DE10047659B4 - 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 Download PDF

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Abstract

Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP, umfassend:
auf einem Einkristallsubstrat (301) aus GaAs gestapelt, zumindest eine Pufferschicht (302), eine Kanalschicht (303) aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≤ 1) und eine Elektronenzufuhrschicht (304) aus GaYIn1-YP (0 < Y ≤ 1), die an die Kanalschicht (303) angrenzt,
wobei die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP einen Bereich innerhalb der Elektronenzufuhrschicht (304) umfasst, in dem der Galliumanteil (Y) von der Seite der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht (303) in Richtung der entgegengesetzten Seite abnimmt, und
wobei die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP
dadurch gekennzeichnet ist, daß
der Galliumanteil der Elektronenzufuhrschicht (304) an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht (303) Y = 1,0 beträgt.

Description

  • Diese Erfindung betrifft epitaktische Stapelstrukturen aus GaInP, ein Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP sowie einen Feldeffekttransistor nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche wie beispielsweise aus der Druckschrift BACHEM K. H. et al: GaInP/GaInAs/GaAs Structures for High Performance MODFETs Design, Growth Procedure, Hall Data and Device Properties; in 15th Biennial IEEE/Cornell Conf. Advanced Concepts High-Speed Semiconductor Devices and Circuits, 1995, S. 20 bis 29 bekannt.
  • Feldeffekttransistoren von der Art mit Schottky-Übergang (als MESFET bekannt), die im Mikrowellenbereich oder Millimeterwellenbereich arbeiten, 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 Mikrowellenbereich (siehe IEEE Trans. Electron Devices, Band 46, Nr. 1 (1999), S. 48-54), sowie als Leistungs-MESFET für Sende- oder Übertragungsanwendungen verwendet werden (siehe IEEE Trans. Electron Devices, Band 44, Nr. 9 (1997), S. 1341-1348).
  • 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 einem Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V mit hohem Widerstand besteht. Auf der Pufferschicht 11 ist eine Elektronentransportschicht (Kanalschicht) 12 abgeschieden, die aus n-leitenden Mischkristallen aus Galliumindiumarsenid (GaZIn1-ZAs: 0 < Z ≤ 1) besteht. Eine Abstandshalterschicht kann auf der Kanalschicht 12 abgeschieden sein, jedoch ist insbesondere bei Leistungs-TEGFET für Sende- oder Übertragungsanwendungen eine Elektronenzufuhrschicht 13, die aus Mischkristallen aus Galliumindiumphosphid (GaYIn1-YP: 0 < Y ≤ 1) besteht, ohne eine dazwischen angeordnete Abstandshalterschicht abgeschieden. Die Ladungsträgerdichte (Elektronendichte) der Elektronenzufuhrschicht 13 wird durch das absichtliche Hinzufügen (Dotieren) von Silizium (Si) oder anderen n-leitenden 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 Source-Elektrode mit niedrigem Kontaktwiderstand 15 und die Drain-Elektrode 16 zu bilden. Zusätzlich ist zwischen den Source- und Drain-Elektroden 15, 16 die Kontaktschicht 14 teilweise entfernt, um eine Ausnehmungsstruktur 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 Stapelstruktur 1A aus GaInP für die Anwendung als MODFET bilden, die in 1 veranschaulicht ist, werden, der Leichtigkeit der Filmbildung wegen, herkömmlich durch das Verfahren der chemischen Abscheidung von metallorganischen Verbindungen aus der Dampfphase (MOCVD) gebildet (siehe ebenda IEEE Trans. Electron Devices, Band. 44 (1997)). Unter diesen 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 Übergangsgrenzfläche 12a der Kanalschicht 12 anzusammeln. Die Elektronenzufuhrschicht 13 ist herkömmlich aus Galliumindiumphosphid (GaYIn1-YP: 0 < Y ≤ 1) gebildet, das mit Silizium (Symbol des Elements: Si) oder anderen n-leitenden Fremdstoffen dotiert ist, die nicht leicht diffundieren (siehe ebenda IEEE Trans. Electron Devices, Band 44 (1997)). Die Ladungsträgerdichte (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 zweidimensionale Elektronengas aufgrund von Ionisationsstreuung von der Kanalschicht 12 gestört wird, die Abstandshalterschicht eine Funktionsschicht, die zur räumlichen Trennung der Kanalschicht 12 und der Elektronenzufuhrschicht 13 vorgesehen ist (siehe "Physics and Applications of Semiconductor 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 typischerweise 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 hochreinen, undotierten (intrinsischen) Schichten mit einer geringen Gesamt menge von Fremdstoffen gebildet, und ihre Schichtdicke liegt typischerweise im Bereich von 2 Nanometern (nm) bis 10 nm (siehe ebenda "Physics 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 Abstandshalterschicht, die aus undotiertem (intrinsischem) GaXIn1-XP (0 < X ≤ 1) besteht, ansammeln, muß sich aus diesem Grund die Zusammensetzung an der Übergangsgrenzfläche zwischen der Kanalschicht 12 und der Abstandshalterschicht abrupt ändern und eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigen.
  • Zusätzlich wird die Bildung einer Pufferschicht typischerweise durch Abscheidung aus der Dampfphase (CVD) durchgeführt, ohne die Ausgangsmaterialproben aus Gallium (Elementsymbol: Ga) zu verändern. Da leicht die Beimischung von Kohlenstoff-Akzeptoren (Elementsymbol für Kohlenstoff: C), die restliche Donatorbestandteile, die durch Silizium repräsentiert sind, elektrisch kompensieren, eintritt, und leicht eine Schicht aus GaAs oder eine Schicht aus AlLGa1-LAs mit hohem Widerstand im undotierten (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 WO 96/00979 A1.
  • 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 Elektronenzufuhrschicht, die die Rolle des Zuführens von Elektronen annimmt, aus GaYIn1-YP (0 < Y ≤ 1) gebildet sein, das eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigen kann. Auf der anderen Seite ist bei einem Leistungs-TEGFET von dem Standpunkt aus, zu bewirken, daß dieser mit einem relativ großen Source-Drain-Stromfluß arbeitet, eine große Bahnladungsträgerdichte (Einheit: cm-2) zusammen mit der Elektronenbeweglichkeit erforderlich. 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 Bahnladungsträgerdichte dadurch einen Nachteil, daß sich keine hohe Elektronenbeweglichkeit stabil zeigen kann. Aus diesem Grund wird beispielsweise bei rauscharmen 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 Stapelstruktur 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 zeigen kann. Mit dieser Struktur können rauscharme Transistoren aus GaInP mit hoher Elektronenbeweglichkeit mit besseren Transkonduktanzeigenschaften und Leistungs-TEGFET aus GaInP mit einem besseren Leistungsumwandlungswirkungsgrad aufgrund ihres hohen Source-Drain-Stromes geschaffen werden.
  • In einer Struktur, in der eine Abstandshalterschicht zwischen der Kanalschicht und der Elektronenzufuhrschicht vorgesehen ist, wenn eine Abstandshalterschicht 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 Übergangsgrenzfläche 12a verschlechtert wird.
  • Wenn die Steilheit der Änderung der Zusammensetzung an der Übergangsgrenzfläche 12a nicht erreicht wird, sammelt sich ein zweidimensionales 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 Elektronenbeweglichkeit 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 Ladungsträgerdichte im undotierten (intrinsischen) Zustand wenigstens grob 1 × 1016 cm-3. Da sich das zweidimensionale Elektronengas effektiver ansammelt, indem die Ladungsträgerdichte der Abstandshalterschicht herabgesetzt 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 Elektronenbeweglichkeit 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 Feldeffekttransistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit in Abhängigkeit von der Qualität der Pufferschicht schwanken. Beispielsweise werden bei normalen 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 andererseits 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 Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP aufgrund von Differenzen in der Galliumquelle (Ga-Quelle) herrührte, die bei der Bildung der Pufferschicht mit einer Supergitterstruktur verwendet wurde, die AlGaAs und GaAs im besonderen als Bestandteilschichten verwendet.
  • Zusätzlich gibt es in den Pufferschichten, die die herkömmliche Beschaffenheit besitzen, wie Supergitterstruktur-Pufferschichten aus AlGaAs/GaAs, dadurch Probleme hinsichtlich der Gleichstromeigenschaften (statischen Eigenschaften) des Transistors, daß leicht eine Schwankung in dem Source-Drain-Stromwert unter Beleuchtung (sogenannte "Photoansprechempfindlichkeit" 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, Yasuhiro 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 epitaktische Stapelstruktur zu schaffen, die eine Pufferschicht umfaßt, um eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≤ 1) zu bilden, die einen hohen Widerstand aufweist, der dafür geeignet ist, den Leckstrom zu reduzieren, 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 herkömmliche 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 Abstandshalterschicht eine Schicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≤ 1) verwenden, in der der Indiumanteil nicht ausreichend homogen ist, keinen homogenen Band-Offset zur Kanalschicht aufgrund einer "Schwankung" des Indiumanteils innerhalb der Abstandshalterschicht aufrechterhalten, und aus diesem Grund war es schwierig, eine homogene Transkonduktanz (gm) und Abschnürspannung zu erhalten.
