JPS60136380A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS60136380A
JPS60136380A JP58243830A JP24383083A JPS60136380A JP S60136380 A JPS60136380 A JP S60136380A JP 58243830 A JP58243830 A JP 58243830A JP 24383083 A JP24383083 A JP 24383083A JP S60136380 A JPS60136380 A JP S60136380A
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JP
Japan
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drain
layer
gate
impurity
source
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Pending
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JP58243830A
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English (en)
Inventor
Yoshifumi Katayama
片山 良史
Yasuhiro Shiraki
靖寛 白木
Yoshimasa Murayama
村山 良昌
Eiichi Maruyama
瑛一 丸山
Makoto Morioka
誠 森岡
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/149—Source or drain regions of field-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47—FETs 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]
    • H10D30/471—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/475—High 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions 
    • H10D64/23—Electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. sources, drains, anodes or cathodes
    • H10D64/251—Source or drain electrodes for field-effect devices

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Thin Film Transistor (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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、超篩速で動作する半導体装置に関するもので
ある。
〔発明の背景〕
ガリウム砒素(GaAs )はその電子の移動度がシリ
コンに比して著しく高く、高速デバイスを作成するに適
した材料である。しかしながら、良仙な絶縁層を形成す
ることが困難であるためにシリコンのようなM 0 S
 (Metal−Oxide−8emicormcto
r)型の電界効果トランジスタは実現されていない。
ところが近年、絶縁層のかわりに、ドナー不純物を添加
したアルミニウムガリウム砒素CAAjaAs)結晶V
B)ると、その界面に担体が銹起され軍界効果型卜・ラ
ンジスタが作成できることがわかってぎた。第1図はこ
のトランジスタの動作領域のバンド構造図である。15
は・電極部、12は不純物を含有するAtGaAs層、
11は実質的に不純物を含有しないGaAs 層である
。又F はフエルミレベルン示す6第1図において15
はこの担体であるが二次元的なポテンシャルの中にとじ
込められている。この担体15は、AtGaAs (1
2)中のドナー不純物準位(14功)ら供給され、不純
物乞含有しない(jaAs 中を走行するため、イオン
イトしたドナー不純物とは場所的に分離されている。そ
の結果、不純物ボテンシャルによる散乱が著しく減少し
、高移動度が実現できる。しかしながら、この高移動産
の電子を用いてトランジスタを作成する場合、AtGa
As中に多量のドナーが添加されているために、ゲート
′亀圧が界面領域に有効にかからず、相互コンダクタン
スを下げる結果になってしまう。
こ才1を防ぐためには、MO8枯造0工5に不純物乞添
加しないAtGaAsを用いることが望ましい。
L、かしながら、ショットキー型のゲートの場合にlマ
、ソースお工びドレインml&と、チャンネルとの間に
はM0S構造の場合とは異なり、間隙ができている。そ
の結果、AzGaAsあるいはGaAs中にドナー不純
物ン添加しない場合には担体がこの間隙部に肪起されず
、従ってチャンネルとソース・ドレイン1極とを接続す
ることができず、トランジスタとして動作しえない。
