JPH0714776A - Production of gaas substrate and schottky barrier diode element employing it - Google Patents

Production of gaas substrate and schottky barrier diode element employing it

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JPH0714776A
JPH0714776A JP14618093A JP14618093A JPH0714776A JP H0714776 A JPH0714776 A JP H0714776A JP 14618093 A JP14618093 A JP 14618093A JP 14618093 A JP14618093 A JP 14618093A JP H0714776 A JPH0714776 A JP H0714776A
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layer
gaas
substrate
grown
gaas layer
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JP14618093A
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Hisashi Katahama
久 片浜
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To protect a GaAs layer against crack by lowering the temperature required for growing the GaAs layer thereby retraining the stress caused by the difference of thermal expansion between an Si substrate and the GaAs layer. CONSTITUTION:In the method for producing a GaAs substrate by epitaxially growing a GaAs layer on a silicon substrate, a first GaAs layer 12 is grown by 0.2mum or less on the silicon substrate 11 at 500 deg.C or below, and then a second GaAs layer 13 is grown thereon at 600 deg.C or above such that the total thickness will be 3mum or less. A third GaAs layer 14 is further grown thereon at 500 deg.C or below such that the total thickness will be 5-7mum thus producing a GaAs substrate. An ohmic electrode and a Schottky electrode are formed, respectively, on the Si surface and the GaAs surface of a GaAs substrate thus producing a Schottky barrier diode element.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はGaAs基板の製造方法
及び該基板を用いたショットキーバリアダイオード素子
に関し、より詳細には光又は高速電子デバイス等に使用
することのできるGaAs基板の製造方法及び該基板を
用いたショットキーバリアダイオード素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a GaAs substrate and a Schottky barrier diode device using the substrate, and more particularly to a method for manufacturing a GaAs substrate which can be used for optical or high speed electronic devices and the like. The present invention relates to a Schottky barrier diode device using the substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】Ga/As系の化合物半導体は、Siを
代表とする元素半導体と比較して電子の移動度が大きい
ため、より高速なデバイスを作製することが可能であ
る。また、光デバイスとしても注目されている。
2. Description of the Related Art A Ga / As-based compound semiconductor has a higher electron mobility than an elemental semiconductor typified by Si, so that a higher speed device can be manufactured. In addition, it is drawing attention as an optical device.

【0003】しかし、前記Ga/As系の化合物半導体
は強度が小さいという欠点があるので、その欠点を補
い、長所を生かすための方法が様々に検討されてきてい
る。
However, since the Ga / As-based compound semiconductor has a drawback of low strength, various methods for compensating for the drawback and making the best use of it have been studied.

【0004】例えば、Si基板上にGaAsのエピタキ
シャル層(以下、GaAs層と記す)を成長させること
により、Siが有する優れた機械的強度とGaAsが有
する高速応答性をとを兼ね備えた基板(以下、GaAs
基板と記す)を作製する方法が研究されており、前記方
法により得られたGaAs基板は様々の電子デバイスや
光デバイスに応用されてきている。
For example, by growing an epitaxial layer of GaAs (hereinafter referred to as GaAs layer) on a Si substrate, a substrate having both excellent mechanical strength of Si and high-speed response of GaAs (hereinafter , GaAs
A method for producing a substrate) has been studied, and the GaAs substrate obtained by the above method has been applied to various electronic devices and optical devices.

【0005】このGaAs基板の用途の一つとして、最
近研究されているものにショットキーバリアダイオード
素子が挙げられる。
One of the applications of this GaAs substrate is a Schottky barrier diode element which has been recently studied.

【0006】ショットキーバリアダイオードは半導体と
金属とを接触させることにより作製されたダイオードを
いい、GaAs基板を用いる場合は、Si基板上に形成
されたGaAs層に金属を接触させて作製する。ダイオ
ードとしては、普通P−N接合ダイオードが用いられて
おり、このP−N接合ダイオードでは電子と正孔の二種
類のキャリアが接合を流れる電流に関与している。しか
し、前記ショットキーバリアダイオードでは、一種類の
キャリアのみが接合を流れる電流に関与しているので、
キャリアの蓄積による遅れがなく、本質的に高速応答特
性を示す。また放熱特性にも優れている。そのため、前
記ショットキーバリアダイオードは高速大電流用整流素
子として用いられている。
The Schottky barrier diode is a diode produced by bringing a semiconductor and a metal into contact with each other. When a GaAs substrate is used, the Schottky barrier diode is produced by bringing a metal into contact with a GaAs layer formed on a Si substrate. A P-N junction diode is usually used as the diode. In this P-N junction diode, two types of carriers, electrons and holes, are involved in the current flowing through the junction. However, in the Schottky barrier diode, since only one type of carrier is involved in the current flowing through the junction,
There is no delay due to the accumulation of carriers, and it exhibits essentially high-speed response characteristics. It also has excellent heat dissipation characteristics. Therefore, the Schottky barrier diode is used as a high-speed large-current rectifying element.

【0007】しかし、このような用途を有するGaAs
基板を実際に製造する場合には、以下のような問題があ
った。すなわち、ベースとなるSi基板とその上に形成
されるGaAs層とでは格子定数及び熱膨張係数に差が
あるため、形成された前記GaAs層中に多くの転位が
発生し、結晶性が低下し、デバイス等としての機能を良
好に発揮することができないという問題があった。
However, GaAs having such applications
When actually manufacturing the substrate, there were the following problems. That is, since there is a difference in the lattice constant and the thermal expansion coefficient between the base Si substrate and the GaAs layer formed thereon, many dislocations occur in the formed GaAs layer, and the crystallinity decreases. However, there is a problem that the function as a device cannot be exhibited well.

