JP2890700B2 - 砒化ガリウム基板 - Google Patents
砒化ガリウム基板Info
- Publication number
- JP2890700B2 JP2890700B2 JP16440990A JP16440990A JP2890700B2 JP 2890700 B2 JP2890700 B2 JP 2890700B2 JP 16440990 A JP16440990 A JP 16440990A JP 16440990 A JP16440990 A JP 16440990A JP 2890700 B2 JP2890700 B2 JP 2890700B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- gallium arsenide
- boron
- concentration
- gaas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、接合ゲート型電界効果トランジスタをイオ
ン注入により製造するための砒化ガリウム基板に関する
ものである。
ン注入により製造するための砒化ガリウム基板に関する
ものである。
（従来の技術） 化合物半導体の砒化ガリウムGaAsはSiに比べて大きな
電子移動度を有することに特長があり、超高周波用およ
び超高速信号処理用の増幅素子さらには集積回路への応
用が進んでいる。この素子にはショットキー接合ゲート
型電界効果トランジスタ（MESFET）が用いられ、半絶縁
性GaAs基板にキャリア不純物をイオン注入することによ
り、チャネル層やコンタクト領域が形成することができ
る。また、WSiやWN等の耐熱金属のゲート電極を用いた
自己整合方式によりMESFETは生産性が良く、集積回路へ
の適用が進んでいる。例えば、電子情報通信学会論文誌
Ｃ、vol.J70−Ｃ、No.5の619〜624ページの「高性能LSI
用LDD製造GaAsMESFET」に紹介されている。
電子移動度を有することに特長があり、超高周波用およ
び超高速信号処理用の増幅素子さらには集積回路への応
用が進んでいる。この素子にはショットキー接合ゲート
型電界効果トランジスタ（MESFET）が用いられ、半絶縁
性GaAs基板にキャリア不純物をイオン注入することによ
り、チャネル層やコンタクト領域が形成することができ
る。また、WSiやWN等の耐熱金属のゲート電極を用いた
自己整合方式によりMESFETは生産性が良く、集積回路へ
の適用が進んでいる。例えば、電子情報通信学会論文誌
Ｃ、vol.J70−Ｃ、No.5の619〜624ページの「高性能LSI
用LDD製造GaAsMESFET」に紹介されている。
一方、この半絶縁性GaAs基板は、「半導体研究29:化
合物半導体の結晶成長と評価。その３」、工業調査会発
行の３〜30ページに「GaAsIC用引上結晶の量産化技術の
開発」として紹介されている。基板の成長は、窒化ホウ
素BNのるつぼにGaとAsの原料を入れて熔融し、表面を酸
化ホウ素B2O3の液体で覆って成分の蒸発を防ぎ、この融
液に種結晶を漬けてインゴットを引き上げる液体封止熔
融引上げ法（LEC法）が用いられる。この成長方法は、
大口径の円柱状結晶の成長が容易で、原料のロスが少な
いことが特徴である。この後、引き上げたインゴットを
円形に薄く切断し、表面を鏡面研磨して基板が仕上げら
れる。
合物半導体の結晶成長と評価。その３」、工業調査会発
行の３〜30ページに「GaAsIC用引上結晶の量産化技術の
開発」として紹介されている。基板の成長は、窒化ホウ
素BNのるつぼにGaとAsの原料を入れて熔融し、表面を酸
化ホウ素B2O3の液体で覆って成分の蒸発を防ぎ、この融
液に種結晶を漬けてインゴットを引き上げる液体封止熔
融引上げ法（LEC法）が用いられる。この成長方法は、
大口径の円柱状結晶の成長が容易で、原料のロスが少な
いことが特徴である。この後、引き上げたインゴットを
円形に薄く切断し、表面を鏡面研磨して基板が仕上げら
れる。
また最近では、引き上げたインゴットを950℃で数十
時間の熱処理するインゴットアニール処理により、深い
欠陥準位のEL2濃度やバルク抵抗率が均一化されると同
時に、FFT特性の均一性を改善され、基板品質が向上し
ている。
時間の熱処理するインゴットアニール処理により、深い
欠陥準位のEL2濃度やバルク抵抗率が均一化されると同
時に、FFT特性の均一性を改善され、基板品質が向上し
ている。
（発明が解決しようとする課題） MESFETを高性能化する主な方法は、ゲート長を短縮す
