JPH1093075A - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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- JPH1093075A JPH1093075A JP24738996A JP24738996A JPH1093075A JP H1093075 A JPH1093075 A JP H1093075A JP 24738996 A JP24738996 A JP 24738996A JP 24738996 A JP24738996 A JP 24738996A JP H1093075 A JPH1093075 A JP H1093075A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 化合物半導体装置に関し、ＤＣ特性における
ｇm をフラットにし、且つ、その立ち上がり及び立ち下
がりをシャープにする。 【解決手段】 複数のヘテロ接合１，２を有し、各ヘテ
ロ接合１，２の界面における一導電型二次元キャリアガ
ス３，４の走行を利用すると共に、少なくとも２層の一
導電型二次元キャリアガス３，４の間に設けられた一導
電型半導体層５で発生する一導電型キャリアの走行を利
用する。
ｇm をフラットにし、且つ、その立ち上がり及び立ち下
がりをシャープにする。 【解決手段】 複数のヘテロ接合１，２を有し、各ヘテ
ロ接合１，２の界面における一導電型二次元キャリアガ
ス３，４の走行を利用すると共に、少なくとも２層の一
導電型二次元キャリアガス３，４の間に設けられた一導
電型半導体層５で発生する一導電型キャリアの走行を利
用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は化合物半導体装置に
関するものであり、特に、ＨＥＭＴ（高電子移動度トラ
ンジスタ）とＭＥＳＦＥＴ（ショットキーバリアゲート
ＦＥＴ）の特性を兼ね備えたパワー用の化合物半導体装
置に関するものである。
関するものであり、特に、ＨＥＭＴ（高電子移動度トラ
ンジスタ）とＭＥＳＦＥＴ（ショットキーバリアゲート
ＦＥＴ）の特性を兼ね備えたパワー用の化合物半導体装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＧａＡｓ系化合物半導体を中心と
したパワー用化合物半導体装置は、マイクロ波以上の高
周波通信用に使用されており、特に、導電型決定不純物
に起因するキャリア、特に、電子を利用するＭＥＳＦＥ
Ｔや、ヘテロ接合に起因する二次元キャリアガス、特
に、二次元電子ガスを利用するＨＥＭＴが典型的なもの
である。
したパワー用化合物半導体装置は、マイクロ波以上の高
周波通信用に使用されており、特に、導電型決定不純物
に起因するキャリア、特に、電子を利用するＭＥＳＦＥ
Ｔや、ヘテロ接合に起因する二次元キャリアガス、特
に、二次元電子ガスを利用するＨＥＭＴが典型的なもの
である。
【０００３】この様なパワー用化合物半導体装置におい
ては、特に、歪みの少ない特性を要求されるが、歪み特
性改善のためにはＤＣ（直流）特性のｇm （相互コンダ
クタンス）がフラットであることが望ましく、且つ、ｇ
m の立ち上がり、及び、立ち下がりがシャープであるこ
とが要求される。
ては、特に、歪みの少ない特性を要求されるが、歪み特
性改善のためにはＤＣ（直流）特性のｇm （相互コンダ
クタンス）がフラットであることが望ましく、且つ、ｇ
m の立ち上がり、及び、立ち下がりがシャープであるこ
とが要求される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図５参照しかし、導電
型決定不純物に起因する電子を利用する、即ち、ｎ型能
動層における電子の走行をゲート電極に印加するゲート
電圧によって制御するＭＥＳＦＥＴの場合には、図にお
いて実線で示すように、ｇm はフラットであるが、立ち
上がり及び立ち下がりがシャープでなくなると言う問題
がある。
型決定不純物に起因する電子を利用する、即ち、ｎ型能
動層における電子の走行をゲート電極に印加するゲート
電圧によって制御するＭＥＳＦＥＴの場合には、図にお
いて実線で示すように、ｇm はフラットであるが、立ち
上がり及び立ち下がりがシャープでなくなると言う問題
がある。
【０００５】一方、二次元電子ガスを利用する、即ち、
電子親和力の異なる半導体間に形成されるヘテロ接合界
面に生成される二次元電子ガスの走行をゲート電極に印
加するゲート電圧によって制御するＨＥＭＴにおいて
は、図において破線で示すように立ち上がり及び立ち下
がりはシャープであるものの、ｇm がフラットになりに
くいという問題がある。
電子親和力の異なる半導体間に形成されるヘテロ接合界
面に生成される二次元電子ガスの走行をゲート電極に印
加するゲート電圧によって制御するＨＥＭＴにおいて
は、図において破線で示すように立ち上がり及び立ち下
がりはシャープであるものの、ｇm がフラットになりに
くいという問題がある。
【０００６】したがって、本発明は、化合物半導体装
置、特に、パワー用化合物半導体装置のＤＣ特性におけ
るｇm をフラットにし、且つ、立ち上がり及び立ち下が
りをシャープにすることを目的とする。
置、特に、パワー用化合物半導体装置のＤＣ特性におけ
るｇm をフラットにし、且つ、立ち上がり及び立ち下が
りをシャープにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１（ａ）及び（ｂ）参照 （１）本発明は、化合物半導体装置において、複数のヘ
テロ接合１，２を有し、各ヘテロ接合１，２の界面にお
ける一導電型二次元キャリアガス３，４の走行を利用す
ると共に、少なくとも２層の一導電型二次元キャリアガ
ス３，４の間に設けられた一導電型半導体層５で発生す
る一導電型キャリアの走行を利用することを特徴とす
る。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。 図１（ａ）及び（ｂ）参照 （１）本発明は、化合物半導体装置において、複数のヘ
