JP4605331B2 - エピウエハの成長方法及び成長装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などに使われるＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ；High Electron Mobility Transistor）やＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ；Heterojunction Bipolar Transistor）などの構造を持つエピウエハ（Epitaxial Wafer）の成長方法および成長装置に関する。特に、幾つもの薄膜がその上に積層され内部に隠れた薄膜の特性を測定できるようにした成長方法、装置を提供する。携帯電話用の出力トランジスタとしてＳｉ−トランジスタも使用されるが、高速性が必要なのでＧａＡｓのＦＥＴ（Field Effect Transistor）、特に２次元電子ガス構造（２ＤＥＧ；Two Dimensional Electron Gas）を有するＨＥＭＴ（ＦＥＴの一種）が使われる事が多い。ＧａＡｓは電子移動度が高いのでｎチャンネルＦＥＴが有利なのである。
【０００２】
携帯電話とその発する信号を受信する局の距離は常時変化している。現在の携帯電話は携帯電話側の送信信号の出力は一定であって、局の方でそれを受信して増幅率を変えて所望の強さの信号を得るようにしている。その場合ＦＥＴであっても良い。しかし局との距離を知って送信信号の強度を携帯側で変化させるというように携帯電話の規格が統一される見込みである。そうなると送信信号パワーを増減させる必要がある。その場合ＧａＡｓのＦＥＴ、ＨＥＭＴではリニアリティが不十分である。
【０００３】
そこでＧａＡｓのバイポーラトランジスタが注目される。ＧａＡｓのバイポーラトランジスタはいまだ実績はなくて開発途上である。Ｓｉのバイポーラトランジスタのように、コレクタ層に不純物拡散することによってベース、エミッタを作ることはできない。ＧａＡｓの場合、コレクタ、ベース、エミッタなどは全てエピタキシャル成長によって作られる。１９６０年代にＧａＡｓ基板の上にＡｌＧａＡｓ層を載せたバイポーラトランジスタが精力的に研究された。が、ＡｌＧａＡｓが酸化しやすく実用化できずＧａＡｓ−バイポーラトランジスタの研究はなかなか実を結ぶことがなかった。しかし放棄されることなく研究は持続された。
【０００４】
それが１９９０年代になって復活した。ＡｌＧａＡｓ系のＡｌＧａＡｓバイポーラトランジスタが携帯電話、光通信用トランジスタとして、ようやく実用化された。さらに、ＡｌＧａＡｓ系に代えて、ＩｎＧａＰ系のＧａＡｓトランジスタが精力的に開発されている。これはＡｌを含まず酸化されにくいので、より一層特性が向上するはずである。今後、ＣＤＭＡ用として大きな市場拡大が期待されている。
これはｐｎ接合の両側の材料が同一でないからヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistor）と呼び、ＨＢＴと略称される。
【０００５】
ここでは携帯電話用の出力トランジスタとして、ＧａＡｓのＨＥＭＴとＨＢＴを取り上げるが、本発明はその他の材料、その他の構造のエピタキシャル成長膜の製造、検査にも利用することができる。
【０００６】
ＨＢＴの場合、エピタキシャル成長ではコレクタ、ベース、エミッタと積層してしまうから、ベース層の特性を調べたいと思っても、中間のベース層を露呈できない。だからベース層の特性を検査できない。ＨＥＭＴの場合、チャンネル層はその上のコンタクト層によって覆われるから、その特性を調べることができない。そのようにエピタキシャル成長の中間の層の特性を調べることができる方法を提供することが本発明の目的である。
【０００７】
【従来の技術】
初めに用語をいくつか定義しよう。基板（ウエハ）をＳとして、エピタキシャル成長層を下から順にＲ１、Ｒ２、…、Ｒｍとする。ｍはエピタキシャル層の数である。ｍ番目の層が最外層である。検査対象となる層がｋ番目だとする（ｋ＜ｍ）。ウエハＳの上に、薄膜層Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍがエピタキシャル成長したエピウエハを、（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｍ）によって表現する。下からｋ番面の薄膜をｋ層と呼ぶ。
【０００８】
一連のエピタキシャル成長において中間に埋もれてしまう層の特性を調べたい。その場合、従来はその層まで同じ条件でエピタキシャル成長し、そこでエピタキシャル成長を中止して基板を外部に取り出して最上層に露呈している対象層を検査するという方法がとられる。つまりｋ層まで成長させて装置から取り出して別の検査装置によって特性を調べる。
【０００９】
これは自然な方法であろうが、対象層（ｋ層）の上にエピタキシャル成長層（Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）が載っていないのであるから、厳密にｍ層まで存在するエピタキシャルウエハでのｋ層の状態とは違う。それに１〜ｋ層だけのエピタキシャル成長をしたウエハは実際には役に立たないから、そのエピタキシャル成長工程は全くデバイス作製に使えない。検査のためのエピタキシャル成長だったということになる。それでは材料、電力費なども無駄になってしまう。その他の従来技術について述べる。
【００１０】
▲１▼ 佐々木幸男、長尾彰一、目黒健、乙木洋平「高周波デバイス用ＭＯＶＰＥウエーハの製造技術」、日立電線Ｎｏ．１６（１９９７−１）ｐ７５−８０
これは、ＭＢＥ法に代えてＭＯＶＰＥ法によってＧａＡｓ−ＦＥＴを作製したという報告である。従来は携帯電話用のＧａＡｓ−ＦＥＴ、ＨＥＭＴはＭＢＥ法で作製されたが、それに比べ遜色ないものがＭＯＶＰＥ法によっても作られると述べている。ＦＥＴを特徴付ける重要なパラメータとしてピンチオフ電圧（Ｖｐ）というものがある。これが所定の値でなければならないが、それはＨＥＭＴやＦＥＴにまで製作して初めて測定できる値である。Ｖｐをエピウエハの段階で知ることができれば極めて好都合である。
【００１１】
この論文はＳＩ−ＧａＡｓ基板、バッファ層の上にｎ−ＧａＡｓチャンネル層を半ばまで（ゲート電極の高さまで）堆積し、電極を付けてＣ−Ｖ法でキャリヤ濃度を測定し、キャリヤ濃度がｎ＝１×１０１５ｃｍ−３になるときの印加電圧Ｖｓがピンチオフ電圧Ｖｐに等しくなる（Ｖｓ＝Ｖｐ）という経験則を発見している。そのような経験則を使って、チャンネル層まで積んだ中途のエピウエハの測定によって、最終的なＨＥＭＴのピンチオフ電圧Ｖｐを予言できると言っている。これはエピタキシャル成長の途中でウエハを装置から取り出してチャンネル層を露呈させてＣ−Ｖ測定して最終製品の特性を予言するものである。本発明の目的とするものとは反対と言ってよいかもしれない。
【００１２】
▲２▼ 特願２０００−０９０８８１「ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ−ＨＢＴの製造方法及び評価方法」は本出願人の先願である。これはＧａＡｓ基板の上に全ての層構造をエピタキシャル成長した後、外部にウエハを取り出して、最上層のエミッタ層を除去してその下のｐ−ＧａＡｓベース層を露呈させ、ベース層の少数キャリヤ寿命τ、厚み、キャリヤ濃度ｐを測定するものである。対象になるベース層は通常７０ｎｍであるが、測定可能にするために、３００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚いベース層としている。一旦エミッタ層まで成長させたあと、外部に取り出してエミッタ層を除き、その下のベース層を露出させている。成長条件は同じにしているからベース層の特性は、第１〜ｍ層までを含むエピタキシャル層の中でのベース層と同じ筈である。これはより洗練された方法であるが、やはりそのエピタキシャル成長工程はデバイス作製には使えない。それに使われた材料、電力費が無駄になってしまう。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
基板（ウエハ）をＳとして、エピタキシャル成長層を下から順にＲ１、Ｒ２、…、Ｒｋ、…、Ｒｍとして、ｋ層の特性を調べたい。一つの方法は、（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ）というようにｋ層までの試験ウエハを作製することであろう。
先述の従来技術▲１▼は、エピ製品とは別構造のエピウエハ（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ’；…；Ｒｍ）を一旦作製し、エッチングによって上層（Ｒｍ、…、Ｒｋ＋１）を除去しＲｋ’を露出させて（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ’）ウエハとして、上部に現れたＲｋ’の特性を試験すると述べている。
【００１４】
しかし、これらの方法は別構造の試験ウエハを成長させるために余計に成長装置を稼働させる必要があり原料も余分に消費する。
なおかつ製品とは別途成長させるため製品と同じ特性をもっているとは必ずしも言えない。製品となるウエハとは別の機会に成長させるから、条件も同一にはならないからである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
薄膜成長装置の複数（ｎ枚）のウエハを戴置できるサセプタに、一部のウエハを覆うことができるシャッターを設け、同時に複数のウエハに対して薄膜成長させ、一部の試験ウエハに対してはシャッターを随時閉じて薄膜成長を禁止し、残りの製品ウエハに対しては薄膜成長を続行する。試験ウエハの最上面に露呈した薄膜層の特性を測定することができる。
【００１６】
或いは薄膜成長装置の１枚または複数のウエハを戴置できるサセプタに、１枚のウエハの一部領域を覆うことができるシャッターを設け、サセプタ上のウエハに薄膜成長させ、試験ウエハに対してはシャッターを随時閉じて被蓋領域の薄膜成長を禁止し、それ以外のウエハと試験ウエハの残りの露出領域に対しては薄膜成長を続行する。試験ウエハの被蓋領域の最上面に露呈した薄膜層の特性を測定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［１．試験ウエハと製品ウエハが存在する場合］
ある特定のウエハ全体が試験のために用いられ、それ以外のウエハは製品となるという場合である。説明の便宜のために、試験ウエハと製品ウエハという概念を区別する。試験ウエハをＷｊによって表す。製品ウエハをＶｉによって表す。
【００１８】
ｓ枚の試験ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…、Ｗｓと、ｑ枚の製品ウエハＶ１、Ｖ２、…、Ｖｑがあるとして、全部でｎ＝ｓ＋ｑのウエハの上に薄膜成長を行う。試験ウエハに対しては全体を覆うことができる開閉自在のシャッターを設ける。ｓ個のシャッターは同時に開閉する。
【００１９】
同じ装置の同じサセプタの上にｎ枚のウエハがあるから同時に同じ条件で薄膜成長がなされる。ある時期に試験ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…、Ｗｓをシャッターによって覆い薄膜成長しないようにする。またある時期にシャッターを開き、それ以後の薄膜成長を再開する。
【００２０】
試験ウエハの層構造について幾つもの態様がある。
（Ａ） 試験ウエハＷｊについては１層からｋ層まで成長させｋ層で成長を止める。製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ）
Ｖｉ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）
【００２１】
（Ｂ） 試験ウエハＷｊについてはｋ層まで成長させずｋ＋１層からｍ層まで成長させる。製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｊ＝（Ｓ；Ｒｋ＋１；Ｒｋ＋２；…；Ｒｍ）
Ｖｉ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）
【００２２】
（Ｃ） 試験ウエハＷｊについては１層からｋ層まで成長させ、ここで成長を中止し、ｈ層で成長を再開する（ｋ＜ｈ）。製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｈ；…Ｒｍ）
Ｖｉ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ；…；Ｒｍ）
【００２３】
（Ｄ） 試験ウエハＷｊについてはｋ層からｈ層まで成長させる（ｋ＜ｈ）。製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｊ＝（Ｓ；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ）
