CN1692483A - 氮化砷化镓铟系异质场效应晶体管及其制造方法和使用它的发送接收装置 - Google Patents

Abstract

本发明的异质场效应晶体管具有：InP基板(21)、经过缓冲层(22)在所述InP基板上形成的沟道层(23)、由具有比所述沟道层大的能带间隙的半导体构成并与该沟道层异质接合地形成的间隔层(25a)、和与所述间隔层邻接地形成的载流子供给层(26)，所述沟道层具有由化学式Ga_xIn_1－xN_yA_1－y表示，所述A是As或Sb，所述组成x在0≤x≤0.2的范围内，并且所述组成y在0.03≤y≤0.10的范围内的化合物半导体构成的规定半导体层。

Description

氮化砷化镓铟系异质场效应晶体管及其制造方法 和使用它的发送接收装置

技术领域

本发明涉及用氮化砷化镓铟系外延片的异质场效应晶体管、它的制造方法和用它的发送接收装置。

背景技术

高电子迁移率晶体管(HEMT)等的异质场效应晶体管是形成有异质构造的利用2维电子气的化合物半导体元件。

作为这种HEMT的第一已有例，如图13所示具有在InP基板上形成InAlAs载流子供给层/InGaAs沟道层/InAlAs缓冲层的HEMT。在图13中，标号1表示电极金属，标号2表示n⁺-InGaAs盖层，标号3表示n-InAlAs载流子供给层，标号4表示i-InAlAs间隔层，标号5表示i-InGaAs沟道层，标号6表示i-InAlAs缓冲层，标号7表示半绝缘性InP基板(S.I.-InP基板)。该HEMT，因为用InGaAs作为沟道层5，所以与用GaAs作为沟道层的HEMT比较，由于它的高电子传输特性而表示出优异的高频特性。特别是，该已有例的特征是在InGaAs沟道层5中将具有1～7nm厚度的InAs层8插入到从InAlAs间隔层4离开0～6nm的位置上(例如，请参照日本特开平5-36726号专利公报(专利文献1))。

又，作为第二已有例，具有在GaAs基板上形成的GaInNAs沟道层的HEMT如图14所示。在该HEMT，在半绝缘性GaAs基板11上设置0.5μm的未掺杂GaAs缓冲层12，在该缓冲层12上，形成厚度15nm的未掺杂GaInNAs沟道层13。进一步，在它上面经过膜厚2nm的未掺杂AlGaAs间隔层16形成厚度为50nm的n型AlGaAs载流子供给层14，在该AlGaAs载流子供给层14上通过蒸镀形成电极18。间隔层16和载流子供给层14的Al组成都为0.28(例如，请参照日本特开2002-164852号专利公报(专利文献2))。

但是，在第一已有例中，如上所述在插入InAs层8的情形中，产生晶格不匹配，在临界膜厚以上发生缺陷。从而，因为不能够使沟道层的厚度在临界膜厚以上，不能够实现足够的载流子密度，所以特性的改善是不充分的。

另一方面，第二已有例，在GaAs基板11上形成InGaAs层的情形中，为了解决由难以实现InGaAs层与GaAs基板的晶格匹配引起的特性上的课题，在构成沟道层的InGaAs中导入N。在这种第二已有例中，通过由GaInNAs构成的沟道层13与GaAs基板11实现晶格匹配，与在GaAs基板11上形成InGaAs沟道层的情形比较，能够确实地改善特性。但是，不能够实现超过在InP基板上形成的InGaAs沟道层的第一已有例的特性。

发明内容

本发明的目的是提供提高电子迁移率，因此可以高速动作的异质场效应晶体管、它的制造方法和用它的发送接收装置。

而且，为了达到这些目的，与本发明有关的异质场效应晶体管具有基板、经过缓冲层在上述基板上形成的沟道层、由具有比上述沟道层大的能带间隙(bandgap)的半导体构成且与该沟道层异质接合形成的间隔层、和与上述间隔层邻接地形成的载流子供给层；上述基板由InP构成；上述沟道层具有由化学式Ga_xIn_1-xN_yA_1-y表示，上述A是As或Sb，上述组成x在0≤x≤0.2的范围内，并且上述组成y在0.03≤y≤0.10的范围内的化合物半导体层。

