JPH04343438A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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JPH04343438A
JPH04343438A JP11517891A JP11517891A JPH04343438A JP H04343438 A JPH04343438 A JP H04343438A JP 11517891 A JP11517891 A JP 11517891A JP 11517891 A JP11517891 A JP 11517891A JP H04343438 A JPH04343438 A JP H04343438A
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gate electrode
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Yasunobu Nashimoto
梨本 泰信
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はヘテロ接合電界効果トラ
ンジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】InP基板と格子整合するIn0.53
Ga0.47Asは、電子の移動度および飽和速度がG
aAsよりも大きい。1GHZ 以上の高周波帯で動作
する電界効果トランジスタ(FET)に適した半導体材
料であることが、種々の構造のFETによって確かめら
れている。
【0003】In0.52Al0.48AsはIn0.
53Ga0.47Asと格子整合し、InPまたはIn
0.53Ga0.47As上にエピタキシャル成長でき
る。しかもIn0.53Ga0.47Asよりも電子親
和力が小さいので、N型のIn0.52Al0.48A
sとアンドープのIn0.53Ga0.47Asとを接
合させると、In0.53Ga0.47As内の接合面
近傍に二次元電子ガス層が形成される。
【0004】この二次元電子ガス層を電流チャネルとし
たFETが試作され、優れた性能が確認されている。従
来例として日経マイクロデバイスの1985年11月号
、61ページに紹介されているFETについて、図3を
参照して説明する。
【0005】分子線エピタキシャル成長法(MBE)に
より半絶縁性InP基板1上にアンドープIn0.52
Al0.48Asバッファ層2、アンドープIn0.5
3Ga0.47As電流チャネル層3、アンドープIn
0.52Al0.48Asスペーサ層13、N型Siド
ープIn0.52Al0.48As層14、アンドープ
In0.52Al0.48As層15を順次成長する。
【0006】InAlAsバッファ層2は半絶縁性In
P基板1からの不純物の拡散を防ぎ、InGaAs電流
チャネル層3の電気的特性を向上させる。
【0007】SiドープInAlAs層14よりもIn
GaAs電流チャネル層3の方が電子親和力が大きい。 そのため電子がSiドープInAlAs層14から厚さ
20Aの薄いアンドープInAlAsスペーサ層13を
介してInGaAs電流チャネル層3へ移動する。そう
してInGaAs電流チャネル層3のInAlAsスペ
ーサ層13とのヘテロ接合界面近傍に二次元電子ガス層
5が形成される。
【0008】薄いアンドープInAlAsスペーサ層1
3は、二次元電子ガス層5とSiドープInAlAs層
14内のイオン化したSiドナーとを空間的に隔てるこ
とにより、電子のクーロン散乱が減り、二次元電子ガス
の移動度を向上させるためのものである。
【0009】Alのショットキゲート電極6は最上層の
アンドープInAlAs層15上に形成されており、ソ
ース電極7とドレイン電極8との間に流れる電流を制御
する。このFETのトランスコンダクタンスgm は室
温で440ms/mmが得られており、これは同じゲー
ト電極長のGaAsMESFETを上まわる性能である
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のFETはInY
 Al1−Y Asの混合比がY=0.52であり、ゲ
ート電極とのショットキ接合のショットキ障壁高さが0
.8eVと低い。正のゲートバイアスを印加してエンハ
ンスメントモードで用いると、ゲートリーク電流が10
A/cm2 以上まで増加することが問題となる。
【0011】これを解決するためショットキ障壁高さが
0.8eV以上あるAlZ Ga1−Z As(0<Z
≦1)をInAlAsの代りに用いることが考えられる
が、格子定数が違うので格子整合させることができない
。ヘテロ接合界面で格子定数の差から転位欠陥が発生し
て、FETの特性変動、不安定性が生じて新たな問題と
なる。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の電界効果トラン
ジスタは、InP基板の一主面上にInPと格子整合す
るInGaAsチャネル層とAlAs−InAs超格子
層とが順次形成され、前記AlAs−InAs超格子層
上にゲート電極が形成され、前記InGaAsチャネル
層上にソース電極およびドレイン電極が形成されている
。前記AlAs−InAs超格子層のAlAs薄膜の膜
厚t1とInAs薄膜の膜厚t2 との比t1 /t2
 が下層から上層にかけて次第に減少している。
【0013】
【作用】分子線エピタキシャル成長法(MBE)や有機
金属気相成長法(MOCVD)により格子定数の異なる
化合物半導体薄層が形成されている。各層の厚さを転位
欠陥の発生し始める臨界膜厚以内に止める。各層を交互
に積層することにより、転位欠陥を発生させることなく
、エピタキシャル成長できることが明らかになっている
【0014】格子定数の差が7%あるInAsとAlA
sとの薄層でも各層の厚さを50A以下に限定すること
により、転位欠陥を生じることなく数1000A積層さ
せることができる。またIn0.53Ga0.47As
と格子整合するInY Al1−Y AsのIn組成Y
はY=0.52であるが、このInY Al1−Y A
sと同じ性質の化合物半導体をInAsおよびAlAs
の薄層を交互に積層した超格子で作ることができる。
【0015】すなわちInAsの薄層の厚さt1 とA
lAsの薄層の厚さt2 との比t1 /t2 が0.
