JPH0198215A - 化合物半導体エピタキシヤル基板 - Google Patents
化合物半導体エピタキシヤル基板Info
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- JPH0198215A JPH0198215A JP25477187A JP25477187A JPH0198215A JP H0198215 A JPH0198215 A JP H0198215A JP 25477187 A JP25477187 A JP 25477187A JP 25477187 A JP25477187 A JP 25477187A JP H0198215 A JPH0198215 A JP H0198215A
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Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は化合物半導体エピタキシャル基板に関し、特に
、エビタキシャ／Ｌ／層の層厚を測定するために、量子
井戸構造を付設した化合物半導体エピタキシャル基板に
関する。
、エビタキシャ／Ｌ／層の層厚を測定するために、量子
井戸構造を付設した化合物半導体エピタキシャル基板に
関する。
従来、基板上のエピタキシャル層厚を保証するために次
の２つの方法が採られていた。１つの方法は多数の基板
に対して同時にエピタキシャル成長を行ない、その中の
１枚を破壊して断面を観察することにより、エピタキシ
ャル層の厚さを測定し、他の基板上のエピタキシャル層
の厚さとするものである。もう１つの方法は、エピタキ
シャル成長を行なった１枚のウェハから一部試験片を切
り取シ破壊してエピタキシャル１−の厚さを測定し、残
部の層厚とするものである。
の２つの方法が採られていた。１つの方法は多数の基板
に対して同時にエピタキシャル成長を行ない、その中の
１枚を破壊して断面を観察することにより、エピタキシ
ャル層の厚さを測定し、他の基板上のエピタキシャル層
の厚さとするものである。もう１つの方法は、エピタキ
シャル成長を行なった１枚のウェハから一部試験片を切
り取シ破壊してエピタキシャル１−の厚さを測定し、残
部の層厚とするものである。
なお、上記破壊検査は、ヘキ開断面を適当な選択エツチ
ング液で軽くエツチングすると、組成やキャリア濃度の
違いでエツチング速度が異なるために基板上の各層の界
面に段差が出来、その段差を走査電子顕微＠（８ＥＭ）
で観察するＳＥＭ法で実施することができや。
ング液で軽くエツチングすると、組成やキャリア濃度の
違いでエツチング速度が異なるために基板上の各層の界
面に段差が出来、その段差を走査電子顕微＠（８ＥＭ）
で観察するＳＥＭ法で実施することができや。
一般に、エピタキシャル成長速度は成長毎に、また、１
枚の基板面内で変動するため、エビタキシャ／Ｉ／層の
厚さも変化する。実際に、成長毎に約１０％程度は変動
する。
枚の基板面内で変動するため、エビタキシャ／Ｉ／層の
厚さも変化する。実際に、成長毎に約１０％程度は変動
する。
上記の破壊検査法では、出荷されるエピタキシャル基板
自体を検査することができないので、信頼性に問題があ
った。
自体を検査することができないので、信頼性に問題があ
った。
特に、しゃ断層波数の高いＦＲＴやヘテロバッファＦＥ
Ｔ、もしくはＨＥ）ＪＴにおいては活性層となるエピタ
キシャル層の厚さによって特性が大きく変動するため、
従来のように同一条件で成長したエビタキシャ／Ｌ／層
の厚さで測定値を代用すると、基板毎のパワツキによっ
て素子特性が大きく変動し、歩留りが低下するという問
題があった。また、ウニ八面内でのエピタキシャル層の
厚さの不均一性が歩留シを低下する要因となるが、従来
の破壊検査法では面内の均一性を測定することができな
いという問題があった。さらに、破壊検査を受けた部分
は出荷できず、歩留りを低下させていた。
Ｔ、もしくはＨＥ）ＪＴにおいては活性層となるエピタ
キシャル層の厚さによって特性が大きく変動するため、
従来のように同一条件で成長したエビタキシャ／Ｌ／層
の厚さで測定値を代用すると、基板毎のパワツキによっ
て素子特性が大きく変動し、歩留りが低下するという問
題があった。また、ウニ八面内でのエピタキシャル層の
厚さの不均一性が歩留シを低下する要因となるが、従来
の破壊検査法では面内の均一性を測定することができな
いという問題があった。さらに、破壊検査を受けた部分
は出荷できず、歩留りを低下させていた。
本発明は上記問題点を解消し、エピタキシャル層の厚さ
及び面内の厚さ分布を非破壊で短時間に測定可能とし、
かつ、全数検査を可能とした信頼性の高い化合物半導体
エピタキシャル基板を提供しようとする本のである。
及び面内の厚さ分布を非破壊で短時間に測定可能とし、
かつ、全数検査を可能とした信頼性の高い化合物半導体
エピタキシャル基板を提供しようとする本のである。
本発明は、基、板上に単層もしくは多層の化合物半導体
エビタキシャｆｉ／層を有する基板において、該層上に
３１３０−１０００Åの２つのバリアーの間に、上記エ
ピタキシャル層の成長速度に比例する成長速度を有する
井戸層を１０〜３００λの厚さで介在させた量子井戸構
造を有することを特徴とする化合物半導体エピタキシャ
ル基板である。
エビタキシャｆｉ／層を有する基板において、該層上に
３１３０−１０００Åの２つのバリアーの間に、上記エ
ピタキシャル層の成長速度に比例する成長速度を有する
井戸層を１０〜３００λの厚さで介在させた量子井戸構
造を有することを特徴とする化合物半導体エピタキシャ
ル基板である。
第１図は本発明の一具体例であって、１はＧａＡｓ基板
、２はＡｌＧａＡｓバッファ層、３はＧａＡｓ活性層、
４はＡｔＧａＡ８３９１層、５はＧａＡｓ井戸層、６は
ＡｌＧａＡｓ３１１層であって、４．５．６が量子井戸
を形成する。
、２はＡｌＧａＡｓバッファ層、３はＧａＡｓ活性層、
４はＡｔＧａＡ８３９１層、５はＧａＡｓ井戸層、６は
ＡｌＧａＡｓ３１１層であって、４．５．６が量子井戸
を形成する。
上記エピタキシャル基板は、ＯＭＶＰＥ法、ＭＢＥ法等
により形成することができる。
により形成することができる。
量子井戸構造の井戸層の選択はエピタキシャル層の成長
速度に比例する成長速度を有する物質を選択すればよい
。例えば、Ｃ）ａＡｓ 、 ＡｌＧａＡｓ等のエピタキ
シャル層を有する基板については、ＧａＡｓ井戸層を、
ＩｎＧａＡｓエビタキシャＩｖ層を有する基板について
はＩｎＧａＡｓ井戸層を有する量子井戸構造を設ければ
よい。
速度に比例する成長速度を有する物質を選択すればよい
。例えば、Ｃ）ａＡｓ 、 ＡｌＧａＡｓ等のエピタキ
シャル層を有する基板については、ＧａＡｓ井戸層を、
ＩｎＧａＡｓエビタキシャＩｖ層を有する基板について
はＩｎＧａＡｓ井戸層を有する量子井戸構造を設ければ
よい。
井戸層は量子効果により井戸層の厚さ（井戸ｌりに対応
して発光波長がシフ）を始めるのは厚さ約３０ＯＡから
であり、それ以上では波長の変化が小さく感度が悪くな
る。また、厚さ−の下限は分子一部分に相当する約５大
であるが、体積が小さくなるので発光が弱くなり測定が
難しくなろう従って、１０Ａ以上の厚さは必要である。
して発光波長がシフ）を始めるのは厚さ約３０ＯＡから
であり、それ以上では波長の変化が小さく感度が悪くな
る。また、厚さ−の下限は分子一部分に相当する約５大
であるが、体積が小さくなるので発光が弱くなり測定が
難しくなろう従って、１０Ａ以上の厚さは必要である。
好ましい範囲は５０〜１００Ａである。
バリア層は薄いと量子井戸が形成されず井戸層の厚さに
対応した発光が出て来ない。また、逆に早すぎると光量
が減少して測定しＫ＜くなるとともに、素子作成上障害
となるので、パリリア層の厚さは３００〜１０００＾程
度がよい。
対応した発光が出て来ない。また、逆に早すぎると光量
が減少して測定しＫ＜くなるとともに、素子作成上障害
となるので、パリリア層の厚さは３００〜１０００＾程
度がよい。
なお、基板の材料はＧａＡｓ、 Ｓｉ等を用いることが
できる。
できる。
本発明は、エビタキシャｙｖ ＩＪの厚さを正確に非破
壊で検知するために該エピタキシャル層の上に量子井戸
構造を付設するものである。
壊で検知するために該エピタキシャル層の上に量子井戸
構造を付設するものである。
）、記のように構成された量子井戸構造では、井戸層の
厚さによって電子のとりうるエネルギー準位が量子化さ
れるため、フォトルミネッセンスの波長が、通常のバル
ク（厚さ１０００λ以上）より短波長側ヘシフトする。
厚さによって電子のとりうるエネルギー準位が量子化さ
れるため、フォトルミネッセンスの波長が、通常のバル
ク（厚さ１０００λ以上）より短波長側ヘシフトする。
そのシフト量は、井戸層の厚さによって大きく変動する
。
。
第２図に、Ａｔ（１３Ｇａ（Ｌ７ Ａｓのバリア層３０
０Ａの場合のＧａＡｓ井戸層の厚さと、フォトルミネッ
センス波長の関係を示す。なお、フォトルミネッセンス
の測定温度は７７Ｋ（−１９６℃）です。第２図かられ
かるように、井戸層が５Ａ変化すると、波長は２０Ａ程
度変化する。ＧａＡｓでは５Ａは一分子層の厚さであυ
、フォトルミネッセンスの分解能は通常１＾程度である
から、この方法では、１分子層程度の厚さの違いを容易
に測定できる。
０Ａの場合のＧａＡｓ井戸層の厚さと、フォトルミネッ
センス波長の関係を示す。なお、フォトルミネッセンス
の測定温度は７７Ｋ（−１９６℃）です。第２図かられ
かるように、井戸層が５Ａ変化すると、波長は２０Ａ程
度変化する。ＧａＡｓでは５Ａは一分子層の厚さであυ
、フォトルミネッセンスの分解能は通常１＾程度である
から、この方法では、１分子層程度の厚さの違いを容易
に測定できる。
フォトルミネッセンス測定法（ＰＬ法）は基板表面にエ
ネルギーの大きな（波長の短い）レーザを照射するとＧ
ａＡｓ井戸幅（井戸層の厚さ）Ｋ対応した波長の光（フ
ォ）Ａ／ミネッセンヌ光）が出てくる。井戸層のエネル
ギーギャップはバリア層のそれより小さい（波長が長い
）ので、井戸層からの発光はバリア層で吸収されずに表
面に出てくる。即ち、この発光に対してバリア層は透明
になっている。この発光の波長は井戸幅に対応している
ので分光器で波長を測定することにより井戸幅を検知す
ることができる。この測定は１点について数分で済むの
で、測定場所を変えて容易に基板全域を測定するととが
でき、面内のエビタキシャ／Ｌ／層の厚さ分布も短時間
で測定することができる。
ネルギーの大きな（波長の短い）レーザを照射するとＧ
ａＡｓ井戸幅（井戸層の厚さ）Ｋ対応した波長の光（フ
ォ）Ａ／ミネッセンヌ光）が出てくる。井戸層のエネル
ギーギャップはバリア層のそれより小さい（波長が長い
）ので、井戸層からの発光はバリア層で吸収されずに表
面に出てくる。即ち、この発光に対してバリア層は透明
になっている。この発光の波長は井戸幅に対応している
ので分光器で波長を測定することにより井戸幅を検知す
ることができる。この測定は１点について数分で済むの
で、測定場所を変えて容易に基板全域を測定するととが
でき、面内のエビタキシャ／Ｌ／層の厚さ分布も短時間
で測定することができる。
なお、上記の化合物半導体エピタキシャル基板は、その
上にグパイ７を形成するので、量子井戸構造がデバイス
・プロセスの障害とならないことが必要である。しかし
、量子井戸構造の厚さは全体で２３００Ａ以下であるた
め、オーミック電極を形成するときに量子井戸構造を貫
通し、ｗ、極材料がエピタキシャル層と合金化する。ま
た電極用のＶシストマスク形成後、該量子井戸構造をエ
ツチングによ２て除去した後、電極を蒸着しても良い。
上にグパイ７を形成するので、量子井戸構造がデバイス
・プロセスの障害とならないことが必要である。しかし
、量子井戸構造の厚さは全体で２３００Ａ以下であるた
め、オーミック電極を形成するときに量子井戸構造を貫
通し、ｗ、極材料がエピタキシャル層と合金化する。ま
た電極用のＶシストマスク形成後、該量子井戸構造をエ
ツチングによ２て除去した後、電極を蒸着しても良い。
また、ＦＥＴやＨＥＭＴのようにゲート電極下を予めエ
ツチングによ１）リセスする場合には該量子井戸構造の
エツチング速度を求めておけば正確にエツチングにより
除去することが可能となる。いずれの場合にも該量子井
戸構造を付加したことで素子作成の工程は大きな変更を
必要とせず、従来の工程をそのまま用いることができる
。
ツチングによ１）リセスする場合には該量子井戸構造の
エツチング速度を求めておけば正確にエツチングにより
除去することが可能となる。いずれの場合にも該量子井
戸構造を付加したことで素子作成の工程は大きな変更を
必要とせず、従来の工程をそのまま用いることができる
。
このように、本発明はデバイス形成上障害とならない量
子井戸構造を化合物半導体エピタキシャル基板に付設す
ることにより、エピタキシャル層の厚さを正確に非破壊
で検査を可能としたものであり、この付設のだめの費用
と時間はエピタキシャル基板全体と比較して無視できる
程度のものである。
子井戸構造を化合物半導体エピタキシャル基板に付設す
ることにより、エピタキシャル層の厚さを正確に非破壊
で検査を可能としたものであり、この付設のだめの費用
と時間はエピタキシャル基板全体と比較して無視できる
程度のものである。
第１図に示した構造を有するエピタキシャル基板をＯＭ
ＶＰＥ法によシ作成した。混晶比Ｘ＝１３であるＡｊＸ
Ｇ＆、−ｘＡｓ Ｆ３を直径５０ｍ＋のＧａＡｓ基板上
に成長させた。予備成長から求めた成長速度をもとに、
基板側よりＡｌＧａＡｓ層５ｐｍ 、 ＧａＡｓ層９
ｐｍ 、 ＡｌＧａＡｓ３９７層３００Ａ ＧａＡ
ｓ井戸層９０ Ａ ＡｌＧａＡｓ層３００λとなるよ
う各層の成長時間を設定した。成長後の基板をＰＬ測定
法により測定した結果を第５図に示す。基板中心部での
ＰＬ波長から見積ったＧａＡｓ井戸幅は８４Ａとなる。
ＶＰＥ法によシ作成した。混晶比Ｘ＝１３であるＡｊＸ
Ｇ＆、−ｘＡｓ Ｆ３を直径５０ｍ＋のＧａＡｓ基板上
に成長させた。予備成長から求めた成長速度をもとに、
基板側よりＡｌＧａＡｓ層５ｐｍ 、 ＧａＡｓ層９
ｐｍ 、 ＡｌＧａＡｓ３９７層３００Ａ ＧａＡ
ｓ井戸層９０ Ａ ＡｌＧａＡｓ層３００λとなるよ
う各層の成長時間を設定した。成長後の基板をＰＬ測定
法により測定した結果を第５図に示す。基板中心部での
ＰＬ波長から見積ったＧａＡｓ井戸幅は８４Ａとなる。
、ＧａＡｓＭの成長時間は井戸層の１０００倍にしであ
るため、ＧａＡｓ層は１４２ｍであると見積られ、実際
に一基板をヘキ開し、ＳＥＭ測定した結果は＆４±α１
μｍでありよく一致した。直径３０ｍ内での他の点でも
、ＰＬ波長からの見積り値とＳＥＭ実測値は一致した。
るため、ＧａＡｓ層は１４２ｍであると見積られ、実際
に一基板をヘキ開し、ＳＥＭ測定した結果は＆４±α１
μｍでありよく一致した。直径３０ｍ内での他の点でも
、ＰＬ波長からの見積り値とＳＥＭ実測値は一致した。
本発明は、エビタキシャＩｖ層の上に量子井戸構造を形
成することにより、フォトルミネッセンス測定により非
破壊でエビタキシャ／ｌ／層の厚さを測定することがで
き、また、短時間のうちに厚さの基板面内での分布を知
ることができる。
成することにより、フォトルミネッセンス測定により非
破壊でエビタキシャ／ｌ／層の厚さを測定することがで
き、また、短時間のうちに厚さの基板面内での分布を知
ることができる。
そのため、ＦＥＴやＨＥＭＴなどの活性層の厚さが素子
特性を大きく変動させる素子を作成する際に、基板毎に
非破壊で厚さを測定することにより適正なエツチング時
間を決定することができ、素子の歩留を向上させること
ができる。
特性を大きく変動させる素子を作成する際に、基板毎に
非破壊で厚さを測定することにより適正なエツチング時
間を決定することができ、素子の歩留を向上させること
ができる。
プた、面内分布から、素子特性が設計許容範囲内になる
最適のエツチング時間を見積ることができ、歩留の向上
に効果的である。
最適のエツチング時間を見積ることができ、歩留の向上
に効果的である。
第１図は本発明の一例である化合物半導体エピタキシャ
ル基板の構造図、第２図は量子井戸層の厚さに対するＰ
Ｌ波長の理論値を示すグラフ、第５図は第１図に示した
構造を持つ実施例のエピタキシャル基板からのＰＬピー
クの面内分布図である。
ル基板の構造図、第２図は量子井戸層の厚さに対するＰ
Ｌ波長の理論値を示すグラフ、第５図は第１図に示した
構造を持つ実施例のエピタキシャル基板からのＰＬピー
クの面内分布図である。
Claims (7)
- （１）基板上に単層もしくは多層の化合物半導体エピタ
キシャル層を有する基板において、該層上に３００−１
０００Åの２つのバリア層の間に、上記エピタキシャル
層の成長速度に比例する成長速度を有する井戸層を１０
〜３００Åの厚さで介在させた量子井戸構造を有するこ
とを特徴とする化合物半導体エピタキシャル基板。 - （２）ＡｌＧａＡｓバリア層とＧａＡｓ井戸層で構成さ
れた量子井戸構造を有することを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の化合物半導体エピタキシャル基板。 - （３）ＧａＡｓおよび、またはＡｌＧａＡｓのエピタキ
シャル層を有することを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の化合物半導体エピタキシャル基板。 - （４）Ｓｉ基板を用いたことを特徴とする特許請求の範
囲第５項記載の化合物半導体エピタキシャル基板。 - （５）ＩｎＰバリア層とＩｎＧａＡｓ井戸層で構成され
た量子井戸構造を有することを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の化合物半導体エピタキシャル基板。 - （６）ＩｎＧａＡｓエピタキシャル層を有することを特
徴とする特許請求の範囲第５項記載の化合物半導体エピ
タキシャル基板。 - （７）エピタキシャル層及び量子井戸構造の各層を同一
成長条件の下でＯＭＶＰＥ法またはＭＢＥ法で形成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第６項の中の
いずれか１項に記載の化合物半導体エピタキシャル基板
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25477187A JPH0198215A (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 化合物半導体エピタキシヤル基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25477187A JPH0198215A (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 化合物半導体エピタキシヤル基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0198215A true JPH0198215A (ja) | 1989-04-17 |
Family
ID=17269656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25477187A Pending JPH0198215A (ja) | 1987-10-12 | 1987-10-12 | 化合物半導体エピタキシヤル基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0198215A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5441913A (en) * | 1993-06-28 | 1995-08-15 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Process of making a semiconductor epitaxial substrate |
-
1987
- 1987-10-12 JP JP25477187A patent/JPH0198215A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5441913A (en) * | 1993-06-28 | 1995-08-15 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Process of making a semiconductor epitaxial substrate |
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