JP2503255B2 - Method for manufacturing compound semiconductor substrate - Google Patents

Method for manufacturing compound semiconductor substrate

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JP2503255B2 JP19777388A JP19777388A JP2503255B2 JP 2503255 B2 JP2503255 B2 JP 2503255B2 JP 19777388 A JP19777388 A JP 19777388A JP 19777388 A JP19777388 A JP 19777388A JP 2503255 B2 JP2503255 B2 JP 2503255B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、単結晶シリコン基板上に単結晶ガリウム
砒素層を具えた化合物半導体基板の製造技術に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a manufacturing technique of a compound semiconductor substrate having a single crystal gallium arsenide layer on a single crystal silicon substrate.

(従来の技術) III族元素であるガリウム(Ga)とV族元素である砒
素(As)とから構成される化合物半導体は、従来広く用
いられているシリコン(Si)に比べて結晶内での電子の
移動速度が速く、光デバイスや電子デバイスへの応用が
注目されている。
(Prior Art) A compound semiconductor composed of gallium (Ga) which is a group III element and arsenic (As) which is a group V element has a higher crystallinity than that of silicon (Si) which has been widely used in the past. The movement speed of electrons is high, and its application to optical devices and electronic devices is drawing attention.

このような種々のデバイスの作製に用いられる化合物
半導体基板として、現在では、単結晶Si基板上に単結晶
のGaAsを気相成長させることが広く成されている。これ
は、化合物半導体のみから成るバルクを短時間で大量に
得ることが難しいためである。
As a compound semiconductor substrate used for manufacturing such various devices, vapor-phase growth of single-crystal GaAs on a single-crystal Si substrate has been widely performed at present. This is because it is difficult to obtain a large amount of bulk made of only compound semiconductors in a short time.

しかしながら、単結晶GaAsの格子定数は、単結晶Siの
格子定数に比べて約4(%)大きく、格子不整合を生ず
る。これがため、単結晶Si基板の表面に単結晶GaAsを、
直接、被着成長させる場合、当該単結晶GaAsの結晶欠陥
密度(Etch Pit Density:EPD)が大きくなり、優れた特
性を有するデバイスを得ることが難しい。
However, the lattice constant of single-crystal GaAs is about 4 (%) larger than the lattice constant of single-crystal Si, resulting in lattice mismatch. For this reason, single crystal GaAs on the surface of the single crystal Si substrate,
When the deposition is directly performed, the crystal defect density (Etch Pit Density: EPD) of the single crystal GaAs becomes large, and it is difficult to obtain a device having excellent characteristics.

このようなEPDの小さい化合物半導体基板を得る技術
として、例えば文献I:“Journal of Crystal Growth
(ジャーナル オブ クリスタルグロース)”(Vol.7
7,第490〜497頁,1986年発行)に開示されるように、単
結晶Si基板の表面に、例えばアモルファス状態または多
結晶状態、或いはこれら2つの状態が混在するGaAsから
成るバッファ層を低温プロセスで被着させた後、このa-
GaAsバッファ層の表面に高温プロセスで単結晶GaAsを被
着成長させる技術が知られている。尚、以下の説明の理
解を容易とする目的で、結晶がアモルファス状態または
多結晶状態、或いはこれら2つの状態が混在するガリウ
ム砒素をa-GaAsとして包括的に表わし、単結晶状態のガ
リウム砒素をGaAsとして、夫々、表わすこととする。
As a technique for obtaining such a compound semiconductor substrate having a small EPD, for example, Document I: “Journal of Crystal Growth”
(Journal of Crystal Growth) ”(Vol.7
7, 490-497, published in 1986), a buffer layer made of, for example, an amorphous state or a polycrystalline state, or a GaAs in which these two states are mixed is formed at a low temperature on the surface of a single crystal Si substrate. After depositing in the process, this a-
A technique for depositing and growing single crystal GaAs on the surface of the GaAs buffer layer by a high temperature process is known. For the purpose of facilitating the understanding of the following description, gallium arsenide in which the crystal is in an amorphous state, a polycrystalline state, or a mixture of these two states is comprehensively represented as a-GaAs, and gallium arsenide in a single crystal state is referred to as Each of them is represented as GaAs.

以下、図面を参照して、上述した文献Iに開示される
技術につき説明する。
Hereinafter, the technique disclosed in the above-mentioned document I will be described with reference to the drawings.

第3図は、上述した文献に開示される技術を説明する
ため、化合物半導体基板の模式的な概略断面により示す
説明図である。図中、11はシリコン(Si)から成り、
(100)面を有する基板、13はa-GaAsバッファ層、15は
単結晶状態を有するGaAs層である。また、断面を示すハ
ッチングは一部省略する。
FIG. 3 is an explanatory view showing a schematic cross section of a compound semiconductor substrate for explaining the technique disclosed in the above-mentioned document. In the figure, 11 is made of silicon (Si),
A substrate having a (100) plane, 13 is an a-GaAs buffer layer, and 15 is a GaAs layer having a single crystal state. Further, some hatching showing the cross section is omitted.

