JPH0222812A - 化合物半導体層の成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、熱処理を済ませて清浄化されたシリコン（
Ｓｉ）基板上にこの基板と格子定数が異なった化合物半
導体層、特に、■−Ｖ族化合物半導体層を気相エピタキ
シャル成長させる方法に関する。

（従来の技術） 従来より、Ｓｉ基板上に、直接、ＧａＡｓ等の■−ｖ族
化合物半導体層を成長させて、大型の良質のウェハを製
作する技術の開発が進められ、実用に供されている。Ｓ
ｉ基板にこれら化合物半導体層を気相エピタキシャル成
長させる方法として、例えば、文献：　ｒＳｕｒｆａｓ
ｅ　５ｃｉｅｎｃｅ１．１７４（１９８６）１９−３０
　、　Ｎｏｒｔｈ−Ｈａｌｌａｎｄ　、Ａｍｓｔｅｒｄ
ａｍに開示されているような２段階成長法がある。この
方法は、基板の清浄化のための熱処理稜、先ず、充分に
低い温度でバッファ層（低温バッファ層と称する。）ヲ
成長しでおいてから、化合物半導体の通常の成長温度に
まで昇温した復、その成長温度で所望する化合物半導体
層を成長させる方法である。

先ず、この文献に開示されている、２段階成長法を用い
た有機金属化学気相法（ＭＯＣＶＤ法）（こよりＳｉ基
板ｆこＧａＡｓＦｌｌを成長させる場合につき簡単に説
明する。

第２図は、この従来の２段階成長法を説明するための成
長温度の説明図であり、横軸に時間及び縦軸に温度（”
Ｃ）！プロットして示しである。

また、第３図は従来方法の説明に供するウェハ断面図で
ある。

この成長にはキャリアガスとして水素（Ｈ２）ガス、反
応ガスとしてアルシン（八ｓＨ，）及びトリメチルガリ
ウム（Ｇ　ａ　（ＣＨ３）　３　）（ＴＭＧと略称する
。）ヲ用いでいる。

先ず、反応炉内にＳｉ基板１０を設置した後、アルシン
（ＡＳＨ３）と水素（Ｈ２）ガスとの混合ガス雰囲気中
でＳｉ基板１０８９００〜９８０℃程度の温度ＴＣで５
分間熱処理して（第２図に■で示す、）基板を清浄化す
る。その後、温度をこの熱処理温度よりも充分低い温度
Ｔ８例えば４００　’Ｃ程度にまで下（プ、２分間ＴＭ
Ｇを反応炉内ｆこ導入し、第１段階でのＧａＡｓ層１２
の成長を行う（第２図に■で示す、）、このＧａＡｓ層
１２は膜厚１００Ａ程度の−様なシート状の層であり、
Ｓｉ基板１００表面を覆う低温バッファ層である。続い
て、ＴＭＧの導入を停止して成長を中断してから、再び
温度！６００〜６５０　’Ｃの範囲内の温度ＴＧまで上
昇させ、第２段階でのＧａＡｓ層１４を成長させる（第
２図に■で示す、）、この第２段階でのＧａＡｓ層１４
の成長（第２図のｍ）を、反応炉内に丁ＭＧを例えば約
１５分間導入して約３０ｍの膜厚となるようにして行う
。

このように、２段階成長法は、ＧａＡｓの低温バッファ
層１２を成長させる温度ＴＯと、電子デバイスを作り込
むための所望のＧａＡｓ層を成長させる温度ＴＧとの２
段階の温度に分けて８１基板上にＧａＡｓ層を成長させ
る技術である。

この方法によれば、無極性結晶上への有極性の結晶を成
長させることが出来、これがため、基板と成長層との間
に格子不整合（ＧａＡｓとＳｉとでは４％の格子不整合
がある。）があっても、気相エピタキシャル技術で単一
のドメインのＧａＡｓ成長層を得ることが出来るもので
ある。

従って、上述した２段階成長法はＳｉ基板上にＧａＡｓ
等の化合物半導体の格子不整合を有する結晶を成長させ
るための有効な方法である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この２段階成長法による場合１こは、Ｇ
ａＡｓの低温バッファ層を成長する工程が必要であるた
め、通常のＧａＡｓ基板上へのＧａＡｓの成長に比ベニ
程数が多く、従って、成長に要する時間も長くなってし
まうという問題点があった。

このため、この低温バッファ層の成長工程を省略して、
清浄後直ちにＳｉ基板上（、＝ＧａＡＳ層の成長を行う
ことも考えられる。しかしながら、６００〜６５０℃の
成長温度でしかも１８００Ａ／分程度という通常の成長
速度では、ＧａＡｓ反応種のＳｉ基板表面におけるマイ
グレーションの効果により、ＧａＡｓ初期成長層は三次
元的な島状成長となり、これに起因して、弓き続き成長
するＧａＡｓの成長層が多結晶となってしまい、単結晶
のＧａＡｓ層が得られないという問題点があった。