【0008】この転位を低減させ、良好な結晶性を有す
るGaAs層を成長させる方法として、0.2μm以下
のGaAs層を500℃以下の低温で成長させた後、前
記第1のGaAs層の上に700℃程度の温度で第2の
GaAs層を成長させる、いわゆる二段階成長法が提案
されている(応用物理、第61巻 第2号 1992年
126−133頁)。
As a method of reducing the dislocations and growing a GaAs layer having good crystallinity, a GaAs layer having a thickness of 0.2 μm or less is grown at a low temperature of 500 ° C. or lower, and then the first GaAs layer is grown. In addition, a so-called two-step growth method has been proposed in which a second GaAs layer is grown at a temperature of about 700 ° C. (Applied Physics, Vol. 61, No. 2, 1992, 126-133).

【0009】図8は前記二段階成長法の温度パターンを
示したグラフであり、最初の950℃での熱処理は、S
i基板をクリーニングするための熱処理である。
FIG. 8 is a graph showing a temperature pattern of the two-step growth method. The first heat treatment at 950 ° C. is S
This is a heat treatment for cleaning the i substrate.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし上記方法におい
ても、成長させるGaAs層の厚さを3〜4μm以上に
すると、GaAs層とその下に存在するSi基板との熱
膨張係数の差に起因する応力が発生し、機械的強度の小
さいGaAs層にクラックが生じる(Japanese Journal
of Applied Physics,30(3),pp459-463(1991))。
そのため、前記方法ではGaAs層が3〜4μm以上の
厚さの素子を製造するのが困難であった。
However, even in the above method, when the thickness of the GaAs layer to be grown is set to 3 to 4 μm or more, it is caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the GaAs layer and the underlying Si substrate. Stress causes cracking in the GaAs layer, which has low mechanical strength (Japanese Journal
of Applied Physics, 30 (3), pp459-463 (1991)).
Therefore, it is difficult to manufacture a device having a GaAs layer with a thickness of 3 to 4 μm or more by the above method.

【0011】クラックの発生を抑えて3μm以上の厚さ
を有するGaAs層をSi基板に成長させるには、熱膨
張係数の差に起因する応力をできるだけ小さくする必要
があり、そのためには低温でGaAs層を成長させなけ
ればならない。
In order to suppress the occurrence of cracks and grow a GaAs layer having a thickness of 3 μm or more on a Si substrate, it is necessary to minimize the stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion. The layers have to grow.

【0012】低温でGaAs層の成長を行う方法の一つ
として、マイグレーション・エンハンスド・エピタキシ
ー(MEE)法があり、この方法を用いてGaAs層の
全成長過程を300℃という低温で行い、クラックの発
生なしに6μmの厚さのGaAs層を比較的結晶性良く
成長させることができるという報告がある(JapaneseJo
urnal of Applied Physics,29(4),pp540-543(199
0))。
As one of the methods for growing a GaAs layer at a low temperature, there is a migration enhanced epitaxy (MEE) method. By using this method, the entire growth process of a GaAs layer is carried out at a low temperature of 300 ° C. There is a report that a 6 μm thick GaAs layer can be grown with relatively good crystallinity (JapaneseJo
urnal of Applied Physics, 29 (4), pp540-543 (199
0)).

【0013】しかしながら、前記MEE法は成長速度が
極めて遅いため、GaAs層の全成長過程を前記MEE
法のみにより行うことは実用上効率が悪く、その他には
Si基板の上に3μm以上のGaAs層を生産性良く成
長させる方法がないという課題があった。
However, since the growth rate of the MEE method is extremely slow, the entire growth process of the GaAs layer is performed by the MEE method.
There is a problem in that performing only by the method is inefficient in practical use, and there is no other method for growing a GaAs layer of 3 μm or more on the Si substrate with high productivity.

【0014】一方、前述したショットキーバリアダイオ
ード素子では、実際に3μm以上の厚さのGaAs層を
有するGaAs基板が必要とされている。すなわち、前
記ショットキーバリアダイオードの逆耐圧特性は、Ga
As層の厚さと前記層中のキャリア濃度により決定さ
れ、例えば40Vの逆耐圧が要求される素子では、Ga
As層の厚さとして3μm、前記層中のキャリア濃度と
して6×1015cm-3が必要とされ、さらに前記逆耐圧
として90Vが要求される素子では、GaAs層の厚さ
として5μm、前記層中のキャリア濃度として3×10
15cm-3が必要とされる。
On the other hand, the Schottky barrier diode element described above actually requires a GaAs substrate having a GaAs layer with a thickness of 3 μm or more. That is, the reverse breakdown voltage characteristic of the Schottky barrier diode is Ga
In an element that is determined by the thickness of the As layer and the carrier concentration in the layer and requires a reverse breakdown voltage of, for example, 40 V, Ga
In a device in which the As layer has a thickness of 3 μm, the carrier concentration in the layer is 6 × 10 15 cm −3 , and the reverse breakdown voltage is 90 V, the GaAs layer has a thickness of 5 μm. 3 × 10 as the carrier concentration in the
15 cm -3 is required.

【0015】このように、40V以上の逆耐圧を有する
ショットキーバリアダイオード素子用の基板を得ようと
すれば、GaAs層の厚さが3μm以上のGaAs基板
を製造する必要がある。しかし上記した理由により、従
来の方法を用いて、GaAs層の厚さが3μm以上のG
aAs基板を効率良く製造することは困難であった。
As described above, in order to obtain a substrate for a Schottky barrier diode element having a reverse breakdown voltage of 40 V or more, it is necessary to manufacture a GaAs substrate having a GaAs layer thickness of 3 μm or more. However, for the above reason, the GaAs layer having a thickness of 3 μm or more is formed by using the conventional method.
It was difficult to efficiently manufacture the aAs substrate.

