(57)【要約】【課題】増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴデバイスの提供。【解決手段】増強／空乏ＰＨＥＭＴは、半導体基板、バッファ領域、バッファ領域上のチャンネル層、電子ドナー層、第１ショットキー層、第１InGaP層、第２ショットキー層、第２ショットキー層上の第２InGaP層、第２InGaP層上のコンタクト層、第１活性領域及び第２活性領域を画定する分離構造、第１活性領域内のコンタクト層に配置された増強オーミックコンタクト、第１InGaP層を貫通する増強ゲート凹部、第１ショットキー層上に配置された増強ゲートコンタクト、第２活性領域内に配置された空乏オーミックコンタクト、第２InGaP層を貫通する空乏ゲート凹部、及び空乏ゲート凹部内の第２ショットキー層上に配置された空乏ゲートコンタクトを具備する。【選択図】      図５
2009224801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板、
該半導体基板上に１以上の半導体バッファ層を有するバッファ領域、
該バッファ領域上のIII−Ｖ属半導体チャンネル層、該チャンネル層上の電子ドナー層、該電子ドナー上のGaAs又はAlGaAsの第１ショットキー層、
該第１ショットキー層上の第１InGaP層、
該第１InGaP層上のGaAs又はAlGaAsの第２ショットキー層、
該第２ショットキー層上の第２InGaP層、
該第２InGaP層上のドープされたGaAsコンタクト層、第１活性領域及び第２活性領域を画定し、前記コンタクト層の上面から少なくとも前記バッファ領域に延びる分離構造、
前記第１活性領域内の前記ドープされたGaAsコンタクト層に配置された増強オーミックソースコンタクト及び増強オーミックドレーンコンタクト、
前記第１InGaP層で停止するエッチングと前記第１InGaP層を除去するエッチングの両方により、前記コンタクト層の上面から延びて前記第１活性領域内の前記第１InGaP層を貫通する増強ゲート凹部、
該増強ゲート凹部内の前記第１ショットキー層上に配置された増強ゲートコンタクト、
前記第２活性領域内の前記ドープされたGaAsコンタクト層上に配置された空乏オーミックソースコンタクト及び空乏オーミックドレーンコンタクト、
前記第２InGaP層で停止するエッチングと前記第２InGaP層を除去するエッチングの両方により、前記コンタクト層の上面から延びて前記第２活性領域内の前記第２InGaP層を貫通する空乏ゲート凹部、及び
該空乏ゲート凹部内の前記第２ショットキー層上に配置された空乏ゲートコンタクトを具備することを特徴とする増強／空乏モード擬似形態高電子移動度トランジスタデバイス構造。
【請求項２】
以下の構成を具備する多層構造を形成する工程と、
（ａ）半導体基板、
（ｂ）該半導体基板上に１以上の半導体バッファ層を有するバッファ領域、
（ｃ）該バッファ領域上のIII−Ｖ属半導体チャンネル層、
（ｄ）該チャンネル層上の電子ドナー層、
（ｅ）該電子ドナー上のGaAs又はAlGaAsの第１ショットキー層、
（ｆ）該第１ショットキー層上の第１InGaP層、
（ｇ）該第１InGaP層上のGaAs又はAlGaAsの第２ショットキー層、
（ｈ）該第２ショットキー層上の第２InGaP層、
（ｉ）該第２InGaP層上のドープされたGaAsコンタクト層、
（ｊ）該ドープされたGaAsコンタクト層に配置されたオーミックコンタクト、及び
（ｋ）前記コンタクト層の上面から少なくとも前記バッファ領域まで延び、第１活性領域及び第２活性領域を画定する分離構造、
前記第１活性領域内で、前記第１InGaP層で停止するエッチングと前記第１InGaP層を除去するエッチングの両方により、前記コンタクト層の上面から延びて前記第１InGaP層を貫通する増強ゲート凹部をエッチングする工程と、
前記増強ゲート凹部内の前記第１ショットキー層上に増強ゲートコンタクトを付着する工程と、
前記第２活性領域内で、前記第２InGaP層で停止するエッチングと前記第２InGaP層を除去するエッチングの両方により、前記コンタクト層の上面から延びて前記第２InGaP層を貫通する空乏ゲート凹部をエッチングする工程と、
前記空乏ゲート凹部内の前記第２ショットキー層上に空乏ゲートコンタクトを付着する工程
とからなることを特徴とする増強／空乏モード擬似形態高電子移動度トランジスタデバイス構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増強（enhancement）モード及び空乏（depletion）モードの両モードの擬似形態（pseudomorphic）高電子移動度トランジスタ（ＰＨＥＭＴ）デバイスを具備する集積回路、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかのタイプの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が、マイクロ波周波数及びミリ波周波数で利用できる。これらの高周波ＦＥＴには、金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）及び高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が含まれる。各トランジスタは、III−Ｖ属材料（III−Ｖ属半導体）から製造されるのが典型的である。ＨＥＭＴは、電荷がＨＥＭＴの電荷ドナー層から非ドープチャンネル層に移送される点で、ＭＥＳＦＥＴと識別される。
【０００３】
一般的に２タイプのＭＥＭＴがある。一方のタイプは単にＨＥＭＴと称され、他方のタイプは擬似形態ＨＥＭＴ又はＰＨＥＭＴと称される。ＨＥＭＴ及びＰＨＥＭＴ間の相違は、ＰＨＥＭＴにおいて、デバイスに組み込まれた１以上の層がデバイスの他の材料の格子定数と若干異なった格子定数を有することである。この格子不整合の結果、チャンネル層を形成する材料の結晶構造は歪む。この格子不整合及びそれに伴う歪はこのようなデバイスの成長をＨＥＭＴの成長より困難にするが、いくつかの性能上の利点が得られる。例えば、チャンネル層に移送される電荷密度が増強し、高電子移動度及び高電子飽和速度が観測される。その結果、デバイスは、より高い電力レベルに発展でき、より高周波で作動可能でありノイズ特性が改善される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
直接結合ＦＥＴロジック（ＤＣＦＬ）デバイス等の、増強モード電界効果トランジスタ及び空乏モード電界効果トランジスタの両方を含むデバイスは公知である。これらデバイスは、低消費電力で特長付けられ、大きな集積密度を有する高速集積回路に適する。
【０００５】
増強型トランジスタは、ゲート・ソース電圧が印加されていない場合、電流の流れを阻止するトランジスタである（常オフトランジスタとも称される）。空乏型トランジスタは、ゲート・ソース電圧が印加されていない場合、電流の流れを許容するトランジスタである（常オントランジスタとも称される）。代表的には、ゲートコンタクトが表面に形成された活性領域の厚さは、これらトランジスタ各々で異なっており、空乏型トランジスタよりも増強型トランジスタの方が小さい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、増強モード及び欠乏モードの両方のトランジスタを有する新規なＰＨＥＭＴデバイス（増強／空乏ＰＨＥＭＴデバイス）、及びそれを製造する方法に関する。
【０００７】
本発明の第１の側面によれば、空乏／増強ＰＨＥＭＴデバイス構造が提供される。この構造は以下の要素を具備する。即ち、
（ａ）半導体基板、
（ｂ）半導体基板上に１以上の半導体バッファ層を有するバッファ領域、
（ｃ）バッファ領域上のIII−Ｖ属半導体チャンネル層、
（ｄ）チャンネル層上の電子ドナー層、
（ｅ）電子ドナー上のGaAs又はAlGaAsの第１ショットキー層、
（ｆ）第１ショットキー層上の第１InGaP層、
（ｇ）第１InGaP層上のGaAs又はAlGaAsの第２ショットキー層、
（ｈ）第２ショットキー層上の第２InGaP層、
（ｉ）第２InGaP層上のドープされたGaAsコンタクト層、
（ｊ）第１活性領域及び第２活性領域を画定し、コンタクト層の上面から少なくともバッファ領域に延びる分離構造、
（ｋ）第１活性領域内のドープされたGaAsコンタクト層に配置された増強オーミックソースコンタクト及び増強オーミックドレーンコンタクト、
（ｌ）前記第１InGaP層で停止するエッチングと前記第１InGaP層を除去するエッチングの両方により、コンタクト層の上面から延びて第１活性領域内の第１InGaP層を貫通する増強ゲート凹部、
（ｍ）増強ゲート凹部内の第１ショットキー層上に配置された増強ゲートコンタクト、
（ｎ）第２活性領域内のドープされたGaAsコンタクト層上に配置された空乏オーミックソースコンタクト及び空乏オーミックドレーンコンタクト、
（ｏ）前記第２InGaP層で停止するエッチングと前記第２InGaP層を除去するエッチングの両方により、コンタクト層の上面から延びて第２活性領域内の第２InGaP層を貫通する空乏ゲート凹部、及び