まず始めに、上述した基板11を用意し、例えばフッ素
(HF)を用いて、基板表面に形成された自然酸化膜を除
去する。
First, the substrate 11 described above is prepared, and the natural oxide film formed on the substrate surface is removed using, for example, fluorine (HF).

続いて、減圧MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor
Deposition:有機金属化学気相成長)装置の反応管内
に、上述した基板11を装填する。然る後、この反応管を
90〜100(Torr)の圧力にまで減圧し、続いて、アルシ
ン(AsH3)と水素(H2)とから成る混合ガスを導入す
る。この混合ガス雰囲気中、約900(℃)以上の温度で
加熱処理して、基板11の表面を清浄化する。
Next, low pressure MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor
The above-mentioned substrate 11 is loaded into the reaction tube of a Deposition (organic metal chemical vapor deposition) apparatus. After that, this reaction tube
The pressure is reduced to 90 to 100 (Torr), and then a mixed gas of arsine (AsH 3 ) and hydrogen (H 2 ) is introduced. In this mixed gas atmosphere, heat treatment is performed at a temperature of about 900 (° C.) or higher to clean the surface of the substrate 11.

このような処理を行なった後、バッファ層の形成を行
なう。この文献に開示される技術の場合、ガリウムの原
料としてトリメチルガリウム(Ga(CH3)3:TMG)、及び砒
素の原料としてAsH3を用い、MOCVD法により450(℃)以
下の低温で、200(Å)以下の膜厚を以ってa-GaAs層13
を被着させる。
After performing such processing, a buffer layer is formed. In the case of the technology disclosed in this document, trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 : TMG) is used as a raw material of gallium, and AsH 3 is used as a raw material of arsenic. (Å) a-GaAs layer 13 with the following film thickness
Put on.

続いて、上述した積層状態を有する基板11を加熱して
650〜750(℃)の範囲内の比較的高い温度条件にまで昇
温させ、原料ガス(TMG及びAsH3)を用いてGaAs層15を
被着成長させて化合物半導体基板が得られる。
Subsequently, the substrate 11 having the above-mentioned laminated state is heated.
The compound semiconductor substrate is obtained by raising the temperature to a relatively high temperature condition within the range of 650 to 750 (° C.) and depositing and growing the GaAs layer 15 using the source gas (TMG and AsH 3 ).

このように、a-GaAsバッファ層を介してSi基板上にGa
Asを被着成長せしめる技術は、通常、二段階成長法と呼
ばれる。この方法の原理によれば、高温で単結晶層(Ga
As層15)を被着成長させることにより、当該層の成長の
間、下層側に被着されているバッファ層(a-GaAs層13)
の一部分が単結晶状態に再配列(転移)して、単結晶シ
リコンと単結晶ガリウム砒素との間の格子定数の不整合
を緩和する。尚、第3図においては、製造工程に応じた
積層関係を図示しているに過ぎず、得られた化合物半導
体基板の積層状態を示すものではないことを理解された
い。
In this way, Ga is deposited on the Si substrate through the a-GaAs buffer layer.
The technique for depositing As is generally called a two-step growth method. According to the principle of this method, a single crystal layer (Ga
A buffer layer (a-GaAs layer 13) deposited on the lower layer side during the growth of the As layer 15) by deposition.
Partially rearranges (transposes) into a single crystal state, and alleviates the lattice constant mismatch between single crystal silicon and single crystal gallium arsenide. It should be understood that FIG. 3 only shows the stacking relationship according to the manufacturing process and does not show the stacking state of the obtained compound semiconductor substrate.

上述した技術により得られた化合物半導体基板は、Si
基板の表面にGaAs層を、直接、被着成長させる場合に比
べてGaAs層表面のEPDを小さくすることができ、a-GaAs
層13の表面に被着成長せしめられたGaAs層15の膜厚を大
きくする程、当該EPD低減の程度は大きくなる。
The compound semiconductor substrate obtained by the above-mentioned technique is Si
The EPD on the surface of the GaAs layer can be made smaller than when the GaAs layer is directly grown on the surface of the substrate.
The greater the thickness of the GaAs layer 15 deposited and grown on the surface of the layer 13, the greater the degree of EPD reduction.

