JPH10189944A - 高電子移動度トランジスタ - Google Patents
高電子移動度トランジスタInfo
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- JPH10189944A JPH10189944A JP34340596A JP34340596A JPH10189944A JP H10189944 A JPH10189944 A JP H10189944A JP 34340596 A JP34340596 A JP 34340596A JP 34340596 A JP34340596 A JP 34340596A JP H10189944 A JPH10189944 A JP H10189944A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電子走行層の電子移動度が高いＧａＮ系の高
電子移動度トランジスタを提供する。 【解決手段】 電子走行層がＧａＮ系化合物半導体層か
らなり、電子供給層が電子走行層よりバンドギャップエ
ネルギーの大きいＧａＮ系化合物半導体層からなる高電
子移動度トランジスタであって、前記電子走行層はＩ
ｎ、ＡｓまたはＰを１×１０19ｃｍ-3以上、５×１０20
ｃｍ-3以下含む。
電子移動度トランジスタを提供する。 【解決手段】 電子走行層がＧａＮ系化合物半導体層か
らなり、電子供給層が電子走行層よりバンドギャップエ
ネルギーの大きいＧａＮ系化合物半導体層からなる高電
子移動度トランジスタであって、前記電子走行層はＩ
ｎ、ＡｓまたはＰを１×１０19ｃｍ-3以上、５×１０20
ｃｍ-3以下含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子移動度を高め
た高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility
Transistor:ＨＥＭＴ）に関する。
た高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility
Transistor:ＨＥＭＴ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】高電子移動度トランジスタ（以下、ＨＥ
ＭＴと称す）は、低雑音の高出力マイクロ波素子とし
て、衛星放送受信機などに用いられている。この素子を
作製するためのＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハとして
は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のものが主に用いられて
きた。ところで、最近になり、ＧａＡｓよりも高温動作
が可能で、耐放射線性に優れるＧａＮ系のエピタキシャ
ルウェハが注目されている。このＧａＮ系のＨＥＭＴ
は、例えば図２に示すように、半絶縁性のサファイア基
板１上にＡｌＮバッファ層２、電子走行層となるノンド
ープＧａＮ層３、電子供給層となるｎ−ＡｌＧａＮ層４
を順次積層したものである。なお、５、６、７はそれぞ
れ、ソース電極、ゲート電極およびドレイン電極であ
る。上記構造のＨＥＭＴにおいて、電子供給層となるｎ
−ＡｌＧａＮ層４は電子走行層となるノンドープＧａＮ
層３に電子を供給し、供給された電子はＧａＮ層３の最
上層部３ａ（ｎ−ＡｌＧａＮ層４に接する領域）を高移
動度で走行する。従って、ＧａＮ層３は高い電子移動度
を保つために、高純度で、結晶欠陥が少ないことが要求
される。このＨＥＭＴは以下のようにして作製する。即
ち、先ず有機金属気相成長法を用いて、サファイア基板
１上にＡｌＮバッファ層２、ノンドープＧａＮ層３、ｎ
−ＡｌＧａＮ層４を順次積層する。次いで、プラズマＣ
ＶＤ装置を用いてＳｉＯ 2 膜を堆積させ、フォトレジス
トおよび化学エッチングによりパターニングする。その
後、ＡｕＧｅ／Ｎｉなどの金属を蒸着してソース電極
５、ゲート電極６およびドレイン電極７を形成する。
ＭＴと称す）は、低雑音の高出力マイクロ波素子とし
て、衛星放送受信機などに用いられている。この素子を
作製するためのＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハとして
は、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系のものが主に用いられて
きた。ところで、最近になり、ＧａＡｓよりも高温動作
が可能で、耐放射線性に優れるＧａＮ系のエピタキシャ
ルウェハが注目されている。このＧａＮ系のＨＥＭＴ
は、例えば図２に示すように、半絶縁性のサファイア基
板１上にＡｌＮバッファ層２、電子走行層となるノンド
ープＧａＮ層３、電子供給層となるｎ−ＡｌＧａＮ層４
を順次積層したものである。なお、５、６、７はそれぞ
れ、ソース電極、ゲート電極およびドレイン電極であ
る。上記構造のＨＥＭＴにおいて、電子供給層となるｎ
−ＡｌＧａＮ層４は電子走行層となるノンドープＧａＮ
層３に電子を供給し、供給された電子はＧａＮ層３の最
上層部３ａ（ｎ−ＡｌＧａＮ層４に接する領域）を高移
動度で走行する。従って、ＧａＮ層３は高い電子移動度
を保つために、高純度で、結晶欠陥が少ないことが要求
される。このＨＥＭＴは以下のようにして作製する。即
ち、先ず有機金属気相成長法を用いて、サファイア基板
１上にＡｌＮバッファ層２、ノンドープＧａＮ層３、ｎ
−ＡｌＧａＮ層４を順次積層する。次いで、プラズマＣ
ＶＤ装置を用いてＳｉＯ 2 膜を堆積させ、フォトレジス
トおよび化学エッチングによりパターニングする。その
後、ＡｕＧｅ／Ｎｉなどの金属を蒸着してソース電極
５、ゲート電極６およびドレイン電極７を形成する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧａＮ
層を気相成長させると、成長結晶中に窒素Ｎが入りにく
く、Ｎの欠如による格子欠陥が生ずる。従って、上述の
ＨＥＭＴには、電子走行層となるＧａＮ層に、おもにＮ
の空孔に基づく格子欠陥が存在するため、電子走行層の
電子移動度が十分に高くならないという問題があった。
層を気相成長させると、成長結晶中に窒素Ｎが入りにく
く、Ｎの欠如による格子欠陥が生ずる。従って、上述の
ＨＥＭＴには、電子走行層となるＧａＮ層に、おもにＮ
の空孔に基づく格子欠陥が存在するため、電子走行層の
電子移動度が十分に高くならないという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、電子走行層がＧａＮ系化合物
半導体層からなり、電子供給層が前記電子走行層よりバ
ンドギャップエネルギーの大きいＧａＮ系化合物半導体
層からなる高電子移動度トランジスタであって、前記電
子走行層はＩｎ、ＡｓまたはＰを１×１０19ｃｍ-3以
上、５×１０20ｃｍ-3以下含むことを特徴する高電子移
動度トランジスタである。
決すべくなされたもので、電子走行層がＧａＮ系化合物
半導体層からなり、電子供給層が前記電子走行層よりバ
ンドギャップエネルギーの大きいＧａＮ系化合物半導体
層からなる高電子移動度トランジスタであって、前記電
子走行層はＩｎ、ＡｓまたはＰを１×１０19ｃｍ-3以
上、５×１０20ｃｍ-3以下含むことを特徴する高電子移
動度トランジスタである。
【０００５】本発明は、新しい実験的知見に基づくもの
である。即ち、本発明者はＧａＮにＩｎを添加すると、
Ｉｎの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ-3
以下の範囲において、フォトルミネッセンス（ＰＬ）強
度で結晶性を比較したところ、ＧａＮ中の窒素に基づく
欠陥と思われるＰＬ強度が著しく小さくなることを見出
した。ＧａＮのバンド端のＰＬ強度ＩB （波長：約３６
５ｎｍ）と、窒素の欠陥のＰＬ強度ＩV （波長：約５７
５ｎｍ）を測定すると、Ｉｎを含まない場合では、Ｉ V
／ＩB ＝０．１〜０．２程度であるのに対し、上記範囲
のＩｎを含むＧａＮでは、測定限界を越えて、ＩV ／Ｉ
B ≒０であった。このことから、ＧａＮに上記範囲のＩ
ｎを添加することにより、ＧａＮの窒素に基づく欠陥は
減少することがわかる。従って、このようなＧａＮで電
子走行層を構成すると、電子走行層は高い電子移動度を
示すことが期待できる。なお、ＧａＮにＩｎを添加する
代わりに、Ａｓ或いはＰを１０19ｃｍ-3以上、５×１０
20ｃｍ-3以下の範囲で添加しても同様の結果を得ること
ができる。また、電子走行層にＡｌＧａＮなどの他のＧ
ａＮ系化合物半導体を用いても、Ｉｎ、Ａｓ或いはＰを
上記範囲で添加し、ＧａＮと同様の結果を得ることがで
きる。
である。即ち、本発明者はＧａＮにＩｎを添加すると、
Ｉｎの濃度が１×１０19ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ-3
以下の範囲において、フォトルミネッセンス（ＰＬ）強
度で結晶性を比較したところ、ＧａＮ中の窒素に基づく
欠陥と思われるＰＬ強度が著しく小さくなることを見出
した。ＧａＮのバンド端のＰＬ強度ＩB （波長：約３６
５ｎｍ）と、窒素の欠陥のＰＬ強度ＩV （波長：約５７
５ｎｍ）を測定すると、Ｉｎを含まない場合では、Ｉ V
／ＩB ＝０．１〜０．２程度であるのに対し、上記範囲
のＩｎを含むＧａＮでは、測定限界を越えて、ＩV ／Ｉ
B ≒０であった。このことから、ＧａＮに上記範囲のＩ
ｎを添加することにより、ＧａＮの窒素に基づく欠陥は
減少することがわかる。従って、このようなＧａＮで電
子走行層を構成すると、電子走行層は高い電子移動度を
示すことが期待できる。なお、ＧａＮにＩｎを添加する
代わりに、Ａｓ或いはＰを１０19ｃｍ-3以上、５×１０
20ｃｍ-3以下の範囲で添加しても同様の結果を得ること
ができる。また、電子走行層にＡｌＧａＮなどの他のＧ
ａＮ系化合物半導体を用いても、Ｉｎ、Ａｓ或いはＰを
上記範囲で添加し、ＧａＮと同様の結果を得ることがで
きる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかるＨ
ＥＭＴの一実施形態の断面図である。図中、１１は半絶
縁性シリコン基板、１２はＧａＮバッファ層、１３は電
子走行層となるＩｎドープＧａＮ層、１４は電子供給層
となるｎ−ＡｌＧａＮ層、１５、１６、１７はそれぞ
れ、ソース、ゲート、ドレインの各電極である。このＨ
ＥＭＴは、以下のような工程で作製した。即ち、１）成
長室とパターニング室を有する超高真空装置を用いて、
分子線エピタキシャル成長法で以下のようなエピタキシ
ャルウェハを作製した。半絶縁性シリコン基板１１上
に、ジメチルヒドラジン（５×１０-5Ｔｏｒｒ）とＧａ
（５×１０-7Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度６４０℃で
５０Åの厚さのＧａＮバッファ層１２を積層する。次い
で、ＧａＮバッファ層１２の上に、アンモニア（５×１
０-5Ｔｏｒｒ）、Ｇａ（５×１０-7Ｔｏｒｒ）、および
Ｉｎ（約１０-9Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度７８０℃
で５００Åの厚さのＩｎドープＧａＮ層１３を積層す
る。次いで、ＩｎドープＧａＮ層１３上に、アンモニア
（５×１０-5Ｔｏｒｒ）、Ｇａ（５×１０-7Ｔｏｒ
ｒ）、Ａｌ（１×１０-7Ｔｏｒｒ）およびＳｉ（５×１
０-9Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度８５０℃で２５０Å
の厚さのｎ−ＡｌＧａＮ層１４を積層する。２）次い
で、プラズマＣＶＤ装置を用いて、上記エピタキシャル
ウェハ上にＳｉＯ2 を堆積させた後、フォトリソグラフ
ィと化学エッチングを用いてゲート部をマスクし、ソー
ス、ドレインとなる部分に開口部を開ける。その開口部
にＡｌを蒸着し、ソース電極１５、ドレイン電極１７を
形成する。次いで、前記マスクを除去し、逆に、ソース
電極１５、ドレイン電極１７の上を覆い、ゲートとなる
部分に開口部を設けたＳｉＯ2 マスクを形成し、Ａｕを
蒸着してゲート電極１６を形成する。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかるＨ
ＥＭＴの一実施形態の断面図である。図中、１１は半絶
縁性シリコン基板、１２はＧａＮバッファ層、１３は電
子走行層となるＩｎドープＧａＮ層、１４は電子供給層
となるｎ−ＡｌＧａＮ層、１５、１６、１７はそれぞ
れ、ソース、ゲート、ドレインの各電極である。このＨ
ＥＭＴは、以下のような工程で作製した。即ち、１）成
長室とパターニング室を有する超高真空装置を用いて、
分子線エピタキシャル成長法で以下のようなエピタキシ
ャルウェハを作製した。半絶縁性シリコン基板１１上
に、ジメチルヒドラジン（５×１０-5Ｔｏｒｒ）とＧａ
（５×１０-7Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度６４０℃で
５０Åの厚さのＧａＮバッファ層１２を積層する。次い
で、ＧａＮバッファ層１２の上に、アンモニア（５×１
０-5Ｔｏｒｒ）、Ｇａ（５×１０-7Ｔｏｒｒ）、および
Ｉｎ（約１０-9Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度７８０℃
で５００Åの厚さのＩｎドープＧａＮ層１３を積層す
る。次いで、ＩｎドープＧａＮ層１３上に、アンモニア
（５×１０-5Ｔｏｒｒ）、Ｇａ（５×１０-7Ｔｏｒ
ｒ）、Ａｌ（１×１０-7Ｔｏｒｒ）およびＳｉ（５×１
０-9Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度８５０℃で２５０Å
の厚さのｎ−ＡｌＧａＮ層１４を積層する。２）次い
で、プラズマＣＶＤ装置を用いて、上記エピタキシャル
ウェハ上にＳｉＯ2 を堆積させた後、フォトリソグラフ
ィと化学エッチングを用いてゲート部をマスクし、ソー
ス、ドレインとなる部分に開口部を開ける。その開口部
にＡｌを蒸着し、ソース電極１５、ドレイン電極１７を
形成する。次いで、前記マスクを除去し、逆に、ソース
電極１５、ドレイン電極１７の上を覆い、ゲートとなる
部分に開口部を設けたＳｉＯ2 マスクを形成し、Ａｕを
蒸着してゲート電極１６を形成する。
【０００７】上述のＨＥＭＴにおいて、ＩｎドープＧａ
Ｎ層１３のＩｎ添加量を変化させて、電子走行層となる
ＩｎドープＧａＮ層１３の電子移動度を温度７７Ｋで測
定した。その結果を表１に示す。表１からわかるよう
に、Ｉｎの添加量が１×１０19ｃｍ-3以上、５×１０20
ｃｍ-3以下の範囲で、電子移動度は５５００以上であ
り、Ｉｎを添加しない場合の２倍以上となって、高い電
子移動度を示した。
Ｎ層１３のＩｎ添加量を変化させて、電子走行層となる
ＩｎドープＧａＮ層１３の電子移動度を温度７７Ｋで測
定した。その結果を表１に示す。表１からわかるよう
に、Ｉｎの添加量が１×１０19ｃｍ-3以上、５×１０20
ｃｍ-3以下の範囲で、電子移動度は５５００以上であ
り、Ｉｎを添加しない場合の２倍以上となって、高い電
子移動度を示した。
【０００８】 注）In添加量：ｃｍ-3 電子移動度（７７Ｋ）：ｃｍ2/Ｖ-1・Ｓ-1
【０００９】なお、本発明は上記実施形態に限定され
ず、電子走行層となるＧａＮ層にはＩｎのかわりにＡｓ
あるいはＰを１０19ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ-3以下
添加してもよい。この添加の際には、Ａｓ源として固体
のＡｓ、アルシン、有機系のＡｓを用いることができ、
また、Ｐ源としては、固体のＰ、フォスフィン、有機系
のＰを用いることができる。また、電子供給層はＡｌＧ
ａＮ層のかわりに、ＧａＮ層を用いてもよい。但し、こ
の場合にはＧａＮよりもバンドギャップの小さい材料、
例えばＩｎ1-X Ｇａ X Ｎ（０．１≦Ｘ≦０．３）層を電
子走行層であるＩｎドープＧａＮ層との間に介在させ、
電子供給層と電子走行層の間に電子が閉じ込められるよ
うにすることが望ましい。さらに、上記実施形態はＨＥ
ＭＴの電子走行層に高電子移動度のＩｎドープＧａＮ層
を用いているが、他の電子素子、例えばＦＥＴの電子走
行層に高電子移動度のＩｎドープＧａＮ層を用いてもよ
い。
ず、電子走行層となるＧａＮ層にはＩｎのかわりにＡｓ
あるいはＰを１０19ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ-3以下
添加してもよい。この添加の際には、Ａｓ源として固体
のＡｓ、アルシン、有機系のＡｓを用いることができ、
また、Ｐ源としては、固体のＰ、フォスフィン、有機系
のＰを用いることができる。また、電子供給層はＡｌＧ
ａＮ層のかわりに、ＧａＮ層を用いてもよい。但し、こ
の場合にはＧａＮよりもバンドギャップの小さい材料、
例えばＩｎ1-X Ｇａ X Ｎ（０．１≦Ｘ≦０．３）層を電
子走行層であるＩｎドープＧａＮ層との間に介在させ、
電子供給層と電子走行層の間に電子が閉じ込められるよ
うにすることが望ましい。さらに、上記実施形態はＨＥ
ＭＴの電子走行層に高電子移動度のＩｎドープＧａＮ層
を用いているが、他の電子素子、例えばＦＥＴの電子走
行層に高電子移動度のＩｎドープＧａＮ層を用いてもよ
い。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、電子走行層の電子移動
度が高いＧａＮ系の高電子移動度トランジスタが得られ
るという優れた効果がある。
度が高いＧａＮ系の高電子移動度トランジスタが得られ
るという優れた効果がある。
【図１】本発明に係るＨＥＭＴの一実施形態の断面図で
ある。
ある。
【図２】ＨＥＭＴの説明図である。
１１ 半絶縁性シリコン基板 １２ ＧａＮバッファ層 １３ ＩｎドープＧａＮ層 １４ ｎ−ＡｌＧａＮ層 １５、１６、１７ 電極
Claims (1)
- 【請求項１】 電子走行層がＧａＮ系化合物半導体層か
らなり、電子供給層が前記電子走行層よりバンドギャッ
プエネルギーの大きいＧａＮ系化合物半導体層からなる
高電子移動度トランジスタであって、前記電子走行層は
Ｉｎ、ＡｓまたはＰを１×１０19ｃｍ-3以上、５×１０
20ｃｍ-3以下含むことを特徴する高電子移動度トランジ
スタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34340596A JPH10189944A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 高電子移動度トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34340596A JPH10189944A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 高電子移動度トランジスタ |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002323750A Division JP2003179082A (ja) | 2002-11-07 | 2002-11-07 | 高電子移動度トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10189944A true JPH10189944A (ja) | 1998-07-21 |
Family
ID=18361265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34340596A Pending JPH10189944A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 高電子移動度トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10189944A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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