JPS63174A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS63174A JPS63174A JP14380486A JP14380486A JPS63174A JP S63174 A JPS63174 A JP S63174A JP 14380486 A JP14380486 A JP 14380486A JP 14380486 A JP14380486 A JP 14380486A JP S63174 A JPS63174 A JP S63174A
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- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 4
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Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
ヘテｄ接合ＦＥＴにおいて、電子供給層の中性領域には
深い不純物準位を形成しない範囲で不純物を添加したこ
とによシ、閾値電圧の温度変化を減少させ、オーミック
コンタクトを容易にした。
深い不純物準位を形成しない範囲で不純物を添加したこ
とによシ、閾値電圧の温度変化を減少させ、オーミック
コンタクトを容易にした。
本発明は半導体装置に係シ、特に、異なる電子親和力を
有する半導体のへテロ接合界面例生じる２次元電子ガス
を用いた電解効果型トランジスタ所謂ＨＥＭＩ”（高電
子移動度トランジスタ）の改良に関する。
有する半導体のへテロ接合界面例生じる２次元電子ガス
を用いた電解効果型トランジスタ所謂ＨＥＭＩ”（高電
子移動度トランジスタ）の改良に関する。
ＨＥＭＴは高速コンピュータ素子、高遮断周波数トラン
ジスタとして期待され、特に低温（例えば７７Ｋ）にお
いて、より高速動作することが知られている。
ジスタとして期待され、特に低温（例えば７７Ｋ）にお
いて、より高速動作することが知られている。
従来のＨＥＭＴのエネルギバンド図を第４図に示す。図
中１は実質的に不純物を含まないＧａＡｓ 層（チャ
ネル層）、１４はｎ型不純物Ｓｉを含む（ＡｆｌｚＡａ
Ｉ−２Ａｓ ’Ｉ層（電子供給層）、４は制御電極金
ｐＡ１．５は中性領域、６は２次元電子ガス、７北 はフェ牟ミ準位である。ところが、Ｓｉを添加したＡｆ
ｌｘＧａ＋−エＡｓ Ｋは深い不純物準位が形成され
、このため閾値電圧が温度で変化することや、低温（約
１５０に以下）においては、光照射によって動作特性が
変化するという問題があうた。この問題点を解決するた
めに、ＨＥＭＴの改良も試みられている。第５図は以上
の問題点を改良しようとしてなされたＨＥＭＴのエネル
ギバンド図を示したものである。
中１は実質的に不純物を含まないＧａＡｓ 層（チャ
ネル層）、１４はｎ型不純物Ｓｉを含む（ＡｆｌｚＡａ
Ｉ−２Ａｓ ’Ｉ層（電子供給層）、４は制御電極金
ｐＡ１．５は中性領域、６は２次元電子ガス、７北 はフェ牟ミ準位である。ところが、Ｓｉを添加したＡｆ
ｌｘＧａ＋−エＡｓ Ｋは深い不純物準位が形成され
、このため閾値電圧が温度で変化することや、低温（約
１５０に以下）においては、光照射によって動作特性が
変化するという問題があうた。この問題点を解決するた
めに、ＨＥＭＴの改良も試みられている。第５図は以上
の問題点を改良しようとしてなされたＨＥＭＴのエネル
ギバンド図を示したものである。
第５図（ａ）は、電子供給層のへテロ界面付近の空乏化
