JPH07221030A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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JPH07221030A
JPH07221030A JP1005194A JP1005194A JPH07221030A JP H07221030 A JPH07221030 A JP H07221030A JP 1005194 A JP1005194 A JP 1005194A JP 1005194 A JP1005194 A JP 1005194A JP H07221030 A JPH07221030 A JP H07221030A
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JP
Japan
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layer
compound semiconductor
semiconductor
semiconductor device
layers
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Application number
JP1005194A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Honda
由明 本多
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To form a low-dislocation density compound semiconductor layer on a semiconductor single crystal substrate by forming a dislocation block layer in the middle of a first compound semiconductor layer using second compound semiconductor and third compound semiconductor and arranging the second compound semiconductor and the third compound semiconductor alternately in a filamentary. CONSTITUTION:A GaAs layer 9a is gown on a silicon substrate 8. Then, a superlattice buffer layer 10 is grown. The bottommost layer, the bottom layer and the third layer from the bottom of the superlattice buffer layer 10 constituted of four layers are constituted of filamentary dislocation block layers 10a and 10c. The filamentary dislocation block layers 10a and 10c are formed by forming InxGa1-xAs layers 11 and 13, which are the second compound semiconductor, and InyGa1-yAs layers 12 and 14, which are the third compound semiconductor, in a filamentary form and alternately arranging them.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体単結晶基板上に
結晶成長させた化合物半導体層を有する半導体装置の製
造方法にに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device having a compound semiconductor layer grown on a semiconductor single crystal substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体単結晶基板、例えば、シリコン基
板上に化合物半導体結晶の層、例えば、ガリウム砒素系
結晶の層を結晶成長させる場合、シリコン基板とガリウ
ム砒素系層では、格子定数の差及び熱膨張係数の差(内
部応力差)により、成長させたガリウム砒素系層の転位
密度は、10-17 〜10-18cm -2と非常に高くなる。この転
位密度は、ガリウム砒素系材料による半導体レーザに要
求される転位密度の最大値10-4cm-2をはるかに越えてい
る。
2. Description of the Related Art When a compound semiconductor crystal layer, for example, a gallium arsenide-based crystal layer is grown on a semiconductor single crystal substrate, for example, a silicon substrate, a difference in lattice constant between the silicon substrate and the gallium arsenide-based layer Due to the difference in the coefficient of thermal expansion (difference in internal stress), the dislocation density of the grown gallium arsenide-based layer is extremely high at 10 -17 to 10 -18 cm -2 . This dislocation density far exceeds the maximum dislocation density of 10 -4 cm -2 required for semiconductor lasers made of gallium arsenide-based materials.

