JPH0374839A - 3―5族化合物半導体層の形成方法 - Google Patents
3―5族化合物半導体層の形成方法Info
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- JPH0374839A JPH0374839A JP21065089A JP21065089A JPH0374839A JP H0374839 A JPH0374839 A JP H0374839A JP 21065089 A JP21065089 A JP 21065089A JP 21065089 A JP21065089 A JP 21065089A JP H0374839 A JPH0374839 A JP H0374839A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
シリコン(Si)単結晶基板上にm−v族化合物半導体
層をヘテロエピタキシャル成長させる技術に関し、より
詳しくは、St基板上にGaAs表面層膜をエピタキシ
ャル成長で形成する方法に関し、転位低減熱処理によっ
て生じるGaAs表面層(内部層)の電子キャリア濃度
を大幅に低減して、リーク電流を減らしかつデバイス製
造でのドーピング制御ができるようにすることを目的と
し、シリコン単結晶基板上に■−v族化合物半導体層を
ヘテロエピタキシャル成長させて形成する過程で、転位
低減のための熱処理を行なっている■−V族化合物半導
体層の形成方法において、前記熱処理時に、p型不純物
をV族原料ガスとともに成長反容炉内へ導入するように
構成する。
層をヘテロエピタキシャル成長させる技術に関し、より
詳しくは、St基板上にGaAs表面層膜をエピタキシ
ャル成長で形成する方法に関し、転位低減熱処理によっ
て生じるGaAs表面層(内部層)の電子キャリア濃度
を大幅に低減して、リーク電流を減らしかつデバイス製
造でのドーピング制御ができるようにすることを目的と
し、シリコン単結晶基板上に■−v族化合物半導体層を
ヘテロエピタキシャル成長させて形成する過程で、転位
低減のための熱処理を行なっている■−V族化合物半導
体層の形成方法において、前記熱処理時に、p型不純物
をV族原料ガスとともに成長反容炉内へ導入するように
構成する。
本発明は、シリコン(Si)単結晶基板上に■−V族化
合物半導体層をヘテロエピタキシャル成長させる技術に
関し、より詳しくは、Si基板上にcaasFf膜をエ
ピタキシャル成長で形成する方法に関する。
合物半導体層をヘテロエピタキシャル成長させる技術に
関し、より詳しくは、Si基板上にcaasFf膜をエ
ピタキシャル成長で形成する方法に関する。
近年、GaAs集積回路の集積度向上にともない、チッ
プ面積の増大とともに大口径でかつ割れにくいGaAs
基板が求められている。そこで、割れにくくかつ大口径
の基板として、Si基板上にGaAs薄膜を直接にヘテ
ロエピタキシャル成長させたものが研究開発されており
、このGaAsm膜にGaAsデバイス(高速デバイス
、発光デバイスなど)を形成するわけである(例えば、
上西、秋山:“Stウェハーに直接GaAs膜を成長、
その上にデバイスを作製”日経マイクロデバイス、19
86年1月号、ρp、113−127参照)。
プ面積の増大とともに大口径でかつ割れにくいGaAs
基板が求められている。そこで、割れにくくかつ大口径
の基板として、Si基板上にGaAs薄膜を直接にヘテ
ロエピタキシャル成長させたものが研究開発されており
、このGaAsm膜にGaAsデバイス(高速デバイス
、発光デバイスなど)を形成するわけである(例えば、
上西、秋山:“Stウェハーに直接GaAs膜を成長、
その上にデバイスを作製”日経マイクロデバイス、19
86年1月号、ρp、113−127参照)。
Si基板上にGaAsヘテロエピタキシャル層を成長さ
せるには有機金属化学気相成長法(MOCVD法)また
は分子線エビクキ−法(MB2法)が従来より用いられ
ている。そして、GaAs層を形成する際に、低温で不
定形(アモルファスないしある程度結晶化したもの)の
GaAs薄層をSi基板上に成長させ、次に高温で所定
厚さまでGaAsをさらに成長させる、いわゆる2段階
戒長方式が採用されている。
せるには有機金属化学気相成長法(MOCVD法)また
は分子線エビクキ−法(MB2法)が従来より用いられ
ている。そして、GaAs層を形成する際に、低温で不
定形(アモルファスないしある程度結晶化したもの)の
GaAs薄層をSi基板上に成長させ、次に高温で所定
厚さまでGaAsをさらに成長させる、いわゆる2段階
戒長方式が採用されている。
このようにして形成したGaAs層は転位などの格子欠
陥を有しており、転位低減のための熱処理がGaAs成
長途中(あるいは成長後)に水素とヒ素またはアルシン
との雰囲気下で行なわれている。この熱処理(アニール
処理)としては第3A図〜第3D図に示すような熱処理
パターンで行なわれている。これら図面において、Si
基板を予熱しくステップA)、表面クリーニングのため
に高温に加熱しくステップB)、低温(例えば、450
°C)にて薄い不定形GaAsを成長させ(ステップC
)、そして高温(例えば、700℃)にてGaAs層形
