半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
【課題】 従来の化合物半導体へテロ接合の製造方法では、微小な信号電流を扱う半導体装置において十分な雑音特性を得ることが困難である。
【解決手段】 基板の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１の半導体を、第１の基板温度で成長させる。第１の半導体の成長を停止させ、第１の半導体の表面に、Ｖ族元素の原料を供給しながら、基板の温度を、第１の基板温度とは異なる第２の基板温度に変化させる。第１の半導体の上に、第１の半導体とは異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第２の半導体を、第２の基板温度で成長させる。基板の温度を第１の基板温度から第２の基板温度に変化させる工程が、基板の温度を測定する工程と、Ｖ族元素の供給量が、測定された前記基板の温度における供給量の目標下限値と目標上限値との間に納まるように、供給量を制御する工程とを含む。
【解決手段】 基板の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１の半導体を、第１の基板温度で成長させる。第１の半導体の成長を停止させ、第１の半導体の表面に、Ｖ族元素の原料を供給しながら、基板の温度を、第１の基板温度とは異なる第２の基板温度に変化させる。第１の半導体の上に、第１の半導体とは異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第２の半導体を、第２の基板温度で成長させる。基板の温度を第１の基板温度から第２の基板温度に変化させる工程が、基板の温度を測定する工程と、Ｖ族元素の供給量が、測定された前記基板の温度における供給量の目標下限値と目標上限値との間に納まるように、供給量を制御する工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にＩＩＩ族元素の原料とＶ族元素の原料とを供給して化合物半導体のヘテロ接合を含む半導体装置を製造する方法、及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に化合物半導体の膜を成長させる場合、化合物半導体の組成によって最適成長温度が異なる。このため、下層の膜を形成した後、一旦成長を中断させて、上層の膜の最適成長温度まで基板温度を変化させる。成長を中断させている期間、Ａｓ等のＶ族元素の乖離を防止するために、Ｖ族元素の原料を供給しておくことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１６４８９３号公報
【特許文献２】特開２００３−５１４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の化合物半導体へテロ接合の製造方法では、微小な信号電流を扱う半導体装置において十分な雑音特性を得ることが困難である。信号電流が微小であるときの雑音特性を向上させることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する半導体装置の製造方法は、
基板の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１の半導体を、第１の基板温度で成長させる工程と、
前記第１の半導体の成長を停止させ、該第１の半導体の表面に、Ｖ族元素の原料を供給しながら、前記基板の温度を、前記第１の基板温度とは異なる第２の基板温度に変化させる工程と、
前記第１の半導体の上に、該第１の半導体とは異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第２の半導体を、前記第２の基板温度で成長させる工程と
を有し、
前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程が、
前記基板の温度を測定する工程と、
Ｖ族元素の供給量が、測定された前記基板の温度における供給量の目標下限値と目標上限値との間に納まるように、該供給量を制御する工程と
を含む。
【０００６】
上記課題を解決する半導体製造装置は、
成長用基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内に、ＩＩＩ族元素の原料及びＶ族元素の原料を、制御された供給量で供給する原料供給装置と、
前記チャンバに収容された成長用基板の温度を測定する温度測定器と、
基板温度ごとに、Ｖ族元素の供給量の目標下限値及び目標上限値を記憶しており、前記温度測定器による測定結果に基づいて、Ｖ族元素の供給量が前記目標下限値及び目標上限値の間に納まるように、前記原料供給装置を制御する制御装置と
を有する。
【発明の効果】
【０００７】
基板温度を変化させる期間に、Ｖ族元素の供給量を上述のように制御することにより、雑音特性に優れた半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例で用いられるＭＢＥ装置の概略図である。
【図２】（２Ａ）は、実施例１による方法で製造される半導体装置の断面図及び成長温度を示すグラフであり、（２Ｂ）は、基板温度ろＡｓ供給量の好適な範囲との好適な範囲を示すグラフである。
【図３】実施例１による方法で製造された半導体装置の雑音特性の測定結果を、従来の方法で製造された同一構造の半導体装置の雑音特性と対比させて示すグラフである。
【図４】実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における断面図、及び完成時の断面図である。
【図５】実施例３による半導体装置の製造方法の製造途中段階における断面図、及び完成時の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、実施例による半導体装置の製造方法で用いられる分子線エピタキシ（ＭＢＥ）装置の概略図を示す。
【００１０】
チャンバ１０内にステージ１１が収容されている。チャンバ１０内が、排気管１４を介して真空排気される。ステージ１１に、基板２８が保持される。ステージ１１内にヒータ１６が配置されており、基板２８を加熱することができる。温度測定器１３が、基板２８の温度を測定し、測定結果が制御装置２５に入力される。温度測定器１３には、例えば放射温度計（パイロメータ）が用いられる。また、ヒータ１６は、制御装置２５により制御される。
【００１１】
ステージ１１に対向する位置に原料供給装置２０が取り付けられている。原料供給装置２０には、例えばクヌードセンセル（Ｋセル）が用いられる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｉ等の原料ごとにＫセルが準備される。供給量制御部２１が、制御装置２５からの指令を受けて各Ｋセルの温度を制御することにより、原料ごとに供給量を変化させることができる。
【００１２】
Ｋセルに代えて、バルブセルを用いてもよい。バルブセルを用いる場合には、バルブの開度を調節することにより、原料の供給量が制御される。成長用原料としてガスソースを用いる場合には、原料供給装置２０にガスセルが用いられる。ガスセルを用いる場合には、バルブの開度やガスセル内の圧力を調節することにより、原料の供給量が制御される。
【００１３】
