JPH01272108A - 化合物半導体の成長方法 - Google Patents
化合物半導体の成長方法Info
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- JPH01272108A JPH01272108A JP10008288A JP10008288A JPH01272108A JP H01272108 A JPH01272108 A JP H01272108A JP 10008288 A JP10008288 A JP 10008288A JP 10008288 A JP10008288 A JP 10008288A JP H01272108 A JPH01272108 A JP H01272108A
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Landscapes
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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】
〔発明の目的］
（産業上の利用分野）
この発明は、例えばＧａ Ａｓ等の■−ｖ族化合物をＳ
ｉ基板上にエビタキャル成長させる化合物半導体の成長
方法に関する。
ｉ基板上にエビタキャル成長させる化合物半導体の成長
方法に関する。
（従来の技術）
一般にＳｉ基板上に、Ｓｉより大ぎい格子定数を有する
ＧａＡｓ等の■−■族化合物を直接エビキシャル成長さ
せると、両者の格子不整合により多結晶の■−■族化合
物が成長し、表面平坦性や結晶性に優れた良質の単結晶
層を得ることはできない。この格子不整合を緩和するた
めには３ｉ基板と■−ｖ族化合物半導体成長層との間に
、いわゆる、バッファ層が必要なことが知られている。
ＧａＡｓ等の■−■族化合物を直接エビキシャル成長さ
せると、両者の格子不整合により多結晶の■−■族化合
物が成長し、表面平坦性や結晶性に優れた良質の単結晶
層を得ることはできない。この格子不整合を緩和するた
めには３ｉ基板と■−ｖ族化合物半導体成長層との間に
、いわゆる、バッファ層が必要なことが知られている。
このバッファ層の形成のために提案された従来技術とし
て二段階成長法（特開昭６１−２６２１６号）がある。
て二段階成長法（特開昭６１−２６２１６号）がある。
この方法の特徴は、＜１＞ ＩＩＩ −Ｖ族化合物半導
体の原子がマイグレーションできない低温で■およびｖ
ｇ元素を同時に供給して、２０００Å以下の膜厚を有す
る■−■族化合物半導体膜を８１呈板上に形成して、バ
ッファ層としく第−層）、その後に（２）このバッファ
層上にバッファ層と同一の■−Ｖ族化合物半導体を通常
の成長温度で成長させる（第二層）、ことにある。
体の原子がマイグレーションできない低温で■およびｖ
ｇ元素を同時に供給して、２０００Å以下の膜厚を有す
る■−■族化合物半導体膜を８１呈板上に形成して、バ
ッファ層としく第−層）、その後に（２）このバッファ
層上にバッファ層と同一の■−Ｖ族化合物半導体を通常
の成長温度で成長させる（第二層）、ことにある。
このようにして３ｉ基板上にバッファ層を形成すること
により表面が鏡面状態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶
層を得ていた。
により表面が鏡面状態のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶
層を得ていた。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら従来の成長方法にあっては、バッファ層を
形成する際に、■および■属元素を同時に供給するため
、発生する歪を十分に緩和できず、３ｉ基板とバッファ
層との界面において転位が発生し、その一部はバッファ
層上に形成される成長層を貫通してしいた。このように
成長層を貫通する転位（貫通転位）は少数キャリヤの再
結合中心を形成するため、この化合物半導体結晶層をデ
バイスに用いるとその性能を阻害することが知られてい
た。
形成する際に、■および■属元素を同時に供給するため
、発生する歪を十分に緩和できず、３ｉ基板とバッファ
層との界面において転位が発生し、その一部はバッファ
層上に形成される成長層を貫通してしいた。このように
成長層を貫通する転位（貫通転位）は少数キャリヤの再
結合中心を形成するため、この化合物半導体結晶層をデ
バイスに用いるとその性能を阻害することが知られてい
た。
このため成長初期において３ｉ基板と化合物半導体成長
