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発明の名称 ヘテロエピタキシャル成長方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−216037
公開日 平成6年(1994)8月5日
出願番号 特願平5−3885
出願日 平成5年(1993)1月13日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 河野 敏弘 / 奥野 八重
要約 目的
格子不整合系ヘテロエピタキシーにおいて、低欠陥の良質の結晶層を提供する。

構成
半導体基板1上に格子定数の異なる他の半導体層2を積層し、その上に多数の(111)面を有する凹凸3を形成する。更にその上に貫通転位伝播抑制のための歪層4を積層した後、半導体層2と同種又は異なった半導体層5を積層する。
特許請求の範囲
【請求項1】第一の半導体層上に格子定数の異なる第二の半導体層を積層してなるヘテロエピタキシャル成長方法において、該第一の半導体層上に該第二の半導体層を積層する工程と、該第二の半導体層の表面に多数の(111)面を有する凹凸を形成する工程と、凹凸を形成した該第二の半導体層上に転位の伝播を阻止するための歪層を形成する工程と、該歪層上に該第二の半導体層または第三の半導体層を積層する工程を含むことを特徴とするヘテロエピタキシャル成長方法。
【請求項2】凹凸の山と谷部もしくはどちらか一方の形状が鋭角で、且つ斜面の一部もしくは全体が(111)面で構成されていることを特徴とする請求項1記載のヘテロエピタキシャル成長方法。
【請求項3】凹凸の山と谷部もしくはどちらか一方に基板の主面と同一面を有し、且つ斜面の一部もしくは全体が(111)面で構成されていることを特徴とする請求項1記載のヘテロエピタキシャル成長方法。
【請求項4】凹凸の形状が周期的もしくは非周期的なストライプ構造となっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のヘテロエピタキシャル成長方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板と格子定数の異なる半導体層をエピタキシャル成長するヘテロエピタキシャル成長方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のヘテロエピタキシャル成長においては、基板と成長層の界面において発生する多数のミスフィット転位に起因する貫通転位の伝播を抑制するため、成長層内に歪超格子や単一歪層等の歪層を導入し、その歪応力によって貫通転位を成長層界面に平行な方向に曲げている。これらの歪層はジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィズィックス、第29巻、(1990年)第2371〜2375頁(Japanese Journal of Applied Physics Vol.29 (1990) p2371〜2375)に記載の如く、使用基板面と同様に歪層の主面が(100)面から成る平坦な層で構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような上記従来技術においては、貫通転位の一部は歪超格子や単一歪層等の歪層により成長層界面に沿って曲げられ伝播を阻止されているものの、大部分は成長層上部へと貫通している。また、成長初期に通常の成長温度より低温で成長を行う二段回成長法や熱サイクルアニール等の低転位化技術を併用しても、転位密度はSi基板上GaAs成長及びGaAs基板上InP成長でそれぞれ105cm-2、107cm-2台と高く、未だ実用に耐えうる成長層が得られていない。
【0004】本発明の目的は、ヘテロエピタキシャル成長において低転位密度の良質のヘテロエピタキシャル成長層を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明では貫通転位の伝播を阻止すべくヘテロエピタキシャル成長層中に多数の(111)面を有する歪層を形成した。
【0006】
