JPH0620968A - 元素半導体基板上の金属膜／化合物半導体積層構造およびその製造方法 - Google Patents
元素半導体基板上の金属膜／化合物半導体積層構造およびその製造方法Info
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- JPH0620968A JPH0620968A JP19473692A JP19473692A JPH0620968A JP H0620968 A JPH0620968 A JP H0620968A JP 19473692 A JP19473692 A JP 19473692A JP 19473692 A JP19473692 A JP 19473692A JP H0620968 A JPH0620968 A JP H0620968A
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Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＩＶ族半導体単結晶基板上の高品質なＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体単結晶層を有する金属膜／ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体積層構造およびその製造方法を得る。 【構成】 Ｓｉ基板１上の一部にＳｉＯ2 膜２をマスク
としてＧａＡｓ層３、ＩｎＰ層４、ＧａＡｓ層５を順次
選択成長し、この間の熱サイクルアニールとさらにＩｎ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪み超格子層６の導入で成長温度で
の転位密度をまず十分に減らす。次にＩｎＰ表面からの
Ｐの脱離は大きく、しかしＧａＡｓ表面からのＡｓの脱
離は十分小さい温度に設定してＶ族原料ガスの供給を停
止すれば、メサ形状を有する選択成長層の側部をファセ
ット面に露出したＩｎＰ単結晶層４の断面部分からＰが
脱離するため、ＩｎＰ単結晶層４を金属Ｉｎ層８に変換
することができる。その後で冷却すれば融点約１５７℃
付近までは液状の金属Ｉｎ層が熱歪をほぼ１００％吸収
するため、新たな転位の発生も起らない。
−Ｖ族化合物半導体単結晶層を有する金属膜／ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体積層構造およびその製造方法を得る。 【構成】 Ｓｉ基板１上の一部にＳｉＯ2 膜２をマスク
としてＧａＡｓ層３、ＩｎＰ層４、ＧａＡｓ層５を順次
選択成長し、この間の熱サイクルアニールとさらにＩｎ
ＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪み超格子層６の導入で成長温度で
の転位密度をまず十分に減らす。次にＩｎＰ表面からの
Ｐの脱離は大きく、しかしＧａＡｓ表面からのＡｓの脱
離は十分小さい温度に設定してＶ族原料ガスの供給を停
止すれば、メサ形状を有する選択成長層の側部をファセ
ット面に露出したＩｎＰ単結晶層４の断面部分からＰが
脱離するため、ＩｎＰ単結晶層４を金属Ｉｎ層８に変換
することができる。その後で冷却すれば融点約１５７℃
付近までは液状の金属Ｉｎ層が熱歪をほぼ１００％吸収
するため、新たな転位の発生も起らない。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩＶ族半導体単結晶基
板上に形成された高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単
結晶層を有する金属膜／ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層
構造およびその製造方法に関する。
板上に形成された高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単
結晶層を有する金属膜／ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層
構造およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、Ｓｉに代表されるＩＶ族半導体単
結晶基板上にＧａＡｓに代表されるＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体単結晶薄膜を形成する試みが活発に行われてい
る。これは、このような薄膜構造が形成できると、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体高機能素子を安価なＳｉ基板上に
作製でき、またＳｉの高い熱伝導率によって光素子等の
性能向上が期待できるためである。さらにＳｉ基板上に
選択的にＩＩＩ−Ｖ族化合物単結晶薄膜を形成できれ
ば、Ｓｉ超高集積回路とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体超高
速素子や光素子を同一基板上に形成できるため、新しい
高機能素子の開発が予測されるからである。
結晶基板上にＧａＡｓに代表されるＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体単結晶薄膜を形成する試みが活発に行われてい
る。これは、このような薄膜構造が形成できると、ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体高機能素子を安価なＳｉ基板上に
作製でき、またＳｉの高い熱伝導率によって光素子等の
性能向上が期待できるためである。さらにＳｉ基板上に
選択的にＩＩＩ−Ｖ族化合物単結晶薄膜を形成できれ
ば、Ｓｉ超高集積回路とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体超高
速素子や光素子を同一基板上に形成できるため、新しい
高機能素子の開発が予測されるからである。
【０００３】しかしながら、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
結晶はＩＩＩ族とＶ族の２種類の元素から成る有極性結
晶であるのに対し、ＩＶ族半導体単結晶基板は単一元素
から成る無極性結晶である。従って、通常用いられる
（１００）面方位を有するＩＶ族半導体単結晶基板上に
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル
成長させようとする場合、ＩＩＩ族とＶ族の配列の位相
がずれ、極性が反転した領域、いわゆるアンチ・フェイ
ズ・ドメインができやすく、全基板面内でＩＩＩ族とＶ
族の配列の位相がそろったいわゆるシングル・ドメイン
単結晶薄膜を確実に得ることは最近までは困難であっ
た。
結晶はＩＩＩ族とＶ族の２種類の元素から成る有極性結
晶であるのに対し、ＩＶ族半導体単結晶基板は単一元素
から成る無極性結晶である。従って、通常用いられる
（１００）面方位を有するＩＶ族半導体単結晶基板上に
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜をエピタキシャル
成長させようとする場合、ＩＩＩ族とＶ族の配列の位相
がずれ、極性が反転した領域、いわゆるアンチ・フェイ
ズ・ドメインができやすく、全基板面内でＩＩＩ族とＶ
族の配列の位相がそろったいわゆるシングル・ドメイン
単結晶薄膜を確実に得ることは最近までは困難であっ
た。
【０００４】この問題を解決するために考えられたのが
雑誌「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジクス（Jpn.J.Appl.Phys.）」第２４巻第６号（１
９８５年）の第Ｌ３９１−３９３頁に説明されている
「二段階成長法」と呼ばれる方法である。すなわち、Ｓ
ｉ単結晶基板の温度を４５０℃以下の低温としてまず２
０ｎｍ程度の微細な多結晶もしくは非晶質状のＧａＡｓ
バッファ層を堆積した後、Ｓｉ単結晶基板の温度を通常
の成長温度、上記文献の場合は６００℃としてＧａＡｓ
単結晶薄膜を成長させる方法である。この方法によって
シングル・ドメイン単結晶薄膜を確実に得ることができ
るようになった。微細な多結晶もしくは非晶質状のＧａ
Ａｓ薄膜は温度を６００℃に昇温する間にアニールされ
て単結晶化する。上記文献の結果はＭＯＣＶＤ法による
ものであったが、以後ＭＢＥ法でも同様に二段階成長法
が有効であることが確認された。
雑誌「ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジクス（Jpn.J.Appl.Phys.）」第２４巻第６号（１
９８５年）の第Ｌ３９１−３９３頁に説明されている
「二段階成長法」と呼ばれる方法である。すなわち、Ｓ
ｉ単結晶基板の温度を４５０℃以下の低温としてまず２
０ｎｍ程度の微細な多結晶もしくは非晶質状のＧａＡｓ
バッファ層を堆積した後、Ｓｉ単結晶基板の温度を通常
の成長温度、上記文献の場合は６００℃としてＧａＡｓ
単結晶薄膜を成長させる方法である。この方法によって
シングル・ドメイン単結晶薄膜を確実に得ることができ
るようになった。微細な多結晶もしくは非晶質状のＧａ
Ａｓ薄膜は温度を６００℃に昇温する間にアニールされ
て単結晶化する。上記文献の結果はＭＯＣＶＤ法による
ものであったが、以後ＭＢＥ法でも同様に二段階成長法
が有効であることが確認された。
【０００５】ところで半導体薄膜の素子応用の観点から
はシングル・ドメイン化とともに結晶品質の向上が重要
である。しかし、通常Ｓｉ基板上にＧａＡｓなどのＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体を成長すると、ＳｉとＧａＡｓの
界面には基板と成長層との格子不整合から予想されるよ
りはるかに多くの転位や積層欠陥が発生し、さらにその
一部は容易に上層まで伸びて貫通転位となる。二段階成
長法で成長したＧａＡｓ層の転位密度は数ｎｍ厚の成長
表面で約１０8 ｃｍ-2達する。そこで導入されたのが歪
超格子中間層や熱サイクルアニール法で、これらによっ
て約１０6 ｃｍ-2まで転位密度は急速に改善された（雑
誌「アプライド・フィジクス・レター（Appl. Phys.Let
t.）」第５４巻第１号（１９８９年）の第２４−２６
頁）。
はシングル・ドメイン化とともに結晶品質の向上が重要
である。しかし、通常Ｓｉ基板上にＧａＡｓなどのＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体を成長すると、ＳｉとＧａＡｓの
界面には基板と成長層との格子不整合から予想されるよ
りはるかに多くの転位や積層欠陥が発生し、さらにその
一部は容易に上層まで伸びて貫通転位となる。二段階成
長法で成長したＧａＡｓ層の転位密度は数ｎｍ厚の成長
表面で約１０8 ｃｍ-2達する。そこで導入されたのが歪
超格子中間層や熱サイクルアニール法で、これらによっ
て約１０6 ｃｍ-2まで転位密度は急速に改善された（雑
誌「アプライド・フィジクス・レター（Appl. Phys.Let
t.）」第５４巻第１号（１９８９年）の第２４−２６
頁）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ｓｉ基板上に良質のＩ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体薄膜を得るために採用された上
記従来構造の問題点を考えてみる。
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体薄膜を得るために採用された上
記従来構造の問題点を考えてみる。
【０００７】歪超格子中間層の挿入や熱リサイクルアニ
ールによる方法では、約１０6 ｃｍ-2の転位密度を大き
な壁としてその後は進展が見られない状態にある。この
原因としてＳｉ基板とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体との熱
膨張係数差の問題が最近指摘された（雑誌「アプライド
・フィジクス・レター（Appl. Phys.Lett.）」第５６巻
第２２号（１９９０年）の第２２２５−２２２７頁）。
即ち熱サイクルアニールの導入などによって成長温度
（６５０℃）においては１０5 ｃｍ-2以下まで転位密度
は減少しているが、成長後の冷却中（４５０℃程度以
下）に熱膨張係数差によるストレスによって１０6 ｃｍ
-2台の転位が導入されるというものである。これはＳｉ
基板との界面付近に多数残留する転位が熱歪によって上
昇してくるためと考えられている。成長中に上昇してく
る転位に対しては、これを横方向に曲げて上層部への到
達を防ぐ目的で一般に歪格子中間層にが挿入され、大き
な効果を上げている。しかし熱歪によって上昇してくる
転位に対しては、歪格子中間層の挿入効果が十分に得ら
れないという問題があった。
ールによる方法では、約１０6 ｃｍ-2の転位密度を大き
な壁としてその後は進展が見られない状態にある。この
原因としてＳｉ基板とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体との熱
膨張係数差の問題が最近指摘された（雑誌「アプライド
・フィジクス・レター（Appl. Phys.Lett.）」第５６巻
第２２号（１９９０年）の第２２２５−２２２７頁）。
即ち熱サイクルアニールの導入などによって成長温度
（６５０℃）においては１０5 ｃｍ-2以下まで転位密度
は減少しているが、成長後の冷却中（４５０℃程度以
下）に熱膨張係数差によるストレスによって１０6 ｃｍ
-2台の転位が導入されるというものである。これはＳｉ
基板との界面付近に多数残留する転位が熱歪によって上
昇してくるためと考えられている。成長中に上昇してく
る転位に対しては、これを横方向に曲げて上層部への到
達を防ぐ目的で一般に歪格子中間層にが挿入され、大き
な効果を上げている。しかし熱歪によって上昇してくる
転位に対しては、歪格子中間層の挿入効果が十分に得ら
れないという問題があった。
【０００８】本発明の目的はこのような従来技術の欠点
を克服し、ＩＶ族半導体単結晶基板上に高品質なＩＩＩ
−Ｖ族単半導体単結晶層を有する金属膜／ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体積層構造を提供することにある。
を克服し、ＩＶ族半導体単結晶基板上に高品質なＩＩＩ
−Ｖ族単半導体単結晶層を有する金属膜／ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体積層構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＩＶ族
単結晶基板上に金属膜およびＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
単結晶薄膜が交互に積層されていることを基本とする構
造において、デバイス活性層として利用するＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層より下方に少なくとも１層以上の金属
膜層が積層されていることを特徴とする元素半導体基板
上の金属膜／化合物半導体積層構造が得られる。さらに
前記金属膜層が特に金属Ｉｎ層であることを特徴とする
元素半導体基板上の金属膜／化合物半導体積層構造が得
られる。
単結晶基板上に金属膜およびＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
単結晶薄膜が交互に積層されていることを基本とする構
造において、デバイス活性層として利用するＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体層より下方に少なくとも１層以上の金属
膜層が積層されていることを特徴とする元素半導体基板
上の金属膜／化合物半導体積層構造が得られる。さらに
前記金属膜層が特に金属Ｉｎ層であることを特徴とする
元素半導体基板上の金属膜／化合物半導体積層構造が得
られる。
【００１０】また本発明によれば、ＩＶ族単結晶基板上
の一部分に直接、またはＧａ若しくはＡｌ系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体バッファ層を挟んでＩｎ系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体単結晶層を選択成長する工程と、さらにそ
の上にＧａまたはＡｌ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を
選択成長する工程と、以上の工程で得られたメサ状選択
成長層の側部ファセット面に露出した前記Ｉｎ系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体単結晶層断面部分からＶ族元素を熱
敵に蒸発させることで前記Ｉｎ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体単結晶層を金属Ｉｎ層に変換する工程を少なくとも
含むことを特徴とする元素半導体基板上の金属膜／化合
物半導体積層構造の製造方法が得られる。さらに前記Ｉ
ｎ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶層が特にＩｎＰ単
結晶層であることを特徴とする元素半導体基板上の金属
膜／化合物半導体積層構造の製造方法が得られる。
の一部分に直接、またはＧａ若しくはＡｌ系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体バッファ層を挟んでＩｎ系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体単結晶層を選択成長する工程と、さらにそ
の上にＧａまたはＡｌ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を
選択成長する工程と、以上の工程で得られたメサ状選択
成長層の側部ファセット面に露出した前記Ｉｎ系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体単結晶層断面部分からＶ族元素を熱
敵に蒸発させることで前記Ｉｎ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体単結晶層を金属Ｉｎ層に変換する工程を少なくとも
含むことを特徴とする元素半導体基板上の金属膜／化合
物半導体積層構造の製造方法が得られる。さらに前記Ｉ
ｎ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶層が特にＩｎＰ単
結晶層であることを特徴とする元素半導体基板上の金属
膜／化合物半導体積層構造の製造方法が得られる。
【００１１】
【作 用】Ｓｉ基板とＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体との熱
膨張係数差による熱歪みの発生を避けるには、これを容
易に緩和できる様な十分に柔らかい物質を中間層として
挿入すればよい。例えば金属、中でも金属Ｉｎは弾性率
が小さく、さらに融点が約１５７℃と非常に低いため理
想的である。高温での結晶成長中、さらに成長後の冷却
時も融点付近まで液状の金属Ｉｎ中間層によって熱歪を
ほぼ１００％吸収できる。
膨張係数差による熱歪みの発生を避けるには、これを容
易に緩和できる様な十分に柔らかい物質を中間層として
挿入すればよい。例えば金属、中でも金属Ｉｎは弾性率
が小さく、さらに融点が約１５７℃と非常に低いため理
想的である。高温での結晶成長中、さらに成長後の冷却
時も融点付近まで液状の金属Ｉｎ中間層によって熱歪を
ほぼ１００％吸収できる。
【００１２】次に金属Ｉｎ中間層の形成方法であるが、
少なくとも液状の金属Ｉｎ層上に後から目的のＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体単結晶層を成長することは原理的に不
可能である。ところでＩｎＰやＩｎＡｓなどＩｎ系結晶
では、表面からのＰやＡｓの脱離が極めて容易に起こ
る。中でもＩｎＰ表面からのＰの脱離では、例えばＧａ
Ａｓ表面からのＡｓの脱離に比べてその脱離速度定数が
２〜３桁も大きい。そのためＩｎＰ結晶の成長時にはＰ
の脱離を防止するため通常大きなＶ族／ＩＩＩ族原料ガ
ス供給比が必要となる。この点を考慮することで本発明
の製造方法が得られた。即ち、例えばＩｎＰ単結晶層を
挟んで例えばＧａＡｓ単結晶層をまず成長する。この
時、例えば熱サイクルアニールを行い、またＧａ系の歪
み超格子層を導入すれば成長温度での転位密度は十分減
らすことができる。その後にＩｎＰ表面からのＰの脱離
は十分大きく、しかしＧａＡｓ表面からのＡｓの脱離は
十分小さい温度に設定してＶ族原料ガスの供給を停止す
る。この時ＩｎＰ単結晶層の一部を露出しておければ、
そこからＰは脱離するためＩｎＰ単結晶層を金属Ｉｎ層
に変換することができる。例えばメサ形状を有する選択
成長層を形成すればその側部ファセット面にＩｎＰ単結
晶層の断面部分を露出することができる。金属Ｉｎ層に
変換後冷却すれば、融点付近までは液状の金属Ｉｎ層が
熱歪をほぼ１００％吸収し、新たな転位の上昇も起こら
ない。
少なくとも液状の金属Ｉｎ層上に後から目的のＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体単結晶層を成長することは原理的に不
可能である。ところでＩｎＰやＩｎＡｓなどＩｎ系結晶
では、表面からのＰやＡｓの脱離が極めて容易に起こ
る。中でもＩｎＰ表面からのＰの脱離では、例えばＧａ
Ａｓ表面からのＡｓの脱離に比べてその脱離速度定数が
２〜３桁も大きい。そのためＩｎＰ結晶の成長時にはＰ
の脱離を防止するため通常大きなＶ族／ＩＩＩ族原料ガ
ス供給比が必要となる。この点を考慮することで本発明
の製造方法が得られた。即ち、例えばＩｎＰ単結晶層を
挟んで例えばＧａＡｓ単結晶層をまず成長する。この
時、例えば熱サイクルアニールを行い、またＧａ系の歪
み超格子層を導入すれば成長温度での転位密度は十分減
らすことができる。その後にＩｎＰ表面からのＰの脱離
は十分大きく、しかしＧａＡｓ表面からのＡｓの脱離は
十分小さい温度に設定してＶ族原料ガスの供給を停止す
る。この時ＩｎＰ単結晶層の一部を露出しておければ、
そこからＰは脱離するためＩｎＰ単結晶層を金属Ｉｎ層
に変換することができる。例えばメサ形状を有する選択
成長層を形成すればその側部ファセット面にＩｎＰ単結
晶層の断面部分を露出することができる。金属Ｉｎ層に
変換後冷却すれば、融点付近までは液状の金属Ｉｎ層が
熱歪をほぼ１００％吸収し、新たな転位の上昇も起こら
ない。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｅ）には本発明の一
例としての構造を得るための一例としての製造工程を各
段階における断面図で示した。
て詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｅ）には本発明の一
例としての構造を得るための一例としての製造工程を各
段階における断面図で示した。
【００１４】図１（ａ）に示すようにまずＳｉ（１０
０）２゜ｏｆｆ基板１の全表面に厚さ２００ｎｍのＳｉ
Ｏ2 膜２を形成後、Ｓｉ基板１まで貫通する［０１１］
方向の例えば巾８ｕｍのストライプ状の開口部を設け
る。
０）２゜ｏｆｆ基板１の全表面に厚さ２００ｎｍのＳｉ
Ｏ2 膜２を形成後、Ｓｉ基板１まで貫通する［０１１］
方向の例えば巾８ｕｍのストライプ状の開口部を設け
る。
【００１５】次に、図１（ｂ）に示すようにＳｉ基板１
に貫通する開口部に例えば１ｕｍ厚の第一のＧａＡｓ選
択成長層３を通常の二段階成長法で形成し、さらに例え
ば１ｕｍ厚のＩｎＰ選択成長層４を形成する。この時、
成長条件を選べばストライプに沿った成長側面（１１
１）Ｂファセット面で終端することができ、ファセット
面上での成長速度を０にすることができる。即ち選択成
長層の側面には成長断面構造がそのまま露出される。Ｇ
ａＡｓの成長には例えばＩＩＩ族有機金属原料としてジ
エチルガリウムクロライド（ＤＥＧａＣｌ）、Ｖ族原料
としてはアルシン（ＡｓＨ3 ）を用いたＭＯＣＶＤ法を
用いることができる。またＩｎＰの成長には例えばジメ
チルインジウムクロライド（ＤＭＩｎＣｌ）と例えばホ
スフィン（ＰＨ3 ）を用いることができる。この方法は
以下でＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等を選択成長する場合に
も適用することができる。
に貫通する開口部に例えば１ｕｍ厚の第一のＧａＡｓ選
択成長層３を通常の二段階成長法で形成し、さらに例え
ば１ｕｍ厚のＩｎＰ選択成長層４を形成する。この時、
成長条件を選べばストライプに沿った成長側面（１１
１）Ｂファセット面で終端することができ、ファセット
面上での成長速度を０にすることができる。即ち選択成
長層の側面には成長断面構造がそのまま露出される。Ｇ
ａＡｓの成長には例えばＩＩＩ族有機金属原料としてジ
エチルガリウムクロライド（ＤＥＧａＣｌ）、Ｖ族原料
としてはアルシン（ＡｓＨ3 ）を用いたＭＯＣＶＤ法を
用いることができる。またＩｎＰの成長には例えばジメ
チルインジウムクロライド（ＤＭＩｎＣｌ）と例えばホ
スフィン（ＰＨ3 ）を用いることができる。この方法は
以下でＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ等を選択成長する場合に
も適用することができる。
【００１６】次に図１（ｃ）に示すように例えば１ｕｍ
厚の第二のＧａＡｓ選択成長層５を、途中９００℃〜４
５０℃の熱サイクルアニールを２回ほど行いながら形成
する。
厚の第二のＧａＡｓ選択成長層５を、途中９００℃〜４
５０℃の熱サイクルアニールを２回ほど行いながら形成
する。
【００１７】次に図１（ｄ）に示すようにＩｎＧａＡｓ
／ＧａＡｓ歪超格子層６（Ｉｎ0.2Ｇａ0.8 Ａｓ：１０
ｎｍ，ＧａＡｓ：２０ｎｍ，X １０周期）を形成し、さ
らに例えば１ｕｍ厚の第三のＧａＡｓ選択成長層７を形
成する。
／ＧａＡｓ歪超格子層６（Ｉｎ0.2Ｇａ0.8 Ａｓ：１０
ｎｍ，ＧａＡｓ：２０ｎｍ，X １０周期）を形成し、さ
らに例えば１ｕｍ厚の第三のＧａＡｓ選択成長層７を形
成する。
【００１８】最後に、図１（ｅ）に示すように６００℃
以下、４５０℃以上の適当な基板温度でＶ族原料ガスの
供給を一定時間停止し、ＩｎＰ選択成長層４の断面露出
部分からＰを蒸発させてＩｎＰ選択成長層４を金属Ｉｎ
層８に変換する。Ｖ族原料ガスの供給を停止している間
は第三のＧａＡｓ選択成長層７の表面からも多少Ａｓが
抜けるので、あまり高すぎない適当な基板温度を選ぶ。
以下、４５０℃以上の適当な基板温度でＶ族原料ガスの
供給を一定時間停止し、ＩｎＰ選択成長層４の断面露出
部分からＰを蒸発させてＩｎＰ選択成長層４を金属Ｉｎ
層８に変換する。Ｖ族原料ガスの供給を停止している間
は第三のＧａＡｓ選択成長層７の表面からも多少Ａｓが
抜けるので、あまり高すぎない適当な基板温度を選ぶ。
【００１９】得られたＧａＡｓ層の結晶品質を調べるた
め行ったホトルミネッセンス（ＰＬ）測定からはＧａＡ
ｓ基板成長層と遜色のない発光強度が得られ、また発光
波長のシフトもなく歪みは完全に緩和されていることが
分かった。またＴＥＭ観察の結果、転位密度も多くて１
０3 〜１０4 ｃｍ-2と極めて良好な結晶品質が得られて
いることが分かった。
め行ったホトルミネッセンス（ＰＬ）測定からはＧａＡ
ｓ基板成長層と遜色のない発光強度が得られ、また発光
波長のシフトもなく歪みは完全に緩和されていることが
分かった。またＴＥＭ観察の結果、転位密度も多くて１
０3 〜１０4 ｃｍ-2と極めて良好な結晶品質が得られて
いることが分かった。
【００２０】以上の実施例では絶縁膜としてＳｉＯ2 膜
を用いたが、これ以外の例えばＡｌＮやＳｉ3 Ｎ4 など
の非晶質膜を用いても良い。また絶縁膜の代わりに（１
１１）ファセット面を有するＶ字型の溝を化学エッヂン
グで形成しておけばその上には成長しないので、マスク
として用いることができる。
を用いたが、これ以外の例えばＡｌＮやＳｉ3 Ｎ4 など
の非晶質膜を用いても良い。また絶縁膜の代わりに（１
１１）ファセット面を有するＶ字型の溝を化学エッヂン
グで形成しておけばその上には成長しないので、マスク
として用いることができる。
【００２１】また実施例ではＧａＡｓ選択成長法として
塩素系原料であるＤＥＧａＣｌを用いたＭＯＣＶＤを用
いた。これは塩素系原料を用いた方が通常のトリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）を用いた場合より選択性が良いため
である。同様の理由から選択成長にハロゲン輸送法も適
している。また真空中で成長を行う有機金属分子線エピ
タキシャル成長法（ＭＯＭＢＥ法）などを適用すること
もできる。
塩素系原料であるＤＥＧａＣｌを用いたＭＯＣＶＤを用
いた。これは塩素系原料を用いた方が通常のトリメチル
ガリウム（ＴＭＧ）を用いた場合より選択性が良いため
である。同様の理由から選択成長にハロゲン輸送法も適
している。また真空中で成長を行う有機金属分子線エピ
タキシャル成長法（ＭＯＭＢＥ法）などを適用すること
もできる。
【００２２】また真空中で分子線を照射して成長を行う
場合には、例えば適当なマスクを用いて側壁がほぼ垂
直、あるいは逆メサ状のＳｉストライプメサをドライエ
ッチングで形成しておき、マスクを除去した後に成長を
行っても良い。分子線の異方性によってＳｉメサの側壁
には成長しないためメサ上に同様の構造が成長できる。
場合には、例えば適当なマスクを用いて側壁がほぼ垂
直、あるいは逆メサ状のＳｉストライプメサをドライエ
ッチングで形成しておき、マスクを除去した後に成長を
行っても良い。分子線の異方性によってＳｉメサの側壁
には成長しないためメサ上に同様の構造が成長できる。
【００２３】また実施例では成長領域が［０１１］方向
のストライプ状の場合を例に説明したが、他の方向のス
トライプ、或いは矩形や円形などの場合でも成長速度０
のファセット面が得られれば良い。
のストライプ状の場合を例に説明したが、他の方向のス
トライプ、或いは矩形や円形などの場合でも成長速度０
のファセット面が得られれば良い。
【００２４】さらに実施例ではＳｉ基板上の金属Ｉｎ／
（Ｉｎ）ＧａＡｓ積層構造を例に説明したが、ＩＶ族基
板がＧｅの場合、またＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が他の
ＡｌＡｓやＧａＰ、またＡｌＧａやＩｎＧａＰなどの混
晶の場合、さらに積層構造中に複数種類のＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層（超格子構造を含む）が混在する場合に
も広く本発明を適用することができる。
（Ｉｎ）ＧａＡｓ積層構造を例に説明したが、ＩＶ族基
板がＧｅの場合、またＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が他の
ＡｌＡｓやＧａＰ、またＡｌＧａやＩｎＧａＰなどの混
晶の場合、さらに積層構造中に複数種類のＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体層（超格子構造を含む）が混在する場合に
も広く本発明を適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＩＶ族単
結晶基板とＩＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層の熱膨張係数
差による熱歪みをほぼ完全に緩和でき、従って熱歪みに
よる新たな転位の発生もないため、ＩＶ族半導体単結晶
基板上に高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶層を
有する金属膜／ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造が実
現でき、発明の効果が示された。
結晶基板とＩＩＩ−Ｖ族エピタキシャル層の熱膨張係数
差による熱歪みをほぼ完全に緩和でき、従って熱歪みに
よる新たな転位の発生もないため、ＩＶ族半導体単結晶
基板上に高品質なＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶層を
有する金属膜／ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体積層構造が実
現でき、発明の効果が示された。
【図１】本発明の実施例に係る一例としての構造および
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
１ Ｓｉ基板 ２ ＳｉＯ2 膜 ３ 第一のＧａＡｓ選択成長層 ４ ＩｎＰ選択成長層 ５ 第二のＧａＡｓ選択成長層 ６ ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子層 ７ 第三のＧａＡｓ選択成長層 ８ 金属Ｉｎ層
Claims (4)
- 【請求項１】 ＩＶ族単結晶基板上に金属膜およびＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体単結晶薄膜が交互に積層されてい
ることを基本とする構造において、デバイス活性層とし
て利用するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層より下方に少な
くとも１層以上の金属膜が積層されていることを特徴と
する元素半導体基板上の金属膜／化合物半導体積層構
造。 - 【請求項２】 請求項１に記載の積層構造において、金
属膜層が金属Ｉｎ層であることを特徴とする元素半導体
基板上の金属膜／化合物半導体積層構造。 - 【請求項３】 ＩＶ族単結晶基板上の一部分に直接、ま
たはＧａ若しくはＡｌ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体バッ
ファ層を挟んでＩｎ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶
層を選択成長する工程と、さらにその上にＧａまたはＡ
ｌ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を選択成長する工程
と、以上の工程で得られたメサ状選択成長層の側部ファ
セット面に露出した前記Ｉｎ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体単結晶層の断層部分からＶ族元素を熱的に蒸発させる
ことで前記Ｉｎ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶層を
金属Ｉｎ層に変換する工程とを少なくとも含むことを特
徴とする元素半導体基板上の金属膜／化合物半導体積層
構造の製造方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の積層構造の製造方法に
おいて、Ｉｎ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶層がＩ
ｎＰ単結晶層であることを特徴とする元素半導体基板上
の金属膜／化合物半導体積層構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19473692A JPH0620968A (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 元素半導体基板上の金属膜／化合物半導体積層構造およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19473692A JPH0620968A (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 元素半導体基板上の金属膜／化合物半導体積層構造およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0620968A true JPH0620968A (ja) | 1994-01-28 |
Family
ID=16329376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19473692A Withdrawn JPH0620968A (ja) | 1992-06-29 | 1992-06-29 | 元素半導体基板上の金属膜／化合物半導体積層構造およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0620968A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016004942A (ja) * | 2014-06-18 | 2016-01-12 | 富士通株式会社 | 半導体ナノワイヤの製造方法及び半導体ナノワイヤ素子の製造方法 |
| JP2018073999A (ja) * | 2016-10-28 | 2018-05-10 | 国立大学法人名古屋大学 | Ｉｉｉ 族窒化物半導体素子の製造方法 |
-
1992
- 1992-06-29 JP JP19473692A patent/JPH0620968A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016004942A (ja) * | 2014-06-18 | 2016-01-12 | 富士通株式会社 | 半導体ナノワイヤの製造方法及び半導体ナノワイヤ素子の製造方法 |
| JP2018073999A (ja) * | 2016-10-28 | 2018-05-10 | 国立大学法人名古屋大学 | Ｉｉｉ 族窒化物半導体素子の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |