JPH0462833A

JPH0462833A - 化合物半導体の成長方法

Info

Publication number: JPH0462833A
Application number: JP16603790A
Authority: JP
Inventors: Eiji Yamaichi; 英治山市; Takashi Ueda; 孝上田; Masahiro Akiyama; 秋山　正博
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1990-06-25
Filing date: 1990-06-25
Publication date: 1992-02-27

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７１）゛野：；この発明は、シリコン基板上に化合物半導体を成長させ
る方法に関す６４’Ｎのであろ１、（従来の技術）シリコン基板上にＧ　ａ　Ａりを（ａ゛１）のとする化
合物半導体を成長させることか出来れば、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てなく、シリ
コンが有する特徴と化合物半導体か有する特徴とを生か
した有益な半導体装置の実現か期待出来る。

しかし、例えば、シリコン基板上にＧａＡｓ＠成長させ
た場合、シリコン及びＧ　ａ　Ａ　ｓそれぞれの熱膨張
係数か違うため　試用ゲ成Ｊ゛Ｑ温度から室濡に戻した
場合ＧａＡｓ成長層には強い引張り応力か加わる。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）成長層にはクラツウか生じて（）
まう。

上述の引張り応力は、文献（ジャパニーズジャーナル　
、ケノ　アプライド　フィジックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ
　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆＡｐｐｌ、ｊｅｄ　　　　
　１つ　　ｈｖｓｉｃｓ）、　　　Ｖｏｌ。

２７、Ｎｏ、１０　（１９８８，１０））によれば、Ｇ
　ａ　Ａ　ｓ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、成長層内の転位か動かなくな
りまた成長層内で新たな転位も発生しなくなる３５０°
Ｃ前後の温度及び室温の間でのシリコン−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
長層内では転位か動い１とり転位か新たに発生するとい
う。

従−・で、成長温度下の成長層内で転位かいかに減少；
＝　：ｉ’ｌ、　（いＩ、−としＣも、冷却過程で上述
のように転位か発生佳るので、成長層の品質は低下し−
Ｃしまうことになる。

そこで、ＧａＡｓ層中の転位密度を低減させる方法とし
て、従来、例えば以下の■、■のような方法、ざらには
これらを組み合わせた方法が開示されていた。

■・・・成長層に対し９００℃前後の温度てアルを繰り
返す方法（例えば文献、アプライドフィジックス　レタ
ーズ（Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ。

Ｌｅｔｔ）、５１．ｐ、１３０　（１９８７））。

■・・・シリコン基板上に、ＩｎＧａＡｓ／ＧａへＳ等
を用いた歪超格子を成長させた後この上にＧａＡｓ層を
成長させる方法（例えば文献：Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌ
ｅｔｔ、）、４６．ｐ、２９４（１９８５）。

（発明か解決しようとする課題）しかしなから、従来のいずれの成長方法も、成長層自体
を転位が生しにくいものとする方法ではなく、また、Ｇ
ａＡｓとシリコンとの熱膨張係数差による応力自体を低
く出来る方法ではないため、転位密度は１０６／ｃｍ２
以上であった。このため、よつ転泣詔度の低減か可能な
方法か望まれていｐ。

ｉ−の発明は（″（”）ようｊイ屯に鑑みなされ１とも
のであり　１Ｙ−２てこの介°明の目的は、転位密度が
従来より少い成長層が得られる化合物半導体の成長方法
を提供することにある。

（課題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
ン基板上に化合物半導体を成長させるに当Ｉとりシリ」ン基板上にノンドープ化合物半導体層を成長させ
、不純物として前述の化合物半導体結晶の硬化を生じさせ
る不純物を用い、前述のノンドープ化合物半導体層上に
第１のドープド化合物半導体層を、核層の成長に従い前
述の不純物濃度を増加させて成長させ、該第１のドープド化合物半導体層上に、前述の不純物を
含む第２のドープド化合物半導体層であって該不純物の
濃度か核層の結晶の硬化を生じさせる濃度とされた第２
のドープド化合物半導体層を成長させることを特徴とす
る。

なお、ここで、第１のドープド化合物半導体層をこの層
の成長に従い不純物濃度を増加させて成長させるとは、
連続的に不純物供給量を増加させる場合、ある程度成長
が進む毎に不純物供給量を増加させる場合のいずれであ
っても良い。

（作用）この発明の構成によれば、第２のドープド化合物半導体
層の不純物濃度が当該層の結晶の硬化を生じさせる濃度
としであるので、この層では転位か動きに〈〈なり新し
い転位も発生しにくくなる。これは不純物硬化と称され
る現象で、例えば文献（Ｊ、　Ａｐｐｉ、　Ｐｈｙｓ、
、６２．１）。

１２１２　（１９８７））に開示されている。またこの
文献には、化合物半導体１ＧａＡｓとし不純物をインジ
ウムとした場合、ＧａＡｓ層中のインジウム濃度が１０
１９〜１ｏ２０／ｃｍ３になると不純物硬化が有効に起
こることか開示されている。

ざらに、この発明の構成によれば、この第２のドープド
化合物半導体層下には、第２のドープド化合物半導体層
中にドープさせたと同種の不純物かドープされた第１の
ドープド化合物半導体層であってその不純物濃度か基板
側に向かうに従い減少する第１のドープド化合物半導体
層が在り、ざらにこの下にはノンドープ化合物半導体層
か在る。

従って、シリコン基板上へノンドープ化合物半導体層、
第１及び第２のドープド化合物半導体層にれらを以下、
成長層と称することもある。）を成長させた後の冷却過
程でシリコン−化合物半導体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転位の移動や
転位が新たに発生し易いノンドープ化合物半導体層に集
中するようになる。そして、このノンドープ化合物半導
体層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。また、第１のドープド
化合物半導体層は、応力か集中するノンドープ化合物半
導体層の第２のドープド化合物半導体層に及ぼす影響を
緩和するバラノア層として寄与する。

このため、第２のドープド化合物半導体層では、成長層
形成後の冷却過程で転位の移動や新たな転位の発生は従
来より起こりにくく、また、応力の影響も受けにくくな
る。この第２のドープド化合物半導体層を、素子形成用
の層として用いれば、転位密度の少い化合物半導体成長
層か得られたと同等になる。

（実施例）以下、この発明の化合物半導体の成長方法の実施例につ
いて、シリコン基板上にＧａＡｓ！をＭＯＣＶＤ法（有
機金属熱分解気相成長法）を用いて成長させる例により
説明する。

なあ、以下の説明中で述べる、使用材料及び時間、温度
、膜厚等の数値的条件は、この発明の範囲内の好適例に
すぎない。従って、この発明かこれら条件にのみ限定さ
れるものでないことは理解されたい。

また、第１図〜第３図は、実施例の成長方法の説明に供
する図であり、特に、第１図（Ａ）〜（Ｅ）はＧａＡｓ
成長工程中の主な工程での試料の様子を断面図により示
した工程図、第２図は、実施例の成長方法における温度
プロファイルを示した図、第３図は実施例の成長方法で
得た成長層の不純物濃度プロファイルを示した図である
。いずれの図もこの発明を理解出来る程度に概略的に示
しである。以下の説明は、これらの図を適時参照して行
う。

先ず、シリコン基板１１（以下、基板１１と略称する場
合もある。）をＭＯＣＶＤ装置の反応管内に載置する。

第１図（Ａ）は、反応管内のシリコン基板１１に着目し
て示した基板断面図である。

次に、シリコン基板１１をクリーニングするため、この
反応管内に水素稀釈のへ５Ｈ３（アルシン：２０％）を
１１００３ＣＣの流量で流しながら、シリコン基板を９
５０°Ｃの温度で５分間加熱する（第２図の領域■）。

次に、加熱装曹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（第２図領域■）。

次に、基板温度を４００℃に維持した状態て（第２図の
領域■）、反応管内にＡ　ｓ　Ｈ３とＴＭＧ（トリメチ
ルガリウム）とを、Ａ　ｓ　Ｈ３の流量を１１００５Ｃ
Ｃ及びＴＭＧの流量を９８ＣＣＭとした条件で２分間流
す。これにより、基板］１上に低温度成長のＧａＡｓバ
ッファ層１３か形成される（第１図（Ｂ））。この低温
度成長バッファ層は、従来成長法においても形成されて
いる層であり、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−１３，５℃に維持
しである（以下、同様。）。

次に、基板温度を７００℃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Ｔ
ＭＧとを、バッファ層１３形成時の流量と同じ流量で５
分間流す。これにより、ＧａＡｓバッファ層１３上に膜
厚が約１ｕｍのノンドープＧａＡｓ層］５が形成される
（第１図（Ｃ））。

次に、基板温度は７００℃のままで（第２図の領域■）
、反応管内にＡＳＨ３とＴＭＧとをバツファ層１３形成
時の流量と同じ流量で流すと共に、今成長させようとす
るＧａＡｓ層中にＧａＡＳに不純物硬化を起させる不純
物としてインジウムを添加するため、ＴＭＩ　（１−リ
メチルインジウム）を３０秒経過毎に５３ＣＣＭすつ流
量を増加させ流量か５０８ＣＣＭとなるまで（結果的に
はあおよそ５分間）流す。これにより、ノンドブＧａＡ
ｓ層１５上に、成長に従い不純物にの例ではインジウム
）濃度か増加している第１のドープドＧａＡｓ層１７か
形成される（第１図（Ｄ））。なお、ＴＭＩのボンへの
温度は１６℃に維持しである（以下、同様。）。

次に、基板温度は７００℃のままで（第２図の領域■）
、反応管内にＡＳＨ３とＴＭＧとＴＭＩとを、ＡＳＨ３
の流量を１１００５ＣＣ，ＴＭＧの流量を９３ＣＣＭ及
びＴＭＩの流量を５０３ＣＣＭとした条件で５分間供給
する。この条件によれば、インジウム濃度か約１０２０
ｃｍ−３のドープドＧａＡｓ層即ち第２のドープドＧａ
Ａｓ層］９が、第１のドープドＧａＡｓ層上に形成され
る（第１図（Ｅ））。

