JPH09213937A - Ｈｅｍｔ素子およびショットキーダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２ＤＥＧの閉じ込め効果が高く、かつ、ミス
フィット転位が発生しても素子の特性が劣化しないＨＥ
ＭＴ素子の提供。 【解決手段】 ＧａＡｓ基板１０の（１００）面に、順
メサ方向に延在した、幅Ｗが１０μｍ、高さＨが１０μ
ｍの凸部１２上側に、チャネル層１８および電子供給層
２０を順次に積層しており、このチャネル層１８の上側
には、凸部１２が延在する順メサ方向に沿って、ソース
電極２４、ゲート電極２６およびドレイン電極２８が順
次に設けられている。ミスフィット転位は、通常、順メ
サ方向に沿って発生し易いので、電流は、ミスフィット
転位の延在する方向と平行に流れることになる。そし
て、チャネル幅は、互いに隣接するミスフィット転位の
発生間隔よりも狭くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、化合物半導体素
子であるＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transisto
r ：高電子移動度トランジスタ）素子およびショットキ
ーダイオード（Schottky diode）に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、雑音特性に優れた高周波素子の一
つとしてＨＥＭＴ素子が知られている。ＨＥＭＴ素子の
構造としては、一般的に、格子定数の近いノンドープ
（またはアンドープ）のＧａＡｓ層とｎ導電型のＡｌＧ
ａＡｓ層とからなるヘテロ構造の層をＧａＡｓ基板等の
下地上に積層したものが知られている。そして、ＨＥＭ
Ｔ素子は、これらヘテロ構造を有する二つの界面に存在
する、電子移動度の高い２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を
チャネルとするため、優れた高周波特性を得ることがで
きる。また、ＨＥＭＴ素子を動作させるにあたっては、
このチャネルに印加するゲート電圧によって、電子密度
を変化させてソース−ドレイン電流を制御している。

【０００３】近年、ＨＥＭＴ素子の特性をさらに向上さ
せるために様々な研究がなされている。例えば、文献：
「沖研究開発、Vol.57,No.3,pp.69-74,1990 」に開示さ
れているように、上述のヘテロ構造を有する二つの層の
界面にＩｎＧａＡｓ層を挿入した構造（Pseudomorphic
HEMT構造：歪層構造）を有するＨＥＭＴ素子が注目され
ている。この構造においては、ＩｎＧａＡｓ層を２ＤＥ
Ｇが走行するため、電子の飽和速度が高くなる。従っ
て、歪層構造は、より高速動作に適した高周波素子構造
となっている。このような歪層構造を有するＨＥＭＴ素
子には、上述したようなノンドープのＧａＡｓ層、電子
走行層（チャネル層とも称する）（ＩｎＧａＡｓ層）、
電子供給層（ＡｌＧａＡｓ層）が順次に積層された構造
の他に、電子走行層の上下に電子供給層を具えた構造で
あるダブル選択ドーピング型のものが知られている。

【０００４】また、ＨＥＭＴ素子と同様に電子移動度の
高い２ＤＥＧをチャネルとする化合物半導体素子とし
て、ショットキーダイオード（ショットキーバリアダイ
オードとも称する）が知られている。ショットキーダイ
オードの構造としては、一般的に、電子走行層（ＩｎＧ
ａＡｓ層）上に設けたｎ導電型のＧａＡｓ系化合物半導
体層上に、オーミック電極およびショットキー電極を設
けたものが知られている。このショットキー電極とｎ導
電型のＧａＡｓ系化合物半導体層との界面がショットキ
ー障壁を有するショットキー接合となっており、ｐｎダ
イオードに良く似た電流−電圧特性を示す。そして、シ
ョットキーダイオードは、ｐｎ接合におけるような少数
キャリアの蓄積効果が無いため、速いスイッチング速度
を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、歪層構
造を有するＨＥＭＴ素子では、上述した文献にも述べら
れているように、電子供給層を構成するｎ導電型のＡｌ
ＧａＡｓ系化合物半導体と、電子走行層を構成するＩｎ
ＧａＡｓとの格子定数が異なる。このため、これらの層
の界面にミスフィット転位（格子欠陥または結晶欠陥と
も称する）が生じ易い。ミスフィット転位が発生する
と、電子伝導度（電子移動度とも称する）が低下して素
子の特性が劣化するおそれがあった。

【０００６】ミスフィット転位の発生を抑制する方法と
して、例えば、電子供給層のＩｎＧａＡｓ層のＩｎの組
成割合を小さく、またＩｎＧａＡｓ層の膜厚を薄くする
ことで、格子不整合によるミスフィット転位の形成エネ
ルギをＩｎＧａＡｓ層の歪みエネルギ以下に保つ方法が
知られている。

【０００７】一方、上述の文献中でさらに述べられてい
るように、量子井戸層として機能するＩｎＧａＡｓ層に
２ＤＥＧを有効に閉じ込めるためには、Ｉｎの組成割合
が高く、また量子井戸幅（層の厚さ）が広い（または厚
い）ことが望ましい。２ＤＥＧの閉じ込め効果が高まる
と、電子移動度が向上し、さらに高速動作に適したＨＥ
ＭＴ素子が実現できる。

