JPH05234907A - GaAs基板及びGaAs基板の製造方法 - Google Patents

GaAs基板及びGaAs基板の製造方法

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JPH05234907A
JPH05234907A JP6967292A JP6967292A JPH05234907A JP H05234907 A JPH05234907 A JP H05234907A JP 6967292 A JP6967292 A JP 6967292A JP 6967292 A JP6967292 A JP 6967292A JP H05234907 A JPH05234907 A JP H05234907A
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JP
Japan
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layer
gaas
diffusion
growth
substrate
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Application number
JP6967292A
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English (en)
Inventor
Hisashi Katahama
久 片浜
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Si単結晶基板からのSi原子のGaAs層への拡散
を抑止でき、電気的特性に優れたGaAs基板を提供する。 【構成】 GaAs基板は、Si単結晶基板1上に、低温(450
〜500 ℃) にて成長させた低温成長GaAs層2,Si原子の
拡散を抑止するためのAlx Ga1-x As(x=0〜0.3)拡散
抑止層3,高温(700〜750 ℃) にて成長させた高温成長
GaAs層4をこの順に積層させた構成をなす。Alx Ga1-x
As層3はGa空孔濃度が低く、この層によりSi原子の拡散
が抑止される。Alx Ga1-x As層3は、MOCVD 法を用い
て、原料ガスのアルシン/トリメチルガリウムの圧力比
を10以下とし、成長温度650 ℃以下にて成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Si単結晶基板上にGaAs
をエピタキシャル成長させてなり、発光デバイス, 高速
電子デバイス等における半導体基板として使用されるGa
As基板及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】各種の半導体装置における半導体基板と
して、Si単結晶基板上に異種の半導体層をヘテロエピタ
キシャル成長させて積層させた基板が使用されている。
このような基板の1つとして、Si単結晶基板上にGaAsを
エピタキシャル成長させてなるGaAs基板が広汎に利用さ
れている。そして、GaAsのエピタキシャル成長には、有
機金属化学気相成長法(MOCVD 法:Metalorganic Chemi
cal Vapor Deposition)を用いることが一般的である。
【0003】Si単結晶基板上にGaAsをエピタキシャル成
長させる場合には、4%の異なる格子不整が存在するの
で、GaAs基板を製造する際には、GaAsの成長温度を2段
階とする2段階成長法が従来から採用されている。図5
は、このような2段階成長法により製造された従来のGa
As基板の構造を示す断面図、図6は、このような2段階
成長法における成長シーケンスを示す図である。以下、
両図を参照して、従来例について説明する。
【0004】図5において、11はSi単結晶基板を示し、
Si単結晶基板11上には、低温にて成長させたGaAs層12
(以下低温成長層12という)及び高温にて成長させたGa
As層14(以下高温成長層14という)がこの順に積層され
ている。このようなGaAs基板を製造する場合には、ま
ず、Si単結晶基板11を1000℃程度に昇温して表面をクリ
ーニングした後、トリメチルガリウム(TMG)ガス及びア
ルシン(AsH3 )ガスを流して、450 ℃程度の低温に
てSi単結晶基板11上に低温成長層12を成長させる。その
後、基板温度を750 ℃程度の高温として低温成長層12上
に高温成長層14を成長させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したような2段階
成長法では、750 ℃程度の高温にて高温成長層14を成長
させるので、形成される高温成長層14においてGa空孔濃
度が高くなる。この結果、Si単結晶基板11内のSi原子が
GaAs層へ容易に拡散し、Ga原子と置換してドナーとして
動作するので、GaAs層の電気特性が劣化するという問題
