JPH0670974B2 - Method for manufacturing compound semiconductor epitaxial wafer - Google Patents

Method for manufacturing compound semiconductor epitaxial wafer

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JPH0670974B2
JPH0670974B2 JP20554985A JP20554985A JPH0670974B2 JP H0670974 B2 JPH0670974 B2 JP H0670974B2 JP 20554985 A JP20554985 A JP 20554985A JP 20554985 A JP20554985 A JP 20554985A JP H0670974 B2 JPH0670974 B2 JP H0670974B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はIII−V族化合物半導体のエピタキシャルウエ
ハに関し、更に詳しくは各種半導体デバイスの特性向上
を可能とする、III−V族化合物半導体の低転位密度エ
ピタキシャルウエハの製造方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an epitaxial wafer of a III-V group compound semiconductor, and more specifically to a low dislocation density of a III-V group compound semiconductor, which enables improvement of characteristics of various semiconductor devices. The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial wafer.

従来の技術 従来汎用されてきたSi半導体デバイスでは、Siの各種物
性上の制限があり、最近の半導体装置の高速動作化、高
周波動作化などの動向に追随できず、最近のニーズの要
求には対応できない領域が出現してきた。そこで、Si等
のIV族単元素半導体に代わるものとしてGaAs、InAs、In
P等のIII−V族を代表とする化合物半導体が注目されて
いる。
Conventional technology Conventionally used Si semiconductor devices have limitations on various physical properties of Si, and cannot keep up with recent trends such as high-speed operation and high-frequency operation of semiconductor devices. Areas that cannot be dealt with have appeared. Therefore, as an alternative to group IV single-element semiconductors such as Si, GaAs, InAs, In
Attention has been paid to compound semiconductors represented by III-V groups such as P.

この化合物半導体はその結晶構造がダイヤモンド型共有
結晶類似の閃亜鉛鉱型であり、この結晶構造を維持した
まま人工的に作製できるので、Siではみられなかった各
種機能デバイスの作製が可能となる。また1つの元素
(例えば、As)を共通とする2種の二元化合物半導体
(例えば、GaAsとInAs)を組合せることによって、その
組成に応じて格子定数が連続的に単調に変化する三元系
混晶(例えば、GaInAs)を得ることができる。その結果
異なる半導体結晶間で格子整合を維持することのできる
ヘテロ接合を得ることができ、これは四元以上の多元系
混晶についてもいえる。
This compound semiconductor has a zincblende type crystal structure similar to the diamond type covalent crystal, and can be artificially manufactured while maintaining this crystal structure, enabling the production of various functional devices not found in Si. . Also, by combining two kinds of binary compound semiconductors (for example, GaAs and InAs) that share one element (for example, As), the ternary element whose lattice constant changes continuously and monotonically according to its composition A mixed crystal (for example, GaInAs) can be obtained. As a result, it is possible to obtain a heterojunction that can maintain lattice matching between different semiconductor crystals, and this can be said for multi-element mixed crystals of quaternary or higher.

かくして、このようなヘテロ接合半導体を用いて、超高
速電子デバイス、例えば高電子移動度トランジスタ(HE
MT)の他、LDを中心とする各種光電子デバイスなどが開
発されつつある。
Thus, using such heterojunction semiconductors, ultrafast electronic devices such as high electron mobility transistors (HE
Other than MT), various optoelectronic devices such as LDs are being developed.

