JPH09107093A - GsAs基板上の低雑音電力用AlGaPSb/GaInAsHEMTおよび疑似形態HEMT - Google Patents
GsAs基板上の低雑音電力用AlGaPSb/GaInAsHEMTおよび疑似形態HEMTInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明はワイドギャップ半導体材料を使用し
て低雑音で高電力特性の電界効果トランジスタのエピタ
キシャル構造を得ることを目的とする。 【解決手段】 半導体基板12上に第1のナロウギャップ
半導体材料のチャネル層16を形成し、チャネル層16上の
バリア層22を形成し、このバリア層22をワイドギャップ
半導体材料であるAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zで
構成したことを特徴とする。第1のナロウギャップ半導
体材料としてはGax In1-x Asが使用される。チャ
ネル層と半導体基板の間にはGaAsまたはAl1-y G
ay P0.71 +zSb0.29-zのバッファ層14が形成され、バ
リア層とチャネル層の間にドナ−層20とスペ−サ−層18
が設けられ、またバリア層22上にはキャップ層24が設け
られることができる。
て低雑音で高電力特性の電界効果トランジスタのエピタ
キシャル構造を得ることを目的とする。 【解決手段】 半導体基板12上に第1のナロウギャップ
半導体材料のチャネル層16を形成し、チャネル層16上の
バリア層22を形成し、このバリア層22をワイドギャップ
半導体材料であるAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zで
構成したことを特徴とする。第1のナロウギャップ半導
体材料としてはGax In1-x Asが使用される。チャ
ネル層と半導体基板の間にはGaAsまたはAl1-y G
ay P0.71 +zSb0.29-zのバッファ層14が形成され、バ
リア層とチャネル層の間にドナ−層20とスペ−サ−層18
が設けられ、またバリア層22上にはキャップ層24が設け
られることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタのエピタキシャル構造およびその製造方法に関す
る。特に本発明では、変調ド−プされた電界効果トラン
ジスタ(MODFET)あるいは格子が整合し疑似形態
高電子移動度トランジスタ(HEMTあるいはpHEM
T)のための新しい材料系とエピタキシャル構造に関連
している。
スタのエピタキシャル構造およびその製造方法に関す
る。特に本発明では、変調ド−プされた電界効果トラン
ジスタ(MODFET)あるいは格子が整合し疑似形態
高電子移動度トランジスタ(HEMTあるいはpHEM
T)のための新しい材料系とエピタキシャル構造に関連
している。
【0002】
【従来の技術】MODFETは電子移動度は不純物散乱
により限定されないので、アンド−プなチャネル層に電
子流を生成させるように設計された電界効果半導体トラ
ンジスタである。MODFETは衛星受信機や送信機、
マイクロ波およびミリメートル波のシステムにおいて作
動する改良型レ−ダや光ファイバならびに固体電力増幅
器、低雑音増幅器、のような様々な電子装置に用いられ
ている。
により限定されないので、アンド−プなチャネル層に電
子流を生成させるように設計された電界効果半導体トラ
ンジスタである。MODFETは衛星受信機や送信機、
マイクロ波およびミリメートル波のシステムにおいて作
動する改良型レ−ダや光ファイバならびに固体電力増幅
器、低雑音増幅器、のような様々な電子装置に用いられ
ている。
【0003】従来のMODFETは、GaAs基板とこ
の基板上に形成されるバッファ層、チャネル層、スペ−
サ−層、ドナ−層、バリア層(ショットキ−層として知
られている)、キャップ層を含む。バリア層はドナ−層
およびショットキ−バリア層として機能するためにド−
プされてもよい。スペ−サ−、ドナ−、バリア層は一般
的にアルミニウムガリウムヒ化物(AlGaAs)のよ
うなワイドバンドギャップ半導体材料で構成される。チ
ャネルおよびキャップ層はガリウムヒ化物(GaAs)
もしくはガリウムインジウムヒ化物(GaInAs)の
ようなナロウバンドギャップ半導体材料で構成される。
の基板上に形成されるバッファ層、チャネル層、スペ−
サ−層、ドナ−層、バリア層(ショットキ−層として知
られている)、キャップ層を含む。バリア層はドナ−層
およびショットキ−バリア層として機能するためにド−
プされてもよい。スペ−サ−、ドナ−、バリア層は一般
的にアルミニウムガリウムヒ化物(AlGaAs)のよ
うなワイドバンドギャップ半導体材料で構成される。チ
ャネルおよびキャップ層はガリウムヒ化物(GaAs)
もしくはガリウムインジウムヒ化物(GaInAs)の
ようなナロウバンドギャップ半導体材料で構成される。
【0004】格子整合している高電子移動度トランジス
タ(HEMT)はMODFET型であり、ワイドギャッ
プ半導体材料と格子整合しているナロウギャップ半導体
材料を有している。疑似形態高電子移動度トランジスタ
(pHEMT)は別の形式のMODFET型であり、こ
の場合ナロウギャップ半導体材料とワイドギャップ半導
体材料の格子が整合していない。例えば、材料系Ala
Ga1-a As/GaxIn1-x Asに基いた従来のpH
EMTは、チャネル層ではx=0.2でドナ−層ではa
=0.3を代表的に用いている。
タ(HEMT)はMODFET型であり、ワイドギャッ
プ半導体材料と格子整合しているナロウギャップ半導体
