JPH0697654B2 - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置の製造方法Info
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- JPH0697654B2 JPH0697654B2 JP28603185A JP28603185A JPH0697654B2 JP H0697654 B2 JPH0697654 B2 JP H0697654B2 JP 28603185 A JP28603185 A JP 28603185A JP 28603185 A JP28603185 A JP 28603185A JP H0697654 B2 JPH0697654 B2 JP H0697654B2
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- growth
- semiconductor device
- compound semiconductor
- gaas
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、各種電子機器，光学機器の光源として、近年
急速に用途が拡大し、需要の高まっている化合物半導体
装置の製造方法に関するものである。
急速に用途が拡大し、需要の高まっている化合物半導体
装置の製造方法に関するものである。
従来の技術 化合物半導体装置の製造方法の中で、エピタキシャル成
長法による結晶成長工程は、作製する化合物半導体装置
の光学特性，電気特性を大きく決める工程の１つであ
る。（例えば、今井哲二他編著“化合物半導体デバイス
（Ｉ）"p.105〜p.143工業調査会） 特に光学特性は、結晶成長層中の積層欠陥などの転位や
多層成長時の層間界面の平坦性に大きく依存し、良好な
光学特性を示す結晶成長層を得るためには、その成長基
板面の選定と、最初の結晶成長層の作製方法が重要であ
る。
長法による結晶成長工程は、作製する化合物半導体装置
の光学特性，電気特性を大きく決める工程の１つであ
る。（例えば、今井哲二他編著“化合物半導体デバイス
（Ｉ）"p.105〜p.143工業調査会） 特に光学特性は、結晶成長層中の積層欠陥などの転位や
多層成長時の層間界面の平坦性に大きく依存し、良好な
光学特性を示す結晶成長層を得るためには、その成長基
板面の選定と、最初の結晶成長層の作製方法が重要であ
る。
エピタキシャル成長法の中で有機金属気相エピタキシャ
ル成長法は、近年急速に実用化されてきた成長法であ
り、その特徴として、薄膜の膜厚の、組成の均一性、制
御性が良いことが挙げられる。しかも、従来のSiのCVD
法との類似性より、一度に大面積で多数枚の結晶成長が
行えるため、量産化技術として脚光を浴びている。（例
えば、今井哲二他編著“化合物半導体デバイス（Ｉ）"
p.126工業調査会） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、エピタキシャル成長法を行う場合、用い
る成長基板面によっては、成長層の光学特性、例えばフ
ォトルミネッセンス強度が著しく低下するものがあった
り、成長層表面および多層成長層界面に、モザイク状，
ヒロック状，波状などの模様が観察されることがあっ
た。特に成長温度が750℃以下ではこれらの模様が観察
されることが多い。
ル成長法は、近年急速に実用化されてきた成長法であ
り、その特徴として、薄膜の膜厚の、組成の均一性、制
御性が良いことが挙げられる。しかも、従来のSiのCVD
法との類似性より、一度に大面積で多数枚の結晶成長が
行えるため、量産化技術として脚光を浴びている。（例
えば、今井哲二他編著“化合物半導体デバイス（Ｉ）"
p.126工業調査会） 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、エピタキシャル成長法を行う場合、用い
る成長基板面によっては、成長層の光学特性、例えばフ
ォトルミネッセンス強度が著しく低下するものがあった
り、成長層表面および多層成長層界面に、モザイク状，
ヒロック状，波状などの模様が観察されることがあっ
た。特に成長温度が750℃以下ではこれらの模様が観察
されることが多い。
本発明は上記欠点に鑑み、成長基板面と、最初の結晶成
長方法を選ぶことにより、エピタキシャル成長層が良好
な光学特性や電気特性を有する成長層界面および表面の
平坦性を得ることができるような化合物半導体装置の製
造方法を与えるものである。
長方法を選ぶことにより、エピタキシャル成長層が良好
な光学特性や電気特性を有する成長層界面および表面の
平坦性を得ることができるような化合物半導体装置の製
造方法を与えるものである。
問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の化合物半導体装
置の製造方法は（100）面から少なくとも１度傾斜したG
aAs基板上に、厚さが0.3μｍ以上のGaAs層をすくなくと
も１層エピタキシャル成長法により作製する。
置の製造方法は（100）面から少なくとも１度傾斜したG
aAs基板上に、厚さが0.3μｍ以上のGaAs層をすくなくと
も１層エピタキシャル成長法により作製する。
また、前記GaAs層上に活性層となる層を１層エピタキシ
ャル成長法により作製する。
ャル成長法により作製する。
作用 この構成により、エピタキシャル成長層の成長層界面お
よび表面の平坦性が得られ光学特性および電気特性を著
しく改善することができる。
よび表面の平坦性が得られ光学特性および電気特性を著
しく改善することができる。
実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。
説明する。
一例として、基板は、Cr-Oドープされた半絶縁性GaAs基
板（以下、GaAsS.I基板）を用いた。このS.I基板は面方
位の異なるもの、即ち（100）面から＜110＞方向に0.5
度傾斜したもの（以下（100）0.5°off）、（100）面か
ら＜110＞方向に２度傾斜したもの（以下、（100）２°
off）、（100）から＜110＞方向に５度傾斜したもの
（以下、（100）５°off）の３種類を用いた。これら３
種類のS.I基板を同時に有機金属気相エピタキシャル
（以下MOCVD）成長炉中に入れ、成長を行なった。第１
図（ａ）に示す様にGaAs S.I基板２上にGaAs層だけ、あ
るいはAlGaAs層だけの成長層４を成長させた。或いは、
第１図（ｂ）に示すようにGaAsS.I基板上にGaAsのバッ
ファ層３を成長させ、連続でAlGaAs層の成長層41を成長
させるか、又は、AlGaAsのバッファ層３を成長させ、連
続でGaAs層の成長層41を成長させた。単層成長の場合
は、４μｍの膜厚に、また、２層成長の場合は２μｍず
つ成長させ、合計４μｍの膜厚となるようにした。この
ときの結晶成長条件の一例を述べる。成長温度700℃、
成長速度５μm/時、Ｖ族元素のIII族元素に対する供給
モル比、V/III比は60、総ガス流量は14l/分である。AlG
aAs層にはH2SeによりSeをドーピングし、５×1017cm-3
程度のキャリア濃度のｎ型層としている。
板（以下、GaAsS.I基板）を用いた。このS.I基板は面方
位の異なるもの、即ち（100）面から＜110＞方向に0.5
度傾斜したもの（以下（100）0.5°off）、（100）面か
ら＜110＞方向に２度傾斜したもの（以下、（100）２°
off）、（100）から＜110＞方向に５度傾斜したもの
（以下、（100）５°off）の３種類を用いた。これら３
種類のS.I基板を同時に有機金属気相エピタキシャル
（以下MOCVD）成長炉中に入れ、成長を行なった。第１
図（ａ）に示す様にGaAs S.I基板２上にGaAs層だけ、あ
るいはAlGaAs層だけの成長層４を成長させた。或いは、
第１図（ｂ）に示すようにGaAsS.I基板上にGaAsのバッ
ファ層３を成長させ、連続でAlGaAs層の成長層41を成長
させるか、又は、AlGaAsのバッファ層３を成長させ、連
続でGaAs層の成長層41を成長させた。単層成長の場合
は、４μｍの膜厚に、また、２層成長の場合は２μｍず
つ成長させ、合計４μｍの膜厚となるようにした。この
ときの結晶成長条件の一例を述べる。成長温度700℃、
成長速度５μm/時、Ｖ族元素のIII族元素に対する供給
モル比、V/III比は60、総ガス流量は14l/分である。AlG
aAs層にはH2SeによりSeをドーピングし、５×1017cm-3
程度のキャリア濃度のｎ型層としている。
上記それぞれの成長したエピ層表面をノマルスキー顕微
鏡で観察したところ第１表に示す結果を得た。それぞれ
の表面の状態については第２図から第５図に示す通りで
ある。
鏡で観察したところ第１表に示す結果を得た。それぞれ
の表面の状態については第２図から第５図に示す通りで
ある。
上記第１表に示す通り、GaAs層を（100）２°off基板上
に成長すれば、このGaAs層表面又はその上層との界面が
平坦になっていくことがわかる。即ち、GaAs,AlGaAsを
含む多層成長においては、成長基板面にまずGaAs層を成
長すれば、その上の層の界面および表面は全て平坦にな
ることがわかる。このGaAs層の膜厚は、実験結果により
0.3μｍ以上にすれば良く、それ未満だと基板表面の影
響を強く受け、平坦とならない。
に成長すれば、このGaAs層表面又はその上層との界面が
平坦になっていくことがわかる。即ち、GaAs,AlGaAsを
含む多層成長においては、成長基板面にまずGaAs層を成
長すれば、その上の層の界面および表面は全て平坦にな
ることがわかる。このGaAs層の膜厚は、実験結果により
0.3μｍ以上にすれば良く、それ未満だと基板表面の影
響を強く受け、平坦とならない。
また、発光層としてのAlGaAsの特性を見るために、Arレ
ーザ（波長−5145Å）で励起したフォトルミネッセンス
について調べたところ、第２表に示す様に（100）２°o
ff基板上に成長したものの方が数倍程度強いことがわか
った。
ーザ（波長−5145Å）で励起したフォトルミネッセンス
について調べたところ、第２表に示す様に（100）２°o
ff基板上に成長したものの方が数倍程度強いことがわか
った。
以上の結果をさらに詳細に調べたところ、成長基板面
は、（100）面から＜110＞方向に１度以上傾斜している
ことが必要であることがわかった。１度未満では、（10
0）0.5°offの成長基板面での結果と同様となる。
は、（100）面から＜110＞方向に１度以上傾斜している
ことが必要であることがわかった。１度未満では、（10
0）0.5°offの成長基板面での結果と同様となる。
本発明の作用が起こる理由は明らかでないが、MOCVD法
の結晶成長機構として、（100）面から少なくとも１度
以上傾斜した基板上では、凹凸の原因となる二次元核生
成やらせん転位からの成長でなく、コッセル機構による
ステップが基板面上を前進して成長する機構が支配的に
働いているのではないかと考えられる。その結果、基板
面上の転位を減少させながらエピ成長することとなるの
で、表面が平坦となるばかりか、フォトルミネッセンス
の強度も、欠陥や転位に関与した深い準位が減少するた
め強くなるものと考えられる。
の結晶成長機構として、（100）面から少なくとも１度
以上傾斜した基板上では、凹凸の原因となる二次元核生
成やらせん転位からの成長でなく、コッセル機構による
ステップが基板面上を前進して成長する機構が支配的に
働いているのではないかと考えられる。その結果、基板
面上の転位を減少させながらエピ成長することとなるの
で、表面が平坦となるばかりか、フォトルミネッセンス
の強度も、欠陥や転位に関与した深い準位が減少するた
め強くなるものと考えられる。
なお、実施例では成長温度は700℃としたが680℃〜900
℃の成長温度でも同様の結果が得られている。
℃の成長温度でも同様の結果が得られている。
ただし、750℃以上の成長温度では表面は全ての実験で
平坦となるが、フォトルミネッセンス強度の関係は変わ
らないので、同様の結果であると考えられる。
平坦となるが、フォトルミネッセンス強度の関係は変わ
らないので、同様の結果であると考えられる。
以上の効果を用いて、（100）面から２度傾斜した基板
上に、厚さが0.5μｍのGaAsバッファ層を成長したの
ち、AlGaAs,GaAsからなるダブルヘテロ構造を構成し、
発光ダイオードを作製したところ、成長基板面の条件、
バッファ層の厚さの条件のいづれかが外れた構成で作製
したものに比べ、約1.5〜２倍程度のエレクトロルミネ
ッセンス発光が観察された。
上に、厚さが0.5μｍのGaAsバッファ層を成長したの
ち、AlGaAs,GaAsからなるダブルヘテロ構造を構成し、
発光ダイオードを作製したところ、成長基板面の条件、
バッファ層の厚さの条件のいづれかが外れた構成で作製
したものに比べ、約1.5〜２倍程度のエレクトロルミネ
ッセンス発光が観察された。
また、（100）面から２度傾斜した半絶縁性GaAs基板の
上にノンドープ（キャリア濃度１×1014/cm-3以下）のG
aAsバッファ層を膜厚0.5μｍにMOCVD法により成長し、
このGaAsバッファ層上にキャリア濃度１×1017/cm-3の
Ｎ形GaAs層（活性層）を膜厚0.1μｍ成長し、このＮ形G
aAs層上に、ショットキーゲート電極、ソース電極およ
びドレイン電極を形成して電界効果トランジスタを作製
した。このように作製した電界効果トランジスタは、活
性層の厚さが均一な厚みとなっており、このためチャン
ネルの断面積が均一な、しきい値のそろった素子であっ
た。
上にノンドープ（キャリア濃度１×1014/cm-3以下）のG
aAsバッファ層を膜厚0.5μｍにMOCVD法により成長し、
このGaAsバッファ層上にキャリア濃度１×1017/cm-3の
Ｎ形GaAs層（活性層）を膜厚0.1μｍ成長し、このＮ形G
aAs層上に、ショットキーゲート電極、ソース電極およ
びドレイン電極を形成して電界効果トランジスタを作製
した。このように作製した電界効果トランジスタは、活
性層の厚さが均一な厚みとなっており、このためチャン
ネルの断面積が均一な、しきい値のそろった素子であっ
た。
発明の効果 本発明の化合物半導体装置の製造方法は、積層欠陥など
の転位が少なく、層間および層表面の平坦性の良いAlGa
As,GaAs多層成長層を有する化合物半導体装置を容易に
実現できるものであり、その実用的効果は著しい。
の転位が少なく、層間および層表面の平坦性の良いAlGa
As,GaAs多層成長層を有する化合物半導体装置を容易に
実現できるものであり、その実用的効果は著しい。
第１図は、本発明の実施例により作製したエピタキシャ
ル層の断面図、第２図はGaAs層の表面状態の模式図、第
