JPH05175146A - Epitaxial growth method - Google Patents
Epitaxial growth methodInfo
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- JPH05175146A JPH05175146A JP34537691A JP34537691A JPH05175146A JP H05175146 A JPH05175146 A JP H05175146A JP 34537691 A JP34537691 A JP 34537691A JP 34537691 A JP34537691 A JP 34537691A JP H05175146 A JPH05175146 A JP H05175146A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、エピタキシャル成長方
法に係り、特に単結晶シリコン基板表面へのガリウムリ
ン(GaP )層のエピタキシャル成長方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an epitaxial growth method, and more particularly to an epitaxial growth method of a gallium phosphide (GaP) layer on the surface of a single crystal silicon substrate.
【0002】[0002]
【従来の技術】III-V化合物半導体は、高速電子デバイ
ス、光デバイスなどに利用される材料として注目されて
いるが、機械的に脆いこと、大面積基板を得るのは難し
く高価であるという欠点を有している。2. Description of the Related Art III-V compound semiconductors are attracting attention as materials used in high-speed electronic devices, optical devices, etc., but they are mechanically fragile and it is difficult and expensive to obtain a large-area substrate. have.
【0003】そこでこのような問題を解決するために、
安価で機械的および熱的特性に優れたシリコン基板等の
単結晶基板表面に、所望のIII-V化合物のエピタキシャ
ル成長層を成長させる方法が広く用いられている。Therefore, in order to solve such a problem,
A method of growing an epitaxial growth layer of a desired III-V compound on a surface of a single crystal substrate such as a silicon substrate which is inexpensive and has excellent mechanical and thermal characteristics is widely used.
【0004】例えば太陽電池の場合、安価で機械的およ
び熱的特性に優れ、バンドギャップの狭いシリコン基板
表面に、バンドギャップの広いガリウムリン(GaP )層
をエピタキシャル成長させることにより、大面積化をは
かる試みがなされている。この構造では、シリコンは基
板としてガリウムリン層を支持するのみならず、pn接
合を形成し太陽電池としても動作するようになってお
り、バンドギャップの異なる半導体物質からなる太陽電
池の積層構造であるため、複数の吸収波長帯を有し、高
効率の太陽電池を得ることができる。For example, in the case of a solar cell, a large area can be obtained by epitaxially growing a gallium phosphide (GaP) layer having a wide band gap on the surface of a silicon substrate which is inexpensive, has excellent mechanical and thermal characteristics, and has a narrow band gap. Attempts are being made. In this structure, silicon not only supports the gallium phosphide layer as a substrate, but also forms a pn junction to operate as a solar cell, which is a laminated structure of solar cells made of semiconductor materials having different band gaps. Therefore, a highly efficient solar cell having a plurality of absorption wavelength bands can be obtained.
【0005】ところで、このような太陽電池を形成する
際、シリコン基板上にGaP 層をエピタキシャル成長させ
る必要がある。シリコンとGaP は格子整合性がよくエピ
タキシャル成長が可能であるとされているが、実際にデ
バイスを作る場合には、結晶性および表面状態が十分で
ないという問題がある。When forming such a solar cell, it is necessary to epitaxially grow a GaP layer on a silicon substrate. Although it is said that silicon and GaP have good lattice matching and are capable of epitaxial growth, there is a problem that the crystallinity and surface state are not sufficient when actually manufacturing a device.
【0006】そこで、比較的低温で数10nmのGaP 層を
エピタキシャル成長させ、次に基板温度を上げ目的とす
るGaP 層を成長するという2段階成長法も考えらてい
る。Therefore, a two-step growth method in which a GaP layer having a thickness of several tens of nm is epitaxially grown at a relatively low temperature and then the desired GaP layer is grown by raising the substrate temperature is also considered.
【0007】しかしながら結晶性および表面の平坦性が
十分でないことから、あまり良好な特性を得ることがで
きないという問題があった。However, since the crystallinity and the surface flatness are not sufficient, there is a problem that excellent characteristics cannot be obtained.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】このように従来の方法
では、シリコン基板表面に結晶性に優れ表面状態の良好
なGaP 層を成長させることができないという問題があっ
た。As described above, the conventional method has a problem that a GaP layer having excellent crystallinity and a good surface condition cannot be grown on the surface of the silicon substrate.
