JP2003031794A - Compound semiconductor epitaxial wafer - Google Patents

Compound semiconductor epitaxial wafer

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JP2003031794A
JP2003031794A JP2001213764A JP2001213764A JP2003031794A JP 2003031794 A JP2003031794 A JP 2003031794A JP 2001213764 A JP2001213764 A JP 2001213764A JP 2001213764 A JP2001213764 A JP 2001213764A JP 2003031794 A JP2003031794 A JP 2003031794A
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epitaxial
epitaxial wafer
insulating
compound semiconductor
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Ryota Isono
僚多 磯野
Jiro Wada
次郎 和田
Takashi Takeuchi
隆 竹内
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Hitachi Cable Ltd
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound semiconductor epitaxial wafer on which an element having good electrical characteristics can be fabricated by reducing leak current between the source-drain electrodes. SOLUTION: The compound semiconductor epitaxial wafer comprises a semiconductor substrate 10, and an epitaxial layer 20 formed on the semiconductor substrate 10 wherein a single layer or multilayer insulation layer 15 is provided between the semiconductor substrate 10 and the epitaxial layer 20.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果型トラン
ジスタやヘテロバイポーラトランジスタ等に用いられる
化合物半導体エピタキシャルウェハに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a compound semiconductor epitaxial wafer used for field effect transistors, hetero bipolar transistors and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】化合物半導体ショットキーゲート電界効
果トランジスタ(MESFET)用エピタキシャルウェ
ハは、半絶縁性GaAs基板上に、有機金属気相成長
(MOVPE)法によりエピタキシャル層を成長させて
作製されている。
2. Description of the Related Art An epitaxial wafer for a compound semiconductor Schottky gate field effect transistor (MESFET) is manufactured by growing an epitaxial layer on a semi-insulating GaAs substrate by a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method.

【0003】図2に従来のMESFET用エピタキシャ
ルウェハの断面図を示す。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a conventional MESFET epitaxial wafer.

【0004】図2に示すように、エピタキシャル層は、
基板1側から順に、厚さ500〜1000nmの高抵抗
のアンドープGaAsもしくは、アンドープGaAsと
アンドープAlGaAsの多層構造のエピタキシャル結
晶からなるバッファ層2、厚さ100〜500nmのn
型GaAs(キャリア濃度1〜5×1017cm-3)から
なる能動層3、厚さ20〜100nmのn+ 型GaAs
(キャリア濃度1〜3×1018cm-3)からなるオーミ
ックコンタクト層4が積層されて構成されている。
As shown in FIG. 2, the epitaxial layer is composed of
In order from the substrate 1 side, a buffer layer 2 made of high-resistance undoped GaAs having a thickness of 500 to 1000 nm or an epitaxial crystal having a multilayer structure of undoped GaAs and undoped AlGaAs, and having a thickness of 100 to 500 nm n.
Type GaAs (carrier concentration 1 to 5 × 10 17 cm −3 ) active layer 3 and n + type GaAs 20 to 100 nm thick
An ohmic contact layer 4 having a carrier concentration of 1 to 3 × 10 18 cm −3 is laminated.

