JP3438116B2 - Compound semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Compound semiconductor device and method of manufacturing the same

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体装置及びそ
の製造方法に関するものであり、特に、IV族半導体基
板上に設けた化合物半導体装置、特に、III-V族化合物
半導体装置、及び、それに用いる化合物半導体薄膜を形
成するためのヘテロエピタキシャル成長方法に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a compound semiconductor device provided on a group IV semiconductor substrate, particularly a group III-V compound semiconductor device, and its use. The present invention relates to a heteroepitaxial growth method for forming a compound semiconductor thin film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高速用半導体装置用、或いは、高
周波用半導体装置用としてGaAs等の電子移動度の大
きなIII-V族化合物半導体が用いられているが、これら
のIII-V族化合物半導体基板は高価であり、且つ、割れ
やすいという欠点がある。
2. Description of the Related Art In recent years, III-V compound semiconductors having a high electron mobility such as GaAs have been used for high-speed semiconductor devices or high-frequency semiconductor devices. These III-V compound semiconductors are used. Substrates are expensive and fragile.

【0003】このような欠点を改善するために、安価
で、且つ、機械的強度の強いシリコン等のIV族半導体
基板上にIII-V族化合物半導体薄膜をヘテロエピタキシ
ャル成長させ、これをIII-V族化合物半導体基板の代わ
りに用いる技術が開発されている(特開昭61−262
16号公報、及び、特開昭61−70715号公報参
照)。
In order to improve such a defect, a group III-V compound semiconductor thin film is heteroepitaxially grown on a group IV semiconductor substrate such as silicon which is inexpensive and has high mechanical strength, and this is grown in a group III-V group. A technique used in place of the compound semiconductor substrate has been developed (Japanese Patent Laid-Open No. 61-262).
16 and Japanese Patent Laid-Open No. 61-70715).

【0004】このようにシリコン基板上にIII-V族化合
物半導体薄膜をヘテロエピタキシャル成長させる場合に
は、シリコンとGaAs等のIII-V族化合物半導体の格
子定数が異なるために、シリコン基板上に成長させたII
I-V族化合物半導体薄膜の結晶性は、引上げ法等により
形成したIII-V族化合物半導体バルク結晶よりも劣って
いるため、成長工程において、或いは、成長工程後にII
I-V族化合物半導体薄膜を900℃程度の温度でアニー
ルして結晶性を改善する必要があった(特開平1−20
612号公報参照)。
When the III-V group compound semiconductor thin film is heteroepitaxially grown on the silicon substrate as described above, since the lattice constants of silicon and the III-V group compound semiconductor such as GaAs are different, the thin film is grown on the silicon substrate. II
Since the crystallinity of the I-V group compound semiconductor thin film is inferior to that of the III-V group compound semiconductor bulk crystal formed by the pulling method or the like, II
It was necessary to anneal the IV compound semiconductor thin film at a temperature of about 900 ° C. to improve the crystallinity (Japanese Patent Laid-Open No. 1-20).
612).

【0005】この従来のヘテロエピタキシャル成長工程
を図5を参照して説明する。 図5参照 シリコン基板8上に、300〜450℃で第1のアンド
ープAlGaAs層4を成長させたのち、500〜65
0℃で第2のアンドープAlGaAs層5を成長させ、
次いで、600〜750℃でアンドープGaAs層6を
成長させる。
This conventional heteroepitaxial growth process will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 5, a first undoped AlGaAs layer 4 is grown on a silicon substrate 8 at 300 to 450 ° C., and then 500 to 65.
Grow the second undoped AlGaAs layer 5 at 0 ° C.,
Then, the undoped GaAs layer 6 is grown at 600 to 750 ° C.

【0006】次いで、900℃でアニールを行って、ア
ンドープGaAs層6の結晶性を改善させたのち、この
アンドープGaAs層6にHEMT(高電子移動度トラ
ンジスタ)、MESFET(ショットキーバリアゲート
電界効果トランジスタ)、或いは、HBT(ヘテロバイ
ポーラトランジスタ)等の高速半導体装置、或いは、高
周波半導体装置を形成していた。
Then, annealing is performed at 900 ° C. to improve the crystallinity of the undoped GaAs layer 6, and then the HEMT (high electron mobility transistor) and MESFET (Schottky barrier gate field effect transistor) are formed on the undoped GaAs layer 6. ) Or a high speed semiconductor device such as an HBT (hetero bipolar transistor) or a high frequency semiconductor device.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、900℃でア
ニールした場合には、IV族半導体基板の構成元素とII
I-V族化合物半導体薄膜の構成元素は互いに相手の導電
型決定不純物として作用するため、各構成元素、特に、
III-V族化合物半導体薄膜のV族元素がシリコン基板に
固相拡散してシリコン基板表面がn型化するという問題
が生じていた。
However, when annealed at 900 ° C., the constituent elements of the group IV semiconductor substrate and II
Since the constituent elements of the I-V group compound semiconductor thin film act as impurities for determining the conductivity type of each other, each constituent element, particularly,
There has been a problem that the group V element of the III-V group compound semiconductor thin film is solid-phase diffused into the silicon substrate and the surface of the silicon substrate becomes n-type.

【0008】このV族元素の固相拡散により、シリコン
基板/III-V族化合物半導体薄膜界面のシート抵抗は数
百Ω/□以下となり、このIII-V族化合物半導体薄膜に
化合物半導体装置を形成した場合にはIV族半導体基板
にもリーク電流が流れて素子特性が悪くなるという問題
や、数GHz以上で使用する高周波半導体装置を設けた
場合には低抵抗化層に起因する寄生容量により動作速度
が遅延するという問題が生じていた。
Due to the solid phase diffusion of the group V element, the sheet resistance at the interface of the silicon substrate / group III-V compound semiconductor thin film becomes several hundreds Ω / □ or less, and a compound semiconductor device is formed on this group III-V compound semiconductor thin film. In such a case, a leak current also flows in the IV group semiconductor substrate to deteriorate the device characteristics, and when a high frequency semiconductor device used at several GHz or more is provided, it operates due to parasitic capacitance due to the resistance lowering layer. There was a problem of slow speed.

【0009】したがって、本発明は、IV族半導体基板
表面の低抵抗化を防ぎ、十分実用に耐え得る高速用、或
いは、高周波用化合物半導体装置を提供することを目的
とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a high-speed or high-frequency compound semiconductor device which can prevent the resistance of the surface of the group IV semiconductor substrate from being lowered and can withstand practical use.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図1を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、化合物半導体装置において、IV族半
導体基板1及び化合物半導体薄膜2の双方において深い
エネルギー準位を形成する不純物を、前記化合物半導体
薄膜を構成する元素であって、前記IV族半導体基板に
対する導電型決定不純物となる元素の拡散を補償できる
濃度以上の濃度で少なくとも表面に含んでいるIV族半
導体基板1上に、化合物半導体薄膜2を設けたことを特
徴とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle configuration of the present invention, and means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG. See FIG. 1 (1) In the compound semiconductor device of the present invention, an impurity forming a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2 is added to the compound semiconductor.
An element constituting a thin film, which is formed on the group IV semiconductor substrate
It is possible to compensate for the diffusion of the element that becomes the conductivity type determining impurity.
It is characterized in that the compound semiconductor thin film 2 is provided on the group IV semiconductor substrate 1 which is contained at least on the surface at a concentration higher than the concentration .

