專利名稱：半導(dǎo)體裝置和通信系統(tǒng)用機(jī)器的制作方法
技術(shù)區(qū)域本發(fā)明涉及使用于耐高壓、高頻信號的，具有半導(dǎo)體電源裝置(powerdevice)機(jī)能的半導(dǎo)體裝置，以及利用該半導(dǎo)體裝置的通信系統(tǒng)用的機(jī)器。
背景技術(shù)：
近年來，以實現(xiàn)具有優(yōu)良高頻特性、發(fā)光特性、和耐壓特性等特定特性的半導(dǎo)體裝置為目的，積極進(jìn)行新型半導(dǎo)體材料(即含所謂的半絕緣性材料)的開發(fā)。半導(dǎo)體材料當(dāng)中，例如，因為銦磷(InP)是電子移動度和電子飽和速度都大于具代表性的半導(dǎo)體材料—硅(Si)的半導(dǎo)體，所以可期待被應(yīng)用于下一代的高頻裝置和高溫動作裝置等的材料。
一般而言，所謂電源裝置，是進(jìn)行大電力變換和控制的裝置的統(tǒng)稱，又稱為電源二極管或電源晶體管。并且，做為電源裝置的應(yīng)用，它是如配置于通信系統(tǒng)的終端和轉(zhuǎn)播臺等的晶體管。還有，在晶體管中，還有HEMT(High Electron Mobility Transistor)和雙極晶體管，而且，今后電源裝置的應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)該還會更為擴(kuò)大。
一般而言，為了這些用途，相應(yīng)于用途和目的，用配線連接內(nèi)裝了電源裝置的復(fù)數(shù)個半導(dǎo)體晶片，采取將其收存于同一個封裝內(nèi)的微型組件化構(gòu)成。例如，在基板上會以構(gòu)成對應(yīng)用途的電路的方式來形成配線，然后通過將各半導(dǎo)體晶片安裝在基板上，利用半導(dǎo)體晶片和配線構(gòu)成期望的電路。在這，做為配置了半導(dǎo)體電源裝置的電路的從前的的實例，以使用肖特基(schottky)二極管和MESFET的無線轉(zhuǎn)播臺的收發(fā)信號電路來進(jìn)行說明。
圖27，為文獻(xiàn){《開拓信息通信的新時代的高頻·光半導(dǎo)體裝置》p124、上田大助等、平成11年(即1999年)12月1日、電子信息通信學(xué)會發(fā)行}上所記載的從前的轉(zhuǎn)播臺(移動體通信系統(tǒng)的轉(zhuǎn)播臺)的內(nèi)部分構(gòu)成電路方框圖。如該圖所示，具有天線本體、天線部分、接收信息放大部分、發(fā)送信息放大部分、無線收發(fā)信息部分、基礎(chǔ)頻帶信號處理部分、界面部分、交換控制部分、控制部分、以及電源部分。接收信息放大部分的構(gòu)成，是以各為2段的串聯(lián)方式來配置的濾波器和低雜音放大器(LNA)。無線收發(fā)信息部分則配置著將局部分放大器和高頻發(fā)信器的輸出信號混合生成高頻信號的混合元件。在發(fā)送信息放大部分上配置著驅(qū)動放大器、濾波器、中間放大器、以及配置著4個主放大器的電源分配·合成電路。還有，設(shè)置了以處理聲音信號為目的的基礎(chǔ)頻帶信號處理部分、界面部分、以及連接于交換網(wǎng)(NETWORK)的交換控制部分。
在這，從前的轉(zhuǎn)播臺的主放大器的構(gòu)成，配置輸入匹配電路、使用GaAs基板形成電場效果晶體管(MESFET或HEMT)、以及在輸入側(cè)和輸出側(cè)的電容元件、感應(yīng)元件、和電阻元件，以進(jìn)行界面匹配。
還有，在控制部分、基礎(chǔ)頻帶信號處理器、界面部分、和交換控制部分上，則配置著在硅基板上形成的MOSFET、二極管、電容元件、和電阻元件等。尤其是需要大面積的電容元件和感應(yīng)元件等部品，以獨立晶片來形成。
圖28為表示使用從前的的銦磷(InP)基板的HEMT構(gòu)造的概略圖。如該圖所示，在摻雜高濃度鐵(Fe)、厚度約100μm的半絕緣性的InP基板501上，依序?qū)嵤o摻雜的厚度約200nm的InAlAs層502、無摻雜的厚度約15nm的InGaAs層503、摻雜硅(Si)的厚度約10nm的載流子供給層n-InAlAs層504、阻止蝕刻層的厚度約5nm的InP層505、摻雜硅(Si)的厚度約3nm的n-InAlAs層506、摻雜n型雜質(zhì)—硅(Si)的厚度約200nm的n+-InAlAs層507、以及摻雜n型雜質(zhì)-高濃度硅(Si)的厚度約15nm的n+-InGaAs層508的沉積層。具有n+-InGaAs層508上由互相分離設(shè)置的Ti/Au構(gòu)成的歐姆源極電極509a和歐姆漏極電極509b、由貫通n-InAlAs層506、n+-InAlAs層507、和n+-InGaAs層508的一部分而接觸InP層505的WSi所構(gòu)成的肖特基柵極電極510、以及以絕緣隔離肖特基柵極電極510、歐姆源極電極509a、和歐姆漏極電極509b為目的的SiO2/SiNi所構(gòu)成的絕緣層511。
在這晶體管中，若對源極電極509a和漏極電極509b的間施加電壓，源極-漏極間會有電流流過。在肖特基柵極電極510和歐姆源極電極間，若施加使肖特基柵極電極510增高的電壓(逆向電壓)，則源極-漏極間的電流會對應(yīng)施加于肖特基柵極電極510的電壓而變頻，進(jìn)行開關(guān)動作。
(發(fā)明所要解決的課題)然而，上述從前的半導(dǎo)體裝置和利用這通信系統(tǒng)用機(jī)器卻還分別留有下列問題。
上述的從前的晶體管中，在源極-漏極之間夾斷(pinch-off)時的耐壓性，對具有載流子供給層機(jī)能的n-InAlAs層504的摻雜濃度有很強(qiáng)的依賴性。例如，為了提高夾斷時的耐壓性，必須將n-InAlAs層504的摻雜濃度抑制于較低的程度。然而，若摻雜濃度降低，n-InAlAs層504的電阻率會增大，晶體管導(dǎo)通(on)時的導(dǎo)通(on)電阻就會變高。其結(jié)果，會增加耗電。換而言之，因為存在這種折衷，很難同時實現(xiàn)晶體管的高耐壓和低電阻。這種問題在晶體管為雙極晶體管時也同樣存在。
上述從前的轉(zhuǎn)播臺，收發(fā)信息電路等中的最重要部分的信號放大用元件，一般都以GaAs基板來形成，但因為無法克服高耐壓和低電阻的折衷，就形成需要較小電源的多數(shù)量元件，不易實現(xiàn)裝置的小型化。其結(jié)果，為了維持轉(zhuǎn)播臺的運(yùn)轉(zhuǎn)，需要大冷卻能力的冷卻裝置，也就需要較大的運(yùn)轉(zhuǎn)成本。還有，應(yīng)用于終端機(jī)時，電路的小型化也有了其限度。
還有，收發(fā)信息電路中的最重要部分--功率放大器，在需要特別實施大電力放大的部分可以配置較多信號放大用元件，但是隨著高頻信號的頻率的提高，會重復(fù)受到來自信號放大用元件的反射波的影響，因而不易實施界面匹配。其結(jié)果，是會發(fā)生以界面調(diào)整為目的的整修會變得十分煩索等各種問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供同時實現(xiàn)前面所述的高耐壓和低電阻的半導(dǎo)體裝置，尤其是優(yōu)質(zhì)高頻特性的半導(dǎo)體裝置和利用這半導(dǎo)體裝置的通信系統(tǒng)用機(jī)器。
(解決課題的方法)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，具有設(shè)置于基板上的，由第1半導(dǎo)體構(gòu)成的至少一個第1活性區(qū)域；以及由與上述第1活性區(qū)域相連接設(shè)置的，且使其與上述第1活性區(qū)域之間產(chǎn)生頻帶(band)不連續(xù)的，與上述第1半導(dǎo)體具有不同頻帶間隙(band gap)的第2半導(dǎo)體所構(gòu)成的至少一個第2活性區(qū)域。上述第2活性區(qū)域的構(gòu)成，是由載流子可能通過的至少一個第1半導(dǎo)體層，和含有比上述第1半導(dǎo)體層更高濃度的載流子用雜質(zhì)，且膜厚比上述第1半導(dǎo)體層更薄且載流子可以利用量子效應(yīng)滲入上述第1半導(dǎo)體層的至少一個第2半導(dǎo)體層相連接設(shè)置而形成。
利用這方式，在第2活性區(qū)域內(nèi)，第2半導(dǎo)體層內(nèi)的載流子會擴(kuò)散至第1半導(dǎo)體層，而處于載流子分布于整個第2活性區(qū)域的狀態(tài)。所以，半導(dǎo)體裝置在動作時，第1半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度會較低，第1半導(dǎo)體層的雜質(zhì)離子散亂的情形也會較少。
因此，若用上述半導(dǎo)體裝置做為HEMT時，可獲得低電阻，所以可獲得較大的載流子移動速度。為此，可以獲得通過第1活性區(qū)域的載流子的大電流。而且，即便是第2活性區(qū)域中的平均雜質(zhì)濃度相對較高的情況下，切斷(OFF)狀態(tài)時，整個第2活性區(qū)域會呈現(xiàn)過渡化，并且第2活性區(qū)域中不再存在載流子，所以就會由雜質(zhì)濃度較低的第1半導(dǎo)體層來決定其耐壓程度，而整個第2活性區(qū)域就可以獲得較高的耐壓值。因此，從能夠緩和第2活性區(qū)域的高耐壓和低電阻的折衷情形來看，利用這方式，可以謀取增加用半導(dǎo)體裝置本身的電壓和電流的乘積所表示的電能量。還有，在降低了動作電壓的時候，由于同樣可以獲得充分的驅(qū)動力，所以還可以當(dāng)做低耗電型裝置使用。
上述第1和第2半導(dǎo)體層，由于每一個都是沉積了復(fù)數(shù)個沉積層而形成的，所以可更確實地實現(xiàn)高耐壓和低電阻。
上述基板是由InP所構(gòu)成，上述第1和第2活性區(qū)域，是由InP、InGaAs、InAlAs、GaN、InGaP、和InGaSb當(dāng)中的任何一種材料構(gòu)成的，正因為如此，可以獲得適合于處理毫米波水平高頻信號的半導(dǎo)體裝置。
上述第2活性區(qū)域中的第1和第2半導(dǎo)體層最好是由共同的材料構(gòu)成的。
上述第2半導(dǎo)體是以頻帶間隙大于上述第1半導(dǎo)體的材料所構(gòu)成，并以上述第1活性區(qū)域內(nèi)的上述第2活性區(qū)域界面附近部分做為溝道層，再通過以上述第2活性區(qū)域做為載流子供給層的機(jī)能層，所以，可以獲得利用了第1活性區(qū)域和第2活性區(qū)域之間所形成的雜質(zhì)屏蔽的高性能HEMT。
通過在上述第1活性區(qū)域的上下分別設(shè)置上述第2活性區(qū)域，可以獲得特別適合電源裝置的雙溝道型HEMT。
通過各自設(shè)置復(fù)數(shù)個上述第1活性區(qū)域和上述第2活性區(qū)域和第1活性區(qū)域與第2活性區(qū)域的相互交錯沉積，所以可以獲得更適合電源裝置的多溝道型HEMT。
本發(fā)明的通信系統(tǒng)用機(jī)器，是配置在處理高頻信號的通信系統(tǒng)中，具有利用半導(dǎo)體所形成的主動元件的機(jī)器。上述主動元件，是設(shè)置在基板上的包括，由第1半導(dǎo)體構(gòu)成的至少一個的第1活性區(qū)域；與上述第1活性區(qū)域相連接設(shè)置的，為使與上述第1活性區(qū)域之間產(chǎn)生頻帶不連續(xù)的，由比上述第1半導(dǎo)體的頻帶間隙大的第2半導(dǎo)體所構(gòu)成的至少一個的第2活性區(qū)域。上述第2活性區(qū)域的構(gòu)成，是由與可能通過載流子的至少一個第1半導(dǎo)體層；含有比上述第1半導(dǎo)體層更高濃度的載流子用雜質(zhì)的，膜厚比上述第1半導(dǎo)體層更薄的，以及可以利用量子效應(yīng)向上述第1半導(dǎo)體層滲入載流子的至少一個第2半導(dǎo)體層相連接設(shè)置而成的。
利用這方式，可以在激活異質(zhì)接合型半導(dǎo)體裝置的各種特性的同時，利用以高耐壓和低電阻來實現(xiàn)的增大電流量的主動元件，獲得小型化的通信系統(tǒng)用機(jī)器，因而可以降低設(shè)備的設(shè)置成本和運(yùn)轉(zhuǎn)成本等。
通過在發(fā)送信息部分配置上述主動元件，在通信系統(tǒng)中最需要大電力的部分中，可以謀得如前面所述的發(fā)揮大電力的主動元件的活用。
上述主動元件也可配置于接收信息部分。
通過將上述主動元件配置于便攜式信息終端機(jī)內(nèi)，可活用為適合于小型低耗電的主動元件。
通過將上述主動元件配置于轉(zhuǎn)播臺，可將主動元件當(dāng)做高頻用裝置和電源裝置來活用。
上述通信系統(tǒng)用機(jī)器，因其對控制對象為可裝卸的收發(fā)信息微型組件的構(gòu)成，所以在不需要變更控制對象的內(nèi)容的情況下，利用新程序來進(jìn)行對控制對象的控制成為可能。


圖1為表示本發(fā)明各實施方式中的利用毫米波的通信系統(tǒng)的整體概念的一個例子的立體圖。
圖2為表示本發(fā)明實施方式中的通信系統(tǒng)構(gòu)成的概略方框圖。
圖3為更詳細(xì)表示本發(fā)明實施方式中的通信系統(tǒng)的轉(zhuǎn)播臺內(nèi)部構(gòu)成的方框電路圖。
圖4為表示配置于圖2所示的收發(fā)信息放大部分的主放大器構(gòu)造例的電路圖。
圖5為概略表示家庭內(nèi)寬帶無線通信系統(tǒng)例的圖。
圖6為說明使用通信卡的ONU—服務(wù)器—家電機(jī)器—便攜式信息終端之間的無線通信方法的方框圖。
圖7為本發(fā)明實施方式中，在InP基板集成了肖特基二極管、HEMT、MESFET、電容元件、和感應(yīng)元件的半導(dǎo)體積成電路裝置的剖面圖。
圖8(a)和圖8(b)為本實施方式的多重δ摻雜InGaAs層的深度方向氮濃度曲線和載流子分布關(guān)系模式圖、以及傳導(dǎo)帶端部形狀的部分頻帶圖。
