JPH01256176A - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
- Publication number
- JPH01256176A JPH01256176A JP63084453A JP8445388A JPH01256176A JP H01256176 A JPH01256176 A JP H01256176A JP 63084453 A JP63084453 A JP 63084453A JP 8445388 A JP8445388 A JP 8445388A JP H01256176 A JPH01256176 A JP H01256176A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- ingaas
- channel
- dimensional electron
- electron gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/82—Heterojunctions
- H10D62/824—Heterojunctions comprising only Group III-V materials heterojunctions, e.g. GaN/AlGaN heterojunctions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/17—Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
- H10D62/351—Substrate regions of field-effect devices
- H10D62/357—Substrate regions of field-effect devices of FETs
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (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】
［４既要コ
ＨＥＭＴなどのＩｎＧａＡｓ系デバイスの構成に関し、
基板に近い下層部の二次元電子ガスの形成を抑え、デバ
イスの性能を向上させることを目的とし、ＩｎＧａＡｓ
からなる活性層を有し、バッファ層を含む結晶成長層と
ＩｎＰ基板との間に、界面準位を形成したＡｌＧａＡｓ
層が設けられていることを特徴とする。
基板に近い下層部の二次元電子ガスの形成を抑え、デバ
イスの性能を向上させることを目的とし、ＩｎＧａＡｓ
からなる活性層を有し、バッファ層を含む結晶成長層と
ＩｎＰ基板との間に、界面準位を形成したＡｌＧａＡｓ
層が設けられていることを特徴とする。
［産業上の利用分野］
本発明はＨＥＭＴなどのＩｎＧａＡｓ系デバイスの構成
に関する。
に関する。
ＨＥ Ｍ Ｔ （Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂ
ｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：高電子移動度トラ
ンジスタ）や各種ＦＥＴなどを構成する化合物半導体デ
バイスは超高速デバイスとして注目されているが、それ
らのデバイスは更にその性能の改善が要望されている。
ｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：高電子移動度トラ
ンジスタ）や各種ＦＥＴなどを構成する化合物半導体デ
バイスは超高速デバイスとして注目されているが、それ
らのデバイスは更にその性能の改善が要望されている。
［従来の技術〕
第３図は従来のＧａＡｓ層 ｎ−ＡｌＧａＡｓ系ＨＥＭ
Ｔの構造断面図を示しており、１は半絶縁性ＧａＡｓ基
板。
Ｔの構造断面図を示しており、１は半絶縁性ＧａＡｓ基
板。
２はノンドープＧａＡｓ層（チャネル層；活性層）。
３はｎ ＝ＡＩＧａＡｓｉＪ （電子供給層）、４はｎ
−ＧａＡｓＮ（コンタクト層）、５はＡＩからなるゲ
ート電極。
−ＧａＡｓＮ（コンタクト層）、５はＡＩからなるゲ
ート電極。
