JP3381587B2 - 化合物半導体ウェハの製造方法 - Google Patents
化合物半導体ウェハの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体ウェ
ハの製造方法に関し、特に、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）
やアルミニウム（Ａｌ）を含む混晶の各層を有機金属気
相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により成長させる化合物半導
体ウェハの製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】図６は、従来の化合物半導体ウェハであ
るｎ型ＡｌＧａＡｓ/ＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓ系シュード
モフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハの基本構造を示
す。図１に示した従来の化合物半導体ウェハであるシュ
ードモフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハ１は、半絶
縁性ＧａＡｓ基板２上に、アンドープ(undoped）ＧａＡ
ｓ層３、インジウム（Ｉｎ）組成１５％のアンドープＩ
ｎＧａＡｓ層４、Ａｌ組成３０％のｎ型ＡｌＧａＡｓ層
５、およびｎ型ＧａＡｓ層６を順に成長させて形成され
ている。 【０００３】有機金属気相成長法による従来のシュード
モフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハ１の製造方法に
おいては、６００℃よりも低い成長温度でＡｌを含む混
晶であるｎ型ＡｌＧａＡｓ層５を成長させると、酸素の
混入量が増加してキャリアが不活性化し、また、炭素の
混入も増加するため高濃度なｐ型のＡｌＧａＡｓ層にな
ってしまい、ｎ型のキャリア濃度の制御性が困難になる
ため、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層５は６００℃以上の温度で成
長させていた。また、従来においては、各層２〜６の成
長に適した成長温度の下限温度が明らかでなかったた
め、一般に、ＭＯＶＰＥ成長では、一部の有機金属化合
物をすべて６００℃以上の温度領域で用いてきた。 【０００４】しかし、近年において、アンドープＩｎＧ
ａＡｓ層４の成長温度は、Ｉｎの偏析抑止等の理由から
６００℃よりも低い温度（一般に５５０℃以下）で成長
した方が良質な層膜が得られることが解った。そこで、
近年のＭＯＶＰＥ法においては、アンドープＩｎＧａＡ
ｓ層４を５５０℃以下の温度で成長した後、成長中断を
設け、基板温度をｎ型ＡｌＧａＡｓ層５の成長温度に適
した６００℃以上の温度に上げて、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層
５を成長している。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示したような従来のＭＯＶＰＥ法による化合物半導体ウ
ェハの製造方法によれば、アンドープＩｎＧａＡｓ層４
とｎ型ＡｌＧａＡｓ層５の成長の間に基板温度を変更す
る成長中断を設けているため、アンドープＩｎＧａＡｓ
層４とｎ型ＡｌＧａＡｓ層５の境界面７に酸素などの不
純物を多く含んでしまい、エピウェハの電気特性が悪く
なるという問題があった。 【０００６】また、従来のＭＯＶＰＥ法による化合物半
導体ウェハの製造方法によれば、各層２〜６の成長に用
いる原料と成長温度の関係が不明確であったため、膜厚
の不均一や不純物によるキャリア濃度の制御性の悪化が
生じるという問題があった。 【０００７】従って、本発明の目的は、同一の温度で複
数の層を連続成長して、成長における１サイクルの時間
の短縮を図ってスループットを向上し、良好なヘテロ界
面の形成ができ、膜厚が均一で不純物の少ない高品質な
化合物半導体ウェハを製造することができる化合物半導
体ウェハの製造方法を提供することである。 【０００８】また、本発明の目的は、６００℃以下の成
長基板温度でＡｌを含む混晶の層を成長させても、不純
物である酸素の混入を制御することができる化合物半導
体ウェハの製造方法を提供することである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、以上に述べた
目的を実現するため、有機金属化合物を用いて基板上に
１層または複数の化合物層を成長させて化合物半導体ウ
ェハを製造する方法において、化合物層は、有機金属化
合物の水素雰囲気中での分解開始温度よりも所定の温度
