JPH06151469A - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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- JPH06151469A JPH06151469A JP30523092A JP30523092A JPH06151469A JP H06151469 A JPH06151469 A JP H06151469A JP 30523092 A JP30523092 A JP 30523092A JP 30523092 A JP30523092 A JP 30523092A JP H06151469 A JPH06151469 A JP H06151469A
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】Ｉｎ組成を高くして電子親和力の差を大きくす
るために、ＩｎＧａＡｓキャリア走行層の臨界膜厚が約
９ｎｍ以下と薄層化させても、なお電子濃度の増加の効
果を保持し、導電チャネルのシート抵抗を減少する。 【構成】半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、ＡｌＧａＡｓバ
ッファ層２と、バッファ層２上にシュードモフィック接
合するノンドープのＩｎＧａＡｓキャリア走行層３と、
ノンドープのＡｌＧａＡｓスペーサ層４と、ｎ型不純物
を含有するＡｌＧａＡｓキャリア供給層５を順次形成し
た構造を有する。このスペーサ層４とキャリア走行層３
との間にノンドープのＧａＡｓ挿入層６を介在して、ス
ペーサ層４、挿入層６、キャリア走行層３の順に電子親
和力が大きくなるようにした。
るために、ＩｎＧａＡｓキャリア走行層の臨界膜厚が約
９ｎｍ以下と薄層化させても、なお電子濃度の増加の効
果を保持し、導電チャネルのシート抵抗を減少する。 【構成】半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、ＡｌＧａＡｓバ
ッファ層２と、バッファ層２上にシュードモフィック接
合するノンドープのＩｎＧａＡｓキャリア走行層３と、
ノンドープのＡｌＧａＡｓスペーサ層４と、ｎ型不純物
を含有するＡｌＧａＡｓキャリア供給層５を順次形成し
た構造を有する。このスペーサ層４とキャリア走行層３
との間にノンドープのＧａＡｓ挿入層６を介在して、ス
ペーサ層４、挿入層６、キャリア走行層３の順に電子親
和力が大きくなるようにした。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体装置に係
り、特にノンドープのＩｎ組成をもつキャリア走行層
と、これとキャリア供給層との間に介在させるスペーサ
層とのヘテロ接合界面に沿って発生する電子蓄積層を導
電チャネルとする電界効果型のシュードモフィック高電
子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の改良に関する。
り、特にノンドープのＩｎ組成をもつキャリア走行層
と、これとキャリア供給層との間に介在させるスペーサ
層とのヘテロ接合界面に沿って発生する電子蓄積層を導
電チャネルとする電界効果型のシュードモフィック高電
子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】シュードモフィックＨＥＭＴは、電子親
和力と格子定数の相異なる２種の半導体間のヘテロ接合
において、電子親和力の差に基づいて、電子親和力の小
さい半導体（例えばＡｌＧａＡｓ）スペーサ層中の電子
が、電子親和力のより大きな半導体（例えばＩｎＧａＡ
ｓ）キャリア走行層側に移動して、２次元的電子蓄積層
が形成される現象を利用した半導体装置であって、従来
使用されている断面構造を図２に例示する。
和力と格子定数の相異なる２種の半導体間のヘテロ接合
において、電子親和力の差に基づいて、電子親和力の小
さい半導体（例えばＡｌＧａＡｓ）スペーサ層中の電子
が、電子親和力のより大きな半導体（例えばＩｎＧａＡ
ｓ）キャリア走行層側に移動して、２次元的電子蓄積層
が形成される現象を利用した半導体装置であって、従来
使用されている断面構造を図２に例示する。
【０００３】図２においては、１はノンドープまたはク
ロム等をドープした半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はノンド
ープのＧａＡｓ層、またはノンドープのＧａＡｓ層とノ
ンドープのＡｌＧａＡｓ層の組合せからなるバッファ
層、３はノンドープのＩｎＧａＡｓ層、４はノンドープ
のＡｌＧａＡｓスペーサ層、５はｎ型のＡｌＧａＡｓキ
ャリア供給層、７はｎ型のＧａＡｓオーミックコンタク
ト層で、８、９はＡｕＧｅ等からなるソース・ドレイン
用オーミック電極、１０はＡｌＧａＡｓ層５に対してシ
ョットキ接合となるゲート電極である。
ロム等をドープした半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はノンド
ープのＧａＡｓ層、またはノンドープのＧａＡｓ層とノ
