專利名稱：半導體基板、半導體基板的制造方法、半導體基板的判定方法以及電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體基板、半導體基板的制造方法、半導體基板的判定方法以及電子器件。
背景技術(shù)：
特開平7-14850號公報公開了一種異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其結(jié)構(gòu)為以不摻雜GaAs 層和不摻雜InGaAs層為活性層，以一部分中添加了 Si的AWaAs層夾持活性層。特開平 10-56168號公報公開了一種場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管的下部載流子供給層與溝道層的界面附近的電子親和力的差大于溝道層與上部載流子供給層的界面附近的電子親和力的差。特開平 11-354776號公報公開了一種HEMT(High Electron Mobility iTransistor)元件，其使用了在半絕緣性GaAs基板上依次層疊了 η型AlGaAs載流子供給層、不摻雜AlGaAs 間隔層、不摻雜GaAs溝道層、不摻雜InGaAs溝道層、不摻雜GaAs間隔層以及η型GaAs溝道層的晶體層疊體。特開2000-183334號公報公開了一種異質(zhì)結(jié)型場效應(yīng)晶體管，其在GaAs的半絕緣性基板上具有GaAs、AlGaAs的緩沖層、η型AWaAs的下側(cè)電子供給層、i型InGaAs的溝道層、η型AWaAs的上側(cè)電子供給層、i型AWaAs的肖特基層、利用η型GaAs等形成的歐姆接觸層、由WSi構(gòu)成的柵電極、以及、由Au、Ge或Ni構(gòu)成的源電極以及漏電極。該晶體管中，上側(cè)電子供給層的Nt積為異質(zhì)結(jié)界面的最大片載流子濃度的約1.4倍，下側(cè)電子供給層的Nt積為最大片載流子濃度的1. 0倍 2. 0倍的范圍內(nèi)。(專利文獻1)JP特開平7-14850號公報(專利文獻2)JP特開平10-56168號公報(專利文獻3)JP特開平11-354776號公報(專利文獻4)JP特開2000-1833 號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題通過上述引用文獻1 引用文獻4所公開的發(fā)明，能夠改善異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的變形特性。然而，這些發(fā)明中未考慮激發(fā)態(tài)的電子是對電壓-電流特性線性度帶來不良影響的因素之一的情況。因此，實施了該發(fā)明的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管的電壓-電流特性線性度低，異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管輸出的電流波形發(fā)生變形。所以，本發(fā)明的目的在于提供適合具有更優(yōu)異的變形特性的晶體管的制造、具有優(yōu)異的電壓-電流特性線性度的半導體基板。解決課題的手段本發(fā)明的第1方式中提供一種半導體基板，其具備生成二維載流子氣體的化合物半導體、對該化合物半導體供給載流子的載流子供給半導體、以及配置于該化合物半導體與該載流子供給半導體之間的具有使載流子的遷移率小于該化合物半導體中的載流子的遷移率的遷移率降低因素的遷移率降低半導體。遷移率降低半導體的內(nèi)部中，處于激發(fā)態(tài)的載流子的存在概率高于處于基態(tài)的載流子的存在概率。激發(fā)態(tài)是載流子處于例如第1受激能級的狀態(tài)。將在該化合物半導體上的不同的2點之間施加電壓時化合物半導體中流通的電流y，用以對應(yīng)電壓、在-1.5[kV/cm]以上、+1. 5[kV/cm]以下的范圍內(nèi)變化的電場強度χ為變量的近似多項式y(tǒng) = ax3+bx2+cx表示時，近似多項式中的3次項系數(shù)a相對于1次項系數(shù)c的比的絕對值a/c為低于0.037[(kV/cm)_2]。遷移率降低因素例如為雜質(zhì)、晶體缺陷、低遷移率材料、能帶勢壘材料中的一種。例如，載流子為電子，雜質(zhì)為施主雜質(zhì)。也可以載流子為空穴，雜質(zhì)為受主雜質(zhì)。并且，例如，載流子供給半導體為N型AWaAs，遷移率降低半導體為非P型GaAs，化合物半導體為 InGaAs0遷移率降低半導體例如為含3.6X1018[cm_3]以下的施主雜質(zhì)的N型GaAs。施主雜質(zhì)例如為選自Si、Se、Ge、Sn、Te以及S構(gòu)成的群中的至少一種元素。本發(fā)明的第2方式中提供一種半導體基板的制造方法，其具備形成生成二維載流子氣體的化合物半導體的步驟、在該化合物半導體上形成具有使載流子的遷移率小于該化合物半導體中的載流子的遷移率還小的遷移率降低因素的遷移率降低半導體的步驟、在該遷移率降低半導體上形成對該化合物半導體供給載流子的載流子供給半導體的步驟。本發(fā)明的第3方式中提供一種半導體基板的判定方法，其包含準備半導體基板的步驟，該半導體基板包含具有生成二維載流子氣體的組分的化合物半導體、對該化合物半導體供給載流子的載流子供給半導體、以及配置于該化合物半導體與該載流子供給半導體之間的具有使載流子的遷移率小于該化合物半導體中的載流子的遷移率的遷移率降低因素的遷移率降低半導體；在該化合物半導體上配置一對歐姆電極的步驟；對一對歐姆電極施加電壓，測定與施加的電壓對應(yīng)的電流值的步驟；將與電壓對應(yīng)的電流值，以與電壓對應(yīng)的電場強度的近似多項式進行近似的步驟；以及，判斷近似多項式中的3次項系數(shù)相對于1次項系數(shù)的比的絕對值是否小于預定的值的步驟。該判定方法中，電場強度在-1.5[kV/cm]以上、+1.5[kV/cm]以下的范圍內(nèi)變化時，3次項系數(shù)相對于1次項系數(shù)的比的絕對值低于0. 037[(kV/cm)-2J時，可將半導體基板判定為優(yōu)良品。本發(fā)明的第4方式中提供一種電子器件，其具備生成二維載流子氣體并具有使二維載流子氣體流通的溝道的化合物半導體、對該化合物半導體供給載流子的載流子供給半導體、配置于該化合物半導體與該載流子供給半導體之間的具有使載流子的遷移率小于該化合物半導體中的載流子的遷移率的遷移率降低因素的遷移率降低半導體、隔著溝道相互耦合的一對歐姆電極、以及、控制一對歐姆電極間的阻抗的控制電極。并且，本說明書中，“A上的B(B on A) ”包括“B連接于A的情況”以及“B和A之間存在其他的部件的情況”的兩種情況。


圖1是簡要地表示半導體基板100的截面的一例。圖2是表示半導體基板中的能帶圖的一例。
圖3是表示半導體基板300的截面的一例。圖4是表示半導體基板400的截面的一例。圖5是表示半導體基板的判定方法的一例的流程圖。圖6是表示評價用半導體基板的一例。圖7表示電場強度-電流曲線。圖8表示遷移率降低半導體的雜質(zhì)濃度對線性度指標的影響。圖9是表示電子器件900的截面的一例。圖10是表示電子器件900的制造過程中的截面例。圖11是表示電子器件900的制造過程中的截面例。
具體實施例方式圖1簡要表示半導體基板100的截面的一例。半導體基板100具備基底基板102、 化合物半導體114、遷移率降低半導體116以及載流子供給半導體120?；谆?02是支撐半導體基板100中的其他構(gòu)成要素的基板。基底基板 102 例如為 Ge 基板、GOI (germanium-on-insulator)基板、或者 GaAs> InGaAs、 AlGaAs, GaN以及AlGaN等的3_5族半導體基板?；谆?02也可以是Si基板、 SOI (silicon-on-insulator)基板、藍寶石基板、玻璃基板或PET膜等的樹脂基板?；谆?02也可以含有緩沖層。基底基板102例如具有圓片狀的形狀?；衔锇雽w114生成二維載流子氣體。二維載流子氣體是指傳導電子或空穴的任一種的載流子的集合，該載流子能在二維方向自由運動，而在與該二維方向垂直的方向上以能表現(xiàn)量子效應(yīng)的程度被束縛。量子效應(yīng)是載流子的能級成為離散的能級的現(xiàn)象?；衔锇雽w114例如為InGaAs、GaAs或InGaP等的3_5族化合物半導體?；衔锇雽w 114也可以為如GaN等的具有壓電效果的化合物半導體。遷移率降低半導體116被配置在化合物半導體114和載流子供給半導體120之間。遷移率降低半導體116具有抑制載流子的移動的遷移率降低因素。因遷移率降低半導體116具有遷移率降低因素，所以遷移率降低半導體116中的載流子的遷移率小于化合物半導體114中的載流子的遷移率。在此，本發(fā)明人的實驗中確認到了化合物半導體114的內(nèi)部中處于基態(tài)的載流子的存在概率高于處于激發(fā)態(tài)的載流子的存在概率。相對于此，還確認到了與化合物半導體 114連接的半導體中，與處于基態(tài)的載流子的存在概率相比處于激發(fā)態(tài)的載流子的存在概率更高。在此，激發(fā)態(tài)是載流子處于比基態(tài)高的能級的狀態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的載流子是使晶體管的電壓-電流特性發(fā)生變形的要因之一。例如， 半導體基板100被用在通過柵電壓而控制流通于源極以及漏極間的溝道的電流的晶體管中時，若溝道含處于激發(fā)態(tài)的載流子，則使相對于柵電壓的源極-漏極間的電流的線性度下降。在此，通過對激發(fā)態(tài)的電子的存在概率高的與化合物半導體114連接的半導體中設(shè)置降低載流子的遷移率的遷移率降低半導體116，而能降低成為使電壓-電流特性線性度變差的要因的激發(fā)態(tài)的載流子的遷移率。其結(jié)果，將半導體基板100用于晶體管等的電子元件時，電子元件的電壓-電流特性線性度上升。
遷移率降低半導體116所含的遷移率降低因素例如為雜質(zhì)、晶體缺陷、低遷移率材料以及能帶勢壘材料。載流子為電子時，施主雜質(zhì)將作為遷移率降低因素發(fā)揮功能。并且，載流子為空穴時，受主雜質(zhì)將作為遷移率降低因素發(fā)揮功能。能帶勢壘材料例如是與化合物半導體114相比能帶隙大的半導體?；衔锇雽w114為生成N型二維載流子氣體的InGaAs時，遷移率降低半導體 116例如為非P型的GaAs。遷移率降低半導體116可以是含有3. 6 X IO18 [cm_3]以下、優(yōu)選為3. OX IO18[cm—3]以下、更優(yōu)選為1.0X IO18[cm"3]以下、再優(yōu)選為0. 5X 10w[CnT3]以下的施主雜質(zhì)的N型GaAs。該施主雜質(zhì)例如為選自Si、Se、Ge、Sn、Te以及S構(gòu)成的群中的至少一種的元素。載流子供給半導體I20對化合物半導體114供給載流子。載流子供給半導體120 的材料例如為GaAS、AlGaAS以及InGaP?；衔锇雽w114是生成N型二維載流子氣體的化合物半導體時，載流子供給半導體120例如為N型AWaAs。載流子供給半導體120也可以具有電極。半導體基板100可以在該電極和化合物半導體114之間具有對二維載流子氣體形成勢壘的勢壘層。半導體基板100的電壓-電流特性，例如可通過在化合物半導體114上的不同的 2點間施加電壓時測定從該2點間流通的電流而得。將在半導體基板100流通的電流設(shè)為 y，則電流y可以由以相應(yīng)所施加的電壓而發(fā)生的電場的強度χ為變量的近似多項式y(tǒng) = ax3+bx2+cx 表不?？赏ㄟ^該近似多項式中的3次項系數(shù)a相對于1次項系數(shù)c的比的絕對值| a/ C I的值來判斷半導體基板100的電壓-電流特性線性度是否良好。例如，電場強度X 在-1.5[kV/cm]以上、+1.5[kV/cm]以下的范圍內(nèi)變化時，近似多項式中的3次項系數(shù)a的相對于1次項系數(shù)c的比的絕對值a/c低于0.037[(kV/cm)-2]時，可判斷為電壓-電流特性良好。圖2是表示半導體基板100中的能帶圖的一例。橫軸表示半導體基板100的截面中的層疊方向上的位置。其中，能帶圖是通過模似求得。圖2中，作為一例，在作為生成二維載流子氣體的化合物半導體114發(fā)揮功能的膜厚5nm的InGaAs層的兩側(cè)，配置有作為遷移率降低半導體116發(fā)揮功能的膜厚6nm的GaAs層。InGaAs層和GaAs層的膜厚優(yōu)選為 0. 5nm IOOnm,更優(yōu)選為 Inm 50nmo曲線202表示傳導帶下端的能級，其分度由左縱軸表示。根據(jù)曲線202，InGaAs層的傳導帶下端的能級比GaAs層低，且在與GaAs層的界面附近最低。InGaAs層在能級最低的界面附近生成二維載流子氣體。曲線204表示處于基態(tài)的電子的波動函數(shù)，其分度以右縱軸表示。電子的概率密度以波動函數(shù)的二乘來表示。因此，根據(jù)曲線204，可知形成二維載流子氣體的^iGaAs層中的基態(tài)的電子的概率密度高于GaAs層中的基態(tài)的電子的概率密度。曲線206表示處于激發(fā)態(tài)的電子的波動函數(shù)，其分度以右縱軸表示。根據(jù)曲線 206，可知在InGaAs層的兩側(cè)的GaAs層中，處于激發(fā)態(tài)的電子的存在概率高于處于基態(tài)的電子的存在概率。并且，可知在MGaAs層中，處于基態(tài)的電子的存在概率高于處于激發(fā)態(tài)的電子的存在概率。由上可知，形成二維載流子氣體的InGaAs層中主要存在基態(tài)的電子， 在其兩側(cè)的GaAs層中主要存在激發(fā)態(tài)的電子。
場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor有時被稱為場效應(yīng)管FET)或高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor，有時也被稱為HEMT)等的平面電子元件，通過以柵電極的電場控制在InGaAs層等形成的溝道層中流過的電流，而發(fā)揮晶體管特性。晶體管優(yōu)選具有更高電壓-電流線性特性，因影響電壓-電流特性的電子中的、處于基態(tài)的電子的移動而使電流流通的情況時，電壓-電流特性線性度優(yōu)良。與此相對，因處于激發(fā)態(tài)的電子的移動而使電流流通時， 因電子的帶間躍遷而相對于電場強度的變化的電子移動量的變化成為非線形。因此，激發(fā)態(tài)的電子的存在概率高時，電壓-電流特性線性度不良。由此，通過抑制激發(fā)態(tài)的電子的流通而降低遷移率，主要以基態(tài)的電子生成晶體管的溝道電流，從而能夠提高基態(tài)的電子影響電壓-電流特性的比率。其結(jié)果，晶體管的電壓-電流特性線性度上升。圖2的例中，激發(fā)態(tài)的電子多存在于InGaAs層的兩側(cè)的GaAs層。所以，可通過對 GaAs層添加遷移率降低因素而抑制激發(fā)態(tài)的電子的流通，從而能夠提高存在于InGaAs層的基態(tài)的電子影響電壓-電流特性的比率?；衔锇雽w114是生成N型二維載流子氣體的hGaAs時，遷移率降低因素優(yōu)選為N型的雜質(zhì)。例如，遷移率降低半導體116是GaAs層時，通過將N型的雜質(zhì)摻于GaAs層而能保持溝道中儲存的電子濃度并能防止溝道與設(shè)于器件表面的電極之間的縱方向電阻的增加。為了降低作為遷移率降低半導體116發(fā)揮功能的GaAs層中的激發(fā)態(tài)的電子的遷移率，需要提高載流子濃度。然而，載流子濃度過高時，基態(tài)的電子的遷移率也會降低，在溝道層中行進的基態(tài)的電子的平均遷移率將下降。根據(jù)本發(fā)明人等的實驗結(jié)果，遷移率降低半導體116為GaAs層時，摻了 N型的雜質(zhì)的遷移率降低半導體116的載流子濃度優(yōu)選為3. 6X IO18[cm—3]以下。該載流子濃度可以為3.0X1018[cm_3]以下，更優(yōu)選為1.0X IOw [cm_3]以下，再優(yōu)選為0. 5 X IOw[cm_3]以下。滿足這樣的條件時，能夠得到具有線性度優(yōu)異的電壓-電流特性的化合物半導體外延基板。 其中，從精度方面出發(fā)，優(yōu)選載流子濃度為3X1018[cm_3]以上時，將電壓-電流特性以霍耳測定法測定，載流子濃度低于3X IO18[cm—3]時，將電壓-電流特性以電容電壓(CV)法測定。圖3是表示半導體基板300的截面的一例。半導體基板300具備基底基板302、緩沖層304、載流子供給半導體308、遷移率降低半導體312、化合物半導體314、遷移率降低半導體316、載流子供給半導體320、勢壘形成半導體330以及接觸層340。基底基板302以及緩沖層304，與半導體基板100中的基底基板102對應(yīng)。載流子供給半導體308以及載流子供給半導體320，與載流子供給半導體120對應(yīng)。遷移率降低半導體312以及遷移率降低半導體316，與遷移率降低半導體116對應(yīng)?；衔锇雽w314， 與化合物半導體114對應(yīng)。并且，半導體基板300在具有接觸層340的點上與半導體基板 100不同。半導體基板300在化合物半導體314的兩側(cè)具有載流子供給半導體308以及載流子供給半導體320。由于通過該構(gòu)成而化合物半導體314所生成的二維載流子氣體的載流子數(shù)增加，所以電子元件的性能得到提高。并且，半導體基板300在化合物半導體314的兩側(cè)具有遷移率降低半導體312以及遷移率降低半導體316。如圖2所示，在位于化合物半導體314即InGaAs的兩側(cè)的GaAs中，較多存在激發(fā)態(tài)的電子。因此，半導體基板300通過在化合物半導體314的兩側(cè)具備具有遷移率降低因素的遷移率降低半導體312以及遷移率降低半導體316，而能提高半導體基板300的電壓-電流特性線性度。緩沖層304確保形成于上層的化合物半導體314等的晶態(tài)并防止殘留于基底基板 302的表面的雜質(zhì)而導致的半導體基板300的特性劣化。緩沖層304抑制來自形成于上層的半導體層的漏電流。緩沖層304還作為如下的緩沖層發(fā)揮功能整合形成于上層的化合物半導體314與基底基板302之間的晶格間距離的緩沖層。緩沖層304的材料例如為GaAs 或 AlGaAs0勢壘形成半導體330形成控制電極和二維載流子氣體之間的能量勢壘，其中控制電極施加對在FET等的電子元件的溝道流通的電流進行控制的電壓。例如，控制電極由金屬構(gòu)成時，通過勢壘形成半導體330和該金屬的肖特基結(jié)形成能量勢壘。勢壘形成半導體 330的材料例如為AWaAs。接觸層340確保形成于半導體基板300上的控制電極和勢壘形成半導體330以下的半導體之間的傳導性。接觸層340的材料例如為GaAs或InGaAs。通過遷移率降低半導體312以及遷移率降低半導體316具有遷移率降低因素，使存在于遷移率降低半導體312以及遷移率降低半導體316的激發(fā)態(tài)的電子的遷移率低于化合物半導體314的遷移率。而且，存在于化合物半導體314的基態(tài)的電子流成為形成于半導體基板300的晶體管的溝道電流的主流，所以能夠提高影響電壓-電流特性的基態(tài)的電子的比率。其結(jié)果，半導體基板300中的電壓-電流特性線性度上升。通過使用本實施方式的半導體基板300，能夠制造高頻信號的變形特性良好的電子元件。圖4表示半導體基板400的截面的一例。半導體基板400具備基底基板402、緩沖層404、緩沖層406、載流子供給半導體408、間隔層410、遷移率降低半導體412、化合物半導體414、遷移率降低半導體416、間隔層418、載流子供給半導體420以及勢壘形成半導體 430。半導體基板400還可以在勢壘形成半導體430之上進一步具備接觸層340?；谆?02，與半導體基板300中的基底基板302對應(yīng)。載流子供給半導體408 以及載流子供給半導體420分別與載流子供給半導體308以及載流子供給半導體320對應(yīng)。遷移率降低半導體412以及遷移率降低半導體416分別與遷移率降低半導體312以及遷移率降低半導體316對應(yīng)?；衔锇雽w414，與化合物半導體314對應(yīng)。半導體基板400具有含緩沖層404以及緩沖層406的二重緩沖構(gòu)造。并且，半導體基板400在具有間隔層410以及間隔層418的點上與半導體基板300不同。由緩沖層404以及緩沖層406構(gòu)成的二重緩沖構(gòu)造將提高整合化合物半導體414 和基底基板402的晶格間距離的差異的緩沖層的效果。二重緩沖構(gòu)造將進一步抑制基底基板402的雜質(zhì)對化合物半導體414帶來的影響。二重緩沖構(gòu)造將進一步降低漏電流。緩沖層404或緩沖層406的材料例如為GaAs或AlGaAs。間隔層410以及間隔層418分別形成在載流子供給半導體408與化合物半導體 414之間、以及載流子供給半導體420與化合物半導體414之間。間隔層410以及間隔層 418抑制載流子供給半導體408以及載流子供給半導體420內(nèi)的雜質(zhì)擴散到化合物半導體 414。并且，間隔層410以及間隔層418防止化合物半導體414中的載流子的遷移率因雜質(zhì)離子的散射而降低。間隔層410或間隔層418的材料例如為AWaAs。
勢壘形成半導體430形成用于使形成在勢壘形成半導體430的電極發(fā)揮控制電極的功能的能量勢壘。勢壘形成半導體430的材料例如為MGaAs。如上所述，半導體基板400通過具有由緩沖層404以及緩沖層406構(gòu)成的二重緩沖，而能提高化合物半導體414的晶態(tài)。其結(jié)果，能降低漏電流。并且，半導體基板400通過具有間隔層410和間隔層418而能防止化合物半導體414中的電子的雜質(zhì)離子散射。因此，使用半導體基板400形成晶體管時，晶體管的電壓-電流特性線性度上升。下面，對圖1所示的半導體基板100的制造方法進行說明。本實施方式的半導體基板的制造方法具備在基底基板102上形成用于生成二維載流子氣體的化合物半導體114 的步驟、與化合物半導體114連接地形成具有抑制載流子的移動的遷移率降低因素的遷移率降低半導體116的步驟、與遷移率降低半導體116連接地形成對化合物半導體114供給載流子的載流子供給半導體120的步驟。在形成化合物半導體114的步驟中，將基底基板102載置于反應(yīng)爐，在基底基板 102上使化合物半導體114外延生長?；谆?02例如為高電阻的半絕緣性GaAs單晶基板。GaAs 單晶基板是例如以 LEC法(Liquid Encapsulated Czochralski)、VB 法(Vertical Bridgman)、VGF 法(Vertical Gradient Freezing)等制造的 GaAs 基板。并且，GaAs 單晶基板可以是從1個結(jié)晶學的面方位具有0.05° 10°左右的傾斜的基板。作為外延生長法可例示出有機金屬氣相生長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition以下有時也稱MOCVD法)、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy以下有時也稱為MBE法)。下面，對使用MOCV D法使化合物半導體114外延生長的方法進行說明。首先，將 GaAs單晶的基底基板102的表面脫脂清洗、蝕刻、水洗、乾燥后，將該基底基板102載置于減壓管式MOCV D爐的加熱臺上。將爐內(nèi)用高純度氫充分置換后，開始基底基板102的加熱。 結(jié)晶生長時的基板溫度例如為500°C到800°C的任一溫度。使基底基板102在適當?shù)臏囟认伦兎€(wěn)定后向爐內(nèi)導入砷原料，接著導入鎵原料或銦原料，使InGaAs層外延生長。作為3族元素原料可以使用三甲基鎵(TMG)以及三甲基銦(TMI)等、各金屬原子上鍵合了碳數(shù)為1 3的烷基或氫的三烷基化物或三氫化物。作為5族元素原料氣體可以使用胂(AsH3)或?qū)㈦纤闹辽僖粋€氫原子用碳數(shù)為1 4的烷基置換后的烷基胂。作為外延生長條件的一例，反應(yīng)爐內(nèi)壓力為0. Iatm、生長溫度為650°C、生長速度為1 3ym/hr。原料的載流子氣體例如為高純度氫。后述的遷移率降低半導體116以及載流子供給半導體120也可以通過使用同樣的MOCV D法，調(diào)整原料氣體、爐內(nèi)壓力、生長溫度、生長時間等參數(shù)而進行外延生長。在形成遷移率降低半導體116的步驟中，與化合物半導體114連接地使遷移率降低半導體116外延生長。遷移率降低半導體116例如為N型GaAs。此時，例如施主雜質(zhì)成為遷移率降低因素。作為外延生長法可以例示MOCV D法、MBE法。例如，可以使用三甲基鎵(TMG)作為3族元素原料，使用胂(AsH3)作為5族元素原料氣體，利用MOCV D法，使N型 GaAs的遷移率降低半導體116外延生長。施主雜質(zhì)例如為選自Si、Se、Ge、Sn、Te以及S構(gòu)成的群中的至少一種的元素。作為N型摻雜劑可以使用上述元素的氫化物或具有碳數(shù)為1 3的烷基的烷化物。例如，作為施主雜質(zhì)可以選擇Si，作為N型摻雜劑可以使用乙硅烷(Si2H6)。形成的遷移率降低半導體116包含以下濃度的施主雜質(zhì)，S卩，小于等于3.6父1018[(^3]，優(yōu)選3.0\1(^8[(^3]以下，更優(yōu)選是1.0X IO18 [cm"3]以下，再優(yōu)選為 0.5X IO18[cm-3]以下。作為施主雜質(zhì)選擇Si時，通過調(diào)整外延生長時的乙硅烷流量而能改變雜質(zhì)濃度。在此，雜質(zhì)濃度是指遷移率降低半導體116所含的施主雜質(zhì)的濃度。在形成載流子供給半導體120的步驟中，在遷移率降低半導體116上使載流子供給半導體120外延生長。載流子供給半導體120例如為N型AKiaAs。此時，載流子供給半導體120對化合物半導體114供給電子作為載流子。作為外延生長法可以例示MOCV D法、 MBE 法。例如，可以作為3族元素原料使用三甲基鎵(TMG)和三甲基鋁(TMA)，作為5族元素原料氣體使用胂(AsH3)，利用MOCVD法，使N型AlGaAs的載流子供給半導體120外延生長。施主雜質(zhì)例如為選自Si、Se、Ge、Sn、Te以及S構(gòu)成的群中的至少一種元素。作為 N型摻雜劑可以使用上述元素的氫化物或具有碳數(shù)為1 3的烷基的烷化物。例如，可以作為施主雜質(zhì)選擇Si，作為N型摻雜劑使用乙硅烷(Si2H6)15經(jīng)過包含以上的步驟的制造工序而能制造半導體基板100。圖5是表示判斷半導體基板是否優(yōu)良的方法的一例的流程圖。如圖5所示，本實施方式的半導體基板的判定方法具備準備半導體基板的步驟S510、配置歐姆電極的步驟 S520、測定相對于電壓的電流值的步驟S530、將測定值以近似多項式近似的步驟S540、以及進行判斷的步驟S550。作為一例，該半導體基板為半導體基板100、半導體基板300或半導體基板400。本例中，說明半導體基板100的制造方法。在準備半導體基板的步驟S510中，準備半導體基板100。在配置歐姆電極的步驟 S520中，在包含化合物半導體114、載流子供給半導體120以及遷移率降低半導體116的層疊體的表面上配置一對歐姆電極。在測定相對于電壓的電流值的步驟S530中，對一對歐姆電極施加電壓，對每一個所施加的電壓進行電流值的測定。在將測定值以近似多項式近似的步驟S540中，將每一個電壓的電流值，以用電壓所對應(yīng)的電場強度表示的近似多項式進行近似。進行判斷的步驟S550中，對進行近似的近似多項式中的3次項系數(shù)相對于1次項系數(shù)的比的絕對值是否小于預定的值進行判斷。根據(jù)該判斷結(jié)果判定半導體基板是否優(yōu)良。具體而言，3次項系數(shù)相對于1次項系數(shù)的比的絕對值小于預定的值時，半導體基板因具有遷移率降低半導體的效果而電壓-電流特性線性度良好，所以可以判定為所測定的半導體基板為優(yōu)良品。圖6所示的半導體基板600是在圖5所示的判定方法中使用的評價用半導體基板的一例。半導體基板600具備基底基板602、緩沖層604、載流子供給半導體608、遷移率降低半導體612、化合物半導體614、遷移率降低半導體616、載流子供給半導體620、勢壘形成半導體621、歐姆電極622以及歐姆電極624。基底基板602，與半導體基板300中的基底基板302對應(yīng)。緩沖層604，與緩沖層 304對應(yīng)。載流子供給半導體608以及載流子供給半導體620，與載流子供給半導體308以及載流子供給半導體320對應(yīng)。遷移率降低半導體612以及遷移率降低半導體616，與遷移率降低半導體312以及遷移率降低半導體316對應(yīng)?；衔锇雽w614，與化合物半導體 314對應(yīng)。勢壘形成半導體621，與勢壘形成半導體330對應(yīng)。半導體基板600，例如可以是配置了歐姆電極622以及歐姆電極擬4而形成的半導體基板，來代替半導體基板300的接觸層340。圖5所示的準備半導體基板的步驟S510中，例如，如圖6所示地準備具備基底基板602、緩沖層604、載流子供給半導體608、遷移率降低半導體612、化合物半導體614、遷移率降低半導體616、載流子供給半導體620以及勢壘形成半導體621的半導體基板。半導體基板600的準備是通過使用上述的半導體基板制造方法，在基底基板602 上依次外延生長緩沖層604、載流子供給半導體608、遷移率降低半導體612、化合物半導體 614、遷移率降低半導體616、載流子供給半導體620以及勢壘形成半導體621而完成。在配置歐姆電極的步驟S520中，如圖6所示，在勢壘形成半導體621的表面形成歐姆電極622以及歐姆電極624。歐姆電極622以及歐姆電極6M被用于電壓的施加以及電流值的測定。歐姆電極622以及歐姆電極擬4例如是通過光刻法在載流子供給半導體 620的表面上，在形成歐姆電極622以及歐姆電極624的部位形成有開口的抗蝕劑掩模，蒸鍍電極用金屬后剝離抗蝕劑而形成。歐姆電極622以及歐姆電極624的材料只要是導電性的材料即可，例如有Au、Ni、 A1、W、以及Ti等的金屬，AuGe等的合金或摻了雜質(zhì)的半導體。歐姆電極622以及歐姆電極 6M可以具有層疊了上述的導電性材料的構(gòu)造。進行電壓-電流測定的步驟S530中，在歐姆電極622和歐姆電極擬4之間施加在一定的電壓范圍進行變化的電壓，對每個所施加的電壓進行電流值的測定。后述圖7中以四角符號表示的是測定結(jié)果的一例。在將測定值以多項式近似的步驟S540中，對每一電壓而測定的電流值使用最小二乘法，以對應(yīng)于各自的電壓的電場強度的多項式進行近似。該多項式例如為下述式1所不。y = ax3+bx2+cx...(式 1)式1中，χ為表示電場強度的變量，y為表示電流的變量。并且，a為3次項系數(shù)， b為2次項系數(shù)，c為1次項系數(shù)。判定電壓-電流特性線性度的步驟S550中，算出3次項系數(shù)a相對于在S540中得到的式1中的1次項系數(shù)C的比的絕對值|a/c|。進而判斷絕對值|a/c|是否小于預定的值，從而判定電壓-電流特性線性度是否良好。3次項的系數(shù)的絕對值越小，電壓-電流曲線的線性度越提高，電子元件的電壓-電流特性越變良好。而且，1次項的系數(shù)越大，電流曲線的直立越大，接通電阻越小。由此，以1次項系數(shù)C的值除3次項系數(shù)a的比的絕對值I a/c |越小，接通電阻越小，能夠得到電壓-電流特性良好的化合物半導體外延基板。因此，能以3次項系數(shù)a相對于1次項系數(shù)c的比的絕對值| a/c |作為線性度指標，來判斷電壓-電流特性線性度是否良好。線性度指標a/c低于0.037[(kV/cm)—2]時， 優(yōu)選為0.030[(kV/cm)—2]以下時，更優(yōu)選為0.028[(kV/cm)—2]以下時，可以將測定電壓-電流特性的半導體基板判定為優(yōu)良品。(實施例)下面，使用實施例說明半導體基板的判定方法。本實施例中，使用圖4所示的半導體基板400，判定電壓-電流特性線性度是否良好。作為基底基板402使用了高電阻的半絕緣性GaAs單晶基板。通過前述的MOCV D法，在基底基板402上依次外延生長緩沖層404、 緩沖層406、載流子供給半導體408、間隔層410、遷移率降低半導體412、化合物半導體414、 遷移率降低半導體416、間隔層418、載流子供給半導體420以及勢壘形成半導體430，準備了半導體基板400。上述各層的組分、膜厚以及雜質(zhì)濃度示于表1。遷移率降低半導體412以及遷移率降低半導體416中的N型雜質(zhì)的雜質(zhì)濃度變化為無摻雜、1. 0 X 1017、5. 0 X 1017、1. 0 X 1018、 2. 6X 1018、4. 4X 1018、6. OX IOw (cm—3)，制作了 7種半導體基板400。對各自的半導體基板 400施加電壓時測定所流通的電流，判定電壓-電流特性線性度是否良好。表1
權(quán)利要求
1.一種半導體基板，具備化合物半導體，其生成二維載流子氣體； 載流子供給半導體，其對所述化合物半導體供給載流子；以及遷移率降低半導體，其配置于所述化合物半導體與所述載流子供給半導體之間，且具有使所述載流子的遷移率小于所述化合物半導體中的所述載流子的遷移率的遷移率降低因素。
2.如權(quán)利要求1所述的半導體基板，其中，在所述遷移率降低半導體的內(nèi)部中，處于激發(fā)態(tài)的載流子的存在概率高于處于基態(tài)的載流子的存在概率。
3.如權(quán)利要求2所述的半導體基板，其中， 所述激發(fā)態(tài)是載流子處于第1受激能級的狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的半導體基板，其中，在將對所述化合物半導體上的不同的2點間施加電壓時在所述化合物半導體流通的電流y，用以對應(yīng)所述電壓、且在-1.5[kV/cm]以上、+1. 5[kV/cm]以下的范圍內(nèi)變化的電場強度χ作為變量的近似多項式y(tǒng) = ax3+bx2+cx來進行表示時，所述近似多項式中的3次項系數(shù)a相對于1次項系數(shù)c的比的絕對值a/c為低于0.037[(kV/cm)_2]。
5.如權(quán)利要求1所述的半導體基板，其中，所述遷移率降低因素為雜質(zhì)、晶體缺陷、低遷移率材料或能帶勢壘材料。
6.如權(quán)利要求5所述的半導體基板，其中， 所述載流子為電子，所述雜質(zhì)為施主雜質(zhì)。
7.如權(quán)利要求5所述的半導體基板，其中， 所述載流子為空穴，所述雜質(zhì)為受主雜質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的半導體基板，其中， 所述載流子供給半導體為N型AWaAs， 所述遷移率降低半導體為非P型GaAs， 所述化合物半導體為InGaAs。
9.如權(quán)利要求8所述的半導體基板，其中，所述遷移率降低半導體為含3. 6X 1018[cm_3]以下的施主雜質(zhì)的N型GaAs。
10.如權(quán)利要求9所述的半導體基板，其中，所述施主雜質(zhì)為選自由Si、Se、Ge、Sn、Te以及S構(gòu)成的群中的至少一種的原子。
11.一種半導體基板的制造方法，具備形成生成二維載流子氣體的化合物半導體的步驟；在所述化合物半導體上形成遷移率降低半導體的步驟，其中該遷移率降低半導體具有使載流子的遷移率小于所述化合物半導體中的所述載流子的遷移率的遷移率降低因素；以及在所述遷移率降低半導體上形成對所述化合物半導體供給所述載流子的載流子供給半導體的步驟。
12.—種半導體基板的判定方法，包含準備半導體基板的步驟，其中，所述半導體基板包含化合物半導體，其生成二維載流子氣體；載流子供給半導體，其對所述化合物半導體供給載流子；以及遷移率降低半導體， 其配置于所述化合物半導體與所述載流子供給半導體之間，并具有使所述載流子的遷移率小于所述化合物半導體中的所述載流子的遷移率的遷移率降低因素； 在所述化合物半導體上配置一對歐姆電極的步驟； 對所述一對歐姆電極施加電壓，測定與所施加的電壓對應(yīng)的電流值的步驟； 將與所述電壓對應(yīng)的電流值1，按照與所述電壓對應(yīng)的電場強度χ的近似多項式y(tǒng) = ax3+bx2+cx進行近似的步驟；以及判斷所述近似多項式中的3次項系數(shù)a相對于1次項系數(shù)c的比的絕對值|a/c|是否小于預定的值的步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的半導體基板的判定方法，其中，所述電場強度在-1.5[kV/cm]以上、+1.5[kV/cm]以下的范圍內(nèi)變化的情況下，在所述 3次項系數(shù)a相對于1次項系數(shù)c的比的絕對值|a/c|低于0. 037 [ (kV/cm)—2]時，將所述半導體基板判定為優(yōu)良品。
14.一種電子器件，具備化合物半導體，其生成二維載流子氣體且具有使所述二維載流子氣體流通的溝道； 載流子供給半導體，其對所述化合物半導體供給載流子；遷移率降低半導體，其配置于所述化合物半導體與所述載流子供給半導體之間，且具有使所述載流子的遷移率小于所述化合物半導體中的所述載流子的遷移率的遷移率降低因素；隔著所述溝道而相互耦合的一對歐姆電極；以及控制所述一對歐姆電極間的阻抗的控制電極。
全文摘要
提供改善了電壓-電流特性線性度的高性能化合物半導體外延基板、其制造方法及其判定方法。提供一種半導體基板，具備生成二維載流子氣體的化合物半導體；對該化合物半導體供給載流子的載流子供給半導體；以及遷移率降低半導體，其配置于該化合物半導體與該載流子供給半導體之間，并具有使載流子的遷移率小于該化合物半導體中的載流子的遷移率的遷移率降低因素。
文檔編號H01L21/338GK102369594SQ20108001437
公開日2012年3月7日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月6日
發(fā)明者中野強 申請人:住友化學株式會社