（ΔＴ）以上高い基板温度で成長することを特徴とする
化合物半導体ウェハの製造方法を提供する。 【００１０】また、上記目的を実現するため、有機金属
化合物を用いて基板上に複数の化合物層を成長させて化
合物半導体ウェハを製造する方法において、複数の化合
物層は、共通の基板温度で成長することを特徴とする化
合物半導体ウェハの製造方法を提供する。 【００１１】また、上記目的を実現するため、有機金属
化合物を用いて基板上に１層または複数の化合物層を成
長させて化合物半導体ウェハを製造する方法において、
化合物層は、有機金属化合物の気相中での拡散速度が律
速となる基板温度で成長することを特徴とする化合物半
導体ウェハの製造方法を提供する。 【００１２】更に、上記目的を実現するため、有機金属
化合物を用いて基板上に１層または複数の化合物層を成
長させて化合物半導体ウェハを製造する方法において、
化合物層のうちの少なくとも１つの層は、キャリア濃度
を制御するために意図的に混入する不純物の濃度と非意
図的に混入する不純物の濃度を制御しながら成長するこ
とを特徴とする化合物半導体ウェハの製造方法を提供す
る。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下本発明の化合物半導体ウェハ
の製造方法を詳細に説明する。 【００１４】一般に、ＭＯＶＰＥ法での化合物半導体ウ
ェハの各層の成長においては、成長温度によって各層の
成長に寄与する律速過程が異なっている。成長温度が６
００℃より低い温度の領域においては、有機金属化合物
の基板表面での反応速度が律速となる表面反応律速領域
であり、成長温度が６００℃以上の温度領域では気相中
の有機金属化合物の拡散速度が律速となる拡散律速領域
である。この拡散律速成長の場合には、層膜の成長が基
板表面での微妙な温度分布に影響されないため、膜厚の
再現性、均一性が良く、また、表面反応速度が速いため
不純物の取り込みも少ない。従って、実際の各層の成長
においては、拡散律速領域での成長が望まれる。そこ
で、周期律表におけるIII族金属元素であるガリウム
（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびインジウム
（Ｉｎ）を含む層をメチル基またはエチル基を有する有
機金属化合物を用いて成長させて、その成長速度の温度
依存性を調査した。実際には、トリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）を用いて成長したＧａＡｓ層、トリエチルガリウ
ム（ＴＥＧ）を用いて成長したＧａＡｓ層、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）を用いて成長したＡｌＡｓ層、
およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いて成長し
たＩｎＡｓ層の成長速度の温度依存性を調査した。ここ
で、砒素（Ａｓ）の原料には、アルシン（ＡｓＨ3 ）を
用いて行った。 【００１５】図１は、上記の調査結果による成長速度の
温度依存性を示す。図１の結果から、拡散律速から表面
反応律速に変わる時の温度が有機金属化合物によって異
なることが判った。即ち、それぞれの拡散律速温度は、
ＴＭＧを用いて成長したＧａＡｓ層が５６５℃以上、Ｔ
ＥＧを用いて成長したＧａＡｓ層が４２５℃以上、ＴＭ
Ａを用いて成長したＡｌＡｓ層が５０５℃以上、および
ＴＭＩを用いて成長したＩｎＡｓ層が４６５℃以上とな
った。ここで、この律速領域の変わる温度を変移温度と
定義する。表１に各有機金属化合物の変移温度を示す。 【００１６】 【表１】 【００１７】また、水素雰囲気中で有機金属化合物が分
解して金属を放出し始める温度を、有機金属化合物の分
解開始温度と定義する。表２に有機金属化合物の代表的
な分解開始温度を示す。 【００１８】 【表２】 【００１９】表１および表２に基づいて変移温度を決定
する要因を検討した結果、水素雰囲気中における有機金
属化合物の分解開始温度と変移温度が一次線形の関係に
あることが判った。 【００２０】図２に、水素雰囲気中の分解開始温度と変
移温度との関係を示す。図２の結果から、変移温度は次
の式で表現できる。 ＜式１＞変移温度＝水素雰囲気中の有機金属化合物の分
解開始温度＋ΔＴ 【００２１】ここで、ΔＴは、図２から２４５℃とな
る。ここで、変移温度を、いくつかの成長装置を用いて
調べた結果、変移温度は、水素雰囲気中の有機金属化合
物の分解開始温度に比例し、変移温度は式１のΔＴの定
数の絶対値が変化するだけであることがわかった。即
ち、このΔＴは、成長装置やＧａＡｓ基板の種類などに
より約±６５℃前後変化し、そのため変移温度も変化す
る。これまでの調査の結果ΔＴの下限値は、１８０℃で