各種の化合物半導体デバイス、例えばレーザあるいは発
光ダイオードと、トランジスタ、抵抗等を一つの基板上
に形成した光学電子集積回路(OEIC)、電界効果型トラ
ンジスタ(FET)、HEMT等の各種デバイスを作製する際
には液相エピタキシャル成長法(LPE法)、気相エピタ
キシャル成長法(VPE法)、有機金属気相エピタキシャ
ル成長法(OMVPE法)、分子線エピタキシャル成長法(M
BE法)などによって、半絶縁性III−V族化合物半導体
基板上に、エピタキシャル膜を成長させたエピタキシャ
ルウエハが使用されている。またイオン注入法による集
積回路(IC)においてもこのようなエピタキシャルウエ
ハが用いられている。
When manufacturing various compound semiconductor devices such as lasers or light emitting diodes, optoelectronic integrated circuits (OEIC), field effect transistors (FET), HEMTs, etc., in which transistors, resistors, etc. are formed on one substrate Liquid phase epitaxial growth method (LPE method), vapor phase epitaxial growth method (VPE method), metalorganic vapor phase epitaxial growth method (OMVPE method), molecular beam epitaxial growth method (M
An epitaxial wafer in which an epitaxial film is grown on a semi-insulating III-V group compound semiconductor substrate by the BE method) is used. Such an epitaxial wafer is also used in an integrated circuit (IC) manufactured by the ion implantation method.

しかしながら、これらデバイス、集積回路等の特性は使
用したエピタキシャルウエハの品質によって大きく左右
される。例えば、レーザや発光ダイオードにおいてはエ
ピタキシャルウエハ中の転位がダークライン欠陥(DL
D)を形成し、これがデバイスの寿命を著しく短縮する
ことが、例えばW.フランク(Frank)等の文献〔アプラ
イド フィジックス(Applied Physics),1980,23,30
3〕に記載されている。また、FETにおいてもそのしきい
値電圧が転位と密接な相関々係を有していることが、例
えばイシイ(Ishii)等の文献〔IEEE トランスアクシ
ョン オブ エレクトロン デバイスズ(IEEE Transac
tion of Electron Devices),1984,ED−31,1051〕に開
示されている。
However, the characteristics of these devices, integrated circuits, etc. are greatly influenced by the quality of the epitaxial wafer used. For example, in lasers and light emitting diodes, dislocations in the epitaxial wafer are dark line defects (DL
D), which significantly shortens the lifetime of the device, is described in, for example, W. Frank et al. [Applied Physics, 1980, 23 , 30.
3]. In addition, the fact that the threshold voltage of an FET also has a close correlation with dislocations is described in, for example, Ishii et al. [IEEE Transaction of Electron Devices (IEEE Transac
tion of Electron Devices), 1984, ED- 31 , 1051].

このようなエピタキシャル層中の転位はエピタキシャル
成長中に発生するものと、基板から伝播するものとがあ
り、従って、この転位を減少させるためには、少なくと
も使用する基板の転位密度をできるだけ低いものとする
必要がある。しかしながら、従来使用されてきた半絶縁
性基板は転位密度が10,000個/cm2以上と著しく高いも
のであり、上記の要求を満足させるには程遠いものであ
った。
Some dislocations in such an epitaxial layer are generated during epitaxial growth and some are propagated from the substrate. Therefore, in order to reduce the dislocations, at least the dislocation density of the substrate to be used should be as low as possible. There is a need. However, the conventionally used semi-insulating substrate has a remarkably high dislocation density of 10,000 / cm 2 or more, which is far from satisfying the above requirements.

尚、基板とエピタキシャル成長層間の格子不整合に基く
ミスフィット転位に対しては、これらの間に適当な化合
物半導体の混晶からなるバッファー層を介在させること
により基板とエピタキシャル層との間の格子定数間の差
を緩和できることが知られている。
For the misfit dislocations due to the lattice mismatch between the substrate and the epitaxial growth layer, a buffer layer made of a mixed crystal of a suitable compound semiconductor is interposed between them to form a lattice constant between the substrate and the epitaxial layer. It is known that the difference between them can be eased.

発明が解決しようとする問題点 Si半導体に代る、高性能半導体デバイス用の材料として
注目される化合物半導体においても、依然として改善さ
れなければならない各種の問題が残されている。この化
合物半導体デバイスの作製に使用されるエピタキシャル
ウエハにおいては基板から伝播される、あるいはエピタ
キシャル成長中に形成される転位に基く結晶欠陥が、作
製後のデバイスの性能に大きく影響する。
Problems to be Solved by the Invention Even in a compound semiconductor, which is attracting attention as a material for a high-performance semiconductor device in place of a Si semiconductor, various problems still need to be improved. In the epitaxial wafer used for manufacturing this compound semiconductor device, crystal defects based on dislocations propagated from the substrate or formed during epitaxial growth greatly affect the performance of the device after manufacturing.