【0005】このエピタキシャル層を成長させるには、
まず、鏡面に仕上げられた半絶縁性GaAs基板1に硫
酸系エッチングを施し、基板1表面の不純物を除去す
る。そして、成長炉内にて、この基板1上にMOVPE
法を用いて、バッファ層2、能動層3、オーミックコン
タクト層4を順次成長させている。
To grow this epitaxial layer,
First, the mirror-finished semi-insulating GaAs substrate 1 is subjected to sulfuric acid etching to remove impurities on the surface of the substrate 1. Then, MOVPE is formed on the substrate 1 in the growth furnace.
The buffer layer 2, the active layer 3, and the ohmic contact layer 4 are sequentially grown by using the method.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術で述べたエピタキシャル結晶成長方法で作製されたエ
ピタキシャルウェハ上に、ソース電極、ドレイン電極及
びゲート電極等を設けて電界効果トランジスタを作製す
ると、エピタキシャルウェハの半絶縁性基板1とエピタ
キシャル層との界面に低抵抗の導電層が存在するため、
その導電層を通じてソース電極とドレイン電極との間に
リーク電流が流れ、トランジスタの電気特性を悪化させ
るという問題があった。
However, when a field effect transistor is manufactured by providing a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, etc. on an epitaxial wafer manufactured by the epitaxial crystal growth method described in the prior art, the epitaxial wafer Since a low resistance conductive layer exists at the interface between the semi-insulating substrate 1 and the epitaxial layer of
There is a problem that a leak current flows between the source electrode and the drain electrode through the conductive layer, which deteriorates the electrical characteristics of the transistor.

【0007】この低抵抗層(導電層)が形成される原因
は、成長炉内にもともとセレン(Se)が残留してお
り、このSeがエピタキシャル結晶成長中に結晶内に取
り込まれ、n型キャリアとなってしまうためである。こ
の成長炉内の残留Seを完全に除去することはできな
い。
The cause of the formation of the low resistance layer (conductive layer) is that selenium (Se) originally remains in the growth furnace, and this Se is taken into the crystal during the epitaxial crystal growth to cause n-type carrier. This is because Residual Se in the growth furnace cannot be completely removed.

【0008】そこで、本発明の目的は、ソース−ドレイ
ン電極間のリーク電流を低減し、電気特性が良好な素子
を作製できる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。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a compound semiconductor epitaxial wafer capable of reducing the leak current between the source and drain electrodes and producing an element having good electric characteristics.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1の発明は、半導体基板と、この半導体基板上
に形成されたエピタキシャル層とを有する化合物半導体
エピタキシャルウェハにおいて、上記半導体基板と上記
エピタキシャル層との間に、単層もしくは多層からなる
絶縁層を備えたものである。
In order to solve the above problems, the invention of claim 1 provides a compound semiconductor epitaxial wafer having a semiconductor substrate and an epitaxial layer formed on the semiconductor substrate, wherein A single-layer or multi-layer insulating layer is provided between the epitaxial layer and the epitaxial layer.

【0010】請求項2の発明は、上記絶縁層はAlGa
Asからなるものである。
According to a second aspect of the invention, the insulating layer is AlGa.
It is made of As.

【0011】請求項3の発明は、上記絶縁層の厚さが5
0nm〜200nmのものである。
According to a third aspect of the present invention, the insulating layer has a thickness of 5
It is from 0 nm to 200 nm.

【0012】すなわち、本発明は、GaAs基板とエピ
タキシャル層との間にAlGaAsからなる絶縁層を設
けることによって、基板−エピタキシャル層間に低抵抗
層が存在しても、ソース電極とドレイン電極との間のリ
ーク電流をなくすものである。
That is, according to the present invention, by providing the insulating layer made of AlGaAs between the GaAs substrate and the epitaxial layer, even if a low resistance layer exists between the substrate and the epitaxial layer, the insulating layer is formed between the source electrode and the drain electrode. It eliminates the leakage current.

【0013】上記請求項1の構成によれば、絶縁層によ
り低抵抗層に電流が流れず、ソース電極とドレイン電極
との間のリーク電流が大幅に低減される。
According to the structure of claim 1, no current flows through the low resistance layer due to the insulating layer, and the leak current between the source electrode and the drain electrode is significantly reduced.

【0014】上記請求項2の構成によれば、エピタキシ
ャル層と同様にMOVPE法により形成できる。
According to the structure of the second aspect, it can be formed by the MOVPE method like the epitaxial layer.