【0016】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、Si基板の上に、結晶性の良いGaAs層
を3μm以上の厚さに効率良く成長させることができる
GaAs基板の製造方法及び前記方法により得られたG
aAs基板を用いた逆耐電圧の高いショットキーバリア
ダイオード素子を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above problems, and a method of manufacturing a GaAs substrate capable of efficiently growing a GaAs layer having good crystallinity to a thickness of 3 μm or more on a Si substrate. And G obtained by the above method
It is an object of the present invention to provide a Schottky barrier diode element having a high reverse withstand voltage using an aAs substrate.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るGaAs基板の製造方法は、シリコン基
板上にGaAs層をエピタキシャルに成長させるGaA
s基板の製造方法であって、シリコン基板上に厚さが
0.2μm以下の第1のGaAs層を500℃以下で成
長させた後、該第1のGaAs層(以下、第1層と記
す)の上に該第1層との合計の厚さが3μm以下になる
ように第2のGaAs層(以下、第2層と記す)を60
0℃以上で成長させ、さらに該第2層の上に前記第1層
及び前記第2層との合計の厚さが5〜7μmになるよう
に第3のGaAs層(第3層)を500℃以下で成長さ
せることを特徴としている。
In order to achieve the above-mentioned object, a method of manufacturing a GaAs substrate according to the present invention is a GaA in which a GaAs layer is epitaxially grown on a silicon substrate.
s Substrate manufacturing method, wherein a first GaAs layer having a thickness of 0.2 μm or less is grown on a silicon substrate at 500 ° C. or less, and then the first GaAs layer (hereinafter referred to as a first layer). ), A second GaAs layer (hereinafter referred to as the second layer) 60 so that the total thickness with the first layer is 3 μm or less.
A third GaAs layer (third layer) 500 is grown on the second layer so that the total thickness of the first layer and the second layer is 5 to 7 μm. It is characterized by growing at a temperature of ℃ or below.

【0018】Si基板上にGaAs層を成長させる方法
としては、例えば有機金属化学気相(MOCVD又はO
MVPE)法、分子線エピタキシー(MBE)法、前述
したMEE法等が挙げられる。
As a method for growing a GaAs layer on a Si substrate, for example, metal organic chemical vapor phase (MOCVD or O
The MVPE) method, the molecular beam epitaxy (MBE) method, the above-mentioned MEE method and the like can be mentioned.

【0019】前記MOCVD法では、通常650〜75
0℃でGaAs層を成長させるが、400℃程度でもG
aAs層を成長させることは可能である。650〜75
0℃でGaAs層を成長させる場合、その成長速度は3
μm/h以上と非常に大きいという特徴がある。
In the MOCVD method, it is usually 650-75.
The GaAs layer is grown at 0 ° C, but even at 400 ° C, G
It is possible to grow an aAs layer. 650-75
When growing a GaAs layer at 0 ° C, the growth rate is 3
It has a feature that it is very large, such as μm / h or more.

【0020】一方、MBE法では、通常400〜650
℃でGaAs層を成長させる。前記MOCVD法に比較
して低温でGaAs層を成長させることができるが、G
aAs層の成長速度は1μm/h程度とMOCVD法に
比較して小さい。
On the other hand, in the MBE method, it is usually 400 to 650.
Grow a GaAs layer at ° C. Although the GaAs layer can be grown at a lower temperature than the MOCVD method,
The growth rate of the aAs layer is about 1 μm / h, which is smaller than that of the MOCVD method.

【0021】またMEE法では、前述したように400
℃以下でも良好な結晶性を有するGaAs層を成長させ
ることができるが、GaAs層の成長速度が0.3μm
/h以下と前記した二つの方法に比較して小さい。
In the MEE method, as described above, 400
A GaAs layer having good crystallinity can be grown even at a temperature of ℃ or below, but the growth rate of the GaAs layer is 0.3 μm.
/ H or less, which is smaller than the above two methods.

【0022】本発明に係るGaAs基板の製造方法にお
いて、前記GaAs層を成長させる方法は特に限定され
ず、上記いずれの方法を使用しても前記GaAs基板を
製造することは可能であるが、結晶性のよい前記GaA
s基板を効率よく製造するためには、前記第1層と前記
第2層をMOCVD法により成長させ、前記第3層をM
BE法により成長させるのが好ましい。
In the GaAs substrate manufacturing method according to the present invention, the method for growing the GaAs layer is not particularly limited, and the GaAs substrate can be manufactured by using any of the above-mentioned methods, but the crystal The good GaA
In order to efficiently manufacture the s substrate, the first layer and the second layer are grown by the MOCVD method, and the third layer is grown by the MCVD method.
It is preferable to grow by the BE method.

【0023】本発明の方法によれば、1μm/h以上の
成長速度で前記第2層及び前記第3層を成長させても、
結晶性に優れた半導体基板を製造することができる。
According to the method of the present invention, even if the second layer and the third layer are grown at a growth rate of 1 μm / h or more,
A semiconductor substrate having excellent crystallinity can be manufactured.

【0024】また本発明に係るショットキーバリアダイ
オード素子は、前記GaAs基板の製造方法により製造
されたGaAs基板のSi面にオーミック電極、GaA
s面にショットキー電極がそれぞれ形成されていること
を特徴としている。
Further, the Schottky barrier diode element according to the present invention has an ohmic electrode, GaA, on the Si surface of the GaAs substrate manufactured by the method for manufacturing the GaAs substrate.
It is characterized in that Schottky electrodes are respectively formed on the s-plane.

【0025】前記オーミック性の電極としては、例えば
AuGeNi、AuGe等の合金やIn等の金属が上げ
られ、前記ショットキー電極としては、例えばWSi等
の合金やAu、Al等の金属が挙げられる。
Examples of the ohmic electrode include alloys such as AuGeNi and AuGe and metals such as In. Examples of the Schottky electrodes include alloys such as WSi and metals such as Au and Al.

