JPS63182812A - 化合物半導体基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ 本発明は、高速電子デバイスおよび発光デバイスなどに
使用する化合物半導体基板に関する。

［従来技術］ ■族単結晶半導体基板上に、中間層を介して■−■族化
合物半導体を結晶成長させることにより形成される化合
物半導体基板、例えば■族シリコン基板上にＩ−Ｖ族化
合物半導体、例えばＧａＡｓを結晶成長させることによ
り形成される化合物半導体基板に関して、シリコン基板
上にＧｅを中間層として積層した上にＧａＡｓを結晶成
長させて形成した化合物半導体基板、またはシリコン基
板上にＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ歪超格子を中間層として積
層した上にＧａＡｓを結晶成長させて形成した化合物半
導体基板などが提案されている。このような化合物半導
体基板は、例えばアール・ピー・ゲイル（ＲｌＰ、　Ｇ
ａ１ｅ）ら、Ｉ　ＥＥＥエレクトロン・デバイス・レタ
ーズ、ＥＤＬ−２巻、１６９頁（１９８１年）および曽
我ら、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス、
５７巻、４５７８頁（１９８５年）などの文献に詳細に
報告されている。

第３図に、シリコン基板上にＧｅを中間層として積層し
た上にＧａＡｓを結晶成長させて形成した従来の化合物
半導体基板の断面図を示す。第３図において、シリコン
基板３１上に、エピタキシャル成長によりＧｅ中間層３
２が形成され、更に、この中間層３２上にＧａＡｓ層３
３がエピタキシャル成長により形成されている。

第４図に、シリコン基板上にＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ歪超
格子を中間層として積層した上にＧａＡｓを結晶成長さ
せて形成した従来の化合物半導体基板の断面図を示す。

第４図において、シリコン基板４１上にエピタキシャル
成長により形成されたＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ歪超格子中
間層４２上に、ＧａＡｓ層４３がエピタキシャル成長に
より形成されている。

第３図に示したＧｅ中間層を用いた従来の化合物半導体
基板では、シリコン基板３１とＧｅ中間層３２との間に
おける約４％の格子不整のためにＧｅ中間層３２の結晶
性が悪くなり、更に、Ｇｅ中間層３２の結晶性によりＧ
ａＡｓ層３３の結晶性が大きく影響を受けるという問題
点があった。

また、第４図に示したＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ歪超格子を
中間層として用いた従来の化合物半導体基板では、シリ
コン基板４１とＧａＡｓ層４３との間の約４％の格子不
整は、ＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ歪超格子中間層４２により
緩和されるが、無極性結晶上に有極性結晶を成長させる
場合、成長の初期段階において、■族の無極性半導体結
晶の格子点に■族原子およびＶ族原子が不規則に結合す
ることにより、アンチフェイズドメイン構造の発生を本
質的に抑えることができないという問題点があった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述のようなアンチフェイズドメイン
構造の発生を抑え、良好な結晶性を有する■−■族化合
物半導体を有して成る化合物半導体基板を提供すること
にある。

［発明の構成］ 本発明の目的は、■族単結晶半導体基板上に、中間層を
介して■−ｖ族化合物半導体を結晶成長させることによ
り形成される化合物半導体基板において、中間層として
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体から成る中間層を形成するこ
とにより達成できる。

このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体および■−■族化合物半
導体の成長機構を比較した場合、■−■族化合物半導体
の成長において、一般に■族原子の付着係数はほとんど
Ｉであるが、■族原子は単独ではほとんど付着仕す、■
族原子が基板表面にある場合にのみ付着する。従って、
通常のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長では、■族
原子が化学当量よりもはるかに多い条件で成長が行なわ
れるため、成長の初期において、■族無極性半導体結晶
の格子点に結合する■族原子および■族原子を制御して
、アンチフェイズドメイン構造の発生を本質的に抑える
ことができない。また、■−■族化合物半導体の成長に
おいては、■族原子表面では■族原子の吸着は起こらず
、■族原子のみが吸着し、逆に、■族原子表面では■族
原子の吸着は起こらず■族原子のみが吸着し化合物半導
体を形成するため、成長の初期において、■族無極性半
導体の最表面に吸着する原子を制御することにより、結
晶の格子点に■族原子及び■族原子が不規則に結合する
ことがなく、アンチフェイズドメイン構造の発生を抑え
ることが可能であるという特徴がある。

従って、■族単結晶半導体基板上に、中間層を介して、
■−■族化合物半導体を結晶成長させることにより形成
される化合物半導体基板において、Ｉ［−ＶＩ族化合物
半導体から成る中間層を形成し、更に、中間層成長の初
期において、■族単結晶半導体基板の最表面に吸着する
原子を制御することにより、アンチフェイズドメイン構
造の発生を抑えることが可能になり、このように形成し
た中間層上に形成したＩＩ［−Ｖ族化合物半導体層は、
表面モホロジーの良好な結晶性の優れたものとなり、そ
れ故、良質で安価な化合物半導体基板を得ることが可能
となる。

［発明の好ましいｇ揉］ 以下に添付の図面を参照して、本発明を具体的に説明す
る。

第１図は、本発明の一具体例である化合物半導体基板の
断面図であり、■族単結晶半導体基板ｌ上に、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体からなる中間層２が形成され、更に、
該中間層２上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層３が結晶成
長により形成されている。

以下にこの化合物半導体基板の製造について詳細に説明
する。（１００）Ｓｉ基板ｌを、公知のＳｉ基板のエツ
チング方法によりエツチングを行なった後、分子線エピ
タキシャル成長装置内で抵抗加熱によりＳｉ基板ｌの表
面のクリーニングを行なった。このり、ＩＪ−ニングに
より清浄なＳｉ基板表面が得られていることを、反射電
子線回折（ＲＨＥＥＤ）およびオージェ電子分光法（Ａ
ＥＳ）により確認した。

次に、得られたクリーニング済のＳｉ基板ｌ上に、分子
線エピタキシャル成長法により■−■族化合物半導体で
あるＺｎＳｅから成る中間層２を形成した。この場合、
中間層２は、Ｚｎの分子線強度ＪＺｎ＝５×１０１４／
ｃｍ！・秒程度で最初にＺｎ分子線のみをＳｉ基板ｌ上
に約５秒間照射し、その後ＩＯ秒程度で過剰な分子を基
板表面から再蒸発させた後、成長速度０．５μＲ／時、
分子線強度比Ｊ　Ｓｅ／　Ｊ　Ｚｎ≧１程度の条件で形
成し、ＺｎＳｅ中間層２全体の厚さは約１．０μ肩であ
った。

更に、中間層２を形成したＳｉ基板ｌを別の分子線エピ
タキシャル成長装置に移し、公知の結晶成長方法により
ＧａＡｓからなる■−ｖ族化合物半導体層３を結晶成長
させることにより所望の化合物半導体基板を得ることが
できた。

第２図は、本具体例の化合物半導体基板の（１００）Ｓ
ｉ基板２４とＺｎＳｅ中間屑２５との界面２６における
ドメイン構造を示した図であり、２１゜２２および２３
はそれぞれＺｎ原子、Ｓｅ原子およびＳｉ原子を表わす
。第２図において、中間層２５形成前にＺｎ分子線を照
射することにより、（１００）Ｓｉ基板２４の最表面の
格子点がすべてＺｎ原子２１と結合するため、アンチフ
ェイズドメイン構造の発生を抑えるができ、このように
して形成した中間層２５上に形成した■−■族化合物半
導体層は、表面モホロジーの良好な結晶性の優れたもの
であった。また、中間層２５形成曲に、Ｓｅ分子線のみ
を照射した場合も、上記の結果と同様の効果があること
が見出された。

第５図は、中間層５５の形成前にＺｎ分子線のみを照射
することを実施しなかった場合の（ｌ。

０）Ｓｉ基板５４とＺｎＳｅ中間層５５との界面５６に
おけるドメイン構造を示した図である。５１゜５２およ
び５３は、それぞれＺｎ原子、Ｓｅ原子およびＳｉ原子
を表わす。第５図において、（１００）Ｓｉ基板５４の
最表面の格子点にＺｎ原子５１及びＳＰ匝吊子５２ス世
１１１１に姑仝１、てい乙ので、アンチフェイズ境界５
７が発生し、従って、このような中間層５５上に積層し
たＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶性は著しく悪かった
。

また、■族単結晶半導体基板１およびＩ［Ｉ−Ｖ族化合
物半導体層３に使用したＳｉとＧａＡｓとの間に存在す
る約４％の格子不整合は、中間層２に使用したＺｎＳｅ
層に発生する転移により緩和され、しかも、ＺｎＳｅと
ＧａＡｓとの間に存在する格子不整合は非常に少ないの
で、■−■族化合物半導体　　　　′層３中に転移等の
結晶欠陥が発生する可能性は非常に低い。更に、中間層
２に用いたＺｎＳｅでは、転移およびＺｎ空孔等の結晶
欠陥が、ＺｎおよびＳｅ原料に由来する残留不純物と複
合欠陥を形成し、キャリアを補償してしまうため、Ｚｎ
Ｓｅ層は非常に高抵抗（比抵抗１０”Ω・ｃｍ以上）と
なるので、（１００）Ｓｉ基基板色の絶縁分離が容易で
あるという利点がある。

本発明は上記の具体例に限定されるものでなく、例えば
中間層２は、Ｚ　ｎＳ　、ｘＳ　ｅｘｉ品、ＺｎＳｅ、
−ｘＴｅｘ混品、ＺｎＳ−ＺｎＳｅ超格子またはＺｎＳ
ｅ−ＺｎＴｅ超格子などであってもよく、また、上記具
体例ではＺｎＳｅ単層からなる中間層２を使用したが、
■族単結晶半導体基板ｌから■−ｖ族化合物半導体層３
に向かって層の厚さ方向に中間層２の組成を変化させる
ことも可能である。更に、中間層２上に積層する■−■
族化合物半導体層３は、Ｇａｔ−ｘＩｎｘＡｓ混晶、（
ＡＩ２＋−ｘＧａｘ）＋−ｙｌ　ｎｙＡｓ混晶、Ｇａｔ
−ｘ　１　ｎｘＡｓ　−Ｇａｔ−ｙ　Ｉ　ｎｙＡｓ超格
子またはＧａ、−ｘＩｎｙＡｓ−ＡＬ−ｙＩｎｙＡｓ超
格子であってもよい。

また、■族単結晶半導体基板は、（１００）Ｓｉ基板の
ほか、（１１１）Ｓｉ基板、（２１１）Ｓｉ基板、（１
００）２〜５°オフＳｉ基板またはＧｅ単結晶基板であ
ってもよい。

更に、上記具体例において、中間層２および■−■族化
合物半導体層を形成する際、分子線エピタキシャル成長
法を使用しているが、他の方法、例えば、ガスソース分
子線エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法および
気相成長法などを用いることら可能であり、また、本発
明の要旨を変更しない範囲内において、種々の設計変更
を行うことが可能である。

［発明の効果］ 上述のように、本発明によれば、■族単結晶半導体基板
上に中間層を介して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶
成長させることにより形成される化合物半導体基板にお
いて、■−■族化合物半導体から成る中間層を形成し、
更に、中間層成長の初期において、■族単結晶半導体基
板の最表面に吸着する原子を制御することにより、アン
チフェイズドメイン構造の発生を抑えろことが可能とな
り、このような中間層上に形成したＩ［Ｉ−Ｖ族化合物
半導体層は、表面モホロジーの良好な結晶性の優れたも
のとなり、良質で安価な化合物半導体基板を得ることが
可能となった。

更に、中間層として用いるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で
は、結晶欠陥と残留不純物による複合欠陥がキャリアを
補償してしまうため、中間層は非常に高抵抗となり、■
族単結晶半導体基板とＩ［Ｉ−Ｖ族化合物半導体層との
絶縁分離が容易であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一具体例である化合物半導体基板の断
面図、第２図は第１図の化合物半導体基板において、Ｚ
ｎ分子線照射を行なった場合のシリコン基板とＺｎＳｅ
中間層との界面のドメイン構造を示す図、第３図は中間
層としてＧｅを用いた従来の化合物半導体基板を示す断
面図、第４図は中間層としてＧａＡｓ／ＧａＡｓＰ歪超
格子を用いた従来の化合物半導体基板を示す断面図、第
５図は、第１図の化合物半導体基板においてＺｎ分子線
照射を実施せずにＺｎＳｅ中間層を形成した場合のシリ
コン基板とＺｎＳｅ中間層との界面のドメイン構造を示
す図である。 ｌ・・・■族単結晶半導体基板、２・・・中間層、３・
・・■−Ｖ族化合物半導体層、２ト・・Ｚｎ原子、２２
・・・Ｓｅ原子、２３・・・Ｓｉ原子、２４・・・Ｓｉ
基板、２５・・・ＺｎＳｅ中間層、２６・・・界面、３
１・・・シリコン基板、３２・・・Ｇｅ中間層、３３・
・・ＧａＡｓ層、４１・・・シリコン基板、Ｊ　　ｎ−
／Ｉ　−Ａ　　５　　／／Ｍ　−＾−ｒ＋２ζＭｋＪｙ
？出１日妖Ｚ４３・・−ＧａＡｓＦＭ、５ｌ−Ｚｎ原子
、５２・・・Ｓｅ原子、５３・・・Ｓｉ原子、５４・・
・Ｓｉ基板、５５・・・中間層、５６・・・界面、 ５７・・・アンデフエイズ境界。 特許出願人住友電気工業株式会社 代　理　人　弁理士青白　葆　ほか２名第１図 第２図 ○−２２ 第３図　　　　　　　　　第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、IV族単結晶半導体基板上に、中間層を介してIII−
   Ｖ族化合物半導体層を形成した化合物半導体基板であっ
   て、該中間層が、II−VI族化合物半導体から成る化合物
   半導体基板。 ２、IV族単結晶半導体基板上に、II−VI族化合物半導体
   から成る中間層を形成する際、IV族単結晶基板上にII族
   原子およびVI族原子のいずれか片方のみを供給した後に
   、中間層を形成したことを特徴とする特許請求範囲第１
   項記載の化合物半導体基板。 ３、該中間層がＺｎＳ＿１＿−＿ｘＳｅ＿ｘ混晶または
   ＺｎＳ−ＺｎＳｅ超格子から成り、該III−Ｖ族化合物
   半導体が、Ａｌ＿１＿−＿ｙＧａ＿ｙＡｓ混晶である特
   許請求の範囲第１項記載の化合物半導体基板。 ４、該中間層がＺｎＳｅ＿１＿−＿ｘＴｅ＿ｘ混晶もし
   くはＺｎＳｅ−ＺｎＴｅ超格子から成り、該III−Ｖ族
   化合物半導体が、Ｇａ＿１＿−＿ｘＩｎ＿ｘＡｓ混晶ま
   たはＧａ＿１＿−＿ｘＩｎ＿ｘＡｓ−Ｇａ＿１＿−＿ｙ
   Ｉｎ＿ｙＡｓ超格子である特許請求の範囲第１項記載の
   化合物半導体基板。 ５、該中間層がＺｎＳｅ＿１＿−＿ｘＴｅ＿ｘ混晶また
   はＺｎＳｅ−ＺｎＴｅ超格子から成り、該III−Ｖ族化
   合物半導体が、（Ａｌ＿１＿−＿ｘＧａ＿ｘ）＿１＿−
   ＿ｙＩｎ＿ｙＡｓ混晶またはＧａ＿１＿−＿ｘＩｎ＿ｘ
   Ａｓ−Ａｌ＿１−＿ｙＩｎ＿ｙＡｓ超格子である特許請
   求の範囲第１項記載の化合物半導体基板。