JPH0513918B2 - - Google Patents
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- JPH0513918B2 JPH0513918B2 JP5256489A JP5256489A JPH0513918B2 JP H0513918 B2 JPH0513918 B2 JP H0513918B2 JP 5256489 A JP5256489 A JP 5256489A JP 5256489 A JP5256489 A JP 5256489A JP H0513918 B2 JPH0513918 B2 JP H0513918B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gaasp
- warpage
- growth
- mixed crystal
- Prior art date
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、化合物半導体基板上にヘテロエピタ
キシヤル層を成長させる際し、得られる半導体ウ
エーハの反りを防止することができるようにした
方法に関するものである。
キシヤル層を成長させる際し、得られる半導体ウ
エーハの反りを防止することができるようにした
方法に関するものである。
（従来の技術）
化合物半導体基板上に該化合物半導体基板と異
種の化合物半導体のエピタキシヤル層を成長させ
る技術は、ヘテロエピタキシヤル成長として知ら
れている。このヘテロエピタキシヤル成長によつ
て、例えばGaP基板上にGaAsP層をエピタキシ
ヤル成長させたものは、発光ダイオード（LED）
として広く用いられているものである。このヘテ
ロエピタキシヤル成長を行う場合、基板結晶（例
えばGaP）とエピタキシヤル成長結晶（例えば
GaAsP）との格子定数の違いなどに起因して半
導体ウエーハに反りが発生する。
種の化合物半導体のエピタキシヤル層を成長させ
る技術は、ヘテロエピタキシヤル成長として知ら
れている。このヘテロエピタキシヤル成長によつ
て、例えばGaP基板上にGaAsP層をエピタキシ
ヤル成長させたものは、発光ダイオード（LED）
として広く用いられているものである。このヘテ
ロエピタキシヤル成長を行う場合、基板結晶（例
えばGaP）とエピタキシヤル成長結晶（例えば
GaAsP）との格子定数の違いなどに起因して半
導体ウエーハに反りが発生する。
GaAs単結晶基板上にGaAs1-X PXまたはGaP
を直接成長させた場合、転位の発生状況を調べ、
ヘテロ接合におけるミスマツチが大きい場合には
転位が乱雑に多発し、同時に成長ウエーハの反り
は少なく、ミスマツチが小さい場合は逆に反りが
大きいことは実験的に観察されている。しかし、
この反りの解決方法としては何らの開示がない。
（JOURNAL OF APPLIED PHYSICS，
VOLUME 40，NUMBER ９，AUGUST
1969，“Stresses in Heteroepitaxicial
Layers：GaAs1-X PX on GaAs” p.3754−
3758） 上記した半導体ウエーハの反りは、この半導体
ウエーハを用いて作成した半導体装置の特性劣化
及び良品収率の低下を引き起こす。したがつて、
ヘテロエピタキシヤル成長による半導体ウエーハ
においても、反りが全くないか、または可能な限
り反りを小さくしたものが要求されていたもので
ある。
を直接成長させた場合、転位の発生状況を調べ、
ヘテロ接合におけるミスマツチが大きい場合には
転位が乱雑に多発し、同時に成長ウエーハの反り
は少なく、ミスマツチが小さい場合は逆に反りが
大きいことは実験的に観察されている。しかし、
この反りの解決方法としては何らの開示がない。
（JOURNAL OF APPLIED PHYSICS，
VOLUME 40，NUMBER ９，AUGUST
1969，“Stresses in Heteroepitaxicial
Layers：GaAs1-X PX on GaAs” p.3754−
3758） 上記した半導体ウエーハの反りは、この半導体
ウエーハを用いて作成した半導体装置の特性劣化
及び良品収率の低下を引き起こす。したがつて、