【0026】[0026]

【作用】Si基板上にGaAs層を成長させると、前記
Si基板と前記GaAs層との熱膨張の差による応力が
発生する。この応力は、前記GaAs層を成長させる温
度と常温との温度差に比例して大きくなる。従って、前
記GaAs層を成長させる温度を低下させて、前記応力
を低減させることにより、熱膨張係数の差による前記G
aAs層のクラックの発生を防止することができ、前記
GaAs層の膜厚を3μm以上にすることが可能とな
る。
When the GaAs layer is grown on the Si substrate, stress is generated due to the difference in thermal expansion between the Si substrate and the GaAs layer. This stress increases in proportion to the temperature difference between the growth temperature of the GaAs layer and room temperature. Therefore, by lowering the temperature at which the GaAs layer is grown to reduce the stress, it is possible to reduce the G
Generation of cracks in the aAs layer can be prevented, and the film thickness of the GaAs layer can be 3 μm or more.

【0027】一方、全てのGaAs層を低温で成長させ
ようとすれば、成長速度が遅くなるため、前記GaAs
層の形成に長時間を要し、生産性が悪くなる。また、形
成された前記GaAs層の結晶性が悪化するため、その
機能に支障を生じる。
On the other hand, if an attempt is made to grow all the GaAs layers at a low temperature, the growth rate becomes slow, so
It takes a long time to form the layer, and the productivity is deteriorated. Further, the crystallinity of the formed GaAs layer is deteriorated, which causes a hindrance to the function thereof.

【0028】従って、効率良く、しかも結晶性の良いG
aAs基板をGaAs層にクラックを発生させることな
く製造するためには、上記した要因を考慮して製造条件
を設定する必要がある。
Therefore, G having good efficiency and good crystallinity
In order to manufacture the aAs substrate without causing cracks in the GaAs layer, it is necessary to set the manufacturing conditions in consideration of the above factors.

【0029】上記したGaAs基板の製造方法によれ
ば、シリコン基板上に厚さが0.2μm以下の前記第1
層を500℃以下で成長させるので、前記Si基板と前
記第1層の熱膨張係数の差に起因する応力が小さく、か
つその上に形成される前記第2層中の転位が減少する。
According to the method of manufacturing the GaAs substrate described above, the first substrate having a thickness of 0.2 μm or less is formed on the silicon substrate.
Since the layer is grown at 500 ° C. or lower, the stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the Si substrate and the first layer is small, and the dislocations in the second layer formed thereon are reduced.

【0030】また、前記第1層の上に前記第1層との合
計の厚さが3μm以下になるように前記第2層を600
℃以上で成長させるので、結晶性の良好な前記GaAs
層が形成され、その厚さが3μm以下であるので、クラ
ックが発生することもない。
On the first layer, the second layer is formed so that the total thickness of the first layer and the first layer is 3 μm or less.
Since GaAs is grown at a temperature of ℃ or above, it has good crystallinity.
Since the layer is formed and the thickness thereof is 3 μm or less, no crack is generated.

【0031】さらに前記第2層の上に前記第1層及び前
記第2層との合計の厚さが5〜7μmになるように前記
第3層を500℃以下で成長させるので、熱歪の発生が
抑えられてクラックの発生がなく、かつGaAs層全体
の膜厚は厚くなる。
Further, since the third layer is grown on the second layer at a temperature of 500 ° C. or lower so that the total thickness of the first layer and the second layer is 5 to 7 μm, thermal strain of Generation is suppressed, cracks are not generated, and the thickness of the entire GaAs layer is increased.

【0032】このように上記構成のGaAs基板の製造
方法によれば、従来は困難であった結晶性の良いGaA
sエピタキシャル層が3μm以上の厚さに効率よく形成
される。
As described above, according to the method of manufacturing a GaAs substrate having the above-described structure, GaA having good crystallinity, which has been difficult in the past, is obtained.
The s epitaxial layer is efficiently formed to have a thickness of 3 μm or more.

【0033】また上記構成のショットキーバリアダイオ
ード素子によれば、前記GaAs基板の製造方法により
製造されたGaAs基板のSi面にオーミック電極、G
aAs面にショットキー電極がそれぞれ形成されている
ので、逆耐電圧に優れたショットキーバリアダイオード
素子となる。
Further, according to the Schottky barrier diode device having the above structure, the ohmic electrode, G, and G are formed on the Si surface of the GaAs substrate manufactured by the method for manufacturing the GaAs substrate.
Since the Schottky electrodes are formed on the aAs surface, the Schottky barrier diode element has an excellent reverse withstand voltage.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明に係るGaAs基板の製造方法
及び該基板を用いたショットキーバリアダイオード素子
についての実施例及び比較例を説明する。
EXAMPLES Examples and comparative examples of a method of manufacturing a GaAs substrate according to the present invention and a Schottky barrier diode device using the substrate will be described below.

【0035】[実施例1]図1は本実施例に係るGaA
s基板の製造方法を実施した際のGaAs層形成の温度
パターンを示したグラフであり、図2は本実施例の方法
により得られたGaAs基板を示した断面図であり、図
中、11はSi基板、12は第1層、13は第2層、1
4は第3層をそれぞれ示している。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows GaA according to the present embodiment.
3 is a graph showing a temperature pattern of GaAs layer formation when the s substrate manufacturing method is carried out, and FIG. 2 is a sectional view showing a GaAs substrate obtained by the method of the present embodiment, in which 11 is a figure. Si substrate, 12 is the first layer, 13 is the second layer, 1
4 shows the 3rd layer, respectively.

【0036】本実施例では、GaAs基板の製造をすべ
てMBE法のみを用いて行った。
In this embodiment, the GaAs substrate is manufactured only by the MBE method.

