JPH0555147A - 半導体結晶成長方法 - Google Patents
半導体結晶成長方法Info
- Publication number
- JPH0555147A JPH0555147A JP23574191A JP23574191A JPH0555147A JP H0555147 A JPH0555147 A JP H0555147A JP 23574191 A JP23574191 A JP 23574191A JP 23574191 A JP23574191 A JP 23574191A JP H0555147 A JPH0555147 A JP H0555147A
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- JP
- Japan
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- inp
- gaas
- semiconductor substrate
- layer
- substrate
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ＩｎＰとＧａＡｓとの界面に転移が発生しな
い半導体結晶成長方法を提供する。 【構成】 第１の工程においてＩｎＰ半導体基板１１を
Ａｓ雰囲気中で所定温度にて加熱してＩｎＰ半導体基板
１１の表面のＩｎの量を制御し、第２の工程において前
記ＩｎＰ半導体基板１１上にＩｎＰ半導体基板１１とＧ
ａＡｓ系半導体結晶との間の格子定数を有するＩｎＧａ
Ａｓ中間層１２を形成し、第３の工程においてＩｎＧａ
Ａｓ中間層１２の表面にＧａＡｓ半導体層１３を成長さ
せる。
い半導体結晶成長方法を提供する。 【構成】 第１の工程においてＩｎＰ半導体基板１１を
Ａｓ雰囲気中で所定温度にて加熱してＩｎＰ半導体基板
１１の表面のＩｎの量を制御し、第２の工程において前
記ＩｎＰ半導体基板１１上にＩｎＰ半導体基板１１とＧ
ａＡｓ系半導体結晶との間の格子定数を有するＩｎＧａ
Ａｓ中間層１２を形成し、第３の工程においてＩｎＧａ
Ａｓ中間層１２の表面にＧａＡｓ半導体層１３を成長さ
せる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＩｎＰ半導体基板上の
ＧａＡｓ系半導体結晶の成長方法に関する。
ＧａＡｓ系半導体結晶の成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩｎＰ半導体基板上のＧａＡｓ系半導体
結晶の成長方法は、ＩｎＰを用いた長波長帯の光素子と
ＧａＡｓ系半導体を用いた高速の電子素子とを同一基板
上に集積した光電子集積回路（ＯＥＩＣ）の実現のため
に必要不可欠な技術である。従来、ＩｎＰ基板上にＧａ
Ａｓ系半導体を成長させる方法として、分子線結晶成長
方法が行われている。分子線結晶成長方法は、ＩｎＰ基
板をＭＢＥ室に導入し、Ａｓ雰囲気中で加熱することに
よって、表面の酸化物を除去して表面をクリーニング
し、この上にＧａＡｓを成長させるものである。一般
に、この方法においてＧａＡｓを成長させる前にＩｎＰ
基板表面が清浄化されたこと（即ち、表面が原子的規模
で平坦化されたこと）を確認することが多い。この確認
には、反射高エネルギ電子回折法（ＲＨＥＥＤ）が用い
られている。ＲＨＥＥＤでは、基板表面に電子線を［11
0]入射させ、電子線の入射に対するパターンを観察す
る。基板表面が清浄化されていると４倍のストリークパ
ターンが観察される。その後、Ｇａセルのシャッタを開
いてＩｎＰ基板上にＧａＡｓ層を形成する。
結晶の成長方法は、ＩｎＰを用いた長波長帯の光素子と
ＧａＡｓ系半導体を用いた高速の電子素子とを同一基板
上に集積した光電子集積回路（ＯＥＩＣ）の実現のため
に必要不可欠な技術である。従来、ＩｎＰ基板上にＧａ
Ａｓ系半導体を成長させる方法として、分子線結晶成長
方法が行われている。分子線結晶成長方法は、ＩｎＰ基
板をＭＢＥ室に導入し、Ａｓ雰囲気中で加熱することに
よって、表面の酸化物を除去して表面をクリーニング
し、この上にＧａＡｓを成長させるものである。一般
に、この方法においてＧａＡｓを成長させる前にＩｎＰ
基板表面が清浄化されたこと（即ち、表面が原子的規模
で平坦化されたこと）を確認することが多い。この確認
には、反射高エネルギ電子回折法（ＲＨＥＥＤ）が用い