している範囲１６にのみ、不純物を添加したものである
。１７は無添加ＡｆｌｚＧａｔ−ｚＡ’である。
している範囲１６にのみ、不純物を添加したものである
。１７は無添加ＡｆｌｚＧａｔ−ｚＡ’である。
第５図Ｃｂ’）は、電子供給層をヘテロ界面付近の空乏
化している範囲１８とし、その上に、比較的電子親和力
の大きな半導体層（ＡｆｔｚＧａ ｔ −ｚ Ａｓ又は
ＧａＡｓ）（図中１９の部分）を有したものである。
化している範囲１８とし、その上に、比較的電子親和力
の大きな半導体層（ＡｆｔｚＧａ ｔ −ｚ Ａｓ又は
ＧａＡｓ）（図中１９の部分）を有したものである。
第５図（１）は不純物を添加しないＡｆｔＡｓ ２０と
不純物を添加したＧａＡａ ２１による超格子構造を電
子供給層としたものである。
不純物を添加したＧａＡａ ２１による超格子構造を電
子供給層としたものである。
ところが、上記従来のＨＥＭＴの改良においては、々お
下記の点で不十分である。
下記の点で不十分である。
第５図（α）の装置では、不純物の添加していない領域
のため、２次元電子と出力電極を接続させることが困難
であった。また、ヘテロ界面と制御電極の距離が大きく
なるため相互コンダクタンスが小さくなるといった欠点
が生じていた。
のため、２次元電子と出力電極を接続させることが困難
であった。また、ヘテロ界面と制御電極の距離が大きく
なるため相互コンダクタンスが小さくなるといった欠点
が生じていた。
第５図（ｂ）の装置では、半導体１８と１９の界面にお
いても、電流が流れるという問題点があった。
いても、電流が流れるという問題点があった。
第５図（１）の装置は、超格子構造を有しているため、
製造が複雑になるという欠点があった。
製造が複雑になるという欠点があった。
本発明は、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に実質的に不純を含
ま表いＧａ Ａｓよりなる第１の半導体層と、該半導体
層上にＡｎｚＧａ＋−ｚＡｓ よりなる第２および第
３の半導体層を積層し、第１の半導体層の第２の半導体
層との界面近傍に２次元電子ガスが形成される層構造を
有し、第３の半導体層上に該２次元電子ガスのキャリア
濃度を制御する制御電極と、該制御電極を挾んで設けら
れ、該２次元電子ガスにオーミックに接触する複数個の
電極を有する半導体装置において、第３の半導体層の不
純物濃度が深い不純物準位を形成しない範囲内で決定さ
れるとともに、第２の半導体層の厚さが第２の半導体層
内に中性領域を生じない範囲で決定されることを特徴と
する半導体装置を提供するものである。
ま表いＧａ Ａｓよりなる第１の半導体層と、該半導体
層上にＡｎｚＧａ＋−ｚＡｓ よりなる第２および第
３の半導体層を積層し、第１の半導体層の第２の半導体
層との界面近傍に２次元電子ガスが形成される層構造を
有し、第３の半導体層上に該２次元電子ガスのキャリア
濃度を制御する制御電極と、該制御電極を挾んで設けら
れ、該２次元電子ガスにオーミックに接触する複数個の
電極を有する半導体装置において、第３の半導体層の不
純物濃度が深い不純物準位を形成しない範囲内で決定さ
れるとともに、第２の半導体層の厚さが第２の半導体層
内に中性領域を生じない範囲で決定されることを特徴と
する半導体装置を提供するものである。
Ｃ１合つ
以下に第６図および第７図を用いて本発明の原理と作用
を詳細に説明する。
を詳細に説明する。
第６図は本発明のへテロ界面近くのバンド図である。実
線は伝導帯の底を表しており、半導体層１はチャネル層
、半導体層２，３は電子供給層である。第６図において
、各部の記号は次の通りである。
