JPS59100577A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPS59100577A
JPS59100577A JP57210161A JP21016182A JPS59100577A JP S59100577 A JPS59100577 A JP S59100577A JP 57210161 A JP57210161 A JP 57210161A JP 21016182 A JP21016182 A JP 21016182A JP S59100577 A JPS59100577 A JP S59100577A
Authority
JP
Japan
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layer
electron
semiconductor layer
region
heterojunction
Prior art date
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Pending
Application number
JP57210161A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomonori Ishikawa
石川 知則
Sukehisa Hiyamizu
冷水 佐寿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP57210161A priority Critical patent/JPS59100577A/ja
Publication of JPS59100577A publication Critical patent/JPS59100577A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47FETs 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]
    • H10D30/471High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/472High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having lower bandgap active layer formed on top of wider bandgap layer, e.g. inverted HEMT

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (a)  発明の技術分野 本発明は半導体装置、特にチャネル領域の電子移動度が
高く、低抗性接続領域が低抵抗であって、高速な動作が
得られるヘテロ接合型電界効果トランジスタに関する。
(b)  技術の背景 情報処理装置などの能力及びコストパフォーマンスの一
層の向上を志向して、半導体装置の高速化、低消費電力
化、及び高集積化が推進されており、キャリア移動度が
シリコン(Si )より遥に大きいガリウム・砒素(G
aAs)などの化合物半導体を用いる半導体装置が多数
提案されている。
従来の構造の81もしくはQaAs等の半導体装置にお
いては、キャリアは不純物イオンが存在している空間を
移動する。この移動に際してキャリアは格子振動および
不純物イオンによって散乱を受けるが、格子振動による
散乱の確率を小さくするために温度を低下させると、不
純物イオンによる散乱の確率が大きくなって、キャリア
の移動度がこれによって制限される。
この不純物散乱効果を排除するために、不純物が添加さ
れる領域とキャリアが移動する領域とをヘテロ接合界面
によって空間的に分離して、特に低温忙おけるキャリア
の移動度を増大せしめた半導体装置にヘテロ接合型電界
効果トランジスタ低下へテロ接合形PETと略称する)
がある。
ヘテロ接合WPETにおいては、ノンドープの半導体層
と、これよF)電子親和力が小で不純物を含む電子供給
層との間にヘテロ接合界面が形成され、ノンドープの半
導体層のへテロ接合界面近傍に形成される電子蓄積層(
2次元電子ガス)がソース電極とドレイン電極との間の
伝導路に含まれて、電子蓄積層の電子面濃度をゲート電
極に1P加される電圧によって制御することによって、
前記伝導路のインピーダンス制御が行なわれる。
fc)  従来技術と問題点 このような選択的ドーピングが適用されたヘテ1」口接
合型FETは構造的1第1図(a)の断面図に例示され
る如く、電子蓄積層が形成されるノンドーグの半導体層
が基板側に設けられてその上に電子供給層が形成されて
いる構造(以下通常型と略称する)と、第1図(b)の
断面図に例示される如(、電子供給層が基板側に設けら
れ、その上に設けられたノンドーグの半導体層にヘテロ
接合を介して電子蓄積層が形成される構造(以下反転型
と略称する)とに大別される。
第1図(a)及び(b)において、1は半絶縁性Q a
 A s基板、2は半絶縁性GaAsバッファ層、3は
n型のアルミニウム・ガリウム・砒素(AIGaAs)
電子供給層、4はノンドープのG a A s、層であ
り、ノンドーグGaAsd4のn mA I G a 
A s電子供給層3とのへテロ接合界面近傍に電子蓄積
層(2次元電子ガス)5が形成される。更に6はゲート
