JP2003068764A - 電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
電界効果トランジスタ及びその製造方法Info
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- JP2003068764A JP2003068764A JP2001252533A JP2001252533A JP2003068764A JP 2003068764 A JP2003068764 A JP 2003068764A JP 2001252533 A JP2001252533 A JP 2001252533A JP 2001252533 A JP2001252533 A JP 2001252533A JP 2003068764 A JP2003068764 A JP 2003068764A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】チャネル層のｎ型不純物濃度を高くすることな
く、チャネル層内のキャリア濃度を高めることができる
高耐圧・高出力電界効果トランジスタおよびその製造方
法の提供。 【解決手段】ＧａＡｓ基板２０１上に、少なくともＩｎ
ＧａＰ層２０３がエピタキシャル成長され、ＩｎＧａＰ
層の一部または全部がチャネル層として機能する電界効
果トランジスタにおいて、ＩｎＧａＰ層とその上層又は
下層に隣接する層とが、自然超格子が破壊されてIII族
原子層面内における２種類以上の原子の配列が不規則と
なっている第１の半導体層（バッファ層２０２）と、第
１の半導体層上にエピタキシャル成長され、III族原子
層面内における２種類以上の原子の配列が規則的で自然
超格子を形成している第２の半導体層（チャネル層２０
３）との組み合わせで構成される。
く、チャネル層内のキャリア濃度を高めることができる
高耐圧・高出力電界効果トランジスタおよびその製造方
法の提供。 【解決手段】ＧａＡｓ基板２０１上に、少なくともＩｎ
ＧａＰ層２０３がエピタキシャル成長され、ＩｎＧａＰ
層の一部または全部がチャネル層として機能する電界効
果トランジスタにおいて、ＩｎＧａＰ層とその上層又は
下層に隣接する層とが、自然超格子が破壊されてIII族
原子層面内における２種類以上の原子の配列が不規則と
なっている第１の半導体層（バッファ層２０２）と、第
１の半導体層上にエピタキシャル成長され、III族原子
層面内における２種類以上の原子の配列が規則的で自然
超格子を形成している第２の半導体層（チャネル層２０
３）との組み合わせで構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速かつ高出力の
半導体装置およびその製造方法に関し、特に、InGaPか
らなるチャネル層を有する電界効果トランジスタ及びそ
の製造方法に関する。
半導体装置およびその製造方法に関し、特に、InGaPか
らなるチャネル層を有する電界効果トランジスタ及びそ
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、移動体通信システムの分野におい
ては、高速化・大容量化が急速に進められており、基地
局用デバイスへの大出力化・低歪化が強く求められてい
る。この要求を満たすために、半導体装置の技術分野に
おいては、電界効果トランジスタの高耐圧化による高出
力化を目指した種々の研究が行われている。
ては、高速化・大容量化が急速に進められており、基地
局用デバイスへの大出力化・低歪化が強く求められてい
る。この要求を満たすために、半導体装置の技術分野に
おいては、電界効果トランジスタの高耐圧化による高出
力化を目指した種々の研究が行われている。
【０００３】電界効果トランジスタを高耐圧化する方法
としては、チャネル層材料にワイドバンドギャップのＩ
ｎＧａＰ、ＧａＮ、ＳｉＣなどを、従来のＳｉやＧａＡ
ｓに替わって適用する手法が注目されている。例えば、
特開平１０−２６１６５３号公報には、ＩｎＧａＰより
なるチャネル層を有する電界効果トランジスタが開示さ
れている。ＩｎＧａＰのようなバンドギャップの大きい
材料は絶縁破壊電圧が高く、衝突イオン化係数が小さい
ため、これをチャネル領域に適用することによって、容
易に電界効果トランジスタの高電圧動作化が可能とな
る。また、ＩｎＧａＰはＧａＮやＳｉＣと異なり、Ｇａ
Ａｓ基板に格子整合させることが可能な材料であり、大
口径ウェハでのデバイス製造が容易であるという商業的
に有利な特長も有している。
としては、チャネル層材料にワイドバンドギャップのＩ
ｎＧａＰ、ＧａＮ、ＳｉＣなどを、従来のＳｉやＧａＡ
ｓに替わって適用する手法が注目されている。例えば、
特開平１０−２６１６５３号公報には、ＩｎＧａＰより
なるチャネル層を有する電界効果トランジスタが開示さ
れている。ＩｎＧａＰのようなバンドギャップの大きい
材料は絶縁破壊電圧が高く、衝突イオン化係数が小さい
ため、これをチャネル領域に適用することによって、容
易に電界効果トランジスタの高電圧動作化が可能とな
る。また、ＩｎＧａＰはＧａＮやＳｉＣと異なり、Ｇａ
Ａｓ基板に格子整合させることが可能な材料であり、大
口径ウェハでのデバイス製造が容易であるという商業的
に有利な特長も有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＩｎＧ
ａＰは電子の飽和速度が１×１０７ｃｍ／ｓであり、Ｇ
ａＡｓの２×１０７ｃｍ／ｓに比べて小さいため、Ｇａ
Ａｓ電界効果トランジスタと同等の高い最大ドレイン電
流、相互コンダクタンスを得るためには、ＩｎＧａＰチ
ャネル層のｎ型不純物濃度を高くする必要がある。しか
し、ｎ型不純物濃度の増大はドレイン耐圧の低下を伴う
というトレードオフの関係にあり、ＧａＡｓ電界効果ト
ランジスタを圧倒的に凌駕する大出力を得るのが難しい
という問題があった。
ａＰは電子の飽和速度が１×１０７ｃｍ／ｓであり、Ｇ
ａＡｓの２×１０７ｃｍ／ｓに比べて小さいため、Ｇａ
Ａｓ電界効果トランジスタと同等の高い最大ドレイン電
流、相互コンダクタンスを得るためには、ＩｎＧａＰチ
ャネル層のｎ型不純物濃度を高くする必要がある。しか
し、ｎ型不純物濃度の増大はドレイン耐圧の低下を伴う
というトレードオフの関係にあり、ＧａＡｓ電界効果ト
ランジスタを圧倒的に凌駕する大出力を得るのが難しい
という問題があった。
【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、チャネル層のｎ型不純
物濃度を高くすることなく、チャネル層内のキャリア濃
度を高めることができる高耐圧・高出力電界効果トラン
ジスタおよびその製造方法を提供することにある。
のであって、その主たる目的は、チャネル層のｎ型不純
物濃度を高くすることなく、チャネル層内のキャリア濃
度を高めることができる高耐圧・高出力電界効果トラン
ジスタおよびその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電界効果トランジスタは、半導体基板上
に、少なくともＩｎＧａＰ層がエピタキシャル成長され
た半導体結晶を備え、該半導体結晶上に、ソース／ドレ
イン電極およびゲート電極が離間して形成され、前記Ｉ
ｎＧａＰ層の一部または全部がチャネル層として機能す
る電界効果トランジスタにおいて、前記ＩｎＧａＰ層と
該ＩｎＧａＰ層の上層又は下層に隣接する層とが、自然
超格子が破壊されてIII族原子層面内における２種類以
上の原子の配列が不規則となっている第１の半導体層
と、前記第１の半導体層上にエピタキシャル成長され、
III族原子層面内における２種類以上の原子の配列が規
則的で自然超格子を形成している第２の半導体層との組
み合わせで構成されるものである。
に、本発明の電界効果トランジスタは、半導体基板上
に、少なくともＩｎＧａＰ層がエピタキシャル成長され
た半導体結晶を備え、該半導体結晶上に、ソース／ドレ
イン電極およびゲート電極が離間して形成され、前記Ｉ
ｎＧａＰ層の一部または全部がチャネル層として機能す
る電界効果トランジスタにおいて、前記ＩｎＧａＰ層と
該ＩｎＧａＰ層の上層又は下層に隣接する層とが、自然
超格子が破壊されてIII族原子層面内における２種類以
上の原子の配列が不規則となっている第１の半導体層
と、前記第１の半導体層上にエピタキシャル成長され、
III族原子層面内における２種類以上の原子の配列が規
則的で自然超格子を形成している第２の半導体層との組
み合わせで構成されるものである。
【０００７】また、本発明の電界効果トランジスタは、
半導体基板上に、少なくともＩｎＧａＰ層がエピタキシ
ャル成長された半導体結晶を備え、該半導体結晶上に、
ソース／ドレイン電極およびゲート電極が離間して形成
され、前記ＩｎＧａＰ層の一部または全部がチャネル層
として機能する電界効果トランジスタにおいて、前記Ｉ
ｎＧａＰ層の下層に隣接する層が、自然超格子が破壊さ
れてIII族原子層面内における２種類以上の原子の配列
が不規則となっている第１の半導体層からなり、前記Ｉ
ｎＧａＰ層が、前記第１の半導体層上にエピタキシャル
成長され、III族原子層面内における２種類以上の原子
の配列が規則的で自然超格子を形成している第２の半導
体層からなるものである。
半導体基板上に、少なくともＩｎＧａＰ層がエピタキシ
ャル成長された半導体結晶を備え、該半導体結晶上に、
ソース／ドレイン電極およびゲート電極が離間して形成
され、前記ＩｎＧａＰ層の一部または全部がチャネル層
として機能する電界効果トランジスタにおいて、前記Ｉ
ｎＧａＰ層の下層に隣接する層が、自然超格子が破壊さ
れてIII族原子層面内における２種類以上の原子の配列
が不規則となっている第１の半導体層からなり、前記Ｉ
ｎＧａＰ層が、前記第１の半導体層上にエピタキシャル
成長され、III族原子層面内における２種類以上の原子
の配列が規則的で自然超格子を形成している第２の半導
体層からなるものである。
【０００８】また、本発明の電界効果トランジスタは、
半導体基板上に、少なくともＩｎＧａＰ層がエピタキシ
ャル成長された半導体結晶を備え、該半導体結晶上に、
ソース／ドレイン電極およびゲート電極が離間して形成
され、前記ＩｎＧａＰ層の一部または全部がチャネル層
として機能する電界効果トランジスタにおいて、前記Ｉ
ｎＧａＰ層が、自然超格子が破壊されてIII族原子層面
内における２種類以上の原子の配列が不規則となってい
る第１の半導体層からなり、該ＩｎＧａＰ層上に、エピ
タキシャル成長され、III族原子層面内における２種類
以上の原子の配列が規則的で自然超格子を形成している
第２の半導体層を有するものである。
半導体基板上に、少なくともＩｎＧａＰ層がエピタキシ
ャル成長された半導体結晶を備え、該半導体結晶上に、
ソース／ドレイン電極およびゲート電極が離間して形成
され、前記ＩｎＧａＰ層の一部または全部がチャネル層
として機能する電界効果トランジスタにおいて、前記Ｉ
ｎＧａＰ層が、自然超格子が破壊されてIII族原子層面
内における２種類以上の原子の配列が不規則となってい
る第１の半導体層からなり、該ＩｎＧａＰ層上に、エピ
タキシャル成長され、III族原子層面内における２種類
以上の原子の配列が規則的で自然超格子を形成している
第２の半導体層を有するものである。
【０００９】本発明においては、前記ＩｎＧａＰ層の下
層に、バンドギャップが前記ＩｎＧａＰ層以上の、不純
物を添加しないバッファ層を有する構成とすることがで
き、更に、前記ＩｎＧａＰ層と前記バッファ層との間
に、電子親和力が前記ＩｎＧａＰ層より小さい下部電子
供給層を有する構成とすることもできる。
層に、バンドギャップが前記ＩｎＧａＰ層以上の、不純
物を添加しないバッファ層を有する構成とすることがで
き、更に、前記ＩｎＧａＰ層と前記バッファ層との間
に、電子親和力が前記ＩｎＧａＰ層より小さい下部電子
供給層を有する構成とすることもできる。
【００１０】また、本発明においては、前記ＩｎＧａＰ
層の上層に、バンドギャップが前記ＩｎＧａＰ層以上の
バリア層、又は電子親和力が前記ＩｎＧａＰ層より小さ
い上部電子供給層を有する構成とすることができ、更
に、前記ＩｎＧａＰ層と前記上部電子供給層との間に、
不純物を添加しないスペーサ層を有する構成とすること
もできる。
層の上層に、バンドギャップが前記ＩｎＧａＰ層以上の
バリア層、又は電子親和力が前記ＩｎＧａＰ層より小さ
い上部電子供給層を有する構成とすることができ、更
に、前記ＩｎＧａＰ層と前記上部電子供給層との間に、
不純物を添加しないスペーサ層を有する構成とすること
もできる。
【００１１】また、本発明においては、前記ゲート電極
下層に、バンドギャップが前記ＩｎＧａＰ層以上のショ
ットキー層を有する構成とすることができる。
下層に、バンドギャップが前記ＩｎＧａＰ層以上のショ
ットキー層を有する構成とすることができる。
【００１２】また、本発明の電界効果トランジスタの製
造方法は、自然超格子が破壊されてIII族原子層面内に
おける２種類以上の原子の配列が不規則となっている第
１の半導体層を形成する工程と、前記不規則配列層上に
エピタキシャル成長され、III族原子層面内における２
種類以上の原子の配列が規則的で自然超格子を形成して
いる第２の半導体層を形成する工程と、を少なくとも有
するものである。
造方法は、自然超格子が破壊されてIII族原子層面内に
おける２種類以上の原子の配列が不規則となっている第
１の半導体層を形成する工程と、前記不規則配列層上に
エピタキシャル成長され、III族原子層面内における２
種類以上の原子の配列が規則的で自然超格子を形成して
いる第２の半導体層を形成する工程と、を少なくとも有
するものである。
【００１３】本発明においては、前記第１の半導体層と
前記第２の半導体層とを、有機金属気相成長法における
成長温度を変えて連続して形成することが好ましく、前
記第１の半導体層を、５３０℃〜６００℃の温度範囲
で、前記第２の半導体層を、６３０℃〜７００℃の温度
範囲で有機金属気相成長法により成長する構成とするこ
とができる。
前記第２の半導体層とを、有機金属気相成長法における
成長温度を変えて連続して形成することが好ましく、前
記第１の半導体層を、５３０℃〜６００℃の温度範囲
で、前記第２の半導体層を、６３０℃〜７００℃の温度
範囲で有機金属気相成長法により成長する構成とするこ
とができる。
【００１４】なお、前記第１の半導体層を構成する材料
としては、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡ
ｌＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどを用いることができ
る。また、前記第２の半導体層を構成する材料として
は、自然超格子を形成することが可能な材料、例えばＩ
ｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰなどを用いるこ
とができる。
としては、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡ
ｌＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどを用いることができ
る。また、前記第２の半導体層を構成する材料として
は、自然超格子を形成することが可能な材料、例えばＩ
ｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰなどを用いるこ