【作用】本発明の原理を図1〜図3を用いて説明する。図1中に示すように、ヘテロエピタキシャル成長層中に多数の(111)面を有する歪層、例えばグレーティング状の歪層を形成する。このような歪層においては、基板と成長層の界面から成長層上部へと貫通した転位は歪層に達した後、歪層界面すなわち(111)面に沿って曲げられる。(111)面は転位のすべりが起こりやすい面であることから、図2に示されるような(100)面を主面とする基板上に形成された平坦な歪層の場合に比べ、歪層界面に沿った転位の曲がりが起きやすい。従って、貫通転位の大部分はこれらの界面で曲げられ他の転位と反応し消滅する。一方、本発明においても貫通転位の一部は消滅することなく(111)面に沿って更に上部へと貫通する。また歪層により曲げられることなくそのまま上部へ伝播する転位も存在する。しかしながら、これらの歪層界面で消滅し得なかった転位は、図3に示すように近接する歪層の山の90゜異なった(111)歪層界面から伝播した転位と反応し消滅あるいは減少する。このように、本発明の歪層構造においては転位の曲げ・反応・消滅が起こりやすく、従って、成長層の低転位化を図りやすく良質の結晶層が得られやすい。
【0007】
【実施例】
〈実施例1〉以下、本発明の実施例を図1及び図3により説明する。
【0008】有機金属気相成長(MOCVD)法によりGaAs基板1上にアンドープInP層2を1〜2μm成長する。このInP層2上にCVD法によりSiO2膜を形成した後レジストを塗布する。次に電子線描画装置により露光し、更にドライエッチングによりSiO2膜の窓開けを行い0.2μm幅のラインアンドスペースを有するストライプ構造を形成した。この時ストライプ方向は化学エッチング後のメサ形状が順メサ形状となる様にした。レジスト除去後HBr+H22系エッチャントを用いて図1及び図3に示すような多数の(111)面を有するグレーティング状の凹凸3を形成する。このような凹凸3の形成においてはレジスト膜をマスクとして直接InP層2をエッチングしても良く、マスク材とエッチング液の選択によっては図示するようなのこぎり状の鋭角な断面構造を持つ凹凸ではなく、凸部に平坦面たとえば(100)面が存在しても良い。また、凹部凸部の形状がそれぞれ曲率を持つ構造においても部分的に(111)面を有する形状であるならば本発明と同様の効果が期待できる。次に、このようなグレーティング状凹凸3の上にInGaP歪層4(Ga組成x=0.1、層厚100〜150Å)を成長後、更にInP層5を2μm成長した。InGaP歪層4は組成及び層厚とも本実施例に示す値に限定されず、貫通転位伝播を阻止する効果がある適当な歪量を有する値を選択して良い。また、InGaPの代わりにInGaAsやInGaAsP等他の材料を用いても良く、通常良く用いられている歪超格子構造としても良い。
【0009】本実施例のような断面構造を有するヘテロエピタキシャルウェハでは、従来の平坦歪層を有するウェハに比較し、InP層のX線ロッキングカーブ半値幅が2/3程度に減少した。InP層のトータル膜厚3μmの時、半値幅は約200arcsec、6μmで130arcsecとなった。これは成長層表面の転位密度(或いはエッチピット密度)がそれぞれ約1.5×107、8×106cm-2に相当し従来法に比べ改善された。
【0010】〈実施例2〉本発明の他の実施例を以下に示す。成長方法としては、基本的には実施例1と同様であるが、凹凸の形状を図4に示すような構造のものを用いた。具体的には凹凸の山と谷部にそれぞれ基板面と同じ(100)面を残すようにSiO2膜のストライプ形状を0.5μm幅のラインアンドスペースとした。また、0.2〜0.3μmの深さにエッチングすることにより山と谷部にそれぞれ0.2〜0.3μmの(100)平坦面を形成した。凹凸の山と谷の間の斜面には(111)面が形成されている。このような凹凸の上にInGaP歪層を積層し、更にInP層を成長した場合のInP層のX線ロッキングカーブ半値幅は実施例1とほとんど遜色が無かった。
【0011】以上のように、多数の(111)面が形成されておれば凹凸の形状に左右されず同様の効果が得られる。但し、平坦な成長表面を得るためには本実施例で示した凹凸のサイズ程度に小さくする必要がある。
【0012】本実施例では、GaAs基板上InP成長について適用したが、Si基板上GaAsやInP成長等他のヘテロエピタキシーにも適用可能である。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、ヘテロエピタキシャル成長層中に多数の(111)面を有する歪層を形成することにより、ヘテロ界面から成長層上部へ貫通する転位の大部分は歪層界面すなわち(111)面に沿って曲げられるため転位間の反応及び消滅が起りやすく、また歪層界面に沿って更に上部へ貫通する転位も近接する歪層の山の90゜異なった(111)歪層界面から伝播した転位と反応し消滅あるいは減少する。このように(111)歪層界面の存在により転位の消滅あるいは減少が助長されるため低転位密度の良質の結晶層が得られ易い。




 

 


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