JPH08162409A - 異種基板上への半導体層の成長方法 - Google Patents
異種基板上への半導体層の成長方法Info
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- JPH08162409A JPH08162409A JP32117794A JP32117794A JPH08162409A JP H08162409 A JPH08162409 A JP H08162409A JP 32117794 A JP32117794 A JP 32117794A JP 32117794 A JP32117794 A JP 32117794A JP H08162409 A JPH08162409 A JP H08162409A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 異種基板上に貫通転移の少ない良質のエピタ
キシャル層を形成できるようにする。結晶内の残留熱歪
の低減。 【構成】 ガスソースＭＢＥ装置を用い、低温（４００
℃以下）にてＧａＡｓ（１００）ｊｕｓｔ基板１上に８
段階（それぞれ膜厚０．２μｍ）にＩｎ組成を変化させ
たＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ層２
と、厚さ１μｍのＩｎＰデバイス層３を成長させる。Ｉ
ｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ層２の格子
定数をＧａＡｓ近傍からＩｎＰにほぼ整合するまで階段
状に変化させる。各Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ層の前
半の０．１μｍの成長時には、原子状水素（水素ラジカ
ル）を照射する。
キシャル層を形成できるようにする。結晶内の残留熱歪
の低減。 【構成】 ガスソースＭＢＥ装置を用い、低温（４００
℃以下）にてＧａＡｓ（１００）ｊｕｓｔ基板１上に８
段階（それぞれ膜厚０．２μｍ）にＩｎ組成を変化させ
たＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ層２
と、厚さ１μｍのＩｎＰデバイス層３を成長させる。Ｉ
ｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ層２の格子
定数をＧａＡｓ近傍からＩｎＰにほぼ整合するまで階段
状に変化させる。各Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ層の前
半の０．１μｍの成長時には、原子状水素（水素ラジカ
ル）を照射する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、異種半導体単結晶基板
上に高品質な半導体単結晶層を成長する方法に関し、特
に格子定数の異なる異種半導体基板上に半導体単結晶層
を成長させる方法に関するものである。
上に高品質な半導体単結晶層を成長する方法に関し、特
に格子定数の異なる異種半導体基板上に半導体単結晶層
を成長させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、Ｇｅ／Ｓｉ、ＧａＡｓ／Ｓｉ、Ｉ
ｎＰ／ＧａＡｓなど格子定数の異なる結晶基板上ヘ半導
体単結晶層をヘテロエピタキシャル成長させる試みが活
発に行なわれている。これは、このような構造が形成で
きると例えばＧａＡｓ系超高速素子と格子定数の異なる
ＩｎＰ系の長波長帯光素子からなる光電子集積回路が実
現でき、また基板結晶の格子定数による制約から開放さ
れるため高性能化等に有利な任意組成（格子定数）の混
晶半導体層をデバイス層として用いることができるため
である。
ｎＰ／ＧａＡｓなど格子定数の異なる結晶基板上ヘ半導
体単結晶層をヘテロエピタキシャル成長させる試みが活
発に行なわれている。これは、このような構造が形成で
きると例えばＧａＡｓ系超高速素子と格子定数の異なる
ＩｎＰ系の長波長帯光素子からなる光電子集積回路が実
現でき、また基板結晶の格子定数による制約から開放さ
れるため高性能化等に有利な任意組成（格子定数）の混
晶半導体層をデバイス層として用いることができるため
である。
【０００３】さらに、Ｓｉに代表される無極性のIV族半
導体単結晶基板上にＧａＡｓやＩｎＰに代表されるIII
−Ｖ族化合物半導体を成長できれば、III −Ｖ族高機能
素子を安価なＳｉ基板上に作製でき、またＳｉの高い熱
伝導率によって光素子等の性能向上を図ることができ
る。また、Ｓｉ超高集積回路とIII −Ｖ族化合物半導体
超高速素子や光素子を同一基板上に形成できれば、新し
い高機能素子の開発への道が拓かれることが予測され
る。
導体単結晶基板上にＧａＡｓやＩｎＰに代表されるIII
−Ｖ族化合物半導体を成長できれば、III −Ｖ族高機能
素子を安価なＳｉ基板上に作製でき、またＳｉの高い熱
伝導率によって光素子等の性能向上を図ることができ
る。また、Ｓｉ超高集積回路とIII −Ｖ族化合物半導体
超高速素子や光素子を同一基板上に形成できれば、新し
い高機能素子の開発への道が拓かれることが予測され
る。
【０００４】しかしながら格子不整合系のヘテロエピタ
キシャル成長では格子不整界面において多数のミスフィ
ット転位が発生し、一般にはその多くが上部デバイス層
まで貫通するため結晶性は著しく低下する。
キシャル成長では格子不整界面において多数のミスフィ
ット転位が発生し、一般にはその多くが上部デバイス層
まで貫通するため結晶性は著しく低下する。
【０００５】さらに、無極性の例えばＳｉ基板上にIII
族とＶ族の２種類の元素から成る有極性結晶であるＧａ
Ａｓを成長させる場合、通常用いられるＳｉ（１００）
基板上ではIII 族とＶ族の配列の位相がずれ極性が反転
した領域、いわゆるアンチ・フェイズ・ドメイン（ＡＰ
Ｄ）ができやすい。
族とＶ族の２種類の元素から成る有極性結晶であるＧａ
Ａｓを成長させる場合、通常用いられるＳｉ（１００）
基板上ではIII 族とＶ族の配列の位相がずれ極性が反転
した領域、いわゆるアンチ・フェイズ・ドメイン（ＡＰ
Ｄ）ができやすい。
【０００６】この問題は、例えば雑誌「ジャパニーズ・
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）」第２４巻第６号（１９８
５年）の第Ｌ３９１−３９３頁に説明されている「二段
階成長法」と呼ばれる方法、すなわち（１００）から＜
０１１＞方向にｏｆｆしたＳｉ基板を用い、４５０℃以
下の低温でまず２０ｎｍ程度の微細な多結晶、もしくは
非晶質状のＧａＡｓバッファ層を堆積した後、通常の成
長温度、上記文献の場合は６００℃でＧａＡｓ単結晶薄
膜を成長させる方法で一応回避でき、シングル・ドメイ
ン単結晶薄膜を得ることができる。しかし、この方法は
成長とともに一方のドメインのみが優勢となるメカニズ
ムを利用するものであり、Ｓｉ／ＧａＡｓ界面付近では
ＡＰＤが発生しているため、ＡＰＤ発生段階で高密度の
結晶欠陥が生じそしてこれがミスフィット転位とともに
上部まで貫通することとなり、転移発生を抑制する効果
は期待できない。
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）」第２４巻第６号（１９８
５年）の第Ｌ３９１−３９３頁に説明されている「二段
階成長法」と呼ばれる方法、すなわち（１００）から＜
０１１＞方向にｏｆｆしたＳｉ基板を用い、４５０℃以
下の低温でまず２０ｎｍ程度の微細な多結晶、もしくは
非晶質状のＧａＡｓバッファ層を堆積した後、通常の成
長温度、上記文献の場合は６００℃でＧａＡｓ単結晶薄
膜を成長させる方法で一応回避でき、シングル・ドメイ
ン単結晶薄膜を得ることができる。しかし、この方法は
成長とともに一方のドメインのみが優勢となるメカニズ
ムを利用するものであり、Ｓｉ／ＧａＡｓ界面付近では
ＡＰＤが発生しているため、ＡＰＤ発生段階で高密度の
結晶欠陥が生じそしてこれがミスフィット転位とともに
上部まで貫通することとなり、転移発生を抑制する効果
は期待できない。
【０００７】二段階成長法は、一般の格子不整合系のヘ
テロエピタキシャル成長でも従来の直接成長に比べれば
より平坦な表面が得られかつ良好な結晶性が得られる方
法として有効である。しかし無極性基板上を含めいずれ
の場合も転位密度は数μｍ厚の成長表面で約１０8 ｃｍ
-2にも達する。
テロエピタキシャル成長でも従来の直接成長に比べれば
より平坦な表面が得られかつ良好な結晶性が得られる方
法として有効である。しかし無極性基板上を含めいずれ
の場合も転位密度は数μｍ厚の成長表面で約１０8 ｃｍ
-2にも達する。
