JP2003282598A - エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス - Google Patents
エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイスInfo
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- JP2003282598A JP2003282598A JP2002081394A JP2002081394A JP2003282598A JP 2003282598 A JP2003282598 A JP 2003282598A JP 2002081394 A JP2002081394 A JP 2002081394A JP 2002081394 A JP2002081394 A JP 2002081394A JP 2003282598 A JP2003282598 A JP 2003282598A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高速動作性などの特性を改善し、ＧａＮ系材料
からなる実用レベルの電子デバイスを得るための手段を
提供する。 【解決手段】基材１上に、少なくともＡｌを含有した第
１のIII族窒化物下地層２及び第２のIII族窒化物下地層
３を順次に形成する。そして、下地層２及び下地層３の
界面９から下地層３へ延在するアクセプタ不純物が存在
する領域Ａを形成してエピタキシャル基板５を作製し、
この基板５を電子デバイス作製時の基板として用いる。
からなる実用レベルの電子デバイスを得るための手段を
提供する。 【解決手段】基材１上に、少なくともＡｌを含有した第
１のIII族窒化物下地層２及び第２のIII族窒化物下地層
３を順次に形成する。そして、下地層２及び下地層３の
界面９から下地層３へ延在するアクセプタ不純物が存在
する領域Ａを形成してエピタキシャル基板５を作製し、
この基板５を電子デバイス作製時の基板として用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エピタキシャル基
板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバ
イスに関する。
板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバ
イスに関する。
【０００２】近年、携帯電話や光通信などが発展する中
で、高周波特性に優れ、低消費電力型で高出力の電子デ
バイスに対する需要が急速に増大している。このような
用途としては、従来、ＳｉデバイスやＧａＡｓデバイス
が用いられてきた。しかし、携帯電話の高性能化や光通
信の高速化に伴い、より良い高周波特性で高出力の電子
デバイスが望まれている。
で、高周波特性に優れ、低消費電力型で高出力の電子デ
バイスに対する需要が急速に増大している。このような
用途としては、従来、ＳｉデバイスやＧａＡｓデバイス
が用いられてきた。しかし、携帯電話の高性能化や光通
信の高速化に伴い、より良い高周波特性で高出力の電子
デバイスが望まれている。
【０００３】このため、ＧａＡｓ系のＨＥＭＴやシュー
ドモルフイックＨＥＭＴ、ＧａＡｓ系のＨＢＴ などが
実用化されている。また、さらに高性能な電子デバイス
として、ＩｎＰ 系のＨＥＭＴやＨＢＴ などの電子デバ
イスが盛んに研究開発されている。
ドモルフイックＨＥＭＴ、ＧａＡｓ系のＨＢＴ などが
実用化されている。また、さらに高性能な電子デバイス
として、ＩｎＰ 系のＨＥＭＴやＨＢＴ などの電子デバ
イスが盛んに研究開発されている。
【０００４】しかし、これらのより高性能の電子デバイ
スの製造にあっては、電子デバイス作製のためのエピタ
キシャル成長させた半導体層の構造がより複雑になり、
またデバイスプロセスもより微細化し、製造コストが高
くなるとともに、半導体層を構成する材料系もより高価
になるため、これらの材料系にとって代わる新しい材料
系が望まれていた。
スの製造にあっては、電子デバイス作製のためのエピタ
キシャル成長させた半導体層の構造がより複雑になり、
またデバイスプロセスもより微細化し、製造コストが高
くなるとともに、半導体層を構成する材料系もより高価
になるため、これらの材料系にとって代わる新しい材料
系が望まれていた。
【０００５】このような新しい材料としてＧａＮを用い
た電子デバイスが最近注目されている。ＧａＮ はバン
ドギャップが３．３９ｅＶと大きいため、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓに比べて絶縁破壊電圧が約一桁大きく、電子飽和ドリ
フト速度が大きいため、Ｓｉ、ＧａＡｓに比べて電子デ
バイスとしての性能指数が優れており、高温動作デバイ
ス、高出力デバイス、高周波デバイスとして、エンジン
制御、電力変換、移動体通信などの分野で有望視されて
いる。
た電子デバイスが最近注目されている。ＧａＮ はバン
ドギャップが３．３９ｅＶと大きいため、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓに比べて絶縁破壊電圧が約一桁大きく、電子飽和ドリ
フト速度が大きいため、Ｓｉ、ＧａＡｓに比べて電子デ
バイスとしての性能指数が優れており、高温動作デバイ
ス、高出力デバイス、高周波デバイスとして、エンジン
制御、電力変換、移動体通信などの分野で有望視されて
いる。
【０００６】図１は、従来のＨＥＭＴ系デバイスの一例
を示す図である。図１に示すＨＥＭＴは、サファイア単
結晶などからなる基材１上において、ＭＯＣＶＤ法によ
り６００℃以下の低温で形成されたＡｌＮなどからなる
第１の下地層２と、この下地層２上にＭＯＣＶＤ法やＭ
ＢＥ法などによりエピタキシャル成長されたＧａＮなど
