DE10047659A1 - Epitaktische GaInP-Stapelstruktur und Herstellungsverfahren dafür sowie FET-Transistor unter Verwendung dieser Struktur - Google Patents

Epitaktische GaInP-Stapelstruktur und Herstellungsverfahren dafür sowie FET-Transistor unter Verwendung dieser Struktur

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Abstract

Es sind eine epitaktische Stapelstruktur aus GalnP und ein Herstellungsverfahren dafür sowie ein FET-Transistor, der diese Struktur verwendet, vorgesehen, wobei auf einem Einkristallsubstrat aus GaAs zumindest eine Pufferschicht, eine Kanalschicht aus Ga¶Z¶In¶1-Z¶As (O < Z 1) und eine Elektronenzufuhrschicht aus Ga¶Y¶In¶1-Y¶P (O < Y 1), die an die Kanalschicht angrenzt, gestapelt sind, wobei die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP einen Bereich innerhalb der Elektronenzufuhrschicht umfaßt, in dem der Galliummantel (Y) von der Seite der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht in Richtung der entgegengesetzten Seite abnimmt.

Description

Diese Erfindung betrifft eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP und insbesondere eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP für FET und ein Herstellungsverfahren dafür, die Elektronenzufuhrschichten und Ab­ standshalterschichten aufweist, die Eigenschaften einer hohen Beweglich­ keit besitzen und einen Feldeffekttransistor mit hoher Beweglichkeit, der diese Struktur verwendet.
Feldeffekttransistoren von der Art mit Schottky-Übergang (als MESFET bekannt), die im Mikrowellenbereich oder Millimeterwellenbereich arbei­ ten, umfassen Transistoren aus GaInP mit hoher Elektronenbeweglichkeit (als TEGFET, MODFET und dergleichen bekannt), die Mischkristalle aus Galliumindiumphosphid (GaAIn1-AP: 0 ≦ A ≦ 1) verwenden (siehe IEEE Trans. Electron Devices, Band 37, Nr. 10 (1990), S. 2141-2147). MODFET aus GaInP können als rauscharme MESFET zur Signalverstärkung im Mi­ krowellenbereich (siehe IEEE Trans. Electron Devices, Band 46, Nr. 1 (1999), S. 48-54), sowie als Leistungs-MESFET für Sende- oder Übertra­ gungsanwendungen verwendet werden (siehe IEEE Trans. Electron Devi­ ces, Band 44, Nr. 9 (1997), S. 1341-1348).
Fig. 1 ist ein schematisches Schaubild der Querschnittsstruktur eines herkömmlichen TEGFET aus GaInP. Das verwendete Substrat 10 ist aus halbisolierendem Galliumarsenid (chemische Formel: GaAs) hergestellt, wobei eine {001}-Kristallebene seine Hauptebene bildet. Auf dem Substrat 10 ist eine Pufferschicht 11 abgeschieden, die aus einer Schicht aus ei­ nem Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V mit hohem Widerstand be­ steht. Auf der Pufferschicht 11 ist eine Elektronentransportschicht (Ka­ nalschicht) 12 abgeschieden, die aus n-leitenden Mischkristallen aus Gal­ liumindiumarsenid (GaZIn1-ZAs: 0 < Z ≦ 1) besteht. Eine Abstandshalter­ schicht kann auf der Kanalschicht 12 abgeschieden sein; jedoch ist insbe­ sondere bei Leistungs-TEGFET für Sende- oder Übertragungsanwendun­ gen eine Elektronenzufuhrschicht 13, die aus Mischkristallen aus Galli­ umindiumphosphid (GaYIn1-YP: 0 < Y ≦ 1) besteht, ohne eine dazwischen angeordnete Abstandshalterschicht abgeschieden. Die Ladungsträger­ dichte (Elektronendichte) der Elektronenzufuhrschicht 13 wird durch das absichtliche Hinzufügen (Dotieren) von Silizium (Si) oder anderen n-lei­ tenden Fremdstoffen, die nicht leicht diffundieren, eingestellt. Auf der Elektronenzufuhrschicht 13 ist typischerweise eine Kontaktschicht 14, die aus n-leitendem GaAs oder desgleichen besteht, vorgesehen, um die Sour­ ce-Elektrode mit niedrigem Kontaktwiderstand 15 und die Drain-Elektro­ de 16 zu bilden. Zusätzlich ist zwischen den Source- und Drain-Elektro­ den 15, 16 die Kontaktschicht 14 teilweise entfernt, um eine Ausneh­ mungsstruktur freizulegen, und es ist eine Gate-Elektrode von der Art mit Schottky-Übergang vorgesehen, wodurch ein TEGFET gebildet ist.
Die verschiedenen Bestandteilschichten 11-14, die die epitaktische Stapel­ struktur 1A aus GaInP für die Anwendung als MODFET bilden, die in Fig. 1 veranschaulicht ist, werden, der Leichtigkeit der Filmbildung wegen, herkömmlich durch das Verfahren der chemischen Abscheidung von me­ tallorganischen Verbindungen aus der Dampfphase (MOCVD) gebildet (siehe ebenda IEEE Trans. Electron Devices, Band. 44 (1997)). Unter die­ sen Bestandteilschichten ist die Elektronenzufuhrschicht 13 eine Funkti­ onsschicht zum Zuführen von Elektronen, die gebildet werden, um sich als ein zweidimensionales Elektronengas (TEG) in der Nähe der Über­ gangsgrenzfläche 12a der Kanalschicht 12 anzusammeln. Die Elektronen­ zufuhrschicht 13 ist herkömmlich aus Galliumindiumphosphid (GaYIn1-YP: 0 < Y ≦ 1) gebildet, das mit Silizium (Symbol des Elements: Si) oder ande­ ren n-leitenden Fremdstoffen dotiert ist, die nicht leicht diffundieren (siehe ebenda IEEE Trans. Electron Devices, Band 44 (1997)). Die Ladungsträ­ gerdichte (Einheit: cm-3) der Elektronenzufuhrschicht 13 ist gewöhnlich auf 1 bis 3 × 1018 cm-3 oder 2 × 1018 cm-3 im besonderen hergestellt. Die Dicke der Schicht ist typischerweise in dem Bereich von 10 nm bis 40 nm festgelegt. Zusätzlich ist bei einem TEGFET aus GaInP die n-leitende Elektronenzufuhrschicht normal aus Schichten aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) gebildet, wobei der Galliumanteil (= Y) in der Richtung der Schichtdicke fest ist.
Zusätzlich ist in der Struktur, in der eine Abstandshalterschicht auf der Kanalschicht 12 abgeschieden ist, um zu verhindern, daß das zweidimen­ sionale Elektronengas aufgrund von Ionisationsstreuung von der Kanal­ schicht 12 gestört wird, die Abstandshalterschicht eine Funktionsschicht, die zur räumlichen Trennung der Kanalschicht 12 und der Elektronenzu­ fuhrschicht 13 vorgesehen ist (siehe "Physics and Applications of Semi­ conductor Superlattices", Physical Society of Japan, ed. (veröffentlicht von Baifukan, 30. September 1986, erste Ausgabe, vierter Druck), S. 236-240). Bei einem TEGFET aus GaInP ist die Abstandshalterschicht typischerwei­ se aus undotiertem (intrinsischem) GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) gebildet (siehe ebenda IEEE Trans. Electron Devices, Band 44 (1997)). Ungeachtet des Falls von TEGFET aus GaInP werden Abstandshalterschichten aus hoch­ reinen, undotierten (intrinsischen) Schichten mit einer geringen Gesamt­ menge von Fremdstoffen gebildet, und ihre Schichtdicke liegt typischer­ weise im Bereich von 2 Nanometern (nm) bis 10 nm (siehe ebenda "Phy­ sics and Applications of Semiconductor Superlattices", S. 18-20).
Beispielsweise schwanken in einem rauscharmen TEGFET aus GaInP die Rauschzahl (NF) und andere Haupteigenschaften in Abhängigkeit von der Elektronenbeweglichkeit, so daß, je höher die Elektronenbeweglichkeit ist, desto niedriger die NF günstigerweise wird. Um zu bewirken, daß sich die von der n-leitenden Elektronenzufuhrschicht 13 zugeführten Elektronen als ein zweidimensionales Elektronengas in den Innenbereichen des GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) in der Nähe der Übergangsgrenzfläche mit der Ab­ standshalterschicht, die aus undotiertem (intrinsischem) GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) besteht, ansammeln, muß sich aus diesem Grund die Zusam­ mensetzung an der Übergangsgrenzfläche zwischen der Kanalschicht 12 und der Abstandshalterschicht abrupt ändern und eine hohe Elektronen­ beweglichkeit zeigen.
Zusätzlich wird die Bildung einer Pufferschicht typischerweise durch Ab­ scheidung aus der Dampfphase (CVD) durchgeführt, ohne die Ausgangs­ materialproben aus Gallium (Elementsymbol: Ga) zu verändern. Da leicht die Beimischung von Kohlenstoff-Akzeptoren (Elementsymbol für Kohlen­ stoff: C), die restliche Donatorbestandteile, die durch Silizium repräsen­ tiert sind, elektrisch kompensieren, eintritt, und leicht eine Schicht aus GaAs oder eine Schicht aus AlLGa1-LAs mit hohem Widerstand im undo­ tierten (intrinsischen) Zustand erhalten wird (siehe J. Crystal Growth, 55 (1981), S. 255-262), wird Trimethylgallium (chemische Formel: (CH3)3Ga) als die Galliumquelle (Ga-Quelle) verwendet (siehe J. Crystal Growth 55 (1981), S. 246-254, ebenda, S. 255-262 und PCT-Anmeldung, Veröffentli­ chungsnr. 10-504685).
In einem TEGFET aus GaInP zur rauscharmen Verstärkung schwanken die Rauschzahl (NF) und andere Haupteigenschaften in Abhängigkeit von der zweidimensionalen Elektronenbeweglichkeit (Einheit: cm2/V.s), so daß, je höher die Elektronenbeweglichkeit (cm2/V.s) ist, desto niedriger die NF wird. Aus diesem Grund muß bei einem rauscharmen TEGFET die Elek­ tronenzufuhrschicht, die die Rolle des Zuführens von Elektronen an­ nimmt, aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) gebildet sein, das eine hohe Elektronen­ beweglichkeit zeigen kann. Auf der anderen Seite ist bei einem Leistungs- TEGFET von dem Standpunkt aus, zu bewirken, daß dieser mit einem re­ lativ großen Source-Drain-Stromfluß arbeitet, eine große Bahnladungsträ­ gerdichte (Einheit: cm-2) zusammen mit der Elektronenbeweglichkeit er­ forderlich. Deshalb muß die Elektronenzufuhrschicht für Anwendungen als Leistungs-TEGFET aus einer Schicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) gebildet sein, die eine hohe Bahn- oder Plattenladungsträgerdichte zeigt.
Jedoch gibt es bei der herkömmlichen Elektronenzufuhrschicht, die aus GaYIn1-YP besteht, bei dem der Galliumanteil (= Y) oder Indiumanteil (= 1 - Y) grob konstant ist, bei einer relativ hohen Bahnladungsträger­ dichte dadurch einen Nachteil, daß sich keine hohe Elektronenbeweglich­ keit stabil zeigen kann. Aus diesem Grund wird beispielsweise bei rausch­ armen TEGFET aus GaInP keine große Transkonduktanz (gm) erhalten, wodurch die stabile Versorgung von rauscharmen TEGFET aus GaInP mit einer besseren niedrigen Rauschzahl (NF) behindert wird.
Es ist ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine epitaktische Stapel­ struktur aus GaInP, die eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) enthält, sowie ein Herstellungsverfahren dafür zu schaffen, damit sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit über 5000 cm2/V.s hinaus bei Raumtemperatur und bei einer relativ hohen Bahnladungsträgerdichte von 1,5 × 1012 cm-2 oder größer und 2,0 × 1012 cm-2 oder kleiner stabil zei­ gen kann. Mit dieser Struktur können rauscharme Transistoren aus GaInP mit hoher Elektronenbeweglichkeit mit besseren Transkonduktanz­ eigenschaften und Leistungs-TEGFET aus GaInP mit einem besseren Lei­ stungsumwandlungswirkungsgrad aufgrund ihres hohen Source-Drain- Stromes geschaffen werden.
In einer Struktur, in der eine Abstandshalterschicht zwischen der Kanal­ schicht und der Elektronenzufuhrschicht vorgesehen ist, wenn eine Ab­ standshalterschicht aus GaXIn1-XP, in der der Indiumanteil (= 1 - X) grob konstant ist, angrenzend an die Kanalschicht 12 aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) vorgesehen ist, tritt zusätzlich eine wechselseitige Diffusion zwischen Phosphor (Elementsymbol: P) und Arsen (Elementsymbol: As) in der Nähe der Übergangsgrenzfläche 12a auf, so daß dadurch ein Problem auftritt, daß die steile Änderung der Zusammensetzung an der Übergangsgrenzflä­ che 12a verschlechtert wird.
Wenn die Steilheit der Änderung der Zusammensetzung an der Über­ gangsgrenzfläche 12a nicht erreicht wird, sammelt sich ein zweidimensio­ nales Elektronengas in den Innenbereichen der Kanalschicht 12 aus GaZIn1-ZAs nicht effektiv an, und die Elektronenbeweglichkeit fällt ab. Die Elektronenbeweglichkeit beeinflußt im besonderen die Transkonduktanz (gm) von TEGFET aus GaInP zur rauscharmen Verstärkung und beeinflußt die Rauschzahl (NF) noch mehr. Bei einer niedrigen Elektronenbeweglich­ keit wird keine hohe gm erhalten, und deshalb wird kein TEGFET aus GaInP mit niedriger NF erhalten.
Zusätzlich war es herkömmlich üblich, daß die Abstandshalterschicht aus einer undotierten (intrinsischen) Schicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) gebildet wurde, in der der Indiumanteil konstant ist. Jedoch beträgt die Ladungs­ trägerdichte im undotierten (intrinsischen) Zustand wenigstens grob 1 × 1016 cm-3. Da sich das zweidimensionale Elektronengas effektiver an­ sammelt, indem die Ladungsträgerdichte der Abstandshalterschicht her­ abgesetzt wird, damit sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigt, muß die Abstandshalterschicht aus einer Schicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) mit einer noch niedrigeren Ladungsträgerdichte gebildet sein.
Daher ist es ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung, eine epitaktische Stapelstruktur zu schaffen, die eine Abstandshalterschicht umfaßt, die aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) hergestellt ist, eine noch höhere Elektronenbe­ weglichkeit zeigen kann und eine niedrige Ladungsträgerdichte aufweist. Mit dieser Struktur ist es möglich, eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit ausgezeichneter Transkonduktanz zu schaffen.
Abgesehen von TEGFET aus GaInP ist bekannt, daß die Transkonduktanz (gm) und Abschnüreigenschaften (pinch-off-characteristics) von Feldeffekt­ transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit in Abhängigkeit von der Qualität der Pufferschicht schwanken. Beispielsweise werden bei norma­ len gitterangepaßten TEGFET aus AlGaAs/GaAs und TEGFET aus AlGaAs/GaInAs mit verspanntem Gitter eine hohe gm und gute Ab­ schnüreigenschaften erhalten, und die Pufferschicht ist als eine Schicht mit hohem Widerstand und niedrigem Leckstrom gebildet.
Bei einem TEGFET aus GaInP, der eine Elektronenzufuhrschicht umfaßt, die aus GaYIn1-YP besteht, das eine Art eines Verbindungshalbleiters der Gruppe III-V ist, der Phosphor (Elementsymbol: P) enthält, hatte anderer­ seits das einfache Herstellen der Pufferschicht als eine Schicht mit hohem Widerstand, wie es oben beschrieben ist, herkömmlich das Problem, daß eine homogene gm und Abschnürspannung nicht stabil erhalten werden konnten. Die Erfinder entdeckten, daß diese Instabilität der Eigenschaften aus der Heterogenität des Indiumanteils (= 1 - Y) der Elektronenzufuhr­ schicht aus GaYIn1-YP aufgrund von Differenzen in der Galliumquelle (Ga- Quelle) herrührte, die bei der Bildung der Pufferschicht mit einer Super­ gitterstruktur verwendet wurde, die AlGaAs und GaAs im besonderen als Bestandteilschichten verwendet.
Zusätzlich gibt es in den Pufferschichten, die die herkömmliche Beschaf­ fenheit besitzen, wie Supergitterstruktur-Pufferschichten aus AlGaAs/­ GaAs, dadurch Probleme hinsichtlich der Gleichstromeigenschaften (stati­ schen Eigenschaften) des Transistors, daß leicht eine Schwankung in dem Source-Drain-Stromwert unter Beleuchtung (sogenannte "Photoansprech­ empfindlichkeit" oder "photoresponsibility") (siehe G. J. Ree, ed., Semi- Insulating III-V Materials (Shiva Pub. Ltd. (Kent, UK, 1980), S. 349-352) und "Hysterese" des Source-Drain-Stromes (siehe Makoto Kikuchi, Yasu­ hiro Tarui, eds., "Illustrated Semiconductor Dictionary" (Nikkan Kogyo Shimbunsha, 25. Januar 1978), S. 238) und "Knicke (kinks)" auftreten (JP-A-10-247727 und JP-A-10-335350).
Deshalb ist es ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine epitakti­ sche Stapelstruktur zu schaffen, die eine Pufferschicht umfaßt, um eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) zu bilden, die einen ho­ hen Widerstand aufweist, der dafür geeignet ist, den Leckstrom zu redu­ zieren, und die einen homogenen Indiumanteil aufweist.
Bei einem TEGFET aus GaInP ist die Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) gebildet, das ein Indium enthaltender Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V ist, und ist außerdem als ein Dünnfilm gebildet. Die her­ kömmliche MOCVD-Technik hat dadurch ein Problem, daß Dünnfilm- Abstandshalterschichten mit einem homogenen Indiumanteil (= 1 - X) nicht stabil erhalten werden können.
Aus diesem Grund können herkömmliche Feldeffekttransistoren aus GaInP mit hoher Elektronenbeweglichkeit, die als die Abstandshalter­ schicht eine Schicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) verwenden, in der der Indi­ umanteil nicht ausreichend homogen ist, keinen homogenen Band-Offset zur Kanalschicht aufgrund einer "Schwankung" des Indiumanteils inner­ halb der Abstandshalterschicht aufrechterhalten, und aus diesem Grund war es schwierig, eine homogene Transkonduktanz (gm) und Abschnür­ spannung zu erhalten.
Deshalb ist es ein viertes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine epitakti­ sche Stapelstruktur für Anwendungen als TEGFET zu schaffen, die eine Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) mit einer besseren Homo­ genität in ihrem Indiumanteil aufweist. Mit dieser Struktur ist es möglich, einen Transistor aus GaInP mit hoher Elektronenbeweglichkeit und besse­ rer Homogenität in seiner Abschnürspannung und anderen Eigenschaften zu schaffen.
Um diese Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung eine epitakti­ sche Struktur aus GaInP bereit, die auf einem Einkristall aus GaAs gesta­ pelt ist, umfassend mindestens eine Pufferschicht, eine Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) und eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1), die angrenzend an die Kanalschicht vorgesehen ist, wobei die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP einen Bereich innerhalb der Elek­ tronenzufuhrschicht umfaßt, in dem der Galliumanteil (Y) von der Seite der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht in Richtung der entgegen­ gesetzten Seite abnimmt.
Der Galliumanteil der zuvor erwähnten Elektronenzufuhrschicht ist Y ≧ 0,51 ± 0,01.
Zusätzlich ist der Galliumanteil der zuvor erwähnten Elektronenzufuhr­ schicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht Y ≧ 0,70.
Außerdem beträgt der Galliumanteil der zuvor erwähnten Elektronenzu­ fuhrschicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht Y = 1,0.
Außerdem gibt es an der Übergangsgrenzfläche zwischen der zuvor er­ wähnten Elektronenzufuhrschicht und der Kanalschicht einen Bereich mit einer Dicke im Bereich von 1-20 Nanometern, in dem der Galliumanteil konstant ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine epitaktische GaInP-Struktur auf einem Einkristallsubstrat aus GaAs bereit, umfassend mindestens eine Pufferschicht, eine Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1), eine Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) und eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1), wobei die Kanal­ schicht, die Abstandshalterschicht und die Elektronenzufuhrschicht an­ einander in dieser Reihenfolge angrenzen und die epitaktische Stapel­ struktur aus GaInP einen Bereich innerhalb der Abstandshalterschicht umfaßt, in dem der Galliumanteil (X) von der Seite der Übergangsgrenzflä­ che mit der Kanalschicht in Richtung der Seite der Elektronenzufuhr­ schicht abnimmt.
Der Galliumanteil der zuvor erwähnten Elektronenzufuhrschicht beträgt X = 0,51 ± 0,01.
Zusätzlich ist der Galliumanteil der zuvor erwähnten Abstandshalter­ schicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht X ≧ 0,70.
Außerdem beträgt der Galliumanteil der zuvor erwähnten Abstandshalter­ schicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht X = 1,0.
Ferner beträgt der Galliumanteil der zuvor erwähnten Abstandshalter­ schicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht X = 0,51 ± 0,01.
Zusätzlich bildet eine mit Bor dotierte, n-leitende Schicht die zuvor er­ wähnte Abstandshalterschicht.
