JP2004165485A - Epitaxial wafer for field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Epitaxial wafer for field effect transistor and manufacturing method thereof Download PDF

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Tatsushi Hashimoto
達志 橋本
Yohei Otogi
洋平 乙木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain accumulation of carrier in an interface between an InAlAs buffer layer and an InP substrate in an epitaxial wafer of an n-type InAlAs/InGaAs system HEMT structure using InP in a substrate. <P>SOLUTION: After a first InAlAs buffer layer 2a whose film thickness is 50 nm or less is formed on a semiinsulating InP substrate 1 at a low temperature of 600°C or lower, the formation temperature is made higher, and a second InAlAs buffer layer 2b is formed changing or without changing the V/III ratio which is the supply ratio between a group V raw material and a group III raw material required for the formation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ、特に基板にInPを用いたn型InAlAs/InGaAs系HEMT構造の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
基板に設けたバッファ層上に、不純物を含まないキャリア走行層(チャネル層)と、n型不純物(キャリアの走行に障害となる)を含むキャリア供給層と、ショットキーゲートを積んだ構造はHEMT(高電子移動度トランジスタ)として広く知られている。これはキャリア走行層とキャリア供給層とをヘテロ接合によって空間的に切り離すことで、雑音特性、高周波特性を上げることに成功しているものである。
【0003】
HEMTは、GaAsFETに比べて電子移動度が高いこと、チャネル中のシート電子濃度が高いこと、チャネル電子がヘテロ接合界面近傍の狭い領域に閉じ込められている等の点から高性能である。特に、チャネルをInGaAs層とし、電子供給層をAlGaAs層とした歪格子型HEMT(Pseudo−morphic HEMT )は、InGaAs層がGaAsに比べ高電子移動度、高電子飽和速度であり、しかもAlGaAs層のAl組成を0.2前後にすればDXセンターの影響をあまり受けないこと、およびAlGaAs/InGaAsヘテロ接合界面におけるバンド不連続が大きく、シート電子濃度が高く、高い電子閉じ込め効果が得られることから注目されている。
【0004】
この歪格子型HEMTよりさらに高いシート電子濃度、室温移動度が得られ、20GHz以上の高周波を極めて低雑音で増幅できることから注目されているのが、InP基板に格子整合するInGaAs層をチャネル層とし、InAlAs層をキャリア供給層として用いる格子整合型HEMTである。
【0005】
InGaAsチャネル層とInAlAsキャリア供給層からなるInP格子整合系高電子移動度トランジスタ(HEMT)用エピタキシャルウェハの一例として、樋口克彦氏らによる文献[応用物理67,139(1998)](非特許文献1参照)に図6に示すような構造が紹介されている。図6において、21は半絶縁性InP基板、22はアンドープInAlAsバッファ層、23はアンドープInGaAsチャネル層、24はアンドープInAlAsスペーサ層、25はSi、Se、Te等を全体もしくは一部にn型ドーピングしたInAlAsドープ層(キャリア供給層)、26はアンドープInAlAsショットキーコンタクト層、27はSi、Se、Te等を全体もしくは一部にn型ドーピングしたInGaAsオーミックコンタクト層を示す。
【0006】
このInP系HEMTは、有機金属気相成長法(MOVPE:metal organic vapor phase epitaxy)により、半絶縁性のInP基板の上に、InAlAsから成るバッファ層と、InGaAsから成るチャネル層3を設け、さらにこの上にInAlAs製のスペーサ層と、Siドープ又はSeドープのInAlAsから成るキャリア供給層とを順次形成して構成される。
【0007】
従来、MOVPE法で上記のアンドープInAlAsバッファ層22を形成する場合、不純物の混入を防ぐ観点から、M.Kamada氏の文献[Current Topics in Crystal Growth Res.,1(1994)](非特許文献2参照)で述べられているように、アンドープInAlAsバッファ層の成長を基板温度670℃以上、V/III比100以上で行っていた。
【0008】
また、N.Pan氏らの文献[Appl.Phys.Lett.63,3029(1993)](非特許文献3参照)には、MOVPE法で半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの問題点が述べられ、バッファ層を、低温バッファ層部分とその上のバッファ層部分とする構成が示されている。
【0009】
【非特許文献1】
樋口克彦氏、応用物理 67,139(1998)
【非特許文献2】
M.Kamada氏、Current Topics in Crystal Growth Res.,1(1994)
【非特許文献3】
N.Pan氏、Appl.Phys.Lett.63,3029(1993)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
N.Pan氏らがその文献(非特許文献3)で述べているように、MOVPE法で半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの成長を行った場合、半絶縁性InP基板とアンドープInAlAsバッファ層との界面において、キャリアの蓄積が発生する。
【0011】
この界面のキャリアの蓄積は、ドレインコンダクタンスの増加を引き起こし、HEMTのピンチオフ特性を劣化させる。
【0012】
しかしながら、このHEMTのピンチオフ特性の改善は、上記したバッファ層を単に低温バッファ層部分とその上のバッファ層部分とする構成だけでは十分ではなく、更なるHEMTのピンチオフ特性の向上が望まれている。
【0013】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む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、InAlAsバッファ層とInP基板との界面におけるキャリアの蓄積を抑制するための製造方法及び構造を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【0015】
請求項1の発明に係る電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法は、半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハをMOVPE法にて製造する方法において、半絶縁性InP基板上に600℃以下の低温により膜厚が50nm以下の第一InAlAsバッファ層を形成した後、形成温度をより高くして、第二InAlAsバッファ層を、その形成に要するV族原料とIII族原料の供給比であるV/III比の変更と共に又は変更を伴わずに形成することを特徴とする。
【0016】
本発明においては、InAlAsバッファ層が第一InAlAsバッファ層及び第二InAlAsバッファ層の二つから成る形態の他、更に第三或いは第四InAlAsバッファ層を含む形態をも含む。例えば、半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハをMOVPE法にて製造する方法において、InAlAsバッファ層形成中にその形成温度、且つ/または形成に要するV族原料とIII族原料の供給比(V/III比)を、少なくとも一回以上変化させる製造方法や、InAlAsバッファ層形成中に、その形成温度を、形成に要するV族原料とIII族原料の供給比(V/III比)の変更と共に又は変更を伴わずに、少なくとも一回以上変化させる製造方法を含む。
【0017】
