化合物半導体の成長方法及び装置
【課題】
ゲートリークの少ない高移動度高品質ＧａＮ系ヘテロ接合ＦＥＴの実現を可能とする成長方法及び装置を提供する。
【解決手段】
本発明では、ニ次元電子が高速で走行することが可能であるようにノンドープＧａＮ層についてはＭＯＣＶＤ法を用いて転位密度の低い高品質膜を作成し、さらにこのノンドープＧａＮ層上に成長させるｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層についてはゲートリークを抑えるために表面平坦性に優れたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が得られるようにＭＢＥ法で成長させる。
ゲートリークの少ない高移動度高品質ＧａＮ系ヘテロ接合ＦＥＴの実現を可能とする成長方法及び装置を提供する。
【解決手段】
本発明では、ニ次元電子が高速で走行することが可能であるようにノンドープＧａＮ層についてはＭＯＣＶＤ法を用いて転位密度の低い高品質膜を作成し、さらにこのノンドープＧａＮ層上に成長させるｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層についてはゲートリークを抑えるために表面平坦性に優れたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が得られるようにＭＢＥ法で成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体の成長方法及び装置に冠するものであり、そして特にノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させる高出力・高周波デバイス用ＧａＮ系ヘテロ接合化合物半導体の成長方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
添付図面の図５には、一般的なＧａＮ系ヘテロ接合ＦＥＴを断面図で示す。４１は基板であり、通常、基板４１としてはサファイア（０００１）或いはＳｉＣ（０００１）が用いられる。また、４２はノンドープＧａＮ層であり、４３はｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ〜０．３）層である。ノンドープＧａＮ層４２については、残留キャリヤ濃度が１×１０１６／ｃｍ３以下、膜厚は２〜４μｍ程度のものが用いられる。また、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層４３については、キャリヤ濃度は１０１８／ｃｍ３程度、Ａｌ組成ｘは通常０．３程度、膜厚は２０〜３０ｎｍ程度のものが用いられる。４４、４５、４６はそれぞれソース、ショットキー接合からなるゲート、ドレインである。
【０００３】
このような構造をもつヘテロエピタキシャル膜においては、添付図面の図６のバンド図に示したように、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層４３中の電子は、ノンドープＧａＮ層４２中に落ち込み、ＧａＮ層４２中においてはイオン化不純物散乱がないため、界面に沿って高速で走行することができる。
【０００４】
このようなヘテロエピタキシャル膜の作成には、従来ＭＯＣＶＤ法或いはＭＢＥ法が用いられていた。しかし、このような構造をもつ膜をＭＯＣＶＤ法で作成した場合には、ノンドープＧａＮ層は欠陥密度の低い、平坦な表面をもつ高品質層が得られるものの、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層については気相中におけるＴＭＡｌの熱分解のため、ゲートリークの発生しやすい荒れた表面をもつ膜になりやすいという欠点があった（非特許文献１参照）。
【０００５】
すなわち、ＭＯＣＶＤ法は、高電子移動度をもつ高品質ノンドープＧａＮ層の作成には適するが、ゲートリークの少ない平坦な表面をもつＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の作成には適さなかった。一方、ＭＢＥ法でＡｌｘＧａ１−ｘＮヘテロエピタキシャル膜を作成した場合には、表面平坦性に優れたＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が得られるものの、ノンドープＧａＮ層は転位などの結晶欠陥が多く、高い電子移動度が得られないという欠点があった。
【非特許文献１】第６５回応用物理学会学術講演会講演予稿集・第３分冊・Ｐ１２５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するもので、ゲートリークの少ない高移動度高品質ＧａＮ系ヘデロ接合ＦＥＴの実現を司能とする成長方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を選成するために、本発明の第１の発明によれば、ノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させるヘテロ接合化合物半導体の成長方法において、
基板上にノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長にさせるのにＭＯＣＶＤ法を用い、
ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長させるのにＭＢＥ法を用いること
を特徴としている。
【０００８】
本発明の第１の発明による方法においては、基板上におけるＭＯＣＶＤ法によるノンドープＧａＮ層のエピタキシャル成長と、ノンドープＧａＮ層上におけるＭＢＥ法によるｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長とを真空状態を保ちながら連続して実施するように構成され得る。
【０００９】
また、本発明の第１の発明による方法においては、基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させた後、ノンドープＧａＮ層表面における不純物層又は酸化層の形成を防止する表面保護膜を形成し、その後真空装置内においてノンドープＧａＮ層上に形成した表面保護膜を加熱により除去するように構成され得る。
【００１０】
好ましくは、基板としてサファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＮのいずれかの基板が用いられ得る。
【００１１】
本発明の第２の発明によれば、ノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させるヘテロ接合化合物半導体の成長装置において、
トリメチルガリウム、アンモニア、水素をそれぞれ流量制御して供給するようにしたそれぞれの流量制御手段を備え、基板上にノンドープＧａＮ層を形成するＭＯＣＶＤ装置と；
ＭＯＣＶＤ装置にゲートバルブを介して連接して設けられ、ガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源及び窒素プラズマ源又はアンモニア源を備え、ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を形成するＭＢＥ装置と；
