JPH08236453A - 化合物半導体の結晶成長方法 - Google Patents
化合物半導体の結晶成長方法Info
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- JPH08236453A JPH08236453A JP3705895A JP3705895A JPH08236453A JP H08236453 A JPH08236453 A JP H08236453A JP 3705895 A JP3705895 A JP 3705895A JP 3705895 A JP3705895 A JP 3705895A JP H08236453 A JPH08236453 A JP H08236453A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン基板上に転位密度の小さい化合物半
導体の層を形成する。 【構成】 シリコン基板５の表面に、ｐ型不純物をドー
ピングしたｐ型不純物ドーピング層６を形成し、そのｐ
型不純物ドーピング層６上に化合物半導体を結晶成長さ
せて化合物半導体層７を形成した。 【効果】 ｐ型不純物により、シリコン基板５と化合物
半導体層７の界面に生じる電荷不整合が抑制されるの
で、シリコン基板５上に化合物半導体層７を２次元的に
成長させることが可能となる。
導体の層を形成する。 【構成】 シリコン基板５の表面に、ｐ型不純物をドー
ピングしたｐ型不純物ドーピング層６を形成し、そのｐ
型不純物ドーピング層６上に化合物半導体を結晶成長さ
せて化合物半導体層７を形成した。 【効果】 ｐ型不純物により、シリコン基板５と化合物
半導体層７の界面に生じる電荷不整合が抑制されるの
で、シリコン基板５上に化合物半導体層７を２次元的に
成長させることが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン基板上に化合
物半導体結晶を形成する、化合物半導体の結晶成長方法
に関するものである。
物半導体結晶を形成する、化合物半導体の結晶成長方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリコン基板上にガリウム砒素（GaAs）
等の化合物半導体をエピタキシャル成長させた半導体ウ
ェハは、超LSI 技術が適用できるシリコンと、高速低消
費電力型の電子デバイス、または、光デバイス（ LEDあ
るいは半導体レーザ等）等を実現できるGaAs等の化合物
半導体とを、集積化する技術として注目されている。
等の化合物半導体をエピタキシャル成長させた半導体ウ
ェハは、超LSI 技術が適用できるシリコンと、高速低消
費電力型の電子デバイス、または、光デバイス（ LEDあ
るいは半導体レーザ等）等を実現できるGaAs等の化合物
半導体とを、集積化する技術として注目されている。
【０００３】しかしながら、ガリウム砒素はシリコンに
比べ、格子定数が 4％大きく、また、熱膨張係数も約
2.5倍の値となる。この格子定数の差は、格子不整合に
よるミスフィット転位を発生させ、熱膨張係数の差は、
化合物半導体成長後の冷却工程で、ウェハの反り、及
び、反り緩和による転位を発生させるという問題点があ
り、良質なガリウム砒素の層をシリコン基板上に形成す
ることは不可能であった。これらの問題を解決するた
め、シリコン基板上にアモルファス状の低温ガリウム砒
素バッファ層を介してガリウム砒素の結晶成長を行う２
段階成長法、または、中間層に超格子構造を導入する方
法が提案されている。ところが、これらの方法を用いた
場合でも、ガリウム砒素層の転位密度は、例えば、半導
体レーザで許容される転位密度である略103 cm-2に比べ
て２〜３桁大きい値となっていたため、さらなる改善が
必要とされていた。
比べ、格子定数が 4％大きく、また、熱膨張係数も約
2.5倍の値となる。この格子定数の差は、格子不整合に
よるミスフィット転位を発生させ、熱膨張係数の差は、
化合物半導体成長後の冷却工程で、ウェハの反り、及
び、反り緩和による転位を発生させるという問題点があ
り、良質なガリウム砒素の層をシリコン基板上に形成す
ることは不可能であった。これらの問題を解決するた
め、シリコン基板上にアモルファス状の低温ガリウム砒
素バッファ層を介してガリウム砒素の結晶成長を行う２
段階成長法、または、中間層に超格子構造を導入する方
法が提案されている。ところが、これらの方法を用いた
場合でも、ガリウム砒素層の転位密度は、例えば、半導
体レーザで許容される転位密度である略103 cm-2に比べ
て２〜３桁大きい値となっていたため、さらなる改善が
必要とされていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、シリコン基板上に化合物半導体を結晶成長させる場
合、転位密度の小さい良質な化合物半導体の層が形成で
きないという問題点があった。
に、シリコン基板上に化合物半導体を結晶成長させる場
合、転位密度の小さい良質な化合物半導体の層が形成で
きないという問題点があった。
【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、シリコン基板上に転位密
度の小さい化合物半導体の層を結晶成長させることがで
きる化合物半導体の結晶成長方法を提供することにあ
る。
で、その目的とするところは、シリコン基板上に転位密
度の小さい化合物半導体の層を結晶成長させることがで
きる化合物半導体の結晶成長方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の化合物半導体の結晶成長方法は、シ
リコン基板の表面に化合物半導体を結晶成長させる、化
合物半導体の結晶成長方法において、前記シリコン基板
の表面に、ｐ型不純物をドーピングしたｐ型不純物ドー
ピング層を形成する工程と、そのｐ型不純物ドーピング
層上に前記化合物半導体を結晶成長させる工程とを備え
たことを特徴とするものである。
め、請求項１記載の化合物半導体の結晶成長方法は、シ
リコン基板の表面に化合物半導体を結晶成長させる、化
合物半導体の結晶成長方法において、前記シリコン基板
の表面に、ｐ型不純物をドーピングしたｐ型不純物ドー
ピング層を形成する工程と、そのｐ型不純物ドーピング
層上に前記化合物半導体を結晶成長させる工程とを備え
たことを特徴とするものである。
【０００７】請求項２記載の化合物半導体の結晶成長方
法は、請求項１記載の化合物半導体の結晶成長方法で、
前記ｐ型不純物ドーピング層を、前記シリコン基板に前
記ｐ型不純物を拡散させる方法、または、前記シリコン
基板に前記ｐ型不純物をイオン注入する方法によって形
成することを特徴とするものである。
法は、請求項１記載の化合物半導体の結晶成長方法で、
前記ｐ型不純物ドーピング層を、前記シリコン基板に前
記ｐ型不純物を拡散させる方法、または、前記シリコン
基板に前記ｐ型不純物をイオン注入する方法によって形
成することを特徴とするものである。
【０００８】請求項３記載の化合物半導体の結晶成長方
法は、請求項１記載の化合物半導体の結晶成長方法で、
前記ｐ型不純物ドーピング層を、前記ｐ型不純物を導入
したシリコンの結晶成長により形成することを特徴とす
るものである。
法は、請求項１記載の化合物半導体の結晶成長方法で、
前記ｐ型不純物ドーピング層を、前記ｐ型不純物を導入
したシリコンの結晶成長により形成することを特徴とす
るものである。
【０００９】請求項４記載の化合物半導体の結晶成長方
法は、請求項１乃至請求項３記載の化合物半導体の結晶
成長方法で、前記シリコン基板の表面に、前記ｐ型不純
物ドーピング層を局所的に形成する工程と、前記ｐ型不
純物ドーピング層上に前記化合物半導体を選択的に結晶
成長させる工程とを備えたことを特徴とするものであ
る。
法は、請求項１乃至請求項３記載の化合物半導体の結晶
成長方法で、前記シリコン基板の表面に、前記ｐ型不純
物ドーピング層を局所的に形成する工程と、前記ｐ型不
純物ドーピング層上に前記化合物半導体を選択的に結晶
成長させる工程とを備えたことを特徴とするものであ
る。
【００１０】
【作用】シリコン基板上にガリウム砒素等の化合物半導
体を結晶成長させた場合、シリコンとガリウム砒素の界
面に生ずるミスフィット転位等の欠陥は、ガリウム砒素
の結晶成長初期に、ガリウム砒素が島状に成長し、島同
士が結合するときに発生することが知られている。この
ため、結晶成長初期の段階で、島状（３次元的）成長を
抑制し、面状（２次元的）に成長させることにより、ミ
スフィット転位等の欠陥を大幅に低減させることが可能
となる。
体を結晶成長させた場合、シリコンとガリウム砒素の界
面に生ずるミスフィット転位等の欠陥は、ガリウム砒素
の結晶成長初期に、ガリウム砒素が島状に成長し、島同
士が結合するときに発生することが知られている。この
ため、結晶成長初期の段階で、島状（３次元的）成長を
抑制し、面状（２次元的）に成長させることにより、ミ
スフィット転位等の欠陥を大幅に低減させることが可能
となる。
【００１１】ここで、３次元成長の起源としては、無極
性半導体であるシリコン基板と、有極性半導体であるガ
リウム砒素層との界面に発生する電荷の不整合によると
考えられる。特に、シリコン基板の表面に形成される、
第１層のAs（Ｖ族原子）とシリコンとの電荷の不整合が
大きく、これを緩和するため、エネルギー的に、より安
定な島状にガリウム砒素が結晶成長する。そこで、この
電荷を中性化することにより島状成長を抑制し、面状成
長を促進することができる。
性半導体であるシリコン基板と、有極性半導体であるガ
リウム砒素層との界面に発生する電荷の不整合によると
考えられる。特に、シリコン基板の表面に形成される、
第１層のAs（Ｖ族原子）とシリコンとの電荷の不整合が
大きく、これを緩和するため、エネルギー的に、より安
定な島状にガリウム砒素が結晶成長する。そこで、この
電荷を中性化することにより島状成長を抑制し、面状成
長を促進することができる。
【００１２】図４の断面図に基づいて、シリコン基板の
表面でのガリウム砒素の結晶成長について説明する。シ
リコン基板１の表面にガリウム砒素を結晶成長させる場
合、シリコン基板１の表面に、まず、第１層として砒素
原子２が成長し、さらに、ガリウム原子３が成長する
が、本発明の化合物半導体の結晶成長方法では、シリコ
ン基板１の表面にｐ型不純物４をドーピングしておくこ
とにより、シリコン基板１の表面に形成される砒素原子
２の第１層とシリコン基板１との間で発生する電荷の不
整合を、ドーピングした原子の電荷によって解消し、低
転位で高品質なガリウム砒素等の化合物半導体を結晶成
長させることが可能となる。
表面でのガリウム砒素の結晶成長について説明する。シ
リコン基板１の表面にガリウム砒素を結晶成長させる場
合、シリコン基板１の表面に、まず、第１層として砒素
原子２が成長し、さらに、ガリウム原子３が成長する
が、本発明の化合物半導体の結晶成長方法では、シリコ
ン基板１の表面にｐ型不純物４をドーピングしておくこ
とにより、シリコン基板１の表面に形成される砒素原子
２の第１層とシリコン基板１との間で発生する電荷の不
整合を、ドーピングした原子の電荷によって解消し、低
転位で高品質なガリウム砒素等の化合物半導体を結晶成
長させることが可能となる。
【００１３】
【実施例】図１の断面図に基づいて本発明の化合物半導
体の結晶成長方法の一実施例について説明する。まず、
各構成について説明すると、５はシリコン基板、６はシ
リコン基板５の表面に形成されたｐ型不純物ドーピング
層、７はｐ型不純物ドーピング層６上に形成された、ガ
リウム砒素等で構成された化合物半導体層である。
体の結晶成長方法の一実施例について説明する。まず、
各構成について説明すると、５はシリコン基板、６はシ
リコン基板５の表面に形成されたｐ型不純物ドーピング
層、７はｐ型不純物ドーピング層６上に形成された、ガ
リウム砒素等で構成された化合物半導体層である。
【００１４】次に、製造方法について説明する。まず、
シリコン基板５の表面より拡散によりｐ型不純物をドー
ピングしてｐ型不純物ドーピング層６を形成する。ｐ型
不純物としては、ボロン（B ）を用い、ボロン雰囲気中
で熱処理を行い、ボロンをシリコン基板５の表面に拡散
させる。拡散条件としては、例えば、BCl3を用いたキャ
リアガスによって拡散炉の内部に導入し、例えば、1000
℃、１時間の加熱を行う。これにより、シリコン基板５
の表面におけるボロンの濃度は、 5×1020cm-3程度とな
る。
シリコン基板５の表面より拡散によりｐ型不純物をドー
ピングしてｐ型不純物ドーピング層６を形成する。ｐ型
不純物としては、ボロン（B ）を用い、ボロン雰囲気中
で熱処理を行い、ボロンをシリコン基板５の表面に拡散
させる。拡散条件としては、例えば、BCl3を用いたキャ
リアガスによって拡散炉の内部に導入し、例えば、1000
℃、１時間の加熱を行う。これにより、シリコン基板５
の表面におけるボロンの濃度は、 5×1020cm-3程度とな
る。
【００１５】次に、有機金属化学気相成長（MOVPE ）
法、または、分子線エピタキシー（MBE ）法等で、ｐ型
不純物ドーピング層６上に、ガリウム砒素等の化合物半
導体を結晶成長させる。結晶成長させる場合、２段階成
長法（シリコン基板５上にアモルファス状の低温ガリウ
ム砒素バッファ層を介して、ガリウム砒素の結晶成長を
行う方法）、または、超格子構造を導入した中間層を設
ける方法を用いて形成してもよい。但し、ボロンの拡散
法は実施例に限定されるものではない。また、ｐ型不純
物もボロンに限定されず、ガリウム（Ga）、アルミニウ
ム（Al）等の、シリコンにおいてｐ型不純物になるもの
であれば何等差し支えない。
法、または、分子線エピタキシー（MBE ）法等で、ｐ型
不純物ドーピング層６上に、ガリウム砒素等の化合物半
導体を結晶成長させる。結晶成長させる場合、２段階成
長法（シリコン基板５上にアモルファス状の低温ガリウ
ム砒素バッファ層を介して、ガリウム砒素の結晶成長を
行う方法）、または、超格子構造を導入した中間層を設
ける方法を用いて形成してもよい。但し、ボロンの拡散
法は実施例に限定されるものではない。また、ｐ型不純
物もボロンに限定されず、ガリウム（Ga）、アルミニウ
ム（Al）等の、シリコンにおいてｐ型不純物になるもの
であれば何等差し支えない。
【００１６】図１に示した実施例では、ｐ型不純物を拡
散法を用いてシリコン基板に導入したが、イオン注入法
を用いて導入してもよい。この場合、ボロンのイオン注
入により、シリコン基板の内部にボロンを導入した後、
熱処理を行って、ｐ型に活性化し結晶化させる。イオン
注入法を用いる場合も拡散法と同様にｐ型不純物はボロ
ンに限定されない。
散法を用いてシリコン基板に導入したが、イオン注入法
を用いて導入してもよい。この場合、ボロンのイオン注
入により、シリコン基板の内部にボロンを導入した後、
熱処理を行って、ｐ型に活性化し結晶化させる。イオン
注入法を用いる場合も拡散法と同様にｐ型不純物はボロ
ンに限定されない。
【００１７】図２の断面図に基づいて本発明の化合物半
導体の結晶成長方法の異なる実施例について説明する。
図２に示す実施例は、シリコン基板８の表面に、ｐ型不
純物を導入したシリコンを結晶成長させて、ｐ型エピタ
キシャル層９を形成し、そのｐ型エピタキシャル層９上
にガリウム砒素等で構成された化合物半導体層１０を結
晶成長させたものである。ｐ型エピタキシャル層９を結
晶成長させる方法としては、一般的な気相成長法の他
に、シリコンMBE 法を用いても差し支えない。ｐ型不純
物としては、例えば、ボロンを用いる。
導体の結晶成長方法の異なる実施例について説明する。
図２に示す実施例は、シリコン基板８の表面に、ｐ型不
純物を導入したシリコンを結晶成長させて、ｐ型エピタ
キシャル層９を形成し、そのｐ型エピタキシャル層９上
にガリウム砒素等で構成された化合物半導体層１０を結
晶成長させたものである。ｐ型エピタキシャル層９を結
晶成長させる方法としては、一般的な気相成長法の他
に、シリコンMBE 法を用いても差し支えない。ｐ型不純
物としては、例えば、ボロンを用いる。
【００１８】図３の断面図に基づいて本発明の化合物半
導体の結晶成長方法のさらに異なる実施例について説明
する。図３に示す実施例は、シリコン基板の表面に、ｐ
型不純物ドーピング層を局所的に形成し、そのｐ型不純
物ドーピング層上に化合物半導体を選択的に結晶成長さ
せたものである。
導体の結晶成長方法のさらに異なる実施例について説明
する。図３に示す実施例は、シリコン基板の表面に、ｐ
型不純物ドーピング層を局所的に形成し、そのｐ型不純
物ドーピング層上に化合物半導体を選択的に結晶成長さ
せたものである。
【００１９】ガリウム砒素等の化合物半導体をシリコン
基板上に結晶成長させた場合、格子定数の差、熱膨張係
数の差により、化合物半導体中に歪みまたは転位が発生
するが、転位の低減方法として、化合物半導体を形成す
る領域を低減する方法は有効な方法である。化合物半導
体を形成する領域を低減する方法としては、化合物半導
体をシリコン基板上に選択成長させる方法があり、図３
に示す実施例は、この方法を用いたものである。
基板上に結晶成長させた場合、格子定数の差、熱膨張係
数の差により、化合物半導体中に歪みまたは転位が発生
するが、転位の低減方法として、化合物半導体を形成す
る領域を低減する方法は有効な方法である。化合物半導
体を形成する領域を低減する方法としては、化合物半導
体をシリコン基板上に選択成長させる方法があり、図３
に示す実施例は、この方法を用いたものである。
【００２０】図３に示す基板を形成するためには、ま
ず、シリコン基板１１の表面に、ｐ型不純物のドーピン
グを選択的に行ってｐ型不純物ドーピング層１２を形成
し、シリコン基板１１の表面に絶縁膜（例えば、窒化シ
リコン膜１３）を形成した後、ｐ型不純物ドーピング層
１２上の、化合物半導体を選択成長させる箇所の窒化シ
リコン膜１３を除去して開口１４を形成する。次に、化
合物半導体を結晶成長させると、窒化シリコン膜１３上
には化合物半導体は成長せず、開口１４に露出するシリ
コン上に化合物半導体層１５が形成される。化合物半導
体の結晶成長にはMOVPE 法を用いる。
ず、シリコン基板１１の表面に、ｐ型不純物のドーピン
グを選択的に行ってｐ型不純物ドーピング層１２を形成
し、シリコン基板１１の表面に絶縁膜（例えば、窒化シ
リコン膜１３）を形成した後、ｐ型不純物ドーピング層
１２上の、化合物半導体を選択成長させる箇所の窒化シ
リコン膜１３を除去して開口１４を形成する。次に、化
合物半導体を結晶成長させると、窒化シリコン膜１３上
には化合物半導体は成長せず、開口１４に露出するシリ
コン上に化合物半導体層１５が形成される。化合物半導
体の結晶成長にはMOVPE 法を用いる。
【００２１】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項４記載の化合物半導体の結晶成長方法によれば、シ
リコン基板と化合物半導体結晶成長層の界面に生じる電
荷不整合を抑制し、シリコン基板上に化合物半導体結晶
を２次元的に成長させることが可能となり、低転位で高
品質な、ガリウム砒素等の化合物半導体を結晶成長させ
ることができる。
求項４記載の化合物半導体の結晶成長方法によれば、シ
リコン基板と化合物半導体結晶成長層の界面に生じる電
荷不整合を抑制し、シリコン基板上に化合物半導体結晶
を２次元的に成長させることが可能となり、低転位で高
品質な、ガリウム砒素等の化合物半導体を結晶成長させ
ることができる。
【図１】本発明の化合物半導体の結晶成長方法の一実施
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
【図２】本発明の化合物半導体の結晶成長方法の異なる
実施例を示す断面図である。
実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の化合物半導体の結晶成長方法のさらに
異なる実施例を示す断面図である。
