JPH11345812A - Compound semiconductor epitaxial wafer and compound semiconductor device - Google Patents
Compound semiconductor epitaxial wafer and compound semiconductor deviceInfo
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- JPH11345812A JPH11345812A JP15401298A JP15401298A JPH11345812A JP H11345812 A JPH11345812 A JP H11345812A JP 15401298 A JP15401298 A JP 15401298A JP 15401298 A JP15401298 A JP 15401298A JP H11345812 A JPH11345812 A JP H11345812A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜半導体等のプ
レーナ型デバイスに用いられる化合物半導体エピタキシ
ャルウェハ及び化合物半導体装置に関するものである。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a compound semiconductor epitaxial wafer and a compound semiconductor device used for a planar device such as a thin film semiconductor.
【0002】[0002]
【従来の技術】GaAsを始めとする化合物半導体を用
いたデバイス即ち化合物半導体装置は、光デバイスや高
周波デバイスなど、様々な用途に使われる。代表的なプ
レーナ型デバイスに、GaAsやInGaAsを能動層
たるチャネル層に用いた電界効果トランジスタ(FE
T)がある。このプレーナ型デバイスの典型的な例とし
て、LDD(Lightly Dopaed Drain)構造や、リセス構
造を有するFETがある。後者のリセス構造を有するF
ETの断面を図1に示す。2. Description of the Related Art Devices using compound semiconductors such as GaAs, that is, compound semiconductor devices, are used in various applications such as optical devices and high-frequency devices. A typical planar type device is a field effect transistor (FE) using GaAs or InGaAs for an active channel layer.
T). A typical example of the planar device is an FET having an LDD (Lightly Dopaed Drain) structure or a recess structure. F having the latter recess structure
FIG. 1 shows a cross section of the ET.
【0003】半絶縁性基板1の上にAlGaAsバッフ
ァ層2があり、その上部にチャネル層3であるn型のG
aAsInPあるいはInGaAs等の層を有する。更
に、電極の接触抵抗を小さくするためのn型GaAsコ
ンタクト層4がある。これらの層は、通常、分子線エピ
タキシャル成長法(MBE法)や有機金属気相成長法
(MOVPE法)等によって製造される。An AlGaAs buffer layer 2 is provided on a semi-insulating substrate 1, and an n-type G layer serving as a channel layer 3 is provided thereon.
It has a layer of aAsInP or InGaAs. Further, there is an n-type GaAs contact layer 4 for reducing the contact resistance of the electrode. These layers are usually manufactured by a molecular beam epitaxial growth method (MBE method), a metal organic chemical vapor deposition method (MOVPE method), or the like.
【0004】FETはドレイン電極7からソース電極5
に流れる電流を、ゲート電極6に信号電圧を加えること
で制御し、信号の増幅を図る。この時、チャネル層3内
だけを電流が流れるのが理想であるが、実際には、チャ
ネル層3の下へも流れる。この漏れ電流は、トランジス
タの特性、特に利得や耐圧を低下させる。バッファ層2
はこの漏れ電流を抑止することが目的で設けられるもの
であり、このバッファ層2の性能がトランジスタの性能
を大きく左右する。[0004] In the FET, a drain electrode 7 is connected to a source electrode 5.
Is controlled by applying a signal voltage to the gate electrode 6 to amplify the signal. At this time, it is ideal that the current flows only in the channel layer 3, but actually, the current also flows below the channel layer 3. This leakage current lowers the characteristics of the transistor, particularly, the gain and breakdown voltage. Buffer layer 2
Is provided for the purpose of suppressing this leakage current, and the performance of the buffer layer 2 greatly affects the performance of the transistor.
【0005】バッファ層2に最もよく用いられるのは、
GaAs系デバイスでは、GaAlAs、またInP系
デバイスではInAlAsである。これらの材料はチャ
ネルとなるGaAs、InGaAs、InP等よりも大
きなバンドギャップエネルギーを持ち、そのため、チャ
ネル層3との間にエネルギー障壁ができる。この障壁を
利用して、チャネル層3からの漏れ電流を抑止する。勿
論、このバッファ層2は、導電性の小さなものでなけれ
ばならない。通常、材料中の不純物、特に浅いドナーや
アクセプターとなる不純物の濃度を極力小さくする。例
えば、1×1016cm-3未満とする。The most frequently used buffer layer 2 is:
GaAlAs for GaAs-based devices and InAlAs for InP-based devices. These materials have a larger band gap energy than GaAs, InGaAs, InP, or the like serving as a channel, so that an energy barrier is formed between the material and the channel layer 3. By utilizing this barrier, leakage current from the channel layer 3 is suppressed. Of course, the buffer layer 2 must be of a small conductivity. Normally, the concentration of impurities in the material, particularly impurities serving as shallow donors and acceptors, is minimized. For example, it is less than 1 × 10 16 cm −3 .