Ｖｉ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ；…；Ｒｍ）
その他にもいくつも組み合わせがあり、合計２ｍ−２の場合がある。本発明はそれらの組み合わせの全てを実現することができる。
【００２４】
［２．１枚のウエハの中に試験領域と製品領域が混在する場合］
１枚のウエハの一部が試験のために用いられ、それ以外の領域は製品となるという場合である。説明の便宜のために、試験ウエハと製品ウエハという概念を区別する。試験ウエハをＷｊによって表す。製品ウエハをＶｉによって表す。
【００２５】
ｓ枚の試験ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…、Ｗｓと、ｑ枚の製品ウエハＶ１、Ｖ２、…、Ｖｑがあるとして、全部でｎ＝ｓ＋ｑのウエハの上に薄膜成長を行う。
【００２６】
ｓ枚の試験ウエハの一部を覆うことができるｓ個のシャッターを設ける。ｓ個のシャッターは同時に開閉する。試験ウエハの表面積のうちシャッターによって覆われない部分を製品領域Ｗｖといい、シャッターによって覆われる可能性ある部分を試験領域Ｗｗと呼ぶ。同じ装置の同じサセプタの上にｎ枚のウエハがあるから同時に同じ条件で薄膜成長がなされる。ある時期に試験ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…、Ｗｓの試験領域Ｗｗｊをシャッターによって覆い薄膜成長しないようにする。またある時期にシャッターを開きそれ以後の薄膜成長を再開する。
これにも幾つもの態様がある。
【００２７】
（Ａ） 試験ウエハＷｊの試験領域Ｗｗｊについては１層からｋ層まで成長させｋ層で成長を止める。試験ウエハＷｊの製品領域Ｗｖｊと製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｗｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ）
Ｖｉ、Ｗｖｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）
【００２８】
（Ｂ） 試験ウエハＷｊの試験領域Ｗｗｊについてはｋ層まで成長させずｋ＋１層からｍ層まで成長させる。試験ウエハＷｊの製品領域Ｗｖｊと製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｗｊ＝（Ｓ；Ｒｋ＋１；Ｒｋ＋２；…；Ｒｍ）
Ｖｉ、Ｗｖｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）
【００２９】
（Ｃ） 試験ウエハＷｊの試験領域Ｗｗｊについては１層からｋ層まで成長させここで成長を中止し、ｈ層で成長を再開する（ｋ＜ｈ）。試験ウエハＷｊの製品領域Ｗｖｊと製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｗｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｈ；…Ｒｍ）
Ｖｉ、Ｗｖｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ；…；Ｒｍ）
【００３０】
（Ｄ） 試験ウエハＷｊの試験領域Ｗｗｊについてはｋ層からｈ層まで成長させる（ｋ＜ｈ）。試験ウエハＷｊの製品領域Ｗｖｊと製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｗｊ＝（Ｓ；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ）
Ｖｉ、Ｗｖｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ；…；Ｒｍ）
【００３１】
その他にもいくつも組み合わせがあり、合計２ｍ−２の場合がある。本発明はそれらの組み合わせの全てを実現することができる。
【００３２】
［３．シャッター構造について］
幾つかのウエハだけ、或いはあるウエハの一部だけを選択遮蔽するシャッター構造について述べる。気相成長装置（ＭＢＥ装置、ＯＭＶＰＥ装置）の中に複雑な構造のシャッターを作るのは難しい。ＭＢＥの場合はサセプタが下向きになっている。ウエハを下向きにしてサセプタが回転する。サセプタを静止させておくこともできる。ＯＭＶＰＥの場合、サセプタが上向きになっており、ウエハを上向きに保持して回転する。装置の構造によってシャッターも異なる。シャッターに関していくつかの候補がある。
【００３３】
（１） サセプタ面に立てた回転軸によって片持ち支持されるシャッター
回転軸によって片持ち支持される円盤状のシャッターをサセプタの上に設ける。サセプタは右廻り、左廻りするので、サセプタの左右の回転の方向によってシャッターを開閉する。これはサセプタの左右回転によって開閉するもので単純である。装置全体の改変を不要としてサセプタ構造だけを改良することによってシャッター開閉をすることができる。しかしそれだけに動作条件などに注意しなければならない点がある。
【００３４】
（２） 外部から操作できる直線導入機によって操作するシャッター
チャンバの外部から操作する直線導入機の先端にシャッターを付けておき、直線往復運動によって特定のウエハだけを遮蔽・開放する。その場合サセプタは静止している必要がある。
【００３５】
（３） サセプタの回転軸の内部を二重、三重の円筒構造にして、中心軸の上端にシャッターを付ける。中心軸を回転させて、特定のウエハの上においてシャッター開閉操作をする。
【００３６】
［（１）のサセプタ回転によってシャッターを開閉する機構について］
図６はサセプタＯの上に回転軸Ｋを立て、回転軸Ｋからアームを出してシャッターＪを開閉することを説明するための図である。サセプタの中心をＯとし、回転軸の中心をＫ、シャッターの中心をＪとする。サセプタ中心Ｏと回転軸Ｋの距離をｐとする。回転軸の中心Ｋとシャッターの中心Ｊの距離をｑとする。ｐとｑは定数である（ｐ＞ｑ）。シャッターアームがＫＪになり、これが回転中心Ｋを中心にして揺動する。半径ＯＫとシャッターアームＫＪのなす角度をシャッター揺動角θとして定義する。これは変数である。揺動角θの範囲は機構的に制限される。回転には抵抗がないものとし、その範囲内を自由に揺動できるものとする。するとサセプタの回転によってシャッターが動くことになる。
【００３７】
シャッターの揺動中心をＪとして、サセプタの中心（回転の中心）Ｏとの距離をＯＪ＝ｒとする。ｒはシャッターの回転中心Ｏからの半径であるが、これは変数である。サセプタの回転角速度をΩとする。サセプタが定常回転（Ωが一定）する場合は、シャッターに生ずる力は遠心力だけで、それはＭｒΩ２に等しい。Ｍはシャッターの質量である。遠心力は必ず半径方向を向く外向きの力である。遠心力以外の力は発生しない。もちろんシャッター回転軸がシャッターに及ぼす反力が存在するがそれは遠心力に源泉がある。定常状態におけるサセプタの回転によって発生するシャッターへの力は遠心力だけなのである。遠心力は半径方向に物体を押し出す力である。ということはθの絶対値を最大にするように働く力だということである。定常状態ではθの絶対値は最大値をとる。もしもθの変域が正だけ、あるいは負だけだとすると、シャッターは一つの状態しかとりえない。
【００３８】
遠心力がシャッターの２状態を安定に保持するのである。だから遠心力ＭｒΩ２は二つの安定状態（開と閉）に於いてアームを異なる方向に押すのでなければならない。ということはシャッターの回転アームの変域は、図７に示すようにマイナスのある定角（−Φ２）からプラスのある定角（＋Φ１）の間であるということである。サセプタの回転方向だけでシャッターが開閉するためには、
【００３９】
（ア） サセプタが左廻り（反時計廻り）に廻るとき（Ωが正のとき）にシャッター回転角θはマイナスの境界値θ＝−Φ２を取る。
【００４０】
（イ） サセプタが右廻り（時計廻り）に廻るとき（Ωが負のとき）にシャッター回転角θはプラスの境界値θ＝＋Φ１を取る。
というようなことでなければならない。
【００４１】
そのようなことは軸がサセプタの外周部にあって、アームが内向きであって、軸ＫよりもシャッターＪが内側にあるから可能なのである。しかしそれは必要条件であって充分条件ではない。
【００４２】
問題は、サセプタの回転方向が切り替わる短い過渡的な時間においてシャッターが−Φ２から＋Φ１へ、或いは＋Φ１から−Φ２へと切り替わるかどうかである。サセプタの反転の速度があまりに遅い場合は、所望のシャッターの運動は起こらないであろう。シャッターの揺動角はθであるが、シャッター中心Ｊとサセプタ中心Ｏを結ぶ半直線ＯＪが、軸半径ＯＫとなす角度をψとする。
【００４３】
∠ＪＫＯ＝θ、∠ＫＯＪ＝ψであるから、∠ＫＪＯ＝π−θ−ψである。正弦定理から
【００４４】
【数１】
【００４５】
となる。シャッターの運動方程式を導出する。サセプタが定常でなく過渡期だとする。サセプタの角速度Ωは一定でなくて、その時間微分α＝ｄΩ／ｄｔが存在する。軸のあるＫ点の加速度は円周方向にｐαである。軸Ｋ点と、シャッター中心Ｊはアームで結合しているから、シャッター中心Ｊにはそれと反対の方向に加速度−ｐαが発生する。これによって−Ｍｐαの力が掛かる。
【００４６】
シャッター中心Ｊにはもう一つの力（遠心力）が半径方向に生じている。これはＭｒΩ２であって、半径方向外側に向かう力である。シャッター中心Ｊは円弧ＦＨＥしか動く事ができない。先ほどの過渡期力−Ｍｐαの円弧に対する余弦成分はｃｏｓθである。遠心力の円弧に対する余弦成分はｃｏｓ（π／２−ψ−θ）である。円弧ＦＨＥに沿ったシャッターの運動方程式は
【００４７】
【数２】
【００４８】
となる。右辺第１項は（１）によって次のように単純化される。
【００４９】
ｒｃｏｓ（π／２−ψ−θ）＝ｒΩｓｉｎ（ψ＋θ）＝ｐｓｉｎθ （３）
【００５０】
【数３】
【００５１】
これは過渡期の方程式である。定常状態のときは、ｄΩ／ｄｔ＝０、Ω＝Ω０であり、θが＋Φ１、−Φ２にあるときはシャッター軸から右辺第１項を打ち消すモーメント−ＭｐΩ２ｓｉｎθが与えられるから右辺は０になり、θが一定値（＋Φ１、−Φ２）を取るのである。Ωはサセプタの角速度である。
【００５２】
サセプタが反転するときどのような動きをするのか？これがわからないが、サセプタを駆動するモータや減速器、サセプタの慣性などからその運動は一義的に決まる。Ωの過渡的運動が決まれば運動方程式は解けるはずである。線形でないから解析的には解けない。数値解析法によって厳密解を求めることもできる。しかし、ここでは近似解を求めてより先へ進もうと思う。
【００５３】
たとえば負のΩ（時計廻り）から正のΩ（反時計廻り）に変わる反転の瞬間をとらえるのだから、ｓｉｎθはｓｉｎΦ１にある。そこでｓｉｎθをｓ（定数）とおき、ｃｏｓθ＝１と近似する。Ωが時間に正比例して立ち上がる（加速度が一定）とすると、回転角加速度をｂ（定数）として、ｄΩ／ｄｔ＝ｂである。
【００５４】
【数４】
【００５５】
これは積分できる。初期条件を、ｔ＝０、ｄθ／ｄｔ＝０、θ＝θ０とすると、
【００５６】
【数５】
【００５７】
Ωが負から正への転回の場合は、θ０が正でｓも正、ｂも正である。θをｔで微分して極小値をとるｔ２を求めると、
【００５８】
ｔ２＝（３／ｂｓ）１／２ （７）
【００５９】
これに対するθの極小値θｍｉｍは、
【００６０】
【数６】
【００６１】
となる。これがもしも正であれば、シャッターは元の位置に戻り状態変化が起こらないということである。だからこれは負でなければならない。
【００６２】
【数７】
【００６３】
ｓ＝ｓｉｎθ０であるから、第１近似では、
【００６４】
ｓｉｎθ０＜（３ｐ／４ｑ）１／２ （１０）
【００６５】
となる。これを越えるような角度であると、サセプタが反転しても、シャッターは動かないということである。だから、２状態のθ０＝＋Φ１、−Φ２は共に、
【００６６】
ｓｉｎΦ１＜（３ｐ／４ｑ）１／２ （１１）
【００６７】
ｓｉｎΦ２＜（３ｐ／４ｑ）１／２ （１２）
【００６８】
でなければならない。この範囲の初期角度であれば、サセプタの反転のときにシャッターアームが反転する可能性がある。実際に反転するかどうかは、式（１０）〜（１２）だけからはわからない。さらに必要条件がある。θが０になった時に、角速度がθ０とは反対になっていなければならない。
【００６９】
（６）式右辺の第２項は寄与が小さいので無視すると、θが０になる時刻ｔ１は（アームＫＪが半径ＯＫ上にくるのは）
【００７０】
ｔ１＝（２ｑθ０／ｐｂ）１／２ （１３）
【００７１】
となる。このときのサセプタの角速度Ωは
【００７２】
Ω＝ｂｔ１＝（２ｑｂθ０／ｐ）１／２ （１４）
【００７３】
であるが、これが定常状態の角速度Ω０以下でなければならない。そうでないとθ＝０になる前にサセプタが定常回転になり、遠心力以外の力が喪失しアームの回転力がなくなるからである。
【００７４】
（２ｑｂθ０／ｐ）１／２＜Ω０ （１５）
【００７５】
【数８】
【００７６】
これが、反転時の角加速度ｂの上限を決める式である。サセプタの定常回転が速い（Ω０が大きい）か、初期角度θ０が小さい場合、ｂの取り得る範囲は広い。しかしサセプタの定常回転が遅い（Ω０が小さい）か、初期角度θ０が大きい場合、ｂの取り得る範囲は狭い。サセプタをゆっくりと反転しなくてはいけないということである。そのような条件が満足されるなら、
