DE69109238T2

DE69109238T2 - Feldeffekttransistor.

Info

Publication number: DE69109238T2
Application number: DE69109238T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Kuwata
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1991-11-08
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2011-11-09
Also published as: CA2055164A1; EP0484968A2; EP0484968B1; EP0484968A3; DE69109238D1; US5206527A; KR940011481B1

Description

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Der Erfindung zugrunde liegender allgemeiner Stand der Technik

(Technisches Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Feldeffekttransistor und insbesondere auf einen Feldeffekttransistor, der aus einen Verbindungshalbleiter aus dem GaAs-System ausgebildet ist.
(Zugehöriger Stand der Technik)
Ein GaAs-Feldeffekttransistor (nachfolgend als FET bezeichnet) wurde für eine praktische Verwendung als ein Hochfrequenzelement in verschiedenen Arten erforscht und entwickelt, da seine Ladungsträger eine größere Sättigungsgeschwindigkeit und eine höhere Sättigungsrate aufweisen.
Um es zu ermöglichen, solche Elemente bei einer relativ höheren Frequenz zu verwenden, ist es erforderlich, den Übertragungsleitwert (gm) durch Feiner- bzw. Dünnermachen der Elemente oder durch Dünnermachen der Kanalschicht zu erhöhen und gleichzeitig eine Gate-Source-Widerstandsspannung und eine Stromtreiberfunktion zu verbessern, für die verschiedene Studien durchgeführt und vorgeschlagen wurden.
Zum Beispiel wurde in den japanischen Patentanmeldungs- Offenlegungsschriften Nr. 166081/1986 und Nr. 276270/1986 ein FET mit einem Kanal offenbart, wobei planare Dotierungsschichten, die mit einem ionisierten Donator ausgestattet sind, durch eine Planar-Dotierungstechnik ausgebildet werden. In der japanischen Patentanmeldungs- Offenlegungsschrift Nr. 82677/1989 ist eine Form der Kanalschicht offenbart, wobei zwei planar dotierte Schichten in der mittleren freien Weglänge eines Elektrons vorgesehen sind.
Beispiele, die auf die Funktion gerichtet sind, daß GaInAs verglichen mit GaAs eine größere Elektronensättigungsgeschwindigkeit und -sättigungsrate aufweist, sind in den japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften Nr. 272080/1988, Nr. 2371/1989 und Nr. 57677/1989 offenbart. Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 90861/1988 offenbart jemandem, der darauf achtet, daß Si einen höheren Dotierungswirkungsgrad etc. aufweist. Ferner ist es wohlbekannt, daß ein Ausscheiden eines Ladungsträgers zu einer GaAs-Pufferschicht unterdrückt werden kann, falls GaInAs mit einem schmaleren Bandabstand auf GaAs vorgesehen wird.
Jedoch wurden selbst bei irgendeiner der vorstehend beschriebenen konventionellen Ausführungsarten Feldeffekttransistoren mit zufriedenstellenden Kennwerten noch nicht realisiert. Bei dem Stand der Technik, der die vorstehende Planar-Dotierungstechnik verwendet, kann die Einfassung bzw. Abgrenzung eines Ladungsträgers nicht ausreichend erzielt werden, da die planare Dotierungsschicht zwischen Halbleiterschichten mit einem größeren Valenzband vorgesehen ist. Bei dem Stand der Technik, der eine GaInAs- Charakteristik wie die vorstehende berücksichtigt, treten verschiedene Nachteile insofern auf, als daß eine Unregelmäßigkeit der Gitteranpassung an der Verbindungsfläche von GaAs und GaInAs zunimmt.
Demzufolge wurde noch kein Feldeffekttransistor realisiert, der in Hinsicht auf Sättigungsgeschwindigkeit, einer begrenzten Wirkung der Ladungsträger und des Dotierungswirkungsgrades überlegen ist und der eine Verbesserung der Stromtreiberfunktion, des Übertragungsleitwerts und der Gate-Source-Widerstandsspannung ermöglicht.