テロ接合１，２を有し、各ヘテロ接合１，２の界面にお
ける一導電型二次元キャリアガス３，４の走行を利用す
ると共に、少なくとも２層の一導電型二次元キャリアガ
ス３，４の間に設けられた一導電型半導体層５で発生す
る一導電型キャリアの走行を利用することを特徴とす
る。
【０００８】この様に、一導電型二次元キャリアガス
３，４の走行を利用することによりＨＥＭＴの動作特性
が得られ、また、一導電型半導体層５で発生する一導電
型キャリアの走行を利用することによるＭＥＳＦＥＴの
動作特性が得られる。
３，４の走行を利用することによりＨＥＭＴの動作特性
が得られ、また、一導電型半導体層５で発生する一導電
型キャリアの走行を利用することによるＭＥＳＦＥＴの
動作特性が得られる。
【０００９】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、一導電型二次元キャリアガス３，４及び一導電型キ
ャリアの走行をゲート電極６で制御すると共に、ゲート
電極６に印加する電圧が０の時に、ゲート電極６に起因
する空乏層７が一導電型半導体層５に拡がるようにする
ことを特徴とする。
て、一導電型二次元キャリアガス３，４及び一導電型キ
ャリアの走行をゲート電極６で制御すると共に、ゲート
電極６に印加する電圧が０の時に、ゲート電極６に起因
する空乏層７が一導電型半導体層５に拡がるようにする
ことを特徴とする。
【００１０】この様に、動作をゲート電極６で制御する
場合、ゲート電極６に印加する電圧が０の時に、ゲート
電極６に起因する空乏層７、即ち、ショットキー空乏層
が一導電型半導体層５に拡がるようにすることによっ
て、浅いゲートバイアス時においては、ＭＥＳＦＥＴと
同様なフラットなｇm 特性が得られる。
場合、ゲート電極６に印加する電圧が０の時に、ゲート
電極６に起因する空乏層７、即ち、ショットキー空乏層
が一導電型半導体層５に拡がるようにすることによっ
て、浅いゲートバイアス時においては、ＭＥＳＦＥＴと
同様なフラットなｇm 特性が得られる。
【００１１】（３）また、本発明は、上記（２）におい
て、ヘテロ接合１，２の間に設ける層が、真性半導体層
−一導電型半導体層５−真性半導体層からなる層構造で
あることを特徴とする。
て、ヘテロ接合１，２の間に設ける層が、真性半導体層
−一導電型半導体層５−真性半導体層からなる層構造で
あることを特徴とする。
【００１２】この様に、ヘテロ接合１，２の間に設ける
層を真性半導体層−一導電型半導体層５−真性半導体層
とし、真性半導体層を一導電型二次元キャリアガス３，
４の走行層とすることによって、不純物によるキャリア
の散乱に起因する動作速度の低下をなくすことができ
る。
層を真性半導体層−一導電型半導体層５−真性半導体層
とし、真性半導体層を一導電型二次元キャリアガス３，
４の走行層とすることによって、不純物によるキャリア
の散乱に起因する動作速度の低下をなくすことができ
る。
【００１３】（４）また、本発明は、上記（２）または
（３）において、一導電型半導体層５を、その中心部に
おけるキャリア濃度が高くなるようにすることを特徴と
する。
（３）において、一導電型半導体層５を、その中心部に
おけるキャリア濃度が高くなるようにすることを特徴と
する。
【００１４】この様に、一導電型半導体層５の中心部に
おけるキャリア濃度を高くすることによって、ＭＥＳＦ
ＥＴとしての動作特性を高めることができ、フラットな
ｇm特性を得ることができる。なお、不純物濃度の変化
は、傾斜状（グレーデッド）に変化しても良いし、階段
状に変化しても良いものである。
おけるキャリア濃度を高くすることによって、ＭＥＳＦ
ＥＴとしての動作特性を高めることができ、フラットな
ｇm特性を得ることができる。なお、不純物濃度の変化
は、傾斜状（グレーデッド）に変化しても良いし、階段
状に変化しても良いものである。
【００１５】（５）また、本発明は、上記（２）または
（３）において、ヘテロ接合１，２の間に設ける層の組
成が一部において異なっていることを特徴とする。
（３）において、ヘテロ接合１，２の間に設ける層の組
成が一部において異なっていることを特徴とする。
【００１６】（６）また、本発明は、上記（５）におい
て、ヘテロ接合１，２の間に設ける層の組成が、傾斜状
に変化していることを特徴とする。
て、ヘテロ接合１，２の間に設ける層の組成が、傾斜状
に変化していることを特徴とする。
【００１７】この様に、ヘテロ接合１，２の間に設ける
層の組成を一部において異なる様に変化、特に、傾斜状
に変化させることによって、格子不整合による結晶性の
低下をもたらすことなく、ヘテロ接合１側のキャリア濃
度を高めることができ、それによって、全体のｇm を高
めることができる。
層の組成を一部において異なる様に変化、特に、傾斜状
に変化させることによって、格子不整合による結晶性の
低下をもたらすことなく、ヘテロ接合１側のキャリア濃
度を高めることができ、それによって、全体のｇm を高
めることができる。
【００１８】（７）また、本発明は、上記（２）乃至
（６）のいずれかにおいて、一導電型二次元キャリアガ
ス３，４及び一導電型半導体層５のキャリア濃度が、ゲ
ート電極６に近い側から遠い側に向かって順に高くなっ
ていることを特徴とする。
（６）のいずれかにおいて、一導電型二次元キャリアガ
ス３，４及び一導電型半導体層５のキャリア濃度が、ゲ
ート電極６に近い側から遠い側に向かって順に高くなっ
ていることを特徴とする。
【００１９】この様に、各キャリア走行部におけるキャ
リア濃度を、ゲート電極６に近い側から遠い側に向かっ
て順に高くすることによって、空乏層７が拡がらない場
合には、一導電型二次元キャリアガス３，４の走行及び
一導電型半導体層５で発生する一導電型キャリアの走行
の三つのキャリアの走行を利用することによって、ｇ m
の立ち上がり特性をＨＥＭＴの様にシャープにすること
ができる。
リア濃度を、ゲート電極６に近い側から遠い側に向かっ
て順に高くすることによって、空乏層７が拡がらない場
合には、一導電型二次元キャリアガス３，４の走行及び
