JPH03197393A - シリコン基板上への３―ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
シリコン基板上への３―ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法Info
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- JPH03197393A JPH03197393A JP33740889A JP33740889A JPH03197393A JP H03197393 A JPH03197393 A JP H03197393A JP 33740889 A JP33740889 A JP 33740889A JP 33740889 A JP33740889 A JP 33740889A JP H03197393 A JPH03197393 A JP H03197393A
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- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 31
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
シリコン基板上のＩ−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャ
ル成長方法に関する。
ル成長方法に関する。
シリコン単結晶基板上に砒化ガリウム等のｍ−Ｖ族化合
物半導体層を成長させる際に、表面清浄化が困難である
こと、大きな格子定数差を有すること、シリコンが共有
結合性結晶であるのに対し■−ｖ族化合物半導体が分極
性結晶であること等の問題がある。これらの問題のため
シリコン基板上に成長した化合物半導体層は１０８ａｉ
−’程度の高い転位を有しデバイス作製に充分な品質を
得ることが困難であった。しかし、これらの問題を低減
する手法として、高温での基板表面清浄化、歪超格子層
からなるバッファ層、基板方位の傾斜等の方法がある。
物半導体層を成長させる際に、表面清浄化が困難である
こと、大きな格子定数差を有すること、シリコンが共有
結合性結晶であるのに対し■−ｖ族化合物半導体が分極
性結晶であること等の問題がある。これらの問題のため
シリコン基板上に成長した化合物半導体層は１０８ａｉ
−’程度の高い転位を有しデバイス作製に充分な品質を
得ることが困難であった。しかし、これらの問題を低減
する手法として、高温での基板表面清浄化、歪超格子層
からなるバッファ層、基板方位の傾斜等の方法がある。
これらの手法を用いたシリコン基板上への化合物半導体
層のエピタキシャル成長の、例が応用電子物性分科会研
究報告（同報告書、Ｎｏ、４２４．ｐ、１２）に報告さ
れている。この従来例ではシリコン単結晶基板上にＩｎ
Ｐ単結晶層を成長させており、エッチビット密度として
１０７Ｃａｌ −’が得られている。
層のエピタキシャル成長の、例が応用電子物性分科会研
究報告（同報告書、Ｎｏ、４２４．ｐ、１２）に報告さ
れている。この従来例ではシリコン単結晶基板上にＩｎ
Ｐ単結晶層を成長させており、エッチビット密度として
１０７Ｃａｌ −’が得られている。
しかしながら、転位に比較的敏感なデバイスである半導
体レーザや発光ダイオードでは１０５Ｃ１ｌ−’以下の
エッチビット密度に抑える必要があるため、従来の成長
法による結晶品質では発光素子への応用が困難であった
。
体レーザや発光ダイオードでは１０５Ｃ１ｌ−’以下の
エッチビット密度に抑える必要があるため、従来の成長
法による結晶品質では発光素子への応用が困難であった
。
本発明は、シリコン単結晶基板上に転位の少ない化合物
半導体層をエピタキシャル成長させることを目的とする
。
半導体層をエピタキシャル成長させることを目的とする
。
本発明は、（１００〉面近傍の面方位を有するシリコン
単結晶基板上に■−■族化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長させる方法であって、シリコン単結晶表面を一部
露出した絶縁膜層をシリコン単結晶基板上に形成する工
程と、前記絶縁膜層を選択成長マスクとして前記基板表
