JP3104280B2 - 化合物半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法 - Google Patents
化合物半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、有機金属気相成長法に
より成長されたＦＥＴ用化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハに関するものである。
より成長されたＦＥＴ用化合物半導体エピタキシャルウ
ェーハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＡｓ等の化合物半導体のエピタキシ
ャル層は、近年ＧａＡｓ電界効果トランジスタ（以下Ｇ
ａＡｓＦＥＴと呼ぶ）や高電子移動度トランジスタ（以
下ＨＥＭＴと呼ぶ。）等、電子デバイス分野において不
可欠の材料になっている。特にＡｌＧａＡｓエピタキシ
ャル結晶は、ＧａＡｓＦＥＴやＨＥＭＴの性能の優劣を
左右するため、エピタキシャル結晶の純度の指標である
キャリア濃度等、結晶性の制御を精密に行うことが非常
に重要である。
ャル層は、近年ＧａＡｓ電界効果トランジスタ（以下Ｇ
ａＡｓＦＥＴと呼ぶ）や高電子移動度トランジスタ（以
下ＨＥＭＴと呼ぶ。）等、電子デバイス分野において不
可欠の材料になっている。特にＡｌＧａＡｓエピタキシ
ャル結晶は、ＧａＡｓＦＥＴやＨＥＭＴの性能の優劣を
左右するため、エピタキシャル結晶の純度の指標である
キャリア濃度等、結晶性の制御を精密に行うことが非常
に重要である。
【０００３】ＧａＡｓＦＥＴ用エピタキシャルウェーハ
は、図１に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板３上にＡ
ｌＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＧａＡｓ能動層１、ｎ+
型ＧａＡｓオーミックコンタクト層（図示せず）の順に
エピタキシャル層が形成されている。ただし、ｎ+型Ｇ
ａＡｓオーミックコンタクト層を必要としない場合もあ
る。ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶を形成する方法と
しては、有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法、
液相成長法などがある。近年、量産性、均一性において
優位な特徴を有する有機金属気相成長法が着目され、Ｇ
ａＡｓＦＥＴやＨＥＭＴのエピタキシャル結晶材料の製
造に実用化されている。
は、図１に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板３上にＡ
ｌＧａＡｓバッファ層２、ｎ型ＧａＡｓ能動層１、ｎ+
型ＧａＡｓオーミックコンタクト層（図示せず）の順に
エピタキシャル層が形成されている。ただし、ｎ+型Ｇ
ａＡｓオーミックコンタクト層を必要としない場合もあ
る。ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶を形成する方法と
しては、有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法、
液相成長法などがある。近年、量産性、均一性において
優位な特徴を有する有機金属気相成長法が着目され、Ｇ
ａＡｓＦＥＴやＨＥＭＴのエピタキシャル結晶材料の製
造に実用化されている。
【０００４】有機金属気相成長法でＡｌＧａＡｓエピタ
キシャル結晶を形成する場合、一般にＧａ、Ａｌ原料に
はトリメチルガリウム〔Ｇａ（ＣＨ3）3：以下ＴＭＧと
する〕，トリメチルアルミニウム〔Ａｌ（ＣＨ3）3：以
下ＴＭＡとする〕を、Ａｓ原料にはアルシン（Ａｓ
Ｈ3）を用い、これらの原料を水素ガス等のキャリアガ
スとともに、高周波加熱、赤外線ランプ加熱、あるいは
抵抗加熱方法により加熱された基板上に輸送し、熱分解
によりＧａＡｓ、あるいはＡｌＧａＡｓのエピタキシャ
ル結晶が形成される。
キシャル結晶を形成する場合、一般にＧａ、Ａｌ原料に
はトリメチルガリウム〔Ｇａ（ＣＨ3）3：以下ＴＭＧと
する〕，トリメチルアルミニウム〔Ａｌ（ＣＨ3）3：以
下ＴＭＡとする〕を、Ａｓ原料にはアルシン（Ａｓ
Ｈ3）を用い、これらの原料を水素ガス等のキャリアガ
スとともに、高周波加熱、赤外線ランプ加熱、あるいは
抵抗加熱方法により加熱された基板上に輸送し、熱分解
によりＧａＡｓ、あるいはＡｌＧａＡｓのエピタキシャ
ル結晶が形成される。
【０００５】ＧａＡｓＦＥＴ用のエピタキシャルウェー
ハにおいて、ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶をバッフ
ァ層に用いるとデバイス特性が飛躍的に向上することが
知られている（例えば、D.BOCCON-GIBOD, et al., IEEE
TRANSACTIONS ON DEVICES,VOL.ED-27, NO.6, 1980, p.
