JP2001044418A - 化合物半導体エピタキシャルウエハ - Google Patents
化合物半導体エピタキシャルウエハInfo
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- JP2001044418A JP2001044418A JP11217466A JP21746699A JP2001044418A JP 2001044418 A JP2001044418 A JP 2001044418A JP 11217466 A JP11217466 A JP 11217466A JP 21746699 A JP21746699 A JP 21746699A JP 2001044418 A JP2001044418 A JP 2001044418A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゲート耐圧を高いバッファ層にして、高耐圧
で高出力のトランジスタを安定して製造できる化合物半
導体エピタキシャルウエハを提供する。 【解決手段】 ＦＥＴ又はＨＥＭＴに用いられる化合物
半導体エピタキシャルウエハにおいて、バッファ層１３
が、基板側から酸素を添加した高抵抗ＡｌＧａＡｓ層１
１と、その上に活性化した不純物濃度の総和が、ｐ型
で、１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にある
ＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層１２からなる化合物半導
体エピタキシャルウエハである。
で高出力のトランジスタを安定して製造できる化合物半
導体エピタキシャルウエハを提供する。 【解決手段】 ＦＥＴ又はＨＥＭＴに用いられる化合物
半導体エピタキシャルウエハにおいて、バッファ層１３
が、基板側から酸素を添加した高抵抗ＡｌＧａＡｓ層１
１と、その上に活性化した不純物濃度の総和が、ｐ型
で、１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にある
ＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層１２からなる化合物半導
体エピタキシャルウエハである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体エピ
タキシャルウエハ、特にＦＥＴやＨＥＭＴのような電子
デバイス用化合物半導体エピタキシャルウエハに関する
ものである。
タキシャルウエハ、特にＦＥＴやＨＥＭＴのような電子
デバイス用化合物半導体エピタキシャルウエハに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】ＦＥＴ(Field Efect Transistor)やＨＥ
ＭＴ(High Electron Mobility Transistor )は、現在、
半絶縁性ＧａＡｓ基板上にバッファ層、その上に活性層
をエピタキシャル成長させたウエハを用いるのが一般的
である。
ＭＴ(High Electron Mobility Transistor )は、現在、
半絶縁性ＧａＡｓ基板上にバッファ層、その上に活性層
をエピタキシャル成長させたウエハを用いるのが一般的
である。
【０００３】エピタキシャル成長としては、有機金属を
原料に用いたＭＯＶＰＥ法( Metal0rganic Vapor Phase
Epitaxy ）、或いは分子線エピタキシャル成長法が用
いられている。
原料に用いたＭＯＶＰＥ法( Metal0rganic Vapor Phase
Epitaxy ）、或いは分子線エピタキシャル成長法が用
いられている。
【０００４】ＦＥＴ、ＨＥＭＴの特性を向上させるため
には、活性層の設計ももちろん大切であるが、バッファ
層によってもその特性は大きく左右される。特にバッフ
ァ層に電流が漏れると著しく素子特性が悪化するため、
酸素あるいは遷移金属を添加したＡｌを含んだ高抵抗層
をバッファ層に用いる発明が報告されている（特開平１
−２６１８１８号公報、特開平３−２２５１９号公
報）。
には、活性層の設計ももちろん大切であるが、バッファ
層によってもその特性は大きく左右される。特にバッフ
ァ層に電流が漏れると著しく素子特性が悪化するため、
酸素あるいは遷移金属を添加したＡｌを含んだ高抵抗層
をバッファ層に用いる発明が報告されている（特開平１
−２６１８１８号公報、特開平３−２２５１９号公
報）。
【０００５】またさらに高抵抗層の上に活性化した不純
物濃度の総和が１Ｅ１６ｃｍ-3以下の高純度層を成長す
る報告が特許第２５６０５６２号公報によってなされて
いる。
物濃度の総和が１Ｅ１６ｃｍ-3以下の高純度層を成長す
る報告が特許第２５６０５６２号公報によってなされて
いる。
【０００６】図５は、従来技術の一例で、ＧａＡｓ基板
５０上に酸素ドープＡｌＧａＡｓの高抵抗層５１とその
上に高純度ＡｌＧａＡｓの高純度層５２を成長させてバ
ッファ層５３を形成し、そのバッファ層５３上に、図示
していないが活性層等のエピタキシャル層を成長させて