あることが判った。 【００２２】図１において、ＴＭＧとＴＥＧにおけるＧ
ａＡｓ層の成長速度の温度依存性を比較する。従来から
使用されているＴＭＧを用いて成長したＧａＡｓ層は、
反応律速から拡散律速に変化する基板温度は５６５℃で
あった。これに対して、ＴＥＧを用いて成長したＧａＡ
ｓ層は、反応律速から拡散律速に変化する基板温度は４
２５℃であった。このことから、５６５℃以下の温度に
おいては、ＴＥＧを用いることによって、ＧａＡｓ層の
拡散律速領域での成長が可能となる。 【００２３】ここで、基板温度を５５０℃の温度で、Ｔ
ＭＧとＴＥＧを用いて成長させたＧａＡｓ層の膜質を比
較した。この結果、ＴＥＧによって成長させたＧａＡｓ
層の含有する炭素や酸素の不純物の濃度は、ＴＭＧによ
って成長させたＧａＡｓ層の含有するそれら不純物の濃
度の約１／１０程度であった。従って、５５０℃の基板
温度であっても、ＴＥＧを用いることによって、良質な
ＧａＡｓ層を得ることができた。 【００２４】図３は、成長温度６７０℃〜５３０℃で
の、ＴＭＧとＴＭＡ、およびＴＥＧとＴＭＡを用いたＡ
ｌ組成３０％のＡｌＧａＡｓ層の成長速度の温度依存性
を示す。また、表３にそれぞれの成長条件を示す。 【表３】【００２５】図３において、ＴＭＧを用いてＡｌＧａＡ
ｓ層を成長させた場合、５６５℃以下で表面反応律速成
長となり、このＴＭＧにおけるＡｌＧａＡｓ層の拡散律
速成長の下限温度は、５６５℃であった。一方、ＴＥＧ
を用いてＡｌＧａＡｓ層を成長させた場合、５６５℃以
下においても拡散律速成長であった。 【００２６】即ち、ＴＭＧを用いた５５０℃での成長
は、成長速度の大幅な低下が起きているが、ＴＥＧに関
しては、成長速度の大幅な低下は見られなかった。更
に、ＴＭＧを用いて６００℃以下の成長温度で成長させ
たＡｌＧａＡｓ層の不純物と、ＴＥＧを用いて６００℃
以下の成長温度で成長させたＡｌＧａＡｓ層の不純物と
を、ＳＩＭＳ分析によって評価し比較した。この結果、
ＴＥＧによって成長させたＡｌＧａＡｓ層の含有する炭
素濃度は、ＴＭＧによって成長させたＡｌＧａＡｓ層の
含有する炭素濃度の約１／１００となり、また、ＴＥＧ
によって成長させたＡｌＧａＡｓ層の含有する酸素濃度
も、ＴＭＧによって成長させたＡｌＧａＡｓ層の含有す
る酸素濃度の約１／１０であった。更に、キャリア濃度
（ホール濃度：ｐ型）も、ＴＥＧの方がＴＭＧに比べて
約１／１０の濃度であった。 【００２７】上述の通り、本発明によって、ガリウム
（Ｇａ）原料をＴＥＧにしたことによって、６００℃以
下の成長温度でも、不純物の少ない良好な膜質を有する
ＡｌＧａＡｓ層を得ることができるようになった。 【００２８】また、ＩｎＧａＡｓ層は、ＡｌＧａＡｓ層
と同様に、ＴＭＧを用いて成長させた場合に表面反応律
速成長となる成長温度においても、ＴＥＧを用いて成長
させた場合には、拡散律速成長となった。また、ＩｎＧ
ａＡｓ層は、ＴＥＧを用いた場合、約４６５℃まで拡散
律速成長ができることが判った。 【００２９】以上のように、Ｇａ原料をＴＥＧにするこ
とによって、同一温度で化合物半導体ウェハの各層を連
続成長することができるようになり、良好なヘテロ界面
を有する化合物半導体ウェハが得られ、また、有機金属
気相成長における、成長温度、成長圧力、ガス流速とい
った成長条件を、成長途中で変える必要がなく、連続成
長によりウェハ製造時間の短縮が図られスループットが
向上した。 【００３０】次に、ＴＭＡおよびＴＥＧを用いて５５０
℃の成長基板温度で成長させたＡｌＧａＡｓ層の不純物
について説明する。一般に、ＡｌＧａＡｓ層に含まれる
不純物には、そのキャリア濃度を制御するためにＡｌＧ
ａＡｓ層の成長において意図的に混入されるものと、Ａ
ｌＧａＡｓ層の成長において非意図的に混入する酸素な
どがある。従来、ＡｌＧａＡｓ層の成長において制御す
ることができなかった非意図的に混入する酸素を制御す
る方法について、以下に説明する。 【００３１】図４は、ＴＭＡおよびＴＥＧを用いて５５
０℃の成長基板温度で成長させたＡｌＧａＡｓ層中の酸
素濃度とＴＭＡの供給量との関係を示す。図４におい
て、ＡｌＧａＡｓ層の成長の際の単位時間当たりのＴＭ
Ａの供給量を減少させると、ＡｌＧａＡｓ層中の酸素濃
度が減少することが判った。 【００３２】一般に、ＡｌＧａＡｓ層においては、その
Ａｌ組成率の増加によって、酸素濃度も増加する。ま
た、Ａｌ組成率を変える場合、ＴＭＡの供給量を変える
場合がある。そこで、ＴＭＡの供給量を固定して、Ｇａ
原料であるＴＥＧの供給量を変化させて、Ａｌ組成率の
異なるＡｌＧａＡｓ層と酸素濃度の関係を調べた。実際
には、ＴＭＡの供給量を固定しても、ＴＥＧの供給量で
成長速度が大きく変わるため、成長速度の酸素濃度に対
する影響を考慮して、ＡｌＧａＡｓ層の成長速度をＡｌ
Ａｓ層の成長速度で標準化して、酸素濃度とＡｌＧａＡ
