JPS6259595A - ひ化ガリウム単結晶薄膜の気相エピタキシヤル成長方法 - Google Patents

ひ化ガリウム単結晶薄膜の気相エピタキシヤル成長方法

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JPS6259595A JP60198904A JP19890485A JPS6259595A JP S6259595 A JPS6259595 A JP S6259595A JP 60198904 A JP60198904 A JP 60198904A JP 19890485 A JP19890485 A JP 19890485A JP S6259595 A JPS6259595 A JP S6259595A
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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】 「産業上の利用分野」 本発明は、ショットキ・バリア・ダイオード、電界効果
トランジスター（Ｆ　ＥＴ　）等の製造に適した、ひ化
〃す・ンムエビタキシャル・ウェハの！ｖａ方法に関す
る。
［従来９扶術−１ ひ化ガリウム（以下、（ＧａＡｓｌという。）単結晶は
、シリコン単結晶よりも、電子の移動度が大であるので
、高周波領域、特に、ＵＨＦＳ］（Ｆ帯で用いられる、
ＦＥＴ、シ３γトキ・バリア・ダイオード等のデバイス
の製造に広く使用されている。
：れらのデバイスには、例えばＧａＡｓ単結晶基板−に
に、低キャリア濃度、及び、高キャリア濃度の二つのＧ
ａΔＳ単結晶層を形成したエピタキシャル・ウェハが用
いられ、しかも精密に制御された両車結晶層の厚さ、及
び、キャリア濃度を有し、両車結晶層の境界で、キャリ
ア濃度を急峻に変化させたものが、要求されている。
従来、このようなエピタキシャル・ウニハラ製造する方
法として、キャリア濃度を決定する不純物の供給量を制
御するとともに、がリウム、及び、ひ素の供給量の比率
を制御することが、提案されていた。たとえば、特開昭
５５−７７１３１号公報には、低キャリア濃度の層を成
長させる際には、不純物の供給を絶つとともに、気相成
長用が大中に含まれる周期律表第ｔｕｂ族及び第ｖｂ族
元素の供給量の比率、［ＩＴＩ］／［Ｖｌを１より大と
する方法が記載されている。
「発明が解決しようとする問題点、１ しかしながら、低キャリア濃度層のキャリア濃度は、原
料である金属〃リヮム、アルシン（ＡｓＨｚ）等に含ま
れる不純物、エピタキシャル成長の際に生じる種々の結
品欠陥、その他の影響を受けて変動しやすいという問題
点があった。」−記特開昭５５−７７１３１号公報記載
の方法でも、この問題点は、十分には解決されてぃなか
った。
たとえば、ショットキ・バリア・グイオード用エピタキ
シャル・フエへでは、低キャリア濃度層のキャリア濃度
の変動幅が、所定の値の１０％以内になるのは、（ラン
数比）で５０％以下であった。
「問題点を解決するための手段」 本発明者等は、低キャリア濃度層のキャリア濃度の再現
性に優れた、すなわち、ランごとのキャリア濃度の変動
幅の小さいＧａＡｓ単結晶薄膜の気相エピタキシャル成
長方法を提供することを目的として、鋭意研究を重ねた
結果、本発明に到達したものである。
本発明のＥ記の目的は、Ｇ　ａ　Ａ　ｓ単結晶基板上に
、キャリア濃度の異なる複数の層からなる、ｎ型ＧａＡ
ｓ単結晶薄膜を、気相エピタキシャル成長させる際に、
気相エピタキシャル成長用が大中に含まれる〃リウムと
を、ひ素の原子数比［Ｇａ］／［Ａｓｌを１よりも大と
して低キャリア濃度層を成長させ、また、［Ｇａｌ／［
Ａｓｌを１よりも小として高キャリア濃度層を成長させ
る方法において、低キャリア濃度層を成長させるときに
、単結晶基板の温度を６９０〜７３０°Ｃの範囲に保持
することによって達せられる。
本発明方法に用いられるＧａＡｓ単結晶基板は、ＧａＡ
ｓ単結晶がら切り出しだ基板であって、その表面が（ｉ
ｏｏ１面と、０〜１ｏ°、好ましくは、１．５〜５°の
範囲の傾きを有するものが、得られたＧａＡｓ単結晶薄
膜の表面の状態が良好であるので好ましい。単結晶基板
の厚さは、通常は、０．３〜０　、５１程度である。Ｇ
ａＡｓ単結晶としては、液体封止チシクラルスキー法（
ＬＥＣ法）、ボート成長法等によって製造した６のが、
用いられる。
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ−！ｔｔ結晶薄膜の成長方法としては、
気相エピタキシャル成長法によるのが、平坦な表面を有
するエピタキシャル・ウェハが得られること、薄膜をＮ
Ｉｔ成する各単結晶層の厚さの制御が、容易、かつ、精
確であるので、適当である。
気相成長用ガス組成としては、Ｇｕ　　）−ＩＣＩ−Ａ
ｓ−トＩ２系、Ｇａ　　ＨＣＩ　　ＡｓＨｌ　Ｈ２系等
のハロゲン化物輸送法に用ν゛１られる組成が一般的で
あるが、Ｇ　ａ　Ｒ３（Ｒ＝　ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５）−Ａ
　ｓＨ−８２Ｍ等の有機金属法（ＭＯＣＶＤ法）に用い
られる組成も厚さの制御が容易である。
ＦＥＴ用のエピタキシャル・ウェハとしては、半絶縁性
ＧａＡｓ単結晶基板上に形成した低キャリア濃度層、及
び、該低キャリア濃度層上に形成した高キャリア濃度層
からなるＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶薄膜を形ノｕ　したエピ
タキシャル・ウェハが用いられる。
この場合、低キャリア濃度層の口型キャリア濃度は、Ｉ
　Ｘ　１０　”ａｍ−’以下、また、高キャリア濃度層
のキャリア濃度は、ｌＸｌ０”〜１×１０１９ＣＩｊ−
３の範囲が通常である。
ショットキ・バリア・ダイオード用には、口型ＧＩＩＡ
３単結晶基板」−に、高キャリア濃度層、及び、低キャ
リア濃度層を、この順に形成したＧ　ａ　Ａ　ｓ単結晶
薄膜を有するエピタキシャル・ウェハが用いられる。こ
の場合、高キャリア濃度層のキャリア濃度は、１ｘｉｏ
”〜１×１０１ｇＣｌ１１″コ、また、低キャリア濃度
層のキャリア濃度は、１×１０′′〜Ｉ　Ｘ　１０　”
ａｍ−’の範囲が、通常である。低キャリア濃度層のキ
ャリア濃Ｊ友は、高キャリア濃度層の１１５〜１／１０
とするのが通常である。その他、本発明の方法はキャリ
ア濃度が異なる層を二層以上含む、単結晶薄膜を有する
エピタキシャル・ウェハの製造にも応用することができ
る。
約１０　”ｃｍ−’、又は、それ以上のキャリア濃度の
層を゛成長させる場合は、通常は、硫黄、シリコン、セ
レン、テルル等のｎ型不純物をドープして、キャリア濃
度を調節する。また、５　Ｘ　１０　”　ｃＩｎ−”以
下のキャリア濃度の層を成長させる場合は、待に、１１
型不純物をドープすることなく成長させるのが、一般的
である。
低キャリア濃度層を成長させる場合は、単結晶基板の温
度を６９０〜７３０°Ｃ５好ましくは、７００〜７３０
℃の範囲に保持するのが適当である。単結晶基板の温度
が６９０°Ｃ未満であると、成長した層の結晶欠陥が増
加し、７３０°Ｃを超えると、キャリア濃度の変動幅が
大となり好ましくない。
また、気相成長用ガス中に含まれるガリウム化合物とひ
素化合物の比率は、ガリウムとひ素原子数の比、［Ｇａ
］／［Ａｓｌで表示して、１よりら大とすることが必要
であり、好ましくは、２〜１０、より好ましくは、３　
・ｙ　８の範囲に保持する。この比を１より大としなけ
れば、キャリア濃度が十分に低下しない。
なお、ハロゲン化物輸送法による場合は、輸送用ＨＣ＋
は化学量論的にガリウムと反応してＧａＣｌを生成する
ので、〃リウム輸送用ＨＣｌのモル濃度をがリウム化合
物のモル濃度として計算できる。
高キャリア濃度層を成長させる場合、基板の温度は、好
ましくは、７３５〜８３０℃、より好ましくは、７３５
・＼７７６０℃に保持する。
まｊこ、［Ｇａ］／［Ａｓｌを１よりも小とすることが
必要である。［Ｇａｌ／［Ａ！３１を１よりも小としな
ければ、十分にキャリア濃度が−［−昇せず、好ましく
ない。［Ｇ　ａ］／　［Ａ　ｓ、］は０．１〜０．８が
好ましく、０．２〜０．５がより好ましい。
本発明方法の実施に使用する気相成長装置としては、縦
型でも、横型でもよく、特に、制限されない。
「発明の効果」 本発明方法によると、各ランごとの低キャリア濃度層の
キャリア濃度の変動幅を所定のキャリア濃度の１０％以
内とすることができるので、エピタキシャル・ウェハの
生産性が向上し、産業上の利用価値は大である。
「実施例」 本発明方法を実施例、及び、比較例に基づ（・で、具体
的に説明する。
以下の各実施例、及１、比較例において、ＧａＡｓ単結
晶薄膜の各層の厚さは、共和理研（株）製に一６９Ｊ１
５０型膜厚測定用ドリラーを用いて測定した。また、キ
ャリア濃度は、Ｃ−Ｖ法によって、測定した。
実施例玉 ＧａＡｓ単結晶基板として、Ｓｉをドープしたｎ型キャ
リア濃度が、１　、５　Ｘ　１０　”ｃＴｓ−’であり
、表面が、（１００）面から、・［０１１］方向に２°
傾１〜た単結晶板を用いた。厚さは、０．３５ＩａＩＩ
ｌであった。
上記基板を、水素〃ス導入管、Ａ　ｓ　Ｈ、導入管、Ｈ
ＣＩ導入管、及び、ガリウム・ボートを具間１する石英
！！！横型反応器内に設置した。反応器内の空気を、窒
素で置換した後、２０００ｕｌ／分の流量で水素〃スを
流しながら、炉の昇温を行った。反応器内のがリウム・
ボートの温度が８５０℃、基板の温度が７５０℃に達し
た時に、エツチング用Ｉ　Ｃ＋ガスを２５ｍ１／分の流
量で１分間反応器内に供給して、基板の表面のエツチン
グを行った。
続いて、ＡＳＨ，を１０重量％含有する水素ガスを３０
０ｍ１／分、ガリウム・ボートに通じるＭＣＩガスを１
０＋＋＋ｌ／分、及び、口型不純物として、ＳｉＨ、を
３０重ｌｌｐｐｍ含有する水素ガスを４０ａ＋Ｉ／分の
流＠、ｔ′、２５分間反応器内に供給して、高キャリア
濃度層を成長させた。この場合、［Ｇａ］／［ＡＳ］は
０．３で、基板の温度は７５０℃であった。
その後、ガリウム輸送用のＨＣＩ、及び５ｉＨ−の供給
を１５分間停止し、基板の温度を７２０℃に低下させた
。Ａ３８３を含有する水素がスの流量を３０ａｌ／分に
減少させた。エツチング用ＨＣＩを２５＋１１／分で３
０秒間供給してエツチングを行った後、ガリウム輸送用
１−Ｉ　ＣＩを１２ｖａｌ／分、５ｉ８４含有水素ブス
の流量を２ｍｌ／分として、５分間反応器内に供給して
、基板の温度を７２０″Ｃに保持しながら、低キャリア
濃度層を成長させたａ［Ｇａ］／「八ｓ１は４であった
。
低キャリア濃度層を、５公開成長させた後、ＨＣｌ、Ａ
　Ｓ　Ｈ、、及びＳｉＨ，の供給を停止して、反応器の
温度を低下させた。反応器内の温度が室温に達した後、
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　ｌｉｔ結晶薄膜を成長させたエピタキ
シャル・ウェハを取り出した。得られたウェハの表面は
、鏡面であった。また、各層の１７さけ、高キャリア濃
度層が、４．８μＩｆｌ、低キャリア濃度層が、０．４
６μｍｆｉ、両層の境界層のｊγさは０．１２μｌであ
った。また、キャリア濃度は、高キャリア濃度層が、１
．３Ｘ１０”ａＩｍ−コ、低キャリア濃度層が、１　、
５　Ｘ　１０　”ｃｍ−”であった。
本実施例を１０回繰り返したが、全ランとも、低キャリ
ア濃度層のキャリア濃度の変動幅は、０．１×１０１７
ＣＩ１１−３以内であった。
実施例２ 高キャリア濃度層の成長から、低キャリア濃度層の成長
に移行する際に、ＨＣＩ、及びＳｉＨ４の供給を停止し
なかったこと以外は、実施例１と同様にして、ショット
キ・バリア・ダイオード用エピタキシャル・言ンエハヲ
！！！！遺した。
得られたウェハの高キャリア濃度層の厚さは、４．９μ
ｍ、また、低キャリア濃度層の厚さは、０．３９μｌ両
層の境界層の厚さは、０．２μ鴫であった。また、高キ
ャリア濃度層のキャリア濃度は、１．４　Ｘ　１０　”
ｃｎ−３、また、低キャリア濃度層のキャリア濃度は、
１．４　Ｘ　１０　”ｃＩｍ−３であった。
本実施例を、１０回繰り返したが、低キャリア濃度層の
キャリア濃度の変動幅は０．ｌＸ１０℃輸−３以内であ
った。
比較例１ 低キャリア濃度層を成長させる際に、基板の温度を７６
０°Ｃとしたこと以外は、実施例１と同様にして、ショ
ットキ・バリア・グイオード用エビｙキシャル・ウェハ
を成長させた。
得られたウェハの、高キャリア濃度層の厚さは、０．４
４μ艶、低キャリア濃度層の厚さは、０．４２μＩｆｌ
、また、境界層の厚さは、０．１３μ鎗であった。高キ
ャリア濃度層のキャリア濃度は、１．ＧＸ　ｉ　Ｏ”ｃ
ｍ−”、また、低キャリア濃度層のキャリア濃度は、１
．　、５　Ｘ　１０　”ｃＩｌｌ−３であった。
本比較例を、１０回繰り返したが、低キャリア濃度層の
キャリア濃度は、９Ｘ１０”〜４×１０　Ｉ７ａｍ−’
の範囲で変動した。
実施例３ 実施例１で用いたのと同様の反応器に、表面が、（ｉｏ
ｏ）面から、［０１１］方向に２°傾き、がっ、鏡面に
研摩されたアンドープ半絶縁性ＧａＡｓ単結晶基板を設
置した。
反応器内の空気を窒素で置換した後、水素ガスを２００
０＋ａｌ／分の流量で流しながら、昇温しな。
ガリウム・ボートの温度が、８５０℃、ＧａＡｓ基板の
温度が７００℃に達した時、αで、エツチング用ＨＣＩ
を３０ｎ＋ｌ／分の流量で１分間流してＧａＡｓ基板の
表面をエツチングを行った。続いて、ＡｓＨ，を１０重
量％含有する水素がスを３０ｍ１／分、及び、がリウム
輸送用のＨＣＩを１２ｗ１／分の流量で１５分間供給し
てアンドープＷｉ（低キャリア濃度ＪＶ１）を成長させ
た。［Ｇａｌ／［Ａｓｌは４であった。
続いて、〃リウム輸送用ＨＣｌの供給のみを停市して、
基板の温度を７５０°Ｃまで上昇させた。
基板の温度が７５０℃に達した後、この温度を保持しな
がら、−Ｉ−記Ａ　ｓ　Ｉ（、を含有する水素がスの流
量を３００１６１／分に増加した。エツチング用ＨＣＩ
を２５ｍ１／分の流量で１５秒間流して、基板表面をエ
ツチングした。
エツチング終了後、ガリウム輸送用ＨＣＩを１０＋ａｌ
／分、及び、）−１、Ｓを３０屯量ｐｐ論含有する水素
ガスを２＋ｎｌ／分の流量で３分間供給して、高キャリ
ア濃度層を成長させた。［Ｇａｌ／［Ａｓｌは０．３で
あった。
得られたエピタキシャル・ウェハの′低キャリア濃度層
の厚さは、１．９μし高キャリア濃度層の厚さは０．５
５μｍ、また、境界層の厚さは、０．１μｍであった。
低キャリア濃度層の、キャリア濃度は３　Ｘ　１０　”
ｃｎ−’、また、高キャリア濃度層のキャリア濃度は、
２．３Ｘ１０”ｃｏ＋−’であった。
本実施例を、１０回繰り返したが、低キャリア濃度層の
キャリア濃度の変動は０，３Ｘ１０”ｃｍ−’以内であ
った。
比較例２ 低キャリア濃度層を成長させる際に、単結晶基板の温度
を７５０　’Ｃに保持したこと以外は、実施例３と同様
にして、ＦＥＴ用エピタキシャル・ウェハを製造した。
得られたウェハの低キャリア濃度層の厚さは、１．８μ
鏡、高キャリア濃度層の厚さは、０．５３μＧ１　まな
、境界層の厚さは、０．１２μＩＩ＋であった。キャリ
ア濃度は、低キャリア濃度層が３．５Ｘ　ｉ　Ｏｊ’ｅ
ｍ−’、また、高キャリア濃度層が２．２Ｘ　１０１７
ｃｖａ−”であった・ 本比較例を１０回繰り返したが、低キャリア濃度層のキ
ャリア濃度が１×１０１４〜２Ｘ１０”ｅＦｌｌ””の
範囲で変動した。
以」−の各実施例、及び、比較例から明らかな通り、本
発明の方法によると、低キャリア濃度層のキャリア濃度
の変動幅を小さくすることができる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ひ化ガリウム単結晶基板上に、キャリア濃度の異
    なる複数の層からなるｎ型ひ化ガリウム単結晶薄膜を、
    気相エピタキシャル成長させる際に、気相エピタキシャ
    ル成長用ガス中に含まれるガリウムと、ひ素の原子数比
    、［Ｇａ］／［Ａｓ］を１よりも大として低キャリア濃
    度層を成長させ、また、［Ｇａ］／［Ａｓ］を１よりも
    小として高キャリア濃度層を成長させる方法において、
    低キャリア濃度層を成長させるときに、単結晶基板の温
    度を６９０〜７３０℃の範囲に保持することを特徴とす
    る方法。
  2. （２）高キャリア濃度層を成長させる際は、単結晶基板
    の温度を７３５〜８３０℃の範囲に保持する特許請求の
    範囲第１項記載の方法。
  3. （３）低キャリア濃度層を成長させる際に、単結晶基板
    の温度を７００〜７３０℃の範囲に保持する特許請求の
    範囲第１項、又は、第２項記載の方法。
  4. （４）高キャリア濃度層を成長させる際に、単結晶基板
    の温度を７３５〜７６０℃の範囲に保持する特許請求の
    範囲第１項、又は、第３項記載の方法。
  5. （５）低キャリア濃度層を成長させる際に、［Ｇａ］／
    ［Ａｓ］を２〜１０の範囲に保持する特許請求の範囲第
    １項、第２項、第３項、又は、第４項記載の方法。
  6. （６）高キャリア濃度層を成長させる際に、［Ｇａ］／
    ［Ａｓ］を０．１〜０．８の範囲に保持する特許請求の
    範囲第１項、第２項、第３項、第４項、又は、第５項記
    載の方法。
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