ＦＥＴ、ＨＥＭＴの特性の向上を図っている。
５０上に酸素ドープＡｌＧａＡｓの高抵抗層５１とその
上に高純度ＡｌＧａＡｓの高純度層５２を成長させてバ
ッファ層５３を形成し、そのバッファ層５３上に、図示
していないが活性層等のエピタキシャル層を成長させて
ＦＥＴ、ＨＥＭＴの特性の向上を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、携帯電話の
発達につれて、ますますＦＥＴ、ＨＥＭＴの素子に対す
る仕様が厳しくなってきた。特に基地局用及び衛星用に
は高出力のトランジスタが必要となってくる。
発達につれて、ますますＦＥＴ、ＨＥＭＴの素子に対す
る仕様が厳しくなってきた。特に基地局用及び衛星用に
は高出力のトランジスタが必要となってくる。
【０００８】高出力にするためには、トランジスタのゲ
ート耐圧特性がとても重要である。先述した従来技術で
は、高抵抗層を有するため、確かに、バッファ層へのリ
ーク電流を抑えることはできる。またそれほど耐圧を必
要としない素子には問題なく使えるが高耐圧を要求され
る素子のバッファ層には、そのまま適用できないという
問題がある。
ート耐圧特性がとても重要である。先述した従来技術で
は、高抵抗層を有するため、確かに、バッファ層へのリ
ーク電流を抑えることはできる。またそれほど耐圧を必
要としない素子には問題なく使えるが高耐圧を要求され
る素子のバッファ層には、そのまま適用できないという
問題がある。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、ゲート耐圧を高いバッファ層にして、高耐圧で高出
力のトランジスタを安定して製造できる化合物半導体エ
ピタキシャルウエハを提供することにある。
し、ゲート耐圧を高いバッファ層にして、高耐圧で高出
力のトランジスタを安定して製造できる化合物半導体エ
ピタキシャルウエハを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、ＦＥＴ又はＨＥＭＴに用いられ
る化合物半導体エピタキシャルウエハにおいて、バッフ
ァ層が、基板側から酸素を添加した高抵抗ＡｌＧａＡｓ
層と、その上に活性化した不純物濃度の総和が、ｐ型
で、１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にある
ＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層からなる化合物半導体エ
ピタキシャルウエハである。
に、請求項１の発明は、ＦＥＴ又はＨＥＭＴに用いられ
る化合物半導体エピタキシャルウエハにおいて、バッフ
ァ層が、基板側から酸素を添加した高抵抗ＡｌＧａＡｓ
層と、その上に活性化した不純物濃度の総和が、ｐ型
で、１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にある
ＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層からなる化合物半導体エ
ピタキシャルウエハである。
【００１１】請求項２の発明は、ＦＥＴ又はＨＥＭＴに
用いられる化合物半導体エピタキシャルウエハにおい
て、バッファ層が、基板側から酸素を添加した高抵抗Ａ
ｌＧａＡｓ層と、その上に活性化した不純物濃度の総和
が、１Ｅ１６ｃｍ-3以下の高純度ＧａＡｓ層又はＡｌＧ
ａＡｓ層、さらにその上に活性化した不純物濃度の総和
が、ｐ型で、１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範
囲にあるＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層からなる化合物
半導体エピタキシャルウエハである。
用いられる化合物半導体エピタキシャルウエハにおい
て、バッファ層が、基板側から酸素を添加した高抵抗Ａ
ｌＧａＡｓ層と、その上に活性化した不純物濃度の総和
が、１Ｅ１６ｃｍ-3以下の高純度ＧａＡｓ層又はＡｌＧ
ａＡｓ層、さらにその上に活性化した不純物濃度の総和
が、ｐ型で、１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範
囲にあるＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層からなる化合物
半導体エピタキシャルウエハである。
【００１２】このように、本発明においては、バッファ
層の最上層（活性層または電子供給層の直下）に活性化
した不純物濃度の総和がｐ型で１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ＜１
Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にあるＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ
層を挿入することで、従来の高純度層及び高抵抗層から
なるバッファ層とは異なり、ｐ型でバンドを持ち上げる
ために、よりバッファ層側に流れる漏れ電流を抑止する
ことができる。
