JP2004221363A

JP2004221363A - Epitaxial wafer for high-speed electron mobility transistor

Info

Publication number: JP2004221363A
Application number: JP2003007704A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Moriya; 美彦守谷
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-08-05

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epitaxial wafer for a HEMT, whose mobility is significantly improved by reducing the dependency of the mobility on the sheet carrier concentration. <P>SOLUTION: The epitaxial for a HEMT has such structure as spacer layers 4 and 6 of large band gap and electron supply layers 3 and 7 are provided on both sides of a channel layer 5 with narrow band gap, respectively. The spacer layers 4 and 6 are provided with composition gradient, for example, with an AlGaAs layer in which Al concentration decreases gradually toward the channel layer. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、へテロ接合を有する高速電子移動度トランジスタ用エピタキシャルウェハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩｎＧａＡｓ層をチャネル層とし、チャネル層の両側、または片側に電子供給層を持つヘテロ接合ＨＥＭＴ（ＨｉｇｈＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：高層電子移動度トランジスタ）は、電子の高速移動の利点を活かして高速動作が可能だけでなく、マイクロ波帯等の超高周波帯における高出力、且つ高効率動作が可能なので、携帯電話や衛星通信機器等に搭載されるトランジスタ等の用途に用いられる。
【０００３】
ＨＥＭＴの種類としては、チャネル層に使用する材料により、ＧａＡｓを用いたＣ−ＨＥＭＴ（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ−ＨＥＭＴ）と、ＩｎＧａＡｓを用いたひずみ系のｐＨＥＭＴ（ＰｓｅｕｄｏｍｏｒｐｈｉｃＨＥＭＴ）に分かれる。現在主流はｐＨＥＭＴである。
【０００４】
このｐＨＥＭＴを電子供給層の材料から見ると、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ系に分かれる。現在最も多く使われているのはＡｌＧａＡｓである。この材料はＧａＡｓに格子整合し、且つＡｌ混晶比を変えることでバンド間エネルギーギャップを容易に制御できる。
【０００５】
また電子供給層の総数に注目すると、電子供給層がＩｎＧａＡｓチャネル上に一層のもの（単層ＨＥＭＴ）と、チャネル下にも供給層を有したダブルヘテロタイプ（ここではＤ−ＨＥＭＴと呼ぶ）に分けられる。前者は最もポピュラーな構造で、この構造によるトランジスタは、衛星放送のコンバータに不可欠な低雑音アンプ用として広く普及している。
【０００６】
一方、Ｄ−ＨＥＭＴはデジタル通信用高出力アンプとして、ここ数年盛んに研究・開発され、実用化も急速に進み、現在最も普及しているタイプである。この構造では、上下両方から電子が供給されることから、シートキャリア濃度の高いチャネルが実現できる。この薄型ウェハを使用すれば、デジタル方式のトランジスタにおいて低ひずみで非常に高い電力が得られる。
【０００７】
図５に従来技術によるＤ−ＨＥＭＴ構造のＧａＡｓエピタキシャルウェハの一例を示す。
【０００８】
構造は図５に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上にｕｎ−ＧａＡｓバッファ層１２を具え、この上側にｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ電子供給層１３、ｕｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓスペーサ層１４、ｕｎ−Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓチャネル層１５、ｕｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓスペーサ層１６、ｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ電子供給層１７を積層させてダブルヘテロ構造型ＨＥＭＴを構成し、その上にｎ−ＧａＡｓギャップ層１８を形成している。すなわち、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓチャネル層１５をはさんで上下にｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層１３、１７を配し、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓチャネル層１５と上下のｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層１３、１７との間にアンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層１４、１６が挿入された構造である。なお、エピタキシャル層名称中のｎ−、ｕｎ−はエピタキシャル層がそれぞれｎ型、アンドープであることを表している。
【０００９】
ここでｕｎ−ＡｌＧａＡｓスペーサ層１４、１６は、キャリア（電子）が走行するｕｎ−ＩｎＧａＡｓチャネル層１５とｎ型不純物がドーピングされたｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層１３、１７を空間的に確実に分離するために挿入されている。このｕｎ−ＡｌＧａＡｓスペーサ層１４、１６の効果により、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓチャネル層１５を走行するキャリア（電子）はｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層１３、１７のイオン化した不純物からの散乱を受けにくくなるため、結果としてキャリア（電子）の移動度が向上する。
【００１０】
このようなウェハ構造とすることにより、２次元電子ガスの濃度を高め、しかも電子の移動度を大きくできて、素子の高性能化を図ることができる。
【００１１】
これまで一般にＭＯＶＰＥ装置で作製されたＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの特性は、チャネル層のシートキャリア濃度２．６±０．２×１０^１２ｃｍ^−２で、移動度５０００〜６５００ｃｍ^２／Ｖ・ｓである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、移動度が上記の６５００ｃｍ^２／Ｖ・ｓを超え、しかも移動度のシートキャリア濃度依存性が低減されるＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの構造が望まれる。
【００１３】
ＨＥＭＴにおいて、さらに素子の高性能化を図るためには、チャネル層の中央部近傍におけるバンドギャップに着目し、その部分のバンドギャップを狭くすることが有効であると考えられる。
【００１４】
しかし、ＩｎＧａＡｓチャネル層はＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ層に比べ格子定数が大きい。そのためＩｎＧａＡｓ、ＧａＡｓもしくはＡｌＧａＡｓとの間で格子不整合が生じ、転位が発生する。この転位の発生により２次元電子ガスの濃度の減少、電子移動度の低下を招くことになり、素子の高性能化を図ることができないという問題が起きる。
【００１５】
また、従来のＨＥＭＴ構造では、ヘテロ界面に生じるポテンシャル障壁によるキャリア閉じ込め効果を行うためにＡｌＧａＡｓ層３元化合物を用いるが、これはチャネル層に合金散乱の影響を及ぼし、移動度の低下を引き起こす。すなわち、スペーサ、チャネル層界面において、ＧａＡｓスペーサ層ではＧａ又はＡｓ終端であり、電子は図４（ａ）に示すように散乱なく流れる。しかし、ＡｌＧａＡｓスペーサ層では終端がＩＩＩ族終端であるとき、図４（ｂ）に示すようにＧａ、Ａｌの混晶であるために、電子はＧａ、Ａｌの原子の大きさ相違から生じる凹凸を感じ、電子は流れにくくなる。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、移動度のシートキャリア濃度依存性を低減し、移動度を大幅に向上した高速電子移動度トランジスタ用エピタキシャルウェハを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１８】
請求項１の発明に係る高速電子移動トランジスタ用エピタキシャルウェハは、基板上に、バンドギャップの狭いチャネル層の両側にバンドギャップの大きいスペーサ層及び電子供給層をそれぞれ設けた層構造を具備する高速電子移動度トランジスタ用エピタキシャルにおいて、前記スペーサ層はその両側の層とのバンドギャップが小さくなるように組成範囲が変化した層からなることを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１記載の高速電子移動度トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、前記スペーサ層はＡｌ濃度がチャネル層に向かって漸次減少したＡｌＧａＡｓ層からなることを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の高速電子移動度トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、前記電子供給層の構造をアンドープのＡｌＧａＡｓ層内にデルタドープ層（δドープ層）を形成したデルタドーピング構造としたことを特徴とする。
【００２１】
＜発明の要点＞
本発明の要点は、チャネル層に近い側がバンドギャップの小さくなるように、スペーサ層に組成勾配をつけることにある。具体的には、例えばチャネル層をＩｎＧａＡｓ層とし、スペーサ層はＡｌ濃度がチャネル層に向かって漸次減少したＡｌＧａＡｓ層からなる構成とする（図２）。例えば図２に示すように、チャネル層近傍ではＧａＡｓかそれに近い組成であるＡｌＧａＡｓ層にする。これにより、３元化合物であるＡｌＧａＡｓの合金散乱が防止される。またＧａＡｓ層のみのスペーサではＡｌＧａＡｓ層に比べバンドギャップが狭いためキャリア閉じ込め効果が弱い、という欠点も除去される。
【００２２】
また電子供給層の構造をアンドープのＡｌＧａＡｓ層内にデルタドープ層を形成したデルタドーピング構造とした。すなわち、ドーパント原子は電子供給層の一部のデルタドープ層にのみ極めて高い濃度で分布している。このデルタドーピング構造では、電子供給層内でのドーパント原子を含むデルタドープ層の位置の最適化や、デルタドープ層の形成方法の最適化によって、キャリア走行内に留まる電子の濃度をその移動度の大幅な低下なしにいくらか高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
【００２４】
本発明の一実施形態に係るＤ−ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの構造を図１に示す。
【００２５】
図示するように、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓチャネル層５をはさんで上下にｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層３、７を配し、ｕｎ−ＩｎＧａＡｓ／ｎ−ＡｌＧａＡｓ界面にｕｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓスペーサ層４、６を挿入した構成とする。
【００２６】
このｕｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓスペーサ層４、６には、その両側の層とのバンドギャップが小さくなるように組成勾配をつけ、図２に示すようにＡｌ組成比ｘを変えて、チャネル層近傍ではＧａＡｓ又はそれに近い組成であるＡｌＧａＡｓ層となるようにする。これは、一方では、３元化合物であるＡｌＧａＡｓの合金散乱を防ぐためであると同時に、他方では、ＧａＡｓ層のみのスペーサとしたのでは、ＡｌＧａＡｓ層に比べバンドギャップが狭くキャリア閉じ込め効果が弱いことから、その弱点を補うためである。
【００２７】
チャネル層５であるＩｎＧａＡｓ層の厚さを１５ｎｍ以下、スペーサ層４、６、電子供給層３、７の厚さを１０ｎｍ以下とする。これにより転位発生を抑える。これはＧａＡｓ層を基準としたとき、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ層が臨界膜厚を越えないことを狙いとした。この間の膜厚はＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ両者ともに、横方向の格子間距離はＧａＡｓと同じであるからである。しかし臨界膜厚を越えたとき、ＧａＡｓとＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓとの格子間距離のずれから生じる歪によるエネルギーをなくすために転位が発生することは以前から知られている。
【００２８】
本発明の効果を確認するため、次のようなＤ−ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの実施例について試作した。
【００２９】
すなわち、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ装置を用いて、順にエピタキシー成長させることにより、ｕｎ−ＧａＡｓバッファ層２を５００ｎｍ設け、その上に、ｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ電子供給層３（ｘ＝０．２４、ドーピング濃度３×１０^１８ｃｍ^−３）を５ｎｍ設けた。そして、その上にグレーデッド（ｇｒａｄｅｄ）スペーサ層４としてｕｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（ｘ＝０．３→０：Ａｌ組成を減らしていく）を５ｎｍ設け、その上に更に、ｕｎ−Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓチャネル層５（ｘ＝０．２０）を１０ｎｍ設けた。
【００３０】
また、チャネル層５の上に、グレーデッド（ｇｒａｄｅｄ）スペーサ層６としてｕｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓスペーサ層６（ｘ＝０→０．３：Ａｌ組成を増やしていく）を５ｎｍ設け、その上にｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ電子供給層７（ｘ＝０．２４、ドーピング濃度３×１０^１８ｃｍ^−３）を５ｎｍ設け、その上に更に、ｎ−ＧａＡｓキャップ層８（ドーピング濃度３×１０^１８ｃｍ^−３）を８０ｎｍ設けた。
【００３１】
グレーデッドｕｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓスペーサ層４は、初め、Ａｌ_０．３Ｇａ_０．７Ａｓで成長し、成長するにつれてＡｌ組成を減らして成長する。グレーデッドｕｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓスペーサ層６はグレーデッドｕｎ−Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓスペーサ層４の逆の成長を行う。
【００３２】
図３に従来の構造（図５）と本発明の構造（図１）におけるチャネル層シートキャリア濃度とキャリア移動度の関係を示す。本実施例に係るＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ（本発明品）では、従来構造のもの（従来品）とほぼ同じシートキャリア濃度であるにも関わらず、移動度が大幅に向上した。すなわち、従来品の場合は移動度が５０００〜６５００ｃｍ^２／Ｖ・ｓであるのに対し、本実施例のＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハ（本発明品）では、従来の６５００ｃｍ^２／Ｖ・ｓを大幅に上回る高い移動度が得られた。
【００３３】
上記電子供給層３、７は、アンドープのＡｌＧａＡｓ層内にデルタドープ層を形成したデルタドーピング構造とすることができる。すなわち、ドーパント原子が電子供給層３、７の一部のデルタドープ層にのみ極めて高い濃度で分布している構造である。このデルタドーピング構造では、電子供給層内でのドーパント原子を含むデルタドープ層の位置の最適化や、デルタドープ層の形成方法の最適化によって、キャリア走行内に留まる電子の濃度をその移動度の大幅な低下なしにいくらか高めることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハにおけるチャネル層に近い側がバンドギャップの小さくなるように、スペーサ層に組成勾配をつけ、例えばＡｌ濃度がチャネル層に向かって漸次減少したＡｌＧａＡｓ層からなるスペーサ層の構成としたので、３元化合物であるＡｌＧａＡｓの合金散乱が防止される。またＧａＡｓ層のみのスペーサではＡｌＧａＡｓ層に比べバンドギャップが狭いためキャリア閉じ込め効果が弱い、という欠点も除去される。
【００３５】
従って、本発明によれば、高いキャリア移動度により格段に性能向上が図られる高速電子移動度トランジスタが得られ、低雑音増幅等に適用したとき大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの構造断面図である。
【図２】本発明におけるスペーサ層のＡｌ組成の組成勾配とエピタキシャル層構造の関係を示す図である。
【図３】本発明におけるチャネル層シートキャリア濃度とキャリア移動度の関係を従来との比較において示す図である。
【図４】合金散乱の説明に供する図である。
【図５】従来のＨＥＭＴ用エピタキシャルウェハの構造断面図である。
【符号の説明】
１ＧａＡｓ基板
２ＧａＡｓバッファ層
３ＡｌＧａＡｓ電子供給層
４ＡｌＧａＡｓスペーサ層
５ＩｎＧａＡｓチャネル層
６ＡｌＧａＡｓスペーサ層
７ＡｌＧａＡｓ電子供給層
８ＧａＡｓキャップ層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an epitaxial wafer for a high-speed electron mobility transistor having a heterojunction.
[0002]
[Prior art]
A heterojunction HEMT (High Electron Mobility Transistor) having an InGaAs layer as a channel layer and having an electron supply layer on both sides or one side of the channel layer can operate at high speed by utilizing the advantage of high-speed electron transfer. In addition, since it can perform high-output and high-efficiency operation in an ultra-high frequency band such as a microwave band, it is used for a transistor mounted in a mobile phone, a satellite communication device, or the like.
[0003]
HEMTs are classified into C-HEMT (Conventional-HEMT) using GaAs and strain-based pHEMT (Pseudomorphic HEMT) using InGaAs, depending on the material used for the channel layer. Currently, the mainstream is pHEMT.
[0004]
When this pHEMT is viewed from the material of the electron supply layer, it is divided into GaAs, AlGaAs, and InGaP. At present, AlGaAs is most frequently used. This material can easily control the interband energy gap by lattice-matching to GaAs and changing the Al composition ratio.
[0005]
Focusing on the total number of electron supply layers, the electron supply layer is divided into a single layer on the InGaAs channel (single layer HEMT) and a double hetero type having a supply layer below the channel (herein referred to as D-HEMT). Divided. The former is the most popular structure, and transistors having this structure are widely used for low noise amplifiers indispensable for converters for satellite broadcasting.
[0006]
On the other hand, the D-HEMT has been actively researched and developed in recent years as a high-output amplifier for digital communication, has been rapidly commercialized, and is the most popular type at present. In this structure, since electrons are supplied from both the upper and lower sides, a channel having a high sheet carrier concentration can be realized. If this thin wafer is used, very high power can be obtained with low distortion in a digital transistor.
[0007]
FIG. 5 shows an example of a conventional GaAs epitaxial wafer having a D-HEMT structure.
[0008]
Structure as shown in FIG. 5, comprises a un-GaAs buffer layer 12 on a semi-insulating GaAs substrate _{_{11, n-Al x Ga 1}} -x As electron supply layer 13 in this upper, _un-Al x _{Ga 1- x} As spacer layer _{_{14, un-in x Ga 1}} -x As channel layer _{_{15, un-Al x Ga 1}} -x As spacer layer _{_{16, n-Al x Ga 1}} -x As double by stacking an electron supply layer 17 A hetero-structure HEMT is formed, and an n-GaAs gap layer 18 is formed thereon. That is, the n-AlGaAs electron supply layers 13 and 17 are disposed above and below the un-InGaAs channel layer 15, and undoped between the un-InGaAs channel layer 15 and the upper and lower n-AlGaAs electron supply layers 13 and 17. It has a structure in which AlGaAs spacer layers 14 and 16 are inserted. Note that n- and un- in the names of the epitaxial layers indicate that the epitaxial layers are n-type and undoped, respectively.
[0009]
Here, the un-AlGaAs spacer layers 14 and 16 reliably and spatially separate the un-InGaAs channel layer 15 in which carriers (electrons) travel and the n-AlGaAs electron supply layers 13 and 17 doped with n-type impurities. Has been inserted for. Because of the effect of the un-AlGaAs spacer layers 14 and 16, carriers (electrons) traveling in the un-InGaAs channel layer 15 are less likely to be scattered from ionized impurities in the n-AlGaAs electron supply layers 13 and 17. As a result, the mobility of carriers (electrons) is improved.
[0010]
With such a wafer structure, the concentration of the two-dimensional electron gas can be increased, the mobility of electrons can be increased, and the performance of the element can be improved.
[0011]
Characteristics generally prepared by MOVPE apparatus epitaxial wafer for HEMT far, a sheet carrier concentration of the channel layer ^{^{2.6 ± 0.2 × 10 12 cm -2}} , is mobility 5000~6500cm ² / V · s .
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is a demand for a structure of an epitaxial wafer for HEMT in which the mobility exceeds 6500 cm ² / V · s and the dependency of the mobility on the sheet carrier concentration is reduced.
[0013]
In the HEMT, in order to further improve the performance of the element, it is considered effective to focus on the band gap near the center of the channel layer and to narrow the band gap in that part.
[0014]
However, the InGaAs channel layer has a larger lattice constant than the GaAs and AlGaAs layers. For this reason, lattice mismatch occurs between InGaAs, GaAs, and AlGaAs, and dislocation occurs. The occurrence of the dislocations causes a decrease in the concentration of the two-dimensional electron gas and a decrease in the electron mobility, which causes a problem that the performance of the device cannot be improved.
[0015]
Further, in the conventional HEMT structure, a ternary compound of the AlGaAs layer is used in order to perform a carrier confinement effect by a potential barrier generated at a hetero interface, but this causes an influence of alloy scattering on a channel layer and causes a decrease in mobility. That is, at the interface between the spacer and the channel layer, Ga or As is terminated in the GaAs spacer layer, and electrons flow without scattering as shown in FIG. However, when the termination of the AlGaAs spacer layer is a group III termination, as shown in FIG. 4 (b), since the mixed crystal of Ga and Al causes the electrons to have unevenness caused by the difference in the size of the atoms of Ga and Al. Feeling, the electrons are less likely to flow.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to reduce the dependence of the mobility on the sheet carrier concentration, and to provide an epitaxial wafer for a high-speed electron mobility transistor in which the mobility is greatly improved.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
[0018]
An epitaxial wafer for a high-speed electron transfer transistor according to the present invention has a layer structure in which a spacer layer having a large band gap and an electron supply layer are provided on both sides of a channel layer having a narrow band gap on a substrate. In the mobility transistor epitaxial layer, the spacer layer is composed of a layer whose composition range is changed so as to reduce the band gap between the spacer layer and the layer on both sides thereof.
[0019]
According to a second aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a high-speed electron mobility transistor according to the first aspect, the spacer layer is formed of an AlGaAs layer whose Al concentration gradually decreases toward the channel layer.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, in the epitaxial wafer for a high-speed electron mobility transistor according to the first or second aspect, the electron supply layer has a delta-doped structure (δ-doped layer) formed in an undoped AlGaAs layer. It is characterized by having.
[0021]
<The gist of the invention>
The gist of the present invention is to give a composition gradient to the spacer layer so that the band gap on the side closer to the channel layer becomes smaller. Specifically, for example, the channel layer is made of an InGaAs layer, and the spacer layer is made of an AlGaAs layer whose Al concentration gradually decreases toward the channel layer (FIG. 2). For example, as shown in FIG. 2, GaAs or an AlGaAs layer having a composition similar thereto is formed in the vicinity of the channel layer. This prevents alloy scattering of the ternary compound AlGaAs. In addition, the disadvantage that the spacer having only the GaAs layer has a narrower band gap than the AlGaAs layer and thus has a weak carrier confinement effect is also eliminated.
[0022]
The electron supply layer has a delta-doped structure in which a delta-doped layer is formed in an undoped AlGaAs layer. That is, the dopant atoms are distributed at an extremely high concentration only in a part of the delta-doped layer of the electron supply layer. In this delta-doping structure, by optimizing the position of the delta-doped layer containing the dopant atoms in the electron supply layer and optimizing the method of forming the delta-doped layer, the concentration of the electrons remaining in the carrier travel can be greatly reduced. Can be increased somewhat without any loss.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
[0024]
FIG. 1 shows a structure of an epitaxial wafer for D-HEMT according to an embodiment of the present invention.
[0025]
As shown in the drawing, n-AlGaAs electron supply layers 3 and 7 are arranged above and below an un-InGaAs channel layer 5, and an un-Al _x Ga _1-x As spacer layer is provided at an un-InGaAs / n-AlGaAs interface. 4 and 6 are inserted.
[0026]
The _{_{un-Al x Ga 1-x}} As spacer layer 4, 6, with a composition gradient as the band gap of the both sides of the layer is reduced, by changing the Al composition ratio x as shown in FIG. 2, In the vicinity of the channel layer, GaAs or an AlGaAs layer having a composition close to GaAs is formed. This is, on the one hand, to prevent alloy scattering of the ternary compound AlGaAs, and on the other hand, if the spacer is made only of the GaAs layer, the band gap is narrower and the carrier confinement effect is weaker than the AlGaAs layer. In order to compensate for the weakness.
[0027]
The thickness of the InGaAs layer which is the channel layer 5 is 15 nm or less, and the thickness of the spacer layers 4 and 6 and the electron supply layers 3 and 7 is 10 nm or less. This suppresses dislocation generation. This was aimed at ensuring that the InGaAs and AlGaAs layers do not exceed the critical film thickness with respect to the GaAs layer. This is because the film thickness during this period is the same as that of GaAs in both the InGaAs and AlGaAs. However, it has been known for a long time that when the critical film thickness is exceeded, dislocations are generated in order to eliminate energy due to strain caused by a shift in interstitial distance between GaAs and InGaAs or AlGaAs.
[0028]
In order to confirm the effect of the present invention, a prototype of the following example of an epitaxial wafer for D-HEMT was manufactured.
[0029]
That is, on a semi-insulating GaAs substrate 1, using the MOVPE apparatus, by sequentially epitaxially grown, provided 500nm the un-GaAs buffer layer 2, on _{_{which, n-Al x Ga 1-}} x As electron supply layer 3 (x = 0.24, doping concentration 3 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ ) was provided in a thickness of 5 nm. _{_{Then, un-Al x Ga 1-}} x As as a graded (graded) spacer layer 4 is formed thereon (x = 0.3 → 0: Reduce the Al composition and go) is provided 5 nm, further thereon, un- the In _x Ga _1-x As channel layer 5 (x = 0.20) provided 10 nm.
[0030]
Further, on the channel layer _{_{5, un-Al x Ga 1}} -x As spacer layer 6 as graded (graded) spacer layer 6 (x = 0 → 0.3: go to increase the Al composition) is provided 5 nm, As _{_{n-Al x Ga 1-x}} As electron supply layer 7 (x = 0.24, the doping concentration of 3 × ¹⁰ 18 ^{cm -3)} on the provided 5nm and further thereon, n-GaAs cap layer 8 (doping A concentration of 3 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ ) was provided at 80 nm.
[0031]
Graded _{_{un-Al x Ga 1-x}} As spacer layer 4 is _initially grown with Al 0.3 _{Ga 0.7} As, is grown to reduce the Al content as it grows. Graded _{_{un-Al x Ga 1-x}} As spacer layer 6 performs inverse growth of the graded _{_{un-Al x Ga 1-x}} As spacer layer 4.
[0032]
FIG. 3 shows the relationship between the carrier concentration of the channel layer sheet carrier and the carrier mobility in the conventional structure (FIG. 5) and the structure of the present invention (FIG. 1). In the epitaxial wafer for HEMT (product of the present invention) according to the present example, the mobility was greatly improved, despite having substantially the same sheet carrier concentration as that of the conventional structure (conventional product). In other words, while the mobility of the conventional product is 5000 to 6500 cm ² / V · s, the epitaxial wafer for HEMT of the present embodiment (product of the present invention) greatly reduces the conventional 6500 cm ² / V · s. Higher mobility was obtained.
[0033]
The electron supply layers 3 and 7 may have a delta doping structure in which a delta doped layer is formed in an undoped AlGaAs layer. That is, the structure is such that the dopant atoms are distributed at an extremely high concentration only in a part of the delta-doped layers of the electron supply layers 3 and 7. In this delta-doping structure, by optimizing the position of the delta-doped layer containing the dopant atoms in the electron supply layer and optimizing the method of forming the delta-doped layer, the concentration of the electrons remaining in the carrier travel can be greatly reduced. Can be increased somewhat without any loss.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the spacer layer is provided with a composition gradient so that the band gap on the side close to the channel layer in the epitaxial wafer for HEMT becomes small, for example, AlGaAs in which the Al concentration gradually decreases toward the channel layer. The structure of the spacer layer made of a layer prevents alloy scattering of AlGaAs which is a ternary compound. In addition, the disadvantage that the spacer having only the GaAs layer has a narrower band gap than the AlGaAs layer and thus has a weak carrier confinement effect is also eliminated.
[0035]
Therefore, according to the present invention, a high-speed electron mobility transistor whose performance is remarkably improved by high carrier mobility can be obtained, and a great effect can be obtained when applied to low noise amplification and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural sectional view of an epitaxial wafer for HEMT according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a composition gradient of an Al composition of a spacer layer and an epitaxial layer structure in the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the carrier concentration of the channel layer sheet and the carrier mobility in the present invention in comparison with the related art.
FIG. 4 is a diagram provided for explaining alloy scattering.
FIG. 5 is a structural sectional view of a conventional epitaxial wafer for HEMT.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 GaAs substrate 2 GaAs buffer layer 3 AlGaAs electron supply layer 4 AlGaAs spacer layer 5 InGaAs channel layer 6 AlGaAs spacer layer 7 AlGaAs electron supply layer 8 GaAs cap layer

Claims

基板上に、バンドギャップの狭いチャネル層の両側にバンドギャップの大きいスペーサ層及び電子供給層をそれぞれ設けた層構造を具備する高速電子移動度トランジスタ用エピタキシャルにおいて、
前記スペーサ層はその両側の層とのバンドギャップが小さくなるように組成範囲が変化した層からなることを特徴とする高速電子移動トランジスタ用エピタキシャルウェハ。In the epitaxial for a high-speed electron mobility transistor having a layer structure in which a spacer layer having a large band gap and an electron supply layer are provided on both sides of a channel layer having a narrow band gap on a substrate,
An epitaxial wafer for a high-speed electron transfer transistor, characterized in that the spacer layer comprises a layer whose composition range has been changed so that the band gap between the spacer layer and the layers on both sides thereof is reduced.

請求項１記載の高速電子移動度トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
前記スペーサ層はＡｌ濃度がチャネル層に向かって漸次減少したＡｌＧａＡｓ層からなることを特徴とする高速電子移動度トランジスタ用エピタキシャルウェハ。The epitaxial wafer for a high-speed electron mobility transistor according to claim 1,
An epitaxial wafer for a high-speed electron mobility transistor, wherein the spacer layer comprises an AlGaAs layer whose Al concentration gradually decreases toward a channel layer.

請求項１又は２記載の高速電子移動度トランジスタ用エピタキシャルウェハにおいて、
前記電子供給層の構造をアンドープのＡｌＧａＡｓ層内にデルタドープ層を形成したデルタドーピング構造としたことを特徴とする高速電子移動度エピタキシャルウェハ。The epitaxial wafer for a high-speed electron mobility transistor according to claim 1 or 2,
A high-speed electron mobility epitaxial wafer, wherein the electron supply layer has a delta-doped structure in which a delta-doped layer is formed in an undoped AlGaAs layer.