JP2001522534A - ＩｎＡ１ＡｓＳｂ／Ａ１Ｓｂバリヤを備えた電子デバイスの設計および製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＧａＡｓ基板（８）と基板上に配置された基部とによって特徴づけられる電子デバイスであって、基部は、ＩｎＡｓチャネル層（１６）と、このチャネル層の上のＡｌＳｂ（１８）層と、ＡｌＳｂチャネル層の上に配置され、少なくともＩｎ、ＡｌおよびＡｓを含むＩｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層（２０）と、Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層の上に配置され、これに接触するＩｎＡｓキャップ層（２２）と、ＩｎＡｓチャネル層の下に配置され、基板に接触するＡｌＳｂ（１４）層と、ＡｌＳｂ層内に配置されるｐ⁺ＧａＳｂ層（１２）と、Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層に接触して配置されるパッドを備えたショットキーゲート（２８）と、ＩｎＡｓキャップ層に配置された少なくとも１つのオーム接触（２４、２６）と、基部を通って基板へ延在してデバイスからゲートボンディングパッドを分離して、ゲートとＩｎＡｓとの間の接触を防ぐゲートエアブリッジを提供するトレンチ（３０）とを具備する電子デバイスが開示される。ゲートエアブリッジ形成は、容積ベースで２分の１以上の凝縮乳酸または酢酸を含み、残りは過酸化水素と凝縮フッ化水素酸である液体エッチング剤によって達成される。エッチング剤は、ＩｎＡｓ、Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y、ＡｌＳｂおよびＧａＳｂを腐蝕するが、ＧａＡｓおよびＡｕ系合金を腐蝕しない。

Description

【発明の詳細な説明】 ＩｎＡｌＡｓＳｂ／ＡｌＳｂバリヤを備えた電子デバイスの設計および製造 発明の背景 発明の分野 本発明の分野は、高周波数性能によって特徴づけられた電子デバイス、電子デ バイスの製造および電子デバイスの製造に使用されるエッチング剤である。 背景技術 次世代におけるマイクロ波およびミリ波レーダー、通信機関、電子戦争、ハイ テク武器および画像形成システムが、より高度な精密性、より小型のサイズ、広 い帯域幅、より低い作動電圧およびより低い生産コストを必要とする。改良され た高周波数性能の要求に合致するために、過去１０年の間に、ＧａＡｓ系および ＩｎＰ系高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の開発にかなりの努力が集中し た。結果として、高周波数で作動し、より広い帯域幅を有し、改良された電力、 効率、ゲインおよび雑音指数性能を有する様々なＨＥＭＴ回路が製造された。改 良されたＨＥＭＴ性能に責任のある一次要因は、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓチャネルにお けるＩｎモル分率の増加と、２ＤＥＧインターフェースで伝導帯オフセットの増 加とである。これらの改良の結果として、ＩｎＰ系ＨＥＭＴは、ＧａＡｓ系ＨＥ ＭＴに比較して明白なミリ波性能利点を有し、現在、いずれの３端子半導体デバ イスにおいて周波数反応および雑音指数の記録を保持する。 より長い期間でみると、このヘテロ接合システムの実質的に改良された材料特 性によって、上記適用のいくつかにとっては、ＡｌＳｂ／ＩｎＡｓ系ＨＥＭＴは 、ＩｎＰ系ＨＥＭＴよりも魅力的である。Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓチャネルに比較して 、より高い電子移動度およびより速い電子速度はＩｎＡｓチャネルで達成するこ とができる。ＩｎＡｓのより低い電子有効質量が、この材料システムに室温移動 度における重大な利点を与え、これは所与のＨＥＭＴシート電荷密度で達成する こと ができる。大きなΓ−Ｌ谷分離により、ＩｎＡｓも、他の半導体に比較して、よ り高い電子ピーク速度を有する。ドナー層／チャネルインターフェースでのかな り大きな伝導帯の不連続が、より深い量子井戸の形成と、より大きな２ＤＥＧシ ート電荷密度、優良なキャリヤ閉込めおよび改良された変調効率という関連する 利点とを可能にする。 増加した高周波数性能ポテンシャルに加えて、ＩｎＡｓチャネルＨＥＭＴも、 低電圧作動を必要とする適用には、魅力的である。より高い電子移動度および速 度、および、減少したアクセス抵抗能力は、特に低いドレイン電圧でより高い有 効速度の達成が可能になる。 