半導体基板
【課題】ＡｌＧａＡs／ＩｎＧａＰ界面の遷移層の形成を抑制する。
【解決手段】ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体とを含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板を提供する。
【解決手段】ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体とを含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体の製造技術において、ＩｎＧａＰ系材料をストッパにして、ＡｌＧａＡs系材料を選択的にウェットエッチングする技術が知られている。リン酸をエッチング液に用いた場合、ＡｌＧａＡs系材料のエッチング速度は大きいが、ＩｎＧａＰ系材料のエッチング速度は小さい。塩酸をエッチング液に用いた場合には逆に、ＡｌＧａＡs系材料のエッチング速度が小さく、ＩｎＧａＰ系材料のエッチング速度は大きい。よって、ＡｌＧａＡs系のエピタキシャル結晶層の途中にＩｎＧａＰ系のエピタキシャル結晶層を形成しておけば、ＩｎＧａＰ系エピタキシャル結晶層が存在する深さで、ＡｌＧａＡs系エピタキシャル結晶層のエッチングを正確に停止できる。
【０００３】
特許文献１には、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ界面の急峻性を改善する目的で、Ａｓ系ガスとＧａ系ガスを反応管に供給して反応させてＧａＡｓ成長を行わせる工程と、前記Ｇａ系ガスをオフし、このＧａのドロップレットをなくすようにする工程と、先行して、Ｇａ系ガスのみを反応管に供給し、このＧａによる表面過剰ＡｓのＧａＡｓ化を行う工程と、Ｇａ系ガスの導入後に所定時間をおいてＩｎ系ガスを導入し、更に所定時間をおいてＰ系ガスを反応管に供給して反応させてＩｎＧａＰ成長を行わせる工程とを順次施すことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００２／０７８０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒ素化合物からなる半導体（たとえばＧａＡｓ）と、リン化合物からなる半導体（たとえばＩｎＧａＰ）との界面の急峻性の向上はまだ不十分であった。本発明の目的は、ヒ素化合物からなる半導体と、リン化合物からなる半導体との界面の急峻性をさらに向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体とを含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板を提供する。
【０００７】
前記第１伝導型として、N型が挙げられる。前記ヒ素化合物からなる第１半導体として、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ａｓ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）が挙げられ、前記ヒ素化合物からなる第２半導体として、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ａｓ（ｘ１＋ｙ１＝１、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）が挙げられ、前記リン化合物からなる第３半導体として、ＩｎｍＧａｎＰ（ｍ＋ｎ＝１、０≦ｍ≦１、０≦ｎ≦１）が挙げられる。前記第１原子として、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅから選択された１以上の原子が挙げられる。前記第２半導体が層状であるとき、層状の前記第２半導体の厚みとして５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が挙げられる。
【０００８】
本発明の第２の態様においては、ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体と、を含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第２半導体が前記第３半導体と前記第１半導体との間に位置しており、前記第１半導体がＮ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］以上の濃度で含有し、前記第２半導体がＮ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］未満の濃度で含有する半導体基板を提供する。
【０００９】
本発明の第３の態様においては、前記した半導体基板における、前記第１半導体、前記第２半導体および前記第３半導体から選択された１以上の半導体を活性領域として得られる電子素子を含む電子デバイスを提供する。前記電子素子としてバイポーラトランジスタが挙げられ、前記第１半導体または前記第２半導体として、前記バイポーラトランジスタのサブコレクタが挙げられる。前記電子素子として電界効果トランジスタが挙げられ、前記第１半導体または前記第２半導体として、前記電界効果トランジスタの電子供給層が挙げられる。前記電子素子として、受光素子または発光素子が挙げられ、前記第１半導体または前記第２半導体は、前記受光素子または前記発光素子を構成する半導体層であることができる。
【００１０】
本発明の第４の態様においては、基板の上に、ヒ素化合物からなる第１半導体を形成する段階と、前記第１半導体の上に、ヒ素化合物からなる第２半導体を形成する段階と、前記第２半導体に接して、リン化合物からなる第３半導体を形成する段階と、を含み、前記第１半導体を形成する段階において、第１伝導型のキャリアを発生させる第１原子を第１濃度で導入し、前記第２半導体を形成する段階において、前記第１原子を第２濃度で導入し、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の第５の態様においては、ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体とを含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板を準備する段階と、前記第２半導体および前記第３半導体から選択された何れか一方の半導体を、他方の半導体をエッチング停止材料としてエッチングする段階と、前記他方の半導体をエッチングする段階とを含む電子デバイスの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半導体基板１００の断面例を示す。
【図２】ＡｌＧａＡｓ結晶にドープするシリコン供給量とキャリア濃度との関係を示す。
【図３】半導体基板１００における半導体層を加工する場合の断面例を示す。
【図４】半導体基板１００における半導体層を加工する場合の断面例を示す。
【図５】半導体基板１００における半導体層を加工する場合の断面例を示す。
【図６】半導体基板６００の断面例を示す。
【図７】半導体基板６００の加工途中における断面例を示す。
【図８】半導体基板６００を用いて製造されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００の断面例を示す。
【図９】半導体基板９００の断面例を示す。
【図１０】半導体基板９００の加工途中における断面例を示す。
【図１１】半導体基板９００を用いて製造された高電子移動度トランジスタ１１００の断面例を示す。
【図１２】半導体基板１２００の断面例を示す。
【図１３】半導体基板１２００を用いて製造された太陽電池１３００の断面例を示す。
【図１４】半導体基板１４００の断面例を示す。
【図１５】半導体基板１４００を用いて製造された発光ダイオード１５００の断面例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、実施の形態の説明に先立ち、本発明者らが本願発明を為した背景および着想について概説する。
【００１４】
リン化合物からなる半導体（たとえばＩｎＧａＰ。以下「Ｐ系材料」と称す。）とヒ素化合物からなる半導体（たとえばＡｌＧａＡｓ。以下「Ａｓ系材料」と称す。）を積層した界面には、Ｐ系材料およびＡｓ系材料の遷移層が形成される場合がある。たとえばＩｎＧａＰとＡｌＧａＡｓの界面にはＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφ（α＋β＋γ＝１、δ＋φ＝１、１≧α≧０、１≧β≧０、１≧γ≧０、１≧δ≧０、１≧φ≧０）が形成される。遷移層はリン酸および塩酸の双方にエッチング耐性があるので、ＩｎＧａＰ等のＰ系材料でＡｌＧａＡｓ等のＡｓ系材料のエッチングをストップさせ、塩酸を用いてＰ系材料を除去した後、さらにＡｓ系材料をリン酸でエッチングしようとしても、遷移層（たとえばＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφ）が残存するので、エッチング不良を生ずる原因になる。また、Ｐ系材料でＡｓ系材料のエッチングをストップさせ、塩酸を用いてＰ系材料を除去した後、Ａｓ系材料の上に電極を形成しようとした場合に、遷移層が残存するので、電極とＡｓ系材料との間のコンタクト抵抗を上昇させる原因になる。
【００１５】
本発明者らは、エッチング不良やコンタクト抵抗上昇の原因になり得る遷移層が、どのようにして形成されるかについて研究した。ＭＯＣＶＤ法でＡｌＧａＡｓ層およびＩｎＧａＰ層を連続的に形成する場合、ＡｓガスおよびＰガスの切り替えシーケンスを改善することで、遷移層の発生が抑制できることを見出した（特開２００６−３１０５４７号公報を参照）。さらに、ＡｌＧａＡｓ層に、ｎ型のドーパントであるＳｉを多く含む場合、ＡｌＧａＡｓ層に存在する欠陥が、遷移層を発生させる可能性のあることを見出した。すなわち、Ｓｉを多く含む場合、特にＳｉを４×１０１８［個／ｃｍ３］以上含む場合、Ｇａ原子が存在するべき位置にＳｉ原子が入り込む状態（置換）やＡｓ原子が存在するべき位置にＡｓが存在しない状態（空孔）が発生しやすくなり、これら置換あるいは空孔、これらを要因とする複合欠陥が発生しやすくなる。複合欠陥を多く含むＡｌＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層を形成する結果、ＩｎやＰがＡｌＧａＡｓ層に拡散して、遷移層が形成される可能性がある。本発明は、発明者らのこれら知見に基づき為されたものであり、ＡｌＧａＡs層に含むＳｉ原子の数を４×１０１８［個／ｃｍ３］未満に少なくすることで、遷移層の発生を抑制する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態である半導体基板１００の断面例を示す。半導体基板１００として、支持基板１０２、ヒ素化合物からなる第１半導体層１０４、ヒ素化合物からなる第２半導体層１０６およびリン化合物からなる第３半導体層１０８を有するものが挙げられる。第１半導体層１０４は、ヒ素化合物からなる第１半導体の一例である。第２半導体層１０６は、ヒ素化合物からなる第２半導体の一例である。第３半導体層１０８は、リン化合物からなる第３半導体の一例である。図示するように、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８は、支持基板１０２の上に形成され、第１半導体層１０４と第３半導体層１０８との間に、第２半導体層１０６が位置している。
