JPH05121454A - 化合物半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ソ−ス側の抵抗値を小さくし、それによってノ
イズ指数を改善した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、該ゲ−ト電極４の両側に形成されたソ−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のゲ−ト電極直下部分がゲ
−ト電極４へのゲ−ト電圧が非印加の状態では完全に空
乏化されず、前記ゲ−ト電極４にノイズ指数が最小とな
る負電圧を印加した状態では完全に空乏化されるように
前記ド−プ半導体層３の不純物濃度が選ばれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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１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、ゲ−ト電圧が非印加
状態でゲ−ト電極直下のド−プ半導体層３が完全に空乏
化されていることによりヘテロ界面に蓄積された２次元
電子ガスが直接ゲ−ト電圧により制御されることを特徴
としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにゲ−ト電圧の非印加状態でゲ−ト電極直下のド−プ
半導体層が完全に空乏化されている従来のＨＥＭＴ構造
ではソ−ス抵抗が大きくこのままでは高周波での雑音特
性が悪くなる。この点を説明すると、まずソ−ス抵抗は
ソ−ス電極６とキャップ層５の間のコンタクト抵抗とエ
ピタキシャル成長層のシ−ト抵抗の和で表わされる。エ
ピタキシャル成長層のシ−ト抵抗は図１に示したよう
に、更に（Ａ）と（Ｂ）の部分に分けられ、特に（Ｂ）
部分の方が抵抗は大きい。それは、（Ａ）の部分はＩ
１、Ｉ２で示される如く複数の電流路が存在するので、
抵抗が比較的小さいが、Ｂの部分はＩ３で示される如く
通路が少ないからである。

【０００４】ゲ−ト電圧が非印加状態でゲ−ト電極直下
のド−プ半導体層が完全に空乏化されているときのエネ
ルギ−バンドは図５に実線で示すように（Ｂ）部分及び
ゲ−ト電極直下部分とも全体的にやや高く、ゲ−ト電極
直下のド−プ半導体層は電子が殆ど残存しておらず、ま
た（Ｂ）部分のド−プ半導体層でも同様に電子は殆ど残
存しない。次に、ゲ−ト電極に負電圧が印加されたとき
（Ｂ）部分のエネルギ−バンドはゲ−ト電極直下部分ほ
どでないが、図５で点線の如く上昇する。そのため、も
ともと電子が少ない（Ｂ）部分の電子は少なくなる。従
って、使用状態において、（Ｂ）部分の電子が充分でな
く抵抗値が大きくなり、その分、ノイズも大きい。
（Ｂ）の部分の抵抗を下げるにはド−プ半導体層の不純
物濃度を高め電子を増加させればよいが、濃度を高くし
過ぎると上記ゲ−ト電圧を印加した状態でド−プ半導体
層のゲ−ト直下部分が空乏化しなくなり、その状態で素
子を動作させても良好な特性を得ることができなくな
る。

【０００５】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（Ｂ）部分の抵抗値を小さくし、それに
よってノイズ指数を改善したＨＥＭＴ構造の化合物半導
体装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【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、
その両側に形成されたソ−ス電極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
のゲ−ト電極直下部分がゲ−ト電極へのゲ−ト電圧が非
印加の状態では完全に空乏化されず、前記ゲ−ト電極に
ノイズ指数が最小となる負電圧を印加した状態では完全
に空乏化されるように前記ド−プ半導体層の不純物濃度
が選ばれている。

【０００７】また、本発明では、前記ド−プ半導体層の
中央付近にプレナ−ド−プを施し、前記ゲ−ト電極へゲ
−ト電圧が非印加状態では前記ゲ−ト電極直下のプレナ
−ド−プの不純物が全てイオン化されず、前記ゲ−ト電
極にノイズ指数が最小となる負電圧を印加した状態では
全てイオン化するように構成してもよい。

【０００８】

【作用】本発明の上記第１の構成によると、ゲ−ト電圧
の非印加状態でゲ−ト電極直下のド−プ半導体層が完全
にイオン化されていないので、（Ｂ）部分の電子の量が
充分多く、ゲ−トに負電圧を印加した状態でもその
（Ｂ）部分の電子はあまり減少しないので、ソ−ス側の
抵抗が小さくなる。しかも、ゲ−ト電極直下のド−プ半
導体層はゲ−ト電極に負電圧を印加した状態では完全に
空乏化しているのでＨＥＭＴ本来の動作特性を損なわな
い。本発明の上記第２の構成においても、ド−プ半導体
層に設けたプレナ−ド−プにより、上記第１の構成の場
合と同様にソ−ス側の抵抗が下がる。

【０００９】

【実施例】本発明の第１実施例においても化合物半導体
装置自体の構造は図１と同じ形で示されるが、第１実施
例ではド−プ半導体層の不純物濃度が、次の条件を
充足するように選ばれている点で従来例と相違する。即
ち、 ゲ−ト電極直下のド−プ半導体層がゲ−ト電極へのゲ
−ト電圧が非印加の状態では完全に空乏化されない。即
ち、ゲ−ト電極直下のド−プ半導体層の中で、ゲ−ト電
極側から延びる空乏層とアンド−プ半導体層側から延び
る空乏層の和がド−プ半導体層の厚さより小さい。 これはエネルギ−バンドで示すとゲ−ト電極直下のド−
プ半導体層の中央に図２（ｂ）の実線のようにフェルミ
レベルＥＦ付近の部分が存することを意味する。 前記ゲ−ト電極にノイズ指数が最小となる負電圧を印
加した状態ではゲ−ト電極直下のド−プ半導体層が完全
に空乏化される（図２（ｂ）の点線）。