従って、上記エピタキシャルウエハにおける欠陥をでき
る限り減少させた高品位の製品を作製する必要がある。
しかしながら、現在のところこのような高品位、即ち低
転位密度のエピタキシャルウエハは実現されていない。
Therefore, it is necessary to manufacture a high-quality product in which the defects in the epitaxial wafer are reduced as much as possible.
However, at present, such a high-quality epitaxial wafer having a low dislocation density has not been realized.

そこで、本発明の目的は低転位密度のIII−V族化合物
半導体のエピタキシャルウエハの製造方法を提供するこ
とにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing an epitaxial wafer of a III-V group compound semiconductor having a low dislocation density.

問題点を解決するための手段 本発明者等は化合物半導体のエピタキシャルウエハの上
記如き現状に鑑み、目的とする高品位のエピタキシャル
ウエハを開発すべく種々検討、研究した結果、この種の
ウエハの転位密度がエピタキシャル層の厚さならびに基
板中の添加物の濃度と密接な関係を有しており、これを
低下するためには基板中に同族元素を所定の量で添加
し、エピタキシャル層の厚さを所定の範囲内とすること
が有効であることを見出し、このような新規知見に基き
本発明を完成した。
Means for Solving the Problems In view of the above-mentioned current situation of epitaxial wafers of compound semiconductors, the inventors of the present invention have made various studies and researches in order to develop an objective high-quality epitaxial wafer, and as a result, dislocation of this type of wafer The density has a close relationship with the thickness of the epitaxial layer and the concentration of the additive in the substrate.To reduce this, the homologous element is added to the substrate in a specified amount, and the thickness of the epitaxial layer is reduced. It was found that it is effective to make the value within a predetermined range, and the present invention was completed based on such a new finding.

即ち、本発明の化合物半導体エピタキシャルウエハの製
造方法は、同族元素を多量に含有するIII−V族化合物
半導体の半絶縁性基板を形成し、その上にエピタキシャ
ル成長法により、該基板と格子整合性を保持しつつ、II
I−V族化合物半導体のエピタキシャル層を少なくとも
1層成長させるIII−V族化合物半導体エピタキシャル
ウエハの製造方法であって、その特徴は上記エピタキシ
ャル層の厚さd〔μm〕が次式(1): 但し、N:同族元素の添加量〔1019/cm3〕で示される厚
さよりも薄いように、上記基板中の同族元素濃度に応じ
て、エピタキシャル層をその厚さをモニタしつつ成長さ
せることにある。
That is, in the method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention, a semi-insulating substrate of a III-V group compound semiconductor containing a large amount of a homologous element is formed, and a lattice matching with the substrate is performed by epitaxial growth on the substrate. While holding II
A method for manufacturing a III-V compound semiconductor epitaxial wafer in which at least one epitaxial layer of an IV compound semiconductor is grown, which is characterized in that the thickness d (μm) of the epitaxial layer is expressed by the following formula (1): However, the epitaxial layer is grown while monitoring its thickness according to the concentration of the homologous element in the substrate so that it is thinner than the thickness indicated by N: the homologous element addition amount [10 19 / cm 3 ]. It is in.

本発明の化合物半導体エピタキシャルウエハの製造方法
において、好ましい基板および添加元素並びにエピタキ
シャル層の組合せとしては、特に、GaAs−In−GaAs、In
P−AlまたはGa−InPを挙げることができるが、これらに
制限されず、その他の各種組合せに対しても同様な結果
を期待できる。また、二元系にかぎらず三元系以上の混
晶をも含むことはいうまでもなく、またエピタキシャル
層が同一または異なる二層以上で形成される場合にも適
用できる。
In the method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention, as a preferable substrate, additional element and combination of epitaxial layers, GaAs-In-GaAs, In
P-Al or Ga-InP may be mentioned, but the present invention is not limited to these, and similar results can be expected for various other combinations. Needless to say, the present invention includes not only the binary system but also mixed crystals of the ternary system or more, and it is also applicable to the case where the epitaxial layer is formed of two or more layers which are the same or different.

