JPH02192739A

JPH02192739A - ヘテロ接合電界効果トランジスタ

Info

Publication number: JPH02192739A
Application number: JP1270589A
Authority: JP
Inventors: Fumio Matsumoto; 松本　史夫
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1989-01-20
Filing date: 1989-01-20
Publication date: 1990-07-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、ヘテロ接合界面の２次元キャリアガスを利用
したヘテロ接合電界効果トランジスタに関する。

（ロ）従来の技術半導体結晶俵板上に、基板結晶より禁止帯幅の大きい半
導体の結晶を積層したヘテロ接合において、ある粂件丁
でヘテロ接合界面に２次元キャリアブスを形成すること
が知られいる。超高速半導体装置として最近注目を集め
ている高電子移動度トランジスタ（ＨＥλＩＴ）は、前
記へテロ接合界面の２次元ｔｆガスを利用したヘテロ接
合電界効果トランジスタ（ＨＪＦＥＴ）の一種である（
例えばＪｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、　１９．　　
Ｉ、２２５−Ｌ２２７．１９８０及び特公昭５９−５３
７１４号公報参照）。

第３図は、Ａ！ＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合を用いた
従来のＨＥ　Ｍ　Ｔの模式的断面図であり、同図により
、以下にその製造方法を説明する。

まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板（２１）上に、分子線エピ
タキシ（ＭＢＥ）技術、または、有機金属エピタキシ（
八＋０ＣＶＤ）技術により、ノンドープＧａＡｓ層（２
２）を１μｍのＪ７さまで成長させ、該ノンドープＧａ
Ａｓ層（２２）ヒに、ノンドープＡ　’　ｘ　Ｇ　ａ　
＋　−ｎ　Ａ　ｓ層（２３）を０〜６０人の厚さまで成
長させ、次に該ノンドープＡ　（、Ｇ　ａ　、、Ａ　５
層（２３）上にＳｉドープＡ　ｔｔＧ　ａ　＋−，Ａ　
Ｓ層（Ｓｉ濃度：　０．５−２．ＯＸ　１０　”ｃｍ−
’）（２４）を２５０〜４５０人の厚さまで成長させ、
さらに該ＳｉドープＡｌ−Ｇ　ａ　＋−，Ａｓ層（２４
）上に　Ｓ１ドープＧ　ａ　Ａ　ｓ層　（Ｓｉ濃度二０
、１−５．ＯＸ　１０”ａｍ−”）　（２５）を１００
−１５００人の厚さまで成長させる。ここでＡｊＧａＡ
Ｓ層の組成Ｘは、略０．３である。

その後、このようにして形成されたヘテロエピタキシャ
ル堪板上にＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ等からなるオーミック金属
を蒸着し、リフトオフ法によりソース電極形成部、及び
ドレイン電極形成部に該金属を残し、１金化を行い、オ
ーミック領域をＳｉドープ°Ｇ　ａ　Ａ　ｓ層（２５）
、ＳｉドープＡ　’　Ｗ　Ｇ　ａ　＋、Ａｓ層（２４）
、ノンドープＡＬＧａ、−ｘＡｓ層（２３）、及びノン
ドープＧａＡｓ層（２２）内に貫通させてソースを極（
２６）、ドレインを極（２７）を形成する。前記ソース
電極（２Ｇ）とドレインを極（２７）間のＳｉ　ドープ
ＧａＡｓ層（２５）を一部除去し、リセス部（２８）を
形成し、このリセス部（２８）上にゲートを極（２９）
を形成する。このゲートｔｆｉ！（２９）は、ＡＩ又は
Ｔｉ／　Ｐ　ｔ　／　、Ａ　ｕ等を、ソース電極（２６
）とドレイン電極（２７）の間にリフトオフ法により、
選択的に被着することにより形成される。

Ｌ述した如き製造方法によＩ）作製されたＨＥＭＴにお
いては、ノンドープＡｌ、Ｇ　ａ　、−、Ａ　ｓ層（２
３）とノンドープＧａＡｓ層（２２）とのへテロ接合界
面のノンドープ（Ｊ　ａ　Ａ　ｓ層（２２）側に２次元
電子ガスチャンネル（３０）が形成される。Ｓｉドープ
Ａｔ。