【００１７】
支持基板１０２は、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８を支持する。支持基板１０２は、たとえばＧａＡｓからなる。支持基板１０２として、単結晶ＧａＡｓウェハが挙げられる。支持基板１０２は、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８をエピタキシャル成長させる際のエピタキシャル成長基板であることが好ましい。
【００１８】
第１半導体層１０４は、ヒ素化合物からなる半導体である。第１半導体層１０４は、たとえばＡｌｘＧａｙＡｓ（ｘ＋ｙ＝１、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０）である。第１半導体層１０４は、第１原子を第１濃度で含有する。第１濃度は、第１半導体層１０４にドープする第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める第１原子の濃度以上の濃度である。すなわち第１濃度は、第１半導体層１０４におけるキャリア飽和濃度以上の濃度である。キャリア飽和濃度は、第１半導体層１０４がＡｌＧａＡｓ結晶である場合、たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］である。
【００１９】
第１原子は、第１伝導型たとえばＮ型のキャリアを発生させる。第１原子は、たとえばＳｉ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅから選択された１以上の原子である。
【００２０】
キャリア飽和濃度は、キャリア数が飽和し始める不純物濃度に対応する。図２は、ＡｌＧａＡｓ結晶にドープするシリコン供給量とキャリア濃度との関係を示す。シリコン供給量が少ないうちは、シリコン供給量の増加に従いキャリア濃度も増加する。しかし、シリコン供給量が濃度１１０（４×１０１８［個／ｃｍ３］）に達すると、実線で示すようにキャリア濃度は飽和し始める。当該濃度１１０がキャリア飽和濃度に対応する。
【００２１】
第１半導体層１０４は、キャリア飽和濃度以上に高濃度にドープされているので、得られる限りのキャリア数を有する。よって、第１半導体層１０４は、抵抗率が低く、特に大電力素子への用途においては有用な半導体層となる。その一方、不純物が超高濃度にドープされているので、置換、空孔、あるいはこれらの複合欠陥が発生しやすく、従来であればＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφからなる遷移層が発生しやすい。しかし、本実施形態では第２半導体層１０６が第１半導体層１０４と第３半導体層１０８との間に位置しているので、遷移層の発生を効果的に抑制できる。
【００２２】
第２半導体層１０６は、ヒ素化合物からなり、第３半導体層１０８と接触する。第２半導体層１０６は、たとえば、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ａｓ（ｘ１＋ｙ１＝１、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）からなる。第２半導体層１０６は、第１原子を第２濃度で含有する。第２濃度は、前記第２半導体層１０６にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である。すなわち第２濃度は、第２半導体層１０６におけるキャリア飽和濃度未満の濃度である。第２半導体層１０６の厚みは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。すなわち、第２半導体層１０６は、電子を発生するＮ型不純物原子を、４×１０１８［個／ｃｍ３］未満の濃度で含有するとともに、第１半導体層１０４は、Ｎ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］以上の濃度で含有することが好ましい。
【００２３】
第２半導体層１０６が第１原子を、キャリア飽和濃度未満の濃度で含有するので、本実施形態の半導体基板１００では、第２半導体層１０６と第３半導体層１０８との間に、ＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφからなる遷移層が形成されにくくなる。特に、第１半導体層１０４が超高濃度にドープされていても、キャリア飽和濃度未満の第１原子を含有する第２半導体層１０６が形成されているので、選択エッチングに障害となる遷移層の形成を抑制できる。この結果、エッチング残りのない良好な選択エッチングが実施でき、電極を形成した場合でも接触抵抗を低減できる。
【００２４】
第３半導体層１０８は、リン化合物からなる半導体である。第３半導体層１０８は、たとえばＩｎｘ２Ｇａｙ２Ｐ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）からなる。第３半導体層１０８には不純物がドープされていてもよく、不純物がドープされないノンドープであってもよい。不純物の伝導型はＰ型でもＮ型でもよい。
【００２５】
図３から図５は、半導体基板１００における半導体層を加工する場合の断面例を加工順に示す。まず、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８を支持基板１０２上に順次エピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長には、ＭＯＣＶＤ法、分子線エピタキシー法を用いることが挙げられ、ＭＯＣＶＤ法を用いることが好ましい。
【００２６】
第１半導体層１０４および第２半導体層１０６のエピタキシャル成長には、Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、トリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）等の有機ガリウムガスを用いることができる。Ａｓ原料には、アルシン（ＡｓＨ３）を用いることができる。ガリウムの一部をアルミニウムに置換する場合は、Ａｌ原料として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）、トリエチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３）等の有機アルミニウムガスを用いることができる。
【００２７】
第１半導体層１０４および第２半導体層１０６に、Ｎ型キャリアを生成する不純物材料としてＳｉをドープする場合には、Ｓｉ原料としてシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のシラン系ガスを用いることができる。シラン等に代えて塩化シラン等のハロゲン化シランを用いることができる。シリコン原子のドープ量（原子供給量）は、Ｓｉ原料ガスの供給量（Ｇａ原料およびＡｓ原料に対するモル比）を変えて調整できる。シリコン原子は、キャリア飽和濃度以上の濃度で導入する。
【００２８】
第３半導体層１０８のエピタキシャル成長には、Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、トリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）等の有機ガリウムガスを用いることができる。Ｐ原料には、ホスフィン（ＰＨ３）を用いることができる。ガリウムの一部をインジュウムに置換する場合は、Ｉｎ原料として、トリメチルインジュウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）等の有機インジュウムガスを用いることができる。第３半導体層１０８に不純物を導入する場合には、伝導型に応じた不純物ガスを供給し、当該不純物ガスの供給量によって不純物原子のドープ量を調整する。
【００２９】
以上のようにして、半導体基板１００が製造できる。すなわち、支持基板１０２の上に、ヒ素化合物からなる第１半導体層１０４を形成する段階と、第１半導体層１０４の上に、ヒ素化合物からなる第２半導体層１０６を形成する段階と、第２半導体層１０６に接して、リン化合物からなる第３半導体層１０８を形成する段階と、を含み、第１半導体層１０４を形成する段階において、第１伝導型のキャリアを発生させる第１原子（たとえばＳｉ）を、キャリア数が飽和し始める不純物濃度に対応するキャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）以上の第１濃度で導入し、第２半導体層１０６を形成する段階において、第１原子（たとえばＳｉ）を、キャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）未満の第２濃度で導入する半導体基板の製造方法が開示される。
【００３０】
このような半導体基板１００は、その上に形成したＡｌＧａＡｓ層１２０の加工において、選択エッチングに適用できる。図３に示すように、半導体基板１００の上にＡｌＧａＡｓ層１２０を形成し、加工パターンに応じたマスク１２２をＡｌＧａＡｓ層１２０の上に形成する。マスク１２２は、リン酸および塩酸に耐性のある材料、たとえばレジスト、窒化シリコンまたは酸化シリコンが例示できる。
【００３１】
次に、図４に示すように、全体をリン酸溶液に浸漬して、ＡｌＧａＡｓ層１２０をエッチングする。このとき、第３半導体層１０８はリン酸に対し耐性があるので、エッチングストッパとして機能する。
【００３２】
次に、図５に示すように、全体を塩酸溶液に浸漬して、第３半導体層１０８をエッチングする。ＡｌＧａＡｓ層１２０および第２半導体層１０６は塩酸に対し耐性があるので、この段階ではエッチングされない。ここで、第２半導体層１０６と第３半導体層１０８との界面には、ＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφからなる遷移層が形成されないので、エッチング不良が発生せず、第２半導体層１０６上に電極を形成する場合でも接触抵抗を低減できる。
【００３３】
なお、さらに第２半導体層１０６および第１半導体層１０４を加工する場合には、リン酸溶液を用いてウェットエッチングを適用できる。また、上記例では、第３半導体層１０８をストッパとして用いたＡｌＧａＡｓ系層の加工方法を説明したが、ＡｌＧａＡｓ系材料である第２半導体層１０６をストッパとして第３半導体層１０８を加工する例も挙げられる。
【００３４】
