JPH04258137A - 電子素子の製造方法 - Google Patents
電子素子の製造方法Info
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- JPH04258137A JPH04258137A JP1999091A JP1999091A JPH04258137A JP H04258137 A JPH04258137 A JP H04258137A JP 1999091 A JP1999091 A JP 1999091A JP 1999091 A JP1999091 A JP 1999091A JP H04258137 A JPH04258137 A JP H04258137A
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Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (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
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板上に I
II−V族、II−VI族、IV−IV族等の化合物半
導体の薄膜より構成される電界効果型トランジスター(
FET)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)等の
トランジスターの製造方法に関する。
II−V族、II−VI族、IV−IV族等の化合物半
導体の薄膜より構成される電界効果型トランジスター(
FET)、高電子移動度トランジスタ(HEMT)等の
トランジスターの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】トランジスターの高速・高周波化を図る
ために、電子移動度の大きなGaAs等のIII−V族
化合物半導体が使用されている。III−V族化合物半
導体はシリコンに比べて高価であるため、最近は、低価
格化の目的でシリコン基板を使用することが試みられて
いる(伊藤利道、加藤剛久「応用物理」vol. 57
(1988) p. 1710)。このシリコン基板
は、大面積化が容易であり、軽量で高い熱伝導率を有す
るという特徴がある。
ために、電子移動度の大きなGaAs等のIII−V族
化合物半導体が使用されている。III−V族化合物半
導体はシリコンに比べて高価であるため、最近は、低価
格化の目的でシリコン基板を使用することが試みられて
いる(伊藤利道、加藤剛久「応用物理」vol. 57
(1988) p. 1710)。このシリコン基板
は、大面積化が容易であり、軽量で高い熱伝導率を有す
るという特徴がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異種材
料であるシリコンと III−V族化合物半導体との間
には格子不整合・熱膨張係数の差・極性の違い等の物性
上の差異があるため、シリコン基板上に結晶性の良い
III−V族化合物半導体を成長させるためには、通常
の成長方法と異なる条件、手法の開発が必要になる。例
えば、シリコン基板上にGaAs単結晶を成長させる場
合には、オファングルシリコン基板や高温でサーマルク
リーニングを施したシリコン基板を用いたり、低温成長
を含めた2段階成長法が試みられてきた。また、中間緩
衝層や歪超格子層の導入、成長中における熱サイクル法
や成長後の熱アニール法なども検討されている。しかし
、転位密度を例にとると、LEC法のGaAs基板上に
成長したGaAsが104 cm−2程度であるのに対
し、シリコン基板上に成長したGaAsは106 cm
−2という高い値を示し、結晶性の改善は未だ不十分で
ある。
料であるシリコンと III−V族化合物半導体との間
には格子不整合・熱膨張係数の差・極性の違い等の物性
上の差異があるため、シリコン基板上に結晶性の良い
III−V族化合物半導体を成長させるためには、通常
の成長方法と異なる条件、手法の開発が必要になる。例
えば、シリコン基板上にGaAs単結晶を成長させる場
合には、オファングルシリコン基板や高温でサーマルク
リーニングを施したシリコン基板を用いたり、低温成長
を含めた2段階成長法が試みられてきた。また、中間緩
衝層や歪超格子層の導入、成長中における熱サイクル法
や成長後の熱アニール法なども検討されている。しかし
、転位密度を例にとると、LEC法のGaAs基板上に
成長したGaAsが104 cm−2程度であるのに対
し、シリコン基板上に成長したGaAsは106 cm
−2という高い値を示し、結晶性の改善は未だ不十分で
ある。
【0004】本発明は、上記の欠点を解消し、シリコン
基板上に格子欠陥の少ない III−V族化合物半導体
を成長させる方法を提供しようとするものであり、電界
効果型トランジスター(FET)や高電子移動度トラン
ジスター(HEMT)等のトランジスター形成に適した
成長方法を提供しようとするものである。
基板上に格子欠陥の少ない III−V族化合物半導体
を成長させる方法を提供しようとするものであり、電界
