JPS594085A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS594085A JPS594085A JP57112839A JP11283982A JPS594085A JP S594085 A JPS594085 A JP S594085A JP 57112839 A JP57112839 A JP 57112839A JP 11283982 A JP11283982 A JP 11283982A JP S594085 A JPS594085 A JP S594085A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gate electrode
- xas
- composition ratio
- gaas
- 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.)
- Granted
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]
- H10D30/80—FETs having rectifying junction gate electrodes
Landscapes
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(n) 発明の技術分野
本発明は半導体装置に関し、特に本特許出願人が先に特
願昭55−82035号により提案した半導体装置の改
良に関する。
願昭55−82035号により提案した半導体装置の改
良に関する。
(I])技術の背景
情報処理装置の能力及びコストパフォーマンスの一層の
向上はこれにイi−用される半導体装置にがかっている
と目され、論理演算装置の高速化、低消費電力化及び記
憶装置の大容量化が強力に推進されている。
向上はこれにイi−用される半導体装置にがかっている
と目され、論理演算装置の高速化、低消費電力化及び記
憶装置の大容量化が強力に推進されている。
現在は専らシリコン(St)半導体装置が実用化されて
いるが、si半導体装置の高速化はキャリアの移動度な
どのStの物性により制約されるために、キャリア移動
度がSiより遥かに大きいガリウム・砒素(GaAs)
などの化合物半導体を用いて、高速化、低消費電力化を
実現する努力が重ねられている。
いるが、si半導体装置の高速化はキャリアの移動度な
どのStの物性により制約されるために、キャリア移動
度がSiより遥かに大きいガリウム・砒素(GaAs)
などの化合物半導体を用いて、高速化、低消費電力化を
実現する努力が重ねられている。
従来の構造のStもしくはGaAs等の化合物を用いた
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塩度を低
下させると。
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塩度を低
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、キャリアが移りJする領域とを空間的に分離
して、特に低温におけるキャリアの移動度を増大・已し
めたものが本発明の対象とする半導体装置である。
る領域と、キャリアが移りJする領域とを空間的に分離
して、特に低温におけるキャリアの移動度を増大・已し
めたものが本発明の対象とする半導体装置である。
(C1従来技術と問題点
半導体装置の従来知られている構造の一例を第1図fn
+に示す断面図を参照して説明する。ず絶縁性GaΔS
基板1−1−にノンドープGaAs層2とこれより電子
親和力の小さいn型アルミニウム・ガリウム・砒素(Δ
IGaΔS)層3とが設けられて2両層の界面はへテロ
エピタキシャル接合を形成している。n型ΔI G a
A s層3 (電子供給層という)からノンドープG
aAs層2 (ヂャネル屓という)へ電子が遷移される
ことによって生成される電子蓄積層(2次元電子層)4
の電子濃度を、ケート電極5に印加される電圧によって
制御するーとによって、ソース電極6とドレイン電)・
翫7との間の電子蓄積層4によって形成される伝導路の
インピーダンスが制御される。なお8は抵抗性接続(オ
ーミックコンタクト)領域である。
+に示す断面図を参照して説明する。ず絶縁性GaΔS
基板1−1−にノンドープGaAs層2とこれより電子
親和力の小さいn型アルミニウム・ガリウム・砒素(Δ
IGaΔS)層3とが設けられて2両層の界面はへテロ
エピタキシャル接合を形成している。n型ΔI G a
A s層3 (電子供給層という)からノンドープG
aAs層2 (ヂャネル屓という)へ電子が遷移される
ことによって生成される電子蓄積層(2次元電子層)4
の電子濃度を、ケート電極5に印加される電圧によって
制御するーとによって、ソース電極6とドレイン電)・
翫7との間の電子蓄積層4によって形成される伝導路の
インピーダンスが制御される。なお8は抵抗性接続(オ
ーミックコンタクト)領域である。
以上説明した構造の半導体装置において、ゲート電極5
は最も一般的にはアルミニウム(Al)によって構成さ
れて、n型A l xGal −xAS層3との間にシ
ョソ1−キハリアが形成されている。
は最も一般的にはアルミニウム(Al)によって構成さ
