(57)【要約】【課題】  バッファ層を改良してデバイスの絶縁性を向上させ、デバイス動作時のリーク電流を低減できるIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハを提供する。【解決手段】  半絶縁性化合物半導体基板１０上に、バッファ層１１、チャネル層１４、スペーサ層１３，１５、キャリア供給層１２，１６、コンタクト層１８をエピタキシャル成長させたIII −Ｖ族化合物半導体において、バッファ層に、キャリア濃度が１Ｅ１７ｃｍ-3以下のｎ−ＧａＡｓ、ｐ−ＧａＡｓ、もしくはｎ−Ａｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ，ｐ−Ａｌx Ｇａ(1-x) Ａｓを用いてｐ／ｎ層２２，２３を形成したものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半絶縁性化合物半導体基板上に、バッファ層、チャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、コンタクト層をエピタキシャル成長させたIII −Ｖ族化合物半導体において、バッファ層に、キャリア濃度が１Ｅ１７ｃｍ-3以下のｎ−ＧａＡｓ、ｐ−ＧａＡｓ、もしくはｎ−Ａｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ，ｐ−Ａｌx Ｇａ(1-x) Ａｓを用いてｐ／ｎ界面を形成したことを特徴とするIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項２】
バッファ層に形成するｐ／ｎ界面のｐ，ｎ層の膜厚が３ｎｍ以上、繰り返し構造の回数を５回以上使用する請求項１記載のIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項３】
Ｖ族原料として、ＡｓＨ3 （アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3 ）3 （トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）を用いる請求項１又は２記載のIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項４】
III 族原料として、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 （トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3 （トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3 （トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3 （トリエチルインジウム）を用いる請求項１〜３いずれかに記載のIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
エピタキシャル成長させる際の原料の希釈用ガスとして、水素、窒素、アルゴンを用いる請求項１〜４いずれかに記載のIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子デバイスに用いられるIII −Ｖ族化合物半導体結晶において、有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法、液相エピタキシー法、液相エピタキシャル成長法などのエピタキシャル成長法によって形成したIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ（ガリウム砒素）やＩｎＧａＡｓ（インジュウムガリウム砒素）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。この特長をいかして、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。
【０００３】
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。
【０００４】
ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ（以下ＨＥＭＴ用エピと略す）の概略構造を図３に示す。
【０００５】
ＨＥＭＴ用エピは、半絶縁性基板３０上に、バッファ層３１、キャリア供給層３２、スペーサ層３３、チャネル層３４、スペーサ層３５、キャリア供給層３６及びコンタクト層３７を順次エピタキシャル成長して形成される。
【０００６】
基板３０は単結晶成長するための下地である。バッファ層３１は、基板３０表面の残留不純物によるデバイス特性劣化を防ぐ働きや、チャネル層３４からのリーク電流を防ぐ働きがある。チャネル層３４は自由電子が流れる層であり、高純度である必要がある。スペーサ層３３，３５は、チャネル層３４の自由電子がキャリア供給層３２，３６のｎ型不純物によってイオン拡散されるのを抑止する働きがある。キャリア供給層３２，３６はｎ型不純物がドーピングされており、発生した自由電子をチャネル層３４へ供給する。コンタクト層３７は電極を形成するための層である。
【０００７】
図３に示したＨＥＭＴ用エピの成長方法を以下に述べる。
【０００８】
エピタキシャル層を成長させる半絶縁性基板３０をサセプタにセットし、成長炉内で加熱する。成長炉内に原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板３０上にエピタキシャル層３１〜３７を成長する。
【０００９】
従来ウェハではバッファ層３１にはキャリア濃度が１Ｅ１６ｃｍ-3以下のｎ型もしくはｐ型層どちらか片方のみを用いて、比較的絶縁性の高いエピ層を成長する。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１３３２９号公報
【特許文献２】特開平６−１６３６０１号公報
【特許文献３】特開平６−１８８１８９号公報
【特許文献４】特開平６−１８１１７４号公報
【特許文献５】特公平７−１０５５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来ウェハでは、バッファ層３１にはキャリア濃度が１Ｅ１６ｃｍ-3以下のｎ型もしくはｐ型層を用いて、そのエピ材料自体の絶縁性を上げることにより、その上に作り込むデバイスウェハと基板３０の絶縁を行っていたが、それでは絶縁性は充分とはいえず、デバイス動作時にバッファ層３１へ電流が漏れるリーク電流が問題になることがしばしばあった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、バッファ層を改良してデバイスの絶縁性を向上させ、デバイス動作時のリーク電流を低減できるIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、半絶縁性化合物半導体基板上に、バッファ層、チャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、コンタクト層をエピタキシャル成長させたIII −Ｖ族化合物半導体において、バッファ層に、キャリア濃度が１Ｅ１７ｃｍ-3以下のｎ−ＧａＡｓ、ｐ−ＧａＡｓ、もしくはｎ−Ａｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ，ｐ−Ａｌx Ｇａ(1-x) Ａｓを用いてｐ／ｎ界面を形成したIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１４】
請求項２の発明は、バッファ層に形成するｐ／ｎ界面のｐ，ｎ層の膜厚が３ｎｍ以上、繰り返し構造の回数を５回以上使用する請求項１記載のIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１５】
請求項３の発明は、Ｖ族原料として、ＡｓＨ3 （アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3 ）3 （トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）を用いる請求項１又は２記載のIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１６】
請求項４の発明は、III 族原料として、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 （トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3 （トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3 （トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3 （トリエチルインジウム）を用いる請求項１〜３いずれかに記載のIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１７】
請求項５の発明は、エピタキシャル成長させる際の原料の希釈用ガスとして、水素、窒素、アルゴンを用いる請求項１〜４いずれかに記載のIII −Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、バッファ層に超格子ウェハを用いた低濃度のｐ／ｎ接合を多数作り込むことにより、バッファ層の絶縁性を上げることができる。すなわちバッファ層の絶縁性を高くするとＨＥＭＴデバイスの特性が向上する。ＨＥＭＴデバイスの特性向上により、衛星放送受信用パラボラアンテナの小型化や携帯電話の低消費電力化などの効果が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は、ＨＥＭＴ用エピの構造を示したものである。
【００２１】
ＨＥＭＴ用エピのウェハは、ＧａＡｓからなる基板１０上に、バッファ層１１、ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなるキャリア供給層１２，ｉ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓからなるスペーサ層１３、ｉ−Ｉｎ0.30Ｇａ0.70Ａｓからなるチャネル層１４、ｉ−Ａｌ0.40Ｇａ0.60Ａｓからなるスペーサ層１５、ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなるキャリア供給層１６、ｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなるショットキー層１７，ｎ−ＧａＡｓからなるキャップ層（コンタクト層）１８をエピタキシャル成長して形成される。
【００２２】
本発明においては、バッファ層１１の絶縁性を高くするために、基板１０上にｉ−ＧａＡｓからなる下部バッファ層２１を形成し、そのバッファ層２１上に、ｐ- −Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなるｐ型バッファ層２２とｎ- −Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなるｎ型バッファ層２３とを膜厚３ｎｍ以上好ましくは５ｎｍ程度で、交互に５層以上好ましくは２０層程度繰り返したウェハとし、その上部にｉ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓからなる上部バッファ層２４を形成してバッファ層１１を構成したものである。
【００２３】
このＨＥＭＴ用エピのウェハ例を表１に示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
結晶成長のことをエピタキシャルという。
【００２６】
表１中のエピタキシャル層名称のｎ−，ｐ−，ｉ−は、エピタキシャル層がそれぞれｎ型，ｐ型，半絶縁性であることを表している。厚さの単位はｎｍ（１０-9ｍ）である。キャリア濃度の単位はｃｍ-3である。
【００２７】
表１に示したＨＥＭＴ用エピの成長方法を以下に述べる。
【００２８】
エピタキシャル層を成長させる半絶縁性基板１０をサセプタにセットし、成長炉内で加熱する。成長炉内に原料ガスを供給すると、原料ガスが熱により分解し、基板上にエピタキシャル層を成長する。
【００２９】
ここで、原料ガスのＶ族原料としては、ＡｓＨ3 （アルシン）、Ａｓ（ＣＨ3 ）3 （トリメチル砒素）、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）を用い、III 族原料としては、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 （トリメチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3）3（トリメチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3）3（トリメチルインジウム）、Ａｌ（ＣＨ3ＣＨ2）3 （トリエチルアルミニウム）、Ｇａ（ＣＨ3ＣＨ2）3 （トリエチルガリウム）、Ｉｎ（ＣＨ3ＣＨ2）3 （トリエチルインジウム）を用いることができる。
【００３０】
本発明では、デバイス動作時の絶縁性を上げるために、バッファ層１１に１Ｅ１７ｃｍ-3以下のｐ／ｎ材料を交互に成長し、低いキャリア濃度によるｐ／ｎ接合のバッファ層２２，２３を複数個バッファ層１１内に挿入することで、ｐ／ｎ界面を用いた超格子構造を形成し、絶縁性を上げるようにしたものである。
【００３１】
ｐ／ｎ層を形成するための原料ガスとしては、ｎ−ＧａＡｓ、ｐ−ＧａＡｓ、もしくはｎ−Ａｌx Ｇａ(1-x) Ａｓ，ｐ−Ａｌx Ｇａ(1-x) Ａｓを用いることができる。
【００３２】
また、エピタキシャル成長の際のＶ族、III 族の原料ガス及びｐ／ｎ層を形成するための原料ガスの希釈用ガスとしては、Ｈ2 （水素）、Ｎ2 （窒素）、Ａｒ（アルゴン）を用いる。
【００３３】
上記ウェハで成長したＨＥＭＴ用エピのリーク電流の測定結果を図２に示した。
【００３４】
図において、実線ａは、本発明のＨＥＭＴ用エピを、点線ｂは従来構造のＨＥＭＴ用エピを示している。
【００３５】
図２より本発明の電子移動度の方が、従来例に比べてリーク電流が少なくなっていることが解る。
【００３６】
本発明はＨＥＭＴ用エピのバッファ層に関しての製造方法であるが、ＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）等の他のデバイスウェハにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明において、ＨＥＭＴ構造の一実施の形態を示す図である。
【図２】本発明と従来のＨＥＭＴのリーク電流の比較を示す図である。
【図３】従来のＨＥＭＴ構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  基板
１１  バッファ層
１２，１６  キャリア供給層
１３，１５  スペーサ層
１４  チャネル層
１８  コンタクト層
２２  ｐ層
２３  ｎ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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