ンドープのＡｌＧａＡｓ層の組合せからなるバッファ
層、３はノンドープのＩｎＧａＡｓ層、４はノンドープ
のＡｌＧａＡｓスペーサ層、５はｎ型のＡｌＧａＡｓキ
ャリア供給層、７はｎ型のＧａＡｓオーミックコンタク
ト層で、８、９はＡｕＧｅ等からなるソース・ドレイン
用オーミック電極、１０はＡｌＧａＡｓ層５に対してシ
ョットキ接合となるゲート電極である。
【０００４】このシュードモフィックＨＥＭＴの大きな
特徴は、ＩｎＧａＡｓキャリア走行層３に形成される電
子蓄積層の電子濃度を増やせることにある。電子蓄積層
の電子濃度は、ヘテロ接合を形成する２種の半導体の電
子親和力の差に依存し、電子親和力の差の大きいほど、
蓄積可能な電子濃度は高くなる。ＡｌＧａＡｓ層とＩｎ
ＧａＡｓ層とのヘテロ接合では、ＩｎＧａＡｓのＩｎ組
成を増すほど両者の電子親和力の差が開くため、蓄積可
能な電子濃度が増大する。ＩｎＧａＡｓ層３のＩｎ組成
を０．２とした場合と、０とした場合（すなわちＧａＡ
ｓとした場合）とでは、電子濃度で前者が後者の約２倍
にできることが実験的に確認されている。
特徴は、ＩｎＧａＡｓキャリア走行層３に形成される電
子蓄積層の電子濃度を増やせることにある。電子蓄積層
の電子濃度は、ヘテロ接合を形成する２種の半導体の電
子親和力の差に依存し、電子親和力の差の大きいほど、
蓄積可能な電子濃度は高くなる。ＡｌＧａＡｓ層とＩｎ
ＧａＡｓ層とのヘテロ接合では、ＩｎＧａＡｓのＩｎ組
成を増すほど両者の電子親和力の差が開くため、蓄積可
能な電子濃度が増大する。ＩｎＧａＡｓ層３のＩｎ組成
を０．２とした場合と、０とした場合（すなわちＧａＡ
ｓとした場合）とでは、電子濃度で前者が後者の約２倍
にできることが実験的に確認されている。
【０００５】電子蓄積層の電子濃度が増せば、導電チャ
ネルのシート抵抗が減少することから、ソース・ドレイ
ン間の電流値を増すことができ、ソース・ゲート間抵抗
も低減できるために、高い相互コンダクタンスＧｍを達
成できる。
ネルのシート抵抗が減少することから、ソース・ドレイ
ン間の電流値を増すことができ、ソース・ゲート間抵抗
も低減できるために、高い相互コンダクタンスＧｍを達
成できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ＡｌＧａＡｓまたはＧ
ａＡｓとＩｎＧａＡｓとは、一般に格子定数が異なるた
め、シュードモフィックＨＥＭＴにおいては、ＧａＡｓ
バッファ層２上に形成するＩｎＧａＡｓキャリア走行層
３の膜厚を臨界膜厚と呼ばれる膜厚以下とする必要があ
る。ＩｎＧａＡｓキャリア走行層３の膜厚を臨界膜厚以
上とすると、ＩｎＧａＡｓキャリア走行層中にミスフィ
ット転位と呼ばれる転位が多数発生し、同時にキャリア
とラップ準位が発生して、電子蓄積層の電子濃度が減少
することが実験的に確かめられている。臨界膜厚は、Ｉ
ｎＧａＡｓとＧａＡｓ（あるいはＡｌＧａＡｓ）の格子
定数差の大きいほど薄くなる。例えば、Ｉｎ組成０．２
の場合には、ＩｎＧａＡｓの臨界膜厚は２０ｎｍ弱とな
る。
ａＡｓとＩｎＧａＡｓとは、一般に格子定数が異なるた
め、シュードモフィックＨＥＭＴにおいては、ＧａＡｓ
バッファ層２上に形成するＩｎＧａＡｓキャリア走行層
３の膜厚を臨界膜厚と呼ばれる膜厚以下とする必要があ
る。ＩｎＧａＡｓキャリア走行層３の膜厚を臨界膜厚以
上とすると、ＩｎＧａＡｓキャリア走行層中にミスフィ
ット転位と呼ばれる転位が多数発生し、同時にキャリア
とラップ準位が発生して、電子蓄積層の電子濃度が減少
することが実験的に確かめられている。臨界膜厚は、Ｉ
ｎＧａＡｓとＧａＡｓ（あるいはＡｌＧａＡｓ）の格子
定数差の大きいほど薄くなる。例えば、Ｉｎ組成０．２
の場合には、ＩｎＧａＡｓの臨界膜厚は２０ｎｍ弱とな
る。
【０００７】電子蓄積層の電子濃度を増すためには、前
述したようにＩｎＧａＡｓキャリア走行層３のＩｎ組成
を増す方法が最も有効であるが、これにともなってＩｎ
ＧａＡｓの臨界膜厚が薄くなる。ＩｎＧａＡｓキャリア
走行層３が薄くなるとキャリア走行層中に形成される量
子準位が上昇し、これは蓄積する電子濃度を減少させ
る。この効果は膜厚が９ｎｍ以下となるとき著しい。従
って、Ｉｎ組成０．２３以上にすると臨界膜厚が約９ｎ
ｍ以下となるので、Ｉｎ組成を増したことによる効果が
得られず、かえって薄層化による電子濃度の減少にとも
なって導電チャネルのシート抵抗が増大するという欠点
があった。
述したようにＩｎＧａＡｓキャリア走行層３のＩｎ組成
を増す方法が最も有効であるが、これにともなってＩｎ
ＧａＡｓの臨界膜厚が薄くなる。ＩｎＧａＡｓキャリア
走行層３が薄くなるとキャリア走行層中に形成される量
子準位が上昇し、これは蓄積する電子濃度を減少させ
る。この効果は膜厚が９ｎｍ以下となるとき著しい。従
って、Ｉｎ組成０．２３以上にすると臨界膜厚が約９ｎ
ｍ以下となるので、Ｉｎ組成を増したことによる効果が
得られず、かえって薄層化による電子濃度の減少にとも
なって導電チャネルのシート抵抗が増大するという欠点
があった。
【０００８】本発明の目的は、前記した従来技術の欠点
を解消し、Ｉｎ組成の増加に伴うキャリア走行層の薄層
