(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＧａＡｓチャネル層の上にＡｌＧａＡｓキャリア供給層を設けたＨＥＭＴ構造を有する、化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
上記ＩｎＧａＡｓチャネル層が０．１〜３％のＡｌを添加したＩｎＧａＡｓ層から成ることを特徴とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
ＩｎＧａＡｓチャネル層の上下にＡｌＧａＡｓキャリア供給層を設けたＨＥＭＴ構造を有する、化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
上記ＩｎＧａＡｓチャネル層が０．１〜３％のＡｌを添加したＩｎＧａＡｓ層から成ることを特徴とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、アンドープＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓのバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部キャリア供給層、ＩｎＧａＡｓチャネル層、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部キャリア供給層を形成し、その上部に、無添加ＡｌＧａＡｓ耐圧層、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層を設けたＨＥＭＴ構造を有する電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
上記ＩｎＧａＡｓチャネル層が０．１〜３％のＡｌを添加したＩｎＧａＡｓ層から成ることを特徴とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハを用い、これにソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設けて構成したことを特徴とする電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓを代表とする化合物半導体を用いた高周波用デバイスは、歪が小さく、効率の良いＧＨｚ以上の高周波特性を実現できることから、携帯電話を初めとする多くの通信機器における増幅器などに広く使用されている。そのなかでもＨＥＭＴ構造を有するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）は、高周波特性に優れ、携帯電話用高出力トランジスタ等に広く使用されている。
【０００３】
ＨＥＭＴ構造を有するＧａＡｓ系ＦＥＴ用エピタキシャルウェハの断面構造の典型例を図３に示す。図３において、表面から、コンタクト層１１、以下、耐圧層１２、キャリア供給層１３、チャネル層１４、バッファ層１６で、基板１７は半絶縁性基板である。
【０００４】
コンタクト層１１は、ｎ型ドーパント（ＧａＡｓ中のＳｉなど）を高濃度（例えば３×１０18cm-3）に添加した低抵抗の層で、電極となる金属との接触抵抗を下げる働きをする。耐圧層１２は、ドーピングが低濃度（例えば５×１０16cm-3以下）あるいは無添加の層（たとえばＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ）で、ゲート耐圧を高くする為に使用される。キャリア供給層１３はチャネル層１４にキャリアとなる電子を供給する層で、チャネル層１４よりバンド間エネルギーの大きな材料が使われ、通常はＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＰが使用され、ｎ型のドーパントを高濃度に添加している。チャネル層１４は文字通りトランジスタのチャネルとなる層で、ＩｎＧａＡｓが使用される。バッファ層１６は、チャネル層１４からの漏れ電流を防止するのが目的で、ＧａＡｓ系ＦＥＴの場合は無添加のＡｌＧａＡｓが最も良く用いられる。
【０００５】
このＦＥＴ用エピタキシャルウェハのエピタキシャル層は分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）や有機金属気相エピタキシー法（ＭＯＶＰＥ：Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）を用いて作製される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにＩｎＧａＡｓをチャネル層としたＨＥＭＴ構造では、チャネル層中の電子の移動度が高いことが重要である。
【０００７】
しかしながら、実際にはアロイ散乱と呼ばれる現象（ＩｎまたはＩｎＡｓが偏在して散乱源となり、電子の移動度を下げる現象）により移動度は理想値より低くなる。
【０００８】
また、特にＭＯＶＰＥ法でエピタキシャル層を成長する場合、ステップバンチングと呼ばれる表面再編成現象により、ＩｎＧａＡｓとＡｌＧａＡｓのヘテロ界面に凹凸ができ、これも散乱源となる。これらの現象により、ＩｎＧａＡｓチャネルの移動度は理想値より低くなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、散乱源を抑制し、移動度の高いＩｎＧａＡｓチャネル層を容易に作成し得る構造の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ及び電界効果トランジスタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
最近では、キャリア供給層にＩｎＧａＰを使用するＨＥＭＴが、低雑音特性に優れ、ＩｎＧａＰの物性からその層を薄くすることができるため高電流利得が得られ、Ａｌを含まないため酸化に強い等の点で注目を集め、ＡｌＧａＡｓ系ＨＥＭＴと置き替わろうとしている。
【００１１】
しかし、既に述べたように、このＩｎＧａＰ系ＨＥＭＴでチャネル層にＩｎＧａＡｓを用いると、Ｉｎが偏在して散乱源となり電子の移動度を下げるという現象（アロイ散乱）が生じてしまう。また、上記したステップバンチングと呼ばれる表面再編成現象、つまり不規則な２次元方向の成長のためにヘテロ界面に凹凸ができ、これも散乱源となって電子の移動度を下げる原因となる。そして、これらの現象により、ＩｎＧａＡｓチャネルの移動度は理想値より低くなってしまう。
【００１２】
本発明者らは、これらのアロイ散乱及びステップバンチング現象が生ずる原因を検討した結果、チャネル層となるＩｎＧａＡｓ層に、通常は特性を劣化させてしまうと考えられるＡｌを０．１〜３％の濃度で添加することによって、逆にアロイ散乱及びステップバンチング現象の最小化が図られ、電子の移動度を高めることができることを発見した。
【００１３】