ヘテロエピタキシヤル成長による半導体ウエーハ
においても、反りが全くないか、または可能な限
り反りを小さくしたものが要求されていたもので
ある。
このヘテロエピタキシヤル成長層の反りを極小
にする方法として、成長層中の混晶比を所定割合
だけ変化させることによつて達成する方法が提案
されている（特公昭51−13555号公報）。
にする方法として、成長層中の混晶比を所定割合
だけ変化させることによつて達成する方法が提案
されている（特公昭51−13555号公報）。
（発明が解消しようとする課題）
上記した従来方法は、ヘテロエピタキシヤル成
長の過程で、一度混晶比を最終の一定値より大き
くした後、再び元の値に戻すもので、成長層の厚
さが厚くなり、コストが高くなる欠点があつた。
長の過程で、一度混晶比を最終の一定値より大き
くした後、再び元の値に戻すもので、成長層の厚
さが厚くなり、コストが高くなる欠点があつた。
本発明は、半導体ウエーハの反りを解消又は極
小にすることができ、この結果この半導体ウエー
ハを用いて作成した半導体装置の特性劣化防止
と、良品収率の向上を可能にする化合物半導体基
板上へのヘテロエピタキシヤル層の成長方法を提
供することを目的とする。
小にすることができ、この結果この半導体ウエー
ハを用いて作成した半導体装置の特性劣化防止
と、良品収率の向上を可能にする化合物半導体基
板上へのヘテロエピタキシヤル層の成長方法を提
供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本発明は、化合物
半導体基板上に該化合物半導体基板と異種の化合
物半導体のエピタキシヤル層を成長させる方法に
おいて、該エピタキシヤル層の成長過程において
１又は複数の瞬間急冷工程を導入するものであ
る。
半導体基板上に該化合物半導体基板と異種の化合
物半導体のエピタキシヤル層を成長させる方法に
おいて、該エピタキシヤル層の成長過程において
１又は複数の瞬間急冷工程を導入するものであ
る。
基板及びエピタキシヤル層の典型的な例とし
て、GaP基板及びGaAsPのエピタキシヤル層を
あげることができる。この場合、さらに具体的に
いえば、GaP基板上にGaP層、GaAsPの混晶比
変化層及びGaAsPの混晶比一定層を順次成長さ
せるGaAsPのエピタキシヤル層の成長方法にお
いて、GaAsPの混晶比変化層（As分漸増層）及
び／又は混晶比一定層の成長過程に瞬間急冷工程
を導入するものである。
て、GaP基板及びGaAsPのエピタキシヤル層を
あげることができる。この場合、さらに具体的に
いえば、GaP基板上にGaP層、GaAsPの混晶比
変化層及びGaAsPの混晶比一定層を順次成長さ
せるGaAsPのエピタキシヤル層の成長方法にお
いて、GaAsPの混晶比変化層（As分漸増層）及
び／又は混晶比一定層の成長過程に瞬間急冷工程
を導入するものである。
本発明でいう瞬間急冷工程とは、エピタキシヤ
ル層の成長途中で、一瞬の間急冷することであ
る。急冷するとは、エピタキシヤル成長装置（リ
アクター）の加熱手段（例えば、高周波コイル）
をオフとすることである。一瞬の間とは、エピタ
キシヤル層に急冷層が介在する程度の程度の間と
いうことで、通常は１分間程度で十分である。こ
の急冷の時間があまりながいとエピタキシヤル層
の結晶性が悪くなるし、あまり短いと急冷層が生
成されないこととなる。具体的に言えば、GaP基
板上にGaAsPエピタキシヤル層を成長する場合、
約800℃の成長温度（サセプター温度）であり、
この加熱を１分間オフとするとサセプター温度は
約695℃となつて十分に急冷処理され、再び加熱
を始めれば温度は上昇して元の温度に復帰する。
ル層の成長途中で、一瞬の間急冷することであ
る。急冷するとは、エピタキシヤル成長装置（リ
アクター）の加熱手段（例えば、高周波コイル）
をオフとすることである。一瞬の間とは、エピタ
キシヤル層に急冷層が介在する程度の程度の間と
いうことで、通常は１分間程度で十分である。こ
の急冷の時間があまりながいとエピタキシヤル層
の結晶性が悪くなるし、あまり短いと急冷層が生
成されないこととなる。具体的に言えば、GaP基
板上にGaAsPエピタキシヤル層を成長する場合、
約800℃の成長温度（サセプター温度）であり、
この加熱を１分間オフとするとサセプター温度は