【0009】そこで本発明は、前記実情に鑑みてなされ
たもので、シリコン基板に、結晶性および表面平坦性の
優れた高品質のGaP 層を形成するエピタキシャル成長方
法を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an epitaxial growth method for forming a high-quality GaP layer excellent in crystallinity and surface flatness on a silicon substrate.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】そこで本発明では、シリ
コン基板表面に、平坦に成長核が形成される温度条件で
かつ全面を成長核が覆う程度の膜厚となるようにアルミ
ニウムリン層を低温成長させ、続いて高温下でアルミニ
ウムリン層を成長させ、この上層にGaP 層を成長させる
ようにしている。Therefore, in the present invention, the aluminum phosphorus layer is formed on the surface of the silicon substrate at a low temperature so that the growth nuclei are formed flat on the surface of the silicon substrate and the film thickness is such that the growth nuclei are entirely covered. The growth is carried out, and then the aluminum phosphorus layer is grown at a high temperature, and the GaP layer is grown on top of this.
【0011】[0011]
【作用】上記方法によれば、シリコン基板表面に、アル
ミニウムリン結晶の成長核が全面を5〜50nm程度覆う
ように、平坦に成長核が形成される温度でアルミニウム
リン層を低温成長させ、続いて歪みが伝搬しない程度の
0.1〜1μm の厚さでアルミニウムリン層を高温成長
させ、この上にガリウムリン層を成長させるようにして
いるため、平坦で結晶性に優れたガリウムリン層を得る
ことができる。According to the above method, the aluminum phosphorus layer is grown at a low temperature on the surface of the silicon substrate at a temperature at which the growth nucleus of the aluminum phosphorus crystal covers the entire surface by about 5 to 50 nm and is flat. The aluminum phosphide layer is grown at a high temperature of 0.1 to 1 μm so that the strain does not propagate, and the gallium phosphide layer is grown on this. Obtainable.
【0012】[0012]
【実施例】以下、本発明実施例のガリウムリンエピタキ
シャル成長層の形成方法について図面を参照しつつ詳細
に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for forming a gallium phosphorus epitaxial growth layer according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0013】この方法では、図1に示すようにシリコン
基板1表面に、バッファ層としてアルミニウムリン層を
形成しこの上層にガリウムリン層をエピタキシャル成長
させるようにしている。すなわち、結晶の成長核が全面
を5〜50nm覆うように、アルミニウムリン層2を、基
板温度450℃程度で低温成長を行い、続いて基板温度
を750℃程度に昇温し、歪みが伝搬しない0.1〜1
μm の厚さにアルミニウムリン層3を成長させ、この上
にガリウムリン(GaP )層4を成長させるようにしたこ
とを特徴とするものである。In this method, as shown in FIG. 1, an aluminum phosphorus layer is formed as a buffer layer on the surface of the silicon substrate 1, and a gallium phosphorus layer is epitaxially grown on the aluminum phosphorus layer. That is, the aluminum phosphorus layer 2 is grown at a low temperature at a substrate temperature of about 450 ° C. so that the growth nuclei of the crystal cover the entire surface by 5 to 50 nm, and then the substrate temperature is raised to about 750 ° C. so that strain does not propagate. 0.1-1
This is characterized in that the aluminum phosphorus layer 3 is grown to a thickness of μm, and the gallium phosphorus (GaP) layer 4 is grown thereon.
【0014】ここで成長温度は、まずアルミニウムリン
層2の成長核が平坦に形成される程度の低温(450
℃)にした後、続いてより高温下(750℃)で歪みが
伝搬しない0.1〜1μm の厚さにアルミニウムリン層
3を成長させ、これらの層を介してこの上にガリウムリ
ン(GaP )層4を成長させ、このガリウムリン層内にp
n接合を形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。Here, the growth temperature is such a low temperature (450) that the growth nuclei of the aluminum phosphorus layer 2 are formed flat.
