WO2004073070A1

WO2004073070A1 - 化合物半導体エピタキシャル基板及びその製造方法

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Publication number: WO2004073070A1
Application number: PCT/JP2004/001117
Authority: WO
Inventors: Tsuyoshi Nakano; Masahiko Hata
Original assignee: Sumitomo Chemical Company, Limited; Sumika Epi Solution Company, Ltd.
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2004-08-26
Also published as: US20060192228A1; KR101083612B1; US8022440B2; JP4610858B2; JP2004265925A; KR20050100672A; TW200501423A; TWI362111B; US8395187B2; US20110233614A1

Abstract

　ＩｎＧａＡｓ層を歪チャネル層とし、及びｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層をフロント側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構造を有する化合物半導体エピタキシャル基板において、該歪チャネル層であるＩｎＧａＡｓ層より表面側に、秩序化状態のＩｎＧａＰ層を含む上記化合物半導体エピタキシャル基板。

Description

化合物半導体ェピタキシャル基板及びその製造方法技術分野

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化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 1 g h E l e c t r o n o b田i l i t y 丄' r ams 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ヤネル中を走行するようにして、ィ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、高い電子移動度を示す。

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 De p o s i t i o n法、以下 MOCVD法という）等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、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なう MOCVD法は、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ために、近年広く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力ら、 GaAs、 A l GaAsなどの材料が広く用いられている。しかし、 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ヤ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の理由から、 G a A sに代わって I n G 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 nGaAsに組み合わせる材料として A 1 G a A s又は G a A sが知られている。

I nGa A sは、 Ga Asに対する格子整合が不可能であるため、以前は、 I n G a A sを用いては、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。しかし、その後、格子不整合の系であっても弹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、信頼性のあるへテ口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 G r owt h, 27 (1 974) p. 1 18及び J .

C r y s t a l G r owt h, 32 (1 974) p. 265に開示されている Ma t h e w s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。

また、特開平 6— 21 106号公報には、 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。実際、結晶性の低下をきたすことなくェピタキシャル成長可能な I nGaAs歪みチャネル層として、 1 11組成0. 20、膜厚 13 nm程度の I nG a As層が実用化されている。

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、従来に比ベ高い移動度の、雑音特性に優れた電子素子が作製されている。 I nGa As層を二次元電子の流れるチャネル層に用いた H EMT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。

p— HEMTにおいては、歪みチヤネノレ層である I nGa As層とフロント側電子供給層との間に、チャネル層を流れる電子に対するフロント側電子供給層による不純物散乱の影響を軽減するための層として、通常、スぺーサ一層と称される層が形成される。更に、フロント側電子供給層の表面側には、トランジスタのグート電極が設けられる層、通常、ゲート層又はショットキ一層と称される層が形成される。これらのスぺーサ一層及びゲート層としては、従来は G a As層又は A 1 G a A s層が形成されていた。

また、 p— HEMTにおいて、電子供給層としては通常 G a As層又は A 1 G a As層が形成されるが、これに代えて、 Ga As層又は A 1 Ga As層に格子整合接合させた I nGa P層を形成する構成も採用されている。

しかし、スぺーサ一層又はゲート層として G a A s層又は A 1 G a A s層を用いる構成によると、 G a A sはバンドキャップが小さいのでトランジスタのゲートの耐圧特性を大きくとることが難しく、また A 1 G a A sは不純物の取り込みによりその結晶性及ぴ表面準位の安定性を損なうという材質そのものにより引き起こされる特性上の問題を有している。

また、従来の p— HEMT構造によると、トランジスタ特性の電流値を向上させるのに必要な量の二次元電子ガスをチャネル層において達成するために、電子供給層として、多量のドーパントを含有せしめた層を用いる必要があった。しかし、上述の理由により、余剰ドーパントによる電子供給層の結晶性の低下や、ゲート耐圧の低下の問題が起こるために、トランジスタの更なる高性能化を達成することが困難であった。この問題を解決するため、従来は、フロント側の電子供給層のドーパント濃度を低くしてその膜厚を厚くする構成、また、ダブルへテロ構造の場合にはフロント側の電子供給層のドーパント濃度を低くし、パック側のドーパント濃度は高くする構成等が提案されている。