とができる。
【００１５】前記ヘテロ界面を実現するためには、Ｉｎ
ＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰなどの自然超格子
の形成を制御する必要がある。自然超格子の形成は有機
金属気相成長法を用いたエピタキシャル成長の条件、例
えば成長温度、Ｖ／III比、成長速度、不純物添加濃度
などに影響されるので、半導体積層構造のエピタキシャ
ル成長時に、前記第１の半導体層を堆積する時の成長条
件と前記第２の半導体層を堆積する時の成長条件を変え
ることによって前記ヘテロ界面を形成する。
ＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰなどの自然超格子
の形成を制御する必要がある。自然超格子の形成は有機
金属気相成長法を用いたエピタキシャル成長の条件、例
えば成長温度、Ｖ／III比、成長速度、不純物添加濃度
などに影響されるので、半導体積層構造のエピタキシャ
ル成長時に、前記第１の半導体層を堆積する時の成長条
件と前記第２の半導体層を堆積する時の成長条件を変え
ることによって前記ヘテロ界面を形成する。
【００１６】前記チャネル層を構成する半導体層は、ｎ
型不純物を添加してもよいし、しなくてもよい。ｎ型不
純物としてはＳｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどを用いることが
できる。ただし、ｎ型不純物濃度が高いとＩｎＧａＰや
ＩｎＡｌＧａＰは自然超格子を形成しなくなるので、前
記第２の半導体層のｎ型不純物濃度は１×１０１８ｃｍ
−３以下であることが望ましい。
型不純物を添加してもよいし、しなくてもよい。ｎ型不
純物としてはＳｉ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅなどを用いることが
できる。ただし、ｎ型不純物濃度が高いとＩｎＧａＰや
ＩｎＡｌＧａＰは自然超格子を形成しなくなるので、前
記第２の半導体層のｎ型不純物濃度は１×１０１８ｃｍ
−３以下であることが望ましい。
【００１７】化合物半導体層の結晶成長に一般的に用い
られている方法、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ法）で堆積したＩｎＧａＰは、成長条件によっては自
然超格子と呼ばれる特殊な原子配列を形成する。図１は
自然超格子を形成したＩｎＧａＰの原子配列を説明した
図である。図１からわかるように、自然超格子を形成し
たＩｎＧａＰでは、III族原子（ＩｎおよびＧａ）から
なるIII族原子層面と、Ｖ族原子（Ｐ）からなるＶ族原
子層面が交互に積層されており、かつIII族原子層面の
みに着目すると、［−１１１］方向にＩｎ原子のみで構
成されるＩｎ原子層面とＧａ原子のみで構成されるＧａ
原子層面が交互に配置するように配列している。このよ
うな自然超格子の形成される材料はＩｎＧａＰだけに限
定されず、例えばＩｎＡｌＧａＰのような４元混晶半導
体でも［−１１１］方向に、Ｉｎ原子層面と、Ｇａおよ
びＡｌで構成される原子層面とが交互に配列する自然超
格子が形成されることが知られている。
られている方法、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰ
Ｅ法）で堆積したＩｎＧａＰは、成長条件によっては自
然超格子と呼ばれる特殊な原子配列を形成する。図１は
自然超格子を形成したＩｎＧａＰの原子配列を説明した
図である。図１からわかるように、自然超格子を形成し
たＩｎＧａＰでは、III族原子（ＩｎおよびＧａ）から
なるIII族原子層面と、Ｖ族原子（Ｐ）からなるＶ族原
子層面が交互に積層されており、かつIII族原子層面の
みに着目すると、［−１１１］方向にＩｎ原子のみで構
成されるＩｎ原子層面とＧａ原子のみで構成されるＧａ
原子層面が交互に配置するように配列している。このよ
うな自然超格子の形成される材料はＩｎＧａＰだけに限
定されず、例えばＩｎＡｌＧａＰのような４元混晶半導
体でも［−１１１］方向に、Ｉｎ原子層面と、Ｇａおよ
びＡｌで構成される原子層面とが交互に配列する自然超
格子が形成されることが知られている。
【００１８】ＩｎＧａＰ中の原子をミクロに見るとＩｎ
−Ｐ結合とＧａ−Ｐ結合の結合力の差から自発分極を生
ずるが、自然超格子の破壊された無秩序な原子配列にお
いては、前記分極の方向も無秩序であり、マクロ的に見
たＩｎＧａＰ層は分極を生じない。一方、自然超格子の
形成されたミクロ的に見た分極の方向が、自然超格子の
形成される［−１１１］方向に揃うため、マクロ的に見
たときには［−１１１］方向の分極に伴う内部電界がＩ
ｎＧａＰ層中に発生することになる。自然超格子が形成
されたＩｎＧａＰ中の内部電界の大きさを第一原理から
計算した例が、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．６８ Ｎｏ．２０ ｐ．ｐ．２
８５２に報告されている。この文献によると、自然超格
子が形成されたＩｎＧａＰ中の内部電界の大きさは、
［−１１１］方向に１６ｍＶ／Åであり、通常デバイス
作製に用いられる（００１）面の法線方向（［００１］
方向）成分は９ｍＶ／Åであると記載されている。
−Ｐ結合とＧａ−Ｐ結合の結合力の差から自発分極を生
ずるが、自然超格子の破壊された無秩序な原子配列にお
いては、前記分極の方向も無秩序であり、マクロ的に見
たＩｎＧａＰ層は分極を生じない。一方、自然超格子の
形成されたミクロ的に見た分極の方向が、自然超格子の
形成される［−１１１］方向に揃うため、マクロ的に見
たときには［−１１１］方向の分極に伴う内部電界がＩ
ｎＧａＰ層中に発生することになる。自然超格子が形成
されたＩｎＧａＰ中の内部電界の大きさを第一原理から
計算した例が、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅ
ｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．６８ Ｎｏ．２０ ｐ．ｐ．２
８５２に報告されている。この文献によると、自然超格
子が形成されたＩｎＧａＰ中の内部電界の大きさは、
［−１１１］方向に１６ｍＶ／Åであり、通常デバイス
作製に用いられる（００１）面の法線方向（［００１］
方向）成分は９ｍＶ／Åであると記載されている。
【００１９】従って、（００１）面上にエピタキシャル
成長され、自然超格子が破壊されたＩｎＧａＰからなる
第１の半導体層と、前記第１の半導体層上にエピタキシ
ャル成長され、自然超格子を形成しているＩｎＧａＰか
らなる第２の半導体層とのヘテロ界面には５×１０１２
ｃｍ−２という大きな分極電荷が生じ、これに引き寄せ
られるように自由電子がヘテロ界面に蓄積される。前記
ヘテロ界面を電界効果トランジスタのチャネル層の一部
とすることによって、ｎ型不純物濃度を増大させること
なくチャネル層内の自由電子濃度を増大させることがで
きるため、高電流密度と高耐圧を有する高出力電界効果
トランジスタの製造が可能となる。
成長され、自然超格子が破壊されたＩｎＧａＰからなる
第１の半導体層と、前記第１の半導体層上にエピタキシ
ャル成長され、自然超格子を形成しているＩｎＧａＰか
らなる第２の半導体層とのヘテロ界面には５×１０１２
ｃｍ−２という大きな分極電荷が生じ、これに引き寄せ
られるように自由電子がヘテロ界面に蓄積される。前記
ヘテロ界面を電界効果トランジスタのチャネル層の一部
とすることによって、ｎ型不純物濃度を増大させること
なくチャネル層内の自由電子濃度を増大させることがで
きるため、高電流密度と高耐圧を有する高出力電界効果
トランジスタの製造が可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
いて図面を参照して説明する。
【００２１】［実施の形態１］まず、本発明の第１の実
施形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法に
ついて、図２乃至図５を参照して説明する。
施形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法に
ついて、図２乃至図５を参照して説明する。
【００２２】図２は本実施形態による電界効果トランジ
スタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板
２０１上には、自然超格子の形成されていない（以下、
図中では”ｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ”と表記する）材料か
らなるバッファ層２０２、自然超格子の形成されている
（以下、図中では”ｏｒｄｅｒｅｄ”と表記する）ｎ型
ＩｎＧａＰからなるチャネル層２０３、ショットキー層
２０４、コンタクト層２０５が順次積層されている。コ
ンタクト層２０５上にはコンタクト層２０５とオーミッ
ク接触するソース電極２０６およびドレイン電極２０７
が形成されている。ソース電極２０６とドレイン電極２
０７との間のショットキー層２０４上には、ショットキ
ー層２０４とショットキー接触するゲート電極２０８が
形成されている。高い耐圧を有する電界効果トランジス
タを構成するために、バッファ層２０２の材料として
は、自然超格子が形成されておらず、チャネル層２０３
よりもバンドギャップが大きく高抵抗な材料が望まし
く、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓあるい
はこれらの積層体などを用いることができる。
スタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板
２０１上には、自然超格子の形成されていない（以下、
図中では”ｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ”と表記する）材料か
らなるバッファ層２０２、自然超格子の形成されている
（以下、図中では”ｏｒｄｅｒｅｄ”と表記する）ｎ型
ＩｎＧａＰからなるチャネル層２０３、ショットキー層
２０４、コンタクト層２０５が順次積層されている。コ
ンタクト層２０５上にはコンタクト層２０５とオーミッ
ク接触するソース電極２０６およびドレイン電極２０７
が形成されている。ソース電極２０６とドレイン電極２
０７との間のショットキー層２０４上には、ショットキ
ー層２０４とショットキー接触するゲート電極２０８が
形成されている。高い耐圧を有する電界効果トランジス
タを構成するために、バッファ層２０２の材料として
は、自然超格子が形成されておらず、チャネル層２０３
よりもバンドギャップが大きく高抵抗な材料が望まし
く、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓあるい
はこれらの積層体などを用いることができる。
【００２３】本実施の形態では、自然超格子の形成され
ているチャネル層２０３の自発分極効果により、自然超
格子の形成されていないバッファ層２０４とのヘテロ界
面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるように
自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、チャ
ネル層２０３内の電子濃度を高めることができる。これ
により、自然超格子の形成を制御しない特開平１０−２
６１６５３号公報に記載された従来例に比べてドレイン
電流密度が高くなり、高いＲＦ出力が得られるようにな
る。
ているチャネル層２０３の自発分極効果により、自然超
格子の形成されていないバッファ層２０４とのヘテロ界
面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるように
自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、チャ
ネル層２０３内の電子濃度を高めることができる。これ
により、自然超格子の形成を制御しない特開平１０−２
６１６５３号公報に記載された従来例に比べてドレイン
電流密度が高くなり、高いＲＦ出力が得られるようにな
る。
【００２４】以下、図３乃至図５を参照して、本実施形
態の電界効果トランジスタの具体的な構造及び製造方法
並びにその特徴について説明する。
態の電界効果トランジスタの具体的な構造及び製造方法
並びにその特徴について説明する。
【００２５】まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板３０１上に、
自然超格子の形成されていないＩｎＡｌＧａＰバッファ
層３０２、自然超格子が形成され、かつＳｉを３×１０
１７ｃｍ−３添加したｎ型ＩｎＧａＰチャネル層３０３
を１５０ｎｍの厚さに、ＩｎＧａＰショットキー層３０
４を厚さ２０ｎｍに、Ｓｉを５×１０１７ｃｍ−３添加
したＧａＡｓコンタクト層３０５を順次エピタキシャル
成長する（図３（ａ）参照）。
自然超格子の形成されていないＩｎＡｌＧａＰバッファ
層３０２、自然超格子が形成され、かつＳｉを３×１０
１７ｃｍ−３添加したｎ型ＩｎＧａＰチャネル層３０３
を１５０ｎｍの厚さに、ＩｎＧａＰショットキー層３０
４を厚さ２０ｎｍに、Ｓｉを５×１０１７ｃｍ−３添加
したＧａＡｓコンタクト層３０５を順次エピタキシャル
成長する（図３（ａ）参照）。
【００２６】図３（ａ）の構造を得るための半導体結晶
成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭＯ
ＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒｒ
とし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族原料ガ
スとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えばジシラ
ン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然超格子
形成の制御は成長温度を変化させることにより行い、バ
ッファ層３０２は５６０℃で、チャネル層３０３は６６
０℃で成長を行った。成長温度はこの値に限定されるも
のではなく、自然超格子を形成させる条件として６３０
℃〜７００℃、自然超格子を破壊させる条件として５３
０℃〜６００℃の範囲で成長を行うことにより、本発明
の効果を得ることができる。
成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭＯ
ＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒｒ
とし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族原料ガ
スとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えばジシラ
ン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然超格子
形成の制御は成長温度を変化させることにより行い、バ
ッファ層３０２は５６０℃で、チャネル層３０３は６６
０℃で成長を行った。成長温度はこの値に限定されるも
のではなく、自然超格子を形成させる条件として６３０
℃〜７００℃、自然超格子を破壊させる条件として５３
０℃〜６００℃の範囲で成長を行うことにより、本発明
の効果を得ることができる。
【００２７】チャネル層３０３の厚さと不純物添加濃度
は上述の値に限定されるものではないが、不純物添加濃
度を１×１０１８ｃｍ−３以上に増やすとＩｎＧａＰの
自然超格子が破壊されてしまい、本発明の効果が得られ
なくなるため、チャネル層３０３の不純物添加濃度は１
×１０１８ｃｍ−３以下に制御される必要があり、より
好ましくは１×１０１７ｃｍ−３〜８×１０１７ｃｍ
−３の範囲内に制御すると良い。
は上述の値に限定されるものではないが、不純物添加濃
度を１×１０１８ｃｍ−３以上に増やすとＩｎＧａＰの
自然超格子が破壊されてしまい、本発明の効果が得られ
なくなるため、チャネル層３０３の不純物添加濃度は１
×１０１８ｃｍ−３以下に制御される必要があり、より
好ましくは１×１０１７ｃｍ−３〜８×１０１７ｃｍ
−３の範囲内に制御すると良い。
【００２８】ショットキー層３０４はＩｎＧａＰに限定
されず、チャネル層３０３と同じもしくはより大きなバ
ンドギャップを有する材料であれば、本発明による高耐
圧・高出力電界効果トランジスタを作製することができ
ることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、Ｉｎ
ＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓもしくはこれらの積層体などを用
いることができる。
されず、チャネル層３０３と同じもしくはより大きなバ
ンドギャップを有する材料であれば、本発明による高耐
圧・高出力電界効果トランジスタを作製することができ
ることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、Ｉｎ
ＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓもしくはこれらの積層体などを用
いることができる。
【００２９】エピタキシャル成長後には、従来より用い
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層３０５の一部をエッチン
グにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａｕ
からなるゲート電極３０８をショットキー層３０４上に
形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるソ
ース電極３０６およびドレイン電極３０７をコンタクト
層３０５上に形成する工程などにより本実施形態の電界
効果トランジスタが完成する（図３（ｂ）参照）。
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層３０５の一部をエッチン
グにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａｕ
からなるゲート電極３０８をショットキー層３０４上に
形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるソ
ース電極３０６およびドレイン電極３０７をコンタクト
層３０５上に形成する工程などにより本実施形態の電界
効果トランジスタが完成する（図３（ｂ）参照）。
【００３０】図４は本実施形態により作製した電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ）と、自然超格子形成を制御せず
に作製したＦＥＴ（特開平１０−２６１６５３号公報に
記載されている従来例に相当）の最大ドレイン電流（ゲ
ート幅１ｍｍ）とゲート耐圧を示す。本実施形態による
電界効果トランジスタでは、従来例に比べてゲート耐圧
は変わらず、最大ドレイン電流が増大していることがわ
かる。図５は上記２種類の方法で作製したゲート幅１ｍ
ｍの電界効果トランジスタの、周波数２ＧＨｚにおける
出力電力とドレイン電圧の関係を示している。本実施形
態による電界効果トランジスタは、上述のように従来例
に比べてゲート耐圧を低減させずに最大ドレイン電流を
増加した結果、出力電力が約１５％向上した。
トランジスタ（ＦＥＴ）と、自然超格子形成を制御せず
に作製したＦＥＴ（特開平１０−２６１６５３号公報に
記載されている従来例に相当）の最大ドレイン電流（ゲ
ート幅１ｍｍ）とゲート耐圧を示す。本実施形態による
電界効果トランジスタでは、従来例に比べてゲート耐圧
は変わらず、最大ドレイン電流が増大していることがわ
かる。図５は上記２種類の方法で作製したゲート幅１ｍ
ｍの電界効果トランジスタの、周波数２ＧＨｚにおける
出力電力とドレイン電圧の関係を示している。本実施形
態による電界効果トランジスタは、上述のように従来例
に比べてゲート耐圧を低減させずに最大ドレイン電流を
増加した結果、出力電力が約１５％向上した。
【００３１】［実施の形態２］次に、本発明の第２の実
施の形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法
について、図６及び図７を参照して説明する。
施の形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法
について、図６及び図７を参照して説明する。
【００３２】図６は本実施形態による電界効果トランジ
スタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板
６０１上には、バッファ層６０２、自然超格子の形成さ
れていないｎ型ＩｎＧａＰからなるチャネル層６０３、
自然超格子の形成されているバリア層６０４、ショット
キー層６０５、コンタクト層６０６が順次積層されてい
る。コンタクト層６０６上にはコンタクト層６０６とオ
ーミック接触するソース電極６０７およびドレイン電極
６０８が形成されている。ソース電極６０７とドレイン
電極６０８との間のショットキー層６０５上には、ショ
ットキー層６０５とショットキー接触するゲート電極６
０９が形成されている。高い耐圧を有する電界効果トラ
ンジスタを構成するために、バッファ層６０２の材料と
しては、チャネル層６０３よりもバンドギャップが大き
く高抵抗な材料が望ましく、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌ
Ｐ、ＡｌＧａＡｓあるいはこれらの積層体などを用いる
ことができる。
スタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板
６０１上には、バッファ層６０２、自然超格子の形成さ
れていないｎ型ＩｎＧａＰからなるチャネル層６０３、
自然超格子の形成されているバリア層６０４、ショット
キー層６０５、コンタクト層６０６が順次積層されてい
る。コンタクト層６０６上にはコンタクト層６０６とオ
ーミック接触するソース電極６０７およびドレイン電極
６０８が形成されている。ソース電極６０７とドレイン
電極６０８との間のショットキー層６０５上には、ショ
ットキー層６０５とショットキー接触するゲート電極６
０９が形成されている。高い耐圧を有する電界効果トラ
ンジスタを構成するために、バッファ層６０２の材料と
しては、チャネル層６０３よりもバンドギャップが大き
く高抵抗な材料が望ましく、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌ
Ｐ、ＡｌＧａＡｓあるいはこれらの積層体などを用いる
ことができる。
【００３３】本実施の形態では、自然超格子の形成され
ているバリア層６０４の自発分極効果により、自然超格
子の形成されていないチャネル層６０３とのヘテロ界面
に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるように自
由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、チャネ
ル層６０３内の電子濃度を高めることができる。
ているバリア層６０４の自発分極効果により、自然超格
子の形成されていないチャネル層６０３とのヘテロ界面
に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるように自
由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、チャネ
ル層６０３内の電子濃度を高めることができる。
【００３４】また、本実施の形態においては、チャネル
層６０３に自然超格子の形成されていないｎ型ＩｎＧａ
Ｐを用いることを特徴としているため、第１の実施の形
態に比べてチャネル層６０３への不純物添加濃度を高く
することが可能となり、その結果、第１の実施形態より
も相互コンダクタンス（ｇｍ）の高い電界効果トランジ
スタを作製することが可能となる。
層６０３に自然超格子の形成されていないｎ型ＩｎＧａ
Ｐを用いることを特徴としているため、第１の実施の形
態に比べてチャネル層６０３への不純物添加濃度を高く
することが可能となり、その結果、第１の実施形態より
も相互コンダクタンス（ｇｍ）の高い電界効果トランジ
スタを作製することが可能となる。
【００３５】以下、図７を参照して本実施形態の電界効
果トランジスタの具体的な構造及び製造方法について説
明する。
果トランジスタの具体的な構造及び製造方法について説
明する。
【００３６】まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板７０１上に、
ＩｎＡｌＧａＰバッファ層７０２、自然超格子が形成さ
れておらず、かつＳｉを１．５×１０１８ｃｍ−３添加
したｎ型ＩｎＧａＰチャネル層７０３を４０ｎｍの厚さ
に、自然超格子の形成されたＩｎＡｌＧａＰバリア層７
０４を厚さ１０ｎｍに、ＩｎＡｌＰショットキー層７０
５を厚さ１５ｎｍに、Ｓｉを５×１０１７ｃｍ−３添加
したＧａＡｓコンタクト層７０６を順次エピタキシャル
成長する（図７（ａ）参照）。
ＩｎＡｌＧａＰバッファ層７０２、自然超格子が形成さ
れておらず、かつＳｉを１．５×１０１８ｃｍ−３添加
したｎ型ＩｎＧａＰチャネル層７０３を４０ｎｍの厚さ
に、自然超格子の形成されたＩｎＡｌＧａＰバリア層７
０４を厚さ１０ｎｍに、ＩｎＡｌＰショットキー層７０
５を厚さ１５ｎｍに、Ｓｉを５×１０１７ｃｍ−３添加
したＧａＡｓコンタクト層７０６を順次エピタキシャル
成長する（図７（ａ）参照）。
【００３７】図７（ａ）の構造を得るための半導体結晶
成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭＯ
ＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒｒ
とし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族原料ガ
スとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えばジシラ
ン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然超格子
形成の制御は成長温度を変化させることにより行い、チ
ャネル層７０３は５６０℃で、バリア層７０４は６６０
℃で成長を行った。成長温度はこの値に限定されるもの
ではなく、自然超格子を形成させる条件として６３０℃
〜７００℃、自然超格子を破壊させる条件として５３０
℃〜６００℃の範囲で成長を行うことにより、本発明の
効果を得ることができる。
成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭＯ
ＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒｒ
とし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族原料ガ
スとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えばジシラ
ン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然超格子
形成の制御は成長温度を変化させることにより行い、チ
ャネル層７０３は５６０℃で、バリア層７０４は６６０
℃で成長を行った。成長温度はこの値に限定されるもの
ではなく、自然超格子を形成させる条件として６３０℃
〜７００℃、自然超格子を破壊させる条件として５３０
℃〜６００℃の範囲で成長を行うことにより、本発明の
効果を得ることができる。
【００３８】本実施形態において、ｎ型ＩｎＧａＰより
なるチャネル層７０３は自然超格子を形成しない条件で
エピタキシャル成長されるため、第１の実施形態とは違
って、チャネル層７０３への不純物添加濃度の上限につ
いて制限を受けない。従って、上述のような高い濃度の
不純物を添加したチャネル層を用いることにより、第１
の実施形態よりも高い相互コンダクタンスを示す電界効
果トランジスタの製造が可能となる。
なるチャネル層７０３は自然超格子を形成しない条件で
エピタキシャル成長されるため、第１の実施形態とは違
って、チャネル層７０３への不純物添加濃度の上限につ
いて制限を受けない。従って、上述のような高い濃度の
不純物を添加したチャネル層を用いることにより、第１
の実施形態よりも高い相互コンダクタンスを示す電界効
果トランジスタの製造が可能となる。
【００３９】バリア層７０４は、自然超格子を形成する
ことができ、かつチャネル層７０３と同じもしくはより
大きなバンドギャップを有する材料であれば、本発明に
よる高耐圧・高出力電界効果トランジスタを作製するこ
とができることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａ
Ｐ、ＩｎＡｌＰもしくはこれらの積層体などを用いるこ
とができる。
ことができ、かつチャネル層７０３と同じもしくはより
大きなバンドギャップを有する材料であれば、本発明に
よる高耐圧・高出力電界効果トランジスタを作製するこ
とができることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａ
Ｐ、ＩｎＡｌＰもしくはこれらの積層体などを用いるこ
とができる。
【００４０】ショットキー層７０５は、チャネル層７０
３と同じもしくはより大きなバンドギャップを有する材
料であれば、本発明による高耐圧・高出力電界効果トラ
ンジスタを作製することができることから、例えばＩｎ
ＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓも
しくはこれらの積層体などを用いることができる。
３と同じもしくはより大きなバンドギャップを有する材
料であれば、本発明による高耐圧・高出力電界効果トラ
ンジスタを作製することができることから、例えばＩｎ
ＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓも
しくはこれらの積層体などを用いることができる。
【００４１】エピタキシャル成長後には、従来より用い
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層７０６の一部をエッチン
グにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａｕ
からなるゲート電極７０９をショットキー層７０５上に
形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるソ
ース電極７０７およびドレイン電極７０８をコンタクト
層７０６上に形成する工程などにより電界効果トランジ
スタが完成する（図７（ｂ）参照）。
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層７０６の一部をエッチン
グにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａｕ
からなるゲート電極７０９をショットキー層７０５上に
形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるソ
ース電極７０７およびドレイン電極７０８をコンタクト
層７０６上に形成する工程などにより電界効果トランジ
スタが完成する（図７（ｂ）参照）。
【００４２】本実施形態により作製した電界効果トラン
ジスタは、第１の実施形態で作製した電界効果トランジ
スタに比べて相互コンダクタンスが約１５％向上した。
ジスタは、第１の実施形態で作製した電界効果トランジ
スタに比べて相互コンダクタンスが約１５％向上した。
【００４３】［実施の形態３］次に、本発明の第３の実
施の形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法
について、図８及び図９を参照して説明する。
施の形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法
について、図８及び図９を参照して説明する。
【００４４】図８は本実施形態による電界効果トランジ
スタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板
８０１上には、バッファ層８０２、自然超格子の形成さ
れていないｎ型ＩｎＡｌＧａＰからなる電子供給層８０
３、自然超格子が形成され、かつ不純物添加を行わない
ＩｎＧａＰからなるチャネル層８０４、ショットキー層
８０５、コンタクト層８０６が順次積層されている。コ
ンタクト層８０６上にはコンタクト層８０６とオーミッ
ク接触するソース電極８０７およびドレイン電極８０８
が形成されている。ソース電極８０７とドレイン電極８
０８との間のショットキー層８０５上には、ショットキ
ー層８０５とショットキー接触するゲート電極８０９が
形成されている。高い耐圧を有する電界効果トランジス
タを構成するために、バッファ層８０２の材料として
は、電子供給層８０３と同じかより大きなバンドギャッ
プを有する高抵抗な材料が望ましく、ＩｎＡｌＧａＰ、
ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓあるいはこれらの積層体など
を用いることができる。
スタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基板
８０１上には、バッファ層８０２、自然超格子の形成さ
れていないｎ型ＩｎＡｌＧａＰからなる電子供給層８０
３、自然超格子が形成され、かつ不純物添加を行わない
ＩｎＧａＰからなるチャネル層８０４、ショットキー層
８０５、コンタクト層８０６が順次積層されている。コ
ンタクト層８０６上にはコンタクト層８０６とオーミッ
ク接触するソース電極８０７およびドレイン電極８０８
が形成されている。ソース電極８０７とドレイン電極８
０８との間のショットキー層８０５上には、ショットキ
ー層８０５とショットキー接触するゲート電極８０９が
形成されている。高い耐圧を有する電界効果トランジス
タを構成するために、バッファ層８０２の材料として
は、電子供給層８０３と同じかより大きなバンドギャッ
プを有する高抵抗な材料が望ましく、ＩｎＡｌＧａＰ、
ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓあるいはこれらの積層体など
を用いることができる。
【００４５】本実施の形態では、不純物を添加しないＩ
ｎＧａＰよりなるチャネル層８０４よりも電子親和力の
小さいＩｎＡｌＧａＰよりなる電子供給層８０３にｎ型
不純物を添加した、いわゆる変調ドープ構造をとってお
り、電子供給層８０３とチャネル層８０４とのヘテロ界
面のチャネル層８０４側には２次元電子ガスが蓄積さ
れ、これがトランジスタの電流輸送を担う。
ｎＧａＰよりなるチャネル層８０４よりも電子親和力の
小さいＩｎＡｌＧａＰよりなる電子供給層８０３にｎ型
不純物を添加した、いわゆる変調ドープ構造をとってお
り、電子供給層８０３とチャネル層８０４とのヘテロ界
面のチャネル層８０４側には２次元電子ガスが蓄積さ
れ、これがトランジスタの電流輸送を担う。
【００４６】また、本実施形態では、自然超格子の形成
されているチャネル層８０４の自発分極効果により、自
然超格子の形成されていない電子供給層８０３とのヘテ
ロ界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるよ
うに自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、
自然超格子形成を制御しないで作製した電界効果トラン
ジスタと比べて、チャネル層８０４内の２次元電子ガス
濃度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界効果ト
ランジスタの製造が可能になる。
されているチャネル層８０４の自発分極効果により、自
然超格子の形成されていない電子供給層８０３とのヘテ
ロ界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるよ
うに自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、
自然超格子形成を制御しないで作製した電界効果トラン
ジスタと比べて、チャネル層８０４内の２次元電子ガス
濃度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界効果ト
ランジスタの製造が可能になる。
【００４７】また、チャネル層８０４内に生じる内部電
界により、２次元電子ガスを前記ヘテロ界面近傍の狭い
領域に効果的に閉じこめることができるため、第１の実
施の形態と比べて、高い相互コンダクタンス（ｇｍ）を
有する電界効果トランジスタの製造が可能となる。
界により、２次元電子ガスを前記ヘテロ界面近傍の狭い
領域に効果的に閉じこめることができるため、第１の実
施の形態と比べて、高い相互コンダクタンス（ｇｍ）を
有する電界効果トランジスタの製造が可能となる。
【００４８】以下、図９を参照して本実施形態の電界効
果トランジスタの具体的な構造及び製造方法について説
明する。
果トランジスタの具体的な構造及び製造方法について説
明する。
【００４９】まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板９０１上に、
ＩｎＡｌＧａＰバッファ層９０２、自然超格子が形成さ
れておらず、かつＳｉを５×１０１８ｃｍ−３添加した
ｎ型ＩｎＡｌＧａＰ電子供給層９０３を１５ｎｍの厚さ
に、自然超格子が形成され、かつ不純物を添加しないＩ
ｎＧａＰチャネル層９０４を２５ｎｍの厚さに、ＩｎＡ
ｌＧａＰショットキー層９０５を厚さ２０ｎｍに、Ｓｉ
を３×１０１８ｃｍ− ３添加したＧａＡｓコンタクト層
９０６を順次エピタキシャル成長する（図９（ａ）参
照）。
ＩｎＡｌＧａＰバッファ層９０２、自然超格子が形成さ
れておらず、かつＳｉを５×１０１８ｃｍ−３添加した
ｎ型ＩｎＡｌＧａＰ電子供給層９０３を１５ｎｍの厚さ
に、自然超格子が形成され、かつ不純物を添加しないＩ
ｎＧａＰチャネル層９０４を２５ｎｍの厚さに、ＩｎＡ
ｌＧａＰショットキー層９０５を厚さ２０ｎｍに、Ｓｉ
を３×１０１８ｃｍ− ３添加したＧａＡｓコンタクト層
９０６を順次エピタキシャル成長する（図９（ａ）参
照）。
【００５０】図９（ａ）の構造を得るための半導体結晶
成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭＯ
ＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒｒ
とし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族原料ガ
スとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えばジシラ
ン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然超格子
形成の制御は成長温度を変化させることにより行い、電
子供給層９０３は５６０℃で、チャネル層９０４は６６
０℃で成長を行った。成長温度はこの値に限定されるも
のではなく、自然超格子を形成させる条件として６３０
℃〜７００℃、自然超格子を破壊させる条件として５３
０℃〜６００℃の範囲で成長を行うことにより、本発明
の効果を得ることができる。
成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭＯ
ＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒｒ
とし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウム
（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族原料ガ
スとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（Ｐ
Ｈ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えばジシラ
ン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然超格子
形成の制御は成長温度を変化させることにより行い、電
子供給層９０３は５６０℃で、チャネル層９０４は６６
０℃で成長を行った。成長温度はこの値に限定されるも
のではなく、自然超格子を形成させる条件として６３０
℃〜７００℃、自然超格子を破壊させる条件として５３
０℃〜６００℃の範囲で成長を行うことにより、本発明
の効果を得ることができる。
【００５１】本実施形態は、不純物を添加しないＩｎＧ
ａＰよりなるチャネル層９０４よりも電子親和力の小さ
いＩｎＡｌＧａＰよりなる電子供給層９０３にｎ型不純
物を添加した、いわゆる変調ドープ構造をとっており、
電子供給層９０３とチャネル層９０４とのヘテロ界面の
チャネル層９０４側には２次元電子ガスが蓄積され、こ
れがトランジスタの電流輸送を担う。電子供給層９０３
の材料は、自然超格子が形成されておらず、かつＩｎＧ
ａＰチャネル層９０４よりも電子親和力が小さければよ
いので、例えばＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａ
Ａｓなどを用いることができる。また、本実施形態では
電子供給層９０３への不純物添加濃度を層全体で一様と
したが、電子供給層９０３への不純物添加濃度は一様で
なくてもよいし、層の一部に不純物を添加しない領域が
あってもよい。
ａＰよりなるチャネル層９０４よりも電子親和力の小さ
いＩｎＡｌＧａＰよりなる電子供給層９０３にｎ型不純
物を添加した、いわゆる変調ドープ構造をとっており、
電子供給層９０３とチャネル層９０４とのヘテロ界面の
チャネル層９０４側には２次元電子ガスが蓄積され、こ
れがトランジスタの電流輸送を担う。電子供給層９０３
の材料は、自然超格子が形成されておらず、かつＩｎＧ
ａＰチャネル層９０４よりも電子親和力が小さければよ
いので、例えばＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａ
Ａｓなどを用いることができる。また、本実施形態では
電子供給層９０３への不純物添加濃度を層全体で一様と
したが、電子供給層９０３への不純物添加濃度は一様で
なくてもよいし、層の一部に不純物を添加しない領域が
あってもよい。
【００５２】本実施形態では、自然超格子の形成されて
いるチャネル層９０４の自発分極効果により、自然超格
子の形成されていない電子供給層９０３とのヘテロ界面
に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるように自
由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、チャネ
ル層９０４内の２次元電子ガス濃度を高めることがで
き、かつチャネル層９０４内に生じる内部電界により、
２次元電子ガスを前記ヘテロ界面近傍の狭い領域に効果
的に閉じこめることができるため、第１の実施の形態と
比べて、高い相互コンダクタンス（ｇｍ）を有する電界
効果トランジスタの製造が可能となる。
いるチャネル層９０４の自発分極効果により、自然超格
子の形成されていない電子供給層９０３とのヘテロ界面
に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるように自
由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、チャネ
ル層９０４内の２次元電子ガス濃度を高めることがで
き、かつチャネル層９０４内に生じる内部電界により、
２次元電子ガスを前記ヘテロ界面近傍の狭い領域に効果
的に閉じこめることができるため、第１の実施の形態と
比べて、高い相互コンダクタンス（ｇｍ）を有する電界
効果トランジスタの製造が可能となる。
【００５３】さらに本実施の形態においては、チャネル
層９０４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いること
を特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチャ
ネル層９０４内を走行する電子の速度が高くなることか
ら、されに相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果
もある。
層９０４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いること
を特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチャ
ネル層９０４内を走行する電子の速度が高くなることか
ら、されに相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果
もある。
【００５４】ショットキー層９０５はＩｎＡｌＧａＰに
限定されず、チャネル層９０４と同じもしくはより大き
なバンドギャップを有する材料であれば、本発明による
高耐圧・高出力電界効果トランジスタを作製することが
できることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、
ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓもしくはこれらの積層体など
を用いることができる。
限定されず、チャネル層９０４と同じもしくはより大き
なバンドギャップを有する材料であれば、本発明による
高耐圧・高出力電界効果トランジスタを作製することが
できることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａＰ、
ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓもしくはこれらの積層体など
を用いることができる。
【００５５】エピタキシャル成長後には、従来より用い
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層９０６の一部をエッチン
グにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａｕ
からなるゲート電極９０９をショットキー層９０５上に
形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるソ
ース電極９０７およびドレイン電極９０８をコンタクト
層９０６上に形成する工程などにより電界効果トランジ
スタが完成する（図９（ｂ）参照）。
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層９０６の一部をエッチン
グにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａｕ
からなるゲート電極９０９をショットキー層９０５上に
形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるソ
ース電極９０７およびドレイン電極９０８をコンタクト
層９０６上に形成する工程などにより電界効果トランジ
スタが完成する（図９（ｂ）参照）。
【００５６】本実施形態により作製した電界効果トラン
ジスタは、第１の実施形態で作製した電界効果トランジ
スタに比べて相互コンダクタンスが約２５％向上した。
ジスタは、第１の実施形態で作製した電界効果トランジ
スタに比べて相互コンダクタンスが約２５％向上した。
【００５７】［実施の形態４］次に、本発明の第４の実
施の形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法
ついて、図１０及び図１１を参照して説明する。
施の形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法
ついて、図１０及び図１１を参照して説明する。
【００５８】図１０は本実施形態による電界効果トラン
ジスタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基
板１００１上には、バッファ層１００２、ｎ型ＩｎＡｌ
ＧａＰからなる下部電子供給層１００３、自然超格子が
形成されておらず、かつ不純物添加を行わないＩｎＧａ
Ｐからなるチャネル層１００４、自然超格子が形成され
たｎ型ＩｎＡｌＧａＰよりなる上部電子供給層１００
５、ショットキー層１００６、コンタクト層１００７が
順次積層されている。コンタクト層１００７上にはコン
タクト層１００７とオーミック接触するソース電極１０
０８およびドレイン電極１００９が形成されている。ソ
ース電極１００８とドレイン電極１００９との間のショ
ットキー層１００６上には、ショットキー層１００６と
ショットキー接触するゲート電極１０１０が形成されて
いる。高い耐圧を有する電界効果トランジスタを構成す
るために、バッファ層１００２の材料としては、下部電
子供給層１００３と同じかより大きなバンドギャップを
有する高抵抗な材料が望ましく、ＩｎＡｌＧａＰ、Ｉｎ
ＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓあるいはこれらの積層体などを用
いることができる。
ジスタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基
板１００１上には、バッファ層１００２、ｎ型ＩｎＡｌ
ＧａＰからなる下部電子供給層１００３、自然超格子が
形成されておらず、かつ不純物添加を行わないＩｎＧａ
Ｐからなるチャネル層１００４、自然超格子が形成され
たｎ型ＩｎＡｌＧａＰよりなる上部電子供給層１００
５、ショットキー層１００６、コンタクト層１００７が
順次積層されている。コンタクト層１００７上にはコン
タクト層１００７とオーミック接触するソース電極１０
０８およびドレイン電極１００９が形成されている。ソ
ース電極１００８とドレイン電極１００９との間のショ
ットキー層１００６上には、ショットキー層１００６と
ショットキー接触するゲート電極１０１０が形成されて
いる。高い耐圧を有する電界効果トランジスタを構成す
るために、バッファ層１００２の材料としては、下部電
子供給層１００３と同じかより大きなバンドギャップを
有する高抵抗な材料が望ましく、ＩｎＡｌＧａＰ、Ｉｎ
ＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓあるいはこれらの積層体などを用
いることができる。
【００５９】本実施の形態では、不純物を添加しないＩ
ｎＧａＰよりなるチャネル層１００４よりも電子親和力
の小さいＩｎＡｌＧａＰよりなる下部電子供給層１００
３、および上部電子供給層１００５にｎ型不純物を添加
した、いわゆる変調ドープ構造をとっており、下部電子
供給層１００３および上部電子供給層１００５とチャネ
ル層１００４とのヘテロ界面に２次元電子ガスが蓄積さ
れ、これがトランジスタの電流輸送を担う。
ｎＧａＰよりなるチャネル層１００４よりも電子親和力
の小さいＩｎＡｌＧａＰよりなる下部電子供給層１００
３、および上部電子供給層１００５にｎ型不純物を添加
した、いわゆる変調ドープ構造をとっており、下部電子
供給層１００３および上部電子供給層１００５とチャネ
ル層１００４とのヘテロ界面に２次元電子ガスが蓄積さ
れ、これがトランジスタの電流輸送を担う。
【００６０】また、本実施形態では、自然超格子の形成
されている上部電子供給層１００５の自発分極効果によ
り、自然超格子の形成されていないチャネル層１００４
とのヘテロ界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せ
られるように自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されるこ
とから、自然超格子を制御しないで作製した電界効果ト
ランジスタと比べて、チャネル層１００４内の２次元電
子ガス濃度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界
効果トランジスタの作製が可能となる。
されている上部電子供給層１００５の自発分極効果によ
り、自然超格子の形成されていないチャネル層１００４
とのヘテロ界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せ
られるように自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されるこ
とから、自然超格子を制御しないで作製した電界効果ト
ランジスタと比べて、チャネル層１００４内の２次元電
子ガス濃度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界
効果トランジスタの作製が可能となる。
【００６１】また、本実施の形態においては、チャネル
層１００４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いるこ
とを特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチ
ャネル層１００４内を走行する電子の速度が高くなるこ
とから、相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果も
ある。さらに、本実施形態では、チャネル層１００４の
上下両方のヘテロ界面に２次元電子ガスを蓄積させてい
るため、第３の実施形態と比べてドレイン電流密度を高
くでき、高い出力が得られるという効果もある。
層１００４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いるこ
とを特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチ
ャネル層１００４内を走行する電子の速度が高くなるこ
とから、相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果も
ある。さらに、本実施形態では、チャネル層１００４の
上下両方のヘテロ界面に２次元電子ガスを蓄積させてい
るため、第３の実施形態と比べてドレイン電流密度を高
くでき、高い出力が得られるという効果もある。
【００６２】以下、図１１を参照して本実施形態の電界
効果トランジスタの具体的な構造及び製造方法について
説明する。
効果トランジスタの具体的な構造及び製造方法について
説明する。
【００６３】まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１０１上
に、ＩｎＡｌＧａＰバッファ層１１０２、Ｓｉを８×１
０１８ｃｍ−３添加したｎ型ＩｎＡｌＧａＰ下部電子供
給層１１０３を１２ｎｍの厚さに、自然超格子が形成さ
れておらず、かつ不純物を添加しないＩｎＧａＰチャネ
ル層１１０４を１５ｎｍの厚さに、自然超格子が形成さ
れており、かつＳｉを８×１０１７ｃｍ−３添加したｎ
型ＩｎＡｌＧａＰ上部電子供給層１１０５を厚さ１５ｎ
ｍに、ＩｎＡｌＧａＰショットキー層１１０６を厚さ１
５ｎｍに、Ｓｉを３×１０１８ｃｍ−３添加したＧａＡ
ｓコンタクト層１１０７を順次エピタキシャル成長する
（図１１（ａ）参照）。
に、ＩｎＡｌＧａＰバッファ層１１０２、Ｓｉを８×１
０１８ｃｍ−３添加したｎ型ＩｎＡｌＧａＰ下部電子供
給層１１０３を１２ｎｍの厚さに、自然超格子が形成さ
れておらず、かつ不純物を添加しないＩｎＧａＰチャネ
ル層１１０４を１５ｎｍの厚さに、自然超格子が形成さ
れており、かつＳｉを８×１０１７ｃｍ−３添加したｎ
型ＩｎＡｌＧａＰ上部電子供給層１１０５を厚さ１５ｎ
ｍに、ＩｎＡｌＧａＰショットキー層１１０６を厚さ１
５ｎｍに、Ｓｉを３×１０１８ｃｍ−３添加したＧａＡ
ｓコンタクト層１１０７を順次エピタキシャル成長する
（図１１（ａ）参照）。
【００６４】図１１（ａ）の構造を得るための半導体結
晶成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭ
ＯＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒ
ｒとし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
ｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族
原料ガスとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィ
ン（ＰＨ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えば
ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然
超格子形成の制御は成長温度を変化させることにより行
い、チャネル層１１０４は５６０℃で、上部電子供給層
１１０５は６６０℃で成長を行った。成長温度はこの値
に限定されるものではなく、自然超格子を形成させる条
件として６３０℃〜７００℃、自然超格子を破壊させる
条件として５３０℃〜６００℃の範囲で成長を行うこと
により、本発明の効果を得ることができる。
晶成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭ
ＯＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒ
ｒとし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
ｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族
原料ガスとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィ
ン（ＰＨ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えば
ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然
超格子形成の制御は成長温度を変化させることにより行
い、チャネル層１１０４は５６０℃で、上部電子供給層
１１０５は６６０℃で成長を行った。成長温度はこの値
に限定されるものではなく、自然超格子を形成させる条
件として６３０℃〜７００℃、自然超格子を破壊させる
条件として５３０℃〜６００℃の範囲で成長を行うこと
により、本発明の効果を得ることができる。
【００６５】本実施形態は、不純物を添加しないＩｎＧ
ａＰよりなるチャネル層１１０４よりも電子親和力の小
さいＩｎＡｌＧａＰよりなる下部電子供給層１１０３お
よび上部電子供給層１１０５にｎ型不純物を添加した、
いわゆる変調ドープ構造をとっており、下部電子供給層
１１０３および上部電子供給層１１０５とチャネル層１
１０４とのヘテロ界面のチャネル層１１０４側には２次
元電子ガスが蓄積され、これがトランジスタの電流輸送
を担う。下部電子供給層１１０３の材料は、ＩｎＧａＰ
チャネル層１１０４よりも電子親和力が小さければよい
ので、例えばＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡ
ｓなどを用いることができる。上部電子供給層１１０５
の材料は、自然超格子を形成することができ、かつＩｎ
ＧａＰチャネル層１１０４よりも電子親和力の小さい材
料であればよいので、例えばＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌ
Ｐなどを用いることができる。また、本実施形態では下
部電子供給１１０３および上部電子供給層１１０５への
不純物添加濃度を層全体で一様としたが、不純物添加濃
度は一様でなくてもよいし、層の一部に不純物を添加し
ない領域があってもよい。
ａＰよりなるチャネル層１１０４よりも電子親和力の小
さいＩｎＡｌＧａＰよりなる下部電子供給層１１０３お
よび上部電子供給層１１０５にｎ型不純物を添加した、
いわゆる変調ドープ構造をとっており、下部電子供給層
１１０３および上部電子供給層１１０５とチャネル層１
１０４とのヘテロ界面のチャネル層１１０４側には２次
元電子ガスが蓄積され、これがトランジスタの電流輸送
を担う。下部電子供給層１１０３の材料は、ＩｎＧａＰ
チャネル層１１０４よりも電子親和力が小さければよい
ので、例えばＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡ
ｓなどを用いることができる。上部電子供給層１１０５
の材料は、自然超格子を形成することができ、かつＩｎ
ＧａＰチャネル層１１０４よりも電子親和力の小さい材
料であればよいので、例えばＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌ
Ｐなどを用いることができる。また、本実施形態では下
部電子供給１１０３および上部電子供給層１１０５への
不純物添加濃度を層全体で一様としたが、不純物添加濃
度は一様でなくてもよいし、層の一部に不純物を添加し
ない領域があってもよい。
【００６６】本実施形態では、自然超格子の形成されて
いる上部電子供給層１１０５の自発分極効果により、自
然超格子の形成されていないチャネル層１１０４とのヘ
テロ界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられる
ように自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることか
ら、自然超格子形成を制御しないで作製した電界効果ト
ランジスタと比べてチャネル層１１０４内の２次元電子
ガス濃度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界効
果トランジスタの作製が可能となる。
いる上部電子供給層１１０５の自発分極効果により、自
然超格子の形成されていないチャネル層１１０４とのヘ
テロ界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられる
ように自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることか
ら、自然超格子形成を制御しないで作製した電界効果ト
ランジスタと比べてチャネル層１１０４内の２次元電子
ガス濃度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界効
果トランジスタの作製が可能となる。
【００６７】また、本実施の形態においては、チャネル
層１１０４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いるこ
とを特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチ
ャネル層１１０４内を走行する電子の速度が高くなるこ
とから、相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果も
ある。さらに、本実施形態では、チャネル層１１０４の
上下両方のヘテロ界面に２次元電子ガスを蓄積させてい
るため、第３の実施形態と比べて電流密度を高くでき、
高い出力が得られるという効果もある。
層１１０４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いるこ
とを特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチ
ャネル層１１０４内を走行する電子の速度が高くなるこ
とから、相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果も
ある。さらに、本実施形態では、チャネル層１１０４の
上下両方のヘテロ界面に２次元電子ガスを蓄積させてい
るため、第３の実施形態と比べて電流密度を高くでき、
高い出力が得られるという効果もある。
【００６８】上部電子供給層１１０５の厚さと不純物添
加濃度は上述の値に限定されるものではないが、不純物
添加濃度を１×１０１８ｃｍ−３以上に増やすと自然超
格子が破壊されてしまい、本発明の効果が得られなくな
るため、上部電子供給層１１０５の不純物添加濃度は１
×１０１８ｃｍ−３以下に制御される必要がある。しか
しながら、チャネル層１１０４内の２次元電子ガス濃度
を高め、より大きなドレイン電流密度を得るためには、
上部供給層１１０５への不純物添加濃度は高い方が望ま
しい。以上のことから、上部供給層１１０５への不純物
添加濃度は５×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ
−３の範囲内に制御されるのが好ましい。
加濃度は上述の値に限定されるものではないが、不純物
添加濃度を１×１０１８ｃｍ−３以上に増やすと自然超
格子が破壊されてしまい、本発明の効果が得られなくな
るため、上部電子供給層１１０５の不純物添加濃度は１
×１０１８ｃｍ−３以下に制御される必要がある。しか
しながら、チャネル層１１０４内の２次元電子ガス濃度
を高め、より大きなドレイン電流密度を得るためには、
上部供給層１１０５への不純物添加濃度は高い方が望ま
しい。以上のことから、上部供給層１１０５への不純物
添加濃度は５×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１８ｃｍ
−３の範囲内に制御されるのが好ましい。
【００６９】ショットキー層１１０６はＩｎＡｌＧａＰ
に限定されず、チャネル層１１０４と同じもしくはより
大きなバンドギャップを有する材料であれば、本発明に
よる高耐圧・高出力電界効果トランジスタを作製するこ
とができることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａ
Ｐ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓもしくはこれらの積層体
などを用いることができる。
に限定されず、チャネル層１１０４と同じもしくはより
大きなバンドギャップを有する材料であれば、本発明に
よる高耐圧・高出力電界効果トランジスタを作製するこ
とができることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａ
Ｐ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓもしくはこれらの積層体
などを用いることができる。
【００７０】エピタキシャル成長後には、従来より用い
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層１１０７の一部をエッチ
ングにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａ
ｕからなるゲート電極１１１０をショットキー層１１０
６上に形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕから
なるソース電極１１０８およびドレイン電極１１０９を
コンタクト層１１０７上に形成する工程などにより電界
効果トランジスタが完成する（図１１（ｂ）参照）。
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層１１０７の一部をエッチ
ングにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａ
ｕからなるゲート電極１１１０をショットキー層１１０
６上に形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕから
なるソース電極１１０８およびドレイン電極１１０９を
コンタクト層１１０７上に形成する工程などにより電界
効果トランジスタが完成する（図１１（ｂ）参照）。
【００７１】本実施形態により作製した電界効果トラン
ジスタは、第１の実施形態で作製した電界効果トランジ
スタに比べて相互コンダクタンスが約３０％向上し、第
３の実施形態で作製した電界効果トランジスタに比べて
最大ドレイン電流密度が約２０％増大した。
ジスタは、第１の実施形態で作製した電界効果トランジ
スタに比べて相互コンダクタンスが約３０％向上し、第
３の実施形態で作製した電界効果トランジスタに比べて
最大ドレイン電流密度が約２０％増大した。
【００７２】［実施の形態５］次に、本発明の第５の実
施の形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法
ついて、図１２及び図１３を参照して説明する。
施の形態に係る電界効果トランジスタ及びその製造方法
ついて、図１２及び図１３を参照して説明する。
【００７３】図１２は本実施形態による電界効果トラン
ジスタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基
板１２０１上には、バッファ層１２０２、ｎ型ＩｎＡｌ
ＧａＰからなる下部電子供給層１２０３、自然超格子が
形成されておらず、かつ不純物添加を行わないＩｎＧａ
Ｐからなるチャネル層１２０４、自然超格子が形成され
たＩｎＡｌＧａＰよりなるスペーサ層１２０５、ｎ型Ｉ
ｎＡｌＧａＰよりなる上部電子供給層１２０６、ショッ
トキー層１２０７、コンタクト層１２０８が順次積層さ
れている。コンタクト層１２０８上にはコンタクト層１
２０８とオーミック接触するソース電極１２０９および
ドレイン電極１２１０が形成されている。ソース電極１
２０９とドレイン電極１２１０との間のショットキー層
１２０７上には、ショットキー層１２０７とショットキ
ー接触するゲート電極１２１１が形成されている。高い
耐圧を有する電界効果トランジスタを構成するために、
バッファ層１２０２の材料としては、下部電子供給層１
２０３と同じかより大きなバンドギャップを有する高抵
抗な材料が望ましく、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、Ａ
ｌＧａＡｓあるいはこれらの積層体などを用いることが
できる。
ジスタの概略を示す断面図である。半絶縁性ＧａＡｓ基
板１２０１上には、バッファ層１２０２、ｎ型ＩｎＡｌ
ＧａＰからなる下部電子供給層１２０３、自然超格子が
形成されておらず、かつ不純物添加を行わないＩｎＧａ
Ｐからなるチャネル層１２０４、自然超格子が形成され
たＩｎＡｌＧａＰよりなるスペーサ層１２０５、ｎ型Ｉ
ｎＡｌＧａＰよりなる上部電子供給層１２０６、ショッ
トキー層１２０７、コンタクト層１２０８が順次積層さ
れている。コンタクト層１２０８上にはコンタクト層１
２０８とオーミック接触するソース電極１２０９および
ドレイン電極１２１０が形成されている。ソース電極１
２０９とドレイン電極１２１０との間のショットキー層
１２０７上には、ショットキー層１２０７とショットキ
ー接触するゲート電極１２１１が形成されている。高い
耐圧を有する電界効果トランジスタを構成するために、
バッファ層１２０２の材料としては、下部電子供給層１
２０３と同じかより大きなバンドギャップを有する高抵
抗な材料が望ましく、ＩｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、Ａ
ｌＧａＡｓあるいはこれらの積層体などを用いることが
できる。
【００７４】本実施の形態では、不純物を添加しないＩ
ｎＧａＰよりなるチャネル層１２０４よりも電子親和力
の小さいＩｎＡｌＧａＰよりなる下部電子供給層１２０
３、および上部電子供給層１２０６にｎ型不純物を添加
した、いわゆる変調ドープ構造をとっており、下部電子
供給層１２０３およびスペーサ層１２０５とチャネル層
１２０４とのヘテロ界面に２次元電子ガスが蓄積され、
これがトランジスタの電流輸送を担う。
ｎＧａＰよりなるチャネル層１２０４よりも電子親和力
の小さいＩｎＡｌＧａＰよりなる下部電子供給層１２０
３、および上部電子供給層１２０６にｎ型不純物を添加
した、いわゆる変調ドープ構造をとっており、下部電子
供給層１２０３およびスペーサ層１２０５とチャネル層
１２０４とのヘテロ界面に２次元電子ガスが蓄積され、
これがトランジスタの電流輸送を担う。
【００７５】また、本実施形態では、自然超格子の形成
されているスペーサ層１２０５の自発分極効果により、
自然超格子の形成されていないチャネル層１２０４との
ヘテロ界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられ
るように自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることか
ら、自然超格子を制御しないで作製した電界効果トラン
ジスタと比べて、チャネル層１２０４内の２次元電子ガ
ス濃度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界効果
トランジスタの作製が可能となる。
されているスペーサ層１２０５の自発分極効果により、
自然超格子の形成されていないチャネル層１２０４との
ヘテロ界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられ
るように自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることか
ら、自然超格子を制御しないで作製した電界効果トラン
ジスタと比べて、チャネル層１２０４内の２次元電子ガ
ス濃度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界効果
トランジスタの作製が可能となる。
【００７６】また、本実施の形態においては、チャネル
層１２０４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いるこ
とを特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチ
ャネル層１２０４内を走行する電子の速度が高くなるこ
とから、相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果も
ある。さらに、本実施形態では、自然超格子が形成さ
れ、自発分極効果でチャネル層１２０４内にキャリアを
誘起する層（スペーサ層１２０５）と、変調ドープ構造
によりチャネル層１２０４内にキャリアを供給する層
（上部電子供給層１２０６）を別々にわけたことによ
り、第４の実施形態と比べて上部電子供給層１２０６へ
の不純物添加濃度の上限を広げることができることか
ら、第４の実施形態よりもドレイン電流密度を高くで
き、高い出力が得られるという効果がある。
層１２０４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いるこ
とを特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチ
ャネル層１２０４内を走行する電子の速度が高くなるこ
とから、相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果も
ある。さらに、本実施形態では、自然超格子が形成さ
れ、自発分極効果でチャネル層１２０４内にキャリアを
誘起する層（スペーサ層１２０５）と、変調ドープ構造
によりチャネル層１２０４内にキャリアを供給する層
（上部電子供給層１２０６）を別々にわけたことによ
り、第４の実施形態と比べて上部電子供給層１２０６へ
の不純物添加濃度の上限を広げることができることか
ら、第４の実施形態よりもドレイン電流密度を高くで
き、高い出力が得られるという効果がある。
【００７７】以下、図１３を参照して本実施形態の電界
効果トランジスタの具体的な構造及び製造方法について
説明する。
効果トランジスタの具体的な構造及び製造方法について
説明する。
【００７８】まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１３０１上
に、ＩｎＡｌＧａＰバッファ層１３０２、Ｓｉを３×１
０１８ｃｍ−３添加したｎ型ＩｎＡｌＧａＰ下部電子供
給層１３０３を１２ｎｍの厚さに、自然超格子が形成さ
れておらず、かつ不純物を添加しないＩｎＧａＰチャネ
ル層１３０４を１５ｎｍの厚さに、自然超格子が形成さ
れているＩｎＡｌＧａＰスペーサ層１３０５を厚さ２ｎ
ｍに、Ｓｉを６×１０１ ８ｃｍ−３添加したｎ型ＩｎＡ
ｌＧａＰ上部電子供給層１３０６を厚さ１５ｎｍに、Ｉ
ｎＡｌＧａＰショットキー層１３０７を厚さ１５ｎｍ
に、Ｓｉを３×１０ １８ｃｍ−３添加したＧａＡｓコン
タクト層１３０８を順次エピタキシャル成長する（図１
３（ａ）参照）。
に、ＩｎＡｌＧａＰバッファ層１３０２、Ｓｉを３×１
０１８ｃｍ−３添加したｎ型ＩｎＡｌＧａＰ下部電子供
給層１３０３を１２ｎｍの厚さに、自然超格子が形成さ
れておらず、かつ不純物を添加しないＩｎＧａＰチャネ
ル層１３０４を１５ｎｍの厚さに、自然超格子が形成さ
れているＩｎＡｌＧａＰスペーサ層１３０５を厚さ２ｎ
ｍに、Ｓｉを６×１０１ ８ｃｍ−３添加したｎ型ＩｎＡ
ｌＧａＰ上部電子供給層１３０６を厚さ１５ｎｍに、Ｉ
ｎＡｌＧａＰショットキー層１３０７を厚さ１５ｎｍ
に、Ｓｉを３×１０ １８ｃｍ−３添加したＧａＡｓコン
タクト層１３０８を順次エピタキシャル成長する（図１
３（ａ）参照）。
【００７９】図１３（ａ）の構造を得るための半導体結
晶成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭ
ＯＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒ
ｒとし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
ｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族
原料ガスとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィ
ン（ＰＨ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えば
ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然
超格子形成の制御は成長温度を変化させることにより行
い、チャネル層１３０４は５６０℃で、スペーサ層１３
０５は６６０℃で成長を行った。成長温度はこの値に限
定されるものではなく、自然超格子を形成させる条件と
して６３０℃〜７００℃、自然超格子を破壊させる条件
として５３０℃〜６００℃の範囲で成長を行うことによ
り、本発明の効果を得ることができる。
晶成長には、例えば横型でサセプタ回転機構を有するＭ
ＯＶＰＥ装置を使用する。成長圧力は例えば５０Ｔｏｒ
ｒとし、III族原料ガスとして例えばトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ
ｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｖ族
原料ガスとして例えばアルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィ
ン（ＰＨ３）を用い、ドーパント原料ガスとして例えば
ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。本実施形態では自然
超格子形成の制御は成長温度を変化させることにより行
い、チャネル層１３０４は５６０℃で、スペーサ層１３
０５は６６０℃で成長を行った。成長温度はこの値に限
定されるものではなく、自然超格子を形成させる条件と
して６３０℃〜７００℃、自然超格子を破壊させる条件
として５３０℃〜６００℃の範囲で成長を行うことによ
り、本発明の効果を得ることができる。
【００８０】本実施形態は、不純物を添加しないＩｎＧ
ａＰよりなるチャネル層１３０４よりも電子親和力の小
さいＩｎＡｌＧａＰよりなる下部電子供給層１３０３お
よび上部電子供給層１３０６にｎ型不純物を添加した、
いわゆる変調ドープ構造をとっており、下部電子供給層
１３０３およびスペーサ層１３０５とチャネル層１３０
４とのヘテロ界面のチャネル層１３０４側には２次元電
子ガスが蓄積され、これがトランジスタの電流輸送を担
う。下部電子供給層１３０３および上部電子供給層１３
０６の材料は、ＩｎＧａＰチャネル層１３０４よりも電
子親和力が小さければよいので、例えばＩｎＡｌＧａ
Ｐ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓなどを用いることができ
る。スペーサ層１３０５の材料は、自然超格子を形成す
ることができ、かつＩｎＧａＰチャネル層１３０４より
も電子親和力が小さければよいので、例えばＩｎＡｌＧ
ａＰ、ＩｎＡｌＰなどを用いることができる。また、本
実施形態では下部電子供給１３０３および上部電子供給
層１３０６への不純物添加濃度を層全体で一様とした
が、不純物添加濃度は一様でなくてもよいし、層の一部
に不純物を添加しない領域があってもよい。
ａＰよりなるチャネル層１３０４よりも電子親和力の小
さいＩｎＡｌＧａＰよりなる下部電子供給層１３０３お
よび上部電子供給層１３０６にｎ型不純物を添加した、
いわゆる変調ドープ構造をとっており、下部電子供給層
１３０３およびスペーサ層１３０５とチャネル層１３０
４とのヘテロ界面のチャネル層１３０４側には２次元電
子ガスが蓄積され、これがトランジスタの電流輸送を担
う。下部電子供給層１３０３および上部電子供給層１３
０６の材料は、ＩｎＧａＰチャネル層１３０４よりも電
子親和力が小さければよいので、例えばＩｎＡｌＧａ
Ｐ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓなどを用いることができ
る。スペーサ層１３０５の材料は、自然超格子を形成す
ることができ、かつＩｎＧａＰチャネル層１３０４より
も電子親和力が小さければよいので、例えばＩｎＡｌＧ
ａＰ、ＩｎＡｌＰなどを用いることができる。また、本
実施形態では下部電子供給１３０３および上部電子供給
層１３０６への不純物添加濃度を層全体で一様とした
が、不純物添加濃度は一様でなくてもよいし、層の一部
に不純物を添加しない領域があってもよい。
【００８１】本実施形態では、自然超格子の形成されて
いるスペーサ層１３０５の自発分極効果により、自然超
格子の形成されていないチャネル層１３０４とのヘテロ
界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるよう
に自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、自
然超格子形成を制御しないで作製した電界効果トランジ
スタと比べてチャネル層１３０４内の２次元電子ガス濃
度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界効果トラ
ンジスタの作製が可能となる。
いるスペーサ層１３０５の自発分極効果により、自然超
格子の形成されていないチャネル層１３０４とのヘテロ
界面に正の分極電荷が生じ、これに引き寄せられるよう
に自由電子が前記ヘテロ界面に蓄積されることから、自
然超格子形成を制御しないで作製した電界効果トランジ
スタと比べてチャネル層１３０４内の２次元電子ガス濃
度を高めた高いドレイン電流密度を有する電界効果トラ
ンジスタの作製が可能となる。
【００８２】また、本実施の形態においては、チャネル
層１３０４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いるこ
とを特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチ
ャネル層１３０４内を走行する電子の速度が高くなるこ
とから、相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果も
ある。さらに、本実施形態では、自然超格子が形成さ
れ、自発分極効果でチャネル層１３０４内にキャリアを
誘起する層（スペーサ層１３０５）と、変調ドープ構造
によりチャネル層１３０４内にキャリアを供給する層
（上部電子供給層１３０６）を別々にわけたことによ
り、第４の実施形態と比べて上部電子供給層１３０６へ
の不純物添加濃度の上限を広げることができることか
ら、第４の実施形態よりもドレイン電流密度を高くで
き、高い出力が得られるという効果がある。
層１３０４に不純物を添加しないＩｎＧａＰを用いるこ
とを特徴としているため、第１の実施の形態に比べてチ
ャネル層１３０４内を走行する電子の速度が高くなるこ
とから、相互コンダクタンス（ｇｍ）が高くなる効果も
ある。さらに、本実施形態では、自然超格子が形成さ
れ、自発分極効果でチャネル層１３０４内にキャリアを
誘起する層（スペーサ層１３０５）と、変調ドープ構造
によりチャネル層１３０４内にキャリアを供給する層
（上部電子供給層１３０６）を別々にわけたことによ
り、第４の実施形態と比べて上部電子供給層１３０６へ
の不純物添加濃度の上限を広げることができることか
ら、第４の実施形態よりもドレイン電流密度を高くで
き、高い出力が得られるという効果がある。
【００８３】具体的には第４の実施形態では上部電子供
給層１２０５が自然超格子を形成する層であったため
に、上部電子供給層１２０５への不純物添加濃度は１×
１０１ ８ｃｍ−３以下に制御される必要があったが、本
実施形態では上部電子供給層１３０６は自然超格子を形
成していなくてもよいので、不純物添加濃度に関して自
然超格子形成が原因となる上限がない。従って、上部電
子供給層１３０６への不純物添加濃度を高めることによ
り、第４の実施形態と比べてチャネル層１３０４内の２
次元電子ガス濃度を高めることができ、その結果高いド
レイン電流密度が得られるという効果がある。ただし、
高い出力をためには高いドレイン電流密度と高い耐圧の
両立が必要であり、高い耐圧を得る観点から、上部供給
層１３０６への不純物添加濃度は５×１０１７ｃｍ−３
〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲内に制御されるのが好ま
しい。
給層１２０５が自然超格子を形成する層であったため
に、上部電子供給層１２０５への不純物添加濃度は１×
１０１ ８ｃｍ−３以下に制御される必要があったが、本
実施形態では上部電子供給層１３０６は自然超格子を形
成していなくてもよいので、不純物添加濃度に関して自
然超格子形成が原因となる上限がない。従って、上部電
子供給層１３０６への不純物添加濃度を高めることによ
り、第４の実施形態と比べてチャネル層１３０４内の２
次元電子ガス濃度を高めることができ、その結果高いド
レイン電流密度が得られるという効果がある。ただし、
高い出力をためには高いドレイン電流密度と高い耐圧の
両立が必要であり、高い耐圧を得る観点から、上部供給
層１３０６への不純物添加濃度は５×１０１７ｃｍ−３
〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲内に制御されるのが好ま
しい。
【００８４】ショットキー層１３０７はＩｎＡｌＧａＰ
に限定されず、チャネル層１３０４と同じもしくはより
大きなバンドギャップを有する材料であれば、本発明に
よる高耐圧・高出力電界効果トランジスタを作製するこ
とができることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａ
Ｐ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓもしくはこれらの積層体
などを用いることができる。
に限定されず、チャネル層１３０４と同じもしくはより
大きなバンドギャップを有する材料であれば、本発明に
よる高耐圧・高出力電界効果トランジスタを作製するこ
とができることから、例えばＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＧａ
Ｐ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓもしくはこれらの積層体
などを用いることができる。
【００８５】エピタキシャル成長後には、従来より用い
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層１３０８の一部をエッチ
ングにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａ
ｕからなるゲート電極１３１１をショットキー層１３０
７上に形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕから
なるソース電極１３０９およびドレイン電極１３１０を
コンタクト層１３０８上に形成する工程などにより電界
効果トランジスタが完成する（図１３（ｂ）参照）。
られている電極形成プロセスを用いて電界効果トランジ
スタを作製する。コンタクト層１３０８の一部をエッチ
ングにより除去するリセス形成工程、例えばＷＳｉ／Ａ
ｕからなるゲート電極１３１１をショットキー層１３０
７上に形成する工程、例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕから
なるソース電極１３０９およびドレイン電極１３１０を
コンタクト層１３０８上に形成する工程などにより電界
効果トランジスタが完成する（図１３（ｂ）参照）。
【００８６】本実施形態により作製した電界効果トラン
ジスタは、第４の実施形態で作製した電界効果トランジ
スタに比べて最大ドレイン電流密度が約１５％増大し
た。
ジスタは、第４の実施形態で作製した電界効果トランジ
スタに比べて最大ドレイン電流密度が約１５％増大し
た。
【００８７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電界効果
トランジスタ及びその製造方法によれば、ＧａＡｓ基板
上に形成されたＩｎＧａＰからなるチャネル層を有する
電界効果トランジスタにおいて、前記チャネル層を、自
然超格子が破壊されてIII族原子層面内における２種類
以上の原子の配列が不規則となっている第１の半導体層
と、前記第１の半導体層上にエピタキシャル成長され、
III族原子層面内における２種類以上の原子の配列が規
則的で自然超格子を形成している第２の半導体層のいず
れか一方もしくは両方で構成することによって、高いド
レイン電流と高い耐圧を両立して、良好な高出力特性を
得ることが可能となる。
トランジスタ及びその製造方法によれば、ＧａＡｓ基板
上に形成されたＩｎＧａＰからなるチャネル層を有する
電界効果トランジスタにおいて、前記チャネル層を、自
然超格子が破壊されてIII族原子層面内における２種類
以上の原子の配列が不規則となっている第１の半導体層
と、前記第１の半導体層上にエピタキシャル成長され、
III族原子層面内における２種類以上の原子の配列が規
則的で自然超格子を形成している第２の半導体層のいず
れか一方もしくは両方で構成することによって、高いド
レイン電流と高い耐圧を両立して、良好な高出力特性を
得ることが可能となる。
【図１】自然超格子の形成されたＩｎＧａＰの原子配列
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図２】第１の実施形態に係る電界効果トランジスタの
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る電界効果トランジスタの
製造方法を示す工程断面図である。
製造方法を示す工程断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る電界効果トランジスタの
特性を説明するための図である。
特性を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態に係る電界効果トランジスタの
特性を説明するための図である。
特性を説明するための図である。
【図６】第２の実施形態に係る電界効果トランジスタの
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る電界効果トランジスタの
製造方法を示す工程断面図である。
製造方法を示す工程断面図である。
【図８】第３の実施形態に係る電界効果トランジスタの
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態に係る電界効果トランジスタの
製造方法を示す工程断面図である。
製造方法を示す工程断面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る電界効果トランジスタ
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る電界効果トランジスタ
の製造方法を示す工程断面図である。
の製造方法を示す工程断面図である。
【図１２】第５の実施形態に係る電界効果トランジスタ
の構造を示す断面図である。
の構造を示す断面図である。
【図１３】第５の実施形態に係る電界効果トランジスタ
の製造方法を示す工程断面図である。
の製造方法を示す工程断面図である。
２０１、３０１、６０１、７０１ 半絶縁性ＧａＡｓ基
板 ２０２、３０２、６０２、７０２ バッファ層 ２０３、３０３、６０３、７０３ ｎ型ＩｎＧａＰチャ
ネル層 ２０４、３０４、６０５、７０５ ショットキー層 ２０５、３０５、６０６、７０６ コンタクト層 ２０６、３０６、６０７，７０７ ソース電極 ２０７、３０７、６０８，７０８ ドレイン電極 ２０８、３０８、６０９，７０９ ゲート電極 ６０４、７０４ バリア層 ８０１、９０１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ８０２、９０２ バッファ層 ８０３、９０３ ｎ型ＩｎＡｌＧａＰ電子供給層 ８０４、９０４ ノンドープＩｎＧａＰチャネル層 ８０５、９０５ ショットキー層 ８０６、９０６ コンタクト層 ８０７、９０７ ソース電極 ８０８、９０８ ドレイン電極 ８０９、９０９ ゲート電極 １００１、１１０１、１２０１、１３０１ 半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板 １００２、１１０２、１２０２、１３０２ バッファ層 １００３、１１０３、１２０３、１２０３ ｎ型ＩｎＡ
ｌＧａＰ下部電子供給層 １００４、１１０４、１２０４、１２０４ ノンドープ
ＩｎＧａＰチャネル層 １００５、１１０５、１２０６、１３０６ ｎ型ＩｎＡ
ｌＧａＰ上部電子供給層 １００６、１１０６、１２０７、１３０７ ショットキ
ー層 １００７、１１０７、１２０８、１３０８ コンタクト
層 １００８、１１０８、１２０９、１３０９ ソース電極 １００９、１１０９、１２１０、１３１０ ドレイン電
極 １０１０、１１１０、１２１１、１３１１ ゲート電極 １２０５、１３０５ スペーサ層
板 ２０２、３０２、６０２、７０２ バッファ層 ２０３、３０３、６０３、７０３ ｎ型ＩｎＧａＰチャ
ネル層 ２０４、３０４、６０５、７０５ ショットキー層 ２０５、３０５、６０６、７０６ コンタクト層 ２０６、３０６、６０７，７０７ ソース電極 ２０７、３０７、６０８，７０８ ドレイン電極 ２０８、３０８、６０９，７０９ ゲート電極 ６０４、７０４ バリア層 ８０１、９０１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ８０２、９０２ バッファ層 ８０３、９０３ ｎ型ＩｎＡｌＧａＰ電子供給層 ８０４、９０４ ノンドープＩｎＧａＰチャネル層 ８０５、９０５ ショットキー層 ８０６、９０６ コンタクト層 ８０７、９０７ ソース電極 ８０８、９０８ ドレイン電極 ８０９、９０９ ゲート電極 １００１、１１０１、１２０１、１３０１ 半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板 １００２、１１０２、１２０２、１３０２ バッファ層 １００３、１１０３、１２０３、１２０３ ｎ型ＩｎＡ
ｌＧａＰ下部電子供給層 １００４、１１０４、１２０４、１２０４ ノンドープ
ＩｎＧａＰチャネル層 １００５、１１０５、１２０６、１３０６ ｎ型ＩｎＡ
ｌＧａＰ上部電子供給層 １００６、１１０６、１２０７、１３０７ ショットキ
ー層 １００７、１１０７、１２０８、１３０８ コンタクト
層 １００８、１１０８、１２０９、１３０９ ソース電極 １００９、１１０９、１２１０、１３１０ ドレイン電
極 １０１０、１１１０、１２１１、１３１１ ゲート電極 １２０５、１３０５ スペーサ層
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フロントページの続き
(72)発明者 松永 高治
東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株
式会社内
(72)発明者 ＣＯＮＴＲＡＴＡ
東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株
式会社内
(72)発明者 葛原 正明
東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株
式会社内
Ｆターム(参考） 5F102 FA01 GB01 GC01 GD01 GJ05
GK04 GL04 GM04 GM08 GQ02
GQ03 GR04 GS04 HC01
Claims (19)
- 【請求項１】半導体基板上に、少なくともＩｎＧａＰ層
がエピタキシャル成長された半導体結晶を備え、該半導
体結晶上に、ソース／ドレイン電極およびゲート電極が
離間して形成され、前記ＩｎＧａＰ層の一部または全部
がチャネル層として機能する電界効果トランジスタにお
いて、 前記ＩｎＧａＰ層と該ＩｎＧａＰ層の上層又は下層に隣
接する層とが、自然超格子が破壊されてIII族原子層面
内における２種類以上の原子の配列が不規則となってい
る第１の半導体層と、前記第１の半導体層上にエピタキ
シャル成長され、III族原子層面内における２種類以上
の原子の配列が規則的で自然超格子を形成している第２
の半導体層との組み合わせで構成されることを特徴とす
る電界効果トランジスタ。 - 【請求項２】半導体基板上に、少なくともＩｎＧａＰ層
がエピタキシャル成長された半導体結晶を備え、該半導
体結晶上に、ソース／ドレイン電極およびゲート電極が
離間して形成され、前記ＩｎＧａＰ層の一部または全部
がチャネル層として機能する電界効果トランジスタにお
いて、 前記ＩｎＧａＰ層の下層に隣接する層が、自然超格子が
破壊されてIII族原子層面内における２種類以上の原子
の配列が不規則となっている第１の半導体層からなり、
前記ＩｎＧａＰ層が、前記第１の半導体層上にエピタキ
シャル成長され、III族原子層面内における２種類以上
の原子の配列が規則的で自然超格子を形成している第２
の半導体層からなることを特徴とする電界効果トランジ
スタ。 - 【請求項３】半導体基板上に、少なくともＩｎＧａＰ層
がエピタキシャル成長された半導体結晶を備え、該半導
体結晶上に、ソース／ドレイン電極およびゲート電極が
離間して形成され、前記ＩｎＧａＰ層の一部または全部
がチャネル層として機能する電界効果トランジスタにお
いて、 前記ＩｎＧａＰ層が、自然超格子が破壊されてIII族原
子層面内における２種類以上の原子の配列が不規則とな
っている第１の半導体層からなり、該ＩｎＧａＰ層上
に、エピタキシャル成長され、III族原子層面内におけ
る２種類以上の原子の配列が規則的で自然超格子を形成
している第２の半導体層を有することを特徴とする電界
効果トランジスタ。 - 【請求項４】前記第２の半導体層の自発分極効果によ
り、前記第２の半導体層と前記第１の半導体層との間の
ヘテロ界面に電子が蓄積されることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれか一に記載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項５】前記第１の半導体層が、ＩｎＧａＰ、Ｉｎ
ＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ま
たはこれらの積層体で構成されていることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれか一に記載の電界効果トランジ
スタ。 - 【請求項６】前記第２の半導体層が、ＩｎＧａＰ、Ｉｎ
ＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、またはこれらの積層体で構成
されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
一に記載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項７】前記第２の半導体層に、ｎ型不純物が添加
されていることを特徴とする請求項６記載の電界効果ト
ランジスタ。 - 【請求項８】前記ｎ型不純物濃度が、１×１０１８ｃｍ
−３以下に設定されていることを特徴とする請求項７記
載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項９】前記ＩｎＧａＰ層の下層に、バンドギャッ
プが前記ＩｎＧａＰ層以上の、不純物を添加しないバッ
ファ層を有することを特徴とする請求項１乃至８のいず
れか一に記載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項１０】更に、前記ＩｎＧａＰ層と前記バッファ
層との間に、電子親和力が前記ＩｎＧａＰ層より小さい
下部電子供給層を有することを特徴とする請求項９記載
の電界効果トランジスタ。 - 【請求項１１】前記ＩｎＧａＰ層の上層に、バンドギャ
ップが前記ＩｎＧａＰ層以上のバリア層、又は電子親和
力が前記ＩｎＧａＰ層より小さい上部電子供給層を有す
ることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一に記
載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項１２】更に、前記ＩｎＧａＰ層と前記上部電子
供給層との間に、不純物を添加しないスペーサ層を有す
ることを特徴とする請求項１１記載の電界効果トランジ
スタ。 - 【請求項１３】前記上部電子供給層又は前記下部電子供
給層が、ＩｎＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓ、また
はこれらの積層体で構成されることを特徴とする請求項
１０乃至１２のいずれか一に記載の電界効果トランジス
タ。 - 【請求項１４】前記ゲート電極下層に、バンドギャップ
が前記ＩｎＧａＰ層以上のショットキー層を有すること
を特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一に記載の電
界効果トランジスタ。 - 【請求項１５】前記ショットキー層が、ＩｎＧａＰ、Ｉ
ｎＡｌＧａＰ、ＩｎＡｌＰ、ＡｌＧａＡｓ、またはこれ
らの積層体で構成されることを特徴とする請求項１３記
載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項１６】自然超格子が破壊されてIII族原子層面
内における２種類以上の原子の配列が不規則となってい
る第１の半導体層を形成する工程と、前記不規則配列層
上にエピタキシャル成長され、III族原子層面内におけ
る２種類以上の原子の配列が規則的で自然超格子を形成
している第２の半導体層を形成する工程と、を少なくと
も有すること特徴とする電界効果トランジスタの製造方
法。 - 【請求項１７】前記第１の半導体層と前記第２の半導体
層とを、有機金属気相成長法における成長温度を変えて
連続して形成することを特徴とする請求項１６記載の電
界効果トランジスタの製造方法。 - 【請求項１８】前記第１の半導体層を、５３０℃〜６０
０℃の温度範囲で有機金属気相成長法により成長するこ
とを特徴とする請求項１７記載の電界効果トランジスタ
の製造方法。 - 【請求項１９】前記第２の半導体層を、６３０℃〜７０
０℃の温度範囲で有機金属気相成長法により成長するこ
とを特徴とする請求項１７記載の電界効果トランジスタ
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001252533A JP2003068764A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001252533A JP2003068764A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003068764A true JP2003068764A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=19080990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001252533A Withdrawn JP2003068764A (ja) | 2001-08-23 | 2001-08-23 | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003068764A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6933542B2 (en) * | 2003-02-10 | 2005-08-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Field-effect transistor, and integrated circuit device and switching circuit using the same |
-
2001
- 2001-08-23 JP JP2001252533A patent/JP2003068764A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6933542B2 (en) * | 2003-02-10 | 2005-08-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Field-effect transistor, and integrated circuit device and switching circuit using the same |
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