層との界面から発生する貫通転位を低減する方法が望ま
れていた。
層との界面から発生する貫通転位を低減する方法が望ま
れていた。
この発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的は、
貫通転位を低減した高品質の化合物半導体の成長方法を
提供することである。
貫通転位を低減した高品質の化合物半導体の成長方法を
提供することである。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
この発明は上記の課題を解決するために、Ｓｉ基板上に
■−ｖ族化合物半導体から構成されるバッファＦＩＩを
形成した模に、このバッファ層上に成長層として■−■
族化合物半導体をエピタキシャル成長させる化合物半導
体の成長方法において、前記３ｉ基板の温度を前記バッ
ファ層を構成するバッファ農用Ｖ族元素がやはりバッフ
ァ層を構成するバッファ農用■族元素からなる原子層内
に拡散可能な温度としておき、前記バッファ層を構成す
るｍ−ｖ族化合物の分子による所望の数の分子層を形成
するに要する所要量の前記パンフッ層用ＩＩＩ族元素を
供給して原子層を形成した後に、この原子層上に前記バ
ッファ農用Ｖ族元素を供給して前記原子層内に拡散させ
ることで、前記バッファ層を形成することを要旨とする
。
■−ｖ族化合物半導体から構成されるバッファＦＩＩを
形成した模に、このバッファ層上に成長層として■−■
族化合物半導体をエピタキシャル成長させる化合物半導
体の成長方法において、前記３ｉ基板の温度を前記バッ
ファ層を構成するバッファ農用Ｖ族元素がやはりバッフ
ァ層を構成するバッファ農用■族元素からなる原子層内
に拡散可能な温度としておき、前記バッファ層を構成す
るｍ−ｖ族化合物の分子による所望の数の分子層を形成
するに要する所要量の前記パンフッ層用ＩＩＩ族元素を
供給して原子層を形成した後に、この原子層上に前記バ
ッファ農用Ｖ族元素を供給して前記原子層内に拡散させ
ることで、前記バッファ層を形成することを要旨とする
。
（作用〉
本発明は、３ｉ基板温度を所望の数の■族元素からなる
原子層にＶ族元素が拡散可能な温度にしておき、前記Ｓ
ｉ基板上に前記原子層を形成後、この原子層上にＶ族元
素を供給して拡散させることで■−Ｖ族化合物半導体か
ら構成されるバッファ層を形成し、この後に目的の成長
層たるＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる方法である。
原子層にＶ族元素が拡散可能な温度にしておき、前記Ｓ
ｉ基板上に前記原子層を形成後、この原子層上にＶ族元
素を供給して拡散させることで■−Ｖ族化合物半導体か
ら構成されるバッファ層を形成し、この後に目的の成長
層たるＩ−Ｖ族化合物半導体を成長させる方法である。
（実施例）
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例にお
いては、■−■族化合物半導体としてＧａＡｓを、結晶
成長原料として金属Ｇａ及び固体ヒ素を用いてＳｉ基板
（１００）上に分子線エビキシ−法（ＭＢＥ）によりエ
ビタキャル成長させる場合について説明する。第１図は
本実施例における各工程の温度と時間との関係を示した
図であり、第２図は工程Ｂのバッファ層形成の模式図で
ある。本実施例の特徴は第１図中の工程Ｂにおいて、３
００℃に保った３ｉ基板上に、Ｑａを供給しＱａよりな
る層を形成させ、引き続きＡｓを供給すると共にＡＳ原
子のＧａ原子層への拡散により、Ｓｉ基板上にＧａ Ａ
Ｓのバッファ層を形成させることにある。
いては、■−■族化合物半導体としてＧａＡｓを、結晶
成長原料として金属Ｇａ及び固体ヒ素を用いてＳｉ基板
（１００）上に分子線エビキシ−法（ＭＢＥ）によりエ
ビタキャル成長させる場合について説明する。第１図は
本実施例における各工程の温度と時間との関係を示した
図であり、第２図は工程Ｂのバッファ層形成の模式図で
ある。本実施例の特徴は第１図中の工程Ｂにおいて、３
００℃に保った３ｉ基板上に、Ｑａを供給しＱａよりな
る層を形成させ、引き続きＡｓを供給すると共にＡＳ原
子のＧａ原子層への拡散により、Ｓｉ基板上にＧａ Ａ
Ｓのバッファ層を形成させることにある。
更に詳細に各工程について説明する。なお、以下の説明
における各項目記号は第１図の（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞ
れに対応する。また、同図中の工１ｊＩＣは従来技術で
ある二段階成長法との比較のために加えた工程である。
における各項目記号は第１図の（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞ
れに対応する。また、同図中の工１ｊＩＣは従来技術で
ある二段階成長法との比較のために加えた工程である。
まず、３ｉ基板を化学処理して酸化膜を除去したのら、
ＭＢＥ装置内に入れ真空状態（バックグランド真空度〜
ｉ Ｑ ｔｏｒｒ）にする。
ＭＢＥ装置内に入れ真空状態（バックグランド真空度〜
ｉ Ｑ ｔｏｒｒ）にする。
（Ａ）目標真空度到達後、基板温度を上げ、９００℃を
５分間保ち、Ｓｉ基板の表面清浄化を行なう。この真空
中での加熱によりＳｉ表面付着物である、Ｏ，Ｃ＋ 、
Ｃなどを除去する。
５分間保ち、Ｓｉ基板の表面清浄化を行なう。この真空
中での加熱によりＳｉ表面付着物である、Ｏ，Ｃ＋ 、
Ｃなどを除去する。
（Ｂ）前記工程の後、基板温度を降下し３００℃に保つ
。Ｓｉ基板表面にＡｓ原料（Ａｓ ４としてビームフラ
ックスモニタ上２×１０°５ ｔｏｒｒ）を１０分間供
給してＡＳ１原子府より構成されるＡｓ安定化面を形成
させる。このＡｓ安定化面は、この上に形成されるＧａ
Ａｓ成長層を安定にするために通常用いられている手
段である。次にＧａＡｓとして５分子層分のＧａ原料（
金ｍＧａ ）（ビームフラックスモニタ上１ 、５ Ｘ
１０−７ｔｏｒｒ。
。Ｓｉ基板表面にＡｓ原料（Ａｓ ４としてビームフラ
ックスモニタ上２×１０°５ ｔｏｒｒ）を１０分間供
給してＡＳ１原子府より構成されるＡｓ安定化面を形成
させる。このＡｓ安定化面は、この上に形成されるＧａ
Ａｓ成長層を安定にするために通常用いられている手
段である。次にＧａＡｓとして５分子層分のＧａ原料（
金ｍＧａ ）（ビームフラックスモニタ上１ 、５ Ｘ
１０−７ｔｏｒｒ。
５秒間）を供給して、Ｓ・：のＡ３安定化面上にＧａ層
を形成させる（第２図（ａ））。次にこのＧａ１ｌ上に
Ａｓ原料を１０分間供給すると、このＡｓ原子がＧａＨ
に拡散し、Ｓｉ基板上に膜厚としてＧａ Ａ３５分子層
分のバッファＭが形成される（第２図（ｂ））。このよ
うに拡散によるＧａＡＳバッファ層の形成は反射高速電
子線回折（ＲＨＥＥＤ）の強度測定等により確認され、
また従来の′ようにＧａとＡｓを同時供給する成長方法
に比べ、熱平衡に近い状態で、すなわちエネルギー的に
低く、歪をもたずに結晶成長を進行させる。これはまた
、エネルギー的に安定な界面に平行な転位線を有する９
０°転位による歪緩和、すなわち、基板平面方向へ歪が
緩和されるため、上部成長層に伝搬するような高い歪エ
ネルギーを持つ貫通転位等の発生が抑制され、基板と成
長層間の格子不整合を緩和するものである。
を形成させる（第２図（ａ））。次にこのＧａ１ｌ上に
Ａｓ原料を１０分間供給すると、このＡｓ原子がＧａＨ
に拡散し、Ｓｉ基板上に膜厚としてＧａ Ａ３５分子層
分のバッファＭが形成される（第２図（ｂ））。このよ
うに拡散によるＧａＡＳバッファ層の形成は反射高速電
子線回折（ＲＨＥＥＤ）の強度測定等により確認され、
また従来の′ようにＧａとＡｓを同時供給する成長方法
に比べ、熱平衡に近い状態で、すなわちエネルギー的に
低く、歪をもたずに結晶成長を進行させる。これはまた
、エネルギー的に安定な界面に平行な転位線を有する９
０°転位による歪緩和、すなわち、基板平面方向へ歪が
緩和されるため、上部成長層に伝搬するような高い歪エ
ネルギーを持つ貫通転位等の発生が抑制され、基板と成
長層間の格子不整合を緩和するものである。
なお、Ｇａの蒸気圧は低いため、基板温度７００℃以下
では、成長表面に供給されたＱａ原子は再蒸発等により
脱離せず、Ｇａ原子層に含まれるＧａ原子数はＧａ原料
の供給歯に比例する。本実施例においてはＧａ Ａｓと
して５分子層分のＧａ原子層を形成さゼたが、Ｇａ Ａ
ｓ １分子層分を形成させたい場合には、Ａｓ安定化面
上にＧａ １分子層を形成し、その後に供給されたＡｓ
原子がＧａＨＢ上に吸着することでなされる。このよう
にＧａ Ａｓ １分子層の場合は吸着により形成される
が、複数層の場合には上述のようにＡｓ原子のＧａ原子
層への拡散により形成される。
では、成長表面に供給されたＱａ原子は再蒸発等により
脱離せず、Ｇａ原子層に含まれるＧａ原子数はＧａ原料
の供給歯に比例する。本実施例においてはＧａ Ａｓと
して５分子層分のＧａ原子層を形成さゼたが、Ｇａ Ａ
ｓ １分子層分を形成させたい場合には、Ａｓ安定化面
上にＧａ １分子層を形成し、その後に供給されたＡｓ
原子がＧａＨＢ上に吸着することでなされる。このよう
にＧａ Ａｓ １分子層の場合は吸着により形成される
が、複数層の場合には上述のようにＡｓ原子のＧａ原子
