JPH0412097A - 化合物半導体及びその成長方法 - Google Patents

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、多孔質シリコン基板上に成長させた■−ｖ族
、■−■族、ＩＶ−ＩＶ族等の化合物半導体及びその製
造方法に関する。

（従来の技術） シリコン基板は、大面積化が容易であり、軽量で高い熱
伝導率を有し、安価であるところから、該基板の上に化
合物半導体を成長させる試みがなされてきた。

しかし、例えば、シリコンとＧａＡｓとの間に約４％の
結晶格子定数の差があるため、７リコン基板上に格子定
数の異なる化合物半導体のへテロエビタキンヤル成長を
行うときには、通常の成長方法では良好な結晶を得るこ
とはできず、例えば、基板単結晶の面指数に対して角度
を僅かにずらせたオフアングルシリコン基板、Ｇｅバッ
ファ層を有するシリコン基板を用いる方法が試みられて
いる。

さらに、ｒｓｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ（＋９８８−１）日本語版ｐ、４１〜４９」の例の
ように、８５０〜９００℃程度の高温で熱処理したシリ
コン基板の上に、４００〜４５０℃程度の低温で２００
Å以下の薄いＧａＡｓ層を成長させ、その後通常の高温
成長を行う二段階温度成長法も試みられているが、必ず
しも良好な結晶を成長させることができなかった。また
、ＧａＡｓ歪み超格子を有するシリコン基板等を使用す
る方法などが試みられているが、成長層の残留転位は１
０８７ｃｍ’程度に低減するに止まっている。第４図は
上記方法の温度制御の説明図であり、第３図は得られた
ＧａＡｓ半導体の断面図である。

さらに、「応用物理第５７巻第１１号（１９８８）第１
１】０〜１７２０頁」では、ヘテロエピタキシャル成長
に伴う界面近傍の歪み応力の緩和を目的として、陽極化
成法によりシリコン基板表面に微小孔を有する多孔質層
を形成し、接層の上にＧａＡｓを成長させることが試み
られたが、エピタキシャル層の結晶性は、バルク結晶と
比較して、良好なものを得ることはできなかった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記の欠点を解消し、多孔質シリコン基板の
上に形成した結晶性の優れた化合物半導体及びその成長
方法を提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、多孔質シリコン基板上に成長させた化合物半
導体において、多孔質シリコン基板の表面変成層の上に
低温成長による厚さ１０〜５０００人の化合物半導体層
、さらにその上に高温成長による化合物半導体単結晶層
を有することを特徴とする化合物半導体、及び、多孔質
シリコン基板上に化合物半導体を成長させる製造方法に
おいて、陽極化成法によりシリコン単結晶を多孔質化し
たシリコン基板の表面変成層の上に、２００〜５００℃
の低温成長で厚さ１０〜５０００人の化合物半導体層を
成長させ、接層の上に通常の成長法で化合物半導体単結
晶層を高温成長させることを特徴とする化合物半導体の
製造方法である。

（作用） 従来、シリコン基板の上に二段階成長法で化合物半導体
単結晶層を成長させる方法や陽極化成法によりシリコン
表面に多孔質層を形成した多孔質シリコン基板の上に化
合物半導体単結晶層を成長させる方法が試みられてきた
が、低転位密度で良好な結晶性を得ることはできなかっ
た。

本発明者等は、上記の多孔質シリコン基板から、特に表
面変成層を除去することなく、直接的に化合物半導体を
成長させる方法を鋭意研究したところ、変成層を有する
多孔質シリコン基板の上に、目的とする化合物半導体と
同じ組成の薄い化合物半導体層を低温成長させ、さらに
その上に目的とする化合物半導体単結晶層を通常の方法
で高温成長させることにより、結晶性の優れた化合物半
導体を得ることに成功した。上記の薄い低温成長層は、
アモルファスまたは不安定な結晶構造を有するとともに
、目的とする化合物半導体自身の格子定数を保持するた
め、シリコンと化合物半導体の格子不整合を緩和し、低
転位密度で結晶性の良い化合物半導体単結晶層を成長さ
せることを可能にするものと思われる。また、多孔質シ
リコン層は、通常のシリコンに比べてヤング率が約１０
分の１と柔軟性に富んでいるため、熱膨張係数が大きく
異なる化合物半導体の成長層を、成長温度から室温に冷
却するときにも、２つの物質量の歪みは吸収されるため
、化合物産導体成長層の転位や残留応力を大幅に低減す
ることができる。

