JPS63133616A - 気相エピタキシヤル成長方法 - Google Patents

気相エピタキシヤル成長方法

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JPS63133616A
JPS63133616A JP28125286A JP28125286A JPS63133616A JP S63133616 A JPS63133616 A JP S63133616A JP 28125286 A JP28125286 A JP 28125286A JP 28125286 A JP28125286 A JP 28125286A JP S63133616 A JPS63133616 A JP S63133616A
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Yasutoshi Suzuki
康利 鈴木
Hajime Inuzuka
肇 犬塚
Naomi Awano
粟野 直美
Takamasa Suzuki
孝昌 鈴木
Koichi Hoshino
浩一 星野
Kunihiko Hara
邦彦 原
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Denso Corp
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NipponDenso Co Ltd
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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、例えばシリコン等の半導体基板上に、この
基板とは異なる格子定数を何する例えばGa Asを成
長させるようにする気相エピタキシャル成長方法に関す
る。
[従来の技術] 半導体装置を構成する場合、半導体基板上にこの基板半
導体とは格子定数の異なる半導体物質を気相成長させ、
エピタキシャル層を形成することが行われている。例え
ば、シリコンからなる半導体基板」二に、GaAs5 
InP等のm−v族化合物半導体をエピタキシャル成長
させるようにするものである。
このようにシリコン基板上に例えばca As 5In
Pをエピタキシャル成長させるようにする場合、格子の
不整合率がGa Asで4.1%、InPで8.1%存
在するものであり、このため単にシリコン基板上にGa
 As層を成長形成するようにしただけでは、欠陥の多
い表面形状の悪いエピタキシャル層の膜が形成されるよ
うになる。
このような問題点を解決するために、例えば特開昭61
−91098号公報に示されるように、シリコン基板と
Ga As層との間に、超格子を構成要素とする中間層
を形成し、この中間層によってシリコンとGa Asと
の間の格子不整合を吸収させるようにすることが考えら
れている。しかし、この中間層を形成する手段を用いて
も、混晶と極薄膜の繰返しの制御が必要となるものであ
り、複雑な工程制御が要求されるようになる。
また、シリコン基板上に直接GaAsを成長させるよう
にする手段として、2段階成長法が知られている。しか
もこの方法で成長されたGa As層は、例えば応用電
子物性分科会研究報告のNo。
415、あるいは第33回応物関係連合375演会4P
−W−7に示されているように、転位等の欠陥が多数存
在するようになるものである。
[発明が解決しようとする問題点] この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、特に
半導体基板上に2段階成長法によって例えばGa As
を成長させるようにした場合において、転位の少ない充
分に品位の高いエピタキシャル層が成長形成されるよう
にする気相エピタキシャル成長方法を提供しようとする
ものである。
[問題点を解決するための手段] すなわち、この発明に係る気相エピタキシャル成長方法
にあっては、まず半導体基板上にこの基板半導体とは格
子定数の異なる半導体物質を、アモルファス、多結晶あ
るいは双結晶として薄膜状に低温成長させ、その後この
薄膜を島状の単結晶とするものであり、そしてさらに上
記半導体物質の成長層を形成させるようにするものであ
る。
[作用] 上記のようにしてまず半導体基板上に低温成長によって
半導体物質の層が形成され、これを熱処理することによ
って島状の単結晶が形成されるようになる。そして、こ
のように島状の単結晶が形成された状態でさらに高温で
半導体物質の層を形成することによって転位の少ない高
品位のエピタキシャル成長層が形成されるようになるも
のである。すなわち、島状の単結晶を最初に形成し、そ
の後に所定のエピタキシャル層を形成することによって
高品位のエピタキシャル成長層が得られるよう゛になる
ものである。
[発明の実施例] 以下、図面を参照しながらこの発明の一実施例を説明す
る。第1図はエピタキシャル成長層を形成するための装
置の概略を示しているもので、゛石英によって構成され
た反応容器ll内で気相成長が行われるようにされる。
そして、エピタキシャル層を形成するシリコン等の半導