材料を有している。疑似形態高電子移動度トランジスタ
(pHEMT)は別の形式のMODFET型であり、こ
の場合ナロウギャップ半導体材料とワイドギャップ半導
体材料の格子が整合していない。例えば、材料系Ala
Ga1-a As/GaxIn1-x Asに基いた従来のpH
EMTは、チャネル層ではx=0.2でドナ−層ではa
=0.3を代表的に用いている。
【0005】これらの装置では、ワイドギャップの半導
体ドナ−層とナロウギャップの半導体チャネル層の間の
エネルギーギャップの不連続性により電子はチャネル層
に残っているが、ドナ−原子からの静電吸引によりヘテ
ロ接合に近接している。従って電子移動度は不純物散乱
により制限されないので、電子の伝導がアンド−プなチ
ャネル層において生じる。
体ドナ−層とナロウギャップの半導体チャネル層の間の
エネルギーギャップの不連続性により電子はチャネル層
に残っているが、ドナ−原子からの静電吸引によりヘテ
ロ接合に近接している。従って電子移動度は不純物散乱
により制限されないので、電子の伝導がアンド−プなチ
ャネル層において生じる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】製造業者は高電流伝送
容量になるような大きいシート電荷密度のチャネル層を
有するHEMT装置を開発しようと試みている。ドナ−
層とチャネル層の間の伝導帯不連続性(ΔEc)が増し
ていくと材料系Ala Ga1-a As/Gax In1-x A
sに基いた従来のpHEMTのチャネル層のシ−ト電荷
密度が増えていく。しかし、Alの割合を増やしていく
と装置の信頼性と妥協することになる。加えて、Alの
割合の高いAlGaAsは化学的に不安定である。
容量になるような大きいシート電荷密度のチャネル層を
有するHEMT装置を開発しようと試みている。ドナ−
層とチャネル層の間の伝導帯不連続性(ΔEc)が増し
ていくと材料系Ala Ga1-a As/Gax In1-x A
sに基いた従来のpHEMTのチャネル層のシ−ト電荷
密度が増えていく。しかし、Alの割合を増やしていく
と装置の信頼性と妥協することになる。加えて、Alの
割合の高いAlGaAsは化学的に不安定である。
【0007】なお電力用トランジスタの応用では、チャ
ネル層からバリア層へのホールの注入を減少させること
が望ましい。従ってゲ−ト・ドレイン降服電圧を増加
し、ゲ−ト電流を減小させることが望ましい。チャネル
層とバリア層の間の高い電子帯不連続性(ΔEv)はバ
リア層中へのホールの注入を減少させる。従来の装置は
高いゲ−ト・ドレイン降服電圧を得るため二重ゲート凹
部構造を用いている。しかし、二重ゲ−ト凹部の構成
は、製造過程が増えていくので複雑性を増し装置を製造
するためのコストがかかる。
ネル層からバリア層へのホールの注入を減少させること
が望ましい。従ってゲ−ト・ドレイン降服電圧を増加
し、ゲ−ト電流を減小させることが望ましい。チャネル
層とバリア層の間の高い電子帯不連続性(ΔEv)はバ
リア層中へのホールの注入を減少させる。従来の装置は
高いゲ−ト・ドレイン降服電圧を得るため二重ゲート凹
部構造を用いている。しかし、二重ゲ−ト凹部の構成
は、製造過程が増えていくので複雑性を増し装置を製造
するためのコストがかかる。
【0008】Gax In1-x Asのチャネル層中でのI
nの比率を増加することによってpHEMTの性能を改
善する。しかし、チャネル層に加えられたInの量に限
界があり、Inの増加割合はチャネル層で格子の歪みを
生成する。チャネル層で格子の歪みの生成は補償される
ことができるが、AlGaAsは根本的にGaAs基板
に格子整合しているのでAlGaAsを歪み補償に用い
ることは困難である。さらに高比抵抗でワイドバンドギ
ャップの材料はHEMTあるいはpHEMTのピンチオ
フ特性を改善するために望ましい。
nの比率を増加することによってpHEMTの性能を改
善する。しかし、チャネル層に加えられたInの量に限
界があり、Inの増加割合はチャネル層で格子の歪みを
生成する。チャネル層で格子の歪みの生成は補償される
ことができるが、AlGaAsは根本的にGaAs基板
に格子整合しているのでAlGaAsを歪み補償に用い
ることは困難である。さらに高比抵抗でワイドバンドギ
ャップの材料はHEMTあるいはpHEMTのピンチオ
フ特性を改善するために望ましい。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明はバリア層にAl
1-y Gay P0.71+zSb0.29-zを使用した電界効果トラ
ンジスタのエピタキシャル構造と材料系を提供し、それ
によって低雑音と電力特性の両方を提供している。
1-y Gay P0.71+zSb0.29-zを使用した電界効果トラ
ンジスタのエピタキシャル構造と材料系を提供し、それ
によって低雑音と電力特性の両方を提供している。
【0010】本発明の好ましい実施形態に従って、新し
い材料系によってアンド−プでナロウギャップであるG
aInAs半導体のチャネル層と、ド−プされたワイド
ギャップAla Ga1-a AsあるいはAl1-y Gay P
0.71+zSb0.29-z半導体のドナ−層と、アンド−プのA
l1-y Gay P0.71+zSb0.29-z半導体のバリア層と、
GaAs基板から成る半導体基板上の電界効果トランジ
スタが得られる。あるいはド−プされたAl1-y Gay
P0.71+zSb0.29-z半導体でもよいバリア層はショット
キ−層とドナ−層として作用する。好ましいエピタキシ
ャル構造はバリア層とドナ−層を含み、さらにチャネル
層とドナ−層の間にあるアンド−プでワイドギャップで
あるAla Ga1-a AsあるいはAl1-y Gay P
0.71+zSb0. 29-z半導体のスペ−サ−層と、基板とチャ
ネル層の間にあるアンド−プのGaAsあるいはAl
1-y Gay P0.71+zSb0.29-z半導体のバッファ層と、
GaAsを含む半導体ナロウギャップから成るキャップ
層とを含む。
い材料系によってアンド−プでナロウギャップであるG
aInAs半導体のチャネル層と、ド−プされたワイド
ギャップAla Ga1-a AsあるいはAl1-y Gay P
0.71+zSb0.29-z半導体のドナ−層と、アンド−プのA
l1-y Gay P0.71+zSb0.29-z半導体のバリア層と、
GaAs基板から成る半導体基板上の電界効果トランジ
スタが得られる。あるいはド−プされたAl1-y Gay
P0.71+zSb0.29-z半導体でもよいバリア層はショット
キ−層とドナ−層として作用する。好ましいエピタキシ
ャル構造はバリア層とドナ−層を含み、さらにチャネル
層とドナ−層の間にあるアンド−プでワイドギャップで
あるAla Ga1-a AsあるいはAl1-y Gay P
0.71+zSb0. 29-z半導体のスペ−サ−層と、基板とチャ
ネル層の間にあるアンド−プのGaAsあるいはAl
1-y Gay P0.71+zSb0.29-z半導体のバッファ層と、
GaAsを含む半導体ナロウギャップから成るキャップ
層とを含む。
【0011】本発明は電界効果トランジスタの材料系を
構成する新しい製造方法を含む。その方法は、基板の上
にチャネル層を形成し、チャネル層はアンド−プでナロ
ウギャップであるGaInAs半導体材料から成り、ド
−プされたAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-z半導体の
バリア層を形成する工程を含む。好ましいのは、ドナ−
層がバリア層とチャネル層の間に形成され、ドナ−層は
ド−プされたAla Ga1-a AsあるいはAl1-y Ga
y P0.71+zSb0.29-z半導体材料から成り、バリア層は
アンド−プのままである。さらに次の工程としてドナ−
層とバリア層を含む材料系のドナ−層あるいはドナ−層
を含まない材料系のバリア層のド−プ剤を提供すること
を含む。もっとも好ましい方法の工程としては、チャネ
ル層と基板の間にバッファ層を形成し、このバッファ層
はアンド−プでGaAsあるいはAl1-y Gay P
0.71+zSb0.29-z半導体材料から成り、チャネル層とド
ナ−層の間にスペ−サ−層を形成し、スペ−サ−層はア
ンド−プでAla Ga1-a AsあるいはAl1-y Gay
P0.71+zSb0.29-z半導体材料から成り、さらにGaA
sを含むナロウギャップ半導体から成るキャップ層を形
成する。
構成する新しい製造方法を含む。その方法は、基板の上
にチャネル層を形成し、チャネル層はアンド−プでナロ
ウギャップであるGaInAs半導体材料から成り、ド
−プされたAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-z半導体の
バリア層を形成する工程を含む。好ましいのは、ドナ−
層がバリア層とチャネル層の間に形成され、ドナ−層は
ド−プされたAla Ga1-a AsあるいはAl1-y Ga
y P0.71+zSb0.29-z半導体材料から成り、バリア層は
アンド−プのままである。さらに次の工程としてドナ−
層とバリア層を含む材料系のドナ−層あるいはドナ−層
を含まない材料系のバリア層のド−プ剤を提供すること
を含む。もっとも好ましい方法の工程としては、チャネ
ル層と基板の間にバッファ層を形成し、このバッファ層
はアンド−プでGaAsあるいはAl1-y Gay P
0.71+zSb0.29-z半導体材料から成り、チャネル層とド
ナ−層の間にスペ−サ−層を形成し、スペ−サ−層はア
ンド−プでAla Ga1-a AsあるいはAl1-y Gay
P0.71+zSb0.29-z半導体材料から成り、さらにGaA
sを含むナロウギャップ半導体から成るキャップ層を形
成する。
【0012】本発明ではさらにAl1-y Gay P0.71+z
Sb0.29-zから成るバッファ層を有する材料系を含む。
この構造はGaAs基板の上の従来のAlGaAs/G
aInAsのHEMTあるいはpHEMTの装置の改良
された低雑音および電力特性を提供する。
Sb0.29-zから成るバッファ層を有する材料系を含む。
この構造はGaAs基板の上の従来のAlGaAs/G
aInAsのHEMTあるいはpHEMTの装置の改良
された低雑音および電力特性を提供する。
【0013】AlP0.71+ySb0.29-yは従来のAlGa
As/GaInAsの装置と比較してより大きいΔEc
を有するので、本発明のチャネル層はより大きいシート
電荷密度有し、その結果電界効果トランジスタはより高
い電流伝送容量を有する。加えて、より大きいΔEcは
より高い相互コンダクタンスを提供し、それによって同
じゲート長のAlGaAs/GaInAsHEMTと比
較してより高い遮断周波数が得られる。トランジスタに
低い雑音指数を与える。
As/GaInAsの装置と比較してより大きいΔEc
を有するので、本発明のチャネル層はより大きいシート
電荷密度有し、その結果電界効果トランジスタはより高
い電流伝送容量を有する。加えて、より大きいΔEcは
より高い相互コンダクタンスを提供し、それによって同
じゲート長のAlGaAs/GaInAsHEMTと比
較してより高い遮断周波数が得られる。トランジスタに
低い雑音指数を与える。
【0014】AlP0.71+ySb0.29-yは従来のAlGa