【０００８】そこで、その後にＳｉ基板上にＧａＡｓを
成長させる場合には歪超格子中間層や熱サイクルアニー
ル法が導入されるようになり（両者を併用する場合もあ
る）、これらによって約１０6 ｃｍ-2まで転位密度は急
速に改善された（雑誌「アプライド・フィジクス・レタ
ーズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）」第５４巻第
１号（１９８９年）、第２４−２６頁）。しかしながら
約１０6 ｃｍ-2を下回る結果は容易には得られず、その
原因としてＳｉ基板とIII −Ｖ族化合物半導体との熱膨
張係数差の問題が指摘された（雑誌「アプライド・フィ
ジクス・レターズ」第５６巻第２２号（１９９０年）、
第２２２５−２２２７頁）。即ち、熱サイクルアニール
の導入などによって成長温度（６５０℃）においては１
０5 ｃｍ-2以下まで転位密度は減少しているが、成長後
の冷却中に熱膨張係数差によるストレスによって１０6
ｃｍ-2台の転位が導入されるというものである。これ
は、Ｓｉ基板との界面付近に多数残留する転位が熱歪に
よって上昇してくるためと考えられている。なお、４５
０℃程度以下の成長温度（ＧａＡｓの場合）では、転位
の運動速度が低下するため転位の導入が減り、その分が
大きな残留熱歪として残る。
成長させる場合には歪超格子中間層や熱サイクルアニー
ル法が導入されるようになり（両者を併用する場合もあ
る）、これらによって約１０6 ｃｍ-2まで転位密度は急
速に改善された（雑誌「アプライド・フィジクス・レタ
ーズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）」第５４巻第
１号（１９８９年）、第２４−２６頁）。しかしながら
約１０6 ｃｍ-2を下回る結果は容易には得られず、その
原因としてＳｉ基板とIII −Ｖ族化合物半導体との熱膨
張係数差の問題が指摘された（雑誌「アプライド・フィ
ジクス・レターズ」第５６巻第２２号（１９９０年）、
第２２２５−２２２７頁）。即ち、熱サイクルアニール
の導入などによって成長温度（６５０℃）においては１
０5 ｃｍ-2以下まで転位密度は減少しているが、成長後
の冷却中に熱膨張係数差によるストレスによって１０6
ｃｍ-2台の転位が導入されるというものである。これ
は、Ｓｉ基板との界面付近に多数残留する転位が熱歪に
よって上昇してくるためと考えられている。なお、４５
０℃程度以下の成長温度（ＧａＡｓの場合）では、転位
の運動速度が低下するため転位の導入が減り、その分が
大きな残留熱歪として残る。
【０００９】さて、熱膨張係数差の問題を根本的に回避
するには低温で成長させればよい。たとえば雑誌「ジャ
パニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジク
ス」第３０巻第４Ｂ号（１９９１年）の第Ｌ６６８−６
７１頁に説明されている高真空中でＧａ原子とＡｓ原子
を交互に供給するマイグレーション・エンハンスト・エ
ピタキシャル成長法（ＭＥＥ法）を用いて歪超格子中間
層を形成する例では、途中５８０℃でのアニールを除き
すべて３００℃の低温でＧａＡｓの成長を行なってい
る。低温で転位の運動速度が低下しており、歪超格子中
間層の導入で貫通転位を効果的に界面方向に曲げること
ができる。その結果、転位密度は１０6 ｃｍ-2の壁を突
破して７×１０4 ｃｍ-2にまで低減化している。
するには低温で成長させればよい。たとえば雑誌「ジャ
パニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジク
ス」第３０巻第４Ｂ号（１９９１年）の第Ｌ６６８−６
７１頁に説明されている高真空中でＧａ原子とＡｓ原子
を交互に供給するマイグレーション・エンハンスト・エ
ピタキシャル成長法（ＭＥＥ法）を用いて歪超格子中間
層を形成する例では、途中５８０℃でのアニールを除き
すべて３００℃の低温でＧａＡｓの成長を行なってい
る。低温で転位の運動速度が低下しており、歪超格子中
間層の導入で貫通転位を効果的に界面方向に曲げること
ができる。その結果、転位密度は１０6 ｃｍ-2の壁を突
破して７×１０4 ｃｍ-2にまで低減化している。
【００１０】また、雑誌「ジャパニーズ・ジャーナル・
オブ・アプライド・フィジクス」第３１巻第５Ｂ号（１
９９２年）の第Ｌ６２８−６３１頁に説明されている、
Ｓｉ上にまず二段階成長（２００℃／５８０℃）法によ
りＧａＡｓを成長させ、その上に３３０℃の低温で原子
状水素（水素ラジカル）を照射しながらＧａＡｓを成長
させる方法では、結晶中に取り込まれた水素の何等かの
作用によって貫通転位が曲げられ、またはピン止めさ
れ、やはり７×１０4 ｃｍ-2の低い転位密度を得てい
る。しかし、Ｓｉ基板上へＧｅを４００℃以下の低温で
原子状水素を照射しながらＭＢＥ法により成長させる例
では、二次元的な成長を得ることに成功しているもの
の、転位密度の低減には至ってない（雑誌「アプライド
・フィジクス・レターズ」第６４巻第１号（１９９４
年）の第５２−５４頁）。
オブ・アプライド・フィジクス」第３１巻第５Ｂ号（１
９９２年）の第Ｌ６２８−６３１頁に説明されている、
Ｓｉ上にまず二段階成長（２００℃／５８０℃）法によ
りＧａＡｓを成長させ、その上に３３０℃の低温で原子
状水素（水素ラジカル）を照射しながらＧａＡｓを成長
させる方法では、結晶中に取り込まれた水素の何等かの
作用によって貫通転位が曲げられ、またはピン止めさ
れ、やはり７×１０4 ｃｍ-2の低い転位密度を得てい
る。しかし、Ｓｉ基板上へＧｅを４００℃以下の低温で
原子状水素を照射しながらＭＢＥ法により成長させる例
では、二次元的な成長を得ることに成功しているもの
の、転位密度の低減には至ってない（雑誌「アプライド
・フィジクス・レターズ」第６４巻第１号（１９９４
年）の第５２−５４頁）。
【００１１】一方、Ｓｉ基板上にＩｎＰを成長させる
（ＧａＡｓバッファ層を挿入するのが普通）場合には、
Ｓｉ上にＧａＡｓを成長させる場合に一定の成果のあっ
た歪超格子中間層や熱サイクルアニール法を導入して
も、転位密度は約１０7 ｃｍ-2程度とかなり高くなる
（雑誌「ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース
（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）」第９９巻（１
９９０年）、第３６５−３７０頁）。これは、熱膨張係
数差がより小さく、ＡＰＤ発生の問題もないＧａＡｓ基
板上のＩｎＰ成長でも同様である（雑誌「ジャパニーズ
・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス」第３２
巻第１Ｂ号（１９９３年）の第６１４−６１７頁）。従
って、ＳｉまたはＧａＡｓ基板上へＩｎＰを成長させる
場合には、熱膨張係数差による熱歪問題以前に、歪超格
子中間層や熱サイクルアニールの導入による転位低減効
果が十分に得られていないと考えられる。
（ＧａＡｓバッファ層を挿入するのが普通）場合には、
Ｓｉ上にＧａＡｓを成長させる場合に一定の成果のあっ
た歪超格子中間層や熱サイクルアニール法を導入して
も、転位密度は約１０7 ｃｍ-2程度とかなり高くなる
（雑誌「ジャーナル・オブ・クリスタル・グロース
（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ）」第９９巻（１
９９０年）、第３６５−３７０頁）。これは、熱膨張係
数差がより小さく、ＡＰＤ発生の問題もないＧａＡｓ基
板上のＩｎＰ成長でも同様である（雑誌「ジャパニーズ
・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス」第３２
巻第１Ｂ号（１９９３年）の第６１４−６１７頁）。従
って、ＳｉまたはＧａＡｓ基板上へＩｎＰを成長させる
場合には、熱膨張係数差による熱歪問題以前に、歪超格
子中間層や熱サイクルアニールの導入による転位低減効
果が十分に得られていないと考えられる。
【００１２】ところで、異種基板上へのヘテロエピタキ
シャル成長では格子不整合の大きな層をいきなり成長さ
せるのではなく、連続的あるいは階段状に組成（格子定
数）を緩やかに変化させる傾斜組成バッファ層を挟む方
法が古くから知られている。例えば、比較的最近ではＩ
ｎＡｌＡｓ格子不整合緩衝層を用いる特開昭６１−２６
８０６９号公報に記載された方法、またＩｎx Ｇａ1-x
Ａｓ傾斜組成層を用いる特開平３−４６２４１号公報に
記載された方法などがある。さらに最近、ＧａＡｓ基板
