JPH0414214A - 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】 り策上五■里旦Ｉ 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、８１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に関する。

従迷］支術 ＧａＡｓ等の化合物半導体は、Ｓｉ半導体では実現でき
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
関する大きな問題点は価格が非常に高いということ、ま
た、完全結晶の作成が困難であること、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点に
ある。

このような状況下で、３１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
発に行われている。しかしながら、Ｓｌの結晶とＧａＡ
ｓの結晶とはその格子定数が約４％も異なるため、直接
３１基板上にＧａＡｓの結晶を成長させた場合、３１基
板とＧａＡｓ結晶との結晶格子が不整合となりＧａ／ｓ
の結晶性が悪くなってしまう。

そこで、この格子不整合を緩和するために、３１基板と
ＧａＡｓのエピタキシャル成長層との中間にバッファ層
を形成することが試みられ、種々のバッファ層が提案さ
れている。−例として、低温で成長させたＧａＡｓのア
モルファス層をバッファ層とするものがある（Ｊｏｕｒ
ｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ７７（１
９８６１，Ｐ４９０〜４９７）。

バッファ層が形成された化合物半導体は、例えば第１図
に示すような構造を有している。

１０は化合物半導体基板であり、この化合物半導体基板
１０はＳ１単結晶基板ｌｌ上にバッファ層としてアモル
ファス化合物半導体層１２が形成され、さらにアモルフ
ァス化合物半導体層１２の上に化合物半導体層１３が形
成されて構成されてしする。

このような化合物半導体基板１０の製造方法はまず、Ｓ
ｉ単結晶基板１１を熱処理した後、順次アモルファス化
合物半導体層１２、化合物半導体層１３を形成していく
ものである。

Ｓ１単結晶基板１１の前記熱処理は、Ｓ１単結晶基板１
１上の自然酸化膜の除去、結晶格子の再配列等を目的に
行われるものであり、この熱処理は、Ｓｉ単結晶基板１
１を反応炉に入れて９００〜１０００°Ｃの高温にし、
Ｈ２及びＡｓＨ３（アルシン）を導入して行なう。この
際の熱処理においてＡＳＨ３を導入するのは、反応炉内
に付着している多結晶ＧａＡｓ等が気化してＳ１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、４５０°Ｃに降温し、２０
０人程度量下の薄いＧａＡｓのアモルファス化合物半導
体層１２を成長させる。その後さらに通常の成長温度で
ある６５０〜７５０°Ｃまて加熱し、ＧａＡｓのアモル
ファス化合物半導体層１２を結晶化させてバッファ層を
形成すると共に、さらにその上にＧａＡｓの化合物半導
体層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層１３の形成が可能となる。

明が　′しようとする課題 上記した化合物半導体基板の製造方法は、前記熱処理に
おいてＨ２１ｕ外にＡＳＨ３を導入し、アモルファス化
合物半導体層１２、さらには化合物半導体層１３を形成
するものである。

しかしながら、　９００〜１０００°Ｃの熱処理温度で
は、導入したＡｓＨａの分解率が高く、多量に分解した
Ａｓのために表面の自然酸化膜が除去される前にＳｉ単
結晶基板１１上に堆積するＡｓの原子配列が乱れて表面
荒れを生じる。表面荒れが生じるとその上に成長した化
合物半導体層１３に結晶欠陥が生じ易くなるという課題
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、　
９００〜１０００°ＣでのＳ１単結晶基板の熱処理にお
いて、多量に分解したＡｓによってＳｉ単結晶基板上に
堆積するＡｓの原子配列が乱れて生じる表面荒れを抑制
して、Ｓｉ単結晶基板上に結晶性の良好な化合物半導体
層を成長させることを目的としている。

課題を７決するための　「 上記した目的を達成するために本発明に係る化合物半導
体基板の製造方法は、Ｓ１単結晶基板を熱処理した後、
該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、圧力２００　Ｔｏｒｒ以下に設定
後、還元性ガス雰囲気で熱処理した後引き続き化合物半
導体層形成ガスのうちの一種のガス雰囲気で熱処理を行
なうことを特徴としている。

