JP2758803B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents
電界効果トランジスタInfo
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7782—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
- H01L29/7783—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２次元電子ガス電界効
果トランジスタの結晶構造に関するものである。
果トランジスタの結晶構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ヘテロ界面での２次元電子ガスを
利用した電界効果トランジスタが、衛星通信，移動体通
信等の分野で盛んに利用されるようになっている。
利用した電界効果トランジスタが、衛星通信，移動体通
信等の分野で盛んに利用されるようになっている。
【０００３】電子の走行するチャネル層をＩｎＧａＡｓ
で形成するＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ２次元電子ガス
電界効果トランジスタは、例えばケッターソンら（Ｋｅ
ｔｔｅｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ．）によりアイ・イー・イ
ー・イー・エレクトロン・デバイス・レターズ、１９８
５年，第６巻，６２８頁（ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＤＥＶＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ，１９８５，ＶＯＬ．
６，Ｐ．６２８）に報告されている。図４にその主たる
構造を示す。この電界効果トランジスタは、半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板４１１、アンドープＧａＡｓ層４１２、アン
ドープＩｎＧａＡｓ層４１３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層４１
４、ｎ−ＧａＡｓ層４１５、オーミック電極４１６，４
１７、ゲート電極４１８により構成されている。
で形成するＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ２次元電子ガス
電界効果トランジスタは、例えばケッターソンら（Ｋｅ
ｔｔｅｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ．）によりアイ・イー・イ
ー・イー・エレクトロン・デバイス・レターズ、１９８
５年，第６巻，６２８頁（ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＤＥＶＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ，１９８５，ＶＯＬ．
６，Ｐ．６２８）に報告されている。図４にその主たる
構造を示す。この電界効果トランジスタは、半絶縁性Ｇ
ａＡｓ基板４１１、アンドープＧａＡｓ層４１２、アン
ドープＩｎＧａＡｓ層４１３、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層４１
４、ｎ−ＧａＡｓ層４１５、オーミック電極４１６，４
１７、ゲート電極４１８により構成されている。
【０００４】ＩｎＧａＡｓがＧａＡｓに比べ電子輸送デ
バイスに適した材料である要因としては、電子の低電
界移動度が高い、電子のピーク速度が大きい、電子
速度のより大きなオーバーシュートが期待できる、谷
間散乱に起因する雑音が小さい、ＡｌＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓヘテロ界面の伝導帯エネルギー不連続が大きく
量子井戸に電子が多く溜ると同時に量子井戸の外にしみ
出す電子の割合が小さい、などが挙げられる。これらの
要因のために、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた２次元
電子ガス電界効果トランジスタに比べて、高遮断周波数
特性，高出力特性，低雑音動作等の特性向上が達成され
ている。
バイスに適した材料である要因としては、電子の低電
界移動度が高い、電子のピーク速度が大きい、電子
速度のより大きなオーバーシュートが期待できる、谷
間散乱に起因する雑音が小さい、ＡｌＧａＡｓ／Ｉｎ
ＧａＡｓヘテロ界面の伝導帯エネルギー不連続が大きく
量子井戸に電子が多く溜ると同時に量子井戸の外にしみ
出す電子の割合が小さい、などが挙げられる。これらの
要因のために、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓを用いた２次元
電子ガス電界効果トランジスタに比べて、高遮断周波数
特性，高出力特性，低雑音動作等の特性向上が達成され
ている。
【０００５】また、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓヘテロ界面を
利用した２次元電子ガス電界効果トランジスタの研究も
行われている。これについては、例えばチャンら（ＣＨ
ＡＮｅｔ ａｌ．）がアイ・イー・イー・イー・トラン
ザクションズ・オン・エレクトロン・デバイスィズ、１
９９０年，第３７巻，第１０号，２１４１頁（ＩＥＥＥ
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＤＥＶＩＣＥＳ，１９９０，ＶＯＬ．３７，ＮＯ．１
０，Ｐ．２１４１）に報告している。この報告によれ
ば、この系を用いた電界効果トランジスタでは、特に低