【0015】上記請求項3の構成によれば、比抵抗が1
MΩ・cm以上になり、リーク電流を十分に防止でき
る。
According to the structure of claim 3, the specific resistance is 1
It becomes MΩ · cm or more, and leak current can be sufficiently prevented.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】次に、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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0017】図1に本発明にかかるMESFET用エピ
タキシャルウェハの断面図を示す。
FIG. 1 shows a sectional view of an MESFET epitaxial wafer according to the present invention.

【0018】図1に示すように、本発明にかかるエピタ
キシャルウェハは、2°OFF(100)半絶縁性Ga
As基板10と、この半絶縁性GaAs基板10上に形
成されたエピタキシャル層20と、これら半絶縁性Ga
As基板10とエピタキシャル層20との間に設けられ
た絶縁Al0.5Ga0.5As層15とで構成されている。
As shown in FIG. 1, the epitaxial wafer according to the present invention is 2 ° OFF (100) semi-insulating Ga.
As substrate 10, epitaxial layer 20 formed on this semi-insulating GaAs substrate 10, and these semi-insulating Ga
It is composed of an insulating Al 0.5 Ga 0.5 As layer 15 provided between the As substrate 10 and the epitaxial layer 20.

【0019】エピタキシャル層20は、基板10側から
順に、厚さ500nmの高抵抗のアンドープGaAsか
らなるバッファ層12、厚さ200nmのSiドープn
型GaAs(キャリア濃度1.7×1017cm-3)から
なる能動層13、厚さ50nmのSiドープn+ 型Ga
As(キャリア濃度3×1018cm-3)からなるオーミ
ックコンタクト層14が積層されて構成されている。
The epitaxial layer 20 comprises, in order from the substrate 10 side, a buffer layer 12 made of high-resistance undoped GaAs having a thickness of 500 nm and a Si-doped n having a thickness of 200 nm.
Type GaAs (carrier concentration 1.7 × 10 17 cm −3 ) active layer 13, Si-doped n + type Ga having a thickness of 50 nm
The ohmic contact layer 14 made of As (carrier concentration 3 × 10 18 cm −3 ) is laminated.

【0020】また、絶縁Al0.5Ga0.5As層15は、
形成されている。
The insulating Al 0.5 Ga 0.5 As layer 15 is composed of
Has been formed.

【0021】次に、このエピタキシャルウェハの製造方
法を作用と共に説明する。
Next, the method of manufacturing this epitaxial wafer will be described together with its operation.

【0022】まず、鏡面に仕上げられた半絶縁性GaA
s基板10に、硫酸系エッチングを施し、基板10表面
の不純物を除去する。
First, a semi-insulating GaA that is mirror finished
s Substrate 10 is subjected to sulfuric acid etching to remove impurities on the surface of substrate 10.

【0023】さらに、この半絶縁性GaAs基板10を
成長炉内に収容し、炉内を所定温度まで昇温させる。
Further, the semi-insulating GaAs substrate 10 is housed in a growth furnace, and the inside of the furnace is heated to a predetermined temperature.

【0024】そして、この成長炉内に、トリエチルアル
ミニウム(TEA)、トリエチルガリウム(TEG)と
アルシン(AsH3 )を流して、この半絶縁層GaAs
基板10上に、絶縁AlGaAs層(アルミニウム組成
50%)15を50nmの厚さまで成長させる。
Then, triethylaluminum (TEA), triethylgallium (TEG) and arsine (AsH 3 ) are flown into the growth furnace to form the semi-insulating layer GaAs.
An insulating AlGaAs layer (50% aluminum composition) 15 is grown on the substrate 10 to a thickness of 50 nm.

【0025】これにより、絶縁層15の比抵抗が、リー
ク電流を十分に防止できる1MΩ・cm以上になる。
As a result, the specific resistance of the insulating layer 15 becomes 1 MΩ · cm or more, which can sufficiently prevent the leak current.