請求項2の発明に係る電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法は、半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハをMOVPEで製造する方法において、InAlAsバッファ層のうち、InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層を、温度が480℃以上600℃以下で、且つ形成に要するV族原料とIII族原料の供給比であるV/III比が1以上30以下の雰囲気で形成する第一の結晶成長プロセスと、これ以外のInAlAsバッファ層部分である第二InAlAsバッファ層を、温度が600℃より高く700℃以下であり、且つV/III比が30より大きく200以下である雰囲気で形成する第二の結晶成長プロセスと、を含むことを特徴とする。
【0018】
この電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法は、InAlAsバッファ層のうちInP基板との界面付近部分を温度=480〜600℃の範囲、V/III比=1〜30の範囲の雰囲気で形成する第一の結晶成長プロセスと、これ以外のInAlAsバッファ層部分を温度=600〜700℃の範囲(但し600℃は含まない)、V/III比=30〜200の範囲(但し30は含まない)の雰囲気で形成する第二の結晶成長プロセスと、を含んで成るものである。
【0019】
請求項3の発明は、請求項2に記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記InAlAsバッファ層のうち、InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層の厚さが50nm以下であることを特徴とする。
【0020】
請求項4の発明は、請求項2又は3記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層を形成する第一の結晶成長プロセスを、温度が480〜600℃で、且つV/III比が3〜10の雰囲気で、より好ましくは温度が520〜560℃で、且つV/III比が3〜10である雰囲気で行い、前記InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層を形成することを特徴とする。
【0021】
本発明は、InAlAsバッファ層のうち、InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層を形成する第一の結晶成長プロセスの雰囲気として、温度=480〜600℃、且つV/III比=3〜10の雰囲気、より好ましくは温度=520〜560℃、且つV/III比=3〜10の雰囲気とするものである。
【0022】
請求項5の発明は、請求項2又は3に記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法において、前記InP基板との界面付近部分以外の第二InAlAsバッファ層を形成する第二の結晶成長プロセスを、温度が600℃より高く700℃以下であり、且つV/III比が30〜200の雰囲気で、より好ましくは温度が640〜660℃で、且つV/III比が100〜200の雰囲気で行い、第二InAlAsバッファ層を形成することを特徴とする。
【0023】
請求項6の発明に係る電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハは、請求項1〜5のいずれかに記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法によって形成したことを特徴とする。
【0024】
<作用>
本発明は、半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハをMOVPE法にて製造する工程において、InAlAsバッファ層形成中にその形成温度、且つ/または形成に要するV族原料とIII族原料の供給比(V/III比)を、少なくとも一回以上変化させる電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法を提供するものである。
【0025】
N.Pan氏らの文献(非特許文献3)で述べられているように、MOVPE法で半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの成長を行った場合、半絶縁性InP基板とアンドープInAlAsバッファ層との界面において、キャリアの蓄積が発生することがわかっている。界面のキャリアの蓄積はドレインコンダクタンスの増加を引き起こし、HEMTのピンチオフ特性を劣化させる。
【0026】
上記問題点に関し、本発明者等が鋭意研究努力した結果、次のような知見を得た。すなわち、N.Pan氏らは、界面バッファ層の抵抗値を高くするため、半絶縁性InP基板上に基板温度475℃の低温InAlAsバッファ層を75nm形成し、その上に基板温度の650℃のInAlAsバッファ層を30nm形成している。しかし、本発明者等によれば、低温InAlAsバッファ層に高濃度の不純物が存在するという知見が得られた。このことから、低温InAlAsバッファ層を75nmも含むのは望ましくない。
【0027】
そこで、本発明では低温InAlAsバッファ層の膜厚を50nm以下にすることで、InAlAsバッファ層とInP基板との界面におけるキャリアの蓄積を抑制し、更なるHEMTのピンチオフ特性の向上を図るものである。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【0029】
図1は、本発明の実施形態に係るInAlAs/InGaAs系HEMTのエピタキシャルウェハの構造を示したものである。InP基板1上に、膜厚200nmのInAlAsバッファ層2を設け、その上に膜厚25nmのアンドープInGaAsチャネル層(動作層)3を設け、さらにその上に膜厚3nmのアンドープInAlAsスペーサ層4を介して、膜厚7nmのSiドープn型InAlAsキャリア供給層(ドープ層)5を設けている。6はショットキー接合を形成する膜厚10nmのアンドープInAlAsショットキーコンタクト層、7は酸化を防止しかつオーミック接合を形成する膜厚50nmのSiドープn型InGaAsオーミックコンタクト層である。
【0030】
本発明に従い、上記膜厚200nmのInAlAsバッファ層2は、InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層2aと、これ以外のInAlAsバッファ層部分である第二InAlAsバッファ層2bとにより構成されている。
【0031】
InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層2aは、温度が480℃以上600℃以下で且つ形成に要するV族原料とIII族原料の供給比であるV/III比が1以上30以下の雰囲気の第一の結晶成長プロセスで形成される。また、InP基板との界面付近部分以外のInAlAsバッファ層部分である第二InAlAsバッファ層2bは、温度が600℃より高く700℃以下であり、且つV/III比が30より大きく200以下である雰囲気の第二の結晶成長プロセスで形成されている。そして、上記の第一InAlAsバッファ層2aは、膜厚が50nm以下(ここでは厚さ5nm)に形成される。また、第二InAlAsバッファ層2bの膜厚は、上記全体のバッファ層2の残余の厚さ、ここでは厚さ195nmに形成される。
【0032】
第一InAlAsバッファ層2aの形成温度を480℃〜600℃とするのは、この範囲において良質な結晶を得るためであり、好ましくは520〜560℃の範囲とするのがよい。第二InAlAsバッファ層2b形成温度は、600℃より高くするが、同様にあまり高くせず、700℃以下に抑えることが好ましい。
【0033】
【実施例】
[実施例1]
本発明の第一の実施例である、エピタキシャルウェハの製造方法を以下に説明する。
【0034】
InP基板1を設置したMOVPE装置の反応容器内にホスフィン(PH)を供給しながら、この反応容器内の基板部分の温度を室温から560℃まで上げる。基板部分の温度が560℃で安定したのを見計らって、ホスフィンの供給を止め、反応容器にトリメチルインジウム(TMI)、トリメチルアルミニウム(TMA)及びアルシン(AsH)を、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比(V/III比)がほぼ3となるような流量で供給する。このような容器内雰囲気を保った状態で、5nm相当のInAlAs層(第一InAlAsバッファ層2a)を形成する。
【0035】
次にトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの供給を一時停止し、任意の流量のアルシンを反応容器内に供給しつつ、容器内の基板部分の温度を560℃から640℃まで上げる。基板部分の温度が640℃で安定したのを見計らって、反応容器にトリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム及びアルシンを、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比がほぼ100となるような流量で供給する。このような容器内雰囲気を保った状態で、195nm相当のInAlAs層(第二InAlAsバッファ層2b)を形成する。このような本発明の特徴であるアンドープInAlAsバッファ層2の形成のシーケンスを図2に示す。