しかしながら、 p—H EMT構造ェピタキシャル基板において、上記のように提案された構成を採用したとしても、ゲート層に G a A s又は A 1 G a A sを用いる場合には、低ドーパント濃度の電子供給層を用いて高い二次元電子ガス濃度を達成すると共にピンチオフ特性等が良好なトランジスタ特性を有する p— H E MT構造ェピタキシャル基板を得ることは困難である。

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においては、ゲート耐圧及びピンチオフ特性のより一層の改善が望まれており、低ドーパント濃度の電子供給層を用いて二次元電子ガス濃度を高くして電子素子の特性改善が図られる必要がある。しかし、上述した従来技術のいずれにおいても、これらの条件はまだまだ満足できるものではなかった。

発明の開示

本発明の目的は、従来技術における上述の問題点を解決することができる、化合物半導体ェピタキシャル基板及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、グート耐圧の向上とピンチオフ特性の向上を図ることができるようにした、 p - H E MT構造を有する化合物半導体ェピタキシャル基板及びその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、低ドーパント濃度の電子供給層を用い、高い二次元電子ガス濃度を達成すると共に高電子移動度特性を有する、 P— H E MT構造を有する化合物半導体ェピタキシャル基板及びその製造方法を提供することにある。上記課題を解決するため、本発明では、 p— H EMTの歪チャネル層である I n G a A s層のフロント側（基板と反対側）に秩序化状態の I n G a P層を設け、該 I n G a P層の界面準位が低いこと及ぴ界面電荷の発生効果により、低ドーパント濃度の電子供給層を用い、高い二次元電子ガス濃度と高い電子移動度を併せ持つ H E MT構造を有するェピタキシャル基板を実現したものである。 p— H E MTのフロント側電子供給層を低ドーパント濃度で成長させることができれば、ゲート電極とチャネルとの間の電界強度を低下させることができるため、ゲート耐圧を向上させることができる。

ここで、秩序化状態の I n G a P層とは、 I n G a Pのバンドギャップの値により定義することができる。 I n G a P層を成長させる際、成長温度によって I n G a Pのバンドギヤップが変化するが、このバンドギヤップが極小となる領域で、 I n G a P層は秩序化状態となる。秩序化状態となったときの、具体的な I n G a Pのバンドギャップの値は、 1 . 8 4 e V〜l . 8 5 e Vである。なお、バンドギャップの値がこれより大きくなるような半秩序化の状態であっても、界面電荷の発生効果はなくなりはしないため、界面電荷によるドーパント効率向上の効果は、小さくはなるものの、当然ながら見られることとなる。

本発明の第一の態様によれば、 I n G a A s層を歪チャネル層とし、及び n型不純物を含有する A 1 G a A s層をフロント側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構造を有する化合物半導体ェピタキシャル基板において、該歪チャネル層である I n G a A s層より表面側に、秩序化状態の I n G a P層を含む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、 I n G a A s層を歪チャネル層とし、及び n型不純物を含有する I n G a P層をフロント側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構造を有する化合物半導体ェピタキシャル基板において、該歪チャネル層である I n G a A s層より表面側に、秩序化状態の I n G a P層を含む上記化合物半導体ェピタキシャル基板が提案される。

本発明の第三の態様によれば、各化合物半導体の層を有機金属熱分解法（MO C V D法) 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又は第二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は本発明によるェピタキシャル基板の第一の実施例の層構造図である。図 3は本発明によるェピタキシャル基板の第二の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三の実施例の層構造図である。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 1 G a A s層として形成され、 n型不純物をドープしたパック側電子供給層であり、バック側電子供給層 3の上には、バック側スぺーサ層（i— A l GaAs層） 4が形成されている。 5は二次元電子を流すため二次元電子ガスが形成されるチャネル層であり、 i - I nG a A s層として形成された歪チャネル層となっている。

チャネル層 5の上には、 i一 A 1 G a A s層から成るフロント側スぺーサ層 6 及ぴ n— A 1 G a A s層として形成されたフロント側電子供給層 7が形成されており、フロント側電子供給層 7の上部 (G a A s単結晶基板 1と反対側）には秩序化状態の i - I n G a P層からなるゲート層 8が形成されている。

図 1では、秩序化状態の i - I n G a P層がグート層として形成されているが、歪チャネル層である i一 I nGaAs層よりフロント側であればスぺーサ一層としても存在してもよいし、あるいは、ゲート層より更にフロント側の層として存在してもよい。また図 1では、 i— I nGa P層 8, i— A l GaAs層 6、 i 一 I nGaAs層 5、及び i一 A 1 Ga As層 4については、いずれも i一型として示されているが、これらは n—、 p—いずれの型として存在してもよい。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、パック側電子供給層 3からバック側スぺーサ層 4を介してチャネル層 5へ電子が供給されると共に、フロント側電子供給層 7からもフロント側スぺーサ層 6を介してチヤネル層 5へ電子が供給される。この結果、チャネル層 5には、高濃度の二次元電子ガスが形成される。そして、フロント側電子供給層 Ίの上には秩序化状態の i — I nG a P層がゲート層 8として形成されているので、界面準位が低く、界面電荷発生の効果もあり、該電子供給層におけるドーパントが低濃度であっても、チャネル層 5における二次元電子ガス濃度を高くすることができる。したがって、この低ドーパント濃度のものを使用できるという利点と共に、ゲート電極とチヤネル間の電界強度を低下させることができ、ゲート耐圧を向上させることができる。更には、ゲート層 8としてバンドギャップの大きい i一 I nG a P層が形成されているので、 Ga As又は A 1 Ga Asを用いたゲート層に比べ、ゲート耐圧特性の改善を期待することができる。また、一方で、従来と同じドーパント量で、従来より高い二次元電子ガス濃度が得られるということから、本発明は高い駆動電流値で使う p— HEMTの用途にも有利である。

図 1の実施の形態では、フロント側電子供給層 7を n型不純物を含有する A 1 G a A s層とした場合を示す。しかし、フロント側電子供給層 7の構成はこれに限定されず、上述した A 1 G a A s層に代えて n型不純物を含有する I n G a P 層としてもよく、この場合においても図 1に示す構成と同様の作用効果が奏される。 I nGa P層を電子供給層に用いれば、 A 1 Ga As層と比較して、トランジスタの温度特性に影響を及ぼすような DXセンターが形成されることもなく、高濃度にドーパントをドーピングすることができる。

更に、フロント側電子供給層 7を n— I nGa P層とした場合において、フロント側スぺーサ層 6を A 1 G a A s層に代えて i一 I nG a P層とすることもできる。このように、 i一 I nG a P層をスぺーサ層に用いれば、 i _A l GaA s層をスぺーサ層とした場合と比較して、 Cや O等の不純物の取り込みの少ない良好な結晶でスぺーサ層を形成することができる。

ここで、バック側電子供給層 3とバック側スぺーサ一層 4のない、シングルへテロ構造の p—HEMTにおいても、図 1の構造と同様の効果が得られるのは明らかである。

以上、チャネル層が I n G a A s層である構造について説明したが、チャネル層として G a As層、 A l GaAs層， I n G a P層等の 3— 5族化合物半導体層を用いても同様の効果が得られるのは明らかである。

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の一例を以下に説明する。先ず、 G a As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) fe、VB (Vertical Bridgeman)法、 VGF (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ものであっても、 1つの結晶学的面方位から 0. 05°〜10°程度の傾きを持った基板を用意する。

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、エッチング、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層を成長させる場合には、続いてガリウム原料を導入する。また、 A 1 G a A s層を成長させる場合には、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 n G a A s層を成長させる場合には、砒素原料の導入に加えて、ガリウム原料及ぴ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 5 0 0 °Cから 8 0 0 °Cである。

図 1に示す層構造のェピタキシャル基板は、 M O C V D法を用いて作製することができる。 M O C V D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のアルキノレ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、及びィンジゥムの原料としては、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。また、ここで、実施例として示されているェピタキシャル基板の層構造は、ェピタキシャル基板特性を測定するための構造であるが、実際の p—H E MT用ェピタキシャル基板の層構造では、 n— G a A s層、 n— A 1 G a A s層などの層が更に積層された構造となる。しかし、そのような実際の p— HEMT用ェピタキシャル基板の場合であっても、以下に説明する実施例についての特性と同じ特"生を有することとなるのは明かである。実施例 1

