JPH08162407A - Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体エピタキシャルウエハの製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体エピタキシャルウエハの製造方法Info
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- JPH08162407A JPH08162407A JP30591894A JP30591894A JPH08162407A JP H08162407 A JPH08162407 A JP H08162407A JP 30591894 A JP30591894 A JP 30591894A JP 30591894 A JP30591894 A JP 30591894A JP H08162407 A JPH08162407 A JP H08162407A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 III−Ｖ族化合物半導体単結晶基板上に、炭
素を１×１０18cm-3以上の濃度含有するInx(AlyGa1-y)
1-xAs（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）層を少なくとも１層
含むエピタキシャル積層構造を形成する際に、前記 III
−Ｖ族化合物半導体単結晶基板として、表面の結晶学的
面方位を下記〜のいずれかとした基板を用いること
を特徴とする III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウ
エハの製造方法。 （００１）面より［１００］方向に７〜９°傾斜。 （００１）面より［１−１０］方向に１０〜１２°傾
斜。 （００１）面より［１１０］方向に１０〜１２°傾
斜。 【効果】 高濃度炭素含有InAlGaAs層の炭素濃度を十分
に高くしても、積層界面における構造の連続的乱れの発
生を抑制することができるため、従来よりも高性能のＨ
ＢＴやｐチャンネルＨＥＭＴを製造することができる。
素を１×１０18cm-3以上の濃度含有するInx(AlyGa1-y)
1-xAs（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）層を少なくとも１層
含むエピタキシャル積層構造を形成する際に、前記 III
−Ｖ族化合物半導体単結晶基板として、表面の結晶学的
面方位を下記〜のいずれかとした基板を用いること
を特徴とする III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウ
エハの製造方法。 （００１）面より［１００］方向に７〜９°傾斜。 （００１）面より［１−１０］方向に１０〜１２°傾
斜。 （００１）面より［１１０］方向に１０〜１２°傾
斜。 【効果】 高濃度炭素含有InAlGaAs層の炭素濃度を十分
に高くしても、積層界面における構造の連続的乱れの発
生を抑制することができるため、従来よりも高性能のＨ
ＢＴやｐチャンネルＨＥＭＴを製造することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は III−Ｖ族化合物半導体
エピタキシャルウエハの製造方法に関し、更に詳しく
は、高性能のヘテロ接合バイポーラトランジスタや、ｐ
チャンネル高電子移動度トランジスタの作製が可能とな
る、 III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウエハの製
造方法に関する。
エピタキシャルウエハの製造方法に関し、更に詳しく
は、高性能のヘテロ接合バイポーラトランジスタや、ｐ
チャンネル高電子移動度トランジスタの作製が可能とな
る、 III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウエハの製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】III−Ｖ族化合物半導体は、結晶成長用
の単結晶GaAs基板上にAlGaAs／GaAs系積層構造をエピタ
キシャル成長させたり、単結晶InＰ基板上にAlInAs／Ga
InAs系積層構造をエピタキシャル成長させることによ
り、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下ＨＢＴと
略称する）の作製に供することができる。図４はＨＢＴ
の基本構造の断面図を示したものである。実用目的で使
用されるＨＢＴは、実際は特性の改善のため複雑な積層
構造を有しているが、図４では最も基本的な構造のみを
示している。単結晶基板41上にコレクタ層42、ベース層
43エミッタ層44を順に成長させ、その後エミッタ電極4
5、ベース電極46、コレクタ電極47を形成する。ベース
層43を形成するエピタキシャル層には、例えばGaAs基板
を用いたｎｐｎ型のAlGaAs／GaAs系ＨＢＴの場合、１×
１０19cm-3程度かそれ以上の高いホール濃度を有するIn
x(AlyGa1-y)1-xAs（０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦１）層が
利用され、ドープするアクセプタ原子として炭素を使用
することが有効である。
の単結晶GaAs基板上にAlGaAs／GaAs系積層構造をエピタ
キシャル成長させたり、単結晶InＰ基板上にAlInAs／Ga
InAs系積層構造をエピタキシャル成長させることによ
り、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（以下ＨＢＴと
略称する）の作製に供することができる。図４はＨＢＴ
の基本構造の断面図を示したものである。実用目的で使
用されるＨＢＴは、実際は特性の改善のため複雑な積層
構造を有しているが、図４では最も基本的な構造のみを
示している。単結晶基板41上にコレクタ層42、ベース層
43エミッタ層44を順に成長させ、その後エミッタ電極4
5、ベース電極46、コレクタ電極47を形成する。ベース
層43を形成するエピタキシャル層には、例えばGaAs基板
を用いたｎｐｎ型のAlGaAs／GaAs系ＨＢＴの場合、１×
１０19cm-3程度かそれ以上の高いホール濃度を有するIn
x(AlyGa1-y)1-xAs（０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦１）層が
利用され、ドープするアクセプタ原子として炭素を使用
することが有効である。
【０００３】また III−Ｖ族化合物半導体のヘテロ接合
を利用することで、ｐチャンネル高電子移動度トランジ
スタ（以下ＨＥＭＴと略称する）を作製することができ
る。例えばAlGaAs／GaAs系の場合、AlGaAs中に炭素など
のアクセプタ原子をドープしホール供給層とし、これと
高純度のGaAsの薄膜を層状に成長させヘテロ接合構造を
形成することによりヘテロ界面に２次元ホール層が形成
されるが、この２次元ホールをキャリアとして利用する
よう電極を配置し電界効果トランジスタとしたものがｐ
チャンネルＨＥＭＴである。図５はｐチャンネルＨＥＭ
Ｔの基本構造の断面図を示したものである。単結晶基板
51上に高純度エピタキシャル層52、ホール供給層53、キ
ャップ層54を順に成長させ、その後ソース電極55、ドレ
イン電極57、ゲート電極56を形成する。ここでホール供