効果型トランジスター(FET)や高電子移動度トラン
ジスター(HEMT)等のトランジスター形成に適した
成長方法を提供しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリコン単結
晶基板の表面にシリコン多孔質層を設け、その上に20
0〜500℃の低温で第1のバッファー層である化合物
半導体を成長し、次いで昇温して400〜700℃の中
温で第2のバッファー層である化合物半導体を成長し、
さらに昇温して500〜900℃の高温で化合物半導体
の電子素子を成長させることを特徴とする電子素子の製
造方法である。なお、シリコン多孔質層の表面変性層を
除去し、サーマルクリーニングを行った後に、上記化合
物半導体を成長することにより、上記変性層に起因する
ミスフィット転位のさらなる低減を可能とし、高品質の
化合物半導体の形成に有効である。
晶基板の表面にシリコン多孔質層を設け、その上に20
0〜500℃の低温で第1のバッファー層である化合物
半導体を成長し、次いで昇温して400〜700℃の中
温で第2のバッファー層である化合物半導体を成長し、
さらに昇温して500〜900℃の高温で化合物半導体
の電子素子を成長させることを特徴とする電子素子の製
造方法である。なお、シリコン多孔質層の表面変性層を
除去し、サーマルクリーニングを行った後に、上記化合
物半導体を成長することにより、上記変性層に起因する
ミスフィット転位のさらなる低減を可能とし、高品質の
化合物半導体の形成に有効である。
【0006】シリコン基板の表面を多孔質化する方法と
しては、例えばフッ酸溶液中での陽極化成法を挙げるこ
とができる。多孔質層の厚みは、特に限定されるもので
はないが、小数点以下1桁から数百ミクロンの範囲で形
成することができる。また、多孔質層の孔径は、例えば
20〜300Å程度の大きさとなる。シリコン基板の上
に積層する III−V族化合物半導体は、例えばGa
As, GaP, InP等の2元系の化合物半導体や
、AlGaAs, AlGaP, InAlAs, I
nAlP, GaAsP, GaInP等の3元系の化
合物半導体などを選ぶことができる。また、これらの層
を積層することもできる。
しては、例えばフッ酸溶液中での陽極化成法を挙げるこ
とができる。多孔質層の厚みは、特に限定されるもので
はないが、小数点以下1桁から数百ミクロンの範囲で形
成することができる。また、多孔質層の孔径は、例えば
20〜300Å程度の大きさとなる。シリコン基板の上
に積層する III−V族化合物半導体は、例えばGa
As, GaP, InP等の2元系の化合物半導体や
、AlGaAs, AlGaP, InAlAs, I
nAlP, GaAsP, GaInP等の3元系の化
合物半導体などを選ぶことができる。また、これらの層
を積層することもできる。
【0007】
【作用】多孔質化されたシリコン基板の表面には、例え
ば20〜300Å程度の孔が無数に形成されており、そ
の上に成長する化合物半導体は、孔を架橋するように成
長し、格子定数が異なっても格子不整合による歪を緩和
しながら成長させることができるので、ミスフィット転
位の導入を防止することができる。また、多孔質化した
シリコンは通常のシリコンに比べ、ヤング率が約10分
の1というように柔軟性に富んでいる(K.Barla
等 ”J.Cryst.Grwth 68” (19
84) p.727参照) 。このため III−V族
化合物半導体とシリコンのように熱膨張係数が大きく異
なる組み合わせであっても、2つの物質間の歪を多孔質
部分で吸収することができるので、化合物半導体の転位
や残留応力を大幅を低減することができる。
ば20〜300Å程度の孔が無数に形成されており、そ
の上に成長する化合物半導体は、孔を架橋するように成
長し、格子定数が異なっても格子不整合による歪を緩和
しながら成長させることができるので、ミスフィット転
位の導入を防止することができる。また、多孔質化した
シリコンは通常のシリコンに比べ、ヤング率が約10分
の1というように柔軟性に富んでいる(K.Barla
等 ”J.Cryst.Grwth 68” (19
84) p.727参照) 。このため III−V族
化合物半導体とシリコンのように熱膨張係数が大きく異
なる組み合わせであっても、2つの物質間の歪を多孔質
部分で吸収することができるので、化合物半導体の転位
や残留応力を大幅を低減することができる。
【0008】本発明者等は、先に多孔質シリコン層表面
に形成される変成層に起因するミスフィット転位を低減
するために、該変性層を除去したシリコン基板を用い、
低温成長と高温成長の2段階成長法で結晶性の優れた化
合物半導体を得る方法を提案した(特願平2−1105
95号)。しかし、上記2段階成長法では、第1層の低
温成長における僅かの条件の変動が、高温成長の第2層
の結晶性に直接影響を及ぼすため、結晶欠陥等を第2層
に持ち込むことになり、第2層の再現性が十分でないと
いう問題があった。
に形成される変成層に起因するミスフィット転位を低減
するために、該変性層を除去したシリコン基板を用い、
低温成長と高温成長の2段階成長法で結晶性の優れた化
