JPH11162854A - 化合物半導体ウェハの製造方法 - Google Patents
化合物半導体ウェハの製造方法Info
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- JPH11162854A JPH11162854A JP32177397A JP32177397A JPH11162854A JP H11162854 A JPH11162854 A JP H11162854A JP 32177397 A JP32177397 A JP 32177397A JP 32177397 A JP32177397 A JP 32177397A JP H11162854 A JPH11162854 A JP H11162854A
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Abstract
サイクルのスループットを向上し、酸素の混入を制御
し、膜厚が均一で不純物の少ない高品質な化合物半導体
ウェハを製造する方法を提供する。 【解決手段】 TEG、TMA、TMI、およびAsH
3を用いて、600℃以下の同一温度で、GaAs層/
AlGaAs層/InGaAs層を連続的に成長させて
化合物半導体ウェハを製造する。
Description
ハの製造方法に関し、特に、ガリウム砒素(GaAs)
やアルミニウム(Al)を含む混晶の各層を有機金属気
相成長法(MOVPE法)により成長させる化合物半導
体ウェハの製造方法に関する。
るn型AlGaAs/InGaAs/GaAs系シュード
モフィクHEMTエピタキシャルウェハの基本構造を示
す。図1に示した従来の化合物半導体ウェハであるシュ
ードモフィクHEMTエピタキシャルウェハ1は、半絶
縁性GaAs基板2上に、アンドープ(undoped)GaA
s層3、インジウム(In)組成15%のアンドープI
nGaAs層4、Al組成30%のn型AlGaAs層
5、およびn型GaAs層6を順に成長させて形成され
ている。
モフィクHEMTエピタキシャルウェハ1の製造方法に
おいては、600℃よりも低い成長温度でAlを含む混
晶であるn型AlGaAs層5を成長させると、酸素の
混入量が増加してキャリアが不活性化し、また、炭素の
混入も増加するため高濃度なp型のAlGaAs層にな
ってしまい、n型のキャリア濃度の制御性が困難になる
ため、n型AlGaAs層5は600℃以上の温度で成
長させていた。また、従来においては、各層2〜6の成
長に適した成長温度の下限温度が明らかでなかったた
め、一般に、MOVPE成長では、一部の有機金属化合
物をすべて600℃以上の温度領域で用いてきた。
aAs層4の成長温度は、Inの偏析抑止等の理由から
600℃よりも低い温度(一般に550℃以下)で成長
した方が良質な層膜が得られることが解った。そこで、
近年のMOVPE法においては、アンドープInGaA
s層4を550℃以下の温度で成長した後、成長中断を
設け、基板温度をn型AlGaAs層5の成長温度に適
した600℃以上の温度に上げて、n型AlGaAs層
5を成長している。
示したような従来のMOVPE法による化合物半導体ウ
ェハの製造方法によれば、アンドープInGaAs層4
とn型AlGaAs層5の成長の間に基板温度を変更す
る成長中断を設けているため、アンドープInGaAs
層4とn型AlGaAs層5の境界面7に酸素などの不
純物を多く含んでしまい、エピウェハの電気特性が悪く
なるという問題があった。
導体ウェハの製造方法によれば、各層2〜6の成長に用
いる原料と成長温度の関係が不明確であったため、膜厚
の不均一や不純物によるキャリア濃度の制御性の悪化が
生じるという問題があった。
数の層を連続成長して、成長における1サイクルの時間
の短縮を図ってスループットを向上し、良好なヘテロ界
面の形成ができ、膜厚が均一で不純物の少ない高品質な
化合物半導体ウェハを製造することができる化合物半導
体ウェハの製造方法を提供することである。
長基板温度でAlを含む混晶の層を成長させても、不純
物である酸素の混入を制御することができる化合物半導
体ウェハの製造方法を提供することである。
目的を実現するため、有機金属化合物を用いて基板上に
1層または複数の化合物層を成長させて化合物半導体ウ
ェハを製造する方法において、化合物層は、有機金属化
合物の水素雰囲気中での分解開始温度よりも所定の温度
(ΔT)以上高い基板温度で成長することを特徴とする
化合物半導体ウェハの製造方法を提供する。
化合物を用いて基板上に複数の化合物層を成長させて化
合物半導体ウェハを製造する方法において、複数の化合
物層は、共通の基板温度で成長することを特徴とする化
合物半導体ウェハの製造方法を提供する。
化合物を用いて基板上に1層または複数の化合物層を成
長させて化合物半導体ウェハを製造する方法において、
化合物層は、有機金属化合物の気相中での拡散速度が律
速となる基板温度で成長することを特徴とする化合物半
導体ウェハの製造方法を提供する。
化合物を用いて基板上に1層または複数の化合物層を成
長させて化合物半導体ウェハを製造する方法において、
化合物層のうちの少なくとも1つの層は、キャリア濃度
を制御するために意図的に混入する不純物の濃度と非意