【0036】
次に、反応炉内へのトリメチルアルミニウム供給を停止すると同時に、トリメチルガリウムを供給し、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム及びアルシンを、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比がほぼ100となるような流量で供給する。このような容器雰囲気を保った状態で、25nm相当のInGaAs層(アンドープInGaAsチャネル層3)を形成する。
【0037】
その次に、反応炉内へのトリメチルガリウムの供給を停止すると同時に、トリメチルアルミニウムを供給し、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム及びアルシンを、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比がほぼ100となるような流量で供給する。このような容器雰囲気を保った状態で、3nm相当のInAlAs層(アンドープInAlAsスペーサ層4)を形成する。
【0038】
その次に、反応炉内へジシラン(Si)を供給し、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム、アルシン及びジシランを、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比がほぼ250となるような流量で供給する。このような容器雰囲気を保った状態で、7nm相当のn型にドープされたInAlAs層(n型InAlAsキャリア供給層5)を形成する。
【0039】
その次に、反応炉内へのジシランの供給を停止し、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム及びアルシンを、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比がほぼ100となるような流量で供給する。このような容器雰囲気を保った状態で、10nm相当のInAlAs層(アンドープInAlAsショットキーコンタクト層6)を形成する。
【0040】
そして最後に、反応炉内へのトリメチルアルミニウムの供給を停止すると同時に、トリメチルガリウム及びジシランを供給し、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、アルシン及びジシランを、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比がほぼ100となるような流量で供給する。このような容器雰囲気を保った状態で、50nm相当のn型にドープされたInGaAs層(n型InGaAsオーミックコンタクト層7)を形成し、形成後反応炉内の基板部分の温度を640℃から室温まで降温する。
【0041】
本実施例による以上のようなエピタキシャルウェハの製造方法により、アンドープInAlAsバッファ層と半絶縁性InP基板界面のキャリアの蓄積を抑止して良好なピンチオフ特性をもつ電界効果トランジスタを得ることができた。
【0042】
[実施例2]
本発明の特徴を、成長シーケンスが異なる二つのサンプルを比較した成長例により、以下に説明する。
【0043】
図3は以下の試作例(実施例2と従来例)の一部であるInP基板上に成長されたInAlAsバッファ層を示す図であり、31は半絶縁性InP基板、32はアンドープInAlAsバッファ層を示している。この構造を二つの異なった成長シーケンスで形成する実験を行ったのでその結果を述べる。
【0044】
(従来例)
まず第一の試作例(従来例)の成長シーケンスを以下に示すが、これは従来法に基づくものである。InP基板31を設置した反応容器内にホスフィンを供給しながら、この反応容器内の基板部分の温度を室温から640℃まで上げる。基板部分の温度が640℃で安定したのを見計らって、ホスフィンの供給を停止し、反応容器にトリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム及びアルシンを、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比がほぼ100となるような流量で供給する。このような容器内雰囲気を保った状態で、3μm相当のInAlAs層(アンドープInAlAsバッファ層32)を形成する。
【0045】
(実施例2)
次に第二の試作例(実施例2)の成長シーケンスを以下に示すが、これは本発明によるものである。InP基板31を設置した反応容器内にホスフィンを供給しながら、この反応容器内の基板部分の温度を室温から560℃まで上げる。基板部分の温度が560℃で安定したのを見計らって、ホスフィンの供給を止め、反応容器にトリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム及びアルシンを、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比がほぼ3となるような流量で供給する。このような容器内雰囲気を保った状態で、5nm相当のInAlAs層(InAlAsバッファ層のうち、InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層)を形成する。
【0046】
次にトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの供給を一時停止し、任意の流量のアルシンを反応容器内に供給しつつ、容器内の基板部分の温度を560℃から640℃まで上げる。基板部分の温度が640℃で安定したのを見計らって、反応容器にトリメチルインジウム、トリメチルアルミニウム及びアルシンを、V族原料であるアルシンとIII族原料であるトリメチルインジウムとトリメチルアルミニウムの和のモル比がほぼ100となるような流量で供給する。このような容器内雰囲気を保った状態で、3μm相当のInAlAs層(第一InAlAsバッファ層以外のInAlAsバッファ層部分である第二InAlAsバッファ層)を形成する。
【0047】
これら二種類の成長シーケンスで形成されたエピタキシャルウェハ中の縦方向のキャリア濃度分布を、C−V法により測定した。
【0048】
図5は従来例の第一の成長シーケンスによるものであり、図4は実施例2の第二の成長シーケンスによるものである。なお、横軸は深さ(μm)、縦軸のキャリア濃度は例えば1.E+14で1×1014cm−3を表す。
【0049】
図5より、従来法に基づく第一の成長シーケンスで形成したInAlAsバッファ層とInP基板界面には、キャリアの蓄積によるピークが存在している。一方、図4の本発明によるInAlAsバッファ層とInP基板界面には、キャリアの蓄積によるピークが存在しなかった。
【0050】
すなわち本発明の半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ製造方法により、界面キャリア蓄積が抑制されて、良好なピンチオフ特性をもつ電界効果トランジスタを得ることができる。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半絶縁性InP基板上に600℃以下の低温により膜厚が50nm以下の第一InAlAsバッファ層を形成した後、形成温度をより高くして、第二InAlAsバッファ層を、その形成に要するV族原料とIII族原料の供給比であるV/III比の変更と共に又は変更を伴わずに形成するので、半絶縁性InP基板とInAlAsバッファ層との界面における界面キャリア蓄積が抑制されて、良好なピンチオフ特性をもつ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ができる。また、本発明の格子整合系HEMTエピタキシャルウェハによれば、良好なピンチオフ特性が得られ、且つバッファ層耐圧も向上することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの構成を示した図である。
【図2】本発明におけるアンドープInAlAsバッファ層の形成温度ならびにV/III比の成長シーケンスを示した図である。
【図3】本発明の実施例と従来例の説明に供するため、半絶縁性InP基板上に形成されたアンドープInAlAsバッファ層の構造を示した図である。
【図4】本発明の実施例における成長シーケンスによって形成された、アンドープInAlAsバッファ層のC−V測定の結果を示す図である。
【図5】従来例における成長シーケンスによって形成された、アンドープInAlAsバッファ層のC−V測定の結果を示す図である。
【図6】従来の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの構造を示す図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性InP基板