からなる第２の下地層３と、この下地層３上にエピタキ
シャル成長されたＡｌＧａＮなどからなる半導体層４と
を具えている。そして、半導体層４上には、ゲート電極
６、ソース電極７、及びドレイン電極８が設けられてい
る。なお、図１においては、基材１、下地層２及び３は
エピタキシャル基板５を構成する。
を示す図である。図１に示すＨＥＭＴは、サファイア単
結晶などからなる基材１上において、ＭＯＣＶＤ法によ
り６００℃以下の低温で形成されたＡｌＮなどからなる
第１の下地層２と、この下地層２上にＭＯＣＶＤ法やＭ
ＢＥ法などによりエピタキシャル成長されたＧａＮなど
からなる第２の下地層３と、この下地層３上にエピタキ
シャル成長されたＡｌＧａＮなどからなる半導体層４と
を具えている。そして、半導体層４上には、ゲート電極
６、ソース電極７、及びドレイン電極８が設けられてい
る。なお、図１においては、基材１、下地層２及び３は
エピタキシャル基板５を構成する。
【０００７】ゲート電極６に所定の電圧が印加される
と、ソース電極７及びドレイン電極８間には、図中矢印
で示すように下地層３及び半導体層４間の界面を通るよ
うにして電流が流れ、デバイスとして機能するようにな
る。
と、ソース電極７及びドレイン電極８間には、図中矢印
で示すように下地層３及び半導体層４間の界面を通るよ
うにして電流が流れ、デバイスとして機能するようにな
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１に
示すようなＧａＮ系材料を用いたＨＥＭＴ、及びその他
の電子デバイスなどにおいては、高速動作性などが十分
でなく、実用的な電子デバイスとして使用するには不十
分であった。
示すようなＧａＮ系材料を用いたＨＥＭＴ、及びその他
の電子デバイスなどにおいては、高速動作性などが十分
でなく、実用的な電子デバイスとして使用するには不十
分であった。
【０００９】本発明は、高速動作性などの特性を改善
し、ＧａＮ系材料からなる実用レベルの電子デバイスを
得るための手段を提供することを目的とする。
し、ＧａＮ系材料からなる実用レベルの電子デバイスを
得るための手段を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、単結晶材料からなる基材と、この基材上に形
成された少なくともＡｌを含む第１のIII族窒化物下地
層と、この第１のIII族窒化物下地層上に形成された第
２の窒化物下地層とを具え、前記第１のIII族窒化物下
地層と前記第２のIII族窒化物下地層との界面におい
て、アクセプタ不純物を含むことを特徴とする、エピタ
キシャル基板に関する。
本発明は、単結晶材料からなる基材と、この基材上に形
成された少なくともＡｌを含む第１のIII族窒化物下地
層と、この第１のIII族窒化物下地層上に形成された第
２の窒化物下地層とを具え、前記第１のIII族窒化物下
地層と前記第２のIII族窒化物下地層との界面におい
て、アクセプタ不純物を含むことを特徴とする、エピタ
キシャル基板に関する。
【００１１】本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検
討を行い、以下の事実を見出すに至った。すなわち、下
地層２及び下地層３の界面９においては、転位の消失過
程に伴ってｎタイプのキャリアが比較的多量に生成さ
れ、このキャリアに起因したリーク電流が界面９におい
て生じていることを見出した。したがって、ゲート電極
６に所定の電圧を印加した場合、その一部はリーク電流
の生成のために用いられてしまうため、十分な高速動作
性を実現できないことを見出した。
討を行い、以下の事実を見出すに至った。すなわち、下
地層２及び下地層３の界面９においては、転位の消失過
程に伴ってｎタイプのキャリアが比較的多量に生成さ
れ、このキャリアに起因したリーク電流が界面９におい
て生じていることを見出した。したがって、ゲート電極
６に所定の電圧を印加した場合、その一部はリーク電流
の生成のために用いられてしまうため、十分な高速動作
性を実現できないことを見出した。
【００１２】そこで、本発明者らは、上記リーク電流を
抑制すべくさらなる検討を実施した。その結果、上記リ
ーク電流はｎタイプのキャリアから生じていることか
ら、界面９にアクセプタ不純物を添加し、前記ｎタイプ
キャリアを捕捉することを想到し、本発明をするに至っ
たものである。この結果、上記リーク電流を抑制して、
高速動作性に優れた電子デバイスを提供することができ
る。
抑制すべくさらなる検討を実施した。その結果、上記リ
ーク電流はｎタイプのキャリアから生じていることか
ら、界面９にアクセプタ不純物を添加し、前記ｎタイプ
キャリアを捕捉することを想到し、本発明をするに至っ
たものである。この結果、上記リーク電流を抑制して、
高速動作性に優れた電子デバイスを提供することができ
る。
【００１３】なお、本願発明における前記アクセプタ不
純物は、前記第１のIII族窒化物下地層及び前記第２のI
II族窒化物下地層に対してアクセプタとして作用する不
純物であり、周期律表第II族の元素、例えば、Ｍｇ、Ｂ
ｅ、Ｚｎ及びＣなどを例示することができる。
純物は、前記第１のIII族窒化物下地層及び前記第２のI
II族窒化物下地層に対してアクセプタとして作用する不
純物であり、周期律表第II族の元素、例えば、Ｍｇ、Ｂ
ｅ、Ｚｎ及びＣなどを例示することができる。
【００１４】本発明の好ましい態様においては、前記ア
クセプタ不純物濃度を、１０１０／ｃｍ２〜１０２０／
ｃｍ２、さらには１０１４／ｃｍ２〜１０１８／ｃｍ２
にする。これによって、前記下地層間の界面に存在する
ｎタイプキャリアの捕捉を十分に行うことができ、リー
ク電流を十分に抑制することができる。
クセプタ不純物濃度を、１０１０／ｃｍ２〜１０２０／
ｃｍ２、さらには１０１４／ｃｍ２〜１０１８／ｃｍ２