一導電型半導体層５で発生する一導電型キャリアの走行
の三つのキャリアの走行を利用することによって、ｇ m
の立ち上がり特性をＨＥＭＴの様にシャープにすること
ができる。
【００２０】また、空乏層７が一導電型半導体層５に達
する場合には、一導電型半導体層５における一導電型キ
ャリアの走行を利用して、ｇm をＭＥＳＦＥＴの様にフ
ラットにすることができる。
する場合には、一導電型半導体層５における一導電型キ
ャリアの走行を利用して、ｇm をＭＥＳＦＥＴの様にフ
ラットにすることができる。
【００２１】さらに、ゲート電極６を深くバイアスする
ことによって、空乏層７がゲート電極６から離れた一導
電型二次元キャリアガス３の近傍に達する場合には、こ
の一導電型二次元キャリアガス３のみが動作の担い手と
なるが、この一導電型二次元キャリアガス３はキャリア
濃度が一番高いので、ｇm を低下させることなく、ｇ m
の立ち下がり特性をＨＥＭＴの様にシャープにすること
ができる。
ことによって、空乏層７がゲート電極６から離れた一導
電型二次元キャリアガス３の近傍に達する場合には、こ
の一導電型二次元キャリアガス３のみが動作の担い手と
なるが、この一導電型二次元キャリアガス３はキャリア
濃度が一番高いので、ｇm を低下させることなく、ｇ m
の立ち下がり特性をＨＥＭＴの様にシャープにすること
ができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図２
及び図３を参照して説明する。なお、図２は本発明の第
１の実施の形態のＨＥＭＴの概略的素子断面図であり、
また、図３はその動作の説明図である。 図２参照 まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）を用いて、厚さ５００〜１５０
００Å、例えば、４０００Åのアンドープのｉ型ＧａＡ
ｓバッファ層１２、及び、厚さ３００〜３０００Å、例
えば、１０００Åのアンドープのｉ型ＡｌＧａＡｓバッ
ファ層１３を成長させる。
及び図３を参照して説明する。なお、図２は本発明の第
１の実施の形態のＨＥＭＴの概略的素子断面図であり、
また、図３はその動作の説明図である。 図２参照 まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法
（有機金属気相成長法）を用いて、厚さ５００〜１５０
００Å、例えば、４０００Åのアンドープのｉ型ＧａＡ
ｓバッファ層１２、及び、厚さ３００〜３０００Å、例
えば、１０００Åのアンドープのｉ型ＡｌＧａＡｓバッ
ファ層１３を成長させる。
【００２３】続いて、その上に、下部ＨＥＭＴの電子供
給層となる、厚さ１３０〜４００Å、例えば、２００Å
で、不純物濃度が１．０〜３．０×１０18ｃｍ-3、例え
ば、２．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＡｌＧａ
Ａｓキャリア供給層１４、及び、電子の走行層となる、
厚さ１００〜４００Å、例えば、２００Åのアンドープ
のｉ型ＧａＡｓキャリア走行層１５を成長させる。
給層となる、厚さ１３０〜４００Å、例えば、２００Å
で、不純物濃度が１．０〜３．０×１０18ｃｍ-3、例え
ば、２．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＡｌＧａ
Ａｓキャリア供給層１４、及び、電子の走行層となる、
厚さ１００〜４００Å、例えば、２００Åのアンドープ
のｉ型ＧａＡｓキャリア走行層１５を成長させる。
【００２４】続いて、その上にＭＥＳＦＥＴ構造を構成
する、厚さ３００〜５００Å、例えば、４００ÅのＳｉ
ドープのｎ型ＧａＡｓ層１６を成長させる。
する、厚さ３００〜５００Å、例えば、４００ÅのＳｉ
ドープのｎ型ＧａＡｓ層１６を成長させる。
【００２５】このｎ型ＧａＡｓ層１６は、初期不純物濃
度が５．０〜８．０×１０17ｃｍ-3、例えば、７．０×
１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１７から、中心部におけ
る不純物濃度が１．０〜２．０×１０18ｃｍ-3、例え
ば、１．５×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１８に向か
って不純物濃度がグレーデッドに増加するようにし、且
つ、ｎ型ＧａＡｓ層１８から最終不純物濃度が５．０〜
８．０×１０17ｃｍ-3、例えば、７．０×１０17ｃｍ-3
のｎ型ＧａＡｓ層１９に向かって不純物濃度がグレーデ
ッドに減少するよう成長させる。
度が５．０〜８．０×１０17ｃｍ-3、例えば、７．０×
１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１７から、中心部におけ
る不純物濃度が１．０〜２．０×１０18ｃｍ-3、例え
ば、１．５×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層１８に向か
って不純物濃度がグレーデッドに増加するようにし、且
つ、ｎ型ＧａＡｓ層１８から最終不純物濃度が５．０〜
８．０×１０17ｃｍ-3、例えば、７．０×１０17ｃｍ-3
のｎ型ＧａＡｓ層１９に向かって不純物濃度がグレーデ
ッドに減少するよう成長させる。
【００２６】なお、このｎ型ＧａＡｓ層１６は、厚さ１
３０〜２１０Å、例えば、１５０Åで、不純物濃度が
５．０〜８．０×１０17ｃｍ-3、例えば、７．０×１０
17ｃｍ -3のｎ型ＧａＡｓ層１７、厚さ５０〜１５０Å、
例えば、１００Åで、不純物濃度が１．０〜２．０×１
０18ｃｍ-3、例えば、１．５×１０18ｃｍ-3のｎ型Ｇａ
Ａｓ層１８、及び、厚さ１３０〜２１０Å、例えば、１
５０Åで、不純物濃度が５．０〜８．０×１０17ｃ
ｍ-3、例えば、７．０×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層
１９からなる不純物濃度が階段状に変化する３層構造で
構成しても良い。
３０〜２１０Å、例えば、１５０Åで、不純物濃度が
５．０〜８．０×１０17ｃｍ-3、例えば、７．０×１０
