(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された圧電ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、
前記ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の半絶縁領域上に形成された複数の金属フィンガと、
前記基板上に形成され金属コンタクトを含む少なくとも１つの電子デバイスと、
表面弾性波デバイスと前記少なくとも１つの電子デバイスとの間に形成されたトレンチとを備え、
前記複数の金属フィンガと前記半絶縁領域は共に前記表面弾性波デバイスを形成し、前記複数の金属フィンガは入力変換器および出力変換器を構成し、
前記金属コンタクトは、前記入力変換器および／または前記出力変換器のうちの少なくとも一方に電気的に接続され、
前記トレンチは、前記圧電エピタキシャル層を貫通して前記基板の中へ延びている
ことを特徴とするモノリシック電子デバイス。
【請求項２】
前記少なくとも１つの電子デバイスは、トランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項３】
前記少なくとも１つの電子デバイスは、フォトダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項４】
前記少なくとも１つの電子デバイスは、発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項５】
前記圧電エピタキシャル層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含むことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項６】
前記圧電エピタキシャル層は、単結晶ＡｌＮを含むことを特徴とする請求項５に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項７】
前記圧電エピタキシャル層は、ＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を含むことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの電子デバイスは、前記表面弾性波デバイスに隣接したメサ上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項９】
前記複数の金属フィンガは、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの電子デバイスは、炭化ケイ素ＭＥＳＦＥＴを含むことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１１】
前記複数の金属フィンガは、このモノリシック電子デバイスのダイの縁に対して斜めであることを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１２】
前記入力変換器および／または出力変換器のうちの少なくとも一方に隣接したＳＡＷ吸収器をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１３】
前記入力変換器および／または出力変換器のうちの少なくとも一方に隣接したＳＡＷ反射器をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１４】
前記金属フィンガは、注入された、電気的に不活性な領域上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１５】
ＡｌＮを含む前記圧電エピタキシャル層は、前記基板上に直接に形成されていることを特徴とする請求項６に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１６】
ＡｌＮを含む前記圧電エピタキシャル層の厚さは、１ＳＡＷ波長よりも小さいことを特徴とする請求項１５に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１７】
ＡｌＮを含む前記圧電エピタキシャル層の厚さは、１ＳＡＷ波長以上であることを特徴とする請求項１５に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１８】
前記基板は、ＳｉＣを含むことを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項１９】
前記基板は、サファイア、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム、シリコン、ＧａＡｓ、ＬＧＯ、ＺｎＯ、ＬＡＯおよびＩｎＰからなるグループから選択されていることを特徴とする請求項１に記載のモノリシック電子デバイス。
【請求項２０】
基板と、
前記基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、
前記ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の半絶縁領域上に形成された複数のインターディジタル変換器（ＩＤＴ）と
前記基板上に形成された少なくとも１つの電子デバイスと、
表面弾性波デバイスと前記少なくとも１つの電子デバイスとの間に形成されたトレンチとを備え、
前記複数のＩＤＴと前記半絶縁領域とは、共に前記表面弾性波デバイスを形成する
ことを特徴とするモノリシック電子デバイス。
【請求項２１】
基板と、
前記基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、
前記ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の半絶縁領域上に形成された表面弾性波デバイスと、
前記基板上に形成された少なくとも１つの電子デバイスと、
前記表面弾性波デバイスと前記少なくとも１つの電子デバイスとの間に形成されたトレンチと
を備えたことを特徴とするモノリシック電子デバイス。
【請求項２２】
基板上に、ＩＩＩ族窒化物を含む緩衝層を形成するステップと、
前記緩衝層上に複数のエピタキシャル層を形成するステップと、
前記緩衝層の表面の一部を露出させるステップと、
前記複数のエピタキシャル層上にゲート、ソースおよびドレインコンタクトを形成してトランジスタデバイスを画定するステップと、
前記緩衝層の前記露出部分上にインターディジタル変換器を形成してＳＡＷデバイスを画定するステップと、
前記トランジスタデバイスと前記ＳＡＷデバイスとの間にトレンチをエッチングして、前記ＳＡＷデバイスを分離するステップと
を備えたことを特徴とする半導体基板上にモノリシック電子デバイスを製造する方法。
【請求項２３】
前記ＩＩＩ族窒化物は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＩＩＩ族窒化物は、ＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記緩衝層の表面の一部を露出させる前記ステップは、前記複数のエピタキシャル層をエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
マスクで前記緩衝層をマスクするステップと、
前記マスクに開口を形成するステップと、
前記開口の中に前記複数のエピタキシャル層を成長させるステップと、および
前記マスクを除去するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記トレンチは、１ＳＡＷ波長以上の深さまでエッチングされることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
