JPS62229822A - 砒化ガリウム層の気相成長方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は有機金践熱分解気相成長法（ＭｅｔａｌＯｒｇ
ａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ　：以下ＭＯ−ＣＶＤ法と略称する）Ｋよる
砒化ガリウム層の気相成長方法に関する。

（従来の技術） マイクロ波領域で動作する低雑音の電界効果形トランジ
スタに対する高性能化への要望は益益強まり、最近では
周波数１２ＧＨｚにおける雑音指数が１　ｄＢ以下の高
性能電界効果形トランジスタを実用化すべく開発が活発
に進められている０ 上記特性を得るためにウェハとしては第３図に示すよ５
に、半絶縁性Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板１１上に不純物をドー
プせずに形成した正孔濃度あるいは電子濃度が１０１４
／ｃ！ＩＬ３以下のＧａＡｓ層１２を積層する。又この
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層１２上Ｋｎ形で電子濃度が１０１８／
ｃＩＩＬ３であり、アルミニウムの組成比が３０チのア
ルミニウムガリウム砒素（Ａ　ＩＧａＡｓ）層１３を３
０ＯＡ積層する。さらにこのＡＪＧａＡｓ層１３上にオ
ーム性電極形成のためのｎ形で電子濃度が１０１８／儂
３のＧ　ａ　Ａ　ｓ層１４を積層させたウェハを用いて
高性能の電界効果形トランジスタな作る試みが進められ
ている。

このウェハの特徴は不純物を含むｎ形ＡＪＧａＡｓ層】
３とＧ　ａ　Ａ　ｓ層１２との接合界面に溜まり込むキ
ャリアを利用することにより高電子製置でかつ不純物散
乱の影響を受けにくく、高移動度が得られることである
。したがって上ａｒｃ構造のウェハを用いて電界効果形
トランジスタを作るならば、移動度の向上に見合って低
雑音化が期待できる０なお第３図に示した構造のウエノ
〜はキャリアを供給するＡｌＧａＡｓ層１３のみに１ｓ
択的に不純物をドープし、ＧａＡｓ層１２にはドーピン
グを行なわないことから選択ドーグ構造ウェハと称され
る０その選択ドープ構造ウェハの特徴である高移動度の
ウェハを作成するＫは、■キャリアが溜まり込むＧａＡ
ｓ層】２の不純物量を極力減らして高純度にすること、
■ｎｎ形ＪＧａＡｓ層１３のｋ１組成や厚さ、電子濃度
を正確に制御すること、■ｎ形ＡｌＧａＡｓ層１３とＧ
　ａ　Ａ　ｓ層との結晶界面でのＡＩ原子の組成急峻性
を極力急峻にすることが重要である。

ところでこのように界面の組成変化を急峻にし、膜厚や
組成の制御性を扁めるために、従来のＭＯ−ＣＶＤ法を
用いた気相成長装置においては、配管接続部分や開閉弁
での余分な空間を極力減らすという装置上の工夫や結晶
成長速度をできるだけ下げたり、ＧａＡｓ基板】１上を
通過する原料ガス（ここでいう原料ガスとは反応器内に
送り込むすべてのガスを指す。）の流速を上げて、ガス
置換を迅速に行う等の方法が用いられてきた。したがっ
てＭＯ−ＣＶＤ法を用いて高移動にの選択ドープ構造の
ウェハを形成する場合には、高純度が必要とされている
＠記ＧａＡｓ層１２の成長も低結晶成長速度、＾ガス流
速という条件下で行なう必要がある。

上記の条件の下で選択ドーグ構造のウェハにおける各層
間の組成急峻性を数原子層以下に抑えるためには、ＭＯ
−ＣＶＤ成長における実用的な結晶成長速度の下限が２
〜３Ａ／Ｓであることが必要である。又ガス流速に関し
ては、原料ガス導入口から入ったガスがＧａＡｓ基板１
１　　　上で均一に広がるには経験的にガス導入口とＧ
　ａ　Ａ　ｓ基板】１との距離が１０ｃｕｔ以上必要で
あることから、ガスを１秒以内に切換えるにはガス流速
を少なくとも１０ｃＷＬ／Ｓ以上にすることが必要であ
る。しかし結晶成長速度を２ＯＡ／Ｓ以上にすると、組
成急峻性が劣化する。又ガス流速を上げすぎると、反応
容器内で原料ガスを基板上に一様に広げることが困Ｊｉ
ｉＫなってくるので、結晶成長膜厚のウェハ内の均一性
が悪化してくる。通常の配管系において用いられる１／
４インチステンレスチューブ内を流れて反応容器内に導
入された原料ガスを反応容器内で直径２インチ以上の面
積にわたってガスの流れを乱さないように広げるにはガ
ス流速として５０α／Ｓが限匿であり、これ以上ガス流
速を上げると上記膜厚の均一性が急速に悪化する０そこ
で本発明者は組成急峻性をできるだけ良好に保ち、しか
も膜厚の均一性もそこなわれないように配慮し、ガス流
速を３５Ｃｍ／Ｓ、成長速度を３Ａ／ＳとしてＧａＡｓ
層を成長させた０このＧ　ａ　Ａ　ｓ成長層の７７Ｋに
おける移動度を測定したところ、同一の反応系を用いて
低ガス流速（３ｃｍ／Ｓ）、高成長速度（３０Ａ／Ｓ）
の条件下で形成したＧａＡｓ層の移動度約Ｉ　Ｘ　１０
５ｚ／Ｖ−８Ｋ対して約１／３の３．５　Ｘ　１　ｏ４
ｃｒｎ２／Ｖ・Ｓという低い値しか得られなかった。

又、上記のガス流速及び成長速度の条件下で作成した選
択ドープ構造ウェハでも７７Ｋにおける移ａ度を測定し
たとζろ移動度は２〜３Ｘ］Ｏ’ｃｍ／Ｖ・Ｓ　と低い
値しか得られなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 以上述べたように従来のＧａＡｓ層の気相成長方法では
、単にガス流速を増加させただけでは所望の高移動度を
有する選択ドーグ構造ウニＩ・を得ることはできない０
又、結晶成長速度を２０Ａ／Ｓ以上にすることで高移動
度の選択ドープ構造のウェハが得られるが、組成急峻性
の点では問題があった。したがって本発明ではこρよう
な欠点を除去し、結晶成長速度とガス流速とを最適にす
ることで、組成急峻性に潰れ、移動度の向上した選択ド
ープ構造ウェハを形成することができるＧａＡｓ層の気
相成長方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明の砒化ガ
リウム層の気相成長方法では、原料ガス流速と砒化ガリ
ウム基板上に形成された砒化ガリウム層の電子移動度と
の関係において、原料ガス流速の増加により電子移動度
が極大値を得るような結晶成長速度を設定する。

なおこの場合結晶成長速度はＩＯＡ／８以下になるよう
にする。さらにこの結晶成長速度にて電子移動度が極大
値を示す原料ガス流速により砒化ガリウム層の気相成長
を行う。

ところで不発明者は、結晶成長速度を種々変えて原料ガ
ス流速と電子移動度との関係を調べたが、その結果を示
したものが第１図である。

＠１図によると結晶成長速度が３Ａ／８及び１０Ａ／Ｓ
の場合にはガス流速の増加により電子移動度の極大値を
持つが、２０Ａ／Ｓ及び３０Ａ／Ｓの場合にはガス流速
の増加によシミ子移動度は単調減少して極大値は持たな
い。なお結晶成長速度が２ＯＡ／８以上の場合で砒化ガ
リウム層の気相成長を行うと組成急峻性は劣化すること
が知られ−Ｃいる。したがって電子移動度の極大値を得
るような結晶成長速度を設定することＫより急峻性が優
れた砒化ガリウム層が形成されると思われる。又第１図
に示すように電子移動度の極大値は約１×１０５ｃｒＩ
Ｌ２／ｖ−８であり高移動度であるので原料ガス速度を
極大値付近に設定することにより移ｉＥ！Ｉｆｆ：の高
い砒化ガリウム層が形成される。

（実施例） 以下に本発明の一つの実施例を図面を谷間して説明する
。第２図に本発明の製造方法に用いた選択ドープ構造ウ
エノ・を形成するＭＯ−ＣＶＤ装置の模式図を示す。精
製装置１０１を遡った希釈用水素ガスは流量計１０６で
所定量に調節され、反応容器１１１に送られるｏｌ［［
族元素の有機金属化合物であシ、ガリウムの有機化合物
の一種であるトリメチルガリウム（ＣＨ１）　＠　Ｇａ
を収納するバッジ】０２とアルミニウムの有機化合物の
一種であるトリメチルアルミニウム（ＯＨ，）　、　Ａ
Ｊを収納するバプラ１０３には、精製装置１０１から所
定量の水素ガスを流量計１０７゜１０８で調節して送り
込み、各バプラ１０２゜１０３内にて水素ガスに（ＣＨ
ｓ　）ｓ　Ｇａ　、　（ＣＨｓ）ｓＡノ蒸気として含ま
せ、各々反応容器１１１に送られる。又■族元素の水素
化合物の一種である砒化水素ガス（ＡｓＨ３）は高圧容
器１０４から流量計１０９で調節されて直接反応容器１
１１に送られる。又ｎ形不純物のドーピング源として用
いるモノシラン（８ｉＨ４）も同様に高圧容器１０５か
ら流量計１１０で調節されて直接反応容器１１１に送ら
れる０さらに各々のガスが供給される反応容器１１１に
は試料を載せる載置台１１２とこの載置台１１２を加熱
する高周波コイル１１３が設けられる。なお水素ガスの
流速を変化させることで反応容器】】１内に送り込まれ
る各原料ガスの流速が変化し、又トリメチルガリウムの
量を変えることで結晶成長速度が変化する０ 上記ＭＯ−ＣＶＤ装置を用いてＧａＡｓ基板上にＧａＡ
ｓ結晶層を堆積させる場合には、ＧａＡｓ基根を載置台
１１２に載せＡ　ｓ　Ｈ＠と（ＣＨ３）Ｇａ。

及び水素ガスを原料ガス導入口１】４を通して反応容器
１１１内に送シ込み、さらに高周波コイル】】３により
反応容器】】１を加熱する工程を行う。

このような工程により、結晶成長速度を一定にしてガス
流速を変化させてＧ　ａ　Ａ　ｓ基板上にＧａＡｓ層の
成長を行い、ガス流速とＧ　ａ　Ａ　ｓ層の測定温度７
７Ｋに於ける移動度との関係を調べた結果、Ｇ　ａ　Ａ
　ｓ層の移動度はガス流速に対して一定ではなく極大値
をもつ依存性を示した０すなわち第１図は成長温度６４
０℃により成長したＧａＡｓ層のガス流速と移ｖＪ度（
測定温度７７Ｋ）との関係を示したものであり、結晶成
長速度を３Ａ／Ｓに変化させた場合を示した図である０
第１図に示すようにＧ　ａ　Ａ　ｓ　ｒＩＡの結晶成長
速度を組成変化を急峻にする条件である１０Å／Ｓ以下
にするとガス流速２０ｃＷＬ／Ｓ付近で極大値をもち、
ガス流速８ｃｍ　／　Ｓ以下、３３ｃ７ＩＬ／Ｓ以上で
は＃動度は極大値に対して大幅に低下してしまう。これ
に対して２０Ａ／Ｓ以上ではガス流速に対して移動度は
減少し、極大値は持たない０なおこの条件では移ｗＪ度
が］　Ｘ　］　０５ｃｍ２／ＶａＳ以上の高移動度が得
られるが、結晶成長速度が大きいので組成変化を急峻に
することはできない０ 以上の結果からＧ　ａ　Ａ　ｓ基板上にＧ　ａ　Ａ　ｓ
結晶層を堆積させる場合には、結晶成長速度を１０Å／
Ｓ以下とし、かつガス流速を２０〜３０ｃＩＩＬ／Ｓす
ることで移動度の極大値において高＃動度のＧａＡｓ結
晶層を得ることができる。例えば結晶成長速度３Ａ／Ｓ
の条件で選択ドープ構造のウェハを作成する場合、移動
度が極大値を示すガス流速である２５ｃＩＩｔ／Ｓに設
定してＧａＡｓ結晶層を堆積することにより、電気的特
性が測定温度７７にで移動度約１×】０５ｃｒｒＬ／Ｓ
であり、さらに電子の面密度を測定した結果Ｉ　Ｘ　１
０１２／ｃｒｌＬ２である高性能電界効果形トランジス
タの材料として好適な特性をもククエハが作成される。

なお上記実施例において、ＧａＡｓ基板を加熱する温度
として６４０℃に設定したが、特にこれに限定する必要
はない。又反応管形状を変えたシ、（ＣＨｓ）ａＧａ＋
ＡｓＨ３の流量等を変化させてＧ　ａ　Ａ　ｓ層を堆積
させても、移動度が像大となるガス流速の値は変化する
が、結晶成長速度の種々の変化に応じて第１図に示した
依存性が見られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば砒化ガリウム層の砒化
ガリクム基板への気相成長を行う場合、原料ガスと砒化
ガリウム層の電子移動度との関係において、原料ガス流
速の増加により電子移動度が極大値を得るような結晶成
長速度を１ＯＡ／Ｓ以下の範囲で設定する。さらにこの
結晶成長速度にて電子移動度が極大値を示す原料ガス流
速により気相成長を行う０このような方法を行うことで
、移動度が高くかつ急峻性に優れたＧａＡｓＮｉを形成
することができ、選択ドープ構造のウェハを形成するの
く好適な砒化ガリウム層の気相成長方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示す結晶成長をパラメータとして原料
ガス流速と砒化ガリウム層の移動度との相関を示す図、
第２図は本発明に使用されるＭＯ−ＣＶＤ装置の一例を
示す模式図、第３図は選択ドープ構造の、電界効果トラ
ンジスタ用ウニへの断面図である。 代理人　弁理士　　則　近　憲　体 間　　　　　竹　花　喜久男 （４ｓン ０　　　　　／Ｑ　　　　２０　　　　ＪＯ４０（蝕／
ｓ）力”スミＬｉ（ メｆ国 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 III族元素の有機金属化合物とＶ族元素の水素化合物と
   の熱分解気相成長方法により砒化ガリウム基板上に砒化
   ガリウム層を形成する砒化ガリウム層の気相成長方法に
   おいて、 結晶成長速度が１０Å／Ｓ以下であり、かつ原料ガス流
   速の増加により形成される砒化ガリウム層の電子移動度
   が極大値を得るような結晶速度を設定し、 前記極大値を示すガス流速により砒化ガリウム層を形成
   することを特徴とする砒化ガリウム層の気相成長方法。