【0003】従来において、この転位密度の低減方法と
して幾つかの試みがされてきた。図6に超格子バッファ
層を利用した例を、図7に選択成長を利用した例を示
す。図6に示す例は、シリコン基板1上に、ガリウム砒
素層2、超格子バッファ層3、ガリウム砒素層4を順次
結晶成長させたものである。超格子バッファ層3を利用
した場合、特に、超格子として歪超格子を用いることで
半導体単結晶基板(シリコン基板1)からガリウム砒素
層2の上面に向かう転位の折り曲げを図ったものであ
る。一方、図3に示す選択成長を利用した場合、シリコ
ン基板5上に絶縁膜6(SiO2または等)を形成しSiN ガ
リウム砒素層7を必要とした部分のみ絶縁膜6に開口を
設けてその開口にSiN ガリウム砒素層7を成長させるこ
とで横方向への応力の緩和を図ったものである。他にも
結晶成長途中での熱処理により転位を移動させ、内部応
力の緩和により転位密度の低減を図ったものもある。
Several attempts have heretofore been made as methods for reducing the dislocation density. FIG. 6 shows an example using a superlattice buffer layer, and FIG. 7 shows an example using selective growth. In the example shown in FIG. 6, a gallium arsenide layer 2, a superlattice buffer layer 3, and a gallium arsenide layer 4 are sequentially crystal-grown on a silicon substrate 1. When the superlattice buffer layer 3 is used, dislocation bending from the semiconductor single crystal substrate (silicon substrate 1) to the upper surface of the gallium arsenide layer 2 is bent especially by using a strained superlattice as the superlattice. On the other hand, when the selective growth shown in FIG. 3 is used, the insulating film 6 (SiO2 or the like) is formed on the silicon substrate 5, and the SiN gallium arsenide layer 7 is provided with an opening in the insulating film 6 only in the portion requiring the opening. The SiN gallium arsenide layer 7 is grown in order to relax the stress in the lateral direction. In addition, there is also one in which dislocation density is reduced by moving dislocations by heat treatment during crystal growth and relaxing internal stress.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示したように超格子バッファ層3の利用は、縦方向に伝
搬する転移のみを緩和するものであり、一方、選択成長
による方法は横方向に伝搬する転移のみを緩和するもの
であった。さらに熱処理により転移を移動させる方法で
は、転位の伝搬方向を制御できないため、従来技術にお
いては、化合物半導体層の転位密度は10-6cm-2程度迄し
か減少しないという問題点があった。
However, as described above, the use of the superlattice buffer layer 3 alleviates only the dislocations propagating in the vertical direction, while the method by selective growth has a lateral direction. It only relaxed the propagating transitions. Further, the method of moving dislocations by heat treatment cannot control the propagation direction of dislocations, and thus the conventional technique has a problem that the dislocation density of the compound semiconductor layer is reduced only to about 10 −6 cm −2.

【0005】本発明は上記課題に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、低転位密度の化合物半導体層
を半導体単結晶基板上に形成することのできる半導体装
置の製造方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems.
It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a compound semiconductor layer having a low dislocation density on a semiconductor single crystal substrate.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の半導体装置の製造方法は、半導体単
結晶基板上に結晶成長させた第1化合物半導体層を有す
る半導体装置の製造方法において、前記第1化合物半導
体層の途中に転位阻止層を第2化合物半導体及び第3化
合物半導体を用いて形成し、前記第2化合物半導体及び
前記第3化合物半導体を細線状に交互に配置したことを
特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 is a method of manufacturing a semiconductor device having a first compound semiconductor layer crystal-grown on a semiconductor single crystal substrate. In, the dislocation blocking layer is formed in the middle of the first compound semiconductor layer using the second compound semiconductor and the third compound semiconductor, and the second compound semiconductor and the third compound semiconductor are alternately arranged in a thin line shape. It is characterized by.

【0007】また、請求項2記載の半導体装置の製造方
法は、半導体単結晶基板上に結晶成長させた第1化合物
半導体層を有する半導体装置の製造方法において、前記
第1化合物半導体層の途中に転位阻止層を第2化合物半
導体及び第3化合物半導体を用いて形成し、前記転位阻
止層で、前記第1化合物半導体を格子状に配置したこと
を特徴とするものである。
A method of manufacturing a semiconductor device according to a second aspect is the method of manufacturing a semiconductor device having a first compound semiconductor layer crystal-grown on a semiconductor single crystal substrate, wherein the first compound semiconductor layer is provided in the middle thereof. The dislocation blocking layer is formed by using a second compound semiconductor and a third compound semiconductor, and the first compound semiconductor is arranged in a lattice in the dislocation blocking layer.

【0008】また、請求項3記載の半導体装置の製造方
法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法で、光若し
くは粒子線によるホログラフィックな干渉パターンを第
4化合物半導体層に照射して前記第4化合物半導体層を
構成する元素のモル比を変化させ前記転位阻止層を形成
したことを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of producing a semiconductor device according to the first aspect, wherein the fourth compound semiconductor layer is irradiated with a holographic interference pattern of light or particle beams. The dislocation blocking layer is formed by changing the molar ratio of the elements forming the fourth compound semiconductor layer.

【0009】さらに、請求項4記載の半導体装置の製造
方法は、請求項2記載の半導体装置の製造方法で、光若
しくは粒子線によるホログラフィックな干渉パターン及
び表面電磁波を第4化合物半導体層に照射して前記第4
化合物半導体層を構成する元素のモル比を変化させ前記
転位阻止層を形成したことを特徴とするものである。
Further, a method for manufacturing a semiconductor device according to a fourth aspect is the method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect, wherein the fourth compound semiconductor layer is irradiated with a holographic interference pattern and surface electromagnetic waves by light or particle beams. And then the fourth
The dislocation blocking layer is formed by changing the molar ratio of the elements constituting the compound semiconductor layer.

【0010】[0010]

【作用】半導体単結晶基板、例えば、シリコン基板上に
化合物半導体結晶、例えば、ガリウム砒素系結晶を結晶
成長させる場合、シリコン基板とガリウム砒素系層の格
子定数差(4%以下)による転位発生と、熱膨張係数差の
ため成長温度で格子整合した状態で室温までシリコン基
板の温度を下げていく過程で発生する内部応力により、
転位は界面付近で発生し上方に伝搬する。本発明は、2
種類の異なる化合物半導体(第2化合物半導体及び第3
化合物半導体)を面内で細線状若しくは格子状に形成す
ることにより転移阻止層を形成したので、界面付近で発
生して上方に伝搬する転位を下方に折り曲げて転移が伝
搬するのを防止することができる。また、転移阻止層の
面内で2種類の異なる化合物半導体(第2化合物半導体
及び第3化合物半導体)で細線状若しくは格子状の構造
を形成することによって、転移阻止層の面内方向に作用
する応力を分散して緩和することができるので、より転
移の伝搬を防止することができる。
[Function] When a compound semiconductor crystal, for example, a gallium arsenide-based crystal is grown on a semiconductor single crystal substrate, for example, a silicon substrate, dislocations are generated due to a lattice constant difference (4% or less) between the silicon substrate and the gallium arsenide-based layer. , Due to the difference in thermal expansion coefficient, internal stress generated in the process of lowering the temperature of the silicon substrate to room temperature in a lattice-matched state at the growth temperature causes
Dislocations occur near the interface and propagate upward. The present invention is 2
Compound semiconductors of different types (second compound semiconductor and third compound semiconductor
Since the transition prevention layer was formed by forming (compound semiconductor) in the plane in the form of thin lines or lattices, it is necessary to prevent the transition from propagating by bending downward the dislocations that occur near the interface and propagate upward. You can In addition, by forming a thin line-shaped or lattice-shaped structure of two different kinds of compound semiconductors (second compound semiconductor and third compound semiconductor) in the plane of the transition prevention layer, it acts in the in-plane direction of the transition prevention layer. Since the stress can be dispersed and relaxed, the propagation of dislocation can be further prevented.

【0011】[0011]

【実施例】図1及び図2に基づいて本発明の半導体装置
の製造方法を用いて形成した半導体装置の一実施例につ
いて説明する。図1及び図2に示す例は、シリコン基板
上にガリウム砒素層を成長させた一実施例を示し、図1
は半導体装置の断面図、図2は半導体装置の転移阻止層
の構造を示す斜視図である。図に示す半導体装置は、シ
リコン基板8(単結晶半導体基板)上に、GaAs層9a
(第1化合物半導体層の下方部分)を成長させた後、超
格子バッファ層10を成長させている。本実施例では、
この4段の層で構成された超格子バッファ層10の最下
層及び下側から3番目の第3層を細線状の転移阻止層1
0a,10cで構成したものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a semiconductor device formed by using the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS. The example shown in FIGS. 1 and 2 shows an example in which a gallium arsenide layer is grown on a silicon substrate.
2 is a cross-sectional view of the semiconductor device, and FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the transition blocking layer of the semiconductor device. The semiconductor device shown in the figure has a GaAs layer 9a on a silicon substrate 8 (single crystal semiconductor substrate).
After growing (the lower part of the first compound semiconductor layer), the superlattice buffer layer 10 is grown. In this embodiment,
The bottom layer of the superlattice buffer layer 10 composed of the four layers and the third layer from the bottom are the thin-line transition prevention layer 1
It is composed of 0a and 10c.

【0012】さらに、細線状の転移阻止層10a,10
cは、図1及び図2に示すように、第2化合物半導体で
あるInx Ga1-x As層11,13と第3化合物半導体であ
るIn y Ga1-y As層12,14とを細線状に形成して交互
に配置した構造(細線状面内超格子構造)を有してい
る。Inx Ga1-x As層11,13とIny Ga1-y As層12,
14は共にInGaAs材料であるがInとGaのモル比が異なる
層である。超格子バッファ層10の上方には、第1化合
物半導体層の上方部分であるGaAs層9bが形成されてい
る。
Further, the fine line-shaped transition prevention layers 10a, 10
c is a second compound semiconductor as shown in FIGS. 1 and 2.
There InxGa1-xAs layers 11, 13 and the third compound semiconductor
In yGa1-yAs layers 12 and 14 are formed in a thin line shape and alternated
Has a structure (fine linear in-plane superlattice structure)
It InxGa1-xAs layer 11, 13 and InyGa1-yAs layer 12,
Both 14 are InGaAs materials, but the molar ratio of In and Ga is different.
It is a layer. Above the superlattice buffer layer 10, the first compound
The GaAs layer 9b, which is the upper part of the semiconductor layer, is formed.
It

【0013】図3は本発明の半導体装置の製造方法に用
いる結晶成長装置の一実施例を示した構成図である。結
晶成長装置としては、通常の有機金属気相成長(MOVPE
)装置若しくは有機金属分子線エピタキシー(MOMBE
)装置を利用し、結晶成長室15内の試料台16上に
配置された半導体基板17上にレーザ18を用いてホロ
グラフィー干渉パターンを形成できる光学系19を組み
込んだ装置である。図3に示すように、光学系19は、
例えば、レーザ光線を放射するレーザ18、レーザ光線
を収束させるレンズ20a,20b、余分なレーザ光線
を除去するピンホール21、レーザ光線を2つのビーム
に分離するビームスプリッタ22、レーザ光線の照射位
置を変化させるためのミラー23a,23b、結晶成長
室15に穿設された開口15a上に固着されレーザ光線
を透過させるビューポート24とで構成されている。
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of a crystal growth apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. As a crystal growth apparatus, ordinary metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE
) Equipment or metalorganic molecular beam epitaxy (MOMBE
) Is a device in which an optical system 19 capable of forming a holographic interference pattern by using a laser 18 on a semiconductor substrate 17 arranged on a sample stage 16 in a crystal growth chamber 15 is used. As shown in FIG. 3, the optical system 19 includes
For example, a laser 18 for emitting a laser beam, lenses 20a and 20b for converging the laser beam, a pinhole 21 for removing an excessive laser beam, a beam splitter 22 for separating the laser beam into two beams, and an irradiation position of the laser beam are set. It is composed of mirrors 23a and 23b for changing, and a view port 24 fixed to the opening 15a formed in the crystal growth chamber 15 and transmitting a laser beam.

【0014】次に、図3に示したホログラフィー干渉パ
ターンを発生させる結晶成長装置を用い、第4化合物半
導体であるInGaAs材料にホログラフィー干渉パターンを
放射して、図1及び図2に示したような細線状のモル比
の異なるInx Ga1-x As層11,13とIny Ga1-y As層1
2,14とが交互に配置された転移阻止層10a,10
cの構造を形成する方法を図4に基づいて説明する。
(a)はホログラフィー干渉パターンの光強度と第4化
合物半導体の層を形成した半導体基板上の位置の関係を
示した線図である。このように、ホログラフィー干渉パ
ターンを半導体基板上に周期的に形成することによって
第4化合物半導体の層上に光強度分布に応じた温度分布
を形成することができる。
Next, using the crystal growth apparatus for generating the holographic interference pattern shown in FIG. 3, the holographic interference pattern is emitted to the InGaAs material which is the fourth compound semiconductor, and as shown in FIGS. 1 and 2. in x Ga 1-x as layers 11 and 13 having different thin linear molar ratio and in y Ga 1-y as layer 1
Transition prevention layers 10a, 10 in which 2 and 14 are alternately arranged
A method of forming the structure c will be described with reference to FIG.
(A) is a diagram showing the relationship between the light intensity of the holographic interference pattern and the position on the semiconductor substrate on which the layer of the fourth compound semiconductor is formed. Thus, by periodically forming the holographic interference pattern on the semiconductor substrate, it is possible to form a temperature distribution according to the light intensity distribution on the layer of the fourth compound semiconductor.

【0015】図4(b)はホログラフィー干渉パターン
の光強度に対応した第4化合物半導体層の III族元素の
モル比と第4化合物半導体層上の位置の関係を示す線図
で、モル比が異なる部分が光強度の周期に対応して交互
に形成されることを示している。本実施例においては、
図1及び図2に示したように、III 族元素(In,Ga)の
モル比が異なるInx Ga1-x As層11,13、Iny Ga1-y
As層12,14が交互に形成されることになる。
FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the molar ratio of the group III element of the fourth compound semiconductor layer and the position on the fourth compound semiconductor layer corresponding to the light intensity of the holographic interference pattern. It is shown that different portions are formed alternately corresponding to the period of light intensity. In this embodiment,
As shown in FIGS. 1 and 2, In x Ga 1-x As layers 11 and 13 and In y Ga 1-y having different molar ratios of group III elements (In, Ga)
As layers 12 and 14 are formed alternately.

【0016】ホログラフィー干渉パターンを第4化合物
半導体の層に照射しない場合、InxGa1-x As層11,1
3とIny Ga1-y As層12,14とは同じ第4化合物半導
体の層(InGaAs材料)であるが、ホログラフィー干渉パ
ターンの第4化合物半導体の層上への照射によって第4
化合物半導体の層上に光強度の分布、所謂温度分布が形
成されると、 III族原料である有機金属、トリメチルイ
ンジウム(TMI )、トリメチルガリウム(TMG )はそれ
ぞれ固有の温度により熱分解され、インジウム、ガリウ
ムとなり砒素と結合してInGaAs結晶となるのであるが、
インジウム、ガリウムの分解効率は光強度に応じた温度
分布の形成により変調され、第2化合物半導体であるIn
x Ga1-x As層11,13、第3化合物半導体であるIny
Ga1-y As層12,14といった異なる化合物半導体層が
成長する。ここで、インジウム、ガリウムの分解効率の
温度特性は異なるため、光強度に対応した温度分布を形
成することにより、インジウムとガリウムのモル比を自
在に変化させることが可能で、それによって、その化合
物半導体材料の屈折率を大きく変化させることができる
ので、光を局所的に照射することによって応力緩和量の
制御も可能である。
When the layer of the fourth compound semiconductor is not irradiated with the holographic interference pattern, the In x Ga 1-x As layers 11 and 1 are formed.
3 and the In y Ga 1-y As layers 12 and 14 are the same fourth compound semiconductor layer (InGaAs material), but the fourth holographic interference pattern is applied to the fourth compound semiconductor layer to form a fourth compound semiconductor layer.
When a light intensity distribution, a so-called temperature distribution, is formed on the compound semiconductor layer, the group III raw materials, organometals, trimethylindium (TMI), and trimethylgallium (TMG) are thermally decomposed at their own temperatures and , Becomes gallium and combines with arsenic to form an InGaAs crystal.
The decomposition efficiency of indium and gallium is modulated by the formation of a temperature distribution according to the light intensity, and In
x Ga 1-x As layers 11, 13 and a third compound semiconductor In y
Different compound semiconductor layers such as Ga 1-y As layers 12 and 14 grow. Here, since the temperature characteristics of decomposition efficiency of indium and gallium are different, it is possible to freely change the molar ratio of indium and gallium by forming a temperature distribution corresponding to the light intensity. Since the refractive index of the semiconductor material can be largely changed, the amount of stress relaxation can be controlled by locally irradiating light.

【0017】一方、ホログラフィー干渉パターンによっ
て交互に形成されるInx Ga1-x As層、Iny Ga1-y As層の
周期Λh は、レーザの波長λ、第4化合物半導体の層上
に照射される角度θ(鉛直方向からのレーザ光線の入射
角度、図3参照)により決定され次式のように表され
る。
On the other hand, the period Λh of the In x Ga 1-x As layer and the In y Ga 1-y As layer alternately formed by the holographic interference pattern is such that the wavelength λ of the laser and the layer of the fourth compound semiconductor are irradiated. Angle θ (angle of incidence of the laser beam from the vertical direction, see FIG. 3) and is expressed by the following equation.

【0018】[0018]

【数1】 [Equation 1]

【0019】短波長のレーザを用いること、角度θを小
さくすることで、より短い周期の細線状の転移阻止層を
形成することもできる。
By using a laser having a short wavelength and reducing the angle θ, it is possible to form a fine line-shaped transition blocking layer having a shorter period.

【0020】図5に本発明の半導体装置の製造方法によ
超格子型バッファ層に転移阻止層を形成した異なる実施
例を示す。図は転移阻止層の構造を示す斜視図で、シリ
コン基板27上にGaAs層28aを成長させた後に超格子
バッファ層(最上層は図示省略)を成長させたもので、
本実施例では、図1及び図2に示した例と同様に、4段
の層で構成された超格子バッファ層29の最下層29a
及び下側から3番目の第3層29cを格子状の転移阻止
層29a,29cで構成したものである。本実施例で
は、格子状の転移阻止層29a,29cは、図5に示す
ように、第2化合物半導体であるInx Ga1-x As層30,
32を格子状に配置し、第3化合物半導体であるIny Ga
1-y As層31,33で、その格子形状の隙間を埋めた構
造(面内超格子構造)を有している。
FIG. 5 shows a different embodiment in which a transition blocking layer is formed on the superlattice type buffer layer by the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. The figure is a perspective view showing the structure of the transition prevention layer, which is obtained by growing the GaAs layer 28a on the silicon substrate 27 and then growing the superlattice buffer layer (the uppermost layer is not shown).
In this embodiment, as in the example shown in FIGS. 1 and 2, the bottom layer 29a of the superlattice buffer layer 29 composed of four layers is used.
And the third third layer 29c from the bottom is composed of lattice-like transition prevention layers 29a and 29c. In this embodiment, the lattice-shaped transition blocking layers 29a and 29c are formed of In x Ga 1-x As layers 30, which are second compound semiconductors, as shown in FIG.
32 are arranged in a lattice pattern, and the third compound semiconductor, In y Ga
The 1-y As layers 31 and 33 have a structure (in-plane superlattice structure) in which the lattice-shaped gaps are filled.

【0021】格子状の転移阻止層29a,29cを形成
するための結晶成長装置の構造は図3に示したものと同
様である。通常の有機金属気相成長(MOVPE )装置若し
くは有機金属分子線エピタキシー(MOMBE )装置を利用
し、基板上にレーザを用いてホログラフィー干渉パター
ンを形成できる光学系を組み込んだ装置である。ここで
先に示した細線状の転移阻止層の形成方法との相違点
は、s偏光のレーザ光線を用いることで格子状の面内超
格子構造を形成している点である。ホログラフィックに
よる周期Λh に対して、それに直交する表面電磁波の周
期Λr は、Inx Ga 1-x As活性層材料の誘電率の実数部、
虚数部をそれぞれε1 、ε2 とすると以下のように示さ
れる。(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.32(1993)1308)。
Forming lattice-like transition blocking layers 29a and 29c
The structure of the crystal growth apparatus for this is the same as that shown in FIG.
It is like. Ordinary metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) equipment
Uses a metalorganic molecular beam epitaxy (MOMBE) device
And then use a laser on the substrate to create a holographic interference pattern.
It is a device that incorporates an optical system that can form a lens. here
Differences from the method of forming the thin-line transition prevention layer shown above
Is a lattice-shaped in-plane super
This is the point where a lattice structure is formed. Holographically
With respect to the period Λ h by
Period Λr is InxGa 1-xAs the real part of the dielectric constant of the active layer material,
Let imaginary part be ε1, Ε2Will be shown as follows
Be done. (Jpn.J.Appl.Phys.Vol.32 (1993) 1308).

【0022】[0022]

【数2】 [Equation 2]

【0023】上式に示すように、表面電磁波の周期Λr
は波長λによって決定され、短波長のレーザを用いるこ
とで、より短い周期の格子状の面内超格子構造を形成す
ることができるようになり、三次元的な面内応力の緩和
量の制御を行うことができる。
As shown in the above equation, the period Λr of the surface electromagnetic wave
Is determined by the wavelength λ, and by using a short-wavelength laser, it becomes possible to form a lattice-like in-plane superlattice structure with a shorter period, and control the relaxation amount of the three-dimensional in-plane stress. It can be performed.

【0024】なお、以上の実施例では、III −V族化合
物半導体を用いた例としてInGaAs材料を用いた場合を示
したが、本発明は実施例に示した材料に限定されるもの
ではなく、AlGaAs、InGaAsP 、InGaP 等の材料、また
は、ZnSe等のII−VI族化合物半導体を用いた場合にも適
用することができる。また、実施例ではホログラフィッ
クな干渉パターンまたは表面電磁波を光によって発生さ
せたが、電子線、X線等の粒子線によって発生させるよ
うに構成してもよい。さらに、実施例では、4段構成の
超格子バッファ層に細線状構造または格子状構造の転位
阻止層を組み込んだが実施例に限定されるものではな
い。
In the above embodiments, the case where the InGaAs material is used is shown as an example of using the III-V group compound semiconductor, but the present invention is not limited to the materials shown in the embodiments. It can also be applied to the case of using a material such as AlGaAs, InGaAsP, InGaP, or a II-VI group compound semiconductor such as ZnSe. Further, in the embodiment, the holographic interference pattern or the surface electromagnetic wave is generated by light, but it may be configured to be generated by a particle beam such as an electron beam or X-ray. Further, in the embodiment, the dislocation blocking layer having the fine line structure or the lattice structure is incorporated in the superlattice buffer layer having a four-stage structure, but the present invention is not limited to the embodiment.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上のように、請求項1または請求項2
記載の半導体装置の製造方法によれば、2種類の異なる
化合物半導体を面内で細線状または格子状に形成するこ
とにより、半導体単結晶基板と化合物半導体層との界面
付近で発生し上方に伝搬する転位を下方に折り曲げるこ
とができると共に、内部応力を縦方向ばかりでなく、面
内方向にも緩和することができるため、低転位密度の極
めて高品質な化合物半導体層を半導体単結晶基板上に実
現することができる。
As described above, claim 1 or claim 2 is provided.
According to the method for manufacturing a semiconductor device described above, by forming two different types of compound semiconductors in a plane in a thin line shape or a lattice shape, the compound semiconductors are generated near the interface between the semiconductor single crystal substrate and the compound semiconductor layer and propagated upward. Dislocations can be bent downward and internal stress can be relaxed not only in the longitudinal direction but also in the in-plane direction, so that a very high quality compound semiconductor layer with low dislocation density can be formed on a semiconductor single crystal substrate. Can be realized.

【0026】また、請求項3または請求項4記載の半導
体装置の製造方法によれば、請求項1または請求項2記
載の面内超格子構造をエッチングやイオン注入といった
物理化学的なダメージを半導体装置に与えることなく、
結晶成長室内の一連の結晶成長工程で細線状または格子
状の面内超格子構造を形成することができる。
According to the semiconductor device manufacturing method of the third or fourth aspect, the in-plane superlattice structure of the first or second aspect is subjected to physicochemical damage such as etching or ion implantation to the semiconductor. Without giving it to the device
A fine line-shaped or lattice-shaped in-plane superlattice structure can be formed by a series of crystal growth steps in the crystal growth chamber.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法を用いて形
成した半導体装置の一実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device formed by using a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1に示した半導体装置の転移阻止層の構造
(細線状面内超格子構造)を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a structure (fine linear in-plane superlattice structure) of a transition blocking layer of the semiconductor device shown in FIG.