にする。これによって、前記下地層間の界面に存在する
ｎタイプキャリアの捕捉を十分に行うことができ、リー
ク電流を十分に抑制することができる。
【００１５】また、本発明の他の好ましい態様において
は、前記アクセプタ不純物が、前記第１のIII族窒化物
下地層及び前記第２のIII族窒化物下地層の前記界面か
ら、前記第２のIII族窒化物下地層中に０．０１μｍ〜
１μｍ、さらには０．０１μｍ〜０．５μｍの深さに侵
入し、存在するようにすることが好ましい。この場合に
おいても、前記下地層間の界面に存在するｎタイプキャ
リアの捕捉を十分に行うことができ、リーク電流を十分
に抑制することができる。
は、前記アクセプタ不純物が、前記第１のIII族窒化物
下地層及び前記第２のIII族窒化物下地層の前記界面か
ら、前記第２のIII族窒化物下地層中に０．０１μｍ〜
１μｍ、さらには０．０１μｍ〜０．５μｍの深さに侵
入し、存在するようにすることが好ましい。この場合に
おいても、前記下地層間の界面に存在するｎタイプキャ
リアの捕捉を十分に行うことができ、リーク電流を十分
に抑制することができる。
【００１６】さらに本発明の好ましい態様においては、
前記アクセプタ不純物濃度を、前記第１のIII族窒化物
下地層及び前記第２のIII族窒化物下地層の前記界面か
ら、前記第２のIII族窒化物下地層の厚さ方向に向けて
減少させるようにする。この場合においても、前記下地
層間の界面に存在するｎタイプキャリアの捕捉を十分に
行うことができ、リーク電流を十分に抑制することがで
きる。さらに、前記アクセプタ不純物が前記第２のIII
族窒化物下地層内において高濃度に存在しないために、
前記アクセプタ不純物に起因したキャリアの移動度の劣
化などを抑制することができる。
前記アクセプタ不純物濃度を、前記第１のIII族窒化物
下地層及び前記第２のIII族窒化物下地層の前記界面か
ら、前記第２のIII族窒化物下地層の厚さ方向に向けて
減少させるようにする。この場合においても、前記下地
層間の界面に存在するｎタイプキャリアの捕捉を十分に
行うことができ、リーク電流を十分に抑制することがで
きる。さらに、前記アクセプタ不純物が前記第２のIII
族窒化物下地層内において高濃度に存在しないために、
前記アクセプタ不純物に起因したキャリアの移動度の劣
化などを抑制することができる。
【００１７】具体的には、前記界面から前記第２のIII
族窒化物下地層の厚さ方向へ向けて連続的又はステップ
状に減少させることができる。さらには、必要に応じて
前記第２のIII族窒化物下地層の厚さ方向へ向けて全体
的に濃度が減少した状態において、その内部の局所的に
濃度の高い部分を形成することもできる。
族窒化物下地層の厚さ方向へ向けて連続的又はステップ
状に減少させることができる。さらには、必要に応じて
前記第２のIII族窒化物下地層の厚さ方向へ向けて全体
的に濃度が減少した状態において、その内部の局所的に
濃度の高い部分を形成することもできる。
【００１８】なお、アクセプタ不純物は、上述した下地
層間の界面及び前記第２のIII族窒化物下地層に存在す
るのみでなく、前記界面から拡散などによって前記第１
のIII族窒化物下地層中に侵入して、存在していても良
い。
層間の界面及び前記第２のIII族窒化物下地層に存在す
るのみでなく、前記界面から拡散などによって前記第１
のIII族窒化物下地層中に侵入して、存在していても良
い。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、発明の実施の形
態に基づいて詳細に説明する。
態に基づいて詳細に説明する。
【００２０】図２は、本発明のエピタキシャル基板を用
いてなるＨＥＭＴの構成を示す図である。なお、図１に
示すＨＥＭＴ１０と同様の構成要素に対しては同じ参照
数字を用いている。図２に示すＨＥＭＴ２０において
は、所定の単結晶材料から基材１上において、少なくと
もＡｌを含む第１のIII族窒化物下地層２と、この下地
層２上にエピタキシャル成長された、下地層２よりも少
ない含有量でＡｌを含む第２のIII族窒化物下地層３
と、この下地層３上にエピタキシャル成長された半導体
層４とを具えている。そして、半導体層４上において、
ゲート電極６、ソース電極７、及びドレイン電極８が設
けられている。なお、図２においては、基材１、下地層
２及び３はエピタキシャル基板５を構成する。
いてなるＨＥＭＴの構成を示す図である。なお、図１に
示すＨＥＭＴ１０と同様の構成要素に対しては同じ参照
数字を用いている。図２に示すＨＥＭＴ２０において
は、所定の単結晶材料から基材１上において、少なくと
もＡｌを含む第１のIII族窒化物下地層２と、この下地
層２上にエピタキシャル成長された、下地層２よりも少
ない含有量でＡｌを含む第２のIII族窒化物下地層３
と、この下地層３上にエピタキシャル成長された半導体
層４とを具えている。そして、半導体層４上において、
ゲート電極６、ソース電極７、及びドレイン電極８が設
けられている。なお、図２においては、基材１、下地層
２及び３はエピタキシャル基板５を構成する。
【００２１】また、下地層２及び下地層３間の、界面９
から下地層３へ延在した領域Ａにはアクセプタ不純物が
含有されている。このアクセプタ不純物としては、上述
したように下地層２及び下地層３を構成するIII族窒化
物に対してアクセプタとして機能する周期律表第II族の
Ｍｇ、Ｂｅ及びＺｎを例示することができる。
から下地層３へ延在した領域Ａにはアクセプタ不純物が
含有されている。このアクセプタ不純物としては、上述
したように下地層２及び下地層３を構成するIII族窒化
物に対してアクセプタとして機能する周期律表第II族の
Ｍｇ、Ｂｅ及びＺｎを例示することができる。
【００２２】また、アクセプタ不純物の濃度は上述した
ように、１０１０／ｃｍ ２〜１０２０／ｃｍ２、さらに
