JP3347175B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
半導体装置とその製造方法Info
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- JP3347175B2 JP3347175B2 JP06059493A JP6059493A JP3347175B2 JP 3347175 B2 JP3347175 B2 JP 3347175B2 JP 06059493 A JP06059493 A JP 06059493A JP 6059493 A JP6059493 A JP 6059493A JP 3347175 B2 JP3347175 B2 JP 3347175B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置とその製造
方法に関し、特に電界効果型トランジスタを集積化した
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置とその製造方法に関す
る。
方法に関し、特に電界効果型トランジスタを集積化した
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置とその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の電界効果型
トランジスタ（ＦＥＴ）としては、高電子移動度トラン
ジスタ（ＨＥＭＴ）やＭＥＳＦＥＴ等が知られている。
これらのＦＥＴを複数個同一半導体基板に集積化する
と、サイドゲート効果が問題となる。
トランジスタ（ＦＥＴ）としては、高電子移動度トラン
ジスタ（ＨＥＭＴ）やＭＥＳＦＥＴ等が知られている。
これらのＦＥＴを複数個同一半導体基板に集積化する
と、サイドゲート効果が問題となる。
【０００３】トランジスタを高速動作させるためには、
基板等、トランジスタ以外の部分は高抵抗率とし、トラ
ンジスタの付随容量を低減することが好ましい。このよ
うな状況で、１つのトランジスタのゲート（サイドゲー
ト）に電圧を印加すると、隣接するトランジスタのチャ
ネルまで影響を受けてしまう。つまり、サイドゲートの
影響を受ける。
基板等、トランジスタ以外の部分は高抵抗率とし、トラ
ンジスタの付随容量を低減することが好ましい。このよ
うな状況で、１つのトランジスタのゲート（サイドゲー
ト）に電圧を印加すると、隣接するトランジスタのチャ
ネルまで影響を受けてしまう。つまり、サイドゲートの
影響を受ける。
【０００４】この現象は、１つのゲートから発する電気
力線が他のゲートにまで達してしまう現象として把握で
きる。近年の研究によれば、このような電気力線は基板
や基板近傍のバッファ層を通過すると報告されている。
力線が他のゲートにまで達してしまう現象として把握で
きる。近年の研究によれば、このような電気力線は基板
や基板近傍のバッファ層を通過すると報告されている。
【０００５】サイドゲート効果を阻止するには、電気力
線を途中で止めればよいことになる。基板、バッファ層
もしくはその近傍に電荷を分布させれば、電気力線の通
過を阻止することができるであろう。
線を途中で止めればよいことになる。基板、バッファ層
もしくはその近傍に電荷を分布させれば、電気力線の通
過を阻止することができるであろう。
【０００６】ＧａＡｓ基板上のＨＥＭＴの場合、酸素ド
ープＡｌＧａＡｓの高抵抗率バッファ層がサイドゲート
効果抑制に有効であることが知られている。ＡｌＧａＡ
ｓは低温で成長するほどドープされる酸素濃度が上昇す
ることが知られている。
ープＡｌＧａＡｓの高抵抗率バッファ層がサイドゲート
効果抑制に有効であることが知られている。ＡｌＧａＡ
ｓは低温で成長するほどドープされる酸素濃度が上昇す
ることが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＡｌＧ
ａＡｓ層中の酸素濃度とサイドゲート効果との間の明確
な関係は明らかではなかった。さらに、サイドゲート効
果を十分に抑制するだけの酸素をＡｌＧａＡｓにドープ
すると、トランジスタのＤＣ特性にヒステリシスループ
が生じやすい。
ａＡｓ層中の酸素濃度とサイドゲート効果との間の明確
な関係は明らかではなかった。さらに、サイドゲート効
果を十分に抑制するだけの酸素をＡｌＧａＡｓにドープ
すると、トランジスタのＤＣ特性にヒステリシスループ
が生じやすい。
【０００８】本発明の目的は、効率的にサイドゲート効
果を抑制することのできる半導体装置とその製造方法を
提供することである。本発明の他の目的は、サイドゲー
ト効果を抑制し、かつＤＣ特性のヒステリシスループも
抑制することのできる半導体装置およびその製造方法を
提供することである。
果を抑制することのできる半導体装置とその製造方法を
提供することである。本発明の他の目的は、サイドゲー
ト効果を抑制し、かつＤＣ特性のヒステリシスループも
抑制することのできる半導体装置およびその製造方法を
提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体基板（１）上に素子領域となる活性層（４）を含
む半導体装置であって、前記半導体基板（１）と前記活
性層（４）との間に配置され、１×１０18ｃｍ-3以上の
酸素濃度と５×１０17ｃｍ-3以下の炭素濃度を有し、そ
の格子定数と、同一組成で酸素濃度が１×１０18ｃｍ-3
以下のＡｌＧａＡｓ層の格子定数との不整合が２×１０
-5以下である高抵抗率ＡｌＧａＡｓ層（２）を含む半導
体装置。
半導体基板（１）上に素子領域となる活性層（４）を含
む半導体装置であって、前記半導体基板（１）と前記活
性層（４）との間に配置され、１×１０18ｃｍ-3以上の
酸素濃度と５×１０17ｃｍ-3以下の炭素濃度を有し、そ
の格子定数と、同一組成で酸素濃度が１×１０18ｃｍ-3
以下のＡｌＧａＡｓ層の格子定数との不整合が２×１０
-5以下である高抵抗率ＡｌＧａＡｓ層（２）を含む半導
体装置。
【００１０】
【００１１】
【作用】高抵抗率ＡｌＧａＡｓ層の酸素濃度と共に、炭
素濃度をも制御することにより、サイドゲート効果を効
率的に抑制することが可能となる。
素濃度をも制御することにより、サイドゲート効果を効
率的に抑制することが可能となる。
【００１２】ＡｌＧａＡｓ層の格子定数を、実質的に酸
素をドープしない場合の格子定数に近付けることによっ
て、ＤＣ特性のヒステリシスループを抑圧することが可
能となる。
素をドープしない場合の格子定数に近付けることによっ
て、ＤＣ特性のヒステリシスループを抑圧することが可
能となる。
【００１３】
【実施例】以下、酸素ドープのＡｌx Ｇａ1-x Ａｓバッ
ファ層を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で成長する
場合を例にとって説明する。主に、ｘ＝０．２８の場合
を例にとる。ＡｌＧａＡｓ層に酸素をドープするのに、
アルコキシ基、ヒドロキシル基、アシルオキシ基の少な
くとも１つを含む物質をドーパントとして用いることが
好ましい。
ファ層を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）で成長する
場合を例にとって説明する。主に、ｘ＝０．２８の場合
を例にとる。ＡｌＧａＡｓ層に酸素をドープするのに、
アルコキシ基、ヒドロキシル基、アシルオキシ基の少な
くとも１つを含む物質をドーパントとして用いることが
好ましい。
【００１４】たとえば、酸素ドーパントとして、Ｖ族原
料であるターシャリブチルアルシン、エチルアルシン、
フェニルアルシン、テトラエチルジアルシン、トリジメ
チルアミノアルシンの一種以上を基に、上述のドーパン
トを含ませた各系の物質を用いることができる。
料であるターシャリブチルアルシン、エチルアルシン、
フェニルアルシン、テトラエチルジアルシン、トリジメ
チルアミノアルシンの一種以上を基に、上述のドーパン
トを含ませた各系の物質を用いることができる。
【００１５】その他のソース材料は、たとえばＡｌソー
スとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｇａソー
スとしてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）またはトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、Ａｓソースとしてアルシン（Ａ
ｓＨ3 ）を用いることができる。ただし、これらのソー
ス材料に限定されるものではない。
スとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、Ｇａソー
スとしてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）またはトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、Ａｓソースとしてアルシン（Ａ
ｓＨ3 ）を用いることができる。ただし、これらのソー
ス材料に限定されるものではない。
【００１６】ところで、ＡｌＧａＡｓ層に酸素をドープ
すると、付随的に炭素もドープされる。サイドゲート効
果は、酸素濃度と炭素濃度との両者に依存し、酸素ドー
パントの供給量および、ＡｌＧａＡｓ層の成長温度に依
存することが判った。
すると、付随的に炭素もドープされる。サイドゲート効
果は、酸素濃度と炭素濃度との両者に依存し、酸素ドー
パントの供給量および、ＡｌＧａＡｓ層の成長温度に依
存することが判った。
【００１７】そこで、炭素濃度および酸素濃度の成長温
度依存性およびドーパント供給率依存性を測定した。な
お、本明細書において、ドーパント供給率とは、全Ｖ族
元素のキャリアガス供給量に対する酸素ドーパントを含
むキャリアガス供給量の比率を示す。より具体的には、
本実施例の場合、〔ｔＢＡ系キャリアガス流量〕／
｛〔ｔＢＡ系キャリアガス流量〕＋〔アルシンのキャリ
アガス流量〕｝である。
度依存性およびドーパント供給率依存性を測定した。な
お、本明細書において、ドーパント供給率とは、全Ｖ族
元素のキャリアガス供給量に対する酸素ドーパントを含
むキャリアガス供給量の比率を示す。より具体的には、
本実施例の場合、〔ｔＢＡ系キャリアガス流量〕／
｛〔ｔＢＡ系キャリアガス流量〕＋〔アルシンのキャリ
アガス流量〕｝である。
【００１８】ドーパント供給率と、成長温度を変化さ
せ、酸素濃度と炭素濃度のドーパント供給率依存性およ
び成長温度依存性をＳＩＭＳ分析によって調べた。測定
結果を表１、表２に示す。
せ、酸素濃度と炭素濃度のドーパント供給率依存性およ
び成長温度依存性をＳＩＭＳ分析によって調べた。測定
結果を表１、表２に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】 表１から明らかなように、酸素ドーパントを供給しない
場合、酸素濃度は成長温度に依存し、低温になるほど向
上する。たとえば、成長温度を６６０℃から５８０℃ま
で低下させると、８×１０17ｃｍ-3から３×１０18ｃｍ
-3とほぼ２×１０18ｃｍ-3の酸素濃度の向上が見られ
る。この酸素濃度は、イントリンジック酸素濃度と呼べ
るものであり、酸素ドーパントの有無に拘らず、成長温
度に依存して表れるものと考えられる。
場合、酸素濃度は成長温度に依存し、低温になるほど向
上する。たとえば、成長温度を６６０℃から５８０℃ま
で低下させると、８×１０17ｃｍ-3から３×１０18ｃｍ
-3とほぼ２×１０18ｃｍ-3の酸素濃度の向上が見られ
る。この酸素濃度は、イントリンジック酸素濃度と呼べ
るものであり、酸素ドーパントの有無に拘らず、成長温
度に依存して表れるものと考えられる。
【００２１】ところで、ドーパント供給率＝０．２５の
場合の酸素濃度６×１０19ｃｍ-3に明らかなように、酸
素ドーパントを積極的に添加すると、酸素濃度は増大
し、ある程度以上酸素濃度が増大した状態においては、
酸素濃度は成長温度にほとんど依存しなくなる。イント
リンジック酸素濃度が成長温度依存性を示しても、その
差は全体の酸素濃度に対して無視できる程度になるため
と考えられる。
場合の酸素濃度６×１０19ｃｍ-3に明らかなように、酸
素ドーパントを積極的に添加すると、酸素濃度は増大
し、ある程度以上酸素濃度が増大した状態においては、
酸素濃度は成長温度にほとんど依存しなくなる。イント
リンジック酸素濃度が成長温度依存性を示しても、その
差は全体の酸素濃度に対して無視できる程度になるため
と考えられる。
【００２２】ある程度以上の酸素をドープしようとする
場合は、積極的に酸素ドーパントを添加することが必要
であり、その時得られる酸素濃度はほぼ成長温度に依存
しない。なお、ドーパント供給率を１とした場合、得ら
れる最大酸素濃度は成長温度５８０℃の場合に、約２×
１０20ｃｍ-3であった。
場合は、積極的に酸素ドーパントを添加することが必要
であり、その時得られる酸素濃度はほぼ成長温度に依存
しない。なお、ドーパント供給率を１とした場合、得ら
れる最大酸素濃度は成長温度５８０℃の場合に、約２×
１０20ｃｍ-3であった。
【００２３】酸素のドーピングに付随して、炭素のドー
ピングが発生する。表２を参照すると、酸素ドーピング
による炭素濃度は、成長温度に依存し、成長温度が高く
なるほど低下する。
ピングが発生する。表２を参照すると、酸素ドーピング
による炭素濃度は、成長温度に依存し、成長温度が高く
なるほど低下する。
【００２４】また、ドーパント供給率＝０．２５、１．
０の数値に見られるように、ある程度以上酸素ドーパン
トを増大すると、付随的に生じる炭素濃度は、飽和に達
する。表２において、成長温度５８０℃の場合、炭素濃
度は７×１０17ｃｍ-3で飽和している。この飽和は、ド
ーパント供給率＝０．２５付近で既に表れている。
０の数値に見られるように、ある程度以上酸素ドーパン
トを増大すると、付随的に生じる炭素濃度は、飽和に達
する。表２において、成長温度５８０℃の場合、炭素濃
度は７×１０17ｃｍ-3で飽和している。この飽和は、ド
ーパント供給率＝０．２５付近で既に表れている。
【００２５】これらの結果から、ＡｌＧａＡｓ層中の酸
素濃度はドーパント供給率によって決定でき、付随的に
生じる炭素濃度は成長温度によって制御できることが判
る。したがって、まず必要とされる酸素濃度を満足する
ようにドーパントの供給率を定め、次に所望の炭素濃度
を満足するように成長温度を決めれば、酸素濃度と炭素
濃度をほぼ独立に制御することが可能である。
素濃度はドーパント供給率によって決定でき、付随的に
生じる炭素濃度は成長温度によって制御できることが判
る。したがって、まず必要とされる酸素濃度を満足する
ようにドーパントの供給率を定め、次に所望の炭素濃度
を満足するように成長温度を決めれば、酸素濃度と炭素
濃度をほぼ独立に制御することが可能である。
【００２６】図１は、本発明の実施例によるＨＥＭＴの
構成を概略的に示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板１の上に、
酸素ドープＡｌＧａＡｓ層２、ｉ型ＧａＡｓ層３がバッ
ファ層として形成されている。ＡｌＧａＡｓ層２は、た
とえば厚さ３００ｎｍ、ＧａＡｓ層３は、たとえば厚さ
２００ｎｍである。
構成を概略的に示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板１の上に、
酸素ドープＡｌＧａＡｓ層２、ｉ型ＧａＡｓ層３がバッ
ファ層として形成されている。ＡｌＧａＡｓ層２は、た
とえば厚さ３００ｎｍ、ＧａＡｓ層３は、たとえば厚さ
２００ｎｍである。
【００２７】これらバッファ層２、３の上に、電子走行
層として機能するｉ型Ｉｎ0.2 Ｇａ 0.8 Ａｓ層４が厚さ
約１５０ｎｍ形成され、その上に厚さ約１ｎｍのｉ型Ｉ
ｎＧａＰスペーサ層５、不純物濃度ｎ＝２×１０18ｃｍ
-3のｎ型ＩｎＧａＰ電子供給層６が厚さ約３０ｎｍ成長
されている。
層として機能するｉ型Ｉｎ0.2 Ｇａ 0.8 Ａｓ層４が厚さ
約１５０ｎｍ形成され、その上に厚さ約１ｎｍのｉ型Ｉ
ｎＧａＰスペーサ層５、不純物濃度ｎ＝２×１０18ｃｍ
-3のｎ型ＩｎＧａＰ電子供給層６が厚さ約３０ｎｍ成長
されている。
【００２８】なお、電子供給層６の一部領域を挟むよう
に、その上に一対のｎ型ＧａＡｓで形成されたコンタク
ト層７が形成されている。なお、電子供給層６およびコ
ンタクト層７の厚さは、たとえばそれぞれ約３０ｎｍお
よび約５０ｎｍである。コンタクト層７の不純物濃度
は、ｎ＝２×１０18ｃｍ-3程度である。
に、その上に一対のｎ型ＧａＡｓで形成されたコンタク
ト層７が形成されている。なお、電子供給層６およびコ
ンタクト層７の厚さは、たとえばそれぞれ約３０ｎｍお
よび約５０ｎｍである。コンタクト層７の不純物濃度
は、ｎ＝２×１０18ｃｍ-3程度である。
【００２９】電子供給層６の一部領域の上に、ゲート電
極９が形成され、ゲート電極９を挟むように、コンタク
ト層７上にソース電極８ａ、ドレイン電極８ｂが形成さ
れている。ソース電極８ａ、ドレイン電極８ｂは、たと
えばＡｕＧｅ／Ａｕで形成し、ゲート電極９は、たとえ
ばＡｌやＷＳｉで形成する。
極９が形成され、ゲート電極９を挟むように、コンタク
ト層７上にソース電極８ａ、ドレイン電極８ｂが形成さ
れている。ソース電極８ａ、ドレイン電極８ｂは、たと
えばＡｕＧｅ／Ａｕで形成し、ゲート電極９は、たとえ
ばＡｌやＷＳｉで形成する。
【００３０】この構成においては、サイドゲート効果抑
制のためには、ＡｌＧａＡｓバッファ層２をどのように
作成するかが問題となる。このバッファ層２を種々の条
件で作成したサンプルを形成した。
制のためには、ＡｌＧａＡｓバッファ層２をどのように
作成するかが問題となる。このバッファ層２を種々の条
件で作成したサンプルを形成した。
【００３１】表３は、代表的サンプルの作成条件および
それらの測定結果を示す。
それらの測定結果を示す。
【００３２】
【表３】 サンプルＳ１１３は、成長温度６６０℃において、酸素
ドーパントを供給せずに作成したＡｌＧａＡｓ層を含む
ＨＥＭＴである。サンプルＳ１１１は、ドーパント供給
率を０．２５とし、他を同一条件として作成したＨＥＭ
Ｔのサンプルである。
ドーパントを供給せずに作成したＡｌＧａＡｓ層を含む
ＨＥＭＴである。サンプルＳ１１１は、ドーパント供給
率を０．２５とし、他を同一条件として作成したＨＥＭ
Ｔのサンプルである。
【００３３】サンプルＳ１１６は、ドーパント供給率は
０．２５とサンプルＳ１１１と同等にし、成長温度を５
８０℃に低下させた場合のサンプルである。各サンプル
における酸素および炭素濃度は、表１、表２の数値と同
一である。
０．２５とサンプルＳ１１１と同等にし、成長温度を５
８０℃に低下させた場合のサンプルである。各サンプル
における酸素および炭素濃度は、表１、表２の数値と同
一である。
【００３４】表３に示した３つの代表的サンプルのサイ
ドゲート効果測定結果と、ヒステリシスループ測定結果
を、図２、図３に示す。図２はサイドゲート効果の測定
結果を示す。横軸にサイドゲートに印加した電圧をＶで
示し、縦軸に対象とするＨＥＭＴの閾値電圧の変化ΔＶ
ｔｈ（Ｖ）で示す。
ドゲート効果測定結果と、ヒステリシスループ測定結果
を、図２、図３に示す。図２はサイドゲート効果の測定
結果を示す。横軸にサイドゲートに印加した電圧をＶで
示し、縦軸に対象とするＨＥＭＴの閾値電圧の変化ΔＶ
ｔｈ（Ｖ）で示す。
【００３５】積極的に酸素をドープしていないサンプル
Ｓ１１３においては、サイドゲート効果による閾値電圧
の変化が著しく表れている。これに対して、酸素を６×
１０19ｃｍ-3ドープし、炭素濃度が２×１０17であるサ
ンプルＳ１１１においては、サイドゲート効果はほとん
ど観測されず、閾値電圧は一定に保たれている。
Ｓ１１３においては、サイドゲート効果による閾値電圧
の変化が著しく表れている。これに対して、酸素を６×
１０19ｃｍ-3ドープし、炭素濃度が２×１０17であるサ
ンプルＳ１１１においては、サイドゲート効果はほとん
ど観測されず、閾値電圧は一定に保たれている。
【００３６】成長温度を低下させたサンプルＳ１１６に
おいては、酸素濃度はサンプルＳ１１１と同等であるの
にも拘らず、サイドゲート電圧により閾値電圧は約０．
０５Ｖの変化を示している。ただし、閾値電圧の変化は
飽和傾向を示している。
おいては、酸素濃度はサンプルＳ１１１と同等であるの
にも拘らず、サイドゲート電圧により閾値電圧は約０．
０５Ｖの変化を示している。ただし、閾値電圧の変化は
飽和傾向を示している。
【００３７】ＡｌＧａＡｓにドープした炭素は、ほぼ完
全にｐ型不純物として作用するものと考えられる。サン
プルＳ１１１においてサイドゲート効果が表れず、サン
プルＳ１１６においてサイドゲート効果が発生したこと
は、炭素濃度が２×１０17ｃｍ-3から７×１０17ｃｍ-3
に変化した時に酸素ドーピングによっては補償しきれな
い現象が生じたものと考えられる。
全にｐ型不純物として作用するものと考えられる。サン
プルＳ１１１においてサイドゲート効果が表れず、サン
プルＳ１１６においてサイドゲート効果が発生したこと
は、炭素濃度が２×１０17ｃｍ-3から７×１０17ｃｍ-3
に変化した時に酸素ドーピングによっては補償しきれな
い現象が生じたものと考えられる。
【００３８】ＡｌＧａＡｓ層にドープした酸素は、その
うち極一部が電気的に活性化し、電子トラップを形成す
ると考えられる。一方、ＡｌＧａＡｓ層にドープした炭
素は、ほぼその全量が活性化し、正孔ドナーとなると考
えられる。
うち極一部が電気的に活性化し、電子トラップを形成す
ると考えられる。一方、ＡｌＧａＡｓ層にドープした炭
素は、ほぼその全量が活性化し、正孔ドナーとなると考
えられる。
【００３９】電子トラップ量が正孔の量よりも多い場
合、正孔からでる電気力線は電子トラップに向けて伸
び、終端する。このため、正孔は動く必要がない。そし
て、サイドゲートからの電気力線がやってきても、残る
電子トラップで終端させことができる。よって閾値は変
動しない。
合、正孔からでる電気力線は電子トラップに向けて伸
び、終端する。このため、正孔は動く必要がない。そし
て、サイドゲートからの電気力線がやってきても、残る
電子トラップで終端させことができる。よって閾値は変
動しない。
【００４０】それに対して、電子トラップの量より正孔
の量が多い場合、電子トラップと電気力線で結ばれてい
ない正孔は動き回ることができる。しかも、サイドゲー
トからの電気力線を止めることができず、バンドに傾き
が生じ、閾値電圧が変動する。
の量が多い場合、電子トラップと電気力線で結ばれてい
ない正孔は動き回ることができる。しかも、サイドゲー
トからの電気力線を止めることができず、バンドに傾き
が生じ、閾値電圧が変動する。
【００４１】電気的に活性化した酸素が深い準位のキャ
リア捕獲準位を形成するとした場合、サンプルＳ１１
１、Ｓ１１６の酸素濃度６×１０19ｃｍ-3は、ホール濃
度に換算して２×１０17ｃｍ-3からサンプルＳ１１６の
９×１０17ｃｍ-3の間に相当するものと考えられる。
リア捕獲準位を形成するとした場合、サンプルＳ１１
１、Ｓ１１６の酸素濃度６×１０19ｃｍ-3は、ホール濃
度に換算して２×１０17ｃｍ-3からサンプルＳ１１６の
９×１０17ｃｍ-3の間に相当するものと考えられる。
【００４２】図３は、サンプルＳ１１３、Ｓ１１１、Ｓ
１１６のＩＶ特性を示す。これらのＩＶ特性において、
サンプルＳ１１６においては、無視しがたいヒステリシ
スループが観察される。サンプルＳ１１６は、サンプル
Ｓ１１３およびサンプルＳ１１１と較べ、成長温度が約
８０℃低く設定されている。
１１６のＩＶ特性を示す。これらのＩＶ特性において、
サンプルＳ１１６においては、無視しがたいヒステリシ
スループが観察される。サンプルＳ１１６は、サンプル
Ｓ１１３およびサンプルＳ１１１と較べ、成長温度が約
８０℃低く設定されている。
【００４３】図４は、ドーパント供給率と成長温度によ
る格子定数の変化を示す。横軸にドーパント供給率をと
り、縦軸に格子定数をとる。なお、縦軸には合わせてＧ
ａＡｓ基板との格子不整合を１０-4を単位として示すス
ケールを付した。
る格子定数の変化を示す。横軸にドーパント供給率をと
り、縦軸に格子定数をとる。なお、縦軸には合わせてＧ
ａＡｓ基板との格子不整合を１０-4を単位として示すス
ケールを付した。
【００４４】成長温度Ｔｇが５８０℃の場合、酸素ドー
パント供給率を増大させると、格子定数は次第に低減し
ている。酸素はＶＩ族元素であり、ＡｌＧａＡｓのＶ族
元素Ａｓサイトにサブスティテューショナルに配置され
るものと考えられる。
パント供給率を増大させると、格子定数は次第に低減し
ている。酸素はＶＩ族元素であり、ＡｌＧａＡｓのＶ族
元素Ａｓサイトにサブスティテューショナルに配置され
るものと考えられる。
【００４５】ところで、Ａｓの原子半径とＯの原子半径
は異なり、Ｏの原子半径のほうがかなり小さい。したが
って、ＡｓをＯが置換すると、格子定数は減少するもの
と考えられる。Ｔｇ＝５８０℃の特性は、Ｏ置換による
格子定数の減少を示していると考えられる。
は異なり、Ｏの原子半径のほうがかなり小さい。したが
って、ＡｓをＯが置換すると、格子定数は減少するもの
と考えられる。Ｔｇ＝５８０℃の特性は、Ｏ置換による
格子定数の減少を示していると考えられる。
【００４６】成長温度を次第に増大していくと、格子定
数の変化は緩やかになっている。酸素ドーピングにおい
て、酸素の占めるサイトはＶ族元素サイトに限らず、格
子間位置（インタースティシャル）にもドープされるも
のと考えられる。
数の変化は緩やかになっている。酸素ドーピングにおい
て、酸素の占めるサイトはＶ族元素サイトに限らず、格
子間位置（インタースティシャル）にもドープされるも
のと考えられる。
【００４７】酸素がインタースティシャルのサイトにド
ープされると、隣接する構成元素間距離は引き延ばされ
る。高温になると、格子定数変化が緩やかになる現象
は、高温になるほどインタースティシャルサイトを占め
る酸素が増大し、格子定数減少の効果と格子定数増加の
現象が相殺するものと考えられる。
ープされると、隣接する構成元素間距離は引き延ばされ
る。高温になると、格子定数変化が緩やかになる現象
は、高温になるほどインタースティシャルサイトを占め
る酸素が増大し、格子定数減少の効果と格子定数増加の
現象が相殺するものと考えられる。
【００４８】ところで、ＤＣ特性のヒステリシスループ
が存在しないかまたは小さい場合、ＡｌＧａＡｓ層の格
子定数は、酸素ノンドープの場合の格子定数と較べ、格
子不整合の度合いが小さいことが見い出されている。Ｄ
Ｃ特性のヒステリシスループが極めて小さいサンプルに
対しては、酸素濃度が１×１０18ｃｍ-3のサンプルに対
して格子不整合の程度はほぼ２×１０-5以下である。
が存在しないかまたは小さい場合、ＡｌＧａＡｓ層の格
子定数は、酸素ノンドープの場合の格子定数と較べ、格
子不整合の度合いが小さいことが見い出されている。Ｄ
Ｃ特性のヒステリシスループが極めて小さいサンプルに
対しては、酸素濃度が１×１０18ｃｍ-3のサンプルに対
して格子不整合の程度はほぼ２×１０-5以下である。
【００４９】したがって、上述の基準により酸素ドーパ
ント供給率を定め、成長温度を決定する際に成長温度が
２×１０-5以上の格子不整を生じさせないように選択す
ることが好ましい。
ント供給率を定め、成長温度を決定する際に成長温度が
２×１０-5以上の格子不整を生じさせないように選択す
ることが好ましい。
【００５０】以上の結果を結合すると、サイドゲート効
果を抑制するためには、ＡｌＧａＡｓ層中の酸素濃度は
約１×１０18ｃｍ-3以上存在することが好ましく、炭素
濃度は約５×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましい。
果を抑制するためには、ＡｌＧａＡｓ層中の酸素濃度は
約１×１０18ｃｍ-3以上存在することが好ましく、炭素
濃度は約５×１０17ｃｍ-3以下であることが好ましい。
【００５１】サンプルＳ１１６のサイドゲート効果は、
価電子帯における浅い不純物準位に起因するホールに原
因するものと考えられる。酸素に起因する深いキャリア
捕獲準位が全て炭素に起因する正孔によって電気力線で
結ばれてしまい、残った正孔とサイドゲートからの電気
力線の効果により、この現象は発現すると考えられる。
価電子帯における浅い不純物準位に起因するホールに原
因するものと考えられる。酸素に起因する深いキャリア
捕獲準位が全て炭素に起因する正孔によって電気力線で
結ばれてしまい、残った正孔とサイドゲートからの電気
力線の効果により、この現象は発現すると考えられる。
【００５２】つまり、炭素濃度は酸素に起因するキャリ
ア捕獲準位以上の場合、サイドゲート効果が生じ、好ま
しくないと考えられる。したがって、酸素濃度に起因す
るキャリア捕獲準位は、炭素濃度よりも多いことが望ま
れる。
ア捕獲準位以上の場合、サイドゲート効果が生じ、好ま
しくないと考えられる。したがって、酸素濃度に起因す
るキャリア捕獲準位は、炭素濃度よりも多いことが望ま
れる。
【００５３】なお、サイドゲート効果抑制に効果のある
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層のＡｌ組成ｘは、好ましくは０．
１≦ｘ≦０．５である。０．１未満では酸素が入りにく
く、０．５を越えると炭素が入り過ぎる。経験的にはｘ
は０．２以上であることが好ましい。
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ層のＡｌ組成ｘは、好ましくは０．
１≦ｘ≦０．５である。０．１未満では酸素が入りにく
く、０．５を越えると炭素が入り過ぎる。経験的にはｘ
は０．２以上であることが好ましい。
【００５４】近年、Ｓｉ基板上にＧａＡｓ層を形成し、
ＧａＡｓ集積回路を作成する試みが盛んに行なわれてい
る。この場合、ＧａＡｓ層にＳｉが取り込まれやすく、
ＧａＡｓ層を高抵抗にし難い。そこで、Ｓｉ基板上のＧ
ａＡｓ層の上に、上述の酸素ドープ高抵抗ＡｌＧａＡｓ
層を一旦成長し、さらにその上にＧａＡｓ層等を成長す
れば、高抵抗基板上の集積回路を実現し易い。
ＧａＡｓ集積回路を作成する試みが盛んに行なわれてい
る。この場合、ＧａＡｓ層にＳｉが取り込まれやすく、
ＧａＡｓ層を高抵抗にし難い。そこで、Ｓｉ基板上のＧ
ａＡｓ層の上に、上述の酸素ドープ高抵抗ＡｌＧａＡｓ
層を一旦成長し、さらにその上にＧａＡｓ層等を成長す
れば、高抵抗基板上の集積回路を実現し易い。
【００５５】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
電子走行層としてＩｎＧａＡｓの代わりに、ＧａＡｓ等
を用いることもできる。また、ＨＥＭＴの代わりに、Ｍ
ＥＳＦＥＴを集積化してもよい。結晶成長方法としてＭ
ＯＣＶＤの代わりに、ガスソースＭＢＥ（分子線エピタ
キシ）を用いることも可能である。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
電子走行層としてＩｎＧａＡｓの代わりに、ＧａＡｓ等
を用いることもできる。また、ＨＥＭＴの代わりに、Ｍ
ＥＳＦＥＴを集積化してもよい。結晶成長方法としてＭ
ＯＣＶＤの代わりに、ガスソースＭＢＥ（分子線エピタ
キシ）を用いることも可能である。
【００５６】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能なことは当業者に自明であろう。
が可能なことは当業者に自明であろう。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
サイドゲート効果を有効に抑圧したＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体装置が提供される。
サイドゲート効果を有効に抑圧したＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体装置が提供される。
【００５８】さらに、ＤＣ特性のヒステリシスループを
も抑圧した半導体装置を提供することができる。
も抑圧した半導体装置を提供することができる。
【図１】本発明の実施例によるＨＥＭＴの概略断面図で
ある。
ある。
【図２】サンプルのサイドゲート効果測定結果を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図３】サンプルのＩＶ特性測定結果を示すグラフであ
る。
る。
【図４】サンプルの格子定数のドーパント供給率依存性
および成長温度依存性を示すグラフである。
および成長温度依存性を示すグラフである。
１ ＧａＡｓ基板 ２ 酸素ドープＡｌＧａＡｓ層 ３ ｉ型ＧａＡｓ層 ４ ｉ型ＩｎＧａＡｓ層 ５ ｉ型ＩｎＧａＰ層 ６ ｎ型ＩｎＧａＰ層 ７ ｎ型ＧａＡｓ層 ８ａ ソース電極 ８ｂ ドレイン電極 ９ ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−280897（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−328822（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／15113（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/20 - 21/205 H01L 21/338 H01L 29/778 H01L 29/812
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板（１）上に素子領域となる活
性層（４）を含む半導体装置であって、 前記半導体基板（１）と前記活性層（４）との間に配置
され、１×１０18ｃｍ-3以上の酸素濃度と５×１０17ｃ
ｍ-3以下の炭素濃度を有し、その格子定数と、同一組成
で酸素濃度が１×１０18ｃｍ-3以下のＡｌＧａＡｓ層の
格子定数との不整合が２×１０-5以下である高抵抗率Ａ
ｌＧａＡｓ層（２）を含む半導体装置。 - 【請求項２】 前記酸素濃度に起因するキャリア捕獲準
位の濃度が前記炭素濃度以上である請求項１記載の半導
体装置。 - 【請求項３】 前記高抵抗率ＡｌＧａＡｓ層（２）のＡ
ｌ組成が０．２以上である請求項１または２記載の半導
体装置。 - 【請求項４】 前記半導体基板（１）がＳｉ基板である
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項５】 アルコキシ基、ヒドロキシル基、アシル
オキシ基の少なくとも１つを酸素ドーパントとしてＶ族
原料に含ませて供給し、基板温度６６０℃で有機金属気
相成長法により半導体基板（１）上に１×１０18ｃｍ-3
以上の酸素濃度と５×１０17ｃｍ-3以下の炭素濃度を有
し、その格子定数と、同一組成で酸素濃度が１×１０18
ｃｍ-3以下のＡｌＧａＡｓ層の格子定数との不整合が２
×１０-5以下であるＡｌＧａＡｓ層を成長する工程を含
む半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記Ｖ族原料がターシャリブチルアルシ
ンであり、酸素ドーパントを含むＶ族原料の全Ｖ族原料
に対する供給率が０．０４以上である請求項５記載の半
導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06059493A JP3347175B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体装置とその製造方法 |
| US08/214,600 US5844303A (en) | 1991-02-19 | 1994-03-17 | Semiconductor device having improved electronic isolation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06059493A JP3347175B2 (ja) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | 半導体装置とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275523A JPH06275523A (ja) | 1994-09-30 |
| JP3347175B2 true JP3347175B2 (ja) | 2002-11-20 |
Family
ID=13146723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06059493A Expired - Lifetime JP3347175B2 (ja) | 1991-02-19 | 1993-03-19 | 半導体装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3347175B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3395318B2 (ja) * | 1994-01-07 | 2003-04-14 | 住友化学工業株式会社 | ３−５族化合物半導体結晶の成長方法 |
| CN102792430A (zh) * | 2010-04-30 | 2012-11-21 | 住友化学株式会社 | 半导体基板、半导体基板的制造方法、电子器件、以及电子器件的制造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992015113A1 (en) | 1991-02-19 | 1992-09-03 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having an isolation region enriched in oxygen and a fabrication process thereof |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP06059493A patent/JP3347175B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992015113A1 (en) | 1991-02-19 | 1992-09-03 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having an isolation region enriched in oxygen and a fabrication process thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06275523A (ja) | 1994-09-30 |
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