温での直流特性等が優れていることが指摘されている。
利用した２次元電子ガス電界効果トランジスタの研究も
行われている。これについては、例えばチャンら（ＣＨ
ＡＮｅｔ ａｌ．）がアイ・イー・イー・イー・トラン
ザクションズ・オン・エレクトロン・デバイスィズ、１
９９０年，第３７巻，第１０号，２１４１頁（ＩＥＥＥ
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＥＬＥＣＴＲＯＮ
ＤＥＶＩＣＥＳ，１９９０，ＶＯＬ．３７，ＮＯ．１
０，Ｐ．２１４１）に報告している。この報告によれ
ば、この系を用いた電界効果トランジスタでは、特に低
温での直流特性等が優れていることが指摘されている。
【０００６】ＩｎＡｌＧａＰ／ＧａＡｓヘテロ界面を利
用した電界効果トランジスタについては、特開昭６２−
２５２９７５号公報に記載されている。それによると、
電子供給層として用いられるＩｎ ０．５ （Ａｌ ｘ Ｇａ
１−ｘ ） ０．５ ＰにおいてＡｌの組成比ｘが０．３程度
より小さい場合、ドナー準位が比較的浅い位置に形成さ
れるため高濃度のキャリアが蓄積される。またキャリア
の熱的安定性にも優れ、光照射による特性の変化もない
としている。
用した電界効果トランジスタについては、特開昭６２−
２５２９７５号公報に記載されている。それによると、
電子供給層として用いられるＩｎ ０．５ （Ａｌ ｘ Ｇａ
１−ｘ ） ０．５ ＰにおいてＡｌの組成比ｘが０．３程度
より小さい場合、ドナー準位が比較的浅い位置に形成さ
れるため高濃度のキャリアが蓄積される。またキャリア
の熱的安定性にも優れ、光照射による特性の変化もない
としている。
【０００７】また、特開昭６３−２７４１８１号公報に
は、アンドープのＩｎＡｌＧａＰとアンドープのＧａＡ
ｓヘテロ接合面に形成される２次元電子ガスを利用した
電界効果トランジスタが記載されている。この構造で
は、不純物ドープされた層がないにもかかわらず、キャ
リアが十分蓄積されることを基本動作原理としている。
は、アンドープのＩｎＡｌＧａＰとアンドープのＧａＡ
ｓヘテロ接合面に形成される２次元電子ガスを利用した
電界効果トランジスタが記載されている。この構造で
は、不純物ドープされた層がないにもかかわらず、キャ
リアが十分蓄積されることを基本動作原理としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】２次元電子ガス電界効
果トランジスタにおいては、ヘテロ界面での伝導帯エネ
ルギー不連続がより大きい程、２次元電子ガスのシート
濃度が増加し、量子井戸での電子の良好な閉じ込め効果
を得ることができる。しかし、伝導帯エネルギー不連続
の値は材料で決まっている。
果トランジスタにおいては、ヘテロ界面での伝導帯エネ
ルギー不連続がより大きい程、２次元電子ガスのシート
濃度が増加し、量子井戸での電子の良好な閉じ込め効果
を得ることができる。しかし、伝導帯エネルギー不連続
の値は材料で決まっている。
【０００９】表１は、ＧａＡｓ基板上に形成できる主な
ヘテロ接合材料の伝導帯エネルギー不連続の値を示して
いる。これらの値はコルチンら（Ｓ．Ｗ．ＣＯＲＺＩＮ
Ｅｅｔ ａｌ．）によるアプライド・フィジックス・レ
ターズ、１９９０年，第５７巻，第２６号，２８３５頁
（ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，
１９９０，ＶＯＬ．５７，ＮＯ．２６，Ｐ．２８３
５）、渡辺ら（Ｍ．Ｏ．ＷＡＴＡＮＡＢＥ ｅｔ ａ
ｌ．）によるアプライド・フィジックス・レターズ、１
９８７年，第５０巻，第１４行，９０６頁（ＡＰＰＬＩ
ＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，１９８７，Ｖ
ＯＬ．５０，ＮＯ．１４，Ｐ．９０６）の報告に基づ
く。
ヘテロ接合材料の伝導帯エネルギー不連続の値を示して
いる。これらの値はコルチンら（Ｓ．Ｗ．ＣＯＲＺＩＮ
Ｅｅｔ ａｌ．）によるアプライド・フィジックス・レ
ターズ、１９９０年，第５７巻，第２６号，２８３５頁
（ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，
１９９０，ＶＯＬ．５７，ＮＯ．２６，Ｐ．２８３
５）、渡辺ら（Ｍ．Ｏ．ＷＡＴＡＮＡＢＥ ｅｔ ａ
ｌ．）によるアプライド・フィジックス・レターズ、１
９８７年，第５０巻，第１４行，９０６頁（ＡＰＰＬＩ
ＥＤ ＰＨＹＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，１９８７，Ｖ
ＯＬ．５０，ＮＯ．１４，Ｐ．９０６）の報告に基づ
く。
【００１０】
【表１】
【００１１】表１によれば、伝導帯エネルギー不連続の
値は、従来の系の中で大きい値が得られるＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ／Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓにおいても０．２８ｅ
Ｖであり、さらに伝導帯エネルギー不連続が大きいヘテ
ロ接合材料が望まれている。
値は、従来の系の中で大きい値が得られるＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ａｓ／Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓにおいても０．２８ｅ
Ｖであり、さらに伝導帯エネルギー不連続が大きいヘテ
ロ接合材料が望まれている。
【００１２】本発明の目的は、伝導帯エネルギー不連続
の大きいヘテロ接合を有する電界効果トランジスタを提
供することにある。
の大きいヘテロ接合を有する電界効果トランジスタを提
供することにある。
【００１３】本発明の他の目的は、高性能化合物半導体
ヘテロ接合電界効果トランジスタを提供することにあ