図的に混入する不純物の濃度を制御しながら成長するこ
とを特徴とする化合物半導体ウェハの製造方法を提供す
る。
の製造方法を詳細に説明する。
ェハの各層の成長においては、成長温度によって各層の
成長に寄与する律速過程が異なっている。成長温度が6
00℃より低い温度の領域においては、有機金属化合物
の基板表面での反応速度が律速となる表面反応律速領域
であり、成長温度が600℃以上の温度領域では気相中
の有機金属化合物の拡散速度が律速となる拡散律速領域
である。この拡散律速成長の場合には、層膜の成長が基
板表面での微妙な温度分布に影響されないため、膜厚の
再現性、均一性が良く、また、表面反応速度が速いため
不純物の取り込みも少ない。従って、実際の各層の成長
においては、拡散律速領域での成長が望まれる。そこ
で、周期律表におけるIII族金属元素であるガリウム
(Ga)、アルミニウム(Al)、およびインジウム
(In)を含む層をメチル基またはエチル基を有する有
機金属化合物を用いて成長させて、その成長速度の温度
依存性を調査した。実際には、トリメチルガリウム(T
MG)を用いて成長したGaAs層、トリエチルガリウ
ム(TEG)を用いて成長したGaAs層、トリメチル
アルミニウム(TMA)を用いて成長したAlAs層、
およびトリメチルインジウム(TMI)を用いて成長し
たInAs層の成長速度の温度依存性を調査した。ここ
で、砒素(As)の原料には、アルシン(AsH3 )を
用いて行った。
温度依存性を示す。図1の結果から、拡散律速から表面
反応律速に変わる時の温度が有機金属化合物によって異
なることが判った。即ち、それぞれの拡散律速温度は、
TMGを用いて成長したGaAs層が565℃以上、T
EGを用いて成長したGaAs層が425℃以上、TM
Aを用いて成長したAlAs層が505℃以上、および
TMIを用いて成長したInAs層が465℃以上とな
った。ここで、この律速領域の変わる温度を変移温度と
定義する。表1に各有機金属化合物の変移温度を示す。
解して金属を放出し始める温度を、有機金属化合物の分
解開始温度と定義する。表2に有機金属化合物の代表的
な分解開始温度を示す。
する要因を検討した結果、水素雰囲気中における有機金
属化合物の分解開始温度と変移温度が一次線形の関係に
あることが判った。
移温度との関係を示す。図2の結果から、変移温度は次
の式で表現できる。 <式1>変移温度=水素雰囲気中の有機金属化合物の分
解開始温度+ΔT
る。ここで、変移温度を、いくつかの成長装置を用いて
調べた結果、変移温度は、水素雰囲気中の有機金属化合
物の分解開始温度に比例し、変移温度は式1のΔTの定
数の絶対値が変化するだけであることがわかった。即
ち、このΔTは、成長装置やGaAs基板の種類などに
より約±65℃前後変化し、そのため変移温度も変化す
る。これまでの調査の結果ΔTの下限値は、180℃で
あることが判った。
aAs層の成長速度の温度依存性を比較する。従来から
使用されているTMGを用いて成長したGaAs層は、
反応律速から拡散律速に変化する基板温度は565℃で
あった。これに対して、TEGを用いて成長したGaA
s層は、反応律速から拡散律速に変化する基板温度は4
25℃であった。このことから、565℃以下の温度に
おいては、TEGを用いることによって、GaAs層の
拡散律速領域での成長が可能となる。
MGとTEGを用いて成長させたGaAs層の膜質を比
較した。この結果、TEGによって成長させたGaAs
層の含有する炭素や酸素の不純物の濃度は、TMGによ
って成長させたGaAs層の含有するそれら不純物の濃
度の約1/10程度であった。従って、550℃の基板
温度であっても、TEGを用いることによって、良質な
GaAs層を得ることができた。
の、TMGとTMA、およびTEGとTMAを用いたA
l組成30%のAlGaAs層の成長速度の温度依存性
を示す。また、表3にそれぞれの成長条件を示す。
s層を成長させた場合、565℃以下で表面反応律速成
長となり、このTMGにおけるAlGaAs層の拡散律
速成長の下限温度は、565℃であった。一方、TEG
を用いてAlGaAs層を成長させた場合、565℃以
下においても拡散律速成長であった。
は、成長速度の大幅な低下が起きているが、TEGに関
しては、成長速度の大幅な低下は見られなかった。更
に、TMGを用いて600℃以下の成長温度で成長させ
たAlGaAs層の不純物と、TEGを用いて600℃
以下の成長温度で成長させたAlGaAs層の不純物と
を、SIMS分析によって評価し比較した。この結果、
TEGによって成長させたAlGaAs層の含有する炭
素濃度は、TMGによって成長させたAlGaAs層の
含有する炭素濃度の約1/100となり、また、TEG
によって成長させたAlGaAs層の含有する酸素濃度
も、TMGによって成長させたAlGaAs層の含有す
る酸素濃度の約1/10であった。更に、キャリア濃度
(ホール濃度:p型)も、TEGの方がTMGに比べて
約1/10の濃度であった。
(Ga)原料をTEGにしたことによって、600℃以
下の成長温度でも、不純物の少ない良好な膜質を有する
AlGaAs層を得ることができるようになった。
と同様に、TMGを用いて成長させた場合に表面反応律
速成長となる成長温度においても、TEGを用いて成長
させた場合には、拡散律速成長となった。また、InG
aAs層は、TEGを用いた場合、約465℃まで拡散
律速成長ができることが判った。
とによって、同一温度で化合物半導体ウェハの各層を連
続成長することができるようになり、良好なヘテロ界面
を有する化合物半導体ウェハが得られ、また、有機金属
気相成長における、成長温度、成長圧力、ガス流速とい
った成長条件を、成長途中で変える必要がなく、連続成
長によりウェハ製造時間の短縮が図られスループットが
向上した。
℃の成長基板温度で成長させたAlGaAs層の不純物
について説明する。一般に、AlGaAs層に含まれる
不純物には、そのキャリア濃度を制御するためにAlG
aAs層の成長において意図的に混入されるものと、A
lGaAs層の成長において非意図的に混入する酸素な
どがある。従来、AlGaAs層の成長において制御す
ることができなかった非意図的に混入する酸素を制御す
る方法について、以下に説明する。
0℃の成長基板温度で成長させたAlGaAs層中の酸
素濃度とTMAの供給量との関係を示す。図4におい
て、AlGaAs層の成長の際の単位時間当たりのTM
Aの供給量を減少させると、AlGaAs層中の酸素濃
度が減少することが判った。
Al組成率の増加によって、酸素濃度も増加する。ま
た、Al組成率を変える場合、TMAの供給量を変える
場合がある。そこで、TMAの供給量を固定して、Ga
原料であるTEGの供給量を変化させて、Al組成率の
異なるAlGaAs層と酸素濃度の関係を調べた。実際
には、TMAの供給量を固定しても、TEGの供給量で
成長速度が大きく変わるため、成長速度の酸素濃度に対
する影響を考慮して、AlGaAs層の成長速度をAl
As層の成長速度で標準化して、酸素濃度とAlGaA
s層のAl組成率との関係を調べた。
準化した酸素濃度の関係を示す。ここで、Al組成率
は、20%〜50%とした。図5から判るように、Al
組成率によって、酸素濃度が殆ど変化しないことが判っ
た。
aAs層に含有される酸素の量は、Al組成率によって
変化せず、TMAの供給量に依存することが判った。従
って、AlGaAs層中の酸素濃度は、TMAの供給量
によって制御することができ、AlGaAs層を有する
化合物半導体ウェハにおいて、TMAの供給量を制御し
て、その特性上求められる酸素の混入量の下限に合わせ
ることができるようになった。
GaAs層、およびInGaAs層の成長について検討
されたが、InGaP層およびInAlAs層の形成に
おいても、拡散律速に基づく成長が望ましいことが判明
した。
ウェハの製造方法によれば、Ga原料をTEGにして、
各層を同一の温度で連続成長させることとしたので、良
好なヘテロ界面を有する化合物半導体ウェハを得ること
ができるようになった。また、各層を連続成長すること
により、化合物半導体ウェハの製造時間の短縮が図られ
スループットを向上することができるようになった。
方法によれば、化合物半導体ウェハがAlGaAs層を
含む場合、AlGaAs層の成長に使用するTMAの供
給量を制御することによって、AlGaAs層に含まれ
る酸素の量を減少させることができるようになった。
成長速度の温度依存性を示す図である。
係を示す図である。
である。
素濃度を示す図である。
す図である。
シュードモフィクHEMTエピタキシャルウェハの基本
構造を示す図である。
Claims (19)
- 【請求項1】有機金属化合物を用いて基板上に1層また
は複数の化合物層を成長させて化合物半導体ウェハを製
造する方法において、 前記化合物層は、前記有機金属化合物の水素雰囲気中で
の分解開始温度よりも所定の温度(ΔT)以上高い基板
温度で成長することを特徴とする化合物半導体ウェハの
製造方法。 - 【請求項2】前記所定の温度(ΔT)は、180℃以上
であることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体ウ
ェハの製造方法。 - 【請求項3】前記有機金属化合物として異なった分解開
始温度を有する複数の有機金属化合物を用いる場合、前
記基板温度は、前記異なった分解開始温度のうち最も高
い分解開始温度よりも所定の温度(ΔT)以上高い基板
温度であることを特徴とする請求項1または2記載の化
合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項4】前記有機金属化合物は、ガリウム、アルミ
ニウム、インジウム等の周期律表のIII族金属元素にメ
チル基またはエチル基を結合した有機金属化合物を含む
ことを特徴とする請求項1乃至3記載の化合物半導体ウ
ェハの製造方法。 - 【請求項5】前記化合物層は、前記有機金属化合物に含
まれる金属と砒素の化合物から成る層を含むことを特徴
とする請求項1乃至4記載の化合物半導体ウェハの製造
方法。 - 【請求項6】前記砒素は、アルシン(AsH3 )を原料
とすることを特徴とする請求項5記載の化合物半導体ウ
ェハの製造方法。 - 【請求項7】有機金属化合物を用いて基板上に複数の化
合物層を成長させて化合物半導体ウェハを製造する方法
において、 前記複数の化合物層は、共通の基板温度で成長すること
を特徴とする化合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項8】前記共通の基板温度は、505℃〜600
℃の範囲の温度であることを特徴とする請求項7記載の
化合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項9】有機金属化合物を用いて基板上に1層また
は複数の化合物層を成長させて化合物半導体ウェハを製
造する方法において、 前記化合物層は、前記有機金属化合物の気相中での拡散
速度が律速となる基板温度で成長することを特徴とする
化合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項10】前記有機金属化合物は、周期律表のIII
族金属元素にメチル基またはエチル基を結合した有機金
属化合物を含み、 前記化合物層は、前記有機金属化合物に含まれる金属と
砒素の化合物から成る層を含むことを特徴とする請求項
9記載の化合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項11】前記有機金属化合物は、トリエチルガリ
ウム(TEG)を含み、 前記化合物層は、GaAs層を含むことを特徴とする請
求項9記載の化合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項12】前記有機金属化合物は、トリエチルガリ
ウム(TEG)およびトリメチルアルミニウム(TM
A)を含み、 前記化合物層は、AlGaAs層を含むことを特徴とす
る請求項9記載の化合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項13】前記有機金属化合物は、トリエチルガリ
ウム(TEG)およびトリメチルインジウム(TMI)
を含み、 前記化合物層は、InGaAs層を含むことを特徴とす
る請求項9記載の化合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項14】有機金属化合物を用いて基板上に1層ま
たは複数の化合物層を成長させて化合物半導体ウェハを
製造する方法において、 前記化合物層のうちの少なくとも1つの層は、キャリア
濃度を制御するために意図的に混入する不純物の濃度と
非意図的に混入する不純物の濃度の制御を受けながら成
長することを特徴とする化合物半導体ウェハの製造方
法。 - 【請求項15】前記非意図的に混入する不純物は、酸素
であることを特徴とする請求項14記載の化合物半導体
ウェハの製造方法。 - 【請求項16】前記化合物層のうちの少なくとも1つの
層は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項14
記載の化合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項17】前記アルミニウムは、20〜50%の組
成率であることを特徴とする請求項16記載の化合物半
導体ウェハの製造方法。 - 【請求項18】前記非意図的に混入する不純物の濃度
は、前記アルミニウムを含む前記有機金属化合物の供給
量で制御することを特徴とする請求項16または17記
載の化合物半導体ウェハの製造方法。 - 【請求項19】前記アルミニウムを含む前記有機金属化
合物は、トリメチルアルミニウム(TMA)であること
を特徴とする請求項18記載の化合物半導体ウェハの製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32177397A JP3381587B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 化合物半導体ウェハの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32177397A JP3381587B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 化合物半導体ウェハの製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11162854A true JPH11162854A (ja) | 1999-06-18 |
JP3381587B2 JP3381587B2 (ja) | 2003-03-04 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP32177397A Expired - Lifetime JP3381587B2 (ja) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 化合物半導体ウェハの製造方法 |
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JP (1) | JP3381587B2 (ja) |
-
1997
- 1997-11-21 JP JP32177397A patent/JP3381587B2/ja not_active Expired - Lifetime
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