電極、7はソース電極及びドレイン電極、8はソース又
はドレイン電極7と電子蓄積層5とを接続する低抵抗の
接続領域である。
前記2種の構造を比較するに1第1図(b)に例示した
反転型においては、電子蓄積層5のソース・ドレイン電
極7側はG a A s層4であって、第1図(a)に
例示した通常型の場合のA I G a A s層3よ
り接触抵抗の低減に有利である。
しかしながら、前記通常型構造のへテロ接合型PETに
おいてはその電子蓄積層(2次元電子ガス)の電子移動
度が1xlOCcrl/V・sec〕程度のものが容易
に得られるのに対して、従来知らテ れている前記反転型構造のへI口接合型FETにおいて
はその電子蓄積層の電子移動度はI X 10’(cM
V−sec3’g度に止まり、高電子移動度のチャネル
領域を特徴とするヘテロ接合型PETとしてはその特性
が遥に劣るという重大な欠陥かある。゛ (d)  発明の目的 接合を介して電子蓄積層が形成される構成を有するヘテ
ロ接合型FETに関して、電子蓄積層の電子移動度につ
いての前記欠陥を除去し、低接触抵抗の特徴か生かされ
て優れた特性を有するヘテロ接合型F ETを提供する
ことを目的とする。
(e)発明の構成 本発明の前記目的は、絶縁性あるいは半絶縁性の基板と
、該基板上に形成されたドナー不純物を含む第1の半導
体層と、該第1の半導体層上に該第1の半導体層に接し
て形成された該第10半導体層より電子親和力が大であ
る第2の半導体層とを備え、該第1の半導体層と該第2
の半導体層とを によって形成されるヘテロ接合〃介して、該第1の半導
体層から該第2の半導体層に遷移する電子によって電子
蓄積層が形成される構成を有して、前記第1の半導体層
は前記へテロ接合に接する領域が不純物が導入されない
領域とされてなる半導体装置によって達成される。
本発明の対象とする反転型構造を有するヘテロ接合fi
F、ETにおいては、通常型のへテロ接合形FETに比
較して先に述べた如く電子蓄積層の電子移動度が大幅に
低下している理由は従来知られていなかった。
本発明者等はこの電子移動度の低下が、第1図(b)に
示した従来例において、n型AlGaAs電子供給層3
中のドナー不純物例えばシリコン(Si)イオンが電子
蓄積層5にまで拡散して来ていることに起因することを
見出した。
この事実を確認するデータの一例を第2図に示す。
用いた試料は反転型のへテロ接合上に、これとノンドー
プのQ a A s層を共有して通常型のへテロ接合を
設けた超格子構造を備えて、共有するノンドープG a
 A s層の厚さLをIQ[nm〕乃至100) [nm〕の範囲に変化させている。また外電子供給層は
A Io、3 G ao、y A sによって形成され
、ノンドープG a A s層とのへテロ接合界面より
6 [nm 〕のノンドープスペーサ領域を介してSi
が濃度1限定しており、別に比較試料として同一の超格
子構造をもち、反転型のSiドープを行なわない試料を
準備している。
第2図は横軸にノンドープG a A s層の厚さり。
縦軸にホール効果を利用して測定された電子移動度を示
す。実線で示した曲線Aは本試料の電子移動度(反転形
の2次元電子ガスと通常型の2次元電子ガス)、破線で
示した直線Bは比較試料の電子移動度(通常型の2次元
電子ガス)を示している。
反転型の電子供給層を設けない比較試料の電子移動度が
直線Bに示す如く一定であるのに対して、反転型の電子
供給層を設けた場合には曲線Aより電子移動度が大きく
低下することが知られる。更にこの電子移動度の低下は
反転型の電子供給層のドナー不純物であるStがノンド
ープQ a A s層に拡散して来ていることに起因す
ると判断される。
このような結果等より、反転型へテロ接合型FETにつ
いては、2次元電子ガスによって電子蓄積層が形成され
るヘテロ接合界面と電子供給層の不純物導入領域との間
に通常型以上の厚さを有するノンドープ領域を設けるこ
とが必要である。
このノンドープ領域は、第2図のデータなどからその厚
さを3Q(nm)程度以上とするときにその効果が明ら
かとなる。
(f)  発明の実施例 以下本発明を実施例により図面を参照して具体的に説明
する。
第3図(a)乃至は)は本発明の実施例を、その主要製
造工程において示す断面図、第4図(a)及び(b)は
本実施例の半導体基体について、それぞれ組成比及び導
入された不純物濃度の分布を示す図であり、第3図(a
)と同一符号により対応する位置を示す。
第3図(久)、第4図(a)及び(b)参照。
半絶縁性GaAs基板11上に、ノンドープのQ a 
A sパフ77層12、ノンドープ領域13a。
n型領域13b及びノンドープ領域13CよりなるA 
I G a A s電子供給層13、ノンドープ領域r
4a及びn型領域14bよりなるQ a A s層14
を順次エピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長
方法は任意に選択されるが、本実施例においては分子線
エピタキシャル成長方法(MBB法)を用いている。
まずGaAsバッファ層12はノンドープとし、その厚
さは0.5〔μm〕以上とする。
AlxGa  −xAs電子供給層13は、本実施例に
おいてはAIの組成比X=0.3とし、先に述べた如(
13a、b及びCの3領域からなりその全体の厚さは0
.1(11m)以上とする。これら3層のうち、GaA
s層14とへテロ接合を構成するノンドープ領域13C