【0037】まず、[110]方向に2°オフしたSi
基板11をMBEチャンバー内に載置した後、図1に示
したようにSi基板11の温度を950℃まで上昇させ
て、Si基板11のクリーニングを行った。
First, Si turned off by 2 ° in the [110] direction.
After the substrate 11 was placed in the MBE chamber, the temperature of the Si substrate 11 was raised to 950 ° C. as shown in FIG. 1 to clean the Si substrate 11.

【0038】次に、クヌーセンセルを加熱して、固体G
aと固体Asを蒸発させ、Gaの蒸気圧(PGa)とAs
の蒸気圧(PAs)の比(PAs/PGa)を60、Si基板
11の温度を400℃に設定して、Si基板11の上に
第1層12を0.2μmの厚さに成長させた。このとき
の第1層12の成長速度は、0.3μm/hであった。
Next, the Knudsen cell is heated to a solid G
a and solid As are evaporated, and the vapor pressure of Ga (P Ga ) and As
The vapor pressure (P As ) ratio (P As / P Ga ) is set to 60, the temperature of the Si substrate 11 is set to 400 ° C., and the first layer 12 is 0.2 μm thick on the Si substrate 11. I grew it. The growth rate of the first layer 12 at this time was 0.3 μm / h.

【0039】次に、PAs/PGaを20、第1層12を有
するSi基板11の温度を650℃に設定し、第1層1
2の上に第2層13を3.0μmの厚さに成長させた。
このときの第2層13の成長速度は、1.0μm/hで
あった。
Next, P As / P Ga is set to 20, and the temperature of the Si substrate 11 having the first layer 12 is set to 650 ° C.
A second layer 13 was grown on top of No. 2 to a thickness of 3.0 μm.
The growth rate of the second layer 13 at this time was 1.0 μm / h.

【0040】さらに引き続いて、PAs/PGaを20、第
1層12及び第2層13を有するSi基板11の温度を
500℃に設定し、第2層13の上に第3層14を2.
0μmの厚さに成長させた。このときの第3層14の成
長速度は、1.0μm/hであった。前記工程により形
成されたGaAs層の合計の膜厚は5.2μmとなっ
た。そして、得られたGaAs基板の表面や内部を微分
干渉顕微鏡(倍率800倍)を用いて観察したが、クラ
ックの発生はみられなかった。
Further, subsequently, the temperature of P As / P Ga is 20, the temperature of the Si substrate 11 having the first layer 12 and the second layer 13 is set to 500 ° C., and the third layer 14 is formed on the second layer 13. 2.
It was grown to a thickness of 0 μm. The growth rate of the third layer 14 at this time was 1.0 μm / h. The total thickness of the GaAs layers formed by the above process was 5.2 μm. Then, the surface and the inside of the obtained GaAs substrate were observed by using a differential interference microscope (magnification: 800 times), but no crack was observed.

【0041】次に、第3層14の厚さを変化させた他は
前記実験と同様の実験を繰り返して行い、クラックの発
生しないGaAs層の合計の厚さの上限値を求めたとこ
ろ、7μmであった。
Next, an experiment similar to the above experiment was repeated except that the thickness of the third layer 14 was changed, and the upper limit value of the total thickness of the GaAs layers in which no crack was generated was obtained. Met.

【0042】[実施例2]図3は本実施例に係るGaA
s基板の製造方法を実施した際のGaAs層形成の温度
パターンを示したグラフであり、図4は本実施例の方法
により得られたGaAs基板を示した断面図であり、図
中、22は第1層、23は第2層、24は第3層をそれ
ぞれ示している。
[Embodiment 2] FIG. 3 shows GaA according to the present embodiment.
FIG. 4 is a graph showing a temperature pattern of GaAs layer formation when the s substrate manufacturing method is carried out, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing the GaAs substrate obtained by the method of the present embodiment, and 22 in the drawing. The first layer, 23 is the second layer, and 24 is the third layer.

【0043】本実施例では、MOCVD法を用いて第1
層22及び第2層23を成長させ、MBE法を用いて第
3層24を成長させた。
In this embodiment, the first MOCVD method is used.
The layer 22 and the second layer 23 were grown, and the third layer 24 was grown using the MBE method.

【0044】まず、[110]方向に2°オフしたSi
基板11をMOCVD炉内に載置し、図3に示したよう
にSi基板11の温度を1000℃まで上昇させ、Si
基板11のクリーニングを行った。
First, Si turned off by 2 ° in the [110] direction.
The substrate 11 is placed in a MOCVD furnace and the temperature of the Si substrate 11 is raised to 1000 ° C. as shown in FIG.
The substrate 11 was cleaned.

【0045】次に、Ga化合物としてトリメチルガリウ
ム、As化合物としてAsH3 、キャリアガスとして水
素を用い、炉内の蒸気圧を76Torr、GaとAsの
圧力比(PAs/PGa)を70、Si基板11の温度を5
00℃に設定して、Si基板11の上に第1層22を2
0nmの厚さに成長させた。このときの第1層22の成
長速度は、0.6μm/hであった。
Next, trimethylgallium was used as a Ga compound, AsH 3 was used as an As compound, and hydrogen was used as a carrier gas. The vapor pressure in the furnace was 76 Torr, the pressure ratio between Ga and As (P As / P Ga ) was 70, and Si was Si. The temperature of the substrate 11 is set to 5
The first layer 22 is formed on the Si substrate 11 by setting the temperature to 00 ° C.
It was grown to a thickness of 0 nm. The growth rate of the first layer 22 at this time was 0.6 μm / h.

【0046】次に、PAs/PGaを70、第1層22を有
するSi基板11の温度を750℃に設定し、第1層2
2の上に第2層23を3.0μmの厚さに成長させた。
このときの第2層23の成長速度は、4.0μm/hで
あった。
Next, P As / P Ga is set to 70, the temperature of the Si substrate 11 having the first layer 22 is set to 750 ° C., and the first layer 2 is set.
A second layer 23 was grown on top of No. 2 to a thickness of 3.0 μm.
The growth rate of the second layer 23 at this time was 4.0 μm / h.

