(57)【要約】【課題】化合物半導体エピタキシャルウェハ外周部より得られたＨＥＭＴ素子であってもリーク電流の急激な増加がなく、良好な耐圧を持つＨＥＭＴ素子が得られる化合物半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びにこのような化合物半導体エピタキシャルウェハを用いて得られるＨＥＭＴ素子を提供する。【解決手段】基板１上に、バッファ層３と、下部電子供給層４と、電子走行層５と、上部電子供給層６と、を有する化合物半導体エピタキシャルウェハ１０において、前記バッファ層３はＡｌＧａＡｓからなり、前記下部電子供給層４及び前記上部電子供給層６はＡｌＧａＡｓからなり、前記下部電子供給層４及び前記上部電子供給層６のＡｌ組成が０.２０以上０.２７以下であり、かつ前記バッファ層３のＡｌ組成が前記下部電子供給層４のＡｌ組成より小さい。【選択図】図１
2011096722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、バッファ層と、下部電子供給層と、電子走行層と、上部電子供給層と、を有する化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
前記バッファ層はＡｌＧａＡｓからなり、
前記下部電子供給層及び前記上部電子供給層はＡｌＧａＡｓからなり、
前記下部電子供給層及び前記上部電子供給層のＡｌ組成が０.２０以上０.２７以下であり、かつ
前記バッファ層のＡｌ組成が前記下部電子供給層のＡｌ組成より小さいことを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
請求項１に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記下部電子供給層の層厚が３ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、かつ前記上部電子供給層の層厚が１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記バッファ層のキャリア濃度が１.０×１０１６ｃｍ−３以下のｐ型層であり、かつ層厚が５０ｎｍ
以上３００ｎｍ以下であることを特徴とする化合物半導体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、
前記バッファ層のＡｌ組成が前記下部電子供給層及び前記上部電子供給層のＡｌ組成より小さいことを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の化合物半導体エピタキシャルウェハを作製する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、
前記化合物半導体エピタキシャルウェハの作製にはＭＯＶＰＥ法を用い、前記基板の成長面を下向きに配置し、前記各層に対応して、必要とするＶ族原料ガス、III族原料ガス
、希釈用ガス、ドーパント原料ガスを供給して、前記各層をエピタキシャル成長させることを特徴とする化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の化合物半導体エピタキシャルウェハに、
ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、を有することを特徴とするＨＥＭＴ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びにＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：高電子移動度トランジスタ）素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ（ガリウム砒素）やＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）などの化合物半導体は、Ｓｉ（シリコン）半導体に比べて電子移動度が高いという特長がある。この特長を活かして、ＧａＡｓやＩｎＧａＡｓは高速動作や高効率動作を要求されるデバイスに多く用いられている。代表例としてＨＥＭＴが挙げられ、携帯電話の送信用マイクロ波増幅器や衛星放送用受信アンテナの高周波増幅器に用いられている。
【０００３】
ＨＥＭＴの種類としては、電子走行層（チャネル層）に使用する材料によって、ＧａＡｓ系や、ＩｎＧａＡｓ系のものが知られている。また、電子供給層（キャリア供給層）の材料からみると、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰを用いたものがある。さらに、電子供給層の総数に注目すると、電子供給層がチャネル層上に一層のシングルへテロタイプと、チャネル層の上下にそれぞれ電子供給層を有したダブルへテロタイプに分けられる。
