JPH05102128A - 化合物半導体結晶ウエハ表面へのAs2S3膜形成方法 - Google Patents

化合物半導体結晶ウエハ表面へのAs2S3膜形成方法

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JPH05102128A
JPH05102128A JP25666391A JP25666391A JPH05102128A JP H05102128 A JPH05102128 A JP H05102128A JP 25666391 A JP25666391 A JP 25666391A JP 25666391 A JP25666391 A JP 25666391A JP H05102128 A JPH05102128 A JP H05102128A
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JP
Japan
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solution
compound semiconductor
film
dipped
hydrofluoric acid
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Application number
JP25666391A
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English (en)
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Takehiko Tani
毅彦 谷
Harunori Sakaguchi
春典 坂口
Takeshi Meguro
健 目黒
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】As2 3 絶縁膜をGaAs結晶上に形成して
も界面準位が少なく、良好なMIS構造を得る。 【構成】アンドープGaAs結晶ウェハを、H2
4 :H2 2 :H2 O=1:8:500でエッチング
する。エッチング後、HF溶液に1分以上浸漬して、G
2 3 、As2 3 等からなる自然酸化膜をエッチン
グしてウェハ表面をAsリッチにする。その上で、(N
4 2 S溶液に浸漬した後、アンモニア溶液に0.1
6M As2 S3 を溶解した溶液:CH3 OH=2:1
に浸漬する。そして、スピン乾燥後、290〜300℃
で熱処理する。このようにして、HF溶液に1分以上浸
漬した試料(c、d)は、そうではないもの(a、b)
よりもPL強度が高く、表面の再結合が十分抑えられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体結晶表面
の安定化を改善した化合物半導体結晶ウェハ表面へのA
2 3 膜形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体は、ショットキゲート電界
効果トランジスタ(MESFET)、高移動度トランジ
スタ(HEMT)、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
(HBT)などのトランジスタデバイス、及び種々の受
発光デバイスの作製に用いられている。これらのデバイ
スに用いられている半導体表面・界面、すなわち、自由
表面、半導体−半導体界面、金属−半導体界面、絶縁体
−半導体界面は、あらゆる半導体デバイスの基本構成要
素である。ことに数多くの未結合種をもつ表面は、本質
的に活性で、外部の原子、分子、イオンを吸着し易く、
そのため表面の電子状態は変化する。そこで、表面を絶
縁膜等で多い、未結合手を終端し、表面を不活性とする
必要がある。半導体デバイスは、半導体表面を使用する
ので、この表面不活性化技術は非常に重要な技術であ
る。
【0003】特にGaAs結晶は、表面が酸化されるこ
とにより高密度の表面準位が形成されてしまう。このこ
とが、GaAsではMIS(金属・絶縁物・半導体)構
造を有するデバイスの製作を阻む原因となっている。表
面を安定化させる方法として、光化学酸化、硫化物処
理、セレン化処理等が提案されているが、この表面を十
分に安定化させる方法は、未だ見出されていない。最
近、硫化物処理を発展させ、表面の安定化を高めた方法
として、As2 3 膜をGaAs結晶表面に堆積させる
方法が報告された(文献:E.Yablonovitch et al.,As2
S 3 /GaAs,a new amorphous/crystalline heterojuncti
on for the III-V semiconductors,Appl.Phys.Lett.57
(21),19 November 1990,pp.2241-2243.)。この詳細な
方法を以下に示す。
【0004】GaAsウェハをH2 SO4 :H
2 2 :H2 O=1:8:500でエッチングした後、
水洗する。
【0005】(NH4 2 S溶液に浸漬した後、水洗
する。
【0006】アンモニア溶液に0.16M(mol/
l)As2 3 を溶解した溶液:CH3 OH=2:1に
浸漬する。
【0007】スピン乾燥する。
【0008】乾燥後、290〜300℃で熱処理(空
気雰囲気)する。
【0009】このようにしてGaAs結晶表面にAs2
3 膜を堆積して、結晶表面の安定化を高めている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た文献による方法では、GaAs結晶とAs2 3 膜界
面に自然酸化膜が残ってしまい、As2 3 /GaAs
の界面準位を十分に低くすることができない。すなわ
ち、GaAsは自然酸化膜とよばれるGa2 3 ,As
2 3 等の酸化物により覆われるが、これらの酸化物は
上記のエッチングによっては完全に除去することがで
きず、その残存によりGaAsの清浄表面が得られな
い。このため、As2 3 絶縁膜をGaAs上に形成し
ても界面準位が多く、良好なMISが得られない。
【0011】本発明の目的は、ウェハ表面をAsリッチ
とすることによって、前記した従来技術の欠点を解消
し、界面準位を大幅に低減することのできる新規な化合
物半導体結晶ウェハ表面へのAs2 3 膜形成方法を提
供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体結
晶ウェハ表面へのAs2 3 膜形成方法は、化合物半導
体結晶ウェハをフッ化水素酸溶液に浸漬する。この浸漬
は1分以上にする必要がある。浸漬後、Sを過剰とした
(NH4 2 S溶液と、As2 3 、アンモニア及びメ
タノールを混合した溶液とに順次浸漬し、乾燥後、熱処
理するようにしたものである。Sを過剰とするのは、
(NH4 2 S溶液のSを過剰にした方が、SがGaA
s表面の酸素と置換してGaAs表面をパッシベーショ
ンする効果が大きいためである。
【0013】この場合において、上記フッ化水素酸溶液
を、水とフッ化水素酸、メタノールとフッ化水素酸、ま
たは水とメタノールとフッ化水素酸の混合溶液であるこ
とが望ましい。また、本発明を適用できる化合物半導体
結晶には、GaAsの他に、InAs、GaAlAs、
InGaAs、InP、GaP、GaAsP、InGa
AsP等がある。このうち、Gaを含まない化合物半導
体結晶、例えばInP、InAsなどの場合には、In
酸化物が良好なAs2 3 膜の形成を阻害することにな
る。なお、III −V族化合物半導体の場合にはV族リッ
チとする。
【0014】
【作用】良好なAs2 3 /GaAs界面を形成するた
めには、As2 3 膜を堆積する前の化合物半導体結晶
表面がAsリッチとなっているのがよい。表面に化合物
半導体結晶を構成するGa等からなる酸化物があるとG
a等による硫化物生成のために、良好なAs2 3 膜を
形成できないからである。例えば、GaAs基板表面を
Asリッチとする方法は免田らによって報告されている
(K.Menda et al,ARXPS Analysis on As-Passivated Ga
As Surface by HF Dipping Method,Japanese Journal o
f Applied Physics,vol.29,No.3,March,1990,pp.L391-3
93 )。これによれば、HF(フッ酸)溶液に1分以上
浸漬しなければならない。これは他の化合物半導体結晶
にも共通する従って、As2 3 溶液に化合物半導体結
晶ウェハを浸漬する前にフッ酸に浸漬すると、ウェハ表
面にAsリッチ層を形成することができる。このため、
フッ酸浸漬後にAs2 3 膜を形成することにより、G
aAs結晶表面の準位を大幅に低減することができる。
Asリッチにすると界面が良好になるというメカニズム
はよく解っていないが、おそらくGa酸化物が選択的に
エッチングされるためであると推測される。
【0015】
【実施例】以下、本発明をGaAs結晶ウェハに適用し
た場合の実施例を説明する。
【0016】実施例1 アンドープGaAs結晶ウェハに次の処理を施した。
【0017】H2 SO4 :H2 2 :H2 O=1:
8:500でエッチングした後、水洗する。
【0018】HF溶液に所定時間浸漬する。HF溶液
は、水とフッ化水素酸、メタノールとフッ化水素酸、ま
たは水とメタノールとフッ化水素酸の混合溶液のいずれ
でもよい。浸漬後、水洗する。
【0019】Sを過剰とした(NH4 2 S溶液に浸
漬した後、水洗する。
【0020】アンモニア溶液に0.16M As2
3 を溶解した溶液:CH3 OH=2:1に浸漬する。
【0021】スピン乾燥する。
【0022】乾燥後、290〜300℃で熱処理(空
気雰囲気)する。
【0023】この実施例では、比較のためHF処理時間
を30秒、1分、1時間としたもの及びHF処理を省略
したウェハも同時に作製した。処理後(直後、1日、1
カ月のウェハのバンド端(1.42eV)のフォトルミ
ネッセンス(PL)測定及びXPS(X線励起光電子分
光法)評価を行なった。
【0024】PL測定結果を図1、図2に示す。HF処
理時間を1分以上としたウェハのPL強度(c、d)
は、そうでないもの(a、b)の約2倍となっており、
十分に表面の再結合が抑えられていることがわかる(図
1)。また、1カ月経過後も強度の減少はほとんど見ら
れず、HF処理時間を30秒としたもの(b)及びHF
処理を省略したもの(a)は、強度が徐々に減少してお
り(図2)、表面の劣化が見られる。
【0025】XPSの評価によればHF処理時間を1分
以上としたものは、それ以外のものに比較して約0.4
eV高結合側にシフトしていた。この結果は、フェルミ
レベルのピニングが緩和されたことを意味しており、ピ
ニングの原因となる表面準位密度は小さくなっているこ
とがわかる。
【0026】実施例2 図3に示すように、先に挙げた文献に記載されているの
と同じ構造のメサ型ダイオードを作製した。すなわち、
+ GaAs基板1上に、n型層を構成するn+ GaA
sバッファ2、n+ AlAs3、n+ GaAs4、nA
lGaAs5を順次積層し、アンドープGaAs6を介
在した後、さらにp型層を構成するpAlGaAs7、
+ GaAs8を積層し、最後にAu9を設けたもので
ある。このダイオードの作製に当って、実施例1と同様
の処理を施し、作製後のダイオードについてI−V特性
を測定した。結果を図4に示す。HF処理を1分以上施
した試料(c、d)は、それ以外の試料(a、b)に比
較して表面リーク電流の大幅な低減効果が見られる。
【0027】
【発明の効果】本発明によるAs2 3 膜形成方法によ
れば、界面準位を大幅に低減することができるので、良
好なMIS構造を実現することができる。その結果、化
合物半導体結晶ウェハの劣化を抑止し、素子の特性を飛
躍的に向上させることができ、歩留りも向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】HF処理を1分以上施した本実施例と、それ以
外の各試料のフォトルミネッセンス強度特性図。
【図2】同じくフォトルミネッセンス強度の経時変化特
性図。
【図3】本実施例によるメサ型ダイオードの構造を示す
断面図。
【図4】HF処理を1分以上施した本実施例と、それ以
外についてのメサ型ダイオードのI−V特性図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/338 29/812

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】化合物半導体結晶ウェハをフッ化水素酸溶
    液に1分以上浸漬した後、Sを過剰とした(NH4 2
    S溶液と、As2 3 、アンモニア及びメタノールを混
    合した溶液とに順次浸漬し、乾燥後、熱処理することを
    特徴とする化合物半導体結晶ウェハ表面へのAs2 3
    膜形成方法。
  2. 【請求項2】上記フッ化水素酸溶液は、水とフッ化水素
    酸、メタノールとフッ化水素酸、または水とメタノール
    とフッ化水素酸の混合溶液であることを特徴とする請求
    項1に記載の化合物半導体結晶ウェハ表面へのAs2
    3膜形成方法。
JP25666391A 1991-10-03 1991-10-03 化合物半導体結晶ウエハ表面へのAs2S3膜形成方法 Pending JPH05102128A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014518449A (ja) * 2011-06-14 2014-07-28 サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・レシェルシュ・サイエンティフィーク−セ・エン・エール・エス− Iii−v半導体材料で作られた製品の表面を化学的にパッシベートする方法およびその方法で得られた製品

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014518449A (ja) * 2011-06-14 2014-07-28 サントル・ナショナル・ドゥ・ラ・レシェルシュ・サイエンティフィーク−セ・エン・エール・エス− Iii−v半導体材料で作られた製品の表面を化学的にパッシベートする方法およびその方法で得られた製品
US9514961B2 (en) 2011-06-14 2016-12-06 Centre National de la Recherche Scientifique—CNRS Method for chemically passivating a surface of a product made of a III-V semiconductor material and the product obtained by such a method

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