JPH0628247B2 - 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

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(Si)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MESFET（金属半
導体電界効果トランジスタ）やHEMT（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(LED) 、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
の研究が成されている。

【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４×10¹⁴/cm³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８×10¹⁶/cm³と前者に比べて約２桁程大きい。 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0.5 μｍ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(Si)
基板上のガリウム砒素(GaAs)を結晶成長させる領域を除
いて上面、側面、下面の全表面に、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することで、基板を構成する主
原子であるシリコン（Ｓｉ）原子の蒸発を防止し、（改
行）その後、前記皮膜層により雰囲気からのシリコン
（Ｓｉ）原子の混入を防止して、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、又その皮膜層を構成する分子、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 Åの厚さの二酸
化シリコン(SiO₂)や、200-10000 Åの厚さの窒化シリコ
ン(Si₃N₄) で形成される。しかし、その他、SiN_x,PSG(p
hospho-silicate glass),BPSG，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(Si₃N₄) の皮
膜層の厚さが200 Å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 Å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、エッ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(Si₃N₄)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20
0-2000Åの厚さの第１の二酸化シリコン(SiO₂)層を形成
し、その第１の二酸化シリコン(SiO₂)層の全表面上に約
500-2000Åの厚さの窒化シリコン(Si₃N₄) 層を形成し、
前記第１の二酸化シリコン(SiO₂)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
(Si₃N₄) 層の所定領域が残るように前記窒化シリコン(S
i₃N₄) 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(SiO₂)層の全表面上に第２の二酸化シリコン
(SiO₂)層を形成し、前記所定領域に残された前記窒化シ
リコン(Si₃N₄) 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(SiO₂)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(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CV
D(化学気相成長) 、プラズマCVD 、減圧CVD 、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、皮膜層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、MOCVD(有
機金属化学気相成長)、MBE(分子線エピタキシャル成
長)、MOMBE(有機金属分子線エピタキシャル成長)、CBE
(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(Si)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４×10¹⁴/cm³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(MOCVD) 法により750
℃の温度で３μｍ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0.2 μｍ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0.2 μｍ〜1.
8 μｍまでは、８×10¹⁶/cm³の電子濃度で略一定であ
り、1.8 μｍ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1.8 μｍ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 μｍ〜1.8 μｍの範囲の
格子欠陥密度が小さい領域でも、電子密度は８×10¹⁶/c
m³と、バルクのガリウム砒素の電子密度に４×10¹⁴/cm³
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、MOCVD 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９μｍ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X
1,X2 、Ｙ方向に関しては、領域Y1,Y2,Y3でのキャリア
濃度を測定することで測定した。結果は、 X1；2.7 ×10¹⁶/cm³ X2；8.3 ×10¹⁴/cm³ Y1；8.0 ×10¹⁶/cm³ Y2；7.9 ×10¹⁵/cm³ Y3；2.2 ×10¹⁵/cm³ 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、X1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 μｍ〜７μｍの範囲で1.8 ×10¹⁷
/cm³〜2.5 ×10¹⁷/cm³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軸方向の依存性を測定した。その結果
は、 Y1；7.5 ×10¹⁵/cm³ Y2；5.9 ×10¹⁴/cm³ 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(Y1)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SiO₂又
はSi₃N₄ で被覆したシリコン基板83をMOCVD 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Y1,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SiO₂で被覆した場合 Y1；3.0 ×10¹⁵/cm³ Y2；9.7 ×10¹⁴/cm³ Y3；5.7 ×10¹⁴/cm³ シリコン83の上面をSi₃N₄ で被覆した場合 Y1；2.6 ×10¹⁵/cm³ Y2；1.6 ×10¹⁵/cm³ この結果から、シリコン83の上面をSiO₂又はSi₃N₄ 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83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SiO₂又はSi₃N₄ 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SiO₂