上述组成y也可以在0.03≤y≤0.07的范围内。

上述A也可以是As。

上述A也可以是Sb。

上述沟道层也可以只由上述化合物半导体层构成。

上述沟道层也可以具有第一沟道层和与该第一沟道层邻接并与上述间隔层异质接合的第二沟道层，上述第一沟道层由上述化合物半导体层构成，上述第二沟道层由InAs层构成。

也可以x＝0。

上述第一沟道层的N浓度也可以随着接近上述第二沟道层而关联降低。

也可以以与上述第一沟道层的上面和下面邻接的方式形成一对上述第二沟道层，以与上述一对第二沟道层异质接合的方式形成一对上述间隔层，以与上述一对间隔层邻接的方式形成一对上述载流子供给层。

也可以0＜x。

也可以进一步满足3y≤x≤0.2。

也可以满足0.1≤x≤0.2。

上述第一沟道层也可以由作为0＜x的上述化合物半导体的GaInNAs层和InAs层交互叠层形成的多重量子阱构造的GaInNAs/InAsMQW层构成。

上述第一沟道层也可以由作为x＝0的化合物半导体的InNAs层和InAs层交互叠层形成的多重量子阱构造的InNAs/InAsMQW层构成。

也可以上述缓冲层和上述间隔层由InAlAs层构成，上述载流子供给层由n-InAlAs层构成。

又，与本发明有关的异质场效应晶体管的制造方法，具有：经过缓冲层在上述基板上形成沟道层的沟道层形成工序；以与该沟道层异质接合的方式形成由具有比上述沟道层大的能带间隙的半导体构成的间隔层的间隔层形成工序；和与上述间隔层邻接地形成载流子供给层的载流子层形成工序，上述基板由InP构成，上述沟道层具有由化学式Ga_xIn_1-xN_yA_1-y表示，上述A是As或Sb，上述组成x在0≤x≤0.2的范围内，并且上述组成y在0.03≤y≤0.10的范围内的化合物半导体层。

在形成上述沟道层的工序中，也可以导入离子化的N原子。

也可以具有在上述InP基板上形成由InAlAs构成的上述缓冲层的缓冲层形成工序，上述沟道层形成工序具有：在上述缓冲层上形成由InNAs构成的第一沟道层的第一沟道层形成工序、和在上述第一沟道层上形成由InAs构成的第二沟道层的第二沟道层形成工序，在上述间隔层形成工序中，可在上述第二沟道层上形成由InAlAs构成的上述间隔层。如形成这种构成，在形成沟道层与间隔层的界面时，因为N原子和Al原子不同时存在，所以能够形成良好的界面。

又，与本发明有关的发送接收装置，为了对发送信号或接收信号进行处理具有根据权利要求1所述的异质场效应晶体管。

本发明的上述目的、其它目的、特征和优点将从下面参照附图对适当的实施方式进行的详细说明看得很清楚。

附图说明

图1是表示与本发明的实施方式1有关的异质场效应晶体管的构成的截面图。

图2是表示能带构造的图，图2(a)是表示InGaAs的能带构造的图，图2(b)是表示GaInNAs的能带构造的图。

图3是表示图2的能带构造中的能量状态的图，图3(a)是放大表示图2(a)的Γ点的能量状态的图，图3(b)是放大表示图2(b)的Γ点的能量状态的图。

图4是表示各种化合物半导体的晶体中的物性值的表。

图5是表示各种化合物半导体的晶体中的电子速度和电场的关系的图。

图6是表示构成本发明的沟道层的GaInNAs4元系化合物中的Ga和N的组成比的优选范围的图。

图7是表示与本发明的实施方式2有关的异质场效应晶体管的构成的截面图。

图8(a)、(b)是表示图7的异质场效应晶体管的沟道层近旁的能量状态的图。

图9是表示与本发明的实施方式2的变形例有关的异质场效应晶体管的构成的截面图。

图10是表示与本发明的实施方式3有关的异质场效应晶体管的构成的图，图10(a)是截面图，图10(b)是表示图10(a)的沟道层近旁的能量状态的图。

图11是表示与本发明的实施方式2的第二变形例有关的异质场效应晶体管的构成的截面图。

图12是表示与本发明的实施方式4有关的发送接收装置的构成的方框图。

图13是表示第一已有例的异质场效应晶体管的构成的截面图。

图14是表示第二已有例的异质场效应晶体管的构成的截面图。

具体实施方式

下面，我们一面参照附图一面说明本发明的实施方式。

{本发明的概念}

最初我们说明本发明的概念。

本发明的异质场效应晶体管的特征是在InP基板上形成Ga和N具有规定范围的组成比的GaInNAs作为沟道层。在本发明中，在该GaInNAs中，作为Ga的组成比为0时的样态，包含InNAs。换句话说，在第一已有例中，具有将InGaAs沟道层的Ga的组成比设定在规定值并且以成为规定组成比的方式在InGaAs沟道层中添加氮(N)的构成。

