(57)【要約】【課題】結晶層界面を悪化させず、製造時間を増加させない不純物が添加されないエピタキシャル結晶及びエピタキシャル積層結晶並びにその結晶の製造方法及び積層結晶の製造方法を提供する。【解決手段】ＭＯＶＰＥ法で成長された不純物が添加されないエピタキシャル結晶１３であって、成長開始時から成長時にかけて成長温度が変化されながら成長が行われ、前記成長温度の変化に対応してＶ／ＩＩＩ比が変化されたことにより、成長温度変化に伴う残留炭素濃度変化が補償され、厚さ方向の残留炭素濃度が一定に保たれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＯＶＰＥ法で成長された不純物が添加されないエピタキシャル結晶であって、成長開始時から成長時にかけて成長温度が変化されながら成長が行われ、前記成長温度の変化に対応してＶ／ＩＩＩ比が変化されたことにより、成長温度変化に伴う残留炭素濃度変化が補償され、厚さ方向の残留炭素濃度が一定に保たれていることを特徴とする不純物が添加されないエピタキシャル結晶。
【請求項２】
ＭＯＶＰＥ法で成長されたｎ型エピタキシャル結晶と、前記エピタキシャル結晶より低い成長温度にてＭＯＶＰＥ法で成長されたｐ型エピタキシャル結晶と、前記両者と接する中間にＭＯＶＰＥ法で成長された請求項１記載の不純物が添加されないエピタキシャル結晶とを備えたことを特徴とするエピタキシャル積層結晶。
【請求項３】
不純物が添加されないエピタキシャル結晶をＭＯＶＰＥ法で成長させる方法であって、成長開始時から成長時にかけて成長温度を変化させながら成長を行い、前記成長温度の変化に対応してＶ／ＩＩＩ比を変化させることにより、成長温度変化に伴う残留炭素濃度変化を補償し、厚さ方向の残留炭素濃度を一定に保つことを特徴とする不純物が添加されないエピタキシャル結晶の製造方法。
【請求項４】
ｎ型エピタキシャル結晶をＭＯＶＰＥ法で成長させ、前記ｎ型エピタキシャル結晶より低い成長温度にてＭＯＶＰＥ法でｐ型エピタキシャル結晶を成長させ、前記両者と接する中間に請求項３記載の方法で不純物が添加されないエピタキシャル結晶を成長させることを特徴とするエピタキシャル積層結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＯＶＰＥ法によって成長された不純物が添加されないエピタキシャル結晶及びエピタキシャル積層結晶並びにその結晶の製造方法及び積層結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル結晶を成長させる場合、最も一般的には、成長開始から成長終了まで同じ温度でエピタキシャル成長を行っている。そして、Ｖ／ＩＩＩ比（Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の比）に関しては、特に成長温度と直接リンクさせることはなく、エピタキシャル成長させる結晶に適したＶ／ＩＩＩ比を設定するのが普通である。
【０００３】
しかし、近年、エピタキシャル結晶層構造が多層化して複雑になるにつれ、同一条件では成長が困難な場合が生じてきている。また、一方では、エピタキシャル積層結晶の一層ごとの品質向上が求められ、各層のエピタキシャル結晶（以下、エピタキシャル結晶層ともいう）をそれぞれ最適な成長条件で成長させる必要にも迫られてきた。この結果、エピタキシャル結晶層の成長途上で成長温度を変えて成長することが必要な場合が生じてきた。
【０００４】
このような場合、通常は、ある成長温度で成長したエピタキシャル結晶層の成長が終了した後、「温度インターバル」と称されるような成長中断工程を挿入する。すなわち、Ｖ族原料のみを流しながら一旦成長工程を中断し、成長温度が次のエピタキシャル結晶層の所望の成長温度に変更されて安定化するまで待つ。その後、成長を再開して次のエピタキシャル結晶層の成長を開始するという手法が用いられている。
【０００５】
このような従来手法における、成長温度の変更に関連した公知文献として、以下のようなものがある。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−０２０９６６号公報
【特許文献２】特開平１０−３２１９０１号公報
【特許文献３】特開平１１−０６８２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＭＯＶＰＥ反応炉の成長温度変更は、安定化時間も含めると少なくとも数分程度はかかるのが普通である。この間、エピタキシャル結晶層界面のところで成長を中断したまま、該エピタキシャル結晶層界面を雰囲気ガスに長時間暴しておくことは、エピタキシャル結晶層界面の結晶性を悪化させたり、不純物を蓄積させたりする原因となる。
【０００８】
また、成長中断した温度変更時間が、全てのエピタキシャル結晶層の成長時間に加算されるため、コストアップの原因となる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、結晶層界面を悪化させず、製造時間を増加させない不純物が添加されないエピタキシャル結晶及びエピタキシャル積層結晶並びにその結晶の製造方法及び積層結晶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】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、ＭＯＶＰＥ法で成長された不純物が添加されないエピタキシャル結晶であって、成長開始時から成長時にかけて成長温度が変化されながら成長が行われ、前記成長温度の変化に対応してＶ／ＩＩＩ比が変化されたことにより、成長温度変化に伴う残留炭素濃度変化が補償され、厚さ方向の残留炭素濃度が一定に保たれていることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、ＭＯＶＰＥ法で成長されたｎ型エピタキシャル結晶と、前記エピタキシャル結晶より低い成長温度にてＭＯＶＰＥ法で成長されたｐ型エピタキシャル結晶と、前記両者と接する中間にＭＯＶＰＥ法で成長された請求項１記載の不純物が添加されないエピタキシャル結晶とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するために本発明の製造方法は、不純物が添加されないエピタキシャル結晶をＭＯＶＰＥ法で成長させる方法であって、成長開始時から成長時にかけて成長温度を変化させながら成長を行い、前記成長温度の変化に対応してＶ／ＩＩＩ比を変化させることにより、成長温度変化に伴う残留炭素濃度変化を補償し、厚さ方向の残留炭素濃度を一定に保つことを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するために本発明の製造方法は、ｎ型エピタキシャル結晶をＭＯＶＰＥ法で成長させ、前記ｎ型エピタキシャル結晶より低い成長温度にてＭＯＶＰＥ法でｐ型エピタキシャル結晶を成長させ、前記両者と接する中間に請求項３記載の方法で不純物が添加されないエピタキシャル結晶を成長させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１５】
すなわち、エピタキシャル結晶（層）の成長中の成長温度変更に際して、成長中断を省略することが可能になり、エピタキシャル結晶界面の劣化を防止できる。また、成長中断による成長時間の増加もなく、コストアップの原因がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。ただし、本発明は、これに限定されるものではない。
【００１７】
図１に示されるように、本発明に係るエピタキシャル積層結晶は、ＭＯＶＰＥ法で成長されたｎ型エピタキシャル結晶（層）と、前記エピタキシャル結晶より低い成長温度にてＭＯＶＰＥ法で成長されたｐ型エピタキシャル結晶（層）との間に、ＭＯＶＰＥ法で成長された不純物が添加されないエピタキシャル結晶（層）を有するものであり、その不純物が添加されないエピタキシャル結晶が、成長開始時から成長時にかけて成長温度が変化されながら成長が行われ、前記成長温度の変化に対応してＶ／ＩＩＩ比が変化されたことにより、成長温度変化に伴う残留炭素濃度変化が補償（相殺される・解消されるの意）され、厚さ方向の残留炭素濃度が一定に保たれているものである。
【００１８】
エピタキシャル結晶は、ＧａＡｓエピタキシャル結晶、ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶、ＩｎＧａＡｓエピタキシャル結晶などである。
【００１９】
図１に例示したエピタキシャル積層結晶は、ＰＩＮダイオードのものである。
【００２０】
このエピタキシャル積層結晶は、導電性ＧａＡＳ基板１１上に、ｎ型ＧａＡｓ層１２、アンドープＧａＡｓ層１３、ｐ型ＧａＡｓ層１４を順次成長させて積層したものである。
【００２１】
ｎ型ＧａＡｓ層１２は、成長温度６５０℃で成長させた。ＭＯＶＰＥ法で成長するＧａＡｓ層は、低温で成長するとカーボンのオートドーピング量が多く、ｐ型になりやすい。従って、ｎ型ＧａＡｓ層１２は、比較的高温で成長させるのが好ましい。
【００２２】
一方、ｐ型ＧａＡｓ層１４は、５８０℃で成長させた。ｐ型ＧａＡｓ層１４は、キャリア濃度を２×１０19ｃｍ-3以上となるようにするため、Ｚｎが取り込まれ易いように、比較的低温で成長させるのが好ましい。
【００２３】
本発明の第一の要点は、高温成長させるｎ型ＧａＡｓ層１２を成長させた後、アンドープＧａＡｓ層１３の成長開始と共に成長温度を徐々に下げ、アンドープＧａＡｓ層１３の成長終了時に低温成長させるｐ型ＧａＡｓ層１４の成長温度となるようにし、その後に、ｐ型ＧａＡｓ層１４を成長させることにある。
【００２４】
しかし、単純に温度変更しただけでは、そのアンドープＧａＡｓ層１３における残留炭素濃度が温度変更に従って変動してしまうため、本発明の第二の要点は、前記温度変更による残留炭素濃度変動を補償する方向にＶ／ＩＩＩ比を変化させることによって、アンドープＧａＡｓ層における結晶成長方向（膜厚方向）の残留炭素濃度分布を均一化させることにある。
【００２５】
図２に、Ｖ／ＩＩＩ比が１８でのアンドープＧａＡｓ層１３における成長温度と残留炭素濃度との関係を示す。また、図３に、成長温度５８０℃でのアンドープＧａＡｓ層１３におけるＶ／ＩＩＩ比と残留炭素濃度との関係を示す。
【００２６】
図２から明らかなように、成長温度が高いと残留炭素濃度は低く、成長温度が低いと残留炭素濃度は高い。また、図３から明らかなように、Ｖ／ＩＩＩ比が高いと残留炭素濃度は低く、Ｖ／ＩＩＩ比が低いと残留炭素濃度は高い。
【００２７】
そこで、本発明では、アンドープＧａＡｓ層１３を結晶成長させている途中に成長温度を下げる場合には、成長温度による残留炭素濃度の増減とは残留炭素濃度の増減が逆になるよう、Ｖ／ＩＩＩ比を上げてやる。これにより、結晶成長方向の残留炭素濃度分布を均一化させることができる。
【００２８】
逆に、成長温度を上げる場合には、Ｖ／ＩＩＩ比を下げてやることで、結晶成長方向の残留炭素濃度分布を均一化させることができる。
【００２９】
そして、図１のエピタキシャル積層結晶は、成長温度を変化させながらアンドープＧａＡｓ層１３を結晶成長させたので、従来のように結晶成長を中断して成長温度を変更する必要がなくなり、製造時間が短縮されるので、コストダウンが見込まれる。
【００３０】
図１の実施形態では、複数種類のＧａＡｓ層を積層したエピタキシャル積層結晶を製造するものとしたが、本発明はこれに限らず、複数種類のＡｌＧａＡｓ層を積層したエピタキシャル積層結晶、複数種類のＩｎＧａＡｓ層を積層したエピタキシャル積層結晶などにも適用できる。
【実施例】
【００３１】
表１〜表３に示したエピタキシャル積層結晶をＭＯＶＰＥ法で作成した。いずれのエピタキシャル積層結晶も、ＧａＡｓ基板１１上に第１層としてｎ型ＧａＡｓ層１２、第２層としてアンドープＧａＡｓ層１３、第３層としてｐ型ＧａＡｓ層１４の３層の結晶層を順次形成したものである。いずれのエピタキシャル積層結晶も、ｎ型ＧａＡｓ層１２の成長温度は６５０℃であり、ｐ型ＧａＡｓ層１４の成長温度は５８０℃である。
【００３２】
【表１】
2008235808.tif 000003
【００３３】
【表２】
2008235808.tif 000004
【００３４】
【表３】
2008235808.tif 000005
【００３５】
表１のものは従来例であり、第１層、第２層を続けて６５０℃にて形成した後、成長中断による成長温度変更時間を設け、５８０℃になったところで第３層の形成を開始している。この従来例によるエピタキシャル積層結晶の成長後に表面を観察したところ、若干のヘイズ（くもり）が認められた。成長中断による成長界面の劣化によるものと思われる。
【００３６】
表２のものは参考例であり、第１層を形成した後、第２層を成長中にＶ／ＩＩＩ比を一定にしたまま成長温度を徐々に変更し、引き続いて第３層を成長させている。この場合、Ｖ／ＩＩＩ比を一定にしているため、アンドープＧａＡｓ層１３における残留炭素濃度が徐々に増加する。このエピタキシャル積層結晶の場合には、表面は完全な鏡面であったが、アンドープＧａＡｓ層１３内で残留炭素濃度が変化していた。これはデバイス特性に悪影響を与えるおそれがある。
【００３７】
表３のものは本発明の実施例である。第１層をＶ／ＩＩＩ比＝１８、成長温度６５０℃で成長させた後、連続して第２層を成長開始する。図２より、このときの残留炭素濃度は２．１×１０16ｃｍ-3である。
【００３８】
成長中に成長温度を徐々に変更すると同時にＶ／ＩＩＩ比も変更し、第２層の成長終了時には成長温度５８０℃に達するが、このときのＶ／ＩＩＩ比は、図３より、２２になっていればよいことがわかる。このときの残留炭素濃度は成長開始時と同じ２．１×１０16ｃｍ-3である。
【００３９】
その後、連続して第３層を形成している。この場合、アンドープＧａＡｓ層１３の残留炭素濃度は結晶成長方向（膜厚方向）で一定となっており、従来例や参考例のような問題は全くない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態を示すエピタキシャル積層結晶の断面図である。
【図２】成長温度と残留炭素濃度との関係を示すグラフである。
【図３】Ｖ／ＩＩＩ比と残留炭素濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
１１  導電性ＧａＡＳ基板
１２  ｎ型ＧａＡｓ層（ｎ型エピタキシャル結晶）
１３  アンドープＧａＡｓ層（不純物が添加されないエピタキシャル結晶）
１４  ｐ型ＧａＡｓ層（ｐ型エピタキシャル結晶）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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