JP6283245B2 - 化合物半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は化合物半導体基板の製造方法に関する。
ＩｎＳｂを含む化合物半導体は、移動度が高く、またバンドギャップが小さい材料であり、この特徴を生かして磁気センサ、高速デバイス、ＩＲセンサなどのデバイスとして使われる。ＩｎＳｂを含む化合物半導体を適用したデバイスを実現するうえで、電子バリア層としてＡｌＩｎＳｂを用いることが望まれる。
従来、有機金属気相成長法を用いたＡｌＩｎＳｂ薄膜作製にはＡｌ原料としてトリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｓｂ原料としてトリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）が用いられてきた（特許文献１参照）。
従来、有機金属気相成長法を用いたＡｌＩｎＳｂ薄膜作製にはＡｌ原料としてトリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｓｂ原料としてトリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）が用いられてきた（特許文献１参照）。
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｈ， Ｖｏｌ． ２０９ （２０００）"Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＩｎＳｂ ｏｎ ＧａＡｓ ｕｓｉｎ ｇ ＩｎＡｌＳｂ ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ" Ｒ．Ｍ．Ｂｉｅｆｅｌｄ ｅｔ．ａｌ．
しかし、特許文献１に代表される従来のＴＴＢＡｌ、ＴＭＩｎ、およびＴＥＳｂを用いたＡｌＩｎＳｂ薄膜（以下、従来のＡｌＩｎＳｂ薄膜）では炭素不純物が多量に混入してしまい、電子バリア層としての機能低下だけでなく、表面平坦性の低下が免れなかった。また、従来のＡｌＩｎＳｂ薄膜は結晶性も十分ではなかった。それゆえ、従来のＡｌＩｎＳｂ薄膜は上述したデバイスへの応用には不適であった。
一方、炭素不純物濃度を抑制する手段として、Ｓｂ原料としてＴＥＳｂに替えてトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いる方法が考えられる。しかし、ＴＴＢＡｌとＴＤＭＡＳｂの組み合わせでは気相反応が生じ、基板到達前にＴＴＢＡｌとＴＤＭＡＳｂが反応してしまい、白濁したすなわち表面平坦性が悪いＡｌＩｎＳｂ層しか得られないことが報告されている（非特許文献１参照）。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、結晶性が良好で表面平坦に優れるＡｌＩｎＳｂ層を含む化合物半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
一方、炭素不純物濃度を抑制する手段として、Ｓｂ原料としてＴＥＳｂに替えてトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いる方法が考えられる。しかし、ＴＴＢＡｌとＴＤＭＡＳｂの組み合わせでは気相反応が生じ、基板到達前にＴＴＢＡｌとＴＤＭＡＳｂが反応してしまい、白濁したすなわち表面平坦性が悪いＡｌＩｎＳｂ層しか得られないことが報告されている（非特許文献１参照）。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、結晶性が良好で表面平坦に優れるＡｌＩｎＳｂ層を含む化合物半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、有機金属気相成長法を用いて、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）および／またはトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）であるＩｎ原料と、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）であるＳｂ原料と、を基板上に供給し、該基板上に第１の化合物半導体層を成長させる工程と、前記第１の化合物半導体層の基板温度を４２０℃以上５２５℃以下に保持した状態で、前記第１の化合物半導体層上に、前記Ｉｎ原料と前記Ｓｂ原料に加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながら、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）であるＡｌ原料を供給し、前記Ａｌ原料の供給量を増やした後で前記Ｉｎ原料と前記Ｓｂ原料および前記Ａｌ原料の各供給量を一定にすることにより、前記第１の化合物半導体層上にＡｌXＩｎ1-XＳｂ層（０＜ｘ≦０．７）を形成する工程と、を備える化合物半導体基板の製造方法により、上記課題を解決できることを見出した。
本発明の一態様によれば、結晶性が良好で表面平坦に優れるＡｌＩｎＳｂ層を含む化合物半導体基板およびその製造方法を実現することができる。
以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）について説明する。
＜化合物半導体基板の製造方法＞
本実施形態の化合物半導体基板の製造方法は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いてＩｎ原料とＳｂ原料とを基板上に供給し、この基板上に第１の化合物半導体層を成長させる工程（第１の化合物半導体層成長工程）と、第１の化合物半導体層の基板温度を４２０℃以上５２５℃以下に保持した状態で、第１の化合物半導体層上に、Ｉｎ原料とＳｂ原料に加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給し、Ａｌ原料の供給量を増やした後でＩｎ原料とＳｂ原料およびＡｌ原料の各供給量を一定にすることにより、第１の化合物半導体層上にＡｌｘＩｎ１−ｘＳｂ層（０＜ｘ≦０．７）を形成する工程（第２の化合物半導体層成長工程）と、を備える。ここで、「連続的および／または段階的」、とは、「連続的および段階的の少なくとも一方」の意味であり、連続的、段階的、連続的および段階的、のいずれかの意味である。
＜化合物半導体基板の製造方法＞
本実施形態の化合物半導体基板の製造方法は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いてＩｎ原料とＳｂ原料とを基板上に供給し、この基板上に第１の化合物半導体層を成長させる工程（第１の化合物半導体層成長工程）と、第１の化合物半導体層の基板温度を４２０℃以上５２５℃以下に保持した状態で、第１の化合物半導体層上に、Ｉｎ原料とＳｂ原料に加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給し、Ａｌ原料の供給量を増やした後でＩｎ原料とＳｂ原料およびＡｌ原料の各供給量を一定にすることにより、第１の化合物半導体層上にＡｌｘＩｎ１−ｘＳｂ層（０＜ｘ≦０．７）を形成する工程（第２の化合物半導体層成長工程）と、を備える。ここで、「連続的および／または段階的」、とは、「連続的および段階的の少なくとも一方」の意味であり、連続的、段階的、連続的および段階的、のいずれかの意味である。
これら各工程（第１の化合物半導体層成長工程、第２の化合物半導体層成長工程）を備えることにより、得られるＡｌＩｎＳｂ層の白濁化を抑制し、かつ結晶性が良好で高移動度なＡｌＩｎＳｂ層を備える化合物半導体基板を得ることが可能になる。
Ｉｎ原料とＳｂ原料とを供給し、第１の化合物半導体層を成長させる工程の後に、Ｉｎ原料とＳｂ原料とＡｌ原料とを所定の固定比率で供給する方法では、ＡｌＩｎＳｂ層は白濁化し、また移動度も低くなってしまう。これに対し、本実施形態のようにＩｎ原料とＳｂ原料とに加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給することで、得られるＡｌＩｎＳｂ層の白濁化を抑制し、かつ結晶性が良好なＡｌＩｎＳｂ層となる。
このメカニズムの詳細については定かではないものの、初期に大量のＡｌを供給することで気相中でのＴＤＭＡＳｂとの反応が起こりやすくなり、基板上に粒子が堆積してしまう、その粒子を成長核にしてＶｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒモードに移行することによるものと推察される。
Ｉｎ原料とＳｂ原料とを供給し、第１の化合物半導体層を成長させる工程の後に、Ｉｎ原料とＳｂ原料とＡｌ原料とを所定の固定比率で供給する方法では、ＡｌＩｎＳｂ層は白濁化し、また移動度も低くなってしまう。これに対し、本実施形態のようにＩｎ原料とＳｂ原料とに加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給することで、得られるＡｌＩｎＳｂ層の白濁化を抑制し、かつ結晶性が良好なＡｌＩｎＳｂ層となる。
このメカニズムの詳細については定かではないものの、初期に大量のＡｌを供給することで気相中でのＴＤＭＡＳｂとの反応が起こりやすくなり、基板上に粒子が堆積してしまう、その粒子を成長核にしてＶｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒモードに移行することによるものと推察される。
Ｉｎ原料とＳｂ原料とに加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給する工程における、第１の化合物半導体層の基板温度は４２０℃以上５２５℃以下に制御する。この表面温度が５２５℃より高い場合や４２０℃未満の場合では平坦性の高い化合物半導体基板が得られない。また、形成されるＡｌｘＩｎ１−ｘＳｂ層がｘ＞０．７の場合（即ち、ＡｌｘＩｎ１−ｘＳｂ層のＩＩＩ族元素の総量に対するＡｌ組成比が７０％を超える場合）、平坦性の高い化合物半導体基板を得ることができない。
Ｉｎ原料とＳｂ原料およびＡｌ原料の各供給量を一定にする際のＡｌ原料の供給量は、Ｉｎ原料とＳｂ原料に加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給する際のＡｌ原料の供給量よりも多ければ特に制限されない。但し、Ａｌ原料の供給量を一定にした後のＡｌ原料の供給量が、ＡｌＩｎＳｂ層の各元素比率を決める所望の供給量であることが好ましい。供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給する際のＡｌ原料の具体的な供給量は特に制限されないが、ＩＩＩ族原料に占めるＡｌ原料の割合が好ましくは０．１０以上０．７５以下、より好ましくは０．１０以上０．６５以下の範囲内とすることができる。
（原料）
本実施形態の化合物半導体基板の製造方法においては、Ｉｎ原料、Ｓｂ原料およびＡｌ原料として、以下に示すものを使用する。
本実施形態の化合物半導体基板の製造方法においては、Ｉｎ原料、Ｓｂ原料およびＡｌ原料として、以下に示すものを使用する。
原料分解温度の観点から、Ｉｎ原料としては、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）、またはそれらの組合せを使用する。原料の長期安定性の観点から、Ａｌ原料としては、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）を使用する。炭素不純物抑制の観点から、Ｓｂ原料としては、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を使用する。
非特許文献１で報告されているようにトリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）とトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）の組み合わせではＡｌＩｎＳｂ層の白濁化が生じるため良好なＡｌＩｎＳｂ層は得られなかった。しかし、本実施形態では、上述した第１の化合物半導体層成長工程と第２の化合物半導体層成長工程とを備えることで、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）とトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）の組み合わせでも、ＡｌＩｎＳｂ層の白濁化が抑制され、さらにＡｌＩｎＳｂ層における炭素不純物も抑制される。
非特許文献１で報告されているようにトリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）とトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）の組み合わせではＡｌＩｎＳｂ層の白濁化が生じるため良好なＡｌＩｎＳｂ層は得られなかった。しかし、本実施形態では、上述した第１の化合物半導体層成長工程と第２の化合物半導体層成長工程とを備えることで、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）とトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）の組み合わせでも、ＡｌＩｎＳｂ層の白濁化が抑制され、さらにＡｌＩｎＳｂ層における炭素不純物も抑制される。
本実施形態の化合物半導体基板の製造方法において、ＴＴＢＡｌ原料は他原料との反応性が高い。そのため成長室への導入直前までＡｌ原料と、Ｉｎ原料やＳｂ原料を混合しないことが好ましく、Ｉｎ原料、Ｓｂ原料およびＡｌ原料をそれぞれ独立した供給ラインにて供給することがより好ましい。基板が配置される成長室への導入直前までＡｌ原料と、Ｉｎ原料やＳｂ原料を混合しないことや、基板が配置される成長室へのＩｎ原料、Ｓｂ原料およびＡｌ原料の各供給を、それぞれ独立した供給ラインにて行うことで、基板への原料到達前に原料どうしが反応し、消失することを抑制するという効果を奏する。独立した供給ラインとは、成長室に接続される、ある原料の供給ラインが、他の原料の供給ラインとが直接接続されない配管を意味する。
また、導電型を制御するために、上述した原料に加えて、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、テトラメチルスズ（ＴＭＳｎ）テトラエチルスズ（ＴＥＳｎ）、等のドーパントを供給してもよい。
また、導電型を制御するために、上述した原料に加えて、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、テトラメチルスズ（ＴＭＳｎ）テトラエチルスズ（ＴＥＳｎ）、等のドーパントを供給してもよい。
（基板）
本実施形態の化合物半導体基板の製造方法において、基板は、有機金属気相成長法を用いてＩｎＳｂ層およびＡｌＩｎＳｂ層を成長可能なものであれば特に制限されない。ＩｎＳｂと同じ結晶対称性を持っていることが好ましく、さらに安価かつ大型の基板が入手しやすいことから例えばＧａＡｓやＩｎＳｂが好ましい材料として挙げられる。電子デバイス作製の観点から、基板は電気抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以上のＧａＡｓであることがさらに好ましい。
本実施形態の化合物半導体基板の製造方法において、基板は、有機金属気相成長法を用いてＩｎＳｂ層およびＡｌＩｎＳｂ層を成長可能なものであれば特に制限されない。ＩｎＳｂと同じ結晶対称性を持っていることが好ましく、さらに安価かつ大型の基板が入手しやすいことから例えばＧａＡｓやＩｎＳｂが好ましい材料として挙げられる。電子デバイス作製の観点から、基板は電気抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以上のＧａＡｓであることがさらに好ましい。
（製造方法、製造装置の一例）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法を工程順に示す断面模式図である。図１（ａ）に示すように、まず、基板１を用意する。次に、図１（ｂ）に示すように、有機金属気相成長法を用いて、Ｉｎ原料とＳｂ原料とを基板１上に供給し、この基板１上に第１の化合物半導体層１１を成長させる（第１の化合物半導体層成長工程）。
次に、第１の化合物半導体層１１の基板温度を４２０℃以上５２５℃以下に保持した状態で、第１の化合物半導体層１１上に、Ｉｎ原料とＳｂ原料に加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給する。そして、Ａｌ原料の供給量を連続的および／または段階的に増やした後で、第１の化合物半導体層１１上へのＩｎ原料とＳｂ原料およびＡｌ原料の各供給量を一定にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、第１の化合物半導体層１１上に第２の化合物半導体層２１として、ＡｌｘＩｎ１−ｘＳｂ層（０＜ｘ≦０．７）を形成する（第２の化合物半導体層成長工程）。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る化合物半導体基板の製造方法を工程順に示す断面模式図である。図１（ａ）に示すように、まず、基板１を用意する。次に、図１（ｂ）に示すように、有機金属気相成長法を用いて、Ｉｎ原料とＳｂ原料とを基板１上に供給し、この基板１上に第１の化合物半導体層１１を成長させる（第１の化合物半導体層成長工程）。
次に、第１の化合物半導体層１１の基板温度を４２０℃以上５２５℃以下に保持した状態で、第１の化合物半導体層１１上に、Ｉｎ原料とＳｂ原料に加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給する。そして、Ａｌ原料の供給量を連続的および／または段階的に増やした後で、第１の化合物半導体層１１上へのＩｎ原料とＳｂ原料およびＡｌ原料の各供給量を一定にする。これにより、図１（ｃ）に示すように、第１の化合物半導体層１１上に第２の化合物半導体層２１として、ＡｌｘＩｎ１−ｘＳｂ層（０＜ｘ≦０．７）を形成する（第２の化合物半導体層成長工程）。
図２は、本実施形態で用いるＭＯＣＶＤ装置の構成例を示す模式図である。図２に示すように、ＭＯＣＶＤ装置は、成長室５１と、成長室５１内に配置された加熱可能なステージ５２と、成長室５１内を排気する排気用配管５３および排気ポンプ５４と、成長室５１内に原料ガスを供給する供給ライン６０とを備える。供給ライン６０は、Ｉｎ原料を供給するためのＩｎ用配管６１と、Ｓｂ原料を供給するためのＳｂ用配管６２と、Ａｌ原料を供給するためのＡｌ用配管６３とを有し、成長室５１に到達するまで各原料を混合することなく供給することが可能となっている。
図３（ａ）〜（ｃ）は、Ａｌ原料の供給量の変化を模式的に示す図である。図３（ａ）〜（ｃ）において、横軸は時間を示し、縦軸はＡｌ原料の単位時間当たりの供給量を示す。
図３（ａ）はＡｌ原料の供給量を連続的に増やす場合を示している。Ａｌ原料の供給量を連続的に増やす場合は、その増加の割合は一定でもよいし、一定でなくてもよい。
図３（ｂ）はＡｌ原料の供給量を段階的に増やす場合を示している。Ａｌ原料の供給量を段階的に増やす場合は、図３（ｂ）に示すように１段階で増やしてもよいし、多段階で増やしてもよい。
図３（ｃ）はＡｌ原料の供給量を連続的および段階的に増やす場合を示している。
図３（ａ）はＡｌ原料の供給量を連続的に増やす場合を示している。Ａｌ原料の供給量を連続的に増やす場合は、その増加の割合は一定でもよいし、一定でなくてもよい。
図３（ｂ）はＡｌ原料の供給量を段階的に増やす場合を示している。Ａｌ原料の供給量を段階的に増やす場合は、図３（ｂ）に示すように１段階で増やしてもよいし、多段階で増やしてもよい。
図３（ｃ）はＡｌ原料の供給量を連続的および段階的に増やす場合を示している。
＜化合物半導体基板＞
本実施形態の化合物半導体基板は、基板と、基板上に形成された、ＩｎとＳｂを含みＡｌを含まない第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上に形成された、ＡｌとＩｎとＳｂを含む第２の化合物半導体層とを備える化合物半導体基板であって、第２の化合物半導体層に含まれる水素原子が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であり、第２の化合物半導体層に含まれる炭素原子が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であり、第２の化合物半導体層に含まれる窒素原子が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下である。
本実施形態の化合物半導体基板は、基板と、基板上に形成された、ＩｎとＳｂを含みＡｌを含まない第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上に形成された、ＡｌとＩｎとＳｂを含む第２の化合物半導体層とを備える化合物半導体基板であって、第２の化合物半導体層に含まれる水素原子が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であり、第２の化合物半導体層に含まれる炭素原子が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であり、第２の化合物半導体層に含まれる窒素原子が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下である。
従来は炭素原子の混入は不可避であり、それゆえに、ＡｌとＩｎとＳｂを含む第２の化合物半導体層中に含まれる原子の技術的意義は着目されていなかった。これに対し、本実施形態の化合物半導体基板は、第２の化合物半導体層に含まれる水素原子が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であり、炭素原子が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下であり、窒素原子が１×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１８ｃｍ−３以下とすることで、基板の白濁化を抑制しつつ、高移動度な化合物半導体基板を実現可能にする。
本実施形態の化合物半導体基板は、光デバイスへの応用適合性の観点から、第２の化合物半導体層の表面の平均二乗粗さＲｒｍｓが０．１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。
本実施形態の化合物半導体基板は、光デバイスへの応用適合性の観点から、第２の化合物半導体層のＩＩＩ族元素の総量に対するＡｌ組成比が０．１％以上７０％以下であり、
第２の化合物半導体層のＸ線回折によるωスキャンロッキングカーブ測定から算出される半値幅ＦＷＨＭが、下記の式（１）で算出される範囲であることが好ましい。
ａ×Ａｌ組成比［％］＋｛−９０×ｌｎ（ｔ）＋７３０｝［ａｒｃｓｅｃ］
≦ＦＷＨＭ［ａｒｃｓｅｃ］≦ａ×Ａｌ組成比［％］＋｛−９０×ｌｎ（ｔ）＋８３０｝［ａｒｃｓｅｃ］
（ａ＝２３．５［ａｒｃｓｅｃ／％］、ｔ＝第２の化合物半導体層膜厚（ｎｍ））
本実施形態の化合物半導体基板は、光デバイスへの応用適合性の観点から、第２の化合物半導体層のＩＩＩ族元素の総量に対するＡｌ組成比が０．１％以上７０％以下であり、
第２の化合物半導体層のＸ線回折によるωスキャンロッキングカーブ測定から算出される半値幅ＦＷＨＭが、下記の式（１）で算出される範囲であることが好ましい。
ａ×Ａｌ組成比［％］＋｛−９０×ｌｎ（ｔ）＋７３０｝［ａｒｃｓｅｃ］
≦ＦＷＨＭ［ａｒｃｓｅｃ］≦ａ×Ａｌ組成比［％］＋｛−９０×ｌｎ（ｔ）＋８３０｝［ａｒｃｓｅｃ］
（ａ＝２３．５［ａｒｃｓｅｃ／％］、ｔ＝第２の化合物半導体層膜厚（ｎｍ））
また、本実施形態の化合物半導体基板は、光デバイスへの応用適合性の観点から、第２の化合物半導体層のＩＩＩ族元素の総量に対するＡｌ組成比が２０％以上７０％以下であり、第２の化合物半導体層のＸ線回折によるωスキャンロッキングカーブ測定から算出される半値幅ＦＷＨＭが、下記式（２）を満たすことも好ましい。
ＦＷＨＭ［ａｒｃｓｅｃ］≦ａ×Ａｌ組成比［％］＋｛−９０×ｌｎ（ｔ）＋８３０｝［ａｒｃｓｅｃ］
（ａ＝２３．５［ａｒｃｓｅｃ／％］、ｔ＝第２の化合物半導体層膜厚（ｎｍ））
ＦＷＨＭ［ａｒｃｓｅｃ］≦ａ×Ａｌ組成比［％］＋｛−９０×ｌｎ（ｔ）＋８３０｝［ａｒｃｓｅｃ］
（ａ＝２３．５［ａｒｃｓｅｃ／％］、ｔ＝第２の化合物半導体層膜厚（ｎｍ））
本実施形態の化合物半導体基板において、第１の化合物半導体層は、基板上に形成され、ＩｎとＳｂを含みＡｌを含まない層である。具体的にはＩｎＳｂおよびＩｎＳｂとの混晶からなる層が挙げられる。また、ｎ型導電層とするために、Ｔｅ、Ｓｎ等の所望のドーパントを含んでいてもよく、ｐ型導電層とするために、Ｚｎ、Ｓｉ等の所望のドーパントを含んでいてもよい。
本実施形態の化合物半導体基板において、第２の化合物半導体層は、第１の化合物半導体層上に形成され、ＡｌとＩｎとＳｂを含む層である。具体的にはＡｌＩｎＳｂおよび、ＡｌＩｎＳｂとＧａおよびＡｓの混晶からなる層が挙げられる。また、ｎ型導電層とするために、Ｔｅ、Ｓｎ等の所望のドーパントを含んでいてもよく、ｐ型導電層とするために、Ｚｎ、Ｓｉ等の所望のドーパントを含んでいてもよい。
以下、本実施形態の化合物半導体基板およびその製造方法をより詳細に説明するために、具体的な実施例を参酌しながら説明する。
本実施形態の化合物半導体基板において、第２の化合物半導体層は、第１の化合物半導体層上に形成され、ＡｌとＩｎとＳｂを含む層である。具体的にはＡｌＩｎＳｂおよび、ＡｌＩｎＳｂとＧａおよびＡｓの混晶からなる層が挙げられる。また、ｎ型導電層とするために、Ｔｅ、Ｓｎ等の所望のドーパントを含んでいてもよく、ｐ型導電層とするために、Ｚｎ、Ｓｉ等の所望のドーパントを含んでいてもよい。
以下、本実施形態の化合物半導体基板およびその製造方法をより詳細に説明するために、具体的な実施例を参酌しながら説明する。
（実施例１）
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給し、Ｖ／ＩＩＩ比＝５．０の条件で第１の化合物半導体層としてＩｎＳｂ層を形成した。Ｖ／ＩＩＩ比は、ＩＩＩ族元素供給量に対するＶ族元素の供給量の比のことである。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給し、Ｖ／ＩＩＩ比＝５．０の条件で第１の化合物半導体層としてＩｎＳｂ層を形成した。Ｖ／ＩＩＩ比は、ＩＩＩ族元素供給量に対するＶ族元素の供給量の比のことである。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度５００℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給し、第２の化合物半導体層としてＡｌＩｎＳｂ層を形成した。このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、ＡｌとＩｎの原料比がＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．５０となるように、Ａｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。
１分間の成長の後に、ＡｌＩｎＳｂ層の各元素比率を決める所望の供給量であるＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７０まで、Ａｌ原料の供給量を増加させる。このときＶ／ＩＩＩ比＝５．０の条件で成膜を行った。通常、原料はＩＩＩ族、Ｖ族原料を族毎にそれぞれの配管で成長室まで供給するが、今回はＴＴＢＡｌのみをブロックバルブを経由することなく、成長室直前まで単独で供給を行った。すなわち、Ｓｂ原料は成長室に単独で供給し、Ａｌ原料とＩｎ原料は成長室直前までは単独で供給した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は１８％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は６２０ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が３×１０１８ｃｍ−３、炭素原子が９×１０１６ｃｍ−３、窒素原子が５×１０１７ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．３ｎｍであった。実施例１において得られた化合物半導体基板は、式（１）（２）を満たしていた。
（実施例２）
ＡｌＩｎＳｂ形成時のＡｌとＩｎの原料比をＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．６３とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は１％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は２０５ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が３×１０１６ｃｍ−３、炭素原子が１×１０１５ｃｍ−３、窒素原子が１×１０１７ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．１ｎｍであった。実施例２において得られた化合物半導体基板は、式（１）を満たしていた。
ＡｌＩｎＳｂ形成時のＡｌとＩｎの原料比をＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．６３とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は１％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は２０５ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が３×１０１６ｃｍ−３、炭素原子が１×１０１５ｃｍ−３、窒素原子が１×１０１７ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．１ｎｍであった。実施例２において得られた化合物半導体基板は、式（１）を満たしていた。
（実施例３）
ＡｌＩｎＳｂ形成時のＡｌとＩｎの原料比をＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７５とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は４０％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は１１２０ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が２×１０１８ｃｍ−３、炭素原子が４×１０１７ｃｍ−３、窒素原子が３×１０１７ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１．５ｎｍであった。実施例３において得られた化合物半導体基板は、式（１）（２）を満たしていた。
ＡｌＩｎＳｂ形成時のＡｌとＩｎの原料比をＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７５とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は４０％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は１１２０ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が２×１０１８ｃｍ−３、炭素原子が４×１０１７ｃｍ−３、窒素原子が３×１０１７ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１．５ｎｍであった。実施例３において得られた化合物半導体基板は、式（１）（２）を満たしていた。
（実施例４）
ＡｌＩｎＳｂ形成時のＡｌとＩｎの原料比をＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．９０とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は７０％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は１８００ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が２×１０１９ｃｍ−３、炭素原子が５×１０１８ｃｍ−３、窒素原子が３×１０１８ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは３．０ｎｍであった。実施例４において得られた化合物半導体基板は、式（１）（２）を満たしていた。
ＡｌＩｎＳｂ形成時のＡｌとＩｎの原料比をＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．９０とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は７０％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は１８００ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が２×１０１９ｃｍ−３、炭素原子が５×１０１８ｃｍ−３、窒素原子が３×１０１８ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは３．０ｎｍであった。実施例４において得られた化合物半導体基板は、式（１）（２）を満たしていた。
（実施例５）
ＡｌＩｎＳｂ形成時の基板温度を４２０℃とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は３％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は２３０ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が２×１０１７ｃｍ−３、炭素原子が５×１０１６ｃｍ−３、窒素原子が２×１０１７ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．２ｎｍであった。実施例５において得られた化合物半導体基板は、式（１）を満たしていた。
ＡｌＩｎＳｂ形成時の基板温度を４２０℃とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は３％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は２３０ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が２×１０１７ｃｍ−３、炭素原子が５×１０１６ｃｍ−３、窒素原子が２×１０１７ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．２ｎｍであった。実施例５において得られた化合物半導体基板は、式（１）を満たしていた。
（実施例６）
ＡｌＩｎＳｂ形成時の基板温度を５２５℃とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は２５％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は７２０ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が３×１０１８ｃｍ−３、炭素原子が９×１０１６ｃｍ−３、窒素原子が８×１０１７ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．４ｎｍであった。実施例６において得られた化合物半導体基板は、式（１）（２）を満たしていた。
ＡｌＩｎＳｂ形成時の基板温度を５２５℃とした以外は、実施例１と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は２５％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は７２０ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が３×１０１８ｃｍ−３、炭素原子が９×１０１６ｃｍ−３、窒素原子が８×１０１７ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．４ｎｍであった。実施例６において得られた化合物半導体基板は、式（１）（２）を満たしていた。
（実施例７）
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給して、第１の化合物半導体層としてＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度５００℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）を供給して、第２の化合物半導体層としてＡｌＩｎＳｂ層を形成した。このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、ＡｌとＩｎの原料比がＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．５０となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。１分間の成長の後に、ＡｌＩｎＳｂ層の各元素比率を決める所望の供給量であるＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７０まで供給量を増加させた。
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給して、第１の化合物半導体層としてＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度５００℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）を供給して、第２の化合物半導体層としてＡｌＩｎＳｂ層を形成した。このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、ＡｌとＩｎの原料比がＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．５０となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。１分間の成長の後に、ＡｌＩｎＳｂ層の各元素比率を決める所望の供給量であるＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７０まで供給量を増加させた。
通常、原料はＩＩＩ族、Ｖ族原料を族毎にそれぞれの配管で成長室まで供給するが、今回はＴＴＢＡｌのみをブロックバルブを経由することなく、成長室直前まで単独で供給を行った。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は１０％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は４００ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が１×１０１９ｃｍ−３、炭素原子が３×１０１８ｃｍ−３、窒素原子が１×１０１５ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．３ｎｍであった。実施例７において得られた化合物半導体基板は、式（１）を満たしていた。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は１０％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は４００ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子が１×１０１９ｃｍ−３、炭素原子が３×１０１８ｃｍ−３、窒素原子が１×１０１５ｃｍ−３であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．３ｎｍであった。実施例７において得られた化合物半導体基板は、式（１）を満たしていた。
（比較例１）
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給して、ＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度５００℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給してＡｌＩｎＳｂ層を形成した。このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７０となるようなＡｌとＩｎの原料比で、ＡｌＩｎＳｂ層を形成した。
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給して、ＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度５００℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給してＡｌＩｎＳｂ層を形成した。このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７０となるようなＡｌとＩｎの原料比で、ＡｌＩｎＳｂ層を形成した。
通常、原料はＩＩＩ族、Ｖ族原料を族毎にそれぞれの配管で成長室まで供給するが、今回はＴＴＢＡｌのみをブロックバルブを経由することなく、成長室直前まで単独で供給を行った。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、外観は白濁しており、ＸＲＤ測定からＡｌＩｎＳｂのピークを分離すること、ωスキャンロッキングカーブから半値幅を算出することは困難であった。また、この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面は凹凸が大きいことから、正確な膜厚およびＳＩＭＳ測定を行うことが困難であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１５．０ｎｍであった。
（比較例２）
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いて、ＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度５３５℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給してＡｌＩｎＳｂ層を形成した。このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．５０となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。１分間の成長の後に、所望の原料比であるＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７０まで、Ａｌの供給量を増加させた。このときＶ／ＩＩＩ比＝５．０の条件で成膜を行った。
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いて、ＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度５３５℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給してＡｌＩｎＳｂ層を形成した。このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．５０となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。１分間の成長の後に、所望の原料比であるＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７０まで、Ａｌの供給量を増加させた。このときＶ／ＩＩＩ比＝５．０の条件で成膜を行った。
通常、原料はＩＩＩ族、Ｖ族原料を族毎にそれぞれの配管で成長室まで供給するが、今回はＴＴＢＡｌのみをブロックバルブを経由することなく、成長室直前まで単独で供給を行った。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、外観は白濁しており、ＸＲＤ測定からＡｌＩｎＳｂのピークを分離すること、ωスキャンロッキングカーブから半値幅を算出することは困難であった。また、この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面は凹凸が大きいことから、正確な膜厚およびＳＩＭＳ測定を行うことが困難であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１３．５ｎｍであった。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、外観は白濁しており、ＸＲＤ測定からＡｌＩｎＳｂのピークを分離すること、ωスキャンロッキングカーブから半値幅を算出することは困難であった。また、この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面は凹凸が大きいことから、正確な膜厚およびＳＩＭＳ測定を行うことが困難であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１３．５ｎｍであった。
（比較例３）
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いて、ＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度４００℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給してＡｌＩｎＳｂ層を形成した。このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．５０となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。１分間の成長の後に、所望の原料比であるＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７０まで供給量を増加させる。このときＶ／ＩＩＩ比＝５．０の条件で成膜を行った。
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いて、ＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度４００℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給してＡｌＩｎＳｂ層を形成した。このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．５０となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。１分間の成長の後に、所望の原料比であるＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．７０まで供給量を増加させる。このときＶ／ＩＩＩ比＝５．０の条件で成膜を行った。
通常、原料はＩＩＩ族、Ｖ族原料を族毎にそれぞれの配管で成長室まで供給するが、今回はＴＴＢＡｌのみをブロックバルブを経由することなく、成長室直前まで単独で供給を行った。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、外観は白濁しており、ＸＲＤ測定からＡｌＩｎＳｂのピークを分離すること、ωスキャンロッキングカーブから半値幅を算出することは困難であった。また、この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面は凹凸が大きいことから、正確な膜厚およびＳＩＭＳ測定を行うことが困難であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１０．５ｎｍであった。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、外観は白濁しており、ＸＲＤ測定からＡｌＩｎＳｂのピークを分離すること、ωスキャンロッキングカーブから半値幅を算出することは困難であった。また、この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面は凹凸が大きいことから、正確な膜厚およびＳＩＭＳ測定を行うことが困難であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１０．５ｎｍであった。
（比較例４）
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いて、ＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度５００℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給してＡｌＩｎＳｂ層を形成した。
このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．５０となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。１分間の成長の後に、所望の原料比であるＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．９２までＡｌ原料の供給量を増加させる。このときＶ／ＩＩＩ比＝５．０の条件で成膜を行った。
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３４０℃においてＩｎＳｂの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いて、ＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。
このＩｎＳｂ層上に、基板温度５００℃においてＡｌＩｎＳｂの原料として、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を供給してＡｌＩｎＳｂ層を形成した。
このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．５０となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。１分間の成長の後に、所望の原料比であるＡｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．９２までＡｌ原料の供給量を増加させる。このときＶ／ＩＩＩ比＝５．０の条件で成膜を行った。
通常、原料はＩＩＩ族、Ｖ族原料を族毎にそれぞれの配管で成長室まで供給するが、今回はＴＴＢＡｌのみをブロックバルブを経由することなく、成長室直前まで単独で供給を行った。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、外観は白濁しており、ＸＲＤ測定からＡｌＩｎＳｂのピークを分離すること、ωスキャンロッキングカーブから半値幅を算出することは困難であったためＸＲＦによるＡｌ組成測定を行ったところ、Ａｌ組成が７５％であることを算出した。また、この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面は凹凸が大きいことから、正確な膜厚およびＳＩＭＳ測定を行うことが困難であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１２．５ｎｍであった。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、外観は白濁しており、ＸＲＤ測定からＡｌＩｎＳｂのピークを分離すること、ωスキャンロッキングカーブから半値幅を算出することは困難であったためＸＲＦによるＡｌ組成測定を行ったところ、Ａｌ組成が７５％であることを算出した。また、この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面は凹凸が大きいことから、正確な膜厚およびＳＩＭＳ測定を行うことが困難であった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１２．５ｎｍであった。
（比較例５）
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３５０℃においてＶ／ＩＩＩ比＝４．０の条件で第１の化合物半導体層としてＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＢＥ装置を用いた。このＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このＩｎＳｂ層上に、基板温度３５０℃においてＡｌＩｎＳｂ層を形成した。
このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＢＥ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．０８となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。このときＶ／ＩＩＩ比＝４．０の条件で成膜を行った。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。
閃亜鉛鉱型である半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍである。この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、基板温度３５０℃においてＶ／ＩＩＩ比＝４．０の条件で第１の化合物半導体層としてＩｎＳｂ層を形成した。このＩｎＳｂ層の形成には、ＭＢＥ装置を用いた。このＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。このＩｎＳｂ層上に、基板温度３５０℃においてＡｌＩｎＳｂ層を形成した。
このＡｌＩｎＳｂ層の形成には、ＭＢＥ装置を用いた。このＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．０８となるようなＡｌ原料をＩｎ原料とＳｂ原料と共に供給した。このときＶ／ＩＩＩ比＝４．０の条件で成膜を行った。このＡｌＩｎＳｂ層の膜厚は７００ｎｍであった。
このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は８％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は４７５ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子、炭素原子、窒素原子がそれぞれ１×１０１５未満であることを確認した。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは０．１ｎｍであった。比較例５において得られた化合物半導体基板は、式（１）を満たしていなかった。
（比較例６）
ＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．２５となるようなＡｌ原料量に変更した以外は比較例５と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は２５％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は１４００ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子、炭素原子、窒素原子がそれぞれ１×１０１５未満であることを確認した。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１．０ｎｍであった。比較例６において得られた化合物半導体基板は、式（１）（２）を満たしていなかった。
（結果）
上記実施例１〜７および比較例１〜６の製造方法の条件および得られた化合物半導体基板の測定結果を表１に示す。
ＡｌＩｎＳｂ層を成長させる際に、Ａｌ／（Ａｌ＋Ｉｎ）＝０．２５となるようなＡｌ原料量に変更した以外は比較例５と同様の方法で化合物半導体基板を製造した。このようにして形成された試料（ＡｌＩｎＳｂ層）について、ＸＲＤ測定を用いてＡｌ組成を調査したところ、Ａｌ組成は２５％であり、ωスキャンロッキングカーブから算出される半値幅は１４００ａｒｃｓｅｃであった。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）についてＳＩＭＳ測定を行ったところ、水素原子、炭素原子、窒素原子がそれぞれ１×１０１５未満であることを確認した。この試料（ＡｌＩｎＳｂ層）の表面についてＡＦＭ測定を行ったところ、平均二乗粗さは１．０ｎｍであった。比較例６において得られた化合物半導体基板は、式（１）（２）を満たしていなかった。
（結果）
上記実施例１〜７および比較例１〜６の製造方法の条件および得られた化合物半導体基板の測定結果を表１に示す。
上述した実施例・比較例および表１より、例えば以下のことが理解される。
（１）実施例１〜７は、表面温度４２０℃以上５２５℃以下において、Ｉｎ原料とＳｂ原料に加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給し、Ａｌ原料の供給量を増やした後でＩｎ原料とＳｂ原料とＡｌ原料の各供給量を一定にすることによりＡｌＩｎＳｂ層を形成した。実施例１〜７によれば、Ａｌ原料を常に一定に供給した比較例１や、表面温度５３５℃とした比較例２、表面温度を４００℃とした比較例３と比較して、良好な結晶性を示し、かつ表面平坦性に優れたＡｌＩｎＳｂ層を含む化合物半導体基板が得られた。
（２）ＭＯＣＶＤを用いた実施例１〜７（特に実施例３，４，６）によれば、従来方法のＭＢＥでは良好な結晶性を保つのが困難であったＡｌ組成比が２０％以上のＡｌＩｎＳｂ層（比較例６）と比較して、良好な結晶性のＡｌＩｎＳｂ層を含む化合物半導体基板が得られた。
（１）実施例１〜７は、表面温度４２０℃以上５２５℃以下において、Ｉｎ原料とＳｂ原料に加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながらＡｌ原料を供給し、Ａｌ原料の供給量を増やした後でＩｎ原料とＳｂ原料とＡｌ原料の各供給量を一定にすることによりＡｌＩｎＳｂ層を形成した。実施例１〜７によれば、Ａｌ原料を常に一定に供給した比較例１や、表面温度５３５℃とした比較例２、表面温度を４００℃とした比較例３と比較して、良好な結晶性を示し、かつ表面平坦性に優れたＡｌＩｎＳｂ層を含む化合物半導体基板が得られた。
（２）ＭＯＣＶＤを用いた実施例１〜７（特に実施例３，４，６）によれば、従来方法のＭＢＥでは良好な結晶性を保つのが困難であったＡｌ組成比が２０％以上のＡｌＩｎＳｂ層（比較例６）と比較して、良好な結晶性のＡｌＩｎＳｂ層を含む化合物半導体基板が得られた。
本発明は、磁気センサ、高速デバイス、ＩＲセンサなどのデバイス等に応用される化合物半導体基板の製造方法および化合物半導体基板として好適である。
１ 基板
１１ 第１化合物半導体層
２１ 第２化合物半導体層
５１ 成長室
５２ ステージ
５３ 排気用配管
５４ 排気ポンプ
６０ 供給ライン
６１ Ｉｎ用配管
６２ Ｓｂ用配管
６３ Ａｌ用配管
１１ 第１化合物半導体層
２１ 第２化合物半導体層
５１ 成長室
５２ ステージ
５３ 排気用配管
５４ 排気ポンプ
６０ 供給ライン
６１ Ｉｎ用配管
６２ Ｓｂ用配管
６３ Ａｌ用配管
Claims (3)
- 有機金属気相成長法を用いて、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）および／またはトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）であるＩｎ原料と、トリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）であるＳｂ原料と、を基板上に供給し、該基板上に第１の化合物半導体層を成長させる工程と、
前記第１の化合物半導体層の基板温度を４２０℃以上５２５℃以下に保持した状態で、前記第１の化合物半導体層上に、前記Ｉｎ原料と前記Ｓｂ原料に加えて、供給量を連続的および／または段階的に増やしながら、トリターシャリーブチルアルミニウム（ＴＴＢＡｌ）であるＡｌ原料を供給し、前記Ａｌ原料の供給量を増やした後で前記Ｉｎ原料と前記Ｓｂ原料および前記Ａｌ原料の各供給量を一定にすることにより、前記第１の化合物半導体層上にＡｌXＩｎ1-XＳｂ層（０＜ｘ≦０．７）を形成する工程と、
を備える化合物半導体基板の製造方法。 - 前記基板が配置される成長室への前記Ｉｎ原料、前記Ｓｂ原料および前記Ａｌ原料の各供給を、それぞれ独立した供給ラインにて行う請求項１記載の化合物半導体基板の製造方法。
- 前記基板は、電気抵抗率が１×１０5Ωｃｍ以上のＧａＡｓ基板である請求項１または請求項２に記載の化合物半導体基板の製造方法。
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