られている。ＲＨＥＥＤでは、基板表面に電子線を［11
0]入射させ、電子線の入射に対するパターンを観察す
る。基板表面が清浄化されていると４倍のストリークパ
ターンが観察される。その後、Ｇａセルのシャッタを開
いてＩｎＰ基板上にＧａＡｓ層を形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＩｎＰ基板上
にＧａＡｓを成長する際、ＩｎＰとＧａＡｓとの間には
３．７％の格子ずれがあるために、単にＩｎＰ基板上に
ＧａＡｓ層を成長しただけではＩｎＰとＧａＡｓとの界
面に転移が発生し、ＧａＡｓ成長層を劣化するという問
題点があった。また、前述した従来の方法においては、
ＩｎＰ基板表面をある程度の時間加熱クリーニングを行
い、ＲＨＥＥＤで清浄度を確認するだけであった。本発
明の課題は、ＩｎＰとＧａＡｓとの界面に転移が発生し
ない半導体結晶成長方法を提供することである。
にＧａＡｓを成長する際、ＩｎＰとＧａＡｓとの間には
３．７％の格子ずれがあるために、単にＩｎＰ基板上に
ＧａＡｓ層を成長しただけではＩｎＰとＧａＡｓとの界
面に転移が発生し、ＧａＡｓ成長層を劣化するという問
題点があった。また、前述した従来の方法においては、
ＩｎＰ基板表面をある程度の時間加熱クリーニングを行
い、ＲＨＥＥＤで清浄度を確認するだけであった。本発
明の課題は、ＩｎＰとＧａＡｓとの界面に転移が発生し
ない半導体結晶成長方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＩｎＰ
半導体基板をＡｓ雰囲気中で所定温度にて加熱してＩｎ
Ｐ半導体基板の表面のＩｎの量を制御する第１の工程
と、前記ＩｎＰ半導体基板上に前記ＩｎＰ半導体基板と
ＧａＡｓ系半導体結晶との間の格子定数を有するＩｎＧ
ａＡｓ層を形成する第２の工程と、前記ＩｎＧａＡｓ層
の表面に前記ＧａＡｓ系半導体層を成長させる第３の工
程とを有することを特徴とする半導体結晶成長方法が得
られる。さらに、本発明によれば、前記ＩｎＰ半導体基
板の表面の前記Ｉｎの量を高速電子回折法および走査ト
ンネル顕微鏡のうち少なくとも一方を用いてモニタし、
そのモニタ結果がＩｎＰの量が所定の量になるまで制御
することを特徴とする半導体結晶成長方法が得られる。
半導体基板をＡｓ雰囲気中で所定温度にて加熱してＩｎ
Ｐ半導体基板の表面のＩｎの量を制御する第１の工程
と、前記ＩｎＰ半導体基板上に前記ＩｎＰ半導体基板と
ＧａＡｓ系半導体結晶との間の格子定数を有するＩｎＧ
ａＡｓ層を形成する第２の工程と、前記ＩｎＧａＡｓ層
の表面に前記ＧａＡｓ系半導体層を成長させる第３の工
程とを有することを特徴とする半導体結晶成長方法が得
られる。さらに、本発明によれば、前記ＩｎＰ半導体基
板の表面の前記Ｉｎの量を高速電子回折法および走査ト
ンネル顕微鏡のうち少なくとも一方を用いてモニタし、
そのモニタ結果がＩｎＰの量が所定の量になるまで制御
することを特徴とする半導体結晶成長方法が得られる。
【０００５】
【作用】ＩｎＰ基板上にＧａＡｓ系半導体層を成長する
際、最表面のＩｎの量を制御して、ＩｎＰ基板とＧａＡ
ｓ系半導体層との間に、両者の中間の格子定数を有する
ＩｎＧａＡｓ層を形成することにより、ＧａＡｓ系半導
体層に転移の発生が少いＧａＡｓ系半導体結晶を得るこ
とができる。
際、最表面のＩｎの量を制御して、ＩｎＰ基板とＧａＡ
ｓ系半導体層との間に、両者の中間の格子定数を有する
ＩｎＧａＡｓ層を形成することにより、ＧａＡｓ系半導
体層に転移の発生が少いＧａＡｓ系半導体結晶を得るこ
とができる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。まず、本実施例に用いられる成長装置を図２を
参照して説明する。この成長装置は、試料を導入するた
めのロードロック室２１と、ロードロック室２１に連通
したＭＢＥ室２２と、ＭＢＥ室２２に連通したＳＴＭ室
２３とを有する。次に、本実施例の半導体結晶成長方法
を図１も併せ参照して説明する。ＩｎＰ半導体基板１
１がロードロック室２１から導入され、ＭＢＥ室２２へ
移設される。ＭＢＥ室２２において、Ａｓ雰囲気中で
ＲＨＥＥＤ（電子線［110]入射）でモニタしながらＩｎ
Ｐ基板１１を加熱し、その表面をクリーニングする。
ＩｎＰ半導体基板１１の表面が清浄化されるとＲＨＥＥ
Ｄでは４倍のストリークパターンがモニタされる。この
