專利名稱：化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法。詳細(xì)地說(shuō)，本發(fā)明涉及凹狀缺陷少的化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法。
背景技術(shù)：
通過(guò)現(xiàn)有的氣相外延成長(zhǎng)法，特別是有機(jī)金屬熱分解法(MOCVD法)在單結(jié)晶基板上使外延層成長(zhǎng)時(shí)，在外延層的表面，會(huì)有凸?fàn)钊毕莼虬紶钊毕萆伞?br> 凸?fàn)钊毕荼环Q為淚狀缺陷，小丘(hillock)，缺陷的直徑大約10μm～大約30μm，高度為數(shù)十nm。凸?fàn)钊毕荩m然并非使器件的制作變得不可能，但是根據(jù)情況，使在制作工序中使用的光掩模損傷，或使圖案發(fā)生偏移。為了抑制凸?fàn)钊毕莸陌l(fā)生，而提出了控制單結(jié)晶基板的偏離角的方法(例如，特開(kāi)平2-239188號(hào)公報(bào)，特開(kāi)平8-78348號(hào)公報(bào))。
另一方面，凹狀缺陷，缺陷的直徑為數(shù)μm，深度會(huì)到達(dá)單結(jié)晶基板和外延層的界面附近。由具有凹狀缺陷的化合物半導(dǎo)體外延基板制造器件時(shí)，器件的成品率低。
另外，在所述的抑制凸?fàn)钊毕莸陌l(fā)生的方法中，很難降低凹狀缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種凹狀缺陷少的化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法。
本發(fā)明者們對(duì)抑制凹狀缺陷的發(fā)生進(jìn)行了刻意的研究的結(jié)果，完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明，提供一種化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法，其包括如下所述的工序，即在InP單結(jié)晶基板、或與InP單結(jié)晶基板晶格整合的外延層上，在V/III比10～100、成長(zhǎng)溫度630℃～700℃、成長(zhǎng)速度0.6μm/h～2μm/h的條件下，通過(guò)外延成長(zhǎng)，而形成InGaAs層。
另外，本發(fā)明提供一種化合物半導(dǎo)體外延基板的凹狀缺陷生成的抑制方法，其包括如下所述的工序，即在InP單結(jié)晶基板、或與InP單結(jié)晶基板晶格整合的外延層上，在V/III比10～100、成長(zhǎng)溫度630℃～700℃、成長(zhǎng)速度0.6μm/h～2μm/h的條件下，通過(guò)外延成長(zhǎng)，而形成InGaAs層。
根據(jù)本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法，能夠得到凹狀缺陷少的化合物半導(dǎo)體外延基板。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠抑制化合物半導(dǎo)體外延基板的凹狀缺陷的生成。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的制造方法得到的化合物半導(dǎo)體外延基板的截面圖。
圖2表示由實(shí)施例1得到的化合物半導(dǎo)體外延基板的截面圖。
圖3是由實(shí)施例1得到的化合物半導(dǎo)體外延基板表面的照片。
圖4表示由實(shí)施例1得到的化合物半導(dǎo)體外延基板的InGaAs層的In組成分布。
圖5表示由實(shí)施例2得到的化合物半導(dǎo)體外延基板的InGaAs層的In組成分布。
圖6是由比較例2得到的化合物半導(dǎo)體外延基板表面的照片。
圖7表示InGaAs層的成長(zhǎng)溫度、和所得的化合物半導(dǎo)體外延基板的表面缺陷密度的關(guān)系。
圖8表示InGaAs層的成長(zhǎng)速度、和所得的化合物半導(dǎo)體外延基板的表面缺陷密度的關(guān)系。
圖9表示InGaAs層成長(zhǎng)時(shí)的V/III比、和所得的化合物半導(dǎo)體外延基板的表面缺陷密度的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法根據(jù)圖1，說(shuō)明本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法。圖1表示由所述制造方法得到的化合物半導(dǎo)體外延基板(以下，簡(jiǎn)稱為“外延基板”)1，外延基板1依序含有InP基板2、任意的InP層3、InGaAs層4以及任意的InP層5。
