(57)【要約】      （修正有）【課題】コンタクト層に不純物として供給するＴｅ、Ｓｅのメモリーの影響を小さくしつつ、コンタクト抵抗を低減し、かつ、特性変動や信頼性低下を抑制しつつ、電子供給層の不純物濃度を高め、オン抵抗を低減した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】単結晶基板１１上に、ＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層からなるバッファ層１２ａ，１２ｂ、ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層１３，１７又はＩｎＧａＰ層若しくはＳｉプレナードープ層からなる電子供給層、ＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなるチャネル層１５、アンドープ又は低濃度ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層からなるショットキー層１８、ｎ型不純物を含有するＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなるコンタクト層２０ａ、２０ｂを積層したＨＥＭＴ構造を有し、チャネル層のｘを０．３≦ｘ≦０．３５とし、コンタクト層のｘを０．５５≦ｘ≦０．６０としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶基板上に、少なくとも、ＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層からなるバッファ層、ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層又はＩｎＧａＰ層若しくはＳｉプレナードープ層からなる電子供給層、ＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなるチャネル層、アンドープ又は低濃度ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層からなるショットキー層、ｎ型不純物を含有するＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなるコンタクト層を積層したＨＥＭＴ構造を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、
前記チャネル層のｘを０．３≦ｘ≦０．３５とし、前記コンタクト層のｘを０．５５≦ｘ≦０．６０と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】
前記チャネル層と前記コンタクト層を除く各層の成長温度を５８０℃以上６２０℃以下とし、前記チャネル層の成長温度を５００℃以上５８０℃以下の低温とした請求項１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３】
前記コンタクト層は、有機金属原料にＴＭＩ、ＴＥＩ、ＴＥＧのいずれかを用いると共にドーパントとしてＴｅ又はＳｅのｎ型不純物を用いて形成された請求項１又は２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４】
前記コンタクト層は、Ｉｎ組成が徐々に増加するグレーデット層と、前記グレーデット層上に形成されたＩｎ組成が均一なＩｎ均一層とからなる請求項１〜３のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法であって、
ＭＯＣＶＤ法若しくはＭＢＥ法を用いて製造することを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる高電子移動度トランジスタ用のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法に係り、特に、オン抵抗を低減することを目的としたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓを中心とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ  ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、超高速、高周波動作の観点から光通信システムの信号処理回路等の高速デジタル回路、携帯電話、無線ＬＡＮ等の無線通信機器の送信／受信信号の切り替えや内蔵アンテナと外部アンテナの切り替えに使用される。また低雑音の観点から、マイクロ波、又は、ミリ波帯で使用される低雑音増幅器への使用も期待されている。
【０００３】
ＨＥＭＴは、従来から使用されている電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に対しより高速動作ができるように電子を供給する領域（電子供給層）と電子が走行する領域（チャネル層又は電子走行層）を分離した構造となっている。更に、チャネル層と電子供給層は、材料が異なるためバンドギャップ、電子親和力が異なり、これらのヘテロ接合界面には伝導帯不連続が生じ、一種の量子井戸が形成される。ここに電子が有効的に閉じこめられ、いわゆる二次元原子ガスが形成される。二次元原子ガスが存在するチャネル側にはイオン化不純物が存在しないため、低温から室温にわたって、より高い移動度を示すことができる。
【０００４】
一方、これまでのＦＥＴは、電子供給層内を電子が走行するために電子を供給する不純物濃度が高くなるにつれ、その不純物が電子走行の障害となり、電子の走行速さ（移動度）を低下させることから電子濃度を高くすることが困難であった。この電子濃度の制約により、層内のオン抵抗を高め、消費電力を増幅させる要因となっていた。
【０００５】
ＨＥＭＴの基本構造は、図２に示すように、単結晶基板（半絶縁性のＧａＡｓ基板）１上に、電流リークを防止し、歪を緩衝するためのバッファ層２、電子が走行するチャネル層（電子走行層）３、電子を供給する電子供給層４、ショットキー電極と接し耐圧をとるためのショットキー層５、更にその上に電極となる金属との接触抵抗を小さくするためにｎ型のキャリアを高濃度にドープしたコンタクト層６を順に積層したものである。
【０００６】
バッファ層２は、アンドープのＧａＡｓ層とＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）を交互にそれぞれ数ｎｍ〜数十ｎｍ積層してなる。チャネル層３は、ＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなる。但し、ＩｎＧａＡｓ層はＧａＡｓに格子整合が不可であるため格子緩和が発生しない程度の組成、膜厚が用いられる。電子供給層４は、高濃度のｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）を数十ｎｍ、若しくはＳｉプレナードープ層が積層されてなり、ショットキー層５は、アンドープ若しくは低濃度のｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）を数十ｎｍ積層してなる。コンタクト層６としては、高濃度にＳｉをドーパントしたｎ型ＧａＡｓ層若しくは、近年ではより接触抵抗を下げるためにＴｅ又はＳｅをドーパントしたｎ型ＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）を用いることもある。
【０００７】
これらＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハは、固体或いは液状の有機金属原料をガス化して供給し、昇温した基板上で熱分解、化学反応させて、その上に薄膜結晶をエピタキシャル成長させる手法（ＭＯＣＶＤ法）と、超真空中で結晶の構成元素をそれぞれ別々のルツボから蒸発させ、分子線の形で昇温させた基板上に供給し、その上に薄膜結晶をエピタキシャル成長させる手法（ＭＢＥ法）によって製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３２９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
オン抵抗低減のためには、コンタクト抵抗を低減、或いは電子供給層の不純物濃度を高くし、コンタクト抵抗以外の抵抗を下げるという手段がある。
【００１０】
コンタクト抵抗を低減するため、コンタクト層にＴｅ若しくはＳｅを高濃度ドープしたｎ型のＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）を適用した場合、製造装置炉内にＴｅ又はＳｅがメモリーとして残留し、次にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハを製造するに際し、単結晶基板上からバッファ層にＴｅ若しくはＳｅが混入する問題がある。Ｔｅ、Ｓｅは電子を供給する不純物ドーパントであるため、本来電流が流れてはいけないバッファ層に電流が流れることになり、オン抵抗の増大、オフ状態での電流リーク等が発生する。
【００１１】
また、電子供給層の不純物濃度を高く（シートキャリア濃度を増大）してもオン抵抗を低減することが可能であるが、不純物濃度を高くしすぎると、デバイス動作中の電界や熱によりドーパントの拡散が起こり、特性変動や信頼性低下などの問題を引き起こす可能性があり、過剰に電子濃度を高くすることができないという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、コンタクト層に不純物として供給するＴｅ、Ｓｅのメモリーの影響を小さくしつつ、コンタクト抵抗を低減し、かつ、特性変動や信頼性低下を抑制しつつ、電子供給層の不純物濃度を高め、オン抵抗を低減したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために創案された本発明は、単結晶基板上に、少なくとも、ＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層からなるバッファ層、ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層又はＩｎＧａＰ層若しくはＳｉプレナードープ層からなる電子供給層、ＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなるチャネル層、アンドープ又は低濃度ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層からなるショットキー層、ｎ型不純物を含有するＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなるコンタクト層を積層したＨＥＭＴ構造を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハにおいて、前記チャネル層のｘを０．３≦ｘ≦０．３５とし、前記コンタクト層のｘを０．５５≦ｘ≦０．６０としたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１４】
前記チャネル層と前記コンタクト層を除く各層の成長温度を５８０℃以上６２０℃以下とし、前記チャネル層の成長温度を５００℃以上５８０℃以下の低温とすると良い。
【００１５】
前記コンタクト層は、有機金属原料にＴＭＩ、ＴＥＩ、ＴＥＧのいずれかを用いると共にドーパントとしてＴｅ又はＳｅのｎ型不純物を用いて形成されると良い。
【００１６】
前記コンタクト層は、Ｉｎ組成が徐々に増加するグレーデット層と、前記グレーデット層上に形成されたＩｎ組成が均一なＩｎ均一層とからなると良い。
【００１７】
また本発明は、これらＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法であって、ＭＯＣＶＤ法若しくはＭＢＥ法を用いて製造するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハの製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、コンタクト層に不純物として供給するＴｅ、Ｓｅのメモリーの影響を小さくしつつ、コンタクト抵抗を低減し、かつ、特性変動や信頼性低下を抑制しつつ、電子供給層の不純物濃度を高め、オン抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハを示す図である。
【図２】ＨＥＭＴの基本構造を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２１】
本発明に係るＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハは、単結晶基板上に、少なくとも、ＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層からなるバッファ層、ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層又はＩｎＧａＰ層若しくはＳｉプレナードープ層からなる電子供給層、ＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなるチャネル層、アンドープ又は低濃度ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓ層からなるショットキー層、ｎ型不純物を含有するＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなるコンタクト層を積層したＨＥＭＴ構造を有し、チャネル層のｘを０．３≦ｘ≦０．３５とし、コンタクト層のｘを０．５５≦ｘ≦０．６０としたものである。
【００２２】
チャネル層のｘは専ら用いられる０．２０≦ｘ≦０．２６よりも、Ｉｎ組成を増大させている。これにより、チャネル層に電子がたまりやすくなり、電子供給層に過剰に不純物をドーピングすることなく不純物濃度を高くすることができ、オン抵抗を下げることができる。
【００２３】
また、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハにおいては、チャネル層とコンタクト層を除く各層の成長温度をＧａＡｓ層の最適成長温度である５８０℃以上６２０℃以下程度とし、チャネル層の成長温度を５００℃以上５８０℃以下の低温とした。このように、チャネル層を低温成長させることにより、チャネル層の結晶性を向上させ、移動度の低下を抑制することができる。
【００２４】
コンタクト層のｘを０．５５≦ｘ≦０．６０とした理由を以下に述べる。
【００２５】
コンタクト抵抗を下げるためにＴｅ若しくはＳｅをドーパントしたコンタクト層において、Ｔｅ若しくはＳｅのドーピング効率を高める必要がある。これは過剰にドーパントを供給するとＴｅ、Ｓｅのメモリーが高まり、オン抵抗の増大を招くためである。Ｔｅ、Ｓｅのドーパントは、成長温度が低いほどドーピング効率が高くなるが、一方コンタクト層の成膜材料となるＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＥＩ（トリエチルインジウム）といった有機金属材料は、成長温度が低くなるにつれｐ型ドーパントとなるカーボンが自然に混入される。これにより過剰のＴｅ、Ｓｅをドーピングする必要が発生し、Ｔｅ、Ｓｅドーパントの供給が増大し、Ｔｅ、Ｓｅのメモリーが高まってしまう。そこで、成長温度を極端に下げることなくドーピング効率を高めるために、コンタクト層のｘを０．５５≦ｘ≦０．６０と大きくする。これにより、メモリーを抑制しつつコンタクト抵抗を低減し、オン抵抗を低減することができる。
【００２６】
なお、コンタクト層は、Ｉｎ組成が徐々に増加するグレーデット層と、グレーデット層上に形成されたＩｎ組成が均一なＩｎ均一層とからなると良い。
【００２７】
このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハは、ＭＯＣＶＤ法若しくはＭＢＥ法を用いて製造する。
【００２８】
ここで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハの具体的な構成の一例をその製造方法と共に図１により説明する。
【００２９】
図１に示すように、６００℃に加熱した単結晶基板（半絶縁性のＧａＡｓ基板）１１上に、アンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）／アンドープＧａＡｓ層を交互に２０ペア積層してなるバッファ層１２ａ、アンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）を積層してなるバッファ層１２ｂ、ｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなる電子供給層１３、アンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなるスペーサ層１４、アンドープＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０．３≦ｘ≦０．３５）からなるチャネル層１５、アンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなるスペーサ層１６、ｎ型ＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなる電子供給層１７、アンドープＡｌxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなるショットキー層１８、アンドープＩｎxＧａ(1-x)Ｐ層（但し０＜ｘ＜１）からなるスペーサ層（カバー層）１９、ＴｅドープＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなりＩｎ組成が徐々に増加するコンタクト（ノンアロイ）層（グレーデット層）２０ａ、ＴｅドープＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなりＩｎ組成が均一なコンタクト（ノンアロイ）層（Ｉｎ均一層）２０ｂを順次積層する。
【００３０】
これにより、本発明を適用したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ２１が得られる。
【００３１】
このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ２１によれば、コンタクト層２０ａ，２０ｂに不純物として供給するＴｅ（又はＳｅ）のメモリーの影響を小さくしつつ、コンタクト抵抗を低減し、かつ、特性変動や信頼性低下を抑制しつつ、電子供給層１３，１７の不純物濃度を高め、オン抵抗を低減することができる。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
ＭＯＶＰＥ法を用いて、６００℃に加熱した単結晶基板（半絶縁性のＧａＡｓ基板）上に、アンドープＡｌ0.28Ｇａ0.72Ａｓ層／アンドープＧａＡｓ層を交互に２０ペア積層してなるバッファ層、アンドープＡｌ0.24Ｇａ0.76Ａｓ層を積層してなるバッファ層、ｎ型Ａｌ0.24Ｇａ0.76Ａｓ層からなる電子供給層、アンドープＡｌ0.24Ｇａ0.76Ａｓ層からなるスペーサ層、アンドープＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなるチャネル層を順次積層した。
【００３３】
再度６００℃に加熱し、アンドープＡｌ0.24Ｇａ0.76Ａｓ層からなるスペーサ層、ｎ型Ａｌ0.24Ｇａ0.76Ａｓ層からなる電子供給層、アンドープＡｌ0.24Ｇａ0.76Ａｓ層からなるショットキー層、アンドープＩｎ0.5Ｇａ0.5Ｐ層からなるスペーサ層（カバー層）を順次積層した。
【００３４】
そして５００℃に降温し、ＴｅドープＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなりＩｎ組成が徐々に増加するコンタクト層（グレーデット層）、ＴｅドープＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層からなりＩｎ組成が均一なコンタクト層（Ｉｎ均一層）を順次積層して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハを製造した。
【００３５】
このとき、チャネル層のｘを０．３５、Ｉｎ均一層のｘを０．６とした。また、電子供給層の不純物濃度は、ショットキー層の途中まで成長させた簡易素子構造のシートキャリア濃度を測定し、シートキャリア濃度が３．０×１０18ｃｍ-3になるようにドーパント量を調整した。コンタクト層は、キャリア濃度が２．０×１０19ｃｍ-3になるようにドーパント量を調整した。
【００３６】
このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハは、オン抵抗が低く、特性の変動や信頼性の低下は見られなかった。
【００３７】
（比較例１）
チャネル層のｘを０．２４として、シートキャリア濃度が３．０×１０18ｃｍ-3になるようにドーパント量を調整し、それ以外は実施例１と同様にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハを製造した。このとき、実施例１に比べて多量のドーパントを供給する必要があった。オン抵抗は実施例１と同様の値を示したが、信頼性の低下が見られた。
【００３８】
（比較例２）
コンタクト層のｘを０．５０として、キャリア濃度が２．０×１０19ｃｍ-3になるようにドーパント量を調整し、それ以外は実施例１と同様にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハを製造した。このとき、実施例１に比べて多量のドーパントを供給する必要があった。コンタクト層のキャリア濃度とシートキャリア濃度を実施例１と同様にしているにも拘わらず、このＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハのオン抵抗は実施例１に対して高かった。コンタクト層成長時に多量のドーパントを供給したため、炉内のドーパントが残留するメモリー効果の影響を受けたためと考えられる。
【符号の説明】
【００３９】
１１  単結晶基板
１２ａ  バッファ層
１２ｂ  バッファ層
１３  電子供給層
１４  スペーサ層
１５  チャネル層
１６  スペーサ層
１７  電子供給層
１８  ショットキー層
１９  スペーサ層
２０ａ  コンタクト層（グレーデット層）
２０ｂ  コンタクト層（Ｉｎ均一層）
２１  ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ
【図１】
2012054404.tif 000003
【図２】
2012054404.tif 000004