化にもかかわらず、高濃度の電子の蓄積を可能とし、導
電チャネルのシート抵抗を低減することができる化合物
半導体装置を提供することにある。
を解消し、Ｉｎ組成の増加に伴うキャリア走行層の薄層
化にもかかわらず、高濃度の電子の蓄積を可能とし、導
電チャネルのシート抵抗を低減することができる化合物
半導体装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体装
置は、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ層また
はＧａＡｓ層、あるいはこれらの交互層からなるバッフ
ァ層と、このバッファ層上にシュードモフィック接合す
るノンドープのＩｎＧａＡｓからなるキャリア走行層
と、ノンドープのＡｌＧａＡｓからなるスペーサ層と、
ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓからなるキャリア供
給層とを順次形成した構造を有し、キャリア走行層と上
記スペーサ層とのヘテロ接合界面に沿って、キャリア走
行層中に発生する電子蓄積層を導電チャネルとする化合
物半導体装置において、スペーサ層とキャリア走行層と
の間にノンドープのＧａＡｓ挿入層を介在して、スペー
サ層、挿入層、キャリア走行層の順に電子親和力が大き
くなるようにしたものである。
置は、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ層また
はＧａＡｓ層、あるいはこれらの交互層からなるバッフ
ァ層と、このバッファ層上にシュードモフィック接合す
るノンドープのＩｎＧａＡｓからなるキャリア走行層
と、ノンドープのＡｌＧａＡｓからなるスペーサ層と、
ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓからなるキャリア供
給層とを順次形成した構造を有し、キャリア走行層と上
記スペーサ層とのヘテロ接合界面に沿って、キャリア走
行層中に発生する電子蓄積層を導電チャネルとする化合
物半導体装置において、スペーサ層とキャリア走行層と
の間にノンドープのＧａＡｓ挿入層を介在して、スペー
サ層、挿入層、キャリア走行層の順に電子親和力が大き
くなるようにしたものである。
【００１０】本発明では、ＩｎＧａＡｓとＡｌＧａＡｓ
との中間の電子親和力を有するＧａＡｓがＩｎＧａＡｓ
とＡｌＧａＡｓとの間に介在しているため、従来のよう
にＩｎＧａＡｓの量子準位が上昇したときに蓄積される
電子の量が減少してしまう、という現象が起こらない。
従って本発明では、ＩｎＧａＡｓのＩｎ組成を増加させ
て、本来あるべき電子濃度に近付けることができる。特
に量子準位の上昇は、Ｉｎ組成０．２３以上のとき著し
いので、Ｉｎ組成０．２３以上のとき効果も著しい。し
かし、本発明はＩｎ組成がこれ以外の場合にももちろん
適用できる。また、ノンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層
のＡｌ組成は、Ａｌ組成０．２〜０．３のときに結晶性
が良好であるため、０．２〜０．３が最適であるが、こ
れ以外の場合にももちろん適用できる。
との中間の電子親和力を有するＧａＡｓがＩｎＧａＡｓ
とＡｌＧａＡｓとの間に介在しているため、従来のよう
にＩｎＧａＡｓの量子準位が上昇したときに蓄積される
電子の量が減少してしまう、という現象が起こらない。
従って本発明では、ＩｎＧａＡｓのＩｎ組成を増加させ
て、本来あるべき電子濃度に近付けることができる。特
に量子準位の上昇は、Ｉｎ組成０．２３以上のとき著し
いので、Ｉｎ組成０．２３以上のとき効果も著しい。し
かし、本発明はＩｎ組成がこれ以外の場合にももちろん
適用できる。また、ノンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層
のＡｌ組成は、Ａｌ組成０．２〜０．３のときに結晶性
が良好であるため、０．２〜０．３が最適であるが、こ
れ以外の場合にももちろん適用できる。
【００１１】また、本発明の化合物半導体装置は、半絶
縁性ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ
層、あるいはこれらの交互層からなるバッファ層と、こ
のバッファ層上にシュードモフィック接合するノンドー
プで高Ｉｎ組成のＩｎＧａＡｓからなるキャリア走行層
と、ノンドープのＡｌＧａＡｓからなるスペーサ層と、
ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓからなるキャリア供
給層とを順次形成した構造を有し、キャリア走行層と上
記スペーサ層とのヘテロ接合界面に沿って、キャリア走
行層中に発生する電子蓄積層を導電チャネルとする化合
物半導体装置において、スペーサ層とキャリア走行層と
の間にノンドープで低ＩｎＧａＡｓ挿入層を介在して、
スペーサ層、挿入層、キャリア走行層の順に電子親和力
が大きくなるようにしたものである。
縁性ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ層またはＧａＡｓ
