WO2004059742A1 - 高電子移動度エピタキシャル基板 - Google Patents

高電子移動度エピタキシャル基板 Download PDF

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WO2004059742A1
WO2004059742A1 PCT/JP2003/016393 JP0316393W WO2004059742A1 WO 2004059742 A1 WO2004059742 A1 WO 2004059742A1 JP 0316393 W JP0316393 W JP 0316393W WO 2004059742 A1 WO2004059742 A1 WO 2004059742A1
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epitaxial substrate
channel layer
gaas
electron
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PCT/JP2003/016393
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Takenori Osada
Takayuki Inoue
Noboru Fukuhara
Original Assignee
Sumitomo Chemical Company, Limited
Sumika Epi Solution Company, Ltd.
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    • H01L29/772—Field effect transistors
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    • H01L29/7783—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
    • H01L29/7785—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material with more than one donor layer

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor epitaxy substrate made of a Group III-V compound semiconductor for a strain channel high electron mobility transistor and a method of manufacturing the same.
  • High-electron-mobility field-effect transistors have been used as important components in high-frequency communication equipment.
  • the main feature of HEMT is that it employs a selectively doped heterostructure in which the electron supply layer (doped layer) that supplies electrons and the channel layer through which electrons travel are made of different materials.
  • the electron supply layer doped layer
  • electrons supplied from the n-type impurity in the electron supply layer accumulate in a potential well formed on the channel side of the interface of the hetero junction due to the difference in electron affinity of the material constituting the hetero junction. A two-dimensional electron gas is formed.
  • the n-type impurity for supplying electrons is in the electron supply layer, and the electrons supplied from the n-type impurity travel in a high-purity channel to spatially separate the ionized impurities and electrons.
  • the two-dimensional electron gas in the channel is not scattered by ionized impurities, and exhibits high electron mobility.
  • HEMTs are usually manufactured using an epitaxy substrate in which thin-film crystal layers having predetermined electronic properties are grown on a GaAs single crystal substrate so as to have a predetermined structure.
  • a molecular beam epitaxial growth method Molec u l ar B eam Ep ita xy, hereinafter referred to as an MBE method
  • an organometallic thermal decomposition method Me t a l o r g a n i c
  • MOC VD method Chemical Vapor Deposition
  • MOCVD is a method of growing crystals by thermally decomposing on the substrate using organometallic compounds or hydrides of atomic species that constitute the epitaxy layer as a raw material. Therefore, it is widely used industrially in recent years because it has a wide range of applicable substances and is suitable not only for precise control of crystal composition and film thickness, but also for processing large quantities of substrates with good controllability. It has become.
  • the lattice constant can be matched with an arbitrary composition, and various hetero junctions can be performed while maintaining good crystallinity.
  • GaAs and A1GaAs are widely used, it is necessary to increase the electron mobility of the channel layer in order to improve the performance of HEMTs. Therefore, recently, not only is it excellent in electron transport characteristics, but also the energy gap can be changed drastically according to the In composition, and two-dimensional electrons can be effectively confined.
  • Group 3-5 compound to be used InGaAs is used as a channel layer material instead of GaAs because it has a very good quality as a semiconductor material.
  • a 1 Ga As or Ga As is known as a material to be combined with InGaAs.
  • a HEMT using an InGaAs layer as a channel layer through which two-dimensional electrons flow is called a strain channel high electron mobility transistor (pseudomodrphic-HEMT, hereafter referred to as p-HEMT).
  • the limit value of the thickness of the strained crystal layer in such a lattice mismatched system is given as a function of the composition of the strained crystal layer.
  • the theoretical formulas of Matthews' disclosed in Crystal Growth, 32 (1974) p. 265 are known, and these theoretical formulas are found to be generally correct experimentally.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6-21106 discloses that the range up to the limit value of the InGaAs layer thickness given by these theoretical formulas is limited to the range used for the channel layer of the p-HEMT structure.
  • a layer to which no impurity is added may be inserted as a spacer layer.
  • 2708863 discloses that an A1GaAs layer and a GaAs layer are provided between an InGaAs strained layer and an n-A1GaAs electron supply layer used for a channel layer of a p-HEMT structure. There is disclosed a configuration in which a two-dimensional electron gas concentration and electron mobility are improved by inserting a spacer layer and optimizing growth conditions.
  • the electron mobility at room temperature (300K) is higher than that of the epitaxial substrate of the HEMT structure using the GaAs layer for the channel layer. Can be improved. However, the mobility at room temperature (300 K) reported so far is the highest at about 8000 cm 2 ZV ⁇ s, and even for a p-HEMT structure epitaxial substrate using an InGaAs strained layer as the channel layer. However, it has been difficult to achieve electron mobility beyond that.
  • the electron mobility increases as the thickness of the spacer layer increases. Increased force Since the distance between the electron supply layer and the channel layer is large, the concentration of the two-dimensional electron gas formed in the channel layer is reduced, which produces undesirable results.
  • the I n the composition of the channel layer it is effective to increase the film thickness.
  • Increasing the In composition of the channel layer reduces the effective mass of electrons traveling through the channel layer. This improves the electron mobility, increases the conduction band energy difference between the electron supply layer and the channel layer, and increases the two-dimensional electron gas concentration.
  • increasing the thickness of the channel layer is expected to lower the energy of the excitation level of the two-dimensional electron gas and improve the two-dimensional electron gas concentration.
  • electron mobility is an important parameter in improving various characteristics such as on-resistance, maximum current value, or transconductance, which are important performance indicators of an electric field transistor.
  • the rise resistance on-resistance
  • the amount of heat generated can be reduced, enabling higher integration of devices, reducing the chip size, and increasing the flexibility of module design. From this point of view, in the case of P-HEMTs used in various portable devices such as mobile phones, further improvement in electron mobility is desired.
  • the present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-described problems in the prior art, and as a result, have found that the InGaAs strained channel layer and the A1GaAs electric current source containing n-type impurities are supplied.
  • the present inventors have found that, in a p-HEMT comprising a layer, the emission peak wavelength in the InGaAs As strain channel layer has a predetermined correlation with the electron mobility there, and the present invention has been accomplished. That is, G is in contact with the top and bottom of the InGaAs s strain channel layer.
  • the strain-channel high electron mobility electric field includes an InGaAs layer as a strain channel layer, and an A 1 GaAs layer containing an n-type impurity as an electron supply layer.
  • the compound semiconductor epitaxial substrate used for the effect type transistor the compound semiconductor epitaxial substrate in which the emission peak wavelength at 77 K of the InGaAs layer is 1030 nm or more is proposed.
  • the compound semiconductor epitaxial substrate according to the first aspect wherein a Ga As layer is provided as a spacer layer above and below the InGaAs layer. .
  • each of the Ga As layers has a thickness of 4 nm or more.
  • the compound semiconductor epitaxy substrate according to the first aspect wherein the InGaAs layer has an electron mobility at 30 OK of 8300 cm 2 / Vs or more. You.
  • the first, second, third, or fourth method includes epitaxially growing each compound semiconductor layer using a metalorganic pyrolysis method (MOCVD removal).
  • MOCVD removal metalorganic pyrolysis method
  • FIG. 1 is a layer structure diagram showing an example of an embodiment of an epitaxial substrate according to the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the mobility and the emission peak wavelength in the HEMT structure shown in FIG.
  • FIG. 3 is a layer structure diagram of a first embodiment of an epitaxial substrate according to the present invention.
  • FIG. 4 is a layer structure diagram of a second embodiment of the epitaxial substrate according to the present invention.
  • FIG. 5 is a layer structure diagram of Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a layer structure diagram of Comparative Example 2.
  • FIG. 1 is a layer structure diagram showing an example of an embodiment of a p-HEMT structure epitaxial substrate according to the present invention.
  • 1 is a GaAs single crystal substrate and 2 is a buffer layer formed on a GaAs single crystal substrate 1.
  • Reference numeral 3 denotes a back-side electron supply layer formed as an n-Al GaAs layer and doped with an n-type impurity, and a pack-side spacer layer (A 1 G A A (s layer) 4 and a back-side spacer layer (GaAs layer) 5 are formed.
  • Reference numeral 6 denotes a channel layer in which a two-dimensional electron gas for flowing two-dimensional electrons is formed.
  • the channel layer is formed as an i-InGaAs layer having a thickness of 4 nm to 13.5 nm depending on the In composition.
  • a front-side spacer layer 7 composed of a GaAs layer, a front-side spacer layer 8 formed as an A1GaAs layer, and a front-side spacer layer formed as an n-A1 GaAs layer.
  • An electron supply layer 9, an undoped layer (i-Al GaAs layer) 10 and another undoped layer (i-GaAs layer) 11 are formed in this order. Since the epitaxial substrate shown in FIG. 1 is formed as described above, electrons are supplied from the electron supply layer 3 on the back side to the channel layer 6 via the knocker spacer layers 4 and 5. At the same time, electrons are also supplied from the front-side electron supply layer 9 to the channel layer 6 via the front-side spacer layers 8 and 7.
  • the In composition of the channel layer 6 and the film thicknesses of the back-side spacer layer 5 and the front-side spacer layer 7 in contact with the upper and lower sides are large in the two-dimensional electron gas concentration in the channel layer 6.
  • various combinations of the In composition and the thickness of the upper and lower spacer layers were measured at room temperature in the channel layer 6. Measurements were made to examine the relationship between electron mobility and the emission peak wavelength at 77K. The measurement results were as follows. Upper and lower spacers in the channel layer Mobility at room temperature Light emission at 77 K
  • composition layer thickness (A) (cm 2 V.s) Peak wavelength (nm) 0.20 20 72 00 99 8
  • Fig. 2 shows the results of the measurement as a graph.
  • the emission peak wavelength at 77 K is not less than 103 ⁇
  • the electron mobility is as high as 8300 (cm 2 / V-s), which has never been reported before. It turns out that it shows a high value. Therefore, in the epitaxial substrate having a p-HEMT structure shown in FIG. 1 having an i-InGaAs layer as a channel layer and an A1GaAs layer containing an n-type impurity as an electron supply layer, the channel If the emission peak wavelength of the layer at 77 K is set to 103 O nm or more, the electron mobility can be significantly increased.
  • the GaAs single-crystal substrate 1 is a high-resistance semi-insulating GaAs single-crystal substrate manufactured by a LEC (Liquid Encapsulated Czochralski) method, a VB (Vertical Bridgeman) method, a VGF (Vertical Gradient Freezing) method, or the like.
  • LEC Liquid Encapsulated Czochralski
  • VB Vertical Bridgeman
  • VGF Very Gradient Freezing
  • the surface of the GaAs single crystal substrate 1 prepared as described above is degreased and washed, etched, washed with water and dried, and then placed on a heating table of a crystal growth furnace. After sufficiently replacing the inside of the furnace with high-purity hydrogen, start heating. When the temperature is stabilized at an appropriate level, the arsenic raw material is introduced into the furnace. When growing the GaAs layer, a gallium raw material is subsequently introduced. When growing the A1GaAs layer, in addition to introducing arsenic raw materials, Material and aluminum raw materials are introduced. In growing the InGaAs layer, a gallium raw material and an indium raw material are introduced in addition to the arsenic raw material.
  • each raw material By controlling the supply amount and supply time of each raw material, a desired laminated structure is grown. Finally, supply of each raw material is stopped to stop crystal growth, and after cooling, the epitaxial substrate stacked as shown in FIG. 1 is taken out of the furnace to complete crystal growth.
  • the substrate temperature during crystal growth is typically around 500 ° C to 800 ° C.
  • the epitaxial substrate having the layer structure shown in FIG. 1 can be manufactured by MOCVD.
  • MOCVD Metal Organic Chemical Vapor Deposition
  • the advantage of using the MOCVD method is that the organometallic compound or hydride of the atomic species constituting the epitaxial layer can be used as a raw material.
  • arsenic trihydride (arsine) is generally used as a source of arsenic during epitaxy growth. You can also.
  • a trialkylated or trihydride in which an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or hydrogen is bonded to each metal atom is generally used.
  • n-type dopant a hydride such as silicon, germanium, tin, sulfur, selenium, or an alkylated compound having an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms can be used.
  • the laminated structure shown in Fig. 3 was fabricated by epitaxial growth on a VGF method semi-insulating GaAs substrate.
  • reference numeral 11 denotes a GaAs substrate which is a single crystal substrate
  • reference numerals 12 to 15 denote buffer layers formed on the Ga As substrate 11.
  • the buffer layers 12 to 15 are each composed of a 200 nm thick i-GaAs layer and a 250 nm thick i-GaAs layer.
  • a 1 o. 25 G a 0. 7 sAs layer, i one 250 nra thick G a A s So ⁇ Pi 200 nm thick i one A l 0. 2 5 G a o. 75 is formed as an A s layer I have.
  • n-type Impurities are 3XL 0 18 cm 3 doped back-side electron supply layer, on the back side electron supply layer 16, the back-side spacer layer 1 7 ⁇ Pi 18 are formed in this order.
  • 1 9 is a channel layer a two-dimensional electron gas for supplying a two-dimensional electrons are formed, 7. i one I n 0 of 6 nm thickness. A 30 Ga 0. 70 As layer.
  • front side spacer layers are front side spacer layers, respectively.
  • the front Gawasupesa layer 20 i one GaAs layer 6 nm thick
  • front spacer layer 21 is 3 nm thick i- A l 0. 24 Ga 0 . 76 As layer.
