半導体基板の製造方法および半導体基板
【課題】単一半導体基板上にＨＢＴおよびＦＥＴのような複数異なる種類のデバイスを形成するに適した半導体基板を製造する方法を提供する。
【解決手段】半導体を結晶成長させる反応容器内に第１不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第１不純物ガスを導入する段階を含む複数の段階を繰り返して、複数の半導体基板を製造する方法であって、第１不純物ガスを導入する段階の後に、製造された半導体基板を取り出す段階と、反応容器内に第１半導体を設置する段階と、反応容器内に、第１半導体内で第１不純物原子と反対の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第２不純物ガスを導入する段階と、第１半導体を第２不純物ガスの雰囲気中で加熱する段階と、加熱した前記第１半導体上に第２半導体を結晶成長させる段階とを備える半導体基板の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体を結晶成長させる反応容器内に第１不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第１不純物ガスを導入する段階を含む複数の段階を繰り返して、複数の半導体基板を製造する方法であって、第１不純物ガスを導入する段階の後に、製造された半導体基板を取り出す段階と、反応容器内に第１半導体を設置する段階と、反応容器内に、第１半導体内で第１不純物原子と反対の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第２不純物ガスを導入する段階と、第１半導体を第２不純物ガスの雰囲気中で加熱する段階と、加熱した前記第１半導体上に第２半導体を結晶成長させる段階とを備える半導体基板の製造方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の製造方法および半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ウェハ上に少なくとも２つの異なるタイプの集積活性デバイス（例えばＨＢＴおよびＦＥＴ）を作製するのに適したエピタキシャル第３〜５族化合物半導体ウェハを作製する方法を開示している。
（特許文献１）特開２００８−６０５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
単一の半導体基板上に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、「ＨＢＴ」と称する）と電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、「ＦＥＴ」と称する）を一例とする複数の異なる種類のデバイスを形成する場合には、一方のデバイスの製造工程が他方の製造工程に影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
例えば、デバイスの製造に用いる反応容器内に、ＨＢＴにドープした不純物（例えばＳｉ）が残留していると、次に製造するデバイスの半導体基板上に当該不純物が付着して拡散する場合がある。当該不純物は、半導体基板上に形成されるＦＥＴにおけるキャリアを生成し、リーク電流の一因となる。また、キャリアが生成されることによって、デバイス間の素子分離が不安定になる場合もある。さらに、単一の半導体基板上に形成される双方のデバイスの特性を最適化することが難しくなる場合もある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、半導体を結晶成長させる反応容器内に第１不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第１不純物ガスを導入する段階を含む複数の段階を繰り返して、複数の半導体基板を製造する方法であって、第１不純物ガスを導入する段階の後に、製造された半導体基板を取り出す段階と、反応容器内に第１半導体を設置する段階と、反応容器内に、第１半導体内で第１不純物原子と反対の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第２不純物ガスを導入する段階と、第１半導体を第２不純物ガスの雰囲気中で加熱する段階と、加熱した第１半導体上に第２半導体を結晶成長させる段階とを備える半導体基板の製造方法を提供する。
【０００６】
加熱する段階においては、例えば、電子密度と正孔密度との差を示す有効キャリア密度を第１半導体の少なくとも表面において減少させるべく加熱する条件を設定する。当該製造方法においては、第１不純物原子が、第１半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子であり、第２不純物ガスが、第１半導体内でＰ型の伝導型を示す不純物原子を含むＰ型不純物ガスを含む。第１半導体または第２半導体が３−５族化合物半導体であり、Ｐ型不純物ガスが、ハロゲン化炭化水素ガスを含んでもよい。
【０００７】
ハロゲン化炭化水素ガスは、例えば、ＣＨｎＸ（４−ｎ）（ただし、ＸはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群から選択されるハロゲン原子であり、ｎは、０≦ｎ≦３の条件を満たす整数であり、０≦ｎ≦２の場合、複数のＸは互いに同一の原子でも異なった原子でもよい。）である。第１半導体または第２半導体が３−５族化合物半導体であり、第２不純物ガスがアルシンおよび水素を含んでもよい。第２不純物ガスが、１ｐｐｂ以下のＧｅＨ４を含むアルシン原料ガスを含んでもよい。
【０００８】
第２半導体は、一例として、電子または正孔が移動するチャネルとして機能するモノキャリア移動半導体である。モノキャリア移動半導体が、３−５族化合物半導体のＮ型モノキャリア移動半導体であり、第２半導体を結晶成長させる段階において、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてシランまたはジシランを反応容器に導入してＮ型モノキャリア移動半導体を結晶成長させてもよい。モノキャリア移動半導体上に、モノキャリア移動半導体とは反対の伝導型のモノキャリア移動半導体を形成する段階をさらに備えてもよい。
【０００９】
また、第２半導体上に、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体およびＮ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させる、またはＰ型半導体、Ｎ型半導体およびＰ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させることにより、Ｎ型半導体／Ｐ型半導体／Ｎ型半導体で表される積層半導体、またはＰ型半導体／Ｎ型半導体／Ｐ型半導体で表される積層半導体を形成する段階、をさらに含んでもよい。
【００１０】
この場合に、第１不純物原子が、半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子であり、第２不純物ガスが、Ｐ型の伝導型を示すＰ型不純物原子を含むＰ型不純物ガスを含み、積層半導体が、バイポーラトランジスタのベースとして機能するベース層を含み、Ｐ型不純物ガスと同じ種類のガスを反応容器に導入してベース層を製造してもよい。第２半導体を結晶成長させる段階において、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてシランまたはジシランを反応容器に導入して、積層半導体におけるＮ型半導体を形成してもよい。
【００１１】
抵抗体を形成する段階は、３族元素を含む３族原料ガスおよび５族元素を含む５族原料ガスを用いたエピタキシャル成長により、３−５族化合物半導体のＰ型半導体を形成する段階を有し、Ｐ型半導体を形成する段階において、Ｐ型半導体のアクセプタ濃度を３族原料ガスと５族原料ガスとの流量比により制御してもよい。また、少なくとも第２半導体を第１半導体上に形成した後、少なくとも第２半導体が形成された半導体基板を反応容器から取り出す段階をさらに含み、取り出す段階の後、反応容器の内部の不純物原子の影響を軽減する工程を経ることなく、反応容器の内部に第１半導体とは別の第１半導体を設置し、ガスを反応容器の内部に導入する段階と、別の第１半導体をガスの雰囲気中で加熱する段階と、加熱した第１半導体上に第２半導体を形成する段階と、を繰り返してもよい。
【００１２】
本発明の第２の態様においては、第１半導体と、第１半導体上に形成された第２半導体とを含む半導体基板であって、第１半導体と第２半導体との界面に、Ｐ型不純物原子と、Ｐ型不純物原子と実質的に同じ密度のＮ型不純物原子とを有する半導体基板を提供する。例えば、Ｐ型不純物原子およびＮ型不純物原子は活性化されている。
【００１３】
なお、本明細書において、「Ａ上のＢ（Ｂ ｏｎ Ａ）」は「ＢがＡに接する場合」、および、「ＢとＡとの間に他の部材が存在する場合」の両方の場合を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】半導体基板の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。
【図２】半導体基板２００の断面の一例を示す。
【図３】半導体基板３００の断面の一例を示す。
【図４】半導体基板１４００の断面の一例を示す。
【図５】半導体基板４００の断面の一例を示す。
【図６】半導体基板１６００の断面の一例を示す。
【図７】半導体基板の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。
【図８】半導体基板６００の断面の一例を示す。
【図９】半導体基板８００を製造する方法を表すフローチャートを示す。
【図１０】半導体基板８００の断面の一例を示す。
【図１１】半導体基板２００を製造する方法を表すフローチャートを示す。
【図１２】半導体基板１１００を製造する方法を表すフローチャートを示す。
【図１３】半導体基板１１００の断面の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、半導体基板の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。本製造方法は、第１半導体を設置してガスを導入する段階Ｓ１１０、第１半導体を加熱する段階Ｓ１２０、および第２半導体を形成する段階Ｓ１４０を備える。なお、図２は、本実施態様の製造方法によって製造される半導体基板２００の断面の一例を示す。半導体基板２００は、第１半導体２１０および第２半導体２４０を備える。
【００１６】
半導体基板２００上には、電子素子を形成することができる。例えば、半導体基板２００を用いて、ＦＥＴ、高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、「ＨＥＭＴ」と称する場合がある。）またはＨＢＴ等を製造することができる。
【００１７】
第１半導体２１０は、例えば半導体基板２００における他の構成要素を支持するに十分な機械的強度を有する基板である。例えば、第１半導体２１０は、Ｓｉ基板、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、またはＧａＡｓ基板等である。Ｓｉ基板は、例えば単結晶Ｓｉ基板である。第１半導体２１０は、サファイア基板、ガラス基板、ＰＥＴフィルム等の樹脂基板であってもよい。第１半導体２１０は、基板（ウェハ）自体であってもよく、基板上にエピタキシャル成長された半導体層であってもよい。第１半導体２１０は、例えば３−５族化合物半導体である。
【００１８】
第２半導体２４０は、電子素子を形成することができる化合物半導体である。例えば、第２半導体２４０は、３−５族化合物半導体または２−６族化合物半導体等である。第２半導体２４０は、一例としてモノキャリア移動半導体である。「モノキャリア移動半導体」とは、電子または正孔の何れか一方の移動によりトランジスタ等の電子素子のチャネルとして機能する半導体をいう。
【００１９】
第１半導体２１０の上に形成する第２半導体２４０は、図２に示すように単層であってもよく、複層であってもよい。図３および図４は、第１半導体２１０上に複層の第２半導体３４０と第２半導体４４０とを形成した例である。第２半導体が複層である場合には、それぞれの第２半導体層を順次形成してよい。
【００２０】
図３に示す半導体基板３００において、第２半導体３４０は、第２半導体３４２、第２半導体３４４、第２半導体３４６、および第２半導体３４８を有する。半導体基板３００は、例えば、ＨＥＭＴに適する半導体基板である。第２半導体３４２は、例えばＨＥＭＴのチャネルを形成するモノキャリア移動半導体である。第２半導体３４４は、第２半導体３４２にキャリアを供給するキャリア供給半導体である。
【００２１】
第２半導体３４６は、例えばゲート電極が形成されるバリア形成半導体である。第２半導体３４８は、例えばソース電極およびドレイン電極が形成されるコンタクト用半導体である。図３において、半導体基板３００は、破線で示す領域に他の半導体等を含んでよい。例えば、半導体基板３００は、破線で示す領域に、キャリア供給層、スペーサー層、またはバッファ層等を含む。
【００２２】
図４に示す半導体基板１４００において、第２半導体１４４０は、第２半導体１４４２、第２半導体１４４４、第２半導体１４４６、第２半導体１４４８、および第２半導体１４５０を有する。半導体基板１４００は、例えば、相補型ＦＥＴに適する半導体基板である。第２半導体１４４２は、ＦＥＴのチャネルを形成するモノキャリア移動半導体である。第２半導体１４４４は、第２半導体１４４２にキャリアを供給するキャリア供給半導体である。
【００２３】
第２半導体１４４６は、例えばゲート電極が形成されるバリア形成半導体である。第２半導体１４４８は、例えばソース電極およびドレイン電極が形成されるコンタクト層である。第２半導体１４５０は、第２半導体１４４２の伝導型とは反対の伝導型を持つ半導体である。図４において、半導体基板１４００は、破線で示す領域に他の半導体等を含んでよい。例えば、半導体基板１４００は、破線で示す領域に、キャリア供給層、スペーサー層、またはバッファ層等を含む。
【００２４】
図５に示す半導体基板４００において、第２半導体４４０は、第２半導体４４２、第２半導体４４４、および第２半導体４４６を有する。半導体基板４００は、例えば、ＨＢＴに適する半導体基板である。第２半導体４４２は、例えばＨＢＴのコレクタ層である。第２半導体４４４は、例えばＨＢＴのベース層である。第２半導体４４６は、例えばＨＢＴのエミッタ層である。図５において、半導体基板４００は、破線で示す領域に他の半導体等を含んでよいことを示す。例えば、半導体基板４００は、破線で示す領域にバッファ層等を含む。
【００２５】
図６に示す半導体基板１６００は、積層半導体１６４０、積層半導体１６５０、および積層半導体１６６０を有する。
【００２６】
積層半導体１６４０は、第２半導体１６４２、第２半導体１６４４、第２半導体１６４６、および第２半導体１６４８を有する。第２半導体１６４２は、例えばＦＥＴのチャネルを形成するモノキャリア移動半導体である。第２半導体１６４４は、第２半導体１６４２にキャリアを供給するキャリア供給半導体である。第２半導体１６４６は、例えばゲート電極が形成されるバリア形成半導体である。第２半導体１６４８は、例えばソース電極およびドレイン電極が形成されるコンタクト層である。
【００２７】
積層半導体１６５０は、第２半導体１６４４とは反対の伝導型を持つ半導体１６５２を有する。積層半導体１６６０は、少なくともコレクタ層１６６２、ベース層１６６４、およびエミッタ層１６６６を有する。
【００２８】
図６において、半導体基板１６００は、破線部分に他の半導体等を含んでもよい。例えば、半導体基板１６００は、破線で示す領域に、キャリア供給層、スペーサー層、またはバッファ層等を含む。
【００２９】
以下、一例として、半導体基板２００の製造方法を説明する。第１半導体２１０を設置してガスを導入する段階Ｓ１１０において、まず第１半導体２１０を反応容器に設置する。当該反応容器は、半導体内でＰ型またはＮ型の伝導型を示す第１不純物原子を、製造工程の開始前に反応容器内部に含む場合がある。例えば、第１半導体２１０を設置する前に、第１不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第１不純物ガスを反応容器に導入して、他の半導体基板２００を反応容器内で製造することがある。
【００３０】
この場合には、第１不純物ガスに含まれていたＮ型の伝導型を示す第１不純物原子またはＰ型の伝導型を示す第１不純物原子が反応容器内に残留する場合がある。このような第１不純物原子が、次に製造される半導体基板２００の第１半導体２１０の表面に付着して拡散すると、当該第１不純物原子が第２半導体２４０のキャリアとして作用する。その結果、第１半導体２１０および第２半導体２４０の間でリーク電流が発生する。
【００３１】
そこで、リーク電流の発生を防ぐことを目的として、先に製造された半導体基板２００を取り出した後に第１半導体２１０を設置してから、半導体内で第１不純物原子とは反対の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含む第２不純物ガスを、反応容器に導入する。例えば、反応容器に残留している第１不純物原子が、半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子である場合には、第２不純物ガスは、Ｐ型の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含むガスを含む。当該第２不純物原子を構成要素とする化合物は、例えばハロゲン化炭化水素である。なお、第１半導体２１０を設置する前に第２不純物ガスを反応容器に導入してもよい。
【００３２】
ハロゲン化炭化水素ガスは、例えばＣＨｎＸ（４−ｎ）（ただし、ＸはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群から選択されるハロゲン原子であり、ｎは、０≦ｎ≦３の条件を満たす整数であり、０≦ｎ≦２の場合、複数のＸは互いに同一の原子でも異なった原子でもよい。）である。Ｐ型の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素とする化合物は、例えばＣＣｌ３Ｂｒである。第２不純物ガスがハロゲンを含む場合には、反応容器に残留している第１不純物が不活性化する。
【００３３】
第２不純物ガスは、例えばアルシン（ＡｓＨ３）および水素を含む。当該アルシンには、残留４族不純物原子を実質的に含まないことが好ましい。具体的には、第２不純物ガスが含むアルシン原料ガスに含まれるＧｅＨ４は、例えば、１ｐｐｂ以下である。
【００３４】
第１半導体２１０を設置してから第２不純物ガスを導入する前に、反応容器内部を真空引きしてもよい。第２不純物ガスを導入する前に、反応容器内部を窒素ガス、水素ガス、または不活性ガス等によりパージしてもよい。第２不純物ガスは、次の加熱する段階Ｓ１２０の前に導入してもよく、加熱の途中で導入してもよく、または加熱の途中で入れ替えてもよい。
【００３５】
第２不純物ガスは、一種類のガスであってもよく、複数種類のガスを混合したガスであってもよい。例えば、第２不純物ガスとして、Ｐ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含むガスを単独に導入してもよく、Ｐ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含むガスおよび水素を同時に導入してもよい。
【００３６】
第１半導体２１０を加熱する段階Ｓ１２０において、反応容器に設置されている第１半導体２１０を、第２不純物ガスの雰囲気中で加熱する。加熱温度は、例えば４００℃から８００℃である。反応容器内圧力は、例えば５Ｔｏｒｒから大気圧までの圧力である。加熱時間は、例えば５秒から５０分までの時間である。上記のパラメータは、半導体基板２００を製造する装置、反応容器の容量、反応容器内の第１不純物原子の残留量等によって変えてもよい。上記加熱条件は、電子密度と正孔密度との差を示す有効キャリア密度が、第１半導体２１０の少なくとも表面において減少するように設定してもよい。
【００３７】
例えば、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ法と称する場合がある）により第２半導体２４０をエピタキシャル成長させる場合に、Ｎ型の伝導型を示す第１不純物原子として、Ｓｉが反応容器内に残留しているときは、上述のガスを導入する段階Ｓ１１０において、アルシン、水素、およびＣＣｌ３Ｂｒを導入して、温度が５００℃〜８００℃、反応容器内圧力が５Ｔｏｒｒから大気圧、時間が１０秒から１５分の条件下で、加熱する。
【００３８】
この条件の下での加熱によって、ＣＣｌ３Ｂｒの中に存在するＣが第２不純物原子として作用し、第１半導体２１０表面に存在するＳｉのドナー効果を補償する。その結果、第１半導体２１０表面に存在したＳｉ等の第１不純物原子の影響を抑止できる。例えば、第２不純物原子の存在により、第１半導体２１０とその上にエピタキシャル成長する第２半導体２４０との界面に発生する絶縁不良を防止できる。
【００３９】
第２半導体２４０を形成する段階Ｓ１４０において、加熱した第１半導体２１０の上に、第２半導体２４０を形成する。第２半導体２４０の形成方法としては、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ法と称する。）、物理気相成長法（Ｐｈｉｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ法と称する。）、ＭＯＣＶＤ法、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ、ＭＢＥ法と称する。）を例示できる。
【００４０】
第１半導体２１０が半導体単結晶基板である場合に、第１半導体２１０上に第２半導体２４０をエピタキシャル成長してもよい。例えば、第１半導体２１０がＧａＡｓ単結晶基板である場合に、第２半導体２４０として、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、またはＩｎＧａＰ等の化合物半導体を第１半導体２１０にエピタキシャル成長させる。第２半導体２４０は、例えば第１半導体２１０に接して形成される。半導体基板２００は、第１半導体２１０と第２半導体２４０との間に他の半導体層を有してもよい。
【００４１】
ＧａＡｓの第１半導体２１０上に、ＭＯＣＶＤ法により３−５族元素からなる第２半導体２４０を形成する場合に、３族元素原料として、各金属原子に炭素数が１から３のアルキル基もしくは水素が結合したトリアルキル化物、もしくは三水素化物を使用することができる。３族元素原料として、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等を使用することができる。
【００４２】
５族元素原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ3 ）、またはアルシンが含む水素原子の少なくとも一つを炭素数が１から４のアルキル基で置換したアルキルアルシンまたはホスフィン（ＰＨ３）等を使用することができる。また、第２半導体２４０は、３−５族化合物のＮ型モノキャリア移動半導体であってもよい。Ｎ型モノキャリア移動半導体の形成に用いる、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物は、シランまたはジシランを含んでよい。
【００４３】
本実施態様の製造方法によって製造した半導体基板２００は、上述の加熱する段階１２０において、第２不純物ガスが含むＣＣｌ３Ｂｒに含まれるＣが、第１半導体２１０表面に残存するＳｉのドナー効果を補償する。半導体基板２００は、一例として、第１半導体２１０と第２半導体２４０との界面に、Ｐ型不純物原子のＣと、Ｃと実質的に同じ密度のＮ型不純物Ｓｉとを有する。半導体基板２００は、第１半導体２１０と第２半導体２４０との界面に、活性化されたＰ型不純物Ｃと、活性化されたＣと実質的に同じ密度の活性化されたＮ型不純物Ｓｉとを有してもよい。
【００４４】
本実施態様の製造方法を用いて、図２から図６に示した半導体基板２００、半導体基板３００、半導体基板４００、半導体基板１４００、および半導体基板１６００を製造してもよい。
【００４５】
図７は、半導体基板製造方法の他の実施態様を表すフローチャートを示す。図１に示す実施態様に比して、本実施態様の製造方法は、第２半導体を形成する段階Ｓ１４０の後に、第２半導体の上に、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体、およびＮ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させることにより、またはＰ型半導体、Ｎ型半導体、およびＰ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させることにより、Ｎ型半導体／Ｐ型半導体／Ｎ型半導体で表される積層半導体、またはＰ型半導体／Ｎ型半導体／Ｐ型半導体で表される積層半導体を形成する段階Ｓ５５０をさらに備える。
【００４６】
図８は、本実施態様の製造方法によって製造する半導体基板６００の断面の一例を示す。半導体基板６００は、半導体基板２００に比して、第２半導体２４０の上にさらに積層半導体６６０を有する。
【００４７】
積層半導体６６０は、コレクタ層６６２、ベース層６６４、およびエミッタ層６６６を有する。コレクタ層６６２、ベース層６６４、およびエミッタ層６６６は、例えばＮＰＮまたはＰＮＰ型の接合構造を形成する半導体である。コレクタ層６６２、ベース層６６４、およびエミッタ層６６６は、それぞれバイポーラトランジスタのコレクタ、ベース、およびエミッタとして機能する半導体層である。
【００４８】
以下、半導体基板６００を用いて、本実施態様の製造方法を説明するが、図１に示す製造方法と重複するＳ１１０からＳ１４０については説明を省略する。積層半導体６６０を形成する段階Ｓ５５０において、第２半導体２４０の上に順次にコレクタ層６６２、ベース層６６４、およびエミッタ層６６６をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長方法としては、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、または分子線エピタキシー法を例示できる。例えば、ＧａＡｓの第１半導体２１０に、ＭＯＣＶＤ法により３−５族元素からなる積層半導体６６０を形成する場合に、上述の３族元素原料および５族元素原料を使用できる。
【００４９】
積層半導体６６０が含むＮ型半導体を形成する間には、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含むガスが反応容器内に導入される。当該ガスは、例えばシランまたはジシランを含む。積層半導体６６０が含むＰ型半導体を形成する間には、Ｐ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含むガスを反応容器内に導入する。
【００５０】
積層半導体６６０が、Ｎ型半導体／Ｐ型半導体／Ｎ型半導体で表される場合には、第１不純物ガスは、最後に反応容器に導入されたＮ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含むガスである。Ｐ型半導体／Ｎ型半導体／Ｐ型半導体で表される場合には、第１不純物ガスは、最後に反応容器に導入されたＰ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含むガスである。
【００５１】
積層半導体６６０を形成した後に、次の半導体基板６００を製造する場合には、反応容器に第１半導体２１０を設置してから、先に製造した半導体基板６００を形成する間に、最後に導入された第１不純物ガスの伝導型と反対の伝導型の第２不純物ガスを反応容器に導入する。第２不純物ガスを反応容器内に導入した状態で、第１半導体２１０を加熱することにより、第１半導体２１０に付着した第１不純物を補償することができる。
【００５２】
図９は、図１０に示す半導体基板８００の製造方法を表すフローチャートを示す。図１に示す実施態様に比して、本実施態様の製造方法は、第１半導体２１０を加熱する段階Ｓ１２０と第２半導体２４０を形成する段階Ｓ１４０との間に、図１０に示す抵抗体８３０を形成する段階Ｓ７３０をさらに含む。同様に、図７に示す実施態様にも、更に抵抗体８３０を形成する段階Ｓ７３０を含んでよい。
【００５３】
図１０は、本実施態様の製造方法によって製造される半導体基板８００の断面の一例を示す。半導体基板８００は、半導体基板６００に比して、第１半導体２１０と第２半導体２４０との間にさらに抵抗体８３０を有する。
【００５４】
抵抗体８３０は、第１半導体２１０と第２半導体２４０との間に形成される。抵抗体８３０は、例えばキャリアトラップを含む。キャリアトラップは、例えばホウ素原子または酸素原子である。抵抗体８３０は、一例として、キャリアトラップとして酸素原子を添加した化合物半導体ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｘ−ｚＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）である。
【００５５】
当該化合物半導体に酸素原子等のキャリアトラップを添加することにより、抵抗体８３０に深いトラップ準位を形成することができる。抵抗体８３０が深いトラップ準位を有すると、抵抗体８３０は、抵抗体８３０を通過するキャリアを捕獲するので、抵抗体８３０の上下にある第２半導体２４０と第１半導体２１０との間のリーク電流を防止できる。
【００５６】
キャリアトラップを含む抵抗体８３０の膜厚方向の抵抗率は、組成、酸素原子ドープ濃度、および膜厚によって異なる値になる。例えば、抵抗体８３０がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）である場合に、結晶品質を損なわない範囲で、組成に占めるＡｌの割合が大きいほど抵抗率が高いが、実用上ｘは０．３〜０．５程度が好ましい。また、酸素原子ドープ濃度は、結晶品質を損なわない範囲で高い方が望ましく、酸素原子の濃度は、１×１０１８［ｃｍ−３］以上、１×１０２０［ｃｍ−３］以下であることが好ましい。抵抗体８３０の膜厚は成長時間に支障がない範囲で厚い方が望ましい。
【００５７】
抵抗体８３０は、Ｐ型半導体を含んでもよい。当該Ｐ型半導体は、例えば複数の３−５族化合物半導体を有する。複数の３−５族化合物半導体のうち相互に隣接する２つの３−５族化合物半導体は、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１，ｘ＜ｙ）とのヘテロ接合、ＡｌｐＩｎｑＧａ１−ｐ−ｑＰ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）とＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＰ（０≦ｒ≦１，０≦ｓ≦１，ｐ＜ｒ）とのヘテロ接合、および、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌｐＩｎｑＧａ１−ｐ−ｑＰ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）とのヘテロ接合、からなる群から選択された少なくとも１つのヘテロ接合を形成する。
【００５８】
例えば、抵抗体８３０が、第２半導体２４０に接するＰ型半導体層ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）と第１半導体２１０に接するＰ型半導体層ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１）を含み、ｘ＜ｙである場合に、Ｐ型半導体層ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓがＰ型半導体層ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓより高いＡｌ組成を有し、広いエネルギーバンドギャップを有する。当該バンドギャップがエネルギーバリアとなり、Ｐ型半導体ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからＰ型半導体ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓへのキャリアの移動が阻害され、リーク電流の発生が抑制される。
【００５９】
抵抗体８３０は、更に多くのＰ型半導体層を有してもよい。当該Ｐ型半導体層の各層が原子単位の厚さを有し、全体として超格子を構成してもよい。そのような場合には、多数のヘテロ接合により多数のエネルギーバリアが形成されるので、より効果的にリーク電流を防止することができる。
【００６０】
抵抗体８３０は、複数のＰ型半導体層と複数のＮ型半導体層とを含み、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とが、交互に積層されて複数のＰＮ接合を形成する積層構造を有してもよい。抵抗体８３０が当該積層構造を有する場合には、複数のＰＮ接合が複数の空乏領域を形成してキャリアの移動を阻害するので、効果的にリーク電流を防止することができる。
【００６１】
以下、半導体基板８００を用いて、本実施態様の製造方法を説明するが、図１および図７に示す製造方法と重複するＳ１１０、Ｓ１２０、およびＳ１４０については省略する。抵抗体８３０を形成する段階Ｓ７３０において、抵抗体８３０を第１半導体２１０の上に形成する。抵抗体８３０の形成方法としては、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法を例示できる。