層、あるいはこれらの交互層からなるバッファ層と、こ
のバッファ層上にシュードモフィック接合するノンドー
プで高Ｉｎ組成のＩｎＧａＡｓからなるキャリア走行層
と、ノンドープのＡｌＧａＡｓからなるスペーサ層と、
ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓからなるキャリア供
給層とを順次形成した構造を有し、キャリア走行層と上
記スペーサ層とのヘテロ接合界面に沿って、キャリア走
行層中に発生する電子蓄積層を導電チャネルとする化合
物半導体装置において、スペーサ層とキャリア走行層と
の間にノンドープで低ＩｎＧａＡｓ挿入層を介在して、
スペーサ層、挿入層、キャリア走行層の順に電子親和力
が大きくなるようにしたものである。
【００１２】また、本発明の化合物半導体装置は、半絶
縁性ＩｎＰ基板上に、ＩｎＡｌＡｓ層またはＩｎＧａＡ
ｓ層、またはＩｎＰ層あるいはこれらの交互層からなる
バッファ層と、このバッファ層上にシュードモフィック
接合するノンドープのＩｎyＧａ1-y Ａｓ（ｙ＞０．５
３）からなるキャリア走行層と、ノンドープのＩｎxＡ
ｌ1-x Ａｓ（ｘ＝０．５２）からなるスペーサ層と、ｎ
型不純物を含有するＩｎＡｌＡｓからなるキャリア供給
層とを順次形成した構造を有し、キャリア走行層と上記
スペーサ層とのヘテロ接合界面に沿って、キャリア走行
層中に発生する電子蓄積層を導電チャネルとする化合物
半導体装置において、スペーサ層とキャリア走行層との
間にノンドープのＩｎＰ挿入層またはノンドープのＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ層を介在して、スペーサ層、挿入層、
キャリア走行層の順に電子親和力が大きくなるようにし
たものである。
縁性ＩｎＰ基板上に、ＩｎＡｌＡｓ層またはＩｎＧａＡ
ｓ層、またはＩｎＰ層あるいはこれらの交互層からなる
バッファ層と、このバッファ層上にシュードモフィック
接合するノンドープのＩｎyＧａ1-y Ａｓ（ｙ＞０．５
３）からなるキャリア走行層と、ノンドープのＩｎxＡ
ｌ1-x Ａｓ（ｘ＝０．５２）からなるスペーサ層と、ｎ
型不純物を含有するＩｎＡｌＡｓからなるキャリア供給
層とを順次形成した構造を有し、キャリア走行層と上記
スペーサ層とのヘテロ接合界面に沿って、キャリア走行
層中に発生する電子蓄積層を導電チャネルとする化合物
半導体装置において、スペーサ層とキャリア走行層との
間にノンドープのＩｎＰ挿入層またはノンドープのＩｎ
0.53Ｇａ0.47Ａｓ層を介在して、スペーサ層、挿入層、
キャリア走行層の順に電子親和力が大きくなるようにし
たものである。
【００１３】ここで、Ｉｎy Ｇａ1-y Ａｓキャリア走行
層のＩｎ組成をｙ＞０．５３とするのは、ｙ＝０．５３
でＩｎＧａＡｓはＩｎＰ基板に格子整合するが（因み
に、公知のｎ型ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ基
板という組み合わせのＨＥＭＴは、各層とＩｎＰ基板と
を格子整合させるため、ＩｎＡｌＡｓのＩｎ組成を０．
５２、ＩｎＧａＡｓのＩｎ組成を０．５３としてい
る。）、ｙ＞０．５３とすることでＩｎＧａＡｓの電子
親和力が増加し、より多くの電子をＩｎＧａＡｓチャネ
ル層に蓄えることが可能になるからである。また、Ｉｎ
x Ａｌ1-x Ａｓスペーサ層のＩｎ組成をｘ＝０．５２と
するのは、ＩｎＰ基板に格子整合させるためである。
層のＩｎ組成をｙ＞０．５３とするのは、ｙ＝０．５３
でＩｎＧａＡｓはＩｎＰ基板に格子整合するが（因み
に、公知のｎ型ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ基
板という組み合わせのＨＥＭＴは、各層とＩｎＰ基板と
を格子整合させるため、ＩｎＡｌＡｓのＩｎ組成を０．
５２、ＩｎＧａＡｓのＩｎ組成を０．５３としてい
る。）、ｙ＞０．５３とすることでＩｎＧａＡｓの電子
親和力が増加し、より多くの電子をＩｎＧａＡｓチャネ
ル層に蓄えることが可能になるからである。また、Ｉｎ
x Ａｌ1-x Ａｓスペーサ層のＩｎ組成をｘ＝０．５２と
するのは、ＩｎＰ基板に格子整合させるためである。
【００１４】また、本発明の化合物半導体装置は、Ｇａ
Ｓｂ基板上に、ＡｌＧａＳｂ層またはＧａＳｂ層、ある
いはこれらの交互層からなるバッファ層と、このバッフ
ァ層上にシュードモフィック接合するノンドープのＩｎ
Ａｓy Ｓｂ1-y （ｙは任意）からなるキャリア走行層
と、ノンドープのＡｌx Ｇａ1-x Ｓｂ（ｘ＞０）からな
るスペーサ層と、ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＳｂか
らなるキャリア供給層とを順次形成した構造を有し、キ
ャリア走行層と上記スペーサ層とのヘテロ接合界面に沿
って、キャリア走行層中に発生する電子蓄積層を導電チ
ャネルとする化合物半導体装置において、スペーサ層と
キャリア走行層との間にノンドープのＧａＳｂ挿入層を
介在して、スペーサ層、挿入層、キャリア走行層の順に
電子親和力が大きくなるようにしたものである。ここ
