JPH02288223A - 化合物半導体のエピタキシャル成長方法 - Google Patents

化合物半導体のエピタキシャル成長方法

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JPH02288223A
JPH02288223A JP11002389A JP11002389A JPH02288223A JP H02288223 A JPH02288223 A JP H02288223A JP 11002389 A JP11002389 A JP 11002389A JP 11002389 A JP11002389 A JP 11002389A JP H02288223 A JPH02288223 A JP H02288223A
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gaas
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操 高草木
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体ウェーハ」二へのエピタキシャル成長
技術、更にはMBE(分子線エピタキシー)法によるエ
ピタキシャル成長技術に関し、例えばGaAsウェーハ
上にGaAsやA Q G a A sエピタキシャル
層を成長させる場合に利用して効果的な技術に関する。
[従来の技術] ペテロ接合を利用したHEMT (高電子移動度トラン
ジスタ)用のウェーハは、MBE法でGaAs基板上に
AflGaAsエピタキシャル層を成長させることで得
られる。
従来、MBE法により成長させたエピタキシャル層の表
面には、いわゆるオーバルディフェクトと呼ばれる第1
図に示すようなマクロスコーピックな欠陥が存在し、I
Cの歩留りを低下させるという問題があることが知られ
ている(■培風館、昭和61年11月30日発行、「超
高速化合物半導体デバイス」第163頁〜第164頁参
照)。
一方、MBE法によるエピタキシャル層表面の欠陥は上
記オーバルディフェクトのみならず、第2図に示すよう
にミクロスコーピックな欠陥(以下、米粒状微小欠陥と
称する)が存在する。この欠陥は短径が2〜3μmで長
径が4〜7μmの楕円形をなし、比較的大きさが揃って
いる。この米粒状微小欠陥は、昭和62年、秋、第48
回応用物理学会予稿集1分冊第223頁で述べられてい
るところの微小欠陥に相当するもので、基板の転位に起
因していることが知られている。
しかしながら、本発明者らが実験により調べたところに
よると、上記米粒状微小欠陥の密度は。
基板の転位密度と必ずしも同じではなく、エピタキシャ
ル層の成長条件によって異なり、基板の転位密度が(1
〜4) X I QC!I−”の場合、lXl0国−2
〜5x10■−2程度のばらつきがある。つまり、成長
条件によっては、lXl0(!11−”程度にまで少な
くすることが可能であることが分かった。
しかしながら、そのような成長条件が上記米粒状微小欠
陥以外の他の欠陥の低減に対して最適であるとは限らず
、従来は、この米粒状微小欠陥のデバイス特性に及ぼす
影響が十分に解明されていないために、オーバルディフ
ェクト等地の欠陥を滅らすような成長条件が選ばれ、こ
の米粒状微小欠陥密度は無視されていた。しかし、デバ
イス構造が今後さらに微細かつ複雑になっていけば、当
然、この米粒状微小欠陥がデバイス特性に悪影響を及ぼ
すと考えられる。
本発明は上記のような背景の下になされたもので、その
目的とするところは、MBE法によるエピタキシャル成
長における成長層表面の米粒状微小欠陥の密度を低減し
、デバイス特性を向上させ得るような成長条件を提供す
ることにある。
[問題点を解決するための手段] MBE法でエピタキシャル成長を行なう際には、通常、
面方位が(100)ジャストの基板が使用される。しか
し、(100)ジャストといっても実際には角度で0.
5度程度ずれている。本発明者らは基板の面方位のずれ
の程度によって米粒状微小欠陥の発生状況が異なるので
はないかと考え、基板の(100)方向からのずれ角度
(傾き)と米粒状微小欠陥密度との関係を調べた。その
結果、第3図に示すように両者は相関があり、ずれ角度
が小さいほど、米粒状微小欠陥の密度は小さくなる。ま
た、米粒状微小欠陥の密度がI X 10’ax2以上
と大きい場合には、欠陥は第2図に示したように基板の
転位の分布と同様に、セル状またはリネージ状に集団的
に発生するが、欠陥密度がlXl03(1)″2程度の
場合には、欠陥はまとまって発生せずに1個1個が散在
していることが分かった。そこでこの発明は、基板の(
100)方向からのずれ角度を0.15度以内、より好
ましくは0.05度以内に抑えるようにした。
また、GaAs基板上にGaAsもしくはGaAs系エ
ピタキシャル層をMBE法で成長させる場合には、成長
時の基板温度を500〜620℃としかつ蒸発源からの
AsとGaの供給量の比Pp、 s / P Gaを1
5〜25とする。半絶縁性化のためSiをI X 10
”am−”程度ドープしたGaAS基板では補償比が0
.2以下であることが望まれるが、基板温度が500℃
未満であったり620℃を超えると補償比が0.2を超
えてしまい半絶縁性が劣化するとともに、620℃以上
ではフォトルミネッセンスによるカーボン強度が大きく
なってしまうからである。
一方、AsとGaの供給比が25を超えると原料のAs
中のSやCがエピタキシャル層中に入って不純物濃度が
高くなるとともに、供給比が15未満ではエピタキシャ
ル層がAs不足となって表面粗さが悪くなるためである
さらに、Q a A s基板上にGaAsもしくはGa
As系エピタキシャル層をMBE法で成長させる場合、
層の成長速度を0.8〜1.7μm/時とする。成長速
度が0.8μm/時未満であったり1.7μm/時を超
えるような場合には補償比が0.2を超えて半絶縁性が
悪くなるとともに。
成長速度が6.8μm/時未満のときは成長炉内のガス
の取込みによりエピタキシャル層中の不純物濃度が高く
なり、また成長速度が1.7μm/時を超えるときはG
aセル(蒸発源)の温度が高いためGa中の不純物(炭
素等)がエピタキシャル層中に多く入ってしまうからで
ある。
[実施例] 直径2インチのアンドープ半絶縁性G a A s単結
晶インゴットから(100)が表面に現われるようにウ
ェーハを切り出して、表面の面方位が(100)面から
の角度のずれを0.15度以内となるようにラッピング
およびエツチングを行ない、このウェーハ上へMBE法
によりエピタキシャル成長を行なった。エピタキシャル
層は標準的なHEMT構造であり、全体で1μmの厚み
とした。また、成長時のウェーハ温度は600℃、蒸発
源からのAsとGaの供給比は20、成長速度は1μm
/時とした。上記条件によりエピタキシャル成長したウ
ェーハの表面の米粒状微小欠陥をwi察した結果を第4
図に示す。比較のため1面方位を(100)面から0.
15〜0.75度傾けたウェーハに同一条件でエピタキ
シャル成長を行なったものについても表面の米粒状微小
欠陥を測定し、その結果も第4図に併せて示した。
第4図において、■印で示されているのが本発明方法を
適用したウェーハについての測定結果、0印で示されて
いるのが比較例の方法を適用したウェーハについての測
定結果である。
第4図より、本発明方法を適用しない場合にはG a 
A sウェーハ表面の米粒状微小欠陥密度はほとんどが
I X 103cm−”以上であるが、本発明を適用す
ると、すべてI X 10’cxn−”以下になり、さ
らに(Zoo)面からの角度のずれを0.05度以内に
すると、2 X 10’an−”以下になることがわか
る。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明は、化合物半導体基板上に
分子線エピタキシー法によりエピタキシャル層を成長さ
せるにあたり、上記基板の面方位を(100)面もしく
は結晶学的にそれと等価な面からの角度のずれを0.1
5度以内としたので。
エピタキシャル層表面の米粒状微小欠陥密度を低減させ
、デバイス特性を向上させることができるという効果が
ある。
また、上記化合物半導体基板がGaAsである場合にお
いて、エピタキシャル成長時の基板温度を500〜62
0℃とし、かつ蒸発源からのAsとGaの供給比P A
 S / P a aを15〜25とするとともに、成
長速度を0.8〜1.7μm/時としたので、補償比を
悪化させることなく米粒状微小欠陥以外の他の欠陥や不
純物濃度をも低減させて、さらにデバイス特性を向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のMBE法によるGaAsエピタキシャル
層の表面のマクロスコーピックな欠陥を有する結晶構造
の顕微鏡写真。 第2図は同じ〈従来方法によるGaAsエピタキシャル
層の表面の米粒状微小欠陥を有する結晶構造の顕微鏡写
真。 第3図は従来MBE法によりエピタキシャル成長した基
板の面方位のずれ角度と米粒状微小欠陥密度との関係を
示す図、

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)化合物半導体基板上に分子線エピタキシー法によ
    りエピタキシャル層を成長させるにあたり、上記基板の
    面方位を(100)面もしくは結晶学的にそれと等価な
    面からの角度のずれを0.15度以内としたことを特徴
    とする化合物半導体のエピタキシャル成長方法。
  2. (2)上記化合物半導体基板がGaAsである場合にお
    いて、エピタキシャル成長時の基板温度を500〜62
    0℃とし、かつ蒸発源からのAsとGaの供給比P_A
    _s/P_G_aを15〜25とするとともに、成長速
    度を0.8〜1.7μm/時としたことを特徴とする請
    求項1記載の化合物半導体のエピタキシャル成長方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0567329A2 (en) * 1992-04-23 1993-10-27 Japan Energy Corporation Substrate for epitaxy and epitaxy using the substrate
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