JPH08264456A - 化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents

化合物半導体の結晶成長方法

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JPH08264456A
JPH08264456A JP6324895A JP6324895A JPH08264456A JP H08264456 A JPH08264456 A JP H08264456A JP 6324895 A JP6324895 A JP 6324895A JP 6324895 A JP6324895 A JP 6324895A JP H08264456 A JPH08264456 A JP H08264456A
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JP
Japan
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compound semiconductor
gaas layer
semiconductor film
gaas
silicon substrate
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JP6324895A
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Yoshiaki Honda
由明 本多
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン基板上に転位密度の小さい化合物半
導体を形成する。 【構成】 GaAs層4を形成するための原料である、V族
原料と III族原料の少なくとも1つを有機金属とし、V
族原料と III族原料の供給比を変化させて、n-GaAs層3
a及びp-GaAs層3bで構成された化合物半導体多層膜3
を、シリコン基板1とGaAs層4との間に形成する。 【効果】 シリコン基板1とGaAs層2の界面より生じる
転位を折り曲げて、GaAs層4の表面に伸びる貫通転位を
低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン基板上に化合物
半導体結晶を形成する化合物半導体の結晶成長方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】シリコン (Si) 基板上にガリウム砒素
(GaAs) 等の化合物半導体をエピタキシャル成長させた
半導体ウエハは、超 LSI技術が適用できるシリコンと、
高速低消費電力型の電子デバイス、または、光デバイス
( LEDや半導体レーザ等)等を実現できるガリウム砒素
等の化合物半導体とを集積化する技術として注目されて
いる。しかしながら、ガリウム砒素はシリコンに比べ格
子定数が約4%大きく、また熱膨張係数も約 2.5倍の値と
なる。この格子定数の差は、格子不整合によるミスフィ
ット転位を発生させ、熱膨張係数の差は、化合物半導体
成長後の冷却過程でウエハの反り、または、反り緩和に
よる転位を発生させるという問題点があり、良質なガリ
ウム砒素の層をシリコン基板上に形成することは不可能
であった。
【0003】これらの問題を解決するため、シリコン基
板上にアモルファス状の低温ガリウム砒素バッファ層を
介してガリウム砒素の結晶成長を行う2段階成長法、ま
たは、中間層に歪超格子層を導入する方法が提案されて
いる。ところが、これらの方法を用いた場合でも、ガリ
ウム砒素の層の転位密度は、例えば、半導体レーザで許
容される転位密度である 103cm-2に比べて約2〜3桁大
きい値となっていたため、さらなる改善が必要とされて
いた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、シリコン基板上に化合物半導体を結晶成長させる場
合、転位密度の小さい良質な化合物半導体の層が形成で
きないという問題点があった。
【0005】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、シリコン基板上に転位密
度の小さい化合物半導体の層を結晶成長させることがで
きる化合物半導体の結晶成長方法を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の化合物半導体の結晶成長方法は、シリコン
基板上に化合物半導体膜を結晶成長させる、化合物半導
体の結晶成長方法において、前記化合物半導体膜を形成
するための原料である、V族原料と III族原料の少なく
とも1つを有機金属とし、前記V族原料と前記 III族原
料の供給比を変化させて、少なくとも1組のp型化合物
半導体膜及びn型化合物半導体膜を含む化合物半導体多
層膜を、前記シリコン基板と前記化合物半導体膜との間
に形成することを特徴とするものである。
【0007】
【作用】図4は、V族元素及び III族元素を含む化合物
半導体膜を形成する工程で、有機金属を原料として用
い、V族元素を供給するV族原料と III族元素を供給す
るIII族原料の供給比(V/III比)を変化させた場合
に、形成される化合物半導体膜のキャリア濃度がどのよ
うに変化するかを示した線図である。図で、横軸は供給
比(V/III比)、縦軸はキャリア濃度を表している。図
に示すように、結晶成長工程で、V族原料と III族原料
の供給比(V/III比)を変化させると、キャリアの濃度
変化だけでなく、形成される化合物半導体膜の導電型
