JPH036030A

JPH036030A - 電界効果型半導体装置

Info

Publication number: JPH036030A
Application number: JP14157989A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawamura; 博史川村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1991-01-11

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】（産業上の利用分野）本発明は電界効果型半導体装置に関し、特にヘテロ接合
電界効果型トランジスタの構造に関する。

（従来の技術）第２図に、従来のへテロ接合電界効果型トランジスタ（
以下では、ｒ）（ＥＭＴｊと称す）の断面図を示す。こ
のＨＥＭＴでは、半絶縁性基板１上に、二次元電子ガス
層が形成される不純物がドープされていないＧａＡｓ　
（ｉ−ＧａＡｓ）層２、キャリア供給層となるｎ型不純
物がドープされたＡｌＧａＡｓ層３、及び電極との間に
良好なオーミック接合を与えるためのｎ型ＧａＡｓ層４
がエピタキシャル成長により形成されているｏ　ｎ型Ｇ
ａＡｓ層４上にはソース電極５及びドレイン電極６が、
ＡｌＧａＡｓ層３上にはゲート電極７が形成されている
。

このようなＨＥＭＴでは、ゲート長が短く（例えば、０
．３μｍ程度以下）なると、ソース・ドレイン間の電界
が強くなり、チャネル層である１−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　屓
２　内の電子の一部がホ２１−キャリアとなり、半絶縁
性基板１側に漏洩するようになる。

その結果生じた電流はゲートバイアスによっては制御す
ることができないため、遮断不良を招来することになる
。即ち、充分なゲートバイアスを印加しても、ソース・
ドレイン間の電流が完全には遮断されない。このような
現象は短チャネル効果と呼ばれている。

短チヤネル効果を抑制するために、半絶縁性基板１とｉ
　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　石２との間に、ｐ型の不純物がド
ープされたＧａＡｓ層や、ＡｌＧａＡｓ層を挿入する構
造が提案されている。

しかし、ｐ型のＧａＡｓ層を挿入した構造では、寄生容
量が増加するという問題が生ずる。他方、ＡＩ　ＧａＡ
ｓ層を挿入した構造では、ＡＩＧａＡＳ層上に存在する
１−ＧａＡｓ層２の結晶性が低下し、−特性が劣化する
という問題が生じる。

このため、ｐ型の不純物がドープされたＧａＡｓ層やＡ
ＬＧａＡｓ層に代えて、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ超格子
層を挿入する構造が提案されている（Ａｐｐｌ、　Ｐｈ
ｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　４２（７）、　　ｌ　Ａｐｒｉｌ
　１９Ｂ３）ｏ　　この構造では、超格子により、不純
物拡散が抑制され、平坦性が向上する。そのため、単純
なＡｌＧａＡｓ１ｍを挿入した時に見られたようなチャ
ネル層の結晶性の低下が生じない。この超格子層を用い
た構造の場合には、電気的特性、特に、高周波雑音特性
は良好である。

（発明が解決しようとする課題）しかし、上述のように電子遮断層としての超格子層を挿
入した構造に於いても、ゲート長が更に短くされた場合
には、以前と同様に短チヤネル効果が表れ、やはりＨＥ
ＭＴの雑音指数（Ｎ　Ｆ）や利得等の緒特性が低下する
という問題があった。

本発明の目的は、より一層ゲート長を短くした場合であ
っても、高周波低雑音デバイスとしてのＨＥＭＴの特性
の劣化が生じ難い構造を備えた電界効果型半導体装置を
提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の電界効果型半導体装置は、ＧａＡｓ−ＡｌＧａ
Ａｓ超格子層と、非ドープのＧａＡｓチャネル層と、ｎ
型ＡｌＧａＡｓ層と、ｎ型ＧａＡＳとをこの順に有する
積層構造が半導体基板上に形成され、該非ドープのＧａ
Ａｓチャネル層の該ｎ型ＡｌＧａＡｓ層との界面近傍に
二次元電子ガス層が形成された電界効果型半導体装置で
あって、該非ドープのＧａＡｓチャネル層の厚さが１０
〜２ＱＯｎｍとされており、そのことにより上記目的が
達成される。

（実施例）以下に本発明を実施例について説明する。

第１図に、ＨＥＭＴに適用した本発明の一実施例を示す
。第１図のＨＥＭＴでは、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上
に、非ドープＧａＡｓバッファ層１２（厚さ５００ｎｍ
）、電子遮断用超格子層１３、非ドープＧａＡｓチャネ
ル層１４（厚さ２００ｎｍ）、電子供給層となるＡｌＧ
ａＡｓ層１５、及びＳｉドープ（２ｘｌＯ１８ｃｍ−３
）されたｎ型ＧａＡｓキ＋　’７７層１６　（厚さ１０
１００ｎが積層されている。

超格子層１３は、非ドープＡ　ｌ　ａ、２ｓＧ　ａ　ｅ
、ｖｓＡＳ層１３ａ（厚さｌｏｎｍ）と、非ドープＧａ
Ａ３層１３ｂ（厚さ１０ｎｍ）とを交互に５層ずつ積層
した構造を有している。また、電子供給層となるＡ　Ｉ
　ＧａＡｓ層１５は、非ドープＡ　ｌ　ｌ＋、２５Ｇａ
　１１．７ｓＡ　５層１５ｂ　　（厚さ２層ｍ）　　と
、Ｓｉ　ドープ（Ｉ　Ｘ　１０Ｉ８ａｍ−３）されたｎ
型Ａ　ｌ　１１．２ｓＧ　Ｅ１１！、７５Ａ　５層１５
ａ（厚さ４５ｎｍ）との積層構造を有している。

これらの各層はＭＢＥ法により形成した。このＭＢＥ法
における成長条件は、Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａフラックス比
を約６とし、基板温度は５８０°Ｃとした。

上述の半導体積層構造上に、公知技術により、ソース電
極１７及びドレイン電極１８が、金ゲルマニウム／ニッ
ケル／金（ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ）を用いて形成されて
いる。また、アルミニウムを用いてゲート電極１９が、
ゲート長０．２μｍ１ゲ一ト幅２００μｍの大きさに形
成されている。

本実施例のＨＥＭＴでは、非ドープＧａＡｓチャネル層
１４に於けるＡｌＧａＡｓ層１５との界面近傍に二次元
電子ガス層が形成されている。

本実施例のドレイン電流−電圧特性を第３図に示す。第
３図に示すグラフの左側縦軸の目盛りは２．６３２ｍＡ
単位である。第３図から、充分なゲートバイアスを印加
すれば、ドレイン電流が完全に遮断されることがわかる
。本実施例のＨＥ　ＭＴは、高い相互フンダクタンスｇ
ＩＩを示している。

また、本実施例の雑音指数は０．６ｄＢであり、利得ｉ
；！　１２　ｄ　Ｂであった。このように、本実施例の
ＨＥＭＴは、ゲート長が短くても短チヤネル効果が抑制
されており、優れた遮断特性を示し、しかも良好な電気
的特性を示すものである。

非ドープＧａＡｓチャネル層１４の厚さを、１０　ｎ　
ｍ、　　１５　ｎ　ｍ、　　２０　ｎ　ｍ、　　５０　
ｎ　ｍ、　　ｌ　ＯＯｎｍ、又は１５０ｎｍとした以外
は上述の実施例と同様の構成を有するＨＥＭＴを作製し
て各特性を調べた。その結果、これらのＨＥＭＴは、上
述の実施例と略同様の優れた緒特性を有するものであっ
た。

また、非ドープＧａＡｓチャネル層１４の厚さを、５ｎ
ｍ、２５０ｎｍ、５００ｎｍ、又は１１０００ｎとした
ＨＥＭＴを比較例として作製した。

チャネル層１４が２５０ｎｍ以上の場合には、遮断特性
がやや低下する傾向がみられた。−例として、チャネル
層１４を５００ｎｍとしたＨＥＭＴのドレイン電流−電
圧特性を第４図に示す。尚、第４図に示すグラフの左側
縦軸の目盛りは２．．４７６ｍＡ単位である。この実施
例では、ゲートノクイアスによっては、ドレイン電流が
０にならないことがあり、遮断特性が低下している。

また、チャネル層１４の厚さを５ｎｍとしたＨＥＭＴで
は、雑音指数は０．８ｄＢに低下した。

これは、電子の移動度が低下し、キャリア濃度も低下し
たためと考えられる。

（発明の効果）本発明の構成によれば、このように、チャネル長が短い
にも拘らず優れた遮断特性及び電気特性を示す電界効果
型半導体装置が得られる。

４、′　　の、　な：［第１図は本発明の一実施例の模式的断面図、第２図は従
来例の模式的断面図、第３図は本発明の一実施例のドレ
イン電流−電圧特性を示すグラフ、第４図は比較例のド
レイン電流−電圧特性を示すグラフである。

１１・・・半絶縁性ＧａＡｓ、１２・・・非ドープＧａ
Ａｓバッファ層、１３・・・超格子層、１３ａ・・・非
ドープＡ　Ｉ　ａ、２ｓＧ　ａ　ｌ！、７５Ａ　Ｓ層、
１３　ｂ−・・非ドープＧａＡｓ層、１４　・・・非ド
ープＧａＡｓチャネル層、１５　ａ　−ｎ型Ａ　１　！
１．２ｓＧ　ａ　ｓ、７ｓＡ　ｓ層、　１５１）　−・
・非ドープＡ　Ｉ　＋１．２５Ｇ　ａ　ｓ、ｙｓＡ　ｓ
層。

以　　上

Claims

【特許請求の範囲】

　１、ＧａＡｓ−ＡｌＧａＡｓ超格子層と、非ドープの
ＧａＡｓチャネル層と、ｎ型ＡｌＧａＡｓ層と、ｎ型Ｇ
ａＡｓとをこの順に有する積層構造が半導体基板上に形
成され、該非ドープのＧａＡｓチャネル層の該ｎ型Ａｌ
ＧａＡｓ層との界面近傍に二次元電子ガス層が形成され
ている電界効果型半導体装置であって、該非ドープのＧ
ａＡｓチャネル層の厚さが１０〜２００ｎｍである電界
効果型半導体装置。