【００６２】
第１半導体２１０が半導体単結晶基板である場合に、抵抗体８３０は、第１半導体２１０にエピタキシャル成長する。例えば、第１半導体２１０がＧａＡｓ単結晶基板である場合に、抵抗体８３０として、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｘ−ｚＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）等を第１半導体２１０上にエピタキシャル成長させてよい。抵抗体８３０は、例えば第１半導体２１０に接する。半導体基板８００は、第１半導体２１０と抵抗体８３０との間に他の層を有してもよい。例えば、半導体基板８００は、第１半導体２１０と抵抗体８３０との間にバッファ層を有する。
【００６３】
抵抗体８３０を形成する段階Ｓ７３０は、抵抗体８３０が含むＰ型半導体を形成する段階を有してもよい。当該Ｐ型半導体は、例えば、３族元素を含む３族原料ガスおよび５族元素を含む５族原料ガスを用いたエピタキシャル成長により形成される３−５族化合物半導体である。当該Ｐ型半導体のアクセプタ濃度は、３族原料ガスと５族原料ガスとの流量比により制御することができる。
【００６４】
ＭＯＣＶＤ法により、３−５族化合物半導体をエピタキシャル成長させる過程では、化学反応により有機金属からメタンが発生する。メタンの一部が分解して炭素が生成する。炭素は４族元素で、３−５族化合物半導体の３族元素位置にも５族元素位置にも入ることができる。炭素が３族元素位置に入った場合には、炭素がドナーとして働き、Ｎ型のエピタキシャル層が得られる。炭素が５族元素位置に入った場合には、炭素がアクセプタとして働き、Ｐ型のエピタキシャル層が得られる。
【００６５】
すなわち、炭素の作用により、エピタキシャル層はＰ型またはＮ型のいずれかの伝導型の半導体になり、炭素の混入量によって、アクセプタ濃度またはドナー濃度が変化する。特にＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓの場合は、炭素が５族元素の位置に入りＰ型になりやすい。ＡｓＨ３分圧が高いと炭素が入りにくく、ＡｓＨ３分圧が低いと炭素が入りやすいため、３族原料ガスと５族原料ガスとの流量比を調整して原料ガスの分圧を調整することにより、Ｐ型半導体のアクセプタの濃度を制御できる。
【００６６】
図１１は、半導体基板２００の製造方法を表すフローチャートを示す。図１に示す実施態様に比して、本実施態様は、第２半導体２４０を形成する段階Ｓ１４０の後、半導体基板２００を反応容器から取り出す段階Ｓ９６０をさらに含む。以下、図２に示す半導体基板２００を用いて本実施態様の製造方法を説明する。前述の実施態様と重複する内容については省略する。
【００６７】
半導体基板２００を取り出す段階Ｓ９６０においては、第２半導体２４０が第１半導体２１０の上に形成された半導体基板２００を反応容器から取り出す。反応容器内には、第２半導体２４０を形成する間に反応容器に導入された第１不純物が残留している場合がある。次の半導体基板２００を製造する場合に、第１半導体２１０を反応容器に載置してから第２不純物ガスを反応容器に導入すれば、反応容器に残留した第１不純物の影響を軽減することを目的とした真空引きなどの工程を設けなくとも第１不純物の影響を軽減できる。
【００６８】
つまり、先に製造された半導体基板２００を反応容器から取り出した後、速やかに、次に製造する半導体基板２００を構成する第１半導体２１０を反応容器に設置してよい。その後、第２不純物ガスを反応容器の内部に導入する段階Ｓ１１０から半導体基板製造工程を繰り返してよい。
【００６９】
図１２は、図１３に示す半導体基板１１００の製造方法を表すフローチャートを示す。本実施態様の製造方法は、第１半導体１１１０を設置し、ガスを導入する段階Ｓ１１０、第１半導体１１１０を加熱する段階Ｓ１２０、抵抗体１１３０を形成する段階Ｓ７３０、第２半導体１１４０を形成する段階Ｓ１４０、積層半導体１１６０を形成する段階Ｓ５５０、および半導体基板１１００を取り出す段階Ｓ９６０を備える。各段階のプロセスは上述の各実施態様における対応する段階と同じであってよい。
【００７０】
図１３は、図１２に示す製造方法により製造される半導体基板１１００の断面の一例を示す。半導体基板１１００は、第１半導体１１１０、バッファ層１１２０、抵抗体１１３０、第２半導体１１４０、バッファ層１１５０、および積層半導体１１６０を備える。第１半導体１１１０は第１半導体２１０に対応し、抵抗体１１３０は抵抗体８３０に対応する。
【００７１】
半導体基板１１００において、第１半導体１１１０は、例えばＧａＡｓ単結晶基板である。一例として、半導体基板１１００における他の半導体層は、ＭＯＣＶＤ法により第１半導体１１１０の上にエピタキシャル成長され、第１半導体１１１０と格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体である。半導体基板１１００は、同一基板上にＦＥＴ、特にＨＥＭＴおよびＨＢＴをモノリシックに製造する場合に適する。第２半導体１１４０は、主にＨＥＭＴの形成に適する半導体であり、積層半導体１１６０は、主にＨＢＴの形成に適する半導体である。
【００７２】
バッファ層１１２０は、上層に形成される半導体層と第１半導体１１１０との格子間距離を整合させる緩衝層として機能する半導体層である。バッファ層１１２０は、上層に形成される半導体の結晶質を確保する目的で設けられた半導体層であってもよい。バッファ層１１２０は、例えば、第１半導体１１１０の表面に残留する不純物原子による半導体基板１１００の特性劣化を防ぐ。バッファ層１１２０は、上層に形成される半導体層からのリーク電流を抑制する役割を果たす半導体層であってもよい。バッファ層１１２０は、エピタキシャル成長法により形成される。バッファ層１１２０の材料として、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを例示できる。
【００７３】
第２半導体１１４０は、キャリア供給半導体１１４２、モノキャリア移動半導体１１４４、キャリア供給半導体１１４６、およびショットキー層１１４８を有する。モノキャリア移動半導体１１４４は、電子または正孔の何れか一方が移動するチャネルとして機能する。キャリア供給半導体１１４２およびキャリア供給半導体１１４６は、モノキャリア移動半導体１１４４にキャリアを供給する。ショットキー層１１４８は、それに接して形成される金属電極との間にショットキー接合を形成する。
【００７４】
第２半導体１１４０は、ＨＥＭＴの形成に適する半導体である。キャリア供給半導体１１４２、モノキャリア移動半導体１１４４、キャリア供給半導体１１４６、およびショットキー層１１４８は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。エピタキシャル成長法として、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等を例示できる。キャリア供給半導体１１４２、モノキャリア移動半導体１１４４、キャリア供給半導体１１４６、およびショットキー層１１４８の材料として、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、またはＩｎＧａＡｓ等を例示できる。例えば、モノキャリア移動半導体１１４４はｉ型ＩｎＧａＡｓであり、キャリア供給半導体１１４２およびキャリア供給半導体１１４６はＮ型ＡｌＧａＡｓであり、ショットキー層はＡｌＧａＡｓである。
【００７５】
バッファ層１１５０は、上層に形成される積層半導体１１６０と下層に形成される第２半導体１１４０とを分離し、積層半導体１１６０および第２半導体１１４０が相互に影響することを防ぐ。バッファ層１１５０は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。バッファ層１１５０の材料は、例えばＧａＡｓである。
【００７６】
積層半導体１１６０は、コレクタ層１１６２、ベース層１１６４、エミッタ層１１６６、バラスト抵抗層１１６８、およびコンタクト層１１６９を有する。コレクタ層１１６２、ベース層１１６４、およびエミッタ層１１６６は、ＮＰＮまたはＰＮＰ型の接合構造を形成する半導体である。コレクタ層１１６２、ベース層１１６４、およびエミッタ層１１６６は、例えば、それぞれバイポーラトランジスタのコレクタ、ベース、およびエミッタとして機能する半導体層である。
【００７７】
バラスト抵抗層１１６８は、バイポーラトランジスタのエミッタバラストに適したバラスト抵抗層である。バラスト抵抗層１１６８は、バイポーラトランジスタに過剰な電流が流れるのを抑制する目的で、エミッタ近傍に設けられた高抵抗領域である。バラスト抵抗層１１６８によって、過剰な電流が流れない程度の抵抗値にエミッタ抵抗を調整できるので、半導体基板１１００に形成されたトランジスタ等の電子素子の熱暴走を防止できる。
【００７８】
以下、半導体基板１１００を製造する方法の詳細を説明する。図１２に示す製造方法で半導体基板１１００を繰り返して製造する場合に、先に製造された半導体基板１１００の製造プロセスにより用いられた多量の不純物原子が、反応容器内に残留することがある。例えば、半導体基板１１００は、第１半導体１１１０の上に、順次にバッファ層１１２０、抵抗体１１３０、第２半導体１１４０、バッファ層１１５０、および積層半導体１１６０をエピタキシャル成長させて形成される。積層半導体１１６０がＮＰＮ型の接合構造を形成する半導体である場合に、Ｎ型エミッタ層１１６６には多量のドナー不純物原子（第１不純物原子）が添加される。したがって、エミッタ層１１６６を形成した後、第１不純物原子として、反応容器内に多量のドナー不純物原子が残留する。
【００７９】
例えば、ドナー不純物原子がＳｉである場合に、反応容器内に多量のＳｉが残留する。残留したＳｉが、後続の半導体基板１１００を製造する過程において悪影響を及ぼすおそれがある。具体的には、後続のプロセスにおいて第１半導体１１１０を反応容器内に載置すると、反応容器内の残留Ｓｉが第１半導体１１１０の表面に付着することがある。
【００８０】
付着したＳｉが、第１半導体１１１０とその上に形成される半導体層に拡散してドナーとして働くことにより、絶縁不良が起きる場合がある。その結果、第２半導体１１４０に形成されるＨＥＭＴのデバイス特性が低下するおそれがある。また、ＨＥＭＴと積層半導体１１６０に形成されるＨＢＴとの素子分離不良が生じるおそれもある。本実施態様の製造方法は、次のようなプロセスによって、反応容器内に残留した第１不純物原子であるＳｉの悪影響が生じることを防ぐ。
【００８１】
まず、第１半導体１１１０を設置し、第２不純物ガスを導入する段階Ｓ１１０において、第１半導体１１１０をＭＯＣＶＤ炉の反応容器に設置する。続いて、反応容器内の真空を引き、不活性ガスによりパージをして、ガスＣＣｌ３Ｂｒ、水素、およびアルシンを導入する。第１半導体１１１０を加熱する段階Ｓ１２０において、温度が５００℃〜８００℃、反応容器内圧力が５Ｔｏｒｒから大気圧、時間が１０秒から１５分の間という条件下で第１半導体１１１０を加熱する。
【００８２】
この加熱によって、ＣＣｌ３Ｂｒの中に存在するＣが第２不純物原子として機能し、第１半導体１１１０表面に存在するＳｉのドナー効果を補償する。その結果、第１半導体１１１０表面に存在したＳｉ等の不純物原子の影響を抑止することができる。第２不純物原子の存在により、第１半導体１１１０とその上にエピタキシャル成長する半導体との間に発生する絶縁不良を防止できる。
【００８３】
続いて、第１半導体１１１０の上に、バッファ層１１２０を形成する。上述のとおり、バッファ層１１２０も第１半導体１１１０の表面に残留する不純物原子による半導体基板１１００の特性劣化を防ぐ効果を有する。バッファ層１１２０の材料として、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを例示できる。３族元素原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、またはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等を使用することができる。５族元素原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ3 ）を使用することができる。
【００８４】
抵抗体１１３０を形成する段階Ｓ７３０においては、バッファ層１１２０の上に抵抗体１１３０をエピタキシャル成長させる。上述のとおり、抵抗体１１３０は、抵抗体８３０に対応する。抵抗体１１３０は、キャリアトラップを含んでよく、ヘテロ接合を形成する複数のＰ型半導体を含んでよく、または交互に積層されて複数のＰＮ接合を形成する複数のＰ型半導体と複数のＮ型半導体を含んでもよい。これらの構造は、リーク電流を抑制し、抵抗体の上下に形成される半導体の間の絶縁性を高める。抵抗体１１３０は、複数種類のこれらの構造を含んでもよい。
【００８５】
抵抗体１１３０を形成する段階Ｓ７３０において、キャリアトラップとして酸素原子を添加したＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を形成してもよく、Ａｌ組成の異なる複数のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層を形成して、ヘテロ接合を含む抵抗体１１３０を形成してもよい。また、複数のＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓおよび複数のＰ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓを交互に形成して、複数のＰＮ接合を形成してもよい。
【００８６】
３族元素原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等を使用することができる。５族元素原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ3 ）を使用することができる。Ｐ型の伝導型を示す第２不純物原子を含むガスは、ハロゲン化炭化水素ガスを含んでよい。また、Ｎ型半導体の形成に用いる第１不純物原子を構成要素とする化合物は、例えばシランまたはジシランである。
【００８７】
第２半導体を形成する段階Ｓ１４０において、抵抗体１１３０の上に、第２半導体１１４０に含まられるキャリア供給半導体１１４２、モノキャリア移動半導体１１４４、キャリア供給半導体１１４６、およびショットキー層１１４８を順次にエピタキシャル成長させる。例えば、Ｎ型ＡｌＧａＡｓのキャリア供給半導体１１４２、ｉ型ＩｎＧａＡｓのモノキャリア移動半導体１１４４、Ｎ型ＡｌＧａＡｓのキャリア供給半導体１１４６、ＡｌＧａＡｓのショットキー層を順次に形成する。３族元素原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、またはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等を使用することができる。５族元素原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ3 ）を使用することができる。Ｎ型半導体の形成に用いる第１不純物原子を構成要素とする化合物として、シランまたはジシランを使用することができる。
【００８８】
ショットキー層１１４８の上に、バッファ層１１５０をエピタキシャル成長させる。上述のとおり、バッファ層１１５０は、上層に形成される積層半導体１１６０と下層に形成される第２半導体１１４０とを分離し、積層半導体１１６０と第２半導体１１４０との間の相互影響を防ぐ。バッファ層１１５０の材料として、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを例示できる。
【００８９】
積層半導体を形成する段階Ｓ５５０において、バッファ層１１５０の上に、順次にコレクタ層１１６２、ベース層１１６４、エミッタ層１１６６をエピタキシャル成長させる。コレクタ層１１６２、ベース層１１６４、およびエミッタ層１１６６は、伝導型がＮＰＮまたはＰＮＰ型の接合構造を形成する半導体である。
【００９０】
積層半導体１１６０のうち、Ｐ型半導体を形成する場合に用いられる不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含むガスは、第１半導体１１１０を設置して加熱する前に反応容器に導入した第２不純物ガスと同じガスであってよい。Ｎ型半導体を形成するのに用いられる、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素とする化合物は、例えばシランまたはジシランである。更にエミッタ層１１６６の上に、バラスト抵抗層１１６８およびコンタクト層１１６９を形成する。
【００９１】
第１半導体を取り出す段階Ｓ９６０において、完成した半導体基板１１００を反応容器から取り出す。その後、反応容器の内部の不純物原子の影響を軽減する工程を経ることなく、次の処理すべき第１半導体１１１０を反応容器に設置し、ガスを反応容器の内部に導入する段階Ｓ１１０から半導体基板製造工程を繰り返すことができる。
【００９２】
本実施態様の製造方法は、第１半導体１１１０を設置し、ガスを導入する段階Ｓ１１０と、第１半導体１１１０を加熱する段階Ｓ１２０を有する。従って、たとえ先行製造プロセスによって使用された多量の第１不純物Ｓｉが反応容器内に残留し、設置された第１半導体１１１０を汚染した場合でも、加熱によって、ＣＣｌ３Ｂｒの中に存在する第２不純物Ｃが、第１半導体１１１０表面に残留したＳｉのドナー効果を補償する。その結果、第１半導体１１１０表面に存在したＳｉ等の第１不純物原子の影響を抑止できる。
【００９３】
なお、抵抗体１１３０を形成する段階Ｓ７３０において、キャリアトラップを含む抵抗体１１３０、ヘテロ接合を形成する複数のＰ型半導体を含む抵抗体１１３０、交互に積層されて複数のＰＮ接合を形成する複数のＰ型半導体と複数のＮ型半導体とを含む抵抗体１１３０、またはこれらの構造の組み合わせにより構成される構造を含む抵抗体１１３０を形成してもよい。半導体基板１１００が当該抵抗体１１３０を有することにより、さらにリーク電流が抑制され、絶縁不良を防止できる。その結果、第２半導体１１４０に形成されるＨＥＭＴと積層半導体１１６０に形成されるＨＢＴとの素子分離性能が改善する。
【００９４】
（実施例１）
表１に示す積層構造を有する半導体基板２１００を作成した。表１において各層番号は、各半導体層の符号を示す。表１において、各半導体層の材料、膜厚、ドーパントの種類およびキャリア濃度を示し、不純物を導入しない場合、ドーパントの種類として「無」と表示した。
【表１】
【００９５】
第２半導体２１４０からショットキー層２１４８までの積層は、電界効果トランジスタに適用できる。サブコレクタ層２１６２からコンタクト層２１７０までの積層はバイポーラトランジスタに適用できる。すなわち半導体基板２１００は、単一基板において電界効果トランジスタおよびバイポーラトランジスタの両方が形成できるＢｉＦＥＴ基板である。
【００９６】
表１に示す各半導体層は、エピタキシャル成長により形成した。エピタキシャル成長において、Ｇａ源としてトリメチルガリウムを、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウムを、Ｉｎ源としてトリメチルインジウムを、Ｏ源としてブチルエーテルを、Ａｓ源としてアルシン（ただし、モノゲルマンの濃度が０．０００５ｐｐｍ未満）を、加熱時に使用するガスとＣ源としてＣＢｒＣｌ３を、Ｓｉ源としてジシランを用いた。
【００９７】
第１工程として、半絶縁性のＧａＡｓ基板である第１半導体２１１０をＭＯＣＶＤ反応炉のパスボックスに入れ、パスボックス内を減圧にした後、窒素で置換した。その後、パスボックスから第１半導体２１１０を取り出し、反応炉へ移動させて第１半導体２１１０を取り付けた。次に反応炉を減圧にした後に水素雰囲気で反応炉圧力を９．４ｋＰａにした。
【００９８】
第２工程として、反応炉に水素を２０ｓｌｍ、ＡｓＨ３を１２５０ｓｃｃｍの流量で供給した。この状態で室温から７０５℃まで反応炉温度を上昇させた。反応炉温度を７０５℃まで上昇させた後、ＣＢｒＣｌ３を６５．９ｓｃｃｍの流量で供給し、１分間加熱した。
【００９９】
第３工程として、水素を１２０ｓｌｍ、ＡｓＨ３を３００ｓｃｃｍの流量で供給し、６８０℃の反応炉温度でバッファ層２１２０（ＧａＡｓ）を３０ｎｍの厚さになるまでエピタキシャル成長させた。その後、Ｏ濃度が２．０×１０１９（ｃｍ−３）である抵抗体２１３０（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）を１５０ｎｍの厚さになるまで成長させた。さらに、表１に示す構造を順にエピタキシャル成長させた。反応炉温度を室温に戻し、表１の各層を成長させた半導体基板２１００を取り出した。
【０１００】
以上のようにして作成した半導体基板２１００を実験例１とした。実験例１の半導体基板２１００を取り出した後、反応炉内部の洗浄、空デポ等の不純物混入対策を行うことなく、連続して新たな第１半導体２１１０であるＧａＡｓ基板を反応炉内に導入した。
【０１０１】
第１工程から第３工程までの一連の工程を２回繰り返して作成した半導体基板２１００を実験例２とした。さらに連続して前記一連の工程を繰り返し作成した半導体基板２１００を実験例３とした。すなわち、第１工程から第３工程までの一連の工程を繰り返した回数（成長回数）は、実験例１では１回であり、実験例２では２回であり、実験例３では３回である。繰り返し回数が増えるほど、反応炉内に残留する不純物原子は増えると考えられる。
【０１０２】
比較例として、第２工程を実施しないサンプルを作成した。実験例１〜３と同様に、成長回数が１回から３回のサンプルを作成し、各々比較例１（成長回数が１回）、比較例２（成長回数が２回）、比較例３（成長回数が３回）とした。
【０１０３】
表２は、実験例１〜３、比較例１〜３の各半導体基板２１００の耐電圧を測定した結果である。耐電圧は、作成した半導体基板２１００のコンタクト層２１７０からキャリア供給半導体２１４２までをエッチングして除去し、第２半導体２１４０表面における電極間の電流電圧特性を測定して評価した。電極として、１００μｍ×２００μｍの面積を有する２つの金属薄膜を５μｍの間隔で第２半導体２１４０の表面に形成した。ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを各々６０ｎｍ／２０ｎｍ／１５０ｎｍの厚さで順に蒸着して、金属薄膜を形成した。電流が１．０×１０−５Ａ流れた時の電圧を耐電圧とした。
【表２】
【０１０４】
表２に示す通り、比較例１〜３に比較して、実験例１〜３での耐電圧が高くなっていることがわかる。すなわち、第２工程の加熱により、耐電圧が向上した。
【０１０５】
（実施例２）
表３に示す積層構造を有する半導体基板３１００を作成した。表３において各層番号は、各半導体層の符号を示す。表３において、各半導体層の材料、膜厚、キャリアタイプおよびキャリア濃度を示し、不純物を導入しない真正半導体の場合、キャリアタイプを「ｉ」とした。
【表３】
【０１０６】
第２半導体３１４０からコンタクト層３１５０までの積層は、電界効果トランジスタに適用できる。表３に示す各半導体層は、実施例１の場合と同様なエピタキシャル成長により形成した。
【０１０７】
第１工程として、第１半導体３１１０（半絶縁性ＧａＡｓ基板）を反応炉のパスボックスに入れ、パスボックスを減圧にした後に窒素で置換した。パスボックスから第１半導体３１１０を取り出し、反応炉へ移動させて第１半導体３１１０を取り付けた。次に反応炉を減圧にした後に水素雰囲気で反応炉圧力を９．４ｋＰａにした。
【０１０８】
第２工程として、反応炉に水素を２０ｓｌｍ、ＡｓＨ３を８５０ｓｃｃｍの流量で供給した。この状態で室温から７０５℃まで反応炉温度を上昇させた。反応炉温度を７０５℃まで上昇させた後、ＣＢｒＣｌ３を６５．９ｓｃｃｍの流量で供給した。加熱時間を０分から２．５分の範囲で変化させた。ＣＢｒＣｌ３の供給時間（加熱時間）に応じて、０．５分の場合を実験例４、１．０分の場合を実験例５、１．５分の場合を実験例６、２．０分の場合を実験例７、２．５分の場合を実験例８とした。比較例として加熱時間０分の場合を比較例４とした。
【０１０９】
第３工程として、水素を１２０ｓｌｍ、ＡｓＨ３を３００ｓｃｃｍの流量で供給し、６８０℃の反応炉温度でバッファ層３１２０（ＧａＡｓ）を３０ｎｍの厚さになるまでエピタキシャル成長させた。その後、抵抗体３１３０（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）を１５０ｎｍの厚さになるまでエピタキシャル成長させた上で、表３に示す層を順にエピタキシャル成長させた。反応炉温度を室温に戻し、半導体基板３１００を取り出した。
【０１１０】
実施例１と同様に耐電圧を測定した。耐電圧の測定結果を表４に示す。
【表４】
【０１１１】
表４に示す通り、ＣＢｒＣｌ３の供給時間（加熱時間）が長くなるほど耐電圧が高くなることがわかった。
【符号の説明】
【０１１２】
２００ 半導体基板、２１０ 第１半導体、２４０ 第２半導体、３００ 半導体基板、３４０ 第２半導体、３４２ 第２半導体、３４４ 第２半導体、３４６ 第２半導体、３４８ 第２半導体、４００ 半導体基板、４４０ 第２半導体、４４２ 第２半導体、４４４ 第２半導体、４４６ 第２半導体、６００ 半導体基板、６６０ 積層半導体、６６２ コレクタ層、６６４ ベース層、６６６ エミッタ層、８００ 半導体基板、８３０ 抵抗体、１１００ 半導体基板、１１１０ 第１半導体、１１２０ バッファ層、１１３０ 抵抗体、１１４０ 第２半導体、１１４２ キャリア供給半導体、１１４４ モノキャリア移動半導体、１１４６ キャリア供給半導体、１１４８ ショットキー層、１１５０ バッファ層、１１６０ 積層半導体、１１６２ コレクタ層、１１６４ ベース層、１１６６ エミッタ層、１１６８ バラスト抵抗層、１１６９ コンタクト層、１４００ 半導体基板、１４４０ 第２半導体、１４４２ 第２半導体、１４４４ 第２半導体、１４４６ 第２半導体、１４４８ 第２半導体、１４５０ 第２半導体、１６００ 半導体基板、１６４０ 積層半導体、１６４２ 第２半導体、１６４４ 第２半導体、１６４６ 第２半導体、１６４８ 第２半導体、１６５０ 積層半導体、１６５２ 半導体、１６６０ 積層半導体、１６６２ コレクタ層、１６６４ ベース層、１６６６ エミッタ層、２１００ 半導体基板、２１１０ 第１半導体、２１２０ バッファ層、２１３０ 抵抗体、２１４０ 第２半導体、２１４２ キャリア供給半導体、２１４８ ショットキー層、２１６２ サブコレクタ層、２１７０ コンタクト層、３１００ 半導体基板、３１１０ 第１半導体、３１２０ バッファ層、３１３０ 抵抗体、３１４０ 第２半導体、３１５０ コンタクト層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の製造方法および半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ウェハ上に少なくとも２つの異なるタイプの集積活性デバイス（例えばＨＢＴおよびＦＥＴ）を作製するのに適したエピタキシャル第３〜５族化合物半導体ウェハを作製する方法を開示している。
（特許文献１）特開２００８−６０５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
単一の半導体基板上に、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、「ＨＢＴ」と称する）と電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、「ＦＥＴ」と称する）を一例とする複数の異なる種類のデバイスを形成する場合には、一方のデバイスの製造工程が他方の製造工程に影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
例えば、デバイスの製造に用いる反応容器内に、ＨＢＴにドープした不純物（例えばＳｉ）が残留していると、次に製造するデバイスの半導体基板上に当該不純物が付着して拡散する場合がある。当該不純物は、半導体基板上に形成されるＦＥＴにおけるキャリアを生成し、リーク電流の一因となる。また、キャリアが生成されることによって、デバイス間の素子分離が不安定になる場合もある。さらに、単一の半導体基板上に形成される双方のデバイスの特性を最適化することが難しくなる場合もある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、半導体を結晶成長させる反応容器内に第１不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第１不純物ガスを導入する段階を含む複数の段階を繰り返して、複数の半導体基板を製造する方法であって、第１不純物ガスを導入する段階の後に、製造された半導体基板を取り出す段階と、反応容器内に第１半導体を設置する段階と、反応容器内に、第１半導体内で第１不純物原子と反対の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第２不純物ガスを導入する段階と、第１半導体を第２不純物ガスの雰囲気中で加熱する段階と、加熱した第１半導体上に第２半導体を結晶成長させる段階とを備える半導体基板の製造方法を提供する。
【０００６】
加熱する段階においては、例えば、電子密度と正孔密度との差を示す有効キャリア密度を第１半導体の少なくとも表面において減少させるべく加熱する条件を設定する。当該製造方法においては、第１不純物原子が、第１半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子であり、第２不純物ガスが、第１半導体内でＰ型の伝導型を示す不純物原子を含むＰ型不純物ガスを含む。第１半導体または第２半導体が３−５族化合物半導体であり、Ｐ型不純物ガスが、ハロゲン化炭化水素ガスを含んでもよい。
【０００７】
ハロゲン化炭化水素ガスは、例えば、ＣＨｎＸ（４−ｎ）（ただし、ＸはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群から選択されるハロゲン原子であり、ｎは、０≦ｎ≦３の条件を満たす整数であり、０≦ｎ≦２の場合、複数のＸは互いに同一の原子でも異なった原子でもよい。）である。第１半導体または第２半導体が３−５族化合物半導体であり、第２不純物ガスがアルシンおよび水素を含んでもよい。第２不純物ガスが、１ｐｐｂ以下のＧｅＨ４を含むアルシン原料ガスを含んでもよい。
【０００８】
第２半導体は、一例として、電子または正孔が移動するチャネルとして機能するモノキャリア移動半導体である。モノキャリア移動半導体が、３−５族化合物半導体のＮ型モノキャリア移動半導体であり、第２半導体を結晶成長させる段階において、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてシランまたはジシランを反応容器に導入してＮ型モノキャリア移動半導体を結晶成長させてもよい。モノキャリア移動半導体上に、モノキャリア移動半導体とは反対の伝導型のモノキャリア移動半導体を形成する段階をさらに備えてもよい。
【０００９】
また、第２半導体上に、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体およびＮ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させる、またはＰ型半導体、Ｎ型半導体およびＰ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させることにより、Ｎ型半導体／Ｐ型半導体／Ｎ型半導体で表される積層半導体、またはＰ型半導体／Ｎ型半導体／Ｐ型半導体で表される積層半導体を形成する段階、をさらに含んでもよい。
【００１０】
この場合に、第１不純物原子が、半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子であり、第２不純物ガスが、Ｐ型の伝導型を示すＰ型不純物原子を含むＰ型不純物ガスを含み、積層半導体が、バイポーラトランジスタのベースとして機能するベース層を含み、Ｐ型不純物ガスと同じ種類のガスを反応容器に導入してベース層を製造してもよい。第２半導体を結晶成長させる段階において、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてシランまたはジシランを反応容器に導入して、積層半導体におけるＮ型半導体を形成してもよい。
【００１１】
抵抗体を形成する段階は、３族元素を含む３族原料ガスおよび５族元素を含む５族原料ガスを用いたエピタキシャル成長により、３−５族化合物半導体のＰ型半導体を形成する段階を有し、Ｐ型半導体を形成する段階において、Ｐ型半導体のアクセプタ濃度を３族原料ガスと５族原料ガスとの流量比により制御してもよい。また、少なくとも第２半導体を第１半導体上に形成した後、少なくとも第２半導体が形成された半導体基板を反応容器から取り出す段階をさらに含み、取り出す段階の後、反応容器の内部の不純物原子の影響を軽減する工程を経ることなく、反応容器の内部に第１半導体とは別の第１半導体を設置し、ガスを反応容器の内部に導入する段階と、別の第１半導体をガスの雰囲気中で加熱する段階と、加熱した第１半導体上に第２半導体を形成する段階と、を繰り返してもよい。
【００１２】
本発明の第２の態様においては、第１半導体と、第１半導体上に形成された第２半導体とを含む半導体基板であって、第１半導体と第２半導体との界面に、Ｐ型不純物原子と、Ｐ型不純物原子と実質的に同じ密度のＮ型不純物原子とを有する半導体基板を提供する。例えば、Ｐ型不純物原子およびＮ型不純物原子は活性化されている。
【００１３】
なお、本明細書において、「Ａ上のＢ（Ｂ ｏｎ Ａ）」は「ＢがＡに接する場合」、および、「ＢとＡとの間に他の部材が存在する場合」の両方の場合を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】半導体基板の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。
【図２】半導体基板２００の断面の一例を示す。
【図３】半導体基板３００の断面の一例を示す。
【図４】半導体基板１４００の断面の一例を示す。
【図５】半導体基板４００の断面の一例を示す。
【図６】半導体基板１６００の断面の一例を示す。
【図７】半導体基板の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。
【図８】半導体基板６００の断面の一例を示す。
【図９】半導体基板８００を製造する方法を表すフローチャートを示す。
【図１０】半導体基板８００の断面の一例を示す。
【図１１】半導体基板２００を製造する方法を表すフローチャートを示す。
【図１２】半導体基板１１００を製造する方法を表すフローチャートを示す。
【図１３】半導体基板１１００の断面の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、半導体基板の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。本製造方法は、第１半導体を設置してガスを導入する段階Ｓ１１０、第１半導体を加熱する段階Ｓ１２０、および第２半導体を形成する段階Ｓ１４０を備える。なお、図２は、本実施態様の製造方法によって製造される半導体基板２００の断面の一例を示す。半導体基板２００は、第１半導体２１０および第２半導体２４０を備える。
【００１６】
半導体基板２００上には、電子素子を形成することができる。例えば、半導体基板２００を用いて、ＦＥＴ、高電子移動度トランジスタ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、「ＨＥＭＴ」と称する場合がある。）またはＨＢＴ等を製造することができる。
【００１７】
第１半導体２１０は、例えば半導体基板２００における他の構成要素を支持するに十分な機械的強度を有する基板である。例えば、第１半導体２１０は、Ｓｉ基板、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、Ｇｅ基板、ＧＯＩ（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、またはＧａＡｓ基板等である。Ｓｉ基板は、例えば単結晶Ｓｉ基板である。第１半導体２１０は、サファイア基板、ガラス基板、ＰＥＴフィルム等の樹脂基板であってもよい。第１半導体２１０は、基板（ウェハ）自体であってもよく、基板上にエピタキシャル成長された半導体層であってもよい。第１半導体２１０は、例えば３−５族化合物半導体である。
【００１８】
第２半導体２４０は、電子素子を形成することができる化合物半導体である。例えば、第２半導体２４０は、３−５族化合物半導体または２−６族化合物半導体等である。第２半導体２４０は、一例としてモノキャリア移動半導体である。「モノキャリア移動半導体」とは、電子または正孔の何れか一方の移動によりトランジスタ等の電子素子のチャネルとして機能する半導体をいう。
【００１９】
第１半導体２１０の上に形成する第２半導体２４０は、図２に示すように単層であってもよく、複層であってもよい。図３および図４は、第１半導体２１０上に複層の第２半導体３４０と第２半導体４４０とを形成した例である。第２半導体が複層である場合には、それぞれの第２半導体層を順次形成してよい。
【００２０】
図３に示す半導体基板３００において、第２半導体３４０は、第２半導体３４２、第２半導体３４４、第２半導体３４６、および第２半導体３４８を有する。半導体基板３００は、例えば、ＨＥＭＴに適する半導体基板である。第２半導体３４２は、例えばＨＥＭＴのチャネルを形成するモノキャリア移動半導体である。第２半導体３４４は、第２半導体３４２にキャリアを供給するキャリア供給半導体である。
【００２１】
第２半導体３４６は、例えばゲート電極が形成されるバリア形成半導体である。第２半導体３４８は、例えばソース電極およびドレイン電極が形成されるコンタクト用半導体である。図３において、半導体基板３００は、破線で示す領域に他の半導体等を含んでよい。例えば、半導体基板３００は、破線で示す領域に、キャリア供給層、スペーサー層、またはバッファ層等を含む。
【００２２】
図４に示す半導体基板１４００において、第２半導体１４４０は、第２半導体１４４２、第２半導体１４４４、第２半導体１４４６、第２半導体１４４８、および第２半導体１４５０を有する。半導体基板１４００は、例えば、相補型ＦＥＴに適する半導体基板である。第２半導体１４４２は、ＦＥＴのチャネルを形成するモノキャリア移動半導体である。第２半導体１４４４は、第２半導体１４４２にキャリアを供給するキャリア供給半導体である。
【００２３】
第２半導体１４４６は、例えばゲート電極が形成されるバリア形成半導体である。第２半導体１４４８は、例えばソース電極およびドレイン電極が形成されるコンタクト層である。第２半導体１４５０は、第２半導体１４４２の伝導型とは反対の伝導型を持つ半導体である。図４において、半導体基板１４００は、破線で示す領域に他の半導体等を含んでよい。例えば、半導体基板１４００は、破線で示す領域に、キャリア供給層、スペーサー層、またはバッファ層等を含む。
【００２４】
図５に示す半導体基板４００において、第２半導体４４０は、第２半導体４４２、第２半導体４４４、および第２半導体４４６を有する。半導体基板４００は、例えば、ＨＢＴに適する半導体基板である。第２半導体４４２は、例えばＨＢＴのコレクタ層である。第２半導体４４４は、例えばＨＢＴのベース層である。第２半導体４４６は、例えばＨＢＴのエミッタ層である。図５において、半導体基板４００は、破線で示す領域に他の半導体等を含んでよいことを示す。例えば、半導体基板４００は、破線で示す領域にバッファ層等を含む。
【００２５】
図６に示す半導体基板１６００は、積層半導体１６４０、積層半導体１６５０、および積層半導体１６６０を有する。
【００２６】
積層半導体１６４０は、第２半導体１６４２、第２半導体１６４４、第２半導体１６４６、および第２半導体１６４８を有する。第２半導体１６４２は、例えばＦＥＴのチャネルを形成するモノキャリア移動半導体である。第２半導体１６４４は、第２半導体１６４２にキャリアを供給するキャリア供給半導体である。第２半導体１６４６は、例えばゲート電極が形成されるバリア形成半導体である。第２半導体１６４８は、例えばソース電極およびドレイン電極が形成されるコンタクト層である。
【００２７】
積層半導体１６５０は、第２半導体１６４４とは反対の伝導型を持つ半導体１６５２を有する。積層半導体１６６０は、少なくともコレクタ層１６６２、ベース層１６６４、およびエミッタ層１６６６を有する。
【００２８】
図６において、半導体基板１６００は、破線部分に他の半導体等を含んでもよい。例えば、半導体基板１６００は、破線で示す領域に、キャリア供給層、スペーサー層、またはバッファ層等を含む。
【００２９】
以下、一例として、半導体基板２００の製造方法を説明する。第１半導体２１０を設置してガスを導入する段階Ｓ１１０において、まず第１半導体２１０を反応容器に設置する。当該反応容器は、半導体内でＰ型またはＮ型の伝導型を示す第１不純物原子を、製造工程の開始前に反応容器内部に含む場合がある。例えば、第１半導体２１０を設置する前に、第１不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第１不純物ガスを反応容器に導入して、他の半導体基板２００を反応容器内で製造することがある。
【００３０】
この場合には、第１不純物ガスに含まれていたＮ型の伝導型を示す第１不純物原子またはＰ型の伝導型を示す第１不純物原子が反応容器内に残留する場合がある。このような第１不純物原子が、次に製造される半導体基板２００の第１半導体２１０の表面に付着して拡散すると、当該第１不純物原子が第２半導体２４０のキャリアとして作用する。その結果、第１半導体２１０および第２半導体２４０の間でリーク電流が発生する。
【００３１】
そこで、リーク電流の発生を防ぐことを目的として、先に製造された半導体基板２００を取り出した後に第１半導体２１０を設置してから、半導体内で第１不純物原子とは反対の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含む第２不純物ガスを、反応容器に導入する。例えば、反応容器に残留している第１不純物原子が、半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子である場合には、第２不純物ガスは、Ｐ型の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含むガスを含む。当該第２不純物原子を構成要素とする化合物は、例えばハロゲン化炭化水素である。なお、第１半導体２１０を設置する前に第２不純物ガスを反応容器に導入してもよい。
【００３２】
ハロゲン化炭化水素ガスは、例えばＣＨｎＸ（４−ｎ）（ただし、ＸはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群から選択されるハロゲン原子であり、ｎは、０≦ｎ≦３の条件を満たす整数であり、０≦ｎ≦２の場合、複数のＸは互いに同一の原子でも異なった原子でもよい。）である。Ｐ型の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素とする化合物は、例えばＣＣｌ３Ｂｒである。第２不純物ガスがハロゲンを含む場合には、反応容器に残留している第１不純物が不活性化する。
【００３３】
第２不純物ガスは、例えばアルシン（ＡｓＨ３）および水素を含む。当該アルシンには、残留４族不純物原子を実質的に含まないことが好ましい。具体的には、第２不純物ガスが含むアルシン原料ガスに含まれるＧｅＨ４は、例えば、１ｐｐｂ以下である。
【００３４】
第１半導体２１０を設置してから第２不純物ガスを導入する前に、反応容器内部を真空引きしてもよい。第２不純物ガスを導入する前に、反応容器内部を窒素ガス、水素ガス、または不活性ガス等によりパージしてもよい。第２不純物ガスは、次の加熱する段階Ｓ１２０の前に導入してもよく、加熱の途中で導入してもよく、または加熱の途中で入れ替えてもよい。
【００３５】
第２不純物ガスは、一種類のガスであってもよく、複数種類のガスを混合したガスであってもよい。例えば、第２不純物ガスとして、Ｐ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含むガスを単独に導入してもよく、Ｐ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含むガスおよび水素を同時に導入してもよい。
【００３６】
第１半導体２１０を加熱する段階Ｓ１２０において、反応容器に設置されている第１半導体２１０を、第２不純物ガスの雰囲気中で加熱する。加熱温度は、例えば４００℃から８００℃である。反応容器内圧力は、例えば５Ｔｏｒｒから大気圧までの圧力である。加熱時間は、例えば５秒から５０分までの時間である。上記のパラメータは、半導体基板２００を製造する装置、反応容器の容量、反応容器内の第１不純物原子の残留量等によって変えてもよい。上記加熱条件は、電子密度と正孔密度との差を示す有効キャリア密度が、第１半導体２１０の少なくとも表面において減少するように設定してもよい。
【００３７】
例えば、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ法と称する場合がある）により第２半導体２４０をエピタキシャル成長させる場合に、Ｎ型の伝導型を示す第１不純物原子として、Ｓｉが反応容器内に残留しているときは、上述のガスを導入する段階Ｓ１１０において、アルシン、水素、およびＣＣｌ３Ｂｒを導入して、温度が５００℃〜８００℃、反応容器内圧力が５Ｔｏｒｒから大気圧、時間が１０秒から１５分の条件下で、加熱する。
【００３８】
この条件の下での加熱によって、ＣＣｌ３Ｂｒの中に存在するＣが第２不純物原子として作用し、第１半導体２１０表面に存在するＳｉのドナー効果を補償する。その結果、第１半導体２１０表面に存在したＳｉ等の第１不純物原子の影響を抑止できる。例えば、第２不純物原子の存在により、第１半導体２１０とその上にエピタキシャル成長する第２半導体２４０との界面に発生する絶縁不良を防止できる。
【００３９】
第２半導体２４０を形成する段階Ｓ１４０において、加熱した第１半導体２１０の上に、第２半導体２４０を形成する。第２半導体２４０の形成方法としては、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ法と称する。）、物理気相成長法（Ｐｈｉｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ法と称する。）、ＭＯＣＶＤ法、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ、ＭＢＥ法と称する。）を例示できる。
【００４０】
第１半導体２１０が半導体単結晶基板である場合に、第１半導体２１０上に第２半導体２４０をエピタキシャル成長してもよい。例えば、第１半導体２１０がＧａＡｓ単結晶基板である場合に、第２半導体２４０として、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、またはＩｎＧａＰ等の化合物半導体を第１半導体２１０にエピタキシャル成長させる。第２半導体２４０は、例えば第１半導体２１０に接して形成される。半導体基板２００は、第１半導体２１０と第２半導体２４０との間に他の半導体層を有してもよい。
【００４１】
ＧａＡｓの第１半導体２１０上に、ＭＯＣＶＤ法により３−５族元素からなる第２半導体２４０を形成する場合に、３族元素原料として、各金属原子に炭素数が１から３のアルキル基もしくは水素が結合したトリアルキル化物、もしくは三水素化物を使用することができる。３族元素原料として、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等を使用することができる。
【００４２】
５族元素原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ3 ）、またはアルシンが含む水素原子の少なくとも一つを炭素数が１から４のアルキル基で置換したアルキルアルシンまたはホスフィン（ＰＨ３）等を使用することができる。また、第２半導体２４０は、３−５族化合物のＮ型モノキャリア移動半導体であってもよい。Ｎ型モノキャリア移動半導体の形成に用いる、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物は、シランまたはジシランを含んでよい。
【００４３】
本実施態様の製造方法によって製造した半導体基板２００は、上述の加熱する段階１２０において、第２不純物ガスが含むＣＣｌ３Ｂｒに含まれるＣが、第１半導体２１０表面に残存するＳｉのドナー効果を補償する。半導体基板２００は、一例として、第１半導体２１０と第２半導体２４０との界面に、Ｐ型不純物原子のＣと、Ｃと実質的に同じ密度のＮ型不純物Ｓｉとを有する。半導体基板２００は、第１半導体２１０と第２半導体２４０との界面に、活性化されたＰ型不純物Ｃと、活性化されたＣと実質的に同じ密度の活性化されたＮ型不純物Ｓｉとを有してもよい。
【００４４】
本実施態様の製造方法を用いて、図２から図６に示した半導体基板２００、半導体基板３００、半導体基板４００、半導体基板１４００、および半導体基板１６００を製造してもよい。
【００４５】
図７は、半導体基板製造方法の他の実施態様を表すフローチャートを示す。図１に示す実施態様に比して、本実施態様の製造方法は、第２半導体を形成する段階Ｓ１４０の後に、第２半導体の上に、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体、およびＮ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させることにより、またはＰ型半導体、Ｎ型半導体、およびＰ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させることにより、Ｎ型半導体／Ｐ型半導体／Ｎ型半導体で表される積層半導体、またはＰ型半導体／Ｎ型半導体／Ｐ型半導体で表される積層半導体を形成する段階Ｓ５５０をさらに備える。
【００４６】
図８は、本実施態様の製造方法によって製造する半導体基板６００の断面の一例を示す。半導体基板６００は、半導体基板２００に比して、第２半導体２４０の上にさらに積層半導体６６０を有する。
【００４７】
積層半導体６６０は、コレクタ層６６２、ベース層６６４、およびエミッタ層６６６を有する。コレクタ層６６２、ベース層６６４、およびエミッタ層６６６は、例えばＮＰＮまたはＰＮＰ型の接合構造を形成する半導体である。コレクタ層６６２、ベース層６６４、およびエミッタ層６６６は、それぞれバイポーラトランジスタのコレクタ、ベース、およびエミッタとして機能する半導体層である。
【００４８】
以下、半導体基板６００を用いて、本実施態様の製造方法を説明するが、図１に示す製造方法と重複するＳ１１０からＳ１４０については説明を省略する。積層半導体６６０を形成する段階Ｓ５５０において、第２半導体２４０の上に順次にコレクタ層６６２、ベース層６６４、およびエミッタ層６６６をエピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長方法としては、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、または分子線エピタキシー法を例示できる。例えば、ＧａＡｓの第１半導体２１０に、ＭＯＣＶＤ法により３−５族元素からなる積層半導体６６０を形成する場合に、上述の３族元素原料および５族元素原料を使用できる。
【００４９】
積層半導体６６０が含むＮ型半導体を形成する間には、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含むガスが反応容器内に導入される。当該ガスは、例えばシランまたはジシランを含む。積層半導体６６０が含むＰ型半導体を形成する間には、Ｐ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含むガスを反応容器内に導入する。
【００５０】
積層半導体６６０が、Ｎ型半導体／Ｐ型半導体／Ｎ型半導体で表される場合には、第１不純物ガスは、最後に反応容器に導入されたＮ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含むガスである。Ｐ型半導体／Ｎ型半導体／Ｐ型半導体で表される場合には、第１不純物ガスは、最後に反応容器に導入されたＰ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含むガスである。
【００５１】
積層半導体６６０を形成した後に、次の半導体基板６００を製造する場合には、反応容器に第１半導体２１０を設置してから、先に製造した半導体基板６００を形成する間に、最後に導入された第１不純物ガスの伝導型と反対の伝導型の第２不純物ガスを反応容器に導入する。第２不純物ガスを反応容器内に導入した状態で、第１半導体２１０を加熱することにより、第１半導体２１０に付着した第１不純物を補償することができる。
【００５２】
図９は、図１０に示す半導体基板８００の製造方法を表すフローチャートを示す。図１に示す実施態様に比して、本実施態様の製造方法は、第１半導体２１０を加熱する段階Ｓ１２０と第２半導体２４０を形成する段階Ｓ１４０との間に、図１０に示す抵抗体８３０を形成する段階Ｓ７３０をさらに含む。同様に、図７に示す実施態様にも、更に抵抗体８３０を形成する段階Ｓ７３０を含んでよい。
【００５３】
図１０は、本実施態様の製造方法によって製造される半導体基板８００の断面の一例を示す。半導体基板８００は、半導体基板６００に比して、第１半導体２１０と第２半導体２４０との間にさらに抵抗体８３０を有する。
【００５４】
抵抗体８３０は、第１半導体２１０と第２半導体２４０との間に形成される。抵抗体８３０は、例えばキャリアトラップを含む。キャリアトラップは、例えばホウ素原子または酸素原子である。抵抗体８３０は、一例として、キャリアトラップとして酸素原子を添加した化合物半導体ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｘ−ｚＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）である。
【００５５】
当該化合物半導体に酸素原子等のキャリアトラップを添加することにより、抵抗体８３０に深いトラップ準位を形成することができる。抵抗体８３０が深いトラップ準位を有すると、抵抗体８３０は、抵抗体８３０を通過するキャリアを捕獲するので、抵抗体８３０の上下にある第２半導体２４０と第１半導体２１０との間のリーク電流を防止できる。
【００５６】
キャリアトラップを含む抵抗体８３０の膜厚方向の抵抗率は、組成、酸素原子ドープ濃度、および膜厚によって異なる値になる。例えば、抵抗体８３０がＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）である場合に、結晶品質を損なわない範囲で、組成に占めるＡｌの割合が大きいほど抵抗率が高いが、実用上ｘは０．３〜０．５程度が好ましい。また、酸素原子ドープ濃度は、結晶品質を損なわない範囲で高い方が望ましく、酸素原子の濃度は、１×１０１８［ｃｍ−３］以上、１×１０２０［ｃｍ−３］以下であることが好ましい。抵抗体８３０の膜厚は成長時間に支障がない範囲で厚い方が望ましい。
【００５７】
抵抗体８３０は、Ｐ型半導体を含んでもよい。当該Ｐ型半導体は、例えば複数の３−５族化合物半導体を有する。複数の３−５族化合物半導体のうち相互に隣接する２つの３−５族化合物半導体は、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１，ｘ＜ｙ）とのヘテロ接合、ＡｌｐＩｎｑＧａ１−ｐ−ｑＰ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）とＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＰ（０≦ｒ≦１，０≦ｓ≦１，ｐ＜ｒ）とのヘテロ接合、および、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌｐＩｎｑＧａ１−ｐ−ｑＰ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）とのヘテロ接合、からなる群から選択された少なくとも１つのヘテロ接合を形成する。
【００５８】
例えば、抵抗体８３０が、第２半導体２４０に接するＰ型半導体層ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）と第１半導体２１０に接するＰ型半導体層ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１）を含み、ｘ＜ｙである場合に、Ｐ型半導体層ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓがＰ型半導体層ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓより高いＡｌ組成を有し、広いエネルギーバンドギャップを有する。当該バンドギャップがエネルギーバリアとなり、Ｐ型半導体ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからＰ型半導体ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓへのキャリアの移動が阻害され、リーク電流の発生が抑制される。
【００５９】
抵抗体８３０は、更に多くのＰ型半導体層を有してもよい。当該Ｐ型半導体層の各層が原子単位の厚さを有し、全体として超格子を構成してもよい。そのような場合には、多数のヘテロ接合により多数のエネルギーバリアが形成されるので、より効果的にリーク電流を防止することができる。
【００６０】
抵抗体８３０は、複数のＰ型半導体層と複数のＮ型半導体層とを含み、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とが、交互に積層されて複数のＰＮ接合を形成する積層構造を有してもよい。抵抗体８３０が当該積層構造を有する場合には、複数のＰＮ接合が複数の空乏領域を形成してキャリアの移動を阻害するので、効果的にリーク電流を防止することができる。
【００６１】
以下、半導体基板８００を用いて、本実施態様の製造方法を説明するが、図１および図７に示す製造方法と重複するＳ１１０、Ｓ１２０、およびＳ１４０については省略する。抵抗体８３０を形成する段階Ｓ７３０において、抵抗体８３０を第１半導体２１０の上に形成する。抵抗体８３０の形成方法としては、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法を例示できる。
【００６２】
第１半導体２１０が半導体単結晶基板である場合に、抵抗体８３０は、第１半導体２１０にエピタキシャル成長する。例えば、第１半導体２１０がＧａＡｓ単結晶基板である場合に、抵抗体８３０として、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｘ−ｚＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）等を第１半導体２１０上にエピタキシャル成長させてよい。抵抗体８３０は、例えば第１半導体２１０に接する。半導体基板８００は、第１半導体２１０と抵抗体８３０との間に他の層を有してもよい。例えば、半導体基板８００は、第１半導体２１０と抵抗体８３０との間にバッファ層を有する。
【００６３】
抵抗体８３０を形成する段階Ｓ７３０は、抵抗体８３０が含むＰ型半導体を形成する段階を有してもよい。当該Ｐ型半導体は、例えば、３族元素を含む３族原料ガスおよび５族元素を含む５族原料ガスを用いたエピタキシャル成長により形成される３−５族化合物半導体である。当該Ｐ型半導体のアクセプタ濃度は、３族原料ガスと５族原料ガスとの流量比により制御することができる。
【００６４】
ＭＯＣＶＤ法により、３−５族化合物半導体をエピタキシャル成長させる過程では、化学反応により有機金属からメタンが発生する。メタンの一部が分解して炭素が生成する。炭素は４族元素で、３−５族化合物半導体の３族元素位置にも５族元素位置にも入ることができる。炭素が３族元素位置に入った場合には、炭素がドナーとして働き、Ｎ型のエピタキシャル層が得られる。炭素が５族元素位置に入った場合には、炭素がアクセプタとして働き、Ｐ型のエピタキシャル層が得られる。
【００６５】
すなわち、炭素の作用により、エピタキシャル層はＰ型またはＮ型のいずれかの伝導型の半導体になり、炭素の混入量によって、アクセプタ濃度またはドナー濃度が変化する。特にＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓの場合は、炭素が５族元素の位置に入りＰ型になりやすい。ＡｓＨ３分圧が高いと炭素が入りにくく、ＡｓＨ３分圧が低いと炭素が入りやすいため、３族原料ガスと５族原料ガスとの流量比を調整して原料ガスの分圧を調整することにより、Ｐ型半導体のアクセプタの濃度を制御できる。
【００６６】
図１１は、半導体基板２００の製造方法を表すフローチャートを示す。図１に示す実施態様に比して、本実施態様は、第２半導体２４０を形成する段階Ｓ１４０の後、半導体基板２００を反応容器から取り出す段階Ｓ９６０をさらに含む。以下、図２に示す半導体基板２００を用いて本実施態様の製造方法を説明する。前述の実施態様と重複する内容については省略する。
【００６７】
半導体基板２００を取り出す段階Ｓ９６０においては、第２半導体２４０が第１半導体２１０の上に形成された半導体基板２００を反応容器から取り出す。反応容器内には、第２半導体２４０を形成する間に反応容器に導入された第１不純物が残留している場合がある。次の半導体基板２００を製造する場合に、第１半導体２１０を反応容器に載置してから第２不純物ガスを反応容器に導入すれば、反応容器に残留した第１不純物の影響を軽減することを目的とした真空引きなどの工程を設けなくとも第１不純物の影響を軽減できる。
【００６８】
つまり、先に製造された半導体基板２００を反応容器から取り出した後、速やかに、次に製造する半導体基板２００を構成する第１半導体２１０を反応容器に設置してよい。その後、第２不純物ガスを反応容器の内部に導入する段階Ｓ１１０から半導体基板製造工程を繰り返してよい。
【００６９】
図１２は、図１３に示す半導体基板１１００の製造方法を表すフローチャートを示す。本実施態様の製造方法は、第１半導体１１１０を設置し、ガスを導入する段階Ｓ１１０、第１半導体１１１０を加熱する段階Ｓ１２０、抵抗体１１３０を形成する段階Ｓ７３０、第２半導体１１４０を形成する段階Ｓ１４０、積層半導体１１６０を形成する段階Ｓ５５０、および半導体基板１１００を取り出す段階Ｓ９６０を備える。各段階のプロセスは上述の各実施態様における対応する段階と同じであってよい。
【００７０】
図１３は、図１２に示す製造方法により製造される半導体基板１１００の断面の一例を示す。半導体基板１１００は、第１半導体１１１０、バッファ層１１２０、抵抗体１１３０、第２半導体１１４０、バッファ層１１５０、および積層半導体１１６０を備える。第１半導体１１１０は第１半導体２１０に対応し、抵抗体１１３０は抵抗体８３０に対応する。
【００７１】
半導体基板１１００において、第１半導体１１１０は、例えばＧａＡｓ単結晶基板である。一例として、半導体基板１１００における他の半導体層は、ＭＯＣＶＤ法により第１半導体１１１０の上にエピタキシャル成長され、第１半導体１１１０と格子整合または擬格子整合する３−５族化合物半導体である。半導体基板１１００は、同一基板上にＦＥＴ、特にＨＥＭＴおよびＨＢＴをモノリシックに製造する場合に適する。第２半導体１１４０は、主にＨＥＭＴの形成に適する半導体であり、積層半導体１１６０は、主にＨＢＴの形成に適する半導体である。
【００７２】
バッファ層１１２０は、上層に形成される半導体層と第１半導体１１１０との格子間距離を整合させる緩衝層として機能する半導体層である。バッファ層１１２０は、上層に形成される半導体の結晶質を確保する目的で設けられた半導体層であってもよい。バッファ層１１２０は、例えば、第１半導体１１１０の表面に残留する不純物原子による半導体基板１１００の特性劣化を防ぐ。バッファ層１１２０は、上層に形成される半導体層からのリーク電流を抑制する役割を果たす半導体層であってもよい。バッファ層１１２０は、エピタキシャル成長法により形成される。バッファ層１１２０の材料として、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを例示できる。
【００７３】
第２半導体１１４０は、キャリア供給半導体１１４２、モノキャリア移動半導体１１４４、キャリア供給半導体１１４６、およびショットキー層１１４８を有する。モノキャリア移動半導体１１４４は、電子または正孔の何れか一方が移動するチャネルとして機能する。キャリア供給半導体１１４２およびキャリア供給半導体１１４６は、モノキャリア移動半導体１１４４にキャリアを供給する。ショットキー層１１４８は、それに接して形成される金属電極との間にショットキー接合を形成する。
【００７４】
第２半導体１１４０は、ＨＥＭＴの形成に適する半導体である。キャリア供給半導体１１４２、モノキャリア移動半導体１１４４、キャリア供給半導体１１４６、およびショットキー層１１４８は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。エピタキシャル成長法として、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等を例示できる。キャリア供給半導体１１４２、モノキャリア移動半導体１１４４、キャリア供給半導体１１４６、およびショットキー層１１４８の材料として、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、またはＩｎＧａＡｓ等を例示できる。例えば、モノキャリア移動半導体１１４４はｉ型ＩｎＧａＡｓであり、キャリア供給半導体１１４２およびキャリア供給半導体１１４６はＮ型ＡｌＧａＡｓであり、ショットキー層はＡｌＧａＡｓである。
【００７５】
バッファ層１１５０は、上層に形成される積層半導体１１６０と下層に形成される第２半導体１１４０とを分離し、積層半導体１１６０および第２半導体１１４０が相互に影響することを防ぐ。バッファ層１１５０は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。バッファ層１１５０の材料は、例えばＧａＡｓである。
【００７６】
積層半導体１１６０は、コレクタ層１１６２、ベース層１１６４、エミッタ層１１６６、バラスト抵抗層１１６８、およびコンタクト層１１６９を有する。コレクタ層１１６２、ベース層１１６４、およびエミッタ層１１６６は、ＮＰＮまたはＰＮＰ型の接合構造を形成する半導体である。コレクタ層１１６２、ベース層１１６４、およびエミッタ層１１６６は、例えば、それぞれバイポーラトランジスタのコレクタ、ベース、およびエミッタとして機能する半導体層である。
【００７７】
