TWI378495B - Manufacturing method of compound semiconductior substrate having pn junction - Google Patents

Description

1378495 九、發明說明： [發明所屬之技術領域] 本發明係有關利用包含選擇成長步驟之磊晶成長法之 一種具有pn接面之化合物半導體基板之製造方法。 [先前技術] 在基板上依序磊晶成長化合物半導體功能層以製造化 合物半導體基板之磊晶成長法中，已知有：包含在成長於 基板上之化合物半導體功能層上，形成由Si02等構成之遮 •罩，然後在沒有形成遮罩處，以與形成遮罩前之磊晶步驟 相同之溫度，磊晶成長化合物半導體層之選擇成長步驟之 方法（例如，日本專利特開平11-204829號公報）；或是包 含在基板上所成長之化合物半導體功能層上，形成由Si02 等構成之遮罩，並以比形成遮罩前之蟲晶步驟更南之溫 度，磊晶成長化合物半導體層之選擇成長步驟之方法（例 如：曰本專利特開平6-55 14號公報）。藉由包含選擇成長 鲁步驟之製造方法（以下稱[選擇成長法])，製造具有pn接面 (包含存在有夾介於p層與η層間之中間層之p-i-η接面） '之化合物半導體基板。 化合物半導體基板，係使用在生產場效電晶體（Field Effect Transistor)、異質雙極電晶體（Hetero Bipolar Tran si si tor)、雷射二極體（Laser Diode)、光電二極體（Photo Diode)等化合物半導體元件。從提高性能之觀點來看，這 些化合物半導體元件，均要求提高電特性，即使是其製造 中所使用之化合物半導體基板，也要求具有高度電特性。 5 317114 1378495 [發明内容] 本發明之目的，係提供一種適合生產具有高度電特性 之化合物半導體元件的化合物半導體基板之製造方法。 本發明人等，就利用包含選擇成長步驟之製造方法製 造具有pn接面之化合物半導體基板之方法加以檢討的結 杲，終於完成本發明。 亦即，本發明係包含磊晶成長步驟、之後之選擇成長 步驟以及任意其他步驟的一種具有pn接面之化合物半導 _體基板之製造方法，本發明旨在提供一種磊晶成長步驟之 後的選擇成長步驟以及任意其他步驟之最高溫度，係比選 擇成長步驟之前的蟲晶成長步驟之最高溫度還低之技術。 依本發明之製造方法，可製得適合生產逆偏壓電流較 小之二極體、放大因數較高之電晶體等具有高度電特性之 化合物半導體元件的化合物半導體基板。 [實施方式] φ 本發明之化合物半導體基板之製造方法，係在基板上 依序磊晶成長化合物半導體功能層，以製造具有pn接面的 •化合物半導體基板之方法，包含磊晶成長步驟以及選擇成 '長步驟。本發明之化合物半導體基板之製造方法，在選擇 成長步驟之前至少包含一磊晶步驟，而且在選擇成長步驟 之後亦可包含其他步驟（例如，電極之形成步驟）。 在本發明之化合物半導體基板之製造方法中，在磊晶 成長步驟之後的步驟之最高溫度，係比選擇成長步驟之前 的蠢晶成長步驟之表南溫度為低。選擇成長步驟之前的蟲 6 317114 1378495 晶成長步驟之最高溫度，與蟲晶成長步驟之後的步驟之最 高溫度差，理想為30°C以上，更理想為40°C以上，且最好 在300°C以下。 磊晶成長步驟之後的步驟，理想為350°C以上，720°C 以下。選擇成長步驟之前的磊晶成長步驟，係對應前述磊 晶成長步驟之後的步驟，只要適當選擇能滿足前述條件即 可，通常，在350°C以上、75 0°C以下之溫度範圍内選擇。 本說明書中，“選擇成長步驟之前的磊晶成長步驟” β係指選擇成長步驟（存在有複數個選擇成長步驟時，為最初 步驟）之前所進行之全部蟲晶成長步驟。但是，不包含例如 在蟲晶成長步驟之纟υ所進行（不伴隨蟲晶成長）之基板清潔 步驟。這種基板清潔步驟之溫度’比蟲晶成長步驟之溫度 高（例如，日本專利特開平5-2923 1號公報），也有比磊晶 成長步驟之最高溫度更高之情況，但是即使在該情況下， 由於係在開始蟲晶成長步驟之如’故對經由蟲晶成長所形 φ成之化合物半導體功能層（這時尚未存在）不會有影響。 