JPS6272109A

JPS6272109A - 化合物半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPS6272109A
Application number: JP21181885A
Authority: JP
Inventors: Makoto Miyanochi; 宮後　誠
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-09-25
Filing date: 1985-09-25
Publication date: 1987-04-02

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】（イ）産業上の利用分野この発明は化合物半導体装置の製造方法に関する。さら
に詳しくはＳｉ基板上に■−Ｖ族化族化合物半導体積層
させてなる化合物半導体装置の製造方法に関し、化合物
半導体デバイス作製の基幹技術として利用される。

（ロ）従来の技術ＱａΔＳ等の化合物半導体は、その擾れたＲｌｆｉを生
かして、光半導体デバイスおよび高速デバイスに利用さ
れている。たとえば、化合物半導体にＰ　Ｎ　）Ｂ合を
形成して、太陽電池を構成することにより優れた効率が
期待できるため、受光面側をＧａＡ３層を用いて構成し
、このＱａ　Ａｓ　Ｅを支持する基板として比較的軽い
８１基板を用いたものが軽量化を要求される宇宙用太陽
電池として研究されている。また、価格面においても、
Ｇａ　Ａｓ等の化合物半導体は、８１基板に比べて不利
のために、Ｓｉ基板上にＧａＡＳＩＨを形成した化合物
半導体デバイスが開発される傾向にある。従来、３ｉ基
板上にＧａ　ＡＳ層を形成覆る方法としては、次に述べ
る■■■の３通りの方法が用いられている。

■　この方法は、＄１とＧａ　ＡＳの中間の格子定数を
持つ１品系を利用するものであり、第３図に示すように
、８１基板（１）と化合物半導体層（５）との間に格子
整合層（６）を形成している。この格子整合層（６）は
、例えばＱｅ　ｓｉ　、Ｇａ　ＡＳ　Ｐ等の温晶組成を
段階的に変化させた結晶層である。そして、この格子整
合１上にエピタキシャル成長によって旧聞化合物半導体
層（５）が形成されている。

■　この方法は、第４図に示すように、８１基板（１）
と化合物半導体層（５）との間にＧｅ単結晶層（２）を
形成する方法であり、このＧｅｉ＃結晶層（２）の形成
には、例えば電子ビーム蒸Ｗ　（ＥＢ）法、イオンクラ
スタビーム蒸ｆｆ（ＩＣＢ）法、分子線エピタキシー（
ＭＢＥ）法、気相成ｆｆ＜（ＣＶＤ）法Ｗを用いて形成
され、化合物半導体層（５）は、分子線エピタキシー（
ＭＢＥ）法または、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法
を用いて形成されている。

■　この方法は、第５図で示すように、Ｓｉ基板（１）
上に分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法または、有機金属
気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、例えばＧａ　Ａｓ
等の化合物半導体層（５）を直接形成する方法である。

（ハ）発明が解決しようとする問題点しかるに、上記■の方法では格子整合層（６）の格子定
数の変化率を、できるだけ小さくする必要があるため、
成長の制御が複雑になる。また、格子整合層（６）中の
内部応力による化合物半導体層（５）の結晶性に対する
影響を抑制するために、格子整合Ｍ（６）の厚みを大き
くとる必要がある。例えば３ｉとＧａＡＳの場合には、
この格子整合層（６）の厚みは数十虐程度必要とされる
ので、低価格化、軽団化の条件に適合しない。

上記■の方法では、基板の加熱により８１基板と単結晶
Ｇｅ層とが共に高温（例えば６００〜７００℃程度）に
まで加熱されるのでＳｉ基板（１）と化合物半導体層（
５）間の熱膨張係数の違いから、成長温度からの冷却過
程で大ぎな格子ひずみが生じ、この格子ひずみが化合物
半導体層（５）中に残留する。

特に、化合物半導体層（５）としてＱａ　ＡＳを３Ａ以
上形成した場合には、この格子ひずみが原因でＧａＡＳ
＠長層に割れが発生するという問題がある。

上記■の方法では、前記■の方法と同様に熱膨張係数の
相違に基づく残留格子ひずみが原因となり、良質な化合
物半導体層（５）を得ることは困難である。

この発明は上記の問題点、特に上記■における問題点を
解消すべくなされたちのであり、８１基板と化合物半導
体層との間に熱膨張係数の相違に基づく格子ひずみが発
生することを防止する製造方法を提供することを目的と
するものである。

（ニ）問題点を解決するための手段および作用かくして
この発明によれば、シリコン塁板上に、ゲルマニウム単
結晶層を形成した後、該ゲルマニウム単結晶層上にＩ［
Ｉ−ＶＭ化合物半導体層を形成するにあたり、前記■−
ｖ族化合物半導体層には吸収されず、ゲルマニウム単結
晶に吸収されることによりゲルマニウム単結晶を加熱で
きる電磁波を上記ゲルマニウム単結晶層表面上に照射し
ながらｍ−ｖ１ｔｋ化合物半導体層を形成することを特
徴とする化合物半導体装置の製造方法が提供される。

この発明におけるＧｅ単結晶層は通常用いられる方法、
例えば電子ビーム蒸着（ＥＢ）法、イオンクラスタビー
ム蒸着（ＩＣＢ）法１分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
、気相成長（ＣＶＤ）法等を用いて所定の８１基板上に
形成される。

なお、３ｉ基板に上記Ｇｅ単結晶層を形成する前に通常
用いられる方法、（？ｌえば１−ＩＦ９ａ理等の方法に
より基板表面を清浄化する操作を行なうことが好ましい
。

■−Ｖ族化合物半導体層には吸収されずＧｅ１ｔ１結晶
層に吸収される電磁波としては、近赤外線又は赤外線領
域の電磁波ごとにレーザを使用するのが好ましく、例え
ばＹＡＧレーザ〈波長１．０６廂）が好適に用いられる
。このレーザを用いてＧｅ単結晶表面上を照射し、Ｇｅ
単結晶表面を■−ｖ族化合物半導体層形成最適温度（例
えばＧａ　Ａｓを形成する際は約６００〜７００℃）に
設定しても、半導体層が形成されるのに必要な時間内に
は、Ｇｅ単結晶層と８１基板との界面付近はＧｅ単結晶
層表面設定温度にまでは上昇しない（例えばＧｅ単結晶
層表面を６００〜７００℃に上昇させても成長中に５０
０℃程度までしか上昇しない）。従って３ｉ基板と■−
ｖ族化合物半導体層との間に生じるひずみは従来の基板
加熱の方法と比較して署しく減少されることとなる。

■−ｖ族化合物半導体層には例えばＧａ　Ａｓ　。

ＧｓＡρＡｓ　、Ｇａ　Ｐ、Ｉｎ　Ｐ、Ｇａ　Ａｓ　Ｐ
。

Ｉｎ　Ｇａ　Ｐ、Ｉｎ　Ｇａ　Ａｓ　Ｐ等からなる単結
晶層が挙げられ、通常用いられる方法、例えば分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）法、有機金属気相蒸着（ＭＯＣＶ
Ｄ）法等を用いて固有のｉｌ膜形成に最適な温度、例え
ばエピタキシ一温度下で形成することができる。従って
このような単結晶層の種類及び成長方法に応じてＧｅ単
結晶層の表面温度がかかる最適温度に設定されるように
電磁波の照射条件を定めて照射を行なえばよい。

（ホ）実施例以下、この発明を実施例を用いで説明する。ただしこれ
により本発明は限定されるものではない。

第１図および第２図はこの発明の化合物半導体装置の製
造り法を説明する構成説明図である。

まず３ｉ基板（１）をＨＦ！２！！即し酸化膜を除去し
た模、１ｘｌＯ’ｐａ以下の真空中下、電子ビーム蒸着
（ＥＢ）法を用いて基板温度４５０℃で１）ｊＩＴのＧ
ｅ単結晶層（２）を形成した。ついでＧｅ単結晶層（２
）表面にＮｄ　　：ＹＡＧレーザ（波長：１．０６）ａ
）でレーザ光（４）を照射しＧｅ単結晶層（２）表面が
６００〜７００°Ｃ程度になるようにレーザ光の照）１
強度を設定しながら個々のＢＮルツボからＧａとＡＳを
供給し分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法によってＱａ　
Ａｓ単結晶層（３）を第２図に示すように３虐エピタキ
シヤル成長させて化合物半導体装置を￥！Ｊ造した。

上記のようにして製造したこの発明の化合物半導体装置
（以下試料Ａという）の効果を検討するために比較の対
象として他の条件は同一ではあるがレーザ光照射による
方法ではなくて、従来法（基板加熱法）を用いてＧｅ単
結晶層を加熱してＧａ　Ａｓ単結晶層を形成した試料（
以下試料Ｂという）を作成した。

そして、それら試料Ａ、Ｂの結晶性を比較するために、
Ｘ線２結晶法による回折ピークの半値幅を測定した結果
、試料Ａの半値幅が試料Ｂの半値幅より小さく、試料Ａ
の方が優れた結晶性を有することが確認された。従って
、本発明の製造方法によれば格子ひずみの発生が抑制さ
れていることが判明した。

（へ）発明の効果以上述べたように、本発明によれば、Ｇｅ単結晶層と８
１基板との界面付近の温度上昇をおさえ、化合物半導体
層との温度差を軽減することによって３ｉ基板上に格子
ひずみの少ない化合物半導体層を形成することができる
ので、格子ひずみが原因である半導体層の割れや品質の
ばらつきを防ぐことができて高品質、低価格、かつ軽岱
な化合物半導体装置の製造が可能となる。よって、宇宙
用太陽電池等に有効に適用される製造方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の詳細な説明す（旧＝−
３ｉ基板、　　（２）・・・・・・Ｇｅ単結晶層、（３
）・・・・・・ＧｅＡＳ単結晶層、　（４）・・・・・
・レー＋ｆ光、（５）・・・・・・化合物半導体層、　
　（６）・・・・・・格子整合層。第１図第２図第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、シリコン基板上に、ゲルマニウム単結晶層を形成し
た後、該ゲルマニウム単結晶層上にIII−Ｖ族化合物半
導体層を形成するにあたり、前記III−Ｖ族化合物半導体層には吸収されず、ゲルマ
ニウム単結晶に吸収されることによりゲルマニウム単結
晶を加熱できる電磁波を上記ゲルマニウム単結晶層表面
上に照射しながらIII−Ｖ族化合物半導体層を形成する
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。２、電磁波がレーザである特許請求の範囲第１項記載の
製造方法。３、III−Ｖ族化合物半導体層がＧａＡｓ、ＧａＡｌＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰまたはＩ
ｎＧａＡｓＰからなる単結晶層である特許請求の範囲第
１項記載の方法。