前記トレンチは、前記基板の中までエッチングされることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
基板上に、ＩＩＩ族窒化物を含む緩衝層を形成するステップと、
前記緩衝層上に複数のエピタキシャル層を形成するステップと、
前記複数のエピタキシャル層上にゲート、ソースおよびドレインコンタクトを形成してトランジスタデバイスを画定するステップと、
注入マスクで前記複数のエピタキシャル層をマスクするステップと、
前記複数のエピタキシャル層にイオンを注入して、半絶縁性である前記エピタキシャル層の注入された領域を形成するステップと、
前記注入された領域上にインターディジタル変換器を形成してＳＡＷデバイスを画定するステップと、
前記トランジスタデバイスと前記ＳＡＷデバイスとの間にトレンチを形成するステップと
を備えたことを特徴とする半導体基板上にモノリシック電子デバイスを製造する方法。
【請求項３０】
前記ＩＩＩ族窒化物は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＩＩＩ族窒化物は、ＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
注入マスクで前記複数のエピタキシャル層をマスクするステップと、
前記複数のエピタキシャル層にイオンを注入して、半絶縁性である前記エピタキシャル層の注入された領域を形成するステップと、ならびに
前記注入された領域上に前記インターディジタル変換器を形成するステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記トレンチは、１ＳＡＷ波長以上の深さまでエッチングされることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物ベースの音波デバイス（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
音波デバイスは、圧電結晶の中を伝わる音波（すなわち音波または圧縮波）として存在する信号を処理する電子デバイスからなる１つの電子デバイスクラスを構成する。圧電結晶は、この圧電結晶材料に機械応力が加えられたとき（すなわち圧縮されまたは張力の下に置かれたとき）に、関連した電場が誘導されることが特徴である。同様に、圧電結晶に電場が加えられると、この材料に所定の方法で機械応力がかかる。圧電結晶を用いると、これらの特性を利用して多くの異なる機能を実行することが可能である。
【０００３】
例えば圧電マイクロホンは空気中を伝わる音波を電子信号に変換する。圧電スピーカおよびブザーはこれとは反対の機能を果たす。圧電センサは、圧力、温度、トルク、湿度および／または広範囲の他の現象の変化を検出する。
【０００４】
一般的な圧電材料は水晶（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）を含む。しかし他の材料、特に炭化ケイ素（ＳｉＣ）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物（Ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ−ｎｉｔｒｉｄｅ）材料も圧電材料であり、これらを使用して音波デバイスを形成することができる。
【０００５】
時間変化する電場が圧電結晶の一部に加えられると、加えられた電場はこの結晶の中を伝搬する音波を誘導する。音波は圧電材料の中をいくつかのモードで伝わる。例えば音波は材料の内部を伝わり（いわゆる「バルク」波）、あるいは材料の表面を伝わる。圧電材料の表面に沿って伝わる波は一般に表面弾性波（ｓｕｒｆａｃｅ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｗａｖｅ：ＳＡＷ）と呼ばれ、表面弾性波を処理するデバイスは表面弾性波デバイスまたはＳＡＷデバイスと呼ばれる。
【０００６】
単純な表面弾性波デバイスは基板上に圧電結晶または薄い圧電材料フィルムを含む。この結晶の表面のインターディジタル構成の（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）金属細片は送信および受信電極を構成する。これらの金属電極は、電気エネルギーを結晶内の機械応力に変換し、その反対に結晶内の機械応力を電気エネルギーに変換する。そのため、圧電材料上に形成されたインターディジタル（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ）電極はインターディジタル変換器（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｌ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）またはＩＤＴと呼ばれる。
【０００７】
図１０に、単純な表面弾性波デバイスの透視図を示す。このＳＡＷデバイスは基板１上に形成された圧電フィルム２を含む。このフィルム上に金属（通常はアルミニウム）を付着させ、これを標準フォトリソグラフィまたはリフトオフ技法を使用してパターン形成して、入力ＩＤＴ３および出力ＩＤＴ４を形成する。圧電フィルムの厚さは一般に１ＳＡＷ波長程度である。
【０００８】
動作時には、入力ＩＤＴ３に電気信号が加えられる。この入力信号によって圧電フィルム２の中に表面弾性波が誘導され、この弾性波はフィルム２の表面に沿って出力ＩＤＴ４に向かって伝搬する。生成される波の形状は、入力ＩＤＴに加えられる電気信号、ＩＤＴフィンガ（ｆｉｎｇｅｒ）の設計および方向、ならびに使用される圧電材料によって決まる。この波が出力ＩＤＴ４に達すると、ＩＤＴ４のフィンガ間に電圧が誘導され、次いでこの電圧がデバイスから出力される。出力波の形状は出力ＩＤＴ４の設計の影響を受ける。
【０００９】
図１１にＩＤＴのいくつかの設計パラメータを示す。フィンガ周期ＤはＩＤＴによって生成されるＳＡＷの波長λを決定する。フィンガの線幅Ｌおよび間隔Ｓは一般にλ／４に等しい。フィンガの数はＩＤＴの結合効率を決定し、フィンガの重なりの幅Ｗはフィンガ対の周波数応答に影響する。ＩＤＴ内のフィンガ対の重なりを変化させることによって、さまざまなフィルタ機能を実現することができる。
【００１０】
表面弾性波デバイスは、ディジタルおよびアナログ電子工学において多くの異なる応用を有する。数ある中で表面弾性波デバイスは例えば、帯域フィルタ、帯域消去フィルタ、送受切換器、遅延線、共振器および／またはインピーダンス部品として使用される。表面弾性波デバイスはさらに、デバイスの設計、特にインターディジタル変換器のレイアウトに応じて、畳込み、相関、パルス圧縮および／または（例えば拡散スペクトル通信系における）ディジタルフィルタリングなどのディジタル機能を実行するために使用されている。表面弾性波デバイスの設計および製造については非特許文献１に記載されている。
【００１１】
デバイス内での表面弾性波の速度は、デバイスを構築する材料およびＳＡＷの伝搬モードによって決まる。例えば、ＧａＮ中での１次レイリーモード音波の伝搬速度（ＳＡＷ速度とも呼ばれる）は約３６００ｍ／秒、ＡｌＮ中での対応するＳＡＷ速度は約５８００ｍ／秒であり、ＳｉＣ中では６８００ｍ／秒を超える。ＲＦデバイスの場合、ＳＡＷ速度は、デバイスが処理できる信号の帯域幅を決定する。ＳＡＷデバイスの基本動作周波数（ｆ０）は下式によって与えられる。
【００１２】
【数１】
0004740836.tif 000002
【００１３】
