JPH01245512A - 3−v族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
3−v族化合物半導体のエピタキシャル成長方法Info
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- JPH01245512A JPH01245512A JP7187388A JP7187388A JPH01245512A JP H01245512 A JPH01245512 A JP H01245512A JP 7187388 A JP7187388 A JP 7187388A JP 7187388 A JP7187388 A JP 7187388A JP H01245512 A JPH01245512 A JP H01245512A
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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。
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Si基板上へのtU−V族化合物半導体のエピ
タキシャル成長方法に係り、特に、従来の方法と比較し
て、エピタキシャル成長層へのSiのオートドーピング
を極めて低く抑えた高品質の■−■族化合物を形成する
ことのできる■−■族化合物半導体のエピタキシャル成
長方法に関する。
タキシャル成長方法に係り、特に、従来の方法と比較し
て、エピタキシャル成長層へのSiのオートドーピング
を極めて低く抑えた高品質の■−■族化合物を形成する
ことのできる■−■族化合物半導体のエピタキシャル成
長方法に関する。
GaAsに代表される■−■族化合物半導体は、現在の
主流をなしているSi系半導体と比較して。
主流をなしているSi系半導体と比較して。
直接遷移であり、高い電子移動度を有するため、高速デ
バイス、光デバイス等に利用されている。
バイス、光デバイス等に利用されている。
しかし、G a A sに代表される■−■族化合物半
導体は、機械的に脆く、大面積基板が得られず、高価で
あるため、安価でしかも機械的、熱的特性の優れたSi
基板上に上記m−v族化合物半導体をエピタキシャル成
長させた後にデバイスを形成するという方法がとられて
いる。
導体は、機械的に脆く、大面積基板が得られず、高価で
あるため、安価でしかも機械的、熱的特性の優れたSi
基板上に上記m−v族化合物半導体をエピタキシャル成
長させた後にデバイスを形成するという方法がとられて
いる。
しかしながら、上記G a A sを例に挙げて説明す
ると、SiとGaAsとでは、格子定数で約4%、熱膨
張係数で約2倍の不整合があるため、GaAsをSi基
板上に直接成長させることが困難であり、この問題を解
決する方法として、現在では、Si基板上に、まず第1
段階として、成長温度300〜400℃で厚さ数百人の
低温G a A s層を形成した後、第2段階で成長温
度600〜goo℃で(3aAs層を形成するという二
段階成長方法がとられ、良好なものが得られている。ま
た、上記方法に加えて、さらに、熱アニーリングを行う
ことによって、結晶性、表面平坦性ともに良好なGaA
sエピタキシャル層をSi基板上に形成することが可能
となっている。
ると、SiとGaAsとでは、格子定数で約4%、熱膨
張係数で約2倍の不整合があるため、GaAsをSi基
板上に直接成長させることが困難であり、この問題を解
決する方法として、現在では、Si基板上に、まず第1
段階として、成長温度300〜400℃で厚さ数百人の
低温G a A s層を形成した後、第2段階で成長温
度600〜goo℃で(3aAs層を形成するという二
段階成長方法がとられ、良好なものが得られている。ま
た、上記方法に加えて、さらに、熱アニーリングを行う
ことによって、結晶性、表面平坦性ともに良好なGaA
sエピタキシャル層をSi基板上に形成することが可能
となっている。
しかしながら、上記従来技術においては、GaAsエピ
タキシャル成長が600〜800℃と比較的高い温度で
行われること、また、熱アニーリングに際して、結晶性
改善に有効な温度が少くとも上記成長温度以上の高温で
あることから、Si基板からGaAsエピタキシャル層
中にSiが拡散して、極めて高濃度のSi不純物を含有
する層が形成されるいわゆるオートドーピングが生じ、
上記GaAsエピタキシャル層中における個々のデバイ
スに応じたキャリヤ濃度の制御を著しく阻害するという
問題があった。
タキシャル成長が600〜800℃と比較的高い温度で
行われること、また、熱アニーリングに際して、結晶性
改善に有効な温度が少くとも上記成長温度以上の高温で
あることから、Si基板からGaAsエピタキシャル層
中にSiが拡散して、極めて高濃度のSi不純物を含有