As/GaInAs材料系に比較して大きいΔEvを有
するので、本発明による材料系を含む電界効果トランジ
スタはチャネル層からバリア層へのホールの注入が非常
に少なく、それゆえより低いゲート電流を有する。さら
にAlP0.71+zSb0.29-zより成るワイドバンドギャッ
プ材料は電界効果トランジスタの相互コンダクタンスと
ピンチオフ電圧をより良好かつ均一に制御するためにウ
ェ−ハを横切り有効なエッチング停止層として機能する
利点を伴っている。さらに、ワイドバンドギャップはA
lP0.71+zSb0.29-z材料が高比抵抗バッファ層として
機能することを可能にする。
As/GaInAs材料系に比較して大きいΔEvを有
するので、本発明による材料系を含む電界効果トランジ
スタはチャネル層からバリア層へのホールの注入が非常
に少なく、それゆえより低いゲート電流を有する。さら
にAlP0.71+zSb0.29-zより成るワイドバンドギャッ
プ材料は電界効果トランジスタの相互コンダクタンスと
ピンチオフ電圧をより良好かつ均一に制御するためにウ
ェ−ハを横切り有効なエッチング停止層として機能する
利点を伴っている。さらに、ワイドバンドギャップはA
lP0.71+zSb0.29-z材料が高比抵抗バッファ層として
機能することを可能にする。
【0015】本発明によるエピタキシャル構造は歪み補
償によって改良された柔軟な構造を提供している。チャ
ネル層にさらにインジウムを加え、同時にAlGaPS
bバリア層にさらにリンを加えて疑似形態構造の成長の
ための条件を満足させ、電荷伝送や絶縁破壊や漏洩特性
を改良することができる。さらにAlGaPSbは装置
の動作する温度で大気にさらされる場合分解せず化学的
に安定な材料である。加えてAlP0.71+ySb0.29-y材
料はAlの割合の高いAlGaAsよりDXセンタ−が
少ないことが期待される。
償によって改良された柔軟な構造を提供している。チャ
ネル層にさらにインジウムを加え、同時にAlGaPS
bバリア層にさらにリンを加えて疑似形態構造の成長の
ための条件を満足させ、電荷伝送や絶縁破壊や漏洩特性
を改良することができる。さらにAlGaPSbは装置
の動作する温度で大気にさらされる場合分解せず化学的
に安定な材料である。加えてAlP0.71+ySb0.29-y材
料はAlの割合の高いAlGaAsよりDXセンタ−が
少ないことが期待される。
【0016】本発明自体は、目的および付随する効果と
共に添付図面と関連した次以下の詳細な説明を参照する
ことによって十分に理解されるであろう。
共に添付図面と関連した次以下の詳細な説明を参照する
ことによって十分に理解されるであろう。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明はより信頼できる材料系と
エピタキシャル構造であり、高周波で低雑音と電力用の
HEMTあるいはpHEMTである。図1で示されるよ
うに本発明による電界効果トランジスタのエピタキシャ
ル構造10は半導体基板12、バッファ層14、GaInAs
から成るチャネル層16、スペ−サ−層18、ドナ−層20、
アルミニウムガリウムリンアンチモン(Al1-y Gay
P0.71+zSb0.29-zあるいはAlGaPSb)から成る
バリア層22、キャップ層24を含む。
エピタキシャル構造であり、高周波で低雑音と電力用の
HEMTあるいはpHEMTである。図1で示されるよ
うに本発明による電界効果トランジスタのエピタキシャ
ル構造10は半導体基板12、バッファ層14、GaInAs
から成るチャネル層16、スペ−サ−層18、ドナ−層20、
アルミニウムガリウムリンアンチモン(Al1-y Gay
P0.71+zSb0.29-zあるいはAlGaPSb)から成る
バリア層22、キャップ層24を含む。
【0018】半導体基板12は半導体材料を含む基板ある
いは支持層を含む。例えば半導体基板12はGaAsから
成る支持層あるいはGaAsを含む基板である。
いは支持層を含む。例えば半導体基板12はGaAsから
成る支持層あるいはGaAsを含む基板である。
【0019】バッファ層 14 はチャネル層が半導体基板
12の表面の不適当な転位を受けないように制限するのに
適しているあらゆる半導体材料をも含む。例えば、バッ
ファ層は本質的にGaAsとAl1-y Gay P0.71+zS
b0.29-zから成る群から選択された材料を含む。好まし
いバッファ層14はAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zを
含む。
12の表面の不適当な転位を受けないように制限するのに
適しているあらゆる半導体材料をも含む。例えば、バッ
ファ層は本質的にGaAsとAl1-y Gay P0.71+zS
b0.29-zから成る群から選択された材料を含む。好まし
いバッファ層14はAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zを
含む。
【0020】チャネル層16は式Ga1-x Inx Asで表
されたモル比のガリウムインジウムヒ化物を含む。xの
好ましい数値は0から0.5の間の任意の数値であ
る。。xのさらに好ましい数値は0.15から0.35
の範囲の任意の数値である。
されたモル比のガリウムインジウムヒ化物を含む。xの
好ましい数値は0から0.5の間の任意の数値であ
る。。xのさらに好ましい数値は0.15から0.35
の範囲の任意の数値である。
【0021】スペ−サ−層18とドナ−層20はMODFE
Tのスペ−サ−層に適している任意のワイドギャップ半
導体材料を含む。例えばスペ−サ−層18はAla Ga
