JPH06295926A - Semiconductor device including field effect transistor - Google Patents
Semiconductor device including field effect transistorInfo
- Publication number
- JPH06295926A JPH06295926A JP5008381A JP838193A JPH06295926A JP H06295926 A JPH06295926 A JP H06295926A JP 5008381 A JP5008381 A JP 5008381A JP 838193 A JP838193 A JP 838193A JP H06295926 A JPH06295926 A JP H06295926A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- channel
- layers
- electron supply
- electron
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ゲート耐圧を低下させることなく、gmが高
いFETを提供する。
【構成】 n−Al0.15Ga0.85As層5から供給され
た電子は、i−In0.2Ga0.8As層7a,7bを走行
する。Al組成比の違いから、i−Al0.3Ga0.7As
層8a,8bのポテンシャル障壁の高さは、n−Al
0.15Ga0.85As層5より高くなり、電子のとじ込め効
果が高くなり、gmが増大する。また、ゲート電極45
が接する半導体層はi−Al0.3Ga0.7As層8bであ
るので、ゲート耐圧も向上する。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide an FET with high gm without lowering the gate breakdown voltage. [Configuration] electrons supplied from the n-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 5 travels i-In0 .2 Ga 0.8 As layer 7a, a 7b. Due to the difference in Al composition ratio, i-Al 0.3 Ga 0.7 As
The height of the potential barrier of the layers 8a and 8b is n-Al.
The value is higher than that of the 0.15 Ga 0.85 As layer 5, the effect of confining electrons is increased, and gm is increased. In addition, the gate electrode 45
Semiconductor layer is in contact is because it is i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer 8b, the gate breakdown voltage is improved.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、高速性を有する半導
体装置に関するものであり、特に相互コンダクタンス向
上に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high speed semiconductor device, and more particularly to improvement of mutual conductance.
【0002】[0002]
【従来の技術】特公昭59−53714号公報には、高
周波特性に優れた高電子移動度トランジスタ(High Ele
ctron Mobility Trangistor:HEMT)が開示されて
いる。HEMTは、電子親和力の違いを利用し、電子供
給層からチャネル層に電子を供給し、アンドープの半導
体層で形成されるチャネル層を電子が走行することによ
り、高電子移動度を得ようとするものである。2. Description of the Related Art Japanese Patent Publication No. 59-53714 discloses a high electron mobility transistor (High Ele) having excellent high frequency characteristics.
ctron Mobility Trangistor (HEMT) is disclosed. The HEMT uses the difference in electron affinity to supply electrons from the electron supply layer to the channel layer, and the electrons travel in the channel layer formed of an undoped semiconductor layer to obtain high electron mobility. It is a thing.
【0003】図5A,Bを用いて、HEMTについて説
明する。図5Aに示すように、HEMT41は、半絶縁
性GaAs基板42上にアンドープGaAs層43、n
+型のAlGaAs層44、ゲート電極45が順次形成
されている。HEMT41のエネルギーバンド図を図5
Bに示す。このようなエネルギーバンド図となるのは、
GaAs層43よりAlGaAs層44の方が電子親和
力が小さいので、AlGaAs層44の電子がGaAs
層43に供給されるためである。供給された電子は、A
lGaAs層44とGaAs層界面のアンドープのGa
As層43側を走行するため、高電子移動度を得ること
ができる。The HEMT will be described with reference to FIGS. 5A and 5B. As shown in FIG. 5A, the HEMT 41 includes an undoped GaAs layer 43, n on a semi-insulating GaAs substrate 42.
A + type AlGaAs layer 44 and a gate electrode 45 are sequentially formed. The energy band diagram of HEMT41 is shown in FIG.
Shown in B. This kind of energy band diagram is
Since the AlGaAs layer 44 has a smaller electron affinity than the GaAs layer 43, the electrons in the AlGaAs layer 44 are GaAs.
This is because it is supplied to the layer 43. The supplied electrons are A
Undoped Ga at the interface between the 1GaAs layer 44 and the GaAs layer
Since it travels on the side of the As layer 43, high electron mobility can be obtained.
【0004】また、特開平1−173760号公報に
は、ダブルへテロ接合FET34が開示されている。ダ
ブルへテロ接合FET34は、HEMTの半導体基板側
に、さらに電子供給層であるn型のAlGaAs層47
を設けたものである。ダブルへテロ接合FET34は、
図5Cに示すエネルギーバンド構造をもち、GaAs層
43に供給する電子の面密度を、HEMTより増加させ
ることができる。Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-173760 discloses a double heterojunction FET 34. The double heterojunction FET 34 includes an n-type AlGaAs layer 47, which is an electron supply layer, on the semiconductor substrate side of the HEMT.
Is provided. The double heterojunction FET 34 is
With the energy band structure shown in FIG. 5C, the areal density of electrons supplied to the GaAs layer 43 can be increased more than that of HEMT.
【0005】しかしながら、ダブルへテロ接合FET3
4においては、GaAs層43内で加速された電子の一
部が基板側の電子供給層であるAlGaAs層47を走
行し、電子移動速度が低下するという問題があった。However, the double heterojunction FET3
In No. 4, there is a problem that some of the electrons accelerated in the GaAs layer 43 travel in the AlGaAs layer 47 which is the electron supply layer on the substrate side, and the electron moving speed is reduced.
