JPH0573055B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0573055B2 JPH0573055B2 JP60116306A JP11630685A JPH0573055B2 JP H0573055 B2 JPH0573055 B2 JP H0573055B2 JP 60116306 A JP60116306 A JP 60116306A JP 11630685 A JP11630685 A JP 11630685A JP H0573055 B2 JPH0573055 B2 JP H0573055B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- structures
- doped
- connection layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
- H10D30/47—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having two-dimensional [2D] charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
- H10D30/471—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
- H10D30/473—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT
- H10D30/4732—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT using Group III-V semiconductor material
- H10D30/4738—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT using Group III-V semiconductor material having multiple donor layers
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は半導体電子装置に関するものである。
もつと詳細にいえば、本発明は高電子移動度トラ
ンジスタに関するものである。 ［従来の技術とその問題点］ シリコン電界効果トランジスタ（FET）のよ
うな半導体装置の特性の改善（すなわち、伝播遅
延時間を小さくすること、電流をより大きくする
こと、バンド幅をより大きくすること、など）は
少なくとも２つの方法で行なうことができる。す
なわち、(1)装置の寸法を小さくすること、(2)キヤ
リアのチヤンネル移動度を大きくすること、であ
る。この第２の方法については、シリコンの代り
にガリウム・ヒ素を用いるならば、室温における
移動度は約６倍大きくなる。しかし、もつと有力
なこととして、ガリウム・ヒ素とドープされたア
ルミニウム・ガリウム・ヒ素とのヘテロ接合構造
体を用いるならば、移動度をさらに大きくするこ
とができる。特に、液体窒素温度では移動度は大
きくなる。全般的なことについては、R.Edenの
「Comparison of GaAs device approaches for
ultrahigh−speed VLSI」70プロシーデイング
ス・オブ・IEEE ５（1982）を参照されたい。こ
のようなヘテロ接合構造体はＮ形にドープされた
AlGaAs層をドープされていないGaAs層に接合
することによつて構成される。AlGaAsのバン
ド・ギヤツプがGaAsのバンド・ギヤツプより大
きいので、電子はより低いエネルギ位置にある
GaAsの伝導電子バンドに移動する。この電子移
動の結果、AlGaAs中には、ドナー・イオンが後
に残されることになる。ドナー・イオンから出た
電子がこのように分離されると、これらの電子の
受ける不純物散乱は大幅に小さくなり、したがつ
て、移動度は増大する。この効果は低温度では特
に著しい。 ヘテロ接合は、全体的に、特にAlGaAs・
GaAsの場合には、液相エピタクシ（LPE）、分
子線エピタクシ（MBE）、金属・有機物化学蒸気
沈着（MOCVD）の方法によつて成長させてつ
くることができる。MBEとMOCVDはLPEより
も好ましい。MOCVDでは50A以下の厚さの層
で、MBEでは10A以下の厚さの層で、AlGaAsと
GaAsの交互エピタクシヤル層を成長させること
ができる。けれども、製造に成功するヘテロ接合
装置は、ドープされていないGaAsの上にドープ
されたAlGaAsをエピタクシヤル成長させる場合
に限られる。この構造体は「正規」構造体と云わ
れている。これに対し、「反転」構造体というの
は、ドープされたAlGaAsの上にドープされてい
ないGaAsをエピタクシヤル成長させた構造体で
ある。正規構造体の欠点は、急速酸化された
AlGaAs上に整流性ゲート接触体（シヨツトキ障
壁）をつくる必要があることであり、そしてこれ
らの装置の上面にAlGaAsがあるのでこれらの装
置が劣化しやすいことである。これらの理由によ
り、反転構造体の方が好ましい。また、反転構造
体ではよりよい電子閉じ込めがえられる。けれど
も、反転構造体がもつこれらの潜在的利点は、正
規構造でえられているような大きな移動度を反転
構造体でうることが難しいということによつて、
相殺されていた。このことについては、R.
Thorne等の「Performance of Inverted
Structure Modulation Doped Schottky
Barrier Field Effect Transistors」21 Jap.J.
