JP3783485B2 - 化合物半導体多層薄膜の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体多層薄膜の製造方法に係り、特に、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単一の材料からなるＳｉ半導体多層薄膜と異なり、化合物半導体多層薄膜は、異なる組成の化合物半導体薄膜を互いに接合することでへテロ界面を形成することが可能である。
【０００３】
あるエッチャントに対するエッチング速度が大きく異なる材料を用い、それらの薄膜を、このヘテロ界面の上下に形成した場合、エッチング速度が遅い方の薄膜をエッチングストッパ層（以下、ストッパ層と示す）として利用することができる。特に、GaAs層とAlGaAs層とで構成されるＡｓ系化合物半導体多層薄膜のヘテロ界面上側に、ストッパ層としてＰ系化合物薄膜を形成すると共に、燐酸系のエッチャントを用いた場合、このＰ系化合物薄膜が、選択比１００以上の優れたストッパ層となる事が知られている。
【０００４】
Ａｓ系化合物半導体多層薄膜を用いてへテロ・バイポーラ・トランジスタ、電界効果トランジスタ等のデバイスを作製する際に、選択比に優れた（選択比が大きい）Ｐ系化合物薄膜からなるストッパ層をヘテロ界面上側に形成することにより、デバイスの均一性や歩留まりが著しく向上することから、ストッパ層としてのＰ系化合物薄膜の利用が拡大しつつある。
【０００５】
このＰ系化合物薄膜からなるストッパ層を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜は、通常ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＧＳ−ＭＢＥ（ガスソースＭＢＥ）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシー）法などの気相成長法によって製造されている。
【０００６】
例えば、GaAs層→GaInP 層→GaAs層の順に成長させる場合、図８に示すように、先ず、Ｇａ原料およびＡｓ原料を供給してGaAs層を成長させる。その後、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ａｓ原料の供給を停止すると共にＩｎ原料およびＰ原料を供給し、GaAs層上にGaInP 層を成長させる。その後、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ｉｎ原料およびＰ原料の供給を停止すると共にＡｓ原料の供給を再開し、GaInP 層上にGaAs層を成長させる。すなわち、ストッパ層を成長させる前後の工程で、Ａｓ原料の供給とＰ原料の供給の切り替えを行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常の気相成長法においては、
（ａ） Ａｓ、ＰなどのＶ族元素は、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌなどの III族元素原料の数倍〜数百倍の量が供給される。
【０００８】
（ｂ） 分解した固体ＡｓやＰの蒸気圧が比較的高い。
【０００９】
といったことが原因となって、原料供給を中断したとしても、半導体製造装置のリアクターやチャンバー内に残留する傾向がある。このため、Ｐ系化合物薄膜成長のためにＡｓ原料の供給を停止しても、リアクターやチャンバー内に残留したＡｓが、成長中のＰ系化合物薄膜中に混入してしまうといった問題が生じる。
【００１０】
例えば、ＭＯＶＰＥ装置を用いると共に、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＡｓＨ3 （アルシン）、およびＰＨ3 （ホスフィン）を使用し、図８に示した手順で、GaAs基板上にバッファ層としてGaAs層を５００ｎｍ、GaAs層上にストッパ層としてGaInP 層を２００ｎｍの厚さで形成した。その後、Ａｓ濃度のデプスプロファイルをＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法によって測定した結果、GaInP 層成長の際にＡｓ原料の供給を停止しているにも関わらず、GaInP 層中には１×１０21ｃｍ-3前後と高濃度なＡｓが混入しており、実際にはGaInPAs 層が形成されている事がわかる。
【００１１】
このＡｓの混入量（濃度）は、ストッパ層の層厚が厚くなる程又はストッパ層を成長させる時間が長くなる程に減少する。
【００１２】
このため、ストッパ層の層厚を１００ｎｍ程度にすることでＡｓ濃度をＶ族元素の５％以下程度に抑えることはできる。しかし、通常、ストッパ層は、抵抗の増加等を防ぐ目的で数ｎｍ〜数十ｎｍ位の層厚とされることが多いため、ストッパ層の層厚を１００ｎｍ程度とすることは事実上不可能であり、実際は、高濃度（１０〜３０％）のＡｓを含有したストッパ層が形成されてしまう。
【００１３】
また、GaInP 層が燐酸系エッチャントでエッチングされ難いことからストッパ層としての利用が拡大しているのに、実際に形成される高濃度のＡｓを含有したGaInPAs 層は燐酸系エッチャントでエッチングされ易いため、上述したデバイス等を作製する際、歩留まり低下などが生じるという問題があった。
【００１４】
さらに、ストッパ層を成長させる時間を長くすれば、ストッパ層のＡｓ濃度を減少させることができるものの、生産性の低下を招いてしまう。
【００１５】
そこで本発明は、上記課題を解決し、歩留り及び生産性が良好で、かつ、エッチングストッパ層として成長させるＰ系化合物薄膜中にＡｓが殆ど混入しない化合物半導体多層薄膜の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、半絶縁性のGaAs基板上に多層形成されたＡｓ系化合物半導体薄膜のヘテロ界面上側に、エッチングストッパ層であるＰ系化合物薄膜を形成する化合物半導体多層薄膜の製造方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けるものである。
【００１７】
請求項２の発明は、半絶縁性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成された第一のGaAs層或いはAlGaAs層と、該GaAs層或いはAlGaAs層上に形成され、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層上に形成された第二のGaAs層或いはAlGaAs層とを備えた化合物半導体多層薄膜を製造する方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けるものである。
【００１８】
請求項３の発明は、半絶縁性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成された第一のGaInAs層或いはAlGaInAs層と、該GaInAs層或いはAlGaInAs層上に形成され、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層上に形成された第二のGaInAs層或いはAlGaInAs層とを備えた化合物半導体多層薄膜を製造する方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けるものである。
