JP2003224140A - 窒化ガリウム系化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタ - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタInfo
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Abstract
くゲート−ドレイン耐圧の高いGaN系電界効果トラン
ジスタ用エピタキシャルウェハを得ること。 【解決手段】サファイア基板6上にInGaN低温堆積
層5を設け、そのInGaN低温堆積層5上に、GaN
バッファ層4を介して、GaN系電界効果トランジスタ
構造1〜3を設ける。InxGa1-xN低温堆積層のIn
組成xは0<x<0.4にする。
Description
合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシ
ャルウェハ及び電界効果トランジスタに関するものであ
る。
は、サファイア(α−Al2O3)やシリコンカーバイド
(SiC)基板上へ、気相成長法(VPE法)(有機金
属気相成長法(MOVPE法)を含む)ならびに分子線
エピタキシャル法(MBE法)(各種原料によるMBE
もこれに含む)により、行われる。GaN系化合物半導
体を用いた電界効果型トランジスタの成長も同様の方法
により、成長が行われる。その形成法の詳細を以下に示
す。
たサファイア(またはSiC)基板を成長炉の中に、導
入する。最初に、この基板の上に数十nm程度のGa
N、AlGaN、AlN低温堆積層を形成する。ついで
GaNの厚いバッファ層を成長し、さらにその上に電界
効果トランジスタ(FET)構造を形成していく。
ピタキシャル結晶は、GaNバルク結晶の実現が難しい
ために、サファイア基板やSiC基板等に作製されてき
た。そのため成長が難しく、結晶中には高い密度の欠陥
が存在していることは良く知られている。この結晶欠陥
が電界効果トランジスタのゲート−ドレイン間耐圧を低
下させる要因となっている。
を用いた欠陥低減が図られるなどの方策が採られてい
る。
ァイア基板上に成長されたGaNを用い、その材料を加
工し、さらにGaN層を成長することから、工程数が多
く、生産性に乏しい。
し、サファイア基板上への一回の成長で欠陥が少なくゲ
ート−ドレイン耐圧の高いGaN系電界効果トランジス
タ構造を形成することを可能にしたエピタキシャル構造
を提供することにある。
め、本発明は、次のように構成したものである。
物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャ
ルウェハは、窒化ガリウム(GaN)を含む窒化物混晶
をチャネル層とする窒化ガリウム系化合物半導体を用い
た電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハにおい
て、サファイア基板上にInGaN低温堆積層を介し窒
化ガリウム系電界効果トランジスタ構造を成長したこと
を特徴とする。
物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャ
ルウェハは、サファイア基板上に、InGaN低温堆積
層を設け、この上に、GaNバッファ層を成長し、この
GaNバッファ層上に、窒化物混晶をチャネル層とする
窒化ガリウム系電界効果トランジスタ構造を設けたこと
を特徴とする。
エピタキシャルウェハにおいて、上記窒化ガリウム系電
界効果トランジスタ構造がun−AlGaN/Siドー
プAlGaN/un−AlGaNの積層構造から成るこ
とを特徴とする。
かに記載のエピタキシャルウェハにおいて、上記InG
aN低温堆積層が、InxGa1-xN(In組成xが0<
x<0.4)から成ることを特徴とする。
かに記載のエピタキシャルウェハにおいて、InGaN
低温堆積層の成長温度が350℃〜600℃で成長され
ていることを特徴とする。
タは、請求項1〜5のいずれかに記載のエピタキシャル
ウェハを用いて作成したことを特徴とする。
nGaN低温堆積層を設け、そのInGaN低温堆積層
上に、GaNバッファ層を介して、GaN系電界効果ト
ランジスタ構造を設けたものであり、サファイア基板上
への一回の成長でGaN系電界効果トランジスタ構造を
形成できるため、従来に較べ工程数が少なく、生産性が
よい。
により、結晶欠陥が低減され、ゲート−ドレイン耐圧が
高まり、デバイス特性の向上が期待される。
存して図1に示すようなゲート−ドレイン耐圧の変化が
見られる。InxGa1-xN低温堆積層のIn組成xが0
<x<0.4である場合に、GaN中の結晶欠陥の低減
が図られ、高いゲート−ドレイン耐圧が得られる。
実施例を中心に説明する。 [実施例1]試料の作製はMOVPE法により行った。
基板としてc面研磨サファイア基板6を用意し、Ga原
料としてトリメチルガリウム(TMG)、Al原料とし
てトリメチルアルミニウム(TMA)、In原料として
トリメチルインジウム、N原料としてアンモニア(NH
3)、Si原料としてモノシラン(SiH4)を用いた。
である。この構造はn−AlGaN/GaNの選択ドー
プ構造である。まず、450℃の基板温度でInGaN
低温堆積層5を成長し、ついで1020℃にてアンドー
プGaN(un−GaN)バッファ層4を成長する。そ
して、un−AlGaN3/SiドープAlGaN2/
un−AlGaN層1をそれぞれ成長する。この成長に
より、チャネル層になるun−GaN層4の上部に二次
元電子ガス(2DEG)と呼ばれる、移動度の高い電子
が発生する。
ある。すなわち、サファイア基板6(厚さ300μm)
上に、InGaN低温堆積層5(厚さ25nm)、un
−GaNバッファ層4(厚さ2000nm)、un−A
lGaN層3(厚さ3nm)、n−AlGaN層2(厚
さ25nm)、un−AlGaN層1(厚さ3nm)を
順次成長し積層した構成となっている。
温において評価したところ、電子移動度で1300(cm
2/Vs)、シートキャリアで1.0×1013(cm-2)
という値を得た。
低温堆積層5にInGaNを採用している。我々はIn
GaNのIn組成(x)の違いでゲート−ドレイン耐圧
が変化することを確認した。それが図1である。
