JPH03209717A - 化合物半導体の成長方法 - Google Patents
化合物半導体の成長方法Info
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- JPH03209717A JPH03209717A JP397790A JP397790A JPH03209717A JP H03209717 A JPH03209717 A JP H03209717A JP 397790 A JP397790 A JP 397790A JP 397790 A JP397790 A JP 397790A JP H03209717 A JPH03209717 A JP H03209717A
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- Japan
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- temperature
- substrate
- compound semiconductor
- gaas
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（概要〕
本発明は、基板と格子定数が異なる化合物半導体エピタ
キシャル結晶の構造とその製造方法に関し。
キシャル結晶の構造とその製造方法に関し。
Ｍ ＯＣＶ Ｄ （Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）
装置を用いてＧａＡｓ Ｏｎ Ｓｉを成長する際に、基
板の加熱温度が低くても１表面の清浄化。
ｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）
装置を用いてＧａＡｓ Ｏｎ Ｓｉを成長する際に、基
板の加熱温度が低くても１表面の清浄化。
特に酸化物の除去ができる祿な方法を提供することを目
的とし。
的とし。
■シリコン基板上に化合物半導体の結晶を成長する方法
において、該化合物半導体の成長前に。
において、該化合物半導体の成長前に。
該シリコン基板を該化合物半導体の成長温度より高温で
一定時間加熱し、加熱したシリコン基板を該化合物半導
体の成長温度以下に下げて、該化合物半導体に含まれる
元素と同種の元素を成分とする有機金属ガスの雰囲気に
曝し、再び該化合物半導体の成長温度以上で一定時間加
熱し、加熱したシリコン基板を該化合物半導体の成長温
度以下に下げて、該有機金属ガスの雰囲気に曝し、上記
工程を複数回繰り返した後に、該シリコン基板に化合物
半導体の結晶成長を開始するように。
一定時間加熱し、加熱したシリコン基板を該化合物半導
体の成長温度以下に下げて、該化合物半導体に含まれる
元素と同種の元素を成分とする有機金属ガスの雰囲気に
曝し、再び該化合物半導体の成長温度以上で一定時間加
熱し、加熱したシリコン基板を該化合物半導体の成長温
度以下に下げて、該有機金属ガスの雰囲気に曝し、上記
工程を複数回繰り返した後に、該シリコン基板に化合物
半導体の結晶成長を開始するように。
■シリコン基板を７５０’Ｃより高温で５分間以上加熱
し、続いて、ガリウムまたはアルミニウムを主成分とす
る有機金属ガスに曝し９次に、再び７５０℃以上で５分
間加熱し、７５０℃以下に温度を下げ。
し、続いて、ガリウムまたはアルミニウムを主成分とす
る有機金属ガスに曝し９次に、再び７５０℃以上で５分
間加熱し、７５０℃以下に温度を下げ。
前記プロセスを複数回繰り返した後、ガリウムまたはア
ルミニウムを含む化合物半導体の結晶をシリコン基板上
に成長するように構成する。
ルミニウムを含む化合物半導体の結晶をシリコン基板上
に成長するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、基板と格子定数が異なる化合物半導体エピタ
キシャル結晶の構造とその製造方法に関する。
キシャル結晶の構造とその製造方法に関する。
近年の超高速コンピュータや光通信技術の発達に伴い、
砒化ガリウム（ＧａＡｓ）を始めとする■−■族化合物
半導体の集積度や量産性の向上が要求されている。この
ため、大口径・強度・価格などの面で優れた特徴を持つ
シリコン（Ｓｉ）を基板とし。
砒化ガリウム（ＧａＡｓ）を始めとする■−■族化合物
半導体の集積度や量産性の向上が要求されている。この
ため、大口径・強度・価格などの面で優れた特徴を持つ
シリコン（Ｓｉ）を基板とし。
その上に超高速動作や光機能などの利点を持つＧａＡｓ
を成長する。いわゆるＧａＡｓ ｏｎ Ｓｉの開発が盛
んに行われている。
を成長する。いわゆるＧａＡｓ ｏｎ Ｓｉの開発が盛
んに行われている。
ＧａＡｓ ｏｎ Ｓｉの問題点として、基板と成長層の
格子定数が異なる（ＧａＡｓはＳｔより格子定数が４％
大きい）ことの他に、Ｓｉ基板表面の清浄化が困難とい
う問題がある。
格子定数が異なる（ＧａＡｓはＳｔより格子定数が４％
大きい）ことの他に、Ｓｉ基板表面の清浄化が困難とい
う問題がある。
第４図は従来のＧａＡｓ ｏｎ Ｓｔの加熱温度サイク
ルである。
ルである。
Ｓｉ表面の主な汚染元素としては、炭素（Ｃ）、酸素（
０）１重金属が挙げられる。これらの中でも、特に酸素
は、 Ｓｉと結びついて、その表面に酸化膜を形成し、
単結晶の成長を著しく妨げる原因となる。
０）１重金属が挙げられる。これらの中でも、特に酸素
は、 Ｓｉと結びついて、その表面に酸化膜を形成し、
単結晶の成長を著しく妨げる原因となる。
従って、酸化膜を完全に除去する必要がある。
この酸化膜は、 Ｓｔ基板が空気に触れると自然に生ず
る物であり、大気から遮断された成長装置中で成長前に
これを除去せねばならない。
る物であり、大気から遮断された成長装置中で成長前に
これを除去せねばならない。
ＭＯＣＶＤで従来行われている基板上の酸化膜除去と化
合物半導体の結晶成長の手順の一例を第４図に示す。
合物半導体の結晶成長の手順の一例を第４図に示す。
Ｓｉ基板表面の酸化膜を除去するためには１図に示すよ
うに、水素（Ｈｇ）気流、またはＨ２とアルシン（ＡＳ
Ｈ３）の混合ガス気流中で約１ 、０００度の温度で加
熱する必要があると言われている。その後、所定の温度
２例えばＧａＡｓの場合には７００″Ｃに下げて結晶の
成長を開始する。
うに、水素（Ｈｇ）気流、またはＨ２とアルシン（ＡＳ
Ｈ３）の混合ガス気流中で約１ 、０００度の温度で加
熱する必要があると言われている。その後、所定の温度
２例えばＧａＡｓの場合には７００″Ｃに下げて結晶の
成長を開始する。
しかし、化合物半導体の成長装置は８５０℃以下の温度
で成長を行うことを前提として設計されており、基板の
ホルダをこのような高温度まで上げようとしても、加熱
装置の能力、特に誘導加熱炉の発信機の出力が不足して
いることが多い。また。
で成長を行うことを前提として設計されており、基板の
ホルダをこのような高温度まで上げようとしても、加熱
装置の能力、特に誘導加熱炉の発信機の出力が不足して
いることが多い。また。
温度を上げることができるとしても、成長装置内の吸着
元素を脱離させたり、加熱装置の消耗を早めたりするた
めに好ましくない。
元素を脱離させたり、加熱装置の消耗を早めたりするた
めに好ましくない。
更に、 １，２００℃以上に加熱した場合には、炭素化
合物が昇華するためにより完全な清浄化が行えるものの
、３１着に熱歪みが加わったためにスリ・ンプが発生す
るなどの問題がある。
合物が昇華するためにより完全な清浄化が行えるものの
、３１着に熱歪みが加わったためにスリ・ンプが発生す
るなどの問題がある。
超高真空中で成長を行うＭ Ｂ Ｅ （Ｍｅｔａｌ Ｂ
ｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）では、比較的低温で基板表面を
清浄化するために、ガリウム（Ｇａ）ビームを照射しな
がら加熱するという技術が用いられている。これはドラ
イエツチングの一種とも言うべきものであり、Ｓｉ表面
のＳｉ酸化物５ｔｙｘを、揮発性の高いＧａ酸化物Ｇａ
Ｏｘに変化させて蒸発させるものである。これにより、
８００″Ｃ程度で清浄化が可能となる。しかし。
ｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）では、比較的低温で基板表面を
清浄化するために、ガリウム（Ｇａ）ビームを照射しな
がら加熱するという技術が用いられている。これはドラ
イエツチングの一種とも言うべきものであり、Ｓｉ表面
のＳｉ酸化物５ｔｙｘを、揮発性の高いＧａ酸化物Ｇａ
Ｏｘに変化させて蒸発させるものである。これにより、
８００″Ｃ程度で清浄化が可能となる。しかし。
ＭＯＣＶＤの場合には、このようなＧａビームを照射す
ると言うことは不可能であり、これに代わる方法が必要
となる。
ると言うことは不可能であり、これに代わる方法が必要
となる。
特にその傾向が激しく、金属量の不足により、接続不良
や、甚だしい場合には断線障害を引き起こす。
や、甚だしい場合には断線障害を引き起こす。
本発明は、ＭＯＣＶＤを用いてＧａＡｓ Ｏｎ Ｓｉを
成長する際に、基板の加熱温度が低くても９表面の清浄
化、特に酸化物の除去ができる様な方法を提供すること
を目的とする。
成長する際に、基板の加熱温度が低くても９表面の清浄
化、特に酸化物の除去ができる様な方法を提供すること
を目的とする。
（課題を解決するための手段〕
第１図は本発明の原理説明図である。
図において、１はＳｉ基板１２は５ｉＯｚ膜、３はＧａ
原子、４はＴＭＧ、５はメチル基、６は０原子。
原子、４はＴＭＧ、５はメチル基、６は０原子。
７はＧａＯｘである。
第１図（ａ）に示すように、酸化し易い金属を構成元素
とする有機化合物２例えば、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）４を低温で供給すると、 Ｓｉ基板１の表面近傍で
Ｇａ原子３とメチル基５に分解したのち、メチル基５は
蒸発し、 Ｇａ原子３がＳｉ基板１の表面に付着する。
とする有機化合物２例えば、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）４を低温で供給すると、 Ｓｉ基板１の表面近傍で
Ｇａ原子３とメチル基５に分解したのち、メチル基５は
蒸発し、 Ｇａ原子３がＳｉ基板１の表面に付着する。
ここで、 Ｓｉ基板１の表面には薄い自然酸化膜２が形
成されている。
成されている。
第１図（ｂ）に示すように、前述のＧａ原子３がＳｉ基
ｖｉｌの表面のＯ原子６と結合しはじめ、そして、酸化
物ＧａＯｘ ７を形成する。
ｖｉｌの表面のＯ原子６と結合しはじめ、そして、酸化
物ＧａＯｘ ７を形成する。
次に、昇温すると、第１図（Ｃ）に示すように。
このＧａＯｘ ６は昇華して表面より消失する。このプ
ロセスを繰り返し行うことによって、比較的低温で表面
のＳｉＯ□膜２を完全に除去することができる。
ロセスを繰り返し行うことによって、比較的低温で表面
のＳｉＯ□膜２を完全に除去することができる。
〔作用）
上記のように１本発明によれば２通常の成長装置でも容
易に得られる８００℃程度の温度でＳｉ基板表面の清浄
化が行えるために＋ ＧａＡｓ ｏｎ Ｓｔ成長のため
に特別の高温度加熱装置を用意する必要がない。また＋
ＧａＡｓやＡ Ｉ ＧａＡｓのＭＯＣＶＤ成長の原料
として用いられているガスをそのまま用いてＳｉ基板の
清浄化を行うために５反応間を汚染することがない。
易に得られる８００℃程度の温度でＳｉ基板表面の清浄
化が行えるために＋ ＧａＡｓ ｏｎ Ｓｔ成長のため
に特別の高温度加熱装置を用意する必要がない。また＋
ＧａＡｓやＡ Ｉ ＧａＡｓのＭＯＣＶＤ成長の原料
として用いられているガスをそのまま用いてＳｉ基板の
清浄化を行うために５反応間を汚染することがない。
〔実施例］
第４図は本発明の一実施例の加熱温度サイクル。
第４図は本発明に使用したＭＯＣＶＤ装置の模式構成図
である。
である。
図において、８は基板、９はサセプター、１０は成長室
１１は高周波コイル、１２は排気口、１３はガス導入
口、１４はバルブ、１５はバブラー、１６はボンベ、１