層への拡散により形成される。
（Ｃ）基板温度を３００℃に保持したまま、前記工程８
で形成されたバッファ層上に、Ｇａ原料とＡｓ原料を同
時供給して膜厚１３ｎｌのＧａ Ａｓ（第−層）を形成
させる。この時のＱａ Ａｓの成長速度は１μｓ／ｈで
ある。
で形成されたバッファ層上に、Ｇａ原料とＡｓ原料を同
時供給して膜厚１３ｎｌのＧａ Ａｓ（第−層）を形成
させる。この時のＱａ Ａｓの成長速度は１μｓ／ｈで
ある。
（Ｄ）基板温度を５００℃に昇温し、保持して工程Ｃと
同様の方法でＩＩ！Ｊ厚２μｍのＱａ Ａｓ層（第二層
）を成長させる。この時のＱａ Ａｓの成長速度は１μ
ｓ／ｈである。
同様の方法でＩＩ！Ｊ厚２μｍのＱａ Ａｓ層（第二層
）を成長させる。この時のＱａ Ａｓの成長速度は１μ
ｓ／ｈである。
したがって本実施例によれば、格子不整合による歪を十
分に緩和したバッファ層の形成により貫通転位の少ない
高品質のＧａＡＳ成長層を３ｉ基板上に形成することが
できる。
分に緩和したバッファ層の形成により貫通転位の少ない
高品質のＧａＡＳ成長層を３ｉ基板上に形成することが
できる。
なお、第３図はＧａ Ａｓ成長層への転位の状態を示す
図であり、第３図（ａ ）は本実施例によるバッファ層
を有するＧａ Ａｓ成長層であり、第３図（ｂ ）は従
来のＧａＡＳ成長層である。この図かられかるように、
本実施例の方法では９０’転位が多くみられ、これが歪
を十分に緩和し貫通転位の発生を少なくしている。一方
従来の方法では９０°転位が少なく、その結果高い歪エ
ネルギーをもった貫通転位が多く発生している。
図であり、第３図（ａ ）は本実施例によるバッファ層
を有するＧａ Ａｓ成長層であり、第３図（ｂ ）は従
来のＧａＡＳ成長層である。この図かられかるように、
本実施例の方法では９０’転位が多くみられ、これが歪
を十分に緩和し貫通転位の発生を少なくしている。一方
従来の方法では９０°転位が少なく、その結果高い歪エ
ネルギーをもった貫通転位が多く発生している。
第１表はＧａＡＳ成長層の転位密度と結晶性について調
べた結果を示すものである。従来の方法（二段階成長法
）によるＱａ Ａｓ成長層、本実施例によるＧａ Ａｓ
５分子層分（Ａ）および１分子層（Ｂ）のバッファ層
をそれぞれ有するＱａ Ａｓ成長層について比較した。
べた結果を示すものである。従来の方法（二段階成長法
）によるＱａ Ａｓ成長層、本実施例によるＧａ Ａｓ
５分子層分（Ａ）および１分子層（Ｂ）のバッファ層
をそれぞれ有するＱａ Ａｓ成長層について比較した。
成長層の結晶性はＸ線二結晶法の半値巾により示し、こ
の値が小さいことは結晶性が良好であることを示してい
る。
の値が小さいことは結晶性が良好であることを示してい
る。
（以下余白）
第１表
（以下余白）
この表から、本実施例のうちＧａ Ａ３５分子層のバッ
ファ層を有する成長層が転位密度および結晶性において
も高品質なことがわかる。このことは、バッファ１ｉ！
ｉ形成時に、吸着よりも、Ａｓ原子のＧａ原子層への拡
散によるものが高品質の成長層を形成することがわかる
。
ファ層を有する成長層が転位密度および結晶性において
も高品質なことがわかる。このことは、バッファ１ｉ！
ｉ形成時に、吸着よりも、Ａｓ原子のＧａ原子層への拡
散によるものが高品質の成長層を形成することがわかる
。
なお、本実施例においては分子線エピタキシー法を用い
たが、本発明はこれにとられれるものではなく、他に例
えば熱分解気相酸ｆ％ （ＭＯＣＶＤ）法等であっても
よい。
たが、本発明はこれにとられれるものではなく、他に例
えば熱分解気相酸ｆ％ （ＭＯＣＶＤ）法等であっても
よい。
また、本実施例においてバッファ層と成長層を構成する
化合物として同一のＧａＡＳを用いたが本発明において
は必ずしも両者が同一である必要はなく例えばＧａＡｓ
とＧａＰとの組合せ等であってもよい。
化合物として同一のＧａＡＳを用いたが本発明において
は必ずしも両者が同一である必要はなく例えばＧａＡｓ
とＧａＰとの組合せ等であってもよい。
さらに、本実施例において■−Ｖ族化合物としてＱａ
Ａｓを用いたが本発明はこれにとられれることはなく例
えばＩｎＰやＧａ Ｐなどであってもよい。
Ａｓを用いたが本発明はこれにとられれることはなく例
えばＩｎＰやＧａ Ｐなどであってもよい。
なお、本実施例でおこなった工程ＢでのＡＳ安定化面の
形成は従来例との比較のために用いたがＳｉ基板に対す
るＱａの付着が良好と考えられるので本発明においては
必ずしも必要とするものではない。また、工程Ｃも従来
例との比較のために加えたもので、本発明にあっては必
ずしも必要とするものではない。
形成は従来例との比較のために用いたがＳｉ基板に対す