【００７７】
（ア）サセプタを右回転（時計回り）に回転した時（Ω＝−Ω０）は、
シャッター位置 θ＝＋Φ１ になり、
【００７８】
（イ）サセプタを左回転（反時計回り）に回転した時（Ω＝＋Ω０）は、
シャッター位置 θ＝−Φ２ になる。
【００７９】
【実施例】
［実施例１：ＨＥＭＴ構造エピタキシャルウエハ（図１、図４）］
（３枚のＨＥＭＴ製品ウエハ（２ＤＥＧ構造）と１枚の試験ウエハ（２ＤＥＧ構造）を同時にＯＭＶＰＥ法でエピタキシャル成長）
ＨＥＭＴ製品ウエハＶの構造を図４（ａ）に示す。ＨＥＭＴ試験ウエハＷの構造を図４（ｂ）に示す。これらは上から順に、
【００８０】
【００８１】
よりなる層構造を持っている。製品ウエハＶｉ（ｉ＝１、２、３）は９層の薄膜をＧａＡｓ基板のうえに成長させたものである。試験ウエハは（Ｗ１）は８層の薄膜をＧａＡｓ基板の上に成長させたものである。製品ウエハの最上層のｎ−ＧａＡｓ１００ｎｍを除外したものが試験ウエハである。
【００８２】
ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）というのは２次元電子ガス（Two Dimensional Electron Gas；２ＤＥＧ）を利用したＦＥＴである。ｎｏｎ−というのはノンドープということである。ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓがチャンネル層でありここを電子が移動するゲート電圧によってチャネル幅が変化してドレイン電流が変化するのはＦＥＴと同じである。通常のＦＥＴと違うのは、チャンネル層自体が不純物を持っておりキャリヤを与えるのではなくて、チャンネル層は不純物を持たず、その他の隣接層からキャリヤを得るということである。
【００８３】
ＩｎＧａＡｓチャンネル層の上のｎ−ＡｌＧａＡｓ（１０ｎｍ）と下のｎ−ＡｌＧａＡｓ（１０ｎｍ）からキャリヤ（電子）を受ける。このキャリヤがＩｎＧａＡｓ層を流れる。ＩｎＧａＡｓはノンドープなので結晶性がよく散乱が少ないから電子移動度が高い。ＡｌＧａＡｓよりＩｎＧａＡｓの方がバンドギャップが狭いから電子がＩｎＧａＡｓに溜まる。ＩｎＧａＡｓ中を殆ど散乱しないで高速で移動し電子移動度の高速性を生かすことができる。だからHigh Electron Mobilityというのである。電子を供与するｎ−ＡｌＧａＡｓは従来チャンネル層の上にしかなかったのに図４のものは電子供与ｎ−ＡｌＧａＡｓがチャンネル層の上下にあるからダブルドープＨＥＭＴと呼ぶ。電子数が多いから大電流を流すことができる。高速パワートランジスタとして適する。
【００８４】
ｎ−ＡｌＧａＡｓの上下のｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓは結晶性を高めるために介装される層である。ドーパントを有する層はどうしても結晶性が悪くなるからノンドープ層を作り結晶性を回復させる。
【００８５】
一番上のｎ−ＧａＡｓコンタクト層は導電性が高くてドレイン電極、ソース電極がオーミック接合される。電極接合のために１００ｎｍと厚くなっている。オーミック接合の際の合金化処理によってソース、ドレイン電極とｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓ層が低抵抗接続される。ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓの途中までエッチング除去され、そこにゲート電極を付ける。
【００８６】
製品ウエハ最上層のｎ−ＧａＡｓ層が１００ｎｍもあって厚いから、それより下の、ｎ−ＡｌＧａＡｓ、ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓ、ｎ−ＡｌＧａＡｓなどよりなる活性層のキャリヤ濃度、移動度などを測定できない。
【００８７】
そこで最上層の厚いｎ−ＧａＡｓ１００ｎｍを除いたものを試験ウエハとしている。これがないからｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓの上に電極を取り付けることによって活性層（ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓ、ｎ−ＡｌＧａＡｓ）でのキャリヤ濃度や移動度を測定できる。本発明の目的は活性層での電子パラメータを測定することにあるから、そのような試験ウエハができるというのはまことに好都合のことである。
【００８８】
そのような層構造をもつ製品ウエハ（Ｖｉ（ｉ＝１、２、３））３枚と試験ウエハ（Ｗ１）１枚を図１のサセプタに載せて、気相成長装置の内部で同時に成長させた。
【００８９】
図１に示すようにサセプタは４つの窪みを有する。サセプタは中心（Ｏ）の廻りを回転することができる。サセプタの周辺部にシャッターが取り付けられる。サセプタ周辺部にシャッター軸をたて、アームを軸からのばしその先に円盤状のシャッターを付けたものである。シャッターとアームは一体となって、軸の廻りを自由に揺動することができる。機構的に揺動角θの範囲は決まっており、図７のように正の方向に＋Φ１、負の方向に−Φ２まで揺動することができる。サセプタの回転方向によって揺動角θは、＋Φ１、−Φ２の何れかの角度をとり、その位置で安定する。いずれかが「閉」であり、「開」である。ウエハを露呈する状態が「開」であり、ウエハを隠ぺいする状態が「閉」である。
【００９０】
トレーは、成長の初期段階では図１のＢ方向（時計廻り；右廻り）に回転しており、シャッターは「開」の状態を維持する。基板側から順次各層の成長を進めコンタクト層直下のｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：５０ｎｍ層の成長が終了した時点で、トレーの回転を図１のＢからＡ方向へ反転することにより、シャッターを「閉」の状態に切り替える。
【００９１】
しかる後に残るコンタクト層（ｎ−ＧａＡｓ；１００ｎｍ）を成長し、成長を完了する。ＯＭＶＰＥ成長炉より取り出したテスト構造エピは、ＨＡＬＬ測定によって、Ｎｓ（シートキャリヤ濃度）、μ（移動度）をさらにＣＶ（電圧−容量）特性測定によりＶｐ（ピンチオフ電圧）など活性層の状態を確認するために必要な測定を自由に行うことができる。
なおかつ製品構造エピとテスト構造エピは同時に成長しているので、テスト構造で測定された特性は、製品構造のエピの特性と完全に一致する。
【００９２】
［実施例２：ＨＢＴ構造エピタキシャルウエハ（図２、図５（ａ）、図５（ｃ）） ］
（３枚のＨＢＴ製品ウエハと１枚の試験ウエハを同時にＯＭＶＰＥ法でエピタキシャル成長）
図２の構成において、サセプタには４つのウエハ穴があり、３つの同等のシャッターが設けられる。アームを回転自在に保持するシャッター軸がサセプタに立てられ、シャッターがアームの先に固定されている。そのようなサセプタを含む薄膜成長装置により図５（ａ）に示すＨＢＴ製品ウエハ３枚と図５（ｃ）に示すＨＢＴ試験ウエハ１枚を同時に成長させた。実施例２においては、前例と異なり、試験ウエハはシャッターによって覆われず、製品ウエハが途中でシャッターによって覆われるようになっている。
【００９３】
【００９４】
製品ウエハ（ａ）と試験ウエハ（ｃ）は二つの点で相違する。一つはｐ−ＧａＡｓベース層の厚みが違う（試験ウエハ５００ｎｍ、製品ウエハ７０ｎｍ）ということである。もう一つはベース層の下に、試験ウエハの場合、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１００ｎｍを追加している、ということである。
【００９５】
炭素ドープＧａＡｓよりなるベース層は、製品ウエハ（ａ）の場合７０ｎｍの薄いものである。ベース（ｐ−ＧａＡｓ）はその厚みがデバイスの応答速度に強く影響する。ベースは薄い方がよいので製品ウエハについては７０ｎｍと極めて薄い。しかし試験ウエハでは５００ｎｍと厚くなっている。それはベース層の正孔密度ｐ、電子寿命τを測定するためである。ベース層は炭素ドープによってｐ型としているが水素が入ると結晶性が悪くなるし正孔密度ｐが低下し、電子寿命τも短くなる。それがトランジスタの応答速度、線形性などを劣化させる。だからｐやτを実際に測定して品質を評価する必要がある。
【００９６】
しかし製品ウエハのように７０ｎｍで薄いと、ホール測定によって正孔濃度ｐを測定するのが難しいということがある。ホール（Ｈａｌｌ）測定は、磁場を掛け、電流を流して、それによって発生する起電力を求めることによってキャリヤ濃度を知るから、薄い層の場合は測定しにくいのである。
【００９７】
しかし薄いベース層においてもっと問題なのは、電子（少数キャリヤ；Minority carrier）の寿命τ（lifetime）を測定することが不可能だということである。フォトルミネセンスによって電子のライフタイムを測定する。ＧａＡｓのバンドギャップ１．４ｅＶより高いエネルギーの光を出すレ−ザ光を当てる。レ−ザ光によって正孔と電子の対ができるが電子はやがてルミネセンス（蛍光）を出して正孔と再結合し消滅する。蛍光の減衰が寿命に対応する。蛍光強度の変化の速さから電子寿命がわかる。製品ウエハのベース層は７０ｎｍで薄いから、レ−ザを当てるとその下の層まで届き下の層からのフォトルミネセンスも拾ってしまう。だからベース層の電子寿命測定ができない。それを避けるために５００ｎｍもの厚いベース層をもつ試験ウエハを成長させる。これぐらい厚いと下の層からのフォトルミネセンスはない。以上で試験ウエハのベース層が厚い理由を述べた。
【００９８】
試験ウエハ（ｃ）においてベース層の下のｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１００ｎｍはエッチング停止層である。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのエッチングレートが０に近いエッチング液でウエハをエッチングすると、上層のＧａＡｓだけが除去される。ベース層の一部をレジストによって覆ってエッチングすると、レジストによって覆われない部分は下地のＡｌＧａＡｓが露呈する。レジストによって覆われた部分はｐ−ＧａＡｓが残り段差が生じる。段差を顕微鏡で見てベース層の厚みを測定する。ベース層厚みを正確に測定するためのＡｌＧａＡｓを入れるのである。
【００９９】
そのような事は先述の先行技術▲２▼特願２０００−０９０８８１に詳しく述べている。これに示された先行技術試験ウエハ（ｂ）は
【０１００】
ＨＢＴ試験ウエハ（ｂ）
ｎ−ＩｎＧａＡｓ：５０ｎｍ
ｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ
ｎ−ＩｎＧａＰ：５０ｎｍ
ｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ
ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１００ｎｍ
ｎｏｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ
半絶縁性ＧａＡｓ基板
【０１０１】
という構造をもつ。本発明の試験ウエハ（ｃ）はエッチング停止層ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓの下に製品ウエハと同じように、ｎ−ＧａＡｓ５００ｎｍとｎ−ＧａＡｓ２００ｎｍをもち、▲２▼の試験ウエハは、ｎｏｎ−ＧａＡｓ１００ｎｍをもつ。その点で、本発明の試験ウエハ（ｃ）と先行技術▲２▼の試験ウエハ（ｂ）が相違する。
【０１０２】
本発明で成長させる図５（ｃ）のＨＢＴテスト構造が引用した先行技術▲２▼（特願２０００−０９０８８１）でのＨＢＴテスト構造（図５（ｂ））と異なる理由を説明する。
【０１０３】
先行技術▲２▼（特願２０００ー０９０８８１）の試験ウエハは、ＨＢＴ製品ウエハでは薄すぎ（７０ｎｍ）て時間分解ＰＬ（フォトルミネセンス）測定ができないｐ−ＧａＡｓベース層を厚く（５００ｎｍ）し、ｐ−ＧａＡｓベース層の厚みを段差測定で計測するためエッチング停止層としてｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１００ｎｍ層を追加している。
先行技術▲２▼では、テスト構造エピをＨＢＴ製品構造エピとは別個に成長させるので、測定と関連のない層（ｎ−ＧａＡｓ５００ｎｍとｎ−ＧａＡｓ２００ｎｍ）は成長時間と原料を節約するために省略している。
【０１０４】
しかし本発明ではＨＢＴ製品構造（ａ）エピとＨＢＴテスト構造（ｃ）エピは同時に成長するので、先行技術▲２▼の試験ウエハの特徴をＨＢＴ製品構造に追加した構造（ｃ）で必要な測定を全て行うことができる。
【０１０５】
また、製品構造エピと同時に成長しているので、得られた測定結果は、エピ層の厚みなどを変更した項目を除いて製品構造エピの特性と一致する。
【０１０６】
さて、エピタキシャル成長の過程を述べる。サセプタ（トレー）は成長の初期段階では図２のＢ方向（時計廻り、右廻り）に回転しており、３個備えられたシャッターはいずれも「開」の状態で維持される。
【０１０７】
半絶縁性ＧａＡｓ基板側から順次各層の成長を進める。ｎ−ＧａＡｓ：２００ｎｍ、ｎ−ＧａＡｓ５００ｎｍの薄膜成長がなされる。基板側より２層目（ｎ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ）の成長を終了した時点で、トレーの回転を図２のＢ方向（右廻り、時計廻り）からＡ方向（左廻り、反時計廻り）に反転する。慣性によって３枚のシャッターが反時計廻りに回転し、製品ウエハを覆うようになる。つまり３個のシャッターが「閉」の状態に切り替えられた。
【０１０８】
テスト構造の１枚の試験ウエハはシャッターがないからシャッターによって覆われない。薄膜成長が可能な状態である。そこで試験ウエハに、エッチング停止層となるｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ１００ｎｍ層を成長させる。さらに、ＨＢＴ製品構造のベース層７０ｎｍとＨＢＴテスト構造の厚いベース層５００ｎｍとの厚さの差に相当する４３０ｎｍのベース層の成長を進める。
【０１０９】
試験ウエハのｐ−ＧａＡｓベース層厚みが４３０ｎｍに到達したとき、再び、トレーの回転をＢ方向（右廻り、時計廻り）に反転する。慣性でシャッターが「開」になる。製品ウエハ３枚が再び露呈する。製品ウエハには７０ｎｍのベース層を新規に成長させ、試験ウエハには７０ｎｍのベース層を追加成長させる。その後はシャッターは開いたままであり、試験ウエハにも製品ウエハにも、残るエミッタ３層（ｎ−ＩｎＧａＰ：５０ｎｍ、ｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ、ｎ−ＩｎＧａＡｓ：５０ｎｍ）を成長させて薄膜形成を完了する。
【０１１０】
ＯＭＶＰＥ成長炉より取り出した本発明による図５（ｃ）のテスト構造エピについて、図５（ｂ）を引用した先行特許出願▲２▼（特願２０００−０９０８８１）と同様に以下の測定を行った。
【０１１１】
まずエピ表面側よりｎ−ＩｎＧａＡｓ：５０ｎｍ層とｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ層をエッチングによって除去した。この際、ＩｎＧａＡｓやＧａＡｓ層は溶解するが、ＩｎＧａＰは溶解しないエッチング液、エッチング条件を用いるのが望ましい。
【０１１２】
ｎ−ＩｎＧａＰ：５０ｎｍ層が表面に露出した状態で時間分解ＰＬ（フォトルミネセンス）法により厚いベース（ｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ層）の結晶性を評価した。
【０１１３】
本実施例においては、ベース層のライフタイムは３００ｐｓｅｃ（ピコ秒＝１０−１２ｓｅｃ）と良好な結晶性を有していることが確認できた。
【０１１４】
続いて表面に露出しているｎ−ＩｎＧａＡｓ：５０ｎｍ層を除去し、ＨＡＬＬ測定をし、さらに部分的にｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ層を除去して、残った部分を表面形状測定装置を用いて段差を測ることにより厚いベース層（ｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ層）の厚みを測定した。
【０１１５】
各層のエッチングを行う際に、ｎ−ＩｎＧａＰ：５００ｎｍ層を除去するには、ＩｎＧａＰを溶かすがＧａＡｓを溶かさないエッチャントを用いて、また厚いベース層（ｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ）を除去するには、ＧａＡｓを溶かすがＡｌＧａＡｓを溶かさないエッチング液、エッチング条件を用いる事が望ましい。
【０１１６】
測定の結果、厚いｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ層の厚み及びキャリヤ濃度は設計通りに成長していたことが確認できた。
【０１１７】
同時に成長させた図５（ａ）のＨＢＴ製品構造エピは製品として、デバイス製造メーカーに出荷した（あるいは同社内の下工程に進めた）。
尚エッチング停止層としては、ＩｎＧａＰを用いても良い。
【０１１８】
［実施例３：ＨＥＭＴ構造エピタキシャルウエハ（図３）］
（ＯＭＶＰＥ法で１枚のＨＥＭＴエピを成長、エピの半分はＨＥＭＴ製品構造、残りの半分はテスト構造（２ＤＥＧ構造）エピ）
【０１１９】
本発明は、シャッターによって一部ウエハを覆い薄膜成長の一部の過程を禁止し、残りのウエハについては成長続行するというものであるから、ウエハの全体を試験ウエハ、製品ウエハに区別するだけでなく、他の可能性もある。
【０１２０】
つまりウエハ１枚の内、一部を試験用に、一部を製品用にあてることもできる。実施例３はそのようなものである。図３にその場合のサセプタの構造を示す。サセプタの中心に一つのウエハ窪みがあり、ここに１枚の試験・製品ウエハが装填されている。シャッターは半月型のものであり、閉状態ではウエハの右半分を覆う。開状態ではウエハ全体が露呈する。ウエハの右半分が試験ウエハに、左半分が製品ウエハになる。
【０１２１】
実施例１と全く同一でＨＥＭＴ構造のエピタキシャルウエハである。エピ構造は図４に示すとおり、試験部分は図４の（ｂ）に、製品部分は図４（ａ）に示す。
【０１２２】
図１の実施例１と同様に、成長初期の段階では、図３のＢ方向（右廻り、時計廻り）にサセプタを回転させてシャッターを「開」の状態にする。その状態で、バッファ層：５００ｎｍ、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１５０ｎｍ、ｎ−ＡｌＧａＡｓ：１０ｎｍ、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：３ｎｍ、ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓ：１０ｎｍ、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：３ｎｍ、ｎ−ＡｌＧａＡｓ：１０ｎｍ、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：５０ｎｍの薄膜を成長させる。
【０１２３】
コンタクト層（ｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ）直下のｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：５０ｎｍ層の成長を終了した段階で、サセプタの回転を図３のＢからＡ方向（左廻り、反時計廻り）に切り替えて、シャッターを「閉」にする。その状態でウエハの（図３で）左半分のみにコンタクト層（ｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ層）を成長する。
【０１２４】
エピウエハの右半分の試験構造部分で実施例１と同等の測定を行った。実施例１と同様の結果が得られた。残りの左半分の製品構造部分は製品製造のために用いた。
【０１２５】
そうでなくて、エピウエハの半分のテスト構造部分で実施例１と同等の測定を行い、残る半分の製品構造部分は、別の破壊検査を含む測定を行うようにし、製品エピはサセプタの別の箇所に置いた別のウエハの上に成長してもよい。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明は、製品ウエハと試験ウエハを同一の薄膜成長装置の中に並べて薄膜成長させ、試験ウエハあるいは製品ウエハをシャッターで覆い一部の薄膜成長工程を省いたものと、省かないウエハを製造し、試験ウエハの特性を測定することによって同一の条件で製造した製品ウエハの特性を調べる事ができるようにした。製品と同じ条件で薄膜成長させた試験ウエハを調べることができるし、製品ウエハそのものでは測定しにくい特性をも測るようにすることもできる。
【０１２７】
本発明の要点は、一度に成長するエピの一部をシャッターで覆う事によって、
【０１２８】
（１）測定の障害になる、あるいは測定が困難になる層を取り除く、
【０１２９】
（２）もしくは厚みを減ずること、
【０１３０】
（３）あるいは逆に測定の助けになる層を加える、
【０１３１】
（４）もしくは厚みを増すことによって、
【０１３２】
製品との一部の特性を一致させたテストエピウエハ（試験ウエハ）を同時に成長させ、テストウエハの特性を測定し、製品ウエハの特性を詳細厳密に調べる事を可能にしたことにある。
【０１３３】
実施例ではＯＭＶＰＥ法を用いてＧａＡｓ基板を用いたエピ成長を例に記したが、本発明は以下の様に他の分野にも適用が可能である。
【０１３４】
ＩｎＰ基板を用いた半導体レ−ザや受光素子、もちろんＧａＡｓ基板やＧａＮ基板を用いた半導体レ−ザや受光素子、トランジスタのエピウエハ成長にも適用可能である。ＨＥＭＴについても実施例ではＤＨＥＭＴ（ダブルドープＨＥＭＴ）構造を例に取ったが、通常のシングルドープや他の構造にも適用できることはもちろんである。
【０１３５】
またＯＭＶＰＥ法以外、例えばＭＢＥ法やＶＰＥ法など、シャッターの開閉により、エピ成長を中断できる製造方法に、適用することができる。シャッター開閉の機構も図１、図２、図３の（過渡的慣性による）方法には限られない。
【０１３６】
ＯＭＶＰＥ法では特性を均一にするためウエハを収容したトレーを回転させる場合が多いが、回転させる必要のない製法であれば、回転導入機、直線導入機、磁気結合機構など、成長炉チャンバの外側から直接に機械的に開閉することができるシャッターを備えることができる。
【０１３７】
実施例３で示した通り、成長するエピウエハの枚数も、複数枚か、１枚かを問わない。
【０１３８】
実施例３のように成長するエピウエハが１枚の場合、その試験領域面積、製品領域面積の配分については、検査に必要な面積を勘案して自由に設計すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ４枚のウエハを同時に薄膜成長させ、その内１枚のウエハだけ成長を一部中断できるようなシャッターを設けたサセプタの平面図。
【図２】 ４枚のウエハを同時に薄膜成長させ、その内３枚のウエハだけ成長を一部中断できるようなシャッターを設けたサセプタの平面図。
【図３】 １枚のウエハの内、一部を試験領域とし、一部を製品領域として、シャッターによって試験領域の薄膜成長を一部中断できるようにしたシャッターを設けたサセプタの平面図。
【図４】 本発明の実施例１において成長させるＧａＡｓ−ＨＥＭＴの層構造を示す図。（ａ）はＨＥＭＴ製品エピウエハの層構造図。（ｂ）は試験ウエハの層構造図。
【図５】 本発明の実施例２において成長させるＧａＡｓ−ＨＢＴの層構造を示す図。（ａ）はＧａＡｓ−ＨＢＴ製品ウエハの層構造図。（ｂ）は本出願人による先行技術▲２▼によって示されたＧａＡｓ−ＨＢＴ試験ウエハの層構造図。（ｃ）は本発明の実施例２において用いるＧａＡｓ−ＨＢＴ試験ウエハの層構造図。
【図６】 サセプタの上の一点Ｋに中心軸をもつシャッターＪが、サセプタの回転とともにどのような角度変化するかを説明するための図。Ｏがサセプタの中心、Ｋがシャッター軸の中心、Ｊがシャッターの中心、ＦＪＥはシャッター中心の描く軌跡である円弧。ｐはシャッター軸中心とサセプタ中心までの距離、ｑはシャッターアームの実効長さ。ｒはサセプタ中心Ｏとシャッター中心Ｊの間の距離で変数。θはシャッターアームの揺動角である。
【図７】 シャッターアームの揺動角θの許容範囲を示す図。θは−Φ１≦θ≦＋Φ２の範囲を動く事ができる。範囲の限定は機構的な手段による。
【符号の説明】
Ｏ サセプタの中心
Ｋ シャッター軸の中心
Ｊ シャッターの中心
ＦＨＥ シャッターの中心Ｊがその上を動く円弧
ｐ サセプタ中心Ｏとシャッター軸中心Ｋの距離（定数）
ｑ シャッター軸中心Ｋとシャッター中心Ｊの距離（定数）
ｒ シャッター中心Ｊとサセプタ中心Ｏの距離（変数）
θ シャッターアームの揺動角
ψ サセプタ中心Ｏとシャッター中心Ｊを結ぶ線分が、シャッター軸への半径ＯＫとなす角度
＋Φ１ シャッターアーム揺動角θの上限
−Φ２ シャッターアーム揺動角θの下限
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話などに使われるＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ；High Electron Mobility Transistor）やＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ；Heterojunction Bipolar Transistor）などの構造を持つエピウエハ（Epitaxial Wafer）の成長方法および成長装置に関する。特に、幾つもの薄膜がその上に積層され内部に隠れた薄膜の特性を測定できるようにした成長方法、装置を提供する。携帯電話用の出力トランジスタとしてＳｉ−トランジスタも使用されるが、高速性が必要なのでＧａＡｓのＦＥＴ（Field Effect Transistor）、特に２次元電子ガス構造（２ＤＥＧ；Two Dimensional Electron Gas）を有するＨＥＭＴ（ＦＥＴの一種）が使われる事が多い。ＧａＡｓは電子移動度が高いのでｎチャンネルＦＥＴが有利なのである。
【０００２】
携帯電話とその発する信号を受信する局の距離は常時変化している。現在の携帯電話は携帯電話側の送信信号の出力は一定であって、局の方でそれを受信して増幅率を変えて所望の強さの信号を得るようにしている。その場合ＦＥＴであっても良い。しかし局との距離を知って送信信号の強度を携帯側で変化させるというように携帯電話の規格が統一される見込みである。そうなると送信信号パワーを増減させる必要がある。その場合ＧａＡｓのＦＥＴ、ＨＥＭＴではリニアリティが不十分である。
【０００３】
そこでＧａＡｓのバイポーラトランジスタが注目される。ＧａＡｓのバイポーラトランジスタはいまだ実績はなくて開発途上である。Ｓｉのバイポーラトランジスタのように、コレクタ層に不純物拡散することによってベース、エミッタを作ることはできない。ＧａＡｓの場合、コレクタ、ベース、エミッタなどは全てエピタキシャル成長によって作られる。１９６０年代にＧａＡｓ基板の上にＡｌＧａＡｓ層を載せたバイポーラトランジスタが精力的に研究された。が、ＡｌＧａＡｓが酸化しやすく実用化できずＧａＡｓ−バイポーラトランジスタの研究はなかなか実を結ぶことがなかった。しかし放棄されることなく研究は持続された。
【０００４】
それが１９９０年代になって復活した。ＡｌＧａＡｓ系のＡｌＧａＡｓバイポーラトランジスタが携帯電話、光通信用トランジスタとして、ようやく実用化された。さらに、ＡｌＧａＡｓ系に代えて、ＩｎＧａＰ系のＧａＡｓトランジスタが精力的に開発されている。これはＡｌを含まず酸化されにくいので、より一層特性が向上するはずである。今後、ＣＤＭＡ用として大きな市場拡大が期待されている。
これはｐｎ接合の両側の材料が同一でないからヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistor）と呼び、ＨＢＴと略称される。
【０００５】
ここでは携帯電話用の出力トランジスタとして、ＧａＡｓのＨＥＭＴとＨＢＴを取り上げるが、本発明はその他の材料、その他の構造のエピタキシャル成長膜の製造、検査にも利用することができる。
【０００６】
ＨＢＴの場合、エピタキシャル成長ではコレクタ、ベース、エミッタと積層してしまうから、ベース層の特性を調べたいと思っても、中間のベース層を露呈できない。だからベース層の特性を検査できない。ＨＥＭＴの場合、チャンネル層はその上のコンタクト層によって覆われるから、その特性を調べることができない。そのようにエピタキシャル成長の中間の層の特性を調べることができる方法を提供することが本発明の目的である。
【０００７】
【従来の技術】
初めに用語をいくつか定義しよう。基板（ウエハ）をＳとして、エピタキシャル成長層を下から順にＲ１、Ｒ２、…、Ｒｍとする。ｍはエピタキシャル層の数である。ｍ番目の層が最外層である。検査対象となる層がｋ番目だとする（ｋ＜ｍ）。ウエハＳの上に、薄膜層Ｒ１、Ｒ２、…、Ｒｍがエピタキシャル成長したエピウエハを、（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｍ）によって表現する。下からｋ番面の薄膜をｋ層と呼ぶ。
【０００８】
一連のエピタキシャル成長において中間に埋もれてしまう層の特性を調べたい。その場合、従来はその層まで同じ条件でエピタキシャル成長し、そこでエピタキシャル成長を中止して基板を外部に取り出して最上層に露呈している対象層を検査するという方法がとられる。つまりｋ層まで成長させて装置から取り出して別の検査装置によって特性を調べる。
【０００９】
これは自然な方法であろうが、対象層（ｋ層）の上にエピタキシャル成長層（Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）が載っていないのであるから、厳密にｍ層まで存在するエピタキシャルウエハでのｋ層の状態とは違う。それに１〜ｋ層だけのエピタキシャル成長をしたウエハは実際には役に立たないから、そのエピタキシャル成長工程は全くデバイス作製に使えない。検査のためのエピタキシャル成長だったということになる。それでは材料、電力費なども無駄になってしまう。その他の従来技術について述べる。
【００１０】
▲１▼ 佐々木幸男、長尾彰一、目黒健、乙木洋平「高周波デバイス用ＭＯＶＰＥウエーハの製造技術」、日立電線Ｎｏ．１６（１９９７−１）ｐ７５−８０
これは、ＭＢＥ法に代えてＭＯＶＰＥ法によってＧａＡｓ−ＦＥＴを作製したという報告である。従来は携帯電話用のＧａＡｓ−ＦＥＴ、ＨＥＭＴはＭＢＥ法で作製されたが、それに比べ遜色ないものがＭＯＶＰＥ法によっても作られると述べている。ＦＥＴを特徴付ける重要なパラメータとしてピンチオフ電圧（Ｖｐ）というものがある。これが所定の値でなければならないが、それはＨＥＭＴやＦＥＴにまで製作して初めて測定できる値である。Ｖｐをエピウエハの段階で知ることができれば極めて好都合である。
【００１１】
この論文はＳＩ−ＧａＡｓ基板、バッファ層の上にｎ−ＧａＡｓチャンネル層を半ばまで（ゲート電極の高さまで）堆積し、電極を付けてＣ−Ｖ法でキャリヤ濃度を測定し、キャリヤ濃度がｎ＝１×１０１５ｃｍ−３になるときの印加電圧Ｖｓがピンチオフ電圧Ｖｐに等しくなる（Ｖｓ＝Ｖｐ）という経験則を発見している。そのような経験則を使って、チャンネル層まで積んだ中途のエピウエハの測定によって、最終的なＨＥＭＴのピンチオフ電圧Ｖｐを予言できると言っている。これはエピタキシャル成長の途中でウエハを装置から取り出してチャンネル層を露呈させてＣ−Ｖ測定して最終製品の特性を予言するものである。本発明の目的とするものとは反対と言ってよいかもしれない。
【００１２】
▲２▼ 特願２０００−０９０８８１「ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ−ＨＢＴの製造方法及び評価方法」は本出願人の先願である。これはＧａＡｓ基板の上に全ての層構造をエピタキシャル成長した後、外部にウエハを取り出して、最上層のエミッタ層を除去してその下のｐ−ＧａＡｓベース層を露呈させ、ベース層の少数キャリヤ寿命τ、厚み、キャリヤ濃度ｐを測定するものである。対象になるベース層は通常７０ｎｍであるが、測定可能にするために、３００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚いベース層としている。一旦エミッタ層まで成長させたあと、外部に取り出してエミッタ層を除き、その下のベース層を露出させている。成長条件は同じにしているからベース層の特性は、第１〜ｍ層までを含むエピタキシャル層の中でのベース層と同じ筈である。これはより洗練された方法であるが、やはりそのエピタキシャル成長工程はデバイス作製には使えない。それに使われた材料、電力費が無駄になってしまう。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
基板（ウエハ）をＳとして、エピタキシャル成長層を下から順にＲ１、Ｒ２、…、Ｒｋ、…、Ｒｍとして、ｋ層の特性を調べたい。一つの方法は、（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ）というようにｋ層までの試験ウエハを作製することであろう。
先述の従来技術▲１▼は、エピ製品とは別構造のエピウエハ（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ’；…；Ｒｍ）を一旦作製し、エッチングによって上層（Ｒｍ、…、Ｒｋ＋１）を除去しＲｋ’を露出させて（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ’）ウエハとして、上部に現れたＲｋ’の特性を試験すると述べている。
【００１４】
しかし、これらの方法は別構造の試験ウエハを成長させるために余計に成長装置を稼働させる必要があり原料も余分に消費する。
なおかつ製品とは別途成長させるため製品と同じ特性をもっているとは必ずしも言えない。製品となるウエハとは別の機会に成長させるから、条件も同一にはならないからである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
薄膜成長装置の複数（ｎ枚）のウエハを戴置できるサセプタに、一部のウエハを覆うことができるシャッターを設け、同時に複数のウエハに対して薄膜成長させ、一部の試験ウエハに対してはシャッターを随時閉じて薄膜成長を禁止し、残りの製品ウエハに対しては薄膜成長を続行する。試験ウエハの最上面に露呈した薄膜層の特性を測定することができる。
【００１６】
或いは薄膜成長装置の１枚または複数のウエハを戴置できるサセプタに、１枚のウエハの一部領域を覆うことができるシャッターを設け、サセプタ上のウエハに薄膜成長させ、試験ウエハに対してはシャッターを随時閉じて被蓋領域の薄膜成長を禁止し、それ以外のウエハと試験ウエハの残りの露出領域に対しては薄膜成長を続行する。試験ウエハの被蓋領域の最上面に露呈した薄膜層の特性を測定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［１．試験ウエハと製品ウエハが存在する場合］
ある特定のウエハ全体が試験のために用いられ、それ以外のウエハは製品となるという場合である。説明の便宜のために、試験ウエハと製品ウエハという概念を区別する。試験ウエハをＷｊによって表す。製品ウエハをＶｉによって表す。
【００１８】
ｓ枚の試験ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…、Ｗｓと、ｑ枚の製品ウエハＶ１、Ｖ２、…、Ｖｑがあるとして、全部でｎ＝ｓ＋ｑのウエハの上に薄膜成長を行う。試験ウエハに対しては全体を覆うことができる開閉自在のシャッターを設ける。ｓ個のシャッターは同時に開閉する。
【００１９】
同じ装置の同じサセプタの上にｎ枚のウエハがあるから同時に同じ条件で薄膜成長がなされる。ある時期に試験ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…、Ｗｓをシャッターによって覆い薄膜成長しないようにする。またある時期にシャッターを開き、それ以後の薄膜成長を再開する。
【００２０】
試験ウエハの層構造について幾つもの態様がある。
（Ａ） 試験ウエハＷｊについては１層からｋ層まで成長させｋ層で成長を止める。製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ）
Ｖｉ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）
【００２１】
（Ｂ） 試験ウエハＷｊについてはｋ層まで成長させずｋ＋１層からｍ層まで成長させる。製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｊ＝（Ｓ；Ｒｋ＋１；Ｒｋ＋２；…；Ｒｍ）
Ｖｉ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）
【００２２】
（Ｃ） 試験ウエハＷｊについては１層からｋ層まで成長させ、ここで成長を中止し、ｈ層で成長を再開する（ｋ＜ｈ）。製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｈ；…Ｒｍ）
Ｖｉ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ；…；Ｒｍ）
【００２３】
（Ｄ） 試験ウエハＷｊについてはｋ層からｈ層まで成長させる（ｋ＜ｈ）。製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｊ＝（Ｓ；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ）
Ｖｉ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ；…；Ｒｍ）
その他にもいくつも組み合わせがあり、合計２ｍ−２の場合がある。本発明はそれらの組み合わせの全てを実現することができる。
【００２４】
［２．１枚のウエハの中に試験領域と製品領域が混在する場合］
１枚のウエハの一部が試験のために用いられ、それ以外の領域は製品となるという場合である。説明の便宜のために、試験ウエハと製品ウエハという概念を区別する。試験ウエハをＷｊによって表す。製品ウエハをＶｉによって表す。
【００２５】
ｓ枚の試験ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…、Ｗｓと、ｑ枚の製品ウエハＶ１、Ｖ２、…、Ｖｑがあるとして、全部でｎ＝ｓ＋ｑのウエハの上に薄膜成長を行う。
【００２６】
ｓ枚の試験ウエハの一部を覆うことができるｓ個のシャッターを設ける。ｓ個のシャッターは同時に開閉する。試験ウエハの表面積のうちシャッターによって覆われない部分を製品領域Ｗｖといい、シャッターによって覆われる可能性ある部分を試験領域Ｗｗと呼ぶ。同じ装置の同じサセプタの上にｎ枚のウエハがあるから同時に同じ条件で薄膜成長がなされる。ある時期に試験ウエハＷ１、Ｗ２、Ｗ３、…、Ｗｓの試験領域Ｗｗｊをシャッターによって覆い薄膜成長しないようにする。またある時期にシャッターを開きそれ以後の薄膜成長を再開する。
これにも幾つもの態様がある。
【００２７】
（Ａ） 試験ウエハＷｊの試験領域Ｗｗｊについては１層からｋ層まで成長させｋ層で成長を止める。試験ウエハＷｊの製品領域Ｗｖｊと製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｗｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ）
Ｖｉ、Ｗｖｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）
【００２８】
（Ｂ） 試験ウエハＷｊの試験領域Ｗｗｊについてはｋ層まで成長させずｋ＋１層からｍ層まで成長させる。試験ウエハＷｊの製品領域Ｗｖｊと製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｗｊ＝（Ｓ；Ｒｋ＋１；Ｒｋ＋２；…；Ｒｍ）
Ｖｉ、Ｗｖｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｍ）
【００２９】
（Ｃ） 試験ウエハＷｊの試験領域Ｗｗｊについては１層からｋ層まで成長させここで成長を中止し、ｈ層で成長を再開する（ｋ＜ｈ）。試験ウエハＷｊの製品領域Ｗｖｊと製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｗｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｈ；…Ｒｍ）
Ｖｉ、Ｗｖｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ；…；Ｒｍ）
【００３０】
（Ｄ） 試験ウエハＷｊの試験領域Ｗｗｊについてはｋ層からｈ層まで成長させる（ｋ＜ｈ）。試験ウエハＷｊの製品領域Ｗｖｊと製品ウエハＶｉは全部の層１〜ｍ層までの成長をする。
Ｗｗｊ＝（Ｓ；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ）
Ｖｉ、Ｗｖｊ＝（Ｓ；Ｒ１；Ｒ２；…；Ｒｋ；Ｒｋ＋１；…；Ｒｈ−１；Ｒｈ；…；Ｒｍ）
【００３１】
その他にもいくつも組み合わせがあり、合計２ｍ−２の場合がある。本発明はそれらの組み合わせの全てを実現することができる。
【００３２】
［３．シャッター構造について］
幾つかのウエハだけ、或いはあるウエハの一部だけを選択遮蔽するシャッター構造について述べる。気相成長装置（ＭＢＥ装置、ＯＭＶＰＥ装置）の中に複雑な構造のシャッターを作るのは難しい。ＭＢＥの場合はサセプタが下向きになっている。ウエハを下向きにしてサセプタが回転する。サセプタを静止させておくこともできる。ＯＭＶＰＥの場合、サセプタが上向きになっており、ウエハを上向きに保持して回転する。装置の構造によってシャッターも異なる。シャッターに関していくつかの候補がある。
【００３３】
（１） サセプタ面に立てた回転軸によって片持ち支持されるシャッター
回転軸によって片持ち支持される円盤状のシャッターをサセプタの上に設ける。サセプタは右廻り、左廻りするので、サセプタの左右の回転の方向によってシャッターを開閉する。これはサセプタの左右回転によって開閉するもので単純である。装置全体の改変を不要としてサセプタ構造だけを改良することによってシャッター開閉をすることができる。しかしそれだけに動作条件などに注意しなければならない点がある。
【００３４】
（２） 外部から操作できる直線導入機によって操作するシャッター
チャンバの外部から操作する直線導入機の先端にシャッターを付けておき、直線往復運動によって特定のウエハだけを遮蔽・開放する。その場合サセプタは静止している必要がある。
【００３５】
（３） サセプタの回転軸の内部を二重、三重の円筒構造にして、中心軸の上端にシャッターを付ける。中心軸を回転させて、特定のウエハの上においてシャッター開閉操作をする。
【００３６】
［（１）のサセプタ回転によってシャッターを開閉する機構について］
図６はサセプタＯの上に回転軸Ｋを立て、回転軸Ｋからアームを出してシャッターＪを開閉することを説明するための図である。サセプタの中心をＯとし、回転軸の中心をＫ、シャッターの中心をＪとする。サセプタ中心Ｏと回転軸Ｋの距離をｐとする。回転軸の中心Ｋとシャッターの中心Ｊの距離をｑとする。ｐとｑは定数である（ｐ＞ｑ）。シャッターアームがＫＪになり、これが回転中心Ｋを中心にして揺動する。半径ＯＫとシャッターアームＫＪのなす角度をシャッター揺動角θとして定義する。これは変数である。揺動角θの範囲は機構的に制限される。回転には抵抗がないものとし、その範囲内を自由に揺動できるものとする。するとサセプタの回転によってシャッターが動くことになる。
【００３７】
シャッターの揺動中心をＪとして、サセプタの中心（回転の中心）Ｏとの距離をＯＪ＝ｒとする。ｒはシャッターの回転中心Ｏからの半径であるが、これは変数である。サセプタの回転角速度をΩとする。サセプタが定常回転（Ωが一定）する場合は、シャッターに生ずる力は遠心力だけで、それはＭｒΩ２に等しい。Ｍはシャッターの質量である。遠心力は必ず半径方向を向く外向きの力である。遠心力以外の力は発生しない。もちろんシャッター回転軸がシャッターに及ぼす反力が存在するがそれは遠心力に源泉がある。定常状態におけるサセプタの回転によって発生するシャッターへの力は遠心力だけなのである。遠心力は半径方向に物体を押し出す力である。ということはθの絶対値を最大にするように働く力だということである。定常状態ではθの絶対値は最大値をとる。もしもθの変域が正だけ、あるいは負だけだとすると、シャッターは一つの状態しかとりえない。
【００３８】
遠心力がシャッターの２状態を安定に保持するのである。だから遠心力ＭｒΩ２は二つの安定状態（開と閉）に於いてアームを異なる方向に押すのでなければならない。ということはシャッターの回転アームの変域は、図７に示すようにマイナスのある定角（−Φ２）からプラスのある定角（＋Φ１）の間であるということである。サセプタの回転方向だけでシャッターが開閉するためには、
【００３９】
（ア） サセプタが左廻り（反時計廻り）に廻るとき（Ωが正のとき）にシャッター回転角θはマイナスの境界値θ＝−Φ２を取る。
【００４０】
（イ） サセプタが右廻り（時計廻り）に廻るとき（Ωが負のとき）にシャッター回転角θはプラスの境界値θ＝＋Φ１を取る。
というようなことでなければならない。
【００４１】
そのようなことは軸がサセプタの外周部にあって、アームが内向きであって、軸ＫよりもシャッターＪが内側にあるから可能なのである。しかしそれは必要条件であって充分条件ではない。
【００４２】
問題は、サセプタの回転方向が切り替わる短い過渡的な時間においてシャッターが−Φ２から＋Φ１へ、或いは＋Φ１から−Φ２へと切り替わるかどうかである。サセプタの反転の速度があまりに遅い場合は、所望のシャッターの運動は起こらないであろう。シャッターの揺動角はθであるが、シャッター中心Ｊとサセプタ中心Ｏを結ぶ半直線ＯＪが、軸半径ＯＫとなす角度をψとする。
【００４３】
∠ＪＫＯ＝θ、∠ＫＯＪ＝ψであるから、∠ＫＪＯ＝π−θ−ψである。正弦定理から
【００４４】
【数１】
となる。シャッターの運動方程式を導出する。サセプタが定常でなく過渡期だとする。サセプタの角速度Ωは一定でなくて、その時間微分α＝ｄΩ／ｄｔが存在する。軸のあるＫ点の加速度は円周方向にｐαである。軸Ｋ点と、シャッター中心Ｊはアームで結合しているから、シャッター中心Ｊにはそれと反対の方向に加速度−ｐαが発生する。これによって−Ｍｐαの力が掛かる。
【００４６】
シャッター中心Ｊにはもう一つの力（遠心力）が半径方向に生じている。これはＭｒΩ２であって、半径方向外側に向かう力である。シャッター中心Ｊは円弧ＦＨＥしか動く事ができない。先ほどの過渡期力−Ｍｐαの円弧に対する余弦成分はｃｏｓθである。遠心力の円弧に対する余弦成分はｃｏｓ（π／２−ψ−θ）である。円弧ＦＨＥに沿ったシャッターの運動方程式は
【００４７】
【数２】
となる。右辺第１項は（１）によって次のように単純化される。
【００４９】
ｒｃｏｓ（π／２−ψ−θ）＝ｒΩｓｉｎ（ψ＋θ）＝ｐｓｉｎθ （３）
【００５０】
【数３】
これは過渡期の方程式である。定常状態のときは、ｄΩ／ｄｔ＝０、Ω＝Ω０であり、θが＋Φ１、−Φ２にあるときはシャッター軸から右辺第１項を打ち消すモーメント−ＭｐΩ２ｓｉｎθが与えられるから右辺は０になり、θが一定値（＋Φ１、−Φ２）を取るのである。Ωはサセプタの角速度である。
【００５２】
サセプタが反転するときどのような動きをするのか？これがわからないが、サセプタを駆動するモータや減速器、サセプタの慣性などからその運動は一義的に決まる。Ωの過渡的運動が決まれば運動方程式は解けるはずである。線形でないから解析的には解けない。数値解析法によって厳密解を求めることもできる。しかし、ここでは近似解を求めてより先へ進もうと思う。
【００５３】
たとえば負のΩ（時計廻り）から正のΩ（反時計廻り）に変わる反転の瞬間をとらえるのだから、ｓｉｎθはｓｉｎΦ１にある。そこでｓｉｎθをｓ（定数）とおき、ｃｏｓθ＝１と近似する。Ωが時間に正比例して立ち上がる（加速度が一定）とすると、回転角加速度をｂ（定数）として、ｄΩ／ｄｔ＝ｂである。
【００５４】
【数４】
これは積分できる。初期条件を、ｔ＝０、ｄθ／ｄｔ＝０、θ＝θ０とすると、
【００５６】
【数５】
Ωが負から正への転回の場合は、θ０が正でｓも正、ｂも正である。θをｔで微分して極小値をとるｔ２を求めると、
【００５８】
ｔ２＝（３／ｂｓ）１／２ （７）
【００５９】
これに対するθの極小値θｍｉｍは、
【００６０】
【数６】
となる。これがもしも正であれば、シャッターは元の位置に戻り状態変化が起こらないということである。だからこれは負でなければならない。
【００６２】
【数７】
ｓ＝ｓｉｎθ０であるから、第１近似では、
【００６４】
ｓｉｎθ０＜（３ｐ／４ｑ）１／２ （１０）
【００６５】
となる。これを越えるような角度であると、サセプタが反転しても、シャッターは動かないということである。だから、２状態のθ０＝＋Φ１、−Φ２は共に、
【００６６】
ｓｉｎΦ１＜（３ｐ／４ｑ）１／２ （１１）
【００６７】
ｓｉｎΦ２＜（３ｐ／４ｑ）１／２ （１２）
【００６８】
でなければならない。この範囲の初期角度であれば、サセプタの反転のときにシャッターアームが反転する可能性がある。実際に反転するかどうかは、式（１０）〜（１２）だけからはわからない。さらに必要条件がある。θが０になった時に、角速度がθ０とは反対になっていなければならない。
【００６９】
（６）式右辺の第２項は寄与が小さいので無視すると、θが０になる時刻ｔ１は（アームＫＪが半径ＯＫ上にくるのは）
【００７０】
ｔ１＝（２ｑθ０／ｐｂ）１／２ （１３）
【００７１】
となる。このときのサセプタの角速度Ωは
【００７２】
Ω＝ｂｔ１＝（２ｑｂθ０／ｐ）１／２ （１４）
【００７３】
であるが、これが定常状態の角速度Ω０以下でなければならない。そうでないとθ＝０になる前にサセプタが定常回転になり、遠心力以外の力が喪失しアームの回転力がなくなるからである。
【００７４】
（２ｑｂθ０／ｐ）１／２＜Ω０ （１５）
【００７５】
【数８】
これが、反転時の角加速度ｂの上限を決める式である。サセプタの定常回転が速い（Ω０が大きい）か、初期角度θ０が小さい場合、ｂの取り得る範囲は広い。しかしサセプタの定常回転が遅い（Ω０が小さい）か、初期角度θ０が大きい場合、ｂの取り得る範囲は狭い。サセプタをゆっくりと反転しなくてはいけないということである。そのような条件が満足されるなら、
【００７７】
（ア）サセプタを右回転（時計回り）に回転した時（Ω＝−Ω０）は、
シャッター位置 θ＝＋Φ１ になり、
【００７８】
（イ）サセプタを左回転（反時計回り）に回転した時（Ω＝＋Ω０）は、
シャッター位置 θ＝−Φ２ になる。
【００７９】
【実施例】
［実施例１：ＨＥＭＴ構造エピタキシャルウエハ（図１、図４）］
（３枚のＨＥＭＴ製品ウエハ（２ＤＥＧ構造）と１枚の試験ウエハ（２ＤＥＧ構造）を同時にＯＭＶＰＥ法でエピタキシャル成長）
ＨＥＭＴ製品ウエハＶの構造を図４（ａ）に示す。ＨＥＭＴ試験ウエハＷの構造を図４（ｂ）に示す。これらは上から順に、
【００８０】
よりなる層構造を持っている。製品ウエハＶｉ（ｉ＝１、２、３）は９層の薄膜をＧａＡｓ基板のうえに成長させたものである。試験ウエハは（Ｗ１）は８層の薄膜をＧａＡｓ基板の上に成長させたものである。製品ウエハの最上層のｎ−ＧａＡｓ１００ｎｍを除外したものが試験ウエハである。
【００８２】
ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）というのは２次元電子ガス（Two Dimensional Electron Gas；２ＤＥＧ）を利用したＦＥＴである。ｎｏｎ−というのはノンドープということである。ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓがチャンネル層でありここを電子が移動するゲート電圧によってチャネル幅が変化してドレイン電流が変化するのはＦＥＴと同じである。通常のＦＥＴと違うのは、チャンネル層自体が不純物を持っておりキャリヤを与えるのではなくて、チャンネル層は不純物を持たず、その他の隣接層からキャリヤを得るということである。
【００８３】
ＩｎＧａＡｓチャンネル層の上のｎ−ＡｌＧａＡｓ（１０ｎｍ）と下のｎ−ＡｌＧａＡｓ（１０ｎｍ）からキャリヤ（電子）を受ける。このキャリヤがＩｎＧａＡｓ層を流れる。ＩｎＧａＡｓはノンドープなので結晶性がよく散乱が少ないから電子移動度が高い。ＡｌＧａＡｓよりＩｎＧａＡｓの方がバンドギャップが狭いから電子がＩｎＧａＡｓに溜まる。ＩｎＧａＡｓ中を殆ど散乱しないで高速で移動し電子移動度の高速性を生かすことができる。だからHigh Electron Mobilityというのである。電子を供与するｎ−ＡｌＧａＡｓは従来チャンネル層の上にしかなかったのに図４のものは電子供与ｎ−ＡｌＧａＡｓがチャンネル層の上下にあるからダブルドープＨＥＭＴと呼ぶ。電子数が多いから大電流を流すことができる。高速パワートランジスタとして適する。
【００８４】
ｎ−ＡｌＧａＡｓの上下のｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓは結晶性を高めるために介装される層である。ドーパントを有する層はどうしても結晶性が悪くなるからノンドープ層を作り結晶性を回復させる。
【００８５】
一番上のｎ−ＧａＡｓコンタクト層は導電性が高くてドレイン電極、ソース電極がオーミック接合される。電極接合のために１００ｎｍと厚くなっている。オーミック接合の際の合金化処理によってソース、ドレイン電極とｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓ層が低抵抗接続される。ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓの途中までエッチング除去され、そこにゲート電極を付ける。
【００８６】
製品ウエハ最上層のｎ−ＧａＡｓ層が１００ｎｍもあって厚いから、それより下の、ｎ−ＡｌＧａＡｓ、ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓ、ｎ−ＡｌＧａＡｓなどよりなる活性層のキャリヤ濃度、移動度などを測定できない。
【００８７】
そこで最上層の厚いｎ−ＧａＡｓ１００ｎｍを除いたものを試験ウエハとしている。これがないからｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓの上に電極を取り付けることによって活性層（ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓ、ｎ−ＡｌＧａＡｓ）でのキャリヤ濃度や移動度を測定できる。本発明の目的は活性層での電子パラメータを測定することにあるから、そのような試験ウエハができるというのはまことに好都合のことである。
【００８８】
そのような層構造をもつ製品ウエハ（Ｖｉ（ｉ＝１、２、３））３枚と試験ウエハ（Ｗ１）１枚を図１のサセプタに載せて、気相成長装置の内部で同時に成長させた。
【００８９】
図１に示すようにサセプタは４つの窪みを有する。サセプタは中心（Ｏ）の廻りを回転することができる。サセプタの周辺部にシャッターが取り付けられる。サセプタ周辺部にシャッター軸をたて、アームを軸からのばしその先に円盤状のシャッターを付けたものである。シャッターとアームは一体となって、軸の廻りを自由に揺動することができる。機構的に揺動角θの範囲は決まっており、図７のように正の方向に＋Φ１、負の方向に−Φ２まで揺動することができる。サセプタの回転方向によって揺動角θは、＋Φ１、−Φ２の何れかの角度をとり、その位置で安定する。いずれかが「閉」であり、「開」である。ウエハを露呈する状態が「開」であり、ウエハを隠ぺいする状態が「閉」である。
【００９０】
トレーは、成長の初期段階では図１のＢ方向（時計廻り；右廻り）に回転しており、シャッターは「開」の状態を維持する。基板側から順次各層の成長を進めコンタクト層直下のｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：５０ｎｍ層の成長が終了した時点で、トレーの回転を図１のＢからＡ方向へ反転することにより、シャッターを「閉」の状態に切り替える。
【００９１】
しかる後に残るコンタクト層（ｎ−ＧａＡｓ；１００ｎｍ）を成長し、成長を完了する。ＯＭＶＰＥ成長炉より取り出したテスト構造エピは、ＨＡＬＬ測定によって、Ｎｓ（シートキャリヤ濃度）、μ（移動度）をさらにＣＶ（電圧−容量）特性測定によりＶｐ（ピンチオフ電圧）など活性層の状態を確認するために必要な測定を自由に行うことができる。
なおかつ製品構造エピとテスト構造エピは同時に成長しているので、テスト構造で測定された特性は、製品構造のエピの特性と完全に一致する。
【００９２】
［実施例２：ＨＢＴ構造エピタキシャルウエハ（図２、図５（ａ）、図５（ｃ）） ］
（３枚のＨＢＴ製品ウエハと１枚の試験ウエハを同時にＯＭＶＰＥ法でエピタキシャル成長）
図２の構成において、サセプタには４つのウエハ穴があり、３つの同等のシャッターが設けられる。アームを回転自在に保持するシャッター軸がサセプタに立てられ、シャッターがアームの先に固定されている。そのようなサセプタを含む薄膜成長装置により図５（ａ）に示すＨＢＴ製品ウエハ３枚と図５（ｃ）に示すＨＢＴ試験ウエハ１枚を同時に成長させた。実施例２においては、前例と異なり、試験ウエハはシャッターによって覆われず、製品ウエハが途中でシャッターによって覆われるようになっている。
【００９３】
製品ウエハ（ａ）と試験ウエハ（ｃ）は二つの点で相違する。一つはｐ−ＧａＡｓベース層の厚みが違う（試験ウエハ５００ｎｍ、製品ウエハ７０ｎｍ）ということである。もう一つはベース層の下に、試験ウエハの場合、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１００ｎｍを追加している、ということである。
【００９５】
炭素ドープＧａＡｓよりなるベース層は、製品ウエハ（ａ）の場合７０ｎｍの薄いものである。ベース（ｐ−ＧａＡｓ）はその厚みがデバイスの応答速度に強く影響する。ベースは薄い方がよいので製品ウエハについては７０ｎｍと極めて薄い。しかし試験ウエハでは５００ｎｍと厚くなっている。それはベース層の正孔密度ｐ、電子寿命τを測定するためである。ベース層は炭素ドープによってｐ型としているが水素が入ると結晶性が悪くなるし正孔密度ｐが低下し、電子寿命τも短くなる。それがトランジスタの応答速度、線形性などを劣化させる。だからｐやτを実際に測定して品質を評価する必要がある。
【００９６】
しかし製品ウエハのように７０ｎｍで薄いと、ホール測定によって正孔濃度ｐを測定するのが難しいということがある。ホール（Ｈａｌｌ）測定は、磁場を掛け、電流を流して、それによって発生する起電力を求めることによってキャリヤ濃度を知るから、薄い層の場合は測定しにくいのである。
【００９７】
しかし薄いベース層においてもっと問題なのは、電子（少数キャリヤ；Minority carrier）の寿命τ（lifetime）を測定することが不可能だということである。フォトルミネセンスによって電子のライフタイムを測定する。ＧａＡｓのバンドギャップ１．４ｅＶより高いエネルギーの光を出すレ−ザ光を当てる。レ−ザ光によって正孔と電子の対ができるが電子はやがてルミネセンス（蛍光）を出して正孔と再結合し消滅する。蛍光の減衰が寿命に対応する。蛍光強度の変化の速さから電子寿命がわかる。製品ウエハのベース層は７０ｎｍで薄いから、レ−ザを当てるとその下の層まで届き下の層からのフォトルミネセンスも拾ってしまう。だからベース層の電子寿命測定ができない。それを避けるために５００ｎｍもの厚いベース層をもつ試験ウエハを成長させる。これぐらい厚いと下の層からのフォトルミネセンスはない。以上で試験ウエハのベース層が厚い理由を述べた。
【００９８】
試験ウエハ（ｃ）においてベース層の下のｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１００ｎｍはエッチング停止層である。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓのエッチングレートが０に近いエッチング液でウエハをエッチングすると、上層のＧａＡｓだけが除去される。ベース層の一部をレジストによって覆ってエッチングすると、レジストによって覆われない部分は下地のＡｌＧａＡｓが露呈する。レジストによって覆われた部分はｐ−ＧａＡｓが残り段差が生じる。段差を顕微鏡で見てベース層の厚みを測定する。ベース層厚みを正確に測定するためのＡｌＧａＡｓを入れるのである。
【００９９】
そのような事は先述の先行技術▲２▼特願２０００−０９０８８１に詳しく述べている。これに示された先行技術試験ウエハ（ｂ）は
【０１００】
ＨＢＴ試験ウエハ（ｂ）
ｎ−ＩｎＧａＡｓ：５０ｎｍ
ｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ
ｎ−ＩｎＧａＰ：５０ｎｍ
ｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ
ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１００ｎｍ
ｎｏｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ
半絶縁性ＧａＡｓ基板
【０１０１】
という構造をもつ。本発明の試験ウエハ（ｃ）はエッチング停止層ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓの下に製品ウエハと同じように、ｎ−ＧａＡｓ５００ｎｍとｎ−ＧａＡｓ２００ｎｍをもち、▲２▼の試験ウエハは、ｎｏｎ−ＧａＡｓ１００ｎｍをもつ。その点で、本発明の試験ウエハ（ｃ）と先行技術▲２▼の試験ウエハ（ｂ）が相違する。
【０１０２】
本発明で成長させる図５（ｃ）のＨＢＴテスト構造が引用した先行技術▲２▼（特願２０００−０９０８８１）でのＨＢＴテスト構造（図５（ｂ））と異なる理由を説明する。
【０１０３】
先行技術▲２▼（特願２０００ー０９０８８１）の試験ウエハは、ＨＢＴ製品ウエハでは薄すぎ（７０ｎｍ）て時間分解ＰＬ（フォトルミネセンス）測定ができないｐ−ＧａＡｓベース層を厚く（５００ｎｍ）し、ｐ−ＧａＡｓベース層の厚みを段差測定で計測するためエッチング停止層としてｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１００ｎｍ層を追加している。
先行技術▲２▼では、テスト構造エピをＨＢＴ製品構造エピとは別個に成長させるので、測定と関連のない層（ｎ−ＧａＡｓ５００ｎｍとｎ−ＧａＡｓ２００ｎｍ）は成長時間と原料を節約するために省略している。
【０１０４】
しかし本発明ではＨＢＴ製品構造（ａ）エピとＨＢＴテスト構造（ｃ）エピは同時に成長するので、先行技術▲２▼の試験ウエハの特徴をＨＢＴ製品構造に追加した構造（ｃ）で必要な測定を全て行うことができる。
【０１０５】
また、製品構造エピと同時に成長しているので、得られた測定結果は、エピ層の厚みなどを変更した項目を除いて製品構造エピの特性と一致する。
【０１０６】
さて、エピタキシャル成長の過程を述べる。サセプタ（トレー）は成長の初期段階では図２のＢ方向（時計廻り、右廻り）に回転しており、３個備えられたシャッターはいずれも「開」の状態で維持される。
【０１０７】
半絶縁性ＧａＡｓ基板側から順次各層の成長を進める。ｎ−ＧａＡｓ：２００ｎｍ、ｎ−ＧａＡｓ５００ｎｍの薄膜成長がなされる。基板側より２層目（ｎ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ）の成長を終了した時点で、トレーの回転を図２のＢ方向（右廻り、時計廻り）からＡ方向（左廻り、反時計廻り）に反転する。慣性によって３枚のシャッターが反時計廻りに回転し、製品ウエハを覆うようになる。つまり３個のシャッターが「閉」の状態に切り替えられた。
【０１０８】
テスト構造の１枚の試験ウエハはシャッターがないからシャッターによって覆われない。薄膜成長が可能な状態である。そこで試験ウエハに、エッチング停止層となるｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ１００ｎｍ層を成長させる。さらに、ＨＢＴ製品構造のベース層７０ｎｍとＨＢＴテスト構造の厚いベース層５００ｎｍとの厚さの差に相当する４３０ｎｍのベース層の成長を進める。
【０１０９】
試験ウエハのｐ−ＧａＡｓベース層厚みが４３０ｎｍに到達したとき、再び、トレーの回転をＢ方向（右廻り、時計廻り）に反転する。慣性でシャッターが「開」になる。製品ウエハ３枚が再び露呈する。製品ウエハには７０ｎｍのベース層を新規に成長させ、試験ウエハには７０ｎｍのベース層を追加成長させる。その後はシャッターは開いたままであり、試験ウエハにも製品ウエハにも、残るエミッタ３層（ｎ−ＩｎＧａＰ：５０ｎｍ、ｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ、ｎ−ＩｎＧａＡｓ：５０ｎｍ）を成長させて薄膜形成を完了する。
【０１１０】
ＯＭＶＰＥ成長炉より取り出した本発明による図５（ｃ）のテスト構造エピについて、図５（ｂ）を引用した先行特許出願▲２▼（特願２０００−０９０８８１）と同様に以下の測定を行った。
【０１１１】
まずエピ表面側よりｎ−ＩｎＧａＡｓ：５０ｎｍ層とｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ層をエッチングによって除去した。この際、ＩｎＧａＡｓやＧａＡｓ層は溶解するが、ＩｎＧａＰは溶解しないエッチング液、エッチング条件を用いるのが望ましい。
【０１１２】
ｎ−ＩｎＧａＰ：５０ｎｍ層が表面に露出した状態で時間分解ＰＬ（フォトルミネセンス）法により厚いベース（ｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ層）の結晶性を評価した。
【０１１３】
本実施例においては、ベース層のライフタイムは３００ｐｓｅｃ（ピコ秒＝１０−１２ｓｅｃ）と良好な結晶性を有していることが確認できた。
【０１１４】
続いて表面に露出しているｎ−ＩｎＧａＡｓ：５０ｎｍ層を除去し、ＨＡＬＬ測定をし、さらに部分的にｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ層を除去して、残った部分を表面形状測定装置を用いて段差を測ることにより厚いベース層（ｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ層）の厚みを測定した。
【０１１５】
各層のエッチングを行う際に、ｎ−ＩｎＧａＰ：５００ｎｍ層を除去するには、ＩｎＧａＰを溶かすがＧａＡｓを溶かさないエッチャントを用いて、また厚いベース層（ｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ）を除去するには、ＧａＡｓを溶かすがＡｌＧａＡｓを溶かさないエッチング液、エッチング条件を用いる事が望ましい。
【０１１６】
測定の結果、厚いｐ−ＧａＡｓ：５００ｎｍ層の厚み及びキャリヤ濃度は設計通りに成長していたことが確認できた。
【０１１７】
同時に成長させた図５（ａ）のＨＢＴ製品構造エピは製品として、デバイス製造メーカーに出荷した（あるいは同社内の下工程に進めた）。
尚エッチング停止層としては、ＩｎＧａＰを用いても良い。
【０１１８】
［実施例３：ＨＥＭＴ構造エピタキシャルウエハ（図３）］
（ＯＭＶＰＥ法で１枚のＨＥＭＴエピを成長、エピの半分はＨＥＭＴ製品構造、残りの半分はテスト構造（２ＤＥＧ構造）エピ）
【０１１９】
本発明は、シャッターによって一部ウエハを覆い薄膜成長の一部の過程を禁止し、残りのウエハについては成長続行するというものであるから、ウエハの全体を試験ウエハ、製品ウエハに区別するだけでなく、他の可能性もある。
【０１２０】
つまりウエハ１枚の内、一部を試験用に、一部を製品用にあてることもできる。実施例３はそのようなものである。図３にその場合のサセプタの構造を示す。サセプタの中心に一つのウエハ窪みがあり、ここに１枚の試験・製品ウエハが装填されている。シャッターは半月型のものであり、閉状態ではウエハの右半分を覆う。開状態ではウエハ全体が露呈する。ウエハの右半分が試験ウエハに、左半分が製品ウエハになる。
【０１２１】
実施例１と全く同一でＨＥＭＴ構造のエピタキシャルウエハである。エピ構造は図４に示すとおり、試験部分は図４の（ｂ）に、製品部分は図４（ａ）に示す。
【０１２２】
図１の実施例１と同様に、成長初期の段階では、図３のＢ方向（右廻り、時計廻り）にサセプタを回転させてシャッターを「開」の状態にする。その状態で、バッファ層：５００ｎｍ、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：１５０ｎｍ、ｎ−ＡｌＧａＡｓ：１０ｎｍ、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：３ｎｍ、ｎｏｎ−ＩｎＧａＡｓ：１０ｎｍ、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：３ｎｍ、ｎ−ＡｌＧａＡｓ：１０ｎｍ、ｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：５０ｎｍの薄膜を成長させる。
【０１２３】
コンタクト層（ｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ）直下のｎｏｎ−ＡｌＧａＡｓ：５０ｎｍ層の成長を終了した段階で、サセプタの回転を図３のＢからＡ方向（左廻り、反時計廻り）に切り替えて、シャッターを「閉」にする。その状態でウエハの（図３で）左半分のみにコンタクト層（ｎ−ＧａＡｓ：１００ｎｍ層）を成長する。
【０１２４】
エピウエハの右半分の試験構造部分で実施例１と同等の測定を行った。実施例１と同様の結果が得られた。残りの左半分の製品構造部分は製品製造のために用いた。
【０１２５】
そうでなくて、エピウエハの半分のテスト構造部分で実施例１と同等の測定を行い、残る半分の製品構造部分は、別の破壊検査を含む測定を行うようにし、製品エピはサセプタの別の箇所に置いた別のウエハの上に成長してもよい。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明は、製品ウエハと試験ウエハを同一の薄膜成長装置の中に並べて薄膜成長させ、試験ウエハあるいは製品ウエハをシャッターで覆い一部の薄膜成長工程を省いたものと、省かないウエハを製造し、試験ウエハの特性を測定することによって同一の条件で製造した製品ウエハの特性を調べる事ができるようにした。製品と同じ条件で薄膜成長させた試験ウエハを調べることができるし、製品ウエハそのものでは測定しにくい特性をも測るようにすることもできる。
【０１２７】
本発明の要点は、一度に成長するエピの一部をシャッターで覆う事によって、
【０１２８】
（１）測定の障害になる、あるいは測定が困難になる層を取り除く、
【０１２９】
（２）もしくは厚みを減ずること、
【０１３０】
（３）あるいは逆に測定の助けになる層を加える、
【０１３１】
（４）もしくは厚みを増すことによって、
【０１３２】
製品との一部の特性を一致させたテストエピウエハ（試験ウエハ）を同時に成長させ、テストウエハの特性を測定し、製品ウエハの特性を詳細厳密に調べる事を可能にしたことにある。
【０１３３】
実施例ではＯＭＶＰＥ法を用いてＧａＡｓ基板を用いたエピ成長を例に記したが、本発明は以下の様に他の分野にも適用が可能である。
【０１３４】
ＩｎＰ基板を用いた半導体レ−ザや受光素子、もちろんＧａＡｓ基板やＧａＮ基板を用いた半導体レ−ザや受光素子、トランジスタのエピウエハ成長にも適用可能である。ＨＥＭＴについても実施例ではＤＨＥＭＴ（ダブルドープＨＥＭＴ）構造を例に取ったが、通常のシングルドープや他の構造にも適用できることはもちろんである。
【０１３５】
またＯＭＶＰＥ法以外、例えばＭＢＥ法やＶＰＥ法など、シャッターの開閉により、エピ成長を中断できる製造方法に、適用することができる。シャッター開閉の機構も図１、図２、図３の（過渡的慣性による）方法には限られない。
【０１３６】
ＯＭＶＰＥ法では特性を均一にするためウエハを収容したトレーを回転させる場合が多いが、回転させる必要のない製法であれば、回転導入機、直線導入機、磁気結合機構など、成長炉チャンバの外側から直接に機械的に開閉することができるシャッターを備えることができる。
【０１３７】
実施例３で示した通り、成長するエピウエハの枚数も、複数枚か、１枚かを問わない。
【０１３８】
実施例３のように成長するエピウエハが１枚の場合、その試験領域面積、製品領域面積の配分については、検査に必要な面積を勘案して自由に設計すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ４枚のウエハを同時に薄膜成長させ、その内１枚のウエハだけ成長を一部中断できるようなシャッターを設けたサセプタの平面図。
【図２】 ４枚のウエハを同時に薄膜成長させ、その内３枚のウエハだけ成長を一部中断できるようなシャッターを設けたサセプタの平面図。
【図３】 １枚のウエハの内、一部を試験領域とし、一部を製品領域として、シャッターによって試験領域の薄膜成長を一部中断できるようにしたシャッターを設けたサセプタの平面図。
【図４】 本発明の実施例１において成長させるＧａＡｓ−ＨＥＭＴの層構造を示す図。（ａ）はＨＥＭＴ製品エピウエハの層構造図。（ｂ）は試験ウエハの層構造図。
【図５】 本発明の実施例２において成長させるＧａＡｓ−ＨＢＴの層構造を示す図。（ａ）はＧａＡｓ−ＨＢＴ製品ウエハの層構造図。（ｂ）は本出願人による先行技術▲２▼によって示されたＧａＡｓ−ＨＢＴ試験ウエハの層構造図。（ｃ）は本発明の実施例２において用いるＧａＡｓ−ＨＢＴ試験ウエハの層構造図。
【図６】 サセプタの上の一点Ｋに中心軸をもつシャッターＪが、サセプタの回転とともにどのような角度変化するかを説明するための図。Ｏがサセプタの中心、Ｋがシャッター軸の中心、Ｊがシャッターの中心、ＦＪＥはシャッター中心の描く軌跡である円弧。ｐはシャッター軸中心とサセプタ中心までの距離、ｑはシャッターアームの実効長さ。ｒはサセプタ中心Ｏとシャッター中心Ｊの間の距離で変数。θはシャッターアームの揺動角である。
【図７】 シャッターアームの揺動角θの許容範囲を示す図。θは−Φ１≦θ≦＋Φ２の範囲を動く事ができる。範囲の限定は機構的な手段による。
【符号の説明】
Ｏ サセプタの中心
Ｋ シャッター軸の中心
Ｊ シャッターの中心
ＦＨＥ シャッターの中心Ｊがその上を動く円弧
ｐ サセプタ中心Ｏとシャッター軸中心Ｋの距離（定数）
ｑ シャッター軸中心Ｋとシャッター中心Ｊの距離（定数）
ｒ シャッター中心Ｊとサセプタ中心Ｏの距離（変数）
θ シャッターアームの揺動角
ψ サセプタ中心Ｏとシャッター中心Ｊを結ぶ線分が、シャッター軸への半径ＯＫとなす角度
＋Φ１ シャッターアーム揺動角θの上限
−Φ２ シャッターアーム揺動角θの下限
Claims (7)
- サセプタに複数枚或いは１枚の基板ウエハを取り付け、基板ウエハの上に多層薄膜を同時にエピタキシャル成長させるエピウエハの成長方法であって、前記多層薄膜成長中に一部のウエハ或いはウエハの一部を開閉可能なシャッターで覆う事により多層薄膜中の一部の層を成長させないか、成長させても成長層の厚みを減じるようにし、あるいは前記多層薄膜成長中にシャッターを開くことによって余分な層を成長させるか、一部の層の厚みを増すようにして、試験ウエハと製品ウエハ或いは試験領域と製品領域を作製することを特徴とするエピウエハの成長方法。
- エピウエハが基板の上に電子供給層、チャンネル層、コンタクト層を成長させたＨＥＭＴ構造ウエハであって、多数枚のエピウエハを同時に成長させ、一部のウエハあるいはウエハの一部についてはコンタクト層を成長させないことを特徴とする請求項１に記載のエピウエハの成長方法。
- ＨＥＭＴ構造ウエハからコンタクト層を省略した試験ウエハの特性をＣＶ（容量）測定、およびＨＡＬＬ測定によって評価し、試験ウエハと同時に成長させた製品となるＨＥＭＴ製品ウエハの性能を確認することを特徴とする請求項２に記載のエピウエハの成長方法。
- エピウエハが基板の上にコレクタ層、ベース層、エミッタ層を成長させたＨＢＴ構造ウエハであって、多数枚のエピウエハを同時に成長させ、一部のウエハあるいはウエハの一部についてはベース層を製品構造よりも厚く成長させることを特徴とする請求項１に記載のエピウエハの成長方法。
- ベース層直下にエッチング停止層を余分に成長させることを特徴とする請求項４に記載のエピウエハの成長方法。
- 厚くしたベース層をＰＬ（フォトルミネセンス）法もしくは時間分解ＰＬ法（フォトルミネセンス）法によって少数キャリヤ寿命を測定し、選択エッチングによってベース層厚みを測定し、ＨＡＬＬ測定によってキャリヤ濃度を評価し、製品となるＨＢＴ構造ウエハの性能を確認することを特徴とする請求項５に記載のエピウエハの成長方法。
- サセプタに複数枚或いは１枚の基板ウエハを取り付け、基板ウエハの上に多層薄膜を同時にエピタキシャル成長させるエピウエハの成長装置であって、一部のウエハあるいはウエハの一部を覆うことができ薄膜成長中に開閉可能な開口部を持たない シャッターをサセプタに回転可能あるいは進退自在に備え、サセプタの回転もしくは並進運動による慣性によってシャッターが開閉するようにし、薄膜成長中にシャッターを開閉することによって層構造の一部が異なる試験ウエハと製品ウエハ或いは層構造の一部が異なる試験領域と製品領域を作製するようにしたことを特徴とするエピウエハの成長装置。
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