JPH03145720A - 化合物半導体の成長方法及びこれに使用するシリコン基板 - 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） この発明は、シリコン（Ｓｉ）基板上に化合物半導体を
成長する方法及びこれに使用するシリコン基板に関する
ものである。

（従来の技術） シリコン基板上にＧａＡｓをはじめとする化合物半導体
を成長させることかできれば、従来にない大面積な化合
物半導体基板が得られるばかりでなく、シリコンが有す
る特徴と、化合物半導体が有する特徴とを生かした有益
な半導体装置を得ることが期待できる。そこで、シリコ
ン基板上に化合物半導体を成長させるための研究か従来
から精力的に行なわれている。

例えば文献（ｒＭＯＣＶＤによるＧａＡｓ／Ｓｉのへテ
ロエピタキシー」　：第１５回薄膜・表面物理セミナー
（１９Ｂ？）ｐｐ、　１８１〜１９３）に（よ、シリコ
ン基板上にシングルドメインのＧａＡｓ７ａ成長させる
ことができる方法として、２つの代表的な成長方法が開
示されている。

その１つは、まずシリコン基板表面のクリーングを図る
ために８５０″Ｃ以上の高温でシリコン基板を熱処理し
、次にこのシリコン基板上に低温てＧａＡｓバッノア層
を成長させ、然る後高温で所望のＧａＡｓ層を成長させ
るいわゆる２段階成長法である。

他の１つは、シリコン及び化合物半導体それぞれの格子
定数の違いによる格子不整合を緩和するために、シリコ
ン基板上にまず歪超格子を形成し、その後にＧａＡｓ％
成長させる方法である。

また、成長中に化合物半導体層に発生する高田度の転位
を低減する目的で、上述のような成長方法の実施中に化
合物半導体層の成長を一時中断し高温度てのアニールを
行なういわゆる熱処理法もあった。

これらいずれの方法においても、第３図（Ａ）に断面図
を以って示すように、シリコン基板１１を、前洗浄の工
程においてその全表面で清浄なシリコン面が露出される
ようにまず洗浄し、次に、第３図（Ｂ）に示すように、
基板１１の、化合物半導体の被成長領域としての例えば
主面１１ａ土に、２段階成長法或いは歪超格子バッファ
層を用いる方法により、化合物半導体１３の成長を行な
っていた。

（発明か解決しようとする課題） しかしなから、従来の方法は、シリコン基板を高温度で
熱処理する工程を含んでいるため、シリコン基板から化
合物半導体成長層中へシリコンかオートドーピングして
しまい、その結果、シリコン基板上に得られる化合物半
導体の品質を低下させてしまうという問題点かあった。

具体例でいえば、上述した２段階成長法によりシリコン
基板上に例えばアンドープのＧａＡｓ層を成長させたと
ころ、得られた層は電子濃度か１ｘｌＯ１６ｃｒｒｒ３
のｎ型のＧａＡｓ層となってしまった。ＧａＡｓ基板上
にアンドープのＧａＡｓ層を成長させた場合に得られる
ＧａＡｓ層の電子濃度か、通常は、ｌＸ１０１４ｃｍ−
３以下であることを考えると、シリコン基板上に成長さ
せたＧａＡｓの電子濃度かいかに大きいかかわかる。

また、上述した熱処理法を用いて化合物半導体層中の転
位記度の低減を図った場合のＧａＡｓ層の電子濃度は、
熱処理を施した部分では１０ｃｍ−３オーダーになった
。

このようなＰ。１題の解決を図るため、この出願に係る
発明者は種々の検討を重ねた結果、シリコン基板の、化
合物半導体の被成長領域から化合物半導体成長層へのシ
リコンのオートドーピングの防止は困難としても、被成
長領域以外の領域からのシリコンのオートドーピングを
防止すれば、化合物半導体成長層の品質改善か図れると
いう結論に達した。

この発明は、このような結論に着目してなされたもので
あり、従ってこの発明の目的は、シリコン基板上に化合
物半導体を成長させている陣中に、シリコン基板から化
合物半導体へと行なわれるシリコンのオートド−どング
を従来より低減で）る方法と、この方法に使用するシリ
コン基板とを提１共すること（こある。

（課題を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この出願の第一発明によれ
ば、シリコン基板上に化合物半導体を成長するに当たり
、 シリコン基板の、化合物半導体を成長させる領域以外の
所定領域に、この領域から当該化合物半導体へのシリコ
ンのオートドーピングを阻止する保護膜を設け、 この保護膜付きシリコン基板上に化合物半導体を成長す
ることを特徴とする。

