JPH0691110B2 - 反転型高電子移動度トランジスタ - Google Patents
反転型高電子移動度トランジスタInfo
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- JPH0691110B2 JPH0691110B2 JP24731386A JP24731386A JPH0691110B2 JP H0691110 B2 JPH0691110 B2 JP H0691110B2 JP 24731386 A JP24731386 A JP 24731386A JP 24731386 A JP24731386 A JP 24731386A JP H0691110 B2 JPH0691110 B2 JP H0691110B2
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- gate electrode
- mobility transistor
- electron mobility
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 10
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
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Classifications
-
- 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
- H01L29/7781—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 inverted single heterostructure, i.e. with active layer formed on top of wide bandgap layer, e.g. IHEMT
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、反転型高電子移動度トランジスタに於いて、
チャネル層の構成材料としてInを含有した化合物半導体
を用い、しかも、そのInの組成値をキャリヤ供給層側か
ら電極がコンタクトする表面側に向けてグレーデッドと
することに依り、表面空乏層の拡がりを抑止できるよう
にしてチャネル層の薄層化を可能とし、その結果、相互
コンダクタンスgmを高めることができるようにしたもの
である。
チャネル層の構成材料としてInを含有した化合物半導体
を用い、しかも、そのInの組成値をキャリヤ供給層側か
ら電極がコンタクトする表面側に向けてグレーデッドと
することに依り、表面空乏層の拡がりを抑止できるよう
にしてチャネル層の薄層化を可能とし、その結果、相互
コンダクタンスgmを高めることができるようにしたもの
である。
本発明は、チャネル層がキャリヤ供給層よりも表面側に
在る、所謂、反転型の高電子移動度トランジスタ（high
electron mobility transistor:HEMT）の改良に関す
る。
在る、所謂、反転型の高電子移動度トランジスタ（high
electron mobility transistor:HEMT）の改良に関す
る。
HEMTの基本的構成には二種類あって、その一つは基板側
から見て、チャネル層の上にキャリヤ供給層及び電極が
順に形成されている通常型のもの、もう一つは基板側か
ら見て、キャリヤ供給層の上にチャネル層及び電極が順
に形成されている反転型のものである。また、その構成
材料としては、所謂、AlGaAs/GaAs系が多く用いられ、
その場合、チャネル層はGaAsで、そして、キャリヤ供給
層はAlGaAsでそれぞれ構成するようにしている。
から見て、チャネル層の上にキャリヤ供給層及び電極が
順に形成されている通常型のもの、もう一つは基板側か
ら見て、キャリヤ供給層の上にチャネル層及び電極が順
に形成されている反転型のものである。また、その構成
材料としては、所謂、AlGaAs/GaAs系が多く用いられ、
その場合、チャネル層はGaAsで、そして、キャリヤ供給
層はAlGaAsでそれぞれ構成するようにしている。
一般に、反転型HEMTは通常型HEMTに比較して利点が極め
て少なく、例えば、電極がGaAsの上に形成されるので通
常型HEMTのようにAlGaAsの上に形成するものと比較して
コンタクトが良好であることぐらいのものであり、むし
ろ、大きな欠点を抱えている為、用いられることが少な
い。
て少なく、例えば、電極がGaAsの上に形成されるので通
常型HEMTのようにAlGaAsの上に形成するものと比較して
コンタクトが良好であることぐらいのものであり、むし
ろ、大きな欠点を抱えている為、用いられることが少な
