied to a mesa-shaped light emitting diode.

第1図において、1はn形シリコン(Si)基板。In FIG. 1, 1 is an n-type silicon (Si) substrate.

2はn形G a A s層、3はn形InGaP層、4
はp形InGaP層、5はAu−Zn−Ni合金による
オーミック電極、6はAu−Ge−Ni合金によるオー
ミック電極である。
2 is an n-type GaAs layer, 3 is an n-type InGaP layer, 4
5 is a p-type InGaP layer, 5 is an ohmic electrode made of an Au-Zn-Ni alloy, and 6 is an ohmic electrode made of an Au-Ge-Ni alloy.

3元混晶InGaPは、InPとGaPを構成要素とし
て考えることができ、I nO,5GaO,sP付近の
組成においてGaAsに格子整合し、そのバンドギャッ
プが約1.9eVであることから波長にして6600オ
ングストローム付近での可視発光材料として重要な材料
である。すでに、この材料を活性層に使用したレーザダ
イオードの室温連続発振が達成されており、しかもその
信頼性にもかなり明るい見通しが得られている。
Ternary mixed crystal InGaP can be thought of as having InP and GaP as constituent elements, and is lattice matched to GaAs at compositions around InO, 5GaO, and sP, and its band gap is about 1.9 eV, so it is It is an important material as a visible luminescent material around 6600 angstroms. Continuous oscillation at room temperature has already been achieved in a laser diode using this material in its active layer, and the prospects for its reliability are quite promising.

一方、混晶として眺めてみると、InPとGaPとの格
子定数は約7%異なっており、このために広い混合不安
定領域が存在することが予想されている。
On the other hand, when viewed as a mixed crystal, the lattice constants of InP and GaP differ by approximately 7%, and it is therefore expected that a wide region of unstable mixing exists.

本実施例の発光ダイオードは、第1図に示すように、(
100)面n形シリコシ(Si)基@1(キャリヤ密度
2 x 10”(!1−3)上に、常圧MOVPE法に
よってn形G a A s層2が3ミクロンメートル(
μm)程度の厚さに形成される。成長に当たってはいわ
ゆる2段階成長法が採用され、シリコン基板1の表面を
、水素雰囲気中で、950℃の温度で15分間熱処理し
てクリーニングした後、450℃程度の温度で100オ
ングストローム(人)の非晶質層が形成される。これは
650℃程度の温度で熱処理された後にこの上に単結晶
G a A s層が3μm程度の厚さに形成される。こ
のGaAs層中には、シランガスを用いてシリコンがド
ープされて、キャリヤ密度約I X 10”■−1のn
形に形成される。このG a A s層上に、ハイドラ
イドVPE法により、G a A sにほぼ格子整合す
るn形I nGa2層3及びp形InGaP層4が合計
で約2μm程度成長させる。このn形InGaPM3及
びP彫工nGaP層4の成長にあたっては、最初に成長
する0、5μm程度の厚さまでは、セレンがドーピング
されてキャリヤ密度約7 X 10”01−3のn形I
nGaP層3が形成され、その後から成長する1゜5μ
m程度の厚さには亜鉛がドーピングされてキャリヤ密度
約3 X 10”cxm−’のp形InGaP層4が形
成される。
As shown in FIG. 1, the light emitting diode of this example has (
100) surface n-type silicone (Si) group@1 (carrier density 2 x 10" (!1-3)
It is formed to a thickness of approximately 100 μm. A so-called two-step growth method is adopted for the growth, in which the surface of the silicon substrate 1 is cleaned by heat treatment at a temperature of 950°C for 15 minutes in a hydrogen atmosphere, and then a 100 angstrom (person) layer is grown at a temperature of about 450°C. An amorphous layer is formed. After this is heat treated at a temperature of about 650° C., a single crystal GaAs layer is formed thereon to a thickness of about 3 μm. This GaAs layer is doped with silicon using silane gas, and has a carrier density of about I x 10''■-1 n
formed into a shape. On this GaAs layer, an n-type InGa2 layer 3 and a p-type InGaP layer 4, which are approximately lattice matched to GaAs, are grown to a total thickness of about 2 μm by the hydride VPE method. In growing the n-type InGaPM3 and P-carved nGaP layer 4, the initial growth thickness of about 0.5 μm is doped with selenium and is an n-type I layer with a carrier density of about 7 x 10"01-3.
An nGaP layer 3 is formed and then grown with a thickness of 1°5μ.
A p-type InGaP layer 4 doped with zinc and having a carrier density of about 3.times.10"cxm-' is formed to a thickness of about 1.5m.

