JPH04109631A - 半導体装置 - Google Patents

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、ＩｎＰから成る異種（ヘテロ）接合を使用す
る電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

ＩｎＰは飽和電子速度がＧａＡｓやＩ　ｎＧａＡｓより
も速く、しかも、熱伝導率がＧａＡｓよりも高い。従っ
て、このＩｎＰを用いて形成されたＦＥＴは、高周波回
路における高出力の回路素子として適している。一方、
ＩｎＰを素材とするショットキ接合は、従来、良好な接
合状態で形成することが出来なかった。このため、Ｓ　
Ｉ　Ｏ２膜やＳｉＮ膜等の絶縁膜を接合面に形成したＭ
ＩＳ型のへテロ接合ＦＥＴが開発されている。また、Ａ
、ＱＧａＡｓ／ＧａＡｓのへテロ接合界面に形成される
２次元電子ガスを利用したＧａＡｓ系の高電子移動度ト
ランジスタ（ＨＥＭＴ）が存在するか、ＩｎＰから成る
ヘテロ接合を使用するＨＥＭＴも検討されている。

このＩｎＰ系のＨＥＭＴとしては、例えば、第４図に示
される構造のものがある。この構造は、文献［新規なＡ
Ｑ　Ｉ　ｎＡｓ／ＩｎＰ　争ＨＥＭＴＪ（ＥＬＥＣＴＲ
ＯＮＩＣＳ　ＬＥＴＴＥＲ８，ＬＯｔｈ　Ｍａｙ　１９
９０　Ｖｏｌ、２６Ｎｏ、ｌＯ，ｐ６５１　）に開示さ
れたものである。ＩｎＰ半導体基板１上には、バッファ
層であるＡｌｌｎＡｓ層２および活性層であるＩｎＰ層
３が形成されている。さらに、ＩｎＰ層３上には、アン
ドープのＡｇｌｎＡｓ層４が形成され、Ａ、ＱＩｎＡｓ
層４上にはｎ＋型のＡｌｌＩｎＡｓ層５およびｎ＋型の
ＩｎＰ層６か形成されている。そして、ケート電極７か
ＡＪ７ＩｎＡｓ層５上に形成され、ドレイン電極８およ
びソース電極９がＩｎＰ層６上に形成されている。この
Ａ、ＱＩｎＡｓ／１ｎＰのへテロ接合を使用したＨＥＭ
Ｔも、高周波回路における高出力の回路素子として有望
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のＩｎＰを使用したＭＩｓ型Ｆ
ＥＴにあっては、金属と半導体との接合面に絶縁膜が形
成されているため、半導体と絶縁膜との界面に高濃度の
界面準位が存在する。このため、この界面準位が原因に
なってドレイン電流にドリフト現象が発生し、また、低
周波数領域で伝達特性にヒステリシス現象が発生してし
まう。

一方、ｎ−Ａ１１ｎＡｓ／Ｉ　ｎＰのへテロ接合を使用
したＨＥＭＴにあっては、ＡＪ７１ｎＡｓ１−の界面に
おけるＡｇ元素とＰ元素との相性が悪く、結晶の整合性
は良くなかった。このため、ＩｎＰ系のＨＥＭＴにあっ
ては、ＧａＡｓ系のＨＥ　Ｍ　Ｔにおけるような高移動
度の電子を得ることか８来す、良好な高周波特性か達成
されなかった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこのような課題を解消するためになされたもの
で、組成比Ｘか０．６５以上０．８５以下で構成される
（ＡｇＡｓ）　　　（ＩｎＳｂ）１−ｘ１−のへテロ接
合を備えて半導体装置を形成したものである。

〔作用〕

ＡｇＡｓの格子定数は５．６５Ａ、１ｎｓｂの格子定数
は６，５Ａである。従って、ＡＪ７Ａｓの組成比Ｘを０
．６５以上０．８５以下の範囲内で（ＡｇＡｓ）　　　
（ＩｎＳｂ）　　　を構成することｘ　　　　　　　　
ｌ−ｘ により、（ＡｇＡｓ）　　　（ＩｎＳｂ）　　　は格子
ｘ　　　　　　　　１−Ｘ 定数が５．８５ＡのＩｎＰに格子整合し、良好な接合状
態のへテロ接合が形成される。

また、この範囲内でのある組成比における（ＡＮ　Ａｓ
）　　　（Ｉ　ｎ５ｂ）　　　のエネルギパンｘ　　　
　　　　１−ｘ ド図は第１図（ａ）に示される。伝導帯の底のエネルギ
準位Ｅｃと価電子帯の頂上のエネルギ準位Ｅｖとの差に
相当するエネルギギャップＥｇは例えば１．３３ｅＶに
なり、伝導帯の底のエネルギ準位Ｅｃにある電子を真空
準位ＥＯに取り出す電子親和力χｌは例えば約３．８ｅ
Ｖと推定される。

また、ＩｎＰのエネルギバンド図は同図（ｂ）に示され
、エネルギギャップＥｇは１．３５ｅＶ。

電子親和力χ２は約４．４ｅＶになっている。従って、
これらＣＡＲＡｓ）　　　（Ｉ　ｎ５ｂ）　　　とｘ　
　　　　　　　トｘ ＩｎＰとのへテロ接合部における伝導帯には、同ＩＺ　
（Ｃ）に示されるように、両者の電子親和力の差（χ２
−χ１）に相当する、大きさΔＥＣが例えば約０．６ｅ
Ｖのエネルギスパイクが生じる。

〔実施例〕

次に本発明によるヘテロ接合をＨＥＭＴに適用した場合
の一実施例について説明する。

第２図はこの一実施例によるＩｎＰ系のＨＥＭＴの構造
を示す断面図であり、以下の各製造工程を経ることによ
り完成される。

まず、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法などの結晶成長技
術により、半絶縁性のＩｎＰ半導体基板１１上にバッフ
ァ層１２．チャネル層１３および電子供給層１４を順次
形成する。バッファ層１２の材質はアンドープのＡＩ）
　　　Ｉｎ　　　Ａｓであ０．４８　　０．５２ す、その厚さは約１μｍである。チャネル層１３の材質
はアンドープのＩｎＰであり、その厚さは１０００Ａで
ある。また、電子供給層１４の材質は、ＡＪ１＋ＡＳの
組成比Ｘが０．６５以上０．８５以下に構成された（Ａ
ＮＡｓ）Ｘ （ＩｎＳｂ）　　　であり、この（ＡＩ）Ａｓ）ｘ−ｘ （ＩｎＳｂ）　　　には濃度が１×１０１８個／−ｘ Ｃｍ３のドナー不純物か添加されている。この組成比に
おいて、ｎ　　（ＡＩ　Ａｓ）　ｘ（ＩｎＳｂ）　　　
からなる電子供給層１４はアン−ｘ ドープＩｎＰからなるチャネル層１３と良好な格子整合
を形成している。また、電子供給層１４の厚さは５００
Ａである。

次に、通常のフォトリソグラフィ技術を使用し、素子間
分離のためのマスクパターンを電子供給層１４上に形成
する。そして、このパターンを利用したメサエッチング
により、各素子間を電気的に分離し、その後、形成した
マスクパターンを除去する。引き続いて露出した電子供
給層１４上にＡｕＧｅ／Ｎｉなどの金属を蒸着し、フォ
トリソグラフィ技術により蒸着した金属を選択的に除去
する。そして、合金化処理を施して金属と電子供給層］
４とのオーミック接触を取り、ソース電極１５およびド
レイン電極１６を形成する。

最後に、フォトリソグラフィ技術によりマスクパターン
を形成し、Ｔ　ｉ　／　Ｐ　ｔ　／　Ａ　ｕ金属などを
選択的に形成する。そして、この金属と電子供給層１４
とのショットキ接触を取り、ゲート電極１７を形成する
。この結果、第２図に示される構造のＨＥＭＴが完成す
る。

本実施例によるＨＥＭＴのへテロ接合の界面、つまり、
ｎ−ＡＩＩｎＡｓＳｂからなる電子供給層１４とアンド
ープのＩｎＰからなるチャネル層１３との界面近傍のチ
ャネル層１３には点線で示される２次元電子ガスが生成
される。この２次元電子ガスは、ゲート電極１７領域の
第３図に示されるエネルギハンド図において次のように
表される。同図の左側はケート電極１７（ゲート金属）
中央は電子供給層１４輸−（ＡＩＡｓ）Ｘ（ＩｎＳｂ）
　　　）、右側はチャネル層１３（ア■−Ｘ ントープＩｎＰ）の領域に対応しており、伝導帯の底の
エネルギ準位ＥＣが実線、フェルミ準位ＥＦか点線で示
されている。

電子供給層１４とチャネル層１３との接合部には、前述
した第１図に示される大きさΔＥｃか約６００ｍｅＶの
エネルギスパイクか現れる。電子供給層１４に添加され
たドナー不純物から放出された電子はこのスパイク部に
図示の斜線のように蓄積し、２次元電子ガスが生成され
る。この２次元電子ガス濃度はゲート電極１７への印加
電圧によって調整される。

本実施例における（Ａｊ？Ａｓ）ｘ （Ｉ　ｎ　Ｓ　ｂ　）　　　／　Ｉ　ｎ　Ｐのへテロ接
合界面は、ｘ 上述のように結晶格子の整合性が良く、高品質に形成さ
れている。このため、ヘテロ接合界面における界面準位
の濃度は低下し、従来のようにドレイン電流のドリフト
現象や、伝達特性のヒステリシス現象は発生しない。ま
た、２次元電子ガスはこの高品質な界面近傍のチャネル
層１３中に形成され、かつ、このチャネル層１３は高電
界での電子輸送特性に優れたＩｎＰによって形成されて
いる。このため、２次元電子ガスの移動度は高くなる。

従って、本実施例によるヘテロ接合は、ＨＥＭＴの他に
、特に、高電界が印加される高周波回路素子に利用する
と効果的である。

また、（ＡＩ　Ａｓ）　　　（Ｊ　ｎ５ｂ）　　　およ
びｘ　　　　　　　　１−ｘ ＩｎＰの各電子親和力の差は前述のように約０．６ｅＶ
であり、一方、従来のＡｐｌｎＡｓ／ｒｎＰのへテロ接
合における各半導体の電子親和力の差は約０．２ｅＶで
ある。このため、第３図に示されるエネルギスパイクの
大きさΔＥｅは従来より大きくなり、２次元電子ガスの
蓄積量が増大してガス濃度を高くとれる。従って、ＨＥ
ＭＴのチャネル層１３に通電される電流量は増大し、電
流駆動能力に優れた高出力の高周波回路用素子が提供さ
れる。

なお、上記実施例は本発明によるヘテロ接合をＨＥＭＴ
に適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ（ＨＢ　Ｔ）に適用しても良く、上記実施例と同様
な効果を奏する。この場合のＨＢＴは、エミッタに（Ａ
ｉ）Ａｓ）ｘ（ＪｎＳｂ）　　　　　　（０，６５≦Ｘ
≦０．　８５）１、−ｘ ベースにｐ−ＩｎＰ、　　コレクタにｎ−１ｎＰを使用
して形成する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、組成比Ｘか０，６
５以上０，８５以下で構成される（ＡＪ７Ａｓ）　　　
（ＩｎＳｂ）　　　１−のへテロ接ｘ　　　　　　　　
　　　　　　１−ｘ 合は、界面の結晶格子の整合性が良好な状態で形成され
る。このため、ヘテロ接合界面の界面準位濃度は低減し
、高濃度の界面準位に一起因する従来の種々の課題は解
決される。しかも、ＩｎＰの有する速い飽和電子速度、
および高い熱伝導率といった特性か半導体装置に生かさ
れ、高周波特性の優れた高出力の素子を提供することが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるヘテロ接合のエネルギバンド構造
を示す図、第２図は本発明の一実施例によるＨＥＭＴの
構造を示す断面図、第３図は第２図に示されたＨ　Ｅ　
ＭＴのゲート領域におけるエネルギバンド構造を示す図
、第４図は従来のＨＥ　ＭＴの構造を示す断面図である
。 １１・・・半絶縁性基板（ＩｎＰ）、１２・・・バッフ
ァ層（アンドープＡＲＩｎ　　　Ａｓ）、０．４８　　
０．５２ １３・・・チャネル層（アンドープＩｎＰ）、１４・・
・電子供給層（ｎ　−（Ａｊｌｌ　Ａｓ）　ｘ（ＩｎＳ
ｂ）　　　）、１５−ソース電極、１６−＝−ｘ ドレイン電極、１７・・・ゲート電極。 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　塩　　　１）　　辰　　　也従来のＨＥＭＴの構
造 竿４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 組成比ｘが０．６５以上０．８５以下で構成される（Ａ
   ｌＡｓ）＿ｘ（ＩｎＳｂ）＿１＿−＿ｘとＩｎＰとの異
   種接合を備えて形成されることを特徴とする半導体装置
   。