App.Phys.L223（1982）を参照されたい。実際、
反転構造体装置の特性がよくないことは、トラン
スコンダクタンスが小さいことおよびピンチ・オ
フがうまく行かないことなどに表れている。 ［発明が解決しようとする問題点］ 正規構造体装置（典型的なものは「高電子移動
度トランジスタ」、すなわち、HEMTと呼ばれて
いる装置）の限界の１つは、標準的GaAsFETに
比べて、電流容量がかなり小さいことである。こ
の電流に限界があるという問題点を解決するため
にすぐに思いつく方法は、AlGaAsとGaAsの交
互層を重ねて多重に成長させて、一種の多重チヤ
ンネルHEMTをつくることである。けれども、
前記の考察のように、２つの正規構造体の間に交
互に反転構造体が入るので、このような多重チヤ
ンネルHEMTでは、特性が悪くなるであろう。
したがつて、大きな電流容量をもつ正規構造体
HEMTを製造することは、先行技術の１つの問
題点である。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の実施例により、ドープされていない
GaAsからドープされたAlGaAsまで、ドープ量
が傾斜しているAlGaSaを配置することにより、
交互反転構造体を設けることなく、多重正規構造
体AlGaAs・GaAs高電子移動度トランジスタ
（HEMT）がえられる。したがつて、反転構造体
接合とそれに対応する伝導電子バンドの下端の不
連続部分は空間的にかなり広がり、このために、
伝導電子バンドの下端は事実上連続的変化をする
ようになる。この好ましい実施例により先行技術
の問題点が解決され、それにより、装置の特性を
劣化させる反転構造体を設けることなしに、多重
正規構造体を用いてHEMTの電流容量を大きく
することができる。 ［実施例］ 本発明による装置の好ましい第１実施例を十分
に理解するには、先行技術による装置を理解する
ことが必要である。第１図は先行技術による装置
の横断面概要図である。この装置は１１で全体的
に示されている。この装置は半絶縁体GaAs基板
１３と、ドープされていないAl0.3Ga0.7As層１５
と、Ｎ形Al0.3Ga0.7As層１７と、ドープされてい
ないまたは非常にわずかにドープされたＮ形
GaAs層１９と、Ｎ形Al0.3Ga0.7As層２１と、N-
形GaAs層２３と、N+形GaAs層２５と、ソース
２７と、ドレイン２９と、ゲート３１とを有して
いる。層１５の厚さは5000Aであり、層１７の厚
さは260Aでそしてそのドープ量は6E17原子／cm3
であり、層１９の厚さは600Aでそしてそのドー
プ量は1E１５であ、層２１の厚さは260Aでそし
てそのドープ量は6E１７であり、層２３の厚さ
は400Aでそしてそのドープ量は1E１６であり、
層２５の厚さは300Aでそしてそのドープ量は1E
１８であり、ソース２７とドレイン２９は層２５
とオーム接触しており、ドレイン２９は層２５と
オーム接触しており、ゲート３１は層２３と整流
性接触（シヨツトキ障壁）をしている。厚さが
100Aまたはそれ以下のAl0.3Ga0.7Asのドープされ
ていない層をＮ形Al0.3Ga0.7As層とドープされて
いないGaAs層との間に挿入すことができる。こ
の挿入された層は、下記で詳細に説明されるよう
に、ドナーイオンから供給された電子をさらに分
離するスペーサの役割を果たす。この具体装置は
S.Longほか名の「High Speed GaAs
Integrated Circuits」70 Proceedings of the
IEEE 35（1982）に開示されている。 装置１１の特性を説明しよう。基板１３は半絶
縁体であつて、装置１１の動作には関与しない。
層１５はバツフア層であつて、不純物がドープさ
れていない。層１７は強くドープされたＮ形
Al0.3Ga0.7As層であつて、この層１７は層１７と
層１９とによつて構成される反転構造体接合に対
する電子の供給体である。層１９はドープされて
いないかまたは非常にわずかにドープされた
GaAs層である。Al0.3Ga0.7Asのバンドギヤツプ
（約1.72eV）に比べてGaAsのバンドギヤツプ
（約1.42eV）が小さいために、および電子親和力
が異なるために、GaAsの伝導電子バの下端は、
層１７と層１９の接合の近傍で、層１７のAl0.3
Ga0.7Asのドープされた伝導電子バンドの下端よ
りも、エネルギ的に低い位置にある。したがつ
て、Al0.3Ga0.7Asのの伝導電子バンド中にある電
子はGaAsの伝導電子の中へ拡散していつて、そ
こにトラツプされる。このために、Al0.3Ga0.7As
層１７内に固定されたままであるドナーイオン
と、この拡散していつてトラツプされた電子とが
分離されて存在することになる。電荷がこのよう
に分離する結果、そこに内部電界が発生し、準三
角形状の電位ウエルができる。この電位ウエルの
中に電子が束縛され、そしてこれらの電子はこの
電位ウエルの中を２次元電子ガスとして運動す
る。第２図は伝導電子バンドの下端の図面であつ
て、この図の左から右へ進むことは、第１図にお
いて上から下へ垂直に進むことに対応する。した
がつて、第２図の右側の不連続部分は、層１７と
層１９との間の接合に対応する。（この接合は、
GaAsがAlGaAsの上に成長されるので、反転構
造体である。）第２図の領域３５に示されている
ように、伝導電子バンドが曲つていて、層１７か
ら供給された電子は層１７と層１９との間の界面
に蓄積される。すなわち、これらの電子は層１９
内に広がつて均一に分布するわけでない。 層２１は層１７と組成が事実上同じであり、層
１９と層２１との間の接合は層１７と層１９との
間の接合と同じである。すなわち、層２１から供
給された電子は層１９内に拡散していき、層１９
内に接合の近傍（第２図の領域３７）にトラツプ
される。層１９と層２１との間の接合は、GaAs
の上にAl0.3Ga0.7Asが成長しているので、正規構
造体である。 層２３と層２５は、ソース２７メタライゼーシ
ヨンとドレイン２９メタライゼーシヨンとに対す
る、単なる良い電気的接触体に過ぎない。ゲート
３１は層２３と共にシヨツトキ障壁を構成する。
ゲート３１にバイアスを加えると、通常の
MESFET動作の場合と同じように、伝導チヤン
ネル（第１図の層１９の上部分と下部分、第２図
の領域３７と領域３５）を狭くする。 装置１１のこの２つのヘテロ接合（１つは正規
構造体で他の１つが反転構造体）は、ドープされ
たAl0.3Ga0.7AsとドープされないGaAsとの交互
層をもつと多く挿入することによつて、繰り返す
ことが可能である。その結果えられる構造体は、