【０００４】
従来、電子供給層にＡｌＧａＡｓ、電子走行層（チャネル層）にＩｎＧａＡｓを用いた例があるが（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）、このＩｎＧａＡｓ系ＨＥＭＴの作製に用いられるＨＥＭＴ用化合物半導体エピタキシャルウェハの構造を次に述べる。
【０００５】
このＨＥＭＴ用化合物半導体エピタキシャルウェハは、半絶縁性のＧａＡｓ基板上に結晶成長させた以下の各層より構成されている。すなわち、ＧａＡｓ基板側から順に、ｕｎ−ＧａＡｓからなる下部バッファ層と、Ａｌ組成が０.２０以上０.５０以下のｕｎ−ＡｌＧａＡｓからなる上部バッファ層と、Ａｌ組成が０.２８以上０.３３以下のｎ＋−ＡｌＧａＡｓからなる下部電子供給層と、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓからなる電子走行層と、Ａｌ組成が０.２８以上０.３３以下のｎ＋−ＡｌＧａＡｓからなる上部電子供給層と、ｕｎ−ＡｌＧａＡｓからなるショットキー層と、ｎ＋−ＧａＡｓからなるオーミックコンタクト層とを有する。ここで「ｕｎ−」はアンドープを表し、「ｎ＋−」はｎ型であってキャリア濃度が高いことを表す（以下、同様）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３６７９１８号公報
【特許文献２】特開２００１−３２６３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来のＨＥＭＴ用化合物半導体エピタキシャルウェハの外周部より得られたＨＥＭＴ素子では、リーク電流の急激な増加がみられ、耐圧の低下が生じていた。
【０００８】
本発明の目的は、化合物半導体エピタキシャルウェハ外周部より得られたＨＥＭＴ素子であっても、リーク電流の急激な増加がなく、良好な耐圧を持つＨＥＭＴ素子を作製可能な化合物半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法、並びにＨＥＭＴ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成したものである。
【００１０】
本発明の第１の態様は、基板上に、バッファ層と、下部電子供給層と、電子走行層と、上部電子供給層と、を有する化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記バッファ層はＡｌＧａＡｓからなり、前記下部電子供給層及び前記上部電子供給層はＡｌＧａＡｓからなり、前記下部電子供給層及び前記上部電子供給層のＡｌ組成が０.２０以上０.２７以下であり、かつ前記バッファ層のＡｌ組成が前記下部電子供給層のＡｌ組成より小さい化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記下部電子供給層の層厚が３ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、かつ前記上部電子供給層の層厚が１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下である化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１２】
本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記バッファ層のキャリア濃度が１.０×１０１６ｃｍ−３以下のｐ型層で
あり、かつ層厚が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第１〜３の態様のいずれかに記載の化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記バッファ層のＡｌ組成が前記下部電子供給層及び前記上部電子供給層のＡｌ組成より小さい化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１４】
本発明の第５の態様は、第１〜第４の態様のいずれかに記載の化合物半導体エピタキシャルウェハを作製する化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法において、前記化合物半導体エピタキシャルウェハの作製にはＭＯＶＰＥ法を用い、前記基板の成長面を下向きに配置し、前記各層に対応して、必要とするＶ族原料ガス、III族原料ガス、希釈用ガ
ス、ドーパント原料ガスを供給して、前記各層をエピタキシャル成長させる化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法である。
【００１５】
