JPH0782092A

JPH0782092A - 化合物半導体基板の製造方法

Info

Publication number: JPH0782092A
Application number: JP22730193A
Authority: JP
Inventors: Toyoaki Imaizumi; 豊明今泉
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1995-03-28

Abstract

(57)【要約】【目的】転位が存在しない半絶縁性のエピタキシャル
層を有してなる化合物半導体基板の製造方法を提供す
る。【構成】基板の表面に化合物半導体よりなるエピタキ
シャル層を成長させた後、前記基板を熱処理して前記エ
ピタキシャル層を半絶縁性化するにあたり、少なくとも
上記表面に転位のない基板を用いることを提案するもの
である。【効果】無転位の半絶縁性エピタキシャル層を有する
化合物半導体基板が容易に得られるだけでなく、その基
板を用いることにより優れた特性を有するＦＥＴ等の電
子デバイスの製造が可能となるという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子デバイスに用いる
化合物半導体基板の製造技術に関し、特に高抵抗率の化
合物半導体エピタキシャル層を有する半導体基板の製造
に利用して好適な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】III−Ｖ族化合物半導体デバイスにおい
て、高抵抗のバッファ層は、動作層（能動層）を基板か
ら絶縁するバリア層として利用され、また集積回路にお
いては素子分離用として利用されている。従って、バッ
ファ層においては、高抵抗、即ち半絶縁性化されている
ことがデバイス特性を向上させる上で重要である。

【０００３】従来、上記III−Ｖ族化合物半導体高抵抗
層は一般に気相エピタキシャル成長法により形成されて
いる。そして、その半絶縁性化にあたっては、気相成長
時にバイパス管から半絶縁性化不純物を含むドーピング
ガスを流したり、気相成長のソース原料に予め添加して
おいた半絶縁性化不純物を成長時に基板表面のエピタキ
シャル層にドーピングさせる方法等が採用されている。

【０００４】しかし、前者の方法では、バイパス管から
導入した半絶縁性化不純物の化合物が分解してバイパス
管内に析出したり、バイパス管内で半絶縁性化不純物と
ＨＣｌ（塩化水素）ガスが反応して塩化物の形で輸送さ
れるので、ドーピング量を多くするとＨＣｌ濃度が高く
なり、基板がエッチングされてしまうなどの欠点があ
る。一方、後者の方法ではソース原料に対する半絶縁性
化不純物源の偏析係数が小さいと必要量の半絶縁性化不
純物が輸送されないという欠点がある。

【０００５】このため、ＧａＡｓエピタキシャル層を成
長させる際には、ＧａＡｓクラストへの偏析係数が１×
１０^-3である鉄をＧａソースに添加して、クロライド法
により鉄ドープＧａＡｓ層を気相成長させていた。

【０００６】また、前記半絶縁性化不純物源の鉄やクロ
ム、バナジウムなどは、いわゆる「深いアクセプタ不純
物」であるが、この深いアクセプタ不純物がバッファ層
から能動層に侵入すると特性は悪くなる。更に、バッフ
ァ層と能動層との界面に深いアクセプタ不純物の侵入し
た層が形成された半導体基板を使用して、例えばＦＥＴ
（電界効果型トランジスタ）を製造すると、バッファ層
と能動層との界面にディープ・トラップ層が形成され、
能動層を流れる電子を捕獲したり、能動層に電子を放出
したりして、雑音の原因となってしまう。

【０００７】そこで、本出願人は先に、化合物半導体基
板上に形成されたｐ型エピタキシャル層を熱処理により
半絶縁性化させることを特徴とする半絶縁性化合物半導
体基板の製造方法を開発し、出願したが（特開平４−９
８０００号）、それによると、エピタキシャル層の半絶
縁性化は実現されたものの、集積回路化した場合におけ
るサイドゲート効果、つまり隣接した素子の電圧により
ドレイン電流が変動されるという欠点までは回避するこ
とができなかった。

【０００８】そして、上記先願の発明者等は、さらに鋭
意研究を重ね、熱処理条件を厳選することにより上記サ
イドゲート効果の防止を可能ならしめることを特徴とす
る化合物半導体基板の製造方法を開発し、先に出願した
（特願平５−１２３８３９号）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エピタ
キシャル層を半絶縁性化するにあたって、上述したよう
にエピタキシャル層への半絶縁性化不純物のドーピング
を行なうとともに、エピタキシャル層に存在する転位を
如何にして低減させるかが重要な課題の一つである。そ
の理由は、転位の周辺には不純物が偏析しやすく、エピ
タキシャル層の抵抗率の低下がもたらされるからであ
る。

【００１０】本発明は、上記課題を達成すべくなされた
もので、その目的とするところは、転位が存在しない半
絶縁性のエピタキシャル層を有してなる化合物半導体基
板の製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、化合物半導
体エピタキシャル層の半絶縁性化について鋭意研究を重
ねた結果、エピタキシャル層を如何に厚く成長させて
も、基板に転位が存在する以上、その転位の影響がエピ
タキシャル層にも波及してしまうことがわかり、従って
転位のない基板を用いることにより無転位のエピタキシ
ャル層を成長させることができるのではないかと考える
に至った。そして、無転位のエピタキシャル層を積層し
てなる基板を上記先願のように熱処理することによっ
て、極めて高抵抗の半絶縁性化合物半導体基板が得られ
るのではないかと考え、種々検討を行った結果、本発明
の完成に至った。

【００１２】即ち、本発明は、基板の表面に化合物半導
体よりなるエピタキシャル層を成長させた後、前記基板
を熱処理して前記エピタキシャル層を半絶縁性化するに
あたり、少なくとも上記表面に転位のない基板を用いる
ことを提案するものである。なお、上記基板として、例
えば、Ｉｎ添加縦磁界印加完全Ｂ₂Ｏ₃カバーチョクラル
スキー法（ＶＭ−ＦＥＣ）により育成された無転位のＩ
ｎドープＧａＡｓ単結晶や、ＶＧＦ法により育成された
無転位のＧａＡｓ単結晶などから切り出されてなる基板
を鏡面研磨して用いる。また、上記基板の熱処理は、ひ
素蒸気圧下で行なうのが望ましい。ただし、窒化ケイ素
のような保護膜をエピタキシャル層の表面に形成してか
ら行なう熱処理においては、ひ素蒸気圧を印加する必要
はない。

【００１３】

【作用】上記した手段によれば、少なくとも、エピタキ
シャル層を積層させる表面に転位のない基板を用いるこ
とにより、基板バルク内に転位が存在したとしてもその
転位の影響がエピタキシャル層に波及するのが遮られ、
無転位のエピタキシャル層が得られる。また、エピタキ
シャル成長後、熱処理を行うことにより、エピタキシャ
ル層内に深い準位の欠陥が形成されるため、エピタキシ
ャル層内の浅い準位を形成する不純物が上記深い準位の
欠陥によって補償され、エピタキシャル層が半絶縁性化
される。なお、表面に転位のない基板とは、一般に無転
位基板と呼ばれるもので、基板全面（周縁５mmを除く）
の平均ＥＰＤが５０００cm^-2以下で、しかもＥＰＤが５
００cm^-2以下の領域が全面の５０％以上であるものをい
う。

【００１４】

【実施例】以下に、本発明の一実施例として、ＧａＡｓ
単結晶基板上にＧａＡｓエピタキシャル層を積層させて
なる半絶縁性のウェハを製造した場合を例として挙げ、
本発明の特徴とするところを明らかとする。先ず、例え
ばＩｎ添加縦磁界印加完全Ｂ₂Ｏ₃カバーチョクラルスキ
ー法により育成された無転位のＩｎドープＧａＡｓ単結
晶から、（１００）面より（１１０）面方向へ２°傾い
た基板を切り出し鏡面研磨を行なった。

【００１５】しかる後、このＧａＡｓ単結晶基板上に、
ホットウォール型の塩化物法気相成長装置を用い、以下
のようにしてアンドープのＧａＡｓ層をエピタキシャル
成長させた。即ち、反応管内の上流側にＧａの入ったボ
ートを置き、一方反応管内の下流側にＧａＡｓ単結晶基
板を設置し、Ｇａボート及びＧａＡｓ単結晶基板の各温
度が夫々８２０℃及び７４０℃となるように電気炉で加
熱した。

【００１６】その際、Ａｓ源としては三塩化ひ素（Ａｓ
Ｃｌ₃）を用いこれをバブラ内に入れ、Ｈ₂ガスをキャリ
アガスとして反応管内に供給した。全ガス流量は１ＳＬ
Ｍとし、ＡｓＣｌ₃のモル分率は２．７×１０^-3とし
た。この条件下で３時間のエピタキシャル成長を行い、
厚さ３０μｍのＧａＡｓエピタキシャル層を得た。この
ＧａＡｓ層についてホール測定を行ったところ、そのＧ
ａＡｓエピタキシャル層の伝導型はｐ型であり、キャリ
ア濃度は１×１０¹⁴cm^-3であることがわかった。

【００１７】次に、上記エピタキシャル成長を行なった
ＧａＡｓ基板を取り出して、ひ素とともに石英アンプル
内に入れ、真空封止した。この際、ひ素の量を、熱処理
時に処理温度で基板表面からひ素が揮発しないような量
に決定した。次いで、この石英アンプルを加熱炉に入れ
て、９５０℃で３時間の熱処理を行った後、冷却した。

【００１８】熱処理後、ラッピング及びポリッシングに
より上記ウェハの表面を約１０μm削って熱変成層を除
去した後、ファン・デル・パウ（ＶａｎｄｅｒＰａ
ｕｗ）法により抵抗率を測定した。その結果、ＧａＡｓ
エピタキシャル層の抵抗率は１×１０⁷Ω・cm以上であ
ることが確認された。また、このウェハを４００℃の水
酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液に１５０秒間浸漬してエッ
チングを行い、ＥＰＤ（ＥｔｃｈＰｉｔＤｅｎｓｉ
ｔｙ）を調べたところ、ＧａＡｓエピタキシャル層の転
位密度は１００個／cm²以下であった。

【００１９】以上のようにして製造された半絶縁性Ｇａ
Ａｓエピタキシャル層に、イオン注入法により周知のよ
うにしてチャネル層を形成してＧａＡｓＩＣを作製し、
その特性を調べた。その結果、得られたＩＣにおいて
は、サイドゲート効果がなく、個々のＦＥＴ特性のばら
つきも極めて小さかった。これより、完成したＩＣにお
ける歩留り向上が図れる。

【００２０】なお、上記ＩｎドープＧａＡｓ単結晶より
切り出されてなる基板に代えて、ＶＧＦ法により育成さ
れた無転位のＧａＡｓ単結晶から切り出されてなる基板
を用いても、上記実施例と同様の効果、即ち無転位の半
絶縁性ＧａＡｓエピタキシャル層が得られ、そのエピタ
キシャル層に作製した電子デバイスの特性は極めて優れ
る、という効果が得られた。

【００２１】また、本発明は、ＧａＡｓ以外のIII−V族
化合物半導体やII−VI族化合物半導体よりなる基板、又
はその他、シリコン等の半導体基板やサファイア等の絶
縁基板などに、基板と同一組成のエピタキシャル層を成
長させる場合は勿論、基板と異なる組成の層をエピタキ
シャル成長させる場合にも応用可能であるのはいうまで
もない。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る化合物半導体基板の製造方
法によれば、エピタキシャル層を積層させる表面に転位
のない基板を用い、エピタキシャル成長後に熱処理を行
うようにしたため、基板バルク内に転位が存在したとし
てもその転位の影響がエピタキシャル層に波及するのが
遮られ、無転位のエピタキシャル層が得られる。また、
エピタキシャル層内に形成される深い準位の欠陥によっ
て、エピタキシャル層内の浅い準位を形成する不純物が
補償されるので、エピタキシャル層が半絶縁性化され
る。従って、無転位の半絶縁性化合物半導体基板が容易
に得られるだけでなく、その基板を用いることにより優
れた特性を有するＦＥＴ等の電子デバイスの製造が可能
となるという効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に化合物半導体よりなるエピ
タキシャル層を成長させた後、前記基板を熱処理して前
記エピタキシャル層を半絶縁性化するにあたり、少なく
とも上記表面に転位のない基板を用いることを特徴とす
る化合物半導体基板の製造方法。