は１０１４／ｃｍ２〜１０１８／ｃｍ２にすることが好
ましい。また、領域Ａの厚さｔ、すなわちアクセプタ不
純物が界面９から下地層３内に侵入して存在している深
さｔは、上述したように０．０１μｍ〜１μｍ、さらに
は０．０１μｍ〜０．５μｍにすることが好ましい。こ
れによって、界面９で生じるｎタイプキャリアの捕捉を
十分に行うことができ、界面９におけるリーク電流の発
生を十分に低減することができる。
ように、１０１０／ｃｍ ２〜１０２０／ｃｍ２、さらに
は１０１４／ｃｍ２〜１０１８／ｃｍ２にすることが好
ましい。また、領域Ａの厚さｔ、すなわちアクセプタ不
純物が界面９から下地層３内に侵入して存在している深
さｔは、上述したように０．０１μｍ〜１μｍ、さらに
は０．０１μｍ〜０．５μｍにすることが好ましい。こ
れによって、界面９で生じるｎタイプキャリアの捕捉を
十分に行うことができ、界面９におけるリーク電流の発
生を十分に低減することができる。
【００２３】アクセプタ不純物を含む領域Ａは以下のよ
うにして形成することができる。すなわち、下地層３を
ＭＯＣＶＤ法により形成する際に、下地層３の原料であ
るトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアル
ミニウム（ＴＥＡ）、その他のIII族元素供給ガスと、
アンモニア（ＮＨ３）などの窒素原料ガスとに加えて、
形成の初期の段階においてのみ、Ｃｐ2Ｍｇ、ＤＥＺ
ｎ、Ｃｐ２Ｂｅ、及びＣＨ４などのアクセプタ不純物ガ
スを用いる。なお、Ｃのドープに関しては上記有機金属
内のメチル基を利用することもできる。そして、下地層
３をある程度の厚さに形成した後、前記不純物ガスの供
給を止めることによって、界面９から下地層３へ延在す
るようにして、アクセプタ不純物が存在する領域Ａを形
成することができる。
うにして形成することができる。すなわち、下地層３を
ＭＯＣＶＤ法により形成する際に、下地層３の原料であ
るトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアル
ミニウム（ＴＥＡ）、その他のIII族元素供給ガスと、
アンモニア（ＮＨ３）などの窒素原料ガスとに加えて、
形成の初期の段階においてのみ、Ｃｐ2Ｍｇ、ＤＥＺ
ｎ、Ｃｐ２Ｂｅ、及びＣＨ４などのアクセプタ不純物ガ
スを用いる。なお、Ｃのドープに関しては上記有機金属
内のメチル基を利用することもできる。そして、下地層
３をある程度の厚さに形成した後、前記不純物ガスの供
給を止めることによって、界面９から下地層３へ延在す
るようにして、アクセプタ不純物が存在する領域Ａを形
成することができる。
【００２４】なお、ＭＯＣＶＤ法のみならず、ＭＢＥ法
を用いて同様の構造を形成することもできる。
を用いて同様の構造を形成することもできる。
【００２５】図２に示すＨＥＭＴ２０において、第１の
III族窒化物下地層２は、Ａｌを含むことが必要であ
り、好ましくはＡｌを全III族元素に対して５０原子％
以上、さらにはIII族元素の総てがＡｌから構成され、
下地層２がＡｌＮから構成されることが好ましい。これ
によって、基材１と下地層２との界面で生じるミスフィ
ット転位がその界面において絡まり、下地層２中に伝播
しなくなるために層中の転位密度が低減される。その結
果、下地層２上に形成された第２のIII族窒化物下地層
３及び半導体層４中の転位密度も低減され、結晶品質が
向上する。
III族窒化物下地層２は、Ａｌを含むことが必要であ
り、好ましくはＡｌを全III族元素に対して５０原子％
以上、さらにはIII族元素の総てがＡｌから構成され、
下地層２がＡｌＮから構成されることが好ましい。これ
によって、基材１と下地層２との界面で生じるミスフィ
ット転位がその界面において絡まり、下地層２中に伝播
しなくなるために層中の転位密度が低減される。その結
果、下地層２上に形成された第２のIII族窒化物下地層
３及び半導体層４中の転位密度も低減され、結晶品質が
向上する。
【００２６】このため、ＨＥＭＴの動作に起因するキャ
リアの移動度が増大し、図２における下地層３及び半導
体層４の界面を、矢印で示す向きにより高速で電流が流
れるようになるため、高速応答性がさらに増大する。ま
た、転位によるキャリアの捕捉も抑制されるためキャリ
ア密度も増大し、より大きな電流を流すことができるよ
うになり、信号強度を増大させることができる。
リアの移動度が増大し、図２における下地層３及び半導
体層４の界面を、矢印で示す向きにより高速で電流が流
れるようになるため、高速応答性がさらに増大する。ま
た、転位によるキャリアの捕捉も抑制されるためキャリ
ア密度も増大し、より大きな電流を流すことができるよ
うになり、信号強度を増大させることができる。
【００２７】また、第１のIII族窒化物下地層２の（０
０２）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅が１０
０秒以下であることが好ましく、さらには６０秒以下で
あることが好ましい。この場合においても、下地層２の
高結晶性に起因して、下地層２上にエピタキシャル成長
された下地層３及び半導体層４の結晶性も向上するた
め、キャリアの移動度及び密度が向上し、より大きな電
流を高速で流すことができるようになるため、高速応答
性が向上するとともに、信号強度も増大させることがで
きる。
０２）面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅が１０
０秒以下であることが好ましく、さらには６０秒以下で
あることが好ましい。この場合においても、下地層２の
高結晶性に起因して、下地層２上にエピタキシャル成長
された下地層３及び半導体層４の結晶性も向上するた
め、キャリアの移動度及び密度が向上し、より大きな電
流を高速で流すことができるようになるため、高速応答