Ｇａ　＋−ｇＡ　ｓ層（２４）がゲート電極（２９）の
ショットキバリアφｍ、及びノンドープＧ　ａ　Ａ　ｓ
層（２２）とノンドープＡ　’　＊　Ｇ　ａ　１−　ａ
　Ａ　ｓ　層（２３）の電子親和力の差による伝導帯エ
ネルギー差△Ｅｃにより空乏化し、正のイオン化不純物
により、該ヘテロ接合界面に負電荷を持つ電子が誘起さ
れ、該２次元電子ガスチャンネル（３０）が形成される
。

ゲー）、ｌｔ極（２９）の電界効果により、２次元電子
ガスチャンネル（３０）を走行する電子を制御すること
により、第３図に示す装置は、ＨＥＭＴとしてトランジ
スタ動作を行う。なお、ＳｉドープＡｔ。

Ｇ　ａ　、−、Ａｓ層（２４）表面は、非常に活性で、
表面酸化や不純物吸着等が生じ、不安定になり易く良好
なオーミック電極形成が困難なので、Ｓｉドー７ＧａＡ
ｓ層（２５）を設けている。

第４図は、従来のＨＥ　Ｍ　Ｔのゲート電極（２９）−
８ｉドーフ゛Ａ　ｔ、Ｇ　ａ　＋−ｗＡ　Ｓ層（２４）
−ノンドープＡ　１．Ｇ　ａ　１−ＩＡ　ｓ層（２３）
−ノンドープＧａＡｓ層（２２）に亘る伝導帯エネルギ
ー図である。図中Ｂ１領域はＳｉドープＡ　’　ｘ　Ｇ
　ａ　＋−ｇ　Ａ　ｓ層（２４）に、Ｂ、領域はノンド
ープＡ　ＬＧ　ａ　１−ｙＡ　ｓ層（２３）に、Ｂ、領
域は２次元電子ガスチャンネル（３０）に、Ｂ４領域は
ノンドープＧａＡｓ層（２２）に夫々対応しており、禁
止帯幅は、Ｂ１及びＢ、領域が略１．８０　ｅＶＢ、及
びＢ４領域が１．４３ｅＶである。また、Ｂ。

領域とＢ、領域との界面、即ちＡｊＧａＡｓ／ＧａＡｓ
ヘテロ接合界面の伝導帯エネルギー差は略０．３２ｅＶ
である。ノンドープＧａＡｓ層（２２）がノンドープで
あり、しかも、Ｓ１ドープＡｔ。

Ｇａｐ−、、Ａｓ層（２４）のイオン化不純物と分離さ
れるためイオン化不純物が極めて少なく、ソース電極（
２６）とドレイン電極（２７）との間に電圧を印加する
と電子はイオンによる散乱が少ないため高速でかつ低雑
音で動作する。

（ハ）発明が解決しようとする課題Ｓｉ　　ドープＡ　ｔ、Ｇ　ａ　＋−ｍＡ　ｓ層（２４
）のＳｉ　ドープ濃度を高くすることにより、正のイオ
ン化不純物７０度が高くなり、２次元電子ガスチャンネ
ル（３０）の負電荷の電子はへテロ接合界面でＳｉドー
プＡＬＧ　ａ　、−、Ａ　ｓ層（２４）側にひき寄せら
れる。すなわち、２次元電子ガスチャンネル（３０）の
負電荷の電子はＳｉドープＡＬＧ　ａ　＋−，Ａ　ｓ層
（２４）のイオン化不純物による影響を受は易く、散乱
が多くなる。スペーサ層であるノンドープＡｔヨＧ　ａ
　１−ｘＡｓ／ｌ？（２３）を厚くすることによりＳｉ
ドープＡれＧ　ａ　１−ＨＡ　ｓ層（２４）のイオン化
不純物による散乱の効果は低減できるものの、２次元電
子ガス濃度皇〕、はその分低下し、総合的に低雑音化は
達成できない。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は、半絶縁性結晶基板と、この半絶縁性結晶基板
上に設けられた半導体チャンネル層と、この半導体チャ
ンネル層上に設けられ一導電型の不純物が導入された電
子供給層と、この電子供給層Ｆに設けられた入力電極及
び出力電極と、前記入力１を極と前記出力電極の間の前
記電子供給層上に設けられた制９１１１を極とを備え、
前記半導体チャンネル層の前記電子供給層側に２次元キ
ャリアガスチャンネルが形成されるヘテロ接合電界効果
トランジスタにおいて、前記半導体チャンネル層の前記
２次元キャリアガスチャンネルの近傍に一導電型の不純
物が導入された領域を備えて成ることを特徴とするヘテ
ロ接合電界効果トランジスタである。

（ホ）作用１ｔｆ供給層のＮ型不純物の濃度を高くするとヘテロ接
合界面の電界強度が強くなり、２次元電子ガス濃度１１
　、が大きくなる一方、２次元電子ガスチャンネルの厚
さが狭くなってしまうが、本発明では、半導体チャンネ
ル層の２次元電子ガスチャンネル近傍にＮ型の不純物を
導入した領域を設けているため、この領域の正のイオン
化不純物が２次元電子ガスチャンネルを厚くするように
働く。

即ち２次元ｔ＋ガス分布は前記領域の正電荷の働きによ
り、ヘテロ接合近傍から離間する方向に拡がる。

（へ）実施例第１図は本発明に係るＨＥＭＴの模式的断面構造図であ
り、同図により以下にその製造方法を説明する。

まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板（半絶縁性結晶基板）（１
）上にＭＢＥ技術によりノンドープＧａＡｓ層（２）を
１μｍの厚さまで成長させ、該ノンドープＧ　ａ　Ａ　
ｓ層（２）上にＳｉドープＧａＡｓ層（Ｓｉ濃度Ｉ　Ｘ
　１０　”ｃｆｆｌ−’）　（３）を１００人の厚さま
で成長させ、該Ｓ１ド一プＧａＡｓ層（３）上にノンド
ープＧａＡｓ層（４）を１５０人の厚さまで成長させ、
該ノンドープＧａＡｓ層（４）上にノンドープＡ　ｌ　
ｘ　Ｇ　ａ　＋−ｗ　Ａ　ｓ層（５）を２０人の厚さま
で成長させ、該ノンドープＡ　ｌ−Ｇ　ａ　＋−ｘＡ　
ｓ層（５）ｔｌ：　Ｓ　ｉドープＡ　ＬＧ　ａ　１．Ａ
　ｓ層（′１に子供給層）（Ｓｉｉ農度２　Ｘ　１０　
”ｃｍ−’）　（６）を３５０人の厚さまで成長させ、
該ＳｉドープＡ　ｌ＊Ｇａ　＋　−＊Ａｓ１ｌ（６）ｈ
にＳｉドープＧａＡｓ層（Ｓｉ濃度３　Ｘ　１０　ｌ′
ａｍ−’）　（７）を５００人の厚さまで成長させるａ
　　Ａ　（ｒ　Ｇ　ａ　＋−ｔＡ　ｓ層のＡＩ組成Ｘは
、略ｏ、２５である。また、半導体チャンネル層（１３
）は層（２）＜３　）（４）で構成され、ＳｉドープＧ
ａＡｓ層（３）がＮ型の不純物が導入された領域となる
。

その後このようにして形成されたヘテロエピタキシャル
基板上にＡｕ−Ｇｅ／Ｎｉ等からなるオーミック金属を
蒸着し、リフトオフ法によりソース電極形成部及びドレ
イン電極形成部に該金属を残し、合金化を行って、オー
ミック領域をＳ１ド一プＧａＡｓ層（７）、Ｓｉドープ
Ａ’ｔＧ　ａ　１−ｘＡ　ｓ層（６）、ノンドープＡ　
’　ｗ　Ｇ　ａ　ｌ−ｔ　Ａ　ｓ層（５）及びノンドー
プＧａＡｓ層（４）に貫通させてソース電極（入力電極
）（８）、ドレイン電極（出力電極）（９）を形成する
。このソース電極（８）とドレイン電極（９）との間に
ＳｉドープＧａＡｓ層（７）の−部を除去しりセス部（
１０）を形成し、このリセス部（１０）上にゲートを極
（制御電極）（１１）を形成する。