４倍パターンは始めは基本周期に対応した比較的強いス
トリークとそれらの間に位置する３本の弱い高次の回折
線からなっている。このとき、ＩｎＰ半導体基板１１
をＭＢＥ室２２からＳＴＭ室２３へ移設して基板表面の
原子規模の構造を走査トンネル顕微鏡によって観察する
と、［110]方向に形成された３個のＩｎダイマーと１つ
のミッシングダイマーによって構成される４×２ユニッ
トからできていることがわかった。この時、表面のＩｎ
量は表面原子数の７５％であった。さらに、ＩｎＰ半
導体基板１１をＳＴＭ室２３からＭＢＥ室２２へ戻し、
再びＡｓ雰囲気中で加熱を続けるとＲＨＥＥＤでは４倍
パターンのストリークの強度がだんだん均一に移行する
過程がモニタされる。基本周期に対応したストリーク
の強度と高次のストリークの強度がほぼ等しくなったと
き、先程と同様にしてＩｎＰ半導体基板１１をＳＴＭ室
２３へ移設し、その表面の原子レベルの構造を走査トン
ネル顕微鏡で観察すると表面のＩｎの量が減少してい
て、先程の４×２ユニットが１つのＩｎダイマーと３つ
のミッシングダイマーによって構成されていることがわ
かった。この時のＩｎ量は表面原子数の２５％であっ
た。こうして、表面のＩｎ量を２５％に制御したＩｎ
Ｐ半導体基板１１を再びＭＢＥ室２２に戻しＡｓ雰囲気
中で所定の成長温度（例えば、５００℃）で、Ｇａを
０．７５ＭＬ分与えて、ＩｎＰ基板の表面に一層のＩｎ
0.25Ｇａ0.75Ａｓの混合結晶層であるＩｎＧａＡｓ中間
層１２を形成させた。このＩｎ0.25Ｇａ0.75Ａｓの格子
定数は、ＩｎＰの格子定数とＧａＡｓの格子定数のほぼ
中間である。さらにその上に続けてＧａを供給し、
０．２ＭＬ／sec の成長速度でＧａＡｓ層１３を形成し
た。
明する。まず、本実施例に用いられる成長装置を図２を
参照して説明する。この成長装置は、試料を導入するた
めのロードロック室２１と、ロードロック室２１に連通
したＭＢＥ室２２と、ＭＢＥ室２２に連通したＳＴＭ室
２３とを有する。次に、本実施例の半導体結晶成長方法
を図１も併せ参照して説明する。ＩｎＰ半導体基板１
１がロードロック室２１から導入され、ＭＢＥ室２２へ
移設される。ＭＢＥ室２２において、Ａｓ雰囲気中で
ＲＨＥＥＤ（電子線［110]入射）でモニタしながらＩｎ
Ｐ基板１１を加熱し、その表面をクリーニングする。
ＩｎＰ半導体基板１１の表面が清浄化されるとＲＨＥＥ
Ｄでは４倍のストリークパターンがモニタされる。この
４倍パターンは始めは基本周期に対応した比較的強いス
トリークとそれらの間に位置する３本の弱い高次の回折
線からなっている。このとき、ＩｎＰ半導体基板１１
をＭＢＥ室２２からＳＴＭ室２３へ移設して基板表面の
原子規模の構造を走査トンネル顕微鏡によって観察する
と、［110]方向に形成された３個のＩｎダイマーと１つ
のミッシングダイマーによって構成される４×２ユニッ
トからできていることがわかった。この時、表面のＩｎ
量は表面原子数の７５％であった。さらに、ＩｎＰ半
導体基板１１をＳＴＭ室２３からＭＢＥ室２２へ戻し、
再びＡｓ雰囲気中で加熱を続けるとＲＨＥＥＤでは４倍
パターンのストリークの強度がだんだん均一に移行する
過程がモニタされる。基本周期に対応したストリーク
の強度と高次のストリークの強度がほぼ等しくなったと
き、先程と同様にしてＩｎＰ半導体基板１１をＳＴＭ室
２３へ移設し、その表面の原子レベルの構造を走査トン
ネル顕微鏡で観察すると表面のＩｎの量が減少してい
て、先程の４×２ユニットが１つのＩｎダイマーと３つ
のミッシングダイマーによって構成されていることがわ
かった。この時のＩｎ量は表面原子数の２５％であっ
た。こうして、表面のＩｎ量を２５％に制御したＩｎ
Ｐ半導体基板１１を再びＭＢＥ室２２に戻しＡｓ雰囲気
中で所定の成長温度（例えば、５００℃）で、Ｇａを
０．７５ＭＬ分与えて、ＩｎＰ基板の表面に一層のＩｎ
0.25Ｇａ0.75Ａｓの混合結晶層であるＩｎＧａＡｓ中間
層１２を形成させた。このＩｎ0.25Ｇａ0.75Ａｓの格子
定数は、ＩｎＰの格子定数とＧａＡｓの格子定数のほぼ
中間である。さらにその上に続けてＧａを供給し、
０．２ＭＬ／sec の成長速度でＧａＡｓ層１３を形成し
た。
【０００７】このようにして成長したＧａＡｓ（厚さ約
１ミクロン）のエッチピット密度を溶融ＫＯＨをつかっ
て測定したところ５×１０5 ｃｍ-2であった。これは従