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、AlG
aAsやInAlAsを用いたヘテロ接合バッファ層
で、漏れ電流はかなり抑止されるものの、完全に漏れ電
流を無くすことはできない。高電界下で動作するFET
においては、少なからぬキャリアがバッファ層に注入さ
れ、n型キャリアであればドレイン電極へ流れていき、
これが漏れ電流となり、バッファ層中を流れてしまう。
極力これを抑えることがFETの性能向上につながる。SUMMARY OF THE INVENTION However, AlG
In the heterojunction buffer layer using aAs or InAlAs, although the leakage current is considerably suppressed, the leakage current cannot be completely eliminated. FET operating under high electric field
In, not a few carriers are injected into the buffer layer, and if it is an n-type carrier, it flows to the drain electrode,
This becomes a leakage current and flows in the buffer layer.
Suppressing this as much as possible leads to improved performance of the FET.
【0007】バッファ層へのキャリアの注入を少なくす
るにはバンドギャップを大きくすればよく、そのために
はバッファ層におけるAlの混晶比を高くすることが有
効であるが、一方では、Al混晶比を0.3以上にする
と、結晶性が乱れ、その上に成長するチャネル層の結晶
が悪くなり、やはりFET特性を悪化させてしまう。In order to reduce the injection of carriers into the buffer layer, it is necessary to increase the band gap. To this end, it is effective to increase the mixed crystal ratio of Al in the buffer layer. When the ratio is 0.3 or more, the crystallinity is disturbed, and the crystal of the channel layer grown thereon becomes poor, which also deteriorates the FET characteristics.
【0008】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、バッファ層に注入されたキャリアの移動度を小さく
し、バッファ層を流れる電流を小さくすることによっ
て、漏れ電流を抑止し、良好なトランジスタ性能を実現
することができる化合物半導体エピタキシャルウェハ及
び化合物半導体装置を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to reduce the mobility of carriers injected into the buffer layer, and to reduce the current flowing through the buffer layer, thereby suppressing the leakage current and improving the current. An object of the present invention is to provide a compound semiconductor epitaxial wafer and a compound semiconductor device that can realize transistor performance.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の化合物半導体エピタキシャルウェハは、プ
レーナ(平面)型デバイスに用いられ、チャネル層の下
にバッファ層を有する化合物半導体エピタキシャルウェ
ハを前提とし、それぞれ次のように構成したものであ
る。In order to achieve the above object, a compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention is used for a planar (planar) type device, and is premised on a compound semiconductor epitaxial wafer having a buffer layer below a channel layer. And each is configured as follows.
【0010】(1)請求項1に記載の化合物半導体エピ
タキシャルウェハは、前記バッファ層が、濃度の接近し
た浅いドナー不純物(浅いドナーとなる不純物)と浅い
アクセプター不純物(浅いアクセプターとなる不純物)
をそれぞれ1×1016cm-3以上の濃度で同時に含有する
化合物半導体層を持つものである。(1) In the compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, in the buffer layer, the buffer layer has shallow donor impurities (impurities to become shallow donors) and shallow acceptor impurities (impurities to become shallow acceptors).
At a concentration of 1 × 10 16 cm −3 or more at the same time.
【0011】ここで、バッファ層が化合物半導体層を
「持つ」という表現は、バッファ層が単層の化合物半導
体層から成る形態と、バッファ層を構成する複数の層の
1つとして化合物半導体層を持つ形態の両者を含む概念
である。他の請求項における「持つ」の解釈も同じであ
る。Here, the expression that the buffer layer has a compound semiconductor layer means that the buffer layer is composed of a single compound semiconductor layer and that the buffer semiconductor layer is one of a plurality of layers constituting the buffer layer. This is a concept that includes both forms. The interpretation of “having” in the other claims is the same.
【0012】本発明の要点は、バッファ層中に濃度の近
接した浅いアクセプター不純物およびドナー不純物を、
それぞれ1×1016cm-3以上添加するすることによっ
て、バッファ層中に注入されたキャリアの移動度を小さ
くすることにある。The gist of the present invention is that shallow acceptor impurities and donor impurities having close concentrations in the buffer layer are formed.
The purpose is to reduce the mobility of carriers injected into the buffer layer by adding 1 × 10 16 cm −3 or more, respectively.
【0013】浅い不純物の濃度が近接している場合、浅
い不純物は互いに補償関係にあり、ほぼ全てがイオン化
している。これらは、注入されたキャリアのイオン性散
乱源となり、バッファ層中のキャリアの移動度を低下さ
せる。その低下能力は不純物の濃度が高いほど高く、漏
れ電流を小さくすることができる。このバッファ層中に
注入されたキャリアの移動度を低下させる作用効果は、
不純物の濃度が1×1016cm-3以上で顕在化する。When the concentrations of the shallow impurities are close to each other, the shallow impurities have a compensation relationship with each other, and almost all are ionized. These serve as ionic scattering sources of the injected carriers, and lower the mobility of the carriers in the buffer layer. The lowering capability is higher as the impurity concentration is higher, and the leakage current can be reduced. The effect of reducing the mobility of carriers injected into the buffer layer is as follows.