【００１０】このようにすると、ゲ−ト電圧非印加状態
で（Ｂ）部分の電子は多い。ゲ−ト電極に負電圧を印加
すると、ゲ−ト直下ではエネルギ−バンドが図２（ｂ）
に示すように実線（非印加状態）から点線（印加状態）
へ全体的に上がるが、（Ｂ）部分のド−プ半導体層はゲ
−トに印加された負電圧の影響が小さく図２（ａ）に示
すようにエネルギ−バンドは実線（非印加状態）から点
線（印加状態）へ僅かしか上昇しない。従ってこの
（Ｂ）部分では電子の充分な存在状態が保持されている
ので、使用状態（ゲ−トに負電圧が印加された状態）に
おいて（Ｂ）部分の抵抗は従来例に比し、かなり低い。

【００１１】ノイズ指数ＮＦは ＮＦ＝１＋Ｋ（ｆ／ｆＴ）√｛ｇｍ（Ｒｓ＋Ｒｇ）｝ で表わされる。尚、この式において、Ｋはフィッティン
グ定数、ｆは周波数、ｆＴはカットオフ周波数、ｇｍは
相互インダクタンス、Ｒｓはソ−ス抵抗、Ｒｇはゲ−ト
抵抗である。これから分かるように上記第１実施例のよ
うにソ−ス抵抗Ｒｓが小さいＨＥＭＴではノイズが低減
されることになる。

【００１２】尚、上記第１の実施例において、例えばア
ンド−プ半導体層２はＧａＡｓ、又は０．８の割合のＧ
ａを含むＩｎＧａＡｓで形成され、ド−プ半導体層３は
ｎ＋のＡｌＧａＡｓ（Ａｌが０．２２、Ｇａが０．７８
の割合）に不純物として２.５×（１０の１８乗／ｃ
ｍ³）以上の濃度のシリコンをド−プしている。また、
キャップ層５はｎ＋のＧａＡｓから成っている。これら
のアンド−プ半導体層２、ド−プ半導体層３、キャップ
層５は基板１上に順次エピタキシャル成長により形成さ
れる。

【００１３】次に第２の実施例では、図３に示すように
ド−プ半導体層の中央付近にプレナ−ド−プ９が設けら
れている。そして、このプレナ−ド−プ９はゲ−ト電極
４へ電圧が非印加状態ではその不純物の全てがイオン化
せず、ゲ−ト電極にノイズが最小となる負電圧を印加し
たとき全てがイオン化する。このように構成した第２実
施例の場合も上述した第１の実施例とほぼ同様な理由で
ソ−ス抵抗が小さくなり、ノイズ低減が図られる。図３
のゲ−ト電極直下のエネルギ−バンドを図４に示す。こ
こで、実線はゲ−ト電圧非印加時、点線は負のゲ−ト電
圧印加時である。

【００１４】尚、図３の実施例において、プレ−ナ−ド
−プ９はＳｉが２．０×１０¹⁸／ｃｍ³以下ド−プされ
たＡｌＧａＡｓ（Ａｌが０．２２、Ｇａが０．８）のド
−プ半導体層中に５×１０¹¹／ｃｍ²）以上のＳｉのド
−プにより形成されている。それ以外の部分２、５は図
２と同一の材料で形成されている。

【００１５】

【発明の効果】以上説明した通り本発明の化合物半導体
装置によれば、ソ−ス抵抗が小さくなり、ノイズ指数が
改善されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】 そのエネルギ−バンド図。

【図３】 本発明の他の実施例の構造図。

【図４】 そのエネルギ−バンド図。

【図５】 従来例のエネルギ−バンド図。

【符号の説明】

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 プレナ−ド−プ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、
   該ゲ−ト電極の両側に形成されたソ−ス電極及びドレイ
   ン電極とを有する化合物半導体装置において、 前記ド−プ半導体層のゲ−ト電極直下部分がゲ−ト電極
   へのゲ−ト電圧が非印加の状態では完全に空乏化され
   ず、前記ゲ−ト電極にノイズ指数が最小となる負電圧を
   印加した状態では完全に空乏化されるように前記ド−プ
   半導体層の不純物濃度が選ばれていることを特徴とする
   化合物半導体装置。
2. 【請求項２】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、
   該ゲ−ト電極の両側に形成されたソ−ス電極及びドレイ
   ン電極とを有する化合物半導体装置において、 前記ド−プ半導体層の中央付近にプレ−ナ−ド−プが施
   されているとともに前記ゲ−ト電極へゲ−ト電圧が非印
   加状態では前記ゲ−ト電極直下のプレナ−ド−プの不純
   物が全てイオン化されず、前記ゲ−ト電極にノイズ指数
   が最小となる負電圧を印加した状態では全てイオン化す
   るようにしたことを特徴とする化合物半導体装置。