ることによりゲート容量を低減し、遮断周波数を向上さ
せることである。しかし、ゲート長を短縮することによ
り、ゲートしきい電圧Vtが負側に変化する短チャネル効
果が生じ、ドレイン電流の飽和性や均一性が悪くなるこ
とが問題である。この原因としては、ゲート長が短くな
るとゲート直下ドレイン端における電界集中が強くなる
ため、チャネル層下の基板中にキャリアが拡散するこ
と、もしくは基盤の半絶縁性が崩れて少し深い準位から
キャリアが発生すること、等により不純物によるチャネ
ル層の下の、半絶縁性基板中にも電流路が形成され、見
掛け上、チャネル部が厚くなるためである。
ることによりゲート容量を低減し、遮断周波数を向上さ
せることである。しかし、ゲート長を短縮することによ
り、ゲートしきい電圧Vtが負側に変化する短チャネル効
果が生じ、ドレイン電流の飽和性や均一性が悪くなるこ
とが問題である。この原因としては、ゲート長が短くな
るとゲート直下ドレイン端における電界集中が強くなる
ため、チャネル層下の基板中にキャリアが拡散するこ
と、もしくは基盤の半絶縁性が崩れて少し深い準位から
キャリアが発生すること、等により不純物によるチャネ
ル層の下の、半絶縁性基板中にも電流路が形成され、見
掛け上、チャネル部が厚くなるためである。
本発明の目的は、基板中の成分を規定することによ
り、短チャネル効果を抑制した砒化ガリウム基板を提供
することにある。
り、短チャネル効果を抑制した砒化ガリウム基板を提供
することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明の砒化ガリウム基板は、砒素Asのモル組成比が
0.50以上、ホウ素Ｂ濃度が１×1017cm-3以下であること
を特徴とするものである。
0.50以上、ホウ素Ｂ濃度が１×1017cm-3以下であること
を特徴とするものである。
（作用） 次に本発明において砒化ガリウム基板の成分を上記の
如く限定した理由について説明する。まずここで短チャ
ネル効果の指標を、MESFETのゲート長を2.0μｍから0.7
μｍに短縮した時のゲートしきい電圧Vtの変化ΔVtとす
る。また、MESFETはLDD（Lightly−Doped−Drain）構造
とし、チャネル不純物はSi+イオンを用いて加速エネル
ギ30keVでイオン注入した。ゲート長2.0μｍでのゲート
しきい電圧Vtは約−0.5Vである。
如く限定した理由について説明する。まずここで短チャ
ネル効果の指標を、MESFETのゲート長を2.0μｍから0.7
μｍに短縮した時のゲートしきい電圧Vtの変化ΔVtとす
る。また、MESFETはLDD（Lightly−Doped−Drain）構造
とし、チャネル不純物はSi+イオンを用いて加速エネル
ギ30keVでイオン注入した。ゲート長2.0μｍでのゲート
しきい電圧Vtは約−0.5Vである。
ホウ素Ｂは引き上げ時に、原料成分の蒸発を防ぐため
に表面を覆った酸化ホウ素B2O3がGaAs融液中に拡散して
混入するものである。GaAs原料を熔融し、成長が開始す
るまでの待機時間や成長時間が長くなった場合にホウ素
濃度は高くなり易い。
に表面を覆った酸化ホウ素B2O3がGaAs融液中に拡散して
混入するものである。GaAs原料を熔融し、成長が開始す
るまでの待機時間や成長時間が長くなった場合にホウ素
濃度は高くなり易い。
ホウ素濃度が異なるGaAs基板を用いてMESFETを製作し
た時のΔVtの関係を第１図に示す。ホウ素濃度の測定は
二次イオン質量分析（SIMS）を用い、濃度測定をした基
板に近い基板を用いてMESFETを製作した。また、GaAsの
初期融液組成は約0.505であり、アクセプタとしての炭
素濃度は約１×1016cm-3である。なお、1018cm-3以下の
ホウ素濃度ではゲート長2.0μｍでのVt自体には影響が
見られない。
た時のΔVtの関係を第１図に示す。ホウ素濃度の測定は
二次イオン質量分析（SIMS）を用い、濃度測定をした基
板に近い基板を用いてMESFETを製作した。また、GaAsの
初期融液組成は約0.505であり、アクセプタとしての炭
素濃度は約１×1016cm-3である。なお、1018cm-3以下の
ホウ素濃度ではゲート長2.0μｍでのVt自体には影響が
見られない。
ホウ素濃度が１×1017cm-3以下では、負側へのVt変化
量−Vtは50mV以下である。しかし、ホウ素濃度がこれ以
上になるとVt変化量は増大し、７×1017cm-3では300mV