ｓ層のＡｌ組成率との関係を調べた。 【００３３】図５は、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成率と標
準化した酸素濃度の関係を示す。ここで、Ａｌ組成率
は、２０％〜５０％とした。図５から判るように、Ａｌ
組成率によって、酸素濃度が殆ど変化しないことが判っ
た。 【００３４】上述の図４および図５の結果から、ＡｌＧ
ａＡｓ層に含有される酸素の量は、Ａｌ組成率によって
変化せず、ＴＭＡの供給量に依存することが判った。従
って、ＡｌＧａＡｓ層中の酸素濃度は、ＴＭＡの供給量
によって制御することができ、ＡｌＧａＡｓ層を有する
化合物半導体ウェハにおいて、ＴＭＡの供給量を制御し
て、その特性上求められる酸素の混入量の下限に合わせ
ることができるようになった。 【００３５】以上の実施の形態では、ＧａＡｓ層、Ａｌ
ＧａＡｓ層、およびＩｎＧａＡｓ層の成長について検討
されたが、ＩｎＧａＰ層およびＩｎＡｌＡｓ層の形成に
おいても、拡散律速に基づく成長が望ましいことが判明
した。 【００３６】 【発明の効果】以上述べた通り、本発明の化合物半導体
ウェハの製造方法によれば、Ｇａ原料をＴＥＧにして、
各層を同一の温度で連続成長させることとしたので、良
好なヘテロ界面を有する化合物半導体ウェハを得ること
ができるようになった。また、各層を連続成長すること
により、化合物半導体ウェハの製造時間の短縮が図られ
スループットを向上することができるようになった。 【００３７】また、本発明の化合物半導体ウェハの製造
方法によれば、化合物半導体ウェハがＡｌＧａＡｓ層を
含む場合、ＡｌＧａＡｓ層の成長に使用するＴＭＡの供
給量を制御することによって、ＡｌＧａＡｓ層に含まれ
る酸素の量を減少させることができるようになった。
ハの製造方法に関し、特に、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）
やアルミニウム（Ａｌ）を含む混晶の各層を有機金属気
相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により成長させる化合物半導
体ウェハの製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】図６は、従来の化合物半導体ウェハであ
るｎ型ＡｌＧａＡｓ/ＩｎＧａＡｓ/ＧａＡｓ系シュード
モフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハの基本構造を示
す。図１に示した従来の化合物半導体ウェハであるシュ
ードモフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハ１は、半絶
縁性ＧａＡｓ基板２上に、アンドープ(undoped）ＧａＡ
ｓ層３、インジウム（Ｉｎ）組成１５％のアンドープＩ
ｎＧａＡｓ層４、Ａｌ組成３０％のｎ型ＡｌＧａＡｓ層
５、およびｎ型ＧａＡｓ層６を順に成長させて形成され
ている。 【０００３】有機金属気相成長法による従来のシュード
モフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハ１の製造方法に
おいては、６００℃よりも低い成長温度でＡｌを含む混
晶であるｎ型ＡｌＧａＡｓ層５を成長させると、酸素の
混入量が増加してキャリアが不活性化し、また、炭素の
混入も増加するため高濃度なｐ型のＡｌＧａＡｓ層にな
ってしまい、ｎ型のキャリア濃度の制御性が困難になる
ため、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層５は６００℃以上の温度で成
長させていた。また、従来においては、各層２〜６の成
長に適した成長温度の下限温度が明らかでなかったた
め、一般に、ＭＯＶＰＥ成長では、一部の有機金属化合
物をすべて６００℃以上の温度領域で用いてきた。 【０００４】しかし、近年において、アンドープＩｎＧ
ａＡｓ層４の成長温度は、Ｉｎの偏析抑止等の理由から
６００℃よりも低い温度（一般に５５０℃以下）で成長
した方が良質な層膜が得られることが解った。そこで、
近年のＭＯＶＰＥ法においては、アンドープＩｎＧａＡ
ｓ層４を５５０℃以下の温度で成長した後、成長中断を
設け、基板温度をｎ型ＡｌＧａＡｓ層５の成長温度に適
した６００℃以上の温度に上げて、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層
５を成長している。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示したような従来のＭＯＶＰＥ法による化合物半導体ウ
ェハの製造方法によれば、アンドープＩｎＧａＡｓ層４
とｎ型ＡｌＧａＡｓ層５の成長の間に基板温度を変更す
