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JPH08167576A - Forming method of heteroepitaxial semiconductor substrate, compound semiconductor device provided therewith, and manufacture thereof - Google Patents

Forming method of heteroepitaxial semiconductor substrate, compound semiconductor device provided therewith, and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH08167576A
JPH08167576A JP31101994A JP31101994A JPH08167576A JP H08167576 A JPH08167576 A JP H08167576A JP 31101994 A JP31101994 A JP 31101994A JP 31101994 A JP31101994 A JP 31101994A JP H08167576 A JPH08167576 A JP H08167576A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound semiconductor
iii
semiconductor layer
substrate
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31101994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Miyagaki
真治 宮垣
Takashi Eshita
隆 恵下
Satoshi Okubo
聡 大久保
Kazuaki Takai
一章 高井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP31101994A priority Critical patent/JPH08167576A/en
Priority to US08/619,249 priority patent/US5834362A/en
Publication of JPH08167576A publication Critical patent/JPH08167576A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To prevent the surface of a second III-V compound semiconductor layer from getting rough so as to obtain a hetero-epitaxial substrate with an even surface by a method wherein aluminum is added to the second III-V compound semiconductor layer formed on a first III-V compound semiconductor layer. CONSTITUTION: A first III-V compound semiconductor layer 22a is deposited as thick as 10 to 20nm on an Si substrate 22 kept at 300 to 400 deg.C. A second III-V compound semiconductor layer 22b is deposited as thick as 200 to 700nm at 500 to 600 deg.C on the first III-V compound semiconductor layer 22a. Furthermore, a third III-V compound semiconductor layer 22c is deposited as thick as 0.5 to 1.5pμm on the second III-V compound semiconductor layer 22b, when aluminum is added to the second II-V compound semiconductor layer 22b. By this setup, the surface of the second III-V compound semiconductor layer 22b is prevented from getting rough, and a hetero-epitaxial substrate provided with an even surface can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体装置に関
し、特にヘテロエピタキシャル半導体基板を有する化合
物半導体装置およびその製造方法に関する。III-V 族化
合物半導体は高い電子移動度を与えるバンド構造を特徴
とし、 MESFETやHEMT、あるいはHBT等の
高速半導体装置に広く使われている。また、多くの化合
物半導体は直接遷移型のバンド構造を有するため、光半
導体装置に広く使われている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to semiconductor devices, and more particularly to a compound semiconductor device having a heteroepitaxial semiconductor substrate and a method for manufacturing the same. Group III-V compound semiconductors are characterized by a band structure that gives high electron mobility, and are widely used in high-speed semiconductor devices such as MESFETs, HEMTs, and HBTs. Further, many compound semiconductors have a direct transition type band structure, and are therefore widely used in optical semiconductor devices.

【0002】一般に、かかる化合物半導体装置は、Ga
As等のIII-V 族化合物半導体結晶のインゴットから切
り出された化合物半導体ウェハ上に、あるいはSiウェ
ハ上にエピタキシャル成長により形成された化合物半導
体層上に形成されるが、インゴットから切り出された化
合物半導体ウェハを使う前者の方法は、大型結晶を成長
させることが困難であるため、半導体装置の製造費用が
増大してしまう問題点を有する。また、化合物半導体基
板は一般に重くて脆いためその取り扱いが困難で、特に
大口径のウェハを使用しようとした場合に歩留りが低下
し易い問題点が生じる。これに対し、後者の構成では、
確立した技術で安価に製造される大口径のSiウェハ上
を基板ベースとして使うことができ、化合物半導体装置
の製造費用を大幅に低下させることが可能であると考え
られる。
Generally, such a compound semiconductor device has a Ga
A compound semiconductor wafer, which is formed on a compound semiconductor wafer cut out from an ingot of a III-V group compound semiconductor crystal such as As, or on a compound semiconductor layer formed by epitaxial growth on a Si wafer, but cut out from the ingot The former method using the method has a problem in that it is difficult to grow a large crystal, which increases the manufacturing cost of the semiconductor device. In addition, since compound semiconductor substrates are generally heavy and fragile, it is difficult to handle them, and there arises a problem that the yield tends to be lowered particularly when a wafer having a large diameter is used. On the other hand, in the latter configuration,
It is considered that a large-diameter Si wafer, which is inexpensively manufactured by the established technology, can be used as a substrate base, and the manufacturing cost of the compound semiconductor device can be significantly reduced.

【0003】[0003]

【従来の技術】一方、SiとGaAs等の化合物半導体
結晶の間には、格子定数および熱膨張係数に大幅なくい
ちがいが存在し、その結果化合物半導体層をSiウェハ
上にエピタキシャル成長させようとすると様々な困難が
生じる。例えばSiの格子定数とGaAsの格子定数と
の間には約4%のくいちがいが存在する。同様に、Si
の熱膨張係数とGaAsの熱膨張係数との間には2倍に
達するくいちがいが存在する。このような状態では、S
i基板上に単純にGaAs層を堆積しても、所望の良質
な単結晶層は得られない。
On the other hand, there is a significant difference in lattice constant and thermal expansion coefficient between Si and a compound semiconductor crystal such as GaAs. As a result, when a compound semiconductor layer is epitaxially grown on a Si wafer, various differences occur. Difficulties arise. For example, there is about 4% strain between the lattice constant of Si and the lattice constant of GaAs. Similarly, Si
There is a doubling between the coefficient of thermal expansion of 1 and the coefficient of thermal expansion of GaAs. In such a state, S
Even if a GaAs layer is simply deposited on the i substrate, a desired high quality single crystal layer cannot be obtained.

【0004】この問題を解決し、Si基板上にIII-V 族
化合物半導体の単結晶層を成長させるため、特開昭59
−19762は、Si基板上に、通常の成長温度よりも
低い、典型的には400〜500°C程度の温度で第1
のGaAs層を堆積する工程と、次いで、前記第1のG
aAs層上に、通常の700°C程度の温度で第2のG
aAs層をエピタキシャル成長させる工程とよりなるヘ
テロエピタキシャル基板の製造方法を提案している。か
かる方法によれば、前記低温成長の際に、Si基板上
に、前記第1のGaAs層が、アモルファス状態に近い
と考えられる状態の結晶層として形成される。さらに、
かかる第1のGaAs層上に、第2のGaAs層を、通
常の700°C程度の成長温度で成長させることによ
り、前記第1のGaAs層が、基板の結晶方位に対して
所定の方位を有する単結晶層として結晶化する。その結
果、前記第1および第2のGaAs層より、全体として
単結晶のGaAs層が、Si基板上に、エピタキシャル
層として形成される。
In order to solve this problem and grow a single crystal layer of a III-V group compound semiconductor on a Si substrate, JP-A-59-59
-19762 has a first temperature on the Si substrate lower than the normal growth temperature, typically about 400 to 500 ° C.
The step of depositing a GaAs layer of, and then the first G
The second G is formed on the aAs layer at a normal temperature of about 700 ° C.
A method for manufacturing a heteroepitaxial substrate is proposed, which comprises a step of epitaxially growing an aAs layer. According to this method, during the low temperature growth, the first GaAs layer is formed on the Si substrate as a crystal layer in a state considered to be close to an amorphous state. further,
By growing the second GaAs layer on the first GaAs layer at a normal growth temperature of about 700 ° C., the first GaAs layer has a predetermined orientation with respect to the crystal orientation of the substrate. Crystallize as a single crystal layer having. As a result, a single-crystal GaAs layer as a whole is formed as an epitaxial layer on the Si substrate from the first and second GaAs layers.

【0005】また、特開平1−290220には、前記
第1のGaAs層の形成工程と第2のGaAs層の形成
工程との間に、550〜600°Cの範囲の温度で実行
される別のGaAs層の堆積工程を設け、エピタキシャ
ル層中の欠陥密度を減少させたヘテロエピタキシャル基
板の製造方法が開示されている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-290220 discloses that a process in the range of 550 to 600 ° C. is performed between the step of forming the first GaAs layer and the step of forming the second GaAs layer. Discloses a method for manufacturing a heteroepitaxial substrate in which a GaAs layer is deposited to reduce the defect density in the epitaxial layer.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の二段階あるいは三段階成長工程で形成されたヘテ
ロエピタキシャル基板では、一般にその表面に凹凸が形
成されることが多い。これは、結晶層が成長する場合
に、望ましい2次元成長のかわりに3次元成長が生じて
しまい、その結果化合物半導体結晶層中に島状構造が形
成されてしまうためと考えられる。かかる凹凸はヘテロ
エピタキシャル基板上に形成される半導体装置の活性層
に転写され、半導体装置の動作特性を劣化させてしま
う。特にHEMTのような2次元電子ガス中における電
子の高速輸送を動作原理とする高速半導体装置では、か
かる活性層の凹凸はキャリアの散乱等、望ましくない効
果を生じる。
By the way, in the heteroepitaxial substrate formed by such a conventional two-step or three-step growth process, irregularities are generally formed on the surface in many cases. This is considered to be because when the crystal layer grows, three-dimensional growth occurs instead of the desired two-dimensional growth, and as a result, an island structure is formed in the compound semiconductor crystal layer. Such unevenness is transferred to the active layer of the semiconductor device formed on the heteroepitaxial substrate and deteriorates the operating characteristics of the semiconductor device. In particular, in a high-speed semiconductor device such as HEMT, which operates on the principle of high-speed transport of electrons in a two-dimensional electron gas, such irregularities of the active layer cause undesirable effects such as carrier scattering.

