JPH0334535A - シリコン基板上における高抵抗ガリウム砒素の製造方法 - 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】

本発明は、シリコン（Ｓ２）基板上において、抵抗率の
制御し易いガリウム砒素（ＧａＡｓ）、特に、ノンドー
プのガリウム砒素においては、高抵抗のガリウム砒素を
結晶成長させる方法に関する。

【従来技術】

従来、ガリウム砒素は、キャリア移動度がシリコンに比
べて大きいことから、マイクロ波帯域のＭＢＳＦＥＴ　
（金属半導体電界効果トランジスタ）やＨ［１ＭＴ（高
電子移動度トランジスタ）等の高速集積回路（ＩＣ）に
代表される各種の電子素子や、バンド構造が直接遷移型
であることから、太陽電池、発光ダイオード（ＬＢ口）
、レーザーダイオード等の変換効率の高い各種の光電変
換素子の材料として用いられている。 しかし、ガリウム砒素基板は、シリコン基板に比べて、
高価であり、大面積の経済性の優れた基板が得難いこと
や、脆くて破損率が高くその結果製造効率が悪いという
欠点がある。 そこで、大面積で機械的強度に優れたシリコン基板が安
価に供給されることから、シリコン基板上に良質なガリ
ウム砒素薄膜を結晶成長させることができれば、機械的
強度に優れた上記効果を有する高速素子や高効率な光電
変換素子が安価に且つ多量に供給できることになる。 以上の理由から、シリコン基板上に良質なガリウム砒素
薄膜を結晶成長させるヘテロエピタキシーに関して多く
の研究が戊されている。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、シリコン基板上に成長させたノンドープ
ガリウム砒素層を高抵抗に形成することができず、上記
素子の製造及び特性において問題があった。 このノンドープガリウム砒素層を高抵抗に形成できない
ことは、ガリウム砒素層のキャリア濃度を低くすること
ができないことによるものである。 例えば、ガリウム砒素基板上にノンドープガリウム砒素
層をエピタキシャル成長させた場合には、そのエピタキ
シャル成長層のキャリア濃度は４×１０”／　ｄである
のに対し、シリコン基板にノンドープガリウム砒素層を
エピタキシャル成長させた場合には、そのエピタキシャ
ル成長層のキャリア濃度は８ｘｌＯ”／　７と前者に比
べて約２桁程太きい。 このキャリア濃度が高くなる原因として、ガリウム砒素
のエピタキシャル成長層における格子欠陥や不純物の存
在が考えられる。 格子欠陥は、シリコンとガリウム砒素とで結晶の格子定
数が異なることから生じる格子不整合と、ガリウム砒素
層の成長後の冷却過程において、両者の熱膨張係数が異
なることによって生じる歪み応力が原、因と考えられて
いる。このような格子欠陥は、シリコン基板とエピタキ
シャル成長したガリウム砒素層との界面に多く発生し、
その界面付近の格子欠陥が成長過程で更に上層部に進行
していくものと考えられている。 一方、ガリウム砒素層における不純物としては、ガリウ
ム砒素の成長過程において、シリコン基板からシリコン
基板とガリウム砒素との境界面を介して拡散するシリコ
ン原子が考えられる。このシリコン原子は、ガリウム砒
素層において、ドナーとして作用し、電子濃度を高くし
ている。 ガリウム砒素層へのシリコンの拡散の範囲は、高温成長
とアニーリング処理で拡大する。又、ガリウム砒素層へ
のシリコンの拡散は、ガリウム砒素層のシリコン基板と
の界面から０．５ｕＩｎに存在する高レベルの格子欠陥
により生じる選択的な拡散チャンネルによって強調され
ると考えられている。 しかし、後で詳しく述べるように、本発明者らは色々実
験をした結果、本来、格子欠陥濃度やシリコン基板との
界面を介してシリコン基板から拡散したシリコン原子に
よる不純物濃度は、界面付近で高く、従って、キャリア
濃度はガリウム砒素層の上層程低いはずであるが、上層
部でも尚キャリア濃度が高いことが判明した。 そこで、本発明者らは、キャリア濃度を低く出来ない原
因は、他にあると考えた。即ち、シリコン基板からシリ
コン原子が気化して、そのシリコン原子が成長するガリ
ウム砒素層の中に周囲環境から取り込まれているのでは
ないかとの仮説をたてて、そのことを立証する実験を行
