(57)【要約】【課題】ＩｎＧａＰをショットキー層に用いる場合におけるＩｎＧａＡｓチャネル層のポテンシャル井戸深さを深くして、ＭＯＳＦＥＴの高電流密度化を図る。【解決手段】ＩｎＧａＰショットキー層３０６の両側（ＩｎＧａＡｓチャネル層３０４側およびＧａＡｓキャップ層３０８側）にＡｌＧａＡｓを形成し、さらに、前記ＩｎＧａＰ層を自然超格子が形成されたｏｒｄｅｒｅｄ−ＩｎＧａＰ層とする。これにより、ＩｎＧａＡｓチャネル層のポテンシャル井戸深さが深くなり高電流密度化に有利である。さらに、ＩｎＧａＰ層とキャップ層とのコンタクト抵抗を低減できる。このため、高電流密度で、かつ低寄生抵抗の電界効果型トランジスタを実現できる。【選択図】  図１
2004273500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体基板上に、ＩｎＧａＡｓチャネル層と、自然超格子構造を有するＩｎＧａＰショットキー層とが順次形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ＩｎＧａＡｓチャネル層と、前記ＩｎＧａＰショットキー層との間にＡｌＧａＡｓ層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ＡｌＧａＡｓ層の一部に不純物がドーピングされていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話に代表される高周波通信機器に使用される半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯電話に代表される移動体通信機器においては、ＩｎＧａＡｓチャネル層とＡｌＧａＡｓショットキー層を用いたＭＯＤＦＥＴ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が広く使用され、高周波半導体デバイスの標準となっている。このＭＯＤＦＥＴの高性能化には最大電流密度の向上と寄生抵抗の低減が重要である。
【０００３】
特に、ＡｌＧａＡｓ層をショットキー層に用いるＭＯＤＦＥＴには、最大電流密度を低下させる大きな問題がある。それはショットキー層の界面準位に起因する周波数分散である。この界面準位は電子のスロートラップとして働くため、チャネルの空乏層を狭窄する。その結果、高周波印加時の最大電流密度がＤＣ印加時と比較して減少する。この周波数分散を抑制するために、界面準位密度の低いＩｎＧａＰ層が使用される技術が開発されている。
【０００４】
しかしながら、このＩｎＧａＰをショットキー層として使用する場合、ＩｎＧａＰ層を挟む両側の半導体層との接触抵抗が問題となり、寄生抵抗が高くなるという問題が発生する。
【０００５】
上記の問題を解決するための技術は、例えば、特許文献１に記載されている。以下に、特許文献１に記載された技術について、図３を用いて説明する。５０１は化合物半導体基板、５０２はバッファー層、５０３はＩｎＧａＡｓチャネル層、５０４はｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ−Ｉｎ０．３Ｇａ０．７Ｐ層、５０５はｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ−Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ層、５０６はｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ−Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ層５０５中へのプレーナドープ、５０７はＧａＡｓキャップ層である。さらに、ｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ−Ｉｎ０．５Ｇａ０．５Ｐ層５０５上にショットキー電極５０８、ＧａＡｓキャップ層５０７上にオーミック電極５０９が形成されている。ショットキー層には自然超格子が破壊されたｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ−ＩｎＧａＰが適用されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２４３０５８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術においては、ＩｎＧａＡｓチャネル層はＩｎＧａＰ層と接合しており、そのため、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ接合のバンドオフセットΔＥｃが一般的なＭＯＤＦＥＴに使用されるＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ接合に比較して小さくなり、その結果、ＩｎＧａＡｓチャネル層内にシートキャリア密度の向上、つまり、最大電流密度の向上に不利であるという問題がある。さらに、ＩｎＧａＰをショットキー層として用いる場合、ＭＯＳＦＥＴの最大電流密度を向上させるためにはＩｎＧａＰ層とキャップ層との接触抵抗をさらに低減しなければならない。
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明はＩｎＧａＰショットキー層を用いたＭＯＤＦＥＴにおいて、その最大電流密度を向上させ、かつ、接触抵抗つまりＭＯＤＦＥＴの寄生抵抗を低減できる構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は、化合物半導体基板上に、ＩｎＧａＡｓチャネル層と、自然超格子構造を有するＩｎＧａＰショットキー層とが順次形成されているものである。
【００１０】
この構成により、ＩｎＧａＰショットキー層が自然超格子構造を有しているので、伝導帯のバンドオフセットΔＥｃはＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ接合と比較して低減できる。
【００１１】
本発明の半導体装置は、さらに前記ＩｎＧａＡｓチャネル層と、前記ＩｎＧａＰショットキー層との間にＡｌＧａＡｓ層が形成されていることが好ましい。この好ましい構成によれば、ＩｎＧａＡｓチャネル層とＩｎＧａＰショットキー層の間にＡｌＧａＡｓ層を挟むことで、ＩｎＧａＡｓチャネルのポテンシャル井戸が深くなり、最大電流密度を増加させることができる。
【００１２】
本発明の半導体装置は、さらに前記ＡｌＧａＡｓ層の一部に不純物がドーピングされていることが好ましい。この好ましい構成によれば、不純物をＩｎＧａＡｓチャネルに接するＡｌＧａＡｓ中にドーピングし、ＩｎＧａＰ層中にはあえてドーピングしないことで、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓ接合をキャリアがトンネルする確率が増加し、その結果、ＩｎＧａＰ／ＡｌＧａＡｓ接合の接触抵抗を低減できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置を示し、半導体装置の断面構造図である。図１において、３０１は化合物半導体基板でありＧａＡｓなどの高速デバイス用基板である。３０２はバッファー層、３０３はＡｌＧａＡｓから構成されたバリア層、３０４はＩｎＧａＡｓチャネル層、３０５は第一のＡｌＧａＡｓ層であり、これらのＡｌＧａＡｓ層３０３および３０５に挟まれたＩｎＧａＡｓ層３０４に形成されたポテンシャル井戸にキャリアが蓄積される。３０６は自然超格子が形成されたＩｎＧａＰ（ｏｒｄｅｒｅｄ−ＩｎＧａＰ）ショットキー層、３０７は第二のＡｌＧａＡｓ層、３０８はキャップ層であり、例えばＧａＡｓが使用できるが、最上層をＩｎＧａＡｓキャップとしてもよい。３０９はＩｎＧａＰショットキー層３０６上に形成されたショットキー電極でありＴｉ／ＡｌあるいはＴｉ／Ｐｔ／ＡｕあるいはＷＳｉなどを使用する。３１０はオーミック電極であり、ＧａＡｓ層に対してはＡｕＧｅ系、ＩｎＧａＡｓ層に対してはＷＳｉあるいはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどを使用する。
【００１５】
ショットキー層３０６は自然超格子が形成されたＩｎＧａＰ層であるため、ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ間のΔＥｃは自然超格子が破壊されたＩｎＧａＰ（ｄｉｓｏｒｄｅｒｅｄ−ＩｎＧａＰ）とＡｌＧａＡｓとの間のΔＥｃより低減できる。これより、接合の接触抵抗をより一層低減でき、その結果、電界効果型トランジスタの寄生抵抗をより一層低減することができる。
【００１６】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態を示し、半導体装置の断面構造図である。図２において、４０１は化合物半導体基板でありＧａＡｓなどの高速デバイス用基板である。４０２はバッファー層、４０３はＡｌＧａＡｓから構成されたバリア層、４０４はＩｎＧａＡｓチャネル層、４０５は不純物が部分的にドーピングされた第一のＡｌＧａＡｓ層であり、これらのＡｌＧａＡｓ層４０３および４０５に挟まれたＩｎＧａＡｓ層４０４に形成されたポテンシャル井戸にキャリアが蓄積される。第一のＡｌＧａＡｓ層４０５中へのドーピングは、プレーナドープとしてもよい。４０６は自然超格子が形成されたＩｎＧａＰ（ｏｒｄｅｒｅｄ−ＩｎＧａＰ）ショットキー層、４０７は第二のＡｌＧａＡｓ層、４０８はキャップ層であり、例えばＧａＡｓが使用できるが、最上層をＩｎＧａＡｓキャップとしてもよい。４０９はＩｎＧａＰショットキー層４０６上に形成されたショットキー電極でありＴｉ／ＡｌあるいはＴｉ／Ｐｔ／ＡｕあるいはＷＳｉなどを使用する。４１０はオーミック電極であり、ＧａＡｓ層に対してはＡｕＧｅ系、ＩｎＧａＡｓ層に対してはＷＳｉあるいはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどを使用する。
【００１７】
ＩｎＧａＡｓチャネル層４０４に接合された第一のＡｌＧａＡｓ層４０５には不純物がドーピングされているため、ＩｎＧａＰ層４０６とＡｌＧａＡｓ層４０５との間に生じるバリアの厚さを減少させることができる。つまり、キャリアが接合をトンネルし易くなる。これより、接合の接触抵抗を低減でき、その結果、電界効果型トランジスタの寄生抵抗を低減することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によればＩｎＧａＰ層をショットキー層に用いる電界効果型トランジスタにおいて、最大電流密度の増加と寄生抵抗の低減を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す断面図
【図３】従来例を示す断面図
【符号の説明】
３０１    化合物半導体基板
３０２    バッファー層
３０３    ＡｌＧａＡｓバリア層
３０４    ＩｎＧａＡｓチャネル層
３０５    第一のＡｌＧａＡｓ層
３０６    ｏｒｄｅｒｅｄ−ＩｎＧａＰショットキー層
３０７    第二のＡｌＧａＡｓ層
３０８    ＧａＡｓキャップ層
３０９    ショットキー電極
３１０    オーミック電極
４０１    化合物半導体基板
４０２    バッファー層
４０３    ＡｌＧａＡｓバリア層
４０４    ＩｎＧａＡｓチャネル層
４０５    第一のＡｌＧａＡｓ層
４０６    ＩｎＧａＰショットキー層
４０７    第二のＡｌＧａＡｓ層
４０８    ＧａＡｓキャップ層
４０９    ショットキー電極
【図１】
2004273500.tif 000003
【図２】
2004273500.tif 000004
【図３】
2004273500.tif 000005