面に前記基板表面の結晶開口部の＜０１１＞方位及び＜
０１１＞方位に平行な方向での最大長の１．６倍以上の
層厚を有するバッファ層をエピタキシャル成長させ、バ
ッファ層上に■−ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル
成長する工程とを少くとも含むことを特徴とする。
単結晶基板上に■−■族化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長させる方法であって、シリコン単結晶表面を一部
露出した絶縁膜層をシリコン単結晶基板上に形成する工
程と、前記絶縁膜層を選択成長マスクとして前記基板表
面に前記基板表面の結晶開口部の＜０１１＞方位及び＜
０１１＞方位に平行な方向での最大長の１．６倍以上の
層厚を有するバッファ層をエピタキシャル成長させ、バ
ッファ層上に■−ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル
成長する工程とを少くとも含むことを特徴とする。
本発明によるシリコン基板上への■−Ｖ族化合物半導体
のエピタキシャル成長方法について第２図を用いて説明
する。第１の工程で、シリコン単結晶基板１１の表面を
一部露出した絶縁膜層１２を形成し、この絶縁膜層を選
択成長マスクとして用い、第２の工程で基板表面の結晶
開口部の＜０１１＞方位及び（０１１＞方位に平行な方
向での最大長Ｌｗの１．６倍以上の層厚ｄａを有するバ
ッファ層１４及び■−Ｖ族化合物半導体で成るデバイス
層（単層または複数の層で成り、半導体デバイスを形成
するための層）１５を選択的にエピタキシャル成長させ
る。その結果、以下の２点の効果が生じる。
のエピタキシャル成長方法について第２図を用いて説明
する。第１の工程で、シリコン単結晶基板１１の表面を
一部露出した絶縁膜層１２を形成し、この絶縁膜層を選
択成長マスクとして用い、第２の工程で基板表面の結晶
開口部の＜０１１＞方位及び（０１１＞方位に平行な方
向での最大長Ｌｗの１．６倍以上の層厚ｄａを有するバ
ッファ層１４及び■−Ｖ族化合物半導体で成るデバイス
層（単層または複数の層で成り、半導体デバイスを形成
するための層）１５を選択的にエピタキシャル成長させ
る。その結果、以下の２点の効果が生じる。
第１にデバイス形成に必要な領域にのみ化合物半導体層
を形成することになり、従来基板全面にエピタキシャル
成長させた場合に比べ著しく基板表面における化合物半
導体層の表面積の割合が低減できる。即ち、シリコン基
板と化合物半導体層との熱膨張率の違いによって成長温
度から室温までに下げる間に発生する歪及び転位が著し
く低減される。これは、この転位の原因となる歪の大き
さがシリコン基板と化合物半導体層との界面の面積に依
存するためである。
を形成することになり、従来基板全面にエピタキシャル
成長させた場合に比べ著しく基板表面における化合物半
導体層の表面積の割合が低減できる。即ち、シリコン基
板と化合物半導体層との熱膨張率の違いによって成長温
度から室温までに下げる間に発生する歪及び転位が著し
く低減される。これは、この転位の原因となる歪の大き
さがシリコン基板と化合物半導体層との界面の面積に依
存するためである。
第２に、バッファ層を基板表面の結晶開口部の＜０１１
＞方位及び（０１１＞方位に平行な方向での最大長Ｌｗ
の１．６倍以上の層厚ｄ＠にすることにより、大きな格
子定数差を有するヘテロ界面１６で発生する転位１７が
バッファ層１４より上のデバイス層１５へ伝播すること
を防止できる。これは大部分の転位が＜１１１＞ Ａま
たは＜１１１＞Ｂ方位と平行な方向に沿ってバッファ層
１４内を上へ伝播するため、バッファ層厚ｄ。
＞方位及び（０１１＞方位に平行な方向での最大長Ｌｗ
の１．６倍以上の層厚ｄ＠にすることにより、大きな格
子定数差を有するヘテロ界面１６で発生する転位１７が
バッファ層１４より上のデバイス層１５へ伝播すること
を防止できる。これは大部分の転位が＜１１１＞ Ａま
たは＜１１１＞Ｂ方位と平行な方向に沿ってバッファ層
１４内を上へ伝播するため、バッファ層厚ｄ。
を上記厚さ以上にすることにより前記転位の伝播がバッ
ファ層内で終るためである。この関係は下式で表される
。
ファ層内で終るためである。この関係は下式で表される
