JPH04107828A - 化合物半導体層中の転位の低減方法 - 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） この発明は、シリコン基板上に成長させた化合物半導体
層中の転位を低減させる方法に関するものである。

（従来の技術） シリコン基板上にＧａＡｓ等の化合物半導体を成長させ
ることが出来れば、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冨
の冥現が期待出来る。

シリコン基板上にＧａＡＳＮを成長させる方法としては
、ＭＢＥ　（分子線エピタキシー）法又はＭＯＣＶＤ　
（有機金属化！￥！気相成長）法を用いシリコン基板上
にＧｅｍ等の中間層を成長させこの層上にＧａＡｓ１ｌ
ｌを成長ざぜる方法、成長温度を２段階としシリコン基
板上にＧａＡｓ層を直接成長させる方法（以下、二段階
成長法）等が知られている（例えば文献■「日経マイク
ロデバイスＪ、１９８６．１．ｐｐ、１１３〜１２７）
。

しかし、いずれの方法でも、シリコン及びＧａＡｓそれ
ぞれの熱膨張係数が違うため、ＧａＡｓ層成長済みの試
料を成長温度（通常７００℃程度の温度）から室温に戻
した場合、ＧａＡｓ成長層には強い引張り応力が加わる
。このため、ＧａＡｓ成長層の膜厚をあまり厚くすると
（３〜４ｕｍ以上にすると）成長層にはクラックが生じ
てしまう。

上述の引張り応力は、文献■（ジャパニーズジャーナル
　オブ　アプライド　フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ
　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ）、Ｖｏｌ。

２７、Ｎｏ、１０　（１９Ｂ８．１０））によれば、Ｇ
ａＡｓ層の成長温度に無関係に、ＧａＡｓ層成長後の試
料の冷却過程中の、成長層内の転位が動かなくなりまた
成長層内で新たな転位も発生しなくなる３５０”Ｃ前竣
の温度と室温との間でのシリコン−ＧａＡｓの熱膨張係
数差により発生するという、そして、上記３５０℃前後
の温度以上の温度では、応力を緩和するため、成長層内
では転位が動いたり転位が新たに発生するという。

従って、成長温度下の成長層内で転位がいかに減少され
ていたとしでも、冷却過程で上述のように転位が発生す
るので、成長層の８貢は低下してしまうことになる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来知られていたＧａＡｓ層中の転位密
度を低減させる方法は、以下の■若しくは■のような方
法、又はこれらを組み合わせた方法であり、いずれも冷
却過程中で転位が発生するという点に着目した方法では
なかった。このため、転位密度は１０＠／ｃｍ２以上で
あり、より転位密度の低減が可能な方法が望まれていた
。

■−成長層に対し９００℃前後の温度でアニルを縁り返
す方法（例えば文献ニアプライトフィジックス　レター
ズ（ＡＤｐｌ、Ｐｈｙｓ。

Ｌｅｆｔ）、５１．Ｉ）、１３０　（１９８７））。

■・・・シリコン基板上に、Ｉ　ｎ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　
／　Ｇ　ａＡｓ等を用いた歪超格子層を成長させた竣こ
の上にＧａＡＳ層を成長させる方法（例えば文献：Ａｐ
ｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、）、４６．　ｐ、２９４　
（１９８５）。

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、シリコン基板上に成長させた化
合物半導体層の、少なくとも素子が作り込まれる領域で
の転位密度を従来より少く出来る方法を提供することに
ある。

（課ｍを解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明によれば、シリコ
ン基板上に成長させた化合物半導体層中の転位を低減さ
せるに当たり、 化合物半導体層の成長後において行われる室温への冷却
過程中に、該化合物半導体層の一部の領域に対し、該領
域での転位の移動・発生を容易にするエネルギーを与え
ることを特徴とする。

ここで、例えば文献（ジャパニ−ズ　ジャーナル　才ブ
　アプライド　フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ　　Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ａｐｐｌｉｅｄ　　ｐｈｙｓ
ｉｃｓ）Ｖｏｌ、２０．Ｎｏ、３゜１９８１、Ｌ、１６
５−１６８）には、ＧａＡｓ層に電子線を照射すること
により照射部で転位の移動が起こることが述べられでい
る。従って、この発明の寅施に当たり、冷却過程中での
前述の領域に対する前述のエネルギーの付与を、前述の
領域に対し電子線を照射することにより行うのが好適で
ある。勿論、エネルギー源は電子線に限られず、レーザ
ーど−ム等他のものでも良い。

なお、前述のエネルギーを付与する冷却過程とは、化合
物半導体層の成長温度から室温への冷却過程、また、成
長後に前記成長温度より高温で行うアニールを行う場合
はこのアニール温度から室温への冷却過程等のことであ
る。

また、冷却過程中において前述のエネルギーをいつ付与
するかについては、冷却過程中全部に亙って付与するの
が好適である。また、部分的に付与する場合でも、少な
くとも、冷却過程中の応力を緩和するため成長層内で転
位が動いたり転位が新たに発生し易い温度範囲（例えば
、上述の文献■で述べられているような３５０℃前猾〜
成長湿度までの範囲）においでは、前述のエネルギーを
付与するのが好適である。

（作用） この発明の構成によれば、シリコン基板上に化合物半導
体層を成長後この試料の冷却過程中の全期間又は一部期
間化合物半導体層の一部の領域が転位の移動・発生が起
こり易い状態とされる。

従って、この冷却過程でシリコン−化合物半導体層間の
熱膨張係数差により生じる応力は、これが緩和され易い
部分即ち化合物半導体層の転位の移動・発生が起こり易
くされている領域に集中するようになる。そして、この
領域で転位の移動や転位の新たな発生が集中的に起こり
、上記応力の緩和が進められる。従って、化合物半導体
層の転位の移動・発生が起こり易くされた領域以外の領
域では転位は起こりにくくなるので、この領域を素子形
成のために用いるようにすれば、転位密度が従来より少
い化合物半導体層が寅質的に得られたと同等になる。

また、前述のエネルギーの付与を電子線によつ行う構成
とすると、このエネルギーを微細な領域へ容易に付与出
来る利点が得られる。

（寅施例） 以下、図面を参照してこの発明の転位低減方法の案施例
についで、シリコン基板上に成長させたＧａＡｓ層中の
転位を低減させる例により説明する。

シリコン基板上へのＧａＡｓ層の形成は、従来公知の種
々の方法例えば上記文献■に開示の種々の方法で行える
。この文献■に開示の方法のうちＭＯＣＶＤ法を用いた
二段階成長法を用いる場合は、例えば、以下のような手
順をとれば良い、第２図はその説明に供する図であり、
笑施例の成長方法における温度プロファイルを示した図
である。

先ず、シリコン基板（以下、基板と略称することもある
。）をＭＯＣＶＤ装置の反応管内に載置する。

次に、この基板をクリーニングするため、反応管内に水
素稀釈のＡＳＨ３（アルシン・２０％）を１１００５Ｃ
Ｃの流量で流しながら、基板を９５０℃の温度で５分間
加熱する（第２図の領域■）０次に、加熱製雪の出力を
零にし基板の温度が４００℃になるまで基板を自然冷却
する（罵２図の領域■）。

次に、基板温度を４００　”Ｃに維持した状態で（第２
図の領域■）、反応管内にＡ　ｓ　ＨｓとＴＭＧ（１−
リメチルガリウム）とを、Ａ　ｓ　Ｈｓの流量ｉ１００
ＳＣＣＭ及びＴＭＧ（７）流ＩＩ！９ＳＣＣＭとした条
件で２分間流す、これにより、基板上に低温度成長のＧ
ａＡｓバッファ層が形成される。

この低温度成長バッファ層は、成長層の結晶性を向上さ
せるための層である。なお、ＴＭＧボンベの温度は−１
３，５℃に維持する（以下、同様、）。

次に、基板温度を７００　”Ｃに上昇させこの温度を維
持した状態で（第２図の領域■）、反応管内にＡｓＨ３
とＴＭＧと％　Ａ　Ｓ　Ｈｓの流量７＃１００ＳＣＣＭ
及びＴＭＧの流量を９５ＣＣＭとして流す、ＡＳＨ３と
ＴＭＧとを所定時間反応管内に流すことにより、低温度
成長バッファ層上に所望の膜厚のＧａＡｓ層が成長する
。

なあ、このＧａＡｓ層の膜厚は、あまり厚くするとこれ
にクラックが発生するので、３〜４ｕｍ程度にするのが
好適である。

次に、ＧａＡＳ層成長済みの試料を室温に冷却する（第
２図領域■）、この冷却の際、この発明の転位低減方法
では、ＧａＡｓ層の一部の領域に対し該領域での転位の
移動・発生を容易にするエネルギーを与える。このため
に、この寅施例の場合はこの領域に上記エネルギーを有
する電子線を照射する。

ここで、一部の領域とは、例えば以下のような領域とす
ることが出来る。第１図はその説明に供する図であり、
シリコン基板に成長させたＧａＡｓ層を成長面上方から
見て示した平面図である。

この例では、電子線の走査を容易にするためにＧａＡｓ
層］１上に基盤目を想定し、ＧａＡｓ層の基盤目の線分
１３に相当する領域に電子線を照射する。なお、基盤目
の目はこの場合略正方形状のものとしているが、正方形
に限られず長方形状でも勿論良い。

