JPS58206172A - ３−５族半導体材料を基礎とした半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

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】 本発明はＪｊ［−Ｖ族を基礎とした半導体桐材のプロセ
スに係る。

技術背景 ＩＩＩ　−Ｖ族半導体材料すなわち少なくとも１つの■
族元素及び少なくとも１つの■族元素を含む■−■族二
元、三元、擬三元及び擬四元材料を基礎とした各種のデ
バイスが作られてきた。たとえば、ガリウムひ素電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ）のような個別要素及びガリウ
ムひ素集積回路の両方が作られてきた。

これらのデバイスはＩＩＩ　−Ｖ族′ｆｔ隻礎とした半
導体材料の有利な特性による比較的高速動作のような望
ましい特性を示す。有利な特性というのは、たとえば適
当にドープされた１１目−■族半導体材料の高抵抗率又
は高キャリヤ移・１童である。

ＩＩＩ　−Ｖ族半導体材料を基礎としたデバイスがもた
らす利点にもかかわらず、これらデバイスのある［１〔
の点は、許ｄしうるがなお改善すると有利である。たと
えば、ＧａＡｓ　ＦＥＴの活性頭載は通常゛Ｖ−絶縁性
バツファ：７−にに作られる。デバイス活１’ＪＥ頑域
と基板間にはさ−まれ九バッファ層は、活性層／基板界
面近扮におけるキャリヤ移動度の低下のような好ましく
ない効果を避けるために用いられる。（たとえば、ティ
ー・ノザキ（Ｔ、　Ｎｏｚａｋｉ　）ら、インステイテ
ユート・オブ・フィジックス・コンファレンス・シリー
ズ（Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ　Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ　５ｅｒｉｅｓ　）、２４．４６（１９
７５）　　を参照のこと）このバッファ層はクロムドー
プＧａＡｓ材料’！１）ＧａＡｓ基板上にエピタキシャ
ル的に堆積させることによシ、通常形成される。背景と
して人っている不純物によシ専人されたキャリヤ濃度を
補償するために、クロムを用いることにより、得られる
ドープされたＧａＡｓは適当な高抵抗率を有する。たと
えば、通常の化学気相堆積（ＣＶＤ）及び分子ビームエ
ピタキシー（ＭＢＥ）堆積技術により成長された名目上
アンドープのＧａＡｓ材料の場合の約１０・個に比べ、
約１０６０−ｍ以上になる。

クロムドープ半絶縁性層は現在デバイス構造に用いられ
て非常に成功しているが、クロムドーパントの濃度は正
確には制御できない。

従って、−回の堆債毎に背景となるキャリヤ濃度は予測
できないように変化する。このバックグラウンドの補償
は平均のバックグランド不純物レベルに対して行なわれ
る。平均のバックグランドレベルと実際のレベルの間の
変化は、所望の補償レベルと実際に生じるレベル間の変
化とともに、不十分な補償又は過剰の補償を起す、加え
て、クロムドーパントは特に過剰補償の場合、デバイス
活性領域中へ拡散する傾向をもつ。この拡散は決して決
定的ではないが、最も効果的なデバイス動作を得るため
に必要な個々のデバイスの活性層／バッファ層界面を維
持することを困難にする。それにもかかわらず、適当な
抵抗率をイ］する適当な半馳縁性領域を生成するクロム
とは別の許容しうるドーピング不純吻は、艶出されてい
彦い。

クロム以外のドーパントもまた、比較的＾ＳＪい多数キ
ャリヤ濃度を得るために、ＩＩＩ−Ｖ族゛１へ導体材料
中に導入される。ＣＶ　Ｄｆ：汀む現在用いられる技術
により作られるそのようなＩｌｌ　−Ｖ族半導体材料９
ま、十分許容できる。

（１０５ｃｒｌ／　Ｖｓ　　の桁及びそれ以、ヒの移動
度が得られる。）これらの導電性材料はたとえば各種デ
バイスの活性領域を形成するために用いられる。これら
の用途に用いる時、ＣＶＤ法に存在するドーパメントの
制・卸とともに、厚さの制御に対する制約が著しくなる
。

１回の堆積毎に１０．１μｍ以上にＣＶＤ層を制御する
ことは、典観的な揚合用・雄である。

加えて、堆積された；―の厚さは、幾分不均一である。

たとえば、１早さの変化は±１０パーセント以上である
。これらの層の一層毎の変化は、傅い１Δすなわち約０
．１μｍ厚以丁の層の堆積を妨げる、専い層が１悸られ
ないから、選択的にドープしたヘアロ構、青トランジス
タ（Ｓ　［）　［（Ｔ　）及び倒どに’ｔｉ！Ｉ　＋ｄ
ｌｌさ＃″１．た厚さの層をλむノーマリ−オフＩＩ−
Ｖ族ＦＥＴは、ＣＶＤｊでよっては生産できない。（テ
ィー・ミマラ（Ｔ、　Ｍｉｍｕｒａ　）　、ニス・ヒヤ
ミズ（Ｓ。

Ｈｉｙａｍｉｚｕ　）　、ティー・フジイ（Ｔ、Ｆｕｊ
目）及びケイ・ナンブ（・・Ｋ、　Ｎａｎｂｕ　）　、
ジャパニーズ・ジャーナル・オフ・アプライド・フィジ
ックス（Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａ
ｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　）、１９、Ｌ２２５　（
１９８０）参照）ノーマリ−オフＩＩＩ　−Ｖ　Ｆ　Ｅ
　Ｔが生産できないことは、ＩＩＩ　　Ｖ族東漬デバイ
スの有用注全衿しく制限している。