る成長中断を設けているため、アンドープＩｎＧａＡｓ
層４とｎ型ＡｌＧａＡｓ層５の境界面７に酸素などの不
純物を多く含んでしまい、エピウェハの電気特性が悪く
なるという問題があった。 【０００６】また、従来のＭＯＶＰＥ法による化合物半
導体ウェハの製造方法によれば、各層２〜６の成長に用
いる原料と成長温度の関係が不明確であったため、膜厚
の不均一や不純物によるキャリア濃度の制御性の悪化が
生じるという問題があった。 【０００７】従って、本発明の目的は、同一の温度で複
数の層を連続成長して、成長における１サイクルの時間
の短縮を図ってスループットを向上し、良好なヘテロ界
面の形成ができ、膜厚が均一で不純物の少ない高品質な
化合物半導体ウェハを製造することができる化合物半導
体ウェハの製造方法を提供することである。 【０００８】また、本発明の目的は、６００℃以下の成
長基板温度でＡｌを含む混晶の層を成長させても、不純
物である酸素の混入を制御することができる化合物半導
体ウェハの製造方法を提供することである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明は、以上に述べた
目的を実現するため、有機金属化合物を用いて基板上に
１層または複数の化合物層を成長させて化合物半導体ウ
ェハを製造する方法において、化合物層は、有機金属化
合物の水素雰囲気中での分解開始温度よりも所定の温度
（ΔＴ）以上高い基板温度で成長することを特徴とする
化合物半導体ウェハの製造方法を提供する。 【００１０】また、上記目的を実現するため、有機金属
化合物を用いて基板上に複数の化合物層を成長させて化
合物半導体ウェハを製造する方法において、複数の化合
物層は、共通の基板温度で成長することを特徴とする化
合物半導体ウェハの製造方法を提供する。 【００１１】また、上記目的を実現するため、有機金属
化合物を用いて基板上に１層または複数の化合物層を成
長させて化合物半導体ウェハを製造する方法において、
化合物層は、有機金属化合物の気相中での拡散速度が律
速となる基板温度で成長することを特徴とする化合物半
導体ウェハの製造方法を提供する。 【００１２】更に、上記目的を実現するため、有機金属
化合物を用いて基板上に１層または複数の化合物層を成
長させて化合物半導体ウェハを製造する方法において、
化合物層のうちの少なくとも１つの層は、キャリア濃度
を制御するために意図的に混入する不純物の濃度と非意
図的に混入する不純物の濃度を制御しながら成長するこ
とを特徴とする化合物半導体ウェハの製造方法を提供す
る。 【００１３】 【発明の実施の形態】以下本発明の化合物半導体ウェハ
の製造方法を詳細に説明する。 【００１４】一般に、ＭＯＶＰＥ法での化合物半導体ウ
ェハの各層の成長においては、成長温度によって各層の
成長に寄与する律速過程が異なっている。成長温度が６
００℃より低い温度の領域においては、有機金属化合物
の基板表面での反応速度が律速となる表面反応律速領域
であり、成長温度が６００℃以上の温度領域では気相中
の有機金属化合物の拡散速度が律速となる拡散律速領域
である。この拡散律速成長の場合には、層膜の成長が基
板表面での微妙な温度分布に影響されないため、膜厚の
再現性、均一性が良く、また、表面反応速度が速いため
不純物の取り込みも少ない。従って、実際の各層の成長
においては、拡散律速領域での成長が望まれる。そこ
で、周期律表におけるIII族金属元素であるガリウム
（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）、およびインジウム
（Ｉｎ）を含む層をメチル基またはエチル基を有する有
機金属化合物を用いて成長させて、その成長速度の温度
依存性を調査した。実際には、トリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）を用いて成長したＧａＡｓ層、トリエチルガリウ
ム（ＴＥＧ）を用いて成長したＧａＡｓ層、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）を用いて成長したＡｌＡｓ層、
およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いて成長し
たＩｎＡｓ層の成長速度の温度依存性を調査した。ここ
で、砒素（Ａｓ）の原料には、アルシン（ＡｓＨ3 ）を
用いて行った。 【００１５】図１は、上記の調査結果による成長速度の
温度依存性を示す。図１の結果から、拡散律速から表面
反応律速に変わる時の温度が有機金属化合物によって異
なることが判った。即ち、それぞれの拡散律速温度は、
ＴＭＧを用いて成長したＧａＡｓ層が５６５℃以上、Ｔ
ＥＧを用いて成長したＧａＡｓ層が４２５℃以上、ＴＭ
