JPH03256324A - 半導体結晶基板の製造方法 - Google Patents
半導体結晶基板の製造方法Info
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- JPH03256324A JPH03256324A JP5461590A JP5461590A JPH03256324A JP H03256324 A JPH03256324 A JP H03256324A JP 5461590 A JP5461590 A JP 5461590A JP 5461590 A JP5461590 A JP 5461590A JP H03256324 A JPH03256324 A JP H03256324A
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- Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
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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】
［産業上の利用分野コ
本発明は、半導体結晶基板の製造技術に関し、例えばＧ
ａＡｓまたはＧａＰのような■−Ｖ族化合物半導体結晶
基板上に気相成長法により形成したＧａ及びＰを含む３
元系、４元系の混晶エピタキシャル層の上に、ＬＰＥ
（液相エピタキシー）法で混晶層を成長させる場合に利
用して効果的な技術に関する。
ａＡｓまたはＧａＰのような■−Ｖ族化合物半導体結晶
基板上に気相成長法により形成したＧａ及びＰを含む３
元系、４元系の混晶エピタキシャル層の上に、ＬＰＥ
（液相エピタキシー）法で混晶層を成長させる場合に利
用して効果的な技術に関する。
［従来の技術］
従来、Ｇ ａ Ａ ｓ基板上に気相成長法で組成勾配層
を有するＧａＡｓＰエピタキシャル層を成長した基板が
提案され、発光ダイオード用基板として量産されてきた
。しかし、このＧａＡｓＰ基板は、ＧａＡｓとＧａＡｓ
Ｐとの格子定数が１％以上異なるため、結晶性はＧａＡ
ｓ基板に比べ劣り、表面にはクロスハツチパターンが形
成されている。
を有するＧａＡｓＰエピタキシャル層を成長した基板が
提案され、発光ダイオード用基板として量産されてきた
。しかし、このＧａＡｓＰ基板は、ＧａＡｓとＧａＡｓ
Ｐとの格子定数が１％以上異なるため、結晶性はＧａＡ
ｓ基板に比べ劣り、表面にはクロスハツチパターンが形
成されている。
一方でこのＧａＡｓＰ基板上にＧａＩｎＰ系のエピタキ
シャル層をＬＰＥ法で成長°させることで、より高輝度
で短波長の発光素子を作成する試みがなされてきた。
シャル層をＬＰＥ法で成長°させることで、より高輝度
で短波長の発光素子を作成する試みがなされてきた。
［発明が解決しようとする問題点］
クロスハツチパターンのあるＧ ａ Ａ ｓ Ｐ基板上
にＬＰＥ法でＧａＩｎＰの混晶層の成長を行なうと表面
モフォロジ−（表面状態）の良いものが得られず、表面
にはピッチが５０〜２００μｍで高さが０．５〜１．５
μｍに及ぶ特有のうねり模様が出現する（Ｊａｐａｎｅ
ｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ （１９８７）２６巻、１１２頁〜１
１６頁（Ｓ、Ｆｕｊｉｉ ｅｔ ａｌ）やＯｍｕｒ
ｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃｓ Ｎｏ、６８ （１９８１
）２１頁〜３３頁（Ｍ、Ｓｈｉｍｕｒａ ｅｔ ａ
ｌ））、：＝の種のうねりの高さは、エピタキシャル膜
の厚さとある程度関係があり、うねりの高さの成長膜厚
に対する比率は１０〜３０％に達する。しかし、このメ
カニズムについてはよく理解されておらず、このような
うねりが存在する基板を用いてデバイスを作成すると歩
留りの低下を招くという欠点があった。
にＬＰＥ法でＧａＩｎＰの混晶層の成長を行なうと表面
モフォロジ−（表面状態）の良いものが得られず、表面
にはピッチが５０〜２００μｍで高さが０．５〜１．５
μｍに及ぶ特有のうねり模様が出現する（Ｊａｐａｎｅ
ｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ （１９８７）２６巻、１１２頁〜１
１６頁（Ｓ、Ｆｕｊｉｉ ｅｔ ａｌ）やＯｍｕｒ
ｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃｓ Ｎｏ、６８ （１９８１
）２１頁〜３３頁（Ｍ、Ｓｈｉｍｕｒａ ｅｔ ａ
ｌ））、：＝の種のうねりの高さは、エピタキシャル膜
の厚さとある程度関係があり、うねりの高さの成長膜厚
に対する比率は１０〜３０％に達する。しかし、このメ
カニズムについてはよく理解されておらず、このような
うねりが存在する基板を用いてデバイスを作成すると歩
留りの低下を招くという欠点があった。