この発明は上述した従来の課題に鑑み成されたものであ
り、従って、この発明の目的は、低温バッファ層の成長
工程を省略して成長工程の短縮化を図り、しかも、表面
マイグレーション効果があっても、単結晶の化合物半導
体層を容易に成長させ、スルーブツトの向上を図ること
が出来る、化合物半導体層の成長方法を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の化合物半導体層
の成長方法によれば、 シリコシ（Ｓｉ）基板上に当該基板と格子定数の異なっ
た化合物半導体層をヘテロエピタキシャル成長させるに
当り、 この化合物半導体の通常の成長温度でかつ、この化合物
半導体の成長開始時からの少なくとも成長初期段階は、
この化合物半導体の構成成分となる反応種の、当該基板
上での表面マイグレーションに起因する三次元的な島状
成長を押える成長速度で成長させること を特徴とする。

ざらに、この発明の好適実施例においては、成長初期段
階後であってもこの初期段階での成長速度で成長させる
ことが出来る。

また、この発明の他の好適実施例においては、成長初期
段階後の成長速度を、初期段階での成゛長速度よりも遅
い別の成長速度とすることが出来る。

（作用） この発明の構成によれば、Ｓｉ基板の表面の清浄化を行
った稜、少なくとも成長の初期段階は、通常の化合物半
導体の成長速度よりも速い成長速度で、このＳｉ基板の
表面上に直接当該化合物半導体層を成長させるので、成
長すべき化合物半導体の構成成分となる反応種の基板表
面での表面マイグレーション効果があったとしても、三
次元的な島状成長が生じないうちに、結晶方位のそろっ
た材料、例えばＧａＡｓの結晶粒によってＳｉ基板表面
を覆い、これがため化合物半導体層が単結晶となって成
長する。

従って、工程の短縮化が図れると共に、容易に化合物半
導体層の単結晶層を成長させることが出来る。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の詳細な説明する。

尚、これらの図は、この発明を理解出来る程度に概略的
に示しであるにすぎず、また、断面を表わすハツチング
等は省略して示しである。また、これら図において、第
２図及・び第３図に示した構成成分等と同一の構成部分
等に対しては同一の符号を付して示し、その詳細な説明
は省略する。

また、以下説明する実施例は単なる好適例であるにすぎ
ないため１．数値的条件、その他の条件はこの実施例に
あげた例にのみ限定されるものではないことを理解され
たい。

また、以下説明する実施例では、Ｓｉ基板上に■−Ｖ族
化合物半導体のうち一例としてＧａＡｓ層を有機金属化
学気相法（ＭＯＣＶＤ法）によって成長させてウェハを
得る場合につき説明する。

第−実施例 第１図（Ａ）はこの発明の化合物半導体層の成長方法の
第一実施例における成長温度の説明図であり、横軸に時
間及び縦軸に温度（”Ｃ）を取って示しである。第１図
（Ｂ）はこの実施例の成長方法の説明に供するウェハの
部分的断面図である。

先ず、反応炉内にＳｉ基板１０ヲ設冒し、これを従来と
同様に、（Ｈ２＋ＡＳＨ３）の雰囲気中で９００〜９８
０　”Ｃ程度の範囲内の好適な温度ＴＣで約５分間加熱
処理を行ってその表面の清浄化を行う（第１図にＩで示
す、）。

次に、この発明では、反応炉内の温度を、化合物半導体
の通常の成長温度従ってこの場合にはＧａＡｓの通常の
成長温度である６００〜６５０℃程度の範囲内の適当な
温度ＴＧにまで下げる。

そして、このＧａＡｓの成長速度が、従来普通の成長速
度（１８００Ａ／分程度）よりも速い高成長速度例えば
約３０００Ａ／分程度或いはそれよりも速い成長速度と
なるように反応ガスすなわちＴＭＧの反応炉内への供給
量を調整した後、このＴＭＧを反応炉内へ導入開始して
成長を開始する（第１図（Ａ）に■で示す、）、この実
施例では、化合物半導体であるＧａＡｓの成長開始時か
らの成長初期段階はもとより、ＧａＡｓ層１６の膜厚が
所望の膜厚となるまで、この成長速度で継続成長させ（
第１図（Ａ）に■で示す、）、第１図（Ｂ）に示すよう
なウェハを得る。第１図（Ｂ）において、このＧａＡｓ
層１６は高速成長層である。

このように、ＧａＡｓ層１６を高速成長させると、成長
すべきＧａＡｓの構成成分となる反応種の基板表面での
表面マイグレーション効果があったとしでも、三次元的
な島状成長が生じないうぢｌこ、結晶方位のそろったＧ
ａＡＳ結晶粒によってＳｉ基板表面が覆われるので引き
続き成長するＧａＡｓが単結晶となり、従って、Ｓｉ基
板１０上にＧａＡｓの単結晶層を得ることが出来る。