It becomes apparent when the impurity concentration is 1 × 10 16 cm −3 or more.
【0014】この請求項1の発明においては、GaAl
As、InAlAs等のAlを構成元素として含む半導
体層の他、GaAs、InP、InGaP等のようにA
lを構成元素として含まない半導体層であっても、バッ
ファ層として使用することができる。According to the first aspect of the present invention, GaAl
In addition to a semiconductor layer containing Al as a constituent element, such as As or InAlAs, other semiconductor layers such as GaAs, InP, InGaP, etc.
Even a semiconductor layer not containing l as a constituent element can be used as a buffer layer.
【0015】(2)請求項2に記載の化合物半導体エピ
タキシャルウェハは、前記バッファ層が、濃度の接近し
た浅いドナー不純物と浅いアクセプター不純物をそれぞ
れ1×1016cm-3以上の濃度で同時に含有しかつAl混
晶比が0.2以上であるAlを含む化合物半導体層を持
つものである。バッファ層が、Alを含む化合物半導体
層を持つものであること、及び、そのAl混晶比が0.
2以上である点で請求項1と相違する。(2) In the compound semiconductor epitaxial wafer according to the second aspect, the buffer layer simultaneously contains shallow donor impurities and shallow acceptor impurities each having a concentration close to each other at a concentration of 1 × 10 16 cm −3 or more. Further, it has a compound semiconductor layer containing Al having an Al mixed crystal ratio of 0.2 or more. The buffer layer has an Al-containing compound semiconductor layer, and the Al mixed crystal ratio is 0.1.
The difference from claim 1 is that the number is 2 or more.
【0016】請求項2の発明は、バッファ層が、GaA
lAs、InAlAs等のAlを構成元素として含む化
合物半導体層を持つものである場合に特に有効である。
その理由は、これらの材料については、ドナー不純物を
添加したときに、DXセンターと呼ばれる深い準位が形
成されるため、材料の導電性を下げやすいからである。
また、アクセプターを添加した場合にも、やはり深い準
位となるAXセンターが存在する可能性も示唆されてい
る。According to a second aspect of the present invention, the buffer layer is made of GaAs.
This is particularly effective when the semiconductor device has a compound semiconductor layer containing Al as a constituent element, such as lAs or InAlAs.
The reason is that when a donor impurity is added to these materials, a deep level called a DX center is formed, so that the conductivity of the materials is easily lowered.
Further, it has been suggested that even when an acceptor is added, there is a possibility that an AX center having a deep level still exists.
【0017】一般に、漏れ電流を小さくするにはバンド
ギャップを大きくすればよく、バンドギャップはAl混
晶比を大きくすれば大きくなる。即ち、Al混晶比Xに
よりドナーイオン化エネルギーが変化し、その程度は、
Xが0.2を越えたあたりから活性化エネルギーが増大
し、X=0.4近傍で通常よりも10倍程度の0.2e
Vに達する。従って、DXセンターが顕在化するのは、
Al混晶比Xが0.2以上のときである。In general, the leakage current can be reduced by increasing the band gap, and the band gap is increased by increasing the Al mixed crystal ratio. That is, the donor ionization energy changes depending on the Al mixed crystal ratio X.
The activation energy starts to increase when X exceeds 0.2.
Reaches V. Therefore, the DX center becomes apparent
This is when the Al mixed crystal ratio X is 0.2 or more.
【0018】(3)請求項3に記載の化合物半導体エピ
タキシャルウェハは、前記バッファ層が、浅いドナー不
純物と浅いアクセプター不純物をそれぞれ1×1016cm
-3以上の濃度で同時に含有しかつAlAs混晶比が0.
2以上であるAlGaAs層を持つものである。バッフ
ァ層が具体的なAlGaAs層を持つものである点で、
請求項1及び2と相違する。(3) The compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 3, wherein the buffer layer contains shallow donor impurities and shallow acceptor impurities each at 1 × 10 16 cm.
-3 or more at the same time and the AlAs mixed crystal ratio is 0.
It has two or more AlGaAs layers. In that the buffer layer has a specific AlGaAs layer,
It differs from the first and second aspects.
【0019】AlGaAsの場合、DXセンターが顕在
化するのは、AlAs混晶比が0.2以上のときであ
る。この場合、浅いドナーの濃度[ND ]とアクセプタ
ーの濃度[NA ]とDXセンターの濃度[NDX]との間
に、次の関係があれば、結晶は高抵抗となる。In the case of AlGaAs, the DX center becomes apparent when the AlAs mixed crystal ratio is 0.2 or more. In this case, between the shallow concentration of donors [N D] and the acceptor concentration concentration [N A] and DX center [N DX], if there is the following relationship, the crystal becomes high resistance.
【0020】 [ND ]−[NA ]<[NDX] … (1) また、AlGaAs中には、酸素が混入する場合があ
り、これも深い準位となる。従って、酸素の混入をも考
慮に入れた場合、その濃度を[NO ]とすると、 [ND ]−[NA ]<[NDX]+[NO ] … (2) となるとき高抵抗の結晶となる。[N D ] − [N A ] <[N DX ] (1) Also, oxygen may be mixed into AlGaAs, which also has a deep level. Therefore, when taking into consideration the incorporation of oxygen, when the concentration [N O], [N D ] - [N A] <[N DX] + [N O] ... (2) and high when it becomes It becomes a crystal of resistance.
【0021】従って、請求項3記載の化合物半導体エピ
タキシャルウェハにおいては、前記浅いアクセプター不
純物の総濃度[NA ]と前記浅いドナー不純物の総濃度
[ND ]との差[NA ]−[ND ]の絶対値が、通常A
lGaAs中に含まれる酸素の濃度を下回るようにする
のが好ましい(請求項4)。[0021] Thus, in the compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 3, the difference between the total concentration [N D] of the shallow donor impurities and the total concentration [N A] of the shallow acceptor impurities [N A] - [N D ] is usually A
It is preferable that the concentration be lower than the concentration of oxygen contained in lGaAs (claim 4).
【0022】同様に、請求項3記載の化合物半導体エピ
タキシャルウェハにおいては、前記浅いアクセプター不
純物の総濃度[NA ]と前記浅いドナー不純物の総濃度
[N D ]との差[NA ]−[ND ]の絶対値が、AlG
aAs中の前記浅いドナー不純物が形成するDXセンタ
ーの濃度を下回るようにするのが好ましい(請求項
5)。Similarly, the compound semiconductor epi according to claim 3
In the case of a axial wafer, the above-mentioned shallow acceptor
Total concentration of pure substance [NA] And the total concentration of said shallow donor impurities
[N D] And the difference [NA]-[ND] Is the absolute value of AlG
DX center formed by the shallow donor impurity in aAs
Is preferably lower than the concentration of
5).
【0023】なお、ドナーイオン化エネルギーはAlA
s混晶比Xが0.2を越えたあたりから増大するので、
X=0.2以上とするのが、漏れ電流自体を小さくする
上で好ましい。The donor ionization energy is AlA
s Since the mixed crystal ratio X increases from around 0.2,
It is preferable that X = 0.2 or more in order to reduce the leakage current itself.
【0024】(4)前記浅いドナー不純物としては、S
i、Se、Ge、Sn又はTeのいずれをも含むことが
でき(請求項6)、また、前記浅いアクセプター不純物
としては、C、Be、Zn、Mn又はMgのいずれを含
むこともできる(請求項7)。(4) As the shallow donor impurity, S
i, Se, Ge, Sn, or Te may be included (claim 6), and the shallow acceptor impurity may include any of C, Be, Zn, Mn, or Mg (claim 6). Item 7).
【0025】(5)本発明の化合物半導体装置は、上記
請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の化合物半導
体エピタキシャルウェハを用いて作成した化合物半導体
装置(プレーナ型デバイス)である(請求項8)。(5) A compound semiconductor device according to the present invention is a compound semiconductor device (planar device) prepared using the compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7. (Claim 8).
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明の化合物半導体エピ
タキシャルウェハの実施の形態を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention will be described.
【0027】図1はGaAsパワーMESFET用エピ
タキシャルウェハである。GaAs基板1上に、バッフ
ァ層2としてAlx Ga1-x As層を形成し、その上に
チャネル層3としてn型GaAs層を形成し、更にコン
タクト層4としてn型GaAs層を形成してある。従っ
て、チャネル層3の下にバッファ層2を有する多層のエ
ピタキシャルウェハとなっている。FIG. 1 shows an epitaxial wafer for a GaAs power MESFET. An Al x Ga 1 -x As layer is formed as a buffer layer 2 on a GaAs substrate 1, an n-type GaAs layer is formed thereon as a channel layer 3, and an n-type GaAs layer is formed as a contact layer 4 thereon. is there. Therefore, a multilayer epitaxial wafer having the buffer layer 2 below the channel layer 3 is obtained.
【0028】バッファ層2は、Alx Ga1-x As層が
少なくとも1層以上あればよい。したがって、アンドー
プのGaAs層とAlx Ga1-x As層とが交互に積層
された構造でもよい。なお、Alx Ga1-x AsはGa
Asと格子定数がほぼ等しく、GaAsよりバンドギャ
ップが大きいため、GaAsをバッファ層とするより
も、Alx Ga1-x Asをバッファ層とする方が、基板
側に流れる漏れ電流を小さくする上で有効である。The buffer layer 2 may have at least one Al x Ga 1 -x As layer. Therefore, a structure in which undoped GaAs layers and Al x Ga 1 -x As layers are alternately stacked may be employed. Here, Al x Ga 1-x As is Ga
Since As has a lattice constant substantially equal to As and has a larger band gap than GaAs, the use of Al x Ga 1 -x As as the buffer layer reduces the leakage current flowing to the substrate side, rather than using GaAs as the buffer layer. Is effective in
【0029】このバッファ層2を構成するAlx Ga
1-x As層は、浅いドナー不純物としてのSiと浅いア
クセプター不純物としてのCとを、それぞれ1×1016
cm-3以上の濃度で同時に含有する。また、このバッファ
層2を構成するAlx Ga1-xAs層は、そのAl混晶
比Xが、0.2以上の範囲内にあり、また、これに含ま
れる酸素濃度は極めて低レベルである。Al x Ga constituting the buffer layer 2
The 1-x As layer contains 1 × 10 16 Si as a shallow donor impurity and C as a shallow acceptor impurity.
Contain simultaneously at a concentration of cm -3 or more. The Al x Ga 1 -x As layer forming the buffer layer 2 has an Al mixed crystal ratio X in the range of 0.2 or more, and the oxygen concentration contained in the Al x Ga 1 -x As layer is extremely low. is there.
【0030】このバッファ層2を構成するAlx Ga
1-x As層は、浅いドナー不純物Siと浅いアクセプタ
ー不純物Cとを、1×1016cm-3以上の濃度で同時に含
有するため、Alx Ga1-x Asバッファ層2のAl混
晶比を周波数特性を劣化させることなく0.3以上にす
ることができ、基板側に流れる漏れ電流を大幅に小さく
することができる。Al x G a constituting this buffer layer 2
Since the 1-x As layer simultaneously contains shallow donor impurities Si and shallow acceptor impurities C at a concentration of 1 × 10 16 cm −3 or more, the Al composition ratio of the Al x Ga 1-x As buffer layer 2 is reduced. Can be reduced to 0.3 or more without deteriorating the frequency characteristics, and the leakage current flowing to the substrate side can be greatly reduced.
【0031】本発明の効果を確認するために、半絶縁性
GaAs基板1を使用し、有機金属気相エピタキシャル
成長(MOVPE)法により、図1に示すプレーナ型デ
バイス用のエピタキシャルウェハを製作した。In order to confirm the effects of the present invention, an epitaxial wafer for a planar type device shown in FIG. 1 was manufactured by using a semi-insulating GaAs substrate 1 and by a metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method.
【0032】バッファ層2には、AlAs混晶比0.
3、厚さ300nmのAlGaAsを用いた。チャネル層
3には濃度3×1017cm-3のn型GaAsを用いてい
る。The buffer layer 2 has an AlAs mixed crystal ratio of 0.1.
3. AlGaAs having a thickness of 300 nm was used. The channel layer 3 is made of n-type GaAs having a concentration of 3 × 10 17 cm −3 .
【0033】バッファ層2にはドナー不純物であるSi
とアクセプター不純物であるCとを同濃度で添加した。
添加した濃度は、図3にプロットc,dで示すように、
Si及びCとも、1×1016cm-3(図3のc点)とした
ものと、1×1017cm-3(図3のd点)としたもの、の
2種類のウェハを作製した。The buffer layer 2 has a donor impurity of Si
And C as an acceptor impurity were added at the same concentration.
The added concentration is, as shown by plots c and d in FIG.
For both Si and C, two types of wafers were prepared, one with 1 × 10 16 cm −3 (point c in FIG. 3) and one with 1 × 10 17 cm −3 (point d in FIG. 3). .
【0034】一方、比較例として、同一条件の下で、S
i及びCの不純物を加えない無添加のもの、即ちSi及
びCの添加濃度が1×1015cm-3以下で高抵抗となって
いる場合(図3のa点)と、添加濃度が5×1015cm-3
である場合(図3のb点)のウェハを作製した。On the other hand, as a comparative example, under the same conditions, S
When no additive was added without adding impurities of i and C, that is, when the additive concentration of Si and C was 1 × 10 15 cm −3 or less and the resistance was high (point a in FIG. 3), × 10 15 cm -3
In this case (point b in FIG. 3), a wafer was prepared.
【0035】次に、これらの試料のウェハを用いて、エ
ッチングによりリセスを形成し、ソース電極5、ゲート
電極6、ドレイン電極7を着けて、リセス構造のFET
(図2)を作製し、そのトランジスタ直流特性を測定
し、比較した。各トランジスタは、リセスエッチングに
よりしきい値電圧が2.5Vになるように調整した。ゲ
ート長は0.8μmである。ソース・ゲート間、ドレイ
ン・ゲート間は1μmである。Next, using the wafers of these samples, a recess is formed by etching, and a source electrode 5, a gate electrode 6, and a drain electrode 7 are formed.
(FIG. 2) was fabricated, and the DC characteristics of the transistor were measured and compared. Each transistor was adjusted to have a threshold voltage of 2.5 V by recess etching. The gate length is 0.8 μm. The distance between the source and the gate and the distance between the drain and the gate are 1 μm.
【0036】図3に添加不純物濃度(cm-3)と、ゲート
耐圧(V)の関係を示す。ゲート耐圧は、ゲート電流I
gが、Ig=10μmとなるゲート電圧で定義した。添
加濃度が比較例の5×1015cm-3(図3のb点)では、
ゲート耐圧が18Vで無添加のときのゲート耐圧(図3
のa点)と変わらないが、添加不純物濃度が本実施例の
1×1016cm-3以上の場合(図3のc点、d点)にはゲ
ート耐圧が20Vを超えた値となり、2V以上耐圧が高
くなっている。FIG. 3 shows the relationship between the impurity concentration (cm -3 ) and the gate breakdown voltage (V). The gate breakdown voltage is determined by the gate current I
g is defined as the gate voltage at which Ig = 10 μm. When the additive concentration was 5 × 10 15 cm −3 (point b in FIG. 3) of the comparative example,
The gate withstand voltage when the gate withstand voltage is 18 V and no addition is performed (FIG. 3
(Point a in FIG. 3), but when the concentration of the added impurity is 1 × 10 16 cm −3 or more in this embodiment (points c and d in FIG. 3), the gate withstand voltage exceeds 20 V, which is 2 V As described above, the breakdown voltage is high.
【0037】図4は、添加不純物濃度(cm-3)と、FE
Tの相互コンダクタンスgm(mS/mm)と、ドレインコ
ンダクタンスgd(mS/mm)との関係を示す。それぞ
れ、ドレイン電圧が3Vで、ドレイン電流が50mA/mm
となるときの値を示している。やはり添加不純物濃度が
1×1016cm-3より高くなると、相互コンダクタンスg
mが高くなり、ドレインコンダクタンスgdが小さくな
っている。FIG. 4 shows the impurity concentration (cm -3 ) and the FE
The relationship between the mutual conductance gm (mS / mm) of T and the drain conductance gd (mS / mm) is shown. Each has a drain voltage of 3 V and a drain current of 50 mA / mm
It shows the value when Again, when the impurity concentration is higher than 1 × 10 16 cm −3 , the transconductance g
m increases, and the drain conductance gd decreases.
【0038】要するに、浅いドナー不純物Siと浅いア
クセプター不純物Cをそれぞれ1×1016cm-3以上の濃
度で同時に含有させかつAl混晶比が0.2以上である
AlGaAs層をバッファ層2に持たせるという、上記
技術を使用することにより、電界効果トランジスタの耐
圧を高くすることができる。本実施例では、2V以上高
くできる。また、FETの利得および飽和特性(相互コ
ンダクタンス、ドレインコンダクタンス)も向上する。In short, the buffer layer 2 has an AlGaAs layer containing shallow donor impurities Si and shallow acceptor impurities C at a concentration of 1 × 10 16 cm −3 or more, respectively, and having an Al composition ratio of 0.2 or more. By using the above technique, the withstand voltage of the field effect transistor can be increased. In this embodiment, the voltage can be increased by 2 V or more. In addition, the gain and saturation characteristics (mutual conductance and drain conductance) of the FET are improved.
【0039】上記実施例では、リセス構造のFETにつ
いて述べたが、いわゆるプレーナ型の化合物半導体FE
T、即ちLDD(Lightly Dopaed Drain)構造や、BP
LDD(Buried p-layer LDD)構造のものについても適
用できるほか、チャネル層の下にバッファ層を有する一
般的なプレーナ型デバイスに広く適用することができ
る。In the above embodiment, the FET having the recess structure has been described, but the so-called planar type compound semiconductor FE is used.
T, ie LDD (Lightly Dopaed Drain) structure, BP
The present invention can be applied not only to an LDD (Buried p-layer LDD) structure, but also to a wide range of general planar devices having a buffer layer below a channel layer.
【0040】[0040]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような優れた効果が得られる。As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
【0041】(1)請求項1〜7に記載の化合物半導体
エピタキシャルウェハによれば、バッファ層が、濃度の
接近した浅いドナー不純物と浅いアクセプター不純物を
それぞれ1×1016cm-3以上の濃度で同時に含有するの
で、これらが、バッファ層に注入されたキャリアのイオ
ン性散乱源として作用し、キャリアの移動度を低下させ
る。このキャリアの移動度を低下させる作用効果は、不
純物の濃度が1×1016cm-3以上で顕在化する。バッフ
ァ層中のキャリアの移動度が小さくなるため、トランジ
スタの耐圧を高くすることができ、また、利得および飽
和特性(相互コンダクタンス、ドレインコンダクタン
ス)も向上する。(1) According to the compound semiconductor epitaxial wafer of the first to seventh aspects, the buffer layer contains shallow donor impurities and shallow acceptor impurities each having a concentration close to each other at a concentration of 1 × 10 16 cm −3 or more. Since they are contained at the same time, they act as ionic scattering sources of the carriers injected into the buffer layer, and lower the mobility of the carriers. This effect of lowering the carrier mobility becomes apparent when the impurity concentration is 1 × 10 16 cm −3 or more. Since the mobility of carriers in the buffer layer is reduced, the withstand voltage of the transistor can be increased, and the gain and saturation characteristics (mutual conductance and drain conductance) can be improved.
