(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物をシート状に添加した半導体層を少なくとも１層含む積層構造を、基板上に成長した半導体層構造の不純物濃度測定方法において、
上記シート状に添加した不純物層以外の領域に、上記シート状に添加した不純物層の不純物濃度より少ない濃度の不純物を均一に添加し、
さらに上記均一不純物添加層の膜厚を表面または基板側に形成される空乏層の厚さより厚くして、上記シート状に添加した不純物層を空乏層以外の中性層に位置させ、
上記シート状に添加した不純物が供給するキャリア濃度に対して、上記空乏層の影響を低減した状態で
上記シート状不純物添加層の不純物濃度を測定すること
を特徴とする不純物濃度測定方法。
【請求項２】
不純物をシート状に添加した半導体層を１層または複数層含む積層構造を、基板上に形成した半導体層構造において、
上記シート状に添加した不純物層以外の領域に、上記不純物層の不純物濃度より少ない濃度の不純物が均一に添加され、
さらに上記均一な不純物添加層の膜厚を、表面および基板側に形成される空乏層の厚さよりも厚くすることにより
上記シート状に添加した不純物層を空乏層以外の中性層に位置させ、
上記シート状に添加した不純物が供給するキャリア濃度に対して、上記空乏層の影響を低減したこと
を特徴とする半導体層構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、シート状に不純物を添加した半導体積層構造において、この添加不純物濃度を精度よく測定するための評価方法と、そのための半導体層構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体積層構造中に不純物をシート状に添加する技術（シートドーピング、プレーナードーピング、デルタドーピング、原子層ドーピングなどと呼ばれる）は、均一に不純物を添加する手法に比べ、より高濃度に不純物を添加することができるという特徴があり、様々な素子に応用されている。例えば、この技術を高移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）に用いる変調ドープ構造に適用した場合に、高電流駆動能力、低雑音指数、高均一性などのすぐれた特性を実現することができる。従来、シートドープされた不純物層が供給するキャリア濃度を評価する手法として、不純物を添加していない結晶中にシートドープを行った構造（図４）が用いられてきた。一般に結晶表面および高抵抗基板中では、フェルミレベルがバンドギャップ中にピン止めされるため、図５に示すように表面および基板側にポテンシャルが発生する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示した方法によるときは、シートドープした不純物のうちのある割合は、上記表面および基板側のポテンシャルを補償するため図５のように空乏化して、測定されるキャリア濃度が実際に添加されている不純物濃度よりも低くなってしまうことが問題であった。また、空乏化する不純物の量は、表面状態や残留キャリア濃度や膜厚などに敏感に影響を受けるため、測定したキャリア濃度から不純物濃度を精度よく推定することは容易でなく、結局添加した不純物濃度を精度よく測定することは困難であるという問題点があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するため、シート状に不純物が添加された半導体積層構造の電気的特性評価における測定精度を向上させる技術を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、不純物をシート状に添加した半導体層を少なくとも１層含む積層構造を、基板上に成長した半導体層構造の不純物濃度測定方法において、上記シート状に添加した不純物層以外の領域に、上記シート状に添加した不純物層の不純物濃度より少ない濃度の不純物を均一に添加し、さらに上記均一不純物添加層の膜厚を表面または基板側に形成される空乏層の厚さより厚くして、上記シート状に添加した不純物層を空乏層以外の中性層に位置させ、上記シート状に添加した不純物が供給するキャリア濃度に対して、上記空乏層の影響を低減した状態で
上記シート状不純物添加層の不純物濃度を測定することにより達成される。
【０００６】
また、不純物濃度を精度よく測定するための半導体層構造は、シート状に添加した不純物層以外の領域に、上記不純物層の不純物濃度より少ない濃度の不純物が均一に添加され、さらに上記均一な不純物添加層の膜厚を、表面および基板側に形成される空乏層の厚さよりも厚くすることにより上記シート状に添加した不純物層を空乏層以外の中性層に位置させ、上記シート状に添加した不純物が供給するキャリア濃度に対して、上記空乏層の影響を低減した半導体層構造である。
【０００７】
すなわち、本発明はシート状に添加された不純物層に近接した領域に不純物を添加し、かつ、その濃度および膜厚を、表面および基板側に形成される空乏層の影響を受けない範囲に設定するという方法を用いる。
【０００８】
【作用】
本発明では、シート状に添加した不純物層以外の領域に、上記シート状不純物層の不純物濃度より少ない濃度の不純物を、表面または基板側に形成される空乏層の厚さより厚く均一に添加することによって、上記シート状に添加した不純物が供給するキャリア濃度に対して、上記空乏層の影響を低減することができる。
【０００９】
【実施例】
つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。図１は本発明による不純物濃度測定方法の濃度評価に適した半導体層構造の一実施例を示す図、図２は上記半導体層構造のバンドプロファイルを示す図、図３は本発明の適用例におけるシートキャリア濃度のドープ時間依存性を示す図である。
【００１０】
図１に示す実施例は、ＩｎＡｌＡｓ層中にＳｉをシート状にドープした際における、ＩｎＡｌＡｓ層中のキャリア濃度評価に適した半導体層構造を示す。本実施例では５層のＳｉをシートドープした層を、均一にＳｉドープした層で挟んだ構造を用いた。シートドーピングは成長を中断しドーパントだけを一定時間供給することにより行った。均一ドープ量は１×１０18／ｃｍ3、均一ドープ層膜厚は、シートドープ層間は９０Å、シートドープ層外側は９００Åとした。これらの条件下ではフェルミレベルがバンドギャップ中心にピン止めされると仮定した場合に、表面および基板側の空乏層の厚さは約３２０Åと推定され、これはシートドープ層両側の均一ドープ層の厚さ９００Åよりも十分薄いため、シートドープ層は図２に示すように空乏層の影響を受けないと予測される。
【００１１】
図３は本発明を用いた場合におけるシートキャリア濃度のドープ時間依存性を示したものである。図において、ドープ時間０の点はシートドープなしの場合である。この点の値から全空乏層の厚さは約８００Åと推定される。表面および基板側のポテンシャルの寄与がほぼ同程度であると仮定すると、それぞれの空乏層の厚さは約４００Åとなり、均一ドープ層の厚さ９００Åよりも十分薄いことから、実際に空乏層の影響を抑制できていることがわかる。また、図３に示す測定結果がドープ時間に対して良い線形性を示していることも、シートキャリア濃度が空乏層の影響を受けていないことを表わしている。全べての測定点には、均一ドープ層からのキャリア濃度の寄与が同様に重畳しているため、各測定点の値からドープ時間０の点の値を差し引くことにより、シートドープ層が供給するキャリア濃度を精度よく求めることができる。
【００１２】
本実施例ではＩｎＡｌＡｓ中にＳｉをシート状にドープした場合の測定例について記したが、本発明の効果はＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰなど様々な半導体層において、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓ、Ｃ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎなどの種々の不純物をシート状にドープした場合についても同様に得られる。また、本実施例ではシートドープ層の層数を５とした場合について記載したが、これは１から任意の数の範囲で選択することができ、これらシートドープ層の総数は増大させるほど測定精度を向上させることができる。
【００１３】
【発明の効果】
上記のように本発明による不純物濃度測定方法およびその半導体層構造は、不純物をシート状に添加した半導体層を少なくとも１層含む積層構造を、基板上に成長した半導体層構造の不純物濃度測定方法において、上記シート状に添加した不純物層以外の領域に、上記シート状に添加した不純物層の不純物濃度より少ない濃度の不純物を均一に添加し、さらに上記均一不純物添加層の膜厚を表面または基板側に形成される空乏層の厚さより厚くして、上記シート状不純物添加層の不純物濃度を測定することにより、上記半導体層構造の電気的特性評価を行うに際し、添加不純物のキャリア濃度の測定精度を向上させることができ、より正確な結晶構造や素子特性を実現することができる。また、上記精度よい評価を行うのに適した半導体層構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による不純物濃度測定方法の濃度評価に適した半導体層構造の一実施例を示す図である。
【図２】上記半導体層構造のバンドプロファイルを示す図である。
【図３】本発明の適用例におけるシートキャリア濃度のドープ時間依存性を示す図である。
【図４】従来の半導体電気特性評価に用いた半導体層の構造を示す図である。
【図５】上記評価用半導体層構造のバンドプロファイルを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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