17ｃｍ -3のｎ型ＧａＡｓ層１７、厚さ５０〜１５０Å、
例えば、１００Åで、不純物濃度が１．０〜２．０×１
０18ｃｍ-3、例えば、１．５×１０18ｃｍ-3のｎ型Ｇａ
Ａｓ層１８、及び、厚さ１３０〜２１０Å、例えば、１
５０Åで、不純物濃度が５．０〜８．０×１０17ｃ
ｍ-3、例えば、７．０×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層
１９からなる不純物濃度が階段状に変化する３層構造で
構成しても良い。
【００２７】続いて、その上に、上部ＨＥＭＴの電子の
走行層となる、厚さ１００〜３００Å、例えば、２００
Åのアンドープのｉ型ＧａＡｓキャリア走行層２０、及
び、電子供給層となる、厚さ２００〜４００Å、例え
ば、３００Åで、不純物濃度が５．０〜９．０×１０17
ｃｍ-3、例えば、７．０×１０17ｃｍ-3のＳｉドープの
ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層２１を成長させる。
走行層となる、厚さ１００〜３００Å、例えば、２００
Åのアンドープのｉ型ＧａＡｓキャリア走行層２０、及
び、電子供給層となる、厚さ２００〜４００Å、例え
ば、３００Åで、不純物濃度が５．０〜９．０×１０17
ｃｍ-3、例えば、７．０×１０17ｃｍ-3のＳｉドープの
ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層２１を成長させる。
【００２８】さらに、その上に、コンタクト層となる厚
さ５００〜１５００Å、例えば、１０００Åで、不純物
濃度が１．０〜４．０×１０18ｃｍ-3、例えば、３．０
×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＡｓコンタクト
層２２を成長させる。
さ５００〜１５００Å、例えば、１０００Åで、不純物
濃度が１．０〜４．０×１０18ｃｍ-3、例えば、３．０
×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＡｓコンタクト
層２２を成長させる。
【００２９】次いで、このｎ型ＧａＡｓコンタクト層２
２を選択的に除去してｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層
２１を露出させたのち、露出部にＴｉ／Ａｕからなるシ
ョットキーバリアゲート電極２３をリフトオフ法によっ
て形成すると共に、その両側に、Ａｕ・Ｇｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕからなるソース・ドレイン電極２４，２５を形成し、
最後に、ＳｉＮ膜２６をパッシベーション膜として設け
る。
２を選択的に除去してｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層
２１を露出させたのち、露出部にＴｉ／Ａｕからなるシ
ョットキーバリアゲート電極２３をリフトオフ法によっ
て形成すると共に、その両側に、Ａｕ・Ｇｅ／Ｎｉ／Ａ
ｕからなるソース・ドレイン電極２４，２５を形成し、
最後に、ＳｉＮ膜２６をパッシベーション膜として設け
る。
【００３０】この場合、ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給
層１４とｉ型ＧａＡｓキャリア走行層１５との間のヘテ
ロ接合界面近傍において、両者の電子親和力及び禁制帯
幅の差に起因して二次元電子ガス２８が発生すると共
に、ｉ型ＧａＡｓキャリア走行層２０とｎ型ＡｌＧａＡ
ｓキャリア供給層２１との間のヘテロ接合界面近傍にお
いても、二次元電子ガス２７が発生する。
層１４とｉ型ＧａＡｓキャリア走行層１５との間のヘテ
ロ接合界面近傍において、両者の電子親和力及び禁制帯
幅の差に起因して二次元電子ガス２８が発生すると共
に、ｉ型ＧａＡｓキャリア走行層２０とｎ型ＡｌＧａＡ
ｓキャリア供給層２１との間のヘテロ接合界面近傍にお
いても、二次元電子ガス２７が発生する。
【００３１】また、二次元電子ガス２７，２８とｎ型Ｇ
ａＡｓ層１８のキャリア濃度は、ショットキーバリアゲ
ート電極２３から離れるにしたがってキャリア濃度が高
くなるように設定する。
ａＡｓ層１８のキャリア濃度は、ショットキーバリアゲ
ート電極２３から離れるにしたがってキャリア濃度が高
くなるように設定する。
【００３２】この場合、ショットキーバリアゲート電極
２３にバイアスしない状態において、即ち、０Ｖバイア
ス時において、ショットキーバリアゲート電極２３から
伸びる空乏層が少なくともｎ型ＧａＡｓ層１９に達する
様に各層の厚さ及び不純物濃度を設定する必要がある。
２３にバイアスしない状態において、即ち、０Ｖバイア
ス時において、ショットキーバリアゲート電極２３から
伸びる空乏層が少なくともｎ型ＧａＡｓ層１９に達する
様に各層の厚さ及び不純物濃度を設定する必要がある。
【００３３】また、ソース・ドレイン電極２４，２５
は、熱処理によって、二次元電子ガス層２７，２８、及
び、ｎ型ＧａＡｓ層１６と電気的にオーミックに導通す
るようにする必要がある。
は、熱処理によって、二次元電子ガス層２７，２８、及
び、ｎ型ＧａＡｓ層１６と電気的にオーミックに導通す
るようにする必要がある。
【００３４】次に、図３を参照して、本発明の第１の実
施の形態の化合物半導体装置の動作を説明する。 図３（ａ）参照 図３（ａ）は、ショットキーバリアゲート電極２３を深
く正にバイアスした状態における空乏層２９の拡がりを
示すもので、二次元電子ガス２７を遮断していない状態
を示している。
施の形態の化合物半導体装置の動作を説明する。 図３（ａ）参照 図３（ａ）は、ショットキーバリアゲート電極２３を深
く正にバイアスした状態における空乏層２９の拡がりを
示すもので、二次元電子ガス２７を遮断していない状態
を示している。
【００３５】この場合は、二次元電子ガス２７、ｎ型Ｇ
ａＡｓ層１６、特に、ｎ型ＧａＡｓ層１８を走行する電
子、及び、二次元電子ガス２８とにより動作することに
なるので、深く正にバイアスした状態、即ち、ｇm 特性