又はSi₃N₄ 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SiO₂から成る誘電体層２を1000Å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SiH₄ガスとNH_３ガスとの反応によ
る減圧CVD 法により、窒化シリコン(Si₃N₄) から成る誘
電体層３を1000Å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Ｄ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分間ベーク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の上面部30
の所定領域ＤをSF_６とHeのプラズマガスにてエッチング
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(SiO₂)から成る誘電体層
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Ｄを除く部分、即ち、上面20の周辺部21と側
面22と裏面23が窒化シリコン(Si₃N₄) 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(Si₃N₄) から成る誘電体層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Ｄを緩衝フッ化水素
酸溶液(HF+10H₂O)でエッ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10の所定領域Ｄ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Ｄを除く全表面、即ち、シリコン基
板１の上面10の周辺部11、側面12、裏面13を1000Åの厚
さの二酸化シリコン(SiO₂)から成る誘電体層２と、1000
Åの厚さの窒化シリコン(Si₃N₄) 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Ｄ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１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4H₂SO₄+H₂O₂液に浸してエッチングし、
純水でリンスし、その後１分間、HF+H₂O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、1000℃に加熱され、10cc/ 分
の流量でアルシンガス(AsH₃)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(AsH₃)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 Åの厚さを有したガリウ
ム砒素層５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(AsH₃)とトリメチルガリウムガス(TMG)の流量モル比
を40:1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、３μｍの厚さを有したノンドープ
のガリウム砒素層６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
Ｘμｍに関する電子濃度N/cm³の分布特性を測定した。
その結果を、第１図(a)の曲線Ｂに示す。上表面60から
1.7 μｍの深さからシリコン基板１との界面まで、電子
濃度は４×10¹⁴/cm³〜９×10¹⁷/cm³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 μｍ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４×10¹⁴/cm³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(SiO₃)で被覆して、第１図
(b)に示すようにガリウム砒素層をMESFET構造に形成
し、表面空乏層がｎ^＋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の表面近くの電
子濃度を測定した。その結果を第１図(b)の曲線Ｄで示
す。このことから、電子濃度は約10¹⁴/cm³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MESFET構造のガリ
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
(b)の曲線Ｃに示す。裸のシリコン基板を用いた場合に
は、２×10¹⁷/cm³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Ｄ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(SiO₂)から成る
厚さ1000Å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Ｄを下向きにして図示するエ
ッチング装置90の上部開口部に載置する。エッチング装
置90はフッ化水素酸(HF 又は希釈フッ化水素酸(nHF+H₂O
₂))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Ｏリング93が配設されている。シリコン基板
15の周辺部とＯリング93とが接触しており、シリコン基
板15の所定領域Ｄでのみ、エッチング分子94がSiO₂から
成る誘電体層24と接触する。この結果、所定領域Ｄにお
いて誘電体層24がエッチングされ、下層のシリコン基板
15の所定領域Ｄの部分が露出する。 その所定領域Ｄ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、SiO₂から成る誘電体層
24の所定領域Ｄ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(SiO₂)から成る厚さ1000Å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、誘電体層24は上面の所定領域Ｄ
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
ッチング装置内に載置される。そして、CF₄-H₂，C₂F₆，
C₃F₈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Ｄが
エッチングされ、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Ｄ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 Å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1000Åの窒化シリコン
(Si₃N₄)から成る誘電体層35を形成する。尚、誘電体層2
5の厚さは約200 Åから2000Åの範囲で、誘電体層35の
厚さは約500 Å〜2000Å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
層41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Ｄ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Ｄに形成されたフォトレジスト層41a を
マスクとして、窒化シリコン(Si₃N₄) から成る誘電体層
35のフォトレジストで被覆されていない領域を全てSF_６
とNH_３ガスのプラズマエッ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Ｄにのみ窒化シリコン(Si₃N₄) 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Ｄにのみ形成さ
れた窒化シリコン(Si₃N₄) から成る誘電体層35a 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(SiO₂)から成る誘電体層25の全表面に、更に、二酸化
シリコン(SiO₂)から成る厚さ7000Å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、
1000-10000 Å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(SiO₂)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
エットエッ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の所定領域Ｄを露出させ
た。この結果、シリコン基板14において、ガリウム砒素
層が形成される所定領域Ｄでは、二酸化シリコン(SiO₂)
が薄く200 Åに形成され、他の部分では二酸化シリコン
(SiO₂)が厚く7200Åに形成されたことになる。 次に、所定領域Ｄ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)を一様に約200 Åだけエッチングした。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Ｄが露出したシリコン基板14が得ら
れた。 この時、その厚いSiO₂の誘電体層26の厚さは、所定領域
Ｄの薄いSiO₂の誘電体層25の厚さにほぼ等しい厚さ200
Åだけ減少する。従って、所定領域Ｄ以外に残された総
合のSiO₂の厚さは、付加的に形成した厚い誘電体層26の
厚さ7000Åとなる。 上記の実施例2,3,4 で形成された所定領域Ｄ以外の全表
面が被覆されたシリコン基板上の所定領域Ｄ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
ウエハとしているが、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Ｄ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、SiO₂又はSi₃N_４の単層や、SiO₂とSi₃N_４の二
重層で形成する他、SiO₂，Si₃N₄、他の物質の多重層で
形成しても良い。又、各層の厚さは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、SiO₂層に窓を形成するのにSi₃N₄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、SiO₂層に窓を形成しても良い。 又、シリコン基板上の所定領域Ｄ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400
℃の低温成長により第１のガリウム砒素層51が125 Å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層52が１μｍ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(AsH₃)とトリメチ
ルガリウムガス(TMG) の流量モル比を40:1として、30分
反応ガスを供給した。この結果、2.0μｍ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、４×10¹⁴／cm³
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図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成長したガ
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 2,24,25,26……誘電体層(SiO₂) 3,35,35a……誘電体層(Si₃N₄) 4,41,41a……フォトレジスト層 5,6,51,52,53……ガリウム砒素層 D ……ガリウム砒素の形成される所定領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルバート・ティ・ウー アメリカ合衆国、95132 カリフォルニア、 サン・ホゼ、アダムズ・ドライブ1202 (72)発明者 トーマス・ジョージ アメリカ合衆国、94710 カリフォルニア、 アルバニ、シックスス・ストリート1182、 ビルディング77 (72)発明者 サンドラ・エス・リー アメリカ合衆国、94022 カリフォルニア、 ロス・アルトス、キャンベル・アベニュー 765 (56)参考文献 特開 昭62−213117（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−191016（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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除いて上面、側面、下面の全表
   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する
   ことで、基板を構成する主原子であるシリコン（Ｓｉ）
   原子の蒸発を防止し、（改行）その後、前記皮膜層によ
   り雰囲気からのシリコン（Ｓｉ）原子の混入を防止し
   て、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. 【請求項２】前記皮膜層は、200-10000 Åの厚さの二酸
   化シリコン(SiO₂)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. 【請求項３】前記皮膜層は、200-10000 Åの厚さの窒化
   シリコン(Si₃N₄) 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. 【請求項４】前記皮膜層は、二酸化シリコン(SiO₂)と窒
   化シリコン(Si₃N₄) 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. 【請求項５】前記皮膜層は、前記シリコン基板の上面、
   側面、下面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. 【請求項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. 【請求項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(SiO₂)層を形成し、 その第１の二酸化シリコン(SiO₂)層のの全表面上に約50
   0-2000Åの厚さの窒化シリコン(Si₃N₄)層を形成し、 前記第１の二酸化シリコン(SiO₂)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
   (Si₃N₄) 層の所定領域が残るように前記窒化シリコン(S
   i₃N₄) 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(SiO₂)層の全表
   面上に第２の二酸化シリコン(SiO₂)層を形成し、 前記所定領域に残された前記窒化シリコン(Si₃N₄) 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(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 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。