を有することを特徴としている。
【００１２】
ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置とは真空搬送部を介して連接され得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１の発明による方法においては、基板上にノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させるのにＭＯＣＶＤ法を用い、ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長させるのにＭＢＥ法を用いており、従って、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をＭＢＥ法で成長させているため、表面平坦性に優れた膜が得られ、ゲートリークを抑えることができる。また、二次元電子はＭＯＣＶＤ法により成長させた低転位密度・高品質ノンドープＧａＮ層中を走行するため、高い電子移動度が得られる。その結果、高品質ＧａＮ系へテロ接合化合物半導体の実現が可能となる。
【００１４】
本発明の第２の発明による装置においては、トリメチルガリウム、アンモニア、水素をそれぞれ流量制御して供給するようにしたそれそれの流量制御手段を備え、基板上にノンドープＧａＮ層を形成するＭＯＣＶＤ装置と、ＭＯＣＶＤ装置にゲートバルブを介して連接して設けられ、ガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源及び窒素プラズマ源又はアンモニア源を備え、ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を形成するＭＢＥ装置とを有しているので、装置を一体に構成することができ、その結果、基板上におけるＭＯＣＶＤ法によるノンドープＧａＮ層のエピタキシャル成長と、ノンドープＧａＮ層上におけるＭＢＥ法によるｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層のエピタキシャル成長とを実質的に真空状態を保ちながら連続して実施することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面の図１〜図４を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１には本発明による化合物半導体の成膜装置の一実施形態の構成を概略的に示している。図１において、１はＭＯＣＶＤ装置のＭＯＣＶＤ室、２はＭＢＥ装置の蒸発源室、３はガリウム蒸発源、４はアルミニウム蒸発源、５は窒素プラズマ源、６はゲートバルブである。また、７、８、９はそれぞれＭＯＣＶＤ装置のトリメチルガリウム、アンモニア、水素のマスフローコントローラー、１０〜１３はバルブである。図示したように、ＭＯＣＶＤ室１は、バルブ１０及びトリメチルガリウムのマスフローコントローラー７を介して図示していないトリメチルガリウム供給源に接続され、またバルブ１１及びアンモニアのマスフローコントローラー８を介して図示していないアンモニア供給源に接続され、さらにバルブ１２及びマスフローコントローラー９を介して図示していない水素供給源に接続される。またバルブ１３は図示していない適当な真空排気系に接続される。
【００１６】
また、図１において、１４、１５、１６はそれぞれガリウム蒸発源３、アルミニウム蒸発源４、窒素プラズマ源５のシャッターである。ＭＯＣＶＤ室１内には、基板加熱用のヒーター１７が設置された基板ホルダー１８が蒸発源側に向けてセットされ、この基板ホルダー１８上には成膜処理すべき基板１９が装着される。
【００１７】
ＭＢＥ装置の蒸発室源２は１５００リットル／秒のターボ分子ポンプ（図示していない）で排気され、ＭＯＣＶＤ室１と蒸発源室２との間に設けられたゲートバルブ６を閉じた状態でＭＢＥ蒸発源室２の到達圧力は１×１０−７Ｐａであり、またゲートバルブ６を開けた状態では５×１０−７Ｐａである。まず、ＭＯＣＶＤ室１においてゲートバルブ６を閉じた状態でバルブ１２及び水素のマスフロ一コントローラー９の制御の下で水素ガスを２０ｓｌｍ流しながらサファイア基板１９を１２００℃、１０分加熱して表面の清浄化を行なった後、サファイア基板１９を５５０℃にし、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ３×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、４０ｓｌｍ、２５ｓｌｍとして１０分間流し、低温バッファ層を３００オングストローム成長させた。
【００１８】
この後、サファイア基板１９の温度を１０５０℃に上昇させ、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ５×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、２０ｓｌｍ、２０ｓｌｍとして６０分間流し、ノンドープＧａＮ層を４μｍ成長させた。
【００１９】
この後、サファイア基板１９の温度を４００℃に下げた。次に、バルブ１０〜１３を閉じ、さらにゲートバルブ６を開けて、サファイア基板１９に、窒素ラジカル源５の出力を３５０Ｗ、窒素流量を５ｓｃｃｍとして窒素プラズマを照射すると共に、サファイア基板１９の温度を８００℃に上げ、それぞれ９００℃、１１００℃に保持されたガリウム蒸発源３及びアルミニウム蒸発源４のシャッター１４、１６を３分間開け、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ〜０．２５）を２５０オングストローム成長させた。
【００２０】
以上のようにして得られたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ａ）に示すように、平坦であり、二次元電子ガスの移動度も１４５０（ｃｍ２／Ｖｓ）であった。
【００２１】
一方、ノンドープＧａＮ層、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を全てＭＯＣＶＤ法で作成した場合には、１４２０（ｃｍ２／Ｖｓ）の二次元電子ガスの移動度が得られたものの、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ｂ）に示すようにゲートリークが発生しやすいと言われている凹部が多く見られた。
【００２２】
なお、ＭＯＣＶＤ法でノンドープＧａＮ層を成長させた後、一旦大気中に取り出し、ＭＢＥ装置に搬送してｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させた場合には、ノンドープＧａＮ層表面の酸化に伴なって界面準位が形成きれるため、二次元電子ガスの移動度は６０（ｃｍ２／Ｖｓ）にとどまった。
【００２３】
