(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート抵抗の面内分布が互いに異なる第１化合物半導体および第２化合物半導体を積層した積層半導体を含み、
前記積層半導体をバイポーラトランジスタのベースに用いた場合のベースシート抵抗に対する電流増幅率の比が、０．３（Ω／□）−１以上であり、前記積層半導体のシート抵抗の面内分布の幅が４．０％以下である
半導体基板。
【請求項２】
前記第１化合物半導体および前記第２化合物半導体がＰ型半導体であり、正孔を生成する不純物原子として、ベリリウム、ボロン、炭素、マグネシウムおよび亜鉛から選択された１以上の原子を含有する
請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記第１化合物半導体および前記第２化合物半導体がＮ型半導体であり、電子を生成する不純物原子として、シリコン、セレン、硫黄およびテルルから選択された１以上の原子を含有する
請求項１に記載の半導体基板。
【請求項４】
前記第１化合物半導体がＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓｚ１Ｐ１−ｚ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）であり、
前記第２化合物半導体がＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ａｓｚ２Ｐ１−ｚ２（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１）である
請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体基板。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載の半導体基板における前記積層半導体を活性領域として得られる電子素子
を含む電子デバイス。
【請求項６】
前記電子素子がバイポーラトランジスタであり、前記積層半導体が前記バイポーラトランジスタのベースである
請求項５に記載の電子デバイス。
【請求項７】
基板の上方に、第１化合物半導体を形成する段階と、
前記第１化合物半導体に接して、第２化合物半導体を形成する段階と、を含み、
前記第１化合物半導体を形成する段階において、ＩＩＩＢ族原料ガスとして、メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスおよびエチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスから選択された何れか一方の有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用い、
前記第２化合物半導体を形成する段階において、ＩＩＩＢ族原料ガスとして、前記一方の有機ＩＩＩＢ族元素ガスとは異なる他方の有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用い、
前記第１化合物半導体を形成する段階における形成時間と、前記第２化合物半導体を形成する段階における形成時間とを調整することで、前記第１化合物半導体および前記第２化合物半導体を積層した積層半導体における所定物性値の面内分布の幅を、前記第１化合物半導体における前記所定物性値の面内分布の幅または前記第２化合物半導体における前記所定物性値の面内分布の幅より小さくする
半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記所定物性値はシート抵抗であり、
前記シート抵抗の面内分布の幅が４．０％以下になるよう前記第１化合物半導体を形成する段階における形成時間と前記第２化合物半導体を形成する段階における形成時間とを調整する
請求項７に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスがトリメチルガリウムであり、
前記エチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスがトリエチルガリウムである
請求項７または請求項８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記ＩＩＩＢ族原料ガスに対するＶＢ族原料ガスのモル供給比を０．３以上５以下の範囲とする
請求項７から請求項９の何れかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
正孔を生成する不純物原子の原料ガスとして、ＣＨｎＸ４−ｎ（ただし、ＸはＦ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選択された何れかのハロゲン元素であり、Ｘが複数のとき、Ｘは互いに同一でも異なってもよい。また、０≦ｎ≦３である。）を用いる
請求項７から請求項１０の何れかに記載の半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、電子デバイスおよび半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１には、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を利用した半導体結晶膜の製造方法が記載されている。特許文献１の製造方法においては、ＩＩＩＢ族原料ガスとしてガリウム（Ｇａ）またはアルミニウム（Ａｌ）のアルキル化物を用い、ＶＢ族原料ガスとしてヒ素（Ａｓ）の水素化物を用いている。ＩＩＩＢ族原料ガスに対するＶＢ族原料ガスの供給モル比（Ｖ／ＩＩＩ比）を０．３〜２．５の範囲内にすることで、表面に荒れがなく、アクセプタ不純物として炭素（Ｃ）がドープされたＰ型ＧａＡｌＡｓ結晶膜が得られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１１０８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
III-V族化合物半導体等の結晶膜を、ＭＯＣＶＤ法を用いてエピタキシャル成長させる場合、成長条件に応じて結晶膜の物性値が変動する。ここで成長条件として、たとえば、原料ガスの種類、原料ガスのモル比、原料ガスの圧力、原料ガスの流量、基板の温度が挙げられる。物性値として、たとえば、シート抵抗、キャリア密度、キャリア移動度が挙げられる。エピタキシャル成長させた結晶膜の成長面内において、成長条件に分布（ばらつき）が存在すると、成長条件の分布に応じた物性値の成長面内における変動が発生する。すなわち物性値の面内分布が発生する。結晶膜の物性値に面内分布が存在すると、結晶膜を用いて形成する電子素子の特性にもばらつきが生じ、好ましくない。ここで電子素子の特性として、たとえば電流増幅率が挙げられる。本発明の目的は、エピタキシャル成長により形成された結晶膜の成長面内における物性値を均一な値に近づけることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、第１化合物半導体および第２化合物半導体を積層した積層半導体を含み、前記第１化合物半導体の所定物性値が第1面内分布を有し、前記第２化合物半導体の前記所定物性値が前記第1面内分布とは異なる第２面内分布を有し、前記積層半導体における前記所定物性値の面内分布の幅が、前記第１面内分布の幅または前記第２面内分布の幅より小さい半導体基板を提供する。前記所定物性値として、シート抵抗、キャリア密度またはキャリア移動度が挙げられる。
【０００６】
本発明の第２の態様においては、シート抵抗の面内分布が互いに異なる第１化合物半導体および第２化合物半導体を積層した積層半導体を含み、前記積層半導体をバイポーラトランジスタのベースに用いた場合のベースシート抵抗に対する電流増幅率の比が、０．３（Ω／□）−１以上であり、前記積層半導体のシート抵抗の面内分布の幅が４．０％以下である半導体基板を提供する。
【０００７】
前記第１化合物半導体および前記第２化合物半導体がＰ型半導体である場合、正孔を生成する不純物原子として、ベリリウム、ボロン、炭素、マグネシウムおよび亜鉛から選択された１以上の原子が挙げられる。前記第１化合物半導体および前記第２化合物半導体がＮ型半導体である場合、電子を生成する不純物原子として、シリコン、セレン、硫黄およびテルルから選択された１以上の原子が挙げられる。
【０００８】
前記第１化合物半導体として、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓｚ１Ｐ１−ｚ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）が挙げられ、前記第２化合物半導体として、Ａｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ａｓｚ２Ｐ１−ｚ２（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１）が挙げられる。
【０００９】
本発明の第３の態様においては、前記した半導体基板における前記積層半導体を活性領域として得られる電子素子を含む電子デバイスを提供する。前記電子素子がバイポーラトランジスタである場合、前記積層半導体が前記バイポーラトランジスタのベースである例が挙げられる。
【００１０】
本発明の第４の態様においては、基板の上方に、第１化合物半導体を形成する段階と、前記第１化合物半導体に接して、第２化合物半導体を形成する段階と、を含み、前記第１化合物半導体を形成する段階において、ＩＩＩＢ族原料ガスとして、メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスおよびエチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスから選択された何れか一方の有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用い、前記第２化合物半導体を形成する段階において、ＩＩＩＢ族原料ガスとして、前記一方の有機ＩＩＩＢ族元素ガスとは異なる他方の有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用いる半導体基板の製造方法を提供する。この場合、前記第１化合物半導体を形成する段階における形成時間と、前記第２化合物半導体を形成する段階における形成時間とを調整することで、前記第１化合物半導体および前記第２化合物半導体を積層した積層半導体における所定物性値の面内分布の幅を、前記第１化合物半導体における前記所定物性値の面内分布の幅または前記第２化合物半導体における前記所定物性値の面内分布の幅より小さくする例が挙げられる。
【００１１】
本発明の第５の態様においては、基板の上方に、化合物半導体を形成する段階を含み、前記化合物半導体を形成する段階において、ＩＩＩＢ族原料ガスとして、メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスおよびエチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスの混合ガスを用い、前記メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスと前記エチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスとの混合比を調整することで前記化合物半導体の所定物性値の面内分布の幅を調整する半導体基板の製造方法を提供する。前記所定物性値がシート抵抗である場合、前記シート抵抗の面内分布の幅が４．０％以下になるよう前記混合ガスの前記混合比を調整することが好ましい。
【００１２】
前記メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスとしてトリメチルガリウムが挙げられ、前記エチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスとしてトリエチルガリウムが挙げられる。前記ＩＩＩＢ族原料ガスに対するＶＢ族原料ガスのモル供給比として０．３以上５以下の範囲が例示できる。正孔を生成する不純物原子の原料ガスとして、ＣＨｎＸ４−ｎ（ただし、ＸはＦ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選択された何れかのハロゲン元素であり、Ｘが複数のとき、Ｘは互いに同一でも異なってもよい。また、０≦ｎ≦３である。）が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態である半導体基板１００の断面例を示す。
【図２】基板中心からの距離に応じて所定物性値が変化する様子を概念的に示したグラフである。
【図３】実施例の半導体基板２００の断面例を示す。
【図４】半導体基板２００を用いて製造したＨＢＴ３００の断面例を示す。
【図５】ＴＭＧを原料ガスとする第１ベース層２１０ａ、ＴＥＧを原料ガスとする第２ベース層２１０ｂおよび両者を合わせてなるベース層２１０の各々について、基板中心からの距離が異なる複数の測定位置におけるシート抵抗の値を測定位置に対してプロットしたグラフである。
【図６】基板中心からの距離が異なる複数の製造位置に製造した実施例のＨＢＴ３００における電流増幅率の値を位置に対してプロットしたグラフである。
【図７】基板中心からの距離が異なる複数の製造位置に製造した比較例１のＨＢＴにおける電流増幅率の値を位置に対してプロットしたグラフである。
【図８】基板中心からの距離が異なる複数の製造位置に製造した比較例２のＨＢＴにおける電流増幅率の値を位置に対してプロットしたグラフである。
【図９】基板中心からの距離が異なる複数の製造位置に製造した比較例３のＨＢＴにおける電流増幅率の値を位置に対してプロットしたグラフである。
【図１０】ＴＭＧを原料ガスとする化合物半導体およびＴＥＧを原料ガスとする化合物半導体の各々について、基板中心からの距離が異なる複数の測定位置におけるＰ型キャリア濃度の値を測定位置に対してプロットしたグラフである。
【図１１】ＴＭＧを原料ガスとする化合物半導体およびＴＥＧを原料ガスとする化合物半導体の各々について、基板中心からの距離が異なる複数の測定位置における移動度の値を測定位置に対してプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。図１に本発明の一実施形態である半導体基板１００の断面例を示す。半導体基板１００が支持基板１０２、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６を有する。第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６が支持基板１０２の上に積層されている。積層された第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６は積層半導体の一例である。
【００１５】
支持基板１０２は、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６を積層した積層半導体を支持する。支持基板１０２として半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板が例示できる。支持基板１０２はウェハ形状であってもよい。支持基板１０２は、ＬＥＣ（Liquid Encapsulated Czochralski)法、ＶＢ（Vertical Bridgeman）法またはＶＧＦ（Vertical Gradient Freezing）法で製造されたＧａＡｓウェハが好ましい。支持基板１０２としてＬＥＣ法等により製造されたＧａＡｓウェハを適用する場合、１つの結晶学的面方位から０．０５°以上１０°以下、好ましくは０．３°以上３°以下の傾きを有する基板とすることが好ましい。
【００１６】
第１化合物半導体１０４の所定物性値は第1面内分布を有し、第２化合物半導体１０６の所定物性値は第1面内分布とは異なる第２面内分布を有する。所定物性値として、シート抵抗、キャリア密度またはキャリア移動度が挙げられる。面内分布とは、シート抵抗、キャリア密度、キャリア移動度等薄膜の物性値が、基板面における位置によって異なっている状態をいう。一般に、面内分布は一定の傾向をもって発生する。たとえば、基板面の中心付近で物性値が大きくまたは小さく、端部に近づくに従い値が漸減または漸増する傾向を有する。なお、面内分布は基板中心に対称である必要は無い。
【００１７】
第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６を積層した積層半導体の所定物性値も、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６と同様に面内分布を有する。ただし、当該積層半導体の面内分布の幅は、第１面内分布の幅または第２面内分布の幅より小さい。つまり、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６は、それ単独では所定物性値の面内分布の幅が大きいが、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６を積層すると、各面内分布の傾向が相違するので互いに補完しあい、積層半導体における所定物性値の面内分布の幅が小さくなる。
【００１８】
図２は、基板中心からの距離に応じて所定物性値が変化する様子を概念的に示したグラフである。図２において破線は第１化合物半導体１０４の所定物性値を示し、一点鎖線は第２化合物半導体１０６の所定物性値を示す。実線は、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６を積層した積層半導体の所定物性値を示す。破線で示す第１化合物半導体１０４の所定物性値は、基板中心からの距離が大きくなるほど小さくなっており、逆に、一点鎖線で示す第２化合物半導体１０６の物性値は、基板中心からの距離が大きくなるほど小さくなっている。つまり第１化合物半導体１０４における所定物性値の面内分布の傾向と第２化合物半導体１０６における所定物性値の面内分布の傾向とが逆であり、各位置における所定物性値の加算で当該位置の積層半導体の所定物性値が決定される場合には、互いの面内分布が補完しあうことで積層半導体の所定物性値の面内分布の幅が小さくなる。この結果、積層半導体の所定物性値の面内分布を均一に近づけることができる。
【００１９】
なお、面内分布の幅とは、基板面の位置に応じた物性値の異なりの大きさ（変動幅）を表す代表値であり、測定および計算により得ることが可能な値である。たとえば、支持基板１０２をウェハとした場合、ウェハ表面における中心から半径９０％までの円形範囲において、まずウェハ表面上の位置を変えて複数点の物性値を測定し、最大値、最小値、測定した複数点の物性値の平均値を得る。次に、（（最大値−最小値）／平均値×１００）（％）を計算して、この値を平均値に対する面内分布の幅として、定義する。物性値の測定数は多いほど好ましいものの、面内分布の傾向が把握できる程度の測定数があればよい。面内分布の傾向は、基板面における物性値の変動を波動として捉え、当該波動が再現できる程度の距離を隔てて物性値を測定することにより把握できる。標本化定理によれば、波動が正弦波である場合、波長の１／２の間隔でサンプリング（標本化）すれば波動を再現できる。よって、物性値波動の基本波長に相当する距離の半分を隔てた測定において、物性値波動を正弦波と仮定した場合の傾向が正確に把握できる。実際には、物性値波動は正弦波でなく、歪んだ波形すなわち基本波より周波数の高い高調波を含んだ波形になるので、基本波長の１／２より短い間隔で測定することが好ましい。一般に物性値波動の基本波長は支持基板の大きさに相当すると考えられるので、ウェハ中心から半径９０％までの円形範囲において、２点以上、好ましくは５点以上で測定するのがよい。
【００２０】
第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６がＰ型半導体である場合、正孔を生成する不純物原子として、ベリリウム、ボロン、炭素、マグネシウムおよび亜鉛から選択された１以上の原子が挙げられる。第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６がＮ型半導体である場合、電子を生成する不純物原子として、シリコン、セレン、硫黄およびテルルから選択された１以上の原子が挙げられる。
【００２１】
第１化合物半導体１０４としてＡｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｓｚ１Ｐ１−ｚ１（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｘ１＋ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１）が挙げられる。第２化合物半導体１０６としてＡｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ａｓｚ２Ｐ１−ｚ２（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｘ２＋ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１）が挙げられる。第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６の積層半導体は、バイポーラトランジスタのベースに適用して好適である。
【００２２】
第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６は、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により形成できる。ＭＯＣＶＤ法のＶＢ族原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）が例示できる。ＭＯＣＶＤ法のＩＩＩＢ族原料ガスとして、メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガス、エチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスが例示できる。メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）が挙げられる。エチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスとして、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）が挙げられる。
【００２３】
ただし、第１化合物半導体１０４のエピタキシャル成長にメチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用いた場合、第２化合物半導体１０６のエピタキシャル成長にはエチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用いる。あるいは第１化合物半導体１０４のエピタキシャル成長にエチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用いた場合、第２化合物半導体１０６のエピタキシャル成長にはメチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用いる。
【００２４】
メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスをＩＩＩＢ族原料ガスに用いた場合の特定物性値の面内分布とエチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスをＩＩＩＢ族原料ガスに用いた場合の特定物性値の面内分布とが相補的な関係になる場合があり、このような場合には、互いの面内分布を補完しあわせて第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６積層半導体における特定物性値の面内分布を均一に近づけることができる。
【００２５】
第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６をＰ型半導体として機能させるには、Ｐ型伝導する不純物をドープするが、Ｐ型不純物として前記した炭素が選択できる。Ｐ型不純物として炭素を選択する場合、ＩＩＩＢ族原料ガスに対するＶＢ族原料ガスの比率（Ｖ／ＩＩＩ比）を小さくしてＭＯＣＶＤを実施することで、ＩＩＩＢ族原料ガス中に含まれる炭素がＰ型不純物としてエピタキシャル成長膜に取り込まれる。よってＶ／ＩＩＩ比を調整することでＰ型不純物濃度を調整することが可能である。あるいは、Ｐ型不純物原子の供給源として、ＭＯＣＶＤの原料ガスにＣＨｎＸ４−ｎ（ただし、ＸはＦ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選択された何れかのハロゲン元素であり、Ｘが複数のとき、Ｘは互いに同一でも異なってもよい。また、０≦ｎ≦３である。）を混合してもよい。
【００２６】
所定物性値がシート抵抗である場合、第１化合物半導体１０４のシート抵抗の面内分布と第２化合物半導体１０６のシート抵抗の面内分布を相補的な関係にして、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６からなる積層半導体のシート抵抗の面内分布を均一に近づけることができる。この場合、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６からなる積層半導体をバイポーラトランジスタのベースに用いることができ、バイポーラトランジスタのベースシート抵抗に対する電流増幅率の比が、０．３（Ω／□）−１以上であり、積層半導体のシート抵抗の面内分布の幅が４．０％以下にすることができる。
【００２７】
図１に示す半導体基板１００は、以下のようにして製造できる。まず、支持基板１０２の上に、第１化合物半導体１０４を形成し、第１化合物半導体１０４に接して、第２化合物半導体１０６を形成する。ここで、第１化合物半導体１０４を形成する段階において、ＩＩＩＢ族原料ガスとして、メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスおよびエチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスから選択された何れか一方の有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用いる。そして、第２化合物半導体１０６を形成する段階において、ＩＩＩＢ族原料ガスとして、一方の有機ＩＩＩＢ族元素ガスとは異なる他方の有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用いる。メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスとしてトリメチルガリウムが挙げられる。エチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスとしてトリエチルガリウムが挙げられる。たとえばトリメチルガリウムを用いて第１化合物半導体１０４を形成した場合にはトリエチルガリウムを用いて第２化合物半導体１０６を形成する。トリエチルガリウムを用いて第１化合物半導体１０４を形成した場合にはトリメチルガリウムを用いて第２化合物半導体１０６を形成する。
【００２８】
第１化合物半導体１０４を形成する段階での形成時間と、第２化合物半導体１０６を形成する段階での形成時間とを調整することで、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６からなる積層半導体における所定物性値の面内分布の幅を小さくできる。ここで、面内分布の幅は、第１化合物半導体１０４における所定物性値の面内分布の幅または第２化合物半導体１０６における所定物性値の面内分布の幅より小さい。あるいは、積層半導体を形成する段階において、ＩＩＩＢ族原料ガスとして、メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスおよびエチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスの混合ガスを用い、当該混合ガスの混合比を調整することで、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６からなる積層半導体の所定物性値の面内分布の幅を調整できる。所定物性値がシート抵抗である場合、シート抵抗の面内分布の幅が４．０％以下になるよう混合ガスの混合比を調整する。
【００２９】
ここで、ＩＩＩＢ族原料ガスに対するＶＢ族原料ガスのモル供給比（Ｖ／ＩＩＩ比）を０．３以上５以下の範囲とすることができる。当該Ｖ／ＩＩＩ比の範囲では、表面に荒れがなく、アクセプタ不純物として炭素がドープされた第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６が形成されるが、シート抵抗等物性値がプロセス条件に敏感なため、なんら対策を施さない場合には物性値の面内分布の幅が大きくなってしまう。しかし、本実施形態においては、第１化合物半導体１０４および第２化合物半導体１０６の一方を、メチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用いて形成し、他方を、エチル基を有する有機ＩＩＩＢ族元素ガスを用いて形成するので、積層半導体の物性値の面内分布の幅を小さくできる。
【実施例】
【００３０】
図３は、実施例の半導体基板２００の断面例を示す。ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）用の半導体基板として、半導体基板２００を製造した。支持基板２０２としてＧａＡｓ基板を用意し、支持基板２０２の上に、順次以下の層をＭＯＣＶＤ法により形成した。
（１）バッファ層２０４としてｉ−ＧａＡｓ層。
（２）サブコレクタ層２０６としてｎ＋−ＧａＡｓ層。
（３）コレクタ層２０８としてｎ−ＧａＡｓ層。
（４）ベース層２１０としてｐ＋−ＧａＡｓ層。
（５）エミッタ層２１２としてｎ−ＩｎＧａＰ層。
（６）サブエミッタ層２１４としてｎ＋−ＧａＡｓ層。
（７）エミッタコンタクト層２１６としてｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層。
なお、ベース層２１０は、第１ベース層２１０ａおよび第２ベース層２１０ｂの積層半導体として形成した。
【００３１】
支持基板２０２を、脱脂洗浄、エッチング、水洗、乾燥処理した後、結晶成長炉の加熱台上に載置した。結晶成長炉内における加熱台を回転した。回転方式は自公転型とした。なお、回転方式として固定型、自転型、公転型および自公転型が例示できる。公転型、自転型または自公転型が好ましい。炉内を高純度水素で置換した後、加熱を開始した。適度な温度に安定したところで炉内に砒素原料を導入した。ＧａＡｓ層を成長する際には、続いてガリウム原料を導入した。ＩｎＧａＡｓ層を成長する際には、砒素原料の導入に加えて、ガリウム原料およびインジウム原料を導入した。ＩｎＧａＰ層を成長する際には、砒素原料に替えて燐原料を導入し、加えてガリウム原料およびインジウム原料を導入した。各原料の供給量と供給時間を制御することにより、（１）から（７）の積層構造を成長させた。最後に、各原料の供給を停止して結晶成長を停止し、冷却後、半導体基板２００を炉内から取り出した。結晶成長時の基板温度は、４００℃から８００℃とした。
【００３２】
ＶＢ族原子である砒素および燐の原料として、アルシン（ＡｓＨ３）およびホスフィン（ＰＨ３）を用いた。ＩＩＩＢ族原子であるガリウムおよびインジウムの原料として、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、およびトリメチルインジウムを用いた。ガリウムおよびインジウムの原料は、各金属原子に炭素数が１から３のアルキル基もしくは水素が結合したトリアルキル化物あるいは三水素化物を用いてもよい。
【００３３】
第１ベース層２１０ａの成長におけるガリウム原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を用い、Ｖ／ＩＩＩ比を１．１とした。第２ベース層２１０ｂの成長におけるガリウム原料として、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）を用い、Ｖ／ＩＩＩ比を２．１とした。ベース層２１０の成長におけるＶ／ＩＩＩ比は、０．３以上５以下にすることができるが、好ましくは０．７以上３以下にするのがよい。ｎ型ド−パント原料としてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いた。ｐ型ド−パントとしてＢｒＣＣｌ３を用いた。ｎ型ド−パントとして、シリコン、ゲルマニウム、スズ、硫黄、セレン等の水素化物または炭素数が１から３のアルキル基を有するアルキル化物を用いることができる。ｐ型ド−パントとしてはＣＢｒ４あるいはＢｒＣＣｌ３等の炭素のハロゲン化物を用いることができる。
【００３４】
図４は、半導体基板２００を用いて製造したＨＢＴ３００の断面例を示す。サブコレクタ層２０６、第２ベース層２１０ｂおよびエミッタコンタクト層２１６が各々露出するようにエミッタメサ、ベースメサおよびコレクタメサを形成し、サブコレクタ層２０６、第２ベース層２１０ｂおよびエミッタコンタクト層２１６に各々接してコレクタ電極３０２、ベース電極３０４およびエミッタ電極３０６を形成する。コレクタ電極３０２およびエミッタ電極３０６には金、ゲルマニウムおよびニッケルの合金を用い、ベース電極３０４には金およびチタンの合金を用いた。
【００３５】
図５は、ＴＭＧを原料ガスとする第１ベース層２１０ａ、ＴＥＧを原料ガスとする第２ベース層２１０ｂおよび両者を合わせてなるベース層２１０の各々について、基板中心からの距離が異なる複数の測定位置におけるシート抵抗の値を測定位置に対してプロットしたグラフである。図５の縦軸は、シート抵抗の測定値の平均値で各測定値を除したシート抵抗（規格化）を示す。シート抵抗は、ＴＬＭ（Transmission Line Model）法により測定した。シート抵抗の面内分布は同心円状になった。ＴＭＧを用いた場合、シート抵抗は基板中心から端部方向に減少し、ＴＥＧを用いた場合に増加した。ガリウム原料を変更することによりシート抵抗の面内分布を互いに補完するように異ならせることができた。両者を合わせた場合のシート抵抗は基板中心から端部方向に向けて一旦減少したのち増加に転じており、ＴＭＧを用いた場合およびＴＥＧを用いた場合の面内分布を互いに補完する形状となった。さらにシート抵抗の面内分布の幅は両者を個別に用いた場合より小さくなっており、これにより第１ベース層２１０ａおよび第２ベース層２１０ｂからなるベース層のシート抵抗の均一性を向上できた。
【００３６】
図６は、基板中心からの距離が異なる複数の製造位置に製造した実施例のＨＢＴ３００における電流増幅率の値を位置に対してプロットしたグラフである。図７は、基板中心からの距離が異なる複数の製造位置に製造した比較例１のＨＢＴにおける電流増幅率の値を位置に対してプロットしたグラフである。図８は、基板中心からの距離が異なる複数の製造位置に製造した比較例２のＨＢＴにおける電流増幅率の値を位置に対してプロットしたグラフである。図９は、基板中心からの距離が異なる複数の製造位置に製造した比較例３のＨＢＴにおける電流増幅率の値を位置に対してプロットしたグラフである。図６から図９の縦軸は、電流増幅率の測定値の平均値で各測定値を除した電流増幅率（規格化）を示す。比較例１、比較例２および比較例３は、ＨＢＴ３００における第１ベース層２１０ａおよび第２ベース層２１０ｂからなる積層半導体を単一のベース層に置き換えた例である。比較例１、比較例２および比較例３におけるベース層は、ＨＢＴ３００におけるベース層２１０（第１ベース層２１０ａおよび第２ベース層２１０ｂ）と同じ厚さにした。比較例１におけるＩＩＩＢ族原料をＴＭＧ、Ｖ／ＩＩＩ比を１．１とした。比較例２におけるＩＩＩＢ族原料をＴＥＧ、Ｖ／ＩＩＩ比を２．１とした。比較例３におけるＩＩＩＢ族原料をＴＭＧ、Ｖ／ＩＩＩ比を２５とした。その他の成長条件は実施例の場合と同様にした。
【００３７】
図６から図９に示すように、実施例および比較例１から比較例３における電流増幅率の面内分布の幅は、各々、２．４％、６．３％、１１．４％、２．６％であり、ベース層シート抵抗に対する電流増幅率の比は、各々０．６８、０．５９、０．６０、０．５７であった。また、ベース層シート抵抗の面内分布の幅は、各々３．２％、４．８％、６．４％、１．４％であった。これらの結果を表１に纏めた。
【表１】
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【００３８】
これらの結果は、実施例における電流増幅率（β）の面内分布の幅およびベース層シート抵抗（Ｂ−Ｒｓ）の面内分布の幅が比較例１および比較例２と比べて小さく、ベース層シート抵抗に対する電流増幅率の比（β／Ｂ−Ｒs）が比較例１〜３と比べて大きいことを示している。また、ベース層シート抵抗の分布が小さいほど電流増幅率の分布も小さくなることが分かる。実施例、比較例１および比較例２は、何れもＶ／ＩＩＩが小さな条件で成長されており、温度等の成長条件に敏感に影響されてシート抵抗等の物性値が変動する。よって、比較例１および比較例２では電流増幅率の分布が大きくなっている。しかし、実施例ではＶ／ＩＩＩ比が小さいにも関わらず電流増幅率の分布が小さい。Ｖ／ＩＩＩ比を大きくすると、比較例３のように電流増幅率の面内分布は小さくなる。しかし、ベース層シート抵抗に対する電流増幅率の比（β／Ｂ−Ｒs）が小さい。実施例においては、電流増幅率の面内分布の幅が小さく、かつベース層シート抵抗に対する電流増幅率の比も大きい、すなわち高い電流増幅率が半導体基板の面内にわたって均一に得られることが分かる。
【００３９】
図１０は、ＴＭＧを原料ガスとする化合物半導体およびＴＥＧを原料ガスとする化合物半導体の各々について、基板中心からの距離が異なる複数の測定位置におけるＰ型キャリア濃度の値を測定位置に対してプロットしたグラフである。キャリア濃度は、ホール効果測定法により測定した。図１１は、ＴＭＧを原料ガスとする化合物半導体およびＴＥＧを原料ガスとする化合物半導体の各々について、基板中心からの距離が異なる複数の測定位置における移動度の値を測定位置に対してプロットしたグラフである。移動度は、ホール効果測定法により測定した。図１０および図１１に示すように、Ｐ型キャリア濃度あるいは移動度の値においても、シート抵抗あるいは電流増幅率の場合と同様に、原料ガスをＴＭＧとする場合および原料ガスをＴＥＧとする場合で相補的な面内分布を示す。よって、物性値としてＰ型キャリア濃度あるいは移動度を選択する場合においても、本発明のアイデアを適用して面内分布を均一に近づけることができる。
【００４０】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００４１】
１００  半導体基板
１０２  支持基板
１０４  第１化合物半導体
１０６  第２化合物半導体
２００  半導体基板
２０２  支持基板
２０４  バッファ層
２０６  サブコレクタ層
２０８  コレクタ層
２１０  ベース層
２１０ａ  第１ベース層
２１０ｂ  第２ベース層
２１２  エミッタ層
２１４  サブエミッタ層
２１６  エミッタコンタクト層
３００  ＨＢＴ
３０２  コレクタ電極
３０４  ベース電極
３０６  エミッタ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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