1141-1147, C.L.GHOSH et al.,IEEE ELCTRON DEVICELET
TERS, VOL.EDL-5, NO.1, 1984, p.3-5）。これは、Ａｌ
ＧａＡｓがＧａＡｓに比べて禁制帯幅が大きく、ＧａＡ
ｓ能動層を流れる電流がバッファ層へ注入されることを
防ぐ効果があるためで、バッファ層のリーク電流を抑制
できる。
ハにおいて、ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶をバッフ
ァ層に用いるとデバイス特性が飛躍的に向上することが
知られている（例えば、D.BOCCON-GIBOD, et al., IEEE
TRANSACTIONS ON DEVICES,VOL.ED-27, NO.6, 1980, p.
1141-1147, C.L.GHOSH et al.,IEEE ELCTRON DEVICELET
TERS, VOL.EDL-5, NO.1, 1984, p.3-5）。これは、Ａｌ
ＧａＡｓがＧａＡｓに比べて禁制帯幅が大きく、ＧａＡ
ｓ能動層を流れる電流がバッファ層へ注入されることを
防ぐ効果があるためで、バッファ層のリーク電流を抑制
できる。
【０００６】ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶は、Ｇａ
ＡｓＦＥＴのバッファ層とする場合、高純度かつ高抵抗
結晶であることが要求される。しかしながら、有機金属
気相成長法でＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶を形成す
ると、ＡｌＧａＡｓ中にカーボン原子や酸素原子を取り
込み易く高純度、高抵抗結晶を得ることが極めて難しい
ことが知られている（J.R.SHEALY and J.M.WOODALL, AP
PL.PHYS.LETT.41 88 1982）。
ＡｓＦＥＴのバッファ層とする場合、高純度かつ高抵抗
結晶であることが要求される。しかしながら、有機金属
気相成長法でＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶を形成す
ると、ＡｌＧａＡｓ中にカーボン原子や酸素原子を取り
込み易く高純度、高抵抗結晶を得ることが極めて難しい
ことが知られている（J.R.SHEALY and J.M.WOODALL, AP
PL.PHYS.LETT.41 88 1982）。
【０００７】ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶中へのカ
ーボンの取り込みについては、Ａｌ原子とカーボン原子
との結合力が強いことに起因していると考えられてい
る。すなわち、ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶のエピ
タキシャル成長過程において、ＴＭＡが完全に分解され
ず、カーボンを含む化学種であるメチル基がＡｌ原子に
結合した状態で結晶中に取り込まれる。また、気相中で
ＴＭＡより分解したメチル基が、メチルラジカルとして
結晶表面に吸着することによってもＡｌＧａＡｓ中に取
り込まれるというメカニズムも考えられている。
ーボンの取り込みについては、Ａｌ原子とカーボン原子
との結合力が強いことに起因していると考えられてい
る。すなわち、ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶のエピ
タキシャル成長過程において、ＴＭＡが完全に分解され
ず、カーボンを含む化学種であるメチル基がＡｌ原子に
結合した状態で結晶中に取り込まれる。また、気相中で
ＴＭＡより分解したメチル基が、メチルラジカルとして
結晶表面に吸着することによってもＡｌＧａＡｓ中に取
り込まれるというメカニズムも考えられている。
【０００８】このようにしてＡｌＧａＡｓエピタキシャ
ル結晶中に取り込まれたカーボンは、禁制帯中で浅い正
孔準位（アクセプタ準位）を形成し、その結果ＡｌＧａ