【0011】(2)また、本発明は、化合物半導体装置
において、IV族半導体基板1上にV族構成元素が窒素
であるIII-V族化合物半導体層を設け、このIII-V族化
合物半導体層上に窒素を構成元素として含まない化合物
半導体薄膜2を設けたことを特徴とする。
(2) In the compound semiconductor device according to the present invention, a III-V group compound semiconductor layer in which the V-group constituent element is nitrogen is provided on the IV group semiconductor substrate 1, and the III-V group compound semiconductor layer is provided. A compound semiconductor thin film 2 which does not contain nitrogen as a constituent element is provided thereon.

【0012】(3)また、本発明は、上記(2)におい
て、IV族半導体基板1が、IV族半導体基板及び化合
物半導体薄膜の双方において深いエネルギー準位を形成
する不純物を、前記化合物半導体薄膜を構成する元素で
あって、前記IV族半導体基板に対する導電型決定不純
物となる元素の拡散を補償できる濃度以上の濃度で少な
くとも表面に含んでいることを特徴とする。
(3) In addition, in the present invention, in the above (2), the compound semiconductor thin film may contain impurities that the group IV semiconductor substrate 1 forms a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film. The elements that make up
Therefore, there is an impurity in determining the conductivity type of the group IV semiconductor substrate.
It is characterized in that it is contained on the surface at a concentration of at least a concentration capable of compensating for the diffusion of the element as a substance .

【0013】(4)また、本発明は、上記(3)におい
て、V族構成元素が窒素であるIII-V族化合物半導体層
がGaN、InN、AlN、或いは、これらの混晶のい
ずれかであることを特徴とする。
(4) Further, in the present invention according to the above (3), the III-V compound semiconductor layer in which the V group constituent element is nitrogen is GaN, InN, AlN, or a mixed crystal thereof. It is characterized by being.

【0014】(5)また、本発明は、上記(1)または
(3)において、IV族半導体基板1及び化合物半導体
薄膜2の双方において深いエネルギー準位を形成する不
純物が、遷移金属であることを特徴とする。
(5) Further, according to the present invention, in the above (1) or (3), the impurities forming a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2 are transition metals. Is characterized by.

【0015】(6)また、本発明は、上記(5)におい
て、遷移金属が、Fe、Co、Cr、Ti、または、A
uのいずれかであることを特徴とする。
(6) Further, in the present invention according to the above (5), the transition metal is Fe, Co, Cr, Ti or A.
u is one of the features.

【0016】(7)また、本発明は、上記(1)乃至
(6)において、IV族半導体基板1が、Si、Ge、
または、SiGeのいずれかであることを特徴とする。
(7) Further, according to the present invention, in the above (1) to (6), the group IV semiconductor substrate 1 is made of Si, Ge,
Alternatively, it is characterized by being one of SiGe.

【0017】(8)また、本発明は、上記(1)乃至
(7)において、化合物半導体薄膜2がGaAs、Al
GaAs、または、InGaAsのいずれかであること
を特徴とする。
(8) Further, according to the present invention, in the above (1) to (7), the compound semiconductor thin film 2 is made of GaAs or Al.
It is characterized by being either GaAs or InGaAs.

【0018】(9)また、本発明は、化合物半導体装置
の製造方法において、IV族半導体基板1及び化合物半
導体薄膜2の双方において深いエネルギー準位を形成す
る不純物を、前記化合物半導体薄膜を構成する元素であ
って、前記IV族半導体基板に対する導電型決定不純物
となる元素の拡散を補償できる濃度以上の濃度で少なく
とも表面に含んでいるIV族半導体基板1上に、化合物
半導体薄膜2をヘテロエピタキシャル成長させることを
特徴とする。
(9) In the method of manufacturing a compound semiconductor device according to the present invention, the compound semiconductor thin film is made of impurities forming deep energy levels in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2. Is an element
Thus, a conductivity type determining impurity for the group IV semiconductor substrate
It is characterized in that the compound semiconductor thin film 2 is heteroepitaxially grown on the group IV semiconductor substrate 1 containing at least a concentration higher than the concentration capable of compensating for the diffusion of the element .

【0019】(10)また、本発明は、上記(9)にお
いて、IV族半導体基板1に、IV族半導体基板1及び
化合物半導体薄膜2の双方において深いエネルギー準位
を形成する不純物をイオン注入により導入することを特
徴とする。
(10) Further, according to the present invention, in the above (9), the group IV semiconductor substrate 1 is ion-implanted with an impurity that forms a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2. It is characterized by introducing.

【0020】(11)また、本発明は、上記(9)にお
いて、IV族半導体基板1に、IV族半導体基板1及び
化合物半導体薄膜2の双方において深いエネルギー準位
を形成する不純物を気相拡散により導入することを特徴
とする。
(11) Further, in the present invention according to the above (9), impurities forming a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2 are vapor-phase diffused into the group IV semiconductor substrate 1. It is characterized by being introduced by.

【0021】(12)また、本発明は、上記(9)にお
いて、IV族半導体基板1上に、IV族半導体基板1及
び化合物半導体薄膜2の双方において深いエネルギー準
位を形成する不純物を堆積させ、アニールにより固相拡
散することによって導入することを特徴とする。
(12) Further, according to the present invention, in the above (9), an impurity that forms a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2 is deposited on the group IV semiconductor substrate 1. , And is introduced by solid-phase diffusion by annealing.

【0022】(13)また、本発明は、上記(9)にお
いて、化合物半導体薄膜2が、少なくとも第1のAlG
aAs層、第2のAlGaAs層、及び、GaAs層か
ら構成され、まず、300〜450℃で第1のAlGa
As層を成長させ、次いで、500〜650℃で第2の
AlGaAs層を成長させ、次いで、600〜750℃
でGaAs層を成長させることを特徴とする。
(13) Further, in the present invention according to the above item (9), the compound semiconductor thin film 2 comprises at least the first AlG.
It is composed of an aAs layer, a second AlGaAs layer, and a GaAs layer. First, the first AlGa layer at 300 to 450 ° C.
An As layer is grown, then a second AlGaAs layer is grown at 500-650 ° C, then 600-750 ° C.
Is characterized by growing a GaAs layer.