の立ち下がり特性において、ＨＥＭＴの特性が優勢とな
り、ＨＥＭＴと同様にシャープな立ち下がり特性が得ら
れる。
ａＡｓ層１６、特に、ｎ型ＧａＡｓ層１８を走行する電
子、及び、二次元電子ガス２８とにより動作することに
なるので、深く正にバイアスした状態、即ち、ｇm 特性
の立ち下がり特性において、ＨＥＭＴの特性が優勢とな
り、ＨＥＭＴと同様にシャープな立ち下がり特性が得ら
れる。
【００３６】図３（ｂ）参照 また、図３（ｂ）は、ショットキーバリアゲート電極２
３を０Ｖにバイアスした状態における空乏層２９の拡が
りを示すもので、ｎ型ＧａＡｓ層１６の一部に達してい
る。
３を０Ｖにバイアスした状態における空乏層２９の拡が
りを示すもので、ｎ型ＧａＡｓ層１６の一部に達してい
る。
【００３７】この場合は、二次元電子ガス２７が空乏層
２９によって遮断されて、ｎ型ＧａＡｓ層１６、特に、
ｎ型ＧａＡｓ層１８（図示せず）を走行する電子と二次
元電子ガス２８とが動作の主体になり、ｎ型ＧａＡｓ層
１８を走行する電子によるＭＥＳＦＥＴと同様なフラッ
トなｇm 特性が得られる。
２９によって遮断されて、ｎ型ＧａＡｓ層１６、特に、
ｎ型ＧａＡｓ層１８（図示せず）を走行する電子と二次
元電子ガス２８とが動作の主体になり、ｎ型ＧａＡｓ層
１８を走行する電子によるＭＥＳＦＥＴと同様なフラッ
トなｇm 特性が得られる。
【００３８】図３（ｃ）参照 また、図３（ｃ）は、ショットキーバリアゲート電極２
３を深く負にバイアスした状態における空乏層２９の拡
がりを示すもので、二次元電子ガス２７及びｎ型ＧａＡ
ｓ層１６を遮断している。
３を深く負にバイアスした状態における空乏層２９の拡
がりを示すもので、二次元電子ガス２７及びｎ型ＧａＡ
ｓ層１６を遮断している。
【００３９】この場合は、二次元電子ガス２８のみによ
って動作することになるので、深く負にバイアスした状
態、即ち、ｇm 特性の立ち上がり特性において、ＨＥＭ
Ｔの特性が現れ、シャープな立ち上がり特性が得られ
る。
って動作することになるので、深く負にバイアスした状
態、即ち、ｇm 特性の立ち上がり特性において、ＨＥＭ
Ｔの特性が現れ、シャープな立ち上がり特性が得られ
る。
【００４０】また、この下部ＨＥＭＴを構成する二次元
電子ガス２８は、最もキャリア濃度が高いので、二次元
電子ガス２８のみによって動作することになっても、そ
れほどｇm の絶対値を低下させることはない。
電子ガス２８は、最もキャリア濃度が高いので、二次元
電子ガス２８のみによって動作することになっても、そ
れほどｇm の絶対値を低下させることはない。
【００４１】したがって、ＨＥＭＴと同様なｇm 特性に
おける立ち上がり・立ち下がりが得られると共に、ＭＥ
ＳＦＥＴと同様なフラットな特性が得られ、歪み特性が
改善される。
おける立ち上がり・立ち下がりが得られると共に、ＭＥ
ＳＦＥＴと同様なフラットな特性が得られ、歪み特性が
改善される。
【００４２】例えば、従来のダブルヘテロ接合構造のＭ
ＥＳＦＥＴ型化合物半導体装置において、三次相互変調
歪みが、１０ｄＢｍバックオフにおいて−４４ｄＢｃで
あったものが、本発明においては−４９ｄＢｃとなり、
相当な改善が得られた。
ＥＳＦＥＴ型化合物半導体装置において、三次相互変調
歪みが、１０ｄＢｍバックオフにおいて−４４ｄＢｃで
あったものが、本発明においては−４９ｄＢｃとなり、
相当な改善が得られた。
【００４３】なお、この三次相互変調歪みは、周波数が
ほぼ等しい、即ち、ｆ1 −ｆ2 ＝数１０ＭＨｚの二つの
信号ｆ1 ，ｆ2 を入力信号として供給した時、化合物半
導体装置における非線形性によって（２ｆ2 −ｆ1 ）及
び（２ｆ1 −ｆ2 ）の周波数の信号が出力されるが、こ
の出力信号レベルを基本信号ｆ1 或いはｆ2 の信号レベ
ルに対する比で表記したものである。
ほぼ等しい、即ち、ｆ1 −ｆ2 ＝数１０ＭＨｚの二つの
信号ｆ1 ，ｆ2 を入力信号として供給した時、化合物半
導体装置における非線形性によって（２ｆ2 −ｆ1 ）及
び（２ｆ1 −ｆ2 ）の周波数の信号が出力されるが、こ
の出力信号レベルを基本信号ｆ1 或いはｆ2 の信号レベ
ルに対する比で表記したものである。
【００４４】次に、図４を参照して、本発明の第２の実
施の形態を説明する。 図４参照 まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法を
用いて、厚さ５００〜１５０００Å、例えば、４０００
Åのアンドープのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２、及び、
厚さ３００〜３０００Å、例えば、１０００Åのアンド
ープのｉ型ＡｌＧａＡｓバッファ層１３を成長させ、続
いて、下部ＨＥＭＴの電子供給層となる、厚さ１３０〜
４００Å、例えば、２００Åで、不純物濃度が１．０〜
３．０×１０18ｃｍ-3、例えば、２．０×１０18ｃｍ-3
のＳｉドープのｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層１４を
成長させる。
施の形態を説明する。 図４参照 まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ＭＯＶＰＥ法を
用いて、厚さ５００〜１５０００Å、例えば、４０００
Åのアンドープのｉ型ＧａＡｓバッファ層１２、及び、
厚さ３００〜３０００Å、例えば、１０００Åのアンド
ープのｉ型ＡｌＧａＡｓバッファ層１３を成長させ、続
いて、下部ＨＥＭＴの電子供給層となる、厚さ１３０〜
４００Å、例えば、２００Åで、不純物濃度が１．０〜
３．０×１０18ｃｍ-3、例えば、２．０×１０18ｃｍ-3
のＳｉドープのｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層１４を
成長させる。
【００４５】続いて、その上に、電子の走行層となる、
厚さ１００〜１５０Å、例えば、１４０Åのアンドープ
のｉ型ＩｎＧａＡｓグレーデッドキャリア走行層３０
を、そのＩｎ組成比が０．２０から０．１０に変化する
ように成長させ、続いて、ＭＥＳＦＥＴ構造を構成す