  • 22 is a front side electron supply layer, 10 nm thick
  • Trimethyl gallium (TMG) or trimethyl aluminum (TMI) was used as the raw material of the group 3 element, and arsine was used as the raw material of the group 5 element.
  • Epitaxy was performed using silicon as the n-type dopant under the conditions of a reactor pressure of 0.1 latm, a growth temperature of 650 ° C, and a growth rate of 200 A / min to 300 A / min.
  • the channel layer 19 in which electrons travel was formed by epitaxially growing a strained InGaAs layer having a composition of 0.30 and a thickness of 7.6 nm. Further, a non-doped GaAs layer as a spacer layer was epitaxially grown by 6.0 nm on each of the upper and lower sides of the InGas layer used for the channel layer.
  • Example 1 a PL spectrum at 77K was measured in the laminated structure of Example 1 in FIG.
  • the emission peak wavelength of the channel layer 19 was 1068 nm.
  • a HEMT structure epitaxial substrate having a multilayer structure shown in Fig. 4 was fabricated using a GaAs substrate.
  • the layer structure shown in FIG. 4 is different from that of FIG. 3 only in that the channel layer 31 has an In composition of 0.35, a Ga composition of 0.65, and a film thickness of 5.5 nm. It is different from the layer structure shown. Therefore, among the respective layers in FIG. 4, those corresponding to the respective layers in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description of those layers will not be repeated.
  • Example 2 in FIG. 4 a PL spectrum at 77 K was measured.
  • the emission peak wavelength of the channel layer was 1075 nm.
  • a HEMT structure epitaxial substrate having a laminated structure shown in FIG. 5 was fabricated as a comparative example 1 using a GaAs substrate.
  • the layer structure shown in FIG. 5 has a point that the channel layer 19A has an In composition of 0.20, a composition of 0.8 and a composition of 0.80, a film thickness of 13.5 nm, and a back side.
  • the thickness of the i-GaAs layer 18 A and 2 OA, which is the front-side spacer layer, is 2 nm, and the thickness of the undoped layer 23 A is ⁇ nm Only in this point, it differs from the layer structure of Example 1 shown in FIG. Therefore, among the layers in FIG. 5, those corresponding to the layers in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description of those layers will not be repeated.
  • the PL spectrum at 77 was measured.
  • the emission peak wavelength of the channel layer was 998 nm.
  • a HEMT structure epitaxial substrate having a laminated structure shown in FIG. 6 was fabricated as Comparative Example 2 using a GaAs substrate.
  • the layer structure shown in FIG. 6 is such that the channel layer 31A has an In composition of 0.20, a Ga composition of 0.80, and a film thickness S of 13.5 nm, and a non-doped layer. Only the point that the film thickness of 23 A is 7 nm is different from the layer structure of Example 2 shown in FIG. Therefore, among the layers in FIG. 6, those corresponding to the layers in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and a detailed description of those layers will not be repeated.
  • the PL spectrum at 77 was measured.
  • the emission peak wavelength of the channel layer was 996 nm.
  • the thickness of the GaAs layers stacked above and below the InGas channel layer in the p-HEMT structure epitaxial substrate was set to 4. Onm or more.
  • the electron mobility at room temperature (300 K) can be increased by 8300 cm 2 ZV by increasing the In-fiber composition of the channel layer and increasing the PL emission wavelength from the InGaAs layer of the channel layer to 103 Onm or more. ⁇ It was confirmed that it could be s or more.
  • the GaAs layer stacked on and under the InGaAs channel layer By increasing the thickness of the GaAs layer stacked on and under the InGaAs channel layer, the unevenness of the interface between the InGaAs layer and the AlGaAs layer is reduced, It is considered that the electron mobility is prevented from lowering due to scattering. At the same time, it is thought that it has the effect of suppressing three-dimensional growth due to segregation of In on the surface of the InGaAs layer, and also suppressing scattering on the interface. Furthermore, when a low-dislocation GaAs single crystal substrate with a VGF substrate or a VB substrate is used, the critical thickness of the InGaAs layer becomes larger, which causes lattice mismatch with the GaAs layer. This is effective in suppressing the occurrence of dislocation defects and increasing the film thickness while maintaining good crystal characteristics of the InGaAs layer.
  • the peak wavelength of the emission spectrum of the channel layer depends on the In composition of the channel layer and the thickness of the channel layer. As the In composition increases, the band gap decreases and the peak wavelength shifts to longer wavelengths. Also, as the channel layer thickness increases, the energy of the excitation level decreases, and the peak wavelength also shifts to longer wavelengths. Therefore, the peak wavelength of the emission spectrum can be used as an evaluation means for simultaneously optimizing the In composition and the film thickness of the channel layer.
  • the layer structures of the epitaxial substrates of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were used for evaluating the two-dimensional electron gas properties such as mobility evaluation by Ha11 measurement and threshold voltage measurement by CV measurement. For test structures.
  • the non-doped layer of the 14th layer of the layer structure of the epitaxial substrate in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 was used.
  • the thickness of the G a As layer is increased, and a contact layer for making ohmic contact with the source electrode and the drain electrode is laminated.
  • As the control layer a layer in which an n-GaAs layer doped with silicon at about 3 ⁇ 10 18 to 5 ⁇ 10 1 ° / cm is laminated to about 100 nm is usually used.
  • the effect of improving mobility according to the present invention is not impaired by the process for growing the contact layer and fabricating the FET device.
  • the effect of improving the mobility according to the present invention not only in the test structure for evaluating the epitaxial substrate characteristics in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, but also in the epitaxial substrate structure for the FET device. Is valid.
  • a p-HEMT structure epitaxial substrate having electron mobility and two-dimensional electron gas concentration which has been reported so far, which is advantageous even when manufacturing an electronic element. be able to.

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Abstract

　ＩｎＧａＡｓ層を歪チャネル層６、ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層をバック側及びフロント側電子供給層３及び９とする歪チャネル高電子移動度電界効果型トランジスタに用いられる化合物半導体エピタキシャル基板において、歪チャネル層６のＩｎ組成と膜厚との最適化により歪チャネル層６の７７Ｋにおける発光ピーク波長が１０３０ｎｍ以上となるようにする。

Description

高電子移動度ェピタキシャル基板 技術分野
本発明は、 3— 5族化合物半導体からなる歪チャネル高電子移動度トランジス タ用のィ匕合物半導体ェピタキシャル基板及びその製造方法に関する。
背景技術 明
• 高周波通信機器の重要な構成部品として高電子移動度電界効果型トランジスタ (H i g E l e c t r o n Mo b田i l i t y T r a n s i s t o r、 以 下 HEMTという） が用いられている。 HEMTは、 電子を供給する電子供給層 (ドープ層） と電子が走行するチャネル層とを異なる材料で構成した選択ドープ ヘテロ構造を採っている点が大きな特徴である。 このへテロ構造において、 電子 供給層内の n型不純物から供給された電子は、 ヘテロ接合を構成する材料の電子 親和力の差によりへテロ接合界面のチャンネル側に形成されるポテンシャル井戸 に溜まり、 二次元電子ガスを形成する。 このように、 電子を供給する n型不純物 は電子供給層内にあり、 ここから供給される電子は高純度なチャネル中を走行す るようにして、 イオン化不純物と電子とを空間的に分離しているため、 チャネル 内の二次元電子ガスはィォン化不純物による散乱を受けず、 高レ、電子移動度を示 す。
HEMTは、 通常、 所定の電子特性を有する各薄膜結晶層を所定の構造を有す るように G a A s単結晶基板上に積層成長させたェピタキシャル基板を用いて作 製されているが、 チャネルが高い電子移動度を有するようにするため、 HEMT 構造を形成する薄膜結晶層を単原子層オーダーで精密に制御することが要求され る。 したがって、 HEMT構造を有するェピタキシャル基板の製造方法としては、 分子線ェピタキシャル成長法 （Mo l e c u l a r B e am Ep i t a x y、 以下 MB E法という） 又は有機金属熱分解法 （Me t a l o r g a n i c
Ch emi c a l Va o r D e p o s i t i o n、 以下 MO C VD法とレヽ う） が従来から用いられている。 これらのェピタキシャル基板の成長方法のうち、 特に MOCVD法は、 ェピタ キシャル層を構成する原子種の有機金属化合物又は水素化物を原料として用い、 基板上で熱分解させて結晶成長を行う方法であるため、 適用可能な物質の範囲が 広く、 また結晶の組成、 膜厚の精密な制御に適しているだけでなく、 大量の基板 を制御性良く処理できるために、 近年広く工業的に用いられるようになつている。 そして、 これらのェピタキシャル基板に用いる 3— 5族化合物半導体材料とし ては、 任意の組成で格子定数を一致させることができ、 良好な結晶性を保ちつつ 各種へテロ接合が可能なことから、 GaAs、 A 1 G a A sなどの材料が広く用 いられているが、 HEMTの高性能化のためにはチャネル層の電子移動度をより 高くする必要がある。 そのため、 最近では、 電子輸送特性に優れているだけでな く、 I n組成に応じてエネルギーギャップを大幅に変えることができ、 二次元電 子を効果的に閉じ込めることができるなど、 ヘテロ接合に用いる 3— 5族化合物 半導体材料として非常に優れた素質を有しているとの理由から、 G a A sに代わ つて I nG a A sがチャネル層の材料として用いられている。 また、 I nGaA sに組み合わせる材料として A 1 Ga As又は Ga Asが知られている。
しかしながら、 I nGaAsは、 G a A sに対する格子整合が不可能であるた め、 以前は、 I nGaAsを用いて十分な物性を有するェピタキシャル基板を得 ることができなかった。 し力 し、 その後、 格子不整合の系であっても弾性変形の 限界内であれば転位の発生などの不都合な結晶性の低下を招くことなく、 信頼性 のあるへテロ接合が形成可能であることがわかり実用化が行われてきた。
このような I nGa As層を、 従来の HEMTの二次元電子の流れるチャネル 層部分に用いた構造のェピタキシャル成長基板を利用することにより、 従来に比 ベて移動度の高い、 雑音特性に優れた電子素子が作製されている。 I nGaAs 層を二次元電子の流れるチャネル層に用いた HEMTは、 歪チャネル高電子移動 度トランジスタ （p s e u d omo r p h i c -HEMT, 以下 p— HEMTと 称する） と呼ばれている。
このような格子不整合系での歪み結晶層の膜厚の限界値は、 歪み結晶層の組成 の関数として与えられ、 例えば G a A s層に対する I nGaAs層の場合では、 J. C r y s t a l Gr owt h, 27 (1 974) p. 118及び J. C r y s t a l Gr owt h, 32 (1 974) p. 265に開示されている Ma t t h ews ' の理論式が知られており、 これらの理論式は実験的にも概ね 正しいことがわかっている。
特開平 6— 21 106号公報には、 これらの理論式で与えられる I nG a A s 層膜厚の限界値を上限とする範囲を限定したものとして、 p— HEMT構造の、 チャネル層に用いられる I nGa As歪み層の I n組成と I n G a A s層膜厚に ついて、 一定の関係式で最適化し、 電子移動度を改善する技術が開示されている。 移動度を高めるために、 イオン化不純物による二次元電子の散乱を更に小さく することが有効であるので、 電子供給層とチャネル層との間に、 電子供給層と同 じ材質及び同じ組成ではあるが不純物を添加しない層をスぺーサ層として挿入す ることもある。 例えば、 第 2708863号特許公報には、 p— HEMT構造の チャネル層に用いられる I nGa As歪み層と n—A 1 G a A s電子供給層の間 に A 1 Ga As層と Ga As層からなるスぺーサ層を挿入し、 成長条件を最適化 することにより、 二次元電子ガス濃度と電子移動度とを改善するようにした構成 が開示されている。
I nGa As歪み層を p— HEMT構造の電子が走行するチャネル層に用いる 場合、 G a A s層をチャネル層に用いた HEMT構造のェピタキシャル基板より も室温 （300K) での電子移動度を向上させることができる。 しかし、 これま で報告されている室温 （300K) での移動度は 8000 cm2ZV · s程度が 最高であり、 I nGa As歪み層をチャネル層に用いた p— HEMT構造ェピタ キシャル基板においても、 それを超える電子移動度を達成するのは困難であつた。 p— HEMT構造ェピタキシャル基板の電子移動度を上げるため、 第 2708 863号特許公報に開示されている構成を採用する場合には、 スぺーサ層の S莫厚 を大きくするに従い電子移動度は大きくなる力 電子供給層とチャネル層との距 離が離れるためにチャネル層に形成される二次元電子ガス濃度が小さくなり、 望 ましくない結果を生じる。