合物半導体を得る方法を提案した(特願平2−1105
95号)。しかし、上記2段階成長法では、第1層の低
温成長における僅かの条件の変動が、高温成長の第2層
の結晶性に直接影響を及ぼすため、結晶欠陥等を第2層
に持ち込むことになり、第2層の再現性が十分でないと
いう問題があった。
【0009】そこで、本発明では、低温成長と高温成長
との間に中間温度で成長を行う、3段階成長法を採用す
ることにより、低温成長層の影響を中間成長層で緩和し
て、該影響を受けることのない良好な高温成長層を形成
することができ、優れた特性を有する電子素子を製造す
ることができるようになった。中間成長層を400℃よ
り低い温度で成長すると、OMVPE、MBEの両成長
法とも、多結晶又はアモルファスを生成し、単結晶膜を
形成することができず、所望の中間成長層を得ることが
できない。また、中間成長層を700℃より高温で成長
するとそれ以下の温度に比べ、結晶性が悪化する。温度
が高い方が、島状成長(3次元成長)し易いため、低温
層の上に直接、700℃以上の温度で成長すると島と島
が衝突する形になり、結晶性が向上しない。
との間に中間温度で成長を行う、3段階成長法を採用す
ることにより、低温成長層の影響を中間成長層で緩和し
て、該影響を受けることのない良好な高温成長層を形成
することができ、優れた特性を有する電子素子を製造す
ることができるようになった。中間成長層を400℃よ
り低い温度で成長すると、OMVPE、MBEの両成長
法とも、多結晶又はアモルファスを生成し、単結晶膜を
形成することができず、所望の中間成長層を得ることが
できない。また、中間成長層を700℃より高温で成長
するとそれ以下の温度に比べ、結晶性が悪化する。温度
が高い方が、島状成長(3次元成長)し易いため、低温
層の上に直接、700℃以上の温度で成長すると島と島
が衝突する形になり、結晶性が向上しない。
【0010】
【実施例】(実施例1)OMVPE法の成長温度を3段
階に上昇させて電界効果型トランジスターを製造した。 まず、シリコン基板をフッ酸溶液に接触させて、電流密
度を20mA/cm2 に調節して陽極化成により、厚
さ30μm の多孔質層を形成し、エッチングにより多
孔質層の表面を厚さ0.5μm 除去して変成層を取り
除いた。このシリコン基板を900℃でサ−マルクリー
ニング処理を施した後、OMVPE法により400℃厚
さ150Åの第1のGaAsバッファー層を低温成長さ
せ、さらに成長温度を550℃に上げて厚さ2.5μm
の第2のGaAsバッファー層を中温成長させ、その
後成長温度を650℃まで上げて第3のバッファー層を
2.0μm 、n−GaAs単結晶の活性層を6.5μ
m 高温成長させた。この基板から図1記載の電界効果
型トランジスターを製造した。 このトランジスターの伝達コンダクタンスを測定したと
ころ、100ms/mmと比較的高い値を得た。比較の
ために、実施例1の多孔質シリコン層の形成を省略し、
その他実施例1と同様にシリコン基板上に直接電界効果
型トランジスターを製造した。このトランジスターの伝
達コンダクタンスは80ms/mmであった。
階に上昇させて電界効果型トランジスターを製造した。 まず、シリコン基板をフッ酸溶液に接触させて、電流密
度を20mA/cm2 に調節して陽極化成により、厚
さ30μm の多孔質層を形成し、エッチングにより多
孔質層の表面を厚さ0.5μm 除去して変成層を取り
除いた。このシリコン基板を900℃でサ−マルクリー
ニング処理を施した後、OMVPE法により400℃厚
さ150Åの第1のGaAsバッファー層を低温成長さ
せ、さらに成長温度を550℃に上げて厚さ2.5μm
の第2のGaAsバッファー層を中温成長させ、その
後成長温度を650℃まで上げて第3のバッファー層を
2.0μm 、n−GaAs単結晶の活性層を6.5μ
m 高温成長させた。この基板から図1記載の電界効果
型トランジスターを製造した。 このトランジスターの伝達コンダクタンスを測定したと
ころ、100ms/mmと比較的高い値を得た。比較の
ために、実施例1の多孔質シリコン層の形成を省略し、
その他実施例1と同様にシリコン基板上に直接電界効果
型トランジスターを製造した。このトランジスターの伝
達コンダクタンスは80ms/mmであった。
【0011】(実施例2)OMVPE法の成長温度を3
段階に上昇させてヘテロバッファー電界効果型トランジ
スターを製造した。まず、シリコン基板をフッ酸溶液に
接触させて、電流密度を20mA/cm2 に調節して
陽極化成により、厚さ30μm の多孔質層を形成し、
エッチングにより多孔質層の表面を厚さ0.5μm 除
去して変成層を取り除いた。このシリコン基板を900
℃でサ−マルクリーニング処理を施した後、OMVPE
法により400℃で厚さ150Åの第1のGaAsバッ
ファー層を低温成長させ、さらに成長温度を550℃に
上げて厚さ2.5μm の第2のGaAsバッファー層
を中温成長させ、その後成長温度を650℃まで上げて
AlGaAsバッファー層を2.0μm 、n−GaA
s単結晶の活性層を0.5μm 高温成長させた。この
基板から図2記載のヘテロバッファー電界効果型トラン