給層53としては、ヘテロ界面に２次元ホールガス層58を
形成するため高いホール濃度を有するエピタキシャル層
が利用され、１×１０18cm-3程度かそれ以上の濃度の高
濃度の炭素ドーパントを含有するAlGaAsやAlInAsエピタ
キシャル層が使用できる。
を利用することで、ｐチャンネル高電子移動度トランジ
スタ（以下ＨＥＭＴと略称する）を作製することができ
る。例えばAlGaAs／GaAs系の場合、AlGaAs中に炭素など
のアクセプタ原子をドープしホール供給層とし、これと
高純度のGaAsの薄膜を層状に成長させヘテロ接合構造を
形成することによりヘテロ界面に２次元ホール層が形成
されるが、この２次元ホールをキャリアとして利用する
よう電極を配置し電界効果トランジスタとしたものがｐ
チャンネルＨＥＭＴである。図５はｐチャンネルＨＥＭ
Ｔの基本構造の断面図を示したものである。単結晶基板
51上に高純度エピタキシャル層52、ホール供給層53、キ
ャップ層54を順に成長させ、その後ソース電極55、ドレ
イン電極57、ゲート電極56を形成する。ここでホール供
給層53としては、ヘテロ界面に２次元ホールガス層58を
形成するため高いホール濃度を有するエピタキシャル層
が利用され、１×１０18cm-3程度かそれ以上の濃度の高
濃度の炭素ドーパントを含有するAlGaAsやAlInAsエピタ
キシャル層が使用できる。
【０００４】これらＨＢＴやｐチャンネルＨＥＭＴなど
に代表されるデバイスを作製するための積層構造をエピ
タキシャル成長により形成するには、高濃度の炭素ドー
プが可能である有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）が主
に用いられている。ＭＯＶＰＥ法では、従来より単結晶
基板として半絶縁性GaAs基板あるいはInＰ基板が利用さ
れているが、成長させたエピタキシャル層表面の表面欠
陥を減らす目的で、これら基板の表面の結晶学的面方位
（以下、面方位と呼ぶ）が、（００１）面よりわずかな
角度だけ傾斜しているものが用いられている。通常用い
られる典型的な傾斜角度は、基板表面の法線ベクトルと
基板結晶格子の［００１］方向ベクトルの間の角度とし
て２°であり、傾斜方向は［１−１０］、［１１０］あ
るいは［１００］などの方向である。図８はこの従来の
基板を表す図であり、基板81は傾斜方向が［１−１０］
方向である場合のものを示す。ここで［１−１０］方向
とは図８のベクトルｕの方向を意味する。
に代表されるデバイスを作製するための積層構造をエピ
タキシャル成長により形成するには、高濃度の炭素ドー
プが可能である有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）が主
に用いられている。ＭＯＶＰＥ法では、従来より単結晶
基板として半絶縁性GaAs基板あるいはInＰ基板が利用さ
れているが、成長させたエピタキシャル層表面の表面欠
陥を減らす目的で、これら基板の表面の結晶学的面方位
（以下、面方位と呼ぶ）が、（００１）面よりわずかな
角度だけ傾斜しているものが用いられている。通常用い
られる典型的な傾斜角度は、基板表面の法線ベクトルと
基板結晶格子の［００１］方向ベクトルの間の角度とし
て２°であり、傾斜方向は［１−１０］、［１１０］あ
るいは［１００］などの方向である。図８はこの従来の
基板を表す図であり、基板81は傾斜方向が［１−１０］
方向である場合のものを示す。ここで［１−１０］方向
とは図８のベクトルｕの方向を意味する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＨＢＴにおいてさらに
高い動作周波数を得るためには、ベース層への炭素ドー
ピング量を増加させる方法が考えられる。しかしなが
ら、従来のエピタキシャルウエハ製造方法を用いて、ベ
ース層の炭素濃度を２×１０19cm-3程度以上に増加させ
たＨＢＴを作製すると、ＨＢＴの利得をはかる指数であ
る電流増幅率βが激減するという問題が生じる。これに
より従来よりも高い周波数で動作可能のＨＢＴを得るこ
とが妨げられている。また、ｐチャンネルＨＥＭＴのゲ
ート長を０．１μｍ程度以下の大きさにしてＨＥＭＴを
微細化する場合、ホール供給層の炭素ドーピング量を増
加し薄層化することが好ましいが、従来のエピタキシャ
ルウエハ製造方法によってホール供給層の炭素濃度を１
×１０18cm-3以上に増加させたＨＥＭＴを作製した場
合、ＨＥＭＴの動作電圧に相当する閾値Ｖthのウエハ面
内均一性が大幅に悪化する。
高い動作周波数を得るためには、ベース層への炭素ドー
ピング量を増加させる方法が考えられる。しかしなが
ら、従来のエピタキシャルウエハ製造方法を用いて、ベ
ース層の炭素濃度を２×１０19cm-3程度以上に増加させ
たＨＢＴを作製すると、ＨＢＴの利得をはかる指数であ
る電流増幅率βが激減するという問題が生じる。これに
より従来よりも高い周波数で動作可能のＨＢＴを得るこ
とが妨げられている。また、ｐチャンネルＨＥＭＴのゲ
ート長を０．１μｍ程度以下の大きさにしてＨＥＭＴを
微細化する場合、ホール供給層の炭素ドーピング量を増
加し薄層化することが好ましいが、従来のエピタキシャ
ルウエハ製造方法によってホール供給層の炭素濃度を１
×１０18cm-3以上に増加させたＨＥＭＴを作製した場
合、ＨＥＭＴの動作電圧に相当する閾値Ｖthのウエハ面
内均一性が大幅に悪化する。
【０００６】このようにＨＢＴにおいて電流増幅率βが
激減したり、またｐチャンネルＨＥＭＴにおいて閾値Ｖ
thのウエハ面内ばらつきが大きくなっている原因として
は、エピタキシャル層の積層界面における構造の乱れが
考えられる。図６は高濃度の炭素ドーパントを含有する
層とそれに隣接して形成された層との積層界面および界
面周辺部の構造の断面図を模式的に示したものであり、
高濃度炭素含有層62と、この層に隣接して形成されたエ
ピタキシャル層63との積層界面64および界面周辺部65
に、構造の連続的乱れ（周期的な波模様をなす凹凸の発
生と、凹凸の発生に起因する周辺部の結晶構造の乱れた
部分）の発生が見られる。積層界面64は、図４のＨＢＴ
においてはベース層43とエミッタ層44との界面に相当
し、図５のＨＥＭＴにおいてはホール供給層53とキャッ
プ層54との界面に相当する。積層界面は、炭素濃度が高
いほど凹凸の著しい波模様となり、波模様の波長および
振幅が大きくなる。炭素濃度４×１０19cm-3の場合、凹
凸の高さ２０ｎｍ（波模様の振幅１０ｎｍ）、凹凸の周
期（波長）１μｍ程度である。図７は理想的な積層界面
の断面図を模式的に表したもので、この図のように、本
来、高濃度炭素含有層72とこの層に隣接して形成された
エピタキシャル層73との積層界面74は、平坦で構造に乱
れのないことが望ましい。
激減したり、またｐチャンネルＨＥＭＴにおいて閾値Ｖ
thのウエハ面内ばらつきが大きくなっている原因として
は、エピタキシャル層の積層界面における構造の乱れが
考えられる。図６は高濃度の炭素ドーパントを含有する
層とそれに隣接して形成された層との積層界面および界
面周辺部の構造の断面図を模式的に示したものであり、
高濃度炭素含有層62と、この層に隣接して形成されたエ
ピタキシャル層63との積層界面64および界面周辺部65
に、構造の連続的乱れ（周期的な波模様をなす凹凸の発
生と、凹凸の発生に起因する周辺部の結晶構造の乱れた
部分）の発生が見られる。積層界面64は、図４のＨＢＴ
においてはベース層43とエミッタ層44との界面に相当
し、図５のＨＥＭＴにおいてはホール供給層53とキャッ
プ層54との界面に相当する。積層界面は、炭素濃度が高
いほど凹凸の著しい波模様となり、波模様の波長および
振幅が大きくなる。炭素濃度４×１０19cm-3の場合、凹
凸の高さ２０ｎｍ（波模様の振幅１０ｎｍ）、凹凸の周
期（波長）１μｍ程度である。図７は理想的な積層界面
の断面図を模式的に表したもので、この図のように、本
来、高濃度炭素含有層72とこの層に隣接して形成された
エピタキシャル層73との積層界面74は、平坦で構造に乱
れのないことが望ましい。
【０００７】従来のGaAsやInＰ単結晶基板の上に成長さ
れる、高濃度の炭素がドープされたエピタキシャル層に
は、砒素格子位置を占める炭素の結合半径が小さいた
め、引っ張り歪みが内包される。炭素濃度が増加するほ
どこの歪みは大きくなり、歪みエネルギーが増大する。
エピタキシャル層に内包される歪みエネルギーが大きく
なると、この大きくなったエネルギーを緩和するために
エピタキシャル層の成長面において構造変化が発生し安
定化が起こる。この現象は従来の（００１）面より２°
の角度の表面面方位をもつ基板上に成長されたエピタキ
シャル層においては、いわゆるステップバンチング（原
子層ステップの多段化）の発生につながる。歪みを伴わ
ない通常のエピタキシャル層においては、エピタキシャ
ル層に内包されるエネルギーが小さいのでステップバン
チングによる各ステップの大きさは小さいが、高濃度炭
素含有層においては内包される歪みエネルギーが大きい
ので、形成される各ステップも大きなものとなる。この
ようなステップバンチングが形成された高濃度炭素含有
層上とそれに隣接して形成されたエピタキシャル層との
積層界面には図６の64、65に示したような界面構造乱れ
がおこる。
れる、高濃度の炭素がドープされたエピタキシャル層に
は、砒素格子位置を占める炭素の結合半径が小さいた
め、引っ張り歪みが内包される。炭素濃度が増加するほ
どこの歪みは大きくなり、歪みエネルギーが増大する。
エピタキシャル層に内包される歪みエネルギーが大きく
なると、この大きくなったエネルギーを緩和するために
エピタキシャル層の成長面において構造変化が発生し安
定化が起こる。この現象は従来の（００１）面より２°
の角度の表面面方位をもつ基板上に成長されたエピタキ
シャル層においては、いわゆるステップバンチング（原
子層ステップの多段化）の発生につながる。歪みを伴わ
ない通常のエピタキシャル層においては、エピタキシャ
ル層に内包されるエネルギーが小さいのでステップバン
チングによる各ステップの大きさは小さいが、高濃度炭
素含有層においては内包される歪みエネルギーが大きい
ので、形成される各ステップも大きなものとなる。この
ようなステップバンチングが形成された高濃度炭素含有
層上とそれに隣接して形成されたエピタキシャル層との
積層界面には図６の64、65に示したような界面構造乱れ
がおこる。
【０００８】図６に示されるような構造乱れがこれらの
界面に存在している場合、ＨＢＴにおいては、界面構造
乱れに起因する界面局在準位が発生し、このヘテロ界面
における再結合電流の増加が起こったりベース／エミッ
タ間を流れる電流密度が不均一となって、その結果電流
増幅率βの激減が引き起こされていると考えられる。ま
た、ｐチャンネルＨＥＭＴの場合は、これらの界面構造
乱れによってホール供給層の実効的な厚さが面内におい
て不均一となり、閾値Ｖthのウエハ面内不均一が引き起
こされていると考えられる。
界面に存在している場合、ＨＢＴにおいては、界面構造
乱れに起因する界面局在準位が発生し、このヘテロ界面
における再結合電流の増加が起こったりベース／エミッ
タ間を流れる電流密度が不均一となって、その結果電流
増幅率βの激減が引き起こされていると考えられる。ま
た、ｐチャンネルＨＥＭＴの場合は、これらの界面構造
乱れによってホール供給層の実効的な厚さが面内におい
て不均一となり、閾値Ｖthのウエハ面内不均一が引き起
こされていると考えられる。
【０００９】本発明は、高濃度炭素含有層を有する、 I
II−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウエハ製造の際
の、上記のような問題の現状に鑑み、高濃度炭素含有層
とこの層に隣接して形成されるエピタキシャル層との構
成する積層界面における凹凸の発生を抑え、さらに界面
周辺部において凹凸に起因した結晶構造の乱れた部分が
発生するのを抑える III−Ｖ族化合物半導体エピタキシ
ャルウエハの製造方法の提供を目的とする。
II−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウエハ製造の際
の、上記のような問題の現状に鑑み、高濃度炭素含有層
とこの層に隣接して形成されるエピタキシャル層との構
成する積層界面における凹凸の発生を抑え、さらに界面
周辺部において凹凸に起因した結晶構造の乱れた部分が
発生するのを抑える III−Ｖ族化合物半導体エピタキシ
ャルウエハの製造方法の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】高濃度炭素含有層の成長
面において起こる表面構造変化は、表面に占める安定な
面の領域を増加させることにより、表面のエネルギーを
低下させるためのものであると考えられる。この凹凸を
形作る結晶面を調べたところ、これらは（００１）およ
び（１０７）、（１１７）の指数をもつ面に一致するこ
とが明らかとなった。
面において起こる表面構造変化は、表面に占める安定な
面の領域を増加させることにより、表面のエネルギーを
低下させるためのものであると考えられる。この凹凸を
形作る結晶面を調べたところ、これらは（００１）およ
び（１０７）、（１１７）の指数をもつ面に一致するこ
とが明らかとなった。
【００１１】これらのことを踏まえて、基板としてその
表面の面方位が（１０７）面または（１１７）面におお
よそ一致しているものを用いたところ、基板上に成長し
エピタキシャル層の成長面は（１０７）または（１１
７）の指数をもつ安定な面となり、いずれも表面構造変
化の発生を抑えられることが見出され、本発明の方法に
至った。
表面の面方位が（１０７）面または（１１７）面におお
よそ一致しているものを用いたところ、基板上に成長し
エピタキシャル層の成長面は（１０７）または（１１
７）の指数をもつ安定な面となり、いずれも表面構造変
化の発生を抑えられることが見出され、本発明の方法に
至った。
【００１２】すなわち、本発明の III−Ｖ族化合物半導
体エピタキシャルウエハの製造方法は、 III−Ｖ族化合
物半導体単結晶基板上に、炭素を１×１０18cm-3以上の
濃度含有するInx(AlyGa1-y)1-xAs（０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１）層を少なくとも１層含むエピタキシャル積層構造
を形成する際に、前記 III−Ｖ族化合物半導体単結晶基
板の表面の結晶学的面方位を（００１）面より特定の角
度だけ傾斜させ、（１０７）または（１１７）面におお
よそ一致させることを特徴とするものである。
体エピタキシャルウエハの製造方法は、 III−Ｖ族化合
物半導体単結晶基板上に、炭素を１×１０18cm-3以上の
濃度含有するInx(AlyGa1-y)1-xAs（０≦ｘ≦１、０≦ｙ
≦１）層を少なくとも１層含むエピタキシャル積層構造
を形成する際に、前記 III−Ｖ族化合物半導体単結晶基
板の表面の結晶学的面方位を（００１）面より特定の角
度だけ傾斜させ、（１０７）または（１１７）面におお
よそ一致させることを特徴とするものである。
【００１３】以下、本発明のエピタキシャルウエハの製
造方法について詳細に説明する。図１は本発明において
用いる単結晶基板の表面の面方位を表す図である。基板
11表面の面方位を（１０７）面と等価な面に一致させる
には、図１に示すように（００１）面より［１００］方
向に数１をみたすθだけ傾斜させる。θはθ＝８．１°
である。
造方法について詳細に説明する。図１は本発明において
用いる単結晶基板の表面の面方位を表す図である。基板
11表面の面方位を（１０７）面と等価な面に一致させる
には、図１に示すように（００１）面より［１００］方
向に数１をみたすθだけ傾斜させる。θはθ＝８．１°
である。
【００１４】
【数１】tanθ＝１／７
【００１５】また、図２は本発明において用いる別の単
結晶基板の表面の面方位を表す図であり、表面の面方位
を（００１）面より［１−１０］方向に数２をみたすθ
だけ傾斜させると、基板21表面の面方位は（１１７）Ｂ
面と等価な面に一致する。ここで［１−１０］方向と
は、図２のベクトルｕの方向である。一方、図３は本発
明において用いるさらに別の単結晶基板の表面の面方位
を表す図であり、基板32表面の面方位を（００１）面よ
り［１１０］方向に数２をみたすθだけ傾斜させると、
表面の面方位は（１１７）Ａ面と等価な面に一致する。
θはθ＝１１．４°である。
結晶基板の表面の面方位を表す図であり、表面の面方位
を（００１）面より［１−１０］方向に数２をみたすθ
だけ傾斜させると、基板21表面の面方位は（１１７）Ｂ
面と等価な面に一致する。ここで［１−１０］方向と
は、図２のベクトルｕの方向である。一方、図３は本発
明において用いるさらに別の単結晶基板の表面の面方位
を表す図であり、基板32表面の面方位を（００１）面よ
り［１１０］方向に数２をみたすθだけ傾斜させると、
表面の面方位は（１１７）Ａ面と等価な面に一致する。
θはθ＝１１．４°である。
【００１６】
【数２】tanθ＝２1/2／７
【００１７】すなわち、本発明は単結晶基板（例えば、
GaAs、InＰ基板）の表面の面方位を下記〜のいずれ
かとすることによって、基板上に成長したエピタキシャ
ル層の成長面を（１０７）、（１１７）の指数をもつ面
とし、エピタキシャル層成長の際の図６に示されるよう
な積層界面における構造乱れの発生を抑えるものであ
る。 （００１）面より［１００］方向にθ＝７〜９°（特
に好ましくは８°）の傾斜角度を有する（図１）。別の
言い方をすれば、基板結晶格子の［００１］方向ベクト
ルに対し、基板表面の法線ベクトルｎが［１００］方向
にθ＝７〜９°の角度をなす。あるいは、（００１）
面より［１−１０］方向にθ＝１０〜１２°（特に好ま
しくは１１°）の傾斜角度を有する（図２）。あるい
は、（００１）面より［１１０］方向にθ＝１０〜１
２°（特に好ましくは１１°）の傾斜角度を有する（図
３）。
GaAs、InＰ基板）の表面の面方位を下記〜のいずれ
かとすることによって、基板上に成長したエピタキシャ
ル層の成長面を（１０７）、（１１７）の指数をもつ面
とし、エピタキシャル層成長の際の図６に示されるよう
な積層界面における構造乱れの発生を抑えるものであ
る。 （００１）面より［１００］方向にθ＝７〜９°（特
に好ましくは８°）の傾斜角度を有する（図１）。別の
言い方をすれば、基板結晶格子の［００１］方向ベクト
ルに対し、基板表面の法線ベクトルｎが［１００］方向
にθ＝７〜９°の角度をなす。あるいは、（００１）
面より［１−１０］方向にθ＝１０〜１２°（特に好ま
しくは１１°）の傾斜角度を有する（図２）。あるい
は、（００１）面より［１１０］方向にθ＝１０〜１
２°（特に好ましくは１１°）の傾斜角度を有する（図
３）。
【００１８】上記の基板上に、ＨＢＴやｐチャンネルＨ
ＥＭＴの作製に供される積層構造を、ＭＯＶＰＥ法など
の結晶成長法によりエピタキシャル成長させる。ここ
で、ＨＢＴのベース層やｐチャンネルＨＥＭＴのホール
供給層には高濃度の炭素ドーパントを含むInAlGaAsエピ
タキシャル層、すなわち、GaAs基板上に結晶成長できる
Inx(AlyGa1-y)1-xAs（０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦１）
層、例えばGaAs、InGaAs、あるいは、AlGaAs層、もしく
は、InＰ基板上に結晶成長できるInx(AlyGa1-y)1-xAs
（０．５０≦ｘ≦０．５５、０≦ｙ≦１）層、例えばIn
GaAs、あるいは、AlInAs層を利用する。
ＥＭＴの作製に供される積層構造を、ＭＯＶＰＥ法など
の結晶成長法によりエピタキシャル成長させる。ここ
で、ＨＢＴのベース層やｐチャンネルＨＥＭＴのホール
供給層には高濃度の炭素ドーパントを含むInAlGaAsエピ
タキシャル層、すなわち、GaAs基板上に結晶成長できる
Inx(AlyGa1-y)1-xAs（０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦１）
層、例えばGaAs、InGaAs、あるいは、AlGaAs層、もしく
は、InＰ基板上に結晶成長できるInx(AlyGa1-y)1-xAs
（０．５０≦ｘ≦０．５５、０≦ｙ≦１）層、例えばIn
GaAs、あるいは、AlInAs層を利用する。
【００１９】なお、基板結晶格子は立方晶であるから、
格子軸の割り振り方（それぞれどの軸をａ、ｂおよびｃ
と呼ぶか）は任意である。したがって、（００１）面か
ら見た［１００］方向という条件は当然、基板に対して
格子軸を決定したうえで［１００］方向のみでなく、そ
れとは正反対の［−１００］方向、［０１０］方向およ
びそれと正反対の［０−１０］方向を含むものであり、
さらに、基準とする面（００１）とは（１００）、（０
１０）面を含むものであることは言うまでもない。（０
０１）面より［１−１０］方向および［１１０］方向に
傾斜した面方位をもつ面という条件についても同様に、
それらに等価な面を含んでいる。
格子軸の割り振り方（それぞれどの軸をａ、ｂおよびｃ
と呼ぶか）は任意である。したがって、（００１）面か
ら見た［１００］方向という条件は当然、基板に対して
格子軸を決定したうえで［１００］方向のみでなく、そ
れとは正反対の［−１００］方向、［０１０］方向およ
びそれと正反対の［０−１０］方向を含むものであり、
さらに、基準とする面（００１）とは（１００）、（０
１０）面を含むものであることは言うまでもない。（０
０１）面より［１−１０］方向および［１１０］方向に
傾斜した面方位をもつ面という条件についても同様に、
それらに等価な面を含んでいる。
【００２０】
【作用】（００１）面に対し特定の角度だけ傾斜させた
表面面方位をもつ単結晶基板上にエピタキシャル層を成
長させることにより、結晶成長の成長面を安定な面と
し、エピタキシャル層に内包される歪みエネルギーの緩
和過程として、表面エネルギーを低下させるために起こ
る表面の構造変化の発生を抑えることができる。具体的
には、基板表面の面方位を（００１）面より特定角度だ
け傾斜させ、（１０７）、（１１７）の指数面とおおよ
そ一致させることにより、この基板上に成長されたエピ
タキシャル層の表面の面方位を（１０７）、（１１７）
の指数面と一致させることができる。このため炭素ドー
パントを含有するInx(AlyGa1-y)1 -xAs（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）層の表面は安定性に優れ、従来の（００１）
