化合物半导体外延基板及其制造方法技术

本发明专利技术提供电子迁移率特性获得改善的更高性能的化合物半导体外延基板及其制造方法。化合物半导体外延基板具有电子移动的通道层以及位于通道层的前侧和背侧的外延层，并且，位于通道层的背侧的外延层中每单位面积的ｐ型载流子浓度总量Ａ（／ｃｍ↑［２］）、位于通道层的前侧的外延层中每单位面积的ｐ型载流子浓度总量Ｂ（／ｃｍ↑［２］）满足下式（１）。０＜Ａ／Ｂ≤３．５（１）。在此，Ａ＝（位于通道层的背侧的外延层中含有的活性状态的受主杂质提供的总ｐ型载流子浓度）×（位于背侧的外延层的总厚度），Ｂ＝（位于通道层的前侧的外延层中含有的活性状态的受主杂质提供的总ｐ型载流子浓度）×（位于前侧的外延层的总厚度）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电场效应晶体管(Field Effect Transistor、以下简称 FET)、高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor、以 下简称HEMT)等各种电子器件制造中优选使用的化合物半导体外延基板及 其制造方法。
技术介绍
近年来，使用以GaAs为中心的3—5族化合物半导体的各种电子元 件，发挥可超高速、高频率工作的特长，通过应用于手机、卫星放送接受 器等高频率机器中，实现了飞速发展，今后也将会继续稳步发展。通常情况下，为了制作使用了化合物半导体的电子元件，使用通过离 子注入法、扩散法、或外延生长法等各种方法在单结晶基板上层叠了具有 必需特性的结晶层的半导体基板。在上述方法中，因为外延生长法不仅可 控制杂质的量，而且可将结晶的组成、厚度等在极宽的范围内精密地控制， 所以己广泛应用于这种半导体基板的制作中。作为外延生长法，已知有液相法、气相法、以及作为真空蒸镀法之一 的分子束外延生长法等。其中因气相法可控制性良好地处理大量基板，所 以广泛应用于工业中。特别是用构成外延层的原子种的有机金属化合物或 氢化物作原料，使其在基板上热分解从而进行结晶生长的有机金属热分解 法(Metal-Organic Chemical Vapor D印osition法，以下简称M0CVD法)， 因为可适用的物质范围广，并且适合结晶组成、厚度的精密控制，量产性 优异，所以近年来己广泛应用。制造FET、 HEMT等电子元件时使用的外延生长基板，例如采用MOCVD 法，通过使具有必需电子特性的GaAs、 AlGaAs、 InGaAs等结晶层以必需 的结构在GaAs基板上进行生长来制作。在FET、 HEMT等平面型电子元件中，通过用栅(Gate)电极的电场控3制在用GaAs层、InGaAs层形成的通道层中横向移动的电子，从而形成发挥晶体管特性的活性层，在该活性层与半绝缘性基板之间，通常形成由 GaAs层、AlGaAs层等构成的缓冲层。在活性层与半绝缘性基板之间插入缓冲层的目的是，控制外延层/基 板界面的杂质产生的影响、控制基板本身产生的影响、以及控制从活性层 漏电，为保持电子元件的特性起到具有非常重要的作用。已知采用MOCVD法在基板上生长各种外延层时，因为Ga、 Al等3族 原料作为有机金属化合物供给，所以将其热分解作为外延层生长时，C(碳) 被混入到该生长结晶中。并且己知随着镓(Ga)、铝(Al)等3族原料与 砷(As)、磷(P)等5族原料的流量比即5族/3族原料流量比的变化， 有机金属化合物的热分解行为发生变化，生长结晶中含有的C浓度发生变 化。生长GaAs、 AlGaAs等外延层时，将5族/3族原料流量比设定为越小 值来进行外延生长，则获得的外延层具有越高的C浓度。因为在GaAs、 AlGaAs结晶中，C作为受主杂质发挥作用，所以获得的外延层成为将p型 载流子浓度作为本底浓度而具有的结晶层。采用MOCVD法，制作用于制造具有电子移动的通道层的平面型电子器 件的化合物半导体外延基板时，通道层的前侧(衬底基板的相反侧)上有 肖特基(Schottky)层、间隔层等具有本底p型载流子浓度的结晶层，另 一方面，通道层的背侧(衬底基板的相同侧)上配置有间隔层、缓冲层等 具有本底P型载流子浓度的结晶层。因此，通过M0CVD法制作FET、 HEMT等电子元件用的外延生长基板时，具有本底P型载流子浓度的多数结晶层生长。在制造用于制造FET、 HEMT等电子元件的外延基板时，例如是将 InGaAs倾斜层(日文歪^層)用于电子移动的通道层的HEMT的倾斜通 道(日文歪^ ^卞氺》)高电子迁移率电场效应晶体管 (pseudomorphic-HEMT、以下简称p-HEMT)的结构时，室温(300K)下的 通道层中电子的迁移率约为8250cmVVs左右(电子信息通信学会、2006 年综合大会演讲论文集、CT-卜3 "化合物半導体高周波^/《^7用工匕°夕 年、乂卞A成長技術"、2006年3月25日、国土馆大学)，要达到该值以 上的值是困难的。因此通过提高电子迁移率以进一步达到降低电子元件的启动电阻(日文立^上力S^)抵抗)、电力损失，使电子元件的特性提高 超过现有水平是存在限度的。对于电子迁移率的改善，从以往开始就逐步提出了各种方案。例如日本特开平6-21106号公报提出在p-HEMT结构中，对于通道层使用的 InGaAs倾斜层的In组成和InGaAs层的厚度，通过一定的关系式使其最优 化，改善电子迁移率。此外，日本特开平2-246344号公报提出在p-服MT 结构中，在通道层使用的InGaAs倾斜层和n —AlGaAs电子供给层之间， 插入由AlGaAs层和GaAs层形成的间隔层，通过使生长条件最优化，改善 二维电子气体浓度和电子迁移率。并且，日本特开2004-207471号公报提 出通过提高InGaAs倾斜层的In组成以及组合由AlGaAs层和GaAs层形 成的间隔层，使生长条件最优化，从而改善电子迁移率。但是，如具有P-HEMT结构的外延基板那样，具有电子移动的通道层 的化合物半导体外延基板中，二维电子气体浓度和电子迁移率的值越高， 越能提高电子元件的特性，从这一观点出发，二维电子气体浓度和电子迁 移率的值，并不是可使高频率用元件等应用领域满足的值，期望兼具高二 维电子气体浓度和高电子迁移率的电子迁移率特性得到改善的外延基板。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供电子迁移率得到改善的更高性能的化合物半导 体外延基板及其制造方法。本专利技术者为了解决上述课题进行了精心研究，结果完成了本专利技术。艮口本专利技术提供平面器件用的化合物半导体外延基板，其具有电子移动的通道层以及位于通道层的前侧和背侧的外延层，并且，位于通道层的背侧的外延层中每单位面积的P型载流子浓度总量A(/cm2)、位于通道层 的前侧的外延层中每单位面积的P型载流子浓度总量B(/cm2)满足下式 (1)，(KA/BS3. 5 (1)在此，A=(位于通道层的背侧的外延层中含有的活性状态的受主杂质 提供的总P型载流子浓度)X (位于背侧的相应的外延层的总厚度)， B=(位于通道层的前侧的外延层中含有的活性状态的受主杂质提供的5总P型载流子浓度)X (位于前侧的外延层的总厚度)。本专利技术提供化合物半导体外延基板，其为具有InGaAs层作为电子移动的通道层的倾斜通道高电子迁移率电场效应晶体管结构的化合物半导体外延基板，其中，上述InGaAs层的室温(300K)下的电子迁移率为9000cm2/Vs以上。此外，本专利技术提供包括采用MOCVD法在衬底基板上生长外延层的工序的上述化合物半导体外延基板的制造方法。附图说明图1表示本专利技术实施方式的化合物半导体外延基板的层结构。图2表示实施例所示的化合物半导体外延基板的层结构。图3表示用于测定实施例所示的化合物半导体外延基板中各层的p型载流子浓度的单层结构。图4表示实施例中室温时的电子迁移率测定结果。符号说明1半绝缘性GaAs衬底基板2缓冲层3背侧活性层4通道层5前侧活性层6接触层11半绝缘性GaAs衬底基板12、 13缓冲层14背侧电子供给层15、 16背侧间隔层17通道层18、 19前侧间隔层20前侧电子供本文档来自技高网...

【技术保护点】
平面器件用的化合物半导体外延基板，其具有电子移动的通道层以及位于通道层的前侧和背侧的外延层，并且，位于通道层的背侧的外延层中每单位面积的ｐ型载流子浓度总量Ａ（／ｃｍ↑［２］）、位于通道层的前侧的外延层中每单位面积的ｐ型载流子浓度总量Ｂ（／ｃｍ↑［２］）满足下式（１），　０＜Ａ／Ｂ≤３．５　（１）　式中，Ａ＝（位于通道层的背侧的外延层中含有的活性状态的受主杂质提供的总ｐ型载流子浓度）×（位于背侧的外延层的总厚度），　Ｂ＝（位于通道层的前侧的外延层中含有的活性 状态的受主杂质提供的总ｐ型载流子浓度）×（位于前侧的外延层的总厚度）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：中野强，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]