で、ＩｎＡｓy Ｓｂ1-y キャリア走行層のＩｎＡｓ組成
ｙを任意としたのは、どのようなＩｎＡｓ組成として
も、ＩｎＡｓＳｂの電子親和力がＧａＳｂ及びＡｌＧａ
Ｓｂより大きいためである。また、Ａｌx Ｇａ1-x Ｓｂ
スペーサ層のＡｌ組成ｘ＞０としたのは、ＡｌＧａＳｂ
は全てのＡｌ組成でＧａＳｂ基板と格子整合するためで
ある。
Ｓｂ基板上に、ＡｌＧａＳｂ層またはＧａＳｂ層、ある
いはこれらの交互層からなるバッファ層と、このバッフ
ァ層上にシュードモフィック接合するノンドープのＩｎ
Ａｓy Ｓｂ1-y （ｙは任意）からなるキャリア走行層
と、ノンドープのＡｌx Ｇａ1-x Ｓｂ（ｘ＞０）からな
るスペーサ層と、ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＳｂか
らなるキャリア供給層とを順次形成した構造を有し、キ
ャリア走行層と上記スペーサ層とのヘテロ接合界面に沿
って、キャリア走行層中に発生する電子蓄積層を導電チ
ャネルとする化合物半導体装置において、スペーサ層と
キャリア走行層との間にノンドープのＧａＳｂ挿入層を
介在して、スペーサ層、挿入層、キャリア走行層の順に
電子親和力が大きくなるようにしたものである。ここ
で、ＩｎＡｓy Ｓｂ1-y キャリア走行層のＩｎＡｓ組成
ｙを任意としたのは、どのようなＩｎＡｓ組成として
も、ＩｎＡｓＳｂの電子親和力がＧａＳｂ及びＡｌＧａ
Ｓｂより大きいためである。また、Ａｌx Ｇａ1-x Ｓｂ
スペーサ層のＡｌ組成ｘ＞０としたのは、ＡｌＧａＳｂ
は全てのＡｌ組成でＧａＳｂ基板と格子整合するためで
ある。
【００１５】
【作用】ノンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層とＩｎＧａ
Ａｓキャリア走行層との間にノンドープＧａＡｓ挿入層
を介在させて、電子親和力をノンドープＡｌＧａＡｓス
ペーサ層、ノンドープＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓキャリ
ア走行層の順に大きくできるようにすると、ＩｎＧａＡ
ｓキャリア走行層を薄くしても、ノンドープＧａＡｓ層
に蓄積する電子の波動関数を広げることができるため、
キャリア走行層中に形成される量子準位の上昇が抑制さ
れる。それによってＩｎ組成が０．２３を超える領域に
おいても、Ｉｎ組成を増すことにより電子濃度の減少な
しに、高濃度に電子を蓄積させ、シート抵抗を低減させ
ることができる。
Ａｓキャリア走行層との間にノンドープＧａＡｓ挿入層
を介在させて、電子親和力をノンドープＡｌＧａＡｓス
ペーサ層、ノンドープＧａＡｓ層、ＩｎＧａＡｓキャリ
ア走行層の順に大きくできるようにすると、ＩｎＧａＡ
ｓキャリア走行層を薄くしても、ノンドープＧａＡｓ層
に蓄積する電子の波動関数を広げることができるため、
キャリア走行層中に形成される量子準位の上昇が抑制さ
れる。それによってＩｎ組成が０．２３を超える領域に
おいても、Ｉｎ組成を増すことにより電子濃度の減少な
しに、高濃度に電子を蓄積させ、シート抵抗を低減させ
ることができる。
【００１６】また、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ（低Ｉ
ｎ組成）、ＩｎＧａＡｓ（高Ｉｎ組成）、またはＩｎx
Ａｌ1-x Ａｓ、ＩｎＰ、Ｉｎy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ＝０．
５２、ｙ＞０．５３）、またはＡｌx Ｇａ1-x Ｓｂ、Ｇ
ａＳｂ、ＩｎＡｓy Ｓｂ1-y（ｘ＞０、ｙは任意）の場
合でも、その順に電子親和力が大きくなるので、同様に
Ｉｎ組成またはＳｂ組成を増すことにより高濃度に電子
を蓄積させ、シート抵抗を低減させることができる。
ｎ組成）、ＩｎＧａＡｓ（高Ｉｎ組成）、またはＩｎx
Ａｌ1-x Ａｓ、ＩｎＰ、Ｉｎy Ｇａ1-y Ａｓ（ｘ＝０．
５２、ｙ＞０．５３）、またはＡｌx Ｇａ1-x Ｓｂ、Ｇ
ａＳｂ、ＩｎＡｓy Ｓｂ1-y（ｘ＞０、ｙは任意）の場
合でも、その順に電子親和力が大きくなるので、同様に
Ｉｎ組成またはＳｂ組成を増すことにより高濃度に電子
を蓄積させ、シート抵抗を低減させることができる。
【００１７】
【実施例】図１は、本発明の実施例による化合物半導体
装置、すなわち電界効果型のシュードモフィックＨＥＭ
Ｔを示す断面構造図である。同図において、１はノンド
ープ半絶縁性のＧａＡｓ基板、２はノンドープの高抵抗
ＧａＡｓバッファ層、３は同じくノンドープのＩｎＧａ
Ａｓキャリア走行層、６はノンドープＧａＡｓ挿入層、
４はノンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層、５はｎ型のＡ
ｌＧａＡｓキャリア供給層、７はｎ型のＧａＡｓオーミ
ックコンタクト層、８、９はソース・ドレイン用のＡｕ
Ｇｅオーミック電極、１０はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層構
造からなるゲート電極である。なお、上記キャリア走行
層３とキャリア供給層５との間に設けるスペーサ層４は