【0006】このような問題を解決する為、同公報に
は、ダブルへテロ接合FET34を改良したダブルへテ
ロ接合FET35も開示されている。ダブルへテロ接合
FET35は、ダブルへテロ接合FET34のn型のA
lGaAs層47を薄く形成し、その基板側にアンドー
プGaAs層48、p型GaAs層49およびアンドー
プGaAs層50を備えている。In order to solve such a problem, the publication also discloses a double heterojunction FET 35 which is an improvement of the double heterojunction FET 34. The double heterojunction FET 35 is an n-type A of the double heterojunction FET 34.
The lGaAs layer 47 is thinly formed, and an undoped GaAs layer 48, a p-type GaAs layer 49 and an undoped GaAs layer 50 are provided on the substrate side thereof.
【0007】このように、半導体基板側にアンドープG
aAs層48およびp型GaAs層49を設けることよ
り、ダブルへテロ接合FET35は、図5Dに示すエネ
ルギーバンド構造をもつこととなる。したがって、Ga
As層43内で加速された電子の一部が基板側の電子供
給層であるAlGaAs層47を走行することを防止
し、アンドープGaAs層48中を走行させることがで
きる。これにより、電子移動速度の低下を避けることが
できる。Thus, the undoped G is formed on the semiconductor substrate side.
By providing the aAs layer 48 and the p-type GaAs layer 49, the double heterojunction FET 35 has the energy band structure shown in FIG. 5D. Therefore, Ga
It is possible to prevent some of the accelerated electrons in the As layer 43 from traveling in the AlGaAs layer 47, which is the electron supply layer on the substrate side, and to travel in the undoped GaAs layer 48. This makes it possible to avoid a decrease in the electron transfer speed.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
半導体装置においては、次のような問題があった。いず
れの半導体装置も、ゲート電極45の下の半導体層は、
電子供給層としての役割を有している為、高濃度のドナ
ー不純物が添加されている。半導体装置の相互コンダク
タンス(gm=(△IDS/△Vg))を向上させる為に
は、電子供給層であるAlGaAs層44のドナー不純
物濃度を高くする必要があるが、AlGaAs層44の
ドナー不純物濃度を高くすると、ゲートリーク電流の増
大や降伏電圧の低下を招く。すなわち、ゲート耐圧が低
下する。However, the above semiconductor device has the following problems. In any of the semiconductor devices, the semiconductor layer below the gate electrode 45 is
Since it has a role as an electron supply layer, a high concentration of donor impurities is added. In order to improve the mutual conductance (gm = (ΔI DS / ΔVg)) of the semiconductor device, it is necessary to increase the donor impurity concentration of the AlGaAs layer 44 which is the electron supply layer. Increasing the concentration causes an increase in gate leakage current and a decrease in breakdown voltage. That is, the gate breakdown voltage decreases.
【0009】この発明は、上記のような問題点を解決
し、高い電子移動速度をもつとともに、ゲート耐圧を低
下させることなく、相互コンダクタンスを高くすること
ができる半導体装置を提供することを目的とする。An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a semiconductor device which has a high electron transfer speed and can increase the transconductance without lowering the gate breakdown voltage. To do.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項1にかかる半導体
装置においては、 A)電子供給層、 B)電子供給層を挟み込むように形成され、電子親和力
が前記電子供給層よりも大きいとともに、ドナー不純物
が添加されていない2つのチャネル層、 C)前記2つのチャネル層のうち、半導体基板側のチャ
ネル層を第1のチャネル層とし、第1のチャネル層と半
導体基板の間に形成された半導体層であって、電子親和
力が前記電子供給層よりも小さいとともに、ドナー不純
物が添加されていない第1のバリア層、 D)前記2つのチャネル層のうち、ゲート電極側のチャ
ネル層を第2のチャネル層とし、第2のチャネル層とゲ
ート電極の間に形成された半導体層であって、電子親和
力が前記電子供給層よりも小さいとともに、ドナー不純
物が添加されていない第2のバリア層、を備えていると
ともに前記電子供給層は、ドナー不純物が添加されてい
るとともに、前記第1および前記第2のチャネル層に電
子を供給することにより、全域で電荷空乏層化している
ことを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: A) an electron supply layer, B) an electron supply layer sandwiched therebetween, an electron affinity higher than that of the electron supply layer, and a donor. Two channel layers to which no impurities are added, C) Of the two channel layers, the channel layer on the semiconductor substrate side is the first channel layer, and a semiconductor formed between the first channel layer and the semiconductor substrate. A first barrier layer which has a lower electron affinity than the electron supply layer and is not doped with a donor impurity; and D) a channel layer on the gate electrode side of the two channel layers, A semiconductor layer formed as a channel layer between the second channel layer and the gate electrode, the electron affinity of which is smaller than that of the electron supply layer, and a donor impurity is added. And a second barrier layer which is not provided, and the electron supply layer is doped with a donor impurity, and by supplying electrons to the first and second channel layers, a charge is distributed over the entire area. It is characterized by being depleted.