層の最上層（活性層または電子供給層の直下）に活性化
した不純物濃度の総和がｐ型で１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ＜１
Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にあるＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ
層を挿入することで、従来の高純度層及び高抵抗層から
なるバッファ層とは異なり、ｐ型でバンドを持ち上げる
ために、よりバッファ層側に流れる漏れ電流を抑止する
ことができる。
【００１３】この場合、不純物総和が、ｐ≦１Ｅ１６ｃ
ｍ-3では、効果は少なく、従来技術と同様低い耐圧しか
得られず、ｐ≧１Ｅ１８ｃｍ-3では、活性層あるいは電
子供給層の濃度と同等またはそれ以上の濃度となってし
まうため、活性層そのものの特性に悪影響を及ぼすため
望ましくない。
ｍ-3では、効果は少なく、従来技術と同様低い耐圧しか
得られず、ｐ≧１Ｅ１８ｃｍ-3では、活性層あるいは電
子供給層の濃度と同等またはそれ以上の濃度となってし
まうため、活性層そのものの特性に悪影響を及ぼすため
望ましくない。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】実施の形態１ ＭＯＶＰＥ法を用い、図１に示すようにＧａＡｓ基板１
０上に酸素を５Ｅ１８ｃｍ-3添加した酸素ドープＡｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層（高抵抗層）１１を５００ｎｍ成長
した後、活性化した不純物濃度の総和（アクセプタ濃
度）がｐ型で２Ｅ１６ｃｍ-3のｐ型制御−Ａｌ0.28Ｇａ
Ａｓ層１２を２００ｎｍ成長させてバッファ層１３と
し、その上に下層の電子供給層（ｎ＝３Ｅ１８ｃｍ-3）
のｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層１４、チャネル層の無添加
（ｕｎ）Ｉｎ0.18ＧａＡｓ層１５、上層の電子供給層
（ｎ＝３Ｅ１８ｃｍ-3）のｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層１
６、ショットキー層の無添加（ｕｎ）Ａｌ0.25ＧａＡｓ
層１７、オーミック層のｎ+ −ＧａＡｓ層１８を成長
し、ダブルドープ構造のトランジスタを作成した。ゲー
ト長０．７μｍ、ゲート幅２００μｍである。
０上に酸素を５Ｅ１８ｃｍ-3添加した酸素ドープＡｌ
0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ層（高抵抗層）１１を５００ｎｍ成長
した後、活性化した不純物濃度の総和（アクセプタ濃
度）がｐ型で２Ｅ１６ｃｍ-3のｐ型制御−Ａｌ0.28Ｇａ
Ａｓ層１２を２００ｎｍ成長させてバッファ層１３と
し、その上に下層の電子供給層（ｎ＝３Ｅ１８ｃｍ-3）
のｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層１４、チャネル層の無添加
（ｕｎ）Ｉｎ0.18ＧａＡｓ層１５、上層の電子供給層
（ｎ＝３Ｅ１８ｃｍ-3）のｎ−Ａｌ0.25ＧａＡｓ層１
６、ショットキー層の無添加（ｕｎ）Ａｌ0.25ＧａＡｓ
層１７、オーミック層のｎ+ −ＧａＡｓ層１８を成長
し、ダブルドープ構造のトランジスタを作成した。ゲー
ト長０．７μｍ、ゲート幅２００μｍである。
【００１６】このトランジスタにおいて、ゲートとドレ
イン２端子間の逆耐圧測定を行った結果を図３中、ａで
示した。
イン２端子間の逆耐圧測定を行った結果を図３中、ａで
示した。
【００１７】ゲート電流（Ｉｇ）が、点線の１０μＡ流
れた時のゲート電圧（Ｖｇ）をゲート耐圧と定義した場
合、２２Ｖであった。
れた時のゲート電圧（Ｖｇ）をゲート耐圧と定義した場
合、２２Ｖであった。
【００１８】比較例１ 実施の形態１と異なるのは、高抵抗層１１の上の不純物
濃度をｐ型で５Ｅ１５ｃｍ-3のｐ型制御−Ａｌ0.28Ｇａ
Ａｓ層を２００ｎｍ成長しただけで、後は実施の形態１
と同じとした。
濃度をｐ型で５Ｅ１５ｃｍ-3のｐ型制御−Ａｌ0.28Ｇａ
Ａｓ層を２００ｎｍ成長しただけで、後は実施の形態１
と同じとした。
【００１９】耐圧測定結果を図３中、ｂで示す。ゲート
耐圧は１４Ｖであった。トランジスタの構造にもよる
が、高出力用トランジスタのゲート耐圧は２０Ｖ以上が
望ましい。
耐圧は１４Ｖであった。トランジスタの構造にもよる
が、高出力用トランジスタのゲート耐圧は２０Ｖ以上が
望ましい。
【００２０】実施の形態２ 実施の形態１と異なるのは、高抵抗層の上に不純物濃度
をｐ型で、５Ｅ１６ｃｍ-3のｐ型制御−Ａｌ0.28ＧａＡ
ｓ層１２を１００ｎｍとしただけである。
をｐ型で、５Ｅ１６ｃｍ-3のｐ型制御−Ａｌ0.28ＧａＡ
ｓ層１２を１００ｎｍとしただけである。
【００２１】耐圧測定結果を図３中、ｃで示す。ゲート
耐圧は２５Ｖであった。
耐圧は２５Ｖであった。
【００２２】実施の形態３ 実施の形態１と異なるのは高抵抗層の上の不純物濃度を