【0047】この工程の後、Si基板11の上に形成さ
れた第1層22及び第2層23の結晶性を向上させるた
め、第1層22及び第2層23を有するSi基板11の
温度を900℃に上げ、5分間その温度を維持すること
によりアニールを行った。
After this step, in order to improve the crystallinity of the first layer 22 and the second layer 23 formed on the Si substrate 11, the temperature of the Si substrate 11 having the first layer 22 and the second layer 23 is increased. Was raised to 900 ° C. and maintained at that temperature for 5 minutes to perform annealing.

【0048】次に、MOCVD炉から第1層22及び第
2層23を有するSi基板12を大気中に一旦取り出
し、直ちにMBEチャンバーへ搬入した。
Next, the Si substrate 12 having the first layer 22 and the second layer 23 was once taken out from the MOCVD furnace into the atmosphere and immediately carried into the MBE chamber.

【0049】その後、第1層22及び第2層23を有す
るSi基板11を600℃に加熱して、表面のクリーニ
ングを行い、さらに引き続いて、PAs/PGaを20、第
1層22及び第2層23を有するSi基板11の温度を
500℃に設定し、第3第3層24を2.0μmの厚さ
に成長させた。このときの第3層24の成長速度は、
1.0μm/hであった。
Then, the Si substrate 11 having the first layer 22 and the second layer 23 is heated to 600 ° C. to clean the surface, and subsequently, P As / P Ga is 20, the first layer 22 and The temperature of the Si substrate 11 having the second layer 23 was set to 500 ° C., and the third third layer 24 was grown to a thickness of 2.0 μm. The growth rate of the third layer 24 at this time is
It was 1.0 μm / h.

【0050】前記工程により形成されたGaAs層の合
計の膜厚は5.02μmとなり、前記GaAs層の形成
に要した時間は、MOCVD炉からMBEチャンバーへ
の搬送時間も含めて合計で300分であり、実施例1に
おいてGaAs層12、13、14の形成に要した時間
420分に比較して、効率良くGaAs層を成長させる
ことができた。
The total film thickness of the GaAs layer formed by the above process was 5.02 μm, and the time required for the formation of the GaAs layer was 300 minutes in total including the transfer time from the MOCVD furnace to the MBE chamber. Thus, the GaAs layer could be efficiently grown in comparison with the time required for forming the GaAs layers 12, 13 and 14 of 420 minutes in Example 1.

【0051】本実施例により得られたGaAs基板の表
面や内部を微分干渉顕微鏡(倍率800倍)を用いて観
察したが、実施例1と同様にクラックの発生はみられな
かった。
The surface and the inside of the GaAs substrate obtained in this example were observed using a differential interference microscope (magnification: 800 times), but no cracks were observed as in Example 1.

【0052】[実施例3]第2層13の厚さを変化させ
た他は実施例1と同様の条件でSi基板11上にGaA
s層を成長させる実験を繰り返し行い、得られたGaA
s基板のクラック発生率を調べた。図5は本実施例によ
り得られた第2層13の膜厚とクラック発生率との関係
を示したグラフである。図5より明らかなように、第2
層13の膜厚が3.0μm以下の場合はクラックが発生
していないが、第2層13の膜厚が3.0μmを超える
と急激にクラック発生率が上昇している。この図より、
第2層13の膜厚の上限値は3μmであることがわか
る。
[Embodiment 3] GaA is formed on the Si substrate 11 under the same conditions as in Embodiment 1 except that the thickness of the second layer 13 is changed.
The GaA obtained by repeating the experiment for growing the s layer was obtained.
The crack occurrence rate of the s substrate was examined. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the film thickness of the second layer 13 obtained in this example and the crack generation rate. As is clear from FIG. 5, the second
When the film thickness of the layer 13 is 3.0 μm or less, no crack is generated, but when the film thickness of the second layer 13 exceeds 3.0 μm, the crack occurrence rate is rapidly increased. From this figure,
It can be seen that the upper limit of the film thickness of the second layer 13 is 3 μm.

【0053】[比較例1]実施例1で使用したSi基板
11と同様の基板を使用し、クリーニング及び第1層1
2の形成を実施例1と同じ条件で行い、Si基板11上
に0.2μmの第1層12を成長させた。
[Comparative Example 1] A substrate similar to the Si substrate 11 used in Example 1 was used, and cleaning and the first layer 1 were performed.
2 was formed under the same conditions as in Example 1, and a 0.2 μm first layer 12 was grown on the Si substrate 11.

【0054】次に、PAs/PGaを60、第1層12を有
するSi基板11の温度を650℃に設定し、第2層1
3を5μmの厚さに成長させた。
Next, P As / P Ga is set to 60, the temperature of the Si substrate 11 having the first layer 12 is set to 650 ° C., and the second layer 1 is set.
3 was grown to a thickness of 5 μm.

【0055】その後、第1層12及び第2層13が形成
されたSi基板11を取り出して、その表面を観察した
ところ、多数のクラックが発生していた。
After that, when the Si substrate 11 on which the first layer 12 and the second layer 13 were formed was taken out and the surface was observed, many cracks were found.

【0056】[比較例2]実施例1で使用したSi基板
11と同様の基板を使用し、クリーニング及び第1層1
2の形成を実施例1と同じ条件で行い、Si基板11上
に0.2μmの第1層12を成長させた。
[Comparative Example 2] The same substrate as the Si substrate 11 used in Example 1 was used, and the cleaning and first layer 1 were used.
2 was formed under the same conditions as in Example 1, and a 0.2 μm first layer 12 was grown on the Si substrate 11.