上式でｖはＳＡＷ速度、λは波長である。先に論じたとおり、デバイスの波長はＩＤＴのフィンガ周期によって決定される。ＩＤＴフィンガの幅および間隔（したがってフィンガ周期）は、フォトリソグラフィ技法の解像度によって制限される。したがって所与のフィンガ周期では、ＳＡＷ速度を増大させるとデバイスの基本動作周波数も増大する。言い換えると、所与のデバイス幾何学的形状では、ＳＡＷ速度を高くすると、デバイスはより高い周波数の信号を処理することができる。したがって、ＩＩＩ族窒化物およびＳｉＣはＳＡＷデバイス製造の望ましい圧電材料である可能性がある。
【００１４】
ＩＩＩ族窒化物および炭化ケイ素はさらに、高パワー、高温および／または高周波デバイス製造の望ましい材料である可能性がある。これらの広バンドギャップ材料は、ガリウムヒ素、シリコンなどの他の半導体材料に比べて高い電場絶縁破壊強度および高い電子飽和速度を有する。
【００１５】
近年、高いパワーハンドリング（ｐｏｗｅｒ  ｈａｎｄｌｉｎｇ）能力（＞２０ワット）を必要とし、同時に例えばＳバンド（２〜４ＧＨｚ）およびＸバンド（８〜１２ＧＨｚ）を含む無線周波数などの高周波数で動作する電気回路が普及してきた。高パワー、高周波回路の増加のため、それに対応して、無線周波数以上の周波数で確実に動作する能力を有し、なおかつ高いパワー負荷をハンドリングする能力があるトランジスタを求める要求も高まっている。以前には、バイポーラトランジスタおよびパワー金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）が高パワー応用に対して使用されたが、このようなデバイスのパワーハンドリング能力は高い動作周波数で制限される可能性がある。高周波応用に対してはジャンクション電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）が一般に使用されたが、以前から知られているＪＦＥＴのパワーハンドリング能力もやはり制限される可能性がある。
【００１６】
最近、高周波応用向けの金属半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＥＳＦＥＴ）が開発された。多数キャリアだけが電流を運ぶので、ＭＥＳＦＥＴ構造は高周波数応用に対して好ましい可能性がある。低いゲートキャパシタンスによってより高速なゲート入力スイッチング時間が可能になるため、ＭＥＳＦＥＴ設計は現行のＭＯＳＦＥＴ設計よりも好ましい可能性がある。したがって、全ての電界効果トランジスタは電流を運ぶために多数キャリアだけを利用するが、ＭＥＳＦＥＴのショットキーゲート構造は、ＭＥＳＦＥＴを高周波数応用に対してより望ましいものにする可能性がある。
【００１７】
構造の種類だけでなく、おそらくは構造の種類よりも基本的に、トランジスタを構成する半導体材料の特性も動作パラメータに影響する。トランジスタの動作パラメータに影響を及ぼす特性のうち、電子移動度、飽和電子ドリフト速度、絶縁破壊電場および熱伝導率は、トランジスタの高周波および高パワー特性に対して最も大きな効果を有するかもしれない。
【００１８】
電子移動度は、電場の存在下で電子がその飽和速度までどれくらい速く加速されるかを示す尺度である。過去には、より小さい電場でより多くの電流を生じさせることができ、その結果、電場が加えられたときに応答時間がより高速になるため、高い電子移動度を有する半導体材料が好まれた。飽和電子ドリフト速度は、半導体材料中で電子が獲得することができる最大速度である。速度が大きいことはソースからドレインに至るまでの時間が短いことを意味するため、相対的に大きい飽和電子ドリフト速度を有する材料は高周波応用に対して好ましい。
【００１９】
絶縁破壊電場は、ショットキー接合の絶縁破壊およびデバイスのゲートを流れる電流が突然に増大する電場の強さである。相対的に大きな電場は一般に所与の材料寸法によって支えられることができるため、高絶縁破壊電場材料は、高パワー高周波トランジスタに対して好ましい可能性がある。電子は小さな電場もよりも大きな電場によってより急速に加速されるので、大きな電場はより高速な過渡現象を可能にする可能性がある。
【００２０】
熱伝導率は、熱を放散させる半導体材料の能力である。一般的な動作では全てのトランジスタが熱を生成する。高パワー高周波トランジスタは通常、小さな信号トランジスタよりも大きな熱量を生成する。半導体材料の温度が増大するにつれて、一般に接合漏れ電流が増大し、温度の増大に伴うキャリア移動度の低下のため電界効果トランジスタを流れる電流は一般に低下する。したがって、熱が半導体から放散される場合、この半導体材料はより低い温度にとどまり、より大きな電流を運ぶことができ、漏れ電流が低下する可能性がある。
【００２１】
過去には、その高い電子移動度のため、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などのｎ型のＩＩＩ−Ｖ化合物から高周波ＭＥＳＦＥＴが製造された。これらのデバイスは高い動作周波数を提供し、パワーハンドリング能力を適度に増大させたが、これらの材料の比較的に低い破壊電圧および低い熱伝導率は、高電力応用におけるそれらの有用性を制限した。
【００２２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）が、シリコン（Ｓｉ）またはＧａＡｓから生み出されるデバイスよりも高い温度、高いパワー、高い周波数で動作することができる電子デバイスを理論的には生み出すことができる優れた物理および電子特性を有していることは長年にわたって知られている。約４×１０６Ｖ／ｃｍと高い絶縁破壊電場、約２．０×１０７ｃｍ／秒と高い飽和電子ドリフト速度および約４．９Ｗ／ｃｍ・Ｋと高い熱伝導率は、ＳｉＣが高周波、高電力応用に適当していることを指示している。
【００２３】
ＳｉＣベースのＭＥＳＦＥＴ構造およびその製造が、特許文献１および特許文献２に記載されており、これらの文献はともに、まるで本明細書に完全に記載されているかのように参照によって本明細書に組み込まれる。ＳｉＣ  ＭＥＳＦＥＴの構造および製造は特許文献３にも記載されており、この文献の開示も、まるで本明細書に完全に記載されているかのように参照によって本明細書に組み込まれる。
【００２４】
窒化物の分野では、高パワーおよび／または高周波応用向けの特定の関心のデバイスは、ヘテロ構造電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）としても知られている高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）である。これらのデバイスでは、異なるバンドギャップエネルギーを有する２つの半導体材料のヘテロ接合のところに２次元電子ガス（ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｇａｓ：２ＤＥＧ）が形成され、より小さなバンドギャップ材料はより高い電子親和力を有するので、これらのデバイスはある状況下で動作上の利点を提供する可能性がある。２ＤＥＧは、無ドープの小バンドギャップ材料中の蓄積層であり、例えば１０１３キャリア／ｃｍ２を超える非常に高いシート電子濃度を含むことができる。さらに、より広いバンドギャップ半導体に由来する電子は２ＤＥＧに移動し、低いイオン化不純物散乱のため高い電子移動度を可能にする。
【００２５】
高いキャリア濃度と高いキャリア移動度のこの組合せは、非常に大きな相互コンダクタンスをＨＥＭＴに与えることができ、高周波応用に関して金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）に優る強い性能上の利点を提供する可能性がある。
【００２６】
窒化ガリウム／窒化アルミニウムガリウム（ＧａＮ／ＡＩＧａＮ）材料系中に製造された高電子移動度トランジスタは、前述の高い絶縁破壊電場、それらの広いバンドギャップ、大きな伝導帯オフセットおよび／または高い飽和電子ドリフト速度を含む材料特性の組合せのため、大量のＲＦ電力を生成するポテンシャルを有する。
【００２７】