７はガス配管である。
１１は高周波コイル、１２は排気口、１３はガス導入
口、１４はバルブ、１５はバブラー、１６はボンベ、１
７はガス配管である。
第２図＃；半に示すように、半導体基板８として、 （
０１１１方向に３度オフした（１００）面を有するＳｉ
基板を用い、このＳｉ基板を弗酸水溶液で表面洗浄した
後、すぐに石英製の成長室ｌＯ内に設けたサセプター９
の上にセットする。
０１１１方向に３度オフした（１００）面を有するＳｉ
基板を用い、このＳｉ基板を弗酸水溶液で表面洗浄した
後、すぐに石英製の成長室ｌＯ内に設けたサセプター９
の上にセットする。
第３図に示した加熱温度サイクルに従って、成長室１０
の周りに巻いた高周波コイルにより、サセプターを加熱
して、基板８の温度を上昇させる。
の周りに巻いた高周波コイルにより、サセプターを加熱
して、基板８の温度を上昇させる。
先ず、水素を流しながら、 Ｓｉ基板を７００℃まで加
熱し、その後水素にＴＭＧを加えて５分間放置する。Ｔ
ＭＧの供給を止めたあと、水素のみを流しながら８５０
℃までＳｉ基板を昇温する。
熱し、その後水素にＴＭＧを加えて５分間放置する。Ｔ
ＭＧの供給を止めたあと、水素のみを流しながら８５０
℃までＳｉ基板を昇温する。
次に、再び７００℃まで降温しでＴＭせを水素に混合し
て流す。再び、ＴＭＧの供給を止め、水素のみを流しな
から８５０℃に昇温する。
て流す。再び、ＴＭＧの供給を止め、水素のみを流しな
から８５０℃に昇温する。
この１７００℃で５分間のＴＭＧ供給と８５０℃での水
素加熱を数回繰り返して、 Ｓｔ表面上の薄いＳｉ０ｇ
膜の層が完全になくなったら、水素のみを流して。
素加熱を数回繰り返して、 Ｓｔ表面上の薄いＳｉ０ｇ
膜の層が完全になくなったら、水素のみを流して。
化合物半導体の所定の成長温度１例えば、 ＧａＡｓの
成長では、４５０℃迄降温する。
成長では、４５０℃迄降温する。
この際、水素ガスのみでなく、アルシン（ＡｓＨ３）を
同時に流すと、成長間の管壁から気化してきた原子によ
り基板が汚染されるのを防ぐ効果がある。
同時に流すと、成長間の管壁から気化してきた原子によ
り基板が汚染されるのを防ぐ効果がある。
Ｓｉ基板上へのＧａＡｓの成長については、よく知られ
た技術であるので概略の工程を示すに留める。
た技術であるので概略の工程を示すに留める。
４５０℃で多結晶状またはアモルファス状のＧａＡｓを
１０ｎｍの厚さに、 Ｓｉ基板上全面に成長した後、７
００℃に昇温し、その途上で固相成長と同じ原理で。
１０ｎｍの厚さに、 Ｓｉ基板上全面に成長した後、７
００℃に昇温し、その途上で固相成長と同じ原理で。
ＧａＡｓ膜を単結晶化させる。
そして、７００℃に達したら＋ ＧａＡｓの単結晶を。
素子形成に必要な厚さだけ２例えば３μｍだけ。
公知の方法により、 Ｓｉ基板上に成長させる。
以上説明したように９本発明によれば、比較的低い温度
でＳｉ基板の清浄化、特に酸化物の除去ができるために
、 ＧａＡｓ ｏｎ Ｓｉ成長のための特殊な加熱装置
を必要とせず、また高温で加熱することによる基板への
ストレス発生などを防ぐ効果があり。
でＳｉ基板の清浄化、特に酸化物の除去ができるために
、 ＧａＡｓ ｏｎ Ｓｉ成長のための特殊な加熱装置
を必要とせず、また高温で加熱することによる基板への
ストレス発生などを防ぐ効果があり。
ＧａＡｓ ｏｎ Ｓｔの量産性と品質向上に寄与すると
ころが大きい。
ころが大きい。
第１図は本発明の原理説明図。
第２図は本発明に使用したＭＯＣＶＤ装置模式第３図は
本発明の一実施例の加熱温度サイクル。 第４図は従来のＧａＡｓ ｏｎ Ｓｉの加熱温度サイク
ルである。 図において。 ｌは３１基板、 ２はＳｉＯ□膜。 ３はＧａ原子、 ４はＴＭＧ。 ５はメチル基、 ６は０原子。 ７はＧａＯｘ。 ９はサセプター １１は高周波コイル。 １３はガス導入口。 １５はバブラー １７はガス配管 ８は基板。 １０は成長室。 １２は排気口。 １４はバルブ。 １６はボンベ。 本発明の原種説明図 第 図 本発明に使用したＭＯＣＶＤ装置訣武構成図犀 ２ 図