上に低温でＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ傾斜組成層を挟んでＩｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ａｓを成長させた例では、１０4 ｃｍ-2以
下の非常に低い転位密度が報告されている（雑誌「ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジクス」第７２巻第５
号（１９９２年）の第１７５２−１７５７頁）。
シャル成長では格子不整合の大きな層をいきなり成長さ
せるのではなく、連続的あるいは階段状に組成（格子定
数）を緩やかに変化させる傾斜組成バッファ層を挟む方
法が古くから知られている。例えば、比較的最近ではＩ
ｎＡｌＡｓ格子不整合緩衝層を用いる特開昭６１−２６
８０６９号公報に記載された方法、またＩｎx Ｇａ1-x
Ａｓ傾斜組成層を用いる特開平３−４６２４１号公報に
記載された方法などがある。さらに最近、ＧａＡｓ基板
上に低温でＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ傾斜組成層を挟んでＩｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ａｓを成長させた例では、１０4 ｃｍ-2以
下の非常に低い転位密度が報告されている（雑誌「ジャ
ーナル・オブ・アプライド・フィジクス」第７２巻第５
号（１９９２年）の第１７５２−１７５７頁）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】無極性または格子定数
の異なる結晶基板上に良質の半導体膜を得るために採用
された上記従来技術にはなお以下のような問題点があ
る。
の異なる結晶基板上に良質の半導体膜を得るために採用
された上記従来技術にはなお以下のような問題点があ
る。
【００１４】上記した低温ＭＥＥ技術により歪超格子中
間層を導入して低転位密度の結晶を得る方法では、十分
に二次元的な成長を得るため高真空中でＧａ原子とＡｓ
原子を交互に供給する必要があり、通常の同時供給法と
比較して実質的な成長速度が著しく遅く、またシャッタ
ー機構を酷使するため故障しやすいなど問題点があっ
た。また、低温での成長時には転位の運動速度が低下し
ており、そのため転位の運動が活発な６００℃程度の通
常の成長温度まで昇温すると熱歪によって転位密度が再
び１０6 ｃｍ-2程度にまで増殖する。
間層を導入して低転位密度の結晶を得る方法では、十分
に二次元的な成長を得るため高真空中でＧａ原子とＡｓ
原子を交互に供給する必要があり、通常の同時供給法と
比較して実質的な成長速度が著しく遅く、またシャッタ
ー機構を酷使するため故障しやすいなど問題点があっ
た。また、低温での成長時には転位の運動速度が低下し
ており、そのため転位の運動が活発な６００℃程度の通
常の成長温度まで昇温すると熱歪によって転位密度が再
び１０6 ｃｍ-2程度にまで増殖する。
【００１５】また、原子状水素（水素ラジカル）を照射
する方法も転位の運動速度が低下する低温での現象であ
り、さらに水素の作用によって転位の運動が抑制される
ため、格子不整合歪の緩和が進まず残留熱歪が大きく増
加する。さらに４００℃程度以上に加熱すると結晶中に
取り込まれた水素が急速に脱離、あるいは形態変化する
ため、残留熱歪によって転位密度が１０8 ｃｍ-2程度に
まで大きく増殖するという問題点があった。
する方法も転位の運動速度が低下する低温での現象であ
り、さらに水素の作用によって転位の運動が抑制される
ため、格子不整合歪の緩和が進まず残留熱歪が大きく増
加する。さらに４００℃程度以上に加熱すると結晶中に
取り込まれた水素が急速に脱離、あるいは形態変化する
ため、残留熱歪によって転位密度が１０8 ｃｍ-2程度に
まで大きく増殖するという問題点があった。
【００１６】また、Ｓｉ基板上へＧｅを低温で原子状水
素を照射しながらＭＢＥ法により成長させても、転位密
度の低減にはあまり効果がないとの上記の報告（雑誌
「アプライド・フィジクス・レターズ」第６４巻第１号
（１９９４年）の第５２−５４頁）からみて、単に低温
での原子状水素の照射のみでは転移密度を有効に低減さ
せることはできないものと考えられる。
素を照射しながらＭＢＥ法により成長させても、転位密
度の低減にはあまり効果がないとの上記の報告（雑誌
「アプライド・フィジクス・レターズ」第６４巻第１号
（１９９４年）の第５２−５４頁）からみて、単に低温
での原子状水素の照射のみでは転移密度を有効に低減さ
せることはできないものと考えられる。
【００１７】一方、ＧａＡｓ上に低温でＩｎx Ｇａ1-x
Ａｓ傾斜組成層を挟む方法ではＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓか
らＩｎＰと格子整合するＩｎ0.53Ｇａ0.47ＡｓまでＩｎ
組成を増やすと急激に転位密度が増加するという問題点
がある。しかもこのＩｎ0.5Ｇａ0.5 Ａｓ／ＧａＡｓの
報告を除くと、特開昭６１−２６８０６９号公報および
特開平３−４６２４１号公報に記載の方法なども含め傾
斜組成層を挟む方法で１０6 ｃｍ-2を下回る転位密度を
得たという報告はない。また従来この方法では成長表面
にクロスハッチが見られ、十分な表面平坦性が得られて
いない。
Ａｓ傾斜組成層を挟む方法ではＩｎ0.5 Ｇａ0.5 Ａｓか
らＩｎＰと格子整合するＩｎ0.53Ｇａ0.47ＡｓまでＩｎ
組成を増やすと急激に転位密度が増加するという問題点
がある。しかもこのＩｎ0.5Ｇａ0.5 Ａｓ／ＧａＡｓの
報告を除くと、特開昭６１−２６８０６９号公報および
特開平３−４６２４１号公報に記載の方法なども含め傾
斜組成層を挟む方法で１０6 ｃｍ-2を下回る転位密度を
得たという報告はない。また従来この方法では成長表面
にクロスハッチが見られ、十分な表面平坦性が得られて
いない。
【００１８】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、格子定数の異なる異種半導
体単結晶基板上に高品質な半導体単結晶層を成長させる
方法を提供することである。
ものであって、その目的は、格子定数の異なる異種半導
体単結晶基板上に高品質な半導体単結晶層を成長させる
方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の第１の発明によれば、（１）半導体基板上に
直接あるいは基板側バッファ層を介して格子不整合バッ
ファ層を成長させる工程と、（２）前記格子不整合バッ
ファ層上に直接あるいはデバイス層側バッファ層を形成
した後その上に半導体デバイス層を成長させる工程と、
を含むものであって、前記格子不整合バッファ層および
／または前記デバイス層側バッファ層の成長時には、１
乃至複数回原子状水素を照射して、前記半導体基板また
は前記基板側バッファ層と前記半導体デバイス層との間
に原子状水素を照射しつつ形成した層と照射することな
く形成した層とが混在するようにこれらの層を成長させ
ることを特徴とする異種基板上への半導体層の成長方
法、が提供される。
め、本願の第１の発明によれば、（１）半導体基板上に
直接あるいは基板側バッファ層を介して格子不整合バッ
ファ層を成長させる工程と、（２）前記格子不整合バッ
ファ層上に直接あるいはデバイス層側バッファ層を形成
した後その上に半導体デバイス層を成長させる工程と、
を含むものであって、前記格子不整合バッファ層および
／または前記デバイス層側バッファ層の成長時には、１
乃至複数回原子状水素を照射して、前記半導体基板また
は前記基板側バッファ層と前記半導体デバイス層との間
に原子状水素を照射しつつ形成した層と照射することな
く形成した層とが混在するようにこれらの層を成長させ
ることを特徴とする異種基板上への半導体層の成長方
法、が提供される。
【００２０】そして、好ましくは、前記格子不整合バッ
ファ層の成長を４００℃以下の低温で行い、また、前記
半導体基板の結晶面方位は誤差１度以内で（１００）近
傍に設定される。また、前記格子不整合バッファ層は、 格子定数が連続的に変化する連続傾斜組成部、 格子定数が階段状に変化する不連続傾斜組成部、 歪超格子層、 の中のいずれかあるいはそれらの組み合わせを含んで構
成される。
ファ層の成長を４００℃以下の低温で行い、また、前記
半導体基板の結晶面方位は誤差１度以内で（１００）近
傍に設定される。また、前記格子不整合バッファ層は、 格子定数が連続的に変化する連続傾斜組成部、 格子定数が階段状に変化する不連続傾斜組成部、 歪超格子層、 の中のいずれかあるいはそれらの組み合わせを含んで構
成される。
【００２１】また、本願の第２の発明によれば、ＧａＡ
ｓ（ＧａＰ）基板上またはＧａＡｓ（ＧａＰ）バッファ
