JP2000260719A - 結晶成長方法および半導体装置製造方法 - Google Patents

結晶成長方法および半導体装置製造方法

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潤一 岡安
Tsunemasa Kobayashi
恒誠 小林
Akito Nakamura
陽登 中村
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チャンバを腐食させない原料ガスを用いて、
高濃度ｐ型ドーピングを可能とする結晶成長方法および
半導体装置生成方法を提供する。 【解決手段】 TEGa、AsH3およびCI2H2が、H2キャリア
ガスによりチャンバ１０内に導入される。TEGaおよびAs
H3は、加熱されたGaAs基板１８上で反応して、GaAsの化
合物半導体結晶をGaAs基板１８上に成長させる。GaAsの
成長中、CI2H2が成長結晶表面で熱エネルギを与えられ
て熱分解される。その結果、CがキャリアとしてGaAs成
長結晶中に混入し、GaAs結晶層がｐ型ドーピングされ
る。本発明者による実験により、CI2H2ガスは、メモリ
効果を生じさせず、チャンバ１０に損傷を与えないこと
が確認された。また、ｐ型ドーピング材料としてCI2H2
ガスを用いることにより、ｐ型ドーピング工程の後、同
一チャンバ内で連続してＨＥＭＴを生成することが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体結晶を成長
させる結晶成長方法に関し、特に、有機金属化学気相成
長方法を用いて化合物半導体結晶を成長させる結晶成長
方法、および化合物半導体結晶が成長された半導体装置
を製造する半導体装置製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガリウム砒素（GaAs）、インジウムリン
（InP）、またはインジウムガリウム砒素（InGaAs）な
どをベースとする化合物半導体の結晶成長方法として、
有機金属気相成長方法（ＭＯＣＶＤ法）が用いられてい
る。従来、ＭＯＣＶＤ法を用いてｐ型ドーピング層を形
成するためには、CBr4またはCCl4を結晶成長中のチャン
バ内に導入し、熱分解によりC（炭素）をキャリアとし
て結晶中に混入させる工程が用いられてきた。例えば、
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）を形成す
る際に、非常に高濃度にｐ型ドーピングされたベース層
を形成する必要があるが、従来のＭＯＣＶＤ法において
は、ｐ型ドーピング材料として、上述したCBr4またはCC
l4などを用いるのが一般的である。
【０００３】CBr4またはCCl4などを用いてｐ型ドーピン
グを行うと、Cがチャンバ内壁などに堆積する。このC
は、次に新しく結晶を成長するときに、その結晶中に不
純物として取り込まれる。この現象は、メモリ効果とし
て知られている。高濃度ｐ型ドーピング層を形成し、そ
の後、高純度が要求される結晶層を成長させる場合、こ
のメモリ効果は非常に好ましくない。そのため、高濃度
ｐ型ドーピング層を形成後、不純物を含まない高純度の
結晶層を成長させるためには、ベーキング工程またはク
リーニング工程を行って、ＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内
に残留したCなどの不純物を取り除くことが必要とな
る。例えば、従来のＭＯＣＶＤ法において、高濃度ｐ型
ドーピング層を有するＨＢＴの形成後、高純度のチャン
ネル層を有する高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）
を形成するためには、ＨＢＴ形成工程とＨＥＭＴ形成工
程の間に、上述したベーキング工程またはクリーニング
工程を行って不純物を取り除く必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】CBr4、CCl4などのガス
は、ハロメタン系であり、チャンバを腐食させる可能性
がある。従って、ＭＯＣＶＤ装置の寿命を長くするため
には、従来用いられているCBr4、CCl4などのガスは、ド
ーピング材料として適していない。
【０００５】また、Cをヘヴィードーピングしたｐ型ド
ーピング層を形成する方法の一つに、メチル化合物また
はエチル化合物などのIII族原料（例えば、トリメチル
ガリウムGa(CH3)3、トリエチルガリウムGa(C2H5) 3）の
Cをｐ型ドーピング層中に取り込ませる方法がある。こ
の方法において、キャリアガスとしてH2、Ｖ族原料とし
て一般に水素化物を用いるので、水素（H）がｐ型ドー
ピング層に混入する。混入したHは、Cを不活性化させる
ので、結果としてｐ型ドーピング濃度は低くなり、デバ
イス特性が劣化する。そのため、本発明は、チャンバに
損傷を生じさせず、Hにより成長結晶中のCが不活性化さ
れることを抑制する結晶成長方法および半導体装置製造
方法を提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】また、従来のＭＯＣＶＤ法において、ｐ型
ドーピング層を形成した後、高純度が要求される結晶層
を成長させるためには、ベーキングまたはクリーニング
工程を行う必要があり、これらの層を連続して形成する
ことは不可能であった。例えば、高濃度にｐ型ドーピン
グされたベース層を有するＨＢＴを形成後、連続してＨ
ＥＭＴを形成すると、ＨＥＭＴの高純度チャンネル層に
Cが不純物として混入する。チャンネル層に不純物が混
入すると、移動度の大きい高品質なＨＥＭＴを形成する
ことはできない。そのため、従来のＭＯＣＶＤ法におい
ては、ＨＢＴ形成工程およびＨＥＭＴ形成工程の間に、
ベーキング工程またはクリーニング工程を行い、チャン
バの側壁に堆積したCを除去していた。ベーキング工程
またはクリーニング工程を行うことによって、半導体装
置（デバイス）の製造時間は増加する。製造時間が増加
すると、半導体装置の製造コストも上がり、半導体装置
の単価も上昇するので、製造時間をできるだけ短縮する
ことが重要である。本発明は、同一チャンバ内で、ベー
キング工程またはクリーニング工程を行うことなく、高
品質なＨＢＴおよびＨＥＭＴを連続して形成することが
できる結晶成長方法および半導体装置製造方法を提供す
ることを解決すべき課題とする。
【０００７】そこで本発明は、上記課題を解決すること
のできる結晶成長方法および半導体装置製造方法を提供
することを目的とする。この目的は特許請求の範囲にお
ける独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成され
る。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定す
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の形態は、チャンバ内に配置された半
導体基板上に、少なくとも第１構成元素および第２構成
元素を有する化合物半導体結晶を成長させる結晶成長方
法であって、前記第１構成元素を含む有機金属化合物、
前記第２構成元素を含む分子化合物、およびCI2H2を前
記チャンバ内に供給して、ｐ型ドーピングされた前記化
合物半導体結晶を成長させる化合物半導体結晶成長工程
と、前記化合物半導体結晶成長工程においてｐ型ドーピ
ングされた前記化合物半導体結晶が成長された後、前記
チャンバ内にN2ガスを供給し、前記化合物半導体結晶を
アニールするアニール工程とを備えることを特徴とする
結晶成長方法を提供する。本発明の第１の形態による
と、CI2H2を用いてｐ型ドーピングを行う化合物半導体
結晶成長工程と、N2ガスを用いてアニールするアニール
工程を行うことによって、高濃度のｐ型（ドーピング）
結晶層を成長することが可能となる。
【０００９】また、上記課題を解決するために、本発明
の第２の形態は、チャンバ内に配置された半導体基板上
に、少なくとも第１構成元素および第２構成元素を有す
る化合物半導体結晶を成長させた半導体装置を製造する
半導体装置製造方法であって、前記第１構成元素を含む
有機金属化合物、前記第２構成元素を含む分子化合物、
およびCI2H2を前記チャンバ内に供給して、ｐ型ドーピ
ングされた前記化合物半導体結晶を成長させる結晶成長
工程と、前記結晶成長工程においてｐ型ドーピングされ
た前記化合物半導体結晶が成長された後、前記チャンバ
内にN2ガスを供給し、前記化合物半導体結晶をアニール
するアニール工程とを備えることを特徴とする半導体装
置製造方法を提供する。本発明の第２の形態によると、
CI2H2を用いてｐ型ドーピングを行う結晶成長工程と、N
2ガスを用いてアニールするアニール工程を行うことに
よって、高濃度のｐ型（ドーピング）結晶層を成長させ
た半導体装置を製造することが可能となる。この方法に
より、ＨＢＴなどを含む半導体装置における高濃度ｐ型
結晶層を容易に成長することが可能となる。
【００１０】本発明の第２の形態の一つの態様におい
て、前記化合物半導体結晶は、GaAs、InP、またはInGaA
sであってよい。
【００１１】本発明の第２の形態の別の態様において、
前記アニール工程は、６００℃以上で前記化合物半導体
結晶をアニールする工程を有する。
【００１２】本発明の第２の形態の更に別の態様におい
て、前記結晶成長工程は、メチル化合物またはエチル化
合物を前記有機金属化合物として前記チャンバ内に供給
し、５００℃以下で前記化合物半導体結晶を成長させる
工程を有する。
【００１３】本発明の第２の形態の更に別の態様におい
て、前記チャンバ内に導入される前記有機金属化合物の
原子数に対する前記分子化合物の原子数の比は、１０以
下であることが好ましい。
【００１４】本発明の第２の形態の更に別の態様におい
て、前記結晶成長工程は、前記有機金属化合物、前記分
子化合物、およびCI2H2をH2キャリアガスにより前記チ
ャンバ内に導入する工程を有し、前記アニール工程にお
いて供給される前記N2ガスの流量は、前記結晶成長工程
における前記H2キャリアガスの流量よりも少ないことが
好ましい。
【００１５】本発明の第２の形態の更に別の態様におい
て、前記結晶成長工程における前記チャンバ内の圧力
は、前記アニール工程における前記チャンバ内の圧力よ
りも高いことが好ましい。
【００１６】本発明の第２の形態の更に別の態様におい
て、前記アニール工程は、前記N2ガスに加えて、前記分
子化合物を前記チャンバ内に供給してもよい。
【００１７】また、上記課題を解決するために、本発明
の第３の形態は、チャンバ内に配置された半導体基板上
に、複数の化合物半導体結晶層を連続して成長させて、
半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、前
記チャンバにCI2H2を供給して、ｐ型ドーピングされた
第１化合物半導体結晶層を成長させる第１成長工程と、
前記第１成長工程において前記第１化合物半導体結晶層
を成長した後、不純物をドーピングしない第２化合物半
導体結晶成長層を成長させる第２成長工程とを備えるこ
とを特徴とする半導体装置製造方法を提供する。本発明
の第３の形態によると、ｐ型ドーピングされた第１化合
物半導体結晶層を成長した後、ベーキング工程またはク
リーニング工程を行うことなく、同一チャンバ内で連続
して高純度の第２化合物半導体結晶成長層を成長するこ
とが可能となる。
【００１８】また、上記課題を解決するために、本発明
の第４の形態は、チャンバ内に配置された半導体基板上
にＨＢＴおよびＨＥＭＴが連続して成長された半導体装
置を製造する半導体装置製造方法であって、前記チャン
バにCI2H2を供給して、ｐ型ドーピングされたｐ型ドー
ピング層を含む前記ＨＢＴを形成するＨＢＴ形成工程
と、前記ＨＢＴ形成工程において前記ＨＢＴを形成した
後、前記ＨＥＭＴを形成するＨＥＭＴ形成工程とを有す
ることを特徴とする半導体装置製造方法を提供する。本
発明の第４の形態によると、高濃度ｐ型ベース層を有す
るＨＢＴを形成後、同一チャンバ内で連続して高純度チ
ャンネル層を有するＨＥＭＴを形成することが可能とな
る。
【００１９】本発明の第４の形態の一つの態様におい
て、前記ＨＢＴ形成工程は、前記ｐ型ドーピング層を形
成した後、前記チャンバにN2ガスを供給し、前記ｐ型ド
ーピング層をアニールするアニール工程を有してもよ
い。
【００２０】なお上記の発明の概要は、本発明の必要な
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又発明となりうる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲
にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中
で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決
手段に必須であるとは限らない。
【００２２】図１は、本発明の有機金属気相成長方法
（ＭＯＣＶＤ法）を実行するために用いるＭＯＣＶＤ装
置のブロック図を示す。このＭＯＣＶＤ装置は、チャン
バ１０、ローディングチャンバ１６、真空ポンプ３６、
及び除害装置３８を備える。チャンバ１０の内部には、
サセプタ１２およびヒータ１４が設けられ、処理される
半導体基板１８が、サセプタ１２上に載置される。サセ
プタ１２には回転機構（図示せず）が接続され、結晶成
長中の半導体基板１８が載置されたサセプタ１２は、回
転機構により回転される。ヒータ１４は、半導体基板１
８を加熱する。また、チャンバ１０の上部にはガス導入
口２０が設けられ、ガス導入口２０は、半導体基板１８
上に所望の結晶層を成長させるための原料ガスをチャン
バ１０内に導入する。ローディングチャンバ１６は、処
理済みの半導体基板１８を交換するために用いられる。
真空ポンプ３６は、チャンバ１０内部を真空にし、除害
装置３８は、毒ガスを除害する。
【００２３】このＭＯＣＶＤ装置は、更に、N2ガス供給
装置２２、AsH3供給装置２４、PH3供給装置２６、H2キ
ャリアガス供給装置２８、TEGa恒温槽３０、TMIn恒温槽
３２、CI2H2恒温槽３４、およびSiI4恒温槽５６を備え
る。N2ガスおよびH2ガスは、N 2ガス供給装置２２および
H2キャリアガス供給装置２８によりそれぞれ供給され
る。
【００２４】分子化合物（水素化物）であるアルシン
（AsH3）およびホスフィン（PH3）は、H2キャリアガス
供給装置２８から供給されるH2キャリアガスによって、
それぞれAsH3供給装置２４およびPH3供給装置２６から
ガス導入口２０を介してチャンバ１０内に導入される。
【００２５】また、TEGa恒温槽３０、In(CH3)3恒温槽３
２、およびCI2H2恒温槽３４には、それぞれバブラが組
み込まれており、更に、各原料ガスのフィード量を一定
に保つために温度制御装置がそれぞれ設けられている。
有機金属化合物であるトリエチルガリウム（TEGa（Ga(C
2H5)3））およびトリメチルインジウム（TMIn（In(CH 3)
3））、不純物含有材料であるジヨードメタン（CI2H2）
は、それぞれバブラに封入される。TEGa、TMInおよびCI
2H2は、それぞれTEGa恒温槽３０、TMIn恒温槽３２およ
びCI2H2恒温槽３４から、H2キャリアガスを用いたバブ
リングによって、ガス導入口２０を介してチャンバ１０
内に供給される。
【００２６】それぞれのガス供給用配管には、ガス流量
制御計４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５
４および５８が設けられ、各ガス流量制御計が、チャン
バ１０に供給される各ガスの流量を制御する。ガス流量
を適切に制御することによって、チャンバ１０内での適
切な結晶成長が可能となる。
【００２７】以下に、図１に示されたＭＯＣＶＤ装置に
おいて、高濃度にｐ型ドーピングされた半導体結晶を成
長させる本発明の実施形態による結晶成長方法について
説明する。この実施形態においては、半導体基板１８と
してGaAs基板を用い、GaAs基板上に、高濃度にｐ型ドー
ピングされたGaAs結晶層を成長させる。GaAs結晶の一つ
の構成元素Gaを含む有機金属化合物としてTEGaを用い、
GaAs結晶の別の構成元素Asを含む分子化合物としてAsH3
を用いる。また、ｐ型ドーパント原料としてCI 2H2を用
いる。本実施形態では、GaAs結晶層を成長させている
が、他の実施形態においては、InPまたはInGaAsなどの
半導体結晶層を成長させることも可能である。
【００２８】TEGa、AsH3およびCI2H2は、H2キャリアガ
スによりチャンバ１０内に導入される。TEGaおよびAsH3
は、加熱されたGaAs基板１８上で反応して、GaAsの化合
物半導体結晶をGaAs基板１８上に成長させる。GaAsの成
長中、CI2H2が成長結晶表面で熱エネルギを与えられて
熱分解される。その結果、CがキャリアとしてGaAs成長
結晶中に混入し、GaAs結晶層がｐ型ドーピングされる。
CI2H2ガスは、ハロメタンであるが、本発明者による実
験により、メモリ効果を生じさせず、チャンバ１０に損
傷を与えないことが確認された。この実験により、CI2H
2ガスは、ＭＯＣＶＤ装置において一般に用いられるCBr
4、CCl4などの他のハロメタン系ガスに比べて、ｐ型ド
ーピングに非常に適していることが分かった。
【００２９】本発明の実施形態において、成長結晶中の
Cの混入量を多くして高濃度ｐ型ドーピング層を形成す
るために、成長中のGaAs結晶に、TEGaに含まれるCを取
り込ませる。本実施形態においては、有機金属化合物と
してエチル化合物であるTEGaを用いているが、別の実施
形態においてはメチル化合物を用いてもよい。Cをヘヴ
ィードーピングするために、チャンバ１０内に導入され
る有機金属化合物の原子数に対する分子化合物の原子数
の比、すなわちＶ族原料とIII族原料のチャンバ流入量
の比（Ｖ／III比）を１０以下に調整するのが好まし
い。また、結晶成長工程における成長温度を５００℃以
下の低温に設定するのが好ましい。以上の条件下におけ
る実験により、TEGaに含まれるCが、GaAs成長結晶中に
取り込まれることが確認された。
【００３０】低温成長によりGaAs結晶中に取り込まれた
Cは、H2キャリアガス又はAsH3からGaAs結晶中に混入し
たHにより、不活性化される。不活性化されたCを活性化
して、高濃度のｐ型ドーピング層を形成するために、N2
ガス供給装置２２からN2ガスをチャンバ１０に供給し
て、GaAs結晶層をアニールする。アニール温度は、６０
０℃以上であるのが好ましい。このアニール工程におい
て、Hの脱離を促進させるために、N2ガスの流量は、ｐ
型GaAs層成長時のH2キャリアガスの流量よりも少なく
し、チャンバ圧力は、ｐ型GaAs層成長時のチャンバ圧力
よりも低くするのが好ましい。また、ｐ型GaAs結晶層か
らAsが脱離するのを抑制するために、チャンバ１０にAs
H3を供給するのが好ましい。以上の条件下でアニール工
程を行うことによって、CをヘヴィードーピングしたGaA
s結晶層からHが効率的に脱離することが確認された。本
実施形態における結晶成長工程およびアニール工程を用
いて化合物半導体結晶を成長させることにより、高濃度
ｐ型ドーピング層を形成することが可能となる。また、
この結晶成長方法を用いて高濃度ｐ型ドーピング層を形
成することにより、例えばＨＢＴなどの高濃度ｐ型ドー
ピング層を有する半導体装置を高品質に形成することが
可能となる。
【００３１】また、本発明者は、ｐ型ドーピング材料で
あるCI2H2ガスがメモリ効果を生じさせないことを実験
により確認した。従って、CI2H2ガスを用いて高濃度ｐ
型ドーピング層を形成した後、高純度が要求される結晶
層を同一チャンバ内で連続して形成することが可能とな
る。具体的には、高濃度ｐ型ドーピング層を有するＨＢ
Ｔを形成後、ＨＥＭＴを連続して形成しても、ＨＥＭＴ
の高純度GaAs層の結晶成長中にCが不純物として混入し
ない。すなわち、ｐ型ドーピング材料としてCI2H2ガス
を用いることによって、ベーキング工程またはクリーニ
ング工程を行うことなく、半導体基板上に複数の結晶層
を連続して生成することが可能となる。
【００３２】本発明によると、ベーキング工程またはク
リーニング工程を行うことなく、ＨＢＴおよびＨＥＭＴ
を連続して形成できるので、半導体装置の製造時間を短
縮することが可能となる。
【００３３】
【実施例】（第１実施例）化合物半導体装置を製造する
過程で、高濃度ｐ型ドーピング層を形成する第１実施例
を示す。まず、半導体基板１８としてGaAs基板をサセプ
タ１２上に載置し、ヒータ１４により約４７０℃に加熱
した。それから、AsH3供給装置２４、H2キャリアガス供
給装置２８、TEGa恒温槽３０、およびCI2H2恒温槽３４
のバルブを開放し、H2キャリアガスによりAsH3、TEGaお
よびCI2H2をチャンバ１０内に供給した。このとき、ガ
ス流量制御計４８、４２および５２を調整して、TEGaの
流量を２００ccm、AsH3の流量を１０ccm、CI2H2 の流量
を４０ccmとした。また、H2キャリアガスの流量を２４
０００ccmとし、チャンバ１０内の圧力を５０Torrに保
った。以上の条件下で、化合物半導体結晶であるｐ型Ga
Asを、１９nm/分の成長速度で、GaAs基板１８上に成長
させた。この化合物半導体結晶成長工程において、TEGa
に含まれるCがGaAs成長層に取り込まれ、Cのヘヴィード
ーピングが行われた。
【００３４】CをヘヴィードーピングされたGaAs結晶が
成長された後、H2キャリアガス供給装置２８、TEGa恒温
槽３０、およびCI2H2恒温槽３４のバルブを閉じて、ア
ニール工程を行った。このアニール工程において、N2ガ
ス供給装置２２のバルブを開放し、チャンバ１０内にN2
ガスを供給した。ガス流量制御計４０を調整して、N2ガ
スの流量を２００００ccmとした。また、ｐ型GaAs結晶
からAsが離脱するのを防ぐために、化合物半導体結晶成
長工程よりもAsH3供給装置２４のバルブを更に開放し、
AsH3の流量を７０ccmとした。化合物半導体結晶成長工
程とアニール工程における上記条件を、表１に示す。
【表１】
【００３５】図２は、第１実施例において、ｐ型ドーピ
ングされたGaAs結晶のキャリア密度のアニール温度依存
性を示す実験結果である。この実験においては、CI2H2
の流量を全て４０ccmとした。図２によると、アニール
温度が高いほど、キャリア密度が大きくなっている。こ
のことは、アニール温度が高ければ、Hの脱離が促進さ
れたことを示す。この実験により、アニール温度６００
℃におけるCの活性化率は、約９０％であることが確認
された。
【００３６】図３は、第１実施例において、ｐ型ドーピ
ングされたGaAs層のキャリア密度のアニール時間依存性
を示す実験結果である。この実験においては、CI2H2 の
流量を全て４０ccmとし、アニール温度を６００℃とし
た。この実験によると、Cを活性化するために要するア
ニール時間は、約３分であることが確認された。
【００３７】以上、第１実施例に関連して説明したよう
に、ｐ型ドーピング材料としてCI2H 2を用い、Cをヘヴィ
ードーピングしたGaAs結晶をN2ガスを用いてアニールす
ることにより、チャンバを腐食させず、高濃度のｐ型結
晶層を成長することが可能となる。この結晶成長方法を
用いると、６×１０19cm-3以上の高いドーピング濃度を
要求されるＨＢＴ、信頼性の高いｐ型化合物半導体結
晶、およびこれらを組み込んだ電子デバイスまたは光デ
バイスを容易に得ることが可能となる。
【００３８】（第２実施例）以下に、複数の結晶層を連
続して成長する第２実施例について説明する。この第２
実施例においては、同一チャンバ内において、ｐ型ドー
ピング層を形成する第１成長工程と、高純度が要求され
る結晶を成長する第２成長工程とが連続して行われるこ
とを特徴とする。
【００３９】第１成長工程において、まず、半導体基板
１８としてGaAs基板をサセプタ１２上に載置し、ヒータ
１４により約４００℃に加熱した。それから、AsH3供給
装置２４、H2キャリアガス供給装置２８、TEGa恒温槽３
０、およびCI2H2恒温槽３４のバルブを開放し、H2キャ
リアガスによりAsH3、TEGaおよびCI2H2をチャンバ１０
内に供給した。このとき、TEGa恒温槽３０は２５℃に一
定に保たれ、AsH3供給装置２４は、純度１００％で希釈
していないAsH3を収容していた。ガス流量制御計４８、
４２および５２を調整して、TEGaの流量を２００ccm、A
sH3の流量を７０ccm、CI2H2 の流量を５０ccmとした。
この実施例においては、チャンバ１０に導入されるTEGa
の原子数に対するAsH3の原子数の比、すなわちＶ／III
比を４０とした。この条件下で、３０分間、ｐ型GaAs結
晶を成長させ、膜厚５００nmの結晶層を形成した。
【００４０】ｐ型GaAs結晶を形成後、基板温度を５９０
℃に上げ、チャンバ１０にN2ガスを供給することによっ
て、ｐ型GaAs結晶をアニールし、ｐ型GaAs結晶の脱水素
化を行った。その結果、７×１０19cm-3程度のｐ型キャ
リア密度を得ることができた。第１実施例において、C
の活性化率を上げるためにアニール温度を６００℃以上
に設定するのが好適であることを示したが、第２実施例
における実験の主たる目的は、複数結晶層を連続形成す
ることであり、高濃度ｐ型ドーピング層を形成すること
ではないので、この実験においてはアニール温度を５９
０℃としている。同様に、高濃度ｐ型ドーピング層を形
成するためにはＶ／III比を１０以下にすることが好ま
しいことを前述したが、第２実施例における実験の目的
は高濃度ｐ型ドーピング層を形成することではないの
で、この実験においてはＶ／III比を４０としている。
【００４１】第１成長工程におけるアニール工程の終了
後、直ちに高濃度ｐ型GaAs結晶を成長させたGaAs基板を
取り出し、新規のGaAs基板を、チャンバ１０内のサセプ
タ１２上に載置した。この新規のGaAs基板の表面に形成
された酸化膜を取り除くため、GaAs基板を５６５℃に加
熱し、１０分間サーマルクリーニング工程を行った。
【００４２】図４は、第２成長工程においてGaAs基板上
に成長されたＨＥＭＴの層構造を示す。第２実施例にお
いては、第１成長工程の終了後、ベーキング工程または
クリーニング工程を行うことなく、連続して第２成長工
程を行った。第２成長工程において、GaAs基板上に、基
板の欠陥などの影響を少なくするためのGaAsバッファ
層、２次元電子ガス層であるInGaAsチャンネル層、チャ
ンネル層を不純物と隔離するためのInGaPスペーサ層、
ドナーを供給するSiドープされたInGaPドナー層、およ
びInGaPドナー層を保護してオーミックコンタクト抵抗
を低減するSiドープされたGaAsキャップ層を形成した。
【００４３】GaAs結晶の成長時には、H2キャリアガスに
よりTEGa およびAsH3をチャンバ１０内に供給した。GaA
sバッファ層の形成時には、TEGaの流量を２００ccm、As
H3の流量を１０ccmとし、GaAsバッファ層の層厚を５０
０nmに形成した。また、GaAsキャップ層の形成時には、
TEGaの流量を２００ccm、AsH3の流量を７０ccmとし、さ
らにｎ型ドーピング材料であるSiI4の流量を３００ccm
として、これらの原料ガスをH2キャリアガスによりチャ
ンバ１０内に供給することによって、１０nmの層厚を有
し、3.5×１０18/cm3のｎ型ドーピング濃度を有するGaA
sキャップ層を形成した。
【００４４】InGaAs結晶の成長時には、H2キャリアガス
によりTEGa、AsH3およびTMInをチャンバ１０内に供給し
た。TEGaの流量を２００ccm、AsH3の流量を７０ccm、TM
Inの流量を１５０ccmとした。これらの原料ガスによ
り、InGaAsチャンネル層の層厚を１０nmに形成した。
【００４５】InGaP結晶の成長時には、H2キャリアガス
によりTEGa、TMIn およびPH3をチャンバ１０内に供給し
た。TEGaの流量を６６ccm、TMInの流量を１６４ccm、PH
3の流量を３５０ccmとした。これらの原料ガスにより、
InGaPスペーサ層の層厚を５nm、InGaPドナー層の層厚を
３５nmに形成した。InGaPドナー層の形成時において、
流量５３ccmのSiI4をH2キャリアガスによりチャンバ１
０内に供給し、InGaPドナー層のｎ型ドーピング濃度を
1.8×１０18/cm3とした。
【００４６】以上のＨＥＭＴの成長条件を表２に示す。
【表２】 図５は、第２成長工程においてInGaP ドナー層形成時の
SiI4の流量を変化させて形成したＨＥＭＴの室温（３０
０Ｋ）での移動度とシートキャリア密度の関係を示す。
具体的には、図５は、InGaP ドナー層形成時のSiI4の流
量を、５３ccmから７９ccmの間で調整したときの移動度
とシートキャリア密度の関係を示す実験結果である。図
５に示されるとおり、実施例２における結晶成長方法に
よると、室温で６４００cm2/Ｖs程度の移動度および1.6
×１０12/cm2のシートキャリア密度を得ることができ
た。得られた移動度は、同様の構造を有するＨＥＭＴの
移動度の文献値とほぼ同じである。本発明者による実験
の結果、InGaP層をAlGaAs層に変えて形成したＨＥＭＴ
においても同様の特性が得られた。また、第１成長工程
においてｐ型GaAs結晶またはＨＢＴを複数回形成した後
においても、表２に示される成長条件でＨＥＭＴを成長
した結果、良好な特性再現性を得ることができた。
【００４７】第２実施例においては、第１成長工程およ
び第２成長工程をそれぞれ別個の基板に対して行ってい
るが、他の例においては、一つの基板に対して第１成長
工程および第２成長工程を行うことが可能である。この
場合には、酸化膜を取り除くためのサーマルクリーニン
グを行う必要はなく、第１成長工程および第２成長工程
を連続して行うことができる。
【００４８】以上のことより、CI2H2をｐ型ドーピング
材料として第１成長工程で用いることによって、ベーキ
ング工程またはクリーニング工程を行うことなく、高純
度が要求される結晶層を同一チャンバ内で形成すること
が可能となる。
【００４９】（第３実施例）図６は、本発明の半導体装
置製造方法を用いてＨＢＴとＨＥＭＴとが同一GaAs基板
上に成長された半導体装置を示す。ＨＢＴは、GaAsバッ
ファ層、高濃度ｎ型GaAsサブコレクタ層、ｎ型GaAsコレ
クタ層、高濃度ｐ型GaAsベース層、ｎ型InGaPエミッタ
層、および高濃度ｎ型GaAsエミッタキャップ層を有す
る。また、ＨＥＭＴは、GaAsバッファ層、InGaAsチャン
ネル層、InGaPスペーサ層、ｎ型InGaPドナー層、および
高濃度ｎ型GaAsキャップ層を有する。本発明によると、
ＨＢＴの高濃度ｐ型GaAsベース層を形成するｐ型ドーピ
ング材料としてCI2H2を用いることによって、高純度が
要求されるInGaAsチャンネル層を含むＨＥＭＴを、同一
チャンバ内で連続して生成することが可能となる。ｐ型
ドーピング材料としてCI2H 2を用いることを除けば、Ｈ
ＢＴの成長方法は、既知の方法を利用することが可能で
ある。本発明は、ｐ型ドーピング材料としてCI2H2を用
いることによりベーキング工程またはクリーニング工程
を省略できる点に一つの特徴を有する。そのため、本発
明によると、ＨＢＴおよびＨＥＭＴを連続生成すること
ができるだけでなく、ＨＢＴ生成工程およびＨＥＭＴ生
成工程の間に他の素子生成工程を挟むことも可能であ
る。
【００５０】本明細書を通じて、GaAs結晶層を高濃度ｐ
型ドーピングする実施例について説明したが、本発明
は、例えばInPおよびInGaAsなどの他の化合物半導体結
晶の高濃度ｐ型ドーピングにも利用することが可能であ
る。
【００５１】上記説明から明らかなように、本発明によ
れば、高濃度にｐ型ドーピングされた結晶を成長するこ
とができ、且つ、ＨＢＴおよびＨＥＭＴを同一チャンバ
内で連続して生成することができる。以上、本発明を実
施の形態および実施例を用いて説明したが、本発明の技
術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されな
い。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えること
ができることが当業者に明らかである。その様な変更又
は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれるこ
とが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、高濃度にｐ型ドーピン
グされた結晶を成長することができるという効果を奏す
る。また、本発明によれば、ベーキング工程またはクリ
ーニング工程を行うことなく、ＨＢＴとＨＥＭＴを連続
して生成することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機金属気相成長方法（ＭＯＣＶＤ
法）を行うために用いるＭＯＣＶＤ装置のブロック図を
示す。
【図２】本発明の第１実施例において、ｐ型ドーピング
されたGaAs結晶のキャリア密度のアニール温度依存性を
示す実験結果である。
【図３】本発明の第１実施例において、ｐ型ドーピング
されたGaAs層のキャリア密度のアニール時間依存性を示
す実験結果である。
【図４】本発明の第２実施例における第２成長工程にお
いてGaAs基板上に成長されたＨＥＭＴの層構造を示す。
【図５】第１成長工程において高濃度ｐ型GaAs層を形成
した後に、InGaP ドナー層形成時のSiI4の流量を変化さ
せて形成したＨＥＭＴの室温（３００Ｋ）での移動度と
シートキャリア密度の関係を示す。
【図６】本発明の半導体装置製造方法を用いてＨＢＴと
ＨＥＭＴとが同一GaAs基板上に成長された半導体装置を
示す。
【符号の説明】
１０・・・チャンバ、１２・・・サセプタ、１４・・・
ヒータ、１６・・・ローディングチャンバ、１８・・・
半導体基板、２０・・・ガス導入口、２２・・・N2ガス
供給装置、２４・・・AsH3供給装置、２６・・・PH3供
給装置、２８・・・H2キャリアガス供給装置、３０・・
・TEGa恒温槽、３２・・・TMIn恒温槽、３４・・・CI2H
2恒温槽、３６・・・真空ポンプ、３８・・・除害装
置、４０、４２、４４、４６、４８、５０、５２、５
４、５８・・・ガス流量制御計、５６・・・SiI4恒温槽
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/812 (72)発明者 中村 陽登 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内 Ｆターム(参考） 5F003 BA92 BF06 BJ16 BM03 BP08 BP32 BP42 5F045 AA04 AB09 AB10 AB12 AB17 AC01 AC07 AC08 AC09 AC19 AD03 AD04 AD05 AD06 AD07 AD08 AD09 AE23 AF01 AF04 AF05 BB16 CA02 CA07 CB02 DA51 DA52 DA53 DP13 DP15 EE01 EE02 EE04 HA16 5F102 GA12 GC01 GJ05 GK05 GL04 GM04 GN05 GQ01 HC01

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チャンバ内に配置された半導体基板上
    に、少なくとも第１構成元素および第２構成元素を有す
    る化合物半導体結晶を成長させる結晶成長方法であっ
    て、 前記第１構成元素を含む有機金属化合物、前記第２構成
    元素を含む分子化合物、およびCI2H2を前記チャンバ内
    に供給して、ｐ型ドーピングされた前記化合物半導体結
    晶を成長させる化合物半導体結晶成長工程と、 前記化合物半導体結晶成長工程においてｐ型ドーピング
    された前記化合物半導体結晶が成長された後、前記チャ
    ンバ内にN2ガスを供給し、前記化合物半導体結晶をアニ
    ールするアニール工程とを備えることを特徴とする結晶
    成長方法。
  2. 【請求項２】 チャンバ内に配置された半導体基板上
    に、少なくとも第１構成元素および第２構成元素を有す
    る化合物半導体結晶を成長させた半導体装置を製造する
    半導体装置製造方法であって、 前記第１構成元素を含む有機金属化合物、前記第２構成
    元素を含む分子化合物、およびCI2H2を前記チャンバ内
    に供給して、ｐ型ドーピングされた前記化合物半導体結
    晶を成長させる結晶成長工程と、 前記結晶成長工程においてｐ型ドーピングされた前記化
    合物半導体結晶が成長された後、前記チャンバ内にN2ガ
    スを供給し、前記化合物半導体結晶をアニールするアニ
    ール工程とを備えることを特徴とする半導体装置製造方
    法。
  3. 【請求項３】 前記化合物半導体結晶は、GaAs、InP、
    またはInGaAsであることを特徴とする請求項２に記載の
    半導体装置製造方法。
  4. 【請求項４】 前記アニール工程は、６００℃以上で前
    記化合物半導体結晶をアニールする工程を有することを
    特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置製造方
    法。
  5. 【請求項５】 前記結晶成長工程は、メチル化合物また
    はエチル化合物を前記有機金属化合物として前記チャン
    バ内に供給し、５００℃以下で前記化合物半導体結晶を
    成長させる工程を有することを特徴とする請求項２から
    ４のいずれかに記載の半導体装置製造方法。
  6. 【請求項６】 前記チャンバ内に導入される前記有機金
    属化合物の原子数に対する前記分子化合物の原子数の比
    は、１０以下であることを特徴とする請求項５に記載の
    半導体装置製造方法。
  7. 【請求項７】 前記結晶成長工程は、前記有機金属化合
    物、前記分子化合物、およびCI2H2をH2キャリアガスに
    より前記チャンバ内に導入する工程を有し、前記アニー
    ル工程において供給される前記N2ガスの流量は、前記結
    晶成長工程における前記H2キャリアガスの流量よりも少
    ないことを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載
    の半導体装置製造方法。
  8. 【請求項８】 前記結晶成長工程における前記チャンバ
    内の圧力は、前記アニール工程における前記チャンバ内
    の圧力よりも高いことを特徴とする請求項２から７のい
    ずれかに記載の半導体装置製造方法。
  9. 【請求項９】 前記アニール工程は、前記N2ガスに加え
    て、前記分子化合物を前記チャンバ内に供給することを
    特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の半導体装
    置製造方法。
  10. 【請求項１０】 チャンバ内に配置された半導体基板上
    に、複数の化合物半導体結晶層を連続して成長させて、
    半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、 前記チャンバにCI2H2を供給して、ｐ型ドーピングされ
    た第１化合物半導体結晶層を成長させる第１成長工程
    と、 前記第１成長工程において前記第１化合物半導体結晶層
    を成長した後、不純物をドーピングしない第２化合物半
    導体結晶成長層を成長させる第２成長工程とを備えるこ
    とを特徴とする半導体装置製造方法。
  11. 【請求項１１】 チャンバ内に配置された半導体基板上
    にＨＢＴおよびＨＥＭＴが連続して成長された半導体装
    置を製造する半導体装置製造方法であって、 前記チャンバにCI2H2を供給して、ｐ型ドーピングされ
    たｐ型ドーピング層を含む前記ＨＢＴを形成するＨＢＴ
    形成工程と、 前記ＨＢＴ形成工程において前記ＨＢＴを形成した後、
    前記ＨＥＭＴを形成するＨＥＭＴ形成工程とを有するこ
    とを特徴とする半導体装置製造方法。
  12. 【請求項１２】 前記ＨＢＴ形成工程は、前記ｐ型ドー
    ピング層を形成した後、前記チャンバにN2ガスを供給
    し、前記ｐ型ドーピング層をアニールするアニール工程
    を有することを特徴とする請求項１１に記載の半導体装
    置製造方法。
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