【０００８】このため、２ＤＥＧの閉じ込め効果が高
く、かつ、ミスフィット転位が発生しても素子の特性が
劣化しないＨＥＭＴ素子の実現が望まれていた。

【０００９】また、ＨＥＭＴ素子と同様に２ＤＥＧをチ
ャネルとするショットキーダイオードにおいても、量子
井戸層としてのＩｎＧａＡｓ層に２ＤＥＧを有効に閉じ
込めるために、Ｉｎの組成割合を高くし、また量子井戸
層の厚さを厚くすると、ｎ導電型のＡｌＧａＡｓ系化合
物半導体と、電子走行層を構成するＩｎＧａＡｓとの界
面にミスフィット転位が生じ易くなる。

【００１０】このため、２ＤＥＧの閉じ込め効果が高
く、かつ、ミスフィット転位が発生しても素子の特性が
劣化しないショットキーダイオードの実現が望まれてい
た。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

（第１の発明）この出願にかかる第１の発明のＨＥＭＴ
素子によれば、ＧａＡｓ基板上に、電子供給層と、当該
電子供給層と互いに積層関係にあるチャネル層としての
ＩｎＧａＡｓ層とを具え、この当該ＩｎＧａＡｓ層の上
側に、ソース電極、ゲート電極およびドレイン電極を具
えたＨＥＭＴ素子において、ＩｎＧａＡｓ層を、少なく
とも電子供給層とこのＩｎＧａＡｓ層との界面にミスフ
ィット転位が発生する厚さとしてあり、界面に生じてい
るミスフィット転位の延在方向に沿ってソース電極、ゲ
ート電極およびドレイン電極を配置したＨＥＭＴ素子で
あって、チャネル幅が、互いに隣接するミスフィット転
位の発生間隔よりも狭いことを特徴とする。

【００１２】また、第１の発明のＨＥＭＴ素子におい
て、このＨＥＭＴ素子を、電子供給層が電子走行層の上
に積層された順構造選択ドープ型とし、ソース電極およ
びゲート電極およびドレイン電極が、順メサ方向に沿っ
て配置されていると良い。

【００１３】また、第１の発明のＨＥＭＴ素子におい
て、このＨＥＭＴ素子を、電子走行層が供給層の上に積
層された逆構造選択ドープ型とし、ソース電極およびゲ
ート電極およびドレイン電極が、逆メサ方向に沿って配
置されていると良い。

【００１４】また、第１の発明のＨＥＭＴ素子におい
て、このＨＥＭＴ素子を、電子走行層が電子供給層の上
下に積層されたダブル選択ドープ型とし、ソース電極お
よびゲート電極およびドレイン電極が、逆メサ方向に沿
って配置されていると良い。

【００１５】（第２の発明）また、この出願にかかる第
２の発明のショットキーダイオードによれば、ＧａＡｓ
基板上に、電子供給層と、当該電子供給層と互いに積層
関係にあるチャネル層としてのＩｎＧａＡｓ層とを具
え、このＩｎＧａＡｓ層の上側に、オーミック電極およ
びショットキー電極をそれぞれ配置したショットキーダ
イオードにおいて、チャネル層を、少なくとも電子供給
層とこの電子走行層との界面にミスフィット転位が発生
する厚さとしてあり、界面に生じているミスフィット転
位の延在方向に沿ってオーミック電極およびショットキ
ー電極を配置してなることを特徴とする。

【００１６】また、第２の発明のショットキーダイオー
ドにおいて、このショットキーダイオードを、電子供給
層がチャネル層の上側にある順構造選択ドープ型とし、
ショットキー電極からオーミック電極への電流がチャネ
ル層を順メサ方向に沿って流れるように、このオーミッ
ク電極およびこのショットキー電極が順メサ方向に沿っ
て配置されていると良い。

【００１７】また、第２の発明のショットキーダイオー
ドにおいて、このショットキーダイオードを、電子供給
層がチャネル層の下側にある逆構造選択ドープ型とし、
ショットキー電極からオーミック電極への電流がチャネ
ル層を逆メサ方向に沿って流れるように、このオーミッ
ク電極およびこのショットキー電極が逆メサ方向に沿っ
て配置されていると良い。

【００１８】また、第２の発明のショットキーダイオー
ドにおいて、このショットキーダイオードを、電子供給
層がチャネル層の上下両側にあるダブル選択ドープ型と
し、ショットキー電極からオーミック電極への電流がチ
ャネル層を逆メサ方向に沿って流れるように、このオー
ミック電極およびこのショットキー電極を逆メサ方向に
沿って配置されていると良い。

【００１９】また、第２の発明のショットキーダイオー
ドにおいて、チャネル層のチャネル幅が、互いに隣接し
ているミスフィット転位の発生間隔よりも狭いことが望
ましい。

【００２０】尚、逆メサ方向とは、ＨＥＭＴ素子または
ショットキーダイオードを構成するＧａＡｓ基板をウエ
ットエッチングしたときに、断面の形状が逆メサ形状と
なる方向である。