【0011】[0011]
【作用】請求項1にかかる半導体装置においては、電子
親和力が前記電子供給層よりも大きいとともに、ドナー
不純物が添加されていない2つのチャネル層が電子供給
層を挟み込むように形成されている。また、電子供給層
は、ドナー不純物が添加されているとともに、前記第1
および前記第2のチャネル層に電子を供給することによ
り、全域で電荷空乏層化している。このように、電子供
給層は全域で電荷空乏層化しており、また、電子供給層
から2つのチャネル層に供給された電子は、ドナー不純
物が添加されていないチャネル層を走行するので、電子
の移動度が大きい。In the semiconductor device according to the first aspect, the electron affinity is larger than that of the electron supply layer, and two channel layers to which the donor impurity is not added are formed so as to sandwich the electron supply layer. The electron supply layer is doped with a donor impurity and is
By supplying electrons to the second channel layer, a charge depletion layer is formed in the entire area. In this way, the electron supply layer is made into a charge depletion layer in the entire region, and the electrons supplied from the electron supply layer to the two channel layers travel in the channel layer to which the donor impurity is not added. High mobility.
【0012】また、半導体基板側のチャネル層と半導体
基板の間に、電子親和力が前記電子供給層よりも小さい
とともに、ドナー不純物が添加されていない第1のバリ
ア層が形成され、ゲート電極側のチャネル層と半導体基
板の間に、電子親和力が前記電子供給層よりも小さいと
ともに、ドナー不純物が添加されていない第2のバリア
層が形成されている。したがって、第1及び第2のバリ
ア層は、チャネル層を走行する電子をチャネル層内にと
じ込めることができる。Further, between the channel layer on the semiconductor substrate side and the semiconductor substrate, a first barrier layer having an electron affinity smaller than that of the electron supply layer and no donor impurity added is formed, and the first barrier layer on the gate electrode side is formed. A second barrier layer having an electron affinity smaller than that of the electron supply layer and containing no donor impurity is formed between the channel layer and the semiconductor substrate. Therefore, the first and second barrier layers can trap electrons traveling in the channel layer in the channel layer.
【0013】[0013]
【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0014】[実施例の各部と特許請求の範囲の文言と
の対応] 「半絶縁性半導体基板」・・・・・・・「半絶縁性Ga
As基板42」 「アクセプタ不純物添加半導体層」・・「p−GaAs
層10」 「第1のバリア層」・・・・・・・・・「i−Al0.3
Ga0.7As層8a」 「第1のチャネル層」・・・・・・・・「i−In0.2
Ga0.8As層7a」 「ドナー不純物不存在領域」・・・・・「i−Al0.15
Ga0.85As層6a」 「ドナー不純物存在領域」・・・・・・「n−Al0.15
Ga0.85As層5」 「ドナー不純物不存在領域」・・・・・「i−Al0.15
Ga0.85As層6b」 「第2のチャネル層」・・・・・・・・「i−In0.2
Ga0.8As層7b」 「第2のバリア層」・・・・・・・・・「i−Al0.3
Ga0.7As層8b」 「オーミック接触形成層」・・・・・・「n−GaAs
層47」 「不純物注入部」・・・・・・・・・・「Siイオン注
入層11,12」 [FET1の構造]図2に示すように、FET1におい
ては、半絶縁性半導体基板である半絶縁性GaAs基板
42上に、バッファ層であるアンドープ(以下(i−)
と略す)GaAs層43、アクセプタ不純物添加半導体
層であるP−GaAs層10、第1のバリア層であるi
−Al0.3Ga0.7As層8a、第1のチャネル層である
i−In0.2Ga0.8As層7a、ドナー不純物不存在領
域であるi−Al0.15Ga0.85As層6a、ドナー不純
物存在領域であるn−Al0.15Ga0.85As層5、ドナ
ー不純物不存在領域であるi−Al0.15Ga0.85As層
6b、第2のチャネル層であるi−In0.2Ga0.8As
層7b、第2のバリア層であるi−Al0.3Ga0.7As
層8b、オーミック接触形成層であるn−GaAs層4
7が順次形成されている。[Correspondence between each part of the embodiment and the wording of the claims] "Semi-insulating semiconductor substrate" ... "Semi-insulating Ga
"As substrate 42""Acceptor impurity-doped semiconductor layer" ... "p-GaAs
Layer 10 "" First barrier layer "..." i-Al 0.3
Ga 0.7 As layer 8a "" first channel layer "..." i-In 0.2
Ga 0.8 As layer 7a "" donor impurity-free region "..." i-Al 0.15
Ga 0.85 As layer 6a "" donor impurity existing region "..." n-Al 0.15
Ga 0.85 As layer 5 "" donor impurity-free region "..." i-Al 0.15
Ga 0.85 As layer 6b "" second channel layer "..." i-In 0.2
Ga 0.8 As layer 7b "" second barrier layer "..........." i-Al 0.3
Ga 0.7 As layer 8b "Ohmic contact formation layer" ... "n-GaAs
Layer 47 "" Implantation part "..." Si ion implantation layers 11 and 12 "[Structure of FET1] As shown in Fig. 2, in FET1, the semiconductor substrate is a semi-insulating semiconductor substrate. On the semi-insulating GaAs substrate 42, an undoped buffer layer (hereinafter (i-)
Abbreviated) GaAs layer 43, P-GaAs layer 10 as an acceptor impurity-added semiconductor layer, and i as a first barrier layer
-Al 0.3 Ga 0.7 As layer 8a, the first is a channel layer i-In 0.2 Ga 0.8 As layer 7a, i-Al 0.15 Ga 0. 8 5 As layers 6a is a donor impurity absence regions, donor impurity existing region N-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 5, i-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 6 b which is a donor impurity absent region, and i-In 0.2 Ga 0.8 As which is the second channel layer.