チャネル層の電子移動度と二次元電子ガス濃度とを同時に改善するためには、 チャネル層の I n組成を上げ、 膜厚を大きくすることが有効である。 チャネル層 の I n組成を上げることにより、 チャネル層を移動する電子の有効質量を小さく して電子移動度を改善し、 更に電子供給層とチャネル層の伝導帯エネルギー差を 大きくとることができ、 二次元電子ガス濃度を大きくすることができるからであ る。 また、 チャネル層の膜厚を大きくすることで、 二次元電子ガスの励起準位の エネルギーを下げ、 二次元電子ガス濃度の向上に効果があることが考えられる。 しかしながら、 I n G a A s歪み層の I n組成及ぴ I n G a A s膜厚をく I n G a A s層の良好な結晶特性を維持したまま上げるのは、 G a A s層との格子不 整合による転位欠陥発生のために難しい。 また、 p— H EMT構造ェピタキシャ ル基板における二次元電子ガス濃度と電子移動度の値は、 高ければ高いほど電子 素子の特性を良好にできるという観点からは、 上述した従来技術のいずれにおい ても、 これらの値はまだまだ満足できるものではなかった。
したがって、 電子供給層に n— A 1 G a A sを用い、 チャネル層に歪み I n G a A s層を用いた p— H EMT構造ェピタキシャル基板において、 現在、 報告さ れている値よりも更に高い二次元電子ガス濃度と高い電子移動度を併せ持つェピ タキシャル基板の実現が強く望まれていた。
電子移動度は、 電界型トランジスタの重要な性能指標であるオン抵抗、 最大電 流値又はトランスコンダクタンスといつた諸特性を向上させる上で重要なパラメ ータであることはよく知られている。 電子移動度を更に改善することにより、 立 ち上がり抵抗 （オン抵抗） の低減を達成できる。 これにより消費電力を低減でき るので、 バッテリーの使用時間の長期化が可能となる。 同時に、 発熱量を削減で きるので、 デバイスの高集積化を可能とし、 チップサイズを小さくして、 モジュ ール設計の自由度を高めることもできる。 このような観点から、 携帯電話等の各 種携帯機器に用いられる P— H EMTの場合には、 電子移動度のより一層の改善 が望まれている。
発明の開示
本発明者らは、 従来技術における上述の問題を解決するために鋭意検討を行つ た結果、 I n G a A s歪チャネル層と n型不純物を含有する A 1 G a A s電子供 給層とを備えて成る p— H EMTにおいて、 I n G a A s歪チャネル層における 発光ピーク波長がそこでの電子移動度と所定の相関関係を有することを見い出し、 本発明をなすに至った。 すなわち、 I n G a A s歪チャネル層の上下に接して G a As層を積層し、 その膜厚を一定厚さ以上とすることによりチャネル層の I η 組成を大きくし、 チャネル層からの発光波長を 103 O nm以上にすることによ り、 これまでに報告されたことのない高い電子移動度が実現されたのである。 本発明の第一の態様によれば、 I nG a As層を歪チャネル層とし、 及び n型 不純物を含有する A 1 Ga A s層を電子供給層として含み、 歪チャネル高電子移 動度電界効果型トランジスタに用いられる化合物半導体ェピタキシャル基板にお いて、 前記 I nG a As層の 77 Kにおける発光ピーク波長が 1 030 n m以上 である上記化合物半導体ェピタキシャル基板が提案される。
本発明の第二の態様によれば、 上記第一の態様において、 前記 I nGaAs層 の上下に接して、 Ga As層がスぺーサ層として設けられている化合物半導体ェ ピタキシャル基板が提案される。
本発明の第三の態様によれば、 上記第二の態様において、 前記 G a As層の膜 厚が、 それぞれ 4 nm以上である化合物半導体ェピタキシャル基板が提案される。 本発明の第四の態様によれば、 上記第一の態様において、 前記 I nGaAs層 における 30 OKでの電子移動度が 8300 cm2/V · s以上である化合物半 導体ェピタキシャル基板が提案される。
本発明の第五の態様によれば、 各化合物半導体の層を有機金属熱分解法 （MO CVD?去） を用いてェピタキシャル成長させることを含む上記第一、 第二、 第三 又は第四の態様の化合物半導体ェピタキシャル基板の製造方法が提案される。 図面の簡単な説明
図 1は本発明によるェピタキシャル基板の実施の形態の一例を示す層構造図で ある。
図 2は図 1に示す H E M T構造における移動度と発光ピーク波長との間の関係 を示すグラフである。
図 3は本発明によるェピタキシャル基板の第 1実施例の層構造図である。
図 4は本発明によるェピタキシャル基板の第 2実施例の層構造図である。
図 5は比較例 1の層構造図である。
図 6は比較例 2の層構造図である。
発明を実施するための形態 以下、 図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。 図 1は、 本発明による p— HEMT構造ェピタキシャル基板の実施の形態の一 例を示す層構造図である。 図 1において、 1は G a As単結晶基板、 2は GaA s単結晶基板 1上に形成されたバッファ層である。 3は n— A l GaAs層とし て形成され、 n型不純物をドープしたバック側電子供給層であり、 パック側電子 供給層 3の上には、 パック側スぺーサ層 （A 1 G a A s層） 4及びバック側スぺ ーサ層 （GaAs層） 5が形成されている。 6は二次元電子を流すための二次元 電子ガスが形成されるチャネル層であり、 I n組成に応じて 4 nmから 1 3. 5 nm厚の i— I nGaAs層として开成されている。
チャネル層 6の上には、 GaAs層から成るフロント側スぺーサ層 7、 A 1 G a As層として形成されたフロント側スぺーサ層 8、 n— A 1 GaAs層として 形成されたフロント側電子供給層 9、 アンドープ層 （i— A l GaAs層） 1 0 及び別のアンドープ層 （i一 GaAs層） 1 1がこの順序で形成されている。 図 1に示すェピタキシャル基板は上記のように形成されているので、 バック側 電子供給層 3力 らノ ック械スぺーサ層 4及ぴ 5を介してチャネル層 6へ電子が供 給されると共に、 フロント側電子供給層 9からもフロント側スぺーサ層 8及び 7 を介してチャネル層 6へ電子が供給される。 この結果、 チャネル層 6には、 高濃 度の二次元電子ガスが形成される。 ここで、 チャネル層 6の I n組成とこれに上 下に接するバック側スぺーサ層 5及びフロント側スぺーサ層 7の膜厚とがチヤネ ル層 6内における二次元電子ガス濃度に大きな影響を与えている。 二次元電子ガ スの移動度を従来に比べて格段に向上させることを目的として、 その I n組成と 上下スぺーサ層の膜厚との種々の組み合わせについて、 チャネル層 6における室 温での電子移動度と 77 Kにおける発光ピーク波長との関係を調べるための測定 を行った。 その測定結果は下記の通りであった。 チャネル層の 上下スぺーサ 室温での移動度 7 7 Kでの発光
I n組成 層の膜厚 (A) (cm2 V . s) ピーク波長 (nm) 0. 20 20 72 00 99 8
0. 20 40 7470 9 9 7
0. 20 60 7 7 9 0 9 9 6
0. 30 40 8420 1 06 1
0. 30 60 8 9 9 0 1 06 8
0. 35 60 8 9 5 0 1 07 5
0. 40 60 8 3 7 0 1 064
の測定結果を図 2にグラフとして示す。 図 2から判るように、 77 Kにおけ る発光ピーク波長が 1 03 Ο ηπα以上の場合には、 電子移動度がこれまでに報告 されたことのない 8300 (cm2/V - s) という極めて高い値を示している ことがわかる。 したがって、 図 1に示す、 i一 I nGa As層をチャネル層とし. n型不純物を含有する A 1 G a A s層を電子供給層とする p— HEMT構造を有 するェピタキシャル基板において、 チャネル層の 7 7 Kにおける発光ピーク波長 を 1 03 O nm以上とした場合に、 その電子移動度を格段に高くすることができ るのである。
図 1に示す層構造のェピタキシャル基板を作製する方法について説明する。 先 ず、 G a A s単結晶基板 1を用意する。 G a A s単結晶基板 1は高抵抗の半絶縁 性 G a A s単結晶基板であり、 L E C (Liquid Encapsulated Czochralski) 法、 V B (Vertical Bridgeman) 法、 V G F (Vertical Gradient Freezing) 法等で 製造された G a A s基板が好適であり、 いずれの方法で製造された場合であって も、 1つの結晶学的面方位から 0. 05°乃至 1 0°程度の傾きをもった基板を用 ,g:する。
上述の如く用意した G a A s単結晶基板 1の表面を、 脱脂洗浄、 ェツチング、 水洗、 乾燥処理した後、 結晶成長炉の加熱台上に載置する。 炉内を高純度水素で 充分置換した後、 加熱を開始する。 適度な温度に安定したところで炉内に砒素原 料を導入する。 G a A s層を成長する際には、 続いてガリウム原料を導入する。 また、 A 1 G a As層を成長する際には、 砒素原料の導入に加えて、 ガリウム原 料及びアルミニウム原料を導入する。 I nG a As層を成長する際には、 砒素原 料の導入に加えて、 ガリウム原料及びインジウム原料を導入する。 各原料の供給 量と供給時間を制御することにより、 所望の積層構造を成長させていく。 最後に、 各原料の供給を停止して結晶成長を停止し、 冷却後、 図 1に示すように積層した ェピタキシャル基板を炉内から取り出して結晶成長を完了する。 結晶成長時の基 板温度は、 通常、 およそ 500°Cから 800°Cである。
図 1に示す層構造のェピタキシャル基板は、 MOCVD法を用いて作製するこ とができる。 MOCVD法を用いることの利点は、 ェピタキシャル層を構成する 原子種の有機金属化合物又は水素化物を原料として用いることができることであ る。
実際には、 ェピタキシャル成長時の砒素原料として、 一般に三水素化砒素 （ァ ルシン） を用いることが多いが、 アルシンの水素を炭素数が 1から 4のアルキル 基で置換したアルキルアルシンを使用することもできる。 ガリウム、 アルミニゥ ム、 及びインジウムの原料としては、 各金属原子に炭素数が 1から 3のアルキル 基又は水素が結合したトリアルキル化物又は三水素化物が、 一般に用いられる。
n型ドーパントとしては、 シリコン、 ゲルマニウム、 スズ、 硫黄、 セレン等の 水素化物又は炭素数が 1から 3のアルキル基を有するアルキル化物を用いること ができる。
以下、 本発明について、 実施例と比較例とを基に詳細に説明するが、 本発明は これらの実施例に限定されるものではない。
実施例 1
減圧バレル型 MO C VD炉を用い、 図 3に示す積層構造を VG F法半絶縁性 G a A s基板上にェピタキシャル成長により作製した。
図 3において、 11は単結晶基板である G a A s基板、 1 2〜 1 5はいずれも Ga As基板 1 1上に形成されたバッファ層である。 ここでは、 バッファ層 1 2 〜 1 5は、 それぞれ 200 n m厚の i—GaAs層、 250n m厚の i一
A 1 o. 25G a 0. 7sAs層、 250 nra厚の i一 G a A s層及ぴ 200 nm 厚の i一 A l 0. 25G a o. 75A s層として形成されている。
16は、 4nm厚の n— A l 0. 24G a 0. 76 A s層として形成され、 n型 不純物を 3xl 018 cm3ドープしたバック側電子供給層であり、 バック側電 子供給層 16の上には、 バック側スぺーサ層 1 7及ぴ 18がこの順序で形成され ている。 ここでは、 バック側スぺーサ層 1 7は 3 nm厚の i—A 10. 24 G a 0. 76 A s層、 ノくック側スぺーサ層 1 8は 6 n m厚の i— G a A s層とな つている。 1 9は二次元電子を流すための二次元電子ガスが形成されるチャネル 層であり、 7. 6 nm厚の i一 I n0. 30Ga 0. 70As層である。
20及ぴ 21はそれぞれがフロント側スぺーサ層である。 ここでは、 フロント 側スぺーサ層 20は 6 n m厚の i一 GaAs層、 フロント側スぺーサ層 21は 3 nm厚の i— A l 0. 24Ga 0. 76As層である。
22はフロント側電子供給層で、 10 n m厚の
n-A 10. 24G a o. 76As層であり、 n型不純物力 3 x 101。 Z c m 3の 濃度にドープされている。 23及び 24はいずれもアンドープ層で、 それぞれ、 3 11111厚の 1ー 10. 22 G a 0. 7sA s層、 20 nm厚の i一 G a A s層で ある。
3族元素の原料としては、 トリメチルガリウム （TMG) 又はトリメチルアル ミニゥム （TMI) を用いて、 5族元素の原料としてはアルシンを用いた。 n型 ドーパントとしてシリコンを用い、 反応炉内圧力 0. l a tm、 成長温度 650 °C、 成長速度 200 A/m i n〜300 A/m i nの成長条件でェピタキシャル 成長を行った。
電子が走行するチャネル層 1 9には、 1 11組成0. 30、 膜厚 7. 6 nmの歪 み I n G a A s層をェピタキシャル成長させものを用いた。 更に、 チャネル層に 用いた I nG a As層の上下には、 スぺーサ層としてノンドープ G a A s層を 6. 0 n mずつェピタキシャル成長させた。
上記のようにェピタキシャル成長させた図 3の実施例 1の積層構造において、 Va n d e r P a u w法によるホール測定を行った結果、 チャネル層 1 9に おいて、 室温 （300K) での二次元電子ガス濃度は 2. 28x101 2Zc m2、 室温 （ 300 K) での電子移動度は 8990 c m2/V · s、 77 Kでの二次元 電子ガス濃度は 2. 59x10 " " cm2, 77 Kでの電子移動度は 35600 cm"/V - sと、 これまでに報告されたことのない良好な値を得た。 また、 こ のときの構造において、 A 1ショットキ一電極を用いた CV測定を行った結果、 残留キャリア濃度が lxl 01 °/ cm"となるときのピンチオフ電圧は、 一 1. 93 Vであった。
更に、 図 3の実施例 1の積層構造において、 7 7Kでの P Lスペクトルを測定 した。 チャネル層 1 9の発光ピーク波長は、 1 06 8 nmであった。
実施例 2
MO C VD炉を用いて、 図 4に示す積層構造の H EMT構造ェピタキシャル基 板を G a A s基板を用いて作製した。 図 4に示す層構造は、 チャネル層 3 1の I n組成が 0. 35で G a組成が 0. 6 5であり、 且つその膜厚が 5. 5 n mであ る点においてのみ図 3に示す層構造と異なっている。 したがって、 図 4の各層の うち、 図 3の各層に対応するものについては同一の符号を付し、 それらの層につ いて詳しい説明を重複して行うのを省略する。
実施例 1と同様の条件でェピタキシャル成長した図 4の積層構造において、 Va n d e r P a u w法によるホール測定を行った結果、 チャネル層 3 1に おいて、 室温 （300K) での二次元電子ガス濃度は 2. 22x1 0 ^/c Z, 室温 （ 300 K) での電子移動度は 89 50 c m 2/V · s、 77 Kでの二次元 電子ガス濃度は 2- 50x1 0 -1 "/cm2, 77Kでの電子移動度は 3 3000 cm2/V - sと、 良好な値を得た。 また、 このときの構造において、 A 1ショ ットキ一電極を用いた CV測定を行った結果、 残留キヤリァ濃度が 1 X 1 01 5 /cm°となるときのピンチオフ電圧は、 一 1. 7 5Vであった。
更に、 図 4の実施例 2の積層構造において、 7 7 Kでの PLスペクトルを測定 した。 チャネル層の発光ピーク波長は、 1 0 75 nmであった。
比較例 1
MOCVD炉を用いて、 図 5に示す積層構造の HEMT構造ェピタキシャル基 板を G a A s基板を用いて比較例 1として作製した。 図 5に示す層構造は、 チヤ ネル層 1 9 Aの I n組成が 0. 20で〇&組成が0. 80であり、 且つその膜厚 が 1 3. 5 n mである点、 及びバック側及ぴフ口ント側スぺーサ層である i一 G a A s層 1 8 A及ぴ 2 OAの膜厚が 2 nmであること、 更に、 アンドープ層 23 Aの膜厚が Ί nmである点でのみ図 3に示す実施例 1の層構造と異なっている。 したがって、 図 5の各層のうち図 3の各層に対応するものについては同一の符号 を付し、 それらの層についての詳しい説明を重複して行うのを省略する。
実施例 1と同様の条件でェピタキシャル成長させた図 5の比較例 1の積層構造 において、 Va n d e r P a u w法によるホール測定を行った結果、 チヤネ ル層 19 Aにおいて、 室温 （300K) での二次元電子ガス濃度は 2. 55 X 101 2Zcm 、 室温 （300K) での電子移動度は 7200 cn^ZV · s、 77 Kでの二次元電子ガス濃度は 2. 78x101 " cm2 77 Kでの電子移 動度は 21900 cm2ZV * sであった。 こららの値は、 従来から報告されて いる値と同等であった。 また、 このときの構造において、 A 1ショグトキ一電極 を用いた CV測定を行った結果、 残留キヤリァ濃度が lxl O 1 "/^!!3となる ときのピンチオフ電圧は、 一 2. 1 2Vであった。
更に、 図 5の比較例 1の積層構造において、 77 での P Lスぺク トルを測定 した。 チヤネノレ層の発光ピーク波長は、 998 nmであった。
比較例 2
MOCVD炉を用いて、 図 6に示す積層構造の HEMT構造ェピタキシャル基 板を G a A s基板を用いて比較例 2として作製した。 図 6に示す層構造は、 チヤ ネル層 31 Aの I n組成が 0. 20で G a組成が 0. 80であり、 且つその膜厚 力 S 13. 5 nmである点、 及ぴノンドープ層 23 Aの膜厚が 7 nmである点での み図 4に示す実施例 2の層構造と異なっている。 したがって、 図 6の各層のうち 図 4の各層に対応するものについては同一の符号を付し、 それらの層についての 詳しい説明を重複して行うのを省略する。
実施例 2と同様の条件でェピタキシャル成長させた図 6の比較例 2の積層構造 において、 Va n d e r P a u w法によるホール測定を行った結果、 チヤネ ル層 31 Aにおいて、 室温 （ 300 K) での二次元電子ガス濃度は 2. 1 9 X 101 2/c m2、 室温 （30 OK) での電子移動度は 7790 cm2/V · s、 77 Kでの二次元電子ガス濃度は 2. 44x101 "' cm", 77 Kでの電子移 動度 30800 cm^ZV · sであった。 これらの値は、 従来から報告されてい る値と同等であった。 また、 このときの構造において、 A 1ショットキー電極を 用いた CV測定を行った結果、 残留キヤリァ濃度が lxl 01 5Zcm3となると きのピンチオフ電圧は、 一1. 90Vであった。
更に、 図 6の比較例 2の積層構造において、 77 での P Lスぺク トルを測定 した。 チャネル層の発光ピーク波長は、 996 nmであった。
実施例 1、 2及ぴ比較例 1、 2の結果から、 p— HEMT構造ェピタキシャル 基板において、 I nG a Asチャネル層の上下に積層される G a As層の膜厚を 4. Onm以上とし、 チャネル層の I n糸且成を大きくし、 チャネル層の I nGa A s層からの PL発光波長を 103 Onm以上にすることにより、 室温 （300 K) での電子移動度を 8300 cm2ZV · s以上とすることができることが確 認、された。
I nG a Asチャネル層の上下に積層される G a As層は、 その膜厚を大きく することにより I nGa As層と A l G a A s層での界面の凹凸を低減し、 界面 凹凸による散乱によって電子移動度が低下することを抑制すると考えられる。 同 時に、 I nG a A s層表面での I nの偏析による 3次元成長を抑制し、 同様に界 面での散乱を抑制する効果があると考えられる。 更に、 VGF基板又は VB基板 との低転位 G a A s単結晶基板を用いると、 I n G a A s層の臨界膜厚が大きく なることにより、 G a A s層との格子不整合による転位欠陥発生が抑制され、 I nG a As層の良好な結晶特性を維持したまま膜厚を大きくすることに効果があ る。
チャネル層 （I nGaAs層） の発光スペクトルのピーク波長は、 チャネル層 の I n組成と、 チャネル層の膜厚に依存する。 I n組成が大きくなるとバンドギ ャップが小さくなり、 ピーク波長は長波長側にシフトする。 また、 チャネル層の 膜厚が大きくなれば励起準位のエネルギーが小さくなり、 やはりピーク波長は長 波長側にシフトする。 したがってチャネル層の I n組成と膜厚とを同時に最適化 する評価手段として、 発光スペクトルのピーク波長を用いることができる。 実施例 1、 2及び比較例 1、 2のェピタキシャル基板の層構造は、 Ha 1 1測 定による移動度評価、 C V測定によるしきい値電圧測定などの二次元電子ガス特 性評価のためのテスト構造のためのものである。
F ETデバイスの作製のための実際のェピタキシャル基板の層構造では、 実施 例 1、 2及び比較例 1、 2のェピタキシャル基板の層構造の第 14層のノンドー プ G a As層の膜厚を大きくし、 更に、 ソース電極及びドレイン電極とォーミツ タコンタクトをとるためのコンタクト層を積層したものとなっている。 コントク ト層には、 3x1018〜 5x101 °/cm 程度にシリコンをドーピングした n— G aAs層を 100 nm程度積層したものを通常用いる。
し力 し、 本発明による移動度向上の効果は、 コンタク ト層の成長及び FETデ パイス作製のためのプロセスにより損なわれることはない。 実施例 1、 2及び比 較例 1、 2のェピタキシャル基板特性評価用テスト構造においてのみならず、 F E Tデバイスのためのェピタキシャル基板構造にぉレ、ても、 本発明による移動度 向上の効果は有効である。
産業上の利用可能性
本発明によれば、 電子素子作製時にも有利となるような、 これまでに報告され たことのな!/、電子移動度と二次元電子ガス濃度を有する p— H E M T構造ェピタ キシャル基板を提供することができる。

Claims

1. I nG a As層を歪チャネル層とし、 及ぴ n型不純物を含有する A 1 G a A s層を電子供給層として含む歪チャネル高電子移動度電界効果型トランジス タに用いられる化合物半導体ェピタキシャル基板において、 該 I nGaAs層の 77 Kにおける発光ピーク波長が 1030 nm以上である上記化合物半導体ェピ タキシャル基板。
一一一一口
2. 前記 I nG a As層の上青下に接して、 G a A s層がスぺーサ層として設 けられている請求項 1記載の化合物半導体ェピタキシャル基板。
の
3. 前記 G a A s層の膜厚が、 それぞれ 4 n m以上である請求項 2記載の化 合物半導体ェピタキシャル基板。 ョー
囲
4. 前記 I nG a As層における 30 OKでの電子移動度が 8300 cm2 / · s 以上である請求項 1記載の化合物半導体ェピタキシャル基板。
5. 各化合物半導体の層を有機金属熱分解法 （MOCVD) 法を用いてェピ タキシャル成長させることを含む請求項 1、 2、 3又は 4記載の化合物半導体ェ ピタキシャル基板の製造方法。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006216876A (ja) * 2005-02-07 2006-08-17 Sumitomo Chemical Co Ltd 化合物半導体エピタキシャル基板及びその製造方法
JP4940562B2 (ja) * 2005-03-02 2012-05-30 住友化学株式会社 化合物半導体エピタキシャル基板およびその製造方法
JP2006286755A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Hitachi Cable Ltd Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体製造方法
CN102369594A (zh) 2009-04-06 2012-03-07 住友化学株式会社 半导体基板、半导体基板的制造方法、半导体基板的判定方法以及电子器件
KR20130105804A (ko) 2010-08-31 2013-09-26 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 반도체 기판 및 절연 게이트형 전계 효과 트랜지스터
KR20130092548A (ko) 2010-08-31 2013-08-20 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 반도체 기판, 절연 게이트형 전계 효과 트랜지스터 및 반도체 기판의 제조 방법
US20140231876A1 (en) * 2012-06-01 2014-08-21 Win Semiconductors Corp. pHEMT and HBT integrated epitaxial structure
JP2015115429A (ja) * 2013-12-11 2015-06-22 シャープ株式会社 窒化物半導体エピタキシャル基板および窒化物半導体デバイス
CN104393168A (zh) * 2014-11-25 2015-03-04 苏州矩阵光电有限公司 一种霍尔元件及其制备方法
US10008580B2 (en) 2016-03-21 2018-06-26 Samsung Electronics Co., Ltd. FET including an InGaAs channel and method of enhancing performance of the FET

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0684959A (ja) * 1992-09-07 1994-03-25 Fujitsu Ltd 高電子移動度電界効果半導体装置
JPH06163599A (ja) * 1992-11-26 1994-06-10 Nec Corp 化合物半導体ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JP2001210819A (ja) * 2000-01-25 2001-08-03 Hitachi Cable Ltd 半導体ウェハ

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63137413A (ja) * 1986-11-29 1988-06-09 Sumitomo Electric Ind Ltd 化合物半導体装置
JP2708863B2 (ja) 1989-03-20 1998-02-04 三洋電機株式会社 エピタキシヤルウエハ及びその製造方法
JPH0574819A (ja) * 1991-09-12 1993-03-26 Fujitsu Ltd 化合物半導体装置
JP3092293B2 (ja) * 1992-02-14 2000-09-25 株式会社日立製作所 電界効果トランジスタ
JPH0621106A (ja) 1992-07-02 1994-01-28 Hitachi Cable Ltd 化合物半導体エピタキシャルウェハ
JP2914049B2 (ja) * 1992-10-27 1999-06-28 株式会社デンソー ヘテロ接合を有する化合物半導体基板およびそれを用いた電界効果トランジスタ
JPH06151469A (ja) * 1992-11-16 1994-05-31 Hitachi Cable Ltd 化合物半導体装置
JPH08279609A (ja) * 1995-04-07 1996-10-22 Fujitsu Ltd 高電子移動度半導体装置
US6849866B2 (en) * 1996-10-16 2005-02-01 The University Of Connecticut High performance optoelectronic and electronic inversion channel quantum well devices suitable for monolithic integration
JP2000101067A (ja) * 1998-09-18 2000-04-07 Hitachi Ltd 半導体装置および集積回路装置
JP3869641B2 (ja) * 2000-01-31 2007-01-17 富士通株式会社 半導体装置及び半導体レーザ装置
JP2002246590A (ja) * 2001-02-21 2002-08-30 Hitachi Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2002299606A (ja) * 2001-04-03 2002-10-11 Hitachi Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2002368014A (ja) * 2001-06-05 2002-12-20 Hitachi Ltd 集積回路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0684959A (ja) * 1992-09-07 1994-03-25 Fujitsu Ltd 高電子移動度電界効果半導体装置
JPH06163599A (ja) * 1992-11-26 1994-06-10 Nec Corp 化合物半導体ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JP2001210819A (ja) * 2000-01-25 2001-08-03 Hitachi Cable Ltd 半導体ウェハ

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FENG ZHAO ET AL: "Hall and photoluminescense studies of effects of the thickness of an additional in0.3Ga0.7As layer in the center of In0.15Ga0.85As/Al0.25Ga0.75As/GaAs high electron mobility transistors", MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING, vol. 5, February 2002 (2002-02-01), pages 23 - 26, XP004383347 *
STRAUSS U. ET AL: "Carrier mobilities in graded InxGa1-xAs/AI0.2Ga0.8As quantum wells for high electron mobility transistors", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 80, no. 1, 1 July 1996 (1996-07-01), pages 322 - 325, XP002977067 *

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