JPH11251250A - 化合物半導体基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン基板上に第III −Ｖ族化合物半導体
層をエピタキシャル成長させると、シリコン基板の表面
部に第Ｖ族元素が侵入拡散して低抵抗化したり、化合物
半導体層の結晶性が損なわれるという問題があった。 【解決手段】 第IV族元素から成る基板上に、第III −
V 族元素から成る化合物半導体層をエピタキシャル成長
させた化合物半導体基板において、前記第IV族元素から
成る基板が１×１０² Ω・ｃｍ以上の高抵抗基板であ
り、且つその一主面側に第III 族元素を含有する不純物
含有領域を１〜５００ｎｍの深さで有し、この領域にお
ける前記第III 族元素の原子濃度が前記第IV族元素から
成る基板の表面側で１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以上
となり、裏面側で１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以下と
なるような濃度勾配を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周期表第IV族の単
一元素から成る基板上に、周期表第III −V 族元素から
成る化合物半導体層を形成した化合物半導体基板に関
し、特に電子素子、光素子、光電子素子、およびこれら
の集積回路に用いられる化合物半導体基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガリウム砒素のような第III −V 族の化
合物半導体を用いた電子デバイスは、シリコン半導体を
用いたデバイスより高速・高周波域で動作することが可
能であるため、マイクロ波デバイスやミリ波デバイスな
どの電子素子、或いはＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ
（レーザーダイオード）などの光デバイスへの利用が拡
大している。

【０００３】ところが、化合物半導体のみから成るバル
ク状の化合物半導体基板は、口径が未だ３〜４インチ、
大きくても５〜６インチ程度と小さく、しかも高価格で
あり、６〜８インチ、さらには１２インチといった大口
径化が達成されて低価格なシリコン基板と比較して、そ
の上に形成される半導体装置の量産化と今後の展開を困
難としている。

【０００４】そこで、注目されているのがシリコン基板
上に化合物半導体層をヘテロエピタキシャル成長させた
化合物半導体基板である。化合物半導体をシリコン基板
上にエピタキシャル成長させることで、半導体基板の大
口径化と低コスト化が可能となる。また、化合物半導体
層をシリコン基板上に形成した半導体基板は、機械的強
度に優れ、且つ熱伝導性が高いため、放熱性に優れた半
導体装置になるなどの特徴を有する。さらに、ガリウム
砒素などの化合物半導体材料は、優れた光学特性と電気
特性を併せ持つため、ＭＥＳＦＥＴ（金属半導体電界効
果トランジスタ）やＨＥＭＴ（高電子移動度トランジス
タ）などの電子素子とＬＥＤやＬＤなどの光素子とを同
一基板上に作製した光・電子混成デバイスを実現するこ
とも可能になる。

【０００５】化合物半導体層をシリコン基板上に形成し
た半導体基板は、このような多くのメリットを持つ反
面、化合物半導体層をシリコン基板上にエピタキシャル
成長させる際に、その前処理としてシリコン基板の表面
を高温下でアルシンガス（ＡｓＨ3 ）の雰囲気に曝して
酸化膜を除去することから、図８に示すように、シリコ
ン基板１内へ砒素原子（Ａｓ）が侵入拡散するととも
に、化合物半導体層の成長初期における基板温度が高い
ために、シリコン基板１内に砒素原子（Ａｓ）が侵入拡
散し、これがシリコン基板１に対してドーパントとなっ
てシリコン基板１の表面部が低抵抗化してシリコン基板
１の表面領域に低抵抗層１ｃが形成され、この半導体基
板を用いたデバイス特性が劣化するという問題があっ
た。

【０００６】すなわちシリコン基板１の表面に低抵抗層
１ｃが形成されると、図９に示すように、シリコン基板
１上にバッファ層として機能する第ｌの化合物半導体層
３、活性層もしくは動作層として機能する第２の化合物
半導体層４、さらにコンタクト層として機能する第３の
化合物半導体層５を形成して、この第２の化合物半導体
層４をデバイスの動作層とする場合、シリコン基板１の
表面領域の低抵抗層１ｃがこの第１の化合物半導体層３
およびシリコン基板１の高抵抗バルク部１ｂよりも低抵
抗となるため、第２の化合物半導体層４を動作層とする
デバイスの特性を劣化させたり、デバイス間の素子分離
が不十分となって素子の複合形成や集積化が困難にな
る。

