JPH03225928A - エピタキシャル成長法及び半導体装置 - Google Patents

エピタキシャル成長法及び半導体装置

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JPH03225928A
JPH03225928A JP2176690A JP2176690A JPH03225928A JP H03225928 A JPH03225928 A JP H03225928A JP 2176690 A JP2176690 A JP 2176690A JP 2176690 A JP2176690 A JP 2176690A JP H03225928 A JPH03225928 A JP H03225928A
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JP
Japan
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epitaxial growth
substrate
compound semiconductor
semiconductor device
orientation
Prior art date
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Pending
Application number
JP2176690A
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English (en)
Inventor
Shigeo Goshima
五島 滋雄
Kazuhiro Mochizuki
和浩 望月
Yasunari Umemoto
康成 梅本
Shinichiro Takatani
信一郎 高谷
Tomonori Tagami
知紀 田上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表面平坦性が良好かつ不純物を高濃度にドー
ピング可能な半導体結晶のエピタキシャル成長法及びこ
のエピタキシャル成長法を用いて製造した半導体装置に
関する。
〔従来の技術〕
従来、GaAs基板上にInGaAs層を有する電3− 界効果トランジスタ等の電子素子については、ジャーナ
ル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロ
ジー B6,620 (1988年)(J、 Vac、
 Sci、 Technol、 B6  (2) 62
0゜1988)において論じられている。この記載によ
れば基板温度560℃以上でInGaAs層を成長する
と、Inの再蒸発及びモホロジーの劣化が生ずる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、基板結晶面を(100)としているた
め1次に記す問題があった。
1 、0aAs (100)面上にInGaAsをエピ
タキシャル成長する場合、基板温度560℃以上ではI
nの再蒸発が生じるため、高温での結晶成長が不可能で
あった。
2、GaAs (100)面上にInGaAsを形成す
る場合、In混晶比又は膜厚の増加に伴い表面平坦性が
低下するという問題があった。
3、GaAs (100)面上に形成したInGaAs
に不純物原子としてSiのデルタドーピングを行4 なうと、キャリアの活性化率は60%程度までしか上げ
ることができなかった。
さらに、従来のエピタキシャル層を用いて半導体装置を
製造するとエピタキシャル層が平坦でないため、微細な
半導体素子を所望の形状に形成することが困難であると
いう問題があった。また、キャリア濃度が小さいため、
半導体素子の電流利得が向上しないという問題があった
。
本発明の目的は、高温成長可能な、表面平坦性に優れた
、キャリア濃度が高濃度のInGaAs層のエピタキシ
ャル成長法を提供することにある。
本発明の第2の目的は、InGaAs層を有し、電流利
得の向上した半導体素子を有する半導体装置を提供する
ことにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、(1)低指数面から所望の方向に傾けた表
面面方位を有する化合物半導体単結晶基板を用い、該基
板とは異なる構成元素を有する薄膜結晶を成長させるこ
とを特徴とするエピタキシャル成長法、(2)表面面方
位を低指数面から傾けた化合物半導体単結晶基板を用い
、該基板表面に形成された原子ステップ列に対しての付
着係数が低指数面での付着係数に比して大きい元素を少
なくとも構成元素として含む化合物半導体を成長させる
ことを特徴とするエピタキシャル成長法、(3)低指数
面から所望の方向に傾けた表面面方位を有するm−v族
化合物半導体単結晶基板上に少なくともInを構成元素
として含む化合物半導体薄膜を成長させることを特徴と
するエピタキシャル成長法、(4)上記化合物半導体薄
膜は、(In、Ga)Asである上記3記載のエピタキ
シャル成長法、(5)上記表面面方位は上記低指数面か
ら2度以上傾いていることを特徴とする上記1.2又は
3記載のエピタキシャル成長法によって達成される。
上記第2の目的は、(6)上記1から5までのいずれか
に記載のエピタキシャル成長法により成長してなる化合
物半導体薄膜を有することを特徴とする半導体装置、(
7)表面面方位を低指数面から傾けた化合物半導体単結
晶基板上に、該基板の構成元素とは異なる構成元素を有
するエピタキシャル成長層を設け、該エピタキシャル成
長層上に、半導体素子の少なくとも一部分が配置された
ことを特徴とする半導体装置、(8)表面面方位を低指
数面から傾けた化合物半導体単結晶基板上に、該基板の
格子定数とは異なる格子定数を有するエピタキシャル成
長層を設け、該エピタキシャル成長層上に、半導体素子
の少なくとも一部分が配置されたことを特徴とする半導
体装置、(9)表面面方位を低指数面から傾けたm−v
族化合物半導体単結晶基板上に、少なくともInを構成
元素として含むエピタキシャル成長層を設け、該エピタ
キシャル成長層を不純物を有することを特徴とする半導
体装置、(10)上記不純物は、上記エピタキシャル成
長層の一原子面に存在することを特徴とする上記9記載
の半導体装置、(11)上記エピタキシャル成長層は、
上記半導体素子の能動層として配置されたことを特徴と
する上記7から10のいずれかに記載の半導体装置によ
って達成される。
− 〔作用〕 結晶基板表面を低指数面から傾けると原子ステップ列が
形成される。ステップ列に構成元素又は不純物原子が置
換し易いため、オフ角度が大きくなればより置換し易く
、テラス面における2次元核生成の確率が減少する。す
なわち、ステップ列では、構成原子のダングリングボン
ドの配置関係が低指数面上とは異なるため、エピタキシ
ャル成長に供される構成原子及び不純物原子の付着係数
及び置換位置が変化する。付着係数及び置換位置の変化
は、オフ角度の増大と共に大きくなるため、テラス面で
の2次元核生成の確率が減少し、かつ不純物はステップ
列で格子位置に置換し易くなる。
これにより結晶表面の平坦性、不純物の活性化率が向上
する。
〔実施例〕
実施例1 以下、本発明の第1の実施例を説明する。エピタキシャ
ル成長に供するG a A s基板として面方位を(1
00)面及び(100)面から2度、3度、8− 5度各々(011)方向及び(011)方向に傾けたも
のを用いて、分子線エピタキシー(MBE法)により、
上記基板と格子定数の異なる格子定数を有するI nx
Gal−xAs (x = 0 、2 )を膜厚2μm
成長する。この時の基板温度は650℃である。
(100)面(オフ角度O度)の基板を用いた試料では
、走査電子顕微鏡観察の結果、105個/cI112の
島状欠陥がウェハ全面に発生したが、オフ角度を増大す
るに従って島状欠陥は、急激に減少し、(011)方向
、(011)方向ともオフ角度5度では島状の欠陥は完
全に消滅し、極めて平坦な島状欠陥の存在しない結晶表
面が得られた。
実施例2 本発明の第2の実施例を第1図により説明する。
MBE法により、InGaAsを形成する場合、基板温
度580℃以上では、Inの付着係数が低下する。第1
図は、付着係数を1とした場合にI nxcx a、−
x A sのIn組成Xが0.1となる成長条件で作製
したInGaAsのIn組成を示す。600℃では、通
常の(100)GaAs基板を用いた場合Xは0.01
5と約15%まで低下している。
これに対し、(100)面から(011)方向に基板表
面を傾斜させ、オフ角度を大にするとIn組成は増大の
傾向を示す。
基板温度580℃においては、(100)面(オフ角度
O度)では、70%弱の付着率であるが、5度オフでは
95%まで増大する。
一般に、化合物半導体では、基板温度を低下すると移動
度が減少する。本発明では、580℃程度の高温成長に
おいても、In組成の減少を抑えられるため、高温成長
が可能であり、高移動度のInGaAsが得られた。
実施例3 以下、本発明の第3の実施例としてInGaAsにn型
不純物としてSiをデルタドーピングし、高濃度の薄膜
をエピタキシャル成長する方法について説明する。
まず、(100)面から(011)方向に傾斜させた表
面を有する半絶縁性G a A s基板に、硫酸系の化
学エツチングを施す。次に、分子線エピタキシー(MB
E)装置に基板を装置した後、580〜650℃でAS
4ビームを基板表面に照射しながら、加熱する。次に基
板温度を500℃に降温しエピタキシャル成長を開始す
る。エピタキシャル成長は、原料のGaのシャッターを
開き、まずアンドープGaAsを3000Å以上堆積し
、さらにInのシャッターを開き、InGaAs (I
n組成0.1)を250人堆積した。次にGa、 In
シャッターを閉じ、Siシャッターを開く。Si面密度
がI X 1013cm−”となるまでSiを照射した
後、Siシャッターを閉じ、Ga、Inシャッターを開
いてアンドープInGaAsを250人堆積し、さらに
Inシャッターを閉じアンドープGaAsを1000人
積層0た。
第2図は、上記方法で作製したデルタドープInGaA
sのオフ角度依存性を示す図である。
(100)面から(011)方向及び(011)方向に
5度傾斜した場合、(100)面の試料に比してキャリ
アの面密度が、20%程度増大して11− いる。
実施例4 以下、本発明の半導体装置の製造について説明する。第
3図は、電界効果トランジスタの断面図である。(10
0)面から(011〕方向に5度傾斜させた半絶縁性G
 a A s基板1上にMBE法により、アンドープG
aAs2 (500nm)、アンドープIno、□Ga
o、、As層3(10nm)を順次積層する。アンドー
プI n、、1Gao、、As層層中中は、I X 1
0 ”cm−2のSLデルタドープ層3′を挿入しであ
る。さらに、MBE法でアンドープG a A s層4
(10nm)及びアンドープAflGaAs層5(20
nm)を積層する。続いて通常のホトリソグラフィー工
程とドライエツチング工程によりアンドープG a A
 s層4及びアンドープAflGaAs層5を部分的に
除去した後、MOCVD法によりInGaAs層7を選
択的にエピタキシャル成長する。続いて、5iO26を
表面にCVD法により形成し、ドライエツチングにより
側壁のみ残し、T i/ A Qを蒸着し、リフトオフ
法により、ソー12− スミ極8、ドレイン電極8′及びゲート電極9を形成す
る。
上記方法により作製した電界効果トランジスタは、ゲー
ト長を0.15μmとした場合、K値13と、(100
)面の基板を用いた場合のに値7に比して著しい性能向
上が達成できた。
また、この時、基板を5度オフしているため、表面平坦
性が良く、かつ、In組成の低下がなく再現性の良い性
能が得られた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、基板表面を低指数面から傾斜させた基
板上にエピタキシャル成長を行なうため以下に示す効果
を奏する。
1、表面平坦性に優れた結晶を得ることができた。
2、エピタキシャル結晶構成原子の付着係数を増大する
ことができた。
3、添加不純物原子の活性化率を向上することができた
。
さらに、上記エピタキシャル成長法を用いて、高濃度不
純物層を有する高性能半導体装置を再現性良く作製する
ことができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のエピタキシャル成長法の第2の実施
例を説明するためのI nx G al−x A sの
In組成のオフ角度依存性を示す図、第2図は、本発明
のエピタキシャル成長法の第3の実施例を説明するため
のシートキャリア濃度のオフ角度依存性を示す図、第3
図は、本発明の一実施例の半導体装置の断面図である。 1・・・半絶縁性GaAs基板 2・・・アンドープG a A s 3・・・アンドープIn。、1Gao、、As層3′・
・・デルタドープ層 4・・・アンドープGaAs層 5・・・アンドープAQGaAs層 6−8in2      7− InGaAs層8・・
・ソース電極    8′・・・ドレイン電極9・・・
ゲート電極

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、低指数面から所望の方向に傾けた表面面方位を有す
    る化合物半導体単結晶基板を用い、該基板とは異なる構
    成元素を有する薄膜結晶を成長させることを特徴とする
    エピタキシャル成長法。 2、表面面方位を低指数面から傾けた化合物半導体単結
    晶基板を用い、該基板表面に形成された原子ステップ列
    に対しての付着係数が低指数面での付着係数に比して大
    きい元素を少なくとも構成元素として含む化合物半導体
    を成長させることを特徴とするエピタキシャル成長法。 3、低指数面から所望の方向に傾けた表面面方位を有す
    るIII−V族化合物半導体単結晶基板上に少なくともI
    nを構成元素として含む化合物半導体薄膜を成長させる
    ことを特徴とするエピタキシャル成長法。 4、上記化合物半導体薄膜は、(In、Ga)Asであ
    る請求項3記載のエピタキシャル成長法。 5、上記表面面方位は上記低指数面から2度以上傾いて
    いることを特徴とする請求項1、2又は3記載のエピタ
    キシャル成長法。 6、請求項1から5までのいずれかに記載のエピタキシ
    ャル成長法により成長してなる化合物半導体薄膜を有す
    ることを特徴とする半導体装置。 7、表面面方位を低指数面から傾けた化合物半導体単結
    晶基板上に、該基板の構成元素とは異なる構成元素を有
    するエピタキシャル成長層を設け、該エピタキシャル成
    長層上に、半導体素子の少なくとも一部分が配置された
    ことを特徴とする半導体装置。 8、表面面方位を低指数面から傾けた化合物半導体単結
    晶基板上に、該基板の格子定数とは異なる格子定数を有
    するエピタキシャル成長層を設け、該エピタキシャル成
    長層上に、半導体素子の少なくとも一部分が配置された
    ことを特徴とする半導体装置。 9、表面面方位を低指数面から傾けたIII−V族化合物
    半導体単結晶基板上に、少なくともInを構成元素とし
    て含むエピタキシャル成長層を設け、該エピタキシャル
    成長層を不純物を有することを特徴とする半導体装置。 10、上記不純物は、上記エピタキシャル成長層の一原
    子面に存在することを特徴とする請求項9記載の半導体
    装置。 11、上記エピタキシャル成長層は、上記半導体素子の
    能動層として配置されたことを特徴とする請求項7から
    10のいずれかに記載の半導体装置。
JP2176690A 1990-01-31 1990-01-31 エピタキシャル成長法及び半導体装置 Pending JPH03225928A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0631299A4 (en) * 1993-01-13 1997-05-14 Sumitomo Chemical Co SEMICONDUCTOR EPITAXIAL SUBSTRATE.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0631299A4 (en) * 1993-01-13 1997-05-14 Sumitomo Chemical Co SEMICONDUCTOR EPITAXIAL SUBSTRATE.

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