JP2000058815A - 化合物半導体エピタキシャルウェハ - Google Patents
化合物半導体エピタキシャルウェハInfo
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- JP2000058815A JP2000058815A JP10221739A JP22173998A JP2000058815A JP 2000058815 A JP2000058815 A JP 2000058815A JP 10221739 A JP10221739 A JP 10221739A JP 22173998 A JP22173998 A JP 22173998A JP 2000058815 A JP2000058815 A JP 2000058815A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高耐圧のパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを製
造するための化合物半導体エピタキシャルウェハを提供
する。 【解決手段】 ゲート電極６が形成されるｉ−ＡｌＧａ
Ａｓ層に酸素を添加することにより、ｉ−ＡｌＧａＡｓ
層５０に添加された酸素（あるいはもともと存在する酸
素）が、Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌを形成し、電子正孔対を
捕獲する。したがって、トランジスタを動作させるとき
に加わる電界によって発生するキャリア（電子又は正
孔）を捕獲することができるため、ゲート−ドレイン電
極間に流れるリーク電流を小さくすることができる。こ
の結果ＢＶGDを高くすることができ、高耐圧のパワーＦ
ＥＴやパワーＨＥＭＴを製造するための化合物半導体エ
ピタキシャルウェハの提供を実現できる。
造するための化合物半導体エピタキシャルウェハを提供
する。 【解決手段】 ゲート電極６が形成されるｉ−ＡｌＧａ
Ａｓ層に酸素を添加することにより、ｉ−ＡｌＧａＡｓ
層５０に添加された酸素（あるいはもともと存在する酸
素）が、Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌを形成し、電子正孔対を
捕獲する。したがって、トランジスタを動作させるとき
に加わる電界によって発生するキャリア（電子又は正
孔）を捕獲することができるため、ゲート−ドレイン電
極間に流れるリーク電流を小さくすることができる。こ
の結果ＢＶGDを高くすることができ、高耐圧のパワーＦ
ＥＴやパワーＨＥＭＴを製造するための化合物半導体エ
ピタキシャルウェハの提供を実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体エピ
タキシャルウェハに関する。
タキシャルウェハに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話の普及に伴い、ＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓ系化合物系化合物半導体エピタキシャル
ウェハを用いたパワーＦＥＴ（電界効果トランジス
タ）、パワーＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）の
開発が急速に進んでいる。この種のトランジスタの出力
を高くするためには電流を多く流す必要があるが、ゲー
ト電極とドレイン電極との間の耐電圧（以下「ＢＶGD」
という）が問題となる。すなわち、ＢＶGDを大きく取る
ことができないため、流す電流が制限されるのである。
／ＡｌＧａＡｓ系化合物系化合物半導体エピタキシャル
ウェハを用いたパワーＦＥＴ（電界効果トランジス
タ）、パワーＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）の
開発が急速に進んでいる。この種のトランジスタの出力
を高くするためには電流を多く流す必要があるが、ゲー
ト電極とドレイン電極との間の耐電圧（以下「ＢＶGD」
という）が問題となる。すなわち、ＢＶGDを大きく取る
ことができないため、流す電流が制限されるのである。
【０００３】従来のエピタキシャル構造をＦＥＴを例に
して説明する。
して説明する。
【０００４】図３は従来の化合物半導体エピタキシャル
ウェハを用いたＦＥＴの断面図である。
ウェハを用いたＦＥＴの断面図である。
【０００５】このＦＥＴは、ＧａＡｓ基板１の上に、バ
ッファ層２、ｎ−ＧａＡｓ層３、ｉ−ＧａＡｓ層４、及
びｉ−ＡｌＧａＡｓ層５を順次形成し、ｉ−ＡｌＧａＡ
ｓ層５の中央にゲート電極６を形成し、ｉ−ＡｌＧａＡ
ｓ層５上の両端にゲート電極６を挟むようにｎ+ −Ｇａ
Ａｓ層７、８を形成し、両ｎ+ −ＧａＡｓ層７、８の上
にソース電極９とドレイン電極１０とをそれぞれ形成し
たものである。
ッファ層２、ｎ−ＧａＡｓ層３、ｉ−ＧａＡｓ層４、及
びｉ−ＡｌＧａＡｓ層５を順次形成し、ｉ−ＡｌＧａＡ
ｓ層５の中央にゲート電極６を形成し、ｉ−ＡｌＧａＡ
ｓ層５上の両端にゲート電極６を挟むようにｎ+ −Ｇａ