図３及び図４には、本発明による化合物半導体の成膜装置の別の実施形態の構成を概略的に示し、これらの各場合には、ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置は真空搬送部で連結されている。
【００２４】
図３に示す実施形態において、２１はＭＯＣＶＤ装置、２２はＭＢＥ装置であり、これらの装置は真空試料搬送部２３により互いに接続されている。ＭＯＣＶＤ装置２１と真空試料搬送部２３との間にはゲートバルブ２４が設けられ、また、ＭＢＥ装置２２と真空試料搬送部２３との間にはゲートバルブ２５が設けられている。
【００２５】
真空試料搬送部２３は、試料表面の酸化を極力抑えるために１×１０−６Ｐａ以下の圧力に保たれている。また、ＭＯＣＶＤ装置２１には、図示していないが、図１の実施形態の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ室にトリメチルガリウム、アンモニア、水素を供給するためバルブ及びマスフローコントローラーが設けられ、またＭＢＥ装置には、図示していないが、蒸発源室が設けられ、この蒸発源室にガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源、窒素プラズマ源が結合されている。
【００２６】
図３に示す装置の動作においては、二次元電子の移動度の低下の原因となるノンドープＧａＮ層上への吸着層或いは酸化層の形成を防ぐため、ＭＯＣＶＤ法で成長させたノンドープＧａＮ層を大気に曝すことなく、ノンドープＧａＮ層上にＭＢＥ法によりｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させる方法が採られている。すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ室２１において水素ガスを２５ｓｌｍ流しながらサファイア基板を１２００℃、１０分加熱して表面の清浄化を行なった後、サファイア基板を５５０℃にし、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ３×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、４０ｓｌｍ、２５ｓｌｍとして１０分間流し、低温バッファ層を３００オングストローム成長させた。
【００２７】
この後、サファイア基板の温度を１０５０℃に上昇させ、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ５×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、２０ｓｌｍ、２０ｓｌｍとして６０分間流し、ノンドープＧａＮ層を４μｍ成長させた。
【００２８】
この後、サファイア基板の温度を室温に下げた。次に、サファイア基板上９に成長させたノンドープＧａＮ層を真空試料搬送室２３を通してＭＢＥ装置２２に搬送した。搬送中の真空試料搬送室２３の圧力は５×１０−６Ｐａであった。
【００２９】
ＭＢＥ装置２２内において、窒素ラジカル源の出力を３５０Ｗ、窒素流量を５ｓｃｃｍとして窒素プラズマを照射しながら、サファイア基板の温度を８００℃に上げ、それぞれ９００℃、１１００℃に保持されたガリウム蒸発源及びアルミニウム蒸発源のシャッターを３分間開け、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ〜０．２５）を２５０オングストローム成長させた。
【００３０】
以上のようにして得られたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ａ）に示すように、平坦であり、二次元電子ガスの移動度も１４３０（ｃｍ２／Ｖｓ）であった。
【００３１】
一方、ノンドープＧａＮ層、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を全てＭＯＣＶＤ法で作成した場合には、１４２０（ｃｍ２／Ｖｓ）の二次元電子ガスの移動度が得られたものの、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ｂ）に示すようにゲートリークが発生しやすいと言われている凹部が多く見られた。
【００３２】
また、ＭＯＣＶＤ法でノンドープＧａＮ層を成長させた後、一旦大気中に取り出し、ＭＢＥ装置２２に搬送してｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させた場合には、ノンドープＧａＮ層表面の酸化に伴なって界面準位が形成きれるため、二次元電子ガスの移動度は６０（ｃｍ２／Ｖｓ）にとどまった。
【００３３】
図４に示す実施形態では、本発明による化合物半導体の成膜装置はマルチチャンバー型装置に組み込まれている。すなわち、図４において、３１はＭＯＣＶＤ室、３２はＭＢＥ室であり、これらの室３１、３２は、他の処理室３３、３４、３５と共に共通の真空搬送部３６の周囲に配列されている。ＭＯＣＶＤ室３１、ＭＢＥ室３２、及び他の処理室３３、３４、３５はそれぞれゲートバルブ３７を介して共通の真空搬送部３６に接続されている。
【００３４】
また、この場合にも図１の実施形態の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ室３１には、図示していないが、トリメチルガリウム、アンモニア、水素を供給するためバルブ及びマスフローコントローラーが設けられ、また、ＭＢＥ室３２には、図示していないが、蒸発源室が設けられ、この蒸発源室にガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源、窒素プラズマ源が結合されている。
【００３５】
ＭＯＣＶＤ室３１において、水素ガスを２０ｓｌｍ流しながらサファイア基板を１２００℃、１０分加熱して表面の清浄化を行なった後、サファイア基板を５５０℃にし、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ３×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、４０ｓｌｍ、２５ｓｌｍとして１０分間流し、低温バッファ層を３００オングストローム成長させた。
【００３６】
この後、サファイア基板の温度を１０５０℃に上昇させ、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ５×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、２０ｓｌｍ、２０ｓｌｍとして６０分間流し、ノンドープＧａＮ層を４μｍ成長させた。
【００３７】
この後、サファイア基板の温度を５００℃に下げ、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ３×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、２０ｓｌｍ、２０ｓｌｍとし、表面保護用のＩｎＮを１００オングストローム成長させた。
【００３８】
次に、成長させた試料を大気中を搬送してＭＢＥ装置のＭＢＥ室３２にセットし、ＭＢＥ室３２内において試料を７００℃に１時間加熱することにより表面保護用のＩｎＮのみを蒸発させた。
【００３９】
このようにして得られた清浄表面をもつノンドープＧａＮ層に、窒素ラジカル源の出力を３５０Ｗ、窒素流量を５ｓｃｃｍとして窒素プラズマを照射すると共に、基板の温度を８００℃に上げ、それぞれ９００℃、１１００℃に保持されたガリウム蒸発源及びアルミニウム蒸発源のシャッターを３分間開け、ノンドープＧａＮ層上に、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ〜０．２５）を２５０オングストローム成長させた。
【００４０】
以上のようにして得られたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ａ）に示したものと同様に、平坦であり、二次元電子ガスの移動度も１４１０（ｃｍ２／Ｖｓ）であった。
【００４１】
一方、ノンドープＧａＮ層、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を全てＭＯＣＶＤ法で作成した場合には、１４２０（ｃｍ２／Ｖｓ）の二次元電子ガスの移動度が得られたものの、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ｂ）に示すようにゲートリークが発生しやすいと言われている凹部が多く見られた。
【００４２】
しかし、ＭＯＣＶＤ法でノンドープＧａＮ層を成長させた後、一旦大気中に取り出し、別のＭＢＥ装置に搬送してｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させた場合には、ノンドープＧａＮ層の酸化に伴なって界面準位が形成きれるため、二次元電子ガスの移動度は６０（ｃｍ２／Ｖｓ）であった。
【００４３】
図示実施形態においては、ノンドープＧａＮ層成長後にＭＯＣＶＤ装置内においてＩｎＮ膜を形成し、ＭＢＥ装置内においてＩｎＮ膜を加熱除去したが、ＭＯＣＶＤ装置に接続された成膜装置内において表面保護膜をノンドープＧａＮ層上に形成し、大気中をＭＢＥ装置まで搬送し、ＭＢＥ装置に接続された真空装置内においてノンドープＧａＮ層上に形成された表面保護膜を加熱除去し、ＭＢＥ装置に試料を搬送し、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させても良い。
【００４４】
また、図示実施形態においては、基板としてサファイアを用いたが、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＮ等他の基板を用いても良い。また、ＭＢＥ法でｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させる際の窒素源としては、窒素プラズマを用いたが、アンモニアを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ複合装置として構成した本発明の一実施形態による化合物半導体成長装置の要部の構成を示す概略線図。
【図２】（ａ）図１の装置で作成したＡｌＧａＮ膜層の表面を示す図。 （ｂ）ＭＯＣＶＤ法で作成したＡｌＧａＮ膜層の表面のＡＦＭ写真に基づく図。
【図３】ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置を真空搬送部で連結して構成した本発明の別の実施形態による化合物半導体成長装置の構成を示す概略線図。
【図４】クラスター型装置として構成した本発明のさらに別の実施形態による化合物半導体成長装置の構成を示す概略線図。
【図５】一般的なＧａＮ系ＦＥＴの一例を示す概略断面図。
【図６】ｎ型ＡｌＧａＮ／ノンドープＧａＮヘテロ接合におけるバンド構造を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１：ＭＯＣＶＤ装置のＭＯＣＶＤ室
２：ＭＢＥ装置の蒸発源室
３：ガリウム蒸発源
４：アルミニウム蒸発源
５：窒素プラズマ源
６：ゲートバルブ
７：トリメチルガリウムのマスフローコントローラー
８：アンモニアのマスフローコントローラー
９：水素のマスフローコントロ一ラー
１０：バルブ
１１：バルブ
１２：バルブ
１３：バルブ
１４：ガリウム蒸発源３のシャッター
１５：アルミニウム蒸発源４のシャッター
１６：窒素プラズマ源５のシャッター
１７：基板加熱用のヒーター
１８：基板ホルダー
１９：基板
２１：ＭＯＣＶＤ装置
２２：ＭＢＥ装置
２３：真空試料搬送部
２４：ゲートバルブ
２５：ゲートバルブ
３１：ＭＯＣＶＤ室
３２：ＭＢＥ室
３６：共通の真空搬送部
３７：ゲートバルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体の成長方法及び装置に冠するものであり、そして特にノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させる高出力・高周波デバイス用ＧａＮ系ヘテロ接合化合物半導体の成長方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
添付図面の図５には、一般的なＧａＮ系ヘテロ接合ＦＥＴを断面図で示す。４１は基板であり、通常、基板４１としてはサファイア（０００１）或いはＳｉＣ（０００１）が用いられる。また、４２はノンドープＧａＮ層であり、４３はｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ｘ〜０．３）層である。ノンドープＧａＮ層４２については、残留キャリヤ濃度が１×１０１６／ｃｍ３以下、膜厚は２〜４μｍ程度のものが用いられる。また、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層４３については、キャリヤ濃度は１０１８／ｃｍ３程度、Ａｌ組成ｘは通常０．３程度、膜厚は２０〜３０ｎｍ程度のものが用いられる。４４、４５、４６はそれぞれソース、ショットキー接合からなるゲート、ドレインである。
【０００３】
このような構造をもつヘテロエピタキシャル膜においては、添付図面の図６のバンド図に示したように、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層４３中の電子は、ノンドープＧａＮ層４２中に落ち込み、ＧａＮ層４２中においてはイオン化不純物散乱がないため、界面に沿って高速で走行することができる。
【０００４】
このようなヘテロエピタキシャル膜の作成には、従来ＭＯＣＶＤ法或いはＭＢＥ法が用いられていた。しかし、このような構造をもつ膜をＭＯＣＶＤ法で作成した場合には、ノンドープＧａＮ層は欠陥密度の低い、平坦な表面をもつ高品質層が得られるものの、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層については気相中におけるＴＭＡｌの熱分解のため、ゲートリークの発生しやすい荒れた表面をもつ膜になりやすいという欠点があった（非特許文献１参照）。
【０００５】