【0023】[0023]

【作用】IV族半導体基板1及び化合物半導体薄膜2の
双方において深いエネルギー準位を形成する不純物を
前記化合物半導体薄膜を構成する元素であって、前記I
V族半導体基板に対する導電型決定不純物となる元素の
拡散を補償できる濃度以上の濃度で少なくとも表面に含
んでいるIV族半導体基板1を用いることによって、結
晶性改善のためのアニール工程において化合物半導体薄
膜2の構成元素がIV族半導体基板1に固相拡散して
も、この固相拡散した構成元素に起因する電子または正
孔は深いエネルギー準位に捕獲され自由キャリアとなら
ないので、IV族半導体基板1と化合物半導体薄膜2と
の界面近傍の低抵抗化を防止することができる。
[Action] The impurity to form a deep energy levels in both group IV semiconductor substrate 1 and compound semiconductor thin film 2,
The element constituting the compound semiconductor thin film,
Of the element which becomes the conductivity type determining impurity for the group V semiconductor substrate
By using the group IV semiconductor substrate 1 containing at least a concentration that is equal to or higher than the concentration capable of compensating for diffusion, the constituent elements of the compound semiconductor thin film 2 are solid-phased on the group IV semiconductor substrate 1 in the annealing step for improving crystallinity. Even if diffused, the electrons or holes due to the solid-phase diffused constituent elements are trapped in a deep energy level and do not become free carriers. Therefore, low resistance near the interface between the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2 is obtained. Can be prevented.

【0024】また、V族構成元素が窒素であるIII-V族
化合物半導体層は熱的に安定で、且つ、IV族半導体基
板中のNは室温ではキャリアを発生せず、且つ、他の原
子の拡散防止層としても機能するので、IV族半導体基
板1上にV族構成元素が窒素であるIII-V族化合物半導
体層を設けることによって、結晶性改善のためのアニー
ル工程においてIII-V族化合物半導体層或いは化合物半
導体薄膜2の構成元素がIV族半導体基板1に固相拡散
するのを防止することができ、したがって、IV族半導
体基板1表面近傍の低抵抗化を防止することができる。
The group III-V compound semiconductor layer in which the group V constituent element is nitrogen is thermally stable, and N in the group IV semiconductor substrate does not generate carriers at room temperature, and does not contain other atoms. Since it also functions as a diffusion prevention layer of the group III-V compound semiconductor layer having a group V constituent element of nitrogen on the group IV semiconductor substrate 1, the group III-V group semiconductor is used in an annealing process for improving crystallinity. It is possible to prevent the constituent elements of the compound semiconductor layer or the compound semiconductor thin film 2 from solid-phase diffusing into the group IV semiconductor substrate 1, and thus to prevent the resistance near the surface of the group IV semiconductor substrate 1 from being lowered.

【0025】また、IV族半導体基板1上にV族構成元
素が窒素であるIII-V族化合物半導体層を設ける場合に
も、IV族半導体基板1の少なくとも表面にIV族半導
体基板及び化合物半導体薄膜の双方において深いエネル
ギー準位を形成する不純物を、前記化合物半導体薄膜を
構成する元素であって、前記IV族半導体基板に対する
導電型決定不純物となる元素の拡散を補償できる濃度以
上の濃度で含ませることによって、IV族半導体基板1
表面近傍の低抵抗化を確実に防止することができる。
When a III-V group compound semiconductor layer whose group V constituent element is nitrogen is provided on the group IV semiconductor substrate 1, the group IV semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film are formed on at least the surface of the group IV semiconductor substrate 1. the impurity to form a deep energy levels in both, the compound semiconductor thin film
A constituent element for the group IV semiconductor substrate
Below the concentration that can compensate the diffusion of the element that becomes the conductivity type determining impurity
By including the above concentration, the group IV semiconductor substrate 1
It is possible to reliably prevent lowering of resistance near the surface.

【0026】また、V族構成元素が窒素であるIII-V族
化合物半導体層として、GaN、InN、AlN、或い
は、これらの混晶のいずれかを用いることによって、比
較的良好な結晶性を有する拡散防止層を構成することが
できる。
Further, by using either GaN, InN, AlN or a mixed crystal thereof as the III-V group compound semiconductor layer in which the group V constituent element is nitrogen, it has relatively good crystallinity. A diffusion prevention layer can be formed.

【0027】また、IV族半導体基板1及び化合物半導
体薄膜2の双方において深いエネルギー準位を形成する
不純物として、遷移金属を用いることによってシリコン
等のIV族半導体基板1中に深いエネルギー準位を形成
することができる。
Further, by using a transition metal as an impurity that forms a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2, a deep energy level is formed in the group IV semiconductor substrate 1 such as silicon. can do.

【0028】また、遷移金属として、Fe、Co、C
r、Ti、または、Auのいずれかを用いることによっ
てシリコン等のIV族半導体基板1中に確実に深いエネ
ルギー準位を形成することができる。
Further, as transition metals, Fe, Co, C
By using either r, Ti, or Au, a deep energy level can be reliably formed in the group IV semiconductor substrate 1 such as silicon.

【0029】また、IV族半導体基板1として、Si、
Ge、または、SiGeのいずれかを用いることによっ
て、安価で、且つ、機械的強度の高い基板を提供するこ
とができる。
As the group IV semiconductor substrate 1, Si,
By using either Ge or SiGe, it is possible to provide a substrate that is inexpensive and has high mechanical strength.

【0030】また、化合物半導体薄膜2として、GaA
s、AlGaAs、または、InGaAsのいずれかを
用いることによって、実用に供しえる高速半導体装置、
或いは、高周波半導体装置を作製することができる。
As the compound semiconductor thin film 2, GaA is used.
A high-speed semiconductor device that can be put to practical use by using either s, AlGaAs, or InGaAs.
Alternatively, a high frequency semiconductor device can be manufactured.

【0031】また、IV族半導体基板1及び化合物半導
体薄膜2の双方において深いエネルギー準位を形成する
不純物を、前記化合物半導体薄膜を構成する元素であっ
て、前記IV族半導体基板に対する導電型決定不純物と
なる元素の拡散を補償できる濃度以上の濃度で少なくと
も表面に含んでいるIV族半導体基板1上に、化合物半
導体薄膜2をヘテロエピタキシャル成長させることによ
って、結晶性改善のためのアニール工程に伴うIV族半
導体基板1と化合物半導体薄膜2との界面近傍の低抵抗
化を防止することができる。
Impurities that form deep energy levels in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2 are the elements that make up the compound semiconductor thin film.
And a conductivity type determining impurity for the group IV semiconductor substrate.
Annealing for improving the crystallinity by heteroepitaxially growing the compound semiconductor thin film 2 on the group IV semiconductor substrate 1 containing at least a concentration higher than the concentration capable of compensating the diffusion of the element It is possible to prevent lowering of the resistance in the vicinity of the interface between the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2 due to the process.

【0032】また、IV族半導体基板1に、IV族半導
体基板1及び化合物半導体薄膜2の双方において深いエ
ネルギー準位を形成する不純物をイオン注入により導入
することにより、深いエネルギー準位を形成する不純物
の濃度及び深さを精度良く制御することができる。
Impurities that form deep energy levels are introduced into the group IV semiconductor substrate 1 by ion implantation to introduce impurities that form deep energy levels in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2. The concentration and depth of can be controlled with high precision.