2 アンドープInAlAsバッファ層
2a 第一InAlAsバッファ層
2b 第二InAlAsバッファ層
3 アンドープInGaAsチャネル層
4 アンドープInAlAsスペーサ層
5 n型InAlAsキャリア供給層(ドープ層)
6 アンドープInAlAsショットキーコンタクト層
7 n型InGaAsオーミックコンタクト層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an epitaxial wafer for a field effect transistor, and more particularly to an epitaxial wafer for a field effect transistor having an n-type InAlAs / InGaAs HEMT structure using InP as a substrate and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The structure in which a carrier transit layer (channel layer) containing no impurities, a carrier supply layer containing an n-type impurity (interfering with carrier transit), and a Schottky gate are stacked on a buffer layer provided on a substrate is a HEMT. (High electron mobility transistor). This has succeeded in improving noise characteristics and high-frequency characteristics by spatially separating the carrier transit layer and the carrier supply layer by a heterojunction.
[0003]
HEMTs have high performance in terms of higher electron mobility than GaAs FETs, higher sheet electron concentration in the channel, and confinement of channel electrons in a narrow region near the heterojunction interface. In particular, a strain-lattice type HEMT (Pseudo-morphic HEMT) in which the channel is an InGaAs layer and the electron supply layer is an AlGaAs layer has a higher electron mobility and a higher electron saturation speed in the InGaAs layer than GaAs. Attention should be paid to the fact that if the Al composition is set to about 0.2, the DX center is not much affected, and the band discontinuity at the AlGaAs / InGaAs heterojunction interface is large, the sheet electron concentration is high, and a high electron confinement effect can be obtained. Have been.
[0004]
Attention has been paid to the fact that a higher sheet electron concentration and room temperature mobility can be obtained than this strain lattice type HEMT, and that a high frequency of 20 GHz or more can be amplified with extremely low noise. An InGaAs layer lattice-matched to an InP substrate is used as a channel layer. And a lattice-matched HEMT using an InAlAs layer as a carrier supply layer.
[0005]
As an example of an epitaxial wafer for an InP lattice-matched high electron mobility transistor (HEMT) comprising an InGaAs channel layer and an InAlAs carrier supply layer, a document by Katsuhiko Higuchi et al. [Applied Physics 67, 139 (1998)] (Non-patent Document 1) FIG. 6) introduces a structure as shown in FIG. In FIG. 6, 21 is a semi-insulating InP substrate, 22 is an undoped InAlAs buffer layer, 23 is an undoped InGaAs channel layer, 24 is an undoped InAlAs spacer layer, 25 is n-type doping of Si, Se, Te or the like in whole or in part. Reference numeral 26 denotes an undoped InAlAs Schottky contact layer, and reference numeral 27 denotes an InGaAs ohmic contact layer in which Si, Se, Te, or the like is entirely or partially n-type doped.
[0006]
In this InP-based HEMT, a buffer layer made of InAlAs and a channel layer 3 made of InGaAs are provided on a semi-insulating InP substrate by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). On this, a spacer layer made of InAlAs and a carrier supply layer made of Si-doped or Se-doped InAlAs are sequentially formed.
[0007]
Conventionally, when the above-mentioned undoped InAlAs buffer layer 22 is formed by the MOVPE method, M.P. Kamada [Current Topics in Crystal Growth Res. , 1 (1994)] (see Non-Patent Document 2), an undoped InAlAs buffer layer is grown at a substrate temperature of 670 ° C. or more and a V / III ratio of 100 or more.
[0008]
Also, N.I. Pan et al. [Appl. Phys. Lett. 63, 3029 (1993)] (see Non-Patent Document 3) discloses a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and an InAlAs carrier at least partially n-type doped by MOVPE. The problem of an epitaxial wafer for a field effect transistor including a supply layer is described, and a configuration in which a buffer layer is a low-temperature buffer layer portion and a buffer layer portion thereon is shown.