第２図に示された伝導電子バンド端の構造を繰り
返した、伝導電子バンド端をもつであろう。この
ような多重層構造体にしたときにえられる利点
は、電流容量を大きくすることができることであ
る。 装置１１の問題点は反転構造体がどうしても必
要であることである。すなわち、層１７と層１９
との間の接合が必然的に含まれることである。こ
のような反転構造体は期待するようには実行され
ない。そして、装置１１や同称な装置の全体の特
性を劣化させる。 本発明による装置の好ましい第１実施例の横断
面概要図が第３図に示されている。この装置は４
１で全体的に示されている。装置４１は半絶縁体
GaAs基板層４３と、厚さが１ミクロンのドープ
されていないGaAs層４５と、厚さが70Aのドー
プれていないAl0.3Ga0.7As層４７と、厚さが500A
でドープ量が1E18のＮ形にドープされたAl0.3
Ga0.7As層４９と、厚さが500Aでドープされてい
ないAlxGa1-xAsで構成された層５１であつて、
ここでｘが層５１の上端から下端に向つて０と
0.3の間を連続的に変動する層５１と、ドープさ
れていないAl0.3Ga0.7Asで厚さが70Aである層５
５（層５５は層４７と同等な層である）と、厚さ
が500Aでドープ量が1E18のＮ形Al0.3Ga0.7Asの
層５７と、厚さが100Aで強くドープされたＮ形
GaAsの層５９とソース・メタライゼーシヨンで
ある領域６１と、ドレイン・メタライゼーシヨン
である領域６３と層５９と共にシヨツトキ障壁を
構成するゲートである領域６５とを有する。 領域６１と領域６３は電気接触体のための領域
であつて、いずれもオーム接触体である。 次に、装置４１の特性と動作を説明しよう。ま
ず、層４５と、層４７と、層４９とは、前記のよ
うに、正規構造体を構成する。（層４７は、層４
５の上部に蓄積する２次元電子ガスから、層４９
内の正に帯電したドナーイオンを分離する単なる
スペーサである。）同じように、層５３と、層５
５と、層５７とは第２の正規構造体を構成する。
（再び、層５５はスペーサである。）第４図は装置
４１の伝導電子バンドの下端の図面である。第４
図で左から右へ進むことは、第３図で上から下へ
進むことに対応する。分離層４７と分離層５５は
第４図では便宜上省略されていることを断つてお
く。これらの分離層は伝導電子バンドの下端が曲
つているその曲率に影響を与えるだけである。ま
た、ドープ量が変わるとこの曲線図は変わるが、
バンド端の連続性は変わらない。もつと重要なこ
とは、傾斜層５１によつて、２つの正規構造体
（層４５，４７，４９と層５３，５５，５７）の
間の反転層が消えていることである。このこと
は、第４図において、伝導電子バンド端がこの接
合で連続していて、不連続がないことに現われて
いる。 通常の正規構造体の場合のように、ドープされ
たAl0.3Ga0.7Asから供給された電子は接合近傍の
GaAs中にトラツプされ、第４図の領域６７およ
び領域６９に示されているように、２次元電子ガ
スができる。これらの領域は第３図中の層５３の
上部および層４５の上部に対応する。 層４１に対応する２重正規構造体検査用装置
と、（層５３，５５，５７，５９に丁度対応する）
１重正規構造体制御検査用装置とがMBEによつ
て製造され、そしてそれらを比較することによ
り、傾斜層５１が移動度または電子ガス濃度に影
響を与えるかどうかが調べられた。Van der
Pauw−Hallの測定結果は次の通りである。
もつと詳細にいえば、本発明は高電子移動度トラ
ンジスタに関するものである。 ［従来の技術とその問題点］ シリコン電界効果トランジスタ（FET）のよ
うな半導体装置の特性の改善（すなわち、伝播遅
延時間を小さくすること、電流をより大きくする
こと、バンド幅をより大きくすること、など）は
少なくとも２つの方法で行なうことができる。す
なわち、(1)装置の寸法を小さくすること、(2)キヤ
リアのチヤンネル移動度を大きくすること、であ
る。この第２の方法については、シリコンの代り
にガリウム・ヒ素を用いるならば、室温における
移動度は約６倍大きくなる。しかし、もつと有力
なこととして、ガリウム・ヒ素とドープされたア
ルミニウム・ガリウム・ヒ素とのヘテロ接合構造
体を用いるならば、移動度をさらに大きくするこ
とができる。特に、液体窒素温度では移動度は大
きくなる。全般的なことについては、R.Edenの
「Comparison of GaAs device approaches for
ultrahigh−speed VLSI」70プロシーデイング
ス・オブ・IEEE ５（1982）を参照されたい。こ
のようなヘテロ接合構造体はＮ形にドープされた
AlGaAs層をドープされていないGaAs層に接合
することによつて構成される。AlGaAsのバン
ド・ギヤツプがGaAsのバンド・ギヤツプより大
きいので、電子はより低いエネルギ位置にある
GaAsの伝導電子バンドに移動する。この電子移
動の結果、AlGaAs中には、ドナー・イオンが後
に残されることになる。ドナー・イオンから出た
電子がこのように分離されると、これらの電子の
受ける不純物散乱は大幅に小さくなり、したがつ
て、移動度は増大する。この効果は低温度では特
に著しい。 ヘテロ接合は、全体的に、特にAlGaAs・
GaAsの場合には、液相エピタクシ（LPE）、分
子線エピタクシ（MBE）、金属・有機物化学蒸気
沈着（MOCVD）の方法によつて成長させてつ
くることができる。MBEとMOCVDはLPEより
も好ましい。MOCVDでは50A以下の厚さの層
で、MBEでは10A以下の厚さの層で、AlGaAsと
GaAsの交互エピタクシヤル層を成長させること
ができる。けれども、製造に成功するヘテロ接合
装置は、ドープされていないGaAsの上にドープ
されたAlGaAsをエピタクシヤル成長させる場合
に限られる。この構造体は「正規」構造体と云わ
れている。これに対し、「反転」構造体というの
は、ドープされたAlGaAsの上にドープされてい
ないGaAsをエピタクシヤル成長させた構造体で
ある。正規構造体の欠点は、急速酸化された
AlGaAs上に整流性ゲート接触体（シヨツトキ障
壁）をつくる必要があることであり、そしてこれ
らの装置の上面にAlGaAsがあるのでこれらの装
置が劣化しやすいことである。これらの理由によ
り、反転構造体の方が好ましい。また、反転構造
体ではよりよい電子閉じ込めがえられる。けれど
も、反転構造体がもつこれらの潜在的利点は、正
規構造でえられているような大きな移動度を反転
構造体でうることが難しいということによつて、
相殺されていた。このことについては、R.