原料供給装置２０から見てステージ１１の後方にビーム強度計１２が配置されている。ビーム強度計１２には、例えば電離真空計が用いられる。ビーム強度計１２は、ステージ１１をビーム経路から退避させた状態で、分子線のビーム強度を測定することができる。ビーム強度計１２による測定結果が制御装置２５に入力される。分子線のビーム強度は、等価圧力に換算することができる。
【００１４】
チャンバ１０に、反射高速電子回折（ＲＨＥＥＤ）測定器１５が取り付けられている。ＲＨＥＥＤ測定器１５は、電子銃１５Ａ及び回折ビーム検出器１５Ｂを含む。ＲＨＥＥＤ用電子銃１５Ａは、基板２８に電子ビームを入射させる。基板２８で回折された電子ビームが、検出器１５Ｂにより検出される。検出結果が制御装置２５に入力される。
【実施例１】
【００１５】
図２Ａ〜図３を参照して、実施例１による半導体装置の製造方法について説明する。
【００１６】
ＧａＡｓ基板３０の上に、基板温度Ｔ２の条件で、ＭＢＥによりＡｌＧａＡｓ層３１を成長させる。温度Ｔ２は、例えば６００℃である。その後、ＡｌＧａＡｓ層３１の成長を停止させ、Ａｓ原料を供給した状態で、基板温度をＴ１まで低下させる。温度Ｔ１は、例えば５００℃である。
【００１７】
基板温度Ｔ１の条件で、ＩｎＧａＡｓ層３２をＭＢＥにより成長させる。さらに、ＡｌＧａＡｓ層３３を成長させる。その後、Ａｓ原料を供した状態で、基板温度をＴ２まで上昇させる。基板温度Ｔ２の条件で、ＡｌＧａＡｓ層３４を、ＭＢＥにより成長させる。
【００１８】
これらの層の成長時に、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＡｓの原料として、例えば固体原料を用いる。ＡｌＧａＡｓ層３３は、基板温度を６００℃近傍まで上昇させたときのＩｎＧａＡｓ層３２内のＩｎの乖離を防止するために配置される。従って、ＡｌＧａＡｓ層３３の厚さは、下地のＩｎＧａＡｓ層３２内のＩｎの乖離を防止するのに十分な厚さ、例えば５ｎｍ程度であればよい。なお、ＩｎＧａＡｓ層３２の上の層の成長条件によっては、ＡｌＧａＡｓ層３３を形成しなくてもよい。
【００１９】
図２Ｂに、基板表面にＡｌＧａＡｓが露出している状態で成長を中断しているときの、基板温度とＡｓ供給量との好適な範囲を示す。横軸はＡｓの供給量を表し、縦軸は基板温度を表す。成長中断中における基板温度とＡｓ供給量とを「中断中条件」ということとする。細い実線３７Ｌ及び３７Ｕが、それぞれ好適な中断中条件のＡｓ供給量下限値及び上限値に対応する。以下、Ａｓ供給量下限値の対応する線３７Ｌ及びＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕの決定方法について説明する。
【００２０】
図１に示したＭＢＥ装置のステージ１１に評価用の基板２８を装着する。基板２８にＡｌＧａＡｓ層を形成する。基板温度をＴ１に保ち、Ａｓ供給量を変化させながら、ＲＨＥＥＤ測定器１５でＡｌＧａＡｓ層の結晶状態を測定する。測定結果から、ＡｌＧａＡｓ層の表層部の結晶状態を評価することができる。
【００２１】
基板温度をＴ１から、ある刻み幅ΔＴだけ上昇させて、同様の評価を行う。この評価を、基板温度がＴ２になるまで繰り返す。この評価により、ＡｌＧａＡｓ層の結晶状態が良好と判断された領域が、Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬとＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕの間の領域に相当する。Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬよりもＡｓ供給量が少ない状態、または基板温度が高い状態、すなわちＡｓ供給量下限値に対応する線３７Ｌの左上の領域では、Ａｓの乖離が進み、ＡｌＧａＡｓ層の結晶状態が悪くなる。また、Ａｓ供給量上限値に対応する線３７ＵよりもＡｓ供給量が多い状態、または基板温度が低い状態、すなわちＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕの右下の領域では、Ａｓが過剰になるために、ＡｌＧａＡｓ層を半導体装置に応用する観点から、その表面状態が好ましくない状態になる。
【００２２】
ＡｌＧａＡｓ層３１は、基板温度Ｔ２、Ａｓ供給量Ｓ２の条件（図２Ｂに示した成膜条件３１Ｐに相当）で成膜され、ＩｎＧａＡｓ層３２は、基板温度Ｔ１、Ａｓ供給量Ｓ１の条件（図２Ｂに示した成膜条件３２Ｐに相当）で成膜される。基板温度を昇降させる際に、基板温度及びＡｓ供給量が、Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬとＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕとの間に納まるように、中断中条件を制御することが好ましい。なお、プロセスマージンを考慮すると、中断中条件の制御目標値を、Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬとＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕとで挟まれた領域よりも内側に設定することが好ましい。
【００２３】
実施例１では、中断中条件が、Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌと目標上限値に対応する線３６Ｕとの間に納まるように、中断中条件を制御する。Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌは、Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬよりもややＡｓ過剰側に設定され、目標上限値に対応する線３６Ｕは、Ａｓ供給量上限値に対応する線３７ＵよりもややＡｓ過少側に設定される。
【００２４】
以下、中断中条件の具体的な制御方法の一例について説明する。ＡｌＧａＡｓ層３１の成膜を停止させた後、Ａｓ供給量をＳ２に維持したまま、基板温度を低下させる。図２Ｂにおいて、中断中条件が、成膜時の条件３１Ｐを始点として下方に移動する。基板温度の低下中に、常時、またはある時間間隔で基板温度を測定する。
【００２５】
中断中条件が、Ａｓ供給量の目標上限値に対応する線３６Ｕまで達したら、目標下限値に対応する線３６Ｌに達するまで、Ａｓ供給量を低下させる。すなわち、Ａｓ供給量をＳ２１まで低下させる。基板温度がさらに低下し、再度、中断中条件が目標上限値に対応する線３６Ｕに達したら、目標下限値に対応する線３６Ｌに達するまで、Ａｓ供給量をさらに低下させる。
【００２６】
中断中条件が目標上限値に対応する線３６Ｕに達する前に、基板温度がＴ１に達したら、基板温度をＴ１に維持した状態で、Ａｓ供給量をＳ１まで低下させる。
【００２７】
このように、中断中条件が、Ａｓ供給量の目標上限値に対応する線３６Ｕに達する度に、目標下限値に対応する線３６Ｌに達するまでＡｓ供給量を低下させる。この制御により、Ａｓの供給量は、測定された基板温度におけるＡｓ供給量の目標下限値と目標上限値との間に納まる。このため、成長中断時におけるＡｌＧａＡｓ層３１の表面の結晶状態の劣化を防止することができる。
【００２８】
ＡｌＧａＡｓ層３３を成長させた後、基板温度をＴ１からＴ２まで上昇させる際には、図２Ｂにおいて、中断中条件を、成膜時の条件３２Ｐから条件３１Ｐまで移動させる。具体的には、Ａｓ供給量をＳ１に維持したまま、基板温度を上昇させる。中断中条件が、Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌに達する度に、目標上限値に対応する線３６Ｕに達するまでＡｓ供給量を上昇させる。基板温度がＴ２まで達すると、基板温度をＴ２に維持したまま、Ａｓ供給量をＳ２まで増加させる。このように、中断中条件を制御することにより、基板温度上昇時にも、ＡｌＧａＡｓ層３１の結晶状態の劣化を防止することができる。
