JPH0732125B2 - 化合物半導体層の成長方法 - Google Patents

化合物半導体層の成長方法

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JPH0732125B2
JPH0732125B2 JP63082892A JP8289288A JPH0732125B2 JP H0732125 B2 JPH0732125 B2 JP H0732125B2 JP 63082892 A JP63082892 A JP 63082892A JP 8289288 A JP8289288 A JP 8289288A JP H0732125 B2 JPH0732125 B2 JP H0732125B2
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growing
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正博 秋山
孝 上田
幸子 小野沢
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工業技術院長
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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)基板上にこの基板と格子定
数が異なった化合物半導体層、特にIII−V族化合物半
導体層をヘテロエピタキシャル成長させる方法に関す
る。
(従来の技術) 従来より、Si基板上にGaAs等のIII−V族化合物半導体
層を成長させて、大型で良質のウエハを製作する技術の
開発が進められ、実用に供されている。Si基板にこれら
化合物半導体層をヘテロエピタキシャル成長させると、
ほぼ鏡面の成長層が得られるが、この成長層中には108/
cm2程度の密度の転位が残留していた。この転位密度が
高いと光学的及び電気的な特性が悪くなるため、従来よ
りこれを低減する技術が開発されてきている。
文献:Appl.Phys.Lett.48(18)(1986)p.1223-1225
に開示されている技術は、第3図に示すように、Si基板
20上にGaAs層22を成長させた後、その上側にGaAs/InGaA
s等の歪超格子の層24を成長させ、さらにその上側にGaA
s層26を成長させる方法を取っている。
文献:日本結晶成長学会誌,13(4)(1986)p.253
−258に開示されている技術は、第4図(A)(横軸に
時間及び縦軸に温度(℃)をプロットして示してあ
る。)及び第4図(B)に示すように、Si基板30を900
℃程度の温度で熱処理した後、第1段階では400℃程度
の低温でGaAsの薄層32を成長させ、続いて第2段階で
は、通常の温度例えば700℃程度の温度でGaAs層を成長
させる2段階成長法である。この技術では、2段階目の
成長を、その成長途中で成長を一旦停止し、300℃程
度まで温度降下、続いて通常の成長温度である700℃
程度までの温度上昇、その後のGaAs層の再成長を1つ
の周期とした熱サイクルを複数回繰り返し行う熱サイク
ル成長法で行っている。図中熱サイクルで形成した複数
のGaAs層を全体として34で示し、この熱サイクル層34の
上側に通常の温度で成長させたGaAs層を36で示してあ
る。
文献:Appl.Phys.Lett.50(15)(1986)p.992−994に
開示されている技術は、GaAs層の成長後高温でアニール
する方法である。
文献に開示された高温でアニールする方法は短時間で
処理出来ること及び文献に開示されているような歪超
格子を形成する場合のように、他の物質を必要としない
ため、容易に実施出来ること等といった利点を有してい
る。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、これらいずれの従来方法によっても、低
減出来る転位は高々1桁程度であり、従って107/cm2
度となるにすぎない。この程度の転位密度であると、得
られたウエハを発光素子等の少数キャリアを用いる素子
に用いるにはその結晶性が電気的及び光学的に不充分で
あった。
また、高温での成長後のアニールは発光素子等を作り込
むウエハ表面近くの層を高温にすることになり、添加す
る不純物の拡散といった不所望な現象が生じてしまうと
いう問題点があった。
この発明の目的は、Si基板上に化合物半導体層をヘテロ
エピタキシャル成長させたとき、化合物半導体層中に残
留する転位密度を一層低減させて高品質の化合物半導体
成長層を得る方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 上記問題点を解決するため、この発明は、 シリコン(Si)基板上に、あらかじめ選択されたIII−
V族化合物半導体からなる化合物半導体層をエピタキシ
ャル成長させるに当り、 900℃以上の温度で前記基板を熱処理して、前記基板の
表面を清浄化する工程と、 前記熱処理された基板上に、400℃〜450℃の範囲内の温
度で、100Å〜200Åの厚さの前記化合物半導体の最下層
を成長させる工程と、 前記化合物半導体の通常の成長温度で数千Åの厚さの前
記化合物半導体層を成長し、次いで成長を停止して前記
通常の成長温度よりも100℃〜300℃高い温度でアニール
するサイクルを複数回繰り返すことにより、前記最下層
上に前記化合物半導体の繰り返し成長層を形成する工程
と、 前記繰り返し成長層上に、前記化合物半導体の通常の成
長温度で、所望の厚さの前記化合物半導体層を成長させ
る工程とを有することを特徴とする。
(作用) 上述したこの発明の構成によれば、成長途中で、通常の
成長温度での化合物半導体層の成長と、それより100〜3
00℃高温でのアニールとを1サイクルとする成長を行う
ので、成長を短時間で行わせることが出来ると共に、成
長層の転位密度を低減させることが出来る。
この発明では、Si基板上に同一の化合物半導体層を繰り
返し成長させて一つの成長層を形成するので、従来の歪
超格子を用いる場合のように他の物質を導入することな
く、転位密度を効果的に低減させることが出来る。
さらに、この発明の構成によれば、成長途中で上述のサ
イクルによる成長を行い、成長層の最上層は通常の成長
温度で成長させることが出来るので、この最上層に不純
物が拡散する恐れはなく、従って電気的、光学的な特性
の優れた高品質の化合物半導体層を得ることが出来る。
(実施例) 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。
この実施例では、Si基板上にIII−V化合物のうち一例
としてGaAs層をMOCVD法によって成長させ、第3図
(B)に示したような構造のウエハを得る場合につき説
明する。
第1図はこの発明の化合物半導体層の成長方法における
成長温度と熱処理温度の説明に供する図であり、第2図
(A)〜(B)は化合物半導体層の成長状態の説明に供
する工程図である。尚、第2図に示す各図は、この発明
を理解出来る程度に主要工程段階でのウエハの状態を概
略的に示す断面図であり、寸法、形状等は図示例にのみ
限定されるものではないことを理解されたい。また、断
面を表わすハッチング等は省略して示してある。
また、以下説明する実施例は、単なる好適例であるにす
ぎないため、数値的条件、その他の条件はこの実施例に
あげた例にのみ限定されるものではないことを理解され
たい。
先ず、Si基板10を用意し、これを従来と同様に900℃程
度或はそれ以上の好適な温度で加熱処理を行ってその表
面の清浄化を行う(第1図にIで示す及び第2図
(A))。
次に、この基板10上に2段回成長法によって、GaAs層を
成長させる。このため、第1段階では、従来と同様に、
温度を400〜450℃程度の低温成長温度にまで降下させ、
この低温度でSi基板10上に100〜200Å程度の膜厚のGaAs
の最下層12を成長させる(第1図にIIで示す及び第2図
(B))。
次に、第2段階では、この低温度から通常の成長温度で
ある600〜700℃にまで温度を上昇させて、この温度でGa
Asの層を成長させる。この第2段階でのGaAsの成長の途
中であるが、このGaAs層の単一層の膜厚が数千Å程度と
なったら、一旦成長を停止させ(第1図にIIIで示す及
び第2図(C))、このGaAs層を以下説明するサイクル
成長によって得られるGaAsの繰り返し成長層14の第一層
14aとする。
次に、この通常の成長温度から温度上昇させて、好まし
くは、それよりも100〜300℃程度高い例えば800〜900℃
という高温で熱処理従ってアニールを行う(第1図にIV
で示す)。
このような通常の成長温度におけるGaAsの成長とそれよ
り高温での熱処理とのサイクルを1回又は2回以上繰り
返して行って、一層が数千Åの膜厚となるように、GaAs
の第二層14b、第三層14c、・・・というように複数層成
長させGaAsの繰り返し成長層14を形成する(第1図にII
I及びIVで示す及び第2図(C))。勿論、設計条件に
よっては、このGaAs成長層14は第一層14aだけであって
も良い場合もある。
このような第2段階の成長を行う間、GaAs成長層14の各
層の分解を抑えるため、アルシン(AsH3)を流しながら
行うのが好適である。
また、上述したアニール時間は数分間で充分である。
最後のサイクルのアニール後、再度ウエハの温度を通常
の成長温度まで降下させて、このGaAs成長層14上に第2
段階のGaAs層の最上層16、すなわち、発光素子等を作り
込むための目的の層を設計に応じた所望の膜厚で成長さ
せ(第1図にVで示す及び第2図(D))、最終的なウ
エハを得る。
上述したこの発明の成長方法によれば、第2段階の成長
の途中で、GaAsの通常の成長温度での成長と、それより
も100〜300℃高い温度での熱処理(アニール)とのサイ
クルを1回又は複数回繰り返し行うことによって1層又
は複数層のGaAs層からなるGaAs成長層を形成するしてい
る。
このようにして得られたウエハをエッチピットパターン
の観察によって転位密度評価したところ、上述したGaAs
成長層14のサイクル成長を3〜4回繰り返し行って得た
ウエハであると、転位密度が2桁程度低減し106/cm2
なっていることが確認出来た。また、この3〜4回の繰
り返し成長を行った場合の転位密度は、従来の文献に
開示されている熱サイクル成長の10回行った場合の転位
密度と同程度なるため、従って、基板上に化合物半導体
を成長させるに要する全体の成長時間を著しく短縮する
ことが出来る。さらに、このサイクル成長を多数回行う
と転位密度をさらに低減出来ることがわかった。
また、上述したこの発明の成長法により、通常の成長温
度での成長とそれより高温でのアニールとを行う場合、
それぞれのGaAs層の成長量を1000Å程度以下とすると、
転位密度の低減が小さくなり、一方、成長量を数千Å程
度以上とすると転位密度の低減が大きく有効となること
も確認出来た。特に、第一層14aのGaAs層は数千Å程度
以上の膜厚とするのが好適であることが確認出来た。
また、ある程度の膜厚まで成長させた後、成長を停止さ
せ、続いてアニールと単なる冷却とを繰り返し行って
も、一回のアニールを行う以上の効果を期待出来なかっ
た。従って、上述したこの発明の成長方法のような成長
とアニールとのサイクルを少なくとも1回或は2回以上
繰り返して行うことが転位密度の低減及び成長時間の短
縮に重要である。
尚、上述した実施例で、特に言及しなかった種々の条件
等は設計に応じて任意好適な条件を設定すれば良い。
この発明は上述した実施例にのみ限定されるものではな
く、多くの変形又は変更をなし得ること明らかである。
例えば、GaAs以外のIII−V族化合物半導体材料例えばI
nP、GaP、これらの混晶、その他の材料を用いてもこの
発明を適用することが出来る。
また、この化合物半導体層の成長をMOCVD法以外の方法
で成長させる場合にも、この発明の成長方法を適用して
好適である。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の化合物
半導体層の成長方法によれば、従来よりも短時間の成長
時間で成長層の転位密度を容易に低減させることが出来
る。
しかも、成長の段階で歪超格子を用いる場合のような他
の物質を導入する必要が無いので、転位密度を106/cm2
という程度にまで効果的に低減を図ることが出来る。
さらに、成長層の最上層は通常の成長温度で成長させる
ことが出来るので、成長段階で不純物の拡散等といった
不所望な現象が起ることが無い。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の化合物半導体層の成長方法の説明に
供する、成長温度と熱処理温度とを示す図、 第2図(A)〜(D)はこの発明の化合物半導体層の成
長方法の説明に供する工程図、 第3図は従来の化合物半導体層の成長方法の説明図、 第4図(A)は従来の化合物半導体層の成長方法の説明
に供する、成長温度と熱処理温度とを示す図、 第4図(B)は従来の化合物半導体層の成長方法の説明
に供する断面図である。 10……Si半導体基板、12……GaAsの最下層 14……GaAsの繰り返し成長層 14a……(繰り返し成長層の)第一層 14b……(繰り返し成長層の)第二層 14c……(繰り返し成長層の)第三層 16……GaAsの最上層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 第48回応用物理学会学術講演会講演予稿 集(1987年)第1分冊P.231 20a−X −10 第1分冊P.232 20a−X−11 第1分冊P.906 17p−ZE−3