本発明の一実施例の加熱温度サイクル。 第４図は従来のＧａＡｓ ｏｎ Ｓｉの加熱温度サイク
ルである。 図において。 ｌは３１基板、 ２はＳｉＯ□膜。 ３はＧａ原子、 ４はＴＭＧ。 ５はメチル基、 ６は０原子。 ７はＧａＯｘ。 ９はサセプター １１は高周波コイル。 １３はガス導入口。 １５はバブラー １７はガス配管 ８は基板。 １０は成長室。 １２は排気口。 １４はバルブ。 １６はボンベ。 本発明の原種説明図 第 図 本発明に使用したＭＯＣＶＤ装置訣武構成図犀 ２ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）シリコン基板上に化合物半導体の結晶を成長する方
法において、 該化合物半導体の成長前に、該シリコン基板を該化合物
半導体の成長温度より高温で一定時間加熱し、加熱した
シリコン基板を該化合物半導体の成長温度以下に下げて
、該化合物半導体に含まれる元素と同種の元素を成分と
する有機金属ガスの雰囲気に曝し、再び該化合物半導体
の成長温度以上で一定時間加熱し、加熱したシリコン基
板を該化合物半導体の成長温度以下に下げて、該有機金
属ガスの雰囲気に曝し、 上記工程を複数回繰り返した後に、該シリコン基板に化
合物半導体の結晶成長を開始することを特徴とする化合
物半導体の成長方法。 ２）シリコン基板を７５０℃より高温で５分間以上加熱
し、続いて、ガリウムまたはアルミニウムを主成分とす
る有機金属ガスに曝し、次に、再び７５０℃以上で５分
間加熱し、７５０℃以下に温度を下げ、前記プロセスを
複数回繰り返した後、ガリウムまたはアルミニウムを含
む化合物半導体の結晶をシリコン基板上に成長する請求
項１記載の化合物半導体の成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP397790A JPH03209717A (ja) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | 化合物半導体の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP397790A JPH03209717A (ja) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | 化合物半導体の成長方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03209717A true JPH03209717A (ja) | 1991-09-12 |
Family
ID=11572113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP397790A Pending JPH03209717A (ja) | 1990-01-11 | 1990-01-11 | 化合物半導体の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03209717A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019119925A (ja) * | 2018-01-11 | 2019-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | 成膜方法及び成膜装置 |
-
1990
- 1990-01-11 JP JP397790A patent/JPH03209717A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019119925A (ja) * | 2018-01-11 | 2019-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | 成膜方法及び成膜装置 |
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