すなわち、ＭＯＣＶＤ法は、高電子移動度をもつ高品質ノンドープＧａＮ層の作成には適するが、ゲートリークの少ない平坦な表面をもつＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の作成には適さなかった。一方、ＭＢＥ法でＡｌｘＧａ１−ｘＮヘテロエピタキシャル膜を作成した場合には、表面平坦性に優れたＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が得られるものの、ノンドープＧａＮ層は転位などの結晶欠陥が多く、高い電子移動度が得られないという欠点があった。
【非特許文献１】第６５回応用物理学会学術講演会講演予稿集・第３分冊・Ｐ１２５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するもので、ゲートリークの少ない高移動度高品質ＧａＮ系ヘデロ接合ＦＥＴの実現を司能とする成長方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を選成するために、本発明の第１の発明によれば、ノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させるヘテロ接合化合物半導体の成長方法において、
基板上にノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長にさせるのにＭＯＣＶＤ法を用い、
ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長させるのにＭＢＥ法を用いること
を特徴としている。
【０００８】
本発明の第１の発明による方法においては、基板上におけるＭＯＣＶＤ法によるノンドープＧａＮ層のエピタキシャル成長と、ノンドープＧａＮ層上におけるＭＢＥ法によるｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長とを真空状態を保ちながら連続して実施するように構成され得る。
【０００９】
また、本発明の第１の発明による方法においては、基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させた後、ノンドープＧａＮ層表面における不純物層又は酸化層の形成を防止する表面保護膜を形成し、その後真空装置内においてノンドープＧａＮ層上に形成した表面保護膜を加熱により除去するように構成され得る。
【００１０】
好ましくは、基板としてサファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＮのいずれかの基板が用いられ得る。
【００１１】
本発明の第２の発明によれば、ノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させるヘテロ接合化合物半導体の成長装置において、
トリメチルガリウム、アンモニア、水素をそれぞれ流量制御して供給するようにしたそれぞれの流量制御手段を備え、基板上にノンドープＧａＮ層を形成するＭＯＣＶＤ装置と；
ＭＯＣＶＤ装置にゲートバルブを介して連接して設けられ、ガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源及び窒素プラズマ源又はアンモニア源を備え、ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を形成するＭＢＥ装置と；
を有することを特徴としている。
【００１２】
ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置とは真空搬送部を介して連接され得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１の発明による方法においては、基板上にノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させるのにＭＯＣＶＤ法を用い、ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長させるのにＭＢＥ法を用いており、従って、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をＭＢＥ法で成長させているため、表面平坦性に優れた膜が得られ、ゲートリークを抑えることができる。また、二次元電子はＭＯＣＶＤ法により成長させた低転位密度・高品質ノンドープＧａＮ層中を走行するため、高い電子移動度が得られる。その結果、高品質ＧａＮ系へテロ接合化合物半導体の実現が可能となる。
【００１４】
本発明の第２の発明による装置においては、トリメチルガリウム、アンモニア、水素をそれぞれ流量制御して供給するようにしたそれそれの流量制御手段を備え、基板上にノンドープＧａＮ層を形成するＭＯＣＶＤ装置と、ＭＯＣＶＤ装置にゲートバルブを介して連接して設けられ、ガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源及び窒素プラズマ源又はアンモニア源を備え、ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を形成するＭＢＥ装置とを有しているので、装置を一体に構成することができ、その結果、基板上におけるＭＯＣＶＤ法によるノンドープＧａＮ層のエピタキシャル成長と、ノンドープＧａＮ層上におけるＭＢＥ法によるｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層のエピタキシャル成長とを実質的に真空状態を保ちながら連続して実施することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面の図１〜図４を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１には本発明による化合物半導体の成膜装置の一実施形態の構成を概略的に示している。図１において、１はＭＯＣＶＤ装置のＭＯＣＶＤ室、２はＭＢＥ装置の蒸発源室、３はガリウム蒸発源、４はアルミニウム蒸発源、５は窒素プラズマ源、６はゲートバルブである。また、７、８、９はそれぞれＭＯＣＶＤ装置のトリメチルガリウム、アンモニア、水素のマスフローコントローラー、１０〜１３はバルブである。図示したように、ＭＯＣＶＤ室１は、バルブ１０及びトリメチルガリウムのマスフローコントローラー７を介して図示していないトリメチルガリウム供給源に接続され、またバルブ１１及びアンモニアのマスフローコントローラー８を介して図示していないアンモニア供給源に接続され、さらにバルブ１２及びマスフローコントローラー９を介して図示していない水素供給源に接続される。またバルブ１３は図示していない適当な真空排気系に接続される。
【００１６】
また、図１において、１４、１５、１６はそれぞれガリウム蒸発源３、アルミニウム蒸発源４、窒素プラズマ源５のシャッターである。ＭＯＣＶＤ室１内には、基板加熱用のヒーター１７が設置された基板ホルダー１８が蒸発源側に向けてセットされ、この基板ホルダー１８上には成膜処理すべき基板１９が装着される。
【００１７】