ｐ型で２Ｅ１７ｃｍ-3のｐ型制御Ａｌ0.28ＧａＡｓ層１
２を２０ｎｍとしただけである。
ｐ型で２Ｅ１７ｃｍ-3のｐ型制御Ａｌ0.28ＧａＡｓ層１
２を２０ｎｍとしただけである。
【００２３】耐圧測定結果を図３中、ｄで示す。ゲート
耐圧は２０Ｖであった。
耐圧は２０Ｖであった。
【００２４】実施の形態４ 図５で説明したバッファ層上にｐ型制御−ＡｌＧａＡｓ
層を形成したもので、図２に示すようにバッファ層１３
が、ＧａＡｓ基板１０側から酸素を添加した高抵抗Ａｌ
ＧａＡｓ層１１と、その上に活性化した不純物濃度の総
和が、１Ｅ１６ｃｍ-3以下の高純度ＡｌＧａＡｓ層（又
はＧａＡｓ層）１９、さらにその上に活性化した不純物
濃度の総和が、ｐ型で、５Ｅ１６ｃｍ-3のＡｌ0.28Ｇａ
Ａｓ層（又はＧａＡｓ層）を１００ｎｍ成長したバッフ
ァ層１３を用い、そのバッファ層１３上に実施の形態１
と同様のエピタキシャル層１４〜１８を形成した。
層を形成したもので、図２に示すようにバッファ層１３
が、ＧａＡｓ基板１０側から酸素を添加した高抵抗Ａｌ
ＧａＡｓ層１１と、その上に活性化した不純物濃度の総
和が、１Ｅ１６ｃｍ-3以下の高純度ＡｌＧａＡｓ層（又
はＧａＡｓ層）１９、さらにその上に活性化した不純物
濃度の総和が、ｐ型で、５Ｅ１６ｃｍ-3のＡｌ0.28Ｇａ
Ａｓ層（又はＧａＡｓ層）を１００ｎｍ成長したバッフ
ァ層１３を用い、そのバッファ層１３上に実施の形態１
と同様のエピタキシャル層１４〜１８を形成した。
【００２５】この耐圧測定結果を図３中に、ｅで示す。
ゲート耐圧は２３Ｖであり従来技術と比較し、大幅に改
善されていることが確認できた。
ゲート耐圧は２３Ｖであり従来技術と比較し、大幅に改
善されていることが確認できた。
【００２６】このように、本発明においては、バッファ
層１３の最上層（活性層または電子供給層の直下）に活
性化した不純物濃度の総和がｐ型で１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ
＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にあるｐ型制御−ＧａＡｓ層又
はＡｌＧａＡｓ層１２を挿入することで、バッファ層側
に流れる漏れ電流を抑止することができる。
層１３の最上層（活性層または電子供給層の直下）に活
性化した不純物濃度の総和がｐ型で１Ｅ１６ｃｍ-3＜ｐ
＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にあるｐ型制御−ＧａＡｓ層又
はＡｌＧａＡｓ層１２を挿入することで、バッファ層側
に流れる漏れ電流を抑止することができる。
【００２７】図４は本発明と従来例の活性層とバッファ
層間のエネルギバンドを示したもので、実線で示した、
従来の高純度層及び高抵抗層からなるバッファ層とは異
なり、点線で示した本発明では、ｐ型でバンドを持ち上
げるために、よりバッファ層側に流れる漏れ電流を抑止
することが可能となる。
層間のエネルギバンドを示したもので、実線で示した、
従来の高純度層及び高抵抗層からなるバッファ層とは異
なり、点線で示した本発明では、ｐ型でバンドを持ち上
げるために、よりバッファ層側に流れる漏れ電流を抑止
することが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のごと
き優れた効果を発揮する。
き優れた効果を発揮する。
【００２９】（１）今後ますます必要となってくると考
えられる高耐圧（高出力）パワートランジスタが工業的
に容易に安定して製造できるようになる。
えられる高耐圧（高出力）パワートランジスタが工業的
に容易に安定して製造できるようになる。
【００３０】（２）現状素子構造のままでも、本発明の
高耐圧用バッファ層を使用することによって、大幅にゲ
ート耐圧が向上する化合物半導体エピタキシャルウエハ
を提供できる。
高耐圧用バッファ層を使用することによって、大幅にゲ
ート耐圧が向上する化合物半導体エピタキシャルウエハ
を提供できる。
【図１】本発明の一実施の形態を示すエピタキシャルウ
エハの構造を示す図である。
エハの構造を示す図である。
【図２】本発明において、他の実施の形態を示すエピタ
キシャルウエハの構造を示す図である。
キシャルウエハの構造を示す図である。
【図３】本発明及び比較例における耐圧測定結果を示す
Ｖｇ−Ｉｇ曲線を示す図である。
Ｖｇ−Ｉｇ曲線を示す図である。
【図４】本発明と従来例のバッファ層と活性層管のエネ
ルギバンドモデルを説明する図である。
ルギバンドモデルを説明する図である。
【図５】従来のバッファ層のエピタキシャルウエハの構
造を示す図である。
造を示す図である。
１０ 基板 １２ ｐ型制御−ＡｌＧａＡｓ層 １３ バッファ層
フロントページの続き (72)発明者 乙木 洋平 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） 5F102 FA01 GJ05 GK05 GK06 GL04 GM06 GQ03 HC01
Claims (2)
- 【請求項１】 ＦＥＴ又はＨＥＭＴに用いられる化合物
半導体エピタキシャルウエハにおいて、バッファ層が、