【0042】(2)請求項2に記載の化合物半導体エピ
タキシャルウェハによれば、バッファ層が、GaAlA
s、InAlAs等のAlを含む化合物半導体層である
場合を取り扱っているので、ドナー不純物を添加したと
きに、DXセンターと呼ばれる深い準位が形成され、材
料の導電性を容易に下げることができる。また、バッフ
ァ層のAl混晶比が、DXセンターが顕在化する0.2
以上であるので、バンドギャップが大きくなり、漏れ電
流それ自体も小さくなる。(2) According to the compound semiconductor epitaxial wafer of the second aspect, the buffer layer is made of GaAlA.
Since a case of a compound semiconductor layer containing Al such as s and InAlAs is handled, when a donor impurity is added, a deep level called a DX center is formed, and the conductivity of the material can be easily reduced. . Further, the Al mixed crystal ratio of the buffer layer is set to 0.2 such that the DX center becomes apparent.
As described above, the band gap increases and the leakage current itself decreases.
【0043】(3)請求項3に記載の化合物半導体エピ
タキシャルウェハは、バッファ層がAlGaAs層から
成るので、バッファ層がGaAsから成る場合に較べ漏
れ電流が小さくなる。(3) In the compound semiconductor epitaxial wafer according to the third aspect, since the buffer layer is made of an AlGaAs layer, the leakage current is smaller than when the buffer layer is made of GaAs.
【0044】(4)請求項4に記載の化合物半導体エピ
タキシャルウェハは、浅いアクセプター不純物の総濃度
[NA ]と浅いドナー不純物の総濃度[ND ]との差
[NA]−[ND ]の絶対値が、通常AlGaAs中に
含まれる酸素の濃度を下回るようにしているので、バッ
ファ層の更に高抵抗化を図ることができる。[0044] (4) Compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 4, the difference between the total concentration [N D] shallow total concentration of the acceptor impurity [N A] a shallow donor impurities [N A] - [N D ] Is lower than the concentration of oxygen usually contained in AlGaAs, so that the resistance of the buffer layer can be further increased.
【0045】(5)同様に、請求項5に記載の化合物半
導体エピタキシャルウェハは、浅いアクセプター不純物
の総濃度[NA ]と浅いドナー不純物の総濃度[ND ]
との差[NA ]−[ND ]の絶対値が、AlGaAs中
の前記浅いドナー不純物が形成するDXセンターの濃度
を下回るようにしているので、バッファ層の更に高抵抗
化を図ることができる。[0045] (5) Similarly, the compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 5, total concentration total concentration of [N A] shallow donor impurities of the shallow acceptor impurities [N D]
The difference between [N A] - the absolute value of [N D] is, since the below a concentration of DX centers the shallow donor impurities in AlGaAs is formed, making it possible to further increase in the resistance of the buffer layer it can.
【0046】(6)請求項8によれば、化合物半導体エ
ピタキシャルウェハを用いて高耐圧、高利得の化合物半
導体装置(プレーナ型デバイス)を得ることができる。(6) According to the eighth aspect, a compound semiconductor device (planar device) having a high breakdown voltage and a high gain can be obtained by using a compound semiconductor epitaxial wafer.
【図1】本発明の化合物半導エピタキシャルウェハを示
す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention.
【図2】本発明の化合物半導エピタキシャルウェハを用
いた電界効果トランジスタの実施例を示す図である。FIG. 2 is a view showing an embodiment of a field-effect transistor using the compound semiconductor epitaxial wafer of the present invention.
【図3】バッファ層の添加不純物濃度とゲート耐圧の関
係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between an impurity concentration of a buffer layer and a gate breakdown voltage.
【図4】添加不純物濃度と相互コンダクタンス(gm)
およびドレインコンダクタンス(gd)との関係を示す
グラフである。[FIG. 4] Doped impurity concentration and transconductance (gm)
6 is a graph showing a relationship between the resistance and drain conductance (gd).
【図5】従来のエピタキシャルウェハを用いた電界効果
トランジスタを示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a field effect transistor using a conventional epitaxial wafer.
1 半絶縁性GaAs基板 2 AlGaAsバッファ層 3 n型GaAsチャネル層 4 n型GaAsコンタクト層 5 ソース電極 6 ゲート電流 7 ドレイン電極 REFERENCE SIGNS LIST 1 semi-insulating GaAs substrate 2 AlGaAs buffer layer 3 n-type GaAs channel layer 4 n-type GaAs contact layer 5 source electrode 6 gate current 7 drain electrode
Claims (8)
層の下にバッファ層を有する化合物半導体エピタキシャ
ルウェハにおいて、前記バッファ層が、濃度の接近した
浅いドナー不純物と浅いアクセプター不純物をそれぞれ
1×1016cm-3以上の濃度で同時に含有する化合物半導
体層を持つことを特徴とする化合物半導体エピタキシャ
ルウェハ。In a compound semiconductor epitaxial wafer used for a planar type device and having a buffer layer below a channel layer, the buffer layer contains a shallow donor impurity and a shallow acceptor impurity each having a close concentration of 1 × 10 16 cm. A compound semiconductor epitaxial wafer having a compound semiconductor layer simultaneously contained at a concentration of -3 or more.