このような欠点ン除いた半導体装置の例として次の如き
の半導体装置がある。この半導体装置の要点は、このチ
ャンネルとソース・ドレイン電極間の間隙領域の、禁制
帯巾の広いゲート電極側半纏体、上記の例ではAtGa
As中にドナー不純物を導入し、ゲート電極直下のチャ
ンネル部には不純物1に′導入しないことを特徴とする
霜−界効果トランジスタである。かかる構造によって、
111チヤンネル近傍のAtGaAs中に散乱中心にな
る不純物がないために、移動度が増大する。 121 
ABhAs層をMOSにおける絶縁層と同等の働きを持
たせることができるので、ゲート蹴圧を有効にチャンネ
ル部に印加でき、相互コンダクタンスを増大できること
、(6)間隙部にはドナー不純物から担体が供給される
ので、チャンネル部とソース、ドレイン電極が接続でき
、トランジスタとして作動する等の特徴を有するとして
いる。さらにA、tにaA5お工び(3aAsからなる
ヘテロ構造電界効果トランジスタの場合には、GaAs
とAtGaAsとの伝導帯の界面での差が約0.3eV
でるり、ショットキー障壁が約0.6eV程度である。
従って、不純物を添加しないAtGaAsを用いた場合
には、ゲート車圧をかげない状態ではチャンネルが形成
されないh eX 2図にこの場合のバンド構造図ビ示
す。13はやはり市徐部、12はAtGaAs層、11
はGaAs )eiで、FEはフェルミレベルを示して
いる。第2図の=b合、ノーマリオフ状態であり、ゲー
トに正の電圧ケかげることによってナヤンネルが形成さ
れる。
すなワチ工ンハンスメント型のトランジスタとなる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記の如ぎ不純物ケ添加したいヘテロ
構造を用いた電界効果トランジスタ(ド凪1)において
、ソース及びドレイン領域になる不純物を導入した領域
の位置及び溝遺な工夫することに工j)、耐圧を向上さ
せかつ製造過程における裕度?大きく歩留シン向上させ
る構造χ提供することにある。
〔発明の枇安〕
本発明に係わる半導体装置は次の様な基本溝底を有する
。
即ち、キャリア移送領域を構成するためのへテロ接合を
形成する第1および第2の半導体層と、キャリアの制(
財)手段と、キャリアの送受手段とを少なくとも有する
半導体装置において、前記キャリアの送受手段の間の半
導体ノーには不純物YIO”3 α 以下しか含まない領域を有している。
本発明はこうし7−半導体装置においてゲート端に対し
てドレイン領域が空乏層の厚さ以上には離れていない如
くに構成するものである。
なお、ソースお工びドレインに隣接する電域には10α
ル 以上含有せしめるのが一般的である。
この発明の・秘点’A’象、3図の構造のFJg’l’
cv例を用いて仇明する。ソースおよびドレイン領域に
なる不純物?導入した領域24及び25は、ゲート成極
28の下部に重なるようにするか又はJ匿ゲート電極の
端の直下で止まる工5にすることが通常行7Jわれでい
る6 (なお、第6図における他の部位は、第4図にお
けるそれと同一符号で示されているので、*4図の説明
ビ参照され1ζし。)しかし、これらの構造ではゲート
長が極く小さくなった”71合、ドレ・fン耐圧の低下
なもたらす。本発明はへテロ構造の特徴を利用してゲー
”tt h 瑞トドレイン領域の間に空隙を持たせるこ
とで除かばつる。
この空隙の長さtが太きすぎると2g1’として動作し
ない。tの値としては、ダ乏層の厚さの程度(li!I
Jち、実Jh的に空乏層とみなし得る岸さ)まで大きく
することができる。また、ソース領域24とゲート′嵯
極の間のMなりが太ぎいとゲート耐圧が低下するが、こ
れは、不純物を導入した領域を表面LII から遠ざけ、表面での不純物澁度な10cIn程度以下
にすることで解決さttる。以上の工夫により、ドレイ
ン耐llEヲ向よさせ、かつ、ゲート′−′極とノース
。ドレイン領域の合せ精度が大幅に緩和されるので、素
子製造の歩留りが+a、+上する。
以下に、この発明を実施例を用いて説明する。
〔発明の実施例〕
実施例1 第4図1al〜(clに主費工程を示す。
半絶縁性GaAs基板21上に、分子線エピタキシー法
乞用いて、不純物ン故意には添加しないGaAs層(2
2)Y約17jm(通常、5000A 〜’1.5tt
m程度としている。)を基、V湿温度80℃にて成長し
たのち、AtとGaとの組成比が約0.5:u、7にな
るAtGaAs層[23)Y 1200A (大略50
0−5[10DAの範囲で選択している。)成長させる
(第4図(al )aいずれの層にも不純物は特に添加
しないが+ GaAs層22中セのドナー濃度は約1X
10 an であつ7′c0上記工ピタキシヤル層上に
、CVD法にエリSi0□y2 約41]00A成長さ
せ、フォトリングラフィ技術により、ソース及びドレイ
ン領域となるべき部分をエツチングに工p除去したもの
t40)vイオン打込みの際のマスクとして8iイオン
31 Y 70 KeVで2X10cz ″′C:杓込
む。イオン打込みにエリ発生した格子欠陥を上告し、イ
オンを活性化させるために850°Cで5秒間フラッシ
ュ了ニールした。第4図1blに24.25として示し
たのがこの不純物領域である。イオンの活性化率を高め
るためもつと長い時間アニールする方が望ましいが、A
tGaAs eGaAs界面のボケを防ぎ、また不純物
jの拡散を防ぐために上記の条件でアニールは行なって
いる。
なお、上記ドナー不純物としてはSlの外にα。
Sn、Te、Se、 S等ン用いることが出来る。大略
1013〜101ν3の程度Yイオン打込みする不純物
濃度はキャリアなどの程度化せしめる必璧があるかに↓
つできまる。
次にイオン打込層とつながってソースおよびドレイン電
極領域を通常の合金法で形成した。このソースおよびド
レイン領域の形成は、たとえば、Au−Ge合金(20
00人)−Ni(150人)−Au (3000人穎定
のところ(26,27)に堆積し、水素雰囲気中で40
0℃、5分間の加熱に工って行なう。
仄いで、所定の部分に金属ktを堆積してゲート電極乞
形成して、4界効果トランジスタ(FE、T)乞1乍成
り、た、 このようにして作成したトランジスタは、AtGaAs
中に2矧10cm 程度ドナーを添加して作成した従来
型の選択ドープ・ヘテロ構造電界効果トランジスタに比
して移動度で約1.2倍、相ンコンダクタンスで約2倍
、ドレイン耐圧で1.5倍、ゲート耐圧で2倍の性能が
得られた。
tt オー )” L/イン領域とゲート眠極の位置の
相対関係については、ゲート端とドレイン領域の重な9
部分の長さ0−6矧1、また間隙1.dh2Rnの範囲
で良好な動e「特性を得た。これ12鯛造工程裕度を増
すものでろ力、製造上の歩留りの向上が期待できる。
不純物ケ添加しないAt(3aAs J@j 23の代
りにAtGaAs Htの上に表面を採掘するために不
純物ケ添加した(GaAg層ケ重ねたものについても、
同様の良好な動作特性V得fc。
また不純物を添加しないGaAs J書22の代りに不
純物ン添加しない層22とP形又はn形の不純物を添加
したAtGaAs又はGaAs層60を組合せたものを
用いた場合にも良好な軸部特性を得た。
さらに、半絶縁性のGaAs基板の代りにn形不純物ケ
添加り、たGaAs基板を用い7c場合にも良好な動作
特性を得た。
これらの良好な動作特性ケ得1c構造の代表的な例1を
第5図(at〜(elに示す。
第5図における各部の符号は第6図或いは第4図のそれ
と同一部位を示しており、その断面構造でみた配置を示
したものである。なお、第5図(clおLびidlにお
いて60はn形又はP形にドープした層、61はn形G
aAs基板を示している。
又、第6図の形態も半導体装置と動作し得る。
以上の説明1・はChAB−(x&AtAB ン社を用
いた半導体装置の例を月4いたが、1nP−GalnA
、sP糸等のブヒ合物半尋体を用いた半導体装置におい
ても本発明が通用できることはいうまでもない。
図面の!fH1J’ 1.Crat明 ツー1図は従来刃へテロ接合凰゛市界効果トランジスメ
のエネルギーダイヤグラムである。緋2図は本先明に泌
わるトランジスタのエネルギーダイヤグラムな示す。第
6図は木9発明に係るトランジスタの構垣1−J1面図
、第4図(at〜telは′11、昇効果トランジスタ
の就這工程を示す装置動面図である。第5図fal〜(
diは、本発明に係るトランジスタの例を示す断面図、
品6し1(J半導体装置の例な示す曲面図である。
21、、、半絶縁性+3aAs基板、22−GaAs 
:r−ビタキシ倉ル地、25・・・J”dに&Asエピ
イζキシャル層、24゜25・・イオン]1込みで尋人
した出不縄物暑有するソース及びドレイン領域、26.
27・・・ソース及びドレ・【26辺1情亀榛、ンd・
・ゲート′ぼ柩、29・・・5i02ノ曽、30・・・
zl形又はl〕形にドープL、た胎、61山n形GaA
s基板。
第 1 図 第2図 第 3 画 第 4 図 第 5 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 第1の半導体層と第2の半導体層とかへテロ接合
    を形成して配され、第1の半導体層の禁止帯幅は第2の
    半導体層のそれLカ小さくなっており、第1の半導体層
    と電子的に接続されたソースおよびドレインと、ゲート
    電極とを少なくとも有する半導体装置において、少なく
    とも前記ソースおよびドレイン間には不純物Y10CI
    +1以下しか含まぬ領域を有し旦ゲート端に対してドレ
    イン領域が空乏層の厚さ以上には離れていないことを特
    徴とする半導体装置。
JP58243830A 1983-12-26 1983-12-26 半導体装置 Pending JPS60136380A (ja)

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JP58243830A JPS60136380A (ja) 1983-12-26 1983-12-26 半導体装置
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KR1019840008346A KR850005174A (ko) 1983-12-26 1984-12-26 헤테로 구조를 가진 반도체 장치

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6251268A (ja) * 1985-08-30 1987-03-05 Hitachi Ltd 半導体装置
JPS63187667A (ja) * 1987-01-30 1988-08-03 Hitachi Ltd 半導体装置

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