近年において改良が行われてきているが、ＡｌＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合電界 効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）用の材料成長および製造技術は、比較的未成熟で ある。ＡｌＳｂ関連材料の高い反応性と、ＡｌＳｂ／ＩｎＡｓヘテロ接合の小さ な価電子帯オフセットと、狭いバンドギャップによるＩｎＡｓチャネルでの増加 した衝撃電離（インパクトアイオナイゼーション）とが、材料成長とデバイス設 計要求の複雑さを増加させる。 ＡｌＳｂ／ＩｎＡｓ系ＨＦＥＴは、ＡｌＳｂとＡｌＧａＳｂとＡｌＳｂＡｓと ＡｌＧａＳｂＡｓを含むバリヤ層と、ＡｌＳｂ／ＡｌＡｓからなる超格子とを備 えて製造されてきた。これらのアプローチの各々は、成長の複雑性、安定性、伝 導帯オフセットおよび価電子帯オフセット、および絶縁物効果に関連する利点お よび不利点を有する。一般に、薄いバリヤ層の絶縁品質は、比較的不良であり、 これが、ＡｌＳｂ／ＩｎＡｓ系ＨＥＭＴに高いゲート漏れ電流をこうむらせる。 十分な絶縁品質および安定性を備えたバリヤ層がないことは、ＡｌＳｂ／ＩｎＡ ｓ系ＨＥＭＴの性能と有用性とを制限するかなりの欠点である。 高いＡｌの含有により、大半のＡｌＳｂ系バリヤ層材料も空気内で反応し、し たがって、より安定した層で被覆して酸化を防がなければならない。バリヤ層を 被覆するために、ＡｌＳｂ／ＩｎＡｓ系ＨＦＥＴは、ＧａＳｂまたはＧａＡｓＳ ｂの単一キャップ層、または、Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ｓｂ／ＧａＳｂ、ＧａＳｂ／Ｉｎ_0.8 Ｇａ_0.2ＡｓまたはＧａＳｂ／ＩｎＡｓを使用する二重キャップ層設計を通常 使用する。バリヤ層の反応性が、ゲートメタル化のデポジットの前にキャップ層 を通 ってゲートリセスエッチングの使用を制限する。最適化したゲートリセスエッチ ングが、大幅に性能を上げることができ、大半のＧａＡｓ系ＨＥＭＴおよびＩｎ Ｐ系ＨＥＭＴの設計および製造の中心的特徴である。 バッファ層の最適化も必要な設計要求条件であり、チャネル内の衝撃電離によ って発生したかなりの数のホールを適切に管理する。今まで報告された大半のＡ ｌＳｂ／ＩｎＡｓ系ＨＥＭＴは、発生した追加ホールの望ましくないトラッピン グをこうむり、結果としてドレイン特性に「キンク効果」が生じる。 ＩｎＰ系ＨＥＭＴの場合と同様に、ＡｌＳｂ／ＩｎＡｓ系ＨＥＭＴの製造も、 メサエッジを横切るときに、ゲートメタルが狭いバンドギャップチャネルに接触 するのを防止しなければならず、その防止によりそうでなければゲート漏れ電流 の源になったであろうものを排除する。ＩｎＰ系ＨＥＭＴ用のこの問題を扱う従 来の製造アプローチは、ＡｌＳｂ系材料およびＧａＳｂ系材料の高反応性、およ び、電界内のゲートボンディングパッドが化学的に安定した面に位置しなければ ならないという必要条件によって、ＡｌＳｂ／ＩｎＡｓ系ＨＥＭＴの製造に容易 に移すことはできない。 発明の開示 本発明の目的は、半導体材料の第１、第２および第３の層を具備するＡｌＳｂ ／ＩｎＡｓ系材料システムを使用する電子デバイスであり、第１の層は第２の層 より狭いバンドギャップ材料であり、第３の層は第１の層と第２の層との間に配 置され、且つこれらに接触し、ショットキーバリヤゲートメタルが第２の層に接 触して配置される。 本発明の別の目的は、チャネル層の上の複合バリヤと、チャネル層の下のバッ ファ層に配置されたドープされたＧａＳｂ層と、によって特徴づけられる電子デ バイスである。 本発明の別の目的は、安定した複合バリヤ材料上に配置されたショットキーバ リヤによって特徴づけられる電子デバイスの製造である。 本発明の別の目的は、半導体材料をエッチングすることができるが、ＧａＡｓ またはＡｕ含有材料をエッチングすることができないエッチング剤の使用によっ て、それをアイソレートすることによって特徴づけられる電子デバイスの製造で ある。 本発明のこれらの目的および他の目的は、高周波数電子デバイスにおいて、チ ャネル層の上の複合バリヤ層と、チャネル層の下のバッファ層内にドープされた ｐ⁺層と、ゲートとチャネル層との間のエアブリッジと、ＧａＡｓまたはＡｕ含 有合金を腐蝕しないアイソレーション方法におけるエッチング剤の使用と、を提 供することによって達成される。 図面の簡東な説明 図１は、ＨＥＭＴの断面図である。 図２は、本発明の電子デバイスの２分の１の斜視図であり、メサエッジを形成 するトレンチによって特徴づけられるデバイスのエアブリッジとアイソレーショ ンとを示す。 図３は、実施例１のＨＥＭＴのドレイン電流対ドレイン電圧のグラフである。 