【００２１】また、順メサ方向とは、ＨＥＭＴ素子を構
成するＧａＡｓ基板をウエットエッチングしたときに、
断面の形状が順メサ形状となる方向である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この出願
にかかる第１の発明のＨＥＭＴ素子および第２の発明の
ショットキーダイオードの例について説明する。尚、参
照する図面は発明が理解できる程度に、各構成成分の大
きさ、形状および配置関係を概略的に示してあるに過ぎ
ない。従って、これらの発明は図示例にのみ限定される
ものではない。

【００２３】（第１の実施の形態）第１の実施の形態で
は、第１の発明の順構造選択ドープ型のＨＥＭＴ素子の
例について説明する。図１の（Ａ）は、ＨＥＭＴ素子の
第１の実施の形態の説明に供する斜視図であり、（Ｂ）
は、図１の（Ａ）の一部拡大図である。尚、図１の
（Ａ）では、ＧａＡｓ基板上に成長させた電子供給層お
よびＩｎＧａＡｓ層等を一括して成長層として示す。

【００２４】第１の実施の形態のＨＥＭＴ素子では、Ｇ
ａＡｓ基板１０の（１００）面に、順メサ方向に延在し
た凸部１２が形成されている。この凸部１２は、幅Ｗが
１０μｍ、高さＨが１０μｍである。そして、このＧａ
Ａｓ基板１０の凸部１２上に、厚さ７０００ÅのＧａＡ
ｓバッファ層１４、チャネル層としての厚さ２００Åの
Ｉｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ層１８、電子供給層としての厚さ
６００ÅのＳｉドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層２０を順
次に積層している。図１の（Ａ）では、これら、ＧａＡ
ｓバッファ層１４、Ｉｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ層１８および
ＳｉドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層２０を一括して成長
層２２として図示している。

【００２５】また、各成長層は、６００℃の温度で、分
子線エピタキシ（ＭＢＥ）法によって成長させている。
また、ＳｉドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層２０には、Ｓ
ｉ濃度が２×１０¹⁸原子／ｃｍ^-3以上となるように、Ｓ
ｉが選択的にドープされている。また、成長層２２を成
長させる際には、凸部１２の両側のＧａＡｓ基板１０上
にも成長した層２２ａが形成されている。

【００２６】そして、このチャネル層１８の上側には、
凸部１２が延在する順メサ方向に沿って、ソース電極２
４、ゲート電極２６およびドレイン電極２８が順次に設
けられている。また、凸部１２の両側の成長した層２２
ａの上にも、ソース電極２４等を成長させたときに成長
した、電極材料層２４ａが形成されている。

【００２７】また、このチャネル層としてのＩｎ_0.2 Ｇ
ａ_0.8 Ａｓ層１８の膜厚２００Åは、このチャネル層１
８と電子供給層２０との界面１９に通常ミスフィット転
位１６が生じる厚さである。また、チャネル層１８の上
に電子供給層２０が積層された順構造選択ドープ型のこ
の実施の形態では、ミスフィット転位は、通常、順メサ
方向に沿って発生し易い。従って、凸部１２が延在して
いる順メサ方向に沿ってソース電極２４、ゲート電極２
６およびドレイン電極２８を順次に設けてあるので、電
流は、ミスフィット転位の延在する方向に沿って流れる
ことになる。

【００２８】さらに、この実施の形態のＨＥＭＴ素子で
は、凸部１２の幅（１０μｍ）がチャネル幅となる。こ
のチャネル幅は、互いに隣接するミスフィット転位の発
生間隔よりも狭くなっている。このため、チャネル層内
でのミスフィット転位の存在の割合が大きく低減され
る。その結果、ミスフィット転位と平行に走行する電子
の、ミスフィット転位による転位散乱の影響をさらに抑
制することができる。その結果、ミスフィット転位が発
生しても素子の特性の劣化をより抑制することができ
る。このため、素子特性の劣化を抑制しつつ、チャネル
層のＩｎＧａＡｓ層のＩｎの組成割合を高くしたり、Ｉ
ｎＧａＡｓ層を厚くして、チャネル層（量子井戸層）の
電子の閉じ込め効率を高くすることができる。

【００２９】（第２の実施の形態）第２の実施の形態で
は、第１の発明の逆構造選択ドープ型のＨＥＭＴ素子の
例について説明する。図２の（Ａ）は、ＨＥＭＴ素子の
第２の実施の形態の説明に供する斜視図であり、（Ｂ）
は、図２の（Ａ）の一部拡大図である。尚、図２の
（Ａ）では、ＧａＡｓ基板上に成長させた電子供給層お
よびＩｎＧａＡｓ層等を一括して成長層として示す。