電子通信システムでは通常、送信前または受信後に信号を増幅することが望ましい。さらに、増幅の直前または直後にこのような信号をフィルタにかけることも多くの場合望ましい。高周波通信システムでは、ＳｉＣ  ＭＥＳＦＥＴまたはＩＩＩ族窒化物ベースのトランジスタを含む増幅回路を使用してこのような増幅を効率的に実行することができる。フィルタリングはＳＡＷフィルタを使用して効率的に実行することができる。
【００２８】
【特許文献１】米国特許第５２７０５５４号明細書（Palmour他）
【特許文献２】米国特許第５９２５８９５号明細書（Sriram他）
【特許文献３】米国特許出願第０９／５６７７１７号明細書（Allen他。２０００年５月１０日出願）
【特許文献４】米国特許第Ｒｅ．３４８６１号明細書
【特許文献５】米国特許第４９４６５４７号明細書
【特許文献６】米国特許第５２０００２２号明細書
【特許文献７】米国特許第６２１８６８０号明細書
【特許文献８】米国特許第６４０３９８２号明細書
【特許文献９】米国特許第６３９６０８０号明細書
【特許文献１０】米国特許第５２１００５１号明細書
【特許文献１１】米国特許第５３９３９９３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５５２３５８９号明細書
【特許文献１３】米国特許第５２９２５０１号明細書
【特許文献１４】米国特許第６３１６７９３号明細書
【特許文献１５】米国特許出願第０９／９０４３３３号明細書（Smith。２００１年７月１２日出願。「ALUMINUM GALLIUM NITRIDE/GALLIUM NITRIDE HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTORS HAVING A GATE CONTACT ON A GALLIUM NITRIDE BASED CAP SEGMENT AND METHODS OF FABRICATING SAME」）
【特許文献１６】米国仮特許出願第６０／２９０１９５号明細書（２００１年５月１１日出願。「GROUP III NITRIDE BASED HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTOR (HEMT) WITH BARRIER/SPACER LAYER」）
【特許文献１７】米国特許出願第１０／１０２２７２号明細書（Smorchkova他。「GROUP-III NITRIDE BASED HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTOR (HEMT) WITH BARRIER/SPACER LAYER」）
【特許文献１８】米国特許第６０６３１８６号明細書
【特許文献１９】米国特許第６２９７５２２号明細書
【特許文献２０】米国特許第６２１７６６２号明細書
【特許文献２１】米国特許第５１５５０６２号明細書
【特許文献２２】米国特許第４９１２０６３号明細書
【特許文献２３】米国特許第４９１２０６４号明細書
【特許文献２４】米国特許第５０１１５４９号明細書
【特許文献２５】米国特許出願第０９／７１５５７６号明細書（２０００年１１月１７日出願。「SUSCEPTOR DESIGNS FOR SILICON CARBIDE THIN FILMS」）
【特許文献２６】米国特許出願第０９／７９０１６９号明細書（２００１年２月２１日出願。「SUSCEPTOR DESIGNS FOR SILICON CARBIDE THIN FILMS」）
【特許文献２７】米国特許出願公開第２００１／０１７０４９１号明細書（２００２年１１月２１日公開。「SEED CRYSTAL HOLDERS AND SEED CRYSTALS FOR FABRICATING SILICON CARBIDE CRYSTALS AND METHODS OF FABRICATING SILICON CARBIDE CRYSTALS」）
【特許文献２８】米国特許出願公開第２００２／００９０４５４号明細書（２００２年７月１１日公開。「GAS-DRIVEN ROTATION APPARATUS AND METHOD FOR FORMING SILICON CARBIDE LAYERS」）
【特許文献２９】米国特許出願第１０／０１７４９２号明細書（２００１年１０月３０日出願。「INDUCTION HEATING DEVICES AND METHODS FOR CONTROLLABLY HEATING AN ARTICLE」）
【特許文献３０】米国特許出願第１０／１１７８５８号明細書（２００２年４月８日出願。「GAS-DRIVEN PLANETARY ROTATION APPARATUS AND METHODS FOR FORMING SILICON CARBIDE LAYERS」）
【特許文献３１】米国特許第６４９５８５２号明細書
【特許文献３２】米国特許第６２６５７２７号明細書
【特許文献３３】米国特許第５７３９５５４号明細書
【非特許文献１】K. Ng, Complete Guide to Semiconductor Devices, McGraw Hill (1995)（第６６章）
【非特許文献２】S. T. Sheppard, W. L. Pribble, D. T. Emerson, Z. Ring, R. P. Smith, S. T. Allen and J. W. Palmour, "High Power Demonstration at 10 GHz with GaN/AlGaN HEMT Hybrid Amplifiers," the 58th Device Research Conference, Denver, CO June 2000
【非特許文献３】S. T. Sheppard, K. Doverspike, M. Leonard, W. L. Pribble, S. T. Allen and J. W. Palmour, "Improved l0-GHz Operation of GaN/AlGaN HEMTs on Silicon Carbide," Mat. Sci. Forum, Vols. 338-342 (2000), pp. 1643-1646
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
通信システムを実現するために必要な回路部品の数をできる限り少なくし、その設計を単純にするためには、できるだけ多くの構成部品を単一のチップ上に集積することが望ましい。ＳＡＷデバイスと他のデバイスを集積する試みがなされている。しかし、このようなデバイスでは一般に、活性の電子構成部品がその上に形成される（シリコンなどの）半導体基板上に圧電結晶を結合することが要求される。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
本発明の実施形態は、基板と、基板上に形成された圧電ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層と、ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層の半絶縁領域上に形成され、表面弾性波デバイスの入力および出力インターディジタル変換器を画定する複数の金属フィンガと、基板上に形成された少なくとも１つの電子デバイスとを含むモノリシック電子デバイスを提供する。この電子デバイスは、入力変換器および／または出力変換器のうちの少なくとも一方に電気的に接続された金属コンタクトを含む。
【００３１】
この電子デバイスは、ＨＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、フォトダイオード、ＬＥＤまたは他の電子デバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、圧電ＩＩＩ族窒化物層が、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）またはＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を含み、いくつかの実施形態では圧電ＩＩＩ族窒化物層がＡｌＮを含む。