【0033】また、IV族半導体基板1に、IV族半導
体基板1及び化合物半導体薄膜2の双方において深いエ
ネルギー準位を形成する不純物を気相拡散により導入す
ることにより、不純物導入工程を簡素化することができ
る。
Further, by introducing into the group IV semiconductor substrate 1 an impurity that forms a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2 by vapor phase diffusion, the impurity introduction step is simplified. be able to.

【0034】また、IV族半導体基板1上に、IV族半
導体基板1及び化合物半導体薄膜2の双方において深い
エネルギー準位を形成する不純物を堆積させ、アニール
により固相拡散することによって、不純物導入工程を簡
素化することができる。
Further, an impurity introducing step is performed by depositing an impurity that forms a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate 1 and the compound semiconductor thin film 2 on the group IV semiconductor substrate 1 and performing solid phase diffusion by annealing. Can be simplified.

【0035】また、化合物半導体薄膜2を、少なくとも
第1のAlGaAs層、第2のAlGaAs層、及び、
GaAs層から構成し、まず、300〜450℃で第1
のAlGaAs層を成長させ、次いで、500〜650
℃で第2のAlGaAs層を成長させ、次いで、600
〜750℃でGaAs層を成長させることによって、実
用に供しえる結晶性を有する化合物半導体薄膜と高抵抗
性を保ったIV族半導体基板からなる化合物半導体装置
を作製することができる。
The compound semiconductor thin film 2 is provided with at least a first AlGaAs layer, a second AlGaAs layer, and
It is composed of a GaAs layer, and firstly at 300-450 ° C
AlGaAs layer is grown, and then 500-650
Grow a second AlGaAs layer at 600C, then 600
By growing the GaAs layer at ˜750 ° C., it is possible to manufacture a compound semiconductor device including a compound semiconductor thin film having crystallinity that can be put to practical use and a group IV semiconductor substrate that maintains high resistance.

【0036】[0036]

【実施例】本発明の第1の実施例の化合物半導体装置の
ヘテロエピタキシャル成長工程を図2を参照して説明す
る。 図2参照 まず、Feを1019〜1020cm-3含み、且つ、〔01
1〕方向へ約2°傾斜させた(100)面を主面とする
Feドープシリコン基板3をMOVPE装置(有機金属
気相成長装置)の反応管中のカーボンサセプタ上に載置
する。
EXAMPLE A heteroepitaxial growth process of a compound semiconductor device according to a first example of the present invention will be described with reference to FIG. See FIG. 2. First, Fe is contained in the range of 10 19 to 10 20 cm −3 , and
1) A Fe-doped silicon substrate 3 having a (100) plane inclined by about 2 ° in the main direction is placed on a carbon susceptor in a reaction tube of a MOVPE apparatus (organic metal vapor phase epitaxy apparatus).

【0037】次いで、反応管にH2 ガスを10000〜
15000sccm、典型的には12000sccm導
入して、反応管内の圧力を50〜100Torr、典型
的には76Torrとした状態で、高周波誘導によりF
eドープシリコン基板3を950〜1100℃、典型的
には1000℃に加熱し、10〜30分、典型的には、
20分熱処理することによってFeドープシリコン基板
3表面に形成されている酸化膜を除去する。なお、以下
の工程においては、H2 流量、反応管内圧力を変えなか
った。
Next, the reaction tube is filled with H 2 gas of 10000 to 1000.
15,000 sccm, typically 12000 sccm was introduced, and the pressure inside the reaction tube was 50 to 100 Torr, typically 76 Torr, and F was generated by high frequency induction.
The e-doped silicon substrate 3 is heated to 950 to 1100 ° C., typically 1000 ° C. for 10 to 30 minutes, typically
By heat treatment for 20 minutes, the oxide film formed on the surface of the Fe-doped silicon substrate 3 is removed. In addition, in the following steps, the H 2 flow rate and the pressure in the reaction tube were not changed.

【0038】次いで、基板温度を300〜400℃、典
型的には350℃として、TMAl(トリメチルアルミ
ニウム)を2〜3sccm、典型的には2.5scc
m、TEGa(トリエチルガリウム)を2〜4scc
m、典型的には3sccm、及び、AsH3 を120〜
160sccm、典型的には140sccm導入して、
バッファ層となる第1のアンドープAlGaAs層4
(Al比は0.1〜0.5で、典型的には0.2)を1
0〜20nm、典型的には15nm堆積させる。なお、
成長温度が400℃以上では、Feドープシリコン基板
3上にアンドープAlGaAs層4を2次元的に成長さ
せることが困難である。
Next, the substrate temperature is set to 300 to 400 ° C., typically 350 ° C., and TMAl (trimethylaluminum) is set to 2 to 3 sccm, typically 2.5 scc.
m, TEGa (triethylgallium) 2-4scc
m, typically 3 sccm, and AsH 3 120-
Introduce 160 sccm, typically 140 sccm,
First undoped AlGaAs layer 4 serving as a buffer layer
(Al ratio is 0.1 to 0.5, typically 0.2)
Deposit 0-20 nm, typically 15 nm. In addition,
When the growth temperature is 400 ° C. or higher, it is difficult to two-dimensionally grow the undoped AlGaAs layer 4 on the Fe-doped silicon substrate 3.

【0039】次いで、結晶性を高めるために基板温度を
500〜600℃、典型的には550℃に上昇させて、
TMAl(トリメチルアルミニウム)を0.2〜0.3
sccm、典型的には0.25sccm、TEGa(ト
リエチルガリウム)を0.5〜1.5sccm、典型的
には1.0sccm、及び、AsH3 を50〜70sc
cm、典型的には60sccm導入して、同じくバッフ
ァ層となる第2のアンドープAlGaAs層5(Al比
は0.1〜0.5で、典型的には0.2)を200〜7
00nm、典型的には500nm堆積させる。
Then, the substrate temperature is raised to 500 to 600 ° C., typically 550 ° C., in order to enhance the crystallinity,
TMAl (trimethylaluminum) 0.2-0.3
sccm, typically 0.25sccm is, TEGa (triethyl gallium) and 0.5~1.5Sccm, typically 1.0 sccm, and the AsH 3 50~70sc
cm, typically 60 sccm, and the second undoped AlGaAs layer 5 (Al ratio is 0.1 to 0.5, typically 0.2) serving as a buffer layer is also introduced to 200 to 7
00 nm, typically 500 nm.