以上のようにして、半導体基板１００を用いて電子デバイスの製造を実施できる。すなわち、ヒ素化合物からなる第１半導体層１０４と、ヒ素化合物からなる第２半導体層１０６と、リン化合物からなる第３半導体層１０８と、を含み、第２半導体層１０６と第３半導体層１０８とが接触しており、第２半導体層１０６が第３半導体層１０８と第１半導体層１０４との間に位置しており、第１半導体層１０４が第１原子（たとえばＳｉ）を第１濃度で含有し、第２半導体層１０６が第１原子を第２濃度で含有し、第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、第１濃度が、第１半導体層１０４にドープする第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める第１原子の濃度、すなわち第１半導体層１０４におけるキャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）以上の濃度であり、第２濃度が、第２半導体層１０６にドープする第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める第１原子の濃度、すなわち第２半導体層１０６におけるキャリア飽和濃度未満の濃度である半導体基板を準備する段階と、第３半導体層１０８および第２半導体層１０６から選択された何れか一方の半導体を、他方の半導体をエッチング停止材料としてエッチングする段階と、他方の半導体をエッチングする段階とを含む電子デバイスの製造方法が開示される。
【００３５】
上記した半導体基板１００における、第３半導体層１０８および第２半導体層１０６を適用して、各種の電子デバイスを形成できる。すなわち、第３半導体層１０８および第２半導体層１０６から選択された１以上の半導体を活性領域として得られる電子素子を含む電子デバイスが製造できる。
【００３６】
図６は、半導体基板６００の断面例を示す。半導体基板６００は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造に利用できる。半導体基板６００は、支持基板６０２、バッファ層６０４、サブコレクタ層６０６、第２半導体層６０８、第３半導体層６１０、サブコレクタ層６１２、コレクタ層６１４、ベース層６１６、サブエミッタ層６１８およびエミッタ層６２０を有する。
【００３７】
支持基板６０２は、支持基板１０２と同様である。バッファ層６０４、サブコレクタ層６１２、コレクタ層６１４、ベース層６１６、サブエミッタ層６１８およびエミッタ層６２０は、一般的なヘテロ接合バイポーラトランジスタに適用できる半導体結晶層と同様である。たとえば、バッファ層６０４、サブコレクタ層６１２、コレクタ層６１４およびベース層６１６は、ＧａＡｓで構成でき、サブエミッタ層６１８はＡｌＧａＡｓで構成でき、エミッタ層６２０は、ＩｎＧａＡｓで構成できる。各層の伝導型、不純物量および層の厚み等は、デバイス特性から要求される値で最適化できる。
【００３８】
サブコレクタ層６０６は、前記した第１半導体層１０４と同様である。第２半導体層６０８は、前記した第２半導体層１０６と同様である。第３半導体層６１０は、前記した第３半導体層１０８と同様である。ただし第３半導体層６１０は、導電性が高いことが好ましいので、１×１０１８［／ｃｍ３］以上のＳｉ原子をキャリア生成不純物として導入する。これら各層は、半導体基板１００の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により製造できる。
【００３９】
図７は、半導体基板６００の加工途中における断面例を示す。サブコレクタ層６１２、コレクタ層６１４、ベース層６１６、サブエミッタ層６１８およびエミッタ層６２０を、リン酸溶液を用いてエッチングすることができ、この場合、第３半導体層６１０がエッチングストッパとして機能する。第３半導体層６１０とサブコレクタ層６０６との間には、第２半導体層６０８が形成されており、第２半導体層６０８には第２半導体層１０６と同様に、第１原子（たとえばＳｉ）を、キャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）未満の濃度で含有するので遷移層が形成されない。よって塩酸により第３半導体層６１０を除去した後に、良好なエッチング表面が得られ、電極を形成しても接触抵抗が大きくならない。
【００４０】
図８は、半導体基板６００を用いて製造されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００の断面例を示す。図７で説明した工程においてコレクタコンタクト領域が露出され、その後ベースコンタクト領域が加工される。コレクタ電極８０２、ベース電極８０４およびエミッタ電極８０６が形成されてヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００が製造される。すなわち、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００はバイポーラトランジスタの一例であり、第２半導体層は、バイポーラトランジスタのサブコレクタであることが開示される。
【００４１】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００では、コレクタコンタクト領域の形成において、エッチングが良好に行われる。よって、コレクタ電極８０２とサブコレクタ層との間の接触抵抗を小さくできる。
【００４２】
図９は、半導体基板９００の断面例を示す。半導体基板９００は、ヘテロ接合電界効果トランジスタたとえば高電子移動度トランジスタの製造に利用できる。半導体基板９００は、支持基板９０２、バッファ層９０４、電子供給層９０６、スペーサ層９０８、チャネル層９１０、スペーサ層９１２、電子供給層９１４、第２半導体層９１６、第３半導体層９１８およびコンタクト層９２０を有する。
【００４３】
支持基板９０２は、支持基板１０２と同様である。バッファ層９０４、電子供給層９０６、スペーサ層９０８、チャネル層９１０、スペーサ層９１２およびコンタクト層９２０は、一般的な高電子移動度トランジスタに適用できる半導体結晶層と同様である。たとえば、バッファ層９０４はＧａＡｓで構成でき、電子供給層９０６、スペーサ層９０８，９１２およびコンタクト層９２０は、ＡｌＧａＡｓで構成でき、チャネル層９１０は、ＩｎＧａＡｓで構成できる。各層の伝導型、不純物量および厚み等は、デバイス特性から要求される値で最適化できる。
【００４４】
電子供給層９１４、第２半導体層９１６および第３半導体層９１８は、各々前記した第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８と同様である。ただし第３半導体層９１８は、ドープしないか、１×１０１６［／ｃｍ３］以上のＳｉを導入する例が挙げられる。これら各層は、半導体基板１００の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により製造できる。
【００４５】
図１０は、半導体基板９００の加工途中における断面例を示す。コンタクト層９２０を、リン酸溶液を用いてエッチングすることができ、この場合、第３半導体層９１８がエッチングストッパとして機能する。第３半導体層９１８と電子供給層９１４との間には、第２半導体層９１６が形成されており、第２半導体層９１６には第２半導体層１０６と同様に、第１原子（たとえばＳｉ）を、キャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）未満の濃度で含有するので遷移層が形成されない。よって塩酸により第３半導体層９１８を除去した後に、良好なエッチング表面が得られ、電極を形成しても接触抵抗が大きくならない。
【００４６】
図１１は、半導体基板９００を用いて製造された高電子移動度トランジスタ１１００の断面例を示す。図１０で説明した工程においてゲート電極領域が露出され、その後ゲート電極１１０６の形成、およびコンタクト層９２０の上にソース電極１１０２およびドレイン電極１１０４の形成が実施され、高電子移動度トランジスタ１１００が製造される。すなわち、高電子移動度トランジスタ１１００は電界効果トランジスタの一例であり、第２半導体層は、電界効果トランジスタの電子供給層であることが開示される。
【００４７】
高電子移動度トランジスタ１１００では、ゲート電極領域の形成において、エッチングが良好に行われる。よって、ゲート電極１１０６の下のトラップを低減できる。
【００４８】
図１２は、半導体基板１２００の断面例を示す。半導体基板１２００は、太陽電池の製造に利用できる。半導体基板１２００は、支持基板１２０２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１２０４、第２半導体層１２０６、第３半導体層１２０８、ｐ−ＡｌＩｎＧａＰ層１２１０およびｐ−ＧａＡｓ層１２１２を有する。支持基板１２０２は支持基板１０２と同様である。ｐ−ＡｌＩｎＧａＰ層１２１０およびｐ−ＧａＡｓ層１２１２は、一般的な化合物半導体の太陽電池に適用できる半導体結晶層と同様である。ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１２０４、第２半導体層１２０６および第３半導体層１２０８は、各々前記した第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８と同様である。ただし第３半導体層１２０８は、ドープしないか、１×１０１６［／ｃｍ３］以上のＳｉを導入する例が挙げられる。これら各層は、半導体基板１００の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により製造できる。各層の伝導型、不純物量および厚み等は、デバイス特性から要求される値で最適化できる。
【００４９】
図１３は、半導体基板１２００を用いて製造された太陽電池１３００の断面例を示す。第３半導体層１２０８をエッチングストッパに用いて第２半導体層１２０６を露出できる。露出した第２半導体層１２０６にカソード１３０２を形成し、ｐ−ＧａＡｓ層１２１２の上にアノード１３０４を形成して、太陽電池１３００を製造できる。太陽電池１３００では、露出した第２半導体層１２０６のエッチングが良好に実施されるので、第２半導体層１２０６とカソード１３０２との間の接触抵抗を低減できる。
【００５０】
図１４は、半導体基板１４００の断面例を示す。半導体基板１４００は、発光ダイオードまたはレーザダイオードの製造に利用できる。半導体基板１４００は、支持基板１４０２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１４０４、第２半導体層１４０６、第３半導体層１４０８、活性層１４１０、ｐ−ＩｎＧａＰ層１４１２およびｐ−ＧａＡｓ層１４１４を有する。支持基板１４０２は支持基板１０２と同様である。活性層１４１０、ｐ−ＩｎＧａＰ層１４１２およびｐ−ＧａＡｓ層１４１４は、一般的な発光ダイオードまたはレーザダイオードに適用できる半導体結晶層と同様である。ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１４０４、第２半導体層１４０６および第３半導体層１４０８は、各々前記した第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８と同様である。ただし第３半導体層１４０８は、ドープしないか、１×１０１６［／ｃｍ３］以上のＳｉを導入する例が挙げられる。これら各層は、半導体基板１００の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により製造できる。各層の伝導型、不純物量および厚み等は、デバイス特性から要求される値で最適化できる。