線は伝導帯の底を表しており、半導体層１はチャネル層
、半導体層２，３は電子供給層である。第６図において
、各部の記号は次の通りである。
φＳ二半導体層１（例えばノンドープａａＡｔｔ ）の
へテロ界面での伝導帯底と７工ルミーｍ位のエネルギ差 φＦ：フェルミ準位と半導体層３（例えばｎ型ＡｌｌＧ
ａＡｓ層）中の中性領域での伝導帯底とのエネルギ差 φ： 半導体層３中の中性領域での伝導帯底と、半導体
層２のへテロ界面での伝導帯底とのエネルギ差 ΔＥ６：へテロ界面での伝導帯底の不連続エネルギさて
、本発明では、半導体層２中に中性領域が生じないこと
が要件であるから、半導体層２の厚さｄは以下の範囲で
あることが必要である。
へテロ界面での伝導帯底と７工ルミーｍ位のエネルギ差 φＦ：フェルミ準位と半導体層３（例えばｎ型ＡｌｌＧ
ａＡｓ層）中の中性領域での伝導帯底とのエネルギ差 φ： 半導体層３中の中性領域での伝導帯底と、半導体
層２のへテロ界面での伝導帯底とのエネルギ差 ΔＥ６：へテロ界面での伝導帯底の不連続エネルギさて
、本発明では、半導体層２中に中性領域が生じないこと
が要件であるから、半導体層２の厚さｄは以下の範囲で
あることが必要である。
ただし、
−は電子の比電荷（電子の電荷量）
ａは半導体層２の誘電率
ＮＯ２は半導体層２のドナー濃度
ｄは半導体層２の厚さ
上記φとしては、第６図よシ、
φ＝ΔＥ６−φ、−φ、 ・・・・・−・・・
（２）である。
（２）である。
ここで、半導体１をノンドープＧａＡａ 、半導体２゜
３をＡｆｔｚＧａ＋−２Ａａ （Ｚ−０，２）で構成し
た場合、ΔＥｅ 〜０．２ Ｖ ・＝
＝ （３１が知られている。
３をＡｆｔｚＧａ＋−２Ａａ （Ｚ−０，２）で構成し
た場合、ΔＥｅ 〜０．２ Ｖ ・＝
＝ （３１が知られている。
また、半導体層３中のドナーレベルは、伝導帯底よシ約
５ｍ５Ｖでちるから、φ、はほとんど無視でき、 φ、〜ＯＶ ・・・・・・・・・
（４）φ８は、２次元電子濃度ｆｉｇと関係しておシ、
例えば、Ｆｕｊｔｔｓ＝Ｓｅｔ、Ｔａａｈ、Ｊ、Ｖｏｌ
、１９．Ｎｏ、３ｒｐｐ２４３〜２７Ｂ中の図１２に示
してあシ、これを第７図に示している。
５ｍ５Ｖでちるから、φ、はほとんど無視でき、 φ、〜ＯＶ ・・・・・・・・・
（４）φ８は、２次元電子濃度ｆｉｇと関係しておシ、
例えば、Ｆｕｊｔｔｓ＝Ｓｅｔ、Ｔａａｈ、Ｊ、Ｖｏｌ
、１９．Ｎｏ、３ｒｐｐ２４３〜２７Ｂ中の図１２に示
してあシ、これを第７図に示している。
ｎｇは本発明等が調べた結果、半導体層２のドナー濃度
が１．５Ｘ １×１０１６ｃｔｎ−’程度だと、旬〜１
Ｘ １Ｑ” ｃｍ−” であるから、第７図によシ、 φ８〜０．１Ｖ ・・・・・・・・
・（５）が得られる。
が１．５Ｘ １×１０１６ｃｔｎ−’程度だと、旬〜１
Ｘ １Ｑ” ｃｍ−” であるから、第７図によシ、 φ８〜０．１Ｖ ・・・・・・・・
・（５）が得られる。
（３１（４） （５）の各式を（２）に代入して、φ〜
０．１Ｖ が得られる。
０．１Ｖ が得られる。
以上の解析によシ、φは約０．１Ｖなる条件が求められ
た。
た。
次に、第２図の不純物添加濃度と深い準位を形成する割
合のグラフから、ＡｋＧα＋−ｘＡｓ混晶比２がｚ ＝
０．３だとどんなに不純物濃度をおとしても、深い不
純物準位（ＤＸセンター）が発生することがわかる。そ
して、ｙａ ＝０．２位だと不純物浸度が１Ｑ ” ｃ
ｔｎ−’程度以下では深い不純物準位が発生しないこと
がわかる。実用上、深い不純物準位を作る割合が１０俤
程度は許容できることを考慮して詳細に検討した結果、
ＡｆｔｚＧａｔ−２Ａｓ の混晶比２が０．１５以上ま
た、先の（１１式をもとにして１を第２の半導体層の誘