成を行なう、第3A図および第3B図ではGaAs成長
を2回で行ない(ステップGlおよびG2)、その途中
で転位低減熱処理を熱サイクル(成長温度以上への加熱
と成長温度以下への冷却の繰り返し、ステップD・・・
第3A図)または一定な高温アニール(成長温度以上へ
の加熱し維持する、ステップE・・・第3B図)として
行なう。また、第3C図および第3D図ではGaAs成
長(ステップG)の後に、熱サイクルD(第3C図)ま
たは一定な高温アニールE(第3D図)を行なう。
陥を有しており、転位低減のための熱処理がGaAs成
長途中(あるいは成長後)に水素とヒ素またはアルシン
との雰囲気下で行なわれている。この熱処理(アニール
処理)としては第3A図〜第3D図に示すような熱処理
パターンで行なわれている。これら図面において、Si
基板を予熱しくステップA)、表面クリーニングのため
に高温に加熱しくステップB)、低温(例えば、450
°C)にて薄い不定形GaAsを成長させ(ステップC
)、そして高温(例えば、700℃)にてGaAs層形
成を行なう、第3A図および第3B図ではGaAs成長
を2回で行ない(ステップGlおよびG2)、その途中
で転位低減熱処理を熱サイクル(成長温度以上への加熱
と成長温度以下への冷却の繰り返し、ステップD・・・
第3A図)または一定な高温アニール(成長温度以上へ
の加熱し維持する、ステップE・・・第3B図)として
行なう。また、第3C図および第3D図ではGaAs成
長(ステップG)の後に、熱サイクルD(第3C図)ま
たは一定な高温アニールE(第3D図)を行なう。
転位低減熱処理を施こすと、そのときのGaAs表面付
近はn型化し電子濃度(キャリア濃度)が高くなってし
まう。そのために、GaAs基板(層)リーク電流が流
れ易くなり、また、ドーピング制御が十分に行なえなく
なってしまう。
近はn型化し電子濃度(キャリア濃度)が高くなってし
まう。そのために、GaAs基板(層)リーク電流が流
れ易くなり、また、ドーピング制御が十分に行なえなく
なってしまう。
本発明の目的は、転位低減熱処理によって生じるGaA
s表面層(内部層)の電子キャリア濃度を大幅に低減し
て、リーク電流を減らしかつデバイス製造でのドーピン
グ制御ができるようにすることである。
s表面層(内部層)の電子キャリア濃度を大幅に低減し
て、リーク電流を減らしかつデバイス製造でのドーピン
グ制御ができるようにすることである。
上述の目的が、転位低減熱処理工程を含むシリコン基板
上へのm−v族化合物半導体層をヘテロエピタキシャル
成長形成する方法において、該熱処理時に、m−v族化
合物半導体でのp型不純物をV族原料ガスとともに成長
反応炉内へ導入することを特徴とする形成方法によって
達成される。
上へのm−v族化合物半導体層をヘテロエピタキシャル
成長形成する方法において、該熱処理時に、m−v族化
合物半導体でのp型不純物をV族原料ガスとともに成長
反応炉内へ導入することを特徴とする形成方法によって
達成される。
導入するp型不純物はZn、BeまたはMgであり、そ
の量は熱処理条件、成長条件によって変動するが、補償
する量(p型ドーパントの数が電子キャリアの数と同程
度になる)が望ましい。化合物半導体層形成後で、キャ
リア濃度を熱処理時表面付近にて10−”cm−”以下
にすることは好ましい。
の量は熱処理条件、成長条件によって変動するが、補償
する量(p型ドーパントの数が電子キャリアの数と同程
度になる)が望ましい。化合物半導体層形成後で、キャ
リア濃度を熱処理時表面付近にて10−”cm−”以下
にすることは好ましい。
m−v族化合物半導体はGaAs、 Aj!As、 G
aP。
aP。
InAsまたはこれらの混晶なとであり、特にGaAs
が望ましい。
が望ましい。
本発明では転位低減熱処理時にp型不純物を成長反応炉
に導入して、熱処理しているGaAs層にその表面から
p型不純物をドープし、従来GaAs表面付近に生じて
いた電子キャリアに対してp型ドーパントで補償するこ
とによってキャリア濃度を低減(制御)する。
に導入して、熱処理しているGaAs層にその表面から
p型不純物をドープし、従来GaAs表面付近に生じて
いた電子キャリアに対してp型ドーパントで補償するこ
とによってキャリア濃度を低減(制御)する。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施態様例によっ
て本発明の詳細な説明する。
て本発明の詳細な説明する。
第2図は、第3A図に示した温度プロフィルと同じタイ
プでのGaAs層形戒(形成)の温度プロフィルであり
、この場合でのSt基板上へのGaAsヘテロエピタキ
ー威長を次のようにして行なう。
プでのGaAs層形戒(形成)の温度プロフィルであり
、この場合でのSt基板上へのGaAsヘテロエピタキ
ー威長を次のようにして行なう。
まず、Si基板(ウェハー)を従来より使用の成長反応
炉内に入れ、高真空に排気し、450″Cまで予熱する
(ステップA)。H2ガス(12Il/win)および
AsH3ガス(100cc/win)を成長反応炉内へ
流し、圧力を76Torrにし、1000°Cまで昇温
し、10分間維持してSt基板表面のクリーニングを行