【0026】さらに、同様にして、MOVPE法を用い
てバッファ層12、能動層13、オーミックコンタクト
層14を順次成長させてエピタキシャルウェハが製造さ
れる。
Further, similarly, the buffer layer 12, the active layer 13, and the ohmic contact layer 14 are sequentially grown by the MOVPE method to manufacture an epitaxial wafer.

【0027】このようにして形成されたエピタキシャル
ウェハに、ソース電極やドレイン電極、ゲート電極等を
設けて製造された素子は、絶縁層15により低抵抗層に
電流が流れず、ソース電極とドレイン電極との間のリー
ク電流が大幅に低減される。
In the element manufactured by providing the source electrode, the drain electrode, the gate electrode, etc. on the epitaxial wafer thus formed, no current flows through the low resistance layer due to the insulating layer 15, and the source electrode and the drain electrode are formed. The leakage current between and is greatly reduced.

【0028】これにより、電気特性が優れた電界効果ト
ランジスタを高い素子歩留で作製することができる。
Thus, a field effect transistor having excellent electric characteristics can be manufactured with a high device yield.

【0029】また、絶縁層15をエピタキシャル層20
と同様にMOVPE法により形成できるので、工数がほ
とんど増加せず、製造コストが上昇しない。
The insulating layer 15 is replaced with the epitaxial layer 20.
Since it can be formed by the MOVPE method similarly to the above, the number of steps is hardly increased and the manufacturing cost is not increased.

【0030】次に、本発明の絶縁層によるリーク電流の
低減効果について述べる。
Next, the effect of reducing the leak current by the insulating layer of the present invention will be described.

【0031】まず、実施例として、絶縁AlGaAs層
の厚さが、50,100,200nmの3種類のエピタ
キシャルウェハを作製し、比較例として、絶縁AlGa
As層を挿入しないエピタキシャルウェハも作製した。
First, as an example, three types of epitaxial wafers having insulating AlGaAs layers with thicknesses of 50, 100, and 200 nm were prepared, and as a comparative example, insulating AlGa was formed.
An epitaxial wafer in which the As layer was not inserted was also manufactured.

【0032】さらにこれらのエピタキシャルウェハのエ
ピタキシャル層表面に、ソース、ゲート、ドレイン電極
を設けてFETを作製した。
Further, source, gate and drain electrodes were provided on the surface of the epitaxial layers of these epitaxial wafers to fabricate FETs.

【0033】そして、このFETのゲート電極にピンチ
オフ電圧を印加したときのソース−ドレイン間のリーク
電流を調べた。
Then, the leak current between the source and the drain when a pinch-off voltage was applied to the gate electrode of this FET was examined.

【0034】また、これら実施例と比較例のエピタキシ
ャル層表面の状態を調べるために、表面をAFMで観察
した。
Further, in order to examine the state of the surface of the epitaxial layer in these Examples and Comparative Examples, the surface was observed by AFM.

【0035】その結果を表1に示す。The results are shown in Table 1.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】表1に示すように、絶縁層を挿入したFE
Tのリーク電流は、15〜16μAと、従来型のFET
の200μAに比較して非常に小さかった。また、絶縁
層の厚さが50nmという薄膜でも良好な電気特性が得
られた。
As shown in Table 1, FE with an insulating layer inserted
The leakage current of T is 15 to 16 μA, which is a conventional FET
Was very small as compared with 200 μA. Also, good electrical characteristics were obtained even with a thin film having an insulating layer thickness of 50 nm.

【0038】さらに、エピタキシャル層表面の凸凹状態
により、実施例は、比較例と比較して平坦性が良くなる
ことが分かった。
Further, it was found that the unevenness of the surface of the epitaxial layer improved the flatness of the example as compared with the comparative example.

【0039】以上のことから、絶縁層を形成することに
より、リーク電流を大幅に低減できると共に、エピタキ
シャルウェハの表面を平坦化できることが分かる。
From the above, it can be seen that by forming the insulating layer, the leak current can be greatly reduced and the surface of the epitaxial wafer can be flattened.

