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)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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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