層上に、ＩｎxＡｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ（Ｉｎx Ａｌy Ｇ
ａ1-x-y Ｐ）からＩｎz Ａｌ1-z Ａｓ（Ｉｎz Ａｌ1-z
Ｐ）に至る傾斜組成バッファ層を成長させ、その上に半
導体デバイス層を成長させる方法であって、 前記ＧａＡｓ（ＧａＰ）基板または前記ＧａＡｓ
（ＧａＰ）バッファ層の面方位を誤差１度以内で（１０
０）近傍に設定し、 Ｉｎの組成比ｘを０からｚまで連続的にあるいは階
段状に変化させ、 Ａｌの組成比ｙは０から１−ｚまで連続的にあるい
は階段状に変化させ、かつ、 前記傾斜組成バッファ層を４００℃以下の低温で成
長させる、 ことを特徴とする異種基板上への半導体層の成長方法
が、提供される。
ｓ（ＧａＰ）基板上またはＧａＡｓ（ＧａＰ）バッファ
層上に、ＩｎxＡｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ（Ｉｎx Ａｌy Ｇ
ａ1-x-y Ｐ）からＩｎz Ａｌ1-z Ａｓ（Ｉｎz Ａｌ1-z
Ｐ）に至る傾斜組成バッファ層を成長させ、その上に半
導体デバイス層を成長させる方法であって、 前記ＧａＡｓ（ＧａＰ）基板または前記ＧａＡｓ
（ＧａＰ）バッファ層の面方位を誤差１度以内で（１０
０）近傍に設定し、 Ｉｎの組成比ｘを０からｚまで連続的にあるいは階
段状に変化させ、 Ａｌの組成比ｙは０から１−ｚまで連続的にあるい
は階段状に変化させ、かつ、 前記傾斜組成バッファ層を４００℃以下の低温で成
長させる、 ことを特徴とする異種基板上への半導体層の成長方法
が、提供される。
【００２２】
【作用】例えば、ＧａＡｓ上にＩｎx Ｇａ1-x Ａｓ傾斜
組成層をＭＢＥ法により成長させる場合には、基板温度
を４５０℃程度以下の低めに設定し、また組成（格子定
数）の変化率も小さめに設定すれば、２次元的な成長が
得られ、表面のＲＨＥＥＤパターンはほぼストリークを
維持できる。しかし厳密には僅かなうねりが発生し、こ
れが成長表面のクロスハッチとして観察される。そして
本発明者の成長実験および評価結果ではこのクロスハッ
チ部分、即ちうねり部分で貫通転位の多くが発生してい
た。即ち貫通転位を減らすには成長の二次元性をより向
上させる必要がある。
組成層をＭＢＥ法により成長させる場合には、基板温度
を４５０℃程度以下の低めに設定し、また組成（格子定
数）の変化率も小さめに設定すれば、２次元的な成長が
得られ、表面のＲＨＥＥＤパターンはほぼストリークを
維持できる。しかし厳密には僅かなうねりが発生し、こ
れが成長表面のクロスハッチとして観察される。そして
本発明者の成長実験および評価結果ではこのクロスハッ
チ部分、即ちうねり部分で貫通転位の多くが発生してい
た。即ち貫通転位を減らすには成長の二次元性をより向
上させる必要がある。
【００２３】ところで、原子状水素の照射効果には、貫
通転移の曲げおよびピン止め効果の他に、そのメカニズ
ムは未だ十分に明らかではないが、二次元性をより向上
させる働きもあり、このことは前述のＳｉ基板上へＧｅ
をＭＢＥ成長させた例や特開昭６３−１１７９８９号公
報にも記されている。
通転移の曲げおよびピン止め効果の他に、そのメカニズ
ムは未だ十分に明らかではないが、二次元性をより向上
させる働きもあり、このことは前述のＳｉ基板上へＧｅ
をＭＢＥ成長させた例や特開昭６３−１１７９８９号公
報にも記されている。
【００２４】そこで、本発明においては、傾斜組成層を
例えばＭＢＥ法により成長させる際に同時に原子状水素
を照射して成長の二次元性をより向上させる。このよう
にして形成された傾斜組成層ではクロスハッチとして観
察されるうねりを大幅に減らすことができ、従って貫通
転位を大きく減少させることができる。また、この原子
状水素の照射技術は歪超格子中間層を導入して貫通転位
を界面方向に曲げる場合にも適用できる。
例えばＭＢＥ法により成長させる際に同時に原子状水素
を照射して成長の二次元性をより向上させる。このよう
にして形成された傾斜組成層ではクロスハッチとして観
察されるうねりを大幅に減らすことができ、従って貫通
転位を大きく減少させることができる。また、この原子
状水素の照射技術は歪超格子中間層を導入して貫通転位
を界面方向に曲げる場合にも適用できる。
【００２５】すなわち、成長条件の最適化と原子状水素
の照射とを組み合わせることにより、ＭＥＥ法による成
長法に採用することなく同等の２次元性の成長を行わせ
ることができるようになる。ここで、成長温度を４００
℃以下に抑えることにより、成長の２次元性をより完全
なものにすることができる。また、基板結晶の面方位に
ついても（１００）面近傍を使用する場合、出来るだけ
正確な（１００）面を用いた方が歪を伴う成長ではより
二次元的となるため、少なくとも誤差１度以内の（１０
０）面を用いることが望ましい。
の照射とを組み合わせることにより、ＭＥＥ法による成
長法に採用することなく同等の２次元性の成長を行わせ
ることができるようになる。ここで、成長温度を４００
℃以下に抑えることにより、成長の２次元性をより完全
なものにすることができる。また、基板結晶の面方位に
ついても（１００）面近傍を使用する場合、出来るだけ
正確な（１００）面を用いた方が歪を伴う成長ではより
二次元的となるため、少なくとも誤差１度以内の（１０
０）面を用いることが望ましい。
【００２６】而して、低温で原子状水素を照射しながら
成長させると、結晶中に取り込まれた水素によるおそら
くはピン止め作用によって転位の動きが大きく抑制され
る。この作用も貫通転位低減に寄与するのではあるが、
一方で本来格子不整合歪の緩和に必要な格子不整合界面
内方向への転位の発生をも抑制してしまう。そこで、本
発明においては、格子不整合界面を含む上下層にまたが
ってすべて原子状水素を照射しながら成長させるのでは
なく、その一部においてのみ照射を行う。このことによ
り、格子不整合歪の緩和に必要な転位を結晶内に導入す
ることができ、残留熱歪を少なくして、成長後のアニー
ルで貫通転位の再発生を抑制することができる。この原
子状水素の照射は、格子不整合界面を挟んだ上層側のみ
に行うことが効果的である。従って、例えば、階段状の
傾斜組成構造とする場合は各層の成長初期にのみ原子状
水素の照射を行うようにする。
成長させると、結晶中に取り込まれた水素によるおそら
くはピン止め作用によって転位の動きが大きく抑制され
る。この作用も貫通転位低減に寄与するのではあるが、
一方で本来格子不整合歪の緩和に必要な格子不整合界面
内方向への転位の発生をも抑制してしまう。そこで、本
発明においては、格子不整合界面を含む上下層にまたが
ってすべて原子状水素を照射しながら成長させるのでは
なく、その一部においてのみ照射を行う。このことによ
り、格子不整合歪の緩和に必要な転位を結晶内に導入す
ることができ、残留熱歪を少なくして、成長後のアニー
ルで貫通転位の再発生を抑制することができる。この原
子状水素の照射は、格子不整合界面を挟んだ上層側のみ
に行うことが効果的である。従って、例えば、階段状の
傾斜組成構造とする場合は各層の成長初期にのみ原子状
水素の照射を行うようにする。
【００２７】以上のように格子不整合バッファ層と原子
状水素の部分的な照射を組合わせることにより、成長の
二次元性を向上させまた貫通転移のピン止め効果を活用
することができるとともに、格子不整合歪の緩和に必要
な転移を結晶内に導入して残留応力を低減化することが
できる。
状水素の部分的な照射を組合わせることにより、成長の
二次元性を向上させまた貫通転移のピン止め効果を活用
することができるとともに、格子不整合歪の緩和に必要
な転移を結晶内に導入して残留応力を低減化することが
できる。
【００２８】また、ＧａＡｓ（ＧａＰ）基板上またはＧ
ａＡｓ（ＧａＰ）バッファ層上に、異種半導体のデバイ
ス層を成長させる場合には、その間に、Ｉｎx Ａｌy Ｇ
ａ1-x-y Ａｓ（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｐ）からＩｎz
Ａｌ1-z Ａｓ（Ｉｎz Ａｌ1-z Ｐ）に至る傾斜組成バッ
ファ層を介在させ、その傾斜組成バッファ層の成長条件
を最適化することにより、転位の少ない良質の結晶を得
ることができる。
ａＡｓ（ＧａＰ）バッファ層上に、異種半導体のデバイ
ス層を成長させる場合には、その間に、Ｉｎx Ａｌy Ｇ
ａ1-x-y Ａｓ（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｐ）からＩｎz
Ａｌ1-z Ａｓ（Ｉｎz Ａｌ1-z Ｐ）に至る傾斜組成バッ
ファ層を介在させ、その傾斜組成バッファ層の成長条件
を最適化することにより、転位の少ない良質の結晶を得
ることができる。
【００２９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。 ［第１の実施例］図１（ａ）は、本発明の第１の実施例
により形成されたエピタキシャル成長基板の断面図であ
り、図１（ｂ）はその要部拡大図である。本実施例で
は、原子状水素の照射が可能で、アルシン（ＡｓＨ3 ）
およびホスフィン（ＰＨ3 ）をクラッキング（熱分解）
して供給可能なガスソースＭＢＥ装置を用い、ＧａＡｓ
基板上へＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ
層を挟んでＩｎＰを成長させた。
て詳細に説明する。 ［第１の実施例］図１（ａ）は、本発明の第１の実施例
により形成されたエピタキシャル成長基板の断面図であ
り、図１（ｂ）はその要部拡大図である。本実施例で
は、原子状水素の照射が可能で、アルシン（ＡｓＨ3 ）
およびホスフィン（ＰＨ3 ）をクラッキング（熱分解）
して供給可能なガスソースＭＢＥ装置を用い、ＧａＡｓ
基板上へＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ
層を挟んでＩｎＰを成長させた。
【００３０】図１（ａ）に示すように、ＧａＡｓ（１０
０）ｊｕｓｔ基板１上に８段階（それぞれ膜厚０．２μ
ｍ）にＩｎ組成を変化させたＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａ
ｓ傾斜組成バッファ層２と、さらに厚さ１μｍのＩｎＰ
デバイス層３を成長させた。Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａ
ｓ傾斜組成バッファ層２の格子定数をＧａＡｓ近傍から
ＩｎＰにほぼ整合するまで階段状に変化させ、またＡｌ
を４段階目から添加して最終８段階目はＩｎＰにほぼ整
合するＩｎx Ａｌ1-x Ａｓとした。
０）ｊｕｓｔ基板１上に８段階（それぞれ膜厚０．２μ
ｍ）にＩｎ組成を変化させたＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａ
ｓ傾斜組成バッファ層２と、さらに厚さ１μｍのＩｎＰ
デバイス層３を成長させた。Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａ
ｓ傾斜組成バッファ層２の格子定数をＧａＡｓ近傍から
ＩｎＰにほぼ整合するまで階段状に変化させ、またＡｌ
を４段階目から添加して最終８段階目はＩｎＰにほぼ整
合するＩｎx Ａｌ1-x Ａｓとした。
【００３１】具体的には、（ｘ、ｙ）＝（０．１５、
０）、（０．２、０）、（０．３、０）、（０．３５、
０．１）、（０．４、０．２）、（０．４５、０．
３）、（０．５、０．４）、（０．５２、０．４８）と
８段階に変化させた。図１（ｂ）には、４段階目のＩｎ
0.35Ａｌ0.1 Ｇａ0.55Ａｓ層４と、５段階目のＩｎ0.4
Ａｌ0.2 Ｇａ0.4 Ａｓ層５と、６段階目のＩｎ0.45Ａｌ
0.3 Ｇａ0.25Ａｓ層６とが示されている。
０）、（０．２、０）、（０．３、０）、（０．３５、
０．１）、（０．４、０．２）、（０．４５、０．
３）、（０．５、０．４）、（０．５２、０．４８）と
８段階に変化させた。図１（ｂ）には、４段階目のＩｎ
0.35Ａｌ0.1 Ｇａ0.55Ａｓ層４と、５段階目のＩｎ0.4
Ａｌ0.2 Ｇａ0.4 Ａｓ層５と、６段階目のＩｎ0.45Ａｌ
0.3 Ｇａ0.25Ａｓ層６とが示されている。
【００３２】原子状水素の照射は、図１（ｂ）に示すよ
うに、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ層
２の各段階の前半０．１μｍのみ行った。１段階目の成
長温度は３８０℃とし、各段階で１０℃ずつ下げ、最終
８段階目は３００℃で成長させた。ＩｎＰデバイス層３
の成長は４８０℃で行った。
うに、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ層
２の各段階の前半０．１μｍのみ行った。１段階目の成
長温度は３８０℃とし、各段階で１０℃ずつ下げ、最終
８段階目は３００℃で成長させた。ＩｎＰデバイス層３
の成長は４８０℃で行った。
【００３３】得られたＩｎＰデバイス層３の結晶品質を
調べるために行なったホトルミネッセンス（ＰＬ）測定
からはＩｎＰ基板上の成長層と遜色のない発光強度が得
られた。また、エッチピット密度（ＥＰＤ）の測定およ
び透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察の結果、転位密度も１
０5 ｃｍ-2以下で良好な結晶品質が得られていることが
分かった。
調べるために行なったホトルミネッセンス（ＰＬ）測定
からはＩｎＰ基板上の成長層と遜色のない発光強度が得
られた。また、エッチピット密度（ＥＰＤ）の測定およ
び透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察の結果、転位密度も１
０5 ｃｍ-2以下で良好な結晶品質が得られていることが
分かった。
【００３４】また、原子状水素の照射を行わずに同様の
構造を成長させたが、この場合の転位密度も約１０6 ｃ
ｍ-2程度で従来例に比較して良好な結果が得られた。す
なわち、従来のＧａＡｓ基板上に直接ＩｎＰを２段階成
長させた場合の転位密度は１０7 ｃｍ-2程度が限界であ
ったが、適切な組成の傾斜組成バッファ層を選択しその
成長条件を最適化することのみによっても大幅に結晶品
質を改善することができた。
構造を成長させたが、この場合の転位密度も約１０6 ｃ
ｍ-2程度で従来例に比較して良好な結果が得られた。す
なわち、従来のＧａＡｓ基板上に直接ＩｎＰを２段階成
長させた場合の転位密度は１０7 ｃｍ-2程度が限界であ
ったが、適切な組成の傾斜組成バッファ層を選択しその
成長条件を最適化することのみによっても大幅に結晶品
質を改善することができた。
【００３５】本実施例では、ＧａＡｓ基板上へＩｎx Ａ
ｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ層を挟んでＩｎＰ
を成長させる場合を例に説明したが、ＧａＰまたはＧａ
Ａｓ基板上でＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｐ傾斜組成バッフ
ァ層を挟んでそれぞれＧａＡｓまたはＩｎＰを成長させ
る場合や、またこれらを組合わせてＧａＰ基板上にＩｎ
Ｐを成長させる場合、さらにＳｉ基板上に成長させる場
合、またＩｎＰやＧａＡｓなどとは格子整合しないＩｎ
Ｇａ（Ａｌ）Ａｓ、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐ、ＧａＡｓＰな
どの中間組成の結晶層をデバイス層として用いる場合な
どでも同様に適用できる。
ｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ層を挟んでＩｎＰ
を成長させる場合を例に説明したが、ＧａＰまたはＧａ
Ａｓ基板上でＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｐ傾斜組成バッフ
ァ層を挟んでそれぞれＧａＡｓまたはＩｎＰを成長させ
る場合や、またこれらを組合わせてＧａＰ基板上にＩｎ
Ｐを成長させる場合、さらにＳｉ基板上に成長させる場
合、またＩｎＰやＧａＡｓなどとは格子整合しないＩｎ
Ｇａ（Ａｌ）Ａｓ、ＩｎＧａ（Ａｌ）Ｐ、ＧａＡｓＰな
どの中間組成の結晶層をデバイス層として用いる場合な
どでも同様に適用できる。
【００３６】［第２の実施例］図２（ａ）は、本発明の
第２の実施例により形成されたエピタキシャル成長基板
の断面図であり、図２（ｂ）はその要部拡大図である。
本実施例では、ガスソースＭＢＥ装置を用い、Ｓｉ基板
上へＧａＡｓバッファ層およびＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ
歪超格子層を挟んでＧａＡｓデバイス層を成長させた。
第２の実施例により形成されたエピタキシャル成長基板
の断面図であり、図２（ｂ）はその要部拡大図である。
本実施例では、ガスソースＭＢＥ装置を用い、Ｓｉ基板
上へＧａＡｓバッファ層およびＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ
歪超格子層を挟んでＧａＡｓデバイス層を成長させた。
【００３７】図２（ａ）に示すように、Ｓｉ（１００）
２°ｏｆｆ基板２１上に厚さ１μｍのＧａＡｓバッファ
層２２を２段階成長（３００℃／４８０℃）法により成
長させ、次に、基板温度を３００℃に下げＩｎＧａＡｓ
／ＧａＡｓ歪超格子層２３、同じく３００℃で厚さ０．
５μｍの上部ＧａＡｓバッファ層２４を成長させ、最後
に基板温度を５５０℃に上げて厚さ１μｍのＧａＡｓデ
バイス層２５を成長させた。
２°ｏｆｆ基板２１上に厚さ１μｍのＧａＡｓバッファ
層２２を２段階成長（３００℃／４８０℃）法により成
長させ、次に、基板温度を３００℃に下げＩｎＧａＡｓ
／ＧａＡｓ歪超格子層２３、同じく３００℃で厚さ０．
５μｍの上部ＧａＡｓバッファ層２４を成長させ、最後
に基板温度を５５０℃に上げて厚さ１μｍのＧａＡｓデ
バイス層２５を成長させた。
【００３８】ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子層２３
は、図２（ｂ）に示されるように、膜厚１０ｎｍのＩｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層２６と、膜厚２０ｎｍのＧａＡｓ層
２７との１０周期によって構成されている。原子状水素
の照射は、図２（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ歪超格子層２３の最初の６周期および上部ＧａＡ
ｓバッファ層２４の成長時に行った。
は、図２（ｂ）に示されるように、膜厚１０ｎｍのＩｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層２６と、膜厚２０ｎｍのＧａＡｓ層
２７との１０周期によって構成されている。原子状水素
の照射は、図２（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＡｓ／Ｇ
ａＡｓ歪超格子層２３の最初の６周期および上部ＧａＡ
ｓバッファ層２４の成長時に行った。
【００３９】形成した試料をＥＰＤ測定およびＴＥＭ観
察で評価した結果、ＧａＡｓデバイス層２５中の転位密
度は１０5 ｃｍ-2以下で良好な結晶品質が得られている
ことが分かった。
察で評価した結果、ＧａＡｓデバイス層２５中の転位密
度は１０5 ｃｍ-2以下で良好な結晶品質が得られている
ことが分かった。
【００４０】本実施例では、ＧａＡｓバッファ層上にお
いてＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子層を挟んでＧａＡ
ｓ層を成長させる場合を例に説明したが、ＩｎＧａＰ／
ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ、またＩｎＧａＡｓ／
ＡｌＡｓ歪超格子層などを用いてもよい。またＧａＡｓ
格子整合系に限らず、ＩｎＰ系やさらに中間組成の混晶
系を基礎にしてもよく、適当な歪超格子層を用いること
ができる。また、歪超格子層の代わりに、ＩｎＧａＡｓ
などの単一の薄い一定組成歪層や連続傾斜組成歪層ある
いは階段状傾斜組成歪層を用いてもよい。
いてＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子層を挟んでＧａＡ
ｓ層を成長させる場合を例に説明したが、ＩｎＧａＰ／
ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ、またＩｎＧａＡｓ／
ＡｌＡｓ歪超格子層などを用いてもよい。またＧａＡｓ
格子整合系に限らず、ＩｎＰ系やさらに中間組成の混晶
系を基礎にしてもよく、適当な歪超格子層を用いること
ができる。また、歪超格子層の代わりに、ＩｎＧａＡｓ
などの単一の薄い一定組成歪層や連続傾斜組成歪層ある
いは階段状傾斜組成歪層を用いてもよい。
【００４１】［第３の実施例］図３は、本発明の第３の
実施例により形成されたエピタキシャル成長基板の断面
図である。本実施例では、ガスソースＭＢＥ装置を用
い、Ｓｉ基板上へＧａＰバッファ層およびＩｎx Ｇａ
1-x Ｐ連続傾斜組成バッファ層を挟んでＧａＡｓ層を成
長させた。
実施例により形成されたエピタキシャル成長基板の断面
図である。本実施例では、ガスソースＭＢＥ装置を用
い、Ｓｉ基板上へＧａＰバッファ層およびＩｎx Ｇａ
1-x Ｐ連続傾斜組成バッファ層を挟んでＧａＡｓ層を成
長させた。
【００４２】図３に示すように、Ｓｉ（１００）２°ｏ
ｆｆ基板２１上に厚さ０．５μｍのＧａＰバッファ層３
１を２段階成長（３００℃／４００℃）法により成長さ
せ、次に、基板温度を３００℃に下げ厚さ１μｍのＩｎ
x Ｇａ1-x Ｐ連続傾斜組成バッファ層３２、同じく３０
０℃で厚さ０．５μｍの上部ＧａＡｓバッファ層２４を
成長させ、最後に、基板温度を５５０℃に上げ厚さ１μ
ｍのＧａＡｓデバイス層２５を成長させた。連続傾斜組
成バッファ層３２のＩｎの組成ｘを０からＧａＡｓにほ
ぼ格子整合する値まで連続的に一定の割合で変化させ
た。原子状水素の照射は、上部ＧａＡｓバッファ層２４
の成長時にのみ行った。
ｆｆ基板２１上に厚さ０．５μｍのＧａＰバッファ層３
１を２段階成長（３００℃／４００℃）法により成長さ
せ、次に、基板温度を３００℃に下げ厚さ１μｍのＩｎ
x Ｇａ1-x Ｐ連続傾斜組成バッファ層３２、同じく３０
０℃で厚さ０．５μｍの上部ＧａＡｓバッファ層２４を
成長させ、最後に、基板温度を５５０℃に上げ厚さ１μ
ｍのＧａＡｓデバイス層２５を成長させた。連続傾斜組
成バッファ層３２のＩｎの組成ｘを０からＧａＡｓにほ
ぼ格子整合する値まで連続的に一定の割合で変化させ
た。原子状水素の照射は、上部ＧａＡｓバッファ層２４
の成長時にのみ行った。
【００４３】形成した試料をＥＰＤ測定およびＴＥＭ観
察で評価した結果、ＧａＡｓデバイス層２５中の転位密
度は１０5 ｃｍ-2以下で良好な結晶品質が得られている
ことが分かった。
察で評価した結果、ＧａＡｓデバイス層２５中の転位密
度は１０5 ｃｍ-2以下で良好な結晶品質が得られている
ことが分かった。
【００４４】本実施例も上記組合わせ以外の任意の結晶
系に適用することができる。また、原子状水素の照射を
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ連続傾斜組成バッファ層３２側におい
ても１乃至複数回行うようにすることができる。上部Ｇ
ａＡｓバッファ層２４において、原子状水素の照射を行
うことなく、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ連続傾斜組成バッファ層
３２においてのみ行うようにしてもよい。
系に適用することができる。また、原子状水素の照射を
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ連続傾斜組成バッファ層３２側におい
ても１乃至複数回行うようにすることができる。上部Ｇ
ａＡｓバッファ層２４において、原子状水素の照射を行
うことなく、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ連続傾斜組成バッファ層
３２においてのみ行うようにしてもよい。
【００４５】［第４の実施例］図４（ａ）は、本発明の
第４の実施例により形成されたエピタキシャル成長基板
の断面図であり、図４（ｂ）はその要部拡大図である。
本実施例では、ガスソースＭＢＥ装置を用い、ＧａＡｓ
基板上へ（ＩｎＡｓ）m （ＧａＡｓ）n 短周期歪超格子
層を挟んでＩｎＰを成長させた。
第４の実施例により形成されたエピタキシャル成長基板
の断面図であり、図４（ｂ）はその要部拡大図である。
本実施例では、ガスソースＭＢＥ装置を用い、ＧａＡｓ
基板上へ（ＩｎＡｓ）m （ＧａＡｓ）n 短周期歪超格子
層を挟んでＩｎＰを成長させた。
【００４６】図４（ａ）に示すように、ＧａＡｓ（１０
０）ｊｕｓｔ基板１上に、それぞれ厚さ０．２μｍの
（ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）5 短周期歪超格子層４１、
（ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）2 短周期歪超格子層４２、
（ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）1短周期歪超格子層４３を
成長温度３００℃で順次成長させ、さらに３００℃で厚
さ０．３μｍのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層４
４（Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ：３０ｎｍ、Ｉｎ0.52Ａｌ
0.48Ａｓ：３０ｎｍ、×５周期）を成長させた。
０）ｊｕｓｔ基板１上に、それぞれ厚さ０．２μｍの
（ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）5 短周期歪超格子層４１、
（ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）2 短周期歪超格子層４２、
（ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）1短周期歪超格子層４３を
成長温度３００℃で順次成長させ、さらに３００℃で厚
さ０．３μｍのＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層４
４（Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ：３０ｎｍ、Ｉｎ0.52Ａｌ
0.48Ａｓ：３０ｎｍ、×５周期）を成長させた。
【００４７】原子状水素の照射は、図４（ｂ）に示すよ
うに、３つの短周期歪超格子層４１、４２、４３のそれ
ぞれ成長初期の０．１５μｍ、および超格子層４４に対
して行った。最後に、成長温度４８０℃で厚さ１μｍの
ＩｎＰデバイス層３を成長させた。
うに、３つの短周期歪超格子層４１、４２、４３のそれ
ぞれ成長初期の０．１５μｍ、および超格子層４４に対
して行った。最後に、成長温度４８０℃で厚さ１μｍの
ＩｎＰデバイス層３を成長させた。
【００４８】形成した試料をＥＰＤ測定およびＴＥＭ観
察で評価した結果、ＩｎＰデバイス層３中の転位密度は
１０5 ｃｍ-2以下で良好な結晶品質が得られていること
が分かった。
察で評価した結果、ＩｎＰデバイス層３中の転位密度は
１０5 ｃｍ-2以下で良好な結晶品質が得られていること
が分かった。
【００４９】本実施例も上記組合わせ以外の任意の結晶
系に適用することができ、例えばＧａＰ基板上へ（Ｉｎ
Ｐ）m （ＧａＰ）n 短周期歪超格子層を挟んでＧａＡｓ
またはＩｎＰを成長させてもよい。また、ＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓ超格子層４４に対する原子状水素の照射
を部分的に行うようにしてもよく、あるいはこの超格子
層に対しては行わないようにしてもよい。
系に適用することができ、例えばＧａＰ基板上へ（Ｉｎ
Ｐ）m （ＧａＰ）n 短周期歪超格子層を挟んでＧａＡｓ
またはＩｎＰを成長させてもよい。また、ＩｎＧａＡｓ
／ＩｎＡｌＡｓ超格子層４４に対する原子状水素の照射
を部分的に行うようにしてもよく、あるいはこの超格子
層に対しては行わないようにしてもよい。
【００５０】［実施例の変更］以上好ましい実施例につ
いて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内におい
て適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例で
は、格子不整合バッファ層として、連続傾斜組成バッフ
ァ層、階段状傾斜組成バッファ層、歪超格子層、短周期
歪超格子層などを用いていたが、例えば、傾斜組成バッ
ファ層中の一部を歪超格子層にするなど、これらのバッ
ファ層を組み合わせて使用するようにしてもよい。
いて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内におい
て適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例で
は、格子不整合バッファ層として、連続傾斜組成バッフ
ァ層、階段状傾斜組成バッファ層、歪超格子層、短周期
歪超格子層などを用いていたが、例えば、傾斜組成バッ
ファ層中の一部を歪超格子層にするなど、これらのバッ
ファ層を組み合わせて使用するようにしてもよい。
【００５１】また、実施例ではＳｉ基板上またはIII −
Ｖ族化合物半導体基板上への格子不整合系のIII −Ｖ族
化合物半導体成長について説明したが、基板がＧｅやII
−VI族化合物半導体であってもよく、また、デバイス層
としてＳｉＧｅなどのIV族混晶半導体やＺｎＳ、ＺｎＳ
ｅなどのII−VI族化合物半導体を用いる場合にも本発明
を適用することができる。
Ｖ族化合物半導体基板上への格子不整合系のIII −Ｖ族
化合物半導体成長について説明したが、基板がＧｅやII
−VI族化合物半導体であってもよく、また、デバイス層
としてＳｉＧｅなどのIV族混晶半導体やＺｎＳ、ＺｎＳ
ｅなどのII−VI族化合物半導体を用いる場合にも本発明
を適用することができる。
【００５２】また、結晶の面方位としては通常用いられ
る（１００）面を用いる例について説明したが、他の例
えば（１１１）面、また（２１１）、（３１１）などの
高次の面、さらにこれらから適当な角度だけｏｆｆした
面を用いても程度の差はあってもほぼ同様の効果が期待
できる。
る（１００）面を用いる例について説明したが、他の例
えば（１１１）面、また（２１１）、（３１１）などの
高次の面、さらにこれらから適当な角度だけｏｆｆした
面を用いても程度の差はあってもほぼ同様の効果が期待
できる。
【００５３】また、成長装置としてはガスソースＭＢＥ
装置を用いた例について説明したが、低温での成長が可
能であればこれに限られるものではない。例えば、通常
の全メタルソースのＭＢＥ装置を使用するすることがで
きる。但し、この場合蒸気圧が高いＰのソースには特別
の工夫が必要となる。また、III 族有機金属原料を用い
るＭＯＭＢＥ装置やＭＯＣＶＤ装置を用いてもよい。こ
の場合、格子不整合バッファ層の成長を４００℃以下で
行なえるように、熱分解の容易な有機金属原料を選択す
ることが望ましい。
装置を用いた例について説明したが、低温での成長が可
能であればこれに限られるものではない。例えば、通常
の全メタルソースのＭＢＥ装置を使用するすることがで
きる。但し、この場合蒸気圧が高いＰのソースには特別
の工夫が必要となる。また、III 族有機金属原料を用い
るＭＯＭＢＥ装置やＭＯＣＶＤ装置を用いてもよい。こ
の場合、格子不整合バッファ層の成長を４００℃以下で
行なえるように、熱分解の容易な有機金属原料を選択す
ることが望ましい。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の異種基板
上への半導体層の成長方法は、格子不整合バッファ層な
どのバッファ層を部分的に原子状水素を照射しつつ成長
させるものであるので、２次元性に優れた成長を実現し
て貫通転移の少ない半導体層を得ることができるととも
に、格子不整合歪の緩和に必要な転移を結晶内に導入し
て結晶内の残留熱歪を低減化することができる。従っ
て、本発明によれば、異種半導体単結晶基板上に高品質
な半導体単結晶層を成長させることができる。
上への半導体層の成長方法は、格子不整合バッファ層な
どのバッファ層を部分的に原子状水素を照射しつつ成長
させるものであるので、２次元性に優れた成長を実現し
て貫通転移の少ない半導体層を得ることができるととも
に、格子不整合歪の緩和に必要な転移を結晶内に導入し
て結晶内の残留熱歪を低減化することができる。従っ
て、本発明によれば、異種半導体単結晶基板上に高品質
な半導体単結晶層を成長させることができる。
【００５５】また、ＧａＡｓ（ＧａＰ）基板上またはＧ
ａＡｓ（ＧａＰ）バッファ層上に、異種半導体のデバイ
ス層を成長させる場合に、その間に、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ａｓ（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｐ）からＩｎz Ａ
ｌ1-z Ａｓ（Ｉｎz Ａｌ1-zＰ）に至る傾斜組成バッフ
ァ層を介在させ、その傾斜組成バッファ層の成長条件を
最適化することにより、転位の少ない高品質の結晶を得
ることができる。
ａＡｓ（ＧａＰ）バッファ層上に、異種半導体のデバイ
ス層を成長させる場合に、その間に、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y Ａｓ（Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｐ）からＩｎz Ａ
ｌ1-z Ａｓ（Ｉｎz Ａｌ1-zＰ）に至る傾斜組成バッフ
ァ層を介在させ、その傾斜組成バッファ層の成長条件を
最適化することにより、転位の少ない高品質の結晶を得
ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例により形成されたエピタ
キシャル成長基板の断面図。
キシャル成長基板の断面図。
【図２】本発明の第２の実施例により形成されたエピタ
キシャル成長基板の断面図。
キシャル成長基板の断面図。
