JPS59100576A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS59100576A
JPS59100576A JP21013982A JP21013982A JPS59100576A JP S59100576 A JPS59100576 A JP S59100576A JP 21013982 A JP21013982 A JP 21013982A JP 21013982 A JP21013982 A JP 21013982A JP S59100576 A JPS59100576 A JP S59100576A
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inp
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semiconductor
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/432Heterojunction gate for field effect devices
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    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7782Field 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
    • H01L29/7783Field 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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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】 tal  発明の技術分野 本発明は半導体装置、特に室温において高い速度をもっ
て動作し、しかも安定した特性を有するヘテロ接合型電
界効果トランジスタに関する。
(b)  技術の背景 清報処理装置バなどの能力及びコストパフォーマンスの
一層の向上を志向して、半導体装置の高速化、低消費電
力化及び高集積化が推進されており、キャリア移動度が
シリコン(St)より遥に大きいガリウム・砒素(Ga
 As )などの化合物半導体を用いる半導体装置が多
数提案されている。
従来の術造のSiもしくはGaAs等の半導体装置にお
いては、キャリアは不純物イオンが存在している空間を
移動する。この移動に際してキャリアは格子振動および
不純物イオンによって散乱を受けるが、格子振動による
散乱の確率を小さくするために温度を低下させると、不
純物イオンによる散乱の確率が大きくなって、キャリア
の移動度がこれによって制限される。
この不純物散乱効果を排除するために、不純物が添加さ
れる領域とキャリアが移動する領域とをヘテロ接合界面
によって空間的に分離して、特に低温lこおけるキャリ
アの移動度を増大せしめた半導体装置にヘテロ接合型電
界効果トランジスタ似下へテロ接合ffi F E T
と略称する〕がある。
ヘテロ接合型FETにおいては、ノンドープの恥 半導体層と、これより電子親方力が小で不純物を含む電
子供給層との間にヘテロ接合界面が形成され、ノンドー
プの半導体層のへテロ接合界面近傍に形成される電子蓄
積層(2次元電子ガス)がソース電極とドレイン電極と
の間の伝導路に含まれて、電子蓄積層の電子面濃度をゲ
ート電極に印加される電圧によって制御することによっ
て、前記伝導路のインピーダンス制御が行なわれる。
(cl  従来技術と問題点 ヘテロ接合型FETを構成する材料として現在し 主流をなj〃でいる半導体は、寛子蓄M層を生ずる半導
体層をガリウム・砒素(GaAs)によって、電子供給
Rをアルミニウム・ガリウム・砒素(AtGaAs)に
よって形成するGa As /AtGa As系半導体
である。
これに対してガリウム・インジウム・砒素(GaO,4
7In0.53As)を電子蓄積層ニ用イルナラハ、(
)aAs等に比較して電子移動度を特に室温においET
を一層高速化するこ、とが可能となる。またこの場合に
インジウム・燐(InP)は電子供給層に適切な材料で
ある。
しかしながら、ヘテロ接合ff1FETに関して従来最
も普通に行なわれているショットキ接合形ゲート構造を
、InP半導体層に設けた場合には、ショットキバリア
の降伏電圧が小さいために、ゲートに印加する入力信号
電圧が著しく制限されてトランジスタ動作を充分に行な
わせることができず、更に逆方向リークを流が大きいと
いう問題を生ずる0 この問題に対処するために既にいく褒かの提案がなされ
ている。その一つにInP電子供給層に接する絶縁膜を
介してゲート電極を設ける絶縁ゲート型構造がある。I
nPはIn空位による表面準位が伝導帯の下端近傍に生
じるのでこの絶縁ゲート型構造が可能であるが、この表
面準位における充放電によって電子供給層と電子蓄積層
との間の界面電位が変動してFETの動作を不安定とし
ている。
才だ本発明者が先に特願昭57−115112号によっ
て提案した方法がある。該発明はn注型InP電子供給
層上にp型InPよりなる層を設けてこのp型InP層
上にゲート電極を設けるp −n接合型ゲート構造のへ
テロ接合型FETを提供するものである。この構造にお
いては絶縁物を介在しないために前記の表面準位が発生
することなく、またリーク電流の発生も伴なわず電子供
給層と電子蓄積層との間の界面準位を安定に制御するこ
とができる。
しかしながら該発明において、p型InP層の不純物濃
度を1×1019〔crIL−3〕程度まで高めなけれ
ばトランスコンダクタンスgmが充分に得られず、不純
物濃度をこの値まで高めることは現在容易ではない。
更にGa0.47 In O,53Asを電子蓄積層に
用イテ、電子供給層をInP以外の材料によって形成す
る構造が既に知られている。すなわちInP結晶に格子
整合が可能なアルミニウム・インジウム・砒素化金物(
At0.48 In O,52As)にヨッて電子供給
層を形成し、ショットキ接合形ゲートを設けてヘテロ接
合形ITを構成する方法がある。
しかしながらアルミニウムCAL)を含んだ化合物半導
体ではドナー準位が深く、電子供給層がこれによって形
成されている場合は電子蓄積層の2次元電子ガスのゲー
ト電位の変調に対する追随に位相遅れを生ずる。またこ
のドナー準位はしばしばDxセンターと呼ばれるもので
あって、電子の捕獲放出の活性化エネルギーが大きく例
えば低温77 (K)で使用する場合には凍結状態とな
り、凍結前の履歴によって低温時の動作状態が変化Tる
問題がある。
更にこの人zo、48 In 0.52As層にオーミ
ック接触電極を形成することは極めて困難であって、例
えばAtO,48In 0.52As %子供給層上に
GaO,47In O,53As rijIを設けるな
どの方法が必要とされる。
Fd)  発明の目的 本発明は、電子蓄積層がGa O,47In 0.53
As層に形成され、かつ安定した特性を有するヘテロ接
合型[肺T1特にそのゲート魯造を提供することを目的
とする。
(el  発明の構成 本発明の前記目的は、インジウム・燐化合物(InPl
よりなる半導体基板と、該基板に格子整合する、ガリウ
ム・インジウム・砒素化合物(Ga 0.47 InO
,53As)よりなる第1の半導体層と、該第1の半導
体層に接Tるインジウム・燐化合物(InP)よりなる
第2の半導体層と、該第2半導体層に接するアルミニウ
ム・インジウム・砒素化合物(A70.48 In O
,52As )又はアルミニウムーガリウム−インジウ
ム・砒素化合物(AzxGayIn 1−xテyAs)
よりなる第3の半導体層と、該第3の半導体層に接する
ゲート電極とを含んでなる半導体装置により連成される
(fl  発明の実施例 以下本発明を実施例により図面を参照して具体的に説明
する 男1図(a)乃至(clは不発明の実施例を、その主要
製造工程において示す断面図であり、以下製造工程に従
って説明する。
第1図(a)参照。
例えば鉄(Fe)がドープされた牛絶縁性InP基板1
上に、ノンドープのGa 9.47 In 0.53A
s層2を厚き例えば500(nm)程度に、例えばシリ
コン(Si)を1×1017〔信−3〕程度にドープし
たn型InP層3を厚さ例えば50乃至100ω(ロ)
程度に、AtO,48In0.52As層4を厚さ例え
ば4(nm)程度に順次エピタキシャル成長させる。
At0.48 In 0.52As層4はノントープテ
ヨイカ、成長層が結果的にp型又はn型の何れであって
もよく、また意図的にp、n何れかにドープしてもよい
。なお5は電子蓄積層である。
エピタキシャル成長は例えば有機金属熱分解気相成長方
法(MOCVI)法人塩化物系気相成長方法など任意の
方法で実施してよい。
第1図(bl参照。
次いでAtO,48I n 0.52As層4のゲート
領域のみを残す選択的エツチングを行なう、この選択的
エツチングは本夾側例においては弗酸(HF) :硝酸
(HNO,)=1 : 1の混合液を用い室温で攪拌し
ながら約10秒間実施している。この組成の液ではIn
P層はエツチングされないのでAtO,48In0.5
2As層のみをとり去ることが可能である。
第1凶(C1参照 n型InP/93にオーミック接触するソース電極6及
びドレイン電極7を例えば金・ゲルマニウム/金(Au
Ga/Au)を用いて形成し、次いでAtO,48I 
n 0.52As層4にシ’tsyトキ接触するゲート
電極8を例えばアルミニウム(At)を用いて形成する
。これらの電極の形成は倒れも従来技術によって行なう
ことができる。
以上の様にして製造された不実流側のへテロ接本発明l
こおいては先に述べた電子供給層がAtO,48In 
0.52Asによって形成された従来例とは異なり、電
子供給にはドナー準位が非常に浅いInP層3のGa 
0.47 In 0.53As層2とのへテロi合寄り
の領域のみが関与J−るために、電子蓄積層5は極めて
安定となる。
またAto、4s In 0.52As層4はゲート電
極8の近傍にあるために深いドナー準位も擬フエルミ準
位より充分に上にあって常にイオン化されており、ゲー
ト入力電圧に対する2次元電子ガスの位相遅れを生ずる
要因とはならない。
At0.48 In0.52A、8層4にゲートを極8
を設けることによって、バリア高さ例えば09s(eV
)程度のショットキ接合を形成することが可能となって
、先に述べたInP層におけるショットキ接合形ゲート
構造の問題が解決される。
以上説明した実施例はn型InP[子供給層3とゲート
電極8との間にAt0.48 In 0.52As層4
を設けているが、このシ1cy)キ接合形ゲート構造は
AtO,48In O,52Asに代えてAtxGay
Int−x−yAsによって層4を設けても形成可能で
ある。
すなわちAtxGay In 1−x−yAs結晶は0
〈X≦048゜0<y<o、47の範囲内の一連の組成
比であるとき、InP結晶との格子整合が可能であって
、その禁制帯幅は1.45(eV:]乃’X= 0.7
4 (eV) 0)mJl内jcあり、その特性を選択
して層4に用いることができ同様の効果を得ることがで
きる。なおAzxGaylnl−x−yAsはAtO,
48In O,52Asに比較して液相エピタキシャル
成長が容易である利点を有する。
なお、本発明によれは先に述べた従来例とは異なり、ソ
ース電極6及びドレイン電極7のオーミック接触をIn
P層3に直接形成することができて、製造工程が短縮さ
れるのみならず4電路が短縮きれる効果7i−有する。
なおn型InP電子供給層3の不純物濃度をオーミック
接触電極近傍において増大することも容易に実施するこ
とができる。
[gl  発明の詳細 な説明した如く本発明によれば、特に室温において高い
電子移動度を有するGa 0.47 In O,53A
Sを電子蓄積層に用いるヘテロ接合型F’ETに関して
、その動作安定性、リーク電流等の特性が改善され、液
体窒素による冷却を必要とする低温77 (K)のみな
らず、室温においてもへテロ接合型FETの効果が拡充
されて、情報処理システム等の進展に寄与J−ることが
てきる。
【図面の簡単な説明】
第1図(at乃至(C1は不発明の実施例をその主要製
造工程において示す断面図、第2図はそのエネルギーダ
イヤグラムを示T0 図において、1はInP基板、2はGa 0.47 I
n0.53As層、3はInP層、4はAt0.48 
In0.52As層、5は電子蓄積層、6はソース電極
、7はドレイン電極、8はゲート電極を示す〇第1ff
jJ 乙   と  47 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. インジウム・燐化合物(Ink)よりなる半導体基板と
    、該基板に格子整合Tる、ガリウム°インジウム・砒素
    化合物(Ga0.47 In0,53As )よりなる
    第1の半導体層と、該第1の半導体層に接するインジウ
    ム・燐化合物(Ink)よりなる第2の半導体層と、該
    第2の半導体層に接Tるアルミニウム・インジウム・砒
    素化合物(AtO,48In0.52As)又はアルミ
    ニウムーガリウム畢インジウム・砒素化合物(AtXG
    ayInl −x−yAs )よりなる第3の半導体層
    と、該第3の半導体層に接するゲート電極とを含んでな
    ることを特徴とする半導体装置。
JP21013982A 1982-11-30 1982-11-30 半導体装置 Granted JPS59100576A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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