【００２９】
なお、中断中条件を、図２Ｂにおいて、条件３１Ｐから３２Ｐまで、またはその逆に移動させる経路は、上記具体例で説明した経路に限定されない。中断中条件が、Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌと目標上限値に対応する線３６Ｕとの間に納まるように、中断中条件を変化させればよい。例えば、Ａｓ供給量を、基板温度の変化に応じて連続的に変化させてもよい。
【００３０】
従来、成長中断中におけるＡｓの乖離を防止するために、成長中断中にＡｓ原料を供給しておくことは公知であった。ところが、図２Ｂにおいて、基板温度をＴ２からＴ１まで低下させる際に、Ａｓ供給量をＳ２に維持したまま基板温度をＴ１まで低下させると、中断中条件が、Ａｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕを横切って、好適な範囲から外れてしまう。実施例１では、中断中条件が、好適な範囲から外れることを防止できる。
【００３１】
図３に、実施例１による方法で作製した評価用の光伝導型光検出器の雑音特性の測定結果を、従来の方法で作製した同一構造の検出器の雑音特性の測定結果と比較して示す。横軸は、評価用試料に流した電流を単位「Ａ」で表し、縦軸は、規格化雑音電流強度を単位「Ａ／Ｈｚ」で表す。図中の白抜き記号が、従来の方法で作製した光検出器の測定結果を示し、黒ベタ記号が、実施例１の方法で作製した光検出器の測定結果を示す。光伝導型光検出器は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層と受光層とを交互に繰り返し成長させることにより作製した。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層は、基板温度６００℃で成長させ、受光層は、基板温度４００℃で成長させた。規格化雑音電流強度は、検出器に光を照射しない状態で電流Ｉを流したときの単位周波数あたりのホワイトノイズ電力をＩｎ２としたとき、Ｉｎ２／Ｉで定義される。
【００３２】
実施例１による方法で作製した光検出器の雑音特性は、従来の方法で作製した光検出器に比べて、素子電流が１×１０−６Ａ以下の微小な電流領域で、特に優れていることがわかる。このように、雑音特性が優れているのは、成長中断中に露出していた半導体表面に、深い不純物準位や不純物汚染が導入され難いためと考えられる。
【００３３】
実施例１では、成長中断中の表面にＡｌＧａＡｓが露出していたが、他の化合物半導体が露出している場合にも、基板温度と原料の供給量とを、好適な範囲内で変化させる制御を行うことが有効である。特に、Ｖ族元素としてＡｓを含む化合物半導体が露出している場合に、基板温度とＡｓ供給量とを制御することが有効である。中断中条件の好適な範囲は、中断中に露出している表面の材料に依存する。このため、図２Ｂに示した中断中条件の好適な範囲は、予め、材料ごとに決定しておくことが好ましい。
【００３４】
また、化合物半導体の表面に、Ｓ−Ｋモード等により量子ドットを形成するとき、及び量子ドット上に半導体層を成長させるときにも、成長の中断を行い、基板温度を変化させる。この場合にも、基板温度とＶ族元素の供給量とを、上記実施例１のように制御することが有効である。
【００３５】
実施例１では、図２Ｂに示したように、基板温度ごとに、Ａｓ供給量の目標下限値と目標上限値とを設定しておいたが、成長中断中に、常時またはある時間間隔で、ＲＨＥＥＤ測定器で半導体層を観察し、観察結果に基づいてＡｓの供給量を制御してもよい。
【００３６】
また、実施例１では、ＭＢＥにより化合物半導体層を形成したが、他の方法、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）により化合物半導体層を形成する場合にも、実施例１と同様の手法が有効である。ＭＯＣＶＤにおいては、Ａｓ供給量は、Ａｓ原料、例えばアルシン（ＡｓＨ３）の流量に相当する。
【実施例２】
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｃを参照して、実施例２による半導体装置（光伝導型光検出素子）の製造方法について説明する。
【００３８】
図４Ａに示すように、ＧａＡｓ基板４０の上に、厚さ１００ｎｍのＧａＡｓバッファ層４１を形成する。さらにｎ型ＧａＡｓの下部コンタクト層４２を形成する。下部コンタクト層４２の上に、多重量子井戸層４３を形成する。多重量子井戸層４３の上に、ｎ型ＧａＡｓの上部コンタクト層４４を形成する。下部コンタクト層４２及び上部コンタクト層４４の各々の厚さは５００ｎｍであり、ｎ型不純物であるＳｉの濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。なお、ｎ型不純物として、Ｓｉ以外の不純物を用いてもよい。
【００３９】
図４Ｂに、多重量子井戸層４３の断面図を示す。多重量子井戸層４３は、ＡｌＧａＡｓバリア層４３ＡとＩｎＧａＡｓ量子井戸層４３Ｂとが交互に積層された積層構造を有する。量子井戸層４３Ｂの上面は、ＡｌＧａＡｓ被覆層４３Ｃで被覆されている。最も上には、バリア層４３Ａが配置される。積層構造の繰り返し回数は、例えば量子井戸層４３Ｂが１０層になるようにする。
【００４０】
一例として、最も下のバリア層４３Ａの厚さは５０ｎｍであり、量子井戸層４３Ｂの厚さは５ｎｍである。被覆層４３Ｃの厚さは５ｎｍであり、それに接するバリア層４３Ａの厚さは４５ｎｍである。バリア層４３Ａ及び被覆層４３ＣのＡｌの組成比は、例えば０．１５である。
【００４１】
バリア層４３Ａの成長温度は、例えば６００℃であり、量子井戸層４３Ｂ及び被覆層４３Ｃの成長温度は、例えば５００℃である。バリア層４３Ａよりも低い温度で成長される被覆層４３Ｃは、量子井戸層４３Ｂ中のＩｎの乖離を防止するためにである。従って、量子井戸層４３Ｂの上に成長させるべき半導体層の成長温度を、Ｉｎの乖離を引き起こさない程度に設定する場合には、被覆層４３Ｃを形成する必要はない。
【００４２】
量子井戸層４３Ｂに、電子供給のために、ｎ型不純物であるＳｉを８．５×１０１７ｃｍ−３程度ドープしてもよい。
【００４３】
バリア層４３Ａの成長後、量子井戸層４３Ｂの成長前の成長中断時に、基板温度を６００℃から５００℃まで低下させる。被覆層４３Ｃの成長後、バリア層４３Ａの成長前の成長中断時に、基板温度を５００℃から６００℃まで上昇させる。基板温度の昇降時に、実施例１と同様に、中断中条件を、図２Ｂに示したＡｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌと目標上限値に対応する線３６Ｕとの間の領域に納まるように制御する。
【００４４】
図４Ｃに示すように、多重量子井戸層４３及び上部コンタクト層４４の一部をエッチングすることにより、下部コンタクト層４２の一部を露出させる。上部コンタクト層４４及び下部コンタクト層４２の露出した領域に、それぞれ電極４５及び４６を形成する。電極４５及び４６には、例えばＡｕＧｅが用いられる。
【００４５】
実施例２による光伝導型光検出器は、赤外線の波長域に感度を有する。成長中断時に、実施例１の場合と同様に、基板温度とＡｓ供給量とを、好適な範囲から外れないように制御しているため、成長中断時に露出していた半導体表面の不純物に起因する雑音特性の低下を抑制することができる。