点がある(日経マイクロデバイス1986年1月号,pp.113
〜127)。このようなSi原子の拡散を抑止するためには、
成長温度を低温化が有効であるが、MOCVD 法を用いて高
温成長層14を成長させる場合には、700 ℃以下での成長
は好ましくなく、700 〜750 ℃程度での成長工程は避け
られない。
【0006】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、Si原子の拡散を抑止する効果がある拡散抑止層
を低温成長層と高温成長層との間に挿入することによ
り、Si単結晶基板からのSi原子の拡散を抑止でき、GaAs
層の電気特性が劣化しないGaAs基板及びその製造方法を
提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るGaAs基板
は、Si単結晶基板上にGaAs層を有するGaAs基板におい
て、前記Si単結晶基板上に、低温成長により形成した第
1のGaAs層と、Alx Ga1-xAs(x=0〜0.3)拡散抑止層
と、高温成長により形成した第2のGaAs層とをこの順に
積層してなることを特徴とする。
【0008】本発明に係るGaAs基板の製造方法は、有機
金属化学気相成長法を用いてSi単結晶基板上に拡散抑止
層を介して2層のGaAsを成長させて、GaAs基板を製造す
る方法であって、前記拡散抑止層はV族原料圧力/III
族原料圧力の比を10以下として第1のGaAs層上に成長温
度650 ℃以下にてAlx Ga1-x As(x=0〜0.3)層を成長
させ、しかる後第2のGaAs層を成長させることを特徴と
する。
【0009】
【作用】第1発明のGaAs基板では、低温にて成長させた
GaAs層と高温にて成長させたGaAs層との間に、拡散抑止
層としてAlx Ga1-x As層を挿入している。GaAs層中への
Si原子の拡散は、Ga空孔濃度と関係しており、Ga空孔濃
度が低いほどその拡散は少なくなる。従って、第1発明
のようにGaより蒸気圧が低いAlを含むAlx Ga1-xAs層を
挿入することにより、III 族原子空孔が少なくなってGa
空孔濃度は低くなり、この層においてSi原子の拡散が抑
制される。挿入するAlx Ga1-x As層におけるAlの割合の
上限値はx=0.3 とする。なぜなら、これ以上にする
と、拡散されたSi原子がAlx Ga1-x As層内でDXセンター
を形成し、電気特性が劣化するからである。
【0010】第2発明では、第1発明のGaAs基板を製造
すべく、MOCVD 法を用いて、650 ℃以下の成長温度と
し、トリメチルガリウムに対するアルシンの比(V/II
I 比)を10以下として、Alx Ga1-x As(x=0〜0.3)層
を成長させる。650 ℃より高い成長温度では、Ga原子が
再蒸発を起こしてGa空孔が多い結晶となるが、650 ℃以
下の成長温度では、再蒸発は起こらずにGa空孔濃度は低
い。また、原料ガス圧力のV/III 比を10以下とするの
で、Ga空孔濃度は更に低くなる。
【0011】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。
【0012】図1は、本発明に係るGaAs基板の構造を示
す断面図であり、1はSi単結晶基板を示す。Si単結晶基
板1上には、低温にて成長させたGaAs層2(以下低温成
長層2という)、Si単結晶基板1からのSi原子の拡散を
抑止するAlx Ga1-x As層(x=0〜0.3)3(以下拡散抑
止層3という)及び高温にて成長させたGaAs層4(以下
高温成長層4という)がこの順に積層されている。
【0013】このようなGaAs基板を製造する方法を、そ
の成長シーケンスを示す図2を参照して説明する。本実
施例では、Si単結晶基板1として、(100) から(011) 方
向に2°オフしたSi基板を使用し、原料ガスはトリメチ
ルガリウム(TMG)及びアルシン(AsH3 )を使用し、
成長方法はMOCVD 法を利用する。
【0014】まず、Si単結晶基板1を1000℃程度に昇温
して表面をクリーニングした後、TMG ガス及びアルシン
ガスを流して、450 ℃程度の低温にてSi単結晶基板1上
に厚さ20nmの低温成長層2を成長させる。このときの、
原料ガス圧力のV/III 比は70である。次に、基板温度
を650 ℃程度に昇温し、原料ガス圧力のV/III 比を10
にして、低温成長層2上に厚さ0.3 μm の拡散抑止層3
を成長させる。次に、基板温度を750 ℃程度の高温と
し、原料ガス圧力のV/III 比を70として、拡散抑止層
3上に厚さ2.7 μm の高温成長層4を成長させる。
【0015】本発明のGaAs基板では、低温成長層2と高
温成長層4との間にGa空孔濃度が低い拡散抑止層3が存
在しているので、この拡散抑止層3における低いGa空孔
濃度の影響を受けて、Si単結晶基板1からのSi原子の拡
散は抑制される。この結果、Si原子の拡散に伴うGaAs層