【００５１】
図１５は、半導体基板１４００を用いて製造された発光ダイオード１５００の断面例を示す。第３半導体層１４０８をエッチングストッパに用いて第２半導体層１４０６を露出できる。露出した第２半導体層１４０６にカソード１５０２を形成し、ｐ−ＧａＡｓ層１４１４の上にアノード１５０４を形成して、発光ダイオード１５００を製造できる。なお、レーザダイオードも発光ダイオードと同様に製造できる。発光ダイオード１５００では、露出した第２半導体層１４０６のエッチングが良好に実施されるので、第２半導体層１４０６とカソード１５０２との間の接触抵抗を低減できる。図１２から図１５において、電子素子として受光素子および発光素子が開示され、第２半導体層は、受光素子または発光素子を構成する半導体層であることが開示される。
【００５２】
（実験例）
図１に示した第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８を、表１に示す層の厚み（膜厚）およびＳｉ濃度で形成した。なお、表１および以下の説明において、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８は、各々、層１０４、層１０６および層１０８と表記する。
【表１】
【００５３】
すなわち、ＧａＡｓの支持基板１０２上に、層１０４であるＧａＡｓエピタキシャル層、層１０６であるＧａＡｓエピタキシャル層および層１０８であるＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により形成した。層１０４は、膜厚を５００ｎｍとし、Ｓｉ濃度を４×１０１８［個／ｃｍ3］とした。層１０６は、膜厚を、実施例１では５ｎｍ、実施例２では１０ｎｍ、実施例３では２０ｎｍとし、Ｓｉ濃度を３．０×１０１８［個／ｃｍ3］とした。層１０８は、膜厚を１０ｎｍとし、Ｓｉ濃度を３×１０１８［個／ｃｍ3］とした。
【００５４】
比較例として、ＧａＡｓの支持基板１０２上に、層１０４であるＧａＡｓエピタキシャル層および層１０８であるＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により形成した。第２半導体層１０６を形成しない以外は、実施例１から実施例３と同じである。
【００５５】
実施例１から実施例３および比較例の各サンプルについて、層１０８であるＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐエピタキシャル層を塩酸にてエッチングした。その後、層１０６であるＧａＡｓエピタキシャル層（比較例については層１０４であるＧａＡｓエピタキシャル層）の表面をＸ線光電子分光（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）法を用いて分析した。Ｘ線光電子分光によれば、Ｉｎ３ｄ／Ｇａ３ｄの信号強度比、およびＰ２ｐ／Ａｓ３ｄの信号強度比によって表面におけるＩｎおよびＰの残留の程度が評価できる。ここで、XPSの信号強度比とは、各ピークの面積比を、感度係数を用いて組成比に換算したものである。また、層１０６であるＧａＡｓエピタキシャル層（比較例については層１０４であるＧａＡｓエピタキシャル層）をリン酸にてエッチングし、表面のエッチング状態を良否判定により評価した。
【００５６】
表１に示す通り、実施例１から実施例３では、比較例に比較して、Ｉｎ３ｄ／Ｇａ３ｄの信号強度比、およびＰ２ｐ／Ａｓ３ｄの信号強度比が小さく、ＩｎおよびＰの残留が少ないことが判った。また、実施例１から実施例３では、比較例に比較して、リン酸エッチングの表面が良好であり、遷移層が形成されていないことが判明した。
【００５７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作順に関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１００ 半導体基板
１０２ 支持基板
１０４ ヒ素化合物からなる第１半導体層
１０６ ヒ素化合物からなる第２半導体層
１０８ リン化合物からなる第３半導体層
１２０ ＡｌＧａＡｓ層
１２２ マスク
６００ 半導体基板
６０２ 支持基板
６０４ バッファ層
６０６ サブコレクタ層
６０８ ヒ素化合物からなる第２半導体層
６１０ リン化合物からなる第３半導体層
６１２ サブコレクタ層
６１４ コレクタ層
６１６ ベース層
６１８ サブエミッタ層
６２０ エミッタ層
８００ ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
８０２ コレクタ電極
８０４ ベース電極
８０６ エミッタ電極
９００ 半導体基板
９０２ 支持基板
９０４ バッファ層
９０６ 電子供給層
９０８ スペーサ層
９１０ チャネル層
９１２ スペーサ層
９１４ 電子供給層
９１６ ヒ素化合物からなる第２半導体層
９１８ リン化合物からなる第３半導体層
９２０ コンタクト層
１１００ 高電子移動度トランジスタ
１１０２ ソース電極
１１０４ ドレイン電極
１１０６ ゲート電極
１２００ 半導体基板
１２０２ 支持基板
１２０４ ｎ−ＡｌＧａＡｓ層
１２０６ ヒ素化合物からなる第２半導体層
１２０８ リン化合物からなる第３半導体層
１２１０ ｐ−ＡｌＩｎＧａＰ層
１２１２ ｐ−ＧａＡｓ層
１３００ 太陽電池
１３０２ カソード
１３０４ アノード
１４００ 半導体基板
１４０２ 支持基板
１４０４ ｎ−ＡｌＧａＡｓ層
１４０６ ヒ素化合物からなる第２半導体層
１４０８ リン化合物からなる第３半導体層
１４１０ 活性層
１４１２ ｐ−ＩｎＧａＰ層
１４１４ ｐ−ＧａＡｓ層
１５００ 発光ダイオード
１５０２ カソード
１５０４ アノード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化合物半導体の製造技術において、ＩｎＧａＰ系材料をストッパにして、ＡｌＧａＡs系材料を選択的にウェットエッチングする技術が知られている。リン酸をエッチング液に用いた場合、ＡｌＧａＡs系材料のエッチング速度は大きいが、ＩｎＧａＰ系材料のエッチング速度は小さい。塩酸をエッチング液に用いた場合には逆に、ＡｌＧａＡs系材料のエッチング速度が小さく、ＩｎＧａＰ系材料のエッチング速度は大きい。よって、ＡｌＧａＡs系のエピタキシャル結晶層の途中にＩｎＧａＰ系のエピタキシャル結晶層を形成しておけば、ＩｎＧａＰ系エピタキシャル結晶層が存在する深さで、ＡｌＧａＡs系エピタキシャル結晶層のエッチングを正確に停止できる。
【０００３】
特許文献１には、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ界面の急峻性を改善する目的で、Ａｓ系ガスとＧａ系ガスを反応管に供給して反応させてＧａＡｓ成長を行わせる工程と、前記Ｇａ系ガスをオフし、このＧａのドロップレットをなくすようにする工程と、先行して、Ｇａ系ガスのみを反応管に供給し、このＧａによる表面過剰ＡｓのＧａＡｓ化を行う工程と、Ｇａ系ガスの導入後に所定時間をおいてＩｎ系ガスを導入し、更に所定時間をおいてＰ系ガスを反応管に供給して反応させてＩｎＧａＰ成長を行わせる工程とを順次施すことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００２／０７８０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒ素化合物からなる半導体（たとえばＧａＡｓ）と、リン化合物からなる半導体（たとえばＩｎＧａＰ）との界面の急峻性の向上はまだ不十分であった。本発明の目的は、ヒ素化合物からなる半導体と、リン化合物からなる半導体との界面の急峻性をさらに向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体とを含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板を提供する。
【０００７】
前記第１伝導型として、N型が挙げられる。前記ヒ素化合物からなる第１半導体として、Ａｌｘ２Ｇａｙ２Ａｓ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）が挙げられ、前記ヒ素化合物からなる第２半導体として、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ａｓ（ｘ１＋ｙ１＝１、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）が挙げられ、前記リン化合物からなる第３半導体として、ＩｎｍＧａｎＰ（ｍ＋ｎ＝１、０≦ｍ≦１、０≦ｎ≦１）が挙げられる。前記第１原子として、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅから選択された１以上の原子が挙げられる。前記第２半導体が層状であるとき、層状の前記第２半導体の厚みとして５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が挙げられる。
【０００８】
本発明の第２の態様においては、ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体と、を含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第２半導体が前記第３半導体と前記第１半導体との間に位置しており、前記第１半導体がＮ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］以上の濃度で含有し、前記第２半導体がＮ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］未満の濃度で含有する半導体基板を提供する。
【０００９】
本発明の第３の態様においては、前記した半導体基板における、前記第１半導体、前記第２半導体および前記第３半導体から選択された１以上の半導体を活性領域として得られる電子素子を含む電子デバイスを提供する。前記電子素子としてバイポーラトランジスタが挙げられ、前記第１半導体または前記第２半導体として、前記バイポーラトランジスタのサブコレクタが挙げられる。前記電子素子として電界効果トランジスタが挙げられ、前記第１半導体または前記第２半導体として、前記電界効果トランジスタの電子供給層が挙げられる。前記電子素子として、受光素子または発光素子が挙げられ、前記第１半導体または前記第２半導体は、前記受光素子または前記発光素子を構成する半導体層であることができる。
【００１０】
本発明の第４の態様においては、基板の上に、ヒ素化合物からなる第１半導体を形成する段階と、前記第１半導体の上に、ヒ素化合物からなる第２半導体を形成する段階と、前記第２半導体に接して、リン化合物からなる第３半導体を形成する段階と、を含み、前記第１半導体を形成する段階において、第１伝導型のキャリアを発生させる第１原子を第１濃度で導入し、前記第２半導体を形成する段階において、前記第１原子を第２濃度で導入し、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の第５の態様においては、ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体とを含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板を準備する段階と、前記第２半導体および前記第３半導体から選択された何れか一方の半導体を、他方の半導体をエッチング停止材料としてエッチングする段階と、前記他方の半導体をエッチングする段階とを含む電子デバイスの製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半導体基板１００の断面例を示す。
【図２】ＡｌＧａＡｓ結晶にドープするシリコン供給量とキャリア濃度との関係を示す。
【図３】半導体基板１００における半導体層を加工する場合の断面例を示す。
【図４】半導体基板１００における半導体層を加工する場合の断面例を示す。
【図５】半導体基板１００における半導体層を加工する場合の断面例を示す。
【図６】半導体基板６００の断面例を示す。
【図７】半導体基板６００の加工途中における断面例を示す。
【図８】半導体基板６００を用いて製造されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００の断面例を示す。
【図９】半導体基板９００の断面例を示す。
【図１０】半導体基板９００の加工途中における断面例を示す。
【図１１】半導体基板９００を用いて製造された高電子移動度トランジスタ１１００の断面例を示す。
【図１２】半導体基板１２００の断面例を示す。
【図１３】半導体基板１２００を用いて製造された太陽電池１３００の断面例を示す。
【図１４】半導体基板１４００の断面例を示す。
【図１５】半導体基板１４００を用いて製造された発光ダイオード１５００の断面例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、実施の形態の説明に先立ち、本発明者らが本願発明を為した背景および着想について概説する。
【００１４】
リン化合物からなる半導体（たとえばＩｎＧａＰ。以下「Ｐ系材料」と称す。）とヒ素化合物からなる半導体（たとえばＡｌＧａＡｓ。以下「Ａｓ系材料」と称す。）を積層した界面には、Ｐ系材料およびＡｓ系材料の遷移層が形成される場合がある。たとえばＩｎＧａＰとＡｌＧａＡｓの界面にはＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφ（α＋β＋γ＝１、δ＋φ＝１、１≧α≧０、１≧β≧０、１≧γ≧０、１≧δ≧０、１≧φ≧０）が形成される。遷移層はリン酸および塩酸の双方にエッチング耐性があるので、ＩｎＧａＰ等のＰ系材料でＡｌＧａＡｓ等のＡｓ系材料のエッチングをストップさせ、塩酸を用いてＰ系材料を除去した後、さらにＡｓ系材料をリン酸でエッチングしようとしても、遷移層（たとえばＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφ）が残存するので、エッチング不良を生ずる原因になる。また、Ｐ系材料でＡｓ系材料のエッチングをストップさせ、塩酸を用いてＰ系材料を除去した後、Ａｓ系材料の上に電極を形成しようとした場合に、遷移層が残存するので、電極とＡｓ系材料との間のコンタクト抵抗を上昇させる原因になる。
【００１５】
本発明者らは、エッチング不良やコンタクト抵抗上昇の原因になり得る遷移層が、どのようにして形成されるかについて研究した。ＭＯＣＶＤ法でＡｌＧａＡｓ層およびＩｎＧａＰ層を連続的に形成する場合、ＡｓガスおよびＰガスの切り替えシーケンスを改善することで、遷移層の発生が抑制できることを見出した（特開２００６−３１０５４７号公報を参照）。さらに、ＡｌＧａＡｓ層に、ｎ型のドーパントであるＳｉを多く含む場合、ＡｌＧａＡｓ層に存在する欠陥が、遷移層を発生させる可能性のあることを見出した。すなわち、Ｓｉを多く含む場合、特にＳｉを４×１０１８［個／ｃｍ３］以上含む場合、Ｇａ原子が存在するべき位置にＳｉ原子が入り込む状態（置換）やＡｓ原子が存在するべき位置にＡｓが存在しない状態（空孔）が発生しやすくなり、これら置換あるいは空孔、これらを要因とする複合欠陥が発生しやすくなる。複合欠陥を多く含むＡｌＧａＡｓ層上にＩｎＧａＰ層を形成する結果、ＩｎやＰがＡｌＧａＡｓ層に拡散して、遷移層が形成される可能性がある。本発明は、発明者らのこれら知見に基づき為されたものであり、ＡｌＧａＡs層に含むＳｉ原子の数を４×１０１８［個／ｃｍ３］未満に少なくすることで、遷移層の発生を抑制する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態である半導体基板１００の断面例を示す。半導体基板１００として、支持基板１０２、ヒ素化合物からなる第１半導体層１０４、ヒ素化合物からなる第２半導体層１０６およびリン化合物からなる第３半導体層１０８を有するものが挙げられる。第１半導体層１０４は、ヒ素化合物からなる第１半導体の一例である。第２半導体層１０６は、ヒ素化合物からなる第２半導体の一例である。第３半導体層１０８は、リン化合物からなる第３半導体の一例である。図示するように、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８は、支持基板１０２の上に形成され、第１半導体層１０４と第３半導体層１０８との間に、第２半導体層１０６が位置している。
【００１７】
支持基板１０２は、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８を支持する。支持基板１０２は、たとえばＧａＡｓからなる。支持基板１０２として、単結晶ＧａＡｓウェハが挙げられる。支持基板１０２は、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８をエピタキシャル成長させる際のエピタキシャル成長基板であることが好ましい。
【００１８】
第１半導体層１０４は、ヒ素化合物からなる半導体である。第１半導体層１０４は、たとえばＡｌｘＧａｙＡｓ（ｘ＋ｙ＝１、１≧ｘ≧０、１≧ｙ≧０）である。第１半導体層１０４は、第１原子を第１濃度で含有する。第１濃度は、第１半導体層１０４にドープする第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める第１原子の濃度以上の濃度である。すなわち第１濃度は、第１半導体層１０４におけるキャリア飽和濃度以上の濃度である。キャリア飽和濃度は、第１半導体層１０４がＡｌＧａＡｓ結晶である場合、たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］である。
【００１９】
第１原子は、第１伝導型たとえばＮ型のキャリアを発生させる。第１原子は、たとえばＳｉ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅから選択された１以上の原子である。
【００２０】
キャリア飽和濃度は、キャリア数が飽和し始める不純物濃度に対応する。図２は、ＡｌＧａＡｓ結晶にドープするシリコン供給量とキャリア濃度との関係を示す。シリコン供給量が少ないうちは、シリコン供給量の増加に従いキャリア濃度も増加する。しかし、シリコン供給量が濃度１１０（４×１０１８［個／ｃｍ３］）に達すると、実線で示すようにキャリア濃度は飽和し始める。当該濃度１１０がキャリア飽和濃度に対応する。
【００２１】
第１半導体層１０４は、キャリア飽和濃度以上に高濃度にドープされているので、得られる限りのキャリア数を有する。よって、第１半導体層１０４は、抵抗率が低く、特に大電力素子への用途においては有用な半導体層となる。その一方、不純物が超高濃度にドープされているので、置換、空孔、あるいはこれらの複合欠陥が発生しやすく、従来であればＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφからなる遷移層が発生しやすい。しかし、本実施形態では第２半導体層１０６が第１半導体層１０４と第３半導体層１０８との間に位置しているので、遷移層の発生を効果的に抑制できる。
【００２２】
第２半導体層１０６は、ヒ素化合物からなり、第３半導体層１０８と接触する。第２半導体層１０６は、たとえば、Ａｌｘ１Ｇａｙ１Ａｓ（ｘ１＋ｙ１＝１、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）からなる。第２半導体層１０６は、第１原子を第２濃度で含有する。第２濃度は、前記第２半導体層１０６にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である。すなわち第２濃度は、第２半導体層１０６におけるキャリア飽和濃度未満の濃度である。第２半導体層１０６の厚みは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。すなわち、第２半導体層１０６は、電子を発生するＮ型不純物原子を、４×１０１８［個／ｃｍ３］未満の濃度で含有するとともに、第１半導体層１０４は、Ｎ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］以上の濃度で含有することが好ましい。
【００２３】
第２半導体層１０６が第１原子を、キャリア飽和濃度未満の濃度で含有するので、本実施形態の半導体基板１００では、第２半導体層１０６と第３半導体層１０８との間に、ＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφからなる遷移層が形成されにくくなる。特に、第１半導体層１０４が超高濃度にドープされていても、キャリア飽和濃度未満の第１原子を含有する第２半導体層１０６が形成されているので、選択エッチングに障害となる遷移層の形成を抑制できる。この結果、エッチング残りのない良好な選択エッチングが実施でき、電極を形成した場合でも接触抵抗を低減できる。
【００２４】
第３半導体層１０８は、リン化合物からなる半導体である。第３半導体層１０８は、たとえばＩｎｘ２Ｇａｙ２Ｐ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）からなる。第３半導体層１０８には不純物がドープされていてもよく、不純物がドープされないノンドープであってもよい。不純物の伝導型はＰ型でもＮ型でもよい。
【００２５】
図３から図５は、半導体基板１００における半導体層を加工する場合の断面例を加工順に示す。まず、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８を支持基板１０２上に順次エピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長には、ＭＯＣＶＤ法、分子線エピタキシー法を用いることが挙げられ、ＭＯＣＶＤ法を用いることが好ましい。
【００２６】