C.), and subsequently, at a higher temperature (750.degree. C.), an aluminum phosphorus layer 3 is grown to a thickness of 0.1 to 1 .mu.m at which strain does not propagate, and gallium phosphorus (GaP ) Layer 4 is grown and p is deposited in this gallium phosphide layer.
It is characterized in that an n-junction is formed.
【0015】次にこの製造方法について説明する。図2
は成長温度のプロファイルを示す図である。Next, this manufacturing method will be described. Figure 2
FIG. 4 is a diagram showing a growth temperature profile.
【0016】<011>方向に2度オフした(100)
シリコン基板1を洗浄し、960℃15分程度のサーマ
ルクリーニングを行った後、基板温度450℃でフォス
フィン(PH3 )とトリメチルアルミニウム(TMA
l: Al(CH3 ) 3 )を原料として、10〜20nm厚さの
第1のアルミニウムリン層2を成長する。Turned off twice in the <011> direction (100)
After cleaning the silicon substrate 1 and performing thermal cleaning at 960 ° C. for about 15 minutes, phosphine (PH 3 ) and trimethylaluminum (TMA) at a substrate temperature of 450 ° C.
l: Using Al (CH 3 ) 3 ) as a raw material, a first aluminum phosphorus layer 2 having a thickness of 10 to 20 nm is grown.
【0017】次いで基板温度を750℃に昇温し、同様
の条件で厚さ0.1μm 程度の第2のアルミニウムリン
層3を成長する。Then, the substrate temperature is raised to 750 ° C. and the second aluminum phosphorus layer 3 having a thickness of about 0.1 μm is grown under the same conditions.
【0018】この後トリメチルアルミニウム(TMA
l: Al(CH3 ) 3 )をトリメチルガリウム(TMGa:
Ga(CH3 ) 3 )に代えて膜厚1μm のGaP 層4を1μm
成長させる。After this, trimethyl aluminum (TMA
l: Al (CH 3 ) 3 ) is replaced with trimethylgallium (TMGa:
Instead of Ga (CH 3 ) 3 ), a 1 μm thick GaP layer 4 with a thickness of 1 μm
Grow.
【0019】この様にして得られたエピタキシャル成長
基板は、表面が平坦で、結晶性が極めて優れている。The thus-obtained epitaxial growth substrate has a flat surface and extremely excellent crystallinity.
【0020】このようにして形成されたガリウムリン層
表面のGaP 層のロッキングカーブを測定し半値幅を算出
した結果、AlP 層の介在によって著しく改善されてい
る。As a result of measuring the rocking curve of the GaP layer on the surface of the gallium phosphide layer thus formed and calculating the full width at half maximum, it is remarkably improved by the inclusion of the AlP layer.
【0021】その結果を表1に示す。The results are shown in Table 1.
【0022】[0022]
【表1】 これらの比較によるとシリコン基板上に直接、低温成長
から高温成長へと2段階でGaP 層を成長させたもの(2
段階成長法)に比べ特性が著しく改善されていることが
わかる。ここで図3はこれらの方法で形成したGaP 層表
面をノマルスキー顕微鏡でみた表面写真の模写図を示
す。これらの比較からも本発明の方法では基板表面にバ
ッファ層として2段階成長で形成したアルミニウムリン
層を介在させているため表面平坦性の良好なGaP を得る
ことができる。[Table 1] According to these comparisons, a GaP layer was grown directly on a silicon substrate in two steps from low temperature growth to high temperature growth (2
It can be seen that the characteristics are remarkably improved as compared with the step growth method). Here, FIG. 3 shows a copy of a surface photograph of the surface of the GaP layer formed by these methods as observed by a Nomarski microscope. From these comparisons as well, in the method of the present invention, since the aluminum phosphorus layer formed by two-step growth is interposed as the buffer layer on the substrate surface, GaP having good surface flatness can be obtained.
【0023】このエピタキシャル成長基板を用いてパタ
ーン形成を行い太陽電池等のデバイスを形成する。例え
ば太陽電池を形成する場合、実際にはまず、シリコン基
板表面に拡散層を形成してpn接合を形成し、第1の太
陽電池を形成する。そして、この上層にバッファ層とし
てのアルミニウムリン層を介して順次p型層およびn型
層のガリウムリン層を形成しpn接合を形成して第2の
太陽電池を形成する。このようにしてシリコンとガリウ
ムリンというバンドギャップの異なる材料で構成された
太陽電池の積層体が形成されるため、吸収波長領域が広
く高効率の太陽電池を得ることができる。Pattern formation is performed using this epitaxial growth substrate to form a device such as a solar cell. For example, when forming a solar cell, in practice, first, a diffusion layer is formed on the surface of a silicon substrate to form a pn junction to form a first solar cell. Then, a p-type layer and an n-type gallium phosphorus layer are sequentially formed on the upper layer through an aluminum phosphorus layer as a buffer layer to form a pn junction to form a second solar cell. In this way, a stacked body of solar cells composed of materials having different band gaps of silicon and gallium phosphide is formed, so that a solar cell having a wide absorption wavelength region and high efficiency can be obtained.
【0024】なお、前記実施例では、太陽電池等に用い
られる化合物半導体層について説明したが、HBTをは
じめ他のデバイス形成にも適用可能であることはいうま
でもない。Although the compound semiconductor layers used in solar cells and the like have been described in the above embodiments, it goes without saying that the present invention can also be applied to the formation of other devices such as HBTs.
【0025】[0025]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
1のアルミニウムリン層を低温下で平坦に形成し、この
上に結晶性の良好な第2のアルミニウムリン層を形成
し、この上に平坦で結晶性に優れたガリウムリン層を形
成するようにしているため、平坦で結晶性に優れたガリ
ウムリン層を得ることができる。As described above, according to the present invention, the first aluminum phosphorus layer is formed flat at low temperature, and the second aluminum phosphorus layer having good crystallinity is formed on the first aluminum phosphorus layer. Since the flat gallium phosphide layer having excellent crystallinity is formed on the top surface, the gallium phosphide layer having flatness and excellent crystallinity can be obtained.
【図1】本発明実施例のエピタキシャル成長基板を示す
図FIG. 1 is a diagram showing an epitaxial growth substrate according to an embodiment of the present invention.
【図2】同エピタキシャル成長基板の製造における温度
プロファイル図FIG. 2 is a temperature profile diagram in manufacturing the epitaxial growth substrate.
【図3】本発明の実施例のエピタキシャル成長基板と従
来例のエピタキシャル成長基板の表面構造比較図FIG. 3 is a surface structure comparison diagram of an epitaxial growth substrate of an example of the present invention and an epitaxial growth substrate of a conventional example.
1 シリコン基板 2 第1のアルミニウムリン層 3 第2のアルミニウムリン層 4 ガリウムリン層 1 Silicon Substrate 2 First Aluminum Phosphorus Layer 3 Second Aluminum Phosphorus Layer 4 Gallium Phosphorus Layer
Claims (1)
シリコン基板の温度を低温下に維持し第1のアルミニウ
ムリン(AlP) 層を成長させたのち、前記基板の温度を昇
温して前記第1のアルミニウムリン層上に第2のアルミ
ニウムリン層を成長させるアルミニウムリン成長工程
と、前記第2のアルミニウムリン層上にガリウムリン
(GaP )層を成長させるガリウムリン成長工程とを含む
ことを特徴とするエピタキシャル成長方法。1. A first aluminum phosphorus (AlP) layer is grown on a surface of a single crystal silicon substrate while maintaining the temperature of the single crystal silicon substrate at a low temperature, and then the temperature of the substrate is raised to increase the temperature. An aluminum phosphorus growth step of growing a second aluminum phosphorus layer on the first aluminum phosphorus layer, and a gallium phosphorus growth step of growing a gallium phosphorus (GaP) layer on the second aluminum phosphorus layer. Characteristic epitaxial growth method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34537691A JPH05175146A (en) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | Epitaxial growth method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34537691A JPH05175146A (en) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | Epitaxial growth method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05175146A true JPH05175146A (en) | 1993-07-13 |
Family
ID=18376182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34537691A Pending JPH05175146A (en) | 1991-12-26 | 1991-12-26 | Epitaxial growth method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05175146A (en) |
-
1991
- 1991-12-26 JP JP34537691A patent/JPH05175146A/en active Pending
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