JPH05121453A - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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- JPH05121453A JPH05121453A JP3311826A JP31182691A JPH05121453A JP H05121453 A JPH05121453 A JP H05121453A JP 3311826 A JP3311826 A JP 3311826A JP 31182691 A JP31182691 A JP 31182691A JP H05121453 A JPH05121453 A JP H05121453A
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- H10D30/475—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having wider bandgap layer formed on top of lower bandgap active layer, e.g. undoped barrier HEMTs such as i-AlGaN/GaN HEMTs
- H10D30/4755—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having wider bandgap layer formed on top of lower bandgap active layer, e.g. undoped barrier HEMTs such as i-AlGaN/GaN HEMTs having wide bandgap charge-carrier supplying layers, e.g. modulation doped HEMTs such as n-AlGaAs/GaAs HEMTs
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】上記電子分布の重心が変化しにくいＨＥＭＴ構
造の化合物半導体装置を提供する。 【構成】アンド−プ半導体層２と、前記アンド−プ半導
体層２上に形成され該アンド−プ半導体層２よりも電子
親和力が小さく且つ不純物がド−プされたド−プ半導体
層３と、前記ド−プ半導体層３上に形成されたゲ−ト電
極４と、前記ド−プ半導体層３上に形成されたキャップ
層５と、前記キャップ層５上にそれぞれ形成されたソ−
ス電極６及びドレイン電極７と、を有する化合物半導体
装置において、前記ド−プ半導体層３の下に電子親和力
が徐々に大きくなる第１の高抵抗半導体チャンネル層９
と、該第１の高抵抗半導体チャンネル層の下に電子親和
力が徐々に小さくなる第２の高抵抗半導体チャンネル層
１０を設けた構成。
造の化合物半導体装置を提供する。 【構成】アンド−プ半導体層２と、前記アンド−プ半導
体層２上に形成され該アンド−プ半導体層２よりも電子
親和力が小さく且つ不純物がド−プされたド−プ半導体
層３と、前記ド−プ半導体層３上に形成されたゲ−ト電
極４と、前記ド−プ半導体層３上に形成されたキャップ
層５と、前記キャップ層５上にそれぞれ形成されたソ−
ス電極６及びドレイン電極７と、を有する化合物半導体
装置において、前記ド−プ半導体層３の下に電子親和力
が徐々に大きくなる第１の高抵抗半導体チャンネル層９
と、該第１の高抵抗半導体チャンネル層の下に電子親和
力が徐々に小さくなる第２の高抵抗半導体チャンネル層
１０を設けた構成。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＨＥＭＴ（High Electr
onMobility Transistor）等の化合物半導体装置に関す
るものである。
onMobility Transistor）等の化合物半導体装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ヘテロ接合界面に蓄積された２次元電子
ガスを利用した電界効果トランジスタとしてＨＥＭＴ構
造が注目されている。このＨＥＭＴ構造は図６に示すよ
うに基板１上にアンド−プの半導体層２と、それより電
子親和力が小さく、且つ不純物がド−プされたド−プ半
導体層３と、その上に形成されたゲ−ト電極４及びその
両側のキャップ層５上に形成されたソ−ス電極６及びド
レイン電極７から構成されており、このＨＥＭＴ構造で
は電子親和力の小さいド−プ半導体層３に添加されたド
ナ−不純物は全てイオン化され、このイオン化により生
じた電子が電子親和力の大きなアンド−プ半導体層２と
のヘテロ界面に蓄積され２次元電子ガス８を形成してい
る。
ガスを利用した電界効果トランジスタとしてＨＥＭＴ構
造が注目されている。このＨＥＭＴ構造は図６に示すよ
うに基板１上にアンド−プの半導体層２と、それより電