次に、水素稀釈のへ５Ｈ３（２０％）のみを流した状態
で加熱装置の出力は零とし基板を自然冷却する。基板温
度が４５０℃まで下がったら、水素稀釈ＡｓＨ３の供給
も停止そのまま基板を室温まで自然冷却する。

上述の条件によれば、層１５．１７及び１９がら成るＧ
ａＡｓ成長層の膜厚はおあよそ３ｕｍとなる。

また、このようにして得られたＧａＡｓ成長層の不純物
プロファイルは第３図に示すようなものになる。

また、このようにして得られたＧａＡｓ成長層においで
は、先に説明したように第２のドープドＧａＡｓ層１９
か不純物硬化により転位の移動・発生か起こりにくい状
態となっているため、成長後の冷却過程でシリコン−Ｇ
ａＡｓ間の熱膨張係数差により生じる応力は、応力緩和
のための転位が生し易いノンドープＧａＡｓ層にの実施
例では低温度成長のＧａＡｓバッファ層１３及びノンド
ープＧａＡｓ層１５）に集中する。このため、第２のド
ープドＧａＡｓ層１９は、転位密度か１０６／ｃｍ２以
下の成長層になることが期特出来る。

上述においてはこの発明の化合物半導体の成長方法の実
施例につき説明したが、この発明は上述の実施例に限ら
れるものではなく以下に説明するような種々の変更を加
えることか出来る。

例えば、上述の実施例では、ＧａＡｓに不純物硬化を起
させる不純物としてインジウムを用いていたか、これの
代りにＮ（窒素）、Ｐ（リン）等を用いても実施例と同
様な効果か得られる。

また、上述の実施例ではノンドープＧａＡｓ層１５の膜
厚を約１日ｍとしていたが、この膜厚は設計に応し変更
出来る。しかし、これが薄すぎるこの層に応力を集中さ
せこの層内で転位を起させ応力を緩和する目的が達成出
来ず、また、厚すぎるとこの層上側に成長させ素子作製
に用いる第２のドープドＧａＡｓ層１９の膜厚をあまり
厚く出来なくなるので、ノンドープＧａＡｓ層１５の膜
厚は０．１〜ｌｕｍの範囲内とするのが好適である。

また、上述の実施例ではＭＯＣＶＤ法によりＧａＡｓ層
を成長させていたが、例えばＭＢＥ（分子線エピタキシ
ャル）法によって成長させた場合も実施例同様な効果か
期特出来る。

また、上述の実施例では、化合物半導体をＧａＡｓとし
でいたが、他の化合物半導体（例えばＩｎＰ等）をシリ
コシ基板上に成長させる場合にもこの発明の適用が期特
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
半導体の成長方法によれば、第２のトブト化合物半導体
層は転位の移動・発生か起こりにくい不純物濃度の層と
され、この下側にはノンドープの化合物半導体層が在る
ので、シリコン基板上への化合物半導体層成長後の冷却
過程でシリコン−化合物半導体間の熱膨張係数差により
生しる応力は、これか緩和され易い部分即ち転位の移動
や転位が新たに発生し易いノンドープ化合物半導体層に
集中するようになる。

このため、第２のドープド化合物半導体層は転位か少い
層になる。そして、この第２のドープド化合物半導体層
は、成長層表面部分に当たり素子作製に実際に使用され
る部分に当たる。従って、この発明の成長方法によれば
、素子作製に好適な従来より転位か少く品質の良い化合
物半導体層か得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｅ）は、実施例の成長方法の説明に供
する工程図、第２図は、実施例の成長方法における温度プロノアイル
を示す図、第３図は、実施例の成長方法で成長させた成長層の不純
物プロファイルの説明に供する図である。１１・・・シリコン基板１３・・・低温度成長のノンドープバッファ層（低温成
長のノンドープＧａＡｓ層）１５・・・ノンドープ化合物半導体層（ノンドープＧａ
Ａｓ層）１７・・・第１のドープド化合物半導体層（第１のトッ
ドＧａＡｓ層）１９・・・第２のドープド化合物半導体層（第２のトブ
トＧａＡｓ層）。特許出願人沖電気工業株式会社ば）　Ｑつ＼１１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリコン基板上に化合物半導体を成長させるに当
たり、シリコン基板上にノンドープ化合物半導体層を成長させ
、不純物として前記化合物半導体の結晶の硬化を生じさせ
る不純物を用い、前記ノンドープ化合物半導体層上に第
１のドープド化合物半導体層を、該層の成長に従い前記
不純物濃度を増加させて成長させ、該第１のドープド化合物半導体層上に、前記不純物を含
む第２のドープド化合物半導体層であって該不純物の濃
度が該層の結晶の硬化を生じさせる濃度とされた第２の
ドープド化合物半導体層を成長させることを特徴とする化合物半導体の成長方法。
（２）請求項１に記載の化合物半導体の成長方法におい
て、前記化合物半導体をＧａＡｓとし、用いる前記不純物をインジウムとし、前記第２のドープド化合物半導体層の不純物濃度を１０
＾１＾９〜１０＾２＾０／ｃｍ＾３としたことを特徴と
する化合物半導体の成長方法。