い。
その欠点の一つとして、チャネル層を厚くしなければな
らないことが挙げられる。
らないことが挙げられる。
反転型HEMTは、通常型HEMTと異なり、チャネル層の表面
にゲート電極を形成することができる為、ゲート電極と
二次元キャリヤ・ガス層との距離が短く、従って、その
キャリヤ濃度を効率良く制御できる筈であるにも拘わら
ず、実際には、表面空乏層が災いして、期待通りにはな
らないのである。
にゲート電極を形成することができる為、ゲート電極と
二次元キャリヤ・ガス層との距離が短く、従って、その
キャリヤ濃度を効率良く制御できる筈であるにも拘わら
ず、実際には、表面空乏層が災いして、期待通りにはな
らないのである。
第３図は反転型HEMTの従来例を表す要部切断側面図であ
る。
る。
図に於いて、21は半絶縁製のGaAs基板、22はｎ型AlGaAs
電子供給層、23はアン・ドープGaAsチャネル層、24はゲ
ート電極、25は二次元電子ガス層、26は表面空乏層をそ
れぞれ示している。
電子供給層、23はアン・ドープGaAsチャネル層、24はゲ
ート電極、25は二次元電子ガス層、26は表面空乏層をそ
れぞれ示している。
反転型HEMTでは、最上層の半導体層であるチャネル層23
の表面に於けるフェルミ・レベルが表面準位に依ってピ
ニングされ、ゲート電極を形成しない状態でも表面が空
乏化している。これについては、チャネル層23に金属材
料のゲート電極24を形成しても、その下の空乏層幅が表
面空乏層26に於けるそれと殆ど変わらないことからも理
解されよう。
の表面に於けるフェルミ・レベルが表面準位に依ってピ
ニングされ、ゲート電極を形成しない状態でも表面が空
乏化している。これについては、チャネル層23に金属材
料のゲート電極24を形成しても、その下の空乏層幅が表
面空乏層26に於けるそれと殆ど変わらないことからも理
解されよう。
その為、二次元電子ガス層に於ける電子濃度の減少を生
じ、これを補う為にチャネル層23をその分だけ厚くしな
ければならず、その結果、相互コンダクタンスgmの低下
を招来する。
じ、これを補う為にチャネル層23をその分だけ厚くしな
ければならず、その結果、相互コンダクタンスgmの低下
を招来する。
このようなことから、折角、ゲート電極24がチャネル層
23の表面に形成された構造になっていながら、チャネル
層23を厚く形成しなければならないことから、二次元電
子ガス層25に於ける電子濃度の制御効率は悪く、相互コ
ンダクタンスgmは著しく小さくなってしまう旨の欠点が
ある。
23の表面に形成された構造になっていながら、チャネル
層23を厚く形成しなければならないことから、二次元電
子ガス層25に於ける電子濃度の制御効率は悪く、相互コ
ンダクタンスgmは著しく小さくなってしまう旨の欠点が
ある。
然しながら、このような反転型HEMTであっても、チャネ
ル層23を薄くして、しかも、二次元電子ガス層25が表面
空乏層26を被らないようにすることができれば、通常型
HEMTと比較して相互コンダクタンスgmは高くすることが
できる筈である。
ル層23を薄くして、しかも、二次元電子ガス層25が表面
空乏層26を被らないようにすることができれば、通常型
HEMTと比較して相互コンダクタンスgmは高くすることが
できる筈である。
本発明は、従来の反転型HEMTに比較して充分に薄いチャ
ネル層を有し、相互コンダクタンスgmを向上したそれを
提供しようとするものである。
ネル層を有し、相互コンダクタンスgmを向上したそれを
提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明に依るHEMTに於いては、基板（例えば基板１）上
に電子供給層（例えば電子供給層３）及びIII-V族化合
物半導体からなるチャネル層（例えばチャネル層5A及び
5B）及びゲート電極（例えばゲート電極９）が順に形成
された構造をもつトランジスタに於いて、該チャネル層
にはInが含まれ且つ該Inの組成比が該ゲート電極を形成
する側の表面で表面空乏層の生成を抑制するように該表
面に向かって大きくなるグレーデッドとした構成になっ
ている。
に電子供給層（例えば電子供給層３）及びIII-V族化合
物半導体からなるチャネル層（例えばチャネル層5A及び
5B）及びゲート電極（例えばゲート電極９）が順に形成
された構造をもつトランジスタに於いて、該チャネル層
にはInが含まれ且つ該Inの組成比が該ゲート電極を形成
する側の表面で表面空乏層の生成を抑制するように該表
面に向かって大きくなるグレーデッドとした構成になっ
ている。
前記手段を採ることに依り、チャネル層には表面空乏層
が拡がることはなくなるので、二次元キャリヤ・ガス層
が表面空乏層の悪影響を受けることは無くなり、従っ
て、チャネル層を薄くすることが可能となり、ゲート電