Außerdem besteht die zuvor erwähnte Pufferschicht aus einer periodi­ schen Struktur aus einer Vielzahl von Schichten aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit unterschiedlichen Aluminiumanteilen (L), die unter Verwendung einer organischen Methylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Aus­ gangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden sind, und weist eine Schicht aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1) auf, die auf die periodische Struktur unter Verwendung einer organischen Ethylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist.
Zusätzlich gilt die Beziehung 0,9 ≦ K ≦ 1,0 für die Kompensationsverhält­ nisse (K) (K = Na/Nd (wenn Na ≦ Nd) und K = Nd/Na (wenn Nd < Na); Na: Ak­ zeptordichte der Bestandteilschicht, (Nd: Donatordichte der Bestandteil­ schicht) der Bestandteilschichten der periodischen Struktur.
Die zuvor erwähnte periodische Struktur besteht aus einer Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) und einer p-leitenden Schicht aus GaAs, und die La­ dungsträgerdichte jeder Bestandteilschicht beträgt 1 × 1015 cm-3 oder we­ niger.
Zusätzlich berührt die zuvor erwähnte Schicht aus AlMGa1-MAs die Kanal­ schicht.
Außerdem weist die zuvor erwähnte Schicht aus AlMGa1-MAs eine La­ dungsträgerdichte von 5 × 1015 cm-3 oder weniger und eine Dicke von 100 nm oder weniger auf und besteht aus einer n-leitenden Schicht.
Ferner ist die Dicke der zuvor erwähnten Schicht aus AlMGa1-MAs kleiner als die Dicke der Bestandteilschichten der periodischen Struktur.
Zusätzlich ist der Aluminiumanteil (M) der zuvor erwähnten Schicht aus AlMGa1-MAs kleiner als der Aluminiumanteil (L) der Schichten aus AlLGa1-LAs, die die periodische Struktur bilden.
Außerdem umfaßt die zuvor erwähnte Pufferschicht eine Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1), die unter Verwendung einer Trimethylverbindung von einem Element der Gruppe III als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist. Eine Schicht aus GaAs, die unter Verwen­ dung von Triethylgallium als das Ausgangsmaterial für Gallium aus der Dampfphase abgeschieden ist, ist zwischen der Pufferschicht und der Ka­ nalschicht angeordnet. Die Kanalschicht ist n-leitend. Die Abstandshal­ terschicht und die Elektronenzufuhrschicht sind n-leitende Schichten, die unter Verwendung von Trimethylgallium als das Ausgangsmaterial für Gallium aus der Dampfphase abgeschieden sind. Die Homogenität des In­ diumanteils in einer jeden der Abstandshalterschicht und der Elektronen­ zufuhrschicht beträgt ±2% oder weniger, und die Abstandshalterschicht und die Elektronenzufuhrschicht berühren einander.
Zusätzlich beträgt die Oberflächenrauhigkeit (haze = Verschwommenheit, Schleier) nach der Bildung der zuvor erwähnten Kanalschicht 60 ppm oder weniger, und die Kanalschicht berührt die Schicht aus GaAs, die unter Verwendung von Triethylgallium als das Ausgangsmaterial für Gal­ lium aus der Dampfphase abgeschieden ist.
Ferner berühren sich die zuvor erwähnten Abstandshalterschicht und Ka­ nalschicht, und die Oberflächenrauhigkeit (Verschwommenheit) nach der Bildung der Abstandshalterschicht beträgt 100 ppm oder weniger.
Zusätzlich beträgt die Oberflächenrauhigkeit (Verschwommenheit) nach der Bildung der Elektronenzufuhrschicht 200 ppm oder weniger.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfah­ ren zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP bereit, umfassend: einen Schritt, bei dem die Pufferschicht unter Verwendung einer organischen Methylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden wird, einen Schritt, bei dem die Schicht aus AlGaAs unter Verwendung einer organischen Ethylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial in Kontakt mit der periodischen Struktur aus der Dampfphase abgeschieden wird, und einen Schritt, bei dem die Kanalschicht und die Elektronenzu­ fuhrschicht mittels eines Verfahrens zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase unter Verwendung von Cyclopentadienylindium, das eine monovalente Bindungswertigkeit aufweist, als das Ausgangsmaterial für Indium gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP bereit, umfassend: einen Schritt, bei dem die Pufferschicht unter Verwendung einer organischen Methylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden wird, einen Schritt, bei dem die Schicht aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1) unter Ver­ wendung einer organischen Ethylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial in Kontakt mit der periodischen Struktur aus der Dampfphase abgeschieden wird, und einen Schritt, bei dem die Kanal­ schicht, die Abstandshalterschicht und die Elektronenzufuhrschicht mit­ tels eines Verfahrens zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase unter Verwendung von Cyclopentadienylindium, das eine monovalente Bindungswertigkeit aufweist, als das Ausgangsmaterial für Indium gebil­ det werden.
Außerdem umfaßt die vorliegende Erfindung auch einen Feldeffekttransi­ stor, der unter Verwendung der zuvor erwähnten epitaktischen Stapel­ struktur aus GaInP hergestellt ist.
Wie es oben beschrieben wurde, bildet die vorliegende Erfindung die Elektronenzufuhrschicht derart als eine Schicht aus GaYIn1-YP mit einem Gradienten in der Zusammensetzung, daß der Galliumanteil in Richtung zunehmender Schichtdicke von der Kanalschicht in Richtung der Kon­ taktschicht abnimmt, so daß sich ein zweidimensionales Elektronengas effektiv im Inneren der Kanalschicht ansammelt und sich eine hohe Elek­ tronenbeweglichkeit zeigt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität in der Transkonduktanz und Ab­ schnürspannung geschaffen werden kann.
Wie es oben beschrieben wurde, bildet die vorliegende Erfindung zusätz­ lich die Abstandshalterschicht als eine Schicht aus GaXIn1-XP mit einem Gradienten in der Zusammensetzung, so daß der Galliumanteil in der Richtung zunehmender Schichtdicke von der Kanalschicht in Richtung der Kontaktschicht abnimmt, so daß sich ein zweidimensionales Elektro­ nengas effektiv im Inneren der Kanalschicht ansammelt und sich eine ho­ he Elektronenbeweglichkeit zeigt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität in der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Außerdem bildet die vorliegende Erfindung, wie es oben beschrieben wur­ de, die periodische Supergitterstruktur, die einen Teil der Pufferschicht bildet, aus einer periodischen abwechselnden Schichtstruktur von Schichten aus AlLGa1-LAs, die unter Verwendung einer organischen Me­ thylverbindung als ihr Ausgangsmaterial und mit einem festgesetzten Kompensationsverhältnis aus der Dampfphase abgeschieden werden, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einem niedrigen Leck­ strom geschaffen werden kann.
Ferner ist die Beschaffenheit derart, daß eine Indium enthaltende Verbin­ dung der Gruppe III-V mit einer Dünnfilmschicht aus GaAs vorgesehen wird, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfpha­ se abgeschieden ist, so daß eine Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs, eine Ab­ standshalterschicht aus GaXIn1-XP und eine Elektronenzufuhrschicht mit besserer Homogenität des Indiumanteils gebildet werden können und deshalb eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besserer Homoge­ nität in der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen be­ schrieben; in diesen ist:
Fig. 1 ein schematischer Querschnitt der Struktur für einen her­ kömmlichen TEGFET aus GaInP,
Fig. 2 ein Diagramm, das das Profil des Gradienten im Gallium­ anteil für die Elektronenzufuhrschicht mit einem Anteils­ gradienten aus GaYIn1-YP veranschaulicht,
Fig. 3 ein schematischer Querschnitt eines TEGFET aus GaInP, der dazu verwendet wird, eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
Fig. 4 ein Diagramm, das das Profil des Gradienten im Gallium­ anteil für die Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgra­ dienten aus GaXIn1-XP veranschaulicht,
Fig. 5 ein schematischer Querschnitt eines TEGFET aus GaInP, der dazu verwendet wird, eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
Fig. 6 ein schematischer Querschnitt einer epitaktischen Stapel­ struktur aus GaInP, der dazu verwendet wird, eine bevor­ zugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu er­ läutern,
Fig. 7 ein schematischer Querschnitt eines TEGFET aus GaInP, der dazu verwendet wird, eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
Fig. 8 ein schematischer Querschnitt der epitaktischen Struktur für einen TEGFET aus GaInP, der dazu verwendet wird, ei­ ne bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern, und
Fig. 9 ein schematischer Querschnitt eines TEGFET aus GaInP, der in einem Arbeitsbeispiel genannt wird.
Die Grundbeschaffenheit der epitaktischen Stapelstruktur für FET aus GaInP gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Struktur auf, die auf die Oberfläche eines Einkristalls 301 aus GaAs gestapelt ist, umfassend mindestens eine Pufferschicht 302, eine Kanalschicht 303 aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) und eine Elektronenzufuhrschicht 304 aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1), die angrenzend an diese Kanalschicht vorgesehen ist (Fig. 3), oder sie weist eine Struktur auf, die auf die Oberfläche eines Einkristalls 601 aus GaAs gestapelt ist, umfassend mindestens eine Pufferschicht 602, eine Kanalschicht 603 aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1), eine Abstandshalter­ schicht 604 aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1), die angrenzend an diese Kanal­ schicht vorgesehen ist, und eine Elektronenzufuhrschicht 605 aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) 605, die angrenzend an diese Abstandshalterschicht vorgesehen ist (Fig. 5).
Es ist bevorzugt, daß im besonderen ein halbisolierendes {001}-Substrat als das Einkristallsubstrat aus GaAs verwendet wird.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 1 der vorlie­ genden Erfindung kann die Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) mittels eines MOCVD- oder anderen Verfahrens zur Abschei­ dung aus der Dampfphase bei Atmosphärendruck oder Niederdruck unter Verwendung von beispielsweise Trimethylgallium (chemische Formel: (CH3)3Ga) als die Galliumquelle (Ga-Quelle), Trimethylindium (chemische Formel: (CH3)3In) als die Indiumquelle (In-Quelle) und Phosphin (chemi­ sche Formel: PH3) als die Phosphorquelle (P-Quelle) gebildet werden. Triethylgallium (chemische Formel: (C2H5)3Ga kann ebenfalls als die Galli­ umquelle (Ga-Quelle) verwendet werden. Die Schicht aus GaYI1-YP kann unter Verwendung einer (CH3)3Ga/C5H5In/PH3-MOCVD-Reaktion unter Verwendung von beispielsweise Cyclopentadienylindium (chemische For­ mel: C5H5In) (siehe JP-B-8-17160) als die Indiumquelle (In-Quelle) gebildet werden. Die Elektronenzufuhrschicht (Anteilsgradientenschicht) aus GaYIn1-YP mit einem Gradienten im Galliumanteil, so daß der Galliuman­ teil (Y) in der Richtung zunehmender Schichtdicke von der Übergangs­ grenzfläche mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) abnimmt, kann gebildet werden, indem die Menge (Konzentration) der Galliumquelle, die dem MOCVD-Reaktionssystem geliefert wird, mit zunehmender Film­ abscheidungszeit reduziert wird, während eine konstante Menge (Konzen­ tration) der Indiumquelle, die dem MOCVD-Reaktionssystem zugeführt wird, aufrechterhalten wird. Zusätzlich kann eine Filmbildung durch Er­ höhen der Menge der zugeführten Indiumquelle zusammen mit einem Er­ höhen der Filmabscheidungszeit durchgeführt werden, während eine kon­ stante Menge der Galliumquelle, die dem MOCVD-Reaktionssystem zuge­ führt wird, aufrechterhalten wird. Um eine Elektronenzufuhrschicht mit der gewünschten Ladungsträgerdichte zu erhalten, ist es zusätzlich bevor­ zugt, während der Abscheidung eine Dotierung mit Silizium (Si) oder des­ gleichen durchzuführen.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch das Profil des Gradienten des Gallium­ anteils im Inneren der Elektronenzufuhrschicht, die aus einer Anteilsgra­ dientenschicht aus GaYIn1-YP besteht. Das Gradientenprofil im Galliuman­ teil, das in Fig. 2 veranschaulicht ist, ist ein Beispiel des Anteilsgradien­ tenprofils, das die vorliegende Erfindung zuläßt, und in dieser Figur zeigt (a) die Änderung des Galliumanteils, wenn der Galliumanteil gleichmäßig und linear zusammen mit der Zunahme der Dicke der Elektronenzufuhr­ schicht verändert wird. Das Symbol (b) zeigt das Gradientenprofil in dem Fall, daß der Galliumanteil in der Nähe der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht konstant gehalten wird und dann der Galliumanteil gleich­ mäßig und linear reduziert wird. Zusätzlich zeigt das Symbol (c) ein Bei­ spiel in dem Fall, daß der Galliumanteil auf eine gekrümmte Weise redu­ ziert wird. Zusätzlich ist das Symbol (d) ein Gradientenprofil in dem Fall, daß der Galliumanteil schrittweise reduziert wird.
Das Gradientenprofil ist nicht auf die in Fig. 2 veranschaulichten Profile begrenzt, sondern bei der dritten bevorzugten Ausführungsform nach An­ spruch 3 der vorliegenden Erfindung ist der Galliumanteil (= Y) der Elek­ tronenzufuhrschicht aus GaYIn1-PP an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) 0,70 oder größer oder vorzugswei­ se 0,85 oder größer. Dies ist der Fall, weil durch Einrichten des Gallium­ anteils (= Y) als 0,70 oder größer die Beweglichkeit des zweidimensionalen Elektronengases, das sich in der Kanalschicht ansammelt, erhöht werden kann. Wenn das Gradientenprofil für den Galliumanteil, das durch Sym­ bol (d) in Fig. 2 gezeigt ist, verfolgt wird, kann beispielsweise der Gallium­ anteil (= Y) in dem Bereich, in dem die Dicke von der Übergangsgrenzflä­ che mit der Kanalschicht bis zu 2 nm beträgt, auf 0,90 eingerichtet wer­ den, und als nächstes kann der Galliumanteil in einem weiteren 2 nm dicken Bereich auf 0,70 eingerichtet werden, und dann kann ein weiterer 2 nm dicker Bereich mit einem Galliumanteil von 0,51 dazu verwendet werden, eine mehrschichtige Beschaffenheit von einzelnen Schichten aus GaYIn1-YP zu erzeugen, und indem die Galliumanteilsschicht derart schrittweise um 0,2 reduziert wird, kann eine Elektronenzufuhrschicht mit einem Anteilsgradienten gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform gebildet werden.
Insbesondere ist bei der vierten bevorzugten Ausführungsform nach An­ spruch 4 der vorliegenden Erfindung der Galliumanteil (= Y) der Elektro­ nenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP an der Übergangsgrenzfläche mit der Ka­ nalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) auf 1,0 festgelegt. Das Festlegen des Galliumanteils auf 1,0 macht nämlich die Elektronenzufuhrschicht zu Galliumphosphid (chemische Formel: GaP). Wenn beispielsweise das Gra­ dientenprofil für den durch Symbol (b) in Fig. 2 gezeigten Galliumanteil verfolgt wird, kann der Galliumanteil (= Y) in dem Bereich, in dem die Dic­ ke von der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht bis zu 2 mm be­ trägt auf 1,0 festgelegt werden, und dann kann der Galliumanteil linear auf 0,51 reduziert werden, so daß eine Elektronenzufuhrschicht mit einem Anteilsgradienten gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform gebildet werden kann. Durch Festlegen des Galliumanteils auf 1,0 an der Über­ gangsgrenzfläche mit der Kanalschicht wird eine hohe Übergangsbarriere mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs gebildet, so daß sich ein zweidimen­ sionales Elektronengas effektiv ansammen kann.
Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 der vor­ liegen Erfindung wird in der Anteilsgradientenschicht, die aus GaYIn1-YP mit einem Profil besteht, bei dem Galliumanteil (= Y) mit zunehmender Schichtdicke abnimmt, der minimale Galliumanteil (= Y), der beim Verrin­ gern erreicht wird, auf 0,51 ± 0,01 festgelegt. Betrachtet sei hier beispiels­ weise eine Elektronenzufuhrschicht, die aus einer n-leitenden Anteilsgra­ dientenschicht aus GaYIn1-YP gebildet wird, in der der Galliumanteil (= Y) von 1,0 auf 0,51 verringert wird. Da GaYIn1-YP mit einem Galliumanteil von 0,51 ± 0,01 ein Gitter aufweist, das grob zu dem von Galliumarsenid (GaAs) paßt, selbst wenn eine Kontaktschicht, die aus GaAs auf die Elek­ tronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP gestapelt ist, hat sie dadurch den Vor­ teil, daß es möglich ist, eine Verschlechterung der Kristallinität der Elek­ tronenzufuhrschicht zu verhindern, die aus der Fehlanpassung von Git­ tern auftritt.
Bei der fünften bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 5 der vor­ liegenden Erfindung ist eine n-leitende Schicht aus GaYIn1-YP, in der der Galliumanteil (= Y) konstant ist, mit einer Dicke im Bereich von 1-20 Nanometern (Einheit: nm) im Bereich der Übergangsgrenzfläche zwischen der Elektronenzufuhrschicht und der Kanalschicht vorgesehen. Durch Vorsehen einer Schicht aus GaYIn1-YP mit einem konstanten Galliumanteil (= Y) in Kontakt mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) kann die Höhe der Barriere mit der Kanalschicht homogen stabilisiert werden. Wenn die Dicke des zuvor erwähnten Bereiches mit einem konstanten Galliumanteil übermäßig dick wird, werden Probleme, die aus Fehlanpas­ sungen mit dem Gitter der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) auftre­ ten, auffällig, und es wird schwierig, eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP mit einer besseren Homogenität des Indiumanteils (In-Anteils) zu erhalten. Um eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP mit besserer Homogenität des Indiumanteils und ebenfalls mit einem besseren Oberflä­ chenzustand und desgleichen stabil zu erhalten, liegt bei einer typischen Elektronenzufuhrschicht mit einer Dicke von 10 nm-40 nm die zuvor er­ wähnte Dicke der Schicht aus GaYIn1-YP mit einem konstanten Gallium­ anteil vorzugsweise im Bereich von 1-20 nm, stärker bevorzugt im Be­ reich von 1-10 nm und besonders bevorzugt im Bereich von 1-5 nm. Es ist anzumerken, daß in einem extrem dünnen Film, in dem die Dicke der Schicht aus GaYIn1-YP mit einem konstanten Galliumanteil (= Y) extrem dünn von weniger als 1 nm ist, wegen der Instabilität bei der Steuerung des Galliumanteils (= Y), eine vergrößerte Übergangsbarriere an der Über­ gangsgrenzfläche mit der Kanalschicht nicht stabil erhalten werden kann. Die Höhe der Übergangsbarriere kann mittels des Kapazität-Spannungs- Verfahrens (C/V-Verfahrens) gemessen werden, das Elektroden mit Schottky-Übergang verwendet (siehe Appl. Phys. Lett. 43(1) (1983), S. 118).
Der Effekt des Gradientenprofils des Galliumanteils gemäß der fünften be­ vorzugten Ausführungsform auf die Verbesserung des Oberflächenzustan­ des der Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP wird mit dem Stand der Technik mittels der "Verschwommenheit" ("haze") der Oberfläche vergli­ chen (siehe Takao Abe, "Silicon Crystal Growth and Wafer Wortring" (von Baifukan veröffentlicht, 20. Mai 1994, erste Auflage), S. 322-326). Wäh­ rend beispielsweise eine n-leitende Elektronenzufuhrschicht aus Ga0,51In0,49P mit einem Galliumanteil von 0,51, die auf eine n-leitende Ka­ nalschicht aus Ga0,80In0,20As bis zu einer Gesamtdicke von 25 nm gesta­ pelt ist, eine "Verschwommenheit" der Oberfläche nach der Abscheidung von 500-600 Teilen pro Million (ppm) aufweist, wird, wenn der fünften bevorzugten Ausführungsform gefolgt wird, um den Galliumanteil (= Y) in einem 5-nm-Bereich von der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht aus Ga0,80In0,20As auf 1,0 einzurichten, und dieser dann mit der Zunahme der Dicke bis eine Gesamtdicke von 25 nm erreicht ist, auf 0,51 verringert wird, wodurch eine Elektronenzufuhrschicht gebildet wird, die eine An­ teilsgradientenschicht aus GaYIn1-YP bildet, die "Verschwommenheit" der Oberfläche nach der Abscheidung auf 50-60 Teile pro Million (ppm) ver­ bessert.