面より２°の角度をもつ基板上のエピタキシャル層にお
いて発生するような、ステップバンチングの発生を避け
ることが可能となる。すなわち、高濃度炭素含有層にお
けるステップバンチングの形成を防ぎ、またこれに隣接
して積層されたエピタキシャル層との積層界面におけ
る、図６に示すような界面構造乱れの形成を避けること
ができる。
表面面方位をもつ単結晶基板上にエピタキシャル層を成
長させることにより、結晶成長の成長面を安定な面と
し、エピタキシャル層に内包される歪みエネルギーの緩
和過程として、表面エネルギーを低下させるために起こ
る表面の構造変化の発生を抑えることができる。具体的
には、基板表面の面方位を（００１）面より特定角度だ
け傾斜させ、（１０７）、（１１７）の指数面とおおよ
そ一致させることにより、この基板上に成長されたエピ
タキシャル層の表面の面方位を（１０７）、（１１７）
の指数面と一致させることができる。このため炭素ドー
パントを含有するInx(AlyGa1-y)1 -xAs（０≦ｘ≦１、０
≦ｙ≦１）層の表面は安定性に優れ、従来の（００１）
面より２°の角度をもつ基板上のエピタキシャル層にお
いて発生するような、ステップバンチングの発生を避け
ることが可能となる。すなわち、高濃度炭素含有層にお
けるステップバンチングの形成を防ぎ、またこれに隣接
して積層されたエピタキシャル層との積層界面におけ
る、図６に示すような界面構造乱れの形成を避けること
ができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説
明する。 （実施例１）本発明の実施例として、ＭＯＶＰＥ法を利
用し、本発明のエピタキシャルウエハ製造方法を用い
て、高濃度炭素含有GaAs層をベース層とするＨＢＴを作
製した場合について説明する。
明する。 （実施例１）本発明の実施例として、ＭＯＶＰＥ法を利
用し、本発明のエピタキシャルウエハ製造方法を用い
て、高濃度炭素含有GaAs層をベース層とするＨＢＴを作
製した場合について説明する。
【００２２】本発明の効果が期待される表面面方位をも
つ単結晶GaAs基板、下記Ａ〜Ｃおよび、比較のため、従
来の表面面方位をもつ単結晶GaAs基板、下記Ｄ〜Ｅを準
備した。 Ａ．基板表面の面方位が（００１）面より［１００］方
向にθ＝８°だけ傾斜した角度をとるよう切断された、
単結晶GaAs基板（図１）。この場合、基板表面の面方位
は（１０７）面におおよそ一致する。 Ｂ．基板表面の面方位が（００１）面より［１−１０］
方向にθ＝１１°だけ傾斜した角度をとるよう切断され
た、単結晶GaAs基板（図２）。この場合、基板表面の面
方位は（１１７）Ｂ面におおよそ一致する。 Ｃ．基板表面の面方位が（００１）面より［１１０］方
向にθ＝１１°だけ傾斜した角度をとるよう切断され
た、単結晶GaAs基板（図３）。この場合、基板表面の面
方位は（１１７）Ａ面におおよそ一致する。 Ｄ．基板表面の面方位が（００１）面より［１−１０］
方向にθ＝２°だけ傾斜した角度をとるよう切断され
た、従来の単結晶GaAs基板（図８）。 Ｅ．図９に示したように基板91表面の面方位が（００
１）面に一致するよう切断された、単結晶GaAs基板。 これらＡ〜ＣおよびＤ〜Ｅの基板の上に、それぞれＭＯ
ＶＰＥ法によりＨＢＴ積層構造を成長させる。
つ単結晶GaAs基板、下記Ａ〜Ｃおよび、比較のため、従
来の表面面方位をもつ単結晶GaAs基板、下記Ｄ〜Ｅを準
備した。 Ａ．基板表面の面方位が（００１）面より［１００］方
向にθ＝８°だけ傾斜した角度をとるよう切断された、
単結晶GaAs基板（図１）。この場合、基板表面の面方位
は（１０７）面におおよそ一致する。 Ｂ．基板表面の面方位が（００１）面より［１−１０］
方向にθ＝１１°だけ傾斜した角度をとるよう切断され
た、単結晶GaAs基板（図２）。この場合、基板表面の面
方位は（１１７）Ｂ面におおよそ一致する。 Ｃ．基板表面の面方位が（００１）面より［１１０］方
向にθ＝１１°だけ傾斜した角度をとるよう切断され
た、単結晶GaAs基板（図３）。この場合、基板表面の面
方位は（１１７）Ａ面におおよそ一致する。 Ｄ．基板表面の面方位が（００１）面より［１−１０］
方向にθ＝２°だけ傾斜した角度をとるよう切断され
た、従来の単結晶GaAs基板（図８）。 Ｅ．図９に示したように基板91表面の面方位が（００
１）面に一致するよう切断された、単結晶GaAs基板。 これらＡ〜ＣおよびＤ〜Ｅの基板の上に、それぞれＭＯ
ＶＰＥ法によりＨＢＴ積層構造を成長させる。
【００２３】図１０は本発明の効果を調べるためのＨＢ
Ｔの断面図である。基板101 上に常圧下で、膜厚５００
ｎｍのアンドープのGaAs高抵抗バッファ層102 を成長さ
せた後、コレクタ電極を形成するためのエピタキシャル
層103 として膜厚１００ｎｍの高濃度シリコンドーパン
ト含有のGaAs層、コレクタ層104 に相当する膜厚２００
ｎｍのシリコンドーパント含有GaAs層を基板温度７００
℃で成長させ、ベース層105 に相当する膜厚５０ｎｍの
高濃度炭素含有GaAs層を基板温度５５０℃で、エミッタ
層106 に相当する膜厚２００ｎｍのシリコンドーパント
含有Al0.2Ga0.8As層と、エミッタ電極を形成するための
エピタキシャル層107 として１００ｎｍの高濃度シリコ
ンドーパント含有GaAs層を基板温度７００℃で順次成長
させる。原料ガスは、高濃度炭素含有GaAs層の成長に
は、Ga源としてトリメチルガリウム（ＴＭGa）、Al源と
してトリメチルアルミニウム（ＴＭAl）、As源としてト
リメチル砒素（ＴＭAs）を使用し、これ以外の層につい
ては、ＴＭGa、ＴＭAlおよびAs源としてアルシン（AsＨ
3）を使用することとした。さらに、上記のエピタキシ
ャルウエハに対し、ベース電極およびコレクタ電極を形
成するためウェットエッチングを施した後、Au／Tiから
成るベース電極109と、Au／Geから成るコレクタ電極110
およびエミッタ電極108 を、真空蒸着法によって形成
することによりＨＢＴを作製する。
Ｔの断面図である。基板101 上に常圧下で、膜厚５００
ｎｍのアンドープのGaAs高抵抗バッファ層102 を成長さ
せた後、コレクタ電極を形成するためのエピタキシャル
層103 として膜厚１００ｎｍの高濃度シリコンドーパン
ト含有のGaAs層、コレクタ層104 に相当する膜厚２００
ｎｍのシリコンドーパント含有GaAs層を基板温度７００
℃で成長させ、ベース層105 に相当する膜厚５０ｎｍの
高濃度炭素含有GaAs層を基板温度５５０℃で、エミッタ
層106 に相当する膜厚２００ｎｍのシリコンドーパント
含有Al0.2Ga0.8As層と、エミッタ電極を形成するための
エピタキシャル層107 として１００ｎｍの高濃度シリコ
ンドーパント含有GaAs層を基板温度７００℃で順次成長
させる。原料ガスは、高濃度炭素含有GaAs層の成長に
は、Ga源としてトリメチルガリウム（ＴＭGa）、Al源と
してトリメチルアルミニウム（ＴＭAl）、As源としてト
リメチル砒素（ＴＭAs）を使用し、これ以外の層につい
ては、ＴＭGa、ＴＭAlおよびAs源としてアルシン（AsＨ
3）を使用することとした。さらに、上記のエピタキシ
ャルウエハに対し、ベース電極およびコレクタ電極を形
成するためウェットエッチングを施した後、Au／Tiから
成るベース電極109と、Au／Geから成るコレクタ電極110
およびエミッタ電極108 を、真空蒸着法によって形成
することによりＨＢＴを作製する。
【００２４】Ａ〜ＣおよびＤ〜Ｅの基板上に作製した実
施例１〜３、比較例１〜２のＨＢＴについて、エピタキ
シャルウエハの表面欠陥密度を調べて表面状態の評価を
するとともに、ＨＢＴの室温における電流増幅率βの測
定を行い、結果を表１にまとめた。ここでエピタキシャ
ルウエハ表面状態は、表面欠陥密度が小さく、表面状態
が良好であれば○、表面欠陥密度が大きく、表面状態が
不良であれば×と表示した。
施例１〜３、比較例１〜２のＨＢＴについて、エピタキ
シャルウエハの表面欠陥密度を調べて表面状態の評価を
するとともに、ＨＢＴの室温における電流増幅率βの測
定を行い、結果を表１にまとめた。ここでエピタキシャ
ルウエハ表面状態は、表面欠陥密度が小さく、表面状態
が良好であれば○、表面欠陥密度が大きく、表面状態が
不良であれば×と表示した。
【００２５】
【表１】
【００２６】次に、表１をもとにして、ＨＢＴエピタキ
シャルウエハの品質、ＨＢＴの性能について詳細に説明
する。ベース層105 に相当する高濃度炭素含有GaAs層の
炭素濃度を、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により
定量すると、いずれも炭素濃度は等しく４×１０19cm -3
であった。このように炭素濃度が高いと、表面の面方位
が（００１）面よりθ＝２°の角度をもつ、従来のGaAs
基板を用いた比較例１のＨＢＴでは、電流増幅率βが大
変小さく、有用性が小さい。これに対し、実施例１〜３
のＨＢＴでは、表面の面方位が（００１）面よりθ＝８
°だけ傾斜した角度となるように切断されたGaAs基板を
用いて積層構造をエピタキシャル成長させたものであ
り、本発明の効果によって電流増幅率βの大幅な改善に
成功している。同様に基板表面の面方位が（００１）面
に一致している、比較例２のＨＢＴにおいても電流増幅
率βは大きい。
シャルウエハの品質、ＨＢＴの性能について詳細に説明
する。ベース層105 に相当する高濃度炭素含有GaAs層の
炭素濃度を、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により
定量すると、いずれも炭素濃度は等しく４×１０19cm -3
であった。このように炭素濃度が高いと、表面の面方位
が（００１）面よりθ＝２°の角度をもつ、従来のGaAs
基板を用いた比較例１のＨＢＴでは、電流増幅率βが大
変小さく、有用性が小さい。これに対し、実施例１〜３
のＨＢＴでは、表面の面方位が（００１）面よりθ＝８
°だけ傾斜した角度となるように切断されたGaAs基板を
用いて積層構造をエピタキシャル成長させたものであ
り、本発明の効果によって電流増幅率βの大幅な改善に
成功している。同様に基板表面の面方位が（００１）面
に一致している、比較例２のＨＢＴにおいても電流増幅
率βは大きい。
【００２７】エミッタ層／ベース層積層界面を透過型電
子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察すると比較例１のＨＢＴ
では、高濃度炭素含有層（ベース層105 ）とこの層に隣
接して形成されたエピタキシャル層（エミッタ層106 ）
の構成する積層界面に、図６のような凹凸の発生が観察
された。これに対し実施例１〜３、比較例２のＨＢＴで
は、図７のように界面は平坦であった。これらのことか
ら、ベース層炭素濃度を４×１０19cm-3と高濃度として
も、単結晶基板の表面の面方位を（００１）面より特定
の角度だけ傾斜させたことにより、この基板上に形成さ
れるＨＢＴエピタキシャル積層構造のエミッタ／ベース
界面の平坦化が実現して、高い電流増幅率が維持されて
いることが確かめられた。
子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察すると比較例１のＨＢＴ
では、高濃度炭素含有層（ベース層105 ）とこの層に隣
接して形成されたエピタキシャル層（エミッタ層106 ）
の構成する積層界面に、図６のような凹凸の発生が観察
された。これに対し実施例１〜３、比較例２のＨＢＴで
は、図７のように界面は平坦であった。これらのことか
ら、ベース層炭素濃度を４×１０19cm-3と高濃度として
も、単結晶基板の表面の面方位を（００１）面より特定
の角度だけ傾斜させたことにより、この基板上に形成さ
れるＨＢＴエピタキシャル積層構造のエミッタ／ベース
界面の平坦化が実現して、高い電流増幅率が維持されて
いることが確かめられた。
【００２８】一方エピタキシャルウエハの表面状態に着
目すると、表面の面方位が（００１）面に一致している
GaAs基板を用いた比較例２のエピタキシャルウエハで
は、界面の構造乱れを抑える本発明の効果は現れている
が、表面の欠陥密度が増加し表面状態が悪化しているこ
とがわかる。これは、基板結晶中の転移がエピタキシャ
ル層中に伝搬し、表面欠陥として現れたためと考えられ
る。これに対して、実施例１〜３のエピタキシャルウエ
ハは、表面欠陥は少なく、表面状態は良好であった。し
たがって、表面欠陥密度を小さくして、かつ電流増幅率
βの大きな高性能のＨＢＴエピタキシャルウエハを製造
するためには、Ａ、Ｂ、Ｃの傾斜角度を有する基板が有
効である。
目すると、表面の面方位が（００１）面に一致している
GaAs基板を用いた比較例２のエピタキシャルウエハで
は、界面の構造乱れを抑える本発明の効果は現れている
が、表面の欠陥密度が増加し表面状態が悪化しているこ
とがわかる。これは、基板結晶中の転移がエピタキシャ
ル層中に伝搬し、表面欠陥として現れたためと考えられ
る。これに対して、実施例１〜３のエピタキシャルウエ
ハは、表面欠陥は少なく、表面状態は良好であった。し
たがって、表面欠陥密度を小さくして、かつ電流増幅率
βの大きな高性能のＨＢＴエピタキシャルウエハを製造
するためには、Ａ、Ｂ、Ｃの傾斜角度を有する基板が有
効である。
【００２９】なお、これらＨＢＴ積層構造は、その他各
層の組成を変えて構成してもよく、高濃度炭素含有層と
してはGaAsのみならず、これ以外のInAlGaAsエピタキシ
ャル層を用いても同様の効果が期待できる。また、基板
として上記面方位を有するＡ〜Ｃの単結晶GaAs基板の代
わりに、同様の面方位を有する単結晶InＰ基板を使用す
ることによっても本発明における効果が期待できる。す
なわち、高濃度炭素含有InGaAs層をベース層とするＨＢ
Ｔ積層構造において、ベース層中への炭素濃度を２×１
０19cm-3程度以上に大きくしてもベース／エミッタ界面
に構造乱れが発生することがなく、ＨＢＴの高性能化が
図れる。
層の組成を変えて構成してもよく、高濃度炭素含有層と
してはGaAsのみならず、これ以外のInAlGaAsエピタキシ
ャル層を用いても同様の効果が期待できる。また、基板
として上記面方位を有するＡ〜Ｃの単結晶GaAs基板の代
わりに、同様の面方位を有する単結晶InＰ基板を使用す
ることによっても本発明における効果が期待できる。す
なわち、高濃度炭素含有InGaAs層をベース層とするＨＢ
Ｔ積層構造において、ベース層中への炭素濃度を２×１
０19cm-3程度以上に大きくしてもベース／エミッタ界面
に構造乱れが発生することがなく、ＨＢＴの高性能化が
図れる。
【００３０】（実施例２）本発明の更に他の実施例とし
て、ＭＯＶＰＥ法を利用し、本発明のエピタキシャルウ
エハ製造方法を用いて、高濃度炭素含有AlGaAs層をホー
ル供給層とするｐチャンネルＨＥＭＴを作製した場合を
説明する。図１１は本発明の効果を調べるためのｐチャ
ンネルＨＥＭＴの断面図である。基板111 上に常圧下基
板温度７００℃で、膜厚５００ｎｍのアンドープのGaAs
高抵抗バッファ層112 、高純度エピタキシャル層113 と
して膜厚２０ｎｍのアンドープのInGaAs層、スペーサ層
114 として膜厚５ｎｍのアンドープAl0.2Ga0.8As層、ホ
ール供給層115 として膜厚５０ｎｍの高濃度炭素含有Al
0.2Ga0.8As層、ソース電極およびドレイン電極を形成す
るためのエピタキシャル層116a、116bとして膜厚１００
ｎｍの高濃度炭素含有GaAs層を順次成長させる。そして
ソース電極117 、ゲート電極118 、ドレイン電極119 を
真空蒸着法によって形成してＨＥＭＴを作製する。原料
ガスは、高濃度炭素含有GaAs層の成長には、ＴＭGa、Ｔ
ＭAl、ＴＭAsを使用し、これ以外の層については、ＴＭ
Ga、ＴＭAl、In源としてトリメチルインジウム（ＴＭI
n）、そしてAsＨ3 を使用することとした。
て、ＭＯＶＰＥ法を利用し、本発明のエピタキシャルウ
エハ製造方法を用いて、高濃度炭素含有AlGaAs層をホー
ル供給層とするｐチャンネルＨＥＭＴを作製した場合を
説明する。図１１は本発明の効果を調べるためのｐチャ
ンネルＨＥＭＴの断面図である。基板111 上に常圧下基
板温度７００℃で、膜厚５００ｎｍのアンドープのGaAs
高抵抗バッファ層112 、高純度エピタキシャル層113 と
して膜厚２０ｎｍのアンドープのInGaAs層、スペーサ層
114 として膜厚５ｎｍのアンドープAl0.2Ga0.8As層、ホ
ール供給層115 として膜厚５０ｎｍの高濃度炭素含有Al
0.2Ga0.8As層、ソース電極およびドレイン電極を形成す
るためのエピタキシャル層116a、116bとして膜厚１００
ｎｍの高濃度炭素含有GaAs層を順次成長させる。そして
ソース電極117 、ゲート電極118 、ドレイン電極119 を
真空蒸着法によって形成してＨＥＭＴを作製する。原料
ガスは、高濃度炭素含有GaAs層の成長には、ＴＭGa、Ｔ
ＭAl、ＴＭAsを使用し、これ以外の層については、ＴＭ
Ga、ＴＭAl、In源としてトリメチルインジウム（ＴＭI
n）、そしてAsＨ3 を使用することとした。
【００３１】基板として、（実施例１）のＡ〜Ｃおよび
Ｄの面方位を有する単結晶GaAs基板を使用し、実施例４
〜６、比較例３のｐチャンネルＨＥＭＴを作製した。そ
して閾値のウエハ面内均一性について評価を行い、良好
である場合を○、不良である場合を×で表し表２にまと
めた。
Ｄの面方位を有する単結晶GaAs基板を使用し、実施例４
〜６、比較例３のｐチャンネルＨＥＭＴを作製した。そ
して閾値のウエハ面内均一性について評価を行い、良好
である場合を○、不良である場合を×で表し表２にまと
めた。
【００３２】
【表２】
【００３３】表２に示すように、ＳＩＭＳ法によりホー
ル供給層115 に相当する高濃度炭素含有AlGaAs層の炭素
濃度を測定すると、いずれも炭素濃度は等しく１×１０
18cm -3であった。このように炭素濃度が高いと、表面の
面方位が（００１）面よりθ＝２°の角度をもつ、従来
のGaAs基板を用いた比較例３のＨＥＭＴでは、ウエハ面
内において閾値のばらつきが大きかった。これに対し、
実施例４〜６のＨＥＭＴでは、表面の面方位が（００
１）面よりθ＝８°だけ傾斜した角度となるように切断
されたGaAs基板を用いて積層構造をエピタキシャル成長
させたものであり、ホール供給層である高濃度炭素含有
AlGaAs層中の炭素濃度を１×１０18cm-3程度以上に大き
くしても、ホール供給層とこれと隣接する層との間の積
層界面に凹凸が発生することもなく、その結果ホール供
給層の厚みが均一となりＨＥＭＴの閾値のウエハ面内高
均一化が図れている。
ル供給層115 に相当する高濃度炭素含有AlGaAs層の炭素
濃度を測定すると、いずれも炭素濃度は等しく１×１０
18cm -3であった。このように炭素濃度が高いと、表面の
面方位が（００１）面よりθ＝２°の角度をもつ、従来
のGaAs基板を用いた比較例３のＨＥＭＴでは、ウエハ面
内において閾値のばらつきが大きかった。これに対し、
実施例４〜６のＨＥＭＴでは、表面の面方位が（００
１）面よりθ＝８°だけ傾斜した角度となるように切断
されたGaAs基板を用いて積層構造をエピタキシャル成長
させたものであり、ホール供給層である高濃度炭素含有
AlGaAs層中の炭素濃度を１×１０18cm-3程度以上に大き
くしても、ホール供給層とこれと隣接する層との間の積
層界面に凹凸が発生することもなく、その結果ホール供
給層の厚みが均一となりＨＥＭＴの閾値のウエハ面内高
均一化が図れている。
【００３４】これらＨＥＭＴ積層構造は、その他各層の
組成を変えて構成してもよく、高濃度炭素含有層として
GaAsのみならず、これ以外のInAlGaAsエピタキシャル層
を用いても同様の効果が期待できる。また、基板として
上記面方位を有するＡ〜Ｃの単結晶GaAs基板の代わり
に、同様の面方位を有する単結晶InＰ基板を使用して
も、作製したデバイスの性能の向上が期待できる。な
お、本発明の高濃度炭素含有層を有するエピタキシャル
ウエハの製造方法を用いれば、ＨＢＴ、ＨＥＭＴの作製
に限らず、その他の高性能のデバイスを作製することも
可能となる。
組成を変えて構成してもよく、高濃度炭素含有層として
GaAsのみならず、これ以外のInAlGaAsエピタキシャル層
を用いても同様の効果が期待できる。また、基板として
上記面方位を有するＡ〜Ｃの単結晶GaAs基板の代わり
に、同様の面方位を有する単結晶InＰ基板を使用して
も、作製したデバイスの性能の向上が期待できる。な
お、本発明の高濃度炭素含有層を有するエピタキシャル
ウエハの製造方法を用いれば、ＨＢＴ、ＨＥＭＴの作製
に限らず、その他の高性能のデバイスを作製することも
可能となる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板として特定の面方位を有する III−Ｖ族化合物半導
体単結晶基板を用いることにより、エピタキシャル積層
構造を形成する際に、高濃度の炭素ドーパントを含有す
るInAlGaAs層の炭素濃度を十分に高くしても、この層
と、それに隣接して形成される層との積層界面における
構造の連続的乱れ、すなわち凹凸の発生と、凹凸の発生
に起因する結晶構造の乱れた部分の発生を抑制すること
ができる。
基板として特定の面方位を有する III−Ｖ族化合物半導
体単結晶基板を用いることにより、エピタキシャル積層
構造を形成する際に、高濃度の炭素ドーパントを含有す
るInAlGaAs層の炭素濃度を十分に高くしても、この層
と、それに隣接して形成される層との積層界面における
構造の連続的乱れ、すなわち凹凸の発生と、凹凸の発生
に起因する結晶構造の乱れた部分の発生を抑制すること
ができる。
【００３６】このため、本発明によれば、ＨＢＴのベー
ス層として２×１０19cm-3以上の濃度の炭素ドーパント
を含有するInAlGaAs層を使用しても、これら炭素含有層
（ベース層）とその隣接層（エミッタ層）との積層界面
に構造乱れが発生しないことから、高い電流増幅率をも
ち、従来よりも高速で、かつ信頼性に優れるＨＢＴを製
造することができる。また、本発明によれば、ｐチャン
ネルＨＥＭＴのホール供給層として１×１０ 18cm-3以上
の濃度の炭素ドーパントを含有するInAlGaAs層を使用し
ても、これら炭素含有層（ホール供給層）とその隣接層
（キャップ層）との積層界面に凹凸が発生しないことか
ら、ＨＥＭＴの動作電圧について、従来よりもウエハ面
内の均一性に優れるｐチャンネルＨＥＭＴエピタキシャ
ルウエハを形成することが可能である。
ス層として２×１０19cm-3以上の濃度の炭素ドーパント
を含有するInAlGaAs層を使用しても、これら炭素含有層
（ベース層）とその隣接層（エミッタ層）との積層界面
に構造乱れが発生しないことから、高い電流増幅率をも
ち、従来よりも高速で、かつ信頼性に優れるＨＢＴを製
造することができる。また、本発明によれば、ｐチャン
ネルＨＥＭＴのホール供給層として１×１０ 18cm-3以上
の濃度の炭素ドーパントを含有するInAlGaAs層を使用し
ても、これら炭素含有層（ホール供給層）とその隣接層
（キャップ層）との積層界面に凹凸が発生しないことか
ら、ＨＥＭＴの動作電圧について、従来よりもウエハ面
内の均一性に優れるｐチャンネルＨＥＭＴエピタキシャ
ルウエハを形成することが可能である。
【図１】図１は本発明において用いる単結晶基板の表面
の面方位を表す図である。
の面方位を表す図である。
【図２】図２は本発明において用いる別の単結晶基板の
表面の面方位を表す図である。
表面の面方位を表す図である。
【図３】図３は本発明において用いるさらに別の単結晶
基板の表面の面方位を表す図である。
基板の表面の面方位を表す図である。
【図４】図４はＨＢＴの基本構造を表す断面図である。
【図５】図５はｐチャンネルＨＥＭＴの基本構造を表す
断面図である。
断面図である。
【図６】図６は従来のエピタキシャルウエハにおける高
濃度炭素含有層とそれに隣接して形成された層との積層
界面および界面周辺部の構造の断面模式図である。
濃度炭素含有層とそれに隣接して形成された層との積層
界面および界面周辺部の構造の断面模式図である。
【図７】図７は理想的な積層界面を表す断面模式図であ
る。
る。
【図８】図８は従来の単結晶基板を表す図である。
【図９】図９は表面の面方位が（００１）面に一致して
いる単結晶基板を表す図である。
いる単結晶基板を表す図である。
【図１０】図１０は本発明の効果を調べるためのＨＢＴ
の一実施例の断面図である。
の一実施例の断面図である。
【図１１】図１１は本発明の効果を調べるためのｐチャ
ンネルＨＥＭＴの一実施例の断面図である。
ンネルＨＥＭＴの一実施例の断面図である。
11、21、31、41、51、81、91、101 、111 単結晶基
板 42、104 コレクタ層 43、105 ベース層 44、106 エミッタ層 45、108 エミッタ電極 46、109 ベース電極 47、110 コレクタ電極 52、113 高純度エピタキシャル層 53、115 ホール供給層 54 キャップ層 55、117 ソース電極 56、118 ゲート電極 57、119 ドレイン電極 58 ２次元ホールガス層 62、72 高濃度炭素含有層 63、73 高濃度炭素含有層に隣接して形成されたエピ
タキシャル層 64、74 積層界面 65 界面周辺部 102 、112 バッファ層 103 コレクタ電極形成のためのエピタキシャル層 107 エミッタ電極形成のためのエピタキシャル層 114 スペーサ層 116a ソース電極形成のためのエピタキシャル層 116b ドレイン電極形成のためのエピタキシャル層
板 42、104 コレクタ層 43、105 ベース層 44、106 エミッタ層 45、108 エミッタ電極 46、109 ベース電極 47、110 コレクタ電極 52、113 高純度エピタキシャル層 53、115 ホール供給層 54 キャップ層 55、117 ソース電極 56、118 ゲート電極 57、119 ドレイン電極 58 ２次元ホールガス層 62、72 高濃度炭素含有層 63、73 高濃度炭素含有層に隣接して形成されたエピ
タキシャル層 64、74 積層界面 65 界面周辺部 102 、112 バッファ層 103 コレクタ電極形成のためのエピタキシャル層 107 エミッタ電極形成のためのエピタキシャル層 114 スペーサ層 116a ソース電極形成のためのエピタキシャル層 116b ドレイン電極形成のためのエピタキシャル層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/73 29/778 21/338 29/812 7376−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/80 Ｈ
Claims (1)
- 【請求項１】 III−Ｖ族化合物半導体単結晶基板上
に、炭素を１×１０18cm-3以上の濃度含有するInx(AlyG
a1-y)1-xAs（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）層を少なくとも
１層含むエピタキシャル積層構造を形成する際に、前記
III−Ｖ族化合物半導体単結晶基板として、表面の結晶
学的面方位を下記〜のいずれかとした基板を用いる
ことを特徴とする III−Ｖ族化合物半導体エピタキシャ
ルウエハの製造方法。 （００１）面より［１００］方向に７〜９°傾斜。 （００１）面より［１−１０］方向に１０〜１２°傾
斜。 （００１）面より［１１０］方向に１０〜１２°傾
斜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30591894A JPH08162407A (ja) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体エピタキシャルウエハの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30591894A JPH08162407A (ja) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体エピタキシャルウエハの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162407A true JPH08162407A (ja) | 1996-06-21 |
Family
ID=17950872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30591894A Pending JPH08162407A (ja) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体エピタキシャルウエハの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08162407A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010171416A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体装置、半導体装置の製造方法および半導体装置のリーク電流低減方法 |
-
1994
- 1994-12-09 JP JP30591894A patent/JPH08162407A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010171416A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体装置、半導体装置の製造方法および半導体装置のリーク電流低減方法 |
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