(57)【要約】【課題】より高い電子移動度の電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】上下に二つのキャリア供給層３ａ、３ｂで挟まれたチャネル層５を有するダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタにおいて、上側のキャリア供給層３ａのドーピング濃度を下側のキャリア供給層３ｂのドーピング濃度の２〜４倍の範囲内することにより、より高い電子移動度が得られる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に二つのキャリア供給層で挟まれたチャネル層を有するダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタにおいて、上側のキャリア供給層のドープ濃度が下側のキャリア供給層のドープ濃度の２〜４倍の範囲内にあることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
上記二つのキャリア供給層が、ドーピング原料、Ｖ族原料及び希釈原料を供給して成長させたδドープ層で形成されている請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項３】
上記二つのキャリア供給層が、ｎ型化合物半導体結晶で形成されている請求項１に記載の電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓ等の化合物半導体結晶を用いた電界効果トランジスタは、Ｓｉ半導体結晶を用いた電界効果トランジスタと比較して電子移動度が高いので、携帯電話や衛星放送受信機等の高速動作や高効率が要求される高周波機器の増幅器等に幅広く利用され、その需要は今後さらに伸びることが予想される。
【０００３】
ここで、電子移動度とは、半導体結晶中での電子の動きやすさを示す電子デバイスの特性の一つであり、電子の速度を電場で割ったものである。電子移動度の単位は、ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃである。電子移動度がより高くなれば、電子デバイスの高速動作や高効率が期待される。
【０００４】
化合物半導体結晶を成長させる方法の一つに有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ　）がある。ＭＯＶＰＥ法は、ＩＩＩ族有機金属原料ガスとＶ族原料ガスとを、高純度水素キャリアガスとの混合ガスとして反応炉内に導入し、反応炉内で加熱された基板付近で混合ガスを熱分解し、基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させるものである。
【０００５】
図６は、ダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタの従来例を示す構造図である。
【０００６】
同図に示す電界効果トランジスタは、半絶縁性基板１上に、バッファ層２（図では単層であるが二層以上の場合もある。）、キャリア供給層１２ｂ、スペーサ層４ｂ、チャネル層５、スペーサ層４ａ、キャリア供給層１２ａ及びショットキー層６が順次積層され、ショットキー層６上にゲート電極８が形成され、ゲート電極８の両側にコンタクト層７ａ，７ｂが形成され、両コンタクト層７ａ，７ｂ上にそれぞれドレイン電極９とソース電極１０とが形成されたものである。
【０００７】
図７は、図６に示したダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタに用いられるエピタキシャルウエハ（以下「エピウエハ」という。）の従来例を示す構造図である。
【０００８】
図７に示すエピウエハの製造方法について述べる。
【０００９】
半絶縁性基板１上にバッファ層２を成長させる。バッファ層２は半絶縁性基板１上の残留不純物によるデバイスの特性劣化を抑える働きがある。バッファ層２上に、自由電子を発生するキャリア供給層１２ｂを成長させる。キャリア供給層１２ｂ上にチャネル層５を成長させる。キャリア供給層１２ａ、１２ｂは発生した電子をチャネル層５へ供給する働きがある。さらに、チャネル層５を上下から挟む形で上側からキャリア供給層１２ａを成長させる。
【００１０】
ここで、スペーサ層４ａ、４ｂを、チャネル層５と上下キャリア層１２ａ、１２ｂとの間にそれぞれ成長させたのは、チャネル層５を流れる電子がキャリア供給層１２ａ、１２ｂ内のｎ型不純物によって散乱されることを防ぐためである。上側キャリア供給層１２ａ上にショットキー層６を成長させる。さらに、ショットキー層６上に、コンタクト層７（７ａ、７ｂ）を成長させることでエピウエハが形成される。
【００１１】