首先，我们用图2(a)、(b)、图3(a)、(b)简单地说明由在InGaAs晶体中添加氮原子产生的效果。

图2(a)是表示InGaAs的能带构造的图，图2(b)是表示GaInNAs的能带构造的图。又，图3(a)是放大表示图2(a)的Γ点的能量状态的图，图3(b)是放大表示图2(b)的Γ点的能量状态的图。在图2(a)、(b)中，横轴表示K空间上的位置，纵轴表示能量。在图3(a)、(b)中，横轴表示动量，纵轴表示能量。

又，图2(a)、(b)是通过模拟求得的，假定在已有例中，在InP基板上形成In_0.5Ga_0.5As晶体层，在本发明中，在InP基板上形成Ga_0.5In_0.5N_0.125As_0.875晶体层。

在图2(a)中，在In_0.5Ga_0.5As晶体的传导带34的能带构造中，Γ点的能级最低，电子经过该Γ点行进。在图3(a)中，整体InGaAs的情形具有如虚线41所示的能量与动量的2次方成比例的关系。在将InGaAs层作为势阱层的量子阱构造的情形中，如粗实线42所示能量量子化形成阶段状的能带构造，通过与电子的费米分布46的加权积分得到如细实线43所示的电子密度。

另一方面，如图2(b)所示，在Ga_0.5In_0.5N_0.125As_0.875晶体的情形中，W点附近的能量状态变成平坦的，显现出添加氮的效果。这是由于存在氮的能级，Γ点的能量降低，但是L点的能量几乎不降低。从而，我们看到通过添加氮使Γ点和L点的能量差Δ_ΓL增加。我们将在后面进行说明，但是我们看到该Δ_ΓL越大电子的漂移速度的最大值越增加，添加氮存在着优点。但是，如图3(b)所示，当放大Γ点附近进行表示时，整体GaInNAs的能量分布48偏离对动量的2次方关系，能量的增加量减少。这是因为通过添加氮原子形成由氮原子产生的能带47，结果，发生与InGaAs固有的能带41(请参照图3(a))的混合的缘故。在产生能带混合的情形中，当如图3(b)所示，因为由氮原子产生的能带47和InGaAs固有的能带41排斥，所以随着InGaAs固有的能带接近由氮原子产生的能带47，在同一动量中的能量减少。又，即便在动量为0的情形中，因为存在着由氮原子产生的能带47和InGaAs固有的能带41的混合，所以GaInNAs的能量分布48的曲率即便在动量为0也变大。

作为别的观点，我们从电子的有效质量说明添加氮原子的效果。因为能带的曲率大，意味着电子的有效质量大，由氮原子产生的能带47的能量的动量依赖性是直线的，所以曲率大，有效质量增大。另一方面，InGaAs固有的能带，因为曲率小，所以有效质量也小。从而，当添加氮原子时，因为在InGaAs中有效质量大的的氮原子的能带引起混合，所以GaInNAs的有效质量当然要比InGaAs大，这与GaInNAs的能量分布48的曲率大等效。

下面，我们说明通过添加氮原子使能带的曲率变大对电子器件的影响。当作为具有异质构造的电子器件使用时，因为一般地电子局限在间隔层和沟道层的异质界面上，所以通过使能量状态量子化，具有阶段状的能量分布。结果，因为成为阶段状，能量发生急剧变化，所以在该部分电子能够存在的状态(状态密度)增大。间隔层和沟道层的能量差越大，有效质量越小，阶段的段数就越少。另一方面，当室温时，费米分布46表示电子能够存在到何种程度的高能量。当取得作为电子能够存在的状态的状态密度与电子的费米分布的乘积时，能够求得特定能量中的电子密度。为了增大电子密度，存在(1)通过使沟道层的能带间隙小，接近费米能级，从而使与费米分布的乘积增大、(2)通过使阶段部的能量差小，使高阶的量子能级接近费米能级，从而使与费米分布的乘积增大、(3)通过使有效质量增大，使状态密度自身增大这样3种方法。从通过在沟道层中添加氮原子而产生的(1)减少能带间隙(因为为了在添加氮原子后使晶格匹配而增加In的添加量，所以进一步减少能带间隙)、(2)因为有效质量增大，所以段差减少、(3)因为有效质量增大，所以状态密度增大这样3个效果，我们看到通过添加氮原子使电子密度增加，具有即便当加上大电场时，电子也难以从Γ点到L点溢出那样的优点。这在缩短沟道长度的情况下动作速度不容易饱和，不产生耿氏振荡，是极其有效的。