【００３０】第２の実施の形態のＨＥＭＴ素子では、Ｇ
ａＡｓ基板３０の（１００）面に、逆メサ方向に延在し
た凸部３２が形成されている。この凸部３２は、幅Ｗが
１０μｍ、高さＨが１０μｍである。そして、このＧａ
Ａｓ基板３０の凸部上に、厚さ１０００ÅのＧａＡｓバ
ッファ層３４、厚さ１０００ÅのノンドープＡｌ_0.28Ｇ
ａ_0.72Ａｓ層３６、電子供給層としての厚さ１００Åの
ＳｉドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層３８、チャネル層と
しての厚さ２００ÅのＩｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ層４０およ
びＳｉドープＧａＡｓ層４２を順次に積層してある。図
２の（Ａ）では、これら、ＧａＡｓバッファ層３４、ノ
ンドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層３６、ＳｉドープＡｌ
_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層３８、Ｉｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ層４０
およびＳｉドープＧａＡｓ層４２を一括して成長層４４
として図示している。

【００３１】また、各成長層は、５００℃の温度で、分
子線エピタキシ（ＭＢＥ）法によって成長させている。
また、ＳｉドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層３８には、Ｓ
ｉ濃度が２×１０¹⁸原子／ｃｍ^-3以上となるように、Ｓ
ｉが選択的にドープされている。また、成長層４４を成
長させる際には、凸部３２の両側のＧａＡｓ基板３０上
にも成長した層４４ａが形成されている。

【００３２】そして、このチャネル層４０の上側には、
凸部３２が延在する逆メサ方向に沿って、ソース電極４
６、ゲート電極４８およびドレイン電極５０が順次に設
けられている。また、凸部３２の両側の成長した層４４
ａの上にも、ソース電極４４等を成長させたときに成長
した、電極材料層４６ａが形成されている。

【００３３】また、このチャネル層としてのＩｎ_0.2 Ｇ
ａ_0.8 Ａｓ層４０の膜厚２００Åは、このチャネル層４
０と電子供給層３８との界面３９に通常ミスフィット転
位１６が生じる厚さである。また、電子供給層４０の上
にチャネル層３８が積層された逆構造選択ドープ型のこ
の実施の形態では、ミスフィット転位１６は、通常、逆
メサ方向に沿って発生し易い。従って、凸部３２が延在
している逆メサ方向に沿ってソース電極４６、ゲート電
極４８およびドレイン電極５０を順次に設けてあるの
で、電流は、ミスフィット転位１６の延在する方向に沿
って流れることになる。

【００３４】さらに、この実施の形態のＨＥＭＴ素子で
は、凸部３２の幅（１０μｍ）がチャネル幅となる。こ
のチャネル幅は、互いに隣接するミスフィット転位１６
の発生間隔よりも狭くなっている。このため、チャネル
層内でのミスフィット転位の存在の割合が大きく低減さ
れる。その結果、ミスフィット転位と平行に走行する電
子の、ミスフィット転位による転位散乱の影響をさらに
抑制することができる。その結果、ミスフィット転位が
発生しても素子の特性の劣化をより抑制することができ
る。このため、素子特性の劣化を抑制しつつ、チャネル
層のＩｎＧａＡｓ層のＩｎの組成割合を高くしたり、Ｉ
ｎＧａＡｓ層を厚くして、チャネル層（量子井戸層）の
電子の閉じ込め効率を高くすることができる。

【００３５】（第３の実施の形態）第３の実施の形態で
は、第１の発明のダブル選択ドープ型のＨＥＭＴ素子の
例について説明する。図３の（Ａ）は、ＨＥＭＴ素子の
第３の実施の形態の説明に供する斜視図であり、（Ｂ）
は、図３の（Ａ）の一部拡大図である。尚、図３の
（Ａ）では、ＧａＡｓ基板上に成長させた電子供給層お
よびＩｎＧａＡｓ層等を一括して成長層として示す。

【００３６】第３の実施の形態のＨＥＭＴ素子の構造
は、第２の実施の形態における、チャネル層４０とＳｉ
ドープＧａＡｓ層４２との間に、ＳｉドープＡｌ_0.28Ｇ
ａ_0.72Ａｓ層５２が挿入されている点を除いては、第２
の実施の形態におけるＨＥＭＴ素子の構造と同一であ
る。このため、第２実施例と同一の構成成分の詳細な説
明は省略する。

【００３７】この実施の形態におけるチャネル層の上側
のＳｉドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層５２も電子供給層
として働く。そして、ダブル選択ドープ型のＨＥＭＴ素
子の場合も、ミスフィット転位は、逆構造選択ドープ型
の場合と同様に、逆メサ方向に沿って延在する。第３の
実施の形態においても、凸部３２が延在している逆メサ
方向に沿ってソース電極４６、ゲート電極４８およびド
レイン電極５０を順次に設けてあるので、電流は、ミス
フィット転位１６の延在する方向に沿って流れることに
なる。

【００３８】さらに、第３の実施の形態のＨＥＭＴ素子
においても、凸部３２の幅（１０μｍ）がチャネル幅と
なる。このチャネル幅は、互いに隣接するミスフィット
転位１６の発生間隔よりも狭くなっている。このため、
チャネル層内でのミスフィット転位の存在の割合が大き
く低減される。その結果、ミスフィット転位と平行に走
行する電子の、ミスフィット転位による転位散乱の影響
をさらに抑制することができる。その結果、ミスフィッ
ト転位が発生しても素子の特性の劣化をより抑制するこ
とができる。このため、素子特性の劣化を抑制しつつ、
チャネル層のＩｎＧａＡｓ層のＩｎの組成割合を高くし
たり、ＩｎＧａＡｓ層を厚くして、チャネル層（量子井
戸層）の電子の閉じ込め効率を高くすることができる。