Darstellung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Feldeffekttransistor mit einer größeren Sättigungsgeschwindigkeit, einer begrenzteren Wirkung der Ladungsträger und einer größeren Dotierungswirkung vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung sieht vor einen modulationsdotierten Feldeffekttransistor, der eine Kanalschicht, die aus GaInAs ausgebildet und mit einer planar dotierten Schicht in Form einer zweidimensionalen dünnen Ebene versehen ist, die mit einem Fremdatom dotiert ist; eine Deckschicht und eine Pufferschicht, die entsprechend in Berührung mit der unteren und der oberen Fläche der Kanalschicht ausgebildet sind, wobei die Deckschicht und die Pufferschicht aus GaInAs ausgebildet sind, von dem das In- Zusammensetzungsverhältnis geringer als das der Kanalschicht ist; und eine erste und eine zweite Halbleiterschicht aufweist, die entsprechend in Berührung mit der Deckschicht und der Pufferschicht ausgebildet sind, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht aus GaAs oder GaInAs ausgebildet sind, deren In-Zusammensetzungsverhältnis geringer als das der Deckschicht und der Pufferschicht ist.
Insbesondere ist ein erfindungsgemäßer Feldeffekttransistor aus einer Kanalschicht aus GaInAs mit einem schmalen Valenzband auf einer GaAs-Schicht ausgebildet, die ein breites Valenzband aufweist, was die begrenzte Wirkung des Ladungsträgers verbessert. Die Planar-Dotierungstechnologie mit einem Fremdatom verbessert den Dotierungswirkungsgrad und das Ausbilden der planar dotierten Schicht in der GaInAs-Schicht und verbessert die Beweglichkeit und die Sättigungsgeschwindigkeit des Ladungsträgers. Die Pufferschicht und die Deckschicht weisen bezüglich ihrer In- Zusammensetzung eine geringere Rate als die Kanalschicht auf und vorzugsweise werden die In-Zusammensetzungsraten von diesen allmählich geändert, so daß deren In-Zusammensetzungsrate mit dem im wesentlichen gleichen Wert wie dem der GaInAs-Kanalschicht in der Zwischenfläche zwischen der GaInAs-Kanalschicht und der Deckschicht oder der Pufferschicht zusammenfallen und deren In-Zusammensetzungsraten bzw. -verhältnisse bei den Verbindungsflächen zu Null werden. Und als Ergebnis kann eine Gitteranpassung zwischen diesen verwirklicht werden. Ferner kann eine Schottkyelektrode nicht auf einer GaInAs-Schicht sondern einer GaAs-Schicht ausgebildet und deshalb ein guter Schottky- Übergang verwirklicht werden.
Verschiedene Arten der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf Fig. 1A bis 1D, wie folgt, erläutert. Bei den Zeichnungen stellen graphische Darstellungen auf der linken Seite Zusammensetzungsraten bzw. -verhältnisse dar und graphische Darstellungen auf der rechten Seite stellen eine Donatorkonzentration durch eine "n"-Störstelle bzw. ein "n"-Fremdatom dar. Fig. 1A stellt einen Fall dar, bei dem eine Deckschicht A und eine Pufferschicht C eine In-Zusammensetzung aufweisen, die an Grenzflächen mit der oberen und der unteren ersten und zweiten Halbleiterschicht (GaAs) und mit einer Kanalschicht an einer Grenzfläche dazwischen durch kontinuierliches Ändern der In-Zusammensetzungsrate von GaInAs übereinstimmt, das die Deckschicht und die Pufferschicht ausbildet. Durchgezogene Linien in den graphischen Darstellungen stellen den Fall dar, bei dem eine planare Dotierungsschicht D in der Mitte der Kanalschicht B vorgesehen ist (nachfolgend beschriebenes erstes Ausführungsbeispiel), und punktierte Linien stellen einen anderen Fall dar, bei dem die planare Dotierungsschicht D identisch mit der Kanalschicht ist.
Fig. 1B stellt den Fall dar, bei dem die In-Zusammensetzungsraten in der Pufferschicht und der Deckschicht schrittweise geändert sind. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel wird sie in zwei Schritten variiert, jedoch kann sie in einem, drei oder mehr Schritt(en) geändert werden. Fig. 1C stellt ein Beispiel dar, bei dem die In-Zusammensetzungsraten in der Pufferschicht und der Deckschicht nur an den Seiten kontinuierlich geändert werden, die die Kanalschicht berühren. Strichpunktierte Linien in Fig. 1C geben ein Beispiel an, bei dem die planare Dotierungsschicht identisch mit der Kanalschicht ist. Fig. 1D verdeutlicht den Fall, bei dem die In-Zusammensetzungsraten in der Deckschicht und der Pufferschicht an den Seiten, die die Kanalschicht berühren, unstetig bzw. unterbrochen geändert sind und an den äußeren Seiten kontinuierlich geändert sind.