約695℃となつて十分に急冷処理され、再び加熱
を始めれば温度は上昇して元の温度に復帰する。
瞬間急冷工程の導入は、通常は一回で十分であ
るが、必要に応じて複数回導入することも勿論可
能である。
るが、必要に応じて複数回導入することも勿論可
能である。
瞬間急冷工程の導入のタイミングとしては、エ
ピタキシヤル層の成長途中であればいずれでもよ
い。例えば、GaP基板上にGaAsPエピタキシヤ
ル層を成長する場合には、GaAsPエピタキシヤ
ル層の成長としては、As分漸増層と混晶比一定
層との成長段階があるが、いずれかの層に急冷層
を介在させてもよいし、また両方の層にそれぞれ
急冷層を介在させてもよい。しかし、好ましいタ
イミングとしては、As分漸増層の成長の最終段
階から混晶比一定層の成長開始段階の前後に行う
のが好適である。
ピタキシヤル層の成長途中であればいずれでもよ
い。例えば、GaP基板上にGaAsPエピタキシヤ
ル層を成長する場合には、GaAsPエピタキシヤ
ル層の成長としては、As分漸増層と混晶比一定
層との成長段階があるが、いずれかの層に急冷層
を介在させてもよいし、また両方の層にそれぞれ
急冷層を介在させてもよい。しかし、好ましいタ
イミングとしては、As分漸増層の成長の最終段
階から混晶比一定層の成長開始段階の前後に行う
のが好適である。
混晶比一定層の後半における急冷層は、この一
定層のなかにPN接合など活性層を形成するの
で、急冷層を挿入することによつて発生した結晶
欠陥が影響するのを避けるため、好ましくない。
また、GaP層の成長段階では急冷層の効果はな
い。
定層のなかにPN接合など活性層を形成するの
で、急冷層を挿入することによつて発生した結晶
欠陥が影響するのを避けるため、好ましくない。
また、GaP層の成長段階では急冷層の効果はな
い。
以上はGaP単結晶基板の上にGaAsPのヘテロ
エピタキシヤル成長を行う場合についてのみ述べ
たが、GaAs単結晶基板の場合、あるいはそれら
の基板を用いたGaInP及びGaAlAa、InAsPの場
合にも冷却層は有効である。この他、−族半
導体のZnCdTe、ZnTeSe、−族半導体の
GeSiにも有効である。
エピタキシヤル成長を行う場合についてのみ述べ
たが、GaAs単結晶基板の場合、あるいはそれら
の基板を用いたGaInP及びGaAlAa、InAsPの場
合にも冷却層は有効である。この他、−族半
導体のZnCdTe、ZnTeSe、−族半導体の
GeSiにも有効である。
（作用）
本発明方法によつて半導体ウエーハの反りが解
消され又は極小となることのメカニズムについて
は必ずしも明らかではない。しかし、本発明にお
ける瞬間急冷工程の導入によつて、エピタキシヤ
ル層には急冷層が介在せしめられることは事実で
ある。この急冷層が、前記したエピタキシヤル層
中のinclined dislocationの「方向性を乱すか」
或いは「伝播を止める」効果があるために反りが
解消されると考えられる。
消され又は極小となることのメカニズムについて
は必ずしも明らかではない。しかし、本発明にお
ける瞬間急冷工程の導入によつて、エピタキシヤ
ル層には急冷層が介在せしめられることは事実で
ある。この急冷層が、前記したエピタキシヤル層
中のinclined dislocationの「方向性を乱すか」
或いは「伝播を止める」効果があるために反りが
解消されると考えられる。
（実施例）
以下に本発明の実施例を挙げて説明する。
実施例 １
基板の装填
キヤリア濃度3.0×1017〜3.0×1018atoms／cm3、
面方位（001），（110）方向より8°〜12°のオフア
ングルとした直径50mmφ，厚さ300μm，ｎ型GaP
単結晶基板を、ホツトウオール型石英エピタキシ
ヤルリアクター内のサセプター上に配置し、更に
高純度Ga入りボートをその上部に配置した。
面方位（001），（110）方向より8°〜12°のオフア
ングルとした直径50mmφ，厚さ300μm，ｎ型GaP
単結晶基板を、ホツトウオール型石英エピタキシ
ヤルリアクター内のサセプター上に配置し、更に
高純度Ga入りボートをその上部に配置した。
不活性ガス置換
N2ガスを該リアクター内に15分間導入し、空
気を充分置換した後、キヤリアガスとして高純度
水素（H2）を6000c.c.／min導入し、N2の流れを
止め昇温工程に入つた。
気を充分置換した後、キヤリアガスとして高純度
水素（H2）を6000c.c.／min導入し、N2の流れを
止め昇温工程に入つた。
GaP成長
ウエーハ設置部分の温度が800℃に達している
ことを確認した後、エピタキシヤル膜の成長を開
始した。
ことを確認した後、エピタキシヤル膜の成長を開
始した。
最初濃度50ppmに水素ガスで希釈した硫化水素
（H2Ｓ）を100c.c.／min，GaCを52c.c.／min生成
させるための高純度塩化水素ガス（HC）及び
水素ガスで濃度10％に希釈したPH3を268c.c.／
min導入しつつ、10分間GaPエピタキシヤル層を
成長させた。
（H2Ｓ）を100c.c.／min，GaCを52c.c.／min生成
させるための高純度塩化水素ガス（HC）及び
水素ガスで濃度10％に希釈したPH3を268c.c.／
min導入しつつ、10分間GaPエピタキシヤル層を
成長させた。
混晶比変化層成長
次に、H2Ｓ，HCの各ガスの導入量を変える
ことなく、PH3の導入量を268c.c.／minから177
c.c.／minまで徐々に減少させ、同時に水素ガスで
濃度10％に希釈したAsH3を０c.c.／minから91
c.c.／minまで徐々に増加させつつ導入し、80分間
GaAsPのAs分漸増層を成長させた。
ことなく、PH3の導入量を268c.c.／minから177
c.c.／minまで徐々に減少させ、同時に水素ガスで
濃度10％に希釈したAsH3を０c.c.／minから91
c.c.／minまで徐々に増加させつつ導入し、80分間
GaAsPのAs分漸増層を成長させた。
冷却
As漸増層の成長終了後、ガス条件は変えずに
反り防止のための急冷を１分間行つた後、直ちに
もとの温度まで昇温した。この時ウエーハ設置部
分の温度は、695℃まで急冷されていた。
反り防止のための急冷を１分間行つた後、直ちに
もとの温度まで昇温した。この時ウエーハ設置部
分の温度は、695℃まで急冷されていた。
混晶比一定層成長
次の30分間はガス条件を変えることなく
GaAs1-xPxエピタキシヤル層を成長させた。
GaAs1-xPxエピタキシヤル層を成長させた。
最後の50分間は、H2Ｓ，HC，PH3，AsH3
の量を変えることなく350c.c.／minの高純度NH3
ガスを添加してGaAs1-xPxエピタキシヤル層を成
長させ気相成長を終了した。
の量を変えることなく350c.c.／minの高純度NH3
ガスを添加してGaAs1-xPxエピタキシヤル層を成
長させ気相成長を終了した。
成長終了後、H2雰囲気中で十分冷却した後、
N2ガスで置換してから半導体ウエーハを取り出
した。得られた半導体ウエーハの反りを測定した
結果、その平均値は49.6μmであり、比較例に示
した従来のものに比較して反りは格段に改善され
ていた。
N2ガスで置換してから半導体ウエーハを取り出
した。得られた半導体ウエーハの反りを測定した
結果、その平均値は49.6μmであり、比較例に示
した従来のものに比較して反りは格段に改善され
ていた。
実施例 ２
実施例１において、工程の開始30分後に急冷
工程を導入した。具体的には加熱手段を１分間オ
フとした。最低温度は695℃となつた。その他の
工程は同様に行つた。得られた半導体ウエーハの
反りを同様に測定した。
工程を導入した。具体的には加熱手段を１分間オ
フとした。最低温度は695℃となつた。その他の
工程は同様に行つた。得られた半導体ウエーハの
反りを同様に測定した。
比較例 １
実施例１における〜及びの工程を行い、
得られた半導体ウエーハの反りを同様に測定し
た。反りの値は、平均値254.2μmであり、反りは
顕著であつた。
得られた半導体ウエーハの反りを同様に測定し
た。反りの値は、平均値254.2μmであり、反りは
顕著であつた。
比較例 ２
実施例１における〜を行い、急冷工程とし
て加熱手段のオフ時間を30秒としたところ、最低
温度が740℃となつた。その後、の工程を行い、
得られた半導体ウエーハの反りを同様に測定し
た。反りの値は、平均値172μmであり、反りは顕
著であつた。
て加熱手段のオフ時間を30秒としたところ、最低
温度が740℃となつた。その後、の工程を行い、
