JPS61276313A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS61276313A
JPS61276313A JP60117834A JP11783485A JPS61276313A JP S61276313 A JPS61276313 A JP S61276313A JP 60117834 A JP60117834 A JP 60117834A JP 11783485 A JP11783485 A JP 11783485A JP S61276313 A JPS61276313 A JP S61276313A
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JP
Japan
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layer
substrate
crystal
gaas
compound semiconductor
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Pending
Application number
JP60117834A
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English (en)
Inventor
Nozomi Watanabe
望 渡辺
Akihiro Hashimoto
明弘 橋本
Takeshi Kamijo
健 上條
Takeshi Takamori
高森 毅
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.)
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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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) この発明は半導体装置の製造方法、特にシリコン基板上
に化合物半導体層を具える半導体装置の製造方法に関す
る。
(従来の技術) シリコン単結晶はLS1.超LSIの製造に使用されて
いるように、電子集積回路の製造に優れた材料であるこ
とが知られている。しかし、このシリコン(以下、St
と称する)単結晶は間接遷移型の結晶であるため、発光
ダイオード、半導体レーザ及びその他の発光デバイスの
製作に適していない。
一方、GaAsを中心としたN−V族化合物半導体は直
接遷移型結晶であるため、上述したような光デバイスの
材料として広く使用されている。
近年、5i(100)基板上にGaAs結晶の成長が可
能となってきており、その報告もなされている(例えば
、文献「7プライド フィジックス レターズ(App
lied Physics Letters)J 、 
44(12)、(11384)、pH49〜1151)
 、このような技術は電子デバイス及び光デバイスのよ
うな両機能デバイスをモノリシック集積化させて新機能
デバイスすなわち光電子集積回路(OEICと称する)
を実現するための基礎技術となるものである。
ところで、Si基板の(100)基板面は必ず一暦或い
は二層以上の原子層に相当する高さの段差(以下、ステ
ップと称する場合もある)が存在することが知られてい
る。この様子を第4図に模式的に示す、第4図は5i(
100)基板lO上にGaAs層12を積層させた時の
基板面とGaAs層との境界付近での原子の配列状態を
模式的に示す、結晶格子の(110)断面図であり、一
点鎖線A−Aは基板と結晶層との境界を示す、また、1
41tS[原子、18はGa原子及び18はAs原子で
ある。この例では5i(100)基板10の表面がSi
原子一層分のステップ20を宥している。
通常は、このようなステップ20が存在する表面上にA
s原子18及びGa原子16の各単一層を順次に積層さ
せてGaAs層12を結晶成長させている。しかし、ス
テップ20がある面上に結晶成長させると、第4図に示
すように、ステップ20の近傍でその両側に成長する各
原子層にステップ20の高さに対応した高さづれが生じ
てしまう、これがため、同一高さの、本来はいづれか一
方の原子層であるべき層中にGa原子IBとAs原子1
8の両方の結晶層が形成され、これら結晶層は互いに9
0度回転した関係となっており、従って、結晶が乱れた
領域が形成されてしまう。
このようなステップ20は5i(Zoo)基板10の表
面に無数に存在しており、これに起因する結晶の乱れは
一原子層のステップ高さの場合に限らず、一般には奇数
原子層のステップ高さがある場合に生じる。このような
結晶が乱れた領域はアンチ7z−ズバウンダリ(ant
iphase boundar7)と称されている。#
I4図において、このようなアンチフェーズバウンダリ
22を点線で示す。
(発明が解決しようとする問題点) 上述したように、従来はSi基板上に成長させた結晶層
にアンチフェーズバウンダリが生じ、このため、0EI
Cのような機能デバイスを作り込むに必要な広い面積の