【０００７】例えば、ソース接地型のＦＥＴでは、ピン
チオフ特性の低下、しきい値のシフト、ドレインコンダ
クタンスの増加、さらにはゲート入力静電容量Ｃｇｐ、
ドレイン出力静電容量Ｃｄｐ、ドレインソース間静電容
量Ｃｄｓなどの増加を起こし、素子の高周波特性を低下
させる。また、素子を高集積化した場合、素子間のリー
ク電流の発生などによって素子の分離特性が低下し、集
積回路の動作不良、消費電力の増加、遅延時間の増加な
ど、性能を低下させる。

【０００８】このようなシリコン基板１の表面領域の低
抵抗層１ｃによるデバイスへの悪影響を軽減もしくは無
くすために、従来から幾つかの技術が開示されている。

【０００９】例えば特開平９−２１３６３５号公報で
は、化合物半導体層を成長させるためのシリコン基板と
して酸素誘起積層欠陥密度が一定値以下に制御されたシ
リコン基板を使用することにより、シリコン基板とその
上の化合物半導体層との間における元素の相互拡散を抑
止して、シリコン基板１の表面部に低抵抗層が形成され
ることを抑制することが開示されている。すなわち、化
合物半導体層をシリコン基板上にエピタキシャル成長さ
せる前に、このシリコン基板を１２００℃程度で高温ア
ニールして、シリコン基板表面の結晶性を改善すること
により、結晶欠陥を伝わる第Ｖ族元素の侵入拡散を阻止
しようとするものである。

【００１０】また本公報では、シリコン基板上に化合物
半導体を成長させる際、化合物半導体のＶ族原料ガスと
してＡｓやＰでなくアンチモンＳｂを含む原料ガスを用
いることにより、シリコン基板１の表面部に低抵抗層が
形成されることを抑制することが開示されている。すな
わち、化合物半導体のＶ族元素として、シリコン中にお
ける固溶限界が低いアンチモンＳｂを成長することで、
シリコン基板へのＡｓやＰなどのＶ族元素の侵入拡散を
抑止しようとするものである。

【００１１】また、特開平８−3 ３５６９５号公報で
は、化合物半導体薄膜を成長させるための基板として、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕなどの深いエネルギー準
位を形成する不純物をドープしたシリコン基板を用いた
り、窒化ガリウムのような窒素（Ｎ）を第Ｖ族元素とす
る第III −V 族化合物半導体層をシリコン基板上に形成
して、化合物半導体膜をエピタキシャル成長させること
によって、シリコン基板の表面が低抵抗化することを防
止することが開示されている。すなわち、シリコン基板
の表面領域に拡散した砒素などを深いエネルギー準位で
捕獲することによって自由キャリアとなることを防止し
たり、拡散しても室温ではシリコン基板中でキャリアを
発生しない窒素を第Ｖ族元素とするバリア層を設けて、
有害な砒素の拡散を防止するものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
のごとくシリコン基板表面の酸素誘起積層欠陥の密度を
一定値以下に制御したとしても、シリコン基板上にＧａ
Ａｓなどの化合物半導体を成長する場合、シリコン中に
おける固溶限界が高いＡｓ元素などは、シリコン基板へ
の侵入拡散が強くこれを完全に抑止することは困難であ
る。さらに上記のごとくシリコン中における固溶限界が
低いアンチモンＳｂ元素を含む化合物半導体をシリコン
基板上に成長することは、基板と成長層との格子定数差
や熱膨張係数差などを大きくすることになり、成長層の
結晶性に問題を起こし易い。

【００１３】また、上記 のごとくシリコン基板の表面
に深いエネルギー準位を形成するＦｅなどの不純物を高
濃度にドープすると、シリコン基板の表面を動作層とす
るデバイスはもやは形成できなくなり、またその上にエ
ピタキシャル成長させた極薄の動作層は、基板の深いエ
ネルギー準位を形成する高濃度不純物の影響を受けてお
り、この層を動作層とするデバイスを形成すると、電子
移動度が低下し、化合物半導体デバイス本来の特性であ
る高速動作性などの特性が発揮できないといった問題を
誘発する。