ＭＢＥ装置の蒸発室源２は１５００リットル／秒のターボ分子ポンプ（図示していない）で排気され、ＭＯＣＶＤ室１と蒸発源室２との間に設けられたゲートバルブ６を閉じた状態でＭＢＥ蒸発源室２の到達圧力は１×１０−７Ｐａであり、またゲートバルブ６を開けた状態では５×１０−７Ｐａである。まず、ＭＯＣＶＤ室１においてゲートバルブ６を閉じた状態でバルブ１２及び水素のマスフロ一コントローラー９の制御の下で水素ガスを２０ｓｌｍ流しながらサファイア基板１９を１２００℃、１０分加熱して表面の清浄化を行なった後、サファイア基板１９を５５０℃にし、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ３×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、４０ｓｌｍ、２５ｓｌｍとして１０分間流し、低温バッファ層を３００オングストローム成長させた。
【００１８】
この後、サファイア基板１９の温度を１０５０℃に上昇させ、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ５×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、２０ｓｌｍ、２０ｓｌｍとして６０分間流し、ノンドープＧａＮ層を４μｍ成長させた。
【００１９】
この後、サファイア基板１９の温度を４００℃に下げた。次に、バルブ１０〜１３を閉じ、さらにゲートバルブ６を開けて、サファイア基板１９に、窒素ラジカル源５の出力を３５０Ｗ、窒素流量を５ｓｃｃｍとして窒素プラズマを照射すると共に、サファイア基板１９の温度を８００℃に上げ、それぞれ９００℃、１１００℃に保持されたガリウム蒸発源３及びアルミニウム蒸発源４のシャッター１４、１６を３分間開け、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ〜０．２５）を２５０オングストローム成長させた。
【００２０】
以上のようにして得られたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ａ）に示すように、平坦であり、二次元電子ガスの移動度も１４５０（ｃｍ２／Ｖｓ）であった。
【００２１】
一方、ノンドープＧａＮ層、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を全てＭＯＣＶＤ法で作成した場合には、１４２０（ｃｍ２／Ｖｓ）の二次元電子ガスの移動度が得られたものの、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ｂ）に示すようにゲートリークが発生しやすいと言われている凹部が多く見られた。
【００２２】
なお、ＭＯＣＶＤ法でノンドープＧａＮ層を成長させた後、一旦大気中に取り出し、ＭＢＥ装置に搬送してｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させた場合には、ノンドープＧａＮ層表面の酸化に伴なって界面準位が形成きれるため、二次元電子ガスの移動度は６０（ｃｍ２／Ｖｓ）にとどまった。
【００２３】
図３及び図４には、本発明による化合物半導体の成膜装置の別の実施形態の構成を概略的に示し、これらの各場合には、ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置は真空搬送部で連結されている。
【００２４】
図３に示す実施形態において、２１はＭＯＣＶＤ装置、２２はＭＢＥ装置であり、これらの装置は真空試料搬送部２３により互いに接続されている。ＭＯＣＶＤ装置２１と真空試料搬送部２３との間にはゲートバルブ２４が設けられ、また、ＭＢＥ装置２２と真空試料搬送部２３との間にはゲートバルブ２５が設けられている。
【００２５】
真空試料搬送部２３は、試料表面の酸化を極力抑えるために１×１０−６Ｐａ以下の圧力に保たれている。また、ＭＯＣＶＤ装置２１には、図示していないが、図１の実施形態の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ室にトリメチルガリウム、アンモニア、水素を供給するためバルブ及びマスフローコントローラーが設けられ、またＭＢＥ装置には、図示していないが、蒸発源室が設けられ、この蒸発源室にガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源、窒素プラズマ源が結合されている。
【００２６】
図３に示す装置の動作においては、二次元電子の移動度の低下の原因となるノンドープＧａＮ層上への吸着層或いは酸化層の形成を防ぐため、ＭＯＣＶＤ法で成長させたノンドープＧａＮ層を大気に曝すことなく、ノンドープＧａＮ層上にＭＢＥ法によりｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させる方法が採られている。すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ室２１において水素ガスを２５ｓｌｍ流しながらサファイア基板を１２００℃、１０分加熱して表面の清浄化を行なった後、サファイア基板を５５０℃にし、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ３×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、４０ｓｌｍ、２５ｓｌｍとして１０分間流し、低温バッファ層を３００オングストローム成長させた。
【００２７】
この後、サファイア基板の温度を１０５０℃に上昇させ、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ５×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、２０ｓｌｍ、２０ｓｌｍとして６０分間流し、ノンドープＧａＮ層を４μｍ成長させた。
【００２８】
この後、サファイア基板の温度を室温に下げた。次に、サファイア基板上９に成長させたノンドープＧａＮ層を真空試料搬送室２３を通してＭＢＥ装置２２に搬送した。搬送中の真空試料搬送室２３の圧力は５×１０−６Ｐａであった。
【００２９】
ＭＢＥ装置２２内において、窒素ラジカル源の出力を３５０Ｗ、窒素流量を５ｓｃｃｍとして窒素プラズマを照射しながら、サファイア基板の温度を８００℃に上げ、それぞれ９００℃、１１００℃に保持されたガリウム蒸発源及びアルミニウム蒸発源のシャッターを３分間開け、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ〜０．２５）を２５０オングストローム成長させた。
【００３０】
以上のようにして得られたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ａ）に示すように、平坦であり、二次元電子ガスの移動度も１４３０（ｃｍ２／Ｖｓ）であった。
【００３１】