本発明は上記の欠点を解決したもので、その目的とする
ところは、ＬＰＥ法でクロスハツチパターンのある化合
物半導体基板上に混晶層を成長させる場合に表面のうね
りの少ない混晶層を成長できるような条件を与えること
にある。
ところは、ＬＰＥ法でクロスハツチパターンのある化合
物半導体基板上に混晶層を成長させる場合に表面のうね
りの少ない混晶層を成長できるような条件を与えること
にある。
［問題点を解決するための手段］
本発明者らは、ＬＰＥ法により、混晶層を成長させる場
合に、うねりを減少させることができる条件を見つける
べく種々の実験を行なった。
合に、うねりを減少させることができる条件を見つける
べく種々の実験を行なった。
その結果、液相成長時における溶液の冷却速度とうねり
の大きさとの間に相関があり、冷却速度を適当な範囲に
設定することでうねりを小さくできることを見い出した
。すなわち、従来は１．０℃／分以下の速度で冷却して
いたものを、１．５℃／分〜２．５℃／分の速度にする
ことでうねりを小さくできることを見い出した。
の大きさとの間に相関があり、冷却速度を適当な範囲に
設定することでうねりを小さくできることを見い出した
。すなわち、従来は１．０℃／分以下の速度で冷却して
いたものを、１．５℃／分〜２．５℃／分の速度にする
ことでうねりを小さくできることを見い出した。
ところで、従来Ｇａ Ｉ ｎＰ系の液相成長では、Ｇａ
の偏析が起こり易く、混晶層の組成が厚みとともに大き
く変化してしまうと考えられていたため、冷却速度は１
．０℃／分以下と比較的に遅い領域で行なわれていた。
の偏析が起こり易く、混晶層の組成が厚みとともに大き
く変化してしまうと考えられていたため、冷却速度は１
．０℃／分以下と比較的に遅い領域で行なわれていた。
しかるに本発明者らの実験結果によれば、（１００）面
のＧａＡｓＰ基板上にＧａ Ｉ ｎＰを１０μｍ以上厚
く成長させても熱力学的に予想されるような偏析に伴な
う組成変化は観察されなかった。従っ−（、ＧａＡｓＰ
基板を用いて、ＧａＩｎＰの液相エピタキシャル成長を
行なう際に、冷却速度を高めることで何ら問題なくうね
りを小さくできるとの結論に達した。
のＧａＡｓＰ基板上にＧａ Ｉ ｎＰを１０μｍ以上厚
く成長させても熱力学的に予想されるような偏析に伴な
う組成変化は観察されなかった。従っ−（、ＧａＡｓＰ
基板を用いて、ＧａＩｎＰの液相エピタキシャル成長を
行なう際に、冷却速度を高めることで何ら問題なくうね
りを小さくできるとの結論に達した。
ただし、冷却速度が速すぎると、組成的過冷却現象が起
きて、成長層−溶液境界で溶質原子の分布が不安定とな
り均一な厚みの成長層が得られなくなる。
きて、成長層−溶液境界で溶質原子の分布が不安定とな
り均一な厚みの成長層が得られなくなる。
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、Ｇ ａ
Ａ ｓまたはＧａＰのような■−Ｖ族化合物半導体基板
上に気相成長法でＧａ及びＰを含む■−Ｖ族化合物半導
体混晶をエピタキシャル成長させてなる基板に、■族元
素の溶媒体に■族元素及びＶ族元素からなる溶質を溶解
させてなる原料溶液を接触させ、冷却して、混晶層を成
長させるにあたり、原料溶液を１．５℃／分以上２．５
℃／分以下の冷却速度で冷却させることを提案するもの
である。
Ａ ｓまたはＧａＰのような■−Ｖ族化合物半導体基板
上に気相成長法でＧａ及びＰを含む■−Ｖ族化合物半導
体混晶をエピタキシャル成長させてなる基板に、■族元
素の溶媒体に■族元素及びＶ族元素からなる溶質を溶解
させてなる原料溶液を接触させ、冷却して、混晶層を成
長させるにあたり、原料溶液を１．５℃／分以上２．５
℃／分以下の冷却速度で冷却させることを提案するもの
である。
［作用］
上記した手段によれば、冷却速度を１．５℃／分以上と
したので、成長速度を早めることにより、うねりを抑制
できるとともに、冷却速度を２．５℃／分以下としたの
で、組成的過冷却現象を回避することができ、その結果
、液相工゛ビタキシー法で成長した混晶層表面のうねり
を小さく−するとともに、組成の変化の少ない一定組成
の混晶層を成長させることができる。
したので、成長速度を早めることにより、うねりを抑制
できるとともに、冷却速度を２．５℃／分以下としたの
で、組成的過冷却現象を回避することができ、その結果
、液相工゛ビタキシー法で成長した混晶層表面のうねり
を小さく−するとともに、組成の変化の少ない一定組成
の混晶層を成長させることができる。
［実施例］
一例として、スライドボートを用いた液相エピタキシャ
ル成長装置を用いて、ＧａＡｓＰエピタキシャル基板上
にＧａＩｎＰ混晶層をエピタキシャル成長させた。
ル成長装置を用いて、ＧａＡｓＰエピタキシャル基板上
にＧａＩｎＰ混晶層をエピタキシャル成長させた。
ＧａＡｓＰエピタキシャル基板は、面方位が［１００］
方向から２° ［０１１］方向へ傾斜したＧａＡｓ基板
上に気相成長法で厚さ３０．４ｚｍのＧａＡｓＰ組成勾