【００４６】
実施例２では、光吸収層に量子井戸を用いた多重量子井戸構造を有する光検出器の製造に、実施例１による基板温度とＡｓ供給量との制御方法を適用した。電極から光吸収層へのキャリアの輸送過程を利用する他の構造の光検出器、例えば、量子ドット構造や量子細線構造を有する光検出器においても、実施例１による制御方法が有効である。
【実施例３】
【００４７】
図５Ａ及び図５Ｂを参照して、実施例３による半導体装置（高電子移動度トランジスタ：ＨＥＭＴ）の製造方法について説明する。
【００４８】
図５Ａに示すように、ＧａＡｓ基板５０をＭＢＥ装置の準備室に搬入し、脱ガス処理を行う。その後、図１に示したＭＢＥ装置のチャンバ１０内に搬入し、ステージ１１に搭載する。Ａｓ雰囲気下でＧａＡｓ基板５０を加熱することにより、表面の酸化膜を除去する。
【００４９】
ＧａＡｓ基板５０の上に、ＧａＡｓバッファ層５１を成長させる。成長時の基板温度は６００℃とし、バッファ層５１の厚さは、例えば１００ｎｍとする。バッファ層５１を成長させることにより、表面の平坦性が改善される。
【００５０】
バッファ層５１を形成した後、成長を一時中断し、基板温度を５００℃まで低下させる。このとき、基板温度とＡｓ供給量とを、実施例１の場合と同様に制御する。具体的には、基板温度とＡｓ供給量とが、図２Ｂに示した好適な範囲、すなわちＡｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌと目標上限値に対応する線３６Ｕとの間の領域に納まるように、両者を制御する。
【００５１】
基板温度５００℃の条件で、アンドープのＩｎＧａＡｓチャネル層５２を成長させる。チャネル層５２の厚さは、例えば１５ｎｍとする。チャネル層５２の上に、アンドープのＡｌＧａＡｓ被覆層５３を形成する。被覆層５３の厚さは、例えば５ｎｍとする。被覆層５３の形成後、成長を一時中断させ、基板温度を６００℃まで上昇させる。この中断中に、実施例１の場合と同様に、基板温度とＡｓ供給量とを制御する。
【００５２】
基板温度６００℃の条件で、ｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層５４を成長させる。例えば、障壁層５４のｎ型不純物の濃度は２×１０１６ｃｍ−３とし、厚さは４０ｎｍとする。障壁層５４の上に、ｎ型ＧａＡｓキャップ層５５を成長させる。キャップ層５５には、電子濃度が２×１０１８ｃｍ−３になるようにｎ型不純物がドープされる。キャップ層５５の厚さは、例えば１０ｎｍとする。
【００５３】
図５Ｂに示すように、キャップ層５５に開口５５Ａを形成し、障壁層５４を露出させる。開口５５Ａの両側のキャップ層５５の上に、それぞれＡｕＧｅのオーミック電極５６を形成する。開口５５Ａ内に露出している障壁層５４の上に、Ａｌのショットキゲート電極５７を形成する。一対のオーミック電極５６をソース及びドレインとするＨＥＭＴが得られる。
【００５４】
ＩｎＧａＡｓチャネル層５２を成長させる前の成長中断時、及び障壁層５４を成長させる前の成長中断時に、実施例１の場合と同様の方法で、基板温度とＡｓ供給量とが制御されている。このため、中断時に露出している表面の不純物に起因する素子性能の低下を抑制することができる。
【００５５】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００５６】
１０ チャンバ
１１ ステージ
１３ 温度測定器
１４ 排気管
１５Ａ ＲＨＥＥＤ用電子銃
１５Ｂ 回折ビーム検出器
１６ ヒータ
２０ 原料供給装置
２１ 供給量制御部
２５ 制御装置
２８ 成長用基板
３０ ＧａＡｓ基板
３１ ＡｌＧａＡｓ層
３１Ｐ、３２Ｐ 成膜条件
３２ ＩｎＧａＡｓ層
３３、３４ ＡｌＧａＡｓ層
３６Ｕ Ａｓ供給量の目標上限値に対応する線
３６Ｌ Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線
３７Ｕ Ａｓ供給量の上限値に対応する線
３７Ｌ Ａｓ供給量の下限値に対応する線
４０ ＧａＡｓ基板
４１ バッファ層
４２ 下部コンタクト層
４３ 多重量子井戸層
４３Ａ バリア層
４３Ｂ 量子井戸層
４３Ｃ 被覆層
４４ 上部コンタクト層
４５、４６ 電極
５０ ＧａＡｓ基板
５１ バッファ層
５２ チャネル層
５３ 被覆層
５４ 障壁層
５５ キャップ層
５６ オーミック電極
５７ ショットキゲート電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にＩＩＩ族元素の原料とＶ族元素の原料とを供給して化合物半導体のヘテロ接合を含む半導体装置を製造する方法、及び半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に化合物半導体の膜を成長させる場合、化合物半導体の組成によって最適成長温度が異なる。このため、下層の膜を形成した後、一旦成長を中断させて、上層の膜の最適成長温度まで基板温度を変化させる。成長を中断させている期間、Ａｓ等のＶ族元素の乖離を防止するために、Ｖ族元素の原料を供給しておくことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１６４８９３号公報
【特許文献２】特開２００３−５１４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の化合物半導体へテロ接合の製造方法では、微小な信号電流を扱う半導体装置において十分な雑音特性を得ることが困難である。信号電流が微小であるときの雑音特性を向上させることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する半導体装置の製造方法は、
基板の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１の半導体を、第１の基板温度で成長させる工程と、
前記第１の半導体の成長を停止させ、該第１の半導体の表面に、Ｖ族元素の原料を供給しながら、前記基板の温度を、前記第１の基板温度とは異なる第２の基板温度に変化させる工程と、
前記第１の半導体の上に、該第１の半導体とは異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第２の半導体を、前記第２の基板温度で成長させる工程と
を有し、
前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程が、
前記基板の温度を測定する工程と、
Ｖ族元素の供給量が、測定された前記基板の温度における供給量の目標下限値と目標上限値との間に納まるように、該供給量を制御する工程と
を含む。
【０００６】
上記課題を解決する半導体製造装置は、
成長用基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内に、ＩＩＩ族元素の原料及びＶ族元素の原料を、制御された供給量で供給する原料供給装置と、
前記チャンバに収容された成長用基板の温度を測定する温度測定器と、
基板温度ごとに、Ｖ族元素の供給量の目標下限値及び目標上限値を記憶しており、前記温度測定器による測定結果に基づいて、Ｖ族元素の供給量が前記目標下限値及び目標上限値の間に納まるように、前記原料供給装置を制御する制御装置と
を有する。
【発明の効果】
【０００７】