子親和力が小さく、且つ不純物がド−プされたド−プ半
導体層３と、その上に形成されたゲ−ト電極４及びその
両側のキャップ層５上に形成されたソ−ス電極６及びド
レイン電極７から構成されており、このＨＥＭＴ構造で
は電子親和力の小さいド−プ半導体層３に添加されたド
ナ−不純物は全てイオン化され、このイオン化により生
じた電子が電子親和力の大きなアンド−プ半導体層２と
のヘテロ界面に蓄積され２次元電子ガス８を形成してい
る。
【０００３】この２次元電子ガス８はゲ−ト電極４に電
圧を印加することにより制御することができ、これによ
りソ−ス・ドレイン間に流れる電流を制御することがで
きる。
圧を印加することにより制御することができ、これによ
りソ−ス・ドレイン間に流れる電流を制御することがで
きる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、２次元電子
ガスの電子分布Ｄは実際には図７のエネルギ−バンド図
に示すように広がりをもった山型をなしている。図
（イ）はゲ−ト電極４に電圧を印加しない不使用状態で
の電子分布を示しており、同図（ロ）はゲ−ト電極４に
或る負電圧を印加したときの電子分布を示している。こ
れから分かるようにＨＥＭＴにおいて２次元電子ガスの
電子分布Ｄは負電圧をゲ−ト電極４にかけると広がりが
大きな山型となる。そして、その広がり具合いは負電圧
の大きさによって変わる。別の言葉でいえば、ゲ−ト電
極４に印加される負電圧が大きくなれば、なるほど電子
分布の重心Ｐはヘテロ界面から離れていってしまう。こ
のため、特に低雑音ＨＥＭＴのように電流を絞って（ゲ
−ト電極に負電圧を印加して）使用する場合に、電子の
制御性が悪くなり、良好な低雑音特性が得られないとい
う問題があった。本発明はこのような点に鑑みなされた
ものであって、上記電子分布の重心が変化しにくいＨＥ
ＭＴ構造の化合物半導体装置を提供することを目的とす
る。
ガスの電子分布Ｄは実際には図７のエネルギ−バンド図
に示すように広がりをもった山型をなしている。図
（イ）はゲ−ト電極４に電圧を印加しない不使用状態で
の電子分布を示しており、同図（ロ）はゲ−ト電極４に
或る負電圧を印加したときの電子分布を示している。こ
れから分かるようにＨＥＭＴにおいて２次元電子ガスの
電子分布Ｄは負電圧をゲ−ト電極４にかけると広がりが
大きな山型となる。そして、その広がり具合いは負電圧
の大きさによって変わる。別の言葉でいえば、ゲ−ト電
極４に印加される負電圧が大きくなれば、なるほど電子
分布の重心Ｐはヘテロ界面から離れていってしまう。こ
のため、特に低雑音ＨＥＭＴのように電流を絞って（ゲ
−ト電極に負電圧を印加して）使用する場合に、電子の
制御性が悪くなり、良好な低雑音特性が得られないとい
う問題があった。本発明はこのような点に鑑みなされた
ものであって、上記電子分布の重心が変化しにくいＨＥ
ＭＴ構造の化合物半導体装置を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、アンド−プ半導体層と、前記アンド−プ半
導体層上に形成され該アンド−プ半導体層よりも電子親
和力が小さく且つ不純物がド−プされたド−プ半導体層
と、前記ド−プ半導体層上に形成されたゲ−ト電極と、
前記ド−プ半導体層上に形成されたキャップ層と、前記
キャップ層上にそれぞれ形成されたソ−ス及びドレイン
電極と、を有する化合物半導体装置において、前記ド−
プ半導体層の下に電子親和力が徐々に大きくなる第１の
高抵抗半導体チャンネル層と、該第１の高抵抗半導体チ
ャンネル層の下に電子親和力が徐々に小さくなる第２の
高抵抗半導体チャンネル層を設けた構成となっている。
本発明では、アンド−プ半導体層と、前記アンド−プ半
導体層上に形成され該アンド−プ半導体層よりも電子親
和力が小さく且つ不純物がド−プされたド−プ半導体層
と、前記ド−プ半導体層上に形成されたゲ−ト電極と、
前記ド−プ半導体層上に形成されたキャップ層と、前記
キャップ層上にそれぞれ形成されたソ−ス及びドレイン
電極と、を有する化合物半導体装置において、前記ド−
プ半導体層の下に電子親和力が徐々に大きくなる第１の
高抵抗半導体チャンネル層と、該第１の高抵抗半導体チ
ャンネル層の下に電子親和力が徐々に小さくなる第２の
高抵抗半導体チャンネル層を設けた構成となっている。
【０００６】
【作用】このような構成によると、電子が蓄積される部
分のエネルギ−バンドがＶ字型の対称構造となり、蓄積
された電子よりなる分布の重心はゲ−ト電極に負電圧が
かかってエネルギ−バンドのポテンシャルが全体的に上
がってもその電子分布重心とヘテロ界面との距離は変化
しない。よって、電子の制御性がよくなる。これに対し
従来例ではヘテロ接合側で急峻であるためゲ−ト電圧を
変化させると基板１側のバンドだけが変化し、それにつ
られて電子分布Ｄも変化すると考えられる。
分のエネルギ−バンドがＶ字型の対称構造となり、蓄積