[0009]
[Non-patent document 1]
Katsuhiko Higuchi, Applied Physics 67, 139 (1998)
[Non-patent document 2]
M. Kamada, Current Topics in Crystal Growth Res. , 1 (1994)
[Non-Patent Document 3]
N. Pan, Appl. Phys. Lett. 63, 3029 (1993)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
N. As described in Pan et al. (Non-Patent Document 3), a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, and an undoped InGaAs channel layer were at least partially n-doped by MOVPE. When an epitaxial wafer for a field effect transistor including an InAlAs carrier supply layer is grown, carriers accumulate at the interface between the semi-insulating InP substrate and the undoped InAlAs buffer layer.
[0011]
This accumulation of carriers at the interface causes an increase in drain conductance, which degrades the pinch-off characteristics of the HEMT.
[0012]
However, the improvement of the pinch-off characteristics of the HEMT is not sufficient simply by using the above-mentioned buffer layer as a low-temperature buffer layer portion and a buffer layer portion thereon, and it is desired to further improve the pinch-off characteristics of the HEMT. .
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide an electric field including a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and an InAlAs carrier supply layer at least partially n-type doped. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a structure for suppressing accumulation of carriers at an interface between an InAlAs buffer layer and an InP substrate in an epitaxial wafer for an effect transistor.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
[0015]
A method of manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor according to the invention of claim 1, wherein the semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and an InAlAs carrier supply layer at least partially n-doped. Forming a first InAlAs buffer layer having a thickness of 50 nm or less on a semi-insulating InP substrate at a low temperature of 600 ° C. or less by a MOVPE method. And the second InAlAs buffer layer is formed with or without a change in the V / III ratio, which is a supply ratio of the group V source and the group III source required for its formation.
[0016]
In the present invention, an InAlAs buffer layer includes a first InAlAs buffer layer and a second InAlAs buffer layer, and also includes a third or fourth InAlAs buffer layer. For example, an epitaxial wafer for a field-effect transistor including a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and an InAlAs carrier supply layer at least partially doped with n-type is manufactured by MOVPE. A method of changing the formation temperature during formation of the InAlAs buffer layer, and / or the supply ratio (V / III ratio) of the group V material to the group III material required for the formation at least once or more, and the method of forming the InAlAs buffer layer. During the formation, there is included a production method in which the formation temperature is changed at least one or more times with or without changing the supply ratio (V / III ratio) of the group V raw material and the group III raw material required for the formation.
[0017]
A method for manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor according to the invention of claim 2 includes a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and an InAlAs carrier supply layer at least partially n-doped. In the method of manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor by MOVPE, the first InAlAs buffer layer in the vicinity of the interface with the InP substrate is formed at a temperature of 480 ° C. or more and 600 ° C. or less in the InAlAs buffer layer. Crystal growth process formed in an atmosphere having a V / III ratio of 1 to 30 which is a supply ratio of a group V raw material and a group III raw material required for the above, and a second InAlAs buffer layer which is another InAlAs buffer layer portion At a temperature higher than 600 ° C and 700 ° C It is lower, and the V / III ratio is characterized in that it comprises a second crystal growth process for forming in an atmosphere is greater than 30 200 or less, a.
[0018]
In the method of manufacturing an epitaxial wafer for a field-effect transistor, a portion of an InAlAs buffer layer near an interface with an InP substrate is formed in an atmosphere having a temperature of 480 to 600 ° C. and a V / III ratio of 1 to 30. One crystal growth process and the other InAlAs buffer layer portion were heated to a temperature of 600 to 700 ° C. (but not 600 ° C.) and a V / III ratio of 30 to 200 (but not 30). A second crystal growth process formed in an atmosphere.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the method for manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor according to the second aspect, in the InAlAs buffer layer, a thickness of a first InAlAs buffer layer near an interface with an InP substrate is 50 nm or less. It is characterized by being.
[0020]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an epitaxial wafer for a field-effect transistor according to the second or third aspect, a first crystal growth process for forming a first InAlAs buffer layer near an interface with the InP substrate includes: The InP substrate is formed in an atmosphere at a temperature of 480 to 600 ° C. and a V / III ratio of 3 to 10, more preferably in an atmosphere at a temperature of 520 to 560 ° C. and a V / III ratio of 3 to 10, The first InAlAs buffer layer is formed in a portion near the interface with the first InAlAs buffer layer.
[0021]
The present invention provides an atmosphere for a first crystal growth process for forming a first InAlAs buffer layer near an interface with an InP substrate in an InAlAs buffer layer at a temperature of 480 to 600 ° C. and a V / III ratio of 3 -10 to 10 atmospheres, more preferably an atmosphere having a temperature of 520 to 560 ° C and a V / III ratio of 3 to 10.
[0022]
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor according to the second or third aspect, a second crystal growth process for forming a second InAlAs buffer layer other than a portion near an interface with the InP substrate. In an atmosphere having a temperature higher than 600 ° C. and 700 ° C. or lower and a V / III ratio of 30 to 200, more preferably an atmosphere having a temperature of 640 to 660 ° C. and a V / III ratio of 100 to 200. And forming a second InAlAs buffer layer.
[0023]
According to a sixth aspect of the invention, an epitaxial wafer for a field effect transistor is formed by the method for manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor according to any one of the first to fifth aspects.
[0024]
<Action>
The present invention relates to an epitaxial wafer for a field effect transistor including a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and an InAlAs carrier supply layer at least partially n-doped by MOVPE. In the manufacturing process, during formation of the InAlAs buffer layer, the formation temperature and / or the supply ratio (V / III ratio) of the group V source to the group III source required for the formation (V / III ratio) is changed at least once or more. A method for manufacturing a wafer is provided.
[0025]
N. As described in Pan et al. (Non-Patent Document 3), a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and at least a part thereof are n-type doped by MOVPE. It is known that when an epitaxial wafer for a field effect transistor including an InAlAs carrier supply layer is grown, carrier accumulation occurs at the interface between the semi-insulating InP substrate and the undoped InAlAs buffer layer. The accumulation of carriers at the interface causes an increase in drain conductance, which degrades the pinch-off characteristics of the HEMT.