と大きい。これから、Vtが増大し始めるホウ素濃度の境
界を、１×1017cm-3とする。
量−Vtは50mV以下である。しかし、ホウ素濃度がこれ以
上になるとVt変化量は増大し、７×1017cm-3では300mV
と大きい。これから、Vtが増大し始めるホウ素濃度の境
界を、１×1017cm-3とする。
次にGaAs組成比の効果について調べた。GaAs基板中の
組成を直接に精密測定する方法はまだ確立されていな
い。現状では、るつぼ中に仕込んだ原料の比から組成比
が決定される。るつぼからの蒸発する砒素を回収し重量
を測定すると微量であり、かつ成長後のインゴット重量
とるつぼ中の残留重量の合計が成長前の原料重量とほぼ
一致するため、初期融液組成を組成比とすることができ
る。
組成を直接に精密測定する方法はまだ確立されていな
い。現状では、るつぼ中に仕込んだ原料の比から組成比
が決定される。るつぼからの蒸発する砒素を回収し重量
を測定すると微量であり、かつ成長後のインゴット重量
とるつぼ中の残留重量の合計が成長前の原料重量とほぼ
一致するため、初期融液組成を組成比とすることができ
る。
As/（Ga＋As）で表されるAsのモル組成比を0.50に対
し±１％変化した時の、Vtの変化量−ΔVtを第２図に示
す。この時のホウ素濃度は１×1017cm-3以下で影響が少
ない領域にあり、炭素濃度は約１×1016cm-3である。な
お、As組成比の変化に伴うゲート長2.0μｍのVt自体は
変化が見られない。
し±１％変化した時の、Vtの変化量−ΔVtを第２図に示
す。この時のホウ素濃度は１×1017cm-3以下で影響が少
ない領域にあり、炭素濃度は約１×1016cm-3である。な
お、As組成比の変化に伴うゲート長2.0μｍのVt自体は
変化が見られない。
As組成比が0.50をより大きくAsが覆い場合はVt変化量
は50mV以下と小さいが、As組成比が0.50より小さくGaが
多い場合にはVtの変化量は大きくなり、組成比0.488で
は260mVの変化があった。また、As組成比が0.50で作成
したものでは50mV以下と小さかった。これから、使用可
能な境界を0.50とする。
は50mV以下と小さいが、As組成比が0.50より小さくGaが
多い場合にはVtの変化量は大きくなり、組成比0.488で
は260mVの変化があった。また、As組成比が0.50で作成
したものでは50mV以下と小さかった。これから、使用可
能な境界を0.50とする。
現在は、Gaが多い場合やホウ素が多い場合に短チャネ
ル効果が大きくなる機構は分かってない。しかし、Gaが
多い場合、As空孔やGaがAs格子位置に入ることにより、
アクセプタ欠陥準位が発生する。また、ホウ素濃度が高
いものに熱変性を生じさせると、Gaが多い場合に似たア
クセプタ欠陥準位が観察されるため、両者の現象にはア
クセプタ欠陥が何らかの形で関与していると考えられ
る。
ル効果が大きくなる機構は分かってない。しかし、Gaが
多い場合、As空孔やGaがAs格子位置に入ることにより、
アクセプタ欠陥準位が発生する。また、ホウ素濃度が高
いものに熱変性を生じさせると、Gaが多い場合に似たア
クセプタ欠陥準位が観察されるため、両者の現象にはア
クセプタ欠陥が何らかの形で関与していると考えられ
る。
（実施例） 本発明の砒化ガリウム基板を実施例により説明する。
Ga:As＝1.00:1.02のモル比（As組成比0.505）で混合
した約3kgの原料およびキャップ材としての酸化ホウ素B
2O3（含有水分量200ppm）400gを窒化ホウ素BNのるつぼ
に入れ、30kg/cm2の高圧Ar雰囲気中で1300℃まで昇温し
て原料を熔融する。種結晶を回転させながら熔融したB2
O3を通してGaAs融液に漬け、直径が約80mmになるように
回転と融液温度を制御して約7mm/時間の速度でインゴッ
トを引き上げる。
した約3kgの原料およびキャップ材としての酸化ホウ素B
2O3（含有水分量200ppm）400gを窒化ホウ素BNのるつぼ
に入れ、30kg/cm2の高圧Ar雰囲気中で1300℃まで昇温し
て原料を熔融する。種結晶を回転させながら熔融したB2
O3を通してGaAs融液に漬け、直径が約80mmになるように
回転と融液温度を制御して約7mm/時間の速度でインゴッ
トを引き上げる。
引き上げたインゴットを窒素中に950℃50時間保持し
５℃／分で徐冷してインゴットアニールを行なう。この
後、外周を研削して直径が75mmの柱状に加工し、厚さ0.
8mmに円板に切断する。表面をラップ研磨およびメカノ
ケミカル研磨を行ない鏡面に仕上げることにより、半導
体装置製造用の基板となる。製作された基板のホウ素濃
度は、インゴットの前方で２×1016cm-3、後方で５×10
16cm-3であった。
５℃／分で徐冷してインゴットアニールを行なう。この
後、外周を研削して直径が75mmの柱状に加工し、厚さ0.
8mmに円板に切断する。表面をラップ研磨およびメカノ
ケミカル研磨を行ない鏡面に仕上げることにより、半導
体装置製造用の基板となる。製作された基板のホウ素濃
度は、インゴットの前方で２×1016cm-3、後方で５×10
16cm-3であった。
一方、LSI用の基板として、Inを数％添加することに
より転位密度を大幅に低減することが可能である。この
場合にも本発明を適用することができる。InはGaAs結晶
中でGa格子位置に入り、Ga:As＝1.0:1.0にInを添加した
ものでは短チャネル効果の増大が確認されている。この
ため、Inを添加する場合、InはGaに等価として、As組成
比As/（As＋（Ga＋In））≧0.50とする必要がある。
より転位密度を大幅に低減することが可能である。この
場合にも本発明を適用することができる。InはGaAs結晶
中でGa格子位置に入り、Ga:As＝1.0:1.0にInを添加した
ものでは短チャネル効果の増大が確認されている。この
ため、Inを添加する場合、InはGaに等価として、As組成
比As/（As＋（Ga＋In））≧0.50とする必要がある。
（発明の効果） 以上に説明したように本発明の砒化ガリウム基板は、
イオン注入で製造したMESFETのゲート長を短縮した場合
に、ゲートしきい電圧が負側に変化する短チャネル効果
が小さく、ドレイン電流の飽和性、並びに素子均一性が
確保できる。このため、ゲート長を短縮して遮断周波数
の高い高性能MESFETを得ることができる。
イオン注入で製造したMESFETのゲート長を短縮した場合
に、ゲートしきい電圧が負側に変化する短チャネル効果
が小さく、ドレイン電流の飽和性、並びに素子均一性が
確保できる。このため、ゲート長を短縮して遮断周波数
の高い高性能MESFETを得ることができる。
第１図はホウ素Ｂ濃度とVt変化量（−ΔVt）の関係を示
す図、第２図はAsモル比As/（Ga＋As）とVt変化量（−
ΔVt）の関係を示す図である。
す図、第２図はAsモル比As/（Ga＋As）とVt変化量（−
ΔVt）の関係を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】砒素Asのモル組成比が0.50以上、ホウ素Ｂ
濃度が１×1017cm-3以下であることを特徴とする砒化ガ
リウム基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16440990A JP2890700B2 (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | 砒化ガリウム基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16440990A JP2890700B2 (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | 砒化ガリウム基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0455399A JPH0455399A (ja) | 1992-02-24 |
| JP2890700B2 true JP2890700B2 (ja) | 1999-05-17 |
Family
ID=15792595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16440990A Expired - Lifetime JP2890700B2 (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | 砒化ガリウム基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2890700B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU9227001A (en) | 2000-09-29 | 2002-04-15 | Showa Denko Kk | Inp single crystal substrate |