極と二次元キャリヤ・ガス層との距離が短くなって、相
互コンダクタンスgmを高めることができて低消費電力化
されると共に二次元キャリヤ・ガス層に於けるキャリヤ
・ガス濃度を効率よく制御することができるものであ
る。
が拡がることはなくなるので、二次元キャリヤ・ガス層
が表面空乏層の悪影響を受けることは無くなり、従っ
て、チャネル層を薄くすることが可能となり、ゲート電
極と二次元キャリヤ・ガス層との距離が短くなって、相
互コンダクタンスgmを高めることができて低消費電力化
されると共に二次元キャリヤ・ガス層に於けるキャリヤ
・ガス濃度を効率よく制御することができるものであ
る。
第１図（Ａ）は本発明一実施例の要部切断側面図、同
（Ｂ）は第１図（Ａ）に見られる反転型HEMTのエネルギ
・バンド・ダイヤグラムを表している。
（Ｂ）は第１図（Ａ）に見られる反転型HEMTのエネルギ
・バンド・ダイヤグラムを表している。
図に於いて、１は半絶縁性InP基板、２はアン・ドープI
nyAl1-yAsバッファ層、３はｎ型InyAl1-yAs電子供給
層、４はアン・ドープInyAl1-yAsスペーサ層、5Aはアン
・ドープInxGa1-xAsチャネル層、5Bはアン・ドープInuG
a1-uAsグレーデッド・チャネル層、６はアン・ドープAl
zGa1-zAsコンタクト層、７はソース電極、８はドレイン
電極、９はゲート電極、10は二次元電子ガス層、EFはフ
ェルミ・レベル、ECはコンダクション・バンドの底、EV
はバレンス・バンドの頂をそれぞれ示している。
nyAl1-yAsバッファ層、３はｎ型InyAl1-yAs電子供給
層、４はアン・ドープInyAl1-yAsスペーサ層、5Aはアン
・ドープInxGa1-xAsチャネル層、5Bはアン・ドープInuG
a1-uAsグレーデッド・チャネル層、６はアン・ドープAl
zGa1-zAsコンタクト層、７はソース電極、８はドレイン
電極、９はゲート電極、10は二次元電子ガス層、EFはフ
ェルミ・レベル、ECはコンダクション・バンドの底、EV
はバレンス・バンドの頂をそれぞれ示している。
前記各部分に於ける主要データを例示すると次の通りで
ある。
ある。
（１）基板１について 添加物:Fe （２）バッファ層２について ｙ値:0.52 厚さ:0.5〔μｍ〕 （３）電子供給層３について ｙ値:0.52 厚さ:300〔Å〕 不純物濃度:1×1018〔cm-3〕 （４）スペーサ層４について ｙ値:0.52 厚さ:50〔Å〕 （５）チャネル層5Aについて ｘ値:0.53 厚さ:300〔Å〕 （６）グレーデッド・チャネル層5Bについて ｕ値:0.53→0.8 厚さ:300〔Å〕 （７）コンタクト層６について ｚ値:0.3 厚さ:300〔Å〕 （８）ソース電極７及びドレイン電極８ 材料:AuGe/Au 厚さ:500〔Å〕/2000〔Å〕 （９）ゲート電極９ 材料:Al 厚さ:2000〔Å〕 本実施例に於いて、スペーサ層４は電子供給層３に於け
るイオン化不純物に依るキャリヤの散乱を抑制する為に
設けたものであり、必要に応じて形成すれば良く、ま
た、コンタクト層６は、その下地であるグレーデッド層
5BがIn0.8Ga0.2Asであって、そこにショットキ・ゲート
電極９を形成したのでは、高いショットキ耐圧を得るこ
とはできないので、それを補償する為に設けたものであ
り、これも必要に応じて形成すれば良い。
るイオン化不純物に依るキャリヤの散乱を抑制する為に
設けたものであり、必要に応じて形成すれば良く、ま
た、コンタクト層６は、その下地であるグレーデッド層
5BがIn0.8Ga0.2Asであって、そこにショットキ・ゲート
電極９を形成したのでは、高いショットキ耐圧を得るこ
とはできないので、それを補償する為に設けたものであ
り、これも必要に応じて形成すれば良い。
さて、本実施例に於いては、チャネル層5Aと連続して形
成されたグレーデッド・チャネル層5Bはチャネル層5A側
から表面側に向かってInの組成が次第に大きくなるよう
にしてある。
成されたグレーデッド・チャネル層5Bはチャネル層5A側
から表面側に向かってInの組成が次第に大きくなるよう
にしてある。
このようにInを含む化合物半導体を用いた場合、表面空
乏層は発生しないので、二次元電子ガス層10が影響を受
けることはなく、従って、チャネル層5A及びグレーデッ
ド・チャネル層5Bを薄くすることで二次元電子ガス層10
とゲート電極９との距離が短くなるようにして、二次元
電子ガス層10に於ける電子濃度を効率良く制御すること
ができる。
乏層は発生しないので、二次元電子ガス層10が影響を受
けることはなく、従って、チャネル層5A及びグレーデッ
ド・チャネル層5Bを薄くすることで二次元電子ガス層10
とゲート電極９との距離が短くなるようにして、二次元