【００３９】（第４の実施の形態）第４の実施の形態で
は、第２の発明のショットキーダイオードであって順構
造選択ドープ型の例について説明する。図４は、ショッ
トキーダイオードの第４の実施の形態の説明に供する斜
視図である。

【００４０】第４の実施の形態のショットキーダイオー
ドは、ＧａＡｓ基板６０の（１００）面上にノンドープ
ＧａＡｓのバッファ層６２、ノンドープＩｎＧａＡｓの
電子走行層（チャネル層）６４、ノンドープＡｌＧａＡ
ｓ層６６、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層６８を順次に積層
している。ここでは、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層（以下
ｎ−ＡｌＧａＡｓ層とも表記する）６８だけでなく、ノ
ンドープＡｌＧａＡｓ層（以下φ−ＡｌＧａＡｓ層とも
表記する）６６も電子供給層として扱う。

【００４１】そして、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層６８の
一部分の上には、ＳｉドープＧａＡｓのコンタクト層７
０を介してオーミック電極７２が積層されている。ま
た、コンタクト層７０が設けられていないＳｉドープＡ
ｌＧａＡｓ層６８上には、ショットキー電極７４が設け
られている。ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層６８とショット
キー電極７４との接合面７６はショットキー接合となっ
ている。

【００４２】そして、このオーミック電極７２とショッ
トキー電極７４とは、順メサ方向に沿って配置されてい
る。

【００４３】また、バッファ層６２の厚さは５０００Å
であり、チャネル層６４の厚さは１５０Å、φ−ＡｌＧ
ａＡｓ層６６の厚さは５０Åである。また、ｎ−ＡｌＧ
ａＡｓ層６８の厚さは３００Åであり、そのＳｉの密度
は３×１０¹⁸原子／ｃｍ³ である。また、コンタクト層
７０の厚さは１０００Åであり、そのＳｉ密度は４×１
０¹⁸原子／ｃｍ³ である。また、オーミック電極７２の
材料には、ＮｉまたはＡｕを用いている。また、ショッ
トキー電極７４には、直径５μｍで、ＴｉおよびＡｌを
順次に積層したものを用いている。

【００４４】また、このチャネル層６４の膜厚１５０Å
は、ノンドープＡｌＧａＡｓ層６６とチャネル層６４と
の界面６５に、格子不整合によるミスフィット転位が生
じる厚さである。また、チャネル層６４の上に電子供給
層６６および６８が積層された順構造選択ドープ型の場
合は、ミスフィット転位７８は、通常、順メサ方向に沿
って発生し易い。

【００４５】従って、ショットキー電極７４からオーミ
ック電極７２へ電流がチャネル層６４を流れる方向と、
ミスフィット転位７８が延在する方向とが平行となる。
このため、ミスフィット転位が発生しても、ミスフィッ
ト転位によるダイオードの特性の劣化を抑制することが
できる。

【００４６】（第５の実施の形態）第５の実施の形態で
は、第２の発明のショットキーダイオードであって、逆
構造選択ドープ型の例について説明する。図５は、ショ
ットキーダイオードの第５の実施の形態の説明に供する
斜視図である。

【００４７】第５の実施の形態のショットキーダイオー
ドは、ＧａＡｓ基板６０ａの（１００）面上にノンドー
プＧａＡｓのバッファ層６２ａ、ノンドープＡｌＧａＡ
ｓ層８０、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層６８ａ、ノンドー
プＡｌＧａＡｓ層６６ａ、ノンドープＩｎＧａＡｓの電
子走行層（チャネル層）６４、ＳｉドープＧａＡｓ層８
２を順次に積層している。ここでは、ＳｉドープＡｌＧ
ａＡｓ層（以下ｎ−ＡｌＧａＡｓ層とも表記する）６８
ａだけでなく、ノンドープＡｌＧａＡｓ層（以下φ−Ａ
ｌＧａＡｓ層とも表記する）６６ａおよびノンドープＡ
ｌＧａＡｓ層８０も電子供給層として扱う。

【００４８】そして、ＳｉドープＧａＡｓ層（以下、ｎ
−ＧａＡｓ層とも表記する）８２の一部分の上には、Ｓ
ｉドープＧａＡｓのコンタクト層７０を介してオーミッ
ク電極７２が積層されている。また、コンタクト層７０
が設けられていないＳｉドープＧａＡｓ層８２上には、
ショットキー電極７４が設けられている。ＳｉドープＧ
ａＡｓ層８２とショットキー電極７４との接合面７６は
ショットキー接合となっている。