第二実施例 第４図（Ａ）はこの発明の化合物半導体層の成長方法の
第二実施例における成長温度の説明図であり、横軸に時
間及び縦軸に温度（”Ｃ）！取って示しである。第４図
（Ｂ）はこの実施例の成長方法の説明に供するウェハの
部分的断面図である。

上述した第一実施例では、ＧａＡＳの通常の成長温度で
の成長を、ＧａＡ３の成長開始時から設計上の膜厚とな
るまで、終始継続して、高速成長させでいた。これに対
し、この第二実施例では、Ｓｉ基板１０の加熱処理（第
４図（Ａ）に工で示す、）復、先ず、この通常の成長温
度で、ＧａＡｓの成長開始時からの少なくとも成長初期
段階のみ、上述した速い高成長速度例えば約３００ＯＡ
／分程度或いはそれよりも速い成長速度で成長させ（第
４図（Ａ）にＶで示す、）、その復、成長速度を従来普
通の成長速度、例えば１８００Ａ／分程度の成長速度、
に変えて最終的に設計上の所望の膜厚にまで成長させ（
第４図（Ａ）に■で示す。）、第４図（Ｂ）に示すよう
なウェハを得る。尚、同図においで、１８は高速成長層
でありバッファ層として機能し、２０は普通の成長速度
の成長層であり、両層１８及び２０がＳｉ基板１０上の
ＧａＡｓの成長層２２である。上述した成長初期段階で
は、その期間での高速成長によってバッファ層１８とし
て機能するだけの膜厚のＧａＡｓの高速成長層を成長さ
せるのが好ましく、従って、この初期段階の高速成長時
間は設計によって任意好適な時間を設定すれば良い、こ
の第二実施例の場合でも、このような高速成長によるバ
ッファ層１日が、その構成成分となる反応種が当該基板
１０上での表面マイグレーションを起しでも三次元的な
島状成長が起らないうちに、結晶方位のそろったＧａＡ
ｓ結晶粒によってＳｉ基板表面が覆われるので、その後
の普通の成長速度での成長層２０も単結晶層として成長
させることが出来る。

この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、多くの変形又は変更をすることが出来る０例えば、
上述した実施例では、ＭＯＣＶＤ法でＳｉ基板上にＧａ
Ａｓ層を成長させる例につき説明したが、この発明は、
反応種の基板上での表面マイグレーション効果による成
長初期における成長すべき半導体の三次元的な島状成長
が問題となるような場合に適用して好適であり、従って
、成長方法、成長条件、基板の種類、成長させるべき化
合物半導体のｆＩ類は設計に応じて任意に設定すること
が出来る０例えば、Ｓｉ基板上へＩｎＰ、ＧａＰ、これ
らの混晶、その他の１１１１ｒ−Ｖ族化合物半導体材料
を用いでも同様な効果を達成することが出来る。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この発明の化合物
半導体層の成長方法によれば、少なくとも成長開始時か
ら成長初期段階における成長すべき化合物半導体の成長
速度を、成長すべき化合物半導体を構成する反応種の基
板表面（こおけるマイグレーション効果による三次元的
な島状成長を押えることが出来る程度にまで、速くして
化合物半導体の通常の高い成長温度でも単結晶層を成長
出来るようにしたので、従来のような低温バッファ層の
成長工程が不要となり、従って、成長工程の時間の短縮
化を図ることが出来ると共に、成長も容易となり、スル
ーブツトの向上を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はこの発明の化合物半導体層の成長方法の
第−実施例の説明に供する成長温度の説明図、 第１図（Ｂ）はこの発明の化合物半導体層の成長方法の
第一実施例の説明に供するウェハ断面図、 第２図は従来方法の説明に供する成長温度の説明図、 第３図は従来方法の説明に供するウェハ断面図、 第４図（Ａ）はこの発明の化合物半導体層の成長方法の
第二実施例の説明に供する成長温度の説明図、 第４図（Ｂ）はこの発明の化合物半導体層の成長方法の
第二実施例の説明に供するウェハ断面図である。 ２０−・普通の成長速度の成長層 ２２−・・成長層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン（Ｓｉ）基板の熱処理後、該基板上に当
   該基板と格子定数の異なった化合物半導体層を気相エピ
   タキシャル成長させるに当り、当該化合物半導体の通常
   の成長温度でかつ、当該化合物半導体の成長開始時から
   の少なくとも成長初期段階は、当該化合物半導体の構成
   成分となる反応種の、当該基板上での表面マイグレーシ
   ョンに起因する三次元的な島状成長を押える成長速度で
   成長させること を特徴とする化合物半導体層の成長方法。
2. （２）前記成長初期段階後も該初期段階での成長速度で
   成長させる請求項１記載の化合物半導体層の成長方法。
3. （３）前記成長初期段階後は該初期段階での成長速度よ
   りも遅い別の成長速度で成長させる請求項１記載の化合
   物半導体層の成長方法。