電率、−を電子の電荷量、ＮＯを第２の半導体層の不純
物濃度、φを約０．１Ｖとするとき、前記第２の半導体
層の厚さｄが、 〔実施例〕 第１図は本発明の実施例の半導体装置のエネルギバンド
図である。第１図中、１は実質的に不純物を含まないＧ
ａＡｓ層（チャネル層）、２は第２の半導体層、３は第
３の半導体層で５の中性領域が生じている。４は制御電
極金属であり、これに引加される電圧により、１のＧａ
Ａ、ｓチャネル層に形成される６と指示する２次元電子
濃度ｎ８を制御する。
合のグラフから、ＡｋＧα＋−ｘＡｓ混晶比２がｚ ＝
０．３だとどんなに不純物濃度をおとしても、深い不
純物準位（ＤＸセンター）が発生することがわかる。そ
して、ｙａ ＝０．２位だと不純物浸度が１Ｑ ” ｃ
ｔｎ−’程度以下では深い不純物準位が発生しないこと
がわかる。実用上、深い不純物準位を作る割合が１０俤
程度は許容できることを考慮して詳細に検討した結果、
ＡｆｔｚＧａｔ−２Ａｓ の混晶比２が０．１５以上ま
た、先の（１１式をもとにして１を第２の半導体層の誘
電率、−を電子の電荷量、ＮＯを第２の半導体層の不純
物濃度、φを約０．１Ｖとするとき、前記第２の半導体
層の厚さｄが、 〔実施例〕 第１図は本発明の実施例の半導体装置のエネルギバンド
図である。第１図中、１は実質的に不純物を含まないＧ
ａＡｓ層（チャネル層）、２は第２の半導体層、３は第
３の半導体層で５の中性領域が生じている。４は制御電
極金属であり、これに引加される電圧により、１のＧａ
Ａ、ｓチャネル層に形成される６と指示する２次元電子
濃度ｎ８を制御する。
７はフェルミ準位を指示するものである。また、φは半
導体層３中の中性領域での伝導帯底と、半導体層２のへ
テロ界面での伝導帯底とのエネルギ差を表す。
導体層３中の中性領域での伝導帯底と、半導体層２のへ
テロ界面での伝導帯底とのエネルギ差を表す。
第２図ＫＳｉ添加Ａ１ｚＧａ１−２Ａｓにおける深い不
純物の割合の添加濃度依存性を示している。第２図のよ
うに、ＡｆｌｚＧα１−２ Ａｓ中にＳｔを添加した場
合、２値と添加量によシ、深い不純物準位を形成する割
合が決まる。２次元電子濃度と相互コンダクタンスを大
きくえもつために、第２の半導体層２は１Ｘ １Ｑ”ａ
ｍ−’程度に添加されることが必要であり、２次元電子
の移動度を高く保ため、ｘ値は０．１５以上であること
が必要である。−方、２値が大きくなると、深い準位を
形成する割合が増大するため、０．２３以下であること
が必要である。これらの要請によシ、２値と不純物濃度
の範囲が決定される。
純物の割合の添加濃度依存性を示している。第２図のよ
うに、ＡｆｌｚＧα１−２ Ａｓ中にＳｔを添加した場
合、２値と添加量によシ、深い不純物準位を形成する割
合が決まる。２次元電子濃度と相互コンダクタンスを大
きくえもつために、第２の半導体層２は１Ｘ １Ｑ”ａ
ｍ−’程度に添加されることが必要であり、２次元電子
の移動度を高く保ため、ｘ値は０．１５以上であること
が必要である。−方、２値が大きくなると、深い準位を
形成する割合が増大するため、０．２３以下であること
が必要である。これらの要請によシ、２値と不純物濃度
の範囲が決定される。
また、第３の半導体層に形成され深い準位が形成されな
いように、その不純物濃度は５ ｘ １Ｑ” ａｍ−’
以下Ｉ Ｘ １×１０１６ｃ−ｎ％−３以上であること
が必要である。さらに、第２の半導体が空乏化する必要
性から、上記した式 から第２の半導体層の厚さｄが決定される。
いように、その不純物濃度は５ ｘ １Ｑ” ａｍ−’
以下Ｉ Ｘ １×１０１６ｃ−ｎ％−３以上であること