  • Deshalb ist es ein viertes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine epitaktische Stapelstruktur für Anwendungen als TEGFET zu schaffen, die eine Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP (0 < X ≤ 1) mit einer besseren Homogenität 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 epitaktische Struktur aus GaInP bereit, die auf einem Einkristall aus GaAs gestapelt 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 Elektronenzufuhrschicht umfaßt, in dem der Galliumanteil (Y) von der Seite der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht in Richtung der entgegengesetzten Seite abnimmt.
  • Der Galliumanteil der zuvor erwähnten Elektronenzufuhrschicht ist Y ≥ 0,51 ± 0,01.
  • Zusätzlich ist der Galliumanteil der zuvor erwähnten Elektronenzufuhrschicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht Y ≥ 0,70.
  • Außerdem beträgt der Galliumanteil der zuvor erwähnten Elektronenzufuhrschicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht Y = 1,0.
  • Außerdem gibt es an der Übergangsgrenzfläche zwischen der zuvor erwähnten 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 Kanalschicht, die Abstandshalterschicht und die Elektronenzufuhrschicht aneinander in dieser Reihenfolge angrenzen und 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.
  • Der Galliumanteil der zuvor erwähnten Elektronenzufuhrschicht beträgt X = 0,51 ± 0,01.
  • Zusätzlich ist der Galliumanteil der zuvor erwähnten Abstandshalterschicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht X ≥ 0,70.
  • Außerdem beträgt der Galliumanteil der zuvor erwähnten Abstandshalterschicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht X = 1,0.
  • Ferner beträgt der Galliumanteil der zuvor erwähnten Abstandshalterschicht an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht X = 0,51 ± 0,01.
  • Zusätzlich bildet eine mit Bor dotierte, n-leitende Schicht die zuvor erwähnte Abstandshalterschicht.
  • Außerdem besteht die zuvor erwähnte Pufferschicht aus einer periodischen 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 Ausgangsmaterial 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 Kompensationsverhältnisse (K) (K = Na/Nd (wenn Na ≤ Nd) und K = Nd/Na (wenn Nd < Na); Na: Akzeptordichte der Bestandteilschicht, (Nd: Donatordichte der Bestandteilschicht) 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 Ladungsträgerdichte jeder Bestandteilschicht beträgt 1 × 1015 cm-3 oder weniger.
  • Zusätzlich berührt die zuvor erwähnte Schicht aus AlMGa1-MAs die Kanalschicht.
  • Außerdem weist die zuvor erwähnte Schicht aus AlMGa1-MAs eine Ladungsträgerdichte 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 Verwendung von Triethylgallium als das Ausgangsmaterial für Gallium aus der Dampfphase abgeschieden ist, ist zwischen der Pufferschicht und der Kanalschicht angeordnet. Die Kanalschicht ist n-leitend. Die Abstandshalterschicht 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 Indiumanteils in einer jeden der Abstandshalterschicht und der Elektronenzufuhrschicht 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 Gallium aus der Dampfphase abgeschieden ist.
  • Ferner berühren sich die zuvor erwähnten Abstandshalterschicht und Kanalschicht, 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 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 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 Elektronenzufuhrschicht 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 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, die Abstandshalterschicht und die Elektronenzufuhrschicht 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.
  • Außerdem umfaßt die vorliegende Erfindung auch einen Feldeffekttransistor, der unter Verwendung der zuvor erwähnten epitaktischen Stapelstruktur 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 Kontaktschicht abnimmt, so daß sich ein zweidimensionales Elektronengas effektiv im Inneren der Kanalschicht ansammelt und sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität in der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
  • Wie es oben beschrieben wurde, bildet die vorliegende Erfindung zusätzlich 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 Elektronengas 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 wurde, die periodische Supergitterstruktur, die einen Teil der Pufferschicht bildet, aus einer periodischen abwechselnden Schichtstruktur von Schichten aus AlLGa1-LAs, die unter Verwendung einer organischen Methylverbindung als ihr Ausgangsmaterial und mit einem festgesetzten Kompensationsverhältnis aus der Dampfphase abgeschieden werden, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einem niedrigen Leckstrom geschaffen werden kann.
  • Ferner ist die Beschaffenheit derart, daß eine Indium enthaltende Verbindung der Gruppe III-V mit einer Dünnfilmschicht aus GaAs vorgesehen wird, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, so daß eine Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs, eine Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP und eine Elektronenzufuhrschicht mit besserer Homogenität des Indiumanteils gebildet werden können und deshalb eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besserer Homogenität in der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
  • Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen ist:
  • 1 ein schematischer Querschnitt der Struktur für einen herkömmlichen TEGFET aus GaInP,
  • 2 ein Diagramm, das das Profil des Gradienten im Galliumanteil für die Elektronenzufuhrschicht mit einem Anteilsgradienten aus GaYIn1-YP veranschaulicht,
  • 3 ein schematischer Querschnitt eines TEGFET aus GaInP, der dazu verwendet wird, eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
  • 4 ein Diagramm, das das Profil des Gradienten im Galliumanteil für die Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgradienten aus GaXIn1-XP veranschaulicht,
  • 5 ein schematischer Querschnitt eines TEGFET aus GaInP, der dazu verwendet wird, eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
  • 6 ein schematischer Querschnitt einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP, der dazu verwendet wird, eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
  • 7 ein schematischer Querschnitt eines TEGFET aus GaInP, der dazu verwendet wird, eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erläutern,
  • 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
  • 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 (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 Abstandshalterschicht 604 aus GaXIn1-XP (0 < X ≤ 1), die angrenzend an diese Kanalschicht vorgesehen ist, und eine Elektronenzufuhrschicht 605 aus GaYIn1-YP (0 < Y ≤ 1) 605, die angrenzend an diese Abstandshalterschicht vorgesehen ist (5).
  • Es ist bevorzugt, daß im besonderen ein halbisolierendes {001} Substrat als das Einkristallsubstrat aus GaAs verwendet wird.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung kann die Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Y ≤ 1) mittels eines MOCVD- oder anderen Verfahrens zur Abscheidung 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 (chemische Formel: PH3) als die Phosphorquelle (P-Quelle) gebildet werden.
  • Triethylgallium (chemische Formel: (C2H5)3Ga kann ebenfalls als die Galliumquelle (Ga-Quelle) verwendet werden. Die Schicht aus GaYIn1-YP kann unter Verwendung einer (CH3)3Ga/C5H5In/PH3-MOCVD-Reaktion unter Verwendung von beispielsweise Cyclopentadienylindium (chemische Formel: 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 Galliumanteil (Y) in der Richtung zunehmender Schichtdicke von der Übergangsgrenzfläche 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 Filmabscheidungszeit reduziert wird, während eine konstante Menge (Konzentration) der Indiumquelle, die dem MOCVD-Reaktionssystem zugeführt wird, aufrechterhalten wird. Zusätzlich kann eine Filmbildung durch Erhöhen der Menge der zugeführten Indiumquelle zusammen mit einem Erhöhen der Filmabscheidungszeit durchgeführt werden, während eine konstante Menge der Galliumquelle, die dem MOCVD-Reaktionssystem zugeführt wird, aufrechterhalten wird. Um eine Elektronenzufuhrschicht mit der gewünschten Ladungsträgerdichte zu erhalten, ist es zusätzlich bevorzugt, während der Abscheidung eine Dotierung mit Silizium (Si) oder desgleichen durchzuführen.
  • 2 veranschaulicht schematisch das Profil des Gradienten des Galliumanteils im Inneren der Elektronenzufuhrschicht, die aus einer Anteilsgradientenschicht aus GaYIn1-YP besteht. Das Gradientenprofil im Galliuman teil, das in 2 veranschaulicht ist, ist ein Beispiel des Anteilsgradientenprofils, 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 Elektronenzufuhrschicht 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 gleichmäßig und linear reduziert wird. Zusätzlich zeigt das Symbol (c) ein Beispiel in dem Fall, daß der Galliumanteil auf eine gekrümmte Weise reduziert wird. Zusätzlich ist das Symbol (d) ein Gradientenprofil in dem Fall, daß der Galliumanteil schrittweise reduziert wird.
  • Das Gradientenprofil ist nicht auf die in 2 veranschaulichten Profile begrenzt, sondern bei einer Ausführungsform ist der Galliumanteil (= Y) der Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≤ 1) 0,70 oder größer oder vorzugsweise 0,85 oder größer. Dies ist der Fall, weil durch Einrichten des Galliumanteils (= 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 Symbol (d) in 2 gezeigt ist, verfolgt wird, kann beispielsweise der Galliumanteil (= Y) in dem Bereich, in dem die Dicke von 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 einzelnen Schichten aus GaYIn1-YP zu erzeugen, und indem die Galliumanteils schicht derart schrittweise um 0,2 reduziert wird, kann eine Elektronenzufuhrschicht mit einem Anteilsgradienten gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform gebildet werden.
  • Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung der Galliumanteil (= Y) der Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht 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 Gradientenprofil für den durch Symbol (b) in 2 gezeigten Galliumanteil verfolgt wird, kann der Galliumanteil (= Y) in dem Bereich, in dem die Dicke von der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht bis zu 2 mm beträgt 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 Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht wird eine hohe Übergangsbarriere mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs gebildet, so daß sich ein zweidimensionales Elektronengas effektiv ansammen kann.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 der vorliegen 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 Verringern erreicht wird, auf 0,51 ± 0,01 festgelegt. Betrachtet sei hier beispielsweise eine Elektronenzufuhrschicht, die aus einer n-leitenden Anteilsgradientenschicht 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 Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP gestapelt ist, hat sie dadurch den Vorteil, daß es möglich ist, eine Verschlechterung der Kristallinität der Elektronenzufuhrschicht zu verhindern, die aus der Fehlanpassung von Gittern auftritt.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 3 der vorliegenden 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 Fehlanpassungen mit dem Gitter der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≤ 1) auftreten, 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 Oberflächenzustand und desgleichen stabil zu erhalten, liegt bei einer typischen Elektronenzufuhrschicht mit einer Dicke von 10 nm-40 nm die zuvor erwähnte Dicke der Schicht aus GaYIn1-YP mit einem konstanten Galliumanteil vorzugsweise im Bereich von 1-20 nm, stärker bevorzugt im Bereich 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 Übergangsgrenzfläche 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 bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 3 auf die Verbesserung des Oberflächenzustandes der Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP wird mit dem Stand der Technik mittels der "Verschwommenheit" ("haze") der Oberfläche verglichen (siehe Takao Abe, "Silicon Crystal Growth and Wafer Working" (von Baifukan veröffentlicht, 20. Mai 1994, erste Auflage), S. 322-326). Während beispielsweise eine n-leitende Elektronenzufuhrschicht aus Ga0,51In0,49P mit einem Galliumanteil von 0,51, die auf eine n-leitende Kanalschicht aus Ga0,80In0,20As bis zu einer Gesamtdicke von 25 nm gestapelt 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 Anteilsgradientenschicht aus GaYIn1-YP bildet, die "Verschwommen heit" der Oberfläche nach der Abscheidung auf 50-60 Teile pro Million (ppm) verbessert.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 4 der vorliegenden 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 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 (chemische Formel: PH3) als die Phosphorquelle (P-Quelle) gebildet werden. Triethylgallium (chemische Formel: (CH3)3Ga) kann ebenfalls als die Galliumquelle (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 Formel: 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 Galliumanteil (X) in Richtung zunehmender Schichtdicke von der Übergangsgrenzfläche 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 Filmbildungszeit reduziert wird, während eine konstante Menge (Konzentration) der Indiumquelle, die dem MOCVD-Reaktionssystem zugeführt wird, aufrechterhalten 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, aufrechterhalten wird.
  • Eine Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP (0 < Z ≤ 1) ist in Kontakt mit der Abstandshalterschicht vorgesehen. In Hinblick auf die Anpassung an das Gitter des Substrats aus GaAs sollte die Elektronenzufuhrschicht vorzugsweise 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 5 genannten bevorzugten Ausführungsform gezeigt ist.
  • 4 veranschaulicht schematisch das Profil des Gradienten des Galliumanteils im Inneren der Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgradienten aus GaXIn1-XP. Das Gradientenprofil in dem in 4 veranschaulichten Galliumanteil ist ein Beispiel der Anteilsgradientenprofile, die gemäß der vorliegenden Erfindung zulässig sind, und in dieser Figur zeigt (a) die Änderung des Galliumanteils, wenn der Galliumanteil gleichmäßig und linear zusammen mit der Zunahme der Dicke der Abstandshalterschicht verändert wird. Das Symbol (b) zeigt das Gradientenprofil in dem Fall, daß der Galliumanteil von der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht konstant 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 Bereich, bis die Dicke von der Übergangsfläche mit der Kanalschicht 2 nm wird, konstant gehalten, und danach gibt es ein Mittel, um einen Anteilsgradienten zu erzeugen, in dem der Galliumanteil reduziert ist. Das Symbol (c) zeigt ein Beispiel in dem Fall, daß der Galliumanteil auf eine gekrümmte Weise reduziert wird. Zusätzlich ist das Symbol (d) ein Gradientenprofil 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 einzelnen Schichten aus GaYIn1-YP zu erzeugen, und indem die Galliumanteilsschicht derart schrittweise um 0,2 reduziert wird, kann eine Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgradienten gebildet werden.
  • Das Gradientenprofil ist nicht auf die in 4 veranschaulichten Profile begrenzt, sondern in irgendeinem der Gradientenprofile ist der Galliumanteil (= X) der Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≤ 1) 0,70 oder größer, 0,85 oder größer oder erfindungsgemäß 1,0. Dies ist der Fall, da durch Einrichten des Galliumanteils (= X) als 0,70 oder größer die Beweglichkeit des zweidimensionalen Elektronengases, das sich in der Kanalschicht ansammelt, erhöht werden kann. Zusätzlich sollte der Galliumanteil vorzugsweise bis in die Nähe von 0,51 abnehmen. Dies ist der Fall, weil, wenn eine Gitteranpassung an das Ga0,51In0,49P, das die Elektronenzufuhrschicht 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 Abstandshalterschicht 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 Abstandshalterschicht aufweist.
  • [Tabelle 1]
    Figure 00280001
  • Unter den TEGFET, die in Tabelle 1 aufgelistet sind, bedeutet hinsichtlich des Galliumanteils der Abstandshalterschicht beispielsweise die Notation "0,75 → 0,51", daß der Galliumanteil von 0,75 an der Übergangsgrenzflä che mit der Kanalschicht auf 0,51 an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht reduziert ist. Wie es in dieser Tabelle gezeigt ist, wird sich mit einem TEGFET aus GaInP, der mit einer Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgradienten gemäß der vorliegenden Erfindung, der jedoch nicht beansprucht wird, 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 Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP mit einem Gradienten im Galliumanteil und einem Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Trägerschicht hat den vorteilhaften Effekt, eine hohe Beweglichkeit zu zeigen.
  • Im besonderen ergibt die Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgradienten aus GaXIn1-XP, in der der Galliumanteil (= X) an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≤ 1) auf 1,0 festgelegt ist, d.h. diese nämlich derart eingerichtet ist, daß sie Galliumphosphid (chemische Formel: GaP) ist, eine besonders hohe Beweglichkeit, wie es in der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Anspruch 4 der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Selbst in diesem Fall ist es bevorzugt, daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht aus Ga0,51In0,49P 0,51 beträgt. Das heißt, eine Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP, die bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Anspruch 4 bevorzugt ist, ist eine Kristallschicht, in der der Galliumanteil (= X) von 1,0 auf 0,51 verringert wird, wenn man von der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht zur Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht geht. Eine Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP (X = 1,0 → 0,51) mit einem derartigen Anteilsgradienten wird erhalten, indem eine Schicht aus GaP gebildet wird, während nichts von der Indiumquelle dem MOCVD-Reaktionssystem zu Beginn der Filmbildung zugeführt wird, und danach die Menge der dem Reaktionssystem zugeführten Indiumquelle allmählich erhöht wird, so daß der Galliumanteil 0,51 wird.
  • Zusätzlich ist bei der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6 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, während die Borquelle dem MOCVD-System zugeführt wird. Beispiele der Borquellen zum Dotieren umfassen Trimethylbor (chemische Formel: (CH3)3B und Triethylbor (chemische Formel: (CH3)3B). Bor wird vorzugsweise derart dotiert, daß die Boratomdichte 1 × 1016 Atome/cm3 oder größer und 1 × 1018 Atome/cm3 oder kleiner ist. Außerdem sollte die Bordotierung vorzugsweise auf eine Atomdichte durchgeführt werden, die die ungefähre Ladungsträgerdichte der Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP übersteigt. 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 (intrinsischen) Zustand beträgt, durch die Bordotierung um eine oder mehrere Größenordnungen reduziert werden. Das heißt, die Anteilsgradientenschicht 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.
  • 6 ist ein schematischer Querschnitt der epitaktischen Stapelstruktur 8A, um die bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 7 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 Einkristall 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 abgeschieden 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 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 aufweist. Wenn eine Trimethylgalliumverbindung als das Ausgangsmaterial verwendet wird, kann deshalb leicht eine Pufferschicht mit hohem Widerstand gebildet werden. Selbst mit einer Galliumverbindung, die eine Trialkylgalliumverbindung mit drei hinzugefügten Kohlenwasserstoffgruppen ist, wobei zwei hinzugefügte Gruppen Methylgruppen sind, kann ein ähnlicher günstiger Effekt erhalten werden, aber die Wirksamkeit ist schwächer als diejenige von Trimethylgalliumverbindungen. In dem Fall, daß beispielsweise eine Diethylmethylgalliumverbindung als die Galliumquelle verwendet wird, wird die Wirksamkeit der Annahme eines hohen Widerstandes aufgrund des elektrischen Kompensationseffektes der Kohlenstofffremdstoffe noch schwächer.