も、p型から、i型、さらに、n型に変化することが分
かる。これは、結晶成長の原料に有機金属を用いた場
合、V/III比が小さいと、原料の持つ炭素原子がV族元
素側(p-サイト)に多く入り、V/III比が大きいと、原
料の持つ炭素原子が III族元素側(n-サイト)に多く入
るために生じると考えられる。
【0008】本発明は、以上に説明したように、原料の
供給比を変えて導電型を変化させた、p型化合物半導体
膜及びn型化合物半導体膜を、シリコン基板と、化合物
半導体膜との間に形成することを特徴とするものであ
り、例えば、シリコン基板と、化合物半導体膜との間に
バッファ層を設け、その層内に、少なくとも1組のp型
化合物半導体膜及びn型化合物半導体膜を含む化合物半
導体多層膜を形成するものである。このようにして、炭
素を高濃度にドーピングした、p型化合物半導体膜及び
n型化合物半導体膜を形成すれば、p-サイト及びn-サイ
トに炭素が存在するため、シリコン基板と化合物半導体
の層との界面より生じる転位を、p-サイト側またはn-サ
イト側だけに炭素をドーピングした場合に比べて、より
高い確率で折り曲げることができ、化合物半導体膜の表
面に伸びる貫通転位を著しく低減することができる。
【0009】また、炭素を高濃度でドーピングすること
により、例えば、GaAs結晶においては格子定数が小さく
なり歪む。この歪み効果によっても、転位を折り曲げる
ことができるので、互いに格子定数の異なる層の界面で
転位を折り曲げることができる。つまり、p型化合物半
導体膜とn型化合物半導体膜との界面、n型化合物半導
体膜とi型化合物半導体膜との界面、i型化合物半導体
膜とp型化合物半導体膜との界面で転位を折り曲げ貫通
転位を低減することができる。
【0010】
【実施例】図1に基づいて本発明の化合物半導体の結晶
成長方法の一実施例について説明する。図1は、本発明
の化合物半導体の結晶成長方法を用いて形成した化合物
半導体基板の断面図である。図で、1はシリコン基板、
2はシリコン基板1上に形成されたGaAs層、3はGaAs層
2上に形成された化合物半導体多層膜、4は化合物半導
体多層膜3上に形成されたGaAs層(化合物半導体膜)で
ある。化合物半導体多層膜3は、炭素をドープしたn-Ga
As層3a(n型化合物半導体膜)と、n-GaAs層3a上に
形成された、炭素をドープしたp-GaAs層3b(p型化合
物半導体膜)とで構成されている。
【0011】図1に示す化合物半導体基板の製造方法の
一実施例について説明する。本実施例では結晶成長装置
は MOVPE装置であるとして説明する。まず、シリコン基
板1を結晶成長装置に導入した後、シリコン表面の酸化
膜除去及びアンチフェイズドメインの発生を抑えるため
に約 900℃の高温加熱を行う。次に、シリコン基板1の
温度を 400℃にし、低温でアモルファス状のGaAsを10nm
成長させる。原料としては、有機金属である TMG( III
族原料)とAsH3(V族原料)を用い、供給比(V/III
比)を約70とする。その後、同条件で 600℃にてGaAsを
100nm成長させてGaAs層2を形成する。
【0012】次に、供給比(V/III比)を70以上の値
(例えば、200 )としてGaAsを 100nm成長させてn-GaAs
層3aを形成し、その上に供給比(V/III比)を70より
小さい値(例えば、5 )としてGaAsを 100nm成長させて
p-GaAs層3bを形成し、さらに供給比(V/III比)を約
70としてGaAsを 1μm 成長させてGaAs層4を形成する。
この実施例の場合、V/III比を約70に設定した場合に最
も不純物濃度が小さくなり、V/III比が70より大きい場
合、形成されるGaAs層はn型となり、V/III比が70より
小さい場合、形成されるGaAs層はp型となる。以上に説
明した方法により、V族原料と III族原料の供給比(V
/III比)を切替えて、シリコン基板1と、GaAs層4との
間に、n-GaAs層3a及びp-GaAs層3bを形成することに
よって、GaAs層4の表面への貫通転位を低減することが
できる。
【0013】図2に基づいて本発明の化合物半導体の結
晶成長方法の異なる実施例について説明する。図1に示
した実施例では、n型化合物半導体膜であるn-GaAs層3
aと、p型化合物半導体膜であるp-GaAs層3bとで化合
物半導体多層膜3を構成したが、図2に示す実施例は、
図1に示した実施例で、n-GaAs層とp-GaAs層とを交互に
4周期成長させて化合物半導体多層膜を形成したもので
ある。図で、1はシリコン基板、2はシリコン基板1上
に形成したGaAs層、5はGaAs層2上に、n-GaAs層5aと
p-GaAs層5bとを交互に4周期成長させて形成した化合
物半導体多層膜、4は化合物半導体多層膜5上に形成し
たGaAs層(化合物半導体膜)である。
【0014】結晶成長条件は図1に示した実施例の場合
と同様であり、 400℃にてGaAsを 100nm、 600℃にてGa
Asを 100nm成長させてGaAs層2を形成した後、供給比
(V/III比)を約200 または約5 に切り替えて、n-GaAs
層5aまたはp-GaAs層5bをそれぞれ 100nm、4周期成
長させる。さらに供給比(V/III比)を約70としてGaAs
を 1μm 成長させてGaAs層4を形成する。化合物半導体
多層膜5の周期を多くすることで、よりGaAs層4の表面
への貫通転位を低減することができる。但し、化合物半
導体多層膜5の周期は実施例に限定されない。
【0015】図3に基づいて本発明の化合物半導体の結