基板温度を変化させる期間に、Ｖ族元素の供給量を上述のように制御することにより、雑音特性に優れた半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例で用いられるＭＢＥ装置の概略図である。
【図２】（２Ａ）は、実施例１による方法で製造される半導体装置の断面図及び成長温度を示すグラフであり、（２Ｂ）は、基板温度ろＡｓ供給量の好適な範囲との好適な範囲を示すグラフである。
【図３】実施例１による方法で製造された半導体装置の雑音特性の測定結果を、従来の方法で製造された同一構造の半導体装置の雑音特性と対比させて示すグラフである。
【図４】実施例２による半導体装置の製造方法の製造途中段階における断面図、及び完成時の断面図である。
【図５】実施例３による半導体装置の製造方法の製造途中段階における断面図、及び完成時の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１に、実施例による半導体装置の製造方法で用いられる分子線エピタキシ（ＭＢＥ）装置の概略図を示す。
【００１０】
チャンバ１０内にステージ１１が収容されている。チャンバ１０内が、排気管１４を介して真空排気される。ステージ１１に、基板２８が保持される。ステージ１１内にヒータ１６が配置されており、基板２８を加熱することができる。温度測定器１３が、基板２８の温度を測定し、測定結果が制御装置２５に入力される。温度測定器１３には、例えば放射温度計（パイロメータ）が用いられる。また、ヒータ１６は、制御装置２５により制御される。
【００１１】
ステージ１１に対向する位置に原料供給装置２０が取り付けられている。原料供給装置２０には、例えばクヌードセンセル（Ｋセル）が用いられる。Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ、Ｓｉ等の原料ごとにＫセルが準備される。供給量制御部２１が、制御装置２５からの指令を受けて各Ｋセルの温度を制御することにより、原料ごとに供給量を変化させることができる。
【００１２】
Ｋセルに代えて、バルブセルを用いてもよい。バルブセルを用いる場合には、バルブの開度を調節することにより、原料の供給量が制御される。成長用原料としてガスソースを用いる場合には、原料供給装置２０にガスセルが用いられる。ガスセルを用いる場合には、バルブの開度やガスセル内の圧力を調節することにより、原料の供給量が制御される。
【００１３】
原料供給装置２０から見てステージ１１の後方にビーム強度計１２が配置されている。ビーム強度計１２には、例えば電離真空計が用いられる。ビーム強度計１２は、ステージ１１をビーム経路から退避させた状態で、分子線のビーム強度を測定することができる。ビーム強度計１２による測定結果が制御装置２５に入力される。分子線のビーム強度は、等価圧力に換算することができる。
【００１４】
チャンバ１０に、反射高速電子回折（ＲＨＥＥＤ）測定器１５が取り付けられている。ＲＨＥＥＤ測定器１５は、電子銃１５Ａ及び回折ビーム検出器１５Ｂを含む。ＲＨＥＥＤ用電子銃１５Ａは、基板２８に電子ビームを入射させる。基板２８で回折された電子ビームが、検出器１５Ｂにより検出される。検出結果が制御装置２５に入力される。
【実施例１】
【００１５】
図２Ａ〜図３を参照して、実施例１による半導体装置の製造方法について説明する。
【００１６】
ＧａＡｓ基板３０の上に、基板温度Ｔ２の条件で、ＭＢＥによりＡｌＧａＡｓ層３１を成長させる。温度Ｔ２は、例えば６００℃である。その後、ＡｌＧａＡｓ層３１の成長を停止させ、Ａｓ原料を供給した状態で、基板温度をＴ１まで低下させる。温度Ｔ１は、例えば５００℃である。
【００１７】
基板温度Ｔ１の条件で、ＩｎＧａＡｓ層３２をＭＢＥにより成長させる。さらに、ＡｌＧａＡｓ層３３を成長させる。その後、Ａｓ原料を供した状態で、基板温度をＴ２まで上昇させる。基板温度Ｔ２の条件で、ＡｌＧａＡｓ層３４を、ＭＢＥにより成長させる。
【００１８】
これらの層の成長時に、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＡｓの原料として、例えば固体原料を用いる。ＡｌＧａＡｓ層３３は、基板温度を６００℃近傍まで上昇させたときのＩｎＧａＡｓ層３２内のＩｎの乖離を防止するために配置される。従って、ＡｌＧａＡｓ層３３の厚さは、下地のＩｎＧａＡｓ層３２内のＩｎの乖離を防止するのに十分な厚さ、例えば５ｎｍ程度であればよい。なお、ＩｎＧａＡｓ層３２の上の層の成長条件によっては、ＡｌＧａＡｓ層３３を形成しなくてもよい。
【００１９】
図２Ｂに、基板表面にＡｌＧａＡｓが露出している状態で成長を中断しているときの、基板温度とＡｓ供給量との好適な範囲を示す。横軸はＡｓの供給量を表し、縦軸は基板温度を表す。成長中断中における基板温度とＡｓ供給量とを「中断中条件」ということとする。細い実線３７Ｌ及び３７Ｕが、それぞれ好適な中断中条件のＡｓ供給量下限値及び上限値に対応する。以下、Ａｓ供給量下限値の対応する線３７Ｌ及びＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕの決定方法について説明する。
【００２０】
図１に示したＭＢＥ装置のステージ１１に評価用の基板２８を装着する。基板２８にＡｌＧａＡｓ層を形成する。基板温度をＴ１に保ち、Ａｓ供給量を変化させながら、ＲＨＥＥＤ測定器１５でＡｌＧａＡｓ層の結晶状態を測定する。測定結果から、ＡｌＧａＡｓ層の表層部の結晶状態を評価することができる。
【００２１】
基板温度をＴ１から、ある刻み幅ΔＴだけ上昇させて、同様の評価を行う。この評価を、基板温度がＴ２になるまで繰り返す。この評価により、ＡｌＧａＡｓ層の結晶状態が良好と判断された領域が、Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬとＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕの間の領域に相当する。Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬよりもＡｓ供給量が少ない状態、または基板温度が高い状態、すなわちＡｓ供給量下限値に対応する線３７Ｌの左上の領域では、Ａｓの乖離が進み、ＡｌＧａＡｓ層の結晶状態が悪くなる。また、Ａｓ供給量上限値に対応する線３７ＵよりもＡｓ供給量が多い状態、または基板温度が低い状態、すなわちＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕの右下の領域では、Ａｓが過剰になるために、ＡｌＧａＡｓ層を半導体装置に応用する観点から、その表面状態が好ましくない状態になる。
【００２２】
ＡｌＧａＡｓ層３１は、基板温度Ｔ２、Ａｓ供給量Ｓ２の条件（図２Ｂに示した成膜条件３１Ｐに相当）で成膜され、ＩｎＧａＡｓ層３２は、基板温度Ｔ１、Ａｓ供給量Ｓ１の条件（図２Ｂに示した成膜条件３２Ｐに相当）で成膜される。基板温度を昇降させる際に、基板温度及びＡｓ供給量が、Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬとＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕとの間に納まるように、中断中条件を制御することが好ましい。なお、プロセスマージンを考慮すると、中断中条件の制御目標値を、Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬとＡｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕとで挟まれた領域よりも内側に設定することが好ましい。
【００２３】
実施例１では、中断中条件が、Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌと目標上限値に対応する線３６Ｕとの間に納まるように、中断中条件を制御する。Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌは、Ａｓ供給量下限値に対応する線３７ＬよりもややＡｓ過剰側に設定され、目標上限値に対応する線３６Ｕは、Ａｓ供給量上限値に対応する線３７ＵよりもややＡｓ過少側に設定される。
【００２４】
以下、中断中条件の具体的な制御方法の一例について説明する。ＡｌＧａＡｓ層３１の成膜を停止させた後、Ａｓ供給量をＳ２に維持したまま、基板温度を低下させる。図２Ｂにおいて、中断中条件が、成膜時の条件３１Ｐを始点として下方に移動する。基板温度の低下中に、常時、またはある時間間隔で基板温度を測定する。
【００２５】
中断中条件が、Ａｓ供給量の目標上限値に対応する線３６Ｕまで達したら、目標下限値に対応する線３６Ｌに達するまで、Ａｓ供給量を低下させる。すなわち、Ａｓ供給量をＳ２１まで低下させる。基板温度がさらに低下し、再度、中断中条件が目標上限値に対応する線３６Ｕに達したら、目標下限値に対応する線３６Ｌに達するまで、Ａｓ供給量をさらに低下させる。
【００２６】
中断中条件が目標上限値に対応する線３６Ｕに達する前に、基板温度がＴ１に達したら、基板温度をＴ１に維持した状態で、Ａｓ供給量をＳ１まで低下させる。
【００２７】
このように、中断中条件が、Ａｓ供給量の目標上限値に対応する線３６Ｕに達する度に、目標下限値に対応する線３６Ｌに達するまでＡｓ供給量を低下させる。この制御により、Ａｓの供給量は、測定された基板温度におけるＡｓ供給量の目標下限値と目標上限値との間に納まる。このため、成長中断時におけるＡｌＧａＡｓ層３１の表面の結晶状態の劣化を防止することができる。
【００２８】
ＡｌＧａＡｓ層３３を成長させた後、基板温度をＴ１からＴ２まで上昇させる際には、図２Ｂにおいて、中断中条件を、成膜時の条件３２Ｐから条件３１Ｐまで移動させる。具体的には、Ａｓ供給量をＳ１に維持したまま、基板温度を上昇させる。中断中条件が、Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌに達する度に、目標上限値に対応する線３６Ｕに達するまでＡｓ供給量を上昇させる。基板温度がＴ２まで達すると、基板温度をＴ２に維持したまま、Ａｓ供給量をＳ２まで増加させる。このように、中断中条件を制御することにより、基板温度上昇時にも、ＡｌＧａＡｓ層３１の結晶状態の劣化を防止することができる。
【００２９】
なお、中断中条件を、図２Ｂにおいて、条件３１Ｐから３２Ｐまで、またはその逆に移動させる経路は、上記具体例で説明した経路に限定されない。中断中条件が、Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌと目標上限値に対応する線３６Ｕとの間に納まるように、中断中条件を変化させればよい。例えば、Ａｓ供給量を、基板温度の変化に応じて連続的に変化させてもよい。
【００３０】
従来、成長中断中におけるＡｓの乖離を防止するために、成長中断中にＡｓ原料を供給しておくことは公知であった。ところが、図２Ｂにおいて、基板温度をＴ２からＴ１まで低下させる際に、Ａｓ供給量をＳ２に維持したまま基板温度をＴ１まで低下させると、中断中条件が、Ａｓ供給量上限値に対応する線３７Ｕを横切って、好適な範囲から外れてしまう。実施例１では、中断中条件が、好適な範囲から外れることを防止できる。
【００３１】
図３に、実施例１による方法で作製した評価用の光伝導型光検出器の雑音特性の測定結果を、従来の方法で作製した同一構造の検出器の雑音特性の測定結果と比較して示す。横軸は、評価用試料に流した電流を単位「Ａ」で表し、縦軸は、規格化雑音電流強度を単位「Ａ／Ｈｚ」で表す。図中の白抜き記号が、従来の方法で作製した光検出器の測定結果を示し、黒ベタ記号が、実施例１の方法で作製した光検出器の測定結果を示す。光伝導型光検出器は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層と受光層とを交互に繰り返し成長させることにより作製した。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層は、基板温度６００℃で成長させ、受光層は、基板温度４００℃で成長させた。規格化雑音電流強度は、検出器に光を照射しない状態で電流Ｉを流したときの単位周波数あたりのホワイトノイズ電力をＩｎ２としたとき、Ｉｎ２／Ｉで定義される。
【００３２】
実施例１による方法で作製した光検出器の雑音特性は、従来の方法で作製した光検出器に比べて、素子電流が１×１０−６Ａ以下の微小な電流領域で、特に優れていることがわかる。このように、雑音特性が優れているのは、成長中断中に露出していた半導体表面に、深い不純物準位や不純物汚染が導入され難いためと考えられる。
【００３３】
実施例１では、成長中断中の表面にＡｌＧａＡｓが露出していたが、他の化合物半導体が露出している場合にも、基板温度と原料の供給量とを、好適な範囲内で変化させる制御を行うことが有効である。特に、Ｖ族元素としてＡｓを含む化合物半導体が露出している場合に、基板温度とＡｓ供給量とを制御することが有効である。中断中条件の好適な範囲は、中断中に露出している表面の材料に依存する。このため、図２Ｂに示した中断中条件の好適な範囲は、予め、材料ごとに決定しておくことが好ましい。
【００３４】
また、化合物半導体の表面に、Ｓ−Ｋモード等により量子ドットを形成するとき、及び量子ドット上に半導体層を成長させるときにも、成長の中断を行い、基板温度を変化させる。この場合にも、基板温度とＶ族元素の供給量とを、上記実施例１のように制御することが有効である。
【００３５】
実施例１では、図２Ｂに示したように、基板温度ごとに、Ａｓ供給量の目標下限値と目標上限値とを設定しておいたが、成長中断中に、常時またはある時間間隔で、ＲＨＥＥＤ測定器で半導体層を観察し、観察結果に基づいてＡｓの供給量を制御してもよい。
【００３６】
また、実施例１では、ＭＢＥにより化合物半導体層を形成したが、他の方法、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）により化合物半導体層を形成する場合にも、実施例１と同様の手法が有効である。ＭＯＣＶＤにおいては、Ａｓ供給量は、Ａｓ原料、例えばアルシン（ＡｓＨ３）の流量に相当する。
【実施例２】
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｃを参照して、実施例２による半導体装置（光伝導型光検出素子）の製造方法について説明する。
【００３８】
図４Ａに示すように、ＧａＡｓ基板４０の上に、厚さ１００ｎｍのＧａＡｓバッファ層４１を形成する。さらにｎ型ＧａＡｓの下部コンタクト層４２を形成する。下部コンタクト層４２の上に、多重量子井戸層４３を形成する。多重量子井戸層４３の上に、ｎ型ＧａＡｓの上部コンタクト層４４を形成する。下部コンタクト層４２及び上部コンタクト層４４の各々の厚さは５００ｎｍであり、ｎ型不純物であるＳｉの濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。なお、ｎ型不純物として、Ｓｉ以外の不純物を用いてもよい。