Layer 7b, a second barrier layer i-Al 0.3 Ga 0.7 As
Layer 8b, n-GaAs layer 4 which is an ohmic contact formation layer
7 are sequentially formed.
【0015】n−GaAs層47上には、ソース電極
4、ドレイン電極3がオーミック接触にて形成されてい
る。ソース電極4とドレイン電極3間のn−GaAs層
47上はリセス構造をなし、ゲート電極45が形成され
ている。A source electrode 4 and a drain electrode 3 are formed on the n-GaAs layer 47 by ohmic contact. A recess structure is formed on the n-GaAs layer 47 between the source electrode 4 and the drain electrode 3, and a gate electrode 45 is formed.
【0016】なお、本実施例においては、ドナー不純物
不存在領域であるi−Al0.15Ga0.85As層6a、6
bおよびドナー不純物存在領域であるn−Al0.15Ga
0.85As層5で電子供給層を形成している。In this embodiment, the i-Al 0.15 Ga0.85 As layers 6a and 6 which are the donor impurity absent regions are formed.
b and donor impurity existing region n-Al 0.15 Ga
The electron supply layer is formed of 0.85 As layer 5.
【0017】図示された各半導体層のデータを以下に示
す。The data of the respective semiconductor layers shown are shown below.
【0018】(1)i−GaAs層43について 厚さ:2000オングストローム (2)p−GaAs層10について 厚さ:300オングストローム 不純物濃度:1×1017cm-3 (3)i−Al0.3Ga0.7As層8aについて 厚さ:250オングストローム (4)i−In0.2Ga0.8As層7aについて 厚さ:70オングストローム (5)i−Al0.15Ga0.85As層6aについて 厚さ:20オングストローム (6)n−Al0.15Ga0.85As層5について 厚さ:60オングストローム 不純物濃度:4×1018cm-3 (7)i−Al0.15Ga0.85As層6bについて 厚さ:20オングストローム (8)i−In0.2Ga0.8As層7bについて 厚さ:70オングストローム (9)i−Al0.3Ga0.7As層8bについて 厚さ:130オングストローム (10)n−GaAs層47について 厚さ:300オングストローム 不純物濃度:5×1017cm-3 [FET1の製造方法]本実施例においては、各半導体
層は、分子線エピタキシャル成長(molecularbeam epit
axy:MBE)法で形成した。なお、MBE法ではなく
MOCVD(metal organic chemical vapour depositi
on)法で形成してもよい。(1) About i-GaAs layer 43 Thickness: 2000 Å (2) About p-GaAs layer 10 Thickness: 300 Å Impurity concentration: 1 × 10 17 cm −3 (3) i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer 8a Thickness: 250 Å (4) i-In 0.2 Ga 0.8 As layer 7a Thickness: 70 Å (5) i-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 6a Thickness: 20 Å (6) n- Al 0.15 Ga 0.85 As layer 5 Thickness: 60 Å Impurity concentration: 4 × 10 18 cm −3 (7) i-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 6 b Thickness: 20 Å (8) i-In 0.2 Ga 0.8 As layer 7b to the thickness: 70 Å (9) i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer 8b for thickness: 13 Angstrom (10) n-GaAs layer 47 thickness for: 300 Å impurity concentration: 5 in the present embodiment [Production method of FET1] × 10 17 cm -3, each of the semiconductor layers, molecular beam epitaxy (molecularbeam epit
axy: MBE) method. MOCVD (metal organic chemical vapor depositi) is not used.
on) method.
【0019】なお、不純物注入部であるSiイオン注入
層11、12は、ソース電極4およびドレイン電極3と
i−Al0.15Ga0.85As層6a,6bとのコンタクト
をとる。したがって、チャネル層を走行する電子をソー
ス電極4およびドレイン電極3を介して取り出すことが
できる。本実施例においては、イオン種:28Siを加速
エネルギー150KeV、ドーズ量2×1013cm-2の
条件で、基板表面からSi+をイオン注入をすることに
より形成した。The Si ion-implanted layers 11 and 12 which are impurity-implanted portions make contact between the source electrode 4 and the drain electrode 3 and the i-Al 0.15 Ga 0.85 As layers 6a and 6b. Therefore, the electrons traveling in the channel layer can be taken out via the source electrode 4 and the drain electrode 3. In this example, ion species: 28 Si was formed by ion-implanting Si + from the substrate surface under the conditions of an acceleration energy of 150 KeV and a dose amount of 2 × 10 13 cm −2 .