(発明が解決しようとする課題) 上述した説明からも理解できるように、バッファ層を
介して単結晶状態のガリウム砒素層の膜厚を大きく採る
ことにより、EPDの低減を図ることが可能である。しか
しながら、上述した従来の化合物である。しかしなが
ら、上述した従来の化合物半導体基板の形成方法では、
単結晶シリコンと単結晶ガリウム砒素との間の熱膨張率
の差が大きい。これがため、GaAs層の膜厚を大きくして
化合物半導体基板を形成した場合、室温下で基板を採り
出すと「そり」を生じる。例えば、第3図を参照して説
明した各層の被着条件下、約4〜5(μm)以上の膜厚
で単結晶のガリウム砒素層を被着成長させた場合、当該
層にクラックが発生し、格子欠陥密度(EPD)の向上を
充分に行なうことができないという問題点が有った。
(Problems to be Solved by the Invention) As can be understood from the above description, it is possible to reduce the EPD by increasing the thickness of the gallium arsenide layer in the single crystal state via the buffer layer. . However, it is the conventional compound described above. However, in the above-described conventional method for forming a compound semiconductor substrate,
The difference in the coefficient of thermal expansion between single crystal silicon and single crystal gallium arsenide is large. Therefore, when the compound semiconductor substrate is formed by increasing the thickness of the GaAs layer, “warpage” occurs when the substrate is taken out at room temperature. For example, when a single-crystal gallium arsenide layer is grown to a thickness of about 4 to 5 (μm) or more under the deposition conditions of each layer described with reference to FIG. 3, cracks occur in the layer. However, there is a problem that the lattice defect density (EPD) cannot be sufficiently improved.

この発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、EP
Dの低減を図るために単結晶状態のガリウム砒素を大き
な膜厚で被着成長させても、基板の「そり」によるクラ
ック発生を回避することが可能な化合物半導体基板の製
造方法を提供し、以って、優れた特性を有する種々のデ
バイスを作製し得る化合物半導体基板を簡単かつ容易に
提供することに有る。
In view of the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is EP
Provided is a compound semiconductor substrate manufacturing method capable of avoiding the occurrence of cracks due to "warpage" of the substrate even when single-crystal gallium arsenide is grown to a large thickness in order to reduce D. Thus, it is possible to simply and easily provide a compound semiconductor substrate capable of producing various devices having excellent characteristics.

(課題を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この出願の第一発明に係
る化合物半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコ
ン(Si)基板の表面に、バッファ層を被着させ、このバ
ッファ層の表面に単結晶ガリウム砒素(GaAs)層を高温
で被着成長させて化合物半導体基板を製造するに当り、 上述したバッファ層の被着を、 前述の単結晶シリコン基板の表面から、第一ガリウム
砒素バッファ層、インジウムリン(InP)バッファ層及
び第二ガリウム砒素バッファ層を、順次、被着させる工
程を経て行なう ことを特徴としている。
(Means for Solving the Problem) In order to achieve this object, according to the compound semiconductor substrate manufacturing method of the first invention of this application, a buffer layer is formed on the surface of a single crystal silicon (Si) substrate. In order to manufacture a compound semiconductor substrate by depositing and growing a single crystal gallium arsenide (GaAs) layer on the surface of this buffer layer at a high temperature, the above-mentioned deposition of the buffer layer is The method is characterized in that the first gallium arsenide buffer layer, the indium phosphide (InP) buffer layer, and the second gallium arsenide buffer layer are sequentially deposited from the surface.

また、この出願の第二発明に係る化合物半導体基板の
製造方法によれば、単結晶シリコン(Si)基板の表面
に、バッファ層を被着させ、該バッファ層の表面に単結
晶ガリウム砒素(GaAs)層を高温で被着成長させて化合
物半導体基板を製造するに当り、 上述したバッファ層の被着を、 前述したシリコン基板の表面から、第一ガリウム砒素
バッファ層、インジウムリン(InP)バッファ層を、順
次、被着させて第一のバッファ層を形成する工程と、 上述した第一のバッファ層の表面に単結晶インジウム
リン層を高温で被着成長させる工程と、 前述した単結晶インジウムリン層の表面に第二ガリウ
ム砒素バッファ層を被着させて第二のバッファ層を形成
する工程と を経て行なう ことを特徴としている。
Further, according to the method for manufacturing a compound semiconductor substrate in the second invention of this application, a buffer layer is deposited on the surface of a single crystal silicon (Si) substrate, and the surface of the buffer layer is made of single crystal gallium arsenide (GaAs). ) Layer is grown at a high temperature to manufacture a compound semiconductor substrate, the above-mentioned buffer layer is deposited from the surface of the above-mentioned silicon substrate to the first gallium arsenide buffer layer and the indium phosphide (InP) buffer layer. Sequentially depositing to form a first buffer layer, a step of depositing and growing a single crystal indium phosphide layer on the surface of the first buffer layer at a high temperature, and the single crystal indium phosphide described above. The step of depositing a second gallium arsenide buffer layer on the surface of the layer to form the second buffer layer is performed.