一方、ノンドープＧａＮ層、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を全てＭＯＣＶＤ法で作成した場合には、１４２０（ｃｍ２／Ｖｓ）の二次元電子ガスの移動度が得られたものの、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ｂ）に示すようにゲートリークが発生しやすいと言われている凹部が多く見られた。
【００３２】
また、ＭＯＣＶＤ法でノンドープＧａＮ層を成長させた後、一旦大気中に取り出し、ＭＢＥ装置２２に搬送してｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させた場合には、ノンドープＧａＮ層表面の酸化に伴なって界面準位が形成きれるため、二次元電子ガスの移動度は６０（ｃｍ２／Ｖｓ）にとどまった。
【００３３】
図４に示す実施形態では、本発明による化合物半導体の成膜装置はマルチチャンバー型装置に組み込まれている。すなわち、図４において、３１はＭＯＣＶＤ室、３２はＭＢＥ室であり、これらの室３１、３２は、他の処理室３３、３４、３５と共に共通の真空搬送部３６の周囲に配列されている。ＭＯＣＶＤ室３１、ＭＢＥ室３２、及び他の処理室３３、３４、３５はそれぞれゲートバルブ３７を介して共通の真空搬送部３６に接続されている。
【００３４】
また、この場合にも図１の実施形態の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ室３１には、図示していないが、トリメチルガリウム、アンモニア、水素を供給するためバルブ及びマスフローコントローラーが設けられ、また、ＭＢＥ室３２には、図示していないが、蒸発源室が設けられ、この蒸発源室にガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源、窒素プラズマ源が結合されている。
【００３５】
ＭＯＣＶＤ室３１において、水素ガスを２０ｓｌｍ流しながらサファイア基板を１２００℃、１０分加熱して表面の清浄化を行なった後、サファイア基板を５５０℃にし、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ３×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、４０ｓｌｍ、２５ｓｌｍとして１０分間流し、低温バッファ層を３００オングストローム成長させた。
【００３６】
この後、サファイア基板の温度を１０５０℃に上昇させ、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ５×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、２０ｓｌｍ、２０ｓｌｍとして６０分間流し、ノンドープＧａＮ層を４μｍ成長させた。
【００３７】
この後、サファイア基板の温度を５００℃に下げ、トリメチルガリウム、アンモニア、水素の流量をそれぞれ３×１０−４（ｍｏｌ／ｍｉｎ）、２０ｓｌｍ、２０ｓｌｍとし、表面保護用のＩｎＮを１００オングストローム成長させた。
【００３８】
次に、成長させた試料を大気中を搬送してＭＢＥ装置のＭＢＥ室３２にセットし、ＭＢＥ室３２内において試料を７００℃に１時間加熱することにより表面保護用のＩｎＮのみを蒸発させた。
【００３９】
このようにして得られた清浄表面をもつノンドープＧａＮ層に、窒素ラジカル源の出力を３５０Ｗ、窒素流量を５ｓｃｃｍとして窒素プラズマを照射すると共に、基板の温度を８００℃に上げ、それぞれ９００℃、１１００℃に保持されたガリウム蒸発源及びアルミニウム蒸発源のシャッターを３分間開け、ノンドープＧａＮ層上に、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ〜０．２５）を２５０オングストローム成長させた。
【００４０】
以上のようにして得られたｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ａ）に示したものと同様に、平坦であり、二次元電子ガスの移動度も１４１０（ｃｍ２／Ｖｓ）であった。
【００４１】
一方、ノンドープＧａＮ層、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を全てＭＯＣＶＤ法で作成した場合には、１４２０（ｃｍ２／Ｖｓ）の二次元電子ガスの移動度が得られたものの、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の表面は図２（ｂ）に示すようにゲートリークが発生しやすいと言われている凹部が多く見られた。
【００４２】
しかし、ＭＯＣＶＤ法でノンドープＧａＮ層を成長させた後、一旦大気中に取り出し、別のＭＢＥ装置に搬送してｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させた場合には、ノンドープＧａＮ層の酸化に伴なって界面準位が形成きれるため、二次元電子ガスの移動度は６０（ｃｍ２／Ｖｓ）であった。
【００４３】
図示実施形態においては、ノンドープＧａＮ層成長後にＭＯＣＶＤ装置内においてＩｎＮ膜を形成し、ＭＢＥ装置内においてＩｎＮ膜を加熱除去したが、ＭＯＣＶＤ装置に接続された成膜装置内において表面保護膜をノンドープＧａＮ層上に形成し、大気中をＭＢＥ装置まで搬送し、ＭＢＥ装置に接続された真空装置内においてノンドープＧａＮ層上に形成された表面保護膜を加熱除去し、ＭＢＥ装置に試料を搬送し、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させても良い。
【００４４】
また、図示実施形態においては、基板としてサファイアを用いたが、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＮ等他の基板を用いても良い。また、ＭＢＥ法でｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を成長させる際の窒素源としては、窒素プラズマを用いたが、アンモニアを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ複合装置として構成した本発明の一実施形態による化合物半導体成長装置の要部の構成を示す概略線図。
【図２】（ａ）図１の装置で作成したＡｌＧａＮ膜層の表面を示す図。 （ｂ）ＭＯＣＶＤ法で作成したＡｌＧａＮ膜層の表面のＡＦＭ写真に基づく図。
【図３】ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置を真空搬送部で連結して構成した本発明の別の実施形態による化合物半導体成長装置の構成を示す概略線図。
【図４】クラスター型装置として構成した本発明のさらに別の実施形態による化合物半導体成長装置の構成を示す概略線図。
【図５】一般的なＧａＮ系ＦＥＴの一例を示す概略断面図。
【図６】ｎ型ＡｌＧａＮ／ノンドープＧａＮヘテロ接合におけるバンド構造を示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１：ＭＯＣＶＤ装置のＭＯＣＶＤ室
２：ＭＢＥ装置の蒸発源室
３：ガリウム蒸発源