の電気的特性の劣化が防止され、電気的特性に優れたGa
As基板を提供できる。
【0016】従来の2段階成長法にて製造したGaAs基板
と、本発明の3段階成長法にて製造したGaAs基板とにお
けるSi原子の拡散の程度を図3に示す。図3において、
横軸は成長温度、縦軸はSi,GaAsの界面からSi濃度が1
×1017cm-3になるまでの距離(Si拡散長)を示してい
る。なお、Si濃度は二次イオン質量分析器(SIMS)にて測
定した。図3において、Aは本発明例を示しており、成
長温度650 ℃にて拡散抑止層3を成長させた場合を表し
ている。また、Bは本発明の比較例を示しており、成長
温度680 ℃にて拡散抑止層3を成長させた場合を表して
いる。更に、Cは従来例を示しており、拡散抑止層3を
設けることなく成長温度750 ℃にて高温成長層14を成長
させた場合を表している。本発明例ではSi拡散長が0.2
μm であり、比較例, 従来例(何れもSi拡散長が0.4 μ
m 以上)に比べて著しくSi原子の拡散が抑制されている
ことがわかる。
【0017】また、拡散抑止層3を成長する際に、成長
温度を650 ℃の一定として、原料ガス圧力のV/III 比
を変化させた場合のSi原子の拡散の違いを図4に示す。
図4において、横軸は圧力V/III 比、縦軸はSi拡散長
(図3と同一の定義)を示している。図4において、D
は本発明例を示しており、圧力V/III 比を10として拡
散抑止層3を成長させた場合を表している。また、E,
Fは本発明の比較例を示しており、夫々圧力V/III 比
を30, 70として拡散抑止層3を成長させた場合を表して
いる。本発明例ではSi拡散長が0.2 μm であり、比較
例, 従来例(何れもSi拡散長が0.3 μm 以上)に比べて
著しくSi原子の拡散が抑制されていることがわかる。
【0018】なお、原料ガスについて、III 族はトリメ
チルガリウム、V族はアルシンとしたが、この他にIII
族はトリエチルガリウム、V族はトリメチルアルシンが
可能である。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明では、低温にて成
長させたGaAs層と高温にて成長させたGaAs層との間に、
拡散抑止層としてのAlx Ga1-x As層を設けるようにした
ので、Si単結晶基板からのSi原子の拡散を抑制すること
ができ、電気的特性に優れたGaAs基板を提供できる等、
本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るGaAs基板の構造図である。
【図2】本発明に係るGaAs基板を製造する際の成長シー
ケンス図である。
【図3】本発明例と従来例とにおけるSi拡散度の違いを
示すグラフである。
【図4】原料ガス圧力のV/III 比を変化させた場合の
Si拡散度の違いを示すグラフである。
【図5】従来のGaAs基板の構造図である。
【図6】従来のGaAs基板を製造する際の成長シーケンス
図である。
【符号の説明】
1 Si単結晶基板 2 低温にて成長させたGaAs層(低温成長層) 3 Alx Ga1-x As層(拡散抑止層) 4 高温にて成長させたGaAs層(高温成長層)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si単結晶基板上にGaAs層を有するGaAs基
    板において、前記Si単結晶基板上に、低温成長により形
    成した第1のGaAs層と、Alx Ga1-x As(x=0〜0.3)拡
    散抑止層と、高温成長により形成した第2のGaAs層とを
    この順に積層してなることを特徴とするGaAs基板。
  2. 【請求項2】 有機金属化学気相成長法を用いてSi単結
    晶基板上に拡散抑止層を介して2層のGaAsを成長させ
    て、GaAs基板を製造する方法であって、前記拡散抑止層
    はV族原料圧力/III 族原料圧力の比を10以下として第
    1のGaAs層上に成長温度650 ℃以下にてAlx Ga1-x As
    (x=0〜0.3)層を成長させ、しかる後第2のGaAs層を
    成長させることを特徴とするGaAs基板の製造方法。
JP6967292A 1992-02-18 1992-02-18 GaAs基板及びGaAs基板の製造方法 Pending JPH05234907A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001068483A (ja) * 1999-08-30 2001-03-16 Kyocera Corp 半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001068483A (ja) * 1999-08-30 2001-03-16 Kyocera Corp 半導体装置

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