性が向上するとともに、信号強度も増大させることがで
きる。
【００２８】このような高結晶性下地層２は、例えばＭ
ＯＣＶＤ法により基材１の温度を１１００℃以上に設定
することによって形成することができる。なお、表面の
粗れの抑制などの観点から基材１の温度は１２５０℃以
下に設定することが好ましい。
ＯＣＶＤ法により基材１の温度を１１００℃以上に設定
することによって形成することができる。なお、表面の
粗れの抑制などの観点から基材１の温度は１２５０℃以
下に設定することが好ましい。
【００２９】第１のIII族窒化物下地層２は、Ａｌ以外
のＧａ及びＩｎなどのIII族元素の他、Ｂ、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、Ｚｎ、Ｂｅ及びＭｇなどの添加元素を含むこともで
きる。さらに、意識的に添加した元素に限らず、成膜条
件などに依存して必然的に取り込まれる微量元素、並び
に原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含むことも
できる。
のＧａ及びＩｎなどのIII族元素の他、Ｂ、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、Ｚｎ、Ｂｅ及びＭｇなどの添加元素を含むこともで
きる。さらに、意識的に添加した元素に限らず、成膜条
件などに依存して必然的に取り込まれる微量元素、並び
に原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含むことも
できる。
【００３０】また、下地層２の厚さは結晶性向上の観点
から、好ましくは２μｍ〜３μｍ以上に設定する。
から、好ましくは２μｍ〜３μｍ以上に設定する。
【００３１】第２のIII族窒化物下地層３は、下地層２
の組成や半導体層４の組成などに応じて任意の組成を有
することができる。Ａｌ、Ｇａ及びＩｎなどのIII族元
素の他、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｂｅ及びＭｇなどの添
加元素を含むこともできる。さらに、意識的に添加した
元素に限らず、成膜条件などに依存して必然的に取り込
まれる微量元素、並びに原料、反応管材質に含まれる微
量不純物を含むこともできる。
の組成や半導体層４の組成などに応じて任意の組成を有
することができる。Ａｌ、Ｇａ及びＩｎなどのIII族元
素の他、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｂｅ及びＭｇなどの添
加元素を含むこともできる。さらに、意識的に添加した
元素に限らず、成膜条件などに依存して必然的に取り込
まれる微量元素、並びに原料、反応管材質に含まれる微
量不純物を含むこともできる。
【００３２】半導体層４は、目的に応じて任意の半導体
材料から構成することができるが、下地層２及び下地層
３を上述したようなIII族窒化物から構成した場合にお
いては、エピタキシャル成長を容易にし、界面における
原子の配列状態やエネルギー状態を任意に制御して、良
好な特性のＨＥＭＴを得るべく、同じくIII族窒化物か
ら構成することが好ましい。
材料から構成することができるが、下地層２及び下地層
３を上述したようなIII族窒化物から構成した場合にお
いては、エピタキシャル成長を容易にし、界面における
原子の配列状態やエネルギー状態を任意に制御して、良
好な特性のＨＥＭＴを得るべく、同じくIII族窒化物か
ら構成することが好ましい。
【００３３】基材１を構成する単結晶材料は、サファイ
ア単結晶、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧ
ａＯ２単結晶、ＭｇＡｌ２Ｏ４単結晶、ＭｇＯ単結晶な
どの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶などのIV
族あるいはIV−IV族単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単
結晶、ＧａＮ単結晶、及びＡｌＧａＮ単結晶などのIII
−Ｖ族単結晶、ＺｒＢ２などのホウ化物単結晶などの公
知の基板材料を用いることができる。
ア単結晶、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧ
ａＯ２単結晶、ＭｇＡｌ２Ｏ４単結晶、ＭｇＯ単結晶な
どの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶などのIV
族あるいはIV−IV族単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単
結晶、ＧａＮ単結晶、及びＡｌＧａＮ単結晶などのIII
−Ｖ族単結晶、ＺｒＢ２などのホウ化物単結晶などの公
知の基板材料を用いることができる。
【００３４】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。
る。
【００３５】（実施例）本実施例では、図２に示すよう
なＨＥＭＴ２０を作製した。基材１としてサファイア単
結晶基材を用い、これをＭＯＣＶＤ装置内に設置された
サセプタ上に載置した。次いで、前記サセプタ内のヒー
タにより、前記基材を１２００℃まで加熱し、圧力を２
５Ｔｏｒｒに設定した。
なＨＥＭＴ２０を作製した。基材１としてサファイア単
結晶基材を用い、これをＭＯＣＶＤ装置内に設置された
サセプタ上に載置した。次いで、前記サセプタ内のヒー
タにより、前記基材を１２００℃まで加熱し、圧力を２
５Ｔｏｒｒに設定した。
【００３６】次いで、Ａｌ供給原料としてトリメチルア
ルミニウム（ＴＭＡ）を用い、窒素供給原料としてアン
モニアガス（ＮＨ３）を用い、これら原料ガスを水素キ
ャリアガスとともに、ＮＨ３／ＴＭＡ＝４００となるよ