Thorne等の「Performance of Inverted
Structure Modulation Doped Schottky
Barrier Field Effect Transistors」21 Jap.J.
App.Phys.L223（1982）を参照されたい。実際、
反転構造体装置の特性がよくないことは、トラン
スコンダクタンスが小さいことおよびピンチ・オ
フがうまく行かないことなどに表れている。 ［発明が解決しようとする問題点］ 正規構造体装置（典型的なものは「高電子移動
度トランジスタ」、すなわち、HEMTと呼ばれて
いる装置）の限界の１つは、標準的GaAsFETに
比べて、電流容量がかなり小さいことである。こ
の電流に限界があるという問題点を解決するため
にすぐに思いつく方法は、AlGaAsとGaAsの交
互層を重ねて多重に成長させて、一種の多重チヤ
ンネルHEMTをつくることである。けれども、
前記の考察のように、２つの正規構造体の間に交
互に反転構造体が入るので、このような多重チヤ
ンネルHEMTでは、特性が悪くなるであろう。
したがつて、大きな電流容量をもつ正規構造体
HEMTを製造することは、先行技術の１つの問
題点である。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の実施例により、ドープされていない
GaAsからドープされたAlGaAsまで、ドープ量
が傾斜しているAlGaSaを配置することにより、
交互反転構造体を設けることなく、多重正規構造
体AlGaAs・GaAs高電子移動度トランジスタ
（HEMT）がえられる。したがつて、反転構造体
接合とそれに対応する伝導電子バンドの下端の不
連続部分は空間的にかなり広がり、このために、
伝導電子バンドの下端は事実上連続的変化をする
ようになる。この好ましい実施例により先行技術
の問題点が解決され、それにより、装置の特性を
劣化させる反転構造体を設けることなしに、多重
正規構造体を用いてHEMTの電流容量を大きく
することができる。 ［実施例］ 本発明による装置の好ましい第１実施例を十分
に理解するには、先行技術による装置を理解する
ことが必要である。第１図は先行技術による装置
の横断面概要図である。この装置は１１で全体的
に示されている。この装置は半絶縁体GaAs基板
１３と、ドープされていないAl0.3Ga0.7As層１５
と、Ｎ形Al0.3Ga0.7As層１７と、ドープされてい
ないまたは非常にわずかにドープされたＮ形
GaAs層１９と、Ｎ形Al0.3Ga0.7As層２１と、N-
形GaAs層２３と、N+形GaAs層２５と、ソース
２７と、ドレイン２９と、ゲート３１とを有して
いる。層１５の厚さは5000Aであり、層１７の厚
さは260Aでそしてそのドープ量は6E17原子／cm3
であり、層１９の厚さは600Aでそしてそのドー
プ量は1E１５であ、層２１の厚さは260Aでそし
てそのドープ量は6E１７であり、層２３の厚さ
は400Aでそしてそのドープ量は1E１６であり、
層２５の厚さは300Aでそしてそのドープ量は1E
１８であり、ソース２７とドレイン２９は層２５
とオーム接触しており、ドレイン２９は層２５と
オーム接触しており、ゲート３１は層２３と整流
性接触（シヨツトキ障壁）をしている。厚さが
100Aまたはそれ以下のAl0.3Ga0.7Asのドープされ
ていない層をＮ形Al0.3Ga0.7As層とドープされて
いないGaAs層との間に挿入すことができる。こ
の挿入された層は、下記で詳細に説明されるよう
に、ドナーイオンから供給された電子をさらに分
離するスペーサの役割を果たす。この具体装置は
S.Longほか名の「High Speed GaAs
Integrated Circuits」70 Proceedings of the
IEEE 35（1982）に開示されている。 装置１１の特性を説明しよう。基板１３は半絶
縁体であつて、装置１１の動作には関与しない。
層１５はバツフア層であつて、不純物がドープさ
れていない。層１７は強くドープされたＮ形
Al0.3Ga0.7As層であつて、この層１７は層１７と
層１９とによつて構成される反転構造体接合に対
する電子の供給体である。層１９はドープされて
いないかまたは非常にわずかにドープされた
GaAs層である。Al0.3Ga0.7Asのバンドギヤツプ
（約1.72eV）に比べてGaAsのバンドギヤツプ
（約1.42eV）が小さいために、および電子親和力
が異なるために、GaAsの伝導電子バの下端は、
層１７と層１９の接合の近傍で、層１７のAl0.3
Ga0.7Asのドープされた伝導電子バンドの下端よ
りも、エネルギ的に低い位置にある。したがつ
て、Al0.3Ga0.7Asのの伝導電子バンド中にある電
子はGaAsの伝導電子の中へ拡散していつて、そ
こにトラツプされる。このために、Al0.3Ga0.7As
層１７内に固定されたままであるドナーイオン
と、この拡散していつてトラツプされた電子とが
分離されて存在することになる。電荷がこのよう
に分離する結果、そこに内部電界が発生し、準三
角形状の電位ウエルができる。この電位ウエルの
中に電子が束縛され、そしてこれらの電子はこの
電位ウエルの中を２次元電子ガスとして運動す
る。第２図は伝導電子バンドの下端の図面であつ
て、この図の左から右へ進むことは、第１図にお
いて上から下へ垂直に進むことに対応する。した
がつて、第２図の右側の不連続部分は、層１７と
層１９との間の接合に対応する。（この接合は、
GaAsがAlGaAsの上に成長されるので、反転構
造体である。）第２図の領域３５に示されている
ように、伝導電子バンドが曲つていて、層１７か
ら供給された電子は層１７と層１９との間の界面
に蓄積される。すなわち、これらの電子は層１９
内に広がつて均一に分布するわけでない。 層２１は層１７と組成が事実上同じであり、層
１９と層２１との間の接合は層１７と層１９との
間の接合と同じである。すなわち、層２１から供
給された電子は層１９内に拡散していき、層１９
内に接合の近傍（第２図の領域３７）にトラツプ
される。層１９と層２１との間の接合は、GaAs
の上にAl0.3Ga0.7Asが成長しているので、正規構
造体である。 層２３と層２５は、ソース２７メタライゼーシ
ヨンとドレイン２９メタライゼーシヨンとに対す
る、単なる良い電気的接触体に過ぎない。ゲート
３１は層２３と共にシヨツトキ障壁を構成する。
ゲート３１にバイアスを加えると、通常の
MESFET動作の場合と同じように、伝導チヤン
ネル（第１図の層１９の上部分と下部分、第２図