[0026]
As a result of intensive research efforts by the present inventors regarding the above problems, the following findings were obtained. That is, N.I. Pan et al. Formed a 75 nm low-temperature InAlAs buffer layer at a substrate temperature of 475 ° C. on a semi-insulating InP substrate and increased an InAlAs buffer layer at a substrate temperature of 650 ° C. to increase the resistance of the interface buffer layer. The thickness is 30 nm. However, the present inventors have found that high-concentration impurities exist in the low-temperature InAlAs buffer layer. For this reason, it is not desirable to include the low-temperature InAlAs buffer layer as much as 75 nm.
[0027]
Therefore, in the present invention, by setting the thickness of the low-temperature InAlAs buffer layer to 50 nm or less, accumulation of carriers at the interface between the InAlAs buffer layer and the InP substrate is suppressed, and the pinch-off characteristics of the HEMT are further improved. .
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
[0029]
FIG. 1 shows the structure of an InAlAs / InGaAs HEMT epitaxial wafer according to an embodiment of the present invention. An InAlAs buffer layer 2 having a thickness of 200 nm is provided on an InP substrate 1, an undoped InGaAs channel layer (operating layer) 3 having a thickness of 25 nm is provided thereon, and an undoped InAlAs spacer layer 4 having a thickness of 3 nm is further provided thereon. An Si-doped n-type InAlAs carrier supply layer (doped layer) 5 having a thickness of 7 nm is provided therebetween. Reference numeral 6 denotes an undoped InAlAs Schottky contact layer having a thickness of 10 nm for forming a Schottky junction, and reference numeral 7 denotes a 50 nm-thick Si-doped n-type InGaAs ohmic contact layer for preventing oxidation and forming an ohmic junction.
[0030]
According to the present invention, the above-mentioned 200 nm-thick InAlAs buffer layer 2 is composed of the first InAlAs buffer layer 2a near the interface with the InP substrate and the second InAlAs buffer layer 2b as the other InAlAs buffer layer. ing.
[0031]
The first InAlAs buffer layer 2a near the interface with the InP substrate has a temperature of 480 ° C. or more and 600 ° C. or less and a V / III ratio of 1 to 30 which is a supply ratio of a group V material and a group III material required for formation. Is formed in the first crystal growth process in the atmosphere. The temperature of the second InAlAs buffer layer 2b, which is the portion of the InAlAs buffer layer other than the portion near the interface with the InP substrate, is higher than 600 ° C. and 700 ° C. or lower, and the V / III ratio is higher than 30 and 200 or lower. The atmosphere is formed in a second crystal growth process. The first InAlAs buffer layer 2a is formed to a thickness of 50 nm or less (here, a thickness of 5 nm). The thickness of the second InAlAs buffer layer 2b is set to the remaining thickness of the entire buffer layer 2, that is, 195 nm in this case.
[0032]
The reason for setting the formation temperature of the first InAlAs buffer layer 2a to 480 ° C. to 600 ° C. is to obtain high-quality crystals in this range, and preferably to 520 to 560 ° C. The temperature at which the second InAlAs buffer layer 2b is formed is set to be higher than 600 ° C., but it is preferable that the temperature is not too high and is set to 700 ° C. or lower.
[0033]
【Example】
[Example 1]
A method for manufacturing an epitaxial wafer, which is a first embodiment of the present invention, will be described below.
[0034]
Phosphine (PH) is placed in the reaction vessel of the MOVPE apparatus on which the InP substrate 1 is installed. 3 ), The temperature of the substrate portion in the reaction vessel is raised from room temperature to 560 ° C. When the temperature of the substrate portion was stabilized at 560 ° C., the supply of phosphine was stopped, and trimethyl indium (TMI), trimethyl aluminum (TMA) and arsine (AsH) were added to the reaction vessel. 3 ) Is supplied at a flow rate such that the molar ratio (V / III ratio) of the sum of arsine, which is a Group V material, and trimethylindium, and trimethylaluminum, which are Group III materials, is approximately 3. With such an atmosphere in the container maintained, an InAlAs layer (first InAlAs buffer layer 2a) equivalent to 5 nm is formed.
[0035]
Next, the supply of trimethylindium and trimethylaluminum is temporarily stopped, and the temperature of the substrate portion in the container is increased from 560 ° C. to 640 ° C. while arsine is supplied at an arbitrary flow rate into the reaction container. Observing that the temperature of the substrate portion was stabilized at 640 ° C., the reaction vessel was charged with trimethylindium, trimethylaluminum and arsine, and the molar ratio of the sum of the group V raw material arsine and the group III raw material trimethylindium and trimethylaluminum was changed. It is supplied at a flow rate of approximately 100. An InAlAs layer (second InAlAs buffer layer 2b) corresponding to 195 nm is formed while maintaining such an atmosphere in the container. FIG. 2 shows a sequence of forming the undoped InAlAs buffer layer 2 which is a feature of the present invention.
[0036]
Next, at the same time as the supply of trimethylaluminum into the reactor was stopped, trimethylgallium was supplied, and trimethylindium, trimethylgallium, and arsine were converted to the sum of arsine as a group V material and trimethylindium and trimethylaluminum as group III materials. Is supplied at such a flow rate that the molar ratio becomes approximately 100. While maintaining such a container atmosphere, an InGaAs layer (undoped InGaAs channel layer 3) equivalent to 25 nm is formed.
[0037]
Next, the supply of trimethylgallium into the reactor is stopped, and at the same time, trimethylaluminum is supplied, and trimethylindium, trimethylaluminum and arsine are converted into a group V material, arsine, and a group III material, trimethylindium and trimethylaluminum. Are supplied at such a flow rate that the molar ratio of the sum of While maintaining such a container atmosphere, an InAlAs layer (undoped InAlAs spacer layer 4) equivalent to 3 nm is formed.
[0038]
Then, disilane (Si 2 H 6 ), And trimethylindium, trimethylaluminum, arsine and disilane are supplied at a flow rate such that the molar ratio of the sum of arsine, which is a group V raw material, trimethylindium, which is a group III raw material, and trimethylaluminum, is approximately 250. While maintaining such a container atmosphere, an n-type doped InAlAs layer equivalent to 7 nm (n-type InAlAs carrier supply layer 5) is formed.
[0039]
Then, the supply of disilane into the reaction furnace was stopped, and trimethylindium, trimethylaluminum and arsine were changed to have a molar ratio of the total of the group V raw material arsine and the group III raw material trimethylindium and trimethylaluminum of about 100. Supply at a flow rate such that While maintaining such a container atmosphere, an InAlAs layer equivalent to 10 nm (undoped InAlAs Schottky contact layer 6) is formed.
[0040]
Finally, the supply of trimethylaluminum into the reactor is stopped, and at the same time, trimethylgallium and disilane are supplied, and trimethylindium, trimethylgallium, arsine, and disilane are converted into a group V material, arsine, and a group III material, trimethyl gallium. It is supplied at such a flow rate that the molar ratio of the sum of indium and trimethylaluminum becomes almost 100. While maintaining such a container atmosphere, an n-type doped InGaAs layer (n-type InGaAs ohmic contact layer 7) equivalent to 50 nm is formed, and after formation, the temperature of the substrate portion in the reaction furnace is changed from 640 ° C. to room temperature. Cool down to
[0041]
According to the method of manufacturing an epitaxial wafer as described above according to this embodiment, accumulation of carriers at the interface between the undoped InAlAs buffer layer and the semi-insulating InP substrate was suppressed, and a field effect transistor having good pinch-off characteristics was obtained.
[0042]
[Example 2]
The features of the present invention will be described below with reference to a growth example in which two samples having different growth sequences are compared.
[0043]
FIG. 3 is a diagram showing an InAlAs buffer layer grown on an InP substrate, which is a part of the following prototypes (Example 2 and Conventional Example), where 31 is a semi-insulating InP substrate, and 32 is an undoped InAlAs buffer layer. Is shown. An experiment was conducted to form this structure with two different growth sequences, and the results are described.
[0044]
(Conventional example)
First, the growth sequence of the first prototype (conventional example) is shown below, which is based on the conventional method. While supplying phosphine into the reaction vessel in which the InP substrate 31 is installed, the temperature of the substrate portion in the reaction vessel is raised from room temperature to 640 ° C. When the temperature of the substrate portion was stabilized at 640 ° C., the supply of phosphine was stopped, and trimethylindium, trimethylaluminum and arsine were added to the reaction vessel, and a group V material, arsine, and a group III material, trimethylindium and trimethyl. The aluminum is supplied at a flow rate such that the molar ratio of the sum of the aluminum is approximately 100. While maintaining the atmosphere in the container, an InAlAs layer (undoped InAlAs buffer layer 32) equivalent to 3 μm is formed.
[0045]
(Example 2)
Next, the growth sequence of the second prototype (Example 2) is shown below, which is according to the present invention. While supplying phosphine into the reaction vessel in which the InP substrate 31 is installed, the temperature of the substrate in the reaction vessel is raised from room temperature to 560 ° C. When the temperature of the substrate portion was stabilized at 560 ° C., the supply of phosphine was stopped, and trimethylindium, trimethylaluminum and arsine were added to the reaction vessel, and a group V source material, arsine, and a group III source material, trimethylindium and trimethylaluminum. Are supplied at a flow rate such that the molar ratio of the sum of With such an atmosphere in the container maintained, an InAlAs layer corresponding to 5 nm (a first InAlAs buffer layer in a portion near the interface with the InP substrate among the InAlAs buffer layers) is formed.
[0046]
Next, the supply of trimethylindium and trimethylaluminum is temporarily stopped, and the temperature of the substrate portion in the container is increased from 560 ° C. to 640 ° C. while arsine is supplied at an arbitrary flow rate into the reaction container. Observing that the temperature of the substrate portion was stabilized at 640 ° C., the reaction vessel was charged with trimethylindium, trimethylaluminum and arsine, and the molar ratio of the sum of the group V raw material arsine and the group III raw material trimethylindium and trimethylaluminum was changed. It is supplied at a flow rate of approximately 100. While keeping the atmosphere in the container, an InAlAs layer equivalent to 3 μm (a second InAlAs buffer layer which is an InAlAs buffer layer other than the first InAlAs buffer layer) is formed.
[0047]
The carrier concentration distribution in the vertical direction in the epitaxial wafer formed by these two types of growth sequences was measured by the CV method.
[0048]
FIG. 5 is based on the first growth sequence of the conventional example, and FIG. 4 is based on the second growth sequence of the second embodiment. The horizontal axis represents the depth (μm), and the vertical axis represents the carrier concentration, for example, 1. 1 × 10 at E + 14 14 cm -3 Represents
[0049]
As shown in FIG. 5, a peak due to carrier accumulation exists at the interface between the InAlAs buffer layer and the InP substrate formed in the first growth sequence based on the conventional method. On the other hand, there was no peak due to carrier accumulation at the interface between the InAlAs buffer layer according to the present invention and the InP substrate in FIG.
[0050]
That is, an interface is produced by a method for manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor including a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and an InAlAs carrier supply layer at least partially n-doped according to the present invention. Carrier accumulation is suppressed, and a field-effect transistor having good pinch-off characteristics can be obtained.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after a first InAlAs buffer layer having a thickness of 50 nm or less is formed on a semi-insulating InP substrate at a low temperature of 600 ° C. or less, the formation temperature is increased, Since the InAlAs buffer layer is formed with or without a change in the V / III ratio, which is the supply ratio of the group V source and the group III source required for its formation, the interface between the semi-insulating InP substrate and the InAlAs buffer layer is formed. And the carrier accumulation at the interface is suppressed, and an epitaxial wafer for a field effect transistor having good pinch-off characteristics can be obtained. Further, according to the lattice-matched HEMT epitaxial wafer of the present invention, good pinch-off characteristics can be obtained, and the withstand voltage of the buffer layer can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a configuration of an epitaxial wafer for a field effect transistor according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a formation temperature and a V / III ratio growth sequence of an undoped InAlAs buffer layer in the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a structure of an undoped InAlAs buffer layer formed on a semi-insulating InP substrate, for the purpose of explaining an example of the present invention and a conventional example.
FIG. 4 is a diagram showing a result of CV measurement of an undoped InAlAs buffer layer formed by a growth sequence in an example of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a result of CV measurement of an undoped InAlAs buffer layer formed by a growth sequence in a conventional example.
FIG. 6 is a view showing a structure of a conventional epitaxial wafer for a field effect transistor.
[Explanation of symbols]
1 Semi-insulating InP substrate
2 Undoped InAlAs buffer layer
2a First InAlAs buffer layer
2b Second InAlAs buffer layer
3 Undoped InGaAs channel layer
4 Undoped InAlAs spacer layer
5 n-type InAlAs carrier supply layer (doped layer)
6 Undoped InAlAs Schottky contact layer
7 n-type InGaAs ohmic contact layer

Claims (6)

半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハをMOVPE法にて製造する方法において、
半絶縁性InP基板上に600℃以下の低温により膜厚が50nm以下の第一InAlAsバッファ層を形成した後、
形成温度をより高くして、第二InAlAsバッファ層を、その形成に要するV族原料とIII族原料の供給比であるV/III比の変更と共に又は変更を伴わずに形成することを特徴とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法。
In a method for manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor including a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and an InAlAs carrier supply layer at least partially doped with n-type by MOVPE. ,
After forming a first InAlAs buffer layer having a thickness of 50 nm or less on a semi-insulating InP substrate at a low temperature of 600 ° C. or less,
Forming a second InAlAs buffer layer with or without a change in the V / III ratio, which is a supply ratio of the group V source and the group III source required for the formation, by increasing the formation temperature. Of manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor.
半絶縁性InP基板と、アンドープInAlAsバッファ層と、アンドープInGaAsチャネル層と、少なくとも一部にn型ドーピングされたInAlAsキャリア供給層とを含む電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハをMOVPEで製造する方法において、
InAlAsバッファ層のうち、InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層を、温度が480℃以上600℃以下で、且つ形成に要するV族原料とIII族原料の供給比であるV/III比が1以上30以下の雰囲気で形成する第一の結晶成長プロセスと、
これ以外のInAlAsバッファ層部分である第二InAlAsバッファ層を、温度が600℃より高く700℃以下であり、且つV/III比が30より大きく200以下である雰囲気で形成する第二の結晶成長プロセスとを含むことを特徴とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法。
A method for manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor by MOVPE including a semi-insulating InP substrate, an undoped InAlAs buffer layer, an undoped InGaAs channel layer, and an at least partially n-type doped InAlAs carrier supply layer, comprising:
Of the InAlAs buffer layer, the first InAlAs buffer layer in the vicinity of the interface with the InP substrate was formed at a temperature of 480 ° C. or more and 600 ° C. or less and V / III, which is a supply ratio of a group V material and a group III material required for formation. A first crystal growth process formed in an atmosphere having a ratio of 1 to 30;
Second crystal growth in which the second InAlAs buffer layer, which is the other InAlAs buffer layer portion, is formed in an atmosphere in which the temperature is higher than 600 ° C. and 700 ° C. or lower and the V / III ratio is higher than 30 and lower than 200. And a process for producing an epitaxial wafer for a field effect transistor.
請求項2に記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記InAlAsバッファ層のうち、InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層の厚さが50nm以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法。
The method for producing an epitaxial wafer for a field effect transistor according to claim 2,
A method of manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor, wherein a thickness of a first InAlAs buffer layer in a portion near an interface with an InP substrate in the InAlAs buffer layer is 50 nm or less.
請求項2又は3記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層を形成する第一の結晶成長プロセスを、温度が480〜600℃で、且つV/III比が3〜10の雰囲気で、より好ましくは温度が520〜560℃で、且つV/III比が3〜10である雰囲気で行い、前記InP基板との界面付近部分の第一InAlAsバッファ層を形成することを特徴とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法。
The method for manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor according to claim 2 or 3,
The first crystal growth process for forming the first InAlAs buffer layer in the vicinity of the interface with the InP substrate is performed in an atmosphere at a temperature of 480 to 600 ° C. and a V / III ratio of 3 to 10, more preferably at a temperature of 3 to 10. Forming a first InAlAs buffer layer near the interface with the InP substrate, in an atmosphere having a temperature of 520 to 560 ° C. and a V / III ratio of 3 to 10. Manufacturing method.
請求項2又は3に記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記InP基板との界面付近部分以外の第二InAlAsバッファ層を形成する第二の結晶成長プロセスを、温度が600℃より高く700℃以下であり、且つV/III比が30〜200の雰囲気で、より好ましくは温度が640〜660℃で、且つV/III比が100〜200の雰囲気で行い、第二InAlAsバッファ層を形成することを特徴とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法。
The method for producing an epitaxial wafer for a field effect transistor according to claim 2 or 3,
A second crystal growth process for forming a second InAlAs buffer layer other than a portion near the interface with the InP substrate is performed in an atmosphere in which the temperature is higher than 600 ° C. and 700 ° C. or lower and the V / III ratio is 30 to 200. More preferably, the method is carried out in an atmosphere at a temperature of 640 to 660 ° C. and a V / III ratio of 100 to 200 to form a second InAlAs buffer layer, the method for manufacturing an epitaxial wafer for a field effect transistor.
請求項1〜5のいずれかに記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法によって形成したことを特徴とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ。An epitaxial wafer for a field-effect transistor formed by the method for manufacturing an epitaxial wafer for a field-effect transistor according to claim 1.
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