それに対し、ＭＢＥは１００Ａもの傅いｌｌｌ−■族半
導体材料の比較的均一な層を生成するために用いられて
きた。しかし、先に述べたように、＋１Ｉ−Ｖ族半導体
デバイスは、たとえば低電界デバイス動作及び比較的高
速の動作のような改丙さねた特性を得るために、１１１
−Ｖ族半専体拐科の比較的１に？Ｊいキャリヤ＋６ｍＪ
度に依存している。（デバイス中に寄生容−（が存在す
るのは議けられない。この芥敏とともに典型的な動作屯
界は著しい時間遅れをもたらすが、比較的低電界はもた
らさない。）厚さの制御に関するその有利な特性にもか
かわらず、Ｍｆ３Ｅプロセスで生じた移動度はドープさ
れた層中のもので、それはＣＶＤにより生じたドープさ
れた層中のそれらより幾分悪い。従って現在１））らね
る技術は、かなり許容できるものではあるが、ｕｒ−ｖ
族デバイスの特附已を市１ｊ限する。

本発明の要約 制御された一様な厚さとともに、組成的な均一さを有す
る優れた品質のｏｒ　−Ｖ族半導体材料が、ＭＢＥ’５
含む具体的なプロセスを通じて生成される。たとえ゛ば
、この技術で生成されたＧａＡ　ｓは、Ｉ　Ｘ　ｊ　Ｏ
”ｔＭ”ｉ、　　までＳｉ　ｆトープした時、約１４０
，０００ｃＪ／Ｖｓ　　の最大移動度を有する。これら
の材料たとえばＧ　ａ　Ａ　Ｓは、適当にドープされＧ
ａＡｓ　ＦＥＴのようなデバイスの活性領域に使われた
時、優れた結果を生みだす。もしそのような半導体材料
がドーピングなしで生成されるならば、得られるアンド
ープ材料の抵抗率は、たとえば １０７０−画ときわめて高い。従って本発明の方法を用
いることによって、高い利得や効率を有するデバイスが
生産でき、アンドープ半絶縁層を用いたデバイスが容易
に作れ、クロムドーピングに付随した制限が除かれる。

本発明のプロセスは堆積基板上へのＩＩＩ　−Ｖ族半導
体材料のＭＢＥ４１に嘴を言む。基板はデバイスに加工
されつつあるものか、加工されるはずのもので、半導体
材料、金属、あるいは絶縁性材料の迫峨を含む。堆積さ
せるべき基板の表面は、浄化され連続した不活性化膜た
とえば薄い酸化物層が、この表面上に生成される。ＭＢ
Ｅ装置の保護された雰囲気において、不活性化膜が除去
され露出された基板の表面は不活性化膜の除去温度、た
とえば酸化物の蒸発温度以上、不適当な融点以ドに保た
れ、それに揮発性物質、たとえば基板の揮発性物質に対
応したもの（ＧａＡｓ基板の場合、ひ素）又はもう一方
の揮発性■族元素のＩＩｃれを当てる。堆積すべき材料
の元素に対応する物質の流れ、ＧａＡｓが堆積すべき材
料である場合は、ガリウム類及びひ索類が、次に所望の
材料の堆積を起すために導入される。この堆積中、揮発
性物質の流れは不揮発性物質の流れよシ過剰に維持され
る。高真空ＭＢＥ装置の注意深く排気された雰囲気中で
用いられるこれら手段を１吏用することにより、先に述
べた望ましい特性をもつζ■−■族半導体材料が形成さ
れる。

詳細な記述 ＭＢＥ装置内に挿入する前に、堆積用基板すなわちその
上に堆積させる基体の表面は、完全に浄化され、連続し
た組成的に一泳なば化膜で保護すべきである。基板の表
面は洗浄されもし必要ならばソーマークを除去するため
のエツチングのような通常の技術により研摩され、有機
残留物を除去するための適当な溶媒中で処理され、研摩
損傷を除去するためにエッチされる。−資施例において
、不活性化膜は浄化された表面上に、酸化物を生成する
ことにより、作られる。この酸化物層ＵＮ而をきわめて
純粋な酸化剤中に置き、対応する純粋な酸化物層を生成
することにより形成される。具体的には、酸化剤として
脱イオン水を用いるのが便利である。一般に、酸化剤と
して用いられる水は抵抗率が１．８Ｘ１０’Ω／ｄ以上
であるような十分純粋なものである必要がある。史に、
バクテリアのような電気的に中性な不純物を除去するた
めに、水はフィルタを通すべきである。このようにして
、たとえば基板がエツチング溶液中で浄化された後、そ
の表面はなお湿っていて、高純１現水がついている。不
活性化用酸化物は、＆＋川用−に本質的な汚染が生ずる
前に、水を用いた処理により形成される。

酸化物層は比較的薄く、しかしＩＩＩ　−Ｖ　ＩＡ：半
導体材料を堆積すべき基板の表面上の領域においては、
連続であることが望ましい。一般に、２５ないし２５０
への範囲の厚さをもつ酸化物層が望−ましい。よりｉ！
７：い層は不連続になりやすい。より厚い層は一般にそ
の後のプロセス中酸化物を除去するのに過剰の処理時間
を必要とし、；＋（板トに残留不純物が仔存するり能性
が増加する。堆積基板毎に本質的に同じ酸化膜厚を一貫
して得ることがまた望ましい。（塩４＊基板毎に厚さの
変る酸化物層の生成は、除外されはしない。しかし、そ
のような変化があると、用いられる特定の厚さに対する
以下のプロセス工程のパラメータ金調直するのが不便で
、従って面常望ましくない。）与えられた酸化剤で所望
の１すさを生成するのに必要な処理時間は、制御用試料
を用いて容易に決められる。適当な時間の例は、水を虐
化削として用いる時、一般に１５秒ないし５分の範囲で
ある。堆積基板毎に一貫した有利な厚さは、堆積基板毎
に＋５パ一セント以内で一貫した基板処理時、トロとす
ることにより達成される。

堆積室内の圧力を増すことなく、試料の設定をするため
の手段とともに、超高真空系を有するＭＢＥ装置（第１
図）を用いる。不活性化された基板が試料ホルダ１０上
にマウントされ、ＭＢＥ装置内に入れられ、通常の技術
によシ準備室１２中に入れられる。この容器は基礎圧力
がｌＸｌ０　　’Ｔｏｒｒ　　以下で、堆積室８に隣接
する。たとえばモリブデンブロックのような試料ホルダ
と基板間の中間インジウム層を用いる通常の技術により
、棒板がマウントされる。試料ホルダ、基板又は任意の
中間層上の吸着又は吸収ガスが、（ｖ！、備室内で一体
化された基体、すなわち基板を伴った試料ホルダを、高
温に加熱することにより除去される。典型的な場合、所
望のガスぬき、友とえば水蒸気及び空気の除去には、１
６０ないし２００℃の範囲の温・丈で十分である１、よ
り高い温度は、表面反応をひき起す唄向があるため、一
般に返ましくなく、一方より低い温度は好ましくないガ
スを除去するのに、典型的な場合不適当である。基体的
には、もし基板と試料ホルダを接合するのにインジウム
を用いるならば、その融点すなわち１５７℃以上の温度
が用いられる。その目的は、確実に１）インジウムを溶
かす、２）吸収さｉｔているガスを除去する、及び３）
試料とそのホルダ１５に強い液体シールを形成すること
である。

次に、試料は堆積室８に移される。堆積室の基礎王力は
Ｉ　Ｘ　１０　”　Ｔｏｒｒ以下でなければならない。

ｉｌＴ　−Ｖ族半導体材料の成長前に、不活１生化膜た
とえば酸化物層が熱分解により除去され、堆積基板の被
覆されない表面は、揮発性の基板物質（荷重又は中性状
態の原子又は原子群）、基板を堆積に用いる温Ｉｆに加
熱して測定した時、１０　”　Ｔｏｒｒ以上の蒸気圧を
有する物質を含むビーム流で処理する。

基板中の揮発性物質の結晶位置を占める物かあるいは揮
発性物質の平面で組合さる別の揮発性物質の流れの中で
でも可能である。雰囲気中の本質的な不純物が堆積する
表面で反応する慎会を持たないように、表面酸化物を除
去した直後に、適当なビーム流で処理するのが一般に望
ましい。この目的は最初に揮発性物質金倉むビーム諷を
堆積容器中に導入することによシ、達成すると便利ヤあ
る。このように導入するのは、噴出源６又はＭＢＥ装置
内で用いられる典型的なものを用いて行なうと便利であ
る。そのような源には加熱すると所望の気体流を発生す
る元素ひ素のような高純度材料が入れられる。（典型的
な場合、９９．９９９９パ一セント以上の純度が望まし
い１、）最初に噴出源のシャッタ７を閉じて、加熱する
。この加熱により所望の流れを供給するための源を準備
する。基板は揮発性物質を木板表面上に凝縮させないよ
う十分商＜、シかし堆積基板から酸化物層を除去するに
は不十分な温度に加熱される。たとえば、ＧａＡｓ基板
の場合、４７５ないし５２５℃の温度である。このよう
に、酸化物除去を開始する前に、揮発性物質の適当な流
れが作れるが、そのよう々除去を開始することは比較的
わずかな温度上昇によ、る流れの生成の後、ただちに得
られる。

基板における揮発性物質の所望の流れは、これら揮発性
物質の各源のシャッタを開くことにより作れる。基板に
おける各揮発性物質の流れは、５　Ｘ　１０１４ないし
１．５　Ｘ　１０１５ｃｍ−２８−’の範囲で、９Ｘ１
０”ないし１．ｌＸ１０１５ｃｍ−２８−’　　を用い
るのが好ましい。（堆積用基板あるいは輸送される揮発
性物質に悪影響を与えない気体は存在し７てもさしつか
えない、、また、流速というのは、他の気体にかかわら
ず各揮発性物質の流速をさす。たとえば、ソースオーブ
ン中のひ素を加熱することにより、ひ素源を生成するこ
とができる。これによりひ素物質と水素が生じる。水素
は容器中に入るが、ＭＢＥプロセスに悪影響をｌ′５．
えることはない。）一般に、高い流速を用いると、Ｇａ
のような不揮発性物質の基４反内における過剰の空孔が
生じ、一方もしより低い流速を用いると、揮発性物質の
基板中の空孔が形成される。

適当なガス流が作れると、基板上のたとえば酸化物層の
ような不活性層が除去され、所望の欠陥処理ができる。

酸化物層の場合、この除去はたとえばＧａＡｓ基板の場
合、５３０ないし５６０℃の範囲の温度に基板を加熱す
ることにより行なうと便利である。（Ｋに、基板は高温
、すなわち不活性化層除去温度以■−１基板の分解熔融
温度以下の温度に保たれる。