する層が形成されるいわゆるオートドーピングが生じ、
上記GaAsエピタキシャル層中における個々のデバイ
スに応じたキャリヤ濃度の制御を著しく阻害するという
問題があった。
本発明の目的は、Si基板上に■−v族化合物半導体を
形成するに当って、上記従来技術にみられた5iJJ板
からのSiのオートドーピングの問題を解決して、高品
質のm−v族化合物半導体を得ることのできる■−■族
化合物半導体のエピタキシャル成長方法を提供すること
にある。
形成するに当って、上記従来技術にみられた5iJJ板
からのSiのオートドーピングの問題を解決して、高品
質のm−v族化合物半導体を得ることのできる■−■族
化合物半導体のエピタキシャル成長方法を提供すること
にある。
上記目的は、Si基板上にエピタキシャル成長方法によ
ってIII−V族化合物半導体を形成するに当って、初
期工程において、形成しようとする■−■族化合物半導
体を構成する■族元素とは異なるV族元素からなる原子
層をSi基板上に形成することによって達成することが
できる。
ってIII−V族化合物半導体を形成するに当って、初
期工程において、形成しようとする■−■族化合物半導
体を構成する■族元素とは異なるV族元素からなる原子
層をSi基板上に形成することによって達成することが
できる。
本発明者等は、上記目的達成のために種々実験的検討を
行った結果、エピタキシャル成長の初期工程において、
Si基板を、形成しようとする1■−■族化合物半導体
を構成する■族元素とは異なる■族元素からなるガス雰
囲気中、あるいは該元素の分子線中に置き、Si基板上
に該■族元素の原子層を形成することによって、形成し
ようとする■−■族化合物半導体層へのSiのオートド
ーピングが抑制されることを見出した。これは、該■族
原子層の存在によって、m−v族化合物半導体層へのS
iの拡散が阻害されることによるものと思われる。
行った結果、エピタキシャル成長の初期工程において、
Si基板を、形成しようとする1■−■族化合物半導体
を構成する■族元素とは異なる■族元素からなるガス雰
囲気中、あるいは該元素の分子線中に置き、Si基板上
に該■族元素の原子層を形成することによって、形成し
ようとする■−■族化合物半導体層へのSiのオートド
ーピングが抑制されることを見出した。これは、該■族
原子層の存在によって、m−v族化合物半導体層へのS
iの拡散が阻害されることによるものと思われる。
以下、有機金属化学気相成長法(以下、MOCVD法と
略称する)を用いてSi基板上にGaPをエピタキシャ
ル成長させる場合を例として、本発明の■−■族化合物
半導体のエピタキシャル成長方法の実施例について説明
する。
略称する)を用いてSi基板上にGaPをエピタキシャ
ル成長させる場合を例として、本発明の■−■族化合物
半導体のエピタキシャル成長方法の実施例について説明
する。
第1図は、Si基板上にGaP化合物半導体を形成する
工程を示した図で、縦軸は基板温度、横軸は時間、太線
はエピタキシャル成長の範囲を示す。
工程を示した図で、縦軸は基板温度、横軸は時間、太線
はエピタキシャル成長の範囲を示す。
まず、基板として、面方位が(100)から僅かにずれ
たSi基板を用い、通常の洗浄法に従い洗浄した後、M
OCVD装置に挿入する。次に、H2雰囲気中で110
0℃、30分の基板加熱を行い、Si基板の表面クリー
ニングを行った後、基板温度を700〜900℃に設定
したところで、GaPを構成する■族元素Pとは異なる
■族元素を含むガスとしてAsH3を5分間導入し、S
i基板上にAs原子層を形成させる。次いで、上記A
s H、ガスをGaPを構成する■族元素を含むガスで
あるPH。
たSi基板を用い、通常の洗浄法に従い洗浄した後、M
OCVD装置に挿入する。次に、H2雰囲気中で110
0℃、30分の基板加熱を行い、Si基板の表面クリー
ニングを行った後、基板温度を700〜900℃に設定
したところで、GaPを構成する■族元素Pとは異なる
■族元素を含むガスとしてAsH3を5分間導入し、S
i基板上にAs原子層を形成させる。次いで、上記A
s H、ガスをGaPを構成する■族元素を含むガスで
あるPH。
と切り替えた後、GaPを構成する■族元素を含むガス
としてトリメチルガリウム(TMG)を導入して、基板
上に211ffIの厚さでGaPを形成する。
としてトリメチルガリウム(TMG)を導入して、基板
上に211ffIの厚さでGaPを形成する。
上記のようにして、GaP成長開始前にA s H,を
導入した結果、GaPエピタキシャル層は、表面平坦性
においても、また、X線二結晶法等による結晶性評価に
おいても、従来法による場合と比較して遜色のない品質
の暦が得られていることが確認された。
導入した結果、GaPエピタキシャル層は、表面平坦性
においても、また、X線二結晶法等による結晶性評価に
おいても、従来法による場合と比較して遜色のない品質
の暦が得られていることが確認された。
また、比較のために、Si基板の表面クリーニングを0
行い、次いで、基板温度を700〜9oo℃に設定した
後に、上記AsH,ガスを導入する工程なしに、Si基
板上にGaPを、直接、2四の厚さで形成した試料を作
成した。
行い、次いで、基板温度を700〜9oo℃に設定した
後に、上記AsH,ガスを導入する工程なしに、Si基
板上にGaPを、直接、2四の厚さで形成した試料を作
成した。
第2図は、上記2種の試料について、GaPエピタキシ
ャル層中へのSiの拡散の程度を調べるため、二次イオ
ン質量分析法(SIMS)を用いて評価を行った結果を
示した図で、横軸はGaPエピタキシャル層表面からの
深さ、縦軸は相対元素濃度を示したものである。この結
果から、本発明の方法による試料について、従来方法に
よる試料に比較して、基板との界面近傍におけるSia
度が一桁以上低く、GaPエピタキシャル層へのSiの
拡散すなわちオートドーピングが抑制できるという改善
が明瞭に認められる。
ャル層中へのSiの拡散の程度を調べるため、二次イオ
ン質量分析法(SIMS)を用いて評価を行った結果を
示した図で、横軸はGaPエピタキシャル層表面からの
深さ、縦軸は相対元素濃度を示したものである。この結
果から、本発明の方法による試料について、従来方法に
よる試料に比較して、基板との界面近傍におけるSia
度が一桁以上低く、GaPエピタキシャル層へのSiの
拡散すなわちオートドーピングが抑制できるという改善
が明瞭に認められる。
なお、上記実施例においては、■−■族化合物半導体と
してGaPを、GaPを構成する■族元素と異なる■族
元素を含むガスとしてA s H、を用いた場合につい
て説明したが、m−v族化合物半導体としてGaAs、
InAs、InP、GaSb等を、また、異なる■族元
素および該元素を含むガスとしてP (PH,)、As
(AsH3) 、Sb (TMSb)等を用いた場合
にも同様の効果が得られることは言うまでもない。
してGaPを、GaPを構成する■族元素と異なる■族
元素を含むガスとしてA s H、を用いた場合につい
て説明したが、m−v族化合物半導体としてGaAs、
InAs、InP、GaSb等を、また、異なる■族元
素および該元素を含むガスとしてP (PH,)、As
(AsH3) 、Sb (TMSb)等を用いた場合
にも同様の効果が得られることは言うまでもない。
また、上記実施例においては、Si基板上にGaPから
なるm−v族化合物半導体を形成するに際して、MOC
VD法を用いてエピタキシャル成長を行った場合につい
て説明したが、上記実施例は一つの例示であって、本発
明の精神を逸脱しない範囲内で、他の結晶成長装置およ
び他の■−■族化合物半導体材料を適用できることもま
たここに言うまでもない。例えば、Si基板上にGaP
を形成する場合、Si基板を超高真空中で加熱して表面
を清浄化した後、適宜の基板温度に設定し、Asの分子
線セルのシャッタを開いてSi基板表面にAs分子線を
照射し1次いで、As分子線セルのシャッタを閉じ、2
分子線セル、Ga分子線セルのシャッタを順次開くこと
により、分子線エピタキシャル(MBE)法によって、
GaPをエピタキシャル成長させることもできる。
なるm−v族化合物半導体を形成するに際して、MOC
VD法を用いてエピタキシャル成長を行った場合につい
て説明したが、上記実施例は一つの例示であって、本発
明の精神を逸脱しない範囲内で、他の結晶成長装置およ
び他の■−■族化合物半導体材料を適用できることもま
たここに言うまでもない。例えば、Si基板上にGaP
を形成する場合、Si基板を超高真空中で加熱して表面
を清浄化した後、適宜の基板温度に設定し、Asの分子
線セルのシャッタを開いてSi基板表面にAs分子線を
照射し1次いで、As分子線セルのシャッタを閉じ、2
分子線セル、Ga分子線セルのシャッタを順次開くこと
により、分子線エピタキシャル(MBE)法によって、
GaPをエピタキシャル成長させることもできる。
以上述べてきたように5本発明の■−V族化合物半導体
のエピタキシャル成長方法を適用することによって、従
来技術の有していた課題を解消して、Si基板上に、S
iのオートドーピングを抑制した、高品質の■−■族化
合物半導体のエピタキシャル成長を行わせることが可能
になった。
のエピタキシャル成長方法を適用することによって、従
来技術の有していた課題を解消して、Si基板上に、S
iのオートドーピングを抑制した、高品質の■−■族化
合物半導体のエピタキシャル成長を行わせることが可能
になった。
また、これによって、キャリヤ濃度等によってより高精
度のデバイス設計を行うことが可能となり、デバイス性
能が向上する等の効果も大きい。
度のデバイス設計を行うことが可能となり、デバイス性
能が向上する等の効果も大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のm−v族化合物半導体のエピタキシャ