本発明を具体的に説明すると、フッ酸等の溶液中で電流
密度０，１〜２００ｍＡ／ｃｍ’の範囲で陽極化成する
ことにより、シリコン基板の表面近傍に２０〜３００人
の孔径を有する多孔質層を５〜３００ｕｍの厚さで生成
させた後、該シリコン基板上に成長温度２００〜５００
℃て厚さ１０〜５０００人の低温成長化合物半導体層を
成長させ、次いて、成長温度を４００〜８ＱＱ℃に上げ
て通常の方法で目的とする化合物半導体単結晶層を高温
成長させるものである。

なお、低温成長層の厚さ及び成長温度は、成長対象の化
合物半導体と成長法の種類により上記の範囲で適宜選択
することができる。例えば、ＧａＡｓをＯＭＶＰＥ法で
成長する場合は、この厚さは５０〜２０００人が好適で
あり、さらに、好ましくは１００〜１５００人とするの
がよい。また、成長温度は２００〜５００℃で可能であ
るが、ＧａＡｓの場合は３００〜４５０℃が好適である
。

高温成長の温度は、４００〜８００℃の間で選択するこ
とができるか、格子不整合緩和の点から、少なくとも低
温成長の温度より高くする必要がある。

ＧａＡｓの場合の高温成長温度は、４５０〜７００　’
Ｃが適当であり、さらに、結晶性改善の点から５００〜
７００　”Ｃを選ぶことが望ましい。

（実施例） シリコン基板に多孔質層を形成し、多孔質層表面の変成
層を除去することな（、その上に二段階温度成長法によ
りＧａＡｓ単結晶薄膜を成長させて、その結晶性を調べ
た。

まず、シリコン基板への多孔質層の形成は、ンリコン基
板表面をフン酸溶液に接触させて、電流密度を２０ｍ＾
／ｃｍ’に調節して陽極化成により、厚さ３０μｍの多
孔質層を形成した。この状態では多孔質層表面に厚さ５
００人の変成層が存在していた。この多孔質シリコン基
板の上に、ＯＭＶＰＥ法により成長温度４２０℃で厚さ
１５０人のＧａＡｓ層を成長させ、次いで、成長温度を
６５（１”ｃまで上げて同じ方法で厚さ２．５μｍのＧ
ａＡｓ単結晶薄膜を成長させた。

得られたＧａＡｓ単結晶薄膜の転位密度は、ＩＸＩＯ５
ｃｍ−’と大幅に低減することができた。

（比較例） 従来のシリコン基板の表面に実施例と同様の方法で低温
成長による厚さ１５０人のＧａＡｓ層と、高温成長によ
る厚さ２．５μｍのＧａＡｓ単結晶薄膜を成長させ、転
位密度を調べたところ、４ＸＩ０７ｃｍ−”と大きな値
を示した。

（発明の効果） 本発明は、上記の構成を採用することにより、変成層を
有したままの多孔質シリコン基板を用いても、格子定数
及び熱膨張係数の異なる化合物半導体を結晶性良く成長
させることができ、また、成長温度から室温に冷却して
も、化合物半導体成長単結晶層に残留する応力を低く抑
えることができ、低転位密度で結晶性の優れた化合物半
導体単結晶薄膜を提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は変成層を有する多孔質シリコン基板上に二段階
温度成長法により成長させたＧａＡｓ単結晶の断面図、
第２図は第１図のＧａＡｓ単結晶を成長するための温度
制御の説明図、第３図は従来のンリコン基板上に二段階
温度成長法により成長させたＧａＡｓ単結晶の断面図、
第４図は第３図のＧａＡｓ単結晶を成長するための温度
制御の説明図である。 第１　図 第２図 時　間

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質シリコン基板上に成長させた化合物半導体
   において、多孔質シリコン基板の表面変成層の上に低温
   成長による厚さ１０〜５０００Åの化合物半導体層、さ
   らにその上に高温成長による化合物半導体単結晶層を有
   することを特徴とする化合物半導体。
2. （２）多孔質シリコン基板上に化合物半導体を成長させ
   る製造方法において、陽極化成法によりシリコン単結晶
   を多孔質化したシリコン基板の表面変成層の上に、２０
   ０〜５００℃の低温成長で厚さ１０〜５０００Åの化合
   物半導体層を成長させ、該層の上に通常の成長法で化合
   物半導体単結晶層を高温成長させることを特徴とする化
   合物半導体の製造方法。