Bei der sechsten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6 der vor­ liegenden Erfindung kann die Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) mittels eines Atmosphärendruck- oder Niederdruck-MOCVD- oder anderen Mittels zur Abscheidung aus der Dampfphase unter Ver­ wendung von beispielsweise Trimethylgallium (chemische Formel: (CH3)3Ga) als die Galliumquelle (Ga-Quelle), Trimethylindium (chemische Formel: (CH3)3In) als die Indiumquelle (In-Quelle) und Phosphin (chemi­ sche Formel: PH3) als die Phosphorquelle (P-Quelle) gebildet werden. Tri­ ethylgallium (chemische Formel: (C2H5)3Ga) kann ebenfalls als die Galli­ umquelle (Ga-Quelle) verwendet werden. Die Schicht aus GaXIn1-XP kann unter Verwendung einer (CH3)3Ga/C5H5In/PH3-MOCVD-Reaktion unter Verwendung von beispielsweise Cyclopentadienylindium (chemische For­ mel: C5H5In) (siehe JP-B-8-17160) als die Indiumquelle (In-Quelle) gebildet werden. Die Abstandshalterschicht (Anteilsgradientenschicht) aus GaXIn1-XP mit einem Gradienten im Galliumanteil, so daß der Galliuman­ teil (X) in Richtung zunehmender Schichtdicke von der Übergangsgrenz­ fläche mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) abnimmt, kann ge­ bildet werden, indem die Menge (Konzentration) der Galliumquelle, die dem MOCVD-Reaktionssystem geliefert wird, mit zunehmender Filmbil­ dungszeit reduziert wird, während eine konstante Menge (Konzentration) der Indiumquelle, die dem MOCVD-Reaktionssystem zugeführt wird, auf rechterhalten wird. Zusätzlich kann die Filmbildung durch Erhöhen der Menge der zugeführten Indiumquelle zusammen mit einem Erhöhen der Filmbildungszeit durchgeführt werden, während eine konstante Menge der Galliumquelle, die dem MOCVD-Reaktionssystem zugeführt wird, auf­ rechterhalten wird.
Eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) ist in Kontakt mit der Abstandshalterschicht vorgesehen. In Hinblick auf die Anpassung an das Gitter des Substrats aus GaAs sollte die Elektronenzufuhrschicht vor­ zugsweise einen Indiumanteil (1 - Y), der auf 0,49 (oder genauer auf 0,485) eingestellt ist, und einen Galliumanteil (Y), der auf 0,51 eingestellt ist, aufweisen, wie es bei der in Anspruch 7 genannten bevorzugten Aus­ führungsform gezeigt ist.
Fig. 4 veranschaulicht schematisch das Profil des Gradienten des Gallium­ anteils im Inneren der Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgradienten aus GaXIn1-XP. Das Gradientenprofil in dem in Fig. 4 veranschaulichten Galliumanteil ist ein Beispiel der Anteilsgradientenprofile, die gemäß der vorliegenden Erfindung zulässig sind, und in dieser Figur zeigt (a) die Än­ derung des Galliumanteils, wenn der Galliumanteil gleichmäßig und linear zusammen mit der Zunahme der Dicke der Abstandshalterschicht verän­ dert wird. Das Symbol (b) zeigt das Gradientenprofil in dem Fall, daß der Galliumanteil von der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht kon­ stant gehalten wird, und dann der Galliumanteil allmählich gleichmäßig und linear reduziert wird. In einer Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP mit einer Dicke von 7 nm wird beispielsweise der Galliumanteil in dem Be­ reich, bis die Dicke von der Übergangsfläche mit der Kanalschicht 2 nm wird, konstant gehalten, und danach gibt es ein Mittel, um einen Anteils­ gradienten zu erzeugen, in dem der Galliumanteil reduziert ist. Das Sym­ bol (c) zeigt ein Beispiel in dem Fall, daß der Galliumanteil auf eine ge­ krümmte Weise reduziert wird. Zusätzlich ist das Symbol (d) ein Gradien­ tenprofil in dem Fall, daß der Galliumanteil schrittweise reduziert wird. Beispielsweise kann der Galliumanteil (= X) in dem Bereich, in dem die Dicke der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht bis zu 2 nm beträgt, auf 0,90 eingerichtet werden, und als nächstes kann der Galliumanteil in einem weiteren 2 nm dicken Bereich auf 0,70 eingerichtet werden, und dann kann ein weiterer 2 nm dicker Bereich mit einem Galliumanteil von 0,51 dazu verwendet werden, eine mehrschichtige Beschaffenheit von ein­ zelnen Schichten aus GaYIn1-YP zu erzeugen, und indem die Galliuman­ teilsschicht derart schrittweise um 0,2 reduziert wird, kann eine Ab­ standshalterschicht mit einem Anteilsgradienten gebildet werden.
Das Gradientenprofil ist nicht auf die in Fig. 4 veranschaulichten Profile begrenzt, sondern in irgendeinem der Gradientenprofile, wie sie in den be­ vorzugten Ausführungsformen nach den Ansprüchen 8-10 der vorliegen­ den Erfindung genannt sind, ist der Galliumanteil (= X) der Abstandshal­ terschicht aus GaXIn1-XP an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanal­ schicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) vorzugsweise 0,70 oder größer, stärker bevorzugt 0,85 oder größer und besonders bevorzugt 1,0. Dies ist der Fall, da durch Einrichten des Galliumanteils (= X) als 0,70 oder größer die Be­ weglichkeit des zweidimensionalen Elektronengases, das sich in der Ka­ nalschicht ansammelt, erhöht werden kann. Zusätzlich sollte der Gallium­ anteil vorzugsweise bis in die Nähe von 0,51 abnehmen. Dies ist der Fall, weil, wenn eine Gitteranpassung an das Ga0,51In0,49P, das die Elektronen­ zufuhrschicht bildet, erreicht ist, dann eine Abstandshalterschicht mit besserer Kristallinität gebildet werden kann, die dafür geeignet ist, die Elektronen, die von der Elektronenzufuhrschicht zugeführt werden, als ein zweidimensionales Elektronengas in der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) anzusammeln.
Tabelle 1 zeigt die Beweglichkeit eines TEGFET aus GaInP, der eine Ab­ standshalterschicht aus GaXIn1-XP mit einem Gradienten im Galliumanteil (= X) gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, im Vergleich mit derje­ nigen eines typischen herkömmlichen TEGFET aus GaInP, die eine Schicht aus Ga0,51In0,49P mit einem Galliumanteil von 0,51 als die Ab­ standshalterschicht aufweist.
Tabelle 1
Unter den TEGFET gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Tabelle 1 aufgelistet sind, bedeutet hinsichtlich des Galliumanteils der Abstands­ halterschicht beispielsweise die Notation "0,75 → 0,51", daß der Gallium­ anteil von 0,75 an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht auf 0,51 an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht redu­ ziert ist. Wie es in dieser Tabelle gezeigt ist, wird sich mit einem TEGFET aus GaInP, der mit einer Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgradien­ ten gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist, selbst bei grob der gleichen Bahnladungsträgerdichte, bei Raumtemperatur (300 Kelvin (K)) sowie der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77 K) eine Beweglichkeit zeigen, die höher als diejenige im Stand der Technik ist. Beiläufig können sowohl die Beweglichkeit als auch die Bahnladungsträgerdichte durch das übliche Hall-Effekt-Meßverfahren gemessen werden. Das heißt, eine Ab­ standshalterschicht aus GaXIn1-XP mit einem Gradienten im Galliumanteil und einem Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Träger­ schicht hat den vorteilhaften Effekt, eine hohe Beweglichkeit zu zeigen.
Im besonderen ergibt die Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgra­ dienten aus GaXIn1-XP, in der der Galliumanteil (= X) an der Übergangs­ grenzfläche mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) auf 1,0 festge­ legt ist, d. h. diese nämlich derart eingerichtet ist, daß sie Galliumphos­ phid (chemische Formel: GaP) ist, eine besonders hohe Beweglichkeit, wie es in der neunten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 9 der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Selbst in diesem Fall ist es bevorzugt, daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronen­ zufuhrschicht aus Ga0,51In0,49P 0,51 beträgt. Das heißt, eine Abstands­ halterschicht aus GaXIn1-XP, die bei der neunten bevorzugten Ausfüh­ rungsform bevorzugt ist, ist eine Kristallschicht, in der der Galliumanteil (= X) von 1,0 auf 0,51 verringert wird, wenn man von der Übergangsgrenz­ fläche mit der Kanalschicht zur Übergangsgrenzfläche mit der Elektronen­ zufuhrschicht geht. Eine Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP (X = 1,0 → 0,51) mit einem derartigen Anteilsgradienten wird erhalten, in­ dem eine Schicht aus GaP gebildet wird, während nichts von der Indium­ quelle dem MOCVD-Reaktionssystem zu Beginn der Filmbildung zugeführt wird, und danach die Menge der dem Reaktionssystem zugeführten Indi­ umquelle allmählich erhöht wird, so daß der Galliumanteil 0,51 wird.
Zusätzlich ist bei der elften bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 11 der vorliegenden Erfindung die n-leitende Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP mit einem Anteilsgradienten aus n-leitendem GaXIn1-XP (0,51 ≦ X ≦ 0,1), das mit Bor (Elementsymbol: B) dotiert ist, gebildet. Die mit Bor dotierte Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP wird mit einem Gradienten im Galliumanteil gebildet, und sie kann gebildet werden, wäh­ rend die Borquelle dem MOCVD-System zugeführt wird. Beispiele der Bor­ quellen zum Dotieren umfassen Trimethylbor (chemische Formel: (CH3)3B und Triethylbor (chemische Formel: (C2H5)3B). Bor wird vorzugsweise der­ art dotiert, daß die Boratomdichte 1 × 1016 Atome/cm3 oder größer und 1 × 1018 Atome/cm3 oder kleiner ist. Außerdem sollte die Bordotierung vor­ zugsweise auf eine Atomdichte durchgeführt werden, die die ungefähre Ladungsträgerdichte der Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP über­ steigt. Die Boratomdichte im Inneren der Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP kann mit der Menge der Borquelle zum Dotieren, die dem MOCVD-Reaktionsabscheidungssystem zugeführt wird, eingestellt werden. Zusätzlich kann die Boratomdichte (Einheit: Atome/cm3) im Inneren der Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP unter Verwendung gewöhnlicher Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) gemessen werden.
Mit der Bordotierung kann die Ladungsträgerdichte der Schicht aus GaXIn1-XP, die eine Anteilsgradientenschicht ist, reduziert werden. Bei­ spielsweise kann die Ladungsträgerdichte der Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP, die annähernd 5 × 1017 Atome/cm3 im undotierten (intrin­ sischen) Zustand beträgt, durch die Bordotierung um eine oder mehrere Größenordnungen reduziert werden. Das heißt, die Anteilsgradienten­ schicht kann als eine Schicht mit einem höheren elektrischen Widerstand eingerichtet werden. Dadurch kann das zweidimensionale Elektronengas, das sich innerhalb der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) ansammelt, auf den Grad der empfangenen Ionisationsstreuung reduziert werden, und dadurch kann, da sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigen wird, ein TEGFET aus GaInP mit einer besseren Transkonduktanzeigenschaft (gm- Eigenschaft) geschaffen werden.
Fig. 6 ist ein schematischer Querschnitt der epitaktischen Stapelstruktur 8A, um die zwölfte bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 12 der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Bei dieser Ausführungsform kann ein halbisolierender Einkristall aus GaAs mit einer {100}-Kristallebene als seine Hauptebene als das Substrat 801 verwendet werden. Es kann auch ein halbisolierender Einkristall aus GaAs mit einer {100}-Ebene als seine Hauptebene, der eine Oberfläche besitzt, die um einen Winkel von grob ±10° in der [110]-Kristallrichtung aus der {100}-Ebene gekippt ist, als das Substrat 801 verwendet werden. Vorzugsweise kann zusätzlich ein Einkri­ stall aus GaAs mit einem spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 107 Ohm-Zentimeter (Einheit: Ω.cm) als das Substrat 801 verwendet werden.
Auf der Oberfläche des Substrats 801 ist eine Supergitterperiodenstruktur 802a abgeschieden, die vorzugsweise aus einer undotierten (intrinsischen) Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) besteht, die durch das MOCVD-Verfah­ ren unter Verwendung von Trimethylgallium ((CH3)3Ga) oder einer anderen Trialkylgalliumverbindung als die Galliumquelle aus der Dampfphase ab­ geschieden ist, wodurch ein Teil 802a der Pufferschicht 802 gebildet ist. Die Methylgruppen, die der Trimethylgalliumverbindung hinzugefügt sind, werden die Quelle von Kohlenstofffremdstoffen, die ins Innere der Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) beigemischt werden, wodurch restliche Donato­ ren innerhalb der Schicht elektrisch kompensiert werden, und haben den günstigen Effekt, daß sie eine Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) ergeben, die im undotierten (intrinsischen) Zustand einen hohen Widerstand auf­ weist. Wenn eine Trimethylgalliumverbindung als das Ausgangsmaterial verwendet wird, kann deshalb leicht eine Pufferschicht mit hohem Wider­ stand gebildet werden. Selbst mit einer Galliumverbindung, die eine Trial­ kylgalliumverbindung mit drei hinzugefügten Kohlenwasserstoffgruppen ist, wobei zwei hinzugefügte Gruppen Methylgruppen sind, kann ein ähn­ licher günstiger Effekt erhalten werden, aber die Wirksamkeit ist schwä­ cher als diejenige von Trimethylgalliumverbindungen. In dem Fall, daß beispielsweise eine Diethylmethylgalliumverbindung als die Galliumquelle verwendet wird, wird die Wirksamkeit der Annahme eines hohen Wider­ standes aufgrund des elektrischen Kompensationseffektes der Kohlen­ stofffremdstoffe noch schwächer.
Die Supergitterstruktur 802a wird gebildet, indem periodisch Schichten aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit wechselseitig unterschiedlichen Aluminium­ anteilen (= L) gestapelt werden. Sie kann beispielsweise mit einer peri­ odisch gestapelten Struktur aus Al0,3Ga0,7As, die einen Aluminiumanteil von 0,3 aufweist, und GaAs, das einen Aluminiumanteil aufweist, das 0 äquivalent ist, gebildet werden. Zusätzlich kann sie beispielsweise mit ei­ ner periodisch gestapelten Struktur aus Al0,1Ga0,9As und Aluminiumarse­ nid (chemische Formel: AlAs) gebildet werden. In einer periodisch gesta­ pelten Struktur mit einer mehrschichtigen Struktur, die aus zwei Schich­ ten mit unterschiedlichen Aluminiumanteilen als eine Einheit besteht, beträgt die geeignete Dicke der Bestandteilschichten 802-1 und 802-2 10 Nanometer (Einheit: nm) oder größer und 100 nm oder weniger. Die An­ zahl von Stapelperioden ist vorzugsweise 2 oder größer und insbesondere bevorzugt 5 oder größer. Eine Pufferschicht mit hohem Widerstand, die aus einer Supergitterstruktur mit einer Heteroübergangsbeschaffenheit besteht, die 5 oder mehr Stapelperioden von mehrschichtigen Einheiten bildet, die aus Schichten aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit unterschiedlichen Aluminiumanteilen bestehen, hat einen günstigen Effekt, daß die Aus­ breitung von Versetzungen oder desgleichen von dem Substrat 801 zur Kanalschicht 803 oder anderen oberen Schichten unterdrückt wird, und ergibt dadurch den Effekt, daß eine Kanalschicht 803 aus GaZIn1-ZAs mit einer niedrigen Kristallfehlerdichte und einer hohen Qualität geschaffen wird, die eine bessere Oberflächenebenheit aufweist.
Die Schichten aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1), die aus organischen Ethylverbin­ dungen als Ausgangsmaterialien hergestellt sind, die die anderen Ab­ schnitte 802b der Pufferschicht 802 bilden, die angrenzend an die Super­ gitterstruktur vorgesehen sind, können unter Verwendung von Triethyl­ gallium (chemische Formel: (C2H5)3Ga) und Triethylaluminium (chemische Formel: (C2H5)3Al) abgeschieden werden. Im Fall der MOCVD-Abscheidung unter Verwendung von Ethylverbindungen von Elementen der Gruppe III rekombinieren die Ethylgruppen, die durch thermische Zerlegung dissozi­ iert sind und werden zu Ethan (Molekülformel: C2H6) und anderen flüchti­ gen Bestandteilen und werden aus dem Reaktionssystem der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase abgeleitet, so daß die Menge von Koh­ lenstofffremdstoffen, die dem Inneren der Kristallschicht beigemischt wer­ den, nicht so groß sein wird, wie im Fall von Methylverbindungen. Des­ halb wird der Widerstand nicht so hoch sein, wie derjenige von Schichten, die aus Methylverbindungen als Ausgangsmaterialien abgeschieden wer­ den. Jedoch gibt es unter Verwendung einer Abscheidungsschicht 802b aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1), die aus Ethylverbindungen von Elementen der Gruppe III als Ausgangsmaterialien abgeschieden wird, den Effekt, daß Indium enthaltende Schichten aus einem Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V mit einem homogenen Indiumanteil abgeschieden werden können. Da diese leicht dissoziierte Ethylgruppen sind, ist die Wahr­ scheinlichkeit, daß die Oberfläche der Abscheidungsschicht mit Kohlen­ stoff enthaltenen Resten bedeckt sein wird, gering, so daß man annimmt, daß ein Grund hierfür ist, daß eine saubere Oberfläche freigelegt wird.
Die Schicht 802b aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1), die aus organischen Ethylver­ bindungen als Ausgangsmaterialien hergestellt ist, kann auf irgendeiner Ebene der Supergitterstruktur 802a, die die Pufferschicht 802 bildet, vor­ gesehen sein. Beispielsweise kann sie zwischen dem halbisolierenden Substrat 801 aus GaAs und der Supergitterstruktur 802a angeordnet sein. Zusätzlich kann sie zwischen der Supergitterstruktur 802a und der Kanalschicht 803 aus GaZIn1-ZAs (0 ≦ Z ≦ 1) angeordnet sein. Zusätzlich kann sie auch auf beiden Seiten der Supergitterstruktur 802a vorgesehen sein. Der Effekt des Homogenisierens des Indiumanteils in den Indium enthaltenden Verbindungshalbleitern 803 und 804 der Gruppe III-V ist in dem Fall am größten, in dem die Schicht 802b aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1), die unter Verwendung organischer Ethylverbindungen als Ausgangsmate­ rialien abgeschieden wird, angrenzend auf der Supergitterstruktur 802a vorgesehen wird. Während es auch ein Verfahren gibt, bei dem die Schicht 802b aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1), die organische Ethylverbindungen als Ausgangsmaterialien verwendet, derart angeordnet wird, daß sie an die Oberfläche des Substrats 801 angrenzt, wird der Effekt der Homogenisie­ rung des Indiumanteils mit der Weite des Abstandes von der Kanalschicht 803 aus GaZIn1-ZAs und der Elektronenzufuhrschicht 805 aus GaLIn1-LP verringert.
In dem Fall, daß die Schicht 802b aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1), die organi­ sche Ethylverbindungen als Ausgangsmaterialien verwendet, nur auf der oberen Oberfläche der Supergitterstruktur 802a vorgesehen ist, ist entwe­ der die Bestandteilschicht 802-1 oder 802-2 mit der Oberfläche des halbi­ solierenden Substrats 801 aus GaAs unter der Substrat-801-Seite der Su­ pergitterstruktur 802a ungeachtet des Aluminiumanteils verbunden. Die Bestandteilschicht (802-1 oder 802-2), die angrenzend an die Oberfläche des halbisolierenden Substrats 801 aus GaAs (begrenzt auf eine Schicht) vorgesehen ist, falls ihre Dicke größer als die der anderen Bestandteil­ schichten ist, ist dann auch bei der zuvor erwähnten Homogenisierung des Indiumanteils wirksam und verursacht außerdem den Effekt einer Pufferschicht, die Änderungen der Kristallqualität der oberen Schichten aufgrund von Schwankungen in den kristallographischen Spezifikationen des Substratkristalls unterdrückt.
Die Schicht (802-1 oder 802-2) aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit einem Kom­ pensationsverhältnis (= K) innerhalb des festgestellten Bereiches, der die Pufferschicht 802 der dreizehnten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 13 der vorliegenden Erfindung bildet, kann abgeschieden wer­ den, indem das sogenannte V/III-Verhältnis eingestellt wird. In einem MOCVD-Abscheidungsreaktionssystem bei Atmosphärendruck oder Nie­ derdruck ist das VIII-Verhältnis als das Verhältnis der Zufuhr von bei­ spielsweise Arsin (chemische Formel: AsH3) (= V) zu Trimethylgallium (= III) definiert, die dem System zugeführt werden (siehe ebenda J. Crystal Growth, 55 (1981)). Als ein Beispiel ist in einem Niederdruck-MOCVD- System mit AsH3/(CH3)3Ga/Wasserstoff (Ha) unter Bedingungen einer Ab­ scheidungstemperatur von 640°C und einem Abscheidungsdruck von 104 Pascal (Pa) eine Abscheidung mit dem V/III-Verhältnis (= AsH3/(CH3)3Ga) im Bereich von 7 oder größer bis 40 oder kleiner möglich.
Das Kompensationsverhältnis (= K) kann auf der Grundlage der Donator­ dichte (Nd) und der Akzeptordichte (Na) berechnet werden. Nd und Na kön­ nen auf der Grundlage der Brooks-Herring-Formel aus den Werten des spezifischen Widerstandes, der Beweglichkeit und der Ladungsträger­ dichte berechnet werden, die beispielsweise durch das Hall-Effekt-Ver­ fahren bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77 K) gemessen wer­ den (siehe Phys. Rev. Band 164, Nr. 3 (1967), S. 1025-1031). Bei n-leiten­ dem AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) im Zustand Nd ≧ Na ist K durch Na/Nd gegeben. Mit p-leitendem AlLGa1-LAs, bei dem Na < Nd ist K durch Nd/Na gegeben. N-leitendes oder p-leitendes AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit dem geeignet ge­ wählten V/III-Verhältnis und dem K-Wert, der vorzugsweise im Bereich von 0,9 oder größer und 1,0 oder kleiner liegt, weist einen besonders ho­ hen Widerstand auf. Beispielsweise weist eine undotierte (intrinsische) Schicht aus GaAs, die durch ein (CH3)3Ga/AsH3/H2-MOCVD-Verfahren mit einem V/III-Verhältnis von 20 abgeschieden ist, ein Kompensations­ verhältnis von 1,0 auf, und ihre Ladungsträgerdichte ist kleiner als 5 × 1014 cm-3. Somit besitzt eine derartige Schicht mit hohem Widerstand den Effekt, daß sie eine Pufferschicht 802a mit einer Supergitterstruktur mit hohem Widerstand ergibt, die den Leckstrom reduziert.
