(57)【要約】【課題】エッチングストッパ層を有するエピタキシャルウェハの、ＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層を５ｎｍよりも薄膜化し、かつ薄膜化してもＩｎＧａＰ層表面で選択エッチングによるエッチングストップが可能なエピタキシャルウェハ及び電子デバイス並びにIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法を提供するものである。【解決手段】本発明のエピタキシャルウェハは、半絶縁性化合物半導体基板１上に、III−Ｖ族化合物半導体結晶のエピタキシャル層２を設けたものであり、エピタキシャル層２がエッチングストッパ層を有し、かつ、そのエッチングストッパ層を結晶状態が不規則構造のＩｎＧａＰ混晶層３で構成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性化合物半導体基板上に、III−Ｖ族化合物半導体結晶のエピタキシャル層を設けたエピタキシャルウェハにおいて、上記エピタキシャル層がエッチングストッパ層を有し、かつ、そのエッチングストッパ層を結晶状態が不規則構造のＩｎＧａＰ混晶層で構成したことを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【請求項２】
半絶縁性化合物半導体基板上に、III−Ｖ族化合物半導体結晶のエピタキシャル層を設けたエピタキシャルウェハにおいて、上記エピタキシャル層がエミッタ層を有し、かつ、そのエミッタ層を結晶状態が不規則構造のＩｎＧａＰ混晶層で構成したことを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【請求項３】
上記ＩｎＧａＰ混晶層を用いたエッチングストッパ層を１ｎｍ〜１５ｎｍの膜厚で形成する請求項１記載のエピタキシャルウェハ。
【請求項４】
上記不規則構造のＩｎＧａＰ混晶層のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が１．８９ｅＶ〜１．９１ｅＶである請求項１〜３いずれか記載のエピタキシャルウェハ。
【請求項５】
上記ＩｎＧａＰ混晶層を用いたエッチングストッパ層の上層及び下層のエピタキシャル層を、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）などのＩｎＧａＰ以外の層を用いて形成する請求項１〜４いずれか記載のエピタキシャルウェハ。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載のエピタキシャルウェハを用いて製造したことを特徴とする電子デバイス。
【請求項７】
反応炉内に設置した半絶縁性化合物半導体基板を加熱し、その反応炉内にIII族とＶ族の各原料を流すことにより、上記基板上に所望のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる気相エピタキシャル成長法において、上記エピタキシャル層がＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）混晶層で構成されるエッチングストッパ層を有し、そのエッチングストッパ層を形成する際、結晶状態が不規則構造となるようにエピタキシャル成長させることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法。
【請求項８】
反応炉内に設置した半絶縁性化合物半導体基板を加熱し、その反応炉内にIII族とＶ族の各原料を流すことにより、上記基板上に所望のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる気相エピタキシャル成長法において、上記エピタキシャル層がＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）混晶層で構成されるエミッタ層を有し、そのエミッタ層を形成する際、結晶状態が不規則構造となるようにエピタキシャル成長させることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法。
【請求項９】
上記不規則構造のＩｎＧａＰ混晶層をエピタキシャル成長させる時の成長温度を５３０℃〜５９０℃に調整する請求項７又は８記載のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法。
【請求項１０】
Ｖ族原料としてＰＨ3（ホスフィン）、ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）又はＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）を用いる請求項７〜９いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法。
【請求項１１】
III族原料としてＧａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）又はＡｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）を用いる請求項７〜１０いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法。
【請求項１２】
上記半絶縁性化合物半導体基板としてＧａＡｓ基板を用いる請求項７〜１１いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＥＭＴ）等の電子デバイスに用いられるエピタキシャルウェハ及び電子デバイス並びにIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長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長がある。この特長をいかして、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。代表例としてＨＥＭＴが挙げられ、携帯電話の送信用マイクロ波増幅器や高周波スイッチング素子、衛星放送用受信アンテナの高周波増幅器に用いられている。
【０００３】
最近では、ＨＥＭＴデバイス製作のプロセス工程内で容易な選択エッチングが行えるように、エッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハが製作されるようになっている。
【０００４】
エッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハは、半絶縁性化合物半導体基板上に、結晶成長したバッファ層、電子走行層、スペーサ層、電子供給層、ショットキー層、エッチングストッパ層及びコンタクト層よりなるエピタキシャル層が設けられる。
【０００５】
基板は単結晶成長するための下地である。バッファ層は基板表面の残留不純物によるデバイス特性劣化を防ぐ働きや、電子走行層からのリーク電流を防ぐ働きをもつ半絶縁性のＧａＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）層である。電子走行層は自由電子が流れる半絶縁性のＩｎＧａＡｓ層であり、高純度である必要がある。スペーサ層は、電子走行層の自由電子が電子供給層のｎ型不純物によってイオン散乱されるのを抑止する働きをもつ半絶縁性のＧａＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層である。電子供給層はｎ型不純物がドーピングされており、発生した自由電子を電子走行層へ供給する働きをもつｎ型のＡｌＧａＡｓ層である。ショットキー層はゲート電極を付けるためにショットキー接合される半絶縁性のＧａＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層である。エッチングストッパ層はショットキー層までエッチングで削り込む際に、ＧａＡｓ層またはＡｌＧａＡｓ層とはエッチング選択比が大きく異なり選択エッチングが出来る働きをもつ半絶縁性またはｎ型のＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）層である。コンタクト層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。
【０００６】
エッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの構造例を図４に示す。結晶成長のことをエピタキシャルと言う。エピタキシャル層名称のｎ−はエピタキシャル層がｎ型であることを表し、ｎ+−はキャリア濃度が大きいｎ型であることを表している。また、ｉ−はエピタキシャル層が半絶緑性であることを表している。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】
図４に示したエッチングストッパ層２１を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長方法を以下に述べる。
【０００８】
エピタキシャル層を成長させる半絶縁性化合物半導体基板を成長炉内にセットし加熱する。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形成される。
【０００９】
ｉ−ＧａＡｓ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（ＴＭＧ））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（ＴＥＧ））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。
【００１０】
ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ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。
【００１１】
ｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ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（ＴＭＩ））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。
【００１２】
ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層を成長させる場合には、Ａｌ（ＣＨ3）3、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（シリコン）がある。Ｓｉ原料としてはＳｉＨ4（モノシラン）、Ｓｉ2Ｈ6（ジシラン）がある。
【００１３】
ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層を成長させる場合には、Ｉｎ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｐ原料のＰＨ3（ホスフィン）を基板に供給する。なお、Ｐ原料としては他にＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）、Ｉｎ原料としては他にＩｎ（ＣＨ3）3がある。
【００１４】
ｎ+−ＧａＡｓ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（セレン）がある。Ｓｉ原料としてはＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6がある。Ｓｅ原料としてはＨ2Ｓｅ（セレン化水素）がある。
【００１５】
なお、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。
【００１６】
【特許文献１】特開２００１−９３８３８号公報
【特許文献２】特開平１１−２６６００９号公報
【特許文献３】特開２００２−１３４５２４号公報
【特許文献４】特開２００４−２６６２６６号公報
【特許文献５】特開２００３−６８７６４号公報
【特許文献６】特開２００３−６９１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図４に示す構造のエッチングストッパ層２１を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハでは、エッチングストッパ層２１にＩｎＧａＰ層が用いられており、エッチングの際にＧａＡｓやＡｌＧａＡｓとはエッチング選択比が大きく異なるエッチャントを使用することで、ＩｎＧａＰ層表面までを選択エッチングすることができる。これによりＨＥＭＴデバイス製作のプロセス工程において簡略化が図れるようになる。
【００１８】
ここで、ＧａＡｓ基板上に格子整合するＩｎＧａＰ混晶層はｏｒｄｅｒ／ｄｉｓｏｒｄｅｒ（規則／不規則）構造を示す混晶であり、成長温度などのエピタキシャル成長条件により、ＧａＡｓ基板上に格子整合するＩｎＧａＰ結晶のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が変化することが知られている。
【００１９】
成長温度とＩｎＧａＰエネルギーバンドギャップの関係の一例を図５に示す。図５中における成長温度６２０〜６７０℃付近の約１．８５ｅＶのエネルギーバンドギャップをもつＩｎＧａＰ結晶をｏｒｄｅｒ（規則）構造と呼び、成長温度５５０〜５８０℃付近の約１．９０ｅＶのエネルギーバンドギャップをもつＩｎＧａＰ結晶をｄｉｓｏｒｄｅｒ（不規則）構造と呼んでいる。ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法でのＰＬピーク波長の半値幅が小さいため、ｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶よりも結晶性が良いと言われている。
【００２０】
従来技術では、ｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層が通常５ｎｍ以上で設計されている。これはエッチングストッパ層のエピタキシャル成長を、エッチングストッパ層以外のエピタキシャル層と同じ温度（６２０〜６７０℃）で行うためである。ただし、エピタキシャル層の膜厚が厚くなればなるほどエピタキシャル層に対する縦方向の抵抗が大きくなってしまうため、ＨＥＭＴデバイスを製作した場合にｏｎ抵抗の増大や高周波特性が劣化してしまう、といった問題がある。
【００２１】
しかしながら、従来技術で通常５ｎｍのエッチングストッパ層の厚さをさらに薄くしようとすると、エッチング時に選択エッチングとはいえオーバーエッチングされてＩｎＧａＰ層が耐えられずに削られてしまい、エッチングストッパ層本来の役割を果たさなくなってしまう。このため、従来技術ではＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層を通常５ｎｍよりも薄くすることができず、デバイスメーカー側からのプロセス工程簡略化かつ電気的特性向上という要望を満足するエピタキシャル成長方法を見出せなかった。
【００２２】
図４に示した従来技術であるｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層２１について、膜厚を５ｎｍ、３ｎｍ、１ｎｍと薄膜化させて成長させ、図４に示した評価用構造エピタキシャル層表面をエッチングで出した際のそれぞれのシート抵抗を渦電流法により測定した。具体的には、励振用コイルでウェハ中に渦電流を流し、その大きさを検出用コイルで検出して導電率を求め、この導電率から抵抗率を求める。シート抵抗とはエピタキシャルウェハ表面での抵抗であり、単位はΩ／ｓｑ．である。それぞれのシート抵抗を表１に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１に示すように、エッチングストッパ層を３ｎｍ、１ｎｍと薄膜化させてエッチングで評価用構造エピタキシャル層表面を出した場合、基準となる評価用構造エピタキシャルウェハと比較して、シート抵抗が高いことが分かる。これは、ＩｎＧａＰ結晶のエッチングストッパ層２１が耐えられずにオーバーエッチングされてしまい、エッチングストッパ層２１の下層にあるショットキー層２２のｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層までエッチングされているためと考えられる。また、エッチング後のウェハ表面に曇りが見られたため、これではＨＥＭＴデバイスの製作は困難となってしまう。
【００２５】
本発明の目的は、エッチングストッパ層を有するエピタキシャルウェハの、ＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層を５ｎｍよりも薄膜化し、かつ薄膜化してもＩｎＧａＰ層表面で選択エッチングによるエッチングストップが可能なエピタキシャルウェハ及び電子デバイス並びにIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記の目的を達成するために、
請求項１の発明は、半絶縁性化合物半導体基板上に、III−Ｖ族化合物半導体結晶のエピタキシャル層を設けたエピタキシャルウェハにおいて、上記エピタキシャル層がエッチングストッパ層を有し、かつ、そのエッチングストッパ層を結晶状態が不規則構造のＩｎＧａＰ混晶層で構成したことを特徴とするエピタキシャルウェハである。
【００２７】
請求項２の発明は、半絶縁性化合物半導体基板上に、III−Ｖ族化合物半導体結晶のエピタキシャル層を設けたエピタキシャルウェハにおいて、上記エピタキシャル層がエミッタ層を有し、かつ、そのエミッタ層を結晶状態が不規則構造のＩｎＧａＰ混晶層で構成したことを特徴とするエピタキシャルウェハである。
【００２８】
請求項３の発明は、ＩｎＧａＰ混晶層を用いたエッチングストッパ層を１ｎｍ〜１５ｎｍの膜厚で形成する請求項１記載のエピタキシャルウェハである。
【００２９】
請求項４の発明は、不規則構造のＩｎＧａＰ混晶層のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）が１．８９ｅＶ〜１．９１ｅＶである請求項１〜３いずれか記載のエピタキシャルウェハである。
【００３０】
請求項５の発明は、ＩｎＧａＰ混晶層を用いたエッチングストッパ層の上層及び下層のエピタキシャル層を、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）、ＡｌＧａＡｓ（アルミニウムガリウム砒素）、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）などのＩｎＧａＰ以外の層を用いて形成する請求項１，３，４いずれか記載のエピタキシャルウェハである。
【００３１】
請求項６の発明は、請求項１〜５いずれか記載のエピタキシャルウェハを用いて製造したことを特徴とする電子デバイスである。
【００３２】
請求項７の発明は、反応炉内に設置した半絶縁性化合物半導体基板を加熱し、その反応炉内にIII族とＶ族の各原料を流すことにより、上記基板上に所望のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる気相エピタキシャル成長法において、上記エピタキシャル層がＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）混晶層で構成されるエッチングストッパ層を有し、そのエッチングストッパ層を形成する際、結晶状態が不規則構造となるようにエピタキシャル成長させることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法である。
【００３３】
請求項８の発明は、反応炉内に設置した半絶縁性化合物半導体基板を加熱し、その反応炉内にIII族とＶ族の各原料を流すことにより、上記基板上に所望のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる気相エピタキシャル成長法において、上記エピタキシャル層がＩｎＧａＰ（インジウムガリウムリン）混晶層で構成されるエミッタ層を有し、そのエミッタ層を形成する際、結晶状態が不規則構造となるようにエピタキシャル成長させることを特徴とするIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法である。
【００３４】
請求項９の発明は、不規則構造のＩｎＧａＰ混晶層をエピタキシャル成長させる時の成長温度を５３０℃〜５９０℃に調整する請求項７又は８記載のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法である。
【００３５】
請求項１０の発明は、Ｖ族原料としてＰＨ3（ホスフィン）、ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）、ＡｓＨ3（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3）3（トリメチル砒素）又はＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）を用いる請求項７〜９いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法である。
【００３６】
請求項１１の発明は、III族原料としてＧａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3）3（トリメチルアルミニウム）又はＡｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3（トリエチルアルミニウム）を用いる請求項７〜１０いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法である。
【００３７】
請求項１２の発明は、半絶縁性化合物半導体基板としてＧａＡｓ基板を用いる請求項７〜１１いずれか記載のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明では、エッチングストッパ層を有するエピタキシャルウェハにおいて、エッチングストッパ層を構成するＩｎＧａＰ結晶をｄｉｓｏｒｄｅｒ構造でエピタキシャル成長させ、これにより、ＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層を従来技術の通常５ｎｍよりも薄くでき、かつ選択エッチングの際にＩｎＧａＰ層表面でエッチングストップが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下本発明の実施の形態を添付図面により説明する。
【００４０】
本発明を図４に示したＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハに適用し、本発明の好適一実施の形態に係るエッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの縦断面構造図を図１に示す。
【００４１】
図１に示すＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハは、ＧａＡｓ基板（半絶縁性化合物半導体基板）１上に、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層（ＩｎＧａＰ混晶層）３で構成されるエッチングストッパ層を有するエピタキシャル層２を設けてなるものである。このｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層３のエネルギーバンドギャップ（Ｅｇ）は１．８９ｅＶ〜１．９１ｅＶであり、１ｎｍ〜１５ｎｍの膜厚に形成される。また、半絶縁性化合物半導体基板１の比抵抗は約１０7〜１０8Ω・ｃｍとされる。
【００４２】
本実施の形態に係るIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法は、エピタキシャル層２としてｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層３で構成されるエッチングストッパ層を形成する際、ＩｎＧａＰの結晶状態が不規則構造となるようにエピタキシャル成長させることに特徴を有している。
【００４３】
このｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層３で構成されるエッチングストッパ層は、成長温度を５３０℃〜５９０℃に調整した状態でエピタキシャル成長される。これによって、結晶状態が不規則構造のｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層３で構成されるエッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハが得られる。
【００４４】
エピタキシャル層２の成長方法としては、従来、慣用的に用いられているIII−Ｖ族化合物半導体結晶の気相エピタキシャル成長法を用いることができ、エッチングストッパ層は不規則構造のｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層３で形成され、エッチングストッパ層の上層及び下層の各エピタキシャル層は、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなどのＩｎＧａＰ以外のIII−Ｖ族化合物半導体結晶の層を用いて形成される。
【００４５】
Ｖ族原料としては、ＰＨ3、ＴＢＰ、ＡｓＨ3、Ａｓ（ＣＨ3）3又はＴＢＡを用いることができる。
【００４６】
III族原料としては、Ｇａ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ｉｎ（ＣＨ3）3、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3、Ａｌ（ＣＨ3）3又はＡｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3を用いることができる。
【００４７】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００４８】
図４に示したｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層を有する従来のＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハでは、エッチングストッパ層を薄膜化すると、表１に示したように評価用構造エピタキシャル層表面をエッチングで出した際のシート抵抗が、基準となる評価用構造エピタキシャルウェハのシート抵抗よりも高くなってしまう。これではエッチングストッパ層がエッチングストップをするという本来の役割を果たしていないことになる。
【００４９】
そこで、本実施の形態では、エッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハにおいて、ＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層を従来技術での通常５ｎｍよりも薄膜化し、かつ薄膜化してもＩｎＧａＰ層表面で選択エッチングによるエッチングストップを可能にするため、ＩｎＧａＰ結晶をｄｉｓｏｒｄｅｒ構造にエピタキシャル成長させている。ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶をエピタキシャル成長させるために、具体的には、エッチングストッパ層のエピタキシャル成長温度を、エッチングストッパ層以外のエピタキシャル層の成長温度（例えば、６２０〜６７０℃）と同じ温度ではなく、温度を変えて低温（５３０℃〜５９０℃）で行っている。
【００５０】
このｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶は、膜厚を１ｎｍまで薄膜化しても、ＩｎＧａＰ層表面で選択エッチングによるエッチングストップが可能となる。また、本実施の形態に係るエピタキシャルウェハは、図４に示した従来のエピタキシャルウェハと比べて、エピタキシャル層の膜厚を薄くすることができるため、エピタキシャル層に対する縦方向の抵抗を小さくすることができる。その結果、エッチングストッパ層の膜厚を薄膜化したＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハが提供できるので、デバイスメーカー側においてＨＥＭＴデバイスを製作する場合に、ｏｎ抵抗の低減や高周波特性の向上及びプロセス工程の簡略化につながる。
【００５１】
ここで、エッチングストッパ層の膜厚下限を１ｎｍに規定した根拠を以下に述べる。本実施の形態において、ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層の膜厚を、１ｎｍ未満の０．５ｎｍまで薄膜化してみたが、この場合、図１に示した評価用構造エピタキシャル層表面をエッチングで出した際のシート抵抗が３５０Ω／ｓｑ．と高くなった。また、エッチング後のウェハ表面に若干の曇りが見られた。つまり、ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶であっても、膜厚が０．５ｎｍだと、エッチングストッパ層が耐えられずにオーバーエッチングされてしまい、エッチングストッパ層の下層にあるショットキー層のｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層までエッチングされてしまう。また、エッチング後のウェハ表面に曇りが見られるため、これではＨＥＭＴデバイスの製作は困難である。
【００５２】
よって、本実施の形態にて、ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層の膜厚は、最小１ｎｍとすることが最適であると考える。エッチングストッパ層の膜厚上限は１５ｎｍ以下、好ましくは従来技術では不可能であった５ｎｍ未満である。
【００５３】
また、本実施の形態に係るエピタキシャルウェハは、エッチングストッパ層を不規則構造のｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層３で形成し、エッチングストッパ層の上層及び下層の各エピタキシャル層をＩｎＧａＰ以外の層を用いて形成し、エッチングの際にＧａＡｓやＡｌＧａＡｓとはエッチング選択比が大きく異なるエッチャントを使用することで、ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層３（エッチングストッパ層）の表面までを確実に選択エッチングすることができる。
【００５４】
本実施の形態では、ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層を有する電子デバイスとしてＨＥＭＴを挙げ、ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ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、ＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層を有する電子デバイスとして、図２に示すヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＨＢＴ）や、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）などが挙げられ、これらの電子デバイスにもｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶を用いたエッチングストッパ層を適用可能である。
【００５５】
また、ＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいて、図３に示すように、エミッタ層にｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶を適用することも可能である。これによって、電流利得や長期信頼性の向上が期待される。ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶をエミッタ層に適用する場合は、その膜厚は１５ｎｍ超であってもよく、好ましくは２０〜６０ｎｍとされる。エミッタ層の膜厚が薄すぎると、ＨＢＴとしての電気的役割を果たせなくなり、また、膜厚が厚すぎるとトランジスタの高周波特性の悪化とデバイスプロセス加工性の低下に繋がる。
【実施例１】
【００５６】
図１に示した構造の、本発明の一実施例であるｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶からなるエッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを作製する。エッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの成長条件を下記する。成長炉内圧力は７０Ｔｏｒｒ（約９．３３×１０3Ｐａ）、希釈用ガスは水素である。基板には半絶縁性ＧａＡｓ基板を用いた。
【００５７】
i−ＧａＡｓ層の成長にはＧａ（ＣＨ3）3とＡｓＨ3を用いた。Ｇａ（ＣＨ3）3の流量は７０ｃｃ／分、ＡｓＨ3の流量は２５０ｃｃ／分とした。また、成長温度は６６０℃とした。厚さは下層側から順に５００ｎｍ，１００ｎｍ，１００ｎｍ、キャリア濃度は下層側から順に１×１０13ｃｍ-3以下，１×１０15ｃｍ-3以下，１×１０15ｃｍ-3以下とした。
【００５８】
ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ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３０ｃｃ／分、６０ｃｃ／分及び５００ｃｃ／分とし、また、成長温度は６６０℃とした。厚さは下層側から順に１００ｎｍ，１００ｎｍ，５ｎｍ，３０ｎｍ、キャリア濃度はいずれも１×１０16ｃｍ-3以下とした。
【００５９】
ｉ−Ｉｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ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４０ｃｃ／分、１５０ｃｃ／分、及び５００ｃｃ／分とし、また、成長温度は６６０℃とした。厚さは２０ｎｍとした。
【００６０】
ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の成長には、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ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５０ｃｃ／分とした。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓ層の場合と同じであり、成長温度は６６０℃とした。厚さは２５ｎｍ、キャリア濃度は３×１０18ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００６１】
ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ（ｄｉｓｏｒｄｅｒ）層の成長には、Ｉｎ（ＣＨ3）3、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3、及びＰＨ3を用い、それらの流量はそれぞれ１２０ｃｃ／分、３００ｃｃ／分、及び７００ｃｃ／分とした。この層のみ成長温度は５７０℃とし、ＩｎＧａＰ結晶がｄｉｓｏｒｄｅｒ構造となるようにした。また、エピタキシャル膜厚は１ｎｍと、薄く成長させた。
【００６２】
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１００ｃｃ／分とした。Ｓｉ2Ｈ6以外の流量はｉ−ＧａＡｓ層の場合と同じであり、成長温度は６６０℃とした。厚さは５０ｎｍ、キャリア濃度は３×１０18ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００６３】
上記成長条件で、図１に示したエッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハを成長し、評価用構造エピタキシャル層表面をエッチングで出した際のシート抵抗を測定したものを表２に示す。
【００６４】
【表２】
2007235062.tif 000004
【００６５】
表２に示すように、基準となる評価用構造エピタキシャルウェハと比較しても変わらないシート抵抗が得られていることが分かる。シート抵抗が同じであれば、ＨＥＭＴの他の電気的特性であるピンチオフ電圧やシートキャリア濃度、電子移動度も同じ特性が得られていると言える。なお、Ａｓを含む層のエッチングにはリン酸系のエッチャントを用い、Ｐを含む層のエッチングには塩酸系のエッチャントを用いた。
【００６６】
上記実施例から、ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶を、エッチングストッパ層として成長させることにより、エッチングストッパ層を１ｎｍまで薄膜化させても、ＩｎＧａＰ層表面で選択エッチングによるエッチングストップが可能となった。また、エッチング後のウェハ表面に曇りも見られなかった。これは、ｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶の結晶性の良さが影響しているためと考えられる。
【実施例２】
【００６７】
図２に示した構造の、本発明の一実施例であるｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶からなるエッチングストッパ層を有するＨＢＴ用エピタキシャルウェハを作製する。エッチングストッパ層を有するＨＢＴ用エピタキシャルウェハの成長条件を下記する。基板には半絶縁性ＧａＡｓ基板を用いた。
【００６８】
ストッパ層であるｎ+−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ（ｄｉｓｏｒｄｅｒ）層の成長には、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3、及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２００ｃｃ／分、５００ｃｃ／分、及び５００ｃｃ／分とした。この層の成長温度は５５０℃とし、ＩｎＧａＰ結晶がｄｉｓｏｒｄｅｒ構造となるようにした。厚さは１ｎｍ、キャリア濃度は５×１０16ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００６９】
サブコレクタ層であるｎ+−ＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＧ、ＡｓＨ3、及びＳｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、５０ｃｃ／分、４００ｃｃ／分とした。また、成長温度は６５０℃とした。厚さは６００ｎｍ、キャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００７０】
コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＧ、ＡｓＨ3、及びＳｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、６００ｃｃ／分、１０ｃｃ／分とした。また、成長温度は６５０℃とした。厚さは６００ｎｍ、キャリア濃度は１×１０16ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００７１】
ベース層であるｐ+−ＧａＡｓ層の成長には、ＴＥＧ、ＡｓＨ3、及びＣＢｒ4を用いた。それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２０ｃｃ／分、２０ｃｃ／分とした。また、成長温度は５３０℃とした。厚さは８０ｎｍ、キャリア濃度は４×１０19ｃｍ-3（Ｃドープ）とした。
【００７２】
エミッタ層であるｎ−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ（ｏｒｄｅｒ）層の成長には、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3、及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２００ｃｃ／分、５００ｃｃ／分、及び５０ｃｃ／分とした。この層の成長温度は６３０℃とした。厚さは５０ｎｍ、キャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００７３】
エミッタコンタクト層であるｎ+−ＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＧ、ＡｓＨ3、及びＳｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、３００ｃｃ／分、３００ｃｃ／分とした。また、成長温度は６３０℃とした。厚さは１００ｎｍ、キャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００７４】
ノンアロイ層であるｎ+−Ｉｎ0→0.50Ｇａ1→0.50Ａｓ層の成長には、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＡｓＨ3、及びＨ2Ｓｅを用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２０ｃｃ／分、５００ｃｃ／分、及び１００ｃｃ／分とし、また、成長温度は５３０℃とした。厚さは５０ｎｍ、キャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3（Ｓｅドープ）とした。同じくノンアロイ層であるｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ層の成長には、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＡｓＨ3、及びＨ2Ｓｅを用い、それらの流量はそれぞれ４００ｃｃ／分、２００ｃｃ／分、５００ｃｃ／分、及び１００ｃｃ／分とし、また、成長温度は５３０℃とした。厚さは５０ｎｍ、キャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3（Ｓｅドープ）とした。
【００７５】
本実施例のＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいても、実施例１と同様の効果が得られた。
【実施例３】
【００７６】
図３に示した構造の、本発明の一実施例であるｄｉｓｏｒｄｅｒ構造のＩｎＧａＰ結晶からなるエミッタ層を有するＨＢＴ用エピタキシャルウェハを作製する。エミッタ層を有するＨＢＴ用エピタキシャルウェハの成長条件を下記する。基板には半絶縁性ＧａＡｓ基板を用いた。
【００７７】
サブコレクタ層であるｎ+−ＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＧ、ＡｓＨ3、及びＳｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、５０ｃｃ／分、４００ｃｃ／分とした。また、成長温度は６５０℃とした。厚さは６００ｎｍ、キャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００７８】
コレクタ層であるｎ-−ＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＧ、ＡｓＨ3、及びＳｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、６００ｃｃ／分、１０ｃｃ／分とした。また、成長温度は６５０℃とした。厚さは６００ｎｍ、キャリア濃度は１×１０16ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００７９】
ベース層であるｐ+−ＧａＡｓ層の成長には、ＴＥＧ、ＡｓＨ3、及びＣＢｒ4を用いた。それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２０ｃｃ／分、２０ｃｃ／分とした。また、成長温度は５３０℃とした。厚さは８０ｎｍ、キャリア濃度は４×１０19ｃｍ-3（Ｃドープ）とした。
【００８０】
エミッタ層であるｎ+−Ｉｎ0.48Ｇａ0.52Ｐ（ｄｉｓｏｒｄｅｒ）層の成長には、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＰＨ3、及びＳｉ2Ｈ6を用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２００ｃｃ／分、５００ｃｃ／分、及び２００ｃｃ／分とした。この層の成長温度は５５０℃とし、ＩｎＧａＰ結晶がｄｉｓｏｒｄｅｒ構造となるようにした。厚さは５０ｎｍ、キャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００８１】
エミッタコンタクト層であるｎ+−ＧａＡｓ層の成長には、ＴＭＧ、ＡｓＨ3、及びＳｉ2Ｈ6を用いた。それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、３００ｃｃ／分、３００ｃｃ／分とした。また、成長温度は６３０℃とした。厚さは１００ｎｍ、キャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3（Ｓｉドープ）とした。
【００８２】
ノンアロイ層であるｎ+−Ｉｎ0→0.50Ｇａ1→0.50Ａｓ層の成長には、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＡｓＨ3、及びＨ2Ｓｅを用い、それらの流量はそれぞれ２００ｃｃ／分、２０ｃｃ／分、５００ｃｃ／分、及び１００ｃｃ／分とし、また、成長温度は５３０℃とした。厚さは５０ｎｍ、キャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3（Ｓｅドープ）とした。同じくノンアロイ層であるｎ+−Ｉｎ0.50Ｇａ0.50Ａｓ層の成長には、ＴＥＧ、ＴＭＩ、ＡｓＨ3、及びＨ2Ｓｅを用い、それらの流量はそれぞれ４００ｃｃ／分、２００ｃｃ／分、５００ｃｃ／分、及び１００ｃｃ／分とし、また、成長温度は５３０℃とした。厚さは５０ｎｍ、キャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3（Ｓｅドープ）とした。
【００８３】
本実施例のＨＢＴ用エピタキシャルウェハにおいては、電流利得や長期信頼性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の好適一実施の形態に係るエッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの縦断面構造の一例を示す図である。
【図２】図１の一変形例を示す図である。
【図３】図１の別の変形例を示す図である。
【図４】従来のエッチングストッパ層を有するＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの縦断面構造の一例を示す図である。
【図５】ＧａＡｓ基板上に格子整合するＩｎＧａＰのエネルギーバンドギャップと成長温度の関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  ＧａＡｓ基板（半絶縁性化合物半導体基板）
２  エピタキシャル層
３  ｉ−Ｉｎ0.49Ｇａ0.51Ｐ層（ＩｎＧａＰ混晶層）
【図１】
2007235062.tif 000005
【図２】
2007235062.tif 000006
【図３】
2007235062.tif 000007
【図４】
2007235062.tif 000008
【図５】
2007235062.tif 000009