来の方法で基板表面のＩｎの量を制御せずにＧａＡｓを
成長した場合の２×１０6 ｃｍ-2に比較して半分以下の
値であった。また、移動度を測定したところ、室温で３
０００乃至４０００ｃｍ2 ／Ｖｓであったが、これはＧ
ａＡｓ半導体基板上に成長したＧａＡｓ系半導体層を比
べても遜色のない値であり良質なものが得られたことが
わかった。尚、この実施例では中間層としてＩｎ0.25Ｇ
ａ0.75Ａｓを用いたが、格子定数がＩｎＰとＧａＡｓの
格子定数の間にあるものであれば、この組成に限らな
い。例えば、Ｉｎ0.53Ｇａ0.25ＡｓとＩｎＰの格子定数
が一致し、この組成からＩｎを減少させることによって
ＧａＡｓの格子定数に近づくので、ＩｎX Ｇａ1-x Ａｓ
において、０＜Ｘ＜０．５３のものであれば中間層とし
ての効果を有する。さらに、Ｘが０．２５近傍がＩｎＰ
とＧａＡｓの格子定数のほぼ真ん中の格子定数を与える
ので、この場合はより好ましい。また、ＩｎＰ基板上に
形成するＧａＡｓ系半導体層はＧａＡｓに限るものでは
なく例えば、ＡｌＧａＡｓなどでもよい。この時は成長
するＧａＡｓ系半導体層の格子定数に合わせて、最適な
中間層の組成を選べばよい。ＧａＡｓ半導体層の厚さお
よびドーピングは、この層にどのようなデバイスを形成
させるかによって変わってくるので本実施例に限るもの
ではない。本実施例では、ＩｎＰ半導体基板表面のＩｎ
の量を測定するのに使用した走査トンネル顕微鏡は、Ｍ
ＢＥ室２２とは別の真空室であるＳＴＭ室２３に備えて
あったが、これをＭＢＥ室２２に備えてもよく、ＲＨＥ
ＥＤとＳＴＭの測定を同時に行ってもよい。
１ミクロン）のエッチピット密度を溶融ＫＯＨをつかっ
て測定したところ５×１０5 ｃｍ-2であった。これは従
来の方法で基板表面のＩｎの量を制御せずにＧａＡｓを
成長した場合の２×１０6 ｃｍ-2に比較して半分以下の
値であった。また、移動度を測定したところ、室温で３
０００乃至４０００ｃｍ2 ／Ｖｓであったが、これはＧ
ａＡｓ半導体基板上に成長したＧａＡｓ系半導体層を比
べても遜色のない値であり良質なものが得られたことが
わかった。尚、この実施例では中間層としてＩｎ0.25Ｇ
ａ0.75Ａｓを用いたが、格子定数がＩｎＰとＧａＡｓの
格子定数の間にあるものであれば、この組成に限らな
い。例えば、Ｉｎ0.53Ｇａ0.25ＡｓとＩｎＰの格子定数
が一致し、この組成からＩｎを減少させることによって
ＧａＡｓの格子定数に近づくので、ＩｎX Ｇａ1-x Ａｓ
において、０＜Ｘ＜０．５３のものであれば中間層とし
ての効果を有する。さらに、Ｘが０．２５近傍がＩｎＰ
とＧａＡｓの格子定数のほぼ真ん中の格子定数を与える
ので、この場合はより好ましい。また、ＩｎＰ基板上に
形成するＧａＡｓ系半導体層はＧａＡｓに限るものでは
なく例えば、ＡｌＧａＡｓなどでもよい。この時は成長
するＧａＡｓ系半導体層の格子定数に合わせて、最適な
中間層の組成を選べばよい。ＧａＡｓ半導体層の厚さお
よびドーピングは、この層にどのようなデバイスを形成
させるかによって変わってくるので本実施例に限るもの
ではない。本実施例では、ＩｎＰ半導体基板表面のＩｎ
の量を測定するのに使用した走査トンネル顕微鏡は、Ｍ
ＢＥ室２２とは別の真空室であるＳＴＭ室２３に備えて
あったが、これをＭＢＥ室２２に備えてもよく、ＲＨＥ
ＥＤとＳＴＭの測定を同時に行ってもよい。
【０００８】
【発明の効果】本発明によれば、ＩｎＰ半導体基板をＡ
ｓ雰囲気中で所定温度にて加熱してＩｎＰ半導体基板の
表面のＩｎの量を制御し、ＩｎＰ半導体基板上にＩｎＰ
半導体基板とＧａＡｓ系半導体結晶との間の格子定数を
有するＩｎＧａＡｓ層を形成し、ＩｎＧａＡｓ層の表面
にＧａＡｓ系半導体層を成長させるため、ＩｎＰとＧａ
Ａｓとの界面に転移が発生することがなくエッチピット
密度が従来の半分以下と良好である。
ｓ雰囲気中で所定温度にて加熱してＩｎＰ半導体基板の
表面のＩｎの量を制御し、ＩｎＰ半導体基板上にＩｎＰ
半導体基板とＧａＡｓ系半導体結晶との間の格子定数を
有するＩｎＧａＡｓ層を形成し、ＩｎＧａＡｓ層の表面
にＧａＡｓ系半導体層を成長させるため、ＩｎＰとＧａ
Ａｓとの界面に転移が発生することがなくエッチピット
密度が従来の半分以下と良好である。
【図１】本実施例による成長方法を説明するための図で
ある。
ある。
【図２】本実施例に用いられる成長装置を示す概略図で
ある。
ある。