った。 尚、従来は、ガリウム砒素を成長させる通常の温度であ
る７５０℃位では、シリコン原子が気化することはない
と考えられている。 本発明は、上記のような考察から完成されたものであり
、その目的はシリコン基板上に高抵抗のガリウム砒素層
を成長させることである。

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するための発明の構成は、シリコン（Ｓ
２）基板上のガリウム砒素（ＧａＡｓ）を結晶成長させ
る領域を除く全表面に、ガリウム砒素の結晶成長温度に
おいてガリウム砒素にドーピングされない安定な物質の
皮膜層を形成し、その後、所定領域の露出した前記シリ
コン基板上にガリウム砒素を結晶成長させるようにした
ことである。尚、全表面とは上面、側面、裏面であり、
環境との境界の全面を意味する。 皮膜層を構成する物質は、ガリウム砒素の結晶成長温度
において、シリコン基板のシリコン原子の気化が防止で
き、又その皮膜層をｖｔ戊する分子、原子が気化して、
ドーパントとしてガリウム砒素層に取り込まれない物質
であれば良い。 望ましくは、前記皮膜層は、２００−１００００人の厚
さの二酸化シリコン（ＳｉＯ＝）や、２００−１０００
０人の厚さの窒化シリコン（Ｓｉ＝Ｎ＝）で形成される
。しかし、その他、Ｓｉｎ、、ＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏ
−ｓｉｌｉｃａｔｅ　ｇｌａｓｓ）、Ｉ！ＰＳＧ、　オ
キシナイトライド等のガラス、セラミクス等の絶縁体や
誘電体を用いることができる。 尚、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（Ｓｉ
３Ｎ、）の皮膜層の厚さが２００人より薄くなると、シ
リコン基板のシリコン原子が皮膜層を透過して気化する
ため、シリコンの遮蔽効果が薄く、又、１００００人よ
り厚くすることはシリコンの遮蔽効果には何ら問題はな
いが、シリコンと皮膜層の熱膨張係数の相違によりシリ
コン基板に反りが発生したり、エツチングに時間がかか
る等の問題があるため望ましくない。 又、皮膜層は単層だけでなく、異なる物質、例えば二酸
化シリコン（ＳｉＯ２）や窒化シリコン（Ｓｉ３８４）
の２重層又はそれ以上の多重構造としても良い。 又、皮膜層は、シリコン基板の全表面に形成され、その
後、ガリウム砒素を結晶成長させる領域に対応する前記
皮膜層の領域を除去して、下のシリコン基板を露出させ
ても良い。 又、皮膜層は、シリコン基板上のガリウム砒素を結晶成
長させる所定領域をシリコンやサファイアの板状物等で
マスクして、残りのシリコン基板の全表面上に形成する
ようにしても良い。 又、他の発明の特徴は、シリコン基板の全表面上に約２
００−２０００人の厚さの第１の二酸化シリコン（Ｓ１
０２）層を形成し、その第１の二酸化シリコン（ＳｉＯ
＝）層の全表面上に約５００−２０００人の厚さの窒化
シリコン（ＳｉａＮ＝）　Ｆ！を形成し、前記第１の二
酸化シリコン（Ｓｉｎ−）層の上面で、ガリウム砒素を
成長させる所定領域に対応した前記窒化シリコン（Ｓｉ
＝Ｎｎ）　Ｈの所定領域が残るように前記窒化シリコン
（Ｓ１３８４）層の一部を除去し、露出している前記第
１の二酸化シリコン（Ｓ＋Ｏ２）層の全表面上に第２の
二酸化シリコン（Ｓ１０２）層を形成し、前記所定領域
に残された前記窒化シリコン（ＳＩａＮ＜）層を除去し
て下層に存在する前記′ｉ！、１の二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ２）ＦＪの所定領域を露出させ、さらに、前記第１
の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層の露出した前記所定領
域を除去して前記シリコン基板を露出させ、前記シリコ
ン基板の前記露出部分にガリウム砒素層を形成するよう
にしている。 前述の発明において、皮膜層を形成する方法は、常圧Ｃ
ＶＩＩ　（化学気相成長）、プラズマＣＶＤ、減圧Ｃｖ
ｎ１光ＣＶＤ　、スパッタリングやイオンビーム蒸着法
等のＰＶＤ　（物理気相成長法）等を使用することがで
きる。 特に、皮ＭＦｊｌが酸化シリコンの場合は、蒸気酸化法
、高圧酸化法、水素燃焼酸化法、プラズマ陽極酸化法等
を用いることができる。 又、ガリウム砒素層のエピタキシャル成長は、ＭＯＣＶ
［ｌ　（有機金属化学気相成長’）　、ＭＢ［ｌ（分子
線エピタキシャル成長）　、ＭＯＭＢＢ（有機金属分子
線エピタキシャル成長）　、Ｃ０Ｂ（化学線エピタキシ
ャル成長）等を用いることができる。

【作用及び効果】

シリコン（Ｓ２）基板上のガリウム砒素（ＧａＡｓ）を
結晶成長させる領域を除く全表面（上面、側面、裏面の
全面）に、ガリウム砒素の結晶成長温度においてガリウ
ム砒素にドーピングされない安定な物質の皮膜層を形成
したので、結晶成長過程においてシリコン基板のシリコ
ン原子の気化が防止され、ガリウム砒素層への環境から
シリコンの取り込みが防止される。従って、シリコン基
板上に成長したガリウム砒素層のキャリア濃度をガリウ
ム砒素のバルクと同程度の４ｘ　ＩＱ１／　ｃｒｄとす
ることができた。

【実施例】

本発明の製造方法について述べる前に、発明者らの仮説
「シリコン基板のシリコン原子が環境に気化し、ガリウ
ム砒素の結晶成長過程でガス状のシリコンがガリウム砒
素に取り込まれ、そのシリコンがドーパントとして作用
して、シリコン基板上に成長させたガリウム砒素の電子
濃度が高くなる。」に至った過程及びそのことを立証す
る実験について説明する。 本発明者らは、裸のシリコン基板上にノンドープガリウ
ム砒素層を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ口）法によ
り７５０℃の温度で３ＩＩｍの厚さに成長させた。この
シリコン上のガリウム砒素層の電子濃度の表面からの深
さに関する特性を測定した結果、第１図（ａ）の曲線Ａ
で示す特性が得られた。表面から０．２ｍの範囲は、空
乏層のため、電子濃度は測定できなかったが、表面から
０．２ｊｍ〜１．８＃！ｌまでは、ｇ　ｘｌＱ”／　ｃ
ｉの電子濃度で略一定であり、１゜８ＩＪｍからシリコ
ン基板までの間は、電子濃度は上昇している。表面１．
８μｓからシリコン基板までの範囲で、電子濃度が深さ
と共に増大するのは、格子欠陥密度とシリコン基板との
接合面から拡散したシリコンの密度が高くなるためと考
えられる。 しかしながら、シリコン基板から離れた表面から０．２
μｓ〜１．８μｓの範囲の格子欠陥密度が小さい領域で
も、電子密度は８Ｘ１０”／−と、バルクのガリウム砒
素の電子密度に４Ｘ１０１／　ｃｕｔに比べても２００
倍高い。 そこで、本発明者らはガリウム砒素層の結晶成長の過程
で、環境からシリコン原子が取り込まれているのではな
いかと考えた。しかし、従来、ガリウム砒素の結晶成長
温度７５０℃では、シリコン基板のシリコンが蒸気とな
って環境に気化するとは考えられていなかった。 そこで、この仮説を立証するために、次の実験を行った
。 実験例１ 第２図に示すように、ＭロＣｖロ装置内にシリコン８０
を置き、その反応ガス流方向（Ｘ方向）の上流側とその
反応ガス流に垂直な方向（Ｙ方向）にガリウム砒素基板
８１と８２とを置いた。そして、この配置で、７５０℃
の条件で、ガリウム砒素基板８１より上流側からトリメ
チルガリウムとアルシンの反応ガスを流して、両ガリウ
ム砒素基板８１．８２上にガリウム砒素をｈｍの厚さに
結晶成長させた。そして、その成長されたガリウム砒素
層の′キャリア濃度のＸ方向及びＹ方向依存性を、Ｘ方
向に関しては、領域Ｘ１．Ｘ２　、Ｙ方向に関しては、
領域Ｙｌ、　Ｙ２．　Ｙ３テのキャリア濃度を測定する
ことで測定した。結果は、 ＸＩ　　；　　２．７　　ＸＩＯ”／　　ｃｒｌＸ２　
　；　　８．３　　ＸＩＯ”／　ｃｉＹｌ　　；　　８
．ＯｘｌＯ”／　ｃＩＩ！Ｙ２　　；　　７．９　　Ｘ
　１０′５／　　ｃ＋ＪＹ３　　；　　２．２　　ＸＩ
Ｏ”／　ｃｘＩであった。 このことから、シリコン８０に近い程、成長されたガリ
ウム砒素層におけるキャリア濃度が高いことが分かる。 又、ｘｌの位置でガリウム砒素層におけるシリコン濃度
と深さとの関係をＳＩＭＳで測定した。その結果を第１
図（Ｃ）に示す。表面から０．２−〜７−の範囲で１．
８　Ｘ　１０”／　ｃｆｆｌ〜２．５　Ｘ　１０１／　
ｃｒｌと漸増しているのが分かる。即ち、ガリウム砒素
層の上層部でもシリコン濃度が高く、その濃度は略一定
である。したがって、ガリウム砒素層の成長過程におい
て、シリコンが環境から取り込まれていると思われる。 実験例２ 次に、第２図の配置で、結晶成長温度を６５０℃にして
、同様にガリウム砒素を成長させ、そのガリウム砒素の
キャリア濃度のＹ軸方向の依存性を側窓した。その結果
は、 Ｙｌ　；　７．５　ＸＩＯ”／　ｃｆｆｌＹ２　；　５
．９　ｘｌＯ１４／　ｃｌであった。 ７５０℃の成長温度での実験結果と比べれば、６５０℃
の方が、キャリア濃度はシリコンに近いところ（Ｙｌ）
で、約１／１０に減少している。 実験例３ 第３図に示すように、シリコン基板の上面のみを５ｉｎ
ｓ又は５ｉａＮ４で被覆したシリコン基板８３をＭＯＣ
ＶＤ装置内に載置し、そのシリコン基板８３に対してガ
ス流の垂直方向（Ｙ軸方向）にガリウム砒素基板８４を
載置した。そして、実験例１と全く同一条件でガリウム
砒素層を結晶成長させた。そして、ガリウム砒素層のＹ
軸方向のキャリア濃度を、Ｙ方向に区画された領域Ｙｌ
、　Ｙ２．　Ｙ３でのキャリア濃度を測定することによ
り測定した。結果は、シリコン８３の上面をＳ＋Ｏｔで
被覆した場合Ｙｌ　　；　　３．ＯＸＩＯ”／　Ｃｌ１
１Ｙ２　　；　　９．７　　Ｘ　１０”／　８＋１１Ｙ
３　　：　　５．７　　ＸＩＯ”／　ｅｌ＋！シリコン
８３の上面をＳｉ３Ｎ、で被覆した場合Ｙｌ　；　２．
６　ｘｌＯ”／　ｃｒｌＹ２　；　１．６　ＸＩＯ”／
　ＣＩｌ＋この結果から、シリコン８３の上面をＳ１０
．又は５ｉＪ４で被覆することで、ガリウム砒素層のキ
ャリア濃度がシリコンに近い所で約１／３０に減少して
いるのが分かる。しかし、シリコン８３に近い程、キャ
リア濃度が高くなっていることから、未だ、シリコン８
３の影響を受けていることが理解される。 結論 上記の実験例から分かったことは、次の通りである。 （１）７５０℃でのガリウム砒素の結晶成長においては
、シリコンが気化して、そのシリコンが結晶成長するガ
リウム砒素に取り込まれて、ガリウム砒素層のキャリア
濃度が高くなること。 （２）シリコンの上表面をＳｉＯ□又は５ｔ３Ｎ４で被
覆することにより、シリコンの気化がある程度防止され
、シリコンが結晶成長するガリウム砒素層に取り込まれ
ることが防止されること。従って、シリコンの全表面（
上面、側面、裏面）を完全に被覆すれば、シリコンの気
化防止効果がより顕著になると予測され、ノンドープガ
リウム砒素層を高抵抗に形成できると思われること。 以上の実験結果から、本発明者らは、ガリウム砒素を結
晶成長させる領域を除く、シリコン基板の全表面をＳ＋
Ｏｔ又は５ｌ−Ｎ４で被覆した上で、ガリウム砒素を成
長させることを着想し、本発明を完成した。そして、上
記の皮膜層を形成したためにシリコン基板からのシリコ
ンの気化が防止され、その結果、成長するガリウム砒素
層へのシリコン原子の環境からの取り込みがなくなり、
そのガリウム砒素層をバルク程度に高抵抗とすることが
できた。 次に、その製造方法を具体的に説明する。 第１実施例 第４図に示すように、円形平板状のシリコン基板１の全
表面（上面、側面、裏面の全面）上に、蒸気酸化法によ
り、９５０℃でＳ＋０２から成る誘電体層２を１０００
人の厚さに形成した。次に、第５図に示すように、その
誘電体層２の全表面に、８００℃でＳｉｔ１ｍガスとＮ
ＨｓＨスとの反応による減圧ＣＶＤ法により、窒化シリ
コン（Ｓｉ３Ｎ、）から成る誘電体層３を１０００人の
厚さに形成した。　次に、第６図に示すように、誘電体
層３の上面３０のガリウム砒素層を形成する所定領域り
を除く部分、即ち、上面３０の周辺部３１、側面３２、
裏面３３にフォトレジストを塗布して、１２０℃で３０
分間ベータしてフォトレジスト層４を形成した。 次に、そのフォトレジスト層４をマスクとして、フォト
レジスト層４の形成されていない誘電体層３の上面ａＢ
３０の所定領域口をＳＦｓとＨｅのプラズマガスにてエ
ツチングして除去した。 次に、フォトレジスト層４を除去して、第７図に示すよ
うに、全表面が二酸化シリコン（Ｓｉｎ１）から戊る誘
電体層２で被覆され、さらに、誘電体層２上において、
上面２０の所定領域りを除く部分、即ち、上面２０の周
辺＄２１と側面２２と裏面２３が窒化シリコン（Ｓｉ３
Ｎ４）から成る誘電体層３で被覆されたシリコン基板１
が得られた。 次に、その窒化シリコン（Ｓ＋５Ｎ４）から戊る誘電体
層３をマスクとして、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から
成る誘電体層２の上面２０の露出している所定領域口を
緩衝フッ化水素酸溶液（ＨＦ＋ｌＯ８，０）でエツチン
グして除去して、第８図に示すように、シリコン基板１
の上面ｌＯの所定領域りを露出させた。 このよ・うにして、シリコン基板１のガリウム砒素を結
晶成長させる所定領域口を除く全表面、即ち、シリコン
基板１の上面１００周辺部１１、側面１２、裏面１３を
１０００人の厚さの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から成
る誘電体層２と、１００ＯＡの厚さの窒化シリコン（Ｓ
ＬＬ）から成る誘電体層３で被覆することができた。 次に、このシリコン基板１の所定領域口にガリウム砒素
を次のようにしてエピタキシャル成長させた。 先ず、上記のシリコン基板ｌを、１０分間トリクロロエ
タンで、５分間アセトンで、５分間メチルアルコールで
それぞれ洗浄した。次に、そのシリコン基板１を純水で
リンスし、４分間４Ｈ＊ＳＯ４＋Ｈｓ０２液に浸してエ
ツチングし、純水でリンスし、その後１分間、ＨＦ＋Ｈ
！０液に浸した。 次に、第８図に示す上記洗浄処理の行われたシリコン基
板１は有機金属気相成長装置の反応室内に載置された。 シリコン基板１は、先ず、１０００ｔ’に加熱され、１
０ｃｃ／分の流量でアルシンガス（ＡｓＨｓ）を流して
、１０分間熱処理された。次に、シリコン基板１の温度
を４００℃とし、アルシンガス（ＡｓＨｓ）とトリメチ
ルガリウムガス（ＴＭＧ）の流量モル比を８０：１とし
て、５分反応ガスを供給した。この結果、第９図に示す
ように、１２５人の厚さを有したガリウム砒素１１５が
形成された。 次に、シリコン基板１の温度を７５０℃とし、アルシン
ガス（ＡｓＨｓ）とトリメチルガリウムガス（ＴＭＧ）
の流量モル比を４０：ｌとして、６０分間反応ガスを供
給した。この結果、第９図に示すように、３７ａの厚さ
を有したノンドープのガリウム砒素Ｎ６が形成された。 このようにして、シリコン基板１上にエピタキシャル成
長したガリウム砒素層６について、上表面６０からの深
さＸ−に関する電子濃度Ｎ／−の分布特性を測定した。 その結果を、第１図（ａ）の曲線Ｈに示す。上表面６０
から１．７μｓの深さからシリコン基板１との界面まで
、電子濃度は４　ＸＩＱ１４／　Ｃ１１ｌ〜９　ＸＩＯ
′？／　ｃｊへと変化している。この電子濃度の深さに
伴う増加傾向は、界面を介してシリコン基板１から拡散
されたシリコン原子によるものと思われる。それに対し
、上表面６０から１．７−の深さまでは、空乏層の形成
により測定できなかったが、電子濃度は４　ｘｌＯ”／
　ｃｊで一定であると思われる。 又、上記製造方法と同様な条件にて、シリコン基板の側
面と裏面を二酸化シリコン（ＳｉＯ２）で被覆して、第
１図（ロ）に示すようにガリウム砒素層をＭＥＳＰＢＴ
構造に形成し、表面空乏層がｎ１ガリウム砒素層５８に
形成されるようにして、ノンドープガリウム砒素層５６
０表面近くの電子濃度を測定した。 その結果をｍ１図ら）の曲線りで示す。このことから、
電子濃度は約１０”／ａｎ！で均一であることが分かる
。この電子濃度はガリウム砒素基板の上にエピタキシャ
ル成長させたガリウム砒素層やバルクのガリウム砒素に
おける電子濃度と同程度である。 又、比較のために、シリコン基板に皮膜層を形成しない
で、裸のシリコン基板の上に、同様な旧５ＦＥＴｖＩ造
のガリウム砒素層を形成して、ノンドープガリウム砒素
層の電子密度と深さとの関係を測定した。その結果を第
１図山）の曲線Ｃに示す。裸のシリコン基板を用いた場
合には、２　ＸＩＯ”／　ｃｒｌであり、本実施例方法
で形成されたガリウム砒素の場合の方が、電子濃度は約
３桁程低い。 実施例２ 次に、シリコン基板のガリウム砒素層を形成する所定領
域りを除く全表面に皮膜層を形成する他の実施例につい
て説明する。 第１０図に示すように、実施例１と同様にして、シリコ
ン基板１５の全表面上に、二酸化シリコン（Ｓｉｎ−）
から戊る厚さ１０００人の誘電体層２４を形成する。次
に、この誘電体層２４の形成されたシリコン基板１５を
その上面のガリウム砒素層を形成する所定領域りを下向
きにして図示するエツチング装置９０の上部開口部に載
置する。エツチング装置９０はフッ化水素酸（ＩＩＦ又
は希釈フッ化水素酸（ｎＨＦ＋Ｈｉ０２））９２の入っ
た容器９１を有しており、その容器９１の上部開口部に
は０リング９３が配設されている。 シリコン基板１５の周辺部と０リング９３とが接触して
おり、シリコン基板１５の所定領域りでのみ、エツチン
グ分子９４が５ｉＯｉから成る誘電体層２４と接触する
。その結果、所定領域口において誘電体層２４がエツチ
ングされ、下層のシリコン基板１５の所定領域りの部分
が露出する。 その所定領域りに、第１実施例と同様にして、ガリウム
砒素層をエピタキシャル成長させることができる。 実施例３ 又、第１１図に示すようにして、５ｉＯｚから戊る誘電
体層２４の所定領域口に窓を形成することもできる。 シリコン基板１５の全表面上には、実施例２と同様にし
て二酸化シリコン（Ｓｉｎ−）から成る厚さ１０００人
の誘電体層２４が形成されている。そして、そのシリコ
ン基板１５は、保持具９５により誘電体層２４の上面周
辺部が接合されて、固定されている。そして、誘電体１
１２４は上面の所定領域口のみが露出し、他の部分は保
持具９５で覆われている。 このシリコン基板１５を保持した保持具９５は、プラズ
マエツチング装置内に載置される。そして、ＣＦ４−Ｌ
、　Ｃ１Ｐ−、Ｃ−Ｐｓ等のガス９６によるプラズマエ
ンチングより二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から成る誘電
体層２４の上面の所定領域りがエツチングされ、シリコ
ン基板１５のガリウム砒素層の形成される所定領域りが
露出する。 実施例４ 第１２図に示すように、シリコン基板１４の全表面上に
厚さ２００人の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から成る誘
電体層２５とその誘電体層２５の全表面上に厚さ１００
０人の窒化シリコン（ｓｉ３Ｎ４）から成る誘電体層３
５を形成する。尚、誘電体層２５の厚さは約２００人か
ら２０００人の範囲で、誘電体層３５の厚さは約５００
Ａ〜２０００人の範囲で変化させることができる。次に
、誘電体層３５の上面３６に一様にフォトレジスト１’
１Ｊ４１を形成した。 次に、第１３図に示すように、フォトリソグラフィ技術
を用いて、ガリウム砒素層が形成される所定領域口だけ
残ったフォトレジスト層４１ａが形成された。 次に、所定領域りに形成されたフォトレジストＧ４１ａ
をマスクとして、窒化シリコン（ＳｉａＮ４）から成る
誘電体層３５の７オトレジストで被覆されていない領域
を全てＳＦＩとＮＨｓガスのプラズマエツチングにて除
去した。 次に、第１４図に示すように、フォトレジスト層４１ａ
を除去して、そのフォトレジスト層４１ａの下層、即ち
、所定領域りにのみ窒化シリコン（ＳｉａＮ＜）から成
る誘電体層３５ａを形成することができた。 次に、第１５図に示すように、所定領域りにのみ形成さ
れた窒化シリコン（ｓｌａＮｎ）から成る。誘電体層３
５ａをマスクとして、誘電体層３５ａで覆われていない
二酸化シリコン（Ｓｉ口、）から戊る誘電体層２５の全
表面に、更に、二酸化シリコン（Ｓｉｎｓ＞から成る厚
さ７０００人の誘電体層２６を蒸気酸化法により形成し
た。尚、この誘電体層２６の厚さは、１ｏｏｏ−１００
０ＯＡの範囲で変化させても良い。 次に、第１６図に示すように、二酸化シリコン（ＳｉＯ
２）から成る誘電体層２６をマスクとして窒化シリコン
（Ｓｉ３Ｎ４）から成る薄い誘電体層３５ａのみをアン
モニア液によるウェットエツチングにより除去して、下
層の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から成る誘電体層２５
０所定領域りを露出させた。この結果、シリコン基板１
４において、ガリウム砒素層が形成される所定領域口で