本說明書中，“磊晶成長步驟之後的步驟”係指在磊 、晶成長步驟之後所進行之全部步驟，在有複數個磊晶成長 步驟時，則係最後之磊晶成長步驟之後所進行的全部步 驟。“磊晶成長步驟之後步驟”，其最高溫度只要滿足比 “選擇成長步驟之前之磊晶成長步驟”之最高溫度還低之 條件即可，包含選擇成長步驟、使磊晶成長化合物半導體 之步驟、以及不作蠢晶成長之步驟，例如，包含選擇成長 所需要的即將進行選擇成長之前的基板清潔步驟、遮罩形 7 317114 1378495 成步驟。 選擇成長法中，磊晶成長步驟之後的步驟之最高溫 度，與選擇成長步驟之前的轰晶成長步驟之最高溫度相 同，或溫度較高時，為何所獲得之化合物半導體元件之電 特性會劣化，其理由還不明朗，但可作如下之推斷。第一， 在各層界面產生構成元素與摻雜元素之擴散，各層界面之 ，組成急遽地受損，而使電特性下降。第二，由於存在Si02 等遮罩和化合物半導體功能層在熱膨脹係數之差異，故當 ®選擇成長步驟之後的步驟之最高溫度高時，則應力變大， 而產生位錯（dislocation)，導致元件的電特性下降。 接著，參照圖式，對本發明之實施形態進行詳細說明。 第1圖中表示各步驟之溫度。 在有機金屬化學氣相成長（MOCVD)爐内設置半絕緣 性GaAs基板，一邊流入三氫化神（arsine)氣體，一邊開始 升溫。接著，為了除去附著於基板表面之氧化物等，使基 板溫度比成長溫度更南，並使二風化坤氣體分壓設在預定 值以進行清潔基板。接著，降溫至基板成長溫度，使緩衝 •層、n + -GaAs層成長。 在所獲得之磊晶基板上蒸著Si02絕緣膜，並透過蝕刻 形成開口部。 在MOCVD爐内，設置形成有Si02圖案之磊晶基板， 並進行基板清潔，P + -GaAs層成長。 弟2圖表不所獲彳于之具有ρ η接面的元件之電流-電壓 特性。該元件顯示有第2圖所示之整流作用。在逆偏壓（逆 317114 1378495 向)，’除了些微之圯向漏電流外，沒有電流流動，而在順 偏壓方向肖，有電流流動。利用這種現象之最簡單的元件 係ρη二極體。 該元件特性中，最重要的特性之-’係逆向漏電流值 ::逆向：壓。逆向漏電流小，以及逆向耐壓高，係意味 著毛特性问。以使選擇成長步驟以後之步驟的最高溫度， 比選擇成長步驟之前之蠢晶成長步驟之最高溫度還高之條 件所製造之元件，如第3圖中之！- _ Q甲之則頭所不，择頁不延向漏電 k有增加之傾向。 (實施例） _L貫施例 。如第4圖⑷所示，將具有半絕緣性〜八5基板丨、緩 衝層2、]1_(3心層3、？ + _仏八5層4、卩電極51電極6 以及S〗〇2絕緣膜層7之pn接面元件（叩二極體卜如以下 方式進行製造。如第4圖⑷至第4圖⑷表示有ρη接面元 件之製造時之各步驟之層構造（剖面圖）。 。將半絕緣性GaAs基板1放入MOCVD裝置，以700 、行爐内，月 >名後’在半絕緣性GaAs基板1上，利用 D法’以65〇C ’依序成長缓衝層2以及n'GaAs 層3。 接著進行選擇成長步驟。在一—^^層3上，形成Si〇2 、·巴、’表膜7，以光阻作為遮罩進行圖案化（patterning)，並除 去存在=作為1>+_(}3心層4之形成部的區域之Si02絕緣膜 (開）（第4圖（a))。將所得之基板放入M〇CVD裝置，在 317114 9 i378495 ‘ 力σ熱多5 〇 8 °C並進行基板清潔後，在開口部以5 〇 8 °C使 , p\GaAs層4成長（第4圖（b))。 遂擇成長步驟之後，在PT-GaAs層4上，藉由滅錢 (sputter)法，形成P電極5(第4圖⑷）。將光阻作為遮罩， 除去n電極形成部之Si〇2絕緣膜（開口），在形成】〗電極6 後對Ρ電極、η電極都在380°C下進行歐姆退火（〇hmic ' anneal) ’ 形成 pn 二極體（第 4 圖（d))。 修 第5圖表示所獲得之pn二極體之電流-電壓特性。該 pn二極體，逆向漏電流非常小。 •^― 貫_^例 588°C ’ 以及將 p+_GaAs h 588°C以外，其餘操作與第 除了將選擇成長前之基板清潔溫度從5〇8它改變為 P+-GaAs 層 4之成長溫度從5〇8t改變為 實施例相同’而製得pn二極 pn _極體之電流-電壓特性。該 月直°第6圖表示所獲得之 Pn二極體，逆向漏電流非 逆向漏電流非常小。