【００４９】そして、このオーミック電極７２とショッ
トキー電極７４とは、逆メサ方向に沿って配置されてい
る。

【００５０】また、バッファ層６２ａの厚さは１０００
Åであり、ノンドープＡｌＧａＡｓ層８０の厚さは１０
００Åである。また、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層６８ａの厚さ
は３００Åであり、そのＳｉの密度は３×１０¹⁸原子／
ｃｍ³ であり、φ−ＡｌＧａＡｓ層６６ａの厚さは５０
Åである。また、チャネル層６４の厚さは１５０Åであ
り、ｎ−ＧａＡｓ層８２の厚さは５００Åであり、その
Ｓｉ密度は３×１０¹⁷原子／ｃｍ³ である。また、コン
タクト層７０の厚さ１０００Åであり、そのＳｉ密度は
４×１０¹⁸原子／ｃｍ³ である。また、オーミック電極
７２の材料には、ＮｉまたはＡｕを用いている。また、
ショットキー電極７４には、直径５μｍで、Ｔｉおよび
Ａｌを順次に積層したものを用いている。

【００５１】また、このチャネル層６４の膜厚１５０Å
は、ノンドープＡｌＧａＡｓ層６６ａとチャネル層６４
との界面に、格子不整合によるミスフィット転位が生じ
る厚さである。また、チャネル層６４の下側に電子供給
層６６および６８が積層された逆構造選択ドープ型の場
合は、ミスフィット転位７８は、通常、逆メサ方向に沿
って発生し易い。

【００５２】従って、ショットキー電極７４からオーミ
ック電極７２へ電流がチャネル層６４を流れる方向と、
ミスフィット転位７８が延在する方向とが平行となる。
このため、ミスフィット転位が発生しても、ミスフィッ
ト転位によるダイオードの特性の劣化を抑制することが
できる。

【００５３】（第６の実施の形態）第６の実施の形態で
は、第２の発明のショットキーダイオードであって、ダ
ブル選択ドープ型の例について説明する。図６は、ショ
ットキーダイオードの第６の実施の形態の説明に供する
斜視図である。

【００５４】第６の実施の形態のショットキーダイオー
ドは、ＧａＡｓ基板６０ａの（１００）面上に、上述の
第５の実施の形態の場合と同様に、ノンドープＧａＡｓ
のバッファ層６２ａ、ノンドープＡｌＧａＡｓ層８０、
ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層６８ａ、ノンドープＡｌＧａ
Ａｓ層６６ａ、ノンドープＩｎＧａＡｓの電子走行層
（チャネル層）６４とを順次に積層している。そして、
この実施の形態においては、チャネル層６４の上側に、
さらに、ノンドープＡｌＧａＡｓ層６６およびＳｉドー
プＡｌＧａＡｓ層６８を順次に積層している。

【００５５】ここでは、ノンドープＡｌＧａＡｓ層６６
およびＳｉドープＡｌＧａＡｓ層６８を上側電子供給層
８４とし、一方、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層（以下ｎ−
ＡｌＧａＡｓ層とも表記する）６８ａおよびノンドープ
ＡｌＧａＡｓ層（以下φ−ＡｌＧａＡｓ層とも表記す
る）６６ａを下側電子供給層８６とする。

【００５６】そして、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層６８の
一部分の上には、ＳｉドープＧａＡｓのコンタクト層７
０を介してオーミック電極７２が積層されている。ま
た、コンタクト層７０が設けられていないＳｉドープＡ
ｌＧａＡｓ層６８上には、ショットキー電極７４が設け
られている。ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層６８とショット
キー電極７４との接合面７６はショットキー接合となっ
ている。

【００５７】そして、このオーミック電極７２とショッ
トキー電極７４とは、逆メサ方向に沿って配置されてい
る。

【００５８】また、バッファ層６２ａの厚さは１０００
Åであり、ノンドープＡｌＧａＡｓ層８０の厚さは１０
００Åである。また、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層６８ａの厚さ
は３００Åであり、そのＳｉの密度は３×１０¹⁸原子／
ｃｍ³ であり、φ−ＡｌＧａＡｓ層６６ａの厚さは５０
Åである。また、チャネル層６４の厚さは１５０Åであ
る。また、ノンドープＡｌＧａＡｓ層６６の厚さは５０
Åであり、ＳｉドープＡｌＧａＡｓ層６８の厚さは３０
０Åであり、そのＳｉの密度は３×１０¹⁸原子／ｃｍ³
である。

【００５９】また、コンタクト層７０の厚さ１０００Å
であり、そのＳｉ密度は４×１０¹⁸原子／ｃｍ³ であ
る。また、オーミック電極７２の材料には、Ｎｉまたは
Ａｕを用いている。また、ショットキー電極７４には、
直径５μｍで、ＴｉおよびＡｌを順次に積層したものを
用いている。

【００６０】また、このチャネル層６４の膜厚１５０Å
は、ノンドープＡｌＧａＡｓ層６６とチャネル層６４と
の界面に、格子不整合によるミスフィット転位が生じる
厚さである。また、チャネル層６４の上側および下側に
上側電子供給層および下側電子供給層がそれぞれ積層さ
れたダブル選択ドープ型の場合は、ミスフィット転位７
８は、通常、逆メサ方向に沿って発生し易い。

【００６１】従って、ショットキー電極７４からオーミ
ック電極７２へ電流がチャネル層６４を流れる方向と、
ミスフィット転位７８が延在する方向とが平行となる。
このため、ミスフィット転位が発生しても、ミスフィッ
ト転位によるダイオードの特性の劣化を抑制することが
できる。

【００６２】（第７の実施の形態）第７の実施の形態に
おいては、順構造選択ドープ型のショットキーダイオー
ドにおいて、チャネル層の幅を制限した例について説明
する。

【００６３】この実施の形態では、ＧａＡｓ基板６０ａ
の（１００）面に、順メサ方向に延在した凸部が形成さ
れている。この凸部は、幅Ｗが１０μｍ、高さＨが１０
μｍである。そして、この凸部の上に、上述した第４の
実施の形態と同一の半導体層を順次に積層されており、
オーミック電極およびショットキー電極が、この凸部の
延在した順方向に沿って配置されている。ここでは、第
４の実施の形態のショットキーダイオードの構成成分と
同様の構成成分には同一の符号を付して、その説明を省
略する。

【００６４】さらに、凸部の幅（１０μｍ）は、チャネ
ル幅となり、その幅は、互いに隣接するミスフィット転
位７８の発生間隔よりも狭くなっている。このため、チ
ャネル層内でのミスフィット転位の存在の割合が大きく
低減される。その結果、ミスフィット転位と平行に走行
する電子の、ミスフィット転位による転位散乱の影響を
さらに抑制することができる。その結果、ミスフィット
転位が発生しても素子の特性の劣化をより抑制すること
ができる。

【００６５】上述した各実施の形態では、これらの発明
を特定の条件で構成した例についてのみ説明したが、こ
れらの発明は多くの変更および変形を行うことができ
る。例えば、上述した第１〜第３の実施の形態では、第
１の発明のＨＥＭＴ素子を特定の条件で構成したが、第
１の発明では、例えば、凸部の幅は、１〜５０μｍ程度
が望ましく、また、凸部の高さは０．５〜１０μｍ程度
が望ましい。また、チャネル層のＩｎＧａＡｓ層のＩｎ
の組成比は０．２〜０．８程度、ＩｎＧａＡｓ層の厚さ
は３０〜２００Å程度であることが望ましい。

【００６６】また、上述した第４〜第７の実施の形態で
は、第２の発明のショットキーダイオードを特定の条件
で構成した例について説明したが、第２の発明では、Ｉ
ｎＧａＡｓ層のＩｎの組成比は０．２〜０．８程度、Ｉ
ｎＧａＡｓ層の膜厚は３０〜２５０Åであることが望ま
しい。

【００６７】また、上述した第７の実施の形態では、ダ
ブル選択ドープ型のショットキーダイオードの場合に、
チャネル幅を制限したが、第２の発明では、順構造選択
ドープ型および逆構造選択ドープ型の場合にもチャネル
幅を互いに隣接するミスフィット転位の発生間隔よりも
狭くすることが望ましい。

【００６８】

【発明の効果】この出願に係る第１の発明のＨＥＭＴ素
子によれば、界面に生じているミスフィット転位の延在
方向に沿ってソース電極、ゲート電極およびドレイン電
極を配置することにより、ミスフィット転位による素子
の特性の劣化を抑制し、さらに、チャネル幅を互いに隣
接するミスフィット転位の発生間隔よりも狭くすること
により、ミスフィット転位による電子の転位散乱の影響
をより抑制することができる。その結果、ミスフィット
転位が発生しても素子の特性の劣化をより抑制すること
ができる。

【００６９】また、この出願に係る第２の発明のショッ
トキーダイオードによれば、ショットキー電極からオー
ミック電極へ電流がチャネル層を流れる方向と、ミスフ
ィット転位が延在する方向とが平行となる。このため、
ミスフィット転位が発生しても、ダイオードの特性の劣
化を抑制することができる。

【００７０】存在するミスフィット転位が比較的低密度
の場合には、ミスフィット転位が延在する方向に沿っ
て、電極を配置するだけでも素子特性の劣化を抑制する
ことができるが、さらに、第２の発明において、チャネ
ル幅を互いに隣接するミスフィット転位の発生間隔より
も狭くすれば、ミスフィット転位による電子の転位散乱
の影響をより抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、第１の実施の形態の説明に供する斜
視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部拡大図である。

【図２】（Ａ）は、第２の実施の形態の説明に供する斜
視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部拡大図である。

【図３】（Ａ）は、第３の実施の形態の説明に供する斜
視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の一部拡大図である。

【図４】第４の実施の形態の説明に供する斜視図であ
る。

【図５】第５の実施の形態の説明に供する斜視図であ
る。

【図６】第６の実施の形態の説明に供する斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０、３０：ＧａＡｓ基板 １２、３２：凸部 １４、３４：ＧａＡｓバッファ層 １６：ミスフィット転位 １８、４０：Ｉｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ａｓ層（チャネル層） １９、３９：界面 ２０、３８：ＳｉドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層（電子
供給層） ２２、４４：成長層 ２２ａ、４４ａ：成長した層 ２４、４６：ソース電極 ２６、４８：ゲート電極 ２８、５０：ドレイン電極 ２４ａ、４６ａ：電極材料層 ３６：ノンドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層 ４２：ＳｉドープＧａＡｓ層 ５２：ＳｉドープＡｌ_0.28Ｇａ_0.72Ａｓ層 ６０、６０ａ：ＧａＡｓ基板 ６２、６２ａ：バッファ層 ６４：チャネル層 ６５：界面 ６６、６６ａ：ノンドープＡｌＧａＡｓ層（φ−ＡｌＧ
ａＡｓ層） ６８、６８ａ：ｎ−ＡｌＧａＡｓ層 ７０：コンタクト層 ７２：オーミック電極 ７４：ショットキー電極 ７６：接合面 ７８：ミスフィット転位 ８０：ノンドープＡｌＧａＡｓ層 ８２：ＳｉドープＧａＡｓ層 ８４：上側電子供給層 ８６：下側電子供給層

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＧａＡｓ基板上に、電子供給層と、当該
   電子供給層と互いに積層関係にあるチャネル層としての
   ＩｎＧａＡｓ層とを具え、 該ＩｎＧａＡｓ層の上側に、ソース電極、ゲート電極お
   よびドレイン電極を具えたＨＥＭＴ素子において、 前記ＩｎＧａＡｓ層を、少なくとも前記電子供給層と該
   ＩｎＧａＡｓ層との界面にミスフィット転位が発生する
   厚さとしてあり、前記界面に生じている前記ミスフィッ
   ト転位の延在方向に沿って前記ソース電極、前記ゲート
   電極および前記ドレイン電極を配置したＨＥＭＴ素子で
   あって、 チャネル幅が、互いに隣接するミスフィット転位の発生
   間隔よりも狭いことを特徴とするＨＥＭＴ素子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＨＥＭＴ素子におい
   て、 該ＨＥＭＴ素子を、前記電子供給層が前記電子走行層の
   上に積層された順構造選択ドープ型とし、 前記ソース電極および前記ゲート電極および前記ドレイ
   ン電極が、順メサ方向に沿って配置されてなることを特
   徴とするＨＥＭＴ素子。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のＨＥＭＴ素子におい
   て、 該ＨＥＭＴ素子を、前記電子走行層が前記供給層の上に
   積層された逆構造選択ドープ型とし、 前記ソース電極および前記ゲート電極および前記ドレイ
   ン電極が、逆メサ方向に沿って配置されてなることを特
   徴とするＨＥＭＴ素子。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のＨＥＭＴ素子におい
   て、 該ＨＥＭＴ素子を、前記電子走行層が前記電子供給層の
   上下に積層されたダブル選択ドープ型とし、 前記ソース電極および前記ゲート電極および前記ドレイ
   ン電極が、逆メサ方向に沿って配置されてなることを特
   徴とするＨＥＭＴ素子。
5. 【請求項５】 ＧａＡｓ基板上に、電子供給層と、当該
   電子供給層と互いに積層関係にあるチャネル層としての
   ＩｎＧａＡｓ層とを具え、 該ＩｎＧａＡｓ層の上側に、オーミック電極およびショ
   ットキー電極をそれぞれ配置したショットキーダイオー
   ドにおいて、 前記チャネル層を、少なくとも前記電子供給層と該電子
   走行層との界面にミスフィット転位が発生する厚さとし
   てあり、前記界面に生じている前記ミスフィット転位の
   延在方向に沿って前記オーミック電極および前記ショッ
   トキー電極を配置してなることを特徴とするショットキ
   ーダイオード。
6. 【請求項６】 請求項５に記載のショットキーダイオー
   ドにおいて、 該ショットキーダイオードを、前記電子供給層が前記チ
   ャネル層の上側にある順構造選択ドープ型とし、 前記ショットキー電極から前記オーミック電極への電流
   が前記チャネル層を順メサ方向に沿って流れるように、
   該オーミック電極および該ショットキー電極が順メサ方
   向に沿って配置されてなることを特徴とするショットキ
   ーダイオード。
7. 【請求項７】 請求項５に記載のショットキーダイオー
   ドにおいて、 該ショットキーダイオードを、前記電子供給層が前記チ
   ャネル層の下側にある逆構造選択ドープ型とし、 前記ショットキー電極から前記オーミック電極への電流
   が前記チャネル層を逆メサ方向に沿って流れるように、
   該オーミック電極および該ショットキー電極が逆メサ方
   向に沿って配置されてなることを特徴とするショットキ
   ーダイオード。
8. 【請求項８】 請求項５に記載のショットキーダイオー
   ドにおいて、 該ショットキーダイオードを、前記電子供給層が前記チ
   ャネル層の上下両側にあるダブル選択ドープ型とし、 前記ショットキー電極から前記オーミック電極への電流
   が前記チャネル層を逆メサ方向に沿って流れるように、
   該オーミック電極および該ショットキー電極が逆メサ方
   向に沿って配置されてなることを特徴とするショットキ
   ーダイオード。
9. 【請求項９】 請求項５に記載のショットキーダイオー
   ドにおいて、 前記チャネル層のチャネル幅が、互いに隣接するミスフ
   ィット転位の発生間隔よりも狭いことを特徴とするショ
   ットキーダイオード。