図４は、実施例１のＨＥＭＴのトランスコンダクタンス対ゲート電圧のグラフ である。 図５は、実施例１のＨＥＭＴの電流ゲイン対周波数のグラフである。 図６は、実施例１のＨＥＭＴの電流ゲインカットオフ周波数対ドレイン電圧の グラフである。 好適な実施態様の説明 １００ＧＨｚを超える高周波数で作動することができる半導体電子デバイスが 本願で説明される。高周波数性能を特徴づけるパラメータは、雑音指数、短絡電 流ゲイン、最大可能利得および効率を含む。 本発明の半導体デバイスは、ＩｎＡｓ、Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y、ＡｌＳｂ およびドープされたＧａＳｂをエッチングすることはできるが、ＧａＡｓまたは Ａｕ含有金属合金はエッチングすることができない新規エッチング剤で実施され るアイソレーション方法は除いて、そのようなデバイス用の従来の方法で製造す ることができる。 本願で企図されるデバイスは、狭いバンドギャップの半導体材料と、広いバン ドギャップの半導体材料と、該広いバンドギャップの材料上に接触して配置され るショットキーメタルゲートとの存在によって特徴づけられるいずれの半導体デ バイスである。好適な実施態様において、デバイスは、電界効果トランジスタま たはダイオードまたはセンサであってもよい。 デバイスの基部は、一般に２００℃を超えて、より一般には３００℃を超えて 、劣化する半導体の複合材料である。適切な半導体材料は、インジウム、アルミ ニウム、ガリウム、ヒ素、アンチモン、リン等の周期律表のIII〜Ｖ族の半導体 元素から選択される。デバイスに適用されるＳｂ系半導体は、その独特な電子特 性および光電子特性のため、本願には特に適切である。これは、狭バンドギャッ プおよび広バンドギャップ半導体材料の使用を含む。広バンドギャップ材料の例 として、ＩｎＰＳｂ、ＡｌＰＳｂ、ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＡｓＳｂおよびＡｌ ＧａＡｓＳｂが挙げられる。狭バンドギャップ材料の例として、ＩｎＡｓ、Ｇａ ＳｂおよびＩｎＳｂが挙げられる。バッファ層がＡｌＳｂであり、バリヤ層がＡ ｌＳｂおよびＩｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-yであり、チャネル層がＩｎＡｓである半 導体デバイスが、本願では特に重要である。半導体材料は、従来の方法で分子線 エピタキシによって、適切な基板、好ましくはＧａＡｓ上にデポジットすること ができる。 特に好適な実施態様において、電子デバイス２は、分子線エピタキシによって 連続して半導体材料の層をデポジットすることによって製造されたＨＥＭＴであ る。図１に示されるように、層は、基板上に下から上へデポジットされる。 図１に示されるように、基板８はＧａＡｓであり、その上にデポジットされる 層は下記の通りである。すなわち、ＡｌＳｂ層１０、ｐ⁺ＧａＳｂ層１２、Ａｌ Ｓｂ層１４、ＩｎＡｓ層１６、ＡｌＳｂ層１８、Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層２ ０およびＩｎＡｓ層２２である。ソース２４およびドレイン２６の金属が、次い で、層２２上に形成され、好ましくは熱処理され、接触抵抗を最小化し、したが ってオーミックコンタクトを形成する。ゲート２８は、層２０上に配置される。 様々な層の厚さは下記の通りである。ＡｌＳｂ層１０は、一般に０．１〜１０ ミクロンであり、より一般には１〜５ミクロンであり、ｐ⁺ドーブＧａＳｂ層１ ２は、一般に１０〜１０００Åであり、より一般には１００〜５００Åであり、 ＡｌＳｂ層１４は、一般に５０〜５０００Åであり、より一般には１００〜２０ ００Åであり、ＩｎＡｓチャネル層１６は、一般に１０〜５００Åであり、より 一般には５０〜３００Åであり、ＡｌＳｂ層１８は、一般に１０〜５００Åであ り、より一般には５０〜３００Åであり、Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層２０は、 一般に１０〜５００Åであり、より一般には２０〜２００Åであり、ＩｎＡｓキ ャップ層２２は、一般に５〜２００Åであり、より一般には１０〜５０Åである 。 ソースコンタクト２４およびドレインコンタクト２６は、オーミックコンタク トを生じる熱処理で得られるのと同じように、これとデバイスとの間に低接触抵 抗を提供するのに十分なほど厚くなければならない。 いずれの適切な接触材料を使用することができるが、デバイス２の層２２に接 触するパラジウム層と、パラジウム層の上にあるバリヤ層と、バリヤ層の上にあ る金層と、を含むコンタクトが好適である。バリヤ層は、白金、チタン、チタン タングステン、白金シリサイド、炭化チタン、炭化タングステンまたはそれらの 混合物であってもよい。好適なバリヤ材料は白金である。熱処理する前のコンタ クト層の厚さは下記の通りである。パラジウム層は、一般に１０〜１０００Åで あり、より一般には５０〜５００Åであり、バリヤ層は、一般に５０〜１０００ Åであり、より一般には１００〜５００Åであり、金層は、一般に１００〜５０ ００Åであり、より一般には２００〜２０００Åである。 ソースコンタクト２４およびドレインコンタクト２６の熱処理ステップは、一 般にゲート形成の前に行われ、ゲート材料の熱劣化を避ける。熱処理ステップは 、一般に１５０℃を超えて数秒以上の間行われ、より一般には１７０℃を超えて １時間の何分の１から１０時間までの間、行われる。ゲートメタル２８（ショッ トキーゲート）は、熱または電子ビーム蒸着によって公知の方法でデポジットさ れる。 層１０、１４は、下部バッファであるとみなされ、層１６は狭バンドギャップ チャネルであり、層１８は上部バッファを形成し、層２０は広バンドギャップ材 料であり、層２２はキャップ層である。 デバイスの製造は、そのアイソレーションを除いて従来の通りである。アイソ レーションエッチングの間に形成されたゲートエアブリッジを備えたＨＥＭＴを 製造する方法は、Ｂｏｏｓ ｅｔ ａｌ．に付与された米国特許第５,３６４,８ １６号に開示され、その内容を本願明細書に含ませたものとする。 アイソレーション方法は、図２に示されるように、トレンチ３０をエッチング するエッチング剤の使用によって特徴づけられ、これは、ゲートパッド２８が配 置される構造物がらデバイスをアイソレートし、同時にゲート２８下にエアブリ ッジを形成する。 トレンチ３０が形成される前に、ソースおよびドレインおよびゲートが従来の 方法でデバイス上に設けられる。この後、メサフォトレジストでデバイスをパタ ーニングし、次いで化学エッチングを行ない、キャップ層２２から基板層８に至 る半導体材料を除去し、トレンチ３０を形成する。 化学エッチングに使用されるエッチング剤は、乳酸または酢酸、過酸化水素お よびフッ化水素酸を含む。好適な実施態様においては、乳酸が使用される。乳酸 ／または酢酸の量は、１５〜３５容量であり、一般に２０〜３０容量であり、よ り一般には約２５容量である。過酸化水素の量は、１〜１０容量であり、一般に ２〜６容量であり、特に約４容量である。フッ化水素酸（ＨＦ）の量は、２〜２ ０容量であり、一般に６〜１５容量であり、特に約８容量である。 このエッチング剤のエッチング速度は、その組成物によって大幅に変動するこ とができる。エッチング剤の過酸化水素は、エッチングする対象の表面を酸化す ると思われ、フッ化水素酸は、酸化した層をエッチングすると思われる。エッチ ング速度は、エッチング剤の過酸化水素の相対量で直接変動する。フッ化水素酸 は、過酸化水素よりエッチング速度に対する影響が少ないと思われる。このエッ チング剤の成分の相対量によって、エッチング速度は、一般に０．１〜２０ミク ロン／１０秒であり、より一般には１〜１０ミクロン／１０秒であり、特に２〜 ６ミクロン／１０秒の範囲である。 本願に開示される本発明の３つの重要な特徴は、(１)ＩｎＡｓ量子井戸または チャネルの上のＩｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y／ＡｌＳｂバリヤと、（２）ＨＥＭＴ のＩｎＡｓ量子井戸の下のＡｌＳｂバッファ層に位置するｐ⁺ＧａＳｂ層と、(３ )電界内のＡｌＳｂバッファ層材料を完全に除去することができ、同時に、ゲー トメタルとボンディングパッドとの間にゲートエアブリッジを形成して、メサエ ッジ でチャネルとゲートとの間の接触を防ぐアイソレーション方法シーケンスと、を 使用することである。 第１の特徴に関して、ＩｎＡｓチャネル１６の上のＩｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y ／ＡｌＳｂ複合バリヤ層２０が化学的安定性を改良し、デバイスのゲート漏れ電 流を減少させる。層２０を加えることによって、ゲートリソグラフィ後に半導体 層２２内へのゲートリセスエッチングをで行うことが可能である。そうすること によって、０．１ミクロンまたはそれ以下のゲート長を使用するデバイスの良好 な電気的動作を達成することができる。 層２０がない場合、ＡｌＳｂ層は反応しすぎ、そのため、この材料上のショッ トキーバリヤゲートの品質が不良になるため、ゲートリセスを実行し、メタルを ＡｌＳｂ層１８上に直接デポジットすることは、ここまではうまくいっていない 。上部バリヤ層２０によって、その上に層２２を介して上部バリヤ層２０へゲー トメタルをデポジットすることができるより化学的に安定な面を有する。ゲート メタルは、次いで、層２０上に優良ショットキーゲートを達成するようにデポジ ットすることができる。層１６と層１８との間のヘテロ接合の良好な特性は、層 １８の存在によって維持される。 上部バリヤ層２０が存在する別の理由は、この材料システム内のバンドダイア グラムによる。ＡｌＳｂ−ＩｎＡｓヘテロ接合は、伝導帯オフセットがきわめて 大きいが価電子帯オフセットがきわめて小さいII型ヘテロ接合である。結果とし て、このヘテロ接合材料ではホールに対してきわめて小さなエネルギバリヤしか ないため、価電子帯のホールトランスポートに関連する大きなゲート漏れ電流が 生じる可能性がある。バンド整合は、価電子帯の見地からではなく、伝導帯見地 から魅力的である。したがって、上部バリヤ層２０は、ＡｌＳｂ−ＩｎＡｓヘテ ロ接合が有さないさらなる価電子帯オフセットを提供し、したがって、バリヤ層 は伝導帯と価電子帯との両方に存在する。 上部バリヤ層２０を提供することによって、本願に開示されたデバイス内の漏 れ電流は、上部バリヤ層２０はないが同等の構造のＨＥＭＴで従来測定されたゲ ート漏れ電流に比較して、およそ一桁減少した。 チャネル層の下のバッファ層内に位置するｐ⁺ＧａＳｂ層の追加に関する第２ の特徴に関して、この層を有することに対する動機は、構造物内の衝撃電離によ って生じるホールを管理する必要性である。一般に、バンドギャップが減少する と作動周波数が上昇するため、きわめて狭いバンドギャップを備えたチャネルを 有するＨＥＭＴは、魅力的である。しかし、狭バンドギャップチャネルでは、デ バイス内に多大な量の衝撃電離を生じさせる。衝撃電離は電子とホールの対を発 生する。電子は、ドレインへ流れるが、ホールは正に帯電し、デバイス内の電荷 制御を崩壊し、デバイスの作動に有害な影響を発生させる。したがって、衝撃電 離によって発生したホールは、効果的に管理される必要がある。 先のＡｌＳｂ／ＩｎＡｓ系デバイスで観察された問題の１つは、チャネルとバ ッファ層との間のヘテロ接合できわめて小さな価電子帯バリヤしかないため、ホ ールはバッファ層内に拡散し、そこでトラップされることが可能であり、それに よってデバイス内の電荷制御を変化させ、いわゆる「キンク効果」を生じること である。これは、バッファ層の追加ホールをトラップする結果として生じるチャ ネルのオープン化である。キンク効果を減少する方法の１つは、下部バッファ層 １０、１４の間にｐ⁺ＧａＳｂ層１２を使用することにより、ホールが有害な影 響を発生させる可能性のあるバッファ層にトラップされるのではなく、むしろ、 ホールをソースコンタクトに排出することである。 アイソレーション方法に関する第３の特徴に関して、きわめて狭いバンドギャ ップチャネルを備えたＨＥＭＴを製造するときには、デバイスのメサエッジを横 切るときにゲートメタル２８を狭バンドギャップチャネル１６に接触させない方 法が必要である。メサは、デバイス内でエッチングされ、チャネルを適切にアイ ソレートし、そのため、すべての電子がゲートの下でソースとドレインとの間に 流れる。エアブリッジを形成し、そのため、図２に示されるように、ゲートはメ サエッジでＩｎＡｓ材料に接触しないことによって、これらのデバイス内でメサ エッジを交差するときに、ゲートは、狭バンドギャップＩｎＡｓチャネル１６に 接触するのを防がれる。メサエッチングは、一般に、大半のＦＥＴの製造過程の 開始時に発生するが、これを達成するために、製造過程の最後に移動される。 本発明を説明してきたが、下記の実施例は、特にその実施態様として与えられ 、その実際および利点を例示する。実施例は、例として与えられ、いずれの方法 で も明細書または請求の範囲を限定するよう意図するものではない。 実施例１ この実施例は、本発明によるＨＥＭＴの生成と、上部複合バリヤおよびＧａＳ ｂのドープされた層を設けたＨＥＭＴに関連して実現した一定の利点とを例示す る。 本願の開示にしたがって、半導体材料の層は、ドープされていない（１００） ＧａＡｓ基板８上で分子線エピタキシによって５１０℃で成長した。２．４ミク ロンのドープされていないＡｌＳｂ層１０が最初に成長し、次いで、２００Åの ｐ⁺ＧａＳｂ層１２、５００ÅのドープされていないＡｌＳｂ層１４、１００Å のドープされていないＩｎＡｓチャネル層１６、１２５Åのドープされていない ＡｌＳｂ層１８、Ｓｂのモル分率ゼロの４０ÅのＩｎ_0.4Ａｌ_0.6Ａｓ層２０、最 後に１５ÅのドープされていないＩｎＡｓキャップ層２２が成長した。 ２．４ミクロン厚のＡｌＳｂバッファ層１０が、ＨＥＭＴ材料とＧａＡｓ基板 ８との間にある７％格子不整合に適応するように作用した。ＩｎＡｓチャネル層 １６（量子井戸）の変調ドーピングは、ＡｌＳｂバリヤ層１８の成長とＩｎ_0.4 Ａｌ_0.6Ａｓバリヤ層２０の成長との間に行われたＡｓ過圧浸漬を使用すること によって得られた。Ａｓ浸漬用に、Ａｌの単層がデポジットされ、Ａｌリッチ面 が次いで１０秒間Ａｓビームに浸漬された。出発原料のシートキャリヤ密度およ び移動度は、３００Ｋでホール（Hall）測定で測定され、１．５×１０²²／ｃｍ² 、１６，６００ｃｍ²／Ｖ−ｓであった。 ＨＥＭＴは、標準フォトリソグラフィ技術およびリフトオフ技術を使用して製 造された。ソース−ドレインコンタクトパターンは、ＰＭＭＡレジストおよび遠 紫外線リソグラフィを使用して規定された。Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ（１００Ａ／２０ ０Ａ／６００Ａ）ソースおよびドレインコンタクトメタルが、電子ビーム蒸着と 、アセトンリフトオフと、Ｈ₂：Ｎ₂（５％：９５％）の雰囲気ガスを含むグロー ブボックス内に位置したホットプレートを使用する１７５℃の熱処理と、を使用 して形成された。未仕上げデバイスは、３時間熱処理され、Ｐｄの十分な反応を 確実にした。ショットキーゲートコンタクトは、トリレベルレジスト電子ビーム リ ソグラフィを使用して形成されたＣｒ／Ａｕである。デバイスアイソレーション は、ウェット化学エッチングによって達成され、漏れ電流を減少し、ゲートエア ブリッジがメサエッジに形成された。 ０．１μｍゲート長のＡｌＳｂ／ＩｎＡｓ系ＨＥＭＴに関して、これは初めて 製造されたものであるが、ドレイン特性は図３に示される。ＨＥＭＴは、Ｖ_GS＝ ０Ｖで、−０．５Ｖの閾値電圧と２．０Ω−ｍｍの低電界ソース−ドレイン抵抗 を有した。図４に示されるように、Ｖ_DS＝０．８Ｖで７００ｍＳ／ｍｍを超える トランスコンダクタンスが得られた。上述のように、衝撃電離によって生じたホ ールによるゲート漏れ電流が、先のデバイスに比較して一桁を超えて減少するこ とが観察された。１〜４０ＧＨｚのＳパラメータ測定値および等価回路モデリン グを使用して、７００ｍＳ／ｍｍを超えるトランスコンダクタンスおよび４の電 圧ゲインが１ＧＨｚで得られ、最少ｇ_m分散を示した。ＨＥＭＴは、１１０ＧＨ ｚを超えて、測定されたｆ_Tを呈した。周波数の関数として、短絡電流ゲイン、 ｜ｈ₂₁｜のプロットが図５に示される。ゲートボンディングパッドの容量を減じ ると、１５０ＧＨｚを超えるｆ_Tが得られた。Ｖ_DS＝０．６Ｖで最大可能電力利 得、ｆ_maxは、８０ＧＨｚであると測定された。 ゲート長０．２μｍのＨＥＭＴは、これも同一のスライス上で製造されたが、 ３０ＧＨｚ−μｍを超えたｆ_TＬ_G生成物を呈した。ゲート長０．５μｍのＡｌＳ ｂ／ＩｎＡｓＨＥＭＴも同一のスライス上で製造され、５０ＧＨｚ−μｍのｆ_T Ｌ_G生成物を呈した。ｆ_TＬ_G生成物は、通常使用されているＨＥＭＴの内在する 速度を特徴づける良さの指数である。 ＨＥＭＴの固有の低電圧性能も例示された。低電圧作動のポテンシャルが図４ に示され、これはドレイン電圧の関数として測定されたｆ_Tを示す。最大ｆ_Tは、 ０．４Ｖのドレイン電圧で発生する。このバイアス状態でゲート漏れ電流は、１ ｕＡに近かった。２００ｍＶのドレイン電圧で、６５ＧＨｚのｆ_Tが得られた。 本願に開示された発明の現在の好適な実施態様が示されたが、下記の請求の範 囲によって規定され識別されるように本発明の精神から逸脱することなく様々な 追加的変更および修正を行うことができることを、当業者はたやすく理解するこ とができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダウォン パーク アメリカ合衆国 メリーランド州 20770、 グリーンベルト、グリーンブルック ドラ イブ 7711 (72)発明者 ブライアン アール ベネット アメリカ合衆国 バージニア州 22306、 アレクサンドリア、ストーバー ドライブ 7250 【要約の続き】 素酸である液体エッチング剤によって達成される。エッ チング剤は、ＩｎＡｓ、Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y、Ａ ｌＳｂおよびＧａＳｂを腐蝕するが、ＧａＡｓおよびＡ ｕ系合金を腐蝕しない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．半導体材料の第１の層と、半導体材料の第２の層と、半導体材料の第３の 層と、前記第３の層に接触するショットキーゲートとを具備する電子デバイスで あって、前記第３の層は前記第１の層より広いバンドギャップであり、前記第２ の層はＡｌＳｂ系材料であり、前記第１の層と前記第３の層との間に接触して配 置される電子デバイス。 ２．前記第１の層はＩｎＡｓであり、前記第３の層はＩｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_{1 -y} であって、前記第３の層は少なくともいくらかのＩｎ、ＡｌおよびＡｓを含む 請求項１記載のデバイス。 ３．前記第１の層の厚さは５０〜３００Åであり、前記第２の層の厚さは５０ 〜３００Åであり、前記第３の層の厚さは２０〜２００Åである請求項２記載の デバイス。 ４．前記第３の層に接触する第４の層と、前記第４の層に接触する少なくとも １つのオーム接触とを含む請求項３記載のデバイス。 ５．前記第４の層は厚さ１０〜５０ÅのＩｎＡｓであり、前記オーム接触はＰ ｄ／バリヤ／Ａｕである請求項４記載のデバイス。 ６．前記オーム接触において、パラジウム層が５０〜５００Åであり、バリヤ 層が１００〜５００Åであり、金層が２００〜２０００Åであり、前記オーム接 触の前記バリヤは、白金、チタン、チタンタングステン、白金シリサイド、炭化 チタン、ケイ化チタンおよびそれらの混合物からなる群から選択される請求項５ 記載のデバイス。 ７．前記第１の層の下のバッファ層と、前記バッファ層内のドープされた層と 前記バッファ層の下の基板と、を含む請求項５記載のデバイス。 ８．前記バッファ層はＡｌＳｂであり、前記ドープされた層はｐ⁺ＧａＳｂ層 であり、前記基板はＧａＡｓである請求項７記載のデバイス。 ９．前記バッファ層は厚さ１〜５ミクロンであり、前記ドープされた層は厚さ １００〜５００Åであり、シリコン原子でドープされる請求項８記載のデバイス 。 １０．ＧａＡｓ基板上に配置された下記の層を具備する電子デバイスであって 、前記下記の層は、前記基板上に配置された第１のＡｌＳｂ層と、前記第１のＡ ｌＳｂ層上に配置されたｐ⁺ＧａＳｂ層と、前記ｐ⁺ＧａＳｂ層上に配置された第 ２のＡｌＳｂ層と、前記第２のＡｌＳｂ層上に配置されたＩｎＡｓチャネル層と 、前記ＩｎＡｓチャネル層上に配置された第３のＡｌＳｂ層と、前記第３のＡｌ Ｓｂ層上に配置された少なくともＩｎ、ＡｌおよびＡｓを含むＩｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_y Ｓｂ_1-y層と、前記Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層上に配置されたＩｎＡｓキャッ プ層と、前記ＩｎＡｓキャップ層上に配置された２つのオーム接触と、前記オー ム接触同士の間に配置されて前記Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-yに接触するショット キーゲートを有する電子デバイス。 １１．前記第１のＡｌＳｂ層の厚さは２．４ミクロンであり、前記ｐ⁺ＧａＳ ｂの層の厚さは２００Åであり、前記第２のＡｌＳｂ層の厚さは５００Åであり 、前記ＩｎＡｓチャネル層の厚さは１００Åであり、前記第３のＡｌＳｂ層の厚 さは１２５Åであり、前記Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層の厚さは４０Åであり、 前記ＩｎＡｓキャップ層の厚さは１５Åである請求項１０記載のデバイス。 １２．前記２つのオーム接触の各々は、それぞれ１００Å、２００Åおよび６ ００Åの厚さを有するＰｄ／Ｐｔ／Ａｕであり、前記ショットキーゲートはＣｒ ／Ａｕである請求項１１記載のデバイス。 １３．基部内に配置された狭いバンドギャップ材料の層および広いバンドギャ ップ材料の層と、前記基部上に配置されたゲートメタルおよびパッドと、を有す る電子デバイスをアイソレートする方法であって、本質的に乳酸または酢酸と過 酸化水素とフッ化水素酸とを含むエッチング剤でデバイス内にトレンチをエッチ ングすることを含むデバイスをアイソレートするステップを含み、前記トレンチ は、前記ゲートメタルの下に配置され、したがって、チャネル層とゲートボンデ ィングパッドとの間にエアブリッジを提供して、ショットキーゲートと前記狭い バンドギャップ材料の層との間の接触を防ぐ電子デバイスをアイソレートする方 法。 １４．前記エッチング剤は、エッチング速度が１〜１０ミクロン／１０秒であ り、１５〜３５容量の乳酸と１〜１０容量の過酸化水素と２〜２０容量のフッ化 水素酸とを含む液体である請求項１３記載の方法。 １５．前記デバイスはＧａＡｓ基板上に配置された下記の層を具備し、前記下 記の層は、前記基板上に配置された第１のＡｌＳｂ層と、前記第１のＡｌＳｂ層 上に配置されたｐ⁺ＧａＳｂ層と、前記ｐ⁺ＧａＳｂ層上に配置された第２のＡｌ Ｓｂ層と、前記第２のＡｌＳｂ層上に配置されたＩｎＡｓチャネル層と、前記Ｉ ｎＡｓチャネル層上に配置された第３のＡｌＳｂ層と、前記第３のＡｌＳｂ層上 に配置された少なくともＩｎ、ＡｌおよびＡｓを含むＩｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y 層と、前記Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層上に配置されたＩｎＡｓキャップ層と、 前記ＩｎＡｓキャップ層上に配置された２つのオーム接触と、前記オーム接触同 士の間に配置されて前記Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-yに接触するショットキーゲー トとを有し、前記トレンチは前記デバイスの頂部がら前記基板へ延在し、前記エ ッチング剤は、２０〜３０容量の乳酸と２〜６容量の過酸化水素と６〜１５容量 のフッ化水素酸とを含む液体であり、前記エッチング剤はエッチング速度が１〜 １０ミクロン／１０秒である請求項１３記載の方法。 １６．前記デバイスはＧａＡｓ基板上に配置された下記の層を具備し、前記下 記の層は、前記基板上に配置された第１のＡｌＳｂ層と、前記第１のＡｌＳｂ層 上に配置されたｐ⁺ＧａＳｂ層と、前記ｐ⁺ＧａＳｂ層上に配置された第２のＡｌ Ｓｂ層と、前記第２のＡｌＳｂ層上に配置されたＩｎＡｓチャネル層と、前記Ｉ ｎＡｓチャネル層上に配置された第３のＡｌＳｂ層と、前記第３のＡｌＳｂ層上 に配置された少なくともＩｎ、ＡｌおよびＡｓを含むＩｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y 層と、前記Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層上に配置されたＩｎＡｓキャップ層と、 前記ＩｎＡｓキャップ層上に配置された２つのオーム接触と、前記オーム接触同 士の間に配置されて前記Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-yに接触するショットキーゲー トとを有し、前記トレンチは前記デバイスの頂部から前記基板へ延在し、前記エ ッチング剤は、２０〜３０容量の乳酸と２〜６容量の過酸化水素と６〜１５容量 のフッ化水素酸とを含む液体であり、前記エッチング剤はエッチング速度が２〜 ６ミクロン／１０秒であり、前記トレンチは、前記第１のＡｌＳｂ層、前記Ｉｎ Ａｓチャネル層、前記第２のＡｌＳｂ層、前記ＩｎＡｓチャネル層、前記第３の ＡｌＳｂ層、前記Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層および前記ＩｎＡｓキャップ層の メサエッジを露出する請求項１３記載の方法。 １７．前記デバイスはＧａＡｓ基板上に配置された下記の層を具備し、前記下 記の層は、前記基板上に配置された第１のＡｌＳｂ層と、前記第１のＡｌＳｂ層 上に配置されたｐ⁺ＧａＳｂ層と、前記ｐ⁺ＧａＳｂ層上に配置された第２のＡｌ Ｓｂ層と、前記第２のＡｌＳｂ層上に配置されたＩｎＡｓチャネル層と、前記Ｉ ｎＡｓチャネル層上に配置された第３のＡｌＳｂ層と、前記第３のＡｌＳｂ層上 に配置された少なくともＩｎ、ＡｌおよびＡｓを含むＩｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y 層と、前記Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y層上に配置されたＩｎＡｓキャップ層とを 有する請求項１３記載の方法。 １８．（ａ）１５〜３５容量の、乳酸、酢酸およびそれらの混合物からなる群 から選択される酸と、 （ｂ）１〜１０容量の過酸化水素と、 （ｃ）２〜２０容量のフッ化水素酸と、 を含むエッチング剤であって、 ＩｎＡｓ、Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y、ＡｌＳｂおよびＧａＳｂに対して効果 的であるが、ＧａＡｓおよびＡｕ系材料に対して効果がないエッチング剤。 １９．（ａ）２０〜３０容量の乳酸と、 （ｂ）２〜６容量の過酸化水素と、 （ｃ）６〜１５容量のフッ化水素酸と、 を含む液体形態のエッチング剤であって、 エッチング速度が室温で２〜６ミクロン／１０秒であり、 ＩｎＡｓ、Ｉｎ_xＡｌ_1-xＡｓ_yＳｂ_1-y、ＡｌＳｂおよびＧａＳｂに対して効果 的であるが、ＧａＡｓおよびＡｕ系材料に対して効果がないエッチング剤。 ２０．乳酸の量が約２５容量であり、過酸化水素の量が約４容量であり、フッ 化水素酸の量が約８容量であり、エッチング速度が約４ミクロン／１０秒である 請求項１９記載のエッチング剤。