JPH07115989B2 - 半導体結晶のエピタキシャル成長方法 - Google Patents
半導体結晶のエピタキシャル成長方法Info
- Publication number
- JPH07115989B2 JPH07115989B2 JP2111020A JP11102090A JPH07115989B2 JP H07115989 B2 JPH07115989 B2 JP H07115989B2 JP 2111020 A JP2111020 A JP 2111020A JP 11102090 A JP11102090 A JP 11102090A JP H07115989 B2 JPH07115989 B2 JP H07115989B2
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- JP
- Japan
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- defects
- substrate
- growth
- mbe
- layer
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、MBE（分子線エピタキシー）法による結晶成
長技術に関し、特にMBE法でGaAs基板上へAlGaAs層を成
長させる場合における表面欠陥密度の低減に利用して好
適なエピタキシャル成長方法に関する。
長技術に関し、特にMBE法でGaAs基板上へAlGaAs層を成
長させる場合における表面欠陥密度の低減に利用して好
適なエピタキシャル成長方法に関する。
［従来の技術］ 近年、GaAsのような化合物半導体基板上にAlGaAsのよう
な結晶層をMBE法でエピタキシャル成長させたヘテロ接
合基板が、HEMTやHBT等の高速デバイスの基板として使
用されている。
な結晶層をMBE法でエピタキシャル成長させたヘテロ接
合基板が、HEMTやHBT等の高速デバイスの基板として使
用されている。
従来、MBE法でエピタキシャル層を成長させた場合、成
長層に種々の表面欠陥が発生することが知られており、
表面欠陥の解析や発生原因について各種の研究がなされ
ている。例えば、MBE法で成長されたエピタキシャル層
表面に欠陥は、９種類のタイプに分類できるとの報告が
ある（J.Electrochem.Soc:Solid−State Science and T
echnology,Vol.133,No.3（1986）pp601〜604）。
長層に種々の表面欠陥が発生することが知られており、
表面欠陥の解析や発生原因について各種の研究がなされ
ている。例えば、MBE法で成長されたエピタキシャル層
表面に欠陥は、９種類のタイプに分類できるとの報告が
ある（J.Electrochem.Soc:Solid−State Science and T
echnology,Vol.133,No.3（1986）pp601〜604）。
この種の表面欠陥が存在すると、これを基板としてHEMT
等の電子デバイスを製造した場合にデバイスの特性が低
下する原因となる。
等の電子デバイスを製造した場合にデバイスの特性が低
下する原因となる。
従来、MBE法によるエピタキシャル層表面の欠陥の低減
は、基板表面に付着している異物を減らしたり、MBE装
置内の部品の清浄度を高めたり、あるいは分子線源の加
熱方法等の成長条件を改善させたりすることによって行
なっていた。
は、基板表面に付着している異物を減らしたり、MBE装
置内の部品の清浄度を高めたり、あるいは分子線源の加
熱方法等の成長条件を改善させたりすることによって行
なっていた。
［発明が解決しようとする課題］ MBE法によるエピタキシャル成長層の各種表面欠陥のう
ち幾つかは基板の前処理によって低減できることから、
基板の付着物に起因して発生している。また他の幾つか
の表面欠陥はGa酸化物がMBE成長中に付着することが原
因となっている。従って、これらの欠陥は基板の前処理
や成長条件等の改善により確かに低減することができ
る。
ち幾つかは基板の前処理によって低減できることから、
基板の付着物に起因して発生している。また他の幾つか
の表面欠陥はGa酸化物がMBE成長中に付着することが原
因となっている。従って、これらの欠陥は基板の前処理
や成長条件等の改善により確かに低減することができ
る。
しかしながら、MBEエピタキシャル層の表面欠陥のうち
ある種の楕円欠陥は、基板そのものに起因して発生する
ことが明らかになってきた。このような基板の性質に起
因する表面欠陥は、前処理や成長条件を改善しても低減
することができない。
ある種の楕円欠陥は、基板そのものに起因して発生する
ことが明らかになってきた。このような基板の性質に起
因する表面欠陥は、前処理や成長条件を改善しても低減
することができない。
本発明は上記のような問題点を解決すべくなされたもの
で、その目的とするところは、MBE法によるエピタキシ
ャル成長において、基板の性質、特にABエッチャントに
より基板に出現するピットに起因して成長層に発生する
ある種の楕円欠陥を低減し、電子デバイスの特性を向上
させることにある。
で、その目的とするところは、MBE法によるエピタキシ
ャル成長において、基板の性質、特にABエッチャントに
より基板に出現するピットに起因して成長層に発生する
ある種の楕円欠陥を低減し、電子デバイスの特性を向上
させることにある。
［課題を解決するための手段］ MBE法によるエピタキシャル成長層に発生する表面欠陥
のうち、ある種の欠陥（前述の論文でＤタイプと分類さ
れた長軸が（１０）方向でサイズが１μm2以下の直線
状に集中して現れる楕円欠陥で、本明細書中では、微小
楕円欠陥と称する）は基板の転位に関連して発生すると
示唆されている。
のうち、ある種の欠陥（前述の論文でＤタイプと分類さ
れた長軸が（１０）方向でサイズが１μm2以下の直線
状に集中して現れる楕円欠陥で、本明細書中では、微小
楕円欠陥と称する）は基板の転位に関連して発生すると
示唆されている。
しかるに、、本発明者らが、基板の転位とMBEエピタキ
シャル成長層の微小楕円欠陥との関連について研究した
ところ、KOH溶液によるエッチングで出現する転位欠陥
が同一程度であっても、楕円欠陥密度が大きくばらつく
ことを見出した。そこで、その原因についてさらに研究
した結果、MBEエピタキシャル成長層中のある種の楕円
欠陥は転位そのものと関係しているのではなく、転位中
に点在するABピット（ABエッチャントによるエッチング
で出現する卵状エッチピット）の源となる欠陥の密度と
密接な関係があることがわかった。
シャル成長層の微小楕円欠陥との関連について研究した
ところ、KOH溶液によるエッチングで出現する転位欠陥
が同一程度であっても、楕円欠陥密度が大きくばらつく
ことを見出した。そこで、その原因についてさらに研究
した結果、MBEエピタキシャル成長層中のある種の楕円
欠陥は転位そのものと関係しているのではなく、転位中
に点在するABピット（ABエッチャントによるエッチング
で出現する卵状エッチピット）の源となる欠陥の密度と
密接な関係があることがわかった。
第１図には、本発明者らの実験によるMBEエピタキシャ
ル成長層の微小楕円欠陥密度と成長用基板表面のABピッ
ト密度との関係を示す。同図より、微小楕円欠陥密度を
１×104cm-2以下にするには、成長用基板のABピット密
度を５×103cm-2以下に抑えておけばよいことが分か
る。
ル成長層の微小楕円欠陥密度と成長用基板表面のABピッ
ト密度との関係を示す。同図より、微小楕円欠陥密度を
１×104cm-2以下にするには、成長用基板のABピット密
度を５×103cm-2以下に抑えておけばよいことが分か
る。
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、GaAs基板
上に分子線エピタキシーにより半導体結晶を成長させる
にあたり、ABエッチャントにより出現するABピットの密
度が５×103cm-2以下であるGaAsウェーハを成長用基板
として用いて微小楕円欠陥密度が１×104cm-2以下であ
る半導体結晶層を得るようにすることを提案するもので
ある。
上に分子線エピタキシーにより半導体結晶を成長させる
にあたり、ABエッチャントにより出現するABピットの密
度が５×103cm-2以下であるGaAsウェーハを成長用基板
として用いて微小楕円欠陥密度が１×104cm-2以下であ
る半導体結晶層を得るようにすることを提案するもので
ある。
なお、ABピット密度が５×103cm-2以下のGaAs基板は、
予めGaAs結晶にインゴットアニールを施したり、ウェハ
アニールを施すことで、容易に得ることができる。
予めGaAs結晶にインゴットアニールを施したり、ウェハ
アニールを施すことで、容易に得ることができる。
［作用］ GaAs基板におけるABピットは、Asの豊富な析出物あるい
は金属砒素が、高温状態で転位に沿って集まり形成され
るものであり、Asの析出物等がMBE成長の際に異常成長
を促し、成長層内の欠陥や金属性の特異点を生じる原因
となると考えられる。従って上記手段によれば、ABエッ
チピットの密度が５×103cm-2以下であるGaAs基板を用
いてMBE成長を行うため微小楕円欠陥密度を１×104cm-2
以下に低減し、デバイスの特性を向上させることができ
る。
は金属砒素が、高温状態で転位に沿って集まり形成され
るものであり、Asの析出物等がMBE成長の際に異常成長
を促し、成長層内の欠陥や金属性の特異点を生じる原因
となると考えられる。従って上記手段によれば、ABエッ
チピットの密度が５×103cm-2以下であるGaAs基板を用
いてMBE成長を行うため微小楕円欠陥密度を１×104cm-2
以下に低減し、デバイスの特性を向上させることができ
る。
［実施例］ 直径６インチのpBN製るつぼ内に、純度7Nの砒素とガリ
ウムを1:1に割合で合計3kgおよび封止剤として700gのB2
O3を仕込み、通常のLEC法（液体封止チヨクラルスキー
法）によって、成長方向を＜100＞として直径55mm、長
さ170mmのアンドープGaAs単結晶を育成した。成長速度
は9mm/hrで、20気圧のアルゴンガス雰囲気中で引上げ
た。得られた結晶インゴットを40mmの長さのブロックに
切断し、各ブロックをそれぞれ異なる温度（1100℃と、
950℃）で熱処理した。
ウムを1:1に割合で合計3kgおよび封止剤として700gのB2
O3を仕込み、通常のLEC法（液体封止チヨクラルスキー
法）によって、成長方向を＜100＞として直径55mm、長
さ170mmのアンドープGaAs単結晶を育成した。成長速度
は9mm/hrで、20気圧のアルゴンガス雰囲気中で引上げ
た。得られた結晶インゴットを40mmの長さのブロックに
切断し、各ブロックをそれぞれ異なる温度（1100℃と、
950℃）で熱処理した。
熱処理後のブロックをウェーハ状に切断し、両面ラッピ
ング加工およびポリシング加工を施した。加工後のウェ
ーハの平行度は２μｍ以下、平坦度は２μｍ以下、ウェ
ーハ上の任意の部位（10×10mm2）における局所的な厚
みの変動は１μｍ以下、表面粗さは20Å以下であった。
ング加工およびポリシング加工を施した。加工後のウェ
ーハの平行度は２μｍ以下、平坦度は２μｍ以下、ウェ
ーハ上の任意の部位（10×10mm2）における局所的な厚
みの変動は１μｍ以下、表面粗さは20Å以下であった。
なお、本実施例で使用した全インゴットの熱処理前のア
ズカットウェーハについて、KOH水溶液によりエッチン
グして転位密度を測定したところ、２×104cm-2〜４×1
04cm-2程度であった。
ズカットウェーハについて、KOH水溶液によりエッチン
グして転位密度を測定したところ、２×104cm-2〜４×1
04cm-2程度であった。
次に、上記ポリシング加工後のウェーハ上に、分子線エ
ピタキシーにより、１μｍの厚みのGaAs緩衝層を成長さ
せ、さらにその上に続けて50nmの厚みのSiドープAlGaAs
層を成長された。成長条件はすべて同一とし、成長速度
を１μm/時間、基板温度を600℃、V/III比を30とした。
ピタキシーにより、１μｍの厚みのGaAs緩衝層を成長さ
せ、さらにその上に続けて50nmの厚みのSiドープAlGaAs
層を成長された。成長条件はすべて同一とし、成長速度
を１μm/時間、基板温度を600℃、V/III比を30とした。
MBE成長後、表面の微小楕円欠陥を、光学顕微鏡を使っ
て5mmおきにウェーハ面内13ヵ所で測定した。また、各
インゴツトから切断されたMBE成長前のウェーハを均等
に２つのグループに分け、一方は、KOH水溶液でエッチ
ングし、他方はABエッチャントでエッチングした。
て5mmおきにウェーハ面内13ヵ所で測定した。また、各
インゴツトから切断されたMBE成長前のウェーハを均等
に２つのグループに分け、一方は、KOH水溶液でエッチ
ングし、他方はABエッチャントでエッチングした。
そして、熱処理条件の異なったウェーハのグループ中か
ら同一程度の転位密度のものを選んで、ABエッチャント
でエッチングして出現したウェーハの表面のABピットを
比較した。
ら同一程度の転位密度のものを選んで、ABエッチャント
でエッチングして出現したウェーハの表面のABピットを
比較した。
第２図（ａ）、第３図（ａ）及び第４図（ａ）はインゴ
ットの熱処理温度が950℃もので、第２図（ｂ）、第３
図（ｂ）及び第４図（ｂ）は熱処理温度1100℃のものに
ついての転位、ABピット及び微少楕円欠陥を示す。
ットの熱処理温度が950℃もので、第２図（ｂ）、第３
図（ｂ）及び第４図（ｂ）は熱処理温度1100℃のものに
ついての転位、ABピット及び微少楕円欠陥を示す。
その結果、第２図（ａ），（ｂ）のようにほぼ同一の転
位密度（３×104cm-2）のウェーハでありながら熱処理
条件が異なるとウェーハ表面のABピット密度は、第３図
（ａ），（ｂ）のように、一方（同図（ａ））は１×10
5cm-2と高く、他方（同図（ｂ））は、７×103cm-2と低
かった。
位密度（３×104cm-2）のウェーハでありながら熱処理
条件が異なるとウェーハ表面のABピット密度は、第３図
（ａ），（ｂ）のように、一方（同図（ａ））は１×10
5cm-2と高く、他方（同図（ｂ））は、７×103cm-2と低
かった。
そこで、第２図（ａ），（ｂ）のように同程度の転位密
度（３×104cm-2）を有するがABピット密度が異なるウ
ェーハ上に各々MBE法で成長されたエピタキシャル層表
面の微小楕円欠陥をそれぞれ観察した。その結果、ABピ
ット密度の高いウェーハ（４×104cm-2）上に成長され
たエピタキシャル層表面の微小楕円欠陥の密度は第４図
（ａ）のように高く、ABピット密度の低いウェーハ（４
×103cm-2）上に成長されたエピタキシャル層表面には
第４図（ｂ）のように微小楕円欠陥がほとんど見られな
いことが分かった。
度（３×104cm-2）を有するがABピット密度が異なるウ
ェーハ上に各々MBE法で成長されたエピタキシャル層表
面の微小楕円欠陥をそれぞれ観察した。その結果、ABピ
ット密度の高いウェーハ（４×104cm-2）上に成長され
たエピタキシャル層表面の微小楕円欠陥の密度は第４図
（ａ）のように高く、ABピット密度の低いウェーハ（４
×103cm-2）上に成長されたエピタキシャル層表面には
第４図（ｂ）のように微小楕円欠陥がほとんど見られな
いことが分かった。
次に、上記MBEエピタキシャル層が成長されたウェーハ
上に、HEMTデバイスを試作した。デバイスのゲート電極
の長さは0.5μｍ、ゲート幅は280μｍとし、ソース・ド
レイン間隔は2.5μｍとした。オーミック性ソース・ド
レイン電極およびゲート電極は、公知のリフトオフ法で
形成し、電極構造は各々AuGe/Ni/AuとTi/Pt/Auの三層構
造とした。
上に、HEMTデバイスを試作した。デバイスのゲート電極
の長さは0.5μｍ、ゲート幅は280μｍとし、ソース・ド
レイン間隔は2.5μｍとした。オーミック性ソース・ド
レイン電極およびゲート電極は、公知のリフトオフ法で
形成し、電極構造は各々AuGe/Ni/AuとTi/Pt/Auの三層構
造とした。
上記構造のFETの特性を知るため、gmコンプレッション
を測定した。ここで、gmコンプレッションは、ソース・
ドレイン間電圧を3Vとしたとき、ドレイン電流を10mAか
ら100μＡに減少させるのに必要なゲート電圧差として
定義した。
を測定した。ここで、gmコンプレッションは、ソース・
ドレイン間電圧を3Vとしたとき、ドレイン電流を10mAか
ら100μＡに減少させるのに必要なゲート電圧差として
定義した。
第５図に試作した583個のHEMTについてのgmコンプレッ
ションの分布を示す。
ションの分布を示す。
なお、583個のHEMTのうち、152個のFETのゲート電極下
の基板表面には微小楕円欠陥が存在し、431個のFETのゲ
ート電極下にはそのような表面欠陥が存在しなかった。
の基板表面には微小楕円欠陥が存在し、431個のFETのゲ
ート電極下にはそのような表面欠陥が存在しなかった。
第５図には、ゲート電極下に微小楕円欠陥が存在しない
FETのgmコンプレッションの分布が○印で、またゲート
電極下に微小楕円状欠陥が存在するFETのgmコンプレッ
ションの分布が◆印でそれぞれ示されている。
FETのgmコンプレッションの分布が○印で、またゲート
電極下に微小楕円状欠陥が存在するFETのgmコンプレッ
ションの分布が◆印でそれぞれ示されている。
同図より、ゲート電極下すなわちMBEエピタキシャル層
表面に微小楕円欠陥の少ない基板を用いた方が、gmコン
プレッションの小さな高性能HEMTを得ることができるこ
とが分かる。
表面に微小楕円欠陥の少ない基板を用いた方が、gmコン
プレッションの小さな高性能HEMTを得ることができるこ
とが分かる。
［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明は、GaAs基板上に分子線エ
ピタキシーにより半導体結晶を成長させるにあたり、AB
エッチャントにより出現するABピットの密度が５×103c
m-2以下であるGaAsウェーハを成長用基板として用いて
微小楕円欠陥密度が１×104cm-2以下である半導体結晶
層を得るようにしたので、MBEエピタキシャル成長層表
面の微小楕円欠陥密度を１×104cm-2以下に低減し、デ
バイスの特性を向上させることができるという効果があ
る。
ピタキシーにより半導体結晶を成長させるにあたり、AB
エッチャントにより出現するABピットの密度が５×103c
m-2以下であるGaAsウェーハを成長用基板として用いて
微小楕円欠陥密度が１×104cm-2以下である半導体結晶
層を得るようにしたので、MBEエピタキシャル成長層表
面の微小楕円欠陥密度を１×104cm-2以下に低減し、デ
バイスの特性を向上させることができるという効果があ
る。
第１図は、MBE法により成長させたエパタキシャル層表
面の微小楕円状欠陥密度と、成長用基板表面のABピット
密度との関係を示すグラフ、 第２図（ａ），（ｂ）は実施例に使用したウェーハ表面
の転位欠陥を示す結晶構造の顕微鏡写真、 第３図（ａ），（ｂ）は同じくウェーハ表面のABピット
を示す結晶構造の顕微鏡写真、 第４図（ａ），（ｂ）はMBEエピタキシャル成長層表面
の微小楕円欠陥を示す結晶構造の顕微鏡写真、 第５図はMBEエピタキシャル成長層を形成した基板上に
作成したHEMTのgmコンプレッション分布を示すグラフで
ある。
面の微小楕円状欠陥密度と、成長用基板表面のABピット
密度との関係を示すグラフ、 第２図（ａ），（ｂ）は実施例に使用したウェーハ表面
の転位欠陥を示す結晶構造の顕微鏡写真、 第３図（ａ），（ｂ）は同じくウェーハ表面のABピット
を示す結晶構造の顕微鏡写真、 第４図（ａ），（ｂ）はMBEエピタキシャル成長層表面
の微小楕円欠陥を示す結晶構造の顕微鏡写真、 第５図はMBEエピタキシャル成長層を形成した基板上に
作成したHEMTのgmコンプレッション分布を示すグラフで
ある。
Claims (1)
- 【請求項１】GaAs基板上に分子線エピタキシーにより半
導体結晶を成長させるにあたり、ABエッチャントにより
出現するピットの密度が５×103cm-2以下であるGaAsウ
ェーハを成長用基板として用いて微小楕円欠陥密度が１
×104cm-2以下である半導体結晶層を得るようにしたこ
とを特徴とする半導体結晶のエピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2111020A JPH07115989B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | 半導体結晶のエピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2111020A JPH07115989B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | 半導体結晶のエピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0412091A JPH0412091A (ja) | 1992-01-16 |
| JPH07115989B2 true JPH07115989B2 (ja) | 1995-12-13 |
Family
ID=14550361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2111020A Expired - Lifetime JPH07115989B2 (ja) | 1990-04-26 | 1990-04-26 | 半導体結晶のエピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07115989B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62165317A (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体装置の製造方法 |
-
1990
- 1990-04-26 JP JP2111020A patent/JPH07115989B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0412091A (ja) | 1992-01-16 |
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