【0040】次いで、基板温度を650〜750℃、典
型的には700℃として、TMGa(トリメチルガリウ
ム)を2.0〜3.0sccm、典型的には2.5sc
cm、及び、AsH3 を30〜40sccm、典型的に
は35sccm導入して、アンドープGaAs層6を
0.5〜1.5μm、典型的には1.0μm堆積させ
る。
Then, the substrate temperature is set to 650 to 750 ° C., typically 700 ° C., and TMGa (trimethylgallium) is set to 2.0 to 3.0 sccm, typically 2.5 sc.
cm and AsH 3 are introduced at 30 to 40 sccm, typically 35 sccm to deposit the undoped GaAs layer 6 at 0.5 to 1.5 μm, typically 1.0 μm.

【0041】次いで、H2 流量、反応管内圧力を変えな
い状態において、基板温度を800〜1000℃、典型
的には900℃にして、10〜30分、典型的には20
分間アニールしてアンドープGaAs層6の結晶性を改
善したのち、アンドープGaAs層6にHEMT、ME
SFET、或いは、HBT(図示せず)を形成する。
Next, the substrate temperature is set to 800 to 1000 ° C., typically 900 ° C. for 10 to 30 minutes, typically 20 while the H 2 flow rate and the pressure in the reaction tube are not changed.
After annealing for a minute to improve the crystallinity of the undoped GaAs layer 6, the HEMT and ME are applied to the undoped GaAs layer 6.
An SFET or HBT (not shown) is formed.

【0042】この場合、Feドープシリコン基板3のシ
ート抵抗は10kΩ/□以上となるため、低抵抗層に起
因する寄生容量が問題にならないので、数GHzで動作
する高周波半導体装置用の基板として用いても支障が生
じない。
In this case, since the sheet resistance of the Fe-doped silicon substrate 3 is 10 kΩ / □ or more, the parasitic capacitance due to the low resistance layer does not pose a problem, so that it is used as a substrate for a high frequency semiconductor device operating at several GHz. However, there is no problem.

【0043】この様子を図3を参照して説明する。 図3参照 この図3は、Feドープシリコン基板3のFe濃度と、
このFeドープシリコン基板3上にアンドープAlGa
As層4,5、及び、アンドープGaAs層6を成長さ
せた場合のFeドープシリコン基板3のシート抵抗との
相関を示すもので、Feの濃度が5×1018cm-3を越
えると、シート抵抗が10kΩ/□以上となることが分
かる。
This state will be described with reference to FIG. See FIG. 3. This FIG. 3 shows the Fe concentration of the Fe-doped silicon substrate 3,
Undoped AlGa is formed on the Fe-doped silicon substrate 3.
It shows the correlation with the sheet resistance of the Fe-doped silicon substrate 3 when the As layers 4 and 5 and the undoped GaAs layer 6 are grown, and when the Fe concentration exceeds 5 × 10 18 cm −3 , the sheet It can be seen that the resistance is 10 kΩ / □ or more.

【0044】なお、シート抵抗の測定に際しては、ヘテ
ロエピタキシャル成長層表面にIn電極をつけ、van
der Paw法により測定したものであり、図の右
端の矢印のあるデータは、装置の測定限界を示すもの
で、実際のシート抵抗は40kΩ/□以上であることを
示すものである。
When measuring the sheet resistance, an In electrode was attached to the surface of the heteroepitaxial growth layer, and van
It is measured by the der Paw method, and the data with an arrow at the right end of the figure shows the measurement limit of the device, and shows that the actual sheet resistance is 40 kΩ / □ or more.

【0045】この第1の実施例においては、基板として
インゴット段階でFeをドープしたFeドープシリコン
基板3を用いているが、このような基板に限られるもの
でなく、他の方法でアンドープシリコン基板にFeをド
ープさせても良い。
In the first embodiment, the Fe-doped silicon substrate 3 in which Fe is doped at the ingot stage is used as the substrate, but the present invention is not limited to such a substrate, and an undoped silicon substrate is formed by another method. May be doped with Fe.

【0046】例えば、シリコン基板表面にFeイオンを
イオン注入したのち、基板を1200℃でアニールし
て、シリコン基板表面にFeドープ領域を設けても良
く、この場合、ヘテロエピタキシャル成長工程後のアニ
ール工程におけるIII 族元素及びV族元素の拡散距離は
イオン注入の深さ程度(数百〜数千Å)であるため、ヘ
テロエピタキシャル成長工程後のアニール工程において
固相拡散してきたIII 族元素及びV族元素に起因する電
子及び正孔を効果的に捕獲することができ、自由キャリ
アが発生することはない。
For example, Fe ions may be implanted into the surface of the silicon substrate and then the substrate may be annealed at 1200 ° C. to provide a Fe-doped region on the surface of the silicon substrate. In this case, in the annealing step after the heteroepitaxial growth step. Since the diffusion distance of the group III element and the group V element is about the depth of ion implantation (several hundred to several thousand Å), the group III element and the group V element which have been solid phase diffused in the annealing step after the heteroepitaxial growth step are The resulting electrons and holes can be effectively captured, and free carriers are not generated.

【0047】また、例えば、Fe化合物であるフェロセ
ン雰囲気中でシリコン基板を900〜1200℃で加熱
処理して、シリコン基板表面にFeを気相拡散しても良
く、この場合には、一度に多量のシリコン基板の処理が
可能になるので、製造工程全体が簡素化される。
Further, for example, a silicon substrate may be heat-treated at 900 to 1200 ° C. in a ferrocene atmosphere which is a Fe compound to vapor-diffuse Fe onto the surface of the silicon substrate. In this case, a large amount of Fe may be diffused at one time. Since the silicon substrate can be processed, the entire manufacturing process is simplified.

【0048】また、シリコン基板表面にFeを蒸着法等
によって堆積させたのち、シリコン基板を900〜12
00℃で加熱処理して、シリコン基板表面にFeを固相
拡散しても良く、この場合にも、一度に多量のシリコン
基板の処理が可能になるので、製造工程全体が簡素化さ
れる。
Further, after depositing Fe on the surface of the silicon substrate by a vapor deposition method or the like, the silicon substrate is set to 900-12.
Fe may be heat-treated at 00 ° C. to solid-phase diffuse Fe on the surface of the silicon substrate. In this case as well, a large amount of silicon substrates can be treated at one time, so that the entire manufacturing process is simplified.

【0049】さらに、上記第1の実施例においては、深
いエネルギー準位を形成する不純物としてFeを用いて
いるが、Feに限られるものではなく、Au、Cr、C
o、或いは、Ti等の他の遷移金属元素を用いても良い
ものである。
Further, although Fe is used as the impurity forming the deep energy level in the first embodiment, it is not limited to Fe and Au, Cr, C may be used.
Alternatively, another transition metal element such as o or Ti may be used.

【0050】次に、図4を参照して、本発明の第2の実
施例の化合物半導体装置のヘテロエピタキシャル成長工
程を図4を参照して説明する。 図4参照 まず、第1の実施例と同様に、Feを1019〜1020
-3含み、且つ、〔011〕方向へ約2°傾斜させた
(100)面を主面とするFeドープシリコン基板3を
MOVPE装置(有機金属気相成長装置)の反応管中の
カーボンサセプタ上に載置し、反応管にH2 ガスを10
000〜15000sccm、典型的には12000s
ccm導入して、反応管内の圧力を50〜100Tor
r、典型的には76Torrとした状態で、高周波誘導
によりFeドープシリコン基板3を950〜1100
℃、典型的には1000℃に加熱し、10〜30分、典
型的には、20分熱処理することによってFeドープシ
リコン基板3表面に形成されている酸化膜を除去する。
Next, with reference to FIG. 4, a heteroepitaxial growth process of the compound semiconductor device of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. See FIG. 4. First, similarly to the first embodiment, Fe is added to 10 19 to 10 20 c.
A carbon susceptor in a reaction tube of a MOVPE apparatus (organic metal vapor phase epitaxy apparatus) including an Fe-doped silicon substrate 3 containing m −3 and having a (100) plane that is inclined by about 2 ° in the [011] direction as a main surface. Place it on top of the reaction tube and add H 2 gas to the reaction tube at 10
000-15000sccm, typically 12000s
ccm is introduced and the pressure in the reaction tube is 50 to 100 Tor.
The Fe-doped silicon substrate 3 is set to 950 to 1100 by high frequency induction under the condition of r, typically 76 Torr.
The oxide film formed on the surface of the Fe-doped silicon substrate 3 is removed by heating at 0 ° C., typically 1000 ° C., and performing heat treatment for 10 to 30 minutes, typically 20 minutes.

【0051】次いで、基板温度を350〜450℃、典
型的には400℃として、TMGa(トリメチルガリウ
ム)を2〜3sccm、典型的には2.5sccm、N
3を2〜3sccm、典型的には2.5sccm、及
び、H2 を130〜160sccm、典型的には150
sccm導入して、反応管内気圧を50〜100Tor
r、典型的には76Torrとした状態でGaN層7を
5〜90nm、典型的には15nm堆積させる。(な
お、GaNの成長方法については、T.Lei,et
al.,Appl.Phys.Lett.,vol.5
9,no.8,p.944参照。)
Next, the substrate temperature is set to 350 to 450 ° C., typically 400 ° C., and TMGa (trimethylgallium) is set to 2 to 3 sccm, typically 2.5 sccm, N 2.
2-3 sccm H 3 , typically 2.5 sccm, and H 2 130-160 sccm, typically 150
Introducing sccm, the pressure inside the reaction tube is 50-100 Tor
The GaN layer 7 is deposited to a thickness of 5 to 90 nm, typically 15 nm, at a temperature of r, typically 76 Torr. (For the GaN growth method, see T. Lei, et.
al. , Appl. Phys. Lett. , Vol. 5
9, no. 8, p. See 944. )

【0052】次いで、第1の実施例と同じH2 流量及び
反応管内気圧とし、基板温度を500〜600℃、典型
的には550℃に上昇させて、TMAl(トリメチルア
ルミニウム)を0.2〜0.3sccm、典型的には
0.25sccm、TEGa(トリエチルガリウム)を
0.5〜1.5sccm、典型的には1.0sccm、
及び、AsH3 を50〜70sccm、典型的には60
sccm導入して、アンドープAlGaAs層5(Al
比は0.1〜0.5で、典型的には0.2)を200〜
700nm、典型的には500nm堆積させる。
Next, the substrate temperature is raised to 500 to 600 ° C., typically 550 ° C., with the same H 2 flow rate and reaction tube internal pressure as in the first embodiment, and TMAl (trimethylaluminum) is added to 0.2 to 10. 0.3 sccm, typically 0.25 sccm, TEGa (triethylgallium) 0.5-1.5 sccm, typically 1.0 sccm,
And 50 to 70 sccm of AsH 3 , typically 60
sccm is introduced, and the undoped AlGaAs layer 5 (Al
The ratio is 0.1-0.5, typically 0.2) to 200-
Deposition is 700 nm, typically 500 nm.

【0053】次いで、基板温度を650〜750℃、典
型的には700℃として、TMGa(トリメチルガリウ
ム)を2.0〜3.0sccm、典型的には2.5sc
cm、及び、AsH3 を30〜40sccm、典型的に
は35sccm導入して、アンドープGaAs層6を
0.5〜1.5μm、典型的には1.0μm堆積させ
る。
Then, the substrate temperature is set to 650 to 750 ° C., typically 700 ° C., and TMGa (trimethylgallium) is set to 2.0 to 3.0 sccm, typically 2.5 sc.
cm and AsH 3 are introduced at 30 to 40 sccm, typically 35 sccm to deposit the undoped GaAs layer 6 at 0.5 to 1.5 μm, typically 1.0 μm.

【0054】次いで、H2 流量、反応管内圧力を変えな
い状態において、基板温度を800〜1000℃、典型
的には900℃にして、10〜30分、典型的には20
分間アニールしてアンドープGaAs層6の結晶性を改
善したのち、アンドープGaAs層6にHEMT、ME
SFET、或いは、HBT(図示せず)を形成する。
Then, the substrate temperature is set to 800 to 1000 ° C., typically 900 ° C. for 10 to 30 minutes, typically 20 while the H 2 flow rate and the pressure in the reaction tube are not changed.
After annealing for a minute to improve the crystallinity of the undoped GaAs layer 6, the HEMT and ME are applied to the undoped GaAs layer 6.
An SFET or HBT (not shown) is formed.

【0055】この場合、GaN層7を設けなかったFe
ドープシリコン基板3のシート抵抗は10kΩ/□程度
であったが、GaN層7を設けた場合のシート抵抗は、
ホール測定で調べてみると30kΩ/□以上となり、よ
り基板の高抵抗性を保つことができる。
In this case, Fe without the GaN layer 7 provided
The sheet resistance of the doped silicon substrate 3 was about 10 kΩ / □, but the sheet resistance when the GaN layer 7 was provided was
When examined by Hall measurement, it is 30 kΩ / □ or more, and the high resistance of the substrate can be maintained.

【0056】これは、GaNは結合エネルギーの強い半
導体であるため、Feドープシリコン基板3を700℃
程度にしてもGaNが分解してFeドープシリコン基板
3中に拡散することはほとんどなく、さらに、温度がよ
り高温となってNがFeドープシリコン基板3中に拡散
しても、Nは常温においてキャリアを発生させることは
ないので、Feドープシリコン基板3の表面が低抵抗化
することはない。
Since GaN is a semiconductor having a strong binding energy, the Fe-doped silicon substrate 3 is kept at 700 ° C.
Even if the GaN is decomposed, it hardly decomposes and diffuses into the Fe-doped silicon substrate 3, and even if the temperature becomes higher and N diffuses into the Fe-doped silicon substrate 3, N does not change at room temperature. Since no carriers are generated, the resistance of the surface of the Fe-doped silicon substrate 3 is not lowered.

【0057】なお、上記の第2の実施例においてはNを
V族元素とするIII-V族化合物半導体層としてGaN層
7を用いているが、GaN層7に限られるものでなく、
InN層、AlN層、或いは、InN層、AlN層、及
び、GaN層の混晶であっても良い。
Although the GaN layer 7 is used as the III-V group compound semiconductor layer in which N is the group V element in the second embodiment, it is not limited to the GaN layer 7.
It may be an InN layer, an AlN layer, or a mixed crystal of an InN layer, an AlN layer, and a GaN layer.

【0058】また、上記の第2の実施例の場合にも、第
1の実施例と同様に、Feドープシリコン基板3を、イ
オン注入、気相拡散、或いは、固相拡散によって形成し
ても良く、また、Feに代えてAu、Cr、Co、或い
は、Ti等の他の遷移金属元素を用いても良いものであ
る。
Also in the case of the second embodiment, the Fe-doped silicon substrate 3 may be formed by ion implantation, vapor phase diffusion, or solid phase diffusion as in the first embodiment. Alternatively, other transition metal elements such as Au, Cr, Co, or Ti may be used instead of Fe.

【0059】但し、上記第2の実施例の場合には、基板
は必ずしもFeドープシリコン基板3である必要はな
く、多少抵抗が低くなるものの、アンドープシリコン基
板で会っても良い。
However, in the case of the second embodiment, the substrate is not necessarily the Fe-doped silicon substrate 3, and although the resistance is somewhat lowered, an undoped silicon substrate may be used.

【0060】また、上記第1及び第2の実施例において
は、バッファ層となるアンドープAlGaAs層4,5
を介して能動素子形成層としてアンドープGaAs層6
を成長させているが、この様な組合せに限られるもので
なく、能動素子形成層はAlGaAsであっても良く、
或いは、InGaAsであっても良い。
Further, in the first and second embodiments, the undoped AlGaAs layers 4 and 5 serving as the buffer layers are formed.
Via the undoped GaAs layer 6 as an active element forming layer
However, the active element forming layer may be AlGaAs,
Alternatively, it may be InGaAs.

【0061】また、一般には、能動素子形成層はAlA
s、InAs、GaP、AlP、InP、GaSb、A
lSb、或いは、InSb、または、GaAsを含むこ
れらの混晶からなるIII-V族化合物半導体であっても良
く、さらには、II−VI族化合物半導体であっても良
い。
In general, the active element forming layer is made of AlA.
s, InAs, GaP, AlP, InP, GaSb, A
It may be a III-V group compound semiconductor made of a mixed crystal containing 1Sb, InSb, or GaAs, and may be a II-VI group compound semiconductor.

【0062】また、IV族半導体基板としてシリコン基
板を用いているが、シリコン基板に限られるものでな
く、Ge基板、或いは、SiGe基板等の他のIV族半
導体基板を用いても良いものである。
Further, although the silicon substrate is used as the group IV semiconductor substrate, it is not limited to the silicon substrate, and another group IV semiconductor substrate such as a Ge substrate or a SiGe substrate may be used. .

【0063】また、上記第1及び第2の実施例において
は、結晶成長方法として減圧MOVPE法を用いている
が、このような減圧MOVPE法に限られるものではな
く、MBE法(分子線エピタキシャル成長法)、MOM
BE法(有機金属分子線エピタキシャル成長法)、或い
は、GSMBE法(ガスソース分子線エピタキシャル成
長法)を用いても良い。
In the first and second embodiments, the low pressure MOVPE method is used as the crystal growth method, but the present invention is not limited to such a low pressure MOVPE method, and the MBE method (molecular beam epitaxial growth method) is used. ), MOM
The BE method (organic metal molecular beam epitaxial growth method) or the GSMBE method (gas source molecular beam epitaxial growth method) may be used.

【0064】さらに、上記第1及び第2の実施例におい
て記載した数値条件は、必ずしも本質的なものではな
く、得ようとする化合物半導体装置の構造或いは特性に
応じて適宜変更されるものである。
Further, the numerical conditions described in the above first and second embodiments are not necessarily essential, and may be appropriately changed according to the structure or characteristics of the compound semiconductor device to be obtained. .

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明によれば、化合物半導体薄膜を成
長させる基板として、深いエネルギー準位を形成する不
純物をドープしたIV族半導体基板を用い、また、IV
族半導体基板上にGaN等のNをV族元素とするIII-V
族化合物半導体層を設けたのでその上に化合物半導体層
をヘテロエピタキシャル成長させたのちに結晶性改善の
ためのアニールを行っても、IV族半導体基板表面が低
抵抗化することはなく、高周波半導体装置用の安価な成
長基板を提供することができる。
According to the present invention, a group IV semiconductor substrate doped with an impurity forming a deep energy level is used as a substrate for growing a compound semiconductor thin film.
III-V containing N such as GaN as a group V element on a group semiconductor substrate
Since the group compound semiconductor layer is provided, even if the compound semiconductor layer is heteroepitaxially grown on it and then annealed to improve the crystallinity, the surface of the group IV semiconductor substrate does not decrease in resistance, and the high frequency semiconductor device It is possible to provide an inexpensive growth substrate for use.

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

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施例の効果の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of effects of the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a second embodiment of the present invention.

【図5】従来のヘテロエピタキシャル成長工程の説明図
である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a conventional heteroepitaxial growth process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 IV族半導体基板 2 化合物半導体薄膜 3 Feドープシリコン基板 4 アンドープAlGaAs層 5 アンドープAlGaAs層 6 アンドープGaAs層 7 GaN層 8 シリコン基板 1 Group IV semiconductor substrate 2 Compound semiconductor thin film 3 Fe-doped silicon substrate 4 Undoped AlGaAs layer 5 Undoped AlGaAs layer 6 Undoped GaAs layer 7 GaN layer 8 Silicon substrate

フロントページの続き (72)発明者 上田 修 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−35411(JP,A) 特開 平4−223330(JP,A) 特開 平4−242985(JP,A) 特開 平2−191318(JP,A) 特開 昭55−132034(JP,A) 特開 平7−86176(JP,A) 特開 昭63−249377(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 29/778 H01L 29/812 H01L 21/205 H01L 29/205 Front page continuation (72) Inventor Osamu Ueda 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fujitsu Limited (56) References JP-A-56-35411 (JP, A) JP-A-4-223330 (JP, A) JP 4-242985 (JP, A) JP 2-191318 (JP, A) JP 55-132034 (JP, A) JP 7-86176 (JP, A) JP 63 −249377 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/338 H01L 29/778 H01L 29/812 H01L 21/205 H01L 29/205

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 IV族半導体基板上に化合物半導体薄膜
を設けた化合物半導体装置において、前記IV族半導体
基板の少なくとも表面に、前記IV族半導体基板及び前
記化合物半導体薄膜の双方において深いエネルギー準位
を形成する不純物が、前記化合物半導体薄膜を構成する
元素であって、前記IV族半導体基板に対する導電型決
定不純物となる元素の拡散を補償できる濃度以上の濃度
含まれていることを特徴とする化合物半導体装置。
1. A compound semiconductor device in which a compound semiconductor thin film is provided on a group IV semiconductor substrate, wherein a deep energy level is provided on at least the surface of the group IV semiconductor substrate in both the group IV semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film. Impurities to be formed constitute the compound semiconductor thin film
An element, the conductivity type of the group IV semiconductor substrate is determined.
Concentration higher than the concentration that can compensate the diffusion of elements that become constant impurities
It is contained in the compound semiconductor device according to claim.
【請求項2】 IV族半導体基板上に窒素を構成元素と
して含まない化合物半導体薄膜を設けた化合物半導体装
置において、IV族半導体基板と前記化合物半導体薄膜
との間にV族構成元素が窒素であるIII-V族化合物半導
体層を設けたことを特徴とする化合物半導体装置。
2. Nitrogen as a constituent element on a group IV semiconductor substrate
In a compound semiconductor device provided with a compound semiconductor thin film which does not include a compound semiconductor thin film, a group III-V compound semiconductor layer in which a group V constituent element is nitrogen is provided between the group IV semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film. Compound semiconductor device.
【請求項3】 上記IV族半導体基板が、前記IV族半
導体基板及び上記化合物半導体薄膜の双方において深い
エネルギー準位を形成する不純物を、前記化合物半導体
薄膜を構成する元素であって、前記IV族半導体基板に
対する導電型決定不純物となる元素の拡散を補償できる
濃度以上の濃度で少なくとも表面に含んでいることを特
徴とする請求項2記載の化合物半導体装置。
Wherein said group IV semiconductor substrate, an impurity to form a deep energy levels in both the group IV semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film, the compound semiconductor
An element constituting a thin film, which is formed on the group IV semiconductor substrate
It is possible to compensate for the diffusion of the element that becomes the conductivity type determining impurity.
The compound semiconductor device according to claim 2, wherein the compound semiconductor device contains at least a surface of the compound at a concentration higher than the concentration .
【請求項4】 上記V族構成元素が窒素であるIII-V族
化合物半導体層が、GaN、InN、AlN、或いは、
これらの混晶のいずれかであることを特徴とする請求項
3記載の化合物半導体装置。
4. The III-V compound semiconductor layer, wherein the V-group constituent element is nitrogen, is GaN, InN, AlN, or
4. The compound semiconductor device according to claim 3, wherein the compound semiconductor is any one of these mixed crystals.
【請求項5】 上記IV族半導体基板及び化合物半導体
薄膜の双方において深いエネルギー準位を形成する不純
物が、遷移金属であることを特徴とする請求項1または
3記載の化合物半導体装置。
5. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the impurities forming a deep energy level in both the group IV semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film are transition metals.
【請求項6】 上記遷移金属が、Fe、Co、Cr、T
i、または、Auのいずれかであることを特徴とする請
求項5記載の化合物半導体装置。
6. The transition metal is Fe, Co, Cr, T.
6. The compound semiconductor device according to claim 5, wherein the compound semiconductor device is either i or Au.
【請求項7】 上記IV族半導体基板が、Si、Ge、
または、SiGeのいずれかであることを特徴とする請
求項1乃至6のいずれか1項に記載の化合物半導体装
置。
7. The group IV semiconductor substrate is made of Si, Ge,
Alternatively, the compound semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, which is any one of SiGe.
【請求項8】 上記化合物半導体薄膜が、GaAs、A
lGaAs、または、InGaAsのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の
化合物半導体装置。
8. The compound semiconductor thin film comprises GaAs, A
8. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device is one of InGaAs and InGaAs.
【請求項9】 IV族半導体基板上に化合物半導体薄膜
をヘテロエピタキシャル成長させる化合物半導体装置の
製造方法において、前記IV族半導体基板の少なくとも
表面に、前記IV族半導体基板及び前記化合物半導体薄
膜の双方において深いエネルギー準位を形成する不純物
、前記化合物半導体薄膜を構成する元素であって、前
記IV族半導体基板に対する導電型決定不純物となる元
素の拡散を補償できる濃度以上の濃度で含まれているこ
とを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
9. A method of manufacturing a compound semiconductor device in which a compound semiconductor thin film is heteroepitaxially grown on a group IV semiconductor substrate, wherein at least the surface of the group IV semiconductor substrate is deep in both the group IV semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film. The impurity forming the energy level is an element constituting the compound semiconductor thin film,
Sources of impurities that determine the conductivity type of group IV semiconductor substrates
A method of manufacturing a compound semiconductor device, characterized in that it is contained at a concentration higher than that capable of compensating element diffusion .
【請求項10】 上記IV族半導体基板に、上記IV族
半導体基板及び化合物半導体薄膜の双方において深いエ
ネルギー準位を形成する不純物をイオン注入により導入
することを特徴とする請求項9記載の化合物半導体装置
の製造方法。
10. The compound semiconductor according to claim 9, wherein impurities forming deep energy levels in both the group IV semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film are introduced into the group IV semiconductor substrate by ion implantation. Device manufacturing method.
【請求項11】 上記IV族半導体基板に、上記IV族
半導体基板及び化合物半導体薄膜の双方において深いエ
ネルギー準位を形成する不純物を気相拡散により導入す
ることを特徴とする請求項9記載の化合物半導体装置の
製造方法。
11. The compound according to claim 9, wherein impurities forming deep energy levels in both the group IV semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film are introduced into the group IV semiconductor substrate by vapor phase diffusion. Manufacturing method of semiconductor device.
【請求項12】 上記IV族半導体基板上に、上記IV
族半導体基板及び化合物半導体薄膜の双方において深い
エネルギー準位を形成する不純物を堆積させ、アニール
により固相拡散することによって導入することを特徴と
する請求項9記載の化合物半導体装置の製造方法。
12. The IV film on the IV semiconductor substrate
10. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 9, wherein impurities forming a deep energy level are deposited on both the group semiconductor substrate and the compound semiconductor thin film, and the impurities are introduced by solid phase diffusion by annealing.
【請求項13】 上記化合物半導体薄膜が、少なくとも
第1のAlGaAs層、第2のAlGaAs層、及び、
GaAs層から構成され、まず、300〜450℃で第
1のAlGaAs層を成長させ、次いで、500〜65
0℃で第2のAlGaAs層を成長させ、次いで、60
0〜750℃でGaAs層を成長させることを特徴とす
る請求項9記載の化合物半導体装置の製造方法。
13. The compound semiconductor thin film comprises at least a first AlGaAs layer, a second AlGaAs layer, and
The first AlGaAs layer is composed of a GaAs layer, and is grown at 300 to 450 ° C., and then 500 to 65.
Grow a second AlGaAs layer at 0 ° C., then 60
The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 9, wherein the GaAs layer is grown at 0 to 750 ° C.
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