WO2005006421A1 - エピタキシャル成長方法 - Google Patents

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Misao Takakusaki
Susumu Kanai
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Nikko Materials Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a group III-V compound semiconductor thin film having a heterojunction interface, and more particularly to the manufacture of a high electron mobility transistor (HEMT) using an InP layer as an etch stopper layer (etching control layer).
  • HEMT high electron mobility transistor
  • InP layer as an etch stopper layer
  • HEMT high electron mobility transistor
  • MOCVD metalorganic vapor phase epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • I11P layer is formed as a single etch stopper.
  • Figure 6 shows the basic structure of a HEMT structure having one etch stopper consisting of this InP layer.
  • a non-doped InA1As layer (buffer layer) 102 and a non-doped InGaAs layer (electron transit layer) are formed on a semi-insulating substrate 101 made of InP.
  • n-type InAlAs layer 108 and the n-type InGaAs layer 109 are divided by etching, and the InP layer 107 is exposed from the etched region.
  • a source electrode or a drain electrode is formed on the divided InGaAs layer 109.
  • Ohmic electrode: I 10 and 111 are formed, and a Schottky electrode serving as a gate electrode is formed on the exposed InP layer 107.
  • the etching rate of the I 11 P layer 107 (phosphoric acid or citrate etching) is compared with the etching rate of the InA 1 As layer 108 or the InGaAs layer 109. Therefore, the erosion by etchants is small and very high selectivity can be obtained. Therefore, the etching proceeds to the InAlAs layers 105 and 106 below the InP layer 107, and serves to prevent the device characteristics such as the high-frequency characteristics of the HEMT from deteriorating. .
  • heterojunction interfaces (hereinafter, referred to as heterointerfaces) of different Group V elements are formed at the boundaries between the InAlAs layers 106 and 108 and the InP layers 107. It will be.
  • the sharpness and flatness of the atomic composition distribution at the heterointerface greatly affect the device characteristics. For example, in forming this heterointerface, if the formation conditions are poor and As is mixed into the InP layer 107 or a transition layer in which As and P are mixed at the interface is formed, the etch stopper layer is formed. In some cases, the selectivity of the InP layer 107 may be significantly reduced.
  • the film thickness of the 111 layer 107 is preferably as small as possible, and usually about 3 to 6 nm.
  • the InP layer 107 is formed to be very thin as described above, it is particularly necessary to optimize the heterointerface formation conditions because the formation conditions of the heterointerface greatly affect the selectivity of the InP layer 107. Is important.
  • the etching density of the InP layer 107 becomes lower than a predetermined value. In this way, the supply amount of the source gas when growing the InP layer 107 is adjusted (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-266600).
  • FIG. 7 is a timing chart showing a material supply procedure when a hetero interface between the InAlAs layer and the In: P layer is formed by a conventional epitaxial growth method.
  • step A the In A 1 As layer is formed by irradiating the molecular beam of In, A 1, As, and in step B, the I layer is formed by irradiating the molecular beam of In, P in step B .
  • I n molecular beam is irradiated without stopping, by switching the irradiation of A S molecular beam and P molecular beams simultaneously are formed to continue communication between the I nA l As layer and I nP layer.
  • the supplied molecular beam can be switched instantaneously.
  • the intensity of the molecular beam supplied to the substrate in step B is 1% or less corresponding to the shutter drive time (typically 1 second or less). It is confirmed that it becomes.
  • Group V elements have a higher vapor pressure than Group III elements, so that the molecules remain in the growth chamber even after the supply of molecular beams is stopped, and when forming heterointerfaces, It has been found that mixing of elements is likely to occur.
  • the growth conditions are not determined in consideration of the residual V group molecules, and if the opening / closing speed of the valve of the molecular beam source and the operating state of the shutter change, the amount of the residual V group elements ( The characteristics of the interface between the InA13 layer ⁇ 1 nGaAs layer and the InP layer were slightly changed in accordance with the molecular beam intensity of the residual group V element). Further, when the InP layer as the etch stopper layer of the HEMT is formed in this manner, there is a problem that the selectivity is reduced.
  • the present invention has been made by paying attention to the amount of residual group V element at the time of switching of group V element in epitaxy growth by MBE method, and has a hetero interface having stable characteristics.