Ａｓ層７、８を形成し、両ｎ+ −ＧａＡｓ層７、８の上
にソース電極９とドレイン電極１０とをそれぞれ形成し
たものである。
【０００６】従来はゲート電極６が形成される層にＡｌ
ＧａＡｓ層を用いない場合が多かったが、最近ではＢＶ
GDを高くするため、信号の振幅を大きくとるため、或い
はドライエッチングで選択的にエッチングするため等の
理由により、ＡｌＧａＡｓ層上にゲート電極を形成する
構造が一般的である。
ＧａＡｓ層を用いない場合が多かったが、最近ではＢＶ
GDを高くするため、信号の振幅を大きくとるため、或い
はドライエッチングで選択的にエッチングするため等の
理由により、ＡｌＧａＡｓ層上にゲート電極を形成する
構造が一般的である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＡｌＧａＡ
ｓ層上にゲート電極を形成することにより、ＢＶGDをあ
る程度高くすることができるようになったが、より高出
力のパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを製造するために
は、現状よりＢＶGDを高くしなければならないという問
題があった。
ｓ層上にゲート電極を形成することにより、ＢＶGDをあ
る程度高くすることができるようになったが、より高出
力のパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを製造するために
は、現状よりＢＶGDを高くしなければならないという問
題があった。
【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、高耐圧のパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを製造する
ための化合物半導体エピタキシャルウェハを提供するこ
とにある。
し、高耐圧のパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを製造する
ための化合物半導体エピタキシャルウェハを提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハは、ＦＥ
Ｔ、ＨＥＭＴ等の電子デバイスを製造するための化合物
半導体エピタキシャルウェハにおいて、ゲート電極が形
成されるＡｌＧａＡｓ層に５×１０16ｃｍ-3以上１×１
０20ｃｍ-3以下の濃度の酸素を添加したものである。
に本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハは、ＦＥ
Ｔ、ＨＥＭＴ等の電子デバイスを製造するための化合物
半導体エピタキシャルウェハにおいて、ゲート電極が形
成されるＡｌＧａＡｓ層に５×１０16ｃｍ-3以上１×１
０20ｃｍ-3以下の濃度の酸素を添加したものである。
【００１０】本発明の化合物半導体エピタキシャルウェ
ハは、ＦＥＴ、ＨＥＭＴ等の電子デバイスを製造するた
めの化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、ゲー
ト電極が形成されるＧａＡｓ層のゲート電極に最も近い
ＡｌＧａＡｓ層に５×１０16ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ
-3以下の濃度の酸素を添加したものである。
ハは、ＦＥＴ、ＨＥＭＴ等の電子デバイスを製造するた
めの化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、ゲー
ト電極が形成されるＧａＡｓ層のゲート電極に最も近い
ＡｌＧａＡｓ層に５×１０16ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ
-3以下の濃度の酸素を添加したものである。
【００１１】本発明の特徴は、ゲート電極を形成するＡ
ｌＧａＡｓ層に故意に酸素を添加した点にある。ＡｌＧ
ａＡｓ層に添加された酸素（あるいはもともと存在する
酸素）は、Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌを形成し、電子正孔対
を捕獲する性質を有する。したがって、トランジスタを
動作させるときに加わる電界によって発生するキャリア
（電子又は正孔）を捕獲できるため、ゲート−ドレイン
電極間に流れるリーク電流を小さくすることができる。
この結果ＢＶGDを高くすることができ、高耐圧のパワー
ＦＥＴやパワーＨＥＭＴを製造するための化合物半導体
エピタキシャルウェハの提供を実現できる。
ｌＧａＡｓ層に故意に酸素を添加した点にある。ＡｌＧ
ａＡｓ層に添加された酸素（あるいはもともと存在する
酸素）は、Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌを形成し、電子正孔対
を捕獲する性質を有する。したがって、トランジスタを
動作させるときに加わる電界によって発生するキャリア
（電子又は正孔）を捕獲できるため、ゲート−ドレイン
電極間に流れるリーク電流を小さくすることができる。