なう(ステップB)。以後、炉内圧力を76Torrに
維持する。
炉内に入れ、高真空に排気し、450″Cまで予熱する
(ステップA)。H2ガス(12Il/win)および
AsH3ガス(100cc/win)を成長反応炉内へ
流し、圧力を76Torrにし、1000°Cまで昇温
し、10分間維持してSt基板表面のクリーニングを行
なう(ステップB)。以後、炉内圧力を76Torrに
維持する。
次に、加熱温度を450°Cに下げ、Ga (CHs)
sガス(24cc/win)を新らたに成長反応炉内
へ流し、H2ガスを同じ< 121 /lll1nで流
し、A3F13ガスを110cc、/+inに増して流
すことによって、St基板上に不定形(アモルファス、
a ) GaAsを約10nra厚さ成長させる(ステ
ップC)、さらに、加熱温度を700°Cに上げ、同じ
原料ガスの流量を、H2ガス”42I!、/min 、
Ash、ガス・・・200cc /min 、 Ga
(CHz)zガス−29cc/l1inとして、a−G
aAs層上にGaAsをヘテロエピタキシャル層を1〜
3μ(約1.3m)成長させる(ステップG1)。
sガス(24cc/win)を新らたに成長反応炉内
へ流し、H2ガスを同じ< 121 /lll1nで流
し、A3F13ガスを110cc、/+inに増して流
すことによって、St基板上に不定形(アモルファス、
a ) GaAsを約10nra厚さ成長させる(ステ
ップC)、さらに、加熱温度を700°Cに上げ、同じ
原料ガスの流量を、H2ガス”42I!、/min 、
Ash、ガス・・・200cc /min 、 Ga
(CHz)zガス−29cc/l1inとして、a−G
aAs層上にGaAsをヘテロエピタキシャル層を1〜
3μ(約1.3m)成長させる(ステップG1)。
ここで転位低減熱処理として、GaAs成長を停止した
状態で、第2図に示すように200°Cまでの冷却と8
00 ’Cへの加熱とからなる熱サイクルを1〜20回
(この場合5回)繰り返す(ステップD)。
状態で、第2図に示すように200°Cまでの冷却と8
00 ’Cへの加熱とからなる熱サイクルを1〜20回
(この場合5回)繰り返す(ステップD)。
熱サイクル中の雰囲気がH!ガス(121/m1n)お
よびAsH,ガス(120cc/+++in)であるの
が従来例であり、本願発明に係る場合にはp全不純物と
なるZn(CHs)tガス(0,5〜30cc/win
)をH!ガスおよびAsH,ガスに加えて成長反応炉へ
流して雰囲気とする。AsH,ガスのV族原料ガスをG
aAs成長時以外にも継続して流すのは、Asは蒸気圧
が高く揮発しやすいので、それを防止するためである。
よびAsH,ガス(120cc/+++in)であるの
が従来例であり、本願発明に係る場合にはp全不純物と
なるZn(CHs)tガス(0,5〜30cc/win
)をH!ガスおよびAsH,ガスに加えて成長反応炉へ
流して雰囲気とする。AsH,ガスのV族原料ガスをG
aAs成長時以外にも継続して流すのは、Asは蒸気圧
が高く揮発しやすいので、それを防止するためである。
熱処理後に、加熱温度を700°Cに上げ、既に(ステ
ップG1にて)成長させたGaAs層の上にGaAsエ
ピタキシャル層(1〜10μ厚さ)を成長させ、(ステ
ップG2)、そのためにステップG1と同じにH2ガス
(124!/win)、 AsHsガス(200cc、
/win)およびGa(CHs)3ガス(29cc/n
+in)を成長反応炉へ流す。約1.9μ厚さのGaA
s成長にてここでは終了して、約3.2μ厚さのGaA
sエピタキシャル層を形成した。
ップG1にて)成長させたGaAs層の上にGaAsエ
ピタキシャル層(1〜10μ厚さ)を成長させ、(ステ
ップG2)、そのためにステップG1と同じにH2ガス
(124!/win)、 AsHsガス(200cc、
/win)およびGa(CHs)3ガス(29cc/n
+in)を成長反応炉へ流す。約1.9μ厚さのGaA
s成長にてここでは終了して、約3.2μ厚さのGaA
sエピタキシャル層を形成した。
このようにして得たGaAs層付きSi基板の表面より
の(電子)キャリア濃度の厚さ方向分布を調べて、その
結果を第1図に示す、第1図において、従来通りに熱サ
イクルの転位低減熱処理を施こした場合には破線で示す
ようにGaAsエピタキシャル層の中間での熱処理相当
位置にて電子キャリア濃度が上昇しておりn型になって
しまう。一方、本発明にしたがってこの転位低減熱処理
時にZnなどのp型不純物ドーピングを行なうことによ
って、実線で示すようにキャリア濃度が測定装置の測定
範囲外まで低下する。すなわち、熱処理相当位置前後の
GaAsエピタキシャル層では電子キャリアがp型ドー
パントにて補償されている。したがって、少なくとも4
.5 XIO”CI−” (表面側GaAsエピタキシ
ャル層中のキャリア濃度)よりも低くでき、I XIO
”CI+−”以下になればドーピング制御は可能である
。
の(電子)キャリア濃度の厚さ方向分布を調べて、その
結果を第1図に示す、第1図において、従来通りに熱サ
イクルの転位低減熱処理を施こした場合には破線で示す
ようにGaAsエピタキシャル層の中間での熱処理相当
位置にて電子キャリア濃度が上昇しておりn型になって
しまう。一方、本発明にしたがってこの転位低減熱処理
時にZnなどのp型不純物ドーピングを行なうことによ
って、実線で示すようにキャリア濃度が測定装置の測定
範囲外まで低下する。すなわち、熱処理相当位置前後の
GaAsエピタキシャル層では電子キャリアがp型ドー
パントにて補償されている。したがって、少なくとも4
.5 XIO”CI−” (表面側GaAsエピタキシ
ャル層中のキャリア濃度)よりも低くでき、I XIO
”CI+−”以下になればドーピング制御は可能である
。
上述の実施例では熱サイクルの転位低減熱処理ヲGaA
sエピタキシャル層成長途中で行なっているが、成長後
に行なっても、さらに成長温度以上への一定加熱アニー
ルに本発明を適用しても同等の効果が得られる。
sエピタキシャル層成長途中で行なっているが、成長後
に行なっても、さらに成長温度以上への一定加熱アニー
ルに本発明を適用しても同等の効果が得られる。
さらに、p全不純物のドーピングを上述したような熱拡
散方式でなく、イオン注入によって行なうことができる
。この場合には、転位低減熱処理の直後にp全不純物を
全面にイオン注入し、注入イオンの活性化熱処理を行な
う必要がある。そのために、Zn 、C,Be 、
Mg等のp全不純物を、101!〜10”cs−”のド
ーズ量でイオン注入することは好ましい。
散方式でなく、イオン注入によって行なうことができる
。この場合には、転位低減熱処理の直後にp全不純物を
全面にイオン注入し、注入イオンの活性化熱処理を行な
う必要がある。そのために、Zn 、C,Be 、
Mg等のp全不純物を、101!〜10”cs−”のド
ーズ量でイオン注入することは好ましい。
上述したように本発明によれば、従来の転位低減熱処理
で生じていたGaAs層表面(中間部分)での電子キャ
リア濃度の上昇を防止することができて、漏洩電流の少
ない電気的特性を向上させたGaAsヘテロエピタキシ
ャル層をSi基板上に形成できる。従来よりもリーク電
流の少ないGaAs/St基板が得られる。
で生じていたGaAs層表面(中間部分)での電子キャ
リア濃度の上昇を防止することができて、漏洩電流の少
ない電気的特性を向上させたGaAsヘテロエピタキシ
ャル層をSi基板上に形成できる。従来よりもリーク電
流の少ないGaAs/St基板が得られる。
第1図は、Si基板上にGaAsエピタキシャル層を形
成したGaAs/St基板の厚さ方向でのキャリア濃度
分布を示すグラフであり、 第2図は、第1図のGaAs/St基板を作成するため
のGaAs成長形成の温度プロフィルのグラフであり、 第3A図〜第3D図は、Si基板上にGaAs層を形成
するときの温度プロフィルのグラフである。 時間 第 図 第3A団 時間 第3B回 時間 第3CFjJ 時間 第3D図
成したGaAs/St基板の厚さ方向でのキャリア濃度
分布を示すグラフであり、 第2図は、第1図のGaAs/St基板を作成するため
のGaAs成長形成の温度プロフィルのグラフであり、 第3A図〜第3D図は、Si基板上にGaAs層を形成
するときの温度プロフィルのグラフである。 時間 第 図 第3A団 時間 第3B回 時間 第3CFjJ 時間 第3D図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、シリコン単結晶基板上にIII−V族化合物半導体層
をヘテロエピタキシャル成長させて形成する過程で、転
位低減のための熱処理を行なっているIII−V族化合物
半導体層の形成方法において、前記熱処理時に、p型不
純物をV族原料ガスとともに成長反容炉内へ導入するこ
とを特徴とするIII−V族化合物半導体層の形成方法。 2、シリコン単結晶基板上にIII−V族化合物半導体層
をヘテロエピタキシャル成長させて形成する過程で、転
位低減のための熱処理を行なっているIII−V族化合物
半導体層の形成方法において、前記熱処理の後に、p型
不純物をイオン注入することを特徴とするIII−V族化
合物半導体層の形成方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21065089A JP2848404B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | ▲iii▼―▲v▼族化合物半導体層の形成方法 |
EP90308907A EP0413546B1 (en) | 1989-08-17 | 1990-08-14 | Method of forming compound semiconductor layer |
DE1990623718 DE69023718T2 (de) | 1989-08-17 | 1990-08-14 | Verfahren zur Herstellung einer Verbindungshalbleiterschicht. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21065089A JP2848404B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | ▲iii▼―▲v▼族化合物半導体層の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0374839A true JPH0374839A (ja) | 1991-03-29 |
JP2848404B2 JP2848404B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=16592823
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21065089A Expired - Lifetime JP2848404B2 (ja) | 1989-08-17 | 1989-08-17 | ▲iii▼―▲v▼族化合物半導体層の形成方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0413546B1 (ja) |
JP (1) | JP2848404B2 (ja) |
DE (1) | DE69023718T2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8681081B2 (en) | 2004-07-21 | 2014-03-25 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix type display device and drive control circuit used in the same |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE69330845T2 (de) * | 1992-03-26 | 2002-04-04 | Canon Kk | Methoden für das Wachstum von Verbindungshalbleiterschichten |
JP3093904B2 (ja) * | 1993-02-16 | 2000-10-03 | 富士通株式会社 | 化合物半導体結晶の成長方法 |
US5456206A (en) * | 1994-12-07 | 1995-10-10 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Method for two-dimensional epitaxial growth of III-V compound semiconductors |
US5926726A (en) * | 1997-09-12 | 1999-07-20 | Sdl, Inc. | In-situ acceptor activation in group III-v nitride compound semiconductors |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4632712A (en) * | 1983-09-12 | 1986-12-30 | Massachusetts Institute Of Technology | Reducing dislocations in semiconductors utilizing repeated thermal cycling during multistage epitaxial growth |
US4835116A (en) * | 1987-11-13 | 1989-05-30 | Kopin Corporation | Annealing method for III-V deposition |
-
1989
- 1989-08-17 JP JP21065089A patent/JP2848404B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-08-14 DE DE1990623718 patent/DE69023718T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-08-14 EP EP90308907A patent/EP0413546B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8681081B2 (en) | 2004-07-21 | 2014-03-25 | Sharp Kabushiki Kaisha | Active matrix type display device and drive control circuit used in the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE69023718D1 (de) | 1996-01-04 |
JP2848404B2 (ja) | 1999-01-20 |
EP0413546A1 (en) | 1991-02-20 |
EP0413546B1 (en) | 1995-11-22 |
DE69023718T2 (de) | 1996-04-18 |
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