JPH03283427A - 高電子移動度トランジスター用エピタキシャル基板の製造方法 - Google Patents
高電子移動度トランジスター用エピタキシャル基板の製造方法Info
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- JPH03283427A JPH03283427A JP8452790A JP8452790A JPH03283427A JP H03283427 A JPH03283427 A JP H03283427A JP 8452790 A JP8452790 A JP 8452790A JP 8452790 A JP8452790 A JP 8452790A JP H03283427 A JPH03283427 A JP H03283427A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明はGaAs化合物半導体よりなる高電子移動度ト
ランジスター用エピタキシャル基板の製造方法に関する
。
ランジスター用エピタキシャル基板の製造方法に関する
。
〈従来の技術〉
GaAs化合物半導体よりなる電界効果型トランジスタ
ー(FET)は従来のSiを素材とするFETに較べて
優れた高周波特性を有している。特にヘテロ接合界面に
生ずる2次元電子層を動作層とする高電子移動度トラン
ジスター(以下HEMTと略称する。)は、従来のFE
Tに較べさらに高速動作が可能であるため、高周波およ
び高速論理素子用のデバイスとして広く研究が行われて
いる。
ー(FET)は従来のSiを素材とするFETに較べて
優れた高周波特性を有している。特にヘテロ接合界面に
生ずる2次元電子層を動作層とする高電子移動度トラン
ジスター(以下HEMTと略称する。)は、従来のFE
Tに較べさらに高速動作が可能であるため、高周波およ
び高速論理素子用のデバイスとして広く研究が行われて
いる。
このHEMTは、従来、主として分子線エピタキシー法
により作製されてきたが、近年の開発の進展に伴い、結
晶表面状態に優れ、より生産性のよい有機金属分解熱法
によっても作製されるようになってきた。
により作製されてきたが、近年の開発の進展に伴い、結
晶表面状態に優れ、より生産性のよい有機金属分解熱法
によっても作製されるようになってきた。
例えば最も実用化の進んでいるGaAs/ AlGaA
s系のHEMTを例にとると、通常、半絶縁性の(10
0)面基板上にノンドープGaAsバッファー層を成長
後、ノンドープAlGaAsスペーサー層、n −AI
GaAs電子供給層およびn−GaAsコンタクト層を
順次積層し、スペーサー層とバッファー層界面に発生す
る二次元電子層がチャネル層となる。
s系のHEMTを例にとると、通常、半絶縁性の(10
0)面基板上にノンドープGaAsバッファー層を成長
後、ノンドープAlGaAsスペーサー層、n −AI
GaAs電子供給層およびn−GaAsコンタクト層を
順次積層し、スペーサー層とバッファー層界面に発生す
る二次元電子層がチャネル層となる。
〈発明が解決しようとする課題〉
しかし、例えば有機金属熱分解法による結晶のHEMT
への利用に際しては次の問題があった。すなわち、−船
釣な傾向としてAlGaAsは低温で成長した場合、結
晶性の低下が生じ、このようなAlGaAsを用いた場
合、二次元電子特性の低下を始め、電子濃度の変動等を
生じるため結晶成長温度は高くする必要がある。
への利用に際しては次の問題があった。すなわち、−船
釣な傾向としてAlGaAsは低温で成長した場合、結
晶性の低下が生じ、このようなAlGaAsを用いた場
合、二次元電子特性の低下を始め、電子濃度の変動等を
生じるため結晶成長温度は高くする必要がある。
一方、GaAsでは高温はど原料および雰囲気中にある
残留不純物の影響が顕著になり、結晶純度は低下する。
残留不純物の影響が顕著になり、結晶純度は低下する。
このような層をバッファー層およびチャネル層に用いた
場合、二次元電子特性の低下の他、バッファー層への電
流リークを生じ、FETのピンチオフ特性の低下を招い
ていた。
場合、二次元電子特性の低下の他、バッファー層への電
流リークを生じ、FETのピンチオフ特性の低下を招い
ていた。
このような純度の低下となる不純物を除去することは望
ましい解決法であるが、原因とみられる残留不純物は通
常極めて微量であり、その除去のみならず起源の解明も
困難なのが実情である。そこでこういった不純物や欠陥
のとりこまれにくい結晶成長条件を選ぶ必要があるが、
GaAs結晶とAlGaAs結晶では適当な温度範囲が
異なるため、従来は両結晶の成長の際に温度を変えたり
、適当な成長温度で妥協をはかるといった対策が採られ
てきたが生産効率の低下や結晶品質が不十分であるとい
う問題がある。
ましい解決法であるが、原因とみられる残留不純物は通
常極めて微量であり、その除去のみならず起源の解明も
困難なのが実情である。そこでこういった不純物や欠陥
のとりこまれにくい結晶成長条件を選ぶ必要があるが、
GaAs結晶とAlGaAs結晶では適当な温度範囲が
異なるため、従来は両結晶の成長の際に温度を変えたり
、適当な成長温度で妥協をはかるといった対策が採られ
てきたが生産効率の低下や結晶品質が不十分であるとい
う問題がある。
また、基板となる半絶縁性GaAs単結晶の面方位は有
機金属熱分解法においては主に表面状態の改善の観点か
ら通常(100)面から2°程度傾けた面が用いられて
いる。
機金属熱分解法においては主に表面状態の改善の観点か
ら通常(100)面から2°程度傾けた面が用いられて
いる。
しかしながら、本発明者らの検討では、結晶純度の観点
からみた場合、その向上の程度は必ずも満足すべきもの
ではなかった。
からみた場合、その向上の程度は必ずも満足すべきもの
ではなかった。
〈課題を解決するための手段〉
本発明者らは上記の問題に鑑み、基板となる半絶縁性G
aAs単結晶の面方位と有機金属熱分解法において得ら
れるHEMT用結晶の結晶性や純度との関係について詳
細に検討した結果、面方位を(100)面から3°以上
傾けた場合、GaAs中の残留不純物濃度が顕著に低減
されること、およびAlGaAsの結晶性も改善される
ことを見出した。
aAs単結晶の面方位と有機金属熱分解法において得ら
れるHEMT用結晶の結晶性や純度との関係について詳
細に検討した結果、面方位を(100)面から3°以上
傾けた場合、GaAs中の残留不純物濃度が顕著に低減
されること、およびAlGaAsの結晶性も改善される
ことを見出した。
さらにこのような基板をHEMT用のエピタキシャル基
板の作製に適用したところ、二次元電子移動度が向上す
ることを見出した。さらにこのような傾向は(100)
面からずれが大きい程、また結晶成長温度が低い程顕著
であることを見出した。
板の作製に適用したところ、二次元電子移動度が向上す
ることを見出した。さらにこのような傾向は(100)
面からずれが大きい程、また結晶成長温度が低い程顕著
であることを見出した。
すなわち、本発明は半絶縁性GaAs基板上に有機金属
熱分解法によりGaAsを成長させてエピタキシャル基
板を製造する方法において、(100)面から3〜9°
傾けた面を有するGaAs基板を用いることを特徴とす
る高電子移動度トランジスター用エピタキシャル基板の
製造方法を提供するものである。
熱分解法によりGaAsを成長させてエピタキシャル基
板を製造する方法において、(100)面から3〜9°
傾けた面を有するGaAs基板を用いることを特徴とす
る高電子移動度トランジスター用エピタキシャル基板の
製造方法を提供するものである。
本発明によれば二次元電子特性の向上が可能であり、高
品質のHBMT用エピタキシャル基板を得ることができ
る。
品質のHBMT用エピタキシャル基板を得ることができ
る。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明においては半絶縁性GaAs基板として面方位を
(100)面から3〜9°傾けた面を有するGaAs基
板を用いることにより、高純度で電子移動度の大きいI
(EMT用エピタキシャル基板を得ることができる。面
方位の傾きが3°未満であると効果が顕著でなく、一方
、9°を超えると効果がそれ以上向上せず、また実用上
のデバイスチップの襞間性をも考慮すれば9°以下が好
ましく、より好ましくは3〜8°、さらに面方位のばら
つきを考慮すれば、面方位の傾きによる結晶純度変化率
の小さくなる5〜7°が最も好ましい。
(100)面から3〜9°傾けた面を有するGaAs基
板を用いることにより、高純度で電子移動度の大きいI
(EMT用エピタキシャル基板を得ることができる。面
方位の傾きが3°未満であると効果が顕著でなく、一方
、9°を超えると効果がそれ以上向上せず、また実用上
のデバイスチップの襞間性をも考慮すれば9°以下が好
ましく、より好ましくは3〜8°、さらに面方位のばら
つきを考慮すれば、面方位の傾きによる結晶純度変化率
の小さくなる5〜7°が最も好ましい。
本発明においてはこのようなGaAs基板上に有機金属
分解法により気相成長を行い、HEMT用のエピタキシ
ャル結晶を作製するが、その条件は特に限定されず、公
知の条件が採用でき、例えば半絶縁性の(100)面基
板上にバッファー層として膜厚が3000〜10000
人のノンドープGaAs層を成長後、スペーサー層とし
て10〜50人のノンドープAl(、aAs、電子供給
層として300〜500人のn −AlGaAs層およ
びコンタクト層として100〜1500人のn −Ga
As層を順次積層することにより作製することができる
。
分解法により気相成長を行い、HEMT用のエピタキシ
ャル結晶を作製するが、その条件は特に限定されず、公
知の条件が採用でき、例えば半絶縁性の(100)面基
板上にバッファー層として膜厚が3000〜10000
人のノンドープGaAs層を成長後、スペーサー層とし
て10〜50人のノンドープAl(、aAs、電子供給
層として300〜500人のn −AlGaAs層およ
びコンタクト層として100〜1500人のn −Ga
As層を順次積層することにより作製することができる
。
原料としては、Ga源としてはトリメチルガリウム、ト
リエチルガリウム等のアルキルガリウム、As源として
はアルシンが使用され、AI源としてはトリメチルアル
ミニウム、トリエチルアルミニウム等のトリアルキルア
ルミニウムが使用される。
リエチルガリウム等のアルキルガリウム、As源として
はアルシンが使用され、AI源としてはトリメチルアル
ミニウム、トリエチルアルミニウム等のトリアルキルア
ルミニウムが使用される。
また、ドーパントとしてはシラン、ジシラン等n−ドー
パント類が使用できる。また、反応のキャリアガスとし
ては一般に水素が使用される。
パント類が使用できる。また、反応のキャリアガスとし
ては一般に水素が使用される。
また、成長温度は600〜700℃の範囲が好ましい。
600℃未満では表面に荒れが発生する傾向があり、ま
た、700℃を超えると面方位の傾きによる結晶純度の
向上効果は小さいので好ましくない。
た、700℃を超えると面方位の傾きによる結晶純度の
向上効果は小さいので好ましくない。
本発明においては結晶純度の向上した、すなわち、電子
移動度の大きいHBMT用エピタキシャル基板を得るこ
とができる。
移動度の大きいHBMT用エピタキシャル基板を得るこ
とができる。
この理由としては明確ではないが、結晶純度の向上につ
いては概略以下のような機構により生じるものと考えら
れる。すなわち、結晶の成長を微視的にみた場合、結晶
表面に存在する原子ステップの前進により結晶成長は進
行すると一般に考えられている。(100)面において
面方位の僅かなゆらぎ、あるいは自然発生核がこのよう
な原子ステップの供給源となっているが、面方位を僅か
に傾けることにより、一定の密度の原子ステップが導入
され、そのステップ密度は傾きの増大とともに増加する
。通常有機金属熱分解法では結晶成長は原料供給律速で
行われ、結晶の成長速度は一定であることから、ステッ
プ密度の高い面では密度の低い面に較べて1ステツプ当
たりの原子供給量は減少し、ステップ前進速度は低下す
る。このことは結晶固化速度の低下に相当し、結晶成長
に際して不純物元素の偏析が生じる。通常の不純物は偏
析係数は1より小さいためステップ密度の高い面、すな
わち、(100)面から傾きの大きな面はど不純物の取
込み効率は低下し、結果的に高純度結晶が得られるもの
と推察される。
いては概略以下のような機構により生じるものと考えら
れる。すなわち、結晶の成長を微視的にみた場合、結晶
表面に存在する原子ステップの前進により結晶成長は進
行すると一般に考えられている。(100)面において
面方位の僅かなゆらぎ、あるいは自然発生核がこのよう
な原子ステップの供給源となっているが、面方位を僅か
に傾けることにより、一定の密度の原子ステップが導入
され、そのステップ密度は傾きの増大とともに増加する
。通常有機金属熱分解法では結晶成長は原料供給律速で
行われ、結晶の成長速度は一定であることから、ステッ
プ密度の高い面では密度の低い面に較べて1ステツプ当
たりの原子供給量は減少し、ステップ前進速度は低下す
る。このことは結晶固化速度の低下に相当し、結晶成長
に際して不純物元素の偏析が生じる。通常の不純物は偏
析係数は1より小さいためステップ密度の高い面、すな
わち、(100)面から傾きの大きな面はど不純物の取
込み効率は低下し、結果的に高純度結晶が得られるもの
と推察される。
HEMT用のエピタキシャル結晶における二次元電子移
動度の向上はこのような純度向上効果が寄与しているも
のと考えられるが、その他にも二次元電子通路であるG
aAsとAlGaAsの界面の平坦性を始めとするその
他の品質の変化も寄与していると考えられ、(100)
面からの傾きのある面を使用することによるHEMT用
結晶の品質向上のメカニズムの詳細は必ずしも明確では
ない。
動度の向上はこのような純度向上効果が寄与しているも
のと考えられるが、その他にも二次元電子通路であるG
aAsとAlGaAsの界面の平坦性を始めとするその
他の品質の変化も寄与していると考えられ、(100)
面からの傾きのある面を使用することによるHEMT用
結晶の品質向上のメカニズムの詳細は必ずしも明確では
ない。
以上のことから面方位を(100)面から傾けた基板を
用いて従来よりも低温で成長を行うことにより高品質な
結晶の成長が可能となり、さらに優れた二次元電子特性
を有するHEMT用エピタキシャル基板の作製が従来と
同様な原料ガスの使用により可能となった。
用いて従来よりも低温で成長を行うことにより高品質な
結晶の成長が可能となり、さらに優れた二次元電子特性
を有するHEMT用エピタキシャル基板の作製が従来と
同様な原料ガスの使用により可能となった。
〈発明の効果〉
以上説明したように、本発明によれば、面方位が(10
0)面から傾いた面を有する基板を用いることにより、
HEMT用として優れた二次元電子特性を宵するエピタ
キシャル基板を得ることができ、その工業的意義は大き
い。
0)面から傾いた面を有する基板を用いることにより、
HEMT用として優れた二次元電子特性を宵するエピタ
キシャル基板を得ることができ、その工業的意義は大き
い。
〈実施例〉
以下、実施例と比較例により、本発明をより詳細に説明
する。
する。
実施例1
結晶成長はバレル型反応器を用いて、有機金属熱分解法
により行った。
により行った。
原料としてはトリメチルガリウムを6.7 Xl0−’
mol/分、アルシンを3.35X 10−3mol/
分の条件で供給し、91X分のパラジウム膜を透過させ
精製した水素をキャリアガスとして供給しくアルシン、
水素は以下の全工程同じ量供給) 、0.1atm、6
500Cに加熱された半絶縁性の(、aAs基板上で熱
分解を行い、成長速度3μm/時間で膜厚5000人の
GaAsのバッファー層を作製後、トリメチルガリウム
を2,5x 10−5mat/分、トリメチルアルミニ
ウムを8.4×10−’mol/分供給し、膜厚20人
のAlGaAsのスペーサー層、次いでジシランを7.
4 X 10 ”mol/分を新たに供給して膜厚35
0人のn−ドープA lo、 2sGao、 75As
の電子供給層、その後、トリメチルガリウムを2、5
X 10−5mol/分、ジシランを7.4x 10−
9mol/分の供給して膜厚100人のn−ドープGa
Asのコンタクト層を順次設け、HEMT用エピタキシ
ャル結晶を作製した。このとき用いた基板は面方位を(
100)面から[110]方向へ3°傾けたものを用い
た。
mol/分、アルシンを3.35X 10−3mol/
分の条件で供給し、91X分のパラジウム膜を透過させ
精製した水素をキャリアガスとして供給しくアルシン、
水素は以下の全工程同じ量供給) 、0.1atm、6
500Cに加熱された半絶縁性の(、aAs基板上で熱
分解を行い、成長速度3μm/時間で膜厚5000人の
GaAsのバッファー層を作製後、トリメチルガリウム
を2,5x 10−5mat/分、トリメチルアルミニ
ウムを8.4×10−’mol/分供給し、膜厚20人
のAlGaAsのスペーサー層、次いでジシランを7.
4 X 10 ”mol/分を新たに供給して膜厚35
0人のn−ドープA lo、 2sGao、 75As
の電子供給層、その後、トリメチルガリウムを2、5
X 10−5mol/分、ジシランを7.4x 10−
9mol/分の供給して膜厚100人のn−ドープGa
Asのコンタクト層を順次設け、HEMT用エピタキシ
ャル結晶を作製した。このとき用いた基板は面方位を(
100)面から[110]方向へ3°傾けたものを用い
た。
作製したHEMT用エピタキシャル結晶のGaAsコン
タクト層をエツチング除去後、Van Der Pau
w法による77にでのホール測定により電子移動度を求
めたところ、46.000cm”/V−secであった
。
タクト層をエツチング除去後、Van Der Pau
w法による77にでのホール測定により電子移動度を求
めたところ、46.000cm”/V−secであった
。
実施例2
基板として(100)面から[110]方向へ5°傾け
たものを用いた以外は実施例1と同様にして結晶成長と
評価を行ったところ、電子移動度は50.000cm’
/V・secであった。
たものを用いた以外は実施例1と同様にして結晶成長と
評価を行ったところ、電子移動度は50.000cm’
/V・secであった。
実施例3
基板として(100)面から[1101方向へ7°傾け
たものを用いた以外は実施例1と同様にして結晶成長と
評価を行ったところ、電子移動度は52.0OOcm!
/vIISeCであった。
たものを用いた以外は実施例1と同様にして結晶成長と
評価を行ったところ、電子移動度は52.0OOcm!
/vIISeCであった。
比較例1
基板として面方位が(100)のものを用いた以外は実
施例1と同様にして結晶成長と評価を行ったところ、電
子移動度は24.0OOcが/■・secであった。
施例1と同様にして結晶成長と評価を行ったところ、電
子移動度は24.0OOcが/■・secであった。
実施例4
成長温度を700℃とし、基板として(100)面から
[1101方向へ5°傾けたものを用いた以外は実施例
1と同様にして結晶成長と評価を行ったところ、電子移
動度は34.000cm”/V−secであった。
[1101方向へ5°傾けたものを用いた以外は実施例
1と同様にして結晶成長と評価を行ったところ、電子移
動度は34.000cm”/V−secであった。
比較例2
基板として面方位が(100)のものを用いた以外は実
施例4と同様にして結晶成長と評価を行ったトコろ、電
子移動度は29.000cm2/V−secであツtコ
。
施例4と同様にして結晶成長と評価を行ったトコろ、電
子移動度は29.000cm2/V−secであツtコ
。
実施例5
成長温度を600°Cとし、基板として(100)面か
ら[110]方向へ5°傾けたものを用(Aた以外(ま
実施例1と同様にして結晶成長と評価を行ったところ、
表面状態はやや悪化したが、電子移動度(マ54、 O
OOcmt/■・secであった。
ら[110]方向へ5°傾けたものを用(Aた以外(ま
実施例1と同様にして結晶成長と評価を行ったところ、
表面状態はやや悪化したが、電子移動度(マ54、 O
OOcmt/■・secであった。
比較例2
基板として面方位が(100)のものを用いた以外は実
施例5と同様にして結晶成長と評価を行ったところ、電
子移動度は11.000cm”/V−secであった。
施例5と同様にして結晶成長と評価を行ったところ、電
子移動度は11.000cm”/V−secであった。
Claims (1)
- 半絶縁性GaAs基板上に有機金属熱分解法によりG
aAsおよびAlGaAsを成長させて高電子移動度ト
ランジスター用エピタキシャル基板を製造する方法にお
いて、面方位を(100)面から3〜9゜傾けた面を有
する半絶縁性GaAs基板を用いることを特徴とする高
電子移動度トランジスター用エピタキシャル基板の製造
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8452790A JPH03283427A (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | 高電子移動度トランジスター用エピタキシャル基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8452790A JPH03283427A (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | 高電子移動度トランジスター用エピタキシャル基板の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03283427A true JPH03283427A (ja) | 1991-12-13 |
Family
ID=13833113
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8452790A Pending JPH03283427A (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | 高電子移動度トランジスター用エピタキシャル基板の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03283427A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5569954A (en) * | 1993-01-13 | 1996-10-29 | Sumitomo Chemical Company Limited | Epitaxial Inx Ga.sub.(1-x) As having a slanted crystallographic plane azimuth |
US20110315998A1 (en) * | 2009-02-09 | 2011-12-29 | Koha Co., Ltd. | Epitaxial wafer, method for manufacturing gallium nitride semiconductor device, gallium nitride semiconductor device and gallium oxide wafer |
-
1990
- 1990-03-29 JP JP8452790A patent/JPH03283427A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5569954A (en) * | 1993-01-13 | 1996-10-29 | Sumitomo Chemical Company Limited | Epitaxial Inx Ga.sub.(1-x) As having a slanted crystallographic plane azimuth |
US20110315998A1 (en) * | 2009-02-09 | 2011-12-29 | Koha Co., Ltd. | Epitaxial wafer, method for manufacturing gallium nitride semiconductor device, gallium nitride semiconductor device and gallium oxide wafer |
US8592289B2 (en) * | 2009-02-09 | 2013-11-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Epitaxial wafer, method for manufacturing gallium nitride semiconductor device, gallium nitride semiconductor device and gallium oxide wafer |
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