この結果ＢＶGDを高くすることができ、高耐圧のパワー
ＦＥＴやパワーＨＥＭＴを製造するための化合物半導体
エピタキシャルウェハの提供を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００１３】図１は本発明の化合物半導体エピタキシャ
ルウェハを用いたＦＥＴの一実施の形態を示す断面図で
ある。
ルウェハを用いたＦＥＴの一実施の形態を示す断面図で
ある。
【００１４】このＦＥＴは、ＧａＡｓ基板１の上に、バ
ッファ層２、ｎ−ＧａＡｓ層３、ｉ−ＧａＡｓ層４、及
び酸素添加ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０を順次形成し、酸素
添加ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０の中央にゲート電極６を形
成し、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０上の両端にゲート電極を
挟むようにｎ+ −ＧａＡｓ層７、８を形成し、両ｎ+−
ＧａＡｓ層７、８の上にソース電極９とドレイン電極１
０とをそれぞれ形成したものである。これらの各層２〜
８は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いた
が、限定されるものではない。
ッファ層２、ｎ−ＧａＡｓ層３、ｉ−ＧａＡｓ層４、及
び酸素添加ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０を順次形成し、酸素
添加ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０の中央にゲート電極６を形
成し、ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０上の両端にゲート電極を
挟むようにｎ+ −ＧａＡｓ層７、８を形成し、両ｎ+−
ＧａＡｓ層７、８の上にソース電極９とドレイン電極１
０とをそれぞれ形成したものである。これらの各層２〜
８は、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いた
が、限定されるものではない。
【００１５】酸素添加ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０の酸素濃
度は５×１０16ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下とする
のが好ましい。酸素添加ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０の酸素
濃度が１×１０20ｃｍ-3より高いと、ゲート電極６に矩
形波を入力したとき、出力のタイミングが遅れる現象
（ゲートラグ）が発生してしまう。すなわち、過渡応答
性が悪くなるためである。
度は５×１０16ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下とする
のが好ましい。酸素添加ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０の酸素
濃度が１×１０20ｃｍ-3より高いと、ゲート電極６に矩
形波を入力したとき、出力のタイミングが遅れる現象
（ゲートラグ）が発生してしまう。すなわち、過渡応答
性が悪くなるためである。
【００１６】ｉ−ＡｌＧａＡｓ層５０に添加された酸素
は、Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌを形成し、電子正孔対を捕獲
する性質を有する。したがって、ＦＥＴを動作させると
きに加わる電界によって発生するキャリア（電子又は正
孔）を捕獲できるため、ゲート−ドレイン電極間に流れ
るリーク電流を小さくすることができる。この結果ＢＶ
GDが高くなり、高耐圧のパワーＦＥＴが得られる。
は、Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌを形成し、電子正孔対を捕獲
する性質を有する。したがって、ＦＥＴを動作させると
きに加わる電界によって発生するキャリア（電子又は正
孔）を捕獲できるため、ゲート−ドレイン電極間に流れ
るリーク電流を小さくすることができる。この結果ＢＶ
GDが高くなり、高耐圧のパワーＦＥＴが得られる。
【００１７】尚、ＡｌＧａＡｓについては、ＡｌＧａＡ
ｓであれば高耐圧という効果が得られるので、ＡｌＧａ
Ａｓの組成に関しては、特に限定はない。また、ＡｌＧ
ａＡｓ層への添加物は、キャリアを捕獲する効果があれ
ば、酸素に限定する必要はなく、Ｃｒ（クロム）、Ｖ
（バナジウム）等を用いてもよい。
ｓであれば高耐圧という効果が得られるので、ＡｌＧａ
Ａｓの組成に関しては、特に限定はない。また、ＡｌＧ
ａＡｓ層への添加物は、キャリアを捕獲する効果があれ
ば、酸素に限定する必要はなく、Ｃｒ（クロム）、Ｖ
（バナジウム）等を用いてもよい。
【００１８】
【実施例】図２は異なる酸素濃度におけるゲート−ドレ
イン電極間の電流−電圧特性を示す図である。同図にお