ル成長方法をMOCVD法を用いて行った場合の工程を
示す図、第2図はSi基板上に形成したGaPエピタキ
シャル成長層の深さ方向に対する各元素の相対1度を示
す図である。 特許出願人 日本電信電話株式会社
ル成長方法をMOCVD法を用いて行った場合の工程を
示す図、第2図はSi基板上に形成したGaPエピタキ
シャル成長層の深さ方向に対する各元素の相対1度を示
す図である。 特許出願人 日本電信電話株式会社
Claims (1)
- 1、Si基板上へのIII−V族化合物半導体のエピタキ
シャル成長方法において、成長工程の初期に、Si基板
を、形成しようとするIII−V族化合物を構成するV族
元素とは異なるV族元素からなるガス雰囲気中に置くか
、あるいは、該元素の分子線を照射する工程を有するこ
とを特徴とするIII−V族化合物半導体のエピタキシャ
ル成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7187388A JPH01245512A (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | 3−v族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7187388A JPH01245512A (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | 3−v族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01245512A true JPH01245512A (ja) | 1989-09-29 |
Family
ID=13473068
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7187388A Pending JPH01245512A (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | 3−v族化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01245512A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5397738A (en) * | 1992-04-15 | 1995-03-14 | Fujitsu Ltd. | Process for formation of heteroepitaxy |
US6419742B1 (en) * | 1994-11-15 | 2002-07-16 | Texas Instruments Incorporated | method of forming lattice matched layer over a surface of a silicon substrate |
US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
US7781326B2 (en) | 2001-02-02 | 2010-08-24 | Applied Materials, Inc. | Formation of a tantalum-nitride layer |
US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5530835A (en) * | 1978-08-25 | 1980-03-04 | Takashi Katoda | Method of forming heterogeneous junction in semiconductor |
-
1988
- 1988-03-28 JP JP7187388A patent/JPH01245512A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5530835A (en) * | 1978-08-25 | 1980-03-04 | Takashi Katoda | Method of forming heterogeneous junction in semiconductor |
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US10280509B2 (en) | 2001-07-16 | 2019-05-07 | Applied Materials, Inc. | Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques |
US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
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