(57)【要約】【課題】エピタキシャル結晶成長時に反応炉の導入配管内に残留したＳｅの影響を受けないIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を提供するものである。【解決手段】本発明に係るIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、反応炉５内に配置した基板上にＳｅを含むIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル結晶を層成長させた後、次回のエピタキシャル結晶成長を行う前に、反応炉５の導入配管３に有機金属ガス２のみを流し、導入配管３内に残留したＳｅを取り除くものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入配管より有機金属ガス、Ｖ族ガス、Ｓｅを含むドーパントガスを反応炉中に導入し、基板上にＳｅを含むIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル結晶を層成長させた後、反応炉の導入配管内に残留したＳｅを取り除くためのIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法であって、上記エピタキシャル結晶成長が終了した後、次回のエピタキシャル結晶成長を行う前に、上記導入配管に有機金属ガスのみを流すことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
上記有機金属ガスを、上記反応炉へ導くことなく排気する請求項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
上記有機金属ガスを１０℃以上の温度に保ち、上記導入配管に流す請求項１又は２に記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項４】
上記有機金属ガスを、上記導入配管に５〜１０００ｃｍ3／分の流量で流す請求項１〜３いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項５】
上記有機金属ガスを、上記導入配管に１０〜３６００秒間流す請求項１〜４いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【請求項６】
上記有機金属ガスが、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、又はトリメチルインジウムである請求項１〜５いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ族化合物半導体の製造方法に係り、特にエピタキシャル結晶成長前のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ（ガリウム砒素）やＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）などの化合物半導体は、Ｓｉ（シリコン）半導体に比べて電子移動度が高いという特徴がある。この特徴を活かして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速デバイスに多く用いられている。代表例としてＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が挙げられる。
【０００３】
ＨＥＭＴのおおまかな構造を図２に示すように、ＨＥＭＴは、基板１１上に結晶成長されたバッファ層１２、チャネル層１３、スペーサ層１４、キャリア供給層１５、及びコンタクト層１６よりなる。コンタクト層１６は電極を形成するための層である。キャリア供給層１５は自由電子を発生させ、チャネル層１３へ供給するための層である。スペーサ層１４は、チャネル層１３の自由電子がキャリア供給層１５によってイオン散乱されるのを抑止する働きをもつ層である。チャネル層１３は自由電子が流れる層であり、高純度である必要がある。バッファ層１２は基板１１上の残留不純物によるデバイス特性劣化を防ぐ働きがある。
【０００４】
ＨＥＭＴエピタキシャルウェハの成長方法を以下に述べる。
【０００５】
エピタキシャル層を成長させるＧａＡｓ基板をサセプタにセットし、成長炉（反応炉）内で加熱する。反応炉内に導入配管を介して原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解され、図３に示すように、ＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層が形成される。
【０００６】
ｉ−ＧａＡｓ層（バッファ層）を成長させる場合には、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）を基板に供給する。なお、Ｇａ原料としては他にＧａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）がある。Ａｓ原料としては他に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。
【０００７】
ｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層（スペーサ層、ゲートコンタクト層）を成長させる場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＡｌ原料のＡｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）を基板に供給する。なお、Ａｌ原料としては他にＡｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）がある。Ａｌ0.25ＧａＡｓとはＡｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを略したものであり、ＡｌとＧａの比が０．２５：０．７５であることを意味する。
【０００８】
ｉ−Ｉｎ0.20ＧａＡｓ層（チャネル層）を成長させる場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＩｎ原料のＩｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）を基板に供給する。なお、Ｉｎ原料としては他にＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）がある。Ｉｎ0.20ＧａＡｓとはＩｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓを略したものであり、ＩｎとＧａの比が０．２０：０．８０であることを意味する。
【０００９】
ｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層（キャリア供給層）を成長させる場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びＡｌ原料のＡｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）を基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉやＳｅ（セレン）がある。Ｓｉ原料としては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）がある。
【００１０】
ｎ−ＧａＡｓ層（ノンアロイコンタクト層）を成長させる場合には、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、及びｎ型ドーパントを基板に供給する。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉやＳｅがある。Ｓｉ原料としてはＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6がある。Ｓｅ原料としてはＨ2Ｓｅがある。
【００１１】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−６３７０９号公報
【特許文献２】特開２００４−２４１４６３号公報
【特許文献３】特開２００６−５０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来のエピタキシャル結晶成長方法で作製されたエピウェハでは、前回のエピタキシャル結晶の成長時に反応炉の導入配管内に残留したＳｅが、次回のエピタキシャル結晶成長中にキャリア供給層に取り込まれることにより、キャリア供給層のｎ型が強くなり、ＨＥＭＴの重要な特性であるシートキャリア濃度（１ｃｍ2あたりの電子数）が高くなってしまう。このため、成長の合間に残留Ｓｅを取り除く作業が必要となり、エピタキシャル結晶成長を連続で行うことができず、生産性が低下するという問題があった。
【００１４】
そこで本発明の目的は、エピタキシャル結晶成長時に反応炉の導入配管内に残留したＳｅの影響を受けないIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、導入配管より有機金属ガス、Ｖ族ガス、Ｓｅを含むドーパントガスを反応炉中に導入し、基板上にＳｅを含むIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャル結晶を層成長させた後、反応炉の導入配管内に残留したＳｅを取り除くためのIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法であって、上記エピタキシャル結晶成長が終了した後、次回のエピタキシャル結晶成長を行う前に、上記導入配管に有機金属ガスのみを流すことを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、上記有機金属ガスを、上記反応炉へ導くことなく排気する請求項１記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法である。
【００１７】
請求項３の発明は、上記有機金属ガスを１０℃以上の温度に保ち、上記導入配管に流す請求項１又は２に記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法である。
【００１８】
請求項４の発明は、上記有機金属ガスを、上記導入配管に５〜１０００ｃｍ3／分の流量で流す請求項１〜３いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法である。
【００１９】
請求項５の発明は、上記有機金属ガスを、上記導入配管に１０〜３６００秒間流す請求項１〜４いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法である。
【００２０】
請求項６の発明は、上記有機金属ガスが、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、又はトリメチルインジウムである請求項１〜５いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、エピタキシャル結晶成長時に反応炉の導入配管内に残留したＳｅを取り除くことができ、残留Ｓｅの影響を受けないIII−Ｖ族化合物半導体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００２３】
先ず、通常のエピタキシャル結晶成長を図１（ａ）に基いて説明する。
【００２４】
エピタキシャル結晶を層成長させる基板を予めサセプタにセットし、反応炉内に配置しておく。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、通常のエピタキシャル結晶成長時は、原料ガス１及び有機金属ガス２が導入配管３に供給される。この時、三方弁などのバルブ４により、導入配管３と導入ライン６とが開、導入配管３と排気配管８とが閉となっているため、原料ガス１及び有機金属ガス２は導入ライン６を介して反応炉５内に供給される。導入配管３におけるバルブ４の下流部分が導入ライン６である。
【００２６】
反応炉５内に供給された原料ガス１及び有機金属ガス２は熱分解され、基板上にＳｅを含むエピタキシャル結晶が層成長されると共に、余剰のガスは反応炉５から排気ライン７を介して排気される。エピタキシャル結晶成長後、原料ガス１及び有機金属ガス２の供給を停止し、加熱を止めて反応炉５及び基板の冷却を行った後、基板が取り出される。その後、新たな基板をサセプタにセットし、反応炉内に配置した後、次回のエピタキシャル結晶成長がなされる。
【００２７】
ここで言う有機金属ガス２は、原料ガスの内のＶ族原料ガス及びドーピング原料ガスを除くガス（主にIII族原料ガス）を意味しており、例えば、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、又はＩｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）などが挙げられる。Ｖ族原料としては、ＡｓＨ3、Ａｓ（ＣＨ3）3、又はＴＢＡを用いることができる。ドーピング原料ガス中にＳｅが含まれる。
【００２８】
次に、本実施の形態の製造方法を図１（ｂ）に基いて説明する。
【００２９】
本実施の形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法は、エピタキシャル結晶成長終了後、次回のエピタキシャル結晶成長を行う前に、導入配管３に有機金属ガス２のみを流し、前回のエピタキシャル結晶成長時に導入配管３の壁面に残留、吸着された残留Ｓｅを有機金属ガス２で除去すると共に、そのガスを反応炉５へ導くことなく排気するものである。
【００３０】
例えば、エピタキシャル結晶成長終了後、反応炉５及び基板の冷却を行う際に、図１（ｂ）に示すようにバルブ４を切り換え、有機金属ガス２のみを導入配管３に流す。有機金属ガス２は、温度を１０℃以上に保ち、流量が５〜１０００ｃｍ3／分、流す時間が１０〜３６００秒となるように調整される。この導入配管３内に流した有機金属ガス２は、排気配管８を介してそのまま排気される。この時、バルブ４により、導入配管３と排気配管８とが開、導入配管３と導入ライン６とが閉となっているため、有機金属ガス２が導入ライン６及び反応炉５に流れることはない。また、排気配管８は排気ライン７に接続し、反応炉５をバイパスするように設けてもよい。
【００３１】
このように、エピタキシャル結晶成長終了後、導入配管３内に有機金属ガス２のみを流すことで、エピタキシャル結晶成長時に導入配管３内に残留し、壁面に吸着されていた残留Ｓｅが脱離される。この脱離された残留Ｓｅは、有機金属ガス２と共に排気配管８を介してそのまま排気されるため、有機金属ガス２を流した後には、導入配管３の壁面に吸着されていた残留Ｓｅがほぼ除去される。よって、次回のエピタキシャル結晶成長時に、残留Ｓｅがキャリア供給層に取り込まれるおそれがなくなり、残留Ｓｅの影響を受けない高抵抗で（シート抵抗の変動が少なく）、高耐圧なIII−Ｖ族化合物半導体を得ることができ、ＨＥＭＴなどの電子デバイス特性を低下させることなく安定して製造することができる。
【００３２】
また、この残留Ｓｅの除去は、エピタキシャル結晶成長終了後、反応炉５及び基板を冷却している際に完了するため、エピタキシャル結晶成長を連続で行うことが可能となり、生産性が向上する。
【００３３】
また、バルブ４は導入配管３における反応炉５の直近に設けられており、導入ライン６のライン長は短い。このため、導入ライン６の壁面に残留し、吸着されている残留Ｓｅが、次回のエピタキシャル結晶成長時に与える影響は無視できる程度である。
【００３４】
本実施の形態では、III−Ｖ族化合物半導体の電子デバイスとしてＨＥＭＴを挙げ、ＨＥＭＴエピタキシャルウェハの製造方法について説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、その他の電子デバイスとしてＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられる。
【実施例】
【００３５】
以下の成長条件で、ＨＥＭＴエピタキシャルウェハの製造を行った。
【００３６】
成長時の基板温度は７００℃、反応炉内圧力は７６Ｔｏｒｒ（約１．０１×１０4Ｐａ）とし、希釈用ガスには水素を用いた。サセプタ回転数は１０回転／分とし、基板にはＧａＡｓ基板を用いた。
【００３７】
i−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3とＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は１０．５ｃｍ3／分、ＡｓＨ3の流量は３１５ｃｍ3／分とした。
【００３８】
ｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、及びＡｓＨ3を用い、それらの流量はそれぞれ５．３ｃｍ3／分、１．４３ｃｍ3／分及び６３０ｃｍ3／分とした。
【００３９】
ｉ−Ｉｎ0.20ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、及びＡｓＨ3を用い、それらの流量はそれぞれ５．３ｃｍ3／分、２．０９ｃｍ3／分、及び５００ｃｍ3／分とした。
【００４０】
ｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の成長には、ｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、Ａｌ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6を使用した。Ｓｉ2Ｈ6の流量は７．７８×１０-3ｃｍ3／分とした。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層の場合と同じとした。
【００４１】
ｎ−ＧａＡｓ層の成長には、ｉ−ＧａＡｓ層の成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＳｉ2Ｈ6を用いた。Ｓｉ2Ｈ6の流量は１．４７×１０-4ｃｍ3／分とした。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−ＧａＡｓ層の場合と同じとした。
【００４２】
ｎ−Ｉｎ0→0.50ＧａＡｓ層はＩｎＡｓ混晶比が０から０．５０まで変化し、成長にはＩｎ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、Ｓｉ2Ｈ6、Ｈ2Ｓｅを用い、それらの成長開始時の流量はそれぞれ０ｃｍ3／分、５．３ｃｍ3／分、５００ｃｍ3／分、１．２×１０-1ｃｍ3／分及び２．２×１０-3ｃｍ3／分、また、成長終了時の流量はそれぞれ８．３ｃｍ3／分、５．３ｃｍ3／分、５００ｃｍ3／分、１．６ｃｍ3／分及び４．５×１０-2ｃｍ3／分である。
【００４３】
ｎ−Ｉｎ0.50ＧａＡｓ層の成長にはＩｎ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3、Ｓｉ2Ｈ6、Ｈ2Ｓｅを用い、それらの流量はそれぞれ８．３ｃｍ3／分、５．３ｃｍ3／分、５００ｃｍ3／分、１．６ｃｍ3／分及び４．５×１０-2ｃｍ3／分である。
【００４４】
本発明の効果を調べるために、有機金属ガスを流さずにエピタキシャル結晶を連続成長させる場合と、エピタキシャル結晶成長が終了した後に有機金属ガスを導入配管に流す場合とで、得られる各ＨＥＭＴエピタキシャルウェハのシートキャリア濃度の上昇度合いを評価した。ここで、シートキャリア濃度とは１ｃｍ2あたりの電子数である。各層のシートキャリア濃度の測定にはｖａｎ  ｄｅｒ  Ｐａｕｗ法を用いた。
【００４５】
先ず、有機金属ガスの流量とシートキャリア濃度との関係を表１に示す。表１では、有機金属ガスの温度を４０℃、ＦＬＯＷ時間を１２００秒に固定し、有機金属ガスの流量を０，３，５，５０，１００，５００，１０００（ｃｍ3／分）と変化させて、１回目及び２回目に製造した各ＨＥＭＴエピタキシャルウェハのシートキャリア濃度を測定した。
【００４６】
【表１】
2008071794.tif 000003
【００４７】
表１に示すように、有機金属ガスの流量が０，３（ｃｍ3／分）の場合は、シートキャリア濃度の上昇が見受けられたが、流量が５ｃｍ3／分以上の場合は流量が増えるにつれてシートキャリア濃度の上昇が抑えられ、流量が１００ｃｍ3／分以上になるとシートキャリア濃度が全く上昇しなかった。このことから、有機金属ガスの流量は概ね５ｃｍ3／分以上であれば問題ない。
【００４８】
次に、有機金属ガスのＦＬＯＷ時間とシートキャリア濃度との関係を表２に示す。表２では、有機金属ガスの温度を４０℃、流量を１００ｃｍ3／分に固定し、有機金属ガスのＦＬＯＷ時間を０，５，１０，３０，６０，６００，１８００，３６００（秒）と変化させて、１回目及び２回目に製造した各ＨＥＭＴエピタキシャルウェハのシートキャリア濃度を測定した。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
表２に示すように、有機金属ガスのＦＬＯＷ時間が０，５（秒）の場合は、シートキャリア濃度の上昇が見受けられたが、ＦＬＯＷ時間が１０秒以上の場合は時間が長くなるにつれてシートキャリア濃度の上昇が抑えられ、ＦＬＯＷ時間が６００秒以上になるとシートキャリア濃度が全く上昇しなかった。このことから、有機金属ガスのＦＬＯＷ時間は概ね１０秒以上であれば問題ない。但し、有機金属ガスのＦＬＯＷ時間が長くなると生産性が低下するので、ＦＬＯＷ時間は３６００秒（１時間）以下が最適である。
【００５１】
以上より、エピタキシャル結晶成長が終了する度に有機金属ガスを導入配管に流し、残留Ｓｅを脱離し、排気することで、シートキャリア濃度の上昇のない良質のＨＥＭＴが得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法を説明するための図である。図１（ａ）はエピタキシャル結晶成長時、図１（ｂ）はエピタキシャル結晶成長後を示している。
【図２】ＨＥＭＴの構造を示す縦断面図である。
【図３】ＨＥＭＴエピタキシャルウェハの層構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
２  有機金属ガス
３  導入配管
５  反応炉
【図１】
2008071794.tif 000005
【図２】
2008071794.tif 000006
【図３】
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