【図３】本発明の第３の実施例により形成されたエピタ
キシャル成長基板の断面図。
キシャル成長基板の断面図。
【図４】本発明の第４の実施例により形成されたエピタ
キシャル成長基板の断面図。
キシャル成長基板の断面図。
１ ＧａＡｓ（１００）ｊｕｓｔ基板 ２ Ｉｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ａｓ傾斜組成バッファ層 ３ ＩｎＰデバイス層 ４ Ｉｎ0.35Ａｌ0.1 Ｇａ0.55Ａｓ層（４段階目） ５ Ｉｎ0.4 Ａｌ0.2 Ｇａ0.4 Ａｓ層（５段階目） ６ Ｉｎ0.45Ａｌ0.3 Ｇａ0.25Ａｓ層（６段階目） ２１ Ｓｉ（１００）２°ｏｆｆ基板 ２２ ＧａＡｓバッファ層 ２３ ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ歪超格子層 ２４ 上部ＧａＡｓバッファ層 ２５ ＧａＡｓデバイス層 ２６ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層 ２７ ＧａＡｓ層 ３１ ＧａＰバッファ層 ３２ Ｉｎx Ｇａ1-x Ｐ連続傾斜組成バッファ層 ４１ （ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）5 短周期歪超格子
層 ４２ （ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）2 短周期歪超格子
層 ４３ （ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）1 短周期歪超格子
層 ４４ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層
層 ４２ （ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）2 短周期歪超格子
層 ４３ （ＩｎＡｓ）1 （ＧａＡｓ）1 短周期歪超格子
層 ４４ ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ超格子層
Claims (7)
- 【請求項１】 （１）半導体基板上に直接あるいは基板
側バッファ層を介して格子不整合バッファ層を成長させ
る工程と、 （２）前記格子不整合バッファ層上に直接あるいはデバ
イス層側バッファ層を形成した後その上に半導体デバイ
ス層を成長させる工程と、を含む異種基板上への半導体
層の成長方法において、 前記格子不整合バッファ層および／または前記デバイス
層側バッファ層の成長時には、１乃至複数回原子状水素
を照射して、前記半導体基板または前記基板側バッファ
層と前記半導体デバイス層との間に原子状水素を照射し
つつ形成した層と照射することなく形成した層とが混在
するようにこれらの層を成長させることを特徴とする異
種基板上への半導体層の成長方法。 - 【請求項２】 前記格子不整合バッファ層の成長を４０
０℃以下の低温で行うことを特徴とする請求項１記載の
異種基板上への半導体層の成長方法。 - 【請求項３】 前記半導体基板あるいは前記基板側バッ
ファ層の結晶面方位が誤差１度以内で（１００）近傍に
設定されていることを特徴とする請求項１記載の異種基
板上への半導体層の成長方法。 - 【請求項４】 前記半導体基板または前記基板側バッフ
ァ層の格子定数が、前記半導体デバイス層のそれと一致
していることを特徴とする請求項１記載の異種基板上へ
の半導体層の成長方法。 - 【請求項５】 前記格子不整合バッファ層が、 格子定数が連続的に変化する連続傾斜組成部、 格子定数が階段状に変化する不連続傾斜組成部、 歪超格子層、 の中のいずれかあるいはそれらの組み合わせを含んで構
成され、その最下層の格子定数が前記半導体基板または
前記基板側バッファ層のそれと一致し、その最上層の格
子定数が前記半導体デバイス層のそれと一致することを
特徴とする請求項１記載の異種基板上への半導体層の成
長方法。 - 【請求項６】 ＧａＸ（但し、ＸはＡｓまたはＰ）基板
上またはＧａＸバッファ層上に、Ｉｎx Ａｌy Ｇａ
1-x-y ＸからＩｎz Ａｌ1-z Ｘに至る傾斜組成バッファ
層を成長させ、その上に半導体デバイス層を成長させる
異種基板上への半導体層の成長方法であって、 前記ＧａＸ基板または前記ＧａＸバッファ層の面方
位を誤差１度以内で（１００）近傍に設定し、 Ｉｎの組成比ｘを０からｚまで連続的にあるいは階
段状に変化させ、 Ａｌの組成比ｙは０から１−ｚまで連続的にあるい
は階段状に変化させ、かつ、 前記傾斜組成バッファ層を４００℃以下の低温で成
長させる、 ことを特徴とする異種基板上への半導体層の成長方法。 - 【請求項７】 前記傾斜組成バッファ層の少なくとも一
部の成長時に原子状水素を照射することを特徴とする請
求項６記載の異種基板上への半導体層の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32117794A JP2629625B2 (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | 異種基板上への半導体層の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32117794A JP2629625B2 (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | 異種基板上への半導体層の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162409A true JPH08162409A (ja) | 1996-06-21 |
| JP2629625B2 JP2629625B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=18129657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32117794A Expired - Fee Related JP2629625B2 (ja) | 1994-12-01 | 1994-12-01 | 異種基板上への半導体層の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2629625B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068663A (ja) * | 2001-06-14 | 2003-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶膜の製造方法 |
| CN108022986A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-05-11 | 中电科技集团重庆声光电有限公司 | 近红外晶格失配探测器缓冲层 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106356427B (zh) * | 2016-11-08 | 2017-10-13 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种扩展波长近红外探测器缓冲层的生长方法 |
-
1994
- 1994-12-01 JP JP32117794A patent/JP2629625B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
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| JP2003068663A (ja) * | 2001-06-14 | 2003-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体結晶膜の製造方法 |
| CN108022986A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-05-11 | 中电科技集团重庆声光电有限公司 | 近红外晶格失配探测器缓冲层 |
| CN108022986B (zh) * | 2017-12-04 | 2019-09-03 | 中电科技集团重庆声光电有限公司 | 近红外晶格失配探测器缓冲层 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2629625B2 (ja) | 1997-07-09 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |