TWI505504B - Method for manufacturing epitaxial crystal substrate - Google Patents
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Description
本發明係關於使用在半導體裝置的製造之外延結晶基板之製造方法,特別是關於基板與外延層為晶格不整合的場合下之有用的技術。
近年來,使用於雷射二極體或受光元件的半導體裝置,在很多光波長範圍被實用化,被運用於近紅外線到藍光為止的寬廣的範圍。
使用於這些的半導體裝置之基板,通常,係藉由外延成長方法來製造,此時,習知技術係使用組合不同材料之異質介面(hetero junction)。異質介面自1962年由H. Kroemer提出根據雙重異質接合之雷射二極體以來,於液相外延法,氣相外延法等各種外延成長技術都已實用化。
如此般於基板上使異種之半導體層外延成長的場合,選擇晶格常數與基板幾乎相等的半導體材料系而進行成長已經成為一般常識。這是因為使用晶格常數與基板不同的材料來進行外延成長的話,伴隨著晶格常數之差會蓄積應變能(strain energy),超過某個臨界膜厚的話會於外延層導入失配位錯(misfit dislocation),形成被稱為交叉影線(cross hatch)的表面模樣。接著,於外延層一旦導入失配位錯的話會使結晶性劣化,所以要製作高性能的半導體裝置會變得困難。
另一方面,最近被提出了使晶格常數與基板不同的半導體層外延成長的方法,而形成使外延層之總應變量抑制於臨界膜厚以下之應變超晶格的方法,或是進行超過臨界膜厚的外延成長也變成可能(例如,專利文獻1)。
根據專利文獻1,在具有1.35eV的能隙的InP基板進行晶格整合的InGaAsP材料系,可以成長具有0.75eV的能隙之InGaAs。此場合,作為對應的光波長,可以覆蓋至0.92~1.65μm。此外,於專利文獻1,揭示著可以利用有機金屬氣相成長法(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)或氯化物VPE(Chloride Vapor Phase Epitaxy)法來進行外延成長。一般而言,從量產性,或膜厚/組成的精密控制之觀點來看,以MOCVD法為較佳,現在幾乎所有用於半導體裝置的外延結晶基板都是藉由MOCVD法來製造的。
然而,在近紅外線區域之1.9~2.6μm帶域,除了水分以外,還有氣體之特定吸收帶,除了對於氣體到固體之各種水分濃度的測定上非常有用以外,作為測定200~500℃之中溫度區域的輻射熱的感測器也很有效,非常有效地應用於各種加熱步驟之非接觸監視。以半導體裝置來實現這樣的感測器,而且可生產率佳的被製造的話,對於影像感測器來說是很有效的,除了製程監視、品質管理以外,在防止火災等各種用途都可以期待其應用。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2003-309281號公報
然而,對應於前述之長波長帶的半導體(例如Inx
Ga1-x
As(x>0.54))因為與基板之晶格不整合度很大,所以為了要外延成長此半導體,會成長出內含應變的InGaAs層,或是有必要在InP基板上使用InAsP或InAlAs等材料成長出組成梯度層,使晶格常數改變。在這樣的方法,因為會形成比較厚(例如4μm以上)的組成梯度層,所以在超過臨界膜厚時會導入非常多的失配位錯(misfit dislocation),使得要成長具有優質的結晶性之外延層變得困難。
形成組成梯度層,是很久前即已知的方法,從前藉由氯化物氣相外延法(Vapor Phase Epitaxy,VPE)或者鹵化物VPE法在GaP基板上外延成長GaAsP之材料,而製作發光二極體(LED)。有機金屬氣相成長法(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition),由於其成長構造或結晶性的限制而與氯化物VPE法相比成長速度較慢,多以0.5~3.0μm/hr之速度進行,被認為不適於成長整體要成為10μm以上的厚度之外延層。
另一方面,氯化物VPE法,與MOCVD法相比成長速度快上數倍至數十倍,所以可以在比較短的時間內成長出厚的構造,但反應管中的氣體流動方向的均勻性很差,此外因為基板周邊部的結晶面方位的不同導致容易發生周邊異常成長。進而,由於在反應管內因落下的異物導致之表面缺陷等的發生,對於其後的元件製作製程造成很大的影響,並不適於廉價製作大量的裝置。此外,把感測器作為積體元件來應用,製作影像感測器這樣的場合,元件間的特性無法安定,會有適用的用途受到限制的問題。
根據本案發明人的團隊的研究,發現即使使用MOCVD法,也可以製作可得到技術上與氯化物VPE法同等的裝置特性之外延基板的條件。基本上,成長與氯化物VPE法同等的10μm以上的厚度的外延構造是很重要的,在MOCVD法的純度提高或均勻性的方面,可以生產進而更高品質的外延基板。
具體而言,原料使用TMIn與AsH3
或PH3
之原料氣體與H2
承載氣體,在成長溫度600℃、壓力50Torr下,於InP基板上成長InAsx
P1-x
之三元系混晶。此時,藉由精密地改變ASH3
與PH3
之氣體流量比率,可以改變InAsP之固相組成。此外,藉由把SiH4
氣體作為摻雜氣體來使用,連不純物濃度也可以控制,可得從高電阻到低電阻之任意電阻率的InAsP外延層。
成長如前所述的組成梯度層的場合,一旦使組成大幅變化的話,會多結晶化,或是表面變粗糙,或基板於成長中彎曲進而會使異常成長更為增長,所以組成多會伴隨著成長時間而徐徐使其改變,或者使其階梯狀地改變。然而,如從前所已知的,外延層的膜厚超過臨界膜厚時會形成失配位錯(misfit dislocation)導致之格子紋的交叉影線(cross hatch)圖案。為了驗證其模樣,調查了使用MOCVD法成長的InAsP所構成的組成梯度層。
圖6顯示於InP基板上成長由InAsx
P1-x
(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30)所構成的組成梯度層的場合之透過式電子顯微鏡(TEM: Transmission Electron Microscope)來觀察之例。如圖6所示,組成呈階梯狀變化時,觀察到不規則的失配位錯(misfit dislocation)。應該是這樣的不規則的位錯之發生程度,會隨著使用的基板的平坦性,或成長條件等而改變,在基板面內要均勻地使其發生是很難的,結果,於外延層產生殘留應變,或是原子層級的成長台階間隔會改變,使得成長速度產生變動(fluctuation),結果形成了交叉影線(cross hatch)模樣。進而更糟糕的場合,是局部應變未受到緩和,亦可能發生破裂。
此外,如圖7所示,於此組成梯度層之上,成長使用於實際的受光元件之In0.82
Ga0.18
As受光層及InAs0.62
P0.38
窗層所構成的外延層的話,表面所產生的稱為交叉影線(cross hatch)的表面形態(morphology)會被強調。初期的小的成長台階的紊亂或缺陷,會隨著成長膜的厚度變厚而變大變得醒目,而形成清楚的交叉影線(cross hatch)圖案。
另一方面,雖然可以成長非常薄的組成梯度層,但在外延層很薄的場合會由於晶格不整合而導致應變無法充分緩和,而直接殘留作為基板的翹曲,或是形態惡化等,在結晶內之應變殘留下來的情況下,無法形成高品質的外延層。亦即,在從前的技術,藉由於各層形成比臨界膜厚更厚的外延層,而緩和應變,同時進而成長厚的膜被認為是重要的。
如此般,為了要形成沒有破裂或沒有表面形態劣化的高品質的InAsP層,有必要把InAsP所構成的組成梯度層形成為很厚,結果,外延成長需要長時間,會有製造成本增大的問題。