増加とともに耐圧が高くなっていることがわかる。それ
以上では一転して耐圧が低くなっていき、In組成が
0.4以上のところではGaN低温堆積層を用いた場合
よりも耐圧が低くなっている。これはIn組成の増加に
伴い、0<In組成<0.4ではGaN中の結晶欠陥の
低減が図られるのだが、逆にそれ以上のIn組成ではG
aN中の結晶欠陥が増加し始めるためである。これはI
n組成の増大に伴い欠陥の生成機構が変わり、InGa
N低温堆積層の効果が低下し、最終的には無くなってし
まったためと思われる。
In組成(x)を、高いゲート−ドレイン耐圧が得られ
る0<In組成<0.4の範囲としたものである。この
うち0.05≦In組成≦0.3の範囲では、ゲート−
ドレイン耐圧が60V以上となるため、特に好ましい形
態となる。 [実施例2]次に、InGaN低温堆積層5(In組成
は0.1)の成長温度を300℃〜700℃まで変化さ
せて図2の構造の電界効果トランジスタ用エピタキシャ
ルウェハを作製し、ゲート−ドレイン耐圧の変化を調べ
た。その結果を図3に示す。この図3から350℃〜6
00℃の範囲において高いゲート−ドレイン耐圧が得ら
れ、良好な特性が得られることがわかった。
は、ゲート−ドレイン耐圧が60V以上となるため、特
に好ましい形態となる。
N低温堆積層5(In組成は0.1)を350℃〜60
0℃の範囲の温度で成長させた低温堆積層としたもので
ある。
のような優れた効果が得られる。
低温堆積層を設け、そのInGaN低温堆積層上に、G
aNバッファ層を介して、GaN系電界効果トランジス
タ構造を設けたものであり、サファイア基板上への一回
の成長でGaN系電界効果トランジスタ構造を形成でき
るため、従来に較べ工程数が少なく、生産性がよい。
により、結晶欠陥が低減され、ゲート−ドレイン耐圧が
高まり、デバイス特性の向上が期待される。
In組成xが0<x<0.4である場合に、GaN中の
結晶欠陥の低減が図られ、高いゲート−ドレイン耐圧が
得られる。
与するため、本発明がデバイス特性の向上に大きく貢献
するものと、期待される。
ルウェハのゲート−ドレイン耐圧がInGaN低温堆積
層のIn組成に依存する関係を、本発明及びその範囲外
にわたって示した図である。
タキシャルウェハの構造を示した図である。
イン耐圧がInGaN低温堆積層の成長温度に依存する
関係を、本発明及びその範囲外にわたって示した図であ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】窒化ガリウムを含む窒化物混晶をチャネル
層とする窒化ガリウム系化合物半導体を用いた電界効果
トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、 サファイア基板上にInGaN低温堆積層を介し窒化ガ
リウム系電界効果トランジスタ構造を成長したことを特
徴とする窒化ガリウム系化合物半導体を用いた電界効果
トランジスタ用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項2】サファイア基板上に、InGaN低温堆積
層を設け、 この上に、GaNバッファ層を成長し、 このGaNバッファ層上に、窒化物混晶をチャネル層と
する窒化ガリウム系電界効果トランジスタ構造を設けた
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体を用いた
電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項3】請求項1又は2記載のエピタキシャルウェ
ハにおいて、 上記窒化ガリウム系電界効果トランジスタ構造がun−
AlGaN/SiドープAlGaN/un−AlGaN
の積層構造から成ることを特徴とする窒化ガリウム系化
合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシ
ャルウェハ。 - 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載のエピタキ
シャルウェハにおいて、 上記InGaN低温堆積層が、InxGa1-xN(In組
成xが0<x<0.4)から成ることを特徴とする窒化
ガリウム系化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ
用エピタキシャルウェハ。 - 【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載のエピタキ
シャルウェハにおいて、 InGaN低温堆積層の成長温度が350℃〜600℃
で成長されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合
物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャ
ルウェハ。 - 【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載のエピタキ
シャルウェハを用いて作成したことを特徴とする窒化ガ
リウム系化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002021093A JP2003224140A (ja) | 2002-01-30 | 2002-01-30 | 窒化ガリウム系化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタ |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2003224140A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007200975A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置とその製造法 |
-
2002
- 2002-01-30 JP JP2002021093A patent/JP2003224140A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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