。
ｄａ ＞ Ｌｗ ｔａｎθ
ここで、θは、＜１１１＞方位と＜１００＞方位とのな
す角であり、ｔａｎθは約１．６である。
す角であり、ｔａｎθは約１．６である。
以上２点の効果により、転位の少ない化合物半導体層を
エピタキシャル成長させることができる。
エピタキシャル成長させることができる。
以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の詳細な説明する工程図である０本実施
例ではシリコン単結晶基板上に砒化ガリウム単結晶層を
エピタキシャル成長させる場合について説明する。
例ではシリコン単結晶基板上に砒化ガリウム単結晶層を
エピタキシャル成長させる場合について説明する。
まず第１の工程で（１１０＞方向に２°傾けた（１００
）面を表面とするシリコン単結晶基板１１の上に熱ＣＶ
Ｄ法により厚さ２００ｎｍのＳ ｉ ０２絶縁膜層１２
を積層したのち、通常のフォトリソグラフィーと化学エ
ツチングの手法により直径２μｍの窓状に露出させたシ
リコン単結晶表面１３を３００μｍＸ３００μｍに１個
の割合で形成した（第１図（ａ））、つぎに第２の工程
で、５ｉ０２絶縁膜層１２を選択成長マスクとして用い
、シリコン単結晶表面１３に選択的に砒化ガリウムバッ
ファ層１４をエピタキシャル成長させ（第１図（ｂ））
、続いて砒化ガリウムデバイス層１５をエピタキシャル
成長させた（第１図（ｃ））。
）面を表面とするシリコン単結晶基板１１の上に熱ＣＶ
Ｄ法により厚さ２００ｎｍのＳ ｉ ０２絶縁膜層１２
を積層したのち、通常のフォトリソグラフィーと化学エ
ツチングの手法により直径２μｍの窓状に露出させたシ
リコン単結晶表面１３を３００μｍＸ３００μｍに１個
の割合で形成した（第１図（ａ））、つぎに第２の工程
で、５ｉ０２絶縁膜層１２を選択成長マスクとして用い
、シリコン単結晶表面１３に選択的に砒化ガリウムバッ
ファ層１４をエピタキシャル成長させ（第１図（ｂ））
、続いて砒化ガリウムデバイス層１５をエピタキシャル
成長させた（第１図（ｃ））。
本実施例では選択成長特性を有するエピタキシャル成長
法としてケミカルビームエピタキシャル成長法を用いた
。■族材料にはトリエチルガリウム〈略称ＴＥＧ、分子
式（Ｃ２Ｈ５） ３ Ｇａ ）を用い、Ｖ族材料にはア
ルシン（分子式ＡｓＨ３）を用い、これらのガスを高真
空中で成長温度に加熱保持されたシリコン単結晶基板１
に照射してエピタキシャル成長させた。バッファ層１４
の成長層厚は単結晶表面の窓の直径２μｍの１．６倍の
３．２μｍとした。なお、成長前に表面清浄化及びシン
グルドメイン化の一般的な手法として、高温（１０００
℃）での表面清浄化を行った。
法としてケミカルビームエピタキシャル成長法を用いた
。■族材料にはトリエチルガリウム〈略称ＴＥＧ、分子
式（Ｃ２Ｈ５） ３ Ｇａ ）を用い、Ｖ族材料にはア
ルシン（分子式ＡｓＨ３）を用い、これらのガスを高真
空中で成長温度に加熱保持されたシリコン単結晶基板１
に照射してエピタキシャル成長させた。バッファ層１４
の成長層厚は単結晶表面の窓の直径２μｍの１．６倍の
３．２μｍとした。なお、成長前に表面清浄化及びシン
グルドメイン化の一般的な手法として、高温（１０００
℃）での表面清浄化を行った。
こうして形成した砒化ガリウムデバイス層１５は成長面
積が非常に小さいためシリコン単結晶基板と化合物半導
体層との熱膨張率の違いによって成長温度から室温まで
に下げる間に発生する歪及び転位が著しく低減される。
積が非常に小さいためシリコン単結晶基板と化合物半導
体層との熱膨張率の違いによって成長温度から室温まで
に下げる間に発生する歪及び転位が著しく低減される。
しかも、バッファ層１４の層厚を単結晶表面の窓の直径
２μｍの１．６倍にすることによってヘテロ界面１６で
発生した転位がデバイス層１５まで伝播しない、これら
の効果によって、デバイス層１５の転位密度は１０５Ｃ
Ｉｌ−’以下に低減できる。従って、転位に比較的敏感
なデバイスである半導体レーザや発光ダイオード等の発
光素子への応用が可能となる。
２μｍの１．６倍にすることによってヘテロ界面１６で
発生した転位がデバイス層１５まで伝播しない、これら
の効果によって、デバイス層１５の転位密度は１０５Ｃ
Ｉｌ−’以下に低減できる。従って、転位に比較的敏感
