JP2011159645A

JP2011159645A - Method of manufacturing semiconductor epitaxial wafer, semiconductor epitaxial wafer and semiconductor element

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Publication number: JP2011159645A
Application number: JP2010017564A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Akamatsu; 和弘赤松; Noriyuki Kubota; 典之久保田
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2011-08-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for controlling a residual carrier to low concentration without changing characteristics of a semiconductor thin film when epitaxially growing the semiconductor thin film on a semiconductor substrate by an MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. <P>SOLUTION: In a method of manufacturing a semiconductor epitaxial wafer having the semiconductor thin film epitaxially grown on the semiconductor substrate, the semiconductor thin film is doped with aluminum (Al) concurrently with being epitaxially grown. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板上に半導体薄膜をエピタキシャル成長させてなる半導体エピタキシャルウェハの製造方法、半導体エピタキシャルウェハ及び半導体素子に関し、特に、半導体薄膜中の残留キャリアを低濃度に制御する技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor epitaxial wafer obtained by epitaxially growing a semiconductor thin film on a semiconductor substrate, a semiconductor epitaxial wafer, and a semiconductor element, and more particularly to a technique for controlling residual carriers in a semiconductor thin film to a low concentration.

従来、半導体基板上に半導体薄膜を形成する方法として、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）や有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）が知られている。これらの方法は、土台となる半導体基板表面に必要な原料を導入し、化学的又は物理的に薄膜を形成する方法であり、半導体レーザやトランジスタなどの半導体素子に必要なヘテロ構造の半導体エピタキシャルウェハを製造することが可能である。なお、本明細書では、半導体基板上に、半導体薄膜をエピタキシャル成長させた積層構造体を半導体エピタキシャルウェハと呼ぶ。
ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法で半導体薄膜を成長させる場合、原料供給量や成長温度により、形成する半導体薄膜の膜厚や組成を制御する。また、必要に応じて不純物を添加することにより、半導体薄膜をｎ型又はｐ型に制御する。 Conventionally, molecular beam epitaxy (MBE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) are known as methods for forming a semiconductor thin film on a semiconductor substrate. These methods are methods for introducing a necessary raw material on a semiconductor substrate surface as a base to form a thin film chemically or physically. A semiconductor epitaxial wafer having a heterostructure necessary for a semiconductor element such as a semiconductor laser or a transistor. Can be manufactured. In this specification, a laminated structure in which a semiconductor thin film is epitaxially grown on a semiconductor substrate is referred to as a semiconductor epitaxial wafer.
When a semiconductor thin film is grown by the MBE method or the MOCVD method, the thickness and composition of the semiconductor thin film to be formed are controlled by the raw material supply amount and the growth temperature. Further, the semiconductor thin film is controlled to be n-type or p-type by adding impurities as necessary.

一方で、半導体デバイスによっては、全く不純物が添加されていない又は非常に低いキャリア濃度の半導体薄膜を有する半導体エピタキシャルウェハが要求される場合もある。例えば、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ構造のＰＩＮ型フォトダイオードでは、光吸収層となるＩｎＧａＡｓ層のキャリア濃度を１×１０^１５ｃｍ^−３より低く抑える必要がある。
しかし、半導体エピタキシャルウェハの製造過程において、意図的に不純物を加えなくても、環境からの影響により半導体薄膜中に不純物が添加され、又は結晶欠陥が作用してキャリアが発生し、これが残留キャリアとなることがある。従来は、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法に用いられる成長装置内の不純物（例えば、酸素）を除去して半導体薄膜中に不純物が混入するのを防止したり、成長条件を最適化して結晶性の改善を図ったりすることで、残留キャリアの発生を抑制している（例えば、特許文献１）。 On the other hand, some semiconductor devices may require a semiconductor epitaxial wafer having no semiconductor added at all or having a semiconductor thin film with a very low carrier concentration. For example, in a PIN photodiode having an InGaAs / InP structure, it is necessary to suppress the carrier concentration of an InGaAs layer serving as a light absorption layer to be lower than 1 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ .
However, in the process of manufacturing a semiconductor epitaxial wafer, even if impurities are not intentionally added, impurities are added to the semiconductor thin film due to environmental influences, or crystal defects act to generate carriers, which are regarded as residual carriers. May be. Conventionally, impurities (for example, oxygen) in a growth apparatus used for the MBE method or MOCVD method are removed to prevent impurities from being mixed into the semiconductor thin film, or the growth conditions are optimized to improve crystallinity. For example, the generation of residual carriers is suppressed (for example, Patent Document 1).

特開２００９−６０００８号公報JP 2009-60008 A

このように、不純物の混入は不可避的であるため、半導体薄膜の残留キャリアを低濃度で安定して制御することが重要となる。しかしながら、意図的に不純物を添加しているわけではないので、不純物量により残留キャリア濃度を制御することは困難であり、さらには残留キャリアが発生する要因をモニタすること自体困難を極める。
例えば、ＭＢＥ装置を含めて同じ成長条件により、ＩｎＰ基板上にアンドープＩｎＧａＡｓをエピタキシャル成長させたときの残留キャリア濃度を表１に示す。表１に示すように、成長条件が同じであっても、成長時期が異なればＩｎＧａＡｓ中の残留キャリア濃度は５×１０^１４〜３×１０^１５ｃｍ^−３とばらつく。また、サンプルＡ〜Ｅのように、フォトダイオード用のＩｎＧａＡｓとして要求されるキャリア濃度＜１×１０^１５ｃｍ^−３を満足していない場合は、ＭＢＥ装置のメンテナンスや原料のクリーニング等を行うことで、残留キャリア濃度の低減が図られる。 As described above, since impurities are inevitable, it is important to stably control the residual carriers in the semiconductor thin film at a low concentration. However, since impurities are not intentionally added, it is difficult to control the residual carrier concentration by the amount of impurities, and it is extremely difficult to monitor the cause of the generation of residual carriers.
For example, Table 1 shows the residual carrier concentration when undoped InGaAs is epitaxially grown on an InP substrate under the same growth conditions including the MBE apparatus. As shown in Table 1, even if the growth conditions are the same, the residual carrier concentration in InGaAs varies from 5 × 10 ^{14 to} 3 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ if the growth time is different. When the carrier concentration <1 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ required for InGaAs for photodiodes is not satisfied as in samples A to E, maintenance of the MBE apparatus, cleaning of raw materials, etc. are performed. Thus, the residual carrier concentration can be reduced.

このように、従来の方法では、成長装置の稼動とともに半導体薄膜中のキャリア濃度が変化してしまうため、同等の半導体特性を有する半導体エピタキシャルウェハを安定して提供することが困難となっている。また、残留キャリアを確実に低濃度とするためには、成長装置のメンテナンスが頻繁に必要となる。そのため、半導体エピタキシャルウェハの生産性が低下し、低コスト化を図ることが困難となっている。 As described above, in the conventional method, the carrier concentration in the semiconductor thin film changes with the operation of the growth apparatus, so that it is difficult to stably provide a semiconductor epitaxial wafer having equivalent semiconductor characteristics. Also, in order to ensure that the residual carrier has a low concentration, maintenance of the growth apparatus is frequently required. For this reason, productivity of the semiconductor epitaxial wafer is lowered, and it is difficult to reduce the cost.

本発明は、ＭＢＥ法又はＭＯＣＶＤ法により半導体基板上に半導体薄膜をエピタキシャル成長させる際に、半導体薄膜の特性を変えることなく、残留キャリアを低濃度に制御する技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique for controlling residual carriers to a low concentration without changing the characteristics of a semiconductor thin film when epitaxially growing a semiconductor thin film on a semiconductor substrate by MBE or MOCVD.

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたもので、
半導体基板上に半導体薄膜をエピタキシャル成長させてなる半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記半導体薄膜をエピタキシャル成長させる際にアルミニウム（Ａｌ）をドープすることを特徴とする。
ここで、「半導体基板上」とは土台となる基板上という意味であり、半導体基板上に直接エピタキシャル成長させる場合はもちろん、バッファ層などを介してエピタキシャル成長させる場合も含む。 The invention described in claim 1 was made to achieve the above object,
In a method for producing a semiconductor epitaxial wafer obtained by epitaxially growing a semiconductor thin film on a semiconductor substrate,
When the semiconductor thin film is epitaxially grown, aluminum (Al) is doped.
Here, “on the semiconductor substrate” means on the base substrate, and includes not only direct epitaxial growth on the semiconductor substrate but also epitaxial growth via a buffer layer or the like.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、前記アルミニウムのドーピング量が１ｐｐｍ以上４０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor epitaxial wafer according to the first aspect, the doping amount of the aluminum is 1 ppm or more and 4000 ppm or less.

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、前記半導体基板はＩｎＰで構成され、前記半導体薄膜はＩｎＧａＡｓで構成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor epitaxial wafer manufacturing method according to the first or second aspect, the semiconductor substrate is made of InP and the semiconductor thin film is made of InGaAs.

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、前記半導体薄膜を、分子線エピタキシー法又は有機金属気相成長法によりエピタキシャル成長させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the method for producing a semiconductor epitaxial wafer according to any one of the first to third aspects, the semiconductor thin film is epitaxially grown by a molecular beam epitaxy method or a metal organic chemical vapor deposition method. It is characterized by.

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の製造方法により製造された半導体エピタキシャルウェハであって、
前記半導体薄膜のキャリア濃度が１×１０^１５ｃｍ^−３より小さいことを特徴とする。 Invention of Claim 5 is the semiconductor epitaxial wafer manufactured by the manufacturing method as described in any one of Claim 1 to 4,
The semiconductor thin film has a carrier concentration of less than 1 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ .

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の半導体エピタキシャルウェハを用いて製造され、前記半導体薄膜を光吸収層とすることを特徴とする半導体素子である。 A sixth aspect of the present invention is a semiconductor device manufactured using the semiconductor epitaxial wafer according to the fifth aspect, wherein the semiconductor thin film is a light absorption layer.

本発明に係る製造方法よれば、半導体薄膜をエピタキシャル成長させるときに、同時にＡｌをドープするという簡単な手法で、半導体薄膜中の残留キャリアを低濃度で安定して制御することができる。したがって、成長装置のメンテナンスを最低限に抑えることができ、半導体エピタキシャルウェハの生産性を向上することができる。
また、本発明に係る半導体エピタキシャルウェハ及び半導体素子によれば、残留キャリアが低濃度で安定して制御されているので、半導体素子（例えば受光素子）の暗電流特性が格段に向上される。 According to the manufacturing method of the present invention, when a semiconductor thin film is epitaxially grown, residual carriers in the semiconductor thin film can be stably controlled at a low concentration by a simple technique of simultaneously doping Al. Therefore, the maintenance of the growth apparatus can be minimized and the productivity of the semiconductor epitaxial wafer can be improved.
In addition, according to the semiconductor epitaxial wafer and the semiconductor element according to the present invention, since the residual carriers are stably controlled at a low concentration, the dark current characteristics of the semiconductor element (for example, the light receiving element) are remarkably improved.

実施形態に係る半導体エピタキシャルウェハの積層構造を示す図である。It is a figure which shows the laminated structure of the semiconductor epitaxial wafer which concerns on embodiment. ＭＢＥ装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a MBE apparatus.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態に係る半導体エピタキシャルウェハの積層構造を示す図である。図１には、ＰＩＮ型フォトダイオードの製造に用いられる半導体エピタキシャルウェハについて示している。
図１に示すように半導体エピタキシャルウェハ１０は、ＩｎＰ基板１１の上に、ｎ型ＩｎＰ層（バッファ層）１２、ＩｎＧａＡｓ層（光吸収層）１３、ｎ型ＩｎＰ層（キャップ層）１４が順に積層形成されて構成されている。
半導体エピタキシャルウェハ１０において、例えば、ｎ型ＩｎＰ層１２は膜厚：１．０μｍ、キャリア濃度：１×１０^１８ｃｍ^−３、ＩｎＧａＡｓ層１３は膜厚：３．０μｍ、キャリア濃度：５×１０^１４ｃｍ^−３、ｎ型ＩｎＰ層１４は膜厚：１．０μｍ、キャリア濃度１×１０^１５ｃｍ^−３とされる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a view showing a laminated structure of a semiconductor epitaxial wafer according to the embodiment. FIG. 1 shows a semiconductor epitaxial wafer used for manufacturing a PIN photodiode.
As shown in FIG. 1, a semiconductor epitaxial wafer 10 has an n-type InP layer (buffer layer) 12, an InGaAs layer (light absorption layer) 13, and an n-type InP layer (cap layer) 14 stacked in this order on an InP substrate 11. Formed and configured.
In the semiconductor epitaxial wafer 10, for example, the n-type InP layer 12 has a film thickness of 1.0 μm and a carrier concentration of 1 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ , and the InGaAs layer 13 has a film thickness of 3.0 μm and a carrier concentration of 5 × 10 ^14. The cm ⁻³ and n-type InP layer 14 has a film thickness of 1.0 μm and a carrier concentration of 1 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ .

この半導体エピタキシャルウェハ１０を用いてフォトダイオードを製造する場合、ｎ型ＩｎＰ層１４に部分的にイオン注入（例えばＭｇ^２＋、Ｚｎ^２＋）することによって、ＩｎＧａＡｓ層１３と接合するｐ型不純物領域が形成される。そして、このｐ型不純物領域とＩｎＰ基板１１にオーミック電極が形成され、ＰＩＮ型フォトダイオードが製造される。 When a photodiode is manufactured using the semiconductor epitaxial wafer 10, a p-type impurity region bonded to the InGaAs layer 13 is formed by partial ion implantation (for example, Mg ²⁺ , Zn ²⁺ ) into the n-type InP layer 14. Is done. Then, an ohmic electrode is formed on the p-type impurity region and the InP substrate 11 to manufacture a PIN photodiode.

本実施形態では、ＩｎＧａＡｓ層１３をエピタキシャル成長させるときにＡｌをドープすることで、低キャリア濃度のＩｎＧａＡｓ層を実現している。このＩｎＧａＡｓ層１３を含めて、ｎ型ＩｎＰ層１２，１４は、例えば、ＭＢＥ法によって成膜される。 In the present embodiment, when the InGaAs layer 13 is epitaxially grown, Al is doped to realize a low carrier concentration InGaAs layer. The n-type InP layers 12 and 14 including the InGaAs layer 13 are formed by, for example, the MBE method.

図２は、ＭＢＥ装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、ＭＢＥ装置１００は、成膜室１０１内に、基板を保持する基板ホルダ１０２、基板を加熱する基板加熱ヒータ１０３、原料を蒸発させて分子線を供給する分子線セル（蒸発源）１０４〜１０７等が配置されて構成されている。また、それぞれの分子線セル１０４〜１０７に対応して、分子線の供給を制御するシャッター１０８が設けられている。
なお、図示を省略しているが、ＭＢＥ装置１００は、分子線量や試料をモニタリングするための機構や真空計等も備えている。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the MBE apparatus. As shown in FIG. 2, an MBE apparatus 100 includes a substrate holder 102 that holds a substrate, a substrate heater 103 that heats the substrate, a molecular beam cell that evaporates the raw material and supplies a molecular beam ( Evaporation sources) 104 to 107 are arranged. A shutter 108 for controlling the supply of molecular beams is provided corresponding to each of the molecular beam cells 104 to 107.
Although not shown, the MBE apparatus 100 includes a mechanism for monitoring the molecular dose and the sample, a vacuum gauge, and the like.

また、分子線セル１０４〜１０７はＰＢＮ製のルツボを有しており、このルツボ内に高純度の金属原料が配置される。ルツボに配置される金属原料の形状はルツボに入る状態であればよく、例えばインゴット状、ペレット状又はフレーク状の金属原料が主に用いられる。ＩｎＧａＡｓからなる半導体薄膜をエピタキシャル成長させる場合、分子線セル１０４〜１０７には、それぞれＩｎ，Ｇａ，Ａｓ，Ａｌが配置されることとなる。
ＭＢＥ装置１００では、成膜室１０１内を超高真空に維持した状態で、金属原料を蒸発させることにより、基板上に半導体薄膜をエピタキシャル成長させることができる。 Further, the molecular beam cells 104 to 107 have a PBN crucible, and a high-purity metal raw material is placed in the crucible. The shape of the metal raw material disposed in the crucible may be in a state of entering the crucible. For example, an ingot-shaped, pellet-shaped or flake-shaped metal raw material is mainly used. When epitaxially growing a semiconductor thin film made of InGaAs, In, Ga, As, and Al are arranged in the molecular beam cells 104 to 107, respectively.
In the MBE apparatus 100, the semiconductor thin film can be epitaxially grown on the substrate by evaporating the metal raw material in a state where the inside of the film forming chamber 101 is maintained in an ultrahigh vacuum.

（実施例）
実施例では、ＭＢＥ装置１００を用いて、基板上にＩｎＧａＡｓからなる半導体薄膜を成長させる場合について説明する。なお、半導体エピタキシャルウェハ１０において、ＩｎＧａＡｓ層１３を成膜する場合、ＩｎＰ基板１１にｎ型ＩｎＰ層１２を成膜したものが基板となる。 (Example)
In the embodiment, a case where a semiconductor thin film made of InGaAs is grown on a substrate using the MBE apparatus 100 will be described. When the InGaAs layer 13 is formed on the semiconductor epitaxial wafer 10, the substrate obtained by forming the n-type InP layer 12 on the InP substrate 11 is the substrate.

まず、半導体基板１０２を成膜室１０１に搬送して基板ホルダに取り付け、基板加熱ヒータ１０３で成長温度まで加熱した。このときの基板温度は成長させる半導体薄膜によって異なるが、ＩｎＧａＡｓの場合には、例えば５００℃とされる。
その後、Ｇａ蒸発源１０４とＩｎ蒸発源１０６とを抵抗加熱により所定温度まで昇温し、形成されるＩｎＧａＡｓがＩｎＰに格子整合し、かつＩｎＧａＡｓの成長速度が１μｍ／ｈとなるようにした。このとき、Ａｓの温度はＡｓ蒸気圧と（Ｉｎ＋Ｇａ）の蒸気圧との比が１０〜２０となるように設定した。各原料の加熱温度は装置構成や原料残量により異なるが、例えばＩｎは９００℃、Ｇａは９５０℃、Ａｓは３００℃に加熱される。
そして、基板を成長温度まで昇温した状態で、Ｇａ蒸発源１０４、Ｉｎ蒸発源１０６及びＡｓ蒸発源１０７のシャッター１０８を同時に開けることにより、Ｇａ分子線、Ｉｎ分子線、Ａｓ分子線を基板に照射し、基板上にＩｎＧａＡｓ層を成膜した。 First, the semiconductor substrate 102 was transferred to the deposition chamber 101 and attached to the substrate holder, and heated to the growth temperature by the substrate heater 103. The substrate temperature at this time varies depending on the semiconductor thin film to be grown.
Thereafter, the Ga evaporation source 104 and the In evaporation source 106 were heated to a predetermined temperature by resistance heating so that the formed InGaAs was lattice-matched to InP and the growth rate of InGaAs was 1 μm / h. At this time, the temperature of As was set so that the ratio of the vapor pressure of As to the vapor pressure of (In + Ga) was 10-20. For example, In is heated to 900 ° C., Ga is 950 ° C., and As is 300 ° C., although the heating temperature of each material varies depending on the apparatus configuration and the remaining amount of raw material.
Then, with the substrate heated up to the growth temperature, the shutters 108 of the Ga evaporation source 104, the In evaporation source 106, and the As evaporation source 107 are simultaneously opened, so that the Ga molecular beam, the In molecular beam, and the As molecular beam are applied to the substrate. Irradiation was performed to form an InGaAs layer on the substrate.

このとき、同時にＡｌ蒸発源１０５のシャッター１０８を開け、Ａｌ分子線を基板上に照射することにより、ＩｎＧａＡｓ層にＡｌをドープした。なお、Ａｌ原料の温度は、ＩｎＧａＡｓを１μｍ／ｈの成長速度で成長させるときに、Ａｌドーピング量が必要量となるように設定した。
つまり、このＡｌ原料の温度を調整することによりＡｌドーピング量を調整でき、ＩｎＧａＡｓ膜のキャリア濃度を制御することができる。例えば、Ａｌ温度を８５０〜９５０℃とすると、Ａｌドーピング量は１〜１６００ｐｐｍとなる。 At this time, the InGaAs layer was doped with Al by simultaneously opening the shutter 108 of the Al evaporation source 105 and irradiating the substrate with an Al molecular beam. The temperature of the Al material was set so that the Al doping amount was a required amount when InGaAs was grown at a growth rate of 1 μm / h.
That is, by adjusting the temperature of the Al raw material, the amount of Al doping can be adjusted, and the carrier concentration of the InGaAs film can be controlled. For example, when the Al temperature is 850 to 950 ° C., the Al doping amount is 1 to 1600 ppm.

表２に、Ａｌのドーピング量を変えてＩｎＧａＡｓ層を成膜したときのＩｎＧａＡｓ層中のキャリア濃度及びホール特性値を示す。表２には、従来の手法によりアンドープＩｎＧａＡｓ層を成膜したときの残留キャリア濃度が１．１３×１０^１５ｃｍ^−３であった時期のＭＢＥ装置を用いた場合について示している。なお、Ａｌドーピング量は、ＩｎＧａＡｓの成長速度に対するＡｌＡｓの成長速度から算出している。 Table 2 shows the carrier concentration and the hole characteristic value in the InGaAs layer when the InGaAs layer is formed by changing the Al doping amount. Table 2 shows the case of using the MBE apparatus at the time when the residual carrier concentration when the undoped InGaAs layer was formed by the conventional method was 1.13 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ . The Al doping amount is calculated from the growth rate of AlAs with respect to the growth rate of InGaAs.

表２に示すように、Ａｌドーピング量の増加とともに、ＩｎＧａＡｓのキャリア濃度は低減され、フォトダイオードの用途に要求される１×１０^１５ｃｍ^−３より低いキャリア濃度が達成されている。また、Ａｌドーピング量が８０００ｐｐｍのときホール移動度が急激に悪化しており、ＩｎＧａＡｓ特性の劣化が見られる。このことから、Ａｌドーピング量は概ね８０００ｐｐｍよりも小さくする必要があり、望ましくは４０００ｐｐｍ以下とする。 As shown in Table 2, as the Al doping amount is increased, the carrier concentration of InGaAs is decreased, and a carrier concentration lower than 1 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ required for the photodiode application is achieved. In addition, when the Al doping amount is 8000 ppm, the hole mobility is abruptly deteriorated, and deterioration of InGaAs characteristics is observed. For this reason, the Al doping amount needs to be smaller than about 8000 ppm, preferably 4000 ppm or less.

通常、アンドープＩｎＧａＡｓ層を成膜する場合、意図的に不純物は添加されないため、キャリア濃度は十分に低いものになるはずである。しかし、金属原料に含まれる微量不純物や成長室１０１内の真空中の残留ガスの影響等を受けるため、残留キャリア濃度が増大する。これに対して、本実施形態では、ＩｎＧａＡｓ層にＡｌをドープすることにより、残留キャリアが効果的に低減されている。 Usually, when an undoped InGaAs layer is formed, no impurity is intentionally added, so that the carrier concentration should be sufficiently low. However, the residual carrier concentration increases due to the influence of trace impurities contained in the metal raw material and the residual gas in the vacuum in the growth chamber 101. On the other hand, in this embodiment, residual carriers are effectively reduced by doping Al in the InGaAs layer.

このように、実施形態に係る製造方法よれば、ＩｎＧａＡｓからなる半導体薄膜をエピタキシャル成長させるときに、同時にＡｌをドープするという簡単な手法で、半導体薄膜中の残留キャリアを低濃度で安定して制御することができる。したがって、成長装置のメンテナンスを最低限に抑えることができ、半導体エピタキシャルウェハの生産性を向上することができる。
また、実施形態に係る半導体エピタキシャルウェハ及び半導体素子によれば、残留キャリアが低濃度で安定して制御されているので、半導体素子（例えば受光素子）の暗電流特性が格段に向上される。 As described above, according to the manufacturing method according to the embodiment, when epitaxially growing a semiconductor thin film made of InGaAs, residual carriers in the semiconductor thin film are stably controlled at a low concentration by a simple technique of simultaneously doping Al. be able to. Therefore, the maintenance of the growth apparatus can be minimized and the productivity of the semiconductor epitaxial wafer can be improved.
In addition, according to the semiconductor epitaxial wafer and the semiconductor element according to the embodiment, since the residual carriers are stably controlled at a low concentration, the dark current characteristics of the semiconductor element (for example, the light receiving element) are remarkably improved.

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上記実施形態では、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層を成膜する場合について説明したが、基板上にその他の化合物半導体をエピタキシャル成長させる場合もＡｌをドープすることにより残留キャリア濃度を低減できる可能性がある。
また、実施形態ではＭＢＥ法を利用した場合について説明したが、ＭＯＣＶＤ法を利用して半導体薄膜をエピタキシャル成長させる場合にも本発明を適用できる。 As mentioned above, although the invention made by this inventor was concretely demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, It can change in the range which does not deviate from the summary.
Although the case where an InGaAs layer is formed on an InP substrate has been described in the above embodiment, the residual carrier concentration may be reduced by doping Al even when another compound semiconductor is epitaxially grown on the substrate.
In the embodiment, the case where the MBE method is used has been described. However, the present invention can also be applied to the case where the semiconductor thin film is epitaxially grown using the MOCVD method.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１０半導体エピタキシャルウェハ
１１ＩｎＰ基板
１２ｎ型ＩｎＰ層（バッファ層）
１３ＡｌドープＩｎＧａＡｓ層（光吸収層）
１４ｎ型ＩｎＰ層（キャップ層）
１００ＭＢＥ装置
１０１成膜室
１０２半導体基板
１０３基板加熱ヒータ
１０４分子線セル（Ｇａ蒸発源）
１０５分子線セル（Ａｌ蒸発源）
１０６分子線セル（Ｉｎ蒸発源）
１０７分子線セル（Ａｓ蒸発源）
１０８シャッター 10 Semiconductor epitaxial wafer 11 InP substrate 12 n-type InP layer (buffer layer)
13 Al-doped InGaAs layer (light absorption layer)
14 n-type InP layer (cap layer)
100 MBE apparatus 101 Deposition chamber 102 Semiconductor substrate 103 Substrate heater 104 Molecular beam cell (Ga evaporation source)
105 Molecular beam cell (Al evaporation source)
106 Molecular beam cell (In evaporation source)
107 Molecular beam cell (As evaporation source)
108 Shutter

Claims

In a method for producing a semiconductor epitaxial wafer obtained by epitaxially growing a semiconductor thin film on a semiconductor substrate,
A method for producing a semiconductor epitaxial wafer, comprising doping aluminum (Al) when epitaxially growing the semiconductor thin film.

The method for producing a semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the aluminum doping amount is 1 ppm or more and 4000 ppm or less.

The semiconductor substrate is made of InP,
3. The method of manufacturing a semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the semiconductor thin film is made of InGaAs.

4. The method for producing a semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the semiconductor thin film is epitaxially grown by molecular beam epitaxy or metal organic vapor phase epitaxy. 5.

A semiconductor epitaxial wafer manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4,
A semiconductor epitaxial wafer, wherein the semiconductor thin film has a carrier concentration of less than 1 × 10 ¹⁵ cm ⁻³ .

A semiconductor device manufactured using the semiconductor epitaxial wafer according to claim 5, wherein the semiconductor thin film is a light absorption layer.