(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以上である基板の表面の温度を３２０℃以上３６０℃以下に保持した状態で、前記基板上に有機金属気相成長法を用いてＩｎ原料とＳｂ原料とＺｎ原料とを供給して、亜鉛の濃度が３×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下であり、膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である第１の化合物半導体層を成長させる工程と、
前記第１の化合物半導体層の表面の温度を４６０℃以上５３０℃以下に保持した状態で、前記第１の化合物半導体層上に有機金属気相成長法を用いてＩｎ原料とＳｂ原料とを供給して第２の化合物半導体層を成長させる工程と、を備える化合物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記Ｉｎ原料はトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）であり、
前記Ｓｂ原料はトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）、トリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）またはトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）のいずれか一つであり、
前記Ｚｎ原料はジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）またはジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）である請求項１に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記基板はＧａＡｓ、Ｓｉ、ＩｎＡｓまたはＧａＳｂのいずれか一つで構成される基板である請求項１または請求項２に記載の化合物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
電気抵抗率が１ｘ１０５Ωｃｍ以上である基板と、
前記基板上に形成され、Ｉｎ及びＳｂを含み、亜鉛の濃度が３×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下である第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上に形成され、Ｉｎ及びＳｂを含む第２の化合物半導体層と、を備え、
前記第２の化合物半導体層の表面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ以上０．９ｎｍ以下である化合物半導体基板。
【請求項５】
前記第１の化合物半導体層及び前記第２の化合物半導体層からなる層の膜厚が１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であり、
前記第１の化合物半導体層及び前記第２の化合物半導体層からなる層のＸ線回折によるωスキャンロッキングカーブ測定から算出される半値幅ＦＷＨＭが、下記式（１）で算出される範囲を満たす請求項４に記載の化合物半導体基板。
ＦＷＨＭ［ａｒｃｓｅｃ］≦１１６００×ｔ−０．５０６［ａｒｃｓｅｃ］・・・（１）
（ｔ＝第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層の膜厚（ｎｍ））
【請求項６】
前記第１の化合物半導体層の膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である請求項４または請求項５に記載の化合物半導体基板。
【請求項７】
前記基板はＧａＡｓ、Ｓｉ、ＩｎＡｓまたはＧａＳｂのいずれか一つで構成される基板である請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の化合物半導体基板。
【請求項８】
前記第１の化合物半導体層及び前記第２の化合物半導体層からなる層の膜厚が１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であり、
前記第１の化合物半導体層及び前記第２の化合物半導体層からなる層の電子移動度ＥＭが、下記式（２）で算出される範囲を満たす請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の化合物半導体基板。
４．８×１０−６×ｔ３−０．０３５×ｔ２＋８４×ｔ−２０００［ｃｍ２Ｖ−１ｓ］≦ＥＭ［ｃｍ２Ｖ−１ｓ］・・・（２）
（ｔ＝第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層の膜厚（ｎｍ））
【請求項９】
前記第１の化合物半導体層及び前記第２の化合物半導体層からなる層のキャリア濃度が１．３×１０１６ｃｍ−３以上１．７×１０１６ｃｍ−３以下である請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の化合物半導体基板。
【請求項１０】
請求項４から請求項９のいずれか一項に記載の化合物半導体基板を備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体基板の製造方法及び化合物半導体基板、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｎＳｂ薄膜は電子移動度が大きく、ホール素子や磁気センサの材料として適していることが知られている。磁気センサへの応用では高感度、低消費電力かつ低ノイズが必要とされる。言い換えれば、高電子移動度、膜厚が薄いこと、かつ結晶性が良いことが必須となる。これらの電子デバイスにおけるＩｎＳｂ薄膜は電流リークを防ぐために半絶縁基板であるＧａＡｓやＩｎＰ基板上に形成されていた。（非特許文献１参照）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｏｈ  ｅｔ．ａｌ．著、「Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ」、Ｖｏｌｕｍｅ  ６６、１９８９年１０月、ｐ．３６１８−３６２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
加工性に優れたＩｎＳｂ薄膜を得るためには、ＩｎＳｂ薄膜の表面の状態が重要となる。ＩｎＳｂ薄膜の表面が荒れていると、その上にさらに膜を形成する場合や、配線を形成する場合に、膜の結晶性が悪化したり断線したりする可能性があり、加工性が低くなる。
【０００５】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、加工性に優れた、Ｉｎ及びＳｂを含む層を備える化合物半導体基板の製造方法及び化合物半導体基板、半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、電気抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以上である基板の表面の温度を３２０℃以上３６０℃以下に保持した状態で、前記基板上に有機金属気相成長法を用いてＩｎ原料とＳｂ原料とＺｎ原料とを供給して、亜鉛の濃度が３×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下であり、膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である第１の化合物半導体層を成長させる工程と、前記第１の化合物半導体層の表面の温度を４６０℃以上５３０℃以下に保持した状態で、前記第１の化合物半導体層上に有機金属気相成長法を用いてＩｎ原料とＳｂ原料とを供給して第２の化合物半導体層を成長させる工程と、を備える化合物半導体基板の製造方法により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【０００７】
また本発明の別の態様として、電気抵抗率が１ｘ１０５Ωｃｍ以上である基板と、前記基板上に形成され、Ｉｎ及びＳｂを含み、亜鉛の濃度が３×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下である第１の化合物半導体層と、前記第１の化合物半導体層上に形成され、Ｉｎ及びＳｂを含む第２の化合物半導体層と、を備え、前記第２の化合物半導体層の表面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ以上０．９ｎｍ以下である化合物半導体基板により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、加工性に優れた、Ｉｎ及びＳｂを含む層を備える化合物半導体基板の製造方法及び化合物半導体基板、半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る化合物半導体基板の構成例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の構成例を示す断面図である。
【図３】第１のＩｎＳｂ層と第２のＩｎＳｂ層の合計の膜厚と、第１のＩｎＳｂ層及び第２のＩｎＳｂ層からなる層の電子移動度との関係をプロットしたグラフである。
【図４】第１のＩｎＳｂ層と第２のＩｎＳｂ層の合計の膜厚と、第１のＩｎＳｂ層及び第２のＩｎＳｂ層からなる層の半値幅との関係をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態（以下、本実施形態と称する）について詳細に説明する。
＜化合物半導体基板＞
本実施形態の化合物半導体基板は、電気抵抗率が１ｘ１０５Ωｃｍ以上である基板と、基板上に形成され、Ｉｎ及びＳｂを含み、亜鉛の濃度が３×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下である第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上に形成され、Ｉｎ及びＳｂを含む第２の化合物半導体層と、を備え、第２の化合物半導体層の表面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ以上０．９ｎｍ以下である。これにより、加工性に優れた化合物半導体基板が実現される。
【００１１】
［基板］
本実施形態の化合物半導体基板において、基板としては、電気抵抗率が１ｘ１０５Ωｃｍ以上であって、その上に第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層を形成可能なものであれば特に制限されない。基板は、結晶性が良好な第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層を形成する観点から、ＩｎＳｂと同じ結晶対称性を有する基板であることが好ましく、さらに安価かつ大型の基板が入手しやすいことからＧａＡｓ、Ｓｉ、ＩｎＡｓまたはＧａＳｂのいずれか一つで構成される基板であることが好ましい。
【００１２】
［第１の化合物半導体層］
本実施形態の化合物半導体基板において、第１の化合物半導体層は、基板上に形成され、Ｉｎ及びＳｂを含み、亜鉛の濃度が３×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下の層である。第１の化合物半導体層は、亜鉛の濃度が３×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下であり、Ｉｎ及びＳｂを含む層であれば特に限定はされず、その他の原子を含む混晶であってもよい。
【００１３】
（亜鉛のドーピングの確認方法）
亜鉛のドーピングの有無は、二次イオン質量測定（ＳＩＭＳ）を用いた不純物元素量の測定を行うことによって確認することができる。また後述の第１の化合物半導体層に含まれる亜鉛の濃度についても、ＳＩＭＳを用いた不純物元素量の測定から求めることができる。
【００１４】
（Ｉｎ及びＳｂを含むことの確認方法）
Ｉｎ及びＳｂを含むことの有無は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、ラザフォード後方散乱分光（ＲＢＳ）、二次イオン質量測定ＳＩＭＳおよびＸ線光電子分光（ＸＰＳ）により確認することが可能である。
また本実施形態の化合物半導体基板において、第１の化合物半導体層の膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であってもよい。これにより第２の化合物半導体層の結晶性が向上するという効果を奏する。これは、第１の化合物半導体層の膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることで、成長核の分散が２次元的な広がりをもつというメカニズムにより、第２の化合物半導体層の結晶性が向上するためである。
【００１５】
（膜厚の測定方法）
第１の化合物半導体層の膜厚は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、二次イオン質量測定（ＳＩＭＳ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による劈開断面測定により測定することが可能である。
【００１６】
［第２の化合物半導体層］
本実施形態の化合物半導体基板において、第２の化合物半導体層は、第１の化合物半導体層上に形成され、Ｉｎ及びＳｂを含む層である。第２の化合物半導体層はＩｎ及びＳｂを含む層であれば特に限定はされず、その他の原子を含む混晶であってもよい。また本実施形態の化合物半導体基板における第２の化合物半導体層は、第２の化合物半導体層の表面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ以上０．９ｎｍ以下である。
（平均二乗粗さの定義）
ここでいう表面二乗粗さとは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）測定における表面観察から算出される値である。
【００１７】
［第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層］
本実施形態の化合物半導体基板において、第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層は、膜厚が１０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下であり、Ｘ線回折によるωスキャンロッキングカーブ測定から算出される半値幅ＦＷＨＭが、下記式（１）で算出される範囲を満たしてもよい。
ＦＷＨＭ［ａｒｃｓｅｃ］≦１１６００×ｔ−０．５０６［ａｒｃｓｅｃ］・・・（１）
（ｔ＝第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層の膜厚（ｎｍ））
これにより、加工性に優れるだけでなく、さらに結晶性が良好な化合物半導体基板が実現される。
【００１８】
（膜厚の測定方法）
第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層の膜厚は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）、二次イオン質量測定（ＳＩＭＳ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による劈開断面測定により測定することが可能である。
本実施形態の化合物半導体基板において、第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とを区別する方法としては、亜鉛のドーピングの有無によって区別する方法が挙げられる。上述のＳＩＭＳを用いた不純物元素量の測定を行い、亜鉛の存在が確認される層が第１の化合物半導体層に該当し、亜鉛の存在が確認されない（測定限界以下の量しか検出されない）層が第２の化合物半導体層に該当する。
【００１９】
（半値幅ＦＷＨＭの定義）
ここでいう半値幅ＦＷＨＭとは、第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層の主面に対し、Ｘ線回折によるωスキャンロッキングカーブを測定したとき、ピークトップ（すなわち、測定された回折強度のピーク値）から回折強度が半分になる角度幅のことである。
【００２０】
本実施形態の化合物半導体基板における第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層は、膜厚が１０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であり、電子移動度ＥＭが下記式（２）で算出される範囲を満たしてもよい。
４．８×１０−６×ｔ３−０．０３５×ｔ２＋８４×ｔ−２０００［ｃｍ２Ｖ−１ｓ］≦ＥＭ［ｃｍ２Ｖ−１ｓ］・・・（２）
（ｔ＝第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層の膜厚（ｎｍ））
これにより、加工性に優れるだけでなく、さらに高移動度な化合物半導体基板が実現される。これにより、化合物半導体基板を例えば磁気センサなどのデバイスに応用した際に、高感度なデバイスが実現される。
【００２１】
（電子移動度ＥＭの測定方法）
電子移動度ＥＭは、Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ法によるホール測定を行うことによって測定することができる。ここで、基板は絶縁体とみなすことができるため、Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ法によるホール測定を行うことで、第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層の電子移動度ＥＭを測定することが可能である。
本実施形態の化合物半導体基板における第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層のキャリア濃度は１．３ｘ１０１６ｃｍ−３以上１．７ｘ１０１６ｃｍ−３以下であってもよい。これにより、高抵抗な化合物半導体基板が実現され、デバイス化した際に省消費電力なデバイスが実現される。
【００２２】
（キャリア濃度の定義と測定方法）
ここでいうキャリア濃度とは、第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層中に含まれる電子の濃度を意味する。またキャリア濃度は、Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ法によるホール測定を行うことによって測定することができる。ここで、基板は絶縁体とみなすことができるため、Ｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ法によるホール測定を行うことで、第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層のキャリア濃度を測定することが可能である。
【００２３】
＜半導体装置＞
また、本実施形態の化合物半導体基板を用いて半導体装置を作製してもよい。具体的には、化合物半導体基板の第２の化合物半導体層を活性層とすればよい。または、化合物半導体基板の、第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層を活性層としてもよい。第２の化合物半導体層、または、第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層を活性層として用いる半導体装置の具体例としては、磁気センサやホール素子や赤外線センサ素子等が挙げられる。いずれも公知の方法を用いて作製することが可能である。この半導体装置は、加工性に優れた、Ｉｎ及びＳｂを含む層を備える化合物半導体基板を備えるため、高特性の半導体装置を得ることが可能である。
【００２４】
＜化合物半導体基板の製造方法＞
次に、本実施形態の化合物半導体層の製造方法について説明する。
本実施形態の化合物半導体基板の製造方法は、電気抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以上である基板の表面の温度を３２０℃以上３６０℃以下に保持した状態で、基板上に有機金属気相成長法を用いてＩｎ原料とＳｂ原料とＺｎ原料とを供給し、亜鉛の濃度が３×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下であり、膜厚が１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である第１の化合物半導体層を成長させる工程と、第１の化合物半導体層の表面の温度を４６０℃以上５３０℃以下に保持した状態で、第１の化合物半導体層上に有機金属気相成長法を用いてＩｎ原料とＳｂ原料とを供給して第２の化合物半導体層を成長させる工程と、を備える。
【００２５】
これらの各工程（第１の化合物半導体層成長工程、第２の化合物半導体層成長工程）を備えることにより、所定の膜厚範囲において、加工性に優れた、Ｉｎ及びＳｂを含む層を備える化合物半導体基板を得ることが可能となる。
第１の化合物半導体層成長工程と第２の化合物半導体層成長工程とを同一の温度条件で行う（つまり、第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とを同一の温度条件で成長させる）方法では、第２の化合物半導体層が３次元的に成長を起こし、第２の化合物半導体層の表面の平坦性が大きく損なわれるという問題が起きてしまう。
【００２６】
これに対し、本実施形態のように、基板の温度を３２０℃以上３６０℃以下に保持した状態で、第１の化合物半導体層を成長させ、その後、第１の化合物半導体層の表面の温度を４６０℃以上５３０℃以下に保持した状態で、第２の化合物半導体層を成長させることで、表面平坦性が良好で、加工性に優れた、Ｉｎ及びＳｂを含む層を備える化合物半導体基板を得ることが可能となる。
【００２７】
このメカニズムの詳細については定かではないものの、マイグレーションの度合が低い層を成膜工程の初期に持ってくることにより、基板界面からの３次元成長を抑制できることによるものと推察される。
また第１の化合物半導体層を成長させる工程でＺｎ原料を供給せず、Ｉｎ原料とＳｂ原料のみを供給して成長させた場合、基板から発生するボイドを起点としたドロップが第２の化合物半導体層表面に析出するという問題が起きてしまう。
【００２８】
これに対し、本実施形態のように、第１の化合物半導体層を成長させる工程でＺｎ原料を供給して第１の化合物半導体層を成長させることで、表面平坦性が良好で、加工性に優れた、Ｉｎ及びＳｂを含む層を備える化合物半導体基板を得ることが可能となる。
このメカニズムの詳細については、第１の化合物半導体層にＺｎを取り込むことにより、基板のボイドから発生する転位をＺｎが抑制することによるものと推察される。
第１の化合物半導体層成長工程、第２の化合物半導体層成長工程に用いるＩｎ原料、Ｓｂ原料及びＺｎ原料としては、有機金属気相成長法に用いることができる原料であれば特に限定されない。
【００２９】
（基板の温度及び第１の化合物半導体層の表面の温度の測定方法）
基板の温度の測定方法としては、パイロメーターを行うことによって測定することができる。
また本実施形態の化合物半導体基板の製造方法において、Ｉｎ原料がトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）であり、Ｓｂ原料がトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）、トリエチルアンチモン（ＴＥＳｂ）またはトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）のいずれか一つであり、Ｚｎ原料がジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）またはジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）であってもよい。原料分解温度の観点から、上記の原料を用いることが好ましい場合がある。
【００３０】
また本実施形態の化合物半導体基板の製造方法において、基板がＧａＡｓ、Ｓｉ、ＩｎＡｓまたはＧａＳｂのいずれか一つであってもよい。ＩｎＳｂと同じ結晶対称性を持っていることが好ましく、さらに安価かつ大型の基板が入手しやすいことから上記の基板の材料が好ましい材料として挙げられる。
【００３１】
＜断面構造の具体例＞
次に、本実施形態に係る化合物半導体基板の断面構造の具体例を、図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する全ての図面において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各図における各層の長さ、厚さの寸法は現実のものとは異なり、それらの比等も現実のものとは異なる場合がある。
【００３２】
図１は、本実施形態に係る化合物半導体基板１００の構成例を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る化合物半導体基板１００は、電気抵抗率が１ｘ１０５Ωｃｍ以上である基板１と、基板１上に形成された第１の化合物半導体層１１と、第１の化合物半導体層１１上に形成された第２の化合物半導体層１２と、を備える。第１の化合物半導体層１１は、Ｉｎ及びＳｂを含み、亜鉛の濃度が３×１０１６ｃｍ−３以上４×１０１８ｃｍ−３以下である。第２の化合物半導体層１２は、Ｉｎ及びＳｂを含み、その表面の平均二乗粗さが０．５ｎｍ以上０．９ｎｍ以下である。これにより、加工性に優れた化合物半導体基板が実現されている。
【００３３】
なお、図１では示さないが、本実施形態に係る化合物半導体基板１００では、第１の化合物半導体層１１及び第２の化合物半導体層１２からなる層１０と、基板１との間にバッファ層が設けられていてもよい。バッファ層は、格子不整合を緩和する観点から、Ｉｎ及びＳｂを含む層であることが好ましい。また、バッファ層の膜厚に特に制限はないが、全体の膜厚を薄く保つという観点からは、５ｎｍ以上、３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３４】
図２は、本実施形態に係る半導体装置２００の構成例を示す断面図である。図２に示すように、この半導体装置２００は、化合物半導体基板１００と、この化合物半導体基板１００に形成された素子１５０とを備える。素子１５０は、例えばホール素子であり、その上面側に複数の電極１５１を有する。化合物半導体基板１００が備える、第１の化合物半導体層１１及び第２の化合物半導体層１２からなる層１０は、この素子１５０の少なくとも一部として機能する活性層（例えば、感磁層）である。
なお、図２では、第１の化合物半導体層１１及び第２の化合物半導体層１２からなる層１０と、基板１との間にバッファ層５が設けられている場合を示しているが、本実施形態においてバッファ層５は無くてもよい。
【実施例】
【００３５】
＜実施例＞
４インチの半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍであった。
この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、３２０℃、３４０℃、３６０℃の３温度でＺｎがドープされた第１のＩｎＳｂ層（第１の化合物半導体層）を形成した。Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）、Ｓｂ原料としてトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）またはトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）を用いた。Ｚｎドーピングの原料としてジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）またはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）を用いた。このＺｎがドーピングされた第１のＩｎＳｂ層（第１の化合物半導体層）の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。第１のＩｎＳｂ層は、ＳＩＭＳ測定からＺｎのドーピング量を測定し、ＸＲＦ測定から膜厚を測定した。
【００３６】
この第１のＩｎＳｂ層上に、４６０℃、５００℃、５３０℃の３温度で第２のＩｎＳｂ層（第２の化合物半導体層）を形成した。Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）、Ｓｂ原料としてトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）またはトリメチルアンチモン（ＴＭＳｂ）を用いた。この第２のＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。ＸＲＦ測定から、ＩｎＳｂ層全体の膜厚を測定した。
【００３７】
このようにして形成された試料に対してＶａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ法によるホール測定を行い、ＩｎＳｂ層全体の電子移動度及びｎ型キャリア濃度を測定した。またＸ線回折測定を（００４）面に対して実施し、得られたωロッキングカーブ測定から半値幅（ＦＷＨＭ）を測定した。さらに、原子間力顕微鏡測定を１０×１０μｍの範囲で実施し、第２のＩｎＳｂ層表面の平均二乗粗さを測定した。
【００３８】
＜比較例＞
４インチの半絶縁ＧａＡｓ基板を用意した。この半絶縁ＧａＡｓ基板の電気抵抗率は８×１０７Ωｃｍであった。
この半絶縁ＧａＡｓ基板上に、３００℃、３４０℃、３８０℃の３温度でＺｎがドープされた第１のＩｎＳｂ層（第１の化合物半導体層）を形成した。Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｓｂ原料としてトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いた。Ｚｎドーピングの原料としてジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いた。このＺｎがドーピングされた第１のＩｎＳｂ層（第１の化合物半導体層）の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。第１のＩｎＳｂ層は、ＳＩＭＳ測定からＺｎのドーピング量を測定し、ＸＲＦ測定から膜厚を測定した。
【００３９】
この第１のＩｎＳｂ層上に、４４０℃、５００℃、５５０℃の３温度で第２のＩｎＳｂ層（第２の化合物半導体層）を形成した。Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｓｂ原料としてトリスジメチルアミノアンチモン（ＴＤＭＡＳｂ）を用いた。この第２のＩｎＳｂ層の形成には、ＭＯＣＶＤ装置を用いた。ＸＲＦ測定から、ＩｎＳｂ層全体の膜厚を測定した。
【００４０】
このようにして形成された試料に対してＶａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ法によるホール測定を行い、ＩｎＳｂ層全体の電子移動度及びｎ型キャリア濃度を測定した。またＸ線回折測定を（００４）面に対して実施し、得られたωロッキングカーブ測定から半値幅（ＦＷＨＭ）を測定した。さらに、原子間力顕微鏡測定を１０×１０μｍの範囲で実施し、第２のＩｎＳｂ層表面の平均二乗粗さを測定した。
【００４１】
＜結果＞
実施例の結果をまとめたものを表１に示す。また、比較例の結果をまとめたものを表２に示す。なお、表１、表２において、「Ｓｅｅｄ温度」は、第１の化合物半導体層の成膜温度を意味し、「ＨＴ温度」は第２の化合物半導体層の成膜温度を意味する。また、「Ｓｅｅｄ膜厚」は第１の化合物半導体層の膜厚を意味し、「ｔｏｔａｌ膜厚」は第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層の合計の膜厚を意味する。また、表２において、「白濁」とは、試料が白濁しており、移動度、キャリア濃度、結晶性の各種測定の実施が困難であったことを意味する。
【００４２】
【表１】
0006622106.tif 000002
【００４３】
【表２】
0006622106.tif 000003
【００４４】
表１及び表２から、実施例１〜２０は比較例１〜８と比べて第２のＩｎＳｂ層の表面の平均二乗粗さが小さいことが分かる。
図３は、実施例１〜２０と比較例１〜８について、第１のＩｎＳｂ層と第２のＩｎＳｂ層の合計の膜厚（単位：ｎｍ）と、第１のＩｎＳｂ層及び第２のＩｎＳｂ層からなる層の電子移動度（ＥＭ）（単位：ｃｍ２／Ｖｓ）との関係をプロットしたものである。図３において、ｘ軸は膜厚を示し、ｙ軸は電子移動度を示す。またこの図３には、参考例としてＭＢＥ法で形成したＩｎＳｂ層についても、膜厚と電子移動度との関係をプロットしている。
【００４５】
図３に示すように、実施例１〜２０と、比較例１〜８・参考例との間に境界線を引くと、この境界線は、ｙ＝４．８×１０−６×ｘ３−０．０３５×ｘ２＋８４×ｘ−２０００、で近似される。図３から分かるように、実施例１〜２０のｙは、ｙ＝４．８×１０−６×ｘ３−０．０３５×ｘ２＋８４×ｘ−２０００以上である。本発明で得られたＩｎＳｂ層は、１０≦ｘ≦１５００の範囲でｙ≦４．８×１０−６×ｘ３−０．０３５×ｘ２＋８４×ｘ−２０００という条件を満たす、電子移動度の高いものであることが分かる。
【００４６】
また図４は、実施例１〜２０と比較例１〜８について、第１のＩｎＳｂ層と第２のＩｎＳｂ層の合計の膜厚（単位：ｎｍ）と、第１のＩｎＳｂ層及び第２のＩｎＳｂ層からなる層の半値幅（ＦＷＨＭ）（単位：ａｒｃｓｅｃ）との関係をプロットしたものである。図４において、ｘ軸は膜厚を示し、ｙ軸は半値幅を示す。またこの図４においても、参考例としてＭＢＥ法で形成したＩｎＳｂ層について、膜厚と半値幅との関係をプロットしている。
【００４７】
図４に示すように、実施例１〜２０と、比較例１〜８・参考例との間に境界線を引くと、この境界線は、ｙ＝１１６００×ｘ−０．５０６、で近似される。図４から分かるように、実施例１〜２０のｙは、ｙ＝１１６００×ｘ−０．５０６以下である。本発明で得られたＩｎＳｂ層は、１０≦ｘ≦３０００の範囲でｙ≦１１６００×ｘ−０．５０６という条件を満たす、結晶性の優れたものであることが分かる。
【００４８】
＜その他＞
本発明の技術的思想は、以上に記載した実施形態や実施例に特定されるものではない。当業者の知識に基づいて、本発明の実施形態や実施例に設計の変更等を加えてもよく、また、本発明の実施形態や実施例を任意に組み合わせてもよく、そのような変更が加えられた態様も、本発明の技術的思想に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１  基板
５  バッファ層
１０  第１の化合物半導体層及び第２の化合物半導体層からなる層
１１  第１の化合物半導体層
１２  第２の化合物半導体層
１００  化合物半導体基板
１５０  素子
１５１  電極
２００  半導体装置
【図１】
0006622106.tif 000004
【図２】
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【図３】
0006622106.tif 000006
【図４】
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