JPH01243411A - 化合物半導体基板 - Google Patents

化合物半導体基板

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JPH01243411A
JPH01243411A JP7280188A JP7280188A JPH01243411A JP H01243411 A JPH01243411 A JP H01243411A JP 7280188 A JP7280188 A JP 7280188A JP 7280188 A JP7280188 A JP 7280188A JP H01243411 A JPH01243411 A JP H01243411A
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JP
Japan
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compound semiconductor
layer
semiconductor layer
compound
semiconductor substrate
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JP7280188A
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Inventor
Masabumi Shimizu
正文 清水
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体基板上に高品質の化合物半導体層を形
成する化合物半導体基板の改良に関する ・ものである
〈従来の技術〉 化合物半導体の中で、二元系化合物半導体(GaA s
 +GaP、InP等)は材料固有の特性を活して、各
種のデバイスに、例えばレーザダイオード、LED。
受光素子などに盛んに利用されている。
一方で、三元系の化合物半導体では、AI!GBAs 
GaAsP等が上記デバイスに応用され、オプトエレク
トロニクスの分野で大きく貢献をしている。
しかしながら、Inを含む三元系化合物半導体(t n
GaAs 、 I nAIAs)では、GaAs等に比
べても有効質量数が小さく、バンド構造から言っても、
伝導帯の′slと第2の極小点エネルギー差が大きいた
め、電子飽和速度が大きいという特徴を有し、高周波デ
バイスの応用面からは有利であると言われているが、ま
だ、基板の良質な結晶が得られておらず、デバイスへの
応用が進んでいないのが現状である。
〈発明が解決しようとする問題点〉 しかし、In系の三元系化合物半導体は、組成元素の偏
析係数の相違のため、均一な結晶成長が困難である等の
理由により、良質の単結晶基板が作りにくく高価なもの
・となり、低価格で入手することが出来ない状況にある
又、半導体基板のコストを下げるため、Si基板、Ga
AJ基板、1nP基板等に三元系化合物半導体を積層し
て実用化を図る試みも多くなされているが、格子のミス
マツチや熱膨張係数の違いによって高品質の基板が得ら
れにくいと言う問題点がある。
特に安価で、良質、大面積で軽量なシリコン基板上に化
合物半導体を形成し、デバイス化を図る試みが有望と思
われ、それ等の問題点を克服する製造する装置が近年開
発(MOCVD、MBE、ALE等)されて来ている。
しかし、今まで試みられたシリコン基板上へ化合物半導
体をエピタキシャル成長させる装置はGaASとかIn
Pの二元系化合物半導体が中心になっていて、結晶品質
に優れた三元系化合物半導体の報告例はまだ少ないのが
現状である。
本発明は上記の点に鑑みて創案されたものであり、シリ
コン基板上に、高品質の例えばInGaAs等の三元系
化合物半導体を形成した安価で良質の化合物半導体基板
を提供することを目的としている。
〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するため、本発明は半導体基板上に第
1の緩衝層としての第1の化合物半導体層と第2の化合
物半導体層とをこの順に積層してなる化合物半導体基板
において、上記の第2の化合物半導体層中に、この第2
の化合物半導体層と同じ化合物よりなる第3の化合物半
導体層と第4の化合物半導体層とを交互に積層した交互
層を第2の緩衝層として介挿してなるように構成してい
るO より詳細には、本発明は第1図に示すように、上記した
従来の問題点を克服し、高品質のInGaAs(または
InAIAs)等の三元系化合物半導体基板を得るため
に、シリコン等よりなる半導体基板l上に、まず公知の
成長技術(例えばAppl、  phys。
Lett、 48 (18) 5May  p122.
3 (+986)参照)を用いて、第1の緩衝層である
第1の化合物半導体層(例えばGaAs層)2をエピタ
キシャル成長させて形成した後、第2の化合物半導体層
3として例えば所定の混晶比を有するIn系の三元系化
合物混晶層(例えばInZGa1−ZAs層またはIn
zA/1−ZAs層等)を形成すると共に、この形成途
中に第2の半導体層3と同じ化合物よりなる第3の化合
物半導体層(例えばtn)(Ga+−xAs/1ft)
4と第4の化合物半導体層(例えばInyA/1−YA
s層)5とを交互に積層した交互層を′s2の緩衝層6
として介挿した構造となしている。
〈作用〉 本発明に於いては、シリコン等の半導体基板上にInz
Gat−zAs等の三元系化合物半導体層を形成するに
当り、良質の結晶を得るため緩衝層(バッファー層)を
有効に活用したものである。
即ち、本発明の好ましい実施例にあっては、まず第1に
基板シリコンとI nz Gal −zAsとの間にG
aAs層を第1の緩衝層として挿入し、格子不整合の役
割を担わせている。次にGaAs層とInZGa1−Z
Asとの界面に生じる不整合転位の一部がInZGa1
−ZAsの表面層まで容易に貫通するので、結晶の品質
が低下するため、それ等の貫通転位を吸収する中間層に
第2の緩衝層として、■nxGa+−)(As/Iny
AI!1−YAsの交互層を介在させた構造をとってい
る。
本発明に用いた三元系化合物半導体の混晶組成は、x/
Z=Y/Zの値で表わすと、特に限定した範囲内(0,
9<’V =Y/Z<口)となすことが好ましいO 上記の条件を満していない場合には、交互層の各層内に
歪を内蔵した歪超格子構造となり、基板を成長させた後
の降温時に、シリコン基板との熱膨張係数差に基づく大
きな熱応力を受けるため、歪超格子構造内での歪のつり
あいがはずれて、新も だに交互層界面に不整合転位へ発生させる。この不整合
転位の一部が表面の第2の化合物半導体層まで影響を与
え、結晶の品質を著しく損う原因となる。
しかしながら混晶組成を最適な範囲内で作成することに
よって、交互層のI n)(G at−承sとInyA
/1−YAsとが互いに弾性定数が大きく異なるため、
混晶界面で応力を受け、はとんどの転位は横方向に曲げ
られる。そのため、交互層の中で不整合転位が吸収され
、上部の混晶層は極めて転位密度の低い高品質層とする
ことが可能になる。
〈実施例〉 以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
第2図は本発明に係る化合物半導体基板の構造を図式的
に示した断面図である。
第2図において、分子線エピタキシ\−法(M B E
)やMOCVD法を用いて、シリコン基板14上に第1
の緩衝層としての第1の半導体層である単結晶GaAS
層12を0.5μm形成する。次に第2の半導体層のI
nZGa1−ZAs (Z=0.20)層13を1.5
μm成長させる。
更に、その上に、第3の半導体層のIn)(Gal−内
層(20OA)14と第3の半導体層のInyAll−
YAs層(20OA)15とを交互に積層した交互層1
6  (X=Y=0.20)を25周期形成させた後最
後に1.0μmのInZGa1−ZAs (Z=0.2
0)層17を形成せしめた(試料A)。
上記の実施例では交互層16の各層の組成をx/Z= 
Y/、z = 1.0場合について作成したものである
が、同様にY/Z=−が0.95 、1.05について
も基板を作成した。
更に本発明の実施例とb比較するために、第3図に示す
様な従来例である交互層16を挿入しないで、GaAs
層12の上に直接InZGa1−ZAs(z = 0.
20)層31を3.5μmの厚さで成長させた試料B及
び本発明における特定範囲をはずれたxA=Y/Z= 
0.9 +及びX=0.16.Y=0.24.Z=0.
20 (X/Z=0.8 、 Y/Z=1.2)として
成長させた試料Cについても合わせて作成した。
上記のようにして作成した各試料について、表面1nz
Gal−ZAs層の転位密度Ndを平面TEMで評価し
た結果、次表に示すように、本発明の実施例の試料Aで
はいずれもNd=IX10 CI  以下であったが、
試料Bでは全て°がNd=IX10 C1mであり、試
料CではNd=IX10−5X10 cra  とばら
つきの大きい値となった。
以上の実施例から明らかなように、本発明の交互層構造
として、その組成範囲を0.9 < ”/Z = Y/
Z<1.1とすることが好ましいことが判る。
以上の実施例からも明らかなように、本発明の交互層構
造を用いることにより、格子不整合に伴う歪の発生の抑
制が可能な条件で転位密度の低減ケ 咳はかられ、再現性よく良質のInGaAs混晶層をシ
リコン基板上に形成することが可能となる。
なお、上記した実施例ではInZGa1−ZAs混晶層
(Z=0.20)について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではな(GaAsとInASの格子定数
の中間に位置するInGaAs、InAlAs混晶につ
いても同様に適用できるものであることは言うまでもな
い。
本発明の構造を用いてシリコン基板上に形成されたIH
GaAs(あるいはInAIAs)化合物半導体混晶基
板は、各種電子デバイス、元デバイスの半導体基板とし
て利用することができる。例えば上記混晶層上に形成さ
れたInGaAs/InAIAstまたは11GaAs
/InPへテロ構造に変調ドーピングを行うことにより
、InGaAs混晶の大きな電子飽和速度を活した超高
速デバイスが安価な大面積基板上で実現できる。また0
、9μmから1.1μmの石英光ファイバの低損失低分
散域をカバーする直接遷移型バンド構造を有したInG
aAs混晶材料は特に、光フアイバ通信によって重要な
レーザダイオードや発光ダイオードなどの発光デバイス
PINダイオードやアバランシェフォトダイオードなど
の受光ダイオードが実現可能となる。
〈発明の効果〉 以上のように本発明によれば交互層を用いることにより
格子不整合に伴う歪の発生を抑制し、転位密度の低減化
が図られ、その結果従来に比べて再現性よく、高品質の
化合物半導体層を形成することが出来る。従って、大面
積で低価格の化合物半導体基板を電子工業界に提供する
ことが可能となり、高性能化、低価格化に大きく貢献す
ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を模式的に示す断面図、第2図は
本発明の一実施例の構造を模式的に示す断面図、第3図
は従来の化合物半導体基板の構造例を模式的に示す断面
図である。” 1・・・シリコン基板、2・・・GaAs層、3・・・
InGaAS(またはInAl!AS)層、4−1nG
aAs層、 5・・・InA/As層、6−”InGa
As/1nAIAs交互層、7−・−1nGaAs (
またはInAl!As)層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に第1の緩衝層としての第1の化合物
    半導体層と第2の化合物半導体層とをこの順に積層して
    なる化合物半導体基板において、上記第2の化合物半導
    体層中に該第2の化合物半導体層と同じ化合物よりなる
    第3の化合物半導体層と第4の化合物半導体層とを交互
    に積層した交互層を第2の緩衝層として介挿してなるこ
    とを特徴とする化合物半導体基板。 2、前記第2の化合物半導体層がIn_ZGa_1_−
    _ZAs(0<Z<1)の混晶組成を有し、前記第3の
    化合物半導体層がIn_XGa_1_−_XAs(0<
    X<1)の混晶組成を有し、前記第4の化合物半導体層
    が In_YAl_1_−_YAs(0<Y<1)の混晶組
    成を有し、かつ上記混晶比X、Y、Zの間に 0.9<X/Z=Y/Z<1.1 の関係式が成立つように上記各化合物半導体層を構成し
    てなることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体基
    板。
JP7280188A 1988-03-24 1988-03-24 化合物半導体基板 Pending JPH01243411A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007258230A (ja) * 2006-03-20 2007-10-04 Dowa Holdings Co Ltd 半導体基板及び半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007258230A (ja) * 2006-03-20 2007-10-04 Dowa Holdings Co Ltd 半導体基板及び半導体装置

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