Ａｓはｐ型伝導性を示す。ＡｌＧａＡｓエピタキシャル
結晶では、カーボンの取り込みが著しく、強いｐ型伝導
性を示しそのキャリア濃度はｐ＝１０16〜１０17ｃｍ-3
レベルまでに達する（T.F.KEUCH, et al., JOURNAL OF
CRYSTALGROWTH 77, 257-271, 1987）。このような強い
ｐ型伝導性を有するＡｌＧａＡｓをＧａＡｓＦＥＴのバ
ッファ層として用いると、バッファ層での電流のリーク
が発生しＦＥＴ特性を劣化させる。
ル結晶中に取り込まれたカーボンは、禁制帯中で浅い正
孔準位（アクセプタ準位）を形成し、その結果ＡｌＧａ
Ａｓはｐ型伝導性を示す。ＡｌＧａＡｓエピタキシャル
結晶では、カーボンの取り込みが著しく、強いｐ型伝導
性を示しそのキャリア濃度はｐ＝１０16〜１０17ｃｍ-3
レベルまでに達する（T.F.KEUCH, et al., JOURNAL OF
CRYSTALGROWTH 77, 257-271, 1987）。このような強い
ｐ型伝導性を有するＡｌＧａＡｓをＧａＡｓＦＥＴのバ
ッファ層として用いると、バッファ層での電流のリーク
が発生しＦＥＴ特性を劣化させる。
【０００９】一方、酸素に関してはアルシン原料の精製
工程で残留する微量の酸素および酸素を含むガスや、有
機金属気相成長装置の内部に残留する微量の酸素および
酸素を含むガスが、ＡｌＧａＡｓ成長中にＴＭＡと気相
中で反応し、結晶中に取り込まれると考えられている
（例えば、J.R.SHEALY andJ.M.WOODALL, APPL.PHYS.LET
T.41, 88, 1982, I.HINO and T.SUZUKI, JOURNALOF CR
YSTAL GROWTH 68, 483, 1984）。Ａｌと酸素との反応性
が極めて高いためである。
工程で残留する微量の酸素および酸素を含むガスや、有
機金属気相成長装置の内部に残留する微量の酸素および
酸素を含むガスが、ＡｌＧａＡｓ成長中にＴＭＡと気相
中で反応し、結晶中に取り込まれると考えられている
（例えば、J.R.SHEALY andJ.M.WOODALL, APPL.PHYS.LET
T.41, 88, 1982, I.HINO and T.SUZUKI, JOURNALOF CR
YSTAL GROWTH 68, 483, 1984）。Ａｌと酸素との反応性
が極めて高いためである。
【００１０】ＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶中に酸素
が取り込まれると、酸素はＡｌＧａＡｓエピタキシャル
結晶の禁制帯中に深い準位を形成し、不純物補償により
見かけ上、残留キャリアを引き下げ高抵抗化する。これ
を利用して積極的に酸素をドーパントとして利用し、Ａ
ｌＧａＡｓエピタキシャル結晶を成長中に微量の酸素を
添加することにより、高抵抗化する試みも提案されてい
る（例えば特開平２−２８３１４号公報）。しかし、酸
素をＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶中に故意に添加し
たバッファ層を高出力ＦＥＴ用エピタキシャル層に適用
すると、特に高電圧領域まで動作を必要とする高出力Ｇ
ａＡｓＦＥＴにおいては、図２に示すようにソース−ド
レイン電流の高電圧領域における電流の折れ曲がり（以
下キンクと呼ぶ。）が顕著になり、ＦＥＴ特性を著しく
低下させることが問題となる。
が取り込まれると、酸素はＡｌＧａＡｓエピタキシャル
結晶の禁制帯中に深い準位を形成し、不純物補償により
見かけ上、残留キャリアを引き下げ高抵抗化する。これ
を利用して積極的に酸素をドーパントとして利用し、Ａ
ｌＧａＡｓエピタキシャル結晶を成長中に微量の酸素を
添加することにより、高抵抗化する試みも提案されてい
る（例えば特開平２−２８３１４号公報）。しかし、酸
素をＡｌＧａＡｓエピタキシャル結晶中に故意に添加し
たバッファ層を高出力ＦＥＴ用エピタキシャル層に適用
すると、特に高電圧領域まで動作を必要とする高出力Ｇ
ａＡｓＦＥＴにおいては、図２に示すようにソース−ド
レイン電流の高電圧領域における電流の折れ曲がり（以
下キンクと呼ぶ。）が顕著になり、ＦＥＴ特性を著しく
低下させることが問題となる。
【００１１】これは、酸素がＡｌＧａＡｓの禁制帯中に
深い準位を形成することに起因している。すなわち、酸
素を含むＡｌＧａＡｓバッファ層を持つ高出力ＦＥＴの
デバイス動作において、ソース−ドレイン間で高電界が
かかると中性状態で存在するＡｌＧａＡｓバッファ層中
の酸素がイオン化される。衝突電離（インパクト・アイ
オニゼーション）と呼ばれる現象で、これにより能動層
中のみならず、ＡｌＧａＡｓバッファ層中にも電流が流
れ、図２に示すようなキンクが発生する。また、ゲート
電圧を印加して行くにしたがって、相互コンダクタンス
を低下させる飽和電流値の下詰まり（コンプレッショ
ン）現象が発生する。以上のような技術的問題点によ
り、高出力ＦＥＴ用エピタキシャルウェーハに適切な高
純度ＡｌＧａＡｓバッファ層の開発が充分に行われてい
なのが現状である。
深い準位を形成することに起因している。すなわち、酸
素を含むＡｌＧａＡｓバッファ層を持つ高出力ＦＥＴの
デバイス動作において、ソース−ドレイン間で高電界が
かかると中性状態で存在するＡｌＧａＡｓバッファ層中
の酸素がイオン化される。衝突電離（インパクト・アイ
オニゼーション）と呼ばれる現象で、これにより能動層
中のみならず、ＡｌＧａＡｓバッファ層中にも電流が流
れ、図２に示すようなキンクが発生する。また、ゲート
電圧を印加して行くにしたがって、相互コンダクタンス
を低下させる飽和電流値の下詰まり（コンプレッショ
ン）現象が発生する。以上のような技術的問題点によ
り、高出力ＦＥＴ用エピタキシャルウェーハに適切な高
純度ＡｌＧａＡｓバッファ層の開発が充分に行われてい
なのが現状である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記した高
出力ＦＥＴのデバイス特性における技術的課題を解決
し、キンクや飽和電流値の下詰まりが発生しない、Ａｌ
ＧａＡｓエピタキシャル結晶をバッファ層とする高出力
ＦＥＴ用化合物半導体エピタキシャルウェーハおよびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
出力ＦＥＴのデバイス特性における技術的課題を解決
し、キンクや飽和電流値の下詰まりが発生しない、Ａｌ
ＧａＡｓエピタキシャル結晶をバッファ層とする高出力
ＦＥＴ用化合物半導体エピタキシャルウェーハおよびそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板上にＡｌxＧａ1-xＡｓ（ただし、０＜ｘ＜１）
バッファ層とｎ型ＧａＡｓ能動層を形成したＦＥＴ用エ
ピタキシャルウェーハにおいて、ＡｌＧａＡｓバッファ
層がｐ-型伝導性を示し、そのキャリア濃度が２×１０
15ｃｍ-3以下であることを特徴とするＦＥＴ用化合物半
導体エピタキシャルウェーハである。また、ＡｌＧａＡ
ｓエピタキシャル結晶の成長に使用するアルシンガス中
に残留する酸素および酸素を含む残留ガスの濃度が１０
ｐｐｂ以下のものを使用することによって酸素の取り込
みを抑止し、上記のエピタキシャルウェーハを製造する
方法である。
Ａｓ基板上にＡｌxＧａ1-xＡｓ（ただし、０＜ｘ＜１）
バッファ層とｎ型ＧａＡｓ能動層を形成したＦＥＴ用エ
ピタキシャルウェーハにおいて、ＡｌＧａＡｓバッファ
層がｐ-型伝導性を示し、そのキャリア濃度が２×１０
15ｃｍ-3以下であることを特徴とするＦＥＴ用化合物半
導体エピタキシャルウェーハである。また、ＡｌＧａＡ
ｓエピタキシャル結晶の成長に使用するアルシンガス中
に残留する酸素および酸素を含む残留ガスの濃度が１０
ｐｐｂ以下のものを使用することによって酸素の取り込
みを抑止し、上記のエピタキシャルウェーハを製造する
方法である。
【００１４】
【作用】有機金属気相成長法により、高出力ＦＥＴ用化
合物半導体エピタキシャルウェーハを作製する上で、Ａ
ｌＧａＡｓバッファ層に取り込まれる酸素を、成長装置
の気密性の確保や原料の純度管理などあらゆる角度から
除去することによって、バッファ層に高純度のｐ-型伝
導性をもたせる。これによって、酸素に関与するＦＥＴ
特性において高電圧側に発生するキンクが抑制される。
また、ゲート電圧を印加していく過程において観測され
る相互コンダクタンスの下詰まり（コンプレッション）
が抑制される。
合物半導体エピタキシャルウェーハを作製する上で、Ａ
ｌＧａＡｓバッファ層に取り込まれる酸素を、成長装置
の気密性の確保や原料の純度管理などあらゆる角度から
除去することによって、バッファ層に高純度のｐ-型伝
導性をもたせる。これによって、酸素に関与するＦＥＴ
特性において高電圧側に発生するキンクが抑制される。
また、ゲート電圧を印加していく過程において観測され
る相互コンダクタンスの下詰まり（コンプレッション）
が抑制される。
【００１５】
（実施例） (1) ＡｌＧａＡｓ結晶成長 装置内部に存在する酸素ガスおよび酸素を含有する残留
ガスの分圧が１×１０-5Ｐａ以下であるような有機金属
気相成長装置を用いて、まずアンドープＡｌＧａＡｓエ
ピタキシャル層の特性を確認するための成長を行った。
III族原料にはＴＭＧ，ＴＭＡをＶ族原料にはアルシン
を使用した。アルシン原料中の酸素ガスおよび酸素を含
有する残留ガスの濃度は１０ｐｐｂ以下のものを使用し
た。ＴＭＧ供給量は、５．６×１０-5モル／分，ＴＭＡ
供給量は６．４×１０-6モル／分，アルシン供給量は
６．２×１０-3〜１．６×１０-1モル／分とした。この
ときのＡｓ／Ｇａモル比（以後、Ｖ／III比と呼ぶ）は
１０〜２５０に相当する。アルシン原料は水素ベース１
０％希釈のシリンダーを使用した。全ガス流量は３０Ｓ
ＬＭとした。成長圧力は４．７×１０3Ｐａ、成長温度
６５０℃のもとでＡｌ組成約２０％のＡｌＧａＡｓエピ
タキシャル層を半絶縁性ＧａＡｓ基板上へ形成した。
ガスの分圧が１×１０-5Ｐａ以下であるような有機金属
気相成長装置を用いて、まずアンドープＡｌＧａＡｓエ
ピタキシャル層の特性を確認するための成長を行った。
III族原料にはＴＭＧ，ＴＭＡをＶ族原料にはアルシン
を使用した。アルシン原料中の酸素ガスおよび酸素を含
有する残留ガスの濃度は１０ｐｐｂ以下のものを使用し
た。ＴＭＧ供給量は、５．６×１０-5モル／分，ＴＭＡ
供給量は６．４×１０-6モル／分，アルシン供給量は
６．２×１０-3〜１．６×１０-1モル／分とした。この
ときのＡｓ／Ｇａモル比（以後、Ｖ／III比と呼ぶ）は
１０〜２５０に相当する。アルシン原料は水素ベース１
０％希釈のシリンダーを使用した。全ガス流量は３０Ｓ
ＬＭとした。成長圧力は４．７×１０3Ｐａ、成長温度
６５０℃のもとでＡｌ組成約２０％のＡｌＧａＡｓエピ
タキシャル層を半絶縁性ＧａＡｓ基板上へ形成した。
【００１６】このアンドープＡｌＧａＡｓエピタキシャ
ル層を約１０μｍ成長し、ホール測定にて電気的特性を
評価したところ、Ｖ／III比６５〜１３０の範囲ではｐ-
型伝導性を示し、そのキャリア濃度はｐ＝２×１０15ｃ
ｍ-3以下であった。Ｖ／III比＝１３０ではｐ＝７×１
０14ｃｍ-3であった。Ｖ／III比＝１５０以上ではホー
ル測定では測定不可能な高抵抗特性を示し、Ｖ／III比
＝２５０ではｎ-型伝導性を示した。
ル層を約１０μｍ成長し、ホール測定にて電気的特性を
評価したところ、Ｖ／III比６５〜１３０の範囲ではｐ-
型伝導性を示し、そのキャリア濃度はｐ＝２×１０15ｃ
ｍ-3以下であった。Ｖ／III比＝１３０ではｐ＝７×１
０14ｃｍ-3であった。Ｖ／III比＝１５０以上ではホー
ル測定では測定不可能な高抵抗特性を示し、Ｖ／III比
＝２５０ではｎ-型伝導性を示した。
【００１７】(2) ＦＥＴ用エピタキシャル結晶の成長
とデバイス評価 上記の成長装置、アルシン原料を使用してＦＥＴ用エピ
タキシャル結晶の成長を行った。エピタキシャル層の構
造は、アンドープＡｌＧａＡｓバッファ層とシリコンド
ープ−ｎ型ＧａＡｓ能動層で構成されている。基板には
半絶縁性ＧａＡｓ基板を使用した。エピタキシャル成長
の成長条件は、基本的には上記条件と同様である。ＴＭ
Ｇ供給量は５．６×１０-5モル／分，ＴＭＡ供給量は
６．４×１０-6モル／分，アルシン供給量は８．９×１
０-2モル／分とした。ｎ型ＧａＡｓ能動層を形成するた
め、成長装置のガスラインにはドーパントガスとしてシ
ランを使用した。シランガスは水素ベース１００ｐｐｍ
希釈のシリンダーを使用し、能動層を形成する際には、
供給量を８．２×１０-8モル／分とした。ＡｌＧａＡｓ
バッファ層の厚みは２μｍ、ｐ-型伝導性を示し、その
キャリア濃度はｐ＝７×１０14ｃｍ-3である。ＧａＡｓ
能動層は厚み０．３μｍ、キャリア濃度は１．０×１０
17ｃｍ-3である。
とデバイス評価 上記の成長装置、アルシン原料を使用してＦＥＴ用エピ
タキシャル結晶の成長を行った。エピタキシャル層の構
造は、アンドープＡｌＧａＡｓバッファ層とシリコンド
ープ−ｎ型ＧａＡｓ能動層で構成されている。基板には
半絶縁性ＧａＡｓ基板を使用した。エピタキシャル成長
の成長条件は、基本的には上記条件と同様である。ＴＭ
Ｇ供給量は５．６×１０-5モル／分，ＴＭＡ供給量は
６．４×１０-6モル／分，アルシン供給量は８．９×１
０-2モル／分とした。ｎ型ＧａＡｓ能動層を形成するた
め、成長装置のガスラインにはドーパントガスとしてシ
ランを使用した。シランガスは水素ベース１００ｐｐｍ
希釈のシリンダーを使用し、能動層を形成する際には、
供給量を８．２×１０-8モル／分とした。ＡｌＧａＡｓ
バッファ層の厚みは２μｍ、ｐ-型伝導性を示し、その
キャリア濃度はｐ＝７×１０14ｃｍ-3である。ＧａＡｓ
能動層は厚み０．３μｍ、キャリア濃度は１．０×１０
17ｃｍ-3である。
【００１８】次に上記のエピタキシャル結晶を用いてゲ
ート長１μｍ、ゲート幅２００μｍのリセスゲート型Ｆ
ＥＴを作製した。通常の測定方法によりＦＥＴの静特性
を測定したところ、図３に示すような良好な特性が得ら
れた。ここで、図の横軸はドレイン電圧、縦軸はドレイ
ン電流を示し、パラメータはゲート電圧を０．５Ｖづつ
変化させた。キンク特性や相互コンダクタンスの下詰ま
りは全く見られず、特に高出力用のＧａＡｓＦＥＴデバ
イスとして高性能特性を期待できる結果を得た。
ート長１μｍ、ゲート幅２００μｍのリセスゲート型Ｆ
ＥＴを作製した。通常の測定方法によりＦＥＴの静特性
を測定したところ、図３に示すような良好な特性が得ら
れた。ここで、図の横軸はドレイン電圧、縦軸はドレイ
ン電流を示し、パラメータはゲート電圧を０．５Ｖづつ
変化させた。キンク特性や相互コンダクタンスの下詰ま
りは全く見られず、特に高出力用のＧａＡｓＦＥＴデバ
イスとして高性能特性を期待できる結果を得た。
【００１９】（比較例）アルシン原料中に残留する酸素
分および酸素を含有する残留ガスの濃度が１００ｐｐｂ
のアルシンガスを使用して、実施例と同様の成長を行っ
た。 (1) ＡｌＧａＡｓ結晶成長 装置内部に存在する酸素ガスおよび酸素を含有する残留
ガスの分圧は実施例と同様に１×１０-5Ｐａ以下であ
る。まずアンドープＡｌＧａＡｓエピタキシャル層の特
性を確認するための成長を行った。ＴＭＧ供給量は、
５．６×１０-5モル／分，ＴＭＡ供給量は６．４×１０
-6モル／分，アルシン供給量は８．９×１０-2モル／分
とした。この条件でのＶ／III比は１３０である。全ガ
ス流量は３０ＳＬＭとした。成長圧力は４．７×１０3
Ｐａ、成長温度６５０℃のもとでＡｌ組成約２０％のＡ
ｌＧａＡｓエピタキシャル層を半絶縁性ＧａＡｓ基板上
へ形成した。
分および酸素を含有する残留ガスの濃度が１００ｐｐｂ
のアルシンガスを使用して、実施例と同様の成長を行っ
た。 (1) ＡｌＧａＡｓ結晶成長 装置内部に存在する酸素ガスおよび酸素を含有する残留
ガスの分圧は実施例と同様に１×１０-5Ｐａ以下であ
る。まずアンドープＡｌＧａＡｓエピタキシャル層の特
性を確認するための成長を行った。ＴＭＧ供給量は、
５．６×１０-5モル／分，ＴＭＡ供給量は６．４×１０
-6モル／分，アルシン供給量は８．９×１０-2モル／分
とした。この条件でのＶ／III比は１３０である。全ガ
ス流量は３０ＳＬＭとした。成長圧力は４．７×１０3
Ｐａ、成長温度６５０℃のもとでＡｌ組成約２０％のＡ
ｌＧａＡｓエピタキシャル層を半絶縁性ＧａＡｓ基板上
へ形成した。
【００２０】このアンドープＡｌＧａＡｓエピタキシャ
ル層を約１０μｍ成長し、ホール測定にて電気的特性を
評価したところ、ホール測定では測定不可能なレベルの
高抵抗特性を示した。比抵抗測定の結果、ＡｌＧａＡｓ
層の比抵抗は１×１０5Ωｃｍ以上の高抵抗特性を示す
ことを確認した。
ル層を約１０μｍ成長し、ホール測定にて電気的特性を
評価したところ、ホール測定では測定不可能なレベルの
高抵抗特性を示した。比抵抗測定の結果、ＡｌＧａＡｓ
層の比抵抗は１×１０5Ωｃｍ以上の高抵抗特性を示す
ことを確認した。
【００２１】(2) ＦＥＴ用エピタキシャル結晶の成長
とデバイス評価 アルシン原料中に残留する酸素分および酸素を含有する
残留ガスの濃度が１００ｐｐｂのアルシンガスを使用し
て、実施例(2)と同様のＦＥＴ用エピタキシャル結晶を
成長しＦＥＴ特性を調べた。成長条件は実施例１ (2)と
同一条件である。 ゲート長１μｍ、ゲート幅２００μ
ｍのリセスゲート型ＦＥＴを作製し、ＦＥＴの静特性を
測定したところ、第４図に示すようなキンク特性が顕著
に現れ、また相互コンダクタンスの下詰まり現象も現れ
た。
とデバイス評価 アルシン原料中に残留する酸素分および酸素を含有する
残留ガスの濃度が１００ｐｐｂのアルシンガスを使用し
て、実施例(2)と同様のＦＥＴ用エピタキシャル結晶を
成長しＦＥＴ特性を調べた。成長条件は実施例１ (2)と
同一条件である。 ゲート長１μｍ、ゲート幅２００μ
ｍのリセスゲート型ＦＥＴを作製し、ＦＥＴの静特性を
測定したところ、第４図に示すようなキンク特性が顕著
に現れ、また相互コンダクタンスの下詰まり現象も現れ
た。
【００２２】これはＡｌＧａＡｓバッファ層の成長中に
アルシン原料中の酸素および酸素分を含有する残留ガス
により、酸素がＡｌＧａＡｓ結晶に取り込まれたためで
あると考えられる。このように、アルシン原料中に酸素
および酸素分を含有する残留ガスが存在すると、酸素が
ＡｌＧａＡｓバッファ層を成長中に結晶の中に取り込ま
れＦＥＴ特性を著しく劣化させることが明かとなった。
このようなエピタキシャル結晶を用いて高出力ＧａＡｓ
ＦＥＴデバイスを作製しても、期待するデバイス特性を
得ることはできない。
アルシン原料中の酸素および酸素分を含有する残留ガス
により、酸素がＡｌＧａＡｓ結晶に取り込まれたためで
あると考えられる。このように、アルシン原料中に酸素
および酸素分を含有する残留ガスが存在すると、酸素が
ＡｌＧａＡｓバッファ層を成長中に結晶の中に取り込ま
れＦＥＴ特性を著しく劣化させることが明かとなった。
このようなエピタキシャル結晶を用いて高出力ＧａＡｓ
ＦＥＴデバイスを作製しても、期待するデバイス特性を
得ることはできない。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような優れた効果を発揮できる。 （１）ＡｌＧａＡｓバッファ層をｐ-伝導性にし、かつ
これを成長するとき結晶中に取り込まれる酸素を抑制す
ることにより、キンク特性を抑止することができ、高出
力ＦＥＴの特性を飛躍的に向上することができる。 （２）相互コンダクタンスの下詰まり現象を抑止するこ
とができ、高出力ＦＥＴの特性を飛躍的に向上すること
ができる。
本発明によれば次のような優れた効果を発揮できる。 （１）ＡｌＧａＡｓバッファ層をｐ-伝導性にし、かつ
これを成長するとき結晶中に取り込まれる酸素を抑制す
ることにより、キンク特性を抑止することができ、高出
力ＦＥＴの特性を飛躍的に向上することができる。 （２）相互コンダクタンスの下詰まり現象を抑止するこ
とができ、高出力ＦＥＴの特性を飛躍的に向上すること
ができる。
【図１】本発明の高出力ＦＥＴ用化合物半導体エピタキ
シャルウェーハの断面模式図である。
シャルウェーハの断面模式図である。
【図２】従来のエピタキシャルウェーハから作製した高
出力ＦＥＴの靜特性である。
出力ＦＥＴの靜特性である。
【図３】本発明のエピタキシャルウェーハから作製した
高出力ＦＥＴの靜特性である。
高出力ＦＥＴの靜特性である。
【図４】比較例のエピタキシャルウェーハから作製した
高出力ＦＥＴの靜特性である。
高出力ＦＥＴの靜特性である。
１：ｎ型ＧａＡｓ能動層 ２：ＡｌＧａＡｓバッファ層 ３：半絶縁性ＧａＡｓ基板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−232938（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−201918（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−126282（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/31 H01L 29/80 H01L 29/812
Claims (2)
- 【請求項１】 半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＡｌxＧａ1-x
Ａｓ（ただし、０＜ｘ＜１）バッファ層とｎ型ＧａＡｓ
能動層を、有機金属気相成長法により作製するＦＥＴ用
エピタキシャルウェーハにおいて、ＡｌＧａＡｓバッフ
ァ層がｐ-型伝導性を示し、そのキャリア濃度が２×１
０15ｃｍ-3以下であることを特徴とするＦＥＴ用化合物
半導体エピタキシャルウェーハ。 - 【請求項２】 有機金属気相成長法において、高純度の
原料を使用して、ｐ-型伝導性を有するＡｌＧａＡｓエ
ピタキシャル結晶を形成し、これをバッファ層とするこ
とを特徴とする請求項１記載のＦＥＴ用化合物半導体エ
ピタキシャルウェーハの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03096815A JP3104280B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03096815A JP3104280B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04326724A JPH04326724A (ja) | 1992-11-16 |
| JP3104280B2 true JP3104280B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=14175087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03096815A Expired - Fee Related JP3104280B2 (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 化合物半導体エピタキシャルウェーハおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3104280B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-26 JP JP03096815A patent/JP3104280B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04326724A (ja) | 1992-11-16 |
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