伍−月 上記した製造方法によれば、Ｓ１単結晶基板を熱処理し
た後、前記Ｓ１単結晶基板上にアモルファス化合物半導
体層を形成し、前記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Ｓｉ単結晶基板の
熱処理を２００　Ｔｏｒｒ以下の還元性ガスに引き続き
化合物半導体層形成ガスのうちの一種のガス雰囲気中で
行なうので、自然酸化膜除去後にＡＳＨ３が供給され、
しかもある一定の圧力以下であるため流速も速くなり、
前記Ｓｉ基板表面に供給される量も減少することから過
剰のＡｓが供給されることがなくなり、Ａｓによって生
じるＳｉ基板の表面荒れが防止される。

夫嵐血及μ且五皇 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、本実施例に係る化合物半導体基板の断面と従来の
化合物半導体基板の断面は同一てあるので、第１図は共
用する。また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。

第１図に示したような、本発明に係る化合物半導体基板
１０の製造方法として、ＭＯＣＶＤ法により、Ｓｉ単結
晶基板１１上にＧａＡｓの化合物半導体層１３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、（１００）面から［０１１
］方向に１０°以内でオフしているものを用いる。

化合物半導体形成用ガスとして、ＧａについてはＴＭＧ
　＋　１−リメチルガリウム）　、　ＡｓについてはＡ
ｓＨａ（アルシン）を用いる。

まず、反応炉内のサセプタ上にウェット処理（酸洗浄、
水洗浄）の完了したＳｉ単結晶基板１１を搬送し、　２
００　Ｔｏｒｒ以下の圧力に設定した後、還元性ガス、
たとえばＨ２雰囲気中で約１０００°Ｃ１３０分間程度
の高周波加熱処理を施し、引き続きＡｓＨａを導入して
５分間保持する。この段階で、ＡｓＨ３が３１単結晶基
１２ｉｉ１１表面上に均一に付着する。

さらに、ＡｓＨ３を導入した状態で、４５０℃程度に降
温してから、ＴＭＧを導入して厚さ２００Å以下のＧａ
Ａｓのアモルファス化合物半導体層１２を低温成長さセ
る。

さらに、約７５０℃に昇温して、ＧａＡｓのアモルファ
ス化合物半導体層１２を結晶化させるとともに、低温成
長させたＧａＡｓのアモルファス化合物半導体層１２上
に化合物半導体層１３をエピタキシャル成長させる。こ
の際のＧａＡｓ膜の成長条件は、低温成長させたＧａＡ
ｓのアモルファス化合物半導体層１２の成長条件と同し
である。

上記した実施例により作製された化合物半導体基板１０
の特性の測定結果について、比較例と共に第２−図及び
第３図に示した。

第２図は、前記熱処理時及びＳｉ単結晶基板１１上にＧ
ａＡｓのアモルファス化合物半導体層１２を成長させる
際に設定した圧力とＸ線２結晶法によるＸ線ロッキング
カーブ半値幅（ＦＷＨＭ）の関係を示している。ここで
、ＧａＡｓ層の厚さは３．５ｕｍ、・はＳｉ単結晶基板
１１のオフ方向、○はＳ１単結晶基板１１のオフに対し
て垂直方向にＸ線を入射した場合を示している。

−毅に、ＦＷＨＭは値が小さいほど結晶性が良いことを
示すと共に、Ｘ線の入射方向を変えて測定した値が一致
するほど結晶の成長方位にむらがなく、モホロジーが良
好であることを示す。従って第２図から明らかなように
、設定圧力を２００Ｔｏｒｒ以下とした時にＦＷＨＭの
値は小さく、さらに、ｘｍの入射方向を変えて測定した
値の差がそれぞれ小さくなっており、結晶性が良いこと
がわかる。