の領域３７と領域３５）を狭くする。 装置１１のこの２つのヘテロ接合（１つは正規
構造体で他の１つが反転構造体）は、ドープされ
たAl0.3Ga0.7AsとドープされないGaAsとの交互
層をもつと多く挿入することによつて、繰り返す
ことが可能である。その結果えられる構造体は、
第２図に示された伝導電子バンド端の構造を繰り
返した、伝導電子バンド端をもつであろう。この
ような多重層構造体にしたときにえられる利点
は、電流容量を大きくすることができることであ
る。 装置１１の問題点は反転構造体がどうしても必
要であることである。すなわち、層１７と層１９
との間の接合が必然的に含まれることである。こ
のような反転構造体は期待するようには実行され
ない。そして、装置１１や同称な装置の全体の特
性を劣化させる。 本発明による装置の好ましい第１実施例の横断
面概要図が第３図に示されている。この装置は４
１で全体的に示されている。装置４１は半絶縁体
GaAs基板層４３と、厚さが１ミクロンのドープ
されていないGaAs層４５と、厚さが70Aのドー
プれていないAl0.3Ga0.7As層４７と、厚さが500A
でドープ量が1E18のＮ形にドープされたAl0.3
Ga0.7As層４９と、厚さが500Aでドープされてい
ないAlxGa1-xAsで構成された層５１であつて、
ここでｘが層５１の上端から下端に向つて０と
0.3の間を連続的に変動する層５１と、ドープさ
れていないAl0.3Ga0.7Asで厚さが70Aである層５
５（層５５は層４７と同等な層である）と、厚さ
が500Aでドープ量が1E18のＮ形Al0.3Ga0.7Asの
層５７と、厚さが100Aで強くドープされたＮ形
GaAsの層５９とソース・メタライゼーシヨンで
ある領域６１と、ドレイン・メタライゼーシヨン
である領域６３と層５９と共にシヨツトキ障壁を
構成するゲートである領域６５とを有する。 領域６１と領域６３は電気接触体のための領域
であつて、いずれもオーム接触体である。 次に、装置４１の特性と動作を説明しよう。ま
ず、層４５と、層４７と、層４９とは、前記のよ
うに、正規構造体を構成する。（層４７は、層４
５の上部に蓄積する２次元電子ガスから、層４９
内の正に帯電したドナーイオンを分離する単なる
スペーサである。）同じように、層５３と、層５
５と、層５７とは第２の正規構造体を構成する。
（再び、層５５はスペーサである。）第４図は装置
４１の伝導電子バンドの下端の図面である。第４
図で左から右へ進むことは、第３図で上から下へ
進むことに対応する。分離層４７と分離層５５は
第４図では便宜上省略されていることを断つてお
く。これらの分離層は伝導電子バンドの下端が曲
つているその曲率に影響を与えるだけである。ま
た、ドープ量が変わるとこの曲線図は変わるが、
バンド端の連続性は変わらない。もつと重要なこ
とは、傾斜層５１によつて、２つの正規構造体
（層４５，４７，４９と層５３，５５，５７）の
間の反転層が消えていることである。このこと
は、第４図において、伝導電子バンド端がこの接
合で連続していて、不連続がないことに現われて
いる。 通常の正規構造体の場合のように、ドープされ
たAl0.3Ga0.7Asから供給された電子は接合近傍の
GaAs中にトラツプされ、第４図の領域６７およ
び領域６９に示されているように、２次元電子ガ
スができる。これらの領域は第３図中の層５３の
上部および層４５の上部に対応する。 層４１に対応する２重正規構造体検査用装置
と、（層５３，５５，５７，５９に丁度対応する）
１重正規構造体制御検査用装置とがMBEによつ
て製造され、そしてそれらを比較することによ
り、傾斜層５１が移動度または電子ガス濃度に影
響を与えるかどうかが調べられた。Van der
Pauw−Hallの測定結果は次の通りである。
【表】
この測定結果によると、傾斜層５１を設けて反
転構造体を消去することによつて、特性が劣化し
ないことがわかる。 本発明による装置のこの他の好ましい実施例
は、いろいろなドープ量やいろいろな厚さの層を
有する傾斜AlGaAs層によつて隔てられた３個以
上の正規構造体や、１つの工程によつてエピタク
シヤル層成長の順序が接合の特性に影響を与える
他の材料による多重装置や、いろいろな形式のソ
ース、ドレインおよびゲートを有する形である。 ［発明の効果］ 本発明により、電流容量が大きくかつ劣化の影
響を受けることが少ない高電子移動度装置を比較
的容易にうることができる。高電子移動度半導体
装置の電流容量を大きくするために多重構造体に
する場合、先行技術では正規構造体と交互に反転
構造体を設けていた。本発明では、２つの構造体
の間に中間接続層を設け、この中間接続層のドー
プ量を傾斜分布させ、この中間接続層の上面およ
び下面においてそれぞれの構造体と境を接する部
分の組成をそれぞれの構造体の組成と一致させる
ことにより、反転構造体を空間的に広がらせて、
反転構造体による欠点を事実上持たない高電子移
動度半導体装置をうることができた。
転構造体を消去することによつて、特性が劣化し
ないことがわかる。 本発明による装置のこの他の好ましい実施例
は、いろいろなドープ量やいろいろな厚さの層を
有する傾斜AlGaAs層によつて隔てられた３個以
上の正規構造体や、１つの工程によつてエピタク
シヤル層成長の順序が接合の特性に影響を与える
他の材料による多重装置や、いろいろな形式のソ
ース、ドレインおよびゲートを有する形である。 ［発明の効果］ 本発明により、電流容量が大きくかつ劣化の影
響を受けることが少ない高電子移動度装置を比較
的容易にうることができる。高電子移動度半導体
装置の電流容量を大きくするために多重構造体に
する場合、先行技術では正規構造体と交互に反転
構造体を設けていた。本発明では、２つの構造体
の間に中間接続層を設け、この中間接続層のドー
プ量を傾斜分布させ、この中間接続層の上面およ
び下面においてそれぞれの構造体と境を接する部
分の組成をそれぞれの構造体の組成と一致させる
ことにより、反転構造体を空間的に広がらせて、
反転構造体による欠点を事実上持たない高電子移
動度半導体装置をうることができた。
第１図は正規構造体と反転構造体との両者を有
する装置の横断面概要図、第２図は第１図の装置
の伝導電子バンドの下端の図面、第３図は２つの
正規構造体を有し、反転構造体が介在していな
い、好ましい実施例による装置の横断面概要図、
第４図は第３図の装置の伝導電子バンドの下端の
図面。 ［符号の説明］、４５，４７，４９；５３，５
５，５７……ヘテロ接合体、４９，５７……第１
半導体材料、４５，５３……第２半導体材料、５
１……接続層、５１，４９の接合面……接続層の
第１表面、５１，５３の接合面……接続層の第２
表面、４５，４７，４９……第１構造体、５３，
５５，５７……第２構造体、４７，５５……スペ
ーサ層。
する装置の横断面概要図、第２図は第１図の装置
の伝導電子バンドの下端の図面、第３図は２つの
正規構造体を有し、反転構造体が介在していな
い、好ましい実施例による装置の横断面概要図、
第４図は第３図の装置の伝導電子バンドの下端の
図面。 ［符号の説明］、４５，４７，４９；５３，５
５，５７……ヘテロ接合体、４９，５７……第１
半導体材料、４５，５３……第２半導体材料、５
１……接続層、５１，４９の接合面……接続層の
第１表面、５１，５３の接合面……接続層の第２
表面、４５，４７，４９……第１構造体、５３，
５５，５７……第２構造体、４７，５５……スペ
ーサ層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ (イ) ２つのヘテロ接合構造体であつて、前記
ヘテロ接合構造体のおのおのが第２半導体材料
層の上に第１半導体材料層をそなえた構成を有
し、前記第１材料は前記第２材料より広いエネ
ルギギヤツプを有することを特徴とする２つの
前記ヘテロ接合構造体と、 (ロ) ２つの前記構造体の間に配置された接続層で
あつて、前記接続層の第１表面が前記構造体の
うちの第１構造体の前記第１材料層と境を接し
ており、かつ前記接続層の第２表面が前記構造
体のうちの第２構造体の前記第２材料層と境を
接している前記接続層とを有し、かつ、 (ハ) 前記接続層は前記第１と第２の材料の組成物
を含む半導体材料からなり、前記接続層の前記
第１表面における半導体材料が前記第１半導体
材料と事実上同じであり、かつ、前記接続層の
前記第２表面における半導体材料が前記第２半
導体材料と事実上同じであるように、前記接続
層の半導体材料の組成比が前記第１表面から前
記第２表面まで傾斜していることを特徴とす
る、 高電子移動度トランジスタのためのチヤンネル。 ２ 特許請求の範囲第１項において、 (イ) 前記第１材料がアルミニウム・ガリウム・ヒ
素合金（AlxGa1-xAs）であることと、 (ロ) 前記第２材料がガリウム・ヒ素であることと
を特徴とする、 高電子移動度トランジスタ・チヤンネル。 ３ 特許請求の範囲第２項において、 (イ) 前記合金AlxGa1-xAsにおいて、ｘが約0.3で
あることを特徴とする、 高電子移動度トランジスタ・チヤンネル。 ４ 特許請求の範囲第１項において、 (イ) 前記ヘテロ接合構造体が前記第２材料の上に
前記第１材料を分子線エピタクシヤル成長する
ことによつて製造されることを特徴とする、 高電子移動度トランジスタ・チヤンネル。 ５ 特許請求の範囲第１項において、 (イ) 前記構造体の前記第１材料がドープされてい
ることと、 (ロ) 前記構造体の前記第２材料がドープされてい
ないこと、又は前記第１材料より少なくドープ
されていることと、 (ハ) 前記接続層の前記材料がドープされていない
こととを特徴とする、 高電子移動度トランジスタ・チヤンネル。 ６ 特許請求の範囲第５項において、 (イ) 前記第１材料の前記層のドープされていない
部分で構成され、かつ、前記部分が前記第２材
料層と境を接している、スペーサ層を前記構造
体のおのおのの中にさらに有することを特徴と
する、 高電子移動度トランジスタ・チヤンネル。 ７ (イ) 半導体本体内で、ソースとドレインの間
にあり、かつ、ゲートの下にある、チヤンネル
領域を有することと、 (ロ) それらの間で、それらに接するように間に配
置された接続層を有する少なくとも２つのヘテ
ロ接合構造体の積層体を有することと、前記構
造体が第２半導体材料の層の上につくられた第
１半導体材料の層によつて構成され、前記第１
材料は前記第２材料より大きいエネルギーギヤ
ツプを有することを特徴とすることと、前記接
続層は、前記第１及び第２材料の組成を含み、
前記第１構造体と境を接する部分から前記第２
構造体と境を接する部分まで組成比が傾斜した
半導体材料によつて構成され、そのさい前記第
１構造体と境を接する部分の前記接続層の半導
体材料の組成が前記第１材料の組成と事実上同
じでありかつ前記第２構造体と境を接する部分
の前記接続層の半導体材料の組成が前記第２材
料の組成と事実上同じであることを特徴とす
る、 電界効果半導体装置。 ８ 特許請求の範囲第７項において、 (イ) 前記第１材料がアルミニウム・ガリウム・ヒ
素合金（AlxGa1-xAs）であることと、 (ロ) 前記第２材料がガリウム・ヒ素であることと
を特徴とする、 電界効果半導体装置。 ９ 特許請求の範囲第７項において、 (イ) 前記合金がｘを約0.3としたAlxGa1-xAsであ
ることを特徴とする、 電界効果半導体装置。 １０ 特許請求の範囲第７項において、 (イ) 前記ヘテロ接合構造体が前記第２材料の上に
前記第１材料を分子線エピタクシヤル成長する
ことによつて製造されることを特徴とする、 電界効果半導体装置。 １１ 特許請求の範囲第７項において、 (イ) 前記第１構造体の中の前記第１材料がドープ
されていることと、 (ロ) 前記構造体の中の前記第２材料がドープされ
ていないことと、 (ハ) 前記接続層の前記材料がドープされていない
こととを特徴とする、 電界効果半導体装置。 １２ 特許請求の範囲第１１項において、 (イ) 前記第１材料の前記層のドープされていない
部分で構成され、かつ、前記部分が前記第２材
料層と境を接している、スペーサ層を前記構造
体のおのおのの中にさらに有することを特徴と
する、 電界効果半導体装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US615978 | 1984-05-30 | ||
| US06/615,978 US4558337A (en) | 1984-05-30 | 1984-05-30 | Multiple high electron mobility transistor structures without inverted heterojunctions |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6139582A JPS6139582A (ja) | 1986-02-25 |
| JPH0573055B2 true JPH0573055B2 (ja) | 1993-10-13 |
Family
ID=24467550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11630685A Granted JPS6139582A (ja) | 1984-05-30 | 1985-05-29 | 高電子移動度トランジスタ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4558337A (ja) |
| EP (1) | EP0163203B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6139582A (ja) |
| DE (1) | DE3578602D1 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0783107B2 (ja) * | 1984-04-19 | 1995-09-06 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| JP2604349B2 (ja) * | 1984-12-12 | 1997-04-30 | 日本電気株式会社 | 半導体装置 |
| JPH088350B2 (ja) * | 1985-04-08 | 1996-01-29 | 日本電気株式会社 | 半導体装置 |
| JPS61292369A (ja) * | 1985-06-20 | 1986-12-23 | Canon Inc | 電界効果型薄膜トランジスタ |
| US5273919A (en) * | 1985-06-20 | 1993-12-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of producing a thin film field effect transistor |
| US4652896A (en) * | 1985-06-27 | 1987-03-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Modulation doped GaAs/AlGaAs field effect transistor |
| FR2600821B1 (fr) * | 1986-06-30 | 1988-12-30 | Thomson Csf | Dispositif semi-conducteur a heterojonction et double canal, son application a un transistor a effet de champ, et son application a un dispositif de transductance negative |
| JPS63102374A (ja) * | 1986-09-29 | 1988-05-07 | シーメンス、アクチエンゲゼルシヤフト | 電界効果トランジスタ |
| US4987462A (en) * | 1987-01-06 | 1991-01-22 | Texas Instruments Incorporated | Power MISFET |
| US4882608A (en) * | 1987-02-09 | 1989-11-21 | International Business Machines Corporation | Multilayer semiconductor device having multiple paths of current flow |
| US4812886A (en) * | 1987-02-09 | 1989-03-14 | International Business Machines Corporation | Multilayer contact apparatus and method |
| US4855797A (en) * | 1987-07-06 | 1989-08-08 | Siemens Corporate Research And Support, Inc. | Modulation doped high electron mobility transistor with n-i-p-i structure |
| US5381027A (en) * | 1988-01-26 | 1995-01-10 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device having a heterojunction and a two dimensional gas as an active layer |
| US5091759A (en) * | 1989-10-30 | 1992-02-25 | Texas Instruments Incorporated | Heterostructure field effect transistor |
| US4994868A (en) * | 1988-12-06 | 1991-02-19 | Itt Corporation | Heterojunction confined channel FET |
| EP0436089A3 (en) * | 1989-12-19 | 1992-08-05 | International Business Machines Corporation | Superlattice multistate circuits |
| US5111255A (en) * | 1990-06-05 | 1992-05-05 | At&T Bell Laboratories | Buried channel heterojunction field effect transistor |
| US5147817A (en) * | 1990-11-16 | 1992-09-15 | Texas Instruments Incorporated | Method for forming programmable resistive element |
| JP2924239B2 (ja) * | 1991-03-26 | 1999-07-26 | 三菱電機株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| GB2279806B (en) * | 1993-07-05 | 1997-05-21 | Toshiba Cambridge Res Center | Semiconductor device and method of making same |
