JPS61107721A - 3−5化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法 - Google Patents

3−5化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法

Info

Publication number
JPS61107721A
JPS61107721A JP59228010A JP22801084A JPS61107721A JP S61107721 A JPS61107721 A JP S61107721A JP 59228010 A JP59228010 A JP 59228010A JP 22801084 A JP22801084 A JP 22801084A JP S61107721 A JPS61107721 A JP S61107721A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
single crystal
crystal thin
iii
film layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP59228010A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaki Inada
稲田 雅紀
Kazuo Eda
江田 和生
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP59228010A priority Critical patent/JPS61107721A/ja
Publication of JPS61107721A publication Critical patent/JPS61107721A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/29Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
    • H10P14/2901Materials
    • H10P14/2902Materials being Group IVA materials
    • H10P14/2905Silicon, silicon germanium or germanium
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/29Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
    • H10P14/2926Crystal orientations
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/32Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H10P14/3202Materials thereof
    • H10P14/3214Materials thereof being Group IIIA-VA semiconductors
    • H10P14/3221Arsenides
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/32Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H10P14/3202Materials thereof
    • H10P14/3214Materials thereof being Group IIIA-VA semiconductors
    • H10P14/3222Antimonides
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/32Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H10P14/3242Structure
    • H10P14/3244Layer structure
    • H10P14/3251Layer structure consisting of three or more layers
    • H10P14/3252Alternating layers, e.g. superlattice