圖9為表示SiC層中的多重δ摻雜層深度方向的雜質(zhì)濃度分布的圖。
圖10(a)和圖10(b)是表示模擬具有δ摻雜層和無摻雜層的沉積層部分的樣品A上的傳導(dǎo)帶端部的頻帶構(gòu)造圖、以及模擬載流子濃度分布結(jié)果的圖。
圖11(a)和圖11(b)是表示模擬δ摻雜層和無摻雜層的沉積層部分的樣品B上的傳導(dǎo)帶端部的頻帶構(gòu)造圖、以及模擬載流子濃度分布結(jié)果的圖。
圖12(a1)～圖12(c3)是表示本實施方式的肖特基二極管和從前的的肖特基二極管的偏壓變化導(dǎo)致傳導(dǎo)帶端的形狀變化的能量頻帶圖。
圖13為表示測定有關(guān)具有多重δ摻雜層的MESFET的漏極電流和漏極電壓的關(guān)系對柵極電壓的依存性(I-V特性)所得的結(jié)果的圖。
圖14(a)～圖14(c)為表示本實施方式半導(dǎo)體裝置的制造工序中，從形成多重δ摻雜InGaAs層和多重δ摻雜InAlAs層等至形成元件分離區(qū)域為止的工序剖面圖。
圖15(a)和圖15(b)為表示本實施方式半導(dǎo)體裝置的制造工序中，從形成各元件電極至形成導(dǎo)體膜為止的工序剖面圖。
圖16(a)和圖16(b)為表示本實施方式半導(dǎo)體裝置的制造工序中，從形成電容元件的上部電極至形成對各元件導(dǎo)體部分的接觸孔為止的工序剖面圖。
圖17為本發(fā)明實施方式的第1實施例HEMT的剖面圖。
圖18(a)和圖18(b)為概略表示本實施例HEMT中對異質(zhì)接合部分施加和未施加偏壓時的各自的頻帶狀態(tài)的能量頻帶圖。
圖19為本發(fā)明實施方式的第2實施例HEMT的剖面圖。
圖20(a)和圖20(b)為概略表示第2實施例HEMT中，對異質(zhì)接合部分施加和未施加偏壓時的頻帶狀態(tài)的能量頻帶圖。
圖21為概略表示圖2所示通信系統(tǒng)中的無線終端機(jī)(移動臺)的一個實例的圖。
圖22為表示圖3或者是圖21所示的混頻元件的電路構(gòu)成例的電路圖。
圖23為表示含有圖21所示SPDT開關(guān)的高輸出開關(guān)電路、或者是圖3所示的配置于天線開關(guān)的高輸出開關(guān)電路的實例的電路圖。
圖24為表示上述實施方式的圖4所示的主放大器的另外構(gòu)成例(第1變形例)。
圖25為表示上述實施方式中圖4所示的主放大器的另外構(gòu)成例(第2變形例)。
圖26是概略表示將2個主放大器并聯(lián)的第3變形例中，轉(zhuǎn)播臺構(gòu)成的方框電路圖。
圖27為從前的轉(zhuǎn)播臺(通信系統(tǒng)的轉(zhuǎn)播臺)的內(nèi)部構(gòu)成電路方框圖。
圖28為概略表示使用從前的InP基板的HEMT構(gòu)造的圖。
圖29為表示做為便攜式信息終端機(jī)的規(guī)格所規(guī)定的功率放大器特性的圖。
(符號說明)
10 InP基板； 11 元件分離區(qū)域； 12 多重δ摻雜InGaAs層；12a n型摻雜層； 12b 無摻雜層； 13 多重δ摻雜InAlAs層； 13an型摻雜層； 13b 無摻雜層； 15 InAlAs層； 16 InAlAs層；17 InGaAs層； 18 InP層； 20 肖特基二極管； 21 肖特基電極； 22 引出電極層； 23 歐姆電極； 30 pMOSFET； 32柵極電極； 33a 源極區(qū)域； 33b 漏極區(qū)域； 34 源極電極； 35漏極電極； 40 HEMT； 42 柵極電極； 43a 源極區(qū)域； 43b漏極區(qū)域； 44 源極電極； 45 漏極電極； 50 電容元件； 51底層絕緣膜； 52 下部電極； 53 電容絕緣膜； 54 上部電極； 60感應(yīng)元件； 61 介電質(zhì)膜； 62 導(dǎo)體膜； 70 層間絕緣膜； 71接觸栓； 74 接觸栓孔； 75 PAD； 100 光纖網(wǎng)(網(wǎng)絡(luò))； 101 轉(zhuǎn)播臺； 102 便攜式信息終端機(jī)； 111 天線； 112 接收信息放大部分； 113 發(fā)送信息放大部分； 114 無線收發(fā)信息部分； 115 控制部分； 116 有線連接部分； 117 基礎(chǔ)頻帶信號處理部分； 118 界面部分； 119 交換控制部分； 120 電源部分； 121 天線； 122接收信息放大部分； 123 發(fā)送信息放大部分；125 控制部分； 131濾波器； 132 低雜音放大器(LNA)； 134 混合器； 135 驅(qū)動放大器； 136 濾波器； 137 中間放大器； 138 主放大器； 201 InP基板； 202 InAlAs層； 203 InGaAs層； 204 多重δ摻雜InAlAs層； 204a n型摻雜層； 204b 無摻雜層； 205 InP層； 206n-InAlAs層； 207 n+-InAlAs層； 208 n--InGaAs層； 209a源極電極； 209b 漏極電極； 210 肖特基電極； 210a WSiN膜；210b Ti/Pt/Au膜。
最好的實施方式(通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成)圖1為本發(fā)明各實施方式的利用毫米波的通信系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))的整體概念實例的立體圖。如該圖所示，從基干光纖線(Trunk Line O-Fiber)分岐出來的光纖線前端分別設(shè)置有轉(zhuǎn)播臺。還有，還形成了為從各轉(zhuǎn)播臺到各家庭(或辦公室)進(jìn)行利用毫米波通信的無線通信網(wǎng)。并且，各家庭或辦公室的無線終端(移動臺)可以利用毫米波，針對轉(zhuǎn)播臺至各家庭或辦公室的機(jī)器實施各種媒體供應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)通信、以及移動臺之間的通信等都成為可能。也就是，因為毫米波具有接近光的波長而容易由物體而發(fā)生電波屏障，所以，到轉(zhuǎn)播臺為止，由光纖網(wǎng)進(jìn)行光通信的數(shù)據(jù)收發(fā)信息，在轉(zhuǎn)播臺實施光信號和電信號的變換，家庭或辦公室和轉(zhuǎn)播臺之間采用毫米波的無線存取的構(gòu)成就成為了可能。在系統(tǒng)的一部分的構(gòu)成上，直接連接于基干光纖線的轉(zhuǎn)播臺和便攜式信息終端或者企業(yè)內(nèi)終端之間，可以采用由天線的無線存取。
圖2為圖1所示的轉(zhuǎn)播臺和各家庭或者辦公室內(nèi)的無線終端之間的通信系統(tǒng)構(gòu)成的概略方框圖。如該圖所示，本實施方式的通信系統(tǒng)，包括具有通過光纖網(wǎng)(網(wǎng)絡(luò))100互相連接接的復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)播臺101、和通過各轉(zhuǎn)播臺101進(jìn)行互相通信的無線終端機(jī)102。各轉(zhuǎn)播臺101包括，具有進(jìn)行電波的接收信息和發(fā)送信息的天線裝置111、具有可以將利用天線裝置111接收的信息電波信號進(jìn)行放大等機(jī)能的接收信息放大部分112、將放大了的高頻信號傳送給天線裝置111的發(fā)送信息放大部分113、被連接于接收信息放大部分112或者發(fā)送信息放大部分113的無線收發(fā)信息部分114、控制各裝置的動作的控制部分115、以及連接轉(zhuǎn)播臺101和光纖網(wǎng)100之間的信號為目的的有線連接部分116。還有，無線終端機(jī)102包括，具有進(jìn)行電波的收發(fā)信息的天線裝置121、具有可以將利用天線裝置121接收的信息電波信號進(jìn)行放大等機(jī)能的接收信息放大部分122、將放大了的高頻信號傳送至天線裝置121的發(fā)送信息放大部分123、以及控制各裝置的動作的控制部分125。
圖3，為更詳細(xì)的表示轉(zhuǎn)播臺101內(nèi)部構(gòu)成的電路方框圖。如該圖所示，天線裝置111，是由天線本體111a、和切換天線本體111a的收發(fā)信息的天線開關(guān)111b所構(gòu)成。還有，接收信息放大部分112，是以各為2段的串聯(lián)方式來配置濾波器131和低雜音放大器(LNA)132構(gòu)成的。在無線收發(fā)信息部分114上則配置著為混合局部分放大器和高頻發(fā)信器的輸出信號生成高頻信號的混合元件134。發(fā)送信息放大部分113中，配置著驅(qū)動放大器135、濾波器136、中間放大器137、以及主放大器138。還有，有線連接部分116，是由以處理聲音信號為目的的基礎(chǔ)頻帶信號處理部分117、界面部分118、以及連接于光纖網(wǎng)(NETWORK)100的交換控制部分119所構(gòu)成。且，圖上并未表示，但界面部分118配置了可進(jìn)行光信號和電信號的變換的信號變換裝置。
圖4為表示配置于圖3所示的發(fā)送信息放大部分113的主放大器138構(gòu)造例的電路圖。如該圖所示，主放大器138，為配置了從柵極接受輸入信號Pin、從漏極輸出輸出信號Pout的HEMT的構(gòu)成。還有，在HEMT的柵極上通過電阻Rg施加?xùn)艠O偏壓Vg，在HEMT的漏極上通過扼流線圈感應(yīng)元件施加電源電壓Vd，HEMT的源極則接地。還有，輸入側(cè)電路上，設(shè)置有為由輸入側(cè)電路向HEMT提供輸入信號Pin的輸入端子Tin、由信號源電阻Rs對輸入端子Tin提供電力的信號源、以及構(gòu)成輸入側(cè)阻抗匹配電路的電容元件C1、Cin、和微波傳輸帶線路。在輸出側(cè)電路上，設(shè)置有通過輸出側(cè)電路對外部分傳送輸出信號的輸出信號端子Tout、構(gòu)成輸出信號側(cè)阻抗匹配電路的電容元件C2、Cout，和微波傳輸線路、存在于輸出信號端子Tout和接地之間的負(fù)荷電阻RL。且，以雙極晶體管取代HEMT時，雙極晶體管的射極和接地之間會配置以虛線表示的二極管。
移動體通信所使用的功率放大器，要求有高效率、低失真的特性。一般而言，在高頻用功率放大器中效率和失真為折衷選擇(trade-off)的關(guān)系。功率放大器，在確保低失真的情形下提高效率是很重要的。如該圖所示，輸入側(cè)阻抗匹配電路中，為使從輸入端子Pin向HEMT一側(cè)所看的反射系數(shù)盡可能小，通過調(diào)整并聯(lián)電容元件Cin的電容值、和微波傳輸帶線路長度Lin的長度。在這，電容元件C1、C2為阻止電流用電容元件，在高頻區(qū)域中變?yōu)楹艿偷淖杩?。為了使高頻電流不外漏，而設(shè)定柵極偏壓供應(yīng)用的電阻Rg為比柵極輸入阻抗更高的阻值。漏極偏壓供應(yīng)用的扼流線圈感應(yīng)元件L的感應(yīng)系數(shù)、電容元件C1和C2的電容值、以及電阻Rg的電阻值，不會對高頻區(qū)域的阻抗造成影響。
圖5為概括表示家庭內(nèi)寬帶無線通信系統(tǒng)的實例圖。本系統(tǒng)包括，具有配置著可將光纖線傳送過來的光信號變換成電信號，以及將家庭傳送至光纖線的信號從電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柕墓怆姎廪D(zhuǎn)換部分，和配置了多重分離部分等的ONU(Optical Network Unit)、以及連接于ONU的服務(wù)器。在家庭內(nèi)寬帶通信系統(tǒng)內(nèi)，通過無線通信，配置著和服務(wù)器相連接的個人電腦、打印機(jī)、家庭內(nèi)便攜式信息終端機(jī)(PDA)、電視(TV)、光盤(CD)播放機(jī)、冰箱、空調(diào)、和電磁爐等家電機(jī)器。在服務(wù)器和家電機(jī)器上，具有可以裝卸的寬帶毫米波集成電路(毫米波LSI)、和擁有CPU和存儲器等的收發(fā)信息微型組件的通信卡的構(gòu)成。寬帶毫米波集成電路(毫米波LSI)配置著處理寬帶毫米波信號的復(fù)數(shù)裝置(晶體管、二極管、電容元件、感應(yīng)元件等)，且附設(shè)收發(fā)信息用天線。還有，收發(fā)信息微型組件也可以預(yù)先組合于各機(jī)器內(nèi)而不是通信卡的方式。在使用通信卡的時候，使用者可以選擇使用通信卡來控制家電機(jī)器等、或使用附設(shè)置于家電機(jī)器的按鈕或開關(guān)來控制家電機(jī)器等。
圖6為說明使用通信卡的ONU-服務(wù)器家電機(jī)器—家庭內(nèi)便攜式信息終端機(jī)之間的無線通信方法的方框圖。如該圖所示，將通信卡插入各機(jī)器后，會形成可以利用網(wǎng)絡(luò)電腦來控制各機(jī)器動作的狀態(tài)。這控制也可不由電腦，而利用網(wǎng)絡(luò)的軟件來進(jìn)行。還有，只要更換通信卡，也可利用新應(yīng)用程式來控制家電機(jī)器。再有，可以利用網(wǎng)絡(luò)提供的軟體來構(gòu)筑家電機(jī)器之間的家庭內(nèi)無線網(wǎng)(無線LAN)。因為通信卡內(nèi)的CPU和存儲器的互相配合，可以減輕各自的負(fù)擔(dān)。
所以，利用這通信系統(tǒng)，使用具有便攜性、小型化、大容量化、和彈性化的特性的通信卡，進(jìn)行家電機(jī)器等的控制成為可能。同時，也可以使這系統(tǒng)發(fā)揮通知來客和發(fā)生火災(zāi)等的家庭安全系統(tǒng)，以及汽車的ITS(智能信息控制系統(tǒng)，Intelligent Transport System)的機(jī)能。這時，只要將收發(fā)信息微型組件(通信卡)裝配于汽車上、或預(yù)先組合于汽車的控制裝置即可。
還有，這通信卡(收發(fā)信息微型組件)上也配置著具有和圖2所示轉(zhuǎn)播臺或便攜式信息終端機(jī)相同的接收信息放大部分、發(fā)送信息放大部分、和控制部分相同機(jī)能的電路，其具體構(gòu)成和圖3和圖4所示電路基本相同。
還有，配置于這種家庭內(nèi)寬帶無線通信系統(tǒng)的通信卡(收發(fā)信息微型組件)中的寬帶毫米波集成電路，不一定要具備多重δ摻雜層。例如，將配置著從前的的GaAs-MESFET和GaAs-HEMT等的寬帶毫米波集成電路組合于通信卡或收發(fā)信息微型組件內(nèi)，就可以利用通信卡或收發(fā)信息微型組件以無線通信方式來控制家電機(jī)器，發(fā)揮前所未有的便利性(便攜性、小型化、彈性化)。
且，也可以具有相同機(jī)能的存儲器部材來取代通信卡。
(半導(dǎo)體集成電路裝置的實例)下面將針對本發(fā)明的特征部分，配置于轉(zhuǎn)播臺、便攜式信息終端機(jī)(PDA)、收發(fā)信息微型組件(配置于家電機(jī)器內(nèi)者、通信卡等)等通信系統(tǒng)用機(jī)器的晶體管和二極管等主動元件、以及電容元件和感應(yīng)元件等被動元件所集成而成的半導(dǎo)體集成電路裝置，以實例來進(jìn)行說明。在這，以具有MMIC構(gòu)成的半導(dǎo)體集成電路裝置來進(jìn)行說明，但本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電路裝置并不只限于如MMIC的微型組件化者。
圖7為本發(fā)明實施方式中，在InP基板集成肖特基二極管、HEMT、MESFET、電容元件、和感應(yīng)元件的半導(dǎo)體集成電路裝置(MMIC)的剖面圖。
在摻雜(dope)高濃度鐵(Fe)的厚度約為100μm的半絕緣性的InP基板10上，設(shè)置無摻雜的厚度約為200nm的第1活性區(qū)域的InAlAs層15(成份比為、如In0.52Al0.48As)、厚度約70nm的第2活性區(qū)域的多重δ摻雜δ的InGaAs層12(成份比、如In0.53Ga0.47As)、無摻雜的厚度約為10nm的InAlAs層16(成份比、In0.52Al0.48As)、無摻雜的厚度約為10nm的InGaAs層17(成份比、In0.53Ga0.47As)、厚度約65nm的多重δ摻雜的InAlAs層13(成份比、In0.52Al0.48As)、和阻止蝕刻層的厚度約為5nm的InP層18。
在這，如圖7下方的擴(kuò)大圖所示，多重δ摻雜的InGaAs層12，是由含有高濃度(例如1×1020atoms·cm-3)的Si(硅)而厚度約為1nm的InGaAs單結(jié)晶(成份比為如In0.53Ga0.47As)所構(gòu)成的n型摻雜層12a的5層、以及InGaAs單結(jié)晶(成份比為如In0.53Ga0.47As)所構(gòu)成而厚度約為10nm的無摻雜層12b的6層所沉積層而成。另一方面，多重δ摻雜的InAlAs層13，是由含有高濃度(例如1×1020atoms·cm-3)的Si而厚度約為1nm的n型摻雜層13a的5層、以及無摻雜的InAlAs單結(jié)晶(成份比為如In0.52Al0.48As)所構(gòu)成，而厚度約為10nm的無摻雜層13b的6層所沉積層而構(gòu)成。并且，n型摻雜層12a和13a，都是形成為可以利用量子效應(yīng)而使載流子滲入無摻雜層12b和13b的厚薄程度(即薄度)。如以下所敘述的，n型摻雜層的雜質(zhì)濃度狀態(tài)，對無摻雜層的底層而言大致呈現(xiàn)δ函數(shù)形狀。因此，本說明書中，將n型摻雜層12a和13a稱為所謂的δ摻雜層。還有，將具有由呈現(xiàn)濃度高斜率的復(fù)數(shù)個高濃度摻雜層(δ摻雜層)和低濃度摻雜層(無摻雜層)相互交錯沉積而形成的的構(gòu)造，稱其為多重δ摻雜層。
還有，在InP基板10上的多重δ摻雜InGaAs層12外露的部分上，設(shè)置了肖特基二極管20(整流元件)和MESFET 30(功率放大器)。存在于InP基板10的最上層部分的多重δ摻雜InAlAs層13上，設(shè)置有HEMT40(功率放大器)、電容元件50(電容元件)、和感應(yīng)元件60(誘導(dǎo)元件)。也就是，如圖4所示，在放大電路上配置著構(gòu)成發(fā)送信息放大部分113的主放大器138的HEMT、二極管(虛線部分)、電容元件、感應(yīng)元件、以及對頻率范圍低于毫米波的高頻信號(10GHz以下)實施放大的電路的MESFET被設(shè)置在一個InP基板上。
且，在集成電路裝置內(nèi)，沒有必要同時設(shè)置MESFET和HEMT，只要設(shè)置其中之一即可。還有，設(shè)置一般的MISFET(尤其是pMISFET和nMISFET)就可以。
上述肖特基二極管20包括，由和多重δ摻雜InGaAs層12為肖特基接觸的TiPtAu所構(gòu)成的肖特基電極21、對多重δ摻雜InGaAs層12注入高濃度Si(例如1×1018atoms·cm-3)所形成的引出電極層22、以及由和引出電極層22進(jìn)行歐姆接觸的TiPtAu所構(gòu)成的歐姆電極23。
上述MESFET 30包括，由和多重δ摻雜InGaAs層12的最上層的無摻雜層12b進(jìn)行肖特基接觸的并由TiPtAu膜所構(gòu)成的肖特基柵極電極32、以及設(shè)置于多重δ摻雜InGaAs層12當(dāng)中的柵極電極32兩側(cè)區(qū)域上的并和多重δ摻雜InGaAs層12進(jìn)行歐姆接觸的源極電極34和漏極電極35。但，在多重δ摻雜InGaAs層12當(dāng)中的接觸源極電極34和漏極電極35的區(qū)域中摻入了高濃度Si。
上述HEMT40包括，由和InP層18進(jìn)行肖特基接觸的TiPtAu膜所構(gòu)成的肖特基柵極電極42、以及由和位于InP層18的柵極電極42兩側(cè)區(qū)域的歐姆接觸的TiPtAu膜所構(gòu)成的源極電極44和漏極電極45。
上述電容元件50包括，由設(shè)置于InP層18上的SiN膜所構(gòu)成的底層絕緣膜51、由設(shè)置于該底層絕緣膜51上的白金(Pt)膜所構(gòu)成的下部電極52、由設(shè)置于下部電極52上的BST等高誘電體膜所構(gòu)成的電容絕緣膜53、以及由隔著電容絕緣膜53和下部電極52相對的白金(Pt)膜所構(gòu)成的上部電極54。
上述感應(yīng)元件60包括，由設(shè)置于InP層18上的SiN膜所構(gòu)成的誘電體膜61、以及由在該誘電體膜61上形成的螺旋狀Cu膜所構(gòu)成的導(dǎo)體膜62。在這，導(dǎo)體膜62的寬度約為9μm、厚度約為4μm，導(dǎo)體膜62之間的間隔約為4μm。但是，因為InP基板10具有較大的耐熱性，并且有較高的熱傳導(dǎo)率，可能會因為電流量而使導(dǎo)體膜62微細(xì)化，可以形成更精細(xì)，如寬度1～2μm、間隙為1～2μm的細(xì)微形式的精細(xì)方式。
還有，在基板上，形成由硅氧化膜所構(gòu)成的層間絕緣膜70。在層間絕緣膜70上，設(shè)置有由鋁合金膜和Cu合金膜等所構(gòu)成的配線(圖中未示)。并且，上述各元件20、30、40、50、和60的導(dǎo)體部分，通過埋置在層間絕緣膜70上所形成的接觸孔中的鋁合金膜等所構(gòu)成的接觸點71和配線連接，這樣就構(gòu)成了圖3所示的轉(zhuǎn)播臺中的各電路。但是，在一個InP基板上沒有必要設(shè)置圖3所示的全部的電路，其中的某些元件設(shè)置于其他基板(硅基板)上亦可。例如，發(fā)送信息放大部分和接收信息放大部分等，因為需要電源元件，故設(shè)置于InP基板上，不需要電源元件的基礎(chǔ)頻帶處理部分則可以設(shè)置于硅基板上。
如圖7所示，本實施方式中的轉(zhuǎn)播臺、便攜式信息終端機(jī)、和收發(fā)信息微型組件等的通信系統(tǒng)用機(jī)器中，主要裝置配備于一個InP基板內(nèi)，必要電路都被小型化。因此，本實施方式中的通信系統(tǒng)用機(jī)器(如包含圖2所示的電路全部的機(jī)器)可以小型化，且其整體的厚度也只有InP基板的厚度加上沉積層膜、層間絕緣膜等的厚度程度，所以，轉(zhuǎn)播臺、便攜式信息終端機(jī)、以及收發(fā)信息用微型組件等的通信系統(tǒng)用機(jī)器整體就為極薄的構(gòu)造。也就是，可以獲得轉(zhuǎn)播臺、便攜式信息終端機(jī)、和收發(fā)信息用微型組件等通信系統(tǒng)用機(jī)器自身尺寸的小型化。尤其是如圖7所示那樣，采取橫置肖特基二極管的構(gòu)造，就可以在一個InP基板上設(shè)置HEMT、MESFET、以及肖特基二極管等，所以，集成化變得更為容易。還有，因為可以將感應(yīng)元件和電容元件等被動元件配備于共用InP基板上，故可追求更進(jìn)一步的小型化。
尤其是，已經(jīng)知道，若將InP基板上形成的InGaAs層當(dāng)做電子移動區(qū)域使用時，可獲得極高的電子移動度。并且利用這特性，可以獲得處理毫米波區(qū)域(30GHz～60GHz)程度的區(qū)域范圍的高頻信號的HEMT。因此，形成配置著可以在30GHz～60GHz頻率區(qū)域?qū)嵤┬盘柗糯蟮墓β史糯笃鱉MIC就成為可能。
還有，由于電路可以大幅度的小型化，就可以高度確保轉(zhuǎn)播臺、便攜式信息終端機(jī)(移動臺)、以及收發(fā)信息用微型組件等各部件的配置自由度。
因此，可以提供包括大電力和高耐壓特性的，適合于通信系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)播臺、便攜式信息終端機(jī)(移動臺)、和收發(fā)信息用微型組件等的半導(dǎo)體裝置。并且，由于電路的小型化，將這半導(dǎo)體裝置配置于轉(zhuǎn)播臺和家電機(jī)器中的情況下，沒有必要設(shè)置大冷卻能力的冷卻裝置，所以降低了設(shè)置冷卻裝置的成本以及使用電力等的運(yùn)轉(zhuǎn)成本。
還有，通過在InP基板上集成化轉(zhuǎn)播臺、便攜式信息終端機(jī)(移動臺)、以及收發(fā)信息用微型組件中的許多元件，可以省略部件的組裝工序，這樣就可降低半導(dǎo)體裝置的制造成本。再有，具有實施δ摻雜層和無摻雜層的多重δ摻雜層的元件，由于其能提高裝置的信賴性，也就可以預(yù)計會改善成品率，并因成品率的提高而獲得降低成本的效果。
且，尤其是在將半導(dǎo)體裝置應(yīng)用于處理GHz命令的高頻信號機(jī)器上時，上述感應(yīng)元件60的誘電體膜61最好是由BCB膜(苯并環(huán)丁烯膜)所構(gòu)成。所謂的BCB膜，是將BCB-DVS單體溶于溶劑進(jìn)行涂刷后再烘干所得到的構(gòu)造中包含BCB的膜。BCB膜的特征為，介電常數(shù)只有2.7左右大小，且一次涂刷很容易形成30μm厚度的膜。還有，BCB膜的tanδ，在60GHz時為0.006左右，比SiO2小了一位數(shù)，所以，BCB膜做為構(gòu)成感應(yīng)元件和微波傳輸帶線路的誘電體膜就可以發(fā)揮良好的特性。
(多重δ摻雜層)本實施方式的半導(dǎo)體裝置，如上所述，包括由δ摻雜層的n型摻雜層12a和13a、以及無摻雜層12b和13b相互交替沉積而成的多重δ摻雜層(活性區(qū)域)。這種由高濃度摻雜層(δ摻雜層)和低濃度摻雜層(無摻雜)相互交替沉積而成的構(gòu)造，可以如下面所述的應(yīng)用專利申請2000-58964號和專利申請2000-06210號的說明書和圖面所示的結(jié)晶生長裝置和結(jié)晶生長方法來獲得。具體而言，是與使用脈沖閥的摻雜氣體(稱為脈沖摻雜)和原料氣體同時進(jìn)行，使用in-situ摻雜的外延生長法。在這，將說明本發(fā)明的多重δ摻雜層的意義。
圖8(a)和圖8(b)，為表示本實施方式的多重δ摻雜層(多重δ摻雜InGaAs層12和多重δ摻雜InAlAs層13)在深度方向的n型雜物質(zhì)—氮濃度的分布曲線和載流子分布的關(guān)系模式圖，以及沿著多重δ摻雜層的深度方向傳導(dǎo)帶端部形狀的部分頻帶圖。
如圖8(a)和圖8(b)所示，因為n型摻雜層12a和13a的厚度只有極薄的10nm，n型摻雜層12a和13a上會發(fā)生量子效應(yīng)引起的量子能級，而局部存在于n型摻雜層12a和13a內(nèi)的電子波動函數(shù)會有某種程度的加寬。其結(jié)果，如圖中虛線所示，不但n型摻雜層12a和13a上，連無摻雜12b和13b上，都會呈現(xiàn)載流子的濃度高于原來濃度的分布狀態(tài)。這個多重δ摻雜層的電位會被提高，在載流子的移動狀態(tài)中，因為不斷有電子供應(yīng)給n型摻雜層12a和13a、和無摻雜層12b和13b，所以常常會呈現(xiàn)不僅n型摻雜層12a和13a、而且無摻雜層12b和13b上也會隨時呈現(xiàn)較高濃度的分布狀態(tài)。由于這種狀態(tài)，電子不僅會在n型摻雜層12a和13a、也會在無摻雜層12b和13b中移動，所以會降低多重δ摻雜層的電阻值。這時，因無摻雜層12b和13b上的摻雜物離子的散亂會變得較少，所以可在無摻雜層12b和13b上得到特別高的電子移動度。
另一方面，多重δ摻雜層的整體呈現(xiàn)過渡化狀態(tài)時，無摻雜12b和13b和n型摻雜層12a和13a上就不再會有載流子存在，所以耐壓性是由雜質(zhì)濃度較低無摻雜12b和13b而決定，多重δ摻雜層(多重δ摻雜InGaAs層12和多重δ摻雜InAlAs層13)整體中就可以得到較高的耐壓值。
還有，在載流子移動區(qū)域內(nèi)，不僅是存在復(fù)數(shù)個δ摻雜層的情況，即便是單一的δ摻雜層可以一樣可以發(fā)揮上述基本效果。亦就是，當(dāng)在裝置上施加使其動作的電壓時，成為過渡層的載流子移動區(qū)域只要有一個δ摻雜層存在，載流子會從δ摻雜層中滲透到相連接的無摻雜層(低濃度摻雜層)去，所以載流子就會在無摻雜層中有載流子滲入的區(qū)域中移動，就可以利用上述作用獲得低電阻性。另一方面，在裝置未導(dǎo)通(off)時，δ摻雜層也會過渡化，因而可以得到高耐壓性。因此，在施加了裝置會進(jìn)行動作的電壓(設(shè)定導(dǎo)通(on)電壓)時，只要載流子移動區(qū)域內(nèi)存在一個摻雜層，即可同時發(fā)揮低電阻性和高耐壓性。
上述的各作用，不只是以載流子的電子，而是用全部電子的情況下，也可以得到相同的作用(效果)。
還有，如圖8(b)所示，多重δ摻雜層整體的傳導(dǎo)帶端部，成為如圖中虛線所示的與n型摻雜層(δ摻雜層)12a和13a的傳導(dǎo)帶端部和無摻雜12b和13b的傳導(dǎo)帶端部相連接的形狀。并且，n型摻雜層12a和13a的雜質(zhì)濃度，該傳導(dǎo)帶端部一般在費(fèi)密能量Ef{Fermi(德國)Energie}水準(zhǔn)以下時，一般來講愈往下會愈濃，但不是那么濃亦可。
且，具有p型δ摻雜層的多重δ摻雜層中，費(fèi)密水準(zhǔn)和δ摻雜層的價電子帶端部的關(guān)系，為在圖8(b)中的以價電子帶端部置換傳導(dǎo)帶端部，且變成為上下反轉(zhuǎn)的形狀。
并且，通過利用這種具有這樣的構(gòu)造的多重δ摻雜層(本實施方式的多重δ摻雜InGaAs層12或者是多重δ摻雜InAlAs層13)做為載流子移動區(qū)域，則會如下面各實施方式所示一樣，可以獲得高性能的裝置。在這，在多重δ摻雜層中，關(guān)于δ摻雜層和無摻雜層發(fā)揮載流子移動區(qū)域機(jī)能的情況，在下列各實施方式中進(jìn)行說明。
并且，在本實施方式中，雖然在無摻雜層上形成了δ摻雜層，但是，也可以用打開脈沖閥而形成的低濃度的n型或者是p型摻雜層來取代無摻雜層亦可。
還有，在本實施方式中，敘述了將使用誘導(dǎo)加熱的CVD方法視為基材上的薄膜生長方法，但是，若是利用氣體使薄膜在基材上生長，則以等離子CVD法、光照射CVD法、以及電子照射CVD法中的任何一種作用使薄膜在上述基材上生長的情況中，不需說本發(fā)明的薄膜生長方法也當(dāng)然也是有效。
再有，本發(fā)明不只是CVD法，使用于濺射法、蒸鍍法、和MBE法等其他方法來實施低濃度摻雜層(含無摻雜層)、以及厚度比上述更薄且利用量子效應(yīng)使載流子滲入低濃度摻雜層的厚度較薄的高濃度摻雜層的沉積層。
(實驗數(shù)據(jù))接下來，是本發(fā)明者們在PCT申請(PCT/JP00/01855)中，從關(guān)于SiC層中的多重δ摻雜層所明確指出的實驗例，說明多重δ摻雜層的構(gòu)造、厚度、和作用效果的關(guān)系等。
圖9為表示SiC層中的多重δ摻雜層深度方向的雜質(zhì)濃度分布圖，如上所述，將形成n型摻雜層時的脈沖閥的開啟期間(脈沖寬)設(shè)定為102μs、關(guān)閉期間(脈沖和脈沖的間隔)設(shè)定為4ms。該圖的濃度斷面曲線是利用二次離子質(zhì)量分析裝置(SIMS)測量所得的結(jié)果。該圖中，橫軸曲線表示從基板最上面開始的深度(μm)、縱軸表示做為雜質(zhì)的氮素的濃度(atoms·cm-3)。如該圖所示，利用這方法所形成的各n型摻雜層中的氮素(N)濃度大致為均一(約為1×1018atoms·cm-3)的，并且從無摻雜層遷移至n型摻雜層的區(qū)域、從n型摻雜層遷移至無摻雜層的區(qū)域的任一，都呈現(xiàn)激烈的雜質(zhì)濃度變化。在本實施方式中，也以提供含有Si雜質(zhì)的含雜質(zhì)氣體，可以很容易形成具有圖8所示的雜質(zhì)斷面曲線的多重δ摻雜層。
還有，圖9，是關(guān)于n型摻雜層的數(shù)據(jù)，含有鋁等雜質(zhì)的p型摻雜層也可得到相同的雜質(zhì)濃度曲線。如圖8所示，可以發(fā)現(xiàn)高濃度摻雜層的雜質(zhì)濃度曲線，對于無摻雜層的底層的關(guān)系大致呈現(xiàn)δ函數(shù)形狀。
圖10(a)和圖10(b)，是模擬具有由厚度為10nm的δ摻雜層和厚度為50nm的無摻雜層相互交錯各自沉積5層的沉積層部分的樣品A中的傳導(dǎo)帶端部的頻帶構(gòu)造結(jié)果的圖，和模擬載流子濃度分布結(jié)果的圖。圖11(a)和圖11(b)，是模擬具有由厚度20nm的δ摻雜層和厚度50nm無摻雜層相互交錯各沉積5層的沉積層部分的樣品B上傳導(dǎo)帶端部的頻帶構(gòu)造的圖，和模擬載流子濃度分布結(jié)果的圖。如圖10(a)和圖11(a)所示，在和δ摻雜層垂直相交的斷面上，電子會被封閉于進(jìn)行正充電的施體層所夾的V型庫倫電位(量子井)內(nèi)，而在這量子井內(nèi)形成量子狀態(tài)。電子的實效質(zhì)量為1.1，6H-SiC層的介電常數(shù)為9.66。使用無摻雜層的6H-SiC層的基板(background)的載流子濃度為1×1015cm-3，n型δ摻雜層的載流子濃度則為1×1018cm-3。
如圖10(b)所示，在厚度10nm的δ摻雜層(樣品A)上，兩維電子會廣泛地延伸分布到2個δ摻雜層所夾的無摻雜層的范圍，電子濃度為2×1016cm-3以上的區(qū)域為從界面起25nm的范圍。也就是，與圖8(a)中的模式描述的載流子分布狀態(tài)一致，可知載流子會從δ摻雜層滲透至無摻雜層。
另一方面，如圖11(b)所示，厚度20nm的摻雜層(樣品B)上，由電子波動函數(shù)決定的載流子存在機(jī)率較高的區(qū)域、和具有離子化散亂中心的摻雜層會有很多重疊，電子濃度為2×1016cm-3以上的區(qū)域為界面至11nm的范圍。換而言之，可知只有較少的載流子會從摻雜層滲透至無摻雜層。但是，即使在這時，若摻雜層間區(qū)域的載流子濃度極小值比無摻雜層原有的載流子濃度為大，則可以發(fā)揮本發(fā)明的多重δ摻雜層的基本效果。所以，這種載流子的滲透效果的強(qiáng)弱，可以利用摻雜層和無摻雜層的各自雜質(zhì)濃度和膜厚來進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
在本實施方式中，因為InP基板10上設(shè)置有具備圖7下方所示構(gòu)造的多重δ摻雜InGaAs層12和多重δ摻雜InAlAs層13，故各元件可以發(fā)揮下面所示的顯著效果。
(肖特基二極管)肖特基二極管20上，n型摻雜層12a內(nèi)的載流子會因為量子效應(yīng)而滲透分布至無摻雜層12b。這狀態(tài)下，若對肖特基二極管20施加正偏壓，會提高多重δ摻雜InGaAs層12的電位，并不斷對n型摻雜層12a和無摻雜層12b提供電子，電流很容易通過多重δ摻雜InGaAs層12的n型摻雜層12a和無摻雜層12b的雙方而流至肖特基電極21。換而言之，多重δ摻雜InGaAs層12的n型摻雜層12a和無摻雜層12b都能發(fā)揮載流子移動區(qū)域的機(jī)能。這時，因為無摻雜層12b的雜質(zhì)濃度較低，而降低無摻雜層12b的雜質(zhì)散亂。所以，可以維持較小的電阻值，并實現(xiàn)低消耗電力和大電流。另一方面，若對肖特基二極管20施加逆偏壓，過渡層會從多重δ摻雜InGaAs層12的無摻雜層12b擴(kuò)大至n型摻雜層12a，因為多重δ摻雜InGaAs層12整體很容易過渡化，而可以得到較大的耐壓值。因此，可以實現(xiàn)較小的導(dǎo)通(on)電阻、大電力、以及高耐壓的電源二極管。
以下是將本實施方式的橫置型肖特基二極管和從前的縱置型肖特基二極管進(jìn)行比較，并進(jìn)行其作用的詳細(xì)說明。
圖12(a1)～圖12(c3)是本實施方式的肖特基二極管和從前的的肖特基二極管的偏壓變化導(dǎo)致傳導(dǎo)帶端部的形狀變化能量頻帶圖。圖12(a1)、圖12(b1)、和圖12(c1)表示本實施方式的肖特基二極管無摻雜層12b的傳導(dǎo)帶端部，圖12(a2)、圖12(b2)、和圖12(c2)表示本實施方式的肖特基二極管n型摻雜層12a的傳導(dǎo)帶端部，圖12(a3)、圖12(b3)、和圖12(c3)則表示從前的肖特基二極管的InGaAs層的傳導(dǎo)帶端部。然而，從前的肖特基二極管的構(gòu)造上，為摻雜均一濃度的氮元素的均一摻雜層和肖特基電極會相連接觸，且歐姆電極會和均一摻雜層的某一個部位實施歐姆接觸的縱置型構(gòu)造。還有，圖12(a1)～圖12(a3)為未對肖特基電極和歐姆電極間施加電壓(0偏壓)時的，圖12(b1)～圖12(b3)為對肖特基電極和歐姆電極中，為使肖特基電極具有較高電壓時所施加的電壓(正偏壓)時的，圖12(c1)～圖12(c3)為對肖特基電極和歐姆電極中，使歐姆電極具有較高電壓所施加的電壓(逆偏壓)時的各自的傳導(dǎo)帶端部形狀。并且，歐姆電極和多重δ摻雜InGaAs層12的接觸狀態(tài)，不會因為偏壓的變化而產(chǎn)生本質(zhì)上的變化，所以省略其圖示。還有，在本實施方式中，是說明了做為載流子用而設(shè)置電子可移動的n型半導(dǎo)體層的情況，所以省略了價電子帶端部的形狀圖。
如圖12(a1)～圖12(a3)所示，本實施方式和從前的肖特基二極管一樣，在0偏壓狀態(tài)時，活性區(qū)域的無摻雜層或者是n型摻雜層等與肖特基電極之間，均勻摻雜層與肖特基電極之間分別形成了高肖特基屏障(約為1～2eV)。
并且，如圖12(b1)和圖12(b2)所示，若對本實施方式的肖特基二極管施加正偏壓，多重δ摻雜InGaAs層12的電位就會升高，也就是多重δ摻雜InGaAs層12的無摻雜層12b和n型摻雜層12a的傳導(dǎo)帶端部的能量電平會上升。這時，因在無摻雜層12b上也會發(fā)生如圖8(a)所示的載流子分布，電流會通過多重δ摻雜InGaAs層12的n型摻雜層12a和無摻雜層12b雙方而很容易流至肖特基電極21。換而言之，不只是多重δ摻雜InGaAs層12的n型摻雜層12a，無摻雜層12b也可以發(fā)揮載流子移動區(qū)域機(jī)能。這時，在無摻雜層12b上會發(fā)生如圖8(a)所示的載流子分布，但是因為雜質(zhì)濃度較低，在無摻雜層12b中可以降低雜質(zhì)的散亂。因此，可以使多重δ摻雜InGaAs層12整體的電阻值維持在較低，并實現(xiàn)低耗電和大電流。
另一方面，如圖12(b3)所示，若對從前的的肖特基二極管施加正偏壓，則電流會從均一摻雜層流向肖特基電極。
如圖12(c1)和圖12(c2)所示，若對本實施方式的肖特基二極管施加逆偏壓，多重δ摻雜InGaAs層12的無摻雜層12b和n型摻雜層12a的傳導(dǎo)帶端部的整體能量電平會降低。如上所述，耐壓值會由施加于逆偏壓時的過渡層的電場來決定。這種情況下，因雜質(zhì)的濃度愈越低，傳導(dǎo)帶端部的傾斜也就會越緩和，所以雜質(zhì)濃度愈低時，過渡層的范圍也就當(dāng)然會愈寬。因此，如圖12(c1)所示，就會在無摻雜層12b中獲得較大的耐壓值。另一方面，若只是高濃度摻雜層和肖特基電極相連接觸的情況，施加逆偏壓時的高濃度摻雜層的傳導(dǎo)帶端部會如圖12(c2)虛線所示，高濃度摻雜層的過渡層寬度應(yīng)變得極為狹窄。然而，在本實施方式中，因為n型摻雜層12a的厚度為極薄的10nm，所以如圖12(c2)的實線所示，從無摻雜層12b開始的過渡層會擴(kuò)大至n型摻雜層12a。
并且，因為多重δ摻雜InGaAs層12整體過渡化時，在無摻雜層12b上不會發(fā)生載流子分布，所以多重δ摻雜InGaAs層12會呈現(xiàn)整體高電阻化。而不完全過渡時，即使從肖特基電極21向引出用摻雜層22流出電流時，因為n型摻雜層12a的厚度為極薄的10nm，且n型摻雜層12a承受較大的電阻，所以事實上幾乎沒有電流流過。也就是，n型摻雜層12a和肖特基電極21之間實際上不會發(fā)生歐姆接觸，而是保持肖特基接觸。而且，以調(diào)整無摻雜層12b和n型摻雜層12a的厚度和所摻雜質(zhì)濃度等，可以利用厚度較大的無摻雜層12b和肖特基電極21之間的過渡層寬度來規(guī)定耐壓值。所以可以獲得較高的耐壓值。
另一方面，如圖12(c3)所示，從前的的肖特基二極管，因為均一摻雜層的過渡層寬度會對應(yīng)均一摻雜層的雜質(zhì)濃度而發(fā)生變化，所以可以通過調(diào)整均一摻雜層的雜質(zhì)濃度來控制電阻值和耐壓值。然而，為了降低電阻值而使均一摻雜層的雜質(zhì)濃度上升時，過渡層寬度會變狹窄并使耐壓值降低，另外，因為存在均一摻雜層的雜質(zhì)濃度降低和電阻值增大的折衷現(xiàn)象，從前的肖特基二極管要同時實現(xiàn)電源裝置期望的低電阻(低消耗電力)和高耐壓是有其實質(zhì)上的困難。然而，從前的肖特基二極管若是采用橫置型構(gòu)造，因即要確保大電流又要獲得較大的耐壓性是困難的，所以只有縱置型構(gòu)造才能實現(xiàn)做為電源裝置用的裝置。
對這，在本實施方式的肖特基裝置中，正偏壓狀態(tài)下，載流子會從n型摻雜層12a(高濃度摻雜層)分布到無摻雜層12b(低濃度摻雜層)，而且，由于無摻雜層12b的雜質(zhì)散亂也會減少，載流子(電子)可以容易地從引出用摻雜層22移向肖特基電極21。另一方面，逆偏壓狀態(tài)下，因為過渡化而使無摻雜層12b上并不存在載流子，所以活性區(qū)域整體會成為高電阻，幾乎沒有電子從肖特基電極21流至引出用摻雜層22。也就是，通過本實施方式的MESFET，著眼于正偏壓狀態(tài)和逆偏壓狀態(tài)的載流子分布狀態(tài)不同之處，而可以消除從前的的肖特基二極管上存在的低電阻和高耐壓的折衷。
并且，由于這個電源二極管采用橫置型的構(gòu)造，可以容易地將電源二極管和電源MOSFET等同時集成在共用InP基板上。也就是，以往的橫置型構(gòu)造的肖特基二極管，因為不易持續(xù)確保大電流和高耐壓性，大電力用肖特基二極管不得不采用縱置型的構(gòu)造。對這，本實施方式的肖特基二極管，可消除低電阻和高耐壓的折衷，并且確保大電流量同時當(dāng)做電源裝置使用。因此，利用這方式，將本實施方式的肖特基二極管和HEMT及MESFET等一起集成在共用InP基板上來構(gòu)成集成電路裝置，這集成電路裝置可以利用于通信系統(tǒng)機(jī)器上。這種情況下，在處理高頻信號的通信系統(tǒng)用機(jī)器中，和分離型的縱置型肖特基二極管相比，阻抗的匹配較為容易，而且可以明顯地發(fā)揮提高動作頻率的效果。
還有，在縱置型肖特基二極管中，因為具有電容元件的構(gòu)造形式，會因為寄生電容而產(chǎn)生動作頻率降低的問題。對這，如本實施方式所示的橫置型肖特基二極管因不具有電容元件構(gòu)造，所以具有可以進(jìn)一步提高動作頻率的優(yōu)點。
并且，在從前的轉(zhuǎn)播臺等的通信系統(tǒng)用機(jī)器中，硅基板上設(shè)置有二極管。這種情況下，硅的特性上，一般會形成pin二極管和pn二極管，而不是肖特基二極管。然而，如本實施方式所示，使用了InP基板，就可以很容易形成肖特基二極管。并且，肖特基二極管具有載流子復(fù)原時間比pin二極管和pn二極管短的特性，所以可以獲得適合更高速動作的構(gòu)造。
(MESFET)接下來，在MESFET 30中，和肖特基二極管20的情況相同，n型摻雜層12a內(nèi)的載流子會因為量子效應(yīng)而滲透分布到無摻雜層12b。這種狀態(tài)下，若對MESFET 30施加正偏壓，會提高多重δ摻雜InGaAs層12的電位，會不斷對n型摻雜層12a和無摻雜層12b供應(yīng)電子。因此，通過多重δ摻雜InGaAs層12的n型摻雜層12a和無摻雜層12b雙方，很容易在源極電極—漏極電極之間流動電流。這時，因為無摻雜層12b的雜質(zhì)濃度較低，所以就降低無摻雜層12b的雜質(zhì)散亂程度。因此，可以維持較小的電阻值，并實現(xiàn)低耗電和大電流。
另一方面，在MESFET處于斷開(off)狀態(tài)時，因為過渡層會從多重δ摻雜InGaAs層12的無摻雜層12b擴(kuò)展到n型摻雜層12a，多重δ摻雜InGaAs層12整體又很容易過渡化，所以可以得到較大的耐壓值。因此，可以得到小接通(on)電阻、大電力且高耐壓的功率放大器用裝置。
在此，有關(guān)本實施方式的MESFET的性能評價結(jié)果和本實施方式的MESFET與從前的MESFET的性能的比較，本發(fā)明者們基于在PCT申請(PCT/JP00/01855)中所發(fā)表的SiC層的相關(guān)事項來進(jìn)行說明。
首先，比較了柵極—源極之間的耐壓性。在具有由SiC層中通過無摻雜SiC層和n型摻雜SiC層各5層相互交錯沉積形成的疊層活性區(qū)域做為溝道成的多重δ摻雜層的MESFET中，絕緣耐壓為120V，這個耐壓值為從前的MESFET的耐壓值的4倍。
其次，關(guān)于具有多重δ摻雜層的SiC-MESFET，調(diào)查了漏極電流和漏極電壓對柵極電壓的依存性(I-V特性)。通過在源極電極和漏極電極之間施加一定的電壓，在柵極電極施加電壓，這樣，源極—漏極之間的電流會對應(yīng)施加于柵極電極的電壓而變頻，得到開關(guān)的動作。這時，即使漏極電壓在140V以上，也不會發(fā)生故障而得到安定的漏極電流。
圖13，是關(guān)于具有多重δ摻雜層的MESFET，測定漏極電流和漏極電壓對柵極電壓的依存性(I-V特性)結(jié)果的圖。該圖中，橫軸為漏極間電壓Vds(V)、縱軸為漏極電流Ids(A)、而柵極電壓Vg則為參數(shù)。
再有，關(guān)于具有多重δ摻雜層的MESFET和從前的MESFET，測定閾值電壓附近的相互電導(dǎo)(conductance)。其結(jié)果可知，使用做為溝道層的上述多重δ摻雜層的MESFET的相互電導(dǎo)，約為使用均一摻雜層做為溝道層的從前的MESFET的將近2倍。這是因為，具有多重δ摻雜層的MESFET中電子的移動度如前面所述那樣變高的原因。
以上的結(jié)果，與本實施方式的在InP基板上設(shè)置多重δ摻雜InGaAs層12的MESFET的原理相同，所以本實施方式的MESFET可以發(fā)揮低耗電、高耐壓、以及高效益等效果。
對應(yīng)前面所述的本實施方式的MESFET和從前的MESFET的機(jī)能的差異，比較本實施方式的功率放大器和從前的功率放大器，可以發(fā)現(xiàn)以下的不同。
如圖27所示，在從前的轉(zhuǎn)播臺中，需要大電力放大的發(fā)送信息放大部分中，配置著4個具有MESFET的主放大器。然而，MESFET的數(shù)量愈多，各MESFET之間的阻抗就愈難匹配，其難度也因高頻信號的頻率的提高而增大。
相對于此，在本實施方式中，發(fā)送信息放大電路只配置著一個具有MESFET的主放大器138即可獲得所期望的電力。并且，通過這種MESFET數(shù)量的減少，即使為處理高頻區(qū)域的高頻信號的電路，也可比從前的轉(zhuǎn)播臺的電路更容易達(dá)到阻抗匹配電路構(gòu)成的簡化。而且，如上面所述，肖特基二極管也和MESFET一起集成于同一InP基板上，可以減少其數(shù)量，所以阻抗匹配電路的構(gòu)成也就漸漸變得比較容易。因此，例如可以將配置本實施方式的MESFET的半導(dǎo)體集成電路裝置裝配于處理GHz命令的高頻的通信系統(tǒng)上。
圖29，為表示規(guī)定為便攜式信息終端機(jī)的規(guī)格的功率放大器特性的圖。該圖所示的特性，為以GaAs-MESFET為對象的輸入電力—輸出電力特性、效率特性、以及變形特性。如該圖所示，輸出電力，可以分成效率低但可維持線形的線形區(qū)域R1、效率較高而成類似線形區(qū)域R2、以及輸出電力基本飽和的飽和區(qū)域R3。功率放大器，在帶域較狹的PCD方式中，使用于效率較高的類似線形區(qū)域R2。還有，帶域較寬的W-CDMA方式中，使用于效率較低的線形區(qū)域R1。一般而言，發(fā)送信息的電波的平均電力和峰值電力的差值很大。因此，為了減少變形，必須擴(kuò)大線形區(qū)域R1。
在此，如圖13所示，具有多重δ摻雜層的SiC-MESFET，漏極電流Ids的飽和值較高，漏極電壓Vd的故障值也較大。并且，電力P是將漏極電流Ids和漏極電壓Vd的乘積除以8所取得的值，所以，圖13所示的SiC-MESFET，由于漏極電流的飽和值和故障電壓較大，所以線形區(qū)域R1就會變寬，線形性可以保持到輸出電力為1W左右。因此，PDC方式中，在維持高效率得同時也可以使用線形性區(qū)域。還有，圖29所示的效率降低區(qū)域，或者是變形較大區(qū)域會移至高輸出電力一側(cè)。本實施方式的MESFET中，因包括多重δ摻雜層所獲得的機(jī)能，與SiC-MESFET沒有區(qū)別，所以可以期待具有和SiC-MESFET同樣的效果。
(HEMT)接下來，HEMT40中，如圖18所示，由于第2活性區(qū)域的In0.52Al0.48As的頻帶間隙大于第1活性區(qū)域的In0.53Ga0.47As的頻帶間隙，多重δ摻雜InAlAs層13和InGaAs層17間的傳導(dǎo)帶端部會發(fā)生不連續(xù)，也就是所謂的形成了異質(zhì)屏蔽。并且，在對肖特基柵極電極42施加電壓Vg時，頻帶會彎曲成圖中虛線所示那樣，由此，在InGaAs層17內(nèi)的多重δ摻雜InAlAs層13的界面附近的區(qū)域，形成封閉2維電子氣體的凹陷部分。并且電子可以在這凹陷部分快速移動。尤其是本實施方式中，因為InGaAs層17的下側(cè)設(shè)置有InAlAs層16(成份比、In0.52Al0.48As)，即便是在InGaAs層17和InAlAs層16之間也會形成傳導(dǎo)帶端部的不連續(xù)(異質(zhì)屏障)。因此，可以將電子更確實地封閉于InGaAs層17。但是，卻不一定非需要下方的InAlAs層16。
并且，HEMT 40中，電流從漏極電極45流過InP層18及多重δ摻雜InAlAs層13后，會流至InGaAs層17中和多重δ摻雜InAlAs層13的界面附近區(qū)域(溝道區(qū)域)。其后，電流會再經(jīng)過多重δ摻雜InAlAs層13和InP層18流至源極電極44。
這時，本實施方式中，多重δ摻雜InAlAs層13內(nèi)，n型摻雜層13a內(nèi)的載流子會因為量子效應(yīng)而滲透分布至無摻雜層13b。這種狀態(tài)下，若對HEMT 40施加偏壓，經(jīng)由多重δ摻雜InAlAs層13的n型摻雜層13a和無摻雜層13b的雙方對InGaAs層17內(nèi)的溝道層提供載流子(電子)，所以溝道區(qū)域會有較大的電流流過。這時，因為無摻雜層13b的雜質(zhì)濃度較低，所以降低了無摻雜層13b的雜質(zhì)散亂。因此，可以使從多重δ摻雜InAlAs層13對溝道區(qū)域供應(yīng)載流子時維持較小的電阻值，提高了載流子供應(yīng)效率。因此，實現(xiàn)HEMT的低耗電和大電流。
另一方面，在HEMT 40的斷開(off)狀態(tài)時，過渡層會從多重δ摻雜InAlAs層13的無摻雜層13b擴(kuò)大至n型摻雜層13a，多重δ摻雜InAlAs層13整體也很容易過渡化，所以可得到較大的耐壓值。
因此，可以提高I-V特性(漏極電流Id-漏極電壓Vd特性)中的漏極電流Id和漏極電壓Vd的界限值(發(fā)生故障的點的電流值和電壓值)。然而，因為HEMT的電源P可以用公式P＝Iv×Vd/8來表示，就變得可以獲得大電力的HEMT。也就是，可以獲得較小接通(on)電阻、大電力及高耐壓的功率放大器用裝置。
還有，將配置本實施方式的HEMT的功率放大器和從前的功率放大器進(jìn)行比較，具有下列所示差異。如圖27所示，特別是從前的的轉(zhuǎn)播臺中，需要大電力放大的發(fā)送信息放大部分配置著包括具有HEMT或MESFET的4個主放大器。然而，HEMT或MESFET的數(shù)量愈多，各HEMT之間或者是MESFET之間的阻抗就愈難匹配，其困難度也因隨著高頻信號的頻率的提高而增大。
相對于此，本實施方式中，發(fā)送信息放大電路中只配置了一個具有HEMT的主放大器138即可獲得所期望的電力。并且，利用這種減少HEMT的數(shù)量，即使是處理高頻區(qū)域的高頻信號的電路，也可比從前的轉(zhuǎn)播臺的電路更容易達(dá)到阻抗匹配電路構(gòu)成的簡化。
還有，在包括HEMT 40和MESFET 30時，可以對應(yīng)頻率區(qū)域來選擇使用其中任何一個裝置。也就是，實施毫米波水平(30GHz以上)的頻率區(qū)域的高頻信號放大時，使用HEMT；而實施較低頻率區(qū)域的高頻信號放大時，則使用MESFET，這樣的選擇成為可能。
電容元件50(電容)，如用5mm的四方面積形成BST膜，則BST膜的介電常數(shù)約為1000，厚度也可以達(dá)到10nm左右的薄膜化，可獲得大約22μF的電容。也就是，可以在較小面積上形成大電容元件。
感應(yīng)元件60若采用在5mm的四方程度的面積以4μm間隔設(shè)置線寬9μm的螺旋狀導(dǎo)體膜，則轉(zhuǎn)數(shù)約為160次，感應(yīng)系數(shù)為780μH。也就是，可以小面積設(shè)置滿足所期望格式的感應(yīng)元件。
上述肖特基二極管、MESFET、和HEMT中的沉積層部分，可以只有1層高濃度摻雜層和1層低濃度摻雜層。還有，高濃度摻雜層和低濃度摻雜層的任何一方先形成都可以。也可以在1層高濃度摻雜層的上下分別配置各1層低濃度摻雜層(無摻雜層)。也就是，高濃度摻雜層和低濃度摻雜層的層數(shù)可以不同。
其次，參照圖14(a)～圖16(b)來說明本實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造工序。在此，圖14(a)～圖14(c)為本實施方式半導(dǎo)體裝置的制造工序中，從形成多重δ摻雜InGaAs層和多重δ摻雜InAlAs層等至形成元件分離區(qū)域為止的工序的剖面圖。圖15(a)和圖15(b)為本實施方式半導(dǎo)體裝置的制造工序中，從形成各元件電極至形成導(dǎo)體膜為止的工序的剖面圖。圖16(a)和圖16(b)為本實施方式半導(dǎo)體裝置的制造工序中，從形成電容元件的上部分電極至形成對各元件導(dǎo)體部分的接觸孔為止的工序的剖面圖。
首先，在圖14(a)所示工序中，先準(zhǔn)備摻雜了高濃度鐵(Fe)，厚度約100μm的半絕緣性的InP基板10。并且，實施了InP基板10表面清理后，將InP基板10裝設(shè)于MBE裝置(分子線定向附晶生長裝置)的高溫槽內(nèi)。接下來，對高溫槽內(nèi)邊提供形成InAlAs層的原料束In、Al、As，形成厚度約200nm的無摻雜的InAlAs層15(成份比、如In0.52Al0.48As)。
然后，邊供應(yīng)以形成InGaAs層為目的的原料束，通過雜質(zhì)供應(yīng)部分的閥門的開關(guān)來控制Si的供應(yīng)，并依下列工序形成厚度約70nm的多重δ摻雜InGaAs層12(In0.53Ga0.47As層)。
首先，對高溫槽內(nèi)供應(yīng)原料束并停止雜質(zhì)供應(yīng)。也就是在閥門完全關(guān)閉狀態(tài)下，通過對InP基板10上供應(yīng)原料束，在InP基板10的主面上、讓由無摻雜的InGaAs單結(jié)晶構(gòu)成的厚度約10nm的無摻雜層12b(低濃度摻雜層)進(jìn)行定向附晶生長。
然后，邊對高溫槽內(nèi)供應(yīng)原料束，并通過提供n型雜質(zhì)Si，在無摻雜層12b上，讓由厚度約1nm的InGaAs單結(jié)晶所構(gòu)成的n型摻雜層12a(高濃度摻雜層)進(jìn)行定向附晶生長。
然后，若n型摻雜層12a的定向附晶生長結(jié)束后，則停止雜質(zhì)供應(yīng)，也就是在閥門完全關(guān)閉狀態(tài)下，對InP基板10上供應(yīng)原料束，在InP基板10的主面上讓由無摻雜層的InGaAs單結(jié)晶所構(gòu)成的厚度約10nm的無摻雜層12b(低濃度摻雜層)進(jìn)行定向附晶生長。
如上面所述，邊供應(yīng)原料束邊開關(guān)閥門導(dǎo)入雜質(zhì)來形成n型摻雜層12a、以及在關(guān)閉閥門的狀態(tài)下不供應(yīng)雜質(zhì)而只供應(yīng)原料束來形成無摻雜層12b的工序各重復(fù)5次。再有，在最上層再一次形成無摻雜層12b，使其厚度比其他無摻雜層12b的厚度厚5nm。通過以上處理，形成由n型摻雜層12a和無摻雜層12b相互交錯沉積而成的多重δ摻雜InGaAs層12。
且，多重δ摻雜InGaAs層12上，在最上層形成由厚度約10nm的InGaAs層所構(gòu)成的無摻雜層12b后，以其上的厚度約5nm的InP層做為阻止蝕刻層進(jìn)行定向附晶生長亦可。
然后，切換原料束，在多重δ摻雜InGaAs層12上形成厚度約10nm的無摻雜的InAlAs層16(成份比、In0.52Al0.48As)。其后，切換原料束，在InAlAs層17上形成厚度約10nm的無摻雜的InGaAs層17(成份比、In0.53Ga0.47As)。
其后，和形成上述多重δ摻雜InGaAs層12的工序相同，利用以形成InAlAs層為目的的原料束供應(yīng)、閥門開關(guān)控制，實施5層厚度約1nm的n型摻雜層13a(高濃度摻雜層)、和6層厚度約10nm的無摻雜層13b的沉積層，形成厚度約65nm的多重δ摻雜InAlAs層13。這時，最上層和最下層應(yīng)形成無摻雜層13b。
其后，切換原料束，在多重δ摻雜InAlAs層13上，在阻止蝕刻層--厚度約5nm的InP單結(jié)晶構(gòu)成的InP層18上實施定向附晶生長。
在圖14(b)所示的工序中，利用選擇性蝕刻，將InP層18、多重δ摻雜InAlAs層13、InGaAs層17、和InAlAs層16當(dāng)中想要形成肖特基二極管20和MESFET 30的區(qū)域去除，想要形成肖特基二極管20和MESFET 30的區(qū)域會露出多重δ摻雜InGaAs層12。
在圖14(c)所示的工序中，基板上會形成以形成元件分離區(qū)域為目的的溝槽，在溝槽內(nèi)埋置硅氧化膜，形成元件分離區(qū)域11。
圖15(a)所示的工序中，利用注入n型雜質(zhì)(如硅離子Si+)，形成肖特基二極管20的引出電極層22。這時，會覆蓋注入n型雜質(zhì)區(qū)域以外的區(qū)域，由使注入n型雜質(zhì)離子區(qū)域形成開口的硅氧化膜等所構(gòu)成的注入遮罩，從注入遮罩的上方進(jìn)行硅離子(Si+)等的離子注入。并以雜質(zhì)的活性化為目的，實施800℃、10分鐘的退火，形成n型雜質(zhì)濃度約為1×1018atoms·cm-3的引出電極層22。這時，以注入能量互相不同，例如分成6次離子注入工序?qū)⒐桦x子(Si+)注入基板內(nèi)。例如，第1次離子注入條件為加速電壓180keV、劑量為1.5×1014atoms·cm-2、第2次離子注入條件為加速電壓130keV、劑量為1×1014atoms·cm-2、第3次離子注入條件為加速電壓110keV、劑量為5×1013atoms·cm-2、第4次離子注入條件為加速電壓100keV、劑量為8×1013atoms·cm-2、第5次離子注入條件為加速電壓60keV、劑量為6×1013atoms·cm-2、第6次離子注入條件為加速電壓30keV、劑量為5×1013atoms·cm-2。離子注入方向皆為對InP基板10的法線呈7度的傾斜方向，注入深度約為0.3μm。
在除去注入遮罩后，在基板上以等離子CVD法形成厚度約0.4μm的SiN膜，然后使SiN膜圖案化，并在多重δ摻雜InAlAs層13中想要形成電容元件50和感應(yīng)元件60的區(qū)域上，形成底層絕緣膜51和誘電體膜61。
然后，在圖15(b)所示的工序中，在多重δ摻雜InGaAs層12上的肖特基二極管形成區(qū)域及MESFET形成區(qū)域和InP層18上的HEMT形成區(qū)域上蒸鍍TiPtAu膜后，實施300℃、3分鐘的退火，形成由TiPtAu膜構(gòu)成的肖特基電極21、由TiPtAu膜構(gòu)成的柵極長度約1μm的肖特基柵極電極32和42。接著，在MESFET形成區(qū)域和HEMT形成區(qū)域上以真空蒸鍍法實施TiPtAu膜的蒸鍍，形成源極電極34和44、以及漏極電極35和45。并且在肖特基二極管20的引出電極層22上也以真空蒸鍍法實施TiPtAu膜的蒸鍍，形成由TiPtAu膜構(gòu)成的歐姆電極23。還有，在電容元件50的底層絕緣膜51上實施白金(Pt)的蒸鍍，形成由白金構(gòu)成的下部分電極52。
然后，在想要形成感應(yīng)元件60的區(qū)域形成具有螺旋狀開口的電阻膜后，在其上堆積厚度約4μm的Cu膜，實施剝落，使誘電體膜61上殘留螺旋狀導(dǎo)體膜62。還有，也可以鋁合金膜取代Cu膜來構(gòu)成導(dǎo)體膜。這時，在堆積鋁合金膜后，利用以Cl2氣體和BCl3氣體實施RIE干蝕刻，使鋁合金膜圖案化，形成螺旋狀導(dǎo)體膜62。
其次，如圖16(a)所示的工序中，以濺射法于電容元件50的下部分電極上形成BST膜后，以蒸鍍法于BST膜上形成白金(PT)膜。接著，對白金膜和BST膜進(jìn)行預(yù)定的圖案化，形成上部分電極54和電容絕緣膜53。
其次，如圖16(b)所示的工序，在基板上堆積由硅氧化膜構(gòu)成的層間絕緣膜70，在層間絕緣膜70上，形成可分別到達(dá)肖特基二極管20的肖特基電極21和歐姆電極23、MESFET 30的肖特基柵極電極32、源極電極34、和漏極電極35、HEMT 40的柵極電極42、源極電極44、和漏極電極45、電容元件50的上部分電極54和下部分電極52、以及感應(yīng)元件60的導(dǎo)體膜62螺施中心部分和外緣側(cè)端部分的接觸孔74。
其后，在各接觸孔74內(nèi)和層間絕緣膜70上形成鋁合金膜后，對其實施圖案化，而獲得圖7所示的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造。
在上述制造工序說明中，是以MBE法使InGaAs層或者是InAlAs層發(fā)生的定向附晶生長，但是，也可以是MOCVD法使InGaAs層和InAlAs層發(fā)生定向附晶生長。
如上面所述，利用本實施方式的制造方法，可以很容易在一個InP基板上設(shè)置肖特基二極管、MESFET、HEMT、電阻元件、和感應(yīng)元件等。尤其是如前面所述，肖特基二極管采橫型構(gòu)造時，因為可以在共用InP基板內(nèi)設(shè)置HEMT、MESFET、和肖特基二極管，使集成化更為容易。還有，因為感應(yīng)元件等被動元件也可配置于共用InP基板上，所以可更進(jìn)一步追求小型化。
雖然本實施方式中使用的是InP基板，不僅設(shè)置于InP基板上的半導(dǎo)體裝置可以使用，設(shè)置于如GaAs、GaN、AlGaAs、AlGaN、SiGe、SiGeC等的基板上的半導(dǎo)體裝置全體都可使用本實施方式。這種情況下，因為具有由δ摻雜層和低濃度摻雜層(含無摻雜層)沉積而成的沉積層部分，可以減少雜質(zhì)離子散亂，并利用切斷(off)狀態(tài)的溝道區(qū)域整體的過渡化，改善溝道移動度和耐壓性。
(HEMT的具體構(gòu)造的第1實施例)圖17為概略表示本發(fā)明實施方式的HEMT具體構(gòu)造第1實施例的剖面圖。如該圖所示，在摻雜了高濃度鐵(Fe)、厚度約為100μm的半絕緣性的InP基板201上，依序?qū)嵤o摻雜的厚度約200nm的InAlAs層202(成份比、如In0.52Al0.48As)、無摻雜的厚度約15nm的InGaAs層203(成份比、如In0.53Ga0.47As)、由5層厚度約1nm的n型摻雜層204a(雜質(zhì)為Si)和6層厚度約10nm的無摻雜層204b相互交錯沉積層(最上層和最下層為無摻雜層)而成的厚度約65nm的載流子供給層—多重δ摻雜InAlAs層204(成份比、如In0.52Al0.48As)、阻止蝕刻層的厚度約5nm的InP層205、摻雜硅(Si)的厚度約3nm的n-InAlAs層206(成份比、如In0.52Al0.48As)、摻雜n型雜質(zhì)-高濃度硅(Si)的厚度約200nm的n+-InAlAs層207(成份比、如In0.52Al0.48As)、以及摻雜n型雜質(zhì)-高濃度硅(Si)的厚度約15nm的n--InGaAs層208(成份比、如In0.53Ga0.47As)的沉積層。具有n+-InGaAs層208上由互相分離設(shè)置的Ti/Pt/Au構(gòu)成的歐姆源極電極209a和歐姆漏極電極209b、由貫通n-InAlAs層206、n+-InAlAs層207、和n+-InGaAs層208的一部分而接觸InP層205的WSin膜210a和其上Ti/Pt/Au膜210b所構(gòu)成的肖特基柵極電極210、以及以絕緣隔離肖特基柵極電極210、歐姆源極電極209a、和歐姆漏極電極209b為目的的SiO2/SiNi所構(gòu)成的絕緣層211。
在這HEMT中，若對源極電極209a和漏極電極209b的間施加電壓，源極-漏極間會有電流流過。在肖特基柵極電極210和歐姆源極電極209a間，若施加使肖特基柵極電極210增高的電壓(逆向電壓)，則源極-漏極間的電流會對應(yīng)施加于肖特基柵極電極210的電壓而變頻，進(jìn)行開關(guān)動作。圖18(a)和圖18(b)為概略表示本實施例HEMT中對異質(zhì)接合部分未施加偏壓時和施加偏壓時的各種頻帶狀態(tài)的能量頻帶圖。
如圖18(a)所示，未施加偏壓時，In0.52Al0.48As的頻帶間隙會大于In0.53Ga0.47As，多重δ摻雜InAlAs層204和InGaAs層203間的傳導(dǎo)帶端會發(fā)生不連續(xù)，形成異質(zhì)屏障。所以，對肖特基柵極電極210施加電壓Vg時(施加偏壓時)，則如圖18(b)所示，頻帶會彎曲，而在和InGaAs層203內(nèi)的多重δ摻雜InAlAs層204的界面附近區(qū)域，形成封閉2維電子氣體的凹陷部分。電子可以在這凹陷部分快速移動。尤其是本實施方式時，因為InGaAs層203的下側(cè)設(shè)置有InAlAs層202(成份比、In0.52Al0.48As)，在InAlAs層202和InGaAs層203的間也會形成傳導(dǎo)帶端部的不連續(xù)(異質(zhì)屏障)。所以，可以將電子更確實地封閉于InGaAs層203。其中，卻不一定需要下方的InAlAs層202。
并且，HEMT中，電流會從漏極電極209b依序通過各層208、207、206、205、和多重δ摻雜InAlAs層204后，流至InGaAs層203內(nèi)的和多重δ摻雜InAlAs層204的界面附近的區(qū)域(溝道區(qū)域)。其后，電流會依序再經(jīng)過多重δ摻雜InAlAs層204和各層205、206、207、208而流至源極電極209a(參照圖17的虛線)。
本實施方式，多重δ摻雜InAlAs層204內(nèi)，n型摻雜層204a內(nèi)的載流子會因為量子效應(yīng)而滲透分布至無摻雜層204b。這狀態(tài)下，若對HEMT施加偏壓，因為會經(jīng)由多重δ摻雜InGaAs層204的n型摻雜層204a和無摻雜層204b的雙方對InGaAs層203內(nèi)的溝道層提供載流子(電子)，溝道區(qū)域會有較大的電流流過。這時，因為無摻雜層204b的雜質(zhì)濃度較低，而降低無摻雜層204b的雜質(zhì)散亂。所以，可以使從多重δ摻雜層204對溝道區(qū)域供應(yīng)載流子時維持較小的電阻值，并提高載流子供應(yīng)效率。因此，實現(xiàn)HEMT的低耗電和大電流。
另一方面，HEMT的切斷(off)狀態(tài)時，過渡層會從多重δ摻雜InGaAs層204的無摻雜層204b擴(kuò)大至n型摻雜層204a，多重δ摻雜InGaAs層204整體也很容易過渡化，所以可以得到較大的耐壓值。
因此，可以提高I-V特性(漏極電流Id-漏極電壓Vd特性)的漏極電流Id的飽和值和漏極電壓Vd的界限值(發(fā)生故障的點的電壓值)。然而，因為HEMT的電源P可以公式P＝Iv×Vd/8來表示，所以尤其可以獲得大電力的HEMT。也就是，可以獲得較小接通(on)電阻、大電力及高耐壓的功率放大器用裝置。
尤其是本構(gòu)造例中，因為可以用柵極長度極短的T型構(gòu)造來降低柵極電容，故為適合毫米波等的高頻率區(qū)域的高頻信號HEMT。還有，圖17所示的HEMT也可以采用圖7所示的HEMT 40的構(gòu)造。
還有，圖7和圖17所示的HEMT構(gòu)造中，多重δ摻雜InAlAs層內(nèi)的5層n型摻雜層13a(204a)的雜質(zhì)濃度可以為指數(shù)函數(shù)方式從下向上持續(xù)降低濃度的曲線等，可以對應(yīng)應(yīng)用頻率的區(qū)域、放大率等來進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。
(HEMT的具體構(gòu)連的第2實施例)圖19為概略表示本發(fā)明實施方式的HEMT的具體構(gòu)造第2實施例的剖面圖。如該圖所示，在摻雜了高濃度鐵(Fe)、厚度約100μm的半絕緣性的InP基板201上，依序?qū)嵤o摻雜的厚度約200nm的InAlAs層202(成份比、如In0.52Al0.48As)、由5層厚度約1nm的n型摻雜層204a(雜質(zhì)為Si)和6層厚度約10nm的無摻雜層204b交互沉積層(最上層和最下層為無摻雜層)而成的厚度約65nm的載流子供給層-多重δ摻雜InAlAs層204″(成份比、如In0.52Al0.48As)、無摻雜的厚度約15nm的InGaAs層203′(成份比、如In0.53Ga0.47As)、由5層厚度約1nm的n型摻雜層204a(雜質(zhì)為Si)和6層厚度約10nm的無摻雜層204b相互交錯沉積(最上層和最下層為無摻雜層)而成的厚度約65nm的載流子供給層-多重δ摻雜InAlAs層204′(成份比、如In0.52Al0.48As)、無摻雜的厚度約15nm的InGaAs層203(成份比、如In0.53Ga0.47As)、由5層厚度約1nm的n型摻雜層204a(雜質(zhì)為Si)和6層厚度約10nm的無摻雜層204b相互交錯沉積(最上層和最下層為無摻雜層)而成的厚度約65nm的載流子供給層-多重δ摻雜InAlAs層204(成份比、如In0.52Al0.48As)、阻止蝕刻層的厚度約5nm的InP層205、摻雜硅(Si)的厚度約3nm的n-InAlAs層206(成份比、如In0.52Al0.48As)、摻雜n型雜質(zhì)-高濃度硅(Si)的厚度約200nm的n+-InAlAs層207(成份比、如In0.52Al0.48As)、以及摻雜n型雜質(zhì)-高濃度硅(Si)的厚度約15nm的n+-InGaAs層208(成份比、如In0.53Ga0.47As)的沉積層。換而言之，為在第1實施例的構(gòu)造上再增設(shè)2個多重δ摻雜層的構(gòu)造。
本實施例的HEMT的其他部分構(gòu)造，和第1實施例相同。在這HEMT中，若對源極電極209a和漏極電極209b的間施加電壓，源極-漏極間會有電流流過。在肖特基柵極電極210和歐姆源極電極209a間，若施加使肖特基柵極電極210增高的電壓(逆向電壓)，則源極-漏極間的電流會對應(yīng)施加于肖特基柵極電極210的電壓而變頻，進(jìn)行開關(guān)動作。
圖20(a)和圖20(b)為概略表示第2實施例HEMT中對異質(zhì)接合部分未施加偏壓時和施加偏壓時的各個頻帶狀態(tài)的能量頻帶圖。
如圖20(a)所示，未施加偏壓時，In0.52Al0.48As的頻帶間隙會大于In0.53Ga0.47As，多重δ摻雜InAlAs層204和InGaAs層203間、InGaAs層203和多重δ摻雜InAlAs層204′間、多重δ摻雜InAlAs層204′和InGaAs層203′間、以及InGaAs層203′和多重δ摻雜InAlAs層204″間的傳導(dǎo)帶端部會分別發(fā)生不連續(xù)，形成異質(zhì)屏障。
所以，對肖特基柵極電極210施加電壓Vg時(施加偏壓時)，則如圖20(b)所示，頻帶會彎曲，而在和InGaAs層203內(nèi)的多重δ摻雜InAlAs層204的界面附近區(qū)域、在和InGaAs層203內(nèi)的多重δ摻雜InAlAs層204′、在和InGaAs層203′內(nèi)的多重δ摻雜InAlAs層204′的界面附近區(qū)域、以及在和InGaAs層203′內(nèi)的多重δ摻雜InAlAs層204″的界面附近區(qū)域，會分別形成封閉2維電子氣體的凹陷部分。也就是，在InGaAs層203的上面附近區(qū)域和下面附近區(qū)域、以及InGaAs層203′的上面附近區(qū)域和下面附近區(qū)域合計會形成4個凹陷部分。這凹陷部分具有電子可以快速移動的溝道區(qū)域機(jī)能。也就是，如圖19所示的本實例HEMT，會形成第1至第4溝道區(qū)域Rch1至Rch4共4個溝道區(qū)域，本實施例的HEMT可以為多溝道型HEMT。
本實施例的多溝道型HEMT合計會形成4個溝道區(qū)域，而第1實施例則只有一個溝道區(qū)域，所以2次電子氣體濃度會更高(例如，將近4倍)。
多溝道型HEMT，電流會從漏極電極209b通過InP層205和多重δ摻雜InAlAs層204后，部分電流會流至和InGaAs層203內(nèi)的多重δ摻雜InAlAs層204和多重δ摻雜InAlAs層204′的界面附近的2個區(qū)域(第1溝道區(qū)域Rch1和第2溝道區(qū)域Rch2)。其后，電流會再經(jīng)過多重δ摻雜InAlAs層204和InP層205而流至源極電極209a。殘余的電流在通過多重δ摻雜InAlAs層204′后，會流至和InGaAs層203′內(nèi)的多重δ摻雜InAlAs層204′和多重δ摻雜InAlAs層204″的界面附近的2個區(qū)域(第3溝道區(qū)域Rch3和第4溝道區(qū)域Rch4)。其后，電流會再經(jīng)過多重δ摻雜InAlAs層204′、InGaAs層203、多重δ摻雜InAlAs層204、和InP層205而流至源極電極209a。
這時，本實施例中，多重δ摻雜InAlAs層204、204′、和204″內(nèi)，各n型摻雜層204a、204a′、和204a″內(nèi)的載流子會因為量子效應(yīng)而滲透分布至各無摻雜層204b、204b′、和204b″。這種狀態(tài)下，若對HEMT施加偏壓時，從第1溝道區(qū)域Rch1中的多重δ摻雜InAlAs層204、從第2溝道區(qū)域Rch2中的多重δ摻雜InAlAs層204′、從第3溝道區(qū)域Rch3中的多重δ摻雜InAlAs層204′、和從第4溝道區(qū)域Rch4中的多重δ摻雜InAlAs層204″會分別提供載流子(電子)，所以各溝道區(qū)域會有較大的電流流過。也就是各溝道區(qū)域是透過多重δ摻雜InAlAs層的n型摻雜層和無摻雜層中的任一者而供給有載流子(電子)，所以各溝道區(qū)域中的電流流動大。這時，如第1實施例的說明，因為各無摻雜層的雜質(zhì)濃度較低，就降低無摻雜層的雜質(zhì)散亂。所以，可以使從某一多重δ摻雜InAlAs層對各溝道區(qū)域供應(yīng)載流子時維持較小的電阻值，并提高載流子供應(yīng)效率。因此，實現(xiàn)HEMT的低耗電和大電流。
尤其是本實施例的多溝道型HEMT合計會形成4個溝道區(qū)域，而第1實施例則只有一個溝道區(qū)域，所以可更進(jìn)一步降低HEMT的耗電和獲得更大電流(例如，將近4倍)。
另一方面，HEMT的斷開(off)狀態(tài)時，過渡層會從多重δ摻雜InGaAs層204、204′、和204″的各無摻雜層204b、204b′、和204b″擴(kuò)大至各n型摻雜層204a、204a′、和204a″，因為多重δ摻雜InGaAs層204、204′、和204″整體很容易過渡化，因而可以得到較大的耐壓值。
因此，可以提高I-V特性(漏極電流Id-漏極電壓Vd特性)的漏極電流Id的飽和值和漏極電壓Vd的界限值(發(fā)生故障的點的電壓值)。然而，如前面說明所示，因為HEMT的電源P可以公式P＝Iv×Vd/8來表示，所以尤其可以獲得大電力的多溝道型HEMT。也就是，可以獲得比第1實施例的HEMT更小的接通(on)電阻和最大的電力、以及和第1實施例相等的高耐壓功率放大器用裝置。
在此，如文獻(xiàn)(HOS based algorithm for autofocusing of spotlight SARimages F.berizzi，G.Corsini and Gini″ELECTRONICS LETTERS 27th March 1997 Vol.33 NO.7″)中揭示的，在本質(zhì)半導(dǎo)體層的上下各設(shè)置高耐壓摻雜層，在本質(zhì)半導(dǎo)體的上部分和下部分形成2個溝道區(qū)域，也就是雙溝道型HEMT的構(gòu)造。這雙溝道型HEMT的構(gòu)造是由各高耐壓摻雜層對各溝道區(qū)域分別供應(yīng)載流子。但是，這從前的雙溝道型HEMT若提高高耐壓摻雜層的雜質(zhì)濃度，雖然可以增大溝道區(qū)域的電流量，相反卻會降低耐壓。另一方面，若因為必須提高耐壓而降低雜質(zhì)濃度，則溝道區(qū)域的電流量會變小。換而言之，不易充份確保以公式P＝Iv×Vd/8來表示的電力P。相對于這，本實施例的多溝道型HEMT可以同時增大電流量和提高耐壓，也可有較大的電力。
尤其是這構(gòu)造例中，因為可以用柵極長度極短的T型構(gòu)造來降低柵極電容，所以其構(gòu)造適合毫米波等的高頻率區(qū)域的高頻信號HEMT。還有，圖19所示的HEMT也可以采用圖7所示的HEMT 40的構(gòu)造。
圖19所示的HEMT中，各溝道區(qū)域Rch1、Rch2、Rch3、和Rch4的電流量不一定要均一。各溝道區(qū)域Rch1、Rch2、Rch3、和Rch4的電流量比率會因為各多重δ摻雜InGaAs層204、204′、和204″的各無摻雜層204b、204b′、和204b″和各n型摻雜層204a、204a′、和204a″的雜質(zhì)濃度、膜厚、或沉積層數(shù)、InGaAs層203、203′的雜質(zhì)濃度和膜厚、以及InP層205的雜質(zhì)濃度和膜厚等調(diào)整而有各種變化，所以可對應(yīng)使用這HEMT的半導(dǎo)體裝置的種類來適當(dāng)?shù)剡x取各溝道區(qū)域的電流量比率。
而從前的雙溝道型HEMT時，在圖29所示的輸入電力-輸出電力特性中，各溝道區(qū)域的電流量比率會因為輸入電力提高而變化，所以不易確保較寬的線形區(qū)域。相對于此，本實施例的多溝道型HEMT，因為多重δ摻雜層的on時電阻較小，提高輸入電力時，流過各溝道區(qū)域的電流量的比率會大致維持在一定的值，而可獲得較寬的線形區(qū)域。也就是，可以實現(xiàn)變形較小且高電源的HEMT。
還有，圖19所示的HEMT構(gòu)造中，多重δ摻雜InAlAs層內(nèi)的5層n型摻雜層的雜質(zhì)濃度可以為指數(shù)函數(shù)方式從下向上持續(xù)降低濃度的曲線等，可以對應(yīng)用頻率區(qū)域、放大率等來進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。
還有，圖19所示的第2實施例的HEMT中，設(shè)置了4個溝道區(qū)域，然而，其構(gòu)造也可以是2個或3個溝道區(qū)域、或是5個以上的溝道區(qū)域。例如，若省略本實施例的HEMT中的多重δ摻雜InAlAs層204″和InGaAs層203′，即可獲得只有InGaAs層203內(nèi)的第1和第2溝道區(qū)域Rch1、Rch2的2個溝道區(qū)域的構(gòu)造。若省略本實施例的HEMT中的多重δ摻雜InAlAs層204″，即可獲得只有InGaAs層203內(nèi)的第1和第2溝道區(qū)域Rch1和Rch2、以及InGaAs層203′內(nèi)的第3溝道區(qū)域Rch3的3個溝道區(qū)域的構(gòu)造。若在本實施例的HEMT中的多重δ摻雜InAlAs層204″下方設(shè)置具有和InGaAs層203和203′大致相同構(gòu)造的InGaAs層，即可形成5個溝道區(qū)域，而若在本實施例的HEMT中的多重δ摻雜InAlAs層204″下方設(shè)置具有和InGaAs層203和203′大致相同構(gòu)造的InGaAs層、以及具有和多重δ摻雜InAlAs層204、204′、和204″相同基本構(gòu)造的多重δ摻雜InAlAs層，則可形成6個溝道區(qū)域。換而言之，每次交互增加一個InGaAs層或多重δ摻雜InAls層即可增加一個溝道區(qū)域的數(shù)量。
(通信系統(tǒng)的各部分構(gòu)成)圖21為概略表示圖2所示通信系統(tǒng)中的無線終端機(jī)(移動臺)102的實例的圖。在此采用PDC方式。圖21所示高頻無線部分包含圖2所示的接收信息放大部分122和發(fā)送信息放大部分123。圖2所示的移動臺-無線終端機(jī)102的控制部分包含圖21所示的CPU、密碼TDMA-CCT、SP-CODEC、ROM/RAM、TERM-ADP、DPSK-MOD、HiSpeedSYNTH、IF-IC、以及CPSK-DE MOD(EQL)。
圖21所示高頻無線部分內(nèi)的線性PA(功率放大器)，可由配置著上述圖19所示HEMT的電路所構(gòu)成。這時，控制部分用的各電路中的HEMT可以以圖19所示的HEMT來構(gòu)成。
圖22為圖3所示的混合元件134或圖21所示的混合元件電路構(gòu)成例的電路圖。這處為附區(qū)域放大器的混合元件的實例。也就是，配置著區(qū)域信號放大用HEMT1和混合元件信號放大用HEMT2，HEMT1會由柵極接受區(qū)域信號Slo，并將放大后的信號Sout1從漏極輸出信號，而HEMT 2則會由柵極接受2個信號Smix1和Smix2，并將混合且放大后的信號Sout2從漏極輸出信號。這電路中的HEMT、二極管、和電容元件，可以如圖7所示，可以在一個InP基板上形成，并構(gòu)成一個MMIC。還有，圖7上雖然未表示，因為電阻元件會被視為感應(yīng)元件的導(dǎo)體膜的一部分，可以很容易在InP基板上形成電阻元件。
圖23為含有圖21所示SPDT開關(guān)的高輸出信號開關(guān)電路、或圖3所示配置于天線開關(guān)的高輸出信號開關(guān)電路實例的電氣電路圖。其例中，是接受輸入信號Sin1和Sin2，將輸入信號Sin1和Sin2的一進(jìn)行放大后所得的信號Sout輸出信號。這時，可以在一個InP基板上形成輸出信號信號HEMT1-HEMT4、電容元件C1-C6、二極管D1-D2、以及電阻元件R1-R6，并構(gòu)成MMIC。
(變形例)圖24為上述實施方式的圖4所示主放大器的另一構(gòu)成例(第1變形例)。在這變形例中，含有2段放大用晶體管的前段HEMT和后段HEMT。前段HEMT的輸入側(cè)，設(shè)置含有電容元件C1、電阻元件R1、和感應(yīng)元件I1的阻抗調(diào)整電路。前段HEMT和后段HEMT間則設(shè)置含有電容元件C2和C3、電阻元件R2、和感應(yīng)元件I2的中間阻抗調(diào)整電路。后段HEMT的輸出信號側(cè)則設(shè)置含有電容元件C4和感應(yīng)元件I3的輸出信號側(cè)阻抗調(diào)整電路。
這第1變形例的各元件可以圖7所示的HEMT 40、電容元件50、和感應(yīng)元件60來構(gòu)成。所以，可以獲得在一個InP基板上設(shè)置圖24所示電路的MMIC。
圖25為上述實施方式的圖4所示主放大器的另一構(gòu)成例(第2變形例)。在這變形例中，含有4個并聯(lián)的、構(gòu)成差動放大器的HEMTA-D。各HEMTA-D的輸入側(cè)，設(shè)置含有電容元件和電阻元件(圖上未表示)等的輸入側(cè)預(yù)先匹配元件，各HEMIA-D的輸出信號側(cè)，則設(shè)置含有電容元件和電阻元件(圖上未表示)等的輸出信號側(cè)預(yù)先匹配元件。
這第2變形例的各元件可以圖7所示的HEMT 40、電容元件50、和感應(yīng)元件60來構(gòu)成。所以，可以獲得在一個InP基板上設(shè)置圖25所示電路的MMIC。
圖26是將2個主放大器38并聯(lián)的第3變形例中，轉(zhuǎn)播臺101a的概略構(gòu)成的方框電路圖。這時，2個主放大器可以圖4所示電路來構(gòu)成。
將圖4、圖25、和圖26進(jìn)行比較，為了獲得最大放大率，最好設(shè)置圖25或圖26所示的放大器。相反地，HEMT的數(shù)量愈多，則阻抗匹配電路的構(gòu)成會愈復(fù)雜，尤其是處理GHz命令的高頻區(qū)域信號時，HEMT的數(shù)量愈多，阻抗匹配的處理(整修等)會復(fù)雜化。所以，可以配合用途和規(guī)模選擇轉(zhuǎn)播臺的構(gòu)成。
(其他方式)在上述實施方式中，以使用本發(fā)明通信系統(tǒng)用機(jī)器的毫米波通信系統(tǒng)的轉(zhuǎn)播臺、終端機(jī)(移動臺)、和家庭內(nèi)機(jī)器等實例來實施說明，但本發(fā)明并不限于上述實施方式而已。以通信系統(tǒng)為例，如行動電話系統(tǒng)、汽車電話系統(tǒng)、PHS、和PDA等，在配置于這些系統(tǒng)上的機(jī)器設(shè)置圖7所示的HEMT、二極管、MESFET、電容元件、和感應(yīng)元件等，可以發(fā)揮和上述實施方式相同的效果。
還有，使用InP基板以外的半絕緣性基板，如GaAs基板、GaN基板、Si基板(Si/SiGe(或SiGeC)異質(zhì)構(gòu)造)等設(shè)置圖17所示HEMT，也可以發(fā)揮大電流特性和高耐壓性。
本發(fā)明的第1和第2活性區(qū)域可從InP、InGaAs、InAlAs、GaN、InGaP、和InGaSb當(dāng)中選取一種材料來構(gòu)成。尤其是，設(shè)置InGaSb層取代InGaAs層(17、203、203′)時，可以確保和多重δ摻雜InAlAs層(13、204、204′、204″)的頻帶偏移量ΔVg大于上述實施方式，提高載流子的封閉效率，更進(jìn)一步提高電流驅(qū)動力。
還有，在如異質(zhì)接合雙極晶體管、半導(dǎo)體雷射等HEMT以外的裝置上，設(shè)置圖7所示n型摻雜層(高濃度摻雜層)和無摻雜層(低濃度摻雜層)交互沉積層而成的多重δ摻雜層，也可以發(fā)揮大電流特性和高耐壓性。這時，異質(zhì)接合雙極晶體管時，一般會以比射極層和集電極層的頻帶間隙更小的材料來構(gòu)成基極層，而可獲得較大耐壓的雙極晶體管。
在圖7中的InP層18上依序沉積柵極絕緣膜和柵極電極，與PCT申請(PCT/JP00/08156)記載的SiC-MISFET相同，可得到具有多重δ摻雜層的MISFET。這MISFET和上述PCT申請的SiC-MISFET相同，可以發(fā)揮高溝道移動度和高耐壓性。因為提高溝道移動量和提高耐壓的效果，可以在高耐壓下實現(xiàn)低接通(on)電阻、大電流容量、和高相互電導(dǎo)，形成具有低耗電和高增益的特征的MISFET。還有，因為溝道移動度的提升當(dāng)然可以期待高頻特性也會相對提升。
在上述實施方式中，多重δ摻雜層的多重δ摻雜層(高濃度摻雜層)和無摻雜層(低濃度摻雜層)雖然由相同材料(In0.52Al0.48As或In0.53Ga0.47As)所構(gòu)成，但δ摻雜層和無摻雜層使用不同材料而形成兩者間為異質(zhì)接合部分亦可。
還有，利用InAlAs層或InGaAs層時，其組成比沒有必要一定為In0.52Al0.48As或In0.53Ga0.47As。
(發(fā)明的效果)依據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置，設(shè)置第1活性區(qū)域、和和第1活性區(qū)域間有異質(zhì)屏障的第2活性區(qū)域，且第2活性區(qū)域的構(gòu)成是由低濃度的第1半導(dǎo)體層、和含有利用量子效應(yīng)使載流子分散的高濃度雜質(zhì)的第2半導(dǎo)體層交互沉積層而成，透過第2活性區(qū)域的高耐壓和低電阻等折衷的緩和，可以增加以半導(dǎo)體裝置的電壓和電流的積來表示的電源。
本發(fā)明的通信系統(tǒng)用機(jī)器，因為是在處理高頻信號的通信系統(tǒng)配置含有本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的主動元件，可以獲得使用主動元件來緩和高耐壓和低電阻的折衷而小型化的通信系統(tǒng)用機(jī)器，同時可以降低設(shè)備的設(shè)置成本和運(yùn)轉(zhuǎn)成本等。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征為包含有設(shè)置在基板上的，由第1半導(dǎo)體制成的至少一個第1活性區(qū)域；由與上述第1活性區(qū)域連接設(shè)置，并使它與上述第1活性區(qū)域之間產(chǎn)生頻帶不連續(xù)的，且與上述第1半導(dǎo)體具有不同頻帶間隙的第2半導(dǎo)體構(gòu)成的至少一個第2活性區(qū)域；上述第2活性區(qū)域的構(gòu)成，是可能通過載流子的至少1個第1半導(dǎo)體層；與含有比上述第1半導(dǎo)體層更高濃度的載流子用雜質(zhì)的，膜厚比上述第1半導(dǎo)體層更薄，可以利用量子效果向上述第1半導(dǎo)體層滲入載流子的至少1個第2半導(dǎo)體層連接設(shè)置而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求第1項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為上述第1及第2半導(dǎo)體層，分別由復(fù)數(shù)個疊層所形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求第1項或者第2項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為上述基板構(gòu)成在InP中；上述第1及第2活性區(qū)域，是由選自InP、InGaAs、InAlAs、GaN、InGaP、及InGaSb中的一種材料所制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求第1項～第3項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為上述第2活性區(qū)域中的第1及第2半導(dǎo)體層，是由相互共同的材料所制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求第1項～第4項所述的任何一個半導(dǎo)體裝置，其特征為上述第2半導(dǎo)體是以頻帶間隙大于上述第1半導(dǎo)體的材料所制成；上述第1活性區(qū)域內(nèi)的與上述第2活性區(qū)域的界面附近為溝道層；上述第2活性區(qū)域起載流子供給層的作用；起HEMT的作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求第5項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為上述第2活性區(qū)域，分別設(shè)置在上述第1活性區(qū)域的上、下兩面。
7.根據(jù)權(quán)利要求第5項所述的半導(dǎo)體裝置，其特征為上述第1活性區(qū)域及上述第2活性區(qū)域，各自設(shè)置了復(fù)數(shù)個，且第1活性區(qū)域和第2活性區(qū)域相互交錯沉積而成。
8.一種通信系統(tǒng)用機(jī)器，配置于處理高頻信號的通信系統(tǒng)，具有由利用半導(dǎo)體形成的主動元件，其特征為上述主動元件具備設(shè)置在基板上的，由第1半導(dǎo)體制成的至少一個第1活性區(qū)域；由與上述第1活性區(qū)域相接設(shè)置，并使它和上述第1活性區(qū)域之間產(chǎn)生頻帶不連續(xù)，且與上述第1半導(dǎo)體具有不同頻帶間隙的第2半導(dǎo)體所構(gòu)成的至少一個第2活性區(qū)域；上述第2活性區(qū)域的構(gòu)成，是可以通過載流子的至少一個第1半導(dǎo)體層；與含有比上述第1半導(dǎo)體層更高濃度的載流子用雜質(zhì)的，膜厚比上述第1半導(dǎo)體層更薄的，可以利用量子效應(yīng)向上述第1半導(dǎo)體層滲入載流子的至少一個第2半導(dǎo)體層連接設(shè)置而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求第8項所述的通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述第1及第2半導(dǎo)體層，分別由復(fù)數(shù)個疊層所形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求第8項或者是第9項所述的通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述基板構(gòu)成在InP中；上述第1及第2活性區(qū)域，是由選自InP、InGaAs、InAlAs、GaN、AlGaN、InGaP、及InGaSb中的一種材料所制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求第8項或者是第9項所述的通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述主動元件，上述第1活性區(qū)域內(nèi)的與上述第2活性區(qū)域的界面附近形成溝道層；上述第2活性區(qū)域起載流子供給層的作用；起HEMT的作用。
12.根據(jù)權(quán)利要求第11項所述的通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述第2活性區(qū)域，分別設(shè)置在上述第1活性區(qū)域的上、下兩面。
13.根據(jù)權(quán)利要求第11項所述的通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述第1活性區(qū)域及上述第2活性區(qū)域，各設(shè)置復(fù)數(shù)個，且第1活性區(qū)域和第2活性區(qū)域相互交錯疊加而成。
14.根據(jù)權(quán)利要求第8項～第13項所述的任何一個通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述主動元件，配置在信號發(fā)送部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求第8項～第13項所述的任何一個通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述主動元件，配置于信號接受部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求第8項～第13項所述的任何一個通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述主動元件，配置在便攜式信息終端機(jī)內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求第8項～第13項所述的任何一個通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述主動元件，配置在轉(zhuǎn)播臺中。
18.根據(jù)權(quán)利要求第8項～第13項所述的任何一個通信系統(tǒng)用機(jī)器，其特征為上述通信系統(tǒng)用機(jī)器，是為裝配在控制對象中的可拆換式信號收發(fā)模組。
全文摘要
本發(fā)明緩和高耐壓和低電阻的折衷，提供低耗電、高耐壓半導(dǎo)體裝置，及用這種裝置的通信系統(tǒng)用機(jī)器。其解決方法為，HEMT，包括InP基板(201)上的，由InAlAs層(202)、InGaAs層(203)、n型摻雜層(204a)、及無摻雜層(204b)相互交錯沉積而成的多重δ摻雜InAlAs層(204)、InP層(205)、肖特基柵電極(210)、源電極(209a)及漏電極(209b)。電流流過InGaAs層(203)內(nèi)的多重δ摻雜InAlAs層(204)的界面附近區(qū)域(溝道區(qū)域)時，對于通過載流子供應(yīng)層的多重δ摻雜InAlAs層(204)的載波移動電阻會降低，且可以提高非接通時的耐壓。
文檔編號H03F3/60GK1476638SQ01819415
公開日2004年2月18日 申請日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月21日
發(fā)明者橫川俊哉, 鈴木朝實良, 出口正洋, 吉井重雄, 古屋博之, 之, 實良, 洋, 雄 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社