層の下にバッファ層を有する化合物半導体エピタキシャ
ルウェハにおいて、前記バッファ層が、濃度の接近した
浅いドナー不純物と浅いアクセプター不純物をそれぞれ
1×1016cm-3以上の濃度で同時に含有し、かつAl混
晶比が0.2以上であるAlを含む化合物半導体層を持
つことを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェ
ハ。2. A compound semiconductor epitaxial wafer used in a planar type device and having a buffer layer below a channel layer, wherein the buffer layer contains shallow donor impurities and shallow acceptor impurities each having a close concentration of 1 × 10 16 cm. A compound semiconductor epitaxial wafer having a compound semiconductor layer containing Al at the same time at a concentration of -3 or more and having an Al mixed crystal ratio of 0.2 or more.
層の下にバッファ層を有する化合物半導体エピタキシャ
ルウェハにおいて、前記バッファ層が、浅いドナー不純
物と浅いアクセプター不純物をそれぞれ1×1016cm-3
以上の濃度で同時に含有し、かつAlAs混晶比が0.
2以上であるAlGaAs層を持つことを特徴とする化
合物半導体エピタキシャルウェハ。3. A compound semiconductor epitaxial wafer used for a planar type device and having a buffer layer below a channel layer, wherein the buffer layer contains shallow donor impurities and shallow acceptor impurities at 1 × 10 16 cm −3 , respectively.
It is contained simultaneously at the above concentrations, and the AlAs mixed crystal ratio is 0.1.
A compound semiconductor epitaxial wafer having two or more AlGaAs layers.
A ]と前記浅いドナー不純物の総濃度[ND ]との差
[NA ]−[ND ]の絶対値が、通常AlGaAs中に
含まれる酸素の濃度を下回るようにしたことを特徴とす
る請求項3記載の化合物半導体エピタキシャルウェハ。4. A total concentration of said shallow acceptor impurities [N
A ] and the absolute value of the difference [N A ] − [N D ] between the shallow donor impurity total concentration [N D ] is lower than the concentration of oxygen usually contained in AlGaAs. The compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 3.
A ]と前記浅いドナー不純物の総濃度[ND ]との差
[NA ]−[ND ]の絶対値が、AlGaAs中の前記
浅いドナー不純物が形成するDXセンターの濃度を下回
るようにしたことを特徴とする請求項4記載の化合物半
導体エピタキシャルウェハ。5. A total concentration of said shallow acceptor impurities [N
The difference between the total concentration [N D] of the shallow donor impurities and A] [N A] - the absolute value of [N D] has to be lower than the density of DX centers the shallow donor impurities in AlGaAs is formed 5. The compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 4, wherein:
e、Ge、Sn又はTeのいずれかを含むことを特徴と
する請求項1、2、3、4又は5記載の化合物半導体エ
ピタキシャルウェハ。6. The method according to claim 6, wherein said shallow donor impurities are Si, S
6. The compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the compound semiconductor epitaxial wafer contains any of e, Ge, Sn, and Te.
Be、Zn、Mn又はMgのいずれかを含むことを特徴
とする請求項1、2、3、4又は5記載の化合物半導体
エピタキシャルウェハ。7. The method according to claim 7, wherein the shallow acceptor impurity is C,
6. The compound semiconductor epitaxial wafer according to claim 1, wherein the compound semiconductor epitaxial wafer contains one of Be, Zn, Mn and Mg.
記載の化合物半導体エピタキシャルウェハを用いて作成
した化合物半導体装置。8. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7.
A compound semiconductor device produced using the compound semiconductor epitaxial wafer described in the above.
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JP2010199568A (en) * | 2009-01-28 | 2010-09-09 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Method for manufacturing semiconductor substrate, and semiconductor substrate |
WO2010119666A1 (en) * | 2009-04-15 | 2010-10-21 | 住友化学株式会社 | Method for measuring electrical characteristics of semiconductor substrate |
US8709904B2 (en) | 2008-11-28 | 2014-04-29 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method for producing semiconductor substrate, semiconductor substrate, method for manufacturing electronic device, and reaction apparatus |
US8823141B2 (en) | 2009-03-11 | 2014-09-02 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Semiconductor wafer, method of producing semiconductor wafer, electronic device, and method of producing electronic device |
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US8507950B2 (en) | 2009-01-28 | 2013-08-13 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method of producing semiconductor wafer and semiconductor wafer |
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