JPH0574816A - 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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JPH0574816A
JPH0574816A JP23496191A JP23496191A JPH0574816A JP H0574816 A JPH0574816 A JP H0574816A JP 23496191 A JP23496191 A JP 23496191A JP 23496191 A JP23496191 A JP 23496191A JP H0574816 A JPH0574816 A JP H0574816A
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JP
Japan
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layer
doped
gaas
graded
electron supply
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Pending
Application number
JP23496191A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuchika Kuwata
展周 桑田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、低雑音、高速動作を達成し、さら
に高出力を実現するFETを提供することを目的とす
る。 【構成】 n型の不純物をドープしたGaAsからなる
第1、第2の電子供給層(31)、(32)の間に、I
n組成xを変化させた第1、第2のノンドープGa1-X
InX Asグレーディッド層(41)、(42)が積層
して設けられている。第1のノンドープGa1-X InX
Asグレーディッド層(41)は、GaAsからIn組
成xを徐々に上げて形成され、第2のノンドープGa
1-X InX Asグレーディッド層(42)は、前述の第
1のグレーディッド層(41)からIn組成xを徐々に
下げて上面ではGaAsとなっている。このためIn組
成xが最大である領域にキャリア電子が最も多く存在
し、その大部分のキャリア電子は、第1、第2の電子供
給層(31)、(32)にドープされた不純物と空間的
に分離されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低雑音かつ高速で動作
する電界効果トランジスタ(FET)に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】n型のGaInAsをチャネルとするF
ETの従来の技術として、例えば特開昭63−9086
1号公報、特開昭63−272080号公報、特開昭6
4−2371号公報などがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】これらの技術では、G
aInAsチャネル層中に均一にSiをドーピングして
いるため、キャリアである電子はこのSiに散乱され、
十分な速度オーバーシュート効果が得られず、十分な特
性が得られなかった。また特開昭63−90861号公
報では、GaInAsチャネル層中にSiをプラナード
ープさせる技術も開示されている。しかしプラナードー
プ層だけでは、深いゲートしきい値電圧Vthを持った
FETを作ることが難しい。そのため、高い出力を持っ
たFETを製造できないといった問題や、回路設計上の
余裕度が小さい等の問題があった。
【0004】そこで本発明では、GaInAsをチャネ
ルとするFETにおいて、従来のものよりも低雑音で高
速動作し、その上高出力なFETを提供する。
【0005】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明に係るFETは、n型の不純物をドープした
GaAsからなる第1及び第2の電子供給層の間に、I
n組成xを変化させた第1及び第2のノンドープGa
1-X InX Asグレーディッド層が積層して設けられて
いる。第1のノンドープGa1-X InX Asグレーディ
ッド層は、GaAsからIn組成xを徐々に上げて形成
され、第2のノンドープGa1-X InX Asグレーディ
ッド層は、前述の第1のグレーディッド層からIn組成
xを徐々に下げて上面ではGaAsとなっていることを
特徴とする。
【0006】なお、本発明に係るFETの構造におい
て、前述の第1及び第2の電子供給層は、n型の不純物
がデルタドープされたものであってもよい。
【0007】
【作用】不純物がドープされたGaAsからなる第1及
び第2の電子供給層の間には、ノンドープGa1-X In
X Asグレーディッド層が設けられている。このグレー
ディッド層のIn組成xは第1の電子供給層上から徐々
に増加し、そして第2の電子供給層に近付くにしたがっ
て徐々に減少している。このためIn組成xが最大であ
る領域にキャリア電子が最も多く存在し、その大部分の
キャリア電子は、電子供給層にドープされた不純物と空
間的に分離されることになる。したがって不純物による
キャリア電子への散乱の影響が小さくなり、十分な速度
オーバーシュートを得ることができる。
【0008】なお、不純物をデルタドープすることによ
って、その不純物の存在位置とキャリア電子の存在位置
をさらに遠ざけることができる。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例であるFET
の製造工程を示す工程断面図である。半導体基板として
GaAs基板1を用い、このGaAs基板1上に、例え
ば有機金属気相成長法(OMVPE法)により、ノンド
ープGaAsのバッファ層2(バックグラウンドp型、
p=3×1015cm-3)を5000オングストロームの
厚さにエピタキシャル成長させる(図1(a)参照)。
次に、n型の不純物としてSiを均一にドープしたGa
Asからなる第1の電子供給層31(キャリア密度n=
4×1018cm-3)を50オングストロームの厚さに成
長させる(図1(b)参照)。その第1の電子供給層3
1上に、GaAsからIn組成xの値を序々に上げ、最
上層ではxの値が0.15となっている第1のノンドー
プGa1-X InX Asグレーディッド層41を50オン
グストロームの厚さに成長させる。次に、xを0.15
から序々に下げ、最上層ではGaAsとなっている第2
のノンドープGa1-X InX Asグレーディッド層42
を50オングストロームの厚さに成長させる。その第2
のグレーディッド層42上に、n型の不純物としてSi
を均一にドープしたGaAsからなる第2の電子供給層
32(n=4×1018cm-3)を50オングストローム
の厚さに成長させる(図1(c)参照)。その第2の電