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3414Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being group IIIA-VIA materials
    • H10P14/3418Phosphides
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3414Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being group IIIA-VIA materials
    • H10P14/3421Arsenides

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

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、■−■化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板
とその製造方法に関するものである。
(従来例の構成とその問題点) 単結晶Ga、Siの上に、それぞれ単結晶GaAs、G
aPをエピタキシャル成長させる試みは、それらの2つ
の材料の格子不整合が、それぞれ、0.1%、0.37
%と小さく 、GaAs、GaPのバンドギャップが、
それぞれGe、Siより大きいため、それらをエミッタ
とするヘテロバイポーラトランジスタとして有望である
ことの他に、形成されるGaAs、GaPを用いる多く
の産業上の有用な用途があることから、古くから数多く
なされてきた。しかし、この系では■−■化合物同士の
エピタキシーと違って、格子整合だけでは解決できない
難しい問題があり、反位相構造、双晶、転位などの欠陥
が極めて多く生じ、結晶成長はうまくいかなかった。近
年、その原因がかなり明らかになってきた。まず、19
78年に、極性のGaP、GaAsなどのm−v化合物
をSi、Geのような非極性のダイヤモンド構造をもつ
材料の上にエピタキシャル成長させる場合には、結晶方
位によって界面にチャージが生じ(たとえば〔1oo)
 、 (to))、このチャージは、バンド構造や結晶
成長に十分な影響を与えるだけ大きいこと、そして(1
10)ではこのチャージが生じないため、デバイスや結
晶成長に適することが指摘された。 (W、A、Har
rison atal、Phys、Rev、818.4
402(197B))。
ついで、1982年に、それらのエピタキシーにおいて
は、界面チャージが生じないことだけでなく、■−■化
合物の■族および■広原子が下地のダイヤモンド構造か
らなる結晶のサイトのどこに結合するかということ(サ
イト・アロケーション)が重要となり、■族と■広原子
のサイト・アロケーションが確定されることが、深刻な
問題となっている反位相構造の発生を避けるために極め
て重要となることが指摘された。そして、界面チャージ
が生じないことと、サイト・アロケーションが確定され
ることの2つの条件が満足される結晶面として、Si 
、 Geなどのダイヤモンド構造をとる結晶の結合サイ
トを構成する4個の結合手の1個が基板に平行に存在し
く第1図の符号1)かっ、それらのサイトが基板から上
方に向いた1個の結合手にのるサイト(第1図の符号2
)と、基板から上方に向いた2本の結合手にのるサイト
(第1図の符号3)の2種類のサイトからなる結晶面が
有望であり、その最も簡単な結晶面が第1図に示す(2
11)結晶面であることが指摘された(S、Vrigh
t etal、J。
Vac、Sci、Technol、 、21,534(
19g2))。
第1図はSi 、 Geあるいはそれぞれの固溶体など
のダイヤモンド構造を(110)方向から見た図である
。1はSiの結合サイトを構成する4個の結合手の中で
基板に平行となっている結合手、2は基板の下方から上
方に向かう2本の結合手にのるSi結合サイト、3は基
板の下方から上方に・向かう2本の結合手にのるSi結
合サイトを示す。
この結晶面では、2種類の質的に異なるサイトからなる
ため、■族とV広原子が選択的にそれぞれのサイトに結
合することが期待されるわけである。そして、実際に、
Si(211)基板を用いて、分子線エピタキシー法に
よりGaPのエピタキシャル成長を行ない、提唱した理
論が正しいことが実証された。これによって、はじめて
、Si基板上に、反位相構造のない、鏡面をもっGaP
の単結晶薄膜層が形成された。このヘテロ構造を用いて
β:9の過去最高のβ値をもつヘテロバイポーラトラン
ジスタが作られたが、この特性は、トランジスタとして
はまだ十分なものではなかった。これは反位相構造以外
の結晶欠陥がまだ多く含まれていることによる。事実1
表面には、内部欠陥の存在を示す多くの平行に走った線
状の微細構造が存在していた。しかし、この方式により
、界面チャージをなくすること、および最も深刻な問題
であった反位相構造の発生をなくすることの2つの基本
的な、重要な課題が解決されているので、反位相構造以
外の、おもに格子不整合によって生じる結晶欠陥を除去
することができれば、高品質のGaP単結晶薄膜をそな
えたSi基板の作製が期待できるわけである。Geの上
にGaAsを形成する場合には、格子不整合はSiとG
aPの場合よりもはるかに小さいので、上述の結晶方位
をもつ基板を用いてSi上へのGaPの形成を行なう場
合よりも良い結晶成長が期待できるわけであるが、Ge
の単結晶基板は表面の清浄化が難しいことが大きな問題
点であった。
この場合、界面チャージ、サイト・アロケーション、お
よび格子整合の課題が解決さ九でも1表面の清浄化が難
しいために各種の欠陥が発生する。
一般によく用いられる(100) 、 (111)や(
110)などのSi 、 Geなどのダイヤモンド構造
を有する材料の基板では、っぎのような問題点がある。
 (100)および(111)基板の場合には、その上
にm−■化合物を形成すると界面にチャージが生じるこ
との他に、表面が同一種のサイトからなるため、■族、
■広原子のサイト・アロケーションが確定されないので
結晶成長が難かしい。これらの結晶面でサイト・アロケ
ーションの問題を解決する方法がみつかり、良い結晶成
長が行なわれれば、形成された■−■化合物を用いるデ
バイスへの適用は可能となるが、下地の非極性の材料と
の界面にチャージが生じるため、この界面を用いるデバ
イスには適しているとはいえない。(110)基板の場
合には、界面チャージは生じないが、■族、■広原子の
サイト・アロケーションが確定されないので、欠陥の少
ない単結晶膜の結晶成長が難かしい。(110)基板に
おいて、サイト・アロケーションを解決するなんらかの
方法が見つかれば、界面チャージが生じないことから、
■−■化合物材料とダイヤモンド構造をもつ材料とのへ
テロ構造を用いるデバイスや形成された■−■化合物材
料を基板として用いるデバイスなどの種々の応用がある
。これらの結晶面を用いて、ある程度の品質のGaAs
が形成されたという報告もあるが、上述のように原理的
に結晶成長が難しいことから十分なものではない。
また、Ga’As単結晶基板は高温であることから、安
価なSi単結晶基板の上にGaAsをエピタキシャル成
長しようという試みもなされてきたが、この場合には、
界面チャージ、サイト・アロケーションの問題に加えて
、 GaAsとSiの4.1%の大きな格子不整合の問
題が加わるので成長は一層難かしかった。
(発明の目的) 本発明の目的は、形成される■−■化合物と下地のダイ
ヤモンド構造材料との界面チャージと、サイト・アロケ
ーションの問題を解決するとともに、GaAsとSiと
の間にある4、1%の大きな格子不整合を解決し、 G
aAsを基板として用いるデバイスさらに、それらのデ
バイスとSiデバイスとを一体化したデバイスなどに適
用可能な、■−■化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板
および、その製造方法を提供することである。
(発明の構成) 本発明の■−■化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板お
よびその製造方法は、Siの結合サイトを構成する4個
の結合手の1個が基板に平行に存在した結晶方位を有す
る単結晶Si基板上に、 Ge、Siを含めて、Ge−
Si系の2つの組成の固溶体の単結晶薄膜からなる超格
子構造薄膜層の多層構造を、超格子構造を構成する2つ
の固溶体の格子定数の平均値が、上側に位置する超格子
構造を構成する2つの固溶体の小さい方の格子定数に近
くなるようにし、かつ上部方面に段階的に大きくなり、
かつ超格子構造を構成する2つの固溶体の格子不整合が
上方向に段階的に小さくなるように形成し、その上に、
Ge−Si系固溶体と少量のSnを固溶したSn−Ge
系固溶体の単結晶薄膜層からなり、かつそれらの格子定
数の平均値がGeの格子定数に十分に格子整合する超格
子構造薄膜層を形成し、その上にGaAsと格子整合す
る■−■化合物の間で構成される超格子構造薄膜層を形
成し、その上にGaAsと格子整合するm−v化合物の
単結晶薄膜層を形成した構造を有するものであり、また
その製造方法である。
またSi(211)基板を用いたものであり、さらに、
■−■化合物の間で形成される超格子構造薄膜と1+ して、GaAs、A(IAsおよびA(lxGa、−x
As固溶体の間で構成される超格子構造薄膜層を用いる
ものである。
(実施例の説明) 本発明の実施例を第2図ないし第7図に基づいて説明す
る。
第2図は、Si上に形成するGe、Si1−x固溶体お
よびSn、Ge1−F固溶体の組成と格子定数の関係お
よび実施例工ないし2に用いた超格子構造薄膜層の構成
成分の組成と格子定数との関係を示す。横軸はX、縦軸
yは格子定数を示す。1ないし7は基板側からこの順序
に形成する格子構造薄膜層を構成する2つの固溶体の組
成と格子不整合を示す。
第3図ないし第4図においては1は基板、1は基板、2
はSiバッファ層、3はGe、 、、Si、 、、の単
結晶薄膜層、4はSiの単結晶薄膜層、符号5ないし1
1は第2図の符号工ないし7にそれぞれ対応する超格子
構造薄膜層を示す。12はAI、 、、Ga0.7As
とGaAsからなる超格子構造薄膜層、13はGaAs
の単結晶薄膜層、 14はA11..3Ga、 、、A
sの単結晶薄膜層を示す。
第5図は、Si上に形成するGexSiい、固溶体およ
びSn、Ge1−、固溶体の組成と格子定数の関係およ
び実施例3と4に用いた超格子構造薄膜層の構成成分の
組成と格子定数との関係を示す。横軸はX、縦軸yは格
子定数をとする。1ないし5は基板からこの順序に形成
する超格子構造薄膜層を構成する2つの固溶体の組成と
格子不整合を示す。
第6図、第7回においては、工ないし4は第3図および
第4図と同じものを示し、符号5ないし9は第5図の符
号工ないし5にそれぞれ対応する超格子、構造薄膜層を
示す。10はAl01.Ga、 、、AsとGeAsか
らなる超格子構造薄膜層、11はGaAsの単結晶薄膜
層であり、12はANo、3Ga0.、Asのエピタキ
シー薄膜を示す。
実施例1 一般のSiデバイスの作製に用いられるのと同様の鏡面
仕上げを行なったSi(211)基板(第3図の符号1
)の表面の清浄化を、まずつぎのようなウェットプロセ
スで行なう。基板をトリクロールエチレン、アセトンと
純水とを用いて脱脂洗浄したのち、約150℃に加熱し
たH、0□/H2SQ、(1/4)液に浸し表面の汚れ
を取り除く。つづいて純水で十分に洗浄したのち、 H
F/)1.0(1/10)液に浸して表面の酸化膜を除
去する。このあと、大気にさらさない状態で純水を用い
て十分に洗浄し、加熱したNH,OH/H,0□/H2
0(1/1/10)液に浸し表面に極めてうすいシリコ
ンの酸化膜を形成して清浄化した表面を保護する。この
基板を分子線エピタキシー装置に充填し、800℃に加
熱する。これにより表面に形成された酸化シリコン膜が
完全に除かれ、Si基板の表面の清浄化が行なわれる。
つぎにこの基板(第3図の符号1)の上に電子ビーム法
により作製したSi分子ビームを用いてSiのバッファ
層(第3図の符号2)をエピタキシャル形成し、その上
にSi分子ビームと抵抗加熱により作製したGa分子ビ
ームを用いて、第2図の符号1に対応する格子定数a 
=5.545人の(isl、、 5 Sia −s組成
の固溶体の約50人の膜厚の単結晶薄膜(第3図の符号
3)と約50人の膜厚のSLの単結晶薄膜(第3図の符
号4)の繰り返し多層構造すなわち超格子構造の薄膜層
(第3図の符号5)をエピタキシャル形成する。この超
格子構造を構成する2つの成分の格子不整合は2.1%
である。つぎにその上に第2図の符号2に対応する2つ
の組成の固溶体の超格子構造の薄膜層(第3図の符号6
)をエピタキシャル形成するにの場合、2つの成分間の
格子不整合は約1.7%であり、格子定数の小さい方の
値は、下側の超格子構造を構成する2つの成分の格子定
数の平均値番こ等しくなるようにとっである。このよう
にして、第2図の符号上なレル6に対応する超格子構造
薄膜の多層構造(第3図の符号5ないし10)をエピタ
キシャル形成する。この場合、おのおの超格子構造を形
成する2つの成分の格子不整合は、第2図に示すように
、上の層はど小さくなっており、それらの2つの成分の
格子定数の平均値は、つぎにくる超格子構造を構成する
2つの成分の小さb)方の格子定数にほぼ等しくなり、
かつ上部に位置するほど大きくなっている。この上に第
2図の符号7に対応するGea 、94510 +Og
固溶体とSn6.ozGea、se固溶体の単結晶薄膜
層からなる超格子構造薄膜層(第3図の符号11)を形
成し、それらの格子定数がGeの格子定数に一致するよ
うにする。この超格子構造の上に、約50人のA1. 
、、Gal、、、Asの単結晶薄膜と約50人のGaA
sの単結晶薄膜層からなる超格子構造の薄膜層(第3図
の符号12)をエピタキシャル形成し、その上にGeA
sの単結晶薄膜層(第3図の符号13)をGaとAsの
分子ビームを用い、エピタキシャル形成する。これによ
り、鏡面を示し、欠陥の少ないGaAs単結晶薄膜が形
成される。
実施例2 実施例1において、A1. 、、Ga、 、、AsとG
aAsからなる超格子構造薄膜層(第3図の符号12)
の上に、A1. 、、Ga、 、、As組成の単結晶薄
膜(第4図の符号14)をAI、GaとAsの分子ビー
ムを用いて、エピタキシャル形成する。これにより、同
様に、鏡面を示し、欠陥の少ないGaAs単結晶薄膜が
形成される。
実施例3 実施例1と同じように、Si(211)基板(第6図の
符号1)の表面の清浄化を行なったのち、Siのバッフ
ァ層(第6図の符号2)をエピタキシャル形成する。そ
の、上に、実施例1と同様に、SiとGe6 、S 5
10− s固溶体からなる超格子構造薄膜層(第6図の
符号5)をエピタキシャル形成する。その上に第5図の
符号2ないし3に対応する組成を有する2つの組成の固
溶体の単結晶薄膜からなる超格子構造薄膜層をこの順序
に、第6図の符号6ないし8のようにエピタキシャル形
成する。この場合1つの超格子構造を構成する2つの固
溶体の格子定数の平均値が、そのつぎに位置する超格子
構造薄膜層を構成する2つの固溶体の小さい方の格子定
数に約0.2%の格子整合をするようにし、かつ上部に
位置するほど大きくなっている。この上に第5図の符号
5に対応するGel++9゜Si、、、。とSn、 、
。□にeo、*’+固溶体の単結晶薄膜層からなる超格
子構造薄膜層(第6図)をエピタキシャル形成し、最上
層ではGeに十分に格子整合するようになっている。こ
の上に、AlAsとGaAsからなる超格子構造薄膜層
(第6図の符号10)をエピタキシャル形成し、さらに
、GaAsの単結晶薄膜層(第6図の符号11)をエピ
タキシャル形成する。これにより鏡面を有し、欠陥の少
ないGaAsの単結晶薄膜が形成される。
実施例4 実施例3において+’ A(!AsとGaAsからなる
超格子構造薄膜層(第6図の符号10)の上にA1..
3Gao、7As組成の単結晶薄膜(第7図の12)を
Al、Ga、Asの分子ビームを用いてエピタキシャル
形成する。これにより、鏡面をもち、欠陥の少ないA1
10.、Ga、 、□単結晶薄膜が形成される。
これらの実施例に用いているSi(211)基板は、第
1図の符号1に示すように、結合手の1個が基板に平行
に存在していることから、その上に他のダイヤモンド構
造の単結晶薄膜層を形成し、その上にGaAsを形成し
ても界面にチャージが生じないこと、および原子が結合
するサイトが、基板から上方にのびた1個の結合手にの
るサイト(第1図の符号2)と基板から上方にのびた2
個の結合手にのるサイト(第1図の符号3)の質的に異
なる2種類のサイトからなることから、その上にのる■
族と■広原子のサイ1〜・アロケーションが確定される
という特徴を有するので、本発明の目的にかなう基板で
ある。しかし、これらの目的をみたす基板は、これ以外
にも種々あり、第1図の状態から(1m軸のまわりに回
転して作製した(211)方向が基板に対して傾斜した
結晶方位をもつ、たとえば(541)、 (431)、
 (321)などの基板を用いることができることは、
原理からみて明らかである。
実施例工ないし3、および実施例4に示すように、超格
子構造の多層構造の形成において、1つの超格子構造を
形成する2つの固溶体(Si 、 Geを含む)の格子
定数の平均値はそれに隣接する超格子構造を構成する2
つの成分の1つの格子定数に近くなるようにしている。
これらの差は小さいほうがよいが、実施例3と4に示す
ように、エピタキシャル成長において一般に要請される
約0.2%以内の格子不整合なら特に問題はない。
実施例において、超格子構造薄膜層の多層構造の上にA
l10.、Ga0.、As−GaAs系またはAJiA
s−GaAs系の超格子構造の薄膜層をエピタキシャル
形成しているが、これは、この上に形成する■−■化合
物との格子整合をよくするとともに、下地の影響を緩和
するバッファ層の役目を果たしている。
また、AidxGaニーxAS固溶体は全組成域でGa
Asと格子整合するので、実施例で示した超格子構造薄
膜層は極めて良いバッファ層となる。実施例以外でもI
nxGa1−xP固溶体、InxAl、GaL−、−、
P固溶体などの■−■化合物はGaAsと格子整合する
ので、超格子構造薄膜のバッファ層の成分として用いる
ことができる。
実施例において、■−■化合物としてGaAsおよびA
ρ。、、Ga、 、、Asだけを用いているが、これ以
外でもGaAsと十分に格子整合する■−■化合物、た
とえば全組成域のANxGaニーXAs l特定の組成
域のInXGa、−xP、Inx1.Ga1−x−、P
固溶体なども用いることができる。
なお、実施例においては、Si基板の上にSiのバッフ