うにガス供給量を設定し、前記反応管内に導入するとと
もに、前記基材上に供給して、第１のIII族窒化物下地
層２としてのＡｌＮ下地膜を厚さ１μｍに形成した。
ルミニウム（ＴＭＡ）を用い、窒素供給原料としてアン
モニアガス（ＮＨ３）を用い、これら原料ガスを水素キ
ャリアガスとともに、ＮＨ３／ＴＭＡ＝４００となるよ
うにガス供給量を設定し、前記反応管内に導入するとと
もに、前記基材上に供給して、第１のIII族窒化物下地
層２としてのＡｌＮ下地膜を厚さ１μｍに形成した。
【００３７】次いで、圧力を大気圧に設定した後、前記
基材温度を１０５０℃とし、Ｇａ供給原料としてトリメ
チルガリウム（ＴＭＧ）を用い、ＮＨ３／ＴＭＡ＝３０
００となるようにガス供給量を設定し、前記ＡｌＮ膜上
に供給して、第２のIII族窒化物下地層３としてのＧａ
Ｎ下地膜を厚さ３μｍに形成した。なお、前記ＧａＮ下
地膜の形成初期の段階で、Ｃｐ２Ｍｇを３×１０１６／
ｃｍ２の濃度となるような流量で流し、アクセプタ不純
物であるＭｇの存在領域Ａを厚さ０．２μｍに形成し
た。
基材温度を１０５０℃とし、Ｇａ供給原料としてトリメ
チルガリウム（ＴＭＧ）を用い、ＮＨ３／ＴＭＡ＝３０
００となるようにガス供給量を設定し、前記ＡｌＮ膜上
に供給して、第２のIII族窒化物下地層３としてのＧａ
Ｎ下地膜を厚さ３μｍに形成した。なお、前記ＧａＮ下
地膜の形成初期の段階で、Ｃｐ２Ｍｇを３×１０１６／
ｃｍ２の濃度となるような流量で流し、アクセプタ不純
物であるＭｇの存在領域Ａを厚さ０．２μｍに形成し
た。
【００３８】次いで、ＮＨ３／ＴＭＡ／ＴＭＧ＝３００
０／０．３／１の流量比で、前記ＧａＮ下地膜上にこれ
らの原料ガスを供給するとともに、ＳｉＨ４ガスを４×
１０１８／ｃｍ２の濃度となるような流量で供給して、
半導体層４としてのｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ膜を厚
さ２５ｎｍに形成した。次いで、所定の電極を形成して
ホール効果測定を行った。次いで、前記ｎ−Ａｌ０．３
Ｇａ０．７Ｎ膜をエッチング除去し、１０μｍのギャッ
プをおいて所定の電極を形成してリーク電流の評価を行
った。その結果、二次元電子ガス濃度１．０×１０１３
／ｃｍ２、移動度１２００ｃｍ２／Ｖｓを実現し、２０
Ｖ印加時のリーク電流値は０．１μＡ以下であった。
０／０．３／１の流量比で、前記ＧａＮ下地膜上にこれ
らの原料ガスを供給するとともに、ＳｉＨ４ガスを４×
１０１８／ｃｍ２の濃度となるような流量で供給して、
半導体層４としてのｎ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ膜を厚
さ２５ｎｍに形成した。次いで、所定の電極を形成して
ホール効果測定を行った。次いで、前記ｎ−Ａｌ０．３
Ｇａ０．７Ｎ膜をエッチング除去し、１０μｍのギャッ
プをおいて所定の電極を形成してリーク電流の評価を行
った。その結果、二次元電子ガス濃度１．０×１０１３
／ｃｍ２、移動度１２００ｃｍ２／Ｖｓを実現し、２０
Ｖ印加時のリーク電流値は０．１μＡ以下であった。
【００３９】（比較例）本比較例においては、図１に示
すようなＨＥＭＴ１０を作製した。作製条件は、第２の
III族窒化物下地層３であるＧａＮ下地膜を形成する際
に、Ｃｐ２Ｍｇを供給せず、アクセプタ不純物が存在す
る領域Ａを形成しなかった以外は、実施例と同様にして
実施した。二次元電子ガス濃度１．０×１０１３／ｃｍ
２、移動度１２００ｃｍ２／Ｖｓを実現したものの、ｎ
−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ膜をエッチング除去して評価
した２０Ｖ印加時のリーク電流値は１０μＡであった。
すようなＨＥＭＴ１０を作製した。作製条件は、第２の
III族窒化物下地層３であるＧａＮ下地膜を形成する際
に、Ｃｐ２Ｍｇを供給せず、アクセプタ不純物が存在す
る領域Ａを形成しなかった以外は、実施例と同様にして
実施した。二次元電子ガス濃度１．０×１０１３／ｃｍ
２、移動度１２００ｃｍ２／Ｖｓを実現したものの、ｎ
−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ膜をエッチング除去して評価
した２０Ｖ印加時のリーク電流値は１０μＡであった。
【００４０】以上、実施例及び比較例から明きらかなよ
うに、本発明にしたがって、第１のIII族窒化物下地層
２及び第２のIII族窒化物下地層３を構成するＡｌＮ下
地膜及びＧａＮ下地膜の界面にアクセプタ不純物Ｍｇが
存在するように、この不純物が存在する領域Ａを形成し
た場合は、リーク電流が抑制されるとともに、電流遮断
特性に優れ、さらに不要なキャリアの存在による静電容
量も抑制されるため、高周波特性が優れていることが分
かる。
うに、本発明にしたがって、第１のIII族窒化物下地層
２及び第２のIII族窒化物下地層３を構成するＡｌＮ下
地膜及びＧａＮ下地膜の界面にアクセプタ不純物Ｍｇが
存在するように、この不純物が存在する領域Ａを形成し
た場合は、リーク電流が抑制されるとともに、電流遮断
特性に優れ、さらに不要なキャリアの存在による静電容
量も抑制されるため、高周波特性が優れていることが分
かる。
【００４１】以上、具体例を挙げながら、本発明を発明
の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上
記発明の実施に形態に限定されるものではなく、本発明
の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能で
ある。
の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上
記発明の実施に形態に限定されるものではなく、本発明
の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能で
