JPH0661143A - Si基板上に低転位密度のGaAs層を形成する方法 - Google Patents
Si基板上に低転位密度のGaAs層を形成する方法Info
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- JPH0661143A JPH0661143A JP21056492A JP21056492A JPH0661143A JP H0661143 A JPH0661143 A JP H0661143A JP 21056492 A JP21056492 A JP 21056492A JP 21056492 A JP21056492 A JP 21056492A JP H0661143 A JPH0661143 A JP H0661143A
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- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 Si基板上に低転位密度のGaAs層を形成
すること。 【構成】 厚さ300μmのSi基板10上に、3μm
の厚さのGaAs層12をMOCVD装置を用いた2段
階成長法によって、約700℃の温度下で形成する(図
1の(A))。次に、Si基板10の、GaAs層12
を形成した主表面の反対側の面である裏面に、熱膨張係
数がSiよりも大きな物質としてWを320℃の温度下
でスパッタリングにより1500オングストロ−ムの厚
さに堆積して、応力緩和層16を形成する(図1の
(B))。次に、この応力緩和層16を形成した構造物
に熱サイクルアニ−ルを行う。室温まで構造物を冷却し
た後、応力緩和層16をエッチングにより取り除く(図
1の(C))。
すること。 【構成】 厚さ300μmのSi基板10上に、3μm
の厚さのGaAs層12をMOCVD装置を用いた2段
階成長法によって、約700℃の温度下で形成する(図
1の(A))。次に、Si基板10の、GaAs層12
を形成した主表面の反対側の面である裏面に、熱膨張係
数がSiよりも大きな物質としてWを320℃の温度下
でスパッタリングにより1500オングストロ−ムの厚
さに堆積して、応力緩和層16を形成する(図1の
(B))。次に、この応力緩和層16を形成した構造物
に熱サイクルアニ−ルを行う。室温まで構造物を冷却し
た後、応力緩和層16をエッチングにより取り除く(図
1の(C))。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、Si基板上に低転位
密度のGaAs層を形成する方法に関するものである。
密度のGaAs層を形成する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Si基板上に、GaAs層を形成するこ
とができれば、大面積な基板が得られるだけでなく、S
iが有する特徴と、GaAs層が有する特徴とを生かし
た有益な半導体装置の実現が期待できる。
とができれば、大面積な基板が得られるだけでなく、S
iが有する特徴と、GaAs層が有する特徴とを生かし
た有益な半導体装置の実現が期待できる。
【0003】しかし、GaAsの熱膨張率はSiの熱膨
張率よりも大きい。このため、Si基板上にGaAs層
を成長させた場合、試料をGaAs層の形成温度から室
温に冷却する過程で、GaAs層には強い引張り応力が
加わる。その結果、GaAs層中に転位が発生してしま
う。文献1:「ジャパニ−ズ ジャ−ナル オブ アプ
ライド フィジックス(Jpn.J.Appl.Phys.)27,(10),L1
815(1988)」には、この転位が、350℃前後の温度以上
の温度で、応力を緩和するために発生することが記載さ
れている。
張率よりも大きい。このため、Si基板上にGaAs層
を成長させた場合、試料をGaAs層の形成温度から室
温に冷却する過程で、GaAs層には強い引張り応力が
加わる。その結果、GaAs層中に転位が発生してしま
う。文献1:「ジャパニ−ズ ジャ−ナル オブ アプ
ライド フィジックス(Jpn.J.Appl.Phys.)27,(10),L1
815(1988)」には、この転位が、350℃前後の温度以上
の温度で、応力を緩和するために発生することが記載さ
れている。
【0004】従来、GaAs層中の転位密度を低減させ
る方法として、文献2:「アプライド フィジックス
レタ−ズ(Appl.Phys.Lett. )56,(22),2225(1990)」 に
は、GaAs層に対してアニ−ルを繰り返して転位密度
を低減させる方法が開示されている。
る方法として、文献2:「アプライド フィジックス
レタ−ズ(Appl.Phys.Lett. )56,(22),2225(1990)」 に
は、GaAs層に対してアニ−ルを繰り返して転位密度
を低減させる方法が開示されている。
【0005】また、文献3:「アプライド フィジック
ス レタ−ズ(Appl.Phys.Lett. )46,(3),294(1985)」
には、Si基板10上にGaAs層12を形成する場
合、図3に示す様にInGaAs/GaAs等を用いた
歪超格子からなる緩衝層14をGaAs層12に挿入し
てGaAs層12を成長させると、緩衝層14上に成長
させたGaAs層12a中の転位密度が低減しているこ
とが開示されている。
ス レタ−ズ(Appl.Phys.Lett. )46,(3),294(1985)」
には、Si基板10上にGaAs層12を形成する場
合、図3に示す様にInGaAs/GaAs等を用いた
歪超格子からなる緩衝層14をGaAs層12に挿入し
てGaAs層12を成長させると、緩衝層14上に成長
させたGaAs層12a中の転位密度が低減しているこ
とが開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaA
s層を上述した様にアニ−ル処理して転位密度を低減さ
せても、処理後の冷却過程でGaAs層中の転位密度が
増加すことるを防ぐことはできない。また、GaAs層
に加わる応力を緩和する緩衝層を、Si基板とGaAs
層との間若しくはGaAs層中に挿入せずに、Si基板
上に直に形成したGaAs層中の転位密度を低減するの
は困難である。
s層を上述した様にアニ−ル処理して転位密度を低減さ
せても、処理後の冷却過程でGaAs層中の転位密度が
増加すことるを防ぐことはできない。また、GaAs層
に加わる応力を緩和する緩衝層を、Si基板とGaAs
層との間若しくはGaAs層中に挿入せずに、Si基板
上に直に形成したGaAs層中の転位密度を低減するの
は困難である。
【0007】この発明の目的は、アニ−ル処理後の冷却
過程でGaAs層に加わる応力を緩和して、GaAs層
中の転位密度の増加を防ぐことにより、Si基板上に低
転位密度のGaAs層を形成することにある。
過程でGaAs層に加わる応力を緩和して、GaAs層
中の転位密度の増加を防ぐことにより、Si基板上に低
転位密度のGaAs層を形成することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、この発明のSi基板上に低転位密度のGaAs層を
形成する方法によれば、Si基板上に低転位密度のGa
As層を形成するにあたり、Si基板の主表面に直にG
aAs層を形成する工程と、その後、このGaAs層
上、または、Si基板裏面に、応力緩和層を、GaAs
層中に転位が発生しなくなる温度下で形成する工程と、
次に、この応力緩和層を形成した構造物に、熱サイクル
アニ−ルを行う工程と、次に、熱サイクルアニ−ルを行
ったこの構造物を冷却した後、この応力緩和層を除去し
てSi基板上に低転位密度のGaAs層を形成する工程
とを含むことを特徴とする。
め、この発明のSi基板上に低転位密度のGaAs層を
形成する方法によれば、Si基板上に低転位密度のGa
As層を形成するにあたり、Si基板の主表面に直にG
aAs層を形成する工程と、その後、このGaAs層
上、または、Si基板裏面に、応力緩和層を、GaAs
層中に転位が発生しなくなる温度下で形成する工程と、
次に、この応力緩和層を形成した構造物に、熱サイクル
アニ−ルを行う工程と、次に、熱サイクルアニ−ルを行
ったこの構造物を冷却した後、この応力緩和層を除去し
てSi基板上に低転位密度のGaAs層を形成する工程
とを含むことを特徴とする。
【0009】また、この発明の実施にあたり、好ましく
は、応力緩和層を、熱膨張係数がSiよりも大きな物質
からなる層とし、この応力緩和層を、GaAs層中に転
位を発生しなくなる温度下で形成するのが良い。
は、応力緩和層を、熱膨張係数がSiよりも大きな物質
からなる層とし、この応力緩和層を、GaAs層中に転
位を発生しなくなる温度下で形成するのが良い。
【0010】また、この発明の他の好適実施例によれ
ば、応力緩和層を、熱膨張係数がGaAsよりも小さな
物質からなる層とし、この応力緩和層を、GaAs層を
形成した温度と等しいか、その付近の温度で形成する温
度下で形成するのが良い。
ば、応力緩和層を、熱膨張係数がGaAsよりも小さな
物質からなる層とし、この応力緩和層を、GaAs層を
形成した温度と等しいか、その付近の温度で形成する温
度下で形成するのが良い。
【0011】
【作用】この発明のSi基板上へのGaAs層の形成方
法によれば、応力緩和層を、GaAs層上、または、S
i基板裏面に形成することにより、アニ−ル処理後の冷
却過程で、Si基板からGaAs層に加わる引張り応力
を緩和することができる。その結果、冷却過程におい
て、GaAs層中の転位密度の増加を防ぐことができ
る。
法によれば、応力緩和層を、GaAs層上、または、S
i基板裏面に形成することにより、アニ−ル処理後の冷
却過程で、Si基板からGaAs層に加わる引張り応力
を緩和することができる。その結果、冷却過程におい
て、GaAs層中の転位密度の増加を防ぐことができ
る。
【0012】例えば、GaAs層上に応力緩和層を形成
した場合は、冷却過程において、応力緩和層からGaA
s層に直接加わる応力と、Si層からGaAs層に加わ
る引張り応力とが相殺して、GaAs層に加わる引張り
応力が緩和される。
した場合は、冷却過程において、応力緩和層からGaA
s層に直接加わる応力と、Si層からGaAs層に加わ
る引張り応力とが相殺して、GaAs層に加わる引張り
応力が緩和される。
【0013】また、Si層の裏面に応力緩和層を形成し
た場合は、冷却過程において、応力緩和層からSi層に
加わる応力によって、Si層からGaAs層に加わる引
張り応力が緩和される。
た場合は、冷却過程において、応力緩和層からSi層に
加わる応力によって、Si層からGaAs層に加わる引
張り応力が緩和される。
【0014】このように、GaAs層に加わる引張り応
力を緩和することができるので、冷却過程でGaAs層
中に転位が新たに発生して転位密度が高くなることを防
ぐことができる。この結果、Si基板上に低転位密度の
GaAs層を形成することができる。
力を緩和することができるので、冷却過程でGaAs層
中に転位が新たに発生して転位密度が高くなることを防
ぐことができる。この結果、Si基板上に低転位密度の
GaAs層を形成することができる。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明のSi基板
上へのGaAs層の形成方法の一実施例について説明す
る。尚、以下に参照する図は、この発明が理解できる程
度に各構成成分の大きさ、形状、及び配置関係を概略的
に示してあるにすぎない。従って、この発明はこの図示
例にのみ限定されるものでないことは明らかである。ま
た、以下に述べる実施例は、単なる好適例にすぎない。
従って、この発明はこの実施例にのみ限定されるもので
はない。
上へのGaAs層の形成方法の一実施例について説明す
る。尚、以下に参照する図は、この発明が理解できる程
度に各構成成分の大きさ、形状、及び配置関係を概略的
に示してあるにすぎない。従って、この発明はこの図示
例にのみ限定されるものでないことは明らかである。ま
た、以下に述べる実施例は、単なる好適例にすぎない。
従って、この発明はこの実施例にのみ限定されるもので
はない。
【0016】先ず、この発明の第1の実施例について説
明する。図1の(A)〜(C)は、この発明のSi基板
上に低転位密度のGaAs層を形成する方法の一実施例
を示す工程図である。各図は、工程の主要段階で得られ
る構造体の断面図を概略的に示している。
明する。図1の(A)〜(C)は、この発明のSi基板
上に低転位密度のGaAs層を形成する方法の一実施例
を示す工程図である。各図は、工程の主要段階で得られ
る構造体の断面図を概略的に示している。
【0017】先ず、厚さ300μmのSi基板10上
に、3μmの厚さのGaAs層12をMOCVD装置を
用いた2段階成長法によって、約700℃の温度下で形
成する(図1の(A))。
に、3μmの厚さのGaAs層12をMOCVD装置を
用いた2段階成長法によって、約700℃の温度下で形
成する(図1の(A))。
【0018】次に、Si基板10の、GaAs層12を
形成した主表面の反対側の面である裏面に、熱膨張係数
がSiよりも大きな物質としてW(タングステン)をG
aAs層中に転位が発生しない温度下、従って、この場
合には、320℃の温度下でスパッタリングにより15
00オングストロ−ムの厚さに堆積して、応力緩和層1
6を形成する(図1の(B))。
形成した主表面の反対側の面である裏面に、熱膨張係数
がSiよりも大きな物質としてW(タングステン)をG
aAs層中に転位が発生しない温度下、従って、この場
合には、320℃の温度下でスパッタリングにより15
00オングストロ−ムの厚さに堆積して、応力緩和層1
6を形成する(図1の(B))。
【0019】次に、この応力緩和層16を形成した構造
物に熱サイクルアニ−ルを行う。アニ−ル処理は、As
H3 雰囲気中で900℃の温度で約3分間行う。この熱
サイクルアニ−ル処理により、GaAs層16中の転位
密度は減少する。
物に熱サイクルアニ−ルを行う。アニ−ル処理は、As
H3 雰囲気中で900℃の温度で約3分間行う。この熱
サイクルアニ−ル処理により、GaAs層16中の転位
密度は減少する。
【0020】熱サイクルアニ−ル処理の後、この構造物
を室温まで冷却する。この冷却過程において、GaAs
層12に加わる引張り応力は、応力緩和層16が無い場
合に比べて緩和される。
を室温まで冷却する。この冷却過程において、GaAs
層12に加わる引張り応力は、応力緩和層16が無い場
合に比べて緩和される。
【0021】室温まで構造物を冷却した後、応力緩和層
16をプラズマエッチングにより取り除くことにより、
Si基板上に形成した低転位密度のGaAs層12aを
得ることができる(図1の(C))。
16をプラズマエッチングにより取り除くことにより、
Si基板上に形成した低転位密度のGaAs層12aを
得ることができる(図1の(C))。
【0022】次に、この発明の第2の実施例について説
明する。図2の(A)〜(C)は、この発明のSi基板
上に低転位密度のGaAs層を形成する方法の第2の実
施例を示す工程図である。各図は、工程の主要段階で得
られる構造体の断面図を概略的に示している。尚、図1
に示した構成成分と同一の構成成分については、同一の
符号を付して説明する。
明する。図2の(A)〜(C)は、この発明のSi基板
上に低転位密度のGaAs層を形成する方法の第2の実
施例を示す工程図である。各図は、工程の主要段階で得
られる構造体の断面図を概略的に示している。尚、図1
に示した構成成分と同一の構成成分については、同一の
符号を付して説明する。
【0023】先ず、厚さ300μmのSi基板10上
に、3μmの厚さのGaAs層12をMOCVD装置を
用いた2段階成長法によって、約700℃の温度下で形
成する(図2の(A))。
に、3μmの厚さのGaAs層12をMOCVD装置を
用いた2段階成長法によって、約700℃の温度下で形
成する(図2の(A))。
【0024】次に、GaAs層12上に、熱膨張係数が
Siよりも小さな物質としてSiO2 を320℃の温度
下で3000オングストロ−ム堆積して、応力緩和層1
6aを形成する(図2の(B))。この320℃の温度
下という条件は、既に説明した様にGaAs層中に転位
が発生しなくなる温度である。
Siよりも小さな物質としてSiO2 を320℃の温度
下で3000オングストロ−ム堆積して、応力緩和層1
6aを形成する(図2の(B))。この320℃の温度
下という条件は、既に説明した様にGaAs層中に転位
が発生しなくなる温度である。
【0025】次に、この応力緩和層16aを形成した構
造物に熱サイクルアニ−ルを行う。アニ−ル処理は、A
sH3 雰囲気中で900℃の温度で約3分間行う。この
熱サイクルアニ−ル処理により、GaAs層12中の転
位密度は減少する。
造物に熱サイクルアニ−ルを行う。アニ−ル処理は、A
sH3 雰囲気中で900℃の温度で約3分間行う。この
熱サイクルアニ−ル処理により、GaAs層12中の転
位密度は減少する。
【0026】熱サイクルアニ−ル処理の後、この構造物
を室温まで冷却する。この冷却過程において、Si層1
0からGaAs層12に加わる引張り応力は、応力緩和
層16aからGaAs層12に加わる応力と相殺する。
この結果、GaAs層12に加わる引張り応力は、応力
緩和層16aが無い場合に比べて緩和される。
を室温まで冷却する。この冷却過程において、Si層1
0からGaAs層12に加わる引張り応力は、応力緩和
層16aからGaAs層12に加わる応力と相殺する。
この結果、GaAs層12に加わる引張り応力は、応力
緩和層16aが無い場合に比べて緩和される。
【0027】室温まで構造物を冷却した後、応力緩和層
16aをHFによるエッチングにより取り除くことによ
り、Si基板10上に形成した低転位密度のGaAs層
12aを得ることができる(図2の(C))。
16aをHFによるエッチングにより取り除くことによ
り、Si基板10上に形成した低転位密度のGaAs層
12aを得ることができる(図2の(C))。
【0028】上述した実施例では、この発明を、特定の
材料を使用し、また、特定の条件で形成した例につき説
明したが、この発明は多くの変更および変形を行うこと
ができる。例えば、上述した実施例では、応力緩和層を
320℃の温度下で形成したが、この発明では、応力緩
和層を室温から350℃の温度下で形成するのが望まし
い。350℃以下の温度ではGaAs層中に転位が新た
に発生しないからである。また、上述した実施例では、
応力緩和層をSiおよびWで形成したが、この発明で
は、熱膨張係数がSiよりも大きな物質若しくはGaA
sよりも小さな物質で、応力緩和層を形成しても良い。
また、上述した実施例では、プラズマエッチングあるい
はHFによるエッチングによって応力緩和層を除去した
が、この発明では、研磨によって応力緩和層を除去して
も良い。
材料を使用し、また、特定の条件で形成した例につき説
明したが、この発明は多くの変更および変形を行うこと
ができる。例えば、上述した実施例では、応力緩和層を
320℃の温度下で形成したが、この発明では、応力緩
和層を室温から350℃の温度下で形成するのが望まし
い。350℃以下の温度ではGaAs層中に転位が新た
に発生しないからである。また、上述した実施例では、
応力緩和層をSiおよびWで形成したが、この発明で
は、熱膨張係数がSiよりも大きな物質若しくはGaA
sよりも小さな物質で、応力緩和層を形成しても良い。
また、上述した実施例では、プラズマエッチングあるい
はHFによるエッチングによって応力緩和層を除去した
が、この発明では、研磨によって応力緩和層を除去して
も良い。
【0029】
【発明の効果】この発明のSi基板上に低転位密度のG
aAs層を形成する方法によれば、応力緩和層を、Ga
As層上、または、Si基板裏面に形成することによ
り、アニ−ル処理後の冷却過程で、Si基板からGaA
s層に加わる引張り応力を緩和することができる。その
結果、冷却過程において、GaAs層中の転位密度の増
加を防ぐことができるので、Si基板上に低転位密度の
GaAs層を形成することができる。
aAs層を形成する方法によれば、応力緩和層を、Ga
As層上、または、Si基板裏面に形成することによ
り、アニ−ル処理後の冷却過程で、Si基板からGaA
s層に加わる引張り応力を緩和することができる。その
結果、冷却過程において、GaAs層中の転位密度の増
加を防ぐことができるので、Si基板上に低転位密度の
GaAs層を形成することができる。
【0030】また、この発明の方法によれば、Si基板
上に直に低転位密度のGaAs層を形成することができ
るので、例えば、太陽電池の様にGaAs層に対して垂
直方向に電流を流す場合に、歪超格子等の緩衝層の影響
を考慮しなくて済む。
上に直に低転位密度のGaAs層を形成することができ
るので、例えば、太陽電池の様にGaAs層に対して垂
直方向に電流を流す場合に、歪超格子等の緩衝層の影響
を考慮しなくて済む。
【図1】(A)〜(C)は、この発明のSi基板上にG
aAs層を形成する方法の説明に供する工程図である。
aAs層を形成する方法の説明に供する工程図である。
【図2】(A)〜(C)は、この発明のSi基板上にG
aAs層を形成する方法の説明に供する工程図である。
aAs層を形成する方法の説明に供する工程図である。
【図3】従来の技術の説明に供する構造図である。
10:Si層 12:GaAs層 12a:GaAs層 14:緩衝層 16:応力緩和層 16a:応力緩和層
Claims (3)
- 【請求項1】 Si基板上に低転位密度のGaAs層を
形成するにあたり、 Si基板の主表面に直にGaAs層を形成する工程と、 その後、該GaAs層上、または、前記Si基板裏面
に、応力緩和層を、GaAs層中に転位が発生しなくな
る温度下で形成する工程と、 該応力緩和層を形成した構造物に、熱サイクルアニ−ル
を行う工程と、 熱サイクルアニ−ルを行った該構造物を冷却した後、該
応力緩和層を除去する工程とを含むことを特徴とするS
i基板上に低転位密度のGaAs層を形成する方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載のSi基板上に低転位密
度のGaAs層を形成する方法において、 該応力緩和層を、熱膨張係数がSiよりも大きな物質か
らなる層とし、 該応力緩和層を、前記GaAs層中に転位を発生させな
い温度下で形成することを特徴とするSi基板上に低転
位密度のGaAs層を形成する方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載のSi基板上に低転位密
度のGaAs層を形成する方法において、 該応力緩和層を、熱膨張係数がGaAsよりも小さな物
質からなる層とし、 該応力緩和層を、前記GaAs層中に転位を発生させな
い温度下で形成することを特徴とするSi基板上に低転
位密度のGaAs層を形成する方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21056492A JPH0661143A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | Si基板上に低転位密度のGaAs層を形成する方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21056492A JPH0661143A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | Si基板上に低転位密度のGaAs層を形成する方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661143A true JPH0661143A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16591412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21056492A Pending JPH0661143A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | Si基板上に低転位密度のGaAs層を形成する方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0661143A (ja) |
-
1992
- 1992-08-07 JP JP21056492A patent/JPH0661143A/ja active Pending
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