結晶領域の品質が悪くなってしまい、この領域を用いて
機能デバイスを作製することが出来ないという問題があ
った。従って、Si基板上に成長させた結晶層にアンチ
フェーズバウンダリが生じないようにすることが必要と
なる。
従って、この発明の目的は、Si基板上にGaAs、A
lGaAs、その他の化合物半導体を結晶成長させた場
合にも、これらの成長結晶層中にアンチフェーズバウン
ダリが発生しない良質な結晶層を成長させることが出来
る半導体装置の製造方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明の半導体装置の製
造方法によれば、シリコン基板の(111)面上に化合
物半導体層を結晶成長させる。
この場合、化合物半導体層を用いて形成する機能デバイ
スを光デバイス及び電子デバイスのいづれか一方又は双
方とする。
さらに、この場合結晶成長させる化合物半導体をI−V
族半導体とするのが好適である。
(作用) 上述したように、この発明はSi基板の(111)面上
にGaAs、A1GaAs及び又はその他の化合物半導
体層を結晶成長させ、この半導体層を用いて光デバイス
及び又は電子デバイスを作り込む方法である。
この方法の作用を第1図につき説明する。第1図は5t
(111)基板24上に化合物半導体結晶層26を成長
させた場合に、アンチフェーズバウンダリが発生しない
ことを説明するための結晶格子(110)の模式的断面
図である。この図において、一点破線B−BがSi基板
24の(l l 1)基板面とその上側に成長させた結
晶層2Bとの境界面を示す。
第1図に示すように、5i(111)基板24の表面に
も前述したようなステップ28が存在するが、この5i
(111)基板24では、5i(100)基板の場合の
ような奇数原子層の高さのステップはエネルギー的に不
安定であるので存在しておらず、従って、偶数原子層の
高さのステップ28のみが存在する。第1図には、二層
のSi原子層の高さのステップ28を示す、この例であ
ると、ステップ28を中心として左側のSi原子30の
層は右側のS!原子30の層よりも二原子層分だけ高く
なっている。従って、この5L(lit)基板24の表
面に化合物半導体を構成する各原子、及びアを順次に結
晶成長させると、ステップの右側ではX原子32が結晶
成長し、その上側にy原子34が結晶成長して丁度ステ
ップ28の左側の基板表面と同一の高さとなる。従って
、さらに化合物半導体を積層させていくと、このステッ
プ28の上側では同一のX原子32が一原子層となって
結晶成長し、その上側にy原子34が一原子層となって
結晶成長し、このような関係で順次X及びy原子32及
び34の結晶層が積層することとなる。その結果、ステ
ップ28の有無に拘らず、基板表面から同一の高さの原
子層は単一原子からなる結晶層となり、従来のような複
数の原子の結晶層の混合した層とはならない、従って、
この発明の方法によれば、基板表面のステップ28に起
因したアンチ7エーズバウンダリは起らず、よって、基
板表面の全範囲に及ぶような広い領域に亙って、0EI
Cの作製に適した良質の結晶領域を得ることが出来、こ
の良質な化合物半導体層を利用して光デバイス及び電子
デバイスの双方又はいづれか一方を作製することが出来
る。
また、Si基板には電子デバイスを作り込み。
化合物半導体層に光デバイスを作り込むことが出来る。
よって、光デバイスと電子デバイスとのモノリシック集
積化回路を作製することが出来る。
(実施例) 以下、第1図〜第3図を参照して、この発明の実施例に
つき説明する。
第1図において、−例として、化合物半導体をGaAs
とし、その構成原子x32をAs原子とし、14をGa
原子とする。また、基板24をn型5i(111)基板
とする。この基板24上にGaAs層26を成長させる
方法としては、各原子層を一層づつ積層させる方法であ
れば、その方法を問わないが、通常、分子線エピクキ−
法(MBE法)とか或いは有機金属気相成長法(MOC
V D法)を用いる。1長条件は積層させる化合物半導
体の材料及び作製するデバイスに応じて適切に設定する
第2図はn型5f(111)基板24上にpn接合を形
成するGaAs層をMOCVD法を用いて積層させて作
製した発光ダイオードを模式的に示す断面図である。同
図において、基板面側から順次に第二GaAs層38と
してn型GaAs及び第二GaAs層38としてPWG
aAsを結晶成長させてpn接合40を形成する。この
場合、GaAs結晶の第一層3Bをn型G’aAs層と
したのは、下地のSi原子が一層してもキャリア濃度の
制御を容易に行うことが出来るからである。
続いて、通常の方法により、基板24の下面にn側電極
42を形成すると共に、plGaAs層40の表面に光
取り出し窓44を有するp側電極48を形成する。
第3図は51(111)基板24上に化合物半導体結晶
層26のセグメントを7個選択的に設け、数字表示用の
発光ダイオード(LED)を形成した例を示す模式的斜
視図である。尚、この図において、第2図の構成成分と
同一の構成成分については同一の符合を付して示す、こ
のような選択的な構造は5t(111)基板24の全面
