TWI402896B - Substrate semiconductor growth substrate and epitaxial growth method - Google Patents

Description

化合物半導體成長用基板及磊晶成長方法

本發明係關於化合物半導體層之磊晶成長技術，尤其係關於磊晶成長所使用之化合物半導體成長用基板。

以往，在InP基板上使InP等之III－V族系化合物半導體層磊晶成長之半導體晶圓，係廣泛使用於發光元件或受光元件等之半導體元件之用途上。由該化合物半導體所組成之磊晶層，係由例如，有機金屬氣相成長法(以下稱為MOCVD法)所形成。

但是，依據MOCVD法使上述之III－V族系化合物半導體層磊晶成長時，在磊晶層之表面會產生稱為「小丘」之微小的凸狀缺陷或稱為「橘子皮」之皺紋狀的缺陷，而有磊晶層之表面結構劣化之問題。因此，為改善磊晶層之表面結構，已提出種種技術(專利文獻1~3)。

例如，在專利文獻1，提出使用由〔100〕方向的偏角為0.1~0.2之晶圓，來作為磊晶成長用基板，而且係以600以上700以下之條件，使基板溫度磊晶成長之方法，且能明顯降低磊晶層之表面中之「小丘」狀缺陷(於專利文獻1係稱為淚狀缺陷)。

另外，在專利文獻2，提出基板之偏移角變大時，為防止產生「皺紋狀缺陷」，而根據成長速度與基板溫度之函數，規定了偏移角之範圍的磊晶成長方法。藉此，可大幅降低磊晶表面產生的小丘狀缺陷，且可成功防止出現皺紋狀缺陷。

又，在專利文獻3，提出連基板的缺陷密度(轉位密度)也加以考量。而規定基板偏移角之方法。具體上來說，在InP基板上使化合物半導體薄膜磊晶成長之際，使用滿足由〔100〕方向起之偏移角θ(^c )為θ≧1×10^{－ 3} D^{1 / 2} (D(cm^{－ 2} )：基板之缺陷密度)之基板。例如，基板之缺陷密度_D 為1000cm^{－ 2} 時，使用偏移角θ≧0.03之基板；1000cm－² 時。則使用偏移角θ≧0.10之基板。

另一方面，關於矽單晶膜之磊晶成長技術，係為降低磊晶層表面之微小凹凸或其他的缺陷產生，而提出不單是對基準面(例如，(100)面)之成長用基板的偏移角，還有規定其傾斜方向之技術(專利文獻4~7)。

專利文獻1：特公平6－92278號公報專利文獻2：專利第2750331號公報專利文獻3：專利第3129112號公報專利文獻4：專利第1786503號公報專利文獻5：專利第3081706號公報專利文獻6：特開2002－273647號公報專利文獻7：特開2004－339003號公報

以往，關於III－V族系化合物半導體層之磊晶成長技術，係使用如上述專利文獻1~3般地，規定主面(成長面)之偏移角與轉位密度之成長用基板。進而，依據以特定之成長條件使氣相成長，達到使表面結構良好且實用性的磊晶層成長。亦即，依據上述專利文獻1~3記載之技術，可有效降低被認為係起因於半導體成長用基板之面方位及基板轉位而發生之小丘狀缺陷。

但，本發明者們了解到利用上述專利文獻1~3所記載之技術，雖會使種種的化合物半導體層磊晶成長，但會產生與以往所觀察的小丘狀缺陷不同形式之表面缺陷。他們知道所謂與該小丘狀缺陷不同形式之表面缺陷，係為有著如針似的細長形狀之缺陷，該等尤其易產生於使近來積極開發的A1系化合物半導體層(例如，InA1As等)磊晶成長時。

本發明之目的在於提供一種在化合物半導體層，尤其是使A1系化合物半導體層磊晶成長之際，用以抑制產生與小丘狀缺陷不同形式之表面缺陷之有效的成長用基板及磊晶成長方法。

本發明係為了解決上述課題而創作出來的，其係一種相對於(100)面，以特定之偏移角呈傾斜的結晶面為主面之化合物半導體成長用基板，其特徵為：將主面之法線向量投影於(100)面之向量方向，與〔0－11〕方向、〔01－1〕方向、〔011〕方向或〔0－1－1〕方向之任一方向所成的角度(偏角β)為35。以下。如此地，主面使用於特定之方向傾斜之成長用基板，因在該基板上，使化合物半導體層磊晶成長，故可降低磊晶層之表面缺陷(尤其是與小丘狀缺陷不同形式之表面缺陷)。

在此關於方向之表示方法，一般來說，值為負時，係在數字上加”－“來表示，但於本明細書及申請專利範圍中，係在數字前加”－“來表示，亦即一般之標示與本明細書及申請專利範圍之標示的對應關係如第3圖。

另外，本發明中，係以〔0－11〕方向、〔01－1〕方向、〔011〕或〔0－1－1〕為基準來規定偏角β，惟當然亦能以其他之軸方向(例如，〔001〕方向、〔00－1〕方向、〔010〕方向或〔0－10〕方向等)為基準來規定。

又，為防止在磊晶層表面產生小丘狀缺陷，上述特定之偏移角較佳為0.05~0.2°之範圍。

又，作為上述成長用基板，最有效為適用InP基板等之III－V族系化合物半導體基板時，尤其是在該基板上，使InAlAs等之A1系化合物半導體層磊晶成長時係為有效。

在此，參考第1圖，針對成長用基板之偏移角及傾斜方向，加以說明。於第1圖中，符號W為主面以不與(100)面成平行之方式之切片半導體成長用基板。

此時，基板W之法線向量n與(100)面之法線方向〔100〕所成的角度，變成偏移角α。又，將主面之法線向量n投影於(100)面之向量為向量p。也可將此向量p之方向稱為基板之傾斜方向，例如，若以〔01－1〕為基準，就能以向量p與〔01－1〕方向所成的角度β(以下稱為偏角)來特定。

以下就本發明到完成的原委來加以說明。

首先本發明者們了解到利用上述專利文獻1~3所記載之技術，雖會使種種的化合物半導體層磊晶成長，但會產生與以往所觀察的小丘狀缺陷不同形式之新的表面缺陷。同時，他們知道.該新的表面缺陷尤其易產生於使A1系化合物半導體層(例如，InA1As等)磊晶成長時。

因此以有關上述專利文獻4~7所記載之矽晶磊晶成長之技術為參考，針對即使於化合物半導體層之磊晶成長，考量成長用基板之傾斜方向與磊晶層之表面缺陷是否有什麼關係，且成長用基板之傾斜方向與上述表面缺陷之關係而加以研究過。

具體上來說，以〔0－11〕方向基準，並使用在0°~50°之範圍。使主面之法線向量n投影於(100)面之向量p與〔01－1〕方向所成的角度β(參考第1圖)產生變化之成長用基板，在該成長用基板上，使化合物半導體層磊晶成長。此時將相對於(100)面之主面之設定為0.10°、0.15°以免產生起因於成長用基板之偏移角的小丘狀缺陷。另外使用滲雜S之InP基板，作為成長用基板，使InA1As層磊晶成長為化合物半導體層。

表1係表示上述表面缺陷對偏角β的產生狀況的圖表。表1中，○係表示未產生表面缺陷，X係表示有產生表面缺陷。由表1了解到偏角β一超過35°就會產生上述表面缺陷，另外，看不出來小丘狀缺陷之產生與偏角β的大小沒關係。

進而反覆實驗之結果，以〔01－1〕方向為基準，得到將偏角β設定為負方向時也出現與表1相同的結果。由此，本發明者們得到了為降低在磊晶層所產生之上述表面缺陷，使用在偏角β為0≦β≦35°之範圍所成長用基板係為有效的共識。

又，以〔0－11〕方向、〔011〕方向或〔0－1－1〕方向為基準時，也與以〔01－1〕方向為基準時一樣地，因使用在偏角β為－35°<β<35°之範圍所成長用基板，而能降低在磊晶層所產生之上述表面缺陷。

本發明係基於上述共識而完成的，係一種於特定方向具有傾斜之主面的半導體成長用基板。具體上來說，若能使用將主面之法線向量n投影於(100)面之向量p為第2圖所示之斜線區域的成長用基板，而使其磊晶成長則為圓滿。

根據本發明。於相對(100)面，以由特定之偏移角傾斜之結晶面為主面之化合物半導體成長用基板中，將主面之法線向量投影於(100)面之向量方向，與〔0－11〕方向、〔01－1〕方向、〔011〕方向或〔0－1－1〕方向之任一方向所成的角度，以35°以下之方式，使化合物半導體層在該成長用基板上磊晶成長，故可降低產生小丘狀缺陷以外之表面缺陷，而可得到極優質之磊晶層。

〔發明之實施形態〕

以下根據圖面說明本發明之適合的實施型態。

(實施例)

首先，利用液體密封切克勞斯基法(晶體生長法；LEC)，在面方位為(100)，製作直徑2吋之滲雜S之InP單結晶，由該InP單結晶，製作以具有來自特定之〔100〕方向的偏移角以及來自〔01－1〕方向的偏角β之方式所切出而磊晶之成長用基板。然後利用一般之方法，將該InP單結晶基板之表面施予鏡面加工，再準備〔100〕方向起之偏角β為0、5、10、15、20、25、30°，滲雜S濃度為4×10^{1 8} cm^{－ 3} 、350 μ m厚之InP基板。

使用該InP基板，利用MOCVD法，使InAlAs磊晶結晶層成長1 μ m，觀察磊晶層之表面狀態。其結果，於得到之磊晶結晶層中，觀察到不但沒小丘狀缺陷，而與小丘狀缺陷不同形式之表面缺陷也不會有之極優良的表面狀態。

(比較例)

與上述實施例一樣，製作磊晶成長用基板，利用一般之方法，將該InP單結晶基板之表面施予鏡面加工，再準備來自〔100〕方向之偏移角為0.1、來自〔01－1〕方向之偏角β為35、40、45、50。而滲雜S濃度為4×10^{1 8} cm^{－ 3} 、350 μ m厚之InP基板。

使用該該InP基板，利用MOCVD法，使InAlAs磊晶結晶層成長1 μ m，觀察磊晶層之表面狀態。其結果，於得到之磊晶結晶層中，小丘狀缺陷觀察不出，但可觀察與小丘狀缺陷不同形式之表面缺陷。

如同上述般，主面之偏移角為0.1，使用來自〔0－11〕方向的偏角為0≦β≦35之InP基板，在該InP基板上，使InAlAs化合物半導體層磊晶成長，故使得小丘狀缺陷以外之表面缺陷也可降低，而可得到極優質之磊晶層。

以上，基於實施形態，具體上說明了本發明者所作的發明，但本發明非限定於上述實施形態，而可在不脫逸之範圍變更其要旨。

例如在實施形態中，係使用來自〔01－1〕方向的偏角為0≦β≦35之InP基板。惟以〔01－1〕方向為基準，採用偏移角為負方向時亦可得到相同效果。亦即，因使用在來自〔01－1〕方向之偏移角為－35°<β<35°之範圍的InP基板，而可降低於磊晶層所發生之上述表面缺陷。

又，以〔0－11〕方向、〔011〕方向或〔0－1－1〕方向為基準時，也與以〔01－1〕方向為基準時一樣地，因使用在偏角β為－35°<β<35°之範圍的InP基板，而能降低在InAlAs磊晶層所產生之上述表面缺陷。亦即，因使用主面之傾斜方向(偏角β)為第2圖所示之位於斜線區域之InP基板，而可得到極優質之磊晶層。

又，在實施形態中，係以InP基板之偏移為0.1°，惟主面之偏移角在0.05~0.2°之範圍即可。由於如此處理，故能有效防止磊晶層表面產生小丘狀缺陷。

另外，上述實施形態中，因針對InP基板上，使InAlAs層磊晶成長之例作了說明，惟於InP基板上，使InAlAs以外之III－V族系化合物半導體層(如InGAAs)基板磊晶成長時，也一樣適用本發明。又，一般認為不限InP基板，可全面適用於使用其他之化合物半導體基板之磊晶成長。

第1圖係表示成長用基板之偏移角及傾斜方向之說明圖。

第2圖係表示有關本發明之偏角β的有效區域之說明圖。

第3圖係表示針對方向的記法，一般之標示與本明細書及申請專利範圍之標示的對應關係之說明圖。

Claims (2)

1. 一種Al系化合物半導體或InGaAs成長用基板，其係相對於(100)面，以特定之偏移角呈傾斜的結晶面為主面之由InP基板所構成的，使用於有機金屬氣相成長法之Al系化合物半導體或InGaAs成長用基板，其特徵為：將主面之法線向量投影於(100)面之向量方向，與〔0-11〕方向、〔01-1〕方向、〔011〕方向或〔0-1-1〕方向之任一方向所成的角度為35°以下，上述特定之偏移角，係為0.05~0.2°之範圍。
2. 一種磊晶成長方法，其特徵為：具有相對於(100)面，以特定之偏移角呈傾斜的主面，且使用將該主面之法線向量投影於(100)面之向量方向，與〔0-11〕方向、〔01-1〕方向、〔011〕方向或〔0-1-1〕方向之任一方向所成的角度為35°以下之Al系化合物半導體或InGaAs成長用InP基板，藉由有機金屬氣相成長使Al系化合物半導體或InGaAs層在該成長用基板上磊晶成長；上述特定之偏移角，係為0.05~0.2°之範圍。