ゲート１極（１１）は、Ａｔ又はＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ等を
用い、リフトオフ法により選択的に被着することにより
形成される。

上述したような製造方法で作製されたＨＥＭＴにおいて
は、ノンドープＧａＡｓ層（４）中のへテロ接合界面近
傍に２次元電子ガスチャンネル（２次元キャリアガスチ
ャンネル）　（１２）が形成される。

第２図は作製したＨＥＭＴのゲート電極（１１）−５ｉ
　ドープＡ　１．Ｇ　ａ　、、Ａ　ｓ層（６）−ノンド
ープＡ　１．Ｇ　ａ　１−ＭＡ　ｓ層（５）−ノンドー
プＧａＡｓ層（４）−５ｉド一プＧａＡｓ層（３）−ノ
ンドープＧａＡｓ層（２）に亘る伝導体エネルギー図で
ある。図中Ａ１領域は、ＳｉドープＡ　１　、　Ｇａ　
＋　−ｍ　Ａ　ｓ層（６）に、Ａ２領域はノンドープＡ
　ＬＧ　ａ　１−ｗＡ　Ｓ層（５）に、Ａ、領域は２次
元電子ガスチャンネル（１２）に、Ａ、領域はノンドー
プＧａＡｓ層（ただし、２次元電子ガスチャンネル（１
２）を除＜）（４）に、Ａ、領域はＳｉドープＧａＡｓ
層（３）に、Ａ。

領域はノンドープＧａＡｓ層（２）に夫々対応しており
、禁止帯幅はＡ１、Ａ、領域が１．７４ｅＶ、Ａ、−Ａ
、領域が１．４３　ｅＶである。また、ＡＩとＡ３領域
のへテロ接合界面での伝導帯エネルギー差ΔＥｃは略０
．２６ｅＶである。

ＳｉドープＧａＡｓ層（３）がない従来のＨＥＭＴでは
、２次元電子ガスチャンネル（１２）の厚さは略８０人
であったが、本発明では、前記厚さは略１００人となり
、若干へテロ接合界面より基板側へ拡がる。即ち、本発
明では、ＳｉドープＧａＡｓ層（３）の正電荷により、
２次元電子ガス分布かへテロ接合界面から離間する方向
に拡がる。よって、本発明のＨＥＭＴにあっては、２次
元電子ガスチャンネル（１２）の電子がＳｉドープＡｌ
、Ｇａ１−ｚＡｓ層（６）のイオン化不純物による散乱
を受けにくくなるので、雑音が低減する。本実施例のＨ
ＥＭＴでは最小雑音指数ＮＦｍ１ｎを従来の１．２ｄＢ
から１　、０　ｄ　Ｂに低減できた。

また、上述の実施例において、ＳｉドープＡｔ１Ｃｙ　
ａ　＋　−＋　Ａ　ｂ層（６）を２領域とし、ヘテロ接
合糸ｉ＋’ｊ側をＳ１ド一プ濃度３　ｘ　ｌ　Ｑ　”ａ
ｍ−”、厚さ１００人、ゲート電極（１１）側をＳｉド
ープ濃度０．７Ｘ　Ｉ　Ｑ　”ｃｍ−’、厚さ３５０人
としてもよい。このＨＥＭＴでは最小雑音指数ＮＦｍ１
ｏを０．８ｄＢとすることができた。

Ｉ：Ｊしたよ−）にＳｉドープＧａＡｓ層（３）は２次
元電子ガス分布をヘテロ接合界面から離間する方向に拡
げる働きをするが、このＳｉドープＧａＡ　８層（３）
のＳ１ドープ）濃度を極端に高くしたりまたは、極端に
厚くしたりすると最小雑音指数ＮＦｍ１ｎは劣化してし
まう。これはＳｉドープＧａ、へ８層（３）のイオン化
不純物散乱が太き（なること、あるいはＳｉドープＧａ
Ａｓ層（３）にチャンネルが形成されるなどの不都合が
生じるためである。従って、Ｓｉ　ドープＧａＡｓ層（
３）としてはＳｌ　ドーブン濃度としては、５　Ｘ　１
０　”ｃｍ−’　−２ｘ１０１８ｃｍ″′画、厚さ都市
では、５０−３００λが望ましい。

なお、本実施例ではＳｉドープＡ　１．Ｇａ　、、Ａ　
ｓ層（６）のイオン化不純物による散乱を低減するため
にノンドープＡＬＧ　ａ　、−、Ａ　ｓ層（５）を設け
たが、該＠（５）を設けずに所望の特性を達成できるの
であれば核層（５）は必ずしも必要ではない。

また、本実施例ではＳｉドープＧ　ａ　、Ａ　ｓ層（３
）のイオン化不純物による散乱を低減するために、ノン
ドープＧａＡｓ層（・１）の厚さを２次元電子ガスチャ
ンネル（１２）の厚さより略５０人厚くしたが、所望の
特性を達成できるのであれば、必ずしも厚くしなくても
よい。

また、本実施例では良好なオーミックを形成するために
、ＳｉドープＧａＡｓ層（７）を設けたが、核層（７）
を設けることなく所望の特性を達成できるのであれば核
層（７）は必ずしも必要ではない。

さらに、本実施例では半導体チャンネル層（１３）をノ
ンドープＧａＡｓ層（２）、　ＳｉドープＧａＡＳ層（
３）、及びノンドープＧａＡｓ層（４）で構成したが、
ノンドープＧａＡｓ層（２）を設けすに構成してもよい
。

上、述の実施例では各層の成長にはＭＢＥ法を用いたが
、急峻なヘテロ接合界面を形成できる方法、例えばＭＯ
ＣＶＤ技術等を用いることができる。

また、本弛明は、Ｉ　ｎＡＬＡｓ−１ｎＧａＡｓヘテロ
接合、ＩｎＧａＡｓ−１ｎＰヘテロ接合等を用いた電界
効果トランジスタに適用できることは明らかである。

さらに、本発明は主として２次元電子ガスを用いたヘテ
ロ接合電界効果トランジスタについて説明したが、２次
元ホールガスを用いたヘテロ接合電界効果トランジスタ
に適用できることは明らかである。

（ト）発明の効果本５１！明は、以上の説明から明らかなように、半導体
チャンネル層の２次元キャリアガスチャンネル近傍に電
子供給層に導入した不純物と同一導電型の不純物を導入
した領域を設けることにより、電子供給層を高不純物濃
度としても、２次元キャノアガスチャンネルかへテロ接
合界面にひき寄せられるのを抑制することができるので
、良好なマイクロ波特性を備えたヘテロ接合電界効果ト
ランジスタを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るヘテロ接合電界効果トランジス
タの模式的断面図、第２図は本発明に係るヘテロ接合電
界効果トランジスタの伝導帯エネルギー図、第３図は従
来のへテロ接合電界効果トランジスタの模式的断面図、
第４図は従来のへテロ接合ｔｙ効果トランジスタの伝導
帯エネルギー図である。（］）・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、（２）・・・ノンドープＧａＡｓ層、（３）−ＳｉドープＧａＡｓ層、（４）−３ｉド一プＧａＡｓ層、（５）−・・ノンドープＡ　ＬＣｒ　ａ　＋−ｍＡ　ｓ
層、（６）−Ｓ　ｉドープＡ　！、Ｇ　ａ　＋−ｍＡ　
ｓ層、（７）＝−５ｉドープＧａＡｓ層、（８）・・・ソース電極、（９）・・・ドレイン電極、（ｌ］）・・・ゲート電極、（１２）・・・２次元電子ガスチャンネル、（１３）・
・・半導体チャンネル層。

Claims

【特許請求の範囲】１、半絶縁性結晶基板と、この半絶縁性結晶基板上に設
けられた半導体チャンネル層と、この半導体チャンネル
層上に設けられ一導電型の不純物が導入された電子供給
層と、この電子供給層上に設けれた入力電極及び出力電
極と、前記入力電極と前記出力電極の間の前記電子供給
層上に設けられた制御電極とを備え、前記半導体チャン
ネル層の前記電子供給層側に２次元キャリアガスチャン
ネルが形成されるヘテロ接合電界効果トランジスタにお
いて、前記半導体チャンネル層の前記２次元キャリアガスチャ
ンネルの近傍に一導電型の不純物が導入された領域を備
えて成ることを特徴とするヘテロ接合電界効果トランジ
スタ。