子供給層32上に、ノンドープのGaAsからなるキャ
ップ層5を400オングストロームの厚さに成長させ
る。そして最後に、このキャップ層5上にゲート電極
6、ソース電極7、ドレイン電極8を形成して本実施例
のFETが構成される。
【0010】次に、このようにして作製されたFETの
動作を、図2のエネルギーバンド図と共に説明する。図
2(a)は、従来のSiを均一にドーピングさせたn型
のGaInAsチャネルFETのチャネル部分を拡大し
たエネルギーバンド図である。同図において、符号21
はGaAsチャネル層、符号22はGaAsバッファ
層、符号23はキャップ層をそれぞれ示しており、符号
24は伝導帯レベル、符号25は価電子帯レベルをそれ
ぞれ示している。これに対して図2(b)は、本発明の
FETのチャネル部分を拡大したエネルギーバンド図で
ある。この図では、図1の各エピタキシャル層2〜5に
対応する部分を同一の符号で示してあり、符号26は伝
導帯レベル、符号27は価電子帯レベルをそれぞれ示し
ている。なお、図2(a)、(b)において、E0 、E
1 及びEF は量子化されたエネルギー準位を示してお
り、一点鎖線で示した曲線91、92はそれぞれエネル
ギー準位E0 及びE1 における電子の存在確率を示して
いる。
【0011】この2つの図からわかるように、従来のF
ET(図2(a)参照)では、電子の存在する領域がほ
とんどn型のGaInAsチャネル層21の量子井戸内
であり、電子はGaInAs中のSiにより散乱され十
分な速度オーバーシュートが得られない。そのため、ソ
ース抵抗の増大、及びトランスコンダクタンス(gm)
の低下を招く。これに対して本発明のFETで(図2
(b)参照)は、キャリア電子の存在する領域のほとん
どがノンドープGa1-X InX Asグレーディッド層4
1、42にあり、特にIn組成が最大であるグレーディ
ッド層41と42の境界領域に相当する量子井戸の最底
部においてその電子の存在確率91が最大となる。この
グレーディッド層41と42には不純物であるSiがほ
とんど存在しないため、キャリア電子はSiによる散乱
の影響をほとんど受けることがない。したがって、従来
のFETよりも高い速度オーバーシュートを有し、その
ため低いソース抵抗、高いトランスコンダクタンス(g
m)を得ることができる。
【0012】次に、本発明の第2の実施例について図3
を用いて説明する。
【0013】同図(a)は、第2の実施例に係るFET
の構造断面図を示したものである。本実施例のFETの
製造方法は基本的には第1の実施例と同様であるが、第
1、第2のGaAs電子供給層33、34中のSiはデ
ルタドープによるものである(図中破線部分)。すなわ
ち、第1、第2の電子供給層33、34は、ノンドープ
のGaAsをエピタキシャル成長した後に、イオン打ち
込み法によりそれぞれの層の中間深さにSiを一原子層
の厚さでシート状にドープしたものである。
【0014】図3(b)は、この第2の実施例のFET
のチャネル部分を拡大したエネルギーバンド図である。
このバンド図では、同図(a)の各エピタキシャル層2
〜5に対応する部分を同一の符号で示し、その他の部分
については第1の実施例と同一の箇所には同一の符号を
用いて示している。図(b)からわかるように、キャリ
ア電子の存在する領域は、ほとんどがノンドープGa
1-X InX Asグレーディッド層41、42にあり、特
にIn組成が最大であるグレーディッド層41と42の
境界領域に相当する量子井戸の最底部においてその電子
の存在確率91が最大となる。また、不純物がシート状
にデルタドープされていることから、Siの存在位置9
2とキャリア電子の存在位置91との間隔は第1の実施
例における構造よりも遠く離れ、Siの影響によるキャ
リア電子の散乱を一層少なくすることができる。したが
って、第1の実施例に示す以上に高い速度オーバーシュ
ートを有した低いソース抵抗、高いトランスコンダクタ
ンス(gm)のFETを効果的に得ることができる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明のFETによ
れば、従来のGaInAsをチャネル層とするFETに
比較して不純物による散乱が大幅に低減されるので、低
いソース抵抗、高いトランスコンダクタンス(gm)を
得ることができる。したがって、低雑音、高速動作を達
成することができ、その上高出力のFETを得ることが
できる。
【0016】また、GaAsに対して格子整合しないG
aInAsチャネルをGaInAsグレーディッド層で
形成しているので、格子整合による歪みを緩和する効果
があり、電子の輸送特性が改善される効果も期待でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例であるFETの製造方法
を示す工程断面図である。
【図2】第1の実施例の動作を説明するためのエネルギ
ーバンド図である。
【図3】本発明の第2の実施例であるFET構造、及び
そのエネルギー状態を示す図である。
【符号の説明】
1…GaAs基板、2…バッファ層、31…第1のチャ
ネル層、32…第2のチャネル層、41…第1のグレー
ディッド層、42…第2のグレーディッド層、5…キャ
ップ層、6…ゲート電極、7…ソース電極、8…ドレイ
ン電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半絶縁性GaAs基板と、 前記半絶縁性GaAs基板上に形成され、GaAsに格
    子整合する高抵抗の半導体からなるバッファ層と、 前記バッファ層上に形成され、n型の不純物をドープし
    たGaAsからなる第1の電子供給層と、 前記第1の電子供給層上に、GaAsからIn組成xを
    徐々に上げて形成された第1のノンドープGa1-X In
    X Asグレーディッド層と、 前記第1のグレーディッド層上に形成され、該第1のグ
    レーディッド層からIn組成xを徐々に下げて上面では
    GaAsとなっている第2のノンドープGa1-X InX
    Asグレーディッド層と、 前記第2のグレーディッド層上に形成され、n型の不純
    物をドープしたGaAsからなる第2の電子供給層と、 前記第2の電子供給層上に形成され、GaAsまたはA
    lGaAsからなるキャップ層と、 前記キャップ層上に形成されたソース、ドレイン、及び
    ゲートの各電極とを有することを特徴とする電界効果ト
    ランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記第1、第2の電子供給層は、n型の
    不純物がデルタドープされたものである請求項1記載の
    電界効果トランジスタ。
JP23496191A 1991-09-13 1991-09-13 電界効果トランジスタ Pending JPH0574816A (ja)

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