晶成長方法のさらに異なる実施例について説明する。図
に示す実施例は、n型化合物半導体膜であるn-GaAs層と
p型化合物半導体膜であるp-GaAs層とを、i型化合物半
導体膜であるi-GaAs層を介して2周期成長させて化合物
半導体多層膜を形成したものである。
【0016】図で、1はシリコン基板、2はシリコン基
板1上に形成したGaAs層、6はGaAs層2上に、n-GaAs層
6aとp-GaAs層6bとをi-GaAs層6cを介して2周期成
長させて形成した化合物半導体多層膜、4は化合物半導
体多層膜6上に形成したGaAs層(化合物半導体膜)であ
る。
【0017】結晶成長条件は図1に示した実施例の場合
と同様であり、 400℃にてGaAsを 100nm、 600℃にてGa
Asを 100nm成長させてGaAs層2を形成した後、供給比
(V/III比)を約200 または約70または約5 に切り替え
て、n-GaAs層6aまたはi-GaAs層6cまたはp-GaAs層6
bをそれぞれ 100nm形成する。この場合、n-GaAs層6a
及びp-GaAs層6bを2周期成長させる。さらに供給比
(V/III比)を約70としてGaAsを 1μm 成長させてGaAs
層4を形成する。化合物半導体多層膜6の1周期分の導
電型は、GaAs層2をi-GaAs層とするとinipとなる。この
ように構成することにより、互いに格子定数が異なる層
の界面と、炭素を高濃度にドーピングした、n型化合物
半導体膜内及びp型化合物半導体膜内で、GaAs層4の表
面に伸びる貫通転位を折り曲げることができ転位低減を
図ることができる。
【0018】なお、実施例では結晶成長法に MOVPE法を
用いて説明してきたが、ガスソースMBE 法等、他の結晶
成長法を用いても差し支えない。また、実施例では、化
合物半導体はGaAsであるとして説明したが実施例に限定
されない。さらに、実施例ではV/III比を切り替えて導
電型を制御し転位低減を図ったが、他の不純物を導入し
て、本発明の炭素の効果と併用しても何等差し支えな
い。
【0019】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の結晶成
長方法によれば、V族原料と III族原料の供給比を変化
させて導電型をp型及びn型に変化させた層を、シリコ
ン基板と、化合物半導体膜との間に形成することによ
り、シリコン基板と化合物半導体の層の界面より生じる
転位を折り曲げることができるので、化合物半導体膜の
表面に伸びる貫通転位を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の化合物半導体の結晶成長方法の一実施
例を示す断面図である。
【図2】本発明の化合物半導体の結晶成長方法の異なる
実施例を示す断面図である。
【図3】本発明の化合物半導体の結晶成長方法のさらに
異なる実施例を示す断面図である。
【図4】V族原料と III族原料の供給比(V/III比)を
変化させた場合の、化合物半導体膜のキャリア濃度を示
す線図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 4 GaAs層(化合物半導体膜) 3 化合物半導体多層膜 3a n-GaAs層(n型化合物半導体膜) 3b p-GaAs層(p型化合物半導体膜) 5 化合物半導体多層膜 5a n-GaAs層(n型化合物半導体膜) 5b p-GaAs層(p型化合物半導体膜) 6 化合物半導体多層膜 6a n-GaAs層(n型化合物半導体膜) 6b p-GaAs層(p型化合物半導体膜)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上に化合物半導体膜を結晶
    成長させる、化合物半導体の結晶成長方法において、前
    記化合物半導体膜を形成するための原料である、V族原
    料と III族原料の少なくとも1つを有機金属とし、前記
    V族原料と前記 III族原料の供給比を変化させて、少な
    くとも1組のp型化合物半導体膜及びn型化合物半導体
    膜を含む化合物半導体多層膜を、前記シリコン基板と前
    記化合物半導体膜との間に形成することを特徴とする化
    合物半導体の結晶成長方法。
JP6324895A 1995-03-23 1995-03-23 化合物半導体の結晶成長方法 Withdrawn JPH08264456A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003101149A (ja) * 2001-09-19 2003-04-04 Toshiba Corp 半導体素子及びその製造方法
JP2021100117A (ja) * 2019-12-20 2021-07-01 アズール スペース ソーラー パワー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングAZUR SPACE Solar Power GmbH 気相エピタキシー法
JP2021100116A (ja) * 2019-12-20 2021-07-01 アズール スペース ソーラー パワー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングAZUR SPACE Solar Power GmbH 気相エピタキシー法

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Effective date: 20020604