  • Die Supergitterstruktur 802a wird gebildet, indem periodisch Schichten aus AlLGa1-LAs (0 ≤ L ≤ 1) mit wechselseitig unterschiedlichen Aluminiumanteilen (= L) gestapelt werden. Sie kann beispielsweise mit einer periodisch 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 einer periodisch gestapelten Struktur aus Al0,1Ga0,9As und Aluminiumarse nid (chemische Formel: AlAs) gebildet werden. In einer periodisch gestapelten Struktur mit einer mehrschichtigen Struktur, die aus zwei Schichten 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 Anzahl 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 Ausbreitung 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 Ethylverbindungen als Ausgangsmaterialien hergestellt sind, die die anderen Abschnitte 802b der Pufferschicht 802 bilden, die angrenzend an die Supergitterstruktur vorgesehen sind, können unter Verwendung von Triethylgallium (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 dissoziiert sind und werden zu Ethan (Molekülformel: C2H6) und anderen flüchtigen 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 werden, nicht so groß sein wird, wie im Fall von Methylverbindungen. Deshalb wird der Widerstand nicht so hoch sein, wie derjenige von Schichten, die aus Methylverbindungen als Ausgangsmaterialien abgeschieden werden. 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 Wahrscheinlichkeit, daß die Oberfläche der Abscheidungsschicht mit Kohlenstoff 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 Ethylverbindungen als Ausgangsmaterialien hergestellt ist, kann auf irgendeiner Ebene der Supergitterstruktur 802a, die die Pufferschicht 802 bildet, vorgesehen 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 Ausgangsmaterialien 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 Homogenisierung 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 organische Ethylverbindungen als Ausgangsmaterialien verwendet, nur auf der oberen Oberfläche der Supergitterstruktur 802a vorgesehen ist, ist entweder die Bestandteilschicht 802-1 oder 802-2 mit der Oberfläche des halbisolierenden Substrats 801 aus GaAs unter der Substrat-801-Seite der Supergitterstruktur 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 Bestandteilschichten 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 Kompensationsverhältnis (= K) innerhalb des festgestellten Bereiches, der die Pufferschicht 802 der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 8 der vorliegenden Erfindung bildet, kann abgeschieden werden, indem das sogenannte V/III-Verhältnis eingestellt wird. In einem MOCVD-Abscheidungsreaktionssystem bei Atmosphärendruck oder Nie derdruck ist das V/III-Verhältnis als das Verhältnis der Zufuhr von beispielsweise 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 (H2) unter Bedingungen einer Abscheidungstemperatur 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 Donatordichte (Nd) und der Akzeptordichte (Na) berechnet werden. Nd und Na können auf der Grundlage der Brooks-Herring-Formel aus den Werten des spezifischen Widerstandes, der Beweglichkeit und der Ladungsträgerdichte berechnet werden, die beispielsweise durch das Hall-Effekt-Verfahren bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77 K) gemessen werden (siehe Phys. Rev. Band 164, Nr. 3 (1967), S. 1025-1031). Bei n-leitendem 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 gewählten 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 hohen 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 Kompensationsverhältnis 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 bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 9 der vorliegenden Erfindung ist die Supergitterstruktur 802a unter Verwendung einer p-leitenden, undotierten (intrinsischen) Schicht aus GaAs gebildet, die erhalten wird, indem das V/III-Verhältnis auf die relativ niedrige Seite eingestellt wird, und die ein Kompensationsverhältnis (K) im Bereich von 0,9 oder größer und 1,0 oder kleiner und eine Ladungsträgerdichte 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 Ladungsträgerdichte (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 Anzahlen von Elektronen gefangen werden können, wodurch jede weitere Verringerung des Leckstroms behindert wird. Deshalb ist mit einer p-leitenden 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 niedrigen 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 zwischen 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-leitend (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 Dampfphase (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 abgeschieden werden müssen, wird vorzugsweise das MOCVD-Verfahren verwendet. 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 bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 10 der vorliegenden 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 Verbindungshalbleiter 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 (intrinsische) Schicht aus GaAs, die aus Trimethylgallium als ihre Ausgangsmaterialien hergestellt ist, als die Schicht verwendet wird, auf die die Abscheidung 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 Verwendung eines (CH3)3Al/(CH5)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 Elektronenzufuhrschicht aus GaLIn1-LP kann bestimmt werden aus dem Beugungswinkel, der durch gewöhnliche Röntgenbeugungsverfahren gefunden wird, oder aus der Photolumineszenzlichtemissionswellenlänge (PL-Lichtemissionswellenlänge).
  • Im besonderen ist bei der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 11 der vorliegenden Erfindung die Schicht 802 aus AlMGa1-MAs (0 ≤ M ≤ 1), die unter Verwendung organischer Ethylverbindungen 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 Leckstrom 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 Effekt haben würde, daß der Leckstrom in die Pufferschicht 802 reduziert werden würde, ist es mit einem MOCVD-Verfahren, das organische Ethylverbindungen als die Ausgangsmaterialien verwendet, schwierig, die Beimischung von Kohlenstoffverbindungen aufgrund des Effektes von Ethylgruppen 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-leitenden 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 Photoansprechvermögen des Source-Drain-Stromes (Ids) groß wird. Aus diesem Grund wird besonders 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 organischer Ethylverbindungen wie oben beschrieben abgeschieden worden ist, weist einen niedrigen Kohlenstofffremdstoffgehalt auf, und ihr Widerstandswert 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 herausfordert, 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 bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 12 der vorliegenden Erfindung 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 Verwendung 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 derartigen 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 bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 13 der vorliegenden Erfindung ist der Aluminiumanteil (M) der n-leitenden Schicht 802b aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung organischer Ethylverbindungen 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 vorzugsweise 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-Beschaffenheit. Der Aluminiumanteil (= M) kann gesteuert werden, indem beispielsweise das Verhältnis der Menge von (C2H5)3Al zur Gesamtmenge Triethylaluminium (chemische Formel: (C2H5)3Al und Triethylgallium (chemische Formel: (CH2)5Ga), die dem MOCVD-Abscheidungssystem zugeführt werden, eingestellt wird. Eine Pufferschicht 802, mit der eine n-leitende Schicht 802b aus AlMGa1-MAs, die einen derartigen passenden Aluminiumanteil aufweist, verbunden ist, hat den Effekt, daß ein Feldeffekttransistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit und mit niedriger Photoansprechempfindlichkeit und einer kleinen Stromschleifenbreite in Ids geschaffen wird.
  • 8 ist ein schematischer Querschnitt der epitaktischen Stapelstruktur 112A um die bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 14 der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Bei dieser Ausführungsform kann ein halbisolierender Einkristall aus GaAs mit einer {100}-Kristallebene 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 vorzugsweise ein Einkristall aus GaAs mit einem spezifischen Widerstand bei Raumtemperatur von 107 Ohm-Zentimeter (Einheit: Ω·cm) als das Substrat 111 verwendet werden.
  • Die Pufferschicht 112 auf der Oberfläche des Substrats 111 ist aus einer Supergitterperiodenstruktur gebildet, die vorzugsweise aus einer undotierten (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 Galliumquelle (Ga-Quelle) aus der Dampfphase abgeschieden ist. Die Methylgruppen, 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 aufweist. Wenn eine Trimethylgalliumverbindung als das Ausgangsmaterial verwendet wird, kann daher leicht eine Pufferschicht mit hohem Widerstand gebildet werden. Selbst mit einer Galliumverbindung, die eine Trialkylgalliumverbindung mit drei hinzugefügten Kohlenwasserstoffgruppen ist, wobei zwei hinzugefügte Gruppen Methylgruppen sind, kann ein ähnlicher günstiger Effekt erhalten werden, aber die Wirksamkeit ist schwächer als diejenige von Trimethylgalliumverbindungen. In dem Fall, daß beispielsweise eine Diethylmethylgalliumverbindung als die Galliumverbindung verwendet wird, wird die Wirksamkeit der Annahme eines hohen Widerstandes aufgrund des elektrischen Kompensationseffektes von Kohlenstofffremdstoffen 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 Aluminiumanteil 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 Aluminiumarsenid (chemische Formel: AlAs) gebildet sein. Bei einer periodisch gestapelten Struktur mit einer mehrschichtigen Struktur, die aus zwei Schichten 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 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 besteht, hat den günstigen Effekt einer Unterdrückung der Ausbreitung 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 Kristallfehlerdichte 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 Verwendung 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 Ethylgruppen, die durch thermische Zersetzung dissoziiert werden, rekombinieren und werden zu Ethan (Molekülformel: C2H6) und anderen flüchtigen Bestandteilen und werden aus dem Reaktionssystem zur chemischen Abscheidung 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 undotierten (intrinsischen) Zustand ist typischerweise höher als diejenige einer Schicht aus GaAs, die Trimethylgallium als das Ausgangsmaterial verwendet. Wenn beispielsweise das Verhältnis der Konzentrationen von AsH3/(CH3)3Ga, das einem MOCVD-Reaktionssystem zugeführt wird, (das sogenannte V/III-Verhältnis) mit Trimethylgallium auf dieselben 10,0 eingestellt wird, wird eine Schicht aus GaAs mit hohem Widerstand, die zum Bilden der Pufferschicht 112 mit einer undotierten (intrinsischen), p-leitenden 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 angeordnet 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 Ladungsträgerdichte 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 Ausgangsmaterial hergestellt ist, sind nacheinander eine Kanalschicht 114 aus GaZIn1-ZAs und eine Elektronenzufuhrschicht 116 aus GaYIn1-YP abgeschieden. Die Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist, hat den Effekt, daß sie die Homogenität des Indiumanteils 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 Verbindungshalbleitern 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 Ausgangsmaterial 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 Kristallschichten 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 Kogyo Shimbunsha, 25. Januar 1978), S. 238) und "Knicke" auftreten (JP-A-10-247727 und JP-A-10-335350).