Bei irgendeinem der vorstehend beschriebenen Fälle weist die Kanalschicht, falls bei einem Substrat GaAs verwendet wird, eine In-Zusammensetzungsrate bis zum Maß von X = 0,05 bis 0,3 jedoch vorzugsweise X = 0,10 bis 0,20 auf, wobei Ga1-XInXAs verwendet wird. Dies liegt darin begründet, daß die Sättigungsgeschwindigkeit von Elektronen bei X = 0,10 bis 0,20 bei Ga1-XInXAs einen Sättigungszustand annimmt. Verglichen mit GaAs bei X = 0,05 oder darunter ist die Sättigungsgeschwindigkeit nicht zufriedenstellend hoch, während es schwierig wird, Gitterunregelmäßigkeiten bei X = 0,3 oder mehr zu verhindern.
Die planare Dotierungsschicht, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist eine höhere Donatorkonzentration auf und ist aus GaInAs ausgebildet, das eine größere Elektronenbeweglichkeit und Sättigungsgeschwindigkeit aufweist, weshalb sich ein Ladungsträger mit einer höhen Geschwindigkeit bewegt. Die planare Dotierungsschicht ist eine extrem dünne Schicht mit einer Dicke von mehreren Angström bis zu mehreren zehn Angström, weshalb sich ein Ladungsträger in der planaren Dotierungsschicht und dem dazu benachbarten GaInAs bewegt, dessen Breite von mehreren zehn Angström bis zu einem hundert und mehreren zehn Angström dick ist. Dementsprechend ist bei dem Aufbau, der durch die durchgezogenen Linien in Fig. 1A bis 1D dargestellt ist, die Kanalschicht aus GaInAs im wesentlichen ein Elektronenweg und bei dem durch punktierte Linien dargestellten Aufbau sind sowohl die Kanalschicht als auch die Deckschicht und die Pufferschicht, die der Kanalschicht benachbart ist, der Elektronenweg.
Übrigens wird eine Oberflächenschicht, die mit einem Substrat und einer Schottky-Gateelektrode ausgestattet ist, als eine GaAs-Schicht bevorzugt. Insbesondere kann der Schottky-Übergang verbessert werden, falls GaAs für die Oberflächenschicht verwendet wird. Jedoch kann das In darin eingeschlossen sein, falls die Menge sehr klein ist, was im Schutzumfang der Erfindung liegt. Um den Widerstand zu verringern, wird ein Fremdatom manchmal in der Halbleiterschicht an den unteren Seiten der ohmschen Kontaktquelle und von Drainelektroden dotiert, jedoch wird die Dotierungsschicht bevorzugt, um die Kanalschicht zu erreichen.
Zudem kann die vorliegende Erfindung angewendet werden, wenn als Substrat InP und nicht GaAs verwendet wird. D. h., da Ga0,47In0,53As mit InP gitterangepaßt ist, wird der gleiche Effekt erzielt, falls die Kanalschicht z. B. aus Ga0,32In0,68As besteht. In diesem Fall wird die Oberflächenschicht ein Aufbau aus Al0,48In0,52As oder ein zweischichtiger Aufbau, der aus dem Al0,48In0,52As und InP ausgebildet ist, wodurch eine Schottky-Gateelektrode ausgebildet wird.
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung, die nachfolgend gegeben wird, und den beiliegenden Zeichnungen, die lediglich zur Verdeutlichung dienen und deshalb nicht als eine Beschränkung der vorliegenden Erfindung zu berücksichtigen sind, besser verständlich.
Ferner wird der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung ersichtlich. Jedoch sollte es verständlich sein, daß die detaillierte Beschreibung und bestimmte Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung verdeutlichen, lediglich zur Verdeutlichung gegeben sind, weil verschiedene Änderungen und Modifikationen im Sinn und Schutzumfang der Erfindung den Fachleuten aus dieser detaillierten Beschreibung ersichtlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A bis 1D stellen verschiedene Arten der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 2A und 2B stellen den Aufbau eines Feldeffekttransistors eines Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 3A, 3B und 3C stellen Bandabstands-Diagramme neben Kanälen von Feldeffekttransistoren des konventionellen Beispieles und der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F stellen die entsprechenden Schnittkonstruktionen bei den Herstellungsverfahren des wie in Fig. 2A dargestellten Feldeffekttransistors dar;