【0057】次に、PAs/PGaを60、第1層12を有
するSi基板11の温度を500℃に設定し、第2層1
3を5μmの厚さに成長させた。
Next, P As / P Ga is set to 60, the temperature of the Si substrate 11 having the first layer 12 is set to 500 ° C., and the second layer 1 is set.
3 was grown to a thickness of 5 μm.

【0058】その後、第1層12及び第2層13が形成
されたSi基板11を取り出し、溶融したKOHに浸漬
してエッチングを行い、表面に生じたエッチピットを微
分干渉顕微鏡(倍率800倍)で観察することにより表
面転位密度を測定した。実施例1で得られたGaAs基
板についても同様にエッチングを行って、表面転位密度
を測定した。その結果、実施例1で得られたGaAs基
板では、表面転位密度が7×106 cm-2であったのに
対し、本比較例で得られたGaAs基板では、表面転位
密度が3×107 cm-2と高く、結晶性が低かった。こ
れは、GaAs層の形成温度が、転位の速度が大きくな
る600℃より低いため、転位がSi基板11とGaA
s層の間に規則的に形成されず、GaAs層の表面まで
貫通しているためと考えられる。
Then, the Si substrate 11 on which the first layer 12 and the second layer 13 are formed is taken out and immersed in molten KOH for etching, and the etch pits formed on the surface are observed by a differential interference microscope (magnification: 800 times). The surface dislocation density was measured by observing with. The GaAs substrate obtained in Example 1 was similarly etched to measure the surface dislocation density. As a result, the surface dislocation density of the GaAs substrate obtained in Example 1 was 7 × 10 6 cm −2 , whereas the surface dislocation density of the GaAs substrate obtained in this comparative example was 3 × 10 6. It was as high as 7 cm -2 and had low crystallinity. This is because the formation temperature of the GaAs layer is lower than 600.degree.
It is considered that it is not formed regularly between the s layers and penetrates to the surface of the GaAs layer.

【0059】[実施例4]実施例1の方法と同様の方法
によりGaAsエピタキシャル層の合計の厚さが5.2
μmのGaAs基板を製造した。このとき、ドーパント
としてSiを用い、キャリア濃度は3×1015cm-3
した。得られたGaAs基板にはクラックはみられなか
った。
[Embodiment 4] The total thickness of the GaAs epitaxial layers was 5.2 by the same method as in Embodiment 1.
A μm GaAs substrate was manufactured. At this time, Si was used as a dopant and the carrier concentration was 3 × 10 15 cm −3 . No crack was found in the obtained GaAs substrate.

【0060】前記GaAs基板を用い、GaAs層が形
成されていないSi基板11の裏面にAuGeNi合金
から構成されるオーミック電極を成長させ、さらにGa
Asエピタキシャル層の上にAuを用いて直径1mmの
円形ショットキー電極を100個成長させることによ
り、ショットキーバリアダイオード素子を作製した。図
6は本実施例に係るショットキーバリアダイオード素子
の逆耐圧分布を示したグラフである。この場合、逆耐圧
はリーク電流が0.1mA/cm2 を超える逆電圧とし
た。
Using the GaAs substrate, an ohmic electrode composed of an AuGeNi alloy is grown on the back surface of the Si substrate 11 on which the GaAs layer is not formed, and then Ga is further formed.
A Schottky barrier diode element was manufactured by growing 100 circular Schottky electrodes having a diameter of 1 mm on the As epitaxial layer using Au. FIG. 6 is a graph showing the reverse breakdown voltage distribution of the Schottky barrier diode device according to this example. In this case, the reverse breakdown voltage was set to a reverse voltage with a leak current exceeding 0.1 mA / cm 2 .

【0061】[比較例3]比較例1で得られたGaAs
基板を用い、実施例4と同様にショットキーバリアダイ
オード素子を作製した。図7は本比較例に係るショット
キーバリアダイオード素子の逆耐圧分布を示したグラフ
である。
[Comparative Example 3] GaAs obtained in Comparative Example 1
A Schottky barrier diode element was produced in the same manner as in Example 4 using the substrate. FIG. 7 is a graph showing the reverse breakdown voltage distribution of the Schottky barrier diode element according to this comparative example.

【0062】図6と図7を比較すると、実施例4に係る
ショットキーバリアダイオード素子は、逆耐圧が90V
を超える素子の割合が75%と高いのに対し、比較例3
に係るショットキーバリアダイオード素子では、90V
を超える素子の割合が10%と極めて低かった。これ
は、比較例3に係るショットキーバリアダイオード素子
では、多くの素子にクラックが発生したために逆耐圧の
値が低下したのに対し、実施例4に係るショットキーバ
リアダイオード素子はクラックの発生がないため、逆耐
圧が充分に高かったためと考えられる。
Comparing FIG. 6 and FIG. 7, the Schottky barrier diode element according to Example 4 has a reverse breakdown voltage of 90V.
The ratio of the elements exceeding the ratio is as high as 75%, while the comparative example 3
The Schottky barrier diode element according to
The ratio of the elements exceeding 10% was extremely low at 10%. This is because in the Schottky barrier diode element according to Comparative Example 3, the reverse withstand voltage value was lowered because many elements were cracked, whereas the Schottky barrier diode element according to Example 4 was not cracked. It is probable that the reverse breakdown voltage was sufficiently high because it was not present.