52/0.48≒1.08とする。これらを交互に積層
した超格子はIn0.52Al0.48Asと等価にな
り、平均的な格子定数はInPの格子定数と一致すると
みなせる。
【0016】したがってFETの電流チャネル層となる
In0.53Ga0.47As層上にこの超格子を成長
させると、これらの半導体ヘテロ接合界面での格子定数
の違いによる転位欠陥の発生を防ぐことができる。
【0017】そのあと徐々にこの超格子におけるt1 
/t2 を減らす(InAs薄膜の割合を減らす)こと
により、超格子の平均的なバンドギャップが増加する。 こうして金属ゲート電極とのショットキ接合障壁をAl
Asの≒1.2eV付近まで容易に高めることができる
【0018】
【実施例】本発明の第1の実施例について、図1(a)
の断面図および図1(b)の部分拡大断面図を参照して
説明する。
【0019】結晶面が(100)のFeドープ半絶縁性
InP基板1に、MBEにより厚さ5000Aのアンド
ープInAlAsバッファ層2および厚さ1000Aの
アンドープInGaAs電流チャネル層3を順次成長し
た。
【0020】InAlAsバッファ層2およびInGa
As電流チャネル層3のInAs組成比は、それぞれ0
.52および0.53とし、半絶縁性InP基板1と格
子定数を合わせて格子整合させた。
【0021】ソース電極7およびドレイン電極8はAu
Ge・Ni合金からなり、InGaAs電流チャネル層
3上にSiをドープしたInAsおよびAlAs薄層を
複数層積層した超格子4を隔てて配置され、InGaA
s電流チャネル層3と電気的に良好なオーミックコンタ
クトを形成している。
【0022】超格子4上にはAlからなるゲート電極6
が形成され、超格子4を介してInGaAs電流チャネ
ル層3内に形成された二次元電子ガス層5の電子濃度を
制御してソース電極7とドレイン電極8間の電流を制御
する。
【0023】超格子層4は図1(b)に示すように、I
nGaAsチャネル層3上にMBEによってSiを2×
1018cm−3ドープしたInAs層9とAlAs層
10とを交互にエピタキシャル成長した。
【0024】InGaAs電流チャネル層3と接する最
初のAlAs層10の厚さt2 とそのAlAs層10
と接するInAs層9の厚さt1 との比t1 /t2
 は、InGaAs電流チャネル層3(In組成0.5
3)の格子定数と、このAlAs層10およびInAs
層9の平均格子定数とが一致するように、t1 /t2
 =0.52/0.48≒1.08にできるだけ近づけ
た。
【0025】さらにt1 ,t2 はそれぞれのヘテロ
接合界面で転位欠陥を発生させないように、臨界膜厚以
下のそれぞれ52Aおよび48Aとするよう成長をコン
トロールした。
【0026】以後AlAs層10とInAs層9とは、
隣接する2層の膜厚の和が約100Aで、t1 /t2
 が上層になるにつれて徐々に小さくなり、最後にゲー
ト電極5と接する最上部でt1 /t2 =0.064
とした。 実際にはAlAs層10とInAs層9とをそれぞれ4
層ずつエピタキシャル成長し、超格子4の厚さを400
Aとした。
【0027】図1(a)のInGaAsFETで、Al
ゲート電極6と超格子層9とのショットキゲート接合の
障壁高さは約1eVとなる。正バイアスしたゲート電極
のリーク電流はIn0.52Al0.48Asを超格子
4の代りに用いた場合と比べて大幅に減少した。
【0028】例えばゲートバイアス電圧+0.5V印加
時のゲートリーク電流は10−1〜10−2A/cm2
 程度で、In0.52Al0.48Asを用いた場合
の1/100以下となった。InGaAsの二次元電子
ガスを電流チャネルとするFETの高周波帯における雑
音指数が著しく低減された。
【0029】ショットキ接合の障壁高さが高くなったの
でゲート電極の逆方向耐圧も向上し、高周波帯用高出力
素子としての実用化が可能となった。
【0030】つぎに本発明の第2の実施例について、図
2を参照して説明する。
【0031】本実施例では第1の実施例の超格子層4の
上にSiを高濃度ドープしたN+ 型GaAsコンタク
ト層11を付加した。ソース電極7およびドレイン電極
8と半導体層とのコンタクト抵抗を削減する。さらにリ
セス12を形成して超格子層4上にゲート電極6を設け
てゲート電極6およびソース電極7間の直列抵抗を下げ
る構造とした。
【0032】第1の実施例と同様にして超格子層4を成
長したのち、MBEでSiを5×1018cm−3ドー
プした厚さ200AのN+ 型GaAsコンタクト層1
1を成長する。そのあとフォトリソグラフィによりリセ
ス12を形成する。
【0033】本実施例のFETにおいても、第1の実施
例と同様にゲート電極のリーク電流が従来の1/100
程度まで減少し、さらにソース電極とゲート電極間の直
列抵抗が低減され、高周波特性が一層向上した。
【0034】
【発明の効果】FETのIn0.53Ga0.47As
電流チャネル層と接する面では実効的な格子定数が一致
し、ゲート電極とのショットキ接合障壁が大きくなるI
nAsとAlAsの薄層を交互に積層した超格子を形成
した。
【0035】InGaAs電流チャネル層と超格子層と
のヘテロ接合界面で転位欠陥が発生することなく、かつ
FETのゲート電極のリーク電流を著しく減少させるこ
とができる。
【0036】その結果InGaAs固有の高周波帯にお
ける優れた電気的特性を発揮する電界効果トランジスタ
の設計・製造が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施例を示す断面図で
ある。 (b)は超格子層を示す部分断面図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す断面図である。
【図3】従来技術によるFETの断面図である。
【符号の説明】
1    半絶縁性InP基板 2    InAlAsバッファ層 3    InGaAsチャネル層 4    超格子層 5    二次元電子ガス層 6    ゲート電極 7    ソース電極 8    ドレイン電極 9    InAs層 10    AlAs層 11    N+ 型GaAsコンタクト層12   
 リセス 13    アンドープInAlAsスペーサ層14 
   N型InAlAs層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  InP基板の一主面上にInPと格子
    整合するInGaAsチャネル層とAlAs−InAs
    超格子層とが順次形成され、前記AlAs−InAs超
    格子層上にゲート電極が形成され、前記InGaAsチ
    ャネル層上にソース電極およびドレイン電極が形成され
    た電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】  AlAs−InAs超格子層のAlA
    s薄膜の膜厚t1 とInAs薄膜の膜厚t2 との比
    t1 /t2 が下層から上層にかけて次第に減少する
    請求項1記載の電界効果トランジスタ。
  3. 【請求項3】AlAs薄膜とInAs薄膜とのうち、少
    なくとも片方に不純物がドープされている請求項1記載
    の電界効果トランジスタ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6034386A (en) * 1997-06-16 2000-03-07 Nec Corporation Field effect transistor and method of manufacturing the same
US6531414B1 (en) * 1999-05-05 2003-03-11 The United States Of America As Represented By The National Security Agency Method of oxidizing strain-compensated superlattice of group III-V semiconductor
JP2008512863A (ja) * 2004-09-13 2008-04-24 ピコギガ インターナショナル 合金無秩序のないhemt圧電構造
EP2698823A4 (en) * 2011-04-15 2014-10-01 Furukawa Electric Co Ltd SEMICONDUCTOR COMPONENT
CN105390541A (zh) * 2015-10-30 2016-03-09 江苏能华微电子科技发展有限公司 Hemt外延结构及其制备方法

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