【００３２】
いくつかの実施形態では、この電子デバイスが、ＳＡＷデバイスから自体を分離するためにメサ（ｍｅｓａ）として形成される。いくつかの実施形態では、ＳＡＷデバイスと電子デバイスの間にトレンチが形成される。
【００３３】
ＳＡＷデバイスの動作を妨害する可能性がある不要な反射を低減させるために、インターディジタル変換器に隣接した吸収および／または反射部品を形成してもよい。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態では、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、ＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩ族窒化物を含む緩衝層を基板上に形成し、緩衝層上に複数のエピタキシャル層を形成し、緩衝層の表面の一部を露出させ、複数のエピタキシャル層上にゲート、ソースおよびドレインコンタクトを形成してトランジスタデバイスを画定し、緩衝層の露出部分上にインターディジタル変換器を形成してＳＡＷデバイスを画定することによって、電子デバイスが提供される。
【００３５】
緩衝層の表面の一部は、複数のエピタキシャル層をエッチングすることによって露出させることができる。あるいは緩衝層をマスクし、マスクに開口を形成する。開口の中に複数のエピタキシャル層を成長させ、マスクを除去する。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態では、例えばトランジスタデバイスとＳＡＷデバイスの間をエッチングすることによってトレンチを形成してＳＡＷデバイスを分離する。トレンチは１ＳＡＷ波長以上の深さを有することができ、基板の中まで延びることができる。
【００３７】
本発明の他の実施態様は、注入マスクで複数のエピタキシャル層をマスクすること、複数のエピタキシャル層にイオンを注入して、エピタキシャル層の注入された半絶縁性の領域を形成すること、および注入された領域上にインターディジタル変換器を形成することを含む。
【００３８】
本発明の特定の実施態様は、基板上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、ＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩＩ族窒化物を含む緩衝層を形成すること、緩衝層上にチャネル層を形成すること、チャネル層上に障壁層を形成すること、障壁層上にエッチングマスクを形成すること、障壁層の一部をエッチングしてチャネル層の一部を露出させること、エッチングマスクを除去すること、障壁層上にゲート、ソースおよびドレインコンタクトを形成してトランジスタデバイスを画定すること、ならびにチャネル層の露部分上にインターディジタル変換器を形成してＳＡＷデバイスを画定することを含む。
【００３９】
本発明の他の実施態様は、基板上に炭化ケイ素のエピタキシャル層を形成すること、エッチングマスクで炭化ケイ素エピタキシャル層をマスクすること、炭化ケイ素エピタキシャル層の一部をエッチングして基板の一部を露出させること、成長マスクで炭化ケイ素エピタキシャル層をマスクすること、露出させた基板上に、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）、ＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）などのＩＩＩ族窒化物の層を成長させること、炭化ケイ素エピタキシャル層上にゲート、ソースおよびドレインコンタクトを形成してトランジスタデバイスを画定すること、ならびにＩＩＩ族窒化層上にインターディジタル変換器を形成してＳＡＷデバイスを画定することを含む。
【００４０】
いくつかの実施態様では、成長マスクが露出させた基板を横切って所定の距離だけ延び、そのためＩＩＩ族窒化層が炭化ケイ素エピタキシャル層から間隔を置いて配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
次に、本発明のさまざまな実施形態が示された添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。しかし本発明は多くの異なる形態で具体化することができるのであって、本発明を、本明細書に記載された実施形態に限定されるものと解釈してはならない。これらの実施形態は、この開示が徹底的かつ完全なものとなり、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるものとなるように提供されたものである。全体を通じて同様の数字は同様の要素を指す。さらに、図に示されている各種層および領域は概略的に示されている。したがって、本発明は、添付図に示された相対的なサイズおよび間隔に限定されない。やはり当業者には理解されることだが、本明細書において基板または他の層「上に」形成された層と言うとき、それは、基板または他の層上に直接に形成された層、あるいは基板または他の層上に形成された１つまたは複数の介在層上に形成された層を指すことがある。さらに、第１の要素または層が第２の要素または層と「電気的に接触している」と記述されているとき、第１および第２の要素または層が互いに物理的に直接に接触している必要はなく、第１の要素または層と第２の要素または層との間に電流が流れることを可能にする導電性の介在要素または層によって接続されていることもあることを理解されたい。
【００４２】
本発明の実施形態を、集積ＳＡＷデバイス／トランジスタ１０として図１Ａの断面図に概略的に示す。図１Ａに示した実施形態では、デバイス１０のトランジスタ構造１０Ａが高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を含む。しかし、トランジスタ構造１０Ａ（ならびに後述する本発明の他の実施形態に関して図示されるトランジスタ構造）は、ＨＥＭＴの代わりにまたはＨＥＭＴに加えて、他の１つまたは複数の種類のデバイスを含んでもよいことを当業者は理解されたい。例えばトランジスタ構造１０ＡはＭＥＳＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴまたはこの他のデバイスを含むことができる。
【００４３】
集積デバイス１０は基板１２を含み、基板１２は例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、例えば４Ｈポリタイプの半絶縁（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ）炭化ケイ素である。他の候補炭化ケイ素ポリタイプには３Ｃ、６Ｈおよび１５Ｒポリタイプが含まれる。用語「半絶縁」は記述的に使用されているのであり、絶対的な意味で使用されているわけではない。本発明の特定の実施形態では、炭化ケイ素バルク結晶が室温で約１×１０５Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する。
【００４４】
基板１２上の窒化アルミニウム緩衝層１４は、炭化ケイ素基板とデバイスの残りの部分との間に適当な結晶構造遷移を提供する。図１Ａに示した実施形態では、窒化アルミニウム緩衝層１４がさらに圧電フィルムを形成し、その上に後に詳述するＳＡＷデバイス１０Ｂが形成されている。緩衝層１４および後続のＧａＮベースの諸層は、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥまたは高品質のエピタキシャル層を形成する他の適当な成長技法によって形成することができる。
【００４５】
炭化ケイ素は、ＩＩＩ族窒化物デバイスのごく一般的な基板材料であるサファイア（Ａｌ２Ｏ３）よりも、ＩＩＩ族窒化物にはるかに近い結晶格子整合を有する。このより近い格子整合によって、サファイア上で一般に得られるフィルムよりも高品質のＩＩＩ族窒化フィルムが得られる可能性がある。さらに炭化ケイ素は非常に高い熱伝導率を有し、そのため、一般に炭化ケイ素上のＩＩＩ族窒化物デバイスの総出力パワーは、基板の熱の放散によって、サファイア上に形成された同じデバイスの場合と同じようには制限されない。さらに、半絶縁炭化ケイ素基板の使用可能性は、デバイス分離および低い寄生静電容量を提供する可能性がある。
【００４６】
炭化ケイ素が好ましい基板材料ではあるが、本発明の実施形態では、サファイア、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウム、シリコン、ＧａＡｓ、ＬＧＯ、ＺｎＯ、ＬＡＯ、ＩｎＰなど、適当な任意の基板を利用することができる。いくつかの実施形態ではさらに、適当な緩衝層を形成することができる。
【００４７】
本明細書で使用するとき、用語「ＩＩＩ族窒化物」は、窒素と周期表のＩＩＩ族元素、通常は窒素とアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）および／またはインジウム（Ｉｎ）との間に形成された半導体化合物を指す。この用語はさらに、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの３元および４元化合物を指す。当業者にはよく理解されるとおり、ＩＩＩ族元素は窒素と結合して、２元（例えばＧａＮ）、３元（例えばＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ）および４元（例えばＡｌＩｎＧａＮ）化合物を形成することができる。これらの化合物は全て、１モルの窒素が合計１モルのＩＩＩ族元素と結合した実験式を有する。それに応じて、それらの化合物を記述するためにしばしば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ただし０≦ｘ≦１、またはＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１０、ｘ＋ｙ≦１などの式が使用される。
【００４８】
適当な半絶縁ＳｉＣ基板は、例えば本発明の譲受人である米ノースカロライナ州ＤｕｒｈａｍのＣｒｅｅ，ｉｎｃ．社によって製造されており、生産方法は例えば、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８および特許文献９に記載されている。これらの文献の内容はその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。同様に、ＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル成長技法は例えば特許文献１０、特許文献１１、特許文献１２および特許文献１３に記載されている。これらの文献の内容も参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４９】
ＧａＮベースのＨＥＭＴの適当な構造は例えば、同一譲受人の特許文献１４、特許文献１５、特許文献１６および特許文献１８に記載されている。これらの文献の開示は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００５０】
図１Ａの説明を続けると、緩衝層１４上にはチャネル層１６が形成されており、いくつかの実施形態ではこれがＧａＮである。チャネル層１６はドープされていないことが好ましいが、このシート電荷領域の電子濃度、またはこのシート電荷領域の下の領域での伝導帯Ｅｃおよび価電子帯Ｅｖのふるまいを変更するために、さまざまな物質でドープされていてもよい。いくつかの実施形態ではチャネル層１６の厚さが約１から５μｍである。いくつかの実施形態ではチャネル層１６が、その上に薄い（約１００Å）高品質チャネル領域が形成された厚い（１から５μｍ）ＧａＮベースの緩衝層を含む。
【００５１】
チャネル層１６上には障壁層１８が形成されている。いくつかの実施形態では障壁層１８がＡｌＧａＮを含み、それによってチャネル層１６と障壁層１８の間にヘテロ接合が形成される。障壁層１８は、２０％から４０％のアルミニウム組成を有することが好ましく、ドーピング濃度約２×１０１８ｃｍ−３のシリコンでドープされていてもよい。障壁層１８の厚さは、約１５ｎｍから４０ｎｍとすることができ、約２５ｎｍであることが好ましい。
【００５２】
先に述べたとおり、チャネル層１６と障壁層１８との界面のＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ障壁のため、この界面に２次元電子ガスが誘導される。障壁層１８の表面にはオームソース電極２２およびオームドレイン電極２３が形成されている。オームソース電極２２およびオームドレイン電極２３は、Ｔｉ／Ｓｉ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕまたはｎ型ＡｌＧａＮに対してオーム接触を形成する他の適当な材料とすることができる。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴデバイス用の適当なオーム接触は非特許文献２および非特許文献３に記載されている。
【００５３】
ソース電極２２とドレイン電極２３の距離は一般に約２〜４μｍである。
【００５４】
いくつかの実施形態では、オームソース電極２２とオームドレイン電極２３の間の障壁層１８の表面に、薄い（２０〜４０Å）無ドープのＧａＮキャップ層（図示せず）が形成される。このようなキャップ層の設計および効果は特許文献１５に詳述されている。この文献の開示は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００５５】
ソース電極２２とドレイン電極２３の間にはゲート電極２４が形成されている。ある種の実施形態ではゲート電極２４が、白金、ニッケル、またはｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮに対して非オーム接触を形成する他の適当な金属から形成される。追加の金属層でゲート電極２４にふたをしてＴゲート構成にしてもよく、またはＴゲートを１つのプロセスステップで形成してもよい。当技術分野で知られているとおり、Ｔゲート構成はＲＦおよびマイクロ波デバイスに特に適している。
【００５６】
さらに障壁層１８は、先に挙げた特許文献１７に記載されている複数の層を含んでもよい。したがって、本発明の実施形態がこの障壁層を単一の層に限定していると解釈してはならないのであって、本発明の実施形態は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮおよび／またはＡｌＮ層の組合せを有する障壁層を含むことができる。例えばＧａＮ、ＡｌＮ構造を利用して合金の散乱を低減させまたは防ぐことができる。
【００５７】
図１Ａに示すように、ＡＩＮ緩衝層などの緩衝層１４の表面２５の一部は露出している。第１の複数の金属フィンガ２６が露出した表面２５上に入力ＩＤＴを形成し、第２の複数の金属フィンガ２８が出力ＩＤＴを形成する。入力ＩＤＴ２６、出力ＩＤＴ２８およびＡｌＮ緩衝層１４は、トランジスタ１０Ａと同じ基板上に集積された表面弾性波デバイス１０Ｂを構成する。ＩＤＴ２６、２８は、アルミニウムまたは他の適当な金属から形成することができる。ＩＤＴ２６、２８は、緩衝層１４とオーム接触または他の電気接触を形成する必要がないので、（例えば必要なメタライゼーションステップの数を減らすためにゲート２４、ソース２２およびドレイン２３オームコンタクトならびに／あるいは金属相互接続に使用される金属と同じ金属を含む）多くの異なる金属を使用することができる。
【００５８】
緩衝層１４の厚さは、ＳＡＷ構造１０ＢのＳＡＷ伝搬特性に影響する。一般に、デバイスの中を伝搬する表面弾性波は、約１波長分の距離だけ構造中に延びる。いくつかの実施形態では緩衝層が約２５０ｎｍ以下である。その場合、伝搬波のＳＡＷ速度は、ＡｌＮよりも高いＳＡＷ速度を有するＳｉＣ基板によって支配される可能性がある。また、ＳＡＷ  ＩＤＴフィンガ２６、２８の方向は、デバイスの性能が最適化されるように選択することができる。ＡｌＮおよびＳｉＣのｃ平面内でＳＡＷ伝搬は等方的であると報告されているが、表面弾性波の伝搬を方向に依存させることができる、軸を外して（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）カットしたＳｉＣ基板を使用してデバイスを製造することが可能である。例えばＳｉＣ  ＭＥＳＦＥＴは一般に８°軸を外したウェハを使用して製造される。
【００５９】
トランジスタ１０ＡからＳＡＷデバイス１０Ｂへ、反対にＳＡＷデバイス１０Ｂからトランジスタ１０Ａへ電気信号を伝達できるように、オーバーレイヤー（ｏｖｅｒｌａｙｅｒ）金属（図示せず）、ワイヤボンディングまたは他の適当な技法によって、入力ＩＤＴ２６または出力ＩＤＴ２８をトランジスタ１０Ａのソース２２、ドレイン２３および／またはゲート２４に接続してもよい。
【００６０】
トランジスタ１０Ａからの望ましくない反射および干渉を低減させ、かつ／または最小化するために、図９に示すように、ＩＤＴフィンガ２６、２８の方向とは異なる角度にダイをカットしてもよい。さらに、望ましくない干渉を最小化するために、入力ＩＤＴ２６および／または出力ＩＤＴ２８に隣接したデバイス上にＳＡＷ反射器および／または吸収器１９を形成してもよい。ＳＡＷ反射器および吸収器の設計はＳＡＷデバイスの設計技術者にはよく知られている。
【００６１】
デバイス１０を製造する代替方法を説明する先行構造を図１Ｂおよび１Ｃに示す。図１Ｂに示すように、先行デバイス１１は、基板１２上にエピタキシャル層を付着させて緩衝層１４、チャネル層１６および障壁層１８を形成することによって形成することができる。メタライゼーションの前に、障壁層１８の表面にエッチングマスク３２を形成する。エッチングマスク３２は例えば、フォトレジストマスク、二酸化シリコンマスク、窒化シリコンマスクまたはその下のエピタキシャル窒化層の選択エッチングを可能にする他の適当なマスクを含む。エッチングマスク３２は、標準フォトリソグラフィ技法を使用してパターン形成し、部分的に除去する。一般的なフォトリソグラフィプロセスは、フォトレジスト（一般に感光性ポリマー樹脂）層を半導体構造に追加するステップと、フォトレジストの上にマスクを配置するステップと、フォトレジストが（化学変化、通常は特定の溶媒中での溶解度の変化を受けることによって）反応する周波数の光でフォトレジストを露光するステップと、フォトレジストをエッチングして（選択したレジストに応じて）露光されたパターンまたは露光していないパターンを除去するステップと、次いで、残りのパターンに次の所望のステップを実施するステップとを含むことができる。
【００６２】
次いで障壁層およびチャネル層１６、１８をエッチングしてＡｌＮ緩衝層１４の一部を露出させる。その上にＩＤＴ２６、２８を形成することができる。次いでエッチングマスク３２を除去し、メタライゼーションステップを実行してコンタクト２２、２３、２４およびＩＤＴ２６、２８を形成する。
【００６３】
障壁層１６およびチャネル層１８は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングプロセスを使用してエッチングすることができる。このメサをドライエッチングするのに適した条件には例えば、Ａｒ環境でのＢＣｌ３エッチング剤を使用したドライエッチングが含まれる。例えば一般的なプロセスは、２０〜１００ｓｃｃｍのＡｒおよび１０〜２０ｓｃｃｍのＢＣｌ３を、圧力５〜５０ミリトル、ＲＦ電力５０〜３００ＷのＲＩＥ反応器に流すことを含む。実際のパラメータは使用されるシステムによって決まり、当業者はこれらを決定することができる。
【００６４】
デバイス１０を製造する一代替方法は、図１Ｃに示した先行構造１３を参照すれば理解することができる。デバイス１０は先に述べたとおりに、基板１２を成長反応器の中に置き、基板１２上にＡｌＮ緩衝層１４を付着させることによって製造することができる。緩衝層１４の形成後、成長反応器から基板１２を取り出し、緩衝層の表面に成長マスク３４（これは二酸化シリコン、窒化シリコンまたは適当な他の材料を含むことができる）を形成する。先に述べたように標準フォトリソグラフィ技法を使用してマスク層３４をパターン形成して、緩衝層１４の表面の一部分を露出させる。マスク層３４の形成およびパターン形成の後、基板１２を成長反応器に戻して、チャネルおよび障壁層１６およびチャネル層１８（およびデバイスに存在する他の層）を再び成長させる。次いで、マスク層３４を除去した後に、構造上にコンタクト２２、２３、２４およびＩＤＴ２６、２８を形成することができる。
【００６５】
デバイス２０は、図２Ａおよび２Ｂに示すように、緩衝層１４を貫通して延びるトレンチ３６を間に形成することによってトランジスタ構造２０Ａから分離されたＳＡＷ構造２０Ｂを含む。緩衝層１４の厚さおよびデバイスの波長によっては、トレンチ３６が基板１２の中まで延びる可能性もある。先に論じたとおり、ＳＡＷは、約１波長分の距離だけ伝搬媒体の中へ延びる。したがって、ＳＡＷデバイス２０Ｂの物理的な分離を提供するためには、トレンチ３６は少なくとも約１波長分の距離だけ延びる。
【００６６】
図２Ａに示すように、トレンチ３６は、トランジスタの形成前、形成中または形成後に形成することができる。例えば、構造上にエッチングマスク３８を形成しパターン形成して、トランジスタメサに隣接する緩衝層１４の一部を露出させる。次いで露出した領域を先に記載した方法でエッチングしてデバイス分離を提供する。エッチング後、エッチングマスクを除去し、表２Ｂに示すようにメタライゼーションを実行する。
【００６７】
図３Ａ〜３Ｂに本発明の他の実施形態を示す。図３Ａに概略的に示すように、デバイス３０は、共通の基板上に形成されたトランジスタ構造３０ＡおよびＳＡＷデバイス構造３０Ｂを含む。しかしこの実施形態では、ＳＡＷデバイス３０ＢのＩＤＴ２６、２８がトランジスタ電極と同じエピタキシャル層の表面に形成され、したがって再成長またはメサのエッチングの必要性が回避される。
【００６８】
ＳＡＷデバイス３０Ｂをトランジスタ構造３０Ａから電気的に分離し、ＳＡＷデバイス自体の損失を低減させるため、デバイスの領域４２に窒素、リンなどのイオン４３を注入し、領域４２の抵抗を十分に高くして電気的に不活性になるようにする。
【００６９】
図３Ｂに示すように、トランジスタ構造３０Ａのエピタキシャル層を成長させてエピタキシャル先行構造３１を形成した後、先行構造３１の表面にパターン形成された注入マスク４４（これは例えばフォトレジストを含む）を形成し、露出した表面４５に窒素イオン４３を注入して領域４２の中に窒素イオン４３を注入する。水素、ヘリウム、アルミニウムおよび窒素を含む他のイオンを使用して、この領域の抵抗率を注入によって増大させることもできる。
【００７０】
注入は従来の方法によって室温で実施することができる。現時点の最もよく理解されているところによれば（特定の理論によって限定されてはいないが）、イオンの注入はＧａＮ内に損傷を生み出して、バンドギャップ内に深い準位を生み出す。これらはＧａＮの中に自由キャリアを閉じ込め、したがって、この材料の抵抗を、このような注入のなされていないＧａＮ層または領域よりも高める。ＨＥＭＴ構造では、注入されたイオンが、障壁層とチャネル層の界面の導電性２ＤＥＧチャネルを有効に中和する。
【００７１】
ある種の実施形態では、露出領域に窒素原子が、エネルギー１０〜４００ｋｅＶ、ドーズ量１０１３〜１０１４イオン毎平方センチメートル（ｃｍ−２）で注入される。このようなドーズ量は、領域４２を中和し、または他の方法で、トランジスタ構造３０ＡがＳＡＷデバイス３０Ｂから電気的に分離され、トランジスタ構造３０ＡまたはＳＡＷデバイス３０Ｂの電気性能がもう一方のデバイスによって実質的に損なわれないよう領域４２を十分に非導電性にするのに十分である可能性がある。
【００７２】
図４に、本発明の他の実施形態に基づくデバイス４０を示す。図３および３Ａに関して説明した実施形態と同様に、ＳＡＷデバイス４０Ｂはトランジスタ構造４０Ａと同じエピタキシャル表面に形成されている。ただし、ＳＡＷデバイス４０Ｂを形成する諸層の注入による中和に加えて、ＳＡＷ構造４０Ｂとトランジスタ構造４０Ａの間に、図２Ａおよび２Ｂに関して先に説明したマスキングおよびエッチング技法を使用して分離トレンチ５６が形成されている。先に論じたとおりトレンチ５６の深さは、少なくとも１ＳＡＷ波長とすることができる。
【００７３】
本発明の他の実施形態を図５に示す。図５に示した実施形態では、障壁層とチャネル層の間の２ＤＥＧ領域を除去するために、トランジスタ構造５０Ａの障壁層およびチャネル層が厚いＧａＮ層１６の中までエッチングされる。ＳＡＷ  ＩＤＴは、成長させたときに半絶縁性であるＧａＮ層の露出した表面に形成されている。トランジスタ構造５０ＡとＳＡＷデバイス構造５０Ｂの間に、先に説明した技法を使用して、オプションの分離トレンチ６６をエッチングしてもよい。
【００７４】
図６Ａ〜６Ｃに示した実施形態では、ＳｉＣ  ＭＥＳＦＥＴ構造６０Ａと同じ基板上にＡｌＮベースのＳＡＷ構造６０Ｂが集積されている。炭化ケイ素のエピタキシャル層を成長させる技法は、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献５、特許文献２２、特許文献２３および特許文献２４に開示されている。これらの文献の開示は参照によって本明細書に組み込まれる。炭化ケイ素のエピタキシャル層を成長させる技法は、特許文献２５、特許文献２６、特許文献２７、特許文献２８、特許文献２９および特許文献３０にも開示されている。これらの文献の開示は参照によって本明細書に組み込まれる。
【００７５】
上記の特許および出願に記載された技法を使用してＳｉＣエピタキシャル層７２を成長させて、図６Ｂに示した先行構造６１を形成する。ＳｉＣエピタキシャル層７２の表面にエッチングマスク７３を形成し、パターン形成して、ＳｉＣエピタキシャル層７２の表面７４の一部を露出させる。次いで先行構造６１をエッチングして半絶縁ＳｉＣ基板の一部を露出させる。次いで図６Ｃに示す成長マスク７７で残りのＳｉＣエピタキシャル層にマスクをする。成長マスク７７は、成長マスク７７の厚さによって決まる所定の距離だけＳｉＣエピタキシャル層７２の縁を越えて延びる。エッチングマスク７３は、成長マスク７７の形成の前に除去してもまたは除去しなくてもよい。
【００７６】
露出した基板の上に結晶のＡｌＮ１４の層を再成長させ、マスク７７を除去する。再成長させたＡｌＮ層１４はＳｉＣエピタキシャル層７２から分離されているので、ＳＡＷ構造６０ＢとＭＥＳＦＥＴ構造６０Ａとは、成長させたときに分離されている。ＳｉＣエピタキシャル層７２の上に金属コンタクト２２、２３、２４を形成し、次いでＡｌＮ層の上にＳＡＷ  ＩＤＴ２６、２８を形成してデバイスを完成させる。
【００７７】
図７に示すように、１つまたは複数のＳＡＷデバイスと同じ基板上に２種類以上のデバイスを集積するよう上記技法を拡張することができる。例えばデバイス７０は、同じ基板１２上に集積されたトランジスタ構造７０Ａ、ＳＡＷデバイス７０Ｂおよび光検出器構造７０Ｃを含む。このようなデバイスは例えば、光学情報信号を受け取り、増幅し、フィルタリングする能力を有するモノリシック部品として使用することができる。同様に図８に示す実施形態は、同じ基板１２上に集積されたトランジスタ構造８０Ａ、ＳＡＷデバイス８０Ｂ、光検出器構造８０Ｃおよびエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）構造８０Ｄを含む。このようなデバイスは例えば、光学情報信号を受け取り、増幅し、フィルタリングし、情報信号を送信する能力を有するモノリシック部品として使用することができる。ＧａＮベースのエミッタおよび光検出器の設計は当業者によく知られている。ＧａＮベースの光検出器の例は、参照によって本明細書に組み込まれる特許文献３１および特許文献３２に示されている。ＧａＮベースのエミッタの例は、参照によって本明細書に組み込まれる特許文献１２および特許文献３３に示されている。
【００７８】
ＳＡＷデバイスおよび電子デバイスと同じ基板上に他の回路部品を集積することができる。例えばコンデンサ、インダクタ、抵抗器、遅延線などを同様にデバイスに集積することができる。
【００７９】
本発明の実施形態を、エッチングプロセスおよび／または選択成長プロセスの使用によってＳＡＷデバイスを共通の基板上の別のデバイスから分離することに関して説明したが、ソーイング（ｓａｗｉｎｇ）、レーザアブレーション、または当業者に知られている他の技法などの他のトレンチ形成技法を利用して、このような分離トレンチを提供することができる。さらに、本発明の実施形態を、共通の基板上に絶縁圧電層を提供する本明細書に記載した特定の技法に限定されると解釈してはならない。例えば、リフトオフまたは他の技法を利用して、共通の基板上の他のデバイスとともに集積されたＳＡＷデバイスの圧電層を提供することができる。
【００８０】
本発明の実施形態を図面および明細書に記載した。特殊な用語を使用したが、それらは総称的かつ記述的な意味だけで使用され、限定の目的のためには使用されない。本発明の範囲は請求項に定義される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１Ａ】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示したデバイスの製造の一中間ステップとすることができる先行デバイスを示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示したデバイスの製造の一中間ステップとすることができる先行デバイスを示す図である。
【図２Ａ】図２Ｂに示したデバイスの製造の一中間ステップとすることができる先行デバイスを示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示したデバイスの製造の一中間ステップとすることができる先行デバイスを示す図である。
【図４】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示したデバイスの製造の一中間ステップとすることができる先行デバイスを示す図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示したデバイスの製造の一中間ステップとすることができる先行デバイスを示す図である。
【図７】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図８】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図９】本発明の実施形態を示す概略図である。
【図１０】従来の表面弾性波デバイスを示す透視図である。
【図１１】従来の表面弾性波デバイスのインターディジタル変換器のレイアウトを示す概略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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