ある。
【００４２】例えば、上記具体例においては、アクセプ
タ不純物が存在する領域Ａを第２のIII族窒化物下地層
３内に存在する場合について示したが、第１のIII族窒
化物下地層２内に存在するようにすることもできる。ま
た、第１のIII族窒化物下地層２を形成した後、この下
地層２の極表面にのみイオン照射などによってアクセプ
タ不純物を吸着させ、ほぼ界面９のみにアクセプタ不純
物を存在するようにすることもできる。さらには、第２
のIII族窒化物下地層３内において、界面９からその膜
厚方向において、例えば連続的又はステップ状にアクセ
プタ不純物濃度が減少するようにすることもできる。
タ不純物が存在する領域Ａを第２のIII族窒化物下地層
３内に存在する場合について示したが、第１のIII族窒
化物下地層２内に存在するようにすることもできる。ま
た、第１のIII族窒化物下地層２を形成した後、この下
地層２の極表面にのみイオン照射などによってアクセプ
タ不純物を吸着させ、ほぼ界面９のみにアクセプタ不純
物を存在するようにすることもできる。さらには、第２
のIII族窒化物下地層３内において、界面９からその膜
厚方向において、例えば連続的又はステップ状にアクセ
プタ不純物濃度が減少するようにすることもできる。
【００４３】なお、上記においては本発明のエピタキシ
ャル基板をＨＥＭＴについて用いる場合について説明し
たが、その他の電子デバイス、例えばＨＢＴなどにも用
いることができる。
ャル基板をＨＥＭＴについて用いる場合について説明し
たが、その他の電子デバイス、例えばＨＢＴなどにも用
いることができる。
【００４４】その他、基材１から半導体層４のいずれか
の界面においてバッファ層やひずみ超格子などの多層積
層膜を挿入したり、成長条件を多段階としたりして、各
層の結晶品質を向上させることもできる。
の界面においてバッファ層やひずみ超格子などの多層積
層膜を挿入したり、成長条件を多段階としたりして、各
層の結晶品質を向上させることもできる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のエピタキ
シャル基板によれば、高速動作性などの特性を改善し、
ＧａＮ系材料からなる実用レベルの電子デバイスを提供
することができる。
シャル基板によれば、高速動作性などの特性を改善し、
ＧａＮ系材料からなる実用レベルの電子デバイスを提供
することができる。
【図１】 従来のＨＥＭＴの構成図である。
【図２】 本発明のエピタキシャル基板を用いたＨＥＭ
Ｔの構成図である。
Ｔの構成図である。
１ 基材、２ 第１のIII族窒化物下地層、３ 第２のI
II族窒化物下地層、４半導体層、５ エピタキシャル基
板、６ ゲート電極、７ ソース電極、８ドレイン電
極、９ 界面、１０，２０ ＨＥＭＴ
II族窒化物下地層、４半導体層、５ エピタキシャル基
板、６ ゲート電極、７ ソース電極、８ドレイン電
極、９ 界面、１０，２０ ＨＥＭＴ
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 29/812
(72)発明者 坂井 正宏
愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日
本碍子株式会社内
Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AC01
AC08 AC12 AC19 AD14 AD16
AE23 AF04 AF05 AF09 BB16
CA07 DA52 DA59
5F102 GB01 GC01 GD01 GJ02 GJ03
GJ04 GJ05 GJ10 GK04 GK08
GL04 GR07 HC01
Claims (9)
- 【請求項１】単結晶材料からなる基材と、この基材上に
形成された少なくともＡｌを含む第１のIII族窒化物下
地層と、この第１のIII族窒化物下地層上に形成された
第２の窒化物下地層とを具え、少なくとも前記第１のII
I族窒化物下地層と前記第２のIII族窒化物下地層との界
面において、アクセプタ不純物を含むことを特徴とす
る、エピタキシャル基板。 - 【請求項２】前記アクセプタ不純物濃度が、１０１０／
ｃｍ２〜１０２０／ｃｍ ２であることを特徴とする、請
求項１に記載のエピタキシャル基板。 - 【請求項３】前記アクセプタ不純物は、前記第１のIII
族窒化物下地層及び前記第２のIII族窒化物下地層の前
記界面から、前記第２のIII族窒化物下地層中に、０．
０１μｍ〜１μｍの深さに侵入し、存在することを特徴
とする、請求項１又は２に記載のエピタキシャル基板。 - 【請求項４】前記アクセプタ不純物濃度が、前記第１の
III族窒化物下地層及び前記第２のIII族窒化物下地層の
前記界面から、前記第２のIII族窒化物下地層の厚さ方
向において減少していることを特徴とする、請求項１〜
３のいずれか一に記載のエピタキシャル基板。 - 【請求項５】前記第１のIII族窒化物下地層中のＡｌ含
有量は、全III族元素に対して５０原子％以上であるこ
とを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載のエ
ピタキシャル基板。 - 【請求項６】前記第１のIII族窒化物下地層はＡｌＮか
らなることを特徴とする、請求項５に記載のエピタキシ
ャル基板。 - 【請求項７】前記第１のIII族窒化物下地層の、（００
２）面のＸ線ロッキングカーブにおける半値幅が１００
秒以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれ
か一に記載のエピタキシャル基板。 - 【請求項８】請求項１〜７のいずれか一に記載のエピタ
キシャル基板を含む、電子デバイス用エピタキシャル基
板。 - 【請求項９】請求項８に記載の電子デバイス用エピタキ