また、この出願の第二発明によれば、表面に化合物半導
体が成長されるシリコン基板においで、化合物半導体の
被成長領域以外の所定領域にこの領域から当該化合物半
導体層へのシリコンのオートドーピングを阻止する保護
膜を具えて成ることを特徴とする。

なお、上述の第−及び第二発明の実施に当たり、前述の
保護膜をシリコン酸化膜とするのが好適である。なお、
ここでいう保護膜としてのシリコン酸化膜とは、シリコ
ン基板に通常形成されている自然酸化膜とは異なり、化
合物半導体の成長前に行なわれるシリコン基板のクリー
ニング処理等によって除去されることがないような膜厚
のものを意味する。一般１こ自然酸化膜の膜厚は最大で
も数１０人といわれていることを考えると、この発明で
いう保護膜としてのシリコン酸化膜の膜厚は、例えば１
００Å以上好ましくは数１００Å以上とするのが好適で
ある。

また、第−及び第二発明でいうシリコン基板とは、シリ
コン基板上にエピタキシャルシリコン層を臭えるもの等
も含む。

（作用） この出願の第−及び第二発明の構成によれば、化合物半
導体の成長工程中に、保護膜の作用によって、シリコン
基板の化合物半導体が成長される領域（被成長領域）以
外の領域からの化合物半導体成長層へのシリコンのオー
トドーピングを防止できるため、後述する実験結果から
も明らかなように、化合物半導体成長層の品質向上が図
れる。

（実施例） 以下、図面を参照してこの発明の化合物半導体の成長方
法の実施例及びこれに使用するシリコン基板の実施例に
つき説明する。なお、以下の説明に用いる図面はこの発
明を理解できる程度に各構成成分の寸法、形状及び配置
関係を概略的に示しである。

辰五１μト列睨朋 まず、第一発明である化合物半導体の成長方法の実施例
の説明を行なう。第１図（Ａ）〜（Ｅ）はその説明に供
する工程図であり、各図は工程中の主な段階１こおける
試料の様子を断面図を以って示したものである。

ます、シリコン基板の、化合物半導体を成長させる領域
（この領域を以下、被成長領域と称する）以外の所定領
域に、この領域から当該化合物半導体層へのシリコンの
オートドーピングを阻止する保護膜を設ける。

はじめに、シリコン基板２１を用意する（第１図（Ａ）
）。

次に、このシリコン基板２１を例えば熱酸化法により酸
化してシリコン基板２１の全表面に、膜厚が１００Å以
上例えば４７００人のシリコン酸化膜２３ヲ、保護膜２
３として形成する（第１図（Ｂ））。

次に、この実施例では、シリコン基板２１の、化合物半
導体を成長させたい領域（被成長領域）以外の所定領域
をシリコン基板２１の裏面２１ｂとし、この裏面２Ｉｂ
上に、シリコン酸化膜除去手段（例えばフッＭ）Ｉこ対
し耐性を示す材料例えばレジスト２５を形成する（第１
図（Ｃ））。

次に、保護膜（シリコン酸化膜）２３の、レジスト２５
から露出している部分を公知のシリコン酸化膜除去手段
によって除去してシリコン基板２１の主面２１ａを露出
する（第１図（Ｄ））。

次に、このシリコン基板２１に化合物半導体としてＧａ
Ａｓ層２７を成長させる。この場合の成長方法としては
、従来のいずれの成長方法を用いでもよい。この成長に
より得られた構造体を第１図（Ｅ）に示す。

次に、上述の如く成長させたＧａＡｓ層２７の品質を表
わす特性を測定した。なお、この測定のための試料の作
製に当たっでは、ＧａＡｓ層の成長を前述した２段階成
長法を用いて行ない、しがもＧａＡｓ層２７を半絶縁性
とするためにバナジウム（Ｖ）ｔドープしながら行なっ
た。そして、ＧａＡｓ層２７の膜厚が２ｕｍとなった時
に成長を停止した。

測定は次のようにして行なった。

シリコン基板２１の裏面２１ｂにある保護膜の一部を除
去して裏面２１ｂの一部を露出させる。この露出面及び
ＧａＡｓ層２７表面それぞれにオーミック電極を形成す
る。次に、これらオーミック電極間に電圧を印加しこの
電圧を徐々に上げてゆき、オーミック電極間に流れる電
流が１０ｕＡになった時の電圧（以下、耐圧電圧と略称
する）を求めた。この結果、耐圧電圧は、約４０Ｖてあ
った。