配層の上に約２０μｍのＧａＡＳ−ｍ Ｐ＠ −４組成
一定層を成長させたものを用いた。
方向から２° ［０１１］方向へ傾斜したＧａＡｓ基板
上に気相成長法で厚さ３０．４ｚｍのＧａＡｓＰ組成勾
配層の上に約２０μｍのＧａＡＳ−ｍ Ｐ＠ −４組成
一定層を成長させたものを用いた。
このエピタキシャル基板の表面にはクロスハツチパター
ンが見られた。上記クロスハツチパターンのあるエピタ
キシャル基板上に８１０℃で９．８８９ｇのＩｎの溶媒
に０．１８９ｇのＩｎＰと０゜１２１ｇのＧａＰをよく
溶かし込んだのち、７８５℃まで徐々に冷却し、該溶液
とエビタキシャル基板を接触させ、０．５℃／分、１．
０℃／分。
ンが見られた。上記クロスハツチパターンのあるエピタ
キシャル基板上に８１０℃で９．８８９ｇのＩｎの溶媒
に０．１８９ｇのＩｎＰと０゜１２１ｇのＧａＰをよく
溶かし込んだのち、７８５℃まで徐々に冷却し、該溶液
とエビタキシャル基板を接触させ、０．５℃／分、１．
０℃／分。
１．５℃／分、２．０℃／分、２．５℃／分および３．
０℃／分の冷却速度でそれぞれ１０分間冷却してＧａＩ
ｎＰ混晶をエピタキシャル成長させた。
０℃／分の冷却速度でそれぞれ１０分間冷却してＧａＩ
ｎＰ混晶をエピタキシャル成長させた。
その結果を第１図に示す。
表 １
なお、エピタキシャル層の厚みは当然のことながら、冷
却速度が速いほど厚くなった。そこで、エピタキシャル
層の厚みとうねりとの相関を見るため、うねりの高さｈ
とエピタキシャル層の厚みＨとの比ｈ／Ｈを計算で求め
た。その結果も表１に示した。
却速度が速いほど厚くなった。そこで、エピタキシャル
層の厚みとうねりとの相関を見るため、うねりの高さｈ
とエピタキシャル層の厚みＨとの比ｈ／Ｈを計算で求め
た。その結果も表１に示した。
表１および第１図により、冷却速度を１．５〜２．５℃
／分とした場合、うねりの高さを０．５μｍ以下に抑え
ることができることが分かる。
／分とした場合、うねりの高さを０．５μｍ以下に抑え
ることができることが分かる。
また、上記方法で得られた混晶層の組成をＥＰＭＡ法（
電子プローブマイクロアナライザ）でＧａとＰおよびＩ
ｎの量を検出することで調べたところ第２図のような結
果が得られた。
電子プローブマイクロアナライザ）でＧａとＰおよびＩ
ｎの量を検出することで調べたところ第２図のような結
果が得られた。
第２図において、符号ＳはＧａＡｓ基板、ＧはＧａＡｓ
Ｐ組成勾配層、Ｃは組成一定層、ＭはＧａＩｎＰ混晶層
の部分である。同図より液相成長中での偏析はそれほど
顕著でないことが分がる。
Ｐ組成勾配層、Ｃは組成一定層、ＭはＧａＩｎＰ混晶層
の部分である。同図より液相成長中での偏析はそれほど
顕著でないことが分がる。
比較のため基板として、（１００）面ジャストのＧａＡ
ｓ基板と面方位を（１００）方向から［０１１］方向へ
２″傾けたＧ ａ Ａ ｓ基板上にＧａＡｓＰ組成勾配
層および組成一定層を気組成長させたもの、さらに気相
成長後エツチングやポリッシングを行なった基板を用い
て、上記と同一条件の下でＧａＩｎＰを液相成長させる
実験や仕込み溶液組成を変えたり、溶液初期温度を変え
て液相成長させる実験を行なった。結果は表１や第１図
のものとあまり変わらなかった。このことにより、混晶
層表面のうねりを低減するには溶液冷却速度を調節する
方法が最も良く、基板のオフアングルや溶液組成、温度
は、うねりの発生と関係しないことが分かった。
ｓ基板と面方位を（１００）方向から［０１１］方向へ
２″傾けたＧ ａ Ａ ｓ基板上にＧａＡｓＰ組成勾配
層および組成一定層を気組成長させたもの、さらに気相
成長後エツチングやポリッシングを行なった基板を用い
て、上記と同一条件の下でＧａＩｎＰを液相成長させる
実験や仕込み溶液組成を変えたり、溶液初期温度を変え
て液相成長させる実験を行なった。結果は表１や第１図
のものとあまり変わらなかった。このことにより、混晶
層表面のうねりを低減するには溶液冷却速度を調節する
方法が最も良く、基板のオフアングルや溶液組成、温度
は、うねりの発生と関係しないことが分かった。
なお、本発明はＧａＩｎＰ混晶の液相成長に限定させず
、Ｉ ｎＧａＡｓＰ系やＡＱＧａ Ｉ ｎＰ系の混晶を
ＬＰＥ法で成長させる場合に利用できる。
、Ｉ ｎＧａＡｓＰ系やＡＱＧａ Ｉ ｎＰ系の混晶を
ＬＰＥ法で成長させる場合に利用できる。
［発明の効果コ
以上に説明したごとくこの発明は、■−Ｖ族化合物半導
体基板上に気相成長法Ｇａ及びＰを含むでｍ−Ｖ族化合
物半導体混晶をエピタキシャル成長させてなる基板にｍ
族元素の溶媒体にｍ族元素及びＶ族元素からなる溶質を
溶解させてなる原料溶液を接触させて冷却し、混晶層を
成長させるにあたり、原料溶液を１．５℃／分以上２．
５℃／分以下の冷却速度で冷却させるようにしたので、
成長速度を早めることによりうねりを抑制できるととも
に、冷却速度を２．５℃／分以下としたので、組成的過
冷却現象を回避することができ、その結果、液相エピタ
キシー法で成長した混晶層表面のうねりを小さくすると