【００１４】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、シリコン基板上にエピタキ
シャル成長させる化合物半導体基板において、シリコン
基板の表面部が低抵抗化したり、化合物半導体層の結晶
性が損なわれることを解消した化合物半導体基板を提供
することを目的とするものである。

【００１５】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、請求項１に係る化合物半導体基板では、周期表第
IV族元素から成る基板上に、周期表第III −V 族元素か
ら成る化合物半導体層をエピタキシャル成長させた化合
物半導体基板において、前記周期表第IV族元素から成る
基板が１×１０² Ω・ｃｍ以上の高抵抗基板であり、且
つその一主面側に周期表第III 族元素を含有する不純物
含有領域を１〜５００ｎｍの深さで有し、この領域にお
ける前記周期表第III 族元素の原子濃度が前記周期表第
IV族元素から成る基板の表面側で１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ
・ｃｍ^-3以上となり、裏面側で１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・
ｃｍ^-3以下となるような濃度勾配を有することを特徴と
する。

【００１６】また、請求項２に係る発明では、周期表第
IV族元素から成る基板上に、周期表第III −V 族元素か
ら成る化合物半導体層をエピタキシャル成長させた化合
物半導体基板において、前記周期表第IV族元素から成る
基板が１×１０² Ω・ｃｍ以上の高抵抗基板であり、且
つその一主面上に周期表第IV族元素から成り、且つ周期
表第III 族元素を含有するエピタキシャル成長層を１〜
５００ｎｍの厚みで有し、この成長層における前記周期
表第III 族元素の原子濃度がこのエピタキシャル成長層
の表面側で１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以上となり、
裏面側で１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以下となるよう
な濃度勾配を有することを特徴とする。

【００１７】

【作用】周期表第IV族の単一元素から成る基板上に、第
III −V 族元素から成る化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長させる場合、その成長に先立ってまず基板表面の
酸化膜を除去する。この酸化膜の除去は、基板を９００
〜１０００℃で加熱しながら水素キャリアガスとアルシ
ン（ＡｓＨ₃ ）ガスを成長炉内に導入することによって
行う。次いで、基板温度を５００〜６００℃および６０
０〜７００℃に下げて第III −Ｖ族の原料ガスを成長炉
に導入して目的とする化合物半導体膜３および４を成長
させる化合物半導体膜の成長工程に入る。

【００１８】このような基板表面の酸化膜除去工程や化
合物半導体膜の成長工程において、砒素（Ａｓ）などの
第Ｖ族元素が原料ガス中から第IV族元素から成る基板中
に拡散し、基板表面の電気抵抗を低下させる。これは、
基板表面が高抵抗（比抵抗が１×１０² 〜１０⁵ Ω・ｃ
ｍ程度）であるＩ型もしくは弱いＮ型半導体から、低抵
抗である強いＮ型半導体に変化するためである。

【００１９】周知のように、シリコン基板中に砒素原子
が侵入してシリコン原子と置換する場合、砒素原子はシ
リコンに対して浅いエネルギー準位を形成するため、微
量のドーピング量でも効率よく活性化して電子キャリア
を生み出し、容易に低抵抗化する。

【００２０】このように基板のシリコン原子が砒素原子
と置換した場合、他のシリコン原子と置換して浅いエネ
ルギー準位を形成する硼素原子のような第III 族元素に
よって補償するとこの領域を高抵抗化することができ
る。

【００２１】これをプロセスで言い換えると、シリコン
基板の表面部に硼素などの第III 族元素を予めドーピン
グしてＰ型化した不純物含有領域を形成しておき、その
後にガリウム砒素などの化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長させる。

【００２２】化合物半導体膜の成長工程で基板の表面部
に侵入する砒素原子の量と分布に沿って、補償用の第II
I 族原子を予め拡散した不純物含有領域を形成しておく
と、Ｐ型化とＮ型化とが打ち消しあって高低抗化するこ
とができる。