る。
ヘテロ接合電界効果トランジスタを提供することにあ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板上に、電子親和力の大きい第１の半導体層と、
この第１の半導体層に比べて電子親和力が小さい第２の
半導体層が、この順に積層された電界効果トランジスタ
において、前記第１の半導体層がＩｎＧａＡｓで形成さ
れており、前記第１の半導体層の少なくとも一部分がｎ
型に不純物ドープされており、かつ前記第２の半導体層
がｎ型に不純物ドープされたＩｎＡｌＧａＰで形成され
ていることを特徴とする電界効果トランジスタである。
Ａｓ基板上に、電子親和力の大きい第１の半導体層と、
この第１の半導体層に比べて電子親和力が小さい第２の
半導体層が、この順に積層された電界効果トランジスタ
において、前記第１の半導体層がＩｎＧａＡｓで形成さ
れており、前記第１の半導体層の少なくとも一部分がｎ
型に不純物ドープされており、かつ前記第２の半導体層
がｎ型に不純物ドープされたＩｎＡｌＧａＰで形成され
ていることを特徴とする電界効果トランジスタである。
【００１５】またこの発明で、ＧａＡｓ基板とＩｎＧａ
Ａｓ層の間に、ＩｎＧａＡｓよりも電子親和力が小さ
く、かつｎ型に不純物ドープされた半導体層が設けられ
たことを特徴とする。
Ａｓ層の間に、ＩｎＧａＡｓよりも電子親和力が小さ
く、かつｎ型に不純物ドープされた半導体層が設けられ
たことを特徴とする。
【００１６】また本発明は、半絶縁性ＧａＡｓ基板上
に、電子親和力の大きい第１の半導体層と、この第１の
半導体層に比べて電子親和力が小さい第２の半導体層
が、この順に積層された電界効果トランジスタにおい
て、前記第１の半導体層がアンドープのＩｎＧａＡｓで
形成され、かつ前記第２の半導体層がｎ型に不純物ドー
プされたＩｎＡｌＧａＰで形成され、ＧａＡｓ基板とＩ
ｎＧａＡｓ層の間に、ＩｎＧａＡｓよりも電子親和力が
小さく、かつｎ型に不純物ドープされた半導体層が設け
られたことを特徴とする。
に、電子親和力の大きい第１の半導体層と、この第１の
半導体層に比べて電子親和力が小さい第２の半導体層
が、この順に積層された電界効果トランジスタにおい
て、前記第１の半導体層がアンドープのＩｎＧａＡｓで
形成され、かつ前記第２の半導体層がｎ型に不純物ドー
プされたＩｎＡｌＧａＰで形成され、ＧａＡｓ基板とＩ
ｎＧａＡｓ層の間に、ＩｎＧａＡｓよりも電子親和力が
小さく、かつｎ型に不純物ドープされた半導体層が設け
られたことを特徴とする。
【００１７】
【作用】ＩｎＡｌＧａＰ／ＩｎＧａＡｓヘテロ接合にお
ける伝導帯エネルギー不連続の値は、ＧａＡｓ基板上に
作られる従来の系の伝導帯エネルギー不連続の値に比較
して大きい。表１においてＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／Ｇａ
ＡｓとＡｌ0.2 Ｇａ0.8Ａｓ／Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓの
伝導帯エネルギー不連続の差は０．１３ｅＶである。こ
れをＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ／ＧａＡｓの
伝導帯エネルギー不連続の値に加えることにより、Ｉｎ
0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ／Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓの伝導帯エネルギー不連続の値を求めると０．４１ｅ
Ｖとなる。
ける伝導帯エネルギー不連続の値は、ＧａＡｓ基板上に
作られる従来の系の伝導帯エネルギー不連続の値に比較
して大きい。表１においてＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ／Ｇａ
ＡｓとＡｌ0.2 Ｇａ0.8Ａｓ／Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓの
伝導帯エネルギー不連続の差は０．１３ｅＶである。こ
れをＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ／ＧａＡｓの
伝導帯エネルギー不連続の値に加えることにより、Ｉｎ
0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ／Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａ
ｓの伝導帯エネルギー不連続の値を求めると０．４１ｅ
Ｖとなる。
【００１８】以上述べたように伝導帯エネルギー不連続
の増加により、従来に比べ２次元電子ガスの良好な閉じ
込め効果と、より高いキャリア濃度が期待できる。また
デバイスの性能の面からみれば、相互コンダクタンス，
遮断周波数，最大出力電流などの特性向上が期待でき
る。
の増加により、従来に比べ２次元電子ガスの良好な閉じ
込め効果と、より高いキャリア濃度が期待できる。また
デバイスの性能の面からみれば、相互コンダクタンス，
遮断周波数，最大出力電流などの特性向上が期待でき
る。
【００１９】また本発明の電界効果トランジスタは、本
発明の特徴である高キャリア濃度を最大限に生かすた
め、チャネル層の少なくとも一部分をｎ型に不純物ドー
プしたものである。その結果、相互コンダクタンス、最
大出力電流の改善が期待できる。
発明の特徴である高キャリア濃度を最大限に生かすた
め、チャネル層の少なくとも一部分をｎ型に不純物ドー
プしたものである。その結果、相互コンダクタンス、最
大出力電流の改善が期待できる。
【００２０】さらに本発明の電界効果トランジスタは、
本発明の特徴である高キャリア濃度を最大限に生かすた
め、チャネル層の両側にＩｎＡｌＧａＰ電子供給層を設