電子ガス層10に於ける電子濃度を効率良く制御すること
ができる。
ところで、HEMTに於ける相互コンダクタンスgmはゲート
電極９の下に存在するキャパシタンスＣに比例、即ち、
gm ∞Ｃであり、このキャパシタンスＣの大きさは、ゲー
ト電極９からチャネルである二次元電子ガス層10までの
距離に反比例するので、前記したように、チャネル層5A
及び5Bを薄くすることができれば、キャパシタンスＣは
大きくなり、その結果、相互コンダクタンスgmも高くな
る。
電極９の下に存在するキャパシタンスＣに比例、即ち、
gm ∞Ｃであり、このキャパシタンスＣの大きさは、ゲー
ト電極９からチャネルである二次元電子ガス層10までの
距離に反比例するので、前記したように、チャネル層5A
及び5Bを薄くすることができれば、キャパシタンスＣは
大きくなり、その結果、相互コンダクタンスgmも高くな
る。
第２図はグレーデッド・チャネル層5Bに於けるInuGa1-u
Asのｕ値の決め方を説明する為のエネルギ・バンド・ダ
イヤグラムであり、第１図に於いて用いた記号と同記号
は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
Asのｕ値の決め方を説明する為のエネルギ・バンド・ダ
イヤグラムであり、第１図に於いて用いた記号と同記号
は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、Ｍは金属部分、ＳはInuGa1-uAs部分をそれ
ぞれ示している。
ぞれ示している。
図から明らかなように、ｕ値が0.53の場合にはバンド・
ギャップはコンダクション・バンドの方に曲がりを生
じ、同じく0.8の場合には平坦となり、同じく1.0の場合
にはバレンス・バンドの方に曲がりを生じている。従っ
て、表面空乏層を発生させない為にはｕ値を0.8にする
と良いことが判る。
ギャップはコンダクション・バンドの方に曲がりを生
じ、同じく0.8の場合には平坦となり、同じく1.0の場合
にはバレンス・バンドの方に曲がりを生じている。従っ
て、表面空乏層を発生させない為にはｕ値を0.8にする
と良いことが判る。
本発明に依る反転型高電子移動度トランジスタに於いて
は、基板上に電子供給層及びIII-V族化合物半導体から
なるチャネル層及びゲート電極が順に形成された構造を
もつトランジスタに於いて、該チャネル層にはInが含ま
れ且つ該Inの組成比が該ゲート電極を形成する側の表面
で表面空乏層の生成を抑制するように該表面に向かって
大きくなるグレーデッドとした構成になっている。
は、基板上に電子供給層及びIII-V族化合物半導体から
なるチャネル層及びゲート電極が順に形成された構造を
もつトランジスタに於いて、該チャネル層にはInが含ま
れ且つ該Inの組成比が該ゲート電極を形成する側の表面
で表面空乏層の生成を抑制するように該表面に向かって
大きくなるグレーデッドとした構成になっている。
この構成を採ることに依り、チャネル層には表面空乏層
が拡がることはなくなるので、二次元キャリヤ・ガス層
が表面空乏層の悪影響を受けることは無くなり、従っ
て、チャネル層を薄くすることが可能となり、ゲート電
極と二次元キャリヤ・ガス層との距離が短くなって、相
互コンダクタンスgmを高めることができて低消費電力化
されると共に二次元キャリヤ・ガス層に於けるキャリヤ
・ガス濃度を効率よく制御することができるものであ
る。
が拡がることはなくなるので、二次元キャリヤ・ガス層
が表面空乏層の悪影響を受けることは無くなり、従っ
て、チャネル層を薄くすることが可能となり、ゲート電
極と二次元キャリヤ・ガス層との距離が短くなって、相
互コンダクタンスgmを高めることができて低消費電力化
されると共に二次元キャリヤ・ガス層に於けるキャリヤ
・ガス濃度を効率よく制御することができるものであ
る。
第１図（Ａ）は本発明一実施例の要部切断側面図、同
（Ｂ）は第１図（Ａ）に見られる反転型HEMTのエネルギ
・バンド・ダイヤグラム、第２図はInuGa1-uAsに於ける
ｕ値の決め方を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤ
グラム、第３図は従来例の要部切断側面図を表してい
る。 図に於いて、１は半絶縁製InP基板、２はアン・ドープI
nyAl1-yAsバッファ層、３はｎ型InyAl1-yAs電子供給
層、４はアン・ドープInyAl1-yAsスペーサ層、5Aはアン
・ドープInxGa1-xAsチャネル層、5Bはアン・ドープInuG
a1-uAsグレーデッド・チャネル層、６はアン・ドープAl
zGa1-zAsコンタクト層、７はソース電極、８はドレイン
電極、９はゲート電極、10は二次元電子ガス層、EFはフ
ェルミ・レベル、ECはコンダクション・バンドの底、EV
はバレンス・バンドの頂をそれぞれ示している。
