JPH03247597A - 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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- JPH03247597A JPH03247597A JP4295190A JP4295190A JPH03247597A JP H03247597 A JPH03247597 A JP H03247597A JP 4295190 A JP4295190 A JP 4295190A JP 4295190 A JP4295190 A JP 4295190A JP H03247597 A JPH03247597 A JP H03247597A
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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。
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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ＩＩＩ ｅ Ｖ族化合物半導体のエピ
タキシル成長方法に関する。
タキシル成長方法に関する。
（従来の技術〉
シリコン単結晶基板上にガリウム砒素等のＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層を成長させる再に、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
共有結合結晶であるのに対しＩＩＩ ｅ 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
１０８ｃｍ−３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ＩｎＰ単結晶層を成長させており、エッチビ
ット密度として１０７ｃｍ−３が得られている。
化合物半導体層を成長させる再に、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
共有結合結晶であるのに対しＩＩＩ ｅ 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
１０８ｃｍ−３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ＩｎＰ単結晶層を成長させており、エッチビ
ット密度として１０７ｃｍ−３が得られている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、転位が直接デバイス特性を左右する半導
体レーザや発光ダイオードでは１０５ｃｍ−３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１０５ｃｍ−３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。
本発明の目的はシリコン単結晶基板上に転位の少ないＩ
ＩＩ−Ｖ族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。
ＩＩ−Ｖ族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。
（課題を解決するための手段）
本発明のエピタキシャル成長方法はシリコン単結晶基板
上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長
する方法に於て、シリコン単結晶基板上に周期的にスト
ライプ状の開口部をもつ選択成長用マスクを形成する第
１の工程と前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキ
シャル成長させ隣接する前記開口部から成長した前記半
導体層の成長部側面を接合させシリコン基板面とほぼ平
行な平坦な前記化合物半導体表面を形成する第２の工程
とを備えることを特徴とする。
上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキシャル成長
する方法に於て、シリコン単結晶基板上に周期的にスト
ライプ状の開口部をもつ選択成長用マスクを形成する第
１の工程と前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層をエピタキ
シャル成長させ隣接する前記開口部から成長した前記半
導体層の成長部側面を接合させシリコン基板面とほぼ平
行な平坦な前記化合物半導体表面を形成する第２の工程
とを備えることを特徴とする。
（作用）
本発明によるシリコン単結晶基板上へのＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体のエピタキシャル成長方法では、第一の工程
でシリコン基板上に周期的なストライプ状の開口部をも
つ選択成長用マスクを形成し、第２の工程で化合物半導
体層を選択的にエピタキシャル成長する。この場合、周
期的にストライプ状に開口されたシリコン単結晶表面か
ら成長した化合物半導体層は成長面と垂直方向への成長
と共に面内方向への側面成長を続は隣合うストライプ状
の半導体成長層と結合し、全体として基板面方位と平行
な方位を持つ平坦な成長表面を形成する。
合物半導体のエピタキシャル成長方法では、第一の工程
でシリコン基板上に周期的なストライプ状の開口部をも
つ選択成長用マスクを形成し、第２の工程で化合物半導
体層を選択的にエピタキシャル成長する。この場合、周
期的にストライプ状に開口されたシリコン単結晶表面か
ら成長した化合物半導体層は成長面と垂直方向への成長
と共に面内方向への側面成長を続は隣合うストライプ状
の半導体成長層と結合し、全体として基板面方位と平行
な方位を持つ平坦な成長表面を形成する。
以上のようにして形成された半導体層は内部にストライ
プ状の孔を持つ多孔質な単結晶半導体層となる。この多
孔質の半導体層は、シリコン基板と化合物半導体層との
７熱膨張率の違いにより発生する応力、および格子定数
差に起因する応力を軽減し、且つ、それらの応力によっ
て発生する転位の伝搬を阻止する。その結果この多孔質
の半導体層をバッファ層として用いることによりその上
に形成されるデバイス用の半導体層の転位の発生が低減
され、発光素子への応用が可能となる。
プ状の孔を持つ多孔質な単結晶半導体層となる。この多
孔質の半導体層は、シリコン基板と化合物半導体層との
７熱膨張率の違いにより発生する応力、および格子定数