【0020】[FET1のエネルギーバンド]FET1
のエネルギーバンド図を図1に示す。同図に示すように
n−Al0.15Ga0.85As層5から供給された電子は、
i−In0.2Ga0.8As層7a,7bを走行するので、
電子の移動速度が大きい。n−Al0.15Ga0.85As層
5は、i−In0.2Ga0.8As層7a,7bに電子を供
給することにより、全域で電荷空乏層化している。[Energy band of FET1] FET1
The energy band diagram of is shown in FIG. As shown in the figure, the electrons supplied from the n-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 5 are
Since it travels through the i-In 0.2 Ga 0.8 As layers 7a and 7b,
The electron moving speed is high. The n-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 5 is turned into a charge depletion layer in the entire area by supplying electrons to the i-In 0.2 Ga 0.8 As layers 7a and 7b.
【0021】また、Al組成比は、バリア層であるi−
Al0.3Ga0.7As層8a,8bでは0.3であるのに
対し、電子供給層のドナー不純物存在領域であるn−A
l0.15Ga0.85As層5では、0.15である。したが
って、バリア層であるi−Al0.3Ga0.7As層8a,
8bのポテンシャル障壁の高さは電子供給層のドナー不
純物存在領域であるn−Al0.15Ga0.85As層5より
高くなり、電子のとじ込め効果を高くできる。したがっ
て、基板側を流れる電流を防止でき、相互コンダクタン
ス(gm)が増大する。The Al composition ratio of the barrier layer i-
In the case of Al 0.3 Ga 0.7 As layers 8a and 8b, it is 0.3, whereas n-A which is the donor impurity existing region of the electron supply layer.
In l 0. 1 5 Ga 0.85 As layer 5 is 0.15. Therefore, the i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer 8a, which is a barrier layer,
The height of the potential barrier of 8b is higher than that of the n-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 5, which is the donor impurity existing region of the electron supply layer, and the electron confinement effect can be enhanced. Therefore, the current flowing through the substrate side can be prevented and the mutual conductance (gm) increases.
【0022】さらに、ゲート電極45が接する半導体層
はi−Al0.3Ga0.7As層8bであるので、ゲート耐
圧が向上する。Further, since the semiconductor layer in contact with the gate electrode 45 is the i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer 8b, the gate breakdown voltage is improved.
【0023】また、i−Al0.3Ga0.7As層8bとi
−GaAs層43の間に、アクセプタ不純物が添加され
たp−GaAs層10が形成されている。したがって、
電子のとじ込め効果をより高くでき、gmをより高くす
ることができる。なお、図1矢印αがP−GaAs層1
0を形成した場合であり、図1矢印βがP−GaAs層
10を形成しない場合を示す。Further, the i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer 8b and i
The p-GaAs layer 10 to which the acceptor impurity is added is formed between the -GaAs layers 43. Therefore,
The electron confinement effect can be further enhanced, and gm can be further enhanced. The arrow α in FIG. 1 indicates the P-GaAs layer 1.
0 is formed, and the arrow β in FIG. 1 shows the case where the P-GaAs layer 10 is not formed.
【0024】また、ドナー不純物不存在領域であるi−
Al0.15Ga0.85As層6a、6bは、n−Al0.15G
a0.85As層5に存在するドナー不純物がi−In0.2
Ga0.8As層7a,7bを走行する電子を散乱させる
ことを防止する。したがって、より高い電子速度が得ら
れ、gmの向上を図ることができる。In addition, i-
The Al 0.15 Ga 0.85 As layers 6a and 6b are made of n-Al 0.15 G.
a 0.85 The donor impurity existing in the As layer 5 is i-In 0.2.
Ga 0. 8aS layer 7a, to prevent scattering electrons traveling 7b. Therefore, a higher electron velocity can be obtained and gm can be improved.
【0025】なお、本実施例においては、前述したよう
にn−Al0.15Ga0.85As層5が60オングストロー
ムで、i−Al0.15Ga0.85As層6a、6bは各20
オングストロームであるので、i−In0.2Ga0.8As
層7a,7bを走行する電子はトンネル効果により結合
し、2つのチャネル層は実質的に1つのチャネルとして
動作する。これにより、gmをより高くすることができ
る。In this embodiment, as described above, the n-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 5 has a thickness of 60 angstroms, and the i-Al 0.15 Ga 0.85 As layers 6a and 6b each include 20 layers.
Since it is Angstrom, i-In 0.2 Ga 0.8 As
The electrons traveling in the layers 7a and 7b are coupled by the tunnel effect, and the two channel layers substantially operate as one channel. Thereby, gm can be made higher.
【0026】[他の実施例]図4に、他の実施例である
FET21を示す。FET21においては、ドナー不純
物存在領域が、一原子層面にのみ高濃度のドナー不純物
を添加した構造(以下δドープ構造という)をなしてい
る。したがって、電子供給層を薄くすることができ、ド
ナー不純物を添加した層とゲート電極45との距離を小
さくすることができる。これにより、より高いgmを得
ることができる。[Other Embodiments] FIG. 4 shows an FET 21 as another embodiment. In the FET 21, the donor impurity existing region has a structure in which a high concentration of the donor impurity is added only to the surface of one atomic layer (hereinafter referred to as a δ-doped structure). Therefore, the electron supply layer can be thinned, and the distance between the layer to which the donor impurity is added and the gate electrode 45 can be reduced. Thereby, a higher gm can be obtained.
【0027】なお、本実施例においては、ドナー不純物
としてSi(シリコン)を用いた。また、i−Al0.15
Ga0.85As層6a、6bの層厚がともに30オングス
トロームで構成されている点以外はほぼ同様であるの
で、説明は省略する。なお、ドナー不純物存在領域のド
ナー不純物濃度は、3×1012cm-2で構成した。In this example, Si (silicon) was used as the donor impurity. In addition, i-Al 0.15
The Ga 0.85 As layers 6a and 6b are substantially the same except that they are both 30 angstroms thick, and the description thereof is omitted. The donor impurity concentration in the donor impurity existing region was 3 × 10 12 cm −2 .
【0028】図3に、FET21のエネルギーバンド図
を示す。同図に示すように、本実施例においても、電子
の移動速度、電子のとじ込め効果、ゲート耐圧の向上、
i−In0.2Ga0.8As層7a,7bを走行する電子の
散乱防止、チャネル層が実質的に1つのチャネルとして
動作する点はFET1と同様である。FIG. 3 shows an energy band diagram of the FET 21. As shown in the figure, also in this embodiment, the electron moving speed, the electron confinement effect, the improvement of the gate breakdown voltage,
Like the FET 1, the scattering of electrons traveling in the i-In 0.2 Ga 0.8 As layers 7a and 7b is prevented, and the channel layer operates substantially as one channel.
【0029】なお、FET21においては、電子供給層
の厚み(i−Al0.15Ga0.85As層6a、6bの総厚
み)が約60オングストロームであるので、i−In
0.2Ga0.8As層7a,7bを走行する電子の散乱を防
止しつつ、より高いトンネル効果も期待できる。また、
δドープ構造であるので、MBE法を用いて、容易にド
ナー不純物濃度を高くすることができる。In the FET 21, since the thickness of the electron supply layer (the total thickness of the i-Al 0.15 Ga 0.85 As layers 6a and 6b) is about 60 angstroms, the i-In
A higher tunnel effect can be expected while preventing scattering of electrons traveling in the 0.2 Ga 0.8 As layers 7a and 7b. Also,
Since it has a δ-doped structure, the donor impurity concentration can be easily increased by using the MBE method.
【0030】[他の応用例]なお、FET1において
は、ドナー不純物不存在領域であるi−Al0.15Ga0
.85As層6a、6bおよびドナー不純物存在領域であ
るn−Al0.15Ga0.85As層5で電子供給層を形成し
たが、電子供給層にドナー不純物不存在領域であるi−
Al0.15Ga0.85As層6a、6bを設けなくともよ
い。これにより、電子供給層の層厚が薄くなりトンネル
効果が発生しやすくなる。[Other Application Examples] In the FET 1, i-Al 0.15 Ga0 which is a donor impurity absent region.
.85 As layers 6a and 6b and an n-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 5 which is a donor impurity existence region were used to form an electron supply layer.
The Al 0.15 Ga 0.85 As layers 6a and 6b may not be provided. As a result, the layer thickness of the electron supply layer becomes thin and the tunnel effect is likely to occur.
【0031】また、上記各実施例においては、ゲート電
極45が接する第2のバリア層に不純物を添加していな
いが、第2のバリア層の全域がゲート電極とのショット
キー接触による電荷空乏層とできる程度のドナー不純物
を、第2のバリア層に添加するようにしてもよい。これ
により、ソース電極4とチャネル層間およびドレイン電
極3とチャネル層間に電流が流れやすくなる。In each of the above embodiments, no impurity is added to the second barrier layer in contact with the gate electrode 45, but the entire area of the second barrier layer is a charge depletion layer due to Schottky contact with the gate electrode. It is possible to add as much donor impurity as possible to the second barrier layer. This facilitates the flow of current between the source electrode 4 and the channel layer and between the drain electrode 3 and the channel layer.
【0032】なお、上記各実施例においてはソース電極
4およびドレイン電極3とi−Al0.15Ga0.85As層
6a,6bとのコンタクトをとるためのSiイオン注入
層11、12を設けているが、上記の様に第2のバリア
層にドナー不純物を添加した場合は、Siイオン注入層
11、12を省略してもよい。これにより、製造工程が
簡素化される。It should be noted, it is provided with the Si ion implantation layer 11, 12 for making contact with the source electrode 4 and drain electrode 3 i-Al0 .15 Ga 0.85 As layer 6a, 6b in each of the above embodiments When the donor impurities are added to the second barrier layer as described above, the Si ion implantation layers 11 and 12 may be omitted. This simplifies the manufacturing process.