InP基板2，例如偏離角(從晶面方位(100)偏移)為大約5°以下，優(yōu)選為0.5°以下的單結(jié)晶基板。InP基板2，從外延層的雜質(zhì)攝取量的控制，還有半導(dǎo)體激光用途的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選偏離角大約為0°的基板(最佳基板)。另外，優(yōu)選基板的晶面方位精度為0.05°以內(nèi)。
在InP基板2之上，優(yōu)選形成與InP基板2晶格整合的層(例如，圖1中的InP層3)。作為與InP基板2晶格整合的外延層，例如可以例舉出InP、InGaAs、InAlAs、InGaAsP、GaAsSb。與InP基板2晶格整合的層，可以通過(guò)如MOCVD、分子線外延(molecular beam epitaxy)(以下，稱為MBE)等的氣相成長(zhǎng)法形成。InP基板2的氣相成長(zhǎng)，可以由公知的條件進(jìn)行。
InGaAs層4，位于InP基板2之上，或形成于InP基板2之上，形成在與InP基板2晶格整合的任意的外延層之上。InGaAs層4，例如，可以通過(guò)MOCVD、MBE等的氣相成長(zhǎng)法形成，優(yōu)選由MOCVD法形成。
InGaAs層4的氣相成長(zhǎng)的V/III比，為10以上，優(yōu)選為50以上，另外，在100以下，優(yōu)選為70以下。若V/III比在所述范圍內(nèi)，則可以得到凹狀缺陷少的外延基板。若V/III比低于10，則在外延層上產(chǎn)生V族空位，或發(fā)生III族元素占據(jù)V族位置的異位缺陷(antisite defect)。V族空位的發(fā)生，推斷為V族元素的不足的影響。V/III比，是III-V族外延基板制造中的V族原料和III族原料的供給量的比。例如，在氣相成長(zhǎng)法中，作為原料的有機(jī)金屬，從儲(chǔ)存瓶或擴(kuò)散器(bubbler)以氣態(tài)供給。
在使用儲(chǔ)存瓶時(shí)，原料氣體的供給量，可以通過(guò)設(shè)于供給線路上的質(zhì)量流(mass flow)控制器等流量控制裝置進(jìn)行控制。此時(shí)的原料氣體的供給量，由(儲(chǔ)存瓶?jī)?nèi)的原料氣體濃度)×(原料氣體流量)表示。
在使用擴(kuò)散器時(shí)，原料氣體的供給量，可以通過(guò)設(shè)于用于供給擴(kuò)散器載氣的供給線上的質(zhì)量流控制器等的流量控制裝置進(jìn)行控制。此時(shí)的原料氣體的供給量，由(運(yùn)載氣體(carrier gas)流量)×(擴(kuò)散器內(nèi)原料蒸氣壓)/(擴(kuò)散器內(nèi)壓)表示。
V族原料，例如有氫化砷(AsH3等)。III族原料例如可以是如三甲基銦(TNIn)等銦化合物；三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)等鎵化合物等。鎵化合物，優(yōu)選TMGa。通過(guò)使用TMGa，能夠得到具有銦(In)的面內(nèi)分布均一的外延層的外延基板。
InGaAs層4的氣相成長(zhǎng)的溫度，為630℃以上，優(yōu)選為640℃以上，更優(yōu)選為650℃以上，另外，在700℃以下，優(yōu)選為680℃以下，更優(yōu)選為670℃以下。若溫度在所述范圍，則能夠得到凹狀缺陷少的外延基板。
InGaAs層4的氣相成長(zhǎng)的成長(zhǎng)速度，為0.6μm/h以上，優(yōu)選為0.8μm/h以上，另外，在2μm/h以下，優(yōu)選為1.2μm/h以下。成長(zhǎng)速度可以通過(guò)變更原料氣體的供給量而進(jìn)行調(diào)整。
在本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法中，在InGaAs層4之上，還可以形成有層，例如可以形成InP層5。InP層5，例如可以通過(guò)MOCVD、MBE等氣相成長(zhǎng)法形成。
化合物半導(dǎo)體外延基板的凹狀缺陷的生成限制方法本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體外延基板的凹狀缺陷的生成限制方法，可以在單結(jié)晶InP基板之上，通過(guò)MOCVD、MBE等氣相成長(zhǎng)法，以與所述(V/III比、溫度、成長(zhǎng)速度、In原料、Ga原料、As原料)相同的條件形成InGaAs層，而抑制凹狀缺陷的生成。單結(jié)晶InP基板，可以使用偏離角為大約5°以下，優(yōu)選為0.5°以下的單結(jié)晶基板等。