得られた半導体ウエーハの反りを同様に測定し
た。反りの値は、平均値172μmであり、反りは顕
著であつた。
温度が十分に低下しない急冷工程は反りの改善
に効果がなことがわかつた。
に効果がなことがわかつた。
比較例 ３
実施例〜及びの工程を行うとともに、急
冷工程（加熱手段のオフを１分間として温度も
695℃まで低下する）を工程の終了直前に導入
した。得られた半導体ウエーハの反りを同様に測
定した。反りの値は、平均値253.8μmであり、反
りが顕著に発生していた。GaP層の成長段階で急
冷工程を導入しても反りの改善には効果がないこ
とがわかつた。
冷工程（加熱手段のオフを１分間として温度も
695℃まで低下する）を工程の終了直前に導入
した。得られた半導体ウエーハの反りを同様に測
定した。反りの値は、平均値253.8μmであり、反
りが顕著に発生していた。GaP層の成長段階で急
冷工程を導入しても反りの改善には効果がないこ
とがわかつた。
（発明の効果）
以上のように、本発明によれば、半導体ウエー
ハの反りを解消又は極小にすることができる上、
作業上も加熱手段を所定時間オフとするだけであ
り特別の困難性も付加されないという大きな効果
が達成される。
ハの反りを解消又は極小にすることができる上、
作業上も加熱手段を所定時間オフとするだけであ
り特別の困難性も付加されないという大きな効果
が達成される。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 化合物半導体基板上に該化合物半導体基板と
異種の化合物半導体のエピタキシヤル層を成長さ
せる方法において、該エピタキシヤル層の成長過
程において１又は複数の瞬間急冷工程を導入する
ことを特徴とする化合物半導体基板上へのヘテロ
エピタキシヤル層の成長方法。 ２ GaP基板上にGaAsPのエピタキシヤル層を
成長させるようにした請求項１記載の方法。 ３ GaP基板上にGaP層、GaAsPの混晶比変化
層及びGaAsPの混晶比一定層を順次成長させる
GaAsPのエピタキシヤル層の成長方法において、
GaAsPの混晶比変化層及び／又は混晶比一定層
の成長過程に瞬間急冷工程を導入することを特徴
とする請求項２に記載の方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5256489A JPH02233596A (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 化合物半導体基板上へのヘテロエピタキシャル層の成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5256489A JPH02233596A (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 化合物半導体基板上へのヘテロエピタキシャル層の成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02233596A JPH02233596A (ja) | 1990-09-17 |
| JPH0513918B2 true JPH0513918B2 (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=12918297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5256489A Granted JPH02233596A (ja) | 1989-03-03 | 1989-03-03 | 化合物半導体基板上へのヘテロエピタキシャル層の成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02233596A (ja) |
-
1989
- 1989-03-03 JP JP5256489A patent/JPH02233596A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02233596A (ja) | 1990-09-17 |
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