【0040】尚、本実施の形態では、電界効果型トラン
ジスタ用エピタキシャルウェハについて述べたが、これ
以外にもヘテロバイポーラトランジスタ用エピタキシャ
ルウェハ、さらには光素子用エピタキシャルウェハにお
いても本発明を用いることにより、良好な電気特性をも
つエピタキシャルウェハの製造が可能になる。
In the present embodiment, the field effect transistor epitaxial wafer has been described, but in addition to this, the present invention can be applied to a hetero bipolar transistor epitaxial wafer and an optical element epitaxial wafer. It is possible to manufacture an epitaxial wafer having good electric characteristics.

【0041】また、本実施の形態では、半導体基板とし
てGaAsを用い、GaAsのエピタキシャル層を成長
させたが、III-V族化合物半導体であればGaAsに限
定されない。
Further, in the present embodiment, GaAs is used as the semiconductor substrate and the GaAs epitaxial layer is grown, but it is not limited to GaAs as long as it is a III-V group compound semiconductor.

【0042】また、本実施の形態のエピタキシャル層の
厚さは上述した厚さに限定されないことは言うまでもな
い。
Needless to say, the thickness of the epitaxial layer of this embodiment is not limited to the above-mentioned thickness.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、ソース−
ドレイン間のリーク電流を大幅に低減でき、優れた特性
の電界効果トランジスタを高い素子歩留で作製すること
ができる。
In summary, according to the present invention, the source
A leak current between drains can be significantly reduced, and a field effect transistor with excellent characteristics can be manufactured with a high device yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態を示すFET用エピタキ
シャルウェハの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an FET epitaxial wafer showing an embodiment of the present invention.

【図2】従来のFET用エピタキシャルウェハの断面図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional FET epitaxial wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 半絶縁性GaAs基板 12 高抵抗GaAs(バッファ層) 13 n型GaAs(能動層) 14 n+ 型GaAs(オーミックコンタクト層) 15 絶縁Al0.5Ga0.5As層 20 エピタキシャル層10 Semi-insulating GaAs substrate 12 High-resistance GaAs (buffer layer) 13 n-type GaAs (active layer) 14 n + type GaAs (ohmic contact layer) 15 Insulating Al 0.5 Ga 0.5 As layer 20 Epitaxial layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 隆 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 AB17 AC09 AC19 AF04 CA02 CA06 DA62 5F102 GB01 GC01 GD01 GJ05 GK05 GL05 GR01 GR09 HC01 HC15   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takashi Takeuchi             Hitachi, 1-1 Hidaka-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture             Electric Wire Co., Ltd. Hidaka Factory F-term (reference) 5F045 AA04 AB17 AC09 AC19 AF04                       CA02 CA06 DA62                 5F102 GB01 GC01 GD01 GJ05 GK05                       GL05 GR01 GR09 HC01 HC15

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板と、該半導体基板上に形成さ
れたエピタキシャル層とを有する化合物半導体エピタキ
シャルウェハにおいて、上記半導体基板と上記エピタキ
シャル層との間に、単層もしくは多層からなる絶縁層を
備え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。
1. A compound semiconductor epitaxial wafer having a semiconductor substrate and an epitaxial layer formed on the semiconductor substrate, wherein an insulating layer composed of a single layer or multiple layers is provided between the semiconductor substrate and the epitaxial layer. A compound semiconductor epitaxial wafer characterized in that
【請求項2】 上記絶縁層はAlGaAsからなる請求
項1記載の化合物半導体エピタキシャルウェハ。
2. The compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the insulating layer is made of AlGaAs.
【請求項3】 上記絶縁層の厚さが50nm〜200n
mである請求項1又は2記載の化合物半導体エピタキシ
ャルウェハ。
3. The insulating layer has a thickness of 50 nm to 200 n.
The compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, which is m.
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