なお、前記n形InGaP層3の厚さが0.3μm、p
形InGaP層4の厚さが1.0μm程度の場合でも可
能である。また、InGaPの成長温度は、640℃か
ら690℃の範囲とした。成長速度は約1μm/時(h
our)である。
Note that the thickness of the n-type InGaP layer 3 is 0.3 μm, p
This is possible even when the thickness of the InGaP layer 4 is about 1.0 μm. Further, the growth temperature of InGaP was set in a range of 640°C to 690°C. The growth rate is approximately 1 μm/hour (h
our).

このようにして得られたp形InGaPの表面に。on the surface of the p-type InGaP thus obtained.

直径100μm程度の厚さのAu−Zn−Ni合金によ
るオーミック電極5が形成され、さらにこのオーミック
電極5を含んだ直径120〜400μm程度の厚さのメ
サ形発光ダイオードが形成される。
An ohmic electrode 5 made of an Au-Zn-Ni alloy with a thickness of about 100 μm in diameter is formed, and further a mesa-shaped light emitting diode with a thickness of about 120 to 400 μm in diameter including this ohmic electrode 5 is formed.

シリコン(Si)基板1の裏面には、Au−Ge−Ni
合金によるオーミック電極6が形成される。
On the back side of the silicon (Si) substrate 1, Au-Ge-Ni
An ohmic electrode 6 made of an alloy is formed.

また、前記本実施例のメサ形発光ダイオードに順方向電
流を流した時の光出力特性を積分球で測定した結果を第
2図(電流−光出力特性であり、スペクトルのピーク波
長は6600オングストロームである)に示す、このメ
サ形発光ダイオードの量子効率は約0.3%である。
In addition, Figure 2 shows the results of measuring the light output characteristics using an integrating sphere when a forward current is passed through the mesa-shaped light emitting diode of this example (current vs. light output characteristics, and the peak wavelength of the spectrum is 6600 angstroms). The quantum efficiency of this mesa-shaped light emitting diode is approximately 0.3%.

また、本実施例のメサ形ダイオードの光出力の経時変化
の実験結果を第3図(通電条件は直流200mA、温度
25℃である)に示す、このメサ形発光ダイオードでは
、約5kA/aJの電流密度で直流電流を流し続けても
100時間後の光出力にはほとんど変化が見られない。
In addition, the experimental results of the change over time in the optical output of the mesa type light emitting diode of this example are shown in Figure 3 (current conditions were 200 mA DC and temperature 25°C). Even if a direct current is continued to flow at the current density, almost no change is observed in the optical output after 100 hours.

   lまた、前記InGaP層には約10”Ql″2
の密度の転位が存在しているが、それにも関わらず通電
による特性の劣化がほとんど見られないのは、結晶層が
ミクロにスピノーダル分解を起こして結晶中の転位を動
きに<<シているためである。
l Also, the InGaP layer has about 10"Ql"2
Although there are dislocations with a density of It's for a reason.

第4A図、第4B図及び第4c図は、InGaP層のラ
マン散乱スペクトルを示すグラフである。
4A, 4B, and 4c are graphs showing Raman scattering spectra of InGaP layers.

この実験は、測定波長5145オングストローム、光出
力200mWで行った。
This experiment was conducted at a measurement wavelength of 5145 angstroms and an optical output of 200 mW.

第4A図〜第4C図に示すように、スピノーダル分解を
起こしていない場合のスペクトル(第4A図)に比べて
それぞれのピークがブロードになったり(第4C図)、
あるいはGa0.8 I no、2Pに近い組成のピー
クが観測される(第4B図)。
As shown in Figures 4A to 4C, each peak is broader (Figure 4C) compared to the spectrum when spinodal decomposition has not occurred (Figure 4A),
Alternatively, a peak with a composition close to Ga0.8 I no, 2P is observed (Figure 4B).

さらに、InGaP層の透過顕微鏡像を見ると、InG
aP層には厚み方向に沿って500〜1000オングス
トロームの柱状の組織がみえる。このような構造は、成
長時又は成長後の冷却時に、スピノーダル分解が生じ膜
中に微細な組成の変動を生じたためと考えられる0本実
施例では、スピノーダル分解の生じ易いVPE法を用い
たが、MBE法やMOVPE法では成長後適当な温度で
アニールすることによってスピノーダル分解の生じた結
晶層を得ることができる。本実施例によるInGaP中
の組成変動の大きさは、4〜5%と考えられるが、この
程度の微細な組成変動領域の存在は結晶の光学的、電気
的特性にはまったく影響を及ぼさない。
Furthermore, when looking at the transmission microscopic image of the InGaP layer, InGaP layer
A columnar structure of 500 to 1000 angstroms is visible in the aP layer along the thickness direction. This structure is thought to be due to spinodal decomposition occurring during growth or cooling after growth, causing minute compositional fluctuations in the film. In this example, the VPE method, which is prone to spinodal decomposition, was used. In the MBE method or the MOVPE method, a crystal layer in which spinodal decomposition has occurred can be obtained by annealing at an appropriate temperature after growth. The magnitude of the compositional variation in InGaP according to this example is thought to be 4 to 5%, but the existence of such a minute compositional variation region has no effect on the optical and electrical properties of the crystal.

以上の説明かられかるように、本実施例によれば、n形
シリコン基板1上のへテロエピタキシャル層の素子応用
において、従来の様に結晶欠陥の低減のために超格子構
造のような複雑な構造を用いなくても信頼性の高い素子
を実現する手段を提供することができる。
As can be seen from the above description, according to this embodiment, in the device application of the heteroepitaxial layer on the n-type silicon substrate 1, a complex structure such as a superlattice structure is used to reduce crystal defects as in the past. It is possible to provide a means for realizing a highly reliable element without using a special structure.

また、これにより、成長方法が簡略化され経済性も高め
ることができる。
Moreover, this simplifies the growth method and improves economic efficiency.

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。
The present invention has been specifically explained above based on examples, but
It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified in various ways without departing from the spirit thereof.

例えば、前記実施例では、InGaPについて述べたが
、本発明は、他の種々の混晶材料においても適用できる
ことは勿論である。
For example, although InGaP was described in the embodiment, the present invention can of course be applied to various other mixed crystal materials.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上、説明したように、本発明によれば、異種基板上に
形成するヘテロエピタキシャル成長層としてミクロなス
ピノーダル分解の生じている結晶層を使用することによ
り、結晶層中に高密度に存在する各種結晶欠陥が素子の
性能劣化に及ぼす影響を最小限にくい止めることができ
るので、異種基板上のへテロエピタキシャル成長層を用
いた半導体素子の高性能化、高信頼化をはかることがで
きる。
As explained above, according to the present invention, by using a crystal layer in which microscopic spinodal decomposition has occurred as a heteroepitaxial growth layer formed on a heterogeneous substrate, various crystals present in a high density in the crystal layer can be used. Since the influence of defects on performance deterioration of the device can be minimized, it is possible to improve the performance and reliability of a semiconductor device using a heteroepitaxially grown layer on a different type of substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明をメサ形発光ダイオードに適用した一
実施例の概略構成を説明するための要部断面図、 第2図は、第1図に示すメサ形発光ダイオードに順方向
電流を流した時の光出力特性を積分球でi1+!I定し
た結果を示すグラフ、 第3図は、第1図に示すメサ形ダイオードの光出力の経
時変化の実験結果を示すグラフ、第4A図、第4B図及
び第4C図は、InGaP層のラマン散乱スペクトルを
示すグラフである。 図中、1・・n形シリコン(Si)基板、2・・・n形
GaAs層、3−n形InGaP層、4−p形I nG
aP層、5・・Au−Zn−Ni合金によるオーミック
ti、6・・・Au−Ge−Ni合金によるオーミック
電極である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part for explaining the schematic configuration of an embodiment in which the present invention is applied to a mesa-type light emitting diode, and FIG. The light output characteristics when flowing with an integrating sphere i1+! 3 is a graph showing the experimental results of the optical output of the mesa diode shown in FIG. It is a graph showing a Raman scattering spectrum. In the figure, 1...n-type silicon (Si) substrate, 2...n-type GaAs layer, 3-n-type InGaP layer, 4-p-type InG
aP layer, 5...ohmic ti made of Au-Zn-Ni alloy, 6... ohmic electrode made of Au-Ge-Ni alloy.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)シリコン、III−V族結晶、II−VI族等の結晶基
板上にエピタキシャル成長したIII−V族やII−VI族の
結晶を設けた半導体装置であって、前記エピタキシャル
成長したIII−V族やII−VI族の結晶がスピノーダル分
解を生じている結晶層であることを特徴とする半導体装
置。
(1) A semiconductor device in which a III-V group or II-VI group crystal epitaxially grown is provided on a silicon, III-V group crystal, II-VI group crystal substrate, and the epitaxially grown III-V group crystal is provided. A semiconductor device characterized in that the crystal layer includes a group II-VI crystal and spinodal decomposition.
(2)ガラス、セラミック等の非晶質基板上にゲルマニ
ウム等の中間層を介してエピタキシャル成長したIII−
V族やII−VI族の結晶を設けた半導体装置であって、エ
ピタキシャル成長したIII−V族やII−VI族の結晶がス
ピノーダル分解を生じている結晶層であることを特徴と
する半導体装置。
(2) III- grown epitaxially on an amorphous substrate such as glass or ceramic through an intermediate layer such as germanium
1. A semiconductor device including a group V or group II-VI crystal, characterized in that the epitaxially grown group III-V or group II-VI crystal is a crystal layer in which spinodal decomposition occurs.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011023713A (en) * 2009-06-19 2011-02-03 Sumitomo Chemical Co Ltd Light-emitting device and method of manufacturing light-emitting device

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