差に起因する応力を軽減し、且つ、それらの応力によっ
て発生する転位の伝搬を阻止する。その結果この多孔質
の半導体層をバッファ層として用いることによりその上
に形成されるデバイス用の半導体層の転位の発生が低減
され、発光素子への応用が可能となる。
（実施例）
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。本実施
例ではシリコン単結晶基板上にインジウム燐単結晶層を
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インジウム燐単結晶層を
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の工程として４１０＞方向に２°傾けた（１０
０）面を表面とするシリコン単結晶基板上の上に熱ＣＶ
Ｄ法により厚さ２００ｎｍの５ｉ０２絶縁膜のマスク２
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幅１ｐｍの（０１１）方向のスト
ライプ状の開口部３を周期５ｐｍで形成した（第１図（
ａ））。つぎに第２の工程として５ｉ０２絶縁膜層２を
選択成長マスクとして用い、シリコン単結晶表面が露出
している開口部３に選択的にガリウム砒素バッファ層４
をその表面が側面成長により全体として基板方位に平行
でかつ平坦な表面となるまでエピタキシャル成長を行な
い、続いて厚さ２ｐｍのインジウム燐層５を成長した（
第１図（ｂ））。ここではバッファ層４の厚さ４ｐｍ以
上で平坦化した。本実施例では選択成長特性を有するエ
ピタキシャル成長方法としてハイドライド気相成長法を
用いた。Ｖ族材料にはアルシン（分子式ＡｓＨ３）及び
ホスフィン（分子式ＰＨ３）を用い、ＩＩＩ族材料には
インジウム及びガリウムメタルを用い塩化水素との反応
により基板表面に導き成長させた。転位低減の効果を高
めるために、結晶成長前に高温（１０００’Ｃ）での表
面清浄化を行なった。
０）面を表面とするシリコン単結晶基板上の上に熱ＣＶ
Ｄ法により厚さ２００ｎｍの５ｉ０２絶縁膜のマスク２
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幅１ｐｍの（０１１）方向のスト
ライプ状の開口部３を周期５ｐｍで形成した（第１図（
ａ））。つぎに第２の工程として５ｉ０２絶縁膜層２を
選択成長マスクとして用い、シリコン単結晶表面が露出
している開口部３に選択的にガリウム砒素バッファ層４
をその表面が側面成長により全体として基板方位に平行
でかつ平坦な表面となるまでエピタキシャル成長を行な
い、続いて厚さ２ｐｍのインジウム燐層５を成長した（
第１図（ｂ））。ここではバッファ層４の厚さ４ｐｍ以
上で平坦化した。本実施例では選択成長特性を有するエ
ピタキシャル成長方法としてハイドライド気相成長法を
用いた。Ｖ族材料にはアルシン（分子式ＡｓＨ３）及び
ホスフィン（分子式ＰＨ３）を用い、ＩＩＩ族材料には
インジウム及びガリウムメタルを用い塩化水素との反応
により基板表面に導き成長させた。転位低減の効果を高
めるために、結晶成長前に高温（１０００’Ｃ）での表
面清浄化を行なった。
こうして形成したガリウム砒素バッファ層４は内部にス
トライプ状の孔を持つ多孔質な単結晶半導体層となる。
トライプ状の孔を持つ多孔質な単結晶半導体層となる。
この多孔質の半導体層は、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り発生する応力、および格子
定数差に起因する応力を軽減し、且つ、それらの応力に
よって発生する転位の伝搬を阻止する。その結果この多
孔質のガリウム砒素バッファ層４を用いることによりそ
の上に形成されるデバイス用のインジウム燐層５の転位
密度が１０５ｃｍ−３以下に低減され、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。
層との熱膨張率の違いにより発生する応力、および格子
定数差に起因する応力を軽減し、且つ、それらの応力に
よって発生する転位の伝搬を阻止する。その結果この多
孔質のガリウム砒素バッファ層４を用いることによりそ
の上に形成されるデバイス用のインジウム燐層５の転位
密度が１０５ｃｍ−３以下に低減され、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。
上記実施例ではガリウム砒素バッファ層４の上にインジ
ウム燐層５を成長させたがガリウム砒素等、他のＩＩＩ
ｅ 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。選択成長用マスクとして５ｉ０２膜を用い
たが窒化シリコン、アモルファスシリコン、カーボン等
でもよい。また開口部３の幅は１μｍ、周期５μｍとし
たが成長条件、材料により最適化すればよい。本実施例
の条件では幅１〜５１１ｍ、周期５〜１５ｐｍ程度で良
好な結果が得られる。またバッファ層４としてガリウム
砒素を用いたがインジウム燐、等地のＩＩＩ −Ｖ族化
合物でもよい。バッファ層はその上に積層する半導体層
と同じか、Ｓｉとその半導体層の中間の格子定数の半導
体であればよい。
ウム燐層５を成長させたがガリウム砒素等、他のＩＩＩ
ｅ 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。選択成長用マスクとして５ｉ０２膜を用い
たが窒化シリコン、アモルファスシリコン、カーボン等
でもよい。また開口部３の幅は１μｍ、周期５μｍとし
たが成長条件、材料により最適化すればよい。本実施例
の条件では幅１〜５１１ｍ、周期５〜１５ｐｍ程度で良
好な結果が得られる。またバッファ層４としてガリウム
砒素を用いたがインジウム燐、等地のＩＩＩ −Ｖ族化
合物でもよい。バッファ層はその上に積層する半導体層
と同じか、Ｓｉとその半導体層の中間の格子定数の半導
体であればよい。
上記実施例では選択成長特性を有する成長法としてハイ
ドライド気相成長法を用いたが、ケミカルビームエピタ
キシャル成長法ＭＯＶＰＥ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。
ドライド気相成長法を用いたが、ケミカルビームエピタ
キシャル成長法ＭＯＶＰＥ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。
（発明の効果）
Ｓｉ単結晶基板との熱膨張係数差、格子不整による転位
が多孔質な単結晶バッファ層の形成によって低減される
ために、従来技術に比べ結晶性が向上する。この結果転
位密度が１０５ｃｍ−３以下となり発光素子に応用する
ことができる。
が多孔質な単結晶バッファ層の形成によって低減される
ために、従来技術に比べ結晶性が向上する。この結果転
位密度が１０５ｃｍ−３以下となり発光素子に応用する
ことができる。
第１図は本発明の詳細な説明する工程断面図である。
１・・・シリコン単結晶基板、２・・・マスク、３・・
・開口部、４・・・ガリウム砒素バッファ層、５・・・
インジウム燐層 を、それぞれ示す。
・開口部、４・・・ガリウム砒素バッファ層、５・・・
インジウム燐層 を、それぞれ示す。
Claims (1)
- シリコン単結晶基板上にIII−Ｖ族化合物半導体層をエ
ピタキシャル成長する方法に於て、シリコン単結晶基板
上に周期的にストライプ状の開口部をもつ選択成長用マ
スクを形成する第一の工程と前記III−Ｖ族化合物半導
体層をエピタキシャル成長し、隣接する前記開口部から
成長した前記半導体層の成長部側面を接合させシリコン
基板面とほぼ平行な平坦な前記化合物半導体表面を形成
する第２の工程とを備える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 |
|---|---|---|---|
| JP4295190A JPH03247597A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4295190A JPH03247597A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03247597A true JPH03247597A (ja) | 1991-11-05 |
Family
ID=12650331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4295190A Pending JPH03247597A (ja) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03247597A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2418531A (en) * | 2004-09-22 | 2006-03-29 | Univ Warwick | Formation of lattice-tuning semiconductor substrates |
| US9344200B2 (en) | 2014-10-08 | 2016-05-17 | International Business Machines Corporation | Complementary metal oxide semiconductor device with III-V optical interconnect having III-V epitaxial semiconductor material formed using lateral overgrowth |
| US9395489B2 (en) | 2014-10-08 | 2016-07-19 | International Business Machines Corporation | Complementary metal oxide semiconductor device with III-V optical interconnect having III-V epitaxially formed material |
-
1990
- 1990-02-22 JP JP4295190A patent/JPH03247597A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2418531A (en) * | 2004-09-22 | 2006-03-29 | Univ Warwick | Formation of lattice-tuning semiconductor substrates |
| US9344200B2 (en) | 2014-10-08 | 2016-05-17 | International Business Machines Corporation | Complementary metal oxide semiconductor device with III-V optical interconnect having III-V epitaxial semiconductor material formed using lateral overgrowth |
| US9395489B2 (en) | 2014-10-08 | 2016-07-19 | International Business Machines Corporation | Complementary metal oxide semiconductor device with III-V optical interconnect having III-V epitaxially formed material |
| US9590393B2 (en) | 2014-10-08 | 2017-03-07 | International Business Machines Corporation | Complementary metal oxide semiconductor device with III-V optical interconnect having III-V epitaxial semiconductor material formed using lateral overgrowth |
| US9726819B2 (en) | 2014-10-08 | 2017-08-08 | International Business Machines Corporation | Complementary metal oxide semiconductor device with III-V optical interconnect having III-V epitaxial semiconductor material formed using lateral overgrowth |
| US9864135B2 (en) | 2014-10-08 | 2018-01-09 | International Business Machines Corporation | Complementary metal oxide semiconductor device with III-V optical interconnect having III-V epitaxially formed material |
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