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン(Si)基板上に、あらかじめ選択
    されたIII−V族化合物半導体からなる化合物半導体層
    をエピタキシャル成長させるに当り、 900℃以上の温度で前記基板を熱処理して、前記基板の
    表面を清浄化する工程と、 前記熱処理された基板上に、400℃〜450℃の範囲内の温
    度で、100Å〜200Åの厚さの前記化合物半導体の最下層
    を成長させる工程と、 前記化合物半導体の通常の成長温度で数千Åの厚さの前
    記化合物半導体層を成長し、次いで成長を停止して前記
    通常の成長温度よりも100℃〜300℃高い温度でアニール
    するサイクルを複数回繰り返すことにより、前記最下層
    上に前記化合物半導体の繰り返し成長層を形成する工程
    と、 前記繰り返し成長層上に、前記化合物半導体の通常の成
    長温度で、所望の厚さの前記化合物半導体層を成長させ
    る工程と を有することを特徴とする化合物半導体層の成長方法。
JP63082892A 1988-04-06 1988-04-06 化合物半導体層の成長方法 Expired - Lifetime JPH0732125B2 (ja)

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JPH081955B2 (ja) * 1991-08-21 1996-01-10 ヒューズ・エアクラフト・カンパニー 反転変調ドープされたヘテロ構造の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
第48回応用物理学会学術講演会講演予稿集(1987年)第1分冊P.23120a−X−10第1分冊P.23220a−X−11第1分冊P.90617p−ZE−3

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