るＱａの付着が良好と考えられるので本発明においては
必ずしも必要とするものではない。また、工程Ｃも従来
例との比較のために加えたもので、本発明にあっては必
ずしも必要とするものではない。
［発明の効果］
以上説明したように、この発明によれば、Ｓｉ基板温度
を所望の数の■族元素からなる原子層にＶ族元素が拡散
可能な温度にしておき、前記３ｉ基板上に前記原子層を
形成後、この原子層上にＶ族元素を供給して拡散させる
ことで■−Ｖ族化合物半導体から構成されるバッファ層
を形成し、この後に目的の成長層たる■−Ｖ族化合物半
導体を成長させるので、貫通転位を低減した高品質の化
合物半導体の成長方法を提供できる。
を所望の数の■族元素からなる原子層にＶ族元素が拡散
可能な温度にしておき、前記３ｉ基板上に前記原子層を
形成後、この原子層上にＶ族元素を供給して拡散させる
ことで■−Ｖ族化合物半導体から構成されるバッファ層
を形成し、この後に目的の成長層たる■−Ｖ族化合物半
導体を成長させるので、貫通転位を低減した高品質の化
合物半導体の成長方法を提供できる。
第１図は本発明の一実施例の工程を示す図、第２図はバ
ッファＭの模式図、第３図は転位状態を示す図である。 Ｓｉ基板 第２図（ａ） 第２図 （ｂ）
ッファＭの模式図、第３図は転位状態を示す図である。 Ｓｉ基板 第２図（ａ） 第２図 （ｂ）
Claims (2)
- （１）Ｓｉ基板上にIII−Ｖ族化合物半導体から構成さ
れるバッファ層を形成した後に、このバッファ層上に成
長層としてIII−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成
長させる化合物半導体の成長方法において、 前記Ｓｉ基板の温度を前記バッファ層を構成するバッフ
ァ層用Ｖ族元素がやはりバッファ層を構成するバッファ
層用III族元素からなる原子層内に拡散可能な温度とし
ておき、前記バッファ層を構成するIII−Ｖ族化合物の
分子による所望の数の分子層を形成するに要する所要量
の前記バッファ層用III族元素を供給して原子層を形成
した後に、この原子層上に前記バッファ層用Ｖ族元素を
供給して前記原子層内に拡散させることで、前記バッフ
ァ層を形成することを特徴とする化合物半導体の成長方
法。 - （２）前記バッファ層を構成するIII−Ｖ族化合物半導
体と前記成長層を構成するIII−Ｖ族化合物半導体とが
同一のIII−Ｖ族化合物半導体であることを特徴とする
請求項１記載の化合物半導体の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10008288A JPH01272108A (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 化合物半導体の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10008288A JPH01272108A (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 化合物半導体の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01272108A true JPH01272108A (ja) | 1989-10-31 |
Family
ID=14264520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10008288A Pending JPH01272108A (ja) | 1988-04-25 | 1988-04-25 | 化合物半導体の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01272108A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
1988
- 1988-04-25 JP JP10008288A patent/JPH01272108A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| US7732325B2 (en) | 2002-01-26 | 2010-06-08 | Applied Materials, Inc. | Plasma-enhanced cyclic layer deposition process for barrier layers |
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