なデバイスである半導体レーザや発光ダイオード等の発
光素子への応用が可能となる。
上記実施例では砒化ガリウム層を成長させたが燐化イン
ジウム等、他の■−ｖ族化合物半導体層の場合において
も同様の効果が得られる。
ジウム等、他の■−ｖ族化合物半導体層の場合において
も同様の効果が得られる。
上記実施例では選択成長特性を有する成長法としてケミ
カルビームエピタキシャル成長法を用いたが、ハイドラ
イド気相成長法等の選択成長特性を有する他の成長法を
用いてもよい。
カルビームエピタキシャル成長法を用いたが、ハイドラ
イド気相成長法等の選択成長特性を有する他の成長法を
用いてもよい。
シリコン（Ｓｔ）単結晶基板との格子不整による転位が
バッファ層を設けることによってデバイス層迄伝播しな
いため、従来技術に比べ転位密度が１０’ｃｓ−’以下
に低減でき結晶性が向上する。
バッファ層を設けることによってデバイス層迄伝播しな
いため、従来技術に比べ転位密度が１０’ｃｓ−’以下
に低減でき結晶性が向上する。
第１図は本発明の詳細な説明する工程図、第２図は本発
明の詳細な説明する成長層の断面図である。 １１・・・シリコン単結晶基板、１２・・・Ｓ ｉ ０
２絶縁膜層、１３・・・シリコン単結晶表面、１４・・
・砒化ガリウムバッファ層、１５・・・砒化ガリウムデ
バイス層、１６・・・ヘテロ界面、１７・・・転位を、
それぞれ示す。 （α） （ｂ）
明の詳細な説明する成長層の断面図である。 １１・・・シリコン単結晶基板、１２・・・Ｓ ｉ ０
２絶縁膜層、１３・・・シリコン単結晶表面、１４・・
・砒化ガリウムバッファ層、１５・・・砒化ガリウムデ
バイス層、１６・・・ヘテロ界面、１７・・・転位を、
それぞれ示す。 （α） （ｂ）
Claims (1)
- 〈１００〉面近傍の面方位を有するシリコン単結晶表面
を一部露出した絶縁膜層をシリコン単結晶基板上に形成
する工程と、前記絶縁膜層を選択成長マスクとして前記
基板表面に前記基板表面の結晶開口部の〈０１１〉方位
及び〈０１＠１＠〉方位に平行な方向での最大長の１．
６倍以上の層厚を有するバッファ層をエピタキシャル成
長させ、次いで、バッファ層上にIII−Ｖ族化合物半導
体層をエピタキシャル成長する工程とを少くとも含むこ
とを特徴とするシリコン基板上へのIII−Ｖ族化合物半
導体のエピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33740889A JPH0791154B2 (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | シリコン基板上への▲ｉｉｉ▼―ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33740889A JPH0791154B2 (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | シリコン基板上への▲ｉｉｉ▼―ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03197393A true JPH03197393A (ja) | 1991-08-28 |
| JPH0791154B2 JPH0791154B2 (ja) | 1995-10-04 |
Family
ID=18308354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33740889A Expired - Lifetime JPH0791154B2 (ja) | 1989-12-25 | 1989-12-25 | シリコン基板上への▲ｉｉｉ▼―ｖ族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0791154B2 (ja) |
-
1989
- 1989-12-25 JP JP33740889A patent/JPH0791154B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0791154B2 (ja) | 1995-10-04 |
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