(57)【要約】【課題】ＩｎＧａＰ層表面の平坦性を保持し、ＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの表面リーク電流の発生を防止する。【解決手段】加熱されたＧａＡｓの基板１上にIII族原料、Ｖ族原料、希釈用ガスまたはドーパント原料を供給して、基板１上にバッファ層２、チャネル層３、スぺーサ層４、ｎ型ＩｎＧａＰの電子供給層５を成長させた後、ＰＨ３を一定流量、一定時間フローし、その後、ｎ型ＧａＡｓのコンタクト層６を成長させた。コンタクト層６のＧａＡｓの原料としてＡｓＨ３が使用されるが、ＡｓＨ３はＩｎＧａＰ層表面をエッチングする作用があり、一定時間曝されるとＩｎＧａＰ層表面が凸凹状に粗くなって、ＩｎＧａＰとＧａＡｓとの界面に、リーク電流（表面リーク電流）が発生する。これを防止するため、ＩｎＧａＰ層成長後にＰＨ３をフローすることにより、ＡｓＨ３のエッチング作用からＩｎＧａＰ表面を保護する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱された基板上にIII族原料、Ｖ族原料、希釈用ガスまたはドーパント原料を供給して、上記基板上にＩｎＧａＰ層を含むエピタキシャル層を順次成長させるＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、
上記ＩｎＧａＰ層の成長後に、ＰＨ３をフローすることを特徴とするＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、
上記Ｖ族原料として、ＡｓＨ３、Ａｓ（ＣＨ３）３、ＴＢＡ、ＰＨ３またはＴＢＰを用い、上記III族原料として、Ａｌ（ＣＨ３）３、Ｇａ（ＣＨ３）３、Ｉｎ（ＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＨ２）３、Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３またはＩｎ（ＣＨ３ＣＨ２）３を用い、上記希釈用ガスとして、Ｈ２、Ｎ２またはＡｒを用い、上記エピタキシャル層に含まれるバッファ層として、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＰまたはＩｎＧａＡｌＰを用いることを特徴とするＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、
上記ＰＨ３のフローは、ＰＨ３のフロー後になされるＡｓＨ３を含むガスを供給してエピタキシャル層を成長させる工程における、上記ＩｎＧａＰ層の表面のＡｓＨ３によるエッチングを保護するために、所定の流量、所定の時間行われることを特徴とするＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、
上記ＰＨ３のフローは、おおよそ1000cm３/分の流量で３分以上行うようにしたことを特徴とするＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４記載のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、
上記ＰＨ３のフローと共に、ドーパント原料もフローすることを特徴とするＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩｎＧａＰ層を有するＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）であるＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰなどのIII族‐Ｖ族化合物半導体は、Ｓｉ(シリコン)半導体に比べて、電子移動度が高いという特長がある。この特長をいかして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰは、高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。この種デバイスの代表例として、ＨＥＭＴが挙げられる。ＨＥＭＴは、携帯電話送信用等マイクロ波通信の増幅器およびスイッチ用素子として広く用いられており、近年は耐圧性のあるＩｎＧａＰを使用したＨＥＭＴ（以下、ＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴ）が、その用途を拡大する傾向にある。
【０００３】
従来のＨＥＭＴエピタキシャルウエハの製造方法を次に述べる。
成長炉内のサセプタと呼ばれる基板保持具に、エピタキシャル層を成長させる基板をセットして加熱する。成長炉内に原料ガス等を供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板上にエピタキシャル層が成長する。ＨＥＭＴは、通常、基坂上に順次バッファ層、チャネル層、スぺーサ層、電子供給層及びコンタクト層を積層することにより形成される。従来のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴには、電子供給層あるいはショットキーコンタクト層をＩｎＧａＰとし、ＩｎＧａＰ層の成長後に、ＧａＡｓのコンタクト層あるいはオーミックコンタクト層を形成したものが知られている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２７０４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴを製造する場合、ＩｎＧａＰの電子供給層等の成長後に、ＧａＡｓのコンタクト層等を成長させる際に、Ａｓ原料としてＡｓＨ３（アルシン）が流される。しかし、ＡｓＨ３はＩｎＧａＰ層をエッチングする作用があり、ＡｓＨ３のエッチング作用によってＩｎＧａＰ層表面が粗くなる傾向ある。ＩｎＧａＰ表面が凸凹状に粗くなってくると、ＩｎＧａＰの電子供給層等とＧａＡｓのコンタクト層等との界面において、コンタクト電極またはショットキー電極からのリーク電流（以下、表面リーク電流）が発生する。
【０００５】
本発明は、ＩｎＧａＰ層表面の平坦性を保持でき、表面リーク電流の発生を防止できるＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、次のように構成されている。
請求項１の発明に係るＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法は、加熱された基板上にIII族原料、Ｖ族原料、希釈用ガスまたはドーパント原料を供給して、上記基板上にＩｎＧａＰ層を含むエピタキシャル層を順次成長させるＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、上記ＩｎＧａＰ層の成長後に、ＰＨ３（ホスフィン）をフローすることを特徴とする。
ＩｎＧａＰ層の成長後に、ＰＨ３をフローすると、ＩｎＧａＰ層の表面部に遷移層（例えば、ＩｎＧａＰＡｓ）が生成され、この遷移層によってＩｎＧａＰ層表面が保護され、次工程でエッチング作用を有する原料ガスなど（例えば、ＡｓＨ３ ）が流されても、ＩｎＧａＰ層表面が凸凹状に粗化される現象が大幅に緩和・軽減される。
なお、ＰＨ３のフローは、上記ＩｎＧａＰ層表面の粗化現象を緩和・軽減するために、所定の流量・時間で行われるが、ＰＨ３をフローし過ぎると、上記遷移層が厚くなって、後のプロセス時にエッチングレートが変わってしまう等の弊害が生じる可能性があるので、これら弊害が問題とならない範囲に抑える。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１記載のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、上記Ｖ族原料として、ＡｓＨ３、Ａｓ（ＣＨ３）３、ＴＢＡ、ＰＨ３またはＴＢＰを用い、上記III族原料として、Ａｌ（ＣＨ３）３、Ｇａ（ＣＨ３）３、Ｉｎ（ＣＨ３）３、Ａｌ（ＣＨ３ＣＨ２）３、Ｇａ（ＣＨ３ＣＨ２）３またはＩｎ（ＣＨ３ＣＨ２）３を用い、上記希釈用ガスとして、Ｈ２、Ｎ２またはＡｒを用い、上記エピタキシャル層に含まれるバッファ層として、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＰまたはＩｎＧａＡｌＰを用いることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２記載のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、上記ＰＨ３のフローは、ＰＨ３のフロー後になされるＡｓＨ３を含むガスを供給してエピタキシャル層を成長させる工程における、上記ＩｎＧａＰ層の表面のＡｓＨ３によるエッチングを保護するために、所定の流量、所定の時間行われることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３記載のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、上記ＰＨ３のフローは、おおよそ１０００ｃｍ３／分の流量で３分以上行うようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４記載のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法において、上記ＰＨ３のフローと共に、ドーパント原料もフローすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、ＩｎＧａＰ層の成長後にＰＨ３（ホスフィン）をフローすることにより、ＩｎＧａＰ層表面を保護しているので、ＡｓＨ３のエッチング作用等を防止でき、ＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの表面リーク電流を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明に係るＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法の一実施形態を説明する。
この実施形態を適用したＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの概略構造を図１に示す。このＨＥＭＴは、ＧａＡｓの基板１上に、ｉ(半絶縁性)-ＧａＡｓと、ｉ-ＡｌＧａＡｓとを交互に積層したバッファ層２と、ｉ-ＩｎＧａＡｓのチャネル層３と、ｉ-ＡｌＧａＡｓのスぺーサ層４と、ｎ型ＩｎＧａＰの電子供給層５と、ｎ型ＧａＡｓのコンタクト層６とを順次形成したものである。基板１は、単結晶成長するための下地であり、バッファ層２は、基板１表面の残留不純物によるデバイス特性劣化を防ぐ働きと、チャネル層３のリーク電流を抑える役目があり、チャネル層３は、発生した自由電子が流れる層である。また、スぺーサ層４は、イオン散乱を防止する働きがあり、電子供給層５は、ｎ型不純物がドーピングされ自由電子を発生させる層であり、コンタクト層６は、電極を形成するための層である。
【００１３】
上記構造のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴのエピタキシャルウエハの製造方法を次に述べる。エピタキシャル層を成長させる基板１を、図示省略のサセプタと呼ばれる基板保持具にセットし、基板１を成長炉内で加熱しつつ、成長炉内に原料ガスや希釈用ガスを供給する。供給された原料ガスは熱により分解し、基板１上にエピタキシャル層が形成される。希釈用ガスとして、Ｈ２（水素）を供給した。なお、希釈用ガスとしてＮ２（窒素）またはＡｒ（アルゴン）も挙げられる。
【００１４】
バッファ層２のｉ-ＧａＡｓを成長させる工程では、Ｇａ原料のＧａ(ＣＨ３)３（トリメチルガリウム）とＡｓ原料のＡｓＨ３（アルシン）を基板１に供給する。なお、Ｇａ原料として他にＧａ(ＣＨ３ＣＨ２)３（トリエチルガリウム）があり、Ａｓ原料として他にＡｓ(ＣＨ３)３（トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）がある。
また、バッファ層２のｉ-ＡｌＧａＡｓを成長させる工程では、Ｇａ(ＣＨ３)３、ＡｓＨ３、及びＡｌ原料のＡｌ(ＣＨ３)３（トリメチルアルミニウム）を基板１に供給する。なお、Ａｌ原料として他にＡl(ＣＨ３ＣＨ２)３（トリエチルアルミニウム）がある。
【００１５】
チャネル層３のｉ-ＩｎＧａＡｓを成長させる工程では、Ｇａ(ＣＨ３)３、ＡｓＨ３、Iｎ(ＣＨ３)３（トリメチルインジウム）を供給する。なお、Iｎ原料として他にＩｎ（ＣＨ３ＣＨ２）３（トリエチルインジウム）がある。
スぺーサ層４のｉ-ＡｌＧａＡｓを成長させる工程では、上記バッファ層２のｉ-ＡｌＧａＡｓを成長させる工程と同様に、Ｇａ(ＣＨ３)３、ＡｓＨ３、及びＡｌ(ＣＨ３)３を供給する。
【００１６】
次に、電子供給層５のｎ型ＩｎＧａＰを成長させる工程では、Ｇａ(ＣＨ３ＣＨ２)３、ＰＨ３（ホスフィン）、Iｎ(ＣＨ３)３およびｎ型ドーパント原料を供給する。ｎ型ドーパントの元素としては、ＳｉやＳｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）がある。Ｓｉ原料としてＳｉＨ４（モノシラン）、Ｓｉ２Ｈ６（ジシラン）がある。Ｓｅ原料としてはＨ２Ｓｅ（セレン化水素）があり、Ｔｅ原料としてＤＥＴｅ（ジエチルテルル）がある。なお、Ｐ原料として他にＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）が挙げられる。
ｎ型ＩｎＧａＰの電子供給層５の成長工程の後に、ＰＨ３を一定流量、一定時間フローする。
【００１７】
最後に、コンタクト層６のｎ型ＧａＡｓを成長させる工程では、Ｇａ(ＣＨ３)３、ＡｓＨ３及びｎ型ドーパント原料を供給する。ｎ型ドーパントの元素としては、ＳｉやＳｅ、Ｔｅがある。Ｓｉ原料としてＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６がある。Ｓｅ原料としてはＨ２Ｓｅがあり、Ｔｅ原料としてＤＥＴｅがある。
【００１８】
このようにして、基板１上にエピタキシャル層が順次形成されて、ＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴのエピタキシャルウエハが作成されるが、本実施形態では、ｎ型ＩｎＧａＰの電子供給層５の成長工程と、ｎ型ＧａＡｓのコンタクト層６の成長工程との間に、ＰＨ３を一定流量、一定時間フローする工程を設けたことに特徴がある。
【００１９】
ＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴは、電子供給層やショットキー層にＩｎＧａＰ層を形成する。ＩｎＧａＰ層の形成後は、通常ＧａＡｓあるいはＡｌＧａＡｓのショットキー層またはコンタクト層を形成する。ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓの原料としてＡｓＨ３が使用されるが、ＡｓＨ３はＩｎＧａＰ層表面をエッチングする作用があり、一定時間曝されると表面が凸凹状になる。ＩｎＧａＰ層表面が粗くなると、ＩｎＧａＰとＧａＡｓあるいはＡｌＧａＡｓとの界面に、コンタクト電極またはショットキー電極からのリーク電流（表面リーク）が発生する。これを防止するため、ＩｎＧａＰ層成長後に一定流量、一定時間のＰＨ３をフローすることにより、ＩｎＧａＰ層の表面部に遷移層（ＩｎＧａＰＡｓ）を生成し、この遷移層によってＩｎＧａＰ層表面をＡｓＨ３のエッチング作用から保護し、ＡｓＨ３のエッチング作用の影響を受けないＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴのエピタキシャルウエハを作製できる。
このエピタキシャルウエハを使用してプロセスしたデバイス製品は、表面リークを低減でき、最小限の電力で駆動できるため省エネルギー化が図れる。
【００２０】
上記実施態様では、ＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴに適用した態様を説明したが、本発明は、ＩｎＧａＰを有するＩｎＧａＰ‐ＨＢＴ(Heterobipolar Transistor)にも適用可能である。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明の具体的な実施例を述べる。この実施例は、表１に示す構造のＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴエピタキシャルウエハに適用した例である。
【表１】
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成長時の基板温度は７００℃、成長炉内圧力は約９３３０Ｐａ（７０Torr）、希釈用ガスは水素である。基板には、ＧａＡｓ基板を用いた。
【００２２】
ｉ‐ＧａＡｓ層（バッファ第１，第３層）の成長には、Ｇａ(ＣＨ３)３とＡｓＨ３を用いた。Ｇａ(ＣＨ３)３の流量は１２.６４ｃｍ３／分であり、ＡｓＨ３の流量は２５５ｃｍ３／分である。
ｉ‐Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓ層（バッファ第２，第４層）の成長には、Ｇａ(ＣＨ３)３、Ａｌ(ＣＨ３)３及びＡｓＨ３を使用した。それらの流量は、それぞれ５.２３ｃｍ３／分、０.８１ｃｍ３／分及び５５４ｃｍ３／分である。
ｉ‐Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層（チャネル層）の成長には、Ｇａ(ＣＨ３)３とＩｎ(ＣＨ３)３およびＡｓＨ３を使用した。それらの流量は、それぞれ２０.５ｃｍ３／分、３１０ｃｍ３／分及び１０２０ｃｍ３／分である。
スぺーサ層のｉ‐Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓ層を成長する際にも、バッファ第２，第４層のｉ‐Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ａｓ層の場合と同じ原料及び流量を供給した。
ｎ＋ＩｎＧａＰ（電子供給層）の成長では、Ｉｎ(ＣＨ３)３、Ｇａ(ＣＨ３ＣＨ２)３、ＰＨ３及びＳｉ２Ｈ６を用いた。それらの流量は、それぞれ２６０ｃｍ３／分、１３０ｃｍ３／分、１.０ｃｍ３／分及び５０ｃｍ３／分である。
電子供給層のｎ＋ＩｎＧａＰ層成長後に、１０００ｃｍ３／分の流量で３分間ＰＨ３をフローした。また、ＰＨ３と共に、Ｓｉ２Ｈ６も流量２３０ｃｍ３／分でフローした。
ｎ＋ＧａＡｓ（コンタクト層）の成長には、バッファ第１，第３層のｉ‐ＧａＡｓの成長に使用したＧａ(ＣＨ３)３、ＡｓＨ３に加えてＳｉ２Ｈ６を用いた。Ｓｉ２Ｈ６の流量は４０８ｃｍ３／分である。Ｓｉ２Ｈ６以外のＧａ(ＣＨ３)３及びＡｓＨ３の流量はバッファ第１，第３層のｉ‐ＧａＡｓ層の場合と同じである。
【００２３】
図２に、上記実施例の条件で作成したＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴについてのキャリアプロファイルを示す。また、図３には、上記実施例と比較する比較例（従来例）として、従来と同様にＩｎＧａＰ層成長後にＰＨ３フローをせずに作成したＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴについてのキャリアプロファイルを示す。図２の実施例では、表面リークの発生は認められないが、図３の比較例では、図中Ａで示す破線で囲んだところのデータに表面リークの発生が認められる。
【００２４】
ＩｎＧａＰ層成長後にフローするＰＨ３の適切な流量と時間は、例えば、１０００ｃｍ３／分の流量であれば、表面リークが発生しないフロー時間は３分以上必要である。フロー時間を３分未満で次第に短くすると、表面リークが徐々に増加する傾向になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの製造方法の一実施形態を適用したＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴの概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例で作成したＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴについてのキャリアプロファイルを示す図である。
【図３】比較例で作成したＩｎＧａＰ‐ＨＥＭＴについてのキャリアプロファイルを示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  基板
２  バッファ層
３  チャネル層
４  スペーサ層
５  電子供給層
６  コンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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