（ｐ）空乏ゲート凹部内の第２ショットキー層上に配置された空乏ゲートコンタクト。
【０００８】
好適には、半導体基板はGaAs基板であり、III−Ｖ属半導体チャンネル層はInGaAsチャンネル層であり、電子ドナー層はケイ素原子の平面である。
【０００９】
バッファ領域は、好適には１以上のIII−Ｖ属半導体層を具備する領域であり、より好適にはGaAs層と、GaAs及びAlGaAsの交互層を有する超格子バッファとを具備する。
【００１０】
第１ショットキー層は、好適には厚さ500〜1500nmであり、好適にはAlxGa1-xAs層である。ここで、ｘは0.35〜0.75の範囲であり、好適には非ドープである。第２ショットキー層は、好適には厚さ500〜1500nmであり、好適にはAlxGa1-xAs層である。ここで、ｘは0.15〜0.25の範囲であり、好適にはドープされている。
【００１１】
第１及び第２InGaP層は、好適にはInzGa1-zP層である。ここで、ｚは0.4〜0.6の範囲であり、層の厚さは好適には100nm〜500nmの範囲である。
【００１２】
分離構造は好適にはイオン注入（implanted）構造である。
【００１３】
いくつかの好適実施形態において、空乏／増強ＰＨＥＭＴデバイス構造は、（ａ）第２InGaP層及びドープされたGaAsコンタクト層間のドープされたGaAs又はAlGaAs過渡層であって、コンタクト層よりも低い正味ドープ濃度を有する過渡層、（ｂ）第１ショットキー層及び第１InGaP層間の非ドープGaAsキャップ層であって、厚さが150〜500nmの範囲であるキャップ層、及び／又は（ｃ）チャンネル層及び電子ドナー層間のAlGaAsスペーサ層をさらに具備する。
【００１４】
いくつかの実施形態において、空乏ゲート凹部はその下部内よりも上部内でより大きく開口し、増強ゲート凹部はその下部内よりも上部内でより大きく開口する。より好適には、空乏ゲート凹部は第２InGaP内よりもドープされたGaAsコンタクト層内でより大きく開口するが、増強凹部は第２ショットキー層及び第１InGaP層内よりもドープされたGaAsコンタクト層及び第２InGaP層内でより大きく開口する。
【００１５】
本発明の第２の側面によれば、空乏／増強ＰＨＥＭＴデバイス構造の形成方法が提供される。この方法は以下の工程を具備する。即ち、
（１）以下の構成を具備する多層構造を形成する工程、
（ａ）半導体基板、
（ｂ）半導体基板上に１以上の半導体バッファ層を有するバッファ領域、
（ｃ）バッファ領域上のIII−Ｖ属半導体チャンネル層、
（ｄ）チャンネル層上の電子ドナー層、
（ｅ）電子ドナー上のGaAs又はAlGaAsの第１ショットキー層、
（ｆ）第１ショットキー層上の第１InGaP層、
（ｇ）第１InGaP層上のGaAs又はAlGaAsの第２ショットキー層、
（ｈ）第２ショットキー層上の第２InGaP層、
（ｉ）第２InGaP層上のドープされたGaAsコンタクト層、
（ｊ）ドープされたGaAsコンタクト層に配置されたオーミックコンタクト、及び
（ｋ）コンタクト層の上面から少なくともバッファ領域まで延び、第１活性領域及び第２活性領域を画定する分離構造、
（２）第１活性領域内で、前記第１InGaP層で停止するエッチングと前記第１InGaP層を除去するエッチングの両方により、コンタクト層の上面から延びて第１InGaP層を貫通する増強ゲート凹部をエッチングする工程、
（３）増強ゲート凹部内の第１ショットキー層上に増強ゲートコンタクトを付着する工程、
（４）第２活性領域内で、前記第２InGaP層で停止するエッチングと前記第２InGaP層を除去するエッチングの両方により、コンタクト層の上面から延びて第２InGaP層を貫通する空乏ゲート凹部をエッチングする工程、及び
（５）空乏ゲート凹部内の第２ショットキー層上に空乏ゲートコンタクトを付着する工程。
【００１６】
増強ゲート凹部及び空乏ゲート凹部は、好適にはウエットエッチング法を用いてエッチングされる。
【００１７】
第１グループの好適実施形態において、増強ゲート凹部は、以下の工程を有する方法によりエッチングされる。すなわち、
（ａ）第１増強凹部エッチング工程で、コンタクト層の上面から第２InGaP層の上面まで第１活性領域凹部をエッチングする工程、
（ｂ）第２増強凹部エッチング工程で、第２InGaP層を貫通して第１活性領域凹部をさらにエッチングする工程、
（ｃ）第３増強凹部エッチング工程で、第１InGaP層の上面まで第１活性領域凹部をさらにエッチングする工程、及び
（ｄ）第４増強凹部エッチング工程で、第１InGaP層を貫通して第１活性領域凹部をさらにエッチングし、増強ゲート凹部を完成する工程。
【００１８】
また、このグループの実施形態内では、空乏ゲート凹部は、好適には以下の工程を有する方法によりエッチングされる。すなわち、
（ａ）第１空乏凹部エッチング工程で、コンタクト層の上面から第２InGaP層の上面まで第２活性領域凹部をエッチングする工程、及び
（ｂ）第２空乏凹部エッチング工程で、第２InGaP層を貫通して第２活性領域凹部をさらにエッチングし、空乏ゲート凹部を完成する工程。
【００１９】
第１グループの好適実施形態において、第１増強凹部エッチング工程、第３増強凹部エッチング工程及び第１空乏凹部エッチング工程は、好適には硫酸及び過酸化水素からなるエッチング水溶液を用いて実行される。他方、第２増強凹部エッチング工程、第４増強凹部エッチング工程及び第２空乏エッチング工程は、好適には塩酸からなるエッチング水溶液を用いて実行される。
【００２０】
この第１グループの好適実施形態内では、第１及び第２増強凹部エッチング工程は、好適には第１開口を有する上側第１活性領域凹部が、ドープされたGaAsコンタクト層内で且つ第２InGaP層内に形成されるように実行される。第３及び第４増強凹部エッチング工程は、好適には第１開口より狭い第２開口を有する下側第１活性領域凹部が第２ショットキー層内で且つ第１InGaP層内に形成されるように実行される。
【００２１】
さらに、この第１グループの好適実施形態内では、第３増強凹部エッチング工程は好適には第１空乏凹部エッチング工程と同時に実行され、第４増強凹部エッチング工程は好適には第２空乏凹部エッチング工程と同時に実行され、そして増強ゲートコンタクトは好適には空乏ゲートコンタクトと同時に付着される。これら工程は、独立して実行することもできる。
【００２２】
第２グループの好適実施形態において、多層構造は、第２InGaP層及びドープされたGaAsコンタクト層間に、ドープされたGaAs又はAlGaAs過渡層をさらに具備する。過渡層はコンタクト層より正味ドープ濃度が低い。
【００２３】
また、このグループの実施形態内で、増強ゲート凹部は以下の工程を有する方法によってエッチングされる。すなわち、
（ａ）第１増強凹部エッチング工程で、コンタクト層の上面から第２InGaP層の上面まで第１活性領域凹部をエッチングする工程、
（ｂ）第２増強凹部エッチング工程で、第２InGaP層を貫通して第１活性領域凹部をさらにエッチングする工程、
（ｃ）第３増強凹部エッチング工程で、第１InGaP層の上面まで第１活性領域凹部をさらにエッチングする工程、及び
（ｄ）第４増強凹部エッチング工程で、第１InGaP層を貫通して第１活性領域凹部をさらにエッチングし、増強ゲート凹部を完成する工程。
【００２４】
さらにまた、このグループの実施形態内で、空乏ゲート凹部は以下の工程を有する方法によってエッチングされる。すなわち、
（ａ）第１空乏凹部エッチング工程で、コンタクト層の上面から過渡層の上面まで第２活性領域凹部をエッチングする工程、
（ｂ）第２空乏凹部エッチング工程で、第２InGaP層の上面まで第２活性領域凹部をさらにエッチングする工程、及び
（ｃ）第３空乏凹部エッチング工程で、第２InGaP層を貫通して第２活性領域凹部をさらにエッチングし、空乏ゲート凹部を完成する工程。
【００２５】
この第２のグループの好適実施形態内では、（ａ）第１及び第２増強凹部エッチング工程は、好適には第１開口を有する上側第１活性領域凹部が、ドープされたGaAsコンタクト層内、過渡層内且つ第２InGaP層内に形成されるように実行され、（ｂ）第３及び第４増強凹部エッチング工程は、好適には第１開口より狭い第２開口を有する下側第１活性領域凹部が第２ショットキー層内で且つ第１InGaP層内に形成されるように実行され、（ｃ）第１空乏凹部エッチング工程は、好適には第３開口を有する上側第２活性領域凹部が、ドープされたGaAsコンタクト層内に形成されるように実行され、そして（ｄ）第２及び第３空乏凹部エッチング工程は、好適には第３開口より狭い第４開口を有する下側第２活性領域凹部が過渡層内で且つ第２InGaP層内に形成されるように実行される。
【００２６】
また、第２グループの好適実施形態内では、第３増強凹部エッチング工程は好適には第２空乏凹部エッチング工程と同時に実行され、第４増強凹部エッチング工程は好適には第３空乏凹部エッチング工程と同時に実行され、そして増強ゲートコンタクトは好適には空乏ゲートコンタクトと同時に付着される。
【００２７】
さらに、第２グループの好適実施形態内では、第１増強凹部エッチング工程、第３増強凹部エッチング工程及び第２空乏凹部エッチング工程の各々は、好適には硫酸及び過酸化水素からなるエッチング水溶液を用いて実行され、第２増強凹部エッチング工程、第４増強凹部エッチング工程及び第３空乏エッチング工程の各々は、好適には塩酸からなるエッチング水溶液を用いて実行される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の利点は、（１）ゲート金属に隣接した活性領域の厚さが良好に制御され、（２）トランジスタソース抵抗を増強させるエッチング停止材料を用いることなく、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴデバイスを得ることができる。
【００２９】
エッチング停止材料を使用しているので、本発明の別の利点は、増強モード及び空乏モードの表方向含むＰＨＥＭＴデバイスが以下のエッチング技法を用いて実現できる。すなわち、（１）従来の容易に制御されるエッチング成分を含み、（２）高い選択性を提供し、（３）大量のバッチモードエッチング操作が可能であり、デバイスに関連した資本設備、労力及びサイクルタイムを大きく低減する。
【００３０】
本発明の別の利点は、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタを有するＰＨＥＭＴデバイスを比較的少ない処理工程を用いて実現できる点である。
【００３１】
本発明のさらに別の利点は、増強モード及び空乏モードトランジスタを有するＰＨＥＭＴデバイスを、高効率のバッチモード処理の実施ができず、結晶の欠損及びトランジスタ性能の低化を招く反応（reactive）イオンエッチング技法等の技法に頼らないで実現できる点である。
【００３２】
本発明のこれら及び他の実施形態並びに利点は、いわゆる当業者には発明の実施の形態及び特許請求の範囲を読むとよく理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴの形成を順に示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴの形成を順に示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴの形成を順に示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴデバイスの形成を順に示す概略断面図である。
【図５】本発明の一実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴの形成を順に示す概略断面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴの形成を順に示す概略断面図である。
【図７】本発明の別の実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴの形成を順に示す概略断面図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴの形成を順に示す概略断面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴの形成を順に示す概略断面図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施形態による、増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴの形成を順に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の好適実施形態が示された添付図面を参照して本発明を説明する。しかし、本発明は異なる形態でも実施可能であり、本明細書に記載された実施形態に限定されたものとして解釈すべきでない。
【００３５】
本発明の一実施形態による、増強モード及び空乏モードトランジスタの両方を含む第１ＰＨＥＭＴデバイス及びその製造方法を、図１ないし図５と絡めて説明する。
【００３６】
図１は多層構造を示し、その底層は半導体基板１０２である。半導体基板１０２は、好適にはIII−V属半導体基板であり、より好適には非ドープGaAs基板である。
【００３７】
半導体基板１０２の表面には、１以上の半導体バッファ層を有するバッファ領域が配置される。本実施形態で使用される特定バッファ領域は、（例えば10000〜100000nmの厚さになり得る）非ドープGaAsのバッファ層と、好適には（例えば150〜500nmの厚さになり得る）GaAs及び（例えば150〜3000nmの厚さになり得る）AlxGa1-xAsの交互層からなる超格子バッファ１０６とを有する。ここで、ｘは0.1〜0.4の範囲が代表的である。超格子バッファ１０６は、一般に5〜30周期（10〜60の交互層）を有し、好適にはAlxGa1-xAsの層で終端する。
【００３８】
バッファ層１０４及び超格子バッファ１０４に対応する上の層は、以下で説明する層と共に、好適には分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）等の当業界で広く使用される技法により、基板上に成長する。
【００３９】
超バッファ１０６の最上層には、III−Ｖ属半導体チャンネル層１０８が配置される。チャンネル層１０８は、好適にはInGaP層であり、より好適には非ドープInyGa1-yAsチャンネル層である。ここで、ｙは好適には0.1〜0.3の範囲であり、厚さは600〜1800nmの範囲である。
【００４０】
或る好適実施形態において、スペーサ層（図示せず）はチャンネル層１０８に設けられる。スペーサ層は、例えば非ドープAlGaAs層になり得、より好適には200〜600nmのAlxGa1-xAs層である。ここで、ｘは0.15〜0.25の範囲である。
【００４１】
次に、電荷ドナー層１１０、より好適には電子ドナー層が設けられる。この目的のために、当業界で公知の適当な電荷ドナー層１１０を用いることができる。図１の特定例では、この層がケイ素原子の平面である。
【００４２】
次に、ドープされてもされていなくてもよいGaAs又はAlGaAsの第1ショットキー層１１２が付着される。より好適には、第１ショットキー層は、厚さが500〜1500nmの非ドープAlxGa1-xAs層である。ここで、ｘは好適には0.35〜0.75の範囲である。
【００４３】
或る好適実施形態において、薄いキャップ層（図示せず）が、酸化からの保護のために第１ショットキー層１１２上に設けられる。例えば、キャップ層は、薄い（例えば150から500nm）非ドープGaAsキャップ層になり得る。
【００４４】
次に、第１InGaPエッチング停止層１１４が構造物上に付着される。エッチング停止層１１４は、好適にはInzGa1-zP層である。ここで、ｚは好適には0.4〜0.6の範囲であり、層の厚さは100〜500nmの範囲である。
【００４５】
次に、ドープされてもされていなくてもよいGaAs又はAlGaAsの第２ショットキー層１１６が付着される。好適には、第２ショットキー層は、厚さが500〜1500nmのｎドープAlxGa1-xAs層である。ここで、ｘは好適には0.15〜0.25の範囲であり、正味ドープ濃度は好適には1016〜1018cm-3の範囲である。
【００４６】
第２InGaPエッチング停止層１１８が第２ショットキー層１１６の上に配置される。第１エッチング停止層と同様に、第２エッチング停止層１１８は、好適にはInzGa1-zP層である。ここで、ｚは0.4〜0.6の範囲であり、層の厚さは好適には100〜500nmの範囲である。
【００４７】
図１の最上層はドープされたGaAsコンタクト層１２２である。好適には、ドープされたGaAsコンタクト層１２２は、2000〜10000nmの厚さで1018〜1019cm-3の正味ドープ濃度を有するｎ+ドープされたGaAsコンタクト層である。
【００４８】
図示の実施形態を含む或る実施形態において、過渡層１２０は、第２InGaPエッチング停止層１１８及びｎ+ドープされたGaAsコンタクト層１２２の間に設けられる。過渡層１２０は、好適には2000〜5000nmの厚さで1x1017〜1x1018cm-3の正味ドープ濃度を有するｎGaAsである。その結果得られる多層構造は図１に示される。
【００４９】
その後、オーミックコンタクト１２４（４個のコンタクトが図示され、その１個に参照番号が付されている）が、好適にはモノリシックマイクロウエーブ集積回路（MMIC）の製造において広く使用されるフォトリソグラフィーの金属付着技法を用いてコンタクト層１２２上に形成される。その結果得られる構造は図２に示される。図示される４個のオーミックコンタクト１２４は、最終的に増強及び空乏ＰＨＥＭＴ用のソースコンタクト及びドレーンコンタクトとして使用される。好適な金属付着技法は蒸着技法である。AuGeがオーミックコンタクト１２４に好適な材料である。
【００５０】
図３を参照すると、分離構造１２６が形成されている。分離構造１２６は、好適には多層構造の上面からバッファ領域まで、より好適にはバッファ層１０４まで延びる。分離構造１２６は、例えば当業界では周知であるように、イオン注入に引き続いて所望の面積を画定するフォトリソグラフ処理を用いて形成することができる。この工程は２個の活性領域を画定する。１個は、分離構造１２６の左側（一連の図において最終的には空乏モードＰＨＥＭＴに対応）である。もう１個は、分離構造１２６の右側（増強モードＰＨＥＭＴに対応）である。
【００５１】
次に、適当なフォトリソグラフ処理が好適には用いられ、空乏モードＰＨＥＭＴのゲートに対応した開口を有するフォトレジストパターンを画定する。このフォトリソグラフ処理は、適当なエッチング手順に引き続き、空乏モードゲート凹部を形成する。例えば、第１選択的エッチング工程は、例えばコンタクト層１２２及び過渡層１２０を貫通して第２InGaPエッチング停止層１１８で止まる硫酸及び過酸化水素水溶液を用いて実行することができる。次に、第２InGaPエッチング停止層１１８は、例えば塩酸水溶液を使用する第２選択的エッチング工程によりエッチングされる。このエッチング工程は、第２InGaPエッチング停止層１１８を貫通してゲート凹部まで延びる。次に、空乏モードゲート金属化（metalization）１２８が、フォトレジストパターンに画定される開口を貫通して第２ショットキー層１１６上に付着され、空乏モードPHEMTのゲート電極として使用されるショットキーコンタクトを形成する。好適な金属付着技法は蒸着技法である。好適な金属化はTi/Pt/Auを含む。フォトレジストパターンは除去され、図４の構造になる。
【００５２】
次に、付加的なフォトリソグラフ処理が使用され、増強モードＰＨＥＭＴのゲート用の開口を含むフォトレジストパターンを画定する。このフォトリソグラフ工程は、適当なエッチング手順に引き続く。例えば、選択的ゲート凹部エッチングは、第２InGaPエッチング停止層１１８で止まる硫酸及び過酸化水素水溶液を用いて実行することができる。次に、第２InGaPエッチング停止層１１８が、例えば塩酸水溶液を用いてエッチングされる。次に、第２ショットキー層１１６が、第１InGaPエッチング停止層１１４で止まる硫酸及び過酸化水素水溶液を用いてエッチングされる。次に、第１InGaPエッチング停止層１１４が塩酸水溶液を用いて除去される。次に、増強モードゲート金属化１３０がフォトレジストパターンに画定される開口を貫通して第１ショットキー層１１２上に付着され、増強モードＰＨＥＭＴのゲート電極として使用されるショットキーコンタクトを形成する。フォトレジストは除去され、図５に示される空乏・増強ＰＨＥＭＴ構造になる。
【００５３】
本発明による増強モードトランジスタ及び空乏モードトランジスタの両方を含むＰＨＥＭＴデバイスを形成する第２方法を、図６及び図７に絡めて説明する。本実施形態において、増強モードＰＨＥＭＴは、（上側凹部及び下側凹部からなる）２段凹部構造を具備する。この２段凹部形状は、典型的には図５に示されるような単一凹部構造に対して優位な破壊電圧を有する。
【００５４】
最初に、オーミックコンタクト１２４及び分離構造１２６を有する多層構造が、図１ないし図３に絡めて上述したように形成される。
【００５５】
続いて、適当なフォトリソグラフ処理が使用され、増強モードＰＨＥＭＴ用のゲート凹部の上部に対応する開口を有するフォトレジストパターンを画定する。このフォトリソグラフ工程は適当なエッチング工程に引き続く。例えば、選択的ゲート凹部エッチングは、第２InGaPエッチング停止層１８８で止まる硫酸及び過酸化水素水溶液を用いて実行できる。次に、第２InGaPエッチング停止層１１８は、例えば塩酸水溶液を用いて除去される。その結果の構造は図６に示される。
【００５６】
次に、さらに適当なフォトリソグラフ処理が用いられ、増強モードＰＨＥＭＴのゲート凹部の下部及び空乏モードＰＨＥＭＴ用ゲート凹部全体の両方のための開口を有するフォトレジストパターンを形成する。増強モードＰＨＥＭＴに対応するこれらのフォトレジスト開口は、前の工程よりもこの工程の方が狭く、エッチング後に２段凹部増強モードＰＨＥＭＴを形成する。次に、選択的エッチング工程が、例えば硫酸及び過酸化水素水溶液を用いて実行される。エッチングは、増強モードゲートの領域の第１InGaPエッチング停止層１１４と、空乏モードゲートの領域（これは図６に示される初期増強モード凹部の形成により形成可能である）の第２InGaPエッチング停止層１１８とで停止する。次に、例えば塩酸水溶液を使用して、増強モードゲートの領域の第１InGaPエッチング停止層１１４を除去し、空乏モードゲートの領域の第２InGaPエッチング停止層１１８を除去する。次に、増強モード金属化１３０及び空乏モードゲート金属化１２８は、フォトレジストパターンに形成された開口を貫通して付着され、増強モードＰＨＥＭＴ及び空乏モードＰＨＥＭＴのゲート電極として使用されるショットキーコンタクトを形成する。フォトレジストパターンは除去され、図７に示される構造を形成する。増強モードゲート金属化用の段付き（すなわち２段）凹部は、この図から明瞭に見ることができる。
【００５７】
図７の空乏モードゲート金属化１２８は段付き凹部を含まないことに留意されたい。しかし、本発明の別の実施形態による、増強モードゲート金属化１３０及び空乏モードゲート金属化１２８の両方が段付き凹部を有する増強／空乏ＰＨＥＭＴデバイスの形成方法を、図８ないし図１０に絡めて説明する。
【００５８】
最初に、オーミックコンタクト１２４及び分離構造１２６を有する多層構造が、図１ないし図３に絡めて上述したように形成される。続いて、適当なフォトリソグラフ処理が用いられ、空乏モードＰＨＥＭＴ用の上側ゲート凹部に対応する開口を有するフォトレジストパターンを画定する。これは、非選択的ゲート凹部エッチング工程に引き続き、当業界では公知の多数の適当なGaAsエッチング溶液のうちのいずれか一つを用いて、過渡層１２０まで構造物をエッチングする。フォトレジストは除去され、図８の構造になる。
【００５９】
増強モードＰＨＥＭＴ用の上側ゲート凹部に対応する開口を有する付加的なフォトレジストパターンが画定される。このフォトリソグラフ工程は適当なエッチング工程に引き続く。例えば選択的ゲート凹部エッチングが、第２InGaPエッチング停止層１１８で止まる例えば硫酸及び過酸化水素水溶液を用いて実行することができる。次に、第２InGaPエッチング停止層１１８が、例えば塩酸水溶液を用いて除去される。次に、フォトレジストが除去され、その結果の構造は図９に示される。
【００６０】
増強モードＰＨＥＭＴの下側ゲート凹部及び空乏モードＰＨＥＭＴの下側ゲート凹部の両方のための開口を有する別のフォトレジストパターンが画定される。増強モードＰＨＥＭＴ及び空乏モードＰＨＥＭＴの下側ゲート凹部用開口は、上側ゲート凹部用の対応する開口より狭く、エッチング後に２段凹部を形成する。最初に、選択的ゲート凹部エッチングは、（ａ）増強モードゲートの領域での第１InGaPエッチング停止層１１４で、及び（ｂ）空乏モードゲートの領域での第２InGaPエッチング層１１８で、例えば硫酸及び過酸化水素水溶液を用いて実行する。次に、例えば塩酸水溶液を用いて、（ａ）増強モードゲートの領域の第１InGaPエッチング停止層１１４、及び（ｂ）空乏モードゲートの領域の第２InGaPエッチング停止層１１８を除去する別の選択的エッチングを実行する。次に、増強モードゲート金属化１３０及び空乏モードゲート金属化１２８は、フォトレジストパターンに画定された開口を貫通して付着し、増強モードＰＨＥＭＴ及び空乏モードＰＨＥＭＴのゲート電極として使用されるショットキーコンタクトを形成する。次に、フォトレジストパターンが除去され、図１０に示される構造になる。２段凹部構造のため、図示の形状は、増強モードＰＨＥＭＴ及び空乏モードＰＨＥＭＴの両方に関して優位な破壊電圧を有する。
【００６１】
以上、いくつかの例示的実施形態に関して本発明を説明したが、当業者に明らかな上述の実施形態の多数の変形例がある。これら変形例は本発明の教示の範囲内であり、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されるべきであることは理解されよう。
【符号の説明】
【００６２】
１０２ 半導体基板
１０４ バッファ領域
１０６ 超格子バッファ
１０８ チャンネル層
１１０ 電子ドナー層
１１２ 第１ショットキー層
１１４ 第１InGaP層
１１６ 第２ショットキー層
１１８ 第２InGaP層
１２０ 過渡層
１２２ ドープされたGaAsコンタクト層
１２６ 分離構造
１２８，１３０ ゲート金属化
【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】
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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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