が必要である。さらに、第２の半導体が空乏化する必要
性から、上記した式 から第２の半導体層の厚さｄが決定される。
第３図は本発明の実施例を素子断面要部図で示している
。図中、各部の記号は第１図と対応部分について統一し
てあり、８はＧａＡｓ基板、１は不純物を添加しないＧ
ａＡａ （チャネル層）、２．３はそれぞれＳ（を１×
１０１６ｃｍ−’、 １×１０１６ａｍ−” 程度添加
したＡｆｔｚＧａｌ−ｚＡｓ （ｚ ＝０．２ ）、９
はＳｔを１Ｑ”６ｍ−５程変添加したＧａＡｎ、１０，
１１は入／出力電極、１２は制御電極である。半導体層
２の厚さは８０Ａにすることで半導体層２を完全に空乏
化でき、しかも、ｚ ＝ ０．２としたのでＳｔ濃度１
×１０１６ｃ、ｍ−’では深い不純物準位は殆ど存在し
ない。このため、閾値電圧の温度変化や、低温での光照
射による動作特性の変化がなくなυ、しかも、オーミッ
クコンタクトが容易にとれ、相互コンダクタンスが低下
しない。
。図中、各部の記号は第１図と対応部分について統一し
てあり、８はＧａＡｓ基板、１は不純物を添加しないＧ
ａＡａ （チャネル層）、２．３はそれぞれＳ（を１×
１０１６ｃｍ−’、 １×１０１６ａｍ−” 程度添加
したＡｆｔｚＧａｌ−ｚＡｓ （ｚ ＝０．２ ）、９
はＳｔを１Ｑ”６ｍ−５程変添加したＧａＡｎ、１０，
１１は入／出力電極、１２は制御電極である。半導体層
２の厚さは８０Ａにすることで半導体層２を完全に空乏
化でき、しかも、ｚ ＝ ０．２としたのでＳｔ濃度１
×１０１６ｃ、ｍ−’では深い不純物準位は殆ど存在し
ない。このため、閾値電圧の温度変化や、低温での光照
射による動作特性の変化がなくなυ、しかも、オーミッ
クコンタクトが容易にとれ、相互コンダクタンスが低下
しない。
本発明によれば、閾値電圧の温度変化が小さく、低温で
の動作が安定であり、シかも、入／出力電極と２次元電
子との接続が容易で、電流が２次元電子層を通シ、製造
が複雑でない構造のものが得られる。
の動作が安定であり、シかも、入／出力電極と２次元電
子との接続が容易で、電流が２次元電子層を通シ、製造
が複雑でない構造のものが得られる。
第１図は本発明の実施例の素子のエネルギバンド図、
第２図はＳ（添加Ａ１ｚＧａ＋−２Ａａにおける深い不
純物準位の割合の添加濃度依存性、 第３図は実施例の素子要部断面図、 第４図はＨＥＭＴのエネルギバンド図、第５図（、）〜
（６）は従来例を示すエネルギバンド図、 第６図は本発明におけるペテロ界面近くのバンド図、 第７図は二次元電子濃度を示す線図である。 １・・・不純物無添加ＧａＡｓ ２．１４＋１６．１８−ｎ型Ａ１．ｚＧα、−２Ａ１１
３・・・比較的添加量が小さいＡｉｚＧａ＋−２Ａｔ４
・・・制御電極金属 ５・・・中性領域 ６・・・２次元電子ガス ７・・・フェルミ準位 ８・・・ＧａＡｓ基板 ９・・・ＧａＡｓキャップ層 １０．１１．１２・・・電極 １７・・・無添加Ａ２ｚＧｔＬ＋−ｚＡｊ１９・・・比
較的電子親和力が大きいＡ１ｚＧａ＋−ｚＡａ２０・・
・無添加Ａ１．Ａｓ ２１−＝ Ｓｉ添加ＧａＡｓ
純物準位の割合の添加濃度依存性、 第３図は実施例の素子要部断面図、 第４図はＨＥＭＴのエネルギバンド図、第５図（、）〜
（６）は従来例を示すエネルギバンド図、 第６図は本発明におけるペテロ界面近くのバンド図、 第７図は二次元電子濃度を示す線図である。 １・・・不純物無添加ＧａＡｓ ２．１４＋１６．１８−ｎ型Ａ１．ｚＧα、−２Ａ１１
３・・・比較的添加量が小さいＡｉｚＧａ＋−２Ａｔ４
・・・制御電極金属 ５・・・中性領域 ６・・・２次元電子ガス ７・・・フェルミ準位 ８・・・ＧａＡｓ基板 ９・・・ＧａＡｓキャップ層 １０．１１．１２・・・電極 １７・・・無添加Ａ２ｚＧｔＬ＋−ｚＡｊ１９・・・比
較的電子親和力が大きいＡ１ｚＧａ＋−ｚＡａ２０・・
・無添加Ａ１．Ａｓ ２１−＝ Ｓｉ添加ＧａＡｓ
Claims (1)
- （１）半絶縁性ＧａＡｓ基板上に実質的に不純物を含ま
ないＧａＡｓよりなる第１の半導体層と、該半導体層上
にＡｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓよりなる第２および第
３の半導体層を積層し、第１の半導体層の第２の半導体
層との界面近傍に２次元電子ガス形成されるエピタキシ
ャル層構造を有し、第３の半導体層上に該２次元電子ガ
スのキャリア濃度を制御する制御電極と、該制御電極を
挾んで設けられ、該２次元電子ガスにオーミックに接触
する複数個の電極を有する半導体装置において、 前記第２および第３の半導体層を形成するＡｌ＿ｘＧａ
＿１＿−＿ｘＡｓの混晶比ｘが０．１５以上０．２３以
下であり、かつ第３の半導体層の不純物濃度を５×１０
＾１＾７ｃｍ＾−＾３以下１×１０＾１＾６ｃｍ＾−＾
３以上となし、■を第２の半導体層の誘電率、■を電子
の電荷量、Ｎ＿Ｄを第２の半導体層の不純物濃度、φを
約０．１Ｖとするとき、前記第２の半導体層の厚さｄを
、 √（２■ψ／■Ｎ＿Ｄ）＜ｄ となしたことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14380486A JPS63174A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14380486A JPS63174A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63174A true JPS63174A (ja) | 1988-01-05 |
Family
ID=15347365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14380486A Pending JPS63174A (ja) | 1986-06-19 | 1986-06-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63174A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4828868A (en) * | 1987-04-07 | 1989-05-09 | Elescon, Inc. | Low calorie peanut spread |
| JPH02240937A (ja) * | 1989-03-14 | 1990-09-25 | Matsushita Electron Corp | 電界効果トランジスタ |
-
1986
- 1986-06-19 JP JP14380486A patent/JPS63174A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4828868A (en) * | 1987-04-07 | 1989-05-09 | Elescon, Inc. | Low calorie peanut spread |
| JPH02240937A (ja) * | 1989-03-14 | 1990-09-25 | Matsushita Electron Corp | 電界効果トランジスタ |
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