異なる実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の化合物半導体の結晶成長方法を用い
て、表面にガリウム砒素で構成された化合物半導体層を
形成したシリコン基板の一実施例を示す断面図である。
て、表面にガリウム砒素で構成された化合物半導体層を
形成したシリコン基板の一実施例を示す断面図である。
１，５，８，１１ シリコン基板 ６，１２ ｐ型不純物ドーピング層 ９ ｐ型エピタキシャル層（ｐ型不純物
ドーピング層）
ドーピング層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/18 Ｈ０１Ｓ 3/18
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン基板の表面に化合物半導体を結
晶成長させる、化合物半導体の結晶成長方法において、
前記シリコン基板の表面に、ｐ型不純物をドーピングし
たｐ型不純物ドーピング層を形成する工程と、そのｐ型
不純物ドーピング層上に前記化合物半導体を結晶成長さ
せる工程とを備えたことを特徴とする化合物半導体の結
晶成長方法。 - 【請求項２】 前記ｐ型不純物ドーピング層を、前記シ
リコン基板に前記ｐ型不純物を拡散させる方法、また
は、前記シリコン基板に前記ｐ型不純物をイオン注入す
る方法によって形成することを特徴とする、請求項１記
載の化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項３】 前記ｐ型不純物ドーピング層を、前記ｐ
型不純物を導入したシリコンの結晶成長により形成する
ことを特徴とする請求項１記載の化合物半導体の結晶成
長方法。 - 【請求項４】 前記シリコン基板の表面に、前記ｐ型不
純物ドーピング層を局所的に形成する工程と、前記ｐ型
不純物ドーピング層上に前記化合物半導体を選択的に結
晶成長させる工程とを備えたことを特徴とする、請求項
１乃至請求項３記載の化合物半導体の結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3705895A JPH08236453A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3705895A JPH08236453A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08236453A true JPH08236453A (ja) | 1996-09-13 |
Family
ID=12486973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3705895A Withdrawn JPH08236453A (ja) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | 化合物半導体の結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08236453A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8076694B2 (en) | 2005-05-02 | 2011-12-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor element having a silicon substrate and a current passing region |
| JP2013125833A (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-24 | Toyota Motor Corp | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の製造方法 |
-
1995
- 1995-02-24 JP JP3705895A patent/JPH08236453A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8076694B2 (en) | 2005-05-02 | 2011-12-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor element having a silicon substrate and a current passing region |
| JP2013125833A (ja) * | 2011-12-14 | 2013-06-24 | Toyota Motor Corp | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体の製造方法 |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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