Bei der vierzehnten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 14 der vorliegenden Erfindung ist die Supergitterstruktur 802a unter Verwen­ dung einer p-leitenden, undotierten (intrinsischen) Schicht aus GaAs ge­ bildet, die erhalten wird, indem das V/III-Verhältnis auf die relativ niedri­ ge Seite eingestellt wird, und die ein Kompensationsverhältnis (K) im Be­ reich von 0,9 oder größer und 1,0 oder kleiner und eine Ladungsträger­ dichte von 5 × 1015 cm-3 oder weniger aufweist als die Bestandteilschicht (z. B. 802-1). Wenn p-leitendes GaAs verwendet wird, werden Elektronen gefangen, indem sie an Löcher gebunden werden, und infolgedessen hat es den Effekt, daß es eine Pufferbestandteilschicht ergibt, die in der Lage ist, den Leckstrom zu begrenzen oder abzuschneiden. Wenn die Ladungs­ trägerdichte (Löcherdichte) 1 × 1015 cm-3 übersteigt, müssen dann pn- Übergänge in den anderen Bestandteilschichten der Supergitterstruktur (z. B., 802-2) gebildet werden, und es gibt dadurch Probleme, daß es Fälle gibt, in denen das Hochgeschwindigkeitsansprechvermögen des TEGFET aufgrund erhöhter Kapazität verlorengeht. Bei p-leitendem GaAs mit einer Löcherdichte von 1 × 1013 cm-3 oder weniger, gibt es wegen der geringen Löcherdichte innerhalb der Schicht Fälle, daß keine ausreichenden An­ zahlen von Elektronen gefangen werden können, wodurch jede weitere Verringerung des Leckstroms behindert wird. Deshalb ist mit einer p-lei­ tenden Schicht (z. B. 802-1) aus GaAs, die die Supergitterstruktur 802a bildet, die bevorzugte Ladungsträgerdichte 1 × 1013 cm-3 oder größer und 1 × 1015 cm-3 oder kleiner. Insbesondere ist sie 5 × 1013 cm-3 oder größer und 1 × 1014 cm-3 oder kleiner.
Außerdem ist die Pufferschicht 802 mit einer Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit einem Kompensationsverhältnis (K) im Bereich von 0,9 oder größer und 1,0 oder kleiner und einer Ladungsträgerdichte von 1 × 1015 cm-3 oder kleiner als eine separate Bestandteilschicht (z. B., 802-2) gebildet. Ein Aluminiumanteil (= L) im Bereich von 0,15 oder größer und 0,35 oder kleiner ist bevorzugt, um die zuvor erwähnte p-leitende Schicht (z. B. 802-1) aus GaAs und eine Supergitterstruktur 802a mit einem nied­ rigen Leckstrom zu ergeben. Insbesondere bevorzugt ist 0,20 oder größer und 0,30 oder kleiner. Eine Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit einem derartigen geeigneten Aluminiumanteil weist ein verbotenes Band zwi­ schen 0,2 Elektronenvolt (Einheit: eV) und 0,4 eV auf, das höher ist als das von GaAs, so daß, ungeachtet ob der Leitfähigkeitstyp p-leitend, i-lei­ tend (Typ mit hohem Widerstand) oder n-leitend ist, es den Effekt hat, den Leckstrom zu reduzieren, jedoch in dem Fall, daß die zuvor erwähnte p- leitende Schicht aus GaAs die andere Bestandteilschicht sein soll, ist sie vorzugsweise eine p-leitende Schicht aus AlLGa1-LAs.
Die Supergitterstruktur 802a und die Schicht 802b aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1), die organische Ethylverbindungen als Ausgangsmaterialien verwendet, die mit dieser verbunden sind, können durch das MOCVD- Verfahren oder das Molekularstrahlepitaxieverfahren (MBE-Verfahren) oder ein anderes Verfahren zur chemischen Abscheidung aus der Dampf­ phase (CVD) gebildet werden. Da eine Kanalschicht 803, die aus einem Phosphor enthaltenden Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V besteht, und eine Elektronenzufuhrschicht 805 auf der Pufferschicht 802 abge­ schieden werden müssen, wird vorzugsweise das MOCVD-Verfahren ver­ wendet. Ein anderes Mittel zum Bilden der epitaktischen Stapelstruktur 8A für Anwendungen als TEGFET unter Verwendung unterschiedlicher Abscheidungsverfahren sind denkbar, beispielsweise indem die Puffer­ schicht 802 durch MBE gebildet wird und die Kanalschicht 803 und die Elektronenzufuhrschicht 805 durch MOCVD gebildet werden.
Die fünfzehnte bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 15 der vorlie­ genden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalschicht 803 aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) angrenzend an die Schicht 802b aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1) vorgesehen ist, die ein Teil der Pufferschicht 802 bildet und die mit organischen Ethylverbindungen als Ausgangsmaterialien aus der Dampfphase abgeschieden ist. Durch Annahme einer Beschaffenheit, bei der sie direkt unter der Indium enthaltenden Schicht aus einem Verbin­ dungshalbleiter der Gruppe III-V 803 angeordnet ist, hat sie den größten Effekt bei der Schaffung der Homogenität des Indiumanteils. Während beispielsweise die Homogenität des Indiumanteils in dem Fall der Bildung einer Kanalschicht 803 aus Ga0,80In0,20As, die einen Indiumanteil von 0,20 aufweist, grob ±6% beträgt, ist diese in dem Fall, daß eine undotierte (in­ trinsische) Schicht aus GaAs, die aus Trimethylgallium als ihre Ausgangs­ materialien hergestellt ist, als die Schicht verwendet wird, auf die die Ab­ scheidung durchgeführt wird, kleiner als ±2% bei dieser bevorzugten Ausführungsform und typischerweise um ±1% oder weniger verbessert. Zusätzlich hat dies auch in einer Schicht aus AlMGa1-MAs unter Verwen­ dung eines (CH3)3Al/(C2H5)Ga-Ausgangsmaterialsystems den Effekt, daß die Homogenität des Indiumanteils von grob ±6% auf grob ±3% erhöht wird. Der Indiumanteil der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs oder der Elektro­ nenzufuhrschicht aus GaLIn1-LP kann bestimmt werden aus dem Beu­ gungswinkel, der durch gewöhnliche Röntgenbeugungsverfahren gefunden wird, oder aus der Photolumineszenzlichtemissionswellenlänge (PL-Licht­ emissionswellenlänge).
Im besonderen ist bei der sechzehnten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 16 der vorliegenden Erfindung die Schicht 802 aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1), die unter Verwendung organischer Ethylverbin­ dungen als Ausgangsmaterialien aus der Dampfphase abgeschieden ist, aus einem n-leitenden, undotierten (intrinsischen) AlMGa1-MAs mit einer Ladungsträgerdichte von 5 × 1015 cm-3 oder weniger gebildet. Die Schicht 802b aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1) mit einer Trägerdichte (Elektronendichte) von vorzugsweise 5 × 1015 cm-3 oder weniger hat den Effekt, daß der Leck­ strom des Betriebsstromes, der in der Kanalschicht 803 aus GaZIn1-ZAs in das Innere der Pufferschicht 802 fließt, unterdrückt wird. Während auch eine p-leitende, undotierte (intrinsische) Schicht aus AlMGa1-MAs den Ef­ fekt haben würde, daß der Leckstrom in die Pufferschicht 802 reduziert werden würde, ist es mit einem MOCVD-Verfahren, das organische Ethyl­ verbindungen als die Ausgangsmaterialien verwendet, schwierig, die Bei­ mischung von Kohlenstoffverbindungen aufgrund des Effektes von Ethyl­ gruppen zu reduzieren und stabil eine p-leitende Schicht aus AlMGa1-MAs im undotierten (intrinsischen) Zustand zu erhalten. Während zusätzlich eine p-leitende Schicht aus AlMGa1-MAs mittels einer Dotierung mit p-lei­ tenden Fremdstoffen erhalten werden kann, wenn die Beschaffenheit eine Schicht aus AlMGa1-MAs mit einer großen Gesamtmenge von Fremdstoffen (= Nd + Na), die direkt unter der Kanalschicht 803 aus GaZIn1-ZAs angefügt ist, aufweist, gibt es dadurch ein Problem, daß das Photoansprechvermö­ gen des Source-Drain-Stromes (Ids) groß wird. Aus diesem Grund wird be­ sonders bevorzugt eine undotierte (intrinsische), n-leitende Schicht aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1) verwendet.
Die Schicht 802b aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1), die unter Verwendung orga­ nischer Ethylverbindungen wie oben beschrieben abgeschieden worden ist, weist einen niedrigen Kohlenstofffremdstoffgehalt auf, und ihr Wider­ standswert ist typischerweise niedrig im Vergleich mit demjenigen von Kristallschichten, die aus organischen Methylverbindungen hergestellt sind. Wenn die Dicke der Schicht aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung organischer Ethylverbindungen abgeschieden worden ist, übermäßig groß ist, gibt es deshalb dadurch ein Problem, daß dies ein Ergebnis herausfor­ dert, bei dem der Leckstrom in die Pufferschicht 802 hinein erhöht ist. Somit beträgt die Dicke der Schicht aus AlMGa1-MAs vorzugsweise 100 nm oder weniger. Die Steuerung der Schichtdicke wird durch Steuern der Filmbildungszeit durchgeführt. Insbesondere ist bei der siebzehnten be­ vorzugten Ausführungsform nach Anspruch 17 der vorliegenden Erfin­ dung die Dicke der Schicht 802b aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1), die unter Verwendung organischer Ethylverbindungen als Ausgangsmaterialien aus der Dampfphase abgeschieden ist, derart eingerichtet, daß sie nicht dicker als eine der Schichten (802-1 oder 802-2) aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) ist, die einen unterschiedlichen Aluminiumanteil (L) aufweist und unter Verwen­ dung organischer Methylverbindungen als Ausgangsmaterialien aus der Dampfphase abgeschieden ist und die Supergitterstruktur 802a bildet. Beispielsweise ist mit der Supergitterstruktur 802a, die aus einer Schicht aus AlLGa1-LAs mit einer Dicke von 5 nm besteht, eine Schicht 802b aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1) verbunden, die unter Verwendung organischer Ethylverbindungen mit einer Dicke von 50 nm oder weniger abgeschieden ist. Eine n-leitende Schicht 802b aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1) mit einer der­ artigen Dicke hat den Effekt, daß die Hysterese des Ids reduziert wird, und sie zeigt auch den Effekt, daß die Stabilität der gm erhöht wird.
Bei der achtzehnten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 18 der vorliegenden Erfindung ist der Aluminiumanteil (M) der n-leitenden Schicht 802b aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung organischer Ethyl­ verbindungen als Ausgangsmaterialien aus der Dampfphase abgeschieden ist, derart festgelegt, daß er nicht größer als der Aluminiumanteil (L) von einer der Schichten (802-1 oder 802-2) aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) ist, die die Supergitterstruktur 802a bilden. Der Aluminiumanteil (= M) soll vor­ zugsweise nicht größer als 0,4 sein, so daß sich kein Halbleiter von der Art mit indirektem Übergang ergibt. Er ist vorzugsweise nicht größer als 0,3. Der optimale Aluminiumanteil beträgt 0, nämlich eine GaAs-Beschaffen­ heit. Der Aluminiumanteil (= M) kann gesteuert werden, indem beispiels­ weise das Verhältnis der Menge von (C2H5)3Al zur Gesamtmenge Triethyl­ aluminium (chemische Formel: (C2H5)3Al) und Triethylgallium (chemische Formel: (C2H5)3Ga), die dem MOCVD-Abscheidungssystem zugeführt wer­ den, eingestellt wird. Eine Pufferschicht 802, mit der eine n-leitende Schicht 802b aus AlMGa1-MAs, die einen derartigen passenden Aluminium­ anteil aufweist, verbunden ist, hat den Effekt, daß ein Feldeffekttransistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit und mit niedriger Photoansprechemp­ findlichkeit und einer kleinen Stromschleifenbreite in Ids geschaffen wird.
Fig. 8 ist ein schematischer Querschnitt der epitaktischen Stapelstruktur 112A um die neunzehnte bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 19 der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Bei dieser Ausführungsform kann ein halbisolierender Einkristall aus GaAs mit einer {100}-Kristall­ ebene als seine Hauptebene als das Substrat 111 verwendet werden. Ein halbisolierender Einkristall aus GaAs mit einer {100}-Ebene als seine Hauptebene, der eine Oberfläche besitzt, die um einen Winkel von grob ±10° in der [110]-Kristallrichtung aus der {100}-Ebene gekippt ist, kann ebenfalls als das Substrat 111 verwendet werden. Zusätzlich kann vor­ zugsweise ein Einkristall aus GaAs mit einem spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 107 Ohm-Zentimeter (Einheit: Ω.cm) als das Sub­ strat 111 verwendet werden.
Die Pufferschicht 112 auf der Oberfläche des Substrats 111 ist aus einer Supergitterperiodenstruktur gebildet, die vorzugsweise aus einer undo­ tierten (intrinsischen) Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) besteht, die durch das MOCVD-Verfahren unter Verwendung von Trimethylgallium ((CH3)3Ga) oder einer anderen Trialkylgalliumverbindung als die Gallium­ quelle (Ga-Quelle) aus der Dampfphase abgeschieden ist. Die Methylgrup­ pen, die der Trimethylgalliumverbindung hinzugefügt sind, werden die Quelle von Kohlenstofffremdstoffen, die dem Inneren der Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) beigemischt werden, wodurch restliche Donatoren innerhalb der Schicht elektrisch kompensiert werden, und haben den günstigen Effekt, daß sie eine Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) ergeben, die im undotierten (intrinsischen) Zustand einen hohen Widerstand auf­ weist. Wenn eine Trimethylgalliumverbindung als das Ausgangsmaterial verwendet wird, kann daher leicht eine Pufferschicht mit hohem Wider­ stand gebildet werden. Selbst mit einer Galliumverbindung, die eine Trial­ kylgalliumverbindung mit drei hinzugefügten Kohlenwasserstoffgruppen ist, wobei zwei hinzugefügte Gruppen Methylgruppen sind, kann ein ähn­ licher günstiger Effekt erhalten werden, aber die Wirksamkeit ist schwä­ cher als diejenige von Trimethylgalliumverbindungen. In dem Fall, daß beispielsweise eine Diethylmethylgalliumverbindung als die Galliumver­ bindung verwendet wird, wird die Wirksamkeit der Annahme eines hohen Widerstandes aufgrund des elektrischen Kompensationseffektes von Koh­ lenstofffremdstoffen noch schwächer.
Die Supergitterstruktur wird gebildet, indem ein wiederholtes Muster von Schichten aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit wechselseitig unterschiedlichen Aluminiumanteilen (= L) gestapelt wird. Sie kann beispielsweise mit einer periodisch gestapelten Struktur aus Al0,3Ga0,7As, die einen Aluminiuman­ teil von 0,3 aufweist, und GaAs, das einen Aluminiumanteil aufweist, der 0 äquivalent ist, gebildet werden. Zusätzlich kann sie beispielsweise aus einer periodisch gestapelten Struktur aus Al0,1Ga0,9As und Aluminium­ arsenid (chemische Formel: AlAs) gebildet sein. Bei einer periodisch gesta­ pelten Struktur mit einer mehrschichtigen Struktur, die aus zwei Schich­ ten mit unterschiedlichen Aluminiumanteilen besteht, ist die geeignete Dicke der Bestandteilschichten 112-1 und 112-2 10 Nanometer (Einheit: nm) oder größer und 100 nm oder kleiner. Die Bestandteilschichten 112-1 und 112-2 sind vorzugsweise Schichten mit hohem Widerstand mit einer Ladungsträgerdichte von weniger als 5 × 1014 cm-3. Die Anzahl von Sta­ pelperioden ist vorzugsweise 2 oder größer und insbesondere bevorzugt 5 oder größer. Eine Pufferschicht mit hohem Widerstand, die aus einer Su­ pergitterstruktur mit einer Heteroübergangsbeschaffenheit besteht, die 5 oder mehr Stapelperioden von mehrschichtigen Einheiten bildet, die aus Schichten aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit unterschiedlichen Aluminium­ anteilen besteht, hat den günstigen Effekt einer Unterdrückung der Aus­ breitung von Versetzungen oder desgleichen von dem Substrat 111 zur Kanalschicht 114 und anderen oberen Schichten und ergibt dadurch den Effekt, daß eine Kanalschicht 114 aus GaZIn1-ZAs mit einer geringen Kri­ stallfehlerdichte und hoher Qualität geschaffen wird, die eine bessere Oberflächenebenheit aufweist.
Die Schicht aus GaAs, die aus Triethylgallium (chemische Formel: (C2H5)eGa) als das Ausgangsmaterial hergestellt ist und auf die Puffer­ schicht 112 gestapelt ist, die die Supergitterstruktur bildet, kann durch das MOCVD-Verfahren unter Verwendung eines (C2H5)3Ga/Arsin (AsH3)/­ Wasserstoff (H2)-Reaktionssystems abgeschieden werden. Unter Verwen­ dung einer GaAs-Abscheidungsschicht 113, die die Ethylverbindung (C2H5)3Ga als die Galliumquelle verwendet, gibt es den Effekt, daß Indium enthaltende Schichten aus Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V mit einem homogenen Indiumanteil abgeschieden werden können. Die Ethyl­ gruppen, die durch thermische Zersetzung dissoziiert werden, rekombinie­ ren und werden zu Ethan (Molekülformel: C2H6) und anderen flüchtigen Bestandteilen und werden aus dem Reaktionssystem zur chemischen Ab­ scheidung aus der Dampfphase abgeführt, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß die Oberfläche der Abscheidungsschicht mit Kohlenstoff enthaltenden Resten bedeckt sein wird, niedrig ist, so daß man annimmt, daß ein Grund hierfür ist, daß eine saubere Oberfläche freigelegt wird.
Wenn Triethylgallium als das Ausgangsmaterial verwendet wird, ist die Menge an Kohlenstofffremdstoffen, die dem Inneren der Schicht aus GaAs beigemischt werden, reduziert und die Ladungsträgerdichte im undotier­ ten (intrinsischen) Zustand ist typischerweise höher als diejenige einer Schicht aus GaAs, die Trimethylgallium als das Ausgangsmaterial ver­ wendet. Wenn beispielsweise das Verhältnis der Konzentrationen von AsH3/(CH3)3Ga, das einem MOCVD-Reaktionssystem zugeführt wird, (das sogenannte VIII-Verhältnis) mit Trimethylgallium auf dieselben 10,0 ein­ gestellt wird, wird eine Schicht aus GaAs mit hohem Widerstand, die zum Bilden der Pufferschicht 112 mit einer undotierten (intrinsischen), p-lei­ tenden Ladungsträgerdichte von 5 × 1013 cm-3 geeignet ist, rekristallisiert. Im Gegensatz dazu resultiert mit Triethylgallium eine Schicht aus GaAs mit n-Leitfähigkeit und einer Ladungsträgerdichte, die um eine Größen­ ordnung größer ist. Wenn eine extrem dicke Schicht, die eine derartige Leitfähigkeit zeigt, direkt unter der Kanalschicht 114 aus GaZIn1-ZAs ange­ ordnet ist, nimmt nur der Leckstrom der Kanalschicht 114 zu. Deshalb liegt die Dicke der Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist, vorzugsweise zwischen einigen nm und grob 100 nm. Damit bessere Ergebnisse resultieren, sollte die Dicke der Schicht 113 aus GaAs um so dünner hergestellt werden, je höher die La­ dungsträgerdichte ist. Für eine n-leitende Schicht 113 aus GaAs 113 mit einer Ladungsträgerdichte von 1 × 1015 cm-3 beträgt beispielsweise die maximale bevorzugte Dicke 30 nm.
Auf der Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangs­ material hergestellt ist, sind nacheinander eine Kanalschicht 114 aus Ga­ ZIn1-ZAs und eine Elektronenzufuhrschicht 116 aus GaYIn1-YP abgeschie­ den. Die Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangs­ material hergestellt ist, hat den Effekt, daß sie die Homogenität des Indi­ umanteils der Indium enthaltenden Schichten aus Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V, die die oberen Schichten 114-116 bilden, auf innerhalb von ±2% verbessert. Indium enthaltende Schichten aus Verbindungs­ halbleitern der Gruppe III-V, in denen sich der Indiumanteil auf über ±2% verschlechtert, werden ein Hindernis, um TEGFET mit einer homogenen Abschnürspannung und Transkonduktanz (gm) zu erhalten. Auch in Schichten aus AlCGa1-CAs (0 ≦ C ≦ 1), die aus Triethylgallium als ihr Aus­ gangsmaterial hergestellt sind, gibt es, während sie den Effekt besitzen, daß sie Indium enthaltende Schichten aus Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V mit oberen Schichten bilden, die eine bessere Homogenität des Indiumanteils aufweisen, falls Aluminium (Al) enthaltende Kristall­ schichten angeordnet sind, zusätzlich dadurch ein Problem, daß leicht ei­ ne Photoansprechempfindlichkeit im Drain-Strom (siehe G. J. Ree, ed., Semi-Insulating III-V Materials, (Shiva Pub. Ltd. (Kent, UK, 1980), S. 349-352)) und "Hysterese" des Source-Drain-Stroms (siehe Makoto Kikuchi, Yasuhiro Tarui, eds., "Illustrated Semiconductor Dictionary", (Nikkan Ko­ gyo Shimbunsha, 25. Januar 1978), S. 238) und "Knicke" auftreten (JP-A- 10-247727 und JP-A-10-335350).
Bei der zwanzigsten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 20 der vorliegenden Erfindung kann die Kanalschicht 114, die aus GaZIn1-ZAs mit einer kleinen Oberflächenrauhigkeit besteht, die darin beschrieben ist, mit der Schicht 113 aus GaAs im besonderen als die Substratschicht und unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens unter Verwendung einer Tri­ methylverbindung im besonderen als die Quelle des Bestandteilelements der Gruppe III gebildet werden. Ein MOCVD-Verfahren unter Verwendung einer Trimethylverbindung als die Quelle des Bestandteilelements der Gruppe III ist derart definiert, daß sie die Bedeutung 81170 00070 552 001000280000000200012000285918105900040 0002010047659 00004 81051eines MOCVD-Ver­ fahrens bei Atmosphärendruck oder Niederdruck unter Verwendung von beispielsweise einer Trimethylverbindung von mindestens einem Element der Gruppe III von Gallium oder Indium besitzt, Trimethylgallium ((CH3)3Ga) als die Galliumquelle, und Trimethylindium (chemische Formel: (CH3)3In) als die Indiumquelle. Insbesondere kann Cyclopentadienylindi­ um (chemische Formel: C5H5In), das eine monovalente Bindungswertigkeit aufweist, verwendet werden. Mit einem (CH3)3Ga/(CH3)3In/AsH3/H2-Re­ aktionssystem kann auf der Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgalli­ um als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist, eine Schicht 114 aus GaZIn1- ZAs mit einer Homogenität des Indiumanteils von ±1% oder weniger gebil­ det werden. Die Homogenität des Indiumanteils ist derart definiert, daß sie als der Wert gegeben ist, der gefunden wird, indem die Differenz zwi­ schen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert des Indiumanteils durch einen Wert dividiert wird, der das Doppelte des Durchschnitts­ wertes des Indiumanteils beträgt. In einem (C2H5)Ga/(CH3)3In/AsH3/H2- Reaktionssystem wird die Homogenität des Indiumanteils der Schicht aus GaZIn1-ZAs typischerweise bei grob ±6% als schlecht angesehen.
Mittels eines MOCVD-Verfahrens unter Verwendung einer Trimethylver­ bindung als die Quelle des Bestandteilelements der Gruppe III wird zu­ sätzlich auf der Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist, eine ebene Schicht aus GaZIn1-ZAs er­ halten, die eine bessere Homogenität des Indiumanteils und auch eine niedrige Oberflächenrauhigkeit aufgrund einer Absonderung von Indium oder desgleichen aufweist. Wenn die Oberflächenrauhigkeit als Ver­ schwommenheit oder "Schleier" (haze) ausgedrückt wird (hinsichtlich der Verschwommenheit siehe Takao Abe, "Silicon Crystal Growth and Wafer Wortring" (von Baifukan veröffentlicht, 20. Mai 1994, erste Auflage), S. 322-326), dann hat die Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist, auch den Effekt, daß die Ver­ schwommenheit der oberen Indium enthaltenden Schichten aus Verbin­ dungshalbleitern der Gruppe III-V 114-116 reduziert wird. Die Abstands­ halterschicht 115 mit einer ebenen angrenzenden Oberfläche kann auf der Kanalschicht 114 angefügt sein, die eine geringe Oberflächenrauhigkeit, nämlich wenig Verschwommenheit, aufweist und somit ist ihre Schicht­ dicke homogen geworden. Wenn die angrenzende Oberfläche eben ist, hat sie dann dadurch einen Vorteil, daß das zweidimensionale Elektronengas in einem Bereich in der Nähe des Übergangsbereiches der Kanalschicht 114 örtlich festgelegt sein kann. Damit sich eine Heteroübergangsgrenz­ fläche ergibt, die für die effiziente örtliche Festlegung eines zweidimensio­ nalen Elektronengases geeignet ist, sollte die Verschwommenheit vor­ zugsweise 60 Teile pro Million (ppm) oder weniger betragen. In einer Ka­ nalschicht, die aus einer Schicht aus GaZIn1-ZAs mit einer Oberflächen­ rauhigkeit über 60 ppm als Verschwommenheit besteht, fehlt es der Über­ gangsgrenzfläche mit der Abstandshalterschicht an Ebenheit, und diese wird chaotisch, so daß die Summe der erhaltenen Elektronenbeweglichkeit auch heterogen wird, und infolgedessen keine TEGFET aus GaInP mit ei­ ner hohen Transkonduktanz (gm) erhalten werden können.
Bei der einundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 21 der vorliegenden Erfindung ist eine Abstandshalterschicht 115 aus ei­ ner Schicht aus GaXIn1-XP (0 ≦ X ≦ 1) gebildet, die mittels eines MOCVD- Verfahrens unter Verwendung einer Trimethylverbindung als die Quelle des Bestandteilelements der Gruppe III gebildet ist. Wie es oben beschrie­ ben wurde, kann auf der Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist, eine Kanalschicht 114 gebildet sein, die aus einer Schicht aus GaZIn1-ZAs besteht, die eine bessere Homo­ genität des Indiumanteils aufweist. Auf der Kanalschicht 114, die einen homogenen Indiumanteil aufweist, kann eine Abstandshalterschicht 115 aus GaXIn1-XP (0 ≦ X ≦ 1) gestapelt sein, die eine bessere Homogenität des Indiumanteils aufweist. Außerdem kann mit einem MOCVD-Verfahren bei Niederdruck oder Atmosphärendruck auf der Grundlage eines (CH3)3Ga/­ (CH3)3In/AsH3-Reaktionssystem eine Schicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1) mit einer noch besseren Homogenität erhalten werden. Eine Schicht aus GaXIn1-XP mit einer Homogenität im Indiumanteil von weniger als ±1% ist zur praktischen Verwendung als eine Abstandshalterschicht gut geeignet.
Mit einem MOCVD-Verfahren bei Niederdruck oder Atmosphärendruck auf der Grundlage eines (CH3)3Ga-Ausgangsmaterialsystems kann zusätzlich zur Homogenität des Indiumanteils eine Abstandshalterschicht 115 mit einer noch besseren Oberflächenebenheit geschaffen werden. Beispiels­ weise kann mit einem (CH3)3Ga/(CH3)3InAs/H3/H2-Reaktionssystem zum Zeitpunkt der Abscheidung der Abstandshalterschicht 115 die Ver­ schwommenheit an der Oberfläche der Abstandshalterschicht 115 auf 100 ppm oder weniger eingerichtet werden, so daß eine Abstandshalterschicht 115, die an die Elektronenzufuhrschicht 116 mit einer ebenen Übergangs­ fläche angrenzen kann, geschaffen wird. Wenn die Verschwommenheit der Oberfläche der Abstandshalterschicht 115 aus GaXIn1-xP 100 ppm über­ steigt, werden dann die Differenzen der Dicke der Abstandshalterschicht 115 aufgrund von Bereichen, denen es an Oberflächenebenheiten fehlt, auffällig. Aus diesem Grund wird der Abstand, mit dem die Kanalschicht 114 und die Elektronenzufuhrschicht 116 räumlich getrennt sind, in Ab­ hängigkeit von dem Bereich unterschiedlich, so daß der Grad der Ionisati­ onsstreuung, die von dem zweidimensionalen Elektronengas innerhalb der Kanalschicht 114 empfangen wird, heterogen wird. Deshalb tritt ein Pro­ blem auf, daß sich die Beweglichkeit des erhaltenen zweidimensionalen Elektronengases in Abhängigkeit von dem Bereich ändert.
Die Ladungsträgerdichte in der Schicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≦ 1), die die Abstandshalterschicht 115 bildet, ist vorzugsweise kleiner als 1 × 1016 cm-3. Je niedriger die Ladungsträgerdichte ist, desto besser, und abhängig von dem Fall ist selbst ein hoher Widerstand kein Problem. Der Leitfähigkeitstyp der Abstandshalterschicht 115 ist vorzugsweise n-lei­ tend. Eine Dicke zwischen 1 nm und 15 nm ist typischerweise geeignet. Wenn die Dicke der Abstandshalterschicht 115 dicker wird, nimmt die Elektronenbeweglichkeit, die das zweidimensionale Elektronengas zeigt, zu; jedoch nimmt im Gegensatz dazu die Bahnladungsträgerdichte ab. Für eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP mit einer Ladungsträgerdichte von 2 × 1018 cm-3 ist eine Schichtdicke, die eine Bahnladungsträgerdichte von 1,5 × 1012 cm-2 ergibt, bevorzugt. Die Bahnladungsträgerdichte wird durch das übliche Hall-Effekt-Meßverfahren gefunden.
Bei der zweiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform nach An­ spruch 22 der vorliegenden Erfindung ist eine Elektronenzufuhrschicht 116 aus einer n-leitenden Schicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) mit einer Oberflächenverschwommenheit von 200 ppm oder weniger gebildet. Eine Schicht aus GaYIn1-YP mit einer derartigen Oberflächenrauhigkeit kann aus Trimethylgallium ((CH3)3Ga) oder Trimethylindium ((CH3)3In) als das Bestandteilausgangsmaterial der Gruppe III gebildet sein, das auf einer unteren Schicht einer GaAs-Schicht 113 angeordnet ist, die aus Triethyl­ gallium als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist. Unter Verwendung eines Reaktionssystems, das Trimethylverbindungen für sowohl die Gallium­ quelle als auch die Indiumquelle verwendet, kann eine Schicht aus GaYIn1-YP mit einer noch niedrigeren Oberflächenrauhigkeit noch stabiler erhalten werden. Die Verschwommenheit kann durch Messen der Inten­ sität der Streuung von einfallendem Laserlicht oder durch andere Mittel gemessen werden. Die Dicke der Elektronenzufuhrschicht 116 sollte 20-40 nm betragen.
Die Elektronenzufuhrschicht 116 ist vorzugsweise aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1) gebildet, das mit n-leitenden Fremdstoffen dotiert ist. Eine be­ sonders bevorzugte Elektronenzufuhrschicht 116 kann aus einer Ga0,51In0,49P-Kristallschicht mit einem Indiumanteil (= 1 - Y) von 0,49 ge­ bildet sein. Da Ga0,51In0,49P zum Gitter von GaAs paßt, kann eine Kon­ taktschicht aus GaAs mit wenigen Kristallfehlern, die aus einer Gitter­ fehlanpassung herrühren, als die obere Schicht gebildet werden. Geeig­ nete n-leitende Fremdstoffe zum Dotieren in Ga0,51In0,49P umfassen Silizi­ um (Elementsymbol: Si), das einen kleinen Diffusionskoeffizienten besitzt. Die Ladungsträgerdichte der Elektronenzufuhrschicht 116 aus Ga0,51In0,49P beträgt vorzugsweise 2-3 × 1018 cm-3. Die Ladungsträger­ dichte kann mittels des üblichen Kapazitäts-Spannungs-Verfahrens (C-V- Verfahrens) gemessen werden. Die Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP mit einer geringen Oberflächenrauhigkeit und besseren Homogenität des Indiumanteils weist eine bessere Homogenität der Ladungsträgerdichte auf, so hat sie auch den Effekt einer Homogenisierung der Bahnladungs­ trägerdichte, die hauptsächlich das zweidimensionale Elektronengas um­ faßt.
Bei der dreiundzwanzigsten bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 23 der vorliegenden Erfindung wird zum Zeitpunkt der Bildung der Indi­ um enthaltenden Schichten aus Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V mit besserer Oberflächenverschwommenheit mittels chemischer Abschei­ dung metallorganischer Verbindungen aus der Dampfphase Cyclopenta­ dienylindium (chemische Formel: C5H5In(I)), das eine monovalente-Bin­ dungswertigkeit aufweist, als die Indiumquelle verwendet (siehe J. Elec­ tron, Mater., 25(3) (1996), S. 407-409). Da C5H5In(I) die Eigenschaften ei­ ner Lewis-Base zeigt, kann die Polymerisationsreaktion mit Arsin (chemi­ sche Formel: AsH3) oder Phosphin (chemische Formel: PH3) als die reprä­ sentative Quelle von Elementen der Gruppe V innerhalb der Umgebung der chemischen Abscheidung aus der Dampfphase unterdrückt werden (siehe J. Crystal Growth 107 (1991), S. 360-354). Da das Auftreten von beispielsweise organischen Indium-Phosphor-Polymeren unterdrückt wird (siehe J. Chem. Soc., [1951] (1951), S. 2003-2013) ist aus diesem Grund die Homogenität des Indiumanteils besser, und sie ist so wesentlich bes­ ser beim Erhalten von Indium enthaltenden, aus der Dampfphase abge­ schiedenen Schichten aus Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V.
Zusätzlich weist C5H5In(I) einen niedrigeren Dampfdruck (Sublimations­ druck) als der von Trimethylindium ((CH3)3In) auf, und seine Filmbildungs­ rate ist niedriger, so daß es zur Bildung der Kanalschicht 114 aus GaZIn1-ZAs, der Abstandshalterschicht 115 aus GaXIn1-XP, der Elektronen­ zufuhrschicht 116 und weiteren und Dünnfilmschichten besonders geeig­ net ist. Um einen Sublimationsdruck einzuleiten, der zur Dünnfilmausbil­ dung geeignet ist, sollte das C5H5In(I) vorzugsweise in einem ungefähren Temperaturbereich von 40°C bis 70°C gehalten werden. Ein Beispiel eines Begleitgases, das den Dampf von sublimiertem C5H5In(I) begleitet, ist Wasserstoff.
Die siebenundzwanzigste bevorzugte Ausführungsform betrifft besonders einen Feldeffekttransistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit, der unter Verwendung der zuvor erwähnten epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP hergestellt ist.
Das Vorstehende ist eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsfor­ men der vorliegenden Erfindung, und hier folgt eine detailliertere Be­ schreibung der vorliegenden Erfindung mittels Arbeitsbeispielen; jedoch ist die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf diese Arbeitsbeispiele begrenzt.
Arbeitsbeispiel 1
Bei diesem Arbeitsbeispiel wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Verwendung des Falls einer Ausbildung eines Feldeffekttransistors aus GaInP mit zweidimensionalem Elektronengas mittels des MOCVD-Ver­ fahrens als ein Beispiel beschrieben. Fig. 3 ist ein schematischer Quer­ schnitt eines TEGFET 300 gemäß diesem Arbeitsbeispiel.
Die epitaktische Stapelstruktur 3A für eine Anwendung als TEGFET 300 verwendet einen undotierten (intrinsischen), halbisolierenden, aus der (100)-Ebene um 2° gekippten Einkristall aus GaAs als ein Substrat 301. Der spezifische Widerstand des Einkristalls aus GaAs, der als das Sub­ strat 301 verwendet wird, beträgt 3 × 107 Ω.cm. Auf der Oberfläche des Substrats 301 mit einem Durchmesser von 100 mm ist eine Supergitter­ struktur aus AlLGa1-LAs/GaAs als ein Bestandteil 302-1 der ersten Puffer­ schicht, die die Pufferschicht 302 bildet, abgeschieden. Die Supergitter­ struktur 302-1 besteht aus einer undotierten (intrinsischen) Schicht 302a aus Al0,30Ga0,70As mit einem Aluminiumanteil (= L) von 0,30 und einer undotierten (intrinsischen), p-leitenden Schicht 302b aus GaAs. Die La­ dungsträgerdichte der Schicht 302a aus Al0,30Ga0,70As beträgt 1 × 1014 cm-3, und ihre Dicke beträgt 45 nm. Die Ladungsträgerdichte der p-leitenden Schicht 302b aus GaAs beträgt 7 × 1013 cm-3, und ihre Dicke beträgt 50 nm. Die Anzahl von Stapelperioden der Schicht 302a aus Al0,30Ga0,70As und der p-leitenden Schicht 302b aus GaAs beträgt 5 Peri­ oden. Die Schicht 302a aus Al0,30Ga0,70As und die p-leitende Schicht 302b aus GaAs wurden alle bei 640°C mittels einer Niederdruck-MOCVD-Ver­ fahrens auf der Grundlage eines (CH3)3Ga/(CH3)3Al/AsH3/H2-Reaktions­ systems gebildet. Der Druck zur Zeit der Filmbildung betrug 1,3 × 104 Pascal (Pa). Wasserstoff wurde als das Trägergas (Transportgas) verwen­ det.
Auf den Bestandteil 302-1 der ersten Pufferschicht 302 ist eine Schicht 302c aus GaAs gestapelt, die mittels eines Niederdruck-MOCVD-Ver­ fahrens mit einem (C2H5)3Ga/AsH3/H2-Reaktionssystem unter Verwen­ dung von Triethylgallium ((C2H5)3Ga) als die Galliumquelle (Ga-Quelle) ab­ geschieden ist, wodurch ein zweiter Pufferschichtbestandteil 302-2 gebil­ det ist. Die Filmbildungstemperatur betrug 640°C, und der Druck zur Zeit der Bildung betrug 1,3 × 104 Pa. Die Ladungsträgerdichte der undotierten (intrinsischen), n-leitenden Schicht 302c aus GaAs beträgt 2 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 20 nm.
Auf den zweiten Pufferschichtbestandteil 302-2 ist eine undotierte (intrin­ sische), n-leitende Schicht aus Ga0,80In0,20As gestapelt, die mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/­ C5H5In/AsH3/H2-Reaktionssystems als eine Kanalschicht 303 abgeschie­ den ist. Die Ladungsträgerdichte der Schicht aus Ga0,80In0,20As, die die Kanalschicht 303 bildet, beträgt 1 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 13 nm. Aus der Homogenität der Photolumineszenzwellenlänge (PL- Wellenlänge) wurde herausgefunden, daß die Homogenität des Indiuman­ teils 0,20 (±0,4%) betrug. Es wurde herausgefunden, daß der Ver­ schwommenheitswert der Oberfläche dieser Schicht 303, gemessen aus der Intensität der Streuung von einfallendem Laserlicht, 12 ppm betrug.
Auf der Kanalschicht 303 aus Ga0,80In0,20As ist eine Elektronenzufuhr­ schicht 304 gestapelt, die aus einem mit Silizium (Si) dotierten, n-leiten­ dem Ga0,51In0,49P besteht und mittels eines Niederdruck-MOCVD-Ver­ fahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/C5H5In/PH3/H2-Reaktions­ systems mit einem Anteilsgradienten im Galliumanteil (= Y) abgeschieden ist. Der Galliumanteil ist (= Y) der Elektronenzufuhrschicht 304 an der Übergangsgrenzfläche 304a mit der undotierten (intrinsischen), n-leiten­ den Kanalschicht 303 aus Ga0,80In0,20As war auf 0,88 eingestellt. Der Gal­ liumanteil (= Y) der Elektronenzufuhrschicht 304 an der Übergangsgrenz­ fläche 304b mit der n-leitenden Kontaktschicht 305 aus GaAs war auf 0,51 eingestellt. Der Gradient in diesem Galliumanteil wurde durch gleichmäßiges und lineares Reduzieren des Anteils von C5H5In zu (CH3)3Ga (= C5H5In/(CH3)3Ga erzeugt, das dem MOCVD-Reaktionssystem über die Zeit während der Filmbildungsperiode zur Abscheidung der Elektronenzufuhrschicht 304 bis zu einer Dicke von 25 nm zugeführt wurde. Eine Wasserstoff-Disilan-Gasmischung (Si2H6-Gasmischung) (Kon­ zentration von 10 Volumen-ppm) wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte der Elektronenzufuhrschicht 304 be­ trägt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 25 nm. Aus der Homogenität der Photolumineszenzwellenlänge (PL-Wellenlänge) wurde festgestellt, daß die Homogenität des Indiumanteils 0,51 (±0,5%) betrug. Es wurde her­ ausgefunden, daß der Verschwommenheitswert nach dem Stapeln dieser Schicht 304 18 ppm betrug.
Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 304, die aus n-leitendem Ga0,51In0,49P besteht, ist eine Kontaktschicht 305, die aus Si-dotiertem, n-leitendem GaAs besteht, mittels eines (CH3)3Ga/AsH3/H2-Reaktionssy­ stems gestapelt. Die zuvor erwähnte Wasserstoff-Disilan-Gasmischung (Si2H6-Gasmischung) wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte der n-leitenden Kontaktschicht 305 aus GaAs beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 100 nm. Die Verschwommenheit der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 305 aus GaAs wurde als 23 ppm gemessen. Nach Abschluß der epitaktischen Abscheidung der Be­ standteilschichten 303-305, die die epitaktische Stapelstruktur 3A bilden, wurde diese auf 500°C in einer Arsin (AsH3) enthaltenden Atmosphäre er­ wärmt und danach in einer Wasserstoffatmosphäre aus Raumtemperatur abgekühlt.
Eine Ohm'sche Elektrode, die aus einer Indium-Zinn-Legierung (In-Sn- Legierung) besteht, wurde auf der Oberfläche der n-leitenden Kontakt­ schicht 305 aus GaAs, die die oberste Oberflächenschicht der epitakti­ schen Stapelstruktur 3A bildet, gebildet. Als nächstes wurde ein gewöhn­ liches Hall-Effekt-Meßverfahren dazu verwendet, die Elektronenbeweg­ lichkeit des zweidimensionalen Elektronengases zu messen, das sich durch die Kanalschicht 303 für das zweidimensionale Elektronengas be­ wegt. Die Bahnladungsträgerdichte (ns) bei Raumtemperatur (300 Kelvin (K)) betrug 1,6 × 1012 cm-2, und die durchschnittliche Elektronenbeweg­ lichkeit (µRT) betrug 5800 (±2%) (cm2/(V.s). Zusätzlich betrug die ns bei der Temperatur von flüssigem Wasserstoff (77 K) 1,5 × 1012 cm-2, und µ betrug 22.000 cm2/V.s, so daß sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigte.
Nach dem Abkühlen wurde ein Musterungs- oder Strukturierungsverfah­ ren, das eine bekannte Photolithographietechnik anwendete, dazu ver­ wendet, eine Ausnehmung in der Oberfläche der n-leitenden Kontakt­ schicht 305 aus GaAs zu schaffen, die die oberflächennächste Schicht der epitaktischen Stapelstruktur 3A bildet. Auf der n-leitenden Kontakt­ schicht 305 aus GaAs, die als eine Mesa-Struktur verblieb, wurden eine Source-Elektrode 306 und eine Drain-Elektrode 307 gebildet. Den Ohm'­ schen Source- und Drain-Elektroden 306 und 307 wurde eine mehr­ schichtige Struktur gegeben, die aus Schichten aus Gold-Germanium (93 Gew.-% Au, 7 Gew.-% Ge), Nickel (Ni) und Gold (Au) bestand. Der Abstand zwischen der Source-Elektrode 306 und der Drain-Elektrode 307 beträgt 10 µm.
Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 304 aus Ga0,51In0,49P, die in der Ausnehmung freigelegt war, wurde eine Gate-Elektrode 308 von der Art mit Schottky-Übergang mit einer unteren Titanschicht (Ti-Schicht) und einer oberen Aluminiumschicht (Al-Schicht) gebildet. Die sogenannte Gate-Länge der Gate-Elektrode 308 betrug 2 µm.
Es wurden die Gleichstromeigenschaften des TEGFET 300 aus GaInP be­ wertet. Es wurde herausgefunden, daß der Source-Drain-Sättigungsstrom (Idss), wenn eine Source/Drain-Spannung von 3 Volt (V) angelegt wurde, 70 Milliampere (mA) betrug. Wenn die Drain-Spannung von 0 V auf 5 V ansteigen gelassen wurde, wurde praktisch kein Schleifendurchlauf (Hy­ sterese) im Drain-Strom beobachtet. Die Transkonduktanz (gm) bei Raum­ temperatur, gemessen bei einer Source/Drain-Spannung von 3,0 V, war bei 160 ± 5 Millisiemens (mS)/mm hoch und homogen. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß der Leckstrom, der zwischen den Ohm'schen Au-Ge- Elektroden fließt, die in einem Intervall von 100 µm gebildet sind und auf der Oberfläche der Pufferschicht 302 freigelegt sind, bei 40 V kleiner als 1 µA war, wodurch sich ein hoher Durchbruchwiderstand zeigte. Aus die­ sem Grund wurde die Abschnürspannung des Drain-Stromes zu 2,38 ± 0,03 V, so daß ein TEGFET aus GaInP mit einer homogenen Schwellenspannung erhalten wurde.
Arbeitsbeispiel 2
Bei diesem Arbeitsbeispiel wird die vorliegende Erfindung im Detail unter beispielhafter Verwendung des Falls der Ausbildung eines Feldeffekttran­ sistors aus GaInP mit zweidimensionalem Elektronengas (TEGFET) be­ schrieben, der eine Schicht aus GaYIn1-YP mit einem Anteilsgradienten von einer Art aufweist, die sich von derjenigen in Arbeitsbeispiel 1 unterschei­ det.
Die Beschaffenheit des TEGFET dieses Arbeitsbeispiels unterscheidet sich von derjenigen des Arbeitsbeispiels 1 nur in der Beschaffenheit der An­ teilsgradientenschicht oder Zusammensetzungsgradientenschicht (gra­ dient-composition layer) aus GaYIn1-YP; ansonsten weist es die in Fig. 3 veranschaulichte epitaktische Stapelstruktur unter Verwendung der glei­ chen epitaktischen Bestandteilschichten wie diejenigen von Arbeitsbeispiel 1 auf. Daher folgt hier eine Beschreibung dieses Arbeitsbeispieles, die an­ hand von Fig. 3 vorgenommen wird. Bei diesem Arbeitsbeispiel ist die Elektronenzufuhrschicht 304 auf der Kanalschicht 303 aus Ga0,80In0,20As als eine Anteilsgradientenschicht aus GaYIn1-YP mit einem Gradienten im Galliumanteil gebildet, so daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenz­ fläche 304a der Elektronenzufuhrschicht 304 mit der Kanalschicht 303 1,0 beträgt und an der Übergangsgrenzfläche 304b mit der n-leitenden Kontaktschicht 305 aus GaAs 0,51 beträgt. Die Dicke der Elektronenzu­ fuhrschicht mit einem Anteilsgradienten 304 aus GaYIn1-YP beträgt 25 nm. In der Elektronenzufuhrschicht 304 mit einer Gesamtdicke von 25 nm be­ steht der Bereich, in dem die Dicke von der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht bis zu 2 nm beträgt, aus GaYIn1-YP, wobei der Galliumanteil (= Y) auf 1,0 festgelegt ist, so daß dieser nämlich GaP ist. Danach wird der Galliumanteil gleichmäßig und linear mit dem Zeitablauf reduziert, bis die Dicke der Elektronenzufuhrschicht 304 25 nm wird. Dadurch wird der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche 304b mit der n-leitenden Kontaktschicht 305 aus GaAs auf 0,51 eingerichtet. Der Gradient im Gal­ liumanteil in der Schicht aus GaYIn1-YP, die bei diesem Arbeitsbeispiel die Elektronenzufuhrschicht 304 bildet, wurde erzeugt, indem die Menge von C5H5In, die dem MOCVD-Reaktionssystem während der Abscheidungspe­ riode zugeführt wurde, gleichmäßig und linear erhöht wurde, wenn die Dicke der Elektronenzufuhrschicht 304 von 2 nm bis 25 nm betrug, wäh­ rend die Menge von (CH3)3Ga, das dem MOCVD-System zugeführt wurde, konstant gehalten wurde. Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 304 aus GaYI1-YP ist die gleiche n-leitende Kontaktschicht 305 aus GaAs wie in Arbeitsbeispiel 1 gestapelt, um eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP zu bilden. Die Bahnladungsträgerdichte (ns) bei Raumtemperatur (300 K), gemessen mittels des gewöhnlichen Hall-Effekt-Meßverfahrens, betrug 1,7 × 1012 cm-2, und die durchschnittliche Elektronenbeweglichkeit (µRT) betrug 5900 (±3%) (cm2/V.s). Zusätzlich betrug die ns bei der Tem­ peratur von flüssigem Stickstoff (77 K) 1,6 × 1012 cm-2, und µ bei 77 K be­ trug 22.700 cm2/V.s, so daß die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP, die mit der Elektronenzufuhrschicht 304 gemäß diesem Arbeitsbeispiel versehen war, auch eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigte. Zusätzlich wurde praktisch keine Hysterese (Schleifendurchlauf) im Drain-Strom ei­ nes TEGFET aus GaInP gefunden, der unter Verwendung der gleichen Techniken gebildet wurde, wie sie in Arbeitsbeispiel 1 genannt wurden. Zusätzlich war die Transkonduktanz bei Raumtemperatur (gm), gemessen bei einer Source/Drain-Spannung von 3,0 V, bei 165 ± 5 Millisiemens (mS)/mm hoch und homogen.
Arbeitsbeispiel 3
Bei diesem Arbeitsbeispiel wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Verwendung des Falls beschrieben, daß ein Feldeffekttransistor aus GaInP mit einem zweidimensionalen Elektronengas (TEGFET) gebildet ist, der mit einer Abstandshalterschicht versehen ist, die aus beispielsweise einer Anteilsgradientenschicht aus GaXI1-XP besteht. Fig. 5 ist ein schemati­ scher Querschnitt eines TEGFET 600 gemäß diesem Arbeitsbeispiel.
Die epitaktische Stapelstruktur 6A für eine Anwendung als TEGFET 600 verwendet einen undotierten (intrinsischen), halbleitenden, aus der (100)- Ebene um 2° gekippten Einkristall aus GaAs als ein Substrat 601. Der spezifische Widerstand des Einkristalls aus GaAs, der als das Substrat 601 verwendet wird, beträgt 3 × 107 Ω.cm. Auf der Oberfläche des Sub­ strats 601 mit einem Durchmesser von 100 mm ist eine Supergitterstruk­ tur aus AlLGa1-LAs/GaAs abgeschieden, die die Pufferschicht 602 bildet. Die Supergitterstruktur besteht aus einer undotierten (intrinsischen) Schicht aus Al0,30Ga0,70As mit einem Aluminiumanteil (= L) von 0,30 und einer undotierten (intrinsischen), p-leitenden Schicht aus GaAs. Die La­ dungsträgerdichte der Schicht aus Al0,30Ga0,70As beträgt 1 × 1014 cm-3, und ihre Dicke beträgt 45 nm. Die Trägerdichte der p-leitenden Schicht aus GaAs beträgt 7 × 1013 cm-3, und ihre Dicke beträgt 50 nm. Die Anzahl der Stapelperioden der Schicht aus Al0,30Ga0,70As und der p-leitenden Schicht aus GaAs beträgt 5 Perioden. Die Schicht aus Al0,30Ga0,70As und die p-leitende Schicht aus GaAs wurden alle bei 640°C mittels des Nieder­ druck-MOCVD-Verfahrens auf der Grundlage eines (CH3)3Ga/(CH3)3Al/­ AsH3/H2-Reaktionssystems gebildet. Der Druck zur Zeit der Filmbildung betrug 1,3 × 104 Pascal (Pa). Wasserstoff wurde als das Trägergas (Trans­ portgas) verwendet.
Auf der Pufferschicht 602 ist eine undotierte (intrinsische), n-leitende Schicht aus Ga0,80In0,20As gestapelt, die mittels eines Niederdruck- MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/C5H5In/AsH3/H2- Reaktionssystems abgeschieden ist und die Kanalschicht 603 bildet. Die Ladungsträgerdichte der Schicht aus Ga0,80In0,20As, die die Kanalschicht 603 bildet, beträgt 1 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 13 nm.
Auf der Kanalschicht 603 aus Ga0,80In0,20As ist eine Abstandshalterschicht 604 gestapelt, die aus undotiertem (intrinsischem), n-leitendem GaXIn1-XP mit einem Gradienten im Galliumanteil (= X) besteht und mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/­ C5H5In/PH3/H2-Reaktionssystems abgeschieden ist. Der Galliumanteil (= X) der Abstandshalterschicht 604 an der Übergangsgrenzfläche 604a mit der undotierten (intrinsischen), n-leitenden Kanalschicht 603 aus Ga0,80In0,20As war auf 0,88 eingestellt. Der Galliumanteil (= X) der Ab­ standshalterschicht 604 an der Übergangsgrenzfläche 604b mit der Elek­ tronenzufuhrschicht 605 aus Ga0,51In0,49P war auf 0,51 eingestellt. Der Gradient in diesem Galliumanteil wurde erzeugt, indem das Verhältnis von C5H5In zu (CH3)3Ga (= C5H5In/(CH3)3Ga), das dem MOCVD-Reak­ tionssystem über die Zeit während der Filmbildungsperiode zum Abschei­ den der Elektronenzufuhrschicht 604 auf eine Dicke von 6 nm zugeführt wurde, gleichmäßig und linear reduziert wurde.
Auf der Abstandshalterschicht 604 aus GaXIn1-XP ist eine Elektronenzu­ fuhrschicht 605 gestapelt, die aus mit Silizium (Si) dotiertem, n-leitendem Ga0,51In0,49P besteht, das mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/C5H5In/PH3/H2-Reaktionssystems ab­ geschieden ist. Eine Wasserstoff-Disilan-Gasmischung (Si2H6-Gasmi­ schung) (Konzentration von 10 Volumen-ppm), wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Der Druck zur Zeit der Filmbildung betrug 1,3 × 104 Pascal (Pa). Die Ladungsträgerdichte der Elektronenzufuhr­ schicht 605 beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 25 nm.
Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 605, die aus n-leitendem Ga0,51In0,49P besteht, ist eine Kontaktschicht 606, die aus mit Si dotier­ tem, n-leitendem GaAs besteht, mittels eines (CH3)3Ga/AsH3/H2-Reak­ tionssystems gestapelt. Die zuvor erwähnte Wasserstoff-Disilan-Gasmi­ schung (Si2H6-Gasmischung) wurde als die Si-Quelle zum Dotieren ver­ wendet. Die Ladungsträgerdichte der n-leitenden Kontaktschicht 606 aus GaAs beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 100 nm. Nach Ab­ schluß der epitaktischen Abscheidung der Bestandteilschichten 603-606, die die epitaktische Stapelstruktur 6A bilden, wurde diese auf 500°C in einer Arsin (AsH3) enthaltenden Atmosphäre erwärmt, und danach in ei­ ner Wasserstoffatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wurde eine Ohm'sche Elektrode, die aus einer Indium-Zinn-Legierung (In-Sn-Legierung) besteht, auf der Oberfläche der n-leitenden Kontakt­ schicht 606 aus GaAs gebildet, die die oberflächennächste Schicht der epitaktischen Stapelstruktur 6A bildet. Als nächstes wurde das übliche Hall-Effekt-Meßverfahren dazu verwendet, die Elektronenbeweglichkeit für das zweidimensionale Elektronengas zu messen, das sich durch die Ka­ nalschicht 603 für das zweidimensionale Elektronengas bewegt. Die Bahn- oder Plattenladungsträgerdichte (ns) bei Raumtemperatur (300 Kelvin (K)) betrug 1,6 × 1012 cm-2, und die durchschnittliche Elektronenbeweglichkeit (µRT) betrug 6.100 ± 2% (cm2/V.s). Zusätzlich betrug die ns bei der Tem­ peratur von flüssigem Stickstoff (77 K) 1,5 × 1012 cm-2, und µ betrug 23.000 cm2/V.s, so daß sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigte.
Nach dem Abkühlen wurde ein Musterungs- oder Strukturierungsverfah­ ren, das eine bekannte Photolithographietechnik anwendete, dazu ver­ wendet, eine Ausnehmung in der Oberfläche der n-leitenden Kontakt­ schicht 606 aus GaAs zu schaffen, die die oberste Oberflächenschicht der epitaktischen Stapelstruktur 6A bildet. Auf der n-leitenden Kontakt­ schicht 606 aus GaAs, die als eine Mesa-Struktur verblieb, wurden eine Source-Elektrode 607 und eine Drain-Elektrode 608 gebildet. Den Ohm'­ schen Source- und Drain-Elektroden 607 und 608 wurde eine mehr­ schichtige Struktur gegeben, die aus Schichten aus Gold-Germanium (93 Gew.-% Au, 7 Gew.-% Ge), Nickel (Ni) und Gold (Au) bestand. Der Ab­ stand zwischen der Source-Elektrode 607 und der Drain-Elektrode 608 betrug 10 µm.
Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 605 aus Ga0,51In0,49P, die in der Ausnehmung freigelegt war, wurde eine Gate-Elektrode 609 von der Art mit Schottky-Übergang mit einer unteren Titanschicht (Ti-Schicht) und einer oberen Aluminiumschicht (Al-Schicht) gebildet. Die sogenannte Gate-Länge der Gate-Elektrode 609 betrug 1 µm.
Es wurden die Gleichstromeigenschaften des TEGFET 600 aus GaInP be­ wertet. Es wurde herausgefunden, daß der Source-Drain-Sättigungsstrom (Idss), wenn eine Source/Drain-Spannung von 3 Volt (V) angelegt wurde, 68 Milliampere (mA) betrug. Wenn die Drain-Spannung von 0 V auf 5 V ansteigen gelassen wurde, wurde praktisch kein Schleifendurchlauf (Hy­ sterese) im Drain-Strom beobachtet. Die Transkonduktanz bei Raumtem­ peratur (gm), gemessen bei einer Source/Drain-Spannung von 3,0 V, war bei 160 ± 5 Millisiemens (mS)/mm hoch und homogen. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß der Leckstrom, der zwischen den Ohm'schen Au-Ge- Elektroden fließt, die in einem Intervall von 100 µm gebildet sind und auf der Oberfläche der Pufferschicht 602 freigelegt sind, bei 40 V kleiner als 1 µA ist, wodurch sich ein hoher Durchbruchwiderstand zeigt. Aus diesem Grund wurde die Abschnürspannung des Drain-Stromes zu 2,35 ± 0,3 V, so daß ein TEGFET aus GaInP mit einer homogenen Schwellenspannung erhalten wurde.
Arbeitsbeispiel 4
Bei diesem Arbeitsbeispiel wird die vorliegende Erfindung im Detail unter beispielhafter Verwendung des Falls einer Ausbildung eines Feldeffekt­ transistors aus GaInP mit einem zweidimensionalen Elektronengas (TEGFET) beschrieben, der eine Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP von einer Art besitzt, die von derjenigen im Arbeitsbeispiel 3 verschieden ist.
Der TEGFET dieses Arbeitsbeispiels unterscheidet sich in der Beschaffen­ heit von demjenigen des Arbeitsbeispiels 3 nur in der Beschaffenheit der Anteilsgradientenschicht aus GaXI1-XP; ansonsten weist er die in Fig. 5 veranschaulichte epitaktische Stapelstruktur unter Verwendung der glei­ chen epitaktischen Bestandteilschichten wie diejenigen von Arbeitsbeispiel 3 auf. Daher folgt hier eine Beschreibung dieses Arbeitsbeispiels, die an­ hand von Fig. 5 vorgenommen wird. Bei diesem Arbeitsbeispiel ist die Ab­ standshalterschicht 604 auf der Kanalschicht 603 aus Ga0,80In0,20As als eine Anteilsgradientenschicht aus GaXI1-XP mit einem Gradienten im Galliumanteil gebildet, so daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenz­ fläche 604a der Kanalschicht 603 mit der Abstandshalterschicht 604 1,0 beträgt und an der Übergangsgrenzfläche 604b mit der Elektronenzufuhr­ schicht 605 aus Ga0,51In0,49P 0,51 beträgt. Die Dicke der Elektronenzu­ fuhrschicht mit einem Anteilsgradienten 604 aus GaXI1-XP beträgt 8 mm. In der Abstandshalterschicht 604 mit einer Gesamtdicke von 8 nm besteht der Bereich, in dem die Dicke von der Übergangsgrenzfläche 604a mit der Kanalschicht 603 bis zu 2 nm beträgt, aus GaXI1-XP, wobei der Gallium­ anteil (= X) auf 1,0 festgelegt ist, so daß er nämlich aus GaP besteht. Da­ nach wird der Galliumanteil gleichmäßig und linear mit dem Zeitablauf während der Abscheidungsperiode bis die Schichtdicke 8 nm erreicht, welches die Gesamtdicke der Abstandshalterschicht 604 ist, reduziert. Dadurch wurde der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche 604b mit der Elektronenzufuhrschicht 605 aus GaXIn1-XP 605 auf 0,51 eingerichtet. Der Gradient im Galliumanteil (= X) in der Schicht aus GaXIn1-XP, die die Abstandshalterschicht 604 bildet, ergab sich bei diesem Arbeitsbeispiel, indem die Menge an C5H5In, die dem MOCVD-Reaktionssystem während der Abscheidungsperiode zugeführt wird, gleichmäßig und linear erhöht wurde, wenn die Dicke der Abstandshalterschicht 604 zwischen 2 nm und 8 nm betrug, während die Menge an (CH3)3Ga, die dem MOCVD-System zugeführt wurde, konstant gehalten wurde.
Auf der Oberfläche der Abstandshalterschicht 604 aus GaXIn1-XP sind die gleiche n-leitende Elektronenzufuhrschicht 605 aus Ga0,51In0,49P und Kontaktschicht 606 aus GaAs wie in Arbeitsbeispiel 1 gestapelt, um eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP zu bilden. Die Bahnladungsträger­ dichte (ns) bei Raumtemperatur (300 K), gemessen mittels des gewöhnli­ chen Hall-Effekt-Meßverfahrens, betrug 1,7 × 1012 cm-2, und die durch­ schnittliche Elektronenbeweglichkeit (µRT) betrug 6250 ± 3% (cm2/V.s). Zusätzlich betrug die ns bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77 K) 1,6 × 1012 cm-2 und µ bei 77 K betrug 23.500 cm2/V.s, so daß die epitakti­ sche Stapelstruktur aus GaInP, die mit der Abstandshalterschicht 604 gemäß diesem Arbeitsbeispiel versehen ist, auch eine hohe Elektronenbe­ weglichkeit zeigte. Zusätzlich wird praktisch keine Hysterese (Schleifen­ durchlauf) im Drain-Strom eines TEGFET aus GaInP gefunden, der unter Verwendung der gleichen Techniken gebildet wurde, wie sie in Arbeitsbei­ spiel 1 genannt sind. Zusätzlich war die Transkonduktanz bei Raumtem­ peratur (gm), gemessen bei einer Source/Drain-Spannung von 3,0 V, bei 165 ± 5 Millisiemens (mS)/mm hoch und homogen.
Arbeitsbeispiel 5
Bei diesem Arbeitsbeispiel wird die vorliegende Erfindung unter einer bei­ spielhaften Verwendung des Falls beschrieben, daß ein Feldeffekttransi­ stor aus GaInP mit einem zweidimensionalen Elektronengas (TEGFET) ge­ bildet wird, der den gleichen Anteilsgradienten wie derjenige von Arbeits­ beispiel 3 aufweist, und der auch eine Anteilsgradientenschicht aus GaXI1-XP (X = 0,88 → 0,51), die mit Bor (Elementsymbol: B) dotiert ist, als eine Abstandshalterschicht besitzt.
Der TEGFET dieses Arbeitsbeispiels unterscheidet sich in der Beschaffen­ heit von demjenigen von Arbeitsbeispiel 3 nur in der Beschaffenheit der Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP. Die anderen epitaktischen Be­ standteilschichten sind die gleichen wie diejenigen von Arbeitsbeispiel 3, so daß die Beschreibung dieses Arbeitsbeispiels anhand von Fig. 5 vorge­ nommen wird.
Bei diesem Arbeitsbeispiel wird eine Bordotierung nur während der Peri­ ode der Abscheidung der Abstandshalterschicht 604, die in Arbeitsbeispiel 3 beschrieben ist, auf die Kanalschicht 603 aus Ga0,80In0,20As durchge­ führt. Dadurch ist eine mit Bor dotierte Abstandshalterschicht 604 aus GaXIn1-XP (X = 0,88 → 0,51) gebildet, wobei der Galliumanteil (= X) an der Übergangsgrenzfläche 604a mit der Kanalschicht 603 auf 0,88 festgelegt ist und an der Übergangsgrenzfläche 604b mit der Elektronenzufuhr­ schicht 605 aus Ga0,51In0,49P auf 0,51 festgelegt ist. Herkömmliches Tri­ ethylbor ((C2H5)3B) mit Reinheitsgrad für Elektronik wurde als die Bor­ quelle zum Dotieren verwendet. In Anbetracht der Tatsache, daß die La­ dungsträgerdichte der n-leitenden Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP (X = 0,88 → 0,51), die die Abstandshalterschicht 604 bildet, grob 1 × 1017 cm-3 beträgt, ist die Menge an dem MOCVD-Reaktionssystem hin­ zugefügten (dotierten) Triethylbor derart festgelegt, daß die Boratomdichte im Inneren dieser Anteilsgradientenschicht zu 3 × 1017 cm-3 wird. Die La­ dungsträgerdichte der Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgradienten 604 aus GaXIn1-XP wurde mittels der Dotierung von Bor gemäß diesem Ar­ beitsbeispiel auf unter 1 × 1016 cm-3 abgesenkt.
Auf der Abstandshalterschicht 604 aus GaXIn1-XP sind die gleiche n- leitende Elektronenzufuhrschicht 605 aus Ga0,51In0,49P und n-leitende Kontaktschicht 606 aus GaAs wie bei Arbeitsbeispiel 3 gestapelt, um eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP zu bilden. Die Bahnladungsträger­ dichte (ns) bei Raumtemperatur (300 K), gemessen mittels des üblichen Hall-Effekt-Meßverfahrens betrug 1,6 × 1012 cm-2, und die durchschnittli­ che Elektronenbeweglichkeit (µRT) betrug 6400 (cm2/V.s). Zusätzlich be­ trug die ns bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77 K) 1,5 × 1012 cm-2 und µ bei 77 K betrug 24.500 cm2/V.s. Deshalb zeigte die epitakti­ sche Stapelstruktur aus GaInP, die mit der mit Bor dotierten Abstands­ halterschicht 604 gemäß diesem Arbeitsbeispiel versehen war, eine Elek­ tronenbeweglichkeit, die höher war, als die in dem Fall von Arbeitsbeispiel 3. Zusätzlich wurde praktisch keine Hysterese (Schleifendurchlauf) im Drain-Strom eines TEGFET aus GaInP gefunden, der unter Verwendung der gleichen Techniken, wie diejenigen, die in Arbeitsbeispiel 3 genannt sind, gebildet wurde. Zusätzlich war die Transkonduktanz bei Raumtem­ peratur (gm), gemessen bei einer Source/Drain-Spannung von 3,0 V, bei 168 Millisiemens (mS)/mm hoch und homogen.
Arbeitsbeispiel 6
Bei diesem Arbeitsbeispiel ist die in Fig. 7 gezeigte epitaktische Stapel­ struktur 9A auf einem undotierten (intrinsischen), halbisolierenden, aus der (100)-Ebene um 2° gekippten Einkristallsubstrat aus GaAs 901 gebil­ det. Der spezifische Widerstand des als das Substrat 901 verwendeten Einkristalls aus GaAs beträgt 2 × 107 Ω.cm. Auf der Oberfläche des Sub­ strats 901 mit einem Durchmesser von 100 mm ist ein Bestandteil 902-1 von der ersten Pufferschicht, die die Pufferschicht 902 bildet, welche eine Supergitterstruktur aus AlLGa1-LAs/GaAs aufweist, abgeschieden. Die Su­ pergitterstruktur 902-1 besteht aus einer undotierten (intrinsischen) Schicht 902a aus Al0,30Ga0,70As mit einem Aluminiumanteil (= L) von 0,30 und einer undotierten (intrinsischen), p-leitenden Schicht 902b aus GaAs. Die Ladungsträgerdichte der Schicht 902a aus Al0,30Ga0,70As beträgt 1 × 1014 cm-3, und ihre Dicke beträgt 45 nm. Das Kompensationsverhält­ nis der Schicht 902a aus Al0,30Ga0,70As beträgt 1,0. Die Ladungsträger­ dichte der p-leitenden Schicht 902b aus GaAs beträgt 7 × 1013 cm-3, und ihre Dicke beträgt 50 nm. Das Kompensationsverhältnis der p-leitenden Schicht 902b aus GaAs beträgt 0,98. Die Anzahl von Stapelperioden der Schicht 902a aus Al0,30Ga0,70As und p-leitenden Schicht 902b aus GaAs beträgt 5 Perioden. Die Schicht 902a aus Al0,30Ga0,70As und die p-leitende Schicht 902b aus GaAs wurden alle bei 640°C mittels des Niederdruck- MOCVD-Verfahrens auf der Grundlage eines (CH3)3Ga/(CH3)3Al/AsH3/H2- Reaktionssystems gebildet. Der Druck zur Zeit der Filmbildung betrug 1,3 × 104 Pascal (Pa). Wasserstoff wurde als das Trägergas (Transportgas) verwendet.
Auf den Bestandteil 902-1 der ersten Pufferschicht 902 ist eine Schicht 902c aus GaAs mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens mit einem (C2H5)3Ga/AsH3/H2-Reaktionssystem abgeschieden, wobei die Gallium­ quelle von (CH3)3Ga zu Triethylgallium ((C2H5)3Ga) verändert war, wodurch ein zweiter Pufferschichtbestandteil 902-2 gebildet wurde. Die Filmbil­ dungstemperatur betrug 640°C, und der Druck zur Zeit der Bildung be­ trug 1,3 × 104 Pa. Die Ladungsträgerdichte der undotierten (intrinsischen), n-leitenden Schicht 902 aus GaAs beträgt 2 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 20 nm.
Auf den zweiten Pufferschichtbestandteil 902-2 ist eine undotierte (intrin­ sische), n-leitende Schicht aus Ga0,80In0,20As gestapelt, die mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/­ (CH3)3In/AsH3/H2-Reaktionssystems als eine Kanalschicht 903 abge­ schieden ist. Die Ladungsträgerdichte der Schicht aus Ga0,80In0,20As, die die Kanalschicht 903 bildet, beträgt 2 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 13 nm. Aus der Homogenität der Photolumineszenzwellenlänge (PL-Wel­ lenlänge) wurde herausgefunden, daß die Homogenität des Indiumanteils 0,20 ± 0,5% betrug. Es wurde herausgefunden, daß der Verschwommen­ heitswert der Oberfläche dieser Schicht 903, gemessen aus der Intensität der Streuung von einfallendem Laserlicht, 13 ppm betrug.
Auf der Kanalschicht 903 aus Ga0,80In0,20As ist eine Abstandshalterschicht 904, die aus undotiertem (intrinsischem), n-leitendem Ga0,51In0,49P be­ steht, mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/(CH3)3In/PH3/H2-Reaktionssystems gestapelt. Die La­ dungsträgerdichte der Abstandshalterschicht 904 beträgt 1 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 3 nm. Es wurde herausgefunden, daß die Rauhig­ keit der Oberfläche der Abstandshalterschicht 904 15 ppm als Ver­ schwommenheitswert betrug.
Auf der Abstandshalterschicht 904, die aus Ga0,51In0,49P besteht, ist eine Elektronenzufuhrschicht 905 gestapelt, die aus mit Silizium dotiertem, n-leitendem Ga0,51In0,49P besteht, das mittels eines Niederdruck-MOCVD- Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/C5H5In/PH3/H2-Reaktions­ systems abgeschieden ist. Es wurde eine Wasserstoff-Disilan-Gasmi­ schung (Si2H6-Gasmischung) (Konzentration von 10 Volumen-ppm) als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte der Elektro­ nenzufuhrschicht 905 beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 30 nm. Aus der Homogenität der gewöhnlichen Photolumineszenzwellen­ länge wurde herausgefunden, daß die Homogenität des Indiumanteils des Ga0,51In0,49P, das die Elektronenzufuhrschicht 905 bildet, 0,49 ± 0,5 beträgt. Es wurde herausgefunden, daß der Verschwommenheitswert, der gemessen wurde, nachdem diese Schicht 905 gestapelt worden war, 18 ppm betrug.
Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 905, die aus n-leitendem Ga0,51In0,49P besteht, ist eine Kontaktschicht 906, die aus mit Si dotier­ tem, n-leitendem GaAs besteht, mittels eines (CH3)3Ga/AsH3/H2-Reak­ tionssystems gestapelt. Die zuvor erwähnte Wasserstoff-Disilan-Gasmi­ schung wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträ­ gerdichte der Kontaktschicht 906 beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 100 nm. Es wurde gemessen, daß die Verschwommenheit der Oberfläche der Kontaktschicht 906 23 ppm betrug. Nach dem Abschluß der epitaktischen Abscheidung der Bestandteilschichten 903-906, wobei die epitaktische Stapelstruktur 9A als solche gebildet wurde, wurde diese auf 500°C in einer Arsin (AsH3) enthaltenden Atmosphäre erwärmt, und danach in einer Wasserstoffatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt.
Eine Ohm'sche Elektrode, die aus einer Indium-Zinn-Legierung (In-Sn-Le­ gierung) besteht, wurde auf der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 906 aus GaAs gebildet, welche die oberste Oberflächenschicht der epitak­ tischen Stapelstruktur 9A bildet. Als nächstes wurde das übliche Hall- Effekt-Meßverfahren dazu verwendet, die Elektronenbeweglichkeit für das zweidimensionale Elektronengas zu messen, das sich durch die Kanal­ schicht für das zweidimensionale Elektronengas 903 bewegt. Die Bahnla­ dungsträgerdichte (ns) bei Raumtemperatur (300 Kelvin (K)) betrug 1,6 × 1012 cm-2, und die durchschnittliche Elektronenbeweglichkeit (µRT) betrug 5500 ± 2% (cm2/V.s). Zusätzlich betrug die ns bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77 K) 1,4 × 1012 cm-2, und µ betrug 21.500 cm2/V.s, so daß sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigte.
Nach dem Abkühlen wurde ein Musterungs- oder Strukturierungsverfah­ ren, das eine bekannte Photolithographietechnik anwendete, dazu ver­ wendet, eine Ausnehmung in der Oberfläche der n-leitenden Kontakt­ schicht 906 aus GaAs, welche die oberflächennächste Schicht der epitak­ tischen Stapelstruktur 9A bildet, zu schaffen. Auf der n-leitenden Kon­ taktschicht 906 aus GaAs, die als eine Mesa-Struktur verblieb, wurden eine Source-Elektrode 907 und eine Drain-Elektrode 908 gebildet. Den Ohm'schen Source- und Drain-Elektroden 907 und 908 wurde eine mehr­ schichtige Struktur gegeben, die aus Schichten aus Gold-Germanium (93 Gew.-% Au, 7 Gew.-% Ge), Nickel (Ni) und Gold (Au) bestand. Der Abstand zwischen der Source-Elektrode 907 und der Drain-Elektrode 908 betrug 10 µm.
Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 905 aus Ga0,51In0,49P, die in der Ausnehmung freigelegt war, wurde eine Gate-Elektrode von der Art mit Schottky-Übergang 909 mit einer mehrschichtigen Struktur gebildet, die aus einer unteren Titanschicht (Ti-Schicht) und einer oberen Alumini­ umschicht (Al-Schicht) bestand. Die sogenannte Gate-Länge der Gate- Elektrode 909 betrug 1 µm, und die Gate-Breite betrug 150 µm.
Es wurden die Gleichstromeigenschaften des TEGFET 9A aus GaInP be­ wertet. Es wurde herausgefunden, daß der Source-Drain-Sättigungsstrom (Idss), wenn eine Source/Drain-Spannung von 3 Volt (V) angelegt wurde, 70 Milliampere (mA) betrug. Wenn die Drain-Spannung von 0 V auf 5 V ansteigen gelassen wurde, wurde praktisch kein Schleifendurchlauf (Hy­ sterese) im Drain-Strom beobachtet. Die Transkonduktanz bei Raumtem­ peratur (gm), gemessen bei einer Source/Drain-Spannung von 3,0 V, war bei 155 ± 5 Millisiemens (mS)/mm hoch und homogen. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß der Leckstrom, der zwischen den Ohm'schen Au-Ge- Elektroden fließt, die in einem Intervall von 100 µm freigelegt auf der Oberfläche der Pufferschicht 902 gebildet sind, bei 40 V kleiner als 1 µA ist, wodurch sich ein hoher Durchbruchwiderstand zeigt. Aus diesem Grund wurde die Abschnürspannung des Drain-Stromes zu 2,42 ± 0,03 V, so daß ein TEGFET aus GaInP mit einer homogenen Schwellenspannung erhalten wurde.
Arbeitsbeispiel 7
Fig. 9 ist ein schematischer Querschnitt des TEGFET 123A gemäß diesem Arbeitsbeispiel.
Die epitaktische Stapelstruktur 123A zur Anwendung als TEGFET ist mit einem undotierten (intrinsischen), halbisolierenden, aus der (100)-Ebene um 2° gekippten Einkristall aus GaAs als ihr Substrat 121 gebildet. Der spezifische Widerstand des als das Substrat 121 verwendeten Einkristalls aus GaAs beträgt 3 × 107 Ω.cm. Auf der Oberfläche des Substrats 121 mit einem Durchmesser von 100 mm ist eine Pufferschicht 122 abge­ schieden, die eine Supergitterstruktur aus AlLGa1-LAs/GaAs aufweist. Die Supergitterstruktur besteht aus einer undotierten (intrinsischen) Schicht 122a aus Al0,30Ga0,70As mit einem Aluminiumanteil (= L) von 0,30 und ei­ ner undotierten (intrinsischen), p-leitenden Schicht 122b aus GaAs. Die Ladungsträgerdichte der Schicht 122a aus Al0,30Ga0,70As beträgt 1 × 1014 cm-3, und ihre Dicke beträgt 45 nm. Die Ladungsträgerdichte der p-leitenden Schicht 122b aus GaAs beträgt 7 × 1013 cm-3, und ihre Dicke beträgt 50 nm. Die Anzahl von Stapelperioden der Schicht 122a aus Al0,30Ga0,70As und der p-leitenden Schicht 122b aus GaAs beträgt 5 Peri­ oden. Die Schicht 122a aus Al0,30Ga0,70As und die p-leitende Schicht 122b aus GaAs wurden alle bei 640°C mittels des Niederdruck-MOCVD-Verfah­ rens auf der Grundlage eines (CH3)3Ga/(CH3)3Al/AsH3/H2-Reaktionssy­ stems gebildet. Der Druck zur Zeit der Filmbildung betrug 1 × 104 Pascal (Pa). Wasserstoff wurde als das Trägergas (Transportgas) verwendet.
Auf der Pufferschicht 122 ist eine Schicht 123 aus GaAs gestapelt, die mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens mit einem (C2H5)3Ga/- AsH3/H2-Reaktionssystem unter Verwendung von Triethylgallium ((C2H5)3Ga) als die Galliumquelle abgeschieden ist. Die Filmbildungstem­ peratur betrug 640°C, und der Druck zur Zeit der Bildung betrug 1 × 104 Pa. Die Ladungsträgerdichte der undotierten (intrinsischen), n-lei­ tenden Schicht 123 aus GaAs beträgt 2 × 1015 cm-3, und ihre Dicke be­ trägt 20 nm.
Auf der Schicht 123 aus GaAs ist eine undotierte (intrinsische), n-leitende Schicht aus Ga0,80In0,20As als die Kanalschicht 124 gestapelt, die mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/- C2H5In/AsH3/H2-Reaktionssystems abgeschieden ist. Die Ladungsträger­ dichte der Schicht aus Ga0,80In0,20As, die die Kanalschicht 124 bildet, be­ trägt 1 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 13 nm. Aus der Homogenität der gewöhnlichen Photolumineszenzwellenlänge (PL-Wellenlänge) wurde herausgefunden, daß die Homogenität des Indiumanteils 0,20 ± 0,4% be­ trug. Es wurde herausgefunden, daß der Verschwommenheitswert der Oberfläche dieser Schicht 124, gemessen aus der Intensität der Streuung von einfallendem Laserlicht, 12 ppm betrug.
Auf der Kanalschicht 124 aus Ga0,80In0,20As ist eine Abstandshalterschicht 125, die aus undotiertem (intrinsischem), n-leitendem Ga0,51In0,49P be­ steht, mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/C5H5In/PH3/H2-Reaktionssystems gestapelt. Die Ladungs­ trägerdichte der Abstandshalterschicht 125 beträgt 1 × 1015 cm-3, und ih­ re Dicke beträgt 3 nm. Der Verschwommenheitswert der Oberfläche der Abstandshalterschicht 125 wurde als 13 ppm gemessen.
Auf der Abstandshalterschicht 125, die aus Ga0,51In0,49P besteht, ist eine Elektronenzufuhrschicht 126 gestapelt, die aus mit Si dotiertem, n-lei­ tendem Ga0,51In0,49P besteht, das mittels eines Niederdruck-MOCVD-Ver­ fahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/C5H5In/PH3/H2-Reaktions­ system abgeschieden ist. Eine Wasserstoff Disilan-Gasmischung (Si2H6- Gasmischung) (Konzentration von 10 Volumen-ppm) wurde als die Si- Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte der Elektronen­ zufuhrschicht 126 beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 25 nm. Aus der Homogenität der gewöhnlichen Photolumineszenzwellenlänge (PL- Wellenlänge) wurde festgestellt, daß die Homogenität des Indiumanteils des Ga0,51In0,49P, das die Elektronenzufuhrschicht 126 bildet, 0,49 ± 0,5 beträgt. Es wurde herausgefunden, daß der Verschwommenheitswert, der nach dem Stapeln dieser Schicht 126 gemessen wurde, 18 ppm beträgt.
Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 126, die aus n-leitendem Ga0,51In0,49P besteht, ist eine Kontaktschicht 127, die aus mit Si dotier­ tem, n-leitendem GaAs besteht, mittels eines (CH3)3Ga/AsH3/H2-Reak­ tionssystems gestapelt. Die zuvor erwähnte Wasserstoff-Disilan-Gasmi­ schung wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträ­ gerdichte der Kontaktschicht 127 beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 100 nm. Die Verschwommenheit der Oberfläche der Kontakt­ schicht 127 wurde als 23 ppm gemessen. Nach dem Abschluß der epitak­ tischen Abscheidung der Bestandteilschichten 122-127, die die epitakti­ sche Stapelstruktur 123A als solche bilden, wurde diese auf 500°C in ei­ ner Arsin (AsH3) enthaltenen Atmosphäre erwärmt und danach in einer Wasserstoffatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt.
Eine Ohm'sche Elektrode, die aus einer Indium-Zinn-Legierung (In-Sn-Le­ gierung) besteht, wurde auf der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 127 aus GaAs gebildet, welche die oberste Oberflächenschicht der epitak­ tischen Stapelstruktur 123A bildet. Als nächstes wurde das übliche Hall- Effekt-Meßverfahren dazu verwendet, die Elektronenbeweglichkeit für das zweidimensionale Elektronengas zu messen, das sich durch die Kanal­ schicht für das zweidimensionale Elektronengas 124 bewegt. Die Bahnla­ dungsträgerdichte ns bei Raumtemperatur (300 Kelvin (K)) betrug 1,6 × 1012 cm-2, und die durchschnittliche Elektronenbeweglichkeit (µRT) betrug 5800 ± 2% (cm2/V.s). Zusätzlich betrug die ns bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77 K) 1,5 × 1012 cm-2, und µ betrug 22.000 cm2/V.s, so daß sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigte.
Nach dem Abkühlen wurde ein Musterungs- oder Strukturierungsverfah­ ren, das eine bekannte Photolithographietechnik anwendete, dazu ver­ wendet, eine Ausnehmung in der Oberfläche der n-leitenden Kontakt­ schicht 127 aus GaAs zu schaffen, welche die oberste Oberflächenschicht der epitaktischen Stapelstruktur 123A bildet. Auf der n-leitenden Kon­ taktschicht 127 aus GaAs, die als eine Mesa-Struktur verblieb, wurden eine Source-Elektrode 128 und eine Drain-Elektrode 129 gebildet. Den Ohm'schen Source- und Drain-Elektroden 128 und 129 wurde eine mehr­ schichtige Struktur gegeben, die aus Schichten aus Gold-Germanium (93 Gew.-% Au, 7 Gew.-% Ge), Nickel (Ni) und Gold (Au) besteht. Der Ab­ stand zwischen der Source-Elektrode 128 und der Drain-Elektrode 129 betrug 10 µm.
Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 126 aus Ga0,51In0,49P, die in der Ausnehmung freigelegt war, wurde eine Gate-Elektrode von der Art mit Schottky-Übergang 120 mit einer mehrschichtigen Struktur gebildet, die aus einer unteren Titanschicht (Ti-Schicht) und einer oberen Alumini­ umschicht (Al-Schicht) besteht. Die sogenannte Gate-Länge der Gate- Elektrode 120 betrug 1 µm.
Es wurden die Gleichstromeigenschaften des TEGFET aus GaInP 123A bewertet. Es wurde herausgefunden, daß der Source-Drain-Sättigungs­ strom (Idss), wenn eine Source/Drain-Spannung von 3 Volt (V) angelegt wurde, 70 Milliampere (mA) betrug. Wenn die Drain-Spannung von 0 V auf 5 V ansteigen gelassen wurde, wurde praktisch kein Schleifendurch­ lauf (Hysterese) im Drain-Strom beobachtet. Die Transkonduktanz bei Raumtemperatur (gm), gemessen bei einer Source/Drain-Spannung von 3,0 V, war bei 160 ± 5 Millisiemens (mS)/mm hoch und homogen. Zusätz­ lich wurde herausgefunden, daß der Leckstrom, der zwischen den Ohm'­ schen Au-Ge-Elektroden fließt, die in einem Intervall von 100 µm freigelegt auf der Oberfläche der Pufferschicht 122 gebildet sind, bei 40 V weniger als 1 µA betrug, wodurch sich ein hoher Durchbruchwiderstand zeigte. Aus diesem Grund wurde die Abschnürspannung des Drain-Stromes zu 2,38 ± 0,03 V, so daß ein TEGFET aus GaInP mit einer homogenen Schwellenspannung erhalten wurde.
Wie es aus der vorstehenden Erläuterung ersichtlich wird, wird mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 1 genannt ist, die Elektronenzufuhr­ schicht, die erforderlich ist, um einen TEGFET aus GaInP zu bilden, der eine hohe Transkonduktanz zeigt, als eine Schicht aus GaXIn1-XP mit ei­ nem Gradienten in der Zusammensetzung gebildet, so daß der Gallium­ anteil in Richtung zunehmender Schichtdicke von der Kanalschicht in Richtung der Kontaktschicht abnimmt, so daß sich ein zweidimensionales Elektronengas effektiv im Inneren der Kanalschicht ansammelt und sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigt, so daß eine epitaktische Stapel­ struktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität in der Transkonduk­ tanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 2 genannt ist, ist die n-leitende Anteilsgradientenschicht aus GaYIn1-YP derart gebildet, daß der Gallium­ anteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht 1,0 beträgt und an der Übergangsgrenzfläche mit der n-leitenden Kontakt­ schicht aus GaAs auf grob 0,51 abnimmt, so daß eine epitaktische Stapel­ struktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 3 genannt ist, kann eine Elek­ tronenzufuhrschicht mit besseren Gitteranpassungseigenschaften an das Einkristallsubstrat aus GaAs innerhalb der epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP gebildet werden.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 4 genannt ist, ist die n-leitende Anteilsgradientenschicht aus GaYIn1-YP derart gebildet, daß der Gallium­ anteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht 0,70 oder größer ist und allmählich an der Übergangsgrenzfläche mit der n-lei­ tenden Kontaktschicht aus GaAs auf grob 0,51 abnimmt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 5 genannt ist, ist durch Bilden eines Bereiches der Elektronenzufuhrschicht mit einer konstanten Dicke von der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht als GaYIn1-YP mit ei­ nem konstanten Galliumanteil (= Y) eine stabile Übergangsbarriere von der Elektronenzufuhrschicht gegeben. Zusätzlich ist eine Elektronenzufuhr­ schicht aus GaYIn1-YP mit einer besseren Homogenität des Indiumanteils (= 1 - Y) und besseren Oberflächeneigenschaften gegeben.
Wie es aus der zuvor erwähnten Erläuterung ersichtlich wird, ist mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 6 genannt ist, die Abstandshalter­ schicht, die erforderlich ist, um einen TEGFET aus GaInP zu bilden, der eine hohe Transkonduktanz zeigt, derart als eine Schicht aus GaXIn1-YP mit einem Gradienten in der Zusammensetzung gebildet, daß der Gallium­ anteil in der Richtung zunehmender Schichtdicke von der Kanalschicht in Richtung der Kontaktschicht abnimmt, so daß sich ein zweidimensionales Elektronengas effektiv im Inneren der Kanalschicht ansammelt und sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigt, so daß eine epitaktische Stapel­ struktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 7 genannt ist, kann eine Elek­ tronenzufuhrschicht mit besseren Gitteranpassungseigenschaften an das Einkristallsubstrat aus GaAs innerhalb der epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP gebildet werden.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 8 genannt ist, ist die Abstands­ halterschicht derart als eine n-leitende Anteilsgradientenschicht aus Ga­ XIn1-XP gebildet, daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht 0,70 oder größer ist und in Richtung der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht aus Ga0,51In0,49P abnimmt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einer be­ sonders hohen Transkonduktanz geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 9 genannt ist, ist die Abstands­ halterschicht derart als eine n-leitende Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP gebildet, daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht 1,0 beträgt und in Richtung der Übergangs­ grenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht aus Ga0,51In0,49P abnimmt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einer besonders hohen und homogenen Transkonduktanz geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 10 genannt ist, ist die Ab­ standshalterschicht als eine n-leitende Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP derart gebildet, daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenz­ fläche mit der Elektronenzufuhrschicht auf 0,51 ± 0,01 abnimmt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einer besonders hohen und homogenen Transkonduktanz geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 11 genannt ist, ist die Ab­ standshalterschicht als eine mit Bor dotierte, mit einer niedrigen La­ dungsträgerdichte und einem hohen Widerstand versehene Anteilsgra­ dientenschicht aus GaXI1-XP gebildet, so daß sich ein zweidimensionales Elektronengas mit hoher Elektronenbeweglichkeit effektiv im Inneren der Kanalschicht ansammelt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besseren Transkonduktanzeigenschaften geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 12 genannt ist, ist die Puffer­ schicht als ein Abschnitt mit einer periodischen Supergitterstruktur gebil­ det, der aus Schichten aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit unterschiedlichen Aluminiumanteilen (L) besteht, die unter Verwendung einer organischen Methylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, und als ein Abschnitt, der AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1) aufweist und unter Verwendung einer organischen Ethylverbindung von Al oder Ga als sein Ausgangsberührungsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, so daß ein Puffer mit hohem Wi­ derstand gebildet werden kann, und ein Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP mit einem niedrigen Leckstrom und die epitaktische Stapelstruktur geschaffen werden können.
Im besonderen bildet die periodische Supergitterstruktur mittels der Er­ findung, wie sie in Anspruch 13 genannt ist, einen Teil der Pufferschicht mit einer periodisch abwechselnden Schichtstruktur aus AlLGa1-LAs- Schichten, die unter Verwendung einer organischen Methylverbindung als ihr Ausgangsmaterial und mit einem festgelegten Kompensationsverhält­ nis aus der Dampfphase abgeschieden sind, so daß eine epitaktische Sta­ pelstruktur aus GaInP mit einem niedrigen Leckstrom geschaffen werden kann.
Außerdem bildet die periodische Supergitterstruktur im besonderen mit­ tels der Erfindung, wie sie in Anspruch 14 genannt ist, einen Teil der Puf­ ferschicht mit einer periodisch abwechselnden Schichtstruktur aus AlLGa1-LAs-Schichten und p-leitenden GaAs-Schichten, die unter Verwen­ dung einer organischen Methylverbindung als ihr Ausgangsmaterial und mit einem festgelegten Kompensationsverhältnis und einer festgelegten Ladungsträgerdichte aus der Dampfphase abgeschieden sind, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einem besonders niedrigen Leckstrom geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 15 genannt ist, ist eine Schicht aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung einer organischen Ethylverbin­ dung als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, an­ grenzend an eine Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs vorgesehen, so daß die Ka­ nalschicht aus einer Schicht aus GaZIn1-ZAs gebildet werden kann, die ei­ nen homogenen Indiumanteil und auch eine geringe Verschlechterung des Oberflächenzustandes, der aus der Absonderung von Indium oder desglei­ chen herrührt, besitzt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besserer Homogenität in der Elektronenbeweglichkeit und Transkon­ duktanz und besserer Homogenität in der Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 16 genannt ist, ist eine Schicht aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung einer organischen Ethylverbin­ dung als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, aus n-leitendem AlMGa1-MAs mit einer festgelegten Ladungsträgerdichte und Dicke gebildet, so daß die Kanalschicht und Elektronenzufuhrschicht aus einem Indium enthaltenden Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V mit einer besseren Homogenität in ihrem Indiumanteil gebildet werden kön­ nen, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einer homo­ genen Abschnürspannung und gm geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 17 genannt ist, ist die Dicke der n-leitenden Schicht aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung einer or­ ganischen Ethylverbindung als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, derart festgelegt, daß sie nicht größer als die Dicke der Schicht aus AlLGa1-LAs ist, die unter Verwendung einer organischen Ethylverbindung als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abge­ schieden ist und die periodische Supergitterstruktur bildet, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besonders niedriger Hysterese des Drain-Stromes geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 18 genannt ist, ist der Alumi­ niumanteil (M) der n-leitenden Schicht aus AlMGa1-MAs, die unter Verwen­ dung einer organischen Ethylverbindung als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, derart festgelegt, daß er nicht größer als der Aluminiumanteil (L) von irgendeiner der Schichten aus AlLGa1-LAs ist, die die periodische Supergitterstruktur bilden, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besonders reduzierter Hysterese des Drain- Stromes geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 19 genannt ist, wird eine GaAs- Dünnfilmschicht, die unter Verwendung von Triethylgallium als ihr Aus­ gangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, als die Substrat­ schicht verwendet, wenn eine Indium enthaltende Schicht aus einem Ver­ bindungshalbleiter der Gruppe III-V vorgesehen ist, so daß eine Schicht aus GaZIn1-ZAs, die eine bessere Homogenität in ihrem Indiumanteil und einen besseren Oberflächenrauhigkeitswert aufweist, gemeinsam mit einer Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP und Elektronenzufuhrschicht gebil­ det werden kann und deshalb ein Verfahren zum Herstellen einer epitakti­ schen Stapelstruktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung und die epitaktische Stapel­ struktur geschaffen werden können.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 20 genannt ist, ist die Kanal­ schicht aus n-leitendem GaZIn1-ZAs mit einer festgelegten Oberflächenrau­ higkeit gebildet, so daß daher eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besserer Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 21 genannt ist, ist die Ab­ standshalterschicht aus n-leitendem GaXIn1-XP mit einer festgelegten Oberflächenrauhigkeit gebildet, so daß daher eine epitaktische Stapel­ struktur aus GaInP mit besserer Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 22 genannt ist, ist die Elektro­ nenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP gebildet, das mit n-leitenden Fremdstof­ fen dotiert ist und eine festgelegte Oberflächenrauhigkeit aufweist, so daß daher eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besserer Homoge­ nität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
Mittels der Erfindung, wie es in den Ansprüchen 23 und 24 genannt ist, werden die n-leitende Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs, die Abstandshalter­ schicht aus GaXIn1-XP und die Elektronenzufuhrschicht mittels eines Ver­ fahrens zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase unter Verwen­ dung von Cyclopentadienylindium als das Ausgangsmaterial für Indium gebildet, so daß eine Kanalschicht, eine Abstandshalterschicht und eine Elektronenzufuhrschicht mit besserer Homogenität des Indiumanteils und wenig Oberflächenrauhigkeit gebildet werden und außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP und die epitaktische Stapelstruktur mit besserer Homogenität in der Transkon­ duktanz und Abschnürspannung geschaffen werden können.
Mittels der Erfindung, wie sie in Anspruch 26 genannt ist, kann ein Feld­ effekttransistor mit besonders hoher Elektronenbeweglichkeit geschaffen werden.
Zusammengefaßt sind eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP und ein Herstellungsverfahren dafür sowie ein FET-Transistor, der diese Struktur verwendet, vorgesehen, wobei auf einem Einkristallsubstrat aus GaAs zu­ mindest eine Pufferschicht, eine Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) und eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≦ 1), die an die Kanalschicht angrenzt, gestapelt sind, wobei die epitaktische Stapel­ struktur aus GaInP einen Bereich innerhalb der Elektronenzufuhrschicht umfaßt, in dem der Galliumanteil (Y) von der Seite der Übergangsgrenzflä­ che mit der Kanalschicht in Richtung der entgegengesetzten Seite ab­ nimmt.

Claims (26)

1. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP, umfassend:
auf einem Einkristallsubstrat aus GaAs gestapelt, zumindest eine Pufferschicht,
eine Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1) und
eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYI1-YP (0 < Y ≦ 1), die an die Kanal­ schicht angrenzt,
wobei die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP dadurch gekennzeichnet ist, daß diese einen Bereich innerhalb der Elektronenzufuhrschicht um­ faßt, in dem der Galliumanteil (Y) von der Seite der Übergangsgrenz­ fläche mit der Kanalschicht in Richtung der entgegengesetzten Seite abnimmt.
2. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Galliumanteil der Elektronenzufuhrschicht Y ≧ 0,51 ± 0,01 ist.
3. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Galliumanteil der Elektronenzufuhrschicht an der Übergangs­ grenzfläche mit der Kanalschicht Y ≧ 0,70 ist.
4. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Galliumanteil der Elektronenzufuhrschicht an der Übergangs­ grenzfläche mit der Kanalschicht Y = 1,0 beträgt.
5. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Übergangsgrenzfläche zwischen der Elektronenzufuhrschicht und der Kanalschicht es einen Bereich mit einer Dicke im Bereich von 1 bis 20 Nanometern gibt, in dem der Galliumanteil konstant ist.
6. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP, umfassend:
auf einem Einkristallsubstrat aus GaAs gestapelt, zumindest eine Pufferschicht,
eine Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≦ 1),
eine Ab­ standshalterschicht aus GaXIn1-XP (0 < Y ≦ 1) und
eine Elektronen­ zufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y < 1),
wobei die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kanalschicht, die Abstandshalterschicht und die Elektronen­ zufuhrschicht einander in dieser Reihenfolge berühren, und daß die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP einen Bereich innerhalb der Abstandshalterschicht umfaßt, in dem der Galliumanteil (X) von der Seite der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht in Richtung der Seite der Elektronenzufuhrschicht abnimmt.
7. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Galliumanteil der Elektronenzufuhrschicht Y = 0,51 ± 0,01 be­ trägt.
8. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Galliumanteil der Abstandshalterschicht an der Übergangsgrenz­ fläche mit der Kanalschicht X ≧ 0,70 ist.
9. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Galliumanteil der Abstandshalterschicht an der Übergangsgrenz­ fläche mit der Kanalschicht X = 1,0 beträgt.
10. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Galliumanteil der Abstandshalterschicht an der Übergangsgrenz­ fläche mit der Kanalschicht X = 0,51 ± 0,01 beträgt.
11. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Bor dotierte, n-leitende Schicht die Abstandshalterschicht bildet.
12. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht aus einer periodischen Struktur aus einer Vielzahl von Schichten aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) mit unterschiedlichen Alu­ miniumanteilen (L) besteht, die unter Verwendung einer organischen Methylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangs­ material aus der Dampfphase abgeschieden sind, und daß die epi­ taktische Stapelstruktur aus GaInP eine Schicht aus AlMGa1-MAs (0 ≦ M ≦ 1) aufweist, die unter Verwendung einer organischen Ethyl­ verbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial die periodische Struktur berührend aus der Dampfphase abgeschie­ den ist.
13. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung 0,9 ≦ K ≦ 1,0 für die Kompensationsverhältnisse (K) (K = Na/Nd (wenn Na ≦ Nd) und K = Nd/Na (wenn Nd < Na); Na: Akzep­ tordichte der Bestandteilschicht, Nd: Donatordichte der Bestandteil­ schicht) der Bestandteilschichten der periodischen Struktur gilt.
14. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Struktur aus einer Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) und einer p-leitenden Schicht aus GaAs besteht, und daß die La­ dungsträgerdichte jeder Bestandteilschicht 1 × 1015 cm-3 oder weni­ ger beträgt.
15. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus AlMGa1-MAs die Kanalschicht berührt.
16. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus AlMGa1-MAs eine Ladungsträgerdichte von 5 × 1015 cm-3 oder weniger und eine Dicke von 100 nm oder weniger aufweist und aus einer n-leitenden Schicht besteht.
17. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus AlMGa1-MAs kleiner als die Dicke der Be­ standteilschichten der periodischen Struktur ist.
18. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumanteil (M) der Schicht aus AlMGa1-MAs kleiner als der Aluminiumanteil (L) der Schichten aus AlLGa1-LAs ist, die die periodi­ sche Struktur bilden.
19. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht eine Schicht aus AlLGa1-LAs (0 ≦ L ≦ 1) umfaßt, die unter Verwendung einer Trimethylverbindung von einem Element der Gruppe III als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschie­ den ist, daß eine Schicht aus GaAs, die unter Verwendung von Tri­ ethylgallium als das Ausgangsmaterial für Gallium aus der Dampf phase abgeschieden ist, zwischen der Pufferschicht und der Kanal­ schicht angeordnet ist, daß die Kanalschicht n-leitend ist, daß die Abstandshalterschicht und die Elektronenzufuhrschicht n-leitende Schichten sind, die unter Verwendung von Trimethylgallium als das Ausgangsmaterial für Gallium aus der Dampfphase abgeschieden sind, daß die Homogenität des Indiumanteils innerhalb einer jeden der Abstandshalterschicht und der Elektronenzufuhrschicht ±2% oder weniger beträgt, und daß die Abstandshalterschicht und die Elektronenzufuhrschicht einander berühren.
20. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhigkeit (Verschwommenheit) nach der Bildung der Kanalschicht 60 ppm oder weniger beträgt und daß die Kanalschicht eine Schicht aus GaAs berührt, die unter Verwendung von Triethyl­ gallium als das Ausgangsmaterial für Gallium aus der Dampfphase abgeschieden ist.
21. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalterschicht und die Kanalschicht einander berühren, und daß die Oberflächenrauhigkeit (Verschwommenheit) nach der Bildung der Abstandshalterschicht 100 ppm oder weniger beträgt.
22. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 6 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhigkeit (Verschwommenheit) nach der Bildung der Elektronenzufuhrschicht 200 ppm oder weniger beträgt.
23. Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 12 bis 22 umfassend:
einen Schritt, bei dem die Pufferschicht unter Verwendung einer organischen Methylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden wird,
einen Schritt, bei dem eine Schicht aus AlGaAs unter Verwen­ dung einer organischen Ethylverbindung von Aluminium oder Galli­ um als ihr Ausgangsmaterial in Kontakt mit der periodischen Struk­ tur aus der Dampfphase abgeschieden wird, und
einen Schritt, bei dem die Kanalschicht und die Elektronenzu­ fuhrschicht mittels eines Verfahrens zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase unter Verwendung von Cyclopentadienylindium, das eine monovalente Bindungswertigkeit aufweist, als das Aus­ gangsmaterial für Indium gebildet werden.
24. Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 6 bis 22, umfassend:
einen Schritt, bei dem die Pufferschicht unter Verwendung einer organischen Methylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden wird,
einen Schritt, bei dem eine Schicht aus AlGaAs unter Verwen­ dung einer organischen Ethylverbindung von Aluminium oder Galli­ um als ihr Ausgangsmaterial in Kontakt mit der periodischen Struk­ tur aus der Dampfphase abgeschieden wird, und
einen Schritt, bei dem die Kanalschicht, die Abstandshalter­ schicht und die Elektronenzufuhrschicht mittels eines Verfahrens zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase unter Verwendung von Cyclopentadienylindium, das eine monovalente Bindungswertig­ keit aufweist, als das Ausgangsmaterial für Indium gebildet werden.
25. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP, die unter Verwendung des Verfahrens zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 23 oder Anspruch 24 hergestellt ist.
26. Feldeffekttransistor, der unter Verwendung der epitaktischen Stapel­ struktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 1 bis 22 und 25 her­ gestellt ist.
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