DE102009033648B4

DE102009033648B4 - Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats, Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers, III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und Epitaxial-Wafer

Info

Publication number: DE102009033648B4
Application number: DE102009033648.6A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Nakayama; Yasuaki Higuchi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2024-04-18
Anticipated expiration: 2029-07-18
Also published as: JP2010027853A; DE102009033648A1; JP4697272B2; TWI502635B; CN101630641A; US20100013053A1; TW201005816A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats (10), das in der angegebenen Reihenfolge die folgenden Schritte umfasst:Fertigen (S11) eines Substrats (11), das aus einem III-V-Verbindungshalbleiter besteht;Reinigen (S12) des Substrats (11) mit einer sauren Lösung; undAusbilden (S13) eines Oxidfilms (12) auf dem Substrat (11) mit einem Nass-Verfahren nach dem Reinigen (S12),wobei bei dem Ausbilden (S13) des Oxidfilms (12) der Oxidfilm (12) ausgebildet wird, der eine Dicke von 1,5 nm (15 Å) oder mehr und 3 nm (30 Å) oder weniger hat.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats, ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers, ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat sowie einen Epitaxial-Wafer. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats, ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers, ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und einen Epitaxial-Wafer, die geeigneterweise für Vorrichtungen, beispielsweise Feldeffekttransistoren (FET) und Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (high electron mobility transistors - HEMT), eingesetzt werden.
2. Beschreibung der verwandten Technik
III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate arbeiten als leistungsfähige Verstärker und Schalter auf dem Gebiet von Mobiltelefonen und werden daher als Basismaterialien für Drahtlos-Kommunikationsvorrichtungen eingesetzt, so beispielsweise in Form von FET, HEMT und Bipolartransistoren mit Heteroübergang (heterojunction bipolar transistors - HBT). Gegenwärtig wird bei der Herstellung von HEMT-Vorrichtungen, die für Mobiltelefone und dergleichen eingesetzt werden, eine Dünnfilm-Epitaxialschicht, beispielsweise eine Galliumarsenid-(GaAs)-Schicht, eine Aluminium-Galliumarsenid-(AlGaAs)-Schicht oder eine Indium-Galliumarsenid-(InGaAs)-Schicht beispielsweise auf einem GaAs-Substrat mittels eines Verfahrens der metallorganischen Gasphasen-Epitaxie (metal-organic vapor phase epitaxy - MOVPE), eines Verfahrens der Molekularstrahlepitaxie (molecular beam epitaxy - MBE) oder dergleichen ausgebildet. In diesem Fall wird, wenn Verunreinigungen und dergleichen an einer Oberfläche des GaAs-Substrats oder dergleichen haften, keine Epitaxialschicht mit guter Qualität erzeugt. Des Weiteren verschlechtern sich die Eigenschaften der Vorrichtung im Anschluss. Es ist beispielsweise bekannt, dass, wenn Verunreinigungen, die freie Elektronen emittieren, an einer Grenzfläche zwischen der Epitaxialschicht und dem GaAs-Substrat vorhanden sind, diese Verunreinigungen die Abschnür- bzw. Pinch-Off-Eigenschaften und die Drain-Durchschlagspannung einer Vorrichtung beeinflussen. Um diese Schäden zu vermeiden, sind bisher Verunreinigungen an der Oberfläche durch Ausführen von Nassätzen der Oberfläche des GaAs-Substrats vor dem epitaxialen Aufwachsen entfernt worden. Als Alternative dazu sind Verunreinigungen entfernt worden, indem Reinigen der Oberfläche des GaAs-Substrats mit einem eingeleiteten Gas, Wärme oder dergleichen durchgeführt wird, nachdem das GaAs-Substrat in einer Epitaxial-Aufwachsvorrichtung angeordnet worden ist.
Jedoch ist es, selbst wenn die oben beschriebene Vorbehandlung und Reinigung durchgeführt werden, schwierig, Kontamination mit einer sehr geringen Menge an Komponenten in einer Reinraumatmosphäre oder einer Vorrichtung zu vermeiden. Beispielsweise haftet Silizium mit einer hohen Clarke-Zahl oder dergleichen selbst in einer kontrollierten Umgebung relativ leicht an einem Halbleitersubstrat und sammelt sich an einer Grenzfläche zwischen dem GaAs-Substrat und der Epitaxialschicht, so dass sie in den Zustand versetzt wird, in dem freie Elektronen emittiert werden. Dadurch weist die oben beschriebene Vorrichtung beeinträchtigte Eigenschaften auf.
Die JP H09 - 320 967 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiter-Wafers, bei dem ein Oxidfilm mit einer Dicke von 2 bis 30 nm auf einem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat über Einwirkung von UV-Ozon ausgebildet wird, als ein Mittel zum Beheben des oben beschriebenen Nachteils. Dieses Dokument offenbart, dass Si, das in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und der Epitaxialschicht verbleibt, durch Ausbilden des Oxidfilms elektrisch inaktiv gemacht wird.
Des Weiteren offenbart die JP H11 - 126 766 A ein Verfahren zum Reinigen eines Halbleiterkristall-Wafers, bei dem ein Oxidfilm über Eintauchen in ozonhaltiges ultrareines Wasser ausgebildet wird und anschließend der Oxidfilm entfernt wird, indem Reinigung mit einer basischen Lösung oder einer aus Base und Säure gemischten Lösung durchgeführt wird. Dieses Dokument offenbart, dass Verunreinigungen, die auf einer Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats verbleiben, entfernt werden.
Des Weiteren offenbart die JP 2003 - 206 199 A einen Verbindungshalbleiter-Kristall, bei dem ein Verhältnis von Sauerstoff (O) und Si, die an einer Grenzfläche zwischen einem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und einer Epitaxialschicht vorhanden sind, 2 oder mehr beträgt. Dieses Dokument offenbart, dass verhindert wird, dass Si als Einzelsubstanz an der Grenzfläche vorhanden ist, indem Si und O chemisch kombiniert werden, um Siliziumdioxid (SiO₂) zu erzeugen.
Weiterhin offenbart die JP 2006 - 128 651 A eine Halbleitervorrichtung, die einen Si-Oxidfilm enthält, wobei die Trübung (haze) der Oberfläche des Si-Oxidfilms 10 ppm oder weniger beträgt. Dieses Dokument offenbart, dass Si und Si-Verbindungen, die an einer Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats vorhanden sind, durch den Si-Oxidfilm deaktiviert werden und daher keine Akkumulation von Trägern aufgrund der Wirkung von Si als ein Donator stattfindet und die Oberflächenmorphologie nicht beeinträchtigt wird.
Weiterer Stand der Technik ist aus JP 2007 - 103 613 A und JP H01 - 217 928 A bekannt.
Zusammenfassung der Erfindung
In der JP H09 - 320 967 A wird jedoch UV-Ozon unter Verwendung eines UV-Ozongenerators aufgebracht. Das heißt, da Sauerstoff, der an dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat vorhanden ist, mit ultravioletten Strahlen ozonisiert wird, um Ozon zu erzeugen, ist es schwer, die Menge an Sauerstoff zu steuern, die erforderlich ist, um ein Oxidfilm-Optimum zum Deaktivieren von Si zu erzeugen, das eine Verunreinigung darstellt, die auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat verbleibt. Daher ist bei der in diesem Dokument offenbarten Erfindung die Steuerbarkeit, die zum Ausbilden eines gewünschten Oxidfilms erforderlich ist, mangelhaft. Des Weiteren kommt es, da die Ozondichte in dem Gas gering wird, zu Schwankungen hinsichtlich der Konzentration von Ozon, das mit der Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats in Kontakt kommt. Daher kommt es zu Schwankungen hinsichtlich der Dicke des Oxidfilms.
Was die oben beschriebenen vier Erfindungen angeht, so sind relativ große Mengen an Sauerstoff an den Oberflächen der III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate vorhanden. Wenn der Grad an Oxidation der Oberfläche zunimmt, wird die Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats mit dem Oxidfilm überzogen. Dadurch entsteht dahingehend ein Problem, dass die Oberfläche der Epitaxialschicht auf einer Atomebene aufgeraut wird, da Gitteranpassung zwischen der Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats und der Epitaxialschicht mangelhaft wird oder Stufenwachstum erschwert wird.
Des Weiteren wird in der JP H11 - 126 766 A der Oxidfilm auf der Oberfläche unter Verwendung von Ozon-Wasser ausgebildet. Das Ozon-Wasser ist eine neutrale Flüssigkeit. Im Allgemeinen werden, wenn das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat mit reinem Wasser (neutral) oder einer basischen Lösung behandelt wird, Oxide der Gruppe V einfach entfernt, und in dem Fall, in dem die Behandlung mit einer sauren Lösung durchgeführt wird, werden Oxide der Gruppe III leicht entfernt. Daher wird, wenn die Behandlung mit dem neutralen Ozon-Wasser durchgeführt wird, wie dies in diesem Dokument der Fall ist, die Substratoberfläche des III-V-Verbindungshalbleiters einfach auf stöchiometrischer Basis zu einer Oberfläche, die reich an Elementen der Gruppe III ist. Bei einem Temperaturerhöhungsschritt beim epitaxialen Aufwachsen tritt Dissoziation von Elementen der Gruppe V leichter auf als Dissoziation von Elementen der Gruppe III. Daher bleiben, wenn die Epitaxialschicht wächst, Oxide der Gruppe III leicht zurück, und die Oberfläche wird, der Stöchiometrie in dem Substratzustand folgend, leicht mit Elementen der Gruppe III angereichert. Dieses Ungleichgewicht bezüglich der Stöchiometrie ist einer der Gründe der Aufrauung der Oberfläche der Epitaxialschicht.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen. Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats, ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers, ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und einen Epitaxial-Wafer zu schaffen, wobei bei dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und dem Epitaxial-Wafer die Dicke eines Oxidfilms darin bzw. darauf mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann und die Aufrauung der Oberfläche bei der Ausbildung einer Epitaxialschicht verhindert wird.
Ein Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung schließt den Schritt des Fertigens eines Substrats, das aus einem III-V-Verbindungshalbleiter besteht, (im Folgenden der Einfachheit halber möglicherweise als Fertigungsschritt bezeichnet), des Reinigens des oben beschriebenen Substrats mit einer sauren Lösung (im Folgenden der Einfachheit halber möglicherweise als Reinigungsschritt bezeichnet) und des Ausbildens eines Oxidfilms auf dem oben beschriebenen Substrat mit einem Nassverfahren nach dem oben beschriebenen Reinigen (im Folgenden der Einfachheit halber möglicherweise als Oxidfilm-Ausbildungsschritt bzw. Ausbildungsschritt bezeichnet) in dieser Reihenfolge ein. In dem Schritt des Bildens des Oxidfilms (12) wird der Oxidfilm (12) mit einer Dicke von 1,5 nm (15 Å) oder mehr und 3 nm (30 Å) oder weniger gebildet.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird das Substrat mit der sauren Lösung gereinigt, bevor der Oxidfilm ausgebildet wird. Der Erfinder hat intensive Forschungen betrieben und ist in deren Verlauf zu der Erkenntnis gekommen, dass, wenn ein Substrat mit einer sauren Lösung gereinigt wurde, Atome der Gruppe V in relativ großem Maß an der Oberfläche des Substrats vorhanden waren und Atome der Gruppe III in relativ geringem Maß vorhanden waren. Bei der Ausbildung der Epitaxialschicht unter Verwendung des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats dissoziieren Atome der Gruppe V leicht, da der Dissoziationsdruck der Elemente der Gruppe V beim Temperaturerhöhungsschritt des Aufwachsens hoch ist. Jedoch ist eine große Menge an Atomen der Gruppe V an der Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung vorhanden, und ein Verlust von Atomen der Gruppe V an der Oberfläche aufgrund der Ausbildung der Epitaxialschicht kann verhindert werden. Folglich können die Atome der Gruppe V und die Atome der Gruppe III an der Oberfläche der Epitaxialschicht bezüglich des stöchiometrischen Gleichgewichts ausgeglichen werden. Da die vorliegende Erfindung dieses Gleichgewicht zwischen den Atomen der Gruppe III und den Atomen der Gruppe V aufweist, kann die Oberfläche der Epitaxialschicht glatt ausgeführt werden, und die Aufrauung der Oberfläche der Epitaxialschicht kann verhindert werden.
Des Weiteren wird der Oxidfilm mit dem Nassverfahren ausgebildet. Bei dem Nassverfahren kann die Dicke des Oxidfilms einfach gesteuert werden, indem die Konzentration des Oxidationsmittels in der Lösung und die Behandlungszeit des Substrats gesteuert werden. Dadurch kann die Dicke des Oxidfilms mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.
Wenn dabei der Oxidfilm auf der Substratoberfläche ausgebildet wird, bildet der Sauerstoff desselben beim Schritt des epitaxialen Aufwachsens eine tiefe Verunreinigungsschicht in dem III-V-Verbindungshalbleiter und dient dazu, freie Elektronen von Si einzufangen. Freie Elektronen können deaktiviert werden, indem ein optimales Maß des Oxidfilms gewährleistet wird, um Si-Träger zu kompensieren, die an der Substratoberfläche vorhanden sind. Daher trägt Ausbildung des Oxidfilms vorteilhafterweise zu den Eigenschaften der Vorrichtung bei, d.h. den Pinch-Off-Eigenschaften sowie der Drain-Durchschlagspannung.
Es kann, wie oben beschrieben, das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat erzeugt werden, bei dem Träger an der Grenzfläche desselben zwischen dem Substrat und der Epitaxialschicht dadurch harmlos werden, dass die Dicke des Oxidfilms gesteuert wird, und des Weiteren wird die Aufrauung der Oberfläche der Epitaxialschicht durch Reinigen mit der sauren Lösung verhindert.
Wie zuvor beschrieben, wird bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats bei dem oben beschriebenen Schritt der Ausbildung des Oxidfilms der Oxidfilm mit einer Dicke von 1,5 nm (15 Å) oder mehr und 3 nm (30 Å) oder weniger ausgebildet.
In dem Fall, in dem die Dicke des Oxidfilms 1,5 nm (15 Å) oder mehr beträgt, kann Si effektiv durch O in dem Oxidfilm deaktiviert werden. Dadurch kann ein Einfluss von Si, das als ein Träger wirkt, reduziert werden. Wenn hingegen die Dicke des Oxidfilms 3 nm (30 Å) oder weniger beträgt, kann, wenn eine Epitaxialschicht auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat ausgebildet wird, ein Einfluss des Oxidfilms, der auf die Oberflächenrauigkeit der Epitaxialschicht ausgeübt wird, reduziert werden, und damit die Aufrauung der Oberfläche effektiv verhindert werden.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats wird bei dem Reinigungsschritt vorzugsweise die saure Lösung mit einem pH-Wert von 6 oder weniger eingesetzt.
Gemäß dem oben Beschriebenen ist eine große Menge an Atomen der Gruppe V an der Oberfläche des Substrats vorhanden (reich an Atomen der Gruppe V), und das Gleichgewicht bezüglich der Stöchiometrie an der Oberfläche nach dem Aufwachsen der Epitaxialschicht kann aufrechterhalten werden. Dadurch kann weitergehend verhindert werden, dass die Oberfläche der Epitaxialschicht rau wird.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats wird bei dem Schritt des Ausbildens des Oxidfilms der Oxidfilm vorzugsweise unter Verwendung von Wasserstoffperoxid-Wasser ausgebildet.
Die Zerfallsgeschwindigkeit von Wasserstoffperoxid ist sehr niedrig, und die Sauerstoffkonzentration in der Lösung bleibt zeitlich lang stabil. Dadurch lässt sich die Dicke des Oxidfilms erfolgreich steuern. Folglich kann der Oxidfilm mit guter Reproduzierbarkeit ausgebildet werden.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats wird bei dem Fertigungsschritt vorzugsweise das Substrat gefertigt, das aus Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) oder Galliumnitrid (GaN) besteht.
So kann das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat, das als Halbleiterelement eingesetzt werden kann, erzeugt werden.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt die Schritte des Erzeugens eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats mittels eines der oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats sowie des Ausbildens einer Epitaxialschicht auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat ein.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird anfangs eine Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats unter Verwendung einer sauren Lösung so gesteuert, dass sie reich an Elementen der Gruppe V wird, und anschließend wird eine Epitaxialschicht auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat ausgebildet, wobei die Dicke des Oxidfilms mit guter Reproduzierbarkeit gesteuert wird. Da Elemente der Gruppe V, die auf der Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats vorhanden sind, durch die Behandlung mit einer sauren Lösung vergleichsweise vermehrt werden, wird der Verlust von Elementen der Gruppe V an der Oberfläche der darauf ausgebildeten Epitaxialschicht verhindert. Daher kann die Aufrauung der Oberfläche der Epitaxialschicht aufgrund einer gut ausgewogenen Beziehung bezüglich der Menge zwischen den Elementen der Gruppe III und den Elementen der Gruppe V verhindert werden. Des Weiteren können, da die Dicke des Oxidfilms erfolgreich gesteuert wird, Si-Träger mit hoher Genauigkeit (mit guter Reproduzierbarkeit) kompensiert werden, wodurch sie unschädlich werden. Folglich trägt der erzeugte Epitaxial-Wafer vorteilhaft zu den Eigenschaften der Vorrichtung bei, beispielsweise den Pinch-Off-Eigenschaften und der Drain-Durchschlagspannung.
Ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird mit einem der oben beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats erzeugt.
Das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Substrat mit einer Oberfläche, auf der Atome der Gruppe V in vergleichsweise großer Zahl vorhanden sind und Atome der Gruppe III in vergleichsweise geringer Zahl. Andererseits dissoziieren Elemente der Gruppe V leicht, da bei der Ausbildung der Epitaxialschicht der Dissoziationsdruck der Elemente der Gruppe V bei dem Temperaturerhöhungsschritt beim Aufwachsen hoch ist. Das heißt, die Atome der Gruppe V und die Atome der Gruppe III an der Oberfläche der Epitaxialschicht werden bei gut im Gleichgewicht befindlicher Stöchiometrie nach dem epitaxialen Aufwachsen angeglichen. Daher kann verhindert werden, dass die Epitaxialschicht an ihrer Oberfläche bei der Ausbildung der Epitaxialschicht auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat rau wird.
Das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält den Oxidfilm, der eine mit hoher Genauigkeit gesteuerte Dicke hat. Folglich können Si-Träger deaktiviert werden, so dass die Eigenschaften eines Halbleiterelementes verbessert werden können, wenn das Halbleiterelement unter Verwendung dieses III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats ausgebildet wird.
Bei dem oben beschriebenen III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat hat der Oxidfilm vorzugsweise eine Dicke von 1,5 nm (15 Å) oder mehr oder 3 nm (30 Å) oder weniger.
Wenn die Dicke des Oxidfilms 1,5 nm (15 Å) oder mehr beträgt, werden Si-Träger ausreichend deaktiviert. Dadurch können die Eigenschaften des Halbleiterelementes verbessert werden, wenn das Halbleiterelement unter Verwendung dieses III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats ausgebildet wird. Wenn die Dicke des Oxidfilms 3 nm (30 Å) oder weniger beträgt, kann, wenn eine Epitaxialschicht auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat ausgebildet wird, ein Einfluss des Oxidfilms, der auf die Oberflächenrauigkeit der Epitaxialschicht ausgeübt wird, reduziert werden, so dass das Aufrauen der Oberfläche effektiv verhindert wird.
Ein Epitaxial-Wafer gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eines der oben beschriebenen III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate und eine Epitaxialschicht, die auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat angeordnet ist.
Bei dem Epitaxial-Wafer gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Epitaxialschicht auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat ausgebildet, wobei die Oberfläche so gesteuert wird, dass sie reich an Elementen der Gruppe V ist, und des Weiteren wird die Dicke des Oxidfilms mit guter Reproduzierbarkeit gesteuert. Da der Verlust von Elementen der Gruppe V verhindert wird, wird die Aufrauung der Oberfläche der Epitaxialschicht verhindert. Des Weiteren kann, da Schwankungen der Dicke des Oxidfilms verhindert werden, die Menge an deaktiviertem Si gesteuert werden. Folglich können die Eigenschaften eines Halbleiterelementes verbessert werden, wenn das Halbleiterelement unter Verwendung dieses Epitaxial-Wafers ausgebildet wird.
In der Patentbeschreibung bezieht sich der Terminus „III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat“ auf ein Verbindungshalbleiter-Substrat, das Atome der Gruppe III und Atome der Gruppe V enthält. Der Terminus „Gruppe III“ bezieht sich auf Gruppe Illb des alten Systems der international union of pure and applied chemistry (IUPAC), und der Terminus „Gruppe V“ bezieht sich auf Gruppe Vb des alten IUPAC-Systems.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats, des Verfahrens zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers, des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats und des Epitaxial-Wafers entsprechend Aspekten der vorliegenden Erfindung kann, da Reinigen mit der sauren Lösung durchgeführt wird und der Oxidfilm mit dem Nassverfahren ausgebildet wird, die Dicke des Oxidfilms mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, und des Weiteren wird die Epitaxialschicht, die erzeugt wird, indem die Epitaxialschicht auf dem Substrat ausgebildet wird, mit der Oberfläche versehen, deren Aufrauung verhindert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Schema, das ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Behandlungsvorrichtung zeigt, die in einem Reinigungsschritt gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
4 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Epitaxial-Wafer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Zustand zeigt, in dem die Epitaxialschicht gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung eine Vielzahl von Schichten enthält;
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ist ein Schema, das die Beziehung zwischen der Temperatur beim thermischen Reinigen und dem Flächenwiderstand an einer Grenzfläche zwischen einem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und einem Epitaxial-Wafer im Beispiel 2 darstellt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Ausführungsformen und die Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche oder entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Erläuterung wird nicht wiederholt.
Erste Ausführungsform
1 ist eine Schnittansicht, die schematisch ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält, wie in 1 gezeigt, ein Substrat 11 und einen Oxidfilm 12. Der Oxidfilm 12 ist auf dem Substrat 11 angeordnet.
Das Substrat 11 besteht aus einem III-V-Verbindungshalbleiter, der GaAs, InP, GaN, Aluminiumnitrid (AIN), Indiumnitrid (InN) oder dergleichen enthält und vorzugsweise GaAs, InP oder GaN enthält.
Der Oxidfilm 12 weist eine Oberfläche 12a auf, die einer Oberfläche gegenüberliegt, die sich an der Seite des Substrats 11 befindet. Vorzugsweise hat der Oxidfilm 12 eine Dicke H von 1,5 nm (15 Å) oder mehr und 3 nm (30 Å) oder weniger, und die Dicke H von 1,7 nm (17 Å) oder mehr und 1,9 nm (19 Å) oder weniger wird eher bevorzugt. In dem Fall, in dem die Dicke H des Oxidfilms 12 bis 1,5 nm (15 Å) oder mehr beträgt, wird Si ausreichend deaktiviert. Daher ist ein Halbleiterelement, das unter Verwendung dieses III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 ausgebildet wird, mit den verbesserten Eigenschaften eines Halbleiterelementes versehen. In dem Fall, in dem die Dicke H des Oxidfilms 12 1,7 nm (17 Å) oder mehr beträgt, können die Eigenschaften des Halbleiterelementes weiter verbessert werden. Wenn hingegen die Dicke H des Oxidfilms 12 3 nm (30 Å) oder weniger beträgt, kann, wenn eine Epitaxialschicht auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 ausgebildet wird, ein Einfluss des Oxidfilms 12, der auf die Oberflächenrauigkeit der Epitaxialschicht ausgeübt wird, reduziert werden, und so kann effektiv verhindert werden, dass die Oberfläche rau wird. Wenn die Dicke H des Oxidfilms 12 1,9 nm (19 Å) oder weniger beträgt, kann die Aufrauung der Oberfläche noch effektiver verhindert werden.
Dabei bezieht sich der oben verwendete Terminus „Dicke des Oxidfilms 12“ auf einen Wert der Dicke des Oxidfilms 12, der sich nahezu im Mittelabschnitt des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 befindet und der beispielsweise unter Verwendung eines Ellipsometers, gemessen wird.
Des Weiteren enthält der Oxidfilm 12 vorzugsweise Atome der Gruppe III, Atome der Gruppe V, O-Atome und Si-Atome.
Weiterhin beträgt der Oxidationsindex des Oxidfilms 12 vorzugsweise 0,5 oder mehr und noch besser 0,7 oder mehr. In dem Fall, in dem der Oxidationsindex 0,5 oder mehr beträgt, kann im Wesentlichen die Dicke H des Oxidfilms 12 bestimmt werden. In dem Fall, in dem der Oxidationsindex 0,7 oder mehr beträgt, kann die Dicke H des Oxidfilms 12 im Wesentlichen ausreichend bestimmt werden.
Dabei bezieht sich der oben verwendete Terminus „Oxidationsindex des Oxidfilms 12“ auf einen Wert, der auf Basis einer Formel {(Gruppe III-O) + (Gruppe V-O)}/{(Gruppe III-Gruppe V) + (Gruppe III-O) + (Gruppe V-O)} anhand der Bindungszahl von Atomen der Gruppe III und O-Atomen (Gruppe III-O), der Bindungszahl von Atomen der Gruppe V und O-Atomen (Gruppe V-O) und der Bindungszahl von Ga-Atomen und As-Atomen (Gruppe III-Gruppe V) berechnet wird, die jeweils beispielsweise mit einem XPS-Verfahren gemessen werden.
2 ist ein Schema, das ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Zunächst wird, wie in 2 gezeigt, ein Fertigungsschritt (S11) zum Fertigen des aus einem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat bestehenden Substrats 11 ausgeführt. In dem Fertigungsschritt (S11) wird vorzugsweise das Substrat 11, das aus GaAs, InP oder GaN besteht, gefertigt.
Anschließend wird ein Reinigungsschritt (S12) zum Reinigen des Substrats 11 mit einer sauren Lösung ausgeführt. Es wird verhindert, dass Atome der Gruppe V von der Oberfläche des Substrats 11 fallen, indem der Reinigungsschritt (S12) durchgeführt wird. Folglich weist das Substrat 11 nach dem Reinigungsschritt (S12) eine an Elementen der Gruppe V reiche Oberfläche auf.
In dem Reinigungsschritt (S12) beträgt der pH-Wert der verwendeten sauren Lösung vorzugsweise 6 oder weniger, und noch besser ist ein pH-Wert von 2,0 oder mehr und 5,5 oder weniger. In dem Fall, in dem der pH-Wert 6 oder weniger beträgt, kann das Herunterfallen von Atomen der Gruppe V von der Oberfläche des Substrats 11 weitergehend verhindert werden, und so kann die Oberfläche des Substrats 11 weiter mit Atomen der Gruppe V angereichert werden. In dem Fall, in dem der pH-Wert 5,5 oder weniger beträgt, kann die Oberfläche des Substrats 11 noch mehr mit Atomen der Gruppe V angereichert werden. Hingegen kann in dem Fall, in dem der pH-Wert 2,0 oder mehr beträgt, die Oberfläche des Substrats 11 mit Atomen der Gruppe V angereichert werden, und des Weiteren kann verhindert werden, dass die Oberfläche aufgrund der verwendeten sauren Lösung rau wird.
Bezüglich der sauren Lösung, die in dem Reinigungsschritt (S12) eingesetzt wird, bestehen keine speziellen Einschränkungen. Beispielsweise können verdünnte Salzsäure, verdünnte Schwefelsäure, verdünnte Salpetersäure und organische Säuren eingesetzt werden. Was die organische Säure angeht, so kann beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure, Milchsäure, Apfelsäure und Zitronensäure eingesetzt werden.
Hinsichtlich der Temperatur der sauren Lösung, die in dem Reinigungsschritt (S12) eingesetzt wird, bestehen keine speziellen Beschränkungen. Jedoch wird Raumtemperatur bevorzugt. In dem Fall, in dem die Temperatur auf die Raumtemperatur festgelegt ist, kann eine Vorrichtung zum Herstellen des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 vereinfacht werden.
Des Weiteren bestehen bezüglich der Reinigungszeit keine speziellen Einschränkungen. Beispielsweise werden jedoch 10 Sekunden oder mehr und 300 Sekunden oder weniger bevorzugt. Indem der Reinigungsschritt in diesem Bereich ausgeführt wird, können die Kosten für die saure Lösung reduziert werden, und die Produktivität kann verbessert werden.
Der Reinigungsschritt (S12) schließt eine Art und Weise ein, wie eine verdünnte saure Lösung mit einer Konzentration von wenigen Prozent oder weniger eingesetzt wird, und die saure Lösung wird unter Verwendung einer Ultraschallvorrichtung, wie in 3 gezeigt, in Vibration versetzt bzw. geschüttelt. Dabei ist 3 ein Beispiel für Schnittansichten, die schematisch eine Behandlungsvorrichtung zeigen, die bei dem Reinigungsschritt der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Die Art und Weise ist nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise der einer Platten-Schleuderreinigungsvorrichtung oder dergleichen sein. In dem Fall, in dem Ultraschallwellen angewendet werden, werden vorteilhafterweise Ultraschallwellen mit Frequenzen im einem Megahertzband von 900 bis 2000 kHz eingesetzt.
Die Behandlungsvorrichtung ist, wie in 3 gezeigt, mit einem Reinigungsbad 1, das eine saure Lösung 7 aufnimmt, einer Ultraschall-Erzeugungseinrichtung, die an der Bodenfläche des Reinigungsbades 1 angeordnet ist, und einem Steuerabschnitt 5 versehen, der mit der Ultraschall-Erzeugungseinrichtung 3 verbunden ist und der die Ultraschall-Erzeugungseinrichtung 3 steuert. Die saure Lösung 7 wird im Inneren des Reinigungsbades 1 aufgenommen. Des Weiteren befindet sich ein Halter 9, der eine Vielzahl von Substraten 11 hält, in dem Zustand, in dem er in die saure Lösung eingetaucht ist. Die Vielzahl von Substraten 11, die zu reinigen sind, werden von dem Halter 9 gehalten. Die Ultraschall-Erzeugungseinrichtung 3 ist an der Unterseite des Reinigungsbades 1 angeordnet.
In dem Fall, in dem die Substrate 11 in dem Reinigungsschritt (S12) gereinigt werden, wie dies in 3 gezeigt wird, befindet sich eine vorgegebene saure Lösung 7 im Inneren des Reinigungsbades 1, und die Substrate 11, die von dem Halter 9 gehalten werden, werden auf dem Halter 9 in die saure Lösung 7 eingetaucht. Auf diese Weise kann die Oberfläche des Substrats 11 mit der Reinigungslösung 7 gereinigt werden.
Des Weiteren können dabei Ultraschallwellen erzeugt werden, indem die Ultraschall-Erzeugungseinrichtung 3 mit dem Steuerabschnitt 5 gesteuert wird. Dadurch wirken Ultraschallwellen auf die saure Lösung 7. Infolgedessen kann, da die saure Lösung 7 in Schwingung versetzt wird, ein Effekt des Entfernens von Verunreinigungen, feinen Teilchen und dergleichen von dem Substrat verstärkt werden. Als Alternative dazu kann das Reinigungsbad 1 auf einem Element angeordnet werden, das gerüttelt werden kann, beispielsweise einem X-Y-Tisch, das Element kann gerüttelt werden und so kann das Reinigungsbad 1 gerüttelt werden, um die saure Lösung im Inneren zu bewegen (zu rütteln). Als Alternative dazu kann das Substrat 11 auf dem Halter 9 durch manuelle Betätigung oder dergleichen gerüttelt werden, um so die saure Lösung 7 zu bewegen (zu rütteln). Auch in diesem Fall kann, wie beim Wirken von Ultraschallwellen, ein Effekt des Entfernens von Verunreinigungen, feinen Teilchen und dergleichen von dem Substrat 11 verstärkt werden.
Nach dem Reinigungsschritt (S12) wird ein Schritt des Spülens mit reinem Wasser durchgeführt, um die saure Lösung zu entfernen. Des Weiteren wird nach dem Schritt des Spülens mit reinem Wasser Feuchtigkeit des Substrats 1 über Schleudertrocknen oder dergleichen entfernt. Bei dem Schritt des Spülens mit reinem Wasser kann das Anhaften von feinen Teilchen in dem Substrat verhindert werden, indem beispielsweise Ultraschallwellen von 900 bis 2000 kHz angewendet werden. Des Weiteren wird bei dem Schritt des Spülens mit reinem Wasser, um zu verhindern, dass die Oberfläche des Substrats 11 oxidiert wird, reines Wasser verwendet, das entlüftet wird, so dass es eine Sauerstoffkonzentration von beispielsweise 100 ppb oder weniger hat.
Anschließend wird der Ausbildungsschritt (S13) zum Ausbilden des Oxidfilms 12 auf dem Substrat 11 mit einem Nassverfahren durchgeführt. Das Nassverfahren bezeichnet ein Verfahren, bei dem der Oxidfilm 12 unter Verwendung einer sauerstoffhaltigen Lösung ausgebildet wird. Der Oxidfilm 12 kann beispielsweise unter Verwendung von Ozon-Wasser oder Wasserstoffperoxid-Wasser ausgebildet werden, und vorzugsweise wird das Wasserstoffperoxid-Wasser eingesetzt. Die Zersetzungsrate des Wasserstoffperoxid-Wassers bei Raumtemperatur ist sehr gering, und daher ist die Änderung der Sauerstoffkonzentration im Verlauf der Zeit sehr gering und das Wasserstoffperoxid-Wasser ist stabil. Infolgedessen kann die Dicke des Oxidfilms 12 mit verbesserter Genauigkeit und guter Reproduzierbarkeit erhöht werden.
In dem Ausbildungsschritt (S13) wird der Oxidfilm 12 auf der Oberfläche des Substrats 11 ausgebildet, indem der Kontakt von Sauerstoff mit der Oberfläche des Substrats 11 zugelassen wird. Dabei wird der Oxidfilm vorzugsweise ausgebildet, während Si-Atome integriert werden. Auf diese Weise enthält der Oxidfilm 12 vorzugsweise Atome der Gruppe III, Atome der Gruppe V, O-Atome und Si-Atome.
In dem Ausbildungsschritt (S13) wird der Oxidfilm 12 vorzugsweise so ausgebildet, dass er aus dem gleichen Grund, wie oben beschrieben, eine Dicke H von 1,5 nm (15 Å) oder mehr und 3 nm (30 Å) oder weniger und noch besser 1,7 nm (17 Å) oder mehr und 1,9 nm (19 Å) oder weniger hat.
Das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10, das in 1 gezeigt wird, kann erzeugt werden, indem die oben beschriebenen Schritt (S11 bis S13) ausgeführt werden.
Dabei enthält in der vorliegenden Ausführungsform III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 das Substrat 11, das aus dem III-V-Verbindungshalbleiter besteht. Das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat kann weiterhin ein weiteres Substrat enthalten, das an einer Oberfläche des Substrats 11 angeordnet ist, wobei die Oberfläche der Oberfläche gegenüberliegt, an der der Oxidfilm 12 angeordnet ist. Das andere Substrat kann ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat sein oder aus anderen Materialien zusammengesetzt sein. In dem Fall, in dem das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat ein weiteres Substrat enthält, wird beispielsweise in dem Fertigungsschritt (S11) ein Substrat, in dem das andere Substrat und das Substrat 11 laminiert sind, gefertigt.
Das Verfahren zum Herstellen des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt, wie oben beschrieben, den Reinigungsschritt (S12) zum Reinigen des Substrats 11 mit der sauren Lösung sowie den Ausbildungsschritt (S13) zum Ausbilden des Oxidfilms 12 auf dem Substrat 11 mittels des Nassverfahrens nach dem Reinigungsschritt (S12) ein.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 in der vorliegenden Ausführungsform existieren an der Oberfläche des in dem Reinigungsschritt (S12) gewonnenen Substrats 11 Atome der Gruppe V in relativ großer Zahl, und Atome der Gruppe III existieren in relativ geringer Zahl. Während der Ausbildung der Epitaxialschicht unter Verwendung des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 fallen hingegen Atome der Gruppe V relativ leicht ab. Da jedoch Atome der Gruppe V an der Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 in großem Maße vorhanden sind, ist es unwahrscheinlich, dass Atome der Gruppe V in geringer Anzahl an der Oberfläche der Epitaxialschicht vorhanden sind, wenn die Epitaxialschicht ausgebildet wird. Daher kann die Beeinträchtigung des stöchiometrischen Gleichgewichtes zwischen den Atomen der Gruppe V und den Atomen der Gruppe III an der Oberfläche der Epitaxialschicht verhindert werden. Damit kann vermieden werden, dass die Oberfläche der Epitaxialschicht rau wird.
Des Weiteren wird in dem Ausbildungsschritt (S13) der Oxidfilm mit einem Nassverfahren ausgebildet. Bei dem Nassverfahren kann die Konzentration von gelöstem Sauerstoff leicht gesteuert werden, und des Weiteren ist es möglich, eine relativ hohe Sauerstoffkonzentration zu schaffen. Infolgedessen wird das Maß der Erzeugung von Sauerstoff auf einfache Weise gesteuert, und Schwankungen bezüglich der Konzentration von Sauerstoff, der mit der Oberfläche des Substrats 11 in Kontakt ist, können verhindert werden. So können Schwankungen der Dicke des Oxidfilms 12 verhindert werden.
Bei der Erzeugung des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 wird, wie bekannt ist, Si über Vorrichtungen, die in dem Erzeugungsprozess eingesetzt werden, sowie eine Atmosphäre in einem Reinraum eingebracht. Wenn die Temperatur erhöht wird, um eine Epitaxialschicht auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 auszubilden, werden O-Atome in dem Oxidfilm 12 elektrisch zusammen mit Si-Atomen aktiviert, die so eingebracht werden und eine tiefe Stufe bilden. Daher setzen Si-Atome, die eine flache Stufe gebildet haben, Träger frei und O-Atome, die eine tiefe Stufe gebildet haben, fangen die Träger ein und bewirken elektrische Neutralisierung. Dadurch kann die Funktion von Si als n-leitender Träger verhindert werden. In dem Fall, in dem ein Halbleiterelement unter Verwendung des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 erzeugt wird, wie dies oben beschrieben ist, kann der Leckstrom des Halbleiterelementes, der dadurch entsteht, dass Si-Träger zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 und der Epitaxialschicht zurückbleiben, verringert werden. Daher kann die Beeinträchtigung der Eigenschaften des Halbleiterelementes reduziert werden.
Des Weiteren können Veränderungen des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 im Verlauf der Zeit durch Ausbilden des Oxidfilms 12 reduziert werden. Dadurch wird die Aufbewahrung des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 erleichtert.
Zweite Ausführungsform
4 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Epitaxial-Wafer gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Ein Epitaxial-Wafer 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Der Epitaxial-Wafer 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 gemäß der ersten Ausführungsform sowie eine Epitaxialschicht 21, die auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 angeordnet ist. Das heißt, der Epitaxial-Wafer 20 enthält das Substrat 11, den Oxidfilm 21, der auf dem Substrat 11 angeordnet ist, sowie die Expitaxialschicht 21, die auf dem Oxidfilm 12 angeordnet ist.
Die Trägerkonzentration an einer Grenzfläche 10a zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 und der Expitaxialschicht21 beträgt vorzugsweise weniger als 5 × 10¹⁴ cm^-3 und noch besser 5 × 10¹³ cm^-3 oder weniger. Da der Epitaxial-Wafer 20 den Oxidfilm 12 enthält, können Träger, die durch die Aktivierung von Si entstehen, verringert werden. Dadurch kann die oben beschriebene geringe Trägerkonzentration gewährleistet werden. In dem Fall, in dem die Trägerkonzentration weniger als 5 × 10¹⁴ cm^-3 beträgt, können Träger, die aus der Aktivierung von Si resultieren, reduziert werden. Daher können die Eigenschaften eines Halbleiterelementes verbessert werden, wenn das Halbleiterelement unter Verwendung dieses Epitaxial-Wafers 20 ausgebildet wird. In dem Fall, in dem die Trägerkonzentration 5 × 10¹³ cm^-3 oder weniger beträgt, können die Eigenschaften des Halbleiterelementes weiter verbessert werden.
Die Epitaxialschicht 21 kann beispielsweise ein III-V-Verbindungshalbleiter sein, obwohl diesbezüglich keine speziellen Einschränkungen bestehen. Vorzugsweise ist wenigstens eines der Elemente, die das Substrat 11 bilden, enthalten.
Die Epitaxialschicht 21 kann eine Vielzahl von Schichten enthalten. 5 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Zustand zeigt, in dem die Epitaxialschicht 21 in der vorliegenden Ausführungsform eine Vielzahl von Schichten enthält. Die Epitaxialschicht 21 kann, wie in 5 gezeigt, eine erste Schicht 23 und eine zweite Schicht 24, die auf der ersten Schicht 23 angeordnet ist, enthalten. In dem Fall, in dem der Epitaxial-Wafer 22 für einen Transistor mit hoher Elektronenmobilität (HEMT) eingesetzt wird, ist die erste Schicht 23 beispielsweise eine hochreine Elektronentransportschicht, und die zweite Schicht 24 ist eine Elektronenzuführschicht.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 gemäß der ersten Ausführungsform wird, wie in 6 gezeigt, erzeugt (S11 bis S13).
Anschließend wird ein Nachbehandlungsschritt (S21) ausgeführt, in dem die Epitaxialschicht 21 auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 ausgebildet wird. In dem Nachbehandlungsschritt (S21) wird eine Filmausbildungsbehandlung durchgeführt, bei der die Epitaxialschicht 21 auf der Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 beispielsweise über epitaxiales Aufwachsen oder dergleichen ausgebildet wird. Dabei wird vorzugsweise ein III-V-Verbindungshalbleiter-Kristall gezüchtet, der wenigstens eines der Elemente enthält, die das Substrat 11 bilden. Des Weiteren werden vorzugsweise eine Vielzahl von Elementen ausgebildet. Dabei wird, nachdem vorgegebene Strukturen auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 ausgebildet sind, ein Unterteilungsschritt, bei dem es sich beispielsweise um Vereinzeln (dicing) handeln kann, ausgeführt, um das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 in einzelne Halbleiterelemente zu teilen. Auf diese Weise kann das Halbleiterelement, das das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 enthält, gewonnen werden. Ein derartiges Halbleiterelement wird beispielsweise an einem Leiterrahmen angebracht. Dann wird ein Drahtbond-Prozess oder dergleichen durchgeführt, und so kann eine Halbleitervorrichtung, die das oben beschriebene Element enthält, gewonnen werden.
Dabei bestehen bezüglich des Verfahrens zum Durchführen von epitaxialem Aufwachsen keine speziellen Beschränkungen. Beispielsweise können Dampfphasenepitaxie-Verfahren, z.B. ein Hybridgasphasenepitaxie (HVPE)-Verfahren, ein Molekularstrahlepitaxie (MBE)-Verfahren, ein Verfahren der metallorganischen Metallphasenepitaxie (MOCVD) und ein Sublimationsverfahren, Flüssigphasenverfahren, beispielsweise ein Stromverfahren (flux method) und ein Stickstoffhochdruck-Lösungsverfahren und dergleichen, eingesetzt werden.
Der Epitaxial-Wafer 20 oder 22, der in 4 bzw. 5 gezeigt wird, kann erzeugt werden, indem er die oben beschriebenen Schritte durchläuft (S11 bis S13 und S21).
Das Verfahren zum Herstellen des Epitaxial-Wafers 20 oder 22 gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt den Nachbehandlungsschritt (S21) zum Ausbilden der Epitaxialschicht 21 auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 in der ersten Ausführungsform ein.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Epitaxial-Wafers 20 oder 22 in der vorliegenden Ausführungsform sind an der Oberfläche 12a des Oxidfilms 12 des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 die Atome der Gruppe V in relativ großer Zahl vorhanden, und die Atome der Gruppe III sind in relativ geringer Zahl vorhanden. Bei der Ausbildung der Epitaxialschicht 21 unter Verwendung des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 fallen Atome der Gruppe V relativ leicht ab. Da jedoch Atome der Gruppe V in der vorliegenden Ausführungsform in großem Maß an der Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 vorhanden sind, ist es unwahrscheinlich, dass die Anzahl von Atomen der Gruppe V an der Oberfläche der Epitaxialschicht 21 klein ist. Dadurch kann die Beeinträchtigung des stöchiometrischen Gleichgewichtes zwischen den Atomen der Gruppe V und den Atomen der Gruppe III an der Oberfläche der Epitaxialschicht 21 verhindert werden. Daher können die Epitaxial-Wafer 20 und 22 hergestellt werden, bei denen verhindert wird, dass die Oberfläche der Epitaxialschicht 21 rau wird.
Des Weiteren wird das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10, bei dem Schwankungen der Dicke des Oxidfilms 12 verhindert werden, eingesetzt. Daher werden bei dem Nachbehandlungsschritt (S21), wenn die Temperatur erhöht wird, um die Epitaxialschicht 21 auf den III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 auszubilden, O-Atome in dem Oxidfilm 12 zusammen mit Si-Atomen elektrisch aktiviert, die so eingebracht werden, dass sie eine tiefe Ebene bilden. Daher setzen Si-Atome, die eine flache Ebene gebildet haben, Träger frei, und O-Atome, die eine tiefe Ebene gebildet haben, fangen die Träger ein und bewirken elektrische Neutralisierung. Aufgrund dessen kann bei der Ausbildung der Epitaxialschicht 21 die Funktion von eingefangenen Si als ein n-leitender Träger unterdrückt werden. Daher kann, wenn ein Halbleiterelement unter Verwendung des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats 10 erzeugt wird, eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Halbleiterelementes verhindert werden.
Die Funktion von Si als ein Träger wird, wie oben beschrieben, unterdrückt. Daher kann bei dem Epitaxial-Wafer 20 oder 22, der mit dem Verfahren zum Herstellen des Epitaxial-Wafers 20 oder 22 in der vorliegenden Ausführungsform erzeugt wird, die Trägerkonzentration an einer Grenzfläche 10a zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat 10 und der Epitaxialschicht 21 auf weniger als 5 × 10¹⁴ cm^-3 reduziert werden.
Beispiel 1
Bei dem vorliegenden Beispiel wurde ein Effekt untersucht, der aus dem Reinigungsschritt (S12) zum Reinigen des Substrats mit der sauren Lösung und dem Ausbildungsschritt (S13) zum Ausbilden des Oxidfilms auf dem Substrat mit dem Nass-Verfahren resultiert.
Erfindungsgemäße Beispiel 1 bis 8
Bei jedem der erfindungsgemäßen Beispiel 1 bis 8 wurde im Wesentlichen ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat entsprechend der ersten Ausführungsform erzeugt, und anschließend wurde ein Epitaxial-Wafer entsprechend der zweiten Ausführungsform erzeugt.
Das heißt, zunächst wurde in dem Fertigungsschritt (S11) ein GaAs-Einkristallblock gefertigt, der aus GaAs bestand, und ein Substrat wurde gefertigt, indem der GaAs-Einkristallblock in Chips zerlegt wurde. Anschließend wurde der Rand des entstandenen Substrats angefast.
Dann wurde das Substrat Läppen mit losen Schleifkörpern oder Schleifen mit fixierten Schleifkörner unterzogen, so dass die Planheit des Substrats verbessert wurde und des Weiteren die Dicke reguliert wurde. Anschließend wurde das Substrat mit einer gemischten Lösung aus kolloidem Siliziumoxid und Polierlösung auf Chlorbasis poliert und danach wurde das Substrat mit einer Polierlösung auf Chlorbasis poliert. Dann wurde die Oberfläche des Substrats mit Cholin (Amin) gereinigt und darauf folgend trockengeschleudert.
Dann wurde in dem Reinigungsschritt (S12) Platten-Trockenschleudern des Substrats unter Verwendung einer sauren Lösung durchgeführt, wie sie in der im Folgenden beschriebenen Tabelle dargestellt ist. Danach wurde Reinigen mit Wasserstoffperoxid-Wasser als einem Oxidationsmittel durchgeführt, und anschließend wurde Trockenschleudern durchgeführt.
Daraufhin wurde in dem Ausbildungsschritt (S13) ein Oxidfilm auf dem Substrat unter Verwendung einer Lösung ausgebildet, wie sie in der im Folgenden beschriebenen Tabelle dargestellt ist.
Entsprechend den oben beschriebenen Schritten (S11 bis S13) wurden die III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 erzeugt.
Anschließend wurde das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat in dem Nachbehandlungsschritt (S21) einem MOCVD-Verfahren unterzogen, und so wurde eine GaAs-Schicht (Epitaxialschicht) mit einer Dicke von 1 µm epitaxial aufgewachsen. Auf diese Weise wurden Epitaxial-Wafer der erfindungsgemäßen Beispiel 1 bis 8 erzeugt.
Vergleichsbeispiele 1 bis 5
Ein III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und ein Epitaxial-Wafer gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurden im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie die der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 erzeugt, wobei jedoch der Reinigungsschritt (S12) und der Ausbildungsschritt (S13) nicht ausgeführt wurden.
III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate und Epitaxial-Wafer der Vergleichsbeispiele 2 und 3 wurden im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie diejenigen der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 erzeugt, wobei jedoch der Reinigungsschritt (S12) nicht ausgeführt wurde.
III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate und Epitaxial-Wafer der Vergleichsbeispiele 4 und 5 wurden im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie diejenigen der erfindungsgemäßen Beispiel 1 bis 8 erzeugt, wobei jedoch in dem Reinigungsschritt (S12) Reinigung unter Verwendung einer basischen Lösung durchgeführt wurde, wie sie in der weiter unten beschriebenen Tabelle dargestellt ist.
Messverfahren
Die Dicke des Oxidfilms und die Reproduzierbarkeit wurden bei dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat jedes der erfindungsgemäßen Beispiel 1 bis 8 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 mit den folgenden Verfahren gemessen.
Was die Dicke des Oxidfilms angeht, so wurde die Dicke des Oxidfilms, der in der Mitte der Oberfläche des Substrats ausgebildet wurde, mit einem ellipsometrischen Verfahren gemessen.
Es wurde angenommen, dass die Reproduzierbarkeit σ/x ist, wobei fünf der gleichen III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate auf die gleiche Weise hergestellt wurden, davon ausgegangen wurde, dass der Durchschnittswert der Oxidfilme auf den Substraten x ist und die Standardabweichung mit σ angenommen wurde.
Die Oberflächenrauigkeit, die Trübung und die Anzahl von Defekten wurden bei den Epitaxial-Wafern der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 mit den im Folgenden aufgeführten Verfahren gemessen.
Bezüglich der Trübung und der Anzahl von Defekten wurde die Oberfläche der Epitaxialschicht unter Verwendung des von Tencor hergestellten Systems Surfscan 6220 als Oberflächenfehler-Prüfsystem gemessen. Die Oberflächenrauigkeit, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von feiner Rauheit wurden über die gesamte Oberfläche der Epitaxialschicht visuell unter einer Fokussierlampe mit 300.000 Lux geprüft. Wenn Einheitlichkeit über die gesamte Oberfläche zu verzeichnen war, wurde diese als gut bewertet, und wenn Rauigkeit in nur einem Teil der Oberfläche verzeichnet wurde, wurde diese als fehlerhaft bewertet.
Des Weiteren wurden der Flächenwiderstand und die Trägerkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und der Epitaxialschicht mit den folgenden Verfahren gemessen. Was den Flächenwiderstand angeht, so wurden die Flächenwiderstände des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats und der darauf gewachsenen Epitaxialschicht unter Verwendung eines Reheighten-Systems gemessen, das als eine Wirbelstrom-Schichtdickenmessvorrichtung diente.
Die Trägerkonzentration wurde, wie weiter unten beschrieben, gemessen. Das heißt, es wurde eine Probe erzeugt, indem ein Chip mit 3 mm Länge und 25 mm Breite aus der Umgebung der Mitte des Epitaxial-Wafers entnommen wurde, in der die Epitaxialschicht auf das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat laminiert wurde, und Gold aufgedampft wurde. Die entstehende Probe wurde mit einer Sonde in Kontakt gebracht, eine Spannung wurde angelegt, und eine Kapazitäts(C)-Spannungs(V)-Messung wurde durchgeführt. Die Trägerkonzentration in der Umgebung der Grenzfläche zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und der Epitaxialschicht wurde aus den gemessenen Werten von C und V berechnet.

Die entsprechenden Ergebnisse sind in der weiter unten beschriebenen Tabelle 1 dargestellt.

	Reinigungsschritt		Ausbildungsschritt		III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat		Epitaxialschicht
	Lösung	pH	Lösung	pH	Dicke (nm)	Reproduzierbarkeit (%)	Oberflächenrauigkeit	Trübun g (ppm)	Anzahl von Defekten (pcs)	Flächen-widerstand (Ω/□)	Träger-konzentration (cm^-3)
erfindungsgemäßes 1 Beispiel	Fluorwasserstoffsäure	4,8	Ozon-Wasser	6,5	1,8	5,8	gut	2,3	245	3,3 × 10⁵	3,9 × 10¹⁴
erfindungsgemäßes 2 Beispiel	Fluorwasserstoffsäure	4,5	Wasserstoffperoxid-Wasser	6,7	1,8	3,3	gut	2,1	220	9,8 × 10⁵	5,0 × 10¹³
erfindungsgemäßes 3 Beispiel	Fluorwasserstoffsäure	6,0	Wasserstoffperoxid-Wasser	6,4	1,7	3,1	gut	2,8	310	7,1 × 10⁵	2,5 × 10¹⁴
erfindungsgemäßes 4 Beispiel	Fluorwasserstoffsäure	5,5	Wasserstoffperoxid-Wasser	6,2	1,9	2,8	gut	2,2	208	8,3 × 10⁵	1,9 × 10¹⁴
erfindungsgemäßes 5 Beispiel	Fluorwasserstoffsäure	2,0	W asserstoffperoxid-Wasser	6,3	1,8	2,9	gut	2,2	215	9,8 × 10⁵	1,0 × 10¹³
erfindungsgemäßes 6 Beispiel	Fluorwasserstoffsäure	2,0	Wasserstoffperoxid-Wasser	6,6	1,3	2,5	gut	2,1	208	4,7 × 10⁴	1,2 × 10¹⁶
erfindungsgemäßes 7 Beispiel	Fluorwasserstoffsäure	2,0	Wasserstoffperoxid-Wasser	6,2	1,5	2,4	gut	2,1	198	6,3 × 10⁵	2,8 × 10¹⁴
erfindungsgemäßes 8 Beispiel	Fluorwasserstoffsäure	2,0	W asserstoffperoxid-Wasser	6,4	3,0	2,9	gut	2,3	450	9,8 × 10⁵	1,0 × 10¹³
Vergleichsbeispiel 1	-	-	-	-	0,6	-	gut	2,1	268	4,9 × 10³	2,3 × 10¹⁷
Vergleichsbeispiel 2	-	-	Ozon-Wasser	6,5	1,8	4,9	fehlerhaft	2,8	469	6,0 × 10⁵	3,0 × 10¹⁴
Vergleichsbeispiel 3	-	-	Wasserstoffperoxid-Wasser	6,3	1,8	2,3	fehlerhaft	2,9	478	8,3 × 10⁵	2,0 × 10¹⁴
Vergleichsbeispiel 4	Ammoniak-Wasser	8,2	Ozon-Wasser	6,7	1,7	4,9	fehlerhaft	3,1	1489	5,2 × 10⁵	3,2 × 10¹⁴
Vergleichsbeispiel 5	Ammoniak-Wasser	9,8	Ozon-Wasser	6,5	1,8	4,8	fehlerhaft	3,2	1385	5,6 × 10⁵	2,1 × 10¹⁴

Messergebnisse
Was die III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 angeht, bei denen der Reinigungsschritt (S12) zum Reinigen des Substrats mit der sauren Lösung und der Ausbildungsschritt (S13) zum Ausbildung des Oxidfilms auf dem Substrat mit dem Nass-Verfahren ausgeführt wurden, so wurde, wie in der Tabelle gezeigt, die Reproduzierbarkeit (σ/x) des Oxidfilms auf 5,8 % oder weniger verbessert, die Oberflächenrauigkeit des Epitaxial-Wafers wurde reduziert, und des Weiteren war der Flächenwiderstand an der Grenzfläche zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und dem Epitaxial-Wafer hoch, d.h. 4,7 × 10⁴ (Ω/□) oder darüber. Daher erwies sich, dass die Dicke des Oxidfilms mit hoher Genauigkeit gesteuert werden konnte, die Oberflächenrauigkeit verringert werden konnte, wenn die Epitaxialschicht ausgebildet wurde, und des Weiteren die Funktion von Si als n-leitendes Dotiermittel verringert werden konnte.
Des Weiteren waren die Trübungen der Oberflächen aller Epitaxial-Wafer der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 gering, d.h. 2,8 ppm oder weniger. Zusätzlich war die Anzahl von Defekten an der Oberfläche des Epitaxial-Wafers der erfindungsgemäßen Beispiele 1 bis 8 gering, d.h. 450 pcs oder weniger.
Das heißt, bei den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 5, 7 und 8, bei denen die Dicken der Oxidfilme 1,5 nm (15 Å) oder mehr und 3 nm (30 Å) oder weniger betrugen, hatte die Grenzfläche zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und der Epitaxialschicht den Flächenwiderstand von 3,3 × 10⁵ (Ω/□) oder darüber, und die Trägerkonzentration von 3,9 □ 10¹⁴ cm^-3 oder geringer. Dadurch wurde klar, dass die Funktion von Si als n-leitendes Dotierungsmittel effektiv verringert werden konnte, indem die Dicke des Oxidfilms so spezifiziert wurde, dass sie 1,5 nm (15 Å) oder mehr und 3 nm (30 Å) oder weniger betrug.
Des Weiteren betrug bei den erfindungsgemäßen Beispielen 2 bis 8, bei denen Oxidfilme unter Verwendung des Wasserstoffperoxid-Wassers ausgebildet wurden, die Reproduzierbarkeit des Oxidfilms 3,3 % oder weniger, und die Dicke des Oxidfilms wurde mit sehr hoher Genauigkeit gesteuert.
Hingegen konnte bei Vergleichsbeispiel 1, bei dem der Reinigungsschritt (S12) und der Ausbildungsschritt (S13) nicht ausgeführt wurden, Aktivierung von Si an der Grenzfläche zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und der Epitaxialschicht nicht reduziert werden, obwohl ein Oxidfilm spontan ausgebildet wurde.
Des Weiteren konnte bei den Vergleichsbeispielen 2 und 3, bei denen der Reinigungsschritt (S12) nicht durchgeführt wurde und der Ausbildungsschritt (S13) durchgeführt wurde, da die neutrale Lösung bei dem Ausbildungsschritt eingesetzt wurde, Oberflächenrauigkeit der Epitaxialschicht nicht reduziert werden. Des Weiteren konnte bei den Vergleichsbeispielen 4 und 5, bei denen die Reinigung unter Verwendung der basischen Lösung anstelle der sauren Lösung durchgeführt wurde, Oberflächenrauigkeit nicht reduziert werden. Es wird angenommen, dass dies auf die im Folgenden aufgeführten Gründe zurückzuführen ist. Das heißt, ein spontan ausgebildeter Oxidfilm, der Ga-Oxide, beispielsweise Ga₂O₃, und As-Oxide, beispielsweise As₂O₃, enthält, wird auf der Oberfläche des GaAs-Substrats ausgebildet. Dieser spontan ausgebildeter Oxidfilm wird in einer sauren Lösung leicht aufgelöst, jedoch lösen sich in einer basischen oder neutralen Lösung die As-Oxide in viel stärkerem Maß auf als die Ga-Oxide. Daher wird, wenn eine basische oder neutrale Lösung mit dem Substrat in Kontakt kommt, die Oberfläche des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats eine an Ga reiche Oberfläche, bei der Ga, das ein Atom der Gruppe III ist, in großem Maß vorhanden ist, und darüber hinaus kommt es zu Unebenheit (Konkavität und Konvexität) an der Oberfläche. Wenn die Epitaxialschicht in diesem Zustand in dem Nachbehandlungsschritt (S21) ausgebildet wird, fällt As, das ein Atom der Gruppe V ist, weiter ab, und es kommt zur Beeinträchtigung des stöchiometrischen Gleichgewichtes zwischen den Ga-Atomen und As-Atomen.
Bei vorliegenden Beispiel wurde, wie oben beschrieben, bestätigt, dass das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und der Epitaxial-Wafer, bei denen die Dicke des Oxidfilms mit hoher Genauigkeit gesteuert werden konnte und die Oberflächenrauigkeit reduziert werden konnte, wenn die Epitaxialschicht ausgebildet wurde, erzeugt werden konnten, indem der Reinigungsschritt (S12) zum Reinigen des Substrats mit der sauren Lösung und der Ausbildungsschritt (S13) zum Ausbilden des Oxidfilms auf dem Substrat mit dem Nass-Verfahren durchgeführt wurden.
Beispiel 2
Bei dem vorliegenden Beispiel wurde ein Effekt der Ausbildung des Oxidfilms geprüft. Das heißt, alle zehn III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate wurden unter den gleichen Bedingungen wie denen der oben beschriebenen III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate des erfindungsgemäßen Beispiels 2 und des Vergleichsbeispiels 1 erzeugt.
Dann wurden alle fünf Substrate der III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate, die auf gleiche Weise wie die des erfindungsgemäßen Beispiels 2 und des Vergleichsbeispiels 1 erzeugt wurden, 15 Minuten lang bei 550 °C gehalten, während ein Wasserstoffgas und ein Arsengas zugeführt wurden (thermische Reinigung). Anschließend wurde in dem Nachbehandlungsschritt (S21) eine Epitaxialschicht auf jedem der III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate bei 580 °C unter den gleichen Bedingungen wie dem erfindungsgemäßen Beispiel 2 oder Vergleichsbeispiel 1 ausgebildet.
Weiterhin wurden die verbleibenden fünf III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate 15 Minuten lang bei 730 °C gehalten, während die gleichen Gase zugeführt wurden (thermische Reinigung). Anschließend wurde in dem Nachbehandlungsschritt (S21) eine Epitaxialschicht auf jedem der III-V-Verbindungshalbleiter-Substrate bei 580 °C unter den gleichen Bedingungen wie bei dem erfindungsgemäßen Beispiel 2 oder dem Vergleichsbeispiel 1 ausgebildet.
Messverfahren
Bei jedem der Epitaxial-Wafer wurde der Widerstand (Flächenwiderstand) auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die diesbezüglichen Ergebnisse sind in 7 dargestellt. 7 ist Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur bei der thermischen Reinigung und dem Widerstand der Grenzfläche zwischen dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und dem Epitaxial-Wafer zeigt. In 7 stellt die vertikale Achse den Widerstand (Einheit: Ω/□) dar, und die horizontale Achse stellt die Temperatur bei thermischer Reinigung dar (Einheit: °C).
Messergebnisse
Das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat und der Epitaxial-Wafer, die denen des erfindungsgemäßen Beispiels 2 gleichen, bei dem der Oxidfilm ausgebildet wurde, hatten, wie in 7 dargestellt, einen hohen Widerstand, der unabhängig von der Temperatur bei thermischer Reinigung ist. Der Widerstand des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats und des Epitaxial-Wafers des Vergleichsbeispiels 1, bei dem der Oxidfilm nicht ausgebildet wurde, wurde hingegen erhöht, indem die Temperatur bei thermischer Reinigung erhöht wurde.
Bei dem vorliegenden Beispiel wurde, wie oben beschrieben, verdeutlicht, dass ein Epitaxial-Wafer mit den gewünschten Eigenschaften durch Ausbilden des Oxidfilms unabhängig von den Produktionsbedingungen erzeugt werden konnte, d.h., den Bedingungen der thermischen Reinigung des III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats. Des Weiteren wurde gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der Oxidfilm ausgebildet wurde, verdeutlicht, dass, da thermische Reinigung unmittelbar vor der Ausbildung der Epitaxialschicht nicht notwendig ist, die zum Ausbilden des Epitaxialwafers erforderlichen Kosten verringert werden konnten.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats (10), das in der angegebenen Reihenfolge die folgenden Schritte umfasst: Fertigen (S11) eines Substrats (11), das aus einem III-V-Verbindungshalbleiter besteht; Reinigen (S12) des Substrats (11) mit einer sauren Lösung; und Ausbilden (S13) eines Oxidfilms (12) auf dem Substrat (11) mit einem Nass-Verfahren nach dem Reinigen (S12), wobei bei dem Ausbilden (S13) des Oxidfilms (12) der Oxidfilm (12) ausgebildet wird, der eine Dicke von 1,5 nm (15 Å) oder mehr und 3 nm (30 Å) oder weniger hat.
Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats (10) nach Anspruch 1, wobei beim Reinigen (S12) die saure Lösung mit einem pH von 6 oder weniger verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei beim Ausbilden (S13) des Oxidfilms (12) der Oxidfilm (12) unter Verwendung von Wasserstoffperoxid-Wasser ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei beim Fertigen (S11) das Substrat (11) gefertigt wird, das aus GaAs, InP oder GaN besteht.
Verfahren zum Herstellen eines Epitaxial-Wafers (20), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats (10) mit dem Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und Ausbilden einer Epitaxialschicht (21) auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat (10).
III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat (10), das mit dem Verfahren zum Herstellen eines III-V-Verbindungshalbleiter-Substrats (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt wird.
Epitaxial-Wafer (20), der umfasst: das III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat (10) nach Anspruch 6; und eine Epitaxialschicht (21), die auf dem III-V-Verbindungshalbleiter-Substrat (10) angeordnet ist.