ジスターを製造した。このトランジスターの耐圧を測定
したところ、25Vと比較的高い値を得た。比較のため
に、実施例2の多孔質シリコン層の形成を省略し、その
他実施例2と同様にシリコン基板上にヘテロバッファー
電界効果型トランジスターを製造した。このトランジス
ターの耐圧は20Vであった。
段階に上昇させてヘテロバッファー電界効果型トランジ
スターを製造した。まず、シリコン基板をフッ酸溶液に
接触させて、電流密度を20mA/cm2 に調節して
陽極化成により、厚さ30μm の多孔質層を形成し、
エッチングにより多孔質層の表面を厚さ0.5μm 除
去して変成層を取り除いた。このシリコン基板を900
℃でサ−マルクリーニング処理を施した後、OMVPE
法により400℃で厚さ150Åの第1のGaAsバッ
ファー層を低温成長させ、さらに成長温度を550℃に
上げて厚さ2.5μm の第2のGaAsバッファー層
を中温成長させ、その後成長温度を650℃まで上げて
AlGaAsバッファー層を2.0μm 、n−GaA
s単結晶の活性層を0.5μm 高温成長させた。この
基板から図2記載のヘテロバッファー電界効果型トラン
ジスターを製造した。このトランジスターの耐圧を測定
したところ、25Vと比較的高い値を得た。比較のため
に、実施例2の多孔質シリコン層の形成を省略し、その
他実施例2と同様にシリコン基板上にヘテロバッファー
電界効果型トランジスターを製造した。このトランジス
ターの耐圧は20Vであった。
【0012】
【発明の効果】本発明は、上記の構成を採用することに
より、シリコン基板上に格子欠陥の少ない III−V
族化合物半導体を成長させることができ、優れた電界効
果型トランジスター(FET)や高電子移動度トランジ
スター(HEMT)等のトランジスターの製造を可能に
した。
より、シリコン基板上に格子欠陥の少ない III−V
族化合物半導体を成長させることができ、優れた電界効
果型トランジスター(FET)や高電子移動度トランジ
スター(HEMT)等のトランジスターの製造を可能に
した。
【図1】実施例1で製造した電界効果型トランジスター
の断面図である。
の断面図である。
【図2】実施例2で製造したヘテロバッファー電界効果
型トランジスターの断面図である。
型トランジスターの断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 シリコン単結晶基板の表面にシリコン
多孔質層を設け、その上に200〜500℃の低温で第
1のバッファー層である化合物半導体を成長し、次いで
昇温して400〜700℃の中温で第2のバッファー層
である化合物半導体を成長し、さらに昇温して500〜
900℃の高温で化合物半導体の電子素子を成長させる
ことを特徴とする電子素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1999091A JPH04258137A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 電子素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1999091A JPH04258137A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 電子素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04258137A true JPH04258137A (ja) | 1992-09-14 |
Family
ID=12014612
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1999091A Pending JPH04258137A (ja) | 1991-02-13 | 1991-02-13 | 電子素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04258137A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002299261A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体基板及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-02-13 JP JP1999091A patent/JPH04258137A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002299261A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 半導体基板及びその製造方法 |
JP4569026B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2010-10-27 | 信越半導体株式会社 | 半導体基板及びその製造方法 |
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