(57)【要約】【課題】電界効果トランジスタにおけるｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層中のＩｎ原子がｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層側へ拡散することによるキャリア（電子）移動度低下の現象を防止する。【解決手段】ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層５とｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層３、７の間に、チャネル層のＩｎ原子がｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層側へ拡散することを防止するためのＩｎＧａＰスペーサ層１４、１６を挿入する。【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基板上に少なくとも、ｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層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、
キャリア供給層とチャネル層の間にＩｎＧａＰスペーサ層を挿入し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】
下地として半絶縁性ＧａＡｓ基板およびｉ−ＧａＡｓバッファ層を具え、この上側にｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層、ｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層、ｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層およびｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層を積層し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ＩｎＧａＰスペーサ層のＩｎ組成を当該ＩｎＧａＰスペーサ層がＧａＡｓ基板に整合するように調整し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４】
上記請求項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て作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係り、特にＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、高電子移動度トランジスタ）構造のＧａＡｓエピタキシャルウェハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓに代表される化合物半導体は、高い電子飽和速度を持つ材料であるため、超高速半導体デバイスおよびＩＣへの応用を目指した研究開発が各所で行われている。この中でも、異なる材料間で形成される接合（ヘテロ接合）を利用することによりさらに電子飽和速度を高めたＨＥＭＴは、マイクロ波・ミリ波帯の増幅素子や超高速のスイッチング素子として期待され、研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
ＨＥＭＴの種類としては、チャネル層に使用する材料により、ＧａＡｓを用いたＣ−ＨＥＭＴ（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ−ＨＥＭＴ）と、ＩｎＧａＡｓを用いたひずみ系のｐＨＥＭＴ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃ　ＨＥＭＴ）に分かれる。現在主流はｐＨＥＭＴである。
【０００４】
このｐＨＥＭＴをキャリア供給層の材料から見ると、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ系に分かれる。現在最も多く使われているのはＡｌＧａＡｓである。この材料はＧａＡｓに格子整合し、且つＡｌ混晶比を変えることでバンド間エネルギーギャップを容易に制御できる。
【０００５】
またキャリア供給層の総数に注目すると、キャリア供給層がＩｎＧａＡｓチャネル上に一層のもの（単層ＨＥＭＴ）と、チャネル下にも供給層を有したダブルヘテロタイプ（ここではＤ−ＨＥＭＴと呼ぶ）に分けられる。前者は最もポピュラーな構造で、この構造によるトランジスタは、衛星放送のコンバータに不可欠な低雑音アンプ用として広く普及している。
【０００６】
一方、Ｄ−ＨＥＭＴはデジタル通信用高出力アンプとして、ここ数年盛んに研究・開発され、実用化も急速にすすみ、現在最も普及しているタイプである。この構造では、上下両方から電子が供給されることから、シートキャリア濃度の高いチャネルが実現できる。この薄型ウェハを使用すれば、デジタル方式のトランジスタにおいて低ひずみで非常に高い電力が得られる。
【０００７】
図４に従来技術によるＤ−ＨＥＭＴ構造のＧａＡｓエピタキシャルウェハの一例を示す。図示するように、従来のＤ−ＨＥＭＴ構造は、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層５をはさんで上下にｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層３、７を配し、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層５と上下のｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層３、７との間にｉ−ＡｌＧａＡｓスペーサ層４、６が挿入されているものが一般的である。すなわち、下地として半絶縁性ＧａＡｓ基板１およびｉ−ＡｌＧａＡｓバッファ層２を具え、この上側にｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層３、ｉ−ＡｌＧａＡｓスペーサ層４、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層５、ｉ−ＡｌＧａＡｓスペーサ層６およびｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層７を順次積層させて、ダブルヘテロ構造型ＨＥＭＴを構成している。　なお、図４におけるエピタキシャル層名称中のｎ−、ｉ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型、半絶縁性であることを表している。
【０００８】
ここでｉ−ＡｌＧａＡｓスペーサ層４、６は、キャリア（電子）が走行するｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層５とｎ型不純物がドーピングされたｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層３、６を空間的に確実に分離するために挿入されている。このｉ−ＡｌＧａＡｓスペーサ層４、６の効果により、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層５を走行するキャリア（電子）はｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層３、７のイオン化した不純物からの散乱を受けにくくなるため、結果としてキャリア（電子）の移動度が向上する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層中のＩｎ原子は、エピタキシャル結晶成長中に上下のＡｌＧａＡｓ層中に拡散しやすい傾向があり、Ｉｎ原子の拡散が起こると、ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓヘテロ界面の急峻性が悪化してしまう。そうなるとｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層を走行すべきキャリア（電子）がｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層へしみ出すようになり、言い換えると、キャリア（電子）のｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層内への閉じ込め効果が弱くなり、キャリア（電子）へのイオン散乱の影響が相対的に大きくなる。その結果として、キャリア（電子）の移動度が低下してしまう、という現象が起こる。従来技術においては、大なり小なり、上記のような移動度低下の現象は避けることができなかった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電界効果トランジスタにおけるｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層中のＩｎ原子がｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層側へ拡散することによるキャリア（電子）移動度低下の現象を防止することにある。
【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基板上に少なくとも、ｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層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、キャリア供給層とチャネル層の間にＩｎＧａＰスペーサ層を挿入したことを特徴とする。
【００１３】
この請求項１の発明には次の四つの形態が含まれる。第一は、ＩｎＧａＡｓチャネル層の上にノンドープＩｎＧａＰ（ｉ−ＩｎＧａＰ）スペーサ層およびＳｉドープＡｌＧａＡｓ（ｎ−ＡｌＧａＡｓ）キャリア供給層が順次に設けられた構造のＨＥＭＴ（順構造型ＨＥＭＴ）である。第二は、ＩｎＧａＡｓチャネル層の下に、ｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層およびｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層が設けられた構造のＨＥＭＴ（逆構造型ＨＥＭＴ）である。第三は、ＩｎＧａＡｓチャネル層の上下にｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層が設けられ、そのＩｎＧａＡｓチャネル層とｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層の間にそれぞれｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層が設けられた構造のＨＥＭＴ（ダブルヘテロ構造型ＨＥＭＴ）である。第四は、ＩｎＧａＡｓチャネル層の上下にｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層が設けられ、そのＩｎＧａＡｓチャネル層と上下いずれかのｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層の間にｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層が設けられた構造のＨＥＭＴである。
【００１４】
請求項２の発明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、下地として半絶縁性ＧａＡｓ基板およびｉ−ＧａＡｓバッファ層を具え、この上側にｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層、ｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層、ｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層およびｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層を積層したことを特徴とする。これはダブルヘテロ構造型ＨＥＭＴの形態を特定したものである。
【００１５】
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ＩｎＧａＰスペーサ層のＩｎ組成を当該ＩｎＧａＰスペーサ層がＧａＡｓ基板に整合するように調整したことを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明に係る電界効果トランジスタは、上記電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハを用いて作成したことを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、上述のような従来技術の問題点を解決するため、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層とｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層の間に、チャネル層のＩｎ原子がｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層側へ拡散することを防止するためのＩｎＧａＰ層を挿入したことにある。本発明者等は、このＩｎＧａＰ層を、ｉ−ＩｎＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＧａＡｓ界面に、僅か数ｎｍ挿入することにより、驚いたことに、Ｉｎ原子のｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層側への拡散を全くと言っていいほど抑止することができ、結果としてキャリア（電子）の移動度を向上させることができることを見い出した。
【００１８】
【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。
【００１９】
本発明の実施例に係るＤ−ＨＥＭＴの構造を図１に示す。図１におけるエピタキシャル層名称中のｎ−、ｉ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型、半絶縁性であることを表している。図示するように、ｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層５をはさんで上下にｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層３、７を配し、ｉ−ＩｎＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＧａＡｓ界面にｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層１４、１６を２ｎｍ挿入した。ＩｎＧａＰスペーサ層１４、１６のＩｎ組成は、ＩｎＧａＰ層がＧａＡｓ基板に整合するように調整した。
【００２０】
すなわち、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、バッファ層２としてｉ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ（厚さ２００ｎｍ）を設け、その上に、キャリア供給層３としてｎ−Ａｌ０．２５ＧａＡｓ層（厚さ４ｎｍ、キャリア濃度２．５×１０１８ｃｍ−３）を設けた。そして、その上にスペーサ層１４としてｉ−Ｉｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層（厚さ２ｎｍ）を設け、その上に更に、チャネル層５としてｉ−Ｉｎ０．２０Ｇａ０．８０Ａｓ層（厚さ１２ｎｍ）を設けた。また、このチャネル層５の上に、スペーサ層１６としてｉ−Ｉｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層（厚さ２ｎｍ）を設け、その上にキャリア供給層７として、ｎ−Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓ層（厚さ１２ｎｍ、キャリア濃度２．５×１０１８ｃｍ−３）を設け、その上に更にショットキー層８としてｉ−ＡｌＧａＡｓ（厚さ３０ｎｍ）を設けた。
【００２１】
比較のため、図２に示す従来技術による比較例を作成した。この比較例（従来技術）は、上記した本発明の実施例（図１）に係るＤ−ＨＥＭＴの構造において、ｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層１４、１６に対応する部分を、ｉ−ＡｌＧａＡｓスペーサ層２４、２６に替えたものであり、他は図１と同一構成とした。
【００２２】
図３に、本発明の実施例（図１）および従来技術の比較例（図２）におけるＤ−ＨＥＭＴ構造のエピタキシャルウェハについて、ＩｎのＳＩＭＳプロファイルを比較して示す。実線で示す本発明の実施例によるＤ−ＨＥＭＴのＩｎのＳＩＭＳプロファイルは急峻な立ち上がりを示している。これに対し、破線で示す従来技術の比較例によるＤ−ＨＥＭＴのＩｎのＳＩＭＳプロファイルの方は、裾のが拡がっている。この図３の両曲線の比較より、本発明の実施例のＤ−ＨＥＭＴ構造のエピタキシャルウェハにおいては、ＩｎＧａＰスペーサ層１４、１６の挿入の効果により、Ｉｎがｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層側へ拡散する現象が防止されていることがわかる。
【００２３】
本実施例（図１）と比較例（図２）のＤ−ＨＥＭＴ構造ＧａＡｓエピタキシャルウェハについて、その電気特性を評価した結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１から両者共に、Ｖｐ（ピンチオフ電圧）、Ｎｓ（シートキャリア濃度）は同等であるが、本発明の実施例については、ＩｎＧａＰスペーサ層１４、１６の挿入の効果により、μ（移動度）が顕著に増大される。すなわち、図２の比較例（従来技術）についてはμ（移動度）が“６２５０”であるのに対し、図１の実施例（本発明）ではμ（移動度）が“７１００”と顕著に増大しており、μ（移動度）を格段に向上させることができた。なお、表中、シートキャリア濃度のＥ１２ｍ−２は１×１０１２ｍ−２を表す。
【００２６】
上記実施形態では、ダブルヘテロ構造型ＨＥＭＴの形態について説明したが、本発明は、キャリア供給層がＩｎＧａＡｓチャネル上に一層のもの（単層ＨＥＭＴ）についても適用することができる。また、この単層ＨＥＭＴの構造についても制約されず、ＩｎＧａＡｓチャネル層の上にｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層およびｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層が順次に設けられた順構造型ＨＥＭＴ、又はＩｎＧａＡｓチャネル層の下に、ｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層およびｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層が設けられた逆構造型ＨＥＭＴいずれにも適用することができる。
【００２７】
また上記実施形態では、ダブルヘテロ構造型ＨＥＭＴの上下のｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層とＩｎＧａＡｓチャネル層の間にｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層を挿入したが、下側又は上側のいずれかのｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層とＩｎＧａＡｓチャネル層の間にｉ−ＩｎＧａＰスペーサ層を挿入した構成とすることもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ｎ−ＡｌＧａＡｓをキャリア供給層としｉ−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又は電界効果トランジスタにおいて、キャリア供給層とチャネル層の間にＩｎＧａＰ層を挿入したものであり、これによりＩｎ原子のｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層側への拡散を全くと言っていいほど抑止することができ、結果としてキャリア（電子）の移動度を向上させることができる。従って、電界効果トランジスタの特性を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＨＥＭＴ構造のＧａＡｓエピタキシャルウェハの一例を示す構造図である。
【図２】比較例として作成した従来技術によるＨＥＭＴ構造のＧａＡｓエピタキシャルウェハの構造図である。
【図３】本発明および従来技術によるＨＥＭＴ構造ＧａＡｓエピタキシャルウェハのｉ−ＩｎＧａＡｓチャネル層周辺のＩｎのＳＩＭＳプロファイルを示した図である。
【図４】従来技術によるＨＥＭＴ構造ＧａＡｓエピタキシャルウェハの一例を示す構造図である。
【符号の説明】
１　半絶縁性ＧａＡｓ基板
２　ＡｌＧａＡｓバッファ層
３　ＡｌＧａＡｓキャリア供給層
５　ＩｎＧａＡｓチャネル層
７　ＡｌＧａＡｓキャリア供給層
８　ショットキー層
１４　ＩｎＧａＰスペーサ層
１６　ＩｎＧａＰスペーサ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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