上にpn接合を有するGaAs層28を結晶成長させた
後。
エツチングして7個のセグメントを残存させて形成して
も良いし、或いは、MOCVD法ではシリコン酸化膜(
StO2)上にはGaAs層が成長しないという性質を
利用して基板面上に選択的に成長させて形成することも
出来る。但し、いづれの場合にも、広い面積に亙ってG
aAs層の結晶が均一であることが必要であるが、この
発明の方法によれば、SI (111)基板の表面にG
aASを成長させるのであるから、上述した理由により
、良質な結晶層が得られ、従って、歩留り良くLEDを
形成することが出来る。
この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
い0例えば、上述した実施例ではGaAs層を成長させ
る例を説明したが、この発明はGaAs層以外のAJL
GaAs等の1−’V族化合物半導体はもとより、他の
化合物半導体層を成長させる場合にも適用出来る・ さらに、結晶成長させて得られた化合物半導体層を利用
して形成する機能デバイスは半導体レーザ、発光ダイオ
・−ド、受光素子等のような光デバイスとか、各種の電
界効果トランジスタ、ダイオード等の電子デバイスとか
を適当に組み合わせて、同一の5i(111)基板面上
にモノリシックに集積化して作製することが出来る。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明によれば
、光デバイスの基板として放熱効果が大であり、低価格
でしかも容易に大面積のものが得られるSi基板上に光
及び電子デバイスの作製に適した良質の化合物半導体結
晶層を積層することが出来る。従って、この化合物半導
体結晶層を用いて光デバイスを高密度に形成し、一方、
Si基板自体或いはこの化合物半導体結晶層を用いて電
子デバイスを形成すれば、新機能デバイス或いは通常の
機能デバイスを低価格で提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の半導体装置の製造方法の説明に供す
る、アンチフェーズバウンダリを含まないSi結晶格子
の(ito)断面図、 第2図はこの発明の第一実施例の説明に供する、pn接
合発光ダオードの断面図、 第3図はこの発明の他の実施例を概略的に示す斜視図、 第4図は従来の結晶成長方法を用いて5i(100)基
板上にGaAs結晶を成長させた場合に発生するアンチ
フェーズバウンダリを含む結晶格子の(110)断面図
である。 24・・・5i(111)基板、2B・・・化合物半導
体層28・・・ステップ、     30・・・Si原
子32・・・X原子(例えばAs原子) 34・・・y原子(例えばGa原子) 38・”n型GaAs層、  38・p型GaAs層4
0・・・pn接合、     42・・・n側電極44
・・・光取り出し窓、   48・・・p側電極。 24: 57 (/// )基捷 26:4乙饋牛傳イ卆(舊す層 2δ:スナ・17゜ JO:Si康チ 32・X原子(例えClA3康チ) X′メ庫チ(#″I艙fGa摩チ) アン手フェース゛バウングリh含よなy xm rル蒔
子の(ffO>一つ”面囚第1図 36 リ1−とンaA5)9      A2:nll
す11&Jδ ¥二GdAs層    44  ガ」に
9工した。 40 P n #4f46°p制t& Pn特令発九グイオードl断釦囚 第2図 7個の躬rイ1−ド乞り゛メントの形A4?’J第3図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリコン基板の表面上に機能デバイス形成用化合
    物半導体層を結晶成長させて半導体装置を製造するに当
    り、シリコン基板の(111)面上に化合物半導体層を
    結晶成長させることを特徴とする半導体装置の製造方法
  2. (2)機能デバイスを光デバイス及び電子デバイスのい
    づれか一方又は双方とすることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の半導体装置の製造方法。
  3. (3)化合物半導体をIII−V族半導体とすることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製造
    方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63287013A (ja) * 1987-05-20 1988-11-24 Fujitsu Ltd ウエハ
US5302232A (en) * 1992-01-31 1994-04-12 Fujitsu Limited (111) Group II-VI epitaxial layer grown on (111) silicon substrate
JP2006179802A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Toshiba Ceramics Co Ltd 化合物半導体

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