(作用) この出願に係る化合物半導体基板の製造方法では、単
結晶シリコンの熱膨張係数αSi、単結晶ガリウム砒素の
熱膨張係数αGaAs及び単結晶インジウムリンの熱膨張係
数αInPが αGaAs>αInP>αSi の関係に有ることを利用している。
(Operation) In the method for manufacturing a compound semiconductor substrate according to this application, the thermal expansion coefficient α Si of single crystal silicon , the thermal expansion coefficient α GaAs of single crystal gallium arsenide, and the thermal expansion coefficient α InP of single crystal indium phosphide are α GaAs > It is based on the fact that α InP > α Si .

まず、この出願の第一発明に係る製造方法によれば、
シリコン基板の表面に、前述した3層から成るバッファ
層を被着した後、高温で単結晶ガリウム砒素層を被着成
長せしめる構成となっている。これがため、前述した二
段階成長法を1回だけ適用する。
First, according to the manufacturing method of the first invention of this application,
After the buffer layer consisting of the above-mentioned three layers is deposited on the surface of the silicon substrate, a single crystal gallium arsenide layer is deposited and grown at a high temperature. For this reason, the above-described two-step growth method is applied only once.

また、この出願の第二発明に係る方法によれば、ま
ず、シリコン基板の表面に、前述した2層から成る第一
のバッファ層を被着した後、高温で単結晶インジウムリ
ン層を被着成長させる。このような1回目の二段階成長
法に続いて、当該単結晶インジウムリン層の表面に、第
二ガリウム砒素バッファ層から成る第二のバッファ層を
被着させ、2回目の二段階成長法を適用して単結晶ガリ
ウム砒素層を被着成長させる構成となっている。
Further, according to the method of the second invention of this application, first, the first buffer layer consisting of the above-mentioned two layers is deposited on the surface of the silicon substrate, and then the single crystal indium phosphide layer is deposited at a high temperature. Grow. Following such a first two-step growth method, a second buffer layer composed of a second gallium arsenide buffer layer is deposited on the surface of the single crystal indium phosphide layer, and a second two-step growth method is performed. When applied, a single crystal gallium arsenide layer is deposited and grown.

従って、この出願に係る方法では、バッファ層として
インジウムリンを含む構成で化合物半導体基板を製造す
ることによって、シリコンとガリウム砒素との間に生ず
るストレス(応力)を、これら2つの物質の熱膨張係数
の中間の値を熱膨張係数として有するインジウムリンが
緩和するように作用させ、クラック発生の原因となる基
板の「そり」を低減することができる。
Therefore, in the method according to this application, the stress (stress) generated between silicon and gallium arsenide is reduced by manufacturing the compound semiconductor substrate with a structure containing indium phosphide as the buffer layer, so that the thermal expansion coefficient of these two substances is reduced. The indium phosphide having an intermediate value of (3) as a coefficient of thermal expansion is caused to act so as to reduce the “warpage” of the substrate which causes cracks.

(実施例) 以下、図面を参照して、この出願に係る発明の実施例
につき説明する。尚、以下の実施例においては、発明の
理解を容易とするため、特定の条件を例示して説明する
が、この発明は、これら特定の条件にのみ限定されるも
のではない。また、以下の実施例では、バッファ層を構
成する化合物が、従来技術で説明したのと同様に、結晶
がアモルファス状態または多結晶状態、或いはこれら2
つの状態が混在するガリウム砒素をa-GaAsとし、単結晶
状態のガリウム砒素をGaAsとして、夫々、表わすと共
に、アモルファス状態または多結晶状態、或いはこれら
2つの状態が混在するインジウムリンをa-InPとし、単
結晶状態のインジウムリンをInPとして説明する。さら
に、以下の説明では第一発明に係る方法を第一実施例と
して説明した後、第二発明に係る方法を第二実施例によ
り説明することとする。
(Embodiment) An embodiment of the invention according to this application will be described below with reference to the drawings. In addition, in the following examples, in order to facilitate understanding of the invention, specific conditions are illustrated and described, but the invention is not limited to these specific conditions. Further, in the following examples, the compound constituting the buffer layer has the crystal in the amorphous state or the polycrystalline state, or these two, as described in the prior art.
The gallium arsenide in which the two states are mixed is referred to as a-GaAs, the gallium arsenide in the single crystal state is referred to as GaAs, and the indium phosphorus in the amorphous state or the polycrystalline state or a mixture of these two states is referred to as the a-InP. , Indium phosphide in a single crystal state will be described as InP. Further, in the following description, the method according to the first invention will be described as the first embodiment, and then the method according to the second invention will be described with the second embodiment.