| US5986291A (en) * | 1993-10-12 | 1999-11-16 | La Corporation De L'ecole Polytechnique | Field effect devices |
| JPH07249780A (ja) * | 1994-03-08 | 1995-09-26 | Sanyo Electric Co Ltd | 電界効果型半導体素子 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE620887A (ja) * | 1959-06-18 | |||
| US3748480A (en) * | 1970-11-02 | 1973-07-24 | Motorola Inc | Monolithic coupling device including light emitter and light sensor |
| DE2847451C2 (de) * | 1978-11-02 | 1986-06-12 | Telefunken electronic GmbH, 7100 Heilbronn | Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen |
| FR2465318A1 (fr) * | 1979-09-10 | 1981-03-20 | Thomson Csf | Transistor a effet de champ a frequence de coupure elevee |
| EP0029481A1 (en) * | 1979-11-26 | 1981-06-03 | International Business Machines Corporation | Field effect semiconductor structure |
| JPS5840855A (ja) * | 1981-09-04 | 1983-03-09 | Hitachi Ltd | 半導体記憶素子 |
| JPS5870573A (ja) * | 1981-10-22 | 1983-04-27 | Nec Corp | 化合物半導体電界効果トランジスタ |
-
1984
- 1984-05-30 US US06/615,978 patent/US4558337A/en not_active Expired - Fee Related
-
1985
- 1985-05-15 EP EP85105994A patent/EP0163203B1/en not_active Expired
- 1985-05-15 DE DE8585105994T patent/DE3578602D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1985-05-29 JP JP11630685A patent/JPS6139582A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0163203A3 (en) | 1986-09-03 |
| EP0163203A2 (en) | 1985-12-04 |
| US4558337A (en) | 1985-12-10 |
| JPS6139582A (ja) | 1986-02-25 |
| EP0163203B1 (en) | 1990-07-11 |
| DE3578602D1 (de) | 1990-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0573055B2 (ja) | ||
| JP2676442B2 (ja) | ヘテロ接合電界効果トランジスタおよびその製造方法 | |
| EP0051271B1 (en) | Heterojunction semiconductor device | |
| US4605945A (en) | Semiconductor device | |
| JPH0812916B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| KR100286093B1 (ko) | 화합물반도체장치 | |
| US5408111A (en) | Field-effect transistor having a double pulse-doped structure | |
| JP3021894B2 (ja) | ヘテロ接合電界効果トランジスタ | |
| JP3625954B2 (ja) | 高電子移動度トランジスタ | |
| JPH04343438A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JPS6214105B2 (ja) | ||
| JP2567730B2 (ja) | ヘテロ接合電界効果トランジスタ | |
| EP0569259A2 (en) | Multiquantum barrier field effect transistor | |
| JP2695832B2 (ja) | ヘテロ接合型電界効果トランジスタ | |
| JPH036030A (ja) | 電界効果型半導体装置 | |
| JPH0684960A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JPS6050969A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JPH06295926A (ja) | 電界効果トランジスタを含む半導体装置 | |
| JPH04245645A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JPH07120792B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPH025437A (ja) | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 | |
| JPH05235053A (ja) | 高電子移動度トランジスタ | |
| JPH08148673A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH01150368A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH0864616A (ja) | 化合物半導体装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |