JPH0383327A - 化合物半導体基板の製造方法 - 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１用　里 本発明は、光あるいは高速デバイス用の化合物半導体基
板を製造する分野に適用され、Ｓｉ基板上に化合物半導
体層をエピタキシャル成長させる方法の改良に関する。

一鵞ｊ匙と１虹− ＧａＡｓ等の化合物半導体は、Ｓｉでは実現できない種
々の特徴を備えており、光あるいは高速デバイスに対す
る需要は大きい、これに対し、ＧａＡｓウェハに対する
大きな問題点は価格が非常に高いというだけでなく、完
全結晶の作成が困難で、しかも機械的強度が小さく、も
ろいために大面積化が難しいということである。このよ
うな状況の中で、Ｓｉ基板上にＧａＡｓをエピタキシャ
ル成長させる技術が注目されており、研究開発も活発に
行なわれている。ところが、Ｓｉの結晶とＧａＡｓの結
晶とは格子定数が約４％異なるため、直接Ｓｉ結晶上に
ＧａＡｓの結晶を成長させた場合、Ｓｉ結晶とＧａＡｓ
結晶との結晶格子が不整合となりＧａＡｓの結晶性が悪
くなっている。

そこで、この格子不整合を緩和するために、Ｓｉ基板と
ＧａＡｓのエピタキシャル成長膜との中間にバッファー
層を形成することが必要となり、種々のバッファー層が
提案されている。１っの例として、低温で成長させたＧ
ａＡｓのアモルファス膜をバッファ層とするものがある
。

（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔ
ｈ　７７（１９８６１，Ｐ４９０−４９７） バッファ層を形成した化合物半導体には、例えば第５図
に示すような構造を持ったものがある。

１１はＳｉ単結晶基板であり、このＳｉ単結晶基板ｌｌ
上にバッファ層として化合物半導体アモルファス膜１２
が形成され、さらにこの化合物半導体アモルファス膜１
２の上に化合物半導体エピタキシャル膜１３が形成され
ている。

このような化合物半導体の製造方法は、まず、Ｓｉ単結
晶基板１１を熱処理した後、順次化合物半導体アモルフ
ァス膜１２、化合物半導体エピタキシャル１ｌｉ１３を
形成していくものである。

Ｓｉ単結晶基板１１の熱処理は、Ｓｉ単結晶基板１１上
の自然酸化膜の除去、格子の再配列などを目的に行われ
るものであり、該熱処理は、Ｓｉ単結晶基板１１を反応
炉に入れ９００〜１０００℃の高温にし、ＡｓＨｓ（ア
ルシン）を導入して行なう、熱処理において、ＡｓＨｓ
を導入するのは反応炉内に付着している他元素の混った
Ａｓ等が気化してＳｉ単結晶基板１１を汚染するのを防
止するためである。

上記の熱処理を行なった後、低温の４５０°Ｃに降温し
で、２０ＯＡ程度以下の薄いＧａＡｓの化合物半導体ア
モルファスＩＩ！１２を成長させる。弓き続き通常の成
長温度（６００〜７００℃）まで加熱し、ＧａＡｓの化
合物半導体アモルファス膜１２を結晶化させてバッファ
層を形成し、その後ＧａＡｓの化合物半導体エビクキシ
ャル膜１３を形成する。上記バッファ層はかなり多くの
結晶欠陥を有するが、バッファ層を形成することによっ
てその後の化合物半導体エピタキシャル膜１３の形成が
可能となる。

が　゛しよ　と　る課題 上記した化合物半導体基板の製造方法は、熱処理におい
てＡ　ｓ　Ｈｚを導入し、化合物半導体アモルファス膜
１２、さらには化合物半導体エピタキシャル膜１３を形
成するらのである。

しかしながら、この方法ではＳｉ単結晶基板上でのＧａ
Ａｓの成長初期に発生する島状成長などによる表面荒れ
が上層のＧａＡｓ層のホモロジーを悪くさせるのみなら
ず、格子不整に起因した転位などち上層に伝播して行く
、このためバッファ層における結晶欠陥の緩和が不十分
となり、このバッファ層上に成長させた化合物半導体エ
ピタキシャル膜１３に結晶欠陥が生じ易く、化合物半導
体の結晶性に課題があった。

本発明は上記した課題に鑑みなされたものであって、低
温あるいは通常温度での化合物半導体成長中に、化合物
半導体成分のうち蒸気圧の高い成分を導入した状態で一
定期間成長を中断し、その後、再成長させることにより
Ｓｉ基板上に高品質な化合物半導体エピタキシャル膜を
成長させることを目的としている。

課　を　　　るための 本発明は上記した目的を達成するため、Ｓｉ単結晶基板
上にアモルファス化合物半導体層を形成し、該アモルフ
ァス化合物半導体層上にさらに化合物半導体層をエピタ
キシャル成長させる化合物半導体基板の製造方法におい
て、前記アモルファス化合物半導体層および化合物半導
体層を成長させる途中に化合物半導体成分中のうち蒸気
圧の高い成分を導入した状態で一時結晶成長を中断させ
、その後引き続き前記アモルファス化合物半導体層およ
び化合物半導体層を成長させることを特徴としている。

一立−−−−艶一 上記した製造方法によれば、Ｓｉ単結晶基板上にアモル
ファス化合物半導体層を形成し、該アモルファス化合物
半導体層上にさらに化合物半導体層をエピタキシャル成
長させる場合に、化合物半導体成分中のうち蒸気圧の高
い成分を導入した状態で一時結晶成長を中断させ、その
後引き続き前記アモルファス化合物半導体層および化合
物半導体層を成長させるようにしているので、この中断
時に結晶成分がマイグレーションを起こし、結晶表面を
平坦化させる。このため、その後引続き成長させた化合
物半導体の表面ホモロジーは著しく改善され、転位の伝
播の方向を上層から面内に変化させることにより、化合
物半導体の品質が向上する。

丈−施一男 以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

なお、同一機能を有する構成材料には同一の符合を付す
こととする。

本発明に係る化合物半導体基板の製造方法として、ＭＯ
ＣＶＤ法により、Ｓｉ単結晶基板１１上にＧａＡｓの化
合物半導体膜を成長させる例について説明する。

Ｓｉ単結晶基板１１としては、（１００）面から［０１
１］方向に１０°以内でオフしているちのを用いる。化
合物半導体形成用ガスには、ＧａについてはＴＭＧ　（
トリメチルガリウム）、ＡｓについてはＡｓＨｓ（アル
シン）を用いる。

第１図に本実施例における化合物半導体基板の製造プロ
ファイルを示す。

まず、反応炉内のサセプタ上にウェット処理（酸洗、洗
浄）の完了したＳｉ単結晶基板１１を搬送し、還元性ガ
ス、たとえばＨ２雰囲気中で１０００℃、３０分分間側
波加熱処理をする。

その後、低温の４５０℃に降温してＡ　ｓ　Ｈｚを導入
し、引続きＴＭＧを導入して第２図に示す低温成長のＧ
ａＡｓ膜２１上２１する。

この時、第１図（ｂ）の■に示すシーケンスに従ってＡ
　ｓ　Ｈ＊を導入したままで、ＴＭＧの流量を零にし、
ＧａＡｓ膜２１上２１を一時中断させる。短時間の中断
後再びＴＭＧを導入して、全体として厚さ２００Å以下
のＧａＡｓ膜２１上２１長させる。

さらに、第１図（ａ）に示す温度プロファイルに従い、
通常の７５０℃に昇温して、ＧａＡｓ膜２１上２１化さ
せるとともに、前記低温成長させたＧａＡｓ膜２１上２
１上タキシャル成長膜であるＧａＡｓ膜２２全２２する
。この時、前記低温成長のＧａＡｓ膜２１上２１時と同
様に、第１図（ｂ）の■に示すシーケンスに従ってＡ　
ｓ　Ｈａを導入したままで、ＴＭＧの流量を零にし、Ｇ
ａＡｓ膜２２全２２を一時中断させる。短時間の中断後
再びＴＭＧを導入して、ＧａＡｓ膜２２全２２長させる
。

この結果、低温成長のＧａＡｓ膜２１上２１ファー層と
した化合物半導体基板が形成され、その構造は従来の構
造（第５図）と略同様であるが、第２図に示すように低
温成長時および通常温度成長時でのＧａＡｓ膜２１上２
１に、それぞれ成長中断による平坦な平坦層２３．２４
が形成されている。

第３図（ａ）は従来の製造方法によってＳｉ基板上に厚
さ１５００Ａエピタキシヤル成長させたＧａＡｓ膜１３
（第５図）の表面ホモロジーを示し、第３図（ｂ）は本
実施例におけるＧａＡｓ膜２２全２２１５００＾成長さ
せた場合の表面ホモロジーを示している。

第３図からもわかるように、成長途中に成長中断工程を
有するＧ　ａ　Ａ　ｓ　ｇ　２２は従来のＧ−ａＡｓＡ
ｓ膜上３較して著しく改善されている。

第４図は従来の製造方法によってＳｉ基板上にＧａＡｓ
を厚さ３．５μｍエピタキシャル成長させたサンプル（
■の一点鎖線）と本実施例における製造方法で製造した
サンプル（■の実線）との上に作成したショットキーダ
イオードの電圧−電流特性を比較して示している。逆バ
イアス電圧印加時のリーク電流が従来の製造方法による
サンプルのと比較して、成長途中に中断工程を有する本
実施例によるサンプル■では大幅に改善されている。

上記した実施例ではＳｉ基板上にＧａＡｓをエピタキシ
ャル成長させる場合について説明してきたが、他の化合
物半導体の場合も同様にエピタキシャル成長させること
ができる。

また、上記実施例ではＭＯＣＶＤ法を用いたが他の気相
エピタキシャル成長法においても同様に行なうことがで
き、成長途中における中断のタイミング、中断時間など
についても、多数回あるいは長時間行なうことも可能で
ある。

及咀曵剋呈 以上の説明により明らかなように１本発明にあっては、
Ｓｉ単結晶基板上にアモルファス化合物半導体層を形成
し、該アモルファス化合物半導体層上にさらに化合物半
導体層をエピタキシャル成長させる化合物半導体基板の
製造方法において、前記アモルファス化合物半導体層お
よび化合物半導体層を成長させる途中に化合物半導体成
分中のうち蒸気圧の高い成分を導入した状態で一時結晶
成長を中断させるので、この中断時に結晶成分がマイグ
レーションを起こし、結晶表面が平坦化する。したがっ
て、この平坦化された結晶表面に弓続き成長させた化合
物半導体の表面には表面荒れが生じず、表面ホモロジー
は著しく改善され、化合物半導体の品質が向上する。

また、製造された化合物半導体の結晶性が極めて良く、
高品質な化合物半導体が得られるため、安価で大面積化
が図られた光あるいは高速デバイス用化合物半導体基板
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係る実施例および従来例の成長
温度プロファイルを示す説明図、第１図（ｂ）は従来例
と本発明に係る実施例との成長過程を示す説明図、第２
図は本実施例に係る化合物半導体アモルファス膜と化合
物半導体膜とに成長の中断層を有する化合物半導体基板
の断面図、第３図は従来例（ａ）と本実施例（ｂ）にお
ける化合物半導体の表面ホモロジー状態を示す表面拡大
図、第４図は従来の化合物半導体基板を使用したショッ
トキーダイオードのと本実施例における化合物半導体基
板を使用したショットキーダイオード■との電圧−電流
特性図、第５図は従来のアモルファス層をバッファ層と
して有する化合物半導体基板の断面図である。 １１・・・Ｓｉ単結晶基板、２１・・・低温成長のＧａ
Ａｓ膜（化合物半導体アモルファス層）、２２・・・エ
ピタキシャル成長させたＧａＡＳ膜（化合物半導体エピ
タキシャル層）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｓｉ単結晶基板上にアモルファス化合物半導体層を形成
   し、該アモルファス化合物半導体層上にさらに化合物半
   導体層をエピタキシャル成長させる化合物半導体基板の
   製造方法において、前記アモルファス化合物半導体層お
   よび化合物半導体層を成長させる途中に化合物半導体成
   分中のうち蒸気圧の高い成分を導入した状態で一時結晶
   成長を中断させ、その後引き続き前記アモルファス化合
   物半導体層および化合物半導体層を成長させることを特
   徴とする化合物半導体基板の製造方法。