シャル基板を具えることを特徴とする、電子デバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002081394A JP3987360B2 (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002081394A JP3987360B2 (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007160406A Division JP2007311810A (ja) | 2007-06-18 | 2007-06-18 | エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282598A true JP2003282598A (ja) | 2003-10-03 |
| JP3987360B2 JP3987360B2 (ja) | 2007-10-10 |
Family
ID=29230036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002081394A Expired - Lifetime JP3987360B2 (ja) | 2002-03-22 | 2002-03-22 | エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3987360B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007535138A (ja) * | 2004-02-05 | 2007-11-29 | クリー インコーポレイテッド | 電荷移動誘起エネルギー障壁を有する窒化物へテロ接合トランジスタおよびその製造方法 |
| JP2007311810A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-11-29 | Ngk Insulators Ltd | エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス |
| US7459718B2 (en) | 2005-03-23 | 2008-12-02 | Nichia Corporation | Field effect transistor |
| WO2010070863A1 (ja) | 2008-12-15 | 2010-06-24 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 電子デバイス用エピタキシャル基板およびその製造方法 |
| US9035354B2 (en) | 2004-02-05 | 2015-05-19 | Cree, Inc. | Heterojunction transistors having barrier layer bandgaps greater than channel layer bandgaps and related methods |
| KR20180060426A (ko) * | 2016-11-29 | 2018-06-07 | 주식회사 루미스탈 | 반절연층을 구비한 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
-
2002
- 2002-03-22 JP JP2002081394A patent/JP3987360B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007535138A (ja) * | 2004-02-05 | 2007-11-29 | クリー インコーポレイテッド | 電荷移動誘起エネルギー障壁を有する窒化物へテロ接合トランジスタおよびその製造方法 |
| US9035354B2 (en) | 2004-02-05 | 2015-05-19 | Cree, Inc. | Heterojunction transistors having barrier layer bandgaps greater than channel layer bandgaps and related methods |
| US7459718B2 (en) | 2005-03-23 | 2008-12-02 | Nichia Corporation | Field effect transistor |
| JP2007311810A (ja) * | 2007-06-18 | 2007-11-29 | Ngk Insulators Ltd | エピタキシャル基板、電子デバイス用エピタキシャル基板、及び電子デバイス |
| WO2010070863A1 (ja) | 2008-12-15 | 2010-06-24 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | 電子デバイス用エピタキシャル基板およびその製造方法 |
| US8410472B2 (en) | 2008-12-15 | 2013-04-02 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | Epitaxial substrate for electronic device and method of producing the same |
| KR20180060426A (ko) * | 2016-11-29 | 2018-06-07 | 주식회사 루미스탈 | 반절연층을 구비한 질화물 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
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