は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）が薄＜２００人に形成
され、他の部分では二酸化シリコン（ＳｉＯ２）が厚（
７２００人に形成されたことになる。 次に、所定領域０において、シリコン基板１４が露出す
るまで、シリコン基板１４の全表面に形成された二酸化
シリコン（ＳｉＯ２）を−様に約２００人だけエツチン
グした。このようにして、第１７図に示すように、ガリ
ウム砒素層の形成される所定領域口が露出したシリコン
基板１４が得られた。 この時、その厚い５ｔｅ２の誘電体層２６の厚さは、所
定領域口の薄い５ｉｎｓの誘電体層２５の厚さにほぼ等
しい厚さ２０ＯＡだけ減少する。従って、所定領域０以
外に残された総合の５ｉｎｓの厚さは、付加的に形成し
た厚い誘電体層２６の厚さ７０００人となる。 上記の実施例２．３．４で形成された所定領域０以外の
全表面が被覆されたシリコン基板上の所定領域りに実施
例１と同様にしてガリウム砒素層を形成することができ
る。 変形例 上記実施例の他、様々な変形例が考えられる。 上記シリコン基板１．１４．１５等は半導体素子の形成
されていないウェハとしているが、微細加工により既に
半導体素子の形成されたものでも良い。 又、ガリウム砒素層を形成する所定領域りは、大口径の
円形状としているが、ガリウム砒素による素子を形成す
る部分だけガリウム砒素を選択成長させる場合には、皮
膜層は所定の微細形状にパターン化されたものでも良い
。 皮膜層は、ＳｉＯ□又は５ｉ３Ｎａの単層や、５ｉｎｓ
とＳＩ３Ｎ４の二重層で形成する他、Ｓｉ口＊、　５ｉ
３Ｎ４、他の物質の多重層で形成しても良い。又、各層
の厚さ＆ｊシリコン基板のシリコンが気化しない厚さで
あれば任意である。 実施例１では、Ｓｔｅｗ層に窓を形成するのに５ｉ３Ｎ
＜層をマスクとして使用したが、フォトレジストだけで
マスクを形成して、５ｉｎｓ層に窓を形成しても良い。 又、シリコン基板上の所定領域りにガリウム砒素層を形
成するには、第１８図に示すように、３段階成長法によ
って結成することもできた。 即ち、実施例１と同様な流量モル比で、第１段階の４０
０℃の低温成長により第１のガリウム砒素層５１が１２
５人の厚さに形成され、次に、第２段階の６５０℃での
結晶成長によりガリウム砒素ｆｆ５２が１Ａａ１１の厚
さに形成された。そして、最後に、第３段階の成長とし
て、シリコン基板１の温度を７５０℃とし、アルシンガ
ス（ＡｓＨｓ）とトリメチルガリウムガス（ＴＭＧ）の
流量モル比を４０：ｌとして、３０分反応ガスを供給し
た。この結果、２．０ｕｍの厚さのガリウム砒素層５３
が形成された。尚、上記のガリウム砒素層の膜厚は任意
である。 このようにして、３段階成長によりエピタキシャル成長
されたガリウム砒素層５３の電子濃度は、４　ＸＩＧ”
／　ｃａｔであり、高抵抗とすることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）はガリウム砒素層の深さに関する
キャリア濃度の測定図。 第１図′（Ｃ）はガリウム砒素層の深さに関するシリコ
ン及び炭素濃度の測定図。 第２図、第３側はガリウム砒素層にシリコン原子が取り
込まれることを証明するための実験の配置図。 第４図から第８図は、第１実施例に関し、シリコン基板
の所定領域が露出するようにシリコン基板上に所定の皮
膜層を形成する工程を示した断面図。 第９図はシリコン基板と被覆層と所定領域に戊長したガ
リウム砒素層を示した断面図。 第１０図は、第２実施例に関し、皮膜層に窓を形成する
方法を示した断面図。 第１１図は、第３実施例に関し、皮膜層に窓を形成する
方法を示した断面図。 第１２から第１７図は、第４実施例に関し、シリコン基
板の所定領域が露出するようにシリコン基板上に所定の
皮膜層を形成する工程を示した断面図。 第１８図は３段階成長により形成されたガリウム砒素層
を示した断面図。 １、１４．１５　　°゛シリコン基板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン（Ｓｉ）基板上のガリウム砒素（ＧａＡ
   ｓ）を結晶成長させる領域を除く全表面に、ガリウム砒
   素の結晶成長温度においてガリウム砒素にドーピングさ