体基板12は、石英トレイ13に乗せて、予備室(ロー
ドロック室)から自動もしくは手動の搬送機構によって
、上記反応容器11内に搬入され、グラファイト製のサ
セプタ14に設定されるようになる。このサセプタ14
はワークコイル15に支えられているもので、このワー
クコイル15によってサセプタ14、すなわち半導体元
板12が反応容器11内の所定の位置に設定されるよう
にしている。
上記反応容器11の周囲には、高周波誘導コイル1Bが
設けられている。このコイル16には選択的に高周波電
力が供給されるもので、上記半導体装置l2を誘導加熱
するために用いられる。この場合、詳細は図示していな
いがワークコイル15には適宜熱電対等による温度検出
手段、および温度調節装置が設定されているもので、半
導体基板12が所望の成長温度に設定されるように制御
されるようにしている。
そして、上記反応容t!:+ l lの内部には、原料
ガス容器17からの原料ガス(As H3)が、流m:
J3整器18(マスフローコントローラーMFC)を介
して、精密に流量調節してノズル19から供給されるよ
うになっている。またH2でなるキャリアガスが、流量
調整器20を介して反応容器llに供給されるようにな
っているものであり、さらにこの反応容器11には上記
H2ガスが流量調整器21からキャリアガスとして容器
22に供給され、トリメチルガリウム(T M G )
が選択的に上記ノズル19に供給されるようになってい
る。
上記反応容器11には排気口23が形成されている。
そして成長時にあっては、上記反応容器11は常圧(大
気圧)に設定されているもので、減圧成長する場合には
上記排気口23から油回転ポンプ等によって排気し、反
応容器11内が所望の圧力状態に設定されるようにして
いる。ここで、半導体基板12に形成される成長層の厚
さを均一にするため、ワークコイル15によってサセプ
タ14を回転させ、基板12が回転されるようにするこ
とがある。
このように設定される反応容器11内で半導体基板11
の表面に例えばGa Asの膜を成長形成するものであ
るが、その成長方法の過程を第2図に示した温度プログ
ラムに基づいて以下説明する。
まず、シリコンからなる半導体基板11はl・レイ+ 
3−1=に載置設定し、図示されない予備室から反応容
器ll内のサセプタ14」−に搬送される。そして、ワ
ークコイル15によって反応容器11内の所定の位i+
Qに上記半導体基板12を設置し、この状態で高周波:
A導コイル16に付属される高周波電源から高周波電流
を供給し、半導体基板12の温度が上昇制御されるよう
にする。
具体的には、第2図で示されるようにまず室温から45
0℃iで温度を上昇させるものであり、この450℃に
設定された状態で反応容器ll内に、トリメチルガリウ
ム(TMG)とアルシン(ASH2)とキャリアガス(
H2)とを、ノズル19をTht、て反応容器11内に
所定量流しもむ。そして、半導体基板12の表面にGa
 Aaの薄膜を低Fi b”i長させる。
このときのGa Aa膜の厚みは約100人程度が良い
ものであり、またその結晶性はアモルファス、多結晶ま
たは双晶がよいものである。第3図はこの低温成長され
たGa as層のRHEED像を示しているもので、双
晶となっていることが理解できる。
このように低温成長によるGa As層が形成された後
は、トリメチルガリウムの供給を停止させ、A s H
3とH2と2とのガス雰囲気中で750℃まで基板12
の温度を上昇させ、この温度状態に安定したならば同じ
く上記同様のガス雰囲気中で5−分程度熱処理する。こ
のような750℃までの昇温過程と上記750℃の熱処
理とによって、前記低温成長されたGa As層は島状
の単結晶の状態とされるようになる。第4図はこの75
0°Cの熱処理をされた後のRHE E D fmを示
しているもので、島状単結晶の状態が明確に判断できる
このようにして島状単結晶が形成されたならば、さらに
この単結晶Ga Asを成長させるために反応容器11
内にトリメチルガリウムを供給し、所望の厚みのG a
 A s膜を成長形成させるようにする。
このような手段によって成長されたGa As膜は、フ
ォトルミネッセンスの発光効率の高いものとされるもの
であり、結晶性の良いGa Asへテロエピタキシャル
成長層となっているものである。
尚、前記低温成長Ga As層が約1000人程度とな
るように厚すぎて、750℃の熱処理によって島状単結
晶が形成されないような状態となった場合は、その後に
トリメチルガリウムを流し750℃でGa As層を成
長させるようにしても、その成長層の表面モフォロジー
が悪く、結晶性の悪い膜となるものである。
第5図はエピタキシャル成長方法の他の例を説明するた
めの成長温度プログラムを示しているもので、この例に
あっては750℃で熱処理した後に成長へ度を650℃
まで低下させている。
すなわち、450℃で低温成長させたGa As層の薄
膜を、750℃で熱処理することによって島状の単結晶
Ga Asを形成した後に、650℃の温度状態でトリ
メチルガリウムを流し、Ga As層を所望の厚さまで
成長させるようにする。このようにすると、前記実施例
と同様に表面モフォロジーが良く、結晶性の優れた単結
晶Ga As成長層が形成されるものである。
ここで、第5図に破線Aで示すように島状の単結晶にす
る熱処理工程を行なわないようにすると、形成されたG
a As成長層は表面モフオロジーが悪く、しかも結晶
性の悪いものとなる。
これまでの実施例にあっては、シリコン基板上にGa 
As層を成長させる場合を示しているものであるが、例
えばSO3(Si on  5apphlrc )上に
Ga As層を成長させるようにした場合でも、上記同
様の手段によって同様の結晶が得られるようになる。ま
た、成長させる半導体物質もCa Asに限らず、AJ
Ga As 、In P。
SIC等の半導体物質を成長させる場合でも、上記同様
の成長方法が実施できるものである。
さらに実施例では低温成長Ga As層の成長温度を4
50℃、熱処理温度を750℃として示しているもので
あるが、この;8度は成長させる装置によって適宜設定
されるようになるものであり、要するにアモルファス、
多結晶もしくは双晶のGaAs薄膜を成長させた後、島
状の単結晶を成長させる熱処理工程を入れることによっ
て、表面モフォロジーおよび結晶性の優れたGa As
層が成長されるようになるものである。
[発明の効果] 以上のようにこの発明に係る気相エビクキシャル成長方
法によれば、低温成長によって形成された半導体物質が
熱処理によって島状単結晶状態とされるものであり、そ
してその後高温状態での成長によって単結晶による半導
体物質成長層が形成されるようになる。この場合、この
成長形成された半導体物質層は、結晶性の優れた転位が
少なく且つ品位の高いエピタキシャル層とされるもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る気相エピタキシャル
成長を実施するための装置の概略を示す構成図、第2図
は上記装置を用いてエピタキシャル層を形成する場合の
温度プログラムの状態を示す図、第3図および第4図は
それぞれ上記エピタキシャル成長過程における成長層部
分の写真を示す図、第5図はこの発明の他の実施例を説
明するための成長温度プログラムの状態を示す図である
。 [1・・・反応容器、12・・・半導体基板、」訃・・
トレイ、14・・・サセプタ、I5・・・ワークコイル
、1B・・・高周波誘導コイル。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 産業 IIIA 第4図 第50 特許庁長官 黒 1)明 雄 殿 1、事件の表示 特願昭61−281252号 2、発明の名称 気相エピタキシャル成長方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 (426)日本電装株式会社 4、代理人 東京都千代田区霞が関3丁目7番2号 tJBEビルで
iH 、J 5、補正命令の日付 昭和62年2月24日 4、図面の簡単な説明 第1図はこの発明の一実施例に係る気相エピタキシャル
成長を実施するための装置の概略を示す構成図、第2図
は上記装置を用いてエピタキシャル層を形成する場合の
温度プログラムの状態を示す図、第3図および第4図は
それぞれ上記エピタキシャル成長過程における成長層部
分の結晶慣通の写真を示す図、第5図はこの発明の他の
実施例を説明するための成長温度プログラムの状態を示
す図である。 11・・・反応容器、12・・・半導体基板、13・・
・トレイ、14・・・サセプタ、15・・・ワークコイ
ル、16・・・高周波誘導コイル。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦手続補″E關 
6□3.、+ Q 昭和  年  月  日

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に、この基板と格子定数の異なる半
    導体物質を薄膜状に低温成長させる第1の工程と、 上記第1の工程で形成された薄膜状の成長層を上記第1
    の工程より高温で熱処理し、上記半導体物質の薄膜を島
    状の単結晶にする第2の工程と、この第2の工程で上記
    半導体物質の島状単結晶の形成された上記半導体基板に
    、さらに上記半導体物質を高温成長層させる第3の工程
    と、を具備したことを特徴とする気相エピタキシャル成
    長方法。
  2. (2)上記半導体基板はシリコンによって構成され、上
    記成長される半導体物質はIII−V族化合物半導体でな
    るようにした特許請求の範囲第1項記載の気相エピタキ
    シャル成長方法。
  3. (3)上記III−V族化合物半導体はGaAsでなる特
    許請求の範囲第2項記載の気相エピタキシャル成長方法
  4. (4)上記III−V族化合物半導体はInPでなる特許
    請求の範囲第2項記載の気相エピタキシャル成長方法。
  5. (5)上記第1の工程で成長された半導体物質の薄膜の
    厚さは、200Å以下に設定されるようにした特許請求
    の範囲第1項記載の気相エピタキシャル成長方法。
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