６はソース電極、７はドレイン電極である。
第４図は第３図のエネルギーバンド構造図を示しており
、Ｅｃは伝導帯、ＥＦはフェルミ準位で、二次元電子ガ
ス（２ＤＥＧ）がへテロ界面のＧａＡｓ層（チャネル層
）２側に形成されることを図示している。
、Ｅｃは伝導帯、ＥＦはフェルミ準位で、二次元電子ガ
ス（２ＤＥＧ）がへテロ界面のＧａＡｓ層（チャネル層
）２側に形成されることを図示している。
周知のように、その動作概要は、ｎ −ＡＩＧａＡｓＩ
ｎａＡｓ層−から供給された電子がＧａＡｓ層２へ移動
して、ヘテロ界面のＧａＡｓ層２側に二次元電子ガス（
２ＤＥＣ；点線で示す）を発生し、その２ＤＥＧの流れ
をゲートで制御して、トランジスタ動作させるものであ
る。
ｎａＡｓ層−から供給された電子がＧａＡｓ層２へ移動
して、ヘテロ界面のＧａＡｓ層２側に二次元電子ガス（
２ＤＥＣ；点線で示す）を発生し、その２ＤＥＧの流れ
をゲートで制御して、トランジスタ動作させるものであ
る。
また、第５図は従来のＩｎＧａＡｓ層 ｎ −ＩｎＡｌ
Ａｓ系ＩＩＥＭＴの構造断面図を示しており、１１は半
絶縁性ＩｎＰ基板、１２はノンドープＩｎＡｌＡｓ層（
バッファ層；膜厚５０００人）、１３はノンドープＩｎ
ＧａＡｓＪｉ （チャネル層；膜厚１０００人）、１４
はｎ −１ｎＡＩＡｓ層（電子供給層；膜厚５００人）
、１５はｎ −ＩｎＧａＡｓ層（コンタクトＮ）、１６
はＡＩからなるゲート電極、１７はソース電極、１８は
ドレイン電極である。
Ａｓ系ＩＩＥＭＴの構造断面図を示しており、１１は半
絶縁性ＩｎＰ基板、１２はノンドープＩｎＡｌＡｓ層（
バッファ層；膜厚５０００人）、１３はノンドープＩｎ
ＧａＡｓＪｉ （チャネル層；膜厚１０００人）、１４
はｎ −１ｎＡＩＡｓ層（電子供給層；膜厚５００人）
、１５はｎ −ＩｎＧａＡｓ層（コンタクトＮ）、１６
はＡＩからなるゲート電極、１７はソース電極、１８は
ドレイン電極である。
このＩｎＧａＡｓ層 ｎ −１ｎＡＩＡｓ系ＨＥＭＴの
構造は第３図に示すＧａＡｓ層 ｎ−ＡｌＧａＡｓ系Ｈ
ＥＭＴよりも二次元電子ガス濃度が高く、且つ、ＩｎＧ
ａＡｓ層（チャネル層）１３内では上記第３図に示すＨ
ＥＭＴのＧａＡｓＮ（チャネル層）よりも高速にキャリ
アが動くため、−層高速・高性能化された動作特性か得
られる構造である。
構造は第３図に示すＧａＡｓ層 ｎ−ＡｌＧａＡｓ系Ｈ
ＥＭＴよりも二次元電子ガス濃度が高く、且つ、ＩｎＧ
ａＡｓ層（チャネル層）１３内では上記第３図に示すＨ
ＥＭＴのＧａＡｓＮ（チャネル層）よりも高速にキャリ
アが動くため、−層高速・高性能化された動作特性か得
られる構造である。
なお、ここに、ＩｎＡｌＡｓ層１２（バッファ層）を介
在させているのは、ノンドープＩｎＡｌＡｓ層１３（チ
ャネル層）が絶縁体よりもむしろｎ型に近い性質をもっ
ており、そのノンドープＩｎＧａＡｓ層１３を厚く形成
すると、特性低下の恐れがあるからである。
在させているのは、ノンドープＩｎＡｌＡｓ層１３（チ
ャネル層）が絶縁体よりもむしろｎ型に近い性質をもっ
ており、そのノンドープＩｎＧａＡｓ層１３を厚く形成
すると、特性低下の恐れがあるからである。
次の第６図は第５図に示すＨＥＭＴのエネルギーバンド
構造図を示しており、同様にＥｃは伝轟帯、ＥＦはフェ
ルミ準位である。
構造図を示しており、同様にＥｃは伝轟帯、ＥＦはフェ
ルミ準位である。
ところで、第５図に示すＩｎＧａＡｓ ／ ｎ −Ｉｎ
ＡｌＡｓ系ＨＥＭＴは、第６図のエネルギーバンド構造
図に示しているように、二次元電子ガス（２ＤＥＣ）が
チャネル層１３の両側に形成されて、一方のｎ−ＩｎＡ
ｌＡｓ層１４とＩｎＧａＡｓＦｆ１３とのへテロ界面の
ＩｎＧａＡｓ層１３側の二次元電子ガスは制御可能なチ
ャネル電流となるが、他方のＩｎＡｌＡｓＮｌ２ （バ
ッファ層）に近いヘテロ界面のＩｎＧａＡｓ層１３側の
二次元電子ガスは制御の困難なチャネル暗電流として、
ピンチオフ特性には寄与せず、特性を悪くする欠点があ
る。
ＡｌＡｓ系ＨＥＭＴは、第６図のエネルギーバンド構造
図に示しているように、二次元電子ガス（２ＤＥＣ）が
チャネル層１３の両側に形成されて、一方のｎ−ＩｎＡ
ｌＡｓ層１４とＩｎＧａＡｓＦｆ１３とのへテロ界面の
ＩｎＧａＡｓ層１３側の二次元電子ガスは制御可能なチ
ャネル電流となるが、他方のＩｎＡｌＡｓＮｌ２ （バ
ッファ層）に近いヘテロ界面のＩｎＧａＡｓ層１３側の
二次元電子ガスは制御の困難なチャネル暗電流として、
ピンチオフ特性には寄与せず、特性を悪くする欠点があ
る。
即ち、バッファ層に近いチャネル層下層部に発生する二
次元電子ガスは、チャネル層上層部の二次元電子ガスと
同じくバッファ層における深い不純物準位にあるドナー
によって形成されるが、余程の高電圧を印加しないと空
乏層がチャネル層下層部まで達せず、動作信号のオフ時
にもチャネル電流として残こり、ピンチオフ特性を低下
させることになる。
次元電子ガスは、チャネル層上層部の二次元電子ガスと
同じくバッファ層における深い不純物準位にあるドナー
によって形成されるが、余程の高電圧を印加しないと空
乏層がチャネル層下層部まで達せず、動作信号のオフ時
にもチャネル電流として残こり、ピンチオフ特性を低下
させることになる。
また、このようにチャネル層下層部の二次元電子ガスは
、ｉｃを作成した場合に素子間の電気的分離を不完全と
して、ＩＣの良特性を得ることが困難になる欠点がある
。
、ｉｃを作成した場合に素子間の電気的分離を不完全と
して、ＩＣの良特性を得ることが困難になる欠点がある
。
従って、ＩｎＧａＡｓ ／ ｎ −ＩｎＡｌＡｓ系ＨＥ
ＭＴでは、ＩｎＡｌＡｓ層をバッファ層として介在させ
て、且つ、バッファ層側の二次元電子ガスの発生を抑え
る構造が要望されている。
ＭＴでは、ＩｎＡｌＡｓ層をバッファ層として介在させ
て、且つ、バッファ層側の二次元電子ガスの発生を抑え
る構造が要望されている。
本発明はこの問題点を解消して、下層部の二次元電子ガ
スの発生を抑え、デバイス性能を向上させることを目的
としたＩｎＧａＡｓ層 ｎ −１ｎＡＩＡｓ系半導体装
置を提案するものである。
スの発生を抑え、デバイス性能を向上させることを目的
としたＩｎＧａＡｓ層 ｎ −１ｎＡＩＡｓ系半導体装
置を提案するものである。
［課題を解決するための手段］
その目的は、ＩｎＧａＡｓからなる活性層を有し、バッ
ファ層を含む結晶成長層とＩｎＰ基板との間に、界面準
位を形成した２００Å以下程度の厚さのＡＩＧａＡｓＪ
ｉが設けられている化合物半導体装置によって達成され
る。
ファ層を含む結晶成長層とＩｎＰ基板との間に、界面準
位を形成した２００Å以下程度の厚さのＡＩＧａＡｓＪ
ｉが設けられている化合物半導体装置によって達成され
る。
［作用］
即ち、本発明は、界面準位を形成した、例えば薄膜（２
００Å以下）のＡｌＧａＡｓ５をＩｎＰ基板とバッファ
層との間に設け、その界面準位で電子を捕獲させて電子
の移動を防止し、下層部の二次元電子ガスの形成を抑制
するものである。
００Å以下）のＡｌＧａＡｓ５をＩｎＰ基板とバッファ
層との間に設け、その界面準位で電子を捕獲させて電子
の移動を防止し、下層部の二次元電子ガスの形成を抑制
するものである。
［実施例〕
以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第１図は本発明にかかるＨＥＭＴの構造断面図を示して
おり、１１は半絶縁性１ｎＰ基板、１２はＩｎＡｌＡｓ
層（バッファＮ＞ 、１３はノンドープＩｎＧａＡｓ層
（チャネル層；活性層）、１４はｎ −１ｎＡＩＡｓ層
（電子供給層）、１５はｎ −ＩｎＧａＡｓ層（コンタ
クト層）。
おり、１１は半絶縁性１ｎＰ基板、１２はＩｎＡｌＡｓ
層（バッファＮ＞ 、１３はノンドープＩｎＧａＡｓ層
（チャネル層；活性層）、１４はｎ −１ｎＡＩＡｓ層
（電子供給層）、１５はｎ −ＩｎＧａＡｓ層（コンタ
クト層）。
１６はゲート電極、１７はソース電極、１８はドレイン
電極、 ２０はＡｌＧａＡｓ層（界面準位層）である。
電極、 ２０はＡｌＧａＡｓ層（界面準位層）である。
第２図は第１図のエネルギーバンド構造図を示し、Ｉｎ
Ｐ基板１１からｎ −１ｎＡＩＡｓ層１４（電子供給層
）までの構造図で、Ｅｃは伝導帯、ＥＦはフェルミ準位
である。
Ｐ基板１１からｎ −１ｎＡＩＡｓ層１４（電子供給層
）までの構造図で、Ｅｃは伝導帯、ＥＦはフェルミ準位
である。
この第２図に示すエネルギーバンド構造図と第６図に示
すエネルギーバンド構造図とを比較すれば明らかなよう
に、界面準位層２０を介在させると、その存在のために
バッファ層の伝導帯Ｅｃが引き上げられて高レベルにな
り、その結果、ヘテロ界面のチャネル層側の二次元電子
ガスが形成されなくなる。換言すれば、これは界面準位
Ｊｉ２０に電子をトラツブさせることになる。
すエネルギーバンド構造図とを比較すれば明らかなよう
に、界面準位層２０を介在させると、その存在のために
バッファ層の伝導帯Ｅｃが引き上げられて高レベルにな
り、その結果、ヘテロ界面のチャネル層側の二次元電子
ガスが形成されなくなる。換言すれば、これは界面準位
Ｊｉ２０に電子をトラツブさせることになる。
次に、本発明にかかる構造の界面準位層２０の形成を主
体にした形成法を説明すると、まず、半絶縁性１ｎＰ基
板１１の上に膜厚２０人のＡＩ、、ＧａａｔＡｓ層（界
面準位Ｎ）２０を結晶成長する。この結晶成長には分子
線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法を用いるが、界面準
位層を成長した後、密閉容器から一旦取り出して表面を
大気に接触させて界面準位を形成させる。この時、例え
ば、ＡｌＧａＡｓＮ２Ｏの膜厚は２００Å以下（５０Å
以下が望ましい）と薄＜シて、清々７〜８原子層分のみ
成長する。それは、厚く成長すれば、ＩｎＰ基板との格
子常数の相違から結晶欠陥が発生し易くなるからである
。
体にした形成法を説明すると、まず、半絶縁性１ｎＰ基
板１１の上に膜厚２０人のＡＩ、、ＧａａｔＡｓ層（界
面準位Ｎ）２０を結晶成長する。この結晶成長には分子
線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法を用いるが、界面準
位層を成長した後、密閉容器から一旦取り出して表面を
大気に接触させて界面準位を形成させる。この時、例え
ば、ＡｌＧａＡｓＮ２Ｏの膜厚は２００Å以下（５０Å
以下が望ましい）と薄＜シて、清々７〜８原子層分のみ
成長する。それは、厚く成長すれば、ＩｎＰ基板との格
子常数の相違から結晶欠陥が発生し易くなるからである
。
次いで、ＡｌＧａＡｓ層（界面準位層）２０の上に、ノ
ンドープＩｎＤ、ＧＩ Ａ１６．Ｎ Ａｓ層（バッファ
層＞ １２の厚みを５０００人、ノンドープＩ ｎ 、
、、 Ｇ ａ ｏ＋７Ａ ｓ層（チャネル層）１３の厚
みを１０００人＋ ｎＩ ｎ、、ｈ Ａ ’ａｎ Ａ
３層（電子供給層；不純物濃度ｌＸｌ０’シｄ）１４
の厚みを５００人。
ンドープＩｎＤ、ＧＩ Ａ１６．Ｎ Ａｓ層（バッファ
層＞ １２の厚みを５０００人、ノンドープＩ ｎ 、
、、 Ｇ ａ ｏ＋７Ａ ｓ層（チャネル層）１３の厚
みを１０００人＋ ｎＩ ｎ、、ｈ Ａ ’ａｎ Ａ
３層（電子供給層；不純物濃度ｌＸｌ０’シｄ）１４
の厚みを５００人。
ｎ −Ｉｎ Ｇａ Ａｓ層（コンタクト層）１５の
厚みを２６．７１ １１．軽 ００人にしてエピタキシャル成長する。このエピタキシ
ャル成長したウェハーに電極を形成して仕上げる。この
デバイスを測定すると、良好なピンチオフ特性が得られ
る。
厚みを２６．７１ １１．軽 ００人にしてエピタキシャル成長する。このエピタキシ
ャル成長したウェハーに電極を形成して仕上げる。この
デバイスを測定すると、良好なピンチオフ特性が得られ
る。
上記はＨＥ Ｍ Ｔの実施例であるが、本発明はＨＥＭ
Ｔに限るものではなく、例えば、ｎ −ＩｎＧａＡｓ層
をチャネル層としたＭＩＳＦＥＴにも適用して同様の効
果がある。
Ｔに限るものではなく、例えば、ｎ −ＩｎＧａＡｓ層
をチャネル層としたＭＩＳＦＥＴにも適用して同様の効
果がある。
［発明の効果コ
以上の実施例の説明から明らかなように、本発明によれ
ば活性層（チャネル層）におけるバッファ層側の二次元
電子ガスの形成が抑制され、ピンチオフ特性が向上して
、高速・高性能化したデバイスが得られるものである。
ば活性層（チャネル層）におけるバッファ層側の二次元
電子ガスの形成が抑制され、ピンチオフ特性が向上して
、高速・高性能化したデバイスが得られるものである。
第１図は本発明にかかるＩｎＧａＡｓ ／ ｎ −１ｎ
ＡＩＡｓ系ＨＥＭＴの構造断面図、 第２図はそのエネルギーバンド構造図、第３図は従来の
ＧａＡｓ層 ｎ−ＡｌＧａＡｓ系ＨＥＭＴの構造断面図
、 第４図はそのエネルギーバンド構造図、第５図は従来の
ＩｎＧａＡｓ ／ ｎ−ＩｎＡｌＡｓ系ＨＥＭＴの構造
断面図、 第６図はそのエネルギーバンド構造図である。 図において、 １１は半絶縁性１ｎＰ基板、 １２はノンドープＩｎＡｌＡｓ層（バッファ層）、１３
はノンドープＩｎＧａＡｓ層（チャネル層）、１４はｎ
−１ｎＡＩＡｓ層（電子供給層）、１５はｎ −Ｉｎ
ＧａＡｓ層！ （コンタクト層）、１６はゲート電極、 １７はソース電極、 １８はドレイン電極、 ２０はＩｎＡｌＡｓ層（界面準位層）、を示している。 ２０】）≦、ｄ−１シ１ツイｉ、ｆ オ■閃丙工午ルイーハツＳａＬ＋幻 第２図 第３図 第４図
ＡＩＡｓ系ＨＥＭＴの構造断面図、 第２図はそのエネルギーバンド構造図、第３図は従来の
ＧａＡｓ層 ｎ−ＡｌＧａＡｓ系ＨＥＭＴの構造断面図
、 第４図はそのエネルギーバンド構造図、第５図は従来の
ＩｎＧａＡｓ ／ ｎ−ＩｎＡｌＡｓ系ＨＥＭＴの構造
断面図、 第６図はそのエネルギーバンド構造図である。 図において、 １１は半絶縁性１ｎＰ基板、 １２はノンドープＩｎＡｌＡｓ層（バッファ層）、１３
はノンドープＩｎＧａＡｓ層（チャネル層）、１４はｎ
−１ｎＡＩＡｓ層（電子供給層）、１５はｎ −Ｉｎ
ＧａＡｓ層！ （コンタクト層）、１６はゲート電極、 １７はソース電極、 １８はドレイン電極、 ２０はＩｎＡｌＡｓ層（界面準位層）、を示している。 ２０】）≦、ｄ−１シ１ツイｉ、ｆ オ■閃丙工午ルイーハツＳａＬ＋幻 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- ＩｎＧａＡｓからなる活性層を有し、バッファ層を含
む結晶成長層とＩｎＰ基板との間に、界面準位を形成し
たＡｌＧａＡｓ層が設けられてなる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 |
|---|---|---|---|
| JP63084453A JPH01256176A (ja) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63084453A JPH01256176A (ja) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | 化合物半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01256176A true JPH01256176A (ja) | 1989-10-12 |
Family
ID=13831042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63084453A Pending JPH01256176A (ja) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01256176A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0863554A3 (en) * | 1997-03-05 | 1998-12-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Field-effect transistor |
-
1988
- 1988-04-05 JP JP63084453A patent/JPH01256176A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0863554A3 (en) * | 1997-03-05 | 1998-12-30 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Field-effect transistor |
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