| JP4655861B2 (ja) * | 2005-10-07 | 2011-03-23 | 日立電線株式会社 | 電子デバイス用基板の製造方法 |
-
1990
- 1990-06-22 JP JP16440990A patent/JP2890700B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0455399A (ja) | 1992-02-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4602965A (en) | Method of making FETs in GaAs by dual species implantation of silicon and boron | |
| US4383869A (en) | Method for enhancing electron mobility in GaAs | |
| US4489480A (en) | Method of manufacturing field effect transistors of GaAs by ion implantation | |
| US6180269B1 (en) | GaAs single crystal substrate and epitaxial wafer using the same | |
| US4799088A (en) | High electron mobility single heterojunction semiconductor devices and methods for production thereof | |
| JP2890700B2 (ja) | 砒化ガリウム基板 | |
| KR930010978B1 (ko) | 박막트랜지스터의 제조방법 | |
| US3936321A (en) | Method of making a compound semiconductor layer of high resistivity | |
| US5183767A (en) | Method for internal gettering of oxygen in iii-v compound semiconductors | |
| US4028147A (en) | Liquid phase epitaxial process for growing semi-insulating GaAs layers | |
| JPS62265717A (ja) | ガリウムひ素集積回路用基板の熱処理方法 | |
| Nishi | Ion implantation for high-speed III–V ICs | |
| JPH0750692B2 (ja) | ▲ｉｉｉ▼―▲ｖ▼族化合物半導体の熱処理方法 | |
| US4032950A (en) | Liquid phase epitaxial process for growing semi-insulating gaas layers | |
| JP2645418B2 (ja) | ＧａＡｓ化合物半導体単結晶 | |
| US5272373A (en) | Internal gettering of oxygen in III-V compound semiconductors | |
| Sharma | Ion implantation into GaAs | |
| JP2932787B2 (ja) | 化合物半導体ウェハの製造方法 | |
| JPH0476355B2 (ja) | ||
| EP0177022B1 (en) | Gaas single crystal, method of producing the same, and semiconductor device utilizing the same | |
| JPH0272669A (ja) | 薄膜半導体装置及びその製造方法 | |
| KR900004439B1 (ko) | Iii-v족 원소 화합물의 반도체 소자 | |
| JPS596054B2 (ja) | 半導体素子の製造方法 | |
| US6630697B2 (en) | GaAs single crystal as well as method of producing the same, and semiconductor device utilizing the GaAs single crystal | |
| JPH06318545A (ja) | 化合物半導体ウェハ |