   れない安定な物質の皮膜層を形成し、その後、所定領域
   の露出した前記シリコン基板上にガリウム砒素を結晶成
   長させる シリコン基板上におけるガリウム砒素の製造方法。
2. （２）前記皮膜層は、２００−１００００Åの厚さの二
   酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）で形成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン基板上に
   おけるガリウム砒素の製造方法。
3. （３）前記皮膜層は、２００−１００００Åの厚さの窒
   化シリコン（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）で形成されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン基板上
   におけるガリウム砒素の製造方法。
4. （４）前記皮膜層は、二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）と
   窒化シリコン（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）の２層構造であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン基板
   上におけるガリウム砒素の製造方法。
5. （５）前記皮膜層は、前記シリコン基板の全表面に形成
   され、その後、ガリウム砒素を結晶成長させる領域に対
   応する前記皮膜層の領域を除去して、下のシリコン基板
   を露出させることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のガリウム砒素の製造方法。
6. （６）前記皮膜層は、シリコン（Ｓｉ）基板上のガリウ
   ム砒素（ＧａＡｓ）を結晶成長させる領域をマスクして
   、その領域を除く全表面に形成することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のガリウム砒素の製造方法。
7. （７）シリコン基板の全表面上に約２００−２０００Å
   の厚さの第１の二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）層を形成
   し、その第１の二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）層の全表
   面上に約５００−２０００Åの厚さの窒化シリコン（Ｓ
   ｉ＿３Ｎ＿４）層を形成し、 前記第１の二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）層の上面で、
   ガリウム砒素を成長させる所定領域に対応した前記窒化
   シリコン（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）層の所定領域が残るように
   前記窒化シリコン（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）層の一部を除去し
   、露出している前記第１の二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２
   ）層の全表面上に第２の二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）
   層を形成し、 前記所定領域に残された前記窒化シリコン （Ｓｉ＿３Ｎ＿４）層を除去して下層に存在する前記第
   １の二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２）層の所定領域を露出
   させ、さらに、前記第１の二酸化シリコン（ＳｉＯ＿２
   ）層の露出した前記所定領域を除去して前記シリコン基
   板を露出させ、 前記シリコン基板の前記露出部分にガリウム砒素層を形
   成する 方法から成るシリコン基板上におけるガリウム砒素の製
   造方法。