けているので、最大出力電流等の改善が期待できる。
本発明の特徴である高キャリア濃度を最大限に生かすた
め、チャネル層の両側にＩｎＡｌＧａＰ電子供給層を設
けているので、最大出力電流等の改善が期待できる。
【００２１】
【実施例】本発明の実施例を、図面を参照しながら詳細
に説明する。
に説明する。
【００２２】（参考例）図１に本発明の半導体装置に関
連する参考例を表す要部断面図を示す。
連する参考例を表す要部断面図を示す。
【００２３】半絶縁性ＧａＡｓ基板１１１の上に、アン
ドープＧａＡｓ層１１２が２００ｎｍの厚さで、アンド
ープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓチャネル層１１３が１５ｎ
ｍの厚さで、２×１０18ｃｍ-3の濃度にｎ型にＳｉドー
プされたＩｎ0.5 （Ａｌ0.3Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給
層１１４が３０ｎｍの厚さで、２×１０18ｃｍ-3の濃度
にｎ型にＳｉドープされたＧａＡｓキャップ層１１５が
６０ｎｍの厚さで、それぞれ有機金属化学堆積法（ＭＯ
ＣＶＤ）により順次結晶成長され、前記ｎ型キャップ層
上にソース電極１１６，ドレイン電極１１７が、ＡｕＧ
ｅとＮｉの蒸着およびそれに続く熱処理アロイ工程によ
り形成されており、このオーミック電極間に前記ｎ型に
ドープされたＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子
供給層１１４の途中までエッチング除去されたリセス内
部にＴｉとＰｔとＡｕにより形成されるショットキーゲ
ート電極１１８が形成されている。ゲート長は０．５μ
ｍである。
ドープＧａＡｓ層１１２が２００ｎｍの厚さで、アンド
ープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓチャネル層１１３が１５ｎ
ｍの厚さで、２×１０18ｃｍ-3の濃度にｎ型にＳｉドー
プされたＩｎ0.5 （Ａｌ0.3Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給
層１１４が３０ｎｍの厚さで、２×１０18ｃｍ-3の濃度
にｎ型にＳｉドープされたＧａＡｓキャップ層１１５が
６０ｎｍの厚さで、それぞれ有機金属化学堆積法（ＭＯ
ＣＶＤ）により順次結晶成長され、前記ｎ型キャップ層
上にソース電極１１６，ドレイン電極１１７が、ＡｕＧ
ｅとＮｉの蒸着およびそれに続く熱処理アロイ工程によ
り形成されており、このオーミック電極間に前記ｎ型に
ドープされたＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子
供給層１１４の途中までエッチング除去されたリセス内
部にＴｉとＰｔとＡｕにより形成されるショットキーゲ
ート電極１１８が形成されている。ゲート長は０．５μ
ｍである。
【００２４】この電界効果トランジスタにおいては、ア
ンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層１１３に形成される
量子井戸に２次元電子ガスが溜り、この電子をキャリア
として動作する。
ンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層１１３に形成される
量子井戸に２次元電子ガスが溜り、この電子をキャリア
として動作する。
【００２５】本参考例による電界効果トランジスタの特
性として、最大相互コンダクタンス３６０ｍＳ／ｍｍ、
遮断周波数３８ＧＨｚ、最大出力電流３３０ｍＡ／ｍｍ
が得られている。これは図４の従来例における電界効果
トランジスタで得られた最大相互コンダクタンス３００
ｍＳ／ｍｍおよび遮断周波数２９ＧＨｚ，最大出力電流
２９０ｍＡ／ｍｍに比べて優れた特性が得られている。
性として、最大相互コンダクタンス３６０ｍＳ／ｍｍ、
遮断周波数３８ＧＨｚ、最大出力電流３３０ｍＡ／ｍｍ
が得られている。これは図４の従来例における電界効果
トランジスタで得られた最大相互コンダクタンス３００
ｍＳ／ｍｍおよび遮断周波数２９ＧＨｚ，最大出力電流
２９０ｍＡ／ｍｍに比べて優れた特性が得られている。
【００２６】（実施例１）図２に本発明の半導体装置の
構造の例を表す要部断面図を示す。
構造の例を表す要部断面図を示す。
【００２７】半絶縁性ＧａＡｓ基板２１１の上に、アン
ドープＧａＡｓ層２１２が２００ｎｍの厚さで、アンド
ープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓチャネル層２１３が１５ｎ
ｍの厚さであり、このアンドープＩｎＧａＡｓチャネル
層中に面密度５×１０12ｃｍ-2で基板方向から１０ｎｍ
の位置にｎ型不純物Ｓｉがプレーナードープされており
（２１４）、２×１０18ｃｍ-3の濃度にｎ型にＳｉドー
プされたＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給
層２１５が３０ｎｍの厚さで、２×１０18ｃｍ-3の濃度
にｎ型にＳｉドープされたＧａＡｓキャップ層２１６が
６０ｎｍの厚さで、それぞれ有機金属化学堆積法（ＭＯ
ＣＶＤ）により順次結晶成長され、前記ｎ型キャップ層
上にソース電極２１７，ドレイン電極２１８が、ＡｕＧ
ｅとＮｉの蒸着およびそれに続く熱処理アロイ工程によ
り形成されており、このオーミック電極間に前記ｎ型に
ドープされたＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子
供給層２１５の途中までエッチング除去されたリセス内
部にＴｉとＰｔとＡｕにより形成されるショットキーゲ
ート電極２１９が形成されている。ゲート長は０．５μ
ｍである。
ドープＧａＡｓ層２１２が２００ｎｍの厚さで、アンド
ープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓチャネル層２１３が１５ｎ
