JP3158651B2 - 化合物半導体及びその製造方法 - Google Patents
化合物半導体及びその製造方法Info
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Description
り形成されたキャリア注入層あるいは電極取り出し層を
有する半導体及びその製造方法に関するものである。
子デバイスにおいては短チャンネル化に適した構造など
が検討されており、また半導体レーザにおいてはOEI
C化に適した横接合構造などが開発されている。これら
の構造を実現する有力な手法として、再成長及び選択成
長により自己整合的にキャリア注入層あるいは電極取り
出し層を形成する方法が一般に用いられている。その場
合、基板またはエピタキシャル成長層の表面は、大気露
出あるいはエッチング、洗浄等のプロセスにより不純物
汚染や表面の物理的ダメージを受けてしまうので、その
ままそれらの表面に再成長を行うと、素子の特性や寿命
が大幅に劣化する。そのため表面のクリーニング、ダメ
ージ層の除去を成長室内で気相エッチングを行い、連続
して再成長する手法が用いられてきた。
成された化合物半導体素子は、再成長界面の清浄度は向
上するが、図1に示すようにキャリアが再成長界面で蓄
積するという課題が生じた。
結果通常の化合物半導体、例えばIII −V族化合物半導
体であれば、例えば塩素系のエッチングガスを導入する
と、表面でIII族元素の塩化物とV族元素の塩化物が形
成され、これらが気相中に蒸発することによりエッチン
グが進行するため、ガスエッチングされた表面は、III
族とV族のストイキオメトリーのずれが生じ、再成長界
面にキャリアの蓄積がもたらされると考え、これを解決
するために、このガスエッチング中にIII 族の有機金属
ガス及び/又はV族元素を含む水素化物若しくはV族の
有機金属ガスを同時に流すと、再成長界面にキャリアの
蓄積の無い平らなプロファイルが得られることを見出し
本発明に到達した。
清浄度の向上と、キャリア濃度の乱れを安定させること
を両立した半導体装置を得るための製造方法を提供する
ことであり、かかる目的は、化合物半導体薄膜を水素化
物及び有機金属ガスを用いて気相成長する直前に、単結
晶基板及び単結晶薄膜の表面のガスエッチングを成長室
で行なう工程を含むIII −V族化合物半導体の製造方法
において、キャリアガス及びエッチングガス以外にIII
族の有機金属ガス及び/又はV族元素を含む水素化物若
しくはV族の有機金属ガスも同時に導入することを特徴
とする半導体の製造方法、より好ましくは成長室内でガ
スエッチングにより形成されたメサ形状の基板あるいは
エピタキシャル層上に化合物半導体薄膜を再成長または
選択成長させる上述の半導体結晶の製造方法、さらに好
ましくは気相エッチング用ガスとして、ハロゲン元素を
含むガスを用いる上述の半導体結晶の製造方法、そして
上述の製造方法で製作した化合物半導体により容易に達
成される。
前に、単結晶基板及び単結晶薄膜の表面をガスエッチン
グを成長室で行なうときに、キャリアガス及びエッチン
グガス以外にIII 族の有機金属ガス及び/又はV族元素
を含む水素化物若しくはV族の有機金属ガスも同時に導
入することにより、再成長界面にキャリアの蓄積の無い
平らなプロファイルがえられる。
いられるIII −V族化合物半導体としては、一般に半導
体素子として用いられるものなら特に限定されない。具
体的には、GaAs,GaAlAs,InP,InAs
P,InGaAsP等が挙られる。また水素化物及び有
機金属ガスについても特に限定はされず、所望の化合物
半導体を得るのに必要な水素化物及び有機金属ガスを用
いればよい。例えばGaAsであれば、水素化物として
はAsH3 (アルシン)やPH3(ホスフィン)、有機
金属ガスとしてはトリメチルガリウム(TMG)やトリ
エチルガリウム(TEG),トリメチルアルムニウム
(TMA),トリエチルアルミニウム(TEA),トリ
メチルインジウム,トリメチルインジウム等が一般に用
いられる。
金属ガスを用いて化合物半導体薄膜を気相成長する直前
に成長面のクリーニングのためのエッチングを成長室で
行なう際に、キャリアガス及びエッチングガスと共にII
I 族の有機金属ガス及び/又はV族元素を含む水素化物
若しくはV族の有機金属ガスを流すことを特徴としてい
る。この時用いられる有機金属ガス及び/又は水素化物
は、気相成長させようとしている化合物を構成するIII
族及び/又はV族金属元素を含むものであれば特に限定
されない。本発明のより好ましい態様としては、特にガ
スエッチング直後にドーピングを行う場合において、V
族サイトに入るドーパントを用いる場合には、III 族の
有機金属ガスを、V族サイトに入るドーパントを用いる
場合にはV族元素を含む水素化物若しくはV族の有機金
属ガスを同時に導入することである。この操作により、
よりヘテロ界面におけるドーパントの蓄積あるいは減少
等が少なくなる。例えばシリコンをドープする場合には
III 族の有機金属ガスが好ましく具体的にはTMG又は
TEGが好適であり、セレンをドープする場合にはV族
元素を含む水素化物若しくはV族の有機金属ガスが好ま
しく具体的にはアルシンが好ましい。
るものであれば特に限定されず、具体例としては水素が
挙げられる。エッチングガスもまた一般に用いられるも
のであれば特に限定されないが、好ましくはハロゲン元
素を含むガスであり、より好ましくは塩素系反応性ガス
であり、特に好ましくは、HCl,CCl2 F2 ,As
Cl3 及びCl2 からなる群より選ばれた少なくとも1
つを含むガスである。
ないが、エッチング速度を上げるため一般には500℃
〜800℃が用いられる。又、エッチングガスと有機金
属ガスの導入量は、成長室の大きさや所望の半導体素子
の性能により大きく異なるが、一般的には有機金属ガス
よりエッチングガスを多量に導入れる。又、温度が下が
るとエッチング速度が低下するので、温度が低い場合に
はエッチングガスの量を増加させてもよい。
い。以下本発明を実施例を用いて説明するが、本発明は
その要旨を超えない限り実施例に限定されるものではな
い。
原料としてトリメチルガリウム(TMG)及びアルシン
(AsH3 )を用い、エッチングガスとして塩化水素
(HCl)を用いた。SiドープGaAs基板{10
0}上に減圧(76Torr)MOVPE法で0.5μ
mのSiドープGaAs層(n=1×1018cm-3)及び
1.5μmのSiドープGaAs層(n=1×1017cm
-3)をエピタキシャル成長させる。このウエハをMOV
PE反応炉外に取り出し、12時間大気露出させ放置し
ておく。MOVPE反応炉にウエハを戻し、0.5μm
のSiドープGaAs層(n=1×1017cm-3)を再成
長させる。再成長前にMOVPE反応炉内でウエハの表
面を塩化水素ガスにより0.3μmを気相エッチングす
る。ドーパントのSiはIII族サイトに入るので,III族
の有機金属ガスのTMGをエッチングガスと同時に用い
る。図1及び図2に、気相エッチング中にTMGを流し
た場合(サンプルA)とTMGを流さなかった場合(サ
ンプルB)について、再成長させたウエハのキャリア濃
度の深さ方向の分布をC−V法により測定した結果を示
す。再成長前に反応炉内で気相エッチングを行わずに、
そのまま成長させたサンプルCでは、図3に示すよう
に、再成長界面でキャリア濃度の大きな空乏がみられ、
この部分は高抵抗層となるためにサイリスタ現象を起こ
す等、素子特性にの大きな問題を及ぼしてしまう。気相
エッチング中にTMGを流さなかった場合には、キャリ
アの蓄積が再成長界面で見られたが、TMGを流した場
合には平らなプロファイルが得られた。このガスエッチ
ング中にAsH3 を流すと、AsH3 流量の増加にとも
なってエッチングレートは減少するが、キャリア濃度の
蓄積についてはAsH3 流量に依存しない。ガスエッチ
ング中にTMGを流しても、エッチングレートには変化
せず、キャリアの蓄積を抑制に効力を発揮した。
の深さ方向のプロファイルも測定したところ、サンプル
Bではキャリアの蓄積した近傍で移動度が大きく低下し
ていたが、サンプルAでは再成長界面付近での移動度の
低下がみられなかった。サンプルAでのキャリアプロフ
ァイルの平坦化は、P型不純物によるキャリアの補償に
よるものでなく、高品質な再成長界面が形成されている
ことがわかった。
を行ったところ、図4及び図5に示すように、気相エッ
チングを行わずに再成長したサンプルCでみられた酸
素、炭素、シリコン等の不純物のピークが再成長界面で
見られなかったが、気相エッチング中にTMGを流す流
さないにかかわらず気相エッチングを行うことにより清
浄な再成長界面が得られることがわかった。
場合のキャリアの蓄積の有無については、気相エッチン
グ表面でのストイキオメトリーのずれが関係しているも
のと考えられる。
導体薄膜の成長直前にIII 族の有機金属及び/又はV族
元素を含む水素化物若しくはV族の有機金属ガスを流し
ながら気相エッチングを行うことにより、従来問題とさ
れた単結晶基板とエピタキシャル層の界面及び再成長界
面の不純物汚染、酸化膜、熱変成層等を除去することに
より表面の清浄化をおこないかつキャリアの蓄積や欠乏
が生じない高品質な再成長界面が得られたため、従来の
作製法の素子に比べて特性が大幅に向上する。
ガスと同時に流さなかった場合の再成長面近傍のキャリ
ア濃度プロファイルである。
ガスと同時に流した場合の再成長面近傍のキャリア濃度
のプロファイルである。
成長させた場合の再成長面近傍のキャリア濃度のプロフ
ァイルである。
成長させた場合のSIMS分析の結果である。
ら再成長させた場合のSIMS分析の結果である。
Claims (6)
- 【請求項1】 化合物半導体薄膜を水素化物及び有機
金属ガスを用いて気相成長する直前に、単結晶基板及び
/又は単結晶薄膜の表面のガスエッチングを成長室で行
ない、かつガスエッチング直後にドーピングを行う工程
を含むIII-V族化合物半導体の製造方法であって、キャ
リアガス及びエッチングガス以外にIII族の有機金属ガ
ス及び/又はV族元素を含む水素化物若しくはV族の有
機金属ガスも同時に導入することを特徴とする化合物半
導体の気相エッチング方法。 - 【請求項2】 前記ガスエッチング直後にドーピング
を行う場合において,III族サイトに入るドーパントを
用いる場合には、III族の有機金属ガスを、V族サイト
に入るドーパントを用いる場合にはV族元素を含む水素
化物若しくはV族の有機金属ガスを同時に導入する請求
項1記載の化合物半導体の気相エッチング方法。 - 【請求項3】 成長室内で前記ガスエッチングにより
メサ形状の基板あるいはエピタキシャル層を形成する請
求項1記載の化合物半導体の気相エッチング方法。 - 【請求項4】 気相エッチング用ガスとして、ハロゲ
ン元素を含むガスを含むガスを用いる請求項1記載の化
合物半導体の気相エッチング方法。 - 【請求項5】 気相エッチング用ガスとして、HC
l、CCl2 F2 、AsCl3 及びCl2 からなる群か
ら選ばれた少なくとも1種の塩素系反応性ガスを含むガ
スを用いる請求項1記載の化合物半導体の気相エッチン
グ方法。 - 【請求項6】 請求項1記載の化合物半導体の気相エ
ッチング方法で製造された化合物半導体。
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