バラスト抵抗層１１６８は、バイポーラトランジスタのエミッタバラストに適したバラスト抵抗層である。バラスト抵抗層１１６８は、バイポーラトランジスタに過剰な電流が流れるのを抑制する目的で、エミッタ近傍に設けられた高抵抗領域である。バラスト抵抗層１１６８によって、過剰な電流が流れない程度の抵抗値にエミッタ抵抗を調整できるので、半導体基板１１００に形成されたトランジスタ等の電子素子の熱暴走を防止できる。
【００７８】
以下、半導体基板１１００を製造する方法の詳細を説明する。図１２に示す製造方法で半導体基板１１００を繰り返して製造する場合に、先に製造された半導体基板１１００の製造プロセスにより用いられた多量の不純物原子が、反応容器内に残留することがある。例えば、半導体基板１１００は、第１半導体１１１０の上に、順次にバッファ層１１２０、抵抗体１１３０、第２半導体１１４０、バッファ層１１５０、および積層半導体１１６０をエピタキシャル成長させて形成される。積層半導体１１６０がＮＰＮ型の接合構造を形成する半導体である場合に、Ｎ型エミッタ層１１６６には多量のドナー不純物原子（第１不純物原子）が添加される。したがって、エミッタ層１１６６を形成した後、第１不純物原子として、反応容器内に多量のドナー不純物原子が残留する。
【００７９】
例えば、ドナー不純物原子がＳｉである場合に、反応容器内に多量のＳｉが残留する。残留したＳｉが、後続の半導体基板１１００を製造する過程において悪影響を及ぼすおそれがある。具体的には、後続のプロセスにおいて第１半導体１１１０を反応容器内に載置すると、反応容器内の残留Ｓｉが第１半導体１１１０の表面に付着することがある。
【００８０】
付着したＳｉが、第１半導体１１１０とその上に形成される半導体層に拡散してドナーとして働くことにより、絶縁不良が起きる場合がある。その結果、第２半導体１１４０に形成されるＨＥＭＴのデバイス特性が低下するおそれがある。また、ＨＥＭＴと積層半導体１１６０に形成されるＨＢＴとの素子分離不良が生じるおそれもある。本実施態様の製造方法は、次のようなプロセスによって、反応容器内に残留した第１不純物原子であるＳｉの悪影響が生じることを防ぐ。
【００８１】
まず、第１半導体１１１０を設置し、第２不純物ガスを導入する段階Ｓ１１０において、第１半導体１１１０をＭＯＣＶＤ炉の反応容器に設置する。続いて、反応容器内の真空を引き、不活性ガスによりパージをして、ガスＣＣｌ３Ｂｒ、水素、およびアルシンを導入する。第１半導体１１１０を加熱する段階Ｓ１２０において、温度が５００℃〜８００℃、反応容器内圧力が５Ｔｏｒｒから大気圧、時間が１０秒から１５分の間という条件下で第１半導体１１１０を加熱する。
【００８２】
この加熱によって、ＣＣｌ３Ｂｒの中に存在するＣが第２不純物原子として機能し、第１半導体１１１０表面に存在するＳｉのドナー効果を補償する。その結果、第１半導体１１１０表面に存在したＳｉ等の不純物原子の影響を抑止することができる。第２不純物原子の存在により、第１半導体１１１０とその上にエピタキシャル成長する半導体との間に発生する絶縁不良を防止できる。
【００８３】
続いて、第１半導体１１１０の上に、バッファ層１１２０を形成する。上述のとおり、バッファ層１１２０も第１半導体１１１０の表面に残留する不純物原子による半導体基板１１００の特性劣化を防ぐ効果を有する。バッファ層１１２０の材料として、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを例示できる。３族元素原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、またはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等を使用することができる。５族元素原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ3 ）を使用することができる。
【００８４】
抵抗体１１３０を形成する段階Ｓ７３０においては、バッファ層１１２０の上に抵抗体１１３０をエピタキシャル成長させる。上述のとおり、抵抗体１１３０は、抵抗体８３０に対応する。抵抗体１１３０は、キャリアトラップを含んでよく、ヘテロ接合を形成する複数のＰ型半導体を含んでよく、または交互に積層されて複数のＰＮ接合を形成する複数のＰ型半導体と複数のＮ型半導体を含んでもよい。これらの構造は、リーク電流を抑制し、抵抗体の上下に形成される半導体の間の絶縁性を高める。抵抗体１１３０は、複数種類のこれらの構造を含んでもよい。
【００８５】
抵抗体１１３０を形成する段階Ｓ７３０において、キャリアトラップとして酸素原子を添加したＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）を形成してもよく、Ａｌ組成の異なる複数のＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ層を形成して、ヘテロ接合を含む抵抗体１１３０を形成してもよい。また、複数のＮ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓおよび複数のＰ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓを交互に形成して、複数のＰＮ接合を形成してもよい。
【００８６】
３族元素原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等を使用することができる。５族元素原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ3 ）を使用することができる。Ｐ型の伝導型を示す第２不純物原子を含むガスは、ハロゲン化炭化水素ガスを含んでよい。また、Ｎ型半導体の形成に用いる第１不純物原子を構成要素とする化合物は、例えばシランまたはジシランである。
【００８７】
第２半導体を形成する段階Ｓ１４０において、抵抗体１１３０の上に、第２半導体１１４０に含まられるキャリア供給半導体１１４２、モノキャリア移動半導体１１４４、キャリア供給半導体１１４６、およびショットキー層１１４８を順次にエピタキシャル成長させる。例えば、Ｎ型ＡｌＧａＡｓのキャリア供給半導体１１４２、ｉ型ＩｎＧａＡｓのモノキャリア移動半導体１１４４、Ｎ型ＡｌＧａＡｓのキャリア供給半導体１１４６、ＡｌＧａＡｓのショットキー層を順次に形成する。３族元素原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、またはトリメチルインジウム（ＴＭＩ）等を使用することができる。５族元素原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ3 ）を使用することができる。Ｎ型半導体の形成に用いる第１不純物原子を構成要素とする化合物として、シランまたはジシランを使用することができる。
【００８８】
ショットキー層１１４８の上に、バッファ層１１５０をエピタキシャル成長させる。上述のとおり、バッファ層１１５０は、上層に形成される積層半導体１１６０と下層に形成される第２半導体１１４０とを分離し、積層半導体１１６０と第２半導体１１４０との間の相互影響を防ぐ。バッファ層１１５０の材料として、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを例示できる。
【００８９】
積層半導体を形成する段階Ｓ５５０において、バッファ層１１５０の上に、順次にコレクタ層１１６２、ベース層１１６４、エミッタ層１１６６をエピタキシャル成長させる。コレクタ層１１６２、ベース層１１６４、およびエミッタ層１１６６は、伝導型がＮＰＮまたはＰＮＰ型の接合構造を形成する半導体である。
【００９０】
積層半導体１１６０のうち、Ｐ型半導体を形成する場合に用いられる不純物原子を構成要素とする単体または化合物を含むガスは、第１半導体１１１０を設置して加熱する前に反応容器に導入した第２不純物ガスと同じガスであってよい。Ｎ型半導体を形成するのに用いられる、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を構成要素とする化合物は、例えばシランまたはジシランである。更にエミッタ層１１６６の上に、バラスト抵抗層１１６８およびコンタクト層１１６９を形成する。
【００９１】
第１半導体を取り出す段階Ｓ９６０において、完成した半導体基板１１００を反応容器から取り出す。その後、反応容器の内部の不純物原子の影響を軽減する工程を経ることなく、次の処理すべき第１半導体１１１０を反応容器に設置し、ガスを反応容器の内部に導入する段階Ｓ１１０から半導体基板製造工程を繰り返すことができる。
【００９２】
本実施態様の製造方法は、第１半導体１１１０を設置し、ガスを導入する段階Ｓ１１０と、第１半導体１１１０を加熱する段階Ｓ１２０を有する。従って、たとえ先行製造プロセスによって使用された多量の第１不純物Ｓｉが反応容器内に残留し、設置された第１半導体１１１０を汚染した場合でも、加熱によって、ＣＣｌ３Ｂｒの中に存在する第２不純物Ｃが、第１半導体１１１０表面に残留したＳｉのドナー効果を補償する。その結果、第１半導体１１１０表面に存在したＳｉ等の第１不純物原子の影響を抑止できる。
【００９３】
なお、抵抗体１１３０を形成する段階Ｓ７３０において、キャリアトラップを含む抵抗体１１３０、ヘテロ接合を形成する複数のＰ型半導体を含む抵抗体１１３０、交互に積層されて複数のＰＮ接合を形成する複数のＰ型半導体と複数のＮ型半導体とを含む抵抗体１１３０、またはこれらの構造の組み合わせにより構成される構造を含む抵抗体１１３０を形成してもよい。半導体基板１１００が当該抵抗体１１３０を有することにより、さらにリーク電流が抑制され、絶縁不良を防止できる。その結果、第２半導体１１４０に形成されるＨＥＭＴと積層半導体１１６０に形成されるＨＢＴとの素子分離性能が改善する。
【００９４】
（実施例１）
表１に示す積層構造を有する半導体基板２１００を作成した。表１において各層番号は、各半導体層の符号を示す。表１において、各半導体層の材料、膜厚、ドーパントの種類およびキャリア濃度を示し、不純物を導入しない場合、ドーパントの種類として「無」と表示した。
【表１】
【００９５】
第２半導体２１４０からショットキー層２１４８までの積層は、電界効果トランジスタに適用できる。サブコレクタ層２１６２からコンタクト層２１７０までの積層はバイポーラトランジスタに適用できる。すなわち半導体基板２１００は、単一基板において電界効果トランジスタおよびバイポーラトランジスタの両方が形成できるＢｉＦＥＴ基板である。
【００９６】
表１に示す各半導体層は、エピタキシャル成長により形成した。エピタキシャル成長において、Ｇａ源としてトリメチルガリウムを、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウムを、Ｉｎ源としてトリメチルインジウムを、Ｏ源としてブチルエーテルを、Ａｓ源としてアルシン（ただし、モノゲルマンの濃度が０．０００５ｐｐｍ未満）を、加熱時に使用するガスとＣ源としてＣＢｒＣｌ３を、Ｓｉ源としてジシランを用いた。
【００９７】
第１工程として、半絶縁性のＧａＡｓ基板である第１半導体２１１０をＭＯＣＶＤ反応炉のパスボックスに入れ、パスボックス内を減圧にした後、窒素で置換した。その後、パスボックスから第１半導体２１１０を取り出し、反応炉へ移動させて第１半導体２１１０を取り付けた。次に反応炉を減圧にした後に水素雰囲気で反応炉圧力を９．４ｋＰａにした。
【００９８】
第２工程として、反応炉に水素を２０ｓｌｍ、ＡｓＨ３を１２５０ｓｃｃｍの流量で供給した。この状態で室温から７０５℃まで反応炉温度を上昇させた。反応炉温度を７０５℃まで上昇させた後、ＣＢｒＣｌ３を６５．９ｓｃｃｍの流量で供給し、１分間加熱した。
【００９９】
第３工程として、水素を１２０ｓｌｍ、ＡｓＨ３を３００ｓｃｃｍの流量で供給し、６８０℃の反応炉温度でバッファ層２１２０（ＧａＡｓ）を３０ｎｍの厚さになるまでエピタキシャル成長させた。その後、Ｏ濃度が２．０×１０１９（ｃｍ−３）である抵抗体２１３０（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）を１５０ｎｍの厚さになるまで成長させた。さらに、表１に示す構造を順にエピタキシャル成長させた。反応炉温度を室温に戻し、表１の各層を成長させた半導体基板２１００を取り出した。
【０１００】
以上のようにして作成した半導体基板２１００を実験例１とした。実験例１の半導体基板２１００を取り出した後、反応炉内部の洗浄、空デポ等の不純物混入対策を行うことなく、連続して新たな第１半導体２１１０であるＧａＡｓ基板を反応炉内に導入した。
【０１０１】
第１工程から第３工程までの一連の工程を２回繰り返して作成した半導体基板２１００を実験例２とした。さらに連続して前記一連の工程を繰り返し作成した半導体基板２１００を実験例３とした。すなわち、第１工程から第３工程までの一連の工程を繰り返した回数（成長回数）は、実験例１では１回であり、実験例２では２回であり、実験例３では３回である。繰り返し回数が増えるほど、反応炉内に残留する不純物原子は増えると考えられる。
【０１０２】
比較例として、第２工程を実施しないサンプルを作成した。実験例１〜３と同様に、成長回数が１回から３回のサンプルを作成し、各々比較例１（成長回数が１回）、比較例２（成長回数が２回）、比較例３（成長回数が３回）とした。
【０１０３】
表２は、実験例１〜３、比較例１〜３の各半導体基板２１００の耐電圧を測定した結果である。耐電圧は、作成した半導体基板２１００のコンタクト層２１７０からキャリア供給半導体２１４２までをエッチングして除去し、第２半導体２１４０表面における電極間の電流電圧特性を測定して評価した。電極として、１００μｍ×２００μｍの面積を有する２つの金属薄膜を５μｍの間隔で第２半導体２１４０の表面に形成した。ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを各々６０ｎｍ／２０ｎｍ／１５０ｎｍの厚さで順に蒸着して、金属薄膜を形成した。電流が１．０×１０−５Ａ流れた時の電圧を耐電圧とした。
【表２】
【０１０４】
表２に示す通り、比較例１〜３に比較して、実験例１〜３での耐電圧が高くなっていることがわかる。すなわち、第２工程の加熱により、耐電圧が向上した。
【０１０５】
（実施例２）
表３に示す積層構造を有する半導体基板３１００を作成した。表３において各層番号は、各半導体層の符号を示す。表３において、各半導体層の材料、膜厚、キャリアタイプおよびキャリア濃度を示し、不純物を導入しない真正半導体の場合、キャリアタイプを「ｉ」とした。
【表３】
【０１０６】
第２半導体３１４０からコンタクト層３１５０までの積層は、電界効果トランジスタに適用できる。表３に示す各半導体層は、実施例１の場合と同様なエピタキシャル成長により形成した。
【０１０７】
第１工程として、第１半導体３１１０（半絶縁性ＧａＡｓ基板）を反応炉のパスボックスに入れ、パスボックスを減圧にした後に窒素で置換した。パスボックスから第１半導体３１１０を取り出し、反応炉へ移動させて第１半導体３１１０を取り付けた。次に反応炉を減圧にした後に水素雰囲気で反応炉圧力を９．４ｋＰａにした。
【０１０８】
第２工程として、反応炉に水素を２０ｓｌｍ、ＡｓＨ３を８５０ｓｃｃｍの流量で供給した。この状態で室温から７０５℃まで反応炉温度を上昇させた。反応炉温度を７０５℃まで上昇させた後、ＣＢｒＣｌ３を６５．９ｓｃｃｍの流量で供給した。加熱時間を０分から２．５分の範囲で変化させた。ＣＢｒＣｌ３の供給時間（加熱時間）に応じて、０．５分の場合を実験例４、１．０分の場合を実験例５、１．５分の場合を実験例６、２．０分の場合を実験例７、２．５分の場合を実験例８とした。比較例として加熱時間０分の場合を比較例４とした。
【０１０９】
第３工程として、水素を１２０ｓｌｍ、ＡｓＨ３を３００ｓｃｃｍの流量で供給し、６８０℃の反応炉温度でバッファ層３１２０（ＧａＡｓ）を３０ｎｍの厚さになるまでエピタキシャル成長させた。その後、抵抗体３１３０（Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓ）を１５０ｎｍの厚さになるまでエピタキシャル成長させた上で、表３に示す層を順にエピタキシャル成長させた。反応炉温度を室温に戻し、半導体基板３１００を取り出した。
【０１１０】
実施例１と同様に耐電圧を測定した。耐電圧の測定結果を表４に示す。
【表４】
【０１１１】
表４に示す通り、ＣＢｒＣｌ３の供給時間（加熱時間）が長くなるほど耐電圧が高くなることがわかった。
【符号の説明】
【０１１２】
