(57)【要約】【課題】オン抵抗やリーク電流を低減した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】単結晶基板上に、少なくとも、ＧａＡｓ層、ＡｌＧａＡｓ層からなるバッファ層、ＩｎＧａＡｓ層からなるチャネル層、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、ノ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、Ｓｅ又はＴｅをドーパントとしたｎ型不純物を含有するＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）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、その表面清浄度検査におけるＨａｚｅ値が５００ｐｐｍ以下であるものである。【選択図】図１
2012069767.tif 000002
【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、ＩｎＧａＡｓ層からなるチャネル層、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、ノ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、Ｓｅ又はＴｅをドーパントとしたｎ型不純物を含有するＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）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、
その表面清浄度検査におけるＨａｚｅ値が５００ｐｐｍ以下であ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。
【請求項２】
Ｈａｚｅ値の制御は成長炉のヒータ設定温度によって行われる請求項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ＨＥＭＴ構造上に、ＨＢＴ構造を積層したＢｉＦＥＴ構造を有しており、前記ＨＥＭＴ構造の前記バッファ層、前記ＨＢＴ構造のコンタクト層にも適用される請求項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】
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、いわゆる二次元電子ガスが形成される。二次元電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。それは、電子濃度の低下を招く要因になり、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１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、ノンドープの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、ノ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２００６−１９０８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
コンタクト抵抗を下げるために、コンタクト層にＴｅ若しくはＳｅをドーパントした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。更にコンタクト層に、高濃度Ｓｉをドーパントしたｎ型のＧａＡｓ層を適用した場合においても、バッファ層膜厚が薄い場合、エピタキシャル層と単結晶基板との界面にチャージされた不純物の影響により上述した問題が発生する。
【００１０】
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ｎ型のＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）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。更に、Ｔｅ、Ｓｅのドーパントは、基板温度が低いほどドーピング効率が高くなるが、一方ＩｎＧａＡｓ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、基板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。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、オン抵抗やリーク電流を低減した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】
【００１２】
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、ＩｎＧａＡｓ層からなるチャネル層、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、ノ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、Ｓｅ又はＴｅをドーパントとしたｎ型不純物を含有するＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）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、その表面清浄度検査におけるＨａｚｅ値が５００ｐｐｍ以下であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハである。
【００１３】
Ｈａｚｅ値の制御は成長炉のヒータ設定温度によって行われると良い。
【００１４】
前記ＨＥＭＴ構造上に、ＨＢＴ構造を積層したＢｉＦＥＴ構造を有しており、前記ＨＥＭＴ構造の前記バッファ層、前記ＨＢＴ構造のコンタクト層にも適用されると良い。
【００１５】
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】
【００１６】
本発明によれば、オン抵抗やリーク電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１９】
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、ＩｎＧａＡｓ層からなるチャネル層、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、ノ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、Ｓｅ又はＴｅをドーパントとしたｎ型不純物を含有するＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなるコンタクト層を積層したＨＥＭＴ構造を有し、その表面清浄度検査におけるＨａｚｅ値を５００ｐｐｍ以下としたものである。このＨａｚｅ値の制御は成長炉のヒータ設定温度によって行われる。
【００２０】
例えば、Ｔｅ、ＳｅをドーピングしたＩｎxＧａ(1-x)Ａｓ層（但し０＜ｘ＜１）からなるコンタクト層において、特に成長時のヒータ設定温度を意識して、２．０×１０19ｃｍ-3程度の濃度のＴｅ、Ｓｅをドーピングした場合、Ｈａｚｅ値を５００ｐｐｍ以下に抑えることで、Ｔｅ、Ｓｅのメモリー濃度を低く抑えることができる。
【００２１】
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。
【００２２】
以上、本発明によれば、コンタクト層において、Ｔｅ、Ｓｅの原料効率が良い成長条件を適用することで、オン抵抗の増大、オフ状態での電流リーク等を回避することができる。
【００２３】
なお、本実施の形態においては、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハは、ＨＥＭＴ構造のみを有するものとしたが、ＨＥＭＴ構造上に、ＨＢＴ構造を積層したＢｉＦＥＴ構造を有するように構成しても良い。この場合、本発明をＨＥＭＴ構造のバッファ層、ＨＢＴ構造のコンタクト層にも適用すると良い。
【実施例】
【００２４】
単結晶基板（半絶縁性ＧａＡｓ基板）１を反応炉にセットし、ＭＯＶＰＥ法を用いて、図１に示した構造のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハをエピタキシャル成長させた。その際、コンタクト層成長時のヒータ設定温度を調整し、Ｈａｚｅ値を数水準振ったＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハを作製した。この各々について、その直後に連続的に作製したＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体エピタキシャルウェハ中のＳｅ濃度をＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）分析によって測定した。この測定の結果得られたＨａｚｅ値と残留Ｓｅ濃度の関係を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2012069767.tif 000003
【００２６】
表１から分かるように、Ｈａｚｅ値が５００ｐｐｍより大きくなると、それまで検出下限値以下であったＳｅ濃度が認められるようになった。つまり、Ｈａｚｅ値が５００ｐｐｍ以下になるような成長条件が望ましいと考えられる。
【００２７】
本実施例においては、残留Ｓｅ濃度について調査したが、Ｔｅについても同様の効果が期待できる。
【符号の説明】
【００２８】
１  半絶縁性ＧａＡｓ基板
２  バッファ層
３  チャネル層
４  電子供給層
５  ショットキー層
６  コンタクト層
【図１】
2012069767.tif 000004