ともに、組成の変化のない一定組成の混晶層を成長させ
ることができる。
体基板上に気相成長法Ｇａ及びＰを含むでｍ−Ｖ族化合
物半導体混晶をエピタキシャル成長させてなる基板にｍ
族元素の溶媒体にｍ族元素及びＶ族元素からなる溶質を
溶解させてなる原料溶液を接触させて冷却し、混晶層を
成長させるにあたり、原料溶液を１．５℃／分以上２．
５℃／分以下の冷却速度で冷却させるようにしたので、
成長速度を早めることによりうねりを抑制できるととも
に、冷却速度を２．５℃／分以下としたので、組成的過
冷却現象を回避することができ、その結果、液相エピタ
キシー法で成長した混晶層表面のうねりを小さくすると
ともに、組成の変化のない一定組成の混晶層を成長させ
ることができる。
これによって、この基板を用いた発光ダイオードのよう
な電子デバイスの歩留りを向上させることができるとい
う効果がある。
な電子デバイスの歩留りを向上させることができるとい
う効果がある。
第１図はＬＰＥ法により、Ｇａ Ｉ ｎＰ混晶を成長さ
せる際の冷却速度と混晶層表面のうねりの高さとの関係
を示す相関図、 第２図は本発明を適用して得られたエピタキシャル基板
をＥＰＭＡ法で測定したときの厚み方向の構成元素の含
有量を示すグラフである。
せる際の冷却速度と混晶層表面のうねりの高さとの関係
を示す相関図、 第２図は本発明を適用して得られたエピタキシャル基板
をＥＰＭＡ法で測定したときの厚み方向の構成元素の含
有量を示すグラフである。
Claims (1)
- （１）III−Ｖ族化合物半導体基板上に気相成長法でＧ
ａ及びＰを含むIII−Ｖ族化合物半導体混晶をエピタキ
シャル成長させてなる基板に、III族元素の溶媒中にII
I族元素及びＶ族元素からなる溶質を溶解させてなる原
料溶液を接触させ、冷却して、混晶層を成長させるにあ
たり、原料溶液を１．５℃／分以上２．５℃／分以下の
冷却速度で冷却させるようにしたことを特徴とする半導
体結晶基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5461590A JPH03256324A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 半導体結晶基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5461590A JPH03256324A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 半導体結晶基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03256324A true JPH03256324A (ja) | 1991-11-15 |
Family
ID=12975645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5461590A Pending JPH03256324A (ja) | 1990-03-06 | 1990-03-06 | 半導体結晶基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03256324A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7282190B2 (en) | 2004-05-27 | 2007-10-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Silicon layer production method and solar cell production method |
| US8969865B2 (en) | 2005-10-12 | 2015-03-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Semiconductor film composition |
-
1990
- 1990-03-06 JP JP5461590A patent/JPH03256324A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7282190B2 (en) | 2004-05-27 | 2007-10-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Silicon layer production method and solar cell production method |
| US8969865B2 (en) | 2005-10-12 | 2015-03-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Semiconductor film composition |
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