基板側から酸素を添加した高抵抗ＡｌＧａＡｓ層と、そ
の上に活性化した不純物濃度の総和が、ｐ型で、１Ｅ１
６ｃｍ-3＜ｐ＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にあるＧａＡｓ層
又はＡｌＧａＡｓ層からなることを特徴とする化合物半
導体エピタキシャルウエハ。 - 【請求項２】 ＦＥＴ又はＨＥＭＴに用いられる化合物
半導体エピタキシャルウエハにおいて、バッファ層が、
基板側から酸素を添加した高抵抗ＡｌＧａＡｓ層と、そ
の上に活性化した不純物濃度の総和が、１Ｅ１６ｃｍ-3
以下の高純度ＧａＡｓ層又はＡｌＧａＡｓ層、さらにそ
の上に活性化した不純物濃度の総和が、ｐ型で、１Ｅ１
６ｃｍ-3＜ｐ＜１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲にあるＧａＡｓ層
又はＡｌＧａＡｓ層からなることを特徴とする化合物半
導体エピタキシャルウエハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11217466A JP2001044418A (ja) | 1999-07-30 | 1999-07-30 | 化合物半導体エピタキシャルウエハ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11217466A JP2001044418A (ja) | 1999-07-30 | 1999-07-30 | 化合物半導体エピタキシャルウエハ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001044418A true JP2001044418A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=16704683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11217466A Pending JP2001044418A (ja) | 1999-07-30 | 1999-07-30 | 化合物半導体エピタキシャルウエハ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001044418A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1309010A2 (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-07 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 3-5 group compound semiconductor and semiconductor device |
| JP2006245155A (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Hitachi Cable Ltd | 電界効果トランジスタ用エピタキシャルウエハ及び電界効果トランジスタ |
-
1999
- 1999-07-30 JP JP11217466A patent/JP2001044418A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1309010A2 (en) * | 2001-10-30 | 2003-05-07 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 3-5 group compound semiconductor and semiconductor device |
| EP1309010A3 (en) * | 2001-10-30 | 2005-02-23 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 3-5 group compound semiconductor and semiconductor device |
| JP2006245155A (ja) * | 2005-03-02 | 2006-09-14 | Hitachi Cable Ltd | 電界効果トランジスタ用エピタキシャルウエハ及び電界効果トランジスタ |
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|---|---|---|---|
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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| A521 | Written amendment |
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| A02 | Decision of refusal |
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