れて、n型A l xGal −xAS層3との間にシ
ョソ1−キハリアが形成されている。
このn型Δ1xGa1−xΔs Ti43は、この層全
体が必ずしもドナ゛−不純物を含ます、Ga八へM2と
のへテロエビクキシャル接合界面近傍がノンドープのバ
ッファとされる場合がある。この場合を含めて、n型も
しくはノン1−−プのΔIX(Jal−xASM3のA
Iの組成比Xば従来0. 3程度であり、第1図fal
の各層に対応させて第1図(blに例示する如く、AI
xGa t−xAsFt全体を通じてAIの組成比X
が一定である構造が普通である。
体が必ずしもドナ゛−不純物を含ます、Ga八へM2と
のへテロエビクキシャル接合界面近傍がノンドープのバ
ッファとされる場合がある。この場合を含めて、n型も
しくはノン1−−プのΔIX(Jal−xASM3のA
Iの組成比Xば従来0. 3程度であり、第1図fal
の各層に対応させて第1図(blに例示する如く、AI
xGa t−xAsFt全体を通じてAIの組成比X
が一定である構造が普通である。
これはAI・の組成比Xを0.3程度より大きくするな
らば、 (イ)へテロ接合におりる格子整合が悪化して
接合界面に乱れを生じ易い。(ロ)ΔIxGa1−xA
s層中に八1に件って酸素が混入し、キャリアのトラッ
プとして作用する深いレヘルが形成されて結晶の電子的
特性に悪影響を与え易い等の問題を生ずるためである。
らば、 (イ)へテロ接合におりる格子整合が悪化して
接合界面に乱れを生じ易い。(ロ)ΔIxGa1−xA
s層中に八1に件って酸素が混入し、キャリアのトラッ
プとして作用する深いレヘルが形成されて結晶の電子的
特性に悪影響を与え易い等の問題を生ずるためである。
しかしこのAIの組成比0.3程度のΔ1xGal−x
As層3上にゲート電極5が配設されている場合には、
Al xGa 1−xASAsF3−ト電極界面でのピ
ルティングポテンシャルが比較的低い為にデー1−電極
5から八1%Gal −XAS層3へ流れるリーク電流
を生じ、ゲート電極に印加する電圧に制限を受けてしま
うという問題力5ある。
As層3上にゲート電極5が配設されている場合には、
Al xGa 1−xASAsF3−ト電極界面でのピ
ルティングポテンシャルが比較的低い為にデー1−電極
5から八1%Gal −XAS層3へ流れるリーク電流
を生じ、ゲート電極に印加する電圧に制限を受けてしま
うという問題力5ある。
(d+ 発明の目的
本発明は、ゲート電極に於けるリーク電流を低減し、ゲ
ート電極に印加される電圧に余裕をもたせることが可能
な半導体装置を提供するにある。
ート電極に印加される電圧に余裕をもたせることが可能
な半導体装置を提供するにある。
te)発明の構成
本発明の前記目的は、第1の半導体層と、該第1の半導
体層より電子親和力が小であり、かつn型不純物を含む
第2の半導体層とを有して、前記第1の半導体層と前記
第2の半導体層とがへテロ接合を形成し、前記第2の半
導体層から前記第1の半導、体層に遷移する電子によっ
て構成される2次元電子層を電流路とする半導体装置で
あって。
体層より電子親和力が小であり、かつn型不純物を含む
第2の半導体層とを有して、前記第1の半導体層と前記
第2の半導体層とがへテロ接合を形成し、前記第2の半
導体層から前記第1の半導、体層に遷移する電子によっ
て構成される2次元電子層を電流路とする半導体装置で
あって。
前記第2の半導体層を構成する元素の組成比がケート電
極近傍においてビルティンクポテンシャルが高くなる如
くされてなることにより達成される。
極近傍においてビルティンクポテンシャルが高くなる如
くされてなることにより達成される。
すなわち本発明は、従来2次元電子層の特性の最適化条
件のみに従って構成されている前記例におりるAlGa
As層に一ついて、2次元電子層の特性を支配するのは
この△lGaΔSI′Fiの不純物をドープされた領域
のうちの僅少な部分2例えばヘテロ接合界面より厚さ6
(nm’l稈度のノントa−3 一プ領域を介して濃度2XlO(Cm )程度の領域
が形成されている場合に、2次元電子Hの特性は、不純
物をドープされた領域のうらノン1−−プ領域に隣接す
る厚さ3(’nm)程度の部分のめによって支配される
事実に基づいて、△IGa△sMの前記部分よりヘテロ
接合界面までの7jl−分については電子供給層として
の最適北条イノ1.△IGaΔskiの残る表面側の部
分について電極か形成されてこれと能動Qliとを接続
する表面制御層としての最適化条件に従って構成するも
のである。。
件のみに従って構成されている前記例におりるAlGa
As層に一ついて、2次元電子層の特性を支配するのは
この△lGaΔSI′Fiの不純物をドープされた領域
のうちの僅少な部分2例えばヘテロ接合界面より厚さ6
(nm’l稈度のノントa−3 一プ領域を介して濃度2XlO(Cm )程度の領域
が形成されている場合に、2次元電子Hの特性は、不純
物をドープされた領域のうらノン1−−プ領域に隣接す
る厚さ3(’nm)程度の部分のめによって支配される
事実に基づいて、△IGa△sMの前記部分よりヘテロ
接合界面までの7jl−分については電子供給層として
の最適北条イノ1.△IGaΔskiの残る表面側の部
分について電極か形成されてこれと能動Qliとを接続
する表面制御層としての最適化条件に従って構成するも
のである。。
混晶系化合物半導体の物性を制御するパラメータとして
は混晶の組成比と、これにドープされる不純物濃度とが
挙げられるが2本発明は混晶の組成比について前記のそ
れぞれ独立した最適化を実施するものである。
は混晶の組成比と、これにドープされる不純物濃度とが
挙げられるが2本発明は混晶の組成比について前記のそ
れぞれ独立した最適化を実施するものである。
ffl 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。
する。
第2図(alはGaAs及びAIxG、at −xAs
を用いて構成された本発明の実施例の断面図、第2図(
blは本実施例におけるAIの組成比Xの分布例を第2
図(alの各層に対応させて示す図表である。
を用いて構成された本発明の実施例の断面図、第2図(
blは本実施例におけるAIの組成比Xの分布例を第2
図(alの各層に対応させて示す図表である。
本実施例の半導体装置は大略下記の如くに製造される。
半絶縁性のGaAs基板11上に分子線結晶成長法(M
olecular Beam Epitaxy:以
下MBE法と略称する。)によって実質的に不純物を含
有せず、厚さ1 〔μm〕程度のcaAs層’(チャネ
ル層)12と、AlxC;a】−xAs層の実質的に不
純物を含有しない厚さ6(nm)程度の領域13. 2
X I Q” (cm−3)程度の濃度に例えばシリ
コン(Si)がドープされた厚さ3 (nm)以上の領
域14及び同一ドーピング濃度の厚さ50乃至1010
0(n程度の領域15とを順次形成する。
olecular Beam Epitaxy:以
下MBE法と略称する。)によって実質的に不純物を含
有せず、厚さ1 〔μm〕程度のcaAs層’(チャネ
ル層)12と、AlxC;a】−xAs層の実質的に不
純物を含有しない厚さ6(nm)程度の領域13. 2
X I Q” (cm−3)程度の濃度に例えばシリ
コン(Si)がドープされた厚さ3 (nm)以上の領
域14及び同一ドーピング濃度の厚さ50乃至1010
0(n程度の領域15とを順次形成する。
本実施例においてAlxGa1−xAs層の八lの組成
比Xは、第1の不純物を含有しない領域13及び第2の
不純物をドープした領域14についてはX=0.3程度
の一定値であり、最後の不純物をドープした領域15に
ついては、前記領域14に接する端においては領域14
に等しく1次第にXが増大すなわちAlの組成比が増大
して。
比Xは、第1の不純物を含有しない領域13及び第2の
不純物をドープした領域14についてはX=0.3程度
の一定値であり、最後の不純物をドープした領域15に
ついては、前記領域14に接する端においては領域14
に等しく1次第にXが増大すなわちAlの組成比が増大
して。
第2の半導体層の上表面においてはX=0.4程度に到
っている。
っている。
前記エピタキシャル成長層を形成した後に、金・ゲルマ
ニウム(AuGe)/金(Au)層をソース電極16及
びドレイン電極17を配設する位置に選択的に蒸着し、
更に温度450(”C)時間3分間程度の熱処理を施し
てこれを合金化し、チャネル層であるGaAs層12と
の抵抗性接続領域18を形成する。次いでゲート電極1
9を例えばアルミニウム(AI)を用いて従来技術によ
って形成する。なお20は電子蓄積層を示す。
ニウム(AuGe)/金(Au)層をソース電極16及
びドレイン電極17を配設する位置に選択的に蒸着し、
更に温度450(”C)時間3分間程度の熱処理を施し
てこれを合金化し、チャネル層であるGaAs層12と
の抵抗性接続領域18を形成する。次いでゲート電極1
9を例えばアルミニウム(AI)を用いて従来技術によ
って形成する。なお20は電子蓄積層を示す。
以上説明した製造方法によって得られる本実施例の半導
体装置のエネルギ帯を第3図に示す。ただし第3図にお
いては第2図ta+と同一符号によって対応部分を示し
、一点鎖線にて示したEfはフェルミ準位、実線にて示
したEcは伝導帯、 EVは価電子帯の従来技術によっ
てA 1 xGal−xAs層全体についてA1の組成
比Xが0.3程度一定値である場合を示し、領域15に
示した破線は本発明の前記実施例において従来例と異な
る状態を示す。
体装置のエネルギ帯を第3図に示す。ただし第3図にお
いては第2図ta+と同一符号によって対応部分を示し
、一点鎖線にて示したEfはフェルミ準位、実線にて示
したEcは伝導帯、 EVは価電子帯の従来技術によっ
てA 1 xGal−xAs層全体についてA1の組成
比Xが0.3程度一定値である場合を示し、領域15に
示した破線は本発明の前記実施例において従来例と異な
る状態を示す。
第3図より明らかなる如く1本発明の構造においては、
ゲート電極19とAIGaz −xAs層の領域15と
の接触界面におけるバリアの大きさが従来より増大し、
ピルティングポテンシャル■biが増大する為、ゲート
電極19からAlxGar xAs層の領域15へ流れ
るリーク電流を低減でき、従来よりも高いゲート電圧を
設定できる。
ゲート電極19とAIGaz −xAs層の領域15と
の接触界面におけるバリアの大きさが従来より増大し、
ピルティングポテンシャル■biが増大する為、ゲート
電極19からAlxGar xAs層の領域15へ流れ
るリーク電流を低減でき、従来よりも高いゲート電圧を
設定できる。
なお先に述べた如<、AlxGax−xAs層のAIの
組成比Xを増加することは格子整合については不利な条
件ではあるが、このことは2組成比Xの増加勾配の選択
によって容易に解決することができ、酸素の混入による
キャリアのトラップの増加もMBE成長法の改良によっ
てかなり改善できる。
組成比Xを増加することは格子整合については不利な条
件ではあるが、このことは2組成比Xの増加勾配の選択
によって容易に解決することができ、酸素の混入による
キャリアのトラップの増加もMBE成長法の改良によっ
てかなり改善できる。
なお、ソース及びドレイン電極をゲート電極とは異なる
半導体面上に形成しても良い。
半導体面上に形成しても良い。
更に以上の説明はGaAs/AlGa八Sを用いた半導
へ装置を例としたが、半導体装置は例えばガリウム・ア
ンチモン(GaSb)とアルミニウム・ガリウム・アン
チモン(AIyGal−ysb)との組合せ等によって
も構成することが可能であって、この様なGaAs/A
lGaAs系以外の材料による半導体装置についても本
発明を同様に適用することが可能である。
へ装置を例としたが、半導体装置は例えばガリウム・ア
ンチモン(GaSb)とアルミニウム・ガリウム・アン
チモン(AIyGal−ysb)との組合せ等によって
も構成することが可能であって、この様なGaAs/A
lGaAs系以外の材料による半導体装置についても本
発明を同様に適用することが可能である。
(gl 発明の効果
本発明によれば以上説明した如く、ゲート電極近傍での
半導体層の元素の組成比をピルティングポテンシャルが
高くなるように選択することにより、ゲート電極に於け
るリーク電流を低減でき。
半導体層の元素の組成比をピルティングポテンシャルが
高くなるように選択することにより、ゲート電極に於け
るリーク電流を低減でき。
ゲート電極に印加する電圧に余裕をもたせることができ
る。
る。
第1図(alは従来例を示す断面図、第1図(blはそ
の各層のAIの組成比Xを示す図表、第2図falは本
発明の実施例を示す断面図、第2図(blはその各層の
AIの組成比Xを示す図表、第3図はそのエネルギ帯を
示す図表である。 図において1はGaAs基板、2はGaAs層。 3はΔIxGa]−xAs層、4は電子蓄積層。 5はゲート電極、6はソース電極、7はドレイン電極、
8ば抵抗性接続領域、11はGaAs基板。 12はノン・ドープGaAs層、13はAIXGaz−
xAs層のノンドープ領域、14はAlxQal−XA
S層の電子供給領域、15はAlxGa1−xAs層の
表面制御領域、16はソース電極、17はドレイン電極
、18は抵抗性接続領域、19はゲート電極、20は電
子蓄積層を示す。 第 1 図 (a)(1)) 第 2 図 (a) (b)第 3 図
の各層のAIの組成比Xを示す図表、第2図falは本
発明の実施例を示す断面図、第2図(blはその各層の
AIの組成比Xを示す図表、第3図はそのエネルギ帯を
示す図表である。 図において1はGaAs基板、2はGaAs層。 3はΔIxGa]−xAs層、4は電子蓄積層。 5はゲート電極、6はソース電極、7はドレイン電極、
8ば抵抗性接続領域、11はGaAs基板。 12はノン・ドープGaAs層、13はAIXGaz−
xAs層のノンドープ領域、14はAlxQal−XA
S層の電子供給領域、15はAlxGa1−xAs層の
表面制御領域、16はソース電極、17はドレイン電極
、18は抵抗性接続領域、19はゲート電極、20は電
子蓄積層を示す。 第 1 図 (a)(1)) 第 2 図 (a) (b)第 3 図
Claims (1)
- 第1の半導体層と、該第1の半導体層より電子親和力が
小であり、かつn型不純物を含む第2の半導体層とを有
して、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とがへ
テロ接合を形成し、前記第2の半導体層から前記第1の
乎導体層に遷移する電子によって構成される2次元電子
層を電流路とする半導体装置であって、前記第2の半導
体層を構成する元素の組成化がゲート電極近傍において
ビルティングポテンシャルが高くなる如くされてなるこ
とを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57112839A JPS594085A (ja) | 1982-06-30 | 1982-06-30 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57112839A JPS594085A (ja) | 1982-06-30 | 1982-06-30 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS594085A true JPS594085A (ja) | 1984-01-10 |
| JPH0371774B2 JPH0371774B2 (ja) | 1991-11-14 |
Family
ID=14596818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57112839A Granted JPS594085A (ja) | 1982-06-30 | 1982-06-30 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS594085A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6154673A (ja) * | 1984-08-25 | 1986-03-18 | Fujitsu Ltd | 電界効果型半導体装置 |
| JPS6490565A (en) * | 1987-10-01 | 1989-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | Field-effect transistor |
| US5140386A (en) * | 1991-05-09 | 1992-08-18 | Raytheon Company | High electron mobility transistor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58147158A (ja) * | 1982-02-26 | 1983-09-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体電界効果トランジスタ |
-
1982
- 1982-06-30 JP JP57112839A patent/JPS594085A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58147158A (ja) * | 1982-02-26 | 1983-09-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体電界効果トランジスタ |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6154673A (ja) * | 1984-08-25 | 1986-03-18 | Fujitsu Ltd | 電界効果型半導体装置 |
| JPS6490565A (en) * | 1987-10-01 | 1989-04-07 | Mitsubishi Electric Corp | Field-effect transistor |
| US5140386A (en) * | 1991-05-09 | 1992-08-18 | Raytheon Company | High electron mobility transistor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0371774B2 (ja) | 1991-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0435904B2 (ja) | ||
| US4714948A (en) | HEMT with epitaxial narrow bandgap source/drain contacts isolated from wide bandgap layer | |
| JPH03775B2 (ja) | ||
| KR920003799B1 (ko) | 반도체 장치 | |
| US4673959A (en) | Heterojunction FET with doubly-doped channel | |
| JPH024140B2 (ja) | ||
| JPH0324782B2 (ja) | ||
| JPS6356710B2 (ja) | ||
| JPS594085A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH0355978B2 (ja) | ||
| US5107314A (en) | Gallium antimonide field-effect transistor | |
| JPS61147577A (ja) | 相補型半導体装置 | |
| JPH01132170A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JPS6353711B2 (ja) | ||
| JPH0468775B2 (ja) | ||
| KR910006698B1 (ko) | 반도체 장치 | |
| JP2703885B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2963120B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2708492B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH04273447A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH01125985A (ja) | 半導体装置 | |
| JPS60176275A (ja) | 集積型半導体装置 | |
| JPH043433A (ja) | 化合物半導体接合型fet | |
| JPS6251267A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH03133143A (ja) | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |