(57)【要約】【課題】ＧａＡｓ層成長時の残留Ａｓの量と、これに隣接するＩｎＧａＰ層のエッチング速度との相関を利用して、ＩｎＧａＰ層のエッチング速度を制御可能とする化合物半導体の製造方法を提供すること。【解決手段】加熱された基板１上にドーパント原料、III族原料、Ｖ族原料及び希釈用ガスを供給し、気相成長法により、Ａｓを含む化合物半導体層４を成長し、次いでＩｎＧａＰ層５をエピタキシャル成長するIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記Ａｓを含む化合物半導体層４を成長した後、高純度水素（Ｈ2）ガスをフローし、その後に上記ｎ型のＩｎＧａＰ層５をエピタキシャル成長する。【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ドーパント原料、III族原料、Ｖ族原料及び希釈用ガスを供給し、気相成長法により、Ａｓを含む化合物半導体層を成長し、次いでＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長するIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、
上記Ａｓを含む化合物半導体層を成長した後、高純度水素（Ｈ2）ガスをフローし、その後に上記ｎ型のＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長することを特徴とする化合物半導体製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の化合物半導体製造方法において、
上記Ａｓを含む化合物半導体層がＧａＡｓ層であることを特徴とする化合物半導体製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の化合物半導体製造方法において、
上記高純度水素（Ｈ2）ガスフローの流量と時間を変化させることにより、その後に行われる上記ＩｎＧａＰ層のエッチング工程におけるエッチング速度を所定値に制御することを特徴とする化合物半導体製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の化合物半導体製造方法において、
上記Ａｓを含む化合物半導体層がヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース層であり、上記ＩｎＧａＰ層がエミッタ層であることを特徴とする化合物半導体製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の化合物半導体製造方法において、
上記Ａｓを含む化合物半導体層がＨＥＭＴの電子走行層であり、上記ＩｎＧａＰ層が電子供給層であることを特徴とする化合物半導体製造方法。
【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、特にｐ型ＧａＡｓエピタキシャル層とｎ型ＩｎＧａＰエピタキシャル層を有する構造の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やＩｎＧａＡｓなどのIII−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。この特長を生かして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓ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。これらのデバイスの代表例としてヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＢＴ）が挙げられる。ＨＢＴは電源が正電源だけで良く、携帯電話送信用等マイクロ波通信の増幅器として広く用いられている。
【０００３】
ＨＢＴのおおまかな構造を図５に示す。ＨＢＴは、半絶縁性基板１上に結晶成長したサブコレクタ層２、コレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５、エミッタコンタクト層６及びノンアロイコンタクト層７よりなる。
【０００４】
基板１は単結晶成長するための下地である。サブコレクタ層２は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＧａＡｓ層である。コレクタ層３はベース層から電子を引き抜く働きを持つキャリア濃度の小さなｎ型のＧａＡｓ層である。ベース層４は電流を制御する働きを持つｐ型のＧａＡｓ層からなる。エミッタ層５は電子をベース層に注入し、且つベース層４からの正孔の注入を抑止する働きを持つｎ型のＩｎＧａＰ層からなる。エミッタコンタクト層６は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＧａＡｓ層である。ノンアロイコンタクト層７は金属電極とのオーミックコンタクトを形成するキャリア濃度の大きなｎ型のＩｎＧａＡｓ層である。
【０００５】
このように、サブコレクタ層２はコレクタ電極を形成する層であり、コレクタ層３、ベース層４、エミッタ層５はそれぞれトランジスタにおいてのコレクタ、ベース、エミッタ電流の流れる層であり、また、エミッタコンタクト層６及びノンアロイコンタクト層７はエミッタ電極を形成するための層である。
【０００６】
従来のＨＢＴエピタキシャルウェハの成長方法を、本発明の実施例として示した図２を併用して以下に述べる。図中、結晶成長のことをエピタキシャルと言う。厚さの単位はnm（１０-9ｍ）である。キャリア濃度の単位はcm-3である。
【０００７】
エピタキシャル層を成長させる半絶縁性基板１を、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）装置のサセプタと呼ばれる基板保持具にセットし、成長炉内で加熱する。サセプタに基板をセットする際、均熱板と呼ばれる治具を成長面とは逆側の基板上に載せる。均熱板は基板面内の温度分布を均一にする働きがある。
【０００８】
成長炉内に原料ガスを供給すると、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。
【０００９】
サブコレクタ層２、コレクタ層３のｎ型ＧａＡｓを成長する場合には、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）及びｎ型ドーパントを半絶縁性基板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。ｎ型ドーパントの元素としてはＳｉ（珪素）やＳｅ（セレン）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）がある。エミッタコンタクト層６のｎ型ＧａＡｓを成長する場合はｎ型ドーパントとしてＨ2Ｓｅを用いる。
【００１０】
ベース層４のｐ型ＧａＡｓを成長する場合には、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びｐ型ドーパントを半絶縁性基板１に供給する。ｐ型ドーパントの元素としてはＣ（炭素）がある。Ｃ原料としては、ＣＢｒ4（テトラブロモメタン）、ＣＣｌ3Ｂｒ（ブロモトリクロロメタン）がある。
【００１１】
エミッタ層５のｎ型ＩｎＧａＰを成長する場合には、Ｉｎ原料のＩｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3とＰ原料のＰＨ3（ホスフィン）及びｎ型ドーパントを基板に供給する。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）、Ｉｎ原料として他にＩｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）がある。
【００１２】
ノンアロイコンタクト層７のｎ型ＩｎＧａＡｓを成長する場合には、ｎ型ドーパントであるＳｅを高濃度にドーピングさせるため、炉内の熱環境を最適化し、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3及びＨ2Ｓｅを基板に供給する。
【００１３】
上記ＨＢＴエピタキシャルウェハを用いてＨＢＴを構成する場合には、ｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイコンタクト層７、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層６、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層５をエッチングして、ベース層４を露出させ、これにベース電極を設けることが必要となる。
【００１４】
高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の場合も同様であり、例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基板の上に、ｉ型ＧａＡｓ層を積層し、その上に電子走行層としてｉ型ＩｎＧａＡｓ層をエピタキシャル成長した後に、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｎ型ＧａＡｓ層を積層してこれらを電子供給層とし、その上にｎ型ＩｎＧａＰ層とｎ型ＧａＡｓ層を順に積層したＨＥＭＴにおいて、ＩｎＧａＰ層をエッチングしてそのＩｎＧａＰ層の下のｎ型ＧａＡｓ層を表出させ、これにゲート電極を設けることが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２５９１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記図２のような構造のＨＢＴを作製した場合、ＩｎＧａＰエミッタ層が目標のエッチング速度とならない場合がある。
【００１６】
本発明者等がその原因について鋭意研究努力した結果、これはＧａＡｓ層成長時の残留Ａｓの影響でエッチング特性が低下するためであることが分かった。すなわち、従来技術では、残留砒素（Ａｓ）の影響でエッチング速度が安定しない場合があった。具体的には、残留Ａｓが多ければエッチング特性が低下しエッチング速度も減少する。逆に残留Ａｓが少なければエッチング速度は増加する。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、上記ＧａＡｓ層成長時の残留Ａｓの量と、これに隣接するＩｎＧａＰ層のエッチング速度との相関を利用して、ＩｎＧａＰ層のエッチング速度を制御可能とし、エッチング液の使用量の低減を図り、プロセス時の生産歩留りを高めることのできる化合物半導体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】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１９】
請求項１の発明に係る化合物半導体製造方法は、加熱された基板上にドーパント原料、III族原料、Ｖ族原料及び希釈用ガスを供給し、気相成長法により、Ａｓを含む化合物半導体層を成長し、次いでＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長するIII−Ｖ族化合物半導体の製造方法において、上記Ａｓを含む化合物半導体層を成長した後、高純度水素（Ｈ2）ガスをフローし、その後に上記ｎ型のＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長することを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明は、請求項１記載の化合物半導体製造方法において、上記Ａｓを含む化合物半導体層がＧａＡｓ層であることを特徴とする。
【００２１】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の化合物半導体製造方法において、上記高純度水素（Ｈ2）ガスフローの流量と時間を変化させることにより、その後に行われる上記ＩｎＧａＰ層のエッチング工程におけるエッチング速度を所定値に制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の化合物半導体製造方法において、上記Ａｓを含む化合物半導体層がヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース層であり、上記ＩｎＧａＰ層がエミッタ層であることを特徴とする。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の化合物半導体製造方法において、上記Ａｓを含む化合物半導体層がＨＥＭＴの電子走行層であり、上記ＩｎＧａＰ層が電子供給層であることを特徴とする。
【００２４】
＜発明の要点＞
ＨＢＴのベース層やＨＥＭＴのチャネル層（電子走行層）がＧａＡｓの如くＡｓを含む化合物半導体層である場合、その成長にはＡｓを原料として使用する。その後にエミッタ層や電子供給層としてＩｎＧａＰ層を成長すると、ＩｎＧａＰに残留Ａｓが混入し、ＩｎＧａＰＡｓとなる場合がある。デバイス作製時のウェハのプロセス工程においてＨＢＴやＨＥＭＴの各層毎に選択エッチングを行うが、ＩｎＧａＰ用のエッチング液ではＡｓが混入したＩｎＧａＰでは著しくエッチング速度が低下する傾向がある。またＡｓが少なすぎるとエッチング速度が増加し、オーバーエッチングとなる。そこで、ベース層を成長した後に高純度Ｈ2ガスをフローし、その流量と時間をコントロールすることにより残留Ａｓ量を制御し、目標のエッチング速度を達成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
従来技術を用いて図１のようなＨＢＴを製作した場合、本発明よりもＩｎＧａＰエミッタ層のエッチング速度のばらつきが大きい。本発明では、Ａｓを含む化合物半導体層であるベース層を成長した後、高純度水素（Ｈ2）ガスをフローし、その後に上記ｎ型のＩｎＧａＰ層をエピタキシャル成長する。したがって、本発明によれば、Ｈ2ガスフローを任意に設定することにより、ＩｎＧａＰエミッタ層のエッチング速度を制御し、プロセスに合った速度を選択することができる。また、これによりエッチング液の使用量低減やプロセス時高歩留化などの効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２７】
図１に、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）により成長する本発明のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの層構造の例を示す。このＨＢＴ用エピタキシャルウェハの製造方法は、ベース層の成長まで、基本的に上記従来技術で述べたところと同じである。すなわち、図１において、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、厚さ５００nm、キャリア濃度３×１０18cm-3のｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層２と、Ｓｉドープによるキャリア濃度が２×１０16cm-3、厚さ７００nmのｎ型ＧａＡｓコレクタ層３が順次成長され、その上に、Ｃドープによるキャリア濃度が４×１０19cm-3、厚さ８０nmのｐ型ＧａＡｓベース層４が成長される。
【００２８】
ＧａＡｓベース層はＡｓを原料として使用するため、その後ＩｎＧａＰエミッタ層を成長するとＩｎＧａＰに残留Ａｓが混入しＩｎＧａＰＡｓとなる場合がある。デバイス作製時のウェハのプロセス工程においてＨＢＴの各層毎に選択エッチングを行うが、ＩｎＧａＰ用のエッチング液ではＡｓが混入したＩｎＧａＰでは著しくエッチング速度が低下する傾向がある。またＡｓが少なすぎるとエッチング速度が増加し、オーバーエッチングとなる。
【００２９】
そこで、Ａｓを含む化合物半導体層であるＧａＡｓベース層４の成長後に高純度水素（Ｈ2）ガスを流し、その流量と時間を任意に変化させることにより、ＧａＡｓベース層４とＩｎＧａＰエミッタ層５の界面にある残留Ａｓの量をコントロールする。これにより、その後に行われるＩｎＧａＰエミッタ層５のエッチング工程におけるエッチング速度を、目標とする所定値に制御する。
【００３０】
上記高純度水素（Ｈ2）ガスを流した後、ＧａＡｓベース層４の上には、Ｓｉドープによるキャリア濃度５×１０17cm-3、厚さ５０nmのｎ型Ｉｎ0.56Ｇａ0.44Ｐエミッタ層５が成長される。更に、このエミッタ層５の上には、厚さ１００nm、Ｓｉドープによるキャリア濃度３×１０18cm-3のｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層６が成長され、この層６の上に、厚さ１００nm、Ｓｅドープによるキャリア濃度１×１０19cm-3のｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイコンタクト層７が成長される。
【実施例１】
【００３１】
本発明を図２のＨＢＴエピタキシャルウェハに適用した。成長時の基板温度は７００℃、成長炉内圧力は７０Ｔｏｒｒ、希釈用ガスは水素である。
【００３２】
半絶縁性基板１には、ＧａＡｓ基板を用いた。
【００３３】
サブコレクタ層２、エミッタコンタクト層６のｎ型ＧａＡｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ3）3、及びＡｓＨ3、Ｓｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ９０cm3／分、１９cm3／分及び３４００cm3分である。
【００３４】
コレクタ層３のｎ型ＧａＡｓ層の成長には、ｎ型ＧａＡｓの成長に使用したＧａ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ２００cm3／分、６４０cm3／分及び１７cm3／分である。
【００３５】
ベース層４のｐ型ＧａＡｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＡｓＨ3に加えてＣＢｒ4を用いた。それらの流量はそれぞれ５００cm3／分、１０cm3／分及び１７cm3／分である。
【００３６】
ｐ型ＧａＡｓベース層４の成長後に、本発明に従い５００cm3／分の高純度（９９．９９９ｖｏｌ％以上）Ｈ2ガスを３分間フローした。
【００３７】
エミッタ層５のｎ型ＩｎＧａＰ層の成長には、Ｉｎ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、ＰＨ3及びＳｉ2Ｈ6を用いた。これらの流量はそれぞれ２６０cm3／分、１３０cm3／分及び１．０cm3／分で５０cm3／分である。
【００３８】
ノンアロイコンタクト層７のｎ型ＩｎＧａＡｓ層の成長には、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、ＡｓＨ3に加えてＨ2Ｓｅを使用した。それらの流量はそれぞれ２００cm3／分、４００cm3／分及び１２０cm3／分で、３００cm3／分である。
【００３９】
上記条件で成長したＨＢＴについて、ＩｎＧａＰエミッタ層のエッチング速度とＨ2ガスの流量・フロー時間の関係調べた。これを図３、図４に示す。図３、図４よりＩｎＧａＰエミッタ層のエッチング速度はＨ2ガス流量・フロー時間が増えると上昇するが、あるところで最大となった後一定となる。
【００４０】
ＩｎＧａＰエミッタ層のエッチング速度とのＨ2ガスの流量・フロー時間との関係は以下のようになる。
【００４１】
エッチング速度α（nm／秒）とするには、
α＝［Ｈ2ガス流量（cm3／分）］×［Ｎ2ガスフロー時間（分）］×β
の関係となる。係数βは成長炉の大きさ、形状、排気量および温度、圧力等の成長条件によって異なる。
【実施例２】
【００４２】
上記実施例ではＩｎＧａＰエミッタ層のＨＢＴ構造を例にして説明したが、本発明はＩｎＧａＰ−ＨＥＭＴ、ＦＥＴへも応用することができる。
【００４３】
例えば、高電子移動度トランジスタＨＥＭＴであって、半絶縁性ＧａＡｓ基板の上に、ｉ型ＧａＡｓ層を積層し、その上に電子走行層としてｉ型ＩｎＧａＡｓ層をエピタキシャル成長した後に、ｎ型ＩｎＧａＰ層、ｎ型ＧａＡｓ層を積層してこれらを電子供給層となし、その上にｎ型ＩｎＧａＰ層とｎ型ＧａＡｓ層を順に積層するＨＥＭＴにおいて、電子走行層のｉ型ＩｎＧａＡｓ層を成長した後に、高純度水素（Ｈ2）ガスを流すフロー工程を付加し、その後に電子供給層のｎ型ＩｎＧａＰ層を成長させる。このＩｎＧａＰ層をエッチングしてそのＩｎＧａＰ層の下のｎ型ＧａＡｓ層を表出させ、これにゲート電極を設ける。
【００４４】
このように高純度水素（Ｈ2）ガスを流すフロー工程を付加することにより、残留Ａｓ量のコントロールによるエッチング速度の制御を行い、これにより得られた化合物半導体エピタキシャルウェハを使用して、その後のＨＥＭＴ、ＦＥＴといった素子のエッチングプロセス時の高効率化、生産の高歩留化を、ＨＢＴの場合と同様に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の化合物半導体製造方法を示したＨＢＴ用エピタキシャルウェハの縦断面図である。
【図２】本発明の化合物半導体製造方法を適用したＨＢＴ用エピタキシャルウェハの構造を示す図である。
【図３】本発明におけるＨ2ガスフローの流量とＩｎＧａＰ層のエッチング速度の関係を示す相関図である。
【図４】本発明におけるＨ2ガスフロー時間とＩｎＧａＰ層のエッチング速度の関係を示す相関図である。
【図５】従来のＨＢＴ用エピタキシャルウェハの縦断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  半絶縁性基板
２  サブコレクタ層
３  コレクタ層
４  ベース層
５  エミッタ層
６  エミッタコンタクト層
７  ノンアロイコンタクト層
【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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