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 15 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 Trimethylverbindung 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 eines MOCVD-Verfahrens 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 Cyclopentadienylindium (chemische Formel: C5H5In), das eine monovalente Bindungswertigkeit aufweist, verwendet werden. Mit einem (CH3)3Ga/(CH3)3In/AsH3/H2-Reaktionssystem kann auf der Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist, eine Schicht 114 aus GaZIn1-ZAs mit einer Homogenität des Indiumanteils von ±1% oder weniger gebildet 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 Durchschnittswertes 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 Trimethylverbindung als die Quelle des Bestandteilelements der Gruppe III wird zusätzlich auf der Schicht 113 aus GaAs, die aus Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist, eine ebene Schicht aus GaZIn1-ZAs erhalten, die eine bessere Homogenität des Indiumanteils und auch eine niedrige Oberflächenrauhigkeit aufgrund einer Absonderung von Indium oder desgleichen aufweist. Wenn die Oberflächenrauhigkeit als Verschwommenheit oder "Schleier" (haze) ausgedrückt wird (hinsichtlich der Verschwommenheit siehe Takao Abe, "Silicon Crystal Growth and Wafer Working" (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 Verschwommenheit der oberen Indium enthaltenden Schichten aus Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V 114-116 reduziert wird. Die Abstandshalterschicht 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 Schichtdicke 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 Heteroübergangsgrenzfläche ergibt, die für die effiziente örtliche Festlegung eines zweidimensio nalen Elektronengases geeignet ist, sollte die Verschwommenheit vorzugsweise 60 Teile pro Million (ppm) oder weniger betragen. In einer Kanalschicht, die aus einer Schicht aus GaZIn1-ZAs mit einer Oberflächenrauhigkeit über 60 ppm als Verschwommenheit besteht, fehlt es der Übergangsgrenzfläche 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 einer hohen Transkonduktanz (gm) erhalten werden können.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 16 der vorliegenden Erfindung ist eine Abstandshalterschicht 115 aus einer 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 beschrieben 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 Homogenität 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. Beispielsweise kann mit einem (CH3)3Ga/(CH3)3InAs/H3/H2-Reaktionssystem zum Zeitpunkt der Abscheidung der Abstandshalterschicht 115 die Verschwommenheit 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 Übergangsfläche angrenzen kann, geschaffen wird. Wenn die Verschwommenheit der Oberfläche der Abstandshalterschicht 115 aus GaXIn1-XP 100 ppm übersteigt, 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 Abhängigkeit von dem Bereich unterschiedlich, so daß der Grad der Ionisationsstreuung, die von dem zweidimensionalen Elektronengas innerhalb der Kanalschicht 114 empfangen wird, heterogen wird. Deshalb tritt ein Problem 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-leitend. 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 bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 17 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 Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial hergestellt ist. Unter Verwendung eines Reaktionssystems, das Trimethylverbindungen für sowohl die Galliumquelle 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 Intensität 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 besonders bevorzugte Elektronenzufuhrschicht 116 kann aus einer Ga0,51In0,49P-Kristallschicht mit einem Indiumanteil (= 1 – Y) von 0,49 gebildet sein. Da Ga0,51In0,49P zum Gitter von GaAs paßt, kann eine Kon taktschicht aus GaAs mit wenigen Kristallfehlern, die aus einer Gitterfehlanpassung herrühren, als die obere Schicht gebildet werden. Geeignete n-leitende Fremdstoffe zum Dotieren in Ga0,51In0,49P umfassen Silizium (Elementsymbol: Si), das einen kleinen Diffusionskoeffizienten besitzt. Die Ladungsträgerdichte der Elektronenzufuhrschicht 116 aus Ga0,51In0,49P beträgt vorzugsweise 2-3 × 1018 cm-3. Die Ladungsträgerdichte 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 Bahnladungsträgerdichte, die hauptsächlich das zweidimensionale Elektronengas umfaßt.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 18 der vorliegenden Erfindung wird zum Zeitpunkt der Bildung der Indium enthaltenden Schichten aus Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V mit besserer Oberflächenverschwommenheit mittels chemischer Abscheidung metallorganischer Verbindungen aus der Dampfphase Cyclopentadienylindium (chemische Formel: C5H5In(I)), das eine monovalente Bindungswertigkeit aufweist, als die Indiumquelle verwendet (siehe J. Electron, Mater., 25(3) (1996), S. 407-409). Da C5H5In(I) die Eigenschaften einer Lewis-Base zeigt, kann die Polymerisationsreaktion mit Arsin (chemische Formel: AsH3) oder Phosphin (chemische Formel: PH3) als die repräsentative 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 besser beim Erhalten von Indium enthaltenden, aus der Dampfphase abgeschiedenen Schichten aus Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V.
  • Zusätzlich weist C5H5In(I) einen niedrigeren Dampfdruck (Sublimationsdruck) als der von Trimethylindium ((CH3)3In) auf und seine Filmbildungsrate ist niedriger, so daß es zur Bildung der Kanalschicht 114 aus GaZIn1-ZAs, der Abstandshalterschicht 115 aus GaXIn1-XP, der Elektronenzufuhrschicht 116 und weiteren und Dünnfilmschichten besonders geeignet ist. Um einen Sublimationsdruck einzuleiten, der zur Dünnfilmausbildung 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 bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 21 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 Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und hier folgt eine detailliertere Beschreibung der vorliegenden Erfindung mittels Arbeitsbeispielen, jedoch ist die vorliegende Erfindung in keinster Weise auf diese Arbeitsbeispiele begrenzt.
  • Arbeitsbeispiel 1
  • Bei diesem Arbeitsbeispiel wird der Fall einer Ausbildung eines Feldeffekttransistors aus GaInP mit zweidimensionalem Elektronengas mittels des MOCVD-Verfahrens beschrieben. 3 ist ein schematischer Querschnitt 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 Substrat 301 verwendet wird, beträgt 3 × 107 Ω·cm. Auf der Oberfläche des Substrats 301 mit einem Durchmesser von 100 mm ist eine Supergitterstruktur aus AlLGa1-LAs/GaAs als ein Bestandteil 302-1 der ersten Pufferschicht, die die Pufferschicht 302 bildet, abgeschieden. Die Supergitterstruktur 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 Ladungsträgerdichte 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 Perioden. Die Schicht 302a aus Al0,30Ga0,70As und die p-leitende Schicht 302b aus GaAs wurden alle bei 640°C mittels einer 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 302-1 der ersten Pufferschicht 302 ist eine Schicht 302c 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 (Ga-Quelle) abgeschieden ist, wodurch ein zweiter Pufferschichtbestandteil 302-2 gebildet 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 (intrinsische), 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 abgeschieden 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 Indiumanteils 0,20 (±0,4%) betrug. Es wurde herausgefunden, daß der Verschwommenheitswert 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 Elektronenzufuhrschicht 304 gestapelt, die aus einem mit Silizium (Si) dotierten, n-leitendem Ga0,51In0,49P besteht und mittels eines Niederdruck-MOCVD-Ver fahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/C5H6In/PH3/H2-Reaktionssystems mit einem Anteilsgradienten im Galliumanteil (= Y) abgeschieden ist. Der Galliumanteil ist (= Y) der Elektronenzufuhrschicht 304 an der Übergangsgrenzfläche 304a mit der undotierten (intrinsischen), n-leitenden Kanalschicht 303 aus Ga0,80In0,20As war auf 0,88 eingestellt. Der Galliumanteil (= Y) der Elektronenzufuhrschicht 304 an der Übergangsgrenzfläche 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) (Konzentration von 10 Volumen-ppm) wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte der Elektronenzufuhrschicht 304 beträgt 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 herausgefunden, daß der Verschwommenheitswert nach dem Stapeln dieser Schicht 304 18 ppm betrug.
  • Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 304, die aus n-leitendem Ga0,50In0,49P besteht, ist eine Kontaktschicht 305, die aus Si-dotiertem, n-leitendem GaAs besteht, mittels eines (CH3)3Ga/AsH3/H2-Reaktionssystems 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 Bestandteilschichten 303-305, die die epitaktische Stapelstruktur 3A bilden, wurde diese auf 500°C in einer Arsin (AsH3) enthaltenden Atmosphäre erwärmt und danach in einer Wasserstoffatmosphäre aus Raumtemperatur abgekühlt.
  • Eine ohmsche Elektrode, die aus einer Indium-Zinn-Legierung (In-Sn-Legierung) besteht, wurde auf der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 305 aus GaAs, die die oberste Oberflächenschicht der epitaktischen Stapelstruktur 3A bildet, gebildet. Als nächstes wurde ein gewöhnliches Hall-Effekt-Meßverfahren dazu verwendet, die Elektronenbeweglichkeit des zweidimensionalen Elektronengases zu messen, das sich durch die Kanalschicht 303 für das zweidimensionale Elektronengas bewegt. Die Bahnladungsträgerdichte (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 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 Strukturierungsverfahren, das eine bekannte Photolithographietechnik anwendete, dazu verwendet, eine Ausnehmung in der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 305 aus GaAs zu schaffen, die die oberflächennächste Schicht der epitaktischen Stapelstruktur 3A bildet. Auf der n-leitenden Kontaktschicht 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 mehrschichtige 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 bewertet. 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 (Hysterese) im Drain-Strom beobachtet. Die Transkonduktanz (gm) bei Raumtemperatur, 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 ohmschen 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 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.
  • Arbeitsbeispiel 2
  • Bei diesem Arbeitsbeispiel wird die vorliegende Erfindung im Detail unter beispielhafter Verwendung des Falls der Ausbildung eines Feldeffekttransistors aus GaInP mit zweidimensionalem Elektronengas (TEGFET) beschrieben, der eine Schicht aus GaYIn1-YP mit einem Anteilsgradienten von einer Art aufweist, die sich von derjenigen in Arbeitsbeispiel 1 unterscheidet.
  • Die Beschaffenheit des TEGFET dieses Arbeitsbeispiels unterscheidet sich von derjenigen des Arbeitsbeispiels 1 nur in der Beschaffenheit der Anteilsgradientenschicht oder Zusammensetzungsgradientenschicht (gradient-composition layer) aus GaYIn1-YP, ansonsten weist es die in 3 veranschaulichte epitaktische Stapelstruktur unter Verwendung der gleichen epitaktischen Bestandteilschichten wie diejenigen von Arbeitsbeispiel 1 auf. Daher folgt hier eine Beschreibung dieses Arbeitsbeispieles, die anhand von 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 Übergangsgrenzfläche 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 Elektronenzufuhrschicht mit einem Anteilsgradienten 304 aus GaYIn1-YP beträgt 25 nm. In der Elektronenzufuhrschicht 304 mit einer Gesamtdicke von 25 nm besteht 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 Galliumanteil 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 Abscheidungsperiode zugeführt wurde, gleichmäßig und linear erhöht wurde, wenn die Dicke der Elektronenzufuhrschicht 304 von 2 nm bis 25 nm betrug, während die Menge von (CH3)3Ga, das dem MOCVD-System zugeführt wurde, konstant gehalten wurde. Auf der Oberfläche der Elektronenzufuhrschicht 304 aus GaYIn1-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 Temperatur von flüssigem Stickstoff (77 K) 1,6 × 1012 cm-2, und μ bei 77 K betrug 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 eines 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 GaXIn1-XP besteht. 5 ist ein schematischer 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 Substrats 601 mit einem Durchmesser von 100 mm ist eine Supergitterstruktur 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 Ladungsträgerdichte 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 chicht 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 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 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 Abstandshalterschicht 604 an der Übergangsgrenzfläche 604b mit der Elektronenzufuhrschicht 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-Reaktionssystem über die Zeit während der Filmbildungsperiode zum Abscheiden 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 Elektronenzufuhrschicht 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 abgeschieden ist. Eine Wasserstoff-Disilan-Gasmischung (Si2H6-Gasmischung) (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 Elektronenzufuhrschicht 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 dotiertem, n-leitendem GaAs besteht, mittels eines (CH3)3Ga/AsH3/H2-Reaktionssystems gestapelt. Die zuvor erwähnte Wasserstoff-Disilan-Gasmischung (Si2H6-Gasmischung) wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte der n-leitenden Kontaktschicht 606 aus GaAs beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 100 nm. Nach Abschluß 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 einer Wasserstoffatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Es wurde eine ohmsche Elektrode, die aus einer Indium-Zinn-Legierung (In-Sn-Legierung) besteht, auf der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 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 Kanalschicht 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 Temperatur 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 Strukturierungsverfahren, das eine bekannte Photolithographietechnik anwendete, dazu verwendet, eine Ausnehmung in der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 606 aus GaAs zu schaffen, die die oberste Oberflächenschicht der epitaktischen Stapelstruktur 6A bildet. Auf der n-leitenden Kontaktschicht 606 aus GaAs, die als eine Mesa-Struktur verblieb, wurden eine Source-Elektrode 607 und eine Drain-Elektrode 608 gebildet. Den ohmschen Source- und Drain-Elektroden 607 und 608 wurde eine mehrschichtige 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 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 bewertet. 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 (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. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß der Leckstrom, der zwischen den ohmschen 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 Feldeffekttransistors 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 Beschaffenheit von demjenigen des Arbeitsbeispiels 3 nur in der Beschaffenheit der Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP, ansonsten weist er die in 5 veranschaulichte epitaktische Stapelstruktur unter Verwendung der gleichen epitaktischen Bestandteilschichten wie diejenigen von Arbeitsbeispiel 3 auf. Daher folgt hier eine Beschreibung dieses Arbeitsbeispiels, die anhand von 5 vorgenommen wird. Bei diesem Arbeitsbeispiel ist die Ab standshalterschicht 604 auf der Kanalschicht 603 aus Ga0,80In0,20As als eine Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP mit einem Gradienten im Galliumanteil gebildet, so daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche 604a der Kanalschicht 603 mit der Abstandshalterschicht 604 1,0 beträgt und an der Übergangsgrenzfläche 604b mit der Elektronenzufuhrschicht 605 aus Ga0,51In0,49P 0,51 beträgt. Die Dicke der Elektronenzufuhrschicht mit einem Anteilsgradienten 604 aus GaXIn1-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 GaXIn1-XP, wobei der Galliumanteil (= X) auf 1,0 festgelegt ist, so daß er nämlich aus GaP besteht. Danach 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 gewöhnlichen Hall-Effekt-Meßverfahrens, betrug 1,7 × 1012 cm-2, und die durchschnittliche 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 epitaktische Stapelstruktur aus GaInP, die mit der Abstandshalterschicht 604 gemäß diesem Arbeitsbeispiel versehen ist, auch eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigte. Zusätzlich wird praktisch keine Hysterese (Schleifendurchlauß im Drain-Strom eines TEGFET aus GaInP gefunden, der unter Verwendung der gleichen Techniken gebildet wurde, wie sie in Arbeitsbeispiel 1 genannt sind. 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 5
  • Bei diesem Arbeitsbeispiel wird die vorliegende Erfindung unter einer beispielhaften Verwendung des Falls beschrieben, daß ein Feldeffekttransistor aus GaInP mit einem zweidimensionalen Elektronengas (TEGFET) gebildet wird, der den gleichen Anteilsgradienten wie derjenige von Arbeitsbeispiel 3 aufweist, und der auch eine Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-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 Beschaffenheit von demjenigen von Arbeitsbeispiel 3 nur in der Beschaffenheit der Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP. Die anderen epitaktischen Bestandteilschichten sind die gleichen wie diejenigen von Arbeitsbeispiel 3, so daß die Beschreibung dieses Arbeitsbeispiels anhand von 5 vorgenommen wird.
  • Bei diesem Arbeitsbeispiel wird eine Bordotierung nur während der Periode der Abscheidung der Abstandshalterschicht 604, die in Arbeitsbeispiel 3 beschrieben ist, auf die Kanalschicht 603 aus Ga0,80In0,20As durchgeführt. 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 Elektronenzufuhrschicht 605 aus Ga0,51In0,49P auf 0,51 festgelegt ist. Herkömmliches Triethylbor ((C2H5)3B) mit Reinheitsgrad für Elektronik wurde als die Borquelle zum Dotieren verwendet. In Anbetracht der Tatsache, daß die Ladungsträgerdichte 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 hinzugefügten (dotierten) Triethylbor derart festgelegt, daß die Boratomdichte im Inneren dieser Anteilsgradientenschicht zu 3 × 1017 cm-3 wird. Die Ladungsträgerdichte der Abstandshalterschicht mit einem Anteilsgradienten 604 aus GaXIn1-XP wurde mittels der Dotierung von Bor gemäß diesem Arbeitsbeispiel auf unter 1 × 1016 cm-3 abgesenkt.
  • Auf der Abstandshalterschicht 604 aus GaXIn1-XP sind die gleichen 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 Bahnladungsträgerdichte (n3) 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 betrug 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 epitaktische Stapelstruktur aus GaInP, die mit der mit Bor dotierten Abstandshalterschicht 604 gemäß diesem Arbeitsbeispiel versehen war, eine Elektronenbeweglichkeit, 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 Raumtemperatur (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 7 gezeigte epitaktische Stapelstruktur 9A auf einem undotierten (intrinsischen), halbisolierenden, aus der (100)-Ebene um 2° gekippten Einkristallsubstrat aus GaAs 901 gebildet. Der spezifische Widerstand des als das Substrat 901 verwendeten Einkristalls aus GaAs beträgt 2 × 107 Ω·cm. Auf der Oberfläche des Substrats 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 Supergitterstruktur 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 Ladungsträgerdichte 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 (CH5)3Ga/AsH3/H2-Reaktionssystem abgeschieden, wobei die Galliumquelle von (CH3)3Ga zu Triethylgallium ((CH5)3Ga) verändert war, wodurch ein zweiter Pufferschichtbestandteil 902-2 gebildet wurde. 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 902 aus GaAs beträgt 2 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 20 nm.
  • Auf den zweiten Pufferschichtbestandteil 902-2 ist eine undotierte (intrinsische), 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 abgeschieden 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-Wellenlänge) wurde herausgefunden, daß die Homogenität des Indiumanteils 0,20 ± 0,5% betrug. Es wurde herausgefunden, daß der Verschwommenheitswert 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 besteht, mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/(CH3)3In/PH3/H2-Reaktionssystems gestapelt. Die Ladungsträgerdichte der Abstandshalterschicht 904 beträgt 1 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 3 nm. Es wurde herausgefunden, daß die Rauhigkeit der Oberfläche der Abstandshalterschicht 904 15 ppm als Verschwommenheitswert 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-Reaktionssystems abgeschieden ist. Es wurde eine Wasserstoff-Disilan-Gasmischung (Si2H6-Gasmischung) (Konzentration von 10 Volumen-ppm) als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte der Elektronenzufuhrschicht 905 beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 30 nm. Aus der Homogenität der gewöhnlichen Photolumineszenzwellenlänge 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 dotiertem, n-leitendem GaAs besteht, mittels eines (CH3)3Ga/AsH3/H2-Reaktionssystems gestapelt. Die zuvor erwähnte Wasserstoff-Disilan-Gasmischung wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte 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 ohmsche Elektrode, die aus einer Indium-Zinn-Legierung (In-Sn-Legierung) besteht, wurde auf der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 906 aus GaAs gebildet, welche die oberste Oberflächenschicht der epitaktischen 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 Kanalschicht für das zweidimensionale Elektronengas 903 bewegt. Die Bahnladungsträgerdichte (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 Strukturierungsverfahren, das eine bekannte Photolithographietechnik anwendete, dazu verwendet, eine Ausnehmung in der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 906 aus GaAs, welche die oberflächennächste Schicht der epitaktischen Stapelstruktur 9A bildet, zu schaffen. Auf der n-leitenden Kontaktschicht 906 aus GaAs, die als eine Mesa-Struktur verblieb, wurden eine Source-Elektrode 907 und eine Drain-Elektrode 908 gebildet. Den ohmschen Source- und Drain-Elektroden 907 und 908 wurde eine mehrschichtige 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 Aluminiumschicht (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 bewertet. 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 (Hysterese) im Drain-Strom beobachtet. Die Transkonduktanz bei Raumtemperatur (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 ohmschen 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
  • 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 abgeschieden, 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 einer 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 Perioden. Die Schicht 122a aus Al0,30Ga0,70As und die p-leitende Schicht 122b 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 × 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 (CH5)3Ga/AsH3/H2-Reaktionssystem unter Verwendung von Triethylgallium ((C2H5)3Ga) als die Galliumquelle abgeschieden ist. Die Filmbildungstemperatur betrug 640°C, und der Druck zur Zeit der Bildung betrug 1 × 104 Pa. Die Ladungsträgerdichte der undotierten (intrinsischen), n-leitenden Schicht 123 aus GaAs beträgt 2 × 1015 cm-3, und ihre Dicke beträgt 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 Ladungsträgerdichte der Schicht aus Ga0,80In0,20As, die die Kanalschicht 124 bildet, beträgt 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% betrug. 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 besteht, mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/C5H5In/PH3/H2-Reaktionssystems gestapelt. Die Ladungsträgerdichte der Abstandshalterschicht 125 beträgt 1 × 1015 cm-3, und ihre 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-leitendem Ga0,51In0,49P besteht, das mittels eines Niederdruck-MOCVD-Verfahrens unter Verwendung eines (CH3)3Ga/C5H5In/PH3/H2-Reaktionssystem abgeschieden ist. Eine Wasserstoff-Disilan-Gasmischung (Si2H6-Gasmischung) (Konzentration von 10 Volumen-ppm) wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte der Elektronenzufuhrschicht 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 dotiertem, n-leitendem GaAs besteht, mittels eines (CH3)3Ga/AsH3/H2-Reaktionssystems gestapelt. Die zuvor erwähnte Wasserstoff-Disilan-Gasmischung wurde als die Si-Quelle zum Dotieren verwendet. Die Ladungsträgerdichte der Kontaktschicht 127 beträgt 2 × 1018 cm-3, und ihre Dicke beträgt 100 nm. Die Verschwommenheit der Oberfläche der Kontaktschicht 127 wurde als 23 ppm gemessen. Nach dem Abschluß der epitaktischen Abscheidung der Bestandteilschichten 122-127, die die epitaktische Stapelstruktur 123A als solche bilden, wurde diese auf 500°C in einer Arsin (AsH3) enthaltenen Atmosphäre erwärmt und danach in einer Wasserstoffatmosphäre auf Raumtemperatur abgekühlt.
  • Eine ohmsche Elektrode, die aus einer Indium-Zinn-Legierung (In-Sn-Legierung) besteht, wurde auf der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 127 aus GaAs gebildet, welche die oberste Oberflächenschicht der epitaktischen 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 Kanalschicht für das zweidimensionale Elektronengas 124 bewegt. Die Bahnladungsträgerdichte 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, undμ betrug 22.000 cm2/V·s, so daß sich eine hohe Elektronenbeweglichkeit zeigte.
  • Nach dem Abkühlen wurde ein Musterungs- oder Strukturierungsverfahren, das eine bekannte Photolithographietechnik anwendete, dazu verwendet, eine Ausnehmung in der Oberfläche der n-leitenden Kontaktschicht 127 aus GaAs zu schaffen, welche die oberste Oberflächenschicht der epitaktischen Stapelstruktur 123A bildet. Auf der n-leitenden Kontaktschicht 127 aus GaAs, die als eine Mesa-Struktur verblieb, wurden eine Source-Elektrode 128 und eine Drain-Elektrode 129 gebildet. Den ohmschen 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 Abstand 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 Aluminiumschicht (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-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 (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. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß der Leckstrom, der zwischen den ohmschen 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 die Elektronenzufuhrschicht, die erforderlich ist, um einen TEGFET aus GaInP zu bilden, der eine hohe Transkonduktanz zeigt, als eine Schicht aus GaXIn1-XP mit einem Gradienten in der Zusammensetzung gebildet, so daß der Galliumanteil 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 Stapelstruktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität in der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
  • Mittels der Erfindung ist die n-leitende Anteilsgradientenschicht aus GaYIn1-YP derart gebildet, daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht 1,0 beträgt und an der Übergangsgrenzfläche mit der n-leitenden 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 kann eine Elektronenzufuhrschicht mit besseren Gitteranpassungseigenschaften an das Einkristallsubstrat aus GaAs innerhalb der epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP gebildet werden.
  • Mittels der nicht beanspruchten Erfindung ist die n-leitende Anteilsgradientenschicht aus GaYIn1-YP derart gebildet, daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche mit der Elektronenzufuhrschicht 0,70 oder größer ist und allmählich an der Übergangsgrenzfläche mit der n-leitenden Kon taktschicht 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 ist durch Bilden eines Bereiches der Elektronenzufuhrschicht mit einer konstanten Dicke von der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht als GaYIn1-YP mit einem konstanten Galliumanteil (= Y) eine stabile Übergangsbarriere von der Elektronenzufuhrschicht gegeben. Zusätzlich ist eine Elektronenzufuhrschicht 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 die Abstandshalterschicht, die erforderlich ist, um einen TEGFET aus GaInP zu bilden, der eine hohe Transkonduktanz zeigt, darart als eine Schicht aus GaXIn1-XP mit einem Gradienten in der Zusammensetzung gebildet, daß der Galliumanteil 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 Stapelstruktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
  • Mittels der Erfindung kann eine Elektronenzufuhrschicht mit besseren Gitteranpassungseigenschaften an das Einkristallsubstrat aus GaAs innerhalb der epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP gebildet werden.
  • Mittels der nicht beanspruchten Erfindung ist die Abstandshalterschicht derart als eine n-leitende Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-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 besonders hohen Transkonduktanz geschaffen werden kann.
  • Mittels der Erfindung ist die Abstandshalterschicht 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 Übergangsgrenzfläche 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 nicht beanspruchten Erfindung ist die Abstandshalterschicht als eine n-leitende Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-XP derart gebildet, daß der Galliumanteil an der Übergangsgrenzfläche 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 ist die Abstandshalterschicht als eine mit Bor dotierte, mit einer niedrigen Ladungsträgerdichte und einem hohen Widerstand versehene Anteilsgradientenschicht aus GaXIn1-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 ist die Pufferschicht als ein Abschnitt mit einer periodischen Supergitterstruktur gebildet, 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 Widerstand 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 Erfindung 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 Kompensationsverhältnis aus der Dampfphase abgeschieden sind, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einem niedrigen Leckstrom geschaffen werden kann.
  • Außerdem bildet die periodische Supergitterstruktur im besonderen mittels der Erfindung einen Teil der Pufferschicht mit einer periodisch abwechselnden Schichtstruktur aus AlLGa1-LAs-Schichten und p-leitenden GaAs-Schichten, die unter Verwendung einer organischen Methylverbin dung 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 ist eine Schicht aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung einer organischen Ethylverbindung als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, angrenzend an eine Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs vorgesehen, so daß die Kanalschicht aus einer Schicht aus GaZIn1-ZAs gebildet werden kann, die einen homogenen Indiumanteil und auch eine geringe Verschlechterung des Oberfächenzustandes, der aus der Absonderung von Indium oder desgleichen herrührt, besitzt, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besserer Homogenität in der Elektronenbeweglichkeit und Transkonduktanz und besserer Homogenität in der Abschnürspannung geschaffen werden kann.
  • Mittels der Erfindung ist eine Schicht aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung einer organischen Ethylverbindung 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 können, so daß eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit einer homogenen Abschnürspannung und gm geschaffen werden kann.
  • Mittels der Erfindung ist die Dicke der n-leitenden Schicht aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung einer organischen 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 abgeschieden 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 ist der Aluminiumanteil (M) der n-leitenden Schicht aus AlMGa1-MAs, die unter Verwendung 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 wird eine GaAs-Dünnfilmschicht, die unter Verwendung von Triethylgallium als ihr Ausgangsmaterial aus der Dampfphase abgeschieden ist, als die Substratschicht verwendet, wenn eine Indium enthaltende Schicht aus einem Verbindungshalbleiter 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 gebildet werden kann und deshalb ein Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP mit einer besseren Homogenität der Transkonduktanz und Ab schnürspannung und die epitaktische Stapelstruktur geschaffen werden können.
  • Mittels der Erfindung ist die Kanalschicht aus n-leitendem GaZIn1-ZAs mit einer festgelegten Oberflächenrauhigkeit gebildet, so daß daher eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besserer Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
  • Mittels der Erfindung ist die Abstandshalterschicht aus n-leitendem GaXIn1-XP mit einer festgelegten Oberflächenrauhigkeit gebildet, so daß daher eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besserer Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
  • Mittels der Erfindung ist die Elektronenzufuhrschicht aus GaYIn1-YP gebildet, das mit n-leitenden Fremdstoffen dotiert ist und eine festgelegte Oberflächenrauhigkeit aufweist, so daß daher eine epitaktische Stapelstruktur aus GaInP mit besserer Homogenität der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden kann.
  • Mittels der Erfindung werden die n-leitende Kanalschicht aus GaZIn1-ZAs, die Abstandshalterschicht aus GaXIn1-XP und die Elektronenzufuhrschicht mittels eines Verfahrens zur chemischen Abscheidung aus der Dampfphase unter Verwendung 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 Homoge nität in der Transkonduktanz und Abschnürspannung geschaffen werden können.
  • Mittels der Erfindung kann ein Feldeffekttransistor 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 zumindest 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 Stapelstruktur aus GaInP einen Bereich innerhalb der Elektronenzufuhrschicht umfaßt, in dem der Galliumanteil (Y) von der Seite der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht in Richtung der entgegengesetzten Seite abnimmt.

Claims (20)

  1. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP, umfassend: auf einem Einkristallsubstrat (301) aus GaAs gestapelt, zumindest eine Pufferschicht (302), eine Kanalschicht (303) aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≤ 1) und eine Elektronenzufuhrschicht (304) aus GaYIn1-YP (0 < Y ≤ 1), die an die Kanalschicht (303) angrenzt, wobei die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP einen Bereich innerhalb der Elektronenzufuhrschicht (304) umfasst, in dem der Galliumanteil (Y) von der Seite der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht (303) in Richtung der entgegengesetzten Seite abnimmt, und wobei die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP dadurch gekennzeichnet ist, daß der Galliumanteil der Elektronenzufuhrschicht (304) an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht (303) Y = 1,0 beträgt.
  2. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Galliumanteil der Elektronenzufuhrschicht (304) Y ≥ 0,51 ± 0,01 ist.
  3. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Übergangsgrenzfläche zwischen der Elektronenzufuhrschicht (304) und der Kanalschicht (303) es einen Bereich mit einer Dicke im Bereich von 1 bis 20 Nanometern gibt, in dem der Galliumanteil konstant ist.
  4. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP, umfassend: auf einem Einkristallsubstrat (601) aus GaAs gestapelt, zumindest eine Pufferschicht (602), eine Kanalschicht (603) aus GaZIn1-ZAs (0 < Z ≤ 1), eine Abstandshalterschicht (604) aus GaXIn1-XP (0 < X ≤ 1) und eine Elektronenzufuhrschicht (605) aus GaYIn1-YP (0 < Y < 1), wobei die Kanalschicht (603), die Abstandshalterschicht (604) und die Elektronenzufuhrschicht (605) einander in dieser Reihenfolge berühren, wobei die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP dadurch gekennzeichnet ist, daß die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP einen Bereich innerhalb der Abstandshalterschicht (604) umfaßt, in dem der Galliumanteil (X) von der Seite der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht (603) in Richtung der Seite der Elektronenzufuhrschicht (605) abnimmt, und wobei der Galliumanteil der Abstandshalterschicht (604) an der Übergangsgrenzfläche mit der Kanalschicht (603) X = 1,0 beträgt.
  5. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Galliumanteil der Elektronenzufuhrschicht (605) Y = 0,51 ± 0,01 beträgt.
  6. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Bor dotierte, n-leitende Schicht die Abstandshalterschicht (604) bildet.
  7. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (302, 602) aus einer periodischen Struktur aus einer Vielzahl von 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 sind, und daß die epitaktische Stapelstruktur aus GaInP eine Schicht aus AlMGa1-MAs (0 ≤ M ≤ 1) aufweist, die unter Verwendung einer organischen Ethylverbindung von Aluminium oder Gallium als ihr Ausgangsmaterial die periodische Struktur berührend aus der Dampfphase abgeschieden ist.
  8. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 7, 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: Akzeptordichte der Bestandteilschicht, Nd: Donatordichte der Bestandteilschicht) der Bestandteilschichten der periodischen Struktur gilt.
  9. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, 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 Ladungsträgerdichte jeder Bestandteilschicht 1 × 1015 cm-3 oder weniger beträgt.
  10. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus AlMGa1-MAs die Kanalschicht (603) berührt.
  11. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 7 bis 10, 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.
  12. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus AlMGa1-MAs kleiner als die Dicke der Bestandteilschichten der periodischen Struktur ist.
  13. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumanteil (M) der Schicht aus AlMGa1-MAs kleiner als der Aluminiumanteil (L) der Schichten aus AlLGa1-LAs ist, die die periodische Struktur bilden.
  14. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (602) 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 abgeschieden ist, daß eine Schicht aus GaAs, die unter Verwendung von Triethylgallium als das Ausgangsmaterial für Gallium aus der Dampfphase abgeschieden ist, zwischen der Pufferschicht (602) und der Kanalschicht (603) angeordnet ist, daß die Kanalschicht (603) n-leitend ist, daß die Abstandshalterschicht (604) und die Elektronenzufuhrschicht (605) 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 (604) und der Elektronenzufuhrschicht (605) ±2% oder weniger beträgt, und daß die Abstandshalterschicht (604) und die Elektronenzufuhrschicht (605) einander berühren.
  15. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhigkeit (Verschwommenheit) nach der Bildung der Kanalschicht (603) 60 ppm oder weniger beträgt und daß die Kanalschicht (603) eine Schicht aus GaAs berührt, die unter Verwendung von Triethylgallium als das Ausgangsmaterial für Gallium aus der Dampfphase abgeschieden ist.
  16. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalterschicht (604) und die Kanalschicht (603) einander berühren, und daß die Oberflächenrauhigkeit (Verschwommenheit) nach der Bildung der Abstandshalterschicht (604) 100 ppm oder weniger beträgt.
  17. Epitaktische Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenrauhigkeit (Verschwommenheit) nach der Bildung der Elektronenzufuhrschicht (605) 200 ppm oder weniger beträgt.
  18. Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP mit den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 7 bis 17 unter Rückbezug auf die Ansprüche 1 bis 3, umfassend: einen Schritt, bei dem die Pufferschicht (302, 602) 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 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 (303, 603) und die Elektronenzufuhrschicht (304, 605) 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.
  19. Verfahren zum Herstellen einer epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP mit den Merkmalen gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 oder gemäß einem der Ansprüche 7 bis 17 unter Rückbezug auf die Ansprüche 4 bis 6, umfassend: einen Schritt, bei dem die Pufferschicht (602) 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 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 (603), die Abstandshalterschicht (604) und die Elektronenzufuhrschicht (605) 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.
  20. Feldeffekttransistor, der unter Verwendung der epitaktischen Stapelstruktur aus GaInP nach einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellt ist.
DE2000147659 1999-09-28 2000-09-26 Epitaktische GaInP-Stapelstruktur und Herstellungsverfahren dafür sowie FET-Transistor unter Verwendung dieser Struktur Expired - Fee Related DE10047659B4 (de)

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