第１半導体層１０４および第２半導体層１０６のエピタキシャル成長には、Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、トリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）等の有機ガリウムガスを用いることができる。Ａｓ原料には、アルシン（ＡｓＨ３）を用いることができる。ガリウムの一部をアルミニウムに置換する場合は、Ａｌ原料として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）、トリエチルアルミニウム（Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３）等の有機アルミニウムガスを用いることができる。
【００２７】
第１半導体層１０４および第２半導体層１０６に、Ｎ型キャリアを生成する不純物材料としてＳｉをドープする場合には、Ｓｉ原料としてシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等のシラン系ガスを用いることができる。シラン等に代えて塩化シラン等のハロゲン化シランを用いることができる。シリコン原子のドープ量（原子供給量）は、Ｓｉ原料ガスの供給量（Ｇａ原料およびＡｓ原料に対するモル比）を変えて調整できる。シリコン原子は、キャリア飽和濃度以上の濃度で導入する。
【００２８】
第３半導体層１０８のエピタキシャル成長には、Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、トリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）等の有機ガリウムガスを用いることができる。Ｐ原料には、ホスフィン（ＰＨ３）を用いることができる。ガリウムの一部をインジュウムに置換する場合は、Ｉｎ原料として、トリメチルインジュウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）等の有機インジュウムガスを用いることができる。第３半導体層１０８に不純物を導入する場合には、伝導型に応じた不純物ガスを供給し、当該不純物ガスの供給量によって不純物原子のドープ量を調整する。
【００２９】
以上のようにして、半導体基板１００が製造できる。すなわち、支持基板１０２の上に、ヒ素化合物からなる第１半導体層１０４を形成する段階と、第１半導体層１０４の上に、ヒ素化合物からなる第２半導体層１０６を形成する段階と、第２半導体層１０６に接して、リン化合物からなる第３半導体層１０８を形成する段階と、を含み、第１半導体層１０４を形成する段階において、第１伝導型のキャリアを発生させる第１原子（たとえばＳｉ）を、キャリア数が飽和し始める不純物濃度に対応するキャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）以上の第１濃度で導入し、第２半導体層１０６を形成する段階において、第１原子（たとえばＳｉ）を、キャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）未満の第２濃度で導入する半導体基板の製造方法が開示される。
【００３０】
このような半導体基板１００は、その上に形成したＡｌＧａＡｓ層１２０の加工において、選択エッチングに適用できる。図３に示すように、半導体基板１００の上にＡｌＧａＡｓ層１２０を形成し、加工パターンに応じたマスク１２２をＡｌＧａＡｓ層１２０の上に形成する。マスク１２２は、リン酸および塩酸に耐性のある材料、たとえばレジスト、窒化シリコンまたは酸化シリコンが例示できる。
【００３１】
次に、図４に示すように、全体をリン酸溶液に浸漬して、ＡｌＧａＡｓ層１２０をエッチングする。このとき、第３半導体層１０８はリン酸に対し耐性があるので、エッチングストッパとして機能する。
【００３２】
次に、図５に示すように、全体を塩酸溶液に浸漬して、第３半導体層１０８をエッチングする。ＡｌＧａＡｓ層１２０および第２半導体層１０６は塩酸に対し耐性があるので、この段階ではエッチングされない。ここで、第２半導体層１０６と第３半導体層１０８との界面には、ＡｌαＩｎβＧａγＡｓδＰφからなる遷移層が形成されないので、エッチング不良が発生せず、第２半導体層１０６上に電極を形成する場合でも接触抵抗を低減できる。
【００３３】
なお、さらに第２半導体層１０６および第１半導体層１０４を加工する場合には、リン酸溶液を用いてウェットエッチングを適用できる。また、上記例では、第３半導体層１０８をストッパとして用いたＡｌＧａＡｓ系層の加工方法を説明したが、ＡｌＧａＡｓ系材料である第２半導体層１０６をストッパとして第３半導体層１０８を加工する例も挙げられる。
【００３４】
以上のようにして、半導体基板１００を用いて電子デバイスの製造を実施できる。すなわち、ヒ素化合物からなる第１半導体層１０４と、ヒ素化合物からなる第２半導体層１０６と、リン化合物からなる第３半導体層１０８と、を含み、第２半導体層１０６と第３半導体層１０８とが接触しており、第２半導体層１０６が第３半導体層１０８と第１半導体層１０４との間に位置しており、第１半導体層１０４が第１原子（たとえばＳｉ）を第１濃度で含有し、第２半導体層１０６が第１原子を第２濃度で含有し、第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、第１濃度が、第１半導体層１０４にドープする第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める第１原子の濃度、すなわち第１半導体層１０４におけるキャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）以上の濃度であり、第２濃度が、第２半導体層１０６にドープする第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める第１原子の濃度、すなわち第２半導体層１０６におけるキャリア飽和濃度未満の濃度である半導体基板を準備する段階と、第３半導体層１０８および第２半導体層１０６から選択された何れか一方の半導体を、他方の半導体をエッチング停止材料としてエッチングする段階と、他方の半導体をエッチングする段階とを含む電子デバイスの製造方法が開示される。
【００３５】
上記した半導体基板１００における、第３半導体層１０８および第２半導体層１０６を適用して、各種の電子デバイスを形成できる。すなわち、第３半導体層１０８および第２半導体層１０６から選択された１以上の半導体を活性領域として得られる電子素子を含む電子デバイスが製造できる。
【００３６】
図６は、半導体基板６００の断面例を示す。半導体基板６００は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造に利用できる。半導体基板６００は、支持基板６０２、バッファ層６０４、サブコレクタ層６０６、第２半導体層６０８、第３半導体層６１０、サブコレクタ層６１２、コレクタ層６１４、ベース層６１６、サブエミッタ層６１８およびエミッタ層６２０を有する。
【００３７】
支持基板６０２は、支持基板１０２と同様である。バッファ層６０４、サブコレクタ層６１２、コレクタ層６１４、ベース層６１６、サブエミッタ層６１８およびエミッタ層６２０は、一般的なヘテロ接合バイポーラトランジスタに適用できる半導体結晶層と同様である。たとえば、バッファ層６０４、サブコレクタ層６１２、コレクタ層６１４およびベース層６１６は、ＧａＡｓで構成でき、サブエミッタ層６１８はＡｌＧａＡｓで構成でき、エミッタ層６２０は、ＩｎＧａＡｓで構成できる。各層の伝導型、不純物量および層の厚み等は、デバイス特性から要求される値で最適化できる。
【００３８】
サブコレクタ層６０６は、前記した第１半導体層１０４と同様である。第２半導体層６０８は、前記した第２半導体層１０６と同様である。第３半導体層６１０は、前記した第３半導体層１０８と同様である。ただし第３半導体層６１０は、導電性が高いことが好ましいので、１×１０１８［／ｃｍ３］以上のＳｉ原子をキャリア生成不純物として導入する。これら各層は、半導体基板１００の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により製造できる。
【００３９】
図７は、半導体基板６００の加工途中における断面例を示す。サブコレクタ層６１２、コレクタ層６１４、ベース層６１６、サブエミッタ層６１８およびエミッタ層６２０を、リン酸溶液を用いてエッチングすることができ、この場合、第３半導体層６１０がエッチングストッパとして機能する。第３半導体層６１０とサブコレクタ層６０６との間には、第２半導体層６０８が形成されており、第２半導体層６０８には第２半導体層１０６と同様に、第１原子（たとえばＳｉ）を、キャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）未満の濃度で含有するので遷移層が形成されない。よって塩酸により第３半導体層６１０を除去した後に、良好なエッチング表面が得られ、電極を形成しても接触抵抗が大きくならない。
【００４０】
図８は、半導体基板６００を用いて製造されたヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００の断面例を示す。図７で説明した工程においてコレクタコンタクト領域が露出され、その後ベースコンタクト領域が加工される。コレクタ電極８０２、ベース電極８０４およびエミッタ電極８０６が形成されてヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００が製造される。すなわち、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００はバイポーラトランジスタの一例であり、第２半導体層は、バイポーラトランジスタのサブコレクタであることが開示される。
【００４１】
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ８００では、コレクタコンタクト領域の形成において、エッチングが良好に行われる。よって、コレクタ電極８０２とサブコレクタ層との間の接触抵抗を小さくできる。
【００４２】
図９は、半導体基板９００の断面例を示す。半導体基板９００は、ヘテロ接合電界効果トランジスタたとえば高電子移動度トランジスタの製造に利用できる。半導体基板９００は、支持基板９０２、バッファ層９０４、電子供給層９０６、スペーサ層９０８、チャネル層９１０、スペーサ層９１２、電子供給層９１４、第２半導体層９１６、第３半導体層９１８およびコンタクト層９２０を有する。
【００４３】
支持基板９０２は、支持基板１０２と同様である。バッファ層９０４、電子供給層９０６、スペーサ層９０８、チャネル層９１０、スペーサ層９１２およびコンタクト層９２０は、一般的な高電子移動度トランジスタに適用できる半導体結晶層と同様である。たとえば、バッファ層９０４はＧａＡｓで構成でき、電子供給層９０６、スペーサ層９０８，９１２およびコンタクト層９２０は、ＡｌＧａＡｓで構成でき、チャネル層９１０は、ＩｎＧａＡｓで構成できる。各層の伝導型、不純物量および厚み等は、デバイス特性から要求される値で最適化できる。
【００４４】
電子供給層９１４、第２半導体層９１６および第３半導体層９１８は、各々前記した第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８と同様である。ただし第３半導体層９１８は、ドープしないか、１×１０１６［／ｃｍ３］以上のＳｉを導入する例が挙げられる。これら各層は、半導体基板１００の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により製造できる。