る、厚さ２５０〜５００Å、例えば、３５０Åで、不純
物濃度が１．０〜２．０×１０18ｃｍ-3、例えば、１．
５×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＩｎＧａＡｓグレ
ーデッド層３１を、そのＩｎ組成比が０．１０から０．
００、即ち、ＧａＡｓに変化する様に成長させる。
厚さ１００〜１５０Å、例えば、１４０Åのアンドープ
のｉ型ＩｎＧａＡｓグレーデッドキャリア走行層３０
を、そのＩｎ組成比が０．２０から０．１０に変化する
ように成長させ、続いて、ＭＥＳＦＥＴ構造を構成す
る、厚さ２５０〜５００Å、例えば、３５０Åで、不純
物濃度が１．０〜２．０×１０18ｃｍ-3、例えば、１．
５×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＩｎＧａＡｓグレ
ーデッド層３１を、そのＩｎ組成比が０．１０から０．
００、即ち、ＧａＡｓに変化する様に成長させる。
【００４６】続いて、その上に、上部ＨＥＭＴの電子の
走行層となる、厚さ１００〜４００Å、例えば、２００
Åのアンドープのｉ型ＧａＡｓキャリア走行層２０、及
び、電子供給層となる、厚さ１５０〜３５０Å、例え
ば、２５０Åで、不純物濃度が０．７〜１．５×１０18
ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープの
ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層２１を成長させる。
走行層となる、厚さ１００〜４００Å、例えば、２００
Åのアンドープのｉ型ＧａＡｓキャリア走行層２０、及
び、電子供給層となる、厚さ１５０〜３５０Å、例え
ば、２５０Åで、不純物濃度が０．７〜１．５×１０18
ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープの
ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層２１を成長させる。
【００４７】さらに、その上に、コンタクト層となる厚
さ５００〜１５００Å、例えば、１０００Åで、不純物
濃度が１．０〜４．０×１０18ｃｍ-3、例えば、３．０
×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＡｓコンタクト
層２２を成長させる。
さ５００〜１５００Å、例えば、１０００Åで、不純物
濃度が１．０〜４．０×１０18ｃｍ-3、例えば、３．０
×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＡｓコンタクト
層２２を成長させる。
【００４８】次いで、上記の第１の実施の形態と同様
に、このｎ型ＧａＡｓコンタクト層２２を選択的に除去
してｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層２１を露出させた
のち、露出部にＴｉ／Ａｕからなるショットキーバリア
ゲート電極２３をリフトオフ法によって形成すると共
に、その両側に、Ａｕ・Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるソー
ス・ドレイン電極２４，２５を形成し、最後に、ＳｉＮ
膜２６をパッシベーション膜として設ける。
に、このｎ型ＧａＡｓコンタクト層２２を選択的に除去
してｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層２１を露出させた
のち、露出部にＴｉ／Ａｕからなるショットキーバリア
ゲート電極２３をリフトオフ法によって形成すると共
に、その両側に、Ａｕ・Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕからなるソー
ス・ドレイン電極２４，２５を形成し、最後に、ＳｉＮ
膜２６をパッシベーション膜として設ける。
【００４９】この場合も、ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供
給層１４とｉ型ＩｎＧａＡｓグレーデッドキャリア走行
層３０との間のヘテロ接合界面近傍において、両者の電
子親和力及び禁制帯幅の差に起因して二次元電子ガス２
８が発生すると共に、ｉ型ＧａＡｓキャリア走行層２０
とｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層２１との間のヘテロ
接合界面近傍においても、二次元電子ガス２７が発生す
る。
給層１４とｉ型ＩｎＧａＡｓグレーデッドキャリア走行
層３０との間のヘテロ接合界面近傍において、両者の電
子親和力及び禁制帯幅の差に起因して二次元電子ガス２
８が発生すると共に、ｉ型ＧａＡｓキャリア走行層２０
とｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層２１との間のヘテロ
接合界面近傍においても、二次元電子ガス２７が発生す
る。
【００５０】また、ソース・ドレイン電極２４，２５
は、熱処理によって、二次元電子ガス層２７，２８、及
び、ｎ型ＩｎＧａＡｓグレーデッド層３１と電気的にオ
ーミックに導通するようにする必要がある。
は、熱処理によって、二次元電子ガス層２７，２８、及
び、ｎ型ＩｎＧａＡｓグレーデッド層３１と電気的にオ
ーミックに導通するようにする必要がある。
【００５１】なお、この第２の実施の形態において、下
部ＨＥＭＴのキャリア走行層としてＩｎＧａＡｓ層を採
用する理由は、ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層１４と
の間の禁制帯幅の差をより大きくしてより高キャリア濃
度の二次元電子ガス２８を発生させるためであり、ま
た、ＭＥＳＦＥＴもＩｎＧａＡｓ層によって構成する理
由は、ＧａＡｓ層よりも電子移動度を大きくするためで
ある。
部ＨＥＭＴのキャリア走行層としてＩｎＧａＡｓ層を採
用する理由は、ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層１４と
の間の禁制帯幅の差をより大きくしてより高キャリア濃
度の二次元電子ガス２８を発生させるためであり、ま
た、ＭＥＳＦＥＴもＩｎＧａＡｓ層によって構成する理
由は、ＧａＡｓ層よりも電子移動度を大きくするためで
ある。
【００５２】また、この場合、グレーデッド構造のＩｎ
ＧａＡｓ層を用いる理由は、ＡｌＧａＡｓ層或いはＧａ
Ａｓ層上にＩｎ組成比が０．２０のＩｎ0.20Ｇａ0.80Ａ
ｓを厚く成長させようとする場合、格子不整合によっ
て、結晶性の良好なＩｎＧａＡｓ層が得られないためで
ある。
ＧａＡｓ層を用いる理由は、ＡｌＧａＡｓ層或いはＧａ
Ａｓ層上にＩｎ組成比が０．２０のＩｎ0.20Ｇａ0.80Ａ
ｓを厚く成長させようとする場合、格子不整合によっ
て、結晶性の良好なＩｎＧａＡｓ層が得られないためで
ある。
【００５３】また、この第２の実施の形態においても、
二次元電子ガス２７，２８とｎ型ＩｎＧａＡｓグレーデ
ッド層３１のキャリア濃度は、ショットキーバリアゲー
ト電極２３から離れるにしたがってキャリア濃度が高く
なるように設定する。
二次元電子ガス２７，２８とｎ型ＩｎＧａＡｓグレーデ
ッド層３１のキャリア濃度は、ショットキーバリアゲー
ト電極２３から離れるにしたがってキャリア濃度が高く
なるように設定する。
【００５４】この場合の素子動作特性は、上記の第１の
実施の形態とほぼ同様であるが、第１の実施の形態に比
較すると、全体的にキャリア濃度が高くなっているの
で、ｇ m の絶対値がより大きくなる。
実施の形態とほぼ同様であるが、第１の実施の形態に比
較すると、全体的にキャリア濃度が高くなっているの
で、ｇ m の絶対値がより大きくなる。
【００５５】以上、第１の実施の形態及び第２の実施の
形態を説明してきたが、各実施の形態における各ＡｌＧ
ａＡｓ層のＡｌ組成比は実際には、全て０．２５、即
ち、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを採用しているものの、Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ａｓに限られるものでなく、Ａｌ組成比が
０．１５〜０．３５の範囲であれば良い。
形態を説明してきたが、各実施の形態における各ＡｌＧ
ａＡｓ層のＡｌ組成比は実際には、全て０．２５、即
ち、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ａｓを採用しているものの、Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ａｓに限られるものでなく、Ａｌ組成比が
０．１５〜０．３５の範囲であれば良い。
【００５６】また、上記の各実施の形態の説明において
は、結晶成長方法としてＭＯＶＰＥ法を用いているが、
ＭＯＶＰＥ法に限られるものではなく、ＭＢＥ法（モレ
キュラー・ビーム・エピタキシャル成長法）を用いても
良いものである。
は、結晶成長方法としてＭＯＶＰＥ法を用いているが、
ＭＯＶＰＥ法に限られるものではなく、ＭＢＥ法（モレ
キュラー・ビーム・エピタキシャル成長法）を用いても
良いものである。
【００５７】また、上記第１の実施の形態においては、
ＭＥＳＦＥＴを構成するｎ型ＧａＡｓ層１６をその不純
物濃度が傾斜状（グレーデッド）に、或いは、階段状に
変化するｎ型ＧａＡｓ層１７，１８，１９によって形成
し、バンド・ギャップの傾斜によって電子濃度が中心
部、即ち、ｎ型ＧａＡｓ層１８の中心部で高くなるよう
にしているが、必ずしも不純物濃度は変化させる必要は
なく、均一な不純物濃度のｎ型ＧａＡｓ層のみによって
ｎ型ＧａＡｓ層１６を構成しても良いものである。
ＭＥＳＦＥＴを構成するｎ型ＧａＡｓ層１６をその不純
物濃度が傾斜状（グレーデッド）に、或いは、階段状に
変化するｎ型ＧａＡｓ層１７，１８，１９によって形成
し、バンド・ギャップの傾斜によって電子濃度が中心
部、即ち、ｎ型ＧａＡｓ層１８の中心部で高くなるよう
にしているが、必ずしも不純物濃度は変化させる必要は
なく、均一な不純物濃度のｎ型ＧａＡｓ層のみによって
ｎ型ＧａＡｓ層１６を構成しても良いものである。
【００５８】また、上記の第２の実施の形態において
は、下部ＨＥＭＴを構成するキャリア走行層及びＭＥＳ
ＦＥＴを構成するｎ型半導体層として、組成比が傾斜的
に変化するＩｎＧａＡｓグレーデッド層を採用している
が、組成比を段階的に変化させても良く、例えば、キャ
リア走行層をＩｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ層で構成すると共
に、ＭＥＳＦＥＴを構成するｎ型半導体層をＩｎ0.15Ｇ
ａ0.85Ａｓ−Ｉｎ0.10Ｇａ 0.90Ａｓ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95
Ａｓ構造で構成しても良い。
は、下部ＨＥＭＴを構成するキャリア走行層及びＭＥＳ
ＦＥＴを構成するｎ型半導体層として、組成比が傾斜的
に変化するＩｎＧａＡｓグレーデッド層を採用している
が、組成比を段階的に変化させても良く、例えば、キャ
リア走行層をＩｎ0.20Ｇａ0.80Ａｓ層で構成すると共
に、ＭＥＳＦＥＴを構成するｎ型半導体層をＩｎ0.15Ｇ
ａ0.85Ａｓ−Ｉｎ0.10Ｇａ 0.90Ａｓ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95
Ａｓ構造で構成しても良い。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、デバイス動作を下部Ｈ
ＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ、及び、上部ＨＥＭＴの組み合わ
せによって行なうので、ＤＣ特性のｇm をフラットに、
且つ、その立ち上がり及び立ち下がりをシャープにする
ことができるので、歪み特性を改善することができ、特
に、パワーデバイスの高性能化に寄与するところが大き
い。
ＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ、及び、上部ＨＥＭＴの組み合わ
せによって行なうので、ＤＣ特性のｇm をフラットに、
且つ、その立ち上がり及び立ち下がりをシャープにする
ことができるので、歪み特性を改善することができ、特
に、パワーデバイスの高性能化に寄与するところが大き
い。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における動作の説明
図である。
図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の説明図である。
【図５】従来の化合物半導体装置のｇm 特性の説明図で
ある。
ある。
１ ヘテロ接合 ２ ヘテロ接合 ３ 一導電型二次元キャリアガス ４ 一導電型二次元キャリアガス ５ 一導電型半導体層 ６ ゲート電極 ７ 空乏層 １１ 半絶縁性ＧａＡｓ基板 １２ ｉ型ＧａＡｓバッファ層 １３ ｉ型ＡｌＧａＡｓバッファ層 １４ ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層 １５ ｉ型ＧａＡｓキャリア走行層 １６ ｎ型ＧａＡｓ層 １７ ｎ型ＧａＡｓ層 １８ ｎ型ＧａＡｓ層 １９ ｎ型ＧａＡｓ層 ２０ ｉ型ＧａＡｓキャリア走行層 ２１ ｎ型ＡｌＧａＡｓキャリア供給層 ２２ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層 ２３ ショットキーバリアゲート電極 ２４ ソース電極 ２５ ドレイン電極 ２６ ＳｉＮ膜 ２７ 二次元電子ガス ２８ 二次元電子ガス ２９ 空乏層 ３０ ｉ型ＩｎＧａＡｓグレーデッドキャリア走行層 ３１ ｎ型ＩｎＧａＡｓグレーデッド層
Claims (7)
- 【請求項１】 複数のヘテロ接合を有し、前記各ヘテロ
接合の界面における一導電型二次元キャリアガスの走行
を利用すると共に、少なくとも２層の前記一導電型二次
元キャリアガスの間に設けられた一導電型半導体層で発
生する一導電型キャリアの走行を利用することを特徴と
する化合物半導体装置。 - 【請求項２】 上記一導電型二次元キャリアガス及び上
記一導電型キャリアの走行をゲート電極で制御すると共
に、前記ゲート電極に印加する電圧が０の時に、前記ゲ
ート電極に起因する空乏層が上記一導電型半導体層に拡
がるようにすることを特徴とする請求項１記載の化合物
半導体装置。 - 【請求項３】 上記ヘテロ接合間に設ける層が、真性半
導体層−一導電型半導体層−真性半導体層からなる層構
造であることを特徴とする請求項２記載の化合物半導体
装置。 - 【請求項４】 上記一導電型半導体層を、その中心部に
おけるキャリア濃度が高くなるようにすることを特徴と
する請求項２または３に記載の化合物半導体装置。 - 【請求項５】 上記ヘテロ接合間に設ける層の組成が、
一部において異なっていることを特徴とする請求項２ま
たは３に記載の化合物半導体装置。 - 【請求項６】 上記ヘテロ接合間に設ける層の組成が、
傾斜状に変化していることを特徴とする請求項５記載の
化合物半導体装置。 - 【請求項７】 上記一導電型二次元キャリアガス及び上
記一導電型半導体層のキャリア濃度が、上記ゲート電極
に近い側から遠い側に向かって順に高くなっていること
を特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の化
合物半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24738996A JP3572560B2 (ja) | 1996-09-19 | 1996-09-19 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24738996A JP3572560B2 (ja) | 1996-09-19 | 1996-09-19 | 化合物半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1093075A true JPH1093075A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3572560B2 JP3572560B2 (ja) | 2004-10-06 |
Family
ID=17162710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24738996A Expired - Lifetime JP3572560B2 (ja) | 1996-09-19 | 1996-09-19 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3572560B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000029425A (ko) * | 1998-10-30 | 2000-05-25 | 오카야마 노리오 | 전계효과트랜지스터 |
| JP2001111038A (ja) * | 1999-10-12 | 2001-04-20 | Murata Mfg Co Ltd | 半導体装置 |
-
1996
- 1996-09-19 JP JP24738996A patent/JP3572560B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000029425A (ko) * | 1998-10-30 | 2000-05-25 | 오카야마 노리오 | 전계효과트랜지스터 |
| JP2001111038A (ja) * | 1999-10-12 | 2001-04-20 | Murata Mfg Co Ltd | 半導体装置 |
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|---|---|
| JP3572560B2 (ja) | 2004-10-06 |
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