第一実施例 第1図は、第一発明の実施例を説明するため、第3図
と同様に、化合物半導体基板の模式的な概略断面により
示す説明図である。尚、前述した第3図と同様に、この
図は製造工程に応じた積層関係を図示するものであっ
て、得られた化合物半導体基板の積層状態を示すもので
はないことを理解されたい。
First Embodiment FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic cross section of a compound semiconductor substrate, similar to FIG. 3, for explaining an embodiment of the first invention. It should be understood that, like FIG. 3 described above, this figure illustrates the stacking relationship according to the manufacturing process, and does not show the stacking state of the obtained compound semiconductor substrate.

従来技術として説明した手順により、前述した(10
0)面を有し、シリコンから成る基板11の表面に形成さ
れた自然酸化膜を除去した後、減圧MOCVD装置の反応管
内に、当該基板11を装填し、当該反応管を90〜100(Tor
r)の圧力にまで減圧する。然る後、AsH3とH2とから成
る混合ガスを反応管内導入し、約900(℃)以上の温度
で加熱処理して、基板11の表面を清浄化する。
According to the procedure described as the prior art, the above (10
After removing the native oxide film formed on the surface of the substrate 11 made of silicon having a (0) surface, the substrate 11 is loaded into the reaction tube of the low pressure MOCVD apparatus, and the reaction tube is heated to 90 to 100 (Tor).
Reduce the pressure to r). Then, a mixed gas of AsH 3 and H 2 is introduced into the reaction tube, and heat treatment is performed at a temperature of about 900 (° C.) or higher to clean the surface of the substrate 11.

このような処理を行なった後、450(℃)以下の低温
で200(Å)以下の膜厚を以って、第一ガリウム砒素バ
ッファ層に相当するa-GaAs層17を被着させる。
After such treatment, an a-GaAs layer 17 corresponding to the first gallium arsenide buffer layer is deposited at a low temperature of 450 (° C.) or lower and a film thickness of 200 (Å) or lower.

次に、上述したa-GaAs層17の表面に、約300〜550
(℃)の範囲内の所定の温度で、200(Å)以下の膜厚
を以ってa-InP層19を被着する。このa-InP層19はインジ
ウムリンバッファ層に相当するものであり、この実施例
では、例えば文献II:「第35回応用物理関係連合講演会
予稿集」(第213頁,講演番号28a−Z−1,1988年)に開
示される被着条件によって、当該a-InP層19を被着し
た。即ち、原料ガスにトリメチルインジウム(In(C
H3)3:TMI)とホスフィン(PH3)とを用い、これら2つ
の原料ガスのモル比([PH3]/[In(CH3)3])を約500とし
て、MOCVD法により平坦なa-InP層19を被着させた。
Then, on the surface of the a-GaAs layer 17 described above, about 300-550.
The a-InP layer 19 is deposited with a film thickness of 200 (Å) or less at a predetermined temperature within the range of (° C.). This a-InP layer 19 corresponds to an indium phosphide buffer layer, and in this embodiment, for example, Reference II: "Proceedings of the 35th Applied Physics Association Joint Lecture Meeting" (Page 213, Lecture No. 28a-Z). −1, 1988), the a-InP layer 19 was deposited under the deposition conditions disclosed in US Pat. That is, trimethyl indium (In (C
H 3 ) 3 : TMI) and phosphine (PH 3 ) are used, and the molar ratio of these two source gases ([PH 3 ] / [In (CH 3 ) 3 ]) is set to about 500, and flatness is obtained by the MOCVD method. The a-InP layer 19 was deposited.

続いて、このa-InP層19の表面に、第二ガリウム砒素
バッファ層に相当するa-GaAs層21を被着させる。このa-
GaAs層21の被着に当っては、前述したa-GaAs層17と同様
な被着条件によって行なった。
Subsequently, an a-GaAs layer 21 corresponding to the second gallium arsenide buffer layer is deposited on the surface of the a-InP layer 19. This a-
The deposition of the GaAs layer 21 was performed under the same deposition conditions as for the a-GaAs layer 17 described above.

このようにして、基板11の表面から、a-GaAs層17、a-
InP層19及びa-GaAs層21を、順次、被着させてバッファ
層23を形成した後、従来と同様に650〜750(℃)の範囲
内の比較的高い温度条件にまで昇温させる。然る後、原
料ガス(TMG及びAsH3)を用いてGaAs層25を成長させ、
化合物半導体基板が得られる。
In this way, the a-GaAs layer 17, a-
After the InP layer 19 and the a-GaAs layer 21 are sequentially deposited to form the buffer layer 23, the temperature is raised to a relatively high temperature condition within the range of 650 to 750 (° C.) as in the conventional case. After that, the GaAs layer 25 is grown using the source gas (TMG and AsH 3 ),
A compound semiconductor substrate is obtained.

