JPH10284510A - 半導体基板 - Google Patents

半導体基板

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JPH10284510A
JPH10284510A JP9089594A JP8959497A JPH10284510A JP H10284510 A JPH10284510 A JP H10284510A JP 9089594 A JP9089594 A JP 9089594A JP 8959497 A JP8959497 A JP 8959497A JP H10284510 A JPH10284510 A JP H10284510A
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JP
Japan
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layer
ingaas
crystal ratio
mixed crystal
substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9089594A
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English (en)
Inventor
Takashi Aisato
崇 藍郷
Akiyoshi Tachikawa
昭義 立川
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン基板上にGaAs層およびAlGa
As層とInGaAsチャネル層を有する電界効果トラ
ンジスタ用基板において、InGaAsチャネル層中の
電子移動度が劣化しない化合物半導体基板を提供する。 【解決手段】 InGaAsチャネル層16において、
Inの混晶比がバッファ層12あるいはAlGaAs電
子供給層14との界面では0であるが、InGaAsチ
ャネル層13へ行くに従って徐々に増加し、InGaA
sチャネル層13との界面では0.2になっているグレ
ーディット層16a、16bを導入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はデバイスをその上に
製造するための半導体基板に関し、シリコン基板上に化
合物半導体であるGaAsを積層したヘテロエピタキシ
ャル半導体基板に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話を初めとする移動体通信
機器の飛躍的な拡大により、高速、高効率、低消費電力
という特長を持つGaAsデバイスが、特に出力部のパ
ワー素子として好適に用いられ、その需要が急速に増大
している。
【0003】このように化合物半導体を用いたデバイス
の需要が多くなっているにもかかわらず、その化合物半
導体のバルク基板の口径は未だ3〜4インチ程度である
ため、6〜8インチさらには12インチといった大口径
化が達成されているシリコン基板と比較し、デバイスの
量産化が困難になる一因となっている。
【0004】そこで注目されているのが、シリコン基板
上にエピタキシャル成長法によって化合物半導体層を成
長させた化合物半導体基板である。このようにシリコン
基板上に化合物半導体をエピタキシャル成長させること
で、提供される化合物半導体基板としての大口径化を行
うことが可能となる。またシリコン基板はGaAs基板
に比べ、安価で機械的に堅牢であり、さらに熱伝導性に
も優れているため、形成されたデバイスの特性向上とコ
ストダウンを同時に行えるという特長を有するものであ
る。
【0005】一方デバイス構造においては、従来のGa
Asチャネルからより電子移動度の大きい材料へチャネ
ルを変更する動きが活発になってきており、そのような
材料として現在InGaAsの導入が検討されている。
【0006】図3はこのシリコン基板上に高電子移動度
トランジスタ(HEMT)用の化合物半導体層を形成し
た基板10の一例を示す断面図である。シリコン基板1
1上にまずGaAsあるいはAlGaAsによるバッフ
ァ層12がエピタキシャル成長により形成されている。
このバッファ層12は、シリコンと化合物半導体層の界
面における結晶性の乱れによる影響を緩和するためのも
のである。その上にInの濃度が均一であるInGaA
sチャネル層13がエピタキシャル成長により形成され
ており、さらにその上にAlGaAs電子供給層14、
GaAsキャップ層15が同じくエピタキシャル成長に
より形成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにシリコン基板上に化合物半導体を成長させた基板
は、シリコンと化合物半導体層との格子定数の違いおよ
び熱膨張係数の違いにより、両者の界面で転位とよばれ
る欠陥が数多く発生している。
【0008】一方、InGaAsチャネル層13とその
上下のバッファ層12およびAlGaAs電子供給層1
4も格子定数の異なった接合であるが、この場合はIn
GaAsチャネル層13のInの混晶比(Inx Ga
1-x Asにおけるxの数値で定義する。)を約0.2、
厚さを約200オングストローム以下とし、いわゆるひ
ずみ超格子の系を採用しているため転位は発生しない
が、大きなひずみを有することになる。
【0009】そこで、シリコン基板と化合物半導体層と
の界面から発生した転位に関しては、図4に示すよう
に、このInGaAsチャネル層13が持つ大きなひず
みのため、バッファ層12およびAlGaAs電子供給
層14とInGaAsチャネル層13との界面で界面と
平行方向に曲げられる。
【0010】このように界面と平行に曲げられた転位
は、電子の走行方向と同方向に転位が存在するため電子
移動度が著しく低下し、InGaAsチャネル層を導入
してもその効果が現れないという弊害が生ずる。
【0011】そこで、本発明においては、シリコン基板
上にGaAsまたはAlGaAsよりなるバッファ層、
その上にInGaAs層、さらにその上にGaAsまた
はAlGaAsよりなる層を有する半導体基板におい
て、InGaAs層中の電子移動度が劣化しない半導体
基板を提供することを目的とする。
【0012】
【問題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願発明の要旨とするところは、シリコン基板上に、
GaAsまたはAlGaAsよりなるバッファ層である
第一層と、InGaAsよりなる第二層と、GaAsま
たはAlGaAsよりなる第三層を有する半導体基板に
おいて、InGaAsよりなる第二層が層中心から層境
界にかけて混晶比が暫減するものであることを特徴とす
る半導体基板基板である。さらに、前記混晶比が0〜
0.2であることを特徴とする半導体基板である。
【0013】
【発明の実施の形態】上述のように構成された本発明
は、InGaAsチャネル層におけるInの混晶比がチ
ャネル層の上下では0、チャネル層中央へ行くに従い徐
々に増加し、チャネル層中央で0.2となっているた
め、チャネル層の上下にあるGaAs層あるいはAlG
aAs層との格子不整合は生じず、従ってひずみの発生
が押さえられ、転位がそれらの界面で曲げられることは
ない。そのためチャネル中央でのInGaAsの高い電
子移動度を保つことができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明を適用した一実施例を、添付し
た図面を参照して説明する。
【0015】図1は本発明を適用したHEMT用化合物
半導体基板である。図1の基板はシリコン基板11上に
GaAsあるいはAlGaAsによるバッファ層12が
エピタキシャル成長により形成され、さらにその上にI
nの組成が層内で変化しているInGaAsチャネル層
16、AlGaAs電子供給層14、GaAsキャップ
層15が同じくエピタキシャル成長により形成されたも
のである。
【0016】InGaAsチャネル層16は3層から構
成されており、Inの混晶比が0.2であるInGaA
s層が13で、その上下の層16aと16bは、バッフ
ァ層12およびAlGaAs電子供給層14へ近づくに
つれてInの混晶比が徐々に0になっていく層である。
(これら16aと16cのことをグレーディット層とよ
ぶ)InGaAs層13においてInの混晶比が0.2
である理由は、これ以上Inの割合が増加すると合金散
乱と呼ばれる新たな散乱が発生して電子の移動度が劣化
するためであり、これ以下だとInGaAsを導入した
効果があまり見られないためである。一方グレーディッ
ト層においては、その導入目的が上下の層との格子整合
を取ることであるから、Inの混晶比が必ずしも正確に
0から0.2まで変化している必要はなく、0と0.2
の近傍で格子整合が取れる値、例えば0.05から0.
18のような値でもよい。またこの混晶比の変化割合
も、特にリニアである必要はなく、ある関数形をもって
変化していてもよい。厚さに関しては、本実施例におい
てはInGaAs層13を100オングストローム、グ
レーディット層16aと16bをそれぞれ50オングス
トロームとした。なお従来基板においても、このように
混晶比が徐々に変化する層を有している場合があるが、
その目的はチャネルを流れる電子がオーミック電極へ到
達する間に感じるポテンシャルの変化割合を少なくし、
電気抵抗をより小さくするために導入されているもので
あり、本発明とはその導入目的が基本的に異なっている
ことを付言しておく。
【0017】このような基板の作成法を以下に述べる。
例えばMOCVD法によりシリコン基板11上にバッフ
ァ層12を形成後、グレーディット層16aを形成す
る。このグレーディット層は、In導入部のマスフロー
コントローラを制御し、Inの分圧が例えば混晶比0か
ら成長が進むにつれて0.2になるように調整すること
によって行われる。その上にInの混晶比が0.2であ
るInGaAs層13を成長させ、さらにグレーディッ
ト層16bを形成する。この時はグレーディット層16
aと反対に、Inの分圧が例えば混晶比0.2から次第
に0になるように調整して成長する。さらにその上にA
lGaAs電子供給層14とGaAsキャップ層15を
成長する。原料としては、トリメチルガリウム(TM
G)、トリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチル
インジウム(TMI)およびアルシンをMOCVD装置
に供給してエピタキシャル成長させる。なお電子供給層
とキャップ層はn型とする必要があるが、これはH2
S、H2Se、SiH4などを不純物源としてエピタキ
シャル成長中に装置内に導入することによって行われ
る。
【0018】InGaAs層13とグレーディット層1
6a、16bの膜厚については、本実施の形態では上記
のようにそれぞれ100オングストロームと50オング
ストロームにしたが、本発明はこのような膜厚に限定さ
れるものではない。ただ、用いる装置の膜厚制御性およ
び再現性などから、50〜100オングストローム程度
が好ましい。
【0019】また本実施の形態ではHEMT構造を例に
取ったが、この例からも分かるように、層数が4層以上
の基板にも本発明が適用できることは明らかである。
【0020】次に本発明の半導体基板をMESFET構
造に適用した例を図2に示す。シリコン基板11上にG
aAsあるいはAlGaAsによるバッファ層12がエ
ピタキシャル成長により形成され、さらにその上に不純
物ドープされたInGaAs活性層17、GaAsキャ
ップ層15が同じくエピタキシャル成長により形成され
たものである。この場合もHEMT構造の場合と同様
に、InGaAs活性層17はグレーディット層17
a、17cとInの混晶比が0.2のInGaAs層1
7bから構成されているが、不純物ドープされているこ
とが異なっている。またMESFET構造であるため、
当然電子供給層は存在しない。
【0021】
【発明の効果】本発明の半導体基板は、InGaAsチ
ャネル層においてその上下にあるGaAs層あるいはA
lGaAs層と接する部分はGaAsであるが、チャネ
ル中央へ行くに従ってInの混晶比が次第に増加し、チ
ャネル中央ではInの混晶比が0.2のInGaAsに
なっている。従って上下にあるGaAs層あるいはAl
GaAs層との格子不整合は生じず、ひずみの発生が押
さえられるため、転位がそれらの界面で曲げられること
はない。そのためチャネル中央でのInGaAsの高い
電子移動度を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用したHEMT用基板の断面図で
ある。
【図2】 本発明を適用したMESFET用基板の断面
図である。
【図3】 従来のHEMT用基板の断面図である。
【図4】 従来の基板において、転位の動きを模式的に
説明した図である。
【符号の説明】
10…半導体基板 11…Si基板 12…バッファ層 13…InGaAsチャネル層 14…AlGaAs電子供給層 15…GaAsキャップ層 16…Inの混晶比が変化しているInGaAsチャネ
ル層 16a、16b…グレーディット層 17…Inの混晶比が変化しているInGaAs活性層 17a…InGaAs活性層 17b、17c…ドープされたグレーディット層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板上に、GaAsまたはAl
    GaAsよりなるバッファ層である第一層と、InGa
    Asよりなる第二層と、GaAsまたはAlGaAsよ
    りなる第三層を有する半導体基板において、InGaA
    sよりなる第二層が層中心から層境界にかけて混晶比が
    暫減するものであることを特徴とする半導体基板。
  2. 【請求項2】 前記混晶比が0〜0.2であることを特
    徴とする請求項1記載の半導体基板。
JP9089594A 1997-04-08 1997-04-08 半導体基板 Withdrawn JPH10284510A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001068483A (ja) * 1999-08-30 2001-03-16 Kyocera Corp 半導体装置
WO2002063665A3 (en) * 2001-02-08 2003-01-23 Amberwave Systems Corp RELAXED InXGa1-xAs LAYERS INTEGRATED WITH Si
US6589335B2 (en) 2001-02-08 2003-07-08 Amberwave Systems Corporation Relaxed InxGa1-xAs layers integrated with Si
US6594293B1 (en) 2001-02-08 2003-07-15 Amberwave Systems Corporation Relaxed InxGa1-xAs layers integrated with Si

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US6589335B2 (en) 2001-02-08 2003-07-08 Amberwave Systems Corporation Relaxed InxGa1-xAs layers integrated with Si
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Effective date: 20040706