專利名稱：外延生長方法以及外延生長用襯底的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用有機金屬氣相生長法在半導體襯底上形成化合物半導體層的外延生長方法以及外延生長用襯底，特別涉及改善化合物半導體層的表面形態(tài)的技術。
背景技術：
從前，在發(fā)光元件以及受光元件等的半導體元件的用途中，廣泛使用使InGaAs層、AlGaAs層、InAlAs層、InAlGaAs層、InGaAsP層等的3元體系或4元體系的III-V族化合物半導體層、和InP層依次外延生長在InP襯底上的半導體晶片。該半導體晶片的外延層，例如由有機金屬氣相生長法(以下稱為MOCVD法)形成。
但是，在利用MOCVD法使上述的III-V族化合物半導體層進行外延生長的情況下，在外延層的表面產(chǎn)生小丘狀的缺陷，存在表面形態(tài)惡化的問題。因此，提出了各種用于改善外延層的表面形態(tài)的技術方案。
例如，在日本專利第2750331號公報(專利文獻1)中，為了減少在生長膜的表面產(chǎn)生的淚狀缺陷(和小丘狀缺陷意思相同)，規(guī)定進行外延生長時的襯底的面方位。具體地講，根據(jù)使外延層生長時的生長溫度以及生長速度，規(guī)定使用的化合物半導體單晶襯底的面方位，由此有效降低淚狀缺陷的發(fā)生。
另外，和上述專利文獻1相同的內(nèi)容公開在M.Nakamura et.al.Journal of Crystal Growth 129(1993)P456-464(非專利文獻1)中。
但是，根據(jù)上述先有技術，在使InGaAs層、AIGaAs層、AlInAs層、AlInGaAs層等的III-V族化合物半導體層生長在InP襯底的情況下，有時在外延生長層表面觀察到不同于小丘狀缺陷的異常的變粗糙了的形態(tài)(以下，稱為異常表面形態(tài))(參照圖1)。
本發(fā)明目的是為了解決上述問題，其目的在于，提供一種在使InGaAs層、AIGaAs層、AlInAs層、AlInGaAs層等的III-V族化合物半導體層生長于InP襯底的過程中，能夠有效防止發(fā)生異常表面形態(tài)的外延生長方法以及用于外延生長的生長用襯底。

發(fā)明內(nèi)容
以下，簡單說明直至完成本發(fā)明的過程。
首先，本發(fā)明的發(fā)明人，根據(jù)上述先有技術對使InGaAs層生長在InP襯底上的半導體晶片，調(diào)查了其表面形態(tài)。其結果是，在使InGaAs層比0.5μm薄地生長時如圖1所示那樣的異常表面形態(tài)完全觀察不到，僅在使InGaAs層比0.5μm厚地生長了時，觀察到異常表面形態(tài)。
另外，異常表面形態(tài)有如圖2(a)所示沿著襯底的邊緣產(chǎn)生的情況，以及如圖2(b)所示襯底的一半左右產(chǎn)生的情況等，可知其產(chǎn)生位置根據(jù)使用的襯底不同而不同。而且，一般是遍及襯底全范圍面方位略微散亂著，因此本發(fā)明的發(fā)明人等推測如前所述根據(jù)襯底的不同異常表面形態(tài)的發(fā)生狀況(發(fā)生位置)可能是不同的。
基于這種推測進一步調(diào)查后，弄清楚了該異常表面形態(tài)集中發(fā)生在具有某種特定的面方位的部分，例如從(100)面傾斜了0.03°～0.04°的部分。即，上述的異常表面形態(tài)和在襯底的位錯位置發(fā)生的小丘狀缺陷發(fā)生機理本質上不同，和襯底的位錯無關，僅依存于襯底的面方位而產(chǎn)生。
從以上得到的知識是使InGaAs層等的III-V族化合物半導體層，以0.5μm以上的厚度外延生長在InP單晶等生長用襯底上的情況下，通過使用在遍及襯底全范圍不形成特定的面方位的襯底，能夠防止異常表面形態(tài)的發(fā)生。
本發(fā)明是基于上述理解來做的，涉及一種外延生長方法，其利用襯底支撐工具保持生長用襯底，利用有機金屬氣相生長法使由3元素或4元素構成的化合物半導體層生長在上述半導體襯底上，其特征在于，對襯底的整個有效利用區(qū)域進行拋光，使自(100)方向的傾斜角度形成為0.00°～0.03°、或0.04°～0.24°，使用該生長用襯底在襯底上以0.5μm以上的厚度形成上述化合物半導體層。即，如果自(100)面的傾斜角度是0.03°～0.04°，則異常表面形態(tài)發(fā)生，所以要使用無成為這種面方位的部分的襯底。
這里，所謂有效利用區(qū)域，是指在襯底上實施了鏡面加工時除去最外周部產(chǎn)生的邊緣塌邊部分(距離襯底外周約3mm)的中央部分。
再者，也如上述非專利文獻1中所示的那樣，在傾斜角度為超過0.24°以上的情況下，為了在化合物半導體層的表面產(chǎn)生臺階狀的另外的異常形態(tài)，將傾斜角度的上限設定為0.24°。
由此，在使用MOCVD法使化合物半導體層外延生長在半導體襯底上時，即使將化合物半導體層的厚度設定為0.5μm以上，也能有效地防止異常表面形態(tài)發(fā)生。
另外，上述化合物半導體層也可以通過緩沖層形成在上述生長用襯底上。由此，能使結晶質量優(yōu)良的化合物半導體層外延生長。
另外，在上述生長用襯底上，使至少含有As的III-V族化合物半導體層生長的情況下是有效的。特別適合應用在前述化合物半導體層是InGaAs層或InAlAs層的情況。
另外，在上述非專利文獻1中，設定在傾斜角度為0.00°～0.03°的情況下，發(fā)生小丘狀缺陷，如前所述小丘狀缺陷的發(fā)生僅由有位錯結晶引起，所以通過使用位錯密度非常低或無位錯的結晶襯底，能夠防止小丘狀缺陷的產(chǎn)生。具體地，優(yōu)選使用位錯密度5000cm-2以下的半導體結晶襯底。
例如，在使上述III-V族化合物半導體層外延生長的情況下，優(yōu)選使用摻雜硫的InP襯底。
另外，在上述的外延生長方法中，襯底的整個有效利用區(qū)域中，也可以使用預先拋光成自(100)方向的傾斜角度為0.00°～0.03°、或0.04°～0.24°的生長用襯底。


圖1是在外延層的表面產(chǎn)生的異常形態(tài)的顯微鏡照片。
圖2是對外延層表面的異常形態(tài)的發(fā)生位置例舉的說明圖。
圖3是對本實施方式的半導體晶片的層壓結構例舉的示意圖。
具體實施例方式
以下，根據(jù)

本發(fā)明的最佳實施方式。
首先，為了得到適用于本發(fā)明的生長用襯底，通過液相直拉法(Liquid Encapsulated Czochralski；LEC)，制作了在(100)方向生長的InP單晶。此時，通過使用各種硫、錫、鐵作為摻雜劑，來得到位錯密度不同的多個InP單晶。再有，各個InP單晶的位錯密度是500cm-2以下(摻雜硫)、5000cm-2(摻雜錫)、20000cm-2(摻雜鐵)。
而且，將各個InP單晶加工成直徑為2英寸的圓柱狀，切片以使表面自(100)面傾斜0.00°～0.30°，切出InP襯底。
然后，在這些襯底上，通過有機金屬氣相生長法形成外延層，制作出如圖3所示的層壓結構的半導體襯底。具體地，在InP襯底10上形成厚度為0.5μm的InP緩沖層11，在其上形成厚度0.3～2.5μm的InGaAs層12，再使厚度為0.5μm的InP層13依次外延生長。
需要說明的是，在外延生長中，設定生長溫度為640℃，生長壓力為50torr，總氣體流量為601/min。另外，InGaAs層12的生長速度設為1.0μm/h，InP層11、13的生長速度設為2.0μm/h。
對得到的半導體襯底利用顯微鏡觀察InP層13的表面形態(tài)，檢查了異常表面形態(tài)(圖1)、小丘狀缺陷、臺階狀缺陷的產(chǎn)生狀況。
在表1中示出了觀察結果的一例。
表1

該結果是，在InGaAs層的厚度比0.5μm薄的外延膜中，不管使用的襯底的位錯密度、面方位如何，都未觀察到異常形態(tài)(樣品3，4，22，23)。
另一方面，在生長有比0.5μm厚的InGaAs層的情況下，不管摻雜劑的種類以及位錯密度如何，在任一襯底上自(100)面的傾斜角度是0.035°、0.037°的情況下，都觀察到了異常表面形態(tài)(樣品5～7、15、24、25)。但是，即使是生長比0.5μm厚的InGaAs層的情況，在自(100)面的傾斜角度是0.035°、0.037°以外時，也未觀察到異常表面形態(tài)(樣品1、2、8～14、16～21、26～28)。
另外，關于小丘狀缺陷，如在上述專利文獻1、非專利文獻1等表示的那樣，在認定為有錯位結晶的摻雜錫的InP襯底、摻雜鐵的InP襯底上，在從(100)的傾斜角度是0.00°～0.05°的情況下觀察到了該缺陷(樣品13～15、20～25)。
另外，關于臺階狀缺陷，如上述非專利文獻1所示那樣，在傾斜角度超過0.30°的情況下觀察到了該缺陷(樣品12)。
這樣，在用0.5μm以上的厚度使InGaAs層外延生長的情況下，通過使用自(100)面的傾斜角度為0.00～0.03°或0.04°以上的襯底，能防止異常表面形態(tài)的發(fā)生。另外，通過使用位錯密度5000cm-2以下的襯底能防止小丘狀缺陷的產(chǎn)生，通過設定自(100)面的傾斜角度小于等于0.25°，能防止臺階狀缺陷的產(chǎn)生。
在上述的實施方式中，對在InP襯底上外延生長InGaAs層的例子進行了說明，在InP襯底上，以0.5μm以上的厚度外延生長至少含有As的3元素或4元素組成的III-V族化合物半導體層(例如AlGaAs層、AlInAs層、AlInGaAs層)的情況下，也同樣適合應用本發(fā)明。
另外，在上述的實施方式中，加工由LEC法在襯底的整個有效利用區(qū)域使在(100)方向生長的InP單晶，來得到希望的生長用襯底，也可以使用預先拋光成使襯底的整個有效利用區(qū)域自(100)方向的傾斜角度成為0.00°～0.03°或0.04°～0.24°的生長用襯底。
根據(jù)本發(fā)明，由襯底支撐工具保持生長用襯底，在通過有機金屬氣相生長法，使包含3元素或4元素組成的化合物半導體層成長在上述半導體襯底上的外延生長方法中，對襯底的整個有效利用區(qū)域拋光，使自(100)方向的傾斜角度成為0.00°～0.03°或0.04°～0.24°，做到使用該生長用襯底在襯底上以0.5μm以上的厚度形成上述化合物半導體層，因此，起到能有效防止在形成的化合物半導體層上發(fā)生異常表面形態(tài)的效果。
工業(yè)實用性本發(fā)明不限于使III-V族化合物半導體層生長在InP襯底上的情況，也能適用于，使用要生長的化合物半導體層和晶格常數(shù)的差小的結晶襯底，在該結晶襯底上外延生長化合物半導體層的情況。
權利要求書(按照條約第19條的修改)1.一種外延生長方法，其通過襯底支撐工具保持生長用襯底，利用有機金屬氣相生長法在所述生長用襯底上形成包含3元素或4元素的化合物半導體層，其特征在于，對襯底的整個有效利用區(qū)域拋光，以使自(100)方向的傾斜角度為0.00°～0.03°或0.04°～0.10°，使用該生長用襯底在襯底上以0.5μm以上的厚度形成所述化合物半導體層。
2.根據(jù)權利要求1所述的外延生長方法，其特征在于，在所述生長用襯底上形成緩沖層，在該緩沖層上形成所述化合物半導體層。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的外延生長方法，其特征在于，所述化合物半導體層是至少含有As的III-V族系化合物半導體層。
4.根據(jù)權利要求3所述的外延生長方法，其特征在于，所述化合物半導體層是InGaAs層或InAlAs層。
5.根據(jù)權利要求3或4的所述的外延生長方法，其特征在于，所述生長用襯底是位錯密度為5000cm-2以下的半導體結晶襯底。
6.根據(jù)權利要求5所述的外延生長方法，其特征在于，所述生長用襯底是InP襯底。
7.一種外延生長用襯底，其用于利用有機金屬氣相生長法在生長用襯底上形成包含3元素或4元素的化合物半導體層的外延生長方法，其特征在于，對襯底的整個有效利用區(qū)域拋光，以使自(100)方向的傾斜角度是0.00°～0.03°或0.04°～0.10°。
8.根據(jù)權利要求7所述的外延生長用襯底，其特征在于，其是位錯密度為5000cm-2以下的半導體結晶襯底。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的外延生長用襯底，其特征在于，所述生長用襯底是InP襯底。
1.一種外延生長方法，其通過襯底支撐工具保持生長用襯底，利用有機金屬氣相生長法在所述生長用襯底上形成包含3元素或4元素的化合物半導體層，其特征在于，對襯底的整個有效利用區(qū)域拋光，以使自(100)方向的傾斜角度為0.00°～0.03°或0.04°～0.2410°，使用該生長用襯底在襯底上以0.5μm以上的厚度形成所述化合物半導體層。
2.根據(jù)權利要求1所述的外延生長方法，其特征在于，在所述生長用襯底上形成緩沖層，在該緩沖層上形成所述化合物半導體層。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的外延生長方法，其特征在于，所述化合物半導體層是至少含有As的III-V族系化合物半導體層。
4.根據(jù)權利要求3所述的外延生長方法，其特征在于，所述化合物半導體層是InGaAs層或InAlAs層。
5.根據(jù)權利要求3或4的所述的外延生長方法，其特征在于，所述生長用襯底是位錯密度為5000cm-2以下的半導體結晶襯底。
6.根據(jù)權利要求5所述的外延生長方法，其特征在于，所述生長用襯底是InP襯底。
7.一種外延生長用襯底，其用于利用有機金屬氣相生長法在生長用襯底上形成包含3元素或4元素的化合物半導體層的外延生長方法，其特征在于，對襯底的整個有效利用區(qū)域拋光，以使自(100)方向的傾斜角度是0.00°～0.03°或0.04°～0.2410°。
8.根據(jù)權利要求7所述的外延生長用襯底，其特征在于，其是位錯密度為5000cm-2以下的半導體結晶襯底。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的外延生長用襯底，其特征在于，所述生長用襯底是InP襯底。
基于19條(1)修改的說明權利要求1是一種外延生長方法，其在襯底的整個有效利用區(qū)域自(100)方向的傾斜角度為0.00°～0.03°或0.04°～0.10°。
權利要求7是一種外延生長用襯底，其在襯底的整個有效利用區(qū)域自(100)方向的傾斜角度為0.00°～0.03°或0.04°～0.10°。
本發(fā)明當自(100)面的傾斜角度是0.03°～0.04°時，則產(chǎn)生異常表面形態(tài)，所以使用無成為這種面方位的部分的襯底(本申請說明書的第2頁32行)。
在國際審查報告中引用的文獻1(特開平08-330238號公報)、文獻2(特開平02-239188號公報)中，公開了將襯底表面的面方位設定為自(100)方向角度大于等于0.1°的技術，所以，通過這次的補正，將“0.04°～0.24°”變更為“0.04°～0.10°”，縮小了傾斜角度的范圍。
權利要求
1.一種外延生長方法，其通過襯底支撐工具保持生長用襯底，利用有機金屬氣相生長法在所述生長用襯底上形成包含3元素或4元素的化合物半導體層，其特征在于，對襯底的整個有效利用區(qū)域拋光，以使自(100)方向的傾斜角度為0.00°～0.03°或0.04°～0.24°，使用該生長用襯底在襯底上以0.5μm以上的厚度形成所述化合物半導體層。
2.根據(jù)權利要求1所述的外延生長方法，其特征在于，在所述生長用襯底上形成緩沖層，在該緩沖層上形成所述化合物半導體層。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的外延生長方法，其特征在于，所述化合物半導體層是至少含有As的III-V族系化合物半導體層。
4.根據(jù)權利要求3所述的外延生長方法，其特征在于，所述化合物半導體層是InGaAs層或InAlAs層。
5.根據(jù)權利要求3或4的所述的外延生長方法，其特征在于，所述生長用襯底是位錯密度為5000cm-2以下的半導體結晶襯底。
6.根據(jù)權利要求5所述的外延生長方法，其特征在于，所述生長用襯底是InP襯底。
7.一種外延生長用襯底，其用于利用有機金屬氣相生長法在生長用襯底上形成包含3元素或4元素的化合物半導體層的外延生長方法，其特征在于，對襯底的整個有效利用區(qū)域拋光，以使自(100)方向的傾斜角度是0.00°～0.03°或0.04°～0.24°。
8.根據(jù)權利要求7所述的外延生長用襯底，其特征在于，其是位錯密度為5000cm-2以下的半導體結晶襯底。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的外延生長用襯底，其特征在于，所述生長用襯底是InP襯底。
全文摘要
一種外延生長方法，其通過襯底支撐工具保持生長用襯底(例如InP襯底)，利用有機金屬氣相生長法使包含3元素或4元素的化合物的半導體層(例如InGaAs層、AlGaAs層、AlInAs層、AlInGaAs層等III－V族化合物半導體層)在所述生長用襯底上生長，其特征在于，在遍及襯底的整個有效利用區(qū)域拋光，以使自(100)方向的傾斜角度為0.00°～0.03°或0.04°～0.24°，使用該生長用襯底在襯底上以0.5.μm以上的厚度形成所述化合物半導體層。
文檔編號C30B25/18GK1708836SQ03825528
公開日2005年12月14日 申請日期2003年5月14日 優(yōu)先權日2002年12月3日
發(fā)明者中村正志, 栗田英樹 申請人:株式會社日礦材料