キャリア供給層５からのクーロン散乱を抑え、電子移動
度を向上するために挿入するものであり、また、ノンド
ープＧａＡｓ挿入層６は本発明の要部となる新規に導入
した介在層である。
装置、すなわち電界効果型のシュードモフィックＨＥＭ
Ｔを示す断面構造図である。同図において、１はノンド
ープ半絶縁性のＧａＡｓ基板、２はノンドープの高抵抗
ＧａＡｓバッファ層、３は同じくノンドープのＩｎＧａ
Ａｓキャリア走行層、６はノンドープＧａＡｓ挿入層、
４はノンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層、５はｎ型のＡ
ｌＧａＡｓキャリア供給層、７はｎ型のＧａＡｓオーミ
ックコンタクト層、８、９はソース・ドレイン用のＡｕ
Ｇｅオーミック電極、１０はＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの３層構
造からなるゲート電極である。なお、上記キャリア走行
層３とキャリア供給層５との間に設けるスペーサ層４は
キャリア供給層５からのクーロン散乱を抑え、電子移動
度を向上するために挿入するものであり、また、ノンド
ープＧａＡｓ挿入層６は本発明の要部となる新規に導入
した介在層である。
【００１８】図１の実施例による化合物半導体装置の製
造方法を次に説明する。ここでは、キャリア走行層の厚
さを変えて３種類製造している。まず、周知の有機金属
気相エピタキシャル成長（ＭＯＶＰＥ）技術により、ノ
ンドープ半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に半導体エピタキシ
ャル層２〜７を連続成長させる。ノンドープＧａＡｓバ
ッファ層２の厚さは０．５μｍ、バッファ層２にシュー
ドモフィック接合するノンドープＩｎＧａＡｓキャリア
走行層３のＩｎ組成は０．２、０．２５、０．３の３種
類とし、厚さはそれぞれ１０ｎｍ、８ｎｍ、６ｎｍとし
た。ノンドープＧａＡｓ挿入層６の厚さは１ｎｍ、ノン
ドープＡｌＧａＡｓスペーサ層４のＡｌ組成は０．３、
厚さ１ｎｍ、ｎ型のＡｌＧａＡｓキャリア供給層５のＡ
ｌ組成はスペーサ層４と同じ０．３、厚さは４０ｎｍと
し、ドナーとしてシリコンを３×１０18ｃｍ-3だけドー
プした。
造方法を次に説明する。ここでは、キャリア走行層の厚
さを変えて３種類製造している。まず、周知の有機金属
気相エピタキシャル成長（ＭＯＶＰＥ）技術により、ノ
ンドープ半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に半導体エピタキシ
ャル層２〜７を連続成長させる。ノンドープＧａＡｓバ
ッファ層２の厚さは０．５μｍ、バッファ層２にシュー
ドモフィック接合するノンドープＩｎＧａＡｓキャリア
走行層３のＩｎ組成は０．２、０．２５、０．３の３種
類とし、厚さはそれぞれ１０ｎｍ、８ｎｍ、６ｎｍとし
た。ノンドープＧａＡｓ挿入層６の厚さは１ｎｍ、ノン
ドープＡｌＧａＡｓスペーサ層４のＡｌ組成は０．３、
厚さ１ｎｍ、ｎ型のＡｌＧａＡｓキャリア供給層５のＡ
ｌ組成はスペーサ層４と同じ０．３、厚さは４０ｎｍと
し、ドナーとしてシリコンを３×１０18ｃｍ-3だけドー
プした。
【００１９】ｎ型のＧａＡｓコンタクト層７の厚さは１
００ｎｍであり、ドナーとしてシリコンを５×１０18ｃ
ｍ-3の濃度にドープした。このコンタクト層７はソース
・ドレイン電極８、９のオーミック接触性を改善すると
ともに、ソース・ゲート間抵抗を低減する機能を有す
る。
００ｎｍであり、ドナーとしてシリコンを５×１０18ｃ
ｍ-3の濃度にドープした。このコンタクト層７はソース
・ドレイン電極８、９のオーミック接触性を改善すると
ともに、ソース・ゲート間抵抗を低減する機能を有す
る。
【００２０】以上の多層半導体エピタキシャル層２〜７
の連続成長が終了した後に、ＡｕＧｅ合金を蒸着、オー
ミック接触を確保するため熱処理を施して、合金化を行
い、ソース・ドレイン電極８、９を形成した。ＡｕＧｅ
単層のほかＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕなど多層構造としても
よい。その後、ゲート電極１０の形成部分のｎ型ＧａＡ
ｓオーミックコンタクト層７をドライエッチング又はウ
エットエッチングによりエッチングし、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕを蒸着してゲート電極を形成した。
の連続成長が終了した後に、ＡｕＧｅ合金を蒸着、オー
ミック接触を確保するため熱処理を施して、合金化を行
い、ソース・ドレイン電極８、９を形成した。ＡｕＧｅ
単層のほかＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕなど多層構造としても
よい。その後、ゲート電極１０の形成部分のｎ型ＧａＡ
ｓオーミックコンタクト層７をドライエッチング又はウ
エットエッチングによりエッチングし、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａ
ｕを蒸着してゲート電極を形成した。
【００２１】一方、比較例として、図１においてノンド
ープＧａＡｓ挿入層６を除いた構造（以下、比較例１と
記す）、およびノンドープＧａＡｓ挿入層６を除き、こ
れと等しい膜厚だけノンドープＡｌＧａＡｓ層４を厚く
した構造（以下、比較例２と記す）をもち、その他は本
実施例と同一の構成の化合物半導体装置を製作した。
ープＧａＡｓ挿入層６を除いた構造（以下、比較例１と
記す）、およびノンドープＧａＡｓ挿入層６を除き、こ
れと等しい膜厚だけノンドープＡｌＧａＡｓ層４を厚く
した構造（以下、比較例２と記す）をもち、その他は本
実施例と同一の構成の化合物半導体装置を製作した。
【００２２】常温におけるキャリア走行層のシート抵抗
の測定結果を図３に示す。Ｉｎ組成０．２５と０．３の
場合に本実施例を適用することによりシート抵抗が著し
く改善されることが明らかである。なお、Ｉｎ組成０．
２の場合には本実施例を適用する効果は特に認められな
かったが、これは前述したように本実施例がＩｎ組成
０．２３以上となったときに、特に効果を発揮するため
である。図３より明らかなように、Ｉｎ組成０．２３以
下の試料に本実施例を適用したからといってシート抵抗
が悪化するわけではないことはもちろんである。
の測定結果を図３に示す。Ｉｎ組成０．２５と０．３の
場合に本実施例を適用することによりシート抵抗が著し
く改善されることが明らかである。なお、Ｉｎ組成０．
２の場合には本実施例を適用する効果は特に認められな
かったが、これは前述したように本実施例がＩｎ組成
０．２３以上となったときに、特に効果を発揮するため
である。図３より明らかなように、Ｉｎ組成０．２３以
下の試料に本実施例を適用したからといってシート抵抗
が悪化するわけではないことはもちろんである。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、スペーサ層とＩｎ組成
をもつキャリア走行層との間に、スペーサ層からキャリ
ア走行層の順に電子親和力を大きくする挿入層を介在さ
せたので、Ｉｎ組成の増加に応じてキャリア走行層を薄
層化させても、量子準位の上昇が抑制されるため高濃度
の電子の蓄積が可能となり、導電チャネルのシート抵抗
を低減することができる。
をもつキャリア走行層との間に、スペーサ層からキャリ
ア走行層の順に電子親和力を大きくする挿入層を介在さ
せたので、Ｉｎ組成の増加に応じてキャリア走行層を薄
層化させても、量子準位の上昇が抑制されるため高濃度
の電子の蓄積が可能となり、導電チャネルのシート抵抗
を低減することができる。
【図１】本発明の化合物半導体装置の一実施例の断面構
造図。
造図。
【図２】従来のシュードモフィックＨＥＭＴの断面構造
図。
図。
【図３】本実施例の効果を表わすための実験結果を示す
図であって、キャリア走行層の常温でのシート抵抗を従
来のシュードモフィックＨＥＭＴと本実施例とで比較し
た特性図。
図であって、キャリア走行層の常温でのシート抵抗を従
来のシュードモフィックＨＥＭＴと本実施例とで比較し
た特性図。
１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 ２ ＧａＡｓバッファ層 ３ ノンドープＩｎＧａＡｓキャリア走行層 ４ ノンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層 ５ ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層 ６ ノンドープＧａＡｓ挿入層
Claims (4)
- 【請求項１】半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ
層またはＧａＡｓ層、あるいはこれらの交互層からなる
バッファ層と、このバッファ層上にシュードモフィック
接合するノンドープのＩｎＧａＡｓからなるキャリア走
行層と、ノンドープのＡｌＧａＡｓからなるスペーサ層
と、ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓからなるキャリ
ア供給層とを順次形成した構造を有する化合物半導体装
置において、前記スペーサ層とキャリア走行層との間に
ノンドープのＧａＡｓ挿入層を介在して、スペーサ層、
挿入層、キャリア走行層の順に電子親和力が大きくなる
ようにしたことを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項２】半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ
層またはＧａＡｓ層、あるいはこれらの交互層からなる
バッファ層と、このバッファ層上にシュードモフィック
接合するノンドープで高Ｉｎ組成のＩｎＧａＡｓからな
るキャリア走行層と、ノンドープのＡｌＧａＡｓからな
るスペーサ層と、ｎ型不純物を含有するＡｌＧａＡｓか
らなるキャリア供給層とを順次形成した構造を有する化
合物半導体装置において、前記スペーサ層とキャリア走
行層との間にノンドープで低ＩｎＧａＡｓ挿入層を介在
して、スペーサ層、挿入層、キャリア走行層の順に電子
親和力が大きくなるようにしたことを特徴とする化合物
半導体装置。 - 【請求項３】半絶縁性ＩｎＰ基板上に、ＩｎＡｌＡｓ層
またはＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＰ層、あるいはこれら
の交互層からなるバッファ層と、このバッファ層上にシ
ュードモフィック接合するノンドープのＩｎy Ｇａ1-y
Ａｓ（ｙ＞０．５３）からなるキャリア走行層と、ノン
ドープのＩｎx Ａｌ1-x Ａｓ（ｘ＝０．５２）からなる
スペーサ層と、ｎ型不純物を含有するＩｎＡｌＡｓから
なるキャリア供給層とを順次形成した構造を有する化合
物半導体装置において、前記スペーサ層とキャリア走行
層との間にノンドープのＩｎＰ挿入層またはＩｎ0.53Ｇ
ａ0.47Ａｓ挿入層を介在して、スペーサ層、挿入層、キ
ャリア走行層の順に電子親和力が大きくなるようにした
ことを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項４】ＧａＳｂ基板上に、ＡｌＧａＳｂ層または
ＧａＳｂ層、あるいはこれらの交互層からなるバッファ
層と、このバッファ層上にシュードモフィック接合する
ノンドープのＩｎＡｓy Ｓｂ1-y （ｙは任意）からなる
キャリア走行層と、ノンドープのＡｌx Ｇａ1-x Ｓｂ
（ｘ＞０）からなるスペーサ層と、ｎ型不純物を含有す
るＡｌＧａＳｂからなるキャリア供給層とを順次形成し
た構造を有する化合物半導体装置において、前記スペー
サ層とキャリア走行層との間にノンドープのＧａＳｂ挿
入層を介在して、スペーサ層、挿入層、キャリア走行層
の順に電子親和力が大きくなるようにしたことを特徴と
する化合物半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30523092A JPH06151469A (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30523092A JPH06151469A (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 化合物半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151469A true JPH06151469A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=17942603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30523092A Pending JPH06151469A (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06151469A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004207473A (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sumitomo Chem Co Ltd | 高電子移動度エピタキシャル基板 |
| JP2004207472A (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sumitomo Chem Co Ltd | 化合物半導体エピタキシャル基板及びその製造方法 |
| JP2004207471A (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sumitomo Chem Co Ltd | 化合物半導体エピタキシャル基板及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-11-16 JP JP30523092A patent/JPH06151469A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004207473A (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sumitomo Chem Co Ltd | 高電子移動度エピタキシャル基板 |
| JP2004207472A (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sumitomo Chem Co Ltd | 化合物半導体エピタキシャル基板及びその製造方法 |
| JP2004207471A (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sumitomo Chem Co Ltd | 化合物半導体エピタキシャル基板及びその製造方法 |
| JP4672959B2 (ja) * | 2002-12-25 | 2011-04-20 | 住友化学株式会社 | 化合物半導体エピタキシャル基板 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010522 |