JPH03173182A - Semiconductor element and manufacture of the same - Google Patents

Semiconductor element and manufacture of the same

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JPH03173182A
JPH03173182A JP1312672A JP31267289A JPH03173182A JP H03173182 A JPH03173182 A JP H03173182A JP 1312672 A JP1312672 A JP 1312672A JP 31267289 A JP31267289 A JP 31267289A JP H03173182 A JPH03173182 A JP H03173182A
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silicon substrate
temperature
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hole
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暁 渡辺
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Abstract

PURPOSE:To lower the etched pit density by growing a III-V compound semiconductor layer to fill a groove corresponding to a through hole in a silicon substrate on which an insulating coating layer is formed. CONSTITUTION:An electrical insulating coating layer having a through hole 6 is formed on a silicon substrate 2 and a groove 7 facing the through hole 6 is made in the silicon substrate 2 and filled with a III-V compound semiconductor layer grown therein at the required temperature. Heat cycles are applied to the embedded layer 7 between higher and lower temperatures than the required temperature. Therefore, the comparatively large thermal stress of the grown embedded layer in the heat cycles acts on the groove 7 of the silicon substrate. Hence misfit dislocation on the interface between the silicon substrate and the grown embedded layer is reduced and the etched pit density is lowered. To reduce the misfit dislocation and lower the etched pit density, the depth a1 of the groove 7 is preferably 1mum or larger or more preferably 1.5mum or larger.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、たとえば発光ダイオードなどの半導体素子お
よびその製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device such as a light emitting diode, and a method for manufacturing the same.

[従来の技術] シリコン基板上に化合物半導体層を形成した発光ダイオ
ードが提案され、この構成は2段階成長法により作製さ
れる。すなわち比較的低温にてアモルファス状態の化合
物半導体層をシリコン基板上に形成した後、アニールし
、その後に通常の成長温度にた化合物半導体層を形成す
る技術である。
[Prior Art] A light emitting diode in which a compound semiconductor layer is formed on a silicon substrate has been proposed, and this structure is manufactured by a two-step growth method. That is, this is a technique in which an amorphous compound semiconductor layer is formed on a silicon substrate at a relatively low temperature, annealed, and then a compound semiconductor layer is formed at a normal growth temperature.

このような化合物半導体層の層厚が4μm以上になると
、シリコンと前記化合物半導体たとえばGaAsとの熱
膨張係数の相違から、GaAs中にクラックが生じると
いう問題点がある。なおシリコンとGaAsの熱膨張係
数はそれぞれ2.5×10−6および5.8X10−’
である。
When the thickness of such a compound semiconductor layer exceeds 4 μm, there is a problem that cracks occur in the GaAs due to the difference in coefficient of thermal expansion between silicon and the compound semiconductor, such as GaAs. The thermal expansion coefficients of silicon and GaAs are 2.5 x 10-6 and 5.8 x 10-', respectively.
It is.

このような問題点を解決するために、シリコン基板上に
たとえばS i O,などの電気絶縁性材料から成る被
覆層を所定のパータンに形成し、発光ダイオードアレイ
を形成するための所定の部位に透孔を形成し、該透孔内
のシリコン基板上にGaAsを選択的に成長させる方法
が提案されている。
In order to solve these problems, a coating layer made of an electrically insulating material such as SiO is formed on a silicon substrate in a predetermined pattern, and then applied to a predetermined portion to form a light emitting diode array. A method has been proposed in which a through hole is formed and GaAs is selectively grown on a silicon substrate within the through hole.

第8図は、このような方法を説明する断面図である、第
1段階は第8図(1)に示すように、表面処理を行った
シリコン基板1上にS i 02などから成る電気絶縁
性の被覆層2を全面に形成する。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating such a method. The first step, as shown in FIG. 8 (1), is to deposit an electrically insulating film made of S i 02 or the like on a surface-treated silicon substrate 1. A transparent coating layer 2 is formed on the entire surface.