Ａを用いて成長したＡｌＡｓ層が５０５℃以上、および
ＴＭＩを用いて成長したＩｎＡｓ層が４６５℃以上とな
った。ここで、この律速領域の変わる温度を変移温度と
定義する。表１に各有機金属化合物の変移温度を示す。 【００１６】 【表１】 【００１７】また、水素雰囲気中で有機金属化合物が分
解して金属を放出し始める温度を、有機金属化合物の分
解開始温度と定義する。表２に有機金属化合物の代表的
な分解開始温度を示す。 【００１８】 【表２】 【００１９】表１および表２に基づいて変移温度を決定
する要因を検討した結果、水素雰囲気中における有機金
属化合物の分解開始温度と変移温度が一次線形の関係に
あることが判った。 【００２０】図２に、水素雰囲気中の分解開始温度と変
移温度との関係を示す。図２の結果から、変移温度は次
の式で表現できる。 ＜式１＞変移温度＝水素雰囲気中の有機金属化合物の分
解開始温度＋ΔＴ 【００２１】ここで、ΔＴは、図２から２４５℃とな
る。ここで、変移温度を、いくつかの成長装置を用いて
調べた結果、変移温度は、水素雰囲気中の有機金属化合
物の分解開始温度に比例し、変移温度は式１のΔＴの定
数の絶対値が変化するだけであることがわかった。即
ち、このΔＴは、成長装置やＧａＡｓ基板の種類などに
より約±６５℃前後変化し、そのため変移温度も変化す
る。これまでの調査の結果ΔＴの下限値は、１８０℃で
あることが判った。 【００２２】図１において、ＴＭＧとＴＥＧにおけるＧ
ａＡｓ層の成長速度の温度依存性を比較する。従来から
使用されているＴＭＧを用いて成長したＧａＡｓ層は、
反応律速から拡散律速に変化する基板温度は５６５℃で
あった。これに対して、ＴＥＧを用いて成長したＧａＡ
ｓ層は、反応律速から拡散律速に変化する基板温度は４
２５℃であった。このことから、５６５℃以下の温度に
おいては、ＴＥＧを用いることによって、ＧａＡｓ層の
拡散律速領域での成長が可能となる。 【００２３】ここで、基板温度を５５０℃の温度で、Ｔ
ＭＧとＴＥＧを用いて成長させたＧａＡｓ層の膜質を比
較した。この結果、ＴＥＧによって成長させたＧａＡｓ
層の含有する炭素や酸素の不純物の濃度は、ＴＭＧによ
って成長させたＧａＡｓ層の含有するそれら不純物の濃
度の約１／１０程度であった。従って、５５０℃の基板
温度であっても、ＴＥＧを用いることによって、良質な
ＧａＡｓ層を得ることができた。 【００２４】図３は、成長温度６７０℃〜５３０℃で
の、ＴＭＧとＴＭＡ、およびＴＥＧとＴＭＡを用いたＡ
ｌ組成３０％のＡｌＧａＡｓ層の成長速度の温度依存性
を示す。また、表３にそれぞれの成長条件を示す。 【表３】【００２５】図３において、ＴＭＧを用いてＡｌＧａＡ
ｓ層を成長させた場合、５６５℃以下で表面反応律速成
長となり、このＴＭＧにおけるＡｌＧａＡｓ層の拡散律
速成長の下限温度は、５６５℃であった。一方、ＴＥＧ
を用いてＡｌＧａＡｓ層を成長させた場合、５６５℃以
下においても拡散律速成長であった。 【００２６】即ち、ＴＭＧを用いた５５０℃での成長
は、成長速度の大幅な低下が起きているが、ＴＥＧに関
しては、成長速度の大幅な低下は見られなかった。更
に、ＴＭＧを用いて６００℃以下の成長温度で成長させ
たＡｌＧａＡｓ層の不純物と、ＴＥＧを用いて６００℃
以下の成長温度で成長させたＡｌＧａＡｓ層の不純物と
を、ＳＩＭＳ分析によって評価し比較した。この結果、
ＴＥＧによって成長させたＡｌＧａＡｓ層の含有する炭
素濃度は、ＴＭＧによって成長させたＡｌＧａＡｓ層の
含有する炭素濃度の約１／１００となり、また、ＴＥＧ
によって成長させたＡｌＧａＡｓ層の含有する酸素濃度
も、ＴＭＧによって成長させたＡｌＧａＡｓ層の含有す
る酸素濃度の約１／１０であった。更に、キャリア濃度
（ホール濃度：ｐ型）も、ＴＥＧの方がＴＭＧに比べて
約１／１０の濃度であった。 【００２７】上述の通り、本発明によって、ガリウム
（Ｇａ）原料をＴＥＧにしたことによって、６００℃以
下の成長温度でも、不純物の少ない良好な膜質を有する
ＡｌＧａＡｓ層を得ることができるようになった。 【００２８】また、ＩｎＧａＡｓ層は、ＡｌＧａＡｓ層
と同様に、ＴＭＧを用いて成長させた場合に表面反応律
速成長となる成長温度においても、ＴＥＧを用いて成長
させた場合には、拡散律速成長となった。また、ＩｎＧ
ａＡｓ層は、ＴＥＧを用いた場合、約４６５℃まで拡散
律速成長ができることが判った。 【００２９】以上のように、Ｇａ原料をＴＥＧにするこ
とによって、同一温度で化合物半導体ウェハの各層を連
続成長することができるようになり、良好なヘテロ界面
を有する化合物半導体ウェハが得られ、また、有機金属
気相成長における、成長温度、成長圧力、ガス流速とい
った成長条件を、成長途中で変える必要がなく、連続成
長によりウェハ製造時間の短縮が図られスループットが
向上した。 【００３０】次に、ＴＭＡおよびＴＥＧを用いて５５０
℃の成長基板温度で成長させたＡｌＧａＡｓ層の不純物
について説明する。一般に、ＡｌＧａＡｓ層に含まれる
不純物には、そのキャリア濃度を制御するためにＡｌＧ
ａＡｓ層の成長において意図的に混入されるものと、Ａ
ｌＧａＡｓ層の成長において非意図的に混入する酸素な
どがある。従来、ＡｌＧａＡｓ層の成長において制御す
ることができなかった非意図的に混入する酸素を制御す
る方法について、以下に説明する。 【００３１】図４は、ＴＭＡおよびＴＥＧを用いて５５
０℃の成長基板温度で成長させたＡｌＧａＡｓ層中の酸
素濃度とＴＭＡの供給量との関係を示す。図４におい
て、ＡｌＧａＡｓ層の成長の際の単位時間当たりのＴＭ
Ａの供給量を減少させると、ＡｌＧａＡｓ層中の酸素濃
度が減少することが判った。 【００３２】一般に、ＡｌＧａＡｓ層においては、その
Ａｌ組成率の増加によって、酸素濃度も増加する。ま
た、Ａｌ組成率を変える場合、ＴＭＡの供給量を変える
場合がある。そこで、ＴＭＡの供給量を固定して、Ｇａ
原料であるＴＥＧの供給量を変化させて、Ａｌ組成率の
異なるＡｌＧａＡｓ層と酸素濃度の関係を調べた。実際
には、ＴＭＡの供給量を固定しても、ＴＥＧの供給量で
成長速度が大きく変わるため、成長速度の酸素濃度に対
する影響を考慮して、ＡｌＧａＡｓ層の成長速度をＡｌ
Ａｓ層の成長速度で標準化して、酸素濃度とＡｌＧａＡ
ｓ層のＡｌ組成率との関係を調べた。 【００３３】図５は、ＡｌＧａＡｓ層のＡｌ組成率と標
準化した酸素濃度の関係を示す。ここで、Ａｌ組成率
は、２０％〜５０％とした。図５から判るように、Ａｌ
組成率によって、酸素濃度が殆ど変化しないことが判っ
た。 【００３４】上述の図４および図５の結果から、ＡｌＧ
ａＡｓ層に含有される酸素の量は、Ａｌ組成率によって
変化せず、ＴＭＡの供給量に依存することが判った。従
って、ＡｌＧａＡｓ層中の酸素濃度は、ＴＭＡの供給量
によって制御することができ、ＡｌＧａＡｓ層を有する
化合物半導体ウェハにおいて、ＴＭＡの供給量を制御し
て、その特性上求められる酸素の混入量の下限に合わせ
ることができるようになった。 【００３５】以上の実施の形態では、ＧａＡｓ層、Ａｌ
ＧａＡｓ層、およびＩｎＧａＡｓ層の成長について検討
されたが、ＩｎＧａＰ層およびＩｎＡｌＡｓ層の形成に
おいても、拡散律速に基づく成長が望ましいことが判明
した。 【００３６】 【発明の効果】以上述べた通り、本発明の化合物半導体
ウェハの製造方法によれば、Ｇａ原料をＴＥＧにして、
各層を同一の温度で連続成長させることとしたので、良
好なヘテロ界面を有する化合物半導体ウェハを得ること
ができるようになった。また、各層を連続成長すること
により、化合物半導体ウェハの製造時間の短縮が図られ
スループットを向上することができるようになった。 【００３７】また、本発明の化合物半導体ウェハの製造
方法によれば、化合物半導体ウェハがＡｌＧａＡｓ層を
含む場合、ＡｌＧａＡｓ層の成長に使用するＴＭＡの供
給量を制御することによって、ＡｌＧａＡｓ層に含まれ
る酸素の量を減少させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＧａＡｓ層、ＡｌＡｓ層、およびＩｎＡｓ層の
成長速度の温度依存性を示す図である。 【図２】水素雰囲気中の分解開始温度と変移温度との関
係を示す図である。 【図３】Ａｌを含む層の成長速度の温度依存性を示す図
である。 【図４】ＴＭＡの供給量に対するＡｌＧａＡｓ層中の酸
素濃度を示す図である。 【図５】ＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成率と酸素濃度を示
す図である。 【図６】ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
シュードモフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハの基本
構造を示す図である。 【符号の説明】 １ シュードモフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハ ２ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ３ アンドープＧａＡｓ層 ４ アンドープＩｎＧａＡｓ層 ５ ｎ型ＡｌＧａＡｓ層 ６ ｎ型ＧａＡｓ層 ７ 境界面
成長速度の温度依存性を示す図である。 【図２】水素雰囲気中の分解開始温度と変移温度との関
係を示す図である。 【図３】Ａｌを含む層の成長速度の温度依存性を示す図
である。 【図４】ＴＭＡの供給量に対するＡｌＧａＡｓ層中の酸
素濃度を示す図である。 【図５】ＡｌＧａＡｓ層のＡｌの組成率と酸素濃度を示
す図である。 【図６】ｎ型ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ系
シュードモフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハの基本
構造を示す図である。 【符号の説明】 １ シュードモフィクＨＥＭＴエピタキシャルウェハ ２ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ３ アンドープＧａＡｓ層 ４ アンドープＩｎＧａＡｓ層 ５ ｎ型ＡｌＧａＡｓ層 ６ ｎ型ＧａＡｓ層 ７ 境界面
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−298160（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−47668（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−283141（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−267867（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−307928（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−175131（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−45895（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−110829（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−207021（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/205
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】有機金属化合物を用いて基板上に複数の化
合物層を成長させて化合物半導体ウェハを製造する方法
において、前記複数の化合物層は、ＧａＡｓ層、ＡｌＧ
ａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓ層を含み、前記有機金属化合物
は、成長させる層により、トリエチルガリウム（ＴＥ
Ｇ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチル
インジウム（ＴＭＩ）の中から選ばれた少なくとも１つ
を含み、前記複数の化合物層を４６５℃以上５６５℃未
満の基板温度で連続成長させることを特徴とする化合物
半導体ウェハの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32177397A JP3381587B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 化合物半導体ウェハの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32177397A JP3381587B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 化合物半導体ウェハの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11162854A JPH11162854A (ja) | 1999-06-18 |
| JP3381587B2 true JP3381587B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=18136276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32177397A Expired - Lifetime JP3381587B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 化合物半導体ウェハの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3381587B2 (ja) |
-
1997
- 1997-11-21 JP JP32177397A patent/JP3381587B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11162854A (ja) | 1999-06-18 |
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