減圧バレル型 MO C VD炉を用い、図 2に示す積層構造を、 VG F法半絶縁性 G a A s単結晶基板上に MO CVD法によりェピタキシャル成長させた。

図 2において、 21は単結晶基板である G a A s単結晶基板、 22〜 25はいずれも G a As単結晶基板 21上に形成されたバッファ層である。ここでは、バッファ層 22〜 25は、それぞれ 200 n m厚の i— GaAs層、 250n m厚の i一 A₀. 25^{G a} 0. 7₅As層、 250 nm厚の i—G a A s層、及び 20 011111厚の 1ー ₀. 24G a o. ₇₆ A s層として形成されている。

26は、 4 nm厚の n— A₀. ₂4^{G a} 0. 7 e A s層として形成され、 n型不純物を 4 X 10^{1 8}/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 26の上にはバック側スぺーサ層 27及び 28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 27は 3 nm厚の i一 A₀. ₂₄

G a ₀. ₇₆ A s層、ノック側スぺーサ層 28は 5 n m厚の i一 G a A s層となつている。 29は二次元電子を流すため二次元電子ガスが形成されるチャネル層であり、 7. 511111厚の 1ー 111₀. 3 o^{G a} 0. ₇oAs層による歪チャネル層となっている。

30及び 31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 30は 5 n m厚の i— GaAs層、フロント側スぺーサ層 31は 3 nm厚の i一 A₀. ₂₄G a _{0- 76}As層である。

32はフロント側電子供給層で、 10nm厚の n— A₀. ₂₄Ga ₀. ₇₆As 層であり、 n型不純物が 4 X 10^{1 8}/cm³の濃度にドープされている。フロント側電子供給層 32の上には、秩序化状態の i— I n₀. ₄₈₃Ga ₀. _{51 7}P 層がフロント側電子供給層 32に接するようにしてゲート層 33として 28 nm の厚さに形成されている。

3族元素の原料としては、トリメチノレガリゥム、トリメチルアルミニゥム及びトリメチルインジウムを用い、 5族元素の原料としては、アルシン及ぴホスフィンを用いた。 n型ドーパントとしては、 0. 005 %に水素で希釈したシランを用いた。原料のキャリアガスとしては、高純度水素を用い、反応炉内圧力 0. 1 a tm、成長温度 650°C、成長速度 3〜1 yumZh rの成長条件でェピタキシャル成長を行った。ゲート層 33において I n組成は G a A s層及ぴ A 1 G a A s層に格子整合する条件である 0. 483とした。このようにして秩序化状態の I nG a P層を成長させた。

図 2に示す積層構造となるように上述の如くして作製された化合物半導体ェピタキシャル基板について、 Va n d e r P a u w法によるホール測定を行つた結果、チャネル層 29において、室温（300K) での二次元電子ガス濃度は 2. 85 X 10^{1 2}Zcm 、室温（ 300 K) での電子移動度は 7830 c m²/V . s、 77 Kでの二次元電子ガス濃度は 2. 85 X 1 0^{1 2}/c m²、 77 Kでの電子移動度は 27400 cm²/ V · sであった。製造時におけるフ口ント側電子供給層 32へのドーパント供給量は 51. 9 c cと少ないドーパント供給量であった。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 C V測定を行つた結果、残留キヤリァ濃度が l X 10^{1 5}/cm³となるときのピンチオフ電圧は、 -2. 9 IVであった。

比較例 1

図 2に示す実施例 1の積層構造中、秩序化状態の i一 I n ₀. ₄₈₃

G a 0. _{5 7} P層によるゲート層 33を、 2811111厚の 1ー 1₀. ₂₄

G a 0. ₇₆As層とし、電子供給層 26及ぴ 32の n型不純物濃度をそれぞれ 4. 5 X 1 0^{1 8}Z c m³とし、その他の各層は実施例 1の場合に準拠したェピタキシャル基板を、実施例 1の場合と同様にして MOCVD法により作製した。この比較例 1の積層構造は、従来の p— HEMT構造であり、比較例 1について Va n d e r P a u w法によるホール測定を行った。その結果は、チヤネル層 29において、室温（ 300 K) での二次元電子ガス濃度が 2. 84X 1 0 ^{l 2}Zcm²、室温（300K) での電子移動度が 7940 c m²ZV · s、 77 Kでの二次元電子ガス濃度が 2. 89 X l 0^{1 2}Zcm²、 77 Kでの電子移動度は 27800 c m ²ZV . sであり、製造時におけるフ口ント側電子供給層 32へのドーパント供給量は 58. 9 c cであった。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 0^{1 5}/ cm³となるときのピンチオフ電圧は、一 2. 52Vであつた。

なお、フロント側電子供給層 32へのドーパント供給量を少なくし、実施例 1 と同じ 51. 9 c cとした場合には、チャネル層 29における室温（300K) での二次元電子ガス濃度は、 2. 28 X 10 /cm となり、実施例 1に比較して、室温（300K) での二次元電子ガス濃度は、 0. 57 X 10^{1 2}/ cm ²低下した。

本発明による実施例 1では、従来例である比較例 1の場合と比べて、二次元電子ガス濃度及ぴ電子移動度の値は殆ど同等であつたが、フロント側電子供給層 3 2へのドーパント供給量は比較例 1の場合よりも 10 %以上少なかつた。このように、実施例 1の構成により、従来よりも少ないドーパント供給量であっても、二次元電子ガス濃度及び電子移動度を従来の p— HEMTの場合と同等の値にできることが確認された。したがって、少ないドーパント供給量で、同等の二次元電子ガス濃度及び電子移動度を達成できたことから、トランジスタの駆動電流値を低下させることなく、グート耐 '圧を向上させることができる。

実施例 2

図 3に示す積層構造のェピタキシャル基板を実施例 1の場合と同様にして MO CVD法により作製した。図 3に示す実施例 2の積層構造は、フロント側電子供給層 32 Bを 10 nm厚でキヤリァ濃度が 4 X 10^{1 8}/ cm の n型不純物を含む秩序化状態の n— I n₀. ₄83 ^{G a} o. 517 ^P層とした点でのみ実施例 1の積層構造と異なっている。したがって、図 3のその他の各層には図 2の対応する各層と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

実施例 2の積層構造において V a 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 29において、室温 (300K) での二次元電子ガス濃度が 2. 87 10^{1 2}/ 111²、室温（3001 での電子移動度が7840 cm²/V ' s 77 Kでの二次元電子ガス濃度が 2. 85 X 10¹ "/cm², 77 Kでの電子移動度が 29100 cm"/V · sであり、製造時におけるフロント側電子供給層へのドーパント供給量は 78. 5 c cであった。また、このときの構造において、 A 1ショットキ電極を用いた CV測定を行った結果、残留キャリア濃度が 1 X 1 0¹⁵Z cm³となるときのピンチオフ電圧は、一 3. 0 7 Vであった。

比較例 2

図 3に示す実施例 2のゲート層 33を 28 nm厚の i一 A 1₀. ₂₄

G a 0. ₇₆As層に代え、電子供給層 26及ぴ 32 Bの n型不純物濃度をそれぞれ 4. 5 X 10^{1 8}/cm³とした以外は、図 3の実施例 2と全く同一の積層構造である比較例 2を、実施例 2の場合に準拠して MO C VD法により作製した。この比較例 2の積層構造は、従来の p— H EMT構造である。

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、チャネル層 29において、室温（300K) での二次元電子ガス濃度が 2. 88 X 1 0^{1 2}Zcm²、室温（ 300 K) での電子移動度が 786 0 cm"/V - s 77 Kでの二次元電子ガス濃度が 2. 86 X 10^{1 2}/ cm², 77 Kでの電子移動度が 30100 c m² V . sであり、製造時におけるフロント側電子供給層へのドーパント供給量は 87. 3 c c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、残留キャリア濃度が 1 X 1 0^{1 5}/cm³となるときのピンチオフ電圧は、 -2. 63 Vであった。

なお、フロント側電子供給層 32 Bへのドーパント供給量を少なくし、実施例 2と同じ 78. 5 c cとした場合には、チャネル層 29における室温（300 K) での二次元電子ガス濃度は 2. 30 X 1 0^{1 2}/ cm²となり、実施例 2に比較して、室温（300K) での二次元電子ガス濃度は 0. 55 X 10^{1 2}/ cm 低下した。

本発明による実施例 2では、従来例である比較例 2の場合と比べて、二次元電子ガス濃度及ぴ電子移動度の値は殆ど同等であつたが、フロント側電子供給層 3 2へのドーパント供給量は比較例 2の場合よりも 10 %以上少なかつた。このように、実施例 2の構成によると、従来よりも少ないドーパント供給量であっても、二次元電子ガス濃度及ぴ電子移動度を従来の p— HEMTの場合と同等の値にできることが確認された。したがって、少ないドーパント供給量で、同等の二次元電子ガス濃度及び電子移動度を達成できたことから、トランジスタの駆動電流値を低下させることなく、グート耐圧を向上させることができる。

実施例 3

図 4に示す積層構造のェピタキシャル基板を実施例 1の場合に準拠して M〇 C V D法により作製した。図 4に示す実施例 3の積層構造では、フロント側スぺーサ層 31 Bを、 i—A 1 G a A s層に代えて、 3 nm厚の秩序化状態の i一

I n₀. 483 ^{G a} 0. 517 P層とし、ゲート層 33 Aを 28 nm厚の i一 A 1 0. ₂₄G a 0. ₇₆A s層とし、電子供給層 26、 32 Bの n型不純物濃度をそれぞれ 4. 3 Χ 10 ^{ΐ 8} ^πι。とした点でのみ実施例 2の積層構造と異なつている。したがって、図 4のその他の各層には図 3の対応する各層と同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

実施例 3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 29において、室温（300K) での二次元電子ガス濃度 2. 89 X 10^{1 2}/cm²、室温 (300K) での電子移動度 7890 cm²ZV ' s、 77 Kでの二次元電子ガス濃度 2. 83 X 10¹ "/cm², 77 Kでの電子移動度 31 200 c m ²ZV · sであり、このときのフロント側電子供給層へのドーパント供給量は 84. 7 c cであった。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 0 ⁵Zc m³となるときのピンチオフ電圧は、 -2. 80 Vであつに。

本発明による実施例 3では、従来例である比較例 2の場合と比べて、二次元電子ガス濃度及び電子移動度の値は殆ど同等であるが、フロント側電子供給層 32 Bへのドーパント供給量は比較例 2の場合よりも 3 %以上少なかつた。このように、実施例 3の構成によると、従来よりも少ないドーパント供給量であっても、二次元電子ガス濃度及び電子移動度を従来の p— HEMTの場合と同等の値にできることが確認された。したがって、少ないドーパント供給量で、同等の二次元電子ガス濃度及び電子移動度を達成できたことから、トランジスタの駆動電流値を低下させることなく、ゲート耐圧を向上させることができる。

産業上の利用可能性

本発明によれば、結晶の純度に優れ、電子素子作製時の温度特性にも優れた I nGa P材料を用い、これまでになく良好な特性を有する p— HEMT構造ェピタキシャル基板を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . I n G a A s層を歪チャネル層とし、及び n型不純物を含有する A 1 G a A s層をフロント側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構造を有する化合物半導体ェピタキシャル基板において、該歪チヤネル層である I n G a A s層より表面側に、秩序化状態の I n G a P層を含む上記化合物半導体ェピタキシャル基板。

2 . I n G a A s層を歪チャネル層とし、及ぴ n型不純物を含有する I n G a P層をフロント側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構造を有する化合物半導体ェピタキシャル基板において、該歪チヤネル層である I n G a A s層より表面側に、秩序化状態の I n G a P層を含む上記化合物半導体ェピタキシャル基板。

3 . 各化合物半導体の層を有機金属熱分解法（MO C V D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又は 2記載の化合物半導体ェピタキシャル基板の製造方法。