３図はAlGaAs層の表面状態の模式図、第４図はGaAsバッ
ファ層上のAlGaA s層の表面状態の模式図、第５図はAlG
aAsバッファ層上のGaAs層の表面状態の模式図である。 １……平坦なエピ層表面、２……GaAs S.I基板、３……
バッファ層、４……成長層、41……バッファ層上の成長
層、５……モザイク状表面、６……ヒロック状表面、7,
8……凹凸のある表面。
ル層の断面図、第２図はGaAs層の表面状態の模式図、第
３図はAlGaAs層の表面状態の模式図、第４図はGaAsバッ
ファ層上のAlGaA s層の表面状態の模式図、第５図はAlG
aAsバッファ層上のGaAs層の表面状態の模式図である。 １……平坦なエピ層表面、２……GaAs S.I基板、３……
バッファ層、４……成長層、41……バッファ層上の成長
層、５……モザイク状表面、６……ヒロック状表面、7,
8……凹凸のある表面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉野 隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−116823（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】（100）面から少なくとも１度傾斜した面
方位を有するGaAs基板上に、直接、厚さが0.3μｍ以上
のGaAs層を有機金属気相エピタキシャル成長法により作
製する工程を含むことを特徴とする化合物半導体装置の
製造方法。 - 【請求項２】前記GaAs層上に活性層となる層を少なくと
も１層有機金属気相エピタキシャル成長法により作製す
る工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】成長温度を750℃以下で有機金属気相エピ
タキシャル成長法を行うことを特徴とする特許請求の範
囲第１項または第２項記載の化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項４】（100）面から少なくとも１度傾斜した面
方位を有するGaAs基板上にAlGaAs層を有機金属気相エピ
タキシャル成長法により成長させ、前記AlGaAs層上に厚
さが0.3μｍ以上のGaAs層を有機金属気相エピタキシャ
ル成長法により作製することを特徴とする化合物半導体
装置の製造方法。 - 【請求項５】成長温度を750℃以下で有機金属気相エピ
タキシャル成長法を行うことを特徴とする特許請求の範
囲第４項記載の化合物半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28603185A JPH0697654B2 (ja) | 1985-12-19 | 1985-12-19 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28603185A JPH0697654B2 (ja) | 1985-12-19 | 1985-12-19 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62144317A JPS62144317A (ja) | 1987-06-27 |
| JPH0697654B2 true JPH0697654B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=17699076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28603185A Expired - Lifetime JPH0697654B2 (ja) | 1985-12-19 | 1985-12-19 | 化合物半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697654B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0631299A4 (en) * | 1993-01-13 | 1997-05-14 | Sumitomo Chemical Co | SEMICONDUCTOR EPITAXIAL SUBSTRATE. |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0670971B2 (ja) * | 1984-10-22 | 1994-09-07 | 日本電気株式会社 | 結晶成長方法 |
-
1985
- 1985-12-19 JP JP28603185A patent/JPH0697654B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62144317A (ja) | 1987-06-27 |
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