【００２３】基板の表面部の電気抵抗の低下は、基板の
表面側と内側とでは異なる。これは、基板の表面領域に
拡散した砒素原子の拡散濃度は、表面側で高く、内側に
入るにしたがって低くなる。従って、侵入拡散した砒素
原子の濃度に応じて、補償する元素の原子濃度が不純物
含有領域における基板の表面側と内側とで異ならしめる
のが、基板の表面部全体を高抵抗化するのに都合がよ
い。すなわち、基板の表面部に侵入拡散した砒素の原子
密度のデプスプロファイルと予め基板の表面部にドーピ
ングする補償用元素の原子密度のデプスプロファイルと
をほぼ同じにする。

【００２４】また、基板の表面部に補償用元素を予め拡
散した不純物含有領域を形成しておく場合に限らず、基
板の表面に補償用元素を含有する別の層を設けて、化合
物半導体層の成長工程で侵入拡散するであろう砒素原子
と打ち消すようにしてもよい。

【００２５】これを別のプロセスで言い換えると、シリ
コン基板の表面上に、第IV族の単一元素から成る表面エ
ピタキシャル成長層（以下、表面エピ層という）を形成
し、この表面エピ層を形成するための原料ガスと同時に
第III 族の硼素などの不純物が入ったドーピングガスを
流してＰ型化しておいて、この後にガリウム砒素などの
化合物半導体層をさらにエピタキシャル成長させると、
砒素などの不純物が表面エピ層に侵入拡散してＮ型化す
る。このとき、表面エピ層に侵入拡散する予定の砒素原
子の量と分布に沿って、表面エピ層に予め拡散しておく
補償用の第III族元素の原子密度と分布とをほぼ同じに
することで、Ｐ型化とＮ型化とが打ち消しあって高抵抗
化できる。

【００２６】すなわち、表面エピ層に侵入拡散する砒素
原子の原子密度のデプスプロファイルと表面エピ層に予
めドーピングする補償用の第III 族元素の原子密度のデ
プスプロファイルとをほぼ同じにする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づき詳細に説明する。図１は本発明に係る化合物
半導体装置の一実施形態を示す断面図であり、１は第IV
族元素から成る基板、３は基板上に形成される化合物半
導体層である。基板１は、表面側から不純物をドーピン
グして形成された不純物含有領域１ａと、本来の高抵抗
バルク部１ｂから成る。

【００２８】一般に、化合物半導体層３を形成するため
の基板１としては、シリコンやゲルマニウムなどの第IV
族元素から成る基板が用いられる。

【００２９】この第IV族元素から成る基板１としては、
（１００）面が＜０１１＞方向に２〜７°傾斜した基板
などが好適に用いられる。この第IV族元素から成る基板
１は、１×１０² 〜１０⁵ Ω・ｃｍ程度の高抵抗基板が
望ましい。

【００３０】基板１の表面の不純物含有領域１ａを形成
するための不純物ドーピング方法としては、シリコン集
積回路製造プロセスでよく知られた不純物原子を熱的に
侵入拡散する拡散法と、不純物をイオン化して加速して
基板の内部に打込むイオン注入法がある。拡散法は、拡
散源として不純物を含むガラス層（ドープドオキサイド
層）を開管法、塗布法、ＣＶＤ法などでシリコン基板１
の表面に形成し、このガラス層を除去した後、再度高温
で熱処理を行い（ドライブイン）、所望の分布を有する
拡散層を得る。この二段階拡散により、接合深さや表面
濃度の制御が可能である。イオン注入法は、硼素などの
不純物をイオン化し、これを加速して基板に注入するも
ので、高濃度注入では基板に損傷を与えるため、アニー
ル処理が必要である。

【００３１】図２は、通常の化合物半導体層の形成方法
における基板１の表面から深さＸ０まで侵入拡散する砒
素（Ａｓ）原子の原子濃度のデプスプロファイルであ
る。通常の化合物半導体層の形成方法における拡散深さ
Ｘ０の代表的な値はＸ０＝２００ｎｍであり、最表面の
原子濃度が〜１０¹⁸ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3のオーダーであ
る。この拡散深さおよび最表面の原子濃度は化合物半導
体層の形成条件によりかなり変化し、拡散深さは最小１
ｎｍから最大５００ｎｍ程度、最表面の願誌濃度は最小
１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3から１×１０²⁰ａｔｏｍ
ｓ・ｃｍ^-3程度の変化が考えられる。この砒素のデプス
プロファイルと同様に硼素などの第III 族の補償元素を
注入しておけばよい。すなわち、１ｎｍ〜５００ｎｍの
間の深さで、基板の表面側が１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃ
ｍ^-3以上となり、裏面側が１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ
^-3以下となるような濃度勾配を有するように注入する。
なお、この傾斜濃度は、図３に示すように不純物含有領
域１ａの膜厚と比例的に、また図４に示すように多段的
に、さらに図５に示すように二段階的に減少するように
形成してもよい。