本発明の第６の態様は、第１〜第４の態様のいずれかの化合物半導体エピタキシャルウェハに、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、を有するＨＥＭＴ素子である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、化合物半導体エピタキシャルウェハ外周部より得られたＨＥＭＴ素子であっても、リーク電流の急激な増加がなく、良好な耐圧を持つＨＥＭＴ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る化合物半導体エピタキシャルウェハの構造を示す断面図である。
【図２】従来の電子供給層に相当するＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度のウェハ面内分布図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電子供給層に相当するＡｌ組成を有するＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度のウェハ面内分布図である。
【図４】比較例のＨＥＭＴ素子における、印加電圧とリーク電流との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施例のＨＥＭＴ素子における、印加電圧とリーク電流との関係を示す図である。
【図６】比較例のＨＥＭＴ素子に対して、印加電圧３.５Ｖ時におけるウェハ径方向の各点でのリーク電流値をプロットした図である。
【図７】本発明の実施例のＨＥＭＴ素子に対して、印加電圧３.５Ｖ時におけるウェハ径方向の各点でのリーク電流値をプロットした図である。
【図８】ＡｌＧａＡｓ層のキャリア濃度測定用の構造を示す断面図である。
【図９】図８の電極構造を示す平面図である。
【図１０】化合物半導体エピタキシャルウェハを用いて作製したＨＥＭＴ素子の断面図である。
【図１１】ＭＯＶＰＥ装置の反応炉の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述したように、従来のＨＥＭＴ用化合物半導体エピタキシャルウェハでは、エピタキシャルウェハ外周部から得られたＨＥＭＴ素子には、リーク電流の急激な増加がみられ、耐圧の低下が生じていた。
本発明者は、鋭意研究した結果、ウェハ外周部でリーク電流が急激に増加する原因は、上部及び下部電子供給層のキャリア濃度がエピタキシャルウェハ外周部で増加するためであることを突き止め、このエピタキシャルウェハ外周部における電子供給層のキャリア濃度の増加を抑えるには、ＡｌＧａＡｓ電子供給層のＡｌ組成を従来の０.２８〜０.３３よりも下げることが有効であることを見出した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【００１９】
次に、電子供給層のＡｌ組成を変えることによって、エピタキシャルウェハ面内の電子供給層のキャリア濃度分布がどのように変化するかを説明する。
【００２０】
電子供給層のキャリア濃度を測定するために、図８に示すように、直径５インチのＧａＡｓ基板（ウェハ）１上にＡｌＧａＡｓ電子供給層を模した、目標とするキャリア濃度９.０×１０１７ｃｍ−３のｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層１１を厚さ１０００ｎｍ成長させた。そ
して、ｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層１１上にキャリア濃度測定用の電極１２、１３を形成した。電極１３はｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層１１にショットキーコンタクトするショットキー電極１３であり、電極１２はｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層１１に擬オーミックコンタクトする擬オーミック電極１２である。図９は図８の電極構造を平面図に表したもので、各素子形成領域に相当する中心部には円形状のショットキー電極１３が設けられ、ショットキー電極１３の外周には環状の擬オーミック電極１２が設けられる。ショットキー電極１３と擬オーミック電極１２との間に印加電圧を加え、ｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層１１の電流と位相差を測定することにより、キャリア濃度を測定した。
【００２１】
従来の電子供給層のＡｌ組成範囲（０.２８〜０.３３）にあるＡｌ組成０.２８のｎ＋
−ＡｌＧａＡｓ層１１のときのキャリア濃度のウェハ面内分布図を図２に示す。また、本発明の電子供給層のＡｌ組成範囲（０.２０〜０.２７）にあるＡｌ組成０.２２５のｎ＋
−ＡｌＧａＡｓ層１１のときのキャリア濃度のウェハ面内分布図を図３に示す。
【００２２】
図２に示すように、Ａｌ組成が０.２８のｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層１１では、ウェハ中心
部から５６ｍｍまではほぼ均一なキャリア濃度を保っているが、５６ｍｍよりも外周ではキャリア濃度が急激に増加している。このときのウェハ面内のキャリア濃度のバラツキは３.０９％であった。これに対し、図３に示すように、Ａｌ組成が０.２２５のｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層１１では、ウェハ外周部でのキャリア濃度の増加はあるものの、急激なキャリア濃度の増加はみられず、ウェハ面内のキャリア濃度のバラツキは１.１１％に抑えられ
た。このように、Ａｌ組成を低下させることで、ウェハ外周部におけるドーピング量が抑えられ、キャリア濃度のウェハ面内のバラツキを低減できることが判った。キャリア濃度のバラツキが低減できるのは、Ａｌ組成を下げることによりエピタキシャル層内に取り込
まれる酸素量が抑えられるためと推測される。
【００２３】
また、後の実施例で述べるように、ＡｌＧａＡｓ電子供給層がＡｌ組成０.２８のＨＥ
ＭＴ用化合物半導体エピタキシャルウェハと、Ａｌ組成０.２２５のＨＥＭＴ用化合物半
導体エピタキシャルウェハとを作製し、これらエピタキシャルウェハを用いてＨＥＭＴ素子を作製したところ、Ａｌ組成０.２８の電子供給層のエピタキシャルウェハから得られ
たＨＥＭＴ素子では、図６に示すようにウェハ外周部のＨＥＭＴ素子にリーク電流の急激な増加がみられたが、Ａｌ組成０.２２５の電子供給層のエピタキシャルウェハから得ら
れたＨＥＭＴ素子では、図７に示すようにウェハ外周部のＨＥＭＴ素子におけるリーク電流の増加が抑えられている。
【００２４】
このように、エピタキシャルウェハ外周部の電子供給層のキャリア濃度の増加と、エピタキシャルウェハ外周部から取得されるＨＥＭＴ素子のリーク電流の増加との間には強い相関があり、ＡｌＧａＡｓ電子供給層のＡｌ組成を従来よりも低下させることによって、エピタキシャルウェハ外周部の電子供給層のキャリア濃度の増加が抑えられ、その結果、エピタキシャルウェハ外周部から取得されるＨＥＭＴ素子のリーク電流の増加を抑制できることが明らかとなった。
【００２５】
次に、本発明の一実施形態に係る化合物半導体エピタキシャルウェハの構造を説明する。
【００２６】
図１に本実施形態に係る化合物半導体エピタキシャルウェハの断面構造を示す。図１に示すように、本実施形態のＨＥＭＴ用化合物半導体エピタキシャルウェハ１０は、半絶縁性のＧａＡｓ基板１上に、ｕｎ−ＧａＡｓからなる下部バッファ層２と、Ａｌ組成が少なくとも下部電子供給層４のＡｌ組成より小さいｐ−ＡｌＧａＡｓからなる上部バッファ層３と、Ａｌ組成が０.２０以上０.２７以下のｎ＋−ＡｌＧａＡｓからなる下部電子供給層４と、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓからなる電子走行層５と、Ａｌ組成が０.２０以上０.２７以下のｎ＋−ＡｌＧａＡｓからなる上部電子供給層６と、ｕｎ−ＡｌＧａＡｓからなるショットキー層７と、ｎ＋−ＧａＡｓからなるオーミックコンタクト層８とが順次形成されている。
【００２７】
ＧａＡｓ基板１は単結晶成長させるための下地であり、バッファ層２、３は、基板１表面の残留不純物によるデバイス特性劣化を防ぐ働きと、電子走行層５のリーク電流を抑える働きを持った層である。また、電子走行層５は自由電子が流れる層であり、高純度でなければならない。電子供給層４及び６は自由電子を発生し、電子走行層５へ電子を供給するための層である。ショットキー層７はショットキー接合を形成するための層で、オーミックコンタクト層８は電極を形成するための層である。
【００２８】
上記エピタキシャル積層構造において、下部及び上部電子供給層４、６のＡｌ組成を０.２０以上０.２７以下（より好ましくは０.２０以上０.２３未満）に設定することにより、キャリア濃度のウェハ面内分布のバラツキを低減することができる。Ａｌ組成を０.２
０以上とするのは、本実施形態に係る構造においては、Ａｌ組成を０．２０よりも低くすると電子移動度の低下を招くためである。
【００２９】
下部電子供給層４の層厚は３ｎｍ以上６ｎｍ以下、上部電子供給層６の層厚は１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下とする。下部電子供給層４の層厚が厚いと、下部電子供給層４がリークパス（リーク電流の経路）となって、リーク電流の増大に繋がる。そこで、下部電子供給層４の層厚を３ｎｍ以上６ｎｍ以下に抑えつつ、所望の電子供給量を確保するため、上部電子供給層６を厚く、例えば１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下に形成する。
【００３０】
また上部バッファ層３は、キャリア濃度が１.０×１０１６ｃｍ−３以下のｐ型層であ
り、かつ層厚が５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。上部バッファ層３をキャリア濃度１.０×１０１６ｃｍ−３以下のｐ型層で層厚５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすることで、
上部バッファ層３を空乏化でき、上部バッファ層３へのリーク電流を抑制できる。また、上部バッファ層３のＡｌ組成を少なくとも下部電子供給層４のＡｌ組成より小さくすることで、酸素の取り込みを抑制する効果が得られる。このとき、上部バッファ層３のＡｌ組成を、下部及び上部電子供給層４、６の双方のＡｌ組成より小さくしてもよい。
【００３１】
次に、上記各エピタキシャル層の成長方法の一実施形態として、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）装置による成長方法について説明する。
【００３２】
図１１に、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉２０の構造を示す。この反応炉２０は、基板の結晶成長面が下向きに設置されるフェイスダウンタイプのものである。
反応炉２０内には、円板状のサセプタ２１が水平に設置され、サセプタ２１の中心部には回転軸２２が垂直に取り付けられている。回転軸２２の回転により、サセプタ２１はその中心軸回りに回転駆動される。円板状のサセプタ２１の下方には、サセプタ２１に対向させて円板状の対向板（石英板）２６が配置されており、サセプタ２１と対向板２６との間に円柱状のガス流路２３が形成されている。円板状のサセプタ２１には、複数のＧａＡｓ基板（ウェハ）１が、サセプタ２１の中心から少し離れた位置にサセプタ２１の周方向に沿って等間隔に配設され、且つ基板１表面の成長面を下向きにしてガス流路２３に臨ませて設けられている。各ＧａＡｓ基板１は図示省略の基板ホルダ内に収納保持され、各基板ホルダはサセプタ２１に回転可能に設けられている。回転軸２２の回転によってサセプタ２１が回転すると、サセプタ２１上のＧａＡｓ基板１（及び基板ホルダ）は、サセプタ２１の回転に伴って回転（公転）すると共に、歯車機構などによって自転するように構成されている。ＧａＡｓ基板１の裏面側のサセプタ２１上方には、基板加熱用ヒータ２４が配置され、このヒータ２４により基板１が加熱される。対向板２６の中央部には、ガス流路２３に原料ガス２５を供給する導入配管２７が接続されている。
【００３３】
原料ガス２５は、導入配管２７からサセプタ２１中心部の下方側より導入された後、サセプタ２１中心部から放射状に水平方向外側に、基板１の成長面に沿ってガス流路２３を流れ、反応炉２０の側壁部から排気される。原料ガス２５の基板１への供給により、ヒータ２４によって加熱された基板１上で原料ガス２５が熱分解し、基板１上に半導体結晶がエピタキシャル成長する。
【００３４】
原料ガス２５としては、成長する各ピタキシャル層に対応する、必要なIII族原料ガス
、Ｖ族原料ガス、希釈用ガス及びドーパント原料ガスが供給され、基板１上にピタキシャル層が順次積層され、上記実施形態の化合物半導体エピタキシャルウェハ１０が作製される。
III族原料ガスには、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ：Ｇａ（ＣＨ3）3）、トリエチル
ガリウム（ＴＥＧａ：Ｇａ（Ｃ2Ｈ6）3）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ：Ａｌ（
ＣＨ3）3）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ：Ａｌ（ＣＨ３ＣＨ２）３）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ：Ｉｎ（ＣＨ3）3）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ：Ｉｎ（ＣＨ３ＣＨ２）３）等を用い、Ｖ族原料ガスには、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等を用いる。また、ｎ型ドーパント原料にはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジエチルテルル（Ｔｅ（Ｃ２Ｈ５）２）等を用い、ｐ型ドーパント原料にはビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ジエチルジンク（Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）、四臭化炭素（ＣＢｒ４）等を使用する。希釈用ガスには、Ｈ２（水素）、Ｎ２（窒素）又はＡｒ（アルゴン）などを用いる。
【００３５】
次に、上述の化合物半導体エピタキシャルウェハ１０を用いたＨＥＭＴ素子について、後に実施例で示す図１０を引用して説明する。
【００３６】
図１０に示すように、化合物半導体エピタキシャルウェハ１０にプロセスを施し、電極を形成してＨＥＭＴ素子１７を作製する。すなわち、オーミックコンタクト層８の一部を選択エッチングにより除去して、ショットキー層７の一部を露出し、露出したショットキー層７の上にゲート電極１４を形成する。また、ゲート電極１４を挟むように、オーミックコンタクト層８上にソース電極１６とドレイン電極１５を形成する。
【００３７】
本実施形態の化合物半導体エピタキシャルウェハ１０は、上部及び下部電子供給層４、６のウェハ外周部におけるキャリア濃度分布の増加が抑えられ、ウェハ面内におけるキャリア濃度の均一性が向上しているため、ウェハ外周部より得られたＨＥＭＴ素子であっても、リーク電流の急激な増加がなく、良好な耐圧を持つＨＥＭＴ素子が得られる。また、ウェハ面内におけるキャリア濃度のバラツキを低減することにより、ピンチオフ電圧の均一性が保たれる。
【００３８】
なお、上記実施形態では、図１１に示すようなフェイスダウンタイプの自公転型のＭＯＶＰＥ装置による成長方法について説明したが、基板の成長面を上向きにしてエピタキシャル成長を行うフェイスアップタイプのＭＯＶＰＥ装置を使用したり、反応炉の一端側から他端側に原料ガスを水平に流す横型成長炉を用いたＭＯＶＰＥ装置を使用したりしてもよい。或いは、他の成長方法、例えば分子線エピタキシー法（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）等を用いてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態の化合物半導体エピタキシャルウェハのエピタキシャル層の積層構造において、エピタキシャル層の構成、各エピタキシャル層の材質、層厚等は適宜に変更可能である。例えば、上部バッファ層のＡｌ組成は下部電子供給層のＡｌ組成以上としたり、バッファ層を上部及び下部バッファ層の二層構造ではなく単層としたり、電子供給層を一層のみのシングルへテロタイプとすることも可能である。さらに電子走行層として、ＩｎＧａＡｓ層に代えてＧａＡｓ層を用いてもよい。また、上部電子供給層の層厚を、下部電子供給層の層厚より薄くすることも可能である。
【００４０】
上記実施形態ではＨＥＭＴについて述べたが、ＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）においても、Ａｌ組成を低減してキャリア濃度のウェハ面内分布のバラツキを抑える手法は有効である。加えて、Ａｌ組成を低減してキャリア濃度のウェハ面内分布のバラツキを抑える手法は、ＦＥＴやＨＥＭＴなどの電子デバイスだけでなく、それらを中心とした半導体集積回路に応用でき、さらにまた発光・受光素子などにも利用できる。
【実施例】
【００４１】
以下に、本発明の具体的な実施例を説明する。
【００４２】
図１に示す上記実施形態と同じ構成でＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層を積層してＨＥＭＴ用化合物半導体エピタキシャルウェハを作製した。すなわち、半絶縁性のＧａＡｓ基板１上に、ｕｎ−ＧａＡｓ下部バッファ層２と、ｐ−ＡｌＧａＡｓ上部バッファ層３と、ｎ＋−ＡｌＧａＡｓ下部電子供給層４と、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓ電子走行層５と、ｎ＋−ＡｌＧａＡｓ上部電子供給層６と、ｕｎ−ＡｌＧａＡｓショットキー層７と、ｎ＋−ＧａＡｓオーミックコンタクト層８とを順次積層して形成した。
【００４３】
表１に比較例の化合物半導体エピタキシャルウェハの層構造を示し、表２に本発明の実施例の化合物半導体エピタキシャルウェハの層構造を示す。
【００４４】
【表１】
2011096722.tif 000003
【００４５】
【表２】
2011096722.tif 000004
【００４６】
表１、表２に示すように、ＡｌＧａＡｓ下部及び上部電子供給層４、６のＡｌ組成を、比較例では０.２８、実施例では０.２２５とした。その他の構造は比較例、実施例とも同一である。例えば、ＡｌＧａＡｓ下部電子供給層４の層厚は、比較例、実施例とも５ｎｍであり、ＡｌＧａＡｓ上部電子供給層６の層厚は、比較例、実施例とも１３ｎｍである。また、ＡｌＧａＡｓ上部バッファ層３は比較例、実施例とも、キャリア濃度が１.０×１
０１６ｃｍ−３のｐ型層であり、Ａｌ組成は０.２０、層厚２００ｎｍとした。また、Ｉ
ｎＧａＡｓ電子走行層５のＩｎ組成は、０.２０とした。
【００４７】
なお、本発明の化合物エピタキシャルウェハ１０の各エピタキシャル層は、図１１に示す構造のフェイスダウンタイプのＭＯＶＰＥ装置により成長させた。
成長条件としては、成長時の基板温度は６５５℃、反応炉２０内圧力は約６６６Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）、希釈用ガスは水素である。III族有機金属原料ガスとしてはＴＭＧａ、
ＴＭＡｌ、ＴＭＩｎを用い、Ｖ族原料ガスとしてはＡｓＨ３を用いた。また、ｎ型ドーパント原料としてＳｉ２Ｈ６を使用し、ｐ型ドーパント原料としてＣＢｒ４を使用した。
【００４８】
以上のように作製された化合物半導体エピタキシャルウェハに電極を設ける等のプロセスを施してＨＥＭＴ素子を作製する。
【００４９】
ここでは、比較例及び実施例の化合物半導体エピタキシャルウェハを用いたＨＥＭＴ構造のリーク電流を測定すべく、上記比較例、実施例の化合物半導体エピタキシャルウェハを使用して、図１０に示す簡易構造のＨＥＭＴ素子１７を作製した。
図１０に示すように、オーミックコンタクト層８上にソース電極１６とドレイン電極１５を形成し、露出したショットキー層７の部分にゲート電極１４を形成した。そして、ＨＥＭＴ素子１７のゲート電極１４に、ゲート電圧と閾値電圧が等しくなるよう逆バイアスをかけ、ドレイン−ソース電圧を０〜４Ｖまで印加して、ドレイン−ソース間に流れるリーク電流Ｉを測定した。ウェハ中心から２０ｍｍ、５６ｍｍ、及び６０ｍｍの位置におけるＨＥＭＴ素子のリーク電流のプロファイルを、図４、図５に示す。図４は比較例の化合物半導体エピタキシャルウェハを用いたＨＥＭＴ素子のプロファイルであり、図５は実施例の化合物半導体エピタキシャルウェハを用いたＨＥＭＴ素子のプロファイルである。
【００５０】
Ａｌ組成０.２８の比較例では、図４に示すように、ウェハ中心部から５６ｍｍ以上の
外周部においてリーク電流が急激に増加し、耐圧が低下している。それに対し、Ａｌ組成０.２２５を用いた実施例では、図５に示すように、ウェハ外周部での急激なリーク電流
の増加はみられず、ウェハ面内に亘って耐圧特性がほぼ安定している。このように、化合物半導体エピタキシャルウェハ外周部におけるキャリア濃度の均一性が改善されたことで、ウェハ面内全域で耐圧特性を均一化できた。
【００５１】
また、３.５Ｖの印加電圧を加えた際のウェハ外周部のＨＥＭＴ素子のリーク電流値を
測定した。図６は比較例のウェハ外周部におけるＨＥＭＴ素子のリーク電流値をプロットしたものであり、図７は実施例のウェハ外周部におけるＨＥＭＴ素子の電流値をプロットしたものである。
以上の結果をまとめたものを、表３に示す。
【００５２】
【表３】
2011096722.tif 000005
【００５３】
図６、図７より、実施例では、ウェハ外周部においてもリーク電流が抑制されていることがわかる。これにより、ウェハ面内で得られるデバイスの電気特性にもバラツキがなくなり、ＨＥＭＴ素子製造のおける歩留まりを向上させることができる。
また、表３より、上記実施形態で述べたように、ＡｌＧａＡｓ電子供給層のＡｌ組成を従来よりも低減したため、ＡｌＧａＡｓ電子供給層のキャリア濃度のウェハ面内均一性を、従来に比べ約２％改善することができた。その結果、ウェハの中心部と最外周のＨＥＭＴ素子の３.５Ｖ印加時におけるリーク電流の差を、実施例では比較例の約１７％までに
大幅に低減できた。
【符号の説明】
【００５４】
１  ＧａＡｓ基板
２  下部バッファ層
３  上部バッファ層
４  下部電子供給層
５  電子走行層
６  上部電子供給層
７  ショットキー層
８  オーミックコンタクト層
１０  化合物半導体エピタキシャルウェハ
１１  ｎ＋−ＡｌＧａＡｓ層
１２  擬オーミック電極
１３  ショットキー電極
１４  ゲート電極
１５  ドレイン電極
１６  ソース電極
１７  ＨＥＭＴ素子
２０  反応炉
２１  サセプタ
２２  回転軸
２３  ガス流路
２４  ヒータ
２５  原料ガス
【図１】
2011096722.tif 000006
【図２】
2011096722.tif 000007
【図３】
2011096722.tif 000008
【図４】
2011096722.tif 000009
【図５】
2011096722.tif 000010
【図６】
2011096722.tif 000011
【図７】
2011096722.tif 000012
【図８】
2011096722.tif 000013
【図９】
2011096722.tif 000014
【図１０】
2011096722.tif 000015
【図１１】
2011096722.tif 000016