まず、本発明の方法においては、基板は従来公知の各種
の方法、例えば液体封止チョクラルスキー法、ブリッジ
マン法あるいはこれらの改良法(例えば3温度水平ブリ
ッジマン法:3T−HB法など)などによってインゴットを
作製し、これからスライスすることにより得ることがで
きる。
First, in the method of the present invention, the substrate is various conventionally known methods, for example, the liquid sealed Czochralski method, the Bridgman method, or an improved method thereof (for example, the 3-temperature horizontal Bridgman method: 3T-HB method). It can be obtained by producing an ingot by, for example, and slicing it.

これらの方法によれば、同族元素の添加は容易であり、
その濃度の制御も比較的容易であり、目的とする添加同
族元素含有基板を有利に得ることができる。
According to these methods, it is easy to add a homologous element,
It is also relatively easy to control the concentration, and it is possible to advantageously obtain the target added homologous element-containing substrate.

更に、エピタキシャル層は、既に述べたようなLPE法、V
PE法、OMVPE法あるいはMBE法などがいずれも使用でき、
基板中の添加同族元素の量に応じた厚さとなるように水
晶振動子の使用あるいは光干渉法などを利用して成長エ
ピタキシャル膜の膜厚をモニタしつつ成膜する。
Furthermore, the epitaxial layer is formed by the LPE method, V.
PE method, OMVPE method or MBE method can be used,
The growth epitaxial film is formed while monitoring the film thickness of the grown epitaxial film by using a crystal oscillator or by utilizing an optical interference method so that the thickness becomes a value corresponding to the amount of the added homologous element in the substrate.

また、基板およびエピタキシャル層は目的に応じたドー
パントを含んでもよいことは勿論であり、例えば基板を
半絶縁性とするためのCrなど、あるいはエピタキシャル
層をp型、n型にするための各ドーパントが使用でき
る。
The substrate and the epitaxial layer may, of course, contain a dopant depending on the purpose. For example, Cr for making the substrate semi-insulating, or each dopant for making the epitaxial layer p-type or n-type. Can be used.

本発明の方法により得られる化合物半導体エピタキシャ
ルウエハの構成を添付第1図に示した。ここで、基板1
は例えば多量の同族元素(In)を添加したGaAsであり、
エピタキシャル層2は例えばアンドープGaAsである。ま
た、Inなどの添加元素の量N×1019/cm3とエピタキシ
ャル層の厚さdμmとの関係を添付第2図に示した。
The structure of the compound semiconductor epitaxial wafer obtained by the method of the present invention is shown in FIG. Where substrate 1
Is, for example, GaAs doped with a large amount of a homologous element (In),
The epitaxial layer 2 is, for example, undoped GaAs. Also, the relationship between the amount of additive element such as In (N × 10 19 / cm 3) and the thickness of the epitaxial layer dμm is shown in FIG.

作用 化合物半導体のエピタキシャルウエハから作られる各種
半導体デバイスの性能は、該エピタキシャルウエハ自身
の品質によって大きな影響を受け、寿命が短縮された
り、しきい値電圧に対する影響等がみられる。これは特
にエピタキシャル層中の転位密度が高いことによるもの
であり、この転位には基板から伝播されるもの、および
エピタキシャル層自体に起因するものがあり、これをで
きるだけ減少させるためには、基板中の転位密度を小さ
くすることが必要である。このような転位密度の低い基
板は上記のような各種方法に従って、基板の構成々分と
同族の元素を所定量添加することにより得ることができ
る。また、後に形成すべきエピタキシャル層の格子定数
に近い格子定数をもつようにすることも重要である。
Action The performance of various semiconductor devices made from a compound semiconductor epitaxial wafer is greatly affected by the quality of the epitaxial wafer itself, and the life is shortened and the threshold voltage is affected. This is especially due to the high dislocation density in the epitaxial layer. Some of these dislocations are propagated from the substrate and some are due to the epitaxial layer itself. It is necessary to reduce the dislocation density of. A substrate having such a low dislocation density can be obtained by adding a predetermined amount of an element in the same group as the constituents of the substrate according to the various methods described above. It is also important to have a lattice constant close to that of the epitaxial layer to be formed later.

一般に、化合物半導体の基板に同族元素からなる添加物
がない場合、その製法上の限界から表面に転位等の格子
欠陥が存在する。その結果、このような基板表面にその
ままエピタキシャル層を成長させた場合には、基板表面
の転位がエピタキシャル層にも伝播しこれに基づく結晶
欠陥が発生することになる。そこで、一般には基板中に
同族元素の添加物を加えて基板の転位密度を改善し、転
位の伝播を抑制することが行われている。しかしなが
ら、これでもまだ不十分であり、既に述べたように半導
体デバイスの各種特性に影響を与えていた。
In general, when a compound semiconductor substrate does not contain an additive composed of a homologous element, lattice defects such as dislocations exist on the surface due to the limitation of the manufacturing method. As a result, when an epitaxial layer is directly grown on such a substrate surface, dislocations on the substrate surface also propagate to the epitaxial layer and crystal defects are generated due to the dislocation. Therefore, in general, an additive of a homologous element is added to the substrate to improve the dislocation density of the substrate and suppress the propagation of dislocations. However, this is still insufficient, and affects various characteristics of the semiconductor device as described above.

ところで、本発明者は基板上にエピタキシーにより形成
した単結晶薄膜中の転位密度が、基板中に添加した同族
元素の量および基板上に形成したエピタキシャル層の厚
さと密接な関係を有していることを知った。従って、こ
の同族元素の量及びエピタキシャル膜の膜厚を適当に調
節することにより、得られるエピタキシャルウエハの転
位密度を低い値に制御できることを見出した。
By the way, the present inventor has a close relation between the dislocation density in a single crystal thin film formed on a substrate by epitaxy and the amount of a homologous element added to the substrate and the thickness of an epitaxial layer formed on the substrate. I knew that. Therefore, it has been found that the dislocation density of the obtained epitaxial wafer can be controlled to a low value by appropriately adjusting the amount of this homologous element and the film thickness of the epitaxial film.

かくして、本発明者等は生成エピタキシャルウエハの転
位密度と同族元素量並びにエピタキシャル層の厚さとの
間の関係につき、広範囲に亘り調べ、基板に添加すべき
同族元素の量N(×1019/cm3)とエピタキシャル層の
膜厚d(μm)とが上記(1)で示される関係式により
2分されるd−N座標の式(1)の下側(もしくは左
側)の領域内にあるように選ぶことにより、基板にミス
フィット(基板の格子定数とエピタキシャル層との間の
格子定数との差)がみられても、これが原因でエピタキ
シャル層に転位が発生しないことがわかった。
Thus, the present inventors have extensively investigated the relationship between the dislocation density of the produced epitaxial wafer and the amount of the homologous element and the thickness of the epitaxial layer, and the amount of the homologous element to be added to the substrate N (× 10 19 / cm 2). 3 ) and the film thickness d (μm) of the epitaxial layer are in the lower (or left) region of the equation (1) of the dN coordinates divided by the relational equation shown in (1) above. It was found that, by selecting, even if a misfit (difference between the lattice constant of the substrate and the lattice constant between the epitaxial layer) was observed in the substrate, dislocation did not occur in the epitaxial layer due to this.

これは、例えばH.ナガイ(Nagai)の論文〔ジャーナル
オブ アプライド フィジィックス(J.Appl.Phy
s.),1974,45-9,3789〕に示されているように、基板と
格子定数の異なるエピタキシャル層を成長させた場合、
エピタキシャル層は基板の格子と一致するように弾性変
形し、そのためにエピタキシャル層の結晶構造は、例え
ば立方晶から正方晶に変形するが、エピタキシャル層が
薄い場合にはエピタキシャル層は単に弾性変形のみを生
ずることに基づくものと思われる。しかしながら、逆
に、エピタキシャル層が厚い場合には、エピタキシャル
層の組成によって定められた本来の格子に戻ろうとする
応力が徐々に強くなり、その応力が臨界値を超えたとき
にエピタキシャル層にミスフィット転位が導入され、応
力は緩和されるが結晶欠陥を構成することになる。
This is the case, for example, in the paper by H. Nagai [Journal of Applied Physics (J. Appl.
s.), 1974, 45 -9, 3789], when an epitaxial layer having a different lattice constant from the substrate is grown,
The epitaxial layer elastically deforms to match the lattice of the substrate, and therefore the crystal structure of the epitaxial layer deforms from, for example, cubic to tetragonal, but when the epitaxial layer is thin, the epitaxial layer only undergoes elastic deformation. It seems to be based on what happens. However, conversely, when the epitaxial layer is thick, the stress that tries to return to the original lattice determined by the composition of the epitaxial layer becomes gradually stronger, and when the stress exceeds the critical value, it is misfit to the epitaxial layer. Dislocations are introduced and the stress is relieved, but crystal defects are formed.

かくして、本発明の化合物半導体エピタキシャルウエハ
の製造方法によれば、従来製品にみられた10,000個/cm
2以上という極めて高い転位密度を、100個/cm2程度に
まで減じることが可能となる。従って、このような低転
位密度のウエハを使用することにより、高性能のOEIC、
FET、HEMTなどの各種半導体デバイスを歩留りよく作製
することが可能となる。
Thus, according to the method for producing a compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention, 10,000 pieces / cm 3
The extremely high dislocation density of 2 or more can be reduced to about 100 dislocations / cm 2 . Therefore, by using such a low dislocation density wafer, high performance OEIC,
Various semiconductor devices such as FET and HEMT can be manufactured with high yield.

実施例 以下、実施例に従って本発明のエピタキシャルウエハの
製造方法をより具体的に説明すると共に、その呈する効
果を証明する。ただし、本発明の範囲は以下の例により
何等制限されない。
Examples Hereinafter, the method for producing an epitaxial wafer of the present invention will be described in more detail with reference to examples, and the effects exhibited by the methods will be proved. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

実施例1 (i)In含有GaAs基板の作製 幅55mm、長さ550mmの高純度石英ボートをサンドブラス
ト処理してメルトとの濡れ性を調整した。次いで4.5kg
の多結晶GaAs(少量のAs2O3、0.03〜0.1wt%のCrおよび
所定量のInを含有)を装填し、3T−HB法により種結晶を
用いて〈111〉方向に成長させた。3つの領域の温度
T1、T2、T3は夫々1240℃、1200℃、および600℃に保っ
た。固一液界面近傍における温度勾配が1℃/cmとなる
ように調節し、また石英ボートの移動速度を5mm/時とし
てInを含有するCrドープGaAs結晶の成長を行い、T2領域
で十分にアニールし、次いで所定の温度プログラムに従
って冷却し、インゴットを得た。
Example 1 (i) Preparation of In-Containing GaAs Substrate A high-purity quartz boat having a width of 55 mm and a length of 550 mm was sandblasted to adjust the wettability with the melt. Then 4.5 kg
Of polycrystalline GaAs (containing a small amount of As 2 O 3 , 0.03 to 0.1 wt% Cr and a predetermined amount of In) was loaded and grown in the <111> direction using a seed crystal by the 3T-HB method. Temperature in three areas
T 1 , T 2 and T 3 were kept at 1240 ° C, 1200 ° C and 600 ° C, respectively. The temperature gradient near the solid-liquid interface was adjusted to be 1 ° C / cm, and the In-containing Cr-doped GaAs crystal was grown at a quartz boat moving speed of 5 mm / hour to ensure sufficient growth in the T 2 region. Annealed and then cooled according to a predetermined temperature program to obtain an ingot.

In濃度の異なるGaAsインゴットも同様にして作製した。GaAs ingots with different In concentrations were similarly prepared.

(ii)エピタキシャルウエハの製造 In濃度3.7×1019/cm3の上記工程(i)で作製したGaAs
基板上に気相法によってエピタキシャル層を2〜4μm
成長させた。このときエピタキシャル層内の結晶欠陥を
X線トポグラフにて観察したが、ミスフィットは見られ
なかった 一方同じIn濃度を含むGaAs基板上に上記方法にてエピタ
キシャル層を10〜12μm成長させた。このときエピタキ
シャル層には〈110〉方向にミスフィット転位が発生し
た。
(Ii) Manufacture of epitaxial wafer GaAs prepared in the above step (i) with an In concentration of 3.7 × 10 19 / cm 3.
Epitaxial layer of 2 to 4 μm on the substrate by vapor phase method
I grew it. At this time, crystal defects in the epitaxial layer were observed by X-ray topography, but no misfit was observed. On the other hand, an epitaxial layer was grown to 10 to 12 μm on the GaAs substrate containing the same In concentration by the above method. At this time, misfit dislocations were generated in the <110> direction in the epitaxial layer.

また、In濃度を1.7×1019/cm3を含む同様に上記のよう
にして得たGaAs基板上に、GaAsを厚さ5μmまでエピタ
キシャル成長させた場合には、ミスフィット転位の発生
は見られなかった。
When GaAs was epitaxially grown to a thickness of 5 μm on the GaAs substrate obtained in the same manner as above containing In concentration of 1.7 × 10 19 / cm 3 , no misfit dislocation was observed. It was

In濃度を6.2×1019/cm3添加したGaAs基板では2μmの
エピタキシャル成長層においてもミスフィット転位が観
察された。
Misfit dislocations were observed even in a 2 μm epitaxial growth layer on a GaAs substrate to which an In concentration of 6.2 × 10 19 / cm 3 was added.

以下、同様にしてIn濃度の異なるGaAs基板を用い、その
上に各種膜厚のGaAsエピタキシャル層を成長させ、ミス
フィット転位の有無を調べた。
In the same manner, GaAs substrates having different In concentrations were used in the same manner, and GaAs epitaxial layers of various thicknesses were grown on the GaAs substrates to examine the presence or absence of misfit dislocations.

以上の結果を第2図にプロットした。The above results are plotted in FIG.

第2図の結果から、ミスフィット転位の生ずる境界を結
ぶと式(1)が得られ、その下部(あるいは左側)の領
域においてミスフィット転位のない良好なエピタキシャ
ル層が得られることがわかった。
From the results shown in FIG. 2, it was found that the equation (1) was obtained by connecting the boundaries where misfit dislocations were generated, and a good epitaxial layer without misfit dislocations was obtained in the lower (or left) region.

発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明の方法により、基板
に所定量の同族元素を添加して低転位密度とした基板を
用い、また該元素の添加量に応じてエピタキシャル成長
層の厚さを所定の範囲内の値に制限したことにより、基
板と十分な格子整合性を有し、ミスフィット転位のない
高品位の化合物半導体エピタキシャルウエハを製造する
ことができる。
EFFECTS OF THE INVENTION As described above in detail, according to the method of the present invention, a substrate having a low dislocation density by adding a predetermined amount of a homologous element to the substrate is used, and the thickness of the epitaxial growth layer is changed according to the addition amount of the element. Is limited to a value within a predetermined range, a high-quality compound semiconductor epitaxial wafer having sufficient lattice matching with the substrate and no misfit dislocations can be manufactured.

従って、本発明のエピタキシャルウエハの製造方法によ
れば、各種半導体デバイスの特性向上を図ることがで
き、特に、転位の存在によって著しく寿命が短縮される
レーザ、発光ダイオード、あるいはこれらを構成要素と
するOEICにおいて、性能の大巾な向上、歩留りの向上が
期待できる。また、FET等の他のデバイスにおいてもし
きい値電圧均一性の向上等を図ることが可能となる。
Therefore, according to the method for producing an epitaxial wafer of the present invention, it is possible to improve the characteristics of various semiconductor devices, and in particular, a laser, a light emitting diode, or a constituent element of which has a significantly shortened life due to the presence of dislocations. In OEIC, it is expected that the performance will be greatly improved and the yield will be improved. Further, it is possible to improve the threshold voltage uniformity in other devices such as FETs.

このように、本発明の製造方法は、Si半導体デバイスに
代る、高速動作並びに高周波動作可能な半導体材料とし
て期待される化合物半導体の実用化を促進する上で極め
て有効である。
As described above, the manufacturing method of the present invention is extremely effective in promoting the practical application of a compound semiconductor, which is expected as a semiconductor material capable of operating at high speed and high frequency, in place of a Si semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

添付第1図は本発明の方法により得られる化合物半導体
エピタキシャルウエハの構成を模式的に示す断面図であ
り、 第2図は基板中の同族元素量Nとエピタキシャル層の厚
さdとの関係をプロットしたグラフである。 (主な参照番号) 1……In添加GaAs基板、 2……GaAsエピタキシャル層
The attached FIG. 1 is a sectional view schematically showing the structure of a compound semiconductor epitaxial wafer obtained by the method of the present invention, and FIG. 2 shows the relationship between the amount of homologous elements N in the substrate and the thickness d of the epitaxial layer. It is a plotted graph. (Main reference numbers) 1 ... In-doped GaAs substrate, 2 ... GaAs epitaxial layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 公江 清彦 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 関延 正昭 兵庫県伊丹市昆陽北1丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kiyohiko Kiyohiko 1-1-1 Kunyokita, Itami City, Hyogo Prefecture Sumitomo Electric Industries, Ltd. Itami Works (72) Inventor Masaaki Sekinobu 1-Kunyo Kita, Itami City, Hyogo Prefecture No. 1 in Sumitomo Electric Industries Itami Works

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】同族元素を多量に含有するIII−V族化合
物半導体の半絶縁性基板を形成し、その上にエピタキシ
ャル成長法により、該基板と格子整合性を保持しつつ、
III−V族化合物半導体のエピタキシャル層を少なくと
も1層成長させるIII−V族化合物半導体エピタキシャ
ルウエハの製造方法において、 上記エピタキシャル層の厚さd〔μm〕が次式(1): 但し、N:同族元素の添加量〔1019/cm3〕で示される厚
さよりも薄いように、上記基板中の同族元素濃度に応じ
て、エピタキシャル層をその厚さをモニタしつつ成長さ
せることを特徴とする上記III−V族化合物半導体エピ
タキシャルウエハの製造方法。
1. A semi-insulating substrate of a III-V group compound semiconductor containing a large amount of a homologous element is formed, and an epitaxial growth method is applied thereon to maintain lattice matching with the substrate.
In a method for manufacturing a III-V compound semiconductor epitaxial wafer in which at least one epitaxial layer of a III-V compound semiconductor is grown, the thickness d [μm] of the epitaxial layer is expressed by the following formula (1): However, the epitaxial layer is grown while monitoring its thickness according to the concentration of the homologous element in the substrate so that it is thinner than the thickness indicated by N: the homologous element addition amount [10 19 / cm 3 ]. 3. A method for manufacturing the III-V compound semiconductor epitaxial wafer as described above.
【請求項2】上記基板がGaAs基板であり、添加同族元素
がInであり、かつ上記エピタキシャル層がGaAsエピタキ
シャル層であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載のIII−V族化合物半導体エピタキシャルウエハの
製造方法。
2. The III-V group compound according to claim 1, wherein the substrate is a GaAs substrate, the added homologous element is In, and the epitaxial layer is a GaAs epitaxial layer. Method for manufacturing semiconductor epitaxial wafer.
【請求項3】上記基板がInP基板であり、添加同族元素
がAlまたはGaであり、かつ上記エピタキシャル層がInP
エピタキシャル層であることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載のIII−V族化合物半導体エピタキシャ
ルウエハの製造方法。
3. The substrate is an InP substrate, the added homologous element is Al or Ga, and the epitaxial layer is InP.
The method for producing a III-V compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the III-V compound semiconductor epitaxial wafer is an epitaxial layer.
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