この電子移動度を高めることができる理由は次のように考えられる。アロイ散乱はＩｎＧａＡｓの成長中、Ｉｎが３次元的に移動することから起こる。またステップバンチングはＯｆｆ角をつけた基板やエピタキシャル層表面の原子が移動して再編成する現象である。これら成長中に起こるＩｎの移動と偏在を抑止できれば、散乱が小さくなることになる。そこで、Ａｌを０．１〜３％の濃度で添加すると、Ａｌは他原子との結合が強いことから、上記Ｉｎの移動と偏在を抑止できるものと考えられる。
【００１４】
具体的には、本発明は次のように構成したものである。
【００１５】
請求項１の発明は、ＩｎＧａＡｓチャネル層の上にＡｌＧａＡｓキャリア供給層を設けたＨＥＭＴ構造を有する、化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、上記ＩｎＧａＡｓチャネル層が０．１〜３％のＡｌを添加したＩｎＧａＡｓ層から成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明は、ＩｎＧａＡｓチャネル層の上下にＡｌＧａＡｓキャリア供給層を設けたＨＥＭＴ構造を有する、化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、上記ＩｎＧａＡｓチャネル層が０．１〜３％のＡｌを添加したＩｎＧａＡｓ層から成ることを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明は、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、アンドープＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓのバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部キャリア供給層、ＩｎＧａＡｓチャネル層、ｎ型ＡｌＧａＡｓ上部キャリア供給層を形成し、その上部に、無添加ＡｌＧａＡｓ耐圧層、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層を設けたＨＥＭＴ構造を有する電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、上記ＩｎＧａＡｓチャネル層が０．１〜３％のＡｌを添加したＩｎＧａＡｓ層から成ることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハを用い、これにソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設けて構成したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２０】
図１に示す構造で、ＨＥＭＴ構造をもつＦＥＴ用エピタキシャルウェハをＭＯＶＰＥ法にて成長した。
【００２１】
まず半絶縁性ＧａＡｓ基板７上にバッファ層６としてアンドープＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓの層を設ける。このバッファ層６の上に、ｎ型ＡｌＧａＡｓ下部キャリア供給層５（キャリア濃度２×１０18cm-3）を厚さ３μｍ成長し、更にその上にＩｎＧａＡｓチャネル層４（Ｉｎ混晶比０．２０）を厚さ１４ｎｍ成長する。その際、このＩｎＧａＡｓチャネル層４には０．１〜３％のＡｌを添加する。次いで、Ａｌ添加ＩｎＧａＡｓチャネル層４上にｎ型ＡｌＧａＡｓ上部キャリア供給層３（キャリア濃度２×１０18cm-3）を厚さ２０μｍ成長した。なお、シートキャリア濃度は１．２〜１．８×１０12cm-2であった。
【００２２】
更に、その上部キャリア供給層３上に、無添加ＡｌＧａＡｓ耐圧層２（Ａｌ混晶比０．２２）を厚さ２０μｍ形成し、その上にｎ型ＧａＡｓコンタクト層１を設け、ＨＥＭＴ構造のエピタキシャルウェハを完成した。
【００２３】
次に、上記ＩｎＧａＡｓチャネル層４にＡｌを異なる濃度で添加し、ＨＥＭＴの移動度をＨａｌｌ測定によって測定した。このＡｌ濃度と移動度の関係を図２に示す。図から、上記実施形態で説明した如く、ＩｎＧａＡｓチャネル層４にＡｌ濃度が０．１〜３％の範囲でＡｌを添加した場合には高い移動度が得られる。しかし、Ａｌ濃度が４％以上では移動度が下がってしまう。
【００２４】
上記の如く０．１〜３％のＡｌを添加したＩｎＧａＡｓをチャネル層とする電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハを用い、その上部キャリア供給層３側に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設けることにより、移動度の高い電界効果トランジスタを得ることができる。
【００２５】
上記実施形態では、ＩｎＧａＡｓチャネル層４の上下にＡｌＧａＡｓキャリア供給層３、５を設けたが、ＩｎＧａＡｓチャネル層４の上にＡｌＧａＡｓキャリア供給層３を設けた構成とすることもできる。
【００２６】
また上記実施形態では、図１に示すＨＥＭＴ構造をもつＦＥＴ用エピタキシャルウェハをＭＯＶＰＥ法にて作製したが、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）を用いて作製することも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、ＩｎＧａＡｓチャネル層の上又は上下にＡｌＧａＡｓキャリア供給層を設けたＨＥＭＴ構造を有する、化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ又は電界効果トランジスタにおいて、上記ＩｎＧａＡｓチャネル層を０．１〜３％のＡｌを添加したＩｎＧａＡｓ層として構成したものである。チャネル層となるＩｎＧａＡｓ層にＡｌを添加することは、通常では特性を劣化させてしまうであろうと考えられるが、０．１〜３％の濃度という限られた濃度範囲では、Ａｌを添加することによって逆にアロイ散乱及びステップバンチングの現象の最小化が図られ、電子の移動度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＨＥＭＴ構造を有するＧａＡｓ系ＦＥＴ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【図２】チャネル層の移動度のＡｌ添加量依存性を示した図である。
【図３】従来のＨＥＭＴ構造を有するＧａＡｓ系ＦＥＴ用エピタキシャルウェハの断面構造図である。
【符号の説明】
１  コンタクト層
２  耐圧層
３  キャリア供給層
４  チャネル層
５  キャリア供給層
６  バッファ層
７  基板
【図１】
0003711949.tif 000002
【図２】
0003711949.tif 000003
【図３】
0003711949.tif 000004