ァ層を形成しているが、これは基板表面の影響をできる
だけ避けるためにもうけたものであり。
必ずしも必要でなく本発明必須の要件ではない。
また、実施例においては、エピタキシャル法として分子
線エピタキシー法を用いているが、これ以外の方法、た
とえばMOCVDなどの方法も用いることができる。
(発明の効果) 本発明によれば、界面チャージが生じないようにするこ
と、サイト・アロケーションの確定により反位相構造が
生じないようにすること、GeAsまたは、GaAsと
格子整合するm−v化合物を形成する前にGaAsと格
子整合するm−v化合物の超格子構造の薄膜層を形成す
ることにより、下地の影響を緩和すること、およびSi
とGaAsまたはGaAsと格子整合する■−■化合物
との間にある4、1%の格子不整合を、SiとGeの固
溶体の超格子構造薄膜層の組成を段階的に変えた多層構
造の薄膜層とその上に形成した少量のSiを固溶したS
i−Ge固溶体と少量のSnを固溶したGe−、Sn固
溶体の超格子構造の薄膜層とをSi層と■−■化合物層
の間に入れることで解消すること、などの課題解決によ
り、つぎのような効果がある。
(1)  SL基板上に高品質のGaAsまたはGaA
sと格子整合する■−■化合物が形成できることから。
高価なGaAsなどの■−■化合物を用いたデバイスを
安価に作製できる。
(2)  さらに、Si基板を用いていることの効果と
して、上記のデバイスとSLデバイスとを一体化、した
新らしいデバイスが作製できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はSi 、 Geまたはそれらの固溶体のダイヤ
モンド構造図、第2図はSi上に形成するGexSi、
 −x固溶体およびSn、Geニー、固溶体の組成と格
子定数の関係図、第3図、第4図、第6図、第7図は本
発明によって形成される材料の断面図、第5図はSi上
に形成するGe、Siよ−8固溶体およびSn、Ge□
−1固溶体の組成と格子定数の関係図である。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)Siの結合サイトを構成する4個の結合手の1個
    が基板に平行に存在した結晶方位を有する単結晶Si基
    板の上に、Ge、Siを含めて、Ge−Si系の2つの
    組成の固溶体の単結晶薄膜からなる超格子構造薄膜層の
    多層構造を、超格子構造を構成する2つの固溶体の格子
    定数の平均値が、上側に位置する超格子構造を構成する
    2つの固溶体の小さい方の格子定数に近くなるようにし
    、かつ上部方向に段階的に大きくなり、かつ、超格子構
    造を構成する2つの固溶体の格子不整合が上方向に段階
    的に小さくなるように形成し、その上にGe−Si系固
    溶体と少量のSnを固溶したSn−Ge系固溶体の単結
    晶薄膜からなり、かつそれらの格子定数の平均値がGe
    の格子定数に十分に格子整合する超格子構造薄膜層を形
    成し、該超格子構造薄膜層の上にGeAsと格子整合す
    るIII−V化合物の間で構成される超格子構造薄膜層を
    形成し、該超格子構造薄膜層の上にGaAsと格子整合
    するIII−V化合物の単結晶薄膜層を形成した構造を有
    することを特徴とするIII−V化合物単結晶薄膜をそな
    えたSi基板。
  2. (2)Si(211)基板を用いることを特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載のIII−V化合物単結晶薄
    膜をそなえたSi基板。
  3. (3)III−V化合物の間で形成される超格子構造薄膜
    層として、GeAs、AlAsおよびAl_xGa_1
    _−_xAs固溶体の間で構成される超格子構造薄膜層
    を用いることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記
    載のIII−V化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板。
  4. (4)Si(211)基板を用いることを特徴とする特
    許請求の範囲第(3)項記載のIII−V化合物単結晶薄
    膜をそなえたSi基板。
  5. (5)III−V化合物の単結晶薄膜として、 Al_xGa_1_−_xAs固溶体の単結晶薄膜層を
    用いることを特徴とする特許請求の範囲第(3)項記載
    のIII−V化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板。
  6. (6)Si(211)基板を用いることを特徴とする特
    許請求の範囲第(5)項記載のIII−V化合物単結晶薄
    膜をそなえたSi基板。
  7. (7)Siの結合サイトを構成する4個の結合手の1個
    が基板に平行に存在した結晶方位を有する単結晶Si基
    板の上に、Ge、Siを含めて、Ge−Si系の2つの
    組成の固溶体の単結晶薄膜からなる超格子構造薄膜層の
    多層構造を、超格子構造を構成する2つの固溶体の格子
    定数の平均値が、上側に位置する超格子構造を構成する
    2つの固溶体の小さい方の格子定数に近くなるようにし
    、かつ上部方向に段階的に大きくなり、かつ超格子構造
    を構成する2つの固溶体の格子不整合が上方向に段階的
    に小さくするようにエピタキシャル形成し、その上にG
    e−Si系固溶体と少量のSnを固溶したSn−Ge系
    固溶体の単結晶薄膜層からなり、かつそれらの格子定数
    の平均値がGeの格子定数に十分に格子整合する超格子
    構造薄膜層をエピタキシャル形成し、該超格子構造薄膜
    層の上にGaAsと格子整合するIII−V化合物の間で
    構成される超格子構造薄膜層をエピタキシャル形成し、
    該超格子構造薄膜層の上にGaAsと格子整合するIII
    −V化合物の単結晶薄膜を形成することを特徴とするI
    II−V化合物単結晶薄膜層をそなえたSi基板の製造方
    法。
  8. (8)Si(211)基板を用いることを特徴とする特
    許請求の範囲第(7)項記載のIII−V化合物単結晶薄
    膜をそなえたSi基板の製造方法。
  9. (9)III−V化合物の間で形成される超格子構造薄膜
    層として、GaAs、AlAsおよびAl_xGa_1
    _−_x固溶体の間で構成される超格子構造薄膜層を用
    いることを特徴とする特許請求の範囲第(7)項記載の
    III−V化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板の製造方
    法。
  10. (10)Si(211)基板を用いることを特徴とする
    特許請求の範囲第(9)項記載のIII−V化合物単結晶
    薄膜をそなえたSi基板の製造方法。
  11. (11)III−V化合物の単結晶薄膜層として、GaA
    sまたはAl_xGa_1_−_xAs固溶体の単結晶
    薄膜を用いることを特徴とする特許請求の範囲第(9)
    項記載のIII−V化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板
    の製造方法。
  12. (12)Si(211)基板を用いることを特徴とする
    特許請求の範囲第(11)項記載のIII−V化合物単結
    晶薄膜をそなえたSi基板の製造方法。
JP59228010A 1984-10-31 1984-10-31 3−5化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法 Pending JPS61107721A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59228010A JPS61107721A (ja) 1984-10-31 1984-10-31 3−5化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59228010A JPS61107721A (ja) 1984-10-31 1984-10-31 3−5化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61107721A true JPS61107721A (ja) 1986-05-26

Family

ID=16869760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59228010A Pending JPS61107721A (ja) 1984-10-31 1984-10-31 3−5化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS61107721A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4897367A (en) * 1988-03-18 1990-01-30 Fujitsu Limited Process for growing gallium arsenide on silicon substrate
US5159413A (en) * 1990-04-20 1992-10-27 Eaton Corporation Monolithic integrated circuit having compound semiconductor layer epitaxially grown on ceramic substrate
EP0681314A3 (de) * 1994-05-04 1996-09-04 Daimler Benz Ag Komposit-Struktur für elektronische Bauteile und Verfahren zu deren Herstellung.

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5752126A (en) * 1980-09-16 1982-03-27 Oki Electric Ind Co Ltd Compound semiconductor device
JPS5753927A (en) * 1980-09-18 1982-03-31 Oki Electric Ind Co Ltd Compound semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5752126A (en) * 1980-09-16 1982-03-27 Oki Electric Ind Co Ltd Compound semiconductor device
JPS5753927A (en) * 1980-09-18 1982-03-31 Oki Electric Ind Co Ltd Compound semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4897367A (en) * 1988-03-18 1990-01-30 Fujitsu Limited Process for growing gallium arsenide on silicon substrate
US5159413A (en) * 1990-04-20 1992-10-27 Eaton Corporation Monolithic integrated circuit having compound semiconductor layer epitaxially grown on ceramic substrate
US5164359A (en) * 1990-04-20 1992-11-17 Eaton Corporation Monolithic integrated circuit having compound semiconductor layer epitaxially grown on ceramic substrate
US5356831A (en) * 1990-04-20 1994-10-18 Eaton Corporation Method of making a monolithic integrated circuit having compound semiconductor layer epitaxially grown on ceramic substrate
EP0681314A3 (de) * 1994-05-04 1996-09-04 Daimler Benz Ag Komposit-Struktur für elektronische Bauteile und Verfahren zu deren Herstellung.

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6191006B1 (en) Method of bonding a III-V group compound semiconductor layer on a silicon substrate
US6495868B2 (en) Relaxed InxGa1−xAs buffers
JPH01500313A (ja) 化合物半導体材料をエピタキシャル成長させる方法
KR100319300B1 (ko) 이종접합구조의 양자점 버퍼층을 가지는 반도체 소자
KR930004239B1 (ko) 웨이퍼기판 및 화합물 반도체층으로 구성된 반도체기판
DE69012520T2 (de) Halbleiterheterostruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung.
US6594293B1 (en) Relaxed InxGa1-xAs layers integrated with Si
JPS5946414B2 (ja) 化合物半導体装置
JPS61104611A (ja) 3−5化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法
JPS61106495A (ja) 3−5化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法
JPS61189621A (ja) 化合物半導体装置
JPS61105832A (ja) 3−V化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法
JPS61107719A (ja) 3−5化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法
JPS61222993A (ja) ヘテロ構造の形成方法
JPS61105831A (ja) 3−V化合物単結晶薄膜をそなえたSi基板およびその製造方法
JP2599576B2 (ja) Iii−v族の化合物半導体の二次元薄膜の成長方法
JPS589796B2 (ja) 分子線結晶成長方法
JP2646973B2 (ja) 半導体結晶表面の形成方法
JPS6066811A (ja) 化合物半導体装置の製造方法
JPH0645249A (ja) GaAs層の成長方法
JP2747823B2 (ja) ガリウムヒ素層の製造方法及びガリウムヒ素・アルミニウムガリウムヒ素積層体の製造方法
JPH04290423A (ja) 半導体基板の製造方法および半導体装置
JP3167350B2 (ja) 素子の製造法
JPS589795B2 (ja) 分子線結晶成長方法
JP3258073B2 (ja) 有極性半導体のエピタキシャル成長方法