本發明之目的在於提供在使晶格常數與基板不同的半導體所構成的外延層成長的場合很有用的,能夠以低成本實現具備優質且均勻的外延層之外延結晶基板之製造技術。
申請專利範圍第1項所記載之發明,係為了達成前述目的而完成之發明,其係一種外延結晶基板之製造方法,特徵為:使用由第1化合物半導體所構成,於表面具有台階-階面(step-terrace)構造的基板,於此基板表面,在同一階面內使組成改變同時使第2化合物半導體所構成的組成改性層進行台階流動生長(step-flow growth),於前述組成改性層上,使與前述第1化合物半導體的晶格常數不同的第3化合物半導體所構成的外延層(epitaxial layer)成長。
申請專利範圍第2項所記載之發明,係於申請專利範圍第1項所記載之外延結晶基板之製造方法,特徵為以使前述第2化合物半導體之晶格常數階梯狀地變小的方式改變組成。
申請專利範圍第3項所記載之發明,係於申請專利範圍第2項之外延結晶基板之製造方法,特徵為前述基板,係因應於前述第1化合物半導體與前述第3化合物半導體之晶格不整合度而使面方位傾斜之脫離(off)基板。
申請專利範圍第4項所記載之發明,係於申請專利範圍第3項之外延結晶基板之製造方法,特徵為直到前述台階-階面(step-terrace)構造之台階實質消失為止進行層積形成前述組成改性層。
申請專利範圍第5項所記載之發明,係於申請專利範圍第4項之外延結晶基板之製造方法,特徵為前述第1化合物半導體為InP,第2化合物半導體係以Inx
Ga1-x
As(0≦x≦1)構成,第3化合物半導體係以InAsy
P1-y
(y>0)構成。
申請專利範圍第6項所記載之發明,係於申請專利範圍第1至5項之任一項之外延結晶基板之製造方法,特徵為藉由有機金屬氣相成長法來成長前述組成改性層及前述外延層。
以下,說明直到完成本發明之過程。
圖1係顯示基板上之外延成長的機制之圖。為了簡單化,以(100)面為基準,說明在基板之面方位由(100)起傾斜了脫離角(off-angle)θ的基板(以下,稱為脫離(off)基板)上外延成長III-V族化合物半導體的場合。
如圖1所示,以原子層級來看脫離(off)基板的表面的話,被形成由被稱為台階(step)的1個原子或分子分的階差S與被稱為階面(terrace)的平坦的面T所構成的階梯狀的台階-階面(step-terrace)構造。例如,根據參考文獻「Journal of Crystal Growth 179(1997)18-25」,顯示研磨加工而處理基板之後,在原子層級會變成粗糙的表面,但是在外延成長裝置內在氫氣或次膦酸氛圍下升溫,保持一定時間,會於表面出現台階-階面(step-terrace)構造。
此台階-階面(step-terrace)構造,應該是隨著基板表面之III族原子的表面遷移(migration),與V族原子之表面覆蓋的程度,而交卸至外延層。此處,所謂表面遷移,係指由氣相中到達基板表面的原子,擴散於基板表面,而移動到台階的位置。
通常,對具有台階-階面構造的基板表面進行外延成長的話,會以被稱為台階流動生長(step-flow growth)的機制成長外延層。在此台階流動生長,到達基板表面的原子,會被構成表面的原子的位能所拘束,藉由受到原子種類或晶格振動的影響同時使表面隨機移動,最終會由階面(terrace)位置移動往台階(step)之位置。台階S被平行地形成於幾乎直線上的話,由氣相中到達表面的原子,預測會移動於階面T上,很迅速地抵達台階S。接著,在台階端產生成長,結晶成長會以台階S流動的模樣進行著。根據台階流動生長(step-flow growth)的話,在圖1中台階S會由左朝向右方移動。
此時,表面遷移(migration)速度,會隨著成長溫度或氣體的分壓、原子種類而改變。特別是,V族原子會於表面形成特有的結合構造,所以被認為必須要有充分的表面覆蓋。