第2段階では第8図(2)に示すように発光ダイオード
アレイの形状に対応して、透孔3を選択的に形成する。
In the second step, as shown in FIG. 8(2), through holes 3 are selectively formed in accordance with the shape of the light emitting diode array.

第3段階では第8図(3)に示すように、透孔3中のシ
リコン基板1上に、GaAs層4を選択的に成長させる
。GaAs層4に熱処理を施した後、PN接合を有する
半導体素子を形成して半導体アレイが構成される。熱処
理というのは、GaAs層4の成長時の温度よりも高い
温度と低い温度との間で熱サイクルを加えることである
In the third step, as shown in FIG. 8(3), a GaAs layer 4 is selectively grown on the silicon substrate 1 in the through hole 3. After heat-treating the GaAs layer 4, a semiconductor element having a PN junction is formed to construct a semiconductor array. The heat treatment means applying a thermal cycle between a temperature higher and lower than the temperature at which the GaAs layer 4 is grown.

[発明が解決すべき課眩コ このような先行技術では、本件発明者の実験によれば、
GaAs層4の成長時の温度よりも高い温度として、8
50℃を選び、その成長時の温度よりも低い温度との間
で、合計4回の熱サイクルを加えた後において、エッチ
ビット密度(略称EPD)は、7X10’cm−”であ
った、これに対して被覆Ji2を形成せずに、シリコン
基板1上に全面にGaAs層4を成長したときのエツチ
ビ・ソト密度は5X10’cm−2であった。したがっ
て被覆層2を形成してG a As層4を遮択的に成長
しても、熱サイクルを加えて熱処理を行うことによる効
果が少ない。
[Issues to be solved by the invention In such prior art, according to the experiments of the present inventor,
8 as a temperature higher than the temperature during growth of the GaAs layer 4.
After a total of four thermal cycles between a temperature of 50° C. and a temperature lower than the growth temperature, the etch bit density (abbreviated as EPD) was 7×10′ cm−”. On the other hand, when the GaAs layer 4 was grown on the entire surface of the silicon substrate 1 without forming the coating Ji2, the ETS density was 5X10'cm-2.Therefore, by forming the coating layer 2, the GaAs layer 4 was Even if the As layer 4 is selectively grown, the effect of heat treatment by adding a thermal cycle is small.

本発明の目的は、エッチビット密度の低減を図ることが
できるようにした半導体素子とその製造方法を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the same that can reduce etch bit density.

[課題を解決するための手段] 本発明は、透孔を有する電気絶縁性被覆層を形成したシ
リコン基板に、該透孔に対応して溝を形成し、該溝に■
−V族化合物半導体層が、埋込まれるように成長せしめ
たことを特徴とする半導体素子である。
[Means for Solving the Problems] The present invention involves forming grooves corresponding to the through holes in a silicon substrate on which an electrically insulating coating layer having through holes is formed, and filling the grooves with:
- A semiconductor element characterized in that a group V compound semiconductor layer is grown in a buried manner.

また本発明は、シリコン基板上に電気絶縁性被覆層を形
成し、エツチングにより該被覆層に透孔を形成するとと
もに、シリコン基板に前記透孔に対応して溝を形成し、
次いで該講に■−V族化合物半導体層を所要温度で埋ま
れるように成長させ、しかる後、該埋込み成長した層に
前記所要温度よりも高い温度と低い温度との間で熱サイ
クルを加えることを特徴とする半導体素子の製造方法で
ある。
The present invention also provides the steps of forming an electrically insulating coating layer on a silicon substrate, forming through holes in the coating layer by etching, and forming grooves corresponding to the through holes in the silicon substrate,
Next, ①-V group compound semiconductor layer is grown so as to be buried in the layer at a required temperature, and then a thermal cycle is applied to the buried layer between a temperature higher and a temperature lower than the required temperature. A method of manufacturing a semiconductor device is characterized in that:

[作 用] 本発明に従えば、シリコン基板上に透孔を有する電気絶
縁性被覆層を形成し、この透孔に臨んでシリコン基板に
は溝が形成され、この溝に■−v族化合物半導体層が所
要温度で埋込み成長されており、この埋込み成長された
■−■族化合物半導体層には、前記所要温度よりも高い
温度と低い温度との間で熱サイクルが加えられる。した
がって前記埋込み成長された層は熱サイクル時の熱応力
によってシリコン基板の前記溝内で、比較的大きな熱応
力が作用する。これによってシリコン基板と前記埋込み
成長された層との界面におけるミスフィツト転位を減ら
して、エッチビット密度の低減を図ることができる。
[Function] According to the present invention, an electrically insulating coating layer having a through hole is formed on a silicon substrate, a groove is formed in the silicon substrate facing the through hole, and a ■-v group compound is injected into this groove. A semiconductor layer is buried and grown at a predetermined temperature, and a thermal cycle is applied to the buried-grown compound semiconductor layer between a temperature higher and a temperature lower than the required temperature. Therefore, relatively large thermal stress acts on the buried layer within the groove of the silicon substrate due to thermal stress during thermal cycles. As a result, misfit dislocations at the interface between the silicon substrate and the buried layer can be reduced, and the etch bit density can be reduced.

また本発明に従えば、被覆層に透孔を形成するとともに
、シリコン基板に清を形成するステップは、エツチング
によって同時に行われ、したがって作業性が良好であり
、生産性が向上される。
Further, according to the present invention, the steps of forming holes in the coating layer and forming holes in the silicon substrate are performed simultaneously by etching, thus improving workability and productivity.

[実施例コ 第1図は本発明の一実施例の半導体素子1の断面図であ
り、第2図はその半導体素子1の製造工程を示す断面図
である。まず第2図(1)で示されるようにシリコン基
板2上には、プラズマ化学的気相成長法によって電気絶
縁性被覆層3を成膜する。この被覆層3は、たとえば窒
化シリコンまたは酸化シリコンである。この被覆層3の
層厚はたとえば1000人である。
[Example 1] FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device 1 according to an example of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device 1. First, as shown in FIG. 2(1), an electrically insulating coating layer 3 is formed on a silicon substrate 2 by plasma chemical vapor deposition. This covering layer 3 is, for example, silicon nitride or silicon oxide. The thickness of this coating layer 3 is, for example, 1000 layers.

次に第2図(2)で示されるように、被覆層3上にホト
レジスト4を形成して半導体素子1を形成すべき部位に
透孔5を形成する。次に第2図(3)で示されるように
、フッ酸またはフッ化アンモニウムなどのエツチング液
を用いて、被覆層3に透孔6を形成するとともに、シリ
コン基板2に前記透孔6に臨む溝または凹所7を形成す
る。この溝7の深さalは、本件発明者の実験によれば
、ミスフィツト転位を減少してエッチビット密度を低減
するためには、1μm以上であることが望ましく、好ま
しくは、15μm以上に選ぶ、たとえば半導体素子1を
発光ダイオードとして構成し、その発光領域の平面形状
を60X60μmとするとき、講7の一辺の長さDlは
60μmに選ぶ。
Next, as shown in FIG. 2(2), a photoresist 4 is formed on the covering layer 3, and a through hole 5 is formed in a region where the semiconductor element 1 is to be formed. Next, as shown in FIG. 2(3), a through hole 6 is formed in the coating layer 3 using an etching solution such as hydrofluoric acid or ammonium fluoride, and a hole 6 is formed in the silicon substrate 2 facing the through hole 6. A groove or recess 7 is formed. According to experiments conducted by the present inventor, the depth al of this groove 7 is preferably selected to be 1 μm or more, preferably 15 μm or more, in order to reduce misfit dislocations and reduce the etch bit density. For example, when the semiconductor element 1 is configured as a light emitting diode and the planar shape of its light emitting area is 60×60 μm, the length Dl of one side of the square 7 is selected to be 60 μm.

このようにしてエツチングによって被覆層3に透孔6を
形成するとともに、シリコン基板2に、透孔6に臨む溝
7を同時に形成するので、製造工程が簡略化され、生産
性が優れている。
In this way, the through holes 6 are formed in the coating layer 3 by etching, and the grooves 7 facing the through holes 6 are simultaneously formed in the silicon substrate 2, so that the manufacturing process is simplified and productivity is excellent.

溝7の内側面7aは、結晶面<111>とじ、これによ
って後述の熱サイクルを加えるときに、ミスフィツト転
位が合体してミスフィツト転位を低減するのに役立つ。
The inner surface 7a of the groove 7 binds the crystal plane <111>, thereby helping to reduce misfit dislocations by coalescing them when a thermal cycle described below is applied.

このようにして透孔6を形成するとともに講7を形成し
た後には、レジスト4を除去する。
After forming the through holes 6 and forming the grooves 7 in this manner, the resist 4 is removed.

その後の工程は、第3図に示されるグラフを参照して行
う、シリコン基板2に形成された溝7を、先ず、期間W
1において溝7のサーマルクリーニングを行い、その表
面上の酸イピ物を除去する。このために、被覆層3が形
成されている基板2をたとえば10−’Torr程度に
まで真空にし、誘導加熱によって、その基板2を温度T
3として900〜1,000℃、好ましくは950℃に
まで昇温し、このときキャリアガスである水素ガスH2
とアルシンAsH,の雰囲気とし、約10分間続ける。
The subsequent steps are performed with reference to the graph shown in FIG.
1, the groove 7 is thermally cleaned to remove acidic substances on its surface. For this purpose, the substrate 2 on which the coating layer 3 is formed is evacuated to, for example, about 10-' Torr, and the substrate 2 is heated to a temperature of T by induction heating.
3, the temperature is raised to 900 to 1,000°C, preferably 950°C, and at this time hydrogen gas H2 as a carrier gas is heated.
and arsine AsH, and continue for about 10 minutes.

次の期間W2では、サーマルクリーニングされた基板2
の溝7内に、低温バッファ層である第1層51を第2図
(4)のように形成する。この第1層51は、温度T1
をたとえば400〜450℃、好ましくは420℃に設
定し、キャリアガスである水素ガスによってトリメチル
ガリウム(CH3) 3G a (略称TMG)を供給
するとともに、アルシンAsH,を供給する。TMGガ
スはたとえば30〜80secmの流量で導入し、アル
シンは500〜700secmの流量で供給する。
In the next period W2, the thermally cleaned substrate 2
A first layer 51, which is a low temperature buffer layer, is formed in the groove 7 as shown in FIG. 2(4). This first layer 51 has a temperature T1
For example, the temperature is set at 400 to 450°C, preferably 420°C, and trimethylgallium (CH3) 3G a (abbreviated as TMG) is supplied using hydrogen gas as a carrier gas, as well as arsine AsH. TMG gas is introduced at a flow rate of, for example, 30 to 80 seconds, and arsine is supplied at a flow rate of 500 to 700 seconds.

こうしてアモルファス状のGaAsから成る、第1層5
1を層厚100〜400人、好ましくは、200人、形
成する。)1′ 次の期間W3では、GaAs結晶層である第21m 5
2を本成長させる。このために、キャリアガスである水
素ガスによってTMGガスを搬送するとともに、これに
アルシンを加え、温度T2.たとえば620〜750℃
、好ましくは660〜720°C1さらに好ましくは約
720℃に昇温する。
In this way, the first layer 5 made of amorphous GaAs
1 to a thickness of 100 to 400 layers, preferably 200 layers. )1' In the next period W3, the 21st m5 which is the GaAs crystal layer
2 to grow. For this purpose, TMG gas is transported by hydrogen gas, which is a carrier gas, and arsine is added to it, and the temperature is T2. For example, 620-750℃
, preferably 660 to 720°C, more preferably about 720°C.