ｍの厚さであり、このアンドープＩｎＧａＡｓチャネル
層中に面密度５×１０12ｃｍ-2で基板方向から１０ｎｍ
の位置にｎ型不純物Ｓｉがプレーナードープされており
（２１４）、２×１０18ｃｍ-3の濃度にｎ型にＳｉドー
プされたＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給
層２１５が３０ｎｍの厚さで、２×１０18ｃｍ-3の濃度
にｎ型にＳｉドープされたＧａＡｓキャップ層２１６が
６０ｎｍの厚さで、それぞれ有機金属化学堆積法（ＭＯ
ＣＶＤ）により順次結晶成長され、前記ｎ型キャップ層
上にソース電極２１７，ドレイン電極２１８が、ＡｕＧ
ｅとＮｉの蒸着およびそれに続く熱処理アロイ工程によ
り形成されており、このオーミック電極間に前記ｎ型に
ドープされたＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子
供給層２１５の途中までエッチング除去されたリセス内
部にＴｉとＰｔとＡｕにより形成されるショットキーゲ
ート電極２１９が形成されている。ゲート長は０．５μ
ｍである。
【００２８】本実施例の電界効果トランジスタにおいて
は、アンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層２１３に形成さ
れる量子井戸に２次元電子ガスが溜り、この電子をキャ
リアとして動作する。
は、アンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層２１３に形成さ
れる量子井戸に２次元電子ガスが溜り、この電子をキャ
リアとして動作する。
【００２９】本実施例による電界効果トランジスタの特
性として、最大相互コンダクタンス４００ｍＳ／ｍｍ、
遮断周波数３０ＧＨｚ、最大出力電流４８０ｍＡ／ｍｍ
が得られている。これは図４の従来例における電界効果
トランジスタに比べて、特に最大相互コンダクタンスと
最大出力電流が優れている。
性として、最大相互コンダクタンス４００ｍＳ／ｍｍ、
遮断周波数３０ＧＨｚ、最大出力電流４８０ｍＡ／ｍｍ
が得られている。これは図４の従来例における電界効果
トランジスタに比べて、特に最大相互コンダクタンスと
最大出力電流が優れている。
【００３０】（実施例２）図３に本発明の半導体装置の
構造の他の例を表す要部断面図を示す。
構造の他の例を表す要部断面図を示す。
【００３１】半絶縁性ＧａＡｓ基板３１１の上に、アン
ドープＧａＡｓ層３１２が２００ｎｍの厚さで、２×１
０18ｃｍ-3の濃度にｎ型にＳｉドープされた第１のＩｎ
0.5（Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層３１３が５
ｎｍの厚さで、アンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓチャ
ネル層３１４が１５ｎｍの厚さで、２×１０18ｃｍ-3の
濃度にｎ型にＳｉドープされた第２のＩｎ0.5 （Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層３１５ｓが３０ｎｍの
厚さで、２×１０18ｃｍ-3の濃度にｎ型にＳｉドープさ
れたＧａＡｓキャップ層３１６が６０ｎｍの厚さで、そ
れぞれ有機金属化学堆積法（ＭＯＣＶＤ）により順次結
晶成長され、前記ｎ型キャップ層上にソース電極３１
７，ドレイン電極３１８が、ＡｕＧｅとＮｉの蒸着およ
びそれに続く熱処理アロイ工程により形成されており、
このオーミック電極間に前記ｎ型にドープされたＩｎ
0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層３１５の途
中までエッチング除去されたリセス内部にＴｉとＰｔと
Ａｕにより形成されるショットキーゲート電極３１９が
形成されている。ゲート長は０．５μｍである。
ドープＧａＡｓ層３１２が２００ｎｍの厚さで、２×１
０18ｃｍ-3の濃度にｎ型にＳｉドープされた第１のＩｎ
0.5（Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層３１３が５
ｎｍの厚さで、アンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓチャ
ネル層３１４が１５ｎｍの厚さで、２×１０18ｃｍ-3の
濃度にｎ型にＳｉドープされた第２のＩｎ0.5 （Ａｌ
0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層３１５ｓが３０ｎｍの
厚さで、２×１０18ｃｍ-3の濃度にｎ型にＳｉドープさ
れたＧａＡｓキャップ層３１６が６０ｎｍの厚さで、そ
れぞれ有機金属化学堆積法（ＭＯＣＶＤ）により順次結
晶成長され、前記ｎ型キャップ層上にソース電極３１
７，ドレイン電極３１８が、ＡｕＧｅとＮｉの蒸着およ
びそれに続く熱処理アロイ工程により形成されており、
このオーミック電極間に前記ｎ型にドープされたＩｎ
0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層３１５の途
中までエッチング除去されたリセス内部にＴｉとＰｔと
Ａｕにより形成されるショットキーゲート電極３１９が
形成されている。ゲート長は０．５μｍである。
【００３２】本実施例の電界効果トランジスタにおいて
は、アンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３１４に形成さ
れる量子井戸に２次元電子ガスが溜り、この電子をキャ
リアとして動作する。
は、アンドープＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ａｓ層３１４に形成さ
れる量子井戸に２次元電子ガスが溜り、この電子をキャ
リアとして動作する。
【００３３】本実施例による電界効果トランジスタの特
性として、最大相互コンダクタンス３１０ｍＳ／ｍｍ、
遮断周波数３６ＧＨｚ、最大出力電流４１０ｍＡ／ｍｍ
が得られている。これらの特性は図４の従来例における
電界効果トランジスタに比べ優れている。
性として、最大相互コンダクタンス３１０ｍＳ／ｍｍ、
遮断周波数３６ＧＨｚ、最大出力電流４１０ｍＡ／ｍｍ
が得られている。これらの特性は図４の従来例における
電界効果トランジスタに比べ優れている。
【００３４】以上、本発明の実施例を説明した。
【００３５】表２は、実施例１，実施例２，参考例およ
び従来例の最大相互コンダクタンス、遮断周波数および
最大出力電流の値を示す表である。
び従来例の最大相互コンダクタンス、遮断周波数および
最大出力電流の値を示す表である。
【００３６】
【表２】
【００３７】以上に述べた実施例においては具体的な素
子構造とその特性を示したが、構造，材料，数字等はこ
こで示したものに限られない。例えばゲート電極を用い
る金属として使用できるものはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕに限ら
ずショットキー接合を形成するものであれば良く、この
金属組成が本発明の本質的な効果に変化をもたらせるも
のではない。また、各層の厚さは、必ずしもここに例と
して示したものに限られない。
子構造とその特性を示したが、構造，材料，数字等はこ
こで示したものに限られない。例えばゲート電極を用い
る金属として使用できるものはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕに限ら
ずショットキー接合を形成するものであれば良く、この
金属組成が本発明の本質的な効果に変化をもたらせるも
のではない。また、各層の厚さは、必ずしもここに例と
して示したものに限られない。
【００３８】本実施例においては、電子供給層の不純物
分布は一様ドープとしているが、これに限られるもので
はなく、例えば深さ方向に階段状に不純物濃度が変化し
たり、不純物分布を局在させたり（例えばプレーナード
ープ）、電子供給層とチャネル層との間にアンドープの
スペーサ層を設けたりすることなども可能である。さら
にＩｎＧａＡｓチャネル層の組成比または深さ方向での
組成比分布等に関しても、ここで示したものに限定され
ない。
分布は一様ドープとしているが、これに限られるもので
はなく、例えば深さ方向に階段状に不純物濃度が変化し
たり、不純物分布を局在させたり（例えばプレーナード
ープ）、電子供給層とチャネル層との間にアンドープの
スペーサ層を設けたりすることなども可能である。さら
にＩｎＧａＡｓチャネル層の組成比または深さ方向での
組成比分布等に関しても、ここで示したものに限定され
ない。
【００３９】実施例１では、チャネル層にプレーナード
ープを施しているが、一様ドープやステップドープなど
不純物濃度の深さ方向に関する分布を変化させることも
できる。
ープを施しているが、一様ドープやステップドープなど
不純物濃度の深さ方向に関する分布を変化させることも
できる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によるＩｎＡｌＧａＰ／ＩｎＧａ
Ａｓヘテロ接合を用いた２次元電子ガス電界効果トラン
ジスタでは、従来に比べて顕著に優れたＤＣ，ＲＦ特性
並びに電流駆動能力等のデバイス特性を得ることができ
る。したがって、本発明による電界効果トランジスタ
は、マイクロ波ミリ波帯における低雑音増幅器や高出力
増幅器を構成する基本素子として、および超高速ディジ
タル集積回路を構成する基本素子として広く応用するこ
とが可能である。
Ａｓヘテロ接合を用いた２次元電子ガス電界効果トラン
ジスタでは、従来に比べて顕著に優れたＤＣ，ＲＦ特性
並びに電流駆動能力等のデバイス特性を得ることができ
る。したがって、本発明による電界効果トランジスタ
は、マイクロ波ミリ波帯における低雑音増幅器や高出力
増幅器を構成する基本素子として、および超高速ディジ
タル集積回路を構成する基本素子として広く応用するこ
とが可能である。
【図１】本発明の電界効果トランジスタに関連する参考
例の構造を示す図である。
例の構造を示す図である。
【図２】本発明の電界効果トランジスタの実施例１の構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図３】本発明の電界効果トランジスタの実施例２の構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図４】従来例における構造を示す図である。
１１１，２１１，３１１，４１１ 半絶縁性ＧａＡｓ基
板 １１２，２１２，３１２，４１２ アンドープＧａＡｓ
層 １１３，２１３，３１３，４１３ アンドープＩｎ0.2
Ｇａ0.8 Ａｓチャネル層 １１４，２１５ ｎ型ドープＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層１１５，２１６，３１６，４
１５ ｎ型ドープＧａＡｓキャップ層 １１６，２１７，３１７，４１６ ソース電極 １１７，２１８，３１８，４１７ ドレイン電極 １１８，２１９，３１９，４１８ ゲート電極 ２１４ ｎ型不純物 ３１３ 第１のＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5
Ｐ電子供給層 ３１５ 第２のｎ型ドープＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層 ４１４ 従来例におけるｎ型ドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ
電子供給層
板 １１２，２１２，３１２，４１２ アンドープＧａＡｓ
層 １１３，２１３，３１３，４１３ アンドープＩｎ0.2
Ｇａ0.8 Ａｓチャネル層 １１４，２１５ ｎ型ドープＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層１１５，２１６，３１６，４
１５ ｎ型ドープＧａＡｓキャップ層 １１６，２１７，３１７，４１６ ソース電極 １１７，２１８，３１８，４１７ ドレイン電極 １１８，２１９，３１９，４１８ ゲート電極 ２１４ ｎ型不純物 ３１３ 第１のＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 ）0.5
Ｐ電子供給層 ３１５ 第２のｎ型ドープＩｎ0.5 （Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 ）0.5 Ｐ電子供給層 ４１４ 従来例におけるｎ型ドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ａｓ
電子供給層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 葛原 正明 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−28383（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−21033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−174775（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、電子親和力
の大きい第１の半導体層と、この第１の半導体層に比べ
て電子親和力が小さい第２の半導体層が、この順に積層
された電界効果トランジスタにおいて、前記第１の半導体層がＩｎＧａＡｓで形成されており、
前記第１の半導体層の少なくとも一部分がｎ型に不純物
ドープされており、かつ前記第２の半導体層がｎ型に不
純物ドープされたＩｎＡｌＧａＰで形成されていること
を 特徴とする電界効果トランジスタ。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ基板とＩｎＧａＡｓ層の間に、
ＩｎＧａＡｓよりも電子親和力が小さく、かつｎ型に不
純物ドープされた半導体層が設けられたことを特徴とす
る請求項１記載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項３】 半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、電子親和力
の大きい第１の半導体層と、この第１の半導体層に比べ
て電子親和力が小さい第２の半導体層が、この順に積層
された電界効果トランジスタにおいて、 前記第１の半導体層がアンドープのＩｎＧａＡｓで形成
され、かつ前記第２の半導体層がｎ型に不純物ドープさ
れたＩｎＡｌＧａＰで形成され、 ＧａＡｓ基板とＩｎＧ
ａＡｓ層の間に、ＩｎＧａＡｓよりも電子親和力が小さ
く、かつｎ型に不純物ドープされた半導体層が設けられ
たことを特徴とする電界効果トランジスタ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4337287A JP2758803B2 (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | 電界効果トランジスタ |
| EP93120429A EP0602671B1 (en) | 1992-12-17 | 1993-12-17 | Heterojunction field effect transistor having an improved transistor characteristic |
| DE69314292T DE69314292T2 (de) | 1992-12-17 | 1993-12-17 | Heteroübergangsfeldeffekttransistor mit verbesserter Transistorseigenschaft |
| US08/380,251 US5466955A (en) | 1992-12-17 | 1995-01-30 | Field effect transistor having an improved transistor characteristic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4337287A JP2758803B2 (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | 電界効果トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188271A JPH06188271A (ja) | 1994-07-08 |
| JP2758803B2 true JP2758803B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=18307200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4337287A Expired - Lifetime JP2758803B2 (ja) | 1992-12-17 | 1992-12-17 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5466955A (ja) |
| EP (1) | EP0602671B1 (ja) |
| JP (1) | JP2758803B2 (ja) |
| DE (1) | DE69314292T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5739557A (en) * | 1995-02-06 | 1998-04-14 | Motorola, Inc. | Refractory gate heterostructure field effect transistor |
| US5663583A (en) * | 1995-06-06 | 1997-09-02 | Hughes Aircraft Company | Low-noise and power ALGaPSb/GaInAs HEMTs and pseudomorpohic HEMTs on GaAs substrate |
| US5767539A (en) * | 1996-04-05 | 1998-06-16 | Nec Corporation | Heterojunction field effect transistor having a InAlAs Schottky barrier layer formed upon an n-InP donor layer |
| US5844261A (en) * | 1997-06-03 | 1998-12-01 | Lucent Technologies Inc. | InAlGaP devices |
| WO1999005725A1 (fr) * | 1997-07-24 | 1999-02-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dispositif a semi-conducteurs a effet de champ |
| US7244630B2 (en) | 2005-04-05 | 2007-07-17 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | A1InGaP LED having reduced temperature dependence |
| TWI393258B (zh) * | 2009-03-13 | 2013-04-11 | Nat Univ Dong Hwa | Field effect transistor with indium aluminum gallium / gallium arsenide hump gate |
| CN102856373B (zh) * | 2012-09-29 | 2015-04-01 | 电子科技大学 | 高电子迁移率晶体管 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58140468A (ja) * | 1982-02-17 | 1983-08-20 | Hitachi Ltd | リダクシヨンスタ−タ |
| JPS5928383A (ja) * | 1982-08-10 | 1984-02-15 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPH07120790B2 (ja) * | 1984-06-18 | 1995-12-20 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
| JPS61174775A (ja) * | 1985-01-30 | 1986-08-06 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JPS6235678A (ja) * | 1985-08-09 | 1987-02-16 | Fujitsu Ltd | ダブル・ヘテロ型電界効果トランジスタ |
| JPS63150985A (ja) * | 1986-12-15 | 1988-06-23 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ |
| JPH0321033A (ja) * | 1989-06-19 | 1991-01-29 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JP3086748B2 (ja) * | 1991-07-26 | 2000-09-11 | 株式会社東芝 | 高電子移動度トランジスタ |
-
1992
- 1992-12-17 JP JP4337287A patent/JP2758803B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-12-17 DE DE69314292T patent/DE69314292T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-12-17 EP EP93120429A patent/EP0602671B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-01-30 US US08/380,251 patent/US5466955A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69314292T2 (de) | 1998-04-16 |
| EP0602671B1 (en) | 1997-10-01 |
| DE69314292D1 (de) | 1997-11-06 |
| US5466955A (en) | 1995-11-14 |
| EP0602671A3 (en) | 1995-12-20 |
| EP0602671A2 (en) | 1994-06-22 |
| JPH06188271A (ja) | 1994-07-08 |
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Legal Events
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