上述した工程を経て、単結晶ガリウムから有るGaAs層
25を約4(μm)の膜厚で被着させたところ、基板の
「そり」を低減することによってクラックの発生を防ぐ
ことができ、格子欠陥密度(EPD)の低い化合物半導体
基板が得られた。
A GaAs layer made of single-crystal gallium through the above steps
By depositing 25 with a film thickness of about 4 (μm), it is possible to prevent the occurrence of cracks by reducing the "warpage" of the substrate, and obtain a compound semiconductor substrate with a low lattice defect density (EPD). It was

第二実施例 次に、この出願の第二発明に係る第二実施例につき、
第一実施例と同様に図面を参照して説明する。
Second Embodiment Next, regarding a second embodiment according to the second invention of this application,
Similar to the first embodiment, description will be made with reference to the drawings.

第2図は、第二発明の実施例を説明するため、第1図
及び第3図と同様に、化合物半導体基板の模式的な概略
断面により示す説明図であり、前述したように、製造工
程に応じた積層関係についてのみ図示してある。
FIG. 2 is an explanatory view showing a schematic cross section of a compound semiconductor substrate, similar to FIGS. 1 and 3, for explaining the embodiment of the second invention. Only the stacking relationship according to is illustrated.

まず始めに、既に説明した手順により、基板11の(10
0)面に形成された自然酸化膜を除去した後、減圧MOCVD
装置の反応管内に、当該基板11を装填して、90〜100(T
orr)の圧力にまで減圧する。然る後、AsH3とH2とから
成る混合ガスを用い、約900(℃)以上の温度で基板11
の表面を清浄化する。
First, the (10
After removing the native oxide film formed on the (0) surface, low pressure MOCVD is performed.
The substrate 11 is loaded into the reaction tube of the device, and 90 to 100 (T
orr). Then, using a mixed gas of AsH 3 and H 2 , the substrate 11 was heated at a temperature of about 900 (° C) or higher.
Clean the surface of.

この清浄化処理の後、450(℃)以下の低温で200
(Å)以下の膜厚を以って、第一ガリウム砒素バッファ
層に相当するa-GaAs層27を被着させる。
After this cleaning treatment, 200 at a low temperature of 450 (℃) or less
(Å) An a-GaAs layer 27 corresponding to the first gallium arsenide buffer layer is deposited with the following film thickness.

次に、上述したa-GaAs層27の表面に、前述した第一実
施例のa-InP層19と同様に、約300〜550(℃)の範囲内
の所定で、200(Å)以下の膜厚を以ってa-InP層29を被
着する。
Next, on the surface of the a-GaAs layer 27 described above, similarly to the a-InP layer 19 of the first embodiment described above, a predetermined value within the range of about 300 to 550 (° C.) and 200 (Å) or less. An a-InP layer 29 is deposited with a film thickness.

上述したように、基板11の表面にa-GaAs層27とa-InP
層29とを順次被着することにより、第一のバッファ層31
が形成される。
As described above, the a-GaAs layer 27 and the a-InP are formed on the surface of the substrate 11.
By sequentially depositing layers 29 and 29, the first buffer layer 31
Is formed.

次に、上述した第一のバッファ層31の表面に、約600
〜650(℃)の範囲内の、比較的高い温度でInP(単結晶
インジウムリン)層33を被着成長させる。このInP層33
は、前述したPH3とTMIとのモル比([PH3]/[In(CH3)3])を
約100として、MOCVD技術により1(μm)程度の膜厚に
まで被着成長させた。
Next, on the surface of the first buffer layer 31 described above, about 600
The InP (single crystal indium phosphide) layer 33 is deposited and grown at a relatively high temperature within the range of ˜650 (° C.). This InP layer 33
Was grown by MOCVD technology to a film thickness of about 1 (μm) with the above-mentioned molar ratio of PH 3 and TMI ([PH 3 ] / [In (CH 3 ) 3 ]) being about 100. .

従来知られているように、InPの格子定数はGaAsの格
子定数に比して約8(%)大きい。従って、この出願の
第二発明に係る方法では、上述した第一のバッファ層31
を被着した後、当該層31の表面に高温でInP層33を被着
成長させた。
As is conventionally known, the lattice constant of InP is about 8 (%) larger than that of GaAs. Therefore, in the method according to the second invention of this application, the above-mentioned first buffer layer 31
Then, the InP layer 33 was grown on the surface of the layer 31 at a high temperature.