いて横軸はゲート電圧を示し、縦軸はリーク電流を示
す。実線は酸素濃度が２×１０16ｃｍ-3の場合の特性曲
線を示し、一点鎖線は酸素濃度が５×１０16ｃｍ-3の場
合の特性曲線を示し、二点鎖線は酸素濃度が１×１０17
ｃｍ-3の場合の特性曲線を示し、破線は酸素濃度が１×
１０18ｃｍ-3の場合の特性曲線をそれぞれ示している。
イン電極間の電流−電圧特性を示す図である。同図にお
いて横軸はゲート電圧を示し、縦軸はリーク電流を示
す。実線は酸素濃度が２×１０16ｃｍ-3の場合の特性曲
線を示し、一点鎖線は酸素濃度が５×１０16ｃｍ-3の場
合の特性曲線を示し、二点鎖線は酸素濃度が１×１０17
ｃｍ-3の場合の特性曲線を示し、破線は酸素濃度が１×
１０18ｃｍ-3の場合の特性曲線をそれぞれ示している。
【００１９】尚、ＡｌＧａＡｓ中の酸素濃度測定におけ
るＳＩＭＳ分析の検出限界は２×１１０16ｃｍ-3であ
り、ＦＥＴのゲート長は１μｍ、ゲート幅は１００μｍ
である。
るＳＩＭＳ分析の検出限界は２×１１０16ｃｍ-3であ
り、ＦＥＴのゲート長は１μｍ、ゲート幅は１００μｍ
である。
【００２０】同図において、リーク電流が１×１０
-3（Ａ／ｍｍ）に達した時のＶG （ゲート電圧）をＢＶ
GDと定義する。測定機器保護のため１×１０-2（Ａ／ｍ
ｍ）以上流れないように制限されている。
-3（Ａ／ｍｍ）に達した時のＶG （ゲート電圧）をＢＶ
GDと定義する。測定機器保護のため１×１０-2（Ａ／ｍ
ｍ）以上流れないように制限されている。
【００２１】従来の化合物半導体エピタキシャルウェハ
を用いたＦＥＴのＢＶGDは１３Ｖであった。これに対
し、酸素濃度が５×１０16ｃｍ-3の化合物半導体エピタ
キシャルウェハを用いたＦＥＴのときのＢＶGDは１８
Ｖ、酸素濃度が１×１０18ｃｍ-3のときのＢＶGDは１９
Ｖであった。
を用いたＦＥＴのＢＶGDは１３Ｖであった。これに対
し、酸素濃度が５×１０16ｃｍ-3の化合物半導体エピタ
キシャルウェハを用いたＦＥＴのときのＢＶGDは１８
Ｖ、酸素濃度が１×１０18ｃｍ-3のときのＢＶGDは１９
Ｖであった。
【００２２】これらの結果から、濃度が５×１０16ｃｍ
-3の酸素を添加することにより、効果が表れ、酸素濃度
が１×１０17ｃｍ-3ではかなり効果があることが分かっ
た。酸素濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の化合物半導体エ
ピタキシャルウェハを用いたＦＥＴについての添加実験
は実施しなかったものの同様の効果が得られるものと推
定される。
-3の酸素を添加することにより、効果が表れ、酸素濃度
が１×１０17ｃｍ-3ではかなり効果があることが分かっ
た。酸素濃度が１×１０18ｃｍ-3以上の化合物半導体エ
ピタキシャルウェハを用いたＦＥＴについての添加実験
は実施しなかったものの同様の効果が得られるものと推
定される。
【００２３】以上において、ゲート電極が形成されるＡ
ｌＧａＡｓ層に、５×１０16ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ
-3以下の濃度の酸素を添加することにより、高耐圧で高
出力のパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを製造することが
できる。このようなパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを用
いることにより、携帯電話が高感度化し、音声が聞こえ
難い等問題が解消されてさらに普及する。また、設置が
必要な基地局の数を従来より大幅に減少させることがで
きる。さらに、今後打ち上げが予定されている通信衛星
や放送衛星に搭載されるトランジスタの数を減少させる
ことができる。
ｌＧａＡｓ層に、５×１０16ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ
-3以下の濃度の酸素を添加することにより、高耐圧で高
出力のパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを製造することが
できる。このようなパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを用
いることにより、携帯電話が高感度化し、音声が聞こえ
難い等問題が解消されてさらに普及する。また、設置が
必要な基地局の数を従来より大幅に減少させることがで
きる。さらに、今後打ち上げが予定されている通信衛星
や放送衛星に搭載されるトランジスタの数を減少させる
ことができる。
【００２４】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。
な優れた効果を発揮する。
【００２５】高耐圧のパワーＦＥＴやパワーＨＥＭＴを
製造するための化合物半導体エピタキシャルウェハの提
供を実現することができる。
製造するための化合物半導体エピタキシャルウェハの提
供を実現することができる。
【図１】本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハを
用いたＦＥＴの一実施の形態を示す断面図である。
用いたＦＥＴの一実施の形態を示す断面図である。
【図２】異なる酸素濃度におけるゲート−ドレイン電極
間の電流−電圧特性を示す図である。
間の電流−電圧特性を示す図である。
【図３】従来の化合物半導体エピタキシャルウェハを用
いたＦＥＴの断面図である。
いたＦＥＴの断面図である。
１ ＧａＡｓ基板 ２ バッファ層 ３ ｎ−ＧａＡｓ層 ４ ｉ−ＧａＡｓ層 ６ ゲート電極 ７、８ ｎ+ −ＧａＡｓ層 ９ ソース電極 １０ ドレイン電極 ５０ 酸素添加ｉ−ＡｌＧａＡｓ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 目黒 健 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社日高工場内 Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB10 AB17 AF04 CA06 CA07 DA53 DA59 5F102 FA01 GB01 GC01 GD01 GJ05 GL05 GM06 GN05 GQ01 HC01
Claims (2)
- 【請求項１】 ＦＥＴ、ＨＥＭＴ等の電子デバイスを製
造するための化合物半導体エピタキシャルウェハにおい
て、ゲート電極が形成されるＡｌＧａＡｓ層に５×１０
16ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下の濃度の酸素を添加
したことを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェ
ハ。 - 【請求項２】 ＦＥＴ、ＨＥＭＴ等の電子デバイスを製
造するための化合物半導体エピタキシャルウェハにおい
て、ゲート電極が形成されるＧａＡｓ層のゲート電極に
最も近いＡｌＧａＡｓ層に５×１０16ｃｍ-3以上１×１
０20ｃｍ-3以下の濃度の酸素を添加したことを特徴とす
る化合物半導体エピタキシャルウェハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10221739A JP2000058815A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 化合物半導体エピタキシャルウェハ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10221739A JP2000058815A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 化合物半導体エピタキシャルウェハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000058815A true JP2000058815A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16771480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10221739A Pending JP2000058815A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 化合物半導体エピタキシャルウェハ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000058815A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002313814A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-25 | Denso Corp | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 |
| WO2006049101A1 (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-11 | Autoliv Development Ab | サイドエアバッグ装置及びサイドエアバッグシステム |
-
1998
- 1998-08-05 JP JP10221739A patent/JP2000058815A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002313814A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-25 | Denso Corp | 炭化珪素半導体装置及びその製造方法 |
| WO2006049101A1 (ja) * | 2004-11-05 | 2006-05-11 | Autoliv Development Ab | サイドエアバッグ装置及びサイドエアバッグシステム |
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