如上所述，通过添加氮原子，具有增加有效质量，减少迁移率，但是增加Δ_ΓL，增加状态密度的优点。因此，我们定量地评价能够期待这些影响到何种程度。结果如图4的表所示。在该表中，表示了在研究中得到的物性值。通过使这些物性值明确化，可以实现并评价本发明的异质场效应晶体管。图5表示从电子在弱电场中的迁移率(霍尔迁移率)μl和Δ_ΓL，计算加上电场时的电子速度的结果。从图5可见，电子速度随着所加电场的增加而增加，但是即便加上电子速度成为最大的点v_d以上的电场，相反地电子速度下降。这，如图5左端部所示，因为当电场低时电子存在于其有效质量小迁移率大的Γ点，所以电子速度随着所加电场的增加而增加，但是当加上在此以上的电场时电子溢出到L点。因为在L点有效质量m^*大，迁移率小，所以总的迁移率降低，电子速度也降低。令该电子速度最大值为v_d，表示在图4中。如从图4可以看到的那样，电子速度最大值v_d以GaInNAs＜GaAs＜InP＜InGaAs＜InNAs＜InAs的顺序增大，但是这是因为InP的Δ_ΓL比GaAs大，进一步InGaAs和InAs的μl也大的缘故。这里，在GaInNAs的情形中，因为Δ_ΓL大而μl极端地小，所以电子速度最大值v_d降低到GaAs以下。另一方面，在InNAs的情形中，因为尽管与InGaAs比较μl降低但是Δ_ΓL大，所以结果能够得到比InGaAs(v_d＝3.96×10⁵m/s)大的v_d(＝4.47×10⁵m/s)。结果，我们判明通过代替InGaAs层将InNAs层作为沟道层，电子速度增大，动作速度改善20％左右。

即，当代替InGaAs层将GaInNAs层作为沟道层时，电子速度降低，动作速度降低，但是当代替InGaAs层将InNAs层作为沟道层，电子速度增大，动作速度提高20％左右。因此，我们判明通过代替InGaAs层将具有某个范围的Ga组成比的GaInNAs层作为沟道层，电子速度增大，动作速度提高。

下面，我们说明在该GaInNAs层中的Ga和N的组成比的优选的范围。

图6是表示构成本发明的沟道层的GaInNAs4元系化合物中的Ga和N的组成比(以下也称为浓度(正确的是原子浓度))的所谓优选范围的图。

如图6所示，根据本专利发明者的研究结果，已经判明Ga浓度在0％以上20％以下的范围内并且N浓度在3％以上10％以下的范围内的区域(以下称为本发明的区域)63中，能够在InP基板上生长出不产生缺陷的GaInNAs层。在图6中，标号61是表示与InP晶格匹配的Ga组成和N组成的关系的直线。当将GaInNAs的组成表示为Ga_xIn_1-xN_yAs_1-y时，该直线成为x＝0.47-6.7y。至今说x＝0.47-3y左右。N浓度需要15％左右，但是通过根据质谱分析原理用磁场过滤器从氮离子选出不形成聚集(cluster)的离子，可以将它们均匀地供给基板表面，并且使晶体生长温度为作为最佳温度的550℃，将N原子均匀地分散在GaInAs中，我们看到在更低的N原子浓度，也能够与InP进行晶格匹配。结果，没有N浓度局部地增加使能带间隙变小的现象，用更少的N浓度，也可以实现晶格匹配和能带的稳定的改变。特别是，当N浓度在3％以上7％以下时，在沟道层中产生压缩畸变，能够稳定地得到15000cm²/Vs前后的霍尔迁移率。这是考虑到因为当Ga浓度在20％以下时电子的有效质量急剧减少霍尔迁移率增大的缘故。在后述的实施方式1中，由具有与InP基板晶格匹配的组成的InN_0.07As_0.93(图6的①的组成)构成沟道层，但是如果是在上述本发明的区域63范围内的组成，则能够稳定地得到15000cm²/Vs以上的高霍尔迁移率。本发明的区域63，因为使沟道层的膜厚在10nm以上所以设定晶格畸变在±1.5％以内。

汇总以上的说明，构成本发明的沟道层的GaInNAs的Ga和N的组成比，优选Ga浓度在0％以上20％以下的范围内并且N浓度在3％以上10％以下的范围内。这是因为当Ga浓度在20％以下时电子的有效质量急剧减少，霍尔迁移率增大的缘故。又，这是因为当N浓度不到3％时，由电子速度增大带来的动作速度提高是不充分的，当N浓度超过10％时，产生对InP基板的晶格不匹配的缘故。又，更优选是N浓度在3％以上7％以下的范围内。这是因为当在该范围内时，在沟道层中产生压缩畸变，能够稳定地得到高的(这里15000cm²/Vs前后)的霍尔迁移率的缘故。

下面，我们顺次说明使本发明的概念具体化的实施方式。

(实施方式1)

图1是表示与本发明的实施方式1有关的异质场效应晶体管的构成的截面图。

如图1所示，该异质场效应晶体管具有InP基板21。在InP基板21上顺次地叠层InAlAs缓冲层22、InNAs沟道层23、InAlAs第一间隔层25a、n-InAlAs载流子供给层26、InAlAs第二间隔层25b。在InAlAs第二间隔层25b上形成构成栅极的电极29a，在电极29a两侧设置间隔，形成构成源极和漏极的一对电极29b、29c。经过n-InGaAs接触层28在InAlAs第二间隔层25b上形成电极29b、29c。

下面，我们说明这样构成的异质场效应晶体管的制造方法。

在该制造方法中，用气体源MBE(Molecular Beam Epitaxy(分子束外延)法。原料气体为PH₃、AsH₃、N₂、In、Ga、Si。N₂是通过在等离子体源中分解成N原子供给的。PH₃和AsH₃是通过热分解供给的。一面供给PH₃一面升温到550℃，在半绝缘性InP基板21上，生长i-InAlAs缓冲层(膜厚500nm)22、InNAs沟道层(20nm)23、i-InAlAs间隔层(5nm)25a、n⁺-InAlAs载流子供给层(10nm，n型杂质浓度n＝10¹⁹cm^-3)26、i-InAlAs间隔层(20nm)25b、n⁺-InGaAs接触层(100nm)28。此后，通过刻蚀除去栅极区域的接触层28，在规定区域中通过蒸镀分别形成构成栅极、源极、漏极的电极金属29a、29b、29c。令栅极长度为0.2μm，栅极宽度为200μm。结果，与在InP基板上形成InGaAs层时的霍尔迁移率为10000cm²/Vs相对，与此相对，在本实施方式中，霍尔迁移率成为从12000cm²/Vs到15000cm²/Vs的范围内的值，并且异质场效应晶体管的动作速度f_T，与在InP基板上形成InGaAs层时的200GHz相对，在本实施方式中，增加到从250GHz到300GHz的范围内的值。

(实施方式2)

图7是表示与本发明的实施方式2有关的异质场效应晶体管的构成的截面图。在图7中与图1相同的标号表示相同或相当的部分。

如图7所示，在本实施方式中，沟道层由作为第一沟道层的InNAs层23(膜厚10nm)和在InNAs层23上形成的作为第二沟道层的InAs层24(膜厚4nm)这样2类层构成。其它方面与实施方式1相同。

这样构成的理由是如开头用图4和图5说明的那样，因为InAs层的电子速度最大值v_d比InNAs层大，所以为了活用这种InAs层的优点。当进行详细说明时，因为InAs沟道层24对于InP基板21具有约3％的晶格不匹配，所以不能够叠层4nm以上的厚度。这样一来如第一已有例那样当在InGaAs层内形成薄的InAs层时，存在着在载流子溢出到InGaAs层前发生从Γ点到L点的迁移，动作速度降低那样的问题。可是，如本实施方式那样，已经确认当与InAs沟道层24邻接地形成能量比InAs沟道层24稍低的InN_0.03As_0.97沟道层23(图6②的组成)时，因为在局限在InAs沟道层24中的载流子从Γ点到L点迁移前，载流子从InAs沟道层24溢出到InNAs沟道层23，所以动作速度不降低。这里，因为InNAs沟道层23在能量上比InAs沟道层24约低0.1eV，所以可以考虑载流子优先通过InNAs沟道层23行进，但是因为实际上InAs沟道层24与能带间隙大的InAlAs间隔层25接合所以在InAs沟道层24和InAlAs间隔层25的界面上如图8(a)所示地能带发生弯曲，所以电子被封闭在InAs沟道层24和InAlAs间隔层25的界面内。

又进一步，可以在InAlAs间隔层25和InNAs沟道层23之间夹入InAs沟道层24，当晶体生长时停止供给N原子后一会儿再开始供给Al原子即可，如实施方式1那样，因为当形成InAlAs间隔层25和InNAs沟道层23的界面时没有同时供给Al原子和N原子的状况所以能够形成良好的界面。其理由是因为当Al和N同时存在时形成作为高电阻绝缘体的AlN，所以在界面上形成许多杂质能级，但是在本实施方式的情形中，因为Al和N不同时存在，所以不形成AlN。

可是，在实施方式1和2中，使InNAs的N浓度一定，但是在无论那个实施方式中，通过在InNAs沟道层中从基板侧向着表面侧降低N浓度(随着在厚度方向接近表面N浓度降低)，形成如图8(b)所示的能带构造，特别是在实施方式2中，能够抑制载流子从InAs沟道层24到InNAs沟道层23的不需要的流出。

又，在本实施方式中，利用将Si以相当于1个原子层5×10¹²cm^-2添加到InAlAs而得到的δ掺杂区域26形成载流子供给层。结果，我们看到霍尔迁移率增加到20000cm²/Vs，并且异质场效应晶体管的动作速度f_T增加到400～450GHz。

此外，作为本实施方式的变形例，如图9所示，也可以采用分别经过由InAlAs构成的第一、第二间隔层25a、25b，在由InNAs沟道层23和第一、第二InAs沟道层24a、24b构成的沟道层两侧形成由δ掺杂区域构成的第一、第二载流子供给层26a、26b，进一步在InNAs沟道层23的两侧形成第一、第二InAs沟道层24a、24b的双沟道构造。此外，第一载流子供给层26a和InAlAs缓冲层22之间形成InAlAs第三间隔层25c，在第二载流子供给层26b上形成InAlAs第四间隔层25d。在这种构造的情形中，因为通过增加沟道数增加流过的电流量，所以用单一栅极可以实现直到约500mA的电流范围约500GHz左右的高速动作。又，我们看到通过以这样夹着InNAs沟道层23的方式形成一对第一、第二InAs沟道层24a、24b，从第一、第二InAs沟道层24a、24b溢出的载流子流入InNAs层23，实质上在InNAs层23内也形成沟道，由此产生的电流也对该电流量的增大作出贡献。

(实施方式3)

图10(a)是表示与本发明的实施方式3有关的异质场效应晶体管的构成的截面图，图10(b)是表示图10(a)的沟道层近旁的能量状态的图。在图10(a)中与图7相同的标号表示相同或相当的部分。

如图10(a)所示，在本实施方式中，作为第一沟道层，代替实施方式2的InNAs沟道层23，形成GaInNAs沟道层23。其它方面与实施方式2相同。

在实施方式2中，因为为了容易生长晶体将InNAs层23作为第一沟道层，所以存在着如图8(a)所示载流子从InAs层24溢出的担心。因此，在本实施方式中，我们试着代替InNAs沟道层23，形成在InNAs中添加Ga的GaInNAs沟道层23，使能带间隙增大。

在图6中与InAs同样画出了成为能级间距(energy gap)的能量等高线64，但是我们看到在本发明的区域63中在能量处于能量等高线64以上的区域，即在Ga浓度为N浓度3倍以上(x≥3y)的区域中，GaInNAs层的能量比InAs层的能量大。结果，如图10(b)所示的能量状态那样，我们看到能够抑制载流子从InAs沟道层24(以下简单地称为“InAs层”)到GaInNAs层23的溢出。又，我们看到通过使GaInNAs层23的组成例如为Ga_0.1In_0.9N_0.03As_0.97(图6的③的组成)，使Ga浓度在0.1以上，用单一栅极可以实现直到约600mA的大电流范围约500GHz的高速动作。此外，分别使GaInNAs层形成10nm的厚度，InAs层形成4nm的厚度。

下面，我们说明本实施形态的变形例。作为第一变形例，代替GaInNAs沟道层23，交互地各3层地叠层厚度2nm的InAs层和厚度3nm的GaInNAs层形成GaInNAs/InAsMQW沟道层23。通过这种构成可以得到比上述构成稍好的结果。从而，可以叠层多层的InAs层，扩大了设计条件的范围。

这时，当使GaInNAs形成Ga_0.1In_0.9N_0.03As_0.97的组成(图6的③的组成)时导入1％的压缩畸变，但是在当形成Ga_0.16In_0.84N_0.05As_0.95的组成(图6的④的组成)时在与InP晶格匹配的条件下，能够形成与InAs相同的能带间隙。

这里，我们看到GaInNAs与InAs比较，传导带的能带变化量大。GaInNAs和InAs的传导带的能带间隙应该相同，形成Ga_0.2In_0.8N_0.045As_0.955的组成(图6的⑤的组成)。结果，我们看到能够抑制载流子渗入到GaInNAs层，动作速度可以提高10％左右。

又，在该MQW沟道层23中，也可以代替GaInNAs层，形成下述组成的InNAs层。即，因为在InAs层中导入压缩畸变，所以通过在InNAs层中导入扩张畸变，可以稳定地叠层多个InAs沟道层。我们看到作为InNAs层，直到导入1％的压缩畸变的InN_0.1As_0.9的组成(图6的⑥的组成)都能够生长出稳定的叠层构造。

如上所述，我们看到即便在叠层InAs层和GaInNAs层加以使用的情形中，如果Ga浓度在从0到20％的范围内，N浓度在从3％到10％的范围内，则也能够达到提高动作速度的目的。

在以上的实施方式，即，图6所示的沟道层的组成中，通过在InAsN中添加Ga可以实现增大能带间隙的目的，但是通过在InAsN中添加P形成InAs_1-y-xN_yP_z也可以增大能带间隙。我们看到在P的情形中，为了持有与Ga同样的依赖性需要使P组成为N浓度的约3倍(z＝3y)。因为N浓度的上限即便在InAs_1-y-zN_yP_z中也在10％以下，所以得到0.03＜y＜0.1、0＜z＜0.3。这时，在进行晶体生长的情形中，因为需要在生长第一沟道层后完全除去P，所以存在着生长时间加长那样的问题，但是因为在能带间隙的变化中传导带侧的变化大，所以可以使动作电流稍微增大。

又，在图6所示的GaInNAs沟道层的组成中，也可以将As置换成Sb。因为InSb的迁移率比InAs大，所以能够实现HEMT的高速化。我们认为GaInNSb沟道层比GaInNAs沟道层更有效果。

又，作为本实施方式的第二变形例，如图11所示能够采用分别经过由InAlAs构成的第一、第二间隔层25a、25b，在GaInAs沟道层23和第一、第二InAs沟道层24a、24b的两侧形成由δ掺杂区域构成的第一、第二载流子供给层26a、26b，在GaInNAs沟道层23的两侧形成第一、第二InAs沟道层24a、24b的双沟道构造(即，在图9的双沟道构造中，用GaInNAs沟道层23置换InNAs沟道层23的构造)。

在这种情形中，我们看到可以通过增加沟道数增加流过电流量。

(实施方式4)

图12是表示与本发明的实施方式4有关的发送接收装置的构成的方框图。

本实施方式例示用实施方式1到3的异质场效应晶体管的发送接收装置。

在图12中，发送接收装置302是无线终端。该发送接收装置302具有天线321、放大来自天线321的接收电波信号的接收放大部312、放大发送电波信号将它传送到天线321的发送放大部313、和从来自接收放大部312的接收电波信号取出接收信号并且将发送信号重叠在载波上生成发送电波信号将它传送到发送放大部313的控制部325。

而且，在接收放大部312和发送放大部313的放大器等中使用实施方式1到3的异质场效应晶体管。因为该异质场效应晶体管如上所述，与已有例比较可以高速动作，所以本实施方式的发送接收装置302也能够适合地用于比已有例高的频率(例如兆兆赫的频带)。

作为本领域的普通技术人员，从上述说明，可以知道本发明的许多改良和其它实施方式。从而，上述说明只是作为例示用于解释的，是为了向本领域的普通技术人员演示实施本发明的最佳样态而提供的。在不脱离本发明的精神的范围内，能够实质上变更本发明的构造和/或功能的详细内容。

工业上的应用可能性

与本发明有关的异质场效应晶体管作为用于高频发送接收装置的半导体元件等是有用的。

又，与本发明有关的异质场效应晶体管的制造方法作为用于高频发送接收装置的半导体元件等的制造方法是有用的。

又，与本发明有关的发送接收装置作为无线终端等是有用的。

Claims (19)

1.一种异质场效应晶体管，其特征在于，具有：

基板、经过缓冲层在所述基板上形成的沟道层、由具有比所述沟道层大的能带间隙的半导体构成且与该沟道层异质接合地形成的间隔层、和与所述间隔层邻接地形成的载流子供给层，

所述基板由InP构成，

所述沟道层具有由化学式Ga_xIn_1-xN_yA_1-y表示，所述A是As或Sb，所述组成x在0≤x≤0.2的范围内，并且所述组成y在0.03≤y≤0.10的化合物半导体层。

2.根据权利要求1所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

所述组成y在0.03≤y≤0.07的范围内。

3.根据权利要求1所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

所述A是As。

4.根据权利要求1所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

所述A是Sb。

5.根据权利要求1所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

所述沟道层只由所述化合物半导体层构成。

6.根据权利要求3所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

所述沟道层具有第一沟道层和与该第一沟道层邻接并与所述间隔层异质接合的第二沟道层，所述第一沟道层由所述化合物半导体层构成，所述第二沟道层由InAs层构成。

7.根据权利要求6所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

x＝0。

8.根据权利要求6所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

所述第一沟道层的N浓度随着接近所述第二沟道层而降低。

9.根据权利要求6所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

以与所述第一沟道层的上面和下面邻接的方式形成一对所述第二沟道层，以与所述一对第二沟道层异质接合的方式形成一对所述间隔层，以与所述一对间隔层邻接的方式形成一对所述载流子供给层。

10.根据权利要求6所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

0＜x。

11.根据权利要求10所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

进一步满足3y≤x≤0.2。

12.根据权利要求10所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

满足0.1≤x≤0.2。

13.根据权利要求6所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

所述第一沟道层是由作为0＜x的所述化合物半导体层的GaInNAs层和InAs层交互叠层形成的多重量子阱构造的GaInNAs/InAsMQW层构成的。

14.根据权利要求6所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

所述第一沟道层是由作为x＝0的所述化合物半导体层的InNAs层和InAs层交互叠层形成的多重量子阱构造的InNAs/InAsMQW层构成的。

15.根据权利要求1所述的异质场效应晶体管，其特征在于：

所述缓冲层和所述间隔层由InAlAs层构成，所述载流子供给层由n-InAlAs层构成。

16.一种异质场效应晶体管的制造方法，其特征在于，具有，

经过缓冲层在所述基板上形成沟道层的沟道层形成工序；

以与所述沟道层异质接合的方式形成由具有比所述沟道层大的能带间隙的半导体构成的间隔层的间隔层形成工序；和

与所述间隔层邻接地形成载流子供给层的载流子层形成工序，

所述基板由InP构成，

所述沟道层具有由化学式Ga_xIn_1-xN_yA_1-y表示，所述A是As或Sb，所述组成x在0≤x≤0.2的范围内，并且所述组成y在0.03≤y≤0.10的范围内的化合物半导体层。

17.根据权利要求16所述的异质场效应晶体管的制造方法，其特征在于：

在形成所述沟道层的工序中，导入离子化的N原子。

18.根据权利要求16所述的异质场效应晶体管的制造方法，其特征在于，

具有在所述InP基板上形成由InAlAs构成的所述缓冲层的缓冲层形成工序，

所述沟道层形成工序具有在所述缓冲层上形成由InNAs构成的第一沟道层的第一沟道层形成工序、和在所述第一沟道层上形成由InAs构成的第二沟道层的第二沟道层形成工序，

在所述间隔层形成工序中，在所述第二沟道层上形成由InAlAs构成的所述间隔层。

19.一种发送接收装置，其特征在于：

为了对发送信号或接收信号进行处理具有权利要求1所述的异质场效应晶体管。

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