【0033】また、上記各実施例においては、第1のチ
ャネル層であるi−In0.2Ga0.8As層7aおよび第
2のチャネル層であるi−In0.2Ga0.8As層7bに
ついては、同じ材質で構成した。しかし、低電界移動度
においては第1のチャネル層7aより第2のチャネル層
7bの方が大きく、飽和電子速度においては、第2のチ
ャネル層7bより第1のチャネル層7aの方が大きい材
質のものを用いてもよい。これにより、gmがより高い
FETを提供することができる。In each of the above embodiments, the same material is used for the i-In 0.2 Ga 0.8 As layer 7a which is the first channel layer and the i-In 0.2 Ga 0.8 As layer 7b which is the second channel layer. Composed of. However, the material of the second channel layer 7b is larger than that of the first channel layer 7a in the low electric field mobility, and the material of the first channel layer 7a is larger than that in the second channel layer 7b in the saturation electron velocity. You may use the thing of. This can provide a FET with a higher gm.
【0034】なお、上記各実施例においては、バリア層
をAlGaAsで、チャネル層をInGaAsで、電子
供給層をAlGaAsで構成したが、これに限ることな
く、チャネル層については、電子親和力が電子供給層よ
りも大きく、バリア層については、電子親和力が電子供
給層よりも小さくものであれば他の組合わせであっても
よい。In each of the above embodiments, the barrier layer is made of AlGaAs, the channel layer is made of InGaAs, and the electron supply layer is made of AlGaAs. However, the present invention is not limited to this. Other combinations may be used as long as they are larger than the layers and the barrier layer has an electron affinity smaller than that of the electron supply layer.
【0035】また、上記各実施例においてはトランジス
タ単体として説明したが、FETを含む集積回路、例え
ば高速デジタルICやマイクロ波モノシリック集積回路
として構成してもよい。Further, in each of the above embodiments, the transistor is described as a single unit, but it may be configured as an integrated circuit including an FET, for example, a high speed digital IC or a microwave monolithic integrated circuit.
【0036】[0036]
【発明の効果】請求項1にかかる半導体装置において
は、電子親和力が前記電子供給層よりも大きいととも
に、ドナー不純物が添加されていない2つのチャネル層
が電子供給層を挟み込むように形成されている。また、
電子供給層は、ドナー不純物が添加されているととも
に、前記第1および前記第2のチャネル層に電子を供給
することにより、全域で電荷空乏層化している。このよ
うに、電子供給層は全域で電荷空乏層化しており、ま
た、電子供給層から2つのチャネル層に供給された電子
が、ドナー不純物が添加されていないチャネル層を走行
するので、電子の移動速度が大きい。In the semiconductor device according to the first aspect of the present invention, the electron affinity is larger than that of the electron supply layer, and two channel layers to which the donor impurity is not added are formed so as to sandwich the electron supply layer. . Also,
A donor impurity is added to the electron supply layer, and electrons are supplied to the first and second channel layers to form a charge depletion layer in the entire region. In this way, the electron supply layer is formed into a charge depletion layer in the entire area, and the electrons supplied from the electron supply layer to the two channel layers travel in the channel layer to which the donor impurity is not added, and The moving speed is high.
【0037】また、半導体基板側のチャネル層と半導体
基板の間に、電子親和力が前記電子供給層よりも小さい
とともに、ドナー不純物が添加されていない第1のバリ
ア層が形成され、ゲート電極側のチャネル層と半導体基
板の間に、電子親和力が前記電子供給層よりも小さいと
ともに、ドナー不純物が添加されていない第2のバリア
層が形成されている。したがって、第1及び第2のバリ
ア層は、走行する電子をチャネル層にとじ込め、基板側
の他の半導体層を走行することを防止できる。すなわ
ち、ゲート耐圧を低下させることなく、相互コンダクタ
ンスを高くすることができる半導体装置を提供すること
ができる。Further, between the channel layer on the semiconductor substrate side and the semiconductor substrate, a first barrier layer which has an electron affinity smaller than that of the electron supply layer and is not added with a donor impurity is formed. A second barrier layer having an electron affinity smaller than that of the electron supply layer and containing no donor impurity is formed between the channel layer and the semiconductor substrate. Therefore, the first and second barrier layers can trap the traveling electrons in the channel layer and prevent the traveling electrons in the other semiconductor layers on the substrate side. That is, it is possible to provide a semiconductor device capable of increasing the mutual conductance without lowering the gate breakdown voltage.
【図1】本発明にかかるFET1のエネルギーバンド構
造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an energy band structure of a FET 1 according to the present invention.
【図2】FET1の要部断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of FET1.
【図3】本発明にかかる他の実施例であるFET21の
エネルギーバンド構造を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an energy band structure of an FET 21, which is another embodiment of the present invention.
【図4】FET21の要部断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of essential parts of a FET 21.
【図5】従来の半導体を示す図である。AはHEMTの
要部断面図、BはHEMTのエネルギバンド図、C,D
はダブルへテロ接合FETのエネルギーバンド図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a conventional semiconductor. A is a sectional view of a main part of the HEMT, B is an energy band diagram of the HEMT, and C and D.
FIG. 4 is an energy band diagram of a double heterojunction FET.
3・・・・・・・ドレイン電極 4・・・・・・・ソース電極 5・・・・・・・n−Al0.15Ga0.85As層 6a、6b・・・i−Al0.15Ga0.85As層 7a、7b・・・i−In0.2Ga0.8As層 8a、8b・・・i−Al0.3Ga0.7As層 10・・・・・・p−GaAs層 11、12・・・Siイオン注入層 42・・・・・・半絶縁性GaAs基板 43・・・・・・i−GaAs層 45・・・・・・ゲート電極 47・・・・・・n−GaAs層3 ... Drain electrode 4 ... Source electrode 5 ... n-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 6a, 6b ... i-Al 0.15 Ga 0.85 As layer 7a, 7b ... i-In 0.2 Ga 0.8 As layer 8a, 8b ... i-Al 0.3 Ga 0.7 As layer 10 ... p-GaAs layer 11, 12 ... Si ion implantation layer 42・ ・ ・ Semi-insulating GaAs substrate 43 ・ ・ ・ ・ ・ i-GaAs layer 45 ・ ・ ・ ・ Gate electrode 47 ・ ・ ・ ・ ・ ・ n-GaAs layer
Claims (1)
半導体層、 前記複数の半導体層上に設けられたゲート電極、を有す
る半導体装置であって、 前記複数の半導体層は少なくとも、 A)電子供給層、 B)電子供給層を挟み込むように形成され、電子親和力
が前記電子供給層よりも大きいとともに、ドナー不純物
が添加されていない2つのチャネル層、 C)前記2つのチャネル層のうち、半導体基板側のチャ
ネル層を第1のチャネル層とし、第1のチャネル層と半
導体基板の間に形成された半導体層であって、電子親和
力が前記電子供給層よりも小さいとともに、ドナー不純
物が添加されていない第1のバリア層、 D)前記2つのチャネル層のうち、ゲート電極側のチャ
ネル層を第2のチャネル層とし、第2のチャネル層とゲ
ート電極との間に形成された半導体層であって、電子親
和力が前記電子供給層よりも小さいとともに、ドナー不
純物が添加されていない第2のバリア層、を備えている
とともに前記電子供給層は、ドナー不純物が添加されて
いるとともに、前記第1および前記第2のチャネル層に
電子を供給することにより、全域で電荷空乏層化してい
ること、を特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device comprising: a plurality of semiconductor layers provided on a semi-insulating semiconductor substrate; and a gate electrode provided on the plurality of semiconductor layers, wherein the plurality of semiconductor layers include at least A ) Electron supply layer, B) Two channel layers that are formed so as to sandwich the electron supply layer and have an electron affinity higher than that of the electron supply layer and no donor impurity is added, C) Of the two channel layers A semiconductor layer formed between the first channel layer and the semiconductor substrate, wherein the electron affinity is smaller than that of the electron supply layer, and the donor impurity is First barrier layer not added, D) Of the two channel layers, the channel layer on the gate electrode side is the second channel layer, and the second channel layer and the gate electrode A second barrier layer having an electron affinity smaller than that of the electron supply layer and having no donor impurity added, and the electron supply layer has a donor impurity A semiconductor device, characterized in that the charge depletion layer is formed in the entire region by being supplied with electrons to the first and second channel layers.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5008381A JPH06295926A (en) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | Semiconductor device including field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5008381A JPH06295926A (en) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | Semiconductor device including field effect transistor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06295926A true JPH06295926A (en) | 1994-10-21 |
Family
ID=11691651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5008381A Pending JPH06295926A (en) | 1993-01-21 | 1993-01-21 | Semiconductor device including field effect transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06295926A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023228267A1 (en) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | 日本電信電話株式会社 | Electric field effect transistor |
-
1993
- 1993-01-21 JP JP5008381A patent/JPH06295926A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023228267A1 (en) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | 日本電信電話株式会社 | Electric field effect transistor |
| JPWO2023228267A1 (en) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0477515B1 (en) | Heterojunction field effect transistor with monolayer in channel region | |
| US5023674A (en) | Field effect transistor | |
| EP0051271B1 (en) | Heterojunction semiconductor device | |
| US5596211A (en) | Field effect transistor having a graded bandgap InGaAsP channel formed of a two-dimensional electron gas | |
| EP0130676B1 (en) | Semiconductor device having a hetero junction | |
| JPH0324782B2 (en) | ||
| JP3258835B2 (en) | Field effect type semiconductor device | |
| US5408111A (en) | Field-effect transistor having a double pulse-doped structure | |
| JPH0328065B2 (en) | ||
| JPH06295926A (en) | Semiconductor device including field effect transistor | |
| JPH11214676A (en) | Semiconductor device | |
| JP2994863B2 (en) | Heterojunction semiconductor device | |
| KR910006698B1 (en) | Semiconductor device | |
| JP3054216B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP3021894B2 (en) | Heterojunction field effect transistor | |
| JP3304343B2 (en) | Field effect transistor | |
| JP3053862B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2567730B2 (en) | Heterojunction field effect transistor | |
| JPH06163602A (en) | High electron mobility transistor and manufacturing method thereof | |
| KR970004485B1 (en) | Hetero-junction field effect transistor | |
| JPS60136380A (en) | semiconductor equipment | |
| JPH0797636B2 (en) | Heterojunction field effect transistor | |
| JPH07142511A (en) | Heterojunction field effect transistor | |
| JP2834172B2 (en) | Field effect transistor | |
| JP2728765B2 (en) | Compound semiconductor field effect transistor |