【００３９】
図４Ｂに、多重量子井戸層４３の断面図を示す。多重量子井戸層４３は、ＡｌＧａＡｓバリア層４３ＡとＩｎＧａＡｓ量子井戸層４３Ｂとが交互に積層された積層構造を有する。量子井戸層４３Ｂの上面は、ＡｌＧａＡｓ被覆層４３Ｃで被覆されている。最も上には、バリア層４３Ａが配置される。積層構造の繰り返し回数は、例えば量子井戸層４３Ｂが１０層になるようにする。
【００４０】
一例として、最も下のバリア層４３Ａの厚さは５０ｎｍであり、量子井戸層４３Ｂの厚さは５ｎｍである。被覆層４３Ｃの厚さは５ｎｍであり、それに接するバリア層４３Ａの厚さは４５ｎｍである。バリア層４３Ａ及び被覆層４３ＣのＡｌの組成比は、例えば０．１５である。
【００４１】
バリア層４３Ａの成長温度は、例えば６００℃であり、量子井戸層４３Ｂ及び被覆層４３Ｃの成長温度は、例えば５００℃である。バリア層４３Ａよりも低い温度で成長される被覆層４３Ｃは、量子井戸層４３Ｂ中のＩｎの乖離を防止するためにである。従って、量子井戸層４３Ｂの上に成長させるべき半導体層の成長温度を、Ｉｎの乖離を引き起こさない程度に設定する場合には、被覆層４３Ｃを形成する必要はない。
【００４２】
量子井戸層４３Ｂに、電子供給のために、ｎ型不純物であるＳｉを８．５×１０１７ｃｍ−３程度ドープしてもよい。
【００４３】
バリア層４３Ａの成長後、量子井戸層４３Ｂの成長前の成長中断時に、基板温度を６００℃から５００℃まで低下させる。被覆層４３Ｃの成長後、バリア層４３Ａの成長前の成長中断時に、基板温度を５００℃から６００℃まで上昇させる。基板温度の昇降時に、実施例１と同様に、中断中条件を、図２Ｂに示したＡｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌと目標上限値に対応する線３６Ｕとの間の領域に納まるように制御する。
【００４４】
図４Ｃに示すように、多重量子井戸層４３及び上部コンタクト層４４の一部をエッチングすることにより、下部コンタクト層４２の一部を露出させる。上部コンタクト層４４及び下部コンタクト層４２の露出した領域に、それぞれ電極４５及び４６を形成する。電極４５及び４６には、例えばＡｕＧｅが用いられる。
【００４５】
実施例２による光伝導型光検出器は、赤外線の波長域に感度を有する。成長中断時に、実施例１の場合と同様に、基板温度とＡｓ供給量とを、好適な範囲から外れないように制御しているため、成長中断時に露出していた半導体表面の不純物に起因する雑音特性の低下を抑制することができる。
【００４６】
実施例２では、光吸収層に量子井戸を用いた多重量子井戸構造を有する光検出器の製造に、実施例１による基板温度とＡｓ供給量との制御方法を適用した。電極から光吸収層へのキャリアの輸送過程を利用する他の構造の光検出器、例えば、量子ドット構造や量子細線構造を有する光検出器においても、実施例１による制御方法が有効である。
【実施例３】
【００４７】
図５Ａ及び図５Ｂを参照して、実施例３による半導体装置（高電子移動度トランジスタ：ＨＥＭＴ）の製造方法について説明する。
【００４８】
図５Ａに示すように、ＧａＡｓ基板５０をＭＢＥ装置の準備室に搬入し、脱ガス処理を行う。その後、図１に示したＭＢＥ装置のチャンバ１０内に搬入し、ステージ１１に搭載する。Ａｓ雰囲気下でＧａＡｓ基板５０を加熱することにより、表面の酸化膜を除去する。
【００４９】
ＧａＡｓ基板５０の上に、ＧａＡｓバッファ層５１を成長させる。成長時の基板温度は６００℃とし、バッファ層５１の厚さは、例えば１００ｎｍとする。バッファ層５１を成長させることにより、表面の平坦性が改善される。
【００５０】
バッファ層５１を形成した後、成長を一時中断し、基板温度を５００℃まで低下させる。このとき、基板温度とＡｓ供給量とを、実施例１の場合と同様に制御する。具体的には、基板温度とＡｓ供給量とが、図２Ｂに示した好適な範囲、すなわちＡｓ供給量の目標下限値に対応する線３６Ｌと目標上限値に対応する線３６Ｕとの間の領域に納まるように、両者を制御する。
【００５１】
基板温度５００℃の条件で、アンドープのＩｎＧａＡｓチャネル層５２を成長させる。チャネル層５２の厚さは、例えば１５ｎｍとする。チャネル層５２の上に、アンドープのＡｌＧａＡｓ被覆層５３を形成する。被覆層５３の厚さは、例えば５ｎｍとする。被覆層５３の形成後、成長を一時中断させ、基板温度を６００℃まで上昇させる。この中断中に、実施例１の場合と同様に、基板温度とＡｓ供給量とを制御する。
【００５２】
基板温度６００℃の条件で、ｎ型ＡｌＧａＡｓ障壁層５４を成長させる。例えば、障壁層５４のｎ型不純物の濃度は２×１０１６ｃｍ−３とし、厚さは４０ｎｍとする。障壁層５４の上に、ｎ型ＧａＡｓキャップ層５５を成長させる。キャップ層５５には、電子濃度が２×１０１８ｃｍ−３になるようにｎ型不純物がドープされる。キャップ層５５の厚さは、例えば１０ｎｍとする。
【００５３】
図５Ｂに示すように、キャップ層５５に開口５５Ａを形成し、障壁層５４を露出させる。開口５５Ａの両側のキャップ層５５の上に、それぞれＡｕＧｅのオーミック電極５６を形成する。開口５５Ａ内に露出している障壁層５４の上に、Ａｌのショットキゲート電極５７を形成する。一対のオーミック電極５６をソース及びドレインとするＨＥＭＴが得られる。
【００５４】
ＩｎＧａＡｓチャネル層５２を成長させる前の成長中断時、及び障壁層５４を成長させる前の成長中断時に、実施例１の場合と同様の方法で、基板温度とＡｓ供給量とが制御されている。このため、中断時に露出している表面の不純物に起因する素子性能の低下を抑制することができる。
【００５５】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００５６】
１０ チャンバ
１１ ステージ
１３ 温度測定器
１４ 排気管
１５Ａ ＲＨＥＥＤ用電子銃
１５Ｂ 回折ビーム検出器
１６ ヒータ
２０ 原料供給装置
２１ 供給量制御部
２５ 制御装置
２８ 成長用基板
３０ ＧａＡｓ基板
３１ ＡｌＧａＡｓ層
３１Ｐ、３２Ｐ 成膜条件
３２ ＩｎＧａＡｓ層
３３、３４ ＡｌＧａＡｓ層
３６Ｕ Ａｓ供給量の目標上限値に対応する線
３６Ｌ Ａｓ供給量の目標下限値に対応する線
３７Ｕ Ａｓ供給量の上限値に対応する線
３７Ｌ Ａｓ供給量の下限値に対応する線
４０ ＧａＡｓ基板
４１ バッファ層
４２ 下部コンタクト層
４３ 多重量子井戸層
４３Ａ バリア層
４３Ｂ 量子井戸層
４３Ｃ 被覆層
４４ 上部コンタクト層
４５、４６ 電極
５０ ＧａＡｓ基板
５１ バッファ層
５２ チャネル層
５３ 被覆層
５４ 障壁層
５５ キャップ層
５６ オーミック電極
５７ ショットキゲート電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１の半導体を、第１の基板温度で成長させる工程と、
前記第１の半導体の成長を停止させ、該第１の半導体の表面に、Ｖ族元素の原料を供給しながら、前記基板の温度を、前記第１の基板温度とは異なる第２の基板温度に変化させる工程と、
前記第１の半導体の上に、該第１の半導体とは異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第２の半導体を、前記第２の基板温度で成長させる工程と
を有し、
前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程が、
前記基板の温度を測定する工程と、
Ｖ族元素の供給量が、測定された前記基板の温度における供給量の目標下限値と目標上限値との間に納まるように、該供給量を制御する工程と