一方、オートドーピング防止用の保護膜を設けないこと
以外は実施例と全く同様な手順（すなわち従来の２段階
成長法により）によりシリコン基板上にＧａＡｓの成長
を行なって比較例の試料を得、この試料の耐圧電圧を測
定したところ、数Ｖてあり、実施例に比し非常に低いこ
とかわかった。

上述した実験結果から、この発明の成長方法に従ってシ
リコン基板上に作製したＧａＡｓ層は従来の成長方法で
シリコン基板上に作製したＧａＡＳ層よりも品質か向上
しでいることかわかる。

之ツ≦ｖ）基層【Σ淀朋 次に、第二発明であるシリコン基板の実施例につき説明
する。

く第１実施例〉 第１実施例として、化合物半導体の被成長領域をシリコ
ン基板の主面とし、被成長領域以外の所定領域を裏面と
したシリコン基板の例を示す。この第１実施例のシリコ
ン基板は、第１図（Ｄ）に示したシリコン基板に相当す
る。

〈第２実施例〉 第２図（ハ）は、第２実施例のシリコン基板２１の構成
を概略的に示した断面図である。この第２実施例のシリ
コン基板２１は、化合物半導体の被成長領域をシリコン
基板の主面２１ａとし、被成長領域以外の所定領域を裏
面２１ｂ及び側面２１ｃとした例である。従って、保護
膜２３はシリコン基板２１の裏面２１ｂ及び側面２１Ｃ
に形成しである。

〈第３実施例〉 第２図（８）は、第３実施例のシリコン基板の構成を概
略的に示した断面図である。この第３実施例のシリコン
基板２１は、化合物半導体の被成長領域をシリコン基板
の主面の一部２１ａａとし、被成長領域以外の所定領域
を全表面の、主面の一部２１ａａ以外の領域とした例で
ある。従って、保護膜２３はシリコン基板２１の全表面
から主面の一部２１ａａを除いた表面に形成しである。

上述においては、この出願の化合物半導体の成長方法及
びこれに使用するシリコン基板の実施例につき説明した
か、これら発明は上述の実施例のみに限定されるもので
はなく、以下に説明するような種々の変更または変形を
加えることができる。

上述の成長方法の発明の実施例では、化合物半導体！Ｇ
ａＡｓとしたか、この発明は、ＧａＡｓ以外の他の化合
物半導体の成長にも適用できる。

また、上述の各実施例ては、シリコンのオートドーピン
グを阻止する保護膜をシリコン酸化膜で構成した例につ
き説明したか、この保護膜を、他の材料で構成してもよ
い。このような材料としては例えばシリコン窒化膜等を
挙げることができる。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この出願の化合物
半導体の成長方法及びこれに使用するシリコン基板によ
れば、シリコン基板の化合物半導体か成長される領域（
被成長領域）以外の領域からの化合物半導体成長層への
シリコンのオートドーピングを防止できるため、化合物
半導体成長層の品質の向上を図ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｅ）は、化合物半導体の成長方法の実
施例を示す工程図、 第２図（Ａ）及び（Ｂ）は、シリコン基板の実施例の説
明に供する図、 第３図（Ａ）及びＣＢ）は、従来技術の説明に供する図
である。 ２１・・・シリコン基板、　　２１ａ・・・主面２１ｂ
・・・裏面、　　　　　２１ｃ・・・側面２１ａａ・・
・主面の一部 ２３・・・オートド−どング開止用保護膜２５・・・レ
ジスト、　　　　２７・・・ＧａＡｓ層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板上に化合物半導体を成長するに当た
   り、 シリコン基板の、化合物半導体を成長させる領域以外の
   所定領域に、該領域から当該化合物半導体へのシリコン
   のオートドーピングを阻止する保護膜を設け、 該保護膜付きシリコン基板上に化合物半導体を成長する
   こと を特徴とする化合物半導体の成長方法。
2. （２）表面に化合物半導体が成長されるシリコン基板に
   おいて、 化合物半導体の被成長領域以外の所定領域に該領域から
   当該化合物半導体へのシリコンのオートドーピングを阻
   止する保護膜を具えて成ることを特徴とするシリコン基
   板。