【図3】本発明に係る半導体装置の製造方法に用いる結
晶成長装置の一実施例の概略構成を示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an example of a crystal growth apparatus used in a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図4】本発明に係る半導体装置の製造方法の結晶成長
機構を説明する線図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a crystal growth mechanism of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.

【図5】半導体装置の異なる実施例の構造(格子状面内
超格子構造)を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing the structure (lattice-like in-plane superlattice structure) of a different embodiment of the semiconductor device.

【図6】従来の半導体装置の製造方法により形成した半
導体装置の一例を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device formed by a conventional semiconductor device manufacturing method.

【図7】従来の半導体装置の製造方法により形成した半
導体装置の異なる例を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a different example of a semiconductor device formed by a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8,27 シリコン基板(半導体単結晶基
板) 9a,9b GaAs層(第1化合物半導体層) 10a,10c 転位阻止層(第4化合物半導体) 29a,29c 転位阻止層(第4化合物半導体) 11,13 Inx Ga1-x As層(第2化合物半導
体) 12,14 Iny Ga1-y As層(第3化合物半導
体) 28 第4化合物半導体
8, 27 Silicon substrate (semiconductor single crystal substrate) 9a, 9b GaAs layer (first compound semiconductor layer) 10a, 10c Dislocation blocking layer (fourth compound semiconductor) 29a, 29c Dislocation blocking layer (fourth compound semiconductor) 11, 13 In x Ga 1-x As layer (second compound semiconductor) 12, 14 In y Ga 1-y As layer (third compound semiconductor) 28 4th compound semiconductor

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体単結晶基板上に結晶成長させた第
1化合物半導体層を有する半導体装置の製造方法におい
て、前記第1化合物半導体層の途中に転位阻止層を第2
化合物半導体及び第3化合物半導体を用いて形成し、前
記第2化合物半導体及び前記第3化合物半導体を細線状
に交互に配置したことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
1. A method of manufacturing a semiconductor device having a first compound semiconductor layer crystal-grown on a semiconductor single crystal substrate, wherein a second dislocation blocking layer is provided in the middle of the first compound semiconductor layer.
A method of manufacturing a semiconductor device, which is formed by using a compound semiconductor and a third compound semiconductor, wherein the second compound semiconductor and the third compound semiconductor are alternately arranged in a thin line shape.
【請求項2】 半導体単結晶基板上に結晶成長させた第
1化合物半導体層を有する半導体装置の製造方法におい
て、前記第1化合物半導体層の途中に転位阻止層を第2
化合物半導体及び第3化合物半導体を用いて形成し、前
記転位阻止層で、前記第1化合物半導体を格子状に配置
したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A method of manufacturing a semiconductor device having a first compound semiconductor layer crystal-grown on a semiconductor single crystal substrate, wherein a second dislocation blocking layer is provided in the middle of the first compound semiconductor layer.
A method for manufacturing a semiconductor device, which is formed by using a compound semiconductor and a third compound semiconductor, wherein the first compound semiconductor is arranged in a lattice in the dislocation blocking layer.
【請求項3】 光若しくは粒子線によるホログラフィッ
クな干渉パターンを第4化合物半導体層に照射して前記
第4化合物半導体層を構成する元素のモル比を変化させ
前記転位阻止層を形成したことを特徴とする請求項1記
載の半導体装置の製造方法。
3. A holographic interference pattern of light or particle beams is applied to the fourth compound semiconductor layer to change the molar ratio of elements constituting the fourth compound semiconductor layer to form the dislocation blocking layer. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is manufactured.
【請求項4】 光若しくは粒子線によるホログラフィッ
クな干渉パターン及び表面電磁波を第4化合物半導体層
に照射して前記第4化合物半導体層を構成する元素のモ
ル比を変化させ前記転位阻止層を形成したことを特徴と
する請求項2記載の半導体装置の製造方法。
4. A holographic interference pattern by light or particle beams and a surface electromagnetic wave are applied to the fourth compound semiconductor layer to change the molar ratio of the elements constituting the fourth compound semiconductor layer to form the dislocation blocking layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein
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