１１ ＩｎＰ半導体基板 １２ ＩｎＧａＡｓ中間層 １３ ＧａＡｓ半導体層 ２１ ロードロック室 ２２ ＭＢＥ室 ２３ ＳＴＭ室
Claims (2)
- 【請求項１】 ＩｎＰ半導体基板をＡｓ雰囲気中で所定
温度にて加熱してＩｎＰ半導体基板の表面のＩｎの量を
制御する第１の工程と、前記ＩｎＰ半導体基板上に前記
ＩｎＰ半導体基板とＧａＡｓ系半導体結晶との間の格子
定数を有するＩｎＧａＡｓ層を形成する第２の工程と、
前記ＩｎＧａＡｓ層の表面に前記ＧａＡｓ系半導体層を
成長させる第３の工程とを有することを特徴とする半導
体結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記ＩｎＰ半導体基板の表面の前記Ｉｎ
の量を高速電子回折法および走査トンネル顕微鏡のうち
少なくとも一方を用いてモニタし、そのモニタ結果がＩ
ｎＰの量が所定の量になるまで制御することを特徴とす
る請求項１記載の半導体結晶成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23574191A JPH0555147A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 半導体結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23574191A JPH0555147A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 半導体結晶成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555147A true JPH0555147A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=16990540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23574191A Withdrawn JPH0555147A (ja) | 1991-08-23 | 1991-08-23 | 半導体結晶成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0555147A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0829934A1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-03-18 | Alcatel | Procédé de fabrication d'un composant optoélectronique à semiconducteur et composant et matrice de composants fabriqués selon ce procédé |
-
1991
- 1991-08-23 JP JP23574191A patent/JPH0555147A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0829934A1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-03-18 | Alcatel | Procédé de fabrication d'un composant optoélectronique à semiconducteur et composant et matrice de composants fabriqués selon ce procédé |
| FR2753577A1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-03-20 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de fabrication d'un composant optoelectronique a semiconducteur et composant et matrice de composants fabriques selon ce procede |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981112 |