  • the purpose of the present invention is to propose an epitaxial growth method for realizing the formation and, consequently, the formation of an InP etch stopper layer having high selectivity. Disclosure of Invention ⁇
  • the present invention provides a method for producing a III-V group compound semiconductor by molecular beam epitaxy.
  • An epitaxial growth method for forming a semiconductor thin film having a heterojunction comprising irradiating at least one kind of molecular beam of a group III element and a molecular beam of a first group V element with a first method.
  • the amount of the first group V element mixed into the second compound semiconductor layer can be set to a predetermined value or less (for example, 0.05 or less in composition).
  • An epitaxy growth method for forming a semiconductor thin film having a heterojunction of a group III-V compound semiconductor by a molecular beam epitaxy method wherein at least one kind of a molecular beam of a group III element and a A first step of irradiating a molecular beam of a Group V element of 1 to form a first compound semiconductor layer; and irradiating a molecular beam of the Group III element and a molecular beam of the first Group V element. Stopping and irradiating a molecular beam of a second group V element, and suspending the growth until the supply amount of the first group V element becomes 1/10 or less of the supply amount in the first step.
  • Step 2 and further irradiating a molecular beam of at least one or more kinds of Group III elements to form a second compound semiconductor layer different from the first compound semiconductor on the first compound semiconductor layer
  • the third step is to be provided.
  • the molecular beam of the group V element is irradiated, but the molecular beam of the III element is not irradiated, so that the growth of the epitaxial layer is interrupted.
  • the second group V element can be supplied at a desired molecular beam intensity from the beginning of the formation of the second compound semiconductor layer in the third step, so that the second compound semiconductor layer can be supplied to the second compound semiconductor layer. It is possible to further reduce the amount of group V element (1).
  • the first compound semiconductor layer may be an InA1As layer or an InGaAs layer
  • the second compound semiconductor layer may be an InP layer or an InGaP layer. did. That is, it is effective when HEMT is formed by forming an InP layer as an etch stopper layer on an I11A1As layer or an InGaAs layer.
  • the first compound semiconductor layer may be formed of an InP layer or an InGaP layer by inverting a compound semiconductor layer to be formed. The present invention can also be applied to a case where the second compound semiconductor layer is an InA1As layer or an IiiGaAs layer.
  • Figure 3 shows the relationship between the As content and the etching rate of the InP layer.
  • the etch rate may be lower than 0.1 nm / sec to achieve a resistance to phosphoric acid etchant of 30 seconds or more.
  • the amount of As mixed into the InP layer must be 0.05 or less in composition.
  • the etching rate becomes 0.05 ⁇ mZ seconds or less. Higher selectivity can be obtained.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a change in the molecular beam intensity when the As molecular beam is supplied and stopped
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change in the molecular beam intensity when the P molecular beam is supplied and stopped.
  • an epitaxy growth method for forming a semiconductor thin film having a heterojunction of a group III-V compound semiconductor by a molecular beam epitaxy method comprising at least one kind of molecule of a group III element.
  • the mixing amount of group V elements than a predetermined value can be with.
  • the epitaxial growth method of the present invention forms an InP layer as an etch stopper layer in the HEMT structure, very high selectivity can be obtained, and fine etching can be performed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram of an epitaxial growth layer having a heterojunction interface according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a timing chart showing a material supply procedure by the epitaxial growth method according to the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the As content and the etching rate of the InP layer.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a change in molecular beam intensity when As molecular beam is supplied and stopped.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a change in molecular beam intensity when a P molecular beam is supplied and stopped.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a general HEMT structure.
  • FIG. 7 is a timing chart showing a raw material supply procedure by the epitaxial growth method according to the conventional technique.
  • FIG. 1 shows a semiconductor thin film according to the present embodiment, which is formed by growing an InA1As layer 20 on an InP substrate 10 by MBE and further growing an InP layer 30 thereon. Is done.
  • the hetero interface between the InA1As layer 20 and the InP layer corresponds to a heterointerface between the InAlAs layer 106 and the InP layer 107 in the HEMT structure shown in FIG.
  • FIG. 2 is a timing chart showing a raw material supply procedure by the epitaxial growth method according to the present invention.
  • timing T Start irradiation of the In, A 1, and As molecular beams to grow the In A 1 As layer 20 on the In P substrate 10, and at the timing 1 ⁇ , the In, A 1, and As molecular beams The irradiation was stopped to form a 200 nm thick InA1As layer 20 (step a).
  • the irradiation of the In, A 1, and As molecular beams is stopped, and at the same time, the irradiation of the P molecular beam is started.
  • the As molecular beam intensity is 1/10 of the As molecular beam intensity in the process a.
  • the growth was interrupted for a certain period of time (for example, 30 sec) (step b).
  • the P molecular beam is irradiated but the In molecular beam is not irradiated, so that the InP layer 30 is not formed.
  • the semiconductor thin film obtained by the above-described method is etched using a phosphoric acid-based etchant, and the etching time until the InP layer 30 disappears is measured to improve the etching resistance of the InP layer 30. evaluated. As a result, there was no change in the surface of the InP layer 30 until 40 seconds, the surface became cloudy in 45 seconds, and was completely removed in 50 seconds. That is, the etching rate of the InP layer 30 according to the present embodiment is 0.06 ⁇ mZsec, and the amount of As mixed into the InP layer 30 is 0.02 in composition from FIG. It was estimated to be around 5.
  • the amount of As mixed into the InP layer 30 is reduced to a level that does not affect the etching resistance of the InP layer 30.
  • the InP layer 30 as a single layer of the etchant has a very high selectivity.
  • FIG. 7 is a timing chart showing a raw material supply procedure according to the conventional epitaxial growth method.
  • step A the In molecular beam is continuously irradiated without stopping.
  • step B An InP layer 30 having a thickness of 0 nm was formed (step B).
  • the semiconductor thin film obtained by the above-described method was subjected to an etching treatment using a phosphoric acid-based etchant, and the etching time until the InP layer 30 disappeared was measured to evaluate the etching resistance.
  • the In P layer 30 was completely removed by etching for 20 seconds. That is, the etching rate of the InP layer according to the comparative example is 0.15 nm / sec, and from FIG. 3, the amount of As mixed into the InP layer 30 is about 0.084 in terms of composition. It was estimated.
  • the epitaxial growth is temporarily stopped in accordance with the attenuation of the As molecular beam intensity, whereby unnecessary group V elements (As) can be suppressed from being mixed into the nP layer, a steep heterointerface can be formed. Therefore, when the InP layer is used as an etch stopper layer, its characteristics (etching resistance) do not decrease even if the InP layer is formed very thin, and high selectivity is obtained.
  • the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be changed without departing from the gist of the invention.
  • the case where the InP layer is formed on the InA1As layer has been described.
  • the I11P layer is replaced by an I11GaAs layer.
  • Similar effects can be obtained by using an InGaP layer instead of the P layer. The same effect can be obtained even when the layer structure to be formed is reversed, for example, when an InA1As layer or an InGaAs layer is formed on an InP layer or an InGaP layer. .
  • the present invention relates to a technique for forming a III-V group compound semiconductor thin film having a heterointerface of a group V element, for example, a high electron mobility transistor (HEMT) using an InP layer as an etch stopper layer (etching control layer).
  • HEMT high electron mobility transistor
  • InP layer as an etch stopper layer (etching control layer).
  • etch control layer etching control layer

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Abstract

　分子線エピタキシャル成長法によりＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体のヘテロ接合を有する半導体薄膜を形成するエピタキシャル成長方法であって、少なくとも一種類以上のＩＩＩ族元素の分子線と第１のＶ族元素の分子線とを照射して第１の化合物半導体層を形成する第１の工程と、前記ＩＩＩ族元素の分子線と前記第１のＶ族元素の分子線の照射を停止し、前記第１のＶ族元素の供給量が前記第１の工程における供給量の１／１０以下となるまで成長を中断する第２の工程と、少なくとも一種類以上のＩＩＩ族元素の分子線と第２のＶ族元素の分子線とを照射して前記第１の化合物半導体層上に前記第１の化合物半導体とは異なる第２の化合物半導体層を形成する第３の工程と、を備えるようにした。

Description

明細書 ェピタキシャル成長方法 技術分野
本発明は、 ヘテロ接合界面を有する I I I一 V族系化合物半導体薄膜の形成方 法に関し、 特に、 I nP層をエッチストッパー層 （エッチング制御層） として用 いる高電子移動度トランジスタ (HEMT) の製造に適したェピタキシャル成長 方法に関する。 背景技術
従来、 高電子移動度トランジスタ （以下、 HEMTと略記する） 構造のェピタ キシャル結晶は、 有機金属気層成長法 （MOCVD法） や分子線ェピタキシャル 成長法 （MBE法） により形成された I I I一 V族系化合物半導体薄膜で構成さ れる。 例えば、 I 11 P基板上に I nA 1 A s層や I nG a A s層等の半導体層を 積層して形成され、 さらに I 11 P層をエッチストッパ一層として形成した構造が 提案されている。 この I n P層からなるエッチストッパ一層を有する HEMT構 造の基本的な構成を図 6に示す。
図 6に示す HEMT構造は、 I n Pからなる半絶縁性基板 101上に、 ノン ドープの I n A 1 A s層 （バッファ層） 102, ノンドープの I n G a A s層 (電子走行層） 103, ノンドープの I n A 1 A s層 （スぺーサ層） 104， n 型不純物をドーピングした I n A'l A s層 （電子供給層） 105， ノンドープの I nA l As層 （スぺーサ層）' 106， ノンドープの I n P層 （エッチストツ パー層） 107， n型不純物をドーピングした I nA 1 A s層 （抵抗低減層） 1 08， 不純物をドーピングした I nGaAs層 （抵抗低減層） 109が積層 されてなる。 '
なお、 n型 I nA l As層 108および n型 I n G a A s層 109はエツチン グにより分割され、 エッチングされた領域からは I n P層 107が露出する。 ま た、 分割された I nG a A s層 109上にはソース電極またはドレイン電極とな るォーミック電極： I 10， 1 1 1が形成され、 露呈された I n P層 107上には ゲート電極とな'るショットキ一電極が形成されている。
上述した HEMT構造において、 I 11 P層 1 07のエッチング速度 （燐酸系や クェン酸系のエッチヤント) は、 I n A 1 A s層 108や I n G a A s層 109 のエッチング速度に比較して数 1 0分の 1から数 1 0◦分の 1であるため、 エツ チャントによる浸食は少なく非常に高い選択性が得られる。 したがって、 I n P 層 107より下の I nA l A s層 105, 106までエッチングが進行してしま い、 H E M Tの高周波特性などのデバィス特性が低下するのを防止する役割を果 たしている。
また、 上述した HEMT構造においては、 I nA l A s層 1 06, 1 08と I nP層 107の境界で、 V族元素の異なるヘテロ接合界面 （以下、 ヘテロ界面-と 称する） が形成されることとなる。 このようなへテロ接合を利用したデバイスで は、 そのへテロ界面における原子の組成分布の急峻性および平坦性がデバイス特 性を大きく左右する。 例えば、 このへテロ界面を形成するにあたり、 形成条件が 悪く、 I nP層 1 07に A sが混入したり、 界面に A sと Pの混合した遷移層が 形成されたりすると、 エッチストッパ一層としての I n P層 1 07の選択性が著 しく低下してしまうことがある。
また、 I n P層 1 07をエッチストッパー層として用いる場合は、 1 11 層1 07の膜厚は薄いほどよく、 通常 3〜6 nm程度の膜厚とされる。 このように I nP層 107を非常に薄く形成する場合は、 特にへテロ界面の形成条件が I n P 層 107の選択性に及ぼす影響が大きくなるため、 ヘテロ界面の形成条件を最適 化することが重要となる。
そこで、 MO CVD法による HEMTの形成については、 I nAl A s層 1 0 7や I iiG a A s層 108等をエッチングする際に I n P層 107のエッチング される密度が所定値以下となるように、 I nP層 1 0 7を成長させる際の原料ガ スの供給量を調整するようにしている （例えば、 特開平 1 1一 266009号公 報） 。
ところで、 MB E法による HEMTの形成では、 分子線源に設けられたシャツ ターおょぴパルプの ON/OFFにより、 各半導体層の形成に応じて原料となる 元素の分子線の照射を制御している。 図 7は、 従来のェピタキシャル成長方法に より I nA l As層と I n： P層とのヘテロ界面を形成するときの原料供給手順を 示すタイミングチャートである。 工程 Aで I n, A 1 , A sの分子線を照射する ことで I n A 1 A s層を形成し、 工程 Bで I n, Pの分子線を照射することで I 層を形成する。 なお、 I n分子線は停止することなく照射され、 A S分子線 と P分子線の照射を同時に切り替えることで、 I nA l As層と I nP層とを連 続して形成している。
このとき、 MB E法では MO C V D法のようなガスの流れがないことから、 供 給される分子線の切り替えは瞬時にできているものと考えられている。 実際に、 I I I族元素の分子線 （例えば A 1分子線） について見ると、 工程 Bにおいて基 板に供給される分子線強度はシャッターの駆動時間 （通常 1秒以下） に対応して 1 %以下となることが確認、されている。
これに対して、 V族元素 (As) は I I I族元素に比べると蒸気圧が高いため、 分子線の供給を停止した後も成長室内にその分子が残留し、 ヘテロ界面を形成す る際に元素の混合が起こりやすいことが判明した。 しかしながら、 この残留 V族 分子を考慮して成長条件 (ヘテロ界面の形成条件) を決めていないめ、 分子線源 のバルブの開閉速度やシャッターの動作状態が変わると、 残留 V族元素の量 （残 留 V族元素の分子線強度） に対応して I nA 1 3層ゃ1 nGaAs層と I nP 層とのへテ口界面の特性が微妙に変化した。 また、 このようにして HEMTの エッチストッパー層としての I nP層を形成すると、 選択性が低下してしまうと いう不具合があった。
本発明は、 上記課題を解決するために、 MB E法によるェピタキシャル成長に おける V族元素の切り替え時の残留 V族元素量に着目してなされたもので、 安定 した特性を有するヘテロ界面の形成、 ひいては高い選択性を持った I nPエッチ ストッパー層の形成を実現するェピタキシャル成長方法を提案することを目的と する。 発明の開示 ·
本発明は、 分子線ェピタキシャル成長法により I I I—V族系化合物半導体の へテ口接合を有する半導体薄膜を形成するェピタキシャル成長方法であって、 少 なくとも一種類以上の I I I族元素の分子線と第 1の V族元素の分子線とを照射 して第 1の化合物半導体層を形成する第 1の工程と、 前記 I I I族元素の分子線 と前記第 1の V族元素の分子線の照射を停止し、 前記第 1の V族元素の供給量が 前記第 1の工程における供給量の 1 / 1 0以下となるまで成長を中断する第 2の 工程と、 少なくとも一種類以上の I I I族元素の分子線と第 2の V族元素の分子 線とを照射して前記第 1の化合物半導体層上に前記第 1の化合物半導体とは異な る第 2の化合物半導体層を形成する第 3の工程と、 を備えるようにしたものであ る。 これにより、 第 2の化合物半導体層への第 1の V族元素の混入量を所定値以 下 （例えば組成にして 0 . 0 5以下) とすることができる。
また、 分子線ェピタキシャル成長法により I I I一 V族系化合物半導体のへテ 口接合を有する半導体薄膜を形成するェピタキシャル成長方法であって、 少なく とも一種類以上の I I I族元素の分子線と第 1の V族元素の分子線とを照射して 第 1の化合物半導体層を形成する第 1の工程と、 前記 I I I族元素の分子線と前 記第 1の V族元素の分子線の照射を停止するとともに、 第 2の V族元素の分子線 を照射し、 前記第 1の V族元素の供給量が前記第 1の工程における供給量の 1 / 1 0以下となるまで成長を中断する第 2の工程と、 さらに、 少なくとも一種類以 上の I I I族元素の分子線を照射して前記第 1の化合物半導体層上に前記第 1の 化合物半導体とは異なる第 2の化合物半導体層を形成する第 3の工程と、 を備え るようにしたものである。 ここで、 第 2の工程では V族元素の分子線は照射され ているが、 I I I族元素の分子線は照射されないのでェピタキシャル層の成長は 中断される。 これにより、 第 3の工程で第 2の化合物半導体層の形成を開始する 当初から第 2の V族元素を所望の分子線強度で供給することができるので、 第 2 の化合物半導体層への第 1の V族元素の混入量をさらに低減できる。
また、 前記第 1の化合物半導体層を I n A 1 A s層または I n G a A s層とし、 前記第 2の化合物半導体層を I n P層または I n G a P層とするようにした。 す なわち、 I 11 A 1 A s層または I n G a A s層上に I n P層をエッチストッパー 層として形成して H EMTを作成する場合に有効である。 また、 形成する化合物 半導体層を反対にして、 前記第 1の化合物半導体層を I n P層または I n G a P 層とし、 前記第 2の化合物半導体層を I nA 1 A s層または I iiG a A s層とす る場合にも適用できる。
以下に、 本発明を完成するに至った経緯について、 I nA l A s層上に I n P 層を形成する場合を例に挙げて説明する。
初めに、 I n P基板上に I nA 1 A s層を成長させた後、 成長室内に残留した バックグランドの A s分子が、 I n P層を成長させる際に I 11 P層へ取り込まれ ることに着目し、 取り込まれた A sの量と I n P層 （A sが混入している） の エツチング速度の関係を調べた。 具体的には、 A s分子線源のパルプを閉めると きの開度 （バルブの開閉速度） を調整することによりバックグランドに対応する A sの分子線強度を変えて I n P層を成長させ、 そのときの A s混入量と I n P (A s混入） 層の燐酸系のエツチャントに対するエッチング速度の関係を調べた。 図 3に A s混入量と I n P層のエッチング速度の関係を示す。 例えば、 3 nm 厚の I n P層をエッチス.トッパ一層として用いる場合、 燐酸系エツチャントに対 する耐性を 30秒以上得ようとすると、 エッチング速度は 0. 1 nm/秒よりも低 いことが要求される。 この場合、 図 3より I n P層に混入される A sの量として は組成にして 0. 05以下としなければならないこととなる。 望ましくは、 I n P層に混入される A sの量を 0. 02以下とすればエッチング速度は 0. 05 η ■ mZ秒以下となるので、 I n P層をエッチストッパー層として用いたときにより 高い選択性を得ることができる。
次に、 MB E装置のシャッターおよびパルプの開閉にともなう、 A sおよび: P の分子線強度の変化を調べた。 図 4は A s分子線を供給 ·停止したときの分子線 強度の変化を示す説明図で、 図 5は P分子線を供給 ·停止したときの分子線強度 の変化を示す説明図である。 なお、 時間軸の 1 0 s e cにおいてシャッターおよ ぴパルブを開いて分子線の供給を開始し、 30 s e cにおいてシャッターおよび パルプを閉じて分子線の供給を停止している。
図 4から A s分子線の強度は分子線の供給を停止した後約 1 S e cで約 1 1 4となり、 約 10 s e cで 1/50以下となる。 一方、 図 5から P分子線の強度 は分子線の供給を停止した後約 1 s e cで約 1 Z 7となり、 約 10 s e cで 1/ 1 00以下となる。 これより、 V族元素は蒸気圧が高いために分子線の供給を停 止した後も成長室内にその分子が成長時の供給量に対して数 °/o残留し、 ヘテロ界 面を形成する際に元素の混合が起こりやすいことがわかる。 また、 P分子線の供 給においては、 所望の分子線強度となるまでに数 s e cを要している。
さらに、 I n A 1 A s層上に I n P層を形成する場合のプロセスを検討して、 ヘテロ界面の遷移層の厚さと A s混入量の関係を実験により解析して、 最適のへ テロ界面形成プロセスを求めることを目的として実験を行った。 そして、 A s分 子線強度が I η Α· 1 A s層成長時の供給量に対して l Z l 0以下となった後に I n P層の成長を開始することで A s混入量は組成にして 0 . 0 5以下となること を突き止め、 本発明を完成するに至った。
本発明によれば、 分子線ェピタキシャル成長法により I I I一 V族系化合物半 導体のへテロ接合を有する半導体薄膜を形成するェピタキシャル成長方法であつ て、 少なくとも一種類以上の I I I族元素の分子線と第 1の V族元素の分子線と を照射して第 1の化合物半導体層を形成する第 1の工程と、 前記 I I I族元素の 分子線と前記第 1の V族元素の分子線の照射を停止し、 前記第 1の V族元素の供 給量が前記第 1の工程における供給量の 1 / 1 0以下となるまで成長を中断する 第 2の工程と、 少なくとも一種類以上の I I I族元素の分子線と第 2の V族元素 の分子線とを照射して前記第 1の化合物半導体層上に前記第 1の化合物半導体と は異なる第 2の化合物半導体層を形成する第 3の工程と、 を備えるようにしたの で、 第 2の化合物半導体層への第 1の V族元素の混入量を所定値以下 （例えば組 成にして 0 . 0 5以下） とすることができる。
したがって、 本発明のェピタキシャル成長方法により、 H E MT構造における エッチストッパー層としての I n P層を形成した場合、 非常に高い選択性が得ら れるので精細なエッチングが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本実施形態に係るヘテロ接合界面を形成したェピタキシャル成長層の 断面構造図である。
図 2は、 本発明に係るェピタキシャル成長方法による原料供給手順を示すタィ ミングチヤ一トである。 図 3は、 A s混入量と I n P層のエッチング速度の関係を示す説明図である。 図 4は、 A s分子線を供給 ·停止したときの分子線強度の変化を示す説明図で ある。
図 5は、 P分子線を供給 ·停止したときの分子線強度の変化を示す説明図であ る。
図 6は、 一般的な HEMT構造の断面図である。
図 7は、 従来技術に係るェピタキシャル成長方法による原料供給手順を示すタ ィミングチヤ一トである。 発明を実施するため最良の形態
以下に本発明の好適な実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図 1は、 本実施形態に係る半導体薄膜であり、 MB E法により I nP基板 10 上に I n A 1 A s層 20を成長させ、 さらにその上に I n P層 30を成長させて 形成される。 この I n A 1 A s層 20と I n P層とのヘテロ界面は、 図 6に示す HEMT構造の I nA l As層 106と I nP層 107とのへテロ界面に相当す る。
図 2は本発明に係るェピタキシャル成長方法による原料供給手順を示すタイミ ングチャートである。 まず、 タイミング T。で I n, A 1 , As分子線の照射を 開始して I n P基板 10上に I n A 1 A s層 20を成長させ、 タイミング 1\で I n, A 1 , A s分子線の照射を停止して 200 nm厚の I n A 1 A s層 20を 形成した （工程 a) 。
次いで、 タイミング T\で I n, A 1 , A s分子線の照射を停止すると同時に P分子線の照射を開始し、 A s分子線強度が工程 aにおける A s分子線強度の 1 /10となる時間 （例えば 30 s e c) だけ成長を中断した （工程 b) 。 このェ 程 bにおいては、 P分子線は照射されているが I n分子線は照射されていないの で I nP層 30は形成されない。 また、 図 5より Pの供給量が所望の分子線強度 となるまでに数 s e cを要するが、 A s分子線の停止と同時に] P分子線の照射を 開始することで工程 cでは開始当初から所望の分子線強度で P分子線を供給する ことができる。 次いで、 タイミング T2で I η分子線の照射を開始することで I η Ρ層 3 0の 成長を開始し、 タイミング Τ3で I η , Ρ分子線の照射を停止して 3 . O n m厚 の I n P層 3 0を形成した （工程。） 。
上述した方法により得られた半導体薄膜について、 燐酸系のエツチャントを用 いてエッチング処理を行い、 I n P層 3 0がなくなるまでのエッチング時間を測 定して I n P層 3 0のエッチング耐性を評価した。 その結果、 4 0秒までは I n P層 3 0の表面に変化がなく、 4 5秒で表面が白濁して、 5 0秒で完全に除去さ れた。 すなわち、 本実施形態に係る I n P層 3 0のエッチング速度は 0 . 0 6 η mZ s e cであり、 図 3より I n P層 3 0への A s混入量は組成にして 0 . 0 2 5程度と推定された。 このように、 本発明に係るェピタキシャル成長方法によれ ば、 I n P層 3 0への A s混入量が I n P層 3 0のエッチング耐性に影響を与え ない程度まで低減されるので、 エツチズトッパ一層としての I n P層 3 0は非常 に高い選択性を有するようになる。
次に、 比較例として、 従来技術により形成された半導体薄膜について説明する。 図 7は従来技術に係るェピタキシャル成長方法による原料供給手順を示すタイミ ングチヤ一トである。
まず、 タイミング t。で I n , A 1 ' A s分子線の照射を開始して I n P基板 1 0上に I 11 A 1 A s層 2 0を成長させ、 タイミング で A 1， A s分子線の 照射を停止して 2 0 0 n m厚の I n A 1 A s層 2 0を形成した （工程 A) 。 この とき、 I n分子線は停止することなく連続して照射される。
次いで、 タイミング で し A s分子線の照射を停止すると同時に P分子 線の照射を開始して I n P層 3 0を成長させ、 タイミング で I n , P分子線 の照射を停止して 3 . 0 n m厚の I n P層 3 0を形成した （工程 B ) 。
上述した方法により得られた半導体薄膜について、 燐酸系のエツチャントを用 いてエッチング処理を行い、 I n P層 3 0がなくなるまでのエッチング時間を測 定してエッチング耐性を評価した。 その結果、 2 0秒のエッチングにより I n P 層 3 0は完全に除去された。 すなわち、 比較例に係る I n P層のエッチング速度 は 0 . 1 5 n m/ s e cであり、 図 3より I n P層 3 0への A s混入量は組成に して 0 . 0 8 4程度と推定された。 これより、 従来技術では、 I n分子線の供給 を停止することなく、 A s分子線の照射を停止した直後に P分子線の照射を開始 して I nA l A s層 20と I nP層 30を連続して成長させたために、 成長室内 に残留した A s力 S I n P層 30へ混入してしまい I n P層 30のエッチング耐性 が低下したものと考えられた。
上述したように、 本発明では I nA 1 A s層と I n P層のへテロ界面を形成す る時に、 A s分子線強度の減衰に応じてェピタキシャル成長を一時停止すること により、 I n P層に不要な V族元素 （A s) が混入するのを抑えることができる ので、 急峻なヘテロ界面の形成が可能となる。 したがって、 I nP層をエッチス トッパー層として用いる際、 非常に薄く I n P層を形成してもその特性 （エッチ ング耐性） が低下することはなく、 高い選択性を有することとなる。
以上、 本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明した 力 本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、 その要旨を逸脱しない範 囲で変更可能である。 例えば、 本実施形態では I n A 1 A s層上に I n P層を形 成する場合について述べたが、 I n A 1 A s層の代わりに I 11 G a A s層とし、 I n P層の代わり I nG a P層としても同様の効果が得られる。 また、 形成する 層構造が逆、 例えば I nP層または I nG a P層上に I n A 1 A s層または I n G a A s層を形成する場合であっても同様の効果が得られる。 産業上の利用可能性
本発明は、 V族元素の異なるヘテロ界面を有する I I I一 V族系化合物半導体 薄膜を形成する技術、 例えば、 I n P層をエッチストッパー層 （エッチング制御 層） として用いる高電子移動度トランジスタ （HEMT) の製造に利用すること ができる π

Claims

請求の範囲.
1 . 分子線ェピタキシャル成長法により I I I一 V族系化合物半導体のヘテロ接 合を有する半導体薄膜を形成するェピタキシャル成長方法であって、
少なくとも一種類以上の I I I族元素の分子線と第 1の V族元素の分子線とを 照射して第 1の化合物半導体層を形成する第 1の工程と、
前記 I I I族元素の分子線と前記第 1の V族元素の分子線の照射を停止し、 前 記第 1の V族元素の供給量が前記第 1の工程における供給量の 1 / 1 0以下とな るまで成長を中断する第 2の工程と、
少なくとも一種類以上の I I I族元素の分子線と第 2の V族元素の分子線とを 照射して前記第 1の化合物半導体層上に前記第 1の化合物半導体とは異なる第 2 の化合物半導体層を形成する第 3の工程と、
を備えることを特徴とするェピタキシャル成長方法。
2 . 分子線ェピタキシャル成長法により I I I一 V族系化合物半導体のヘテロ接 合を有する半導体薄膜を形成するェピタキシャル成長方法であって、
少なくとも一種類以上の I I I族元素の分子線と第 1の V族元素の分子線とを 照射して第 1の化合物半導体層を形成する第 1の工程と、
前記 I I I族元素の分子線と前記第 1の V族元素の分子線の照射を停止すると ともに、 第 2の V族元素の分子線を照射し > 前記第 1の V族元素の供給量が前記 第 1の工程における供給量の 1 / 1 0以下となるまで成長を中断する第 2の工程 と、
さらに、 少なくとも一種類以上の I I I族元素の分子線を照射して前記第 1の 化合物半導体層上に前記第 1の化合物半導体とは異なる第 2の化合物半導体層を 形成する第 3の工程と、
を備えることを特徴とするェピタキシャル成長方法。
3 . 前記第 1の化合物半導体層は I n A 1 A s層または I n G a A s層であり、 前記第 2の化合物半導体層は I n P層または I n G a P層であることを特徴とす る請求項 1または請求項 2に記載 成長方法。
4. 前記第 1の化合物半導体層は I n P層または I n G a P層であり、 前記第 2 の化合物半導体層は I nA 1 A s層または I nG a A s層であることを特徴とす る請求項 1または請求項 2に記載のェピタキシャル成長方法。
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