ＧａＡｓ層１１の電子線が照射された領域１３は照射さ
れなかった領域１５に比べ転位の移動の活性化エネルギ
ーが高まるため転位の移動や転位の新たな発生が起こり
易くなる。従って、ＧａＡｓ層成長後の冷却過程でシリ
コン−ＧａＡｓ層の熱膨張係数差により生じる応力は、
これが緩和され易い部分即ちＧａＡｓ層１１の電子線照
射された領域に集中し、この領域では転位の移動や新た
に転位が発生し上記応力を緩和する。このため、上記応
力はＧａＡｓ層の電子線照射されなかった領域１５に影
響しないのでこの領域での転位の発生は従来より低減し
、この領域での転位密度は１０’／ｃｍ以下になること
が期待出来る。

従って、ＧａＡｓ層１１の電子線照射されなかった領域
１５各々は素子形成に用いて好適な領域になる。

なお、ＧａＡｓ層の一部の領域に電子線を照射すること
は、例えばＭＯｃＶＤ１！ＮＩｆに電子線照射装置を組
み込んでおきこれから発せられる電子線で反応管内のＧ
ａＡｓ層の所定領域上を走査することで行える。電子線
照射は電子線散乱を防止するために反応客器内を高真空
状態として行うのが好適である。この場合は、真空度維
持の点から、冷却用ガスを反応容器内に流すことは出来
ないため、基板の冷却は、例えば、ＭＯＣＶＤ装置に備
わる基板載置用台に接続されている支持棒の一部又は全
部を熱伝導率が高い物質で構成しこれにより基板の熱を
外部に逃すことで、行うようにすれば良い。

また、上述においては、シリコン基板上にＧａＡｓ層を
成長させた後すぐに冷却過程が開始される例を説明した
が、ＧａＡｓＦｌを成長させた後に結晶性向上のために
成長温度とは異なる温度で熱処理（アニール）＠行う場
合がある。このような場合には、熱処理軒了竣試料を室
温に冷却する過程でこの発明の方法＠寅施すれば良い、
この場合も寅施例と同様な効果が得られる。

また、試料の冷却過程中で電子線をどのような時間照射
するかは、ＧａＡ３層の膜厚、冷却速度、得たい転位密
度等に応じ決定する。具体的には、冷却過程中連続的に
電子線を照射する、冷却過程中の一部の期間のみ電子線
を照射する、冷却期間中において間欠的に電子線を照射
する等の態様が考えられる。

なお、上述においては、転位の移動・発生を容易にする
エネルギーを与える領域を、ＧａＡｓ層の基盤目の線分
に相当する領域として説明したが、この領域はこの例に
限られるものではなく設計に応し変更出来ることは明ら
かである。

また、上述においては、転位の移動・発生を容易にする
エネルギーは、電子線照射によって付与しでいたが、エ
ネルギー源は電子線にかぎられず他のものであっても勿
論良い、他のエネルギー源としでは、例えばレーザー等
を挙げることが出来る。

また、上述の冥施例ては、化合物半導体層をＧａＡｓと
していたが、シリコン基板上に成長させる化合物半導体
層を他のもの（例えばＩｎＰ等）とした場合にもこの発
明の方法の適用が期待出来る。

（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
半導体層の転位の低減方法によれば、化合物半導体層の
成長後において行われる室温への冷却過程中に該化合物
半導体層の一部の′＃域に対し該領域での転位の移動・
発生を容易にするエネルギーを与える。このため、冷却
過程でのシリコンと化合物半導体層の熱膨張係数の差に
より生じる応力が、化合物半導体層の当該一部の９ＩＩ
域に集中し当該一部の領域に転位を集中的に発生させる
。このため化合物半導体層の当該一部の領域以外の領域
（上述のエネルギーを与えなかった領域）は従来より転
位の少い層となる。

【図面の簡単な説明】

篤１図は、夾施例の説明に供する図であり、化合物半導
体層の転位の移動・発生を容易にするエネルギーを与え
る一部領域の説明に供する図、第２図は、実施例で用い
た成長方法における温度プロファイルを示す図である。 １１−シリコン基板上に成長させたＧａＡｓ層１３−Ｇ
ａＡｓ層の一部領域（電子線照射領域）１５−・電子線
非照射領域。 特 許 出 願 人 沖電気工業株式会社 実施例の説明に供する図 第１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン基板上に成長させた化合物半導体層中の
   転位を低減させるに当たり、 化合物半導体層の成長後において行われる室温への冷却
   過程中に、該化合物半導体層の一部の領域に対し、該領
   域での転位の移動・発生を容易にするエネルギーを与え
   ること を特徴とする化合物半導体層中の転位の低減方法。
2. （２）請求項１に記載の化合物半導体層中の転位の低減
   方法において、 前記領域に対する前記エネルギーの付与を、前記領域に
   対し電子線を照射することにより行うことを特徴とする
   化合物半導体層中の転位の低減方法。