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の半導体及び第２の半導体が、Ｖ族元素としてＡｓを含み、前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程において、Ａｓ供給量を制御する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の半導体及び第２の半導体を成長させる工程において、分子線エピタキシにより該第１の半導体及び第２の半導体を成長させる請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程は、Ａｓ供給量が、測定された基板温度におけるＡｓ供給量の目標上限値に達したら、Ａｓ供給量を低下させる工程を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
成長用基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内に、ＩＩＩ族元素の原料及びＶ族元素の原料を、制御された供給量で供給する原料供給装置と、
前記チャンバに収容された成長用基板の温度を測定する温度測定器と、
基板温度ごとに、Ｖ族元素の供給量の目標下限値及び目標上限値を記憶しており、前記温度測定器による測定結果に基づいて、Ｖ族元素の供給量が前記目標下限値及び目標上限値の間に納まるように、前記原料供給装置を制御する制御装置と
を有する半導体製造装置。
【請求項６】
基板の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１の半導体を、第１の基板温度で成長させる工程と、
前記第１の半導体の成長を停止させ、前記第１の半導体の表面に、Ｖ族元素の原料を供給しながら、前記基板の温度を、前記第１の基板温度とは異なる第２の基板温度に変化させる工程と、
前記第１の半導体の上に、該第１の半導体とは異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第２の半導体を、前記第２の基板温度で成長させる工程と
を有し、
前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程において、前記第１の半導体を反射高速電子回折法により観察しながら、観察結果に基づいてＶ族元素の原料の供給量を制御する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
成長用基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内に、ＩＩＩ族元素の原料及びＶ族元素の原料を、制御された供給量で供給する原料供給装置と、
前記チャンバ内に収容された成長用基板の上に形成された半導体膜を反射高速電子回折法により測定する半導体膜測定器と、
前記半導体膜測定器の測定結果に基づいて、前記原料供給装置を制御する制御装置と
を有する半導体製造装置。
【請求項１】
基板の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１の半導体を、第１の基板温度で成長させる工程と、
前記第１の半導体の成長を停止させ、該第１の半導体の表面に、Ｖ族元素の原料を供給しながら、前記基板の温度を、前記第１の基板温度とは異なる第２の基板温度に変化させる工程と、
前記第１の半導体の上に、該第１の半導体とは異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第２の半導体を、前記第２の基板温度で成長させる工程と
を有し、
前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程が、
前記基板の温度を測定する工程と、
Ｖ族元素の供給量が、測定された前記基板の温度における供給量の目標下限値と目標上限値との間に納まるように、該供給量を制御する工程と
を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の半導体及び第２の半導体が、Ｖ族元素としてＡｓを含み、前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程において、Ａｓ供給量を制御する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の半導体及び第２の半導体を成長させる工程において、分子線エピタキシにより該第１の半導体及び第２の半導体を成長させる請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程は、Ａｓ供給量が、測定された基板温度におけるＡｓ供給量の目標上限値に達したら、Ａｓ供給量を低下させる工程を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
成長用基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内に、ＩＩＩ族元素の原料及びＶ族元素の原料を、制御された供給量で供給する原料供給装置と、
前記チャンバに収容された成長用基板の温度を測定する温度測定器と、
基板温度ごとに、Ｖ族元素の供給量の目標下限値及び目標上限値を記憶しており、前記温度測定器による測定結果に基づいて、Ｖ族元素の供給量が前記目標下限値及び目標上限値の間に納まるように、前記原料供給装置を制御する制御装置と
を有する半導体製造装置。
【請求項６】
基板の上に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第１の半導体を、第１の基板温度で成長させる工程と、
前記第１の半導体の成長を停止させ、前記第１の半導体の表面に、Ｖ族元素の原料を供給しながら、前記基板の温度を、前記第１の基板温度とは異なる第２の基板温度に変化させる工程と、
前記第１の半導体の上に、該第１の半導体とは異なるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である第２の半導体を、前記第２の基板温度で成長させる工程と
を有し、
前記基板の温度を前記第１の基板温度から前記第２の基板温度に変化させる工程において、前記第１の半導体を反射高速電子回折法により観察しながら、観察結果に基づいてＶ族元素の原料の供給量を制御する半導体装置の製造方法。
【請求項７】
成長用基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内に、ＩＩＩ族元素の原料及びＶ族元素の原料を、制御された供給量で供給する原料供給装置と、
前記チャンバ内に収容された成長用基板の上に形成された半導体膜を反射高速電子回折法により測定する半導体膜測定器と、
前記半導体膜測定器の測定結果に基づいて、前記原料供給装置を制御する制御装置と
を有する半導体製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２２６０６１（Ｐ２０１０−２２６０６１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７４７６６（Ｐ２００９−７４７６６）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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