【００１９】
請求項４の発明は、半絶縁性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成された第一のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層と、該GaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層上に形成され、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層上に形成された第二のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層とを備えた化合物半導体多層薄膜を製造する方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けるものである。
【００２０】
以上の方法によれば、エッチングストッパ層として成長させたＰ系化合物薄膜中にＡｓが殆ど混入されず、燐酸系のエッチャントを用いた場合、選択比が大きいストッパ層となる。
【００２１】
請求項５の発明は、上記Ｐ系化合物薄膜を、GaInP 、 AlInP 、 AlGaInP の中から選択される１種で形成する請求項１乃至請求項４いずれかに記載の化合物半導体多層薄膜の製造方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００２３】
本発明の化合物半導体多層薄膜の製造方法は、先ず、半絶縁性のGaAs基板上に、Ａｓ系化合物半導体薄膜からなる層を適宜形成した後、Ｇａ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ある層上に、第一のGaAs層或いはAlGaAs層を成長させる。
【００２４】
その後、GaAs層或いはAlGaAs層上に、Ｐ系化合物薄膜からなるストッパ層を成長させるべく、先ず、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料およびＰ原料を供給する。この段階では、成長するＰ系化合物薄膜中に、化合物半導体多層薄膜の製造装置のリアクター或いはチャンバー内に残留しているＡｓが混入する。次に、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を所定時間ｔだけ停止する。これによって、前述したリアクター或いはチャンバー内に残留しているＡｓまたはＡｓ化合物がＰ原料で置換され、続いて、前工程で形成されたＡｓが混入したＰ系化合物薄膜の表面付近に存在しているＡｓ成分がＰで置換される。その後、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を再開し、純粋なＰ系化合物薄膜からなるストッパ層を成長させる。
【００２５】
この時、Ｐ系化合物薄膜を成長させる全工程中、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を所定時間ｔだけ停止するという工程を１回以上設ける。
【００２６】
次に、Ｐ原料の供給を停止すると共に、Ｇａ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ストッパ層上に、第二のGaAs層或いはAlGaAs層を成長させる。
【００２７】
これによって、GaAs層（或いはAlGaAs層）／Ｐ系化合物薄膜／GaAs層（或いはAlGaAs層）構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜が得られる。
【００２８】
より具体的には、図１に示すように、GaAs基板１上に、順に、i-GaAsバッファ層２、i-AlGaAsバッファ層３、Ｓｉプレーナドープ層４、i-AlGaAsスペーサ層５、i-GaInAsチャネル層６、i-AlGaAsスペーサ層５、Ｓｉプレーナドープ層４を形成した後、図２に示すように、Ａｌ原料、Ｇａ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、Ｓｉプレーナドープ層４上に、i-AlGaAsショットキーコンタクト層７を成長させる。
【００２９】
その後、i-AlGaAsショットキーコンタクト層７上に、i-GaInP ストッパ層８を成長させるべく、図２に示すように、先ず、i-GaInP ストッパ層８を構成する全ての原料、すなわち、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料を供給する。この段階では、化合物半導体多層薄膜の製造装置のリアクター或いはチャンバー内に残留しているＡｓが混入することから、i-GaInPAs 層が成長する。
【００３０】
次に、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を所定時間ｔだけ停止する。これによって、前述したリアクター或いはチャンバー内に残留しているＡｓまたはＡｓ化合物がＰ原料で置換され、続いて、前工程で形成されたi-GaInPAs 層の表面付近に存在しているＡｓ成分がＰで置換される。
【００３１】
その後、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を再開し、i-GaInP ストッパ層８を成長させる。
【００３２】
次に、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ｉｎ原料およびＰ原料の供給を停止すると共に、新たにＡｓ原料を供給し、i-GaInP ストッパ層８上に、n-GaAsオーミックコンタクト層９を成長させる。
【００３３】
これによって、GaAs／i-GaAs／i-AlGaAs／Ｓｉ／i-AlGaAs／i-GaInAs／i-AlGaAs／Ｓｉ／i-AlGaAs／i-GaInP ／n-GaAs構造を有する電界効果トランジスタ用のＡｓ系化合物半導体多層薄膜１１が得られる。
【００３４】
図１および図２に示した本発明の製造方法では、Ｐ系化合物薄膜としてGaInP を用いているが、特に限定するものではなく、その他に、 AlInP 、AlGaInP が挙げられる。
【００３５】
Ｐ系化合物薄膜の膜厚としては、１００ｎｍ程度もあれば十分であるが、膜抵抗の増加等を防ぐべく、数ｎｍ〜数十ｎｍ位が好ましい。
【００３６】
Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を停止するという工程を行う回数は、Ｐ系化合物薄膜の膜厚によって適宜選択されるものであり、成長させるＰ系化合物薄膜の膜厚が厚くなるのに応じてその回数も増加し、２回以上必要となることもある。
【００３７】
Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を停止するという工程の継続時間（所定時間ｔ）は、３０〜１８０秒間、好ましくは６０〜１２０秒間である。
【００３８】
かかる化合物半導体多層薄膜の製造方法によれば、Ｐ系化合物薄膜の少なくとも表面近傍においてはＡｓが混入していることはなく、また、Ｐ系化合物薄膜の膜厚が数ｎｍ〜数十ｎｍ位であっても、膜全体におけるＡｓ濃度を、Ｐ系化合物薄膜を構成するＶ族元素の５％以下程度に抑えることができる。
【００３９】
また、得られるストッパ層が、燐酸系エッチャントでエッチングされ難いことから、へテロ・バイポーラ・トランジスタ、電界効果トランジスタ等のデバイス等を作製する際、歩留まり低下などが生じることはない。
【００４０】
さらに、従来の方法と比較しても、ストッパ層を成長させるのに要する時間は殆ど変わらないことから、生産性の低下を招くことはない。
【００４１】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００４２】
第１の実施の形態の化合物半導体多層薄膜の製造方法は、先ず、半絶縁性のGaAs基板上に、Ａｓ系化合物半導体薄膜からなる層を適宜形成した後、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ある層上に、第一のGaInAs層或いはAlGaInAs層を成長させる。
【００４３】
その後、本発明と同様にして、GaInAs層或いはAlGaInAs層上に、Ｐ系化合物薄膜からなるストッパ層を成長させる。この時、Ｐ系化合物薄膜の成長させる全工程中、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を所定時間ｔだけ停止するという工程を１回以上設ける。
【００４４】
次に、Ｐ原料の供給を停止すると共に、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ストッパ層上に、第二のGaInAs層或いはAlGaInAs層を成長させる。
【００４５】
これによって、GaInAs層（或いはAlGaInAs層）／Ｐ系化合物薄膜／GaInAs層（或いはAlGaInAs層）構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜が得られる。
【００４６】
第２の実施の形態の化合物半導体多層薄膜の製造方法は、先ず、半絶縁性のGaAs基板上に、Ａｓ系化合物半導体薄膜からなる層を適宜形成した後、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ある層上に、第一のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層を成長させる。
【００４７】
その後、本発明と同様にして、GaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層上に、Ｐ系化合物薄膜からなるストッパ層を成長させる。この時、Ｐ系化合物薄膜の成長させる全工程中、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を所定時間ｔだけ停止するという工程を１回以上設ける。
【００４８】
次に、Ｐ原料の供給を停止すると共に、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ストッパ層上に、第二のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層を成長させる。
【００４９】
これによって、GaInPAs 層（或いはAlGaInPAs 層）／Ｐ系化合物薄膜／GaInPAs 層（或いはAlGaInPAs 層）構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜が得られる。
【００５０】
第１および第２の実施の形態の化合物半導体多層薄膜の製造方法においても、本発明と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５１】
【実施例】
半導体製造装置として減圧ＭＯＶＰＥ機を、薄膜構成原料としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム) 、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3 、およびＳｉ2 Ｈ6 （ジシラン）を使用し、GaAs基板上に、膜厚２００ｎｍのi-GaAsバッファ層、膜厚１００ｎｍのi-AlGaAsバッファ層、Ｓｉプレーナドープ層、膜厚２ｎｍのi-AlGaAsスペーサ層、膜厚２０ｎｍのi-GaInAsチャネル層、膜厚２ｎｍのi-AlGaAsスペーサ層、Ｓｉプレーナドープ層、膜厚２０ｎｍのi-AlGaAsショットキーコンタクト層、膜厚６ｎｍのi-GaInP ストッパ層の順に成長させる。
【００５２】
このi-GaInP ストッパ層の成長時に、原料供給パターンを変えて、３種類のＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造した。
【００５３】
（実施例１）
i-AlGaAsショットキーコンタクト層上に、i-GaInP ストッパ層を成長させる際、先ず、i-GaInP ストッパ層を構成する全ての原料、すなわち、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料を１２秒間供給する。次に、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を９０秒間停止する。その後、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を再開し、i-GaInP ストッパ層を成長させる。
【００５４】
次に、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ｉｎ原料およびＰ原料の供給を停止すると共に、新たにＡｓ原料を供給し、i-GaInP ストッパ層上に、膜厚３０ｎｍのn-GaAsオーミックコンタクト層を成長させ、電界効果トランジスタ用のＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する。
【００５５】
（実施例２）
i-AlGaAsショットキーコンタクト層上に、i-GaInP ストッパ層を成長させる際、先ず、i-GaInP ストッパ層を構成する全ての原料、すなわち、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料を１２秒間供給する。次に、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を９０秒間停止し、i-GaInP ストッパ層を成長させる。
【００５６】
次に、Ｇａ原料の供給を再開すると共に、新たにＡｓ原料を供給し、i-GaInP ストッパ層上に、膜厚３０ｎｍのn-GaAsオーミックコンタクト層を成長させ、電界効果トランジスタ用のＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する。
【００５７】
（比較例１）
i-AlGaAsショットキーコンタクト層上に、i-GaInP ストッパ層を成長させるべく、i-GaInP ストッパ層を構成する全ての原料、すなわち、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料を２４秒間供給し、i-GaInP ストッパ層を成長させる。
【００５８】
次に、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ｉｎ原料およびＰ原料の供給を停止すると共に、Ａｓ原料の供給を再開し、i-GaInP ストッパ層上に、膜厚３０ｎｍのn-GaAsオーミックコンタクト層を成長させ、電界効果トランジスタ用のＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する。
【００５９】
実施例１，２および比較例１で得られた各Ａｓ系化合物半導体薄膜（以下、サンプルと示す）のストッパ層のエッチング停止性能を評価するため、以下に示す手順で評価試験を行った。
【００６０】
先ず、Ａｓ系化合物半導体は高速でエッチングされる一方、Ｐ系化合物半導体は殆どエッチングされない選択比の大きいエッチング溶液として知られるエッチャント（燐酸：過酸化水素水：純水＝１：１：１２の割合で合成した溶液）を用いて、サンプル最上層のn-GaAsオーミックコンタクト層を完全に除去し、i-GaInP ストッパ層を表面に露出させる。i-GaInP ストッパ層が表面に露出したかどうかは、サンプルの変色によって確認を行う。
【００６１】
次に、i-GaInP ストッパ層を表面に露出させた後、更に５０秒間、サンプルをエッチャントに浸し続ける。５０秒後、サンプルをエッチャントから取り出し、純水を用いて洗浄を行った後、乾燥させる。乾燥後のサンプル表面の状態をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって観察した。
【００６２】
実施例１のサンプルの表面を図５に、実施例２のサンプルの表面を図６に、比較例１のサンプルの表面を図７に示す。但し、図５〜図７は、表面の凹凸を色の濃淡により表現したものであり、白色は凸部を、黒色は凹部を示している。
【００６３】
図５，６に示すように、実施例１，２のサンプル表面は略平坦であり、かつ、その表面に、若干の突起（凸部）は観察されるものの、エッチャント抜けの原因となる凹状欠陥は観察されず、i-AlGaAsショットキーコンタクト層が完全に保護されていた。すなわち、エッチングの進行は、i-GaInP ストッパ層の位置で完全に停止していた。このことから、i-GaInP ストッパ層の成長工程の途中で１回、Ｐ原料のみ供給するという原料供給パターン（図２参照）により成長させた実施例１のサンプルのi-GaInP ストッパ層中には、ほとんどＡｓが混入していないことがわかる。また、i-GaInP ストッパ層の成長工程の最後に、Ｐ原料のみ供給するという原料供給パターン（図３参照）により成長させた実施例２のサンプルのi-GaInP ストッパ層中にも、ほとんどＡｓが混入していないことがわかる。
【００６４】
尚、実施例２のサンプルの表面には、高濃度で凸状のエッチング残りが存在しており、エッチング工程に引き続いて行われる電極形成工程で問題が生じるおそれがある。よって、電極形成工程に先立って、この凸状のエッチング残りを除去する工程が必要となる。
【００６５】
これに対して、図７に示すように、比較例１のサンプルの表面には、多数の孔状欠陥が観察された。この孔状欠陥は、i-GaInP ストッパ層の成長中、局所的に高濃度のＡｓが混入してi-GaInPAs が形成され、そのＡｓ混入部分が選択的にエッチングされることで形成されたものである。エッチャントは、このような孔状欠陥を通り抜けてしまうため、保護されるべきi-AlGaAsショットキーコンタクト層もエッチングを受けてしまっていた。このことから、従来の原料供給パターン（図４参照）により成長させた比較例１のサンプルのi-GaInP ストッパ層は、エッチングストッパとしての性能が不十分であることが明らかである。
【００６６】
実施例１，２および比較例１のサンプルにおいては、i-GaInP ストッパ層の上層および下層に、i-AlGaAsショットキーコンタクト層、n-GaAsオーミックコンタクト層を形成しているが、Ｉｎを含むi-GaInAs又はi-AlGaInAs或いはi-GaInPAs 若しくはi-AlGaInPAs からなるショットキーコンタクト層又はオーミックコンタクト層であっても、同様の傾向が見られた。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、Ｐ系化合物薄膜の成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けることで、少なくとも表面近傍においては、Ａｓが混入していないＰ系化合物薄膜を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の化合物半導体多層薄膜の製造方法で得られたＡｓ系化合物半導体多層薄膜の拡大断面図である。
【図２】 i-AlGaAs／i-GaInP ／n-GaAs構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する際の本発明の原料供給パターンを示す図である。
【図３】 i-AlGaAs／i-GaInP ／n-GaAs構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する際の他の実施の形態の原料供給パターンを示す図である。
【図４】 i-AlGaAs／i-GaInP ／n-GaAs構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する際の従来の原料供給パターンを示す図である。
【図５】実施例１のＡｓ系化合物半導体多層薄膜の表面状態を原子間力顕微鏡により観察した図である。
【図６】実施例２のＡｓ系化合物半導体多層薄膜の表面状態を原子間力顕微鏡により観察した図である。
【図７】比較例１のＡｓ系化合物半導体多層薄膜の表面状態を原子間力顕微鏡により観察した図である。
【図８】 GaAs／GaInP ／GaAs構造を有する従来のＡｓ系化合物半導体多層薄膜の製造方法の原料供給パターンを示す図である。
【図９】 GaAs／GaInP 構造を有する従来のＡｓ系化合物半導体多層薄膜における表面からの距離とＡｓ濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ GaAs基板
７ i-AlGaAsショットキーコンタクト層（第一のGaAs層或いはAlGaAs層）
８ i-GaInP ストッパ層（エッチングストッパ層）
９ n-GaAsオーミックコンタクト層（第二のGaAs層或いはAlGaAs層）
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体多層薄膜の製造方法に係り、特に、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単一の材料からなるＳｉ半導体多層薄膜と異なり、化合物半導体多層薄膜は、異なる組成の化合物半導体薄膜を互いに接合することでへテロ界面を形成することが可能である。
【０００３】
あるエッチャントに対するエッチング速度が大きく異なる材料を用い、それらの薄膜を、このヘテロ界面の上下に形成した場合、エッチング速度が遅い方の薄膜をエッチングストッパ層（以下、ストッパ層と示す）として利用することができる。特に、GaAs層とAlGaAs層とで構成されるＡｓ系化合物半導体多層薄膜のヘテロ界面上側に、ストッパ層としてＰ系化合物薄膜を形成すると共に、燐酸系のエッチャントを用いた場合、このＰ系化合物薄膜が、選択比１００以上の優れたストッパ層となる事が知られている。
【０００４】
Ａｓ系化合物半導体多層薄膜を用いてへテロ・バイポーラ・トランジスタ、電界効果トランジスタ等のデバイスを作製する際に、選択比に優れた（選択比が大きい）Ｐ系化合物薄膜からなるストッパ層をヘテロ界面上側に形成することにより、デバイスの均一性や歩留まりが著しく向上することから、ストッパ層としてのＰ系化合物薄膜の利用が拡大しつつある。
【０００５】
このＰ系化合物薄膜からなるストッパ層を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜は、通常ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、ＧＳ−ＭＢＥ（ガスソースＭＢＥ）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシー）法などの気相成長法によって製造されている。
【０００６】
例えば、GaAs層→GaInP 層→GaAs層の順に成長させる場合、図８に示すように、先ず、Ｇａ原料およびＡｓ原料を供給してGaAs層を成長させる。その後、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ａｓ原料の供給を停止すると共にＩｎ原料およびＰ原料を供給し、GaAs層上にGaInP 層を成長させる。その後、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ｉｎ原料およびＰ原料の供給を停止すると共にＡｓ原料の供給を再開し、GaInP 層上にGaAs層を成長させる。すなわち、ストッパ層を成長させる前後の工程で、Ａｓ原料の供給とＰ原料の供給の切り替えを行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常の気相成長法においては、
（ａ） Ａｓ、ＰなどのＶ族元素は、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌなどの III族元素原料の数倍〜数百倍の量が供給される。
【０００８】
（ｂ） 分解した固体ＡｓやＰの蒸気圧が比較的高い。
【０００９】
といったことが原因となって、原料供給を中断したとしても、半導体製造装置のリアクターやチャンバー内に残留する傾向がある。このため、Ｐ系化合物薄膜成長のためにＡｓ原料の供給を停止しても、リアクターやチャンバー内に残留したＡｓが、成長中のＰ系化合物薄膜中に混入してしまうといった問題が生じる。
【００１０】
例えば、ＭＯＶＰＥ装置を用いると共に、原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＡｓＨ3 （アルシン）、およびＰＨ3 （ホスフィン）を使用し、図８に示した手順で、GaAs基板上にバッファ層としてGaAs層を５００ｎｍ、GaAs層上にストッパ層としてGaInP 層を２００ｎｍの厚さで形成した。その後、Ａｓ濃度のデプスプロファイルをＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法によって測定した結果、GaInP 層成長の際にＡｓ原料の供給を停止しているにも関わらず、GaInP 層中には１×１０21ｃｍ-3前後と高濃度なＡｓが混入しており、実際にはGaInPAs 層が形成されている事がわかる。
【００１１】
このＡｓの混入量（濃度）は、ストッパ層の層厚が厚くなる程又はストッパ層を成長させる時間が長くなる程に減少する。
【００１２】
このため、ストッパ層の層厚を１００ｎｍ程度にすることでＡｓ濃度をＶ族元素の５％以下程度に抑えることはできる。しかし、通常、ストッパ層は、抵抗の増加等を防ぐ目的で数ｎｍ〜数十ｎｍ位の層厚とされることが多いため、ストッパ層の層厚を１００ｎｍ程度とすることは事実上不可能であり、実際は、高濃度（１０〜３０％）のＡｓを含有したストッパ層が形成されてしまう。
【００１３】
また、GaInP 層が燐酸系エッチャントでエッチングされ難いことからストッパ層としての利用が拡大しているのに、実際に形成される高濃度のＡｓを含有したGaInPAs 層は燐酸系エッチャントでエッチングされ易いため、上述したデバイス等を作製する際、歩留まり低下などが生じるという問題があった。
【００１４】
さらに、ストッパ層を成長させる時間を長くすれば、ストッパ層のＡｓ濃度を減少させることができるものの、生産性の低下を招いてしまう。
【００１５】
そこで本発明は、上記課題を解決し、歩留り及び生産性が良好で、かつ、エッチングストッパ層として成長させるＰ系化合物薄膜中にＡｓが殆ど混入しない化合物半導体多層薄膜の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、半絶縁性のGaAs基板上に多層形成されたＡｓ系化合物半導体薄膜のヘテロ界面上側に、エッチングストッパ層であるＰ系化合物薄膜を形成する化合物半導体多層薄膜の製造方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けるものである。
【００１７】
請求項２の発明は、半絶縁性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成された第一のGaAs層或いはAlGaAs層と、該GaAs層或いはAlGaAs層上に形成され、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層上に形成された第二のGaAs層或いはAlGaAs層とを備えた化合物半導体多層薄膜を製造する方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けるものである。
【００１８】
請求項３の発明は、半絶縁性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成された第一のGaInAs層或いはAlGaInAs層と、該GaInAs層或いはAlGaInAs層上に形成され、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層上に形成された第二のGaInAs層或いはAlGaInAs層とを備えた化合物半導体多層薄膜を製造する方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けるものである。
【００１９】
請求項４の発明は、半絶縁性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成された第一のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層と、該GaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層上に形成され、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層上に形成された第二のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層とを備えた化合物半導体多層薄膜を製造する方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けるものである。
【００２０】
以上の方法によれば、エッチングストッパ層として成長させたＰ系化合物薄膜中にＡｓが殆ど混入されず、燐酸系のエッチャントを用いた場合、選択比が大きいストッパ層となる。
【００２１】
請求項５の発明は、上記Ｐ系化合物薄膜を、GaInP 、 AlInP 、 AlGaInP の中から選択される１種で形成する請求項１乃至請求項４いずれかに記載の化合物半導体多層薄膜の製造方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００２３】
本発明の化合物半導体多層薄膜の製造方法は、先ず、半絶縁性のGaAs基板上に、Ａｓ系化合物半導体薄膜からなる層を適宜形成した後、Ｇａ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ある層上に、第一のGaAs層或いはAlGaAs層を成長させる。
【００２４】
その後、GaAs層或いはAlGaAs層上に、Ｐ系化合物薄膜からなるストッパ層を成長させるべく、先ず、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料およびＰ原料を供給する。この段階では、成長するＰ系化合物薄膜中に、化合物半導体多層薄膜の製造装置のリアクター或いはチャンバー内に残留しているＡｓが混入する。次に、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を所定時間ｔだけ停止する。これによって、前述したリアクター或いはチャンバー内に残留しているＡｓまたはＡｓ化合物がＰ原料で置換され、続いて、前工程で形成されたＡｓが混入したＰ系化合物薄膜の表面付近に存在しているＡｓ成分がＰで置換される。その後、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を再開し、純粋なＰ系化合物薄膜からなるストッパ層を成長させる。
【００２５】
この時、Ｐ系化合物薄膜を成長させる全工程中、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を所定時間ｔだけ停止するという工程を１回以上設ける。
【００２６】
次に、Ｐ原料の供給を停止すると共に、Ｇａ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ストッパ層上に、第二のGaAs層或いはAlGaAs層を成長させる。
【００２７】
これによって、GaAs層（或いはAlGaAs層）／Ｐ系化合物薄膜／GaAs層（或いはAlGaAs層）構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜が得られる。
【００２８】
より具体的には、図１に示すように、GaAs基板１上に、順に、i-GaAsバッファ層２、i-AlGaAsバッファ層３、Ｓｉプレーナドープ層４、i-AlGaAsスペーサ層５、i-GaInAsチャネル層６、i-AlGaAsスペーサ層５、Ｓｉプレーナドープ層４を形成した後、図２に示すように、Ａｌ原料、Ｇａ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、Ｓｉプレーナドープ層４上に、i-AlGaAsショットキーコンタクト層７を成長させる。
【００２９】
その後、i-AlGaAsショットキーコンタクト層７上に、i-GaInP ストッパ層８を成長させるべく、図２に示すように、先ず、i-GaInP ストッパ層８を構成する全ての原料、すなわち、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料を供給する。この段階では、化合物半導体多層薄膜の製造装置のリアクター或いはチャンバー内に残留しているＡｓが混入することから、i-GaInPAs 層が成長する。
【００３０】
次に、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を所定時間ｔだけ停止する。これによって、前述したリアクター或いはチャンバー内に残留しているＡｓまたはＡｓ化合物がＰ原料で置換され、続いて、前工程で形成されたi-GaInPAs 層の表面付近に存在しているＡｓ成分がＰで置換される。
【００３１】
その後、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を再開し、i-GaInP ストッパ層８を成長させる。
【００３２】
次に、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ｉｎ原料およびＰ原料の供給を停止すると共に、新たにＡｓ原料を供給し、i-GaInP ストッパ層８上に、n-GaAsオーミックコンタクト層９を成長させる。
【００３３】
これによって、GaAs／i-GaAs／i-AlGaAs／Ｓｉ／i-AlGaAs／i-GaInAs／i-AlGaAs／Ｓｉ／i-AlGaAs／i-GaInP ／n-GaAs構造を有する電界効果トランジスタ用のＡｓ系化合物半導体多層薄膜１１が得られる。
【００３４】
図１および図２に示した本発明の製造方法では、Ｐ系化合物薄膜としてGaInP を用いているが、特に限定するものではなく、その他に、 AlInP 、AlGaInP が挙げられる。
【００３５】
Ｐ系化合物薄膜の膜厚としては、１００ｎｍ程度もあれば十分であるが、膜抵抗の増加等を防ぐべく、数ｎｍ〜数十ｎｍ位が好ましい。
【００３６】
Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を停止するという工程を行う回数は、Ｐ系化合物薄膜の膜厚によって適宜選択されるものであり、成長させるＰ系化合物薄膜の膜厚が厚くなるのに応じてその回数も増加し、２回以上必要となることもある。
【００３７】
Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を停止するという工程の継続時間（所定時間ｔ）は、３０〜１８０秒間、好ましくは６０〜１２０秒間である。
【００３８】
かかる化合物半導体多層薄膜の製造方法によれば、Ｐ系化合物薄膜の少なくとも表面近傍においてはＡｓが混入していることはなく、また、Ｐ系化合物薄膜の膜厚が数ｎｍ〜数十ｎｍ位であっても、膜全体におけるＡｓ濃度を、Ｐ系化合物薄膜を構成するＶ族元素の５％以下程度に抑えることができる。
【００３９】
また、得られるストッパ層が、燐酸系エッチャントでエッチングされ難いことから、へテロ・バイポーラ・トランジスタ、電界効果トランジスタ等のデバイス等を作製する際、歩留まり低下などが生じることはない。
【００４０】
さらに、従来の方法と比較しても、ストッパ層を成長させるのに要する時間は殆ど変わらないことから、生産性の低下を招くことはない。
【００４１】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００４２】
第１の実施の形態の化合物半導体多層薄膜の製造方法は、先ず、半絶縁性のGaAs基板上に、Ａｓ系化合物半導体薄膜からなる層を適宜形成した後、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ある層上に、第一のGaInAs層或いはAlGaInAs層を成長させる。
【００４３】
その後、本発明と同様にして、GaInAs層或いはAlGaInAs層上に、Ｐ系化合物薄膜からなるストッパ層を成長させる。この時、Ｐ系化合物薄膜の成長させる全工程中、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を所定時間ｔだけ停止するという工程を１回以上設ける。
【００４４】
次に、Ｐ原料の供給を停止すると共に、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ストッパ層上に、第二のGaInAs層或いはAlGaInAs層を成長させる。
【００４５】
これによって、GaInAs層（或いはAlGaInAs層）／Ｐ系化合物薄膜／GaInAs層（或いはAlGaInAs層）構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜が得られる。
【００４６】
第２の実施の形態の化合物半導体多層薄膜の製造方法は、先ず、半絶縁性のGaAs基板上に、Ａｓ系化合物半導体薄膜からなる層を適宜形成した後、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ある層上に、第一のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層を成長させる。
【００４７】
その後、本発明と同様にして、GaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層上に、Ｐ系化合物薄膜からなるストッパ層を成長させる。この時、Ｐ系化合物薄膜の成長させる全工程中、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｐ系化合物薄膜を構成する全ての III族原料の供給を所定時間ｔだけ停止するという工程を１回以上設ける。
【００４８】
次に、Ｐ原料の供給を停止すると共に、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料或いはＡｌ原料、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料、Ａｓ原料を同時に供給し、ストッパ層上に、第二のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層を成長させる。
【００４９】
これによって、GaInPAs 層（或いはAlGaInPAs 層）／Ｐ系化合物薄膜／GaInPAs 層（或いはAlGaInPAs 層）構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜が得られる。
【００５０】
第１および第２の実施の形態の化合物半導体多層薄膜の製造方法においても、本発明と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５１】
【実施例】
半導体製造装置として減圧ＭＯＶＰＥ機を、薄膜構成原料としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム) 、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3 、ＡｓＨ3 、およびＳｉ2 Ｈ6 （ジシラン）を使用し、GaAs基板上に、膜厚２００ｎｍのi-GaAsバッファ層、膜厚１００ｎｍのi-AlGaAsバッファ層、Ｓｉプレーナドープ層、膜厚２ｎｍのi-AlGaAsスペーサ層、膜厚２０ｎｍのi-GaInAsチャネル層、膜厚２ｎｍのi-AlGaAsスペーサ層、Ｓｉプレーナドープ層、膜厚２０ｎｍのi-AlGaAsショットキーコンタクト層、膜厚６ｎｍのi-GaInP ストッパ層の順に成長させる。
【００５２】
このi-GaInP ストッパ層の成長時に、原料供給パターンを変えて、３種類のＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造した。
【００５３】
（実施例１）
i-AlGaAsショットキーコンタクト層上に、i-GaInP ストッパ層を成長させる際、先ず、i-GaInP ストッパ層を構成する全ての原料、すなわち、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料を１２秒間供給する。次に、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を９０秒間停止する。その後、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を再開し、i-GaInP ストッパ層を成長させる。
【００５４】
次に、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ｉｎ原料およびＰ原料の供給を停止すると共に、新たにＡｓ原料を供給し、i-GaInP ストッパ層上に、膜厚３０ｎｍのn-GaAsオーミックコンタクト層を成長させ、電界効果トランジスタ用のＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する。
【００５５】
（実施例２）
i-AlGaAsショットキーコンタクト層上に、i-GaInP ストッパ層を成長させる際、先ず、i-GaInP ストッパ層を構成する全ての原料、すなわち、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料を１２秒間供給する。次に、Ｐ原料の供給は続けたまま、Ｇａ原料およびＩｎ原料の供給を９０秒間停止し、i-GaInP ストッパ層を成長させる。
【００５６】
次に、Ｇａ原料の供給を再開すると共に、新たにＡｓ原料を供給し、i-GaInP ストッパ層上に、膜厚３０ｎｍのn-GaAsオーミックコンタクト層を成長させ、電界効果トランジスタ用のＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する。
【００５７】
（比較例１）
i-AlGaAsショットキーコンタクト層上に、i-GaInP ストッパ層を成長させるべく、i-GaInP ストッパ層を構成する全ての原料、すなわち、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｐ原料を２４秒間供給し、i-GaInP ストッパ層を成長させる。
【００５８】
次に、Ｇａ原料の供給は続けたまま、Ｉｎ原料およびＰ原料の供給を停止すると共に、Ａｓ原料の供給を再開し、i-GaInP ストッパ層上に、膜厚３０ｎｍのn-GaAsオーミックコンタクト層を成長させ、電界効果トランジスタ用のＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する。
【００５９】
実施例１，２および比較例１で得られた各Ａｓ系化合物半導体薄膜（以下、サンプルと示す）のストッパ層のエッチング停止性能を評価するため、以下に示す手順で評価試験を行った。
【００６０】
先ず、Ａｓ系化合物半導体は高速でエッチングされる一方、Ｐ系化合物半導体は殆どエッチングされない選択比の大きいエッチング溶液として知られるエッチャント（燐酸：過酸化水素水：純水＝１：１：１２の割合で合成した溶液）を用いて、サンプル最上層のn-GaAsオーミックコンタクト層を完全に除去し、i-GaInP ストッパ層を表面に露出させる。i-GaInP ストッパ層が表面に露出したかどうかは、サンプルの変色によって確認を行う。
【００６１】
次に、i-GaInP ストッパ層を表面に露出させた後、更に５０秒間、サンプルをエッチャントに浸し続ける。５０秒後、サンプルをエッチャントから取り出し、純水を用いて洗浄を行った後、乾燥させる。乾燥後のサンプル表面の状態をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって観察した。
【００６２】
実施例１のサンプルの表面を図５に、実施例２のサンプルの表面を図６に、比較例１のサンプルの表面を図７に示す。但し、図５〜図７は、表面の凹凸を色の濃淡により表現したものであり、白色は凸部を、黒色は凹部を示している。
【００６３】
図５，６に示すように、実施例１，２のサンプル表面は略平坦であり、かつ、その表面に、若干の突起（凸部）は観察されるものの、エッチャント抜けの原因となる凹状欠陥は観察されず、i-AlGaAsショットキーコンタクト層が完全に保護されていた。すなわち、エッチングの進行は、i-GaInP ストッパ層の位置で完全に停止していた。このことから、i-GaInP ストッパ層の成長工程の途中で１回、Ｐ原料のみ供給するという原料供給パターン（図２参照）により成長させた実施例１のサンプルのi-GaInP ストッパ層中には、ほとんどＡｓが混入していないことがわかる。また、i-GaInP ストッパ層の成長工程の最後に、Ｐ原料のみ供給するという原料供給パターン（図３参照）により成長させた実施例２のサンプルのi-GaInP ストッパ層中にも、ほとんどＡｓが混入していないことがわかる。
【００６４】
尚、実施例２のサンプルの表面には、高濃度で凸状のエッチング残りが存在しており、エッチング工程に引き続いて行われる電極形成工程で問題が生じるおそれがある。よって、電極形成工程に先立って、この凸状のエッチング残りを除去する工程が必要となる。
【００６５】
これに対して、図７に示すように、比較例１のサンプルの表面には、多数の孔状欠陥が観察された。この孔状欠陥は、i-GaInP ストッパ層の成長中、局所的に高濃度のＡｓが混入してi-GaInPAs が形成され、そのＡｓ混入部分が選択的にエッチングされることで形成されたものである。エッチャントは、このような孔状欠陥を通り抜けてしまうため、保護されるべきi-AlGaAsショットキーコンタクト層もエッチングを受けてしまっていた。このことから、従来の原料供給パターン（図４参照）により成長させた比較例１のサンプルのi-GaInP ストッパ層は、エッチングストッパとしての性能が不十分であることが明らかである。
【００６６】
実施例１，２および比較例１のサンプルにおいては、i-GaInP ストッパ層の上層および下層に、i-AlGaAsショットキーコンタクト層、n-GaAsオーミックコンタクト層を形成しているが、Ｉｎを含むi-GaInAs又はi-AlGaInAs或いはi-GaInPAs 若しくはi-AlGaInPAs からなるショットキーコンタクト層又はオーミックコンタクト層であっても、同様の傾向が見られた。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、Ｐ系化合物薄膜の成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けることで、少なくとも表面近傍においては、Ａｓが混入していないＰ系化合物薄膜を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の化合物半導体多層薄膜の製造方法で得られたＡｓ系化合物半導体多層薄膜の拡大断面図である。
【図２】 i-AlGaAs／i-GaInP ／n-GaAs構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する際の本発明の原料供給パターンを示す図である。
【図３】 i-AlGaAs／i-GaInP ／n-GaAs構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する際の他の実施の形態の原料供給パターンを示す図である。
【図４】 i-AlGaAs／i-GaInP ／n-GaAs構造を有するＡｓ系化合物半導体多層薄膜を製造する際の従来の原料供給パターンを示す図である。
【図５】実施例１のＡｓ系化合物半導体多層薄膜の表面状態を原子間力顕微鏡により観察した図である。
【図６】実施例２のＡｓ系化合物半導体多層薄膜の表面状態を原子間力顕微鏡により観察した図である。
【図７】比較例１のＡｓ系化合物半導体多層薄膜の表面状態を原子間力顕微鏡により観察した図である。
【図８】 GaAs／GaInP ／GaAs構造を有する従来のＡｓ系化合物半導体多層薄膜の製造方法の原料供給パターンを示す図である。
【図９】 GaAs／GaInP 構造を有する従来のＡｓ系化合物半導体多層薄膜における表面からの距離とＡｓ濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ GaAs基板
７ i-AlGaAsショットキーコンタクト層（第一のGaAs層或いはAlGaAs層）
８ i-GaInP ストッパ層（エッチングストッパ層）
９ n-GaAsオーミックコンタクト層（第二のGaAs層或いはAlGaAs層）
Claims (5)
- 半絶縁性のGaAs基板上に多層形成されたＡｓ系化合物半導体薄膜のヘテロ界面上側に、エッチングストッパ層であるＰ系化合物薄膜を形成する化合物半導体多層薄膜の製造方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けることを特徴とする化合物半導体多層薄膜の製造方法。
- 半絶縁性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成された第一のGaAs層或いはAlGaAs層と、該GaAs層或いはAlGaAs層上に形成され、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層上に形成された第二のGaAs層或いはAlGaAs層とを備えた化合物半導体多層薄膜を製造する方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けることを特徴とする化合物半導体多層薄膜の製造方法。
- 半絶縁性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成された第一のGaInAs層或いはAlGaInAs層と、該GaInAs層或いはAlGaInAs層上に形成され、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層上に形成された第二のGaInAs層或いはAlGaInAs層とを備えた化合物半導体多層薄膜を製造する方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けることを特徴とする化合物半導体多層薄膜の製造方法。
- 半絶縁性のGaAs基板と、該GaAs基板上に形成された第一のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層と、該GaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層上に形成され、Ｐ系化合物薄膜からなるエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層上に形成された第二のGaInPAs 層或いはAlGaInPAs 層とを備えた化合物半導体多層薄膜を製造する方法において、上記エッチングストッパ層を成長させる全工程中、Ｐ原料のみの供給を行う工程を１回以上設けることを特徴とする化合物半導体多層薄膜の製造方法。
- 上記Ｐ系化合物薄膜を、GaInP 、 AlInP 、 AlGaInP の中から選択される１種で形成する請求項１乃至請求項４いずれかに記載の化合物半導体多層薄膜の製造方法。
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