された電子よりなる分布の重心はゲ−ト電極に負電圧が
かかってエネルギ−バンドのポテンシャルが全体的に上
がってもその電子分布重心とヘテロ界面との距離は変化
しない。よって、電子の制御性がよくなる。これに対し
従来例ではヘテロ接合側で急峻であるためゲ−ト電圧を
変化させると基板１側のバンドだけが変化し、それにつ
られて電子分布Ｄも変化すると考えられる。
【０００７】
【実施例】本発明を実施した図１において、図６の従来
例と同一の部分には同一の符号を付して重複説明を省略
する。本実施例で特徴とするところは、ド−プ半導体層
３とアンド−プ半導体層２との間に、電子親和力が下方
（アンド−プ半導体層２側）に向けて徐々に大きくなる
第１の高抵抗半導体チャンネル層９と、電子親和力が下
方に向けて徐々に小さくなる第２の高抵抗半導体チャン
ネル層１０を設けている点である。
例と同一の部分には同一の符号を付して重複説明を省略
する。本実施例で特徴とするところは、ド−プ半導体層
３とアンド−プ半導体層２との間に、電子親和力が下方
（アンド−プ半導体層２側）に向けて徐々に大きくなる
第１の高抵抗半導体チャンネル層９と、電子親和力が下
方に向けて徐々に小さくなる第２の高抵抗半導体チャン
ネル層１０を設けている点である。
【０００８】ここで、第１、第２の高抵抗半導体チャン
ネル層９、１０の組成はいずれもＡｌx・Ｉｎy・Ｇａ1-
x-y・Ａｓであり、その各成分の割合は例えば図２、図
３に示すように定める。尚、ｄは第１、第２の高抵抗半
導体チャンネル層９、１０の層厚の和である。ｄ＝０は
ド−プ半導体層３との界面、ｄ＝ｄ３はアンド−プ半導
体層２との界面を表わす。
ネル層９、１０の組成はいずれもＡｌx・Ｉｎy・Ｇａ1-
x-y・Ａｓであり、その各成分の割合は例えば図２、図
３に示すように定める。尚、ｄは第１、第２の高抵抗半
導体チャンネル層９、１０の層厚の和である。ｄ＝０は
ド−プ半導体層３との界面、ｄ＝ｄ３はアンド−プ半導
体層２との界面を表わす。
【０００９】図２はＡｌのモル比（ｘ）であり、図３は
Ｉｎのモル比（ｙ）である。そして、 ０〜ｄ１ではＡｌx・Ｇａ1-x・Ａｓ ｄ１〜ｄ３ではＩｎy・Ｇａ1-y・Ａｓ ｄ２ではＩｎのモル比（ｙ）が最大 となす。ＧａＡｓにＡｌが入るとエネルギ−ポテンシャ
ルは高くなり、Ｉｎが入ると低くなる。従って、Ｉｎの
モル比が最大となるｄ２は図５（ａ）に示すようにエネ
ルギ−バンド図ではＶ字型の部分の最小値となる。
Ｉｎのモル比（ｙ）である。そして、 ０〜ｄ１ではＡｌx・Ｇａ1-x・Ａｓ ｄ１〜ｄ３ではＩｎy・Ｇａ1-y・Ａｓ ｄ２ではＩｎのモル比（ｙ）が最大 となす。ＧａＡｓにＡｌが入るとエネルギ−ポテンシャ
ルは高くなり、Ｉｎが入ると低くなる。従って、Ｉｎの
モル比が最大となるｄ２は図５（ａ）に示すようにエネ
ルギ−バンド図ではＶ字型の部分の最小値となる。
【００１０】このような第１、第２の高抵抗半導体チャ
ンネル層９、１０を設けることにより、全体的なエネル
ギ−バンドは図４のようになり、ゲ−ト電極４に電圧を
かけない状態（図４（イ））と負電圧をかけた状態（図
４（ロ））とで電子分布Ｄの重心Ｐは変わらない。その
ため使用状態において、電子制御性がよく、低雑音化が
図れる。尚、第１、第２の高抵抗半導体チャンネル層
９、１０を形成する場合に、それぞれ連続的に電子親和
力を変化させることが製造上困難である場合には、Ｖ字
型のバンドが図５（ｂ）の如く段階的に変化するように
形成してもよい。この方法は、各層９、１０内で成分比
が異なる複数の層を多数設けることを意味する。
ンネル層９、１０を設けることにより、全体的なエネル
ギ−バンドは図４のようになり、ゲ−ト電極４に電圧を
かけない状態（図４（イ））と負電圧をかけた状態（図
４（ロ））とで電子分布Ｄの重心Ｐは変わらない。その
ため使用状態において、電子制御性がよく、低雑音化が
図れる。尚、第１、第２の高抵抗半導体チャンネル層
９、１０を形成する場合に、それぞれ連続的に電子親和
力を変化させることが製造上困難である場合には、Ｖ字
型のバンドが図５（ｂ）の如く段階的に変化するように
形成してもよい。この方法は、各層９、１０内で成分比
が異なる複数の層を多数設けることを意味する。
【００１１】尚、図１における他の層の組成を例示して
おくと、アンド−プ半導体層はＧａＡｓ、ド−プ半導体
層３はｎ＋のＡｌＧａＡｓ、キャップ層５はｎ＋のＧａ
Ａｓである。
おくと、アンド−プ半導体層はＧａＡｓ、ド−プ半導体
層３はｎ＋のＡｌＧａＡｓ、キャップ層５はｎ＋のＧａ
Ａｓである。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように本発明のＨＥＭＴ構
造の化合物半導体装置によれば、２次元電子ガスにおけ
る電子分布の重心がゲ−ト電圧によって実質的に変化し
ないので、ゲ−ト電圧による電子の制御性がよく、低雑
音特性のもとで使用できるという効果がある。
造の化合物半導体装置によれば、２次元電子ガスにおけ
る電子分布の重心がゲ−ト電圧によって実質的に変化し
ないので、ゲ−ト電圧による電子の制御性がよく、低雑
音特性のもとで使用できるという効果がある。
【図１】 本発明を実施したＨＥＭＴ構造の化合物半導
体装置の構造図。
体装置の構造図。
【図２】 その要部の説明図。
【図３】 同じく要部の説明図。
【図４】 本実施例の化合物半導体装置のエネルギ−バ
ンド図。
ンド図。
【図５】 その一部の拡大図。
【図６】 従来例の構造図。
【図７】 そのエネルギ−バンド図。
１ 基板 ２ アンド−プ半導体層 ３ ド−プ半導体層 ４ ゲ−ト電極 ５ キャップ層 ６ ソ−ス電極 ７ ドレイン電極 ８ ２次元電子ガス ９ 第１の高抵抗半導体チャンネル層 １０ 第２の高抵抗半導体チャンネル層 Ｄ 電子分布 Ｐ 重心
Claims (2)
- 【請求項１】アンド−プ半導体層と、前記アンド−プ半
導体層上に形成され該アンド−プ半導体層よりも電子親
和力が小さく且つ不純物がド−プされたド−プ半導体層
と、前記ド−プ半導体層上に形成されたゲ−ト電極と、
前記ド−プ半導体層上に形成されたキャップ層と、前記
キャップ層上にそれぞれ形成されたソ−ス及びドレイン
電極と、を有する化合物半導体装置において、 前記ド−プ半導体層の下に電子親和力が徐々に大きくな
る第１の高抵抗半導体チャンネル層と、該第１の高抵抗
半導体チャンネル層の下に電子親和力が徐々に小さくな
る第２の高抵抗半導体チャンネル層を設けたことを特徴
とする化合物半導体装置。 - 【請求項２】前記第１、第２の高抵抗半導体チャンネル
層における電子親和力の変化は段階的であることを特徴
とする請求項１に記載の化合物半導体装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311826A JPH05121453A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 化合物半導体装置 |
| US07/954,909 US5412230A (en) | 1991-10-29 | 1992-09-30 | High electron mobility transistor having improved electron controllability |
| CA002080081A CA2080081C (en) | 1991-10-29 | 1992-10-07 | High electron mobility transistor having improved electron controllability |
| EP92118429A EP0539949B1 (en) | 1991-10-29 | 1992-10-28 | High electron mobility transistor having improved electron controllability |
| DE69208808T DE69208808T2 (de) | 1991-10-29 | 1992-10-28 | Hochelektronengeschwindigkeitstransistor mit einem verbesserter Elektronensteuerbarkeit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3311826A JPH05121453A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 化合物半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05121453A true JPH05121453A (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=18021868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3311826A Pending JPH05121453A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 化合物半導体装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5412230A (ja) |
| EP (1) | EP0539949B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05121453A (ja) |
| CA (1) | CA2080081C (ja) |
| DE (1) | DE69208808T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5596211A (en) * | 1993-01-14 | 1997-01-21 | Nec Corporation | Field effect transistor having a graded bandgap InGaAsP channel formed of a two-dimensional electron gas |
| US6787821B2 (en) | 2000-07-19 | 2004-09-07 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Compound semiconductor device having a mesfet that raises the maximum mutual conductance and changes the mutual conductance |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6328072A (ja) * | 1986-07-21 | 1988-02-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 電界効果トランジスタ |
| JPS6414972A (en) * | 1987-07-08 | 1989-01-19 | Nec Corp | Field-effect transistor |
| JPS6431470A (en) * | 1987-07-27 | 1989-02-01 | Nec Corp | Field effect transistor |
| JPH02202029A (ja) * | 1989-01-31 | 1990-08-10 | Sony Corp | 化合物半導体装置 |
| JPH03224243A (ja) * | 1989-12-26 | 1991-10-03 | Sanyo Electric Co Ltd | 速度変調トランジスタ |
| US5206527A (en) * | 1990-11-09 | 1993-04-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Field effect transistor |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP3311826A patent/JPH05121453A/ja active Pending
-
1992
- 1992-09-30 US US07/954,909 patent/US5412230A/en not_active Expired - Lifetime
- 1992-10-07 CA CA002080081A patent/CA2080081C/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-10-28 DE DE69208808T patent/DE69208808T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-10-28 EP EP92118429A patent/EP0539949B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5596211A (en) * | 1993-01-14 | 1997-01-21 | Nec Corporation | Field effect transistor having a graded bandgap InGaAsP channel formed of a two-dimensional electron gas |
| US6787821B2 (en) | 2000-07-19 | 2004-09-07 | Fujitsu Quantum Devices Limited | Compound semiconductor device having a mesfet that raises the maximum mutual conductance and changes the mutual conductance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69208808T2 (de) | 1996-08-08 |
| EP0539949B1 (en) | 1996-03-06 |
| EP0539949A2 (en) | 1993-05-05 |
| CA2080081A1 (en) | 1993-04-30 |
| US5412230A (en) | 1995-05-02 |
| CA2080081C (en) | 1997-05-20 |
| EP0539949A3 (ja) | 1994-02-02 |
| DE69208808D1 (de) | 1996-04-11 |
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