JP2784364B2 - 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
化合物半導体のエピタキシャル成長方法Info
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- JP2784364B2 JP2784364B2 JP11002389A JP11002389A JP2784364B2 JP 2784364 B2 JP2784364 B2 JP 2784364B2 JP 11002389 A JP11002389 A JP 11002389A JP 11002389 A JP11002389 A JP 11002389A JP 2784364 B2 JP2784364 B2 JP 2784364B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、GaAs基板上へMBE（分子線エピタキシー）
法によりGaAsやAlGaAsエピタキシャル層を成長させる技
術に関する。
法によりGaAsやAlGaAsエピタキシャル層を成長させる技
術に関する。
［従来の技術］ ヘテロ接合を利用したHEMT（高電子移動度トランジス
タ）用のウェーハは、MBE法でGaAs基板上にGaAs層とAlG
aAs層をエピタキシャル成長させることで得られる。
タ）用のウェーハは、MBE法でGaAs基板上にGaAs層とAlG
aAs層をエピタキシャル成長させることで得られる。
従来、MBE法により成長させたエピタキシャル層の表
面には、いわゆるオーバルディフェクトと呼ばれる第１
図に示すようなマクロスコーピックな欠陥が存在し、IC
の歩留りを低下させるという問題があることが知られて
いる（培風館、昭和61年11月30日発行、「超高速化学物
半導体デバイス」第163頁〜第164頁参照）。
面には、いわゆるオーバルディフェクトと呼ばれる第１
図に示すようなマクロスコーピックな欠陥が存在し、IC
の歩留りを低下させるという問題があることが知られて
いる（培風館、昭和61年11月30日発行、「超高速化学物
半導体デバイス」第163頁〜第164頁参照）。
一方、MBE法によるエピタキシャル層表面の欠陥は上
記オーバルディフェクトのみならず、第２図に示すよう
にミクロスコーピックな欠陥（以下、米粒状微小欠陥と
称する）が存在する。この欠陥は短径が２〜３μｍで長
径が４〜７μｍの楕円形をなし、比較的大きさが揃って
いる。この米粒状微小欠陥は、昭和62年、秋季、第48回
応用物理学会予稿集２分冊第223頁で述べられていると
ころの微小欠陥に相当するもので、基板の転位に起因し
ていることが知られている。
記オーバルディフェクトのみならず、第２図に示すよう
にミクロスコーピックな欠陥（以下、米粒状微小欠陥と
称する）が存在する。この欠陥は短径が２〜３μｍで長
径が４〜７μｍの楕円形をなし、比較的大きさが揃って
いる。この米粒状微小欠陥は、昭和62年、秋季、第48回
応用物理学会予稿集２分冊第223頁で述べられていると
ころの微小欠陥に相当するもので、基板の転位に起因し
ていることが知られている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、本発明者らが実験により調べたところ
によると、上記米粒状微小欠陥の密度は、基板の転位密
度と必ずしも同じではなく、エピタキシャル層の成長条
件によって異なり、基板の転位密度が（１〜４）×104c
m-2の場合、１×103cm-2〜５×105cm-2程度のばらつき
がある。つまり、成長条件によっては、１×103cm-2程
度にまで少なくすることが可能であることが分かった。
しかしながら、そのような成長条件が上記米粒状微小欠
陥以外の他の欠陥の低減に対して最適であるとは限ら
ず、従来は、この米粒状微小欠陥のデバイス特性に及ぼ
す影響が十分に解明されていないために、オーバルディ
フェクト等他の欠陥を減らすような成長条件が選ばれ、
この米粒状微小欠陥密度は無視されていた。しかし、デ
バイス構造が今後さらに微細かつ複雑になっていけば、
当然、この米粒状微小欠陥がデバイス特性に悪影響を及
ぼすと考えられる。
によると、上記米粒状微小欠陥の密度は、基板の転位密
度と必ずしも同じではなく、エピタキシャル層の成長条
件によって異なり、基板の転位密度が（１〜４）×104c
m-2の場合、１×103cm-2〜５×105cm-2程度のばらつき
がある。つまり、成長条件によっては、１×103cm-2程
度にまで少なくすることが可能であることが分かった。
しかしながら、そのような成長条件が上記米粒状微小欠
陥以外の他の欠陥の低減に対して最適であるとは限ら
ず、従来は、この米粒状微小欠陥のデバイス特性に及ぼ
す影響が十分に解明されていないために、オーバルディ
フェクト等他の欠陥を減らすような成長条件が選ばれ、
この米粒状微小欠陥密度は無視されていた。しかし、デ
バイス構造が今後さらに微細かつ複雑になっていけば、
当然、この米粒状微小欠陥がデバイス特性に悪影響を及
ぼすと考えられる。
本発明の課題は、GaAs基板上にMBE法（分子線エピタ
キシー法）によりGaAs層またはAlGaAs層をエピタキシャ
ル成長させる際における成長層表面の米粒状微小欠陥の
密度を低減し、デバイス特性を向上させ得るような成長
方法を提供することである。
キシー法）によりGaAs層またはAlGaAs層をエピタキシャ
ル成長させる際における成長層表面の米粒状微小欠陥の
密度を低減し、デバイス特性を向上させ得るような成長
方法を提供することである。
［課題を解決するための手段］ MBE法でエピタキシャル成長を行なう際には、通常、
面方位が（100）ジャストの基板が使用される。しか
し、（100）ジャストといっても実際には角度で0.5度程
度ずれている。
面方位が（100）ジャストの基板が使用される。しか
し、（100）ジャストといっても実際には角度で0.5度程
度ずれている。
本発明者らは基板の面方位のずれの程度によって米粒
状微小欠陥の発生状況が異なるのではないかと考え、Ga
As基板上に分子線エピタキシー法によりGaAs層をエピタ
キシャル成長させた場合の基板の（100）方向からのず
れ角度（傾き）と米粒状微小欠陥密度との関係を調べ
た。その結果、第３図（縦軸はGaAsエピタキシャル成長
層の米粒状微小欠陥の密度）に示すように両者は相関が
あり、ずれ角度が小さいほど、米粒状微小欠陥の密度は
小さくなる。また、米粒状微小欠陥の密度が１×104cm
-2以上と大きい場合には、欠陥は第２図に示したように
基板の転位の分布と同様に、セル状またはリネージ状に
集団的に発生するが、欠陥密度が１×103cm-2程度の場
合には、欠陥はまとまって発生せずに１個１個が散在し
ていることが分かった。
状微小欠陥の発生状況が異なるのではないかと考え、Ga
As基板上に分子線エピタキシー法によりGaAs層をエピタ
キシャル成長させた場合の基板の（100）方向からのず
れ角度（傾き）と米粒状微小欠陥密度との関係を調べ
た。その結果、第３図（縦軸はGaAsエピタキシャル成長
層の米粒状微小欠陥の密度）に示すように両者は相関が
あり、ずれ角度が小さいほど、米粒状微小欠陥の密度は
小さくなる。また、米粒状微小欠陥の密度が１×104cm
-2以上と大きい場合には、欠陥は第２図に示したように
基板の転位の分布と同様に、セル状またはリネージ状に
集団的に発生するが、欠陥密度が１×103cm-2程度の場
合には、欠陥はまとまって発生せずに１個１個が散在し
ていることが分かった。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、GaAs
基板上に分子線エピタキシー法によりGaAs層またはAlGa
As層をエピタキシャル成長させる際に基板の面方位を
（100）方向からのずれ角度で0.15度以内、より好まし
くは0.05度以内に抑えるという手段を講じたものであ
る。
基板上に分子線エピタキシー法によりGaAs層またはAlGa
As層をエピタキシャル成長させる際に基板の面方位を
（100）方向からのずれ角度で0.15度以内、より好まし
くは0.05度以内に抑えるという手段を講じたものであ
る。
［実施例］ GaAs基板上にGaAsエピタキシャル層をMBE法で成長さ
せる場合に、面方位が（100）面からのずれ角度で0.15
度以内の基板を使用するとともに、成長時の基板温度を
500〜620℃としかつ蒸発源からのAsとGaの供給量の比Ｐ
As/PGaを15〜25とする。また、上記GaAs成長層の上にAl
xGa1-xAsエピタキシャル層をMBE法で成長させる場合
に、成長時の基板温度を500×620℃としかつ蒸発源から
のAlとGaの供給量の比ＰAl/PGaを約0.3、AsとAl,Gaの供
給量の比ＰAs／（ＰGa＋ＰAl）を15〜25とする（ｘ≒0.
3の場合）。
せる場合に、面方位が（100）面からのずれ角度で0.15
度以内の基板を使用するとともに、成長時の基板温度を
500〜620℃としかつ蒸発源からのAsとGaの供給量の比Ｐ
As/PGaを15〜25とする。また、上記GaAs成長層の上にAl
xGa1-xAsエピタキシャル層をMBE法で成長させる場合
に、成長時の基板温度を500×620℃としかつ蒸発源から
のAlとGaの供給量の比ＰAl/PGaを約0.3、AsとAl,Gaの供
給量の比ＰAs／（ＰGa＋ＰAl）を15〜25とする（ｘ≒0.
3の場合）。
成長時の基板温度を500〜620℃としたのは、半絶縁性
化のためSiを１×1014cm-2程度ドープしたGaAs基板では
補償比が0.2以下であることが望まれるが、基板温度が5
00℃未満であったり620℃を超えると補償比が0.2を超え
てしまい電気的特性が劣化するとともに、620℃以上で
はフォトルミネッセンスによるカーボン強度が大きくな
ってしまうからである。
化のためSiを１×1014cm-2程度ドープしたGaAs基板では
補償比が0.2以下であることが望まれるが、基板温度が5
00℃未満であったり620℃を超えると補償比が0.2を超え
てしまい電気的特性が劣化するとともに、620℃以上で
はフォトルミネッセンスによるカーボン強度が大きくな
ってしまうからである。
一方、AsとGaの供給量の比ＰAs/PGaを15〜25としたの
は、AsとGaの供給比が25を超えると原料のAs中のＳやＣ
がGaAsエピタキシャル成長層中に入ってこれらの不純物
濃度が高くなるとともに、供給比が15未満ではGaAsエピ
タキシャル成長層がAs不足となって表面粗さが悪くなる
ためである。
は、AsとGaの供給比が25を超えると原料のAs中のＳやＣ
がGaAsエピタキシャル成長層中に入ってこれらの不純物
濃度が高くなるとともに、供給比が15未満ではGaAsエピ
タキシャル成長層がAs不足となって表面粗さが悪くなる
ためである。
さらに、GaAs基板上にGaAsもしくはAlxGa1-xAs（ｘ≒
0.3）エピタキシャル層をMBE法で成長させる場合、層の
成長速度を0.8〜1.7μm/時とする。成長速度が0.8μm/
時未満であったり1.7μm/時を超えるような場合には補
償比が0.2を超えて半絶縁性が悪くなるとともに、成長
速度が0.8μm/時未満のときは成長炉内のガスの取込み
によりエピタキシャル層中の不純物濃度が高くなり、ま
た成長速度が1.7μm/時を超えるときはGaセル（蒸発
源）の温度が高いためにGa中の不純物（炭素等）がエピ
タキシャル層中に多く入ってしまうからである。
0.3）エピタキシャル層をMBE法で成長させる場合、層の
成長速度を0.8〜1.7μm/時とする。成長速度が0.8μm/
時未満であったり1.7μm/時を超えるような場合には補
償比が0.2を超えて半絶縁性が悪くなるとともに、成長
速度が0.8μm/時未満のときは成長炉内のガスの取込み
によりエピタキシャル層中の不純物濃度が高くなり、ま
た成長速度が1.7μm/時を超えるときはGaセル（蒸発
源）の温度が高いためにGa中の不純物（炭素等）がエピ
タキシャル層中に多く入ってしまうからである。
（具体例） 直径２インチのアンドープ半絶縁性GaAs単結晶インゴ
ットから（100）面が表面に現われるようにウェーハを
切り出して、表面の面方位が（100）面からのずれ角度
で0.15度以内となるようにラッピングおよびエッチング
を行ない、このウェーハ基板上へMBE法によりエピタキ
シャル成長を行なった。エピタキシャル層はGaAs層とそ
の上にAl0.3Ga0.7As層を成長させた標準的なHEMT構造で
あり、全体で１μｍの厚みとした。
ットから（100）面が表面に現われるようにウェーハを
切り出して、表面の面方位が（100）面からのずれ角度
で0.15度以内となるようにラッピングおよびエッチング
を行ない、このウェーハ基板上へMBE法によりエピタキ
シャル成長を行なった。エピタキシャル層はGaAs層とそ
の上にAl0.3Ga0.7As層を成長させた標準的なHEMT構造で
あり、全体で１μｍの厚みとした。
GaAs層成長時の基板温度は600℃、蒸発源からのAsとG
aの供給比は20、成長速度は１μm/時とした。
aの供給比は20、成長速度は１μm/時とした。
上記条件によりエピタキシャル成長したGaAs層の表面
の米粒状微小欠陥を観察した結果を、横軸に基板の（10
0）面からのずれ角を、縦軸に欠陥密度をとって第４図
に示す。比較のため、表面の面方位を（100）面から0.1
5〜0.75度傾けた基板に同一条件でGaAs層をエピタキシ
ャル成長させたものについても表面の米粒状微小欠陥を
測定し、その結果も第４図に併せて示した。なお、第４
図の縦軸は対数表示である。
の米粒状微小欠陥を観察した結果を、横軸に基板の（10
0）面からのずれ角を、縦軸に欠陥密度をとって第４図
に示す。比較のため、表面の面方位を（100）面から0.1
5〜0.75度傾けた基板に同一条件でGaAs層をエピタキシ
ャル成長させたものについても表面の米粒状微小欠陥を
測定し、その結果も第４図に併せて示した。なお、第４
図の縦軸は対数表示である。
第４図において、■印で示されているのが、表面の面
方位を（100）面から0.15度以内の様々の角度にずらし
た場合における、具体例の条件でGaAs層のエピタキシャ
ル成長を行なった基板についての測定結果、□印で示さ
れているのが比較例におけるGaAs層のエピタキシャル成
長を起なった基板についての測定結果である。
方位を（100）面から0.15度以内の様々の角度にずらし
た場合における、具体例の条件でGaAs層のエピタキシャ
ル成長を行なった基板についての測定結果、□印で示さ
れているのが比較例におけるGaAs層のエピタキシャル成
長を起なった基板についての測定結果である。
第４図より、比較例の方法の場合にはGaAsエピタキシ
ャル成長層表面の米粒状微小欠陥密度はほとんどが１×
103cm-2以上であるが、具体例の方法の場合には、米粒
状微小欠陥がすべて１×103cm-2以下になり、さらに（1
00）面からの角度のずれを0.05度以内にした場合には、
米粒状微小欠陥が２×103cm-2以下になることがわか
る。
ャル成長層表面の米粒状微小欠陥密度はほとんどが１×
103cm-2以上であるが、具体例の方法の場合には、米粒
状微小欠陥がすべて１×103cm-2以下になり、さらに（1
00）面からの角度のずれを0.05度以内にした場合には、
米粒状微小欠陥が２×103cm-2以下になることがわか
る。
また、Al0.3Ga0.7As層も上記GaAsエピタキシャル成長
層の上にエピタキシャル成長させたが、その際の条件
は、基板温度を600℃、蒸発源からのAlとGaの供給比は
0.3、AsとAl,Gaの供給量の比ＰAs／（ＰGa＋ＰAl）20、
成長速度は1.43μm/時とした。
層の上にエピタキシャル成長させたが、その際の条件
は、基板温度を600℃、蒸発源からのAlとGaの供給比は
0.3、AsとAl,Gaの供給量の比ＰAs／（ＰGa＋ＰAl）20、
成長速度は1.43μm/時とした。
なお、上記具体例では、AlGaAs層を成長させる場合に
AlxGa1-xAsで表される結晶におけるｘの値をHEMTで一般
的な0.3とした場合を説明したが、ｘが約0.3もしくはそ
れ以下であれば、GaとAsの原子半径の相違に起因するエ
ピタキシャル層の構造、欠陥はGaAsとほとんど異ならな
いので米粒状微小欠陥が低減されると充分に予想され
る。
AlxGa1-xAsで表される結晶におけるｘの値をHEMTで一般
的な0.3とした場合を説明したが、ｘが約0.3もしくはそ
れ以下であれば、GaとAsの原子半径の相違に起因するエ
ピタキシャル層の構造、欠陥はGaAsとほとんど異ならな
いので米粒状微小欠陥が低減されると充分に予想され
る。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、GaAs基板上に分子線エ
ピタキシー法によりGaAsまたはAlGaAsエピタキシャル層
を成長させるにあたり、上記基板の面方位を（100）面
もしくは結晶学的にそれと等価な面からの角度のずれを
0.15度以内としたことにより、エピタキシャル層表面の
米粒状微小欠陥密度を低減させ、デバイス特性を向上さ
せることができるという効果がある。
ピタキシー法によりGaAsまたはAlGaAsエピタキシャル層
を成長させるにあたり、上記基板の面方位を（100）面
もしくは結晶学的にそれと等価な面からの角度のずれを
0.15度以内としたことにより、エピタキシャル層表面の
米粒状微小欠陥密度を低減させ、デバイス特性を向上さ
せることができるという効果がある。
上記角度のずれを0.05度以内とすれば、上記米粒状微
小欠陥密度をさらに低減させ、デバイス特性をさらに向
上させることができる。
小欠陥密度をさらに低減させ、デバイス特性をさらに向
上させることができる。
また、GaAs基板上にGaAsエピタキシャル層を成長させ
る場合において、エピタキシャル成長時の基板温度を50
0〜620℃とし、かつ蒸発源からのAsとGaの供給比ＰAs/
ＰGaを15〜25とするとともに、成長速度を0.8〜1.7μm/
時としたことにより、補償比を悪化させることなく米粒
状微小欠陥を低減させてデバイス特性を向上させること
ができる。
る場合において、エピタキシャル成長時の基板温度を50
0〜620℃とし、かつ蒸発源からのAsとGaの供給比ＰAs/
ＰGaを15〜25とするとともに、成長速度を0.8〜1.7μm/
時としたことにより、補償比を悪化させることなく米粒
状微小欠陥を低減させてデバイス特性を向上させること
ができる。
第１図は従来のMBE法によるGaAsエピタキシャル層の表
面のマクロスコーピックな欠陥を示す顕微鏡写真、 第２図は同じく従来のMBE法によるGaAsエピタキシャル
層の表面の米粒状微小欠陥を示す顕微鏡写真、 第３図は従来法によりGaAs層をエピタキシャル成長させ
た場合における、GaAs基板の（100）面からのずれ角度
と米粒状微小欠陥密度との関係を示す図、 第４図は本発明方法を適用してGaAs層をエピタキシャル
成長させた場合における、GaAs基板の（100）面からの
ずれ角度と米粒状微小欠陥密度との関係を示す図であ
る。
面のマクロスコーピックな欠陥を示す顕微鏡写真、 第２図は同じく従来のMBE法によるGaAsエピタキシャル
層の表面の米粒状微小欠陥を示す顕微鏡写真、 第３図は従来法によりGaAs層をエピタキシャル成長させ
た場合における、GaAs基板の（100）面からのずれ角度
と米粒状微小欠陥密度との関係を示す図、 第４図は本発明方法を適用してGaAs層をエピタキシャル
成長させた場合における、GaAs基板の（100）面からの
ずれ角度と米粒状微小欠陥密度との関係を示す図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 29/812 (72)発明者 小田 修 埼玉県戸田市新曽南３丁目17番35号 日 本鉱業株式会社電子材料・部品研究所内 (56)参考文献 第45回応用物理学会学術講演会講演予 稿集（1984）Ｐ．616（12ｐ−Ｐ−７) Ｊｏｕｒｎｏｌ ｏｆ Ｅｌｏｃｔｒ ｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ 133（1986）Ｐ．601−604 Ｊｏｕｒｎｏｌ ｏｆ Ｅｌｏｃｔｒ ｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ 130（1983）Ｐ．493−494
Claims (3)
- 【請求項１】GaAs基板上に分子線エピタキシー法により
GaAs層またはAlGaAs層をエピタキシャル成長させるにあ
たり、上記GaAs基板として面方位を（100）面もしくは
結晶学的にそれと等価な面から角度で0.15度以内傾けた
基板を用いることにより基板の転位に起因し、かつ短径
が２〜３μｍで長径が４〜７μｍの大きさの楕円形の欠
陥の密度を１×103cm-2以下に抑えるようにしたことを
特徴とする化合物半導体のエピタキシャル成長方法。 - 【請求項２】GaAs基板上に分子線エピタキシー法により
GaAs層またはAlGaAs層をエピタキシャル成長させるにあ
たり、上記GaAs基板として面方位を（100）面もしくは
結晶学的にそれと等価な面から角度で0.05度以内傾けた
基板を用いることにより基板の転位に起因し、かつ短径
が２〜３μｍで長径が４〜７μｍの大きさの楕円形の欠
陥の密度を２×102cm-2以下に抑えるようにしたことを
特徴とする化合物半導体のエピタキシャル成長方法。 - 【請求項３】上記GaAs層のエピタキシャル成長時の基板
温度を500〜620℃とし、かつ蒸発源からのAsとGaの供給
比ＰAs/PGaを15〜25とするとともに、成長速度を0.8〜
1.7μm/時としたことを特徴とする請求項１または２に
記載の化合物半導体のエピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11002389A JP2784364B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11002389A JP2784364B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02288223A JPH02288223A (ja) | 1990-11-28 |
| JP2784364B2 true JP2784364B2 (ja) | 1998-08-06 |
Family
ID=14525155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11002389A Expired - Lifetime JP2784364B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2784364B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2750331B2 (ja) * | 1992-04-23 | 1998-05-13 | 株式会社ジャパンエナジー | エピタキシャル成長用基板およびエピタキシャル成長方法 |
| JP3129112B2 (ja) | 1994-09-08 | 2001-01-29 | 住友電気工業株式会社 | 化合物半導体エピタキシャル成長方法とそのためのＩｎＰ基板 |
-
1989
- 1989-04-27 JP JP11002389A patent/JP2784364B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ｊｏｕｒｎｏｌ ｏｆ Ｅｌｏｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ １３０（１９８３）Ｐ．４９３−４９４ |
| Ｊｏｕｒｎｏｌ ｏｆ Ｅｌｏｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ １３３（１９８６）Ｐ．６０１−６０４ |
| 第４５回応用物理学会学術講演会講演予稿集（１９８４）Ｐ．６１６（１２ｐ−Ｐ−７） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02288223A (ja) | 1990-11-28 |
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