Fig. 5A und 5B stellen den Aufbau eines Feldeffekttransistors eines weiteren Ausführungsbeispieles gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 6A, 6B und 6C zeigen Bandabstands-Diagramme neben Kanälen von Feldeffekttransistoren des konventionellen Beispiels und der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7A, 7B und 7C stellen entsprechende Schnittansichten bei der ersten Hälfte der Herstellungsverfahren des wie in Fig. 5A dargestellten Feldeffekttransistors dar; und
Fig. 8A, 8B und 8C stellen entsprechende Schnittansichten in der zweiten Hälfte der Herstellungsprozesse des wie in Fig. 5A dargestellten Feldeffekttransistors dar.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezug auf die Fig. 2A und 2B wie folgend erläutert.
Wie dies in Fig. 2A dargestellt ist, besteht ein Feldeffekttransistor des Verbindungshalbleiters, der ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, aus einer nicht-dotierten GaAs-Schicht 2, die mit einer Dicke von 5000 Angström auf einem Substrat 1 aus halbisolierendem GaAs ausgebildet ist, und einer Pufferschicht 3 aus Ga1-XInXAs, das mit einer Dicke von 100 Angström darauf ausgebildet ist. Die Pufferschicht 3 ist so ausgebildet, daß die Zusammensetzungsrate des In an der Grenzfläche mit der nicht-dotierten GaAs-Schicht 2 X = 0 beträgt. Diese Rate bzw. dieses Verhältnis X wird allmählich erhöht, während sich der Abstand von der nichtdotierten GaAs-Schicht 2 erhöht und letztendlich wird X = 0,15 an dessen Oberfläche. Demzufolge sind an der Grenzfläche der nicht-dotierten GaAs-Schicht 2 und der Pufferschicht 3 deren Zusammensetzungsraten beinahe gleich und die Gitteranpassung wird verwirklicht.
An dem oberen Teil der Pufferschicht 3 ist eine Kanalschicht vorgesehen, die aus einer ersten Ga0,85In0,15As- Schicht 4, einer planaren Dotierungsschicht 5, die durch Planar-Dotieren darauf ausgebildet wird, und einer zweiten Ga0,85In0,15As-Schicht 6, die darauf weiterhin vorgesehen ist, besteht. Die Zusammensetzungsraten bzw. -verhältnisse von In in den GaInAs-Schichten 4 und 6 sind beinahe konstant, so daß diese Schichten an der Grenzfläche der ersten Ga0,85In0,15As-Schicht 4 und der Pufferschicht 3 beinahe die gleiche Zusammensetzungsrate aufweisen, wodurch eine Gitteranpassung verwirklicht wird. Die planare Dotierungsschicht 5 wird durch das Setzen einer dünneren Dotierung auf einer Ebene mit einem Fremdatom, wie Si oder Se etc., einem "n"-Donator für GaInAs ausgebildet.
Eine Deckschicht 7, die Ga1-XInXAs mit einer Dicke von 100 Angström aufweist, ist auf der Kanalschicht vorgesehen. Anders als die Pufferschicht 3 ist die Deckschicht 7 so ausgebildet, daß die Zusammensetzungsrate X von In an der Grenzfläche zu der Kanalschicht 0,15 beträgt, die Rate X eine Gitteranpassung mit der zweiten Ga0,85In0,15As- Schicht 6 an deren oberen Fläche ausführt, die Rate X abnimmt, während der Abstand von der Schicht zunimmt, und an der oberen Fläche Null annimmt. Demzufolge sind die Zusammensetzungsraten an der Grenzfläche der zweiten Ga0,85In0,15As- Schicht 6 und der Deckschicht 7 im wesentlichen die gleichen und eine Gitteranpassung wird so realisiert. Zur bequemeren Erläuterung der In-Zusammensetzungsrate stellt Fig. 2B einen vertikalen Schnitt der In-Zusammensetzung dar.
Eine nicht-dotierte GaAs-Schicht 8 mit einer Dicke von 300 Angström ist auch auf der Deckschicht 7 vorgesehen. So weisen die nicht-dotierte Schicht 8 und die Deckschicht 7 beinahe die gleiche Zusammensetzungsrate an der Grenzfläche auf und die Unregelmäßigkeit des Gitters kann vernachlässigt werden.
Auf der nicht-dotierten GaAs-Schicht 8 ist ein Schottky- Metall ausgebildet, das zu einer Gateelektrode 9 wird, und ein ohmsches Metall, das zu einer Source-/Drain-Elektrode 10 wird, ist auch ausgebildet.
Der Unterschied zwischen dem Feldeffekttransistor bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und dem konventionellen Feldeffekttransistor wird unter Bezug auf die Fig. 3A, 3B, 3C und 3D erläutert.
Fig. 3A stellt ein Diagramm eines Bandabstands dar, der nahe dem Kanal eines Feldeffekttransistors des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht, Fig. 3B ist ein Diagramm eines Bandabstands, der nahe dem Kanal des Feldeffekttransistors besteht, der durch Planar-Dotieren eines Fremdatoms auf dem GaAs-Kanal ausgebildet wurde, und Fig. 3C ist ein Diagramm eines Bandabstands, der nahe dem Kanal des Feldeffekttransistors besteht, der durch gleichförmiges Dotieren eines "n"-Fremdatoms auf der GaInAs-Kanalschicht erzeugt wurde. Vergleicht man Fig. 3A mit Fig. 3B, so wird, da die Kanalschicht aus GaInAs mit einem geringen Bandabstand bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wird, die begrenzte Leistungsfähigkeit bzw. die begrenzte Wirkung der Ladungsträger offensichtlich verbessert und ein Ausscheiden bzw. Austreten in die GaAs- Pufferschicht tritt sogar in einem Bereich mit einem geringen Drainstrom kaum auf. Vergleicht man Fig. 3A mit Fig. 3C, existieren Elektronen durch das Ausführen des Planar-Dotierens bei einem Energiepegel, bei dem Elektronen quantisiert, wie dies in Fig. 3A dargestellt ist, und von ionisierten Donatoren räumlich beabstandet werden, wodurch der Einfluß von Coulomb-Streuung verringert und die Sättigungsgeschwindigkeit in einem geringeren elektrischen Feld nicht verschlechtert wird.
Ferner wird die Elektronen-Sättigungsgeschwindigkeit sehr verbessert.
Bei dem ersten, vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird, da die Zusammensetzungsraten von In in der Pufferschicht 3 und der Deckschicht 7 allmählich verändert sind und sie bestehen, um mit den Zusammensetzungsraten der nicht-dotierten GaAs-Schichten fast übereinzustimmen, die mit deren oberer und unterer Fläche an deren Grenzflächen in Berührung stehen, die Unregelmäßigkeit der Gitteranpassung vernachlässigbar, und die Ladungsträger-Sättigungsgeschwindigkeit wird verbessert. Zudem kann bei dieser Verbindung die Kontaktfläche des Schottky-Metalls, die zu einer Gateelektrode wird, als eine GaAs-Schicht hergestellt werden und ein guter Schottky-Übergang kann so verwirklicht werden.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels kurz unter Bezug auf die Fig. 4A, 4B, 4C, 4D, 4E und 4F erläutert.
Ein Feldeffekttransistor des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels wird durch Aufwachsenlassen entsprechender Halbleiterschichten auf einem halbisolierenden GaAs-Substrat unter Verwendung des OMVPE-Verfahrens, des MBE-Verfahrens, des CBE-Verfahrens etc. erzeugt.
Zum Beispiel läßt man eine nicht-dotierte GaAs-Schicht 2 mit einer Dicke von 5000 Angström auf dem halbisolierenden GaAs-Substrat 1 aufwachsen, während ein vorbestimmtes Material unter Verwendung irgendeines der vorstehend beschriebenen Verfahren zugeführt wird (siehe Fig. 4A). Als nächstes Sättigungsgeschwindigkeit läßt man eine Pufferschicht aus Ga1-XInXAs mit einer Dicke von 100 Angström aufwachsen, um die Zusammensetzung von In allmählich von X = 0 zu erhöhen, und zwar abhängig von deren Wachstum auf der nichtdotierten GaAs-Schicht 2 und sie wird durch Steuern des zuzuführenden Materials zu X = 0,15 an ihrer oberen Fläche (siehe Fig. 4A).
Als nächstes wird es durch Steuern des zuzuführenden Materials ermöglicht, daß eine nicht-dotierte Ga0,85In0,15As- Schicht 4 mit einer fast gleichförmigen Zusammensetzung mit einer Dicke von 100 Angström aufwächst.
Danach wird die Zufuhr des Materials des chemischen Gruppen-III-Elements, nämlich Ga oder As, eingestellt und während das Material AS, das ein Gruppen-V-Element ist, zugeführt wird, wird eine Planar-Dotierung in Form einer dünnen Lage durch Zuführen eines Fremdatomelements durchgeführt, das ein "n"-Donator, z. B. Si oder Se (siehe Fig. 4C) sein kann. Die detaillierte Erläuterung dieses Planar- Dotierverfahrens wird hier ausgelassen, da sie für die Öffentlichkeit durch Dokumente etc. bereits allgemein bekannt ist.
Als nächstes wird die Zufuhr des Materials des "n"-Fremdatoms eingestellt, die Zufuhr von Ga, As als Gruppen-III- Elemente wieder gestartet und es ermöglicht, daß die nichtdotierte Ga0,85In0,15As-Schicht 6 mit 100 Angström aufwächst. So wird die Kanalschicht zum Halten der planaren Dotierungsschicht ausgebildet.
Dann wird es ermöglicht, die Deckschicht 7 aus Ga1-XInXAs aufwachsen zu lassen. Das Aufwachsen wird in diesem Fall in der gleichen Weise wie bei der Pufferschicht durchgeführt, d. h., durch Steuern der Zufuhr des In-Materials, wobei es ermöglicht wird, daß die Deckschicht 7 um 100 Angström so aufwächst, daß die In-Zusammensetzung allmählich in der Aufwachsrichtung zunimmt, um sich so von X = 0,15 zu X = 0 zu ändern (siehe Fig. 4D).
Als nächstes wird es ermöglicht, daß die nicht-dotierte GaAs-Schicht 8 auf der Deckschicht 7 mit 300 Angström aufwächst (siehe Fig. 4E), das Schottky-Metall wird darauf aufgedampft und die Gateelektrode 9 wird so ausgebildet, dann werden darauf die Sourceelektrode und die Drainelektrode 10 durch Aufdampfen des ohmschen Metalls und Umwandeln von diesem in eine Legierung ausgebildet (siehe Fig. 4F).
Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug auf die Fig. 5A und 5B erläutert, wie folgt.
Wie dies in Fig. 5A dargestellt ist, besteht ein Feldeffekttransistor aus einem Verbindungshalbleiter, der ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist, aus einer nicht-dotierten GaAs-Schicht 12 mit einer Dicke von 5000 Angström, die auf einem Substrat 11 aus halbisolierendem GaAs ausgebildet ist, und einer darauf ausgebildeten Pufferschicht 13 aus Ga1-XInXAs mit einer Dicke von 100 Angström. Die Pufferschicht 13 ist so ausgebildet, daß die In-Zusammensetzung eine Rate X = 0 an der Grenzfläche mit der nicht-dotierten GaAs-Schicht 12 aufweist und diese Rate X allmählich mit der Zunahme des Abstandes von der nicht-dotierten GaAs-Schicht 12 vergrößert wird, was letztendlich bei X = 0,15 an ihrer oberen Fläche resultiert. Demzufolge ist die Zusammensetzungsrate an der Grenzfläche der nicht-dotierten GaAs-Schicht 12 und der Pufferschicht 13 im wesentlichen die gleiche, wodurch eine Gitteranpassung verwirklicht wird.
Eine Kanalschicht 14 wird unmittelbar über der Pufferschicht 13 vorgesehen. Die Kanalschicht 14 wird durch Planar-Dotierung ausgebildet und die planar dotierte Schicht wird durch dünnes Dotieren eines Fremdatoms, wie z. B. Si, Se etc., was einen "n"-Donator für GaInAs darstellt, auf eine Ebene ausgebildet.
Auf dem oberen Teil der Kanalschicht wird eine Deckschicht 15 vorgesehen, die durch Ga1-XInXAs mit einer Dicke von 100 Angström ausgebildet wird. Anders als die Pufferschicht 13 wird die Deckschicht 15 so ausgebildet, daß die In-Zusammensetzungsrate X an der Grenzfläche mit der Kanalschicht 0,15 beträgt und allmählich abnimmt, während der Abstand von der Schicht zunimmt, um an ihrer oberen Fläche zu Null zu werden. Für ein leichteres Verständnis des Zustands der In-Zusammensetzungsrate ist in Fig. 5B ein Profil der In- Zusammensetzung in Richtung der Tiefe dargestellt.
Eine nicht-dotierte GaAs-Schicht 16 mit einer Dicke von 300 Angström wird ferner auf der Deckschicht 15 vorgesehen.
Auf der nicht-dotieren GaAs-Schicht 16 werden eine Gateelektrode 17 und eine Source-Drain-Elektrode 18 ausgebildet.
Der Unterschied zwischen dem Feldeffekttransistor bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und dem konventionellen Feldeffekttransistor wird unter Bezug auf die Fig. 6A, 6B und 6C erläutert.
Fig. 6A ist ein Diagramm eines Bandabstands neben einem Kanal eines Feldeffekttransistors des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels, Fig. 6B ist ein Diagramm eines Bandabstands direkt neben einem Kanal eines Feldeffekttransistors, der durch Planar-Dotieren eines Fremdatoms auf einem Kanal aus GaAs ausgebildet wird, und Fig. 6C ist ein Diagramm eines Bandabstands direkt neben einem Kanal eines Feldeffekttransistors mit einer Kanalschicht aus GaInAs, die durch gleichförmiges Dotieren mit einem "n"-Fremdatom ausgebildet wird. Da eine Pufferschicht aus GaInAs, bei der der Bandabstand allmählich verringert wurde, verwendet wird und auch eine Kanalschicht, die durch Planar-Dotieren ausgebildet wurde, verwendet wird, ist es, vergleicht man Fig. 6A mit Fig. 6B bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, ersichtlich, daß die begrenzte Wirkung der Ladungsträger verbessert und ein Austreten in die GaAs- Pufferschicht selbst in einem Bereich eines geringen Drainstroms kaum auftritt. Vergleicht man Fig. 6A mit Fig. 6C, so existieren durch Planar-Dotieren Elektronen mit einem Energiepegel, bei dem das Elektron quantisiert wird, wie dies in Fig. 6A dargestellt ist, und eine räumliche Trennung mit einem ionisierten Donator liegt vor, wodurch der Einfluß der Coulomb-Streuung verringert wird und die Sättigungsgeschwindigkeit in einem schwächeren elektrischen Feld nicht verschlechtert wird. Ferner wird die Sättigungsgeschwindigkeit eines Elektrons sehr verbessert.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Fig. 7A, 7B und 7C kurz erläutert.
Ein Feldeffekttransistor des vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels wird dadurch erzeugt, daß es ermöglicht wird, daß die entsprechenden Halbleiterschichten auf einem halbisolierenden GaAs-Substrat unter Verwendung des OMVPE-Verfahrens, des MBE-Verfahrens, des CBE-Verfahrens etc. aufwachsen.
Zum Beispiel läßt man die nicht-dotierte GaAs-Schicht 12 bis zu 5000 Angström auf dem halbisolierenden GaAs-Substrat 11 aufwachsen, während ein vorbestimmtes Material unter Verwendung irgendeines der vor stehend beschriebenen Verfahren zugeführt wird (siehe Fig. 7A). Als nächstes läßt man durch Steuern des zuzuführenden Materials die Pufferschicht aus Ga1-XInXAs zu einer Dicke von 100 Angström aufwachsen, während die In-Zusammensetzung allmählich von X = 0 aus der nicht-dotierten GaAs-Schicht 2 zunimmt, bis sie an ihrer oberen Fläche X = 0,15 annimmt (siehe Fig. 7B).
Danach wird das Zuführen des Materials des chemischen Gruppen-III-Elements, nämlich Ga oder As, eingestellt und das Material As der Gruppen-V-Elemente wird zugeführt. Planar-Dotieren in Form einer dünnen Lage wird dann durch Zuführen eines Fremdatomelements ausgeführt, das ein "n"- Donator, z. B. Si oder Se sein soll (siehe Fig. 7C).
Dann läßt man die Deckschicht 15 aus Ga1-XInXAs aufwachsen. Die Pufferschicht wächst auch durch Steuern der Zufuhr des In-Materials auf, wobei die In-Zusammensetzung in der Wachstumsrichtung allmählich erhöht wird, um sich so von X = 0,15 zu X = 0 zu ändern, so daß die Deckschicht 15 zu 100 Angström aufwachsen kann (siehe Fig. 8A).
Als nächstes wird es ermöglicht, daß die nicht-dotierte GaAs-Schicht 16 auf der Deckschicht 15 zu 300 Angström aufwächst (siehe Fig. 8B), das Schottky-Metall darauf aufgedampft wird, um eine Gateelektrode 17 auszubilden, und dann die Source- und die Drainelektrode 18 durch Umwandeln des ohmschen Metalls in eine Legierung durch Aufdampfen ausgebildet werden (siehe Fig. 8C).
Im vorstehenden wurde ein GaAs-System vollständig beschrieben und wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung nicht nur für das GaAs-System sondern auch für ein InP-System verwendet werden. D. h., eine InP-Schicht ist auf einem InP-Substrat aufgewachsen und eine abgestufte Pufferschicht, die aus GaInAs hergestellt ist, ist darauf ausgebildet, wobei die In-Zusammensetzungsrate von deren abgestufter Pufferschicht allmählich von X = 0,53, bei der GaInAs mit InP gitterangepaßt ist, auf beispielsweise X = 0,68 erhöht wird. Ferner wird Planar-Dotieren durchgeführt und diese dotierte Schicht wird als Kanalschicht verwendet. Ferner wird eine abgestufte Deckschicht aus GaInAs darauf ausgebildet, bei der die In-Zusammensetzungsrate allmählich von X = 0,68 zu X = 0,53 verringert wird. Ferner beträgt die In-Konzentrationsrate der abgestuften Deckschicht X = 0,53 in deren oberein Teil und eine Al0,48In0,52As-Schicht wird auf dieser Deckschicht ausgebildet. Solch ein Aufbau kann verwirklicht werden. Außerdem ist es möglich, daß die Kanalschicht so hergestellt wird, daß sie dick ist, und eine planarer dotierte Schicht in deren Mittelteil angeordnet wird.
Wie oben vollständig beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Kanalschicht aus GaInAs ausgebildet ist, das durch planares Dotieren erzeugt wird, und die In- Zusammensetzung in deren oberen und unteren Schichten allmählich geändert wird, um Unregelmäßigkeiten des Gitters zu beseitigen, die begrenzte Wirkung der Ladungsträger verbessert und ein Feldeffekttransistor mit einer höheren Mobilität und Sättigungsgeschwindigkeit kann so verwirklicht werden.

Claims

1. Ein modulationsdotierter Feldeffekttransistor mit:

- einer Kanalschicht (4, 5, 6; 14), die aus GaInAs ausgebildet und mit einer planaren Dotierungsschicht in Form einer zweidimensionalen dünnen Ebene versehen ist, die mit einem Fremdatom dotiert ist;

- einer Deckschicht (7; 15) und einer Pufferschicht (3; 13), die entsprechend in Berührung mit der unteren und der oberen Fläche der Kanalschicht ausgebildet sind, wobei die Deckschicht (7; 15) und die Pufferschicht (3; 13) aus GaInAs ausgebildet sind, von dem die In- Zusammensetzungsrate geringer als die der Kanalschicht ist; und

- einer ersten und einer zweiten Halbleiterschicht (8, 16; 2, 12), die entsprechend in Berührung mit der Deckschicht und der Pufferschicht ausgebildet sind, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht aus GaAs oder GaInAs ausgebildet sind, dessen In-Zusammensetzungsrate geringer als die der Deckschicht (7; 15) und der Pufferschicht (3; 13) ist.

2. Ein Transistor nach Anspruch 1, wobei die planare Dotierungsschicht (5) im wesentlichen im Mittelteil der Kanalschicht (4, 5, 6) ausgebildet ist.

3. Ein Transistor nach Anspruch 1, wobei die Kanalschicht (14) eine planare Dotierungsschicht ist.

4. Ein Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Deckschicht (7; 15) und die Pufferschicht (3; 13) an ihren entsprechenden Kanalschichtseiten höhere In- Anteile aufweisen.

5. Ein Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die In-Zusammensetzungsraten der Deckschicht (7; 15) und der Pufferschicht (3; 13) an der Berührungsstelle mit der Kanalschicht im wesentlichen gleich wie die der Kanalschicht (4, 5, 6; 14) sind und mit einer Zunahme des Abstands von der Kanalschicht abnehmen.

6. Ein Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Deckschicht (7; 15) und die Pufferschicht (3; 13) In-Zusammensetzungsraten aufweisen, die im wesentlichen die gleichen wie jene dieser Schichten an den Berührungsstellen mit der ersten und der zweiten Halbleiterschicht (2, 12; 8, 16) sind und die mit einer Zunahme des Abstands von der ersten und der zweiten Halbleiterschicht zunehmen.

7. Ein Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Fremdatomdotierung der planaren Dotierungsschicht vom n-Typ ist.

8. Ein Transistor nach Anspruch 7, wobei das n-Fremdatom Si oder Se ist.

9. Ein Transistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Halbleiterschicht (2; 12) eine auf einem GaAs-Kristallsubstrat ausgebildete GaAs-Schicht ist oder die zweite Halbleiterschicht eine InP-gitterangepaßte und auf einem InP-Kristallsubstrat ausgebildete GalnAs-Schicht ist.

10. Ein Transistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Halbleiterschicht (8) eine GaAs-Schicht ist, auf der eine Schottky-Kontakt-Gateelektrode (9) vorgesehen ist, oder die erste Halbleiterschicht eine GaInAs-Schicht ist, die bezüglich InP gitterangepaßt ist.