２００ 半導体基板、２１０ 第１半導体、２４０ 第２半導体、３００ 半導体基板、３４０ 第２半導体、３４２ 第２半導体、３４４ 第２半導体、３４６ 第２半導体、３４８ 第２半導体、４００ 半導体基板、４４０ 第２半導体、４４２ 第２半導体、４４４ 第２半導体、４４６ 第２半導体、６００ 半導体基板、６６０ 積層半導体、６６２ コレクタ層、６６４ ベース層、６６６ エミッタ層、８００ 半導体基板、８３０ 抵抗体、１１００ 半導体基板、１１１０ 第１半導体、１１２０ バッファ層、１１３０ 抵抗体、１１４０ 第２半導体、１１４２ キャリア供給半導体、１１４４ モノキャリア移動半導体、１１４６ キャリア供給半導体、１１４８ ショットキー層、１１５０ バッファ層、１１６０ 積層半導体、１１６２ コレクタ層、１１６４ ベース層、１１６６ エミッタ層、１１６８ バラスト抵抗層、１１６９ コンタクト層、１４００ 半導体基板、１４４０ 第２半導体、１４４２ 第２半導体、１４４４ 第２半導体、１４４６ 第２半導体、１４４８ 第２半導体、１４５０ 第２半導体、１６００ 半導体基板、１６４０ 積層半導体、１６４２ 第２半導体、１６４４ 第２半導体、１６４６ 第２半導体、１６４８ 第２半導体、１６５０ 積層半導体、１６５２ 半導体、１６６０ 積層半導体、１６６２ コレクタ層、１６６４ ベース層、１６６６ エミッタ層、２１００ 半導体基板、２１１０ 第１半導体、２１２０ バッファ層、２１３０ 抵抗体、２１４０ 第２半導体、２１４２ キャリア供給半導体、２１４８ ショットキー層、２１６２ サブコレクタ層、２１７０ コンタクト層、３１００ 半導体基板、３１１０ 第１半導体、３１２０ バッファ層、３１３０ 抵抗体、３１４０ 第２半導体、３１５０ コンタクト層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体を結晶成長させる反応容器内に第１不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第１不純物ガスを導入する段階を含む複数の段階を繰り返して、複数の半導体基板を製造する方法であって、
前記第１不純物ガスを導入する段階の後に、
製造された半導体基板を取り出す段階と、
前記反応容器内に第１半導体を設置する段階と、
前記反応容器内に、前記第１半導体内で前記第１不純物原子と反対の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第２不純物ガスを導入する段階と、
前記第１半導体を前記第２不純物ガスの雰囲気中で加熱する段階と、
前記加熱した前記第１半導体上に第２半導体を結晶成長させる段階と
を備える半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記加熱する段階において、電子密度と正孔密度との差を示す有効キャリア密度を前記第１半導体の少なくとも表面において減少させるべく前記加熱する条件を設定する
請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１不純物原子が、前記第１半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子であり、
前記第２不純物ガスが、前記第１半導体内でＰ型の伝導型を示す不純物原子を含むＰ型不純物ガスを含む
請求項１または請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１半導体または前記第２半導体が３−５族化合物半導体であり、
前記Ｐ型不純物ガスが、ハロゲン化炭化水素ガスを含む
請求項３に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記ハロゲン化炭化水素ガスが、
ＣＨｎＸ（４−ｎ）
（ただし、ＸはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群から選択されるハロゲン原子であり、ｎは、０≦ｎ≦３の条件を満たす整数であり、０≦ｎ≦２の場合、複数のＸは互いに同一の原子でも異なった原子でもよい。）である
請求項４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１半導体または前記第２半導体が３−５族化合物半導体であり、
前記第２不純物ガスがアルシンおよび水素を含む
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記第２不純物ガスが、１ｐｐｂ以下のＧｅＨ４を含むアルシン原料ガスを含む
請求項６に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記第２半導体が、電子または正孔が移動するチャネルとして機能するモノキャリア移動半導体である
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記モノキャリア移動半導体が、３−５族化合物半導体のＮ型モノキャリア移動半導体であり、
前記第２半導体を結晶成長させる段階において、前記Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてシランまたはジシランを前記反応容器に導入して前記Ｎ型モノキャリア移動半導体を結晶成長させる
請求項８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記モノキャリア移動半導体上に、前記モノキャリア移動半導体とは反対の伝導型のモノキャリア移動半導体を形成する段階をさらに含む
請求項８または請求項９に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
前記第２半導体上に、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体およびＮ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させる、またはＰ型半導体、Ｎ型半導体およびＰ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させることにより、Ｎ型半導体／Ｐ型半導体／Ｎ型半導体で表される積層半導体、またはＰ型半導体／Ｎ型半導体／Ｐ型半導体で表される積層半導体を形成する段階、をさらに含む
請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
前記第１不純物原子が、半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子であり、
前記第２不純物ガスが、Ｐ型の伝導型を示すＰ型不純物原子を含むＰ型不純物ガスを含み、
前記積層半導体が、バイポーラトランジスタのベースとして機能するベース層を含み、
前記Ｐ型不純物ガスと同じ種類のガスを前記反応容器に導入して前記ベース層を製造する
請求項１１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
前記第２半導体を結晶成長させる段階において、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてシランまたはジシランを前記反応容器に導入して、前記積層半導体における前記Ｎ型半導体を形成する
請求項１１または請求項１２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１４】
前記第１半導体を加熱する段階と前記第２半導体を形成する段階との間に、前記第１半導体上に抵抗体を形成する段階をさらに備える
請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１５】
前記抵抗体を形成する段階は、３族元素を含む３族原料ガスおよび５族元素を含む５族原料ガスを用いたエピタキシャル成長により、３−５族化合物半導体のＰ型半導体を形成する段階を有し、
前記Ｐ型半導体を形成する段階において、前記Ｐ型半導体のアクセプタ濃度を前記３族原料ガスと前記５族原料ガスとの流量比により制御する
請求項１４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１６】
少なくとも前記第２半導体を前記第１半導体上に形成した後、少なくとも前記第２半導体が形成された前記半導体基板を前記反応容器から取り出す段階をさらに含み、
前記取り出す段階の後、前記反応容器の内部の不純物原子の影響を軽減する工程を経ることなく、
前記反応容器の内部に前記第１半導体とは別の第１半導体を設置し、前記ガスを前記反応容器の内部に導入する段階と、
前記別の第１半導体を前記ガスの雰囲気中で加熱する段階と、
前記加熱した前記第１半導体上に前記第２半導体を形成する段階と、
を繰り返す
請求項１から請求項１５の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１７】
第１半導体と、前記第１半導体上に形成された第２半導体とを含む半導体基板であって、
前記第１半導体と前記第２半導体との界面に、
Ｐ型不純物原子と、前記Ｐ型不純物原子と実質的に同じ密度のＮ型不純物原子と
を有する半導体基板。
【請求項１８】
前記Ｐ型不純物原子および前記Ｎ型不純物原子が活性化されている
請求項１７に記載の半導体基板。
【請求項１】
半導体を結晶成長させる反応容器内に第１不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第１不純物ガスを導入する段階を含む複数の段階を繰り返して、複数の半導体基板を製造する方法であって、
前記第１不純物ガスを導入する段階の後に、
製造された半導体基板を取り出す段階と、
前記反応容器内に第１半導体を設置する段階と、
前記反応容器内に、前記第１半導体内で前記第１不純物原子と反対の伝導型を示す第２不純物原子を構成要素として有する単体または化合物を含む第２不純物ガスを導入する段階と、
前記第１半導体を前記第２不純物ガスの雰囲気中で加熱する段階と、
前記加熱した前記第１半導体上に第２半導体を結晶成長させる段階と
を備える半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記加熱する段階において、電子密度と正孔密度との差を示す有効キャリア密度を前記第１半導体の少なくとも表面において減少させるべく前記加熱する条件を設定する
請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１不純物原子が、前記第１半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子であり、
前記第２不純物ガスが、前記第１半導体内でＰ型の伝導型を示す不純物原子を含むＰ型不純物ガスを含む
請求項１または請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１半導体または前記第２半導体が３−５族化合物半導体であり、
前記Ｐ型不純物ガスが、ハロゲン化炭化水素ガスを含む
請求項３に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記ハロゲン化炭化水素ガスが、
ＣＨｎＸ（４−ｎ）
（ただし、ＸはＣｌ、ＢｒおよびＩからなる群から選択されるハロゲン原子であり、ｎは、０≦ｎ≦３の条件を満たす整数であり、０≦ｎ≦２の場合、複数のＸは互いに同一の原子でも異なった原子でもよい。）である
請求項４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１半導体または前記第２半導体が３−５族化合物半導体であり、
前記第２不純物ガスがアルシンおよび水素を含む
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記第２不純物ガスが、１ｐｐｂ以下のＧｅＨ４を含むアルシン原料ガスを含む
請求項６に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記第２半導体が、電子または正孔が移動するチャネルとして機能するモノキャリア移動半導体である
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
前記モノキャリア移動半導体が、３−５族化合物半導体のＮ型モノキャリア移動半導体であり、
前記第２半導体を結晶成長させる段階において、前記Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてシランまたはジシランを前記反応容器に導入して前記Ｎ型モノキャリア移動半導体を結晶成長させる
請求項８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
前記モノキャリア移動半導体上に、前記モノキャリア移動半導体とは反対の伝導型のモノキャリア移動半導体を形成する段階をさらに含む
請求項８または請求項９に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
前記第２半導体上に、Ｎ型半導体、Ｐ型半導体およびＮ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させる、またはＰ型半導体、Ｎ型半導体およびＰ型半導体をこの順にエピタキシャル成長させることにより、Ｎ型半導体／Ｐ型半導体／Ｎ型半導体で表される積層半導体、またはＰ型半導体／Ｎ型半導体／Ｐ型半導体で表される積層半導体を形成する段階、をさらに含む
請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
前記第１不純物原子が、半導体内でＮ型の伝導型を示す不純物原子であり、
前記第２不純物ガスが、Ｐ型の伝導型を示すＰ型不純物原子を含むＰ型不純物ガスを含み、
前記積層半導体が、バイポーラトランジスタのベースとして機能するベース層を含み、
前記Ｐ型不純物ガスと同じ種類のガスを前記反応容器に導入して前記ベース層を製造する
請求項１１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
前記第２半導体を結晶成長させる段階において、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物としてシランまたはジシランを前記反応容器に導入して、前記積層半導体における前記Ｎ型半導体を形成する
請求項１１または請求項１２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１４】
前記第１半導体を加熱する段階と前記第２半導体を形成する段階との間に、前記第１半導体上に抵抗体を形成する段階をさらに備える
請求項１から請求項１３の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１５】
前記抵抗体を形成する段階は、３族元素を含む３族原料ガスおよび５族元素を含む５族原料ガスを用いたエピタキシャル成長により、３−５族化合物半導体のＰ型半導体を形成する段階を有し、
前記Ｐ型半導体を形成する段階において、前記Ｐ型半導体のアクセプタ濃度を前記３族原料ガスと前記５族原料ガスとの流量比により制御する
請求項１４に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１６】
少なくとも前記第２半導体を前記第１半導体上に形成した後、少なくとも前記第２半導体が形成された前記半導体基板を前記反応容器から取り出す段階をさらに含み、
前記取り出す段階の後、前記反応容器の内部の不純物原子の影響を軽減する工程を経ることなく、
前記反応容器の内部に前記第１半導体とは別の第１半導体を設置し、前記ガスを前記反応容器の内部に導入する段階と、
前記別の第１半導体を前記ガスの雰囲気中で加熱する段階と、
前記加熱した前記第１半導体上に前記第２半導体を形成する段階と、
を繰り返す
請求項１から請求項１５の何れか一項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１７】
第１半導体と、前記第１半導体上に形成された第２半導体とを含む半導体基板であって、
前記第１半導体と前記第２半導体との界面に、
Ｐ型不純物原子と、前記Ｐ型不純物原子と実質的に同じ密度のＮ型不純物原子と
を有する半導体基板。
【請求項１８】
前記Ｐ型不純物原子および前記Ｎ型不純物原子が活性化されている
請求項１７に記載の半導体基板。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２６３１９８（Ｐ２０１０−２６３１９８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８６８４４（Ｐ２０１０−８６８４４）
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【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２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月５日（２０１０．４．５）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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