接著,與III族原子到達表面的速度相比,到達的原子往台階移動所需的表面遷移速度充分地快的話,外延層也會形成台階-階面(step-terrace)構造。如果,表面遷移速度充分快的話,會與階面T上的其他原子結合,逐漸形成島狀,如果成長得比較厚的話應該會引起表面粗糙。
是否被形成台階-階面(step-terrace)構造,可以藉由原子間力顯微鏡(AFM: Atomic Force Microscope)等來確認。這樣的台階流動生長的機制是很重要的,附著於表面的原子會隨著基板結晶而有規則地排列。
此處,如圖2所示,著眼於台階S的階差(高度)A,與相鄰的台階S之間隔(階面T的寬幅)B所形成的直角三角形的話,於基板表面斜向成長緩衝層而可以掩埋相當於1分子層的階差A的話,在此緩衝層表面被認為變成擬似相當於斜邊C的晶格常數(亦即,基板的晶格常數的1/cosθ)。如此一來,變成可以在此使由晶格整合的半導體所構成的外延層成長。
又,被形成於基板表面的階面T的寬幅係以基板面方位的偏移(脫離角(off-angle))來控制,直角三角形的斜邊C與階面的夾角為脫離角(off-angle)θ係屬已知。
另一方面,使用晶格常數與基板不同的半導體材料來進行外延成長的話,伴隨著晶格常數之差的應變能(strain energy)會蓄積於外延層,當該應變能超過某個位錯導入的能量的臨界值時,會被導入失配位錯(misfit dislocation)。此應變能係以應變量與厚度來決定的。
此外,直到被導入失配位錯為止之閘,是成為彈性力學地應變之結晶晶格。此應變的結晶,在橫方向上(階面的面內方向)上保有與基板相同的晶格常數,但是在縱方向(台階的高度方向)上自由地伸張,已知與原本沒有應變的狀態相比,具有只有大上一些的晶格常數。應變量,根據縱向與橫向的彈性係數的關係,大致計算相當於2倍。總之,在完全沒有應變的狀態下外延成長晶格常數與基板有1%的不同的材料的場合,被認為在外延層於縱方向上會有2%程度的應變。
例如,於InP基板上成長由InAs或GaAs所構成的外延層的場合,InP,InAs,GaAs的晶格常數分別為5.86,6.05,5.63,所以對於InP之InAs、GaAs的晶格不整合度Δa/a分別成為+3.2%、-3.9%。
此處,晶格不整合度Δa/a係以
Δa/a=(aepi-asub)/asub
aepi:外延層的晶格常數
asub:基板的晶格常數
來定義的。
接著,被形成於InP基板上的InAs或GaAs之外延層晶格常數在縱方向上約應變(扭曲)兩倍,分別成為應變+7.4%,-7.8%。亦即,在InP基板表面之階面內使InAs與GaAs排列成長的話最大會形成14.2%之階差。如此一來,於InP基板表面之階面內,使In之組成x階段性地改變之Inx
Ga1-x
As(0≦x≦1)所構成的組成改性層層積2~10層程度的話,可以使階差減低至移動至台階的原子感受不到台階的能量差的程度。
本案之發明人,著眼於根據前述之台階流動生長(step-flow growth)之成長機制與縱方向的應變量,而檢討外延成長出比基板的晶格常數更大的晶格常數的半導體。具體而言,於具有台階-階面(step-terrace)構造的基板表面,積極地形成縱方向的彈性應變導致的週期性的凹凸,使其成為台階-階面構造被緩和的表面形狀,而嘗試成長晶格常數不同的外延層。
接著,作為掩埋圖2之階差A的手法,提議出在基板表面的階面內外延成長階段性地改變化合物半導體(例如Inx
Ga1-x
As)的組成之組成改性層(緩衝層)。此外,藉由相關的手法,發現可以良好地成長具有相當於斜邊C的晶格常數的化合物半導體所構成的外延層,從而完成本發明。
如圖2所示,基板之面方位由(100)傾斜了脫離角θ的場合,可以外延成長相當於基板的晶格常數的1/cosθ之晶格常數的半導體,所以,例如在基板的脫離角θ為5°時,可以外延成長與此基板之晶格不整合度為0.38%的半導體。通常,在外延成長,與基板之晶格不整合度以在0.1%以下為較佳,所以本案可以外延成長在從前的技術所無法成長的組成的半導體。
如此般,活用有機金屬氣相成長法的特徵,可以製造品質與成本兩方面均很安定的外延結晶基板。
根據本發明,因為可以在基板上成長晶格常數與此基板不同的半導體所構成的外延層的場合,防止起因於晶格不整合而導致外延層的結晶性降低,所以可以實現具備優質且均勻的外延層的外延結晶基板。此外,被形成於基板上的組成改性層之膜厚與從前的組成梯度層相比更進一步地薄,需要的成長時間變短,所以可以謀求低成本化。
以下,根據圖面說明本發明之實施形態。
在本實施形態,針對藉由MOCVD法,於InP基板上形成Inx
Ga1-x
As(0≦x≦1)之組成改性層,於其上成長InAsy
P1-y
(y=0.12)之外延層的場合來進行說明。
相對於InP之晶格常數為5.86,InAs0.12
P0.88
之晶格常數為5.883,晶格不整合度大到0.39%,所以於InP基板上直接外延成長InAs0.12
P0.88
的話,外延層的結晶性會降低。在本實施形態,藉由在InP基板上形成Inx
Ga1-x
As(0≦x≦1)之組成改性層,於InAs0.12
P0.88
所構成的外延層,防止晶格不整合導致的位錯的產生而使結晶性降低。
首先,準備由特定的面方位(例如(100))傾斜僅脫離角θ之InP基板。此時,因應於基板、要成長的半導體之晶格不整合度而決定基板之脫離角。
圖3係顯示藉由基板之脫離角(off-angle)與組成改性層而可形成無應變之晶格不整合度(1/cosθ)之關係。由圖3,在成長晶格常數比基板大2%的結晶時,變成只要使用脫離角為11.5°的基板即可。於實施形態,InP與InAs0.12
P0.88
的晶格不整合度為0.39%,所以最好使InP基板的脫離角θ為5°。
把準備的InP基板配置於MOCVD裝置內,在真空中或主要包含氫原子的氣體中加熱,於基板表面形成台階-階面構造。
接著,於InP基板表面,在同一階面內使組成改變同時使由Inx
Ga1-x
As(0≦x≦1)所構成的組成改性層台階流動生長(step-flow growth)。
在本實施形態,最終係使格子常數比InP基板更大的InAsP外延成長,因此係以構成組成改性層的Inx
Ga1-x
As(0≦x≦1)的晶格常數以階段性變小的方式使組成改變。例如,使In的組成x以1,0.5,0的方式階段性改變,而以InAs(x=1),GaInAs(x=0.5),GaAs(x=0)構成組成改性層。總之,以晶格常數不同的複數之量子細線構成1分子層,而數個分子層被層積構成組成改性層。
具體而言,階面寬幅為分子100個份的場合,以InAs30個、InGaAs30個、GaAs30個、InGaAs10個的方式合計排列100個而構成1分子層。此外,組成改性層的層積數(相當於厚度),為使台階之階差實質消失的程度,亦即,抵達台階的原子感受不到台階的能量差的程度,反覆0.0043μm之厚度(相當於15個分子)同時使其成長。
此處,為了要效率佳地掩埋台階的階差,由台階端成長晶格常數大的InAs,於階面終端成長晶格常數小的GaAs為較佳。但是,在現實中要進行這樣的控制是困難的,藉由剛好在台階的位置使成長最後10個份之InGaAs,由台階端成長GaAs,或者於階面終端成長InAs而防止所意圖的組成改性被極端地妨礙。
又,InP基板與構成組成改性層的InAs,GaInAs,GaAs之晶格不整合度很大,但使其成長的厚度比臨界膜厚(在量子井構造為約0.005μm,相當於17分子層)更薄,所以不會產生起因於晶格不整合的失配位錯(misfit dislocation)。又,可知成長的厚度,係接近於臨界膜厚的厚度,在等於臨界膜厚時不一定會導入顯著的位錯,實際上是在稍微更厚處徐徐增加位錯。
使組成改性層成長時的成長模式(成長條件),只要是組成改性層進行台階流動生長(step-flow growth)者即可,沒有特別限制。例如,於組成改性層之原料氣體使用TMGa、TMIn、PH3
、AsH3
。組成改性層之成長時的溫度為580℃,壓力為0.008MPa。
此外,如前所述以合計100個分子構成組成改性層之1分子層的場合,在1分子層之成長花費10秒,以InAs花3秒、InGaAs花3秒、GaAs花3秒、InGaAs花1秒而進行成長的方式調整原料氣體的供給量。氣體的切換,最好是為了使遷移確實進行而包夾著特定時間(例如3秒鐘)的中斷。
接著,於組成改性層之上成長由InAs0.12
P0.88
所構成的外延層。組成改性層表面的晶格常數,與InAs0.12
P0.88
之晶格常數幾乎一致,所以形成優質的外延層。實際上,使InAs0.12
P0.88
成長約2μm之厚度時,確認了很少位錯之優良的結晶性。
圖4係於InP基板上形成由Inx
Ga1-x
As(0≦x≦1)所構成的組成改性層的場合之模擬結果之說明圖。在圖4,顯示在橫方向之原子排列的15-16之間被形成台階,階面寬幅排列著15個份以上的原子的場合。
在圖4,約成長10層程度時,已經有1分子層程度的階差被解消,原本有台階的地方已經很難再正確找到,觀察組成改性層表面的平均凹凸時有明顯的傾斜。此外,當初有台階的第15原子附近成為被形成失配位錯(misfit dislocation)那樣的階差,控制了位錯線形成的位置。
又,如前所述,於階面內同時引入拉伸與壓縮雙方之應變,也給人結晶容易破壞的印象,但於近年來的應變MQW成長,藉由這樣的拉伸與壓縮應變而減少總應變量的情形而成為得到沒有交叉影線(cross hatch)的結晶之手法而普遍應用著。
此外,前述之在1階面內形成組成梯度的方法,如在文獻(P. M. Petroff et al.,J. Cryst. Growth 95(1989) 260-254)之中也提到的,從以前即屬已知,在某個成長條件下可以成長。藉由儘可能地使氣體切換之計時保持為正確而可成長適切的組成改性層。
藉由應用這些方法,可以得到往縱方向局部應變之組成改性層。要使原子1個1個地進行配置那樣的正確組成控制是很困難的,但是考量到先前技術刻意使相當於晶格不整合度那樣的失配位錯導入最大限度而成長出不同的組成,更進一步使失配位錯被削減,而可以成長出結晶性良好者。此外,與到現在為止作為組成梯度層成長了非常多層者相比,只有以數個分子層形成組成改性層,所以可以更進一步縮短成長時間。
如此般,相關於實施形態之外延結晶基板,係藉由使用由第1化合物半導體(InP)所構成,於表面具有台階-階面(step-terrace)構造的基板,於此基板表面,在同一階面內使組成改變同時使第2化合物半導體(Inx
Ga1-x
As)所構成的組成改性層進行台階流動生長(step-flow growth),於此組成改性層上,使與第1化合物半導體的晶格常數不同的第3化合物半導體(Iny
As1-y
P)所構成的外延層(epitaxial layer)成長而被製造的。
亦即,因為可以防止起因於晶格不整合而使外延層的結晶性降低的問題,所以實現具備優質且均勻的外延層之外延結晶基板。此外,被形成於基板上的組成改性層之膜厚與從前的組成梯度層相比更進一步地薄(例如1μm以下),需要的成長時間變短,所以可以謀求低成本化。
此外,在由InAs0.12
P0.88
所構成的優質的外延層之上成長晶格常數為5.88之Inx
Ga1-x
As(x=0.60)所構成的外延層的話,可以實現適切於長波長帶(λ=1.85μm)之剛好對應於空氣中的水分吸收帶域的半導體裝置之外延結晶基板。
進而,可以控制被導入組成改性層的位錯處所,所以成為具有良好的形態的外延層,同時可以減低在成長中飛來的異物,所以於半導體裝置的製造過程減低平坦表面所被要求的光蝕刻(photolithography)之問題。
以上根據實施形態具體說明根據本案發明人所進行的發明,但本發明並不以上述實施形態為限,在不逸脫其要旨的範圍內當然可進行變更。
在前述實施形態,顯示如圖2所示利用往縱方向的應變而消除原子台階導致的階差,亦即縮小基板的脫離角的場合,相反的藉由以使構成組成改性層的化合物半導體的晶格常數階段性變大的方式改變組成,而增大脫離角亦可以考慮(參照圖5)。藉此,即使不準備於各裝置具有不同脫離角的基板,也可以藉由組成改性層而控制最終成長的外延層之面方位。
此外,於基板表面之1階面內,如果可以成長晶格常數為大小大小,或者小大小大的半導體的話,預估可以進行台階間隔成為一半的傾斜成長。藉由單獨使用或組合運用這樣的方法,可以緩和基板面方位的選擇所導致的限制條件。
此外,在前述實施形態,說明了在InP基板上使InAsP外延成長的外延結晶基板,但是在Si基板上外延成長GaAs或InP的場合等,於基板上成長晶格常數不同的半導體所構成的外延層的場合也可以適用本發明。在此場合,組成改性層的構成,可以在不使外延層的結晶性降低的範圍內適當地選擇。
本次揭示之實施形態,所有各點僅為例示不應該視為限制條件。本發明之範圍不以前述說明為限而係如申請專利範圍所示,進而還意圖包括與申請專利範圍均等之範圍內的所有變更。
A...台階的階差
B...台階間隔(階面寬幅)
C...斜邊
S...台階(step)
T...階面(terrace)
θ...脫離角(off-angle)
圖1係顯示基板上之外延成長的機制之圖。
圖2係供說明本發明的概念之圖。
圖3係顯示藉由基板之脫離角(off-angle)與組成改性層而可形成無應變之晶格不整合度之關係。
圖4係於InP基板上形成由Inx
Ga1-x
As(0≦x≦1)所構成的組成改性層的場合之模擬結果。
圖5係顯示增大脫離角(off-angle)的組成改性層之一例之圖。
圖6係顯示以透過型電子顯微鏡觀察根據從前技術之外延結晶基板的剖面之相片例。
圖7係顯示以光學顯微鏡觀察根據從前技術之外延結晶基板的表面之相片例。
A...台階的階差
B...台階間隔(階面寬幅)
C...斜邊
S...台階(step)
T...階面(terrace)
θ...脫離角(off-angle)
Claims (6)
- 一種外延結晶基板之製造方法,其特徵為:使用由第1化合物半導體所構成,於表面具有台階-階面(step-terrace)構造的基板,於此基板表面,使第2化合物半導體所構成的組成改性層,以在同一階面內沿著朝向鄰接的階面的方向使組成改變的方式進行台階流動生長(step-flow growth),於前述組成改性層上,使與前述第1化合物半導體的晶格常數不同的第3化合物半導體所構成的外延層(epitaxial layer)成長。
- 如申請專利範圍第1項之外延結晶基板之製造方法,其中以使前述第2化合物半導體之晶格常數階梯狀地變小的方式改變組成。
- 如申請專利範圍第2項之外延結晶基板之製造方法,其中前述基板,係因應於前述第1化合物半導體與前述第3化合物半導體之晶格不整合度而使面方位傾斜之脫離(off)基板。
- 如申請專利範圍第3項之外延結晶基板之製造方法,其中直到前述台階-階面(step-terrace)構造之台階實質消失為止進行層積形成前述組成改性層。
- 如申請專利範圍第4項之外延結晶基板之製造方法,其中前述第1化合物半導體為InP,第2化合物半導體係以Inx Ga1-x As(0≦x≦1)構成,第3化合物半導體係以InAsy P1-y (y>0)構成。
- 如申請專利範圍第1至5項之任一項之外延結晶基板之製造方法,其中藉由有機金屬氣相成長法來成長前述組成改性層及前述外延層。
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