JPS59968A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS59968A
JPS59968A JP57109599A JP10959982A JPS59968A JP S59968 A JPS59968 A JP S59968A JP 57109599 A JP57109599 A JP 57109599A JP 10959982 A JP10959982 A JP 10959982A JP S59968 A JPS59968 A JP S59968A
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gaas
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JP57109599A
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Tomonori Ishikawa
石川 知則
Sukehisa Hiyamizu
冷水 佐寿
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • 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]
    • H10D30/475High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having wider bandgap layer formed on top of lower bandgap active layer, e.g. undoped barrier HEMTs such as i-AlGaN/GaN HEMTs
    • H10D30/4755High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having wider bandgap layer formed on top of lower bandgap active layer, e.g. undoped barrier HEMTs such as i-AlGaN/GaN HEMTs having wide bandgap charge-carrier supplying layers, e.g. modulation doped HEMTs such as n-AlGaAs/GaAs HEMTs

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  • 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に関し、特に本特許出願人が先に%
願昭55−82035号により提案した高電子移動度ト
ランジスタ(Hlgh Etecty□HMobiti
tyTransistor:以下HEMTと略称する)
の改良に関する。
(b)  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
の向上はこれに使用される半導体装置にかかっていると
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(Sl)半導体装置が実用化されて
いるが、St手導体装置の高速化はキャリアの移動度な
どの81の物性により制約されるために、キャリア移動
度が81より邊に大きいガリウム・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81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空間的に分離し
て、特に低温lこおけるキャリアの移動に1−増大せし
めたものが本発明の対象とする高電子移動度トランジス
タ(HKMT )である。
(e)  従来技術と問題点 HEMTの従来知られている構造の一例を第1図(a)
に示す断面図を参照して説明する。半絶縁性GaAs基
板1上にノンドープGaAs層2とこれより電子親和力
の小さいnuアルミニウム・ガリウム・砒素(AAGa
Ai)層3とが設けられて両層の界面はへテロ接合を形
成している。n MALGaAs層3(電子供給層とい
う)からノンドープGaAs層2(チャネル層という)
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の電子濃度上1ゲート電極54こ印
加される電圧によって制御することによって、ソース電
極6とドレイン電極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fil制御される。
なお8は抵抗性接続(オー(ツクコンタクト)領域であ
る。
従来のHEMTは先に述べた如(GaAs基板lの上に
ノンドープGaAs層2と、これ−こヘテロ接合するn
朦At*G&直−X A s層3とを有しまたこのn屋
ALxG亀1−XABABO3記接合界面側を厚さ6〔
■〕程度のノンドープ領域としてバッファとすることが
知られている。
これらのnMMもしくはノンドープのAtxGal−X
AsABO3tの組成比Xは従来0.3程匿であり通常
は巣1図(&)の各層に対応させて第1図(b)に例示
する如く、7kAxGal−xA膳層全体を通じてAt
の組成比Xが一定であるような構造會もって悪化して接
合界面に乱れt生じ易い、(ロ)ALxGal−xAs
エピタキシャル層中に活性なAtに伴って酸素等不純物
が混入し、キャリアの1ラツプとして作用する深いレベ
ルが形成されて結晶の電子的特性に悪影41−与え易い
、f1ソース及びドレイン電極のオーミック接触が悪化
し易い、等の間mt−生ずるためでおる。
Atの組成比X=0.3の場合−こはGaAs層2とA
to、8 Ga4)、yAs層3との間には約0.3(
eV、’の電子親和力の差が生じて、n型A t O,
3Q IL 0.7As層3からGaAs層2へ、キャ
リア電子が遷移して電子蓄積層4が形成される。
しかしながら電子親和力の差が0.3(eV)程度の場
合には、電子蓄積m4内において、ソース電極6及びド
レイン電&i介して形成される電界が低すとき1こは本
来の高電子移動度が実現されるが、実際の半導体装置と
して動作させる電界強gLにおいては電子移動度が低電
界のときより低下する。これは高電界内ではキャリア電
子が大きい運動エネルギーを得て2次元電子層の分布が
低電界のときより大きくずれ、キャリア電子がバリアを
越えて電子移動度の低いALxGal−XA11層3に
しみ出すことによる。
この高電界における電子移動度の低下を防止するために
はチャネル層であるGaAs層2と電子供給層であるA
LxGhl−x As屑3との電子親和力の差を一層大
きくする即ちAtの組成比Xt−0,3よりさらに大き
くすればよいが、Atの組成I 比Xt増大することに
は先に述べた問題が伴う。
(Φ 発明の目的 本発明は、高電子移動度トランジスタ(HgMT)につ
いて、チャネル層と電子供給層との間のヘテ四接合にお
ける電子親和力の差を拡大して高電界における電子移動
度の低下を防止し、かつ電子供給層の結晶状態の劣化等
を防止する構造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、第1の半導体層と、紋第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の半導体層とか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高電子移動度半
導体装置であって、前記第2の半導体装を構成する元素
の組成比が前記ヘテ四接合の近傍において電子親和力が
小となる如くされてなる半導体装置によって達成される
(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2図(a)はGaAs及びAtxGaI−XAI k
用いて構成された本発明の実施例の断面図、第2図(b
)は本実施例におけるAtの組成比Xの分布例を第2図
(a)の各層に対応させて示す図表である。
本実施例のHE M T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(
Motecutar  Beam Epitax3’S
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l〔μm〕程度のGaA s層(チャネ
ル層)12と、実質的に不純物全含有しない厚さ5乃至
20(nm)程度の領域13及び厚さ0.1乃至0.2
〔μm〕程度のn型領域14とよりなるAtxGal−
x As層とを順次形成する・ 本実施例においては、AtxGaI −x A ”層の
不純物を含有しない領域13については、Atの組成比
XはGaAs層12とのヘラ0接合界面近傍において選
択的に最も高く例えばX = 0.4程度とされ、接合
界面より離れるに従って次第に低下してnJJJ領域1
4と同一の組成比X=O,a程度に到っている。(第2
図(b)参照)。またn型佃域14にはMBE法による
結晶成長の際に不純物としてシリコン(Si)が導入さ
れている。
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
b(AuGe)/金(Au)層をソース電極15及びド
レイン電極16t−配設する位置に選択的に蒸着し、更
に温度450(℃)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17を形成する0次いでゲート電極18を
例えばアルミニウム(At)を用いて従来知られている
方法によって形成する。なお19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HE
MTのエネルギ帯を第3図に示す、ただし、第3図にお
い°Cは第2図(a)と同一符号によっc は価電子帯の従来技術によってA4xGa、−XA I
層全体についてAtの組成比Xが0.3程度の一定値で
あ′る場合を示し、領域13に示した破線は本発明の前
記実施例におい一ζ従来例と異なる状態を示す。
第3図より明らかなる如く、本発明の構造においては、
ヘテロエピタキシャル接合界1ににおけるバリアの大き
さが従来より拡大されてキャリア電きに電子移動度は約
35.000 (eJ/v−s°〕が得られた。これに
対してAtxGal−XA21層のAt組成比をヘテロ
接合界面まで一定とした比較試料の同一条件における電
子移動度は約20.000 Wv−s)にとどまった。
なお、先に述べた如く、AAxGa、−XAI層のAt
の組成比Xt−増加することは結晶状態の劣化もしくは
オーンツク接触電極の接触抵抗の増大を招き易いが、本
発明の如く極めて薄い層状にAtの組成比Xt−増大す
る場合には前記の点が問題とならないことが前記実施例
等の試験結果によって確認された。
前記本実施例においては、ヘテロ接合界面近傍における
Atの組成比Xをノンドープ領域13において#1ソ直
線的に変化させたが、本発明の効果はAtの組成比Xの
変化が直線的に変化する場合に限られるものではなく、
曲線状もしくは階段状に変化してもよく、またAtの組
成比Xの変化する範囲がノンドープ領域13に合致する
必要はなく、両者を独立して選択する仁とができ、又、
ノンドープ領域13が必ずしも設けられなくてもよい。
更に以上の説明はGaAs/AtGaAs  を用いた
HEMTt’例としたが、HEMTは例えばガリウム・
アンチモン(GaSb)とアルミニウム・カリウム・ア
ンチモンCAtyGaz−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
tGaAs系以外の拐料によるHEMTについても本発
明を同様に適用することがoJ能である。
(gl  発明の効果 本発明lこよれば、以上説明した如く、電子蓄積層すな
わち2次元電子層におけるキャリア電子移動度の高電界
における低下を防止し、かつ2次元電子層の形成など)
i E M Tの特性に対しては悪影Wを与えないため
に、HEMTの高密度集積化によって高速、低消費電力
の半導体装i’を実現することに大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は従来例を示す断面図、第1図(b)はそ
の各層のAtの組成比Xを示す図表、第2図(a)は本
発明の実施例を示す断面図、第2図(b)はその各層の
At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。 図番こおいて、1はGaAs基板、2はG a A s
 M s3はA l x G a r −z A s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は抵抗性接続領域、11はGaA
s基板、1.2はノン・ドープGaAs層゛、13はA
LxGal−xA8層のノンドーグ領域、14はAlx
Ga1−xAs層のn型領域、15はソース電極、16
はドレイン電極、17は抵抗性接続領域、18はゲート
電極、19は電子蓄積層を示す。 i)tト) 竿2図 (Q−)             (い竿ヲ図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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楯不純物全含む第2の単導体層とを有
    して、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とかへ
    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C構成される2次元電子
    層を電流路とする高電子移wJ度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前記へテ
    ロ接合の近傍において電子親和力が小となる如くされて
    なることを特徴とする半導体装置。
JP57109599A 1982-06-25 1982-06-25 半導体装置 Granted JPS59968A (ja)

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JPH0468775B2 JPH0468775B2 (ja) 1992-11-04

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Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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