アルシンは流量500〜700secmであり、水素ガ
スとTMGガスとアルシンとの総流量は2200sec
mで供給する。これによって、第2層52の厚みは、た
とえば1.5μmまたはそれ以上の層厚で形成される。
The flow rate of arsine is 500 to 700 sec, and the total flow rate of hydrogen gas, TMG gas, and arsine is 2200 sec.
Supply in m. Thereby, the thickness of the second layer 52 is, for example, 1.5 μm or more.

この状態で期間W4では、第1熱サイクルを与える。こ
のとき、結晶成長時の温度T2よりも低い温度T1a、
たとえば100℃ないしは室温と、結晶成長時の温度T
2よりも高い温度T2a、たとえば700〜950℃、
好ましくは約850℃の範囲で、温度の上昇/下降を繰
返して熱サイクルを与える。たとえば温度T2aは4回
繰返される。温度T2aの保持時間W4aは、たとえば
5分程度である。このとき水素ガスとアルシンとが供給
される。温度T2aは、ミスフィツト転位を消滅または
合体させるには、高い温度であることが好ましいけれど
も、Asが蒸気になって飛散してなくなってしまうのを
防ぐため、すなわちAsの分圧を保つためには、前述の
ように700〜950℃の範囲の温度T2aに定められ
る。
In this state, a first thermal cycle is applied during period W4. At this time, a temperature T1a lower than the temperature T2 during crystal growth,
For example, 100℃ or room temperature and the temperature T during crystal growth.
a temperature T2a higher than 2, for example 700-950°C,
A thermal cycle is provided by repeatedly increasing/decreasing the temperature, preferably in a range of about 850°C. For example, temperature T2a is repeated four times. The holding time W4a of the temperature T2a is, for example, about 5 minutes. At this time, hydrogen gas and arsine are supplied. Although it is preferable that the temperature T2a is high enough to eliminate or coalesce misfit dislocations, it must be set at a high temperature in order to prevent As from becoming vapor and scattering, that is, to maintain the partial pressure of As. , as mentioned above, is set at the temperature T2a in the range of 700 to 950°C.

このような期間W4において熱サイクルを与えることに
よって、シリコン基板2とGaAs層である第1層51
と第2層52との界面に発生したミスフィツト転位を低
減する。すなわち、この熱サイクルを与えることによっ
て、第1層51と第2層52とが、基板2の湧7内で、
比較的大きな熱応力が生じ、これによって上述のように
、ミスフィツト転位の低減が充分に行われる。それは、
基板2のシリコンの線膨張係数が、25〜42×101
であるのに対して第1層51および第2層52であるG
aAsの線膨張係数が64X10であり、このようなa
膨張係数の違いによって、上述のように熱応力が発生す
るためである。被覆層3もまた、第1層51および第2
層52に大きな熱応力を発生させる働きをする。
By applying a thermal cycle during such a period W4, the silicon substrate 2 and the first layer 51, which is a GaAs layer, are
Misfit dislocations generated at the interface between the first layer and the second layer 52 are reduced. That is, by applying this thermal cycle, the first layer 51 and the second layer 52 are heated within the well 7 of the substrate 2.
Relatively large thermal stresses are created, which, as mentioned above, are sufficient to reduce misfit dislocations. it is,
The linear expansion coefficient of silicon of the substrate 2 is 25 to 42×101
, whereas the first layer 51 and the second layer 52 are G
The linear expansion coefficient of aAs is 64X10, and such a
This is because thermal stress is generated as described above due to the difference in expansion coefficients. The covering layer 3 also has a first layer 51 and a second layer 51.
It serves to generate large thermal stresses in layer 52.

第2層52の表面は、基板2の上面にほぼ一致している
The surface of the second layer 52 substantially coincides with the top surface of the substrate 2 .

次に期間W5では、GaAsから成る第3層53を、温
度T2で水素ガスとTMGガスとアルシンとの雰囲気で
、層厚をたとえば0.8μmとして、第2図(5)のよ
うに形成する。
Next, in period W5, a third layer 53 made of GaAs is formed at temperature T2 in an atmosphere of hydrogen gas, TMG gas, and arsine, with a layer thickness of, for example, 0.8 μm, as shown in FIG. 2 (5). .

その後、第2図(6)のように第3層53上に、発光ダ
イオードを形成するために、期間W6では、n−AlG
aAs層54を形成し、その後、期間W7では、p−A
I GaAs層55を形成し、このpn接合面が発光面
として得られる。
Thereafter, in order to form a light emitting diode on the third layer 53 as shown in FIG.
After forming the aAs layer 54, in period W7, p-A
An I GaAs layer 55 is formed, and this pn junction surface is obtained as a light emitting surface.

本件発明者の実験によれば、シリコン基板2の渭7の表
面と第1層51との界面におけるエッチピット密度は、
5X10’cm−”であり、前述の先行技術に比べて、
大幅に低減したことが確認された。
According to experiments by the inventor of the present invention, the etch pit density at the interface between the surface of the edge 7 of the silicon substrate 2 and the first layer 51 is as follows:
5X10'cm-'', compared to the prior art mentioned above.
A significant reduction was confirmed.

第4図は、本発明の他の実施例の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of the invention.

この実施例は前述の第1図〜第3図に示された実施例に
類似し、対応する部分には同一の参照符を付す、注目す
べきはこの実施例では、第1図における第3層53が省
略され、第2層52上に、発光ダイオードを構成するn
−A1’ GaAs層54とp−AlGaAs層55と
が形成される。
This embodiment is similar to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 above, and corresponding parts are given the same reference numerals. The layer 53 is omitted, and on the second layer 52 there is a n layer constituting the light emitting diode.
-A1' GaAs layer 54 and p-AlGaAs layer 55 are formed.

このような第4図に示される半導体素子1aを構成する
にあたっては、第5図に示される製造工程を採用する。
In constructing the semiconductor element 1a shown in FIG. 4, the manufacturing process shown in FIG. 5 is adopted.

この第5図に示される製造工程は、前述の実施例の第3
図に類似しており、特にこの実施例では、第3層53が
形成されないので、その成長期間W5が省略されている
。その他の製造工程は、第3図に関連して述べた実施例
と同様である。
The manufacturing process shown in FIG. 5 is the third step in the above embodiment.
Similar to the figure, especially in this example, since the third layer 53 is not formed, its growth period W5 is omitted. Other manufacturing steps are similar to the embodiment described in connection with FIG.

第6図は、本件発明者の実験結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the experimental results of the inventor of the present invention.

シリコン基板2の溝7に形成される第1図の第1層51
、第2層52および第3層53の合計の層厚d2を大き
くすることによって、エッチビット密度を低減すること
ができることが判る。
The first layer 51 in FIG. 1 formed in the groove 7 of the silicon substrate 2
It can be seen that the etch bit density can be reduced by increasing the total layer thickness d2 of the second layer 52 and the third layer 53.

本発明においては、シリコン基板2の講7に第1層51
、第2層52および第3層53をエピタキシャル成長さ
せつつ熱サイクルを与えて半導体素子を製造するにあた
り、結晶性を改善するものであり、この製造にあたって
、有機金属熱分解気相成長法(略称MOCVD法)が用
いられ、このMOCV[)法を行う具体的な製造装置は
、第7図に示される。
In the present invention, the first layer 51 is formed on the base 7 of the silicon substrate 2.
, the second layer 52 and the third layer 53 are epitaxially grown and subjected to a thermal cycle to improve crystallinity when manufacturing a semiconductor element. A specific manufacturing apparatus for carrying out this MOCV method is shown in FIG.

MOCVD装置には、たとえば石英などから形成される
反応管21が設けられ、内部にシリコンカーバイドSi
Cでグラファイトを被覆したサセプタ22が配置され、
その上にシリコン基板10が乗載される0反応管21に
は高周波コイル24が巻回されており、図示しない高周
波電源から高周波電力が供給されてサセプタ22が誘導
加熱される。
The MOCVD apparatus is provided with a reaction tube 21 made of, for example, quartz, and silicon carbide (Si) is placed inside.
A susceptor 22 coated with graphite is arranged,
A high frequency coil 24 is wound around the zero reaction tube 21 on which the silicon substrate 10 is placed, and high frequency power is supplied from a high frequency power source (not shown) to heat the susceptor 22 by induction.

上記反応管21に連通される第1タンク25には、水素
ガスH2キャリアガスが充填され、第2タンク26には
アルシンA s H)が充填される。
A first tank 25 communicating with the reaction tube 21 is filled with hydrogen gas H2 carrier gas, and a second tank 26 is filled with arsine A s H).

第1タンク25からの水素ガスは純化器28を介して高
純度化され、その流量はマスフローコントローラ(以下
、MFCと略す>29.30により調整される。また第
2タンク26からのガス流量も、それぞれMFC31に
より調整される。
The hydrogen gas from the first tank 25 is highly purified through the purifier 28, and its flow rate is adjusted by a mass flow controller (hereinafter abbreviated as MFC).The gas flow rate from the second tank 26 is also , are each adjusted by the MFC 31.

有機金属として前記TMG(トリメチルガリウム)を用
いるが、これは常温で液体であり、恒温槽34内に設置
されたバブラ33内に貯留される。
TMG (trimethyl gallium) is used as the organic metal, and is liquid at room temperature, and is stored in a bubbler 33 installed in a constant temperature bath 34.

純化器28からのキャリアガスは、MFC30によりバ
ブラ33内に導入されてバブリングを行い、これにより
バブラ33内のTMGがガス化して反応管21へ導入さ
れる。またこのキャリアガスは、MFC29を介して第
2タンク26からのガスのキャリアガスとしても用いら
れる。このようなMOCVD装置を構成する構成要素を
接続する配管系には、ガス調整弁37.38およびR/
レブ40〜44が設けられる。
The carrier gas from the purifier 28 is introduced into the bubbler 33 by the MFC 30 to perform bubbling, whereby TMG in the bubbler 33 is gasified and introduced into the reaction tube 21 . This carrier gas is also used as a carrier gas for the gas from the second tank 26 via the MFC 29. The piping system that connects the components that make up such MOCVD equipment includes gas regulating valves 37, 38 and R/
Revs 40-44 are provided.

前記反応管21には、超高真空排気装置35と排気ガス
処理装置36とが接続されており、超高真空排気装置3
5を用いて、成膜に先立って反応管21内の残留ガスを
除去し、排気ガス処理装置36を用いて成膜作業中およ
び成膜作業後の排気ガス中の有毒なヒ素化合物などを除
去する。
An ultra-high vacuum evacuation device 35 and an exhaust gas treatment device 36 are connected to the reaction tube 21, and the ultra-high vacuum evacuation device 3
5 is used to remove residual gas in the reaction tube 21 prior to film formation, and an exhaust gas treatment device 36 is used to remove toxic arsenic compounds in the exhaust gas during and after the film formation process. do.

本発明の池の実施例として、キャリアガスは水素ガスの
代わりにアルゴンArなどが用し)られてもよい。結晶
層は、上述の実施例のGaAsのほかに、GaP、Aj
! GaAsなどであってもよく、さらによたI nA
sなどであってもよく、その他の結晶層であってもよい
As an embodiment of the pond of the present invention, the carrier gas may be argon (Ar, etc.) instead of hydrogen gas. In addition to GaAs in the above embodiment, the crystal layer is made of GaP, Aj
! It may be GaAs or the like, and it may also be I nA.
s or other crystal layers.

[発明の効果コ 以上のように本発明によれば、被覆層の透孔に臨んでシ
リコン基板に形成された清には■−V族化合物半導体層
が埋込み成長されており、この埋込み成長された層には
、その成長時の所要温度よりも高い温度と低い温度との
間で熱サイクルが加えられるので、埋込み成長された層
には、清白で比較的大きな熱応力が作用し、これによっ
てミスフィツト転位が減小され、エッチピット密度の低
減を図ることができる。またこの被覆層に透孔を形成す
るとともに、シリコン基板に、透孔に臨む溝を形成する
ステップは、エツチングによって行われるので、作業性
が良好であり、生産性を向上することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the ■-V group compound semiconductor layer is buried and grown in the hole formed in the silicon substrate facing the through hole of the coating layer, and the buried growth is Because the layer is thermally cycled between higher and lower temperatures than required during its growth, the buried layer is exposed to a relatively large thermal stress, which causes Misfit dislocations are reduced, and the etch pit density can be reduced. Furthermore, since the steps of forming the through holes in the coating layer and forming grooves facing the through holes in the silicon substrate are performed by etching, the workability is good and the productivity can be improved.

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

第1図は本発明の一実施例の半導体素子の断面図、第2
図は第1図に示される半導体素子を製造する工程を示す
断面図、第3図は第2図に示される製造工程を示すグラ
フ、第4図は本発明の他の実施例の半導体素子の断面図
、第5図は第4図に示される半導体素子の製造方法を説
明するためのグラフ、第6図は半導体層の厚みとニッチ
ピッ1〜密度との関係を示すグラフ、第7図は本発明を
実施するための製造装置を示す系統図、第8図は先行技
術の製造工程を説明する断面図である。 1.1a・・・半導体素子、2・・・シリコン基板、3
・・被覆層、5.6・・・透孔、7・・・溝、51・・
・第1層、52・・・第2層、53・・・第3層
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 1, FIG. 3 is a graph showing the manufacturing process shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a graph for explaining the manufacturing method of the semiconductor device shown in FIG. 4, FIG. 6 is a graph showing the relationship between the thickness of the semiconductor layer and the niche pitch 1~density, and FIG. FIG. 8 is a system diagram showing a manufacturing apparatus for carrying out the invention, and is a sectional view illustrating the manufacturing process of the prior art. 1.1a...Semiconductor element, 2...Silicon substrate, 3
...Covering layer, 5.6...Through hole, 7...Groove, 51...
・First layer, 52...second layer, 53...third layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)透孔を有する電気絶縁性被覆層を形成したシリコ
ン基板に、該透孔に対応して溝を形成し、該溝にIII−
V族化合物半導体層が、埋込まれるように成長せしめた
ことを特徴とする半導体素子。
(1) In a silicon substrate on which an electrically insulating coating layer having through holes is formed, grooves are formed corresponding to the through holes, and in the grooves III-
A semiconductor device characterized in that a group V compound semiconductor layer is grown in a buried manner.
(2)シリコン基板上に電気絶縁性被覆層を形成し、エ
ッチングにより該被覆層に透孔を形成するとともに、シ
リコン基板に前記透孔に対応して溝を形成し、次いで該
溝にIII−V族化合物半導体層を所要温度で埋まれるよ
うに成長させ、しかる後、該埋込み成長した層に前記所
要温度よりも高い温度と低い温度との間で熱サイクルを
加えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
(2) Form an electrically insulating coating layer on a silicon substrate, form a through hole in the coating layer by etching, form a groove corresponding to the through hole in the silicon substrate, and then fill the groove with III- A semiconductor device characterized in that a group V compound semiconductor layer is grown so as to be buried at a predetermined temperature, and then a thermal cycle is applied to the buried layer between a temperature higher and a temperature lower than the required temperature. manufacturing method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011029640A (en) * 2009-07-24 2011-02-10 Lg Innotek Co Ltd Light-emitting device package, and method for fabricating the same

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