508°C改變為 第7圖表示所製得之 ，逆向漏電流非常大。 ΡΠ二極體之電流-電壓特性。該

pn —極體，逆向漏； 在此： 合物半導! 具有ρ 11 4之成長溫度從5〇8〇c改變為 實施例相同，而製得pn二極 317114 1378495 (JFET)、異質雙極電晶體（HBT),也可同樣製造，而獲得具 有南度電特性之產品。並且’雖藉由有機金屬化學氣相成 長（MOCVD)法成長化合物半導體功能層以及化合物半導 體層，但也可使用分子束蟲晶（molecular beam epitaxy, MBE)等，進行同樣的成長，從而可獲得具有高度電特性之 化合物半導體基板以及元件。 [圖式簡單說明] 第1圖係表示本發明實施態樣的各步驟之溫度。 第2圖係表示經由本發明所製得之pn二極體之電流一 電壓特性。 第3圖係表示在使選擇成長步驟之後的步驟之最高溫 度，比選擇成長步驟之前的蟲晶成長步驟之隶南溫度运南 之條件下，所製造之pn二極體的電流-電壓特性。 第4圖（a)至（d)係表示本發明實施態樣之pn二極體製 造時的各步驟之層構造。 第5圖係表示第1實施例之pn二極體的電流-電壓特性。 第6圖係表示第2實施例之pn二極體的電流-電壓特性。 第7圖係表示第1比較例之pn二極體的電流-電壓特性。 [主要元件符號說明] 1 半絕緣性GaAs基板 2 緩衝層 3 n+-GaAs 層 4 P+-GaAs 層 5 P電極 6 η電極 7 Si02絕緣層 317114

Claims (1)

1378495 /ό/年多月修正本 第94117633號專利申請案 101年5月22日修正替換頁 十、申請專利範圍： 1. 一種化合物半導體基板之製造方法，該化合物半導體基 板具有ρη接面，其製造方法包含蠢晶成長步驟、遮罩 形成步驟以及之後之選擇成長步驟，其中， 磊晶成長步驟之後的選擇成長步驟之最高溫度，比 選擇成長步驟之前之磊晶成長步驟的最高溫度還低。 2. 如申請專利範圍第1項之製造方法，其中，磊晶成長步 驟之後的步驟之最高溫度，與選擇成長步驟之前的磊晶 成長步驟之最高溫度相差30°C以上、300°C以下。 317114修正本 12