続いて、前述したa-GaAs層27と同様な被着条件で、上
述したInP層33の表面に、第二ガリウム砒素バッファ層
に相当するa-GaAs層35を被着させることによって、第二
のバッファ層の形成を行なう。然る後、650〜750(℃)
の範囲内の比較的高い温度条件にまで昇温させ、TMG及
びAsH3を用いてGaAs層37を被着成長させ、化合物半導体
基板が得られる。
Then, under the same deposition conditions as for the a-GaAs layer 27 described above, by depositing the a-GaAs layer 35 corresponding to the second gallium arsenide buffer layer on the surface of the InP layer 33 described above, The buffer layer is formed. After that, 650-750 (℃)
The temperature is raised to a relatively high temperature condition within the range of, and the GaAs layer 37 is grown using TMG and AsH 3 to obtain a compound semiconductor substrate.

この第二実施例でも、単結晶ガリウムから成るGaAs層
35の膜厚を約4(μm)として被着しこところ、基板の
「そり」を低減することによりクラックの発生を回避
し、格子欠陥密度(EPD)が低い化合物半導体基板を得
ることができた。
Also in this second embodiment, the GaAs layer made of single crystal gallium
By depositing 35 with a film thickness of about 4 (μm), the occurrence of cracks can be avoided by reducing the warpage of the substrate, and a compound semiconductor substrate with a low lattice defect density (EPD) can be obtained. It was

以上、この出願に係る発明の実施例につき詳細に説明
したが、この発明は、これら実施例にのみ限定されるも
のではないこと明らかである。
Although the embodiments of the invention according to this application have been described in detail above, it is obvious that the invention is not limited to these embodiments.

例えば上述した実施例では、アモルファス状態または
単結晶状態の化合物半導体基板を被着させる技術とし
て、III族元素のメチル化化合物から成る原料ガスを用
いて有機金属化学気相成長法を利用した場合につき例示
して説明した。
For example, in the above-described embodiment, as a technique for depositing a compound semiconductor substrate in an amorphous state or a single crystal state, a case where a metalorganic chemical vapor deposition method using a source gas composed of a methylated compound of a Group III element is used is described. The example has been described.

しかしながら、この出願に係る発明は、このような被
着技術によってのみ効果が得られるものではなく、上述
したメチル化化合物の代わりに、例えばトリエチルガリ
ウム(Ga(C2H5)3)またはトリエチルインジウム(In(C2H5)
3)のようなIII族元素のエチル化化合物を用いても良
い。
However, the invention according to this application is not obtained only by such a deposition technique, and instead of the above-mentioned methylated compound, for example, triethylgallium (Ga (C 2 H 5 ) 3 ) or triethylindium is used. (In (C 2 H 5 )
An ethylated compound of Group III element such as 3 ) may be used.

また、上述した有機金属化学気相成長法の代わりに、
分子線エピタキシャル(Molecular Beam Epitaxy:MBE)
法を利用して実施することもできる。
Further, instead of the above-described metalorganic chemical vapor deposition method,
Molecular Beam Epitaxy (MBE)
It can also be implemented using the law.

これら材料、膜厚及び温度といった各構成成分の被着
に関する数値的条件、またはその他の条件は、この出願
に係る発明の目的の範囲内で、任意好適な設計の変更及
び変形を行ない得ること明らかである。
It is clear that the numerical conditions relating to the deposition of the respective constituents such as these materials, the film thickness and the temperature, or other conditions can be arbitrarily modified and modified within the scope of the object of the invention according to this application. Is.

(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この出願に係る
化合物半導体基板の製造方法によれば、単結晶シリコン
の熱膨張係数αSi、単結晶ガリウム砒素の熱膨張係数α
GaAs及び単結晶インジウムリンの熱膨張係数αInPが αGaAs>αInP>αSi の関係に有ることを利用し、バッファ層としてインジウ
ムリンを含む構成で化合物半導体基板を製造することに
よって、シリコンとガリウム砒素との間に生ずるストレ
ス(応力)を、これら2つの物質の中間の値として熱膨
張係数を有するインジウムリンが緩和するように作用さ
せ、クラック発生の原因となる基板の「そり」を低減す
ることができる。
(Effects of the Invention) As is apparent from the above description, according to the method of manufacturing a compound semiconductor substrate according to this application, the thermal expansion coefficient α Si of single crystal silicon and the thermal expansion coefficient α of single crystal gallium arsenide are
Taking advantage of the fact that the thermal expansion coefficient α InP of GaAs and single crystal indium phosphorus is α GaAs > α InP > α Si , by manufacturing a compound semiconductor substrate with a configuration containing indium phosphorus as a buffer layer, Indium phosphide, which has a coefficient of thermal expansion as an intermediate value between these two substances, acts to relax the stress generated between the gallium arsenide and the material, and reduces the warpage of the substrate that causes cracks. can do.

これがため、格子欠陥密度(EPD)の向上を図る目的
で充分な膜厚を以って単結晶ガリウム砒素を成長させた
場合であっても、クラックを回避することが可能とな
る。
Therefore, even when the single crystal gallium arsenide is grown with a sufficient film thickness for the purpose of improving the lattice defect density (EPD), cracks can be avoided.

従って、EPDが小さな化合物半導体基板を簡単かつ容
易に製造することができ、延いては、優れた特性を有す
る種々のデバイスを安価に提供することが可能となる。
Therefore, a compound semiconductor substrate having a small EPD can be easily and easily manufactured, and in turn, various devices having excellent characteristics can be provided at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、この出願の第一発明に係る方法の実施例を説
明するため、模式的な基板断面により示す説明図、 第2図は、この出願の第二発明に係る方法の実施例を説
明するため、模式的な基板断面により示す説明図、 第3図は、従来技術を説明するため、模式的な基板断面
により示す説明図である。 11……基板(単結晶シリコン) 13,27……a-GaAs(第一ガリウム砒素バッファ)層 15,25,37……GaAs(単結晶ガリウム砒素)層 17……a-GaAs(第一ガリウム砒素バッファ)層 19,29……a-InP(インジウムリンバッファ)層 21……a-GaAs(第二ガリウム砒素バッファ)層 23……バッファ層31 ……第一のバッファ層 33……InP(単結晶インジウムリン)層 35……a-GaAs(第二ガリウム砒素バッファ(第二のバッ
ファ))層。
FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic substrate cross section for explaining an embodiment of the method according to the first invention of this application, and FIG. 2 is an embodiment of the method according to the second invention of this application. For the purpose of explanation, an explanatory view is shown with a schematic substrate cross section, and FIG. 3 is an explanatory view with a schematic substrate cross section for explaining the conventional technique. 11 …… Substrate (single crystal silicon) 13,27 …… a-GaAs (first gallium arsenide buffer) layer 15,25,37 …… GaAs (single crystal gallium arsenide) layer 17 …… a-GaAs (first gallium gallium) Arsenic buffer) layer 19,29 …… a-InP (indium phosphide buffer) layer 21 …… a-GaAs (second gallium arsenide buffer) layer 23 …… buffer layer 31 …… first buffer layer 33 …… InP ( Single crystal indium phosphide) layer 35 ... a-GaAs (second gallium arsenide buffer (second buffer)) layer.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】単結晶シリコン(Si)基板の表面に、バッ
ファ層を被着させ、該バッファ層の表面に単結晶ガリウ
ム砒素(GaAs)層を高温で被着成長させて化合物半導体
基板を製造するに当り、 前記バッファ層の被着を、 前記単結晶シリコン基板の表面から、第一ガリウム砒素
バッファ層、インジウムリン(InP)バッファ層及び第
二ガリウム砒素バッファ層を、順次、被着させる工程 を経て行なう ことを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。
1. A compound semiconductor substrate is manufactured by depositing a buffer layer on the surface of a single crystal silicon (Si) substrate, and depositing and growing a single crystal gallium arsenide (GaAs) layer on the surface of the buffer layer at a high temperature. In doing so, the buffer layer is deposited by sequentially depositing a first gallium arsenide buffer layer, an indium phosphide (InP) buffer layer, and a second gallium arsenide buffer layer from the surface of the single crystal silicon substrate. A method of manufacturing a compound semiconductor substrate, comprising:
【請求項2】単結晶シリコン(Si)基板の表面に、バッ
ファ層を被着させ、該バッファ層の表面に単結晶ガリウ
ム砒素(GaAs)層を高温で被着成長させて化合物半導体
基板を製造するに当り、 前記バッファ層の被着を、 前記シリコン基板の表面から、第一ガリウム砒素バッフ
ァ層、インジウムリン(InP)バッファ層を、順次、被
着させて第一のバッファ層を形成する工程と、 前記第一のバッファ層の表面に単結晶インジウムリン層
を高温で被着成長させる工程と、 前記単結晶インジウムリン層の表面に第二ガリウム砒素
バッファ層を被着させて第二のバッファ層を形成する工
程と を経て行なう ことを特徴とする化合物半導体基板の製造方法。
2. A compound semiconductor substrate is manufactured by depositing a buffer layer on a surface of a single crystal silicon (Si) substrate, and depositing and growing a single crystal gallium arsenide (GaAs) layer on the surface of the buffer layer at a high temperature. In doing so, depositing the buffer layer, and sequentially depositing a first gallium arsenide buffer layer and an indium phosphide (InP) buffer layer from the surface of the silicon substrate to form a first buffer layer. A step of depositing and growing a single crystal indium phosphide layer on the surface of the first buffer layer at a high temperature, and a second gallium arsenide buffer layer deposited on the surface of the single crystal indium phosphide layer to form a second buffer. A method of manufacturing a compound semiconductor substrate, comprising: performing a step of forming a layer.
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