（Ｂ）は第１図（Ａ）に見られる反転型HEMTのエネルギ
・バンド・ダイヤグラム、第２図はInuGa1-uAsに於ける
ｕ値の決め方を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤ
グラム、第３図は従来例の要部切断側面図を表してい
る。 図に於いて、１は半絶縁製InP基板、２はアン・ドープI
nyAl1-yAsバッファ層、３はｎ型InyAl1-yAs電子供給
層、４はアン・ドープInyAl1-yAsスペーサ層、5Aはアン
・ドープInxGa1-xAsチャネル層、5Bはアン・ドープInuG
a1-uAsグレーデッド・チャネル層、６はアン・ドープAl
zGa1-zAsコンタクト層、７はソース電極、８はドレイン
電極、９はゲート電極、10は二次元電子ガス層、EFはフ
ェルミ・レベル、ECはコンダクション・バンドの底、EV
はバレンス・バンドの頂をそれぞれ示している。
Claims (1)
- 【請求項１】基板上に電子供給層及びIII-V族化合物半
導体からなるチャネル層及びゲート電極が順に形成され
た構造をもつトランジスタに於いて、 該チャネル層にはInが含まれ且つ該Inの組成比が該ゲー
ト電極を形成する側の表面で表面空乏層の生成を抑制す
るように該表面に向かって大きくなるグレーデッドとし
たこと を特徴とする反転型高電子移動度トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24731386A JPH0691110B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | 反転型高電子移動度トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24731386A JPH0691110B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | 反転型高電子移動度トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63102270A JPS63102270A (ja) | 1988-05-07 |
| JPH0691110B2 true JPH0691110B2 (ja) | 1994-11-14 |
Family
ID=17161541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24731386A Expired - Lifetime JPH0691110B2 (ja) | 1986-10-20 | 1986-10-20 | 反転型高電子移動度トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0691110B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0372637A (ja) * | 1989-03-20 | 1991-03-27 | Fujitsu Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2786327B2 (ja) * | 1990-10-25 | 1998-08-13 | 三菱電機株式会社 | ヘテロ接合電界効果トランジスタ |
| JP2679396B2 (ja) * | 1990-10-25 | 1997-11-19 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| JPH081955B2 (ja) * | 1991-08-21 | 1996-01-10 | ヒューズ・エアクラフト・カンパニー | 反転変調ドープされたヘテロ構造の製造方法 |
| US5923056A (en) * | 1996-10-10 | 1999-07-13 | Lucent Technologies Inc. | Electronic components with doped metal oxide dielectric materials and a process for making electronic components with doped metal oxide dielectric materials |
-
1986
- 1986-10-20 JP JP24731386A patent/JPH0691110B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63102270A (ja) | 1988-05-07 |
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