は本発明の特徴とする領域であって、その厚さは30 
(nm )乃至5.9 [nm ] とされる。これに
接する領域13bはドナー不純物Siをドープ量1×1
018〔cWv33程度含有する厚さ例えば20〔nm
〕程度の電子供給領域である。残るノンドープ領域13
aはG a A sバッファ層12との間のバッファ領
域である。
GaAs層14は本来はノンドープとし、そのAlGa
−Ass層3とのへテロ接合界面近傍に電子蓄積層(2
次元電子ガス)15が形成される。なお、G a A 
s層140表面準位による空乏層の影響が電子蓄積層1
5に及ばないことが必要であって、ノンドープG a 
A s層では空乏層が伸びるために本実施例ではQ a
 A s層14の表面近傍の厚さ約50〔nm〕の領域
14bにSiをドープ量I X 1017(cm−3:
l]程度に導入して、ノンドープ領域14aとn型領域
14bとの合計厚さを約o、2〔μm〕程度としても表
面準位による空乏層の影響が電子蓄積層15に及ばない
構造とする。
第3図(b)参照 スフ19を設けて、G、aAs層14のソース及びドレ
イン電極形成領域18′にAlGaAs層13に達する
深さに、例えばSiをドーズ量5X10[m+〕程度に
イオン注入する。
第3図(C)参照 マスク19を除去して例えば窒化アルミニウム(AIN
)を全面に被着して保護膜20を形成した後に、例えば
温度750(’C:]、時間15分間程度の熱処理を行
なって注入されたイオンを活性化し、キャリア濃度例え
ば5X10”(α−3〕程度の低抵抗のnfi接続領域
18を形成する。
第3図(d)参照 保護膜20を除去した後に、金・ゲルマニウム/金(A
uGe/Au)によってソース電極及びドレイン電極1
7をそれぞれn型接続領域18上に設け、またゲート電
極16を例えばアルミニウム(AI)によって形成する
以上説明した本実施例について電子蓄積層15の電子移
動度を温度77(K)において測定して、30.000
乃至50,000 (ffl/V −sec )程度の
結果が得られ本発明の効果が確認された。
(g)  発明の詳細 な説明した如く本発明によれば、電子供給層が基板側に
設けられ、その上に設けられたノンド子蓄積層の電子移
動度が大幅に向上してヘテロ接合型FETの特徴が充分
に発揮され、オーミック接触抵抗の低抵抗化が容易に実
現される本構造の特徴を生かして、極めて高速な半導体
回路を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)はへテロ接合型FETの従来例
を示す断面図、第2図は電子移動度とノンドープ領域の
厚さとの相関の例を示す図表、第3図(a)方体基体に
ついて、それぞれの組成比及び不純物濃バッフ7層、1
3はAlGaAs電子供給層、13aはそのノンドープ
領域、13bはn型領域、13cはノンドープ領域、1
4はG a A s層、14aはそのノンドープ領域、
14bはn型領域、15は電子蓄積層、16はメート電
極、17はソース電極及びトゞレイン電極、18はn型
接続領域を示す。 才tU 才2m l〉ド−アl「の4=     しnyylJ 3  

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁性あるいは半絶縁性の基板と、該基板上に形
    成されたドナー不純物を含む第1の半導体層と、該第1
    の半導体層上に該第1の半導体層に接して形成された該
    第1の半導体層より電子親和力が大である第2の半導体
    層とを備え、該第1の半導体層と該第2の半導体層とK
    よって形成されるヘテロ接合を介して、該第1の半導体
    層から該第2の半導体層に遷移する電子たよって電子蓄
    積層が形成される構成を有して、前記第1の半導体層は
    前記へテロ接合に接する領域が不純物が導入されない領
    域とされてなることを特徴とする半導体装置。 特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
JP57210161A 1982-11-30 1982-11-30 半導体装置 Pending JPS59100577A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61161773A (ja) * 1985-01-11 1986-07-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電界効果トランジスタ
JPS61280674A (ja) * 1985-06-06 1986-12-11 Nec Corp 半導体装置
US4777516A (en) * 1985-04-23 1988-10-11 Agfa-Gevaert, N.V. Monolithic integration of light emitting elements and driver electronics
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US5410160A (en) * 1992-06-08 1995-04-25 Motorola, Inc. Interband tunneling field effect transistor
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