電界効果トランジスタの代表的なダブルヘテロ構造の高移動度トランジスタは、キャリア供給層に隣接したチャネル層に二次元電子ガス（２　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｇａｓ：２ＤＥＧ）を形成することによりイオン化不純物散乱を受けにくい高移動度の電子を利用するものである（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−２４４４５５号公報（第２−４頁、図４）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、今後、ダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタのさらなる高性能化（高電子移動度化）・特性の安定化が求められる。
【００１４】
高移動度トランジスタ構造を有する電界効果トランジスタにおいて、シートキャリア濃度（以下「ＮＳ」という。）は、エピウエハのドーピング量を管理する上で重要な要因であった。ソース−ドレイン間をピンチオフするピンチオフ電圧（以下「ＶＰ」という。）は、通常、低電圧のほうが電界効果トランジスタの高速動作、低消費電力化に有利である。ＮＳを一定に保ったとき、ＶＰはできるだけ低く、電子移動度はできるだけ高いことが求められる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は上記課題を解決し、より高い電子移動度の電界効果トランジスタを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る請求項１に係る発明は、上下に二つのキャリア供給層で挟まれたチャネル層を有するダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタにおいて、上側のキャリア供給層のドープ濃度が下側のキャリア供給層のドープ濃度の２〜４倍の範囲内にあるものである。
【００１７】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加え、二つのキャリア供給層が、ドーピング原料、Ｖ族原料及び希釈原料を供給して成長させたδドープ層で形成されていてもよい。
【００１８】
また本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の構成に加え、二つのキャリア供給層が、ｎ型化合物半導体結晶で形成されていてもよい。
【００１９】
本発明によれば、上下キャリア供給層のドープ濃度に２〜４倍の濃度比をつけることにより、電子の移動度が高くなりピンチオフ電圧を低く抑えることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
以下、図６、７に示した従来例と同様の部材には共通の符号を用いた。
【００２２】
図１は、本発明の電界効果トランジスタの一実施の形態を示す構造図である。
【００２３】
本電界効果トランジスタは、半絶縁性基板１上に、バッファ層２ｂ，２ａ、キャリア供給層としてのδドープ層３ｂ、スペーサ層４ｂ、チャネル層５、スペーサ層４ａ、キャリア供給層としてのδドープ層３ａ及びショットキー層６が順次積層され、ショットキー層６上にゲート電極８が形成され、ゲート電極８の両側にコンタクト層７ａ，７ｂが形成され、両コンタクト層７ａ，７ｂ上にそれぞれドレイン電極９とソース電極１０とが形成されたものである。
【００２４】
図２は、図１に示した電界効果トランジスタに用いられるエピウエハの一実施の形態を示す構造図である。
【００２５】
本エピウエハは半絶縁性基板１上に、バッファ層２ｂ、２ａ、δドープ層３ｂ、スペーサ層４ｂ、チャネル層５、スペーサ層４ａ、δドープ層３ａ、ショットキー層６及びコンタクト層７が順次積層されたものである。
【００２６】
表１は、図２に示したエピウエハの構造を示す表である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
ここでＡｌ０．２５ＧａＡｓとは、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓの略であり、Ａｌ：Ｇａ＝０．２５：０．７５であることを示す。ｎ−、ｕｎ−は、それぞれｎ型、半絶縁性であることを示す。
【００２９】
次に、図２に示したエピウエハの製造方法について説明する。
【００３０】
ＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長においては、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）、Ａｓ原料としてアルシン（ＡｓＨ３）、Ｓｉ原料ガスとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いる。
【００３１】
半絶縁性基板１上にバッファ層２ｂを成長させ、さらにバッファ層２ｂ上にバッファ層２ａを成長させる。バッファ層２ａ上に、自由電子を発生するキャリア供給層としてのδドープ層３ｂを形成する。δドープ層３ｂ上にスペーサ層４ｂを成長させる。スペーサ層４ｂ上にチャネル層５を成長させる。チャネル層５上にスペーサ層４ａを成長させる。さらに、チャネル層５を上下から挟む形でスペーサ層４ａ上にキャリア供給層としてのδドープ層３ａを形成する。
【００３２】
ここで、上下の両δドープ層３ａ、３ｂは、ドーピング原料（ジシラン）、Ｖ族原料（アルシン）及び希釈原料（Ｈ２）のみを供給して成長させたものである。
【００３３】
本発明の特徴は、このδドープ層３ａ、３ｂを形成するとき、ドーピング原料ガス流量、成長時間等を調節して、上側のδドープ層３ａのドープ濃度が下側のδドープ層３ｂのドープ濃度の２〜４倍の範囲内となるように濃度比をつけるものである。
【００３４】
上側のδドープ層３ａ上にショットキー層６を成長させる。さらに、ショットキー層６上に、コンタクト層７を成長させることでエピウエハが形成される。
【００３５】
ここで、上下δドープ層３ａ、３ｂのドープ濃度比を変化させたエピウエハを用いて作製した電界効果トランジスタの電子移動度とＶＰとの関係を調べた。このとき、エピウエハのＮＳは、常に一定値（本実施の形態では、２．４±０．０５×１０１２ｃｍ−２）となるよう成長させた。
【００３６】
この結果を図５に示す。
【００３７】
図５は、図１に示した電界効果トランジスタのドープ濃度と電子移動度とＶＰとの関係を示す図である。横軸はドープ濃度比を示す。左側の縦軸は電子移動度を示し、右側の縦軸はＶＰを示す。図５の横軸においてゼロは意味を持たない。
【００３８】
ドープ濃度比のプラス側は、「上層ドープ濃度／下層ドープ濃度」、つまり上層ドープ濃度を下層ドープ濃度よりも高くした場合を示す。これとは逆に、ドープ濃度比のマイナス側は、「下層ドープ濃度／上層ドープ濃度」、つまり下層ドープ濃度を上層ドープ濃度よりも高くした場合を示す。
【００３９】
この結果により、上下δドープ層３ａ、３ｂのドープ濃度が同じである場合よりも、電界効果トランジスタの電子移動度が高くなる濃度比があることがわかる。すなわち、ＮＳを一定にしたとき、上層ドープ濃度が下層ドープ濃度より高いほうが電子移動度が高くなり、ＶＰが低くなることがわかる。また、図５より上層ドープ濃度が下層ドープ濃度の略３倍のとき、電子移動度が最も高くなり、ＶＰが低く抑えられることがわかる。
【００４０】
次に、図３は、本発明の電界効果トランジスタの他の実施の形態を示す構造図である。図４は、図３に示した電界効果トランジスタに用いられるエピウエハの他の実施の形態を示す構造図である。
【００４１】
図３に示した電界効果トランジスタと図１に示した電界効果トランジスタとの相違点は、上下キャリア供給層が、δドープ層３ａ、３ｂではなく、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ等のｎ型化合物半導体結晶からなるｎ型化合物半導体層１１ａ、１１ｂである点である。図３に示した電界効果トランジスタも図１で示した電界効果トランジスタと同様な効果が得られる。
【００４２】
なお、ここで、ｎ型化合物半導体結晶は上述したＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰに限られるものではなく、これらはあくまでも一例に過ぎない。
【００４３】
ここで、本実施の形態においては、ＭＯＶＰＥ法で成長させたエピウエハを用いたダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタの場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ法：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）で成長させたエピウエハを用いたダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタの場合についても適用できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、上下のキャリア供給層に２〜４倍の範囲内となるように濃度比をつけることによって、より高い電子移動度の電界効果トランジスタの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電界効果トランジスタの一実施の形態を示す構造図である。
【図２】図１に示した電界効果トランジスタのエピウエハの一実施の形態を示す構造図である。
【図３】本発明の電界効果トランジスタの他の実施の形態を示す構造図である。
【図４】図３に示した電界効果トランジスタのエピウエハの他の実施の形態を示す構造図である。
【図５】図１に示した電界効果トランジスタのドープ濃度と電子移動度とＶＰとの関係を示す図である。
【図６】ダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタの従来例を示す構造図である。
【図７】図６に示したダブルヘテロ構造の電界効果トランジスタに用いられるエピウエハの従来例を示す構造図である。
【符号の説明】
１　半絶縁性基板
２ａ、２ｂ　バッファ層
３ａ、３ｂ　キャリア供給層（δドープ層）
４ａ、４ｂ　スペーサ層
５　チャネル層
６　ショットキー層
７ａ、７ｂ　コンタクト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004111615.tif 000009
【図７】
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