【0007】また、従来のヘテロエピタキシャル基板で
は、一般に、得られた基板のシート抵抗が300〜40
0Ω/□程度の低い値になってしまい、基板上に形成さ
れた集積回路中における素子分離が不良になってしまう
問題点が生じる。これは、従来のヘテロエピタキシャル
基板の製造工程において、Si基板表面の酸化膜を除去
するプリベーク工程において、アルシン(AsH3 )中
で熱処理を行っているためと考えられる。より具体的に
説明すると、従来のヘテロエピタキシャル基板の製造工
程では、アルシン中のAsが、典型的には1000°C
程度の温度で実行される熱処理の結果、Si基板の表面
まて拡散し、これをn型にドープする。かかるSi基板
の望ましくないAsドープの問題を回避するため、従来
Si基板のプリベークの際にアルシンを使わず、H2
でプリベークを行うことも提案されているが、かかる方
法によってもシート抵抗はせいぜい600〜700Ω/
□程度までしか改善されない。これは、Si基板界面付
近の化合物半導体層中に非常に高い密度で転位が含まれ
ており、かかる転位を伝ってSi基板中のSiがGaA
s層中に拡散し、これをドーピングするためと考えられ
る。そのため、従来のヘテロエピタキシャル基板は、化
合物半導体装置の集積回路を高い集積密度で形成する際
に、十分な素子分離が得られない問題点を有していた。
Further, in the conventional hetero-epitaxial substrate, the sheet resistance of the obtained substrate is generally 300 to 40.
The value becomes as low as 0 Ω / □, which causes a problem that element isolation in an integrated circuit formed on a substrate becomes defective. It is considered that this is because the heat treatment is performed in arsine (AsH 3 ) in the prebaking step of removing the oxide film on the Si substrate surface in the conventional heteroepitaxial substrate manufacturing process. More specifically, in the conventional process for manufacturing a heteroepitaxial substrate, As in arsine is typically 1000 ° C.
As a result of the heat treatment carried out at a moderate temperature, it diffuses to the surface of the Si substrate and is doped to be n-type. In order to avoid the problem of undesired As doping of the Si substrate, it has been proposed to perform prebaking in H 2 without using arsine in the prebaking of the Si substrate in the related art. At most 600-700 Ω /
□ Only improved to a certain degree. This is because the compound semiconductor layer near the Si substrate interface contains dislocations at a very high density, and Si in the Si substrate is transferred to GaA through the dislocations.
It is thought that this is because it diffuses in the s layer and is doped. Therefore, the conventional heteroepitaxial substrate has a problem that sufficient element isolation cannot be obtained when forming an integrated circuit of a compound semiconductor device with a high integration density.

【0008】そこで、本発明はかかる従来の技術の問題
点を解決した新規で有用なヘテロエピタキシャル半導体
基板、かかるヘテロエピタキシャル半導体基板を使った
化合物半導体装置、およびかかる化合物半導体装置の製
造方法を提供することを概括的目的とする。本発明のよ
り具体的な目的は、Si基板表面上におけるIII-V 族化
合物半導体層の3次元成長を抑制した、抵抗率の高い半
絶縁性ヘテロエピタキシャル基板の製造方法、かかるヘ
テロエピタキシャル基板を使った化合物半導体装置、お
よびかかる化合物半導体装置の製造方法を提供すること
にある。
Therefore, the present invention provides a novel and useful heteroepitaxial semiconductor substrate that solves the problems of the conventional techniques, a compound semiconductor device using such a heteroepitaxial semiconductor substrate, and a method of manufacturing such a compound semiconductor device. That is the general purpose. A more specific object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semi-insulating hetero-epitaxial substrate having a high resistivity, which suppresses the three-dimensional growth of a III-V group compound semiconductor layer on the surface of a Si substrate. Another object of the present invention is to provide a compound semiconductor device and a method for manufacturing such a compound semiconductor device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、請求項1に記載したように、Si基板上に、第1の
III-V 族化合物半導体層を、基板温度を第1の温度範囲
に設定して堆積する工程と;前記第1のIII-V 族化合物
半導体層上に、第2のIII-V 族化合物半導体層を、基板
温度を前記第1の温度範囲よりも高い第2の温度範囲に
設定して堆積する工程と;前記第2のIII-V 族化合物半
導体層上に、第3のIII-V 族化合物半導体層を、基板温
度を前記第2の温度範囲よりも高い第3の温度範囲に設
定して堆積する工程とを含む化合物半導体装置の製造方
法において、前記第2のIII-V 族化合物半導体層は、A
lを含有することを特徴とする、化合物半導体装置の製
造方法により、または請求項2に記載したように、前記
第1の温度は300〜400°Cの範囲にあり、前記第
2の温度は500〜600°Cの範囲にあり、前記第3
の温度は650〜750°Cの範囲にあることを特徴と
する請求項1記載の化合物半導体装置の製造方法によ
り、または請求項3に記載したように、前記第1のIII-
V 族化合物半導体層を堆積する工程と、前記第2のIII-
V 族化合物半導体層を堆積する工程との間に、気相原料
の供給を中断した状態で基板温度を上昇させる昇温工程
を含むことを特徴とする請求項1記載の化合物半導体装
置の製造方法により、または請求項4に記載したよう
に、前記第1〜第2のIII-V 族化合物半導体層の各々は
Gaを含むことを特徴とし、前記第2のIII-V 族化合物
半導体層を形成する気相原料は、Gaの気相原料として
トリエチルガリウムを含むことを特徴とする請求項1〜
3のうちいずれか一項記載の化合物半導体装置の製造方
法により、または請求項5に記載したように、前記第3
のIII-V 族化合物半導体層を堆積する工程は、Gaの気
相原料を、前記第2のIII-V 族化合物半導体の堆積にお
いて気相原料として使ったトリエチルガリウムから、別
の気相原料に切り換える切り換え工程を含むことを特徴
とする請求項4記載の化合物半導体装置の製造方法によ
り、または請求項6に記載したように前記別の気相原料
はトリメチルガリウムよりなることを特徴とする請求項
5記載の化合物半導体装置の製造方法により、または請
求項7に記載したように、前記第1〜第3のIII-V 族化
合物半導体層の各々は、Al,Ga,Inより構成され
る群から選択された元素を少なくとも一つ、III 族元素
として含み、As, Pより構成される群から選択された
元素を少なくとも一つ、V族元素として含むことを特徴
とする請求項1記載の化合物半導体装置の製造方法によ
り、または請求項8に記載したように、前記第1および
第2のIII-V 族化合物半導体層は、実質的に同一の組成
を有することを特徴とする請求項7記載の化合物半導体
装置の製造方法により、または請求項9に記載したよう
に、前記第2のIII-V 族化合物半導体層を堆積する工程
は、前記第2のIII-V 族化合物半導体層の厚さが200
〜700nmの範囲に納まるように実行されることを特
徴とする請求項1記載の化合物半導体装置の製造方法に
より、または請求項10に記載したように、前記第2の
III-V 族化合物半導体層を堆積する工程は、前記第2の
III-V 族化合物半導体層の厚さが約500nmになるよ
うに実行されることを特徴とする請求項9記載の化合物
半導体装置の製造方法により、または請求項11に記載
したように、前記第1のIII-V 族化合物半導体層は、A
lを含有することを特徴とする請求項1記載の化合物半
導体装置の製造方法により、または請求項12に記載し
たように、前記第1のIII-V 族化合物半導体層を堆積す
るに先立って、前記Si基板表面をH2 により処理し、
基板表面の酸化膜を除去する工程を含むことを特徴とす
る請求項1記載の化合物半導体装置の製造方法により、
または請求項13に記載したように、前記第1のIII-V
族化合物半導体層を堆積するに先立って、前記Si基板
表面をHFにより処理し、基板表面の酸化膜を除去する
工程を含むことを特徴とする請求項1記載の化合物半導
体装置の製造方法により、または請求項14に記載した
ように、前記第1および第2のIII-V 族化合物半導体層
を形成する工程は、それぞれ前記第1および第2のIII-
V 族化合物半導体層を形成する気相原料として、酸素を
含んだ分子を使用することを特徴とする請求項1記載の
化合物半導体装置の製造方法により、または請求項15
に記載したように、前記第2の化合物半導体層を堆積す
る工程は、Alの気相原料としてトリメチルアルミニウ
ムおよびトリエチルアルミニウムの何れか一方を使うこ
とを特徴とする請求項1記載の化合物半導体装置の製造
方法により、または請求項16に記載したように、Si
基板と;前記Si基板表面上に形成された、Si基板表
面への直接堆積が可能な厚さに設定された第1のIII-V
族化合物半導体層と;前記第1のIII-V 族化合物半導体
層上に形成された第2のIII-V 族化合物半導体層と;前
記第2のIII-V 族化合物半導体層上に形成された第3の
III-V 族化合物半導体層と;前記第3のIII-V 族化合物
半導体層上に形成され、活性素子を担持する一またはそ
れ以上の化合物半導体層とよりなる化合物半導体装置に
おいて、前記第2のIII-V 族化合物半導体層は、Alを
含有し、前記第2のIII-V 族化合物半導体層の表面荒さ
を最小にするような厚さを有することを特徴とする請求
項13記載の化合物半導体装置により、または請求項1
7に記載したように、前記第2のIII-V 族化合物半導体
層は、約500nmの厚さを有することを特徴とする請
求項16記載の化合物半導体半導体装置により、または
請求項18に記載したように、前記第3のIII-V 族化合
物半導体層は、4.0nm以下の二乗平均表面粗さを有
することを特徴とする請求項17記載の化合物半導体装
置により、または請求項19に記載したように、前記S
i基板は、1000Ω・cm以上の比抵抗を有すること
を特徴とする請求項16記載の化合物半導体装置によ
り、または請求項20に記載したように、さらに、絶縁
基板を含み、前記Si基板は前記絶縁基板表面により支
持されていることを特徴とする請求項15記載の化合物
半導体装置により、または請求項21に記載したよう
に、前記第1および第2の化合物半導体層は酸素を含有
することを特徴とする請求項16記載の化合物半導体装
置により、または請求項22に記載したように、Si基
板上に、第1のIII-V 族化合物半導体層を、基板温度を
第1の温度範囲に設定して堆積する工程と;前記第1の
III-V 族化合物半導体層上に、第2のIII-V 族化合物半
導体層を、基板温度を前記第1の温度範囲よりも高い第
2の温度範囲に設定して堆積する工程と;前記第2のII
I-V 族化合物半導体層上に、第3のIII-V 族化合物半導
体層を、基板温度を前記第3の温度範囲よりも高い第3
の温度範囲に設定して堆積する工程とを含むヘテロエピ
タキシャル半導体基板の製造方法において、前記第2の
III-V 族化合物半導体層は、Alを含有することを特徴
とする、ヘテロエピタキシャル半導体基板の製造方法に
より、解決する。
According to the present invention, there is provided the above-mentioned object of providing a first substrate on a Si substrate as described in claim 1.
Depositing a III-V group compound semiconductor layer by setting a substrate temperature in a first temperature range; and depositing a second III-V group compound semiconductor layer on the first III-V group compound semiconductor layer. And setting the substrate temperature to a second temperature range higher than the first temperature range, and depositing; a third III-V compound on the second III-V compound semiconductor layer. A step of depositing a semiconductor layer by setting a substrate temperature in a third temperature range higher than the second temperature range, and depositing the semiconductor layer in the second group III-V compound semiconductor layer. Is A
The first temperature is in the range of 300 to 400 ° C., and the second temperature is It is in the range of 500 to 600 ° C, and the third
Is in the range of 650 to 750 ° C. According to the method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, or as described in claim 3, the first III-
Depositing a Group V compound semiconductor layer, and the second III-
2. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, further comprising a temperature raising step of raising the substrate temperature while the supply of the vapor phase raw material is interrupted, between the step of depositing the group V compound semiconductor layer. Or according to claim 4, wherein each of the first to second III-V group compound semiconductor layers contains Ga, and the second III-V group compound semiconductor layer is formed. The vapor phase raw material to be included contains triethylgallium as a vapor phase raw material of Ga.
The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 3, or the third semiconductor device according to claim 5.
In the step of depositing the III-V group compound semiconductor layer, the vapor phase raw material of Ga is changed from triethylgallium used as the vapor phase raw material in the deposition of the second III-V group compound semiconductor to another vapor phase raw material. 5. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 4, further comprising a switching step of switching, or the another vapor phase raw material is trimethylgallium as described in claim 6. 5. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 5, or, as described in claim 7, each of the first to third group III-V compound semiconductor layers is selected from the group consisting of Al, Ga and In. The compound according to claim 1, wherein at least one selected element is included as a group III element, and at least one element selected from the group consisting of As and P is included as a group V element. 9. The method of manufacturing a semiconductor device, or as described in claim 8, wherein the first and second III-V compound semiconductor layers have substantially the same composition. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 9 or the step of depositing the second group III-V compound semiconductor layer according to claim 9, wherein the thickness of the second group III-V compound semiconductor layer is Is 200
10. The method according to claim 1, wherein the second step is performed so as to fall within the range of 700 nm to 700 nm, or as described in claim 10.
The step of depositing the III-V group compound semiconductor layer is performed by the second step.
The method according to claim 9, wherein the III-V compound semiconductor layer is formed to have a thickness of about 500 nm, or the compound semiconductor device manufacturing method according to claim 11 is performed. The III-V compound semiconductor layer of No. 1 is A
2. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the first group III-V compound semiconductor layer is deposited, The surface of the Si substrate is treated with H 2 ,
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing an oxide film on the surface of the substrate.
Or the first III-V according to claim 13;
2. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of treating the surface of the Si substrate with HF to remove an oxide film on the surface of the substrate before depositing the group compound semiconductor layer. Alternatively, as set forth in claim 14, the steps of forming the first and second III-V group compound semiconductor layers include the steps of forming the first and second III-V compound semiconductor layers, respectively.
15. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein a molecule containing oxygen is used as a vapor phase raw material for forming the group V compound semiconductor layer, or claim 15.
2. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein in the step of depositing the second compound semiconductor layer, one of trimethylaluminum and triethylaluminum is used as a vapor phase raw material of Al. Depending on the manufacturing method or as described in claim 16, Si
A substrate; a first III-V formed on the surface of the Si substrate and having a thickness that enables direct deposition on the surface of the Si substrate
A group III compound semiconductor layer; a second group III-V compound semiconductor layer formed on the first group III-V compound semiconductor layer; formed on the second group III-V compound semiconductor layer Third
A compound semiconductor device comprising a group III-V compound semiconductor layer; and one or more compound semiconductor layers formed on the third group III-V compound semiconductor layer and carrying active elements. 14. The compound semiconductor according to claim 13, wherein the III-V group compound semiconductor layer contains Al and has a thickness that minimizes surface roughness of the second III-V group compound semiconductor layer. By device or claim 1
19. The compound semiconductor semiconductor device according to claim 16, wherein the second III-V compound semiconductor layer has a thickness of about 500 nm, as described in claim 7, or claim 18. 18. The compound semiconductor device according to claim 17, wherein the third III-V group compound semiconductor layer has a root mean square surface roughness of 4.0 nm or less. Like the above S
17. The compound semiconductor device according to claim 16, wherein the i substrate has a specific resistance of 1000 Ω · cm or more, or as described in claim 20, further includes an insulating substrate, and the Si substrate is the 16. The compound semiconductor device according to claim 15, which is supported by the surface of an insulating substrate, or as described in claim 21, wherein the first and second compound semiconductor layers contain oxygen. The compound semiconductor device according to claim 16 or the first group III-V compound semiconductor layer is set on a Si substrate, and the substrate temperature is set to a first temperature range. And depositing; the first
Depositing a second III-V group compound semiconductor layer on the III-V group compound semiconductor layer by setting a substrate temperature in a second temperature range higher than the first temperature range; II of 2
A third III-V compound semiconductor layer is formed on the group IV compound semiconductor layer, and the substrate temperature is set to a third temperature higher than the third temperature range.
And a step of depositing by setting the temperature range of the second heteroepitaxial semiconductor substrate.
The III-V group compound semiconductor layer contains Al and is solved by a method for manufacturing a heteroepitaxial semiconductor substrate.