４：アルミニウム蒸発源
５：窒素プラズマ源
６：ゲートバルブ
７：トリメチルガリウムのマスフローコントローラー
８：アンモニアのマスフローコントローラー
９：水素のマスフローコントロ一ラー
１０：バルブ
１１：バルブ
１２：バルブ
１３：バルブ
１４：ガリウム蒸発源３のシャッター
１５：アルミニウム蒸発源４のシャッター
１６：窒素プラズマ源５のシャッター
１７：基板加熱用のヒーター
１８：基板ホルダー
１９：基板
２１：ＭＯＣＶＤ装置
２２：ＭＢＥ装置
２３：真空試料搬送部
２４：ゲートバルブ
２５：ゲートバルブ
３１：ＭＯＣＶＤ室
３２：ＭＢＥ室
３６：共通の真空搬送部
３７：ゲートバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させるヘテロ接合化合物半導体の成長方法において、
基板上にノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長にさせるのにＭＯＣＶＤ法を用い、
ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長させるのにＭＢＥ法を用いること
を特徴とする化合物半導体の成長方法。
【請求項２】
基板上におけるＭＯＣＶＤ法によるノンドープＧａＮ層のエピタキシャル成長と、ノンドープＧａＮ層上におけるＭＢＥ法によるｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長とを真空状態を保ちながら連続して実施することを特徴とする請求項１記載の化合物半導体の成長方法。
【請求項３】
基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させた後、ノンドープＧａＮ層表面における不純物層又は１酸化層の形成を防止する表面保護膜を形成し、その後真空装置内においてノンドープＧａＮ層上に形成した表面保護膜を加熱により除去することを特徴とする請求項１記載の化合物半導体の成長方法。
【請求項４】
基板としてサファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＮのいずれかの基板が用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の化合物半導体の成長方法。
【請求項５】
ノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させるヘテロ接合化合物半導体の成長装置において、
トリメチルガリウム、アンモニア、水素をそれぞれ流量制御して供給するようにしたそれぞれの流量制御手段を備え、基板上にノンドープＧａＮ層を形成するＭＯＣＶＤ装置と；
ＭＯＣＶＤ装置にゲートバルブを介して連接して設けられ、ガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源及び窒素プラズマ源又はアンモニア源を備え、ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を形成するＭＢＥ装置と；
を有することを特徴とする化合物半導体の成長装置。
【請求項６】
ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置とが真空搬送部を介して連接されていることを特徴とする請求項５記載の化合物半導体の成長装置。
【請求項１】
ノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させるヘテロ接合化合物半導体の成長方法において、
基板上にノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長にさせるのにＭＯＣＶＤ法を用い、
ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長させるのにＭＢＥ法を用いること
を特徴とする化合物半導体の成長方法。
【請求項２】
基板上におけるＭＯＣＶＤ法によるノンドープＧａＮ層のエピタキシャル成長と、ノンドープＧａＮ層上におけるＭＢＥ法によるｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層をエピタキシャル成長とを真空状態を保ちながら連続して実施することを特徴とする請求項１記載の化合物半導体の成長方法。
【請求項３】
基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてノンドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させた後、ノンドープＧａＮ層表面における不純物層又は１酸化層の形成を防止する表面保護膜を形成し、その後真空装置内においてノンドープＧａＮ層上に形成した表面保護膜を加熱により除去することを特徴とする請求項１記載の化合物半導体の成長方法。
【請求項４】
基板としてサファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＡｌＮのいずれかの基板が用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の化合物半導体の成長方法。
【請求項５】
ノンドープＧａＮ単結晶層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（ｘ＝０．１〜１．０）をエピタキシャル成長させ、ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層／ノンドープＧａＮ界面のＧａＮ側に形成された二次元電子を界面に沿って高速で走行させるヘテロ接合化合物半導体の成長装置において、
トリメチルガリウム、アンモニア、水素をそれぞれ流量制御して供給するようにしたそれぞれの流量制御手段を備え、基板上にノンドープＧａＮ層を形成するＭＯＣＶＤ装置と；
ＭＯＣＶＤ装置にゲートバルブを介して連接して設けられ、ガリウム蒸発源、アルミニウム蒸発源及び窒素プラズマ源又はアンモニア源を備え、ノンドープＧａＮ層上にｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を形成するＭＢＥ装置と；
を有することを特徴とする化合物半導体の成長装置。
【請求項６】
ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置とが真空搬送部を介して連接されていることを特徴とする請求項５記載の化合物半導体の成長装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１６５０６９（Ｐ２００６−１６５０６９Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５０３８２（Ｐ２００４−３５０３８２）
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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