(57)【要約】【課題】ＧａＡｓＦＥＴのバックゲート効果を抑制した半絶縁性ＧａＡｓ基板構造の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハを得る。【解決手段】半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの基板１に、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を用いる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの基板に、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を用いた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】
半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓから成るバッファ層、その上部にｎ型のＧａＡｓチャネル層、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層を順次積層した電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの基板に、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を用いた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】
請求項１又は２記載の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、
上記基板に、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３又は１×１０１６／ｃｍ３の基板を用いた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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハ、特にその半絶縁性ＧａＡｓ基板の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓはＳｉの５〜６倍の電子移動度を持つことから、早くから高速トランジスタの研究が行われてきた。ＧａＡｓＦＥＴはＳｉのＭＯＳＦＥＴと比べて、高速、低雑音であることはよく知られている。ＧａＡｓＦＥＴはすでに高速通信、衛星放送及び高級テレビジョンの送受信システムにおける初段や２段目の増幅器や局所発信機などに実用化されている。
【０００３】
図３にＧａＡｓＦＥＴ向けエピタキシャルウェハの大まかな断面構造を示す。各層名称のｎ−、ｉ−は、エピタキシャル層がそれぞれｎ型、半絶縁であることを表している。またｎの右上に見られる−の記号は、エピタキシャル層のキャリア濃度が低いことを示している。
【０００４】
ＧａＡｓＦＥＴ向けエピタキシャルウェハのＦＥＴ構造部は、大きく分けて、コンタクト層４、チャネル層３、及びバッファ層２という三層から成り、これを半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に積層して構成される。コンタクト層４は電極を形成するための層である。チャネル層３は自由電子が走行する層であり、キャリア濃度が高い。バッファ層２は基板表面の残留不純物によるデバイス特性劣化を防ぐ機能がある。基板１には、高抵抗の半絶縁性ＧａＡｓ結晶が使用される。
【０００５】
上記バッファ層２については、ＶＩ族元素である酸素がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の中でドナータイプとなる性質を有しており、従って、取り込まれた酸素が、アンドープＡｌＧａＡｓ層の抵抗率を低下させるように作用するとして、酸素を取り込みにくいＧａＩｎＰの性質を利用して高抵抗のバッファ層とする試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
一方、上記半絶縁性ＧａＡｓ結晶基板１は、トランジスタを集積化する際の余分な電気容量を低減するうえ、素子分離領域を形成する必要がないなどの利点から、多くのＧａＡｓＦＥＴで用いられている。酸素ドープ基板の方がアンドープ基板よりも、一般的に抵抗が高いとされている。酸素の深いエネルギー準位が、他の不純物による浅いエネルギー準位を中和すると考えられているからである。しかし、従来の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの成長において、基板中の酸素濃度に大きな注意が払われることはなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１３５８１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の酸素をドープした半絶縁性ＧａＡｓ基板では、ＦＥＴを設けた側の基板面ａとは反対側の基板面（裏面）ｂに負の電位を印加すると、基板面ｂから基板中に注入された電子が深い準位に捕獲され従ってこの捕獲電子により基板面ｂ側の電子のポテンシャルが上昇する。これがため、図４に示すように、Ｃ−Ｖ（ＦＥＴ容量−バイアス電圧）測定カーブが低バイアス側にシフトする（この現象をバックゲート効果と称する）。ｎチャネルＦＥＴを基板に設けている場合には、空乏層が基板面ｂの側からｎチャネルＦＥＴのチャネルの側へと延び出してチャネルを狭め、結果的にドレイン電流が減少することとなる。
【０００９】
しかしながら、従来の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの成長において、基板中の酸素濃度に大きな注意が払われることはなかった。このため、従来技術では酸素濃度が高い基板上にもエピタキシャル層を成長させてしまう可能性があり、その場合ＧａＡｓＦＥＴのバックゲート電圧は低くなる。ここに「バックゲート電圧」とは、バイアス電圧ＶがゼロのときのＦＥＴ容量であるＣ（０Ｖ）の値が一桁落ちる、基板裏面（基板面ｂ）側からの電圧を意味する。バックゲート電圧の低い基板を用いた場合、基板に高電圧をかけた際に、酸素が基板中の電子や空孔の再結合中心サイトとして機能しリーク電流が流れている可能性がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＧａＡｓＦＥＴのバックゲート効果を抑制した半絶縁性ＧａＡｓ基板構造の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１２】
請求項１の発明に係る電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハは、半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させた電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの基板に、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を用いたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明に係る電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハは、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓから成るバッファ層、その上部にｎ型のＧａＡｓチャネル層、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層を順次積層した電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの基板に、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を用いたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の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、上記基板に、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３又は１×１０１６／ｃｍ３の基板を用いたことを特徴とする。
【００１５】
＜発明の要点＞
本発明は、ＧａＡｓエピタキシャルウェハ、特にＦＥＴ向けエピタキシャルウェハにおいて、低酸素濃度の基板を用いた構造とするものである。具体的には、低酸素濃度基板として、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を使用する。
【００１６】
従来技術による酸素濃度が７．０×１０１６／ｃｍ３の基板を使用した場合バックゲート電圧は低い（図４参照）が、本発明による酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３と１．０×１０１６／ｃｍ３の基板を使用した場合バックゲート電圧は高い（図２（ａ）（ｂ）参照）。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板上１に、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓから成るバッファ層２、その上部にｎ型のＧａＡｓチャネル層３、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４を順次積層して電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハを作製する。ただし、この半絶縁性ＧａＡｓ基板１には、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を用いる。
【００１９】
本発明では、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を使用する。図２で従来技術と本発明の違いを説明する。従来技術で酸素濃度が７．０×１０１６／ｃｍ３の基板を使用した場合バックゲート電圧は低いが、本発明で酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３と１．０×１０１６／ｃｍ３の基板を使用した場合バックゲート電圧は高い。
【００２０】
このように構成することにより、ＧａＡｓＦＥＴのバックゲート電圧を高く安定させることができる。
【００２１】
＜実施例＞
本発明の効果を確認するため、図１のＧａＡｓＦＥＴ向けエピタキシャルウェハについて、ＧａＡｓＦＥＴの基板側（基板裏面側）に、０Ｖ〜−１００Ｖの電圧をかけ、そのＣ−Ｖ（ＦＥＴ容量−バイアス電圧）特性を測定し、従来技術のものと比較した。
【００２２】
すなわち、実施例として、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３の基板を使用した電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハと、酸素濃度が１．０×１０１６／ｃｍ３の基板を使用した電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハを作製し、そのＧａＡｓＦＥＴの基板側に、０Ｖ〜−１００Ｖの電圧をかけた際のＣ−Ｖ特性を測定した。図２（ａ）に酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３の基板を使用した場合のＣ−Ｖ特性の測定結果を、そして図２（ｂ）に酸素濃度が１．０×１０１６／ｃｍ３の基板を使用した場合のＣ−Ｖ特性の測定結果を示す。
【００２３】
また、従来技術として、酸素濃度が７．０×１０１６／ｃｍ３の基板を用いて図３の電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハを作製し、そのＧａＡｓＦＥＴの基板側に、０Ｖ〜−１００Ｖの電圧をかけた際のＣ−Ｖ特性を測定した。この測定結果を図４に示す。
【００２４】
図４の従来技術のＣ−Ｖ特性においては、基板の裏面側からの電圧が、０Ｖ、−３３Ｖ、−６７Ｖ、−１００Ｖと大きくなるほど、Ｃ−Ｖ特性のカーブが左に、つまり低バイアス電圧（Ｖ）側にシフトしているのが分かる。これに対し、図２（ａ）及び図２（ｂ）の本実施例のＣ−Ｖ特性においては、基板の裏面側からの電圧が、０Ｖ、−３３Ｖ、−６７Ｖ、−１００Ｖと大きくなっても、ほとんど低バイアス電圧（Ｖ）側へのシフトが生じていない。つまり、従来技術の基板（酸素濃度が７．０×１０１６／ｃｍ３）を使用した場合にはバックゲート電圧が低いが、本実施例の基板（酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３と１．０×１０１６／ｃｍ３）を使用した場合にはバックゲート電圧が高い。
【００２５】
この両者の比較から、本実施例の基板（基板中酸素濃度：３．０×１０１６／ｃｍ３又は１．０×１０１６／ｃｍ３）を用いたＦＥＴのバックゲート電圧の方が、従来技術の基板（基板中酸素濃度：７．０×１０１６／ｃｍ３）を用いたＦＥＴのバックゲート電圧よりも高いことが分かる。
【００２６】
また、図２（ａ）と図２（ｂ）の比較から、基板中の酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の場合、基板裏面からの印加電圧の影響がＣ−Ｖ特性に殆ど表れていないことが分かる。よって、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ又はＧａＡｓから成るバッファ層２、その上部にｎ型のＧａＡｓチャネル層３、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層４を順次積層し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、その基板１に、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を用いることにより、バックゲート効果を抑制する効果が得られるものである。
【００２７】
本発明で用いた低酸素濃度基板は、ＧａＡｓ基板からの電流リークを抑止する働きがある。つまり、本発明をＦＥＴだけでなく、ＨＥＭＴ、ＨＢＴに適用することが出来る。
【００２８】
本発明は、ＧａＡｓＦＥＴのバックゲート電圧を高く安定させるものである。バックゲート特性の安定により、ＧａＡｓＦＥＴ向けエピタキシャルウェハ特性の信頼性を大きく向上させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をエピタキシャル成長させ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、その基板に、酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３以下の基板を用いているため、バックゲート効果を抑制し、ＧａＡｓＦＥＴのバックゲート電圧を高く安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すＧａＡｓＦＥＴ用エピタキシャルウェハの縦断面図である。
【図２】本発明のＧａＡｓＦＥＴの基板側から０〜−１００Ｖの電圧をかけた際のＣ−Ｖ特性を表した図であり、（ａ）は基板の酸素濃度が３．０×１０１６／ｃｍ３の場合を、（ｂ）は基板の酸素濃度が１．０×１０１６／ｃｍ３の場合を示した図である。
【図３】従来のＧａＡｓＦＥＴ用エピタキシャルウェハの縦断面図である。
【図４】従来技術のＧａＡｓＦＥＴにおける基板側から０〜−１００Ｖの電圧をかけた際のＣ−Ｖ特性を表した図である。
【符号の説明】
１  半絶縁性ＧａＡｓ基板
２  バッファ層
３  チャネル層
４  コンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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