また、第３図（ａ）は第２図におけるＦＷ）（Ｍの値の
小さい場合（７６Ｔｏｒｒ）　、第３図（ｂ）はＦＷＨ
Ｍの値の大きい場合（７６０Ｔｏｒｒ）についてのＳＩ
ＭＳ［５ｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅ
ｃｔｒｕｍ）プロファイルを示している。ＦＷＨＭの値
が小さく結晶性が良い場合、つまり熱処理時の圧力が７
６Ｔｏｒｒで前記と同様の条件で作製した化合物半導体
基板１０ては、Ｇａ及びＡｓのイオン強度分布が、Ｇａ
Ａｓ／Ｓｉ界面からある程度遠ざかると急激に減少して
いる。一方、ＦＷＨＭの値が大きく結晶性が悪い場合、
つまり７６０Ｔｏｒｒで作製した化合物半導体基板では
、Ｇａ及びＡｓのイオン強度分布がＧａＡｓ／Ｓｉ界面
から遠ざかるにしたがい緩やかに減少していることがわ
かる。これは、熱処理時の圧力を所定圧力、すなわち２
００Ｔｏｒｒｕ下で行なった場合、ＡＳＨ３ガスの流速
が速くなり、Ｓ１単結晶基板１１表面へのＡｓの供給量
が多くなりすぎないため、Ｓ１単結晶基板１１表面上に
均一にＡｓが付着していることを示している。

上記した実施例によれば、低温で成長させたアモルファ
ス化合物半導体層１２をバッファ層として、Ｓｉ単結晶
基板ｌｌ上に化合物半導体層１３を成長させる場合に、
Ｓｉ単結晶基板１１の熱処理時の圧力を所定以下とする
ことで、ＡｓＨｓガスの流速を速めることにより、Ｓ１
単結晶基板１１表面へＡｓが過剰に供給されることを抑
制して、Ｓｉ単結晶基板１１の表面荒れを防止できるの
で、エピタキシャル成長層としての化合物半導体層１３
は、良好なモホロジーを示し、結晶性がきわめて良好と
なる。

なお、上記実施例では、Ｓｉ単結晶基板１１の熱処理の
温度は約１０００℃としたが、この熱処理温度は８００
°Ｃ以下の場合、Ｓ１単結晶基板１１表面の酸化膜の除
去に時間がかかり実用的でなく、熱処理温度の下限は８
００°Ｃ程度となる。

またＳｉ単結晶基板１１上に形成されるエピタキシャル
成長層としてＧａＡｓを例にとって説明したが、ＩｎＡ
ｓ、　ＡｌＡｓ、　ＡｌＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｓ等に
も同様に適用できる。

さらに、熱処理後のアモルファス化合物半導体層１２形
成前に導入するガスは、　ＡｓＨｓに限定されるもので
はなく、化合物半導体形成に用いられるガスの一種であ
れば良い。

及帆五盈呈 以上の説明により明らかなように、本発明にあっては、
Ｓｉ単結晶基板を熱処理した後、前記Ｓ１単結晶基板上
にアモルファス化合物半導体層を形成し、前記アモルフ
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、Ｓｉ単結晶基板の熱処理を２００　Ｔｏｒｒ以下の
還元性ガスに引き続き化合物半導体層形成ガスのうちの
一種のガス雰囲気中で行なうことにより、導入されたＡ
ｓＨａガス等の原料ガスの流速を速めることができ、従
って、８１基板表面に過剰のＡｓが供給されることを抑
制して、Ａｓによって生じる３１基板の表面荒れを防止
し、表面ホモロシーが著しく改善され、高品質の化合物
半導体層をエピタキシャル成長させることができ、化合
物半導体基板の品質が向上する。

また、製造された化合物半導体層の結晶性は極めて良く
、高品質な化合物半導体層が得られるため、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図はアモルファス化合物半導体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、第２図は本発明に
係る実施例及び比較例のＧａＡｓ／Ｓｉ形成に用いた設
定圧力とＸ線２結晶法によるＸ線ロッキングカーブ半値
幅（ＦＷ）ＩＭ）との関係を示すグラフ、第３図（ａ）
は設定圧カフ６Ｔｏｒｒで形成された化合物半導体基板
のＳＩＭＳプロファイルを示す図、第３図（ｂ）は設定
圧カフ６０　Ｔｏｒｒて形成された化合物半導体基板の
ＳＩＭＳプロファイルを示す図である。 第１図 １０・・・化合物半導体基板 １１・・・Ｓｉ単結晶基板 １２・・・アモルファス化合物半導体層１３・・・化合
物半導体層 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ単結晶基板を熱処理した後、該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、圧力２００Ｔｏｒｒ以下に設定後、還元性ガス雰
   囲気で熱処理した後引き続き化合物半導体層形成ガスの
   うちの一種のガス雰囲気で熱処理を行なうことを特徴と
   する化合物半導体基板の製造方法。