【0010】[0010]

【作用】請求項1,2,16および22記載の本発明の
特徴によれば、第2の化合物半導体層中にAlを添加す
ることにより、該半導体層の3次元成長が抑止され、そ
のかわりに2次元成長が促進される。かかる半導体層の
2次元成長の結果、第2の化合物半導体層の表面荒れが
抑止され、表面が平坦なヘテロエピタキシャル基板を得
ることができる。かかる平坦なヘテロエピタキシャル基
板では、基板上に形成される化合物半導体装置の性能を
最大限に引き出すことが可能になる。また、安価に製造
できる大口径のSiウェハをSi基板として使うことが
できるため、安い費用で高速化合物半導体装置あるいは
光半導体装置の集積回路を形成することが可能になる。
According to the features of the present invention described in claims 1, 2, 16 and 22, by adding Al into the second compound semiconductor layer, the three-dimensional growth of the semiconductor layer is suppressed, and instead, The two-dimensional growth is promoted. As a result of such two-dimensional growth of the semiconductor layer, the surface roughness of the second compound semiconductor layer is suppressed, and a heteroepitaxial substrate having a flat surface can be obtained. With such a flat heteroepitaxial substrate, it is possible to maximize the performance of the compound semiconductor device formed on the substrate. Moreover, since a large-diameter Si wafer that can be manufactured at low cost can be used as the Si substrate, it becomes possible to form an integrated circuit of a high-speed compound semiconductor device or an optical semiconductor device at low cost.

【0011】請求項3記載の本発明の特徴によれば、第
1のIII-V 族化合物半導体層を気相原料から成長させた
後、第2のIII-V 族化合物半導体層を成長させるために
基板温度を昇温する際に、気相原料の供給を停止するこ
とにより、前記第2のIII-V族化合物半導体層の表面荒
れを抑止することができる。請求項4記載の本発明の特
徴によれば、Gaの気相原料としてトリエチルガリウム
を使うことにより、半導体層の2次元成長が促進される
500〜600°Cの温度範囲において前記第2の化合
物半導体層を成長させることが可能になる。
According to a feature of the present invention as set forth in claim 3, the second group III-V compound semiconductor layer is grown after the first group III-V compound semiconductor layer is grown from the vapor phase raw material. By stopping the supply of the vapor phase raw material when the substrate temperature is raised, the surface roughness of the second III-V compound semiconductor layer can be suppressed. According to a feature of the present invention as set forth in claim 4, the use of triethylgallium as a vapor phase source of Ga promotes two-dimensional growth of a semiconductor layer, and the second compound is used in a temperature range of 500 to 600 ° C. It becomes possible to grow a semiconductor layer.

【0012】請求項5,6記載の本発明の特徴によれ
ば、前記第3の化合物半導体層を成長させるにあたり、
Gaの気相原料としてトリエチルガリウム以外の気相原
料を使うことにより、前記第3の化合物半導体層の表面
荒れを抑止することが可能である。請求項7記載の本発
明の特徴によれば、前記第1〜第3のIII-V 族化合物半
導体層の各々を、III 族元素としてAl,Ga,Inの
うちの少なくとも一を含み、V族元素としてAs,Pの
うちの少なくとも一を含む混晶により構成することが可
能になり、その結果、かかる半導体層上に、高速半導体
装置として最適なバンド構造を有する化合物半導体層を
成長させることが可能になる。
According to the features of the present invention described in claims 5 and 6, in growing the third compound semiconductor layer,
By using a vapor phase raw material other than triethylgallium as the vapor phase raw material of Ga, it is possible to suppress the surface roughness of the third compound semiconductor layer. According to a feature of the present invention described in claim 7, each of the first to third III-V group compound semiconductor layers contains at least one of Al, Ga and In as a group III element, It becomes possible to form a mixed crystal containing at least one of As and P as an element, and as a result, a compound semiconductor layer having an optimum band structure as a high-speed semiconductor device can be grown on such a semiconductor layer. It will be possible.

【0013】請求項8記載の本発明の特徴によれば、前
記第1および第2の化合物半導体層を、実質的に同一の
組成に形成することにより、前記第1および第2の化合
物半導体層を、実質的に単一のエピタキシャル層として
形成することが可能になる。請求項9,16および18
記載の本発明の特徴によれば、Alを含有する前記第2
の化合物半導体層の厚さを200〜700nmの最適範
囲に設定することにより、前記第2の化合物半導体層の
表面荒れを、二乗平均粗さで4nm以下にまで減少させ
ることが可能である。
According to a feature of the present invention described in claim 8, by forming the first and second compound semiconductor layers to have substantially the same composition, the first and second compound semiconductor layers are formed. Can be formed as a substantially single epitaxial layer. Claims 9, 16 and 18
According to a feature of the described invention, said second containing Al
By setting the thickness of the compound semiconductor layer in the optimum range of 200 to 700 nm, it is possible to reduce the surface roughness of the second compound semiconductor layer to a root mean square roughness of 4 nm or less.

【0014】請求項10および17記載の本発明の特徴
によれば、前記第2の化合物半導体層の厚さを約500
nmに設定することにより、前記第2の化合物半導体層
の表面荒れを、二乗平均粗さで約2.4nmまで最小化
することが可能である。請求項11記載の本発明の特徴
によれば、前記第1のIII-V 族化合物半導体半導体層に
もAlを含有させることにより、前記第1のIII-V 族化
合物半導体層の2次元成長を抑制することができ、前記
第1のIII-V 族化合物半導体層の表面荒れが抑制され
る。その結果、前記第1のIII-V 族化合物半導体層の表
面荒れが前記第1のIII-V 族化合物半導体層上に形成さ
れる第2および第3のIII-V 族化合物半導体層の表面に
転写されることがない。
According to the features of the present invention as set forth in claims 10 and 17, the thickness of the second compound semiconductor layer is about 500.
By setting the thickness to nm, it is possible to minimize the surface roughness of the second compound semiconductor layer to a root mean square roughness of about 2.4 nm. According to a feature of the present invention described in claim 11, by including Al also in the first III-V compound semiconductor semiconductor layer, the two-dimensional growth of the first III-V compound semiconductor layer is performed. The surface roughness of the first III-V group compound semiconductor layer can be suppressed. As a result, the surface roughness of the first III-V group compound semiconductor layer is generated on the surfaces of the second and third III-V group compound semiconductor layers formed on the first III-V group compound semiconductor layer. It will not be transcribed.

【0015】請求項12および13記載の本発明の特徴
によれば、前記第1のIII-V 族化合物半導体層を堆積す
るに先立って実行される前記基板表面上の酸化膜を除去
する酸化膜除去工程を、Asを含まない環境中で実行す
ることにより、Si基板表面の不要なドーピングを回避
することができる。請求項14および21記載の本発明
の特徴によれば、前記第1〜第3の化合物半導体層を堆
積する際に酸素が添加され、かかる酸素は化合物半導体
結晶中で深い準位を形成する。深い準位は半導体結晶中
でフェルミレベルをピニングし、その結果半導体結晶は
半絶縁性になる。酸素を気相原料を構成する分子の形で
供給することにより、堆積装置の不要な汚染を回避する
ことが可能である。
According to the features of the present invention as set forth in claims 12 and 13, an oxide film for removing an oxide film on the surface of the substrate, which is executed prior to depositing the first III-V compound semiconductor layer. By performing the removal step in an As-free environment, unnecessary doping of the Si substrate surface can be avoided. According to the features of the present invention described in claims 14 and 21, oxygen is added when depositing the first to third compound semiconductor layers, and the oxygen forms a deep level in the compound semiconductor crystal. The deep levels pin the Fermi level in the semiconductor crystal, which results in the semiconductor crystal being semi-insulating. By supplying oxygen in the form of molecules that make up the vapor phase feed, it is possible to avoid unnecessary contamination of the deposition equipment.

【0016】請求項19記載の本発明の特徴によれば、
1000Ω・cm以上の高い抵抗率を有する半絶縁性の
ヘテロエピタキシャル基板を構成することができる。請
求項20記載の本発明の特徴によれば、前記Si基板を
さらに別の絶縁基板上に形成することにより、ヘテロエ
ピタキシャル基板上に形成された化合物半導体装置につ
いて、優れた素子間分離を得ることができる。
According to a feature of the present invention described in claim 19,
A semi-insulating heteroepitaxial substrate having a high resistivity of 1000 Ω · cm or more can be formed. According to a feature of the present invention described in claim 20, by forming the Si substrate on yet another insulating substrate, excellent isolation between elements can be obtained for a compound semiconductor device formed on a heteroepitaxial substrate. You can

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明を実施例について、図面を参照
しながら説明する。最初に、本発明で使うMOCVD装
置の構成を図1を参照しながら説明する。図1を参照す
るに、MOCVD装置は、排気口20aを介して減圧さ
れる横型リアクタ20を有する。リアクタ20中には基
板22を保持しこれを加熱するカーボンサセプタ21
が、またリアクタ20の周囲にはサセプタ21を高周波
励起することにより加熱する高周波コイル24が設けら
れている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, the structure of the MOCVD apparatus used in the present invention will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 1, the MOCVD apparatus has a horizontal reactor 20 whose pressure is reduced via an exhaust port 20a. A carbon susceptor 21 that holds a substrate 22 in the reactor 20 and heats it
However, a high frequency coil 24 that heats the susceptor 21 by high frequency excitation is provided around the reactor 20.

【0018】リアクタ20のにはバルブ27aを介して
トリメチルアルミニウム(TMA)が,H2 キャリアガ
スと共にAlの気相原料として供給される。リアクタ2
0混合器26には、さらにバルブ27gを介してアルシ
ンが供給され、またバルブ27eを介してトリメチルガ
リウム(TMG)あるいはバルブ27cを介してトリエ
チルガリウム(TEG)が、Gaの気相原料として供給
される。さらに、リアクタ20にはH2 がキャリアガス
として供給される。また、バルブ27a〜27gおよび
高周波コイル24の励起を制御するために、コントロー
ラ28が設けられる。
Trimethylaluminum (TMA) is supplied to the reactor 20 via a valve 27a as a vapor phase raw material of Al together with H 2 carrier gas. Reactor 2
Further, arsine is supplied to the 0-mixer 26 via a valve 27g, and trimethylgallium (TMG) via a valve 27e or triethylgallium (TEG) via a valve 27c is supplied as a gas phase raw material of Ga. It Further, H 2 is supplied to the reactor 20 as a carrier gas. Further, a controller 28 is provided to control the excitation of the valves 27a to 27g and the high frequency coil 24.

【0019】以下、本発明の第1実施例によるヘテロエ
ピタキシャル基板の製造方法を、先に説明した図1およ
び得られたヘテロエピタキシャル基板の構造を示す図2
を参照しながら説明する。本実施例においては、サセプ
タ21上に、[011]方向に2°傾斜した主面を有す
る(100)Si基板を基板22として保持し、バルブ
27dを開いてリアクタ20中にH2 を10〜15SL
M、典型的には12SLMの流量で導入する。さらに、
リアクタ20を排気口20aを介して排気することによ
りリアクタ20内部を76Torrの圧力に設定し、高
周波コイル24を駆動してサセプタ21上の基板22を
900〜1100°C、典型的には1000°Cの温度
に加熱し、プリベークを10〜30分間実行する。かか
るプリベークの結果、基板22表面から酸化膜が除去さ
れる。
The method of manufacturing a heteroepitaxial substrate according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1 and the structure of the obtained heteroepitaxial substrate as shown in FIG.
Will be described with reference to. In this embodiment, a (100) Si substrate having a main surface inclined by 2 ° in the [011] direction is held as a substrate 22 on the susceptor 21, and a valve 27d is opened to supply H 2 in the reactor 20 to 10 to 10. 15SL
Introduced at a flow rate of M, typically 12 SLM. further,
The pressure inside the reactor 20 is set to 76 Torr by exhausting the reactor 20 through the exhaust port 20a, and the high frequency coil 24 is driven to move the substrate 22 on the susceptor 21 to 900 to 1100 ° C, typically 1000 °. Heat to temperature C and prebak for 10-30 minutes. As a result of such prebaking, the oxide film is removed from the surface of the substrate 22.

【0020】次に、リアクタ20内の圧力を76Tor
rに保持しながら、基板22の温度を300〜400°
C、典型的には350°Cに設定し、TMA,TEG,
およびアルシンをそれぞれ2〜3SCCM,2〜4SC
CMおよび120〜160SCCMの流量で供給し、S
i基板22上に第1のAlGaAs層22a(第2図)
を10〜20nm、典型的には15nmの厚さに形成す
る。TMA,TEGおよびアルシンの流量は、典型的に
はそれぞれ2.5SCCM,3SCCMおよび140S
CCMに設定される。得られたAlGaAs層22aは
典型的にAl0. 2 Ga0.8 Asで表される組成を有す
る。このようにして形成されたAlGaAs層22aは
非常に薄く、またAlを含有しているため、良好な平坦
性を有する表面を有する。また、層22aは、非常に薄
いため、単にGaAsにより形成しても良い。
Next, the pressure inside the reactor 20 is adjusted to 76 Tor.
The temperature of the substrate 22 is kept at 300 to 400 ° while being maintained at r.
C, typically 350 ° C, TMA, TEG,
And arsine 2-3SCCM, 2-4SC respectively
CM and 120-160 SCCM flow rate, S
The first AlGaAs layer 22a (FIG. 2) on the i substrate 22
To a thickness of 10 to 20 nm, typically 15 nm. TMA, TEG and arsine flow rates are typically 2.5 SCCM, 3 SCCM and 140 S respectively.
Set to CCM. The resulting AlGaAs layer 22a typically have a composition represented by Al 0. 2 Ga 0.8 As. The AlGaAs layer 22a thus formed is very thin and contains Al, so that it has a surface having good flatness. Further, the layer 22a is so thin that it may be simply formed of GaAs.

【0021】次に、AlおよびGaの原料ガスの供給を
中断し、リアクタ内圧を前記76Torrに保持したま
ま基板温度を500〜600°C、典型的には550°
Cの温度まで上昇させる。この状態で、TMA,TEG
およびアルシンを、それぞれ0.2〜0.3SCCM,
0.5〜1.5SCCMおよび50〜70SCCMの流
量でリアクタ20内に供給し、第2のAlGaAs層2
2bを200〜700nm、典型的には500nmの厚
さに形成する。図2の構造を参照。典型的な例では、T
MAおよびTEGの流量はそれぞれ0.25SCCM,
1.0SCCMに設定される。この場合、層22bは典
型的にAl0.2 Ga0.8 Asで表される組成を有する。
従来、この工程において、ヘテロエピタキシャル基板表
面に表面荒れが生じていたが、後ほど詳細に説明するよ
うに、本発明では層22bにAlを導入することによ
り、表面荒れの問題が解決される。また、層22aが形
成された後、層22bを堆積するに先立って基板温度を
上昇させる昇温工程において原料ガスの供給を停止する
ことによっても、層22bの表面荒れが抑制される。
Next, the supply of the source gases of Al and Ga is interrupted, and the substrate temperature is kept at 500 to 600 ° C., typically 550 °, while the reactor internal pressure is kept at 76 Torr.
Raise to C temperature. In this state, TMA, TEG
And arsine in 0.2-0.3 SCCM,
The second AlGaAs layer 2 is supplied into the reactor 20 at a flow rate of 0.5 to 1.5 SCCM and 50 to 70 SCCM.
2b is formed to a thickness of 200 to 700 nm, typically 500 nm. See the structure in FIG. In a typical example, T
The flow rates of MA and TEG are 0.25 SCCM,
Set to 1.0 SCCM. In this case, layer 22b typically has a composition represented by Al 0.2 Ga 0.8 As.
Conventionally, in this step, the surface of the hetero-epitaxial substrate was roughened. However, as will be described later in detail, the present invention solves the problem of surface roughening by introducing Al into the layer 22b. Further, after the layer 22a is formed, the surface roughness of the layer 22b is also suppressed by stopping the supply of the source gas in the temperature raising step of raising the substrate temperature before depositing the layer 22b.

【0022】AlGaAs層22bがこのようにして形
成された後、リアクタ内圧を前記76Torrに保持し
たまま基板温度を650〜750°C、典型的には70
0°Cの温度に昇温する。さらに、Gaの気相原料を前
記TEGからTMGに切り換え、TMGを2.0〜3.
0SCCM、典型的には2.5SCCMの流量で、、ま
たアルシンを30〜40SCCMの流量でそれぞれリア
クタ20中に導入し、GaAs層22cを、0.5〜
1.5μm、典型的には1.0μmの厚さに堆積させ
る。図2の構造を参照。その際、図2の構造において、
層22c表面における欠陥を、半導体装置の形成に必要
な108 cm-2以下の欠陥密度まで減少させ、同時にヘ
テロエピタキシャル基板にクラックが生じるのを防ぐた
め、層22a〜22cを含めたヘテロエピタキシャル基
板上のIII-V 族化合物半導体層全体の厚さを1〜2μ
m、典型的には1.5μm程度に設定するのが好まし
い。
After the AlGaAs layer 22b is formed in this way, the substrate temperature is kept at 760 to 750 ° C. while maintaining the reactor internal pressure at 76 Torr, typically 70.
Raise to a temperature of 0 ° C. Further, the gas phase raw material of Ga is switched from TEG to TMG, and TMG is set to 2.0 to 3.
A flow rate of 0 SCCM, typically 2.5 SCCM, and arsine at a flow rate of 30-40 SCCM are introduced into the reactor 20, respectively, and the GaAs layer 22c is added at 0.5-0.5.
Deposit to a thickness of 1.5 μm, typically 1.0 μm. See the structure in FIG. At that time, in the structure of FIG.
In order to reduce defects on the surface of the layer 22c to a defect density of 10 8 cm -2 or less necessary for forming a semiconductor device and at the same time prevent cracks from occurring in the heteroepitaxial substrate, the heteroepitaxial substrate including the layers 22a to 22c is included. The total thickness of the upper III-V compound semiconductor layer is 1 to 2 μm.
m, typically about 1.5 μm.

【0023】図3(A),(B)は、上記方法で形成さ
れたヘテロエピタキシャル基板上の層22cの表面を原
子間力顕微鏡で観察した結果を、従来の、半導体層22
b中にAlが含まれない構成のヘテロエピタキシャル基
板の場合と比較して示す図である。ただし、図3(A)
が従来のもの、図3(B)が本発明によるヘテロエピタ
キシャル基板を示す。図3(A),(B)において、明
るい部分が凸部を、暗い部分が凹部を示す。図3
(A),(B)を比べるとわかるように、本発明では、
明るい部分の面積が実質的に減少しており、層22cの
表面粗さが実質的に減少していることが示される。図示
の例では、図3(A)の従来例の場合、50μm×50
μmの領域の二乗平均表面粗さが3.0nmであったの
に対し、本発明では2.4nmに減少していることが確
認された。
3A and 3B show the results of observing the surface of the layer 22c on the heteroepitaxial substrate formed by the above method with an atomic force microscope.
It is a figure compared with the case of the heteroepitaxial substrate of the structure which does not contain Al in b. However, FIG. 3 (A)
Is a conventional one, and FIG. 3B shows a heteroepitaxial substrate according to the present invention. In FIGS. 3 (A) and 3 (B), the bright portion indicates the convex portion and the dark portion indicates the concave portion. FIG.
As can be seen by comparing (A) and (B), in the present invention,
The area of bright areas is substantially reduced, indicating that the surface roughness of layer 22c is substantially reduced. In the illustrated example, in the case of the conventional example of FIG. 3 (A), 50 μm × 50
It was confirmed that the root mean square surface roughness in the μm region was 3.0 nm, whereas it was reduced to 2.4 nm in the present invention.

【0024】図4は図2の構成において、層22bの厚
さと層22cの厚さの総和を1.5μmに保持したまま
層22bの厚さを変化させ、層22cの二乗平均表面粗
さを層22bの厚さの関数として測定した結果を示す。
ただし、図4の結果は、層22bがAlを含まない場合
であるが、図4に示された傾向は、層22b中にAlが
含まれる本発明の場合にも有効である。
FIG. 4 shows the structure of FIG. 2 in which the thickness of the layer 22b is changed while keeping the sum of the thickness of the layer 22b and the thickness of the layer 22c at 1.5 μm, and the root mean square surface roughness of the layer 22c is changed. The results are shown measured as a function of the thickness of layer 22b.
However, although the result of FIG. 4 is the case where the layer 22b does not contain Al, the tendency shown in FIG. 4 is effective also in the case of the present invention in which Al is contained in the layer 22b.

【0025】図4を参照するに、層22cの二乗平均表
面粗さは層22bの厚さが増大するにつれて減少し、層
22bの厚さが約500nmの場合に最小値になる。層
22bの厚さがさらに増大すると、層22cの二乗平均
表面粗さは再び増大する。図4の例では層22bにAl
が含まれないため、層22cの二乗平均表面粗さの最小
値が3nm程度であるが、本発明では、先にも説明した
ように、層22b中にAlを導入することにより、二乗
平均粗さの最小値が2.4nmまで減少する。
Referring to FIG. 4, the root mean square surface roughness of layer 22c decreases as the thickness of layer 22b increases and reaches a minimum when layer 22b has a thickness of about 500 nm. As the thickness of layer 22b increases further, the root mean square roughness of layer 22c increases again. In the example of FIG. 4, the layer 22b is made of Al.
Therefore, the minimum value of the root mean square surface roughness of the layer 22c is about 3 nm. However, in the present invention, as described above, by introducing Al into the layer 22b, the root mean square roughness can be reduced. The minimum value of the height is reduced to 2.4 nm.

【0026】図5は、本発明において実行するプリベー
ク工程がヘテロエピタキシャル基板のシート抵抗に対し
ておよぼす効果を示す図である。ただし、黒丸はプリベ
ークを従来のようにアルシン雰囲気中で行った場合、白
丸はプリベークをH2 雰囲気中で行った場合に対応す
る。図5を参照するに、従来例として示した実験結果
は、第1および第2のIII-V族化合物半導体層22a,
22bを、いずれもAlを導入することなく成長させた
場合に対応し、従って層22aおよび22bはいずれも
GaAsより構成される。図示の例では、層22aは、
Si基板22を1000°Cの温度でプリベークした後
400°Cの温度で堆積され、層22bは層22a上に
650°Cの温度で堆積される。また、層22cは70
0°Cの温度で堆積される。層22aおよび22bにA
lを含まない純粋なGaAsを使った場合には、プリベ
ークをアルシン雰囲気中で行った場合でも、またH2
囲気中で行った場合でも、Si基板22表面のシート抵
抗は1kΩ/□を越えることはない。
FIG. 5 is a diagram showing the effect of the pre-baking step carried out in the present invention on the sheet resistance of the heteroepitaxial substrate. However, black circles correspond to prebaking performed in an arsine atmosphere as in the conventional case, and white circles correspond to prebaking performed in an H 2 atmosphere. Referring to FIG. 5, experimental results shown as a conventional example show that the first and second III-V group compound semiconductor layers 22a,
22b corresponds to the case where both are grown without introducing Al, so that both layers 22a and 22b are composed of GaAs. In the illustrated example, the layer 22a is
The Si substrate 22 is prebaked at a temperature of 1000 ° C. and then deposited at a temperature of 400 ° C. and the layer 22b is deposited on the layer 22a at a temperature of 650 ° C. Also, the layer 22c is 70
It is deposited at a temperature of 0 ° C. A for layers 22a and 22b
When pure GaAs not containing 1 is used, the sheet resistance on the surface of the Si substrate 22 should exceed 1 kΩ / □ regardless of whether prebaking is performed in an arsine atmosphere or H 2 atmosphere. There is no.

【0027】これに対し、図5中、本発明(1)として
示した結果は、先に説明した本発明実施例のヘテロエピ
タキシャル基板の場合を示し、層22aおよび22bは
いずれもAlを含んでいる。この場合には、プリベーク
をアルシン雰囲気中で行う限りシート抵抗が1kΩ/□
を下回るものの、プリベークをH2 雰囲気中で実行する
ことにより、3〜4kΩ/□の高いシート抵抗を実現す
ることができるのがわかる。
On the other hand, the result shown as the invention (1) in FIG. 5 shows the case of the heteroepitaxial substrate of the embodiment of the invention described above, and the layers 22a and 22b both contain Al. There is. In this case, the sheet resistance is 1 kΩ / □ as long as prebaking is performed in an arsine atmosphere.
However, it can be seen that a high sheet resistance of 3 to 4 kΩ / □ can be realized by performing the pre-baking in an H 2 atmosphere.

【0028】さらに、図5中、本発明(2)として示し
た結果は、本発明の第2実施例に対応するものであり、
層22aおよび22b中に酸素が導入されている場合に
ついての結果を表す。かかるIII-V 族化合物半導体層の
酸素ドーピングは、層22aおよび22bを堆積する際
に、分子中に酸素を含む有機金属を導入することによ
り、あるいは酸素のイオン注入により行うことができ
る。本実施例では、層22aおよび層22bはそれぞれ
15nmおよび0.5μmの厚さを有し、酸素を含むタ
ーシャリーブチルアルシン(TBAs)により酸素ドー
プを行った。また、層22cは1.0μmの厚さに形成
されている。図5よりわかるように、層22aおよび2
2b中に酸素を導入することにより、アルシン雰囲気中
でプリベークを行った場合には改善が見られないもの
の、H2 雰囲気中でプリベークを行った場合には本発明
の第1実施例の場合よりもさらに大きなシート抵抗が得
られることがわかる。
Further, the result shown as the invention (2) in FIG. 5 corresponds to the second embodiment of the invention,
The results are shown for the case where oxygen is introduced into the layers 22a and 22b. Oxygen doping of the III-V group compound semiconductor layer can be performed by introducing an organic metal containing oxygen into the molecule when depositing the layers 22a and 22b, or by ion implantation of oxygen. In this example, the layers 22a and 22b had a thickness of 15 nm and 0.5 μm, respectively, and were oxygen-doped with tertiary butyl arsine (TBAs) containing oxygen. The layer 22c is formed to have a thickness of 1.0 μm. As can be seen in FIG. 5, layers 22a and 2
By introducing oxygen into 2b, no improvement is observed when prebaking is performed in an arsine atmosphere, but when prebaking is performed in an H 2 atmosphere, it is better than in the first embodiment of the present invention. It can be seen that even higher sheet resistance can be obtained.

【0029】図5の結果を要約するに、Si基板22の
プリベークをH2 雰囲気中で実行することにより、Si
基板あるいはその上のIII-V 族層の相互ドーピングが回
避され、ヘテロエピタキシャル基板のシート抵抗とし
て、従来困難であった1000Ω/□を越える値が得ら
れる。また、同様な結果は、Si基板22の表面を、H
Fで処理することによっても得られる。
To summarize the results of FIG. 5, the Si substrate 22 was prebaked in an H 2 atmosphere to produce Si
Mutual doping of the substrate or the III-V group layer on the substrate is avoided, and a sheet resistance of the heteroepitaxial substrate exceeding 1000 Ω / □, which has been difficult in the past, can be obtained. In addition, the same result shows that the surface of the Si substrate 22 is
It can also be obtained by treating with F.

【0030】以上説明した実施例において、化合物半導
体層22aおよび22bはAlGaAsに限定されるも
のではなく、AlGaP,AlGaAsP,InGaA
lP,InGaAlAsあるいはInGaAlAsP等
のIn−Ga−Al−As−P系の任意の組成の混晶で
あってもよい。また、これに伴い、化合物半導体層22
cも、前記GaAs以外にInAs,InP,GaP,
AlAs,AlP等のIn−Ga−Al−As−P系の
混晶であってもよい。
In the embodiments described above, the compound semiconductor layers 22a and 22b are not limited to AlGaAs, but may be AlGaP, AlGaAsP, InGaA.
It may be a mixed crystal of any composition of In-Ga-Al-As-P system such as 1P, InGaAlAs or InGaAlAsP. In addition, along with this, the compound semiconductor layer 22
In addition to GaAs, c is InAs, InP, GaP,
It may be an In-Ga-Al-As-P-based mixed crystal such as AlAs or AlP.

【0031】さらに、前記化合物半導体層22a,22
bおよび22cを堆積するに当たりV族元素の原料とし
て、アルシンのみならず、フォスフィン(PH3 )や有
機ヒ素あるいは有機リンを使うことも可能である。かか
る有機ヒ素にはターシャリーブチルアルシン(tBA
s),トリメチル砒素(TMAs),トリエチル砒素
(TEAs),ジエチルヒ素ハイドライド(DEA
s),エチルアルシン(EAs)等が含まれる。また、
有機リンにはターシャリーブチルフォスフィン(tB
P),トリメチルリン(TMP),トリエチルリン(T
EP),ジエチルリンハイドライド(DEP)が含まれ
る。
Further, the compound semiconductor layers 22a, 22
b and 22c as a raw material of group V element Upon depositing, not arsine only, it is also possible to use phosphine (PH 3) or an organic arsenic or organic phosphorus. Such organic arsenic includes tertiary butyl arsine (tBA
s), trimethyl arsenic (TMAs), triethyl arsenic (TEAs), diethyl arsenic hydride (DEA)
s), ethylarsine (EAs) and the like. Also,
Tertiary butyl phosphine (tB
P), trimethyl phosphorus (TMP), triethyl phosphorus (T
EP) and diethyl phosphorus hydride (DEP).

【0032】図6は、本発明のヘテロエピタキシャル基
板上に形成したHEMT集積回路の構成例を示す。図6
を参照するに、集積回路は互いに直列接続されたD型H
EMTとE型HEMTとより構成され、前記Si基板2
2に対応するSi基板31と、基板31上に形成され
た、前記AlGaAs層22aに対応するAlGaAs
層31aと、層31a上に形成された、前記AlGaA
s層22bに対応するAlGaAs層31bと、層31
b上に形成された、前記GaAs層22cに対応するG
aAs層31cとよりなるヘテロエピタキシャル基板上
に構成されている。
FIG. 6 shows a structural example of a HEMT integrated circuit formed on the heteroepitaxial substrate of the present invention. Figure 6
, D-type H connected in series with each other.
The Si substrate 2 is composed of an EMT and an E-type HEMT.
No. 2 Si substrate 31 and AlGaAs corresponding to the AlGaAs layer 22a formed on the substrate 31
The layer 31a and the AlGaA formed on the layer 31a
The AlGaAs layer 31b corresponding to the s layer 22b, and the layer 31
G corresponding to the GaAs layer 22c formed on b
It is formed on a heteroepitaxial substrate composed of the aAs layer 31c.

【0033】ヘテロエピタキシャル基板上には、非ドー
プGaAs層32が、バッファ層として、前記GaAs
層31cに接して、50μmの厚さにエピタキシャル成
長され、バッファ層32上には、非ドープAlGaAs
層33が、素子分離層として、300nmの厚さにエピ
タキシャル成長される。さらに、素子分離層33上には
非ドープGaAs層34が、活性層として100nmの
厚さにエピタキシャル成長され、活性層34上にはn型
AlGaAsよりなる電子供給層35が、50nmの厚
さに形成される。その結果、活性層34中に、活性層3
4と電子供給層35との間のヘテロ接合面に沿って、二
次元電子ガス34aが形成される。
On the heteroepitaxial substrate, the undoped GaAs layer 32 is used as a buffer layer for the GaAs.
It is epitaxially grown to a thickness of 50 μm in contact with the layer 31c, and undoped AlGaAs is formed on the buffer layer 32.
The layer 33 is epitaxially grown as an element isolation layer to a thickness of 300 nm. Further, an undoped GaAs layer 34 is epitaxially grown as an active layer to a thickness of 100 nm on the element isolation layer 33, and an electron supply layer 35 made of n-type AlGaAs is formed to a thickness of 50 nm on the active layer 34. To be done. As a result, in the active layer 34, the active layer 3
The two-dimensional electron gas 34a is formed along the heterojunction surface between the No. 4 and the electron supply layer 35.

【0034】電子供給層35上には、n型GaAsより
なる第1のコンタクト層36が、5nmの厚さにエピタ
キシャル成長され、さらにコンタクト層36上にはn型
AlGaAsよりなる第2のコンタクト層37が5nm
の厚さにエピタキシャル成長される。また、コンタクト
層37上にはn型GaAsよりなるキャップ層38が形
成される。また、層36〜38は、D型HEMTのゲー
ト領域に対応する部分が、層35表面で停止する選択エ
ッチングにより除去され、Al等よりなるショットキー
電極が、D型HEMTのゲート電極として形成される。
また、層38は、E型HEMTのゲート領域に対応する
部分が、その下の層37表面で停止する選択エッチング
により除去され、Al等よりなるショットキー電極10
が、E型HEMTのゲート電極として形成される。ま
た、キャップ層38上には、電極9および10の両側
に、オーミック電極11、12および13が形成され
る。このうち、オーミック電極11はD型HEMTのソ
ース電極、オーミック電極13はE型HEMTのドレイ
ン電極として作用し、オーミック電極12はD型HEM
Tのドレイン電極として作用すると同時にEHEMTの
ソース電極として作用する。
A first contact layer 36 made of n-type GaAs is epitaxially grown to a thickness of 5 nm on the electron supply layer 35, and a second contact layer 37 made of n-type AlGaAs is further formed on the contact layer 36. Is 5 nm
Epitaxially grown to a thickness of. A cap layer 38 made of n-type GaAs is formed on the contact layer 37. Further, in the layers 36 to 38, a portion corresponding to the gate region of the D-type HEMT is removed by selective etching stopped on the surface of the layer 35, and a Schottky electrode made of Al or the like is formed as a gate electrode of the D-type HEMT. It
Further, the layer 38 has a portion corresponding to the gate region of the E-type HEMT removed by selective etching stopped on the surface of the layer 37 thereunder, and the Schottky electrode 10 made of Al or the like.
Is formed as a gate electrode of the E-type HEMT. Ohmic electrodes 11, 12 and 13 are formed on the cap layer 38 on both sides of the electrodes 9 and 10. Among them, the ohmic electrode 11 acts as a source electrode of the D-type HEMT, the ohmic electrode 13 acts as a drain electrode of the E-type HEMT, and the ohmic electrode 12 acts as the D-type HEM.
It acts as a drain electrode of T and at the same time acts as a source electrode of EHEMT.

【0035】図6に示したHEMTは、表面が平坦なヘ
テロエピタキシャル基板上に形成されているため、活性
層34と電子供給層35との間のヘテロ接合界面の凹凸
が実質的に減少し、このため二次元電子ガス中の電子の
散乱の増大が抑止される。その結果、HEMTは、ヘテ
ロエピタキシャル基板上に形成されていても、化合物半
導体バルク結晶よりなる基板上に形成された場合に匹敵
する性能を示す。
Since the HEMT shown in FIG. 6 is formed on a heteroepitaxial substrate having a flat surface, the unevenness of the heterojunction interface between the active layer 34 and the electron supply layer 35 is substantially reduced, Therefore, the increase of scattering of electrons in the two-dimensional electron gas is suppressed. As a result, the HEMT, even when formed on a heteroepitaxial substrate, exhibits performance comparable to that formed on a substrate made of a compound semiconductor bulk crystal.

【0036】図7は、図6に示したHEMTの一変形例
であり、ヘテロエピタキシャル基板を構成するSi基板
31が、絶縁体よりなる絶縁支持基板30上に形成され
ている。かかる構成により、いわゆるSOI構造を有す
る化合物半導体集積回路を形成することが可能になる。
本発明によるヘテロエピタキシャル基板を、SOI構造
と組み合わせて採用することにより、素子分離特性が優
れた高密度化合物半導体集積回路を、安い費用で製造す
ることが可能になる。
FIG. 7 is a modification of the HEMT shown in FIG. 6, in which a Si substrate 31 forming a heteroepitaxial substrate is formed on an insulating support substrate 30 made of an insulator. With this structure, it is possible to form a compound semiconductor integrated circuit having a so-called SOI structure.
By using the heteroepitaxial substrate according to the present invention in combination with the SOI structure, it is possible to manufacture a high-density compound semiconductor integrated circuit having excellent element isolation characteristics at a low cost.

【0037】[0037]

【発明の効果】請求項1,2,16および22記載の本
発明の特徴によれば、第2の化合物半導体層中にAlを
添加することにより、該半導体層の3次元成長が抑止さ
れ、そのかわりに2次元成長が促進される。かかる半導
体層の2次元成長の結果、第2の化合物半導体層の表面
荒れが抑止され、表面が平坦なヘテロエピタキシャル基
板を得ることができる。かかる平坦なヘテロエピタキシ
ャル基板では、基板上に形成される化合物半導体装置の
性能を最大限に引き出すことが可能になる。また、安価
に製造できる大口径のSiウェハをSi基板として使う
ことができるため、安い費用で高速化合物半導体装置あ
るいは光半導体装置の集積回路を形成することが可能に
なる。
According to the features of the present invention described in claims 1, 2, 16 and 22, by adding Al to the second compound semiconductor layer, three-dimensional growth of the semiconductor layer is suppressed. Instead, two-dimensional growth is promoted. As a result of such two-dimensional growth of the semiconductor layer, the surface roughness of the second compound semiconductor layer is suppressed, and a heteroepitaxial substrate having a flat surface can be obtained. With such a flat heteroepitaxial substrate, it is possible to maximize the performance of the compound semiconductor device formed on the substrate. Moreover, since a large-diameter Si wafer that can be manufactured at low cost can be used as the Si substrate, it becomes possible to form an integrated circuit of a high-speed compound semiconductor device or an optical semiconductor device at low cost.

【0038】請求項3記載の本発明の特徴によれば、第
1のIII-V 族化合物半導体層を気相原料から成長させた
後、第2のIII-V 族化合物半導体層を成長させるために
基板温度を昇温する際に、気相原料の供給を停止するこ
とにより、前記第2のIII-V族化合物半導体層の表面荒
れを抑止することができる。請求項4記載の本発明の特
徴によれば、Gaの気相原料としてトリエチルガリウム
を使うことにより、半導体層の2次元成長が促進される
500〜600°Cの温度範囲において前記第2の化合
物半導体層を成長させることが可能になる。
According to the feature of the present invention described in claim 3, the second III-V group compound semiconductor layer is grown after the first III-V group compound semiconductor layer is grown from the vapor phase raw material. By stopping the supply of the vapor phase raw material when the substrate temperature is raised, the surface roughness of the second III-V compound semiconductor layer can be suppressed. According to a feature of the present invention as set forth in claim 4, the use of triethylgallium as a vapor phase source of Ga promotes two-dimensional growth of a semiconductor layer, and the second compound is used in a temperature range of 500 to 600 ° C. It becomes possible to grow a semiconductor layer.

【0039】請求項5,6記載の本発明の特徴によれ
ば、前記第3の化合物半導体層を成長させるにあたり、
Gaの気相原料としてトリエチルガリウム以外の気相原
料を使うことにより、前記第3の化合物半導体層の表面
荒れを抑止することが可能である。請求項7記載の本発
明の特徴によれば、前記第1〜第3のIII-V 族化合物半
導体層の各々を、III 族元素としてAl,Ga,Inの
うちの少なくとも一を含み、V族元素としてAs,Pの
うちの少なくとも一を含む混晶により構成することが可
能になり、その結果、かかる半導体層上に、高速半導体
装置として最適なバンド構造を有する化合物半導体層を
成長させることが可能になる。
According to the features of the present invention described in claims 5 and 6, in growing the third compound semiconductor layer,
By using a vapor phase raw material other than triethylgallium as the vapor phase raw material of Ga, it is possible to suppress the surface roughness of the third compound semiconductor layer. According to a feature of the present invention described in claim 7, each of the first to third III-V group compound semiconductor layers contains at least one of Al, Ga and In as a group III element, It becomes possible to form a mixed crystal containing at least one of As and P as an element, and as a result, a compound semiconductor layer having an optimum band structure as a high-speed semiconductor device can be grown on such a semiconductor layer. It will be possible.

【0040】請求項8記載の本発明の特徴によれば、前
記第1および第2の化合物半導体層を、実質的に同一の
組成に形成することにより、前記第1および第2の化合
物半導体層を、実質的に単一のエピタキシャル層として
形成することが可能になる。請求項9,16および18
記載の本発明の特徴によれば、Alを含有する前記第2
の化合物半導体層の厚さを200〜700nmの範囲に
設定することにより、前記第2の化合物半導体層の表面
荒れを、二乗平均粗さで4nm以下にまで減少させるこ
とが可能である。
According to a feature of the present invention described in claim 8, by forming the first and second compound semiconductor layers to have substantially the same composition, the first and second compound semiconductor layers are formed. Can be formed as a substantially single epitaxial layer. Claims 9, 16 and 18
According to a feature of the described invention, said second containing Al
By setting the thickness of the compound semiconductor layer in the range of 200 to 700 nm, it is possible to reduce the surface roughness of the second compound semiconductor layer to a root mean square roughness of 4 nm or less.

【0041】請求項10および17記載の本発明の特徴
によれば、前記第2の化合物半導体層の厚さを約500
nmに設定することにより、前記第2の化合物半導体層
の表面荒れを、二乗平均粗さで約2.4nmまで最小化
することが可能である。請求項11記載の本発明の特徴
によれば、前記第1のIII-V 族化合物半導体半導体層に
もAlを含有させることにより、前記第1のIII-V 族化
合物半導体層の2次元成長を抑制することができ、前記
第1のIII-V 族化合物半導体層の表面荒れが抑制され
る。その結果、前記第1のIII-V 族化合物半導体層の表
面荒れが前記第1のIII-V 族化合物半導体層上に形成さ
れる第2および第3のIII-V 族化合物半導体層の表面に
転写されることがない。
According to the features of the present invention as set forth in claims 10 and 17, the thickness of the second compound semiconductor layer is about 500.
By setting the thickness to nm, it is possible to minimize the surface roughness of the second compound semiconductor layer to a root mean square roughness of about 2.4 nm. According to a feature of the present invention described in claim 11, by including Al also in the first III-V compound semiconductor semiconductor layer, the two-dimensional growth of the first III-V compound semiconductor layer is performed. The surface roughness of the first III-V group compound semiconductor layer can be suppressed. As a result, the surface roughness of the first III-V group compound semiconductor layer is generated on the surfaces of the second and third III-V group compound semiconductor layers formed on the first III-V group compound semiconductor layer. It will not be transcribed.

【0042】請求項12および13記載の本発明の特徴
によれば、前記第1のIII-V 族化合物半導体層を堆積す
るに先立って実行される前記基板表面上の酸化膜を除去
する酸化膜除去工程を、Asを含まない環境中で実行す
ることにより、Si基板表面の不要なドーピングを回避
することができる。請求項14および21記載の本発明
の特徴によれば、前記第1〜第3の化合物半導体層を堆
積する際に酸素が添加され、かかる酸素は化合物半導体
結晶中で深い準位を形成する。深い準位は半導体結晶中
でフェルミレベルをピニングし、その結果半導体結晶は
半絶縁性になる。酸素を気相原料を構成する分子の形で
供給することにより、堆積装置の不要な汚染を回避する
ことが可能である。
According to the features of the present invention as set forth in claims 12 and 13, an oxide film for removing an oxide film on the surface of the substrate, which is executed prior to depositing the first group III-V compound semiconductor layer. By performing the removal step in an As-free environment, unnecessary doping of the Si substrate surface can be avoided. According to the features of the present invention described in claims 14 and 21, oxygen is added when depositing the first to third compound semiconductor layers, and the oxygen forms a deep level in the compound semiconductor crystal. The deep levels pin the Fermi level in the semiconductor crystal, which results in the semiconductor crystal being semi-insulating. By supplying oxygen in the form of molecules that make up the vapor phase feed, it is possible to avoid unnecessary contamination of the deposition equipment.

【0043】請求項19記載の本発明の特徴によれば、
1000Ω・cm以上の高い抵抗率を有する半絶縁性の
ヘテロエピタキシャル基板を形成することができる。請
求項20記載の本発明の特徴によれば、前記Si基板を
さらに別の絶縁基板上に形成することにより、ヘテロエ
ピタキシャル基板上に形成された化合物半導体装置につ
いて、優れた素子間分離を得ることができる。
According to a feature of the present invention described in claim 19,
It is possible to form a semi-insulating heteroepitaxial substrate having a high resistivity of 1000 Ω · cm or more. According to a feature of the present invention described in claim 20, by forming the Si substrate on yet another insulating substrate, excellent isolation between elements can be obtained for a compound semiconductor device formed on a heteroepitaxial substrate. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明で使用するMOCVD装置の構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an MOCVD apparatus used in the present invention.

【図2】本発明の第1および第2実施例によるヘテロエ
ピタキシャル基板の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a heteroepitaxial substrate according to first and second embodiments of the present invention.

【図3】(A),(B)は、従来の方法で作製したヘテ
ロエピタキシャル基板の表面と、本発明第1実施例によ
るヘテロエピタキシャル基板の表面を、それぞれ原子間
力顕微鏡で観察した結果を示す図である。
3 (A) and 3 (B) show the results of observing the surface of the heteroepitaxial substrate manufactured by the conventional method and the surface of the heteroepitaxial substrate according to the first embodiment of the present invention with an atomic force microscope, respectively. FIG.

【図4】ヘテロエピタキシャル基板の表面粗さと、基板
を構成する半導体層の厚さの関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the surface roughness of a heteroepitaxial substrate and the thickness of a semiconductor layer forming the substrate.

【図5】本発明の第1実施例および第2実施例によるヘ
テロエピタキシャル基板のシート抵抗の値を、従来のヘ
テロエピタキシャル基板と比較して示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the sheet resistance values of the heteroepitaxial substrates according to the first and second embodiments of the present invention in comparison with the conventional heteroepitaxial substrate.

【図6】本発明の第3実施例による、ヘテロエピタキシ
ャル基板上に構成したHEMTの構造を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the structure of a HEMT formed on a heteroepitaxial substrate according to the third embodiment of the present invention.

【図7】図6のHEMTの一変形例を示す図である。7 is a diagram showing a modification of the HEMT of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9,10 ゲート電極 11〜13 オーミック電極 20 リアクタ 21 サセプタ 22,31 Si基板 22a,31a AlGaAs層 22b,31b AlGaAs層 22c,31c GaAs層 24 高周波コイル 27a〜27h バルブ 28 コントローラ 32 GaAsバッファ層 33 AlGaAs素子分離層 34 活性層 34a 二次元電子ガス 35 電子供給層 36,37 コンタクト層 38 キャップ層 9, 10 Gate electrode 11-13 Ohmic electrode 20 Reactor 21 Susceptor 22, 31 Si substrate 22a, 31a AlGaAs layer 22b, 31b AlGaAs layer 22c, 31c GaAs layer 24 High frequency coil 27a-27h Valve 28 Controller 32 GaAs buffer layer 33 AlGaAs element Separation layer 34 Active layer 34a Two-dimensional electron gas 35 Electron supply layer 36, 37 Contact layer 38 Cap layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/338 29/812 27/095 (72)発明者 大久保 聡 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 高井 一章 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01L 21/338 29/812 27/095 (72) Inventor Satoshi Okubo Satoshi Ueda, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Address: 1015, within Fujitsu Limited (72) Inventor, Kazuaki Takai Address: 1015, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Within Fujitsu Limited

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si基板上に、第1のIII-V 族化合物半
導体層を、基板温度を第1の温度に設定して堆積する工
程と;前記第1のIII-V 族化合物半導体層上に、第2の
III-V 族化合物半導体層を、基板温度を前記第1の温度
よりも高い第2の温度に設定して堆積する工程と;前記
第2のIII-V 族化合物半導体層上に、第3のIII-V 族化
合物半導体層を、基板温度を前記第2の温度よりも高い
第3の温度に設定して堆積する工程とを含む化合物半導
体装置の製造方法において、 前記第2のIII-V 族化合物半導体層は、Alを含有する
ことを特徴とする、化合物半導体装置の製造方法。
1. A step of depositing a first III-V group compound semiconductor layer on a Si substrate while setting a substrate temperature to a first temperature; and on the first III-V group compound semiconductor layer. To the second
Depositing a III-V group compound semiconductor layer by setting a substrate temperature to a second temperature higher than the first temperature; and depositing a third III-V compound semiconductor layer on the second III-V group compound semiconductor layer. And a step of depositing a III-V group compound semiconductor layer by setting a substrate temperature to a third temperature higher than the second temperature, wherein the second group III-V group semiconductor is manufactured. The compound semiconductor layer contains Al, The manufacturing method of a compound semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 前記第1の温度は300〜400°Cの
範囲にあり、前記第2の温度は500〜600°Cの範
囲にあり、前記第3の温度は650〜750°Cの範囲
にあることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体装
置の製造方法。
2. The first temperature is in the range of 300 to 400 ° C., the second temperature is in the range of 500 to 600 ° C., and the third temperature is in the range of 650 to 750 ° C. 2. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記第1のIII-V 族化合物半導体層を堆
積する工程と、前記第2のIII-V 族化合物半導体層を堆
積する工程との間に、気相原料の供給を中断した状態で
基板温度を上昇させる昇温工程を含むことを特徴とする
請求項1記載の化合物半導体装置の製造方法。
3. The supply of the vapor phase raw material is interrupted between the step of depositing the first III-V group compound semiconductor layer and the step of depositing the second III-V group compound semiconductor layer. 2. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, further comprising a temperature raising step of raising the substrate temperature in the state.
【請求項4】 前記第1〜第2のIII-V 族化合物半導体
層の各々はGaを含むことを特徴とし、前記第2のIII-
V 族化合物半導体層を形成する気相原料は、Gaの気相
原料としてトリエチルガリウムを含むことを特徴とする
請求項1〜3のうちいずれか一項記載の化合物半導体装
置の製造方法。
4. Each of the first to second III-V group compound semiconductor layers contains Ga, and the second III-V compound semiconductor layer comprises:
The method for producing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the vapor-phase raw material forming the group V compound semiconductor layer contains triethylgallium as a vapor-phase raw material of Ga.
【請求項5】 前記第3のIII-V 族化合物半導体層を堆
積する工程は、Gaの気相原料を、前記第2のIII-V 族
化合物半導体の堆積において気相原料として使ったトリ
エチルガリウムから、別の気相原料に切り換える切り換
え工程を含むことを特徴とする請求項4記載の化合物半
導体装置の製造方法。
5. The step of depositing the third III-V group compound semiconductor layer, wherein the vapor phase raw material of Ga is used as a vapor phase raw material in the deposition of the second III-V group compound semiconductor. 5. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 4, further comprising a switching step of switching to another vapor phase raw material.
【請求項6】 前記別の気相原料はトリメチルガリウム
よりなることを特徴とする請求項5記載の化合物半導体
装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 5, wherein the another vapor phase raw material is made of trimethylgallium.
【請求項7】 前記第1〜第3のIII-V 族化合物半導体
層の各々は、Al,Ga,Inより構成される群から選
択された元素を少なくとも一つ、III 族元素として含
み、As, Pより構成される群から選択された元素を少
なくとも一つ、V族元素として含むことを特徴とする請
求項1記載の化合物半導体装置の製造方法。
7. Each of the first to third III-V group compound semiconductor layers contains at least one element selected from the group consisting of Al, Ga and In as a group III element, and As. 2. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, further comprising at least one element selected from the group consisting of P and P as a group V element.
【請求項8】 前記第1および第2のIII-V 族化合物半
導体層は、実質的に同一の組成を有することを特徴とす
る請求項7記載の化合物半導体装置の製造方法。
8. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 7, wherein the first and second III-V compound semiconductor layers have substantially the same composition.
【請求項9】 前記第2のIII-V 族化合物半導体層を堆
積する工程は、前記第2のIII-V 族化合物半導体層の厚
さが200〜700nmの範囲に納まるように実行され
ることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体装置の
製造方法。
9. The step of depositing the second group III-V compound semiconductor layer is performed such that the thickness of the second group III-V compound semiconductor layer falls within a range of 200 to 700 nm. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein
【請求項10】 前記第2のIII-V 族化合物半導体層を
堆積する工程は、前記第2のIII-V 族化合物半導体層の
厚さが約500nmになるように実行されることを特徴
とする請求項8記載の化合物半導体装置の製造方法。
10. The step of depositing the second III-V compound semiconductor layer is performed such that the thickness of the second III-V compound semiconductor layer is about 500 nm. 9. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 8.
【請求項11】 前記第1のIII-V 族化合物半導体層
は、Alを含有することを特徴とする請求項1記載の化
合物半導体装置の製造方法。
11. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the first III-V group compound semiconductor layer contains Al.
【請求項12】 前記第1のIII-V 族化合物半導体層を
堆積するに先立って、前記Si基板表面をH2 により処
理し、基板表面の酸化膜を除去する工程を含むことを特
徴とする請求項1記載の化合物半導体装置の製造方法。
12. A step of treating the surface of the Si substrate with H 2 to remove an oxide film on the surface of the substrate prior to depositing the first group III-V compound semiconductor layer. The method for manufacturing the compound semiconductor device according to claim 1.
【請求項13】 前記第1のIII-V 族化合物半導体層を
堆積するに先立って、前記Si基板表面をHFにより処
理し、基板表面の酸化膜を除去する工程を含むことを特
徴とする請求項1記載の化合物半導体装置の製造方法。
13. A step of treating the surface of the Si substrate with HF to remove an oxide film on the surface of the substrate prior to depositing the first group III-V compound semiconductor layer. Item 2. A method for manufacturing a compound semiconductor device according to item 1.
【請求項14】 前記第1および第2のIII-V 族化合物
半導体層を形成する工程は、それぞれ前記第1および第
2のIII-V 族化合物半導体層を形成する気相原料とし
て、酸素を含んだ分子を使用することを特徴とする請求
項1記載の化合物半導体装置の製造方法。
14. In the step of forming the first and second III-V group compound semiconductor layers, oxygen is used as a gas phase raw material for forming the first and second III-V group compound semiconductor layers, respectively. 2. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 1, wherein the contained molecule is used.
【請求項15】 前記第2の化合物半導体層を堆積する
工程は、Alの気相原料としてトリメチルアルミニウム
およびトリエチルアルミニウムの何れか一方を使うこと
を特徴とする請求項1記載の化合物半導体装置の製造方
法。
15. The compound semiconductor device manufacturing method according to claim 1, wherein in the step of depositing the second compound semiconductor layer, one of trimethylaluminum and triethylaluminum is used as a vapor phase raw material of Al. Method.
【請求項16】 Si基板と;前記Si基板表面上に形
成された、Si基板表面への直接堆積が可能な厚さに設
定された第1のIII-V 族化合物半導体層と;前記第1の
III-V 族化合物半導体層上に形成された第2のIII-V 族
化合物半導体層と;前記第2のIII-V 族化合物半導体層
上に形成された第3のIII-V 族化合物半導体層と;前記
第3のIII-V 族化合物半導体層上に形成され、活性素子
を担持する一またはそれ以上の化合物半導体層とよりな
る化合物半導体装置において、 前記第2のIII-V 族化合物半導体層は、Alを含有し、
前記第2のIII-V 族化合物半導体層の表面荒さを最小に
するような厚さを有することを特徴とする請求項13記
載の化合物半導体装置。
16. A Si substrate; a first group III-V compound semiconductor layer formed on the surface of the Si substrate and having a thickness that enables direct deposition on the surface of the Si substrate; of
A second III-V group compound semiconductor layer formed on the III-V group compound semiconductor layer; and a third III-V group compound semiconductor layer formed on the second III-V group compound semiconductor layer A compound semiconductor device comprising one or more compound semiconductor layers formed on the third III-V compound semiconductor layer and carrying an active element, wherein the second III-V compound semiconductor layer Contains Al,
14. The compound semiconductor device according to claim 13, wherein the compound semiconductor device has a thickness that minimizes surface roughness of the second III-V compound semiconductor layer.
【請求項17】 前記第2のIII-V 族化合物半導体層
は、約500nmの厚さを有することを特徴とする請求
項16記載の化合物半導体半導体装置。
17. The compound semiconductor semiconductor device according to claim 16, wherein the second III-V compound semiconductor layer has a thickness of about 500 nm.
【請求項18】 前記第3のIII-V 族化合物半導体層
は、4.0nm以下の二乗平均表面粗さを有することを
特徴とする請求項16記載の化合物半導体装置。
18. The compound semiconductor device according to claim 16, wherein the third group III-V compound semiconductor layer has a root mean square surface roughness of 4.0 nm or less.
【請求項19】 前記Si基板は、1000Ω・cm以
上の比抵抗を有することを特徴とする請求項16記載の
化合物半導体装置。
19. The compound semiconductor device according to claim 16, wherein the Si substrate has a specific resistance of 1000 Ω · cm or more.
【請求項20】 さらに、絶縁基板を含み、前記Si基
板は前記絶縁基板表面により支持されていることを特徴
とする請求項16記載の化合物半導体装置。
20. The compound semiconductor device according to claim 16, further comprising an insulating substrate, wherein the Si substrate is supported by the surface of the insulating substrate.
【請求項21】 前記第1および第2の化合物半導体層
は酸素を含有することを特徴とする請求項16記載の化
合物半導体装置。
21. The compound semiconductor device according to claim 16, wherein the first and second compound semiconductor layers contain oxygen.
【請求項22】 Si基板上に、第1のIII-V 族化合物
半導体層を、基板温度を第1の温度範囲に設定して堆積
する工程と;前記第1のIII-V 族化合物半導体層上に、
第2のIII-V 族化合物半導体層を、基板温度を前記第1
の温度範囲よりも高い第2の温度範囲に設定して堆積す
る工程と;前記第2のIII-V 族化合物半導体層上に、第
3のIII-V 族化合物半導体層を、基板温度を前記第3の
温度範囲よりも高い第3の温度範囲に設定して堆積する
工程とを含むヘテロエピタキシャル半導体基板の製造方
法において、 前記第2のIII-V 族化合物半導体層は、Alを含有する
ことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル半導体基板の
製造方法。
22. A step of depositing a first III-V group compound semiconductor layer on a Si substrate while setting a substrate temperature in a first temperature range; and the first III-V group compound semiconductor layer. above,
The second III-V compound semiconductor layer is formed at the substrate temperature of the first
Depositing in a second temperature range higher than the temperature range; and a third III-V compound semiconductor layer on the second III-V compound semiconductor layer, and a substrate temperature of the third III-V compound semiconductor layer. A method of manufacturing a heteroepitaxial semiconductor substrate, comprising: setting a temperature within a third temperature range higher than a third temperature range and depositing the third temperature range, wherein the second III-V compound semiconductor layer contains Al. A method for manufacturing a heteroepitaxial semiconductor substrate, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015512139A (en) * 2012-01-13 2015-04-23 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Method for depositing a group III-V layer on a substrate

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