化合物半導(dǎo)體外延基板本發(fā)明的化合物半導(dǎo)體外延基板，如圖1所示，例如，依次含有InP基板2、任意的InP層3、InGaAs層4以及任意的InP層5。
InP基板2，例如厚度大約為250μm以上，大約700μm以下。含有InP層3的外延基板的情況，InP層3的厚度，例如大約為0μm以上，大約3μm以下。InGaAs層4，例如，厚度大約為0.1μm以上，大約6μm以下，In組成(In含有率)大約為0.51以上，優(yōu)選為大約0.52以上，且大約0.53以下。另外，含有InP層5的外延基板的情況，InP層5的厚度，例如，大約0μm以上，大約2μm以下。
化合物半導(dǎo)體外延基板，例如，通過(guò)所述的化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法，可以得到。
(實(shí)施例)以下，通過(guò)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，但是本發(fā)明不受限于這些實(shí)施例。
(實(shí)施例1)如下制造圖2所示層結(jié)構(gòu)的p-I-n二極管制造用的化合物半導(dǎo)體外延基板1’。
在MOCVD薄膜制作裝置內(nèi)，放置晶面方位(100)的最佳基板，即，晶面方位精度為±0.05°以內(nèi)，且直徑大約為8cm的InP基板2’。
將裝置內(nèi)升溫至660℃，導(dǎo)入PH3氣體，在對(duì)InP基板2’進(jìn)行表面處理后，作為原料使用TMIn，在InP基板2之上，形成厚度1μm的InP層3’。替代PH3氣體而導(dǎo)入AsH3氣體，原料TMIn以及TEGa、V/III比70、成長(zhǎng)溫度660℃、成長(zhǎng)速度1μm/h，以此條件形成厚度3μm的InGaAs層4’。接著，替換AsH3氣體而導(dǎo)入PH3氣體，形成厚度1μm的InP層5’。
所得到的外延基板的(InP層5’的)表面，為良好，沒(méi)有觀察到凹狀缺陷。圖3中表示表面的照片。表面觀察使用微分干涉顯微鏡而進(jìn)行。圖4中表示所得到的外延基板的InGaAs層4的In組成分布。圖4中，縱軸為In組成(含有率(％))。In組成分布通過(guò)高分解能X線裝置而求出。
(實(shí)施例2)除了將InGaAs層4的形成中使用的Ga原料，從TEGa變更為T(mén)MGa以外，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的操作，得到外延基板。
所得到的外延基板的表面，為良好，沒(méi)有觀察到凹狀缺陷。圖5中表示所得到的外延基板的InGaAs層4的In組成分布。
(實(shí)施例3)除了將InGaAs層4的形成條件，變更為V/III比20、成長(zhǎng)溫度690℃、成長(zhǎng)速度2μm/h以外，進(jìn)行與實(shí)施例2相同的操作，得到外延基板。所得到的外延基板的表面，為良好，沒(méi)有觀察到凹狀缺陷。
(比較例1)除了將InGaAs層4的形成條件，變更為V/III比70、成長(zhǎng)溫度620℃、成長(zhǎng)速度1μm/h以外，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的操作，得到外延基板。所得到的外延基板的表面，為不合格，觀察到很多凹狀缺陷。
(比較例2)除了將InGaAs層4的形成條件，變更為V/III比70、成長(zhǎng)溫度620℃、成長(zhǎng)速度3μm/h以外，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的操作，得到外延基板。所得到的外延基板的表面，為不合格，觀察到很多凹狀缺陷。圖6中表示表面的照片。
(比較例3)除了將InGaAs層4的形成條件，變更為V/III比120、成長(zhǎng)溫度620℃、成長(zhǎng)速度1μm/h以外，進(jìn)行與實(shí)施例2相同的操作，得到外延基板。所得到的外延基板的表面，為不合格，觀察到很多凹狀缺陷。
(實(shí)驗(yàn)例1)在MOCVD薄膜制作裝置內(nèi)，放置晶面方位(100)的最佳基板，即，晶面方位精度為±0.05°以內(nèi)，且直徑大約為8cm的InP基板2’。
將裝置內(nèi)升溫至660℃，導(dǎo)入PH3氣體，在對(duì)InP基板2’進(jìn)行表面處理后，作為原料使用TMIn，在InP基板2’之上，形成厚度1μm的InP層3。替代PH3氣體而導(dǎo)入AsH3氣體，原料TMIn以及TEGa、V/III比63.4、成長(zhǎng)溫度660～700℃、成長(zhǎng)速度1μm/h，以此條件形成厚度為3μm，In組成為0.53的InGaAs層4’。接著，替換AsH3氣體而導(dǎo)入PH3氣體，形成厚度1μm的InP層5’。將成長(zhǎng)溫度在所述范圍內(nèi)變更，分別得到外延基板1’。
圖2中表示所得到的外延基板的(InP層5’的)表面的凹狀缺陷密度。凹狀缺陷密度，通過(guò)表面缺陷測(cè)定裝置(surfscan6220)測(cè)定。
(實(shí)驗(yàn)例2)除了將InGaAs層4的形成條件，變更為V/III比63.4、成長(zhǎng)溫度650℃、成長(zhǎng)速度0.5～3μm/h以外，進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)例1相同的操作。將成長(zhǎng)速度在所述范圍內(nèi)變更，分別得到外延基板。圖3中表示所得的外延基板的表面的凹狀缺陷密度。
(實(shí)驗(yàn)例3)除了將InGaAs層4的形成條件，變更為V/III比30～112、成長(zhǎng)溫度650℃、成長(zhǎng)速度1μm/h以外，進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)例1相同的操作。將V/III比在所述范圍內(nèi)變更，分別得到外延基板。圖4中表示所得的外延基板的表面的凹狀缺陷密度。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法，其中，包括如下所述的工序在InP單結(jié)晶基板、或與InP單結(jié)晶基板晶格整合的層上，通過(guò)外延成長(zhǎng)，在V/III比10～100、成長(zhǎng)溫度630℃～700℃、成長(zhǎng)速度0.6μm/h～2μm/h的條件下，形成InGaAs層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，InP單結(jié)晶基板，在晶面方位(100)方向，晶面方位精度在±0.05°以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，外延成長(zhǎng)通過(guò)MOCVD進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，外延成長(zhǎng)所用的鎵原料為三甲基鎵、三乙基鎵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，外延成長(zhǎng)所用的銦原料為三甲基銦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，外延成長(zhǎng)所用的砷原料為氫化砷。
7.一種化合物半導(dǎo)體外延基板的凹狀缺陷生成的抑制方法，其中，包括如下所述的工序在InP單結(jié)晶基板、或與InP單結(jié)晶基板晶格整合的層上，通過(guò)外延成長(zhǎng)，在V/III比10～100、成長(zhǎng)溫度630℃～700℃、成長(zhǎng)速度0.6μm/h～2μm/h的條件下，形成InGaAs層。
8.一種化合物半導(dǎo)體外延基板，其中，通過(guò)權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的方法得到。
全文摘要
本發(fā)明提供一種凹狀缺陷少的化合物半導(dǎo)體外延基板的制造方法?；衔锇雽?dǎo)體外延基板的凹狀缺陷生成的抑制方法，其包括如下所述工序，即在InP單結(jié)晶基板、或與InP單結(jié)晶基板晶格整合的外延層上，在V/III比10～100、成長(zhǎng)溫度630℃～700℃、成長(zhǎng)速度0.6μm/h～2μm/h的條件下，通過(guò)外延成長(zhǎng)，而形成InGaAs層。
文檔編號(hào)C30B25/02GK1879198SQ20048003304
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2004年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者小廣健司, 高田朋幸 申請(qǐng)人:住友化學(xué)株式會(huì)社