【００４５】
図１０は、半導体基板９００の加工途中における断面例を示す。コンタクト層９２０を、リン酸溶液を用いてエッチングすることができ、この場合、第３半導体層９１８がエッチングストッパとして機能する。第３半導体層９１８と電子供給層９１４との間には、第２半導体層９１６が形成されており、第２半導体層９１６には第２半導体層１０６と同様に、第１原子（たとえばＳｉ）を、キャリア飽和濃度（たとえば４×１０１８［個／ｃｍ３］）未満の濃度で含有するので遷移層が形成されない。よって塩酸により第３半導体層９１８を除去した後に、良好なエッチング表面が得られ、電極を形成しても接触抵抗が大きくならない。
【００４６】
図１１は、半導体基板９００を用いて製造された高電子移動度トランジスタ１１００の断面例を示す。図１０で説明した工程においてゲート電極領域が露出され、その後ゲート電極１１０６の形成、およびコンタクト層９２０の上にソース電極１１０２およびドレイン電極１１０４の形成が実施され、高電子移動度トランジスタ１１００が製造される。すなわち、高電子移動度トランジスタ１１００は電界効果トランジスタの一例であり、第２半導体層は、電界効果トランジスタの電子供給層であることが開示される。
【００４７】
高電子移動度トランジスタ１１００では、ゲート電極領域の形成において、エッチングが良好に行われる。よって、ゲート電極１１０６の下のトラップを低減できる。
【００４８】
図１２は、半導体基板１２００の断面例を示す。半導体基板１２００は、太陽電池の製造に利用できる。半導体基板１２００は、支持基板１２０２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１２０４、第２半導体層１２０６、第３半導体層１２０８、ｐ−ＡｌＩｎＧａＰ層１２１０およびｐ−ＧａＡｓ層１２１２を有する。支持基板１２０２は支持基板１０２と同様である。ｐ−ＡｌＩｎＧａＰ層１２１０およびｐ−ＧａＡｓ層１２１２は、一般的な化合物半導体の太陽電池に適用できる半導体結晶層と同様である。ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１２０４、第２半導体層１２０６および第３半導体層１２０８は、各々前記した第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８と同様である。ただし第３半導体層１２０８は、ドープしないか、１×１０１６［／ｃｍ３］以上のＳｉを導入する例が挙げられる。これら各層は、半導体基板１００の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により製造できる。各層の伝導型、不純物量および厚み等は、デバイス特性から要求される値で最適化できる。
【００４９】
図１３は、半導体基板１２００を用いて製造された太陽電池１３００の断面例を示す。第３半導体層１２０８をエッチングストッパに用いて第２半導体層１２０６を露出できる。露出した第２半導体層１２０６にカソード１３０２を形成し、ｐ−ＧａＡｓ層１２１２の上にアノード１３０４を形成して、太陽電池１３００を製造できる。太陽電池１３００では、露出した第２半導体層１２０６のエッチングが良好に実施されるので、第２半導体層１２０６とカソード１３０２との間の接触抵抗を低減できる。
【００５０】
図１４は、半導体基板１４００の断面例を示す。半導体基板１４００は、発光ダイオードまたはレーザダイオードの製造に利用できる。半導体基板１４００は、支持基板１４０２、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１４０４、第２半導体層１４０６、第３半導体層１４０８、活性層１４１０、ｐ−ＩｎＧａＰ層１４１２およびｐ−ＧａＡｓ層１４１４を有する。支持基板１４０２は支持基板１０２と同様である。活性層１４１０、ｐ−ＩｎＧａＰ層１４１２およびｐ−ＧａＡｓ層１４１４は、一般的な発光ダイオードまたはレーザダイオードに適用できる半導体結晶層と同様である。ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１４０４、第２半導体層１４０６および第３半導体層１４０８は、各々前記した第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８と同様である。ただし第３半導体層１４０８は、ドープしないか、１×１０１６［／ｃｍ３］以上のＳｉを導入する例が挙げられる。これら各層は、半導体基板１００の場合と同様に、ＭＯＣＶＤ法を用いたエピタキシャル成長により製造できる。各層の伝導型、不純物量および厚み等は、デバイス特性から要求される値で最適化できる。
【００５１】
図１５は、半導体基板１４００を用いて製造された発光ダイオード１５００の断面例を示す。第３半導体層１４０８をエッチングストッパに用いて第２半導体層１４０６を露出できる。露出した第２半導体層１４０６にカソード１５０２を形成し、ｐ−ＧａＡｓ層１４１４の上にアノード１５０４を形成して、発光ダイオード１５００を製造できる。なお、レーザダイオードも発光ダイオードと同様に製造できる。発光ダイオード１５００では、露出した第２半導体層１４０６のエッチングが良好に実施されるので、第２半導体層１４０６とカソード１５０２との間の接触抵抗を低減できる。図１２から図１５において、電子素子として受光素子および発光素子が開示され、第２半導体層は、受光素子または発光素子を構成する半導体層であることが開示される。
【００５２】
（実験例）
図１に示した第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８を、表１に示す層の厚み（膜厚）およびＳｉ濃度で形成した。なお、表１および以下の説明において、第１半導体層１０４、第２半導体層１０６および第３半導体層１０８は、各々、層１０４、層１０６および層１０８と表記する。
【表１】
【００５３】
すなわち、ＧａＡｓの支持基板１０２上に、層１０４であるＧａＡｓエピタキシャル層、層１０６であるＧａＡｓエピタキシャル層および層１０８であるＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により形成した。層１０４は、膜厚を５００ｎｍとし、Ｓｉ濃度を４×１０１８［個／ｃｍ3］とした。層１０６は、膜厚を、実施例１では５ｎｍ、実施例２では１０ｎｍ、実施例３では２０ｎｍとし、Ｓｉ濃度を３．０×１０１８［個／ｃｍ3］とした。層１０８は、膜厚を１０ｎｍとし、Ｓｉ濃度を３×１０１８［個／ｃｍ3］とした。
【００５４】
比較例として、ＧａＡｓの支持基板１０２上に、層１０４であるＧａＡｓエピタキシャル層および層１０８であるＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐエピタキシャル層をＭＯＣＶＤ法により形成した。第２半導体層１０６を形成しない以外は、実施例１から実施例３と同じである。
【００５５】
実施例１から実施例３および比較例の各サンプルについて、層１０８であるＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐエピタキシャル層を塩酸にてエッチングした。その後、層１０６であるＧａＡｓエピタキシャル層（比較例については層１０４であるＧａＡｓエピタキシャル層）の表面をＸ線光電子分光（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）法を用いて分析した。Ｘ線光電子分光によれば、Ｉｎ３ｄ／Ｇａ３ｄの信号強度比、およびＰ２ｐ／Ａｓ３ｄの信号強度比によって表面におけるＩｎおよびＰの残留の程度が評価できる。ここで、XPSの信号強度比とは、各ピークの面積比を、感度係数を用いて組成比に換算したものである。また、層１０６であるＧａＡｓエピタキシャル層（比較例については層１０４であるＧａＡｓエピタキシャル層）をリン酸にてエッチングし、表面のエッチング状態を良否判定により評価した。
【００５６】
表１に示す通り、実施例１から実施例３では、比較例に比較して、Ｉｎ３ｄ／Ｇａ３ｄの信号強度比、およびＰ２ｐ／Ａｓ３ｄの信号強度比が小さく、ＩｎおよびＰの残留が少ないことが判った。また、実施例１から実施例３では、比較例に比較して、リン酸エッチングの表面が良好であり、遷移層が形成されていないことが判明した。
【００５７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作順に関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１００ 半導体基板
１０２ 支持基板
１０４ ヒ素化合物からなる第１半導体層
１０６ ヒ素化合物からなる第２半導体層
１０８ リン化合物からなる第３半導体層
１２０ ＡｌＧａＡｓ層
１２２ マスク
６００ 半導体基板
６０２ 支持基板
６０４ バッファ層
６０６ サブコレクタ層
６０８ ヒ素化合物からなる第２半導体層
６１０ リン化合物からなる第３半導体層
６１２ サブコレクタ層
６１４ コレクタ層
６１６ ベース層
６１８ サブエミッタ層
６２０ エミッタ層
８００ ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
８０２ コレクタ電極
８０４ ベース電極
８０６ エミッタ電極
９００ 半導体基板
９０２ 支持基板
９０４ バッファ層
９０６ 電子供給層
９０８ スペーサ層
９１０ チャネル層
９１２ スペーサ層
９１４ 電子供給層
９１６ ヒ素化合物からなる第２半導体層
９１８ リン化合物からなる第３半導体層
９２０ コンタクト層
１１００ 高電子移動度トランジスタ
１１０２ ソース電極
１１０４ ドレイン電極
１１０６ ゲート電極
１２００ 半導体基板
１２０２ 支持基板
１２０４ ｎ−ＡｌＧａＡｓ層
１２０６ ヒ素化合物からなる第２半導体層
１２０８ リン化合物からなる第３半導体層
１２１０ ｐ−ＡｌＩｎＧａＰ層
１２１２ ｐ−ＧａＡｓ層
１３００ 太陽電池
１３０２ カソード
１３０４ アノード
１４００ 半導体基板
１４０２ 支持基板
１４０４ ｎ−ＡｌＧａＡｓ層
１４０６ ヒ素化合物からなる第２半導体層
１４０８ リン化合物からなる第３半導体層
１４１０ 活性層
１４１２ ｐ−ＩｎＧａＰ層
１４１４ ｐ−ＧａＡｓ層
１５００ 発光ダイオード
１５０２ カソード
１５０４ アノード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒ素化合物からなる第１半導体と、
ヒ素化合物からなる第２半導体と、
リン化合物からなる第３半導体とを含み、
前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、
前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、
前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、
前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、
前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、
前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、
前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である
半導体基板。
【請求項２】
前記第１伝導型がN型である
請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記第１半導体がＡｌｘ２Ｇａｙ２Ａｓ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）であり、
前記第２半導体がＡｌｘ１Ｇａｙ１Ａｓ（ｘ１＋ｙ１＝１、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）であり、
前記第３半導体がＩｎｍＧａｎＰ（ｍ＋ｎ＝１、０≦ｍ≦１、０≦ｎ≦１）である
請求項１または請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
前記第１原子がＳｉ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅから選択された１以上の原子である
請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体基板。
【請求項５】
前記第２半導体が層状であり、
層状の前記第２半導体の厚みが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である
請求項１から請求項４の何れかに記載の半導体基板。
【請求項６】
ヒ素化合物からなる第１半導体と、
ヒ素化合物からなる第２半導体と、
リン化合物からなる第３半導体と、を含み、
前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、
前記第２半導体が前記第３半導体と前記第１半導体との間に位置しており、
前記第１半導体がＮ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］以上の濃度で含有し、
前記第２半導体がＮ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］未満の濃度で含有する
半導体基板。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかに記載の半導体基板における、前記第１半導体、前記第２半導体および前記第３半導体から選択された１以上の半導体を活性領域として得られる電子素子
を含む電子デバイス。
【請求項８】
前記電子素子がバイポーラトランジスタであり、前記第１半導体または前記第２半導体が前記バイポーラトランジスタのサブコレクタである
請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記電子素子が電界効果トランジスタであり、前記第１半導体または前記第２半導体が前記電界効果トランジスタの電子供給層である
請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記電子素子が受光素子または発光素子であり、前記第１半導体または前記第２半導体が前記受光素子または前記発光素子を構成する半導体層である
請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
基板の上に、ヒ素化合物からなる第１半導体を形成する段階と、
前記第１半導体の上に、ヒ素化合物からなる第２半導体を形成する段階と、
前記第２半導体に接して、リン化合物からなる第３半導体を形成する段階と、を含み、
前記第１半導体を形成する段階において、第１伝導型のキャリアを発生させる第１原子を第１濃度で導入し、
前記第２半導体を形成する段階において、前記第１原子を第２濃度で導入し、
前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、
前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である
半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体とを含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板を準備する段階と、
前記第２半導体および前記第３半導体から選択された何れか一方の半導体を、他方の半導体をエッチング停止材料としてエッチングする段階と、
前記他方の半導体をエッチングする段階と
を含む電子デバイスの製造方法。
【請求項１】
ヒ素化合物からなる第１半導体と、
ヒ素化合物からなる第２半導体と、
リン化合物からなる第３半導体とを含み、
前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、
前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、
前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、
前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、
前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、
前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、
前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である
半導体基板。
【請求項２】
前記第１伝導型がN型である
請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記第１半導体がＡｌｘ２Ｇａｙ２Ａｓ（ｘ２＋ｙ２＝１、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）であり、
前記第２半導体がＡｌｘ１Ｇａｙ１Ａｓ（ｘ１＋ｙ１＝１、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）であり、
前記第３半導体がＩｎｍＧａｎＰ（ｍ＋ｎ＝１、０≦ｍ≦１、０≦ｎ≦１）である
請求項１または請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
前記第１原子がＳｉ、Ｇｅ、ＳｅおよびＴｅから選択された１以上の原子である
請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体基板。
【請求項５】
前記第２半導体が層状であり、
層状の前記第２半導体の厚みが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である
請求項１から請求項４の何れかに記載の半導体基板。
【請求項６】
ヒ素化合物からなる第１半導体と、
ヒ素化合物からなる第２半導体と、
リン化合物からなる第３半導体と、を含み、
前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、
前記第２半導体が前記第３半導体と前記第１半導体との間に位置しており、
前記第１半導体がＮ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］以上の濃度で含有し、
前記第２半導体がＮ型不純物原子を４×１０１８［個／ｃｍ３］未満の濃度で含有する
半導体基板。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかに記載の半導体基板における、前記第１半導体、前記第２半導体および前記第３半導体から選択された１以上の半導体を活性領域として得られる電子素子
を含む電子デバイス。
【請求項８】
前記電子素子がバイポーラトランジスタであり、前記第１半導体または前記第２半導体が前記バイポーラトランジスタのサブコレクタである
請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記電子素子が電界効果トランジスタであり、前記第１半導体または前記第２半導体が前記電界効果トランジスタの電子供給層である
請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記電子素子が受光素子または発光素子であり、前記第１半導体または前記第２半導体が前記受光素子または前記発光素子を構成する半導体層である
請求項７に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
基板の上に、ヒ素化合物からなる第１半導体を形成する段階と、
前記第１半導体の上に、ヒ素化合物からなる第２半導体を形成する段階と、
前記第２半導体に接して、リン化合物からなる第３半導体を形成する段階と、を含み、
前記第１半導体を形成する段階において、第１伝導型のキャリアを発生させる第１原子を第１濃度で導入し、
前記第２半導体を形成する段階において、前記第１原子を第２濃度で導入し、
前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、
前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である
半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
ヒ素化合物からなる第１半導体と、ヒ素化合物からなる第２半導体と、リン化合物からなる第３半導体とを含み、前記第２半導体と前記第３半導体とが接触しており、前記第１半導体と前記第３半導体との間に前記第２半導体が位置しており、前記第１半導体が第１原子を第１濃度で含有し、前記第２半導体が第１原子を第２濃度で含有し、前記第１原子が第１伝導型のキャリアを発生させ、前記第１濃度が、前記第１半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度以上の濃度であり、前記第２濃度が、前記第２半導体にドープする前記第１原子の量を増加するに従い増加するキャリア数が飽和し始める前記第１原子の濃度未満の濃度である半導体基板を準備する段階と、
前記第２半導体および前記第３半導体から選択された何れか一方の半導体を、他方の半導体をエッチング停止材料としてエッチングする段階と、
前記他方の半導体をエッチングする段階と
を含む電子デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−５４６８８（Ｐ２０１１−５４６８８Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２００７７３（Ｐ２００９−２００７７３）
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月３１日（２００９．８．３１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]