【００３２】基板１上には、図１に示すように、第III
−V 族元素から成る化合物半導体層３が形成される。こ
のような化合物半導体層３には、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａ
Ｐ、ＡｌＧａI ｎＰなどがある。このような化合物半導
体層３は、基板上１に一層、もしくは複数層形成され
る。形成される化合物半導体層３などの厚みは使用目的
に応じて種々設定されるが、通常は０．１〜４μｍ程度
である。

【００３３】このような化合物半導体層３などは、有機
金属材料を加熱して分解して、他の有機金属材料の構成
元素と反応させる有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）
法などで形成される。ＭＯＣＶＤ法では基板１をカーボ
ンサセプタ上に設置して、原料ガスを分解・反応させる
ことにより、基板１上に化合物半導体層３などを形成す
る。

【００３４】まず、基板１を洗浄し、これをＭＯＣＶＤ
装置内のカーボンサセプタ上に設置し、水素とアルシン
（ＡｓＨ₃ ）の混合ガスの雰囲気中９００℃で約１０分
間加熱して基板１の表面に生成した自然酸化膜を蒸発さ
せて除去する。

【００３５】次に、基板１の温度を５５０℃まで下げ
て、そのままの状態で成長ガスに切り換える。この場
合、原料ガスとしては、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、トリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥ
Ａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルイ
ンジウム（ＴＥＩ）、アルシン（Ａs Ｈ₃ ）、フォスフ
イン（ＰＨ₃ ）などが用いられる。また、キャリアガス
としては水素ガスなどが用いられる。

【００３６】図６は、基板上に素子を作製する例を示す
図である。この実施形態では、基板１上に、例えば２μ
ｍ程度の厚みを有するｉ−ＧａＡｓなどの第III −V 族
元素から成る第ｌの化合物半導体層３を形成し、次いで
例えば０．３μｍ程度の厚みを有するｎ−ＧａＡｓなど
の第III −V 族元素から成る第２の化合物半導体４を形
成し、さらに例えば０．１μｍ程度の厚みを有するｎ⁺
−ＧａＡｓなどの第III −V 族元素から成る第３の化合
物半導体５を形成したものである。この場合、化合物半
導体層３をバッファ層とし、第２の化合物半導体層４を
ＦＥＴなどの動作層とし、第３の化合物半導体層５をＦ
ＥＴなどのコンタクト層とする。

【００３７】図７は、請求項２に係る化合物半導体基板
の実施形態を示す図である。この実施形態では、第IV族
元素から成る基板１上に、第IV族元素から原料ガスを用
いて第IV族元素から成る表面エピ層２を熱ＣＶＤ法など
で形成して、その上に第III−V 族元素から成る化合物
半導体３をエピタキシャル成長させたものである。

【００３８】熱ＣＶＤ法では、シラン（ＳｉＨ₄ ）やジ
シラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）などの原料ガスに加えて、ジボラ
ン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）ガスなどの第III 族元素を含有するドー
ピングガスを流す。このドーピングガスの供給量をマス
フローコントローラ（ＭＦＣ：不図示）で成長時間とと
もに次第に増加して形成する。この場合、図２に示すよ
うに、表面エピ層２の成長とともに、不純物ガスの流量
を漸次増加させて形成する。この傾斜濃度は、図３に示
すように表面エピ層２の膜厚と比例的に、また図４に示
すように多段的に、さらに図５に示すように二段階的に
減少するように形成してもよい。

【００３９】この表面エピ層２のドーピング原子濃度
は、基板１側から化合物半導体層３に向かって、１×１
０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以下から１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ
・ｃｍ^-3以上になるような濃度勾配を有しなければなら
ない。すなわち化合物半導体層３に接した表面エピ層２
に侵入した砒素の原子濃度は成長条件にもよるが、表面
側で少なくとも１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以上であ
り、また基板１近くまで侵入拡散した砒素の原子濃度は
多くとも１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以下であるから
である。

【００４０】基板１上にガリウム砒素成長層３を形成す
る場合、基板１の表面領域１ａあるいは表面エピ層２へ
のドーピング源として硼素原子を用いるが、周期表の同
一族に属する元素であれば硼素と全く同じ作用となり、
ドーピング源なども選択して用いることができる。

【００４１】表面エピ層２上には、図７に示すように、
第III −V 族元素から成る化合物半導体層３が形成され
る。このような化合物半導体層３には、ＧａＡｓ、Ａｌ
ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＰ、Ｉ
ｎＧａＰ、ＡｌＧａI ｎＰなどがあり、形成方法や原料
ガスは、請求項１に係る発明について述べたものと同様
である。また、化合物半導体層３上に、図６に示すよう
な複数の化合物半導体層４、５をさらに形成して、ＦＥ
Ｔなどを形成する。

【００４２】＜実施例１＞図１に示すように、硼素原子
の拡散濃度が基板１の表面部で大きく基板１の内部で小
さくなるように、熱拡散法により基板全画にドーピング
した不純物含有領域を有するシリコン基板１を作製し
た。すなわち（１００）面から２°傾いたオフアングル
の高抵抗シリコン基板１を洗浄し、これを不純物拡散装
置のサセプタ上に設置し、設置したサセプタを１，００
０℃の電気炉の反応炉内に挿入し、この基板を設置した
サセプタ上に液体の３臭化硼素ＢＢｒ₃ をＮ₂ ガスでバ
ブリングして酸素Ｏ₂ ガスとともに供給した。こうし
て、シリコン基板表面に硼素を不純物として含有するＳ
ｉＯ₂ 膜を形成すると同時に、この加熱処理により硼素
原子をシリコン基板１に熱拡散し、その濃度分布を図２
に示すようなドーピング傾斜原子濃度とした。この後、
希釈した弗酸液に基板を浸して、ＳｉＯ₂ 膜を除去し
て、不純物含有領域１ａを有するシリコン基板１を作製
した。

【００４３】このシリコン基板の拡散深さとシリコン基
板最表面の原子濃度は、拡散炉の基板温度と拡散の時間
と３臭化硼素と酸素のガス混合比を変化することによっ
て、最適値に設定することが可能である。

【００４４】本実施例では、このようにして製作した不
純物含有領域１ａを有するシリコン基板１と、本実施例
のような不純物拡散処理をしていない高抵抗バルク部の
みから成る従来のシリコン基板（比較用）とを準備し
た。

【００４５】次に、これら２種類のシリコン基板を洗浄
し、これらを減圧ＭＯＣＶＤ装置内のカーボンサセプタ
上に設置し、まず水素とアルシンの混合ガスの雰囲気下
で基板を９００℃で約１０分間加熱してシリコン基板の
表面のＳｉＯ₂ 自然酸化膜を蒸発させて除去した。次
に、両基板の温度を５５０℃まで下げて、そのままの状
態でガスをガリウム砒素成長ガスに切り換えた。このガ
リウム砒素成長ガスとして、水素キャリアガスと共に、
トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とアルシン（Ａｓ
Ｈ₃ ）ガスを流量比でＡｓＨ₃ ／ＴＭＧａ＝２０で用い
た。成長時のガス圧は２５Ｔｏｒｒに設定した。

【００４６】この条件で、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用い
て、不純物ドーピングしたシリコン基板上と不純物ドー
ピングしていない基板上に、ガリウム砒素バッファ層３
を２μｍの膜厚となるようにエピタキシャル成長し、続
けて基板１の温度を６５０℃の温度に上げて成長ガスに
シシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）ガスを添加して、ｎ−ＧａＡｓ
層４を０．２μｍの厚みに、さらにシシラン（Ｓｉ₂ Ｈ
₆ ）ガスの添加量を増してｎ⁺ −ＧａＡｓ層５を０．２
μｍの厚みにエピタキシャル成長した。これら両基板を
取り出し、シリコン基板上に形成した３層のガリウム砒
素を燐酸系のエッチング液で除去した。

【００４７】こうして得られたシリコン基板の表面のシ
ート抵抗を、４探針法で測定したところ、従来のように
不純物拡散処理をしていない高抵抗バルク部のみから成
るシリコン基板では３００Ω／□の低いシート抵抗値を
示したが、III 族の砒素不純物を拡散処理したシリコン
基板では９００Ω／□のより高いシート抵抗値を示し
た。

【００４８】この条件を参考に、シリコン基板への硼素
などのIII 族元素の不純物拡散深さと最表面の不純物濃
度を最適化することにより、このシート抵抗をさらに高
めることが可能である。

【００４９】＜実施例２＞図７に示すように、シリコン
基板１上に、熱ＣＶＤ法により硼素原子を成長開始時に
小さく成長終了時に大きくなるようにドーピングしたシ
リコンから成る表面エピ層を有する基板１を作製した。
すなわち（１００）面から２°傾いたオフアングルのシ
リコン基板を洗浄し、これを熱ＣＶＤ装置のカーボンサ
セプタ上に設置し、シリコン成長ガスとして、水素キャ
リアガスとモノシラン（ＳｉＨ₄ ）ガスをサセブタ上に
供給した。これと同時に、硼素不純物を含むジボラン
（Ｂ₂Ｈ₆ ）ガスを添加混合し、図７に示す表面エピ層
２を形成した。この表面エピ層２のエピタキシャル成長
時に、ジボランガスの添加混合量を漸次増やして、その
硼素の濃度分布を図２に示すような傾斜原子濃度とし
た。こうして、表面エピ層２を有するシリコン基板１を
予め作製した。

【００５０】この表面エピ層２の傾斜原子濃度の膜厚方
向の分布は、表面エピ層成長時のジボラン（Ｂ₂ Ｈ₆ ）
ガスのモノシランガスに対する混合比とその流量を変化
することによって、最適値に設定することが可能であ
る。本実施例では、このようにして製作した表面エピ層
２を有するシリコン基板と、従来のように表面エピ層２
を有していない高抵抗バルク部のみから成るシリコン基
板（比較用）を準備した。

【００５１】次に、これら２種類のシリコン基板を洗浄
し、これら両基板を減圧ＭＯＣＶＤ装置内のカーボンサ
セプタ上に設置し、まず水素とアルシンの混合ガスの雰
囲気下で基板を９００℃で約１０分間加熱してシリコン
基板の表面のＳｉＯ₂ 自然酸化膜を蒸発させて除去し
た。

【００５２】次に、両基板の温度を５５０℃まで下げ
て、そのままの状態でガスをガリウム砒素成長ガスに切
り換えた。このガリウム砒素成長ガスとして、水素キャ
リアガスと共に、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とア
ルシン（ＡｓＨ₃ ）ガスを流量比でＡｓＨ₃ ／ＴＭＧａ
＝２０で用いた。成長時のガス圧は２５Ｔｏｒｒに設定
した。

【００５３】この条件で、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用い
て、表面エピ層２を有するシリコン基板上と表面エピ層
を有しないシリコン基板上とに、ガリウム砒素バッファ
層３を２μｍの膜厚となるようにエピタキシャル成長
し、続けて基板１の温度を６５０℃の温度に下げて成長
ガスにシシラン（Ｓｉ₂ Ｈ₆ ）ガスを添加して、ｎ−Ｇ
ａＡｓ層４を０．２μｍの厚みに、さらにシシラン（Ｓ
ｉ₂ Ｈ₆ ）ガスの添加量を増してｎ⁺ −ＧａＡｓ層５を
０．２μｍの厚みにエピタキシャル成長した。これらを
取り出し、シリコン基板上に形成した３層のガリウム砒
素を燐酸系のエッチング液で除去した。

【００５４】こうして得られたシリコン基板の表面のシ
ート抵抗を、４探針法で測定したところ、従来のように
不純物拡散処理をしていない高抵抗バルク部のみから成
るシリコン基板では３５０Ω／□の低いシート抵抗値を
示したが、III 族の硼素不純物を拡散処理したシリコン
基板では１ｋΩ／□のより高いシート抵抗値を示した。
この条件を参考に、シリコン基板へ成長したエピ表面層
２の硼素などのIII 族元素の不純物濃度分布を最適化す
ることにより、このシート抵抗をさらに高めることが可
能である。

【００５５】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る化合物半
導体基板では、第IV族元素から成る基板の一主面側に、
第III 族元素を含有する不純物含有領域を１〜５００ｎ
ｍの深さで有し、この領域における第III 族元素の原子
濃度が第IV族元素から成る基板の表面側で１×１０¹⁷ａ
ｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以上となり、裏面側で１×１０¹⁷ａｔ
ｏｍｓ・ｃｍ^-3以下となるような濃度勾配を有すること
から、化合物半導体層から基板へ侵入拡散する第Ｖ族元
素の価電子制御作用が打ち消され、もって基板の高抵抗
化が図られ、この基板上に形成した化合物半導体層にＭ
ＥＳＦＥＴなどのデバイスを形成したときに素子の特性
向上や素子の分離特性が優れた化合物半導体基板が得ら
れる。

【００５６】また、請求項に係る化合物半導体基板で
は、第IV族元素から成る基板の一主面上に、第III 族元
素を含有するエピタキシャル成長層を１〜５００ｎｍの
厚みで有し、この成長層における第III 族元素の原子濃
度がエピタキシャル成長層の表面側で１×１０¹⁷ａｔｏ
ｍｓ・ｃｍ^-3以上となり、裏面側で１×１０¹⁷ａｔｏｍ
ｓ・ｃｍ^-3以下となるような濃度勾配を有することか
ら、化合物半導体層からエピタキシャル成長層へ侵入拡
散する第Ｖ族元素の価電子制御作用が打ち消され、もっ
て基板の高抵抗化が図られ、この基板上に形成した化合
物半導体層にＭＥＳＦＥＴなどのデバイスを形成したと
きに素子の特性向上や素子の分離特性が優れた化合物半
導体基板が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る化合物半導体基板の一実施形態
を示す断面図である。

【図２】請求項１に係化合物半導体基板の半導体素子を
形成する一工程を示す図である。

【図３】第III 族元素の濃度勾配の一例を示す図であ
る。

【図４】第III 族元素の濃度勾配の他の例を示す図であ
る。

【図５】第III 族元素の濃度勾配のその他の例を示す図
である。

【図６】請求項１に係る化合物半導体基板上に化合物半
導体層を形成した状態を示す図である。

【図７】請求項２に係る化合物半導体基板の一実施形態
を示す断面図である。

【図８】従来の化合物半導体基板を示す図である。

【図９】従来の化合物半導体基板を用いて半導体素子を
形成した例を示す図である。

【符号の説明】

１‥‥‥基板、１ａ‥‥‥不純物含有領域、２‥‥‥表
面エピタキシャル成長層、３‥‥‥化合物半導体層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周期表第IV族元素から成る基板上に、周
   期表第III −V 族元素から成る化合物半導体層をエピタ
   キシャル成長させた化合物半導体基板において、前記周
   期表第IV族元素から成る基板が１×１０² Ω・ｃｍ以上
   の高抵抗基板であり、且つその一主面側に周期表第III
   族元素を含有する不純物含有領域を１〜５００ｎｍの深
   さで有し、この領域における前記周期表第III 族元素の
   原子濃度が前記周期表第IV族元素から成る基板の表面側
   で１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以上となり、裏面側で
   １×１０¹⁷ａｔｏｍｓ・ｃｍ^-3以下となるような濃度勾
   配を有することを特徴とする化合物半導体基板。
2. 【請求項２】 周期表第IV族元素から成る基板上に、周
   期表第III −V 族元素から成る化合物半導体層をエピタ
   キシャル成長させた化合物半導体基板において、前記周
   期表第IV族元素から成る基板が１×１０² Ω・ｃｍ以上
   の高抵抗基板であり、且つその一主面上に周期表第IV族
   元素から成り、且つ周期表第III 族元素を含有するエピ
   タキシャル成長層を１〜５００ｎｍの厚みで有し、この
   成長層における前記周期表第III 族元素の原子濃度がこ
   のエピタキシャル成長層の表面側で１×１０¹⁷ａｔｏｍ
   ｓ・ｃｍ^-3以上となり、裏面側で１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ
   ・ｃｍ^-3以下となるような濃度勾配を有することを特徴
   とする化合物半導体基板。