（分解熔融温度の定義については、エフ・エフ・ライン
グ（Ｆ、　Ｎ、　Ｒｈ１ｎｅｓ　）　、フェイズ・ダイ
アグラム・イン・メタラジ−・ゼア・ディベロップメン
ト・アンド・アブリケーショヒル、ニューヨーク、７８
頁、１９５６を省熱のこと）一般に、ＧａＡｓ基板の場
合、５３０℃以下の温度では１ｆ化物層の除去は起らず
、その後露出した基＆を処理するには不十分である。分
解熔融温度以下トの温度たとえばＧａＡｓの場合６３０
℃以」二においては、揮発性物質は基板から、揮発性物
質を含むガス流の存在によっても、生じる欠陥を適切に
回復できない速度で生じる。（不活性化層は基板の分解
熔融温度以下で除去されるように選択すべきである。）
揮発性物質を含むガス流は、欠陥の回復が起るのに十分
な時間続けられる。典型的な場合、そのような回復は反
射電子回折計で観察される。十分回復した場合、観察さ
れるパターンは再構成された表面の部分的な秩序により
、第７図に示さ、１するように、本質的に連続したスト
リークとなる。（エイ・ワイ・チヨ−（九Ｙ、　Ｃｈｏ
　）　、ジャーナル・オフ・アプライド・フィジックス
（Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　ｐ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　）　、４
２．２０７４頁（１９７１）　　参照のこと）。一般に
、そのような段階の回りを得るには、工ないし１０分の
範囲の処理時間が用いられる。処理時間が短かすぎると
回復が不完全になり、−刃長すぎると表面が荒れる。（
従って、基板回復中用いられる温度は、用いられる不活
性化層除去技術によらず、不純物吸収を減すのに十分な
温度が望ましい。加禾て、基板はそれが含むのと同じ揮
発性の■族物質で一般に回彼するが、別の揮発性■族物
質で欠陥を回復させることも可能であることに気づく必
要がある。）たとえば酸化物層のような不活性化１−が
除去され、回復が完了した後、所望のＩＩＩ　−Ｖ糸゛
ト導体材料の成長が始る。この成長は１固々の源、たと
えば噴出源６から流れを導入することにより始る。用い
られる源は、堆積すべ外材：：＋１構成する各安素に対
応する物質を供給する。たとえば、もしＧａＡｓ　ｆ堆
積させるならば、ガリウム物質のｖ＋ｆ、れ及びひ素」
勿質の流れが用いら扛る。もし、ドープされｊ（ＧａＡ
ｓを堆、ｆＬＹさせるならば、ガリウムの流れ、ひ累の
流れ及びシリコンのようなドーパントの流ｉｚが用いら
れる。同様にガリウム・アルミニウムひ素を堆ｈ′ｆさ
せるならば、ガリウム、アルミニウム及びひ素の流れが
用いられる。ひ２Ｆ、のような）１（２板に固ＩＪの１
軍′）、１牛′吻ｆ１、すなわち喉積温鹿に）・・いて
Ｊ（４偵すべき材料からのへ気圧１Ｏ−１０Ｔｏｒｒを
越える物質で合成された流れは、ガリウムのよう外比較
的不揮究性の物質で合成、された流λ１より、モル濃度
を過剰にすべきである。基板に固有の特定の物質の敏は
、堆積温度における）１号板上の揮発性及び不揮発性物
質の相対的な付着係数に依存する。

この結果を得るためには、不揮発性物質の源からの流れ
に対する揮発性イ勿質源からのυｉＬれの比は、１．５
ないし３の範囲にすべきである。

一般に、２００パーセントを越えるモルフラックスを用
いると、典型的な場合欠陥が光生じ、ドーピング中心と
し、て動く。不揮発性物質の冗速の測定は、イオンゲー
ジにより具体的な不が１ｉ発注物ｌ′↓匠により生じる
圧力を測ることにより行なえる。この圧力測定は、１ｌ
ｉｌｌ　ｆ＋１ｌｌｌされた試料の堆積速度をモニター
することにより、流れに対し補正される。同様に、揮発
性＋／／Ｊ資のｏｌすれによる圧力は、イオンゲージで
測られ、この圧力は物質のイオン生成量を用いて、流れ
に対して補正される。（そのような補正は近似であるが
、適当な相対流量を再現性よく確立するには十分正確で
ある。）用いられる不揮発性物質のモル比は、堆積すべ
き具体的な組成に依存する。所望の堆積させる半導体、
１１成に対する各不揮発性物質の適当な気体流は、制ｊ
ＡＩ用試料を用いることにより容易に決定される。

行程成分の絶対的々流速も、Ｉ９Ｔ望の成長速度を得る
ために制御すべきで、ある。０．１ないし１０μｍ／ｈ
の範囲の成長速度を用いるべきである。もし、成長速度
が０．１μｍ／ｈより小さいと、不純物が成長表面上に
吸収さ７Ｌる呵１１ヒ性が許容しえないほど向くなる。

もし、成長速度が１０μｍ／ｈより入きいと、１ｌｌｊ
　’＋＋ｉｊｊ的な一易合過度に１１う密度の欠陥が、
堆４’ｉｆされる材料中に生じる。成長鳳′■度は開側
１用試料上に層を成長させ、成長時間中形成された層の
厚さを走査電子顕微鏡で測定するなどの通常のノブ法で
決められる。。

堆積基板−トに成長を７起すためには、基板温度はＧａ
Ａｓの場合５３０ないし、６３０　℃といった適当な範
囲に沫っべきである。もし、過度に高い温度を用いると
、堆積する半導体材料の表面形態が劣化する。この劣化
は、過度の温度において、堆積する材料からたとえばひ
素のような相対的に揮発性の物質が熱により失なわれる
結果起る欠陥の発生を避けることが困難なために起る。

しかし、不十分に高い温度では、一般にバックグランド
の不純、吻が基板−トに吸収され、半導体特性が劣化す
る。

（成長中基板を回転することが望寸しいことに注意すべ
きである。この回転により、より均一な層が生成しやす
くなる。典型的々１易合、回転速１」は１ないし２５　
ｒｐｍの範囲が望ましい。） 加えて、基板温度のふらつきは避けるべきである。その
理由はそれらは１ポ発性物質のイ；１ノｔｆ係、メに影
＃を与え、ドーパントの・、４人に影響を与え堆積され
る材料中に歪を入ｉするからである。一般に、成長プロ
セス中基板温度を±１０℃以内に保つことが望ましい。

（最終的な回複温度ヲ、成長温度の±１０°　以内にす
ることも望ましいが本質的ではない。）成長温度は典型
的な場合、基板ホルダの裏に置かれた抵抗ヒーターに、
一定電流を流すことにより、この程度に制御される。電
流を（−１パ一セント以内に保つことにより、典型的な
場合所望の変動限界内に、温度を維持することができる
。温度は熱電対又はパイロメータのような通常の方法に
より、モニターさ、ｔする１゜（そのような技術による
測定は、たとえば、Ｓ゛（基板上のＡｔのように、共晶
を形成する材料を有する補正用試料を用いることにより
、補正すると有利である。用いられる基板は堆積に用い
られる最終的な基板と同じ大きさである。

／！ｌｌ’Ｌ度は相転移が観察されるまで上げられる。

相転移温度はよく知られているから、相変化の時刻にヒ
ータ中に流す電流は、この温度で１１１密に補正さＪし
る。各柚の共晶合金を用いることにより、適当な補正曲
線が得られる。）基板の形あるいは大きさが変化すると
、’＞えられたヒータ電流に対する異なる温反が得られ
ることに、注：よすべきである。堆積毎の試料の大きさ
は比１１う的一定に保ち、ｔ１■正曲、凍の調整が不要
であるようにするのが、本質的ではないが便利である。

成長プロセス中、ひ累のような揮発性物質の流速は、揮
発性ソース物質が不揮発性ソース材料より急速に不足す
るため、ふらつきやすい。先に述べたように、揮発性物
質の流れは不揮発性物質の流れより過剰にすることが望
ましいが、２００パーセントの過剰よりは低くする。従
って、揮発性物質の流速はこのレベルを保つため、成長
中周期的に調゛直すべきである。このａｌｊ４　Ｍ’Ｍ
は成長を通じ（はとんど揮発性物質で構成される）バッ
クグランド圧をモニターし、それに従って揮発性ｉ物質
のソース温度を調整することにより行なうと便利である
。成長は所望の厚さのＩＩＩ　−Ｖ族半導体材料が堆積
するまで、続けられる。次に成長は通常の方法で停止さ
れる。たとえば、ソースシャッタを閉じ、同時に基板の
加熱を停止する。ガス流の停止とともに基板加熱を停止
するのが望ましい。もし基板の温度を不揮発性物質ガス
流が存在しない時高温に保つと、加熱された基板の表面
に欠陥が導入される。

加熱を停止するのとほぼ同時にひ素シャッタを閉じるが
、基板の冷却中欠陥の生成を避けるため、一般に装置背
中には十分な残留揮発性物質が存在する。

堆積後通常の技術によりデバイスが完成する。以下の例
は本究明を説明するためのものである。

第１例 水平ブリッジマンプロセスにより製作されたクロムドー
プ（１０”ｃｍ　”　）　　″１’絶縁性ガリウムひ素
ｑｉ結晶バルク全、ダイアモンドディスクを用いて（０
０１）結晶面に沿って切−ｔした。このようにして生成
したウェハを、２インチ径の円形の研摩し、臭素メタノ
ール溶液を用いて、その両面を光学的な平坦さに研摩し
た。（この研１摩中、基板は軟らかい布バットを横切る
ように、回転ホルダー上で一定に動かした。）研摩プロ
セス中ウェハをマウントするのに用いられる炭化水素の
残留物の主決部分は、トリクロロエチレン及びアセトン
中の綿布でウェハ全；＋Ｗ次こすることにより除去され
た。更に、ウェハは順に煮沸トリクロロエチレン、煮沸
アセトン及び煮沸メタノール中に浸すことによシ、浄化
された。各溶媒浄化工程中、各新鮮な溶媒槽中での３分
１ｉ１ｊの３回の処理を用いた。次に、ウェハは１８メ
ガオームより大きな抵抗率をもつ脱イオンバクテリアを
含筐ない水の中で洗った。

（この純度のウェハｆよ一連の脱イオンレジン及びフィ
ルタ全通した水を循環することにより生成した。）この
洗浄はウェハを高純度石英でで＠た固定具を用いて、高
純度水のみを言む一連の溶槽中にウェハを浸すことによ
り行った、ガリウムひ素材料それ自身には本質的な影＃
を与えることなく、酸化被膜を除去するために、ウェハ
は少なくとも２分間製塩酸中に浸した。先に述べたプロ
セスで、ウェハを再び高純度水中で洗った。（ウェハは
Ｈαから水洗及びその後の成長の前処理に移す時、表面
が確実に水で被覆されるように、水平に保った。）次に
ウェハは５：１：１の濃硫酸、３０パーセント過酸化水
素及び水の新しく用意した室【晶の溶液中に浸した。（
水は高純度水で、曲の試薬は半導体級の試薬であった。

）均一にエツチングするために、基板は溶液中で約２分
間かく拌した。このエツチングに続いて、先に述べた水
洗プロセスτ行なった。

次に、水ケ出び濃Ｈ（７槽中で２分１１ｉｊ処１・１１
（た。元に・！ドベたプロセスにより、一連のＡ１シい
脱イオン水槽中で洗浄金くり返した。ｒ上面を水の層で
被覆して、水槽からウェハをとり出し、篩純度水を流し
ながら試料ホルダ１−にマウントし、ホルダの回＋ｌＥ
　ｋ始めた。ホルダの回転速度は数千ｒｐｍ　　で、こ
の速度に達したら、水のｍれを急いでとめ、基板を乾燥
させた。酸化１男層のｐｇさの制御性を確実にするため
に、最後の洗浄プロセスで用いられる水の中にウニハラ
最初に浸してから、スピン中の水流の停止までの時間は
、継続時間を２分に制御した。ＭＢＥ装置のモリブデン
試料ホルダは、約２００℃の温度に加熱した。インジウ
ム（純度９９．９９９９パーセント）の薄い層が、清浄
なタングステンワイヤを用いた試料ホルダ上に広がった
。次に、ウェハは溶融インジウム層−りに置かれ、ウェ
ハは試料ホルダに対し、横方向に移動させそれによりし
み混んだ空気又は捕獲された空気を、ウェハとインジウ
ム融液間から押し出した。

ＭＢＥ装置の堆積噴出源は、もっばら耐火性截属及びパ
イロ窒化ホウ素で製作された。

噴出源６７よそれらをｌＸｌ０−８Ｔｏｒｒ　　以下の
圧力をもつ１６００℃の真空容器中に、約１時１…置く
ことにより、ガス出しをした。パイロ屋化ホウ素るつぼ
ヲ噴出源中に挿入させ、組合せたものを再びガス出しし
た。各るつぼは堆積プロセスで用いる材料で満した。こ
れらの材料は純度９９．９９９９パーセントのガリウム
、純度９９．９９９９パーセントのび帽、純度９９．９
９９９パーセントのアルミニウム及び１　ｐＰｂ以ドの
不純物濃度を有するシリコンを７￥んだ。材料を入れ、
ｒソースｉ、ＭＢＥ装置ｄの堆積Ｈ４中にマウントした
。堆積容器中の圧力は通常のｆ段を用いて約１０−”　
Ｔｏｒｒ−まで下げられた。加えて、ヘリウム閉ループ
クライオポンプ１４、チタンゲッタリングポンプ及び液
体窒素コールドトラップ、堆積層の劣化ヲ、起す炭素モ
ノオキサイド及び水旅゛λ（などの物質を本質的に減す
ために用いられター。

次に、ガリウム、アルミニウム、及びシリコンソースを
約１４００℃に加熱することにより、ソース旧材のガス
出しをした。ひ素ソースはその存在ｉｋヲ＋質的に減す
ことなく、捕獲された気体の；峰を減すため、約４００
℃に加熱された。ソースのめ・・５分間のガス出しの鏝
、不揮発性物質すなわちアルミニウム・ガリウム及びシ
リコンの温度を、それぞれ８０代５００及び５００℃に
低下させ、一方揮発性物質すなわちひ素の温度ｌよ、室
温以下に下げた。（不揮発性物質に幻して用いられる温
度は、これらの材料を溶融状態又は加熱状態に床つよう
維持される。） 基板は第１図中の悪のある負荷室２０中に挿入された。

次に負荷室は封じられ、約１０”Ｔｏｒｒ　　の圧力に
排気された。準備室１２は約１０’Ｔｏｒｒ　　の圧力
に排気された。

次に、試料は磁気結合・１云送ロツド２６を用いて、ゲ
ートバルブを通して負ｔｒ：ｊ室から準Ｉノｉｉｉ　’
＜に中へ云送された。基板は準備室中に存在する抵抗ヒ
ータを用いて、約２００℃の温度に加熱し７た。約１時
１ｉ１ｆＪＵ１熱した後、ホルダ上の基板は１００℃以
下に冷却され、次に準備室から堆積容器に転送され、第
２の磁気績合蔽送ロッドを用いて、堆積容器内の回転基
板ステージ２８上に置かれた。（ステージは第１図中の
仮想の点３６及び４０で示される２本の垂直軸の周りで
回転できるようになっていた。）基板ステージは基板の
露出された表面が、ソースから離れた而を向くよう回転
させた１、ガリウムソースの温度は堆積の時基板が占め
る位置に置かれたイオンゲージにより、約３．７Ｘ　１
０−７Ｔｏｒｒの圧力が測定されるまでに昇させた。こ
の圧力は約５　Ｘ　１０”ｃｍ−２ｓｅｃ−’の流れに
対応する。流れは定常状態の圧力を読むため、短時間（
約５分）ガリウムソースのシャッタ７を開けることによ
り測定した１゜同様に、ひ素ソースは約３５０℃の温度
に加熱され、約Ｉ　Ｘ　ｌ　０１５ｃｍ−”　ｓｅｅ　
　’の流れにＺ・↑応する約ｌＸｌ０　　’Ｔｏｒｒを
イオンゲージが読みとる圧力に調整された。再び定常状
態に到達させるため、ひ素シャッタは約５分間開いたま
まにした。イオンゲージを取り除き、基板は第１図に示
されるように成長位置に回転させた。基板は約５００℃
の温度に加熱した。反射電子回折計５０からの電子ビー
ムは、ある反射角で基板に入射するよう向けだ。次にひ
素シャッタを開き、基板にひ素流を照射した。電子回折
パターンがモニターされ、シャッタを開けた時、基板の
温度は約り０℃／分の速度で約６１０℃まで上げた。電
子反射パターンから、鋭いストリークのひ素安定化再構
成面の特性が観測されるまで、ひ素流を続けた。この再
構成は約１０分間起った。次に、ガリウムひ素の成長を
開始させるために、ガリウムソース用のシャッタが開か
れた。ガリウムシャッタが開いた時、約４　ｒｐｍの速
度での基板の回転が始った。所望の厚さが＋ｌられるま
で、成長を続けた。成長速度は１時間当り約０．８５ミ
クロンであった。所望の厚さが得られるのと同時に、シ
ャッタを閉じ、基板の加熱を停止し、基板の而がソース
からそれるように回転し、４　ｒｐｍの回転も停止させ
た。次に、基板を堆積容器から準備室に、次に負荷室へ
順次移すことにより、基板を装置からとり出した。得ら
れたアンドープＧａＡｓ層は約１０７Ωｍの抵抗率を有
し、このことはそれが高純度材料であることを示してい
る。

第２例 第１例のプロセスに従ったが、ドープされたガリウムひ
素を生成するために、シリコンソースを月１いたことが
異なる。このプロセスにおいて、シリコン温度は待ち温
度から９００ないし１４００℃の範囲の温度にあげた。

ドーピングを始める時、シリコンシャッタを開い°た。

すなわち、アンドープカリウムひ素が成１にでき、次に
アンドープガリウムひ素頒域の最１一部トに、トープガ
リウムひ素層を堆積させるため、シリコンシャッタを開
いた。イ４＃られるドープ）Ａ刺中のキャリアミ１現に
対するシリコンソース４（１＾度の効果について、第２
図に示されている、１　ドープＧａＡｓ層は正味のキャ
リア密度がｌＸｌ０”ないし３　Ｘ　１１０ｌ８−”に
なった。ｆｌらｆｔたドープＧａＡｓは１４０，０００
ｃａ　／　Ｖｓ　　もの、’；１′、ｌい最大移動度を
有した。

第３例 アルミニウムガリウムひ素層を生成する／ζめに、堆積
前にアルミニウムソースを１３００℃程度の温度にυ１
１熱した。次に、アルミニウムソースのシャッタを開け
、所望の流れを生ずる圧力レベルに温度を調整した。次
に、シャッタを閉じだ。アルミニウムガリウムひ素層を
形成することが必゛〃な時、堆積中カリウム及びひ素シ
ャッタとともに、アルミニウムシャッタを開け、アルミ
ニウム・ガリウムひ素層を形成させた。得られるアルミ
ニウム・ガリウム材料中のアルミニウムとガリウムのモ
ル比は、ガリウム流に対するアルミニウムの比に依存し
た。この依存性が第３図に示されている。

Ｓｃドープ・アルミニウム・ガリウムひ素組成を生成す
るだめに、アルミニウムシャッタも開くことを除き、第
２例のプロセスに従った。ドープされたＡｌｏ、３Ｇａ
Ｏ０７Ａｓ層は１×１０１５ないし２×１０Ｉ８ｃｒｎ
−３の範囲の正味のキャリア密度を生・成した。

第４例 本発明のプロセスと材料を用いて、ガリウムひ素電界効
果トランジスタを作った。このデバイス附、）（ｋ籾温
１例のプロセスにより、約１ミクロンの厚さを有するカ
リウムひ素のアンドープ層をＮ１債させることにより形
成した。

１ミクロンの層厚がｆｊＩられた後、シリコンシャッタ
が開かれ、約０．７５ミクロンの厚さを（１′するドー
プ層を堆積プせた。シリコンソースの温度を、ドープ層
中のドーパント濃度が約９　Ｘ　１０１１１７４ａ　　
になるように調整した。

０７５ミクロンの所望の厚さが得られたら、約Ｉ　Ｘ　
１０　”／ｃｌのドーピングレベルをもつ０、３５１ｉ
ｒｎ　厚のＧａＡｓ層が生じるように、シリコンソース
の温度をヒ昇させた。このようにして、活性領ｊｉ　（
９Ｘ　１０１６／ｒｒＩ　のドーピングレベル’ａｌ＋
するＩＪｒＩ域）にχ・↑する低抵抗ソース及びドレイ
ン電忰の形成を宕易にするだめの層が製イ／［さｔまた
。このようにしてできた構」告はＭＢＥ装置’？からと
り出され、以Ｆの文献に述べられているプロセスに従っ
て、適当な電気リードとともに、ソース、ドレイン及び
ゲ′−ト、１を作Ｊ］る。ダヴリュ・シー・ニーハウス
（Ｗ、　Ｃ，Ｎ１ｅｈａｕｓ　）ら、インスチチュート
・オフ・フィジックス・コンファレンス・シリーズ（Ｉ
ｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＰｈｙｓｉｃｓＣｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅ　　５ｅｒｉｅｓ　　）、　３３ｂ、　　２７
１（１９７７）及びダウリュ・シー・ニーハウス（Ｗ、
　　Ｃ，Ｎ１ｅｈａｕｓ　）ら、ＧａＡｓ　　パワーＦ
ＥＴデバイスの設ｉｔ原理及び製作プロセス、ＧａＡｓ
　　ＦＥＴ　　プリンシプルス・アンド・テ’７／ロシ
ース（店Ｍコ汀とと三担二用Ｔｅｃｈｎｏｌｏ　ｉｅｓ
　）、ジエイ・ヴイ・デイロレンツオ（Ｊ、　Ｖ、　Ｄ
ｉＬｏｒｅｎｚｏ　）　Ｍｕｔ、アーテクハウス（Ａｒ
ｔｅｃｈ　Ｈｏｕｓｅ　）、枢トン（１９８２）　。

このようにして、各第１トの；］冑去の゛・Ｅ界効果ト
ランジスタを製作しだ３゜ 全ゲート幅が３胴と６ｆｉである二つのトランジスタに
ついて、各（Φの周波数でイ：８だ利ｆｉｔを以下の表
に示す。

°第　　１　　表 表中の利得はドレイン電圧１４Ｖでゲートに印加した非
常に小さな信号（パワー人力約２０　ｍＷ　／　ｔｗｎ
　）　　についてである。ゲート陽３唄及び８膿の両方
のデバイスについてのパワー出力と利４１のグラフを′
ｄＸ４図に示す。グラフのデータはドレイン電圧１３ボ
ルト、信号周波数６．４ＧＨｚでとったものである。各
出力パワーレベルにおいて、ゲートバイアス及び同調は
、最大利得が生じるよう調節した。

飽和出力よ、９１　ｄＢ低い出力パワーで測定した利得
は、３閣及び８請のデバイスについて、それぞれ１０．
９及び９．２ｄＢ　であった。これはＣＶＤ技術で製作
した３ｍ及び８ｗｎのデバイスの約８，８及び８．３の
値と比べるべきである。ガリウムひ素ＦＥＴの利得対パ
ワー出力特性はまた、３胡のゲート幅を有し８ＧＨｚの
ゲート信号で動作するデバイスの場合のドレイン、電圧
１０Ｖ及びＤＣパワー人力２．５Ｗについても測定した
。２利得対出力パワー及びパワー効率対出力パワーの結
果が、第４図に示されている。４３パーセントの最大効
率は、ＣＶＤで作られた同様のデバイスで得られる３６
パーセントといった効率より優れている。

第５例 選択的にドープされたヘテロ構造トランジスタ（ＳＤＨ
Ｔ）を、本発明のプロセス及び材料を用いて製作した。

具体的には、ガリウムひ素の０．８５ミクロンの厚さの
アンドープ層を、第１例で述べたように堆積させた。次
に、アルミニウムシャッタを開き、第３例のプロセスに
よシ、６０Ａの厚さのＡｌ　６．３Ｇａｏ、　ＴＡｓ　
　層が生成するように、アルミニウム流を流し始めだ。

次に、シリコンシャッタを開くことにより、アンドープ
・アルミニウム・ガリウムひ素上に、４６０への厚さの
シリコンドープ／４１０，３　Ｇａｏ、７　Ａｓ層を堆
積させた。最初とのドープ領域中のドーパント濃度が約
２×１０１８ｍ−３になるように、シリコン温度を調節
した。ドープアルミニウム・ガリウムひ素層の厚さが得
られたら、アルミニウムシャッタを閉じ、約５００への
厚さと約３×１０１８ｃｍ−３のドーパント濃度を有す
るドープガリウムひ素層を、第２例で述べたように堆積
させた。（ガリウムひ素層とアルミニウムガリウムひ素
層中のドーピングレベルの違いは、成長速度とドーピン
グ効率の違いから生じた。）次に、処理した基体をＭＢ
Ｅ装置からとり出した。５０１，０００ＣＩ＋！／Ｖｓ
　　ものに６い電子移動度が、これらの処理づれた基体
で測定された。

第４例で述べたように、ソース、ドレイン及びゲート電
極を生成した。得られたデバイ２（ＳＤＨＴ）Ｈ８０Ｋ
におｌ／）で約１．　ＯＱ　−簡のソース−ドレイン抵
抗と、約２００ｍシーの伝達コンダクタンスを有した。

デバイスはまた、Ｉ’７１品質バッファ層であることを
示す、非常に商い出力を有した。デバイスのドレイン特
性が第６図に示されている。

【図面の簡単な説明】

第１図−第７図は本発明のプロセス及びデバイスの例を
示す図である。 〔主要部分の符吋の説明〕 試料ホルダ・・・・・・１０　　準備室　・・・由・・
・１２堆積室　・・−・・・・・・　８　　噴出源　・
・・・・・・・・　６出願人　ウェスターン　エレクト
リックカムパニー、インコーボレーテッド Ｔ５；ｌ拳Ｇ） ビーｌ、等価用比ＰＭ’％５ ＦＩＧ、　　４ Ｃ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上にｍ−ｖ族半導体材料を堆積させる工程から
   成るＩＩＩ　−Ｖ族半導体材料を基礎とした半導体デバ
   イスの製造方法において、（、）　　該堆積工程の前に
   、該基板上に不活性化層を形成する工程、 該基板の表面を回復させる揮発性■放物質の流れの存在
   下で、該不活性化層を除去する工程、 基板の該回復は不活性層の除去温度以上、該半導体材料
   の分解熔融温度以下の温度で行ない、該流れはストライ
   プ状の電子線回折パターンを生じるのに十分を該表面を
   回復させるのに適していること、 （ｂ）　　該堆積は該基板を該半導体材料を構成する各
   原子に対応する物質を含む流れで処理し、該流れの中の
   揮発性物質の流れの合計は、該流れの中の不揮発性物質
   の流れの合計より過剰であることを特徴とする■−Ｖ族
   半導体材料を基礎とした半導体デバイスの製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の製造方法において、 該半導体材料はＧａＡｓ又はガリウム・アルミニウムひ
   素であること全特徴とするＩ■−Ｖ族半導体材料を基礎
   とした半導体デバイスの製造方法。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項記載の製造方法に
   おいて、 該流れはドーパントを含むことを特徴とするｒｔｔ−ｖ
   族半導体材料を基礎とした半導体デバイスの製造方法。 ４、特許請求の範囲第３項記載の製造方法において、 該ドーパントはシリコンから成ることを特徴とする■−
   ■族半導体材料を基礎とした半導体デバイスの製造方法
   。 ５．特許請求の範囲第１項記載の製造方法において、 該基板はガリウムひ素から成ることを特徴とするＩＩＩ
   　−Ｖ族半導体材料を基礎とした半導体デバイスの製造
   方法。 ６、特許請求の範囲第５項記載の製造方法において、 該回復温度は５２０ないし６３０℃の範囲であることを
   特徴とするＩＩＩ　−Ｖ族半導体材料を基礎とした半導
   体デバイスの製造ノｊ法。 ７、　特許請求の範囲第１項記載の製造方法において、 該不活性化層は酸化物層であることを特徴とするＩＩＩ
   　−Ｖ族半導体材料を基礎とした半導体デバイスの製造
   方・法。 ８、特許請求の範囲第７項記載の製造方法において、 該酸化物は熱的に除去されることを特徴とする（ＩＩ　
   −Ｖ族半導体材料を基礎とした半導体デバイスの製造方
   法。 ９、！Ｊｆ！ｊ許請求の範囲第７項記載の製造方法にお
   いて、 該酸化物は該基板を水で処理することによシ形成される
   ことを特徴とするＩｎ　−Ｖ族半導体材料を基礎とした
   半導体デバイスの製造方法。