【0063】なお、上記実施例4では実施例1で得られ
たGaAs基板を使用したが、その他の実施例により得
られたGaAs基板を用いても同様に逆耐圧性に優れた
ショットキーバリアダイオード素子を作製することがで
きた。
In the fourth embodiment, the GaAs substrate obtained in the first embodiment is used. However, the GaAs substrates obtained in the other embodiments are also used in the Schottky barrier diode excellent in reverse withstand voltage. The device could be manufactured.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係るGaA
s基板の製造方法にあっては、シリコン基板上にGaA
s層をエピタキシャルに成長させるGaAs基板の製造
方法であって、シリコン基板上に厚さが0.2μm以下
の第1層を500℃以下で成長させた後、該第1層の上
に該第1層との合計の厚さが3μm以下になるように第
2層を600℃以上で成長させ、さらに該第2層の上に
前記第1層及び前記第2層との合計の厚さが5〜7μm
になるように第3層を500℃以下で成長させるので、
Si基板の上に、従来は困難であった結晶性の良いGa
As層を3μm以上の厚さで効率よく成長させることが
できる。
As described above in detail, the GaA according to the present invention
In the method of manufacturing the s substrate, GaA is formed on the silicon substrate.
A method of manufacturing a GaAs substrate, in which an s layer is epitaxially grown, comprising: growing a first layer having a thickness of 0.2 μm or less on a silicon substrate at 500 ° C. or less, and then forming the first layer on the first layer. The second layer is grown at 600 ° C. or higher so that the total thickness of the first layer and the first layer is 3 μm or less, and the total thickness of the first layer and the second layer is further formed on the second layer. 5-7 μm
Since the third layer is grown at 500 ° C. or lower so that
Ga with good crystallinity, which was difficult in the past, was formed on the Si substrate.
The As layer can be efficiently grown with a thickness of 3 μm or more.

【0065】また本発明に係るショットキーバリアダイ
オード素子にあっては、前記GaAs基板の製造方法に
より製造されたGaAs基板のSi面にオーミック電
極、GaAs面にショットキー電極がそれぞれ形成され
ているので、逆耐電圧に優れたショットキーバリアダイ
オード素子を作製することができる。
In the Schottky barrier diode element according to the present invention, since the ohmic electrode is formed on the Si surface and the Schottky electrode is formed on the GaAs surface of the GaAs substrate manufactured by the GaAs substrate manufacturing method. A Schottky barrier diode element having an excellent reverse withstand voltage can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1に係るGaAs基板の製造方
法を実施する際のGaAs層形成の温度パターンを示し
たグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a temperature pattern for forming a GaAs layer when a method for manufacturing a GaAs substrate according to a first embodiment of the present invention is carried out.

【図2】実施例1の方法により得られたGaAs基板を
示した断面図である。
2 is a cross-sectional view showing a GaAs substrate obtained by the method of Example 1. FIG.

【図3】実施例2に係るGaAs基板の製造方法を実施
する際のGaAs層形成の温度パターンを示したグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing a temperature pattern of GaAs layer formation when the method of manufacturing a GaAs substrate according to the second embodiment is performed.

【図4】実施例2の方法により得られたGaAs基板を
示した断面図である。
4 is a sectional view showing a GaAs substrate obtained by the method of Example 2. FIG.

【図5】実施例3に係るGaAs層の製造方法により得
られた第2層の膜厚とクラック発生率との関係を示した
グラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the film thickness of the second layer and the crack occurrence rate obtained by the method for manufacturing a GaAs layer according to Example 3.

【図6】実施例4に係るショットキーバリアダイオード
素子の逆耐圧分布を示したグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a reverse breakdown voltage distribution of a Schottky barrier diode element according to Example 4.

【図7】比較例3に係るショットキーバリアダイオード
素子の逆耐圧分布を示したグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a reverse breakdown voltage distribution of a Schottky barrier diode element according to Comparative Example 3.

【図8】従来のGaAs基板の製造方法を実施した際の
GaAs層形成の温度のパターンを示したグラフであ
る。
FIG. 8 is a graph showing a temperature pattern for forming a GaAs layer when a conventional GaAs substrate manufacturing method is performed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 Si基板 12、22 第1層 13、23 第2層 14、24 第3層 11 Si substrate 12, 22 first layer 13, 23 second layer 14, 24 third layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板上にGaAs層をエピタキ
シャルに成長させるGaAs基板の製造方法であって、
シリコン基板上に厚さが0.2μm以下の第1のGaA
s層を500℃以下で成長させた後、該第1のGaAs
層の上に該第1のGaAs層との合計の厚さが3μm以
下になるように第2のGaAs層を600℃以上で成長
させ、さらに該第2のGaAs層の上に前記第1のGa
As層及び前記第2のGaAs層との合計の厚さが5〜
7μmになるように第3のGaAs層を500℃以下で
成長させることを特徴とするGaAs基板の製造方法。
1. A method of manufacturing a GaAs substrate in which a GaAs layer is epitaxially grown on a silicon substrate, the method comprising:
First GaA having a thickness of 0.2 μm or less on a silicon substrate
After growing the s-layer at 500 ° C. or below, the first GaAs
A second GaAs layer is grown on the layer at 600 ° C. or higher so that the total thickness of the first GaAs layer and the first GaAs layer is 3 μm or less, and the first GaAs layer is further grown on the second GaAs layer. Ga
The total thickness of the As layer and the second GaAs layer is 5 to
A method of manufacturing a GaAs substrate, which comprises growing a third GaAs layer at 500 ° C. or less so as to have a thickness of 7 μm.
【請求項2】 請求項1記載の方法により製造されたG
aAs基板のSi面にオーミック電極、GaAs面にシ
ョットキー電極がそれぞれ形成されていることを特徴と
するショットキーバリアダイオード素子。
2. G produced by the method according to claim 1.
A Schottky barrier diode element characterized in that an ohmic electrode is formed on the Si surface of an aAs substrate and a Schottky electrode is formed on the GaAs surface.
JP14618093A 1993-06-17 1993-06-17 Production of gaas substrate and schottky barrier diode element employing it Pending JPH0714776A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014511815A (en) * 2011-04-07 2014-05-19 エヌアーエスペー スリー/ヴィー ゲーエムベーハー III / VSi Template Manufacturing Method
US9595438B2 (en) 2011-09-12 2017-03-14 Nasp Iii/V Gmbh Method for producing a III/V Si template

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