1-a AsとAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zを本質的
に含む群である。さらに好ましい材料はAl1-y Gay
P0.71+zSb0.29-zである。
Tのスペ−サ−層に適している任意のワイドギャップ半
導体材料を含む。例えばスペ−サ−層18はAla Ga
1-a AsとAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zを本質的
に含む群である。さらに好ましい材料はAl1-y Gay
P0.71+zSb0.29-zである。
【0022】式Ala Ga1-a Asの好ましい数値は
0.1から0.5の任意の数でよい。xのさらに好まし
い数値は0.15から0.35のいずれの数である。式
Al1- y Gay P0.71+zSb0.29-zの好ましいyの数値
は0から0.3の任意の数値でもよい。yのさらに好ま
しい数値は0から0.1の任意の数値である。yの最も
好ましい数値は0である。式Al1-y Gay P0.71+zS
b0.29-zでのzの好ましい数値は−0.21から0.2
9の任意の数値である。zのさらに好ましい数値は−
0.1から0.1の任意の数値である。
0.1から0.5の任意の数でよい。xのさらに好まし
い数値は0.15から0.35のいずれの数である。式
Al1- y Gay P0.71+zSb0.29-zの好ましいyの数値
は0から0.3の任意の数値でもよい。yのさらに好ま
しい数値は0から0.1の任意の数値である。yの最も
好ましい数値は0である。式Al1-y Gay P0.71+zS
b0.29-zでのzの好ましい数値は−0.21から0.2
9の任意の数値である。zのさらに好ましい数値は−
0.1から0.1の任意の数値である。
【0023】本発明の好ましい実施形態は全てがAl
1-y Gay P0.71+zSb0.29-zで構成されたバッファ層
14、スペ−サ−層18、ドナ−層20、バリア層22を含む図
1に示されるようなエピタキシャル構造である。
1-y Gay P0.71+zSb0.29-zで構成されたバッファ層
14、スペ−サ−層18、ドナ−層20、バリア層22を含む図
1に示されるようなエピタキシャル構造である。
【0024】従来のMODFETでは、図1に示される
ようなエピタキシャル構造10はバリア層22をショットキ
−層とドナ−層の両方として用いている。それゆえドナ
−層20なしですませている。この実施形態において、バ
リア層22はさらにド−プ剤を含む。このド−プ剤はAl
1-y Gay P0.71+zSb0.29-zのN型ド−プ剤である。
例えば、ド−プ剤は周期表からテルル(Te)およびV
I族の半導体元素を本質的に含む族から選択された元素
である。すなわち、ド−プ剤はTe、シリコン(S
i),ゲルマニウム(Ge),すず(Sn)から成る群
から選択された元素である。好ましいド−プ剤はTeと
Siである。
ようなエピタキシャル構造10はバリア層22をショットキ
−層とドナ−層の両方として用いている。それゆえドナ
−層20なしですませている。この実施形態において、バ
リア層22はさらにド−プ剤を含む。このド−プ剤はAl
1-y Gay P0.71+zSb0.29-zのN型ド−プ剤である。
例えば、ド−プ剤は周期表からテルル(Te)およびV
I族の半導体元素を本質的に含む族から選択された元素
である。すなわち、ド−プ剤はTe、シリコン(S
i),ゲルマニウム(Ge),すず(Sn)から成る群
から選択された元素である。好ましいド−プ剤はTeと
Siである。
【0025】本発明の好ましい実施形態はバリア層22と
ドナ−層20の両方を含む。エピタキシャル構造10はドナ
−層20と共にバリア層22を含み、ドナ−層はド−プされ
ているがバリア層はド−プされていない。ド−プ剤はA
la Ga1-a AsとAl1-yGay P0.71+zSb0.29-z
のN型ド−プ剤である。例えば、ド−プ剤は周期表から
テルル(Te)およびVI族の半導体元素を本質的に含
む群から選択された元素である。したがって、ド−プ剤
はTe、Si,Ge,Snから成る群から選択された元
素である。好ましいド−プ剤はTeとSiである。
ドナ−層20の両方を含む。エピタキシャル構造10はドナ
−層20と共にバリア層22を含み、ドナ−層はド−プされ
ているがバリア層はド−プされていない。ド−プ剤はA
la Ga1-a AsとAl1-yGay P0.71+zSb0.29-z
のN型ド−プ剤である。例えば、ド−プ剤は周期表から
テルル(Te)およびVI族の半導体元素を本質的に含
む群から選択された元素である。したがって、ド−プ剤
はTe、Si,Ge,Snから成る群から選択された元
素である。好ましいド−プ剤はTeとSiである。
【0026】キャップ層24は電界効果トランジスタのソ
ースとドレインのオ−ムコンタクトを容易にするのに適
しているナロウギャップ材料を含んでもよい。例えば、
キャップ層24はGaAsから構成される。キャップ層24
はド−プあるいはアンド−プである。好ましいキャップ
層はド−プ剤でド−プされている。好ましいド−プ剤は
キャップ層24のナロウギャップ半導体材料のド−プに適
しているN型ド−プ剤である。例えばド−プ剤はTeと
Siである。
ースとドレインのオ−ムコンタクトを容易にするのに適
しているナロウギャップ材料を含んでもよい。例えば、
キャップ層24はGaAsから構成される。キャップ層24
はド−プあるいはアンド−プである。好ましいキャップ
層はド−プ剤でド−プされている。好ましいド−プ剤は
キャップ層24のナロウギャップ半導体材料のド−プに適
しているN型ド−プ剤である。例えばド−プ剤はTeと
Siである。
【0027】Al1-y Gay P0.71+zSb0.29-zを含む
エピタキシャル層の成長はリンとアンチモンの原料を供
給するエピタキシャル成長技術により達成される。例え
ば、バリア層は固体原料であるアンチモンで装備された
PH3 の気体原料から成長する。あるいは、バリア層22
はAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zに似たAlGaS
b/AlPの超格子から成長させることもできる。望ま
しい材料がAlP0.71 +zSb0.29-zである場合、バリア
層22はAlP0.71+zSb0.29-zのエピタキシャル層に似
た超格子AlP/AlGaSbから成長させることがで
きる。
エピタキシャル層の成長はリンとアンチモンの原料を供
給するエピタキシャル成長技術により達成される。例え
ば、バリア層は固体原料であるアンチモンで装備された
PH3 の気体原料から成長する。あるいは、バリア層22
はAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zに似たAlGaS
b/AlPの超格子から成長させることもできる。望ま
しい材料がAlP0.71 +zSb0.29-zである場合、バリア
層22はAlP0.71+zSb0.29-zのエピタキシャル層に似
た超格子AlP/AlGaSbから成長させることがで
きる。
【0028】例えば、バリア層22は超格子成長法に従っ
て成長するAlP0.71+zSb0.29-zを含み、約30オン
グストロ−ムの周期および適切なデュ−ティサイクルの
超格子すなわち約21.3オングストロ−ムAlPと約
8.7オングストロ−ムAlSbを含む。バリア層はA
lP0.71Sb0.29の電子特性に類似している。好ましく
はAlP/AlSb超格子は約15オングストロ−ムか
ら約50オングストロ−ムの間の周期の範囲を有する。
て成長するAlP0.71+zSb0.29-zを含み、約30オン
グストロ−ムの周期および適切なデュ−ティサイクルの
超格子すなわち約21.3オングストロ−ムAlPと約
8.7オングストロ−ムAlSbを含む。バリア層はA
lP0.71Sb0.29の電子特性に類似している。好ましく
はAlP/AlSb超格子は約15オングストロ−ムか
ら約50オングストロ−ムの間の周期の範囲を有する。
【0029】エピタキシャル層成長のさらに好ましい方
法は気体原料であるリン酸塩(PH3 )と固体原料であ
るアンチモンからAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zの
成長である。リン酸塩ガス流はマスフロ−制御装置によ
り制御される。約800℃の熱分解装置は層の前部の成
長に組み入れる前に(主に)リン酸塩ガスを分解する。
アンチモンに関しては、確実な取り組み方としては熱処
理方法(流出するセルにおいて)でアンチモンの四量体
と二量体を生成し、同様にしてヒ素はさらに従来の固体
原料を使用するMBE成長チャンバ−で生成する。高純
度のアンチモン化合物(GaSbとAlSb)は熱分解
装置があるなしにかかわらず世界中に達成されている。
しかもヒ素とは異なり、アンチモンの流れは非常に急速
に遮断される。したがってに高品質で階段状の境界面が
成長する。
法は気体原料であるリン酸塩(PH3 )と固体原料であ
るアンチモンからAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zの
成長である。リン酸塩ガス流はマスフロ−制御装置によ
り制御される。約800℃の熱分解装置は層の前部の成
長に組み入れる前に(主に)リン酸塩ガスを分解する。
アンチモンに関しては、確実な取り組み方としては熱処
理方法(流出するセルにおいて)でアンチモンの四量体
と二量体を生成し、同様にしてヒ素はさらに従来の固体
原料を使用するMBE成長チャンバ−で生成する。高純
度のアンチモン化合物(GaSbとAlSb)は熱分解
装置があるなしにかかわらず世界中に達成されている。
しかもヒ素とは異なり、アンチモンの流れは非常に急速
に遮断される。したがってに高品質で階段状の境界面が
成長する。
【0030】従来のエピタキシャル成長過程は本発明の
エピタキシャル構造10を構成するのに用いられる。好ま
しいプロセスは気体原料の分子ビ−ムエピタキシ(GS
MBE)、化学ビームエピタキシ(CBE)、有機金属
化学気相沈着(MOCVD)、有機金属化学気相エピタ
キシ(MOVPE)として知られている後者の過程を含
む。最も好ましい過程は、GSMBEとCBEである。
エピタキシャル構造10を構成するのに用いられる。好ま
しいプロセスは気体原料の分子ビ−ムエピタキシ(GS
MBE)、化学ビームエピタキシ(CBE)、有機金属
化学気相沈着(MOCVD)、有機金属化学気相エピタ
キシ(MOVPE)として知られている後者の過程を含
む。最も好ましい過程は、GSMBEとCBEである。
【0031】本発明のエピタキシャル構造は歪み補償に
よって改良された柔軟な構造を提供している。さらにイ
ンジウムをチャネル層に加えると同時にさらにリンを本
発明に従ってエピタキシャル構造のバリア層であるAl
GaPSbに加えることができる。チャネル層は二軸圧
縮応力であり、バリア層は二軸伸張応力である。したが
って電荷伝送や絶縁破壊や漏洩を改良することが可能
で、疑似形態構造のさらに良い必要条件を満足にするこ
とができる。このような方式はAlGaAs/GaIn
AsのpHEMTの装置では得られない。加えてAlG
aPSbは装置の操作する温度が大気にさらされる場合
分解しない化学的に安定な材料である。一般的に装置の
動作する温度は250℃以下である。加えてAlP
0.71+ySb0.29 -yの材料はAlの割合の高いAlGaA
sよりはるかに少ないDXセンタ−を有することが期待
される。
よって改良された柔軟な構造を提供している。さらにイ
ンジウムをチャネル層に加えると同時にさらにリンを本
発明に従ってエピタキシャル構造のバリア層であるAl
GaPSbに加えることができる。チャネル層は二軸圧
縮応力であり、バリア層は二軸伸張応力である。したが
って電荷伝送や絶縁破壊や漏洩を改良することが可能
で、疑似形態構造のさらに良い必要条件を満足にするこ
とができる。このような方式はAlGaAs/GaIn
AsのpHEMTの装置では得られない。加えてAlG
aPSbは装置の操作する温度が大気にさらされる場合
分解しない化学的に安定な材料である。一般的に装置の
動作する温度は250℃以下である。加えてAlP
0.71+ySb0.29 -yの材料はAlの割合の高いAlGaA
sよりはるかに少ないDXセンタ−を有することが期待
される。
【0032】計算法はファンデルワ−ルモデルの固体の
手引き書である論理だった最初のバンド構造方法論に基
いて行われた。(参照:C.G.Van de Wal
le,”Band lineups and defo
rmation potentials in the
model−solid theory“,Phys
ics Review B,Vol.39,1871-1881,J
an 1989 )。その材料系はAlP0.71Sb0.29とGa
0.78In0.22Asである。(AlP0.71Sb0. 29はヴェ
ガ−ド法によりGa0.78In0.22Asと格子整合してい
る。)これらの計算に基いてI型の構成はAlP0.71S
b0.29とGa0.78In0.22Asとの間で期待される。
手引き書である論理だった最初のバンド構造方法論に基
いて行われた。(参照:C.G.Van de Wal
le,”Band lineups and defo
rmation potentials in the
model−solid theory“,Phys
ics Review B,Vol.39,1871-1881,J
an 1989 )。その材料系はAlP0.71Sb0.29とGa
0.78In0.22Asである。(AlP0.71Sb0. 29はヴェ
ガ−ド法によりGa0.78In0.22Asと格子整合してい
る。)これらの計算に基いてI型の構成はAlP0.71S
b0.29とGa0.78In0.22Asとの間で期待される。
【0033】図2は26で示すAlP0.71Sb0.29と28で
示すのGa0.78In0.22Asの間のバンド構成である。
図2に示されているように26の材料AlP0.39Sb0.61
は約2.20eVのバンドギャップを有し、一方、28の材
料Ga0.78In0.22Asは約1.20eVのバンドギャッ
プを有している。特に0.38eVである伝導帯不連続性
(ΔEc)と0.62eVである高価電子帯不連続性(Δ
Ev)がAlP0.71Sb0.29/In0.22Ga0.78As材
料系において予想される。
示すのGa0.78In0.22Asの間のバンド構成である。
図2に示されているように26の材料AlP0.39Sb0.61
は約2.20eVのバンドギャップを有し、一方、28の材
料Ga0.78In0.22Asは約1.20eVのバンドギャッ
プを有している。特に0.38eVである伝導帯不連続性
(ΔEc)と0.62eVである高価電子帯不連続性(Δ
Ev)がAlP0.71Sb0.29/In0.22Ga0.78As材
料系において予想される。
【0034】従来のAl0.3 Ga0.7 As/In0.22G
a0.78Asに対する0.33eVと比較してより大きい
0.38eVのΔEvは高電流伝送容量を生じるチャネル
層に存在する大きいシート電荷密度をもたらす。大きい
ΔEcにより相互コンダクタンスは高くなり、よって遮
断周波数は同じゲ−ト長でAlGaAs/GaInAs
のHEMTと比較して高くなる。これはトランジスタの
低雑音指数を生じる。
a0.78Asに対する0.33eVと比較してより大きい
0.38eVのΔEvは高電流伝送容量を生じるチャネル
層に存在する大きいシート電荷密度をもたらす。大きい
ΔEcにより相互コンダクタンスは高くなり、よって遮
断周波数は同じゲ−ト長でAlGaAs/GaInAs
のHEMTと比較して高くなる。これはトランジスタの
低雑音指数を生じる。
【0035】加えて従来のAl0.3 Ga0.7 As/In
0.22Ga0.78Asの材料系での0.27eVと比較してよ
り大きい0.62eVのΔEvはチャネル層16からバリア
層22へのより低いホ−ルの注入より低いゲ−ト電流にな
る。
0.22Ga0.78Asの材料系での0.27eVと比較してよ
り大きい0.62eVのΔEvはチャネル層16からバリア
層22へのより低いホ−ルの注入より低いゲ−ト電流にな
る。
【0036】さらにAlP0.71+zSb0.29-zの材料でワ
イドバンドギャップは有効なショットキ−バリアとして
機能することを示している。図1に示されるようなAl
P0. 71+zSb0.29-zのバリア層22はウェ−ハを横切る電
界効果トランジスタの相互コンダクタンスとピンチオフ
電圧をより一層良好に、均一に制御するために有効なエ
ッチング停止層として機能する。さらに、大きいバンド
ギャップはAlP0.71 +zSb0.29-zの材料が高比抵抗の
バッファ層として機能させる。
イドバンドギャップは有効なショットキ−バリアとして
機能することを示している。図1に示されるようなAl
P0. 71+zSb0.29-zのバリア層22はウェ−ハを横切る電
界効果トランジスタの相互コンダクタンスとピンチオフ
電圧をより一層良好に、均一に制御するために有効なエ
ッチング停止層として機能する。さらに、大きいバンド
ギャップはAlP0.71 +zSb0.29-zの材料が高比抵抗の
バッファ層として機能させる。
【0037】従って材料Al1-y Gay P0.71+zSb
0.29-zは、GaAs基板上の従来のAlGaAs/In
GaAsにまさるHEMTあるいはpHEMT装置の低
雑音で電力性能を改良するための優れた候補である。
0.29-zは、GaAs基板上の従来のAlGaAs/In
GaAsにまさるHEMTあるいはpHEMT装置の低
雑音で電力性能を改良するための優れた候補である。
【0038】当然上記のような好ましい実施形態に対し
て変化や変更の広範囲にわたって行われることを理解す
べきである。それ故前述の詳細な説明は本発明を限定す
るものではなく単なる例示であり、本発明の技術的範囲
は特価物を含めて特許請求の範囲によって定められるべ
きものである。
て変化や変更の広範囲にわたって行われることを理解す
べきである。それ故前述の詳細な説明は本発明を限定す
るものではなく単なる例示であり、本発明の技術的範囲
は特価物を含めて特許請求の範囲によって定められるべ
きものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施形態の電界効果トランジスタの
概略断面図
概略断面図
【図2】本発明の1実施形態の電界効果トランジスタの
禁止帯の概略図
禁止帯の概略図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 タキュー・リュー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91320、ニューベリー・パーク、フォック ス・スプリングス・サークル 1800 (72)発明者 チャン・ヌグイエン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91320、ニューベリー・パーク、ウエス ト・ヒルクレスト 2080
Claims (10)
- 【請求項1】 半導体基板上に第1のナロウギャップ半
導体材料を含むチャネル層を形成し、 チャネル層上のバリア層を形成し、 このバリア層はAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zから
なる第1のワイドギャップ半導体材料から構成されてい
ることを特徴とする電界効果トランジスタのエピタキシ
ャル構造。 - 【請求項2】 前記第1のナロウギャップ半導体材料は
Gax In1-x Asからなり、ここでxは0と0.5の
間の値である請求項1記載のエピタキシャル構造。 - 【請求項3】 チャネル層と半導体基板の間に位置する
半導体材料から構成されたバッファ層を備え、このバッ
ファ層の前記半導体材料は本質的にGaAsおよびAl
1-y Gay P0.71+zSb0.29-zからなるグループから選
択された化合物である請求項1記載のエピタキシャル構
造。 - 【請求項4】 さらに、バリア層とチャネル層の間に位
置するドナ−層を具備し、前記ドナ−層は第2のワイド
ギャップ半導体材料で構成され、前記第2のワイドギャ
ップ半導体材料は本質的にAla Ga1-a AsおよびA
l1-y GayP0.71+zSb0.29-zからなるグループから
選択された化合物である請求項1記載のエピタキシャル
構造。 - 【請求項5】 さらに、チャネル層とバリア層の間に位
置するスペ−サ−層を備え、前記スペ−サ−層は第3の
ワイドギャップ半導体材料で構成され、前記第3のワイ
ドギャップ半導体材料は本質的にAla Ga1-a Asお
よびAl1-yGay P0.71+zSb0.29-zからなるグルー
プから選択された化合物であり、 さらに、バリア層上にキャップ層を具備し、前記キャッ
プ層は第2のナロウギャップ半導体材料で構成され、前
記第2のナロウギャップ半導体材料はGaAsである請
求項1記載のエピタキシャル構造。 - 【請求項6】 前記半導体基板はGaAs基板で構成さ
れている請求項1記載のエピタキシャル構造。 - 【請求項7】 前記yは0乃至から0.3の値を有し、
zは−0.21から0.29の間の値を有する請求項
1,3,4,5のいずれか1項記載のエピタキシャル構
造。 - 【請求項8】 (a)半導体基板上に第1のナロウギャ
ップ半導体材料を含むチャネル層を形成し、(b)チャ
ネル層上にバリア層を形成する工程を含み、 前記のバリア層はAl1-y Gay P0.71+zSb0.29-zか
らなる第1のワイドギャップ半導体材料で構成されてい
る電界効果トランジスタのエピタキシャル構造の製造方
法。 - 【請求項9】 前記チャネル層は成長チャンバ−中にお
いて前記半導体基板上に前記チャネル層を成長すること
により前記の半導体基板上に形成され、 前記バリア層は前記成長チャンバ−中において前記チャ
ネル層上に前記バリア層を成長すること形成される請求
項8記載の方法。 - 【請求項10】 前記成長チャンバ−は本質的にAl
1-y Gay Sb/AlPの超格子からのAl1-y Gay
PSbのエピタキシャル成長および気体原料であるリン
酸塩と固体原料であるアンチモンからの薄膜の成長から
なるグループから選択された成長プロセスに適合してい
る請求項8記載の方法。
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